JP5944159B2 - 消音器、該消音器を設置した圧縮機及び該消音器成形用の型 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エアコンシステムなどに使用される圧縮機等の、脈動を伴う流体（冷媒等）の経路に脈動低減装置として樹脂製セル構造体を用いた消音器の樹脂成形向上技術に関する。

冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機においては、吸入室の冷媒（冷媒ガス）が吸入弁を介してシリンダ（圧縮室）に流れる。特に容量可変型圧縮機では、低容量可変時に冷媒の吸入流量が少ないため、吸入弁はストッパに接触する位置まで開かず、自励振動を生じる。この吸入弁の自励振動は、吸入脈動として冷媒の吸入配管を伝播して、エバポレータを共振させ、車室内に異音として現れることがある。

また、吐出側に関しても、特に円環形状の吐出室を持つ圧縮機において、シリンダから吐出された冷媒（圧縮ガス）の圧力変動が、吐出室で共鳴し増厚さされて強い吐出脈動となり、コンデンサを共振させて、車室内に異音として現れることがある。

これらの脈動に起因する異音を防ぐため、特許文献１では、特に吐出通路にハニカム部材など流体経路を複数の並列なセル通路に区画するセル構造体を設置し、脈動を減衰させている。一方、筒状内部に複数のフィンを有するフィンタイプのセル構造体もある。

実公昭６２−４５０９０号公報

上記セル構造体の脈動低減効果は、セル通過時の摩擦損失により圧力変動が減衰するためである。摩擦損失量は、水力平均深さ(＝セルの断面積/セルの周長さ)に反比例するため、上記フィンタイプのセル構造体の場合は、フィンの本数を多くすると水力平均深さが減少して脈動低減効果が高まる。また、経路内、流れの中に設置するフィン部の厚さ（流体流通方向と直角な断面における周方向長さ）が厚いと、経路開口面積が低下し通過流量が低下してしまうため、フィン部は薄くするのが望ましい。

フィンタイプのセル構造体を安価に製造する場合、射出成形による生産が考えられる。射出成形においては、加圧により樹脂を型に流し込み成形するが、上記セル構造体の特性を向上させるためフィン部を「より長く、薄く、数も多く」した仕様に成形しようとすると、樹脂が流れ込んでフィン部となる射出成形用金型(成形駒)に形成されている溝が非常に細く、本数も多くなる。特に、射出成形用金型(成形駒)のフィン部先端部に対応する部分が非常に薄くなり剛性が低下する。その結果、加圧された樹脂流動により、射出成形用金型(成形駒、特にフィン部となる溝の経路)が変形し、フィン形状の成形精度が低下する。更に、変形により溝が塞がれフィン部が成形できなくなったり、変形により型が破損したりする可能性もある。型の変形を防止するため剛性を上げるには、型の「溝を短く、太くし、数を減らす」ことになるが、セル構造体のフィンを「短く、太くし、数を減らす」ことになるので、上記セル構造体の特性向上と相反する。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、消音器の脈動低減効果を保ちつつ、該消音器の生産性(樹脂成形性)を向上することを課題とする。

かかる課題を解決するため本発明に係る消音器は、圧力変動を伴う流体が流れる流体経路に設置され、筒状内部に内周面から中心軸に向かって放射状に形成された複数のフィンを有し、隣り合うフィンとの間を流体通路とするセル構造の消音器であって、以下の構成を有する。

樹脂により成形され、前記フィンが前記中心軸に向かう方向の先端から該中心軸までの距離をフィン間で不均一とする。
また、本発明に係る圧縮機は、上記構成の消音器を吸入経路または吐出経路の少なくとも一方に設置された構成とする。

また、本発明に係る型は、上記構成の消音器の樹脂成形に使用される型とする。

本発明に係る消音器によれば、フィンが前記中心軸に向かう方向の先端から該中心軸までの距離をフィン間で不均一とすることにより、フィン先端部位置に対応する型（成形駒）の最薄部が同一円状へ集中することが抑制される。これにより、型の剛性を向上させることができ、変形、破損を抑制できると共に、成形される消音器のフィンの変形、フィン間の閉塞等を抑制できる。また、型の最薄部を分散させることで型の強度を確保しつつ、成形される消音器のフィンの数を増大して水力平均深さを小さくすることができ、消音器の脈動低減効果を向上することができる。

また、本発明に係る圧縮機によれば、上記構造の消音器を冷媒吸入経路の途中、又は冷媒吐出経路の途中の少なくとも一方に設置することにより、脈動発生源である圧縮機内で脈動を減衰できるため、脈動の他のコンポーネント(吸入経路設置の場合は、エバポレータ、吐出経路設置の場合は、コンデンサ)への伝達をより低減できる。

また、本発明に係る金型によれば、上述のように、最薄部が同一円状へ集中することが抑制され、剛性が向上して、変形、破損を抑制でき、同時に、成形されるフィンの変形、フィン間の閉塞等を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る圧縮機の縦断面図 同上の消音器の外観形状を示す斜視図 同上の消音器の中心軸と直角方向の横断面図 同上の消音器の中心軸方向の縦断面図 同上の消音器の射出成形用金型(成形駒)の外観形状を示す斜視図 同上の射出成形用金型の流路断面形状を示す断面図 本発明の第２の実施形態における圧縮機の縦断面図 同上の消音器の射出成形時の概要を示す縦断面図 同上の射出成形のゲートを含む消音器（セル構造体）の外観形状を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る圧縮機（特に可変容量斜板式圧縮機）の縦断面図である。

図１に示す可変容量斜板式圧縮機１００は、後述する駆動軸１０６の軸線と同軸の所定円周上に所定間隔を隔てて配設された複数のシリンダボア１０１ａを備えたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の一端に設けられた比較的深い有底筒状のフロントハウジング１０２と、シリンダブロック１０１の他端に対峙して配設されたバルブプレート１０３と、シリンダブロック１０１の前記他端と協働してバルブプレート１０３を挟持する比較的浅い有底筒状のシリンダヘッド１０４とを備えている。

シリンダブロック１０１とフロントハウジング１０２とによって画成されるクランク室１０５内を横断して駆動軸１０６が設けられ、駆動軸１０６に斜板１０７が装着されている。斜板１０７は、駆動軸１０６に固着されたロータ１０８と連結部１０９を介して結合し、駆動軸１０６に対して傾角可変となっている。

シリンダブロック１０１のシリンダボア１０１ａ内には、片頭型のピストン１１０が頭部をシリンダヘッド１０４側に向けて往復動自在に挿入配置されている。ピストン１１０頭部と反対側の端部にはコ字状の窪みが形成され、この窪み内に斜板１０７の外周部が収容され、これによりピストン１１０と斜板１０７とが連動する構成となっている。従って、駆動軸１０６の回転によりピストン１１０がシリンダボア１０１ａ内を往復動することが可能となる。

シリンダヘッド１０４には、吸入室１１９及び吐出室１２０が区画形成され、吸入室１１９は、シリンダヘッド１０４の径方向の中心側（駆動軸１０６の軸線の延長上）に配置され、吐出室１２０は、シリンダヘッド１０４の径方向の外側に吸入室１１９を取り囲むように環状に配置されている。

バルブプレート１０３には、シリンダボア１０１ａ（ピストン１１０による圧縮室）とシリンダヘッド１０４側の吸入室１１９とを連通する吸入孔（図示省略）と、シリンダボア１０１ａ（ピストン１１０による圧縮室）とシリンダヘッド１０４側の吐出室１２０とを連通する吐出孔（図示省略）とが形成され、吸入孔及び吐出孔にはそれぞれ一方向弁からなる吸入弁及び吐出弁（図示省略）が設けられている。

シリンダヘッド１０４にはまた、シリンダヘッド１０４の上側の側部に開口してエアコンシステムの低圧側冷媒回路と接続される吸入ポート１０４ａと、吸入ポート１０４ａと吸入室１１９とを連通する吸入通路１０４ｂとが形成されている。

また、エアコンシステムの高圧側冷媒回路と接続される吐出ポート１２２ａと、吐出ポート１２２ａと吐出室１２０とを連通する吐出通路１２２ｂとが設けられるが、吐出ポート１２２ａは、シリンダブロック１０１の上側の側部に開口するように形成され、吐出通路１２２ｂは、シリンダブロック１０１、バルブプレート１０３及びシリンダヘッド１０４に跨って形成されている。

この可変容量斜板式圧縮機１００では、駆動軸１０６の回転を変換機構としての斜板１０７によりピストン１１０の往復運動に変換して、冷媒を吸入・吐出する。すなわち、シリンダヘッド１０４側と反対側へ移動するピストン１１０により、そのシリンダボア（圧縮室）１０１ａ内に吸入室１１９内の冷媒を吸入し、シリンダヘッド１０４側へ移動するピストン１１０により、そのシリンダボア（圧縮室）１０１ａ内の冷媒を圧縮して吐出室１２０へ吐出する。

そして、かかる吸入・吐出動作に伴って、吸入室１１９には、エアコンシステムの低圧側冷媒回路から、吸入ポート１０４ａ及び吸入通路１０４ｂを介して、冷媒が流入し、吐出室１２０からは、吐出通路１２２ｂ及び吐出ポート１２２ａを介してエアコンシステムの高圧側冷媒回路に冷媒が送給される。

この可変容量斜板式圧縮機１００では、前述のように、駆動軸１０６の回転を変換機構としての斜板１０７によりピストン１１０の往復運動に変換して、冷媒を吸入・吐出するが、斜板１０７の傾角により、ピストン１１０のストロークを変化させて、吐出容量を変化させることができ、斜板１０７の傾角は、クランク室１０５の圧力により変更される。すなわち、全ピストン１１０の前後の圧力差によるモーメントにより、斜板１０７の傾角が変化することから、クランク室１０５の圧力により斜板１０７の傾角を任意に制御可能である。

この制御のため、吐出室１２０とクランク室１０５とを連通する給気通路（図示省略）と、クランク室１０５と吸入室１１９とを連通する抽気通路（図示省略）とが設けられ、前記給気通路には流量調整用の制御弁（図示省略）が設けられ、前記抽気通路には流量規制用のオリフィス（図示省略）が設けられている。

従って、前記制御弁の開度調整によりクランク室１０５の圧力が変化し、これにより斜板１０７の傾角が変化して吐出容量が変化可能となっている。尚、前記制御弁には吸入室１１９の圧力が導かれており、前記制御弁は吸入室１１９の圧力が所定の圧力を維持するようにクランク室１０５への吐出ガス導入量を調整している。

次に、冷媒の流通経路（冷媒を吸入又は吐出する経路）に設置される脈動低減装置としての消音器について説明する。
図１〜図７に示される実施形態では、シリンダヘッド１０４の吸入通路１０４ｂに、消音器（セル構造体）３００が設置されている。すなわち、吸入通路１０４ｂは、シリンダヘッド１０４内の吸入室１１９からシリンダヘッド１０４の端壁１０４ｆの内面に沿って径方向外方へ延在し、吸入ポート１０４ａに連通しているが、ここに吸入通路１０４ｂを複数の並列なセル通路に区画するセル構造部を含む消音器３００が設置されている。

消音器３００は、図２に示すように樹脂製の成形品とする。材料は、本実施形態のように温度の低い吸入ガスが流れる吸入経路に消音器を設置する場合、耐熱性は特に求められないので耐冷媒性を有していればよく、安価なナイロンに代表されるポリアミド樹脂で成形する。また、強度が必要な場合は、ガラス繊維等を混入させ調整する。成形方法については、安価に生産するため、射出成形による一体成形とする。

消音器３００は、円筒体（ケース部）３２４の内周面から中心軸に向かって放射状にフィン３２１を成形し、隣合うフィン３２１間にセル通路を形成する。また、各フィン３２１の中心軸側の先端（以下、単に先端という）を中心軸より手前に位置させて、消音器３００の中心部に、他のセル通路の円筒体３２４周方向の幅より大きい直径を有するセル通路を、消音器３００の流入側と流出側を連通させるバイパス通路３２２として形成している。

またフィン３２１は、全てが同じ長さではなく、図３の断面図に示す様に不均一に、かつ、中心軸に対して対称に配置されている。
それぞれのフィン３２１の冷媒流通方向に対し垂直な断面形状は、円筒体３２４周方向の厚さ（以下、単にフィンの厚さという）が根元（円筒体３２４の内周）側で太く、先端側で細いテーパー形状となっている。

また、図４に示すようにフィン３２１の冷媒流入面３２３は、根元側から中心側のバイパス通路３２２に向かって下流側に傾斜している。
消音器の形状寸法に関しては、吸入通路１０４ｂの寸法形状に合わせて内径を１３〜１８ｍｍ程度に設定する。フィンに関しては、厚さが細く、枚数が多いほうが望ましいが、実際の射出成形による量産性を考えるとフィンの厚さは、最薄部で１００〜５００μｍとし、枚数は求められる脈動低減効果、性能低下の許容値により変わるが、大よそ１２〜４８枚の間で調整する。

本実施形態に係る消音器３００は、内径が１６ｍｍで全長４０ｍｍ、中心軸に向かう径方向の長さが最も大きいフィン３２１ａ、径方向長さが中間のフィン３２１ｂ、径方向長さが最も短いフィン３２１ｃの３種類のフィンから構成され、フィン枚数は、フィン３２１ａが４枚、フィン３２１ｂが４枚、フィン３２１ｂが８枚の合計１６枚である。

全てのフィン３２１は、先端に近づくほど厚さが細くなるテーパー形状となっている。例えばフィン３２１ａは、径方向長さが６．５ｍｍで厚さは先端が５００μｍ、根元が９００μｍ、フィン３２１ｂは、径方向長さが５．５ｍｍで厚さは先端が４００μｍ、根元が７００μｍ、フィン３２１ｃは、径方向長さが４ｍｍで厚さは先端が２００μｍ、根元が５００μｍと設定しており、径方向長さが大きいフィンほど、厚さを太く設定してある。

かかる構成を有した本実施形態に係る消音器３００によれば、フィン３２１の径方向長さ（根元から先端までの長さ）をフィン３２１間で不均一としたことにより、図５及び図６に示すように、消音器３００の射出成形時に使用される金型（型）の中の、フィン３２１先端部位置に対応する金型（成形駒）４００の最薄部４００ａ，４００ｂ，４００ｃを３個の円上に分散させることができ、フィンの径方向長さを均一にしたときのように１個の同一円上へ集中することを抑制できる。

これにより、金型４００の剛性を向上させることができ、変形、破損を抑制でき、同時に、成形されるフィン３２１が変形し、さらにはフィン３２１間が閉塞されてしまうこと等を抑制でき消音器３００製造の歩留まりが向上する。

また、金型４００の最薄部４００ａ，４００ｂ，４００ｃを分散させることで金型４００の強度を確保しつつフィン３２１の数を増大して水力平均深さを小さくすることができ、消音器３００の脈動低減効果を向上することができる。

尚、本実施形態では円筒状の消音器としたが、この他に例えば４角形状の断面形状を有する消音器としてもよい。そして、これらの異なる断面形状も含めた消音器において、
樹脂成形用金型の最薄部を分散させるためには、フィンが中心軸に向かう方向の先端から該中心軸までの距離をフィン間で不均一とする構成とすればよい。

また、本実施形態では、フィン３２１の径方向長さが長い（短い）フィンほど厚さを太く（細く）したことにより、以下の効果が得られる。
射出成形時に、径方向長さが短いフィンは、先端まで樹脂を充填させるに必要な圧力が低くすむので型の変形は少ない。従って、フィンの厚さを細くできる。逆に径方向長さが長いフィンは、高い充填圧力が必要となるので、変形防止のためフィンの厚さを太くし充填圧力を下げる必要がある。

上述したように、セル構造体を設置した流路の断面積を確保するためにフィンの厚さは細いほうが望ましい。従って、本実施形態のように、厚さを細くすることが可能な径方向長さが短いフィンは可能な限り厚さを細くし、高い充填圧力が必要となる径方向長さが長いフィンは、該必要充填圧力に見合うだけの厚さに太くすることにより、金型延いてはフィンの変形を抑制し消音器の消音性能を確保しつつ、流路断面積を可及的に大きくして冷媒の消音器通過時の流量損失を低減することができる。

ところで、この種の消音器形状（筒状内部に内周面から中心軸に向かって放射状に形成された複数のフィンを持つ形状）の射出成形においては、通常、筒状上部位置に複数のゲートを設置し、そこから樹脂を加圧注入し成形する。ここで、フィンの冷媒流通方向に垂直な断面形状が中心軸に対し非対称[ある一部に、厚さが細くて（太くて）径方向長さが短い（長い）フィンが偏在して設置されているような形状]であった場合、成形時に型にかかる圧力分布が不均等なり、型の変形を招きやすい。

そこで、本実施形態では、消音器３００の冷媒流通方向に垂直な断面形状を、中心軸に対して対称にしたことにより、圧力分布が均等化されるので、金型４００の変形、ひいてはフィン３２１の変形を抑制できる。

また、本実施形態では、フィン３２１の厚さを根元から先端に近づくほど細いテーパー形状としたことにより、フィン３２１先端まで樹脂の充填がしやすくなり、同時に、型の剛性も向上する。

また、本実施形態では、フィン３２１相互間に形成されるセル通路の周方向の幅より大きい直径を有するバイパス通路３２２を中心部に設け、冷媒流入面３２３をバイパス通路３２２に向かって下流側に傾斜させる構造としたため、冷媒流入面に流れてきたセル通路の幅より大きな固形異物を該傾斜に沿ってバイパス通路３２２に流し込み、冷媒流入面３２３への異物の滞留を抑制しつつ、開口率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記構成の消音器３００を圧縮機の吸入通路１０４ｂに装着したことにより、脈動発生源である圧縮機内で吸気脈動を減衰でき、吸気脈動の他のコンポーネント(例えば、エバポレータ)への伝達をより低減できる。

上記第１の実施形態では、圧縮機の吸入経路にセル構造体を設置したものを示したが、第２の実施形態では、図７に示す様に、吐出脈動低減のため吐出経路にセル構造体を設置したものを示す。

すなわち、シリンダヘッド１０４側の吐出室１２０とシリンダブロック１０１側の吐出ポート１２２ａとを接続する吐出通路１２２ｂに消音器３４０を設置している。
尚、消音器３４０は、シリンダブロック１０１とバルブプレート１０３とで挟み込んで固定している。固定方法は、他にスナップリング等による固定方法も考えられる。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同形状の樹脂成形された消音器を用いているが、環境温度が１００℃以上になる可能性のある吐出経路に設置する場合、材料には耐冷媒性がありかつ耐熱性の高いＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）や液晶ポリマー樹脂等を用い成形するのが望ましい。

また、圧縮機内の吐出経路に設置する場合、経路が吸入経路と比べ細いことと、レイアウト上の制約のため、設置する消音器３４０の流路直径は、５〜１３ｍｍ程度で設計することとなる。

本実施形態のように、吐出脈動低減のため、吐出経路に本消音器を設置したものでも同様の脈動低減効果を得ることができ、脈動の他のコンポーネント(例えば、コンデンサ)への伝達をより低減できる。

図８は、上記消音器３００，３４０射出成形時の概要を示す。図５及び図６に示した金型(成形駒)４００を内側に、有底円筒状の金型４０１を外側に配置し、本図で上方に配置した金型４０２のゲートから高温に溶融された液状樹脂を所定以上の圧力で注入（射出）する。金型４０１の底部には、金型(成形駒)４００の断面形状と同一形状の溝孔が形成され、金型４００の底部が金型４０１の溝に嵌合している。

そして、樹脂の冷却固化後、内側の金型４００を外側の金型４０１の底部の溝孔を通して引き抜くことにより、内側の金型４００と外側金型４０１との間に注入されていた樹脂によって消音器３００，３４０が成形される。図９は、射出成形のゲートを含む消音器（セル構造体）の外観形状を示す。

以上示した第１及び第２の実施形態に係る消音器３００，３４０の射出成形時に使用する金型４００によれば、最薄部が同一円状へ集中することが抑制され、剛性が向上して、変形、破損を抑制でき、同時に、成形されるフィンの変形、フィン間の閉塞等を抑制できる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、圧縮機として可変容量斜板式圧縮機を例に記述したが、固定容量斜板式圧縮機、電動圧縮機でも同様の効果が得られる。また圧縮方式に関しても、斜板方式を含む往復動圧縮機のほか、スクロール方式、ベーン方式でも同様の効果が得られる。

１００ 圧縮機
１０４ｂ 吸入通路
１２２ｂ 吐出通路
３００ 消音器
３２１ フィン
３２２ バイパス通路
３２３ フィンの冷媒流入面
３２４ 円筒体
３２４ａ 径方向長さが最大のフィン
３２４ｂ 径方向長さが中間のフィン
３２４ｃ 径方向長さが最小のフィン
３４０ 消音器
４００ 金型（成形駒）
４００ａ，４００ｂ，４００ｃ 金型（成形駒）の各最薄部

Claims (7)

1. 圧力変動を伴う流体が流れる流体経路に設置され、筒状内部に内周面から中心軸に向かって放射状に形成された複数のフィンを有し、隣り合うフィンとの間を流体通路とするセル構造の消音器であって、
   樹脂により成形され、前記フィンが前記中心軸に向かう方向の先端から該中心軸までの距離をフィン間で不均一としたことを特徴とする消音器。
2. 前記フィンの流体流通方向に垂直な断面形状において、前記中心軸に向かう方向の長さが長いフィンほど該フィンの流体流通方向に垂直な周方向の幅を大きくし、前記中心軸に向かう方向の長さが短いフィンほど前記幅を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 前記フィンの流体流通方向に垂直な断面形状を、前記中心軸に対して対称としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の消音器。
4. 前記フィンの筒状周方向の幅を、前記中心軸に近づくほど細くなるテーパー形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の消音器。
5. 前記フィンの流体流入側の端面形状を、中心軸に近づくほど流体下流側に傾斜させたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の消音器。
6. 冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機であって、
   その冷媒吸入経路の途中に、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の消音器を設置したことを特徴とする圧縮機。
7. 冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機であって、
   その冷媒吐出経路の途中に、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の消音器を設置したことを特徴とする圧縮機。