JPH0754773A - 冷却コンプレッサの排出バルブ装置及び密閉冷却コンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作動効率が向上した小形の単一シリンダ密閉式
冷却コンプレッサを提供する。 【構成】シリンダ２４の端部と交差して延びる平坦なバ
ルブプレート３３を備えている。排出口４８が球状の弁
座６５を有するバルブプレートに形成され、球状のバル
ブポペット部材６８が弁座に対して移動自在に配設され
ている。平坦な板ばね５１とストップ部材５６がバルブ
ポペットの上方に装着され、バルブポペットの動きを制
御する。バルブポペットの球状のヘッド６９は、閉じら
れると、ピストンヘッドの整合凹部と整合してバルブプ
レートの面を越えて延び、コンプレッサ１０のクリアラ
ンス空間を最小にする。弁座とバルブポペットは、排出
口の余分なクリアランス容積を実質上なくすことがで
き、コンプレッサの作動効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却コンプレッサ、よ
り詳細に云うと、冷却機および冷凍機のような家庭用の
機器において使用される分数馬力タイプの密閉式冷却コ
ンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる機器においては、エネルギ効率を
高めることが継続して待望されているが、著しい改良を
遂げた分野の１つに密閉式コンプレッサの分野がある。
改良の多くは、コンプレッサの電動機の部分についてな
されているが、往復ピストンコンプレッサの容積および
圧縮効率の分野には更に改良の余地が残っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかるコンプレッサの
容積効率に影響を及ぼす因子の１つに、圧送シリンダの
クリアランス即ち再膨脹容積があり、これは、ピストン
が上死点即ち圧送ストロークの端部にあるときに圧送シ
リンダ内のスペースの容積として定義されている。この
スペースは、ピストンの面と吸込みおよび排出リードバ
ルブが取着されるバルブプレートとの間のスペースと、
バルブプレートを介して延びる排出口の容積とから実質
上なる。排出リードバルブはバルブプレートの外側にあ
り、かつ、バルブプレートは所要の強度を有するのに十
分な最小の肉厚を有するものでなければならないので、
排出口の容積は、必然的に、全クリアランス容積の主要
部となる。理想的なコンプレッサはクリアランス容積を
持たないとされており、一般的には、クリアランス容積
が大きいほど、コンプレッサの効率は低くなる。クリア
ランス容積が効率に悪影響を及ぼす理由は、この容積が
ピストンの作動行程において余分な作業即ち圧縮エネル
ギを必要とする気体を構成することにあり、このエネル
ギは、シリンダの再充填が吸込み口を介して行われると
きに、吸込み行程において再膨脹を介してごく一部が回
収されるだけである。かくして、他の因子が悪影響を受
けない限りは、クリアランス容積が減少すると、コンプ
レッサの効率は上昇する。

【０００４】クリアランス容積は、ほとんどは上記した
２つの成分からなるので、この容積を小さくするため
に、ピストン面とバルブプレート、即ち、吸込みバルブ
リードを組み込んだバルブシートとの間の距離を最小に
する方法がとられてきた。排出口の容積に関しては、直
径を小さくすると排出流に対する制限が大きくなるの
で、直径を所定の最小値よりも小さくすることができ
ず、しかも排出口の長さは、バルブプレートの肉厚の点
から見れば、圧縮された冷媒の力に耐えるのに必要な強
度を提供するように十分なものでなければならない。排
出口の長さをある程度小さくすることは、ジェイ・エフ
・フリッチマン(J.F. Fritchman)に１９８８年２月９日
付で付与され、本譲受人に譲渡された米国特許第４，７
２３，８９６号に開示のように、排出バルブを引っ込め
ることにより行うことができるが、バルブプレートの肉
厚を十分なものにして排出口が全クリアランス容積の実
質的な部分を占めるようにすることが依然として必要で
ある。

【０００５】排出口のクリアランス容積を小さくする課
題に対する別の解決策として、排出口の中へ延び、従っ
て、排出口を部分的に占めるプラグまたは突起をピスト
ン面に形成するものがある。これは、１９９２年９月２
２日付で付与された本発明者の発明にかかる米国特許第
５，１４９，２５４号に開示のように実施することがで
きるが、この装置は製造コストが比較的高く、しかもプ
ラグの側部と排出口自身の壁面との間にクリアランスを
設けることを依然として必要としている。

【０００６】更に別の解決策として、封止バルブシート
を越えて排出口自身の中へ突出して、バルブ部材とピス
トンとの間のスペースを実質上占めるバルブを提供する
ものがある。大形の一層強力なコンプレッサの場合に
は、これは、中央に配置されるポペットバルブと包囲リ
ングタイプの吸引バルブとを使用して行われている。排
出バルブは、ガイドポペットあるいは付勢ばねと大きな
円錐バルブシートとにより配置されるフリーポペットと
して機能するものかのいずれかの形態をとり、ポペット
の寸法により、ポペットの平坦面がピストンの面に接近
して延びることができるようになっている。かかる構成
は、例えば、米国特許第４，３６８，７５５号および同
第４，５４３，９８９号に開示されている。しかしなが
ら、かかる構成は、はるかにサイズが小さく、構造が簡
単な家庭用の冷却コンプレッサには適用することができ
ないことが判明した。

【０００７】従って、本発明の目的は、従来技術が有す
る上記課題を解決することができる冷却コンプレッサの
排出バルブ装置および密閉冷却コンプレッサを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一の観点によれ
ば、冷却コンプレッサの排出バルブ装置が提供されてい
る。この排出バルブ装置は、圧縮空間にのぞむ内面と排
出空間にのぞむ外面とを有するとともに前記内面と外面
との間を延びる排出口を有するバルブプレートと、前記
外面において前記排出口を包囲するように配設されかつ
球状面を有する弁座と、前記弁座から離隔して配置され
るベース部と前記弁座にのぞむ球状ヘッド部とを有する
バルブポペットとを備え、前記弁座と前記ヘッド部は閉
止状態では前記ヘッド部が前記弁座と面当接封止接触を
行うように同じ曲率半径を有し、前記ヘッド部の球状面
は前記弁座の直径よりも大きい直径を有し、更に前記ベ
ース部から離隔して前記バルブポペット上を延びるバル
ブストップ部材と、前記バルブポペットのベース部と係
合して前記バルブポペットを前記弁座へ向けて付勢する
ばね手段とを備えることを特徴とする構成に係る。

【０００９】本発明の好ましい実施例におては、前記バ
ルブポペットのヘッド部は、前記弁座と係合すると前記
バルブプレートを越えて前記コンプレッサの空間内へ延
びる。

【００１０】好ましい実施例においては、前記バルブプ
レートの前記外面の前記排出口および前記弁座と隣接す
る部分は、前記バルブプレートの残りの部分の肉厚より
も小さい肉厚を有するように凹部が形成されている。

【００１１】好ましい実施例においては、前記ばね手段
は平坦な板ばねであり、前記バルブポペットは前記板ば
ねに隣接して平坦面を有する。

【００１２】好ましい実施例においては、前記ベース部
の平坦面は、前記ヘッド部が前記弁座と係合するときに
は前記板ばねと接触しないように離隔配置される。

【００１３】好ましい実施例においては、前記バルブポ
ペットは、重合材料から形成される。

【００１４】好ましい実施例においては、前記重合材料
は、ポリイミド樹脂である。

【００１５】本発明の別の観点によれば、密閉冷却コン
プレッサが提供されている。このコンプレッサは、端面
を有するシリンダブロックと、前記端面から前記シリン
ダブロックを介して延びかつ前記端面と直交する軸線を
画定するシリンダ孔と、前記端面に取着されかつ前記シ
リンダ孔を横切って延びるバルブプレートと、前記バル
ブプレートに対して前記シリンダ孔内で往復動を行うよ
うに配設されたピストンと、前記バルブプレートと開口
とを介して前記シリンダ孔へ延びる排出口と、前記ピス
トンから離隔した側で前記排出口を包囲しかつ球状面を
有する弁座と、前記弁座と係合自在の球面を有するヘッ
ドを備えたバルブポペットと、前記バルブポペットを前
記弁座へ向けて付勢するばね手段とを備え、前記バルブ
ポペットは前記弁座と係合すると前記ピストンにのぞむ
前記バルブプレートの面を越えて前記弁座を介して延び
る中央部を有し、前記ピストンは前記バルブプレートに
隣接して延びる端面を有し、該端面は前記バルブポペッ
トの前記中央部を受けるように前記排出口と整合する凹
部を有することを特徴とする構成に係る。

【００１６】本発明の好ましい実施例においては、コン
プレッサは更に、前記バルブポペット上を延びるバルブ
ストップ部材を備える。

【００１７】好ましい実施例においては、前記ばね手段
は、前記バルブポペットと前記ストップ部材との間を延
びる平坦な板ばねである。

【００１８】好ましい実施例においては、前記バルブポ
ペットは、前記平坦な板ばねと隣接する平坦な面を有す
るベース部を備える。

【００１９】好ましい実施例においては、前記ばねは、
前記バルブポペットが前記弁座と封止係合するときに前
記平坦面と接触しないように離隔配置される。

【００２０】好ましい実施例においては、前記バルブプ
レートの前記排出口に隣接する部分は、この領域におけ
る前記バルブプレートの肉厚を小さくするように凹部が
形成されている。

【００２１】好ましい実施例においては、前記バルブポ
ペットは、重合材料から形成されている。

【００２２】好ましい実施例においては、前記重合材料
は、ポリイミド樹脂である。

【００２３】好ましい実施例においては、前記球状面
は、前記ヘッドの全面に亘って延びる。

【００２４】

【作用】上記構成の本発明においては、球形の排出バル
ブは、排出口のクリアランス容積を実質上なくすことが
できる。コンプレッサは、単シリンダタイプであり、シ
リンダの開放端部は、平坦なバルブプレートにより閉止
される。吸込みバルブは、ばね鋼の薄いシートの形態を
なし、バルブプレートとシリンダブロックとの間を延
び、シートは切欠かれて、吸込みバルブを形成するとと
もに、排出口の周囲に開放領域を提供する。排出口自体
は、バルブプレートの内外側の面により画定される球の
一部の形態をなす球状の弁座として形成され、弁座がバ
ルブプレートの内面と交差する縁部は、鋭い縁をなくす
るように面取りされている。

【００２５】バルブは浮遊したあるいは緩いポペットの
形態をなし、完全に球形のヘッドは弁座と同じ曲率半径
を有する。バルブポペットは、ヘッドから離隔する側
に、バルブポペットの軸線と直交する平坦な端面で終端
する短い円筒状のシャンクまたはボスを有している。平
坦な板ばね状のバルブばねがバルブポペットのシャンク
を延びており、バルブポペットの端面と接触しあるいは
該端面からわずかに離隔してバルブポペットを閉止位置
へ付勢し、一方、剛性のあるストップ部材はばねおよび
バルブポペットの上方でバルブプレートに取着され、バ
ルブポペットの開放方向の行程を制限している。

【００２６】バルブポペットは完全な球形をなしている
ので、バルブポペットの中央は、バルブポペットが閉止
位置にあるときには、排出口を介してバルブプレートの
内側を越えて延びるようになっている。これにより、排
出口のクリアランス容積を実質上なくすことができる
が、バルブポペットとピストンとの間の接触を防止する
のに必要な最小の作動クリアランスを形成するようにピ
ストンの面に適宜のサイズの凹部を提供することが必要
となる。ピストンの面の凹部のほかに、この凹部のピス
トン面にはまた、上記した米国特許第５，１４９，２５
４号に開示されているようにわずかな凹部または逃げが
形成されている。

【００２７】バルブポペットは、高温および冷媒による
攻撃に耐性があり、かつ、高い封止コンプライアンスを
提供することができるグラファイトを充填したポリイミ
ド樹脂のような高性能のプラスチック材料から形成する
のが好ましい。弁座とバルブポペットのヘッドは、同じ
曲率半径に形成されているので、バルブポペットは封止
機能に影響を及ぼすことなく、弁座に対して回転するこ
とができるが、バルブばねにより端面に印加される付勢
力は中心整合作用を確実に行う。

【００２８】

【実施例】図面についてより詳細に、特に、図１につい
て説明すると、単シリンダ往復ピストン密閉式の冷却コ
ンプレッサ１０は、金属シェル１１を備え、該シェル内
には、シェル１１の内側に取着されている支持アームに
１６に載置されたばね１４に弾性支持されているシリン
ダブロック１２が配設されている。コンプレッサを駆動
する電気モータは、シリンダブロック１２の上面に直接
取着されたステータ１８を備えている。ロータ１９が、
ステータ１８内に配置され、シリンダブロックの中央で
ベアリングハブ２２に軸受けされた回転自在のクランク
シャフト２１により担持されている。

【００２９】シリンダブロック１２は水平方向に延びる
シリンダ２４を備え、シリンダ２４には、クランクシャ
フト２１と半径方向に整合してブロックを貫通する孔が
形成されているとともに、外端部が、シリンダブロック
に形成されかつシリンダ２４の軸線と直交する面に位置
する端面２６で終端している。ピストン２８が、シリン
ダ２４内に封止嵌合されて摺動自在に取着され、かつ、
通常の態様で、連結ロッド２９によりクランクシャフト
２１のクランク３１に連結されており、クランクシャフ
ト２１が回転すると、ピストン２８がシリンダ２４内で
端面２６に対して往復動を行うようになっている。

【００３０】バルブプレート３３がシリンダ２４と端面
の包囲部とに完全に交差して延びるように端面２６に取
着され、かつ、薄いばね鋼からなる吸込みバルブシート
(valve sheet) ３４が、バルブプレート３３とシリンダ
ブロック１２の端面２６との間でバルブプレートの内側
即ち内面３６に取着されている。シリンダヘッド３７が
バルブプレート３３の外側に取着され、バルブプレート
全体に亘って延びることにより、吸込みと排出の双方の
プレナムを提供している。吸込みプレナム（図示せず）
には、復帰ラインから吸込みマフラ３９を介して冷媒ガ
スが供給され、吸込みガスがバルブシート３４に形成さ
れたリードタイプの吸込みバルブを過ぎて参照番号３８
で示す吸込み口（図７参照）を介して流れることによ
り、ピストンが吸込み行程にあるときにシリンダを充填
することができるようにしている。シリンダヘッド３７
の大部分は、シェル１１の外部と連通する排出ライン４
１に適宜のマフラ（図示せず）を介して接続された排出
プレナム４０により取り出される。

【００３１】バルブプレート３３は、排出プレナム４０
内の外側即ち外面４２に排出凹部４３を有している。排
出凹部４３は、バルブプレート３３がこの領域で一層薄
肉となってバルブ構造体の高さ寸法を小さくするととも
に、気体の流れを以下においてより詳細に説明するよう
に改善することができるように設けられている。外面４
２の下方の浅い方の凹部４３の各側には逃げ部４４があ
る。かくして、逃げ部４４は、図７に示すように左側へ
向けて一方の方向に延びかつ比較的狭くなっており、更
に、逃げ部４４とおなじ深さの一層広い逃げ部４６が右
側へ延び、凹部４３と略同じ幅を有している。排出口４
８が、右側の逃げ部４６に隣接した凹部４３に配置され
ている。平坦な枝状のバルブばね５１が凹部４３と交差
した逃げ部４４と４６の双方に達するように延びてい
る。このばねは、左側の逃げ部４４よりもごくわずかに
小さい幅を有し、ばねの端部５２が逃げ部４４に装着さ
れたときに、逃げ部４６内のばねの他端５３の側方への
動きが実質上制限されることにより、ばねが所定の位置
において側方に保持されるようになっている。

【００３２】剛性のあるストップ部材５６がばね５１に
装着されており、該ストップ部材５６は、リベット５８
がストップ部材５６とばねの端部５２の双方に形成され
た適宜の開口を介して延びてバルブプレート３３に固着
され、これらの部材を互いに堅固にクランプするととも
にストップ部材５６とばね５１を所定の位置に保持して
いるにげ部４４内に、端部５７を有している。ストップ
部材５６の中央部５９は、湾曲部が凹部４３上を一端５
７から他方の逃げ部４６内に位置する他端６１へ延びる
湾曲部を有するように、上方へ突出した形状に形成され
ている。突起６２がストップ部材５６の端部６１から側
方へ延びるとともに、バルブプレート３３へ向けて下方
へわずかに偏向され、バルブプレートと当接している。
リベット６３がバルブプレート３３に固着され、突起６
２とストップ部材５６の隣接端部とを所定の位置に保持
している。このようにして、ストップ部材５６は、両端
部がバルブプレートに堅固に取着され、一方、ばね５１
は一端５２だけが取着され、他端５３は逃げ部４６とス
トップ部材の端部６１との間で垂直方向へ一定の動きを
行うようになっている。

【００３３】弁座６５が、凹部４３内において排出口４
８の周囲に配設され、弁座６５は、正確な直径の球が弁
座６５の全面と面当接接触するように球面状に形成され
ている。適宜の面取り部６６が弁座６５とバルブプレー
ト３３の内側部３６との間に形成され、排出口４８を通
る流れの特性を改善するとともに、鋭い縁部をなくすよ
うにしており、面取り部を除いて、弁座６５は凹部４３
においてバルブプレートの全肉厚に沿って延びるように
形成されている。球状のヘッド６９を有するバルブポペ
ット６８が配設されており、球面は後面７３を画定する
縁部７０までヘッド６９の全面に亘って延びるように形
成するのが好ましい。しかしながら、弁座６５と接触す
るヘッド６９の部分だけを球形にし、中央部は平坦ある
いは非球形とすることもできる。短い円筒状のシャンク
７１が、ヘッド６９から上方へ延びかつバルブばね５１
に隣接した比較的平坦な端面７２において終端するよう
に形成されている。ヘッド６９の球状部の半径は、バル
ブポペット６８が所定位置に着座されたときにヘッド６
９が弁座の球面全体と面当接接触することができるよう
に、弁座６５の半径と等しくなるように形成されてい
る。このような構成とすることにより、曲率中心を中心
に一定の距離を実際に回転することができができるとと
もに、依然として封止接触を行うことができるようにな
っているが、端面７２とばね５１との面当接接触により
バルブポペット６８を整合状態に保持しようとする傾向
が生ずる。

【００３４】バルブポペット６８の弁座に対する実際の
行程距離は比較的小さいが、コンプレッサのモータの速
度に従って１分間当り約３４５０回の振動という高速で
作動しているので、バルブポペットの質量をできるだけ
小さくするのが重要である。これは、圧送シリンダ内の
気体の圧力だけがバルブを開く力であるので重要であ
り、一方、排出プレナム４０内の圧力はまた、バルブポ
ペット６８の閉止動作においてバルブばね５１により与
えられる力を補助するようにバルブポペットの閉止動作
において重要な因子を提供する。このように質量を小さ
くする必要があるので、バルブポペットが受ける高温に
おいて特性を保持する高力重合材料がバルブポペット６
８の好ましい材料であることがわかった。現時点では、
バルブポペット６８の好ましい材料は、アメリカ合衆
国、デラウエア州、ウイルミントンに所在するデュポン
社から「ＶＥＳＰＥＬ」なる商標を付して販売されてい
るポリイミド樹脂がある。この材料は、数多くの異なる
等級で入手することができるが、ＳＰ−２２のようなグ
ラファイト充填等級のものがこれまで使用され、グラフ
ァイト充填材により提供される低熱膨張係数および潤滑
特性の点からバルブポペットには特に適しているように
考えられているが、等級ＳＰ−１の未充填樹脂が高度の
コンシステンシを有する優れた結果を提供することがわ
かった。

【００３５】バルブポペット６８のヘッド６９と弁座６
５にはコンプレッサの潤滑油によりオイルの膜が通常存
在するので十分なシールを提供するように考えられる場
合にも、確実な封止を得るためには、バルブポペットの
ヘッド６９と弁座６５の双方を著しく滑かに仕上げるこ
とが特に重要であることがわかった。かくして、弁座は
約１．５×１０^−４ｍｍ（６マイクロインチ）よりも大
きくない表面仕上を有し、バルブポペットのヘッド６９
は少なくとも３×１０^−４ｍｍ（１２マイクロインチ）
の最大表面仕上を有するようにするのが好ましい。ヘッ
ド６９の縁部７０の直径は、凹部４３における弁座６５
の最大直径よりも大きくして、バルブポペットがヘッド
６９の曲率中心を中心に幾分回転しても、弁座６５全体
に亘って十分な当接面接触が依然として行われるように
すべきである。

【００３６】かかる構成とすることにより、ヘッド６９
はバルブプレート３３の内側３６を越えて突出すること
ができるようになる。従って、ピストンの端面７５に
は、バルブポペット６８と整合して球状凹部７４が設け
られ、ピストンとバルブポペットとの接触の可能性をな
くすとともに、クリアランス容積を絶対最小値に保持し
ている。更に、ピストンの端面７５には、球状凹部７４
の周囲に傾斜したクリアランス凹部７６を設けて、ピス
トンの端面７５が上死点に近づいたときに冷媒ガスの流
れを改善することにより、米国特許第５，１４９，２５
４号に開示されているように、クリアランス容積を一層
小さくするのが好ましい。

【００３７】バルブポペット６８の動作の態様を図２乃
至図５に関して説明する。通常の作動状態において、系
全体の圧力が安定しているときには、代表的な家庭用冷
却機または食品冷凍機はコンプレッサの低い側の圧力即
ち吸込み圧の約８乃至１０倍のコンプレッサの高い側の
圧力即ち排出圧を有する。吸込み圧は、充填が圧力作動
のリード吸込みバルブを介して行われるので、ピストン
が圧縮工程を開始するときに圧送シリンダ内の圧力を決
定するとともに、ピストンは、排出バルブが開くことが
できる前は、シリンダ内の気体の圧力が排出プレナム４
０内の排出側の圧力よりも大きくなるように十分な距離
を動かなければならない。これは、排出バルブの開放動
作が行われる前にピストンはシリンダ内の気体を圧縮す
る工程のほとんどを動いていることを意味する。

【００３８】ピストンが図２に示すように行程の底部に
近づくと、バルブポペット６８はバルブシート６５と緊
密な封止係合を行い、排出バルブは閉止される。バルブ
ばね５１は、逃げ部４６に支持されている自由端部５３
を有しており、この状態では、バルブポペットの端面７
２とばね５１との間にわずかなクリアランスを有するの
が望ましいことがわかった。このクリアランスは、封止
に有害なものではない。これは、バルブポペットを弁座
に対して保持する基本的な封止力が、バルブを実際に閉
止位置に保持するためではなくバルブポペットを弁座と
係合する方向へ動かすために初期の閉止力を完全開放位
置付近で提供することを主たる目的とするばね５１によ
り印加される力ではなく、排出プレナム４０内の圧力で
あるからである。

【００３９】ピストンが図３に示すような行程の終了に
近い位置に達すると、シリンダ内の圧力は排出プレナム
４０内の圧力と等しくなり、バルブポペット６８は弁座
６５との封止係合から脱するように動く。ばね５１によ
る力の印加がないときには、克服されなければならない
主たる力は、バルブポペット６８と弁座６５との間に存
在するオイルの膜により生ずる接着力となる。バルブポ
ペットバルブは、ばねと接触するまでは、おそらく、
０．１ミリメートルの範囲内の短い距離を自由に動くの
で、バルブは、オイルの膜により生ずる接着力によって
のみ定められる最小の差圧で素早く開き始める。

【００４０】ピストン２８が、シリンダ内の圧力が排出
プレナム４０内の圧力を実質上越える場合に、図４に示
すように更に動くと、バルブポペット６８はここで動く
ことができるようになり、ばね５１の自由端部５３が逃
げ部４６との接触から脱してストップ部材５６の端部６
１の下側と係合するまで動くことができるようにばね５
１を曲げ始める。ばねの端部５３がこのような短い距離
を動く際には、ばね力は、対向端部５２において片持ち
ばりの形態をなすばねの撓みによってのみ定められる。
しかしながら、ばねの端部５３がストップ部材の端部６
１と係合すると、ばね５１は実際に両端が保持され、そ
の剛性即ち速度(rate)が著しく上昇し、バルブポペット
６８を更に動かす場合には、図５に示すように、ばね５
１の中央部をストップ部材５６の中央部５９へ向けて上
方へ曲げなければならない。このような構成とすること
により、ばね５１は漸進的な速度を有し、この速度は、
排出プレナム４０に背圧がない始動状態において生ずる
ような最大の行程を有するときに増大する。かくして、
バルブポペット６８の開く距離が大きいと、これを閉じ
ようとするばねの力は著しく大きくなり、この力はバル
ブが弁座に達する前に零まで低下する。閉止状態におい
てシャンクの端面７２とばね５１との間にクリアランス
があるとすると、閉止力は、全体として、気体の圧力と
閉止動作の際のバルブポペット６８の慣性とから得られ
る。更に、バルブポペット６８が開くときには、素早い
開きに対するばね５１の抵抗は最小となり、最大量の圧
縮気体を排出プレナム４０に排出することができるよう
に十分な時間を得ることができる。

【００４１】本発明は、基本的には２つの異なる態様で
コンプレッサの効率を高めるものである。先づ、バルブ
ポペットのヘッド６９が弁座と同様に球状であるから、
気体が流れる方向の変化は、平坦な弁座に平坦なリード
バルブが作用する場合に比べて小さいので、バルブポペ
ット６８が弁座から離隔しているときには乱流が最小と
なるはっきりした流路が得られる。更にまた、上記した
米国特許第５，１４９，２５４号に更に説明されている
ように、コンプレッサ内のクリアランス容積を著しく小
さくすることができる。この米国特許に説明されている
ように、ピストンの面７５にクリアランス凹部７６が存
在すると、ピストンの面の残りの部分は吸込みバルブシ
ート３４の内側に一層接近することができるので、排出
口４８の周りのクリアランス容積の量を減少させること
ができる。更にまた、バルブポペットのヘッド６９は、
バルブプレート３３とバルブシート３４の表面を越えて
球状の凹部７４の中へ突出することができるようになっ
ているので、リード排出バルブコンプレッサの排出排出
口４８が占めるクリアランス容積の実質上全てをなくす
ことができる。球状凹部７４は、ピストンが上死点にあ
るとき即ちバルブプレート３３に最も接近した位置にあ
る場合に、バルブポペット６８が弁座６５に完全に着座
する閉止位置にあるとしてもバルブポペットのヘッド６
９と凹部７４との間に依然として最小のクリアランス空
間が存在することができるようにする寸法に形成される
のが好ましい。これにより、どのような状態においても
バルブポペットとピストンが接触する可能性を確実にな
くすることができる。

【００４２】本発明の別の実施例が図９乃至図１１に示
されており、この実施例は、バルブポペットを取り付け
るのに、バルブプレートに挿通させるリベットまたはフ
ァスナを使用する必要性をなくし、組立てを簡単にする
ことができるように構成されている。この実施例は、１
９８８年２月９日にジャック・エフ・フリッツマン(Jac
k F. Fritchman) に付与され、本譲受人に譲渡された米
国特許第４，７２３，８９６号に開示されているリード
タイプの排出バルブと幾分類似した素子を概ね備えてい
る。以下に説明する点を除いて、バルブプレート８０
は、バルブプレート３３に概ね類似し、平行をなす内側
および外側即ち内面８１および外面８２を有している。
吸込み口８４は、リードタイプの吸込みバルブ（図示せ
ず）を収容するようにバルブプレートを貫通している。
凹部８６が、バルブプレートの表面と平行して延びかつ
側縁８８により実質上画定される底壁を有するように上
面８２に形成されている。底壁８７は、全体に亘って略
均一な深さを有し、この領域においてバルブプレート８
０の肉厚を小さくすることにより一層小さなバルブポペ
ットの使用を可能にし、従って、所定の直径に対する質
量を一層小さくすることにより、開放および閉止力に対
するバルブポペットの速かな応答を行わせることができ
るようにしている。排出口９１は、以下に説明するよう
に、凹部８６の一方の側に配置され、面取り縁部９３を
有する球状の弁座９２を有している。

【００４３】凹部８６の各端部には、該凹部と交差して
延びかつバルブプレートの面８１および８２と平行をな
す面内に位置するわずかに持ち上がって形成された面９
４および９６が設けられている。バルブプレート８０
は、肉厚が、支持面９４と９６の領域においては、凹部
８６の領域の肉厚よりも大きく、凹部８６から離れたバ
ルブプレート８０の部分と比べれば小さくなっている。
支持面８６は、以下において更に詳細に説明するよう
に、バルブばねの部分を受けるように一対の突出する凹
部９７を有している。バルブプレート８０は、支持面９
４および９６の外方の凹部８６の各端部に、バルブプレ
ート８０を完全に貫通して延びる矩形の開口９９および
１０１を有している。

【００４４】バルブポペット１０３は、バルブポペット
６８と同じ材料であるがわずかに異なった形状に形成さ
れるのが好ましい。バルブポペット１０３は、弁座９２
と曲率半径は同じであるは、わずかに大きい直径に形成
された球状ヘッド１０４を有し、バルブポペット１０３
が回転されて弁座９２との正確な整合から外れた場合に
も確実な封止係合を保持するようにしている。バルブポ
ペット１０３は、ベース部を有し、該ベース部は、小さ
い寸法の円筒状側壁１０７と、ベース部の全直径を有す
るととともにに円筒面１０７の軸線と直交して延びる面
を有する平坦な端面１０８とを備えている。平坦な板ば
ねタイプのバルブばね１１１が凹部８６と交差して延び
ており、該ばねの中央部１１２はバルブポペットの端面
１０８上を延びている。バルブばね１１１の一端１１３
は、支持面９６に当接するとともに、バルブばね１１１
を所定の位置に保持するように凹部９７の中へ延びる一
対の延長部（図示せず）を有している。バルブばね１１
１の他端１１６は、通常は、支持面９４と当接接触状態
に保持される。バルブばね１１１は平坦であり、通常
は、２つの支持面９４および９６と係合しており、しか
もバルブポペットの端面１０８と接触しあるいは上記し
たように端面に対してわずかなクリアランス空間を有す
るように構成することができる。

【００４５】剛性のあるバルブストップ部材１１８がバ
ルブばね１１１の上方に取着され、かつ、バルブばね１
１１から上方へ離隔配置された中央領域１１９を有する
ことにより、バルブポペット１０３が弁座９２から離れ
て動いたときにバルブばね１１１が上方へ撓むことがで
きるようにしている。バルブストップ部材１１８は、一
端１２１が、バルブばねの端部１１３に当接して該端部
を支持面９６にクランプしている。バルブストップ部材
の他端１２２は、支持面９４に支持されているが、支持
面９６から上方へ離隔するように形成された凹部ストッ
プ面１２３を有し、バルブポペット１０３の予備開放動
作の際にバルブばねの自由端部１１６が支持面９４から
上方へ少し動くことができるようにしている。これによ
り、バルブポペット１０３の端面１０８とバルブばね１
１１との間に初期クリアランスがある場合に、弁座９２
からのバルブポペット１０３の当初の動きがバルブポペ
ットに作用する流体差圧によってのみ抗されるように、
漸進動作が得られる。クリアランスが吸収されると、バ
ルブばね１１１はヘッドの端部１１３に隣接して曲がる
ことにより撓み始め、自由端部１１６はストップ面１２
３に接触するまで支持面９４を離れて上昇する。この場
合、バルブばねは両端が所定の位置に固着されているか
ら、中間部が全体的に撓まなければならないので、バル
ブポペットのこれ以上の動きは一層大きな抵抗を受け
る。

【００４６】バルブストップ部材１１８を所定の位置に
保持するため、突出する先端部１２６が支持面９６に隣
接した開口１０１に挿入され、好ましくは、開口の側面
に当接してバルブストップ部材１１８をバルブプレート
８０に対してしっかりと位置決めする。他端の先端部１
２７は、支持面９４に隣接する開口９９の中を下方へ延
びている。バルブストップ１１８を所定の位置に更に保
持するため、弧状の中央部１３１を有する重量のあるば
ね状のキーパ(keeper)１３０がバルブストップ部材１１
８の上方に装着されている。キーパの一端１３２は、バ
ルブストップ部材１１８の上面を押圧するとともに、開
口１０１内に延びる先端部１３４を有している。キーパ
１３０の他端は、バルブストップ部材１１８の端部１２
２において該バルブストップ部材１１８の上面と係合す
る同様の形状の端部１３３を有しており、開口９９の中
を延びる先端部１３５が形成されている。排出シリンダ
のヘッド１３７は、該ヘッドおよびバルブプレート８０
を介してシリンダヘッド１３７に挿通されるボルトによ
り所定の位置に保持されるとともに、ガスケット１３８
によりバルブプレートから分離され、シリンダヘッド１
３７とバルブプレート８０により形成される排出プレナ
ム内の排出ガスが逃げないようにシールを提供してい
る。シリンダヘッド１３７には、シリンダヘッドが所定
の位置にクランプされたときにキーパ１３０の中央部１
３１と係合することにより、キーパ１３０と、バルブ１
１８と、バルブプレートの所定の位置にクランプされた
バルブばね１１とを保持するように配置された突出ボス
１３９が形成されている。

【００４７】本発明の好ましい実施例を説明したが、特
許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することな
く修正と変更とを行うことができるものである。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、以上のように、弁座とバルブ
ポペットは、排出口の余分なクリアランス容積を実質上
なくすことができるので、コンプレッサの作動効率を著
しく高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例を組込んだ冷却コンプ
レッサの正面横断面図である。

【図２】圧縮工程の開始付近にあるピストンの位置を示
すピストン、シリンダおよびバルブプレートを介して得
られた拡大部分横断面図である。

【図３】排出バルブが開き始める直前の行程の終了付近
にあるピストンを示す図２と同様の横断面図である。

【図４】開き始めた排出バルブを示す図２および図３と
同様の横断面図である。

【図５】排出バルブが完全に開いている行程の端部にあ
るピストンを示す図２乃至図４と同様の横断面図であ
る。

【図６】ピストンと排出バルブとを詳細に示す図５と同
様の拡大部分横断面図である。

【図７】排出バルブ機構が所定の位置に配置されている
バルブプレートを示す拡大平面図である。

【図８】ピストンを示す端面図である。

【図９】本発明の別の実施例に係る装置のバルブプレー
トおよび排出バルブを示す拡大横断面図である。

【図１０】図９の１０−１０線横断面図である。

【図１１】バルブの組立て前のバルブプレートを示す平
面図である。

【符号の説明】

１０ 冷却コンプレッサ １１ 金属シェル １２ シリンダブロック １４ ばね １６ 支持アーム １８ ステータ １９ ロータ ２１ クランクシャフト ２２ ベアリングハブ ２４ シリンダ ２６ 端面 ２８ ピストン ２９ 連結ロッド ３１ クランク ３３ バルブプレート ３４ 吸込みバルブシート ３７ シリンダヘッド ３８ 吸込み口 ３９ 吸込みマフラ ４０ 排出プレナム ４１ 排出ライン ４２ 外面 ４３ 排出凹部 ４４，４６ 逃げ部 ４８ 排出口 ５１ バルブばね ５２ ばねの端部 ５３ ばねの他端 ５６ ストップ部材 ５８ リベット ５９ 中央部 ６２ 突起 ６３ リベット ６５ 弁座 ６６ 面取り部 ６８ バルブポペット ６９ 球状ヘッド ７１ シャンク ７２ 端面 ７４ 球状凹部 ７５ ピストンの端面 ７６ クリアランス凹部 ８１，８２ 内面 ８４ 吸込み口 ８６ 凹部 ８７ 底壁 ８８ 側縁部 ９２ 弁座 ９３ 面取り縁部 ９４，９６ 支持面 ９７ 凹部 ９９，１０１ 矩形開口 １０３ バルブポペット １０４ 球状ヘッド １０７ 円筒状側壁 １０８ 平坦端面 １１１ バルブばね １１２ 中央部 １１６ 自由端部 １１８ 剛性ストップ部材 １１９ 中央部 １２３ ストップ面 １２６，１２７ 先端部 １３０ キーパ １３７ シリンダヘッド １３８ ガスケット １３９ ボス １４１ 排出プレナム

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮空間にのぞむ内面と排出空間にのぞむ
   外面とを有するとともに前記内面と外面との間を延びる
   排出口を有するバルブプレートと、 前記外面において前記排出口を包囲するように配設され
   かつ球状面を有する弁座と、 前記弁座から離隔して配置されるベース部と前記弁座に
   のぞむ球状ヘッド部とを有するバルブポペットとを備
   え、 前記弁座と前記ヘッド部は閉止状態では前記ヘッド部が
   前記弁座と面当接封止接触を行うように同じ曲率半径を
   有し、 前記ヘッド部の球状面は前記弁座の直径よりも大きい直
   径を有し、更に前記ベース部から離隔して前記バルブポ
   ペット上を延びるバルブストップ部材と、 前記バルブポペットのベース部と係合して前記バルブポ
   ペットを前記弁座へ向けて付勢するばね手段とを備える
   ことを特徴とする冷却コンプレッサの排出バルブ装置。
2. 【請求項２】前記バルブポペットのヘッド部は前記弁座
   と係合すると前記バルブプレートを越えて前記コンプレ
   ッサの空間内へ延びることを特徴とする請求項１に記載
   の排出バルブ装置。
3. 【請求項３】前記バルブプレートの前記外面の前記排出
   口および前記弁座と隣接する部分は前記バルブプレート
   の残りの部分の肉厚よりも小さい肉厚を有するように凹
   部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の
   排出バルブ装置。
4. 【請求項４】前記ばね手段は平坦な板ばねであり、前記
   バルブポペットは前記板ばねに隣接して平坦面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の排出バルブ装置。
5. 【請求項５】前記ベース部の平坦面は前記ヘッド部が前
   記弁座と係合するときには前記板ばねと接触しないよう
   に離隔配置されることを特徴とする請求項４に記載の排
   出バルブ装置。
6. 【請求項６】前記バルブポペットは重合材料から形成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の排出バルブ装
   置。
7. 【請求項７】前記重合材料はポリイミド樹脂であること
   を特徴とする請求項６に記載の排出バルブ装置。
8. 【請求項８】端面を有するシリンダブロックと、 前記端面から前記シリンダブロックを介して延びかつ前
   記端面と直交する軸線を画定するシリンダ孔と、 前記端面に取着されかつ前記シリンダ孔を横切って延び
   るバルブプレートと、 前記バルブプレートに対して前記シリンダ孔内で往復動
   を行うように配設されたピストンと、 前記バルブプレートと開口とを介して前記シリンダ孔へ
   延びる排出口と、 前記ピストンから離隔した側で前記排出口を包囲しかつ
   球状面を有する弁座と、 前記弁座と係合自在の球面を有するヘッドを備えたバル
   ブポペットと、 前記バルブポペットを前記弁座へ向けて付勢するばね手
   段とを備え、 前記バルブポペットは前記弁座と係合すると前記ピスト
   ンにのぞむ前記バルブプレートの面を越えて前記弁座を
   介して延びる中央部を有し、 前記ピストンは前記バルブプレートに隣接して延びる端
   面を有し、 該端面は前記バルブポペットの前記中央部を受けるよう
   に前記排出口と整合する凹部を有することを特徴とする
   密閉冷却コンプレッサ。
9. 【請求項９】前記バルブポペット上を延びるバルブスト
   ップ部材を備えることを特徴とする請求項８に記載の密
   閉冷却コンプレッサ。
10. 【請求項１０】前記ばね手段は前記バルブポペットと前
    記ストップ部材との間を延びる平坦な板ばねであること
    を特徴とする請求項９に記載の密閉冷却コンプレッサ。
11. 【請求項１１】前記バルブポペットは前記平坦な板ばね
    と隣接する平坦な面を有するベース部を備えることを特
    徴とする請求項１０に記載の密閉冷却コンプレッサ。
12. 【請求項１２】前記ばねは前記バルブポペットが前記弁
    座と封止係合するときに前記平坦面と接触しないように
    離隔配置されることを特徴とする請求項１１に記載の密
    閉冷却コンプレッサ。
13. 【請求項１３】前記バルブプレートの前記排出口に隣接
    する部分はこの領域における前記バルブプレートの肉厚
    を小さくするように凹部が形成されていることを特徴と
    する請求項８に記載の密閉冷却コンプレッサ。
14. 【請求項１４】前記バルブポペットは重合材料から形成
    されていることを特徴とする請求項８に記載の密閉冷却
    コンプレッサ。
15. 【請求項１５】前記重合材料はポリイミド樹脂であるこ
    とを特徴とする請求項１４に記載の密閉冷却コンプレッ
    サ。
16. 【請求項１６】前記球状面は前記ヘッドの全面に亘って
    延びることを特徴とする請求項８に記載の密閉冷却コン
    プレッサ。