JPS6338554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はシリンダ内でピストンが往復動させら
れることによつて気体を吸入、圧縮する往復式圧
縮機に係り、特に圧縮時におけるオーバコンプレ
ツシヨンを緩和する技術に関するものである。

従来技術 シリンダ内でピストンが後退させられることに
より吸入口から気体を吸入し、その後退させられ
たピストンが前進端位置（上死点）まで前進させ
られることにより、吸入した気体を圧縮しつつ吐
出口から吐出する往復式圧縮機が従来から提供さ
れている。例えば、斜板式圧縮機、クランク式圧
縮機、揺動斜板式圧縮機等がその例である。この
ような圧縮機においては、圧縮した気体を全て吐
出することが体積効率を高めて圧縮機の性能向上
を図る上で望ましい。このため、一般に、ピスト
ンの前進端位置におけるピストン頂面とシリンダ
端壁との間の隙間（トツプクリアランス）をでき
る限り小さくして、吸入した気体のほぼ全量を吐
出口から吐出するようにしている。

ところで、ピストンの前進に伴つて気体を圧縮
し、その圧縮された気体を吐出口から吐出する上
記圧縮機においては、シリンダ内の気体の圧力が
吐出された気体の圧力（吐出室の圧力）よりも高
くなるオーバコンプレツシヨンを生じる。このオ
ーバコンプレツシヨンは、例えば気体の粘性抵抗
や慣性等に起因して発生するものであり、これを
完全に防止することは圧縮機としての機能上不可
能なことである。しかしながら、このオーバコン
プレツシヨンは、ピストンの動きを阻害して動力
損失を増加させるのみならず、その作動に伴う騒
音を大きくする１つの原因ともなつている。

そこで、このようなオーバコンプレツシヨンに
ついて更に詳しく調べたところ、このオーバコン
プレツシヨンは、ピストンが前進端位置近傍に達
した際に、特に吐出口からピストンの往復動方向
とは直角な方向に離隔した部分において極端な圧
力上昇を示すことが判つた。すなわち、吐出口近
傍においては、圧縮される気体が吐出口から吐出
され、しかも、ピストンの前進に伴う気体の容積
変化の割合が吐出口の容積によつて小さくされる
ため、オーバコンプレツシヨンが緩和されるので
ある。これに対し、吐出口から離れた部分におい
ては、上述したようにトツプクリアランスが極め
て小さくなるように設定されているところから、
ピストンが前進端位置に接近するにつれて気体の
粘性による流動抵抗が大きくなり、吐出口側へ向
かう気体の流通が阻害されて吐出口から離れた部
分程気体の逃げ場所がなくなり、極端な圧力上昇
を示すものと考えられる。

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

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

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

なお、オーバコンプレツシヨン緩和部を設けれ
ば、ピストンが前進端位置に達した際にシリンダ
内に残された空間の容積が大きくなり、ピストン
の後退時には容積の大きい空間に残つた気体が再
膨脹するため、一見体積効率が低下するようであ
るが、実際には吐出口から離れた部分においては
トツプクリアランスを小さくすればその部分の気
体が吐出されるというわけではなく、ただ小さく
圧縮されて圧力が高くなるのみで、ピストン後退
時にはこの小さく圧縮された気体が再膨脹してし
まうこととなるため、オーバコンプレツシヨン緩
和部を設けて上記のような無駄な圧縮仕事を回避
したからといつて体積効率が低下するわけのもの
ではない。

そして、このようにオーバコンプレツシヨンが
緩和されることにより、ピストン頂面に作用する
圧力が小さくなり、かつ均一化されるため、ピス
トンの動きがスムーズになつてその動力損失が減
少するとともに、圧縮機の運転騒音が低減され
る。また、ピストンの前進端近傍において、ピス
トン駆動機構に極端に大きな負荷がかかることが
なくなるため、圧縮機の耐久性、信頼性が向上す
る。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は自動車の車室冷房装置等に用いられる
斜板式冷媒ガス圧縮機の構成を示す正面断面図で
ある。図において１０はフロントブロツク、１２
はリヤブロツクであり、互いに対称な両ブロツク
が付き合わされて１個のシリンダブロツク１４を
構成している。シリンダブロツツク１４にはシリ
ンダボア１６が一円周上に等角度間隔で複数個形
成されており、各シリンダボア１６内にはそれぞ
れ両頭のピストン１８が摺動可能に嵌合されてい
る。フロントブロツク１０とリヤブロツク１２と
の突合せ部には斜板室２０が形成されており、こ
の斜板室２０内には回転軸２２に一定角度傾斜し
て固定された斜板２４が配設されている。回転軸
２２はシリンダブロツク１４の中心孔２６内に回
転可能に支承されている。斜板２４の外周部は２
個ずつの球体２８およびシユー２９を介してピス
トン１８と係合させられており、回転軸２２と共
に斜板２４が回転させられることにより、ピスト
ン１８はシリンダボア１６内を往復駆動される。
この時、ピストン１８から斜板２４に加えられる
軸方向の荷重は、斜板２４のボス部の両端部に設
けられた一対のスラストベアリング３０によつて
受けられる。

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

以上、フロント側について詳細に説明したが、
リヤ側においてもほぼ同様で、リヤブロツク１２
の端面には吸入弁シート３２、バルブプレート３
４およびガスケツト３６を間に挾んでリヤハウジ
ング５８が固定されており、冷媒ガスはリヤハウ
ジング５８内の吸入室６０から吸入弁４４を備え
た吸入口４０を経てシリンダボア１６内に吸入さ
れ、吐出弁４６を備えた吐出口４２を経て吐出室
６２へ吐出される。

フロント側吐出室５２とリヤ側吐出室６２とは
図示しない吐出通路を経て共通の吐出ポートに連
通させられているとともに、フロント側吸入室５
０とリヤ側吸入室６０とは、複数の吸入通路６４
によつて斜板室２０に連通させられ、更に図示し
ない吸入ポートに連通させられている。吸入通路
６４は、フロントブロツク１０、リヤブロツク１
２、フロントハウジング３８およびリヤハウジン
グ５８を締め付けるためのボルト６６の挿通孔を
も兼ねている。

前記ピストン１８の両頂面６８は、それぞれピ
ストン１８の軸線に対して直角に形成され、それ
ら両頂面６８と、バルブプレート３４と共にシリ
ンダ端壁をなす吸入弁シート３２の内面６９とが
全体にわたつて互いに平行とされている。そし
て、ピストン１８が斜板２４の回転に伴つて一方
の前進端位置まで前進させられた時、それの頂面
６８と内面６９との間の隙間、すなわちトツプク
リアランス７０は極めて小さく、吸入冷媒ガスの
ほぼ全量を吐出口４２から吐出するようになつて
いる。なお、第１図はピストン１８がフロント側
の前進端位置まで前進させられた状態を示したも
のである。

両頂面６８には、第２図から明らかなようにそ
れぞれ４個の有底円穴７２，７３，７４および７
５が穿設されて、頂面６８が部分的に陥没させら
れている。有底円穴７２乃至７５はいずれも頂面
６８の吐出口４２に対応する位置からピストン１
８の往復動方向とは直角な方向に離れた位置に設
けられており、有底円穴７２は吸入口４０にほぼ
対応する位置に設けられている。また、有底円穴
７３は吐出口４２に対応する位置と有底円穴７２
とのほぼ中間位置に、有底円穴７４および７５は
頂面６８の外周部であつて吸入口４０の中心と吐
出口４２の中心とを結ぶ直線から互に反対側へ等
距離隔たつた位置にそれぞれ設けられている。こ
れにより、前記トツプクリアランス７０は、これ
ら有底円穴７２乃至７５が設けられた部分のみ、
他の部分に比較して大きくなつているのである。

以上のように構成された圧縮機において、回転
軸２２に回転トルクが加えられ斜板２４が回転さ
せられると、シリンダボア１６内においてピスト
ン１８が往復運動を開始する。そして、例えばピ
ストン１８がフロント側へ駆動されると、シリン
ダボア１６のフロント側においてはピストン１８
が前進させられることとなり、冷媒ガスが圧縮さ
れつつ吐出口４２から吐出室５２内に吐出され
る。また、シリンダボア１６のリヤ側においては
ピストン１８が後退させられることとなり、吸入
室６０内の冷媒ガスが吸入口４０からシリンダボ
ア１６内に吸入される。

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

以上のようなことから、ピストン１８が高速度
で更に前進させられても、吐出口４２からはその
近傍の冷媒ガスのみが吐出され、吐出口４２から
離れた部分に位置する冷媒ガスはそのまま圧縮さ
れることとなる。ここで、本実施例のピストン１
８の頂面６８には、このような冷媒ガスの流通が
阻害される部分すなわち吐出口４２に対応する位
置から離れた部分に４個の有底円穴７２乃至７５
が設けられているため、その有底円穴７２乃至７
５の容積分だけ冷媒ガスの容積が大きくなつて、
ピストン１８の前進に伴う冷媒ガスの容積変化の
割合が小さくなる。したがつて、冷媒ガスの圧縮
率も小さくなり、オーバコンプレツシヨンが緩和
されるのである。すなわち、有底円穴７２乃至７
５は、オーバコンプレツシヨン緩和部をなしてい
るのである。

因みに、ピストン１８が前進端位置まで前進さ
せられた時の頂面６８に作用する圧力分布を第３
図ａに示し、同図のＡ−Ｂ線上の圧力分布を第３
図ｂに示す。また、ピストン１８の頂面６８が内
面６９に対して完全に平行な平面とされた従来の
場合について、第４図ａ，ｂに示す。これらの図
から明らかなように、頂面６８が完全な平面とさ
れた従来の場合には、吐出口４２から離隔するに
したがつて圧力が急激に上昇しているが、本実施
例の場合にはそのような圧力の上昇が見られず、
ピストン１８の頂面６８に作用する圧力が略均一
となつている。

その後、ピストン１８が後退させられると、吸
入口４０から冷媒ガスが吸入される。この時、上
記ピストン１８の頂面６８と内面６９との間のト
ツプクリアランス７０内に残留していた冷媒ガス
は、ピストン１８の後退とともに再膨脹するが、
この再膨脹する冷媒ガスの量は有底円穴７２乃至
７５を設けない場合と殆ど変わらないため、有底
円穴７２乃至７５を設けてオーバコンプレツシヨ
ンを低減させたことにより体積効率が低下するこ
とはない。しかも有底円穴７２乃至７５はいずれ
も吸入口４０に対応する位置若しくはその近傍に
設けられているため、有底円穴７２乃至７５を設
けたことによる体積効率の低下は一層有効に防止
される。吸入時においては冷媒ガスが吸入される
吸入口４０の近傍ほど圧力が高くなるため、残留
冷媒ガスの再膨脹が吸入された冷媒ガスによつて
抑制されるからである。

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

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

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

例えば、前述の実施例においてピストン１８の
頂面６８に１個の有底円穴７２のみを設けた場合
には、オーバコンプレツシヨン発生時に頂面６８
に作用する圧力の分布は第５図ａに示すようにな
り、そのＡ−Ｂ線上の圧力分布は同図ｂに示すよ
うになる。したがつて、頂面６８にオーバコンプ
レツシヨン緩和部を設けない第４図ａ，ｂに示す
従来の場合に比較して、特に吐出口４２から離れ
た部分におけるオーバコンプレツシヨンが緩和さ
れる。

また、第６図ａ，ｂは、頂面６８に３個の有底
円穴７２，７４および７５を設けた場合の、オー
バコンプレツシヨン発生時における圧力分布を示
したものであるが、この場合には上記第５図に示
す場合に比較して、オーバコンプレツシヨンが一
層が効果的に緩和される。

さらに、オーバコンプレツシヨン緩和部は必ず
しも上記のような有底円穴から形成する必要はな
く、例えば第７図に誇張して示すピストン７６の
ように、その頂面７８を全体的に前記内面６９と
平行でない曲面とすることによつてオーバコンプ
レツシヨン緩和部を形成することも可能である。
すなわち、前記第４図ａに示すオーバコンプレツ
シヨンの圧力分布から、その圧力が高い部分程頂
面７８と内面６９との間の隙間が大きくなるよう
に頂面７８を形成するのである。この場合には前
記各実施例に比較して、オーバコンプレツシヨン
を一層均一にすることができる。

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

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

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

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

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である斜板式冷媒ガ
ス圧縮機の正面断面図である。第２図は上記圧縮
機のピストン頂面を示す平面図である。第３図ａ
はピストン頂面に作用するオーバコンプレツシヨ
ン時の圧力分布を示す図で、同図ｂはそのＡ−Ｂ
線上の圧力分布を示す図である。第４図ａ，ｂは
オーバコンプレツシヨン緩和部を有しない従来の
圧縮機においてオーバコンプレツシヨン時にピス
トン頂面に作用する圧力の分布を示す図で、第３
図ａ，ｂに対応する図である。第５図ａ，ｂおよ
び第６図ａ，ｂは、それぞれ本発明の他の実施例
においてピストン頂面に作用するオーバコンプレ
ツシヨン時の圧力分布を示す図で、第３図ａ，ｂ
に対応する図である。第７図は本発明の更に別の
実施例の要部を示す図で、ピストンの頂面近傍の
断面図である。 １４…シリンダブロツク、１６…シリンダボ
ア、１８，７６…ピストン、２４…斜板、４０…
吸入口、４２…吐出口、６８，７８…頂面、｛３
２…吸入弁シート、３４…バルブプレート｝（シ
リンダ端壁）、７０…トツプクリアランス、７２，
７３，７４，７５…有底円穴。

Claims (1)

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