(57)【要約】【課題】バルブの開閉に伴う気体の流通を効率良く行うことで体積効率の向上を図ったコンプレッサを提供する。【解決手段】シリンダに設けられた弁機構であって、バルブ１６が円錐形ばね１５を介して弁座押さえ部材１４に装着されると共に、弁座１３の吸入ポート１３ａを開閉する。バルブ１６には凹部１６ａ又は断面Ｒ形状の凹部１６ｂが形成されて、弁座１３に対する接地面積を減少させる。バルブ１６が開くと、気体が前記吸入ポート１３ａから弁座押さえ部材１４に設けた連通孔１４ｂを通過して排出ポート１４ａから排出される。バルブ１６が開く時には弁座１３から速やかに離れ、又バルブ１６が閉じる時には弁座との間の流路抵抗が小さくなるため、気体の流通が良くなり体積効率の向上が図れる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、これらの弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項３】
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、これらの弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成すると共に、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体（ガス）を吸入し高圧に圧縮して吐出するコンプレッサに関し、特に気体を吸入・排出するバルブ部分の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気体を吸入し圧縮するコンプレッサは種々の形態のものが知られている。この中で、複数の圧縮部を備えた多気筒型のコンプレッサがあり、例えば４つの圧縮部が十字型に配置され、対向する２つの圧縮部のピストンが一方のヨークの両端部に同一線上に位置して取り付けられ、他の対向する２つの圧縮部のピストンが前記一方のヨークと９０度位相をずらして位置付けられた他方のヨークの両端部に同一線上に位置して取り付けられ、電動機により軸回転されるクランクシャフトに設けられたクランクピンにより前記２つのヨークを直交方向に位相をずらして往復動させ、これらのヨークを介してそれぞれ前記ピストンをシリンダ内で往復動させ、４つの圧縮部にてそれぞれ気体を圧縮するように構成したものである（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記の多気筒コンプレッサにおいて、各圧縮部には気体を吸入・排出する弁機構が設けられ、例えば図７に示すように弁座ａに吸入ポートｂが設けられ、この吸入ポートｂを開閉するバルブｃが円錐形ばねｄ（円錐形ばねに限定されない）を介して弁座押さえ部材ｅに取り付けられ、円錐形ばねｄの付勢力によりバルブｃが弁座ａに接地する構造になっている。そして、吸入ポートｂの入口側の気体が昇圧すると、その昇圧気体によってバルブｃが円錐形ばねｄに抗して押し上げられ、吸入ポートｂが開いて弁座押さえ部材ｅに設けられた連通孔ｆ及び排出ポートｇを経て排出される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２３３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のバルブ構造によると、バルブｃが開いた時に所要量の気体が流通することが体積効率向上の点で望ましいが、バルブｃが閉じる少し前の時点では、流路抵抗が高まって吸入ポートｂの入口側で吸入されない気体の逆流が始まり、弁座ａへの接地直前の時点では、一層流路抵抗が高まって気体は殆ど吸入されずに吸入ポートｂの入口側で一部Ｕターンする事態が発生する。又、バルブｃが開く時には、バルブｃが弁座ａから速やかに離脱して流路抵抗を減少させることが体積効率向上の点で望ましいが、バルブｃと弁座ａとの接地面積が大きいとバルブｃの離脱が遅れて流路抵抗を減少させ難い問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来での事態を解消するためになされ、バルブの開閉に伴う気体の流通を効率良く行うことで体積効率の向上を図ったコンプレッサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサである。
【０００８】
上記の目的を達成するための他の手段として、請求項２の発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサである。
【０００９】
上記の目的を達成するための更に他の手段として、請求項３の発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成すると共に、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したことを特徴とするコンプレッサである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るコンプレッサの実施形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る多気筒（４気筒）のコンプレッサを概略断面で示す平面図であるが、本発明はこれに限定されない。
【００１１】
図１において、１は＃１圧縮部、２は＃２圧縮部、３は＃３圧縮部、４は＃４圧縮部であり、＃１圧縮部１と＃３圧縮部３は対向配置され、ヨーク５の両端部に同一線上に位置するように取り付けられ、＃２圧縮部２と＃４圧縮部４は対向配置され、ヨーク５の下に位置しこのヨーク５と水平面内で９０度位相をずらしたヨーク６の両端部に同一線上に位置するように取り付けられている。
【００１２】
前記ヨーク５、６は電動機（図略）により軸回転するクランクシャフト７に偏心させて設けたクランクピン（図略）を介して作動され、クランクピンの回転に伴ってヨーク５は図１の上下方向にのみ往復動して＃１圧縮部１と＃３圧縮部３とを動かし、ヨーク６は図１の左右方向にのみ往復動して＃２圧縮部２と＃４圧縮部とを動かす。
【００１３】
図１に示すコンプレッサでは、＃１圧縮部１と＃２圧縮部２で圧縮した気体を合流させて＃４圧縮部４に送り込む管路Ｐ１、Ｐ２を形成し、＃３圧縮部３で圧縮した気体を＃４圧縮部４に送り込む管路Ｐ３を形成し、これら管路により送り込まれた圧縮気体と＃４圧縮部４で圧縮した気体とを合流させて吐出部８から外部に吐出する。圧縮方法はこれに限定されず、＃１圧縮部１から＃４圧縮部４に順次圧縮気体を送り込んで段階的に圧縮（多段圧縮）し、最後に吐出部８から高圧気体を吐出する構成もある。
【００１４】
この場合、各圧縮部は同一の構成が採用されており、シリンダ９内を往復動するピストン１０の前後に第１圧縮室１１と第２圧縮室１２とが形成され、１つのシリンダ９内で二重に圧縮されるようにしてある。各圧縮部はこれに限定されず、＃１圧縮部１のみ二重圧縮とし、他の圧縮部は二重圧縮としない構成にする場合もある。
【００１５】
図２は１つの圧縮部例えば＃１圧縮部１を概略断面で示す平面図である。円筒状のシリンダ９内にピストン１０が往復動するように構成され、シリンダ９の上部には上部弁機構が設けられている。この上部弁機構は円盤状の弁座１３に複数の吸入ポート１３ａが円周方向に等間隔で設けられ、同じく円盤状の弁座押さえ部材１４に凹部が設けられ、この凹部内に円錐形ばね１５を介してバルブ１６が設けられ、円錐形ばね１５の付勢力により弁座１３に接地して吸入ポート１３ａをそれぞれ閉じている。又、弁座押さえ部材１４には複数の排出ポート１４ａが円周方向に等間隔で設けられ、更に連通孔１４ｂが設けられて前記バルブ１６が開いた時に吸入ポート１３ａとそれぞれ連通するように構成されている。
【００１６】
又、シリンダ９の下部に下部弁機構が設けられている。この下部弁機構は、上部弁機構と同様に円盤状の弁座２３に複数の吸入ポート２３ａが円周方向に等間隔で設けられ、同じく円盤状の弁座押さえ部材２４に凹部が設けられ、この凹部内に円錐形ばね２５を介してバルブ２６が設けられ、円錐形ばね２５の付勢力により弁座２３に接地して吸入ポート２３ａをそれぞれ閉じている。又、弁座押さえ部材２４には複数の排出ポート２４ａが円周方向に等間隔で設けられ、更に連通孔２４ｂが設けられて前記バルブ２６が開いた時に吸入ポート２３ａとそれぞれ連通するように構成されている。
【００１７】
前記ピストン１０にも弁機構が設けられている。このピストン弁機構は、ピストン本体を兼ねている弁座３３に複数の吸入ポート３３ａが円周方向に等間隔で設けられ、同じく円盤状の弁座押さえ部材３４に凹部が設けられ、この凹部内に円錐形ばね３５を介してバルブ３６が設けられ、円錐形ばね３５の付勢力により弁座３３に接地して吸入ポート３３ａをそれぞれ閉じている。又、弁座押さえ部材３４には複数の排出ポート３４ａが円周方向に等間隔で設けられ、更に連通孔３４ｂが設けられて前記バルブ３６が開いた時に吸入ポート３３ａとそれぞれ連通するように構成されている。
【００１８】
本発明では、バルブの形状を変えて弁座との接地面積を小さく形成したことに特徴を有する。例えば上部弁機構におけるバルブについて説明すると、図３（ａ）及び図４に示すようにバルブ１６Ａに凹部１６ａを設けた構成、又は図３（ｂ）のようにバルブ１６Ｂに断面ほぼＲ形状の凹部１６ｂを設けた構成とする。但し、凹部の形状はこれらに限定されない。
【００１９】
これらのバルブ１６Ａ、１６Ｂによると、弁座１３に接地する面側に凹部１６ａ、１６ｂが設けられたもので、従来のバルブと大きさが同一だとすると凹部１６ａ、１６ｂにより弁座１３への接地面積が小さくなる。即ち、凹部１６ａ、１６ｂの周囲を取り囲む外周面１６ｃ、１６ｄの部分のみが弁座１３に接地することになる。
【００２０】
このようなバルブ１６Ａ（又は１６Ｂ）を前記バルブ１６に代えて採用すると、上部弁機構での気体の流通が効率良く行われる。図２において、ピストン１０の移動に伴って前記第２圧縮室１２内で気体が所定圧力に圧縮されると、バルブ１６Ａ（又は１６Ｂ）が押し上げられて開き、圧縮空気は吸入ポート１３ａ、連通孔１４ｂ、排出ポート１４ａを経てシリンダヘッド１７の吐出孔１７ａに流入する。この時、バルブ１６Ａ（又は１６Ｂ）と弁座１３との接地面積が小さいため、バルブ１６Ａ（又は１６ｂ）の離脱が早くなりそれに伴ってその間の流路抵抗を従来よりも減少させることができる。従って、バルブ１６Ａ（又は１６ｂ）が開いた際に、吸入ポート１３ａ側からの圧縮気体が流入し易くなる。
【００２１】
又、ピストン１０の移動に伴ってバルブ１６Ａ（又は１６ｂ）が閉じる少し前の時点では流路抵抗が高まり、弁座１３への接地直前の時点では一層流路抵抗が高まって圧縮気体の流入が阻止されるが、本発明では弁座１３に対するバルブ１６Ａ（又は１６ｂ）の接地面積を小さく形成してあるため、流路抵抗を小さく抑えることができる。従って、従来では吸入ポート１３ａの入口側で吸入されない気体の逆流が始まり、気体は殆ど吸入されずに吸入ポート１３ａの入口側で一部Ｕターンする事態が発生したが、本発明ではこのような事態が殆ど生じない。
【００２２】
バルブ１６Ｂでは、断面ほぼＲ形状の凹部１６ｂを設けた構成としてあるため、図５のように吸入ポート１３ａ側の圧縮空気がＲ形状面に沿って流れ、連通孔１４ｂの方向に誘導されるので一層流入し易くなる。断面ほぼＲ形状の凹部１６ｂの場合には、凹部の表面積が増大するためバルブ１６Ｂの受圧が増大し、開時におけるバルブ１６Ｂの離脱が一層速やかになる。
【００２３】
前記シリンダ９の下部弁機構及びピストン１０の弁機構においても同様のことが言える。これにより、シリンダ９の下部弁機構による前記第１圧縮室への気体（未圧縮）の供給、及びピストン１０の弁機構による第１圧縮室から第２圧縮室への気体（第１圧縮室での圧縮気体）の流通をいずれも効率良く行うことができ、その結果としてコンプレッサの体積効率を高めることができる。
【００２４】
上記実施形態では、弁座に対するバルブの接地面積を小さく形成するものであったが、逆にバルブに対する弁座の接地面積を小さく形成することで実施することも可能である。例えば、図６（ａ）に示すように弁座１３の吸入ポート１３ａの出口側に段部１３ｂを円周方向に設ける。これにより、バルブ１６に対する弁座１３の接地面積を小さくすることができる。
【００２５】
又、図６（ｂ）に示すように弁座１３の吸入ポート１３ａの出口側に上向きに広がる傾斜部１３ｃを円周方向に設ける。これにより、バルブ１６に対する弁座１３の接地面積を小さくすることができる。
【００２６】
更に、図６（ｃ）のように弁座１３の吸入ポート１３ａの出口側に上向きにラッパ状に広がる拡径部１３ｄを円周方向に設ける。これにより、バルブ１６に対する弁座１３の接地面積を小さくすることができる。この場合、バルブ１６と弁座１３との接地状態がほぼ線接触となるため、バルブ１６の開時に速やかに流路が開放され、且つ気体が拡径部１３ｄにて広がると共に拡径部１３ｄに沿って流れ、連通孔１４ｂ側に誘導されるため気体の体積効率を高めることができる。バルブ１６の閉時にも、流路抵抗が低いため従来のような気体の逆流やＵターン現象が殆ど生じない。
【００２７】
上記実施形態では、バルブ側に凹部を設けることで接地面積を小さくし、又は弁座側に段部、傾斜部、拡径部を設けることで接地面積を小さくするものであったが、バルブ側の凹部と弁座側の段部又は傾斜部又は拡径部とを組み合わせて実施することもできる。又、シリンダの上部弁機構に限らず、シリンダの下部弁機構及びピストンの弁機構も同様に構成することができる。
【００２８】
本発明は上記のような多気筒型のコンプレッサに限らず、単筒型等のコンプレッサにも広く適用でき、且つ無潤滑コンプレッサその他のコンプレッサにも適用することができ、コンプレッサの種類には限定されない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の請求項１の発明によれば、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成したので、バルブの開閉時における弁座との間の流路抵抗を小さくすることができる。これにより、特にバルブが閉じる少し前の時点及び弁座への接地直前の時点で、気体の流通が良くなり体積効率の向上が図れる。
【００３０】
本願の請求項２の発明によれば、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したので、バルブの開閉時における弁座との間の流路抵抗を小さくすることができる。これにより、特にバルブが閉じる少し前の時点及び弁座への接地直前の時点で、気体の流通が良くなり体積効率の向上が図れる。
【００３１】
本願の請求項３の発明によれば、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、弁機構とを備え、この弁機構の弁座には吸入ポートが設けられ、且つ弁座押さえ材にはスプリングにより付勢されて前記吸入ポートを開閉するバルブと、吸入ポートに連通する排出ポートが設けられたコンプレッサにおいて、前記バルブは前記弁座に対する接地面積を小さく形成すると共に、前記弁座は前記バルブに対する接地面積を小さく形成したので、バルブの開閉時における弁座との間の流路抵抗をより一層小さくすることができる。これにより、特にバルブが閉じる少し前の時点及び弁座への接地直前の時点で、気体の流通が良くなり著しい体積効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多気筒（４気筒）のコンプレッサを概略断面で示す平面図である。
【図２】１つの圧縮部（例えば＃１圧縮部１）を概略断面で示す平面図である。
【図３】バルブの形状を変えて弁座との接地面積を小さく形成した実施形態を示すもので、（ａ）はバルブに凹部を設けた構成例、（ｂ）はバルブに断面ほぼＲ形状の凹部を設けた構成例である。
【図４】バルブに凹部を設けた例を示す斜視図である。
【図５】バルブに設けた断面ほぼＲ形状の凹部に沿って圧縮空気が流れる様子を示す概略断面図である。
【図６】バルブに対する弁座の接地面積を小さく形成した実施形態を示すもので、（ａ）は弁座に段部を設けた構成例、（ｂ）は弁座に傾斜部を設けた構成例、（ｃ）は弁座に拡径部を設けた構成例である。
【図７】従来の弁機構を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…＃１圧縮部
２…＃２圧縮部
３…＃３圧縮部
４…＃４圧縮部
５、６…ヨーク
７…クランクシャフト
８…吐出部
９…シリンダ
１０…ピストン
１１…第１圧縮部
１２…第２圧縮部
１３…弁座
１３ａ…吸入ポート
１３ｂ…段部
１３ｃ…傾斜部
１３ｄ…拡径部
１４…弁座押さえ部材
１４ａ…排出ポート
１４ｂ…連通孔
１５…円錐形ばね
１６…バルブ
１６ａ…凹部
１６ｂ…Ｒ形状凹部
１７…シリンダヘッド
【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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