KR100339905B1

KR100339905B1 - 밸브구조

Info

Publication number: KR100339905B1
Application number: KR1020000008967A
Authority: KR
Inventors: 이시까와미쯔요; 사또히로후미; 와끼따도모히로; 신또꾸노리유끼
Original assignee: 이시카와 타다시; 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2002-06-10
Also published as: US6364629B1; JP3769975B2; DE10018498B4; DE10018498A1; KR20000071378A; JP2000304143A; BR0001611A; CN1109833C; CN1271065A

Abstract

리드밸브의 굽힘피로파괴나 충격피로파괴에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 리테이너를 구비한 밸브구조를 제공한다.

좌표 원점에서 밸브구멍 중심(C)까지의 거리를 L 로 하고, 밸브구멍 중심 (C) 에서 리드밸브를 Y 축 방향으로 눌러 밸브구멍 구획체 (X 축을 따라 존재) 에서 이간시켰을 때 리드밸브의 자유굽힘형상을 좌표 (x, f(x)) 로 표시하고, 자유굽힘시의 x=L 에서의 이간길이를 H 로 하고, 자유굽힘형상의 y 좌표 함수 (f(x)) 에서 f(x')=H/2 를 충족시키는 x 좌표값을 x' 로 한다. 밸브 열림시에 만곡된 리드밸브의 배면에 맞닿을 수 있는 리테이너 규제면의 프로파일을 설정할 때에, 그 프로파일이 좌표 (x',f(x')-K) (단, K 는 양의 값) 를 포함하도록 하여 부분적으로 리드밸브의 자유굽힘시의 상정 라인보다도 X 축에 접근하는 측으로 나오게 한다.

Description

밸브구조{VALVE STRUCTURE}

본 발명은 밸브구멍이 있는 구획체와, 밸브 부재와, 규제면이 있는 리테이너를 구비하고, 상기 리테이너에 접근한 방향으로 만곡된 밸브 부재의 배면을 상기 리테이너 규제면에 맞닿게 하여 밸브 부재의 만곡을 제한하는 밸브구조에 관한 것이다.

일본 공개특허공보 평7-151264호는 피스톤형 압축기의 배출밸브 조립체를 개시한다. 상기 배출밸브 조립체는, 근원이 고정됨과 동시에 자유단인 선단부에서 배출구멍을 폐쇄 가능한 배출용 밸브 부재와, 그 밸브 부재가 일정 한도 이상으로 열리는 것을 제한하기 위해 밸브 부재와 서로 대향하여 설치된 밸브고정부 (리테이너) 를 구비하고 있다. 이 선행기술에서는, 피스톤 실린더로부터의 압축가스 배출시에 밸브 부재가 열려 밸브고정부에 충돌하는 데에서 기인하는 소음을 저감시키는 것을 목적으로 하여, 밸브고정부 형상을 최대 허용응력시의 밸브 부재의 만곡형상에 대응시키고 있다. 즉, 밸브고정부의 프로파일을 그 프로파일의 각각의 접촉점에서 밸브 부재가 최대 허용응력에 도달하도록 설계함으로써 밸브 부재의 위치에너지를 최대가 되는 한편, 운동에너지가 최소가 되는 순간에 밸브 부재가 밸브고정부에 충돌하도록 하며, 양쪽 충돌에서 기인하는 소음을 제어하고 있다. 더 간단히 말하면 상기 선행기술은 밸브고정부의 프로파일을 밸브 부재의 선단부를닫힘위치에서 수직으로 밀어올렸을 때에 밸브 부재의 자유굽힘형상에 거의 일치시킨 것이다.

그러나, 리테이너를 병설한 밸브구조에서는, 밸브와 리테이너의 충돌에 의한 소음 문제 이전에 기본적으로 해결해야할 문제가 있다. 그것은 반복 개폐 동작을 하는 밸브구조의 내구성을 향상시키는 것이다. 밸브구조의 내구성 향상이란 구체적으로는, 밸브 부재가 근원에서 꺾이는 사태를 미연에 방지하는 것이며, 또 밸브 부재가 닫혀 배출구멍 (밸브구멍) 의 구획체에 충돌하는 것에서 기인하는 밸브 부재 및/또는 구획체의 결손을 힘껏 방지하는 것이다. 이러한 기본적 기술 요청이라는 관점에서 보면, 상기 선행기술은 만족할 만한 내구성을 갖췄다고는 할 수 없고 밸브 부재의 굽힘피로파괴 (근원에서의 꺾임) 나 밸브 닫힘시의 충격피로파괴 (결손) 에 대한 내구성이 불안정하였다.

본 발명의 목적은 종래보다도 밸브 부재의 굽힘피로파괴나 충격피로파괴에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 밸브구조를 제공하는 것이다.

도 1 은 일례가 되는 경사판식 압축기의 종단면도,

도 2 는 밸브 구성체를 구성하는 리테이너 플레이트의 사시도,

도 3 은 하나의 리테이너 부근의 토출실측에서 본 개략 평면도,

도 4 는 도 3 의 A-A 선을 잘라서 본 리테이너 부근의 개략 단면도,

도 5 는 리테이너 규제면의 xy 좌표계에서의 프로파일을 나타낸 그래프,

도 6 은 참조예에서의 토출 밸브의 휨 상황을 나타낸 도 5 에 상당하는 그래프,

도 7 은 본건의 토출 밸브의 휨 상황을 나타낸 도 5 에 상당한 그래프,

도 8 은 토출 밸브의 리프트량과 굽힘 응력의 관계를 나타낸 그래프,

도 9 는 편차량 (K) 과 토출 밸브의 충돌 속도의 관계를 나타낸 그래프,

도 10 은 토출 밸브의 리프트량의 시간 변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3, 4 : 밸브 구성체 18 : 토출 포트 (밸브구멍)

23 : 중앙밸브 플레이트(구획체) 24 : 토출 밸브 형성판

24a : 토출 밸브 (밸브 부재) 25 : 리테이너 플레이트

26 : 리테이너 27 : 리테이너 규제면

C : 밸브구멍 중심

본 발명 (청구항 1) 은 밸브구멍을 구획하는 구획체와, 상기 밸브구멍을 개폐가능한 탄성의 혀형상의 밸브 부재와, 상기 밸브 부재의 배면과 서로 대향하는 규제면을 갖는 리테이너를 구비하고, 상기 리테이너에 접근하는 방향으로 만곡된 밸브 부재의 배면을 상기 리테이너 규제면에 맞닿게 하여 밸브 부재의 만곡을 제한하는 밸브구조에 있어서, 밸브구멍을 닫은 상태의 밸브 부재 및 구획체의 연장방향을 X 축 방향으로 하고, 상기 연장방향과 직교하는 밸브 부재의 만곡방향을 Y 축 방향으로 하고, 상기 밸브 부재의 근원 부근에서 시작되는 상기 리테이너 규제면의 프로파일 시점을 상기 X 축 및 Y 축 으로 이루어진 2 차원 좌표계 (x,y) 의 원점으로 함과 동시에, 상기 원점에서 상기 밸브구멍 중심까지의 거리를 L 로 하고, 상기 밸브구멍 중심에 대응하는 x 좌표 위치에서 상기 밸브 부재를 Y 축 방향으로 눌러 구획체에서 이간시켰을 때의 당해 밸브 부재의 자유굽힘형상을 좌표 (x, f(x)) 로 표시하고, 자유굽힘시의 x=L 에서의 상기 밸브 부재와 상기 구획체의 이간길이를 H(즉, f(L)=H) 로 하고, 상기 원점과 상기 밸브구멍 중심 사이에서 f(x')=H/2 의 관계를 만족시키는 x 좌표를 x' 로 하고, 그리고 y 축 방향으로의 편차량을 K (단, 0＜K) 로 할 때, 상기 리테이너 규제면의 프로파일은 좌표, (x', f(x')-K) 를 포함하도록 설정됨으로써, 상기 원점에서 밸브구멍 중심까지의 x 좌표 범위에서 상기 밸브 부재의 자유굽힘시의 상정 라인보다도 상기 구획체에 접근한 측으로 나와 있음을 특징으로 한다.

그 구성에 의하면, 상기 2 차원 좌표계 (x,y) 의 원점과 밸브구멍 중심 사이에서 f(x')=H/2 의 관계를 만족시키는 x 좌표값 (x') 에 대응하는 리테이너 규제면 프로파일의 y 좌표값이 자유굽힘시에 만곡된 밸브 부재의 y 좌표값보다도 양의 편차량 (K) 만큼 적어진다. 그리고, 그 결과 리테이너 규제면의 프로파일은 원점에서 밸브구멍 중심까지의 x 좌표 범위에서, 밸브 부재의 자유굽힘시의 상정 라인보다도 구획체에 접근한 측으로 나와 있는 격자로 되어 있다. 따라서, 밸브 열림 동작시에 밸브 부재가 리테이너쪽으로 만곡됨에 따라, 밸브 부재가 그 근원부근에서 서서히 리테이너 규제면에 접촉되어 간다. 이 때, 밸브 부재가 만곡 정도를 높임으로써, 밸브 부재 배면과 리테이너 규제면의 맞닿는 점 (굽힘지점이 됨) 이 상기 원점에서 밸브 부재의 선단부쪽으로 점차 이동한다. 따라서, 그 구성에 따르면 밸브 부재의 밸브 열림시에 좌표 원점 (리테이너 규제면의 프로파일 시점) 에 위치하는 밸브 부재의 근원에 대한 응력 집중이 회피 또는 완화되어, 밸브 부재의 굽힘피로파괴나 충격피로파괴에 대한 내구성이 향상된다. 반면, 임시로 리테이너 규제면의 프로파일로서 밸브 부재의 자유굽힘형상에 일치하는 프로파일을 채용한 경우 (요컨대 종래기술의 경우) 에는, 밸브 부재의 굽힘지점은 항상 2 차원 좌표계 (x,y) 의 원점에서 이동하지 않기 때문에 밸브 부재의 근원으로의 응력 집중은 피할 수 없다.

청구항 2 ∼ 청구항 5 에 기재된 각각의 발명은, 본 발명을 더 바람직한 구성으로 한정하는 것으로, 각각의 기술적 의의는 후술된 「발명의 실시형태」의 설명에서 명확해진다. 그래서 설명에 앞서 약간 부언하면, 청구항 2 의 밸브구조에 의하면 밸브구멍 중심에 대응하는 x 좌표 위치 (x=L) 에서의 리테이너 규제면과 구획체의 이간길이는 H(=f(L)) 가 되어 자유굽힘형상의 프로파일과 일치한다. 청구항 3 은 편차량 (K) 의 바람직한 범위에 대해서 언급한 것으로, 그 상한값 및 하한값의 임계적 의의는 나중에 명확해진다. 또, 청구항 5 의 밸브구조에 의하면, 좌표 원점에서 밸브구멍 중심까지의 x 좌표 범위에서의 리테이너 규제면의 프로파일과 밸브구멍 중심 이후의 x 좌표 범위에서의 리테이너 규제면의 프로파일과의 매끄러운 연속성을 확보하기 쉬워진다.

(발명의 실시형태)

이하에 본 발명을 차량용 공조장치에 사용되는 경사판식 압축기에 적용한 일 실시형태에 대해 설명한다. 도 1 은 경사판식 압축기의 일례인 10 기통의 양두(兩頭) 피스톤형 경사판식 압축기를 나타낸다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 압축기를 구성한 프론트측 실린더블록 (1) 과 리어측 실린더블록 (2) 은 도면의 중앙부에서 접합되어 있다. 실린더블록 (1, 2) 의 각각에는 복수의 실린더 보어 (8 : 각각 5개) 가 스러스트방향의 중심축 주위에 등각도 간격으로 관통 형성되어 있다. 프론트측 실린더블록 (1) 의 전단면에는 밸브 구성체 (3) 를 통해 프론트하우징 커버 (5) 가 리어측 실린더블록 (2) 의 후단면에는 밸브 구성체 (4) 를 통해 리어하우징 커버 (6) 가 각각 접합되어 있다. 이들 밸브 구성체 (3, 4) 에 의해 각각의 실린더 보어 (8) 의 일단이 밀봉된다. 그리고, 상기 부재 (1, 2, 3, 4, 5 및 6) 는 복수의 통과볼트 (7 : 하나만 도시됨) 에 의해 서로 체결 고정되고, 이들에 의해 압축기의 하우징이 구성되어 있다.

각각의 실린더 보어 (8) 의 내부에는 양두형 피스톤 (9) 의 편두(片頭)부가 왕복운동이 가능하게 수용되어 있다. 피스톤 (9) 의 각각의 단부면과 밸브 구성체 (3 또는 4) 사이에서 각각의 실린더 보어 (8) 내에는 피스톤 (9) 의 왕복운동에 따라 용적 변화되는 압축실이 확보된다. 한편, 양쪽 실린더블록 (1, 2) 의 접합영역에는 크랭크실 (10) 이 구획 형성되어 있다. 이 크랭크실 (10) 내에는 구동축 (11) 이 회전 가능하게 설치되어 있다. 구동축 (11) 의 전단부는 압축기 하우징 밖으로 돌출되어, 도시되지 않은 동력전달기구 (전자(電磁) 클러치등) 를 통해 외부 구동원 (차량 엔진 등) 에 작동 연결되어 있다. 크랭크실 (10) 내에서 구동축 (11) 위에는 캠플레이트로서의 경사판 (12) 이 일체로 회전가능하게 고정되어 있다. 상기 경사판 (12) 의 외주부는 전후 한 쌍의 슈 (13) 를 통해 각각의 피스톤 (9) 에 걸려있다. 그 구성으로 구동축 (11) 의 회전 운동이 경사판 (12) 및 슈 (13) 를 통해 피스톤 (9) 의 왕복직선운동으로 변환된다.

프론트 및 리어의 각각의 하우징 커버 (5, 6) 내에는 고리형 격벽 (14) 이 형성되어 있다. 그 고리형 격벽 (14) 에 의해, 각각의 하우징 커버 (5, 6) 와 이에 대응하는 밸브 구성체 (3, 4) 에 의해 둘러싸인 공간은, 그 격벽 (14) 내측에 위치한 토출실 (15) 과 그 격벽 (14) 외측에 위치한 흡입실 (16) 로 구획되어 있다. 흡입실 (16) 과 토출실 (15) 은 도시되지 않은 외부 냉매회로에 의해 접속되어 있으며, 그 외부 냉매회로와 당해 압축기로 차량용 공조장치의 냉방회로가 구성된다. 외부 냉매회로에서 흡입실 (16) 로 되돌려진 냉매가스는, 각각의 피스톤 (9) 의 왕복운동에 따라 후술하는 각각의 밸브 구성체 (3, 4) 의 흡입 포트 및 흡입 밸브를 통해 실린더 보어 (8) 내로 흡입된다. 흡입된 가스는 각각의 피스톤 (9) 의 왕복운동에 따라 압축됨과 동시에, 후술한 각각의 밸브 구성체 (3, 4) 의 토출 포트 및 토출 밸브를 통해 토출실 (15) 로 토출되며 그 고압 냉매가스는 상기 외부 냉매회로로 다시 송출된다.

상기 두 밸브 구성체 (3, 4) 는 구조도 기능도 등가인 조립체이다. 도 1 및 도 4 에 나타낸 바와 같이, 각각의 밸브 구성체는, 내측 개스킷 (21) 과 흡입 밸브 형성판 (22) 과, 구획체로서의 중앙밸브 플레이트 (23) 와, 토출 밸브 형성판(24) 과, 외측 개스킷을 겸한 리테이너 플레이트 (25) 로 이루어지며, 그 순서로 실린더 보어측에서부터 겹쳐 구성되어 있다.

중앙밸브 플레이트 (23) 에는 각각의 실린더 보어 (8) 에 대응하여 흡입 포트 (17) 및 토출 포트 (밸브구멍 : 18) 가 각각 형성되어 있다. 흡입 포트 (17) 는 흡입실 (16) 을 각각의 실린더 보어 (8) 내의 압축실에 연통시킨다. 또한, 토출 포트 (18) 는 각각의 실린더 보어 (8) 내의 압축실을 토출실 (15) 에 연통시킨다. 내측 개스킷 (21) 에도 중앙밸브 플레이트 (23) 의 흡입 포트 (17) 및 토출 포트 (18) 에 대응하여 각각의 실린더 보어마다 투과구멍이 형성되어 있다. 흡입 밸브 형성판 (22) 에는 중앙밸브 플레이트 (23) 의 각각의 흡입 포트 (17) 를 개폐 가능한 흡입 밸브 (22a) 가 형성되어 있다. 한편, 토출 밸브 형성판 (24) 에는, 중앙밸브 플레이트 (23) 의 각각의 토출 포트 (밸브구멍:18) 를 개폐 가능한 토출 밸브 (24a) 가 형성되어 있다. 흡입 밸브 (22a) 도 토출 밸브 (24a) 도, 각각에 대응하는 포트를 개폐가능한 탄성의 혀형상의 밸브 부재이며, 보다 바람직하게는 플래퍼형 리드밸브이다.

각각의 밸브 구성체에서 토출 밸브 형성판 (24) 의 외측에 인접하여 배치된 외측 개스킷 겸용의 리테이너 플레이트 (25) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같은 전체 형상을 갖는다. 그 리테이너 플레이트 (25) 는, 토출 밸브 형성판 (24) 에 설치된 각각의 토출 밸브 (24a) 에 대응하여 대략 방사형으로 신장된 복수의 리테이너 (26 : 본예에서는 5 개) 를 갖고 있다. 리테이너 (26) 는, 그것에 대응하는 토출 밸브 (24a) 의 만곡된 최대 한도를 정하여 토출 밸브의 최대 개방도를 규제함으로써 토출 밸브 (24a) 의 보호를 도모하기 위한 부위 또는 요소이다. 따라서, 각각의 리테이너 (26) 는, 토출 밸브 (24a) 의 배면과 서로 대향함과 동시에 그 리테이너쪽으로 만곡된 토출 밸브 (24a) 의 배면을 받아고정할 (맞닿을) 수 있는 규제면 (27) 을 갖고 있다 (도 2 및 도 4 참조). 또한, 리테이너 플레이트 (25) 의 외형상은 금속모재를 가공한 시점에서 얻을 수 있지만, 그 부형 가공후 플레이트 표면에는, 막두께가 수십 ∼ 수백 미크론의 고무제 코팅층 (도시생략) 이 형성되며 리테이너 플레이트 (25) 가 개스킷의 역할도 겸하도록 되어 있다.

도 1, 도 3 및 도 4 에 나타낸 바와 같이, 각각의 리테이너 (26) 의 근원 (기단부) 은, 하우징 커버 (5, 6) 의 일부 (토출실 (15) 의 구획벽부) 와, 토출 밸브 형성판 (24) 이하의 밸브 구성체 및 실린더블록 (1, 2) 사이에 협압상태로 개재되어 있다. 또, 각각의 리테이너 (26) 의 선단부는, 상기 격벽 (14) 과 중앙밸브 플레이트 (23) 이하의 밸브 구성체의 사이에 협압상태로 개재되어 있다. 각각의 리테이너 (26) 는 대개 그 기단부에서 선단부쪽을 따라 (다시 말하면 도 4 의 왼쪽부터 오른쪽을 따라) 중앙밸브 플레이트 (23) 에서 점차 떨어지도록 휜 형상을 이루고 있으며, 규제면 (27) 의 프로파일도 그 휨에 거의 대응하고 있다. 그리고, 각각의 리테이너 (26) 의 규제면 (27) 의 길이방향 중앙부근은, 토출 밸브 (24a) 를 사이에 두고 토출 포트 (18) 와 대향하고 있다.

본건의 특징점은, 토출 밸브 (24a) 의 배면과 대향하는 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일 (윤곽) 의 설정에 있다. 그 점을 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 5 에서는, X 축 및 Y 축으로 이루어진 2 차원 좌표계 (x, y) 를사용하여 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일 (실선으로 나타냄) 을 수학적으로 기술하고 있다. 상기 좌표계의 X 축은, 토출 포트 (밸브구멍 : 18) 를 닫은 상태의 토출 밸브 (밸브 부재 : 24a) 및 중앙밸브 플레이트 (구획체:23) 가 연장방향과 일치하고 있다. 또, 좌표계의 Y 축은, 상기 X 축과 직교하여 토출 밸브 (24a) 의 만곡 방향을 향하고 있다. 또한, 상기 2 차원 좌표계에서는 수학적 기술을 용이하게 하기 위해, 토출 밸브 (24a) 의 근원 부근에서 시작되는 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일 시점을 당해 좌표계 (x, y) 의 원점 (0, 0) 으로 간주하고 있다. 또, 원점에서 토출 포트 (18) 의 중심 (C) 까지의 거리를 L 로 하고 있다.

도 5 의 그래프에는, 본건의 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일 (실선) 이외에, 참고예인 종래기술에 따른 리테이너의 프로파일 (파선) 도 나타나 있다. 이 참고예는, 상기 종래기술 (일본 공개특허공보 평7-151264호) 에 개시된 밸브고정부와 등가인 것으로 생각해도 된다. 즉, 도 5 의 참고예는, 도 4 의 구성으로부터 리테이너 (26) 를 제외한 상황하에서, 밸브구멍 중심 (C) 에 대응하는 x 좌표 위치 (다시 말하면 토출 포트 (18) 의 중심위치) 에서 토출 밸브 (24a) 를 Y 축 방향 (다시 말하면 보어 (8) 측에서 토출실 (15) 측을 향하는 방향) 으로 눌러 중앙밸브 플레이트 (23) 에서 이간시켰을 때 당해 토출 밸브 (24a) 의 자유굽힘형상을 좌표 (x, f(x)) 로 표시하고, 그래프상에 플롯한 것이다. 이 때 토출 밸브 (24a) 의 자유굽힘형상의 y 좌표를 나타내는 함수 (f(x)) 는, 원점에서 밸브구멍 중심 (C)까지의 x 좌표 범위에서는 대략 하기 수학식 2 식으로 표시할 수 있다.

(수학식 2)

f(x)=H{1-3(L-x)/2L+(L-x)³/2L³}

단, 밸브구멍 중심 (C) 보다도 앞의 x 좌표 범위에서는, y 좌표 함수 (f(x)) 는 반드시 상기 수학식 2 식에 일치한다고는 할 수 없다. 또한, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 자유굽힘시의 누름위치 (x=L) 에서의 토출 밸브 (24a) 와 중앙밸브 플레이트 (23) 의 이간길이를 H 로 하면, f(L)=H 가 된다.

이와 같은 자유굽힘형상에 대하여, 본건의 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일은, 원점에서 밸브구멍 중심 (C) 까지의 x 좌표 범위에서, 토출 밸브 (24a) 의 자유굽힘시의 상정 라인 (도 5 의 파선) 보다도 중앙밸브 플레이트 (23) 에 접근하는 측으로 나오도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 자유굽힘 함수곡선 (f(x)) 상에서 토출 밸브 (24a) 의 누름점과 중앙밸브 플레이트 (23) 의 이간길이 (H) 의 절반 거리 (H/2) 에 해당하는 위치 [다시 말하면 좌표 (x', f(x'))] 를 기준으로 하여, 그것보다도 리테이너 규제면 (27)의 위치를 편차량 (K : 단 0〈K) 만큼 중앙밸브 플레이트 (23) 근처에 접근시키고 있다. 바꿔 말하면, 원점과 밸브구멍 중심 (C) 사이에서 f(x')=H/2 의 관계를 충족시키는 x 좌표값을 x' 로 한 경우, 좌표 (x', f(x')-K) 를 통과하는 곡선을 따라 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일이 설정되어 있다. 이 프로파일은, 원점 및 상기 좌표 (x', f(x')-K) 이외에, 좌표 (L, f(L))=(L, H) 도 포함하는 것으로 되어 있다. 또한, Y 축 방향으로의 상기 편차량 (K) 은, 상기 이간길이 (H) 의 3 % ∼ 20 % (보다 바람직하게는 5 % ∼ 18 %) 정도로 설정되어 있다. 편차량 (K) 이 이간길이 (H) 의 3 % 미만에서는, 자유굽힘 형상곡선과의 차이가 적어, 편차량 (K) 만큼 의도적으로 접근시킨다는 의미가 희박해진다. 한편, 편차량 (K) 이 이간길이 (H) 의 20 % 를 초과하면, 밸브 열림시에 토출 밸브 (24a) 에 오히려 무리한 응력이 걸리게 될 우려가 있다.

밸브구멍 중심 (C) 으로부터 더욱 토출 밸브의 선단방향으로 향하는 x 좌표 범위에서는, 본건의 리테이너 규제면 (27) 의 프로파일은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 원점에서 밸브구멍 중심 (C) 까지의 x 좌표 범위에서 중앙밸브 플레이트 (23) 근처로 나온 프로파일과의 매끄러운 연속성을 담보하기 위해서는, 도 5 와 같이, 토출 밸브 (24a) 의 자유굽힘시의 상정 라인 (도 5 의 파선) 보다도 중앙밸브 플레이트 (구획체 :23) 에서 떨어진 측으로 후퇴한 프로파일을 설정하는 것이 바람직할 것이다. 그리고, 원점에서 밸브구멍 중심 (C) 까지의 x 좌표 범위에서의 프로파일을 기준으로하여, 그에 대한 좌표 (L, H) 에서의 접선을 그림으로써, 밸브구멍 중심 (C) 으로부터 앞의 x 좌표 범위에서의 본건의 프로파일 (도 5 의 실선) 을 쉽게 설정할 수 있다.

본건과 참고예의 프로파일의 차이가 리테이너 기능면에 미치는 영향은, 토출 밸브 (24a) 의 개폐동작시의 밸브의 굽힘지점의 이동 유무로 나타난다. 도 6 은, 참고예에서 밸브구멍 중심 (C) 에서의 토출 밸브의 리프트량을 상기 이간길이 (H) 의 5/8 및 7/8 로 한 경우 토출 밸브의 휨 상황을 개념적으로 나타낸다. 마찬가지로 도 7 은, 본건에서 밸브구멍 중심 (C) 에서의 토출 밸브의 리프트량을 상기 이간길이 (H) 의 5/8 및 7/8 로 한 경우 토출 밸브의 휨 상황을 개념적으로나타낸다. 도 6 (참고예) 의 경우에는, 토출 밸브의 리프트량을 어떤 식으로 변화시켜도 토출 밸브의 굽힘지점 (P) 은 항상 x-y 좌표계의 원점에 있어 그것이 이동하는 일은 없다. 이에 대하여 도 7 (본건) 의 경우에는, 토출 밸브의 리프트량을 증대시킴에 따라, 토출 밸브의 실질적인 굽힘지점이 P0→P1→P2 로 밸브구멍 중심 (C) 에 점차 접근해 간다. 이러한 사용시 특성의 차이가, 토출 밸브 (24a) 에 있어서의 굽힘 응력이나, 토출 밸브 (24a) 가 밸브구멍 (18) 을 재폐쇄할 때에 중앙밸브 플레이트 (23) 에 충돌하는 속도 차이를 만들어낸다.

도 8 의 그래프는, 밸브구멍 중심 (C) 위치에서의 토출 밸브 (24a) 의 리프트량과, 리프트시에 토출 밸브에 생긴 굽힘 응력의 실측값의 관계를 나타낸다. 굽힘 응력은, 리테이너 (26) 의 근원부근 (도 3 에 일점쇄선으로 나타냄) 에 게이지를 설정하여 측정하였다. 도 8 에서 알 수 있듯이 참고예의 경우에는, 리프트량 증대에 거의 비례하여 굽힘 응력이 증대하고 있다. 반면에, 본건의 경우에는 리프트량을 증대시켰을 때에도, 리프트량이 0.3 H 를 초과하는 주변으로부터 굽힘 응력의 증대 경향이 매우 완만해지고 있다. 따라서, 예를 들면 토출 밸브 (24a) 의 구성재료 등의 사정으로 그 피로한계가 만약 1000 ㎫ 이라고 하면, 최대 리프트량이 0.7 H 이상인 경우에는 참고예에서는 밸브꺾임의 가능성이 높은 반면, 그 경우에도 본건에서는 밸브의 굽힘 응력이 밸브꺾임 수준에까지 도달하지 않는다. 이와 같이 본건 구성에 의하면, 리프트량 증대에 따른 토출 밸브의 굽힘 응력의 상승이 억제되어, 결과적으로 굽힘피로에 기인하는 밸브 부재의 꺾임이 잘 발생하지 않게 된다.

도 9 는, 본건 리테이너에서 프로파일의 상기 편차량 (K) 을 0, 0.05 H 및 0.10H로 한 각각의 경우의, 밸브구멍 (18) 의 재폐쇄시에 토출 밸브 (24a) 가 중앙밸브 플레이트 (23) 에 충돌할 때의 속도를 나타낸 것이다. 도 9 의 그래프의 검은원은, 실린더 보어 (8) 에서 토출실 (15) 로 토출되는 가스압 (토출압 (Pd)) 이 1.9 ㎫ 일 때의 데이터이다. 또한, 검은삼각형은 토출압 (Pd) 이 2.5 ㎫, 흰원은 토출압 (Pd) 이 3.1 ㎫ 일 때의 데이터이다. 또, K=0 인 경우는 참고예임에 틀림없다. 도 9 에서 알 수 있는 듯이, 어느 토출압 (Pd) 의 경우에도, 본건 구성에서의 충돌 속도가 참고예의 경우보다도 저하되어 있다. 그리고, 일반적 경향으로 편차량 (K) 을 크게 할수록 충돌 속도가 저하된다. 이와 같이 본건 구성에 의하면, 토출 밸브 (24a) 의 중앙밸브 플레이트 (23) 에 대한 충돌 속도가 저하되어, 충격피로에 기인하는 밸브 부재의 결함이 잘 발생하지 않게 된다.

본건 구성이 참고예의 구성보다도 상기 충돌 속도가 저하 경향에 있는 것은, 도 10 의 그래프를 참작하여 합리적인 설명이 가능하다. 도 10 은 본건과 참고예의 각각의 경우의 토출 밸브 (24a) 의 리프트량의 시간적 변화를 나타내고 있다.

토출 밸브 (24a) 의 개폐동작 (다시 말하면 리프트량 변화) 은, 피스톤 (9) 이 하사점 위치로부터 상사점 위치 (밸브 구성체에 가장 접근한 위치) 쪽으로 운동하는 압축행정 말기에 일어난다. 구체적으로 설명하면, 피스톤의 운동에 근거하여 실린더 보어 내압이 토출실 내압을 초과하려고 하는 시점 (t1) 에서 토출 밸브가 열리기 시작한다. 토출 밸브의 리프트량 증대에 따라 토출 밸브의 반발탄성력 (원래의 닫힘위치로 복귀하려고 하는 스프링 탄성력) 도 점차 증대하지만, 실린더 보어로부터의 토출분류의 기세가 우수한 한, 토출 밸브의 리프트량은 계속 증가한다. 한편, 실린더 보어로부터의 토출분류의 기세가 점차 저하되어 토출 밸브에 축적된 반발탄성력이 상대적으로 우세해지면, 토출 밸브가 닫힘방향으로 복귀하기 시작해 리프트량이 점차 감소한다. 그리고, 실린더 보어 내압과 토출실내압이 균형된 시점 (t5) 에서 토출 밸브가 닫힘과 동시에, 반발탄성력도 0 이 된다. 이와 같이, 토출 밸브의 열림시작 및 열림종료의 사정은, 본건과 참고예에서 특별히 다른 점은 없다. 그러나, 토출 밸브가 열리는 전후에서의 리프트량 거동이 미묘하게 다르기 때문에, 토출 밸브가 닫힐 때의 충돌 속도에 차이가 생긴다.

요컨대, 도 10 에 실선으로 나타낸 본건의 경우에는, 시점 (t3) 에서 리프트량이 피크에 도달함과 동시에 그 리프트량 곡선자체가 정규분포적으로 정돈된 형상이 된다. 특히, 본건의 경우에는, 리테이너 프로파일이 자유굽힘의 상정 라인보다도 중앙밸브 플레이트 (23) 근처로 나옴으로써 크게 휘기 때문에, 리프트량 증대에 따른 토출 밸브의 축력(畜力)도 그만큼 빠르다. 따라서, 그 반발탄성력이 토출분류의 기세를 상회하게 되자마자, 그 반발탄성력에 근거하여 바로 토출 밸브가 닫힘방향으로 향하기 시작한다. 즉, 시점 (t3) 에서의 피크 리프트량 (실측 0.93 ㎜) 을 닫기 위한 소요시간 (T1)(=t5-t3) 의 실측값은 약 0.0003 초이고, 그 동안의 밸브의 평균닫힘속도는 약 3.1 m/ 초이다.

이에 대하여, 도 10 에 일점쇄선으로 나타낸 참고예의 경우에는, 시점 (t2) 에서 리프트량이 피크에 도달하지만, 그 후, 시점 (t4) 까지는 약간 주저하는 리프트량 감소가 되고, 시점 (t4) 이후는 시점 (t5) 까지 단번에 리프트량을 감소시킨다. 이와 같은 2 단계의 리프트량의 감소가 되는 것은, 리테이너 프로파일이 토출 밸브의 자유굽힘형상을 따르고 있기 때문에, 리프트량의 절대값이 동일하면 본건 구성의 경우보다도 반발탄성력의 축적량이 상대적으로 적어지는 것에서 기인한다. 다시 말하면, 리프트량이 피크에 도달한 직후의 일정기간 (t4-t2) 은, 실린더 보어로부터의 토출분류의 기세를 강인하게 없앨 만큼의 반발탄성력을 토출 밸브가 갖고 있지 않다. 그래서, 토출분류의 기세가 약간 약해질 때 까지의 기간 (t4-t2) 은 약간 주저하는 리프트량 감소가 된다. 그리고, 토출분류의 기세를 토출 밸브의 반발탄성력이 명확하게 능가하게 되는 시점 (t4) 이후에는, 밸브의 반발탄성력과 밸브내외의 차압에 근거하여 토출 밸브는 단번에 닫힘동작을 완료한다. 따라서, 참고예의 경우에 토출 밸브가 실질적인 닫힘 동작을 하는 기간은 (t5-t2) 라기 보다도 오히려 T2(=t5-t4) 로 이해해야한다. 그리고, 시점 (t4) 에서의 리프트량의 실측값은 0.80 ㎜, 소요시간 (T2) 의 실측값은 약 0.00023 초이고, 그 동안의 밸브의 평균닫힘속도는 약 3.5 m/초이다. 이 값은, 본건의 경우의 평균 닫힘속도 (약 3.1 m/초) 보다도 크다.

(효과) 본 실시형태에 특유한 효과는 다음과 같다.

본건의 리테이너 프로파일에 의하면, 밸브 열림시에 밸브 부재 (24a) 의 굽힘 응력의 상승이 억제되는 경향이 있어, 참고예에 비하여 굽힘피로파괴에 대한 내구성이 매우 우수하다.

본건의 리테이너 프로파일에 의하면, 밸브 부재 (24a) 가 밸브구멍 (18) 을 재폐쇄할 때 중앙밸브 플레이트 (23) 에 대한 충돌 속도가 저하되는 경향이 있어,참고예에 비하여 충격피로파괴에 대한 내구성이 매우 우수하다.

압축기의 연속운동으로 고온고압의 토출가스의 영향을 받아 리테이너 표면의 고무 코팅이 열화되며, 그 고무가 하우징 커버 (5 또는 6) 의 격벽부와 중앙밸브 플레이트 (23) 의 경계의 기준위치에서 돌출되어, 그 결과, 리테이너 프로파일의 시점이 2 차원 좌표계의 원점에서 어긋나 X 축방향으로 외관상 이동한다는 곤란한 사태가 일어날 수 있다. 이 점, 본건 구성에 의하면, 상술한 바와 같이 토출 밸브의 리프트량에 따라 밸브의 굽힘지점이 이동할 수 있기 때문에, 고무열화에 의해 리테이너 프로파일 시점의 예기치않은 변위가 발행하였다해도 그 변위 영향을 흡수할 수 있다. 그리고, 아무런 문제점도 발생하지 않고 당해 밸브구조는 소기의 성능을 발휘할 수 있다.

(변경예) 본 발명의 실시형태를 아래와 같이 변경해도 된다.

리테이너 플레이트 (25) 의 표면에 대한 고무 코팅을 생략해도 된다.

본건 발명은, 그 적용대상을 경사판식 압축기로 한정하지 않고, 리드밸브와 리테이너를 병설한 모든 장치에 적용할 수 있다.

(부기) 상기 실시형태 및 변경예에서 파악할 수 있는 각각의 청구항에 기재된 발명 이외의 기술적 사상의 요점을 아래에 기재한다.

(부 1) 청구항 1 ~ 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 밸브구조를, 상기 밸브구멍으로서의 토출 포트, 상기 구획체로서의 중앙밸브 플레이트 및 상기 밸브 부재로서의 토출용 리드밸브를 구비하여 이루어진 피스톤형 압축기의 밸브 구성체에 적용시킨다.

(부 2) 청구항 1 ~ 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 밸브구조에 있어서, 상기 리테이너 표면에는 고무제 코팅이 이루어져 당해 리테이너가 개스킷을 겸하고 있다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 밸브구조에 의하면, 종래보다도 밸브 부재의 굽힘피로파괴나 충격피로파괴에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims

밸브구멍을 구획하는 구획체와, 상기 밸브구멍을 개폐가능한 탄성의 혀형상의 밸브 부재와, 상기 밸브 부재의 배면과 서로 대향하는 규제면을 갖는 리테이너를 구비하고, 상기 리테이너에 접근하는 방향으로 만곡된 밸브 부재의 배면을 상기 리테이너 규제면에 맞닿게 하여 밸브 부재의 만곡을 제한하는 밸브구조에 있어서,

밸브구멍을 닫은 상태의 밸브 부재 및 구획체의 연장방향을 X 축 방향으로 하고, 상기 연장방향과 직교하는 밸브 부재의 만곡방향을 Y 축 방향으로 하고, 상기 밸브 부재의 근원 부근에서 시작되는 상기 리테이너 규제면의 프로파일 시점을 상기 X 축 및 Y 축 으로 이루어진 2 차원 좌표계 (x,y) 의 원점으로 함과 동시에, 상기 원점에서 상기 밸브구멍 중심까지의 거리를 L 로 하고, 상기 밸브구멍 중심에 대응하는 x 좌표 위치에서 상기 밸브 부재를 Y 축 방향으로 눌러 구획체에서 이간시켰을 때의 당해 밸브 부재의 자유굽힘형상을 좌표 (x, f(x)) 로 표시하고, 자유굽힘시의 x=L 에서의 상기 밸브 부재와 상기 구획체의 이간길이를 H(즉, f(L)=H) 로 하고, 상기 원점과 상기 밸브구멍 중심 사이에서 f(x')=H/2 의 관계를 만족시키는 x 좌표를 x' 로 하고, 그리고 y 축 방향으로의 편차량을 K (단, 0＜K) 로 할 때,

상기 리테이너 규제면의 프로파일은, 좌표 (x', f(x')-K) 를 포함하도록 설정됨으로써 상기 원점에서 밸브구멍 중심까지의 x 좌표 범위에서 상기 밸브 부재의 자유굽힘시의 상정 라인보다도 상기 구획체에 접근하는 측으로 나와 있는 것을 특징으로 하는 밸브구조.
제 1 항에 있어서, 상기 리테이너 규제면의 프로파일은 상기 좌표 (x',f(x')-K) 이외에, 좌표 (L,f(L)) 도 포함하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 편차량 (K) 은, x=L 에서의 밸브 부재와 구획체의 상기 이간길이 (H) 의 3 % ∼ 20 % 로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 원점에서 상기 밸브구멍 중심까지의 x 좌표 범위에서의 상기 밸브 부재의 자유굽힘형상의 y 좌표를 나타내는 함수 (f(x)) 는, 하기 수학식 1 식 :

(수학식 1)

f(x)=H{1-3(L-x)/2L+(L-x)³/2L³}

로 표시되는 것을 특징으로 하는 밸브구조.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브구멍 중심에서 상기 밸브 부재의 선단방향을 향하는 x 좌표 범위에서는, 상기 리테이너 규제면의 프로파일은, 상기밸브 부재의 자유굽힘시의 상정 라인보다도 상기 구획체에서 떨어진 측으로 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브구조.