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JP7709286B2 - Reciprocating Compressor - Google Patents
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JP7709286B2 - Reciprocating Compressor - Google Patents

Reciprocating Compressor

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JP7709286B2 JP2021028607A JP2021028607A JP7709286B2 JP 7709286 B2 JP7709286 B2 JP 7709286B2 JP 2021028607 A JP2021028607 A JP 2021028607A JP 2021028607 A JP2021028607 A JP 2021028607A JP 7709286 B2 JP7709286 B2 JP 7709286B2
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Description

本発明は、ピストンがシリンダ内で往復動する往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to a reciprocating compressor in which a piston reciprocates within a cylinder.

往復動圧縮機は、ピストンが連接棒を介してクランクシャフトに連結されており、電動機などの回転駆動源の回転力をクランクシャフトによってピストンの往復動に変換することで気体などを圧縮するものである。往復動圧縮機のなかには、ピストンがベアリングを介して連接棒の先端部(小端部)に連結され、ピストンが連接棒に対して揺動しつつシリンダに対しては傾斜せずに往復動するものがある。それに対して、ピストンが連接棒の先端部に固定され、ピストンがシリンダに対して揺動しつつ往復動するものがある。すなわち、連接棒と一体的に揺動する揺動型のピストンを備えた往復動圧縮機がある。後者の方が前者よりも、可動部の削減による耐久性の向上、軽量化や低騒音化、部品点数削減によるコストダウンが可能となる。 In a reciprocating compressor, the piston is connected to a crankshaft via a connecting rod, and the crankshaft converts the torque of a rotary drive source such as an electric motor into reciprocating motion of the piston, thereby compressing gases and the like. In some reciprocating compressors, the piston is connected to the end (small end) of the connecting rod via a bearing, and the piston reciprocates relative to the connecting rod while not tilting relative to the cylinder. In contrast, there are reciprocating compressors in which the piston is fixed to the end of the connecting rod, and the piston reciprocates while rocking relative to the cylinder. In other words, there are reciprocating compressors equipped with a rocking piston that rocks integrally with the connecting rod. Compared to the former, the latter allows for improved durability by reducing moving parts, reduced weight and noise, and reduced costs by reducing the number of parts.

揺動型のピストンを備えた往復動圧縮機の一例として、特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載の往復動圧縮機では、シリンダ内を摺動しつつ往復する球体状のピストンが吸入行程において揺動してシリンダ内周面と摺接する部位のピストン球面を窪ませてピストンロッド(連接棒)側から圧縮室内に流体を吸い込むための吸入口が形成されている。 One example of a reciprocating compressor with a rocking piston is described in Patent Document 1. In the reciprocating compressor described in Patent Document 1, a spherical piston that slides back and forth within a cylinder rocks during the suction stroke, and the piston spherical surface at the portion where it makes sliding contact with the inner circumferential surface of the cylinder is recessed to form a suction port for sucking fluid into the compression chamber from the piston rod (connecting rod) side.

特開昭62-253971号公報Japanese Patent Application Laid-open No. 62-253971

特許文献1に記載の往復動圧縮機においては、クランクシャフトの回転軸線とシリンダの中心軸とを交差させた構造となっている。この構造では、ピストン(ピストンロッド)の揺動角度が大きいと、その分、圧縮行程におけるピストンとシリンダ間に作用する力(以下、サイドフォースと称す)が大きくなる。これにより、シリンダとピストン間の摩擦が大きくなり、エネルギ損失に繋がる。そのため、圧縮行程時のサイドフォースを抑制したいという要望がある。そこで、クランクシャフトの回転軸線をシリンダの中心軸に対して交差させずにずらした位置に配置するオフセット構造を採用することで、圧縮行程時のサイドフォースを低減することが可能である。 In the reciprocating compressor described in Patent Document 1, the rotation axis of the crankshaft and the central axis of the cylinder are intersected. In this structure, if the oscillation angle of the piston (piston rod) is large, the force acting between the piston and the cylinder during the compression stroke (hereinafter referred to as side force) increases accordingly. This increases friction between the cylinder and the piston, leading to energy loss. For this reason, there is a demand to suppress the side force during the compression stroke. Therefore, by adopting an offset structure in which the rotation axis of the crankshaft is positioned at a position offset from the central axis of the cylinder without intersecting it, it is possible to reduce the side force during the compression stroke.

また、特許文献1に記載の往復動圧縮機においては、ピストンロッドと一体に揺動するピストンを球体状にすることで、シリンダに対するピストンの揺動角度が大きい場合でもシリンダの内周面に対して滑らかに摺動するので、ピストンの損傷リスクを低減することが可能である。しかし、球体状のピストンは、連接棒に対してベアリングを介して揺動可能に連結された円筒型のピストンと比べると、圧縮室の死容積が大きくなってしまう。死容積の大きさは圧縮機の吐き出し性能の低下(吐出流量の低下や体積効率の低下)の要因となるので、死容積を低減したいという要望がある。 In addition, in the reciprocating compressor described in Patent Document 1, the piston that oscillates integrally with the piston rod is made spherical, so that even if the angle at which the piston oscillates relative to the cylinder is large, it slides smoothly against the inner circumferential surface of the cylinder, reducing the risk of damage to the piston. However, compared to a cylindrical piston that is oscillatably connected to a connecting rod via a bearing, a spherical piston has a larger dead volume in the compression chamber. A large dead volume is a factor in reducing the discharge performance of the compressor (reduced discharge flow rate and reduced volumetric efficiency), so there is a demand for reducing the dead volume.

また、特許文献1に記載の往復動圧縮機においては、ピストンが球体状であるので、圧縮室の気密性をピストンとシリンダとの線接触によって保つ必要がある。この構成は、前述した円筒型のピストンとシリンダとの面接触によるシールの場合よりも、圧縮室の気密性が低くなる虞がある。そこで、ピストンリングをピストンに装着させる手法が考えられる。ただし、ピストンリングはピストンの揺動運動に伴ってシリンダに対して揺動するので、ピストンの揺動角度が大きいと、ピストンリングのシール性能が十分に発揮されないことがある。しかし、圧縮行程時のサイドフォースを低減するオフセット構造を採用している往復動圧縮機では、圧縮行程におけるピストンリングの揺動を抑制することが可能なので、圧縮行程におけるピストンリングのシール性能を維持することができる。 In addition, in the reciprocating compressor described in Patent Document 1, since the piston is spherical, it is necessary to maintain the airtightness of the compression chamber by line contact between the piston and the cylinder. This configuration may result in a lower airtightness of the compression chamber than in the case of sealing by surface contact between the cylindrical piston and the cylinder described above. Therefore, a method of attaching a piston ring to the piston can be considered. However, since the piston ring oscillates relative to the cylinder in conjunction with the oscillating motion of the piston, if the oscillating angle of the piston is large, the sealing performance of the piston ring may not be fully demonstrated. However, in a reciprocating compressor that employs an offset structure that reduces side forces during the compression stroke, it is possible to suppress the oscillation of the piston ring during the compression stroke, so the sealing performance of the piston ring during the compression stroke can be maintained.

ただし、オフセット構造の場合、ピストンの揺動運動が非対称となるので、ピストンリングのシール性能を発揮させるためには、ピストンリングをピストンの頂面に対して傾斜するように装着させる必要がある。このようにピストンリングをピストンに装着すると、ピストンリングよりも頂面側に存在するピストン外周面の面積が増えるので、圧縮室の死容積が増加する結果となる。 However, in the case of an offset structure, the piston's rocking motion becomes asymmetric, so in order for the piston ring to exert its sealing performance, it is necessary to install the piston ring at an angle to the top surface of the piston. When the piston ring is installed on the piston in this way, the area of the outer circumferential surface of the piston that is on the top surface side of the piston ring increases, resulting in an increase in the dead volume of the compression chamber.

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、圧縮行程時のピストンとシリンダ間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、死容積を低減することができる往復動圧縮機を提供するものである。 The present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to provide a reciprocating compressor that can reduce the dead volume while reducing the side force acting between the piston and cylinder during the compression stroke.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、中心軸線を有するシリンダと、前記シリンダの前記中心軸線に対してオフセットされた回転軸線を有するクランクシャフトと、前記シリンダと共に圧縮室を形成し、前記シリンダ内を往復動するピストンと、一方側が前記クランクシャフトに対して回動可能に連結されると共に他方側が前記ピストンに固定され、前記クランクシャフトの回転運動により前記シリンダに対して揺動運動をする連接棒とを備え、前記ピストンは、前記圧縮室の壁面の一部を構成する頂面と、前記シリンダの前記中心軸線に対する前記連接棒の揺動角度の範囲に応じて定まる所定の範囲に亘って形成され、前記シリンダの内周面に摺動する球面形状の摺動面と、前記所定の範囲の外側に形成され、前記頂面と前記摺動面とを繋ぎ、前記シリンダの内周面との接触を回避する形状の第1の非摺動面とを有し、前記第1の非摺動面は、その少なくとも一部が前記摺動面を仮想的に前記頂面側に延長させた第1の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものである。
The present application includes a plurality of means for solving the above problems. One example of such an engine is an engine having an internal combustion engine, the internal combustion engine comprising: a cylinder having a central axis; a crankshaft having a rotation axis offset with respect to the central axis of the cylinder; a piston which defines a compression chamber together with the cylinder and reciprocates within the cylinder; and a connecting rod which is rotatably connected to the crankshaft at one end and fixed to the piston at the other end and which oscillates relative to the cylinder in response to the rotational motion of the crankshaft. The cylinder has a top surface that constitutes a part of the wall surface, a spherical sliding surface that is formed over a predetermined range determined according to the range of the swing angle of the connecting rod relative to the central axis of the cylinder and slides against the inner surface of the cylinder, and a first non-sliding surface that is formed outside the predetermined range, connects the top surface and the sliding surface, and has a shape that avoids contact with the inner surface of the cylinder, and at least a portion of the first non-sliding surface is located closer to the inner surface of the cylinder than a first imaginary extended curved surface that virtually extends the sliding surface toward the top surface.

本発明によれば、クランクシャフトをシリンダに対してオフセットさせることで、ピストンの圧縮行程における揺動角度を小さくすることが可能であり、且つ、ピストンの第1の非摺動面の少なくとも一部を第1の仮想延長曲面よりも外周側(径方向外側)に形成することで、ピストンの第1の非摺動面とシリンダの内周面との間の隙間が小さくなる。したがって、圧縮行程時のピストンとシリンダ間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、死容積を低減することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, by offsetting the crankshaft with respect to the cylinder, it is possible to reduce the rocking angle of the piston during the compression stroke, and by forming at least a part of the first non-sliding surface of the piston on the outer circumferential side (radially outward) of the first imaginary extended curved surface, the gap between the first non-sliding surface of the piston and the inner circumferential surface of the cylinder is reduced, so that the dead volume can be reduced while reducing the side force acting between the piston and the cylinder during the compression stroke.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the embodiments.

本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a reciprocating compressor of the present invention. FIG. 本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるオフセット構造の特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing characteristics of an offset structure in the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストンリングのシール特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing sealing characteristics of a piston ring in the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a piston equipped with a piston ring and its surrounding structure in the first embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストン単体を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a piston alone in the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態における死容積を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a dead volume in the first embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第2の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a piston equipped with a piston ring and its surrounding structure in a reciprocating compressor according to a second embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第3の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a piston equipped with a piston ring and its surrounding structure in a reciprocating compressor according to a third embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of a reciprocating compressor according to the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態におけるピストンリング装着が無いピストン及びその周辺構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a piston with no piston ring attached and its surrounding structure in a reciprocating compressor according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態におけるピストン単体を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a piston alone in a reciprocating compressor according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態における死容積を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a dead volume in a fourth embodiment of a reciprocating compressor of the present invention.

以下、本発明の往復動圧縮機の実施の形態について図面を用いて説明する。
[第1の実施の形態]
本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態の構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態を示す概略断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
The configuration of a first embodiment of a reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the first embodiment of a reciprocating compressor of the present invention.

図1において、往復動圧縮機1は、クランク機構を用いて空気などの気体を圧縮し、圧縮した気体をタンク(図示せず)などに吐出するものである。具体的には、往復動圧縮機1は、電動機などの回転駆動源(図示せず)により駆動されて回転運動するクランクシャフト2と、クランクシャフト2を回転可能に収容するクランクケース3と、クランクケース3に取り付けられたシリンダ4と、シリンダ4内を往復動するピストン5と、ピストン5とクランクシャフト2とを連結する連接棒6とを備えている。 In FIG. 1, the reciprocating compressor 1 uses a crank mechanism to compress a gas such as air and discharges the compressed gas into a tank (not shown) or the like. Specifically, the reciprocating compressor 1 includes a crankshaft 2 that is driven to rotate by a rotary drive source (not shown) such as an electric motor, a crankcase 3 that rotatably houses the crankshaft 2, a cylinder 4 attached to the crankcase 3, a piston 5 that reciprocates within the cylinder 4, and a connecting rod 6 that connects the piston 5 to the crankshaft 2.

クランクシャフト2は、回転軸線Rsを中心に回転運動をするものである。クランクシャフト2は、クランクケース3に配置された軸受(図示せず)に回転可能に支持されて回転軸線Rsを中心に回転するクランクジャーナル21と、回転軸線Rsに対して偏心した位置にあるクランクピン22と、クランクジャーナル21とクランクピン22とを接続するクランクアーム23と、回転時のバランスを調整するためのバランスウェイト24とを有している。クランクピン22は、軸受7を介して連接棒6の一方側端部(後述の大端部62)に回転可能に連結されている。軸受7として、例えば、転がり軸受や滑り軸受などを用いることが可能である。なお、軸受7は、連接棒6又はクランクシャフト2のいずれか一方と一体に構成することも可能である。クランクケース3には、当該ケース3の内外を連通させる呼吸孔3aが設けられている。 The crankshaft 2 rotates about the rotation axis Rs. The crankshaft 2 has a crank journal 21 that is rotatably supported by a bearing (not shown) arranged in the crankcase 3 and rotates about the rotation axis Rs, a crank pin 22 that is eccentric to the rotation axis Rs, a crank arm 23 that connects the crank journal 21 and the crank pin 22, and a balance weight 24 for adjusting the balance during rotation. The crank pin 22 is rotatably connected to one end of the connecting rod 6 (the large end 62 described below) via a bearing 7. For example, a rolling bearing or a sliding bearing can be used as the bearing 7. The bearing 7 can be integral with either the connecting rod 6 or the crankshaft 2. The crankcase 3 has a ventilation hole 3a that communicates between the inside and outside of the case 3.

シリンダ4は、中心軸線Ccを有しており、一方側(図1中、下側)の開口部がクランクケース3内に連通するように取り付けられている。また、シリンダ4の他方側(図1中、上側)の端部には、シリンダヘッド8がバルブプレート9を介して取り付けられている。シリンダヘッド8は、外部から気体を取り込むための吸気室8a及び圧縮した気体を外部へ吐き出すための排気室8bを有している。バルブプレート9は、シリンダ4の他方側の開口部を閉塞するものであり、シリンダ4の内部(後述の圧縮室14)とシリンダヘッド8の吸気室8aとを連通させる吸入孔9a及びシリンダ4の内部とシリンダヘッド8の排気室8bとを連通させる吐出孔9bを有している。 The cylinder 4 has a central axis Cc, and is attached so that the opening on one side (lower side in FIG. 1) communicates with the crankcase 3. A cylinder head 8 is attached to the end of the other side (upper side in FIG. 1) of the cylinder 4 via a valve plate 9. The cylinder head 8 has an intake chamber 8a for taking in gas from the outside and an exhaust chamber 8b for discharging compressed gas to the outside. The valve plate 9 closes the opening on the other side of the cylinder 4, and has an intake hole 9a that connects the inside of the cylinder 4 (compression chamber 14 described below) with the intake chamber 8a of the cylinder head 8, and an exhaust hole 9b that connects the inside of the cylinder 4 with the exhaust chamber 8b of the cylinder head 8.

バルブプレート9には、リード弁タイプの吸入弁10及び吐出弁11が取り付けられている。吸入弁10は、シリンダヘッド8の吸気室8a内の気体が吸入孔9aを通じてシリンダ4内へ流入することを許容する一方、シリンダ4内の気体が吸入孔9aを通じて吸気室8a内へ流入することを阻止するものである。吐出弁11は、シリンダ4内の気体が吐出孔9bを通じてシリンダヘッド8の排気室8b内へ流入することを許容する一方、排気室8b内の気体が吐出孔9bを通じてシリンダ4内へ流入することを阻止するものである。 Reed valve-type suction valves 10 and discharge valves 11 are attached to the valve plate 9. The suction valve 10 allows gas in the intake chamber 8a of the cylinder head 8 to flow into the cylinder 4 through the suction hole 9a, while preventing gas in the cylinder 4 from flowing into the intake chamber 8a through the suction hole 9a. The discharge valve 11 allows gas in the cylinder 4 to flow into the exhaust chamber 8b of the cylinder head 8 through the discharge hole 9b, while preventing gas in the exhaust chamber 8b from flowing into the cylinder 4 through the discharge hole 9b.

ピストン5は、連接棒6の他方側端部(後述の小端部63)に軸受を介さずに固定されており、連接棒6と一体化されている。すなわち、ピストン5は、クランクシャフト2が回転すると、連接棒6と一体となってシリンダ4内を揺動しながら往復動する揺動型のピストン(ロッキングピストン)である。ピストン5と連接棒6の固定方法は、ボルトによる締結や溶接、圧入等が可能である。ピストン5は、潤滑油を用いない環境下におけるピストン5の摺動特性と連接棒6の機械的強度の確保との両立を図るために、例えば、連接棒6とは異なる材料で形成されている。ピストン5は、シリンダ4及びバルブプレート9と共に、気体を圧縮するための圧縮室14を形成する。ピストン5がシリンダ4内を往復動することで、圧縮室14が膨張及び収縮を繰り返す。圧縮室14の膨張及び収縮に合わせて吸入弁10及び吐出弁11が開閉される。ピストン5に対して潤滑油を供給しない構成とすることで、圧縮室14内の気体に潤滑油が混入することがないという利点がある。圧縮室14に多量の潤滑油が流入すると、吸気量の低下による圧縮機効率の低下や液圧縮による弁体などの破損といった信頼性の低下が懸念される。ピストン5の構造の詳細は後述する。 The piston 5 is fixed to the other end (small end 63 described later) of the connecting rod 6 without a bearing and is integrated with the connecting rod 6. In other words, the piston 5 is a rocking piston (locking piston) that reciprocates while rocking in the cylinder 4 together with the connecting rod 6 when the crankshaft 2 rotates. The piston 5 and the connecting rod 6 can be fixed by fastening with bolts, welding, press fitting, etc. The piston 5 is formed of a material different from that of the connecting rod 6, for example, in order to achieve both the sliding characteristics of the piston 5 in an environment without lubricating oil and the mechanical strength of the connecting rod 6. The piston 5, together with the cylinder 4 and the valve plate 9, forms a compression chamber 14 for compressing gas. As the piston 5 reciprocates in the cylinder 4, the compression chamber 14 repeatedly expands and contracts. The intake valve 10 and the discharge valve 11 are opened and closed in accordance with the expansion and contraction of the compression chamber 14. The advantage of not supplying lubricating oil to the piston 5 is that the lubricating oil does not get mixed into the gas in the compression chamber 14. If a large amount of lubricating oil flows into the compression chamber 14, there is a concern that reliability will decrease, such as a decrease in compressor efficiency due to a decrease in the intake volume and damage to valve bodies and other parts due to liquid compression. The structure of the piston 5 will be described in detail later.

ピストン5には、圧縮室14の気密性を向上させるためのピストンリング12が装着されている。ピストンリング12は、ピストン5に装着された状態において、シリンダ4内を滑らかに摺動しつつ、圧縮行程のときに圧縮室14の気密性が保たれるように形成されている。具体的には、ピストンリング12は、外周面が略円筒面で略C字形状の部材であり、合口(図示せず)を有している。ピストンリング12の外径は、自然状態において、シリンダ4の内径よりも若干大きくなるように設定されている。このため、ピストン5に装着されたピストンリング12がシリンダ4内に挿入されている状態では、ピストンリング12の変形による反力によってピストンリング12の外周面がシリンダ4の内周面4aに略密着することにより、圧縮室14の気密性が保たれる。 The piston 5 is fitted with a piston ring 12 for improving the airtightness of the compression chamber 14. The piston ring 12 is formed so that, when fitted to the piston 5, it slides smoothly inside the cylinder 4 while maintaining the airtightness of the compression chamber 14 during the compression stroke. Specifically, the piston ring 12 is a member with an approximately cylindrical outer circumferential surface and an approximately C-shaped portion, and has a joint (not shown). The outer diameter of the piston ring 12 is set to be slightly larger than the inner diameter of the cylinder 4 in its natural state. Therefore, when the piston ring 12 fitted to the piston 5 is inserted into the cylinder 4, the outer circumferential surface of the piston ring 12 is approximately in close contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 due to the reaction force caused by the deformation of the piston ring 12, thereby maintaining the airtightness of the compression chamber 14.

連接棒6は、直棒部61と、直棒部61の一方側端部に設けられた円筒状の大端部62と、直棒部61の他方側端部に設けられた半球状の小端部63とを有している。直棒部61は、大端部62側から小端部63側に向かって先細り形状となっている。大端部62は、軸受7を介してクランクシャフト2のクランクピン22と連結される部分であり、軸受7の中心軸線Cbを回動軸線として回動可能となっている。小端部63は、球面側が直棒部61に接続されていると共に、円形状の平面部がピストン5に接続されている。円筒状の大端部62の回動軸線(軸受7の中心軸線Cb)と半球状の小端部63の中心とを結ぶ直線が連接棒6の中心線Crであり、直棒部61は連接棒6の中心線Crに沿って延在している。 The connecting rod 6 has a straight rod portion 61, a cylindrical big end 62 provided at one end of the straight rod portion 61, and a hemispherical small end 63 provided at the other end of the straight rod portion 61. The straight rod portion 61 is tapered from the big end 62 side to the small end 63 side. The big end 62 is a part that is connected to the crank pin 22 of the crankshaft 2 via the bearing 7, and is rotatable around the central axis Cb of the bearing 7 as the rotation axis. The spherical side of the small end 63 is connected to the straight rod portion 61, and the circular flat portion is connected to the piston 5. The straight line connecting the rotation axis of the cylindrical big end 62 (the central axis Cb of the bearing 7) and the center of the hemispherical small end 63 is the center line Cr of the connecting rod 6, and the straight rod portion 61 extends along the center line Cr of the connecting rod 6.

本実施の形態に係る往復動圧縮機1は、クランクシャフト2(クランクジャーナル21)の回転軸線Csがシリンダ4の中心軸線Ccに対して交差せずにオフセットされている(離れた位置にある)オフセット構造を有している。本オフセット構造では、圧縮行程におけるピストン5とシリンダ4間に作用する力(以下、サイドフォースという)を低減するため、クランクシャフト2の回転軸線Rsがシリンダ4の中心軸線Ccに対して圧縮行程時のピストン5のシリンダ4の内周面4aへの押付方向にオフセットされるように構成されている。例えば図1に示すように、シリンダ4がクランクシャフト2の上方に位置してクランクシャフト2が反時計周りに回転する場合には、クランクシャフト2の回転軸線Rsがシリンダ4の中心軸線Ccに対して左側にオフセット量δの分だけ離れた位置に配置される。逆に、クランクシャフト2が時計周りに回転する場合には、クランクシャフト2の回転軸線Rsがシリンダ4の中心軸線Ccに対して右側にオフセット量δの分だけ離れた位置に配置される。 The reciprocating compressor 1 according to the present embodiment has an offset structure in which the rotation axis Cs of the crankshaft 2 (crank journal 21) is offset (separately positioned) from the central axis Cc of the cylinder 4 without intersecting with it. In this offset structure, in order to reduce the force acting between the piston 5 and the cylinder 4 during the compression stroke (hereinafter referred to as side force), the rotation axis Rs of the crankshaft 2 is offset from the central axis Cc of the cylinder 4 in the direction in which the piston 5 presses against the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 during the compression stroke. For example, as shown in FIG. 1, when the cylinder 4 is located above the crankshaft 2 and the crankshaft 2 rotates counterclockwise, the rotation axis Rs of the crankshaft 2 is positioned at a position offset by an offset amount δ to the left of the central axis Cc of the cylinder 4. Conversely, when the crankshaft 2 rotates clockwise, the rotation axis Rs of the crankshaft 2 is positioned at a position offset by an offset amount δ to the right of the central axis Cc of the cylinder 4.

次に、本実施の形態に係る往復動圧縮機のオフセット構造の特性について図1~図3を用いて説明する。図2はクランク角度に対するピストン及び連接棒の揺動角度の関係を示す特性図である。図3はピストンリングのシリンダに対する傾斜角度と気体の漏洩量の関係を示す図である。図2中、横軸θはクランク角度を示し、縦軸βはピストン及び連接棒の揺動角度を示している。図3中、横軸はピストンリングのシリンダに対する傾斜角度を示し、縦軸はピストンリングとシリンダの隙間から漏洩する気体の漏洩量(質量流量)を示している。 Next, the characteristics of the offset structure of the reciprocating compressor according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the crank angle and the swing angle of the piston and connecting rod. Figure 3 is a diagram showing the relationship between the tilt angle of the piston ring relative to the cylinder and the amount of gas leakage. In Figure 2, the horizontal axis θ represents the crank angle, and the vertical axis β represents the swing angle of the piston and connecting rod. In Figure 3, the horizontal axis represents the tilt angle of the piston ring relative to the cylinder, and the vertical axis represents the amount of gas leakage (mass flow rate) leaking from the gap between the piston ring and the cylinder.

図1において、クランクシャフト2の回転角度であるクランク角度θは、クランクピン22が最下点に位置しているときの角度を0°とし、反時計回りの向きを正方向とする。シリンダ4の中心軸線Ccに対する連接棒6の中心線Cr(後述のピストン5の中心軸線5bとも一致)の鋭角側のなす角度を揺動角度βと規定する。揺動角度βは、軸受7の中心軸線Cbがシリンダ4の中心軸線Ccの左側に位置するときに正値とし、軸受7の中心軸線Cbがシリンダ4の中心軸線Ccの右側に位置するときに負値とする。 In FIG. 1, the crank angle θ, which is the rotation angle of the crankshaft 2, is set to 0° when the crank pin 22 is at its lowest point, and the counterclockwise direction is the positive direction. The angle on the acute side of the center line Cr of the connecting rod 6 (which also coincides with the center line 5b of the piston 5 described below) relative to the center axis Cc of the cylinder 4 is defined as the oscillation angle β. The oscillation angle β is a positive value when the center axis Cb of the bearing 7 is located to the left of the center axis Cc of the cylinder 4, and a negative value when the center axis Cb of the bearing 7 is located to the right of the center axis Cc of the cylinder 4.

本実施の形態のオフセット構造に対する比較例として、オフセット構造とは異なる構成を考える。すなわち、クランクシャフト2の回転軸線Rsがシリンダ4の中心軸線Ccと交差する場合(すなわち、オフセット量δが0の場合)、ピストン5及び連接棒6の揺動運動がシリンダ4の中心軸線Ccに対して対称となる。この場合、圧縮行程(ピストン5が下死点から上死点に移動する間)における揺動角度βの最大値と吸入行程(ピストン5が上死点から下死点に移動する間)における揺動角度βの最大値とが等しくなる。 As a comparative example of the offset structure of this embodiment, a configuration different from the offset structure is considered. That is, when the rotation axis Rs of the crankshaft 2 intersects with the central axis Cc of the cylinder 4 (i.e., when the offset amount δ is 0), the rocking motion of the piston 5 and the connecting rod 6 is symmetrical with respect to the central axis Cc of the cylinder 4. In this case, the maximum value of the rocking angle β during the compression stroke (when the piston 5 moves from the bottom dead center to the top dead center) is equal to the maximum value of the rocking angle β during the intake stroke (when the piston 5 moves from the top dead center to the bottom dead center).

それに対して、本実施の形態のオフセット構造の場合には、ピストン5及び連接棒6の揺動運動がシリンダ4の中心軸線Ccに対して非対称となる。すなわち、図2に示すように、揺動角度βのクランク角度θに対する変化は横軸に対して上下非対称となる。具体的には、圧縮行程における最大揺動角度の絶対値β1が吸入行程における最大揺動角度の絶対値β2よりも小さくなる。また、圧縮行程での最大揺動角度の絶対値β1は、オフセット量δが0である比較例の場合における圧縮行程での最大揺動角度の絶対値よりも小さくなる。このように、オフセット構造では、オフセット量δが0である比較例と比べると、圧縮行程における最大揺動角度の絶対値を小さく抑えることができ、その分、圧縮行程におけるピストン5とシリンダ4間に作用する力(サイドフォース)を低減することができる。 In contrast, in the case of the offset structure of this embodiment, the rocking motion of the piston 5 and the connecting rod 6 is asymmetric with respect to the central axis Cc of the cylinder 4. That is, as shown in FIG. 2, the change in the rocking angle β with respect to the crank angle θ is asymmetric up and down with respect to the horizontal axis. Specifically, the absolute value β1 of the maximum rocking angle in the compression stroke is smaller than the absolute value β2 of the maximum rocking angle in the intake stroke. Also, the absolute value β1 of the maximum rocking angle in the compression stroke is smaller than the absolute value of the maximum rocking angle in the compression stroke in the comparative example in which the offset amount δ is 0. In this way, in the offset structure, the absolute value of the maximum rocking angle in the compression stroke can be kept small compared to the comparative example in which the offset amount δ is 0, and the force (side force) acting between the piston 5 and the cylinder 4 in the compression stroke can be reduced accordingly.

また、圧縮行程時の揺動角度βの最大値を小さく抑えることで、ピストンリング12による圧縮行程時の圧縮室14の気密性を確実に維持することができる。これは、次の理由による。ピストンリング12による圧縮室14のシール特性は、例えば、図3に示すものとなる。すなわち、ピストンリング12の外周面(略円筒面)のシリンダ4の内周面4a(略円筒面)に対する傾斜角度が0°からある程度の小さい範囲内では、圧縮室14から外部(クランクケース3内)への気体の漏洩量を極めて少なく抑えることができる。これは、当該傾斜角度が小さい場合、ピストンリング12がシリンダ4に対して略面接触の状態となり、ピストンリング12によってシリンダ4との隙間が適切にシールされるからである。一方、ピストンリング12の傾斜角度が大きくなると、ピストンリング12がシリンダ4の内周面4aに対して片当たり接触の状態となり、ピストンリング12とシリンダ4との接触状態が面接触状態から線接触または点接触の状態となる。その結果、ピストンリング12の傾斜角度が大きくなるほど、ピストンリング12のシール特性が悪化し、圧縮室14からの気体の漏洩量が増加する。本実施の形態においては、ピストンリング12が揺動型のピストン5(ロッキングピストン)に装着されているので、ピストンリング12の傾斜角度はピストン5及び連接棒6の揺動角度βの変化に応じて変化する。本実施の形態のオフセット構造では、圧縮行程時の揺動角度βが小さくなるので、ピストンリング12の傾斜角度も同様に小さくなる。そのため、圧縮行程時の圧縮室14からの気体の漏洩量は、オフセット量δが0である比較例と比べると、少なくなる。 In addition, by suppressing the maximum value of the rocking angle β during the compression stroke, the airtightness of the compression chamber 14 during the compression stroke by the piston ring 12 can be reliably maintained. This is for the following reason. The sealing characteristics of the compression chamber 14 by the piston ring 12 are, for example, as shown in FIG. 3. That is, within a range where the inclination angle of the outer peripheral surface (approximately cylindrical surface) of the piston ring 12 with respect to the inner peripheral surface 4a (approximately cylindrical surface) of the cylinder 4 is from 0° to a certain extent small, the amount of gas leaking from the compression chamber 14 to the outside (inside the crankcase 3) can be extremely reduced. This is because, when the inclination angle is small, the piston ring 12 is in a state of approximately surface contact with the cylinder 4, and the gap with the cylinder 4 is appropriately sealed by the piston ring 12. On the other hand, when the inclination angle of the piston ring 12 becomes large, the piston ring 12 is in a state of partial contact contact with the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4, and the contact state between the piston ring 12 and the cylinder 4 changes from a surface contact state to a line contact or point contact state. As a result, the larger the inclination angle of the piston ring 12, the worse the sealing characteristics of the piston ring 12 become, and the amount of gas leaking from the compression chamber 14 increases. In this embodiment, the piston ring 12 is attached to a rocking piston 5 (locking piston), so the inclination angle of the piston ring 12 changes according to the change in the rocking angle β of the piston 5 and the connecting rod 6. In the offset structure of this embodiment, the rocking angle β during the compression stroke becomes smaller, so the inclination angle of the piston ring 12 also becomes smaller. Therefore, the amount of gas leaking from the compression chamber 14 during the compression stroke becomes smaller than in the comparative example in which the offset amount δ is 0.

次に、本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態の一部を構成するピストンの構造について図1、図2、図4、図5を用いて説明する。図4は本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。図5は本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストン単体を示す斜視図である。 Next, the structure of the piston constituting part of the first embodiment of the reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to Figures 1, 2, 4, and 5. Figure 4 is a diagram showing a piston with a piston ring attached and its surrounding structure in the first embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. Figure 5 is a perspective view showing the piston alone in the first embodiment of the reciprocating compressor of the present invention.

図4及び図5において、ピストン5は、略円板状に形成されており、シリンダ4(図1参照)内を揺動しつつ滑らかに往復動することが可能な外周面を有している。ピストン5は、圧縮室14(図1参照)の壁面の一部を構成する頂面51と、外周面としての摺動面52及び非摺動面53、54とを有している。摺動面52は、揺動かつ往復動の際にシリンダ4の内周面4aに対して摺動する曲面である。非摺動面53、54は、摺動面52に連続する曲面であって、シリンダ4の内周面4aとの接触を回避する形状に形成されている。 In Figures 4 and 5, the piston 5 is formed in a generally circular disk shape and has an outer peripheral surface that allows it to smoothly reciprocate while oscillating within the cylinder 4 (see Figure 1). The piston 5 has a top surface 51 that forms part of the wall surface of the compression chamber 14 (see Figure 1), and a sliding surface 52 and non-sliding surfaces 53, 54 as its outer peripheral surface. The sliding surface 52 is a curved surface that slides against the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 during the oscillating and reciprocating motion. The non-sliding surfaces 53, 54 are curved surfaces that are continuous with the sliding surface 52 and are formed in a shape that avoids contact with the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4.

ピストン5の形状は、機構運動の観点から幾何学的な制約が存在する。本実施の形態の往復動圧縮機1はクランクシャフト2がシリンダ4に対してオフセットされたオフセット構造を備えているので、ピストン5及び連接棒6の揺動運動はシリンダ4の中心軸線Ccに対して非対称となる。そこで、ピストン5は、その非対称な揺動運動に応じて、ピストン5の中心軸線5b及び連接棒6の大端部62の回動軸線(すなわち、軸受7の中心軸線Cb)を含む平面に対して非対称(図4中、中心軸線5bに対して左右非対称)に形成される。ここで、ピストン5の中心軸線5bとは、摺動面52の後述の中心点5a及び連接棒6の大端部62の回動軸線(軸受7の中心軸線Cb)を通る直線であり、連接棒6の中心線Crとも一致する。 The shape of the piston 5 is subject to geometric constraints from the viewpoint of mechanical motion. Since the reciprocating compressor 1 of this embodiment has an offset structure in which the crankshaft 2 is offset relative to the cylinder 4, the rocking motion of the piston 5 and the connecting rod 6 is asymmetric with respect to the central axis Cc of the cylinder 4. Therefore, the piston 5 is formed asymmetric with respect to a plane including the central axis 5b of the piston 5 and the rotation axis of the big end 62 of the connecting rod 6 (i.e., the central axis Cb of the bearing 7) in accordance with the asymmetric rocking motion (asymmetric with respect to the central axis 5b in FIG. 4). Here, the central axis 5b of the piston 5 is a straight line passing through the center point 5a of the sliding surface 52 described below and the rotation axis of the big end 62 of the connecting rod 6 (the central axis Cb of the bearing 7), and also coincides with the center line Cr of the connecting rod 6.

頂面51は、例えば、平面状に形成されている。ただし、頂面51は、図4に示すように、シリンダ4の中心軸線Ccに対するピストン5の非対称な揺動運動に応じてピストン5の直交面5cに対して平行でなく傾斜した傾斜面に形成されている。ここで、ピストン5の直交面5cとはピストン5の中心軸線5bに直交し、且つ、摺動面52の後述の中心点5aを含む面である。頂面51は、ピストン5が上死点に位置するときにバルブプレート9と略平行となるように形成される(後述の図6参照)。具体的には、頂面51は、クランクシャフト2のシリンダ4に対するオフセット方向(図4中、左方向)と同じ方向に向かうにつれてピストン5の直交面5cに接近する傾斜面として形成されている。なお、頂面51は、吸入弁10(図1参照)との接触を回避するための溝部や吐出孔9b(図1参照)に相対する位置に吐出孔9bに挿入可能な凸部を設ける構成も可能である。 The top surface 51 is formed, for example, in a flat shape. However, as shown in FIG. 4, the top surface 51 is formed as an inclined surface that is not parallel to the orthogonal surface 5c of the piston 5 in accordance with the asymmetric rocking motion of the piston 5 relative to the central axis Cc of the cylinder 4. Here, the orthogonal surface 5c of the piston 5 is a surface that is orthogonal to the central axis 5b of the piston 5 and includes the center point 5a of the sliding surface 52 described later. The top surface 51 is formed so as to be approximately parallel to the valve plate 9 when the piston 5 is located at the top dead center (see FIG. 6 described later). Specifically, the top surface 51 is formed as an inclined surface that approaches the orthogonal surface 5c of the piston 5 as it moves in the same direction as the offset direction of the crankshaft 2 relative to the cylinder 4 (left direction in FIG. 4). Note that the top surface 51 can also be configured to have a groove portion for avoiding contact with the intake valve 10 (see FIG. 1) or a convex portion that can be inserted into the discharge hole 9b at a position opposite the discharge hole 9b (see FIG. 1).

摺動面52は、ピストン5がシリンダ4内を滑らかに揺動且つ往復動をすることを可能とするために、シリンダ4の円筒直径よりも小さな直径を有する球面形状に形成されている。球面状の摺動面52の中心点5aは、連接棒6の中心線Crの延長線上に位置している。摺動面52は、連接棒6の揺動運動における揺動角度βの範囲に応じて定まる摺動角度φの範囲に亘って形成される曲面である。例えば、図2に示すように、上死点へ向かう行程(圧縮行程)の最大揺動角度(絶対値)がβ1であると共に、下死点へ向かう行程(吸入行程)の最大揺動角度(絶対値)がβ2である場合には、図4に示す摺動面52のうち、ピストン5の中心軸線5bに対してオフセット方向(図4中、左方向)と同じ側(図4中、左側)の摺動面52は、ピストン5の直交面5cに対して、頂面51側の摺動角度φの範囲がβ1となると共に連接棒6側の摺動角度φの範囲がβ2となる。逆に、ピストン5の中心軸線5bに対してオフセット方向とは反対側(図4中、右側)の摺動面52は、ピストン5の直交面5cに対して、頂面51側の摺動角度φの範囲がβ2となると共に連接棒6側の摺動角度φの範囲がβ1となる。 The sliding surface 52 is formed in a spherical shape with a diameter smaller than the cylindrical diameter of the cylinder 4 so that the piston 5 can smoothly oscillate and reciprocate within the cylinder 4. The center point 5a of the spherical sliding surface 52 is located on an extension of the center line Cr of the connecting rod 6. The sliding surface 52 is a curved surface formed over a range of sliding angles φ determined according to the range of oscillation angles β in the oscillation motion of the connecting rod 6. For example, as shown in FIG. 2, when the maximum swing angle (absolute value) of the stroke (compression stroke) toward the top dead center is β1 and the maximum swing angle (absolute value) of the stroke (suction stroke) toward the bottom dead center is β2, the sliding surface 52 shown in FIG. 4 on the same side (left side in FIG. 4) as the offset direction (left direction in FIG. 4) with respect to the central axis 5b of the piston 5 has a sliding angle φ range of β1 on the top surface 51 side with respect to the perpendicular surface 5c of the piston 5 and a sliding angle φ range of β2 on the connecting rod 6 side. Conversely, the sliding surface 52 on the opposite side of the offset direction with respect to the central axis 5b of the piston 5 (right side in FIG. 4) has a sliding angle φ range of β2 on the top surface 51 side with respect to the perpendicular surface 5c of the piston 5 and a sliding angle φ range of β1 on the connecting rod 6 side.

非摺動面は、連接棒6の揺動運動における揺動角度βの範囲に応じて定まる摺動角度φの範囲の外側に形成される曲面であり、頂面51と摺動面52とを繋ぐ第1の非摺動面53と、摺動面52から連接棒6側へ延在する第2の非摺動面54と有している。第1の非摺動面53は、摺動面52を仮想的に頂面51側に延長させた球面状の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に位置する曲面として形成されている。すなわち、第1の非摺動面53は、ピストン5がシリンダ4内に配置されている場合において、摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置するように形成されている。 The non-sliding surface is a curved surface formed outside the range of the sliding angle φ determined according to the range of the swing angle β in the swinging motion of the connecting rod 6, and has a first non-sliding surface 53 connecting the top surface 51 and the sliding surface 52, and a second non-sliding surface 54 extending from the sliding surface 52 toward the connecting rod 6. The first non-sliding surface 53 is formed as a curved surface located on the outer periphery side (radially outward) of the first virtual extension curved surface 52V1 of the spherical shape that virtually extends the sliding surface 52 toward the top surface 51. In other words, when the piston 5 is disposed in the cylinder 4, the first non-sliding surface 53 is formed so as to be located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than the first virtual extension curved surface 52V1 of the sliding surface 52.

ただし、第1の非摺動面53は、連接棒6(ピストン5)の揺動運動が最大揺動角度となったときでも、シリンダ4の内周面4aに対して非接触である必要がある。すなわち、ピストン5が最大揺動角度のときに、第1の非摺動面53がシリンダ4の内周面4aと一致する曲面よりも径方向内側に位置する曲面であることが要求される。 However, the first non-sliding surface 53 must not come into contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 even when the swinging motion of the connecting rod 6 (piston 5) is at the maximum swing angle. In other words, when the piston 5 is at the maximum swing angle, the first non-sliding surface 53 must be a curved surface located radially inward of the curved surface that coincides with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4.

例えば、図2に示すように、連接棒6(ピストン5)の揺動運動において、圧縮行程の最大揺動角度がβ1であると共に、吸入行程の最大揺動角度がβ2である場合を想定する。説明の便宜上、第1の非摺動面53のうち、クランクシャフト2のオフセット方向と同じ側(図4中、左側)の部分をオフセット側非摺動面531、当該オフセット方向とは反対側(図4中、右側)の部分を反オフセット側非摺動面532と称す。オフセット側非摺動面531がシリンダ4の内周面4aに一致する曲面となるには、ピストン5の直交面5cに対して圧縮行程の最大揺動角度と同じ角度β1をなす第1平面5eに対して直交する第1円筒面531cとなる場合である。一方、反オフセット側非摺動面532がシリンダ4の内周面4aに一致する曲面となるには、ピストン5の直交面5cに対して吸入行程の最大揺動角度と同じ角度β2をなす第2平面5fに対して直交する第2円筒面532cとなる場合である。この場合、オフセット側非摺動面531の形状と反オフセット側非摺動面532の形状が異なるので、通常、オフセット側非摺動面531と反オフセット側非摺動面532との接続部分には稜線533が形成される。ただし、この稜線533には丸みがつけられており、オフセット側非摺動面531と反オフセット側非摺動面532が滑らかに接続されている。つまり、稜線533が丸み付けにより消滅する。そのため、図4では、説明の便宜上、稜線533を二点鎖線で示しているが、それ以外の図では稜線533は図示されない。なお、図4中、稜線533が左右方向の略中央に位置しているが、任意の位置に設定可能である。すなわち、オフセット側非摺動面531と反オフセット側非摺動面532とを周方向のどの位置で接続するかは必要に応じて変更可能である。 For example, as shown in FIG. 2, assume that in the rocking motion of the connecting rod 6 (piston 5), the maximum rocking angle of the compression stroke is β1 and the maximum rocking angle of the intake stroke is β2. For convenience of explanation, the portion of the first non-sliding surface 53 on the same side as the offset direction of the crankshaft 2 (left side in FIG. 4) is referred to as the offset side non-sliding surface 531, and the portion on the opposite side to the offset direction (right side in FIG. 4) is referred to as the anti-offset side non-sliding surface 532. For the offset side non-sliding surface 531 to be a curved surface that matches the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4, it is the first cylindrical surface 531c that is perpendicular to the first plane 5e that forms the same angle β1 as the maximum rocking angle of the compression stroke with respect to the perpendicular plane 5c of the piston 5. On the other hand, in order for the counter-offset side non-sliding surface 532 to be a curved surface that matches the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4, it is necessary for the counter-offset side non-sliding surface 532c to be a second cylindrical surface 532c that is perpendicular to the second plane 5f that forms the same angle β2 as the maximum swing angle of the suction stroke with respect to the perpendicular plane 5c of the piston 5. In this case, since the shape of the offset side non-sliding surface 531 and the shape of the counter-offset side non-sliding surface 532 are different, a ridge line 533 is usually formed at the connection portion between the offset side non-sliding surface 531 and the counter-offset side non-sliding surface 532. However, this ridge line 533 is rounded, and the offset side non-sliding surface 531 and the counter-offset side non-sliding surface 532 are smoothly connected. In other words, the ridge line 533 disappears due to the rounding. Therefore, in FIG. 4, for the convenience of explanation, the ridge line 533 is shown by a two-dot chain line, but in other figures, the ridge line 533 is not shown. In FIG. 4, the ridge line 533 is located approximately in the center in the left-right direction, but it can be set to any position. In other words, the circumferential position at which the offset side non-sliding surface 531 and the anti-offset side non-sliding surface 532 are connected can be changed as necessary.

このように、第1の非摺動面53は、ピストン5の直交面5cに対して圧縮行程の最大揺動角度β1と同じ角度をなす第1平面5eに対して直交する第1円筒面531c、及び、ピストン5の直交面5cに対して吸入行程の最大揺動角度β2と同じ角度をなす第2平面5fに対して直交する第2円筒面532cよりも内周側(径方向内側)に位置することで、ピストン5の揺動運動の際にシリンダ4の内周面4aとの接触を回避することが可能である。加えて、本実施の形態の第1の非摺動面53は、摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に位置するように形成されている。 In this way, the first non-sliding surface 53 is located on the inner circumferential side (radially inward) of the first cylindrical surface 531c perpendicular to the first plane 5e that forms the same angle as the maximum swing angle β1 of the compression stroke with respect to the perpendicular plane 5c of the piston 5, and the second cylindrical surface 532c perpendicular to the second plane 5f that forms the same angle as the maximum swing angle β2 of the intake stroke with respect to the perpendicular plane 5c of the piston 5, thereby making it possible to avoid contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 during the swinging motion of the piston 5. In addition, the first non-sliding surface 53 of this embodiment is formed to be located on the outer circumferential side (radially outward) of the first imaginary extended curved surface 52V1 of the sliding surface 52.

一方、第2の非摺動面54は、例えば、摺動面52を仮想的に連接棒6側に延長させた球面状の第2の仮想延長曲面52V2と一致する曲面に形成されている。すなわち、第2の非摺動面54は、摺動面52を連接棒6側に延在させた球面状の曲面であって、シリンダ4の内周面とは接触しない外周面として構成されている。 On the other hand, the second non-sliding surface 54 is formed, for example, as a curved surface that coincides with the second spherical virtual extended curved surface 52V2 obtained by virtually extending the sliding surface 52 toward the connecting rod 6. In other words, the second non-sliding surface 54 is a spherical curved surface obtained by extending the sliding surface 52 toward the connecting rod 6, and is configured as an outer circumferential surface that does not come into contact with the inner circumferential surface of the cylinder 4.

ピストン5の外周面には、図5に示すように、ピストンリング12を装着するための環状溝55が設けられている。環状溝55は、例えば、摺動面52の領域(図4に示す摺動角度φの範囲)内に設けられている。また、環状溝55(ピストンリング12)は、例えば、クランクシャフト2のオフセット方向(図4中、左方向)と同じ方向に向かうにつれてピストン5の頂面51に接近するように頂面51に対して傾斜している。すなわち、環状溝55は、当該オフセット方向と同じ側の部分が当該オフセット方向とは反対側の部分よりも頂面51の近くに位置するように形成されている。なお、環状溝55(ピストンリング12)は、一部又は全てが摺動角度φの範囲外に設けることも可能である。 As shown in FIG. 5, the outer peripheral surface of the piston 5 is provided with an annular groove 55 for mounting the piston ring 12. The annular groove 55 is provided, for example, within the region of the sliding surface 52 (the range of the sliding angle φ shown in FIG. 4). The annular groove 55 (piston ring 12) is inclined with respect to the top surface 51 of the piston 5 so as to approach the top surface 51 of the piston 5 as it moves in the same direction as the offset direction of the crankshaft 2 (leftward in FIG. 4). In other words, the annular groove 55 is formed so that the portion on the same side as the offset direction is located closer to the top surface 51 than the portion on the opposite side to the offset direction. Note that the annular groove 55 (piston ring 12) can be provided partially or entirely outside the range of the sliding angle φ.

次に、本発明の第1の実施の形態に係る往復動圧縮機の動作及び効果について図1~図6を用いて説明する。図6は本発明の往復動圧縮機の第1の実施の形態におけるピストンが上死点に位置したときの状態を示す説明図である。 Next, the operation and effects of the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 6. Figure 6 is an explanatory diagram showing the state when the piston is at top dead center in the first embodiment of the reciprocating compressor according to the present invention.

図1に示す往復動圧縮機1は、電動機などの回転駆動源(図示せず)によりクランクシャフト2が回転されると(図1中、反時計回りの回転運動)、連接棒6の揺動運動によってピストン5がシリンダ4内で径方向の移動が拘束状態で揺動しつつ往復動をする。ピストン5が上死点から下死点へ向かう吸入行程では、圧縮室14が膨張し、吸入弁10が開いてシリンダヘッド8内の吸気室8aから圧縮室14内に気体が吸い込まれると共に、クランクケース3内からピストン5(ピストンリング12)とシリンダ4との間の隙間を通じて圧縮室14内に気体が吸い込まれる。一方、ピストン5が下死点から上死点へ向かう圧縮行程では、圧縮室14が収縮し、圧縮室14内の気体が圧縮され、吐出弁11が開いてシリンダヘッド8内の排気室8bを通じて外部へ吐出される。 In the reciprocating compressor 1 shown in FIG. 1, when the crankshaft 2 is rotated by a rotary drive source (not shown) such as an electric motor (counterclockwise rotation in FIG. 1), the connecting rod 6 swings and reciprocates the piston 5 in the cylinder 4 while the radial movement is restricted. During the intake stroke in which the piston 5 moves from the top dead center to the bottom dead center, the compression chamber 14 expands, the intake valve 10 opens, and gas is sucked into the compression chamber 14 from the intake chamber 8a in the cylinder head 8, and gas is sucked into the compression chamber 14 from the crankcase 3 through the gap between the piston 5 (piston ring 12) and the cylinder 4. On the other hand, during the compression stroke in which the piston 5 moves from the bottom dead center to the top dead center, the compression chamber 14 contracts, and the gas in the compression chamber 14 is compressed, and the discharge valve 11 opens and the gas is discharged to the outside through the exhaust chamber 8b in the cylinder head 8.

実施の形態に係る往復動圧縮機1においては、クランクシャフト2の回転軸線Rsをシリンダ4の中心軸線Ccに対してオフセットさせたオフセット構造とすることで、図2に示すように、圧縮行程におけるピストン5及び連接棒6の揺動角度βの最大値を小さくしている。これにより、圧縮行程時のピストン5とシリンダ4間に作用する力(サイドフォース)を低減することができる。 In the reciprocating compressor 1 according to the embodiment, the rotation axis Rs of the crankshaft 2 is offset from the central axis Cc of the cylinder 4 to reduce the maximum value of the oscillation angle β of the piston 5 and the connecting rod 6 during the compression stroke, as shown in FIG. 2. This reduces the force (side force) acting between the piston 5 and the cylinder 4 during the compression stroke.

加えて、実施の形態に係る往復動圧縮機1においては、ピストン5にピストンリング12が装着されている。圧縮行程時のピストン5の揺動角度βをオフセット構造によって小さくすることで、シリンダ4に対するピストンリング12の傾斜角度が小さくなる。したがって、図3に示すように、ピストンリング12のシール性能により圧縮室14の高い気密性を確保することができる。 In addition, in the reciprocating compressor 1 according to the embodiment, a piston ring 12 is attached to the piston 5. By reducing the rocking angle β of the piston 5 during the compression stroke by using an offset structure, the inclination angle of the piston ring 12 relative to the cylinder 4 is reduced. Therefore, as shown in FIG. 3, the sealing performance of the piston ring 12 ensures high airtightness of the compression chamber 14.

ところで、ピストン5が上死点に位置するとき、図6に示すように、ピストン5の頂面51とバルブプレート9との間には、ピストン5とバルブプレート9との衝突を回避するための隙間(以下、トップクリアランスεと称す)が設けられている。圧縮機性能の観点からは、ピストン5が上死点のときに圧縮室14の容積が0となることが理想的である。しかしながら、実際には、トップクリアランスεやその他の隙間に起因する容積が存在する。ピストン5が上死点のときの圧縮室14の容積を死容積と呼ぶ。死容積の大きさは、圧縮機の吐き出し性能の低下(吐出流量の低下や体積効率の低下)の要因の1つである。高効率な圧縮機を実現するためには、死容積を小さくすることが望ましい。 When the piston 5 is at the top dead center, as shown in FIG. 6, a gap (hereinafter referred to as top clearance ε) is provided between the top surface 51 of the piston 5 and the valve plate 9 to avoid collision between the piston 5 and the valve plate 9. From the viewpoint of compressor performance, it is ideal that the volume of the compression chamber 14 is zero when the piston 5 is at the top dead center. However, in reality, there is a volume due to the top clearance ε and other gaps. The volume of the compression chamber 14 when the piston 5 is at the top dead center is called the dead volume. The size of the dead volume is one of the factors that cause a decrease in the discharge performance of the compressor (a decrease in the discharge flow rate and a decrease in volumetric efficiency). To realize a highly efficient compressor, it is desirable to reduce the dead volume.

死容積の発生の一因として、トップクリアランスεの他にピストン5の外周面とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間が挙げられる。本実施の形態においては、ピストン5とシリンダ4の隙間のシールがピストンリング12によってなされているので、ピストンリング12より頂面51側に位置するピストン5の外周面とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gが死容積の要因の1つとなる。したがって、死容積を小さくするためには、図5に示すピストン5の外周面のうち、ピストンリング12が装着される環状溝55よりも頂面51側に位置する外周面(摺動面52の一部(図5中、右側部分)及び第1の非摺動面53)とシリンダ4の内周面4aとの隙間G(図6参照)を小さくする必要がある。 In addition to the top clearance ε, one of the causes of the dead volume is the gap between the outer peripheral surface of the piston 5 and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4. In this embodiment, the gap between the piston 5 and the cylinder 4 is sealed by the piston ring 12, so the gap G between the outer peripheral surface of the piston 5 located on the top surface 51 side of the piston ring 12 and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 is one of the causes of the dead volume. Therefore, in order to reduce the dead volume, it is necessary to reduce the gap G (see FIG. 6) between the outer peripheral surface of the piston 5 shown in FIG. 5 that is located on the top surface 51 side of the annular groove 55 in which the piston ring 12 is attached (part of the sliding surface 52 (the right side part in FIG. 5) and the first non-sliding surface 53) and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4.

死容積を低減する方策の1つとして、ピストン5の環状溝55よりも頂面51側に位置する外周面(摺動面52の一部及び第1の非摺動面53)の領域(面積)を小さくすることが考えられる。これは、環状溝55の位置を頂面51側に接近させる構成とすることで実現可能である。環状溝を頂面51に接近させると、その分、環状溝と頂面51とに挟まれた円盤状の部分の厚み(肉厚)が薄くなる。当該円盤状部分の肉厚は、環状溝内にピストンリング12を保持するのに必要な強度確保の観点から、所定値以下にすることはできない。 One way to reduce the dead volume is to reduce the region (area) of the outer circumferential surface (part of the sliding surface 52 and the first non-sliding surface 53) located closer to the top surface 51 than the annular groove 55 of the piston 5. This can be achieved by positioning the annular groove 55 closer to the top surface 51. When the annular groove is brought closer to the top surface 51, the thickness (wall thickness) of the disk-shaped portion sandwiched between the annular groove and the top surface 51 becomes thinner accordingly. The wall thickness of the disk-shaped portion cannot be made less than a predetermined value from the viewpoint of ensuring the strength required to hold the piston ring 12 in the annular groove.

本実施の形態においては、頂面51が環状溝55に対してクランクシャフト2のオフセット方向(図4及び図5中、左方向)と同じ方向に向かうにつれて接近するように傾斜しているので、当該円盤状部分の厚みは当該オフセット方向と同じ側(図4及び図5中、左側)の部分が最薄部となる。当該最薄部の厚みは、材料強度の観点から取り得る最小値が決定される。一方、当該円盤状部分うち、当該オフセット方向とは反対側(図4及び図5中、右側)の部分の厚みは、当該オフセット方向と同じ側の部分よりも厚くなる。死容積の観点からは、環状溝55に対する頂面51の傾斜によって、当該円盤状部分うち当該オフセット方向とは反対側の部分が好ましくない状況となっている。換言すると、ピストン5の上死点において頂面51とバルブプレート9の対向面を平行にする構成では、環状溝と頂面51とに挟まれた円盤状部分のうちの一部分の肉厚がオフセット構造に起因して厚くなる。 In this embodiment, the top surface 51 is inclined toward the annular groove 55 as it approaches the offset direction of the crankshaft 2 (leftward in Figs. 4 and 5), so the thickness of the disk-shaped portion is thinnest on the same side as the offset direction (left side in Figs. 4 and 5). The thickness of the thinnest portion is determined from the viewpoint of material strength. On the other hand, the thickness of the disk-shaped portion on the opposite side to the offset direction (right side in Figs. 4 and 5) is thicker than that of the portion on the same side as the offset direction. From the viewpoint of dead volume, the inclination of the top surface 51 with respect to the annular groove 55 makes the portion of the disk-shaped portion opposite the offset direction unfavorable. In other words, in a configuration in which the opposing surfaces of the top surface 51 and the valve plate 9 are parallel at the top dead center of the piston 5, the thickness of a portion of the disk-shaped portion sandwiched between the annular groove and the top surface 51 becomes thicker due to the offset structure.

本実施の形態においては、図6に示すように、環状溝55(ピストンリング12)よりも頂面51側に位置する第1の非摺動面53を球面状の摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に位置するように形成しているので、ピストン5の第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gを小さくすることができる。すなわち、環状溝55(ピストンリング12)を頂面51に接近させることなく、死容積を小さくすることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, the first non-sliding surface 53, which is located closer to the top surface 51 than the annular groove 55 (piston ring 12), is formed to be located on the outer periphery (radially outward) than the first imaginary extended curved surface 52V1 of the spherical sliding surface 52, so that the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 can be reduced. In other words, the dead volume can be reduced without bringing the annular groove 55 (piston ring 12) close to the top surface 51.

また、ピストン5の第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの隙間は、圧縮室14内から外部(クランクケース3の内部)への圧縮気体の漏れ経路の1つである。したがって、第1の非摺動面53を球面状の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側に位置するように形成することで、第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gが小さくなるので、圧縮行程における圧縮空気の漏洩量を低減することもできる。 The gap between the first non-sliding surface 53 of the piston 5 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is one of the leakage paths for compressed gas from inside the compression chamber 14 to the outside (inside the crankcase 3). Therefore, by forming the first non-sliding surface 53 so that it is positioned on the outer circumferential side of the spherical first imaginary extended curved surface 52V1, the gap G between the first non-sliding surface 53 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is reduced, and the amount of compressed air leaking during the compression stroke can also be reduced.

また、本実施の形態においては、図4に示すように、第1の非摺動面53のうちのオフセット側非摺動面531を、ピストン5の直交面5cに対してなす角度が圧縮行程の最大揺動角度β1である第1平面5eに直交する第1円筒面531cに略一致する曲面(ただし、シリンダ4の内周面4aとは非接触)に形成すると共に、反オフセット側非摺動面532をピストン5の直交面5cに対してなす角度が吸入行程の最大揺動角度β2である第2平面5fに直交する第2円筒面532cに略一致する曲面(ただし、シリンダ4の内周面4aとは非接触)に形成することが可能である。この構成によれば、ピストン5の第1の非摺動面53をシリンダ4の内周面4aに接触させずに最もシリンダ4の内周面4aに近接させることができる。すなわち、オフセット側非摺動面531を第1円筒面531cに略一致する曲面に形成すると共に、反オフセット側非摺動面532を第2円筒面532cに略一致する曲面に形成することで、死容積を最も小さくすることができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, the offset side non-sliding surface 531 of the first non-sliding surface 53 is formed as a curved surface (however, not in contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4) that approximately matches the first cylindrical surface 531c perpendicular to the first plane 5e whose angle with respect to the orthogonal plane 5c of the piston 5 is the maximum swing angle β1 of the compression stroke, and the anti-offset side non-sliding surface 532 is formed as a curved surface (however, not in contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4) that approximately matches the second cylindrical surface 532c perpendicular to the second plane 5f whose angle with respect to the orthogonal plane 5c of the piston 5 is the maximum swing angle β2 of the intake stroke. According to this configuration, the first non-sliding surface 53 of the piston 5 can be brought closest to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 without contacting the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4. That is, the offset side non-sliding surface 531 is formed as a curved surface that approximately matches the first cylindrical surface 531c, and the non-offset side non-sliding surface 532 is formed as a curved surface that approximately matches the second cylindrical surface 532c, thereby minimizing the dead volume.

上述したように、第1の実施の形態に係る往復動圧縮機1は、中心軸線Ccを有するシリンダ4と、シリンダ4の中心軸線Ccに対してオフセットされた回転軸線Rsを有するクランクシャフト2と、シリンダ4と共に圧縮室14を形成しシリンダ4内を往復動するピストン5と、一方側がクランクシャフト2に対して回動可能に連結されると共に他方側がピストン5に固定され、クランクシャフト2の回転運動によりシリンダ4に対して揺動運動をする連接棒6とを備えている。ピストン5は、圧縮室14の壁面の一部を構成する頂面51と、シリンダ4の中心軸線Ccに対する連接棒6の揺動角度βの範囲に応じて定まる範囲でシリンダ4の内周面4aに摺動する摺動面52と、頂面51と摺動面52とを繋ぎ、シリンダ4の内周面4aとの接触を回避する形状の第1の非摺動面53とを有している。第1の非摺動面53は、その少なくとも一部が摺動面52を仮想的に頂面51側に延長させた第1の仮想延長曲面52V1よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置するものである。 As described above, the reciprocating compressor 1 according to the first embodiment includes a cylinder 4 having a central axis Cc, a crankshaft 2 having a rotation axis Rs offset from the central axis Cc of the cylinder 4, a piston 5 that reciprocates within the cylinder 4 to form a compression chamber 14 together with the cylinder 4, and a connecting rod 6 that is rotatably connected to the crankshaft 2 at one end and fixed to the piston 5 at the other end and oscillates relative to the cylinder 4 due to the rotational motion of the crankshaft 2. The piston 5 has a top surface 51 that constitutes a part of the wall surface of the compression chamber 14, a sliding surface 52 that slides against the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 within a range determined according to the range of the oscillation angle β of the connecting rod 6 relative to the central axis Cc of the cylinder 4, and a first non-sliding surface 53 that connects the top surface 51 and the sliding surface 52 and has a shape that avoids contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4. At least a portion of the first non-sliding surface 53 is located closer to the inner surface 4a of the cylinder 4 than the first imaginary extended curved surface 52V1, which is an imaginary extension of the sliding surface 52 toward the top surface 51.

この構成によれば、クランクシャフト2をシリンダ4に対してオフセットさせることで、ピストン5の圧縮行程における揺動角度βを小さくすることが可能であり、且つ、ピストン5の第1の非摺動面53の少なくとも一部を第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に形成することで、ピストン5の第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが小さくなる。したがって、圧縮行程時のピストン5とシリンダ4間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、圧縮室14の死容積を低減することができる。加えて、ピストン5の第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが小さくなることで、当該隙間Gを介した圧縮室14からの圧縮気体の漏洩を抑制することができる。 According to this configuration, by offsetting the crankshaft 2 with respect to the cylinder 4, it is possible to reduce the rocking angle β of the piston 5 during the compression stroke, and by forming at least a part of the first non-sliding surface 53 of the piston 5 on the outer periphery side (radially outward) of the first virtual extension curved surface 52V1, the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is reduced. Therefore, it is possible to reduce the dead volume of the compression chamber 14 while reducing the side force acting between the piston 5 and the cylinder 4 during the compression stroke. In addition, by reducing the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4, it is possible to suppress leakage of compressed gas from the compression chamber 14 through the gap G.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機1においては、第1の非摺動面53の全体が第1の仮想延長曲面52V1よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置する。この構成によれば、ピストン5の第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが全周に亘って小さくなるので、圧縮室14の死容積を更に低減することができると共に、圧縮室14からの圧縮気体の漏洩を更に抑制することができる。 In addition, in the reciprocating compressor 1 according to this embodiment, the entire first non-sliding surface 53 is located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than the first imaginary extension curved surface 52V1. With this configuration, the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is smaller over the entire circumference, so that the dead volume of the compression chamber 14 can be further reduced and leakage of compressed gas from the compression chamber 14 can be further suppressed.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機1においては、連接棒6の大端部62側(一方側)の回動軸線(軸受7の中心軸線Cb)及びピストンの中心軸線5b(連接棒6における大端部62側(一方側)と小端部63側(他方側)とを結ぶ中心線Cr)を含む平面に対して、ピストン5が非対称なものである。この構成によれば、オフセット構造に起因するピストン5及び連接棒6のシリンダ4に対する非対称の揺動運動に応じた形状のピストンを構成することができる。 In addition, in the reciprocating compressor 1 according to this embodiment, the piston 5 is asymmetric with respect to a plane including the rotation axis of the big end 62 side (one side) of the connecting rod 6 (the central axis Cb of the bearing 7) and the central axis 5b of the piston (the central line Cr connecting the big end 62 side (one side) and the small end 63 side (the other side) of the connecting rod 6). With this configuration, it is possible to configure a piston with a shape that corresponds to the asymmetric rocking motion of the piston 5 and the connecting rod 6 relative to the cylinder 4 caused by the offset structure.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機1においては、ピストン5の外周面にピストンリング12が装着され、ピストンリング12はシリンダ4の中心軸線Ccに対するクランクシャフト2の回転軸線Rsのオフセット方向と同じ方向に向かうにつれてピストン5の頂面51に接近するように頂面51に対して傾斜している。この構成によれば、ピストンリング12による圧縮室14の気密性をオフセット構造において確保することができる。 In addition, in the reciprocating compressor 1 according to this embodiment, a piston ring 12 is attached to the outer peripheral surface of the piston 5, and the piston ring 12 is inclined relative to the top surface 51 of the piston 5 so as to approach the top surface 51 as it moves in the same direction as the offset direction of the rotation axis Rs of the crankshaft 2 relative to the central axis Cc of the cylinder 4. With this configuration, the piston ring 12 can ensure airtightness of the compression chamber 14 in an offset structure.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の往復動圧縮機の第2の実施の形態について図7を用いて説明する。図7は本発明の往復動圧縮機の第2の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。なお、図7において、図1~図6に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、詳細な説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a diagram showing a piston equipped with a piston ring and its surrounding structure in the second embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. In Fig. 7, the same reference numerals as those in Figs. 1 to 6 denote similar parts, and therefore detailed description thereof will be omitted.

図7に示す本発明の往復動圧縮機の第2の実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、ピストン5Aの外周面のうち第2の非摺動面54Aの形状が異なることである。具体的には、第1の実施の形態に係るピストン5の第2の非摺動面54は、球状の摺動面52を仮想的に連接棒6側に延長させた第2の仮想延長曲面52V2と一致する曲面に形成されている(図4参照)。それに対して、本実施の形態に係るピストン5Aの第2の非摺動面54Aは、当該第2の仮想延長曲面52V2よりも外周側(径方向外側)に位置する曲面に形成されている。すなわち、第2の非摺動面54Aの全体は、ピストン5Aがシリンダ4内に配置されている場合において、球状の摺動面52の第2の仮想延長曲面52V2よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置するように形成されている。これにより、ピストン5Aの第2の非摺動面54Aとシリンダ4の内周面4aとの間の隙間が小さくなる領域が第1の実施の形態の場合よりも増加する。 The second embodiment of the reciprocating compressor of the present invention shown in FIG. 7 differs from the first embodiment in that the shape of the second non-sliding surface 54A of the outer circumferential surface of the piston 5A is different. Specifically, the second non-sliding surface 54 of the piston 5 according to the first embodiment is formed as a curved surface that coincides with the second imaginary extension curved surface 52V2 obtained by virtually extending the spherical sliding surface 52 toward the connecting rod 6 (see FIG. 4). In contrast, the second non-sliding surface 54A of the piston 5A according to this embodiment is formed as a curved surface located on the outer circumferential side (radially outward) of the second imaginary extension curved surface 52V2. That is, when the piston 5A is disposed in the cylinder 4, the entire second non-sliding surface 54A is formed so as to be located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than the second imaginary extension curved surface 52V2 of the spherical sliding surface 52. As a result, the area where the gap between the second non-sliding surface 54A of the piston 5A and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is smaller is increased compared to the first embodiment.

上述した第2の実施の形態に係る往復動圧縮機においては、第1の実施の形態と同様に、クランクシャフト2をシリンダ4に対してオフセットさせることで、ピストン5Aの圧縮行程における揺動角度βを小さくすることが可能であり、且つ、ピストン5Aの第1の非摺動面53の少なくとも一部を第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に形成することで、ピストン5Aの第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが小さくなる。したがって、圧縮行程時のピストン5Aとシリンダ4間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、圧縮室14の死容積を低減することができると共に、当該隙間Gを介した圧縮室14からの圧縮気体の漏洩を抑制することができる。 In the reciprocating compressor according to the second embodiment described above, as in the first embodiment, the crankshaft 2 is offset relative to the cylinder 4 to reduce the swing angle β of the piston 5A during the compression stroke, and the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5A and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 is reduced by forming at least a part of the first non-sliding surface 53 of the piston 5A on the outer periphery side (radially outward) of the first imaginary extension curved surface 52V1. Therefore, the dead volume of the compression chamber 14 can be reduced while reducing the side force acting between the piston 5A and the cylinder 4 during the compression stroke, and the leakage of compressed gas from the compression chamber 14 through the gap G can be suppressed.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機におけるピストン5Aは、摺動面52から頂面51の反対側に延在し、シリンダ4の内周面4aとの接触を回避する形状の第2の非摺動面54Aを更に有する。第2の非摺動面54Aの少なくとも一部は、摺動面52を仮想的に頂面51の反対側に延長させた第2の仮想延長曲面52V2よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置する。 The piston 5A in the reciprocating compressor according to this embodiment further has a second non-sliding surface 54A that extends from the sliding surface 52 to the opposite side of the top surface 51 and is shaped to avoid contact with the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4. At least a portion of the second non-sliding surface 54A is located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than a second imaginary extension curved surface 52V2 that is an imaginary extension of the sliding surface 52 to the opposite side of the top surface 51.

この構成によれば、第2の非摺動面54Aの少なくとも一部が第2の仮想延長曲面52V2よりも外周側(径方向外側)に形成されることで、ピストン5Aの第2の非摺動面54Aとシリンダ4の内周面4aとの間の隙間が小さくなるので、圧縮行程時の圧縮室14からの気体漏洩を更に抑制することができる。 With this configuration, at least a portion of the second non-sliding surface 54A is formed on the outer periphery (radially outward) side of the second imaginary extended curved surface 52V2, so that the gap between the second non-sliding surface 54A of the piston 5A and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is reduced, thereby further suppressing gas leakage from the compression chamber 14 during the compression stroke.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機においては、ピストン5Aの第2の非摺動面54Aの全体が第2の仮想延長曲面52V2よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置する。この構成によれば、ピストン5Aの第2の非摺動面54Aとシリンダ4の内周面4aとの間の隙間が全周に亘って小さくなるので、圧縮室14からの圧縮気体の漏洩をより更に抑制することができる。 In addition, in the reciprocating compressor according to this embodiment, the entire second non-sliding surface 54A of the piston 5A is located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than the second imaginary extension curved surface 52V2. With this configuration, the gap between the second non-sliding surface 54A of the piston 5A and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is small over the entire circumference, so that leakage of compressed gas from the compression chamber 14 can be further suppressed.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の往復動圧縮機の第3の実施の形態について図8を用いて説明する。図8は本発明の往復動圧縮機の第3の実施の形態におけるピストンリングを装着したピストン及びその周辺構造を示す図である。なお、図8において、図1~図7に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a diagram showing a piston equipped with a piston ring and its surrounding structure in the third embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. In Fig. 8, the same reference numerals as those in Figs. 1 to 7 denote similar parts, and therefore detailed description thereof will be omitted.

図8に示す本発明の往復動圧縮機の第3の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、ピストン5Bの外周面のうち第1の非摺動面53Bの形状が異なることである。第1の実施の形態に係るピストン5の第1の非摺動面53は、その全体(全周)が球状の摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に位置するように形成されている(図4参照)。それに対して、第2の実施の形態に係るピストン5Bの第1の非摺動面53Bは、その一部のみが第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側に位置するように形成されている。 The third embodiment of the reciprocating compressor of the present invention shown in FIG. 8 differs from the first embodiment in that the shape of the first non-sliding surface 53B of the outer circumferential surface of the piston 5B is different. The first non-sliding surface 53 of the piston 5 according to the first embodiment is formed so that its entirety (whole circumference) is located on the outer circumferential side (radially outward) of the first imaginary extension curved surface 52V1 of the spherical sliding surface 52 (see FIG. 4). In contrast, the first non-sliding surface 53B of the piston 5B according to the second embodiment is formed so that only a portion of it is located on the outer circumferential side of the first imaginary extension curved surface 52V1.

具体的には、ピストン5Bの第1の非摺動面53Bのうち、クランクシャフト2のオフセット方向(図8中、左方向)とは反対側(図7中、右側)に位置する反オフセット側非摺動面532のみが摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側に位置するように形成されている。一方、第1の非摺動面53Bのうち、当該オフセット方向と同じ側(図7中、左側)に位置するオフセット側非摺動面531Bは、摺動面52の第1の仮想延長曲面52V1と一致する曲面に形成されている。第1の非摺動面53Bのうち、反オフセット側非摺動面532とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gの容積は、ピストンリング12に対する頂面51の傾斜に起因して、オフセット側非摺動面531Bとシリンダ4の内周面4aとの隙間Gの容積よりも大きい。つまり、反オフセット側非摺動面532側の方がオフセット側非摺動面531Bよりも、死容積の増加の要因になる。そこで、本実施の形態においては、反オフセット側非摺動面532とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gを小さくする構成としている。 Specifically, of the first non-sliding surface 53B of the piston 5B, only the anti-offset side non-sliding surface 532 located on the opposite side (right side in FIG. 7) to the offset direction of the crankshaft 2 (left direction in FIG. 8) is formed so as to be located more outer than the first imaginary extension curved surface 52V1 of the sliding surface 52. On the other hand, of the first non-sliding surface 53B, the offset side non-sliding surface 531B located on the same side as the offset direction (left side in FIG. 7) is formed into a curved surface that coincides with the first imaginary extension curved surface 52V1 of the sliding surface 52. Of the first non-sliding surface 53B, the volume of the gap G between the anti-offset side non-sliding surface 532 and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 is larger than the volume of the gap G between the offset side non-sliding surface 531B and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 due to the inclination of the top surface 51 with respect to the piston ring 12. In other words, the non-offset side non-sliding surface 532 is a greater cause of the increase in dead volume than the offset side non-sliding surface 531B. Therefore, in this embodiment, the gap G between the non-offset side non-sliding surface 532 and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 is made smaller.

上述した第3の実施の形態に係る往復動圧縮機においては、第1の実施の形態と同様に、クランクシャフト2をシリンダ4に対してオフセットさせることで、ピストン5Bの圧縮行程における揺動角度βを小さくすることが可能であり、且つ、ピストン5Bの第1の非摺動面53Bの少なくとも一部を第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に形成することで、ピストン5Bの第1の非摺動面53Bとシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが小さくなる。したがって、圧縮行程時のピストン5Bとシリンダ4間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、圧縮室14の死容積を低減することができると共に、当該隙間Gを介した圧縮室14からの圧縮気体の漏洩を抑制することができる。 In the reciprocating compressor according to the third embodiment described above, as in the first embodiment, the crankshaft 2 is offset relative to the cylinder 4 to reduce the swing angle β of the piston 5B during the compression stroke, and at least a portion of the first non-sliding surface 53B of the piston 5B is formed on the outer periphery side (radially outward) of the first imaginary extension curved surface 52V1, thereby reducing the gap G between the first non-sliding surface 53B of the piston 5B and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4. Therefore, the dead volume of the compression chamber 14 can be reduced while reducing the side force acting between the piston 5B and the cylinder 4 during the compression stroke, and the leakage of compressed gas from the compression chamber 14 through the gap G can be suppressed.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機においては、ピストン5Bの第1の非摺動面53Bのうち、シリンダ4の中心軸線Ccに対するクランクシャフト2の回転軸線Rsのオフセット方向とは反対側に位置する反オフセット側非摺動面532(部分)のみが第1の仮想延長曲面52V1よりもシリンダ4の内周面4aの近くに位置する。この構成によれば、圧縮室14の死容積の低減及び圧縮室14からの気体漏洩の抑制を図りつつ、ピストン5Bの製造のための材料使用量を削減することができる。 In addition, in the reciprocating compressor according to this embodiment, of the first non-sliding surface 53B of the piston 5B, only the non-offset side non-sliding surface 532 (portion) located on the opposite side of the offset direction of the rotation axis Rs of the crankshaft 2 relative to the central axis Cc of the cylinder 4 is located closer to the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4 than the first imaginary extension curved surface 52V1. With this configuration, it is possible to reduce the amount of material used to manufacture the piston 5B while reducing the dead volume of the compression chamber 14 and suppressing gas leakage from the compression chamber 14.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態について図9~図12を用いて説明する。図9は本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態を示す概略断面図である。図10は本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態におけるピストンリング装着が無いピストン及びその周辺構造を示す図である。図11は本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態におけるピストン単体を示す斜視図である。図12は本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態における死容積を示す説明図である。なお、図9~図12において、図1~図8に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention will be described with reference to Figs. 9 to 12. Fig. 9 is a schematic cross-sectional view showing the fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. Fig. 10 is a view showing a piston without a piston ring and its surrounding structure in the fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. Fig. 11 is a perspective view showing a piston alone in the fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. Fig. 12 is an explanatory view showing the dead volume in the fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention. In Figs. 9 to 12, the same reference numerals as those in Figs. 1 to 8 indicate similar parts, and detailed description thereof will be omitted.

図9に示す本発明の往復動圧縮機の第4の実施の形態が第1の実施の形態と異なる点は、ピストン5Cがピストンリングを装着していないことである。具体的には、本実施の形態のピストン5Cは、図10及び図11に示すように、第1の実施の形態のピストン5とは異なり、外周面に環状溝55(図5参照)が形成されていない構成である。ピストン5Cの外周面には、図11に示すように、摺動面52と第1の非摺動面53との境界としての谷線56(図11中、破線)が全周に亘って現れている。一方、第1の実施の形態のピストン5では、環状溝55の形成により、摺動面52と第1の非摺動面53の境界としての谷線56(図5中、破線)は一部のみ現れている。本実施の形態のピストン5Cのそれ以外の構成及び構造は、第1の実施の形態と同様なものである。 The fourth embodiment of the reciprocating compressor of the present invention shown in FIG. 9 differs from the first embodiment in that the piston 5C does not have a piston ring. Specifically, as shown in FIGS. 10 and 11, the piston 5C of this embodiment is configured such that the annular groove 55 (see FIG. 5) is not formed on the outer peripheral surface, unlike the piston 5 of the first embodiment. As shown in FIG. 11, the outer peripheral surface of the piston 5C has a valley line 56 (dashed line in FIG. 11) as the boundary between the sliding surface 52 and the first non-sliding surface 53 all around. On the other hand, in the piston 5 of the first embodiment, due to the formation of the annular groove 55, the valley line 56 (dashed line in FIG. 5) as the boundary between the sliding surface 52 and the first non-sliding surface 53 only appears partially. The other configurations and structures of the piston 5C of this embodiment are similar to those of the first embodiment.

前述したように、死容積の発生の一因として、図12に示すピストン5Cの外周面とシリンダ4の内周面4aとの隙間が挙げられる。本実施の形態においては、ピストン5Cとシリンダ4の隙間のシールがピストン5Cの摺動面52とシリンダ4の内周面4aとの線接触によってなされる。したがって、ピストン5Cが上死点に位置するときに、ピストン5Cの球状の摺動面52とシリンダ4の円筒状の内周面4aとが接触する部分(円環部分)よりも頂面51側に位置するピストン5Cの外周面(摺動面52の一部及び第1の非摺動面53)とシリンダ4の内周面4aとの隙間Gが死容積の要因の1つとなる。また、ピストン5Cの外周面とシリンダ4の内周面4aとの隙間は、圧縮室14内から外部(クランクケース3の内部)への圧縮気体の漏れ経路の1つである。 As mentioned above, one of the causes of the dead volume is the gap between the outer peripheral surface of the piston 5C and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 shown in FIG. 12. In this embodiment, the gap between the piston 5C and the cylinder 4 is sealed by the line contact between the sliding surface 52 of the piston 5C and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4. Therefore, when the piston 5C is located at the top dead center, the gap G between the outer peripheral surface of the piston 5C (part of the sliding surface 52 and the first non-sliding surface 53) located on the top surface 51 side of the part (annular part) where the spherical sliding surface 52 of the piston 5C and the cylindrical inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 contact each other is one of the causes of the dead volume. In addition, the gap between the outer peripheral surface of the piston 5C and the inner peripheral surface 4a of the cylinder 4 is one of the leakage paths of compressed gas from inside the compression chamber 14 to the outside (inside the crankcase 3).

上述した第4の実施の形態に係る往復動圧縮機においては、第1の実施の形態と同様に、クランクシャフト2をシリンダ4に対してオフセットさせることで、ピストン5Cの圧縮行程における揺動角度βを小さくすることが可能であり、且つ、ピストン5Cの第1の非摺動面53の少なくとも一部を第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側(径方向外側)に形成することで、ピストン5Cの第1の非摺動面53とシリンダ4の内周面4aとの間の隙間Gが小さくなる。したがって、圧縮行程時のピストン5Cとシリンダ4間に作用するサイドフォースの低減を図った上で、圧縮室14の死容積を低減することができると共に、当該隙間Gを介した圧縮室14からの圧縮気体の漏洩を抑制することができる。 In the reciprocating compressor according to the fourth embodiment described above, as in the first embodiment, the crankshaft 2 is offset relative to the cylinder 4 to reduce the swing angle β of the piston 5C during the compression stroke, and at least a portion of the first non-sliding surface 53 of the piston 5C is formed on the outer periphery side (radially outward) of the first imaginary extension curved surface 52V1, thereby reducing the gap G between the first non-sliding surface 53 of the piston 5C and the inner circumferential surface 4a of the cylinder 4. Therefore, the dead volume of the compression chamber 14 can be reduced while reducing the side force acting between the piston 5C and the cylinder 4 during the compression stroke, and the leakage of compressed gas from the compression chamber 14 through the gap G can be suppressed.

また、本実施の形態に係る往復動圧縮機は、ピストン5Cの外周面にピストンリング12を装着しない構成である。この構成によれば、圧縮室14の死容積の低減及び圧縮室14からの気体漏洩の抑制を図りつつ、往復動圧縮機の構成を簡素化することができる。 In addition, the reciprocating compressor according to this embodiment is configured so that the piston ring 12 is not attached to the outer peripheral surface of the piston 5C. This configuration simplifies the configuration of the reciprocating compressor while reducing the dead volume of the compression chamber 14 and suppressing gas leakage from the compression chamber 14.

[その他]
なお、本発明は上述した第1~第4の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易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。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
[others]
The present invention is not limited to the above-mentioned first to fourth embodiments, and includes various modified examples. The above-mentioned embodiments have been described in detail to easily explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. For example, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

例えば、上述した第1~第4の実施の形態においては、ピストン5、5A、5B、5Cの摺動面52を球面形状とした例を示した。しかし、ピストンの摺動面は、シリンダ4内を滑らかに揺動且つ往復動をすることが可能であるならば、球面形状以外の幾何学的に定義可能な曲面、例えば、球面に近似した曲面も採用可能である。 For example, in the first to fourth embodiments described above, the sliding surfaces 52 of the pistons 5, 5A, 5B, and 5C are shown to have a spherical shape. However, as long as the sliding surfaces of the pistons can smoothly oscillate and reciprocate within the cylinder 4, it is also possible to adopt a geometrically definable curved surface other than a spherical shape, for example, a curved surface that approximates a sphere.

また、第1~第4の実施の形態においては、ピストン5、5A、5B、5Cが第2の非摺動面54、54Aを有する構成の例を示した。しかし、ピストンは摺動面52よりも連接棒6側に外周面(第2の非摺動面)が存在しない構成も可能である。すなわち、ピストンの外周面を摺動面52及び第1の非摺動面53、53Bのみで構成することも可能である。 In the first to fourth embodiments, examples have been shown in which the pistons 5, 5A, 5B, and 5C have the second non-sliding surfaces 54 and 54A. However, the pistons may also be configured so that the outer circumferential surface (second non-sliding surface) does not exist on the connecting rod 6 side of the sliding surface 52. In other words, the outer circumferential surface of the piston may be configured only with the sliding surface 52 and the first non-sliding surfaces 53 and 53B.

また、第2の実施の形態においては、ピストン5Aの第2の非摺動面54Aの全体を第2の仮想延長曲面52V2よりも外周側(径方向外側)に形成した構成の例を示した。しかし、第2の非摺動面の一部のみを第2の仮想延長曲面52V2よりも外周側に形成する構成も可能である。 In the second embodiment, an example is shown in which the entire second non-sliding surface 54A of the piston 5A is formed on the outer periphery (radially outward) of the second imaginary extended curved surface 52V2. However, it is also possible to form only a part of the second non-sliding surface on the outer periphery of the second imaginary extended curved surface 52V2.

また、第3の実施の形態においては、ピストン5Bの第1の非摺動面53Bのうち、反オフセット側非摺動面532(図8中、右側部分)のみを第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側に形成する一方、オフセット側非摺動面531B(図8中、左側部分)を第1の仮想延長曲面52V1と一致する曲面に形成した構成の例を示した。しかし、ピストンの第1の非摺動面のうち、オフセット側非摺動面のみを第1の仮想延長曲面52V1よりも外周側に形成する一方、反オフセット側非摺動面を第1の仮想延長曲面52V1と一致する曲面に形成する構成も可能である。なお、この場合においても、オフセット側非摺動面と反オフセット側非摺動面との接続部である稜線の位置を任意に設定可能である。 In the third embodiment, only the anti-offset side non-sliding surface 532 (the right side in FIG. 8) of the first non-sliding surface 53B of the piston 5B is formed on the outer periphery side of the first imaginary extension curved surface 52V1, while the offset side non-sliding surface 531B (the left side in FIG. 8) is formed on a curved surface that coincides with the first imaginary extension curved surface 52V1. However, it is also possible to form only the offset side non-sliding surface of the first non-sliding surface of the piston on the outer periphery side of the first imaginary extension curved surface 52V1, while forming the anti-offset side non-sliding surface on a curved surface that coincides with the first imaginary extension curved surface 52V1. Note that even in this case, the position of the ridge that is the connection between the offset side non-sliding surface and the anti-offset side non-sliding surface can be set arbitrarily.

1…往復動圧縮機、 2…クランクシャフト、 4…シリンダ、 4a…内周面、 5、5A、5B、5C…ピストン、 6…連接棒、 12…ピストンリング、 14…圧縮室、 51…頂面、 52…摺動面、 52V1…第1の仮想延長曲面、 52V2…第2の仮想延長曲面、 53、53B…第1の非摺動面(非摺動面)、 532…反オフセット側非摺動面(ずれ方向とは反対側に位置する部分)、 54、54A…第2の非摺動面、 Cc…中心軸線、 Rs…回転軸線、 β…揺動角度 1...Reciprocating compressor, 2...Crankshaft, 4...Cylinder, 4a...Inner circumferential surface, 5, 5A, 5B, 5C...Piston, 6...Connecting rod, 12...Piston ring, 14...Compression chamber, 51...Top surface, 52...Sliding surface, 52V1...First imaginary extended curved surface, 52V2...Second imaginary extended curved surface, 53, 53B...First non-sliding surface (non-sliding surface), 532...Non-offset side non-sliding surface (part located on the opposite side to the shift direction), 54, 54A...Second non-sliding surface, Cc...Center axis, Rs...Rotation axis, β...Oscillation angle

Claims (7)

中心軸線を有するシリンダと、
前記シリンダの前記中心軸線に対してオフセットされた回転軸線を有するクランクシャフトと、
前記シリンダと共に圧縮室を形成し、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
一方側が前記クランクシャフトに対して回動可能に連結されると共に他方側が前記ピストンに固定され、前記クランクシャフトの回転運動により前記シリンダに対して揺動運動をする連接棒とを備え、
前記ピストンは、
前記圧縮室の壁面の一部を構成する頂面と、
前記シリンダの前記中心軸線に対する前記連接棒の揺動角度の範囲に応じて定まる所定の範囲に亘って形成され、前記シリンダの内周面に摺動する球面形状の摺動面と、
前記所定の範囲の外側に形成され、前記頂面と前記摺動面とを繋ぎ、前記シリンダの内周面との接触を回避する形状の第1の非摺動面とを有し、
前記第1の非摺動面は、その少なくとも一部が前記摺動面を仮想的に前記頂面側に延長させた第1の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものである
往復動圧縮機。
a cylinder having a central axis;
a crankshaft having an axis of rotation offset relative to the central axis of the cylinder;
a piston that forms a compression chamber together with the cylinder and reciprocates within the cylinder;
a connecting rod having one side rotatably connected to the crankshaft and the other side fixed to the piston, the connecting rod swinging relative to the cylinder in response to the rotational movement of the crankshaft,
The piston is
A top surface that constitutes a part of the wall surface of the compression chamber;
a spherical sliding surface formed over a predetermined range determined according to the range of the swing angle of the connecting rod relative to the central axis of the cylinder and sliding on the inner circumferential surface of the cylinder;
a first non-sliding surface formed outside the predetermined range, connecting the top surface and the sliding surface, and having a shape that avoids contact with the inner circumferential surface of the cylinder;
the first non-sliding surface is at least partially located closer to the inner circumferential surface of the cylinder than a first imaginary extended curved surface that is an imaginary extension of the sliding surface toward the top surface side.
請求項1に記載の往復動圧縮機において、
前記第1の非摺動面は、その全体が前記第1の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものである
往復動圧縮機。
2. The reciprocating compressor according to claim 1,
the first non-sliding surface is located entirely closer to the inner circumferential surface of the cylinder than the first imaginary extended curved surface.
中心軸線を有するシリンダと、
前記シリンダの前記中心軸線に対してオフセットされた回転軸線を有するクランクシャフトと、
前記シリンダと共に圧縮室を形成し、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
一方側が前記クランクシャフトに対して回動可能に連結されると共に他方側が前記ピストンに固定され、前記クランクシャフトの回転運動により前記シリンダに対して揺動運動をする連接棒とを備え、
前記ピストンは、
前記圧縮室の壁面の一部を構成する頂面と、
前記シリンダの前記中心軸線に対する前記連接棒の揺動角度の範囲に応じて定まる所定の範囲で前記シリンダの内周面に摺動する摺動面と、
前記頂面と前記摺動面とを繋ぎ、前記シリンダの内周面との接触を回避する形状の第1の非摺動面とを有し、
前記第1の非摺動面は、その少なくとも一部が前記摺動面を仮想的に前記頂面側に延長させた第1の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものであり、
前記第1の非摺動面のうち、前記シリンダの前記中心軸線に対する前記クランクシャフトの前記回転軸線のオフセット方向とは反対側に位置する部分のみが前記第1の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置する
往復動圧縮機。
a cylinder having a central axis;
a crankshaft having an axis of rotation offset relative to the central axis of the cylinder;
a piston that forms a compression chamber together with the cylinder and reciprocates within the cylinder;
a connecting rod having one side rotatably connected to the crankshaft and the other side fixed to the piston, the connecting rod swinging relative to the cylinder in response to the rotational movement of the crankshaft,
The piston is
A top surface that constitutes a part of the wall surface of the compression chamber;
a sliding surface that slides on an inner circumferential surface of the cylinder within a predetermined range determined according to a range of a swing angle of the connecting rod relative to the central axis of the cylinder;
a first non-sliding surface that connects the top surface and the sliding surface and has a shape that avoids contact with an inner circumferential surface of the cylinder;
At least a portion of the first non-sliding surface is located closer to the inner circumferential surface of the cylinder than a first imaginary extended curved surface that is an imaginary extension of the sliding surface toward the top surface,
wherein only a portion of the first non-sliding surface, which is located on an opposite side to an offset direction of the rotation axis of the crankshaft with respect to the central axis of the cylinder, is located closer to an inner circumferential surface of the cylinder than the first imaginary extension curved surface.
請求項1又は3に記載の往復動圧縮機において、
前記ピストンは、前記所定の範囲の外側に形成され、前記摺動面から前記頂面の反対側に延在し、前記シリンダの内周面との接触を回避する形状の第2の非摺動面を更に有し、
前記第2の非摺動面は、その少なくとも一部が前記摺動面を仮想的に前記頂面の反対側に延長させた第2の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものである
往復動圧縮機。
The reciprocating compressor according to claim 1 or 3 ,
The piston further has a second non-sliding surface formed outside the predetermined range, extending from the sliding surface to an opposite side of the top surface, and having a shape that avoids contact with an inner circumferential surface of the cylinder,
the second non-sliding surface is at least partially located closer to the inner circumferential surface of the cylinder than a second imaginary extended curved surface that is an imaginary extension of the sliding surface to an opposite side of the top surface.
請求項4に記載の往復動圧縮機において、
前記第2の非摺動面は、その全体が前記第2の仮想延長曲面よりも前記シリンダの内周面の近くに位置するものである
往復動圧縮機。
The reciprocating compressor according to claim 4,
the second non-sliding surface is located entirely closer to the inner circumferential surface of the cylinder than the second imaginary extended curved surface.
請求項1又は3に記載の往復動圧縮機において、
前記ピストンは、前記連接棒の前記一方側の回動軸線及び前記連接棒における前記一方側と前記他方側とを結ぶ中心線を含む平面に対して、非対称なものである
往復動圧縮機。
The reciprocating compressor according to claim 1 or 3 ,
The piston is asymmetric with respect to a plane including a rotation axis of the one side of the connecting rod and a center line connecting the one side and the other side of the connecting rod.
請求項1又は3に記載の往復動圧縮機において、
前記ピストンの外周面にピストンリングが装着され、
前記ピストンリングは、前記シリンダの前記中心軸線に対する前記クランクシャフトの前記回転軸線のオフセット方向と同じ方向に向かうにつれて前記ピストンの前記頂面に接近するように、前記頂面に対して傾斜している
往復動圧縮機。
The reciprocating compressor according to claim 1 or 3 ,
A piston ring is attached to the outer circumferential surface of the piston,
the piston ring is inclined with respect to the top surface of the piston so as to approach the top surface of the piston toward the same direction as an offset direction of the rotation axis of the crankshaft from the central axis of the cylinder.
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