JP2004068780A - 気体圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】気体圧縮機から放射される音を小さくすることで、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能で製造コストに影響のない気体圧縮機を提供する。
【解決手段】リードバルブ１７７は、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．５０以下とすることで、リードバルブ１７７が閉じたときに、その接触面Ｃに生じた冷凍機油の油膜の表面張力により、リードバルブ１７７が吐出口７１に入り込もうとする変形が抑えられ、リードバルブ１７７の開閉による騒音を小さくすることができる。また、リードバルブ１７７は、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜の量を調節して、圧縮室１４の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】リードバルブ１７７は、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．５０以下とすることで、リードバルブ１７７が閉じたときに、その接触面Ｃに生じた冷凍機油の油膜の表面張力により、リードバルブ１７７が吐出口７１に入り込もうとする変形が抑えられ、リードバルブ１７７の開閉による騒音を小さくすることができる。また、リードバルブ１７７は、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜の量を調節して、圧縮室１４の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体圧縮機に係わり、気体圧縮機から放射される音を小さくすることで、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能で製造コストに影響のない気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、主に自動車の室内空調用として用いられているエアコンシステムの気体圧縮機の構造を示す断面図である。
図８に示すように、この気体圧縮機５０は、一端を大きく開口したケース５２と、同じく一端を大きく開口したフロントヘッド９を備えている。ケース５２とフロントヘッド９の互いの開口端を当接させて、内部と外気とを遮断する構造としている。
フロントヘッド９には、外部に接続された図示しないエバポレータからの低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート５１と、この吸入ポート５１に連通され、比較的大きな容積を有する低圧空間である吸入室１５とが形成されている。
【０００３】
また、気体圧縮機５０は、ケース５２とフロントヘッド９の内部に圧縮機本体１を有している。圧縮機本体１は、フロントサイドブロック２、リアサイドブロック３、シリンダ４、ロータ５、回転軸６及び複数のベーン１３とで構成されている。シリンダ４は、内側に楕円筒状の空間が形成されており、その空間中央にはロータ５が回転可能に配設されている。シリンダ４の両端部は、それぞれフロントサイドブロック２及びリアサイドブロック３により閉塞されている。
【０００４】
ロータ５には、端面間を貫通する回転軸６が一体に設けられており、回転軸６は両サイドブロック２、３のそれぞれに設けられた軸受孔７、８に回転可能に支持されている。そして、その回転軸先端側６ａは軸受孔７より突出し、さらにフロントヘッド９を貫通するように延長形成されている。
【０００５】
回転軸先端側６ａの外周にはシール室１０が設けられており、このシール室１０内には図示しない回転軸シールが備えられている。運転時には、このシール室１０内に軸受孔７と回転軸６との軸受隙間Ｇを介し冷凍機油が供給される。
なお、冷凍機油は、回転軸６のフロントサイドブロック２側を支える軸受孔７及びリアサイドブロック３側を支える軸受孔８において、動圧軸受としても作用する。すなわち、冷凍機油には、回転軸６の回転に伴う粘性摩擦によって圧力が発生される。この圧力により、回転軸６と両軸受孔７、８との間で冷凍機油の油膜が形成され、この油膜により、回転軸６は軸受孔７、８に非接触で回転したまま支えられる。
【０００６】
図９に、図８中のＡ−Ａ矢視線断面図及びその吐出口付近の部分拡大図を示す。ロータ５の外周面には径方向にベーン溝１２が複数形成され、ベーン溝１２にはベーン１３が摺動可能に装着されている。そして、ベーン１３は、ロータ５の回転時には遠心力とベーン溝１２底部の油圧とによりシリンダ４の内壁に付勢される。
【０００７】
シリンダ４内は、一対のサイドブロック２、３、ロータ５、ベーン１３、１３・・により複数の小室に仕切られている。これらの小室は圧縮室１４、１４・・と称され、ロータ５の回転により容積の大小変化を繰り返す。このような圧縮機本体１においては、ロータ５が回転して圧縮室１４、１４・・の容積が変化すると、その容積変化により吸入ポート５１に通じる吸入室１５の低圧冷媒ガスを圧縮室１４に吸気し圧縮する。
【０００８】
また、シリンダ４の楕円状開口部の最短径部付近の円周面には、４つの吐出口７１が回転対称位置に２つずつ並列に配設されている。それぞれの吐出口７１の出口側には、シリンダ４の外周をＬ字状に外方に向けて削られた空間である吐出チャンバ４５が形成されている。そして、この吐出口７１は、吐出チャンバ４５とシリンダ４内部とを連絡するようになっている。
【０００９】
吐出チャンバ４５の壁面４５ａには、吐出口７１を覆うように、リードバルブ７７及びバルブサポート７６が配設され、ボルト７４により取り付けられている。このリードバルブ７７は、吐出チャンバ４５に吐出された高圧冷媒ガスを、シリンダ４内に逆流させないために設けてある。バルブサポート７６は、リードバルブ７７の開き度合いを規制するものである。また、リアサイドブロック３とケース５２により吐出室１９が形成されており、油分離器１８が、リアサイドブロック３の側壁より吐出室１９に向けて突出されて設けられている。圧縮後の高圧冷媒ガスは、吐出口７１、リードバルブ７７、吐出チャンバ４５、リアサイドブロック３に設けられた図示しない吐出通路、油分離器１８等を介して吐出室１９に吐出されるようになっている。
【００１０】
図１０に、図９中のＢ矢視線部分拡大図を示す。図１０に示すリードバルブ固定部７２は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａより四角形状に隆起している。
さらに、壁面４５ａには、シリンダ４の軸方向に弁座７３が２つ並設されている。また、この弁座７３は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａより所定高さだけ、円筒状に隆起されている。そして、この弁座７３には、それぞれ吐出口７１が形成されており、この吐出口７１は、その弁座７３側の表面付近でわずかに拡開され、面取りされている。
【００１１】
なお、弁座７３を円筒状に形成したのは、リードバルブ７７と弁座７３との接触面の形状を中空円状にするためである。これにより、リードバルブ７７が弁座７３に衝突した際に発生する衝撃応力が、リードバルブ７７に対して均一化され、リードバルブ７７のバルブ割れを生じにくくすることができる。
【００１２】
さらに弁座７３の円筒状の外径をリードバルブ７７の足部７７ａの幅と同等とし、壁面４５ａをバルブサポート７６の反りの基点７６ａ付近までとしている。これは、リードバルブ７７が開くときの弁座７３との油膜による貼り付き現象が極力発生しないようにし、リードバルブ７７の開き遅れに起因する過圧縮による動力の上昇を抑えるためである。
【００１３】
リードバルブ７７は、「コ」の字型に形成された平板であり、その基部７７ｂが、リードバルブ固定部７２にボルト７４によって固定されている。また、その足部７７ａの先端部７７ｃは、その足部７７ａの幅を直径とした半円板状になっており、その径は吐出口７１の径よりも大きくなっている。
【００１４】
また、リードバルブ７７は、圧縮室１４と吐出チャンバ４５との圧力差が、リードバルブ７７自体の弾性力を超えたときに吐出口７１を開とするものである。バルブサポート７６は、リードバルブ７７を覆うように形成されており、リードバルブ７７の先端部７７ｃ側に向かうに従って、吐出チャンバ４５側に反り返っている。この反りの程度は、リードバルブ７７が開くときに吐出される冷媒ガスの抵抗とならないように下限を設定するとともに、必要以上に開き過ぎて、リードバルブ７７が閉じ遅れることがない程度に上限を設定している。
【００１５】
油分離器１８では高圧冷媒ガスから冷凍機油を分離し、これにより分離された冷凍機油は吐出室１９の底部に溜まり、油溜まり２０を形成する。冷凍機油が分離された高圧冷媒ガスは、吐出ポート５３より外部の図示しない凝縮器へと送られる。
【００１６】
フロントサイドブロック２、リアサイドブロック３のロータ５に面する回転軸６の周囲には、それぞれベーン溝１２の底部に連通するサライ溝３５、３６が配設されている。そして、このサライ溝３５、３６には油溜まり２０より潤滑油通路３７、３８を経て冷凍機油が供給されている。
一方、図示しないエンジンやモータ等の外部駆動源による動力は、図示しないベルト等により被伝達部６０に伝えられる。
【００１７】
次に、圧縮室１４における圧縮行程について、図９、図１１、図１２を用いて説明する。
図９に示すように、図中斜線で示す圧縮室１４の容積が最小から最大となるまでの吸入過程では、吸入室１５内の冷媒ガスが、シリンダ４等の吸入通路４１とこれに連通するフロントサイドブロック２、リアサイドブロック３の図示しない吸入口とを介して圧縮室１４側に吸入される。そして、圧縮室１４の容積が最大付近になると、圧縮室１４が吸入口から離れて密閉空間となり、圧縮室１４内に冷媒ガスが閉じ込められる。
【００１８】
また、図１１に示すように、図中斜線で示す圧縮室１４の容積が最大から最小に移行すると、その容積減少量に応じて圧縮室１４内の冷媒ガスが圧縮される。そして、圧縮室１４の容積が最小付近になると、圧縮された冷媒ガスの圧力により、リードバルブ７７は自身の弾性力に逆らって開となり、冷媒ガスが吐出チャンバ４５に流入する。吐出チャンバ４５内に流入した高圧冷媒ガスは、リアサイドブロック３内の図示しない吐出通路を通過した後、油分離器１８を通って吐出室１９内に吐出される。
【００１９】
さらに、図１２に示すように、ベーン１３が吐出口７１を通り過ぎた直後の状態では、次の圧縮室１４の圧力よりも吐出チャンバ４５内の圧力の方が高くなり、その圧力差及びリードバルブ７７の弾性力により、リードバルブ７７は閉となる。そして、リードバルブ７７は、次の圧縮室１４内の圧力が吐出チャンバ４５内の圧力よりも高くなり、リードバルブ７７の弾性力より大きな荷重が加わるまで閉を維持する。
この気体圧縮機５０では、シリンダ４内の圧縮室１４に冷媒ガスを吸入する吸入口が２つありベーン１３が５枚あるため、ロータ５が１回転する間に冷媒ガスの吸入・圧縮が交互に５回ずつ計１０回行われる。従って、圧縮された高圧冷媒ガスの逆流を防止するリードバルブ７７の開閉も、ロータ５の１回転につき交互に５回ずつ計１０回行われる。
【００２０】
なお、弁座７３の形状は、図１０に示されるような２つの吐出口７１、７１毎に独立した円筒状ではない場合もある。図１３に示すように、弁座８３は、角状に隆起され、その隆起面が２つの吐出口７１、７１を共有する１つの平面で形成され、リードバルブ固定部７２に対して平行に配設される場合もある。
このように形成することで、弁座８３の製造過程において、その円筒状の個別の加工を無くし、製造コストを低減することができる。
【００２１】
また、弁座８３はその隆起面のリードバルブ７７の固定側端部を、リードバルブ７７との接触幅がリードバルブ７７の先端側の接触幅と同等になるような位置で形成している。
これにより、リードバルブ７７が閉であるときに、リードバルブ７７と弁座８３との接触面がほぼ中空円状になり、弁座７３と同様、リードバルブ７７への衝撃応力を均一化することができる。
【００２２】
さらに図１０で示した円筒状の弁座７３の場合と同様に、壁面４５ａをバルブサポート７６の反りの基点７６ａ付近までとし、リードバルブ７７が開くときの弁座８３との油膜による貼り付き現象が極力発生しないようにし、リードバルブ７７の開き遅れに起因する過圧縮による動力の上昇を抑えている。
【００２３】
上述のごとく、動力の上昇を抑える工夫を実施している気体圧縮機５０ではあるが、リードバルブ７７が閉じるときに、その弾性力により弁座７３あるいは弁座８３に衝突する。その衝突の衝撃により、リードバルブ７７が振動し音となって気体圧縮機５０の外部へと放射される。その放射音が大きい場合には、この気体圧縮機５０が搭載される車両における騒音が問題となる。
【００２４】
その騒音問題を解決するため、リードバルブ７７の板厚を薄くしたり幅を狭くしたりして、リードバルブ７７自体の弾性力を弱め、弁座７３あるいは弁座８３に衝突する際の衝撃応力を緩和させる方法がある。リードバルブ７７自体の弾性力を弱めることは、圧縮室１４から高圧冷媒ガスが吐出されるときの、リードバルブ７７を押し開く力も低減されるため過圧縮がさらに抑えられ、気体圧縮機５０を駆動させる動力の低減にもつながる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年エアコン用として気体圧縮機５０を搭載する車両自体の騒音防止技術が進むと同時に、地球温暖化防止のための省エネルギー化がますます要求されており、気体圧縮機５０そのものをさらに低騒音化・省動力化する必要がある。
【００２６】
そのため、リードバルブ７７の板厚をさらに薄くしたり幅を狭くしたりして、リードバルブ７７の弾性力をより小さくして、弁座７３あるいは弁座８３との衝突時の衝撃応力を緩和させることも考えられる。しかし、リードバルブ７７の板厚をさらに薄くしたり幅を狭くしたりすると、リードバルブ７７自体が割れてしまったり折れてしまったりするといった不具合が発生する場合がある。そこで、リードバルブ７７の材質を変更することが考えられるが、新たな素材の開発に多大な時間と費用を費やすことになってしまう。
【００２７】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、気体圧縮機から放射される音を小さくすることで、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能で製造コストに影響のない気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、冷媒ガスが吸入される吸入室と、該吸入室で吸入された冷媒ガスが圧縮される圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスが吐き出される吐出室と、前記圧縮室から冷媒ガスを前記吐出室へ導出する吐出口と、該吐出口を開閉可能とするリードバルブとを備え、前記リードバルブの閉時に接触し、前記リードバルブの開時に非接触となる部位の面積である接触面積と、前記リードバルブの閉時に前記吐出口の開口面を覆う部位の面積である非接触面積との比が０．２５以上０．５０以下であることを特徴とする。
【００２９】
接触面積に対する非接触面積の比を０．５０以下とすることで、リードバルブの接触面に生じる油膜による貼り付き現象を利用して、リードバルブの開閉による騒音を小さくすることができる。また、接触面積に対する非接触面積の比を０．２５以上とすることで、リードバルブの接触面に生じる油膜の量を調節して、圧縮室の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
よって、気体圧縮機から放射される音を小さくしつつ、その省エネルギーをすることが可能である。
【００３０】
また、本発明は、前記吐出口の出口に形成され、該吐出口より流出した冷媒ガスが通過する吐出チャンバと、該吐出チャンバの内壁より隆起し、前記リードバルブが取り付けられたリードバルブ固定部と、前記吐出チャンバの内壁より隆起し、前記吐出口が配設された弁座とをさらに備え、前記接触面積は、前記リードバルブの閉時に前記リードバルブと前記リードバルブ固定部及び前記弁座とが重なる部分のうち前記リードバルブ固定部に固定された箇所を除いた部分の面積であり、前記非接触面積は、前記弁座に形成された前記吐出口の開口面の面積であることを特徴とする。
【００３１】
リードバルブの可動部のうち、その閉時にリードバルブ固定部及び弁座と重なる部分の面積に対する吐出口の開口面の面積の比を０．２５以上０．５０以下とすることで、リードバルブとリードバルブ固定部及び弁座とが重なる部分に生じる油膜の貼り付き現象によって、リードバルブの先端が吐出口に入り込む現象を防ぎつつ、過度の貼り付きによる圧縮室の過圧縮を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、本発明は、前記リードバルブは、該リードバルブの基部が前記リードバルブ固定部に取り付けられ、該リードバルブの足部の先端部により前記吐出口が開閉され、前記先端部は前記足部の幅より大きな直径を有する円板状であることを特徴とする。
【００３３】
リードバルブの足部が狭くなっているため、リードバルブの弾性力を小さくし、弁座への衝撃力を緩和することができる。
また、リードバルブの先端部の形状が円板状になっているため、リードバルブが弁座に衝突したときの衝撃応力を、リードバルブに対して均一化することができ、リードバルブのバルブ割れを防ぐことができる。
【００３４】
さらに、本発明は、圧縮機停止中は前記リードバルブが前記弁座と非接触であり、圧縮機運転中には前記リードバルブが前記弁座に対し着脱自在であることを特徴とする。
【００３５】
圧縮機の停止直後に、吐出室内の冷媒ガスが、吐出口を介して圧縮室、吸入室へ流入するため、吐出室内の圧力は停止直後から低下する。このため、圧縮機の停止後における冷凍機油等の吸入室側への逆流を防ぐことができる。
よって、圧縮機停止後にも特別な機構を設けることなく、次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止することができる。
【００３６】
さらに、本発明は、前記弁座が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さは、前記リードバルブ固定部が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さよりも所定高さだけ低いことを特徴とする。
【００３７】
吐出チャンバの内壁に対して、弁座がリードバルブ固定部よりも所定高さだけ低く形成されているため、リードバルブが弁座に衝突するときの衝突速度を緩和することができ衝撃応力を小さくできる。
なお、所定高さとは、最大でもリードバルブが吐出口を閉にできる程度の高さである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態である気体圧縮機のリードバルブ付近の拡大図を図１に、図１のＤ−Ｄ矢視線断面図を図２に示す。なお、図９、図１０と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。また、図１ではバルブサポートを省略して示してある。
【００３９】
図１及び図２に示すように、リードバルブ１７７は、その円板状の先端部１７７ｃの直径が、足部１７７ａの幅よりも大きく形成されている。先端部１７７ｃを大きくすることで、リードバルブ１７７の弾性力に影響を与えることなく、弁座１７３との接触時の吐出口７１の縁からの距離を長くし、弁座１７３との接触面積を大きくし、高圧冷媒ガスの逆流をより効果的に防止できる。
【００４０】
また、リードバルブ１７７の先端部１７７ｃの形状が円板状になっているため、従来と同様に、リードバルブ１７７と弁座１７３との接触面の形状を中空円状にすることができ、リードバルブ１７７が弁座１７３に衝突したときの衝撃応力をリードバルブ１７７に対して均一化し、リードバルブ１７７のバルブ割れを防ぐことができる。
【００４１】
さらに、リードバルブ１７７は、可動部（バルブサポート７６の反りの基点７６ａの位置から先端の自由端にかけての範囲）における弁座１７３との接触面の面積が、従来の弁座７３、８３を用いた場合に比べ大きくなっており、リードバルブ１７７の接触面Ｃの面積ＡＣに対する非接触面Ｈの面積ＡＨの比が０．２５以上０．５０以下となるように形成されている。
このとき、接触面Ｃとは、図中斜線で示す部分である。すなわち、図に示すリードバルブ１７７の可動部における、リードバルブ１７７と弁座１７３が重なる部分１７３ａ及びリードバルブ１７７とリードバルブ固定部７２が重なる部分７２ａのことである。この接触面Ｃは、リードバルブ１７７の開閉により、リードバルブ１７７が弁座１７３及びリードバルブ固定部７２と接触、非接触を繰り返す部分である。なお、この接触面Ｃの面積を、接触面積ＡＣと定義する。
【００４２】
また、非接触面Ｈとは、弁座１７３に形成された吐出口７１の開口面のことで、図中クロス線で示す部分である。この非接触面Ｈは、リードバルブ１７７が開閉されても、弁座１７３と接触しない部分である。なお、この非接触面Ｈの面積を、非接触面積ＡＨと定義する。リードバルブ１７７は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａとも接触しないが、この壁面４５ａとの非接触部分は非接触面積ＡＨに含まない。
【００４３】
図６に接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比率（接触面積比率：ＡＨ／ＡＣ）と騒音の関係を示す。なお、図６は、気体圧縮機のロータ５の１回転あたりの圧縮室１４の容量である吸入閉じ込み容量が４８ｃｍ３／ｒｅｖで、その回転数が２０００ｒｐｍ、吐出圧力Ｐｄが１．４７ＭＰａＧ、吸入圧力Ｐｓが０．１９６ＭＰａＧの場合の実験結果である。
【００４４】
図６に示すように、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が５０％、すなわち０．５０以下になると、騒音低減の目標値である騒音レベル６９ｄＢ（Ａ）以下になる。
【００４５】
また、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が０．４６になると、騒音レベルが６７ｄＢ（Ａ）程度となって、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比をこれより小さくしても、騒音レベルはほとんど一定になる。
なお、図示しないが、吸入閉じ込み容量の異なる気体圧縮機の場合でも、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比と騒音レベルとの関係は、図６に示す関係とほぼ同じである。
【００４６】
さらに、図７に接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比率と気体圧縮機の動力の関係を示す。なお、図７は、気体圧縮機の吸入閉じ込み容量をパラメータとして、その回転数が１８００ｒｐｍ、吐出圧力Ｐｄが１．３７ＭＰａＧ、吸入圧力Ｐｓが０．１９６ＭＰａＧの場合の実験結果である。
【００４７】
図７に示すように、いずれの吸入閉じ込み容量であっても、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が２５％、すなわち０．２５を下回ると、気体圧縮機の動力が上昇する傾向になっている。
【００４８】
ここで、上述した図６の実験結果と図７の実験結果が得られた理由について分析する。図３は、リードバルブが閉じる際に、弁座に衝突した瞬間のリードバルブの変形状況を誇張して描いたものであり、図３（ａ）は、本実施形態の場合を示す図、図３（ｂ）は、従来例での場合を示す図である。
【００４９】
図３（ａ）、（ｂ）に共に示されるように、リードバルブ１７７、７７が弁座１７３、７３に衝突すると、吐出口７１が開口した非接触部分は吐出口７１内に入り込む。この吐出口７１内に入り込む原因は、リードバルブ１７７、７７の弾性力による勢い（すなわち慣性力）があるからというだけではなく、吐出チャンバ４５側の圧力が圧縮室１４側の圧力よりも高いためということもある。従って、リードバルブ１７７、７７の非接触部分ではあるが、圧力差のない吐出チャンバ４５の壁面４５ａに面する部分では、慣性力による変形だけとなる。
【００５０】
図３（ｂ）の従来例の場合、リードバルブ７７が、慣性力と吐出チャンバ４５側の圧力と圧縮室１４側との圧力差により、吐出口７１内に深く入り込み大きく変形することにより、大きな振幅で振動するものと考えられる。この大きな振幅による振動が、騒音を増大させているものと判断される。
【００５１】
図３（ａ）の実施例の場合でも、慣性力と吐出チャンバ４５側の圧力と圧縮室１４側との圧力差とは、従来例の場合と同じである。従って、実施例の場合でもリードバルブ１７７が大きな振幅で振動するものと考えられる。
しかしながら、この点は従来例と次のように異なる。
【００５２】
すなわち、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む際には弾性変形であるため、その弾性による反力が足部１７７ａに作用し、足部１７７ａの一部がリードバルブ固定部７２と弁座１７３の間でバルブサポート７６側に浮き上がる。ところが、図３（ａ）の実施例の場合には、図３（ｂ）の従来例の場合とは異なり、足部１７７ａの浮き上がり部分には弁座１７３が形成されており、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む前に足部１７７ａと弁座１７３との間で、冷凍機油の油膜の表面張力による貼り付き現象が発生する。
【００５３】
この油膜による貼り付き現象のため、足部１７７ａの浮き上がり量が抑えられる。足部１７７ａの浮き上がり量が抑えられるため、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む深さが小さくなる。吐出口７１内に入り込む深さが小さくなるため、リードバルブ１７７の振幅が小さくなる。従って、リードバルブ１７７の振動による騒音が小さくなる。
【００５４】
このような作用から考えれば、リードバルブ１７７の振動・騒音を防止するために、足部１７７ａが油膜による貼り付く面積を極力大きくすることと、吐出口７１の開口面積を小さくして、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む量を抑えることが効果的であると考えられる。
【００５５】
そこで、まず図６に示すように、接触面積ＡＣ（すなわち、油膜による貼り付く面積）に対する非接触面積ＡＨ（すなわち、吐出口７１の開口面積）の比を変化させて、騒音との関係を実験により解明してみた。その結果、ＡＨ／ＡＣが５０％以下であれば騒音の目標値である６９ｄＢ以下という値を満足できるということが判明した。また、ＡＨ／ＡＣが４６％付近より小さい領域では騒音の変化にはほとんど影響しないことも判明した。
【００５６】
次に、接触面積ＡＣが大き過ぎる場合の油膜によるリードバルブ１７７と弁座１７３との貼り付き現象に起因する、過圧縮による気体圧縮機の駆動動力の上昇が懸念されていたため、図７に示すように、ＡＨ／ＡＣと動力の関係について実験により確認してみた。その結果、いずれの吸入閉じ込み容量の気体圧縮機もＡＨ／ＡＣがおよそ２５％までは動力に影響することがなく、２５％を下回ると動力が上昇傾向であることが確認できた。
【００５７】
以上により、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．５０以下とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜による貼り付き現象を利用して、リードバルブ１７７の開閉による振動を防ぎ、騒音を小さくすることができる。また、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜の量を調節して、圧縮室１４の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
よって、リードバルブ１７７と弁座１７３との接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上０．５０以下の範囲とすることで、気体圧縮機から放射される音を小さくしつつ、その省エネルギーをすることが可能である。
【００５８】
なお、リードバルブ固定部７２と弁座１７３は、どちらも吐出チャンバ４５の壁面４５ａより隆起して形成されているが、これらが同じ高さに隆起された場合に限らず、弁座１７３の高さをリードバルブ固定部７２の高さよりも低く隆起させても良い。
このように形成することで、リードバルブ１７７が弁座１７３に衝突するときの衝突速度を緩和することができ、リードバルブ１７７の衝突による振動や騒音を低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態である気体圧縮機のリードバルブ付近の拡大図を図４に、図４のＥ−Ｅ矢視線断面図を図５に示す。なお、図１、図２と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
第１実施形態であるリードバルブ固定部７２と弁座１７３は、どちらも吐出チャンバ４５の壁面４５ａから同じ高さまで隆起し形成されているが、図４及び図５に示すリードバルブ固定部７２と弁座２７３は、弁座２７３の高さがリードバルブ固定部７２の高さよりも低く隆起されている。
【００６０】
かかる構成において、気体圧縮機の停止中にはリードバルブ１７７は弁座２７３と接触せず、吐出口７１を閉じずに開の状態を維持するが、気体圧縮機の運転中には第１実施形態と同様に、リードバルブ１７７は弁座２７３との接触・非接触を繰り返し、吐出口７１を開閉する。
【００６１】
リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差は、リードバルブ１７７の足部１７７ａが弾性変形して閉じたときに、吐出口７１の開口部縁を隙間なく閉じることができる程度である必要がある。リードバルブ１７７の板厚が０．１５〜０．３ｍｍで、足部１７７ａの幅が５．０〜７．０ｍｍ、長さが１０〜２０ｍｍ程度である場合には、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差は、０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００６２】
この高さの差が大きいほど、リードバルブ１７７と弁座２７３との油膜による貼り付き現象が生じにくくなり、逆効果となるように思われる。
しかしながら、この点は次のように考える。
すなわち、リードバルブ１７７が閉じたときに、足部１７７ａが既に弾性変形しており、その変形による反力が先端部１７７ｃの吐出口７１へ入り込もうとする変形を抑えるように作用するため、リードバルブ１７７自体の振動が抑制される。
【００６３】
但し、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差が小さい方が、油膜による貼り付き現象が得られやすいことは間違いないため、足部１７７ａが予め弾性変形していることと、衝突速度の緩和の計３つの作用により、一層リードバルブ１７７自体の振動が抑えられ、騒音低減に効果がある。
以上により、リードバルブ１７７が弁座２７３に衝突するときの衝突速度を緩和することができ、リードバルブ１７７の衝突による振動や騒音を低減することができる。
【００６４】
なお、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設けると、上述した気体圧縮機の運転時の騒音防止効果の他に、気体圧縮機の停止後にも次のような作用・効果を有する。
まず、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差がない気体圧縮機の場合では、気体圧縮機の停止後は、図８に示される吐出室１９内の高圧冷媒ガスが、油溜まり２０に溜まっている冷凍機油を、潤滑油通路３７、３８から圧縮機本体１内を経由させて軸シール室２１に流入させる。軸シール室２１に流入した冷凍機油は、シール室開口部２２から吸入室１５内に溜まる。
【００６５】
油溜まり２０の冷凍機油がなくなると、それに続いて高圧冷媒ガスが同じ流路で吸入室１５内に流入し、吐出室１９内の圧力と吸入室１５内の圧力がほぼ同じになったところで、気体圧縮機の停止後の冷凍機油と冷媒ガスの流れが収まる。すなわち、次の起動までは、冷凍機油が油溜まり２０ではなく吸入室１５内に溜まっていることとなり、起動するとフロントサイドブロック２の図示しない吸入口から冷凍機油を大量に吸い込んでしまう。
【００６６】
冷凍機油を大量に吸い込むと、液圧縮同様のオイル圧縮となり、圧縮機本体１の部品に大きな負荷が掛かり、起動トルクを増大させたり異常音を発生させたりするといった問題を生じる場合がある。従って、近年の気体圧縮機では、停止後の冷凍機油の吸入室１５側への流入を防止するために、フロントヘッド９の吸入ポート５１の部分に逆止弁を設けたり、リアサイドブロック３の潤滑油通路３８の入口付近に、気体圧縮機の停止直後に冷凍機油の流入を遮断する弁機構を設けたりしている。
【００６７】
ところが、本実施形態のように、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設けた場合には、リードバルブ１７７が弾性変形した状態で吐出口７１を閉じるため、気体圧縮機の停止直後のリードバルブ１７７を挟んで隣合った圧縮室１４と吐出チャンバ４５との圧力差が小さい場合には、リードバルブ１７７が吐出口７１を完全に閉じてはいない。
【００６８】
従って、高圧冷媒ガスが気体圧縮機の停止直後からその完全に閉じられていない吐出口７１から圧縮室１４へ流入し、ベーン１３、１３・・とロータ５を逆回転させながら、図示しない吸入通路を経て吸入室１５に流れ込む。そのため、吐出室１９内の圧力が気体圧縮機の停止直後から低下するので、油溜まり２０の冷凍機油の吸入室１５側への逆流を防ぐことができ、吸入ポート５１に逆止弁を設けたり、リアサイドブロック３に弁機構を設けたりする必要がない。
【００６９】
上記のように、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設け、リードバルブ１７７が弾性変形した状態で吐出口７１を閉じるようにした気体圧縮機では、運転時の振動・騒音防止や動力の低減のみならず、停止後にも特別な機構を設けることなく吸入室１５に冷凍機油を逆流させずに、次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止できるという効果も有する。
【００７０】
さらに、本発明は、リードバルブ１７７の接触面Ｃの面積ＡＣに対する非接触面Ｈの面積ＡＨの比が０．２５以上０．５０以下となるように構成されていれば良く、リードバルブの形状及び弁座の形状に制約を受けることなく適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リードバルブの接触面積に対する非接触面積の比を０．２５以上０．５０以下とするように構成したことから、製造コストに影響を与えずに気体圧縮機から放射される音を小さくし、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能である。
【００７２】
また、気体圧縮機の停止中はリードバルブが弁座と非接触であり、気体圧縮機の運転中にはリードバルブが弁座に対し着脱自在となるように構成したことから、気体圧縮機の次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリードバルブ付近の拡大図
【図２】図１中のＤ−Ｄ矢視線断面図
【図３】リードバルブの変形状況の比較図
【図４】本発明の第２実施形態のリードバルブ付近の拡大図
【図５】図４中のＥ−Ｅ矢視線断面図
【図６】接触面積比率と騒音レベルの関係のグラフ
【図７】接触面積比率と動力の関係のグラフ
【図８】気体圧縮機の断面図
【図９】図８中のＡ−Ａ矢視線断面図及びその吐出口付近の部分拡大図
【図１０】図９中のＢ矢視線部分拡大図
【図１１】リードバルブの開閉動作を示した図
【図１２】同上
【図１３】弁座の別例
【符号の説明】
２ フロントサイドブロック
３ リアサイドブロック
４ シリンダ
５ ロータ
１２ ベーン溝
１３ ベーン
１４ 圧縮室
１５ 吸入室
１９ 吐出室
４５ 吐出チャンバ
５０ 気体圧縮機
７１ 吐出口
７２ リードバルブ固定部
７３、８３、１７３、２７３ 弁座
７４ ボルト
７６ バルブサポート
７７、１７７ リードバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は気体圧縮機に係わり、気体圧縮機から放射される音を小さくすることで、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能で製造コストに影響のない気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、主に自動車の室内空調用として用いられているエアコンシステムの気体圧縮機の構造を示す断面図である。
図８に示すように、この気体圧縮機５０は、一端を大きく開口したケース５２と、同じく一端を大きく開口したフロントヘッド９を備えている。ケース５２とフロントヘッド９の互いの開口端を当接させて、内部と外気とを遮断する構造としている。
フロントヘッド９には、外部に接続された図示しないエバポレータからの低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート５１と、この吸入ポート５１に連通され、比較的大きな容積を有する低圧空間である吸入室１５とが形成されている。
【０００３】
また、気体圧縮機５０は、ケース５２とフロントヘッド９の内部に圧縮機本体１を有している。圧縮機本体１は、フロントサイドブロック２、リアサイドブロック３、シリンダ４、ロータ５、回転軸６及び複数のベーン１３とで構成されている。シリンダ４は、内側に楕円筒状の空間が形成されており、その空間中央にはロータ５が回転可能に配設されている。シリンダ４の両端部は、それぞれフロントサイドブロック２及びリアサイドブロック３により閉塞されている。
【０００４】
ロータ５には、端面間を貫通する回転軸６が一体に設けられており、回転軸６は両サイドブロック２、３のそれぞれに設けられた軸受孔７、８に回転可能に支持されている。そして、その回転軸先端側６ａは軸受孔７より突出し、さらにフロントヘッド９を貫通するように延長形成されている。
【０００５】
回転軸先端側６ａの外周にはシール室１０が設けられており、このシール室１０内には図示しない回転軸シールが備えられている。運転時には、このシール室１０内に軸受孔７と回転軸６との軸受隙間Ｇを介し冷凍機油が供給される。
なお、冷凍機油は、回転軸６のフロントサイドブロック２側を支える軸受孔７及びリアサイドブロック３側を支える軸受孔８において、動圧軸受としても作用する。すなわち、冷凍機油には、回転軸６の回転に伴う粘性摩擦によって圧力が発生される。この圧力により、回転軸６と両軸受孔７、８との間で冷凍機油の油膜が形成され、この油膜により、回転軸６は軸受孔７、８に非接触で回転したまま支えられる。
【０００６】
図９に、図８中のＡ−Ａ矢視線断面図及びその吐出口付近の部分拡大図を示す。ロータ５の外周面には径方向にベーン溝１２が複数形成され、ベーン溝１２にはベーン１３が摺動可能に装着されている。そして、ベーン１３は、ロータ５の回転時には遠心力とベーン溝１２底部の油圧とによりシリンダ４の内壁に付勢される。
【０００７】
シリンダ４内は、一対のサイドブロック２、３、ロータ５、ベーン１３、１３・・により複数の小室に仕切られている。これらの小室は圧縮室１４、１４・・と称され、ロータ５の回転により容積の大小変化を繰り返す。このような圧縮機本体１においては、ロータ５が回転して圧縮室１４、１４・・の容積が変化すると、その容積変化により吸入ポート５１に通じる吸入室１５の低圧冷媒ガスを圧縮室１４に吸気し圧縮する。
【０００８】
また、シリンダ４の楕円状開口部の最短径部付近の円周面には、４つの吐出口７１が回転対称位置に２つずつ並列に配設されている。それぞれの吐出口７１の出口側には、シリンダ４の外周をＬ字状に外方に向けて削られた空間である吐出チャンバ４５が形成されている。そして、この吐出口７１は、吐出チャンバ４５とシリンダ４内部とを連絡するようになっている。
【０００９】
吐出チャンバ４５の壁面４５ａには、吐出口７１を覆うように、リードバルブ７７及びバルブサポート７６が配設され、ボルト７４により取り付けられている。このリードバルブ７７は、吐出チャンバ４５に吐出された高圧冷媒ガスを、シリンダ４内に逆流させないために設けてある。バルブサポート７６は、リードバルブ７７の開き度合いを規制するものである。また、リアサイドブロック３とケース５２により吐出室１９が形成されており、油分離器１８が、リアサイドブロック３の側壁より吐出室１９に向けて突出されて設けられている。圧縮後の高圧冷媒ガスは、吐出口７１、リードバルブ７７、吐出チャンバ４５、リアサイドブロック３に設けられた図示しない吐出通路、油分離器１８等を介して吐出室１９に吐出されるようになっている。
【００１０】
図１０に、図９中のＢ矢視線部分拡大図を示す。図１０に示すリードバルブ固定部７２は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａより四角形状に隆起している。
さらに、壁面４５ａには、シリンダ４の軸方向に弁座７３が２つ並設されている。また、この弁座７３は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａより所定高さだけ、円筒状に隆起されている。そして、この弁座７３には、それぞれ吐出口７１が形成されており、この吐出口７１は、その弁座７３側の表面付近でわずかに拡開され、面取りされている。
【００１１】
なお、弁座７３を円筒状に形成したのは、リードバルブ７７と弁座７３との接触面の形状を中空円状にするためである。これにより、リードバルブ７７が弁座７３に衝突した際に発生する衝撃応力が、リードバルブ７７に対して均一化され、リードバルブ７７のバルブ割れを生じにくくすることができる。
【００１２】
さらに弁座７３の円筒状の外径をリードバルブ７７の足部７７ａの幅と同等とし、壁面４５ａをバルブサポート７６の反りの基点７６ａ付近までとしている。これは、リードバルブ７７が開くときの弁座７３との油膜による貼り付き現象が極力発生しないようにし、リードバルブ７７の開き遅れに起因する過圧縮による動力の上昇を抑えるためである。
【００１３】
リードバルブ７７は、「コ」の字型に形成された平板であり、その基部７７ｂが、リードバルブ固定部７２にボルト７４によって固定されている。また、その足部７７ａの先端部７７ｃは、その足部７７ａの幅を直径とした半円板状になっており、その径は吐出口７１の径よりも大きくなっている。
【００１４】
また、リードバルブ７７は、圧縮室１４と吐出チャンバ４５との圧力差が、リードバルブ７７自体の弾性力を超えたときに吐出口７１を開とするものである。バルブサポート７６は、リードバルブ７７を覆うように形成されており、リードバルブ７７の先端部７７ｃ側に向かうに従って、吐出チャンバ４５側に反り返っている。この反りの程度は、リードバルブ７７が開くときに吐出される冷媒ガスの抵抗とならないように下限を設定するとともに、必要以上に開き過ぎて、リードバルブ７７が閉じ遅れることがない程度に上限を設定している。
【００１５】
油分離器１８では高圧冷媒ガスから冷凍機油を分離し、これにより分離された冷凍機油は吐出室１９の底部に溜まり、油溜まり２０を形成する。冷凍機油が分離された高圧冷媒ガスは、吐出ポート５３より外部の図示しない凝縮器へと送られる。
【００１６】
フロントサイドブロック２、リアサイドブロック３のロータ５に面する回転軸６の周囲には、それぞれベーン溝１２の底部に連通するサライ溝３５、３６が配設されている。そして、このサライ溝３５、３６には油溜まり２０より潤滑油通路３７、３８を経て冷凍機油が供給されている。
一方、図示しないエンジンやモータ等の外部駆動源による動力は、図示しないベルト等により被伝達部６０に伝えられる。
【００１７】
次に、圧縮室１４における圧縮行程について、図９、図１１、図１２を用いて説明する。
図９に示すように、図中斜線で示す圧縮室１４の容積が最小から最大となるまでの吸入過程では、吸入室１５内の冷媒ガスが、シリンダ４等の吸入通路４１とこれに連通するフロントサイドブロック２、リアサイドブロック３の図示しない吸入口とを介して圧縮室１４側に吸入される。そして、圧縮室１４の容積が最大付近になると、圧縮室１４が吸入口から離れて密閉空間となり、圧縮室１４内に冷媒ガスが閉じ込められる。
【００１８】
また、図１１に示すように、図中斜線で示す圧縮室１４の容積が最大から最小に移行すると、その容積減少量に応じて圧縮室１４内の冷媒ガスが圧縮される。そして、圧縮室１４の容積が最小付近になると、圧縮された冷媒ガスの圧力により、リードバルブ７７は自身の弾性力に逆らって開となり、冷媒ガスが吐出チャンバ４５に流入する。吐出チャンバ４５内に流入した高圧冷媒ガスは、リアサイドブロック３内の図示しない吐出通路を通過した後、油分離器１８を通って吐出室１９内に吐出される。
【００１９】
さらに、図１２に示すように、ベーン１３が吐出口７１を通り過ぎた直後の状態では、次の圧縮室１４の圧力よりも吐出チャンバ４５内の圧力の方が高くなり、その圧力差及びリードバルブ７７の弾性力により、リードバルブ７７は閉となる。そして、リードバルブ７７は、次の圧縮室１４内の圧力が吐出チャンバ４５内の圧力よりも高くなり、リードバルブ７７の弾性力より大きな荷重が加わるまで閉を維持する。
この気体圧縮機５０では、シリンダ４内の圧縮室１４に冷媒ガスを吸入する吸入口が２つありベーン１３が５枚あるため、ロータ５が１回転する間に冷媒ガスの吸入・圧縮が交互に５回ずつ計１０回行われる。従って、圧縮された高圧冷媒ガスの逆流を防止するリードバルブ７７の開閉も、ロータ５の１回転につき交互に５回ずつ計１０回行われる。
【００２０】
なお、弁座７３の形状は、図１０に示されるような２つの吐出口７１、７１毎に独立した円筒状ではない場合もある。図１３に示すように、弁座８３は、角状に隆起され、その隆起面が２つの吐出口７１、７１を共有する１つの平面で形成され、リードバルブ固定部７２に対して平行に配設される場合もある。
このように形成することで、弁座８３の製造過程において、その円筒状の個別の加工を無くし、製造コストを低減することができる。
【００２１】
また、弁座８３はその隆起面のリードバルブ７７の固定側端部を、リードバルブ７７との接触幅がリードバルブ７７の先端側の接触幅と同等になるような位置で形成している。
これにより、リードバルブ７７が閉であるときに、リードバルブ７７と弁座８３との接触面がほぼ中空円状になり、弁座７３と同様、リードバルブ７７への衝撃応力を均一化することができる。
【００２２】
さらに図１０で示した円筒状の弁座７３の場合と同様に、壁面４５ａをバルブサポート７６の反りの基点７６ａ付近までとし、リードバルブ７７が開くときの弁座８３との油膜による貼り付き現象が極力発生しないようにし、リードバルブ７７の開き遅れに起因する過圧縮による動力の上昇を抑えている。
【００２３】
上述のごとく、動力の上昇を抑える工夫を実施している気体圧縮機５０ではあるが、リードバルブ７７が閉じるときに、その弾性力により弁座７３あるいは弁座８３に衝突する。その衝突の衝撃により、リードバルブ７７が振動し音となって気体圧縮機５０の外部へと放射される。その放射音が大きい場合には、この気体圧縮機５０が搭載される車両における騒音が問題となる。
【００２４】
その騒音問題を解決するため、リードバルブ７７の板厚を薄くしたり幅を狭くしたりして、リードバルブ７７自体の弾性力を弱め、弁座７３あるいは弁座８３に衝突する際の衝撃応力を緩和させる方法がある。リードバルブ７７自体の弾性力を弱めることは、圧縮室１４から高圧冷媒ガスが吐出されるときの、リードバルブ７７を押し開く力も低減されるため過圧縮がさらに抑えられ、気体圧縮機５０を駆動させる動力の低減にもつながる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年エアコン用として気体圧縮機５０を搭載する車両自体の騒音防止技術が進むと同時に、地球温暖化防止のための省エネルギー化がますます要求されており、気体圧縮機５０そのものをさらに低騒音化・省動力化する必要がある。
【００２６】
そのため、リードバルブ７７の板厚をさらに薄くしたり幅を狭くしたりして、リードバルブ７７の弾性力をより小さくして、弁座７３あるいは弁座８３との衝突時の衝撃応力を緩和させることも考えられる。しかし、リードバルブ７７の板厚をさらに薄くしたり幅を狭くしたりすると、リードバルブ７７自体が割れてしまったり折れてしまったりするといった不具合が発生する場合がある。そこで、リードバルブ７７の材質を変更することが考えられるが、新たな素材の開発に多大な時間と費用を費やすことになってしまう。
【００２７】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、気体圧縮機から放射される音を小さくすることで、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能で製造コストに影響のない気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、冷媒ガスが吸入される吸入室と、該吸入室で吸入された冷媒ガスが圧縮される圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスが吐き出される吐出室と、前記圧縮室から冷媒ガスを前記吐出室へ導出する吐出口と、該吐出口を開閉可能とするリードバルブとを備え、前記リードバルブの閉時に接触し、前記リードバルブの開時に非接触となる部位の面積である接触面積と、前記リードバルブの閉時に前記吐出口の開口面を覆う部位の面積である非接触面積との比が０．２５以上０．５０以下であることを特徴とする。
【００２９】
接触面積に対する非接触面積の比を０．５０以下とすることで、リードバルブの接触面に生じる油膜による貼り付き現象を利用して、リードバルブの開閉による騒音を小さくすることができる。また、接触面積に対する非接触面積の比を０．２５以上とすることで、リードバルブの接触面に生じる油膜の量を調節して、圧縮室の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
よって、気体圧縮機から放射される音を小さくしつつ、その省エネルギーをすることが可能である。
【００３０】
また、本発明は、前記吐出口の出口に形成され、該吐出口より流出した冷媒ガスが通過する吐出チャンバと、該吐出チャンバの内壁より隆起し、前記リードバルブが取り付けられたリードバルブ固定部と、前記吐出チャンバの内壁より隆起し、前記吐出口が配設された弁座とをさらに備え、前記接触面積は、前記リードバルブの閉時に前記リードバルブと前記リードバルブ固定部及び前記弁座とが重なる部分のうち前記リードバルブ固定部に固定された箇所を除いた部分の面積であり、前記非接触面積は、前記弁座に形成された前記吐出口の開口面の面積であることを特徴とする。
【００３１】
リードバルブの可動部のうち、その閉時にリードバルブ固定部及び弁座と重なる部分の面積に対する吐出口の開口面の面積の比を０．２５以上０．５０以下とすることで、リードバルブとリードバルブ固定部及び弁座とが重なる部分に生じる油膜の貼り付き現象によって、リードバルブの先端が吐出口に入り込む現象を防ぎつつ、過度の貼り付きによる圧縮室の過圧縮を防ぐことができる。
【００３２】
さらに、本発明は、前記リードバルブは、該リードバルブの基部が前記リードバルブ固定部に取り付けられ、該リードバルブの足部の先端部により前記吐出口が開閉され、前記先端部は前記足部の幅より大きな直径を有する円板状であることを特徴とする。
【００３３】
リードバルブの足部が狭くなっているため、リードバルブの弾性力を小さくし、弁座への衝撃力を緩和することができる。
また、リードバルブの先端部の形状が円板状になっているため、リードバルブが弁座に衝突したときの衝撃応力を、リードバルブに対して均一化することができ、リードバルブのバルブ割れを防ぐことができる。
【００３４】
さらに、本発明は、圧縮機停止中は前記リードバルブが前記弁座と非接触であり、圧縮機運転中には前記リードバルブが前記弁座に対し着脱自在であることを特徴とする。
【００３５】
圧縮機の停止直後に、吐出室内の冷媒ガスが、吐出口を介して圧縮室、吸入室へ流入するため、吐出室内の圧力は停止直後から低下する。このため、圧縮機の停止後における冷凍機油等の吸入室側への逆流を防ぐことができる。
よって、圧縮機停止後にも特別な機構を設けることなく、次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止することができる。
【００３６】
さらに、本発明は、前記弁座が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さは、前記リードバルブ固定部が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さよりも所定高さだけ低いことを特徴とする。
【００３７】
吐出チャンバの内壁に対して、弁座がリードバルブ固定部よりも所定高さだけ低く形成されているため、リードバルブが弁座に衝突するときの衝突速度を緩和することができ衝撃応力を小さくできる。
なお、所定高さとは、最大でもリードバルブが吐出口を閉にできる程度の高さである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態である気体圧縮機のリードバルブ付近の拡大図を図１に、図１のＤ−Ｄ矢視線断面図を図２に示す。なお、図９、図１０と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。また、図１ではバルブサポートを省略して示してある。
【００３９】
図１及び図２に示すように、リードバルブ１７７は、その円板状の先端部１７７ｃの直径が、足部１７７ａの幅よりも大きく形成されている。先端部１７７ｃを大きくすることで、リードバルブ１７７の弾性力に影響を与えることなく、弁座１７３との接触時の吐出口７１の縁からの距離を長くし、弁座１７３との接触面積を大きくし、高圧冷媒ガスの逆流をより効果的に防止できる。
【００４０】
また、リードバルブ１７７の先端部１７７ｃの形状が円板状になっているため、従来と同様に、リードバルブ１７７と弁座１７３との接触面の形状を中空円状にすることができ、リードバルブ１７７が弁座１７３に衝突したときの衝撃応力をリードバルブ１７７に対して均一化し、リードバルブ１７７のバルブ割れを防ぐことができる。
【００４１】
さらに、リードバルブ１７７は、可動部（バルブサポート７６の反りの基点７６ａの位置から先端の自由端にかけての範囲）における弁座１７３との接触面の面積が、従来の弁座７３、８３を用いた場合に比べ大きくなっており、リードバルブ１７７の接触面Ｃの面積ＡＣに対する非接触面Ｈの面積ＡＨの比が０．２５以上０．５０以下となるように形成されている。
このとき、接触面Ｃとは、図中斜線で示す部分である。すなわち、図に示すリードバルブ１７７の可動部における、リードバルブ１７７と弁座１７３が重なる部分１７３ａ及びリードバルブ１７７とリードバルブ固定部７２が重なる部分７２ａのことである。この接触面Ｃは、リードバルブ１７７の開閉により、リードバルブ１７７が弁座１７３及びリードバルブ固定部７２と接触、非接触を繰り返す部分である。なお、この接触面Ｃの面積を、接触面積ＡＣと定義する。
【００４２】
また、非接触面Ｈとは、弁座１７３に形成された吐出口７１の開口面のことで、図中クロス線で示す部分である。この非接触面Ｈは、リードバルブ１７７が開閉されても、弁座１７３と接触しない部分である。なお、この非接触面Ｈの面積を、非接触面積ＡＨと定義する。リードバルブ１７７は、吐出チャンバ４５の壁面４５ａとも接触しないが、この壁面４５ａとの非接触部分は非接触面積ＡＨに含まない。
【００４３】
図６に接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比率（接触面積比率：ＡＨ／ＡＣ）と騒音の関係を示す。なお、図６は、気体圧縮機のロータ５の１回転あたりの圧縮室１４の容量である吸入閉じ込み容量が４８ｃｍ３／ｒｅｖで、その回転数が２０００ｒｐｍ、吐出圧力Ｐｄが１．４７ＭＰａＧ、吸入圧力Ｐｓが０．１９６ＭＰａＧの場合の実験結果である。
【００４４】
図６に示すように、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が５０％、すなわち０．５０以下になると、騒音低減の目標値である騒音レベル６９ｄＢ（Ａ）以下になる。
【００４５】
また、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が０．４６になると、騒音レベルが６７ｄＢ（Ａ）程度となって、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比をこれより小さくしても、騒音レベルはほとんど一定になる。
なお、図示しないが、吸入閉じ込み容量の異なる気体圧縮機の場合でも、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比と騒音レベルとの関係は、図６に示す関係とほぼ同じである。
【００４６】
さらに、図７に接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比率と気体圧縮機の動力の関係を示す。なお、図７は、気体圧縮機の吸入閉じ込み容量をパラメータとして、その回転数が１８００ｒｐｍ、吐出圧力Ｐｄが１．３７ＭＰａＧ、吸入圧力Ｐｓが０．１９６ＭＰａＧの場合の実験結果である。
【００４７】
図７に示すように、いずれの吸入閉じ込み容量であっても、その接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比が２５％、すなわち０．２５を下回ると、気体圧縮機の動力が上昇する傾向になっている。
【００４８】
ここで、上述した図６の実験結果と図７の実験結果が得られた理由について分析する。図３は、リードバルブが閉じる際に、弁座に衝突した瞬間のリードバルブの変形状況を誇張して描いたものであり、図３（ａ）は、本実施形態の場合を示す図、図３（ｂ）は、従来例での場合を示す図である。
【００４９】
図３（ａ）、（ｂ）に共に示されるように、リードバルブ１７７、７７が弁座１７３、７３に衝突すると、吐出口７１が開口した非接触部分は吐出口７１内に入り込む。この吐出口７１内に入り込む原因は、リードバルブ１７７、７７の弾性力による勢い（すなわち慣性力）があるからというだけではなく、吐出チャンバ４５側の圧力が圧縮室１４側の圧力よりも高いためということもある。従って、リードバルブ１７７、７７の非接触部分ではあるが、圧力差のない吐出チャンバ４５の壁面４５ａに面する部分では、慣性力による変形だけとなる。
【００５０】
図３（ｂ）の従来例の場合、リードバルブ７７が、慣性力と吐出チャンバ４５側の圧力と圧縮室１４側との圧力差により、吐出口７１内に深く入り込み大きく変形することにより、大きな振幅で振動するものと考えられる。この大きな振幅による振動が、騒音を増大させているものと判断される。
【００５１】
図３（ａ）の実施例の場合でも、慣性力と吐出チャンバ４５側の圧力と圧縮室１４側との圧力差とは、従来例の場合と同じである。従って、実施例の場合でもリードバルブ１７７が大きな振幅で振動するものと考えられる。
しかしながら、この点は従来例と次のように異なる。
【００５２】
すなわち、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む際には弾性変形であるため、その弾性による反力が足部１７７ａに作用し、足部１７７ａの一部がリードバルブ固定部７２と弁座１７３の間でバルブサポート７６側に浮き上がる。ところが、図３（ａ）の実施例の場合には、図３（ｂ）の従来例の場合とは異なり、足部１７７ａの浮き上がり部分には弁座１７３が形成されており、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む前に足部１７７ａと弁座１７３との間で、冷凍機油の油膜の表面張力による貼り付き現象が発生する。
【００５３】
この油膜による貼り付き現象のため、足部１７７ａの浮き上がり量が抑えられる。足部１７７ａの浮き上がり量が抑えられるため、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む深さが小さくなる。吐出口７１内に入り込む深さが小さくなるため、リードバルブ１７７の振幅が小さくなる。従って、リードバルブ１７７の振動による騒音が小さくなる。
【００５４】
このような作用から考えれば、リードバルブ１７７の振動・騒音を防止するために、足部１７７ａが油膜による貼り付く面積を極力大きくすることと、吐出口７１の開口面積を小さくして、リードバルブ１７７が吐出口７１内に入り込む量を抑えることが効果的であると考えられる。
【００５５】
そこで、まず図６に示すように、接触面積ＡＣ（すなわち、油膜による貼り付く面積）に対する非接触面積ＡＨ（すなわち、吐出口７１の開口面積）の比を変化させて、騒音との関係を実験により解明してみた。その結果、ＡＨ／ＡＣが５０％以下であれば騒音の目標値である６９ｄＢ以下という値を満足できるということが判明した。また、ＡＨ／ＡＣが４６％付近より小さい領域では騒音の変化にはほとんど影響しないことも判明した。
【００５６】
次に、接触面積ＡＣが大き過ぎる場合の油膜によるリードバルブ１７７と弁座１７３との貼り付き現象に起因する、過圧縮による気体圧縮機の駆動動力の上昇が懸念されていたため、図７に示すように、ＡＨ／ＡＣと動力の関係について実験により確認してみた。その結果、いずれの吸入閉じ込み容量の気体圧縮機もＡＨ／ＡＣがおよそ２５％までは動力に影響することがなく、２５％を下回ると動力が上昇傾向であることが確認できた。
【００５７】
以上により、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．５０以下とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜による貼り付き現象を利用して、リードバルブ１７７の開閉による振動を防ぎ、騒音を小さくすることができる。また、接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上とすることで、リードバルブ１７７の接触面Ｃに生じる油膜の量を調節して、圧縮室１４の過圧縮による気体圧縮機の動力の増加を防ぐことができる。
よって、リードバルブ１７７と弁座１７３との接触面積ＡＣに対する非接触面積ＡＨの比を０．２５以上０．５０以下の範囲とすることで、気体圧縮機から放射される音を小さくしつつ、その省エネルギーをすることが可能である。
【００５８】
なお、リードバルブ固定部７２と弁座１７３は、どちらも吐出チャンバ４５の壁面４５ａより隆起して形成されているが、これらが同じ高さに隆起された場合に限らず、弁座１７３の高さをリードバルブ固定部７２の高さよりも低く隆起させても良い。
このように形成することで、リードバルブ１７７が弁座１７３に衝突するときの衝突速度を緩和することができ、リードバルブ１７７の衝突による振動や騒音を低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態である気体圧縮機のリードバルブ付近の拡大図を図４に、図４のＥ−Ｅ矢視線断面図を図５に示す。なお、図１、図２と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
第１実施形態であるリードバルブ固定部７２と弁座１７３は、どちらも吐出チャンバ４５の壁面４５ａから同じ高さまで隆起し形成されているが、図４及び図５に示すリードバルブ固定部７２と弁座２７３は、弁座２７３の高さがリードバルブ固定部７２の高さよりも低く隆起されている。
【００６０】
かかる構成において、気体圧縮機の停止中にはリードバルブ１７７は弁座２７３と接触せず、吐出口７１を閉じずに開の状態を維持するが、気体圧縮機の運転中には第１実施形態と同様に、リードバルブ１７７は弁座２７３との接触・非接触を繰り返し、吐出口７１を開閉する。
【００６１】
リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差は、リードバルブ１７７の足部１７７ａが弾性変形して閉じたときに、吐出口７１の開口部縁を隙間なく閉じることができる程度である必要がある。リードバルブ１７７の板厚が０．１５〜０．３ｍｍで、足部１７７ａの幅が５．０〜７．０ｍｍ、長さが１０〜２０ｍｍ程度である場合には、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差は、０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい。
【００６２】
この高さの差が大きいほど、リードバルブ１７７と弁座２７３との油膜による貼り付き現象が生じにくくなり、逆効果となるように思われる。
しかしながら、この点は次のように考える。
すなわち、リードバルブ１７７が閉じたときに、足部１７７ａが既に弾性変形しており、その変形による反力が先端部１７７ｃの吐出口７１へ入り込もうとする変形を抑えるように作用するため、リードバルブ１７７自体の振動が抑制される。
【００６３】
但し、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとの差が小さい方が、油膜による貼り付き現象が得られやすいことは間違いないため、足部１７７ａが予め弾性変形していることと、衝突速度の緩和の計３つの作用により、一層リードバルブ１７７自体の振動が抑えられ、騒音低減に効果がある。
以上により、リードバルブ１７７が弁座２７３に衝突するときの衝突速度を緩和することができ、リードバルブ１７７の衝突による振動や騒音を低減することができる。
【００６４】
なお、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設けると、上述した気体圧縮機の運転時の騒音防止効果の他に、気体圧縮機の停止後にも次のような作用・効果を有する。
まず、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差がない気体圧縮機の場合では、気体圧縮機の停止後は、図８に示される吐出室１９内の高圧冷媒ガスが、油溜まり２０に溜まっている冷凍機油を、潤滑油通路３７、３８から圧縮機本体１内を経由させて軸シール室２１に流入させる。軸シール室２１に流入した冷凍機油は、シール室開口部２２から吸入室１５内に溜まる。
【００６５】
油溜まり２０の冷凍機油がなくなると、それに続いて高圧冷媒ガスが同じ流路で吸入室１５内に流入し、吐出室１９内の圧力と吸入室１５内の圧力がほぼ同じになったところで、気体圧縮機の停止後の冷凍機油と冷媒ガスの流れが収まる。すなわち、次の起動までは、冷凍機油が油溜まり２０ではなく吸入室１５内に溜まっていることとなり、起動するとフロントサイドブロック２の図示しない吸入口から冷凍機油を大量に吸い込んでしまう。
【００６６】
冷凍機油を大量に吸い込むと、液圧縮同様のオイル圧縮となり、圧縮機本体１の部品に大きな負荷が掛かり、起動トルクを増大させたり異常音を発生させたりするといった問題を生じる場合がある。従って、近年の気体圧縮機では、停止後の冷凍機油の吸入室１５側への流入を防止するために、フロントヘッド９の吸入ポート５１の部分に逆止弁を設けたり、リアサイドブロック３の潤滑油通路３８の入口付近に、気体圧縮機の停止直後に冷凍機油の流入を遮断する弁機構を設けたりしている。
【００６７】
ところが、本実施形態のように、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設けた場合には、リードバルブ１７７が弾性変形した状態で吐出口７１を閉じるため、気体圧縮機の停止直後のリードバルブ１７７を挟んで隣合った圧縮室１４と吐出チャンバ４５との圧力差が小さい場合には、リードバルブ１７７が吐出口７１を完全に閉じてはいない。
【００６８】
従って、高圧冷媒ガスが気体圧縮機の停止直後からその完全に閉じられていない吐出口７１から圧縮室１４へ流入し、ベーン１３、１３・・とロータ５を逆回転させながら、図示しない吸入通路を経て吸入室１５に流れ込む。そのため、吐出室１９内の圧力が気体圧縮機の停止直後から低下するので、油溜まり２０の冷凍機油の吸入室１５側への逆流を防ぐことができ、吸入ポート５１に逆止弁を設けたり、リアサイドブロック３に弁機構を設けたりする必要がない。
【００６９】
上記のように、リードバルブ固定部７２の高さと弁座２７３の高さとに差を設け、リードバルブ１７７が弾性変形した状態で吐出口７１を閉じるようにした気体圧縮機では、運転時の振動・騒音防止や動力の低減のみならず、停止後にも特別な機構を設けることなく吸入室１５に冷凍機油を逆流させずに、次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止できるという効果も有する。
【００７０】
さらに、本発明は、リードバルブ１７７の接触面Ｃの面積ＡＣに対する非接触面Ｈの面積ＡＨの比が０．２５以上０．５０以下となるように構成されていれば良く、リードバルブの形状及び弁座の形状に制約を受けることなく適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リードバルブの接触面積に対する非接触面積の比を０．２５以上０．５０以下とするように構成したことから、製造コストに影響を与えずに気体圧縮機から放射される音を小さくし、自動車の運転者が感じる騒音レベルを低減しつつ、気体圧縮機の省エネルギーを図ることが可能である。
【００７２】
また、気体圧縮機の停止中はリードバルブが弁座と非接触であり、気体圧縮機の運転中にはリードバルブが弁座に対し着脱自在となるように構成したことから、気体圧縮機の次の起動時の起動トルクの増大や異常音の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリードバルブ付近の拡大図
【図２】図１中のＤ−Ｄ矢視線断面図
【図３】リードバルブの変形状況の比較図
【図４】本発明の第２実施形態のリードバルブ付近の拡大図
【図５】図４中のＥ−Ｅ矢視線断面図
【図６】接触面積比率と騒音レベルの関係のグラフ
【図７】接触面積比率と動力の関係のグラフ
【図８】気体圧縮機の断面図
【図９】図８中のＡ−Ａ矢視線断面図及びその吐出口付近の部分拡大図
【図１０】図９中のＢ矢視線部分拡大図
【図１１】リードバルブの開閉動作を示した図
【図１２】同上
【図１３】弁座の別例
【符号の説明】
２ フロントサイドブロック
３ リアサイドブロック
４ シリンダ
５ ロータ
１２ ベーン溝
１３ ベーン
１４ 圧縮室
１５ 吸入室
１９ 吐出室
４５ 吐出チャンバ
５０ 気体圧縮機
７１ 吐出口
７２ リードバルブ固定部
７３、８３、１７３、２７３ 弁座
７４ ボルト
７６ バルブサポート
７７、１７７ リードバルブ
Claims (5)
- 冷媒ガスが吸入される吸入室と、
該吸入室で吸入された冷媒ガスが圧縮される圧縮室と、
該圧縮室で圧縮された冷媒ガスが吐き出される吐出室と、
前記圧縮室から冷媒ガスを前記吐出室へ導出する吐出口と、
該吐出口を開閉可能とするリードバルブとを備え、
前記リードバルブの閉時に接触し、前記リードバルブの開時に非接触となる部位の面積である接触面積と、前記リードバルブの閉時に前記吐出口の開口面を覆う部位の面積である非接触面積との比が０．２５以上０．５０以下であることを特徴とする気体圧縮機。 - 前記吐出口の出口に形成され、該吐出口より流出した冷媒ガスが通過する吐出チャンバと、
該吐出チャンバの内壁より隆起し、前記リードバルブが取り付けられたリードバルブ固定部と、
前記吐出チャンバの内壁より隆起し、前記吐出口が配設された弁座とをさらに備え、
前記接触面積は、前記リードバルブの閉時に前記リードバルブと前記リードバルブ固定部及び前記弁座とが重なる部分のうち前記リードバルブ固定部に固定された箇所を除いた部分の面積であり、
前記非接触面積は、前記弁座に形成された前記吐出口の開口面の面積であることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。 - 前記リードバルブは、該リードバルブの基部が前記リードバルブ固定部に取り付けられ、該リードバルブの足部の先端部により前記吐出口が開閉され、前記先端部は前記足部の幅より大きな直径を有する円板状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の気体圧縮機。
- 圧縮機停止中は前記リードバルブが前記弁座と非接触であり、圧縮機運転中には前記リードバルブが前記弁座に対し着脱自在であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の気体圧縮機。
- 前記弁座が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さは、前記リードバルブ固定部が前記吐出チャンバの内壁より隆起した高さよりも所定高さだけ低いことを特徴とする請求項２、３又は４記載の気体圧縮機。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2018188987A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 圧縮機 |
| JP2021120548A (ja) * | 2020-01-30 | 2021-08-19 | 株式会社クボタ | ブローバイガス還流装置付エンジン |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002232675A patent/JP2004068780A/ja active Pending
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