JP2009133281A - シリンダ装置、圧縮機およびシリンダ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】損失発生を抑えることができるシリンダ装置、圧縮機およびシリンダ装置の製造方法の提供。
【解決手段】シリンダ１３内をピストンが揺動しながら往復動するシリンダ装置において、シリンダ１３に、ピストンの上死点と下死点とにおける揺動方向の長さより、該揺動方向の長さが短い部分１０３を上死点と下死点との間に設けた。
【選択図】図７

Description

本発明は、シリンダ装置、圧縮機およびシリンダ装置の製造方法に関する。

シリンダ内をピストンが揺動しながら往復動するシリンダ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−９１３７４号公報

上記したシリンダ装置においては、ピストンが揺動することからシリンダとピストンとの隙間がピストンの位置により変化することになり、それに起因して損失が大きくなる可能性があった。

したがって、本発明は、損失発生を抑えることができるシリンダ装置、圧縮機およびシリンダ装置の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のシリンダ装置は、シリンダに、ピストンの上死点と下死点とにおける揺動方向の長さより、該揺動方向の長さが短い部分を上死点と下死点との間に設けた。

また、本発明の圧縮機は、シリンダの断面形状が、ピストンの上死点と下死点との間において、ピストンの外周の揺動軌跡に沿った形状とした。

また、本発明のシリンダ装置の製造方法は、切削部材を、シリンダに対し相対回転させ、軸線方向に相対移動させながら、相対的に揺動させて、シリンダを切削加工する。

本発明によれば、損失発生を抑えることができる。

以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照して以下に説明する。

「第１実施形態」
本発明に係る第１実施形態であるシリンダ装置およびこれを含む圧縮機を図１〜図１１に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る第１実施形態のシリンダ装置を含む圧縮機の全体構成を示す断面図である。図２は、シリンダ装置を含む圧縮機の要部構成を示す断面図である。図３（ａ）は、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダを示す中心軸線を通る面での断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ１−Ａ１位置の内周部、図３（ｃ）は、図３（ａ）におけるＢ１−Ｂ１位置の内周部、図３（ｄ）は、図３（ａ）におけるＣ１−Ｃ１位置の内周部である。図４は、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダおよびピストン部を示す中心軸線を通り且つピストン部の揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の圧縮行程における揺動方向の端部の軌跡を二点鎖線で示すものである。図５は、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダおよびピストン部を示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の吸入行程における揺動方向の端部の軌跡を破線で示すものである。図６は、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の圧縮行程における揺動方向の端部の軌跡を二点鎖線で、ピストン部の吸入行程における揺動方向の端部の軌跡を破線で示すものである。図７（ａ）は、第１実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ２−Ａ２位置の内周部、図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるＢ２−Ｂ２位置の内周部、図７（ｄ）は、図７（ａ）におけるＣ２−Ｃ２位置の内周部である。図８は、シリンダ装置の製造装置を示す断面図である。図９は、シリンダ装置の製造方法の基本原理を示す断面図である。図１０は、シリンダ装置の別の製造方法を示す断面図である。図１１は、シリンダ装置の別の製造方法の基本原理を示す断面図である。

図１に示すように、圧縮機１１は、空気等の気体を圧縮するもので、下部のクランクケース１２と、クランクケース１２の上側に配置されるシリンダ１３と、このシリンダ１３の上側に配置される弁板１４と、弁板１４の上側に配置されるシリンダヘッド１５とを有している。

クランクケース１２は、筒状をなすとともに径方向一側に開口部２０を有し横方向に軸線を配置して設けられる主構成部２１と、この主構成部２１の開口部２０の周縁部から主構成部２１の径方向に軸線を配置して外側に突出する筒状の上部構成部２２とを有している。

シリンダ１３は、筒状をなしており、クランクケース１２の上部構成部２２の上側に上部構成部２２と同軸をなして配置される。

弁板１４は、図２に示すように、シリンダ１３とシリンダヘッド１５との間に介装される弁板本体２５を有している。この弁板本体２５には、シリンダ１３内とシリンダヘッド１５内とを連通させる吸入ポート２６および吐出ポート２７が板厚方向に貫通形成されている。弁板１４は、吸入ポート２６を覆うように弁板本体２５のシリンダ１３側の面に当接する状態でネジ３０により弁板本体２５に取り付けられる吸入弁３１と、吐出ポート２７を覆うように弁板本体２５のシリンダヘッド１５側の面に当接する状態でネジ３２により弁板本体２５に取り付けられる吐出弁３３とを有している。吸入弁３１および吐出弁３３はいずれも弾性変形可能な板材からなっており、シリンダ１３側とシリンダヘッド１５側との圧力差で弁板本体２５から離接して開閉する。

シリンダヘッド１５内には隔壁３６によって吸入ポート２６を覆う吸入室３７と吐出弁３３を覆う吐出室３８とが画成されている。また、シリンダヘッド１５には、図１に示すように吸入室３７を外部に連通させる吸入口３９と、吐出室３８を外部に連通させる図示略の吐出口とが形成されている。

圧縮機１１は、クランクケース１２内のクランク室４４の略中心位置に設けられる回転軸４５と、回転軸４５に取り付けられるクランク部材４６と、これら回転軸４５およびクランク部材４６の相対回転を規制するキー部材４７とを有している。

回転軸４５は、主構成部２１の軸線方向に沿って設けられており、略円柱状をなすとともに、外周面に軸線方向に沿って延在するキー溝５０が形成されている。

クランク部材４６は、円形の外周面を有する円板状をなしており、外周面に対する中心からオフセットした位置に嵌合穴５３が形成されている。嵌合穴５３には、そのオフセット方向に対して反対側に軸線方向に沿って延在するキー溝５４が形成されている。

そして、クランク部材４６の嵌合穴５３に回転軸４５を嵌合させることになり、この状態で嵌合穴５３のキー溝５４と回転軸４５のキー溝５０とを対向させ、これらキー溝５０，５３に角柱状のキー部材４７を嵌合させることで回転軸４５とクランク部材４６とが一体的に固定される。これにより、クランク部材４６は、回転軸４５に偏心状態で固定されることになり、回転軸４５が図示略のモータで駆動されることによってクランク部材４６が、位置固定で回転する回転軸４５を中心に偏心状態で回転する。

圧縮機１１は、上記したクランク部材４６に保持されるベアリング５７と、このベアリング５７に保持される揺動部材５８と、揺動部材５８に保持されるシール部材であるリップリング５９とを有している。

ベアリング５７は、内輪６１と、内輪６１よりも大径の外輪６２と、内輪６１に外輪６１を同軸で相対回転自在に支持する複数の転動体６３とを有している。ベアリング５７は、内輪６１の内周面に上記したクランク部材４６が外周面において嵌合される。

揺動部材５８は、ベアリング５７に支持される部材本体６６と、部材本体６６のベアリング５７とは反対側に設けられて部材本体６６とでリップリング５９を挟持するリテーナ６７と、リテーナ６７を部材本体６６に固定する図２に示す複数のボルト６８とを有している。

図１に示すように、部材本体６６は、ベアリング５７の外輪６２を嵌合させる円環状のベアリング保持部７１と、このベアリング保持部７１からその半径方向に沿って外側に延出するコネクティングロッド部７２と、このコネクティングロッド部７２のベアリング保持部７１とは反対側からコネクティングロッド部７２と直交するように広がる円板部７３とが一体成形されている。円板部７３は、その中心位置においてコネクティングロッド部７２に連結されている。図２に示すように、円板部７３には、そのコネクティングロッド部７２とは反対の中央に円板部７２と同軸の円形状をなして一定深さ凹む嵌合凹部７４が形成されており、その結果、この嵌合凹部７４の周囲はコネクティングロッド部７２とは反対に円環状をなして突出する環状凸部７５となっている。円板部７３には、嵌合凹部７４の適宜の位置に複数のネジ穴７６が形成されている。

リテーナ６７は、略円板状をなしている。リテーナ６７は、その中央に円形状をなして軸線方向に突出する嵌合凸部８０が形成されており、その結果、この嵌合凸部８０の周囲は段差状に切り欠かれた環状段差部８１となっている。リテーナ６７には、その厚さ方向に貫通するネジ取付穴８２が複数形成されている。ネジ取付穴８２は、リテーナ６７の板厚方向の中間部から嵌合凸部８０の方向に穿設され嵌合凸部８０の位置に開口する直線状の挿通穴部８３と、リテーナ６７の板厚方向の中間部から嵌合凸部８０とは反対側に形成され、挿通穴部８３から離れるほど拡径するテーパ状の座穴部８４とを有している。リテーナ６７は、嵌合凸部８０において部材本体６６の嵌合凹部７４に嵌合させられてその底面に当接することになり、この状態でネジ取付穴８２の位置を部材本体６６のネジ穴７６に合わせることが可能となっている。部材本体６６の円板部７３とリテーナ６７とで揺動部材５８のピストン部（ピストン）８５が構成される。

ボルト６８は、軸部８８と軸部８８の軸線方向一端側の頭部８９とを有しており、軸部８８の頭部８９とは反対側にオネジ９０が形成され、頭部８９は軸部８８側ほど小径となるテーパ形状をなしている。このボルト６８はリテーナ６７のネジ取付穴８２に挿通されて部材本体６６のネジ穴７６に螺合させられることになり、この状態で頭部８９がネジ取付穴８２の座穴部８４に当接することで締結力を発生させる。これにより、リテーナ６７が部材本体６６に固定される。

リップリング５９は、揺動部材５８の円板部７３に固定して設けられるもので、このリップリング５９は、自己潤滑性を有する樹脂材料を用いて有底のカップ状に形成されている。つまり、このリップリング５９は、内周側に位置しボルト６８の締結によって部材本体６６の環状凸部７５とリテーナ６７の環状段差部８１との間に挟持される平板状の環状取付部９４と、この環状取付部９４から径方向外側に突出し軸線方向一側に屈曲してリテーナ６７の外周側を覆うように一定長さ延びる環状リップ部９５とを有している。

揺動部材５８は、部材本体６６の円板部７３およびリテーナ６７からなるピストン部８５およびピストン部８５に保持されたリップリング５９がシリンダ１３の内側に配置されることになり、その際に、リップリング５９は、環状リップ部９５がシリンダ１３の内周面７７に締代をもって摺接することにより、シリンダ１３と揺動部材５８との間を気密にシールする。ピストン部８５およびリップリング５９とシリンダ１３と弁板１４とで囲まれた部分が圧縮室９８となる。

このような圧縮機１１は、図示略のモータの駆動による回転軸４５の回転でクランク部材４６が偏心回転運動することになり、このクランク部材４６の偏心回転運動で、揺動部材５８のピストン部８５およびリップリング５９がシリンダ１３内でシリンダ軸線方向に往復動することになる。ここで、筒状のシリンダ１３およびその内側を往復動する円形のピストン部８５がシリンダ装置９７を構成する。

ピストン部８５およびリップリング５９が弁板１４から離れる吸入行程では、揺動部材５８のピストン部８５およびリップリング５９の移動で圧縮室９８が拡大し吐出弁３３は閉状態のまま吸入弁３１を開いて空気等の気体を吸入室３７から圧縮室９８に導入する。続いて、ピストン部８５およびリップリング５９が弁板１４に近づく圧縮行程では、ピストン部８５およびリップリング５９の弁板１４の方向への移動で圧縮室９８が縮小し吸入弁３１は閉状態のまま吐出弁３３を開いて圧縮室９８から圧縮空気を吐出室３８に吐出する。

以上の作動中、ピストン部８５は、シリンダ１３内で揺動しながら往復動する。
つまり、回転軸４５の軸線方向（クランク軸線方向）に沿って見た場合に、クランク部材４６が最もシリンダ１３とは反対側に位置し、ピストン部８５が最も圧縮室９８を拡大した下死点では、コネクティングロッド部７２が左右方向の中央に位置するとともにピストン部８５はシリンダ１３の軸線に直交する。この状態から圧縮行程を行うべく回転軸４５およびクランク部材４６が回転し、揺動部材５８を上昇させ圧縮室９８を縮小させる方向にピストン部８５を移動させると、上死点と下死点との中間までコネクティングロッド部７２の下部は左右方向一側に移動しながら上昇し、上死点と下死点との間の中央でクランク部材４６が最も左右方向一側に位置し、最もコネクティングロッド部７２の下部が一方の外側に位置する。このとき、ピストン部８５は最も傾斜することになる。

続いて、上死点に向かうにしたがってコネクティングロッド部７２の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室９８を縮小した上死点では、クランク部材４６が最もシリンダ１３側に位置し、コネクティングロッド部７２が左右方向の中央に位置するとともにピストン部８５が水平となって圧縮行程が終了する。

ピストン部８５が上死点にある状態から回転部材４５およびクランク部材４６が吸入行程を行うべく回転すると揺動部材５８は圧縮室９８を拡大させる方向にピストン部８５を移動させることになり、上死点と下死点との中間まで、コネクティングロッド部７２の下部が左右方向逆側に移動しながら下降し、上死点と下死点との間の中央でクランク部材４６が最も左右方向逆側に位置し、最もコネクティングロッド部７２の下部が他方の外側に位置する。このとき、ピストン部８５はシリンダ軸線に対して圧縮行程とは逆向きに最も傾斜することになる。

続いて、下死点に向かうにしたがってコネクティングロッド部７２の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室９８を拡大した下死点ではコネクティングロッド部７２が左右方向の中央に位置するとともにピストン部８５がシリンダ１３の軸線に直交する状態となって吸入行程が終了する。

図３に示すように、シリンダ１３’の内周面７７’を軸線方向位置によらず同心且つ同一径とすると、上記したピストン部８５の揺動によって、ピストン部８５とシリンダ１３の内周面７７’との隙間が、シリンダ１３’の軸線方向におけるピストン部８５の位置によって変化してしまうことになる。つまり、上記のように下死点および上死点にある円形状のピストン部８５はシリンダ１３’の軸線に直交する状態ではシリンダ１３’の内周面７７’との隙間を最も小さくしており、揺動すると、回転軸４５の軸線方向における隙間は変わらないものの、シリンダ１３’の軸線方向から見た揺動方向（回転軸４５の軸線に直交し且つシリンダ１３’の軸線に直交する方向）の最大長さ（以下、揺動方向長さという）が下死点および上死点にあるときよりも短くなる。

ピストン部８５の揺動方向の端部の軌跡を示すと、圧縮行程においては図４に二点鎖線Ｘ１，Ｘ２で示す曲線状をなす。つまり、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側（図４の右側）の端部の軌跡Ｘ１は、下死点（図４における下端）から上死点（図４における上端）に向かうにしたがって徐々にシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くし、シリンダ１３’の軸線方向の中央よりも上死点側の中間所定位置で最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くした後、上死点に向かうにしたがってシリンダ１３’の中心軸線との距離を長くすることになる。また、軌跡Ｘ１は、シリンダ１３’の中心軸線との距離が、ピストン部８５の上死点および下死点にあるとき同じ最大になる。

また、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側とは反対側（図４の左側）の端部の軌跡Ｘ２は、下死点から上死点に向かうにしたがって徐々にシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くし、シリンダ１３’の軸線方向の中央よりも下死点側の中間所定位置で最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くした後、上死点に向かうにしたがってシリンダ１３’の中心軸線との距離を長くすることになる。また、軌跡Ｘ２は、シリンダ１３’の中心軸線との距離が、ピストン部８５の上死点および下死点にあるとき同じ最大になる。

なお、この圧縮行程において、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側（図４の右側）の端部が、最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くする位置と、上死点にあるピストン部８５との距離は、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側とは反対側（図４の左側）の端部が、最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くする位置と、下死点にあるピストン部８５との距離よりも長くなっている。

上記と同様に、ピストン部８５の揺動方向の端部の軌跡を示すと、吸入行程においては図５に破線Ｘ３，Ｘ４で示す曲線状をなす。つまり、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側（図５の左側）の端部の軌跡Ｘ３は、上死点から下死点に向かうにしたがって徐々にシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くし、シリンダ１３’の軸線方向の中央よりも上死点側の中間所定位置で最も中心軸線との距離を短くした後、下死点に向かうにしたがってシリンダ１３’の中心軸線との距離を長くする。また、軌跡Ｘ３は、シリンダ１３’の中心軸線との距離が、ピストン部８５の下死点および上死点にあるときと同じ最大になる。

また、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側とは反対側（図５の右側）の端部の軌跡Ｘ４は、上死点から下死点に向かうにしたがって徐々にシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くし、シリンダ１３’の軸線方向の中央よりも下死点側の中間所定位置で最も中心軸線との距離を短くした後、下死点に向かうにしたがってシリンダ１３’の中心軸線との距離を長くする。また、軌跡Ｘ４は、シリンダ１３’の中心軸線との距離が、下死点および上死点にあるときに同じ最大になる。

なお、この吸入行程において、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側（図５の左側）の端部が、最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くする位置と、上死点にあるピストン部８５との距離は、ピストン部８５におけるクランク部材４６の突出側とは反対側（図５の右側）の端部が、最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を短くする位置と、下死点にあるピストン部８５との距離よりも長くなっている。

図６のように軌跡Ｘ１〜Ｘ４を重ねて示すと明らかなように、ピストン部８５における揺動方向の端部の軌跡は、上死点および下死点で最もシリンダ１３’の中心軸線との距離を大きくし、上死点および下死点の間の部分では、シリンダ１３’の中心軸線との距離を短くする形状をなす。

以上から、逆に、シリンダ１３の内周面７７とピストン部８５との揺動方向の隙間の変動をピストン部８５の往復動の位置によらず小さく抑えるためには、シリンダ１３の内周面７７をピストン部８５の外周の揺動軌跡に沿った形状とし、シリンダ１３の内周面７７の揺動方向長さを、ピストン部８５の上死点に対応する軸線方向位置および下死点に対応する軸線方向位置で最も大きくし、ピストン部８５の上死点に対応する軸線方向位置および下死点に対応する軸線方向位置の間に、これらの位置における揺動方向長さよりも揺動方向長さが短い部分を設けるのが良い。

よって、ピストン部８５の往復移動および揺動を可能としつつシリンダ１３の内周面７７とピストン部８５との揺動方向の隙間の変化を小さく抑えるため、図７に示すように、第１実施形態のシリンダ１３には、シリンダ１３の内周面７７をピストン部８５の外周の揺動軌跡に沿った形状とし、ピストン部８５の上死点と下死点とにおける揺動方向長さより、揺動方向長さが短い部分を、上死点と下死点との間に設けている。

つまり、シリンダ１３の内周面７７は、まず、回転軸４５の軸線方向の長さが、軸線方向の位置によらず長さａで一定であり、しかも軸線方向位置によらず各長さ線分の中点位置が、同一中心軸線上に配置される。また、シリンダ１３の内周面７７のピストン部８５の上死点に対応する位置からそれより下死点側の所定範囲の上死点側端部１０１においては、シリンダ１３の軸線方向位置によらず、揺動方向長さが長さａの一定でシリンダ１３の軸直交断面が、軸線方向位置によらず上記中心軸線上に配置される円となる。つまり、シリンダ１３は、ピストン部８５の上死点においてはピストン部８５と同形状の円形となっている。

また、シリンダ１３の内周面７７のピストン部８５の下死点に対応する位置からそれより上死点側の所定範囲の下死点側端部１０２においては、シリンダ１３の軸線方向位置によらず、揺動方向長さが長さａの一定でシリンダ１３の軸直交断面が、軸線方向位置によらず上記中心軸線上に配置される円となる。つまり、シリンダ１３は、ピストン部８５の下死点においてはピストン部８５と同形状の円形となっている。

これらに対して、ピストン部８５の上死点に対応する位置とピストン部８５の下死点に対応する位置との間の中央部１０３は、揺動方向長さが長さａよりも短く、最も短い長さｂで、シリンダ１３の軸直交断面が上記中心軸線に中心（重心）を配置した楕円となる。そして、揺動方向長さは、中央部１０３と上死点側端部１０１とを結ぶ上死点側中間部１０４においては、上死点側に向かうにつれ直線的に大きくなり、中央部１０３と下死点側端部１０２とを結ぶ下死点側中間部１０５においては、下死点側に向かうにつれて直線的に大きくなるようになっている。なお、上死点側端部１０１と上死点側中間部１０４との境界部分は、なだらかにこれらを連続させるように湾曲する湾曲部１０６となっており、下死点側端部１０２と下死点側中間部１０５との境界部分も、なだらかにこれらを連続させるように湾曲する湾曲部１０７となっている。シリンダ１３は、ピストン部８５の上死点と下死点との間の、上死点側中間部１０４、中央部１０３および下死点側中間部１０５においては、ピストン部８５の外周の揺動軌跡に沿った形状となる。

言い換えれば、シリンダ１３は、軸直交断面が、上死点側端部１０１および下死点側端部１０２においては円となり、これら上死点側端部１０１および下死点側端部１０２の間では楕円となって、中央部１０３の位置で長径／短径の比が最も大きく、中央部１０３からシリンダ１３の軸線方向に離れるほど長径／短径の比が小さくなる形状をなしている。

さらに言い換えれば、シリンダ１３は、ピストン部８５の揺動方向に沿い且つ回転軸４５の軸線方向の中点を通る断面の形状を見たときに、ピストン部８５の揺動方向両側それぞれに、上死点側および下死点側よりも相互近接側に突出する突出部１１０が中間部に設けられている。そして、上記した断面をシリンダ１３の周方向に回転させると、角度が大きくなるほど突出部の高さが低くなり、９０度回転させた位置では突出部が存在しない形状をなす。

具体的に、シリンダ１３の上死点側端部１０１および下死点側端部１０２の内周部をシリンダ径ａが８２ｍｍの円とし、ピストン部８５のストローク（行程）を６０ｍｍ、コネクティングロッド部７２の長さを１２０ｍｍとした場合に、中央部１０３の内周部の楕円の短径ｂが約８０ｍｍとなり、上死点側端部１０１および下死点側端部１０２の内周部をシリンダ径ａおよび中央部１０３の長径ａの８２ｍｍに対して約２ｍｍ短くなる。一般的なシリンダの加工公差２０〜３０μｍと比較して、明らかに異なるレベルの違いとなる。

次に、上記したシリンダ装置の製造方法であるシリンダ１３の内周面の加工方法について説明する。

図８に示す製造装置１２０は、筒状のシリンダ１３を保持する保持台１２１と、保持台１２１の側方に設けられて、保持台１２１に保持されたシリンダ１３の内径を加工する加工機構１２２とを有している。

加工機構１２２は、保持台１２１に保持されたシリンダ１３の中心軸線に平行に移動する移動台１２４と、移動台１２４に設けられてシリンダ１３の中心軸線に直交する旋回軸１２５を中心に回転する回転板１２６と、この回転板１２６に旋回軸１２５と平行をなして自転可能に設けられた揺動軸１２７と、シリンダ１３の中心軸線を含み且つ回転軸１２６に直交する平面内に配置されて揺動軸１２７に自転可能に保持された回転軸１２８と、回転軸１２８の先端に中心位置において固定された円板状の切削部材１２９とを有している。旋回軸１２５および揺動軸１２７は、それぞれの自転の角度が制御可能となっている。また、切削部材１２９はシリンダ１３の内周加工用であり、外径側にシリンダ１３の内径と略同径の切刃が形成されていて、シリンダ１３に対して回転する。

そして、上記の加工機構１２２は、切削部材１２９をピストン部８５とほぼ同様に動かすことで、シリンダ１３の内周面７７を加工する。切削部材１２９をピストン部８５と同様に動かした場合、図９に示すように、シリンダ１３の中心軸線に対する旋回軸１２５と揺動軸１２７とを結んだ線のなす角度をθ、旋回軸１２５と揺動軸１２７との距離をｒ、揺動軸１２７と切削部材１２９との距離をＬとすると、シリンダ１３の中心軸線と切削部材１２９の中心軸線とのなす角度βは、次式で表される。
β＝ｓｉｎ−１（ｒ／Ｌ×ｓｉｎθ）

加工機構１２２は、上記関係を基本として、切削部材１２９を作動させる。具体的に、保持台１２１に取り付けられたシリンダ１３の素材に対して、加工前、回転軸１２６がシリンダ１３の中心軸線と同軸上で回転するようにしておき、回転軸１２６を自転させることで切削部材１２９を回転させる。これにより、切削部材１２９は外径先端の切刃をシリンダ１３の内径と略同径で回転させることになる。

この状態で、移動台１２４をシリンダ１３の軸線方向一側に移動させることにより、切削部材１２９をシリンダ１３に対して近づけると、切削部材１２９が、まず、例えば上死点側端部１０１をシリンダ１３に形成することになる。引き続き、移動台１２４をシリンダ１３の軸線方向一側に移動させながら、加工機構１２２の旋回軸１２５および揺動軸１２７を制御して、切削部材１２９をシリンダ１３に対して相対的に揺動させて、シリンダ１３を上記形状に切削加工する。つまり、旋回軸１２５および揺動軸１２７を回転させることによって切削部材１２９を、その中心をシリンダ１３の軸線上に配置した状態を維持しつつ、移動量の増大に応じてシリンダ１３の軸線に対して回転軸１２８の角度が大きくなるように一側に徐々に傾かせながら加工を行う。これにより、シリンダ１３に上死点側中間部１０４が形成されることになる。

次に、一旦、切削部材１２９が干渉しないように加工機構１２２の旋回軸１２５および揺動軸１２７を制御しながら移動台１２４を軸線方向逆側に移動させて、切削部材１２９を上記と逆の動きをさせてシリンダ１３から離間させた後、切削部材１２９を、その中心をシリンダ１３の軸線上に配置した状態で上記とは逆の他側に傾かせる。この状態で移動台１２４を軸線方向一側に再び移動させる。

そして、切削部材１２９がシリンダ１３の中央部１０３を超えた位置から、旋回軸１２５および揺動軸１２７を回転させることによって切削部材１２９を、その中心をシリンダ１３の軸線上に配置した状態を維持しつつ、移動量の増大に応じてシリンダ１３の軸線に対して回転軸１２８の角度が小さくなるように戻しながらシリンダ１３に加工を行う。これにより、シリンダ１３に下死点側中間部１０５が形成されることになる。そして、最終的に、回転軸１２６がシリンダ１３の中心軸線と同軸上で回転するようにして、切削部材１２９をシリンダ１３の中心軸線上で移動させることで下死点側端部１０２を形成する。あるいは、シリンダ１３に、例えば上死点側端部１０１および上死点側中間部１０４を上記のようにして形成し、切削部材１２９を退避させた後、シリンダ１３を左右反転させて、上記と同様にして下死点側端部１０２および下死点側中間部１０５を形成しても良い。

なお、切削部材１２９をシリンダ１３の軸線方向に相対移動させながら、切削部材１２９をシリンダ１３に対し相対的に揺動させて、シリンダ１３を切削加工すれば良いことから、図１０に示すように、切削部材１２９を自転のみ可能に構成し、シリンダ１３を軸線方向に移動させながら揺動させるようにしても良い。あるいは、切削部材１２９を回転させず、シリンダ１３を自転可能に支持し、且つシリンダ１３を軸線方向に移動させながら揺動させるようにしても良い。これらの場合に、シリンダ１３の中心軸線と切削部材１２９の中心軸線とのなす図１１に示す角度βの上記した式に基づく関係を基本として、シリンダ１３を軸線方向に移動させながら揺動させることになる。

ここで、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径である図３に示すシリンダを用いると、ピストンがシリンダ内で揺動しつつ往復動するもの、特に、コネクティングロッド部とピストン部とが相対回動しない一体型とされた揺動部材を用い、この揺動部材をクランク部材による偏心回転で往復動させるものにおいては、低コスト化でき静粛性に優れるものの、ピストン部の揺動によってシリンダの内周面との揺動方向の隙間が生じる。

このため、前述した特許文献１等を含む従来の技術では、ピストンの揺動時に生じるシリンダとの間の隙間を閉塞するように、変形可能なリップリングをピストン部に設けている。しかしながら、リップリングによるシールには限界があり、例えば、ピストン部のストロークを長くするためにクランク部材の偏心量を大きくすると、ピストン部の揺動角度が大きくなって、シール性が確保できずに、気体がクランク室に漏れ出して損失となり、気体の圧縮効率が下がってしまう。このため、従来はクランク部材の偏心量を小さくせざるを得なかった。また、圧縮された一次気体をさらに圧縮して増圧するブースタ圧縮機の場合も、さらに高い圧力に圧縮するため、気体のクランク室への漏れ量が多くなり、損失が増大してしまう。

これに対して、第１実施形態では、シリンダ１３に、ピストン部８５の上死点に対応する位置と下死点に対応する位置とにおける揺動方向長さより、この揺動方向長さが短い部分を上死点に対応する位置と下死点に対応する位置との間に設け、しかも、上死点に対応する位置および下死点に対応する位置の間の中央部１０３の揺動方向長さが最も短くされている。このため、コネクティングロッド部７２とピストン部８５とが相対回動しない一体型とされた揺動部材５８を用い、この揺動部材５８をクランク部材４６による偏心回転で往復動させることで、ピストン部８５が揺動しても、シリンダ１３とピストン部８５との隙間を狭く維持することができる。したがって、圧縮気体のクランク室４４への漏れ量を少なくして損失を抑え、圧縮効率を向上することができる。

また、圧縮気体のクランク室４４への漏れ量を増大させることなく、クランク部材４６の偏心量を大きくしピストン部２５のストローク量を大きくでき、高い圧縮率を確保できる。さらには、圧縮された一次気体をさらに圧縮して増圧するブースタ圧縮機に適用しても、損失の発生を抑制できる。よって、いずれにおいても、省エネルギ化を図ることができる。

また、シリンダ１３の揺動方向長さについて、ピストン部８５の上死点に対応する位置と下死点に対応する位置との間の中央部１０３を最も短くし、この中央部１０３の両側の上死点側中間部１０４および下死点側中間部１０５が徐々に揺動方向長さを長くするようになっていることにより、寸法管理が容易となる。

また、シリンダ１３は、ピストン部８５の上死点に対応する位置を含む上死点側端部１０１と下死点に対応する位置を含む下死点側端部１０２とに揺動方向長さが変わらない部分を有することにより、加工が容易となる。

上記した製造方法によれば、シリンダ１３の内周加工用の切削部材１２９の先端をシリンダ１３の内径と同径でシリンダ１３に対し相対回転させ、さらに、切削部材１２９をシリンダ１３の軸線方向に相対移動させると同時に切削部材１２９をシリンダ１３に対し相対的に揺動させて、シリンダ１３を切削加工するため、シリンダ１３を、ピストン部８５の上死点と下死点とにおける揺動方向長さより、この揺動方向長さが短い部分を上死点と下死点との間に設ける形状に切削加工により形成することができる。したがって、比較的容易な切削加工で、シリンダ１３に異形の内周面７７を形成することができる。

また、シリンダ１３を固定とし、切削部材１２９をシリンダ１３に対して回転させるため、回転のための機構を小型化することができる。

また、シリンダ１３を固定とし、切削部材１２９をシリンダ１３に対して軸線方向に移動させると同時に揺動させるため、移動および揺動のための機構を小型化することができる。

なお、上記とは逆に切削部材１２９を非回転とし、シリンダ１３を切削部材１２９に対して回転させるようにした場合、切削部材側の機構を簡略化することができ、切削部材の交換が容易にできる。

また、シリンダ１３を切削部材１２９に対して軸線方向に移動させると同時に揺動させる場合、移動速度と揺動角度を調整することで、上死点と下死点との間に設ける内周面７７の形状を複雑な形状に対応させることができる。

以上、第１実施形態の詳細について説明したが、第１実施形態の作用効果を以下に示す。

第１実施形態のシリンダ装置においては、ピストンが揺動しながら往復動するシリンダに、ピストンの上死点と下死点とにおける揺動方向長さより、該揺動方向長さが短い部分をピストンの上死点と下死点との間に設けているため、ピストンとシリンダとの隙間を小さくできる。したがって、損失発生を抑えることができる。

また、第１実施形態のシリンダ装置において、シリンダの揺動方向長さについて、ピストンの上死点と下死点との間の中央部を最も短くすることにより、寸法管理が容易となる。

また、第１実施形態のシリンダ装置において、シリンダは、上死点を含む上死点側端部と下死点を含む下死点側端部とに揺動方向長さが変わらない部分を有することにより、加工が容易となる。

第１実施形態のシリンダ装置の製造方法によれば、シリンダの内周加工用の切削部材をシリンダに対し相対回転させ、さらに、切削部材をシリンダの軸線方向に相対移動させるとともにシリンダに対し相対的に揺動させて、シリンダを切削加工するため、ピストンの上死点と下死点とにおける揺動方向長さより、この揺動方向長さが短い部分を上死点と下死点との間に設ける形状にシリンダを、切削加工により形成することができる。したがって、比較的容易な切削加工で、シリンダの異形の内周面を形成することができる。

また、切削部材をシリンダに対して回転させるため、回転のための機構を小型化することができる。

また、切削部材をシリンダに対して軸線方向に移動させるとともに揺動させるため、移動および揺動のための機構を小型化することができる。

なお、シリンダを切削部材に対して回転させるようにした場合、切削部材側の機構を簡略化することができ、切削部材の交換が容易にできる。

また、シリンダを切削部材に対して軸線方向に移動させるとともに揺動させる場合、移動速度と揺動角度を調整することで、上死点と下死点との間に設ける内周面７７の形状を複雑な形状に対応させることができる。

「第２実施形態」
次に、第２実施形態を図１２に基づいて説明する。図１２は、第２実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。なお、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第２実施形態では、図１２に示すように、シリンダ１３の中央部１０３およびその軸線方向両側の上死点側中間部１０４および下死点側中間部１０５を断面曲線状に湾曲部１３１で繋げており、この曲線の変曲点は中央部１０３に設けられている。

このような第２実施形態のシリンダ１３を加工する場合、中央部１０３を加工する際に、切削部材１２９の移動および揺動を第１実施形態に対して変更することで、上記形状に形成できる。

以上に述べた第２実施形態によれば、中央部１０３がエッジとならないため、リップリング５９の耐久性を向上できる。

また、シリンダ１３は、中央部１０３に曲線の変曲点があるため、ピストン部８５とシリンダ１３との隙間を効果的に小さくできる。

以上、第２実施形態の詳細について説明したが、第２実施形態の作用効果を以下に示す。

シリンダの中央部およびその軸線方向両側が断面曲線状に繋がっているため、中央部がエッジとならず、シール部材の耐久性を向上できる。

また、シリンダは、中央部に曲線の変曲点があるため、ピストンとシリンダとの隙間を効果的に小さくできる。

「第３実施形態」
次に、第３実施形態を図１３に基づいて説明する。図１３は、第３実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。なお、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第３実施形態では、図１３に示すように、シリンダ１３の中央部１０３およびその軸線方向両側の上死点側中間部１０４および下死点側中間部１０５を断面直線状に筒面部１３３で繋げている。その結果、シリンダ１３は、中央部１０３にも揺動方向長さが変わらない部分を有している。

このような第３実施形態のシリンダ１３を加工する場合は、第１実施形態の形状にシリンダ１３を切削部材１２９で加工した後に、切削部材１２９を一定角度で傾斜した状態のままシリンダ軸線方向に移動させて、軸線方向の中間部を断面直線状に加工することで、上記筒面部１３３を形成できる。

以上に述べた第３実施形態によれば、中央部１０３近傍が断面直線状になり、中央部１０３に揺動方向長さが変わらない部分を有しているため、中央部１０３近傍の加工が容易となる。

以上、第３実施形態の詳細について説明したが、第３実施形態の作用効果を以下に示す。

シリンダは、中央部およびその軸線方向両側が断面直線状に繋がっているため、加工が容易となる。

また、シリンダは、中央部に揺動方向の長さが変わらない部分を有するため、加工が容易となる。

「第４実施形態」
次に、第４実施形態を図１４に基づいて説明する。図１４は、第４実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。図１５は、第４実施形態のシリンダの内周面の設定方法を示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。なお、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第４実施形態では、シリンダ１３の図１４に示す内周面７７の上死点側中間部１０４、中央部１０３および下死点側中間部１０５の形状が、図１５に実線で示すように、ピストン部８５の圧縮行程における二点鎖線で示す揺動方向の端部の軌跡Ｘ１，Ｘ２と、吸入行程における破線で示す揺動方向の端部の軌跡Ｘ３，Ｘ４との中間となる形状に形成されている。

このような第４実施形態のシリンダ１３を加工する場合は、切削部材１２９の移動および揺動を第１実施形態に対して変更することで、上記形状に形成できる。

以上に述べた第４実施形態によれば、シリンダ１３の図１４に示す内周面７７の上死点側中間部１０４、中央部１０３および下死点側中間部１０５の形状が、図１５に示すように、ピストン部８５の圧縮行程における揺動方向の端部の軌跡Ｘ１，Ｘ２と、吸入行程における揺動方向の端部の軌跡Ｘ３，Ｘ４との中間となる形状に形成されているため、リップリング５９によるシールの圧縮行程および吸入行程での性能をバランスさせることができる。

なお、以上において、揺動部材５８を部材本体６６とリテーナ６７とに分割せずに、揺動部材５８に、図１６に示す一体のピストン部（ピストン）１４０を形成するとともに、このピストン部１４０の軸線方向の中間部に半径方向内方に凹む円環状の溝部１４１を形成し、この溝部１４１に、シリンダ１３に摺接するシール部材として断面円形状のＯリング１４２を配置しても良い。このＯリング１４２は、断面円形状をなしているため、外周面つまりシリンダ１３に摺接する摺接面１４３の中心軸線方向に沿う断面の断面形状が半径方向の外側に凸の円弧状とされている。

このように、シリンダ１３に摺接するシール部材としてＯリング１４２を用いることにより、Ｏリング１４２はシリンダ１３に摺接する摺接面１４３側の、中心軸線を通る断面の断面形状が半径方向外側に凸状の円弧状となり、摺動抵抗を低減することができる。なお、断面円形状ではなく、断面半円状のシールリングを半径方向外側に凸状の円弧状となるように溝部１４１に配置しても良い。

つまり、ピストンに設けられシリンダに摺接するシール部材のシリンダに摺接する摺接面側の断面形状を円弧状にすることにより、シール部材の摺動抵抗を低減することができる。

本発明に係る第１実施形態のシリンダ装置を含む圧縮機の全体構成を示す断面図である。 シリンダ装置を含む圧縮機の要部構成を示す断面図である。 （ａ）は、内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダを示す中心軸線を通る面での断面図であり、ｂ）は、（ａ）におけるＡ１−Ａ１位置の内周部、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ１−Ｂ１位置の内周部、（ｄ）は、（ａ）におけるＣ１−Ｃ１位置の内周部である。 内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダおよびピストン部を示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の圧縮行程における揺動方向の端部の軌跡を二点鎖線で示すものである。 内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダおよびピストン部を示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の吸入行程における揺動方向の端部の軌跡を破線で示すものである。 内周面が中心軸線方向の位置によらず同心且つ同一径であるシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であって、ピストン部の圧縮行程における揺動方向の端部の軌跡を二点鎖線で、ピストン部の吸入行程における揺動方向の端部の軌跡を破線で示すものである。 （ａ）は、第１実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ２−Ａ２位置の内周部、（ｃ）は、（ａ）におけるＢ２−Ｂ２位置の内周部、（ｄ）は、（ａ）におけるＣ２−Ｃ２位置の内周部である。 シリンダ装置の製造装置を示す断面図である。 シリンダ装置の製造方法の基本原理を示す断面図である。 シリンダ装置の別の製造方法を示す断面図である。 シリンダ装置の別の製造方法の基本原理を示す断面図である。 第２実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。 第３実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。 第４実施形態のシリンダを示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面での断面図である。 第４実施形態のシリンダの内周面の設定方法を示す中心軸線を通り且つピストンの揺動方向に沿う面の図である。 シリンダ装置を含む圧縮機の要部構成を示す断面図である。

符号の説明

１１ 圧縮機
１３ シリンダ
３１ 吸入弁
３３ 吐出弁
５９ リップリング（シール部材）
８５，１４０ ピストン部（ピストン）
９７ シリンダ装置
１０１ 上死点側端部
１０２ 下死点側端部
１０３ 中央部
１２９ 切削部材
１４２ Ｏリング（シール部材）
１４３ 摺接面

Claims (21)

1. シリンダ内をピストンが揺動しながら往復動するシリンダ装置において、
   前記シリンダには、前記ピストンの上死点と下死点とにおける揺動方向の長さより、該揺動方向の長さが短い部分を前記上死点と前記下死点との間に設けたことを特徴とするシリンダ装置。
2. 前記シリンダの前記揺動方向の長さは、前記上死点と前記下死点との間の中央部が最も短いことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
3. 前記シリンダは、前記中央部およびその軸線方向両側が断面曲線状に繋がっていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
4. 前記シリンダは、前記中央部に前記曲線の変曲点があることを特徴とする請求項３に記載のシリンダ装置。
5. 前記シリンダは、前記中央部およびその軸線方向両側が断面直線状に繋がっていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
6. 前記シリンダは、前記上死点を含む上死点側端部と前記下死点を含む下死点側端部とに前記揺動方向の長さが変わらない部分を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリンダ装置。
7. 前記シリンダは、前記中央部に前記揺動方向の長さが変わらない部分を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシリンダ装置。
8. 前記ピストンには前記シリンダに摺接するシール部材が設けられ、
   該シール部材の前記シリンダに摺接する摺接面側の断面形状が円弧状になっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシリンダ装置。
9. 筒状のシリンダと、該シリンダ内を揺動しながら往復動するピストンと、前記シリンダ内にガスを吸入する吸入弁と、前記シリンダ内からガスを吐出する吐出弁とを有する揺動式の圧縮機であって、
   前記シリンダの断面形状は、前記ピストンの上死点と下死点とにおいては該ピストンと同形状とし、前記ピストンの上死点と下死点との間においては、前記ピストンの外周の揺動軌跡に沿った形状としたことを特徴とする圧縮機。
10. 前記シリンダは、前記ピストンの揺動方向の長さが、前記上死点と前記下死点との間の中央部が最も短いことを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
11. 前記シリンダは、前記中央部およびその軸線方向両側が断面曲線状に繋がっていることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
12. 前記シリンダは、前記中央部に前記曲線の変曲点があることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
13. 前記シリンダは、前記中央部およびその軸線方向両側が断面直線状に繋がっていることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
14. 前記シリンダは、前記上死点を含む上死点側端部と前記下死点を含む下死点側端部とに前記揺動方向の長さが変わらない部分を有することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の圧縮機。
15. 前記シリンダは、前記中央部に前記揺動方向の長さが変わらない部分を有することを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の圧縮機。
16. 前記ピストンには前記シリンダに摺接するシール部材が設けられ、
    該シール部材の前記シリンダに摺接する摺接面側の断面形状が円弧状になっていることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の圧縮機。
17. 筒状のシリンダ内を円形のピストンが揺動しながら往復動するシリンダ装置の製造方法であって、
    前記シリンダの内周加工用の切削部材を前記シリンダに対し相対回転させ、さらに、前記切削部材を前記シリンダの軸線方向に相対移動させながら、前記切削部材を前記シリンダに対し相対的に揺動させて、前記シリンダを切削加工することを特徴とするシリンダ装置の製造方法。
18. 前記切削部材を前記シリンダに対して回転させることを特徴とする請求項１７に記載のシリンダ装置の製造方法。
19. 前記切削部材を前記シリンダに対して軸線方向に移動させながら揺動させることを特徴とする請求項１８に記載のシリンダ装置の製造方法。
20. 前記シリンダを前記切削部材に対して回転させることを特徴とする請求項１７に記載のシリンダ装置の製造方法。
21. 前記シリンダを前記切削部材に対して軸線方向に移動させながら揺動させることを特徴とする請求項１８または２０に記載のシリンダ装置の製造方法。

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