JP3517938B2 - 往復動型圧縮機における冷媒ガス吸入構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動軸の周囲に配列さ
れた複数のシリンダボア内にピストンを収容すると共
に、駆動軸の回転に連動してピストンを往復動させる往
復動型圧縮機における冷媒ガス吸入構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平５−７１４６７号公
報記載の斜板式圧縮機のように、シリンダブロックに駆
動軸と平行に形成された複数のシリンダボア内で各ピス
トンが往復動することにより、冷媒ガスの圧縮を行う往
復動型圧縮機が知られている。この種の圧縮機では、シ
リンダブロックの中心軸孔内に駆動軸が嵌挿支承され、
各ピストンはこの駆動軸と共同するクランク室内の斜板
に連係されて各シリンダボア内を直動する。シリンダブ
ロックの端面には、弁板を介してハウジングが接合さ
れ、このハウジングにはシリンダボア内でピストンによ
って圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出室が形成され
ている。また、シリンダブロック内の各シリンダボアと
中心軸孔との間には、各シリンダボアと中心軸孔とを放
射状に連通する導通路が形成されている。導通路はシリ
ンダブロックの端面に形成された溝部に弁板を接合する
ことによって構成されているため、シリンダボア内を移
動するピストンの上死点付近に開口するように設けられ
ている。また、駆動軸にはその回転に同期して回転を行
うロータリバルブが結合されている。ロータリバルブに
は、吸入行程中のシリンダボアと結ばれた導通路と中心
軸孔内の吸入室とを順次連通する吸入通路が形成されて
いる。そして、駆動軸と同期してロータリバルブが回転
することにより、ピストンが吸入行程にある間、吸入室
の冷媒ガスが順次吸入通路及び導通路を経て各シリンダ
ボア内に吸入される。また、シリンダボア内から吐出室
への冷媒ガスの吐出は、ピストンの上死点位置への移動
により、弁板に形成された吐出ポートと、この吐出ポー
トの吐出室側に設けられてシリンダボア内の圧力に応じ
て吐出ポートを開放する吐出弁とを介して行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の圧縮機では、導通路がシリンダボア内の上死点付近
で開口しているため、ピストンの圧縮行程の終了間際の
ガス、つまりより高圧のガスが導通路に閉じ込められる
こととなり、残留ガス量が増大する。このような残留ガ
スは、ピストンの下死点位置への退動に伴って再膨張す
るため、吸入室からシリンダボア内への冷媒ガス吸入量
の減少を招くことになり、体積効率を悪化させる。

【０００４】そこで、シリンダボア内において、導通路
を上死点側から下死点側に若干ずらした位置に開口する
ことによって、残留ガスの減少を図ることが考えられ
る。この場合、導通路はシリンダブロック内において成
形されることになるため、ロータリバルブの吸入通路に
連通する孔部を成形する必要が生じる。そして、加工を
容易にならしめるため、導通路の孔部はドリル等を以て
成形され、その断面及び開口面は円形状に成形されるこ
とになる。このように、導通路の開口面が円形状になっ
ている場合は、ピストンの下死点位置への退動に伴っ
て、導通路の開口面積は徐々に大きくなる。

【０００５】そのため、図７に実線（点線と実線で囲ま
れる面積）で示すように、開口面積が変化する区間Ａに
おいて、顕著な吸入圧損を確認することができる。これ
は、吸入行程における初期の開口面積が狭いために、導
通路において絞りが生じるためであると考えられる。そ
のため、吸入行程におけるピストンには、絞りによる駆
動抵抗が生じることにより、大きな駆動力が要求される
ことになり、圧縮機の動力損失の原因になるものと考え
られる。その解決策として、シリンダボア側の開口面の
開口面積を大きくすることが考えられる。しかし、単純
に導通路の開口面積を大きくすると、シリンダブロック
内のデッドボリュームの増大を招いてしまう。このデッ
ドボリュームの増大は、上述した残留ガス量の増加を促
すことになってしまい、吸入室からシリンダボア内への
冷媒ガス吸入量の減少を招くことになり、体積効率を悪
化させてしまうという問題がある。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は吸入行程において速やか
でかつ安定した冷媒ガス吸入を達成することにより、吸
入圧損による駆動力の負荷を軽減することができる往復
動型圧縮機における冷媒ガス吸入構造を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、シリンダブロックに対し
駆動軸を取り巻くように配列された複数のシリンダボア
内にピストンを収容すると共に、前記駆動軸の回転に連
動して前記ピストンを往復動させることにより、吸入路
から冷媒ガスをシリンダボア内に区画される圧縮室へ吸
入し、圧縮された冷媒ガスを吐出室へ吐出するように構
成した往復動型圧縮機において、前記シリンダブロック
内に設けられ、前記駆動軸と同軸上に位置する収容孔
と、該収容孔に摺接嵌合され、前記駆動軸に対し同期回
転可能に支持されると共に、前記吸入路から吸入行程中
の前記圧縮室へ冷媒ガスを吸入するための吸入通路が形
成されたロータリバルブと、前記収容孔と前記圧縮室と
を連通すると共に、前記ピストンが上死点に到達する前
に該ピストンの外周面により閉鎖される位置に配設さ
れ、且つ上死点側端部の軸方向に対する直交方向の幅が
下死点側の該幅以上に形成された開口面を有する導通路
とを備えたことをその要旨とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、前記開口面における前記幅は、上死点側
より下死点側が短くなるように形成されていることをそ
の要旨とする。

【０００９】

【作用】上記構成を採用したことにより、請求項１、２
に記載の発明では、ロータリバルブに形成した吸入通路
の出口は該ロータリバルブの回転に伴って複数の導通路
に順次連通する。このため、吸入路と圧縮室は吸入通路
及び導通路を通して順次連通される。この連通は各圧縮
室に対するピストンの吸入動作に同期して行われる。吸
入通路と圧縮室とが連通している時に、ピストンが下死
点側へ向かい、圧縮室の圧力が吸入通路の圧力（吸入圧
力）以下まで低下していく。この圧力低下により吸入路
の冷媒ガスが吸入通路及び導通路を介して圧縮室へ流入
する。

【００１０】ピストンが上死点側から下死点側に向かう
吸入行程において、吸入通路と連通する導通路の圧縮室
側の開口面積はピストンの退動に伴って増加する。その
開口面積が増加する初期の段階において、導通路の圧縮
室側の開口面は、充分に開口された状態となる。そのた
め、導通路内の冷媒ガスは、ほとんど絞りを受けること
がなく、ピストンの退動による吸入負圧により圧縮室内
に円滑に流入される。

【００１１】冷媒ガスの吐出動作時には、吸入通路と圧
縮行程中の圧縮室との連通は、ロータリバルブの外周面
によって遮断される。そのため、圧縮室内に吸入された
ガスは圧縮され、ピストンの移動に伴って圧力が上昇す
る。そして、圧縮ガスの圧力が最大となる上死点にピス
トンが到達する前に吸入通路と圧縮室とを連通する導通
路の圧縮室側の開口面がピストンの外周面により閉鎖さ
れる。そして、圧縮室の冷媒ガスは、設定圧以上になる
と吐出室へ吐出される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図５に基づいて説明する。図２に示すように、接合され
た前後一対のシリンダブロック１、２の中心部には収容
孔１ａ，２ａが貫設されている。又、シリンダブロック
１、２の端面にはフロントハウジング３及びリアハウジ
ング４がバルブプレート５、６を介して接合されてい
る。バルブプレート５、６には支持孔５ａ、６ａが貫設
されている。支持孔５ａ、６ａの周縁には環状の位置決
め突起５ｂ、６ｂがシリンダブロック１、２側に向けて
突設されており、位置決め突起５ｂ、６ｂは収容孔１
ａ，２ａに嵌挿されている。シリンダブロック１、２、
バルブプレート５、６及び両ハウジング３、４にはピン
７、８が挿通されており、シリンダブロック１、２に対
するバルブプレート５、６及び両ハウジング３、４の回
動がピン７、８により阻止されている。シリンダブロッ
ク１、バルブプレート５及びフロントハウジング３はボ
ルト９により、又、シリンダブロック２、バルブプレー
ト６及びリアハウジング４はボルト１０によって締付固
定されている。

【００１３】バルブプレート５、６の支持孔５ａ、６ａ
には駆動軸１１が円錐コロ軸受け１２、１３を介して回
転可能に支持されている。駆動軸１１に対するラジアル
方向の荷重及びスラスト方向の荷重は、該円錐コロ軸受
け１２、１３によって受け止められる。フロントハウジ
ング３と円錐コロ軸受け１２との間には、予荷重付与バ
ネ１４が介在されている。駆動軸１１にはボルト９の締
付力による該予荷重付与バネ１４の撓み変形により、円
錐コロ軸受け１２を介してスラスト方向の予荷重が与え
られている。バルブプレート５、６と駆動軸１１との間
にはシールリング１５、１６が介在されている。駆動軸
１１には斜板１７が固定支持されている。吸入路として
の斜板室１８を形成するシリンダブロック１、２には導
入口１９が形成されており、導入口１９には図示しない
外部吸入冷媒ガス管路が接続されている。

【００１４】図３及び図４に示すように駆動軸１１を中
心とする等間隔角度位置には複数のシリンダボア２０、
２１が形成されている。図２に示すように前後で対とな
るシリンダボア２０、２１（本実施例では５対）内には
両頭ピストン２２が往復動可能に収容されている。両頭
ピストン２２と斜板１７の前後両面との間には半球状の
シュー２３、２４が介在されている。従って、斜板１７
の回転はシュー２３、２４を介することによって両頭ピ
ストン２２のシリンダボア２０、２１内においての往復
動作に変換される。

【００１５】一方、両ハウジング３、４内には吐出室２
５、２６が形成されている。両頭ピストン２２によりシ
リンダボア２０、２１内に区画される圧縮室Ｐａ、Ｐｂ
はバルブプレート５、６上の吐出ポート５ｃ、６ｃを介
して吐出室２５、２６に接続されている。吐出ポート５
ｃ、６ｃはフラッパ弁型の吐出弁２７、２８により開閉
される。吐出弁２７、２８の開度はリテーナ２９、３０
により規制される。吐出弁２７、２８及びリテーナ２
９、３０は図示しないボルトによりバルブプレート５、
６上に締付固定されている。吐出室２５は排出通路３１
を介して図示しない外部吐出冷媒ガス管路に連通してい
る。

【００１６】駆動軸１１の一端はフロントハウジング３
から外部に突出しており、他端はリアハウジング４側の
吐出室２６内に突出している。駆動軸１１の軸心部には
吐出通路３２が形成されている。吐出通路３２は吐出室
２６に開口している。フロントハウジング３側の吐出室
２５によって包囲される駆動軸１１の周面部位には導出
口３３が形成されており、吐出室２５と吐出通路３２と
が導出口３３によって連通されている。従って、前後の
吐出室２５、２６は吐出通路３２によって連通されるこ
とになり、吐出室２６の冷媒ガスは吐出通路３２から吐
出室２５へと流入する。

【００１７】斜板室１８の周辺は吸入圧領域であり、吐
出室２５、２６は吐出圧領域である。そのため、吐出室
２５、２６の吐出冷媒ガスが収容孔１ａ、２ａ側へ洩れ
ようとするが、この漏洩はシールリング１５、１６によ
って阻止される。

【００１８】３４は駆動軸１１の周面に沿った吐出室２
５から圧縮機外部への冷媒ガス漏洩を防止するリップシ
ールである。駆動軸１１上には、テーパ形状を有したロ
ータリバルブ３５、３６が該駆動軸１１に嵌入支承され
ている。ロータリバルブ３５、３６には駆動軸１１に止
着されたキー３７、３８に係合するキー溝３５ｄ、３６
ｄが設けられている。ロータリバルブ３５、３６は駆動
軸１１と図３、４の矢印Ｑ方向へ一体回転可能に、且つ
軸線方向にスライド可能に収容孔１ａ、２ａ内に収容さ
れている。

【００１９】収容孔１ａ、２ａはテーパ形状を有してお
り、それぞれ斜板室１８側に向かうにつれて拡径となっ
ている。そして、ロータリバルブ３５、３６は、その周
面３５ａ、３６ａが収容孔１ａ、２ａの内周面に当接さ
れるように嵌合挿入されている。即ち、ロータリバルブ
３５の小径端部３５ｂは吐出室２５側を向き、ロータリ
バルブ３５の大径端部３５ｃは斜板室１８側を向いてい
る。又、ロータリバルブ３６の小径端部３６ｂは吐出室
２６側を向き、ロータリバルブ３６の大径端部３６ｃは
斜板室１８側を向いている。

【００２０】ロータリバルブ３５、３６の大径端部３５
ｃ、３６ｃには、斜板室１８に開口する凹部３５ｅ、３
６ｅが形成され、該凹部３５ｅ、３６ｅの底壁と斜板１
７との間にはシール力付与バネ３９、４０が介在されて
いる。そして、そのシール力付与バネ３９、４０はロー
タリバルブ３５、３６を大径端部３５ｃ、３６ｃ側から
小径端部３５ｂ、３６ｂ側へと付勢している。そのた
め、周面３５ａ、３６ａはシール力付与バネ３９、４０
のバネ力によって収容孔１ａ、２ａの内周面に密接する
ことになる。

【００２１】又、ロータリバルブ３５、３６には吸入通
路４１、４２が形成されている。吸入通路４１、４２の
入口４１ａ、４２ａは凹部３５ｅ、３６ｅに向けて開口
しており、吸入通路４１、４２の出口４１ｂ、４２ｂは
ロータリバルブ３５、３６の周面３５ａ、３６ａ上に開
口している。ロータリバルブ３５、３６の周面３５ａ、
３６ａ上には、吸入通路４１、４２に接続された案内溝
４３、４４が周方向に沿って設けられている。

【００２２】さて、図３に示すように、ロータリバルブ
３５を収容する収容孔１ａの内周面には、シリンダボア
２０と同数の導通路４５が等間隔角度位置に配列形成さ
れている。導通路４５とシリンダボア２０とは一対一で
常に連通しており、各導通路４５は、吸入通路４１の出
口４１ｂの周回領域内に接続されている。

【００２３】同様に、図４に示すようにロータリバルブ
３６を収容する収容孔２ａの内周面には、シリンダボア
２１と同数の導通路４６が等間隔角度位置に配列形成さ
れている。導通路４６とシリンダボア２１とは一対一で
常に連通しており、各導通路４６は、吸入通路４２の出
口４２ｂの周回領域内に接続されている。

【００２４】図１に示すように、導通路４５のシリンダ
ボア２０側の開口面４５ａは、略Ｔ字形をしており、下
死点側の開口部４５ｂ面積に対して上死点側の開口部４
５ｃ面積が大きくなる形状に形成されている。上死点側
の開口部４５ｃは、上死点側端部４５ｄ及び下死点側端
部４５ｅと軸方向に延びる側端部４５ｆとによって略長
方形に構成されている。又、下死点側の開口部４５ｂ
は、下死点側端部４５ｅ及び下死点側端部４５ｇと軸方
向に延びる側端部４５ｈとによって構成され、上記開口
部４５ｃと共に連続した開口面を形成している。開口面
４５ａの上死点側端部４５ｄは上死点から所定距離Ｌ離
れた位置に設定されており、上死点側端部４５ｄ、下死
点側端部４５ｅ及び下死点側端部４５ｇが両頭ピストン
２２の端面２２ａに対して平行になるように形成されて
いる。そして、導通路４５の開口面４５ａの面積は、シ
リンダボア２０内で必要とされる吸入ガス量に応じた安
定したガス吸入を可能とする値に設定されている。又、
各シリンダボア２０、２１についての導通路４５、４６
も前記と同形状の開口面を備えている。

【００２５】次に、上記構成の往復動型圧縮機における
冷媒ガス吸入構造の作用について説明する。斜板室１８
内に供給された冷媒ガスは、圧縮室Ｐａ、Ｐｂ内の圧力
が斜板室１８内の圧力を下回ると吸入通路４１、４２及
び案内溝４３、４４と連通状態にある導通路４５、４６
を介して圧縮室Ｐａ、Ｐｂに吸入される。

【００２６】図２、図３及び図４に示す状態では両頭ピ
ストン２２は一方のシリンダボア２０に対して上死点位
置にあり、他方のシリンダボア２１に対して下死点位置
にある。両頭ピストン２２がシリンダボア２０に対して
上死点位置から下死点位置に向かう吸入行程に入ったと
きには、吸入通路４１はシリンダボア２０の圧縮室Ｐａ
に連通する。この連通により斜板室１８内の冷媒ガスが
吸入通路４１及び案内溝４３、導通路４５を経由してシ
リンダボア２０の圧縮室Ｐａに吸入される。

【００２７】一方、両頭ピストン２２がシリンダボア２
１に対して下死点位置から上死点位置に向かう圧縮行程
に入ったときには吸入通路４２及び案内溝４４はシリン
ダボア２１の圧縮室Ｐｂとの連通を遮断される。この連
通遮断によりシリンダボア２１の圧縮室Ｐｂ内の冷媒ガ
スは両頭ピストン２２の移動に伴って圧縮され、所定圧
力まで圧縮されると吐出弁２８を押し退けつつ吐出ポー
ト６ｃから吐出室２６に吐出される。

【００２８】このような冷媒ガスの吸入及び吐出は他の
シリンダボア２０、２１の圧縮室Ｐａ、Ｐｂにおいても
同様に行われる。上記吸入行程において、両頭ピストン
２２の退動が進み、両頭ピストン２２の端面２２ａが導
通路４５、４６の開口部４５ａにさしかかると、冷媒ガ
スは広く開口した開口部４５ｃを介して圧縮室Ｐａ，Ｐ
ｂ内に円滑に流入される。このとき、図５に実線で示す
ように、初期の開口面の面積は、２点鎖線で示す断面円
形状の導通路に比較して充分に広い状態に設定されてい
るので、各シリンダボア２０、２１では、冷媒ガスの吸
入動作が速やかに、且つ安定して継続されることにな
る。その結果、斜板室１８から圧縮室Ｐａ、Ｐｂに到る
冷媒ガス流路における流路抵抗、即ち吸入抵抗を軽減す
ることができ、図７に２点鎖線（点線と２点鎖線で囲ま
れる面積）で示すように、吸入における圧力損失を極め
て小さく抑えることができる。

【００２９】以上詳述したように、本実施例の往復動型
圧縮機における冷媒ガス吸入構造によれば、斜板室１８
から圧縮室Ｐａ、Ｐｂに到る冷媒ガス流路における吸入
抵抗を軽減できるため、両頭ピストン２２の駆動を円滑
に行うことが可能になる。従って、駆動軸の駆動力に
は、過度の抵抗が作用しないため、吸入行程において消
費される動力の損失の軽減を図ることができる。又、導
通路４５、４６の開口面４５ａの面積は、下死点側に対
して上死点側の方が、大きく形成されているため、同面
積の円形状開口面に対して軸方向の長さを短くすること
ができる。従って、吸入行程において必要とされている
冷媒ガスを早期に圧縮室Ｐａ，Ｐｂ内に吸入することが
できる。

【００３０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次のよ
うに構成することもできる。 （１） 上記実施例では、導通路４５、４６の開口面４
５ａを略Ｔ字形に形成したが、これに限定されることは
なく、例えば、図６の（ａ）、（ｂ）に示すような開口
面を持つ導通路４５、４６としてもよい。又、開口面を
略正方形や、略長方形に形成しても同様の効果を得るこ
とができる。略長方形の場合には、軸方向に短辺がくる
ように形成することが好ましく、短辺の長さは冷媒ガス
の粘性抵抗による吸入ガスの平均流速を考慮して所定の
長さにする。

【００３１】（２） 導通路４５、４６の断面形状は吸
入通路４１、４２側の開口面から圧縮室Ｐａ、Ｐｂ側の
開口面までにおいて、一定でも、途中で変更されていて
もどちらでもよい。

【００３２】（３） 上記実施例では、斜板式両頭ピス
トン圧縮機に本発明を具体化したが、斜板式片側ピスト
ン圧縮機、可変容量型斜板式圧縮機、揺動斜板式圧縮
機、或いは特開平５−０２６１５８公報に開示されたよ
うなウェーブプレート式圧縮機等に具体化してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１、２に記載
の発明によれば、導通路の圧縮室側の開口面の形状をデ
ッドボリュームを増やすことなく、ピストンの退動初期
の開口面積が大きくなるように形成したことにより、吸
入行程において速やかでかつ安定した冷媒ガス吸入を達
成することができ、吸入圧損による駆動力の負荷を軽減
することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導通路の開口面を示す要部斜視図であ
る。

【図２】圧縮機全体を示す断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】導通路の開口面積と駆動軸回転角度との関係を
示すグラフである。

【図６】変更例の導通路の開口面の形状を示す概略斜視
図である。

【図７】円形状の開口面における圧縮室内の圧力と駆動
軸回転角度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１，２…シリンダブロック、１ａ，２ａ…収容孔、１１
…駆動軸、１８…吸入路としての斜板室、２０，２１…
シリンダボア、２２…両頭ピストン、Ｐａ，Ｐｂ…圧縮
室、２５，２６…吐出室、３５，３６…ロータリバル
ブ、４１，４２…吸入通路、４５，４６…導通路、４５
ａ…開口面。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 27/10 F04B 27/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックに対し駆動軸を取り巻
   くように配列された複数のシリンダボア内にピストンを
   収容すると共に、前記駆動軸の回転に連動して前記ピス
   トンを往復動させることにより、吸入路から冷媒ガスを
   シリンダボア内に区画される圧縮室へ吸入し、圧縮され
   た冷媒ガスを吐出室へ吐出するように構成した往復動型
   圧縮機において、 前記シリンダブロック内に設けられ、前記駆動軸と同軸
   上に位置する収容孔と、 該収容孔に摺接嵌合され、前記駆動軸に対し同期回転可
   能に支持されると共に、前記吸入路から吸入行程中の前
   記圧縮室へ冷媒ガスを吸入するための吸入通路が形成さ
   れたロータリバルブと、 前記収容孔と前記圧縮室とを連通すると共に、前記ピス
   トンが上死点に到達する前に該ピストンの外周面により
   閉鎖される位置に配設され、且つ上死点側端部の軸方向
   に対する直交方向の幅が下死点側の該幅以上に形成され
   た開口面を有する導通路とを備えた往復動型圧縮機にお
   ける冷媒ガス吸入構造。
2. 【請求項２】 前記開口面における前記幅は、上死点側
   より下死点側が短くなるように形成されている請求項１
   に記載の往復動型圧縮機における冷媒ガス吸入構造。