WO2016056189A1 - 冷凍サイクル用圧縮機 - Google Patents

Abstract

　リードバルブを提供する弁座（４６）は、弁体を固定するためのリテーナでもある。弁座（４６）は、弁体を固定するための固定部分（６１）と、固定部分（６１）から径方向内側へ延び出すように形成された底板部分（６４）とを有する。底板部分（６４）は、固定部分（６１）に対して弾性変形可能に形成されている。底板部分（６４）は、厚さ（ｈｓｔ）の薄い部分を有する。弁座（４６）は、シート面（６７）に微細な多数の孔を提供できるポーラス材によって作られている。弁座（４６）は、シート面（６７）に球状黒鉛が分散し析出した鋳鉄によって作られている。

Description

冷凍サイクル用圧縮機 関連出願の相互参照

　この出願は、２０１４年１０月７日に出願された日本特許出願２０１４－２０６５６８号を基礎出願とするものであり、当該基礎出願の開示内容は参照によってこの出願に組み込まれている。

　この開示は、冷凍サイクルに用いられる圧縮機に関する。

　特許文献１は、インジェクション機構を有する冷凍サイクル用圧縮機を開示する。インジェクション機構は、冷凍サイクルにおける中間圧力の冷媒を圧縮機の圧縮過程にある容積室に導入する機構である。インジェクション機構は、中間圧力の冷媒を圧縮機に導入するための通路を区画する部材と、通路に設けられた逆止弁とを含む。逆止弁は、リード弁によって提供されている。

特開２０１３－２０９９５４号公報

　従来技術の構成では、リードバルブの開閉に起因してリードバルブを構成する部材が摩耗する。例えば、リードバルブの可動の弁板、または固定の弁座が摩耗する。この結果、リードバルブの耐久性に起因して、圧縮機が所定の機能を発揮できないことがある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、冷凍サイクル用圧縮機にはさらなる改良が求められている。

　開示の目的のひとつは、耐久性に優れた冷凍サイクル用圧縮機を提供することである。

　開示の目的の他のひとつは、リードバルブの耐久性が改善された冷凍サイクル用圧縮機を提供することである。

　開示は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲および／またはこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

　開示のひとつにより、二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに用いられる冷凍サイクル用圧縮機が提供される。冷凍サイクル用圧縮機は、冷凍サイクルにおける中間圧力の冷媒を圧縮過程にある圧縮室に導入するインジェクション通路と、冷媒の流れに応じて移動する弁板と、弁板と接離することによりインジェクション通路を開閉するシート面を有し、弁板がシート面に接触するときに弾性的に変形可能に形成された弁座とを備える。

　弁板が弁座に衝突する場合、または、弁板が弁座に強く押し付けられる場合に、弁座が弾性的に変形可能である。弁座が弾性変形することにより、二酸化炭素冷媒に起因して弁板が弁座に強く接触しても、弁座の摩耗が抑制される。また、弁板と弁座との間に潤滑用のオイルが保持されにくい場合であっても、弁座の摩耗が抑制される。この結果、インジェクション機構におけるリードバルブの特性が長期間にわたって維持されるから、耐久性に優れた冷凍サイクル用圧縮機が提供される。

第１実施形態に係る冷凍サイクルのブロック図である。 第１実施形態の冷凍サイクル用圧縮機の部分断面図である。 第１実施形態の弁板を示す平面図である。 第１実施形態の弁板を示す断面図である。 第１実施形態の弁座を示す上面図である。 第１実施形態の弁座を示す断面図である。 第１実施形態の弁座を示す底面図である。 第１実施形態の比摩耗量を示すグラフである。 第２実施形態の弁座を示す上面図である。 第２実施形態の弁座を示す断面図である。 第３実施形態の弁座を示す断面図である。 第４実施形態の弁座を示す断面図である。 第５実施形態の弁座を示す断面図である。 第５実施形態の弁座の厚さを示すグラフである。 第６実施形態の弁座を示す断面図である。 第６実施形態の弁座の厚さを示すグラフである。 第７実施形態の弁座を示す断面図である。 第７実施形態の弁座の厚さを示すグラフである。

　図面を参照しながら、複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については他の形態の説明を参照し適用することができる。

　（第１実施形態）
　図１において、冷凍サイクル１は蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。冷凍サイクル１は、給湯用のヒートポンプとして、または車両用空調装置の冷房用サイクルまたはヒートポンプとして利用することができる。図示される冷凍サイクル１は、給湯用のヒートポンプとして構成されている。

　冷凍サイクル１は、配管を含む複数の部品によって提供され、冷媒が循環する環状の主通路２を有する。冷媒は、二酸化炭素である。冷凍サイクル１は、冷凍サイクル用圧縮機としての圧縮機３を有する。圧縮機３は、密閉型の電動圧縮機である。圧縮機３は、電動機（Ｍ）によって圧縮機構（Ｐ）を駆動することにより冷媒を吸入し、圧縮し、吐出する。圧縮機３は、中間圧力の冷媒を受け入れ、中間圧力の冷媒を圧縮過程にある圧縮室に供給するインジェクション機構を備える。

　冷凍サイクル１は、加熱対象物である水と冷媒との間の熱交換を提供する水冷媒熱交換器４を有する。水冷媒熱交換器４は、圧縮機３によって加圧された高温高圧の冷媒と、水とを熱交換し、水を湯に加熱する。水冷媒熱交換器４は、放熱器または凝縮器とも呼ばれる。冷凍サイクル１は、直列に配置された第１減圧器５と第２減圧器６とを有する。第１減圧器５は、高圧冷媒を中間圧力に減圧する。第２減圧器６は、中間圧力の冷媒を低圧に減圧する。冷凍サイクル１は、熱源と冷媒との間の熱交換を提供する熱源熱交換器７を有する。熱源熱交換器７は、蒸発器とも呼ばれる。

　冷凍サイクル１は、気液分離器８を有する。気液分離器８は、熱源熱交換器７と圧縮機３との間に設けられ、冷媒のガス成分と液成分とを分離し、ガス成分を圧縮機３に供給する。冷凍サイクル１は、オイル分離器９を有する。オイル分離器９は、圧縮機３と水冷媒熱交換器４との間に設けられている。オイル分離器９は、圧縮機３から流れ出る潤滑用のオイルを捕捉し、戻り通路１１を通してオイルを圧縮機３に戻す。

　冷凍サイクル１は、中間圧力の冷媒を圧縮機３に供給するためのインジェクション配管１２を有する。インジェクション配管１２は、第１減圧器５と第２減圧器６との間に存在する中間圧力の冷媒を圧縮機３のインジェクション機構に供給する。

　冷凍サイクル１は、圧縮機３を制御するためのインバータ回路（ＩＮＶ）２１を有する。インバータ回路２１は、電源から供給される電力を変換し、圧縮機３の電動機に供給する。冷凍サイクル１は、インバータ回路２１を制御する制御装置（ＥＣＵ）２２を有する。制御装置２２は、冷凍サイクル１がヒートポンプとして所定の機能を発揮するように圧縮機３、第１減圧器５、および第２減圧器６を制御する。

　図２において、圧縮機３の圧縮機構の断面図が示されている。なお、圧縮機３は、図示されない電動機を有する。圧縮機３は、密閉型のハウジング３１を有する。ハウジング３１は、電動機および圧縮機構を収容する。

　圧縮機構は、容積型の圧縮機である。圧縮機構は、スクロール型の圧縮機である。圧縮機構は、ピストン型、ロータリー型など多様な圧縮機によって提供することができる。圧縮機３は、固定スクロール３２と、可動スクロール３３とを有する。固定スクロール３２と可動スクロール３３との間には、圧縮室３４が区画形成されている。圧縮室３４は、可動スクロール３３の回転運動によって移動しながら、その容積を徐々に減少させる。

　圧縮機３は、低圧側の入口３５を有する。圧縮機３は、入口３５に連通する吸入ポート３６を有する。吸入ポート３６は、吸入過程にある圧縮室３４に連通している。圧縮機３は、吐出弁３７を有する。吐出弁３７は、吐出ポート３８に設けられている。吐出ポート３８は、吐出弁３７を介して吐出過程にある圧縮室３４と連通可能である。圧縮機３は、高圧側の出口３９を有する。吐出ポート３８は、出口３９に連通している。

　圧縮機３は、インジェクション機構４１を備える。インジェクション機構４１は、インジェクション配管１２を含むことができる。インジェクション機構４１は、インジェクション配管１２に連通する通路４２と、圧縮過程にある圧縮室３４に連通するポート４３とを有する。インジェクション配管１２、通路４２、およびポート４３は、インジェクション通路を区画形成している。

　インジェクション機構４１は、リードバルブ４４を有する。リードバルブ４４は、圧縮機構を形成する部材に設けられている。リードバルブ４４は、通路４２とポート４３との間に設けられている。リードバルブ４４は、インジェクション通路における冷媒の流れを制御する。リードバルブ４４は、逆止弁を提供する。リードバルブ４４は、通路４２からポート４３へ向かう冷媒の順方向流れを許容する。リードバルブ４４は、ポート４３から通路４２へ向かう冷媒の逆方向流れを阻止する。

　リードバルブ４４は、可動の弁板４５と、固定の弁座４６とを有する。リードバルブ４４は、固定スクロール３２に形成された有底凹部としての穴４７内に収容され、配置されている。穴４７は、通路４２とポート４３との間に設けられている。ポート４３と穴４７とは、吐出ポート３８を避けて圧縮室に到達するように圧縮機３の回転軸に対して傾斜して形成されている。穴４７は、弁板４５の移動を許容する弁室を区画している。穴４７は、弁座４６がねじ込まれる雌ねじ穴でもある。穴４７とポート４３との間の段差は、弁板４５を固定するための固定面を提供している。弁座４６は、穴４７内にねじ込まれることによって弁板４５を穴４７内に固定するためのリテーナでもある。弁座４６は、弁板４５と共働することによってリードバルブ４４として機能するためのシート部分と、弁板４５を固定するためのリテーナとしての筒状部分とを有する。ポート４３の中心軸と穴４７の中心軸とは、弁板４５によって傾く流れがポート４３に望ましい態様で到達するように、ややずれている。

　図３は弁板４５を示す。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面を示す。弁板４５は、固定のための基部５１と、弁体としての舌片５２とを有する。基部５１は、舌片５２を囲む環状である。舌片５２は、弁体として機能する円形部分と、円形部分と基部５１とを連結する連結部分とを有する。舌片５２は、弾性変形することによって、基部５１を含む平面からやや変位可能である。連結部分は、径方向に広がっている。

　図５、図６、図７は、弁座４６を示す。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ断面を示す。弁座４６は、穴４７に固定されるための固定部分６１を有する。固定部分６１は、中心軸ＡＸをもつ筒状である。固定部分６１は、筒状部分、または穴４７にねじ込まれるスクリュー部分とも呼ばれる。固定部分６１は、その外周面に穴４７内の雌ねじと噛み合う雄ねじ６２を有する。

　弁座４６は、その一端に設けられた空洞部６３を有する。空洞部６３は、固定部分６１の内側に形成されている。空洞部６３は、弁座４６の一端（図中の下側端部）に向けて開口している。弁座４６の一端は、インジェクションされる冷媒の流れ方向における上流側であるから、上流端とも呼ぶことができる。これにより弁座４６は、有底筒状の形状を与えられている。空洞部６３は、内周面６３ａと内底面６３ｂとによって区画形成されている。内周面６３ａは、弁座４６を穴４７内にねじ込むための工具との噛み合い面を提供している。図中には、アレンレンチで操作することができる六角ソケットを提供する内周面６３ａが図示されている。内周面６３ａは、他の形状の工具嵌合部を提供してもよい。また、図示される内周面６３ａの中心軸は、弁座４６の中心軸ＡＸと一致している。これに代えて、内周面６３ａの中心軸を弁座４６の中心軸からずらしても良い。内底面６３ｂは、中心軸ＡＸに垂直な平面を提供している。

　弁座４６は、固定部分６１の軸方向の他端に、円板状の底板部分６４を有する。底板部分６４は、空洞部６３とは反対側の端部に位置している。底板部分６４は、有底筒状の弁座４６の内フランジ部とも呼ぶことができる。底板部分６４は、固定部分６１内に設けられた隔壁部分とも呼ぶことができる。底板部分６４は、弁座４６の他端に面する外側面と、内底面６３ｂとを提供する。外側面は、弁板４５と接触する。外側面は、弁板４５を固定するための固定面と、弁板４５と接触して弁機能を発揮するシート面とを提供する。

　底板部分６４は、固定部分６１の軸方向他端において、固定部分６１から径方向内側に向けて延び出している。底板部分６４は、固定部分６１によって外周部分だけを支持されている。底板部分６４は、それを形成する材料と、それの形状とに起因して弾性的に変形可能なダイヤフラム部分でもある。底板部分６４は、中心軸ＡＸが延びる方向に沿って弾性変形可能である。

　底板部分６４は、その中央部分に貫通穴６５を有する。貫通穴は、空洞部６３から弁座４６を貫通するように延びている。貫通穴６５は絞り通路でもある。貫通穴６５の中心軸は、弁座４６の中心軸ＡＸと一致している。貫通穴６５の中心軸は、弁座４６の中心軸ＡＸ、または内周面６３ａの中心軸からずれていてもよい。貫通穴６５は、インジェクション機構４１によって供給されるガス冷媒のための通路を提供する。底板部分６４は、貫通穴６５の他端にファンネル状の円錐面６６を有する。円錐面６６は、貫通穴６５から外側に向けて徐々に拡大するテーパ面でもある。

　底板部分６４は、シート面６７を有する。シート面６７は、弁座４６の他端上に設けられている。シート面６７は、冷媒の流れ方向における下流側に面している。シート面６７は、貫通穴６５および円錐面６６を完全に囲むように環状に広がっている。シート面６７は、舌片５２と共働することにより弁機能を提供する。シート面６７は、中心軸ＡＸに対して垂直な面によって提供されている。シート面６７は、底板部分６４の軸方向の上に位置している。シート面６７の径方向外側縁でさえ固定部分６１の軸方向の上には到達していない。

　底板部分６４は、溝部分６８を有する。溝部分６８は、シート面６７を完全に囲むように環状に広がっている。溝部分６８は、底板部分６４の上に広がっている。溝部分６８の径方向外側の縁は、固定部分６１の軸方向の上に位置している。

　弁座４６は、弁板４５を固定するための固定面６９を有する。固定面６９は、固定部分６１の軸方向の上に位置している。固定面６９は、固定スクロール３２と弁座４６との間に弁板４５を挟むことによって弁板４５を固定する。固定面６９が固定部分６１の軸方向の上に位置づけられることにより、固定部分６１が穴４７内に締め込まれても、底板部分６４へ作用する応力が抑制され、底板部分６４の変形が抑制される。

　インジェクション機構４１は、圧縮過程にある圧縮室３４に、中間圧力の冷媒を注入（インジェクション）する。リードバルブ４４は、圧縮室３４の一行程において１回開閉される。二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクル１においては、冷媒の圧力が比較的高い。このため、リードバルブ４４が開閉するときの舌片５２とシート面６７との衝突速度が高い。さらに、インジェクション機構４１は、主としてガス成分の冷媒を注入するが、冷凍サイクル１の運転状態に依存してガス成分と液成分との混合冷媒を注入することがある。この場合、舌片５２とシート面６７との間のオイルが洗い流されることがある。これらの背景から、リードバルブ４４の構成部品が摩耗しやすい。

　図６において、シート面６７の径方向内側縁は直径Ｄ１をもつ。多角形の内周面６３ａに外接する円は直径Ｄ２をもつ。この実施形態では、直径Ｄ１は、直径Ｄ２を下回る（Ｄ１＜Ｄ２）。これにより、底板部分６４はダイヤフラム状に形成される。シート面６７の径方向外側縁の直径は、直径Ｄ２を下回る。

　弁座４６は、軸方向の最大厚さとして厚さＬ２をもつ。固定部分６１は、軸方向の厚さＬ３をもつ。図示の例では、Ｌ２＝Ｌ３である。シート面６７は、軸方向の厚さＬ１をもつ。厚さＬ１は、シート面６７の範囲における最小の厚さでもある。底板部分６４における最小の厚さはｈｓｔである。最小厚さｈｓｔは、溝部分６８において提供されている。

　この実施形態では、Ｄ１＜Ｄ２の形状が採用されている。この実施形態では、Ｄ１／２とＤ２／２との間の範囲の中に、厚さｈｓが厚さＬ３を下回る少なくともひとつの点（ｈｓｔ）がある。この実施形態では、Ｄ１とＤ２との間の環状範囲の中に、厚さＬ３より小さく、厚さＬ２より小さく、しかも厚さＬ１より小さい厚さｈｓｔをもつ環状部分が設けられている。言い換えると、底板部分６４は、貫通穴６５の中心軸ＡＸからの距離ｒｓが、シート面６７の径方向内側縁の直径の１／２を上回る範囲（Ｄ１／２＜ｒｓ）において、固定部分６１の厚さＬ３を下回る厚さｈｓの部分を有する。これにより、底板部分６４はダイヤフラムに似た弾性変形が可能である。底板部分６４は、シート面６７が軸方向に沿ってわずかに移動することを許容する。

　底板部分６４が弾性変形することにより、シート面６７は、舌片５２と衝突しても、その衝撃を柔らかく吸収することができる。また、冷媒の圧力差によって舌片５２がシート面６７に強く押し付けられても、底板部分６４の弾性変形により部分的な摩耗の集中が抑制される。この結果、特に、シート面６７の径方向内側の縁、および／またはシート面６７の径方向外側の縁における弁座４６の摩耗が抑制される。

　また、底板部分６４の弾性変形は、シート面６７と舌片５２とが接触した場合における舌片５２の形状に沿うように発生する。このため、特に、シート面６７の径方向内側の縁における弁座４６の摩耗が抑制される。また、舌片５２がシート面６７に着座しているとき、舌片５２は圧力差によって変形しようとする。この実施形態では、同時に、底板部分６４が弾性変形するから、舌片５２とシート面６７とを広い面積にわたって接触させることができる。特に、シート面６７の径方向内側縁における摩耗が抑制される。

　弁座４６は、金属製である。図示される形状をもつ弁座４６は多様な金属によって提供することができる。弁座４６は、例えば、炭素鋼、鋳鉄などの鉄系合金によって提供することができる。

　望ましい形態においては、弁座４６を形成する金属材料は、ヤング率Ｅ１をもつ。弁座４６は、潤滑剤として機能しうる球状黒鉛が組織中に分散された金属製である。弁座４６を形成する金属材料は、微細な多数の孔を有する多孔質材料、すなわちポーラス材である。弁座４６は、鋳鉄製である。弁座４６は、球状黒鉛鋳鉄のひとつであるＦＣＤ４５０で作られている。ＦＣＤ４５０は、炭素鋼のひとつであるＳ４５Ｃより多くの球状黒鉛を有する。典型的なＦＣＤ４５０のヤング率は、約１７１０００ＭＰａである。ＦＣＤ４５０のヤング率は、多用される炭素鋼のひとつであるＳ４５Ｃのヤング率より十分に低い。典型的なＳ４５Ｃのヤング率は、約２０５０００ＭＰａである。

　弁座４６が多孔質の金属材料によって形成されるから、シート面６７には微細な多数の孔が露出する。ポーラス材の表面は、シート面６７にオイルを保持する。この結果、シート面６７における弁座４６の摩耗が抑制される。

　シート面６７を提供する部分は、球状黒鉛が分散し析出した部分である。この場合、球状黒鉛が潤滑剤として機能する。この結果、シート面６７における弁座４６の摩耗が抑制される。しかも、球状黒鉛は、弁座４６を形成するＦＣＤ４５０の基材よりもヤング率が低い成分である。よって、この球状黒鉛が衝撃を緩和する。また、球状黒鉛が摩耗または脱落した跡がオイルを捕捉する孔としても機能する。

　弁板４５は、金属製である。弁板４５は、多様な金属によって提供することができる。弁板４５は、例えば、バネ鋼、ステンレスバネ鋼などの鉄系合金によって提供することができる。

　望ましい形態においては、弁板４５を形成する金属材料は、ヤング率Ｅ２をもつ。弁板４５は、ステンレス製である。弁板４５は、ステンレスバネ鋼のひとつであるＳＵＳ４１０で作られている。典型的なＳＵＳ４１０のヤング率は、約２０００００ＭＰａである。

　弁座４６のヤング率Ｅ１は、弁板４５のヤング率Ｅ２より小さい（Ｅ１＜Ｅ２）。弁座４６を形成する金属は、弁板４５を形成する金属より変形しやすい。よって、弁座４６は、弁板４５と衝突したときの衝撃力を吸収しやすい。この結果、弁座４６の摩耗が抑制される。

　図８は、比較例（ＣＭＰ）とこの実施形態（ＥＭＢ）との比摩耗量を示すグラフである。比較例では、弁板４５はＳＵＳ４１０製であり、弁座４６はＳ４５Ｃ製である。発明者らの検討によると、この実施形態によると弁座４６の比摩耗量は、比較例に対して約３０％減少する。比較例では、弁座４６が比較的速く摩耗する。特に、シート面６７の外側縁部および内側縁部における摩耗が著しい。この結果、比較的短期間でリードバルブ４４の特性が変化する。これに対して、実施形態によると、弁座４６の摩耗が抑制されるから、長期間にわたってリードバルブ４４の特性が望ましい範囲に維持される。

　以上に述べた実施形態の形状を採用することにより弁座４６の摩耗が抑制される。また、実施形態の材料を採用することにより、弁座４６の摩耗が抑制される。さらに、実施形態の形状と材料とを採用することにより、弁座４６の摩耗が抑制される。この結果、リードバルブ４４の耐久性を向上することができ、耐久性に優れた冷凍サイクル用圧縮機を提供することができる。

　（第２実施形態）
　後続の実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、シート面６７は平面である。これに代えて、この実施形態では、シート面６７に微細な凹部２７１が設けられる。この実施形態では、第１実施形態と同じ材料が用いられる。

　図９および図１０は、この実施形態の弁座４６を示す。図１０は、図９のＸ－Ｘ断面を示す。弁座４６は、シート面６７の範囲内に、オイルを保持する凹部２７１を有する。凹部２７１は、オイルを保持するオイル保持部を提供する。凹部２７１は、弁座４６と舌片５２とが接触する部位に配置されている。凹部２７１は、細長い溝状に形成されている。凹部２７１は、複数の溝を含む。複数の溝は、シート面６７上に均等に分散するように配置されている。複数の溝は、環状に配置されている。複数の溝は、シート面６７の径方向におけるほぼ中央部に位置している。複数の溝は、シート面６７の径方向外側縁と径方向内側縁との両方に開口しないように配置されている。凹部２７１は、シート面６７上にオイルを保持する。この結果、弁座４６の摩耗が抑制される。

　（第３実施形態）
　上記実施形態では、弁座４６の全体をＦＣＤ４５０製とした。これに代えて、この実施形態では、固定部分６１と、シート面６７を提供する部分とに、異なる材料的な特徴を与えている。

　図１１は、この実施形態の弁座４６を示す。固定部分６１と底板部分６４とを含む弁座４６の本体３７２は、同じ材料によって形成されている。本体３７２は、例えば、鋼鉄（Ｓ４５Ｃ）製である。本体３７２は、雄ねじ６２を機械加工によって形成するために適した材料によって作られている。本体３７２は、穴４７へのねじ込み、および基部５１の固定に適した材料によって作られている。これにより固定部分６１の加工が容易となる。また、基部５１が確実に固定される。

　シート面６７を提供する部分は、金属材料を多孔質に変化させる表面処理によって加工された表面処理部分３７３を有する。表面処理部分３７３は、本体３７２を形成する材料に表面処理を施すことによって形成されている。例えば、エッチング処理、またはエッジング処理と呼ばれる表面処理を用いることができる。よって、少なくともシート面６７を提供する部分が多孔質であり、オイルを保持しやすい材料的な特性（表面）を有している。これにより、シート面６７には微細な多数の孔が露出し、オイルが保持されるから、シート面６７における弁座４６の摩耗が抑制される。

　（第４実施形態）
　この実施形態では、弁座４６を提供する本体４７４の全体がＳ４５Ｃ製である。弁板４５は、ＳＵＳ４１０製である。図１２は、この実施形態の弁座４６を示す。この実施形態では、弁座４６のヤング率Ｅ１（約２０５０００ＭＰａ）は、弁板４５のヤング率Ｅ２（約２０００００ＭＰａ）より大きい（Ｅ１＞Ｅ２）。しかし、この実施形態でも、シート面６７を提供する底板部分６４はダイヤフラム状に形成されているから、底板部分６４は中心軸ＡＸに沿って弾性変形しやすい。よって、弁座４６の摩耗が抑制される。

　（第５実施形態）
　上記実施形態では、空洞部６３によって、薄い板状の底板部分６４が提供される。これに代えて、この実施形態では、空洞部５６３によって、やや厚い底板部分６４が提供される。以下の実施形態では、第１実施形態と同じ材料が用いられる。

　図１３および図１４は、この実施形態の弁座４６を示す。図１３は、底板部分６４の部分断面を示す。図１４は、底板部分６４における中心軸ＡＸ方向の厚さｈｓを示す。弁座４６は、空洞部６３に代えて、空洞部５６３を有する。空洞部５６３は、凹テーパ面５６３ａによって区画形成されている。凹テーパ面５６３ａは、固定部分６１から貫通穴６５に向けて低くなるように傾斜している。凹テーパ面５６３ａは、固定部分６１から貫通穴６５に向けて厚さが徐々に薄くなる傾向を底板部分６４に与える。底板部分６４の厚さは、この傾向の中で増減することがある。

　厚さＬ１は、シート面６７の範囲における最小の厚さである。厚さＬ２は、弁座４６が持ちうる最大の厚さである。厚さＬ３は、固定部分６１の厚さである。厚さＬ３は、固定部分６１と底板部分６４との境界における固定部分６１の厚さである。

　直径Ｄ１は、シート面６７の径方向内側縁の直径である。直径Ｄ１は、円錐面６６の最大の直径でもある。直径Ｄ２は、凹テーパ面５６３ａの径方向外側の縁に外接する円の直径である。凹テーパ面５６３ａが内周面６３ａのように多角形である場合、その多角形に外接する円の直径が直径Ｄ２に相当する。直径Ｄ３は、貫通穴６５の直径である。

　底板部分６４の厚さｈｓは、固定部分６１と貫通穴６５との間において、厚さＬ３を上回ることはない。底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間において、厚さＬ３を下回る厚さの部分を有する。この実施形態では、固定部分６１と貫通穴６５との間の全範囲において、底板部分６４の厚さは厚さＬ３より小さい。

　底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間に、厚さｈｓｔの部分を有する。厚さｈｓｔは、シート面６７の範囲における最大の厚さＬ４を下回る。厚さｈｓｔの部分は、シート面６７の径方向外側縁よりさらに径方向外側に位置している。厚さｈｓｔは、シート面６７の径方向外側縁の厚さＬ４を下回る。この厚さｈｓｔは、シート面６７より径方向外側における弾性変形を促進するために貢献する。

　この実施形態では、Ｄ１＜Ｄ２である。中心軸ＡＸから半径ｒｓだけ離れた任意の位置における底板部分６４の厚さをｈｓとする。この実施形態では、Ｄ１／２とＤ２／２との間の範囲ＲＬｖの中に、厚さｈｓが厚さＬ３より小さい少なくともひとつの点（ｈｓ＜Ｌ３）がある。言い換えると、範囲ＲＬｖの中に、厚さＬ３より薄い環状部分が設けられている。別の観点では、シート面６７の径方向内側縁より径方向外側の範囲（Ｄ１／２＜ｒｓ）において、底板部分６４の厚さｈｓは、固定部分６１の厚さＬ３を下回る（ｈｓ＜Ｌ３）。

　この形状は、固定部分６１に対して弾性変形可能な底板部分６４を提供する。この形状は、少なくともシート面６７に対応する環状範囲にわたって、固定部分６１に対して弾性変形可能な底板部分６４を提供する。この形状は、シート面６７に対応する環状範囲を含み、さらにそれより径方向外側を含むように広がる環状範囲、すなわち範囲ＲＬｖにわたって、固定部分６１に対して弾性変形可能な底板部分６４を提供する。この範囲ＲＬｖにおけるｈｓ＜Ｌ３の形状は、ダイヤフラムのように、または片持ち梁のように弾性変形可能な底板部分６４を提供する。

　この実施形態によると、底板部分６４が弾性変形可能に形成される。しかも、シート面６７より径方向外側に、弾性変形を促進する薄い環状部分が設けられる。この実施形態でも、弁座４６の摩耗が抑制される。

　（第６実施形態）
　この実施形態では、空洞部６６３によって、やや厚い底板部分６４が提供される。図１５および図１６は、この実施形態の弁座４６を示す。図１５は、底板部分６４の部分断面を示す。図１６は、底板部分６４における中心軸ＡＸ方向の厚さｈｓを示す。弁座４６は、空洞部５６３に代えて、空洞部６６３を有する。空洞部６６３は、円筒面６６３ａと、凸テーパ面６６３ｂとによって区画形成されている。円筒面６６３ａは、固定部分６１と底板部分６４との境界において急激な厚さの変化を与える。凸テーパ面６６３ｂは、固定部分６１から貫通穴６５に向けて高くなるように傾斜している。凸テーパ面６６３ｂは、固定部分６１から貫通穴６５に向けて厚さが徐々に厚くなる傾向を底板部分６４に与える。

　直径Ｄ２は、凹テーパ面５６３ａに外接する円の直径である。凹テーパ面５６３ａが内周面６３ａのように多角形である場合、その多角形に外接する円の直径が直径Ｄ２に相当する。

　底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間において、厚さＬ３を下回る厚さの部分を有する。この実施形態では、固定部分６１と貫通穴６５との間に、底板部分６４の厚さが厚さＬ３より小さい環状範囲が広がっている。

　この実施形態でも、底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間に、厚さｈｓｔの部分を有する。厚さｈｓｔは、シート面６７の範囲における最大の厚さＬ４を下回る。厚さｈｓｔは、シート面６７の範囲における最小の厚さＬ１を下回る。厚さｈｓｔの部分は、シート面６７の径方向外側縁よりさらに径方向外側に位置している。厚さｈｓｔは、シート面６７の径方向外側縁の厚さＬ１を下回る。厚さｈｓｔの部分は、シート面６７より径方向外側における弾性変形を促進する。

　この実施形態でも、Ｄ１＜Ｄ２である。この実施形態でも、Ｄ１／２とＤ２／２との間の範囲ＲＬｖの中に、厚さｈｓが厚さＬ３より小さい少なくともひとつの点（ｈｓ＜Ｌ３）がある。この実施形態でも、シート面６７の径方向内側縁より径方向外側の範囲（Ｄ１／２＜ｒｓ）において、底板部分６４の厚さｈｓは、固定部分６１の厚さＬ３を下回る（ｈｓ＜Ｌ３）。この実施形態でも、弁座４６の摩耗が抑制される。

　（第７実施形態）
　この実施形態では、空洞部７６３によって、やや厚い底板部分６４が提供される。図１７および図１８は、この実施形態の弁座４６を示す。図１７は、底板部分６４の部分断面を示す。図１８は、底板部分６４における中心軸ＡＸ方向の厚さｈｓを示す。弁座４６は、空洞部６６３に代えて、空洞部７６３を有する。空洞部７６３は、環状の溝によって区画形成されている。環状の溝は、内周面と外周面とそれらの間の環状底面とによって区画形成されている。内周面は、固定部分６１と底板部分６４との境界において急激な厚さの変化を与える。底板部分６４は、固定部分６１の底面の延長に相当する底面を有している。

　直径Ｄ２は、貫通穴６５の一端における直径である。この実施形態では、貫通穴６５と連通する空洞部が形成されない。よって、直径Ｄ１は、直径Ｄ２を上回る（Ｄ１＞Ｄ２）。貫通穴６５の一端に円錐面６６と同様の拡大部分が設けられる場合、直径Ｄ１と直径Ｄ２とはほぼ等しくすることができる（Ｄ１＝Ｄ２）。

　底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間において、厚さＬ３を下回る厚さの部分を有する。この実施形態でも、固定部分６１と貫通穴６５との間に、底板部分６４の厚さが厚さＬ３より小さい環状範囲が広がっている。この実施形態でも、底板部分６４は、固定部分６１と貫通穴６５との間に、厚さｈｓｔの部分を有する。厚さｈｓｔは、下記の関係を満たしている：ｈｓｔ＜Ｌ４、ｈｓｔ＜Ｌ１。厚さｈｓｔは、シート面６７の範囲における径方向外側縁の厚さＬ１または厚さＬ４を下回る。厚さｈｓｔの部分は、シート面６７の径方向外側縁から径方向外側に位置している。厚さｈｓｔの部分は、シート面６７の径方向外側縁よりさらに径方向外側に広がっている。

　この実施形態では、Ｄ１≧Ｄ２である。この実施形態でも、底板部分６４は、シート面６７の径方向内側縁より径方向外側の範囲（Ｄ１／２＜ｒｓ）において、固定部分６１の厚さＬ３を下回る（ｈｓ＜Ｌ３）厚さｈｓの部分を有する。この実施形態では、貫通穴６５が弁座４６の一端に直接に開口しているから、直径Ｄ２は、弁座４６の一端における弁座４６の直径と見ることができる。この場合、Ｄ１＜Ｄ２であり、Ｄ１／２とＤ２／２との間の範囲ＲＬｖの中に、厚さｈｓが厚さＬ３より小さい少なくともひとつの点（ｈｓ＜Ｌ３）がある。この実施形態でも、空洞部７６３によって弁座４６は弾性変形可能であるから、弁座４６の摩耗が抑制される。

　（他の実施形態）
　開示は、実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

　上記実施形態で採用した構成は、相互に組み合わせて採用することができる。例えば、第２実施形態の凹部２７１は、他の実施形態の構成に組み合わせることができる。

　上記実施形態では、弁座４６を球状黒鉛鋳鉄のひとつであるＦＣＤ４５０製とした。これに代えて、シート面６７にポーラスな面を提供できる他の金属材料を使用してもよい。例えば、多孔質の焼結金属材料によって弁座４６を形成してもよい。また、球状黒鉛のような基材よりもヤング率が低い成分が分散し析出している他の金属材料を用いてもよい。

　上記実施形態では、圧縮機構としてスクロール型の圧縮機を採用した。これに代えて、ロータリー型の圧縮機を採用してもよい。
 

Claims (10)

1. 　二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクルに用いられる冷凍サイクル用圧縮機において、
   　前記冷凍サイクルにおける中間圧力の冷媒を圧縮過程にある圧縮室に導入するインジェクション通路（１２、４２、４３、４７、６３、５６３、６６３、６５、６６）と、
   　前記冷媒の流れに応じて移動する弁板（４３）と、
   　前記弁板と接離することにより前記インジェクション通路を開閉するシート面（６７）を有し、前記弁板が前記シート面に接触するときに弾性的に変形可能に形成された弁座（４６）とを備えることを特徴とする冷凍サイクル用圧縮機。
2. 　前記シート面を形成する金属材料のヤング率（Ｅ１）は、前記弁板を形成する金属材料のヤング率（Ｅ２）より小さい（Ｅ１＜Ｅ２）ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル用圧縮機。
3. 　前記弁座の一端に設けられた空洞部（６３、５６３、６６３）と、
   　前記空洞部から前記弁座を貫通する貫通穴（６５）とを有し、
   　前記シート面は、前記貫通穴（６５）を囲むように設けられ、前記シート面の径方向内側縁の直径（Ｄ１）は、前記空洞部の直径（Ｄ２）を下回る（Ｄ１＜Ｄ２）ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル用圧縮機。
4. 　前記弁座は、
   　前記圧縮室を形成する部材に形成された穴（４７）に装着するための筒状の固定部分（６１）と、
   　前記固定部分の径方向内側に延び出すように設けられ、前記シート面と前記貫通穴とが設けられた底板部分（６４）とを有し、
   　前記底板部分は、前記貫通穴の中心軸（ＡＸ）からの距離（ｒｓ）が、前記シート面の径方向内側縁の直径の１／２を上回る範囲（Ｄ１／２＜ｒｓ）において、前記固定部分の厚さ（Ｌ３）を下回る厚さ（ｈｓ）の部分を有することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル用圧縮機。
5. 　前記弁座は、前記シート面の範囲内にオイルを保持する凹部（２７１）を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷凍サイクル用圧縮機。
6. 　前記弁座の少なくとも前記シート面を提供する部分は、多孔質であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の冷凍サイクル用圧縮機。
7. 　前記弁座は、多孔質の金属材料によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル用圧縮機。
8. 　前記シート面を提供する部分は、金属材料を多孔質に変化させる表面処理によって加工された表面処理部分（３７３）を有することを特徴とする請求項６に記載の冷凍サイクル用圧縮機。
9. 　前記シート面を提供する部分は、前記弁座を形成する基材よりヤング率が低い成分が分散し析出した部分であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷凍サイクル用圧縮機。
10. 　前記弁座を形成する金属材料は球状黒鉛鋳鉄であり、前記弁板を形成する金属材料はステンレスバネ鋼であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の冷凍サイクル用圧縮機。

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