JP2005083348A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出弁の各部位を、それぞれの機能、目的に合わせた素材にて成型し、圧縮された冷媒ガスをスムーズに吐出室へ吐出し、トップクリアランス領域に残留するガス量を可能な限り少なくしてオーバーコンプレッションの小さい圧縮機全体の圧縮効率を高めることができる圧縮機用の吐出弁を提供する。
【解決手段】シリンダブロック４内に形成されて冷媒を圧縮する圧縮室４ｂと、前記シリンダブロックの一端に固定されたシリンダハウジング６内に形成され、前記圧縮室からの冷媒が流入する吐出室６ｂと、前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポート５ｂと、前記吐出ポートを開閉する吐出弁８ａとを備えた圧縮機において、前記吐出弁は、吐出ポートと対峙して該ポートを開閉口する弁部材８ａと、その弁部材を吐出ポート側へ付勢する弁腕部材８ｂとの２部材で構成され、その両部材は一体接合している。
【選択図】 図２

Description

この発明は、圧縮機に関し、特に往復動式、回転式圧縮機における吐出弁の構造に関する。

シリンダブロック内に形成されて冷媒を圧縮する圧縮室と、前記シリンダブロックの一端に固定され、前記圧縮室からの冷媒が流入する吐出室が形成されたシリンダハウジングと、前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポートが形成された吐出ポート形成部材例えばバルブプレートと、前記シリンダハウジングと前記バルブプレートとの間に配置され、前記吐出ポートを開閉する吐出弁とを備えた往復動式、回転式圧縮機において、一般的に鋼板を素材とするリード弁型の吐出弁を使用した吐出弁方式では、吐出弁の自励振動による脈動ならびに吐出弁の耐久上の考慮からリテーナを用いて吐出弁のリフト量を規制する手段が知られている。（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

特開２０００−１３０３７９号公報（第２−３頁、図１−図４） 特開２００２−３０１５８号公報（第２−４頁、図３−図４）

しかしながら上記した背景技術の吐出弁方式では、リテーナにて吐出弁のリフト量を規制するとその背反として冷媒ガスの吐出弁開口時における吐出室への吐出抵抗を増大させることとなり、また吸入室から圧縮室に導かれてそこで圧縮された圧縮冷媒ガスが吐出弁を押圧し、吐出ポートを経て吐出室へ吐出され、吐出行程が終了して圧縮室と吐出室との差圧が略等しくなって吐出弁が吐出ポートを塞ぐとき、ピストンの上死点部位から吐出ポート内に至るトップクリアランス領域Ｍには、高圧の冷媒ガスが十分に吐出されずに残留することになる。

この残留ガスは、高圧であるためトップクリアランス領域Ｍの容積が小さいといえども低圧の吸入冷媒ガスの吸込み量に大きく影響し、圧縮機の圧縮効率を高めることができなかった。また、前記した吐出弁開口時における吐出抵抗の増大は圧縮室内のオーバーコンプレッションの増大をも招いている。その結果、圧縮室の振動が増大し、振動問題、騒音問題および脈動問題等につながるほか圧縮力増大による圧縮機内部の部品への負荷が増大することにもなる。

また、上記したオーバーコンプレッションを低減するには吐出ポート径の拡大が有効であるが、吐出弁は、圧縮機の吸入行程において閉弁しているときに吐出室から高圧の吐出ガス圧を受け止めるため、少なくとも吐出ポートと対峙する部分の強度は十分に確保する必要がある。

従って、吐出ポート径の拡大は、吐出弁にかかる吐出圧による圧縮応力も増大することから、吐出弁の強度確保のために鋼板の板厚を厚くする必要がある。しかし、板厚を厚くすると弁剛性が高くなり、吐出弁開口時の吐出抵抗が更に増大し、その結果オーバーコンプレッションが大きくなるという背反があり、結局オーバーコンプレッションを低減することができなかった。更に、吐出ポート径の拡大により、トップクリアランス領域Ｍの残留高圧ガス量が多くなってしまうため、体積効率の低下をも招いてしまう。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、吐出弁を、弁部材と弁腕部材との２部材で構成して両部材を一体接合したことにより、吐出弁の各部位を、それぞれの機能、目的に合わせた素材にて成型し、圧縮された冷媒ガスをスムーズに吐出室へ吐出してオーバーコンプレッションを低減できるとともにトップクリアランス領域に残留するガス量を可能な限り少なくして圧縮機の圧縮効率を高めることができる高強度かつ軽量な材料を接合した圧縮機用の吐出弁を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、シリンダブロック内に形成されて冷媒を圧縮する圧縮室と、前記シリンダブロックの一端に固定されたシリンダハウジング内に形成され、前記圧縮室からの冷媒が流入する吐出室と、前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポートと、前記吐出ポートを開閉する吐出弁とを備えた圧縮機において、前記吐出弁は、吐出ポートと対峙して該ポートを開閉口する弁部材と、その弁部材を吐出ポート側へ付勢する弁腕部材との２部材で構成され、その両部材は一体接合していることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧縮機において、前記吐出弁の弁部材は、吐出ポート径より大径でかつ吐出弁が閉じたときに吐出ポート形成部材の表面と面接触可能な弁盤部と、その弁盤部から吐出ポートに向って延在する吐出ポート径より小径なる柱状突起部とが一体に中実形成され、前記弁腕部材よりも板厚が厚く形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の圧縮機において、前記吐出弁は、弁部材の素材が樹脂材料で、弁腕部材の素材が剛性を有する金属材料の異種材料にてそれぞれ成型し、両部材が一体接合していることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項記載の圧縮機において、前記弁腕部材は、その素材が剛性を有する鋼線であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項記載の圧縮機において、前記シリンダハウジングの吐出室壁面から突起部材を形成し、その先端が前記弁部材と当接することにより、前記吐出弁の最大リフト量を規制していることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２から請求項５のいずれか１項記載の圧縮機において、前記弁部材の弁盤部は、その吐出ポート形成部材と対峙する面側に、同心円状の環状溝部が形成されていることを特徴とする。

以上詳述したように本発明によれば、吐出弁を、弁部材と弁腕部材との２部材で構成して両部材を一体接合したことにより、両部材の素材をそれぞれの機能、目的に合わせて強度、剛性、形状等が各部材毎に自由に選択可能となった。これにより吐出弁の弁部材を、軽量でかつ厚い板厚の高強度な材質よりなる材料を選択し、吐出弁の弁部材のみの強度アップを図ることができた。
弁部材の強度アップは、吐出ポート径の拡大が可能となり、オーバーコンプレッションを低減でき、振動、騒音の低減、及び圧縮力増大による圧縮機内部の部品への負荷の低減による圧縮機の信頼性の向上を達成することができる。

また、吐出弁を弁部材と弁腕部材との２部材で構成することで弁部材の設計自由度が大きくなるため、弁部材を吐出ポート形状と近似した形状に成型することが簡単にでき、これによりトップクリアランス領域Ｍに残留するガス量を可能な限り小さくすることができ、圧縮機の圧縮効率を高めることができる。

さらに、吐出弁の弁腕部材は、弁部材の材質に必ずしも拘束されることなく、弁腕部材独自に弁部材より板厚が薄いが剛性のある材質よりなる材料を自由に選択可能となり、吐出ポートを通過する圧縮された冷媒ガスをスムーズに吐出室へ吐出し、オーバーコンプレッションを低減するとともに、圧縮効率を高めることができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るリード弁型の吐出弁を用いた圧縮機を図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示される圧縮機は、往復動式圧縮機の揺動斜板型圧縮機を示すもので、駆動軸１の回転によりワッブルプレート２を前後に揺動させてピストン３をシリンダブロック４に形成したシリンダボア４ａ内を往復動させる。

シリンダブロック４の一端面には吐出ポート形成部材５例えばバルブプレート５を介してリヤシリンダハウジング６（以下リヤハウジング６と略称する）が、他端面にはフロントシリンダハウジング７が配置されている。このリヤハウジング６の内周面側には吸入室６ａと吐出室６ｂとが区画形成されている。

前記バルブプレート５の前記シリンダボア４ａと対峙する箇所には吸入ポート５ａと吐出ポート５ｂが貫設されており、このポート５ａ、５ｂにより前記吸入室６ａならびに吐出室６ｂがシリンダボア４ａ内のピストン３とバルブプレート５との間に形成される圧縮室４ｂとそれぞれ連通する。

図中８はリード弁型の吐出弁で、バルブプレート５の前記吐出室６ｂ側にあって吐出ポート５ｂと対峙し、前記圧縮室４ｂ内の圧縮冷媒ガス圧の変化に対応して吐出ポート５ｂの開閉口を司る弁部材８ａと、リテーナ９とともに基端がピン１０にて固定されて前記弁部材８ａが吐出ポート５ｂを閉じる方向へ付勢すべく剛性を有する弁腕部材８ｂとの２部材で構成されており、弁腕部材８ｂの作動端は、弁部材８ａと例えば溶接等の手段にて一体接合している。

前記弁部材８ａは、吐出ポート５ｂのポート径より大径でかつ吐出弁８が閉状態にあるとき吐出ポート形成部材であるバルブプレート５の表面に密接に面接触可能な弁盤部８１ａと、その弁盤部８１ａから吐出ポート５ｂに向けて嵌挿すべく延在する前記吐出ポート径より僅かに小径なる柱状突起部８１ｂとが鍛造、射出成型等にて一体に中実形成されている。

なお、吐出弁８が閉状態にあるとき（吸入行程時）、吐出室６ｂ内の高い吐出ガス圧Ｐｄ１が弁部材８ａの吐出ポート５ｂ対峙部分にかかるため、少なくとも弁部材８ａは、吐出ガス圧Ｐｄ１に耐え得る強度をもたせるべく板厚が厚く形成されているか、もしくは高強度材が使用されている。

また、この弁部材８ａの材質としては、金属材料であってもよいが、吐出弁８が開状態にあるとき（吐出行程時）、圧縮室４ｂ内の圧縮ガス圧Ｐｄ２がスムーズに吐出室６ｂ内へ流出するように樹脂材料を用いて例えば射出成型機等にて成型して軽量化を図ることが望ましい。

しかし、弁部材８ａが樹脂材料であっても、弁腕部材８ｂの材質は、弁腕部材８ｂによる吐出ポート５ｂの開閉口機能を容易にしかつ耐久性をもたせるために適度なバネ剛性を持たせる必要があり、弁部材８ａとは異なる金属材料であることが望ましい。

この実施形態の吐出弁８は、図２に示されるように機能する。
まず、ピストン３が吸入行程に入ると吸入弁１１が開き、吸入室６ａからシリンダボア４ａ内の圧縮室４ｂに吸入冷媒ガスが供給されると同時に吐出弁８の弁部材８ａが吐出ポート５ｂを閉じる。このとき吐出室６ｂ内の吐出ガス圧Ｐｄ１が弁部材８ａの弁盤部８１ａにかかり、弁盤部８１ａとバルブプレート５との面接触部位にてその吐出ガス圧Ｐｄ１を受け止めバルブプレート５表面との密着性を高めた状態で吐出ポート５ｂを閉じる。

吸入行程中は、弁部材８ａの弁盤部８１ａにおける吐出ポート５ｂとの対峙部位即ち中央部には、吐出ガス圧Ｐｄ１による応力負荷が増大するが、弁部材８ａは板厚が厚く若しくは高強度部材が使用されているため塑性変形しにくく、弁部材８ａ全体が平坦状態を維持することから、弁部材８ａにおける弁盤部８１ａはその吐出ガス圧Ｐｄ１を利用してバルブプレート５表面に密着する。

ピストン３が下死点に至り圧縮行程に入ると吸入弁１１が吸入ポート５ａを閉じ圧縮室４ｂの圧力を上昇させていく。ピストン３が上死点に近づくと圧縮室４ｂ内の圧縮ガス圧Ｐｄ２が吐出弁８を押上げ開弁し、圧縮ガスを吐出室６ｂ内へ流出する

このとき吐出弁８の弁腕部材８ｂは、その板厚を弁部材８ａに合わせて厚くする必要がないことから圧縮ガス圧Ｐｄ２により容易に撓み、圧縮ガスは吐出抵抗を増大させることなくスムーズに吐出室６ｂへ排出される。

ピストン３が上死点に至り圧縮室４ｂ内の圧縮ガス圧Ｐｄ２の大半が吐出室６ｂに排出されて、吐出室６ｂと圧縮室４ｂとの圧力差が僅かになると弁腕部材８ｂの付勢力により弁部材８ａが吐出ポート５ｂを閉じる。このとき、吐出ポート５ｂに嵌合する弁部材８ａの柱状突起部８１ｂの形状を吐出ポート５ｂと近似した形状にすることにより柱状突起部８１ｂ周壁と吐出ポート５ｂ壁面との間隙を狭くできるので、この隙間に残留する圧縮ガス量は極めて少なくなる。即ちピストン３のトップクリアランス領域Ｍを小さくすることでそのトップクリアランス領域Ｍに残留する圧縮ガス量は極めて少ない状態となる。従って、ピストン３が吸入行程に入ったときの残留圧縮ガスによる体積効率の低下が阻止されることとなる。

この実施形態に係る圧縮機の吐出弁によれば以下の効果を奏する。
（１）吐出弁８の弁部材８ａ全体は勿論のこと吐出ポート５ｂと対応する部分のみの厚みを、弁腕部材８ｂの厚みに拘束されずに単独で高強度かつ軽量な材質にて厚く成形することができた。これにより圧縮ガス圧Ｐｄ２の吐出室６ｂへの流動抵抗を小さくしてオーバーコンプレッションを低減させるために吐出ポート５ｂの径を拡大しても、吸入行程時における弁部材８ａに負荷される吐出ガス圧Ｐｄ１に対して十分な強度、耐久性が得られる。

（２）吐出ポート５ｂ径の拡大が可能となったことにより、圧縮行程時の圧縮ガス圧Ｐｄ２の吐出室６ｂへの流動がスムーズに行なわれ、かつ弁部材８ａの柱状突起部８１ｂ形状を吐出ポート５ｂと近似した形状にして両部材の間隙を狭くすることにより、トップクリアランス領域Ｍに残留する残留ガス量が少なくなり吸入行程時における圧縮室４ｂ内の体積効率の低下を防止することが可能である。

（３）弁腕部材８ｂと弁部材８ａは個々の２部材で接合構成されているため、弁腕部材８ｂの材質、板厚は、弁部材８ａの材質、板厚に拘束されず単独で選択できる。従って弁腕部材８ｂの材質は板厚の薄い鋼板等を用いる事が可能となり、圧縮行程時の圧縮ガス圧に対して吐出弁８が開き易く、吐出弁８の吐出抵抗を低減させることができ、オーバーコンプレッションを低減する。

次に、第１の実施形態に係る圧縮機の吐出弁８の変更例について、図４に基づいて説明する。
変更例に係る吐出弁８３は、上述した圧縮機の吐出弁８における弁腕部材８ｂの材質、形状のみを変更したものである。従って、ここでは、説明の便宜上、先に説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、先の説明を援用する。

図４に示されるように、圧縮機における吐出弁８３は、第１の実施形態同様弁部材８３ａと弁腕部材８３ｂの２部材で構成されており、弁部材８３ａは第１の実施形態と同様に弁盤部８３１と柱状突起部８３２とが一体成形されている。

弁腕部材８３ｂは、第１の実施形態の鋼板に代えて鋼線を用いたもので、基端がバルブプレートにピン等にて固定され、作動端は、その先端部分が前記弁盤部８３１の側面或いは上面に埋設状態での嵌挿手段あるいは溶接等の手段にて固着することにより、弁部材８３ａの弁盤部８３１を、吐出ポート側に付勢してバルブプレート表面に密着可能にし吐出ポートを開閉口する。
なお、この鋼線より成る弁腕部材８３ｂは、単数に限らず複数本の鋼線を用いてもよく、かつ材質は、弾性力と剛性とを備えた金属材料が好ましい。

弁腕部材８３ｂを適数本の鋼線により構成することにより、弁腕部材８３ｂの作製に際し、線材を切断するのみで弁腕部材８３ｂが形成され、材料の無駄が殆どなくなる。また鋼線の太さ、本数を選択することにより弁腕部材８３ｂの付勢力を自由に変更できる。

次に、第１の実施形態に係る圧縮機の吐出弁８に拘るリテーナ９の変更例について、図５に基づいて説明する。
変更例に係るリテーナ９１は、上述した圧縮機の吐出弁８のリフト量を規制する機能を有するものであるが、その取り付け位置を変更したものである。従って、ここでは、説明の便宜上、先に説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、先の説明を援用する。

図５に示されるように、吐出弁８のリフト量を規制する機能を有するリテーナ９１は、リヤシリンダハウジング６の吐出室６ｂ内壁面から吐出弁８の弁部材８ａに向けて延在形成した突起部材であって、その先端位置が前記吐出弁８と当接することにより、最大リフト量を規制している。

リテーナ９１をリヤシリンダハウジング６と一体成形することにより、金属製のリテーナが不要となり、部品点数の削減と組み付け工数の低減が図れる。

次に、第１の実施形態に係る圧縮機の吐出弁８に拘る前記弁部材８４ａの変更例について、図６に基づいて説明する。
変更例に係る弁部材８４ａは、弁盤部８４１のバルブプレート５からの離隔を容易にする機能を有するものである。従って、ここでは、説明の便宜上、先に説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、先の説明を援用する。

図６に示されるように、前記弁部材８４ａの弁盤部８４１は、その裏面側すなわちバルブプレート５と対峙する面側の少なくともバルブプレート５と面接触する部分に、弁盤部８４１と同心円状の環状溝部８４３が形成されている。

弁盤部８４１に環状溝部８４３を形成したことにより、吸入行程における弁盤部８４１とバルブプレート５との面接触部分の油による貼り付き面積が少なく、圧縮行程においては吐出弁８４が開弁する時、弁盤部８４１の吐出ポート形成部材５からの離隔が容易となり、吐出弁８４の初動時における開弁抵抗が小さく吐出抵抗とならない。また前記弁部材８４ａの弁盤部８４１作製時に、環状溝部８４３をも形成することにより同心円形状の環状溝８４３の形成簡易化が可能である。

なお、本発明は、上記した第１、第２、第３、第４の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態では、弁部材８ａと弁腕部材８ｂの２部材を溶接等の接合手段にて一体接合しているが、例えば弁部材８ａにおける弁盤部８１ａの外周面適宜範囲を弁腕部材８ｂ先端にて上下から挟持したり、弁腕部材８ｂの先端に弁部材８ａの弁盤部８１ａを圧入嵌合して一体接合してもよい。
○ 第１の実施形態では、弁部材８ａと弁腕部材８ｂの２部材を樹脂材料と金属材料という異種材料で形成したが、少なくとも弁腕部材８ｂに吐出ポートを閉口する方向への付勢力をもつバネ剛性を有する材料が用いられるならば共に同一材料で構成することも可能である。

○ 第１の実施形態では、吐出弁の弁部材８ａは、弁盤部８１ａと柱状突起部８１ｂとが鍛造、射出成型等にて一体に中実形成されているが、弁盤部８１ａと柱状突起部８１ｂとを別体にて成型し、両者を圧入、螺合等の手段で一体組み付けしてもよい。
○ 第１の実施形態では、ワッブル型の揺動斜板式圧縮機の吐出弁を例示したが、ワッブル型圧縮機の吐出弁に限定されず片頭ピストン型圧縮機の吐出弁であってもよいし、例えば、ベーン型、スクロール型等回転式圧縮機の吐出弁であってもよい。

・ 第２の実施形態では、吐出弁８の弁腕部材８ｂを鋼線にて形成したが、その形状は丸棒状のみに限らず細い矩形状鋼板であってもよい。
・ 第３の実施形態では、リテーナ９１は、リヤシリンダハウジング６の吐出室６ｂ内壁面と一体形成しているが螺子等にて着脱自在に取付けてもよい。

第１の実施形態に係る揺動斜板型圧縮機の概要を示す断面側面図である。 第１の実施形態に係る吐出弁とその関連部材構成を示す概要断面図である。 第１の実施形態に係る吐出弁を示す概要図で、（ａ）は一部破断平面図、（ｂ）は一部破断斜視図である。 第２の実施形態に係る吐出弁を示す概要斜視図である。 第３の実施形態に係る吐出弁とリテーナとその関連部材構成を示す概要断面図である。 第４の実施形態に係る吐出弁の弁部材を示す概要図で、（ａ）はその背面図、（ｂ）はとその関連部材構成を示す概要断面図である。

符号の説明

４ シリンダブロック
４ａ シリンダボア
４ｂ 圧縮室
６ リヤシリンダハウジング（リヤハウジング）
６ａ 吸入室
６ｂ 吐出室
８、８３、８４ 吐出弁
８ａ、８３ａ、８４ａ 弁部材
８ｂ、８３ｂ 弁腕部材
８１ａ、８３１、８４１ 弁盤部
８１ｂ、８３２ 柱状突起部
９、９１ リテーナ

Claims (6)

1. シリンダブロック内に形成されて冷媒を圧縮する圧縮室と、
   前記シリンダブロックの一端に固定されたシリンダハウジング内に形成され、前記圧縮室からの冷媒が流入する吐出室と、
   前記圧縮室と前記吐出室とを連通する吐出ポートと、
   前記吐出ポートを開閉する吐出弁とを備えた圧縮機において、
   前記吐出弁は、吐出ポートと対峙して該ポートの開閉口を司る弁部材と、その弁部材を吐出ポート側へ付勢する弁腕部材との２部材で構成され、その両部材は一体接合していることを特徴とする圧縮機。
2. 前記吐出弁の弁部材は、吐出ポート径より大径でかつ吐出弁が閉じたときに吐出ポート形成部材の表面と面接触可能な弁盤部と、
   その弁盤部から吐出ポートに向って延在する吐出ポート径より小径なる柱状突起部とが一体に中実形成され、前記弁腕部材よりも板厚が厚く成形されていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記吐出弁は、弁部材の素材が樹脂材料で、弁腕部材の素材が金属材料の異種材料にてそれぞれ成型し、両部材が一体接合していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧縮機。
4. 前記弁腕部材は、その素材が剛性を有する鋼線であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記シリンダハウジングの吐出室壁面から突起部材を形成し、その先端が前記弁部材と当接することにより、前記吐出弁の最大リフト量を規制していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記弁部材の弁盤部は、その吐出ポート形成部材と対峙する面側に、同心円状の環状溝部が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の圧縮機。

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