(57)【要約】      （修正有）【課題】順流時に流路抵抗が低く逆流時のシール性が高い整流動作性能を向上させるとともに、構造信頼性が高い一方向弁を提供する。さらに、それを備えることで高性能を実現する流体システムを提供する。【解決手段】弁板３Ｎ０の外形線を、回転対称の凸形状で、底部に弁座を有して弁板を投入する弁領域断面円２０４ｃの半径よりも大きい曲率半径を有する大径部３Ｎ０ｅと弁領域半径よりも小さい曲率半径を有する小径部３Ｎ０ｄとを有し、小径部上の任意点から引いた法線が大径部と直交して交点を形成し、前記任意点と前記交点の距離が常に同一となる、形状とし、前記距離は、弁領域半径と弁座面の内縁半径の和よりも一定の拡張量だけ大きくした。【選択図】図３
2015209925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が存在する上流領域と下流領域の２つの流体領域を繋ぐ接続流路のうちで、前記上流領域側区間である弁流入路と前記弁流入路よりも前記下流領域寄りの区間を円柱状に拡大した弁領域と、
前記弁領域の前記弁流入路側端部である弁領域底面と、
前記弁流入路の前記弁領域側端部である弁流入口の周囲に前記弁領域の中心軸である弁軸に垂直な環状の弁座面と、
前記弁領域内で前記弁座面よりも前記下流領域側に配されるリテーナ面と、
前記弁領域の前記弁軸に垂直な断面である弁領域断面円に内在可能な形状寸法を有する弁板と、
前記弁領域内で前記弁座面と前記リテーナ面の間の前記弁領域である弁内領域に投入配置される弁板と、
からなる一方向弁において、
前記弁板の外縁である弁外形線を外形とする二次元図形の弁外形図形を、凸形状で図心に対して回転対称とし、前記弁外形線を、前記弁領域断面円の半径である弁領域断面半径Ａよりも小さい曲率半径の線部である小径部と前記小径部の曲率半径よりも大きい曲率半径の大径部を有し、かつ、前記小径部上の任意点と該任意点から引いた法線が前記大径部と直交して交点を形成し、かつ、前記任意点と前記交点の距離である一般直径が常に同一となる、一般円とし、前記一般直径は、前記弁領域断面半径Ａと前記弁座面の内縁線と前記弁軸との最大距離である弁座内半径ＺＩの和よりも一定の拡張量ＯＶだけ大きくすること、を特徴とする一方向弁。
【請求項２】
前記大径部の曲率半径を前記弁領域断面半径Ａよりも大きくすること、を特徴とする請求項１に記載の一方向弁。
【請求項３】
前記拡張量ＯＶは、前記弁座面の外縁線と前記弁軸との最大距離である弁座外半径ＺＯと前記弁座内半径ＺＩの差以下とすること、を特徴とする請求項２に記載の一方向弁。
【請求項４】
前記一般円は、前記小径部の全てを曲率半径が０を含む同一値ｒの小円弧部とし、かつ、前記大径部の全てを曲率半径が同一値Ｒの大円弧部とし、かつ、前記回転対称の回数Ｎを３回以上の奇数回とし、一辺の長さがＲ−ｒの正Ｎ角形の図心と各頂点を通る直線を線対称軸とするように、各頂点からＮ角形の反図心側に頂角がπ／Ｎラジアンの前記小円弧部を配置し、かつ、各頂点からＮ角形の図心側に頂角がπ／Ｎラジアンの前記大円弧部を配置すること、を特徴とする請求項２または３に記載の一方向弁。
【請求項５】
前記回転対称の回数Ｎを３とすること、を特徴とする請求項４に記載の一方向弁。
【請求項６】
前記弁外形線を、前記一般円の外縁線のうちで前記弁内領域の円周面である弁領域側面と接触しない線部を前記一般円内部側オフセット量が前記拡張量以下としたオフセット線に置き換えること、を特徴とする請求項５に記載の一方向弁。
【請求項７】
前記一般円を、凸形状とすること、を特徴とする請求項６に記載の一方向弁。
【請求項８】
前記弁板を前記弁座面へ付勢するべく前記リテーナ面と前記弁板の間につるまき状圧縮ばねを備え、前記つるまき状圧縮ばねの外側半径であるばね外半径Ｂが弁座内半径よりも大きい場合には、前記弁座内半径ＺＩを前記ばね外半径Ｂに置き換え、かつ、前記ばね外半径Ｂが弁座外半径よりも大きい場合には、前記弁座外半径ＺＯも前記ばね外半径Ｂに置き換えること、を特徴とする請求項５乃至７に記載の一方向弁。
【請求項９】
請求項１から８何れか一項に記載の前記一方向弁を備えることを特徴とする、流体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向弁に関し、特に、横断面が円状となる穴の底に弁座を備えた掘込み状の弁領域へ弁板が投入され、弁領域の中心軸（以後、「弁軸」と呼称する）方向における弁板移動量を規定するリテーナ面を備えた形式（以後、「フラッパ式」と呼称する）である一方向弁の弁板形状およびそれを備える流体機械を含む流体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体機械を含む流体システムの流路内には、作動流体の流路途中に設けて、順方向の流れ（順流）に対しては流路抵抗が低い状態で流れを許容するが逆方向の流れ（逆流）は阻止する動作（以後、「整流動作」とする）を担う一方向弁が各部に設けられている。フラッパ式一方向弁は、弁体の弁軸に垂直な面（以後、「弁水平面」と呼称する）内方向の移動規定を円筒状の弁領域側面のみで行う単純な構成であるため、安価な一方向弁である。この実施例としては、例えば、特許文献１の実施例１０で開示される流体機械（スクロール圧縮機）へ搭載したフラッパ式一方向弁があげられる。これは、円形の弁板を弁領域（円筒状掘込み）に投入したフラッパ式一方向弁で、圧縮室と吐出室である固定背面室を繋ぐバイパス弁として用いられている。圧縮室の圧力が固定背面室の圧力（吐出圧）以上に上昇（過圧縮）したとき、フラッパ式一方向弁が開口して作動流体を圧縮室から固定背面室へ流し出すため、圧縮室内の圧力が下がる。そして、その開弁状態は圧縮室圧力が吐出圧に下がるまで継続する。この結果、過圧縮が抑制され、不要な仕事が抑制されて圧縮機効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３２１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来のフラッパ式一方向弁は、順流の作動流体が弁板と弁座の隙間（以後、弁座隙間と称する）を通った後に通過する弁板外縁と弁領域側面の隙間（以後、外縁隙間と称する）の断面積が小さいという問題があった。この結果、外縁隙間の流路抵抗が大きくなって、外縁隙間前後の圧力差が増大し、最終的には、順流が発生しても、圧縮室の圧力が下流側の吐出圧よりも上昇する。つまり、過圧縮が抑制できず、このフラッパ式一方向弁を搭載した流体機械の性能が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、上記問題を解決する第１の対策手段として、外縁隙間の断面積を増大させるべく、弁板の直径を縮小させることが上げられる。ここで、弁領域の弁水平面断面図形である円（今後、「弁領域断面円」と呼称する）の直径を増大させても、外縁隙間の断面積増大を実現できるが、本質的な違いが無いため、説明を省く。この手段によって、外縁隙間の流路抵抗は低減するが、最大に弁板が偏心しても、弁板が弁座から外れない（詳しく述べると、弁座が幅を有する環状形状であれば、弁座面の内縁線から外れない）ように直径の縮小には制約が生じる。なぜならば、この制約が無いと、閉弁するべき時にシールが行われなくなって、逆流を阻止する機能が失われるためである。この結果、外縁隙間の断面積を大幅に増大することができず、順流時の流路抵抗を大幅に低減できないという問題があった。この傾向は、弁座面の内縁線が軸線から離れるにつれて強くなる。
【０００６】
以上説明した通り、第１の対策手段による流路抵抗の低減は、限定的な効果に留まる。さらに、その対策手段によって、弁板の弁水平面内における可動範囲の拡大が生じ、後述するように、それは整流動作を阻害する。通常の場合、弁板は弁水平面面上のいずれかの方向に偏心して弁領域側面に接触しているから、上記可動範囲の拡大によって、弁板の偏心量（弁水平面内で弁板が弁領域内を動いたときの弁軸と弁板の図心との最大距離）が増大することになる。
【０００７】
開弁動作により、リテーナ面付近へ移動した弁体は、外縁隙間を流れる作動流体内の微小なゆらぎによって弁水平面内の偏心方向が絶えず変化する。上記したとおり、偏心量は増大しているため、弁体の偏心方向の変化に伴う弁体の弁水平面内の移動速度が増大する。このため、外縁隙間の形成状態（隙間分布）が絶えず激しく変化し、作動流体の流れの時間変動が増大する。これにより、流れ内部の渦度が増大して流れ内部のエネルギー散逸が増大し、大きな圧力低下が発生する。すなわち、外縁隙間の流路抵抗を増大させるという問題が生じる。
【０００８】
また、この作動流体の流れの時間変動の増大により、弁板の弁水平面方向からの姿勢ずれが拡大する。このため、閉弁動作によって弁板が弁軸に沿って弁座へ移動した後も、弁板が弁座に平行となる姿勢変更を要することになり、閉弁すべき時刻から閉弁状態へ至るまでの時間が長くなり、逆流が増大することになる。すなわち、逆流時のシール性低下という問題が生じる。
【０００９】
以上のように、弁板の直径を縮小させる第１の対策手段では、順流時の流路抵抗の低減と逆流時のシール性向上の両者を同時に実現できないという問題があった。
【００１０】
そこで、上記第１の対策手段における問題を解決する第２の対策手段として、例えば、特許文献１の実施例１３で開示されるフラッパ式一方向弁があげられる。これは、外縁隙間の断面積を増大させるべく、弁板の外縁に食い込んだ切欠を設けるものである。このような形状を、弁板形状の内部の２点を結ぶ直線で弁板外縁と交差するものが存在する形状と定義し、以後、「凹形状」と呼称する。切欠が無い元の円板の直径を弁領域断面円の直径に近いものとすると、この手段によって、外縁隙間の流路抵抗の低減と、弁板の偏心量の低減をともに実現できる。ところで、順流から逆流に変化したとき、通常、弁体は弁座に衝突して、閉弁状態に移行する。その際、弁体に大きな衝撃力が加わる。このため、凹形状の弁板では、切欠の底部に大きな応力集中が生じる。この結果、切欠底部を基点とするき裂発生の危険性が高まり、構造強度上の信頼性低下という問題があった。
【００１１】
本発明は、上記３つの問題を同時に解決するフラッパ式一方向弁を提供するとともに、その一方向弁を備える流体機械を含む流体システムの性能向上を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するために、本発明に係る一方向弁は、作動流体が存在する上流領域と下流領域の２つの流体領域を繋ぐ接続流路のうちで、前記上流領域側区間である弁流入路と前記弁流入路よりも前記下流領域寄りの区間を円柱状に拡大した弁領域と、前記弁領域の前記弁流入路側端部である弁領域底面と、前記弁流入路の前記弁領域側端部である弁流入口の周囲に前記弁領域の中心軸である弁軸に垂直な環状の弁座面と、前記弁領域内で前記弁座面よりも前記下流領域側に配されるリテーナ面と、前記弁領域の前記弁軸に垂直な断面である弁領域断面円に内在可能な形状寸法を有する弁板と、前記弁領域内で前記弁座面と前記リテーナ面の間の前記弁領域である弁内領域に投入配置される弁板と、からなる一方向弁において、前記弁板の外縁線である弁外形線を、前記弁外形線が囲む二次元形状を凸形状で図心に対して回転対称とし、かつ、前記弁外形線において前記弁領域断面円の半径である弁領域半径Ａよりも大きい曲率半径の線部である大径部と角部を含む前記弁領域半径よりも小さい曲率半径の線部である小径部とを有し、かつ、前記小径部上の任意点と該任意点から引いた法線が前記大径部と直交して交点を形成し、かつ、前記任意点と前記交点の距離である一般直径が常に同一となる、一般円とし、前記一般直径は、前記弁領域の断面円半径である弁領域半径と前記弁座面の内縁線と前記弁軸との最大距離である弁座内半径の和よりも一定の拡張量だけ大きくすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る流体機械を含む流体システムは、前記一方向弁を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、応力集中部が無いために構造強度の信頼性が高く、順流時の流路抵抗の低減と逆流時のシール性を向上させる整流動作性を高めた一方向弁を提供し、それを備える流体機械を含む流体システムの高性能化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の一方向弁の縦断面図。
【図２】実施例１の一方向弁の横断面図（図１のＡ−Ａ断面）。
【図３】実施例１の一方向弁の弁板外縁線である弁外形線の幾何学的説明図。
【図４】実施例１の一方向弁の弁板の平面図。
【図５】実施例１の一方向弁の弁板の回転対称の回数と面積の関係。
【図６】実施例１の一方向弁の弁板の回転対称の回数と偏心量の関係。
【図７】実施例２の一方向弁の弁板の平面図。
【図８】実施例３の一方向弁の弁板の小円弧部半径ｒと面積の関係。
【図９】実施例３の一方向弁の弁板の小円弧部半径ｒと偏心量の関係。
【図１０】実施例３の一方向弁の弁板の平面図。
【図１１】実施例４の一方向弁の弁板の平面図。
【図１２】実施例５の一方向弁の弁板の平面図。
【図１３】実施例６の一方向弁の弁板の平面図。
【図１４】実施例７の一方向弁の横断面図（図１のＡ−Ａ断面）。
【図１５】実施例８の一方向弁の縦断面図。
【図１６】実施例９の第１乃至８の一方向弁を備えるスクロール圧縮機の縦断面図。
【図１７】実施例９のスクロール圧縮機のバイパス弁及び背圧弁付近（図１６のＴ部付近）の部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【実施例１】
【００１７】
実施例１の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１から図６を用いて説明する。図１は、実施例１の一方向弁の縦断面図である。図２は、一方向弁の横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。図３は、一方向弁の弁板外縁線である弁外形線の幾何学的説明図である。図４は、一方向弁の弁板の平面図である。図５は、一方向弁の弁板の回転対称の回数と面積の関係である。図６は、一方向弁の弁板の回転対称の回数と偏心量の関係である。
【００１８】
まず、図１と図２を用いてフラッパ式一方向弁Ｖの構成を説明する。上流領域２０１と下流領域２０２を仕切る遮断領域２００に、前記２領域を繋ぐ、弁流入路２０３と弁領域２０４で形成する接続流路を設ける。ここで、弁領域２０４は、弁流入路２０３よりも下流領域２０２寄りに設置され、弁流入路２０３の径を円柱状に拡大した形状とする。そして、弁領域２０４の弁流入路側端部である弁領域底面で、弁流入路２０３の弁領域側端部である弁流入口２０３ａの周囲に環状の弁座面２０５を設ける。この弁座面２０５は、弁領域２０４の中心軸である弁軸２０４ａに垂直となる。そして、この弁座面２０５に搭載可能な形状寸法の弁板であるＮ角円弁板３Ｎ０を投入する。弁座面２０５に搭載可能な形状寸法とは、具体的に述べると、弁内領域２０４ｂの弁軸２０４ａに垂直な断面における円である弁領域断面円２０４ｃの内部に含まれるということである。このＮ角円弁板３Ｎ０に関しては、後で詳細に説明を行う。Ｎ角円弁板３Ｎ０を投入後、Ｎ角円弁板３Ｎ０の下流領域２０２側に、Ｎ角円弁板３Ｎ０の弁軸２０４ａ方向の弁座面２０５からの最大距離を規定するべくリテーナ２０６を配する。これにより、Ｎ角円弁板３Ｎ０が弁軸２０４ａ方向に有限距離だけ可動となる弁内領域２０４ｂが形成される。通常、リテーナ２０６は、遮断領域２００に固定配置されることで、弁座面２０５に対して固定配置されるが、場合によっては、弁軸の方向に対してのみ実質的に可動だが、その可動範囲が限定されるような設置方法であっても良い。ここで、リテーナ２０６のうちで、Ｎ角円弁板３Ｎ０の弁座面２０５からの最大距離を規定する面をリテーナ面２０６ａと呼称する。本実施例の場合、リテーナ２０６の下面中央部の突出部先端がリテーナ面２０６ａに相当する。また、リテーナ２０６には、貫通するリテーナ穴２０６ｂが複数個設置されている。これらは、リテーナ面２０６ａがある中央吐出部の周囲に設置されているため、Ｎ角円弁板３Ｎ０が弁座面２０５から最も浮上した開弁状態となった場合でも、弁内領域２０４ｂと下流領域２０２は連通を持続できるため、作動流体の流れを阻害しない。
【００１９】
次に、図３により、フラッパ式一方向弁Ｖに投入するＮ角円弁板３Ｎ０を説明する。Ｎ角円弁板３Ｎ０の弁外形線を外形とする二次元形状であるＮ角円３Ｎ０ａの幾何学的説明を中心に行う。Ｎ角円３Ｎ０ａの外形線は、２通りの半径の円弧を交互にＮ（但し、３以上の奇数）回接続して形成される閉曲線である。ここで、２通りの半径の円弧のうち、小さい半径ｒ（特殊な場合としてｒ＝０の場合も含む）の円弧を小径部である小円弧部３Ｎ０ｄ、大きい半径Ｒの円弧を大径部である大円弧部３Ｎ０ｅと呼称する。そして、Ｎ角円３Ｎ０は、Ｎ角円図心３Ｎ０ｂを中心とするＮ回対称の図形である。さらに、小円弧部３Ｎ０ｄと大円弧部３Ｎ０ｅの全ての接続点は、滑らかに接続される（但し、前記したｒ＝０の場合、小円弧部３Ｎ０ｄが無いため、滑らかな接続という条件は省く）。ここで、滑らかな接続とは、導関数が連続であるということである。今回の場合、接続する２曲線がともに円弧であることから、両円弧の中心が接続点の法線上にある。
【００２０】
以上の条件を満たす二次元図形であるＮ角円３Ｎ０ａの描画方法を、図３に従って説明する。Ｎ角円３Ｎ０ａに内在する正Ｎ角形で、一辺の長さLが
【００２１】
【数１】
2015209925.tif 000003
となるＮ角円内在多角形３Ｎ０ｃを考える。Ｎ角円内在多角形３Ｎ０ｃは正多角形であるから、一頂点とそれに隣接する頂点とＮ角円内在多角形３Ｎ０ｃの図心で形成される二等辺三角形の底角φは、
【００２２】
【数２】
2015209925.tif 000004
となる。これらの関係を用いて、一頂点から次々に隣接する頂点を求めることができ、最終的にＮ角円内在多角形３Ｎ０ｃを作図する。次に、Ｎ角円内在多角形３Ｎ０ｃの各頂点と図心を通る直線を対称線とするような頂点を円弧中心とする小円弧部３Ｎ０ｄと大円弧部３Ｎ０ｅを描く。そして、それらの角度範囲は、それらの円弧で形成される扇形の頂角θが、ともに、
【００２３】
【数３】
2015209925.tif 000005
となるように描く。ここで、小円弧部３Ｎ０ｄは頂点から見て反図心側に描き、大円弧部３Ｎ０ｅは頂点から見て図心側に描く。この描画をＮ個の各頂点で同様に行うことにより、全ての小円弧部３Ｎ０ｄと大円弧部３Ｎ０ｅが滑らかに接続し、閉曲線であるＮ角円３Ｎ０ａの外形線が描画される。このようにして描画されたＮ角円３Ｎ０ａのＮ角円図心３Ｎ０ｂは、明らかにＮ角円内在多角形３Ｎ０ｃの図心と一致する。また、Ｎ角円３Ｎ０ａは、明らかにＮ角円図心３Ｎ０ｂを中心としてＮ回対称となる。さらに、明らかに、凸形状となる。ここで、凸形状とは、前記凹形状ではない形状であり、元から定義すると、内部の２点を結ぶ全ての直線が弁外形線と交差しない形状である。
【００２４】
以上のような閉曲線を外形とするＮ角円は、ある小円弧部３Ｎ０ｄ上の任意点からＮ角円の内部側へ引いた法線は、その小円弧部３Ｎ０ｄの中心であるＮ角円内在多角形３Ｎ０ｃの一頂点を通って対面にある大円弧部３Ｎ０ｅと直交することは、上記描画方法から明らかである。そして、前記小円弧部３Ｎ０ｄ上の任意点と大円弧部３Ｎ０ｅとの交点との距離は、ｒ＋Ｒとなることも明らかである。この関係は、小円弧部３Ｎ０ｄ上の任意の点で成立する。つまり、ノギスでＮ角円を挟むと、常にｒ＋Ｒの測定値を示す。これより、以後、ｒ＋Ｒの値を「一般直径」と呼称する。そして、Ｎ角円の「一般直径」はどこを測定しても一定値であることから、Ｎ角円の属する図形集合を「一般円」と呼称する。そして今回は、この一般直径を、弁領域断面半径Ａと弁座面の内縁線２０５ａと内縁線２０５ａのうちで弁軸２０４ａとの最大距離である弁座内半径ＺＩ（ＺＩを半径とする円を「弁座内円」２０５ａ‘と呼称する）の和よりも一定の拡張量ＯＶだけ大きくした、Ａ＋ＺＩ＋ＯＶ  とする。すなわち、
【００２５】
【数４】
2015209925.tif 000006
という関係が成り立つように、ｒとＲを決める。図４は、単位をｍｍとして、ｒ＝０．５、Ｒ＝６、Ｎ＝５、Ａ＝３．７５、ＺＩ＝１．９、ＯＶ＝０．８５  とした場合の拡大図である。このフラッパ式一方向弁Ｖは５角円弁板３５０を用いている。５角円弁板３５０は、弁水平面内を自由に動くため、通常の場合、図４で示すような、２個所で弁領域側面に接した状態となる（∵  Ｒ＞Ａ）。また、Ｒ＞Ａより、大円弧部３５０ｅは円領域断面円２０４ｃと接することはなく、接点は全て小円弧部３５０ｄとなる。接点の法線は円領域断面円２０４ｃの中心である弁軸２０４ａを必ず通るため、（４）式より、５角円弁板３５０は、弁軸２０４ａからＺＩ＋ＯＶの半径を有する円（以後、「基準円」２０８と呼称する）を必ず覆うことが分かる。すなわち、最もシール幅の少ない場合でも、拡張量ＯＶの余裕をもって、逆流時にシールが可能であることがわかる。これは、直径をｒ＋Ｒとした円弁板を用いる従来のフラッパ式一方向弁Ｖ‘と同じである。
【００２６】
次に、Ｎ角円弁板を用いたフラッパ式一方向弁Ｖを、その一般直径に等しい直径を有する円を弁外形線とする円弁板を用いた従来のフラッパ式一方向弁Ｖ‘と、次の２点で比較する。一点目は順流の流路抵抗低減の程度を表す前記の外縁隙間面積である。そして、二点目は、順流時の流路抵抗低減の程度と逆流時のシール性の程度を表す前記偏心量である。一点目の外縁隙間面積は、Ｎ角円の面積を円領域断面円の面積から引けば求められるため、Ｎ角円の面積Ｓを導出した。また、偏心量Ｇの式も導出した。ここで、偏心量Ｇは、Ｒ＞Ａの場合とＲ≦Ａの場合で、最大の偏心量になる接触状態が異なるため、式も異なった。
【００２７】
【数５】
2015209925.tif 000007
【００２８】
【数６】
2015209925.tif 000008
【００２９】
【数７】
2015209925.tif 000009
【００３０】
図４に示す５角円のパラメータのうちで、Ｎ（今後、「角数」と呼称する）を変化させた時の面積Ｓ（（５）式）及び外縁隙間面積を図５に示す。また、Ｎを変化させた時の偏心量Ｇ（Ｒ＞Ａであるため、（６）式）を図６に示す。これより、Ｎが大きくなると、Ｓが増大し、Ｇも増大することがわかる。そして、急激に、円弁板を用いた従来のフラッパ式一方向弁Ｖ‘に近づくことがわかる。これより、従来のフラッパ式一方向弁Ｖ’よりも、一般円の弁体を用いたフラッパ式一方向弁Ｖの方が、外縁隙間面積が大きく、また、偏心量が小さい。よって、前記した通り、順流時の流路抵抗低減と逆流時のシール性向上による整流動作の性能向上とともに、凸形状であることから構造強度信頼性も向上できることが分かる。
【００３１】
それと同時に、図５，６から、本実施例であるＮ＝５の場合に比べて、Ｎ＝３の場合、最も外縁隙間面積が大きく、さらに、偏心量が小さくなることがわかる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、一方向弁の弁板の平面図である図７を用いて説明する。
【００３３】
前記した実施例１の最後で示した、Ｎ＝３として３角円弁板３３０を用いる以外は、実施例１と同様であるので、Ｎ＝３とする以外の説明は省略する。Ｎを５から３へ変えると、Ｓは急激に減少するとともに、Ｇも急激に減少することが図５，６からわかる。よって、円弁板を用いた従来のフラッパ式一方向弁Ｖ‘’よりも、３角円弁板３３０を用いたフラッパ式一方向弁Ｖの方が、外縁隙間面積が一層大きく、また、偏心量が一層小さい。よって、前記した通り、順流時の流路抵抗を一層低減できるともに逆流時のシール性を一層向上でき、整流動作の性能向上を一層実現できるという効果がある。
【実施例３】
【００３４】
実施例３の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図８乃至図１０を用いて説明する。図８は実施例３の一方向弁の弁板の小円弧部半径ｒと面積の関係であり、図９（（実線部は（６）式、破線部は（７）式で描画した））は一方向弁の弁板の小円弧部半径ｒと偏心量の関係、また、図１０は一方向弁の弁板の平面図である。ｒを極限の０まで小さくした一方、Ｒを最大まで増大させた尖り３角円弁板３３１を用いる以外は前記した実施例２と同様であるので、ｒ＝０による作用効果以外の説明は省略する。
【００３５】
図８と図９より、ｒを小さくすると、Ｓは急激に減少するとともに、Ｇも急激に減少することがわかる。よって、円弁板を用いた従来のフラッパ式一方向弁Ｖ’よりも、尖り３角円弁板３３１を用いたフラッパ式一方向弁Ｖの方が、外縁隙間面積がより一層大きく、また、偏心量がより一層小さくなって、本実施例の場合はほぼ０となる。よって、前記した通り、順流時の流路抵抗をより一層低減できるともに逆流時のシール性をより一層向上でき、整流動作の性能をより一層向上できるという効果がある。さらに、尖り３角円弁板３３１は正三角形に近い形状であるため、シートから弁板を取る際に、端材を少なくすることが可能となり、コスト低減という効果もある。
【実施例４】
【００３６】
実施例４の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１１を用いて説明する。図１１は実施例４の一方向弁の弁板の平面図であり、ｒを大きくした一方、ＲをＡよりも小さくしない範囲で小さくした丸３角円弁板３３２を用いる以外は実施例２と同様であるので、ｒを大きくしたことによる作用効果以外の説明は省略する。
【００３７】
小円弧部は、弁領域側面と接触する部分であるため、ｒが小さいと、弁領域側面との摩擦力が大きくなるという危険性が生じる。本実施例はｒを大きくしたため、その危険性が低減し、弁体の上下動作がスムースになり、弁の開閉動作の動作遅れが小さくなる。よって、整流動作の性能を向上できるという効果がある。
【実施例５】
【００３８】
実施例５の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１２を用いて説明する。図１２は実施例５の一方向弁の弁板の平面図であり、ｒをわずかに大きくした一方、Ｒをわずかに小さくするとともに、基準円２０８にかからない位置（斜線部）に弁穴３３３ｆを開けた穴付３角円弁板３３３を用いる以外は実施例２と同様であるので、ｒをわずかに大きくしたことと穴を設けたことによる作用効果以外の説明は省略する。
【００３９】
実施例２では、ｒが小さめであるために、弁領域側面との摩擦力が増大していた。この摩擦力増大の危険性回避のためにｒをわずかに大きくし、また、ｒの増大にともなって生じる弊害である外縁隙間面積の低減（図８参照）を弁穴３３３ｆで抑制させたものである。これにより、弁体の上下動作がスムースになり、弁の開閉動作の動作遅れが小さくなる。さらに、外縁流路面積の拡大によって、整流動作の性能を向上できるという効果がある。
【実施例６】
【００４０】
実施例６一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１３を用いて説明する。図１３は実施例６の一方向弁の弁板の平面図であり、弁領域側面との接触が生じない部分を最大で拡張量ＯＶだけオフセットしたクロスハッチングで示すカット部３３４ｇを設定したカット３角円弁板３３４を用いる以外は、穴を塞いだ実施例５と同様であるので、カット部を設けたこと以外の作用効果の説明は省略する。これにより、シールを確保しつつ、偏心量は変えずに、外縁隙間面積を大幅に増大できる。これより、順流時の流路抵抗が大幅に低減できるため、整流動作の性能を向上できるという効果がある。ここで、カット部３３４ｇを、内側凸形状（オフセット線３３４ａで規定）した場合には、外縁隙間面積を最大限に増大でき、順流時の流路抵抗を最大限に低減できる効果がある。一方、カット部３３４ｇを粗いクロス
ハッチング部のみとすべく、直線オフセット３３４ａ‘とした場合には、カット３角円板３３４は凸形状になるため、応力集中部が無く、構造強度上の信頼性が確保できるという効果がある。
【実施例７】
【００４１】
実施例７の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１４を用いて説明する。図１４は実施例７の一方向弁の横断面図であり、弁座の内縁線が非円形の非円弁座内縁線２１５ａとなり、弁座内円の形状が弁座内縁線と異なる非内縁弁座内円２１５‘の場合である。このような、非一様環状形状の非一様環状弁座２１５とする以外は実施例１乃至実施例６と同様であるため、弁座形状の非一様化による作用動作の変更以外は説明を省略する。
【００４２】
弁座の面積を増大できるので、逆流時のシール性が向上できるという効果がある。
【実施例８】
【００４３】
実施例８の一方向弁の一種であるフラッパ式一方向弁Ｖについて、図１５を用いて説明する。図１５は実施例８の一方向弁の縦断面図であり、リテーナ２０６とＮ角円弁板３Ｎ０の間につるまき状の弁体ばね２０７を設けた場合である。このような弁体ばねがある場合は、開弁動作する条件設定も担う一方向弁であり、ばねが圧縮されて挿入されると、上流領域２０１と下流領域２０２の圧力差が設定される。このような場合、これまでの実施例に加えて、弁体ばね２０７がＮ角円弁板３Ｎ０からはずれないようにすることが必要になる。このため、弁体ばねの外側半径であるばね外半径Ｂが弁座内半径ＺＩよりも大きい場合には、弁座内半径ＺＩをばね外半径Ｂに置き換え、かつ、ばね外半径Ｂが弁座外半径ＺＯよりも大きい場合には、弁座外半径ＺＯもばね外半径Ｂに置き換えればよい。これにより、弁体ばね２０７がＮ角円弁板３Ｎ０からはずれないようにできるため、弁体ばね２０７が担う、圧力設定を確実にできるという効果がある。
【実施例９】
【００４４】
＜流体システムの一例であるスクロール圧縮機＞
次に、実施例１乃至実施例８の一方向弁を流体システムのスクロール圧縮機に搭載した実施例９について、図１６と図１７を用いて説明する。図１６は、実施例９のスクロール圧縮機１の縦断面図である。図１７は、スクロール圧縮機１のバイパス弁及び背圧弁付近（図１６のＳ部付近）の部分拡大断面図である。これらのバイパス弁及び背圧弁に、前記実施例のうちで弁ばねを備えたタイプのフラッパ式一方向弁が搭載されている。ここでバイパス弁に用いられている弁ばねはほとんど圧縮されていないため、実質的にはばね無しに近い。ちなみに、実施例９のスクロール圧縮機１の直径は、例えば、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度である。
【００４５】
図１６と図１７に示すように、実施例９のスクロール圧縮機１は、固定スクロール２と旋回スクロール３とフレーム４とオルダムリング５（図１７参照）とクランク軸６とモータ１０の主たる構成要素を、ケーシング８で密閉した形態となっている。
【００４６】
このうち旋回スクロール３は、旋回鏡板３ａの上面に旋回ラップ３ｂが立設され、背面の旋回軸受２３にクランク軸６の偏心部であるピン部６ａが挿入される。旋回スクロール３は、主軸受２４で回転支持されるクランク軸６が回転することにより、旋回運動するようになっている。
【００４７】
一方、固定スクロール２は、固定鏡板２ａの下面側に固定ラップ２ｂが立設され、固定ラップ２ｂの周囲に、固定台板２ｑが配置されている。これら固定ラップ２ｂと前述の旋回ラップ３ｂを噛合わせ、両者間に圧縮室１００が形成される。
【００４８】
また、固定スクロール２には、吸込口２ｓが設けられ、そこにはスクロール圧縮機１の外部から作動流体を固定スクロール２へ導入する吸込パイプ５０が圧入され、逆止弁２１が吸込パイプ５０の下部に設けられている。それは、スクロール圧縮機１の停止直後の作動流体の逆流を防止するためである。そして、固定スクロール２の中央付近には、吐出穴２ｄが形成されている。
【００４９】
さらに、固定スクロール２には、吐出穴２ｄの周囲に、圧縮室１００と固定背面室１２０を繋ぐべく固定鏡板２ａを貫通するバイパス穴２ｅが形成されている（図１７参照）。そして、バイパス穴２ｅには、後で詳細に記載する一方向弁のバイパス弁が設けられる。また、固定台板２ｑの下面に設ける周囲溝２ｐと圧縮室１００を繋ぐコの字型の背圧穴２ｇが形成されている。これは固定台板２ｑ下面側に形成される背圧室１１０（後に説明する）と圧縮室１００を繋ぐ通路である（図１７参照）。そして、背圧穴２ｇには、後で詳細に記載する一方向弁の背圧弁が設けられる。
【００５０】
以上のような構成を有する固定スクロール２は、オルダムリング５（図１７参照）とクランク軸６をフレーム４に装着したうえで、固定台板２ｑの外辺部をフレーム４にねじ固定する。これによって、旋回スクロール３の背面（旋回スクロール３とフレーム４との間）とには、背圧室１１０が形成される。そして、オルダムリング５は、旋回スクロール３の自転運動を防止するため、フレーム４と旋回スクロール３の間に配置される。
【００５１】
クランク軸６には、縦に貫通する給油穴６ｂが形成され、下端には、給油パイプ６ｘが圧入されている。また、クランク軸６のフレーム４よりも下部には、回転バランスを取るためのシャフトバランス８０およびカウンタバランス８２が固定配置されている。
【００５２】
副軸受２５は、ボール２５ａと下フレーム３５へ固定配置されたボールホルダ２５ｂからなり、クランク軸６がたわんでも片当りが生じない構成となっている。
【００５３】
モータ１０は、クランク軸６に固定されたロータ１０ａと、筒ケーシング８ａに焼き嵌めまたは圧入または溶接したステータ１０ｂと、を備えて構成され、モータ１０に電力を供給するモータ線でハーメチック端子２２０と接続されている。
【００５４】
ケーシング８は、筒ケーシング８ａと、筒ケーシング８ａの上部に溶接される上ケーシング８ｂと、筒ケーシング８ａの下部に溶接される底ケーシング８ｃと、を備えて構成され、固定スクロール２、旋回スクロール３、フレーム４、クランク軸６、モータ１０等を取り囲むようになっている。
【００５５】
筒ケーシング８ａには、内部にフレーム４が溶接されて固定配置され、側面に吐出パイプ５５が固定配置され、下部に副軸受２５を支持する下フレーム３５が固定配置されている。なお、固定スクロール２がフレーム４にねじ固定されたときの外周部には、上下方向に延びる溝が形成されており、この溝によって、固定背面室１２０とケーシング８の他の内部空間が連通する。また、上ケーシング８ｂには、ハーメチック端子２２０と固定スクロール２に圧入してある吸込パイプ５０が固定配置されている。さらに、ケーシング８の内部には、組立ての適当な段階で油を封入する。これにより、ケーシング８の底部に、貯油部１２５が形成される。
【００５６】
次に、スクロール圧縮機１における作動流体の圧縮動作を説明する。モータ１０で回転させたクランク軸６により旋回スクロール３が旋回運動し、旋回スクロール３と固定スクロール２との間に圧縮室１００が形成される。これにつれて、作動流体は、吸込パイプ５０から圧縮室１００へ流入し、容積が縮小して圧縮し高圧になる。その後、作動流体は吐出穴２ｄやバイパス穴２ｅから固定背面室１２０へ流出する。前記したとおり、固定背面室１２０は他のケーシング８内部空間と繋がっているため、ケーシング８の内部全域が吐出圧となる。最後に、作動流体は、モータ１０の上部空間に繋がる吐出パイプ５５から外部へ吐出される。
【００５７】
次に、油の流れを説明する。貯油部１２５の油は、吐出圧（ケーシング８の内部の圧力）と背圧（背圧室１１０の内部の圧力）の差圧により、貯油部１２５から、給油パイプ６ｘ、クランク軸６内の給油穴６ｂを通って旋回軸受２３と主軸受２４を潤滑した後、背圧室１１０へと流入する。ここで、ピン部６ａの上部の旋回軸受室１１５の圧力は吐出圧となるため、旋回スクロール３を固定スクロール２へ押付ける役目を担う。また、副軸受２５へは給油穴６ｂから遠心力によって給油するようになっている。背圧室１１０へ流入する前の油の圧力は、吐出圧であるため、その油の流入によって背圧室１１０の圧力が昇圧する。また、油には作動流体が必ず溶け込んでいる（大概の場合、質量濃度は１０％以上）ため、背圧室１１０へ流入したことによる減圧によって、作動流体が油中から急激にガス化（発泡）する。作動流体は、ガス化することで、体積が1ケタ以上増大する。このため、大概の場合、背圧室１１０内の油は、細かい油滴がガス化した作動流体内に浮遊するミスト状態となって、背圧室１１０全域に分散する。以上のような背圧室１１０への給油経路がある。これは、背圧室流体導入路となっている。これによって、図２に示すオルダムリング５の潤滑を行なう。この後、油は、途中に背圧弁７を設けた背圧穴２ｇを通り、圧縮室１００へ流入する。この結果、圧縮室１００のシール性が向上し、圧縮途中の漏れが抑制され、圧縮機効率が向上するという効果がある。その後、圧縮室１００内の作動流体中にミスト状態で混ざりながら、作動流体とともに固定背面室１２０へ吐出する。そして、油は、ケーシング８の内壁やケーシング内の要素に付着して作動流体と分離された後、付着したケーシング内壁や要素を伝って、スクロール圧縮機１の底部にある貯油部１２５へ戻る。
【００５８】
次に、弁領域であるバイパス掘込み２ｆに設けられたバイパス弁９について、図１７を用いて詳細に説明する。バイパス掘込み２ｆには、Ｎ角円（特に３角円）のＮ角円弁板であるバイパス弁板９ａが配置されている。また、バイパス掘込み２ｆの底部には、バイパス弁板９ａと当接するバイパス弁座９ｂが設けられている。バイパス弁板９ａは、バイパス弁ばね９ｃによって、バイパス弁座９ｂへ極めて小さな荷重で押し付けられている。バイパス弁ばね９ｃは、その上端をばね押さえ９ｄの突起へ挿入する。そして、そのばね押え９ｄの上面を押え板９ｆで押える。これにより、ばね押え９ｄを位置決めする。なお、ばね押え９ｄ、押え板９ｆには、上下を貫通する穴が設けられている。以上のようにして、Ｎ角円弁板を弁板とするフラッパ式一方向弁のバイパス弁９が構成される。以上説明した構成から明らかな通り、バイパス弁９は、上流領域である圧縮室１００の圧力が吐出圧（下流領域である固定背面室１２０の圧力）以上になると開口する。
【００５９】
これより、バイパス弁９は、バイパス穴２ｅが臨む圧縮室１００の圧力が吐出圧を超えないように開閉動作を行う。これにより、過圧縮条件下での過圧縮抑制を行い、スクロール圧縮機１の効率が向上するという効果を奏する。また、運転状況によって発生する液圧縮を回避し、固定ラップ２ｂおよび旋回ラップ３ｂの損傷を防いで、スクロール圧縮機１の信頼性の向上を図るという効果もある。今回は、バイパス弁板９ａをＮ角円（特に３角円）としたため、整流動作の性能が向上し、より一層過圧縮を抑制できるという効果とともに、液圧縮をより一層回避できるため、より一層の信頼性向上を図ることができる。
【００６０】
さらに、図１７の右側に示す通り、固定スクロール２には、背圧弁流路を設ける。この背圧弁流路は、背圧室１１０へ流入させた油を、圧縮室１００へ流し出す働きをする。また同時に、途中にある背圧弁７によって、背圧室１１０の圧力（背圧）を制御する。この背圧弁流路は、周囲溝２ｐを介して背圧室１１０に臨む背圧室穴２ｇと、固定スクロール２の上面側から開ける背圧掘込み２ｈと、背圧連通路２ｉを経由して、最終的に前記最外バイパス穴２ｅ１へ合流し、圧縮室１００へ繋がる。すなわち、背圧弁流路は、背圧室１１０と圧縮室１００を連通させる。
【００６１】
次に、背圧弁７の構成を説明する。この背圧弁７は、フラッパ式一方向弁である。まず、弁領域である背圧掘込み２ｈの底にＮ角円（特に３角円）弁板である背圧弁座７ｂを設ける。その背圧弁座７ｂへ背圧弁板７ａを載せる。その背圧弁板７ａを背圧弁ばね７ｃによって背圧弁座７ｂへ押し付ける。この押付荷重は、所定の値に設定する。この値を前記背圧弁座７ｂシール部の内部領域面積で割った値が、背圧弁で設定する差圧となる。この差圧の最適値は、過圧縮を抑制するバイパス弁流路を設置すれば、広範囲な運転時でもある一定値となることが力のつり合い計算から導き出されため、その値に設定する。その設定差圧は、背圧弁ばね７ｃの圧縮量で決まることになる。本実施例では、その値は、背圧弁ばねの上端を挿入するリテーナとなる背圧弁キャップ７ｄの背圧掘込み２ｈへの挿入量で決める。以上のようにして、背圧弁７が構成される。
【００６２】
この結果、背圧弁流路は、背圧弁流路が臨む下流領域である圧縮室１００の平均圧力よりも、背圧弁７で設定する差圧だけ高くなるように背圧（上流領域である背圧室１１０の圧力）を制御する。このような背圧弁７の動作により、背圧は、吸込口２ｓや吸込領域９５における圧力である吸込圧よりも高く、吐出穴２ｄの圧力である吐出圧よりも低い、中間圧を保持するようになっている。これにより、背圧室１１０は、後述する吐出圧となっている旋回軸受室１１５とともに、旋回スクロール３を固定スクロール２へ押付ける押付け力発生手段の一つとなっている。
【００６３】
さらに、背圧弁７は、前記した動作によって、背圧を中間圧に制御し、旋回スクロール３を固定スクロール２へ適度な力で押付ける。これにより、鏡板部のスラスト損失が低減し、圧縮機効率が向上するという効果がある。今回は、背圧弁体にＮ角円（特に３角円）を用いているため、整流動作の性能が向上し、より一層背圧設定を下流領域である圧縮室１００の圧力＋一定値といった理想に近い形にできる。これにより、スラスト損失を全運転条件で低減でき、スクロール圧縮機の性能を全域で向上できるという効果がある。
【００６４】
本実施例に係るスクロール圧縮機１は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備える冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を備える流体システムである冷凍サイクル装置の圧縮機として用いることができる。なお、冷凍サイクル装置としては、ヒートポンプ給湯機、冷凍機、空気調和機などがある。本実施例に係るスクロール圧縮機１を用いることにより、冷凍サイクル装置の効率が向上する。
【符号の説明】
【００６５】
Ｖ          フラッパ式一方向弁
１          スクロール圧縮機
２          固定スクロール
２ａ        固定鏡板
２ｂ        固定ラップ
２ｅ        バイパス穴
２ｆ        バイパス掘込み
２ｇ        背圧穴
２ｈ        背圧掘込み
３          旋回スクロール
３ａ        旋回鏡板
３ｂ        旋回ラップ
４          フレーム
６          クランク軸
７          背圧弁
７ａ        背圧弁板
７ｂ        背圧弁座
７ｃ        背圧弁ばね
７ｄ        背圧弁キャップ
９          バイパス弁
９ａ        バイパス弁板
９ｂ        バイパス弁座
９ｃ        バイパス弁ばね
９ｄ        ばね押え
１００      圧縮室
１１０      背圧室
１２５      貯油部
２００      遮蔽領域
２０１      上流領域
２０２      下流領域
２０３      弁流入路
２０４      弁領域
２０４ａ    弁軸
２０４ｂ    弁内領域
２０４ｃ    円領域断面円
２０５      弁座面
２０５ａ    弁座内縁線
２０５ａ‘  弁座内円
２０５ｂ    弁座外縁線
２０５ｂ‘  弁座外円
２０６      リテーナ
２０６ａ    リテーナ面
２０７      弁ばね
２０８      基準円
３Ｎ０      Ｎ角円弁板
３Ｎ０ａ    Ｎ角円
３Ｎ０ｂ    Ｎ角円図心
３Ｎ０ｃ    Ｎ角円内在多角形
３Ｎ０ｄ    Ｎ角円小径部
３Ｎ０ｅ    Ｎ角円大径部
３５０      ５角円弁板
３３０      ３角円弁板
３３１      尖り３角円弁板
３３２      丸３角円弁板
３３３      穴付３角円弁板
３３４      カット３角円弁板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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