JP6581567B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特開２００７−１４６７６１号公報（特許文献１）がある。

特許文献１には、「吐出孔を取り囲む環状弁座面が弁板に形成され、環状弁座面を取り囲む環状シール面が弁板に形成され、環状弁座面は環状シール面よりもシリンダボア側へオフセットしており、吐出室内圧とシリンダボア内圧との差圧が零の時に吐出弁は環状シール面に当接し、前記差圧が正の所定値に達すると吐出弁は弾性変形して環状弁座面に当接する」往復動圧縮機が記載されている。

特開２００７−１４６７６１号公報

特許文献１の往復動圧縮機の吐出孔を取り囲む環状弁座面と環状弁座面を取り囲む環状シール面の形状は周方向の位置によらず一定である。ここで、高圧の圧縮空気を得ようとすると、弁にかかる圧力差が大きくなり、弁の開放端側と固定端側とで弁の変形量が大きくなる。このとき特許文献１の往復動圧縮機の吐出孔は弁の変形に追従した形状になっていないため、シール性が低下していた。このため、特許文献１の往復動圧縮機は、特に高圧の圧縮空気を得ようとしたときに圧縮空気がシリンダの吐出室側から圧縮室側に逆流して圧縮効率を向上させることができなかった。

上記問題点に鑑み、本発明は、弁と吐出（吸入）ポートとのシール性を向上させ、圧縮空気の逆流を抑制し、圧縮効率を向上させた圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、モータがピストンを駆動することにより流体を圧縮する往復動圧縮機において、前記ピストンの往復動に伴い流体が通過するポートが設けられた弁座板と、前記弁座板に設けられ、前記ポートを開閉する弁とを備え、前記弁座板の前記弁と接触する側の面に、前記ポートの中心部に向けて低くなるような傾斜面を形成したことを特徴とする圧縮機を提供する。

本発明によれば、弁と吐出（吸入）ポートとのシール性を向上させ、圧縮空気の逆流を抑制し、圧縮効率を向上させた圧縮機を提供することができる。

本発明の実施例にかかる圧縮機の圧縮部の断面図（上死点） 本発明の実施例にかかる圧縮機の圧縮部の断面図（下死点） 本発明の実施例にかかる圧縮機の弁座板と弁の詳細図 本発明の実施例にかかる圧縮機の断面図 本発明の変形例にかかる圧縮機の弁座板と弁の詳細図

以下、本発明に係る圧縮機の実施例を、図１−図５を用いて説明する。

図４を用いて本実施例にかかる往復動圧縮機の全体構造について説明する。

シリンダ１１内に往復動可能に設けられたピストン２１は、コネクティングロッド２２にボルト２３によって締結された円板状のリテーナ２４とによって構成されている。

シリンダ１１はクランクケース１に接続される。クランクケース１は、モータ等の駆動源を収容するもので、ピストン２１はモータの回転軸２に偏心軸３、軸受４を介して接続されている。モータが駆動すると、回転軸２が回転し、軸受４を介して回転軸２の回転運動が偏心軸３の偏心運動に変換される。偏心軸３の偏心運動に伴い、偏心軸３に接続されたピストン２１がシリンダ１１内を揺動しつつ往復動する。ピストン２１は、シリンダ１１内を揺動しつつ往復動することにより、空気などの流体を圧縮する。

揺動ピストン２１の外周側に設けられたリップリング２５は、樹脂材料を用いてリング状に形成されている。また、リップリング２５は、コネクティングロッド２２とリテーナ２４に挟まれて、ボルト２３によって締結された状態で固定されている。さらに、リップリング２５はシリンダ１１の内周面に締代をもって摺接している。リップリング２５は、揺動ピストン２１の揺動に追従して拡縮径し、ピストン２１とシリンダ１１との間をシールする。

シリンダ１１とシリンダヘッド１２の間に固定された弁座板１４には吐出ポート１７が設けられている。また、弁座板１４には圧力差によって吐出ポートを開閉する弁１８がボルト１９によって固定されている。

図１、図２を用いて本実施例における往復度圧縮機の動作について説明する。

通常、弁１８は弁座板１４に接触して吐出ポート１７が閉状態となっている。図１に示すように、圧縮工程においてピストン２１がシリンダ１１内を上昇し、シリンダ１１内部の圧力が上昇して弁１８の上下の圧力差が大きくなると、弁１８が押し上げられて弁座板１４から離れ、吐出ポート１７が開状態となる。このとき、圧縮室７から吐出室６へ空気が吐出され、空気が圧縮される。

また、図２に示すように、吸込工程においてピストン２１がシリンダ１１内を下降し、シリンダ１１内部の圧力が減少して弁１８の上下の圧力差が小さくなると、弁１８が弁座板１４に押し付けられて、吐出ポート１７が閉状態となる。このようにして、吐出室６から圧縮室７へ空気が逆流しないようにしている。

ピストン２１の往復動に伴い、弁１８によって吐出ポートが開閉し、吸込工程で吸い込まれた空気が吐出工程でシリンダから外部に接続されたタンクに吐出されることにより、空気が圧縮される。

図３を用いて本実施例おける弁座板の形状について説明する。

例えば、吸込工程時において、弁１８の吐出室６側（弁１８を弁座板１４の上に配置した時の上側）の圧力が高く、圧縮室７側（弁１８を弁座板１４の上に配置した時の下側）の圧力が低い場合において、弁１８にかかる圧力差が大きくなり、弁１８が弁座板１４に強く接触することにより、弁１８が変形する。 このとき、弁１８の変形を考慮した形状に弁座板１４を形成しないと、弁１８と弁座板１４との間に隙間が形成されてしまい、吐出ポート１７のシール性が低下する。

ここで、弁１８は一方の端をボルト１９で固定された固定端であり、他方の端は開放された開放端である。吐出ポート１７の周辺における弁１８の変形は吐出ポート１７の周方向によって異なる。具体的には、図３に示すように、弁１８の開放端側１８ａの変形角度αと固定端側１８ｂの変形角度βはα ＞ β の関係になる。即ち、開放端に近づけば近づくほど変形角度は大きくなり、固定端に近づけば近づくほど変形角度は小さくなる。

そこで、本実施例では、弁座板１４の弁１８と接触する側の面には傾斜部１４ａが設けて傾斜面を形成した。弁１８が弁座板１４よりも上になるように配置したとき、傾斜面は吐出ポート１７に近づくにつれて低くなるように形成されている。

傾斜面は、吐出ポート１７形成時の面取りとして行うものではなく、上記のように、幅を持って弁１８と弁座板１４が接触しシール性を向上させるために形成するものであるため、弁１８と弁座板の寸法等により異なるが、傾斜面の傾斜角は１０°以下で形成される。
さらに、よりシール性を高めるために、弁１８の変形に対応して斜面の傾斜角を周方向の位置により異ならせるようにした。具体的には、弁座板１４の傾斜部１４ａは弁１８の開放端側の傾斜角が大きく（α）、固定端側の傾斜角が小さく（β）なる形状とした。即ち、開放端に近づけば近づくほど傾斜角を大きくなるようにし、固定端に近づけば近づくほど傾斜角を小さくなるようにした。

ここで、傾斜部１４ａの吐出ポート１７の中心から見た径方向外側と径方向内側の高さの差をｈ、傾斜部の径方向長さをｒとしたとき、ｈとｒの比ｈ/ｒは周方向の位置によって異なっている。このとき、ｈ/ｒを弁１８の開放端に近づくほど大きく、固定端に近づくほど小さくなっている。

傾斜部の傾斜角（α）及び（β）や比ｈ/ｒは、望ましくは、シミュレーションや計測により、弁１８の変形量やシール性を考慮してそれぞれ決定する。但し、傾斜部の傾斜角や比ｈ/ｒを周方向の位置に関わらず一定の値としてもよく、幅を持って弁１８と弁座板１４が接触するためシール性の向上が可能である。

これにより、弁座板１４の形状が弁１８の変形に対応したものとなるため、弁１８に周方向において微小なうねりやしわなどの変形が発生せず、図３に示す弁１８と弁座板１４との接触部の面圧分布のように全周にわたってある幅で弁１８と弁座板１４とが接触するようになり（面接触となり）、弁座板１４と弁１８との隙間を小さくすることができる。そのため、吸込工程において、吐出室６から圧縮室６への逆流を効果的に防止でき、吐出性能を向上させることができる。

また、弁１８の固定端側部分１８ｃの変形（盛り上がり）が小さくなり、この部分に発生する応力を小さくすることができる。このため、弁１８の厚さを薄くするでき、弁１８が弁座板１４を叩く音を小さく抑え、圧縮機運転時の騒音を小さく抑えることが可能となる。

さらに、本実施例では、弁座板１４の傾斜部１４ａは円周方向に対して滑らかにつながるように構成した。弁の１８の変形量は円周方向に対して連続的に変化するため、それに対応して、弁座板１４の傾斜部１４ａの傾斜角とｈとｒの比ｈ/ｒも連続的に変化させることにより、吐出室６から圧縮室６への逆流をより効果的に防止でき、吐出性能を向上させることができる。

本実施例では、吐出ポート１７側の弁座板１４の形状について説明してきたが、吸込ポート側の弁座板の形状についても同様の構成することにより、弁と吸込ポートとのシール性を向上させ、圧縮性能を向上させることできる。

なお、本実施例では、弁座板１４に平面状の傾斜部１４ａを形成したが、傾斜部１４ａは平面状ではなく曲面状であってもよい。このとき、傾斜部１４ａの吐出ポート１７の中心から見た径方向外側と径方向内側の高さの差をｈ、傾斜部の径方向長さをｒとしたとき、ｈとｒの比ｈ/ｒは周方向の位置によって異なっている。ｈ/ｒは弁１８の開放端に近づくほど大きくなり、固定端に近づくほど小さくなるようにする。

また、本実施例では、弁座板１４に傾斜部１４ａを形成したが、傾斜部１４ａに代えて段差部にしてもよい。図５に示すように、弁座板１４に複数の段差部１４ｂを設け、吐出ポート１７の中心から見た径方向外側と径方向内側の高さの差（図５では段差が複数段あるため、最も高いところと低いところの高さの差）をｈ、段差部の径方向長さをｒ（図５では段差が複数段あるため、ポートに最も近いところと遠いところの差）としたとき、ｈとｒの比ｈ/ｒは周方向の位置によって異なっている。ｈ/ｒは弁１８の開放端に近づくほど大きくなり、固定端に近づくほど小さくなるようにする。

また、段差部１４ｂが複数段設けてあるため、弁１８と弁座板１４の段差の角部１４ｃが円周状に線接触し、複数の線接触が形成される。これにより、漏れ通路に複数の微小隙間を形成できるため、ラビリンス効果によって吸込工程において、吐出室６から圧縮室６への逆流（漏れ）を効果的に防止でき、吐出性能を向上させることができる。

なお、ｈ/ｒは周方向の位置によらず一定としても複数の線接触が形成されシール性の向上が可能である。

また、本実施例では、傾斜部と段差部を組み合わせたものを弁座板に形成してもよい。

以上より本実施例によれば、弁１８と弁座板１４とが強く接触し、弁１８が変形した場合でも、弁１８と弁座板１４との間の隙間を小さくすることでシール性を向上させ、圧縮空気の逆流を効果的に防止して吐出性能を向上できる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ クランクケース
２ 軸
３ 偏心軸
４ 軸受
５ 錘
６ 吐出室
７ 圧縮室
１１ シリンダ
１２ シリンダヘッド
１４ 弁座板
１４ａ 傾斜部
１７ 吐出ポート
１８ 弁
１８ａ 弁開放端側
１８ｂ 弁固定端側
１９ ボルト
２１ ピストン
２２ コネクティングロッド
２３ ボルト
２４ リテーナ
２５ リップリング
α 弁開放端側変形角度（吐出ポート端傾斜角度）
β 弁固定端側変形角度（吐出ポート端傾斜角度）

Claims (5)

1. モータが駆動することにより流体を圧縮する圧縮機において、
   前記流体が通過するポートが設けられた弁座板と、
   前記弁座板に設けられ、前記ポートを開閉する弁とを備え、
   前記弁は一端が固定具により前記弁座板に固定されており、
   前記弁座板は、前記弁と接触する側の面に、前記ポートの中心部に向けて低くなる傾斜面を備えており、
   前記固定具から遠い部分における前記傾斜面の傾斜角は、前記固定具に近い部分における前記傾斜面の傾斜角よりも大きく、１０°以下であることを特徴とする圧縮機。
2. 前記傾斜面の傾斜角は連続的に変化することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. モータがピストンを駆動することにより流体を圧縮する往復動圧縮機において、
   前記ピストンの往復動に伴い流体が通過するポートが設けられた弁座板と、
   前記弁座板に設けられ、前記ポートを開閉する弁とを備え、
   前記弁は一端が固定具により前記弁座板に固定されており、
   前記弁座板は、前記弁と接触する側の面に、前記ポートの中心部に向けて低くなる傾斜部または複数の段差部を備えており、
   前記傾斜部または複数の段差部の径方向の高さの差をｈ、径方向長さをｒとしたとき、ｈ/ｒを周方向位置により異ならせ、
   前記固定具から遠い部分における前記傾斜部または前記段差部の径方向の高さの差ｈと径方向長さｒの比ｈ/ｒを前記固定具に近い部分における前記傾斜部または前記段差部の径方向の高さの差ｈと径方向長さｒの比ｈ/ｒよりも大きく、前記傾斜部または段差部における傾斜角は１０°以下であることを特徴とする往復動圧縮機。
4. 前記傾斜部を平面または曲面により形成することを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記傾斜部または前記段差部の径方向の高さの差ｈと径方向長さｒの比ｈ/ｒを連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。

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