JPS60209674A - 往復式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はシリンダ内でピストンが往復動させられるごと
によって気体を吸入、圧縮する往復式圧縮機に係り、特
に圧縮時におりるオーハコンプレソシ廿ンを緩和する技
術に関するものである。

従来技術 シリンダ内でピストンが後退させられることにより吸入
口から気体を吸入し、その１々退さ一已られたピストン
が前進端位置（上死点）まで前進させられることにより
、吸入した気体を圧縮しつつ吐出口から吐出する往復式
圧縮機が従来から提供されている。例えば、斜板式圧縮
機、クランク式圧縮機、揺動斜板式圧縮機等がその例で
ある。このような圧１ｉｉｔ機においては、圧縮した気
体を全て吐出することが体積９ＪＪ率を高めて圧縮機の
性能向上を図る」二で望ましい。このため、一般に、ピ
ストンの前進ｊｉ：ｊ位置におりるビスＩ・ン頂面とシ
リンダ端壁との間の隙間（１ヘノブクリアランス）４を
できる限り小さくして、吸入した気体のほぼ全量を吐出
口から吐出するようにしている。

ところで、ピストンの前進に伴って気体を圧縮し、その
圧縮された気体を吐出口から吐出する上記圧縮機におい
ては、シリンダ内の気体の圧力が吐出された気体の圧力
（吐出室の圧力）よりも高くなるオーバコンプレッショ
ンを生しる。このオーバコンプレッションは、例えば気
体の粘性抵抗や１ｎ性等に起因して発生ずるものであり
、これを完全に防止することは圧１′＠機としての機能
上不可能なことである。しかしながら、このオーバコン
プレッションは、ピストンの動きを阻害して動力損失を
増加させるのみならず、その作動に伴う騒音を入きくす
る１つの原因ともなっている。

そこで、このようなオーバコンプレッションについて更
にＢＹ”　シ＜　ｉＩ周べたところ、このオーバ」ンプ
レソションは、ピストンが前進端位置近傍に達した際に
、特に吐出口からピストンの往（３’、　？）Ｊ方向と
は直角な方向に離隔した部）、〕−において極端な圧力
上昇を示すことが判った。ずなわら、吐出口近傍におい
てｔｅｌ、圧縮される気体が吐出口から吐出され、しか
も、ピストンの前進に伴う気体の容積変化の割合が吐出
口の容積によって小さくされるため、オーバコンプレッ
ションが緩和されるのである。これに対し、吐出口から
乱れた部分においては、」一連したようにトップクリア
ランスが極めて小さくなるよ・うに設定されているとこ
ろから、ピストンが前進端位置に接近するにつれて気体
の粘性による流通抵抗が大きくなり、吐出ＬＩ側へ向か
）気体の流通が阻害され−Ｃ１１１出１」から離れた部
分程気体の逃げ場所がなくなり、極端な圧力上昇を示す
ものと考えられる。

発明の目的 本発明は以上の如き知見に基づいて為されたものであり
、その目的とするところは、前記トップクリアランスが
極めて小さくされた往復式圧縮機において、そのオーバ
コンプレッションを緩和することにある。

発明の構成 この目的を達成するために、本発明に係る往復式圧縮機
は、吐出口からピストンの移動方向とは直角な方向に離
れた位置に、ピストン頂面とシリンダ端壁との隙間が前
記吐出口周辺の部分のそれより大きいオーバコンプレッ
ション緩和部を設けて構成される。ここで、オーバコン
プレッション緩和部としては、ピストン頂面およびシリ
ンダ端壁のほぼ全体が互に平行な平面とされ、ピストン
頂面が部分的に陥没させられたもの、或いはピストン頂
面が全体的にシリンダ端壁と平行ではない面とされ、そ
れらピストン頂面とシリンダ端壁との隙間が吐出口周辺
におけるより吐出口から離れた部分において大きくされ
たもの等がある。

発明の効果 このようにすれば、ピストンが前進端位置近傍まで前進
させられて吐出口側へ向かう気体の流通が阻害されるよ
うになっても、それ以後のピストンの前進に伴う気体の
容積変化の割合が、オーバコンプレッション緩和部が設
けられた分だけ小さくなるため、吐出口から離隔した部
分における極端な圧力上昇が緩和されるのである。しか
も、このオーバコンプレッション緩和部は、吐出口から
離れた特に圧力が高くなり易い部分に設けられるため、
ピストン頂面に作用する圧力分布が均一化される。

なお、オーバコンプレッション緩和部を設げれば、ピス
トンが前進端位置に達した際にシリンダ内に残される空
間の容積が大きくなり、ピストンの後退時にはその容積
の大きい空間に残った気体が再膨張するため、−見体積
効率が低下するようであるが、実際には吐出口から離れ
た部分においてはトップクリアランスを小さくすればそ
の部分の気体が吐出されるというわけではなく、ただ小
さく圧縮されて圧力が高くなるのみで、ピストン後退時
にはこの小さく圧縮された気体が再膨張してしまうこと
となるため、オーバコンブレッジコン緩和部を設けて上
記のような無駄な圧縮仕事を回避したからといって体積
効率が低下するわけのものではない。

そして、このようにオーバコンプレッションが緩和され
ることにより、ピストン頂面に作用する圧力が小さくな
り、かつ均一化されるため、ピストンの動きがスムーズ
になってその動力損失が減少するとともに、圧縮機の運
転騒音が低減される。

マタ、ピストンの前進端近傍において、ピストン駆動機
構に極端に大きな負荷がかがることがなくなるため、圧
縮機の耐久性、信頼性が向上する。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は自動車の車室冷房装置等に用いられる斜板式冷
媒ガス圧縮機の構成を示す正面断面図である。図におい
て１０はフロントブロック、１２はリヤブロックであり
、互いに対称な両ブロックが付き合わされてＩ　ＩＩＩ
のシリンダブロック１４を構成している。シリンダブロ
ック１４にはシリンダボア１６が一円周上に等角度間隔
で複数個形成されており、各シリンダボア１６内にはそ
れぞれ両頭のピストン１８が摺動可能に嵌合されている
。フロントブロック１０とりャブロソク１２との突合せ
部には斜板室２０が形成されており、この斜板室２０内
には回転軸２２に一定角度傾斜して固定された斜板２４
が配設されている。回転軸２２はシリンダブロック１４
の中心孔２６内に回転可能に支承されている。斜板２４
の外周部は２個ずつの球体２８およびシュー２９を介し
てピストン１８と係合させられており、回転軸２２と共
に斜板２４が回転させられることにより、ピストン１８
はシリンダボア１６内を往復駆動される。

この時、ピストン１８から斜板２４に加えられる軸方向
の荷重は、斜板２４のボス部の両端部に設けられた一対
のスラストヘアリング３ｏによって受けられる。

フロントブロック１０の端面には吸入弁シート３２、バ
ルブプレート３４およびガスケット３６を間に挟んでフ
ロントハウジング３８が固定されている。バルブプレー
ト３４には各シリンダボア１６に対応して１個ずつの吸
入口４０および吐出口４２が形成されており、それらに
対応して吸入弁４４および吐出弁４６が設けられている
。吸入弁４４および吐出弁４６は共にリード弁であるが
、吐出弁４６の開き量はガスケット３６と一体に形成さ
れた規制板４８によって規制されている。各吸入口４０
はフロントハウジング３８内の外周部に形成された共通
の吸入室５０から冷媒ガスを吸入し得る位置に設けられ
ており、一方、各吐出口４２はフロントハウジング３８
内の中心部側に形成された共通の吐出室５２へ冷媒ガス
を吐出し得る位置に形成されている。フロントハウジン
グ３８の中央部には中心孔５４が形成され、前記回転軸
２２の一端部はこの中心孔５４内に延び出させられてお
り、フロントハウジング３８と回転軸２２との気密は軸
封装置５６によって保たれている。

以上、フロント側について詳細に説明したが、リヤ側に
おいてもほぼ同様で、リヤブロック１２の端面には吸入
弁シート３２．バルブプレート３４およびガスケット３
６を間に挟んでリヤハウジング５８が固定されており、
冷媒ガスはリヤハウジング５８内の吸入室６０から吸入
弁４４を備えた吸入口４０を経てシリンダボア１６内に
吸入され、吐出弁４６を備えた吐出口４２を経て吐出室
６２へ吐出される。

フロント側吐出室５２とリヤ側吐出室６２とは図示しな
い吐出通路を経て共通の吐出ボートに連通させられてい
るとともに、フロン１〜側吸入室５０とリヤ側吸入室６
０とは、複数の吸入通路６４によって斜板室２０に連通
させられ、更に図示しない吸入ボートに連通させられ′
ζいる。吸入通路６４は、フロントブロック１０．リヤ
ブロック１２、フロントハウジング３８およびリヤハウ
ジング５８を締め付けるためのボルト６６の挿通孔をも
兼ねている。

前記ピストン１８の両頂面６８は、それぞれピストン１
８の軸線に対して直角に形成され、それら両頂面６８と
、バルブプレート３４と共にシリンダ端壁をなす吸入弁
シート３２の内面６９とが全体にわたって互いに平行と
されている。そして、ピストン１８が斜板２４の回転に
伴って一方の前進端位置まで前進させられた時、それの
頂面６８と内面６９との間の隙間、すなわちトップクリ
アランス７０は極めて小さく、吸入冷媒ガスのほぼ全量
を吐出口４２から吐出するようになっている。

なお、第１図はピストン１８がフロント側の前進端位置
まで前進させられた状態を示したものである。

両頂面６８には、第２図から明らかなようにそれぞれ４
個の有底円穴７２．７３．７４および７５が穿設されて
、頂面６８が部分的に陥没させられている。有底円穴７
２乃至７５はいずれも頂面６８の吐出口４２に対応する
位置からピストン１８の往復動方向とは直角な方向に離
れた位置に設けられており、有底円穴７２ば吸入口４０
にほぼ対応する位置に設けられている。また、有底円穴
７３は吐出口４２に対応する位置と有底円穴７２とのほ
ぼ中間位置に、有底円穴７４および７５は頂面６８の外
周部であって吸入口４０の中心と吐出口４２の中心とを
結ぶ直線から互に反対側へ等距離隔たった位置にそれぞ
れ設けられている。これにより、前記Ｉ・ツブクリアラ
ンス７０は、これら有底円穴７２乃至７５が設けられた
部分のめ、他の部分に比較して大きくなっているのであ
る。

以上のように構成された圧縮機において、回転軸２２に
回転トルクが加えらえ斜板２４が回転させられると、シ
リンダボア１６内においてピストン１８が往復運動を開
始する。そして、例えばピストン１８がフロント側へ駆
動されると、シリンダボア１６のフロント側においては
ピストン１８が前進させられることとなり、冷媒ガスが
圧縮されつつ吐出口４２から吐出室５２内に吐出される
。

また、シリンダボア１６のリヤ側においてはピストンＩ
８が後退させられることとなり、吸入室６０内の冷媒ガ
スが吸入口４０からシリンダボア１６内に吸入される。

ピストン１８が前進させられてその前進端位評近傍に達
すると、トップクリアランス７０が極めて小さくなるよ
うに設定されているところから頂面６８と内面６９との
隙間、換言すれば吐出口４２に向かつて流通ずる冷媒ガ
スの流通路の厚さが非常に薄くなる。このため、冷媒ガ
スおよびそれに含まれている潤滑油の粘性に基づいて流
通抵゛抗が大きくなり、吐出口４２側へ向かう冷媒ガス
の流通が阻害される。また、内面６９の近傍で吐出口４
２から離れた部分は、もともとピストン１８の前進に伴
う冷媒ガスの流動経路から外れており、ピストン１８の
前進に拘らずその部分に滞留しており、慣性によって直
ちに流動し難い状態にある。

以上のようなことから、ピストン１８が高速度で更に前
進させられても、吐出口４２からはその近傍の冷媒ガス
のみが吐出され、吐出口４２から離れた部分に位置する
冷媒ガスはそのまま圧縮されることとなる。ここで、本
実施例のピストン１８の頂面６８には、このような冷媒
ガスの流通が阻害される部分すなわち吐出口４２に対応
する位置から離れた部分に４個の有底円穴７２乃至７５
が設ｉノられているため、その有底円穴７２乃至７５の
容積分だけ冷媒ガスの容積が大きくなって、ピストン１
８の前進に伴う冷媒ガスの容積変化の割合が小さくなる
。したがって、冷媒ガスの圧縮率も小さくなり、オーバ
コンブレンジジンが緩和されるのである。すなわち、有
底円穴７２乃至７５は、オーバコンプレッション緩和部
をなしているのである。

因みに、ピストン１８が前進端位置まで前進させられた
時の頂面６８に作用する圧力分布を第３図（ａ）に示し
、同図のＡ−Ｂ線上の圧力分布を第３図（ｂｌに示す。

また、ピストン１８の頂面６８が内面６９に対して完全
に平行な平面とされた従来の場合について、第４図（ａ
）、　（ｂｌに示ず。これらの図から明らかなように、
頂面６８が完全な平面とされた従来の場合には、吐出口
４２から離隔するにしたがって圧力が急激に上昇してい
るが、本実施例の場合にはそのような圧力の上昇が見ら
れず、ピストン１８の頂面６８に作用する圧力が略均−
となっている。

その後、ピストン１８が後退させられると、吸入口４０
から冷媒ガスが吸入される。この時、上記ピストン１８
の頂面６８と内面６９との間のトンフリリアランスフ０
内に残留していた冷媒ガスは、ピストン１８の燐退とと
もに再膨張するが、この再膨張する冷媒ガスの量は有底
円穴７２乃至７５を設けない場合と殆ど変わらないため
、有底円穴７２乃至７５を設けてオーバコンプレッショ
ンを低減させたことにより体積効率が低下することばな
い。しかも有底円穴７２乃至７５はいずれも吸入口４０
に対応する位置若しくはその近傍に設けられているため
、有底円穴７２乃至７５を設けたことによる体積効率の
低下は一層有効に防止される。吸入時においては冷媒ガ
スが吸入される吸入口４０の近傍はど圧力が高くなるた
め、残留冷媒ガスの再膨張が吸入された冷媒ガスによっ
て抑制されるからである。

そして、ピストン１８が後退端位置（下死点）まで後退
させられると再び前進させられ、前述のような圧縮仕事
が行われる。なお、ピストン１日のフロント側とリヤ側
とでは半サイクルずれた行程となり、また、シリンダブ
ロック１４内に設けられた複数個のシリンダボア１６内
では、互いにその配設角度間隔に応じた位相分だけずれ
た行程となる。この結果、圧縮機全体としては連続的に
冷媒ガスの圧縮仕事が行われることとなる。

このように本実施例の圧縮機は、その体積効率を殆ど損
なうことなくオーバコンプレッションが緩和されて、ピ
ストン１８の頂面６８に作用する圧力が小さくされ、か
つ均一化されているため、ピストン１８の動きが極めて
スムーズになる。これにより、ピストン１８の動力損失
が軽減されるとともに圧縮機の運転騒音が小さくなり、
かつ、圧縮機の耐久性が向上するのである。

なお、上述した実施例ではピストン１８の頂面６８に４
個の有底円穴７２乃至７５が設けられることによってオ
ーバコンプレッション緩和部が形成されているが、有底
円穴７２乃至７５のいずれか１個あるいは複数個、さら
には５．１ｌｌａ以上の有底円穴からオーバコンプレッ
ション緩和部を形成することも可能であり、また、その
形状や位置も圧縮機の目的や使用条件、吐出口４２や収
入口４０の位置等を考慮して設定すれば良い。

例えば、前述の実施例においてピストン１８の頂面６８
に１個の有底円穴７２のみを設けた場合には、オーバコ
ンプレッション発生時に頂面６８に作用する圧力の分布
は第５図＋ａ＋に示すようになり、そのＡ−Ｂ線上の圧
力分布は同図（ｂ）に示すようになる。したがって、頂
面６８にオーバコンプレッション緩和部を設番ノない第
４図（ａｌ、　（ｂ）Ｌこ示す従来の場合に比較して、
特に吐出口４２から離れた部分におけるオーバコンプレ
ッションが緩和される。

また、第６図ｔａ）、　ｌｂｌは、頂面６８に３個の有
底円穴７２．７４および７５を設けた場合の、オーバコ
ンプレッション発生時における圧力分布を示したもので
あるが、この場合には上記第５図に示す場合に比較して
、オーバコンプレッションが一層が効果的に緩和される
。

さらに、オーバコンプレッション緩和部は必ずしも上記
のような有底円穴から形成する必要はなく、例えば第７
図に誇張して示すピストン７６のように、その頂面７８
を全体的に前記内面６９と平行でない曲面とすることに
よってオーバコンプレッション緩和部を形成することも
可能である。

すなわち、前記第４図＋ａ）に示すオーバコンプレッシ
ョンの圧力分布から、その圧力が高い部分程頂面７８と
内面６９との間の隙間が大きくなるように頂面７８を形
成するのである。この場合には前記各実施例に比較して
、オーバコンプレッションを一層均一にすることができ
る。

以上、本発明のいくつかの実施例を図面に基づいて説明
したが、本発明はその他の態様でも実施することができ
る。

例えば、前述の各実施例ではピストンの頂面にオーバコ
ンプレッション緩和部が形成されているが、シリンダ端
壁やシリンダボアに凹部等のオーバコンプレッション緩
和部を形成することも可能である。

また、第１図に示すような斜板式圧縮機のみならず、ク
ランク式圧縮機、揺動斜板式圧縮機など他の往復式圧縮
機にも本発明を適用し得ることは勿論である。

その他、本発明はその趣旨を逸脱することなく、当業者
の知識に基づき種々の変更、改良を施した態様で実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である斜板式冷媒ガス圧縮機
の正面断面図である。第２図は上記圧縮機のピストン頂
面を示す平面図である。第３図ｆａｔハヒストン頂面に
作用するオーバコンプレ・７シヨン時の圧力分布を示す
図で、同図ｆｂ）はそのＡ−Ｂ線上の圧力分布を示す図
である。第４図（ａ）、　（ｂ）ばオーハコンプレソシ
ョン緩和部を有しない従来の圧縮機においてオーバコン
プレッション時にピストン頂面に作用する圧力の分布を
示す図で、第３図（ａｌ、　（ｂｌに対応する図である
。第５図（ａｌ、　（ｂｌおよび第６図（ａｌ、　ｆｂ
ｌは、それぞれ本発明の他の実施例においてピストン頂
面に作用するオーバコンプレッション時の圧力分布を示
す図で、第３図（ａｇ、　（ｂｌに対応する図である。 第７図は本発明の更に別の実施例の要部を示す図で、ピ
ストンの頂面近傍の断面図である。 １４ニジリンダブロツク １６：シリンダボア　ｉ８，７６：ピストン２４：斜板
　４０：吸入口 ４２：吐出口　６８．７８’：頂面 ７０ニドツブクリアランス ７２．７３，７４，７５：有底円穴 出願人　株式会社　豊田自動織機製作所６図 ７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　シリンダ内でピストンが後退させられるごとに
   より吸入口から気体を吸入し、その後退させちれたピス
   トンがそれの頂面とシリンダ端壁との間に僅かな隙間を
   残すのみの前進端位置まで前進させられることにより吸
   入した気体のほぼ全量を排出口から吐出する往復式圧縮
   機におい゛Ｃ１前記吐出口から前記ピストンの移動方向
   とは直角の方向に離れた位置に、そのピストンの頂面と
   前記シリンダ端壁との隙間が前記吐出口周辺の部分のそ
   れより大きいオーバコンプレッション緩和部を設けたこ
   とを特徴とする往復式圧縮機。
2. （２）　前記ピストン頂面およびシリンダ端壁のほぼ全
   体が互に平行な表面とされており、ピストン頂面が部分
   的に陥没させられることにより前記オーバコンプレッシ
   ョン緩和部が形成されている特許請求の範囲第１項記載
   の往復式圧縮機。
3. （３）　前記ピストン頂面が全体的に前記シリンダ端壁
   と平行ではない面とされることによりそれらピストン頂
   面とシリンダ端壁との隙間が前記吐出１１周辺における
   より吐出口から離れた部分において大きくされて、前記
   オーバコンブレッジジン緩和部が形成されている特許請
   求の範囲第１舅記載の往復式圧縮機。