JPS58106268A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば圧縮機において使用されるアンロード
装置あるいは始動負荷軽減弁等のように流体通路を開閉
する弁装置に関するものである。

従来、この種の弁装置として、弁座をシール面が傾斜し
た円錐面状に形成する一方、弁体の先端面に、該先端面
に接合される円筒状の基部と該基部に連設された円錐台
状の頭部とからなる合成樹脂製の弁シールパツキンを固
着し、閉弁時、該弁シールパツキンの頭部錐面により前
記弁座のシール面をシールするようにして、衝撃力を吸
収緩和しながらシール性の向上を図るようにしたものが
知られている。

ところが、前記従来の弁装置では、弁シールパツキンが
合成樹脂からなるにも拘らず、その材質の特性、すなわ
ちクリープが起りやすくかつ低応力でも塑性変形を生じ
るという特性については何等配慮がなされていなかった
。そのため、使用による前記弁シールパツキンの疲労が
著しく、シール不良を起したり、また該弁シールパツキ
ン周辺部がちぎれたり割れたりするという問題があった
。

そこで、本発明者はかかる点に鑑み、鋭意研究の結果、
前述の如く弁シールパツキンの頭部錐面が円錐面状弁座
のシール面をシールする弁装置において、前記弁座の通
常寸法の内径に対して弁シールパツキン基部の外径、弁
座の外径、並びに弁シールパツキン基部の高さ等を適切
に設定することによって、弁シールパツキンの疲労が大
巾に軽減されることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。

すなわち、本発明は、シール面が傾斜した円錐面状弁座
の該シール面を、円筒状の弁体先端面に接合された円筒
状の基部と該基部に連設された円錐台状の頭部とからな
る合成樹脂製の弁シールパツキンの該頭部錐面によりシ
ールするようにした弁装置において、前記弁座の内径ｄ
１が５ｒｒＬｒｒＬ〈”／２＜’５０ｒｎｍの範囲にお
いて弁シールパツキン基部の外径ｄ２＋弁座あ外径ｄａ
＋弁体の外径ｄ４および弁クールパツキン基部の高さｈ
をそれぞれ、 ｄ２／２−（１，２〜１．４　）　ｄ　ｔ／　２＋１　
　（ｙｙＬｍ）ｄａ／２−ｄ２／２＋（０〜０．１　）
　ｄ　ｔ　／２　（ｍｙｒＬ）ａ　４　／２＝ａ　２／
２＋（００５〜０．２）ｄ　１／２　（ｙｎｒｒＬ）ｈ
　＝　（０，１〜０．３）ｄｌ／２＋１　　　　　（？
ＦＬ７ＦＬ）Ｄ関係式に設定したものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図および第２図は本発明を全密閉形の６気筒圧縮機
におけるアンロード装置に適用した例を示す。第１図に
おいて、（１）は外部吸入管（２）および外部吐出管（
３）が接続された密閉形のケーシング、（４）は該ケー
シング（１）内に弾性支持された架構であって、該架ｔ
ｉｔ　＋４）上には駆動源としてのモータ（５）が載置
されている。該モータ（５）はロータ（５ａ）とステー
タ（５ｂ）とからなり、該ロータ（５ａ）には吸入通路
（６）が形成されているとともに上下方向に延びる回転
軸（７）が連結され、該回転軸（７）の下部にはクラン
ク軸（８）が連設されている。また、（９）は前記モー
タ（５）を覆うように架構（４）に密閉固定されたモー
タカバーであって、該モータカバー（９）の上部には複
数個の吸入孔αｌ、　１（Ｉが穿設されている。

一方、前記架構（４）内には低位置および高位置にそれ
ぞれ３個ずつのシリンダｆｉ１１．α１）、α１）、　
（１２，α渇。

ａｚが各々放射状にかつ等間隙、アもって形成され、該
各シリンダ（１１１，（１Ｂには前記モータ（５）の駆
動により５回転軸（７）およびクランク軸（８）を介し
て往復動するピストンａ３が嵌挿されている。また、前
記架構（４）内には、前記吸入通路（６）に連通ずる環
状の第１吸入室αａと、該第１吸入室αａの外側に隔壁
（１５１を介して同心状に配され、かつ第１吸入室α滲
と隔壁α９に形成した吸入孔（１１Ｉｌを介して連通ず
る第２吸入室（１７）とが形成され、前記第１吸入室α
小は第１吸入ボートα騰およびシリンダヘッド回内に形
成した吸入ガス室（図示せず）を介して前記高位置の各
シリンダａりに、また前記第２吸入室αηは第２吸入ポ
ート圓およびシリンダヘッド（２１１内に形成した吸入
ガス室（図示せず）を介して前記低位置の各シリンダａ
υにそれぞれ連通されている。さらに、前記各シリンダ
ヘッドα１．ニ）内には吐出ガス室（図示せず）が形成
され、該各吐出ガス室には吐出ガス管（社）の一端が接
続され、該吐出ガス管＠の他端は集合マフラー（ハ）を
介して前記外部吐出管（３）に接続されている。しかし
て、外部吸入管（２）からケーシング（１）内に吸入さ
れた吸入ガスを、前記モータカバー（９）の吸入孔α〔
、（１υよシ吸入通路（６）、第１および第２吸入室（
１４１，（１ηを介して各シリンダｆｌｌ）、　＋１３
に導入し、該各シリンダα１）、α２内で前記ピストン
α渇の往復動によりガス圧縮し、この圧縮されたガスを
シリンダヘッド（１１，（２１＋内の吐出ガス室、吐出
ガス管＠および外部吐出管（３）を介してケーシング（
１）外に吐出せしめるように構成されている。尚、（財
）はクランク軸（８）とピストンａ３とを連結する連接
棒である。

そして、前記吸入孔αｅには該吸入孔叫を開閉するアン
ロード装置（イ）が配設されている。該アンロード装置
（５）は、架構（４）に固定されたシリンダ儲と、該シ
リンダ■内に摺動自在に嵌挿されたピストン（イ）と、
該ピストン□□□先端に連結され、前記吸入孔０１を開
閉する弁体■と、前記シリンダ■のピストン罰背部に圧
力ガスを供給する圧力管器と、前記弁体（支）外周に配
設されかつ前記ピストン咥を開弁方向に付勢するスプリ
ング（至）とを備え、前記圧力管（至）には高圧ガスま
たは低圧ガスを該圧力管器に切換え供給する三方弁（３
１）が設けられ、ロード時には、三方弁（３１）により
低圧ガスを圧力管■を介してシリンダ（イ）のピストン
＠背部に供給して吸入ガス圧との差圧をなくしてスプリ
ング（至）の付勢力により弁体（至）を開作動せしめる
ことにより、第１吸入室α０と第２吸入室αηとを連通
せしめ、よって６　個（Ｄ全シＩＪ　７　ｆ　（１１１
，（１１１，（Ｉｌｌ、　（１２１，αの、α２に吸入
ガスを吸入せしめてガス圧縮を行う一方、アンロード時
には、三方弁（３１）により高圧ガスを圧力管（至）を
介してシリンダ■のピストン（５）背部に供給して、吸
入ガスとの圧力差によりスプリング艶の付勢力に抗して
弁体（至）を閉作動せしめることにより、第１吸入室（
１４）と第２吸入室面との連″通を閉塞せしめ、よって
高位置のシリンダ（１２，（１２，ａ２のみで吸入ガス
のガス圧縮を行うように構成されている。

このアンロード装置（５）を構成する弁装置において、
第２図に詳示するように、吸入孔００周辺にはシール面
（３２ｍ）が略４５０の傾斜角で傾斜した円錐面状の弁
座（３２）が形成されている。一方、弁体（至）は円筒
状に形成され、該弁体（支）の先端面には、衝撃吸収材
並びにシール材として例えばガラス繊維粉末を重量比で
１５チ混入させた四弗化エチレン樹脂等の合成樹脂から
なる弁シールパツキン（３３）がパツキン押え（３４）
を介して固着されている。

該弁シールパツキン（３３）は、弁体（至）先端面に接
合される円筒状の基部（３３ａ）と、該基部（３３ａ）
に連設された円錐台状の頭部（３３ｂ）とを有し、前記
頭部錐面（３３ｃ）により前記弁座（３２）のシール面
（３２ａ）をシールするように構成されている。

そして、前記弁シールパツキン基部（３３ａ）の外径ｄ
２＋弁座（３２）の外径ｄｓ＋弁体□□□の外径ｄ４お
よび弁シールパツキン基部（３３ａ）の高さｈは、弁座
（３２）の内径（吸入孔＋１６１の口径）ｄｔが５ｍｍ
＜ｄｌ／２＜５０ｍｍの実用的な範囲においてそれぞれ
、 ｄｚ／２−（１，２〜ｔ４）ｄｔ／２＋ｔ　（ｍｍ）−
（１）ｄ　ａ／２−ｄ　２／　２＋（０〜０．１　）ｄ
ｔ／２（ｍｓ）”ＱＩ）ｄ４／２−　ｄ２／２　＋（０
，０５〜０．２　）　ｄ　ｔ／２　（ｓｍ）・・・（Ｉ
ＩＩ）ｈ　　−（０，１〜０．３　）　ｄ　１／２　＋
１　　　　（ｒｎｍ　）・・［の関係式に設定されてい
る。

次に、前記関係式（Ｉｌ〜■について考案するに、第２
図に示す如く吸入孔αｅが閉塞されるアンロード時にお
いて、弁シールパツキン（３３）の頭部錐面（３３ｃ）
に作用する面圧Ｐ傘は ”−”＋ｂ＋　ｂ＝ｏ、ｚ虹 ７７　　　　　・　　２ の関係式で表わされる。また、（ＨＰ−ＬＰ）はシリン
ダ（イ）のピストン＠背部に供給された高圧ガスＨＰと
低圧ガスＬＰすなわち吸入ガスとの圧力差である。

ここにおいて、耐クリープ性より弁シールパツキン（３
３）の最大許容応力をｐｏとするとＰ亨１ｐｏ　　　　
　　　・・・（Ｉ−２）の関係式が成り立つ。この（Ｉ
−２）式および前述の（Ｉ−１）式において、実用上よ
りＰＧ−１０ｏｑｙｃａ、　ＨＰ　−ｔ、　ｐ　＝　２
５Ｋｐ／ｄとして計算を行い、弁座（３２）の内径ｄｉ
と弁シールパツキン基部（３３ａ）の外径ｄ２との関係
をグラフに表わすと、第３図に示す如き結果が得られる
。これにより、弁座（３２）の内径ｄ１が実用的な５７
ＦＬ７ＦＬ＜　ｄｉ／２　＜　５０ｍｍの範囲において
は、（Ｉ）の関係式、すなわちｄ２／２　＝　（１，，
２〜１．４　）　ｄｉ／２　＋１　　（ｙｒＬｍ）の関
係式が得られる。

また、前記弁シールパツキン（３３）の形成用に使用さ
れる合成樹脂は、第４図に示すように、普通顕著な加工
硬化特性を有するものであるため、第５図に示す如く弁
座（３２）の外径ｄ３を弁シールパツキン基部（３３ａ
）の外径ｄ２より小さくした場合には、弁シールパツキ
ン頭部錐面（３３ｃ）の弁座（３ｐ）外周縁に対向する
部分（第５図ではＡ点）に応力寒中が生じ、その部分と
、弁シールパツキン（３３）の弁体側側面で伸びによる
引張応力が最大となる部分（第５図ではＢ点）とを結ぶ
線上で剪断したリ、また剪断しなくても変形が急速に進
んだりすることがある。したがって、このことにより、
弁座（３２）の外径ｄ３は弁シールパツキン基部（３３
ａ）の外径４２以上にする必要があり、よって、但）の
関係式、すなわち ｄｓ／２−ｄ２／２＋（０〜０．１）ｄｌ／２　　（ｒ
ｒＬｔｒＬ）の関係式が得られる。

次いで、弁シールパツキン（３３）の疲労が屈んだとき
の閉弁時についてみると、該弁シールパツキン（３３）
は、第６図に示すように、弁体（至）と弁座（３２）と
の間に挾まれて体積を一定に保ちつつ外側に膨出変形す
る。この場合、弁シールパツキン（３３）の変形後の外
径（第６図ではｄζ）が弁体■の外径ｄ４より大きくな
ると、該弁シールパツキン（３３）外周縁がスプリング
（至）に噛み込まれることがあるため、弁体（至）の外
径ｄ４は、前記弁シールパツキン（３３）の変形後の外
径ｄ′２よ秒大きくするｄａ　　　ｄ　２　　　　　　
ｄｔ 囲において、　、、ｋ　ニ「＋０．０５−ｙ（ｒｒＬｚ
）となる。

しかし、この外径ｄ４は、余り大きくすると、前述の（
Ｉ−１）式により弁シールパツキン（３３）の頭部錐面
（３３ｃ）に作用する面圧Ｐ＊が増大する関係上、一定
の限界を設ける必要がある。つまり５より弁体（２）の
外径ｄ４の実用的な範囲として、ｍ＋の関係式、すなわ
ち ｄ　４／２−ｄ　２／２　＋　（０，０５〜０．２）ｄ
１／２（扉？ＦＬ）の関係式が得られる。

さらに、弁シールパツキン（３３）の耐久性と該弁シー
ルパツキン基部（３３ａ）の高さｈとの関係において実
験的に下記の如き２つの結果を見出すことができる。す
なわち、第１の結果は、第７図に示すように、弁シール
パッキ７　（３３）の弁座（３２）との衝突による作動
方向（軸方向）の変形（第６図ではＸ）は、弁シールパ
ツキン基部（３３ａ）の高さｈが大きい程進行速度”％
Ｎが大きく、まだ、弁シールパツキン（３３）の外径方
向の変形（第６図ではＹ）も同様に、弁シールパツキン
基部（３３ａ）の高さｈが大きい程進行速度ｔが大きい
ということである。したがって、弁シールパツキン基部
（３３ａ）の高さｈが大きい程、該弁７−ルパツキン（
３３）周辺部が外径方向に拡がり易く、スプリング（至
）の噛込みによる損耗を引き起すまでの時間が短いとい
うことである。

また、第２の結果は、弁シールパツキン（３３）のシー
ル不良は、弁座（３２）との衝突時における弁シールパ
ツキン（３３）の変形基部（３３ａ）の高さく第６図で
はｈ’　）が零に近づいた場合に発生するということで
ある。したがって、弁シールパツキン基部（３３ａ）の
高さｈが大きい程、弁シールパツキン（３３）の軸方向
の変形に対する余裕が大きくなり、シール不良を引き起
すまでの時間が長いということである。

以上の第１および第２の結果より、弁シールパツキン基
部（３３ａ）の高さｈの実用的な範囲として低め関係式
、すなわち ｈ　＝　（０，１〜０．３）ｄｘ／２＋１　　（ｒｒＬ
ｙｒＬ）の関係式が得られる。尚、第８図は、弁シール
パッキｙ　（３３）の衝突繰返し数すなわち耐久性と弁
シールパツキン基部（３３ａ）の高さｈとの関係に関す
る実験結果を示したものである。この図より、弁シール
パツキン基部（３３ａ）の高さｈが前述のＷ式の成立す
る範囲内にあるとき、該弁シールバッキ／（３３）の耐
久性が高いことが判る。

したがって、前述の如き理由に基づいて得られた関係式
Ｃ１１〜■を全て満足する弁装置は、閉弁時における弁
シールパツキン（３３）の面圧を許容設定応力以下に下
げて、耐クリープ性を改善することができるとともに、
弁シールバッキｙ　（３３）に応力集中が生じるのを防
止することができ、よって弁シールパツキン（３３）の
疲労を抑制して、耐久性の０向上を図ることができる。

しかも、弁シールパツキン（３３）の疲労変形が進行し
た場合でも、シール不良およびスプリング（至）の噛込
みによる弁シールパツキン（３３）の損傷を防止するこ
とができ、耐久性の向上を一層図ることができる。

尚、前記実施例では、圧縮機のアンロード装置（ロ）を
構成する弁装置について説明したが、本発明は、圧縮機
の始動負荷軽減弁は勿論のこと、その他各種流体機械に
おいて流体通路を開閉するために使用される弁装置に対
しても同様に適用できるものである。

以上説明したように、本発明によれば、シール面が傾斜
した円錐面状弁座の該シール面を、円筒状の弁体先端面
に接合された円筒状の基部と該基部に連設された円錐台
状の頭部とからなる弁シールパツキンの該頭部錐面によ
りシールするようにした弁装置において、前記弁座の内
径ｄｔが５７ＦＬｒｎ　＜　ｄｔ／２　＜　５０　ｒｎ
　ｍの範囲において弁シールパツキン基部の外径ｄ２を
弁座の外径ｄｓ＋弁体の外径ｄ４および弁シールパツキ
ン基部の高さｈをそれぞれ ｄ２／２＝（１，２〜１．４）ｄｔ／２＋１　　　（？
ＦＬ？ＦＬ）ａｓ／２−　ａ２／２　＋　（ｏ〜０．１
）ｄｔ／２　　（Ｒｆｆｌ）ｄ４／２　＝　ｄ２／２　
＋（０，０５〜０．２）　ｄｔ／２　（ｍｙｒＬ）ｈ　
＝　（０，１〜０．３　）　ｄｔ／２＋１　　　（？Ｆ
Ｌ７Ｆ＋、）の関係式に設定したことによ゛す、閉弁時
に弁シールパツキンに作用する面圧を均一に低減して、
耐り、リープ性の改善および応力集中の防止を図ること
ができるとともに、弁シールパッキ／の疲労変形後にも
、該弁シールパツキンのシール不良および損傷破断を防
止することができ、よって耐久性の大巾な向上を図るこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、第１図は
全密閉形の６気筒圧縮機の全体構造を示す縦断面図、第
２図は第１図の要部拡大断面図である。第３図は弁シー
ルパツキンに作用する面圧を１００ＫＩｉ／ｃｊに設定
した場合における弁座の内径と弁シールパツキンの外径
との相関関係を表わした図であり、第４図は合成樹脂の
加工硬化特性を示す図である。第５図は弁座の外径を弁
シールパツキン基部の外径より小さくした場合における
第２図相当図であり、第６図は弁シールパツキンが疲労
変形した場合における第２図相当図である。 第７図は弁シールパツキン基部の高さと該弁シールパツ
キンの変形進行速度との関係を表わした実験結果図であ
り、第８図は弁シールパツキン基部の高さと該弁シール
パツキンの使用繰返し数との関係を表わした実験結果図
である。 （ハ）・・・アンロード装置、■・・・弁体、（３２）
・・・弁座、（３２ａ）・・・シール面、　　（３３）
・・・弁シールパツキン、（３３ａ）＝基部、（３３ｂ
）・・・頭部、（３３ｃ）−錐面、ｄｌ・・・弁座の内
径、ｄ２・・・弁シールパツキン基部の外径、ｄ３・・
・弁座の外径、ｄ４・・・弁体の外径、ｈ・・・弁シー
ルパツキン基部の高さ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シール面（３２ａ）が傾斜した円錐面状弁座（３
   ２）の該シール面（ａ２ａ）を、円筒状の弁体■先端面
   に接合された円筒状の基部（３３ａ）と該基部（３３ａ
   ）に連設された円錐台状の頭部（３３ｂ）とからなる合
   成樹脂製の弁シールパツキン（３３）の該頭部錐面（３
   ３ｃ）によりシールするようにした弁装置において、前
   記弁座（３２）の内径ｄｉが５７ｒＬ？ＦＬ＜ｄｌ／２
   １５θ０ＷＬｔｒＬの範囲において弁シールパツキン基
   部（３３ａ）の外径ｄ２＋弁座（３２）の外径ｄａｔ弁
   体■の外径ｄ４および弁シールパツキン基部（３３ａ）
   の高さｈをそれぞれ ｄ２／２−（１，２〜１．４　）　ｄ　１／２　＋　１
   　（ｍｙＦＬ）ｄ３／２−ｄ２／２＋（０〜０．１　）
   　ｄｉ／２（ｍｙｒＬ）ａ　ａ／２−　ａ　２／２＋（
   ０，０５〜０．２　）　ｄ　ｌ／２　（、ｒＬＴｒＬ）
   ｈ−（０，１〜０．３　）　ｄ　１　／　２＋１　　（
   ７Ｆ濡）の関係式に設定したことを特徴とする弁装置。