JP5398786B2 - マイクロコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサに関し、特に、モータの駆動力をピストンの往復運動に転換して油圧を発生させるコンプレッサに関するものである。

コンプレッサのうち、駆動軸の回転力をピストンの往復運動に転換する方式によって、斜軸式コンプレッサと斜板式コンプレッサに区分される。斜軸式コンプレッサは、ピストンの中心軸が駆動軸の中心に傾斜するように配置されて、駆動軸の回転によって駆動軸の端部に結合したピストンが往復運動を行う。また、斜板式コンプレッサは、ピストンの中心軸が駆動軸の中心と同軸に配置されて、駆動軸の回転によってピストンが傾斜板に接触することにより、往復運動を行う。斜軸式コンプレッサは、ピストンの傾斜角度を大きくすることによって容量を容易に増大させることができるという利点を有するが、ピストンを傾斜した駆動軸のシリンダブロックに設けなければならないため、大型化するという短所を有している。これに対し、斜板式コンプレッサは、装置を小型化できる利点を有する。

一般に、コンプレッサ内の作動流体の圧力が高くなるほどコンプレッサ内で相対運動する部品間の作動条件が益々厳しくなる。その代表的な例として、軸方向に沿った力の不均衡、トラッピング区間（ｔｒａｐｐｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）での急激な圧力変化、及びシリンダブロックとピストンの摩耗を挙げられる。

図１は、従来の技術によるバルブプレートとシリンダブロックに作用する圧力を説明するための概念図である。図１を参照すると、斜軸式コンプレッサは、バルブプレート１０と、バルブプレート１０と一列に配置されるシリンダブロック２０と、バルブプレート１０のシリンダボア２１に装着されているピストン３０を備える。シリンダブロック２０は、バルブプレート１０と相対回転するように構成される。バルブプレート１０は、上死点と下死点を基準に左右側に配置される吐出ポート１１及び吸込ポート１２と、吐出ポート１１及び吸込ポート１２の内側に位置する内側シールランド１５（ｉｎｎｅｒ ｓｅａｌ ｌａｎｄ）と、その外側に位置する外側シールランド１６（ｏｕｔｅｒ ｓｅａｌ ｌａｎｄ）を備える。バルブプレート１０の上死点と下死点には、吸込と吐出の切替のためのトラッピング区間が存在する。バルブプレート１０とシリンダブロック２０には、大きく２種類の軸方向力が存在する。軸方向の力のうちの１つは、下死点から上死点へ移動するピストン３０によって、シリンダブロック２０をバルブプレート１０側に圧着する力（即ち、圧着力Ｆ_Ｐ）であり、もう１つは、バルブプレート１０とシリンダブロック２０のスライディング面である内側及び外側シールランド１５、１６で発生する油膜による力（即ち、分離力Ｆ_ｓｅ）である。コンプレッサの作動時に、圧着力Ｆ_Ｐが分離力Ｆ_ｓｅより大きい場合、バルブプレート１０は、シリンダブロック２０と接触して摩耗し得る。その結果、コンプレッサのトルク損失が発生する。また、分離力Ｆ_ｓｅが圧着力Ｆ_Ｐより大きい場合、バルブプレート１０は、シリンダブロック２０から分離されて作動流体が漏洩することがある。よって、コンプレッサの効率が低下する。トルクの損失及び作動流体の漏洩を減少させるための様々な研究が活発に行われている中、バルブプレートとシリンダブロックの新たな組合わせの開発が要求されている。

ピストン３０が吐出ポート１１から吸込ポート１２に移動しながらトラッピング区間に位置するとき、ピストン３０が引き続き圧縮すると、シリンダボア２１の内側の圧力が急激に増加するようになる。また、ピストン３０が吸込ポート１２から吐出ポート１１に移動しながらトラッピング区間に位置するとき、ピストン３０が引き続き膨張すると、シリンダボア２１の内側の圧力が急激に減少するようになる。即ち、トラッピング区間前後で急激な圧力変動が発生するようになる。このような圧力変動を防止するために、図１に示すように、吐出ポート１１は上死点付近にノッチ１３を備え、吸込ポート１２は下死点付近にノッチ１４を備える。しかし、超小型のコンプレッサでは、ノッチ１３、１４をバルブプレート１０に加工することが容易ではなく、加工費容が増加する問題がある。

図２は、従来の技術によるピストンを示す断面図である。図２を参照すると、コンプレッサは、シリンダブロック４０に装着されるピストン５０と傾斜板６０とを備える。ピストン５０は、ボディ５１とシュー５２を備える。ボディ５１とシュー５２は、球面ジョイントから構成される。ボディ５１は長い円筒状であり、シリンダブロック４０のシリンダボア４１内で往復運動を行う。シュー５２は、ボディ５１に対して円滑に回動可能であり、シリンダブロック４０が回転すると、傾斜板６０に沿って移動する。コンプレッサの吸込及び吐出の流量を増加させるためには、ピストン５０の往復移動距離（即ち、ストローク）を増加させなければならない。ピストン５０のストロークは、傾斜板６０の傾斜角を増加させることによって大きくなる。しかし、この場合、シュー５２とボディ５１がなす角度が大きくなる。よって、ピストン５０は、図２に示すａ部分とｂ部分でシリンダボア４１と接触して、側力（ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ）が発生する。その結果、シリンダブロック４０及びピストン５０が摩耗する問題がある。言い換えれば、コンプレッサの性能及び容量を維持するとともに小型化することは困難である。

韓国特許公開第２０００−０００２５２１号公報 韓国特許公開第２００７−０００３５２８号公報 韓国特許公開第２００６−０１１９７２４号公報 韓国特許公開第２００３−００６８８９０号公報

本発明は、上述したような従来の技術の問題点を解決するためのものであり、軸方向に沿った力の不均衡、トラッピング区間での急激な圧力変化、及びシリンダブロックとピストンの摩耗を防止するコンプレッサを提供することにその目的がある。

本発明によるコンプレッサは、ハウジングと、バルブプレートと、シリンダブロックと、複数のピストンユニットと、カム要素と、駆動シャフトと、モータとを備える。バルブプレートは、ハウジングの一端に固定される。シリンダブロックの一部は、バルブプレートの内側に収容される。シリンダブロックは、バルブプレートに対して回転可能であり、円周方向に沿って配置される複数のシリンダボアを備える。ピストンユニットは、複数のシリンダボアに収容される。カム要素は、ハウジングに固定され、ピストンユニットの一端と接触する。カム要素は、傾斜したカム面を有する。駆動シャフトは、一端がシリンダブロックに結合する。モータは、ハウジングの他端に固定され、モータの回転軸が駆動シャフトの他端に結合する。

一実施形態において、バルブプレートは、吸込ポートと、吐出ポートと、複数のスロットとを備えてもよい。吸込ポート及び吐出ポートは、外側と連通する。スロットは、バルブプレートの円周方向に沿って内周面に形成され、吸込ポート及び吐出ポートと連通する。シリンダブロックは、外周面で複数のシリンダボアと連通する複数の通孔を備える。

他の実施形態において、バルブプレートは、吸込ポートと、吐出ポートと、複数の通孔とを備える。吸込ポート及び吐出ポートは、外側と連通する。通孔は、バルブプレートの長手方向に沿って内周面に形成され、吸込ポート及び吐出ポートとそれぞれ連通する。シリンダブロックは、外周面で複数のシリンダボアと連通する複数列のスロットを備える。

本発明に係るコンプレッサによると、作動流体がバルブプレートとシリンダブロックとの間から駆動シャフトの円周方向に流れるようにバルブプレートとシリンダブロックに通孔及びスロットを形成することによって、バルブプレートとシリンダブロックとの間から軸方向に沿って発生する力の不均衡を解消することができる。よって、バルブプレートとシリンダブロックとの間で発生するトルク損失及び作動流体の漏洩が減少するため、コンプレッサの性能及び効率が向上する。

カム要素の上死点及び下死点に停止区間を形成することによって、ピストンユニットが吸込ポートと吐出ポートとの間のトラッピング区間で引き続き圧縮または膨張することを防止することができる。よって、吸込ポートと吐出ポートとの間のトラッピング区間で急激な圧力変化を減少させることができる。即ち、吸込ポートと吐出ポートにノッチを形成しなくてもよいので、コンプレッサの小型化を達成するとともに、バルブプレートを加工することがさらに容易で、これによってコンプレッサの製造費用も節減することができる。

ピストンユニットが一端に形成されているボールアンドソケットから構成されるため、カム要素との接触の際、摩擦を減少させて円滑な相対運動を達成することができる。よって、カム要素のストロークを増加させることによって、コンプレッサの小型化を達成するとともに、その容量を容易に増大させることができる。

従来の技術によるバルブプレートとシリンダブロックに作用する圧力を説明するための概念図である。 従来の技術によるピストンを示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるコンプレッサの分解斜視図である。 図３の４−４’における油圧発生装置の断面図である。 図３のバルブプレートの斜視図及び一部断面斜視図である。 図４の６−６’線におけるバルブプレートの断面図である。 図３のシリンダブロックの斜視図及び一部断面斜視図である。 図３のピストンユニットの分解斜視図である。 図３のカム要素の斜視図である。 図９の１０−１０’線におけるカム要素の断面図である。 図３のカム要素の変位線図を示すグラフである。 本発明の第２実施形態によるコンプレッサの分解斜視図である。 図１２の１３−１３’線における油圧発生装置の断面図である。 図１２の１４−１４’線における油圧発生装置の断面図である。 図１２のバルブプレートの斜視図及び一部断面斜視図である。 図１２のシリンダブロックの斜視図及び断面斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明のコンプレッサの実施形態を詳細に説明する。

図３は、本発明の第１実施形態によるコンプレッサの分解斜視図である。図４は、図３の４−４’線におけるコンプレッサの断面図である。

図３及び図４を参照すると、本発明の第１実施形態によるコンプレッサ１００は、ハウジング１１０と、バルブプレート１２０と、シリンダブロック１３０と、ピストンユニット１４０と、カム要素１５０と、駆動シャフト１６０と、モータ１７０とを備える。

ハウジング１１０は、コンプレッサ１００の外観をなすもので、中空のシリンダ状である。ハウジング１１０の一端にはバルブプレート１２０が固定され、他端にはモータ１７０が結合する。また、ハウジング１１０の長手方向の中間程度には、カム要素１５０が固定される。バルブプレート１２０、カム要素１５０及びモータ１７０などは、ネジまたはリベットのような締結手段によってハウジング１１０に締結される。

図５は、バルブプレートの斜視図及び一部断面斜視図である。図６は、図４の６−６’線におけるバルブプレートの断面図である。

図５を参照すると、バルブプレート１２０は、一端が閉鎖され、他端が開放された中空のシリンダ状である。詳しくは、バルブプレート１２０の閉鎖された一端には、外側と連通する吸込ポート１２１及び吐出ポート１２２が形成されている（図３参照）。吸込ポート１２１と吐出ポート１２２は、図３の４−４’線に沿って配置される。吸込ポート１２１は、作動流体が吸い込まれる通路であり、吐出ポート１２２は、作動流体が圧縮された状態で吐出される通路である。吸込ポート１２１及び吐出ポート１２２には、作動流体が流れる管を連結するためのカプラ１２１ａ、１２２ａが装着される。この実施形態では、吸込ポート１２１と吐出ポート１２２は、駆動シャフト１６０が反時計方向に回転する場合を仮定したもので、駆動シャフト１６０が時計方向に回転する場合には、吸込ポートと吐出ポートは反対に理解する必要がある。

図５に示すように、バルブプレート１２０には、吸込ポート１２１及び吐出ポート１２２と連通するように、内周面に円周方向に沿ってスロットが形成されている。スロットは、吸込ポート１２１側で形成される第１スロット１２３と、吐出ポート１２２側に形成される第２スロット１２４と、吸込ポート１２１と吐出ポート１２２との間を垂直に二等分する、上下に形成される第１トラッピング区間１２５及び第２トラッピング区間１２６とを備える。第１スロット１２３には、第１連通路１２１ｂを介して吸込ポート１２１と連通する第１通孔１２３ａが形成され、第２スロット１２４には、第２連通路１２２ｂを介して吐出ポート１２２と連通する第２通孔１２４ａが形成される。第１トラッピング区間１２５は、吐出ポート１２２を通した吐出行程を終えて、吸込ポート１２１を通した吸込行程に切り換えられる転換点である。反対に、第２トラッピング区間１２６は、吸込ポート１２１を通した吸込行程を終えて、吐出ポート１２２を通した吐出行程に切り換えられる転換点である。この実施形態では、第１及び第２トラッピング区間１２５、１２６は、駆動シャフト１６０が反時計方向に回転する場合を仮定したもので、駆動シャフト１６０が時計方向に回転する場合には、第１及び第２トラッピング区間は反対に理解する必要がある。

図６は、図４の６−６’線におけるバルブプレートの断面図である。図６を参照すると、第１及び第２スロット１２３、１２４は、第１及び第２トラッピング区間１２５、１２６からバルブプレート１２０の外側に向かって、深さが漸進的に変わるキドニースロット（ｋｉｄｎｅｙ ｓｌｏｔ）を備える。キドニースロットとは、スロットの断面形状が腎臓形状に似ていることから付けられた名称である。第１及び第２スロット１２３、１２４の深さは、第１及び第２トラッピング区間１２５、１２６から次第に深くなる。よって、第１及び第２トラッピング区間１２５、１２６の前後で吸込行程及び吐出行程が急激に開始するか、または終了することを防止することができる。即ち、キドニースロットによって、トラッピング区間で急激な圧力変動が減少し得る。

再び図３を参照すると、バルブプレート１２０の外側には、シーリング１２０ａが装着されて、作動流体の漏洩を防止する。バルブプレート１２０の内側には、ベアリング１２０ｂが装着されて、シリンダブロック１３０を回転可能に支持する。ベアリング１２０ｂの外輪がバルブプレート１２０の内側に嵌装される。この実施形態では、ベアリング１２０ｂとしてボールベアリングまたはローラベアリングなどが用いられることができるが、ベアリングの種類に制限がない。

図７は、シリンダブロックの斜視図及び断面斜視図である。シリンダブロック１３０は、バルブプレート１２０の内側に一部が収容されて、バルブプレート１２０に対して回転可能に配置される。図７を参照すると、シリンダブロック１３０は円筒状であり、大きさが異なる外径を有する３部分から構成される。シリンダブロック１３０の第１部分１３０ａは、ベアリング１２０ｂの内輪に嵌装される。シリンダブロック１３０の第２部分１３０ｂは、バルブプレート１２０の内側に収容される部分で、その外径はバルブプレート１２０の内径に対応するように形成される。また、第２部分１３０ｂには、後述するシリンダボアに対応する通孔が形成されている。シリンダブロック１３０において、第３部分１３０ｃの中央には、駆動シャフト１６０が結合する軸孔１３１が形成され、軸孔１３１の周りには、ピストンユニット１４０が収容される円周方向に沿った複数のシリンダボア１３２、１３３、１３４、１３５が形成されている。軸孔１３１の断面形状は、駆動シャフト１６０の一端１６１の断面形状に対応し、詳しくは、軸孔１３１及び駆動シャフト１６０の一端１６１は、一部が角張った形状を有する。図示した実施形態では、シリンダブロック１３０は、４つのシリンダボア１３２〜１３５を有するものとして示されているが、１つ以上のシリンダボアを備えればよい。また、本発明の第１実施形態によるシリンダブロック１３０は、偶数個または奇数個のシリンダボアを有することもよい。シリンダブロック１３０の第２部分１３０ｂには、各連通路１３２ａ、１３３ａ、１３４ａ、１３５ａを介して各シリンダボア１３２〜１３５と連通する通孔１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ｂが形成される。通孔１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ｂは、シリンダブロック１３０の第２部分１３０ｂの外周面で円周方向に配置される。シリンダブロック１３０の第２部分１３０ｂにおいて、通孔１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ｂの長手方向に沿う位置は、バルブプレート１２０の第１及び第２スロット１２３、１２４の位置に対応する。

図８は、ピストンユニットの分解斜視図である。ピストンユニット１４０は、シリンダボア１３２〜１３５の内側に挿入されて往復移動する。よって、ピストンユニットの数は、シリンダボアの数と同一である。図８を参照すると、ピストンユニット１４０は、ボディ１４１と、ボディ１４１の一端に備えられているソケット１４２と、ソケット１４２の内側に嵌装されるボール１４３と、ボディ１４１の周りを取り囲むように配置されるスプリング部材１４４とを備える。ボディ１４１は長い円筒状である。コンプレッサ１００の重量を減少させるために、ボディ１４１は、一部が中空に形成されることもよい。ソケット１４２は、内側にボール１４３を保有するための空間を備え、外径はボディ１４１より大きく形成される。ボール１４３は、ソケット１４２内で転動を行う。ピストンユニット１４０がシリンダブロック１３０に装着された状態で、スプリング部材１４４は、シリンダブロック１３０の第３部分１３０ｃとソケット１４２との間に配置される。よって、スプリング部材１４４は、ピストンユニット１４０がカム要素１５０の下死点から上死点へ移動するに伴って、圧縮されてバイアス力が蓄積される。また、スプリング部材１４４は、ピストンユニット１４０がカム要素１５０の上死点から下死点へ移動するとき、ピストンユニット１４０が自動で戻るようにバイアス力を提供する。

図９は、カム要素の斜視図であり、図１０は、図９の１０−１０’線におけるカム要素の断面図である。図１１は、カム要素の変位線図を示すグラフである。

カム要素１５０は、ピストンユニット１４０の一端と接触するようにハウジング１１０に固定され、傾斜したカム面を有する。図９を参照すると、カム要素１５０は、傾斜したカム面の最も低い地点である下死点１５１と、カム面の最も高い地点である上死点１５２と、下死点１５１から上死点１５２に向かう上昇部１５３と、上死点１５２から下死点１５１に向かう下降部１５４とを備える。図１０を参照すると、下死点１５１から上死点１５２までの距離ｄ（ストローク）は、ピストンユニット１４０が往復移動する距離に該当する。上昇部１５３及び下降部１５４は、同一の傾きを有することもよい。この実施形態では、上昇部１５３及び下降部１５４は、駆動シャフト１６０が反時計方向に回転する場合を仮定したもので、駆動シャフト１６０が時計方向に回転する場合には、上昇部と下降部は互いに反対に理解する必要がある。この実施形態では、カム要素１５０は、下死点１５１及び上死点１５２に形成された停止区間１５１ａ、１５２ａをさらに備えることもよい。通孔１３２ｂ〜１３５ｂが第１トラッピング区間１２５または第２トラッピング区間１２６に到達したとき、ピストンユニット１４０は、下死点１５１の停止区間１５１ａまたは上死点１５２の停止区間１５２ａに位置する。よって、ピストンユニット１４０が圧縮行程または膨張行程を継続して実行することが防止される。その結果、第１及び第２トラッピング区間１２５、１２６の前後で発生する急激な圧力変化が減少し得る。

再び図３を参照すると、カム要素１５０の外側には、シーリング１５０ａが装着されて作動流体の漏洩を防止する。カム要素１５０の平面形状はドーナッツ形であり、カム要素１５０の内側には、ベアリング１５０ｂが装着されて駆動シャフト１６０を回転可能に支持する。ベアリング１５０ｂの外輪がカム要素１５０の内側に嵌装され、駆動シャフト１６０がベアリング１５０ｂの内輪に嵌装される。この実施形態では、ベアリング１５０ｂとしてボールベアリングまたはローラベアリングなどが用いられることができるが、ベアリングの種類には制限がない。

図１１に示すように、ピストンユニット１４０は、カム要素１５０に沿って１回転する間、停止−上昇−停止−下降−停止動作を行う。第１及び第５区間（I及びＶ）は、ピストンユニット１４０が下死点１５１の停止区間１５１ａに位置するときのピストンユニット１４０の変位を示す。また、第２区間（II）は、ピストンユニット１４０が下死点１５１から上死点１５２に向かって上昇する区間である上昇部１５３に沿って移動するときの変位を示す。第３区間（III）は、ピストンユニット１４０が上死点１５２に位置するときの変位を示す。また、第４区間（IＶ）は、ピストンユニット１４０が上死点１５２から下死点１５１に向かって下降する下降部１５４に沿って移動するときの変位を示す。カム要素１５０は、図９〜図１１において、停止区間１５１ａ、１５２ａを明確に示すために区分されている。しかし、ピストンユニット１４０とカム要素１５０の円滑な運動のためには、停止区間１５１ａと上昇部１５３との間、上昇部１５３と停止区間１５２ａとの間、停止区間１５２ａと下降部１５４との間、及び下降部１５４と停止区間１５２ａとの間は、滑らかな曲線状態を有する必要があることは、当業者にとって自明な事実である。

駆動シャフト１６０は、一端１６１がシリンダブロック１３０の軸孔１３１に結合し、他端１６２がモータ１７０の回転軸１７１に結合する。駆動シャフト１６０は、カム要素１５０を貫通して設けられ、ベアリング１５０ｂを通じてカム要素１５０に対して相対回転する。モータ１７０は、ハウジング１１０の他端に固定される。他の実施形態として、モータ１７０は、ハウジング１１０から脱着が可能なように連結部材１８２を介してハウジング１１０の他端に装着されることもよい。この場合、駆動シャフト１６０の他端１６２は、カップリング１８１を介してモータ１７０の回転軸１７１に結合する。駆動シャフト１６０の一端１６１及び他端１６２とモータ１７０の回転軸１７１は、モータ１７０の回転駆動力を確実に伝達するために、断面の一部が角張った形状を有する。この場合、シリンダブロック１３０の軸孔１３１とカップリング１８１の軸孔１８１ａは、駆動シャフト１６０の一端１６１及び他端１６２とモータ１７０の回転軸１７１の断面形状に対応するように形成される。

以下、本発明の第１実施形態によるコンプレッサ１００の作動を説明する。ここで、コンプレッサ１００の作動説明時に駆動シャフト１６０が反時計方向に回転する場合を仮定し、駆動シャフト１６０が時計方向に回転する場合には、反対に理解する必要がある。

モータ１７０の回転軸１７１が回転すると、回転軸１７１と結合した駆動シャフト１６０が回転軸１７１と同一の方向に回転する。また、駆動シャフト１６０は、ベアリング１５０ｂを通じてカム要素１５０に対して相対回転し、シリンダブロック１３０とともに回転する。上述したように、シリンダブロック１３０はベアリング１２０ｂによって回転支持され、バルブプレート１２０に対して相対回転する。シリンダブロック１３０が回転するに伴って、シリンダボア１３２〜１３５に装着されている複数のピストンユニット１４０は、カム要素１５０のカム面に沿って回転する。

ピストンユニット１４０が下死点１５１の停止区間１５１ａから上昇部１５３に沿って移動すると、ピストンユニット１４０は、カム要素１５０から遠くなる方向に移動（例えば、前進）して圧縮行程及び吐出行程を行う。ピストンユニット１４０が前進すると、シリンダボア１３２〜１３５内の作動流体が圧縮され、圧縮された作動流体は、通孔１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ｂが第２スロット１２４に位置するとき、通孔１２４ａと連通路１２２ｂを通じて吐出ポート１２２に吐出される。また、この過程で、スプリング部材１４４は圧縮されてバイアス力が蓄積される。ピストンユニット１４０が上死点１５２の停止区間１５２ａに到達すると、ピストンユニット１４０は圧縮行程及び吐出行程を停止する。

これと反対に、ピストンユニット１４０が上死点１５２の停止区間１５２ａから下降部１５４に沿って移動すると、ピストンユニット１４０は、カム要素１５０に向かう方向に移動（例えば、後退）して吸込行程を行う。ピストンユニット１４０が後退すると、作動流体は、通孔１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂ、１３５ｂが第１スロット１２３に位置するとき、連通路１２１ｂと第１通孔１２３ａを通じて吸込ポート１２１からシリンダボア１３２〜１３５に吸い込まれる。この過程で、スプリング部材１４４は、圧縮行程で蓄積されたバイアス力をピストンユニット１４０に提供してピストンユニット１４０の後退移動を助ける。ピストンユニット１４０が下死点１５１の停止区間１５１ａに到達すると、ピストンユニット１４０は吸込行程を停止する。

図１２は、本発明の第２実施形態によるコンプレッサの分解斜視図である。図１３は、図１２の１３−１３’線におけるコンプレッサの結合断面図であり、図１４は、図１２の１４−１４’線におけるコンプレッサの結合断面図である。

図１２〜図１４を参照すると、本発明の第２実施形態によるコンプレッサ２００は、ハウジング２１０と、バルブプレート２２０と、シリンダブロック２３０と、ピストンユニット２４０と、カム要素２５０と、駆動シャフト２６０と、モータ２７０とを備える。

第２実施形態によるコンプレッサ２００は、第１実施形態によるコンプレッサ１００と同一または類似の構成要素を有するため、これに関する詳細な説明は省略し、異なる点を中心に説明する。例えば、第２実施形態のハウジング２１０、ピストンユニット２４０、カム要素２５０、駆動シャフト２６０及びモータ２７０は、第１実施形態のハウジング１１０、ピストンユニット１４０、カム要素１５０、駆動シャフト１６０及びモータ１７０にそれぞれ対応する。しかし、これらの構成要素は同一または類似の機能を行うもので、上述した形状及び構造に限定されず、同一の範囲内で変形されて用いられることができる。

図１５は、バルブプレートの斜視図及び断面斜視図である。図１２及び図１５を参照すると、バルブプレート２２０は、外側と連通する吸込ポート２２１及び吐出ポート２２２を備える。バルブプレート２２０の吸込ポート２２１及び吐出ポート２２２にそれぞれ連通するように、内周面にバルブプレート２２０の長手方向に沿って形成されている複数の通孔２２１ａ及び２２１ｂ、２２２ａ及び２２２ｂを備える。図示した実施形態において、通孔は吸込ポート２２１側の２つ（２２１ａ及び２２１ｂ）と吐出ポート２２２側の２つ（２２２ａ及び２２２ｂ）で形成されているが、本発明による通孔は、ピストンユニット２４０の数によって決定される。

図１６は、シリンダブロックの斜視図及び断面斜視図である。第２実施形態によるシリンダブロック２３０は、上述した第１実施形態によるシリンダブロック１３０と同様に円筒状であり、大きさが異なる３部分から構成される。シリンダブロック２３０の第１部分２３０ａは、ベアリング２２０ａの内輪に嵌装される。シリンダブロック２３０の第２部分２３０ｂは、バルブプレート２２０の内側に収容される部分で、その外径はバルブプレート２２０の内径に対応するように形成される。また、第２部分２３０ｂには、外周面で複数のシリンダボア２３２と連通する複数列のスロットを備える。シリンダブロック２３０において、第３部分２３０ｃの中央には駆動シャフト２６０が結合する軸孔２３１が形成され、軸孔２３１の周りには、ピストンユニット２４０が収容される円周方向に沿った複数のシリンダボア２３２が形成されている。軸孔２３１の断面形状は、駆動シャフト２６０の断面形状に対応し、詳しくは、軸孔２３１及び駆動シャフト２６０の一端は、一部が角張った形状を有する。図示した実施形態では、シリンダブロック２４０は、４つのシリンダボア２３２を有するものとして示されているが、２個以上の偶数個のシリンダボアを有することもよい。

図示した実施形態では、複数列のスロットは、第１列スロット２３３と第２列スロット２３４とを備える。第１列スロット２３３は、第１スロット２３３ａと、第２スロット２３３ｂと、第１スロット２３３ａと第２スロット２３３ｂとの間に位置する第１及び第２トラッピング区間２３３ｃ、２３３ｄとを備える。第１スロット２３３ａ及び第２スロット２３３ｂには、それぞれシリンダボア２３２と連通する通孔２３３ｅ、２３３ｆが形成されている。通孔２３３ｅ、２３３ｆは、それぞれ第１スロット２３３ａ及び第２スロット２３３ｂの略中央に形成される。第１スロット２３３ａと第２スロット２３３ｂは、第１及び第２トラッピング区間２３３ｃ、２３３ｄを中心に対称であり、シリンダブロック２３０の第２部分２３０ｂの外周面から内側に凹んだ形状である。第１及び第２トラッピング区間２３３ｃ、２３３ｄは吸込行程と吐出行程の転換点に該当する。

第２列スロット２３４は、第１スロット２３４ａと、第２スロット２３４ｂと、第１スロット２３４ａと第２スロット２３４ｂの間に位置する第１及び第２トラッピング区間２３４ｃ、２３４ｄとを備える。第１スロット２３４ａ及び第２スロット２３４ｂには、それぞれシリンダボア２３２と連通する通孔２３４ｅ、２３４ｆが形成されている。通孔２３４ｅ、２３４ｆは、それぞれ第１スロット２３４ａ及び第２スロット２３４ｂの略中央に形成される。第１スロット２３４ａと第２スロット２３４ｂは、第１及び第２トラッピング区間２３４ｃ、２３４ｄを中心に対称であり、シリンダブロック２３０の第２部分２３０ｂの外周面から内側に凹んだ形状である。第１及び第２トラッピング区間２３４ｃ、２３４ｄは、吸込行程と吐出行程の転換点に該当する。

第１列スロット２３３及び第２列スロット２３４は、第１列スロット２３３の第１及び第２トラッピング区間２３３ｃ、２３３ｄが第２列スロット２３４の第１及び第２トラッピング区間２３４ｃ、２３４ｄと位相差を有するように配置される。図示した実施形態では、前記位相差は９０度である。例えば、シリンダブロックが６つのピストンユニットを収容するシリンダボアを備えると、３列のスロットが形成されることもよい。この場合に、第１列スロットは、第２列スロットと９０度の位相差を有し、第２列スロットは第３列スロットと９０度の位相差を有することもよい。第１列スロットは、第３列スロットと同一の位相差を有しても構わない。他の例として、第１列スロット、第２列スロット、及び第３列スロットがそれぞれ６０度ずつ位相差を有するように形成されることもよい。

スロットの列数は、通孔の数と同一に形成される。即ち、図１３及び図１４に示すように、第１列スロット２３３は、通孔２２１ａ、２２２ａに対応するように形成され、第２列スロット２３４は、通孔２２１ｂ、２２２ｂに対応するように形成される。また、スロットの列数または通孔の数は、シリンダボアの数の１／２である。例えば、シリンダボアの数が６つである場合に、３列のスロットから構成され、吸込ポート側の３つの通孔及び吐出ポート側の３つの通孔から構成されることもよい。

以下、本発明の第２実施形態によるコンプレッサ２００の作動を説明する。ここで、コンプレッサ２００の作動を説明する際、駆動シャフト２６０が反時計方向に回転する場合を仮定し、駆動シャフト２６０が時計方向に回転する場合には、反対に理解する必要がある。

モータ２７０の回転軸２７１が回転すると、回転軸２７１と結合した駆動シャフト２６０が回転軸２７１と同一の方向に回転する。また、駆動シャフト２６０は、カム要素２５０に対して相対回転し、シリンダブロック２３０とともに回転する。シリンダブロック２３０は、ベアリング２２０ａによって回転支持され、バルブプレート２２０に対して相対回転する。シリンダブロック２３０が回転するに伴って、シリンダボア２３２に装着されている複数のピストンユニット２４０は、カム要素２５０のカム面に沿って回転する。

ピストンユニット２４０が下死点２５１の停止区間２５１ａから上昇部２５３に沿って移動すると、ピストンユニット２４０はカム要素２５０から遠くなる方向に移動（例えば、前進）して圧縮行程及び吐出行程を行う。ピストンユニット２４０が前進すると、シリンダボア２３２内の作動流体が圧縮される。圧縮された作動流体は、第１列スロット２３３の通孔２３３ｅ、２３３ｆが吐出ポート２２２の通孔２２２ａに位置するか、または第２列スロット２３４の通孔２３４ｅ、２３４ｆが吐出ポート２２２の通孔２２２ｂに位置するとき、吐出ポート２２２に吐出される。ピストンユニット２４０が上死点２５２の停止区間２５２ａに到達すると、ピストンユニット２４０は圧縮行程及び吐出行程を停止する。

これと反対に、ピストンユニット２４０が上死点２５２の停止区間２５２ａから下降部２５４に沿って移動すると、ピストンユニット２４０はカム要素２５０に向かう方向に移動（例えば、後退）して吸込行程を行う。ピストンユニット２４０が後退すると、作動流体は、第１列スロット２３３の通孔２３３ｅ、２３３ｆが吸込ポート２２１の通孔２２１ａに位置するか、または第２列スロット２３４の通孔２３４ｅ、２３４ｆが吸込ポート２２１の通孔２２１ｂに位置するとき、吸込ポート２２１からシリンダボア２３２に吸い込まれる。ピストンユニット２４０が下死点２５１の停止区間２５１ａに到達すると、ピストンユニット２４０は吸込行程を停止する。

以上で説明した本発明は上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということが本発明の属する分野で通常の知識を有する者において明白である。

１００ 第１実施形態によるコンプレッサ
１１０ ハウジング
１２０ バルブプレート
１３０ シリンダブロック
１４０ ピストンユニット
１５０ カム要素
１６０ 駆動シャフト
１７０ モータ
２００ 第２実施形態によるコンプレッサ
２１０ ハウジング
２２０ バルブプレート
２３０ シリンダブロック
２４０ ピストンユニット
２５０ カム要素
２６０ 駆動シャフト
２７０ モータ

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの一端に固定されるバルブプレートと、
   前記バルブプレートの内側に一部が収容され、前記バルブプレートに対して回転可能に配置され、円周方向に沿って配置されている複数のシリンダボアを備えるシリンダブロックと、
   前記複数のシリンダボアに収容される複数のピストンユニットと、
   前記ピストンユニットの一端と接触するように前記ハウジングに固定され、傾斜したカム面を有するカム要素と、
   一端が前記シリンダブロックに結合する駆動シャフトと、
   前記ハウジングの他端に固定され、回転軸が前記駆動シャフトの他端に結合するモータとを備え、
   前記バルブプレートは、外側と連通する吸込ポート及び吐出ポートと、前記バルブプレートの長手方向に沿って内周面に形成され、前記吸込ポート及び前記吐出ポートにそれぞれ連通する複数の通孔とを備え、
   前記シリンダブロックは、外周面で前記複数のシリンダボアと連通する複数列のスロットを備え、
   前記スロットの列数は、前記バルブプレートの長手方向に沿った前記通孔の数と同一であるとともに、前記シリンダボアの数の１／２であることを特徴とするコンプレッサ。
2. ハウジングと、
   前記ハウジングの一端に固定されるバルブプレートと、
   前記バルブプレートの内側に一部が収容され、前記バルブプレートに対して回転可能に配置され、円周方向に沿って配置されている複数のシリンダボアを備えるシリンダブロックと、
   前記複数のシリンダボアに収容される複数のピストンユニットと、
   前記ピストンユニットの一端と接触するように前記ハウジングに固定され、傾斜したカム面を有するカム要素と、
   一端が前記シリンダブロックに結合する駆動シャフトと、
   前記ハウジングの他端に固定され、回転軸が前記駆動シャフトの他端に結合するモータとを備え、
   前記バルブプレートは、外側と連通する吸込ポート及び吐出ポートと、前記バルブプレートの長手方向に沿って内周面に形成され、前記吸込ポート及び前記吐出ポートにそれぞれ連通する複数の通孔とを備え、
   前記シリンダブロックは、外周面で前記複数のシリンダボアと連通する複数列のスロットを備え、
   前記スロットは、吸込行程と吐出行程の転換点であるトラッピング区間（ｔｒａｐｐｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）を備え、
   前記複数列のスロット同士は、前記トラッピング区間がそれぞれ位相差を有するように形成されていることを特徴とするコンプレッサ。
3. 前記スロットは、前記トラッピング区間を中心に対称に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサ。
4. 前記カム要素は、前記カム面の上死点及び下死点に形成されている停止区間をさらに含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のコンプレッサ。
5. 前記ピストンユニットは、
   一端に形成されているソケットと、
   前記ソケット内に装着されるボールとを備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のコンプレッサ。

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