JP2004536257A - 往復密閉コンプレッサのピストンのための装着構成 - Google Patents

Abstract

内側に圧縮チャンバ（Ｃ）が形成されるシリンダ（１）と、一対の径方向穴（１１）が設けられたピストン（１０）とを備え、前記各径方向穴は、ピン（２０）の一端部を収容して保持し、シリンダ（１）の内側でピストン（１０）を往復させるために、ピン（２０）には、コンプレッサの駆動機構が連結され、前記径方向穴（１１）は、ピストン（１０）の支持面（１０ａ、１０ｂ）の径方向隙間（１５）に対して完全にシールされ、これにより、両方の径方向隙間（１５）は、圧縮チャンバ（Ｃ）に対する外側および内側への冷媒ガスの漏れを抑制する手段として作用する、往復密閉コンプレッサのピストンのための装着構成。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、小型冷蔵装置で使用されるタイプの往復密閉コンプレッサのピストンのための装着構成に関し、特に、ピストンの中央部に設けられた一対の対向する径方向穴内のコネクティングロッドを連結するピンのための装着構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピストンによって動作され且つ小型冷蔵システムまたは装置で一般に使用される往復密閉コンプレッサにおいて、冷媒ガスの圧縮は、駆動機構によって決まる下死点および上死点として知られる移動限界点間でピストンをシリンダ内において往復移動させることにより行なわれる。シリンダは、開口端部と、圧縮チャンバの一方の端部を画定するバルブプレートによって閉じられる反対側端部とを有している。圧縮チャンバの他方の端部は、ピストンの上端によって画定される。
【０００３】
適切な形態でピストンをシリンダ内で移動させるためには、小径のピストンと大径のシリンダとの間に径方向隙間を形成することが必要である。
【０００４】
コンプレッサの動作中、前記径方向隙間の一部には、潤滑油が満たされ、これにより、ピストンが支持されるとともに、移動部品間での摩耗が防止される。このような支持では、潤滑油およびピストンの移動によって生じる粘性摩擦に打ち勝とうとして、機械的エネルギの損失が発生する。
【０００５】
ピストンが下死点から上死点へと移動されると、冷媒ガスが圧縮チャンバ内で圧縮され、冷媒ガスの圧力は、コンプレッサのシェルの内側に存在するガスの圧力よりも高くなる。そのため、圧力差が生じ、圧縮チャンバ内で圧縮される冷媒ガスの一部が径方向隙間を通じてシェルの内側へと漏れ易くなる。このような現象は、容量損失として特徴づけられ、コンプレッサの冷却能力を低下させる。これは、漏れにより、シェルの内側へと方向付けられる幾らかの量の冷媒ガスの圧縮動作が行なわれるためである。このような損失は、直接、コンプレッサのエネルギ効率を低下させる。
【０００６】
ピストンの支持および圧縮ガスの漏れは、主に、シリンダおよびピストンの直径および長さ、ピストンの移動距離、駆動軸の回転速度、駆動機構の幾何学的構成、使用される冷媒ガスの種類、潤滑油の種類、コンプレッサの動作状態（圧力、温度）に関係している。
【０００７】
ピストンは、ピンにより、一般にコネクティングロッドを備える駆動機構に接続されている。ピンは、ピストンの中央部に設けられた、正反対に対向する一対の径方向穴内に収容されて保持される両端部を有している。ピストンの径方向穴に対するピンの組付けは、これら２つの対向する領域により、ピストンの上端とピンの軸を含む横方向面との間に画定されるピストン上側支持面と、シリンダとの間に存在する径方向隙間を通じて漏れる冷媒ガスの流れが抑制され、かつ、このような抑制が、ピストンの下端と前記横方向面との間に画定されるピストン下側支持面と、シリンダとの間に存在する径方向隙間によって課される冷媒ガス流に対する抑制よりも小さくなるように、行なわれる。
【０００８】
そのため、周知のアセンブリにおいて、冷媒ガスは、ピストンの上端から、径方向隙間により、ピストンの中央の径方向穴を通じて、ピストンの内側へと漏れる傾向がある。したがって、主に圧縮サイクル中においては、ピストン上側支持面だけが、径方向隙間を通じたガスの漏れを抑制する機能を有する。これは、吸引サイクルにおいては、生じる虞がある逆方向の漏れを、コンプレッサの容量効率の観点から積極的に考慮する以外、無視できるからである。しかしながら、ピストンの下端とピンとの間に形成され且つ冷媒ガスの漏れに対して抑制機能を有さないピストン下側支持面は、粘性摩擦により、出力損失を発生させる。
【０００９】
高効率のコンプレッサは、ピンを装着するために径方向穴が設けられているピストンの中央領域に、外周凹部を有している。この外周凹部は、前述したピストン上側支持面とピストン下側支持面とを分離する。このような技術は、ピストン上側支持面の軸方向延在部が、この領域の径方向隙間を通じた冷媒ガス流に対する所定の抑制を確保するのに必要な最小値に維持されるため、径方向隙間による冷媒ガスの漏れを増大させることなくピストンの支持において損失される出力を低減させるために使用される。ピストン下側支持面は、ピストンを案内するように維持され、これにより、粘性摩擦を生じるとともに、冷媒ガスの漏れを抑制することに関して有効と見なされる効果は無い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ピストンとシリンダとの間に形成される径方向隙間による冷媒ガスの漏れ抑制能力の低下を起こさせることなく、支持面全体を小さくして、ピストンの出力損失を低減できる、ここで考慮されたタイプの装着構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的は、内側に圧縮チャンバが形成されるシリンダと、一対の径方向穴が設けられたピストンとを備え、前記各径方向穴は、ピンの一端部を収容して保持し、シリンダの内側でピストンを往復させて圧縮チャンバの容積を変えるために、ピンには、コンプレッサの駆動機構が連結され、ピストンは、ピンの軸を含む横方向面の両側にそれぞれ、シリンダとの径方向隙間を維持する支持面を有するタイプの往復密閉コンプレッサのピストンのための装着構成を提供することによって達成される。
【００１２】
本発明において、径方向穴は、支持面の径方向隙間に対して完全にシールされ、これにより、両方の径方向隙間は共に、その各軸方向延在部により、圧縮チャンバに対する外側および内側への冷媒ガスの漏れを抑制する手段として作用する。
【００１３】
ここで提案される構造的な着想では、ピンの端部とピストンとの間の接合部が完全にシールされ、すなわち、ピストンの２つの径方向穴が完全にシールされ、これにより、前記径方向穴を通じた冷媒ガスの漏れが防止され、ピストン下側支持面とシリンダとの間の径方向隙間も、前記隙間を通じた冷媒ガスの漏れを抑制する手段として作用する。
【００１４】
提案された技術的な解決策によれば、支持面において使用する軸方向延在部を少なくすることができ、これにより、ピストンの全長を短くでき、あるいは、ピストンの中央部に外周凹部が設けられている場合には、ピストン上側支持面の軸方向延在部を減らすことができる。ピストン支持面の軸方向延在部全長を減らすと、粘性摩擦領域が減少し、その結果、ピストンの出力損失が低減する。
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示されるように、本発明の装着構成は、開口端部と、バルブプレート２によってほぼ閉じられる反対側端部とを有するシリンダ１を備え、シリンダ１の閉端部とともに圧縮チャンバＣを画定するピストン１０がシリンダの内側に装着されるタイプの往復密閉コンプレッサのピストンに適用される。
【００１７】
ピストン１０には、その中央の領域に、一対の径方向穴１１が設けられている。これらの径方向穴１１は正反対に対向しており、各径方向穴は、ピン２０の一端部を収容して保持している。シリンダ１の内側でピストン１０を往復させて圧縮チャンバＣの容積を変えるために、ピン２０には、コンプレッサの駆動機構が連結される。図示の構成において、前記駆動機構は、ピン２０の周囲に装着された小さなアイと、コンプレッサの軸４の偏心部に装着された大きなアイとを有するコネクティングロッド３によって形成される。
【００１８】
図２から分かるように、ピストン１０は、従来の装着構成を受けるように構成されており、ピストン１０の上端１２とピン２０の軸を含む横方向面との間に位置するピストン上側支持面１０ａと、前記横方向面とピストン１０の下端１３との間に位置されるピストン下側支持面１０ｂとを有している。
【００１９】
図２から図４に示される典型的な構成において、ピストン１０には、中央に、２つの前記支持面を分離する外周凹部１４が設けられており、この外周凹部１４に対して径方向穴１１が開口している。本発明の装着構成は、外周凹部１４が無いピストンにも有利に適用できることは言うまでもない。
【００２０】
従来の装着構成において、ピストン下側支持面１０ｂは、その往復移動におけるピストン１０の支持要件のみによって画定される軸方向延在部を有している。これは、このピストン下側支持面１０ｂとシリンダ１との間に画定される径方向隙間１５が、圧縮チャンバＣの外側および内側への冷媒ガスの漏れを抑制し又は制限する手段として作用しないためである。冷媒ガスは、ピン２０の両端部とピストン１０の各径方向穴１１との間に存在する隙間を通じて、圧縮チャンバＣの内部と外部との間で漏れる。したがって、シリンダ１とピストン上側支持面１０ａとの間に形成される径方向隙間１５だけが、冷媒ガスの漏れに対して抑制手段として作用する。そのため、ピストン上側支持面１０ａの軸方向延在部は、圧縮チャンバＣの適切なシールを確保できるに足るものでなければならない。このように、ピストン１０の支持は、その一部だけが冷媒ガスの漏れに対して抑制手段として使用されるが粘性摩擦形成手段として一体的に作用する支持面の全ての延在部分によって行なわれる。
【００２１】
図３および図４は、ここで提案された装着構成を適用して構成されたピストン１０を示している。この場合、ピストン１０の各径方向穴１１に対するピン２０の両端部の装着は、前記径方向穴１１を完全にシールするように成される。したがって、圧縮チャンバＣに対して漏れるためには、冷媒ガスは、ピストン１０の全長にわたって径方向隙間１５を通過しなければならない。すなわち、ここでは、ピストン下側支持面１０ｂとシリンダ１との間の径方向隙間１５も、冷媒ガスの漏れに対する抑制手段として作用する。
【００２２】
この新しい構成において、漏れに対する抑制は、両方の支持面１０ａ、１０ｂに関連付けられた径方向隙間１５によって得られるため、その延在部分の全体を減少させて粘性摩擦を減らし、また、圧縮チャンバＣのための良好なシールを確保することができる。
【００２３】
ピストン１０が外周凹部１４を有している場合、外周凹部１４は、ピストン１０の上端１２に向かってその軸方向延在部を広げることができる。これにより、図２と図３とを比較すれば分かるように、ピストン上側支持面１０ａの軸方向延在部が少なくなる。
【００２４】
外周凹部１４が無い場合、考えられるデザイン変更を行なうと、本発明の装着構成により、ピストン１０の長さを短くすることができ、あるいは、隙間１５を大きくすることができる。
【００２５】
径方向穴１１のシールは、例えば後述するような任意の適当な手段によって得ることができる。
【００２６】
図５には、ピン２０の各端部とピンが収容される各径方向穴１１との間を締まりばめ装着することによって、ピストン１０の両方の径方向穴１１をシールする構成が示されている。
【００２７】
図６は、ピン２０の対応する端部と締まりばめ装着することによって、ピストン１０の径方向穴１１の一方のシールが行なわれるとともに、図６の実施例では他方の径方向穴１１とピン２０の対応する端部との間に塗布される接着剤によって形成されるシール部材３０によって、他方の径方向穴１１のシールが行なわれる構成を示している。
【００２８】
図７は、図６の構成を変形した構成を示している。この構成において、シール部材４０は、ピン２０の端部とピンが収容される対応する径方向穴１１との間に圧着されたエラストマーシールリングの形態を成している。
【００２９】
図８ａには、図６の構造的な変形例が示されている。この変形例において、シール部材５０は、クランプによって形成されている。クランプは、ピン２０の端部軸方向穴内に軸方向で嵌合されており、端部フランジ５１を有している。端部フランジ５１は、図８ｂに詳しく示されるように、径方向穴１１の内周面にシール状態で当接している。端部フランジ５１の周縁部は、径方向穴１１の壁に当接されるシール部材を形成するように構成することができる。
【００３０】
図９は、図６の構成におけるもう１つの構造的変形例を示している。この変形例において、シール部材６０は、ピン２０の隣接する端部と対向して外側から、シールされる径方向穴１１の内側に嵌め付けられて保持されるカバーによって形成されている。
【００３１】
ピン２０が両方の径方向穴１１内に摺動自在に遊嵌される場合には、シール部材３０、４０、５０、６０は、両方の径方向穴１１に設けられても良いことは言うまでもない。
【００３２】
ピストン１０内でピン２０を軸方向に保持するため、締まりばめによって装着されないこのピン２０は、両方の径方向穴１１の壁に対して動作する弾性リングを使用することができる。
【００３３】
ここでは、単なる一例として、構造的な選択肢を説明してきた。ピン２０の軸方向保持および径方向穴１１のシールは、特許請求の範囲によって記載される保護範囲から逸脱することなく、他の手段によって行なわれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明で使用される往復密閉コンプレッサのためのシリンダ−ピストンアセンブリの断面図を概略的に示している。
【図２】従来の装着構成を有するピストンの拡大側面図である。
【図３】本発明の装着構成を有するピストンの拡大側面図である。
【図４】切断されて部分的に示されたシリンダ内に装着された図３のピストンの側面図である。
【図５】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。
【図６】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。
【図７】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。
【図８ａ】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。
【図８ｂ】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。
【図９】ピンの端部に近接するピストンの径方向穴をシールするための構造的解決策を有するピストンの径方向断面図を概略的に示している。

Claims (8)

1. 内側に圧縮チャンバ（Ｃ）が形成されるシリンダ（１）と、一対の径方向穴（１１）が設けられたピストン（１０）とを備え、前記各径方向穴は、ピン（２０）の一端部を収容して保持し、シリンダ（１）の内側でピストン（１０）を往復させて圧縮チャンバ（Ｃ）の容積を変えるために、ピン（２０）には、コンプレッサの駆動機構が連結され、ピストン（１０）は、ピン（２０）の軸を含む横方向面の両側にそれぞれ、シリンダ（１）との径方向隙間（１５）を維持する支持面（１０ａ、１０ｂ）を有するタイプの往復密閉コンプレッサのピストンのための装着構成において、前記径方向穴（１１）は、支持面（１０ａ、１０ｂ）の径方向隙間（１５）に対して完全にシールされ、両方の径方向隙間（１５）は共に、その各軸方向延在部により、圧縮チャンバ（Ｃ）に対する外側および内側への冷媒ガスの漏れを抑制する手段として作用することを特徴とする、装着構成。
2. 径方向穴（１１）の少なくとも一方のシールは、ピン（２０）の端部とピン（２０）の端部が収容される対応する径方向穴（１１）との間を締まりばめ装着することにより行なわれることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
3. 径方向穴（１１）の少なくとも一方のシールは、前記径方向穴（１１）内に装着されるシール部材（３０、４０、５０、６０）によって行なわれることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
4. 前記シール部材（３０）は、ピン（２０）の一端と前記径方向穴（１１）との間に塗布された接着剤によって形成されることを特徴とする、請求項３に記載の構成。
5. 前記シール部材（４０）は、ピン（２０）の一端と前記径方向穴（１１）との間に圧縮されるように装着されるエラストマーシールリングによって形成されることを特徴とする、請求項３に記載の構成。
6. 前記シール部材（５０）は、ピン（２０）の一端部内に軸方向で嵌め付けられるクランプによって形成され、このクランプは、前記径方向穴（１１）の内周面にシール状態で当接する端部フランジ（５１）を有していることを特徴とする、請求項３に記載の構成。
7. 前記シール部材（６０）は、ピン（２０）の隣接する端部と対向して外側から前記径方向穴（１１）の内側に嵌合されるカバーによって形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の構成。
8. 両方の径方向穴（１１）は、２つの支持面（１０ａ、１０ｂ）間に配置されたピストン（１０）の外周凹部（１４）に対して開口しており、この外周凹部（１４）は、シリンダ（１）の内側でピストン（１０）を十分に支持できる軸方向延在部が支持面（１０ａ、１０ｂ）に存在するように寸法付けられた前記軸方向延在部を有し、これにより、ピストン（１０）の出力損失を最適に減少させて、圧縮チャンバ（Ｃ）に対する外側および内側へのガス漏れを最適に減らすことができることを特徴とする、請求項１に記載の構成。

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