JPH1172173A - 圧力応動バルブ装置、リード弁、及びリード弁製作法 - Google Patents
圧力応動バルブ装置、リード弁、及びリード弁製作法Info
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- JPH1172173A JPH1172173A JP17961898A JP17961898A JPH1172173A JP H1172173 A JPH1172173 A JP H1172173A JP 17961898 A JP17961898 A JP 17961898A JP 17961898 A JP17961898 A JP 17961898A JP H1172173 A JPH1172173 A JP H1172173A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 往復動ピストン式圧縮機に設けられるリード
弁を、堅牢度の高いものに構成する。 【解決手段】 リード弁60は直径方向で対向配置され
外向きに突出している1対のタブ66を有し、タブには
リード弁を保持するための溝穴68が形成されている。
タブにおける溝穴の周辺部のみを、レーザ焼入れ法また
は高周波焼入れ法によって無心焼入れした。無心焼入れ
領域は耐摩耗強度を付与し、硬さがより低いリード弁他
部はリード弁に耐疲労強度を付与する。無心焼入れ領域
は焼入れ後に、ショットピーニングするのが望ましい。
弁を、堅牢度の高いものに構成する。 【解決手段】 リード弁60は直径方向で対向配置され
外向きに突出している1対のタブ66を有し、タブには
リード弁を保持するための溝穴68が形成されている。
タブにおける溝穴の周辺部のみを、レーザ焼入れ法また
は高周波焼入れ法によって無心焼入れした。無心焼入れ
領域は耐摩耗強度を付与し、硬さがより低いリード弁他
部はリード弁に耐疲労強度を付与する。無心焼入れ領域
は焼入れ後に、ショットピーニングするのが望ましい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は圧力応動バルブ装
置、特にレーザ焼入れ又は高周波焼入れされたリード弁
を含むバルブ装置と該リード弁の製作法とに関するもの
である。本バルブ装置は往復ピストン式圧縮機、例えば
冷媒圧縮機、において使用するのに適している。
置、特にレーザ焼入れ又は高周波焼入れされたリード弁
を含むバルブ装置と該リード弁の製作法とに関するもの
である。本バルブ装置は往復ピストン式圧縮機、例えば
冷媒圧縮機、において使用するのに適している。
【0002】
【発明の背景】往復ピストン式圧縮機は典型的に、シリ
ンダ・ハウジングの端に設置されている、吸入及び吐出
圧力により作動されるバルブ装置を備えている。このバ
ルブ装置を設計する上で全系の作動にとって特に重要で
あるのは、所与の時間間隔内及び許容される小圧力降下
の下で最大量の流体流れを可能とする十分大きなポート
面積が与えられることである。このことは空調系で使用
される冷媒圧縮機では特に、空調系では一般に比較的高
い質量流速が必要とされることからして、重要である。
ンダ・ハウジングの端に設置されている、吸入及び吐出
圧力により作動されるバルブ装置を備えている。このバ
ルブ装置を設計する上で全系の作動にとって特に重要で
あるのは、所与の時間間隔内及び許容される小圧力降下
の下で最大量の流体流れを可能とする十分大きなポート
面積が与えられることである。このことは空調系で使用
される冷媒圧縮機では特に、空調系では一般に比較的高
い質量流速が必要とされることからして、重要である。
【0003】所与の寸法のシリンダのポート面積を極力
大きくしたいという希望と関連しこの希望に反すること
は、可動のバルブ部材の重量を減らす必要性にある。可
動のバルブ部材の重量を減らすことによってはバルブの
慣性効果が制限され、またバルブの開閉に伴う騒音レベ
ルが減らされる。
大きくしたいという希望と関連しこの希望に反すること
は、可動のバルブ部材の重量を減らす必要性にある。可
動のバルブ部材の重量を減らすことによってはバルブの
慣性効果が制限され、またバルブの開閉に伴う騒音レベ
ルが減らされる。
【0004】別の設計目標は、シリンダの再膨張ないし
空隙容積を減らすことである。バルブ系とシリンダ頂端
壁とは次のような形状、すなわちピストンの形状と相補
的であってピストンに、該ピストンが上死点にあるとき
ガス流を制限することなく圧縮室の容積を最小限の容積
へと減らすことを可能とする形状を、有するべきであ
る。この目標を、複雑なピストンのヘッド部形状の設計
によって達成することは可能であるが、この複雑な形状
のものを製作することは極めて高価につき、また装置の
製作がより困難となり、さらにピストンが上死点に近づ
くとき一般に絞り損失が発生する。再膨張容積の減少は
ヒートポンプ用途に用いられる圧縮機においてだけでは
なく、極めて低温の冷凍系で用いられるような、比較的
低い質量流速を有する冷凍用圧縮機においても、大いに
重要である。
空隙容積を減らすことである。バルブ系とシリンダ頂端
壁とは次のような形状、すなわちピストンの形状と相補
的であってピストンに、該ピストンが上死点にあるとき
ガス流を制限することなく圧縮室の容積を最小限の容積
へと減らすことを可能とする形状を、有するべきであ
る。この目標を、複雑なピストンのヘッド部形状の設計
によって達成することは可能であるが、この複雑な形状
のものを製作することは極めて高価につき、また装置の
製作がより困難となり、さらにピストンが上死点に近づ
くとき一般に絞り損失が発生する。再膨張容積の減少は
ヒートポンプ用途に用いられる圧縮機においてだけでは
なく、極めて低温の冷凍系で用いられるような、比較的
低い質量流速を有する冷凍用圧縮機においても、大いに
重要である。
【0005】上述した設計条件を満たしバルブ装置の設
計に付随する問題のいくつかを解決するために開発され
た、典型的な従来技術によるバルブ装置が、本願出願人
の米国特許No.4,877,382に示されている。
計に付随する問題のいくつかを解決するために開発され
た、典型的な従来技術によるバルブ装置が、本願出願人
の米国特許No.4,877,382に示されている。
【0006】上述の米国特許No.4,877,382
に開示されたバルブ装置、特に環状リング状の吸入弁挿
入物は、従来の圧縮機装置において満足すべき挙動を示
している。これらの従来の圧縮機装置は、クロロフルオ
ロカーボン(CFC)冷媒又はハイドロクロロフルオロ
カーボン(HCFC)冷媒を使用している。これらのC
FC及びHCFC圧縮機用の潤滑油は、鉱油が基体の潤
滑油である。CFC又はHCFC冷媒と鉱油基体の潤滑
油との組合わせは、従来の圧縮機における吸入弁挿入物
の十分な冷却と潤滑を与えている。CFC及びHCFC
冷媒は、オゾン層に関連した周知の問題によって冷媒圧
縮機から徐々に姿を消しつつある。CFC及びHCFC
冷媒の代わりに利用されつつある1つの冷媒は、ハイド
ロフルオロカーボン(HFC)冷媒である。
に開示されたバルブ装置、特に環状リング状の吸入弁挿
入物は、従来の圧縮機装置において満足すべき挙動を示
している。これらの従来の圧縮機装置は、クロロフルオ
ロカーボン(CFC)冷媒又はハイドロクロロフルオロ
カーボン(HCFC)冷媒を使用している。これらのC
FC及びHCFC圧縮機用の潤滑油は、鉱油が基体の潤
滑油である。CFC又はHCFC冷媒と鉱油基体の潤滑
油との組合わせは、従来の圧縮機における吸入弁挿入物
の十分な冷却と潤滑を与えている。CFC及びHCFC
冷媒は、オゾン層に関連した周知の問題によって冷媒圧
縮機から徐々に姿を消しつつある。CFC及びHCFC
冷媒の代わりに利用されつつある1つの冷媒は、ハイド
ロフルオロカーボン(HFC)冷媒である。
【0007】HFC冷媒はオゾン層に対し悪影響をもた
ず、CFC及びHCFC冷媒に代わる冷媒として迅速に
選択されつつある。HFC冷媒を使用するとき鉱油基体
の潤滑油はその有効性のいくつかを失い、鉱油基体の潤
滑油は別のより有効な潤滑油と置換する必要がある。H
FC冷媒と共存性があり有効であることが示されている
1つの潤滑油は、ポリエステル基体の潤滑油である。ポ
リエステル基体の潤滑油はHFC冷媒を使用するとき、
鉱油基体の潤滑油の代替物として適当であることが実証
されているけれども、圧縮機の往復動ピストンの設計に
関し改良し耐久度を向上させる必要性が常に求められて
いる。
ず、CFC及びHCFC冷媒に代わる冷媒として迅速に
選択されつつある。HFC冷媒を使用するとき鉱油基体
の潤滑油はその有効性のいくつかを失い、鉱油基体の潤
滑油は別のより有効な潤滑油と置換する必要がある。H
FC冷媒と共存性があり有効であることが示されている
1つの潤滑油は、ポリエステル基体の潤滑油である。ポ
リエステル基体の潤滑油はHFC冷媒を使用するとき、
鉱油基体の潤滑油の代替物として適当であることが実証
されているけれども、圧縮機の往復動ピストンの設計に
関し改良し耐久度を向上させる必要性が常に求められて
いる。
【0008】
【発明の要約】絶えず改良を試みられている要素として
は圧縮機の吐出弁及び吸入弁に関連したリード弁があ
り、この発明はリード弁の改良に係る。この発明に係る
吸入弁部材或いはリード弁は、レーザ焼入れ法又は高周
波焼入れ法によって無心焼入れされた部分を備えた保持
用のタブを有する。タブは該タブを保持するための開口
ないし溝穴を有し、無心焼入れされた部分は該開口ない
し溝穴に沿わせる。つまり開口ないし溝穴の周辺部のみ
に無心焼入れされた部分を設けて、タブの残りの部分を
含むリード弁他部は無心焼入れしない。無心焼入れされ
た部分は耐摩耗性を与え、硬さがより小さいリード弁他
部はリード弁に耐疲労強度を与えて、リード弁の耐久度
が有意義に改良される。この発明はまた、無心焼入れさ
れたタブを有するリード弁の製作法も提供するものであ
る。
は圧縮機の吐出弁及び吸入弁に関連したリード弁があ
り、この発明はリード弁の改良に係る。この発明に係る
吸入弁部材或いはリード弁は、レーザ焼入れ法又は高周
波焼入れ法によって無心焼入れされた部分を備えた保持
用のタブを有する。タブは該タブを保持するための開口
ないし溝穴を有し、無心焼入れされた部分は該開口ない
し溝穴に沿わせる。つまり開口ないし溝穴の周辺部のみ
に無心焼入れされた部分を設けて、タブの残りの部分を
含むリード弁他部は無心焼入れしない。無心焼入れされ
た部分は耐摩耗性を与え、硬さがより小さいリード弁他
部はリード弁に耐疲労強度を与えて、リード弁の耐久度
が有意義に改良される。この発明はまた、無心焼入れさ
れたタブを有するリード弁の製作法も提供するものであ
る。
【0009】この発明の他の特徴と長所は、添付図面を
参照して行う以下の説明から明瞭に理解できる。
参照して行う以下の説明から明瞭に理解できる。
【0010】
【実施例】図面について述べると、図1,2にはこの発
明に従ったバルブ装置の一実施例を、符号10で全体を
指して示してある。バルブ装置10は弁板組立体12を
有し、この弁板組立体12はその下面16へと延びてい
る、比較的大きな不規則形状でほぼ環状の凹み部ないし
吸入室14を有する。截頭円錐状の吐出室18も設けら
れ、この吐出室18は弁板組立体12の上面22と下面
16間にまたがる、放射方向内向きの傾斜側壁20によ
って仕切られている。側壁20の面24は吐出弁部材2
6用の弁座を提供し、吐出弁部材26はガス圧力、及び
該弁部材26と橋状リテーナ30間に設けた皿ばね28
によって弁座に対し係合する向きに付勢されている。
明に従ったバルブ装置の一実施例を、符号10で全体を
指して示してある。バルブ装置10は弁板組立体12を
有し、この弁板組立体12はその下面16へと延びてい
る、比較的大きな不規則形状でほぼ環状の凹み部ないし
吸入室14を有する。截頭円錐状の吐出室18も設けら
れ、この吐出室18は弁板組立体12の上面22と下面
16間にまたがる、放射方向内向きの傾斜側壁20によ
って仕切られている。側壁20の面24は吐出弁部材2
6用の弁座を提供し、吐出弁部材26はガス圧力、及び
該弁部材26と橋状リテーナ30間に設けた皿ばね28
によって弁座に対し係合する向きに付勢されている。
【0011】図示のように吐出弁部材26は吐出室18
に対し相対的に、その下面32が弁板組立体12の下面
16と実質的に同一面をとるように、寸法と形状を設定
されている。皿ばね28は、リテーナ30に設けた凹溝
36内に配置されている。吐出弁部材26は本質的に圧
力で作動されるものであり、皿ばね28は主として安定
性を付与するため、及び初期密封を得させる初期の閉鎖
付勢力ないし予荷重を付与するために、選択されてい
る。皿ばね以外の他のタイプのスプリングも勿論、この
目的のために使用できる。吐出弁部材26の開放動を制
限するストップとしても機能するリテーナ30は、1対
の適当な締付け具38により弁板組立体12に対し取付
けられている。
に対し相対的に、その下面32が弁板組立体12の下面
16と実質的に同一面をとるように、寸法と形状を設定
されている。皿ばね28は、リテーナ30に設けた凹溝
36内に配置されている。吐出弁部材26は本質的に圧
力で作動されるものであり、皿ばね28は主として安定
性を付与するため、及び初期密封を得させる初期の閉鎖
付勢力ないし予荷重を付与するために、選択されてい
る。皿ばね以外の他のタイプのスプリングも勿論、この
目的のために使用できる。吐出弁部材26の開放動を制
限するストップとしても機能するリテーナ30は、1対
の適当な締付け具38により弁板組立体12に対し取付
けられている。
【0012】ほぼ環状の弁板挿入物40を凹んだ吸入室
14内に配置し、その内部に締付け具38を臨ませてリ
テーナ30に固定してある。弁板組立体12はシリンダ
・ハウジング42に対し、弁カバー46及び弁板組立体
12を貫通させシリンダ・ハウジング42に螺合した複
数本のボルト44を用いて固定してある。互いに間隔を
あけた複数の切欠き領域ないし放射方向の凹み(図示せ
ず)を、挿入物40を貫通させて設けて、該領域ないし
凹みの放射方向の内側と外側との間で吸入流体流れが自
由に行われるようにしてある。
14内に配置し、その内部に締付け具38を臨ませてリ
テーナ30に固定してある。弁板組立体12はシリンダ
・ハウジング42に対し、弁カバー46及び弁板組立体
12を貫通させシリンダ・ハウジング42に螺合した複
数本のボルト44を用いて固定してある。互いに間隔を
あけた複数の切欠き領域ないし放射方向の凹み(図示せ
ず)を、挿入物40を貫通させて設けて、該領域ないし
凹みの放射方向の内側と外側との間で吸入流体流れが自
由に行われるようにしてある。
【0013】弁板組立体12は環状の弁座48を形成
し、側壁20はその末端に環状の弁座54を形成してい
る。これらの弁座48,54間には、吸入流体の供給通
路56が配置されている。
し、側壁20はその末端に環状の弁座54を形成してい
る。これらの弁座48,54間には、吸入流体の供給通
路56が配置されている。
【0014】側壁20の弁座54は、弁板組立体12の
弁座48と同一平面上に位置させてある。環状リング形
の吸入リード弁部材60がその閉鎖位置で側壁20の弁
座54と弁板組立体12の弁座48とに対し、吸入室1
4から通路56を介して圧縮室62へ通じる通路を遮断
するように密封的に係合する。吸入リード弁部材60に
は中心の開口64を設けてあり、この開口64は、圧縮
室62と吐出弁部材26の下面32との間の直接の流体
流れを許容するように吐出室18と同心的に配置されて
いる。吸入リード弁部材60はまた、一直径線上で対向
配置され放射方向の外向きに突出している1対のタブ6
6を有し、各タブ66にはそれを貫通する適当な開口な
いし溝穴68を設けてある。タブ66はシリンダ・ハウ
ジング42の切込み部70に支承されており、開口ない
し溝穴68に通した1対のピン72によって吸入リード
弁部材60を作動可能に保持している。
弁座48と同一平面上に位置させてある。環状リング形
の吸入リード弁部材60がその閉鎖位置で側壁20の弁
座54と弁板組立体12の弁座48とに対し、吸入室1
4から通路56を介して圧縮室62へ通じる通路を遮断
するように密封的に係合する。吸入リード弁部材60に
は中心の開口64を設けてあり、この開口64は、圧縮
室62と吐出弁部材26の下面32との間の直接の流体
流れを許容するように吐出室18と同心的に配置されて
いる。吸入リード弁部材60はまた、一直径線上で対向
配置され放射方向の外向きに突出している1対のタブ6
6を有し、各タブ66にはそれを貫通する適当な開口な
いし溝穴68を設けてある。タブ66はシリンダ・ハウ
ジング42の切込み部70に支承されており、開口ない
し溝穴68に通した1対のピン72によって吸入リード
弁部材60を作動可能に保持している。
【0015】圧縮室62内に設けられた往復動ピストン
(図示せず)が吸入行程中にバルブ装置10から遠去か
る向きに移動するとき、圧縮室62と吸入室14間の圧
力差で吸入リード弁部材60が圧縮室62に対し相対的
に、図1に鎖線図示のように内向きに屈曲して開放位置
をとり、それによって弁座48,54間の供給通路56
を介し吸入室14から圧縮室62内への流体流れが可能
とされる。吸入リード弁部材60のタブ66のみが圧縮
室62の側壁を越えて外向きに突出していることから、
吸入流体流れは、吸入リード弁部材60の実質的に全内
外周域まわりで圧縮室62内へと容易に流入する。ピス
トンの圧縮行程が始まると吸入リード弁部材60は弁座
54,48に対し強制的に、密封的に係合せしめられ
る。吐出弁部材26は、圧縮室62内の圧力が吐出室1
8内の圧力及び皿ばね28の力を越えることによって開
放し始める。圧縮ガスは中心の開口64及び吐出弁部材
26を介して、吐出室18内へ強制的に流入せしめられ
る。弁板組立体12と吸入リード弁部材60とが同心的
に配置されていることにより圧縮室62に重なる実質的
に全ての利用可能な面領域が吸入及び吐出弁作用と通路
開閉作用とに利用され、圧縮室62内への流体の出入り
が最大限に行われる。
(図示せず)が吸入行程中にバルブ装置10から遠去か
る向きに移動するとき、圧縮室62と吸入室14間の圧
力差で吸入リード弁部材60が圧縮室62に対し相対的
に、図1に鎖線図示のように内向きに屈曲して開放位置
をとり、それによって弁座48,54間の供給通路56
を介し吸入室14から圧縮室62内への流体流れが可能
とされる。吸入リード弁部材60のタブ66のみが圧縮
室62の側壁を越えて外向きに突出していることから、
吸入流体流れは、吸入リード弁部材60の実質的に全内
外周域まわりで圧縮室62内へと容易に流入する。ピス
トンの圧縮行程が始まると吸入リード弁部材60は弁座
54,48に対し強制的に、密封的に係合せしめられ
る。吐出弁部材26は、圧縮室62内の圧力が吐出室1
8内の圧力及び皿ばね28の力を越えることによって開
放し始める。圧縮ガスは中心の開口64及び吐出弁部材
26を介して、吐出室18内へ強制的に流入せしめられ
る。弁板組立体12と吸入リード弁部材60とが同心的
に配置されていることにより圧縮室62に重なる実質的
に全ての利用可能な面領域が吸入及び吐出弁作用と通路
開閉作用とに利用され、圧縮室62内への流体の出入り
が最大限に行われる。
【0016】圧縮室62内でピストンが連続して行程を
繰り返すにつれ、吸入リード弁部材60がその開放位置
と閉鎖位置との間で連続して移動を繰り返す。したがっ
てタブ66が絶えず曲げないし撓みを生じる。シリンダ
・ハウジング42は圧縮室62の外縁で傾斜ないし湾曲
部74を含んでいて、それにより吸入リード弁部材60
の曲げに対し好意的な面が提供されてタブ66内で生じ
る曲げ応力が有意義に減らされることとなっている。
繰り返すにつれ、吸入リード弁部材60がその開放位置
と閉鎖位置との間で連続して移動を繰り返す。したがっ
てタブ66が絶えず曲げないし撓みを生じる。シリンダ
・ハウジング42は圧縮室62の外縁で傾斜ないし湾曲
部74を含んでいて、それにより吸入リード弁部材60
の曲げに対し好意的な面が提供されてタブ66内で生じ
る曲げ応力が有意義に減らされることとなっている。
【0017】この発明はタブ66についての熱処理及び
面仕上げに関する独特の方法に係り、同方法はタブ66
の摩耗及び曲げ疲労寿命を有意義に増す。この発明に係
る吸入リード弁部材60は図3に示されており、中心の
開口64を有するほぼ円形の本体ないしボデー76をも
つ。一直径線上で対向配置され放射方向の外向きに突出
している1対のタブ66にはそれぞれ、開口ないし溝穴
68が設けられている。
面仕上げに関する独特の方法に係り、同方法はタブ66
の摩耗及び曲げ疲労寿命を有意義に増す。この発明に係
る吸入リード弁部材60は図3に示されており、中心の
開口64を有するほぼ円形の本体ないしボデー76をも
つ。一直径線上で対向配置され放射方向の外向きに突出
している1対のタブ66にはそれぞれ、開口ないし溝穴
68が設けられている。
【0018】吸入リード弁部材60に類似した典型的な
従来の吸入リード弁部材は急冷され焼戻しされたステン
レス鋼、例えばUddeholm 716、から製作さ
れている。これらの従来の吸入リード弁部材は、HRC
49−53の硬さをもつ。この硬さは、満足すべき曲げ
疲労寿命特性を示す耐摩耗性吸入リード弁部材を与え
る。
従来の吸入リード弁部材は急冷され焼戻しされたステン
レス鋼、例えばUddeholm 716、から製作さ
れている。これらの従来の吸入リード弁部材は、HRC
49−53の硬さをもつ。この硬さは、満足すべき曲げ
疲労寿命特性を示す耐摩耗性吸入リード弁部材を与え
る。
【0019】この発明に係る吸入リード弁部材60は図
4,5に示すように、追加の熱処理及び仕上げ工程を加
えられている。図4は、溝穴68のための境界摩耗面を
提供するようにレーザ焼入れ法を用いて無心焼入れされ
た領域80を図示している。レーザ焼入れ法は、レーザ
が金属と結合するように加熱すべき領域をグラファイト
噴射によって塗布することから始まる。この塗布を行わ
ないとするとレーザ光線が、金属に吸収されて金属を加
熱する代わりに、金属の表面で反射する傾向がある。ア
メリカ合衆国、ペンシルバニア州、エムレントのフック
ス・ルーブリカンツ・カンパニー(Fuchs Lub
ricants Company)のグラホ・コロイヅ
・ディビジョン(Grafo Colloids Di
vision)から発売されているGRAFO 203
G Dry Film Lubricantが、N−プ
ロピルアルコールとアルコール4部、グラファイト1部
の割合で組合わせて用いるとき、満足すべき結果を与え
た。塗布厚さは、塗布層を通して吸入リード弁部材60
が見えない程度にすべきである。吸入リード弁部材60
をレーザ熱処理する前に塗布層を少なくとも5分間乾燥
すべきであるが、乾燥時間を2時間より長くすべきでは
ない。
4,5に示すように、追加の熱処理及び仕上げ工程を加
えられている。図4は、溝穴68のための境界摩耗面を
提供するようにレーザ焼入れ法を用いて無心焼入れされ
た領域80を図示している。レーザ焼入れ法は、レーザ
が金属と結合するように加熱すべき領域をグラファイト
噴射によって塗布することから始まる。この塗布を行わ
ないとするとレーザ光線が、金属に吸収されて金属を加
熱する代わりに、金属の表面で反射する傾向がある。ア
メリカ合衆国、ペンシルバニア州、エムレントのフック
ス・ルーブリカンツ・カンパニー(Fuchs Lub
ricants Company)のグラホ・コロイヅ
・ディビジョン(Grafo Colloids Di
vision)から発売されているGRAFO 203
G Dry Film Lubricantが、N−プ
ロピルアルコールとアルコール4部、グラファイト1部
の割合で組合わせて用いるとき、満足すべき結果を与え
た。塗布厚さは、塗布層を通して吸入リード弁部材60
が見えない程度にすべきである。吸入リード弁部材60
をレーザ熱処理する前に塗布層を少なくとも5分間乾燥
すべきであるが、乾燥時間を2時間より長くすべきでは
ない。
【0020】次に塗布された吸入リード弁部材60を、
レーザに対し該リード弁部材60を変位可能とする数値
制御テーブルを備えたレーザ焼入れ機内に位置させる。
焼入れすべき領域は図4に符号80で示されており、監
視できると共に数値制御テーブルの座標を僅かに変更す
ることによって修正できる。酸化、バーニング及び熔融
を最小限に抑えるようレーザにさらされる上下面領域8
0は加熱操作中、チッ素雰囲気中に浸す。
レーザに対し該リード弁部材60を変位可能とする数値
制御テーブルを備えたレーザ焼入れ機内に位置させる。
焼入れすべき領域は図4に符号80で示されており、監
視できると共に数値制御テーブルの座標を僅かに変更す
ることによって修正できる。酸化、バーニング及び熔融
を最小限に抑えるようレーザにさらされる上下面領域8
0は加熱操作中、チッ素雰囲気中に浸す。
【0021】次に図4に示す溝穴68に隣接する領域8
0をレーザに対し、該領域80の無心焼入れを生成する
のに適正な時間間隔及び電力設定条件下でさらす。伝達
光線積分器を、弁部材60の面に対し電力を均等に分配
するため及び領域80に対しレーザ光線を集中させるた
めに使用する。60Hzで波長10600ナノメータ、
最大設計電力1350ワット、最大電流35アンペアを
有するCO2 連続波光子バーサ・レーザV1200(C
O2 Continuous Wave Photon
Versa−Laser V1200)が、電力レベル
を550ワット以上で安定化させたときに満足すべき熱
処理様式を与えた。0.8−1.2秒の露光時間範囲
が、0.022インチ厚のリード弁部材に対し満足すべ
きことを見いだした。最適の電力・時間設定条件は、大
部分の熱がリード弁部材中に最小の時間で吸収され20
倍のルーペで見て表面熔融がほとんど或いは全く見えず
に所要の硬さ値が生ぜしめられるといった設定条件であ
る。
0をレーザに対し、該領域80の無心焼入れを生成する
のに適正な時間間隔及び電力設定条件下でさらす。伝達
光線積分器を、弁部材60の面に対し電力を均等に分配
するため及び領域80に対しレーザ光線を集中させるた
めに使用する。60Hzで波長10600ナノメータ、
最大設計電力1350ワット、最大電流35アンペアを
有するCO2 連続波光子バーサ・レーザV1200(C
O2 Continuous Wave Photon
Versa−Laser V1200)が、電力レベル
を550ワット以上で安定化させたときに満足すべき熱
処理様式を与えた。0.8−1.2秒の露光時間範囲
が、0.022インチ厚のリード弁部材に対し満足すべ
きことを見いだした。最適の電力・時間設定条件は、大
部分の熱がリード弁部材中に最小の時間で吸収され20
倍のルーペで見て表面熔融がほとんど或いは全く見えず
に所要の硬さ値が生ぜしめられるといった設定条件であ
る。
【0022】上で述べた電力及び時間についての設定値
は、リード弁部材が0.022インチの厚さを有する場
合に満足すべきリード弁部材を提供する。より厚いリー
ド弁部材であればより高い電力及び/又はより長い時間
を必要とし、より薄いリード弁部材であればより低い電
力及び/又は時間を必要とするであろう。したがってリ
ード弁部材の厚さの変動に伴い電力及び時間の両者の設
定値について再び、最適化が必要とされる。
は、リード弁部材が0.022インチの厚さを有する場
合に満足すべきリード弁部材を提供する。より厚いリー
ド弁部材であればより高い電力及び/又はより長い時間
を必要とし、より薄いリード弁部材であればより低い電
力及び/又は時間を必要とするであろう。したがってリ
ード弁部材の厚さの変動に伴い電力及び時間の両者の設
定値について再び、最適化が必要とされる。
【0023】レーザ焼入れ後にリード弁部材60は、最
大−120°Fの部分温度で最小2時間、冷却均熱処理
される。リード弁部材60は熱処理後3時間以内に、冷
却均熱サイクルを開始されるべきである。冷却均熱サイ
クルは、素材中の残留オーステナイトの量を極力減らす
ために利用される。
大−120°Fの部分温度で最小2時間、冷却均熱処理
される。リード弁部材60は熱処理後3時間以内に、冷
却均熱サイクルを開始されるべきである。冷却均熱サイ
クルは、素材中の残留オーステナイトの量を極力減らす
ために利用される。
【0024】冷却均熱処理が完了するとリード弁部材6
0は放置して常温に戻されるべきであり、その後325
−350°Fの部分温度で焼戻しされるべきである。冷
却均熱処理後リード弁部材60は、2時間以内に焼戻し
サイクルにかけられるべきである。レーザ焼入れ領域の
マトリックスのミクロ組織は、焼戻されたマルテンサイ
トであるべきである。この領域で炭化クロムは部分的に
分解されているべきである。500倍に拡大して見てマ
トリックス中に可視のオーステナイトは残留していな
い。熔融部の存在は、それが薄い表面層に限られない限
り好ましくない。焼戻し後に領域80内の硬さの最小読
取り値は、ロックウェル15Nで88.0となろう。タ
ブ66の基材と焼入れ領域80間に遷移領域は存在する
であろうが、この遷移領域は最小に保たれるべきであ
る。上述したレーザ焼入れ法は遷移領域を、幅でいって
好ましい最大許容値0.060インチより小さく保つ。
0は放置して常温に戻されるべきであり、その後325
−350°Fの部分温度で焼戻しされるべきである。冷
却均熱処理後リード弁部材60は、2時間以内に焼戻し
サイクルにかけられるべきである。レーザ焼入れ領域の
マトリックスのミクロ組織は、焼戻されたマルテンサイ
トであるべきである。この領域で炭化クロムは部分的に
分解されているべきである。500倍に拡大して見てマ
トリックス中に可視のオーステナイトは残留していな
い。熔融部の存在は、それが薄い表面層に限られない限
り好ましくない。焼戻し後に領域80内の硬さの最小読
取り値は、ロックウェル15Nで88.0となろう。タ
ブ66の基材と焼入れ領域80間に遷移領域は存在する
であろうが、この遷移領域は最小に保たれるべきであ
る。上述したレーザ焼入れ法は遷移領域を、幅でいって
好ましい最大許容値0.060インチより小さく保つ。
【0025】図5は上述したレーザ熱処理操作の完了後
にショットピーニングした、リード弁部材60のタブ6
6の領域82を、示している。タブ66の熱処理操作
は、該タブ66の表面から残留圧縮応力を除去する。表
面のショットピーニングにより圧縮応力が回復され、表
面下のひび割れが無くされると共にタブ66の疲労寿命
が有意義に向上する。タブ66は両タブの、領域82に
おける溝穴68の内周面を含めての両側面についてショ
ットピーニングされる。ガラス又はセラミックのような
小さな非鉄ショット粒を、表面に汚染物が与えられない
と共に溝穴68の内面が完全にカバーされることとなる
ように使用する。ピーニング工程の強さをミル規格Mi
l−S−13165Cに従い、リード弁部材60の厚さ
に等しい厚さの鋼部分について監視すべきである。これ
はタイプN、グレードIIのアルメン・ストリップ(A
lmen Strip)を用いて0.005−0.00
7の強さと測定されるべきである。タブ66は、スプレ
ーしぶきを0%とするようにマスクすべきである。ショ
ットピーニング後にタブ66は、熱処理された領域の表
面で最低150Ksiの圧縮応力を生じなければならな
い。
にショットピーニングした、リード弁部材60のタブ6
6の領域82を、示している。タブ66の熱処理操作
は、該タブ66の表面から残留圧縮応力を除去する。表
面のショットピーニングにより圧縮応力が回復され、表
面下のひび割れが無くされると共にタブ66の疲労寿命
が有意義に向上する。タブ66は両タブの、領域82に
おける溝穴68の内周面を含めての両側面についてショ
ットピーニングされる。ガラス又はセラミックのような
小さな非鉄ショット粒を、表面に汚染物が与えられない
と共に溝穴68の内面が完全にカバーされることとなる
ように使用する。ピーニング工程の強さをミル規格Mi
l−S−13165Cに従い、リード弁部材60の厚さ
に等しい厚さの鋼部分について監視すべきである。これ
はタイプN、グレードIIのアルメン・ストリップ(A
lmen Strip)を用いて0.005−0.00
7の強さと測定されるべきである。タブ66は、スプレ
ーしぶきを0%とするようにマスクすべきである。ショ
ットピーニング後にタブ66は、熱処理された領域の表
面で最低150Ksiの圧縮応力を生じなければならな
い。
【0026】この発明の第2の実施例ではレーザ焼入れ
法を、パルス高周波焼入れ法と置き換える。最終の熱処
理仕様はレーザ焼入れ法とパルス高周波焼入れ法とに対
し等しく、また両者の方法は上述した領域82のショッ
トピーニングを含む。高周波焼入れ法は図6,7に示さ
れている。図6,7は高周波焼入れ機(図示せず)の一
部である1対の誘導コイル90間に位置させた吸入リー
ド弁部材60を示している。
法を、パルス高周波焼入れ法と置き換える。最終の熱処
理仕様はレーザ焼入れ法とパルス高周波焼入れ法とに対
し等しく、また両者の方法は上述した領域82のショッ
トピーニングを含む。高周波焼入れ法は図6,7に示さ
れている。図6,7は高周波焼入れ機(図示せず)の一
部である1対の誘導コイル90間に位置させた吸入リー
ド弁部材60を示している。
【0027】パルス高周波焼入れは容量的に蓄積された
エネルギーと発達した電子工学を、高電力ピークを有す
る長方形パルスを発生させるために使用する。精密に制
御されたエネルギーと持続時間を有する該長方形パルス
は、誘導コイル90によってリード弁部材60の領域8
0内に結合される。領域80内での所望の局部的焼入れ
を得るため、誘導コイル90はオーダーメイドのもので
ある。この長方形パルスを供給できる1つの機械は、ド
イツ国のTanne Inductionによって製作
されている。27.12メガヘルツの作用周波数で0−
8.5kVの電力定格出力を有するTanne社のモデ
ル「DAVID」が、満足すべき熱処理様式を与えるこ
とが実証された。
エネルギーと発達した電子工学を、高電力ピークを有す
る長方形パルスを発生させるために使用する。精密に制
御されたエネルギーと持続時間を有する該長方形パルス
は、誘導コイル90によってリード弁部材60の領域8
0内に結合される。領域80内での所望の局部的焼入れ
を得るため、誘導コイル90はオーダーメイドのもので
ある。この長方形パルスを供給できる1つの機械は、ド
イツ国のTanne Inductionによって製作
されている。27.12メガヘルツの作用周波数で0−
8.5kVの電力定格出力を有するTanne社のモデ
ル「DAVID」が、満足すべき熱処理様式を与えるこ
とが実証された。
【0028】高周波焼入れ法は、塗布操作を無くせる長
所を与える。リード弁部材60は手動的又は自動的に、
高周波焼入れ機上の治具内に位置させる。リード弁部材
60の位置付けによって誘導コイル90に対する適正な
x−y整列を確保できる。リード弁部材60のタブ66
は図6,7に示すように、各誘導コイル90の端湾曲部
92間に置かれる。タブ66と誘導コイル90の各端湾
曲部92間には、一定の空隙94が保持される。
所を与える。リード弁部材60は手動的又は自動的に、
高周波焼入れ機上の治具内に位置させる。リード弁部材
60の位置付けによって誘導コイル90に対する適正な
x−y整列を確保できる。リード弁部材60のタブ66
は図6,7に示すように、各誘導コイル90の端湾曲部
92間に置かれる。タブ66と誘導コイル90の各端湾
曲部92間には、一定の空隙94が保持される。
【0029】各タブ66の領域80を高周波パルスに対
し、適正な時間間隔だけ適正な機械電力設定下でさら
す。前述したように不活性ガスで領域80をカバーする
他、フラックス集中器を用いることもできる。70ミリ
秒パルスで6.5kVの機械設定が、0.022インチ
のリード弁部材に対し満足すべき結果を得させることが
示された。適切な焼入れが行われるようにパルスの電力
及び持続時間を制御しなければならないが、過剰の電力
の結果としてコイルに熔融又は衝撃が起きないように注
意しなければならない。レーザ熱処理について前述した
ように、領域80内でバーニング及び熔融が起きるのは
望ましくない。
し、適正な時間間隔だけ適正な機械電力設定下でさら
す。前述したように不活性ガスで領域80をカバーする
他、フラックス集中器を用いることもできる。70ミリ
秒パルスで6.5kVの機械設定が、0.022インチ
のリード弁部材に対し満足すべき結果を得させることが
示された。適切な焼入れが行われるようにパルスの電力
及び持続時間を制御しなければならないが、過剰の電力
の結果としてコイルに熔融又は衝撃が起きないように注
意しなければならない。レーザ熱処理について前述した
ように、領域80内でバーニング及び熔融が起きるのは
望ましくない。
【0030】レーザ焼入れ法に類似してリード弁部材の
厚さ変動により高周波焼入れ機の機械設定条件を再び最
適化することが、性能に対する要求を満たしたリード弁
部材を得る上で必要となる。
厚さ変動により高周波焼入れ機の機械設定条件を再び最
適化することが、性能に対する要求を満たしたリード弁
部材を得る上で必要となる。
【0031】前述したレーザ熱処理に類似して、熱入力
及び熱抽出の速度は極めて迅速である。熱除去を援ける
ために冷却剤は何ら必要としない。熱処理が終えられる
と部品が自ら急冷する。このことは、レーザ焼入れ及び
高周波焼入れの両者に当てはまる。
及び熱抽出の速度は極めて迅速である。熱除去を援ける
ために冷却剤は何ら必要としない。熱処理が終えられる
と部品が自ら急冷する。このことは、レーザ焼入れ及び
高周波焼入れの両者に当てはまる。
【0032】熱処理が一旦終わるとレーザ焼入れ法につ
いて前述した冷却均熱処理、焼戻し及びショットピーニ
ングが、高周波焼入れ法にも取り入れられる。
いて前述した冷却均熱処理、焼戻し及びショットピーニ
ングが、高周波焼入れ法にも取り入れられる。
【0033】吸入リード弁部材60の上述した熱処理及
び表面仕上げ法は、従来技術に従ったリード弁部材に対
し有意義に卓越した性能のリード弁部材を提供する。
び表面仕上げ法は、従来技術に従ったリード弁部材に対
し有意義に卓越した性能のリード弁部材を提供する。
【0034】この発明の好ましい実施例について詳述し
て来たが、特許請求の範囲を適正に解釈した発明範囲か
ら外れることなしに数多くの修正及び変更を加えて本発
明を実施できることは、容易に理解される通りである。
て来たが、特許請求の範囲を適正に解釈した発明範囲か
ら外れることなしに数多くの修正及び変更を加えて本発
明を実施できることは、容易に理解される通りである。
【図1】この発明に従ったレーザ焼入れリード弁を組込
んであるバルブ装置の縦断面図である。
んであるバルブ装置の縦断面図である。
【図2】図1に示したバルブ装置を、シリンダ・ハウジ
ング内の圧縮室側からみて画いた底面図である。
ング内の圧縮室側からみて画いた底面図である。
【図3】この発明に従ったレーザ焼入れリード弁の平面
図である。
図である。
【図4】図3に示したリード弁の一部の拡大平面図で、
この発明に従ってレーザ焼入れされたリード弁領域を示
している。
この発明に従ってレーザ焼入れされたリード弁領域を示
している。
【図5】図4に類似の拡大平面図であるが、この発明に
従ってショットピーニングされたリード弁領域を示した
ものである。
従ってショットピーニングされたリード弁領域を示した
ものである。
【図6】この発明の別の実施例に従った高周波熱処理法
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図7】図6に示した高周波熱処理法を示す正面図であ
る。
る。
10 バルブ装置 12 弁板組立体 14 吸入室 18 吐出室 20 傾斜側壁 26 吐出弁部材 42 シリンダ・ハウジング 60 吸入リード弁部材 62 圧縮室 66 タブ 68 溝穴 72 ピン 76 ボデー 80 無心焼入れ領域 82 ショットピーニング領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム クリスチャン ゲーツ アメリカ合衆国、45383 オハイオ州、ウ エストミルトン、ノース ジェイ ストリ ート 367 (72)発明者 ブラド アンソニー シュルツ アメリカ合衆国、45373 オハイオ州、ト ロイ、ウッドハーベン レーン 30
Claims (27)
- 【請求項1】 圧縮室用の圧力応動バルブ装置であっ
て、 吐出室と吸入室を区画する弁板、 吐出室と圧縮室間に配置された圧力応動吐出弁部材、及
び吸入室と圧縮室間に配置された一体物の圧力応動吸入
弁部材であって、無心焼入れされた部分を含む少なくと
も1個のタブを有する吸入弁部材、を備えたバルブ装
置。 - 【請求項2】 前記タブが、無心焼入れされていない部
分を含むものである請求項1のバルブ装置。 - 【請求項3】 前記タブが溝穴を有し、無心焼入れされ
た前記部分を該溝穴に沿わせてある請求項1のバルブ装
置。 - 【請求項4】 直径方向で対向配置され放射方向の外向
きに突出している1対の前記タブを備えていて、該タブ
がそれぞれ、無心焼入れされた部分を含む請求項1のバ
ルブ装置。 - 【請求項5】 前記した1対のタブがそれぞれ、無心焼
入れされていない部分を含むものである請求項4のバル
ブ装置。 - 【請求項6】 前記した1対のタブがそれぞれ、溝穴を
有し、無心焼入れされた前記部分をそれぞれ、該溝穴に
沿わせてある請求項4のバルブ装置。 - 【請求項7】 前記吸入弁部材が、環状リング部と直径
方向で対向配置され放射方向の外向きに突出している1
対の前記タブとを備えており、該タブがそれぞれ、無心
焼入れされた部分を含む請求項1のバルブ装置。 - 【請求項8】 前記した1対のタブがそれぞれ、無心焼
入れされていない部分を含むものである請求項7のバル
ブ装置。 - 【請求項9】 前記した1対のタブがそれぞれ、溝穴を
有し、無心焼入れされた前記部分をそれぞれ、該溝穴に
沿わせてある請求項7のバルブ装置。 - 【請求項10】 一体物のリード弁であって、 ボデー、及びこのボデーから突出する少なくとも1個の
タブであって、無心焼入れされた部分を含むタブ、を備
えたリード弁。 - 【請求項11】 前記タブが、無心焼入れされていない
部分を含むものである請求項10のリード弁。 - 【請求項12】 前記タブが溝穴を有し、無心焼入れさ
れた前記部分を該溝穴に沿わせてある請求項10のリー
ド弁。 - 【請求項13】 直径方向で対向配置され放射方向の外
向きに突出している1対の前記タブを備えていて、該タ
ブがそれぞれ、無心焼入れされた部分を含む請求項10
のリード弁。 - 【請求項14】 前記した1対のタブがそれぞれ、無心
焼入れされていない部分を含むものである請求項13の
リード弁。 - 【請求項15】 前記した1対のタブがそれぞれ、溝穴
を有し、無心焼入れされた前記部分をそれぞれ、該溝穴
に沿わせてある請求項13のリード弁。 - 【請求項16】 前記吸入弁部材が、環状リング部と直
径方向で対向配置され放射方向の外向きに突出している
1対の前記タブとを備えており、該タブがそれぞれ、無
心焼入れされた部分を含む請求項10のリード弁。 - 【請求項17】 前記した1対のタブがそれぞれ、無心
焼入れされていない部分を含むものである請求項16の
リード弁。 - 【請求項18】 前記した1対のタブがそれぞれ、溝穴
を有し、無心焼入れされた前記部分をそれぞれ、該溝穴
に沿わせてある請求項16のリード弁。 - 【請求項19】 ボデー及び該ボデーから突出する少な
くとも1個のタブを備えた一体物のリード弁を製作する
方法であって、 リード弁を形成し、 このリード弁を熱処理して第1の硬さレベルにまで硬化
させ、 タブ上の限定された領域を熱処理して、第1の硬さレベ
ルよりも硬い第2の硬さレベルの無心焼入れ部を得るリ
ード弁製作法。 - 【請求項20】 タブ上の限定された領域を熱処理する
のに先立って、リード弁をグラファイト噴射物で塗布す
る工程を含む請求項19のリード弁製作法。 - 【請求項21】 リード弁を冷却均熱する工程を含む請
求項19のリード弁製作法。 - 【請求項22】 リード弁を焼戻しする工程を含む請求
項21のリード弁製作法。 - 【請求項23】 タブ上の限定された領域をショットピ
ーニングする工程を含む請求項22のリード弁製作法。 - 【請求項24】 リード弁を焼戻しする工程を含む請求
項19のリード弁製作法。 - 【請求項25】 タブ上の限定された領域をショットピ
ーニングする工程を含む請求項24のリード弁製作法。 - 【請求項26】 タブ上の限定された領域を熱処理する
工程が、レーザ焼入れを含むものである請求項19のリ
ード弁製作法。 - 【請求項27】 タブ上の限定された領域を熱処理する
工程が、高周波焼入れを含むものである請求項19のリ
ード弁製作法。
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