JP2010127100A - 吐出弁及び回転式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】運転時に吐出弁が発する騒音を低減できるようにする。
【解決手段】回転式圧縮機（10）の吐出孔（44b）に吐出弁（21）を設ける。その吐出弁（21）には、吐出孔（44b）を覆う弁板頭部（21a）と、弁板頭部（21a）と一体形成されてねじり変形可能な弁板脚部（21b）とを設ける。そして、弁板脚部（21b）の中心軸を、弁板頭部（21a）の図心（C1）に対してオフセットさせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転式圧縮機、及び回転式圧縮機において吐出孔を開閉する吐出弁に関するものである。

圧縮された流体を吐出する吐出孔を開閉する吐出弁と該吐出弁のリフト量を制限する弁押さえとを有した回転式圧縮機が知られている（例えば特許文献１を参照）。この文献の例では、吐出弁は圧縮室に面する端板の背面側に設けられ、弁押さえは吐出弁の背面側に設けられている。
特開昭６２-２４３９８４号公報

ところで、回転式圧縮機では運転時の低騒音化が求められる。特に近年では、回転式圧縮機の回転の高速化が図られており、この高速化によって、騒音はますます問題になっている。しかしながら、回転式圧縮機は多くの構成部品を備えているため、運転時の騒音の発生源の特定が困難であり、容易に対策を行えないのが現状である。

これに対し本願出願人は、運転時の騒音の発生源の１つとして、吐出弁があることを見出した。吐出弁は運転時に弁押さえに衝突し、そのときの衝突音が騒音として現れるのである。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、運転時に吐出弁が発する騒音を低減できるようにすることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
回転式圧縮機（10）において、圧縮された流体を吐出する吐出孔（44b）を開閉する吐出弁であって、
前記吐出孔（44b）を覆う弁板頭部（21a）と、
前記弁板頭部（21a）と一体形成されてねじり変形可能な弁板脚部（21b）と、
を備え、
前記弁板脚部（21b）は、該弁板脚部（21b）の中心軸が、前記弁板頭部（21a）の図心（C1）に対してオフセットしていることを特徴とする。

この構成では、弁板脚部（21b）の中心軸が、弁板頭部（21a）の図心（C1）に対してオフセットしているので、弁板頭部（21a）が流体の圧力を受けると、弁板脚部（21b）にねじりモーメントが作用する。これにより、弁板脚部（21b）部分では、曲げ変形と同時にねじり変形を生じる。したがって、この吐出弁（21）の背面に弁押さえが設けられている場合には、吐出弁（21）を弁押さえ（22）に斜めに当接させることができる。それゆえ、全面で弁押さえに接触する吐出弁に比べ、吐出弁（21）と弁押さえ（22）との衝突のエネルギーを小さくすることが可能になる。

また、第２の発明は、
第１の発明の吐出弁を備えたことを特徴とする回転式圧縮機である。

これにより、この回転式圧縮機では、流体の吐出時に吐出弁（21）が傾斜してリフトアップする。したがって、この回転式圧縮機では、吐出弁（21）の背面に弁押さえが設けられている場合に、吐出弁（21）を弁押さえに斜めに当接させることができる。それゆえ、全面で弁押さえに接触する吐出弁を有した回転式圧縮機に比べ、吐出弁（21）と弁押さえとの衝突のエネルギーを小さくすることが可能になる。

本発明によれば、吐出弁と弁押さえとの衝突のエネルギーを小さくすることが可能になるので、この吐出弁が用いられた回転式圧縮機では、運転時に吐出弁が発する騒音を低減することが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態》
本発明の実施形態として回転式圧縮機の一例を説明する。この回転式圧縮機は、冷媒（例えば二酸化炭素）が充填されて蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられる。

図１は、本実施形態に係る回転式圧縮機（10）の縦断面図である。この回転式圧縮機（10）は、後述するピストン（50）がシリンダ（41）内で揺動運動することによって圧縮室（43）内の冷媒を圧縮する、いわゆるスイング型の回転式圧縮機である。

回転式圧縮機（10）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（11）を備えている。このケーシング（11）の内部には、図１における下寄りの位置に圧縮機構（20）が配置され、上寄りの位置に電動機（30）が配置されている。

ケーシング（11）には、その胴部を貫通する吸入管（12）が設けられている。吸入管（12）は、圧縮機構（20）に接続されている。また、ケーシング（11）には、その上部を貫通する吐出管（13）が設けられている。吐出管（13）は、その入口が電動機（30）の上側の空間に開口している。

ケーシング（11）の内部には、上下方向に延びるクランク軸（33）が設けられている。この例では、クランク軸（33）は主軸部（33a）と偏心部（33b）とを備えている。偏心部（33b）は、クランク軸（33）の下寄りの位置に設けられ、主軸部（33a）よりも大径の円柱状に形成されている。この偏心部（33b）は、その軸心が主軸部（33a）の軸心から所定量だけ偏心している。

電動機（30）は、ステータ（31）とロータ（32）とを備えている。ステータ（31）は、ケーシング（11）の胴部の内壁に固定されている。ロータ（32）は、ステータ（31）の内側に配置されてクランク軸（33）の主軸部（33a）と連結されている。これにより、このクランク軸（33）はロータ（32）とともに回転する。

圧縮機構（20）は、いわゆる揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成している。この圧縮機構（20）は、偏心運動する円環状のピストン（50）（可動部材）と、そのピストン（50）と共に圧縮室（43）（後述）を形成する固定部材（40）とを備えている。また、固定部材（40）は、シリンダ（41）、シリンダ（41）の上面側（図１における上側）に当接するフロントヘッド（44）、及びシリンダ（41）の下面側（図１における下側）に当接するリアヘッド（45）を備えている。

図２に示すように、シリンダ（41）は円環状のシリンダ室を備えている。また、シリンダ（41）には、吸入ポート（42）が形成されている。吸入ポート（42）は、シリンダ（41）を半径方向に貫通し、その一端がシリンダ（41）の内周面に開口している。吸入ポート（42）には、吸入管（12）（図１参照）が挿入されている。

ピストン（50）は、円環状に形成されて、シリンダ（41）のシリンダ室内に配置されている。また、ピストン（50）の内周面には、クランク軸（33）の偏心部（33b）が摺動自在に嵌め込まれている。そして、ピストン（50）の外周面とシリンダ（41）のシリンダ室の内周面との間に圧縮室（43）が形成されている。また、ピストン（50）の側面には平板状のブレード（51）が突設されている。このブレード（51）は揺動ブッシュ（52）を介してシリンダ（41）に支持されている。この構成により、ブレード（51）は、圧縮室（43）を高圧室（43a）と低圧室（43b）とに区画する。

フロントヘッド（44）及びリアヘッド（45）は、円盤状に形成された部材である。フロントヘッド（44）は、その下面（図１における下側の面）でシリンダ（41）に当接し、外周面がケーシング（11）に固定されている。リアヘッド（45）は、その上面（図１における上側の面）でシリンダ（41）に当接している。

また、フロントヘッド（44）及びリアヘッド（45）には、滑り軸受けを有したボス部（44a,45a）がそれぞれ形成されている。フロントヘッド（44）のボス部（44a）は、フロントヘッド（44）の上面（図１における上側の面）から電動機（30）方向に突出している。また、リアヘッド（45）のボス部（45a）は、リアヘッド（45）の下面（図１における下側の面）から、電動機（30）とは反対方向に突出している。クランク軸（33）は、これらのボス部（44a,45a）の滑り軸受けによって、回転自在に支持されている。

フロントヘッド（44）には、その上面から下面に貫通する吐出孔（44b）が、ボス部（44a）に近接して形成されている。この吐出孔（44b）は、図２に示すように、高圧室（43a）に連通している。そして、この吐出孔（44b）からは圧縮された流体（冷媒）が吐出される。

また、このフロントヘッド（44）には、マフラー（23）が取り付けられている。このマフラー（23）は、フロントヘッド（44）を上側から覆うように設けられ、フロントヘッド（44）の上面とともにマフラー空間（24）を形成している。吐出孔（44b）はこのマフラー空間（24）に開口している。また、マフラー（23）には、ボス部（44a）が貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、ボス部（44a）の外径よりも直径が大きく設定されている。これにより、この貫通孔は、マフラー（23）よりも上方の空間と、マフラー空間（24）とを連通する。この貫通孔は、冷媒をマフラー（23）よりも上方の空間に冷媒を流出させる流出通路（25）として使用される。

また、フロントヘッド（44）には、吐出孔（44b）を開閉する吐出弁（21）と、吐出弁（21）のリフト量を制限する弁押さえ（22）とが設けられている。

図３は本実施形態に係る吐出弁（21）の平面図である。この吐出弁（21）は、板材で形成されたいわゆるリード弁である。吐出弁（21）は、図３に示すように、弁板頭部（21a）、弁板脚部（21b）、及び座面部（21c）の各部からなる。弁板頭部（21a）は、吐出孔（44b）を閉じるときに吐出孔（44b）を覆う。また、座面部（21c）は、吐出弁（21）をフロントヘッド（44）上面に固定するために使用される。そして、弁板脚部（21b）は、吐出弁（21）がリフトアップする場合（吐出孔（44b）を開く場合）に、曲げ方向に弾性変形するように構成されている。

より具体的には、この回転式圧縮機（10）では、フロントヘッド（44）上面側における吐出孔（44b）の開口部分が円形のシート面（44c）になっていて、吐出弁（21）の弁板頭部（21a）は、このシート面（44c）とほほ同じ大きさの円形をしている。なお、以下の説明では、弁板頭部（21a）の図心を図心（C1）とする。また、この図心（C1）を通る弁板頭部（21a）の中心軸（X1,Y1）を図３に示すように定義する。なお、中心軸（X1）は、後述する中心軸（X2）と平行である。

また、弁板脚部（21b）は、平面視で長方形をしていて弁板頭部（21a）と一体形成されている。この弁板脚部（21b）の長手方向の中心軸（X2）（図３参照）は、平面視で弁板頭部（21a）の図心（C1）に対してオフセットしている。より詳しくは、吐出弁（21）をフロントヘッド（44）に取り付けた状態で、弁板脚部（21b）の中心軸（X2）は、弁板頭部（21a）の図心（C1）とボス部（44a）の間にある。図心（C1）と中心軸（X2）とがこのような関係にあると、吐出弁（21）がリフトアップする際の弁板脚部（21b）の変形は、後述するように、曲げ変形モードと、ねじり変形モードの２つの変形モードが合わさった変形となる。

また、座面部（21c）も平面視で長方形をしていて、弁板脚部（21b）と一体形成されている。座面部（21c）には、貫通孔（21d）が形成されている。この貫通孔（21d）には、吐出弁（21）を固定するためのボルト（26）が通される
弁押さえ（22）は、吐出弁（21）のリフト量を制限する。この例の弁押さえ（22）は、吐出弁（21）よりも厚肉の板材を用いて形成している。具体的には、弁押さえ（22）は、図４に示すように、その板材が曲げ加工され、その曲げ部分を境にして当接面部（22a）及び固定部（22b）の各部からなる。

固定部（22b）は、弁押さえ（22）及び吐出弁（21）の固定に使用する。より具体的には、固定部（22b）は、吐出弁（21）の座面部（21c）と概ね同形状に形成されている。そして、吐出弁（21）の座面部（21c）と同様に、ボルト（26）用の貫通孔（22c）が形成されている。固定部（22b）及び座面部（21c）のそれぞれの貫通孔（21d,22c）に１つのボルト（26）を通して、固定部（22b）と吐出弁（21）と共締めすることによって、弁押さえ（22）と吐出弁（21）とがフロントヘッド（44）に固定される。この状態では、図４に示すように、弁板頭部（21a）はシート面（44c）に接して、吐出孔（44b）を塞いでいる。また、当接面部（22a）は、リフトアップしてきた吐出弁（21）の弁板頭部（21a）に当接して吐出弁（21）のリフト量を制限する。

《回転式圧縮機（10）の運転動作》
次に、回転式圧縮機（10）の運転動作について説明する。

この回転式圧縮機（10）では、電動機（30）を起動すると、ロータ（32）がクランク軸（33）を回転させる。これにより、クランク軸（33）の偏心部（33b）は、主軸部（33a）の軸心回りに偏心回動する。偏心部（33b）がこのように回動すると、この偏心部（33b）に摺動自在に外接するピストン（50）がシリンダ（41）内で揺動運動を行う。ピストン（50）の揺動運動に従って、吸入ポート（42）からシリンダ（41）の圧縮室（43）に冷媒が吸入される。吸入された冷媒は、圧縮室（43）で圧縮される。

冷媒が圧縮されて高圧室（43a）の圧力が吐出弁（21）の弁板頭部（21a）に作用する背圧を上回ると、吐出弁（21）は弁板脚部（21b）部分で曲げ変形モードによる変形、すなわち曲げ変形する。この吐出弁（21）では、弁板頭部（21a）の図心（C1）に対して中心軸（X2）が前記のようにオフセットしているので、吐出弁（21）が曲げ変形する際には、弁板脚部（21b）に、中心軸（X2）回りにねじりモーメントが作用している。その結果、弁板脚部（21b）部分では、曲げ変形と同時にねじり変形を生じるのである。

この吐出弁（21）では、弁板脚部（21b）の中心軸（X2））が弁板頭部（21a）の図心（C1）とボス部（44a）の間にある。そのため、このねじり変形によって、弁板頭部（21a）はフロントヘッド（44）外周側の開度が大きくなるように傾斜する。すなわち、弁板頭部（21a）は、弁押さえ（22）の当接面部（22a）に対して傾斜する。

この曲げ変形モードとねじり変形モードを含んだ弾性変形により、吐出孔（44b）から弁板頭部（21a）が離れ、高圧室（43a）内の高圧冷媒は、吐出孔（44b）を通過してマフラー空間（24）へ吐出される。

さらに、弁板頭部（21a）が冷媒の圧力を受けると、弁板脚部（21b）に作用するねじりモーメントが大きくなる。その結果、吐出弁（21）では、ねじり変形も大きくなる。また、弁板脚部（21b）の曲げ変形も増加する（すなわち、リフト量が増加する）。そして、リフト量が所定値を超えると、弁板頭部（21a）が弁押さえ（22）の当接面部（22a）に当接する。このとき、弁板頭部（21a）が弁押さえ（22）の当接面部（22a）に対して傾斜しているので、図５に示すように、弁板頭部（21a）は、その一部分、詳しくはボス部（44a）とは反対側の一部分が、弁押さえ（22）の当接面部（22a）に当接する。なお、図５は、図２に示した矢印Ａの方向から吐出弁（21）と弁押さえ（22）を見た図（正面図）である。

さらに、吐出弁（21）がリフトアップすると、弁板頭部（21a）の傾斜は徐々に小さくなる。これは、弁板頭部（21a）の変位が当接面部（22a）との当接部分で制限されているからである。そして、弁板頭部（21a）の全面が弁押さえ（22）の当接面部（22a）に沿って該当接面部（22a）に面接触した状態が、吐出弁（21）の開度が最大の状態である。

上記のようにして高圧室（43a）内の冷媒が吐出孔（44b）から吐出されて、高圧室（43a）の圧力が吐出弁（21）の弁板頭部（21a）に作用する背圧を下回ると、吐出弁（21）は、弁板脚部（21b）のバネ反力によってリフトダウンする。これにより、弁板頭部（21a）が吐出孔（44b）を閉じる。

以上のように本実施形態によれば、吐出弁（21）（弁板頭部（21a））は弁押さえ（22）（当接面部（22a））に斜めに当接する。したがって、吐出弁が全面で弁押さえに接触する従来の回転式圧縮機に比べ、吐出弁（21）と弁押さえ（22）との衝突のエネルギーを小さくすることが可能になる。それゆえ、この回転式圧縮機（10）では、運転時に吐出弁（21）が発する騒音を低減することが可能になる。

なお、上記の実施形態、及びその変形例で説明した回転式圧縮機（10）は例示である。その他の形式の回転式圧縮機に対しても上記の吐出弁を適用できる。例えば、ブレードがピストンと別体になったローリングピストン型の回転式圧縮機等にも適用できる。

本発明は、回転式圧縮機、及び回転式圧縮機において吐出孔を開閉する吐出弁として有用である。

本発明の実施形態に係る回転式圧縮機（10）の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る圧縮機構（20）の横断面図である。 本発明の実施形態に係る吐出弁（21）の平面図である。 本発明の実施形態に係る吐出弁（21）と弁押さえ（22）とをフロントヘッド（44）に取り付けた状態を示す側面図である。 吐出弁（21）が弁押さえ（22）に当接した状態を示す図（正面図）である。

符号の説明

１０ 回転式圧縮機
２１ 吐出弁
２１ａ 弁板頭部
２１ｂ 弁板脚部
４４ｂ 吐出孔
Ｃ１ 図心

Claims (2)

1. 回転式圧縮機（10）において、圧縮された流体を吐出する吐出孔（44b）を開閉する吐出弁であって、
   前記吐出孔（44b）を覆う弁板頭部（21a）と、
   前記弁板頭部（21a）と一体形成されてねじり変形可能な弁板脚部（21b）と、
   を備え、
   前記弁板脚部（21b）は、該弁板脚部（21b）の中心軸が、前記弁板頭部（21a）の図心（C1）に対してオフセットしていることを特徴とする吐出弁。
2. 請求項１の吐出弁を備えたことを特徴とする回転式圧縮機。

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