JP2015166580A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンがシリンダボア内を往復動する際にピストンの全周面にオイルを行き渡らせることのできる圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダボア２は、円筒形状の内周面４１と、バルブプレート６の前面の一部から構成される円形状の底面４２とから構成されている。底面４２には、吐出ポート１９の開口面１９ａが形成されている。底面４２の周方向に沿って、底面４２からピストン１６とは反対側に向かって窪んだ円環状の溝部６３が形成されている。溝部６３は、最も深い部分６３ａと、内周面４１に連続して延びて最も深い部分６３ａに達する円柱形状の外周側面６３ｂと、最も深い部分６３ａからシリンダボア２の半径方向内側に向かって深さが浅くなる円錐台形状の内周側面６３ｃとを有している。【選択図】図２

Description

この発明は、圧縮機に係り、特に、ピストンを有する圧縮機に関する。

往復動するピストンによってガスを加圧する従来の圧縮機は、ピストンが往復動する円筒形状のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、吸入室及び吐出室が形成されたリアハウジングとを備えている。シリンダブロックとリアハウジングとの間にはバルブプレート及びガスケットが設けられ、バルブプレート及びガスケットを介して、シリンダボアと吸入室及び吐出室とが連通されている。しかしながら、この構成では、部品点数が多くなることから、部品点数の低減を目的に、バルブプレートとシリンダブロックとを一体化することが検討されている。特許文献１には、バルブプレートとシリンダブロックとを一体化した圧縮機が記載されている。

特開平８−１２１３３０号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載の圧縮機では、シリンダボアの円筒形状の内周面と、吐出室と連通する穴が形成された底面とが垂直に接続されることになる。このような形状では、シリンダボア内のオイルは、底面全体に一様には分布せず、底面の一部分に局所的に偏る可能性がある。そうすると、ピストンがシリンダボア内を往復動する際にピストンとシリンダボアの内壁との間に引き込まれるオイルが、ピストンの全周面には行き渡らないおそれがあるといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ピストンがシリンダボア内を往復動する際にピストンの全周面にオイルを行き渡らせることのできる圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係る圧縮機は、円筒状のピストンと、ダイカスト成形され、ピストンを収容する有底円筒状のシリンダボアを有するシリンダブロックと、内部に吐出室が形成されてシリンダブロックに結合されるハウジングとを備え、シリンダボアは、ピストンの外周部と摺接する部分を有する内周面と、ピストンの先端部と対向するとともに吐出ポートが形成される底面とを備え、シリンダボア内には、ピストンと内周面と底面とから圧縮室が区画され、圧縮室と吐出室とを吐出ポートを介して連通する圧縮機において、内周面及び底面は、切削加工された加工面であり、圧縮室には、内周面と底面との間に、底面の周方向に沿って加工溝が凹設されることにより拡張空間が形成されており、拡張空間は、ピストンを潤滑するオイルを保持する。
溝部は、底面からピストンとは反対側に向かって窪んでいてもよい。
溝部は、内周面からシリンダボアの外側に向かって窪んでいてもよい。

この発明によれば、底面の周方向に沿って形成された拡張空間にオイルが溜ることにより、底面の全周に渡ってオイルが滞留するので、ピストンがシリンダボア内を往復動する際にピストンの全周面にオイルを行き渡らせることができる。

この発明の実施の形態１に係る圧縮機の断面図である。 この実施の形態１に係る圧縮機のシリンダブロックに形成されたシリンダボアの断面図である。 この実施の形態１に係る圧縮機のシリンダブロックに形成されたシリンダボアを形成する手順を説明するための図である。 この実施の形態２に係る圧縮機のシリンダブロックに形成されたシリンダボアの断面図である。 この実施の形態２に係る圧縮機のシリンダブロックに形成されたシリンダボアを形成する手順を説明するための図である。 この実施の形態１及び２に係る圧縮機の変形例のシリンダブロックに形成されたシリンダボアの断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る圧縮機の断面図を図１に示す。斜板式圧縮機１は、複数のシリンダボア２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の前端に接合するように設けられたフロントハウジング４と、シリンダブロック３の後端に接続するように設けられたリアハウジング５とを備えている。シリンダブロック３とリアハウジング５との間にはバルブプレート６が設けられ、バルブプレート６は、シリンダブロック３に一体的に形成されている。シリンダブロック３とフロントハウジング４はダイカスト成形される。シリンダボア２は、内周面４１と底面４２とを備えて有底円筒形状を有している。

フロントハウジング４内のクランク室７には、駆動軸８が、フロントハウジング４及びシリンダブロック３の軸孔３ｂに挿入されて回転可能に設けられている。駆動軸８にはロータ９が設けられ、ロータ９の後面側から延びるように設けられた支持アーム１０の先端部には、長孔１０ａが形成されている。長孔１０ａにはピン１０ｂがスライド可能に挿入されており、ピン１０ｂには斜板１３が傾動可能に連結されている。

ロータ９の後端に隣接するようにして駆動軸８上にスリーブ１１が設けられ、スリーブ１１は、コイルばね１２により常にロータ９側へ押しつけられている。スリーブ１１の左右両側に突出するように設けられた枢軸１１ａ（一方のみを図示）が斜板１３の図示しない係合孔に挿入されて、斜板１３が枢軸１１ａの周りを揺動するようになっている。斜板１３の後面側には、揺動板１４がスラスト軸受等を介して支持され、揺動板１４は、図示しない切り欠きにより自転が拘束されるようになっている。また、揺動板１４には複数のコンロッド１５が連結され、各コンロッド１５は、各シリンダボア２に内挿される円筒状のピストン１６と連結されている。後述するように、シリンダボア２の内周面は切削され、ピストン１６と全周にわたって摺接可能になっている。

このような構成により、駆動軸８の回転運動がロータ９及び斜板１３を介して揺動板１４の前後方向の揺動に変換され、各ピストン１６が各シリンダボア２内を往復動すると共に、クランク室７内の圧力と吸入圧力との差圧に応じてピストン１６のストローク及び揺動板１４の駆動軸８に対する角度が変化するようになっている。尚、シリンダボア２の内周面４１及び底面４２とピストン１６とから圧縮室２４が区画される。

リアハウジング５には、後端面に開口すると共にシリンダブロック３の軸孔３ｂと連通する吸入室１７が設けられており、吸入室１７の周りに、吐出室１８が形成されている。シリンダブロック３と一体成形されたバルブプレート６には、各圧縮室２４と連通する吐出ポート１９が形成され、各吐出ポート１９の吐出室１８側には、吐出弁２０及びリテーナ２１が設けられている。吐出室１８と吐出ポート１９は、吐出弁２０の開弁により、連通可能となっている。

シリンダブロック３には、各圧縮室２４と軸孔３ｂとを連通する連通路２２が形成されており、軸孔３ｂ内に挿入されている円筒状の回転弁３０が、口金２３を介して駆動軸８の内端８ａと結合されている。回転弁３０は、各連通路２２と吸入室１７とを順次連通する吸入通路３２を備えている。

図２に示されるように、シリンダボア２は、円筒形状の内周面４１と、バルブプレート６の前面の一部から構成される円形状の底面４２とから構成されている。底面４２には、吐出ポート１９の開口面１９ａが形成されている。底面４２の周方向に沿って、底面４２からピストン１６とは反対側に向かって窪んだ円環状の加工溝である溝部６３が凹設されている。溝部６３により拡張空間６４が形成される。溝部６３は、最も深い部分６３ａと、内周面４１に連続して延びて最も深い部分６３ａに達する円柱形状の外周側面６３ｂと、最も深い部分６３ａからシリンダボア２の半径方向内側に向かって深さが浅くなる円錐台形状の内周側面６３ｃとを有している。尚、図４において、溝部６３は誇張して描かれており、溝部６３の実際の深さはおおよそ数十μｍｍ未満である。

ピストン１６は、シリンダボア２の内周面４１に摺接する円筒形状の外周部５１と、シリンダボア２の底面４２に対向する頂部５２と、外周部５１と頂部５２とをつなぐ面取り部５３とを備えている。頂部５２と面取り部５３は、ピストン１６の先端部である。頂部５２が底面４２に最も近づいた時、つまり上死点位置にある時に、底面４２と対向するピストン１６の先端部は、内周面４１に摺接することなく、溝部６３に臨んでいる。このとき、面取り部５３は溝部６３に対向するようになっている。尚、頂部５２が底面４２に最も近づいた時でも、両者の間には極僅かの隙間が形成されるようになっている。

斜板式圧縮機１が稼働して各ピストン１６が各シリンダボア２内を往復動する際、シリンダボア２内に存在するオイルが、ピストン１６とシリンダボア２の内周面４１との間に引き込まれ、ピストン１６を潤滑する。シリンダボア２内に存在するオイルは、溝部６３に滞留する。すなわち、溝部６３はオイルを保持可能である。溝部６３は、底面４２の周方向に沿って形成されているので、底面４２の全周に渡ってオイルが滞留することになる。そうすると、溝部６３からピストン１６とシリンダボア２の内周面４１との間に引き込まれるオイルは、ピストン１６の全周面に行き渡ることになり、ピストン１６の全周面と、ピストン１６と摺接するシリンダボア２の内周面４１とが潤滑される。

次に、この発明の実施の形態１に係る圧縮機のシリンダブロック３にシリンダボア２を形成する方法を、図３に基づいて説明する。
図３（ａ）に示されるように、シリンダブロック３をダイカスト成形する際に、シリンダボア２の原型となる円筒穴２’が形成される。円筒穴２’の内周面４１’及び底面４２’はそれぞれ、ダイカスト成形によって形成されたままの鋳肌面である。

続いて、図示しない切削工具で内周面４１’を切削加工する。この際、切削工具には、底面４２’に接する先端が例えば三角形の断面形状を有するものを使用することにより、切削工具の先端と底面４２’との接触面積をできるだけ小さくすることが好ましい。このような切削工具を使用して、内周面４１’を切削加工すると同時に、内周面４１’と底面４２’との間に、底面４２’の周方向に沿って、底面４２’に対して円環状の窪みを形成する。その結果、図５（ｂ）に示されるように、加工面である内周面４１と鋳肌面である底面４２’との間には、底面４２’の周方向に沿って、底面４２’に対して窪んだ円環状の溝部６３が形成される。三角形の断面形状を有する先端を備えた切削工具を用いることにより、溝部６３は、最も深い部分６３ａと、外周側面６３ｂと、内周側面６３ｃとからなる構成を有するようになる。尚、切削工具の先端と底面４２’との接触面積が小さいので、内周面４１’を切削加工すると同時に溝部６３を形成しても、切削工具の振動が抑えられ、シリンダボア内径の加工精度の悪化も抑制できる。最後に、底面４２’を切削加工することにより、図５（ｃ）に示されるように、加工面である底面４２が得られ、シリンダボア２が形成される。

このように、底面４２の周方向に沿って形成された溝部６３にオイルが溜ることにより、底面４２の全周に渡ってオイルが滞留するので、ピストン１６がシリンダボア２内を往復動する際にピストン１６の全周面にオイルを行き渡らせることができる。
また、溝部６３により拡張空間６４が形成されることから、ピストン１６が上死点に達した時の圧縮室２４のデッドボリュームが、拡張空間６４の体積分だけ大きくなるが、底面４２を加工面としていることにより、底面４２の表面粗さを小さくしてトップクリアランスの精度を向上させ、ピストン１６をより底面に接近させることが可能であり、デッドボリュームを小さく設定し、体積効率の低下を抑制することができる。

この実施の形態１では、溝部６３が、内周面に沿って最も深い部分６３ａに達する円柱形状の外周側面６３ｂと、最も深い部分６３ａからシリンダボア２の半径方向内側に向かって深さが浅くなる円錐台形状の内周側面６３ｃとを有する溝部６３であったが、この形態に限定するものではない。内周面４１からシリンダボア２の半径方向内側に向かって深さが深くなる円錐台形状の外周側面と、最も深い部分６３ａから内周面４１に平行に延びる円柱形状の内周側面とを有する溝部であってもよい。また、内周面４１を切削すると同時に溝部を形成する際に、切削工具の振動を抑えることができれば、溝部の形状はどのようなものであってもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る圧縮機の構成を示す。尚、実施の形態２において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る圧縮機は、実施の形態１に対して、底面４２の周方向に沿って凹設された加工溝の形態を変更したものある。図４に示されるように、底面４２の周方向に沿って、内周面４１からシリンダボア２の外側に向かって窪んだ加工溝である溝部７３が設けられており、溝部７３により拡張空間７４が形成される。その他の構成は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態２において、オイルは、内周面４１からシリンダボア２の外側に向かって窪んだ溝部７３に滞留する。すなわち、溝部７３はオイルを保持可能である。溝部７３は、底面４２の周方向に沿って形成されているので、底面４２の全周に渡ってオイルが滞留することになる。そうすると、溝部７３からピストン１６とシリンダボア２の内周面４１との間に引き込まれるオイルは、ピストン１６の全周面に行き渡ることになり、ピストン１６の全周面と、ピストン１６と摺接するシリンダボア２の内周面４１とが潤滑される。

次に、この発明の実施の形態２に係る圧縮機のシリンダブロック３にシリンダボア２を形成する方法を、図５に基づいて説明する。
図５（ａ）に示されるように、シリンダボア２の原型となる円筒穴２’を有するシリンダブロック３をダイカスト成形するまでは、実施の形態１と同じである。したがって、円筒穴２’の内周面４１’及び底面４２’はそれぞれ、ダイカスト成形によって形成されたままの鋳肌面である。

続いて、図５（ｂ）に示されるように、図示しない切削工具で、底面４２’との接続部分付近に、内周面４１に対してシリンダボア２の外側に向かって窪んだ溝部７３を形成する。この際、溝部７３を形成するのと同時に、底面４２’が切削加工されて、加工面である底面４２が形成される。最後に、内周面４１’を切削加工して、図５（ｃ）に示されるように、加工面である内周面４１が得られ、シリンダボア２が形成される。内周面４１の切削加工は、溝部７３よりも上側のみで済むので、内周面４１を切削加工する際、底面４２を切削することはなく、切削加工時の切削工具の振動が抑えられ、シリンダボア２の内径の加工精度の悪化を抑制することできる。

このように、底面４２の周方向に沿って形成された溝部７３にオイルが溜ることにより、底面４２の全周に渡ってオイルが滞留するので、ピストン１６がシリンダボア２内を往復動する際にピストン１６の全周面にオイルを行き渡らせることができる。
また、溝部７３により拡張空間７４が形成されることから、ピストン１６が上死点に達した時の圧縮室２４のデッドボリュームについても、実施の形態１と同じ理由で、デッドボリュームを小さく設定し、体積効率の低下を抑制することができる。

実施の形態１及び２では、斜板式圧縮機１について説明を行ったが、斜板式圧縮機に限定するものではない。ピストンを往復動することによってガスを圧縮する形態の圧縮機であれば、どのようなタイプの圧縮機であってもよい。
また、斜板式圧縮機１は、コンロッド１５と揺動板１４によって、ピストン１６と斜板１３をつなげているが、シューによってピストン１６と斜板１３をつなげてもよい。

実施の形態１では、溝部６３が底面４２からピストン１６とは反対側に向かって窪んでおり、実施の形態２では、溝部７３が内周面４１からシリンダボア２の外側に向かって窪んでいたが、これらの形態に限定するものではない。図６に示されるように、シリンダボア２の深さ方向に対して斜めに形成され、底面４２からピストン１６とは反対側に向かって窪むとともに内周面４１からシリンダボア２の外側に向かって窪んだ溝部８３であってもよい。

１ 斜板式圧縮機（圧縮機）、２ シリンダボア、３ シリンダブロック、５ リアハウジング（ハウジング）、１６ ピストン、１８ 吐出室、１９ 吐出ポート、２４ 圧縮室、４１ 内周面、４２ 底面、５１ 外周部、５２ 頂部（ピストンの先端部）、５３ 面取り部（ピストンの先端部）、６３，７３，８３ 溝部（加工溝）、６４，７４ 拡張空間。

Claims (3)

1. 円筒状のピストンと、
   ダイカスト成形され、前記ピストンを収容する有底円筒状のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
   内部に吐出室が形成されて前記シリンダブロックに結合されるハウジングと
   を備え、
   前記シリンダボアは、前記ピストンの外周部と摺接する部分を有する内周面と、前記ピストンの先端部と対向するとともに吐出ポートが形成される底面とを備え、
   前記シリンダボア内には、前記ピストンと前記内周面と前記底面とから圧縮室が区画され、該圧縮室と前記吐出室とを前記吐出ポートを介して連通する圧縮機において、
   前記内周面及び前記底面は、切削加工された加工面であり、
   前記圧縮室には、前記内周面と前記底面との間に、該底面の周方向に沿って加工溝が凹設されることにより拡張空間が形成されており、該拡張空間は、前記ピストンを潤滑するオイルを保持することを特徴とする圧縮機。
2. 前記溝部は、前記底面から前記ピストンとは反対側に向かって窪んでいる、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記溝部は、前記内周面から前記シリンダボアの外側に向かって窪んでいる、請求項１に記載の圧縮機。

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