JP2010275942A - エアコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】リードバルブの摩耗全体の進行を遅らせる。
【解決手段】シリンダ室１３と、シリンダ室１３に嵌合され往復動されるピストンと、シリンダ室１３を閉塞したバルブプレートと、バルブプレートに開設されシリンダ室１３に連通した吸入口２０と、吸入口２０を開閉するリードバルブ２６と、リードバルブ２６の耳部２６ａを受けるストッパ部と、を備えているエアコンプレッサにおいて、ストッパ部には外側に位置する第一傾斜面３１と、内側に位置する第二傾斜面３２とを設け、第一傾斜面３１の傾斜角度Θ1を３°に設定し、第二傾斜面３２の傾斜角度Θ2を７°に設定する。運転初期（耐久時間初期）において、リードバルブの耳部の基端部および先端部における摩耗の進行速度を緩やかなものとし、摩耗全体の進行を遅らせることができるので、リードバルブの交換回数を削減することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、エアコンプレッサに関し、例えば、自動車のような車両のエアブレーキ装置に利用して有効なものに関する。

自動車のような車両のエアブレーキ装置に使用されるエアコンプレッサとして、シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、シリンダ室を閉塞したバルブプレートと、バルブプレートに開設されてシリンダ室に連通した吸入口と、吸入口を開閉する吸入弁と、バルブプレートに開設されてシリンダ室に連通した吐出口と、吐出口を開閉する吐出弁と、を備えているものがある。
このようなエアコンプレッサにおいては、吸入弁はリード形の弁体（以下、リードバルブという）が弁座に対して直交する方向に離着座することにより、吸入口を開閉するように構成されている。リードバルブは０．３〜０．５ｍｍ程度の薄い板によって構成されており、一端部のみが固定されて他端が自由端に構成されることにより、シリンダ室内の圧力に応じて高速で開弁閉弁作動を繰り返すことができるようになっている。
従来のこの種のエアコンプレッサとしては、テーパ面に形成されたリードバルブ受けがリードバルブの自由端部に対向する位置に配置されており、リードバルブ受けのテーパ角度（シリンダ室内周面と直角な平面に対するリードバルブ受けの傾斜角度）が１〜４°以下に設定されている、ものがある。例えば、特許文献１参照。

特開平１０−１０３２４５号公報

テーパ角度が１〜４°以下に設定されたリードバルブ受けを有するエアコンプレッサにおいては、エアコンプレッサがアンロード状態で高速（例えば、２０００ｒｐｍ）運転されると、運転（耐久時間）の初期において、リードバルブにおけるシリンダ室内周縁との接触箇所の摩耗の進行が速いという問題点が、本発明者によって究明された。

本発明の目的は、吸入弁の摩耗全体の進行を遅らせることができるエアコンプレッサを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、前記シリンダ室に連通した吸入口と、該吸入口を開閉する吸入弁と、該吸入弁を受けるストッパ部と、を備えているエアコンプレッサにおいて、
前記ストッパ部は外側に位置した第一傾斜面と内側に位置した第二傾斜面とを備えており、前記第二傾斜面の傾斜角度が前記第一傾斜面の傾斜角度よりも大きく設定されていることを特徴とするエアコンプレッサ。
（２）前記第一傾斜面の傾斜角度Θ1 は、３°に設定されており、前記第二傾斜面の傾斜角度Θ2 は、７°に設定されていることを特徴とする（１）に記載のエアコンプレッサ。

前記した手段によれば、摩耗全体の進行を遅らせることができるため、吸入弁の交換回数を削減し、交換にともなう保守作業の間隔を長くすることができる。

本発明の一実施形態であるエアコンプレッサが使用されたエアブレーキ装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態であるエアコンプレッサを示す一部省略正面断面図である。 バルブプレート部分を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図、である。 シリンダヘッドの上端部を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。 ストッパ部の作用を説明するための第一比較例を示す各断面図である。 ストッパ部の作用を説明するための第二比較例を示す各断面図である。 ストッパ部の作用を説明するための本実施形態を示す各断面図である。 耳部の基端部の摩耗量を比較したグラフである。 耳部の先端部の摩耗量を比較したグラフである。

本実施形態において、本発明に係るエアコンプレッサは、図１に示されているように、エアブレーキ装置に圧縮空気を供給するものとして構成されている。

図１に示されているように、エアブレーキ装置１は、車両を駆動するためのエンジン２と、エンジン２に清浄空気を供給するためのエアクリーナ３と、エンジン２を冷却するための冷却水系４と、ブレーキ作動装置５と、ブレーキ作動装置５にエアを送給するためのリザーバ６と、リザーバ６とエアコンプレッサ１１との間に介設されているチェック弁７およびエアドライヤ８と、リザーバ６の内圧を制御するためのプレッシャレギュレータ９と、を備えている。

本実施形態に係るエアコンプレッサ１１は往復形に構成されており、シリンダ本体１２を備えている。本体１２にはシリンダ室１３が形成されており、シリンダ室１３内にはピストン１４が往復摺動自在に嵌合されている。ピストン１４はエンジン２により往復直線駆動されるように構成されている。したがって、エンジン２はエアコンプレッサ１１を駆動するための駆動装置を実質的に構成している。

図２に示されているように、シリンダ室１３の一端（以下、上端側とする）にはシリンダヘッド１５が、バルブプレート（弁板）１６を挟み込んで被せられて固定されている。バルブプレート１６には吐出口１７および吸入口２０がシリンダ室１３にそれぞれ連通するように開設されているとともに、吐出弁１８および吸入弁２５がそれぞれ設備されている。すなわち、バルブプレート１６はシリンダ室１３の一端を閉塞するとともに、吐出弁１８および吸入弁２５のバルブプレートを兼用するように構成されている。

吐出口１７は一対の真円形孔がバルブプレート１６の中央部の若干片側（以下、左側とする）寄り位置において前後方向に近接して並べられて構成されている。吐出口１７はシリンダヘッド１５に開設された吐出路１９に接続されている。
吐出弁１８は、一端が固定され他端が摺動自在に支持されたリードバルブ１８ａと、開弁時にリードバルブ１８ａをバルブプレート１６の反対側において位置規制するストッパ１８ｂと、を備えている。リードバルブ１８ａはシリンダヘッド１５内におけるバルブプレート１６上に吐出口１７の一対の真円形孔を同時に開閉するように配設されている。
図１に示されているように、吐出路１９はチェック弁７およびエアドライヤ８を介してリザーバ６に接続されている。

図３に示されているように、吸入口２０は３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを備えており、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは円弧形の長孔形状にそれぞれ形成されている。３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはバルブプレート１６の周辺部であって、吸入弁２５の外縁部の内側かつシリンダ室１３が形成する円周に沿って配置されている。すなわち、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはシリンダ室１３の軸線Ｏを中心とする円弧Ｒに沿って一列に並べられている。
吸入口２０のバルブプレート１６のシリンダ室１３側端面には、シール溝２２が３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの開口縁辺部を取り囲むように没設されている。

図３に示されているように、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21は、バルブプレート１６の肉厚Ｔ16よりも充分に薄く形成されている。すなわち、図３に示されているように、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはバルブプレート１６のシリンダヘッド１５側端面に没設された吸入口形成穴２３の底面に開設されている。換言すれば、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21は、バルブプレート１６の肉厚Ｔ16と、吸入口形成穴２３の深さＤとの差である。
吸入口形成穴２３の底面上には一対のリブ２４、２４が、中央の吸入孔２１Ａと一方の吸入孔２１Ｂとの間および中央の吸入孔２１Ａと他方の吸入孔２１Ｃとの間にそれぞれ形成されており、一対のリブ２４、２４の肉厚（高さ）Ｔ24は、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21よりも薄く設定されている。

図２〜図５に示されているように、吸入弁２５はバルブプレート１６のシリンダ室１３側端面に配置されている。吸入弁２５は弁体としてのリードバルブ２６を備えており、リードバルブ２６は０．３〜０．５ｍｍ程度の薄い弾性板材が用いられて大略ドーナツ形状に形成されている。リードバルブ２６はバルブプレート１６下面にシリンダ室１３と同心円に配されて当接されているとともに、一端部が一対のねじ部材２７、２７によってバルブプレート１６に固定されている。リードバルブ２６は他端部である自由端部において吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを同時に開閉するようになっている。リードバルブ２６は自由端部の最も外側で３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに対向している。
リードバルブ２６の自由端部には略半円形の耳部２６ａが一対、中央の吸入孔２１Ａを通る中心線を挟んで対称形に配置されて、当該中心線と平行に外側にそれぞれ突出するように形成されている。
なお、一対の吐出口１７、１７はリードバルブ２６のドーナツ形状の内径内における左側寄りに配置されている。

シリンダ本体１２の上端面にはリードバルブ２６の厚さを逃げる逃げ部２８が、大略長円形の穴形状に没設されている。逃げ部２８の底面における一対のねじ部材２７、２７に対向する位置には、一対の逃げ穴２９、２９が一定深さの円形穴形状にそれぞれ没設されている。また、逃げ部２８の底面における一対の耳部２６ａ、２６ａに対向する位置には、一対のストッパ部３０、３０が各耳部２６ａ、２６ａを受けるようにそれぞれ設けられている。
リードバルブ受けであるストッパ部３０は第一傾斜面３１と第二傾斜面３２とを備えている。第一傾斜面３１は外側に配置されており、第一傾斜面３１の傾斜角度（シリンダ室内周面と直角な平面に対する傾斜角度）Θ1 は、３°に設定されている。第二傾斜面３２は内側に配置されており、傾斜角度Θ2 は、７°に設定されている。第一傾斜面３１と第二傾斜面３２との境界線３３は直線形状になっている。第一傾斜面３１と第二傾斜面３２は同一方向に傾斜するように設定されている。

図２に示されているように、吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、シリンダヘッド１５に開設された吸入路４１が接続されている。そして、吸入路４１はエンジン吸気管を介してエアクリーナ３に接続されている。

図１および図２に示されているように、シリンダヘッド１５内には冷却水が循環する冷却水路４２が形成されており、冷却水路４２にはエンジン２を冷却するための冷却水系４が接続されている。

次に、作用を説明する。

ピストン１４がシリンダ室１３内において上死点から下死点方向に移動されると、吸入弁２５のリードバルブ２６が吸入口２０の軸心方向に撓んでバルブプレート１６から離れる（リフトする）ことによって、エアが、吸入路４１、吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを経て、シリンダ室１３に吸入される。
逆の圧縮行程においては、吸入弁２５のリードバルブ２６が元に戻されることにより、吸入弁２５が閉じられる。
続いて、シリンダ室１３の内圧が所定の圧力に達すると、吐出弁１８が開かれるため、高圧のエアが、吐出口１７、吐出路１９、を経てリザーバ６に供給される。
リザーバ６のエアはブレーキ弁（図示せず）の制御によって、ブレーキ作動時にブレーキ作動装置５に適宜供給され、これを作動せしめる。

ところで、図５（ａ）に示されているように、傾斜角度が「３°」に設定されたストッパ部（リードバルブ受け）３０Ａを有するエアコンプレッサにおいては、アンロード状態で高速（例えば、２０００ｒｐｍ）運転されると、運転（耐久時間）の初期において、リードバルブ２６の耳部２６ａの基端部２６ｃ（図３（ｂ））の摩耗が速く進行する現象を、本発明者は究明した。
そして、本発明者は、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗が速く進行する理由を、次の通り究明した。
図５（ｂ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が小さい場合においては、リードバルブ２６の耳部２６ａ全体がストッパ部３０Ａの傾斜面（３°）に倣って面接触するので、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗の進行は緩やかである。
しかし、図５（ｃ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が大きくなると、耳部２６ａの基端部２６ｃがシリンダ室１３の内周縁（エッジ）１３ａに線接触または点接触するので、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗は速く進行する。

そこで、図６（ａ）に示されているように、ストッパ部３０Ｂの傾斜角度を「７°」に設定したところ、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗の進行を緩やかにすることができたが、耳部２６ａの先端部２６ｂ（図３（ｂ））の摩耗の進行速度は増加した。
本発明者は、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗の進行を緩やかにすることができるが、耳部２６ａの先端部２６ｂの摩耗の進行速度が増加する理由を、次の通り究明した。
図６（ｃ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が大きくなると、リードバルブ２６の耳部２６ａ全体がストッパ部３０Ｂの傾斜面（７°）に倣って面接触するので、耳部２６ａの基端部２６ｃの摩耗の進行は緩やかである。
しかし、図６（ｂ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が小さい場合においては、リードバルブ２６の耳部２６ａの先端部２６ｂがストッパ部３０Ｂの傾斜面の途中に線接触または点接触するので、耳部２６ａの先端部２６ｂの摩耗の進行速度が増加する。

本発明は以上の究明に基づいて創作されたものであり、リードバルブ２６の耳部２６ａの基端部２６ｃおよび先端部２６ｂにおける運転初期の摩耗（いわゆる初期摩耗）の進行を、いずれにおいても緩やかにすることができる。
すなわち、本実施形態においては、ストッパ部３０を第一傾斜面３１と第二傾斜面３２とによって構成するとともに、外側に配置された第一傾斜面３１の傾斜角度Θ1 を３°に設定し、内側に配置された第二傾斜面３２の傾斜角度Θ2 を、７°に設定することにより、リードバルブ２６の耳部２６ａの基端部２６ｃおよび先端部２６ｂにおける運転初期の摩耗の進行を、いずれにおいても緩やかにすることができた。
本発明者は、本実施形態によれば、耳部２６ａの基端部２６ｃおよび先端部２６ｂのいずれにおいても運転初期の摩耗の進行を緩やかにすることができる理由を、次の通り究明した。
図７（ｂ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が小さい場合においては、リードバルブ２６の耳部２６ａの先端部２６ｂがストッパ部３０第一傾斜面（３°）に倣って面接触するので、耳部２６ａの摩耗の進行が緩やかになる。
他方、図７（ｃ）に示されているように、リードバルブ２６のリフト量が大きくなると、耳部２６ａの基端部２６ｃが第二傾斜面（７°）に面接触するので、耳部２６ａの摩耗の進行が緩やかになる。

図８（ａ）は耳部の基端部の摩耗量を比較したグラフであり、図８（ｂ）は摩耗量の測定位置を示す。
図８によれば、傾斜角度が３°のストッパ部の場合（図５の比較例）には、耳部の基端部において、耐久時間初期に摩耗の進行速度が大きくなり、摩耗がある程度進行すると面接触に近づくため、摩耗の進行は緩やかなものとなる、のに対して、本実施形態に係るストッパ部の場合には、耳部の摩耗の進行速度は耐久時間初期（運転初期）から緩やかなものとなり、摩耗全体の進行を遅らせることができる、ことが判る。

図９（ａ）は耳部の先端部の摩耗量を比較したグラフであり、図９（ｂ）は摩耗量の測定位置を示す。
図９によれば、傾斜角度が７°のストッパ部の場合（図６の比較例）には、耳部の先端部の摩耗量は時間に比例して増加する、のに対して、本実施形態に係るストッパ部の場合には、耳部の先端部の摩耗の進行速度は耐久時間初期（運転初期）から緩やかなものとなり、摩耗全体の進行を遅らせることができる、ことが判る。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

（１）ストッパ部を第一傾斜面と第二傾斜面とによって構成するとともに、外側に配置された第一傾斜面の傾斜角度Θ1 を３°に設定し、内側に配置された第二傾斜面の傾斜角度Θ2 を、７°に設定することにより、リードバルブの耳部の基端部および先端部における摩耗全体の進行を遅らせることができる。

（２）リードバルブの耳部の基端部および先端部における運転初期の摩耗の進行速度を緩やかにすることにより摩耗全体の進行を遅らせることができたため、リードバルブの交換回数が削減され、リードバルブの交換にともなうエアコンプレッサの保守作業の間隔を長くすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。

第一傾斜面の傾斜角度は３°に設定するに限らないし、第二傾斜面の傾斜角度は７°に設定するに限らない。要は、第二傾斜面の傾斜角度は、Θ2 を第一傾斜面の傾斜角度Θ1 よりも大きく（Θ2 ＞Θ1 ）すればよい。

第一傾斜面および第二傾斜面は、平面に形成するに限らず、曲面または平面および曲面に形成してもよい。曲面の場合には、傾斜角度は接線によって規定される。

第一傾斜面と第二傾斜面との境界は、曲面に形成することが望ましい。

前記実施形態においては、自動車用エアブレーキ装置に使用されるエアコンプレッサについて説明したが、本発明はこれに限らず、他の用途に使用されるエアコンプレッサ等、エアコンプレッサ全般に適用することができる。

１…エアブレーキ装置、２…エンジン（駆動装置）、３…エアクリーナ、４…冷却水系、５…ブレーキ作動装置、６…リザーバ、７…チェック弁、８…エアドライヤ、９…プレッシャレギュレータ、
１１…エアコンプレッサ、１２…シリンダ本体、１３…シリンダ室、１４…ピストン、１５…シリンダヘッド、１６…バルブプレート、
１７…吐出口、１８…吐出弁、１９…吐出路、
２０…吸入口、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…吸入孔、２２…シール溝、２３…吸入口形成穴、２４…リブ、２５…吸入弁、２６…リードバルブ、２６ａ…耳部、２７…ねじ部材、２８…逃げ部、２９…逃げ穴、３０…ストッパ部、３１…第一傾斜面、３２…第二傾斜面、３３…境界線、
４１…吸入路、４２…冷却水路。

Claims (7)

1. シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、前記シリンダ室に連通した吸入口と、該吸入口を開閉する吸入弁と、該吸入弁を受けるストッパ部と、を備えているエアコンプレッサにおいて、
   前記ストッパ部は外側に位置した第一傾斜面と内側に位置した第二傾斜面とを備えており、前記第二傾斜面の傾斜角度が前記第一傾斜面の傾斜角度よりも大きく設定されていることを特徴とするエアコンプレッサ。
2. 前記第一傾斜面の傾斜角度Θ1 は、３°に設定されており、前記第二傾斜面の傾斜角度Θ2 は、７°に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエアコンプレッサ。
3. 前記第一傾斜面と前記第二傾斜面とは、同一方向に傾斜するように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエアコンプレッサ。
4. 前記第一傾斜面および前記第二傾斜面は、平面にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエアコンプレッサ。
5. 前記第一傾斜面および前記第二傾斜面は、曲面にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエアコンプレッサ。
6. 前記第一傾斜面は平面に形成されており、前記第二傾斜面は曲面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエアコンプレッサ。
7. 前記第一傾斜面と前記第二傾斜面との境界は、曲面に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエアコンプレッサ。

Images