JP4043224B2 - 気体圧縮機のバルブサポート取付構造 - Google Patents

気体圧縮機のバルブサポート取付構造 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体圧縮機の吐出口におけるリードバルブのバルブサポート取付構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
気体圧縮機は、コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンを備えるロータを回転可能に設け、その回転にしたがってベーンで仕切られた空間が容積変化を繰り返す圧縮室を形成し、吸入口から圧縮室へ吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出口から吐出するようになっている。
【0003】
図6は、気体圧縮機におけるシリンダ部の横断面図である。
コンプレッサケース1内にシリンダ2が固定され、ロータ3の回転軸5に関して対称に、ロータ3の回転方向においてシリンダ2の短径位置直後に吸入口6が設けられ、また吐出口7も、ロータ3の回転軸5に関して対称に、シリンダ2の周辺部にそった2個所に設けられている。
【0004】
シリンダ2の外周部とコンプレッサケース1の間には、バルブ取り付け面11を備える吐出チャンバ10が形成されている。バルブ取り付け面11はシリンダ2の長径方向に略平行に形成されている。
各吐出口7は、図7に示すように、それぞれシリンダ2の短径位置直前に軸方向に複数個設けられた孔8からなり、シリンダ2内のベーン4間の圧縮室Rと吐出チャンバ10間を連通する。各吐出口7から出た高圧の冷媒ガスはその後図示しない吐出室へ導かれる。
【0005】
バルブ取り付け面11には、先端が吐出口の孔8をカバーする逆止用のリードバルブ14が設けられ、その上にリードバルブ14の変位量(バルブリフト量)を規制するバルブサポート20Zが重ねられている。リードバルブ14とバルブサポート20Zは、リードバルブ14の吐出口7をカバーする先端部から離間した基部22でボルト16によりシリンダ2に共締めして固定されている。
【0006】
リードバルブ14は弾性材から形成され、吐出チャンバ10の圧力が、孔8(吐出口7)が開口する圧縮室Rの圧力より高いときは該孔8を閉じ、吐出チャンバ10の圧力が圧縮室Rの圧力より低いときは開く。
バルブサポート20Zはリードバルブ14に対して厚板で形成され、その先端部はリードバルブ14の開時に許容する変位量分だけ基部22に対して反り上がっている。
【0007】
図8は従来のバルブサポート20Zを示す平面図である。バルブサポート20Zは吐出口7を形成する4つの孔8に対応して4本の枝部23(23a、23b、23c、23d)が基部22から延びる櫛歯状を呈しており、各枝部23の先端が各孔8上に位置している。そして基部22の幅方向両端部に固定用のボルト16を通す取付穴24(24a、24b)を有している。なお、図8にはボルト16の座面が仮想線で示されている。
とくに図示しないが、リードバルブ14もバルブサポート20Zと略同一の平面形状を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような気体圧縮機の動力効率を向上させようとする場合、バルブリフト量を大きくすることが考えられる。しかし、このために単純にリードバルブ14の板厚を薄くするなどしてバルブリフト量を大きくすると、バルブサポート20Z側の負担が増大して、バルブサポート20Zに生じる応力が大きくなることが予想される。
そのため、耐久性の実験確認を行ってみると、上記従来のバルブサポート、すなわち基部22の幅方向両端部に設けた取付穴24を通してボルト16で固定し、ボルト間隔をほぼ最大としたバルブサポート20Zでは、やはり応力が高くなり、バルブサポート20Zが破損するおそれのあることが判明した。
【0009】
これをシミュレーションで確認したものを図9に示す。ここで用いたバルブサポート20Zは材料をヤング率20000kgf/mm、板厚3.2mmとし、形状諸元は、図8に示すように、全幅W=45mm、左右対称で取付穴間隔S=35.16mm、取付穴径B=4mm、各枝部23の幅D=8mm、取付穴24a、24bを結ぶ線から荷重点P(孔8に対応)までの距離A=21mm、基部22から荷重点Pまでの長さH=17mmである。このバルブサポート20Zの各取付穴24まわりをボルト座面相当で拘束して、荷重点Pには吐出口の孔8に相当する6.5mm径に100kgf/cmを加えた。
図9は、主応力の分布状態をハッチングの密度で示しており、密度が高くなるほど高い主応力となっている。最大主応力は60.8kgf/mm、荷重点中心点の変位量は0.19mmであった。
【0010】
この対策としては、バルブサポート20Zをより高強度の材料で製作すればよいが、それではコストが増大するという問題がある。
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、コストの増大を招くことなく、発生応力を低減させた気体圧縮機のバルブサポート取付構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1の本発明は、コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンを備えるロータを回転可能に設けて、ベーンで仕切られた空間を圧縮室とし、シリンダの側壁に形成された3個以上の孔からなりリードバルブが付設された吐出口から、圧縮室で圧縮された気体をシリンダ外部の吐出チャンバへ吐出するようにした気体圧縮機において、リードバルブに重ねられてリードバルブの変位量を規制するバルブサポートが、先端を上記孔のそれぞれに対応させた枝部を基部から延ばした櫛歯状をなし、それぞれ最外側の枝部に隣接する内側の枝部の中心線から外方であって、前記内側の枝部の外側の辺の延長線よりも中央寄りに穴中心を位置させた2つの取付穴を基部に備えて、バルブサポートを取付穴に通したボルトによりシリンダに固定したものとした。バルブサポートの取付穴を最外側の枝部に隣接する内側の枝部の中心線から外方であって、この枝部の外側の辺の延長線よりも中央寄りとすることにより、最外側の枝部に隣接する内側の枝部の先端からボルトによる拘束部位までの距離が短くなり、内側の枝部の先端にかかる力により拘束部位にかかる曲げモーメントが低減する。
【0012】
請求項2の発明は、とくに吐出口が略等間隔に並んだ4個の孔からなって、バルブサポートの基部から延びる枝部が4本であるものとした。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図1は第1の実施例を示すバルブサポート20Aの平面図である。取付穴24の間隔を除いて、他の寸法、および形状は図8に示した従来例と同じである。
取付穴24の間隔はS=27.75mmとしてある。
図2は、荷重点Pに図9に示した場合の条件と同じく、6.5mm径に100kgf/cmを加えたときの主応力分布を示す。
最大主応力は53.2kgf/mm、荷重点中心点の変位量は0.18mmであった。
【0014】
図3は第2の実施例を示すバルブサポート20Bの平面図である。取付穴24の間隔を除いて、他の寸法、および形状は図8に示した従来例と同じである。
取付穴の間隔はS=15.85mmとしてある。
図4は、荷重点Pに図9に示した場合の条件と同じく、6.5mm径に100kgf/cmを加えたときの主応力分布を示す。
最大主応力は51.8kgf/mm、荷重点中心点の変位量は0.20mmであった。
【0015】
以上の第1および第2の実施例と従来例のシミュレーション結果を比較して図示すると図5のようになる。
図5から明らかなように、第1と第2の実施例におけるバルブサポート20A、20Bの最大主応力は互いに同レベルにあるが、従来例のバルブサポート20Zにおける最大主応力からは明確な差をもって低減している。
【0016】
第1と第2の実施例に共通する点は、取付穴24a、24b(の中心)がいずれも最外側の枝部23a、23dの内側の辺の延長線fa、fdよりも内側に位置する構成にある。このことから、上記最大主応力の低減について検討すると、取付穴24を基部22の幅方向両端部に設けてボルト16で固定する従来例では、各ボルトによる拘束部位には当該ボルトに近い3本の枝部、すなわち取付穴24aまわりの拘束部位については枝部23a、23bおよび23cの、取付穴24bまわりの拘束部位については枝部23b、23cおよび23dの、各先端に加えられる力による曲げモーメントがその各枝部の相対位置に応じた割合で及んでおり、とくに影響の大きい内側隣接の枝部(取付穴24aについては枝部23b、取付穴24bについては枝部23c)に関してその荷重点Pから取付穴24までの距離が大きく、したがって大きな曲げモーメントを受けることにより、大きな最大主応力が生じているものと推定される。
【0017】
一方、本発明の第1および第2の実施例では、取付穴24a、24bが最外側の枝部23a、23dの内側の辺の延長線fa、fdよりも内側に移動したことにより、最外側の枝部に起因する曲げモーメントは若干増大するが、荷重点Pから取付穴24までの距離がとくに大きかった内側2本の枝部23b、23cからの曲げモーメントが顕著に減少して、総合的に最大主応力が低減したものと考えられる。
【0018】
以上のように、バルブサポートにおけるシリンダ2への固定用の取付穴24を基部22の幅方向中央寄りに配置することにより、最大主応力低減の効果が得られる。一方、取付穴24が内側の枝部23b、23cの各中心線gb、gcを越えて中央側へ移動すると、各取付穴24まわりの拘束部位が受け持つ曲げモーメントは、それぞれ片側2本の枝部(取付穴24aについては枝部23aと23b、取付穴24bについては枝部23cと23d)による曲げモーメントのみとなるので、最外側の枝部23a、23dの荷重点Pから取付穴24までの距離がとくに大きいものになるとともに、安定した固定機能の面からも配置バランスを欠いたものとなる。したがって、取付穴24の中央寄せは最外側の枝部に隣接する内側の枝部23c、23dの中心線線gb、gc上までに止めるのが好ましい。
【0019】
なお、実施の形態では4本の枝部23a〜23dを備えるバルブサポートに関して説明したが、枝部23の本数はシリンダ2の吐出口7の孔数に対応させて設定され、本発明は3本以上の枝部を備えるバルブサポートの取り付けに適用することができる。
例えば、3本の枝部を備えるバルブサポートの場合においても、基部の取付穴を最外側の枝部の内側の辺の延長線よりも中央寄りに配置することによって、最大主応力低減の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、リードバルブが付設された吐出口から、圧縮室で圧縮された気体をシリンダ外部の吐出チャンバへ吐出するようにした気体圧縮機において、バルブサポートが、先端を吐出口の孔のそれぞれに対応させた枝部を基部から延ばした櫛歯状をなし、基部のそれぞれ最外側の枝部に隣接する内側の枝部の中心線から外方であって、この枝部の外側の辺の延長線よりも中央寄りに穴中心を位置させた2つの取付穴に通したボルトでバルブサポートを固定したものとしたので、最外側の枝部に隣接する内側の枝部の先端にかかる力により拘束部位にかかる曲げモーメントが低減し、バルブサポートに生じる応力が低減する。
【0021】
さらに、吐出口が略等間隔に並んだ4個の孔からなり、リードバルブの枝部を4本とするとき、リードバルブの2つの取付穴、その穴中心をそれぞれ最外側の枝部に隣接する内側の枝部の中心線から外方に位置させて中央側へ寄りすぎないようにした。よって、「最外側の枝部の先端から取付穴までの距離が逆に長くなり過ぎて拘束部位にかかる最外側の枝部に起因する曲げモーメントが増大し応力増大を招く」ということが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すバルブサポートの平面図である。
【図2】第1の実施例におけるバルブサポートの主応力分布を示す図である。
【図3】第2の実施例を示すバルブサポートの平面図である。
【図4】第2の実施例におけるバルブサポートの主応力分布を示す図である。
【図5】実施例と従来例との応力を比較して示す図である。
【図6】気体圧縮機の横断面図である。
【図7】シリンダの吐出口を示す斜視図である。
【図8】従来のバルブサポートを示す平面図である。
【図9】従来例におけるバルブサポートの主応力分布を示す図である。
【符号の説明】
1 コンプレッサケース
2 シリンダ
3 ロータ
4 ベーン
5 回転軸
6 吸入口
7 吐出口
8 孔
10 吐出チャンバ
11 バルブ取り付け面
14 リードバルブ
16 ボルト
20A、20B バルブサポート
20Z バルブサポート
22 基部
23a、23b、23c、23d 枝部
24a、24b 取付穴
R 圧縮室

Claims (2)

  1. コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンを備えるロータを回転可能に設けて、ベーンで仕切られた空間を圧縮室とし、シリンダの側壁に形成された3個以上の孔からなりリードバルブが付設された吐出口から、圧縮室で圧縮された気体をシリンダ外部の吐出チャンバへ吐出するようにした気体圧縮機において、
    前記リードバルブに重ねられてリードバルブの変位量を規制するバルブサポートが、先端を前記孔のそれぞれに対応させた枝部を基部から延ばした櫛歯状をなし、それぞれ最外側の枝部に隣接する内側の枝部の中心線から外方であって、前記内側の枝部の外側の辺の延長線よりも中央寄りに穴中心を位置させた2つの取付穴を前記基部に備えて、前記バルブサポートを前記取付穴に通したボルトにより前記シリンダに固定したことを特徴とする気体圧縮機のバルブサポート取付構造。
  2. 前記吐出口が略等間隔に並んだ4個の孔からなって、前記バルブサポートの基部から延びる枝部が4本であことを特徴とする請求項1記載の気体圧縮機のバルブサポート取付構造。
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