WO2022158111A1 - 圧縮機 - Google Patents

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cylinder body
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伸之 成澤
修平 永田
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the present invention relates to compressors.
  • a reciprocating compressor in which a gas layer is provided between a disk portion of a piston and a retainer to suppress the heat transfer of compression heat generated in a compression chamber to a bearing of a connecting rod (Patent Document 1). .
  • a gap is provided over the entire surface between the retainer and the disk portion of the piston.
  • This gap serves as a gas passage, and communicates with the inside of the crankcase through a plurality of passage holes.
  • a gas layer is formed between the retainer and the disk portion of the piston. This gas layer suppresses the heat of compression generated in the compression chamber from being transferred to the connecting rod.
  • the expanded gas is sucked into the cylinder.
  • the lower the temperature of the sucked gas is, the higher the gas compression efficiency is, so further efficiency improvement is required.
  • An object of the present invention is to provide a compressor with high compression efficiency.
  • the present invention includes a number of means for solving the above problems.
  • One example is a cylinder having at least a cylindrical cylinder body and a cylinder plate closing the end of the cylinder body; a piston that reciprocates inside the cylinder; a connecting rod that supports the piston; and a crankshaft that applies a rotational force to the end of the connecting rod.
  • At least a surface of the piston that contacts the inner peripheral side of the cylinder body is made of wear-resistant resin, and an outer peripheral surface of the piston is a spherical surface.
  • a compression chamber is formed by the piston, the cylinder main body and the cylinder plate, a hollow portion is formed between the piston and the connecting rod, and an intake port for introducing gas into the compression chamber is formed in the cylinder.
  • a compressor located on the side of the end of the plate or said cylinder body.
  • the compression efficiency can be increased by sucking gas from the intake port provided on the side surface of the end of the cylinder plate or cylinder body.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a compressor of Example 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the compressor main body of Example 1.
  • FIG. 4 is a front view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 1.
  • FIG. 4 is a rear view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 1.
  • FIG. 3B is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A in Example 1.
  • FIG. 3B is a partial cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3C in Example 1.
  • FIG. FIG. 10 is a front view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 2;
  • FIG. 10 is a front view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 2;
  • FIG. 11 is a rear view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 2; 4B is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A in Example 2.
  • FIG. FIG. 4C is a partial cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4C in Example 2;
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a configuration example of a piston and a connecting rod in Example 3;
  • FIG. 11 is a perspective view of a piston provided with cooling members (cooling fins) in Example 3 as viewed from the back side;
  • FIG. 11 is a perspective view of a piston provided with a cooling member (cooling pin) in Example 3, as viewed from the back side; 4 is a partial cross-sectional view showing the flow of intake gas in the vicinity of the cylinder head of Example 1.
  • FIG. 4 is a plan view of an example of a cylinder plate in Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a rear view of an example of a cylinder plate in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing flows of intake gas and discharge gas in the vicinity of the cylinder head in a modified example;
  • Example 1 A first embodiment of the compressor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3D.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a compressor 1 in Example 1.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the compressor main body 10 in this embodiment.
  • the compressor 1 shown in FIG. 1 includes a compressor main body 10, an electric motor 2 for driving the compressor main body 10, and a tank 3 for storing the gas discharged by the compressor main body 10.
  • the compressor body 10 compresses gas such as air by means of a piston 33 that reciprocates within a cylinder.
  • the compressor main body 10 includes a crankshaft 24, a crankcase 21 that supports the crankshaft 24 so as to be rotatable around a rotation center axis 24a, and one crankcase 21 that vertically protrudes from the crankcase 21. It includes a cylinder 22 , a connecting rod 32 whose base end is rotatably connected to the crankpin of the crankshaft 24 , and a piston 33 fixed to the tip end of the connecting rod 32 .
  • the cylinder 22 includes a cylindrical cylinder body 25 , a cylinder plate 26 closing an end (upper end) of the cylinder body 25 , and a cylinder head 23 .
  • the cylinder plate 26 is held between the cylinder head 23 and the cylinder body 25 .
  • a compression chamber 22 ⁇ /b>X is formed by the piston 33 , the cylinder inner wall surface 22 a that is the inner peripheral surface of the cylinder main body 25 , and the cylinder plate 26 .
  • the cylinder plate 26 has an intake port 26AG (see FIGS. 6 and 7A) for introducing gas into the compression chamber 22X, and a discharge port 26BG (see FIG. 7B) for discharging the gas compressed in the compression chamber 22X. is provided.
  • An intake valve 26a (see FIGS. 6 and 7B) is attached to the intake port 26AG, and a discharge valve 26b (see FIG. 7A) is attached to the discharge port 26BG.
  • the cylinder plate 26 is arranged on the opposite side of the crankshaft 24 with the piston 33 interposed therebetween.
  • the piston 33 reciprocates while swinging in the cylinder 22 as the crankshaft 24 rotates.
  • 30X is generally slanted.
  • the electric motor 2 rotates the crankshaft 24 to give a rotational force to one end of the connecting rod 32 , and the piston 33 installed inside the cylinder 22 reciprocates inside the cylinder 22 .
  • the intake stroke in which the piston 33 moves from the top dead center to the bottom dead center, the compression chamber 22X is expanded, and the intake valve 26a (see FIGS. 6 and 7B) provided in the cylinder plate 26 is opened to open the intake air in the cylinder head 23. Gas is sucked into the compression chamber 22X from the chamber through the intake port 26AG.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the flow of intake gas near the cylinder plate 26 in this embodiment.
  • FIG. 7A is a plan view of one example of the cylinder plate 26 in this embodiment.
  • FIG. 7B is a rear view of one example of the cylinder plate 26 in this embodiment.
  • an intake valve 26a arranged on the cylinder plate 26 for opening and closing the intake port 26AG and a discharge valve 26b for opening and closing the discharge port 26BG are arranged in accordance with the reciprocating motion of the piston 33. to operate.
  • the shape of the compressor is a one-cylinder, one-stage compressor having only one pair of piston and cylinder.
  • the compressor 1 may be configured to have a plurality of sets of pistons and cylinders in series or radially with respect to the crankshaft.
  • the compressor main body 10 is arranged and fixed on the tank 3 with the crankshaft 24 arranged parallel to the rotating shaft of the electric motor 2 . As shown in FIG. 1, the compressor pulley 4 is fixed to the crankshaft 24 . An electric motor pulley 5 is fixed to the rotating shaft of the electric motor 2 .
  • the compressor pulley 4 attached to the compressor main body 10 has blades, and generates wind toward the compressor main body 10 as it rotates, thereby promoting heat dissipation from the compressor main body 10 .
  • a transmission belt 6 for transmitting power between the compressor pulley 4 and the electric motor pulley 5 is wound around the compressor pulley 4 and the electric motor pulley 5 .
  • the crankshaft 24 of the compressor main body 10 is rotationally driven via the electric motor pulley 5, the transmission belt 6 and the compressor pulley 4, and the compressor main body 10 compresses the gas.
  • the compressor main body 10 is connected to the electric motor 2 via the transmission belt 6, but the connection method is not limited to this.
  • the crankshaft 24 of the compressor main body 10 and the rotation shaft of the electric motor 2 may be directly connected using connecting means such as a coupling.
  • the compressor main body 10 shown in FIG. 2 employs an oscillating piston system in which the piston 33 is integrated with the connecting rod 32 .
  • the piston 33 reciprocates while rocking in the cylinder 22 as the crankshaft 24 rotates.
  • FIG. 3A is a front view of a configuration example of a piston and a connecting rod in this embodiment
  • FIG. 3B is a rear view
  • FIG. 3C is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A
  • FIG. 3D is a partial cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3C.
  • the piston 33 shown in FIGS. 3A and 3B is a component separate from the connecting rod 32 that supports the piston 33 .
  • the outer peripheral surface 33a that contacts the inner peripheral side of the cylinder body 25 and the piston upper surface 33c on the cylinder plate 26 side are made of resin having wear resistance.
  • the piston 33 except for a piston insert 41 (see FIG. 3D), which will be described later, is made of resin with excellent wear resistance.
  • a resin material excellent in wear resistance that can constitute the piston 33 is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE). Furthermore, when the coefficient of thermal expansion is considered, the resin material of the piston 33 may be polyphenylene sulfide (PPS) or the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the outer peripheral surface 33a of the piston 33 is a spherical surface having a diameter slightly smaller than the diameter of the inner peripheral side of the cylinder main body 25.
  • the center of the outer peripheral surface 33a having the spherical shape is the outer peripheral center 33d (see FIGS. 3A and 3C).
  • a piston convex portion 33e is formed on an outer peripheral portion facing the connecting rod 32 of the surface of the piston 33 on the connecting rod 32 side, and is fitted with the connecting rod convex portion 32d of the connecting rod 32.
  • a ring groove 33b is provided on the outer circumference of the piston 33 in contact with the cylinder inner wall surface 22a, and a piston ring 34 is fitted therein.
  • the piston ring 34 is a seal ring that seals a gap between the cylinder inner wall surface 22 a and the outer peripheral surface 33 a of the piston 33 .
  • the piston 33 is molded with a piston insert 41 made of metal such as an aluminum alloy embedded therein.
  • the piston insert 41 prevents the piston 33 from coming off the connecting rod 32 even if the piston 33 is lifted toward the cylinder head 23 by reciprocating inertial force or frictional force and receives a load.
  • the edge 41a of the piston insert 41 has a shape that bites into the piston 33 in the circumferential direction so that the piston 33 does not slip out.
  • the piston insert 41 is formed with one or more, two in this embodiment, female screw holes 41c opening toward the crankcase 21 so that the connecting rod 32 can be fixed with screws.
  • the piston 33 is fastened (fixed) to the connecting rod 32 from the crankcase 21 side with two screws 35 located in a direction orthogonal to the crankshaft 24 .
  • the connecting rod 32 shown in FIG. have.
  • the piston insert 41 of this embodiment has a dish shape with the cylinder head 23 side as the bottom.
  • the seating surface of the connecting rod 32 is formed with a connecting rod recess 32b recessed toward the crankshaft 24 (downward in the drawing) at a position corresponding to the center recess of the piston insert 41.
  • a hollow portion 41 b is formed between the lower surface of the piston insert 41 and the upper surface of the connecting rod 32 .
  • the hollow portion 41 b is covered with a piston insert 41 on the upper surface of the piston 33 .
  • the internal space of the hollow portion 41b is a closed space.
  • the resin itself constituting the piston 33 receives a gas load when the piston 33 reciprocates. It is preferable to take some countermeasures.
  • the female screw hole 41c of the piston insert 41 is provided parallel to the direction of the central axis 30X of the piston and connecting rod.
  • the arrangement of these parts is not limited to "the arrangement parallel to the central axis 30X of the piston and connecting rod".
  • the female threaded hole can be arranged obliquely with respect to the central axis 30X of the piston and connecting rod.
  • the hollow portion 41b is formed between the piston 33 and the connecting rod 32, so that the mass of the reciprocating portion including the piston 33 and the connecting rod 32 can be reduced. Therefore, the vibration of the compressor body 10 caused by the reciprocating motion inertia force is suppressed.
  • the upper surface of the piston 33 of the hollow portion 41b is covered with the piston insert 41. Therefore, since the piston 33 is held from the inside by the piston insert 41, even when the hollow portion 41b is formed, the amount of deformation caused by the shrinkage of the piston 33 during molding and expansion due to compression heat during operation is reduced. will be reduced.
  • crankcase 21 is provided with a breathing hole (not shown) that is open to the outside air.
  • a breathing hole (not shown) that is open to the outside air.
  • a breathing filter 27 (see FIG. 2) is attached to the breathing hole to filter the outside air flowing into the space of the crankcase 21 in order to prevent dust from being sucked in.
  • the connecting portion between the connecting rod 32 and the piston 33 has a large cross-sectional shape by providing the hollow portion 41b.
  • the cross-sectional shape of the connecting rod 32 in this embodiment is substantially Y-shaped, and the angle of the root portion on the crankshaft side is in the range of about 90° to about 110° across the central axis 30X of the piston and the connecting rod. I wish I had.
  • the connecting rod concave portion 32b in this embodiment has a mortar shape or a truncated cone shape.
  • the gap between the inner wall surfaces facing in the radial direction where the screw 35 is installed that is, It has a slightly narrow inner dimension.
  • the compressor 1 of this embodiment includes a cylinder 22 having at least a cylindrical cylinder body 25 and a cylinder plate 26 closing the end of the cylinder body 25, and a piston 33 reciprocating within the cylinder 22. , a connecting rod 32 that supports a piston 33 and a crankshaft 24 that imparts rotational force to the end of the connecting rod 32 .
  • the piston 33 is an oscillating piston that reciprocates while oscillating within the cylinder 22 as the crankshaft 24 rotates.
  • At least the surface of the piston 33 that contacts the inner circumference of the cylinder body 25 is made of wear-resistant resin.
  • An outer peripheral surface 33a of the piston 33 is spherical.
  • a compression chamber 22X is formed by the piston 33, the cylinder body 25, and the cylinder plate 26. As shown in FIG.
  • a hollow portion 41b is formed between the piston 33 and the connecting rod 32, and an intake port 26AG for introducing gas into the compression chamber 22X is arranged in the cylinder plate .
  • the piston 33 of Embodiment 1 of the present invention described above is an oscillating piston that reciprocates while oscillating within the cylinder 22 as the crankshaft 24 rotates.
  • the outer peripheral surface 33a of the piston 33 which contacts the inner peripheral side of the cylinder main body 25, is made of a wear-resistant resin.
  • the outer peripheral surface 33 a of the piston 33 is a resin spherical surface having a diameter smaller than that of the cylinder main body 25 .
  • a portion of the spherical surface having a diameter larger than the diameter of the cylinder body 25 may be the outer peripheral surface 33 a of the piston 33 . Compression heat received by the upper surface 33c of the piston is shielded by the resin outer peripheral surface 33a of the piston 33. As shown in FIG.
  • the gap between the outer peripheral surface 33a of the piston 33 and the inner wall surface 22a (see FIG. 2) of the piston 33 can be kept very small in an oscillating piston type compressor. , the effect that the piston 33 can slide smoothly is obtained. In addition, it is possible to prevent deformation and damage of the piston ring 34 and deterioration of sealing performance due to an increase in the swing angle.
  • the mass of the reciprocating portion including the piston 33 and the connecting rod 32 can be reduced. Therefore, the vibration of the compressor body 10 caused by the reciprocating motion inertia force is suppressed.
  • volumetric efficiency can be improved by sucking non-expanded gas, such as normal temperature air, from the intake port 26AG provided in the cylinder plate 26 .
  • compression efficiency can be improved.
  • the connecting rod 32 of this embodiment is formed in a substantially Y shape, it has higher mechanical rigidity than the substantially T-shaped connecting rod in the prior art, and the connecting rod 32 due to the locking phenomenon of the reciprocating portion is more stable. 32 has a structure in which breakage or the like is less likely to occur. Therefore, the reliability of the joint between the connecting rod 32 and the piston 33 in the compressor 1 can be enhanced.
  • the compressor 1 of the present embodiment can operate more stably than the compressor of the prior art, in which the connection between the connecting rod and the piston is solid.
  • Example 2 will be described with reference to FIGS. 4A to 4D.
  • the same reference numerals are assigned to the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof is omitted. The same applies to the following examples.
  • FIG. 4A is a front view of a configuration example of a piston and a connecting rod in this embodiment
  • FIG. 4B is a rear view
  • FIG. 4C is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A
  • FIG. 4D is a partial cross-sectional view taken along line BB of FIG. 4C.
  • the internal space of the hollow portion 41b is a closed space.
  • the space of the crankcase 21 is provided on the upper end surface side of the connecting rod 32 in contact with the hollow portion 41b in contrast to the first embodiment. and the hollow portion 41b are provided with two communication holes 32e and 32f.
  • the shape of the opening of the communication hole 32e in this embodiment is substantially fan-shaped, and the center point thereof is located near the substantially Y-shaped root 32Y of the connecting rod 32. As shown in FIG. 4B, the shape of the opening of the communication hole 32e in this embodiment is substantially fan-shaped, and the center point thereof is located near the substantially Y-shaped root 32Y of the connecting rod 32. As shown in FIG. 4B, the shape of the opening of the communication hole 32e in this embodiment is substantially fan-shaped, and the center point thereof is located near the substantially Y-shaped root 32Y of the connecting rod 32.
  • a substantially fan-shaped arc portion of the communication hole 32 e faces the piston 33 .
  • the shape of the opening of the communication hole 32f is substantially semicircular or part of a circular shape.
  • the hollow portion 41b The volume can be set large. Accordingly, the weight of the connecting rod 32 is reduced.
  • the upper surface side of the connecting rod 32 vent holes 32e, 32f of the required size are arranged.
  • the cross-sectional shape of the communication hole 32e may be circular or elliptical.
  • the communication hole 32e is arranged so as to face the communication hole 32f across the central axis 30X of the piston and the connecting rod in the cross section of the piston 33 in the radial direction.
  • the cross-sectional shape of the communication hole 32f which serves as a gas ejection port when the piston 33 descends, may be an elongated hole or an elliptical shape. Further, a plurality of communication holes 32f may be arranged in an angular range of about 10° to 30° in the radial direction of the piston 33.
  • the opening surfaces of the communication holes 32e and 32f are provided in different directions. is particularly preferred.
  • a plurality of communication holes it is preferable that at least one of them opens toward the crankshaft 24 like the communication hole 32e. Moreover, it is preferable that at least one is open in the radial direction of the cylinder main body 25 like the communication hole 32f. Further, when a plurality of communication holes are provided, it is particularly preferable that at least one of them opens toward the crankshaft 24 and at least one opens in the radial direction of the cylinder body 25 .
  • crankcase 21 is provided with a breathing hole (not shown) that is open to the outside air, and a breathing filter 27 is attached to the breathing hole to prevent dust from being sucked in. ing.
  • the communication hole 32e serves as an intake for taking the gas inside the crankcase 21 into the hollow portion 41b when the piston 33 descends.
  • the communication hole 32f serves as an ejection port for ejecting the gas inside the hollow portion 41b to the outside when the piston 33 descends.
  • the communication holes 32e and 32f are different in the opening direction from the inner hollow portion 41b to the outside.
  • the opening of the communication hole 32e which serves as a gas intake port
  • the opening of the communication hole 32f which serves as a gas outlet, faces radially outward of the cylinder body 25.
  • the outer peripheral surface 33a of the piston 33 which contacts the inner peripheral side of the cylinder body 25, is made of a wear-resistant resin, and has a diameter smaller than that of the cylinder body 25. It is a spherical surface made of resin. As a result, the compression heat received by the piston upper surface 33 c is shielded by the piston 33 .
  • the space of the hollow portion 41b and the space of the crankcase 21 are communicated with each other through the communication holes 32f and 32e.
  • the hollow portion 41b is cooled by the gaseous cooling air 42 (see FIG. 4C).
  • the compressor 1 of the present embodiment can prevent the deformation of the piston ring 34 more than the conventional compressor in which the connection portion between the connecting rod and the piston is solid.
  • the good slidability of the spherical outer peripheral surface 33a improves the sealing performance.
  • the volumetric efficiency is improved, and more stable operation can be performed.
  • compression efficiency can be improved.
  • heat transfer to the connecting rod 32 is less likely to occur, so the life of the bearing of the connecting rod 32 is lengthened.
  • Example 3 will be described with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • a cooling member for promoting heat dissipation is further provided on the back surface 41d of the piston insert, unlike the second embodiment, so as to enhance the cooling effect in the hollow portion 41b and further promote the heat dissipation of the piston 33. It is
  • FIG. 5A is a partial cross-sectional view of a configuration example of the piston and connecting rod in this embodiment when viewed from the AA section line in the front view shown in FIG. 4A.
  • a cooling member (cooling pin 41f) is provided on the back surface 41d of the piston insert of the piston 33 .
  • FIG. 5B is a perspective view of the piston 33 including a piston insert rear surface 41d provided with cooling fins 41e used as a cooling member, viewed from the rear surface side.
  • the plurality of cooling fins 41e be arranged so that the direction of arrangement thereof follows the flow of the cooling air 42 in the inner space of the hollow portion 41b.
  • FIG. 5C is a perspective view of the piston 33 including a piston insert rear surface 41d provided with a cooling pin 41f used as a cooling member, viewed from the rear surface side.
  • the piston insert 41 is provided with a large number of cooling pins 41f projecting from the piston insert back surface 41d as cooling members. In this form, a large number of cooling pins 41f are arranged in a zigzag pattern. When this cooling pin 41f is used, a large amount of gas contacts around one cooling pin 41f. Therefore, the dependence of the cooling efficiency on the gas flow direction in the internal space of the hollow portion 41b is reduced.
  • a breathing hole (not shown) installed in the crankcase 21 and a breathing filter 27 for filtration are attached in the same manner as in the second embodiment.
  • the outer peripheral surface 33a of the piston 33 is made of resin, the compression heat generated inside the cylinder 22 is shielded by the piston 33. Further, since the hollow portion 41b is formed between the piston 33 and the connecting rod 32, the mass of the reciprocating portion including the piston 33 and the connecting rod 32 is reduced. Therefore, the vibration of the compressor main body 10 caused by the reciprocating motion inertia force can be improved.
  • cooling fins 41e or cooling pins 41f are provided on the back surface 41d of the piston insert as cooling members for promoting heat dissipation from the piston 33. These cooling members increase the amount of heat released from the piston insert back surface 41d.
  • the compressor 1 of this embodiment includes a metal piston insert 41 having a female screw hole 41c inside the piston 33, and the piston insert 41 is fixed to the connecting rod 32 from the crankcase 21 side with a screw 35. , a hollow portion 41 b is formed between the piston insert 41 and the connecting rod 32 . Therefore, the mass of the reciprocating portion including the piston 33 and connecting rod 32 is reduced.
  • An intake port 26AG connected to the compression chamber 22X is installed in the cylinder plate 26, and the space of the hollow portion 41b and the space of the crankcase 21 are communicated through communication holes 32f and 32e. Therefore, heat dissipation from the piston 33 is promoted.
  • the surface of the piston insert 41 on the side of the crankcase 21, that is, the back surface 41d of the piston insert, has cooling fins 41e and cooling pins 41f, which are cooling members that promote heat dissipation. Therefore, heat dissipation from the piston 33 is further facilitated as compared with the case where the piston insert 41 is not provided with a cooling member.
  • the life of the bearing of the connecting rod 32 is relatively longer than that of the second embodiment described above.
  • the cylinder plate 26 is provided with a discharge port 26BG and a discharge valve 26b for opening and closing the discharge port 26BG.
  • the compressed gas discharged from the discharge port 26BG is delivered to the tank 3 through the external piping 7 from the discharge port 26BO.
  • Gas is supplied to the inside of the cylinder body 25 from an intake port 26AG provided on the side surface of the end of the cylinder body 25 .
  • the intake valve 26a operates to open and close the plurality of intake ports 26AG.
  • the intake port 26AG is arranged below the top dead center of the piston 33 in the axial direction of the cylinder body 25 . That is, since the intake port 26AG is arranged below the top of the piston 33 at the top dead center, the intake port 26AG is exposed to the compression chamber 22X when the piston 33 is located at the top dead center. never
  • the discharge port 26BG attached to the cylinder plate 26 and the intake port 26AG provided on the side surface of the end of the cylinder body 25 are located on the opposite side of the crankshaft 24 with the piston 33 interposed therebetween. are placed in
  • the intake port 26AG is arranged below the top dead center of the piston 33 in the axial direction of the cylinder body 25 . Therefore, the volumetric efficiency is further improved when the external gas is sucked and compressed.
  • the intake and discharge mechanism of this modified example can be used in combination with the configuration of the piston and connecting rod in the first to third embodiments described above. In that case, even if the compression rate of the gas is set higher, if the hollow portion 41b is provided in the piston and the connecting rod to promote heat dissipation from the hollow portion 41b on the back side of the piston 33, the compressor 1 of this modification can be obtained. can maintain high volumetric efficiency. As a result, compression efficiency is increased.
  • the compressor 1 of this modified example has improved sealing performance and maintains volumetric efficiency even when the compression rate is set high compared to the compressor of the prior art in which the connection portion between the connecting rod and the piston is solid. and more stable operation. Also, since the piston 33 can be efficiently cooled, the service life of the bearing of the connecting rod 32 is extended.
  • the compressor of the present invention can be applied to various compressors that can employ the oscillating piston system among compressors that compress various gases such as air and refrigerants, and the types, models, and applications thereof are particularly limited. not.
  • the present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. The above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • Discharge port 27 Breathing filter 30X Central axis of piston and connecting rod 32 Connecting rod 32b Connecting rod concave portion 32c Screw through hole 32d Connecting rod convex portion 32e Communicating hole 32f Communicating hole 33 Piston 33a Outer peripheral surface 33b Ring groove 33c Upper surface of piston 33d Center of outer peripheral portion 33e Piston convex portion 34 Piston ring 35 Screw 41 Piston insert 41a Edge 41b ...Hollow portion 41c...Female screw hole 41d...Back side of piston insert 42...Cooling air

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Abstract

シリンダ本体、及びシリンダ本体の端部を閉鎖するシリンダプレートを有するシリンダと、シリンダ内を往復動するピストン（３３）と、ピストン（３３）を支持するコンロッド（３２）と、コンロッド（３２）の端部に回転力を与えるクランクシャフトと、クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースと、を備え、ピストン（３３）は、クランクシャフトの回転に伴いシリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、ピストン（３３）は、少なくとも、シリンダ本体の内周側に接触する面が耐摩耗性を有する樹脂によって構成され、ピストン（３３）の外周面は、シリンダ本体の直径より小さい直径の球面となっており、ピストン（３３）とシリンダ本体とシリンダプレートによって圧縮室が形成され、ピストン（３３）とコンロッドの間に中空部（４１ｂ）が形成され、圧縮室に気体を導入するための吸気口がシリンダプレートに配置されている圧縮機（１）。

Description

圧縮機
　本発明は、圧縮機に関する。
　ピストンの円盤部とリテーナとの間に気体層を設けることによって、圧縮室で発生した圧縮熱がコンロッドのベアリングへ伝熱されることを抑制した往復動圧縮機が知られている（特許文献１）。
特開２００８－２４８８１２号公報
　特許文献１の往復動圧縮機では、リテーナとピストンの円盤部との間に全面的に隙間が設けられている。この隙間が気体の通路となっており、さらに複数の通路穴を介してクランクケースの内側と連通している。このようにして、リテーナとピストンの円盤部との間に気体層が形成されている。この気体層によって、圧縮室で発生した圧縮熱がコンロッドへ伝わることが抑制されている。
　この往復動圧縮機では、リテーナ上面に取り付けられた吸込弁が開くことによって、クランクケースの空間から気体層を通過した新しい気体が吸込穴を通ってシリンダ内に吸い込まれている。
　この構成によって、ピストンの作動時にクランクケース側から気体が流れるため、気体層の温度上昇が抑制されている。
　しかし、特許文献１の吸気構造では、圧縮室からの放熱が気体層に伝熱されるので、シリンダ内に吸い込まれる気体の温度が上がる。
　そのため、膨張した気体をシリンダ内に吸い込むことになる。一般に、吸い込む気体の温度が低い方が、気体の圧縮効率が向上するため、さらなる効率改善が求められる。
　本発明は、圧縮効率の高い圧縮機を提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決する手段を多数含んでいるが、その一例を挙げるならば、円筒状のシリンダ本体、及び前記シリンダ本体の端部を閉鎖するシリンダプレートを少なくとも有するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンを支持するコンロッドと、前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、を備え、前記ピストンは、前記クランクシャフトの回転に伴い前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、前記ピストンは、少なくとも、前記シリンダ本体の内周側に接触する面が耐摩耗性を有する樹脂によって構成され、前記ピストンの外周面は、球面となっており、前記ピストンと前記シリンダ本体と前記シリンダプレートによって圧縮室が形成され、前記ピストンと前記コンロッドの間に中空部が形成され、前記圧縮室に気体を導入するための吸気口が、前記シリンダプレートまたは前記シリンダ本体の端部の側面に配置されている圧縮機である。
　本発明によれば、シリンダプレートまたはシリンダ本体の端部の側面に設けられる吸気口から気体を吸い込むことによって、圧縮効率を高めることができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
本発明の実施例１の圧縮機の概略図である。 実施例１の圧縮機本体の部分断面図である。 実施例１におけるピストン及びコンロッドの構成例の正面図である。 実施例１におけるピストン及びコンロッドの構成例の背面図である。 実施例１における図３ＡのＡ－Ａ切断線における部分断面図である。 実施例１における図３ＣのＢ－Ｂ切断線における部分断面図である。 実施例２におけるピストン及びコンロッドの構成例の正面図である。 実施例２におけるピストン及びコンロッドの構成例の背面図である。 実施例２における図４ＡのＡ－Ａ切断線における部分断面図である。 実施例２における図４ＣのＢ－Ｂ切断線における部分断面図である。 実施例３におけるピストン及びコンロッドの構成例の部分断面図である。 実施例３における冷却部材（冷却フィン）を備えたピストンを裏面側から見た斜視図である。 実施例３における冷却部材（冷却ピン）を備えたピストンを裏面側から見た斜視図である。 実施例１のシリンダヘッド付近における吸込みガスの流れを示す部分断面図である。 実施例１におけるシリンダプレートの一例の平面図である。 実施例１におけるシリンダプレートの一例の背面図である。 変形例におけるシリンダヘッド付近における吸込みガスと吐出ガスの流れを示す部分断面図である。
　［実施例１］
　本発明の圧縮機の実施例１について図１から図３Ｄを参照し説明する。
　最初に、本実施例の圧縮機１の全体構成について図１及び図２を参照し説明する。図１は、実施例１における圧縮機１の概略図である。また、図２は、本実施例における圧縮機本体１０の部分断面図である。
　図１に示す圧縮機１は、圧縮機本体１０と、それを駆動する電動機２と、圧縮機本体１０が吐出する気体を貯留するためのタンク３と、を備えている。
　圧縮機本体１０は、シリンダ内を往復動するピストン３３によって空気等の気体を圧縮する。圧縮機本体１０は、図２に示すように、クランクシャフト２４と、クランクシャフト２４を回転中心軸２４ａの回りに回転可能に支持するクランクケース２１と、クランクケース２１から鉛直方向に突出する一つのシリンダ２２と、基端部がクランクシャフト２４のクランクピンに回転可能に接続されるコンロッド３２と、コンロッド３２の先端部に固定されるピストン３３と、を備える。シリンダ２２は、円筒状のシリンダ本体２５と、このシリンダ本体２５の端部（上部の端部）を閉鎖するシリンダプレート２６と、シリンダヘッド２３と、を備える。
　シリンダプレート２６は、シリンダヘッド２３とシリンダ本体２５とによって挟持される。ピストン３３とシリンダ本体２５の内周面であるシリンダ内壁面２２ａとシリンダプレート２６とによって、圧縮室２２Ｘが形成される。シリンダプレート２６には、圧縮室２２Ｘに気体を導入するための吸気口２６ＡＧ（図６、図７Ａ参照）、及び圧縮室２２Ｘで圧縮された気体を吐出するための吐出口２６ＢＧ（図７Ｂ参照）が設けられている。吸気口２６ＡＧには、吸気弁２６ａ（図６、図７Ｂ参照）が取り付けられ、吐出口２６ＢＧには、吐出弁２６ｂ（図７Ａ参照）が取り付けられている。
　本実施例では、シリンダプレート２６は、ピストン３３を挟んでクランクシャフト２４と反対側に配置されている。
　図２に示すように、ピストン３３は、クランクシャフト２４の回転に伴いシリンダ２２内を揺動しながら往復動するので、シリンダの中心軸２２ｂに対して、往復動作中のピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘは概ね傾斜している。
　圧縮機本体１０では、電動機２によってクランクシャフト２４が回転することで、コンロッド３２の一端部に回転力を与え、シリンダ２２内に設置されたピストン３３がシリンダ２２内を往復運動する。ピストン３３が上死点から下死点へ向かう吸入工程では、圧縮室２２Ｘが拡大され、シリンダプレート２６に設けられる吸気弁２６ａ（図６、及び図７Ｂ参照）が開いてシリンダヘッド２３内の吸気室から吸気口２６ＡＧを通じて圧縮室２２Ｘ内に気体が吸い込まれる。
　図６は、本実施例におけるシリンダプレート２６付近における吸込みガスの流れを示す部分断面図である。図７Ａは、本実施例におけるシリンダプレート２６の一例の平面図である。図７Ｂは、本実施例におけるシリンダプレート２６の一例の背面図である。
　図６、図７Ａ、及び図７Ｂに示すように、シリンダプレート２６に配置され、吸気口２６ＡＧを開閉する吸気弁２６ａ、及び吐出口２６ＢＧを開閉する吐出弁２６ｂが、ピストン３３の往復動に応じて作動する。
　ピストン３３が下死点から上死点へ向かう圧縮工程では、圧縮室２２Ｘの容積が収縮され、圧縮室２２Ｘ内の気体が圧縮され、シリンダプレート２６に設けられた吐出弁２６ｂ（図７Ａ参照）が開いて、吐出口２６ＢＧ（図７Ｂ参照）からシリンダヘッド２３内の排気室へ圧縮気体が吐出され、この排気室に接続される配管７（図１参照）を通じて圧縮気体がタンク３へ送出される。
　なお、図１及び図２では説明を簡略にするために、圧縮機形状はピストン及びシリンダを１対しか持たない１気筒１段圧縮機としている。しかし、圧縮機１は、クランクシャフトに対して直列あるいは放射状に複数組のピストン及びシリンダを有する構成であってもよい。
　圧縮機本体１０は、クランクシャフト２４が電動機２の回転軸と平行に配置された状態でタンク３上に配置して固定されている。図１に示すように、クランクシャフト２４には圧縮機プーリ４が固定されている。電動機２の回転軸に電動機プーリ５が固定されている。圧縮機本体１０に付設された圧縮機プーリ４は、羽根を有しており、その回転に伴い圧縮機本体１０に向けて風を発生させることで、圧縮機本体１０の放熱を促している。
　圧縮機プーリ４及び電動機プーリ５には、圧縮機プーリ４及び電動機プーリ５の間で動力を伝達するための伝動ベルト６が巻回されている。これにより、電動機２の回転に従って、電動機プーリ５、伝動ベルト６及び圧縮機プーリ４を介して圧縮機本体１０のクランクシャフト２４が回転駆動され、圧縮機本体１０が気体を圧縮する。
　なお、図１では説明を簡略にするために、圧縮機本体１０は電動機２と伝動ベルト６を介して接続された構成としているが、接続方法はこれに限られない。圧縮機本体１０のクランクシャフト２４と電動機２の回転軸は、カップリングなどの接続手段を用いて直接に接続してもよい。
　次に、ピストンの周辺構造について図２を参照し説明する。図２に示す圧縮機本体１０には、ピストン３３がコンロッド３２と一体で構成された揺動ピストン方式が用いられている。この揺動ピストン方式では、クランクシャフト２４の回転に伴い、ピストン３３がシリンダ２２内を揺動しながら往復動する。
　次いで、ピストン３３とコンロッド３２について、図３Ａから図３Ｄを参照し説明する。図３Ａは本実施例におけるピストン及びコンロッドの構成例の正面図、図３Ｂは背面図、図３Ｃは、図３ＡのＡ－Ａ切断線における部分断面図である。図３Ｄは、図３ＣのＢ－Ｂ切断線における部分断面図である。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すピストン３３は、ピストン３３を支持するコンロッド３２と別部品である。少なくとも、シリンダ本体２５の内周側に接触する外周面３３ａ、及びシリンダプレート２６側のピストン上面３３ｃが耐摩耗性を有する樹脂によって構成されている。
　本実施例では、ピストン３３は、後述するピストンインサート４１（図３Ｄ参照）を除いて、耐摩耗性に優れる樹脂により構成されている。
　ピストン３３を構成することができる、耐摩耗性に優れる樹脂材として、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙ　Ｔｅｔｒａ　Ｆｌｕｏｒｏ　Ｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ）が挙げられる。さらに、熱膨張率を考慮した場合は、ピストン３３の樹脂材として、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ　Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　Ｓｕｌｆｉｄｅ、ＰＰＳ）等が挙げられる。
　また、ピストン３３の外周面３３ａは、シリンダ本体２５の内周側の直径よりわずかに小さいサイズの直径を持つ球面となっている。その球面の形状を有する外周面３３ａの中心が外周部中心３３ｄである（図３Ａ、図３Ｃ参照）。また、図３Ｃに示すように、ピストン３３のコンロッド３２側の面のうち、コンロッド３２に向き合う外周部分にピストン凸部３３ｅが形成されており、コンロッド３２のコンロッド凸部３２ｄと嵌め合い構造となっている。また、ピストン３３のシリンダ内壁面２２ａに接する外周にリング溝３３ｂが設けられ、そこにピストンリング３４が嵌合されている。ピストンリング３４は、シリンダ内壁面２２ａとピストン３３の外周面３３ａとの間の隙間をシールするシールリングである。
　さらに、ピストン３３はその内部に、アルミニウム合金などの金属からなるピストンインサート４１が埋め込まれた状態で成型されている。このピストンインサート４１は、ピストン３３が往復動慣性力や摩擦力によってシリンダヘッド２３側に引き上げられ荷重を受けた場合でも、ピストン３３がコンロッド３２から外れないようにするためのものである。図３Ｄに示すように、ピストン３３が抜け出すことがないよう、ピストンインサート４１の縁部４１ａがピストン３３の周方向に食い込んだ形状となっている。さらに、ピストンインサート４１には、コンロッド３２とネジで固定できるように、クランクケース２１側に開口したメネジ穴４１ｃが１つ以上、本実施例では２つ形成されている。図２に示すように、ピストン３３は、コンロッド３２に対してクランクケース２１側からクランクシャフト２４と直交する方向に位置する２カ所のネジ３５で締結（固定）されている。
　これに対応するように、本実施例では、図３Ｄに示しているコンロッド３２は、ピストン３３を支持する座面のうち、メネジ穴４１ｃと一致する箇所にネジ３５用のネジ用貫通孔３２ｃを有している。
　本実施例のピストンインサート４１は、図３Ｄに示すように、シリンダヘッド２３側を底にした皿型をしている。コンロッド３２の座面には、ピストンインサート４１の皿型の中央の凹部に対応する位置にクランクシャフト２４側（図示下側）に窪むコンロッド凹部３２ｂが形成されている。この構造により、ピストンインサート４１の下面とコンロッド３２の上面との間に、中空部４１ｂが形成されている。この中空部４１ｂは、ピストン３３の上側の面がピストンインサート４１で覆われている。本実施例では、中空部４１ｂの内部空間は、密閉された空間である。
　なお、図３Ｄに示すような中空部４１ｂを形成した場合には、ピストン３３を構成する樹脂自体が、ピストン３３の往復動の際に気体荷重を受けることになってしまうため、強度確保の面で何かしらの対策をとることが好ましい。
　また、上述した図３Ａから図３Ｄに示した形態では、ピストンインサート４１のメネジ穴４１ｃはピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘの方向と平行に設けられている。しかし、これらの部品の配置が「ピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘと平行な配置」に限定されるものではない。たとえば、メネジ穴をピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘに対して傾斜して配置させることもできる。
　本実施例において、ピストン３３とコンロッド３２の間に、中空部４１ｂが形成されていることにより、ピストン３３及びコンロッド３２を含む往復動部分の質量を低減できる。そのため、往復動慣性力に起因する、圧縮機本体１０の振動が抑制される。
　さらに、中空部４１ｂのピストン３３の上側の面は、ピストンインサート４１によって覆われている。そのため、ピストンインサート４１によって、ピストン３３が内側から保持されるので、中空部４１ｂが形成されている場合においても、ピストン３３の成型時の収縮や、運転時の圧縮熱による膨張に基づく変形量が低減されることになる。
　また、クランクケース２１に、外気に開放された不図示の呼吸穴が設けられている。ピストン３３の往復動に伴ってクランクケース２１の内部容積が増減し、この呼吸穴を通して外部から吸気され、外部へ排気される。このようにして、呼吸穴を通した通気が行われることによって、クランクケース２１内部の冷却が達成される。
　なお、粉塵の吸込みを防ぐため、呼吸穴には呼吸フィルタ２７（図２参照）が取り付けられており、クランクケース２１の空間に流入する外気をろ過している。
　また、コンロッド３２とピストン３３の結合部は、中空部４１ｂを設けることで大きな断面外形を有している。本実施例におけるコンロッド３２の断面視の形状は略Ｙ字状であり、そのクランクシャフト側の根元部分の角度は、ピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘを挟んで約９０°から約１１０°の範囲にあればよい。
　本実施例におけるコンロッド凹部３２ｂは、すり鉢状または円錐台状の形状を有している。しかし、ネジ３５でピストン３３とコンロッド３２とを固定するために、中空部４１ｂの内部空間を径方向の断面で見た場合に、ネジ３５を設置する径方向において対向する内壁面の間隙、つまり内寸がやや狭い構造となっている。
　このように、本実施例の圧縮機１は、円筒状のシリンダ本体２５、及びシリンダ本体２５の端部を閉鎖するシリンダプレート２６を少なくとも有するシリンダ２２と、シリンダ２２内を往復動するピストン３３と、ピストン３３を支持するコンロッド３２と、コンロッド３２の端部に回転力を与えるクランクシャフト２４と、を備える。ピストン３３は、クランクシャフト２４の回転に伴いシリンダ２２内を揺動しながら往復動する揺動ピストンである。ピストン３３は、少なくとも、シリンダ本体２５の内周側に接触する面が耐摩耗性を有する樹脂によって構成される。ピストン３３の外周面３３ａは、球面となっている。ピストン３３とシリンダ本体２５とシリンダプレート２６によって圧縮室２２Ｘが形成される。ピストン３３とコンロッド３２の間に中空部４１ｂが形成され、圧縮室２２Ｘに気体を導入するための吸気口２６ＡＧが、シリンダプレート２６に配置されている。
　次に、本実施例の効果について説明する。
　上述した本発明の実施例１のピストン３３は、クランクシャフト２４の回転に伴いシリンダ２２内を揺動しながら往復動する揺動式ピストンである。少なくとも、シリンダ本体２５の内周側に接触するピストン３３の外周面３３ａが耐摩耗性を有する樹脂によって構成されている。また、ピストン３３の外周面３３ａは、シリンダ本体２５の直径より小さい直径の樹脂製の球面となっている。または、シリンダ本体２５の直径よりも大きい直径を有する球面の一部が、ピストン３３の外周面３３ａであってもよい。そして、ピストン３３に備えられた樹脂製の外周面３３ａによって、ピストン上面３３ｃが受けた圧縮熱は、遮熱される。
　また、ピストン３３の構成部材として樹脂を用いることによって、揺動ピストン方式の圧縮機において、ピストン３３の外周面３３ａとシリンダ内壁面２２ａ（図２参照）との隙間が微小に維持されることで、ピストン３３が滑らかに摺動可能であるという効果が得られる。また、揺動角の増加に伴うピストンリング３４の変形や破損、シール性悪化を防止することが可能となる。
　また、本実施例の圧縮機１は、ピストン３３とコンロッド３２の間に中空部４１ｂを設けることによって、ピストン３３及びコンロッド３２を含む往復動部分の質量を軽減することができる。そのため、往復動慣性力に起因する、圧縮機本体１０の振動が抑制される。
　また、シリンダプレート２６に設けられる吸気口２６ＡＧから膨張していない気体、例えば、常温の空気等の気体を吸い込むことによって、体積効率を向上することができる。その結果、圧縮効率を高めることができる。
　また、本実施例のコンロッド３２は、略Ｙ字状に形成されているので、従来技術における略Ｔ字状のコンロッドに比べると、機械的な剛性が高く、往復動部のロック現象に伴うコンロッド３２の折損などがより生じ難い構造となっている。従って、圧縮機１における、コンロッド３２とピストン３３の結合部の信頼性を高めることができる。
　そのため、本実施例の圧縮機１は、コンロッドとピストンの結合部が中実型である従来技術の圧縮機よりも、安定した運転を行うことができる。
　［実施例２］
　実施例２について図４Ａから図４Ｄを参照し説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を付し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。
　図４Ａは本実施例におけるピストン及びコンロッドの構成例の正面図、図４Ｂは背面図、図４Ｃは、図４ＡのＡ－Ａ切断線における部分断面図である。図４Ｄは、図４ＣのＢ－Ｂ切断線における部分断面図である。実施例１では、中空部４１ｂの内部空間が密閉空間とされていた。
　これに対して、本実施例２では、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示すように、実施例１に対して、中空部４１ｂに接するコンロッド３２の上部端面側に、クランクケース２１の空間と中空部４１ｂとを連通する二つの連通孔３２ｅ、３２ｆが設けられている。
　次に、連通孔３２ｅと連通孔３２ｆの開口の位置と形状等について説明する。図４Ｂに示すように、本実施例における連通孔３２ｅの開口の形状は略扇形であり、その中心点はコンロッド３２の略Ｙ字状の根元３２Ｙの付近に配置されている。
　連通孔３２ｅの略扇形の円弧の部分はピストン３３の方に向いている。図４Ａに示すように、ピストン３３を正面から見た場合、連通孔３２ｆの開口の形状は略半円形または円形の一部である。
　なお、ピストン３３との接合部の断面形状が略Ｙ字状となるコンロッド３２の機械的強度が保持され、且つ、少なくとも二つのネジ用貫通孔３２ｃを設けることができる限りにおいて、中空部４１ｂの容積は大きく設定することができる。それに応じて、コンロッド３２の軽量化が実現される。また、中空部４１ｂに対する通気による放熱を促進するために、コンロッド３２の形状と大きさに合わせて、連通孔の位置、及び連通孔の開口形状を適宜調整した上で、コンロッド３２の上面側に、必要となる大きさの通気孔３２ｅ、３２ｆが配置される。
　そのため、上述した以外に、連通孔の個数、開口形状や開口の方向を変更した他の構成例が幾つか考えられる。
　たとえば、連通孔３２ｅの断面形状は円状または楕円状であってもよい。また、連通孔３２ｅは、ピストン３３の径方向断面で、ピストン及びコンロッドの中心軸３０Ｘを挟んで連通孔３２ｆと向き合うように配置することが好ましい。
　また、ピストン３３の下降時に、気体の押出し口となる連通孔３２ｆの断面形状は長穴または楕円状であってもよい。また、ピストン３３の径方向における１０°から３０°程度の角度範囲に、複数の連通孔３２ｆが配置されてもよい。
　基本的に、中空部４１ｂの内部空間に対して、クランクケース２１から積極的に気体を取入れることを考慮した場合、連通孔３２ｅと連通孔３２ｆの開口面を、互いに異なる方向に向けて設けることが特に好ましい。
　連通孔を複数設けた場合、連通孔３２ｅのように、そのうち少なくとも１つがクランクシャフト２４の側に開口していることが好ましい。また、連通孔３２ｆのように、少なくとも１つがシリンダ本体２５の径方向に開口していることが好ましい。また、連通孔を複数設けた場合、少なくとも１つがクランクシャフト２４の側に開口し、且つ、少なくとも１つがシリンダ本体２５の径方向に開口していることが特に好ましい。
　また、実施例１と同様に、本実施例においても、クランクケース２１に、外気に開放された不図示の呼吸穴が設けられ、粉塵の吸込みを防ぐための呼吸フィルタ２７が呼吸穴に取り付けられている。
　図４Ｃに示すように、連通孔３２ｅは、ピストン３３が下降する時に、クランクケース２１内の気体を中空部４１ｂに取り込む取入れ口となる。これに対して、連通孔３２ｆは、ピストン３３が下降する時に中空部４１ｂの内部の気体を外側に押し出す押出し口となる。
　このため、連通孔３２ｅと連通孔３２ｆは、内側の中空部４１ｂから外側に向かって開口する方向が異なっている。ピストン３３の下降時に、気体の取入れ口となる連通孔３２ｅの開口は、中空部４１ｂからクランクシャフト２４側を向いている。これに対して、気体の押出し口となる連通孔３２ｆの開口は、シリンダ本体２５の径方向の外側を向いている。
　また、ピストン３３が上昇する場合にも、中空部４１ｂとコンロッド３２の外側の空間との間において、一定の気体の流れが発生し得る。
　次に、本実施例の効果について説明する。
　本実施例のピストン３３は、実施例１と同様に、シリンダ本体２５の内周側に接触するピストン３３の外周面３３ａは耐摩耗性を有する樹脂によって構成され、シリンダ本体２５の直径より小さい直径の樹脂製の球面となっている。これによって、ピストン上面３３ｃが受けた圧縮熱は、ピストン３３によって遮熱される。
　さらに、本実施例の圧縮機１では、中空部４１ｂの空間とクランクケース２１の空間とが連通孔３２ｆと連通孔３２ｅによって連通されている。
　このため、中空部４１ｂが気体の冷却風４２によって冷却される（図４Ｃ参照）。
　これらの構成による冷却効果の増強から、本実施例の圧縮機１は、コンロッドとピストンの結合部が中実型である従来技術の圧縮機よりも、ピストンリング３４の変形を防止でき、樹脂製で球形の外周面３３ａによる良好な摺動性によって、シール性が向上する。また、吸気する気体の温度上昇を防止できるので、体積効率が向上し、より安定した運転を行うことができる。そして、圧縮効率を高めることができる。また、ピストン３３を冷却することにより、コンロッド３２への伝熱が発生し難いので、コンロッド３２のベアリングの寿命が長くなる。
　［実施例３］
　実施例３について図５Ａから図５Ｃを参照し説明する。本実施例には、中空部４１ｂにおける冷却効果を増強し、ピストン３３の放熱をより促進できるように、実施例２に対して、ピストンインサート裏面４１ｄに放熱を促進するための冷却部材がさらに備えられている。
　図５Ａは、図４Ａに示す正面図におけるＡ－Ａ切断線から見た場合の、本実施例におけるピストン及びコンロッドの構成例の部分断面図である。ピストン３３のピストンインサート裏面４１ｄに冷却部材（冷却ピン４１ｆ）が備えられている。
　図５Ｂは、冷却部材として使用する冷却フィン４１ｅが備えられたピストンインサート裏面４１ｄを含むピストン３３を裏面側から見た斜視図である。この形態において、複数の冷却フィン４１ｅは、その配列方向が、中空部４１ｂの内部空間における冷却風４２の流れに沿うように設置されることが好ましい。
　図５Ｃは、冷却部材として使用する冷却ピン４１ｆが備えられたピストンインサート裏面４１ｄを含むピストン３３を裏面側から見た斜視図である。ピストンインサート４１には、冷却部材として、ピストンインサート裏面４１ｄから突起した多数の冷却ピン４１ｆが備えられている。この形態では、多数の冷却ピン４１ｆが千鳥状に配列されている。この冷却ピン４１ｆを用いる場合には、一つの冷却ピン４１ｆの回りに気体が多く接することになる。そのため、中空部４１ｂの内部空間での気体の流れ方向に対する冷却効率の依存性は低くなる。
　また、本実施例において、クランクケース２１に設置される呼吸穴（不図示）や、ろ過用の呼吸フィルタ２７が、実施例２と同様に取り付けられている。
　次に、本実施例の効果について説明する。
　本実施例においても、ピストン３３の外周面３３ａが樹脂で構成されているので、シリンダ２２の内部で発生する圧縮熱がピストン３３によって遮熱される。また、ピストン３３とコンロッド３２の間に、中空部４１ｂが形成されているので、ピストン３３及びコンロッド３２を含む往復動部分の質量が低減されている。そのため、往復動慣性力に起因する圧縮機本体１０の振動を改善することができる。
　さらに、本実施例では、ピストンインサート裏面４１ｄに、ピストン３３からの放熱を促進するための冷却部材として、冷却フィン４１ｅまたは冷却ピン４１ｆが設けられている。これらの冷却部材により、ピストンインサート裏面４１ｄからの放熱量が増加する。
　本実施例の圧縮機１は、ピストン３３の内部に、メネジ穴４１ｃを有する金属製のピストンインサート４１が備えられ、ピストンインサート４１がコンロッド３２に対して、クランクケース２１側からネジ３５で固定され、中空部４１ｂは、ピストンインサート４１とコンロッド３２の間に形成される。そのため、ピストン３３及びコンロッド３２を含む往復動部分の質量が低減される。
　圧縮室２２Ｘに繋がる吸気口２６ＡＧがシリンダプレート２６に設置され、中空部４１ｂの空間とクランクケース２１の空間とが連通孔３２ｆ、３２ｅによって連通されている。そのため、ピストン３３からの放熱が促進される。
　さらに、ピストンインサート４１のクランクケース２１側の面、即ち、ピストンインサート裏面４１ｄに、放熱を促す冷却部材である冷却フィン４１ｅや冷却ピン４１ｆを有する。そのため、ピストンインサート４１に冷却部材を設けない場合よりも、ピストン３３からの放熱がさらに促進される。
　従って、本実施例の圧縮機１は、上述した実施例２よりも、コンロッド３２のベアリングの寿命が相対的に長くなる。
　［変形例］
　変形例について図８を参照し説明する。本変形例は、シリンダ本体２５の内部へ気体を供給する吸気弁２６ａと吸気口２６ＡＧの構造が、シリンダプレート２６に吸気口２６ＡＧを備えた実施例１、実施例２、及び実施例３と異なっている。
　図８に示すように、シリンダプレート２６に、吐出口２６ＢＧと、この吐出口２６ＢＧを開閉する吐出弁２６ｂと、が備えられている。吐出口２６ＢＧから吐出された圧縮気体は排出口２６ＢＯから外部の配管７を通ってタンク３に送出される。
　シリンダ本体２５の内部への気体の供給は、シリンダ本体２５の端部の側面に設けられた吸気口２６ＡＧから行われる。ピストン３３の往復動作に連動して、吸気弁２６ａが作動し、複数の吸気口２６ＡＧが開閉される。
　本変形例において、吸気口２６ＡＧは、ピストン３３の上死点よりも、シリンダ本体２５の軸方向の下方に配置されている。つまり、吸気口２６ＡＧが上死点におけるピストン３３の最上部よりも下側に配置されているので、ピストン３３が上死点に位置しているときには、吸気口２６ＡＧは圧縮室２２Ｘに露出されることがない。
　次に、吸気のために、ピストン３３が上死点の位置から下降し始めると、吸気口２６ＡＧがシリンダ内壁面２２ａに露出される。この段階で、シリンダ内壁面２２ａで相対する複数の吸気口２６ＡＧから圧縮室２２Ｘの内側に気体が供給され、気体の衝突圧縮が起きる。この場合、膨張した気体を吸気することがなく、最終的に圧縮された気体における体積効率がさらに改善される。
　このように、本変形例においても、シリンダプレート２６に取り付けられた吐出口２６ＢＧ、及びシリンダ本体２５の端部の側面に設けられた吸気口２６ＡＧは、ピストン３３を挟んでクランクシャフト２４と反対側に配置されている。
　次に、本変形例の効果について説明する。
　本変形例では、吸気口２６ＡＧがピストン３３の上死点よりもシリンダ本体２５の軸方向の下部に配置されている。そのため、外部の気体を吸気し圧縮する際の体積効率がさらに向上する。
　本変形例の吸気及び吐出機構は、上述した実施例１から実施例３におけるピストン及びコンロッドの形態と組み合わせて用いることができる。その場合、気体の圧縮率をより高く設定しても、ピストン及びコンロッドに中空部４１ｂを設けて、ピストン３３の裏面側の中空部４１ｂからの放熱を促進すれば、本変形例の圧縮機１は、高い体積効率を維持することができる。その結果、圧縮効率が高くなる。
　従って、本変形例の圧縮機１は、コンロッドとピストンの結合部が中実型である従来技術の圧縮機よりも、シール性が向上し、圧縮率を高く設定しても体積効率を維持することができ、より安定した運転を行うことができる。また、ピストン３３を効率よく冷却することができるので、コンロッド３２のベアリングの寿命が長くなる。
　［その他］
　なお、本発明の圧縮機は空気や冷媒などの各種気体を圧縮する圧縮機のうち、揺動ピストン方式を採用しうる様々な圧縮機に適用可能であり、その種類や型式、用途は特に限定されない。本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加及び削除及び置換をすることも可能である。
１…圧縮機、２…電動機、３…タンク、４…圧縮機プーリ、５…電動機プーリ、６…伝動ベルト、１０…圧縮機本体、２１…クランクケース、２２…シリンダ、２２ａ…シリンダ内壁面、２２ｂ…シリンダの中心軸、２３…シリンダヘッド、２４…クランクシャフト、２４ａ…回転中心軸、２５…シリンダ本体、２６…シリンダプレート、２６ａ…吸気弁、２６ＡＧ…吸気口、２６ｂ…吐出弁、２６ＢＧ…吐出口、２７…呼吸フィルタ、３０Ｘ…ピストン及びコンロッドの中心軸、３２…コンロッド、３２ｂ…コンロッド凹部、３２ｃ…ネジ用貫通孔、３２ｄ…コンロッド凸部、３２ｅ…連通孔、３２ｆ…連通孔、３３…ピストン、３３ａ…外周面、３３ｂ…リング溝、３３ｃ…ピストン上面、３３ｄ…外周部中心、３３ｅ…ピストン凸部、３４…ピストンリング、３５…ネジ、４１…ピストンインサート、４１ａ…縁部、４１ｂ…中空部、４１ｃ…メネジ穴、４１ｄ…ピストンインサート裏面、４２…冷却風

Claims (11)

  1. 　円筒状のシリンダ本体、及び前記シリンダ本体の端部を閉鎖するシリンダプレートを少なくとも有するシリンダと、
    　前記シリンダ内を往復動するピストンと、
    　前記ピストンを支持するコンロッドと、
    　前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、
    を備え、
    　前記ピストンは、前記クランクシャフトの回転に伴い前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、
    　前記ピストンは、少なくとも、前記シリンダ本体の内周側に接触する面が耐摩耗性を有する樹脂によって構成され、
    　前記ピストンの外周面は球面となっており、
    　前記ピストンと前記シリンダ本体と前記シリンダプレートによって圧縮室が形成され、
    　前記ピストンと前記コンロッドの間に中空部が形成され、
    　前記圧縮室に気体を導入するための吸気口が、前記シリンダプレートまたは前記シリンダ本体の端部の側面に配置されている圧縮機。
  2. 　請求項１に記載の圧縮機において、
    　前記クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースが備えられ、
    　前記中空部の空間と前記クランクケースの空間とが連通孔によって連通されている圧縮機。
  3. 　請求項２に記載の圧縮機において、
    　前記ピストンの内部に、メネジ穴を有する金属製のピストンインサートが備えられ、
    　前記ピストンインサートが前記コンロッドに対して前記クランクケースの側からネジで固定され、
    　前記中空部は、前記ピストンインサートと前記コンロッドの間に形成されている圧縮機。
  4. 　請求項３に記載の圧縮機において、
    　前記ピストンインサートの前記クランクケースの側の面に、放熱を促す冷却部材を有する圧縮機。
  5. 　請求項４に記載の圧縮機において、
    　前記冷却部材が、冷却フィンまたは冷却ピンである圧縮機。
  6. 　請求項２に記載の圧縮機において、
    　前記連通孔は、２つ以上設けられている圧縮機。
  7. 　請求項６に記載の圧縮機において、
    　前記連通孔は、そのうち少なくとも１つが前記クランクシャフトの側に開口している圧縮機。
  8. 　請求項６に記載の圧縮機において、
    　前記連通孔は、そのうち少なくとも１つが前記シリンダ本体の径方向に開口している圧縮機。
  9. 　請求項６に記載の圧縮機において、
    　前記連通孔のうち少なくとも一つが前記クランクシャフトの側に開口し、そのうち少なくとも１つが前記シリンダ本体の径方向に開口している圧縮機。
  10. 　請求項１に記載の圧縮機において、
    　前記吸気口が前記シリンダプレートに配置されている圧縮機。
  11. 　請求項１に記載の圧縮機において、
    　前記吸気口が前記シリンダ本体の端部の側面に配置されている圧縮機。
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