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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben und einen Kolbenkompressor.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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JP 2001-32935 A offenbart einen Kolbenring, der einen Dichtungsring hat, in dem eine Verbindungsstelle vorgesehen ist, und einen Stützring hat, der in Kontakt mit einem Innenumfang des Dichtungsrings angeordnet ist, wobei der Stützring einen Druck eines Gases gleichmäßig zu dem Dichtungsring überträgt. In dem Kolbenring von
JP 2001-32935 A wird durch Verriegeln des Stützrings an einem vorstehenden Abschnitt des Dichtungsrings ein Überlappen von Verbindungsstellen und ein Verankern der Ringe miteinander verhindert, so dass eine Dichtungseigenschaft des Kolbenrings verbessert ist. Jedoch ist mit dieser Gestaltung die Dichtungseigenschaft des Kolbens hoch. Somit wird in einem Fall einer Verwendung in einem Hochdruckkompressor ein großer Differenzialdruck auf einen Teil der Kolbenringe aufgebracht, und es gibt eine Möglichkeit, dass sich die Lebensdauer des Kolbenrings verkürzt.
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Des Weiteren offenbart
JP 2008-157076 A einen Kolbenkompressor mit Kolbenringen, die ausgebildet sind, um ein Gas aus Verbindungsstellen entweichen zu lassen. In
JP 2008-157076 A ist eine Größe von Verbindungsstellenfreiräumen der Kolbenringe eingestellt, um von der Hochdruckseite zu der Niedrigdruckseite kleiner zu werden. Das heißt, in diesem Kolbenkompressor wird, indem bewirkt wird, dass ein Differenzialdruck, der auf die Kolbenringe aufgebracht wird, gleich bzw. ähnlich ist, ein Fortschreiten einer lokalen Abnutzung der Kolbenringe unterdrückt, und dadurch wird die Lebensdauer der Kolbenringe verlängert.
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In dem Kolbenkompressor von
JP 2008-157076 A wird der Differenzialdruck durch Einstellen der Größe der Verbindungsstellenfreiräume der Kolbenringe gleich bzw. ähnlich gemacht. Jedoch schreitet in diesem Kolbenkompressor eine Abnutzung der Kolbenringe mit einem Verstreichen der Zeit durch eine Hin- und Herbewegung des Kolbens fort. Somit kann die Größe der Verbindungsstellenfreiräume zu einer Größe geändert werden, die sich von der festgelegten Größe unterscheidet. Deshalb wird ein Zustand, in dem der Differenzialdruck der Kolbenringe eingestellt ist, mit einem Verstreichen der Zeit weniger leicht beibehalten, und ein großer Differenzialdruck wird auf einen Teil der Kolbenringe aufgebracht, und es gibt eine Möglichkeit, dass die Lebensdauer des Kolbenrings verkürzt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem Kolben, der eine Vielzahl von Kolbenringen hat, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem eine Differenz bzw. Abweichung eines Differenzialdrucks zwischen der Vielzahl von Kolbenringen verringert ist, selbst nach einem Verstreichen der Zeit, und die Lebensdauer der Kolbenringe zu verlängern.
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Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen, ist der Kolben gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kolben, der für einen Kolbenkompressor verwendet wird, der einen Zylinder hat, wobei der Kolben einen Kolbenkörper, in dem eine Vielzahl von Ringnuten ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Kolbenringen hat, die entsprechend in der Vielzahl von Ringnuten des Kolbenkörpers angeordnet sind. Eine Leckagenut ist an einer niedrigdruckseitigen Fläche von wenigstens einer der Vielzahl von Ringnuten ausgebildet und, in einem Zustand, in dem der Kolbenring, der zu der Leckagenut korrespondiert, an der niedrigdruckseitigen Fläche anliegt, während er an dem Zylinder anliegt, gewährleistet die Leckagenut eine Verbindung zwischen einem Raum an der Hochdruckseite des Kolbenrings, der zu der Leckagenut korrespondiert, und einem Raum an der Niedrigdruckseite des Kolbenrings, der zu der Leckagenut korrespondiert.
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Mit dem Kolben, der in solch einer Weise ausgebildet ist, da ein Gas von dem Raum an der Hochdruckseite zu dem Raum an der Niedrigdruckseite durch die Leckagenut entweicht, ist es möglich, einen Differenzialdruck zu verringern, der auf die Kolbenringe aufgebracht wird. Deshalb wird in der Vielzahl von Kolbenringen, auf die Differenzialdrücke von unterschiedlicher Größe aufgebracht werden, eine Differenz bzw. Abweichung eines Differenzialdrucks zwischen den Kolbenringen ausgeglichen bzw. verringert. Somit ist es möglich, ein Aufbringen eines großen Differenzialdrucks auf einen Teil der Kolbenringe zu unterdrücken. Da die Leckagenut in der Ringnut angeordnet ist, die durch ein Gleiten des Kolbens nicht leicht beeinflusst wird, ist es möglich, ein zeitliches Voranschreiten einer Abnutzung der Leckagenut zu unterdrücken. Deshalb ist es in dem Kolben, der die Vielzahl von Kolbenringen hat, möglich, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem die Differenz eines Differentialdrucks zwischen der Vielzahl von Kolbenringen ausgeglichen bzw. verringert ist, selbst nach einem Verstreichen der Zeit. Somit ist es möglich, die Lebensdauer der Kolbenringe zu verlängern.
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Der Kolbenkörper kann einen Kolbenschaft, ein erstes Kolbenbauteil, das auf den Kolbenschaft gepasst ist, und ein zweites Kolbenbauteil haben, das als ein von dem ersten Kolbenbauteil separater Körper ausgebildet und auf den Kolbenschaft gepasst ist. Das erste Kolbenbauteil kann die niedrigdruckseitige Fläche haben, in der die Leckagenut ausgebildet ist, das zweite Kolbenbauteil kann eine hochdruckseitige Fläche haben, die angeordnet ist, um der niedrigdruckseitigen Fläche gegenüber zu liegen, und die Ringnuten können zwischen dem ersten Kolbenbauteil und dem zweiten Kolbenbauteil ausgebildet sein.
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In diesem Aspekt sind das erste Kolbenbauteil und das zweite Kolbenbauteil als separate Körper ausgebildet. Somit ist es vor einem Zusammenbauen des Kolbenkörpers möglich, einen Zustand herzustellen, in dem die Leckagenut an der niedrigdruckseitigen Fläche leichter bearbeitet bzw. hergestellt werden kann.
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Wenigstens eine Leckagenut kann in jeder von wenigstens zwei Ringnuten von der Vielzahl von Ringnuten ausgebildet sein, und die Anzahl der Leckagenuten kann zwischen der Vielzahl von Ringnuten eingestellt sein.
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In diesem Aspekt, da die Anzahl der Leckagenuten zwischen wenigsten zwei Ringnuten eingestellt ist, ist es möglich, eine Strömungsrate des Gases, das von dem Raum an der Hochdruckseite zu dem Raum an der Niedrigdruckseite zwischen der Vielzahl von Ringnuten entweicht, einzustellen. Es ist möglich, die Anzahl der Leckagenuten für den Kolbenring, der einen großen Differenzialdruck hat, zu erhöhen, und die Anzahl der Leckagenuten für den Kolbenring, der einen kleinen Differenzialdruck hat, zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Differenz des Differenzialdrucks zwischen der Vielzahl von Kolbenringen wirksamer auszugleichen bzw. zu verringern.
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Die Leckagenut kann in jeder von wenigstens zwei Ringnuten von der Vielzahl von Ringnuten ausgebildet sein, und eine Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten kann zwischen der Vielzahl von Ringnuten eingestellt sein.
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In diesem Aspekt, da die Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten zwischen wenigstens zwei Ringnuten eingestellt ist, ist es möglich, eine Strömungsrate des Gases, das von dem Raum an der Hochdruckseite zu dem Raum an der Niedrigdruckseite strömt, zwischen der Vielzahl von Ringnuten einzustellen. Deshalb ist es möglich, die Strömungsdurchgangsfläche für den Kolbenring, der einen großen Differenzialdruck hat, zu erhöhen, und die Strömungsdurchgangsfläche für den Kolbenring, der einen kleinen Differenzialdruck hat, zu verringern. Dadurch ist es möglich, die Differenz des Differenzialdrucks zwischen der Vielzahl von Kolbenringen wirksamer auszugleichen bzw. zu verringern.
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Der Kolben kann in einem Kolbenkompressor vorgesehen sein, der einen Zylinder, der den Kolben gleitbar beherbergt, und einen Kurbelmechanismus hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, in dem Kolben, der die Vielzahl von Kolbenringen hat, möglich, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem die Differenz des Differentialdrucks zwischen der Vielzahl von Kolbenringen erleichtert bzw. verringert ist, selbst nach einem Verstreichen der Zeit, und die Lebensdauer der Kolbenringe zu verlängern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil eines Kolbenkompressors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Teil eines Kolbens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 3 ist ein Gestaltungsdiagramm, das schematisch einen Teil des Kolbens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die schematisch eine Ringnut eines Kolbenkörpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
- 5A bis 5C sind Gestaltungsdiagramme, die schematisch die Ringnut gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.
- 6A bis 6C sind Schnittansichten, die schematisch eine Leckagenut gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen.
- 7 ist ein Gestaltungsdiagramm, das schematisch einen Teil eines Kolbenkörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
- 8 ist ein Gestaltungsdiagramm, das schematisch einen Teil des Kolbenkörpers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Gestaltung eines Kolbenkompressors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (nachstehend als der „Kompressor 100“ bezeichnet) zeigt. In der folgenden Beschreibung werden Richtungsindikatoren wie „oben“ und „unten“ verwendet. Diese Richtungsindikatoren sollen nur die Beschreibung klarstellen und sind nicht in einer beschränkenden Weise zu interpretieren.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat der Kompressor 100 einen Zylinder 10, einen Kolben 20, der in dem Zylinder 10 angeordnet ist, ein Ansaugventil 12 und ein Abgabeventil 14, die jeweils an Seitenflächen des Zylinders 10 angeordnet sind, und einen Zylinderkopf 16, der an einer oberen Fläche 10A des Zylinders 10 angeordnet ist. Der Kompressor 100 hat des Weiteren einen Kurbelmechanismus (nicht gezeigt), der an der unteren Seite des Zylinders 10 angeordnet ist, wobei der Kurbelmechanismus bewirkt, dass sich der Kolben 20 in der Richtung nach oben und unten in dem Zylinder 10 hin und her bewegt.
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In dem Zylinder 10 ist ein säulenförmiger Innenraum 10B, der sich in einer Richtung erstreckt und an der oberen Fläche 10A des Zylinders 10 öffnet, ausgebildet, und eine Öffnung der oberen Fläche 10A ist durch den Zylinderkopf 16 geschlossen. In dem Zylinder 10 sind ein Ansaugströmungsdurchgang 10E, der sich zu der Seite von dem Innenraum 10B erstreckt und an der Seitenfläche des Zylinders 10 öffnet, und ein Abgabeströmungsdurchgang 10F, der sich zu der zu der vorstehenden Seite von dem Innenraum 10B entgegengesetzten Seite erstreckt und an der zu dem Ansaugströmungsdurchgang 10E des Zylinders 10 entgegengesetzten Seitenfläche öffnet, ausgebildet.
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In dem Ansaugströmungsdurchgang 10E ist das Ansaugventil 12, das mit der Seitenfläche des Zylinders 10 kombiniert ist, vorgesehen. Das Ansaugventil 12 ist ein Rückschlagventil, das ein Einströmen eines Gases von einer Außenseite zu dem Innenraum 10B gestattet, und ist mit einem Rohr bzw. einer Leitung (nicht gezeigt) zum Zuführen des Gases von der Außenseite zu dem Innenraum 10B verbunden.
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In dem Abgabeströmungsdurchgang 10F ist das Abgabeventil 14, das mit der Seitenfläche des Zylinders 10 kombiniert ist, vorgesehen. Das Abgabeventil 14 ist ein Rückschlagventil, das ein Ausströmen des Gases von dem Innenraum 10B zu der Außenseite gestattet, und ist mit einem Rohr bzw. einer Leitung (nicht gezeigt) zum Strömen des Gases, das von dem Innenraum 10B abgegeben wird, verbunden.
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Der Kolben 20 ist in dem Innenraum 10B koaxial zu dem Zylinder 10 angeordnet und hat eine axiale Länge, die kürzer ist als eine axiale Länge des Zylinders 10. In dem Innenraum 10B des Zylinders 10 funktioniert ein Teil zwischen dem Kolben 20 und dem Zylinderkopf 16 als eine Kompressionskammer 10C. Der Ansaugströmungsdurchgang 10E und der Abgabeströmungsdurchgang 10F sind jeweils mit der Kompressionskammer 10C in Verbindung.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, hat der Kolben 20 einen säulenförmigen Kolbenkörper 22 und eine Vielzahl von Kolbenringen 30, die an einer Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 angeordnet sind. Ein Außendurchmesser des Kolbenkörpers 22 ist geringfügig kleiner als ein Durchmesser einer Innenumfangsfläche des Zylinders 10. Deshalb ist ein ringförmiger Kolbenfreiraum 50 zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 und der Innenumfangsfläche des Zylinders 10 ausgebildet. In 1 und 3 ist der Kolbenfreiraum 50 übertriebener dargestellt als er in der Realität ist.
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An der Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 sind eine Vielzahl von Ringnuten 24, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, ausgebildet, wobei die Ringnuten 24 voneinander beabstandet sind. Der Kolbenring 30 ist in jeder der Ringnuten 24 angeordnet. Die Vielzahl der Kolbenringe 30 sind Dichtungsbauteile, die zum Unterdrücken einer Leckage des Gases von der Kompressionskammer 10C zu der Seite des Kurbelmechanismus über den Kolbenfreiraum 50 vorgesehen sind. Jeder der Kolbenringe 30 ist in einer Ringform ausgebildet und hat einen Füge- bzw. Verbindungsstellenabschnitt, der ausgebildet ist, als ob der Ring abgeschnitten bzw. durchgeschnitten ist.
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Die Vielzahl von Ringnuten 24 hat Ringnuten 24A, 24B, 24C ... 24X, 24Y, 24Z, die in dieser Reihenfolge von der Seite der Kompressionskammer 10C angeordnet sind. Das heißt die Ringnut 24A ist eine Ringnut, die bei der nächsten Position zu der Kompressionskammer 10C angeordnet ist, und die Ringnut 24Z ist eine Ringnut, die bei der nächsten Position zu der Kurbelmechanismusseite angeordnet ist.
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Wie in einer vergrößerten Ansicht von 4 gezeigt ist, hat jede der Ringnuten 24 eine innere Bodenfläche 26, eine hochdruckseitige Fläche 27 und eine niedrigdruckseitige Fläche 28. Durch die Ringnut 24 ist ein Raum, der einen rechteckigen Schnitt hat, zum Anordnen des Kolbenrings 30 ausgebildet.
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Die innere Bodenfläche 26 ist an einer säulenförmigen Fläche des Kolbenkörpers 22 ausgebildet und liegt einer Innenumfangsfläche des Kolbenrings 30 gegenüber. Ein Durchmesser der ringförmigen inneren Bodenfläche 26 ist kleiner als der Außendurchmesser des Kolbenkörpers 22 und kleiner als ein Innendurchmesser des Kolbenrings 30. Deshalb ist ein bodenflächenseitiger Freiraum 33 zwischen der inneren Bodenfläche 26 und dem Kolbenring 30 ausgebildet. Eine Länge der inneren Bodenfläche 26 in der Axialrichtung des Kolbens 20 ist geringfügig größer als eine Breite des Kolbenrings (Länge in der Axialrichtung des Kolbens 20). Deshalb ist ein seitenflächenseitiger Freiraum 34, der mit dem bodenflächenseitigen Freiraum 33 in Verbindung ist, zwischen der hochdruckseitigen Fläche 27 oder der niedrigdruckseitigen Fläche 28 und dem Kolbenring 30 ausgebildet.
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Die hochdruckseitige Fläche 27 ist eine ringförmige Seitenfläche, die eine Endfläche der Ringnut 24 an der Seite der Kompressionskammer 10C teilt, einen Randabschnitt nahe der Kompressionskammer 10C in der inneren Bodenfläche 26 und die Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 verbindet, und der unteren Seite (der Seite des Kurbelmechanismus) zugewandt ist. Die hochdruckseitige Fläche 27 liegt einer Seitenfläche des Kolbenrings 30 an der Hochdruckseite gegenüber.
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Die niedrigdruckseitige Fläche 28 ist eine ringförmige Seitenfläche, die eine Endfläche der Ringnut 24 an der Kurbelmechanismusseite teilt, einen Randabschnitt nahe des Kurbelmechanismus in der inneren Bodenfläche 26 und die Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 verbindet, und der oberen Seite (der Seite der Kompressionskammer 10C) zugewandt ist. Die niedrigdruckseitige Fläche 28 liegt einer Seitenfläche des Kolbenrings 30 an der Niedrigdruckseite gegenüber.
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In einem Zustand, in dem der Kolbenring 30 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 anliegt, während er an der Innenumfangsfläche des Zylinders 10 anliegt, ist der Kolbenfreiraum 50 zwischen dem Zylinder 10 und dem Kolben 20 in einen hochdruckseitigen Raum 52 und einen niedrigdruckseitigen Raum 54 durch den Kolbenring 30 geteilt. Der hochdruckseitige Raum 52 ist ein Raum an der Seite näher zu der Kompressionskammer 10C als zu dem Kolbenring 30. Der niedrigdruckseitige Raum 54 ist ein Raum an der Seite näher zu dem Kurbelmechanismus als zu dem Kolbenring 30.
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Leckagenuten 40, die sich von der inneren Bodenfläche 26 zu der Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22 erstrecken, sind an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 ausgebildet. Innere Enden der Leckagenuten 40 öffnen, um mit dem bodenflächenseitigen Freiraum 33 in der Ringnut 24 in Verbindung zu sein, und äußere Enden öffnen an der Außenumfangsfläche des Kolbenkörpers 22. Deshalb ist in einem Zustand, in dem der Kolbenring 30 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 anliegt, ein Strömungsdurchgang, der eine Verbindung zwischen dem hochdruckseitigen Raum 52 und dem niedrigdruckseitigen Raum 54 vorsieht, durch die Leckagenuten 40, den bodenflächenseitigen Freiraum 33 und den seitenflächenseitigen Freiraum 34 ausgebildet.
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Die Leckagenuten 40 können in jeder der Ringnuten 24 vorgesehen sein oder können in einigen der Ringnuten 24 vorgesehen sein. Für jede der Ringnuten 24 kann die gleiche Anzahl von Leckagenuten 40 vorgesehen sein oder die unterschiedliche Anzahl von Leckagenuten 40 kann vorgesehen sein. Beispielsweise zeigen 5A bis 5C Beispiele, in denen acht, vier und zwei Leckagenuten 40 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 ausgebildet sind. Das heißt zwischen der Vielzahl von Ringnuten 24 ist die Anzahl der Leckagenuten 40 eingestellt. Dadurch ist zwischen der Vielzahl von Ringnuten 24 eine Strömungsrate des Gases, das von dem hochdruckseitigen Raum 52 zu dem niedrigdruckseitigen Raum 54 strömt, eingestellt.
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Die Anzahl der Leckagenuten 40, die an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 vorgesehen ist, ist nicht auf acht, vier und zwei beschränkt. Beispielsweise können an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 sechs, drei und eine Leckagenut 40 vorgesehen sein oder eine andere Anzahl von Leckagenuten 40 kann vorgesehen sein. In einem Fall, in dem die Vielzahl von Leckagenuten 40 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 vorgesehen ist, können die Vielzahl von Leckagenuten 40 in gleichen Abständen voneinander beabstandet sein oder können in ungleichen Abständen voneinander beabstandet sein.
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In jeder der Ringnuten 24 ist die Anzahl der Leckagenuten 40 gemäß einer Größe eines Differenzialdrucks eingestellt, der auf den Kolbenring 30 aufgebracht wird, der in der Ringnut 24 angeordnet ist. Beispielsweise ist in der Ringnut 24A des Kolbenrings 30, der bei der nächsten Position zu der Kompressionskammer 10C angeordnet ist, wo der Differenzialdruck sehr leicht groß wird, die größte Anzahl (wie acht) der Leckagenuten 40 vorgesehen. Der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24B, die benachbart zu der Niedrigdruckseite der Ringnut 24A ist, ist kleiner als der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24A. Somit ist in der Ringnut 24B die gleiche Anzahl der Leckagenuten 40 wie in der Ringnut 24A oder weniger (wie vier) vorgesehen. Des Weiteren ist der Differenzialdruck des Kolbenrings der Ringnut 24C, die benachbart zu der Niedrigdruckseite der Ringnut 24B ist, kleiner als der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24B. Somit ist in der Ringnut 24C die gleiche Anzahl der Leckagenuten 40 wie in der Ringnut 24B oder weniger (wie zwei) vorgesehen. Alternativ können auch keine Leckagenuten 40 in der Ringnut 24C vorgesehen sein.
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In gleicher Weise ist beispielsweise in der Ringnut 24Z des Kolbenrings 30, der bei der nächsten Position zu dem Kurbelmechanismus angeordnet ist, wo der Differenzialdruck sehr leicht groß wird, die größte Anzahl (wie acht) der Leckagenuten 40 vorgesehen sein. Der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24Y, die benachbart zu der Hochdruckseite der Ringnut 24Z ist, ist kleiner als der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24Z. Somit ist in der Ringnut 24Y die gleiche Anzahl der Leckagenuten 40 oder weniger (wie beispielsweise vier) wie in der Ringnut 24Z vorgesehen. Des Weiteren ist der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24X, die benachbart zu der Hochdruckseite der Ringnut 24Y ist, kleiner als der Differenzialdruck des Kolbenrings 30 der Ringnut 24Y. Somit ist in der Ringnut 24X die gleiche Anzahl der Leckagenuten 40 wie in der Ringnut 24Y oder weniger (wie zwei) vorgesehen. Alternativ können auch keine Leckagenuten 40 in der Ringnut 24X vorgesehen sein.
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(Betriebsvorgänge, Betriebe und Wirkungen)
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Zu der Zeit des Betreibens des Kompressors 100 folgt der Kolben 20 einer Hin- und Herbewegung des Kurbelmechanismus und gleitet in dem Zylinder 10, und die Kompressionskammer 10C wiederholt eine Kompression und eine Expansion. Infolge der Kompression und der Expansion der Kompressionskammer 10C wird das Gas von der Außenseite zu der Kompressionskammer 10C über das Ansaugventil 12 angesaugt und das Gas, dessen Druck verstärkt worden ist, wird von der Kompressionskammer 10C zu der Außenseite über das Abgabeventil 14 abgegeben.
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Ein Teil des Gases, dessen Druck in der Kompressionskammer 10C verstärkt worden ist, strömt in den Kolbenfreiraum 50 zwischen dem Zylinder 10 und dem Kolben 20. Dieses Gas geht durch die Ringnut 24 und entweicht zu der Kurbelmechanismusseite. Zu dieser Zeit wird der Differenzialdruck auf jeden der Kolbenringe 30 aufgebracht. In dem Kolbenring 30 resultiert dieser Differenzialdruck aus einer Differenz eines Drucks zwischen dem hochdruckseitigen Raum 52 und dem niedrigdruckseitigen Raum 54 des Kolbenrings 30. Durch diesen Differenzialdruck wird der Kolbenring 30 in einen Zustand gebracht, in dem der Kolbenring 30 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 anliegt, während er an der Innenumfangsfläche des Zylinders 10 anliegt.
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In dem Kompressor 100 wird, durch Verteilen des Drucks des Gases, das von der Kompressionskammer 10C zu der Kurbelmechanismusseite entweicht, zu der Vielzahl von Kolbenringen 30, ein großer Differenzialdruck nicht auf jeden der Kolbenringe 30 aufgebracht. Dieser verteilte Differenzialdruck ist nicht gleich über die Kolbenringe 30, sondern es wird eine Differenz zwischen den Kolbenringen 30 erzeugt. Das heißt ein relativ großer Differenzialdruck kann auf einige Kolbenringe 30 aufgebracht werden. In diesem Fall kann eine Abnutzung des Kolbenrings 30, auf den ein relativ großer Differenzialdruck aufgebracht wird, leicht voranschreiten.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind jedoch die Leckagenuten 40 in der Ringnut 24 vorgesehen, und das Gas entweicht von dem hochdruckseitigen Raum 52 zu dem niedrigdruckseitigen Raum 54 durch die Leckagenuten 40. Somit wird der Differenzialdruck verringert, der auf die Kolbenringe 30 aufgebracht wird. Deshalb ist es selbst in dem Fall, in dem eine Differenz bei dem Differenzialdruck zwischen den Kolbenringen 30 erzeugt wird, durch Verringern des Differenzialdrucks des Kolbenrings 30 durch die Leckagenuten 24 für die Ringnut 24 des Kolbenrings 30, wo der Differenzialdruck groß ist, möglich, die Differenz des Differenzialdrucks zwischen den Kolbenringen 30 auszugleichen bzw. zu reduzieren. Deshalb ist es möglich, ein Aufbringen eines großen Differenzialdrucks auf einige Kolbenringe 30 zu unterdrücken.
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Des Weiteren, da die Leckagenuten 40 an der niedrigdruckseitigen Fläche 28 der Ringnut 24 ausgebildet sind, werden eine Abnutzung und eine Verformung aufgrund eines Gleitens des Kolbens 20 nicht leicht erzeugt. Deshalb ist es in dem Kompressor 100 möglich, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem die Differenz des Differenzialdrucks zwischen den Kolbenringen 30 ausgeglichen bzw. verringert ist, selbst nach einem Verstreichen der Zeit. Somit ist es möglich, die Lebensdauer der Vielzahl von Kolbenringen 30 zu verlängern.
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Des Weiteren, da die Anzahl der Leckagenuten 40 zwischen der Vielzahl von Ringnuten 24 eingestellt ist, ist es möglich, den Differenzialdruck, der auf die Kolbenringe 30 aufgebracht wird, gemäß der Anzahl der Leckagenuten 40 zu verringern. Das heißt durch Erhöhen der Anzahl der Leckagenuten 40 für den Kolbenring 30, auf den ein großer Differenzialdruck aufgebracht wird, und Verringern der Anzahl der Leckagenuten 40 für den Kolbenring 30, auf den ein kleiner Differenzialdruck aufgebracht wird, ist es möglich, die Differenz des Differenzialdrucks zwischen den Kolbenringen 30 wirksamer auszugleichen bzw. zu verringern.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein Kompressor 100 eines zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Kompressor 100 des ersten Ausführungsbeispiels in einem Punkt, dass eine Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten 40 eingestellt ist, wie in 6A bis 6C gezeigt ist.
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Beispielsweise zeigen 6A bis 6C Beispiele von Leckagenuten 40, deren Strömungsdurchgangsflächen dadurch unterschiedlich sind, dass sie unterschiedliche Nuttiefen oder Nutbreiten haben. Eine Nuttiefe einer Leckagenut 40B von 6B ist eine Nuttiefe 2D, die größer ist als eine Nuttiefe 1D einer Leckagenut 40A von 6A, und eine Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenut 40B ist größer als eine Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenut 40A. Eine Nutbreite einer Leckagenut 40C von 6C ist eine Nutbreite 2W, die größer ist als eine Nutbreite 1W der Leckagenut 40A von 6A, und eine Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenut 40C ist größer als die Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenut 40A.
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In dem Kompressor 100, der in solch einer Weise ausgebildet ist, da die Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten 40 zwischen der Vielzahl von Ringnuten 24 eingestellt ist, ist es möglich, einen Differenzialdruck, der auf Kolbenringe 30 aufgebracht wird, gemäß der Strömungsdurchgangsfläche zu verringern. Das heißt durch Erhöhen der Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten 40 für den Kolbenring 30, auf den ein großer Differenzialdruck aufgebracht wird, und Verringern der Strömungsdurchgangsfläche der Leckagenuten 40 für den Kolbenring 30, auf den ein kleiner Differenzialdruck aufgebracht wird, ist es möglich, eine Differenz eines Differenzialdrucks zwischen den Kolbenringen 30 wirksamer auszugleichen bzw. zu verringern.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein Kompressor 100 eines dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem Kompressor 100 des ersten Ausführungsbeispiels in einem Punkt, dass ein Kolbenkörper 22 unterteilt sein kann.
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Wie in 7 gezeigt ist, hat der Kolbenkörper 22 einen säulenförmigen Kolbenschaft 67, der sich in einer Richtung erstreckt, und eine Vielzahl von Kolbenbauteilen 60, die an den Kolbenschaft 67 gepasst sind. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die Vielzahl von Kolbenbauteilen 60 ein erstes Kolbenbauteil 61, ein zweites Kolbenbauteil 62 und ein Zwischenkolbenbauteil 63, die jeweils als separate Körper ausgebildet sind.
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Das erste Kolbenbauteil 61, das zweite Kolbenbauteil 62 und das Zwischenkolbenbauteil 63 sind Teile, die eine Ringnut 24 ausbilden. Der Kolbenkörper 22 hat die große Anzahl von ersten Kolbenbauteilen 61, zweiten Kolbenbauteilen 62 und Zwischenkolbenbauteilen 63.
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Das Zwischenkolbenbauteil 63 ist zwischen dem ersten Kolbenbauteil 61 und dem zweiten Kolbenbauteil 62 angeordnet. Ein Außendurchmesser des ersten Kolbenbauteils 61 ist gleich zu einem Außendurchmesser des zweiten Kolbenbauteils 62. Ein Außendurchmesser des Zwischenkolbenbauteils 63 ist kleiner als der Außendurchmesser des ersten Kolbenbauteils 61 und kleiner als ein Innendurchmesser eines Kolbenrings 30.
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Die Ringnut 24 ist durch Passen des ersten Kolbenbauteils 61, des zweiten Kolbenbauteils 62 und des Zwischenkolbenbauteils 63 auf den Kolbenschaft 67 ausgebildet. Das heißt die Ringnut 24 ist zwischen dem ersten Kolbenbauteil 61 und dem zweiten Kolbenbauteil 62 ausgebildet. Zu dieser Zeit funktioniert eine obere Fläche des ersten Kolbenbauteils 61 als eine niedrigdruckseitige Fläche 28 der Ringnut 24, eine untere Fläche des zweiten Kolbenbauteils 62 funktioniert als eine hochdruckseitige Fläche 27 der Ringnut 24, und eine Außenumfangsfläche des Zwischenkolbenbauteils 63 funktioniert als eine innere Bodenfläche 26 der Ringnut 24. Leckagenuten 40 sind an der oberen Fläche des ersten Kolbenbauteils 61 ausgebildet, die als die niedrigdruckseitige Fläche 28 funktioniert.
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In dem Kompressor 100, der in solch einer Weise ausgebildet ist, ist es möglich, die Leckagenuten 40 in dem ersten Kolbenbauteil 61, das eine Fläche hat, die als die niedrigdruckseitige Fläche 28 funktioniert, in einem Zustand zu bearbeiten bzw. herzustellen, in dem der Kolbenkörper 22 in das erste Kolbenbauteil 61, das zweite Kolbenbauteil 62 und das Zwischenkolbenbauteil 63 unterteilt bzw. zerlegt ist. Somit ist es möglich, die Leckagenuten 40 leichter zu bearbeiten bzw. herzustellen.
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In dem dritten Ausführungsbeispiel kann der Kolbenkörper 22, der zu den Ringnuten 24 korrespondiert, in die drei Kolbenbauteile 61 bis 63 unterteilt sein bzw. zerlegt werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann, wie in 8 gezeigt ist, ein Teil eines Kolbenkörpers 22, der zu einer Ringnut 24 korrespondiert, in ein erstes Kolbenbauteil 61 und ein zweites Kolbenbauteil 62, dessen Außenumfangsfläche stufenweise ausgebildet ist, unterteilt sein bzw. zerlegbar werden.
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In diesem Fall hat das zweite Kolbenbauteil 62 einen säulenförmigen ersten Teil 62a mit einem Außendurchmesser, der kleiner als ein Außendurchmesser des ersten Kolbenbauteils 61 und kleiner als ein Innendurchmesser eines Kolbenrings 30 ist, und einen säulenförmigen zweiten Teil 62b benachbart zu dem ersten Teil 62a in der Axialrichtung eines Kolbens 20, wobei der zweite Teil einen Außendurchmesser von der gleichen Größe wie das erste Kolbenbauteil 61 hat.
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Eine säulenflächenförmige Außenumfangsfläche des ersten Teils 62a funktioniert als eine innere Bodenfläche 26 der Ringnut 24. Der zweite Teil 62b hat eine nach unten gerichtete Fläche, die einen oberen Endrand des ersten Teils 62a und einen unteren Endrand des zweiten Teils 62b verbindet und als eine hochdruckseitige Fläche 27 der Ringnut 24 funktioniert.
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Das zweite Kolbenbauteil 62 ist auf den Kolbenschaft 67 in einem Zustand gepasst, in dem eine untere Fläche des ersten Teils 62a an einer oberen Fläche des ersten Kolbenbauteils 61 anliegt. Dadurch ist die Ringnut 24 zwischen dem ersten Kolbenbauteil 61 und dem zweiten Kolbenbauteil 62 ausgebildet.
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Obwohl eine Beschreibung der anderen Gestaltungen, Betriebe und Wirkungen weggelassen ist, kann die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels und des zweiten Ausführungsbeispiels in das dritte Ausführungsbeispiel aufgenommen werden.
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Die Ausführungsbeispiele, die hierin offenbart sind, sollten als nicht beschränkend, sondern in allen Belangen als beispielhaft verstanden werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die vorstehende Beschreibung gezeigt, sondern durch die Ansprüche, und es ist beabsichtigt, dass alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs gleich zu den Ansprüchen umfasst ist.
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Die Technologie, die in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben ist, wird vorteilhafterweise in verschiedenen technologischen Gebieten eingesetzt, die eine Kompression eines Gases erfordern.
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Ein Kolben hat einen Kolbenkörper, in dem eine Vielzahl von Ringnuten ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Kolbenringen, die jeweils in den Ringnuten angeordnet sind. In dem Kolben ist eine Leckagenut an einer niedrigdruckseitigen Fläche der Ringnut ausgebildet, und in einem Zustand, in dem der Kolbenring an der niedrigdruckseitigen Fläche anliegt, während er an einem Zylinder anliegt, gewährleistet die Leckagenut eine Verbindung zwischen einem hochdruckseitigen Raum und einem niedrigdruckseitigen Raum mit Bezug zu dem Kolbenring.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 200132935 A [0002]
- JP 2008157076 A [0003, 0004]
