JP2006283643A

JP2006283643A - 往復動圧縮機

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Publication number: JP2006283643A
Application number: JP2005103696A
Authority: JP
Inventors: Shingo Miyake; 信吾三宅; Yoshie Tsujimi; 佳恵辻見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】リップリングの耐摩耗性を高めることにより、その耐久性、寿命を向上することができるようにする。
【解決手段】シリンダ１内に往復動可能に設ける揺動ピストン９を、コネクティングロッド１３が一体形成された段付円形状の揺動板１０と、この揺動板１０にボルト１１を用いて締結された円板状のリテーナ１２とから構成する。揺動ピストン９とシリンダ１との間をシールするため環状のリップリング１４を、揺動板１０とリテーナ１２との間に挟持して設ける。そして、このリップリング１４の材料を、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維（ＣＦ）と、銅（Ｃｕ）または銅合金からなる粉末物質と、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とを含有して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気等の流体を圧縮するのに好適に用いられる揺動ピストン式の往復動圧縮機に関する。

一般に、空気等の流体を圧縮する小型の無給油式圧縮機として、所謂ロッキングピストンと呼ばれるピストンをシリンダ内で揺動させつつ往復動させる構成とした揺動ピストン式の往復動圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の従来技術による往復動圧縮機は、筒状のシリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成する揺動ピストンと、該揺動ピストンに設けられ前記シリンダと揺動ピストンとの間をシールする環状のリップリングとにより構成されている。

そして、この場合のリップリングは、例えばシール部材としての摺動性および耐熱性を高めるため、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をベースとするフッ素系樹脂材料に、炭素繊維（ＣＦ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）等を適宜に混合した複合材料を用いて形成されている。

特開平１０−１４８１７８号公報

ところで、上述した従来技術では、揺動ピストンに固定して設けるリップリングを、ポリテトラフルオロエチレン、炭素繊維および二硫化モリブデン等を含んだ複合材料により形成し、シール部材としての摺動性および耐熱性を高めるようにしている。

しかし、上述したリップリングは、揺動ピストンがシリンダの内周面に沿って上，下に摺動しつつ左，右に揺動変位するときに、そのリップ部がシリンダの内面に強く押付けられながら、摺動変位を繰返すために、リップリングの耐久性、寿命を必ずしも十分には確保することができないという問題がある。

特に、このようなリップリングは、シリンダ内の圧縮熱と摩擦熱等にさらされることにより、圧縮運転に伴って高温状態となる上に、リップ部がシリンダの内面に強く押付けられながら、摺動変位を繰返すために、リップリングの強度が低下し易く、これによっても摩耗が促進され、耐久性、寿命が低下するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、リップリングの耐摩耗性を高めることにより、その耐久性、寿命を向上することができるようにした往復動圧縮機を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンに設けられ前記シリンダとピストンとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記リップリングを、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維と、銅または銅合金からなる粉末物質と、二硫化モリブデンと、ポリテトラフルオロエチレンとを含んだ複合材料により形成する構成としたことにある。

また、請求項２の発明によると、前記複合材料は、前記炭素繊維を５〜１５重量％、前記粉末物質を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜８重量％、前記ポリテトラフルオロエチレンを６２〜８７重量％含有する構成としている。

また、請求項３の発明によると、前記複合材料は、前記炭素繊維、粉末物質および二硫化モリブデンの３物質を全体の２０〜３０重量％含有し、前記ポリテトラフルオロエチレンを７０〜８０重量％含有する構成としている。

また、請求項４の発明によると、前記複合材料は、室温において１４ＭＰａの荷重圧力で２４時間後の永久変形が５％以上のポリテトラフルオロエチレンを用いる構成としている。

さらに、請求項５の発明によると、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその先端外径を前記シリンダの内径よりも大きく，その根元外径を外径が前記シリンダの内径に対して９８.３％から９９．３％の範囲内となるように外径寸法を設定してなる構成としている。

上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維と、銅または銅合金からなる粉末物質と、二硫化モリブデンと、ポリテトラフルオロエチレンとを含んだ複合材料を用いてリップリングを形成しているので、リップリングの摩耗量を小さく抑えることができ、耐摩耗性を高めることができる。

この場合、前記複合材料に用いた炭素繊維は、原料の石油ピッチがナフタレン（Ｃ_１０Ｈ_８）留分を多く含むため、多環芳香族系の高分子を含んでおり、光学的等方性が得られ易い。そして、これから合成される石油ピッチ系の炭素繊維は、例えば２０００〜３０００℃の高温下で黒鉛化処理することにより結晶化率を高めることができ、優れた潤滑性を確保して耐摩耗性を向上することができる。これにより、リップリングの耐摩耗性を高めることができ、耐久性、寿命を向上することができる。

また、請求項２に記載の発明は、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維を５〜１５重量％、銅または銅合金からなる粉末物質を５〜１５重量％、二硫化モリブデンを３〜８重量％含み、ポリテトラフルオロエチレンを残りの６７〜８２重量％の範囲内で含んだ複合材料を用いてリップリングを形成することができ、後述の表１にも示すようにリップリングの摩耗量を小さく抑えて、耐摩耗性を高めることができる。

この場合、炭素繊維の含有量が５重量％未満になると、リップリング（シール）としての摩耗が増大する傾向がある。また、炭素繊維を１５重量％よりも多くすると、逆に相手面への攻撃性が高くなり、シールの摩耗を増大させる原因となる。

また、銅または銅合金からなる粉末物質の含有量を５重量％未満にすると、リップリングの熱伝導率が低下し、摺動面の温度上昇を抑えることができない。一方、粉末物質が１５重量％を越えると、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が減少するために、各材料の保持性が低下し、摩耗が増大する傾向がみられる。

また、二硫化モリブデンの含有量が３重量％未満になると、リップリング（シール）としての潤滑性が低下する傾向があり、逆に８重量％を越える二硫化モリブデンを含有させると、これによってポリテトラフルオロエチレンの含有量が減少して、各材料の保持性が低下し、摩耗が増大する傾向がみられる。

また、請求項３に記載の発明によると、複合材料は炭素繊維、粉末物質および二硫化モリブデンの３物質を全体の２０〜３０重量％の範囲内で含有し、ポリテトラフルオロエチレンを７０〜８０重量％含有する構成とすることにより、リップリングの耐摩耗性を高め、耐久性、寿命を向上することができる。

そして、ポリテトラフルオロエチレンの含有量を７０重量％未満にすると、リップリング（シール）としての伸びが不足し、十分な耐摩耗性を確保することが難しい。一方、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が８０重量％を越えた場合には、他の充填材（含有成分）の量が不足し、摩耗低減の効果が十分には得られなくなる。

以下、本発明の実施の形態による往復動圧縮機を、空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面の図１ないし図４に従って詳細に説明する。

図中、１は往復動圧縮機の本体部分を構成する円筒状のシリンダで、該シリンダ１は、例えばアルミニウム合金からなる成形品に陽極酸化処理を施すことにより形成されるものである。そして、シリンダ１の内径寸法Ｄ（以下、内径Ｄという）は、例えば常温下で６０．０ｍｍとなるように形成し、連続運転により熱膨張したときには、例えば６０．１ｍｍ程度となるものである。

２はシリンダ１の上端側に設けられた弁板、３は該弁板２を介してシリンダ１上に搭載されたシリンダヘッドを示している。そして、該シリンダヘッド３は、弁板２との間に隔壁４を有し、この隔壁４は、シリンダヘッド３内を吸入室Ａと吐出室Ｂとの２室に画成している。

また、シリンダ１内には、弁板２と後述する揺動ピストン９との間に圧縮室Ｃが画成されている。そして、弁板２とシリンダ１との間、および弁板２とシリンダヘッド３との間は、それぞれガスケット（図示せず）等によって気密にシールされるものである。

５は弁板２に設けられた吸入ポート、６は該吸入ポート５から離間して弁板２に設けられた吐出ポートを示している。そして、吸入ポート５は、シリンダヘッド３内の吸入室Ａを圧縮室Ｃに連通させ、吐出ポート６は、圧縮室Ｃをシリンダヘッド３内の吐出室Ｂに連通させるものである。

７は吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板２に設けられた吸入弁で、該吸入弁７は、後述の揺動ピストン９が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁するものである。

８は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板２に設けられた吐出弁で、該吐出弁８は、揺動ピストン９が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁するものである。

９はシリンダ１内に往復動可能に設けられた揺動ピストンを示し、該揺動ピストン９は、後述のコネクティングロッド１３が一体形成された段付円板状の揺動板１０と、該揺動板１０にボルト１１等を用いて締結された円板状のリテーナ１２とから構成されている。そして、揺動板１０の中央部には、後述のリップリング１４が嵌合する嵌合部としての環状凸部１０Ａが設けられている。

１３は揺動ピストン９の揺動板１０と一体に形成されたコネクティングロッドで、このコネクティングロッド１３は、例えば電動モータ等の回転源にクランク軸（いずれも図示せず）等を介して連結されている。そして、コネクティングロッド１３は、前記クランク軸の回転に伴ってシリンダ１内を揺動ピストン９と一体に変位する。即ち、コネクティングロッド１３はクランク軸の回転を揺動ピストン９に伝えることにより、揺動ピストン９は、シリンダ１内を左，右に揺動しながら、上，下に往復動を繰返すものである。

１４は揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする環状のリップリングで、該リップリング１４は、シリンダ１との摺動性を高めるため後述の複合材料を用いて、例えば図３に示すように環状平板１５として予め形成される。そして、この環状平板１５は、図４に示す加工治具２１を用いて曲げ加工されることにより、図２に示す如くカップ状をなすリップリング１４として成形されるものである。

ここで、リップリング１４は、図１に示すように内周側が揺動板１０の環状凸部１０Ａに嵌合した状態で、揺動板１０とリテーナ１２との間に挟持される固定部としての環状の平板部１４Ａと、該平板部１４Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて断面Ｌ字状に屈曲したリップ部１４Ｂとにより構成されている。

また、リップリング１４のリップ部１４Ｂは、平板部１４Ａとの境界部となる根元部１４Ｃが図２に示す如く外径Ｄ1 となり、リップ部１４Ｂの先端部１４Ｄは、根元部１４Ｃよりも大なる外径Ｄ2 （Ｄ2 ＞Ｄ1 ）を有している。そして、根元部１４Ｃの外径Ｄ1 は、図１に示すシリンダ１の内径Ｄよりも小さく（Ｄ1 ＜Ｄ）形成され、先端部１４Ｄの外径Ｄ2 は、シリンダ１の内径Ｄよりも大きく（Ｄ2 ＞Ｄ＞Ｄ1 ）形成されるものである。

即ち、リップリング１４のリップ部１４Ｂは、根元部１４Ｃの外径Ｄ1 を、シリンダ１の内径Ｄに対して９８．３〜９９．３％の範囲内に形成するのがよい。そして、シリンダ１の内径Ｄが、例えば常温下で６０．０ｍｍの場合には、根元部１４Ｃの外径Ｄ1 は、５９．０〜５９．６ｍｍの範囲内で形成するのがよいものである。

また、リップリング１４の素材となる複合材料は、後述の試験データ（表１参照）にも示すように、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維（ＣＦ）を５〜１５重量％、銅（Ｃｕ）または銅合金からなる粉末物質を５〜１５重量％、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を３〜８重量％含み、残りの６７〜８２重量％の範囲内でポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含有して構成される。このうち、前記炭素繊維としては、石油ピッチを原料とし、これを例えば２０００〜３０００℃の高温で熱処理することにより黒鉛化した炭素繊維を用いる。

そして、前記複合材料の成分のうち、炭素繊維、粉末物質および二硫化モリブデンの３物質を、好ましくは全体の２０〜３０重量％の範囲内とし、ポリテトラフルオロエチレンを７０〜８０重量％含有する構成とするのがよいものである。また、前記複合材料は、室温において１４ＭＰａの荷重圧力で２４時間後の永久変形が５％以上のポリテトラフルオロエチレンを用いる構成としている。

この場合、リップリング１４の素材となる複合材料は、前述した各成分をミキサ等の混合機により乾式混合し、得られた粉体を金型を用いて４０〜７８ＭＰａの圧力で一軸成形（圧縮成形）される。そして、この成形品を高温（例えば、最高温度３７０℃）下で４時間程度にわたり焼成することにより、図３に示すような環状平板１５を形成する。

次に、図３に示す環状平板１５からリップリング１４を、図２に示す如くカップ状または円皿形状に曲げ加工（ふ形加工）するための加工治具２１について、図４を参照して説明する。

まず、加工治具２１は、円筒状に形成された外型としての筒型２２と、該筒型２２内に着脱可能に挿嵌される内型２３とにより構成される。そして、内型２３は、最下層のベース型部２４と、該ベース型部２４上に嵌合して設けられ上，下方向で重合わせることにより互いに積層化された挟持型部２５，２５，…と、ボルト２６およびナット２７とにより構成されている。そして、これらのベース型部２４、挟持型部２５の外径は、筒型２２の内周面２２Ａ（内径Ｄ3 ）よりも僅かに小さい寸法に形成されている。

ここで、内型２３のベース型部２４と各挟持型部２５には、その中心側にボルト挿通穴２４Ａ，２５Ａが形成され、ベース型部２４の上面側には、図１に示す揺動板１０の環状凸部１０Ａ（外径）にほぼ等しい内径を有し、ボルト挿通穴２４Ａよりも大径となった円形の凹部２４Ｂが形成されている。

また、各挟持型部２５には、その上面側にベース型部２４と同様の凹部２５Ｂが形成され、下面側には前記環状凸部１０Ａとほぼ等しい外径を有し、凹部２４Ｂ（または凹部２５Ｂ）に嵌合する円形の凸部２５Ｃが形成されている。そして、これらの凸部２５Ｃは、凹部２４Ｂ，２５Ｂよりも軸方向寸法（高さ寸法）が所定寸法だけ長く形成され、凹部２４Ｂ，２５Ｂの底面に各凸部２５Ｃを当接させたときには、例えば合計５枚の環状平板１５，１５，…をベース型部２４と各挟持型部２５との間で上，下方向（軸方向両側）から挟持するものである。

また、各挟持型部２５の外周には、例えば環状平板１５の厚さに対応する深さの全周溝２５Ｄが、挟持型部２５の下面から一定の高さ（溝幅）をもって形成されている。一方、ボルト２６は一端側（下端側）が頭部２６Ａとなり、他端側（上端側）にはねじ部２６Ｂが形成されている。そして、内型２３は、ベース型部２４上に各挟持型部２５を互いに重合わせるように積層化した状態で、ボルト２６のねじ部２６Ｂにナット２７を強く締結することにより組立てられる。

このとき、各環状平板１５は、その内周側が各挟持型部２５の凸部２５Ｃに嵌合した状態で、ベース型部２４と各挟持型部２５との間に上，下方向から挟持される。そして、環状平板１５の外周側（リップリング１４のリップ部１４Ｂに対応する部分）は、ベース型部２４、挟持型部２５の外周から径方向外向きに突出した状態となる。

次に、ベース型部２４上に各挟持型部２５を互いに重合わせるように積層化した状態の内型２３は、図４に示す如くベース型部２４を下向きにして筒型２２内に押込むように挿嵌（圧入）され、このときに各環状平板１５の外周側（リップリング１４のリップ部１４Ｂに対応する部分）が、各挟持型部２５の全周溝２５Ｄと筒型２２の内周面２２Ａとの間で断面Ｌ字状に屈曲される。

そして、加工治具２１の筒型２２と内型２３とは、図４に示す状態で加熱処理（例えば８０〜１５０℃程度の温度下で約１時間にわたり加熱）され、環状平板１５（図３参照）をカップ状のリップリング１４（図２参照）として、永久変形させるようにふ形加工するものである。

この場合、筒型２２の内径Ｄ3 は、シリンダ１の内径Ｄに対して例えば９８．３〜９９．３％の範囲内に形成するのがよい。そして、シリンダ１の内径Ｄが、例えば常温下で６０．０ｍｍの場合には、筒型２２の内径Ｄ3 は、５９．０〜５９．６ｍｍの範囲内で形成するのがよいものである。

本実施の形態による往復動型の空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

まず、電動モータ等の回転源でクランク軸（図示せず）を回転駆動すると、これに伴って揺動ピストン９がシリンダ１内を揺動しつつ往復動する。これにより、揺動ピストン９は、吸入室Ａから圧縮室Ｃ内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室Ｃ内の空気を圧縮し圧縮空気として吐出室Ｂに吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。

そして、このように揺動ピストン９が圧縮運転を行っている間、リップリング１４のリップ部１４Ｂは、シリンダ１の内周面に常時摺接し、揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする。このため、シリンダ１内の圧縮室Ｃ内では、空気の圧縮効率を高めることができ、圧縮機としての吐出性能を向上することができる。

ところで、揺動ピストン９がシリンダ１内で圧縮運転を行う間、リップリング１４はシリンダ１内の圧縮熱と摩擦熱等によって高温状態となる上に、そのリップ部１４Ｂは、シリンダ１の内面に強く押付けられながら、摺動変位を繰返すために、摩耗が促進されて耐久性、寿命が低下する傾向がある。

そこで、本実施の形態では、リップリング１４の素材となる複合材料を、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維を５〜１５重量％、銅または銅合金からなる粉末物質を５〜１５重量％、二硫化モリブデンを３〜８重量％含み、ポリテトラフルオロエチレンを残りの６７〜８２重量％、好ましくは７０〜８０重量％の範囲内で含有させる構成としている。

これにより、後述の試験データ（表１参照）からも確認できるように、リップリング１４の摩耗量を小さく抑えることができ、シールとしての耐摩耗性を高めることができる。この場合、前記複合材料に用いた炭素繊維は、原料の石油ピッチがナフタレン（Ｃ_１０Ｈ_８）留分を多く含むため、多環芳香族系の高分子を含んでおり、光学的等方性が得られ易い。

そして、これから合成される石油ピッチ系の炭素繊維は、例えば２０００〜３０００℃の高温下で黒鉛化処理することにより結晶化率を高めることができ、優れた潤滑性を確保して耐摩耗性を向上することができる。これにより、リップリング１４の耐摩耗性を高め、耐久性、寿命を向上できるものである。

この場合、炭素繊維の含有量が５重量％未満になると、リップリング１４の摩耗が増大する傾向にあり、逆に１５重量％を越えた場合にも、摩耗が増加傾向となってしまう。また、銅または銅合金からなる粉末物質は、含有量を５重量％未満にすると、リップリングの熱伝導率が低下し、摺動面の温度上昇を抑えることができない。一方、粉末物質が１５重量％を越えると、摩耗が増大する傾向がみられた。

一方、二硫化モリブデンの含有量は、３重量％未満になるとリップリング１４の潤滑性が低下する傾向があり、逆に８重量％を越えると、これによってポリテトラフルオロエチレンの含有量が減少して、摩耗が増大する傾向がみられる。そして、ポリテトラフルオロエチレンの含有量は、７０重量％未満にすると、リップリング１４の伸びが不足し、十分な耐摩耗性を確保することが難しく、逆に８０重量％を越えた場合には、他の充填材（含有成分）の量が不足し、摩耗低減の効果が十分には得られなくなる。

このため、リップリング１４の素材として用いる複合材料は、炭素繊維、粉末物質および二硫化モリブデンの３物質を、全体の２０〜３０重量％の範囲内とし、ポリテトラフルオロエチレンを７０〜８０重量％の範囲内で含有する構成とするのがよい。これにより、リップリング１４の耐摩耗性を高め、耐久性、寿命を向上することができる。

以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

まず、実施例１では、リップリング１４の素材となる複合材料の成分（ポリテトラフルオロエチレン、粉末物質、二硫化モリブデンおよび石油ピッチ系黒鉛質炭素繊維）を、上記の表１に示す重量比（重量％）で配合した後に、前述した通り圧縮成形、焼成手段等を用いて図３に示す如き環状平板１５を形成し、これを前述した加工治具２１を用いてふ形加工し、カップ状をなすリップリング１４を形成したものである。

そして、このリップリング１４を図１に示すように揺動ピストン９に組付け、この状態で圧縮機（例えば、０．７５ｋｗの往復動圧縮機）を、０．７ＭＰａの吐出圧力で連続運転し、５０００時間の連続運転後にリップリング１４のリップ部１４Ｂにおける摩耗量（μｍ）を測定すると共に、シリンダ１の内面における摩耗量（μｍ）を測定したものである。なお、連続運転時におけるシリンダ１の温度上昇は７５ｄｅｇである。

ここで、実施例１の複合材料に用いる石油ピッチ系黒鉛質炭素繊維とは、石油ピッチを原料とし、２０００〜３０００℃の高温下で熱処理して黒鉛化した炭素繊維を採用したものである。そして、実施例１の複合材料は、この炭素繊維を１０重量％、粉末物質（銅粉）を１０重量％、二硫化モリブデンを５重量％、ポリテトラフルオロエチレンを７５重量％含有して構成されている。

一方、比較例１〜４による複合材料は、各成分の含有量を実施例１と等しくしているが、下記の点で異なるものである。即ち、比較例１では、石油ピッチを原料とし、１０００〜１５００℃で熱処理して炭素化した石油ピッチ系炭素質炭素繊維を用いている点で実施例１とは異なっている。

また、比較例２は、石炭ピッチを原料とし、高温で熱処理して黒鉛化した石炭ピッチ系黒鉛質炭素繊維を用いている点で実施例１とは異なっている。また、比較例３は、石炭ピッチを原料とし、熱処理して炭素化した石炭ピッチ系炭素質炭素繊維を用いている点で実施例１とは異なっている。さらに、比較例４は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とし、炭素化したＰＡＮ系炭素質炭素繊維を用いている点で実施例１とは異なっている。

そして、比較例１〜４による複合材料も、実施例１と同様に成形・加工を行ってリップリングを形成し、このリップリングを０．７５ｋｗの往復動圧縮機に組込んで連続運転し、５０００時間の連続運転後にリップリングの摩耗量（μｍ）を測定すると共に、シリンダ１の内面における摩耗量（μｍ）を測定したものである。

表１の試験データからも明らかなように、実施例１によるリップリング１４の摩耗量は、５００μｍであるのに対し、比較例１のものは、６５０μｍまで摩耗が増加している。一方、比較例２のものは、約４０００時間の連続運転でリップリングが摩滅し、ＮＧ（使用不可）となった。また、比較例３のものは、約３５００時間の連続運転でリップリングが摩滅してＮＧ（使用不可）となり、比較例４のものは、約１５００時間の連続運転でリップリングが摩滅してＮＧ（使用不可）となった。

このため、比較例２〜４の場合には、リップリングがＮＧ（使用不可）となった段階で、シリンダの摩耗量測定を中断したものである。また、比較例１の場合には、シリンダ内面の摩耗量が３０μｍまで増加していた。これに対し、実施例１の場合には、シリンダ１の内面における摩耗量を１０μｍに低減できることが確認された。

かくして、実施例１の場合には、石油ピッチ系の黒鉛質炭素繊維を用いることにより、リップリング１４の摩耗量を小さく抑えることができ、その耐久性、寿命をより一層高めることができる。

この場合、実施例１で用いた炭素繊維は、原料の石油ピッチがナフタレン留分を多く含むため、多環芳香族系の高分子を含んでおり、光学的等方性が得られ易い。そして、これから合成される石油ピッチ系の炭素繊維は、例えば２０００〜３０００℃の高温下で黒鉛化処理することにより結晶化率を高めることができ、優れた潤滑性を確保できると共に、その耐摩耗性を向上することができる。

これに対し、比較例１の炭素繊維は、石油ピッチを原料としているものの、１０００〜１５００℃の温度で炭素化した石油ピッチ系炭素質炭素繊維を用いているため、炭素繊維の結晶化率が低く、潤滑性が劣って摩耗が大きくなると推測される。

また、比較例２，３の炭素繊維は、石炭ピッチを原料とし、この石炭ピッチは不明な構造の炭化水素系高分子であり、光学異方性ピッチである。このため、黒鉛化処理を行っても、結晶構造が石油系と異なり、潤滑性に劣って摩耗が大きくなると推測される。また、比較例４のＰＡＮ系炭素質炭素繊維は、高強度、高剛性であるために、潤滑性に劣り、摩耗が大きくなるものと推測される。

従って、本実施の形態によれば、リップリング１４の素材となる複合材料に、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維を配合することにより、潤滑性に優れ、摺動面での摩擦による発熱を摩擦面から速やかに拡散させることができる。このため、摩擦面での温度上昇を低く抑えることができ、リップリング１４の摩耗を低減することができる。

これにより、リップリング１４の耐久性、寿命を向上できると共に、往復動圧縮機の寿命を高めることができ、長期間のメンテナンスフリーも実現することができる。また、リップリング１４の素材となる複合材料の粉末物質として、銅粉を使用した場合には、リップリング１４の強度を低くし摩擦係数を低減できると共に、機械的な動力損失も低減可能である。

なお、前記実施の形態では、往復動型の空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば窒素、水素等の気体または冷媒等の流体を圧縮する往復動圧縮機に適用してもよい。

本発明の実施の形態による往復動圧縮機を示す縦断面図である。図１中のリップリングを単体で示す断面図である。図２のリップリングを曲げ加工する前の環状平板を拡大して示す斜視図である。リップリングを曲げ加工するのに用いる加工治具を示す縦断面図である。

符号の説明

１シリンダ
２弁板
３シリンダヘッド
９揺動ピストン（ピストン）
１０揺動板
１２リテーナ
１３コネクティングロッド
１４リップリング
１４Ａ環状の平板部（固定部）
１４Ｂリップ部
１５環状平板
２１加工治具
２２筒型
２３内型

Claims

シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンに設けられ前記シリンダとピストンとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機において、
前記リップリングは、石油ピッチ系の黒鉛化処理した炭素繊維と、銅または銅合金からなる粉末物質と、二硫化モリブデンと、ポリテトラフルオロエチレンとを含んだ複合材料により形成する構成としたことを特徴とする往復動圧縮機。
前記複合材料は、前記炭素繊維を５〜１５重量％、前記粉末物質を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜８重量％、前記ポリテトラフルオロエチレンを６２〜８７重量％含有する構成としてなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
前記複合材料は、前記炭素繊維、粉末物質および二硫化モリブデンの３物質を全体の２０〜３０重量％含有し、前記ポリテトラフルオロエチレンを７０〜８０重量％含有する構成としてなる請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
前記複合材料は、室温において１４ＭＰａの荷重圧力で２４時間後の永久変形が５％以上のポリテトラフルオロエチレンを用いてなる請求項１，２または３に記載の往復動圧縮機。
前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその先端外径を前記シリンダの内径よりも大きく，その根元外径を外径が前記シリンダの内径に対して９８.３％から９９．３％の範囲内となるように外径寸法を設定してなる請求項１，２，３または４に記載の往復動圧縮機。