JP4263011B2 - リードバルブおよび気体圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や建物などの空調に使用され、冷媒ガス等の気体を圧縮して吐出する気体圧縮機に好適なリードバルブおよび該リードバルブを備える気体圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や建物などの空調に使用される気体圧縮機には、例えば図７、８に示すベーンロータリ型のものが使用されている。この圧縮機を図に基づいて説明すると、気体圧縮部として、内周が筒状のシリンダ５と、該シリンダ５の軸方向両端部にあるフロントサイドブロック６およびリアサイドブロック７と、前記シリンダ５内に回転可能に配置されたロータ１１と、該ロータ１１に設けられたベーン溝に進退可能に収容されたベーン１５とを有している。これらロータ１１、ベーン１５、シリンダ５によって仕切られてシリンダ圧縮室１６が形成されている。上記各部材はフロントハウジング１ａおよびリアハウジング１ｂに内蔵されており、フロントハウジング１ａは冷媒の吸入口２を有し、リアハウジング１ｂは吐出口３を有している。前記フロントハウジング１ａ内には、前記吸入口２に連通する吸入室４が設けられ、該吸入室４と前記シリンダ圧縮室１６とがフロントサイドブロック６に形成した吸入部１７と、シリンダ５に形成した吸入通路１８とによって連通している。また、リアハウジング１ｂの前方側に内蔵されたリアサイドブロック７と、リアハウジング１ｂの後方側とで形成される空間内には前記シリンダ圧縮室１６に連通する吐出室８が設けられている。
【０００３】
前記リアサイドブロック７には、シリンダ圧縮室に連通する圧縮気体吐出ポート２０、吐出チャンバ２１および吐出通路２２が形成されており、該吐出通路２２は、前記吐出室８に連通している。これによりシリンダ圧縮室１６で圧縮された気体が該吐出ポート２０、吐出チャンバ２１、吐出通路２２を通して前記吐出室８に放出される。なお、前記吐出ポート２０は、リードバルブ３０１によって開閉可能になっている。リードバルブ３０１は、図９に示すように、可動片３０１ａと基部３０１ｂとを有している。該リードバルブ３０１は、吐出ポート２０に対し裏面側からバルブサポート３０２によって支持されており、リードバルブ３０１の基部３０１ｂを介して前記バルブサポート３０２とともにボルト３１などによってリアハウジング１ｂの取り付け面に固定されている。可動片３０１ａは、バルブサポート３０２との間に隙間を有することによって、その一端が自由端になっている（例えば特許文献１）。すなわちバルブサポート３０２は、可動片３０１ａが弾性変形した際の許容最大変形位置において可動片３０１ａが当接する湾曲形状になっており、この許容変形範囲内において可動片３０１ａは変形可能となっている。そして前記リードバルブ３０１は、リアサイドブロックの内外との圧力差により、弾性変形して吐出ポート２０に対し離接動作して該吐出ポート２０の開閉を行う。
【０００４】
上記で説明した気体圧縮機では、ロータ１１を回転させると前記シリンダ圧縮室１６の容積が変化し、上記吸入口２および吸入室４を通過して導入された冷媒がシリンダ圧縮室１６内で圧縮され、シリンダ圧縮室１６内が高圧となる。そして、圧縮室１６内の気体が所定以上の圧力になるとこの圧力によってリードバルブ３０１の自由端部側が可動片３０１ａと基部３０１ｂの境界付近を起点にして吐出ポート２０側から離れるように持ち上がり、吐出ポート２０を開放する。リードバルブ３０１は、図９に示すように所定のリフト量Ｌ１にまで変形すると、バルブサポート３０２に当たりそれ以上の変形が規制される。そして、圧縮室１６内の圧力が低下するとリードバルブ３０１はその弾性力によって形状復帰し、吐出ポート２０を塞いでシリンダ圧縮室１６への圧縮気体の逆流を防止する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２１１６７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで圧縮気体の吐出時には上記リードバルブ３０１と吐出ポート２０間を圧縮気体が通過するため、リードバルブが吐出ガスの圧力損失の一因になっている。この圧力損失を低減するためにはリードバルブのリフト量Ｌ１を大きくすればよい。しかし、バルブ有効梁長さが短いままでリフト量を大きくするとリードバルブに発生する曲げ応力が大きくなり、リードバルブの破損等のおそれがある。従って、リードバルブのリフト量を大きくするためにはバルブ有効梁長さは長くすることが必要である。しかしながら、従来のリードバルブでは、バルブサポート固定用のボルト頭部の前端が、バルブ有効梁長さを規定する形態となっており、バルブ有効梁長さを大きくするためには、図１０に示すように、ボルト３１の固定位置をリードバルブ３５０の自由端側に対し、より後方に移動させて可動片３５０ａの長さを長くしなければならない。しかし、リードバルブの取り付け面は、通常、気体圧縮部の限られた領域に確保されるので、ボルト３１の固定位置の移動は、図１０に示すように圧縮機のハウジングなどとの干渉などによって事実上困難である。
【０００７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、バルブの有効梁長さを効果的に大きくすることができ、気体圧縮部の限られた空間においても取り付けに支障のないリードバルブと該リードバルブを用いた気体圧縮機とを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のリードバルブのうち、請求項１記載の発明は、基端側を起点にして弾性変形による離接動作によって自由端側でポートの開閉を行う複数の可動片と、前記複数の可動片の基端側に連なる基部と、該基部に連なり、前記可動片に連なることなく該複数の可動片の間で該可動片側方にのみ位置する固定部とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載のリードバルブは、請求項１記載の発明において、前記複数の可動片の間で、上記基部と固定部のうち、少なくとも上記固定部を介して取り付けがなされることを特徴とする。
請求項３記載のリードバルブは、請求項１または２に記載の発明において、前記基部に対し、前記可動片が斜行して連なっていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の気体圧縮機は、気体を外部から吸入する吸入口と、該吸入口に連通する吸入室と、該吸入室に連通する気体圧縮部と、該気体圧縮部に設けられた圧縮気体吐出ポートと、前記圧縮気体吐出ポートを介して前記気体圧縮部と連通する吐出室と、前記吐出ポートの開閉を行うリードバルブと、前記吐出室に連通して圧縮された気体を外部に吐出する吐出口とを備え、前記リードバルブが、基端側を起点にして弾性変形による離接動作によって自由端側でポートの開閉を行う複数の可動片と、前記複数の可動片の基端側と連なる基部と、該基部に連なり、前記可動片に連なることなく該複数の可動片の間で該可動片側方にのみ位置する固定部とを有しており、さらに前記可動片、基部および固定部を裏面側から支持するバルブサポートを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の気体圧縮機は、請求項４記載の発明において、前記リードバルブは、バルブサポートによって基部及び固定部が気体圧縮部の取り付け面に押圧され、前記固定部を介して前記バルブサポートとともに固定手段によって前記取り付け面に固定されていることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明のリードバルブによれば、可動片の側方に位置する固定部によって取り付けが可能になるので、ボルトなどの固定手段によって可動片の有効長さが制約されることがなく、可動片の長さを充分に確保してバルブの有効梁長さを大きくすることができる。また、取り付けにおいても上記固定部によって限られた空間の取り付け面に支障なく行うことができる。例えば、ボルトによって取り付けを行う場合にも、ボルトの頭部前端の位置を、バルブ有効梁長さの起点より前方に位置させることができ、取り付けに支障を生じることなくバルブ有効梁長さを効果的に大きくすることができる。
【００１４】
また、バルブの有効梁長さを大きくすることによってリードバルブの持ち上げに要する曲げ応力を大きくしなくともリードバルブのリフト量を大きくすることができ、吐出ガスの圧力損失を小さくして気体圧縮機の効率を向上させることができる。
また、リフト量を大きくする必要がない場合にも、バルブの有効梁長さを大きくすることによってリードバルブの持ち上げに要する曲げ応力を小さなものにすることができる。
【００１５】
上記リードバルブを支持するバルブサポートは、リードバルブの可動片、基部及び固定部の裏面側に位置して、許容最大変形時の前記可動片の裏面に当接する可動片支持面と、前記基部の裏面に当接する基部支持面と、前記固定部の裏面に当接する固定部支持面とを有している。すなわち、バルブサポートは、可動片を許容最大変形量において支持できる支持面を有することが必要であり、該支持面の形態によってリードバルブの有効梁長さを確保することができる。リードバルブは、バルブサポートの固定部支持面と基部支持面とによって取り付け面への押圧保持が可能になる。少なくともこれら支持面を有する限りにおいては、バルブサポートの形状は適宜変更が可能である。
なお、本発明のリードバルブを取り付ける際の固定手段としては、ボルト、リベット、接着部材、溶接等の適宜の手段を採択することができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
【００１６】
本発明のリードバルブは、気体圧縮機気体圧縮部における吐出ポートの開閉制御に用いるのが好適である。気体圧縮機としては、さらにベーン式気体圧縮機への適用が好適である。該ベーン式気体圧縮機は、気体圧縮部として、筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部にあるサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、前記ロータに半径方向に出没自在に設けられたベーンとを備えるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を添付図に基づいて説明する。
なお、従来技術と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
本実施形態においても、図８（従来技術図面を代用する）および図１に示すように、ベーン式気体圧縮機１の気体圧縮部として、シリンダ５と、フロントサイドブロック６およびリアサイドブロック７、ロータ１１、ベーン１５とを有している。これら各部材はフロントハウジング１ａおよびリアハウジング１ｂに内蔵されている。フロントハウジング１ａに吸入口２と吸入室４が設けられ、リアハウジング１ｂに吐出室８と吐出口３が設けられている。
【００１８】
前記シリンダ５には、圧縮気体吐出ポート２０の開閉を行うリードバルブ４０１が配置されている。該リードバルブ４０１では、図２に示すように、３つの可動片４０１ａ…４０１ａを有し、該可動片４０１ａ…４０１ａの基端側にそれぞれ連なる基部４０１ｂを有している。さらに、前記基部４０１ｂに連なって、各可動片４０１ａ間にあって可動片４０１ａの側方に固定部４０１ｃ、４０１ｃが位置している。各固定部４０１ｃは、基部４０１ｂにのみ連なり、可動片４０１ａとの連続性は有しておらず可動片４０１ａの弾性変形を規制しないようになっている。バルブサポート４０２は、上記固定部４０１ｃ、基部４０１ｂの裏面に沿う形状を有し、さらに、可動片４０１ａが最大に変形した状態で可動片４０１ａの裏面にそれぞれ沿う形状部分を有しており、平面視でリードバルブ４０１とほぼ同じ投影形状を有している。上記リードバルブ４０１とバルブサポート４０２とは、可動片４０１ａの先端部（自由端側）が前記吐出ポート２０を覆うことができるようにシリンダ５の取り付け面に設置され、バルブサポート４０２上から固定部４０１ｃおよび基部４０１ｂの一部の領域においてボルト３１によって前記取り付け面に固定されている。そして上記リードバルブ４０１のバルブ有効梁長さの起点はほぼ可動片４０１ａと基部４０１ｂの連結部分にあり、ボルト３１の頭部先端よりも後方側に位置している。なお、この例では、バルブの有効梁長さの起点は、リードバルブの剛性によって可動片４０１ａと基部４０１ｂとの連結部分よりもやや可動片側に位置しているが本発明の範囲内に含まれるものである。
【００１９】
上記気体圧縮機の動作について説明すると、従来機と同様に、ロータ１１の回転によって吸入部２および吸入室４から導入された冷媒がシリンダ圧縮室１６内で圧縮される。圧縮室１６内の気体が所定以上の圧力になることによってリードバルブ４０１の可動片４０１ａが有効梁長さ起点から弾性変形して吐出ポート２０側から持ち上がり、吐出ポート２０を開放する。この際にリードバルブ４０１は、図３に示すように、弾性変形の起点がボルト３１の頭部の先端よりも後方側に位置しており、大きな有効梁長さが得られている。そして、そのリフト量Ｌ２は、取り付け面の大きさに対し効果的に大きくすることができ、従来例と同等の取り付け面に取り付けた場合に比べてリフト量を大きくすることができる（Ｌ２＞Ｌ１）。これによりリードバルブを通過する吐出ガスの圧力損失を小さくすることができる。そして、圧縮室１６内の圧力が低下するとリードバルブ４０１の可動片４０１ａはその弾性力によって速やかに形状復帰して吐出ポート２０を塞いで圧縮気体の逆流を防止する。
【００２０】
なお上記実施形態では、バルブサポートは、可動片、固定部、基部の裏面を支持する面のみを有する形状のものとし、平面視の投影形状がほぼ同じものとして説明したが、少なくとも上記支持面を有していればよく、図４に示すように可動片４０１ａを支持する形状部分を互いに連結する連結部分を設けたサイドサポート部材４１２とすることもできる。連結部分は、固定部４０１ｃを支持する形状部分を除いて前記可動片支持の形状部分を凹凸なく連結する。該該連結部分を設けることによってバルブサポートの強度を向上させることができる。
【００２１】
また、上記実施形態では、リードバルブの可動片の数は３としたが、必要に応じてこの数を２以上とすることができる。図５は、可動片の数を２としたリードバルブ４１１を示すものであり、可動片４１１ａ、４１１ａを基部４１１ｂで連ねるとともに、可動片４１１ａ、４１１ａ間の可動片側方に前記基部４１１ｂに連なる１つの固定部４１１ｃを設けた例である。このように本発明では、固定部は複数の可動片間で可動片の側方に設けることができる。さらに、図６は２つの可動片４４１ａを斜行させ、それぞれの基端に基部４４１ｂを設け、可動片４４１ａ、４４１ａの側方に固定部４４１ｃを設けたリードバルブ４４１の例である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリードバルブによれば、基端側を起点にして弾性変形による離接動作によって自由端側でポートの開閉を行う複数の可動片と、前記複数の可動片の基端側に連なる基部と、該基部に連なり、前記可動片に連なることなく該複数の可動片の間で該可動片側方にのみ位置する固定部とを有するので、リードバルブの取り付けに支障が生じることなく該バルブの有効梁長さを大きくすることができる。
【００２３】
上記リードバルブを用いた気体圧縮機では、バルブの有効梁長さが従来より長くできることから、バルブ材中に発生する曲げ応力を大きくすることなく、バルブリフト量をアップさせ、吐出ガスの圧力損失低減を図ることができる。これにより気体圧縮機の全断熱圧縮効率を向上させることが出来る。また、バルブリフトに要する曲げ応力を小さくした場合には、リフト量を大きくすることなく有効梁長さを大きくすることで達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における気体圧縮機の縦断面図である。
【図２】 同じくバルブサポートを省略したリードバルブの拡大平面図である。
【図３】 同じくリードバルブの拡大正面図である。
【図４】 同じくバルブサポートの変更例を示す平面図である。
【図５】 本発明のリードバルブの変更例を示す平面図である。
【図６】 同じくさらに他の変更例を示す平面図である。
【図７】 従来の気体圧縮機を示す正面断面図である。
【図８】 同じく図７のX−X線縦断面図である。
【図９】 同じく従来のリードバルブ及びバルブサポートを示す正面図、平面図およびリードバルブを示す平面図である。
【図１０】 従来のリードバルブの改善策を示す気体圧縮機の概略縦断面図およびリードバルブの正面図である。
【符号の説明】
１ ベーン式気体圧縮機
１ａ フロントハウジング
１ｂ リアハウジング
２ 吸入部
３ 吐出部
５ シリンダ
６ フロントサイドブロック
７ リアサイドブロック
８ 吐出室
１１ ロータ
１５ ベーン
１６ シリンダ圧縮室
１７ 吸入口
１８ 吸入通路
２０ 吐出ポート
２１ 吐出チャンバ
２２ 吐出通路
３１ ボルト
４０１、４１１、４４１ リードバルブ
４０１ａ、４１１ａ、４４１ａ 可動片
４０１ｂ、４１１ｂ、４４１ｂ 基部
４０１ｃ、４１１ｃ、４４１ｃ 固定部
４０２、４１２ バルブサポート

Claims (5)

1. 基端側を起点にして弾性変形による離接動作によって自由端側でポートの開閉を行う複数の可動片と、前記複数の可動片の基端側に連なる基部と、該基部に連なり、前記可動片に連なることなく該複数の可動片の間で該可動片側方にのみ位置する固定部とを有することを特徴とするリードバルブ。
2. 前記複数の可動片の間で、上記基部と固定部のうち、少なくとも上記固定部を介して取り付けがなされることを特徴とする請求項１記載のリードバルブ。
3. 前記基部に対し、前記可動片が斜行して連なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のリードバルブ。
4. 気体を外部から吸入する吸入口と、該吸入口に連通する吸入室と、該吸入室に連通する気体圧縮部と、該気体圧縮部に設けられた圧縮気体吐出ポートと、前記圧縮気体吐出ポートを介して前記気体圧縮部と連通する吐出室と、前記吐出ポートの開閉を行うリードバルブと、前記吐出室に連通して圧縮された気体を外部に吐出する吐出口とを備え、前記リードバルブが、基端側を起点にして弾性変形による離接動作によって自由端側でポートの開閉を行う複数の可動片と、前記複数の可動片の基端側と連なる基部と、該基部に連なり、前記可動片に連なることなく該複数の可動片の間で該可動片側方にのみ位置する固定部とを有しており、さらに前記可動片、基部および固定部を裏面側から支持するバルブサポートを備えることを特徴とする気体圧縮機。
5. 前記リードバルブは、バルブサポートによって基部及び固定部が気体圧縮部の取り付け面に押圧され、前記固定部を介して前記バルブサポートとともに固定手段によって前記取り付け面に固定されていることを特徴とする請求項４記載の気体圧縮機。

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