JP5617402B2 - 往復式圧縮機およびこれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫などの冷凍サイクル装置や空気圧縮機などに使用される往復式圧縮機に関するものである。

近年、地球環境保護のため、省エネルギー化への要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機や、工業分野などに使用される空気圧縮機などにおいても、高効率化が強く要望されている。

従来、この種の往復式圧縮機としては、シリンダ内を往復運動するピストンの上面に凹部を形成し圧縮機の効率を改善したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１９は、上記特許文献１に記載された従来の往復式圧縮機の断面図、図２０は、従来の往復式圧縮機のピストンの先端面からの平面図、図２１は従来の往復式圧縮機のピストン上部とバルブプレート部の拡大断面図である。

図１９、図２０、図２１に示すように、圧縮機は、密閉容器１０１内において、底部にオイル１０２を貯留するとともに作動流体１０３が充填され、さらに圧縮機本体１０４が収納されている。圧縮機本体１０４は、サスペンションスプリング１０５によって、密閉容器１０１内に弾性的に支持されている。

圧縮機本体１０４は、電動要素１０６と、この電動要素１０６により回転駆動される圧縮要素１０９とから構成されている。圧縮要素１０９は、電動要素１０６の下方に配設され、電動要素１０６は、ステータ１０７およびロータ１０８を有している。

圧縮要素１０９は、偏芯軸１１０と主軸１１１を備えたクランクシャフト１１２と、圧縮室１１３を形成するシリンダ１１４と、主軸１１１を支持する軸受部１２３とを一体に形成したブロック１１５と、シリンダ１１４内部を往復運動するピストン１１６と、シリンダ１１４の端面を封止するバルブプレート１１７、バルブプレート１１７に備えられ圧縮室１１３の内外を連通する吸入孔（図示せず）および吐出孔１１９をそれぞれ開閉する吸入バルブ１２０と、吐出バルブ１２１と、偏芯軸１１０とピストン１１６を連結する連結手段１２２を備えている。

また、バルブプレート１１７の反圧縮室１１３側には、バルブプレート１１７を覆うシリンダヘッド１２８が配され、バルブプレート１１７とシリンダヘッド１２８によりヘッド空間１２９が形成されている。

クランクシャフト１１２の主軸１１１は、ブロック１１５の軸受部１２３に回転自在に軸支されるとともに、ロータ１０８が固定されている。

また、図２０および図２１に示すように、ピストン１１６の上面（先端面）１２４には凹部１２５が形成され、凹部１２５は少なくとも一部が吐出孔１１９の一部と重なり、上面１２４の凹部１２５以外の面１２６は平坦でかつバルブプレート１１７の圧縮室１１３側の面と平行をなしている。

次に、従来の往復式圧縮機の動作について説明する。

往復式圧縮機は、ステータ１０７に電流を流して磁界を発生させ、主軸１１１に固定されたロータ１０８を回転させることで、クランクシャフト１１２が回転し、偏芯軸１１０に取り付けられた連結手段１２２を介して、ピストン１１６がシリンダ１１４内を往復運動し、吸入、圧縮、吐出行程の一連のサイクルを繰り返す。

吸入行程において、ピストン１１６がシリンダ１１４の容積が増加する方向に動作すると、圧縮室１１３内の作動流体１０３が膨張し、圧縮室１１３内の圧力が吸入圧力を下回ると、圧縮室１１３内の圧力と冷凍サイクル低圧側（図示せず）の圧力との差により、吸入バルブ１２０は開き始め、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体１０３が、吸入孔（図示せず）を経て圧縮室１１３内に流入する。

そして、圧縮行程において、ピストン１１６の動作が、圧縮室１１３の容積が最も大きくなる下死点の位置から圧縮室１１３内の容積が減少する方向に転じると、圧縮室１１３内の圧力は上昇し、圧縮室１１３内の圧力と冷凍サイクル低圧側（図示せず）の圧力との差によって、吸入バルブ１２０が閉じ、圧縮室１１３は閉塞される。

その後、ピストン１１６がさらに圧縮室１１３の容積を減少させる方向に動作すると、作動流体１０３は圧縮され、所定の圧力まで昇圧される。

吐出行程において、圧縮室１１３内の作動流体１０３の圧力が上昇し、バルブプレート１１７とシリンダヘッド１２８により形成されているヘッド空間１２９内部の圧力より高くなると、圧力差によって吐出バルブ１２１が開き始め、圧縮室１１３内部の作動流体１０３は、吐出孔１１９を通過し、ヘッド空間１２９に流出する。その後、作動流体１０３は、ヘッド空間１２９から吐出マフラー（図示せず）を経由し、冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に放出される。

ピストン１１６がバルブプレート１１７と最も接近し、圧縮室１１３の容積が最小になる上死点に位置するとき、ピストン１１６とバルブプレート１１７の間には両者の干渉を回避するため、クリアランスが存在し、圧縮室１１３には微小な容積１２７が残在する。すなわち、この微小な容積１２７には作動流体が残留し、吐出されないため、吸入行程では、この残留する作動流体１０３と新たに吸入孔（図示せず）を経て圧縮室１１３へ流入する作動流体１０３がともに混合され、圧縮されることとなる。

ピストン１１６の上面１２４には凹部１２５が形成されているため、ピストン１１６が上死点に位置するとき、バルブプレート１１７と凹部１２５との間の空間１２７のクリアランスは広がり、ピストン１１６の上面１２４から空間１２７を横切り、吐出孔１１９へ作動流体１０３が流れる通過断面積を広く確保することができる。

その結果、吐出孔１１９へ流れる作動流体１０３の流れを改善することができ、ピストン１１６が上死点に位置するときの、バルブプレート１１７とピストン１１６の上面１２４とのクリアランスの距離を狭くし、この空間１２７の容積を低減することで、圧縮機の体積効率を改善することができる。

特公平８−６６８９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ピストン１１６が圧縮室１１３の容積を減少方向
に移動する圧縮行程において、ピストン１１６の上面１２４および凹部１２５の近傍では、作動流体１０３の流れが、凹部１２５の中央の方向への流れとなるため、作動流体１０３の流れが凹部１２５の中央部で交差するものであった。

その結果、作動流体１０３が圧縮される際の圧縮室１１３内部の作動流体１０３の流れが乱れ、これに伴って吐出孔１１９へ流れる作動流体１０３の流れが阻害されていた。

したがって、上記従来の構成は、ピストン１１６が上死点に位置するとき、ピストン１１６とバルブプレート１１７の間の空間容積に残留する作動流体１０３の重量が増えてしまい、残留した作動流体１０３が吸入行程で再膨張し、体積効率が低下するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮室内の作動流体の流れを改善し、ピストンの上死点位置における、圧縮室の残留作動流体の重量を低減することで、吸入行程時の残留作動流体の再膨張を減らし、体積効率を上げることで高効率の往復式圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の往復式圧縮機は、ピストンの圧縮室側に位置する先端面に、吐出孔から最も離れた前記先端面における外周縁部から前記先端面における前記吐出孔との対向位置に向かって延びる凹部を設けたものである。

したがって、ピストンが下死点から上死点へ移動する圧縮行程時において、前記ピストンの移動に伴う圧縮室の容積の減少により圧縮室内部の作動流体は圧縮され、前記吐出孔から吐出される流れとなる。

この時、圧縮室の内周面近く（ピストン先端面の外周縁部）に位置する作動流体は、前記凹部に沿ってピストンの先端面における吐出孔との対向位置へと流れ、圧縮室の内周面近くでの残留が抑制される。その結果、吸入行程における残留作動流体の再膨張の量を減少し、圧縮機の体積効率を向上することができ、また、作動流体の圧縮室の内周面近くでの滞留に起因した過圧縮も抑制することもできるため、圧縮機入力も低減することができる。

本発明の往復式圧縮機は、ピストンの上死点位置における、圧縮室内の作動流体の残留量を低減することで残留作動流体の再膨張量を減らし、体積効率を向上させ、圧縮機の効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における往復式圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮要素の分解斜視図 本発明の実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮要素を構成するピストンの斜視図 同実施の形態１における往復式圧縮機のピストンの平面図 同実施の形態１における往復式圧縮機のピストンの図３に示すＡ―Ａ線による縦断面図 同実施の形態１における往復式圧縮機の動作を説明する模式図 冷凍能力、入力、成績係数（ＣＯＰ）について同実施の形態１における往復式圧縮機と従来構成の圧縮機との比較結果を示すグラフ 図８は、同実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮行程における作動流体の流れを説明する模式図 本発明の実施の形態２における往復式圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態２における往復式圧縮機のピストンの平面図 同実施の形態２における凹付記式圧縮機の図９に示すＢ―Ｂ線による断面図 同実施の形態２における往復式圧縮機の圧縮行程における作動流体の流れを説明する模式図 本発明の実施の形態３における往復式圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態３における往復式圧縮機のピストンの平面図 同実施の形態３における往復式圧縮機の図１３に示すＣ―Ｃ線による断面図 本発明の実施の形態４における往復圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態４における往復式圧縮機のピストンの平面図 同実施の形態４における往復式圧縮機の図１６に示すＤ―Ｄ線による断面図 従来例を示す往復式圧縮機の断面図 同往復式圧縮機におけるピストンの先端面側からの平面図 同往復式圧縮機におけるピストン上部とバルブプレート部の拡大断面図

請求項１に記載の発明は、容器内に、電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収納し、前記圧縮要素は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、前記圧縮室内外を連通する吐出孔を形成したバルブプレートを備える構成とし、前記吐出孔は、前記ピストンの先端面の中央部からオフセットした位置に設けられ、さらに、前記ピストンにおける前記バルブプレートと対向する先端面に、前記圧縮室の内周面近くに位置する作動流体を、前記吐出孔に導くように前記先端面の外周縁部から前記先端面における吐出孔との対向位置に向かって延びる所定幅の凹部で形成された誘導手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記ピストンが下死点から上死点へ動作する圧縮行程時において、前記吐出孔から離れた圧縮室の内周面近く（ピストン先端面の外周縁部）に位置する作動流体を、前記誘導手段によって前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置へ導くことができる。

その結果、ピストンの（略）上死点位置において、ピストンとバルブプレートの間のクリアランス容積内に残留する作動流体の重量を減少させることができ、吸入行程における残留作動流体の再膨張量を抑え、体積効率を向上させることができる。また、作動流体が前記圧縮室の内周面近くに滞留することに起因した過圧縮を抑制し、圧縮機の入力を低減して圧縮機の効率を向上させることができる。
また、かかる構成とすることにより、前記ピストンが下死点から上死点へ動作する圧縮行程時において、前記吐出孔から離れた圧縮室の内周面近く（ピストン先端面の外周縁部）に位置する作動流体を、前記凹部に沿って前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置へ導くことができる。
その結果、吸入行程における残留作動流体の再膨張量を抑え、体積効率を向上させることができる。また、作動流体が前記圧縮室の内周面近くに滞留することに起因した過圧縮を抑制し、圧縮機の入力を低減して圧縮機の効率を向上させることができる。さらに、誘導手段は所定幅の凹部であるため、比較的加工が容易であり、生産性を極端に低下させることもない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記凹部は、前記圧縮室の内周面近くに残留する前記作動流体を、前記吐出孔へ導くものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記凹部の底面を、前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置に向かうにつれて前記バルブプレートから離間する傾斜面としたものである。

かかる構成とすることにより、圧縮行程時における前記圧縮室内の作動流体の挙動は、凹部において浅い側から深い側へ移動する流れを生成し、そして吐出孔から吐出される流れとなる。この時、特に圧縮室の内周面寄りに位置する作動流体は、前述の凹部での流れに誘引されて吐出孔へ導かれることとなり、圧縮室の内周面近くに残留することが抑制され、請求項１による作用効果をさらに助長することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記凹部を、前記先端面における吐出孔との対向位置を通過する直径方向で、かつ前記吐出孔から最も離れた前記先端面の外周縁部から前記対向位置に亘って設けたものである。

かかる構成により、圧縮室の内周面側に近い作動流体を、前記凹部内に沿った流れに導くことができる。その結果、前記ピストンの（略）上死点位置における作動流体の残留をさらに抑制することができ、圧縮機の効率を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の発明において、前記凹部を複数設け、かつ前記先端面における吐出孔との対向位置を中心に扇形の配置となるように形成したものである。

かかる構成とすることにより、前記圧縮室の内周面側に近い作動流体を、複数の凹部によって前記吐出孔側へ導くことができるため、前記吐出孔へ導く作動流体の流れの乱れを抑制することができる。その結果、前記ピストンの（略）上死点位置における作動流体のさらなる残留抑制効果が期待でき、圧縮機の効率をさらに向上することが期待できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記誘導手段を、前記先端面における吐出孔との対向位置から離れたピストンの外周縁部を起点に、該対向位置へ向かうにつれて前記バルブプレートから離間する平面状の傾斜面としたものである。

かかる構成とすることにより、前記ピストンが下死点から上死点へ動作する圧縮行程時は、前記ピストンの移動に伴う圧縮室の容積の減少によって圧縮室内部の作動流体が圧縮され、前記吐出孔から吐出される流れとなる。

この時、前記圧縮室内部の作動流体は、前記ピストンの先端面が傾斜していることに伴い、前記吐出孔から離れたピストン外周部から前記吐出孔側へ流れる。その結果、吐出孔から吐出される際に、圧縮室内部における作動流体の内周面近傍での残留を抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置に、該ピストンが上死点に位置した時に前記バルブプレートの吐出孔へ嵌入する突起を設けたものである。

かかる構成とすることにより、ピストンが（略）上死点位置となった状態における作動流体の残留空間容積を、吐出孔部の容積も含めて低減させることができる。

その結果、さらに残留作動流体の重量を低減することで再膨張量を減らし、圧縮機の体積効率をさらに向上させることができる。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の往復式圧縮機を備えた冷蔵庫である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における往復式圧縮機の縦断面図である。図２は、同実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮要素の分解斜視図である。図３は、同実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮要素を構成するピストンの斜視図である。図４は、同実施の形態１における往復式圧縮機のピストンの平面図である。図５は、同実施の形態１における往復式圧縮機のピストンの図３に示すＡ―Ａ線による縦断面図である。図６は、同実施の形態１における往復式圧縮機の動作を説明する模式図で、（ａ）は吸入行程の途中を、（ｂ）は吸入行程の終了（下死点近傍）を、（ｃ）は圧縮行程の途中を、（ｄ）は吐出行程（上死点近傍）をそれぞれ示している。図７は、冷凍能力、入力、成績係数（ＣＯＰ）について同実施の形態１における往復式圧縮機と従来構成の圧縮機との比較結果を示すグラフである。図８は、同実施の形態１における往復式圧縮機の圧縮行程における作動流体の流れを説明する模式図で、（ａ）は圧縮開始直前（吸入終了直前、下死点近傍）を、（ｂ）は圧縮途中の行程を、（ｃ）は吐出行程をそれぞれ示している。

図１から図５において、往復式圧縮機は、密閉容器１内の底部にオイル２を貯留し、さらに作動流体３として、例えばＲ６００ａのような地球温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒が封入されている。

また、密閉容器１は、鉄板の絞り成型によって形成され、さらに、一端が密閉容器１内に連通し、他端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続される吸入管５０、および、一端が密閉容器１を貫通して吐出マフラー（図示せず）と連通し、他端が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続される吐出管５７を備えている。

また、密閉容器１内には、圧縮要素９と、この圧縮要素９を駆動する電動要素６とを備えた圧縮機本体４が収納されている。圧縮機本体４は、サスペンションスプリング５によって、密閉容器１に対して弾性的に支持されている。

圧縮要素９は、クランクシャフト１２、シリンダブロック１５、ピストン１６、連結手段２２などで構成されている。クランクシャフト１２は、偏芯軸１０と主軸１１で構成され、また、主軸１１の表面には、螺旋状の溝などからなる給油機構５１が設けられている。

電動要素６は、シリンダブロック１５の下方にボルト（図示せず）によって螺子固定されたステータ７と、ステータ７の内側に配置され、主軸１１に焼き嵌め固定されたロータ８で構成されている。

シリンダブロック１５には、圧縮室１３を形成するシリンダ１４と主軸１１を回転自在に軸支する軸受部２３が一体に形成されている。

また、シリンダ１４の端面には、圧縮室１３内外を連通する吸入孔１８と吐出孔１９を備えたバルブプレート１７と、吸入孔１８を開閉する吸入バルブ２０と、バルブプレート１７を覆うシリンダヘッド５２が、ともにヘッドボルト５３によって、シリンダ１４の端面を封止するように固定されている。さらに、バルブプレート１７とシリンダヘッド５２
の間には、吸入マフラー５４が把持されて固定されている。また、バルブプレート１７におけるシリンダヘッド５２と対向する面には、吐出孔１９を開閉する吐出バルブ２１が固定され、これによってバルブプレート１７とシリンダヘッド５２によりヘッド空間５６が形成されている。

さらに、ピストン１６におけるバルブプレート１７と対向する先端面２４には、図３に示すように、吐出孔１９から最も離間したピストン１６の外周縁部２７から先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かい、かつ直径方向に延びる所定幅の凹部２５（本発明の誘導手段に相当）が設けられている。この凹部２５は、一様の深さ（例えば、５０μｍ程度）に形成されている。

また、ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９との対向位置には、円錐台形状の突起２６が設けられている。この突起２６は、吐出孔１９との対向位置に設けられていることから、ピストン１６が上死点に位置した状態でバルブプレート１７に設けた吐出孔１９内に嵌入するように、その突出（高さ）寸法が設定されている。

次に、上記構成からなる往復式圧縮機の動作および作用を説明する。

往復式圧縮機は、ステータ７に電流を流して磁界を発生させ、主軸１１に固定されたロータ８を回転させることで、クランクシャフト１２が回転する。これに伴い、偏芯軸１０に回転自在に取り付けられた連結手段２２を介して、ピストン１６がシリンダ１４内を往復運動する。

そして、このピストン１６の往復運動に伴い、作動流体３は吸入マフラー５４を介して圧縮室１３内へ吸入され、圧縮された後、吐出孔１９から吐出され、ヘッド空間１５６を経て冷凍サイクル（図示せず）へと流れる。

次に、図６を参照しながら圧縮機本体４による作動流体３の吸入、圧縮、吐出行程について説明する。

吸入行程において、図６（ａ）に示すようにピストン１６が圧縮室１３の容積を増加する矢印ｘ方向に動作することにより、圧縮室１３内の作動流体３が膨張し、圧縮室１３内の圧力が低下する。そして、圧縮室１３内の圧力が、吸入マフラー５４内の圧力を下回ると、圧縮室１３内の圧力と吸入マフラー５４内の圧力との差により、吸入バルブ２０が開く。これに伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体３が、吸入管５０から密閉容器１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー５４を経て、圧縮室１３内に流入する。

その後、圧縮行程において、図６（ｂ）に示すようにピストン１６の動作が下死点から圧縮室１３の容積が減少する矢印ｙ方向に転じると、圧縮室１３内の圧力は上昇し、圧縮室１３内の圧力と吸入マフラー５４内の圧力との差によって、吸入バルブ２０が閉じる。これに伴い、圧縮室１３は閉塞され、ピストン１６がさらに圧縮室１３の容積が減少する方向に動作することで、図６（ｃ）に示すように作動流体３は圧縮され、所定の圧力にまで昇圧される。

そして、吐出行程において、圧縮室１３内の作動流体３の圧力が上昇し、バルブプレート１７とシリンダヘッド５２により形成されているヘッド空間５６内部の圧力より高くなると、図６（ｄ）に示すように圧力差によって吐出バルブ２１が開き始める。その結果、圧縮室１３内部の作動流体３は、吐出孔１９を通過し、ヘッド空間５６へ流出する。

そして、作動流体３は、ヘッド空間５６から吐出マフラー（図示せず）を経由し、吐出
管５７より冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと流れる。

圧縮室１３内部の圧力が、ヘッド空間５６内の圧力を下回ると、吐出バルブ２１は閉じ、これに伴って圧縮室１３は閉塞され、ピストン１６が下死点方向に移動して再び吸入行程に移行する。

ピストン１６の上死点位置において、ピストン１６とバルブプレート１７の間には、両者の干渉を回避するためのクリアランスが形成されており、圧縮室１３には微小な容積が残在する。

すなわち、この微小な容積によって圧縮室１３の内部には作動流体３が残留することとなる。この残留した作動流体３は吐出されないため、吸入行程では、この残留する作動流体３と新たに吸入マフラー５４から吸入孔１８を経て流入する作動流体３が混合され、圧縮されることとなる。

したがって、従来の構成であると、上述の如く圧縮室１３の内周面近くに残留した作動流体３の再膨張により、期待できる圧縮効率の向上には限界があった。

しかしながら、本実施の形態１における圧縮機の構成は、ピストン１６の先端面２４に凹部２５を設け、しかも、この凹部２５を、吐出孔１９から最も離間したピストン１６の外周縁部２７から先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かって延びる構成としているため、圧縮室１３の内周面近くに位置し、かつ圧縮された作動流体３を可能な限り吐出孔１９から吐出させることができ、従来以上の作用効果が期待できる。

図７に、本実施の形態１の構成による圧縮機の冷凍能力、入力（消費電力）、ＣＯＰ（成績係数）の結果を示す。図７は、ピストン１６の先端面２４に凹部２５を具備していない従来構成と相対比較した結果である。

図７に示すように、同一試験条件では、冷凍能力、入力、ＣＯＰいずれにおいても従来の構成を上回る結果を得ることができた。

ここで、圧縮、吐出行程における、圧縮室１３内部の作動流体３の流れについて、図８を参照しながら説明する。

図８（ａ）の圧縮開始直前状態からピストン１６が矢印ｙ方向へ始動し、圧縮室１３内の圧力が吸入マフラー５４内の圧力を上回り、吸入バルブ２０が閉じると、図８の（ｂ）に示すように圧縮室１３内は閉塞される。そして、さらにピストン１６が上死点方向、すなわち、圧縮室１３の容積が減少する方向に動作すると、作動流体３は圧縮される。

このとき、圧縮室１３内の作動流体３の流れは、ピストン１６の先端面２４付近において、ピストン１６の先端面２４に形成された凹部２５により、矢印Ｙで示すように、凹部２５の底面に沿って、圧縮室１３の内周面から吐出孔１９方向に向かう流れが発生する。

そして、ヘッド空間５６の圧力よりも圧縮室１３内部の圧力が高くなり、図８の（ｃ）に示すように、吐出バルブ２１が開くと、吐出孔１９近傍の作動流体３は、矢印Ｙ１で示すように速やかに吐出孔１９方向へ流れ、そして、吐出孔１９を通過してヘッド空間５６へ吐出される。

一方、吐出孔１９から離れた図４のＺで示す領域（圧縮室１３の内周面近く）の作動流体３は、図８の（ｃ）の矢印Ｙ２で示すように矢印Ｙ１で示す流れなどの影響を受け、一
部は圧縮室１３の内周面側に向かう流れとなり、通常では吐出孔１９からの吐出が遅くなるものと推測する。

しかしながら、本実施の形態１の構成によれば、ピストン１６の先端面２４に凹部２５を設けたことにより、矢印Ｙ３で示すように、圧縮室１３の内周面近くに位置する作動流体３は、凹部２５によって一定の流れが形成され、突起２６側へと導かれるものと推測する。

その結果、ピストン１６が上死点近傍へ到達することにより、先端面２４とバルブプレート１７とのクリアランスが小さくなり、吐出孔１９へ向かうための流路が狭くなっても、領域Ｚに残留する作動流体３は、ピストン１６の先端面２４の凹部２５を流れる作動流体３の流れ（矢印Ｙ３）に誘引され、スムーズに吐出孔１９から排出されるものと推測する。したがって、残留する作動流体３の重量を減らし、再膨張量を抑制することで、体積効率の向上を図ることができる。

さらに、ピストン１６の領域Ｚにおける作動流体３は、上述の如くピストン１６の先端面２４に形成された凹部２５によって生成される作動流体３の流れに伴い、ピストン１６の領域Ｚに滞留することなく、スムーズに吐出孔１９からヘッド空間５６へ排出されるため、作動流体３の滞留により発生するピストン１６の先端面２４の外周縁部２７を主要部とする局部的な圧力上昇が緩和され、必要以上に圧力が上昇してしまう過圧縮も減らすことができ、圧縮機入力の低減と圧縮機効率の向上を図ることができる。

また、上述の如く、圧縮室１３の内周面近くに位置する作動流体３は、ピストン１６の先端面２４に設けた凹部２５を流れる作動流体３の流れに誘引され、吐出孔１９から吐出される流れとなるため、ピストン１６とバルブプレート１７のクリアランスをより狭くすることができ、ピストン１６の上死点位置における圧縮室１３の容積をさらに小さく設定することができる。このことは、残留する作動流体３の許容する重量をさらに減少させ、再膨張（量）を抑え、体積効率をさらに向上することが期待できる。

さらに、ピストン１６の先端面２４には、吐出孔１９に嵌入する突起２６が形成されているため、吐出行程において、吐出孔１９内部に突起２６が嵌入し、ピストン１６の上死点位置における吐出孔１９の容積も含めた圧縮室１３の容積を低減させることができ、さらに残留する作動流体の重量を低減することで再膨張量を減らし、より体積効率を向上させることができる。

本実施の形態１では、吐出孔１９をピストン１６の先端面２４に対し、先端面２４の中央部からオフセットした部位に設けている。そのため、ピストン１６の先端面２４に設けた凹部２５は、吐出孔１９より最も離間したピストン１６の外周縁部（外周位置）２７から突起２６（ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９の対向位置）に向けて設ける構成とした。

一方、吐出孔１９をピストン１６の先端面２４の中央部に位置する構成とした場合においても、作動流体３が滞留するピストン外周縁部２７から吐出孔１９の対向位置に向かって延びるように凹部２５を設けることにより、同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態１においては、ピストン１６に設けた突起２６を円錐台形状としたが、この突起２６の形状は、円錐台に限るものではなく、四角錐台などの多角錐台形状としても同様の効果が期待できる。

さらに、本実施の形態１においては、ピストン１６の先端面２４に突起２６を設ける構
成としたが、先端面２４に突起２６を具備しない構成とした場合においても、同様に凹部２５を流れる作動流体３の強制的な流れにより、ピストン１６の領域Ｚ（圧縮室１３の内周面部）に残留する作動流体３を誘引して吐出孔１９へ導くことができる。

したがって、ピストン１６の先端面２４に突起２６を具備しないピストン構成においても同様に、圧縮室１３内に残留する作動流体３の重量を減らし、再膨張量を抑制して体積効率の向上を図る効果が期待できる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における往復式圧縮機のピストンの斜視図である。図１０は、同実施の形態２における往復式圧縮機のピストンの平面図である。図１１は、同実施の形態２における往復式圧縮機の図９に示すＢ―Ｂ線による断面図である。図１２は、同実施の形態２における往復式圧縮機の圧縮行程における作動流体の流れを説明する模式図で、（ａ）は圧縮開始直前（吸入終了直前、下死点近傍）を、（ｂ）は圧縮途中の行程を、（ｃ）は吐出行程をそれぞれ示している。なお、実施の形態１と同一または相当する構成要素には同一の符号を付して説明する。

図９、図１０、図１１に示すように、本発明の実施の形態２における往復式圧縮機のピストン１６は、実施の形態１と同様にその先端面２４において、吐出孔１９から最も離れたピストン１６の外周縁部２７から先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かい、かつ直径方向に延びる所定幅の凹部２５ａ（本発明の誘導手段に相当）が設けられている。この凹部２５ａの底面は、先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かうにつれてバルブプレート１７から離間する傾斜面となるように形成されている。

換言すると、凹部２５ａは、その底部がピストン１６の先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かうにつれて、例えば、０μｍから５０μｍのように、その底部が徐々に深くなるように形成されている。

また、ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９との対向位置には、円錐台形状の突起２６が設けられている。この突起２６は、吐出孔１９との対向位置に設けられていることから、ピストン１６が上死点に位置した状態でバルブプレート１７に設けた吐出孔１９内に嵌入するように、その突出（高さ）寸法が設定されている。

上記構成のピストン１６は、実施の形態１で説明した圧縮機のピストン１６に代わって用いられるもので、本実施の形態２における圧縮機の構成、基本動作などの説明においては、符号を含めて先の実施の形態１の説明を援用するものとし、ここでは実施の形態１と相違する圧縮行程の内容を主体に説明する。

圧縮行程は、図１２（ａ）の圧縮開始直前状態からピストン１６が矢印ｙ方向へ始動し、圧縮室１３内の圧力が吸入マフラー５４内の圧力を上回り、吸入バルブ２０が閉じると、図１２の（ｂ）に示すように圧縮室１３内は閉塞される。そして、さらにピストン１６が上死点方向、すなわち、圧縮室１３の容積が減少する方向に動作すると、作動流体３は圧縮される。

このとき、圧縮室１３内の作動流体３の流れは、ピストン１６の先端面２４付近において、ピストン１６の先端面２４に形成された凹部２５ａにより、矢印Ｙで示すように、凹部２５ａの底面の傾斜に沿って、圧縮室１３の内周面から吐出孔１９方向に向かう流れが発生する。

この流れは、凹部２５ａの底面が傾斜していることから、実施の形態１よりも積極的な
流れになるものと推測する。

そして、ヘッド空間５６の圧力よりも圧縮室１３内部の圧力が高くなり、図１２の（ｃ）に示すように、吐出バルブ２１が開くと、吐出孔１９近傍の作動流体３は、矢印Ｙ１で示すように速やかに吐出孔１９方向へ流れ、そして、吐出孔１９を通過してヘッド空間５６へ吐出される。

一方、吐出孔１９から離れた図１０のＺで示す領域（圧縮室１３の内周面近く）の作動流体３は、図１２の（ｃ）の矢印Ｙ２で示すように矢印Ｙ１で示す流れなどの影響を受け、一部は圧縮室１３の内周面側に向かう流れとなり、通常では吐出孔１９からの吐出が遅くなるものと推測する。

しかしながら、本実施の形態２の構成によれば、ピストン１６の先端面２４に凹部２５ａを設けたことにより、矢印Ｙ３で示すように、圧縮室１３の内周面近くに位置する作動流体３は、凹部２５ａによって一定の流れが形成され、突起２６側へと導かれるものと推測する。

その結果、実施の形態１と同様に、ピストン１６が上死点近傍へ到達することにより、吐出孔１９へ向かうための流路が狭くなっても、領域Ｚに残留する作動流体３は、ピストン１６の先端面２４の凹部２５ａを流れる作動流体３の流れ（矢印Ｙ３）に誘引され、スムーズに吐出孔１９から排出されるものと推測する。

しかも、凹部２５ａによって形成される流れは、凹部２５ａの底面が、先端面２４における吐出孔１９との対向部（突起２６）側へ傾斜していることから、実施の形態１よりも積極的な流れになるものと推測する。

したがって、圧縮室１３の内周面近く（領域Ｚ）に残留する作動流体３の排出量の増加が期待でき、残留する重量を減らし、再膨張量を抑制することで、体積効率をさらに向上することができる。

さらに、残留する作動流体３の減少に伴い、ピストン１６の領域Ｚにおける作動流体３の滞留により発生するピストン１６の先端面２４の外周縁部２７を主要部とする局部的な圧力上昇をより緩和することができ、必要以上に圧力が上昇してしまう過圧縮を抑制して、圧縮機入力の低減と圧縮機効率の向上を図ることができる。

また、上述の如く、圧縮室１３の内周面近くに位置する作動流体３は、ピストン１６の先端面２４に設けた凹部２５ａを流れる作動流体３の流れに誘引され、吐出孔１９から吐出される流れとなるため、ピストン１６とバルブプレート１７のクリアランスをより狭くすることができ、ピストン１６の上死点位置における圧縮室１３の容積をさらに小さく設定することができる。このことは、残留する作動流体３の許容する重量をさらに減少させ、再膨張量を抑え、体積効率をさらに向上することが期待できる。

さらに、ピストン１６の先端面２４には、吐出孔１９に嵌入する突起２６が形成されているため、吐出行程において、吐出孔１９の内部に突起２６が嵌入し、ピストン１６の上死点位置における吐出孔１９の容積も含めた圧縮室１３の容積を低減させることができ、さらに残留する作動流体の重量を低減することで再膨張量を減らし、より体積効率を向上させることができる。

本実施の形態１では、吐出孔１９をピストン１６の先端面２４に対し、先端面２４の中央部からオフセットした部位に設けている。そのため、ピストン１６の先端面２４に設け
た凹部２５ａは、吐出孔１９より最も離間したピストン１６の外周縁部（外周位置）２７から突起２６（ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９の対向位置）に向けて設ける構成とした。

一方、吐出孔１９をピストン１６の先端面２４の中央部に位置する構成とした場合においても、作動流体３が滞留するピストン外周縁部２７から吐出孔１９の対向位置に向かって延びるように凹部２５ａを設けることにより、同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態１においては、ピストン１６に設けた突起２６を円錐台形状としたが、この突起２６の形状は、円錐台に限るものではなく、四角錐台などの多角錐台形状としても同様の効果が期待できる。

さらに、本実施の形態１においては、ピストン１６の先端面２４に突起２６を設ける構成としたが、先端面２４に突起２６を具備しない構成とした場合においても、同様に凹部２５ａを流れる作動流体３の強制的な流れにより、ピストン１６の領域Ｚ（圧縮室１３の内周面部）に残留する作動流体３を誘引して吐出孔１９へ導くことができる。

したがって、ピストン１６の先端面２４に突起２６を具備しないピストン構成においても同様に、圧縮室１３内に残留する作動流体３の重量を減らし、再膨張量を抑制して体積効率の向上を図る効果が期待できる。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における往復式圧縮機のピストンの斜視図である。図１４は、同実施の形態３における往復式圧縮機のピストンの平面図である。図１５は、同実施の形態３における往復式圧縮機の図１３に示すＣ―Ｃ線による断面図である。なお、実施の形態１と同一または相当する構成要素には同一の符号を付して説明する。

図１３、図１４、図１５に示すように、本発明の実施の形態３における往復圧縮機のピストン１６は、その先端面２４に、複数の凹部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ（本発明の誘導手段に相当）を、先端面２４における吐出孔１９との対向位置を中心に扇形の配置となるように設けた構成が、実施の形態２のピストン１６の構成と相違している。突起２６は、実施の形態１と同様に、ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９との対向位置に設けられている。

複数の凹部２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、それぞれ実施の形態２の凹部２５ａと同様に、底面が、先端面２４における吐出孔１９との対向位置に向かうにつれてバルブプレート１７から離間する傾斜面となるように形成されている。

次に、上記構成からなるピストン１６を具備した往復式圧縮機の動作について説明する。

上記構成のピストン１６は、実施の形態１で説明した圧縮機のピストン１６に代わって用いられるもので、本実施の形態３における圧縮機の構成、基本動作などの説明においては、符号を含めて先の実施の形態１の説明を援用するものとし、ここでは、実施の形態１と相違する内容を主体に説明する。

上記構成において、本実施の形態３の場合、圧縮行程から吐出行程にかけては、複数の凹部２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって領域Ｚ（圧縮室１３の内周面寄り）に位置する作動流体３が吐出孔１９へ導かれるため、先の実施の形態１、２に示す一つの凹部２５、２５ａによる導き作用と比較して、広範囲からの導き作用が期待でき、実施の形態１、２で説
明した圧縮室１３内周面寄り（Ｚ領域）に位置する作動流体３の吐出行程時における吐出孔１９への流れの乱れを抑制することができる。

その結果、圧縮室１３内周面寄り（Ｚ領域）に残留する作動流体３の重量を減少することができ、これに起因してピストン１６の上死点位置における圧縮室１３の微小空間容積を極力小さくすることができる。これに伴い、残留作動流体１０３の許容する重量をさらに低減することができる。

したがって、残留する作動流体３の再膨張量を抑制することで吸入行程における作動流体３の吸入量の増大を可能とし、体積効率の向上を図ることができる。

また、圧縮室１３の内周面寄りに位置する作動流体３の滞留による局部的な圧力上昇が緩和でき、圧縮機入力の低減を可能にして圧縮機効率の向上を図ることができる。

なお、実施の形態１の凹部２５を複数設け、本実施の形態４と同様に扇形に配置した構成としても同様の作用効果が期待できる。

（実施の形態４）
図１６は、本発明の実施の形態４における往復圧縮機のピストンの斜視図である。図１７は、同実施の形態４における往復式圧縮機のピストンの平面図である。図１８は、同実施の形態４における往復式圧縮機の図１６に示すＤ―Ｄ線による断面図である。なお、実施の形態１と同一または相当する構成要素には同一の符号を付して説明する。

図１６、図１７、図１８に示すように、本発明の実施の形態４における往復圧縮機のピストン１６は、その先端面２４の構成が先の実施の形態１、２、３と相違している。

すなわち、ピストン１６の先端面２４に、先端面２４における吐出孔１９との対向位置から最も離れたピストン１６の外周縁部２７を起点に、該対向位置に向かうにつれてバルブプレート１７から離間する平面状の傾斜面２４ａ（本発明の誘導手段に相当）を設けた構成が相違している。突起２６は、実施の形態１、２、３と同様に、ピストン１６の先端面２４における吐出孔１９との対向位置に設けられている。

次に、上記構成からなるピストン１６を具備した往復式圧縮機の動作について説明する。

上記構成のピストン１６は、実施の形態１で説明した圧縮機のピストン１６に代わって用いられるもので、本実施の形態４における圧縮機の構成、基本動作などの説明においては、符号を含めて先の実施の形態１の説明を援用するものとし、ここでは、実施の形態１と相違する内容を主体に説明する。

上記構成において、本実施の形態４の場合、圧縮行程から吐出行程にかけては、平面状の傾斜面２４ａによって領域Ｚ（圧縮室１３の内周面寄り）に位置する作動流体３が吐出孔１９へ導かれるため、先の実施の形態１、２、３に示す特定した流れを部分的に形成する凹部２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃによる導き作用と比較して、さらに広範囲からの導き作用が期待でき、実施の形態１、２、３で説明した圧縮室１３内周面寄り（Ｚ領域）に位置する作動流体３の吐出行程時の吐出をより円滑にし、残留量をより少なくする効果が期待できる。

したがって、実施の形態１、２、３と同様に残留する作動流体３の重量低減に伴い、体積効率の向上を図り、かつ圧縮機入力の低減を可能にして圧縮機効率の向上を図ることが
期待できる。

以上のように、本発明にかかる往復圧縮機は、体積効率の向上、圧縮機効率の向上が図れるため、家庭用電気冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置、さらに空気圧縮機などの工業用圧縮機などに広く適用できる。

１ 密閉容器
６ 電動要素
９ 圧縮要素
１３ 圧縮室
１５ シリンダブロック
１６ ピストン
１７ バルブプレート
１９ 吐出孔
２４ 先端面
２４ａ 傾斜面（誘導手段）
２５ 凹部（誘導手段）
２５ａ 凹部（誘導手段）
２５ｂ 凹部（誘導手段）
２５ｃ 凹部（誘導手段）
２６ 突起
２７ 外周縁部

Claims (8)

1. 容器内に、電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収納し、
   前記圧縮要素は、
   圧縮室を形成するシリンダブロックと、
   前記圧縮室内を往復運動するピストンと、
   前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、前記圧縮室内外を連通する吐出孔を形成したバルブプレートを備える構成とし、
   前記吐出孔は、前記ピストンの先端面の中央部からオフセットした位置に設けられ、
   さらに、前記ピストンにおける前記バルブプレートと対向する先端面に、前記圧縮室の内周面近くに位置する作動流体を、前記吐出孔に導くように前記先端面の外周縁部から前記先端面における吐出孔との対向位置に向かって延びる所定幅の凹部で形成された誘導手段を設けた往復式圧縮機。
2. 前記凹部は、前記圧縮室の内周面近くに残留する前記作動流体を、前記吐出孔へ導くものである請求項１に記載の往復式圧縮機。
3. 前記凹部の底面を、前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置に向かうにつれて前記バルブプレートから離間する傾斜面とした請求項２に記載の往復式圧縮機。
4. 前記凹部を、前記先端面における吐出孔との対向位置を通過する直径方向で、かつ前記吐出孔から最も離れた前記先端面の外周縁部から前記対向位置に亘って設けた請求項２または３に記載の往復式圧縮機。
5. 前記凹部を複数設け、かつ前記先端面における吐出孔との対向位置を中心に扇形の配置となるように形成した請求項２から４のいずれか一項に記載の往復式圧縮機。
6. 前記誘導手段を、前記先端面における吐出孔との対向位置から離れたピストンの外周縁部を起点に、該対向位置へ向かうにつれて前記バルブプレートから離間する平面状の傾斜面とした請求項１に記載の往復式圧縮機。
7. 前記ピストンの先端面における吐出孔との対向位置に、該ピストンが上死点に位置した時に前記バルブプレートの吐出孔へ嵌入する突起を設けた請求項１から６のいずれか一項に記載の往復式圧縮機。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の往復式圧縮機を備えた冷蔵庫。