TWI500851B

TWI500851B - Multi-stage compressor and swing piston

Info

Publication number: TWI500851B
Application number: TW099118515A
Authority: TW
Inventors: Masatoshi Asai; Hiroyuki Fukumoto
Original assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2015-09-21
Also published as: CN101943152B; TW201102503A; CN104265601A; JP5617196B2; CN104265601B; JP2011012603A; CN101943152A

Description

多段壓縮機及搖擺活塞

本發明是關於一種藉由複數個壓縮機依次從低壓升到高壓的多段壓縮機及搖擺活塞。

在多段壓縮機中，大氣壓力下之空氣藉由低壓用之壓縮機壓縮，之後，壓縮後之空氣藉由高壓用之壓縮機進一步壓縮，以升到高壓。

作為使用於壓縮機之活塞，一般習知有往復式活塞引擎等所採用之一般圓筒型活塞以及一邊在汽缸內擺動、一邊往返之搖擺活塞。圓筒型活塞由於活塞部沿著汽缸之軸心移動，所以作動很穩定，但構造複雜又昂貴。相對於此，搖擺活塞之構造簡單且較便宜。不過，搖擺活塞是活塞部在汽缸內擺動的構造，所以，活塞部與汽缸之間的間隙會產生變化。因此，在搖擺活塞中，當間隙達到最大時，該間隙會大於圓筒型活塞中之活塞部與汽缸之間的間隙。於是，在搖擺活塞中，設置於活塞部之唇形環必須柔軟。然而，當在多段壓縮機之高壓側採用此種構造之搖擺活塞時，唇形環無法忍耐高壓之荷重而產生變形，從唇形環與汽缸之間的間隙漏出空氣，導致壓縮效率下降。過去，搖擺活塞被低壓用之壓縮機所採用，在高壓用之壓縮機中，多採用圓筒型活塞。

另一方面，搖擺活塞之構造簡單，所以故障也較少，價格也較便宜。於是，高壓側之壓縮機也採用搖擺活塞的想法也受到期待。專利文獻1揭示一種壓縮機，其為高壓側亦採用搖擺活塞之構造。在專利文獻1之構造中，於唇形環之背面側重疊設置合成樹脂製且具有厚度之甜甜圈板狀支持環，使支持環從活塞部僅突出一些，藉由此種構造，可防止唇形環過度變形。

[專利文獻1]JP-A-2003-222077

在專利文獻1之構造中，支持環可耐高壓。不過，沒有支持環之外徑與汽缸之內徑之間的重疊部分。亦即，沒有與活塞部與汽缸之間在活塞部擺動時的間隙變化對應的部分。另外，支持環從活塞部之外周面突出的突出部分的尺寸不得不等於活塞部擺動時之最大與最小之間隙的中間間隙。於是，當上述間隙到達最大時，難以充分防止唇形環變形。

本發明中一個以上之實施例提供一種藉由改善唇形環使低壓用壓縮機與高壓用壓縮機雙方皆採用搖擺活塞的多段壓縮機及同時可配合高壓的搖擺活塞。

根據本發明中一個以上之實施例，一種多段壓縮機包括低壓用壓縮機A、與上述低壓用壓縮機A連結的高壓用壓縮機B、以自由滑動之方式配置於低壓用壓縮機A之汽缸1內的搖擺活塞3及以自由滑動之方式配置於高壓用壓縮機B之汽缸2內的搖擺活塞4。高壓用壓縮機B之搖擺活塞4具有唇形環14，其具有在高壓區域中連接至上述汽缸2之內面並彈性變形至產生密封作用之程度的密封部15。

根據上述之構造，在低壓用壓縮機與高壓用壓縮機中，汽缸之內壓完全不同，在高壓側，搖擺活塞之唇形環有較大壓力施加於其上，此唇形環之密封部至少在高壓區域連接至汽缸之內面，可進行彈性變形至產生密封作用的程度，所以，可將低壓側之壓縮機所壓縮後之壓縮空氣藉由高壓側之壓縮機提升至高壓並送出。於是，可提供一種低壓側與高壓側之壓縮機採用搖擺活塞的多段壓縮機。

此外，高壓用壓縮機B之搖擺活塞4之活塞部8之外徑可小於低壓用壓縮機A之搖擺活塞3之活塞部7之外徑。

根據此構造，對高壓側之活塞部的壓縮荷重相較於低壓側之壓縮荷重，並沒有急遽增大，所以，可順暢地運轉多段壓縮功能。

此外，根據高壓用壓縮機B之搖擺活塞4之行程L與從擺動旋轉中心O1到密封部之中心O2之距離所決定的擺動角α可小於根據低壓用壓縮機A之搖擺活塞3之行程與從擺動旋轉中心到密封部之中心之距離所決定的擺動角。

根據此構造，在高壓時，搖擺活塞不太擺動，所以，容易確保搖擺活塞之密封性。

此外，高壓用壓縮機B之搖擺活塞4之唇形環14之外徑相對於汽缸2之內徑的重疊量可小於低壓用壓縮機A之搖擺活塞3之唇形環13之外徑相對於汽缸1之內徑的重疊量。

根據此構造，高壓側之搖擺活塞之唇形環受到高壓後難以產生彈性變形，所以，從變性後之部分難以產生空氣洩漏之情況，引起密封部之壓力降低或密封不良等情況的可能性也很小。又，高壓側汽缸與唇形環之滑動摩擦變小，所以，當對高壓側汽缸插入高壓側搖擺活塞以進行組裝時，摩擦較小，於是，組裝性提高。

此外，上述搖擺活塞3,4之唇形環13,14可為整個周面連續的形狀，高壓用壓縮機B之搖擺活塞4之唇形環14之唇高可小於低壓用壓縮機A之搖擺活塞3之唇形環13之唇高。

根據此構造，在高壓側之搖擺活塞之至少高壓區域產生密封作用的唇形環之唇高形成得比低壓側之搖擺活塞之唇形環之唇高低，所以，高壓側之唇形環之彈性也低，用來拉伸至外側之壓力變高。因此，高壓側之唇形環在受到高壓之作用後難以變形，因空氣洩漏而引起密封不良之情況的可能性很小。

又，高壓側汽缸與唇形環之滑動摩擦變小，所以，當對高壓側汽缸插入高壓側搖擺活塞以進行組裝時，摩擦較小，於是，組裝性提高。

此外，高壓用壓縮機B之搖擺活塞4之唇形環14可具有在高壓區域進行密封作用的高壓區域用密封部16與在低壓區域進行密封作用的低壓區域用密封部17。

根據此構造，當在低壓狀態時，在高壓區域所作用之高壓區域用密封部難以產生彈性變形，不過，低壓區域用密封部在低壓狀態下可產生彈性變形以確保充分之密封效果。於是，即使在高壓狀態下，針對唇形環之背壓上升得較少，導致按壓至汽缸之力量減少，於是可有效防止唇形環之磨耗。

又，根據本發明中一個以上之實施例，一種搖擺活塞4包括以一體之方式設置於連桿6之先端且在汽缸2內擺動的器皿狀之活塞本體18、設置於活塞本體18之上部且外徑稍小於活塞本體18的控環元件20及設置於活塞本體18與控環元件20之間且在活塞本體18與汽缸2內面之間產生密封作用的非金屬製唇形環14。上述唇形環14具有夾持於活塞本體18與控環元件20之間的甜甜圈板狀之基部25以及從基部25之外周端立起形成且在活塞本體18與汽缸2內面之間產生密封作用的唇部15，基部25與唇部15之兩外側面所連接之外側邊角部27之曲率半徑r1小於基部25與唇部15之兩內側面所連接之內側邊角部28之曲率半徑r2加上唇形環14之厚度t的尺寸(r2+t)。

根據此構造，活塞本體、汽缸與唇形環之間的間隙變小。於是，邊角部之體積變得相對較大，即使加諸來自活塞本體上方之汽缸之內壓，內壓所導致之應力也會變小。結果，可良好地抑制唇形環之變形。並且，即使汽缸之內壓上升，唇部拉伸至外側之力量也較低，所以，唇形環之磨耗量減少。

此外，上述唇形環14之最外徑可大於汽缸2之內徑，並且，可大於活塞本體18產生最大傾斜時所連接之汽缸2內面之橢圓之長徑。

根據此構造，在唇形環上，與汽缸內面產生重疊部分，所以，可確實在汽缸與搖擺活塞之間產生密封作用。

此外，上述唇形環14之基部25之下面30可從與上述內側邊角部28之內側尾部28a對應的徑向方向之部位29a，經過汽缸2那側，與活塞本體18之上面產生接面。

根據此構造，活塞本體、汽缸與唇形環之間的間隙可被抑制得較小。

此外，在上述搖擺活塞4不相對於汽缸2產生傾斜之狀態下，唇形環14可從至少基部25之上面31之延長部31a與上述汽缸2之內面連接的部位29b，經過唇形環14之上端側，與上述汽缸2產生接面。

根據此構造，在搖擺活塞不相對於汽缸傾斜的狀態下，外側邊角部之外側尾部位於上述上面延長對應部之下側，所以，連桿之活塞本體、汽缸與唇形環之間的間隙可被抑制得較小。

此外，當上述搖擺活塞4產生最大傾斜時，活塞本體18與汽缸2之間的間隙可位於較小之上側，上述唇形環14之外周可在與上述內側邊角部28之外側尾部28b對應的上下方向之部位29c之下方區域，與汽缸2接觸。

根據此構造，連桿之活塞本體、唇形環與汽缸之間的間隙變小。又，最大傾斜時之重疊量很夠，所以，拉伸至外側之力量可藉由唇部之彈性補足，確實產生密封性。

此外，當上述搖擺活塞4產生最大傾斜時，活塞本體18與汽缸2之間的間隙可位於較大那側，上述唇形環14之唇部15與控環元件20之間的間隙D1可小於活塞本體18上部與汽缸2之間的間隙D2。

根據此構造，即使在上述搖擺活塞達到最大傾斜時，活塞本體或控環元件也不會直接面對汽缸。又，可抑制控環元件之塑性變形量。

此外，在上述唇形環14之唇部15與控環元件20之間形成微小間隙Q，上述控環元件20之外周面33可由直徑與上述汽缸2之內徑約略相同之約略球形這種表面形狀所構成。

根據此構造，藉由隨搖擺活塞之搖擺運動之慣性所產生的壓力上升，可有效地抑制唇形環、控環元件被按壓至汽缸而變形，並防止反覆應力，防止唇形環產生彈性疲乏。

此外，上述唇形環14之基部25之上面31可為從上述內側邊角部28之曲面之內側尾部28a偏離中心側的部位，與控環元件20之下面開始接觸。

根據此構造，內側尾部與接觸開始部位之間的應力部成為不與控環元件之下面接觸的分離區域，應力得以分散，難以在邊角部引起應力集中。

此外，上述控環元件20可與活塞本體18在唇形環14之基部25之內側，直接銜接。

根據此構造，控環元件與活塞本體之間的間隔為固定，所以，唇形環不會被過度之按壓力夾持而產生變形。又，控環元件不會從活塞本體浮上來。因此，在固定用螺栓上所產生之應力得以緩和，於是可維持緊固扭力。

此外，上述控環元件20與活塞本體18在使用狀態之壓力產生作用時，可於唇形環14之基部25之內側，透過中間元件銜接。

根據此構造，應力得以分散，不會在邊角部引起應力集中。

此外，控環元件20可具有壓住唇形環14之基部25的環狀突起34。

根據此構造，控環元件之環狀突起被壓向與唇形環之基部接觸之接面部，藉此，環狀突起吃進上述接面部。因此，可防止唇形環在活塞本體上面移動，確實固定唇形環。另外，可在活塞部與汽缸之間產生良好之密封作用。

此外，在上述活塞本體18之上面，可形成用來向上壓住唇形環14之基部25之中央開口部之開口緣部的環狀突起 35。

根據此構造，在活塞本體之上面，形成用來向上壓住唇形環之基部之中央開口部之開口緣部的環狀突起，所以，可藉由環狀突起向上壓住唇形環之開口緣部，可消除基部與控環元件之間的間隙，汽缸之上室之內壓不會洩漏至活塞部之下部之下室。

此外，上述連桿6可沿著擺動方向形成廣大區域，並且，可沿著與連桿6之寬度方向垂直的方向，形成變形抑制部36，此變形抑制部36接合至活塞本體18之下面。

根據此構造，連桿沿著搖擺方向形成廣大區域，藉此，活塞本體難以沿著擺動方向變形。並且，在連桿上形成變形抑制部，所以，連桿也在與其擺動方向垂直的方向上得到強化，並且，活塞本體也難以沿著同方向產生變形。關於活塞本體因壓力所產生的變形，在搖擺方向及和搖擺方向垂直之方向有很大的差異。因此，在固定用螺栓上會產生很大的應力。不過，藉由肋形之變形抑制部，可減少此應力。

此外，在上述活塞本體18與控環元件20中至少其中一者之外周面上，可設置強度相較於唇形環14為同等以上之強度的非金屬製之保護元件37a,37b。

一般來說，若唇形環超過維修期限還繼續使用，唇形環可能會產生磨耗，金屬製之活塞本體或控環元件會直接與汽缸接觸而有摩擦，於是產生損傷，導致壓縮效率下降及故障等。然而，根據此構造，藉由設置保護元件，在活塞本體或控環元件接觸之前，保護元件直接與汽缸接觸，活塞本體或控環元件不會直接與汽缸內面接觸而有摩擦，所以，可保護汽缸。

此外，根據本發明中一個以上之實施例，一種搖擺活塞4包括以一體之方式設置於連桿6之先端且在汽缸2內擺動的器皿狀之活塞本體18a、設置於活塞本體18a之上部且外徑稍小於活塞本體18a的墊片控制元件20a、設置於活塞本體18a與墊片控制元件20a之間且在活塞本體18a與汽缸2內面之間產生密封作用的墊片38及設置於上述墊片控制元件20a之外周的活塞環39。上述墊片38之外周面由直徑等於或稍微小於上述汽缸2之內徑的約略球形這種表面形狀所構成，上述活塞環39之外周面由直徑等於或稍微小於上述汽缸2之內徑的約略球形這種表面形狀所構成，上述活塞環39之一部分被切割，以具有公差之狀態收納於在上述墊片控制元件20a之外周上所形成的收納溝42中。

根據此構造，墊片與活塞環之外周面約略球狀之表面形狀，其具有與汽缸內徑相同或比其稍小一點的直徑。藉由此球面形狀，搖擺活塞之搖擺運動之慣性所產生的壓力上升可有效抑制墊片、墊片控制元件因按壓至汽缸時之按壓力而產生的變形，又，可防止反覆應力，防止墊片產生彈性疲乏。

又，活塞環不是相連在一起的元件，而是有一部分被切割，又，活塞環以產生公差之狀態收納於在墊片控制元件之外周所形成的收納溝中。因此，活塞環可在收納溝內產生徑向伸縮。於是，當活塞本體受到背壓時，活塞環被壓至外方而擴張，所以，即使活塞本體傾斜，也可藉由墊片來維持線性密封作用。又，由於採用強度充分的厚度，所以，尺寸公差得以大幅緩和。

其他特徵及效果，可藉由實施例之記載及附加之申請專利範圍得到清楚的理解。

第1圖表示多段(二段)壓縮機。此多段壓縮機連結低壓用壓縮機A與高壓用壓縮機B，在上述各壓縮機A,B之汽缸1,2，有搖擺活塞3,4以擺動且自由滑動的方式收納於其中。在各搖擺活塞3,4中，於連桿5,6之先端(小端部)以一體之方式設置器皿狀之活塞部7,8。在形成於連桿5,6之基部(大端部)之偏心位置的軸承孔10,11上，配置於裝置本體之中心部的曲柄軸12受到軸承支持。曲柄軸12與未圖示之旋轉驅動裝置連動。

在上述壓縮機A,B中，曲柄軸12之旋轉使低壓(初壓)側之壓縮機A之搖擺活塞3往返移動，裝入低壓側之汽缸1內的大氣受到壓縮，被送進高壓(二次壓)側之壓縮機B之汽缸2。此壓縮空氣藉由高壓側之活塞4之往返移動，進一步受到壓縮並上升至高壓。所得到之高壓空氣朝向藉由壓縮空氣作動之各種裝置及工具送出。

高壓側之壓縮機之搖擺活塞4具有如下之構造特徵。

首先，高壓側之搖擺活塞4之活塞部8之外徑形成得比低壓側之搖擺活塞3之活塞部7小。其原因為，高壓側之活塞部8之壓縮荷重不能遠大於低壓側之活塞部7之壓縮荷重。

在上述搖擺活塞3,4之活塞部7,8之外周上，安裝有在活塞3,4與汽缸1,2之間產生密封作用的唇形環13,14。唇形環13,14是從合成樹脂、合成橡膠等具體由聚四氟乙烯或聚四氟乙烯轉化物、銅或青銅合金粉末、球狀碳或碳纖維、二氧化鉬之成份所構成的非金屬材料來形成，其為在整個周面呈現不間斷之連續狀態的圓環狀元件。

高壓側之壓縮機之搖擺活塞4之唇形環14具有密封部(唇部)，其在高壓區域中連接至汽缸2之內面，可進行彈性變形到產生密封作用的程度。

因此，上述唇形環14具有如下之構造特徵。

亦即，上述唇形環14之外徑相對於汽缸2之內徑的重疊量至少形成得小於低壓側之搖擺活塞3之唇形環13之外徑相對於汽缸1之內徑的重疊量。其原因為，當唇形環14之重疊部分較大時，一定彈性也較高且較柔軟，所以，當受到高壓之內壓時，容易產生變形，可能因空氣從變形部分外漏而引起密封不良的情況。於是，藉由使高壓側之搖擺活塞4之唇形環14之重疊量至少小於低壓側，可將其設定為受到高壓時難以產生彈性變形的狀態。

再者，形成於高壓側之唇形環14之外周的唇部15之高度(唇高)至少形成得比低壓側之唇形環14之唇高還低。

其原因也是一樣，若唇高很高，彈性也變高，當受到高壓之作用時，容易產生變形，可能因空氣外漏而導致密封不良的情況，又，這也是為了使把活塞部8收納於汽缸2內這個作業變得容易。

高壓側之唇形環14之唇部15之高度形成得比低壓側低，所以，彈性也較低，用來拉伸至外側的壓力變高，於是，即使受到高壓之作用，也難以產生變形，如此，應力減少且因空氣外漏而導致密封不良的可能性變小。又，當進行組裝時，將唇形環14收納至汽缸2內的作業就不困難。進行作業時為了使唇部15可收納於汽缸2內而產生收縮的力量，可根據收縮唇部15之荷重和唇部15與汽缸2之內面接觸的面積之間的關係，設定在相較於低壓時的±10%以內。

此外，要求在高壓側之搖擺活塞之唇形環14上，如第2(a)圖所示，包括至少如上所述之重疊量、唇高，然而，如同壓縮機啟動時等狀態，當高壓側之汽缸2內之壓力沒有充分上升而變成低壓狀態時，在高壓區域內作用之唇形環14之唇部15難以產生彈性變形，所以，有可能會隨著條件不同而無法發揮密封性。如第2(b)圖所示，在上述唇形環14之唇部15上，宜以一體之方式設置用來在高壓區域產生密封作用的小徑且高壓區域用之下部密封部16及用來在低壓區域產生密封作用的大徑且作為低壓區域用之上部密封部17。下部密封部16形成厚板，相對於此，上部密封部17形成薄板，比較容易產生彈性變形。在下部密封部16與上部密封部17之間，形成段部18。

根據上述唇形環構造，在低壓狀態下，於高壓區域產生作用之唇形環14的下部密封部16難以產生彈性變形，然而，上部密封部17在低壓狀態下可產生彈性變性，確保充分之密封效果。如此，即使在低壓狀態下，也可發揮密封性，所以，即使在高壓狀態下，對唇形環14之背壓上升變小，按壓至汽缸2之力量減少，可有效防止唇形環14之磨耗。

此外，下部密封部16與上部密封部17之配設構造不受上述之型態限定。例如，可如第2(c)圖所示，不設置於上部密封部17與下部密封部16之間，而為上下之密封部16,17連續的構造。亦可如第2(d)圖所示，使上部密封部17之構造彎曲至外側，構成容易變形之狀態。亦可如第2(e)圖所示，為將上部密封部17從下部密封部16直接延長的構造。

又，除了在下部密封部16之上部連續形成上部密封部17的構造，亦可如第2(f)圖所示，分別形成下部密封部16與上部密封部17，上部密封部17從相較於下部密封部16靠近中心之內側，突出至斜上方。上部密封部17之上端延伸形成至下部密封部16之上方，高度也是上部密封部17較高。於是，上部密封部17較下部密封部16容易產生彈性變形，可配合低壓側。在此情況下，如第2(g)圖所示，可為將上部密封部16用於高壓側而將下部密封部17用於低壓側的構造。

為了配合高壓側，不僅可改變唇形環14之形狀，亦可使高壓側的壓縮機之搖擺活塞4之擺動角設定得比低壓側的壓縮機之搖擺活塞3之擺動角小。擺動角α是根據搖擺活塞4之行程L，亦即，從連桿6之中心軸P到擺動旋轉中心O1的距離和從擺動旋轉中心O1到唇形環14之密封部之中心O2的距離而決定。為了縮小擺動角α，可如第3(a)圖所示，不改變搖擺活塞4之行程L，加長從擺動旋轉中心O1到密封部之中心O2的距離所表示出的連桿6之長度，或者可如第3(b)圖所示，不改變連桿6之長度，縮短搖擺活塞4之行程L。

此外，第3(c)圖為表示搖擺活塞4在縮小擺動角α前之最大傾斜狀態的參考圖。在第3(c)圖中，α0代表擺動角，L0代表行程。

接著，關於配合高壓側之搖擺活塞之構造，將進行詳細說明。

第4圖為高壓側之搖擺活塞，此搖擺活塞4包括以一體之方式設置於連桿6之先端且一邊在汽缸2內擺動一邊滑動的器皿狀活塞本體18、設置於活塞本體18之上部且外徑稍小於活塞本體18的控環元件20及設置於活塞本體18與控環元件20之間且在與汽缸2內面之間產生密封作用的唇形環14。唇形環14由合成樹脂、合成橡膠等非金屬材料所形成。

在活塞本體18之上面，形成圓形凹部21。相對於此，控環元件20為圓形，在中央下部，突出形成圓形凸部22。另外，對活塞本體18之圓形凹部21之內側嵌入控環元件20之圓形凸部22，控環元件20藉由從上方插通之固定用螺栓23，固定於活塞本體18之上面。唇形環14形成圓環狀，中央開口部24(參照第2(a)圖)為與控環元件20之圓形凸部22嵌合的狀態，被固定夾持於上部之控環元件20與下部之活塞本體18之間。

唇形環14由夾持於活塞本體18與控環元件20之間的甜甜圈板狀基部25及從基部25之外周端起立形成至斜上方且在活塞本體18與汽缸2內面之間產生密封作用的唇部15所構成。又，在基部25與唇部15之間，形成剖面彎曲成圓弧狀的邊角部26。此邊角部26如第5圖所示，由連接基部25與唇部15之兩外側面的外側邊角部27及連接基部25與唇部15之兩內側面的內側邊角部28所構成。另外，在外側邊角部27之曲率半徑r1、內側邊角部28之曲率半徑r2與唇形環14之厚度t之間，有如下之關係。

r1<r2+t，亦即，外側邊角部27之曲率半徑r1形成得比內側邊角部28之曲率半徑r2加上唇形環14之厚度t的尺寸還小。亦即，邊角部26之厚度設定得比唇形環14之基部25與唇部15之厚度還大。外側邊角部27之曲率半徑可為零。

又，如第6(a)圖所示，邊角部之形狀不僅可為曲線，亦可為直線之凹槽形狀，可將內側邊角部28之凹槽設定得比外側邊角部27之凹槽大。或者，可如第6(b)圖所示，為了使邊角部265之厚度大於基部25、唇部15之厚度，將邊角部之曲率設定得較小(外側邊角部27為較小曲率，內側邊角部28之曲率為零)。

相對於此，來自活塞本體18上方之內壓所導致之應力變小，可抑制內壓所導致之變形，連桿之活塞本體18、汽缸2與唇形環14之間的間隙S變小。

又，唇形環14之最外徑比汽缸2之內徑大。再者，唇形環14形成得比活塞本體18在最大傾斜狀態下所連接之汽缸 2之內面之橢圓長徑還大。如此，在唇形環14上，有與汽缸2重疊的部分，所以，可確實在汽缸2與搖擺活塞3之間產生密封作用。為了在受到高壓時難以產生彈性變形，形成得比低壓側之搖擺活塞3之唇形環14之重疊量小。

再者，在搖擺活塞4不相對於汽缸2傾斜的第4圖及第5圖之狀態下，上述唇形環14之基部25之下面30從與上述內側邊角部28之曲面之至少內側尾部28a垂直相交的部位29a，在經過汽缸2那側之區域，與活塞本體18之上面產生接面。

又，唇形環14從至少基部25之上面31之延長部31a與汽缸2之內面連接的部位29b，經過上端，與汽缸2產生接面。此外，第5圖之外側邊角部27顯示出比第4圖之外側邊角部27還來得彎曲。

如上所述，外側邊角部27之內側尾部27a至少位於上述相交部位29a之外側，同樣地，外側邊角部27之外側尾部27b至少位於上述上面延長對應部位29b之下側，所以，連桿3之活塞本體18、汽缸2與唇形環14之間的間隙S可抑制得較小。

接著，如第3(c)圖及第7圖所示，搖擺活塞在最大傾斜狀態時，上側之唇形環14與汽缸2之間的間隙變小，不過，在此狀態下，其構造為，在與內側邊角部28之外側尾部28b垂直相交的部位29c之下方的區域中，與汽缸2接觸。

根據上述之構造，唇形環14與汽缸2之內面在包含至少邊角部之區域中，亦即，大於唇形環14之基部25與唇部15之厚度的邊角部被包含在內的區域中，產生接觸。如此，搖擺活塞4因傾斜、傾斜之慣性作用而在水平方向對汽缸2產生的按壓力，在上述區域，亦即，唇形環14之邊角部那側，得到接收，藉此，可良好地抑制唇部15過度變形，進而確保整體之強度。又，即使汽缸2之內壓上升，唇部15拉伸至外側的力量也很低，所以，唇形環14之磨耗量減少。又，最大傾斜狀態之重疊量可確保足夠，所以，拉伸至外側的力量可藉由唇部15之彈性補足，確保密封性。

然而，如第7圖所示，在最大傾斜狀態下，上述唇形環14之唇部15與控環元件20之間隙D1在活塞本體18上部與汽缸2之間的間隙D2以下。於是，即使在最大傾斜狀態，活塞本體18或控環元件20也不會直接碰撞汽缸。又，可抑制控環元件20之塑性變形量。

又，如第5圖所示，唇形環14之基部25之上面31從上述內側邊角部28之曲面之內側尾部28a為起點，在距離中心側適當間隔I之部位，與控環元件20之下面接觸。在內側尾部28a與上述接觸開始部位之間，具有應力部32，此應力部32在構造上作為不與控環元件20之下面接觸的分離區域。其原因為，當在上述內側尾部28a與控環元件20直接接觸時，在邊角部26上會有應力集中。除邊角部26之外，藉由設置分離區域I來使應力分散，可以避免引起應力集中。

然而，在唇形環14之唇部15之內周面與控環元件20之外周面之間，形成微小間隙Q。唇部15與控環元件20之間的間隙Q在組裝入汽缸2內的狀態下，若是採用直徑41mm之唇形環，則宜設定為1mm以下。若超過1mm，唇形環之變形量會變大，與汽缸2之滑動摩擦亦即反覆應力會變大，導致唇形環14之磨耗量增加。

再者，搖擺活塞4在汽缸2內進行擺動，所以，至少控環元件20之外周面33形成約略球形之表面形狀，其以唇形環14之密封部之中心為中心。規範控環元件20之外周面的球形面大小為直徑與汽缸2之內徑相同之大小或比其稍小的球面形狀。此外，上述球面形狀可僅為控環元件20，亦可形成於包含唇形環14與活塞本體18的外周面上。

藉由使表面形狀為約略球狀，搖擺活塞4之擺動之慣性所產生的壓力上升可有效抑制唇形環14、控環元件20受到汽缸2按壓而變形，防止反覆應力，並防止唇形環14之彈性疲乏。

然而，如第4圖所示，控環元件20之圓形凸部22之下面與活塞本體18之圓形凹部21之上面於唇形環14之基部25之內側直接銜接。因此，控環元件20與活塞本體18之間的間隔為固定。此間隔比基部25之厚度小，但該按壓力為固定，基部25不會因被過度之按壓力夾持而產生變形。又，控環元件20不會從活塞本體18浮上來，所以，藉由搖擺活塞4之擺動之慣性所產生的壓力上升，唇形環14、控環元件20被按壓至汽缸2時對固定用螺栓23所產生的應力得以緩和，於是可維持緊固扭力。

又，控環元件20與活塞本體18不限定於直接銜接之型態。構造亦可為，當使用狀態之壓力產生作用時，在唇形環14之基部25之內側透過中間元件(未圖示)銜接。作為中間元件，可採用金屬板之類的元件或採用經過時間而硬化的接著劑。

再者，在控環元件20之下面，如第5圖所示，形成環狀突起34，其被按壓至與唇形環14之基部25之間的接面部。控環元件20藉由固定用螺栓23緊固於活塞本體18上，控環元件20之環狀突起34被強力按壓至與唇形環14之基部25之間的接面部，藉此，環狀突起34吃進上述接面部，所以，可防止唇形環14在活塞本體18上移動，確實固定唇形環14。另外，可在活塞部與汽缸2之間產生良好之密封作用。

此外，高壓側壓縮機之搖擺活塞4之突起高度宜高於低壓側壓縮機之搖擺活塞4。

又，在活塞本體18之上面，於其圓形凹部21之外周緣部，形成環狀突起35，其向上壓住在唇形環14之基部25之中央部位形成的圓形之中央開口部之開口緣部。

藉此，唇形環14之開口緣部藉由環狀突起35受到向上按壓，所以，可消除基部25與控環元件20之間的間隙，確實產生密封作用，汽缸2之上室之內壓不會洩漏至活塞部8之下部之下室。

接著，連桿如第3(c)圖等圖示所示，沿著擺動方向形成廣大區域，再者，在與連桿6之寬度方向垂直的方向上，如第4圖所示，形成肋形之變形抑制部36，此變形抑制部36與活塞本體18之下面接合。連桿6沿著擺動方向形成廣大區域，藉此，活塞本體18也難以沿著擺動方向產生變形。並且，在連桿6上形成變形抑制部36，所以，連桿6在與其擺動方向垂直的方向上受到強化，並且，活塞本體18也難以在相同方向產生變形。關於活塞本體18因壓力而產生的變形，在擺動方向及和擺動方向垂直的方向上，變形會有很大的差異。因此，固定用螺栓23上會有很大的應力產生。不過，可藉由肋形之變形抑制部36減少此應力。

又，變形抑制部36如第8(a)圖及第8(b)圖所示，沿著連桿6之擺動方向形成於廣大區域，不過，構造亦可為，使大端部那側較窄，小端部那側較寬，並在大端部那側上，沿著與寬度方向垂直的方向形成變形抑制部36。又，如第9(a)圖及第9(b)圖所示，亦可形成連桿6與變形抑制部36從大端部到小端部皆有相同大小之剖面十字形狀的構造。

又，可如第10圖所示，在活塞本體18與控環元件20之外周面上，設置強度相對於唇形環14為同等以上的非金屬製之保護元件37a,37b。有時唇形環14超過維修期限還被繼續使用，在這種情況下，唇形環14也會產生磨耗，金屬製之活塞本體18或控環元件20直接與汽缸2接觸而有摩擦，產生損傷，可能導致壓縮效率下降或故障等。然而，藉由設置由與唇形環14同樣之非金屬材料所構成的保護元件37a,37b，在活塞本體18或控環元件20接觸之前，保護元件37a,37b直接與汽缸2接觸，活塞本體18或控環元件20不會直接與汽缸2內面接觸而有摩擦，所以，可保護汽缸2。此外，亦可為僅設置於保護元件37a,37b中其中一者的構造。

第11圖表示配合高壓側之搖擺活塞之其他實施型態，此搖擺活塞4之基本構造與前述之型態相同，包括以一體之方式設置於連桿6之先端且一邊在汽缸2內擺動一邊滑動的器皿狀之活塞本體18a、設置於活塞本體18之上部且外徑稍小於活塞本體18a的墊片控制元件20a、設置於活塞本體18a與墊片控制元件20a之間、在與汽缸2之內面之間產生密封作用且構成密封部的墊片38及設置於上述墊片控制元件20a之外周的活塞環39。活塞本體18a和墊片控制元件20a分別為與前述之活塞本體18和控環元件20相當的元件。又，墊片控制元件20a和活塞本體18a之安裝型態與前述之型態之控環元件20和活塞本體18相同。

墊片38之外周面40形成約略球形之表面型狀，其直徑與汽缸2之內徑相同或比其稍小。藉此此球面形狀，搖擺活塞4之擺動之慣性所產生的壓力上升可有效抑制墊片38、墊片控制元件20a因受到按壓時之按壓力而產生變形，又，可防止反覆應力，並防止墊片38之彈性疲乏。

又，活塞環39不是連在一起的元件，其中一部分被切割，以具有公差之狀態收納於形成於控環元件20之外周的收納溝42內。因此，活塞環39可在收納溝42內進行徑向伸縮。於是，當活塞本體18a與墊片控制元件20a受到背壓時，活塞環39被按壓至外方而擴張，所以，即使活塞本體18a與墊片控制元件20a傾斜，也可藉由墊片38維持線性密封作用。又，由於採用強度充分的厚度，所以，尺寸公差得以大幅緩和。

墊片38與活塞環39也是由與保護元件37相同之非金屬材料所構成。又，活塞環39之周面也是約略球面。

此外，第12圖為搭載上述之多段壓縮機的空調壓縮器，43為馬達，44為多段壓縮機。此構造所產生之功能為，低壓側之壓縮機47所壓縮之空氣透過空氣軟管45供給至高壓側之壓縮機46，此壓縮空氣進一步被高壓側之壓縮機46壓縮，透過空氣軟管48貯留於空氣槽49中。另外，在上述空調壓縮器之底部，配置安裝有馬達之控制元件的印刷基板50。在印刷基板50之下部配置控制機器52，又，兩側部曲折至上方。此曲折部51用來防止整個基板的彎曲並確保強度，具有使風扇53所產生的風流過此兩側部內側以促進放熱的功能。此外，對印刷基板50之下面，施以未圖示出之灌注加工。

1,2‧‧‧汽缸

3,4‧‧‧搖擺活塞

5,6‧‧‧連桿

7,8‧‧‧活塞部

10,11‧‧‧軸承孔

12‧‧‧曲柄軸

13,14‧‧‧唇形環

15‧‧‧唇部，密封部

16‧‧‧高壓區域用密封部

17‧‧‧低壓區域用密封部

18,18a‧‧‧活塞本體

20‧‧‧控環元件

20a‧‧‧墊片控制元件

21‧‧‧圓形凹部

22‧‧‧圓形凸部

23‧‧‧固定用螺栓

24‧‧‧中央開口部

25‧‧‧基部

26‧‧‧邊角部

27‧‧‧外側邊角部

27a‧‧‧內側尾部

27b‧‧‧外側尾部

28‧‧‧內側邊角部

28a‧‧‧內側尾部

28b‧‧‧外側尾部

29a,29b,29c‧‧‧部位

30‧‧‧下面

31‧‧‧上面

31a‧‧‧延長部

32‧‧‧應力部

33‧‧‧外周面

34,35‧‧‧環狀突起

36‧‧‧變形抑制部

37a,37b‧‧‧保護元件

38‧‧‧墊片

39‧‧‧活塞環

40‧‧‧外周面

42‧‧‧收納溝

43‧‧‧馬達

44‧‧‧多段壓縮機

45‧‧‧空氣軟管

46‧‧‧高壓側之壓縮機

48‧‧‧空氣軟管

49‧‧‧空氣槽

50‧‧‧印刷基板

51‧‧‧曲折部

52‧‧‧控制機器

A‧‧‧低壓用壓縮機

B‧‧‧高壓用壓縮機

D1,D2‧‧‧間隙

L,L0‧‧‧行程

O1‧‧‧擺動旋轉中心

O2‧‧‧密封部之中心

P‧‧‧中心軸

Q‧‧‧微小間隙

S‧‧‧間隙

α,α 0‧‧‧擺動角

第1圖為本發明之典型實施例之多段(二段)壓縮機的垂直剖面圖。

第2(a)圖至第2(g)圖分別為本發明之典型實施例之唇形環之各種型態的中央剖面圖。

第3(a)圖及第3(b)圖為剖面圖，表示擺動角縮小後的型態，第3(c)圖為剖面圖，表示具有一般擺動角之搖擺活塞的型態。

第4圖為高壓用搖擺活塞之重要部位的剖面圖。

第5圖為變更表示第4圖之搖擺活塞之一部分(外側邊角部)的放大圖。

第6(a)圖及第6(b)圖分別為其他型態之唇型環的中央剖面圖。

第7圖為剖面圖，表示第4圖之搖擺活塞在最大傾斜時的狀態。

第8(a)圖為正面圖，表示連桿之變形抑制部的其他型態，第8(b)圖為第8(a)圖之連桿的側面圖。

第9(a)圖為正面圖，表示連桿之變形抑制部的其他型態，第9(b)圖為第9(a)圖之連桿的水平剖面圖。

第10圖為設有保護元件時之搖擺活塞的剖面圖。

第11圖為剖面圖，表示搖擺活塞的其他實施型態。

第12圖為搭載典型實施例之多段(二段)壓縮機後之空調壓縮器的立體圖。