JPH05231308A - ピストン型圧縮機におけるシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストン型圧縮機の体積効率を向上する。 【構成】 回転軸４によって回転する回転駆動体６上に
は揺動斜板９が相対回転可能に支持されており、回転軸
４の回転によって揺動斜板９が揺動する。シリンダブロ
ンク１内のピストン１０Ａ₁ ，１０Ａ₄ はピストンロッ
ド１０ａによって揺動斜板９に連結されており、揺動斜
板９の揺動によってシリンダボア１ａ内を前後動する。
シリンダブロック１の収容凹部１ｂにはロータリバルブ
１４が収容されており、カップリング１６を介して回転
軸４に連結している。ロータリバルブ１４内には吸入通
路１７が設けられており、収容凹部１ｂの内周面には吸
入ポート１ｃ₁ ，１ｃ₄ が圧縮室Ｐ₁ ，Ｐ₄ に連通する
ように形成されている。ロータリバルブ１４の周面には
洩れガス捕捉溝１８が設けられている。洩れガス捕捉溝
１８及び吸入通路１７はロータリバルブ１４の回転によ
って吸入ポート１ｃ₁，１ｃ₄ に順次連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸の周囲に配列さ
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、回転軸の回転に連動してピストンを往復動させるピ
ストン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】従来のピストン型圧縮機では、ピストン
によってシリンダボア内に区画される圧縮室と吸入室と
の間の吸入ポートが圧縮室内のフラッパ弁によって開閉
されるようになっている。吸入室内の冷媒ガスは上死点
側から下死点側へ移動するピストンの吸入動作によって
フラッパ弁を押し開いて圧縮室へ流入する。ピストンが
下死点側から上死点側へ移動する吐出行程ではフラッパ
弁が吸入ポートを閉じ、圧縮室内の冷媒ガスが吐出ポー
トから吐出室へ吐出される。

【０００３】フラッパ弁の開閉動作は圧縮室と吸入室と
の間の圧力差に基づくものであり、吸入室の圧力が圧縮
室の圧力よりも高ければフラッパ弁は撓み変形して吸入
ポートを開く。吸入室の圧力が圧縮室の圧力よりも高く
なるのは上死点側から下死点側へ移動するピストンの吸
入動作時である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】弾性変形であるフラッ
パ弁の撓み変形は弾性抵抗として作用し、吸入室の圧力
が圧力室の圧力をある程度上回らなければフラッパ弁は
開放しない。即ち、フラッパ弁の開放が遅れる。圧縮機
内の潤滑を行なうために冷媒ガス中には潤滑油が混入さ
れており、この潤滑油が冷媒ガスと共に圧縮機内の必要
な潤滑部位に送りこまれる。この潤滑油は冷媒ガスの流
通領域ならばどこへでも入り込み可能であり、吸入ポー
トを閉じているフラッパ弁とその密接面との間にも潤滑
油が付着する。この付着潤滑油は前記密接面とフラッパ
弁との間の密着力を高め、フラッパ弁の撓み変形開始が
一層遅れる。このような変形開始遅れは圧縮室への冷媒
ガス流入量の低下、即ち体積効率の低下をもたらす。
又、フラッパ弁が開いている場合にもフラッパ弁の弾性
抵抗が吸入抵抗として作用し、冷媒ガス流入量が低下す
る。

【０００５】さらに外部冷媒回路から吸入室に流入した
冷媒ガスが圧縮機自体の発生熱によって膨張し、吸入室
内の冷媒ガスの密度が低下する。通常、吸入室は吐出室
と隣接しており、吸入室の冷媒ガスは高温ガスの存在領
域である吐出室の熱によって膨張する。圧縮室へ流入す
る前の冷媒ガスの密度低下は圧縮室における実質的な圧
縮容量の低下、即ち体積効率の低下に繋がる。

【０００６】本発明はこの体積効率を向上しつつシール
性にも優れたピストン型圧縮機を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
ピストンによってシリンダボア内に区画される圧縮室に
冷媒ガスを導入するための吸入通路をロータリバルブ上
に形成すると共に、ピストンの往復動に同期して前記圧
縮室の吸入ポートと前記吸入通路とを順次接続するよう
に前記ロータリバルブを設け、吐出行程にある圧縮室の
吸入ポートを閉塞するロータリバルブのシール周面に洩
れガス捕捉溝を形成し、下死点付近に配置されたピスト
ンによって区画される圧縮室の吸入ポートにロータリバ
ルブの回転に伴って洩れガス捕捉溝の一部を順次接続す
るようにした。

【０００８】

【作用】ロータリバルブ上の吸入通路はロータリバルブ
の回転に伴って複数の圧縮室に順次連通する。吸入通路
と圧縮室とが連通しているときに圧縮室の圧力が吸入通
路の圧力（設定吸入圧）以下まで低下していく。この圧
力低下により吸入通路の冷媒ガスが圧縮室へ流入する。
フラッパ弁の場合とは異なり、吸入通路は予め決められ
たタイミングで圧縮室に連通する。

【０００９】吐出行程にある圧縮室の吸入ポートはロー
タリバルブのシール周面によって閉塞されているが、吸
入ポートに対して相対移動しているシール周面によって
圧縮室内の高圧冷媒ガスの洩れを完全に防ぐことは難し
い。このシール部位から洩れ出た冷媒ガスは洩れガス捕
捉溝によって捕捉される。洩れガス捕捉溝は、下死点付
近に配置されたピストンによって区画される圧縮室の吸
入ポートにロータリバルブの回転に伴って接続する。洩
れガス捕捉溝に接続した圧縮室は吸入圧相当の低圧であ
り、洩れガス捕捉溝に捕捉された冷媒ガスは低圧の圧縮
室へ移行する。従って、ロータリバルブの吸入通路を通
過した冷媒ガスが吸入通路側の吸入圧領域に還流するこ
とはない。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を可変容量型の揺動斜板式圧縮
機に具体化した一実施例を図１〜図４に基づいて説明す
る。

【００１１】シリンダブロック１の前後にはフロントハ
ウジング２及びリヤハウジング３が接合固定されてお
り、シリンダブロック１及びフロントハウジング２に回
転可能に支持された回転軸４には回転支持体５が止着さ
れている。回転支持体５には回転駆動体６がアーム５ａ
上の長孔５ｂとピン７との係合により傾斜角可変に連結
支持されている。回転駆動体６は回転軸４上のガイドス
リーブ８の左右両側に突設された軸ピン８ａにより揺動
可能に支持されており、回転駆動体６上には揺動斜板９
が相対回転可能に支持されている。

【００１２】シリンダブロック１には複数のシリンダボ
ア１ａ（本実施例では６つ）が回転軸４の軸方向に貫設
されており、回転軸４の周囲に等間隔角度位置に配列さ
れている。シリンダボア１ａ内にはピストン１０Ａ₁ ，
１０Ａ₂ ，１０Ａ₃ ，１０Ａ ₄ ，１０Ａ₅ ，１０Ａ₆ が
収容されている。各ピストン１０Ａ_j （ｊ＝１〜６）は
ピストンロッド１０ａを介して揺動斜板９に連結されて
いる。回転軸４の回転運動は回転支持体５及び回転駆動
体６を介して揺動斜板９の前後往復揺動に変換され、ピ
ストン１０Ａ_j がシリンダボア１ａ内を前後動する。

【００１３】シリンダブロック１とリヤハウジング３と
の間にはバルブプレート１１、弁形成プレート１２及び
リテーナ形成プレート１３が挟まれており、リヤハウジ
ング３内には吐出室３ａが形成されている。ピストン１
０Ａ_j によって各シリンダボア１ａ内に区画される圧縮
室Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ，Ｐ₄ ，Ｐ₅ ，Ｐ₅ ，Ｐ₆ はバルブ
プレート１１によって吐出室３ａから区画され、バルブ
プレート１１上には吐出ポート１１ａが形成されてい
る。弁形成プレート１２上にはフラッパ弁型の吐出弁１
２ａが形成されており、リテーナ形成プレート１３上に
はリテーナ１３ａが形成されている。吐出弁１２ａは吐
出室３ａ側で吐出ポート１１ａを開閉し、リテーナ１３
ａは吐出弁１２ａの撓み変形量を規制する。

【００１４】シリンダブロック１及びリヤハウジング３
の対向端面中心部には収容凹部１ｂ，３ｂが形成されて
おり、回転軸４の端部が収容凹部１ｂ内に突出してい
る。両収容凹部１ｂ，３ｂは回転軸４の軸方向に軸芯を
持つ円柱形状の収容室を構成し、収容室１ｂ，３ｂ内に
はロータリバルブ１４が回転可能に収容されている。収
容凹部３ｂの底面とロータリバルブ１４の端面との間に
はスラストベアリング１５が介在されており、収容凹部
１ｂ側のロータリバルブ１４の端面にはカップリング１
６が嵌入固定されている。収容凹部１ｂ内に突出する回
転軸４の突出端部４ａとカップリング１６とは相対回転
不能に嵌合しており、ロータリバルブ１４は回転軸４と
一体的に収容室１ｂ，３ｂ内で図２の矢印Ｒ方向に回転
する。スラストベアリング１５はロータリバルブ１４に
対するスラスト荷重を受け止める。

【００１５】ロータリバルブ１４には吸入通路１７が収
容凹部３ｂ側の端面から周面にかけて貫設されている。
リヤハウジング３の中心部には導入口３ｃが収容凹部３
ｂに接続するように形成されており、吸入通路１７の入
口１７ａが導入口３ｃに連通している。

【００１６】収容凹部１ｂの周面には圧縮室Ｐ₁ 〜Ｐ₆
と同数の吸入ポート１ｃ₁ ，１ｃ₂，１ｃ₃ ，１ｃ₄ ，
１ｃ₅ ，１ｃ₆ が等間隔角度位置に配列形成されてい
る。吸入ポート１ｃ_j と圧縮室Ｒ_j （ｊ＝１〜６）とは
１対１で常に連通しており、吸入工程にある各吸入ポー
ト１ｃ_j は吸入通路１７の出口１７ｂの周回領域に接続
している。図１及び図２に示す状態ではピストン１０Ａ
₁ は上死点位置にあり、１８０°の回転対称位置にある
ピストン１０Ａ₄ は下死点位置にある。このようなピス
トン配置状態のとき、出口１７ｂは吸入ポート１ｃ₁ ，
１ｃ₄ に接続することなく両者間に配置される。即ち、
ピストン１０Ａ₁ が上死点位置から下死点位置に向かう
吸入行程に入った時には吸入通路１７は圧縮室Ｐ₁ に連
通し、導入口３ｃから供給される冷媒ガスがロータリバ
ルブ１４内の吸入通路１７を経由して圧縮室Ｐ₁ に吸入
される。このような冷媒ガス吸入は他の圧縮室Ｐ₂ 〜Ｐ
₆ においても同様に行われる。

【００１７】図３に示すようにロータリバルブ１４の周
面には洩れガス捕捉溝１８が形成されている。洩れガス
捕捉溝１８は、ロータリバルブ１４の軸線方向に平行な
排出溝１８ａと、周方向に平行な収拾溝１８ｂ，１８ｃ
とで構成されている。排出溝１８ａはロータリバルブ１
４の回転に伴って吸入ポート１ｃ_j に順次連通してゆ
く。又、洩れガス捕捉溝１８によって包囲されているロ
ータリバルブ１４の周面領域Ｈはロータリバルブ１４の
回転に伴って吸入ポート１ｃ_j を順次閉塞してゆき、ピ
ストン１０Ａ_j が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１７と圧縮室Ｐ_j との
連通が遮断される。

【００１８】圧縮室Ｐ_j 内へ吸入された冷媒ガスはピス
トンが下死点位置から上死点位置に向かう吐出動作によ
って圧縮されつつ吐出室３ａへ吐出されるが、クランク
室２ａ内の圧力と圧縮室Ｒ_j 内の吸入圧とのピストンを
介した差圧に応じてピストンのストロークが変わり、圧
縮容量を左右する揺動斜板９の傾斜角が変化する。クラ
ンク室２ａ内の圧力は、吐出圧領域の冷媒ガスをクラン
ク室２ａへ供給すると共に、図示しない制御弁機構によ
ってクランク室２ａ内の冷媒ガスを吸入圧領域へ放出制
御することによって行われる。

【００１９】フラッパ弁型の吸入弁の場合には潤滑油が
吸入弁とその密接面との間の吸着力を大きくしてしま
い、吸入弁の開放開始タイミングが前記吸着力によって
遅れる。この遅れ、吸入弁の弾性抵抗による吸入抵抗及
び吸入室内の冷媒ガスの熱膨張が体積効率を低下させ
る。しかしながら、強制回転されるロータリバルブ１４
の採用では潤滑油に起因する吸着力及び吸入弁の弾性抵
抗による吸入抵抗の問題はなく、圧縮室Ｐ_j 内が設定吸
入圧を僅かに下回れば冷媒ガスが直ちに圧縮室Ｐ_jに流
入する。又、外部冷媒回路から圧縮室Ｐ_j へ流入する冷
媒ガスは吐出室３ａから比較的隔たったロータリバルブ
１４内の吸入通路１７という経路を経由するため、冷媒
ガスの熱膨張も抑制される。従って、ロータリバルブ１
４採用の場合には体積効率がフラッパ弁型の吸入弁採用
の場合に比して大幅に向上する。

【００２０】図４のグラフの曲線Ｃはピストン１０Ａ_j
のストローク曲線を表し、縦軸はストローク位置Ｙを表
す。横軸は回転軸４の回転角度θを表す。θ＝０°，３
６０°はピストン１０Ａ₁ が上死点位置にあるときの回
転軸４の回転角度位置として設定してあり、θ＝１８０
°はピストン１０Ａ₄ が下死点位置にあるときの回転軸
４の回転角度位置となっている。ストローク位置Ｙはバ
ルブプレート１１とピストン１０Ａ_j との対向端面間の
距離で表されており、ストローク位置Ｙ₁ は上死点位置
を表し、ストローク位置Ｙ₂ は下死点位置を表す。

【００２１】曲線Ｅ₁ は吸入ポート１ｃ_j と吸入通路１
７の出口１７ｂとの接続に伴う通過断面積曲線を表し、
曲線Ｅ₂ は吸入ポート１ｃ_j と排出溝１８ａとの接続に
伴う通過断面曲線を表す。縦軸は通過断面積Ｓを表す。
通過断面積Ｓ₁ は吸入ポート１ｃ_j の通過断面積を表
し、通過断面積Ｓ₂ は吸入ポート１ｃ_j と排出溝１８ａ
とが完全に重合した場合の重合面積を表す。

【００２２】回転角度０°〜１８０°の範囲は圧縮室Ｐ
₁ に関して吸入行程となり、回転角度１８０°〜３６０
°は圧縮室Ｐ₁ に関して吐出行程となる。１８０°の回
転対称位置にある圧縮室Ｐ₄ に関しては回転角度０°〜
１８０°の範囲は吐出行程となり、回転角度１８０°〜
３６０°の範囲は圧縮室Ｐ₄ に関して吸入行程となる。
従って、図２の状態では圧縮室Ｐ₂ ，Ｐ₃ は吐出行程に
あり、圧縮室Ｐ₅ ，Ｐ ₆ は吸入行程にある。又、圧縮室
Ｐ₁ は吐出完了状態にあり、圧縮室Ｐ₄ は吸入完了状態
にある。

【００２３】収拾溝１８ｂ，１８ｃは出口１７ｂの始端
１７ｂ₁ の近傍から終端１７ｂ₂ の近傍にわたり、排出
溝１８ａは終端１７ｂ₂ の近傍にある。図２に示すＷ₁
はロータリバルブ１４の回転中心（即ち回転軸４の回転
中心）を中心とした吸入ポート１ｃ_j の幅角度を表し、
Ｗ₂ は排出溝１８ａと終端１７ｂ₂ との幅角度を表す。
幅角度Ｗ₂ は幅角度Ｗ₁ よりも大きくしてあり、排出溝
１８ａと出口１７ｂとが吸入ポート１ｃ_j に同時に接続
することはない。

【００２４】図２の状態では吐出行程にある圧縮室
Ｐ₂ ，Ｐ₃ の吸入ポート１ｃ₂ ，１ｃ₃が周面領域Ｈに
よって閉塞されるが、このシール周面Ｈによって圧縮室
Ｐ₂ ，Ｐ ₃ 内の高圧冷媒ガスの洩れを防止することは難
しい。即ち、収容凹部１ｂ，３ｂ内でロータリバルブ１
４を円滑回転可能に収容するには収容凹部１ｂ，３ｂの
内周面とロータリバルブ１４周面との間に適度なクリア
ランスを確保しておく必要がある。圧縮室Ｐ₂ ，Ｐ₃ 内
の高圧冷媒ガスはこのクリアランスを通って収容凹部１
ｂ，３ｂ側へ抜け出ようとする。しかしながら、この漏
洩冷媒ガスの大半は収拾溝１８ｂ，１８ｃ及び排出溝１
８ａに入り込む。即ち、洩れガス捕捉溝１８は漏洩冷媒
ガスの大半を捕捉する。

【００２５】収拾溝１８ｂ，１８ｃに連なる排出溝１８
ａは各吸入ポート１ｃ_j に順次接続してゆくが、この接
続時期は吐出行程開始直後である。図２の場合には排出
溝１８ａは吐出行程開始直後の圧縮室Ｐ₄ に連通する吸
入ポート１ｃ₄ の手前にある。吐出行程開始直後の圧縮
室Ｐ₄ 内の圧力は吸入圧相当の低圧であり、排出溝１８
ａと吸入ポート１ｃ₄ とが連通すれば圧縮室Ｐ₂ ，Ｐ₃
から洩れガス捕捉溝１８に洩れ出た冷媒ガスは圧縮室Ｐ
₄ へ流入する。洩れガス捕捉溝１８から圧縮室Ｐ₄ へ流
入した冷媒ガスは圧縮室Ｐ₄ から吐出される。

【００２６】即ち、洩れガス捕捉溝１８に捕捉された冷
媒ガスはロータリバルブ１４の回転に伴って順次圧縮室
Ｐ_j に排出され、収容凹部１ｂ，３ｂを経由してクラン
ク室２ａ、導入口３ｃといった吸入圧領域に還流するこ
とはない。従って、ロータリバルブ１４を介して圧縮室
Ｐ_j へ送りこまれた冷媒ガスがロータリバルブ１４の手
前の吸入圧領域へ還流する割合は洩れガス捕捉溝１８の
ない場合に比して低減し、圧縮室Ｐ_j から吐出される冷
媒ガス量が増え、体積効率が向上する。

【００２７】本発明は勿論前記実施例にのみ限定される
ものではなく、例えば奇数個のピストンを備えた圧縮機
に本発明を適用することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、ピストン
の往復動に同期して圧縮室の吸入ポートとロータリバル
ブ上の吸入通路とを順次接続し、下死点付近に配置され
たピストンによって区画される圧縮室の吸入ポートにロ
ータリバルブの回転に伴って洩れガス捕捉溝の一部を順
次接続するようにしたので、圧縮室から洩れ出る高圧冷
媒ガスが洩れガス捕捉溝によって他の圧縮室へ移され、
ロータリバルブの採用及びそのシール性の向上によって
体積効率を高め得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を具体化した一実施例を示す圧縮機全
体の側断面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】 ロータリバルブの斜視図である。

【図４】 ピストンストローク曲線及び吸入ポートにお
ける通過断面積曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ…シリンダボア、１ｃ₁ ，１ｃ₂ ，１ｃ₃ ，１
ｃ₄ ，１ｃ₅ ，１ｃ₆ …吸入ポート、１０Ａ₁ ，１０Ａ
₂ ，１０Ａ₃ ，１０Ａ₄ ，１０Ａ₅ ，１０Ａ₆ …ピスト
ン、１４…ロータリバルブ、１７…吸入通路、１８…洩
れガス捕捉溝、Ｐ₁，Ｐ₂ ，Ｐ₃ ，Ｐ₄ ，Ｐ₅ ，Ｐ₆ …
圧縮室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤澤 由裕 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転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、回転軸の回転に連
   動してピストンを往復動させるピストン式圧縮機におい
   て、ピストンによってシリンダボア内に区画される圧縮
   室に冷媒ガスを導入するための吸入通路をロータリバル
   ブ上に形成すると共に、ピストンの往復動に同期して前
   記圧縮室の吸入ポートと前記吸入通路とを順次接続する
   ように前記ロータリバルブを設け、吐出行程にある圧縮
   室の吸入ポートを閉塞するロータリバルブのシール周面
   に洩れガス捕捉溝を形成し、下死点付近に配置されたピ
   ストンによって区画される圧縮室の吸入ポートにロータ
   リバルブの回転に伴って洩れガス捕捉溝の一部を順次接
   続するようにしたピストン型圧縮機におけるシール構
   造。