JP2007032359A - Oscillation type compressor - Google Patents

Oscillation type compressor Download PDF

Info

Publication number
JP2007032359A
JP2007032359A JP2005214596A JP2005214596A JP2007032359A JP 2007032359 A JP2007032359 A JP 2007032359A JP 2005214596 A JP2005214596 A JP 2005214596A JP 2005214596 A JP2005214596 A JP 2005214596A JP 2007032359 A JP2007032359 A JP 2007032359A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
piston ring
cylinder
weight
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005214596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4750495B2 (en
Inventor
Shingo Miyake
信吾 三宅
Yoshie Tsujimi
佳恵 辻見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2005214596A priority Critical patent/JP4750495B2/en
Publication of JP2007032359A publication Critical patent/JP2007032359A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4750495B2 publication Critical patent/JP4750495B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compressor (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent stick or the like of a joint due to welding by changing material composition of a piston ring and increasing pressure of compressed fluid. <P>SOLUTION: The piston ring 21 is installed in a ring groove 18A of a piston part 18 to seal a gap between the piston part 18 and a cylinder 7 even when an oscillation piston 14 of the piston part 18 reciprocates while oscillating in the cylinder 7. The piston ring 21 contracts and expands in relation to the ring groove 18A by approach and separation of a joint part. Material of the piston ring 21 is modified PTFE of which grade name is called 70-J. In an embodiment, 10-30 weight% powder material composed of copper or bronze, 5-15 weight% nodular carbon and 3-7 weight% molybdenum disulfide are contained in the material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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型圧縮機に関する。   The present invention relates to an oscillating compressor that is suitably used to compress a fluid such as air.

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揺動ピストンを用い、この揺動ピストンをシリンダ内で揺動しつつ往復動させる構成とした揺動型圧縮機が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。   Generally, as a small oil-free compressor that compresses fluid such as air, a swinging piston called a rocking piston is used, and the swinging type is configured to reciprocate while swinging in a cylinder. A compressor is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

この種の従来技術による揺動型圧縮機は、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シール部材とにより構成されている。   This type of conventional oscillating compressor includes a cylindrical cylinder, an oscillating piston that reciprocates while oscillating in the cylinder, and that defines a compression chamber in the cylinder. The seal member is provided and seals between the cylinder and the swing piston.

そして、このシール部材は、略円形のカップ状をなす環状のリップリングにより構成され、このリップリングは、耐熱性や耐摩耗性等を高めるためにポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を基材とした複合材料を用いて成形加工されるものである。   And this sealing member is comprised by the cyclic | annular lip ring which makes a substantially circular cup shape, and this lip ring uses polytetrafluoroethylene (PTFE) as a base material in order to improve heat resistance, abrasion resistance, etc. It is molded using a composite material.

一方、無給油式圧縮機としては、シリンダ内でピストンを揺動させることなく往復動させるため、クランク軸とピストンとの間を連接棒(コネクティングロッド)により連結する構成とした往復動圧縮機も知られている。そして、この圧縮機にあっては、ピストンの外周側に形成したリング溝内にピストンリングを装着し、このピストンリングにより前記シリンダとピストンとの間をシールする構成としている(例えば、特許文献3参照)。   On the other hand, as a non-lubricated compressor, there is a reciprocating compressor configured to connect a crankshaft and a piston by a connecting rod (connecting rod) in order to reciprocate the piston without swinging in the cylinder. Are known. And in this compressor, it is set as the structure which mounts a piston ring in the ring groove formed in the outer peripheral side of a piston, and seals between the said cylinder and piston by this piston ring (for example, patent document 3). reference).

特開平8−28469号公報JP-A-8-28469 特開平10−148178号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-148178 特開平11−270680号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-270680

ところで、上述した従来技術による揺動型圧縮機では、揺動ピストンに設けるシール部材として環状のリップリングを用いているために、例えば3MPa以上の高圧な圧縮空気を発生させる場合(例えば、2段式圧縮機の高圧側)には、圧縮熱と摩擦熱等の熱影響でリップリングが熱変形し易くなる。そして、場合によってはリップリングが損傷されてシール機能を失い、圧縮空気が漏洩する等の不具合を起こしてしまう。   By the way, in the oscillating compressor according to the above-described prior art, an annular lip ring is used as a seal member provided on the oscillating piston. On the high pressure side of the compressor, the lip ring is likely to be thermally deformed due to heat effects such as compression heat and frictional heat. In some cases, the lip ring is damaged, the sealing function is lost, and a problem such as leakage of compressed air occurs.

そこで、本発明者等は、揺動ピストンに設けるシール部材として、環状のリップリングに替えてピストンリングを用いることを検討した。しかし、従来(例えば、特許文献3等)から知られているピストンリングを用いた場合には、例えばピストンリングを拡,縮径させるために設けた合口部が、熱影響で溶着してシール機能自体を失うことがある。   Therefore, the present inventors examined using a piston ring instead of an annular lip ring as a seal member provided on the swing piston. However, when a piston ring known from the past (for example, Patent Document 3) is used, for example, a joint portion provided for expanding and reducing the diameter of the piston ring is welded due to heat and sealed. May lose itself.

即ち、ピストンリングの合口部は、圧縮機を連続運転するときにピストンリングが拡,縮径するに伴って互いに擦れ合い、圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になることがある。そして、このままの状態で圧縮運転を停止したときには、ピストンリングが徐々に熱収縮しリング径(外径)がシリンダ径に比較して小さくなる。しかも、合口部の固着によりピストンリングの弾性的な拡,縮径が困難となり、本来のシール機能を失うという未解決な問題がある。   In other words, the joint portion of the piston ring may rub against each other as the piston ring expands and contracts when the compressor is continuously operated, and may be welded and fixed due to heat effects such as compression heat and friction heat. is there. When the compression operation is stopped in this state, the piston ring gradually heat-shrinks and the ring diameter (outer diameter) becomes smaller than the cylinder diameter. Moreover, there is an unsolved problem that the elastic expansion and contraction of the piston ring becomes difficult due to the fixing of the joint portion, and the original sealing function is lost.

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、シール部材として用いるピストンリングの材料組成を変えることにより、圧縮流体の高圧化を図ることができ、合口部の溶着、固着等を防止して信頼性、寿命等を向上できるようにした揺動型圧縮機を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to increase the pressure of the compressed fluid by changing the material composition of the piston ring used as the seal member. An object of the present invention is to provide a oscillating compressor that can improve reliability, life and the like by preventing welding and sticking.

上述した課題を解決するため、本発明は、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シール部材とからなる揺動型圧縮機に適用される。   In order to solve the above-described problems, the present invention is provided with a cylindrical cylinder, a swinging piston that reciprocates while swinging in the cylinder, and defines a compression chamber in the cylinder, and the swinging piston is provided in the swinging piston. The present invention is applied to an oscillating compressor including a sealing member that seals between the cylinder and the oscillating piston.

そして、請求項1の発明が採用する構成の特徴は、前記シール部材は、前記揺動ピストンに設けた環状のリング溝内に拡,縮径可能に装着され合口部を有したピストンリングにより構成し、このピストンリングは、室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が3%以下となるポリテトラフルオロエチレンを基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成する構成としたことにある。   A feature of the configuration adopted by the invention of claim 1 is that the seal member is configured by a piston ring having an abutment portion that is mounted in an annular ring groove provided in the swinging piston so as to expand and contract. The piston ring is made of polytetrafluoroethylene having a permanent deformation rate of 3% or less after a load of 14 MPa is applied for 24 hours at room temperature, and the substrate is made of at least copper or bronze powder. The present invention has a configuration in which it is formed of a composite material to which a powder substance, spherical carbon, and molybdenum disulfide are added.

また、請求項2の発明によると、前記複合材料は、前記ポリテトラフルオロエチレンの他に、前記粉末物質を10〜30重量%、前記球状炭素を5〜15重量%、前記二硫化モリブデンを3〜7重量%の範囲で含有する構成としている。   According to a second aspect of the present invention, the composite material includes, in addition to the polytetrafluoroethylene, 10 to 30% by weight of the powder substance, 5 to 15% by weight of the spherical carbon, and 3 of the molybdenum disulfide. It is set as the structure contained in -7weight%.

さらに、請求項3の発明によると、前記複合材料の基材となる前記ポリテトラフルオロエチレンは、フッ化アルコキシエチレン(PFA)基をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)中に添加したPFA変性PTFEにより構成している。   Furthermore, according to the invention of claim 3, the polytetrafluoroethylene serving as the base material of the composite material is composed of PFA-modified PTFE in which a fluorinated alkoxyethylene (PFA) group is added to polytetrafluoroethylene (PTFE). is doing.

上述の如く請求項1に記載の発明は、シール部材として合口部を有したピストンリングを用い、このピストンリングは、永久変形率が3%以下となるポリテトラフルオロエチレンの基材に対して、少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成しているので、このような複合材料からなるピストンリングの耐熱性、耐摩耗性を高めることができ、ピストンリングの合口部が圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になるのを防止できる。そして、このピストンリングにより揺動ピストンとシリンダとの間を長期にわたって良好にシールすることができる。   As described above, the invention described in claim 1 uses a piston ring having an abutment portion as a sealing member, and this piston ring has a polytetrafluoroethylene base material with a permanent deformation rate of 3% or less. Since it is formed of a composite material containing at least a powder material made of copper or bronze powder, spherical carbon and molybdenum disulfide, the heat resistance and wear resistance of the piston ring made of such a composite material can be improved. It is possible to prevent the joint portion of the piston ring from being welded and brought into a fixed state under the influence of heat such as compression heat and frictional heat. And this piston ring can seal well between a rocking | fluctuation piston and a cylinder over a long period of time.

この場合、ピストンリングの基材となるポリテトラフルオロエチレンは、室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が3%以下となり、熱膨脹によるクリープ(永久変形)も小さくできるため、ピストンリングとしての耐熱性を向上できると共に、ピストンリングの合口部が圧縮運転時の熱影響で溶着されて運転停止時に固着状態となるのを抑え、合口部の固着防止を図ることができる。そして、その後の運転再開時にもピストンリングが弾性的に拡,縮径するのを補償でき、シール性能を確保して長期間のメンテナンスフリー等を実現することができる。   In this case, the polytetrafluoroethylene used as the base material for the piston ring has a permanent deformation rate of 3% or less after a load of 14 MPa is applied for 24 hours at room temperature, and the creep (permanent deformation) due to thermal expansion can be reduced. In addition to improving the heat resistance of the piston ring, it is possible to prevent the joint portion of the piston ring from being welded under the influence of heat during the compression operation and becoming stuck when the operation is stopped, thereby preventing the joint portion from sticking. Further, even when the operation is resumed thereafter, it is possible to compensate for the elastic expansion and contraction of the piston ring, ensuring the sealing performance and realizing a long-term maintenance-free operation.

また、ピストンリングに用いる複合材料に前記基材(ポリテトラフルオロエチレン)に対して少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加しているので、ピストンリングの熱伝導性等を向上でき、圧縮運転時の熱をシリンダ側に逃がすことができる上に、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、圧縮運転時のシール性能を十分に確保することができ、例えば3MPa以上の圧力まで圧縮空気等の流体を高圧に圧縮することができる。そして、例えば2段式圧縮機の高圧側等に適用した場合でも、ピストンリングの耐久性、寿命を高め、信頼性を向上することができる。   In addition, since the composite material used for the piston ring is added with at least a powder substance made of copper or bronze powder, spherical carbon and molybdenum disulfide to the base material (polytetrafluoroethylene), the thermal conductivity of the piston ring Etc., heat at the time of compression operation can be released to the cylinder side, and excellent lubricity can be secured to improve wear resistance. Thereby, the sealing performance at the time of the compression operation can be sufficiently secured, and for example, a fluid such as compressed air can be compressed to a high pressure up to a pressure of 3 MPa or more. For example, even when applied to the high-pressure side of a two-stage compressor, the durability and life of the piston ring can be increased and the reliability can be improved.

また、請求項2に記載の発明は、ポリテトラフルオロエチレンの他に、銅または青銅粉からなる粉末物質を10〜30重量%、球状炭素を5〜15重量%、二硫化モリブデンを3〜7重量%の範囲で含有した複合材料を用いてピストンリングを形成することができ、ピストンリングの熱伝導性を高めて耐熱性、耐摩耗性を向上することができる。   In addition to the polytetrafluoroethylene, the invention described in claim 2 includes 10 to 30% by weight of a powder substance made of copper or bronze powder, 5 to 15% by weight of spherical carbon, and 3 to 7 of molybdenum disulfide. A piston ring can be formed using a composite material contained in the range of wt%, and the heat conductivity and wear resistance can be improved by increasing the thermal conductivity of the piston ring.

この場合、銅または青銅粉からなる粉末物質の含有量を10重量%未満にすると、ピストンリングの熱伝導性が悪くなり、10重量%以上まで増やすことにより熱伝導性を向上することができる。一方、粉末物質が30重量%を越えると、圧縮空気等の吐出量(空気量)が低下する。これは、粉末物質の含有量が多くなり過ぎて、摩耗が過度に少ない状態となり、逆にピストンリングとしてのなじみ性が悪くなって、シール性能が低下することが原因と考えられる。   In this case, when the content of the powder substance made of copper or bronze powder is less than 10% by weight, the thermal conductivity of the piston ring is deteriorated, and the thermal conductivity can be improved by increasing the content to 10% by weight or more. On the other hand, when the powder substance exceeds 30% by weight, the discharge amount (air amount) of compressed air or the like decreases. This is presumably because the content of the powder substance is excessively increased, the wear is excessively reduced, and the conformability as a piston ring is deteriorated, resulting in a decrease in sealing performance.

また、球状炭素は、炭素繊維のようにエッジがなく、相手面(シリンダ壁面)への攻撃性を抑えて摩耗を低減することができる。しかし、球状炭素の含有量が5重量%未満になると、相手面(シリンダ壁面)への攻撃性が小さくなり過ぎて平滑化しないために、ピストンリング外周の摩耗が増大する傾向がある。また、球状炭素を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、例えばシリンダ壁面の摩耗を増大させる原因となる。   Spherical carbon does not have an edge like carbon fiber, and can reduce wear by suppressing the aggressiveness to the mating surface (cylinder wall surface). However, if the spherical carbon content is less than 5% by weight, the aggressiveness to the mating surface (cylinder wall surface) becomes too small to smooth the surface, so that the wear on the outer periphery of the piston ring tends to increase. On the other hand, when the amount of spherical carbon is more than 15% by weight, on the contrary, the aggression against the mating surface is increased, which causes, for example, increased wear on the cylinder wall surface.

また、二硫化モリブデンの含有量が3重量%未満になると、ピストンリングとしての潤滑性が低下し、摺動特性が悪くなる傾向があり、逆に7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、摩耗が増大する傾向がみられる。   Moreover, when the content of molybdenum disulfide is less than 3% by weight, the lubricity as a piston ring tends to be lowered and the sliding characteristics tend to be deteriorated. Conversely, when molybdenum disulfide exceeding 7% by weight is contained. This tends to decrease the polytetrafluoroethylene content and increase wear.

また、請求項3に記載の発明によると、複合材料の基材となるポリテトラフルオロエチレンは、フッ化アルコキシエチレン(PFA)基をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)中に添加したPFA変性PTFEにより構成しているので、熱膨脹によるクリープ(永久変形)も小さく抑えることができ、ピストンリングの耐熱性、耐摩耗性を高め、耐久性、寿命を向上することができる。   According to the invention described in claim 3, the polytetrafluoroethylene serving as the base material of the composite material is composed of PFA-modified PTFE in which a fluorinated alkoxyethylene (PFA) group is added to polytetrafluoroethylene (PTFE). Therefore, creep (permanent deformation) due to thermal expansion can be suppressed to a small level, the heat resistance and wear resistance of the piston ring can be increased, and the durability and life can be improved.

以下、本発明の実施の形態に係る揺動型圧縮機を、空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, a case where the oscillating compressor according to the embodiment of the present invention is applied to an air compressor will be described as an example and described in detail with reference to the accompanying drawings.

ここで、図1ないし図5は本発明の第1の実施の形態を示している。図中、1は空気圧縮機のクランクケースで、該クランクケース1は、内部にクランク室2を画成し、このクランク室2内には、後述の出力軸4を介してクランク5およびバランスウエイト6が回転可能に設けられている。   Here, FIG. 1 to FIG. 5 show a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a crankcase of an air compressor. The crankcase 1 defines a crank chamber 2 therein, and a crank 5 and a balance weight are connected to the crank chamber 2 via an output shaft 4 described later. 6 is rotatably provided.

3はクランクケース1に並置して設けられた駆動源としての電動モータで、該電動モータ3は、モータケース3A内に固定して設けられたステータ3Bと、該ステータ3Bの径方向内側に後述の出力軸4を介して回転可能に設けられたロータ3Cとにより大略構成されている。   Reference numeral 3 denotes an electric motor as a drive source provided in parallel with the crankcase 1. The electric motor 3 includes a stator 3B fixed in the motor case 3A and a radial inner side of the stator 3B, which will be described later. The rotor 3 </ b> C is rotatably configured via the output shaft 4.

4は電動モータ3のロータ3Cと一体に回転する出力軸で、該出力軸4は、軸方向の一側がモータケース3Aに軸受を介して回転可能に支持され、軸方向の他側は、クランクケース1に軸受等を介して回転可能に支持されている。そして、出力軸4の他側は、クランク室2内へと突出して延び、その外周側には、クランク5とバランスウエイト6がクランク室2内で一体回転するように取付けられている。   Reference numeral 4 denotes an output shaft that rotates integrally with the rotor 3C of the electric motor 3. The output shaft 4 is rotatably supported on one side in the axial direction by a motor case 3A via a bearing, and the other side in the axial direction is a crank. The case 1 is rotatably supported via a bearing or the like. The other side of the output shaft 4 protrudes and extends into the crank chamber 2, and the crank 5 and the balance weight 6 are attached to the outer peripheral side so as to rotate integrally within the crank chamber 2.

7はクランクケース1上に搭載された筒状のシリンダで、該シリンダ7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円筒体として形成されている。そして、シリンダ7の一側(基端側)は、クランク室2内に開口(連通)し、シリンダ7の他側(先端側)には、後述の弁座板8等により閉塞されている。また、シリンダ7内には、後述の圧縮室19が弁座板8と揺動ピストン14(ピストン部18)との間に画成されるものである。   Reference numeral 7 denotes a cylindrical cylinder mounted on the crankcase 1, and the cylinder 7 is formed as a cylindrical body by subjecting a molded product made of, for example, an aluminum alloy to anodization. One side (base end side) of the cylinder 7 is opened (communication) into the crank chamber 2, and the other side (tip end side) of the cylinder 7 is closed by a valve seat plate 8 described later. In the cylinder 7, a compression chamber 19 described later is defined between the valve seat plate 8 and the swing piston 14 (piston portion 18).

8はシリンダ7の先端側に設けられた弁座板で、該弁座板8には、図1ないし図3に示す如く互いに離間して吸入穴8A、吐出穴8Bが穿設されている。そして、弁座板8の吸入穴8Aは、後述の吸入室11Aを圧縮室19に連通させる。また、弁座板8の吐出穴8Bは、圧縮室19を後述の吐出室11Bに連通させるものである。   Reference numeral 8 denotes a valve seat plate provided on the front end side of the cylinder 7. The valve seat plate 8 is provided with a suction hole 8A and a discharge hole 8B spaced apart from each other as shown in FIGS. A suction hole 8 </ b> A of the valve seat plate 8 communicates a suction chamber 11 </ b> A described later to the compression chamber 19. Further, the discharge hole 8B of the valve seat plate 8 communicates the compression chamber 19 with a discharge chamber 11B described later.

9は弁座板8を介してシリンダ7上に搭載されたシリンダヘッドを示し、該シリンダヘッド9には、弁座板8との間に位置して隔壁10が設けられ、この隔壁10は、シリンダヘッド9内を吸入室11Aと吐出室11Bとの2室に画成している。   Reference numeral 9 denotes a cylinder head mounted on the cylinder 7 via the valve seat plate 8. The cylinder head 9 is provided with a partition wall 10 located between the valve seat plate 8 and the partition wall 10. The inside of the cylinder head 9 is divided into two chambers, a suction chamber 11A and a discharge chamber 11B.

そして、シリンダヘッド9には、吸入室11A内に外気(空気)を流入させる吸気ポート9Aと、吐出室11Bから圧縮空気を外部に吐出させる吐出ポート9Bとが設けられている。なお、弁座板8とシリンダ7との間、および弁座板8とシリンダヘッド9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。   The cylinder head 9 is provided with an intake port 9A for allowing outside air (air) to flow into the suction chamber 11A and a discharge port 9B for discharging compressed air from the discharge chamber 11B to the outside. The valve seat plate 8 and the cylinder 7 and the valve seat plate 8 and the cylinder head 9 are hermetically sealed by a gasket (not shown), respectively.

12は吸入室11Aと圧縮室19との間に位置して弁座板8に設けられた吸入弁で、該吸入弁12は、吸入穴8Aを開,閉するように弁座板8に取付けられている。そして、吸入弁12は、後述する揺動ピストン14のピストン部18が上死点から下死点に移動するとき(吸入行程)に開弁し、下死点から上死点に移動するとき(圧縮行程)に閉弁するものである。   A suction valve 12 is provided between the suction chamber 11A and the compression chamber 19 and is provided in the valve seat plate 8. The suction valve 12 is attached to the valve seat plate 8 so as to open and close the suction hole 8A. It has been. The suction valve 12 opens when a piston portion 18 of the swing piston 14 to be described later moves from the top dead center to the bottom dead center (intake stroke), and moves from the bottom dead center to the top dead center ( The valve is closed during the compression stroke.

13は吐出室11Bと圧縮室19との間に位置して弁座板8に設けられた吐出弁で、該吐出弁13は、吐出穴8Bを開,閉するように弁座板8に取付けられている。そして、吐出弁13は、揺動ピストン14の圧縮行程で開弁し、吸入行程では閉弁するものである。   A discharge valve 13 is provided between the discharge chamber 11B and the compression chamber 19 and is provided on the valve seat plate 8. The discharge valve 13 is attached to the valve seat plate 8 so as to open and close the discharge hole 8B. It has been. The discharge valve 13 opens in the compression stroke of the swing piston 14 and closes in the suction stroke.

14はシリンダ7内に往復動可能に挿嵌されたロッキングピストンとしての揺動ピストンで、該揺動ピストン14は、一端側がクランク室2内に位置しクランク5に軸受15を介して回転可能に連結されたリング部16と、該リング部16に一体形成されシリンダ7内へと伸長した棒状のピストンロッド17と、該ピストンロッド17の他端側に一体形成された円盤部としてのピストン部18とにより構成されている。   Reference numeral 14 denotes a swinging piston as a locking piston that is fitted in the cylinder 7 so as to be able to reciprocate. The swinging piston 14 is positioned at one end side in the crank chamber 2 and is rotatable to the crank 5 via a bearing 15. The connected ring portion 16, a rod-shaped piston rod 17 integrally formed with the ring portion 16 and extending into the cylinder 7, and a piston portion 18 as a disk portion integrally formed on the other end side of the piston rod 17. It is comprised by.

そして、ピストン部18は、シリンダ7の内径寸法よりも小さい外径寸法をもって略円盤状に形成され、前記クランク5の回転に伴ってシリンダ7内を左,右に揺動しつつ上,下に往復動するものである。また、ピストン部18の外周側には、断面コ字形状をなすリング溝18Aが全周にわたって形成されている。そして、このリング溝18Aには、後述のピストンリング21が装着されている。   The piston portion 18 is formed in a substantially disk shape with an outer diameter dimension smaller than the inner diameter dimension of the cylinder 7, and swings up and down while swinging left and right in the cylinder 7 as the crank 5 rotates. It reciprocates. Further, a ring groove 18A having a U-shaped cross section is formed on the outer peripheral side of the piston portion 18 over the entire circumference. A piston ring 21 described later is mounted in the ring groove 18A.

19はシリンダ7内に画成される圧縮室で、この圧縮室19は、揺動ピストン14のピストン部18によりシリンダ7内で弁座板8との間に形成されるものである。そして、揺動ピストン14のピストン部18は、前述した吸入行程で圧縮室19内に吸入弁12を介して空気を吸入し、圧縮行程では、圧縮室19内で空気を圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出弁13を介して吐出させる。   Reference numeral 19 denotes a compression chamber defined in the cylinder 7, and this compression chamber 19 is formed between the valve seat plate 8 in the cylinder 7 by the piston portion 18 of the swing piston 14. The piston portion 18 of the swing piston 14 sucks air into the compression chamber 19 through the suction valve 12 in the above-described suction stroke, and compresses the air while compressing the air in the compression chamber 19 in the compression stroke. Air is discharged through the discharge valve 13.

20は冷却風を発生させる冷却ファンで、該冷却ファン20は、クランク室2内を軸方向に延びる出力軸4の先端側に設けられ、出力軸4によりクランク5と一体に回転駆動される。そして、冷却ファン20は、クランク室2内に向けて冷却風を流通させ、クランクケース1、電動モータ3およびシリンダ7等を冷却するものである。   Reference numeral 20 denotes a cooling fan that generates cooling air. The cooling fan 20 is provided on the front end side of the output shaft 4 that extends in the axial direction in the crank chamber 2, and is driven to rotate integrally with the crank 5 by the output shaft 4. The cooling fan 20 cools the crankcase 1, the electric motor 3, the cylinder 7, etc. by circulating cooling air toward the crank chamber 2.

21は揺動ピストン14のピストン部18とシリンダ7との間をシールするシール部材としてのピストンリングで、該ピストンリング21は、耐熱性、耐摩耗性等を高めるため後述の複合材料を用いて、例えば図3ないし図5に示すように縮,拡径可能なリング体として成形されている。そして、ピストンリング21には、その周方向の途中部位に合口部21A,21Bが略L字状に切欠くようにして形成されている。   21 is a piston ring as a seal member for sealing between the piston portion 18 of the swing piston 14 and the cylinder 7, and the piston ring 21 is made of a composite material described later in order to improve heat resistance, wear resistance, and the like. For example, as shown in FIGS. 3 to 5, it is formed as a ring body that can be reduced and expanded. The piston ring 21 is formed with cutouts 21A and 21B cut out in a substantially L shape at a midway portion in the circumferential direction.

この場合、ピストンリング21は、ピストン部18のリング溝18A内に装着され、合口部21A,21Bが互いに接近,離間することにより、リング溝18Aに対して縮,拡径されるものである。そして、ピストンリング21は、その外周面が図1〜図3に示すようにリング溝18Aから径方向に突出し、シリンダ7の内周面に弾性的に接触する。これにより、ピストンリング21は、揺動ピストン14(ピストン部18)がシリンダ7内で揺動しつつ往復動するときにも、ピストン部18の外周面とシリンダ7の内周面との間を気密にシールし続けるものである。   In this case, the piston ring 21 is mounted in the ring groove 18A of the piston portion 18, and the diameters of the ring portion 18A are reduced and expanded with respect to the ring groove 18A when the joint portions 21A and 21B approach and separate from each other. And as for the piston ring 21, the outer peripheral surface protrudes from the ring groove 18A to radial direction as shown in FIGS. 1-3, and it contacts the inner peripheral surface of the cylinder 7 elastically. As a result, the piston ring 21 moves between the outer peripheral surface of the piston portion 18 and the inner peripheral surface of the cylinder 7 even when the swing piston 14 (piston portion 18) reciprocates while swinging in the cylinder 7. It keeps hermetically sealed.

ここで、ピストンリング21の素材は、例えばグレード名が「70−J」と呼ばれるポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEという)を基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料を用いて形成される。   Here, the material of the piston ring 21 is made of, for example, polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) whose grade name is “70-J” as a base material, and a powder substance made of at least copper or bronze powder on the base material, It is formed using a composite material to which spherical carbon and molybdenum disulfide are added.

そして、複合材料の基材となるPTFE(グレード名が「70−J」)とは、PFA変性PTFEとも呼ばれ、PFA(フッ化アルコキシエチレン)基をPTFE中に添加した所謂変性PTFEにより構成されている。また、この変性PTFEは、後述の表1にも示すように、例えば23℃の室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が、3%以下(例えば、2.6%)となり、室温下での永久変形を小さく抑えることができる。   PTFE (grade name is “70-J”) which is the base material of the composite material is also called PFA-modified PTFE, and is constituted by so-called modified PTFE in which a PFA (alkoxyfluorinated ethylene) group is added to PTFE. ing. Further, as shown in Table 1 to be described later, this modified PTFE has a permanent deformation rate of 3% or less (for example, 2.6%) after applying a load of 14 MPa for 24 hours at a room temperature of 23 ° C., for example. ) And permanent deformation at room temperature can be kept small.

しかも、この変性PTFEは、例えば150℃の高温下で同様の試験を行った場合でも、その永久変形率は20.7%となり、熱膨脹によるクリープ(永久変形)も小さく抑えることができる。このため、ピストンリング21の材料として変性PTFEを用いることにより、その耐熱性を向上できるものである。   Moreover, this modified PTFE has a permanent deformation rate of 20.7% even when the same test is performed at a high temperature of 150 ° C., for example, and the creep (permanent deformation) due to thermal expansion can be suppressed to a low level. For this reason, the heat resistance can be improved by using modified PTFE as the material of the piston ring 21.

また、ピストンリング21の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を10〜30重量%、前記球状炭素を5〜15重量%、前記二硫化モリブデンを3〜7重量%、前記変性PTFEと不可避不純物を48〜82重量%の範囲内で含有する構成としている。そして、前記複合材料の組成比は、変性PTFEの含有率を55〜80重量%としたときに、残りの20〜45重量%を前記粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの3物質で構成するのが好ましい。   The composite material used as the material of the piston ring 21 is 10 to 30% by weight of a powder substance made of copper or bronze powder, 5 to 15% by weight of the spherical carbon, 3 to 7% by weight of the molybdenum disulfide, The modified PTFE and inevitable impurities are contained in the range of 48 to 82% by weight. And as for the composition ratio of the composite material, when the content of the modified PTFE is 55 to 80% by weight, the remaining 20 to 45% by weight is composed of the powder substance, spherical carbon and molybdenum disulfide. Is preferred.

この場合、ピストンリング21の素材となる複合材料は、前述した各成分をヘンシェル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の圧力で成形(圧縮成形)するものである。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した後に、必要な機械加工等を施して図4、図5に示すように合口部21A,21Bが設けられたピストンリング21を形成する。   In this case, the composite material used as the material of the piston ring 21 is dry-mixed with the above-described components using a mixer such as a Henschel mixer, and the resulting powder is molded (compressed) at a pressure of 40 to 78 MPa using a mold. Molding). The molded product is fired at a high temperature (for example, a maximum temperature of 370 ° C.) for about 4 hours, and then subjected to necessary machining or the like to provide the abutting portions 21A and 21B as shown in FIGS. A piston ring 21 is formed.

本実施の形態による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。   The air compressor according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.

まず、電動モータ3の出力軸4でクランク室2内のクランク5を回転駆動すると、これに伴って揺動ピストン14のピストン部18がシリンダ7内を揺動しつつ往復動する。これにより、揺動ピストン14のピストン部18は、吸入室11Aから圧縮室19内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室19内の空気を圧縮し圧縮空気として吐出室11Bに吐出する圧縮行程とを繰返すようにして圧縮運転を行う。   First, when the crank 5 in the crank chamber 2 is rotationally driven by the output shaft 4 of the electric motor 3, the piston portion 18 of the swing piston 14 reciprocates while swinging in the cylinder 7. Thereby, the piston portion 18 of the swing piston 14 sucks air from the suction chamber 11A into the compression chamber 19 and compresses the air in the compression chamber 19 and discharges it as compressed air to the discharge chamber 11B. Repeat the compression operation.

そして、シリンダ7内でピストン部18が圧縮運転を行っているときには、ピストン部18が左,右に揺動(傾転)するに伴って、ピストンリング21がピストン部18のリング溝18Aから径方向に張出すように拡,縮径を繰り返す。これにより、ピストンリング21の外周面は、シリンダ7の内周面に摺接し続け、ピストン部18とシリンダ7との間を気密にシールすることができ、シリンダ7(圧縮室19)内における空気の圧縮効率を高めることができる。   When the piston portion 18 is performing compression operation in the cylinder 7, the piston ring 21 has a diameter from the ring groove 18 </ b> A of the piston portion 18 as the piston portion 18 swings (tilts) to the left and right. Repeated expansion and contraction so as to project in the direction. As a result, the outer peripheral surface of the piston ring 21 continues to be in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 7, and the space between the piston portion 18 and the cylinder 7 can be hermetically sealed, and the air in the cylinder 7 (compression chamber 19). The compression efficiency can be increased.

一方、電動モータ3への給電を停止し、圧縮運転を中断したときには、揺動ピストン14(ピストン部18)の往復動も電動モータ3と一緒に停止する。そして、例えば揺動ピストン14が圧縮室19内の空気を圧縮する圧縮行程で停止した場合には、圧縮空気が圧縮室19内に残留することになる。   On the other hand, when power supply to the electric motor 3 is stopped and the compression operation is interrupted, the reciprocating motion of the swing piston 14 (piston portion 18) also stops together with the electric motor 3. For example, when the oscillating piston 14 stops in the compression stroke in which the air in the compression chamber 19 is compressed, the compressed air remains in the compression chamber 19.

しかし、ピストンリング21の周方向途中部位には、略L字状に切欠いて形成した合口部21A,21Bが存在し、ピストン部18のリング溝18Aとピストンリング21の内周との間には環状の空間が形成されている。このため、圧縮室19内に残留した圧縮空気は、ピストンリング21とリング溝18Aとの間の隙間を通じてクランク室2内へと徐々に漏出する。   However, in the middle of the piston ring 21 in the circumferential direction, there are joint portions 21A and 21B formed by cutting out in a substantially L shape, and between the ring groove 18A of the piston portion 18 and the inner periphery of the piston ring 21. An annular space is formed. For this reason, the compressed air remaining in the compression chamber 19 gradually leaks into the crank chamber 2 through the gap between the piston ring 21 and the ring groove 18A.

そして、その後に空気圧縮機を再起動するときには、シリンダ7(圧縮室19)内がほぼ大気圧に近い状態まで圧力低下している。このため、空気圧縮機の再起動時には、電動モータ3等に余分な負荷が作用することはなく、円滑な再起動を行うことができる。   After that, when the air compressor is restarted, the pressure in the cylinder 7 (compression chamber 19) is reduced to a state close to the atmospheric pressure. For this reason, when the air compressor is restarted, an extra load does not act on the electric motor 3 and the like, and a smooth restart can be performed.

ところで、揺動ピストン14のピストン部18がシリンダ7内で圧縮運転を行う間に、ピストンリング21はシリンダ7内の圧縮熱と摩擦熱等によって高温状態となる上に、ピストンリング21を拡,縮径させるために設けた合口部21A,21Bが、熱影響で溶着して本来のシール機能を失う虞れがある。   By the way, while the piston portion 18 of the oscillating piston 14 performs the compression operation in the cylinder 7, the piston ring 21 becomes a high temperature state due to the compression heat and frictional heat in the cylinder 7, and the piston ring 21 is expanded. There is a possibility that the joint portions 21A and 21B provided for reducing the diameter are welded due to thermal effects and lose their original sealing function.

即ち、ピストンリング21の合口部21A,21Bは、圧縮機を連続運転するときにピストンリング21が拡,縮径するに伴って図5中の矢示a,b方向で互いに擦れ合い、圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になることがある。そして、このままの状態で圧縮運転を停止したときには、ピストンリング21が徐々に熱収縮しリング径(外径)がシリンダ径(シリンダ7の内径)に比較して小さくなるばかりでなく、合口部21A,21Bの固着によりピストンリング21の弾性的な拡,縮径が困難となり、本来のシール機能を失ってしまう虞れがある。   That is, the joint portions 21A and 21B of the piston ring 21 rub against each other in the directions indicated by arrows a and b in FIG. 5 as the piston ring 21 expands and contracts when the compressor is continuously operated. , May be welded and fixed due to thermal effects such as frictional heat. When the compression operation is stopped in this state, the piston ring 21 gradually shrinks and the ring diameter (outer diameter) becomes smaller than the cylinder diameter (inner diameter of the cylinder 7). , 21B makes it difficult to elastically expand and contract the piston ring 21, and the original sealing function may be lost.

そこで、本実施の形態では、ピストンリング21の素材となる複合材料を、例えば表1にも示すようにグレード名が「70−J」と呼ばれる変性PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加してなる複合材料により構成している。   Therefore, in the present embodiment, the composite material as the material of the piston ring 21 is based on a modified PTFE (polytetrafluoroethylene) whose grade name is “70-J” as shown in Table 1, for example, The base material is composed of a composite material obtained by adding at least a powder substance made of copper or bronze powder, spherical carbon and molybdenum disulfide.

また、ピストンリング21の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を10〜30重量%、前記球状炭素を5〜15重量%、前記二硫化モリブデンを3〜7重量%、前記変性PTFEと不可避不純物を48〜82重量%の範囲内で含有する構成としている。そして、前記複合材料の組成比は、変性PTFEの含有率を55〜80重量%としたときに、残りの20〜45重量%を前記粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの3物質で構成するのが好ましいものである。   The composite material used as the material of the piston ring 21 is 10 to 30% by weight of a powder substance made of copper or bronze powder, 5 to 15% by weight of the spherical carbon, 3 to 7% by weight of the molybdenum disulfide, The modified PTFE and inevitable impurities are contained in the range of 48 to 82% by weight. And as for the composition ratio of the composite material, when the content of the modified PTFE is 55 to 80% by weight, the remaining 20 to 45% by weight is composed of the powder substance, spherical carbon and molybdenum disulfide. Is preferred.

これにより、後述の試験データ(表2,3参照)からも確認できるように、ピストンリング21の摩耗、合口部21A,21Bの固着等を抑えることができ、後述の比較例に対して圧縮空気の空気量が低下する等の問題を防止できる。   As a result, as can be confirmed from test data (see Tables 2 and 3) described later, wear of the piston ring 21 and adhesion of the joint portions 21A and 21B can be suppressed. Problems such as a decrease in the amount of air can be prevented.

この場合、ピストンリングの基材となる変性PTFE(グレード名が「70−J」)は、熱膨脹によるクリープ(永久変形)を小さく抑えることができる。このため、ピストンリング21としての耐熱性を向上できると共に、ピストンリング21の合口部21A,21Bが圧縮運転時の熱影響で溶着されて運転停止時に固着状態となるのを抑え、合口部21A,21Bの固着防止を図ることができる。そして、その後の運転再開時にもピストンリング21が弾性的に拡,縮径するのを補償でき、シール性能を確保して長期間のメンテナンスフリー等を実現することができる。   In this case, the modified PTFE (grade name is “70-J”) serving as the base material of the piston ring can suppress creep (permanent deformation) due to thermal expansion to a small level. For this reason, while being able to improve the heat resistance as piston ring 21, it suppresses that joint part 21A, 21B of piston ring 21 is welded by the heat influence at the time of compression operation, and will be in a fixed state at the time of operation stop, joint part 21A, It is possible to prevent 21B from sticking. Further, even when the operation is resumed thereafter, the piston ring 21 can be compensated for elastic expansion and contraction, ensuring a sealing performance and realizing a long-term maintenance-free operation.

また、ピストンリング21に用いる複合材料には、基材となる変性PTFEに対して、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加しているので、ピストンリング21の熱伝導性等を向上でき、圧縮運転時の熱をシリンダ7側に逃がすことができる上に、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。   Further, since the composite material used for the piston ring 21 is added with a powder material made of copper or bronze powder, spherical carbon and molybdenum disulfide to the modified PTFE serving as a base material, the heat conduction of the piston ring 21 It is possible to improve the properties and the like, and to release heat at the time of the compression operation to the cylinder 7 side, and it is possible to secure excellent lubricity and improve wear resistance.

これにより、圧縮運転時のシール性を十分に確保することができ、例えば3MPa以上の圧力まで圧縮空気等の流体を高圧に圧縮できる。そして、例えば2段式圧縮機の高圧側に設けるピストンリングに適用した場合でも、ピストンリング21の耐久性、寿命を高め、信頼性を向上することができる。   Thereby, the sealing performance at the time of the compression operation can be sufficiently secured, and for example, a fluid such as compressed air can be compressed to a high pressure up to a pressure of 3 MPa or more. For example, even when applied to a piston ring provided on the high-pressure side of a two-stage compressor, the durability and life of the piston ring 21 can be increased and the reliability can be improved.

また、ピストンリング21の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を10〜30重量%の範囲で含有し、前記球状炭素を5〜15重量%の範囲で含有し、前記二硫化モリブデンを3〜7重量%の範囲で含有する構成としている。これにより、ピストンリング21の熱伝導性を高めて耐熱性、耐摩耗性を向上することができる。   Further, the composite material as the material of the piston ring 21 contains a powder substance made of copper or bronze powder in the range of 10 to 30% by weight, the spherical carbon in the range of 5 to 15% by weight, and the two It is set as the structure which contains 3 to 7weight% of molybdenum sulfide. Thereby, the heat conductivity of piston ring 21 can be improved and heat resistance and wear resistance can be improved.

この場合、銅または青銅粉からなる粉末物質の含有量を、例えば10重量%未満にすると、ピストンリング21の熱伝導性が悪くなり、10重量%以上に増やすことによって熱伝導性を向上することができる。一方、粉末物質が30重量%を越えると、圧縮空気等の吐出量が低下する。これは、粉末物質の含有量が多くなり過ぎて、ピストンリング21としてのなじみ性が悪くなり、シール性能が低下することが原因と考えられる。   In this case, if the content of the powder substance made of copper or bronze powder is less than 10% by weight, for example, the thermal conductivity of the piston ring 21 is deteriorated, and the thermal conductivity is improved by increasing it to 10% by weight or more. Can do. On the other hand, when the powder substance exceeds 30% by weight, the discharge amount of compressed air or the like decreases. This is presumably because the content of the powder substance is excessively increased, the conformability as the piston ring 21 is deteriorated, and the sealing performance is deteriorated.

また、前述した球状炭素は、炭素繊維のようにエッジがなく、相手面(シリンダ7の内周面)への攻撃性を抑えて摩耗を低減することができる。しかし、球状炭素の含有量が5重量%未満になると、相手面(シリンダ7の内周面)への攻撃性が小さくなり過ぎて平滑化しないために、ピストンリング21外周の摩耗が増大する傾向がある。また、球状炭素を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、例えばシリンダ7の内周面における摩耗を増大させる原因となる。   Moreover, the spherical carbon mentioned above does not have an edge like a carbon fiber, and can suppress wear by suppressing the aggressiveness to the other surface (inner peripheral surface of the cylinder 7). However, when the spherical carbon content is less than 5% by weight, the aggression on the mating surface (the inner peripheral surface of the cylinder 7) becomes too small and smoothing is not smoothed, so that the wear on the outer periphery of the piston ring 21 tends to increase. There is. On the other hand, when the amount of spherical carbon is more than 15% by weight, on the contrary, the attacking property to the mating surface is increased, and for example, the wear on the inner peripheral surface of the cylinder 7 is increased.

また、二硫化モリブデンの含有量が3重量%未満になると、ピストンリング21としての潤滑性が低下し、摺動特性が悪くなる傾向がある。逆に7重量%を越える二硫化モリブデンを含有させると、これによって変性PTFE等の含有量が減少して、摩耗が増大する傾向がみられる。   Further, when the content of molybdenum disulfide is less than 3% by weight, the lubricity as the piston ring 21 is lowered, and the sliding characteristics tend to be deteriorated. On the other hand, when molybdenum disulfide exceeding 7% by weight is contained, the content of modified PTFE or the like is decreased by this, and there is a tendency for wear to increase.

また、変性PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の含有量を55重量%未満にすると、ピストンリング21としての強度が不足し、十分な耐摩耗性、シール性を確保することが難しい。一方、変性PTFEの含有量が80重量%を越えた場合には、他の添加材(含有成分)の量が不足し、摩耗低減の効果が十分に得られなくなる。   In addition, when the content of modified PTFE (polytetrafluoroethylene) is less than 55% by weight, the strength as the piston ring 21 is insufficient, and it is difficult to ensure sufficient wear resistance and sealability. On the other hand, when the content of the modified PTFE exceeds 80% by weight, the amount of other additives (containing components) is insufficient, and the effect of reducing wear cannot be obtained sufficiently.

このため、ピストンリング21の素材として用いる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの3物質を、全体の20〜45重量%の範囲内とし、変性PTFEを55〜80重量%の範囲内で含有する構成とするのが好ましい。これにより、ピストンリング21の耐熱性、耐摩耗性を高め、その信頼性、寿命を向上することができる。   For this reason, the composite material used as the material of the piston ring 21 is a powder material made of copper or bronze powder, three materials of spherical carbon and molybdenum disulfide within the range of 20 to 45% by weight, and the modified PTFE is 55%. It is preferable to make it contain in the range of -80 weight%. Thereby, the heat resistance and wear resistance of the piston ring 21 can be increased, and its reliability and life can be improved.

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。   Examples of the present invention are shown below together with comparative examples. The present invention is not limited to these examples.

ここで、実施例で用いるPTFE(グレード名が「70−J」)とは、PFA変性PTFEとも呼ばれ、この変性PTFEは、下記の表1にも示す如く、例えば23℃の室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が2.6%となり、室温下での永久変形が小さいという特性を有している。しかも、この変性PTFEは、例えば150℃の高温下で同様の試験を行った場合でも、その永久変形率は20.7%となり、熱膨脹によるクリープ(永久変形)も小さく抑えることができる。   Here, PTFE (grade name is “70-J”) used in the examples is also called PFA-modified PTFE. This modified PTFE is, for example, 24 at room temperature of 23 ° C. as shown in Table 1 below. The permanent deformation rate after applying a 14 MPa load over time is 2.6%, and the permanent deformation at room temperature is small. Moreover, this modified PTFE has a permanent deformation rate of 20.7% even when the same test is performed at a high temperature of 150 ° C., for example, and the creep (permanent deformation) due to thermal expansion can be suppressed to a low level.

一方、後述の比較例で用いる汎用のPTFEは、グレード名が「7−J」と呼ばれ、例えば23℃の室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が6.2%と大きくなり、例えば150℃の高温下では、永久変形率が32.6%まで大きくなってしまう。   On the other hand, a general-purpose PTFE used in a comparative example to be described later has a grade name “7-J”, and has a permanent deformation rate of 6.2 after applying a 14 MPa load for 24 hours at a room temperature of 23 ° C., for example. For example, at a high temperature of 150 ° C., the permanent deformation rate increases to 32.6%.

Figure 2007032359
Figure 2007032359

この場合、実施例では、ピストンリング21の素材となる複合材料の成分(変性PTFE、銅粉、球状炭素および二硫化モリブデン)を、下記の表2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4に示す如き合口部21A,21Bが設けられたピストンリング21を形成したものである。   In this case, in the example, after the components of the composite material (modified PTFE, copper powder, spherical carbon, and molybdenum disulfide) that are the raw materials of the piston ring 21 are blended at a weight ratio (% by weight) shown in Table 2 below. As described above, the piston ring 21 provided with the abutting portions 21A and 21B as shown in FIG. 4 is formed by using compression molding, firing means or the like.

そして、このピストンリング21を図1ないし図3に示すように揺動ピストン14(ピストン部18)のリング溝18A内に装着し、この状態で空気圧縮機を3MPaの吐出圧力で連続運転(例えば、30分間だけ運転)し、圧縮室19内の温度が室温に低下するまで圧縮機を冷却した後に、再び前述の連続運転(30分間の運転)を行うというサイクルを、例えば1000回繰り返して合計の運転時間が500時間に達した段階で、ピストンリング21等に異常がなく、圧縮運転が可能であるか否かを確認したものである。   The piston ring 21 is mounted in the ring groove 18A of the swinging piston 14 (piston portion 18) as shown in FIGS. 1 to 3, and the air compressor is continuously operated at a discharge pressure of 3 MPa in this state (for example, For 30 minutes), after cooling the compressor until the temperature in the compression chamber 19 drops to room temperature, the above-mentioned continuous operation (30 minute operation) is repeated for a total of 1000 cycles, for example. When the operation time reaches 500 hours, it is confirmed whether there is no abnormality in the piston ring 21 or the like and the compression operation is possible.

ここで、実施例のピストンリング21で採用した複合材料は、下記の表2に示すように変性PTFE(70−J)を75重量%、粉末物質(銅粉)を10重量%、球状炭素を10重量%、二硫化モリブデンを5重量%含有して構成されている。   Here, as shown in Table 2 below, the composite material employed in the piston ring 21 of the example is 75% by weight of modified PTFE (70-J), 10% by weight of powdered material (copper powder), and spherical carbon. It contains 10% by weight and 5% by weight of molybdenum disulfide.

Figure 2007032359
Figure 2007032359

一方、比較例のピストンリングで採用した複合材料は、変性PTFE(70−J)ではなく、汎用のPTFE(7−J)を用いたものである。即ち、比較例で採用した複合材料は、表2に示すように、PTFE(7−J)を75重量%、銅粉を10重量%、球状炭素を10重量%、二硫化モリブデンを5重量%含有している。   On the other hand, the composite material employed in the piston ring of the comparative example uses general-purpose PTFE (7-J) instead of modified PTFE (70-J). That is, as shown in Table 2, the composite material employed in the comparative example was 75 wt% PTFE (7-J), 10 wt% copper powder, 10 wt% spherical carbon, and 5 wt% molybdenum disulfide. Contains.

また、比較例のピストンリングは、表2に示す組成比の複合材料により実施例の場合と同様の圧縮成形、焼成手段等を用いて形成したものである。そして、比較例によるピストンリングも、揺動ピストン14(ピストン部18)のリング溝18A内に装着し、この状態で空気圧縮機を3MPaの吐出圧力で連続運転(例えば、30分間の運転)を行ったものである。   Further, the piston ring of the comparative example is formed by using the same compression molding and firing means as those of the example by using the composite material having the composition ratio shown in Table 2. The piston ring according to the comparative example is also mounted in the ring groove 18A of the oscillating piston 14 (piston portion 18), and in this state, the air compressor is continuously operated at a discharge pressure of 3 MPa (for example, operation for 30 minutes). It is what I did.

Figure 2007032359
Figure 2007032359

かくして、表3の試験データからも明らかなように、実施例によるピストンリング21を用いた空気圧縮機では、運転初期の空気量が75(リットル/分)であり、30分の連続運転により空気量が71(リットル/分)となった。そして、実施例の場合には、ピストンリング21の摩耗がほとんどなく、合口部21A,21Bの固着等を防止できることが確認された。   Thus, as is apparent from the test data in Table 3, the air compressor using the piston ring 21 according to the example has an air amount of 75 (liters / minute) at the initial stage of operation, and the air is continuously operated for 30 minutes. The amount was 71 (liters / minute). And in the case of the Example, it was confirmed that there was almost no abrasion of the piston ring 21, and adhesion of the joint parts 21A and 21B etc. can be prevented.

これに対し、比較例の場合には、30分の連続運転で空気量が70(リットル/分)であるものの、ピストンリングの合口部が溶融して固着し、NG(使用不可)となりその後の試験が不可能となった。この原因としては、実施例のように変性PTFE(70−J)ではなく、比較例では汎用のPTFE(7−J)を用いたことが、理由として考えられる。   On the other hand, in the case of the comparative example, although the air amount is 70 (liters / minute) in the continuous operation for 30 minutes, the joint portion of the piston ring is melted and fixed and becomes NG (unusable) thereafter. The test became impossible. The reason for this is considered to be the use of general-purpose PTFE (7-J) in the comparative example, not the modified PTFE (70-J) as in the examples.

従って、本実施の形態によれば、ピストンリング21の素材となる複合材料に、グレード名が「70−J」である変性PTFEを基材として用いることにより、熱膨脹によるクリープ(永久変形)を小さく抑えることができ、合口部21A,21Bが溶融して運転停止時に固着する等の問題をなくすことができる。   Therefore, according to the present embodiment, the modified PTFE whose grade name is “70-J” is used as the base material for the composite material that is the material of the piston ring 21, thereby reducing creep (permanent deformation) due to thermal expansion. It is possible to suppress such a problem that the joint portions 21A and 21B are melted and fixed when the operation is stopped.

また、ピストンリング21の素材となる複合材料には、変性PTFEからなる基材に対して、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンをそれぞれ適量だけ添加して配合することにより、ピストンリング21とシリンダ7の耐摩耗性を向上でき、空気圧縮機としての寿命を高めることができると共に、長期間のメンテナンスフリーも実現することができる。   In addition, the composite material used as the material of the piston ring 21 is blended by adding an appropriate amount of a powder material made of copper or bronze powder, spherical carbon and molybdenum disulfide to a base material made of modified PTFE. The wear resistance of the piston ring 21 and the cylinder 7 can be improved, the life as an air compressor can be increased, and long-term maintenance-free operation can also be realized.

なお、前記実施の形態では、図4、図5に示す如くピストンリング21の合口部21A,21Bを略L字状に形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばピストンリングの途中部位を一定の角度で斜め下向きに切断するようにして合口部を形成してもよく、また、略コ字状に切欠くようにして合口部を形成してもよいものである。   In the above embodiment, the case where the joint portions 21A and 21B of the piston ring 21 are formed in a substantially L shape as shown in FIGS. 4 and 5 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, an abutting portion may be formed by cutting a middle portion of the piston ring obliquely downward at a certain angle, and may be cut into a substantially U-shape. A joint portion may be formed.

また、前記実施の形態では、揺動型圧縮機を空気圧縮機に適用した場合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揺動型圧縮機に適用してもよいものである。   Moreover, in the said embodiment, the case where the oscillating compressor was applied to the air compressor was described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to an oscillating compressor that compresses a fluid such as a gas such as nitrogen or hydrogen or a refrigerant.

本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an air compressor by an embodiment of the invention. 空気圧縮機を図1中の矢示II−II方向からみた断面図である。It is sectional drawing which looked at the air compressor from the arrow II-II direction in FIG. ピストンが下死点に移動した状態を示す図2と同様位置の断面図である。It is sectional drawing of the same position as FIG. 2 which shows the state which the piston moved to the bottom dead center. 図1中のピストンリングを単体で示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piston ring in FIG. 1 alone. 図4中のピストンリングを拡大して示す正面図である。It is a front view which expands and shows the piston ring in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 クランクケース
4 出力軸
5 クランク
7 シリンダ
8 弁座板
9 シリンダヘッド
14 揺動ピストン
16 リング部
17 ピストンロッド
18 ピストン部
18A リング溝
19 圧縮室
21 ピストンリング
21A,21B 合口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crankcase 4 Output shaft 5 Crank 7 Cylinder 8 Valve seat board 9 Cylinder head 14 Oscillating piston 16 Ring part 17 Piston rod 18 Piston part 18A Ring groove 19 Compression chamber 21 Piston ring 21A, 21B Abutment part

Claims (3)

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シール部材とからなる揺動型圧縮機において、
前記シール部材は、前記揺動ピストンに設けた環状のリング溝内に拡,縮径可能に装着され合口部を有したピストンリングにより構成し、
このピストンリングは、室温下で24時間にわたり14MPaの荷重を付加した後の永久変形率が3%以下となるポリテトラフルオロエチレンを基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成する構成としたことを特徴とする揺動型圧縮機。
A cylindrical cylinder, a oscillating piston that reciprocates while oscillating in the cylinder and defines a compression chamber in the cylinder, and a seal provided between the cylinder and the oscillating piston provided in the oscillating piston In the oscillating compressor comprising a sealing member that
The seal member is constituted by a piston ring having an abutment portion mounted so as to be able to expand and contract in an annular ring groove provided in the swing piston,
This piston ring has a base material made of polytetrafluoroethylene having a permanent deformation rate of 3% or less after a load of 14 MPa is applied for 24 hours at room temperature, and the base material is a powder substance made of at least copper or bronze powder. An oscillating compressor characterized in that it is formed of a composite material to which spherical carbon and molybdenum disulfide are added.
前記複合材料は、前記ポリテトラフルオロエチレンの他に、前記粉末物質を10〜30重量%、前記球状炭素を5〜15重量%、前記二硫化モリブデンを3〜7重量%の範囲で含有する構成としてなる請求項1に記載の揺動型圧縮機。   The composite material includes, in addition to the polytetrafluoroethylene, 10 to 30% by weight of the powder substance, 5 to 15% by weight of the spherical carbon, and 3 to 7% by weight of the molybdenum disulfide. The oscillating compressor according to claim 1. 前記複合材料の基材となる前記ポリテトラフルオロエチレンは、フッ化アルコキシエチレン(PFA)基をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)中に添加したPFA変性PTFEにより構成してなる請求項1または2に記載の揺動型圧縮機。   The said polytetrafluoroethylene used as the base material of the said composite material is comprised by the PFA modified PTFE which added the fluorinated alkoxyethylene (PFA) group in the polytetrafluoroethylene (PTFE). Oscillating compressor.
JP2005214596A 2005-07-25 2005-07-25 Reciprocating compressor Active JP4750495B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005214596A JP4750495B2 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Reciprocating compressor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005214596A JP4750495B2 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Reciprocating compressor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007032359A true JP2007032359A (en) 2007-02-08
JP4750495B2 JP4750495B2 (en) 2011-08-17

Family

ID=37791903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005214596A Active JP4750495B2 (en) 2005-07-25 2005-07-25 Reciprocating compressor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4750495B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009174537A (en) * 2008-01-26 2009-08-06 Man Diesel Se Fuel supply device for internal combustion engine
JP2010236490A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Hitachi Ltd Reciprocating compressor
CN102927007A (en) * 2012-09-19 2013-02-13 上海旭岛汽车零部件有限公司 Swing piston type electrical vacuum pump
JP2013044272A (en) * 2011-08-24 2013-03-04 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Reciprocating compressor
WO2014017376A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Nok株式会社 Fluorine-resin sealing ring
WO2014017375A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Nok株式会社 Fluorine-resin sealing ring

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0388993A (en) * 1989-08-31 1991-04-15 Toshiba Corp Compressor
JPH062768A (en) * 1992-06-18 1994-01-11 Tokico Ltd Piston ring of swing type compressor
JPH1121405A (en) * 1997-06-30 1999-01-26 Ntn Corp Pressure-resistant sliding polytetrafluoroethylene resin composition
JPH11270680A (en) * 1998-03-25 1999-10-05 Tokico Ltd Reciprocating fluid machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0388993A (en) * 1989-08-31 1991-04-15 Toshiba Corp Compressor
JPH062768A (en) * 1992-06-18 1994-01-11 Tokico Ltd Piston ring of swing type compressor
JPH1121405A (en) * 1997-06-30 1999-01-26 Ntn Corp Pressure-resistant sliding polytetrafluoroethylene resin composition
JPH11270680A (en) * 1998-03-25 1999-10-05 Tokico Ltd Reciprocating fluid machine

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009174537A (en) * 2008-01-26 2009-08-06 Man Diesel Se Fuel supply device for internal combustion engine
JP2010236490A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Hitachi Ltd Reciprocating compressor
JP2013044272A (en) * 2011-08-24 2013-03-04 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Reciprocating compressor
WO2014017376A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Nok株式会社 Fluorine-resin sealing ring
WO2014017375A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Nok株式会社 Fluorine-resin sealing ring
JP5418744B1 (en) * 2012-07-25 2014-02-19 Nok株式会社 Fluororesin seal ring
JP5418743B1 (en) * 2012-07-25 2014-02-19 Nok株式会社 Fluororesin seal ring
CN102927007A (en) * 2012-09-19 2013-02-13 上海旭岛汽车零部件有限公司 Swing piston type electrical vacuum pump

Also Published As

Publication number Publication date
JP4750495B2 (en) 2011-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100832688B1 (en) Fluid machinery
JP4750495B2 (en) Reciprocating compressor
US7290481B2 (en) Oscillating type compressor
JP4616115B2 (en) Swing type compressor
JP5381891B2 (en) Sealing structure of locking piston
KR101906021B1 (en) Single seal ring stuffing box
JP2005248729A (en) Oil-free reciprocating air compressor
CN1928362A (en) Refrigerant compressor, cooling system and refrigerator
JP2005201366A (en) Shaft seal device and compressor
CN111271277A (en) Pump body structure and rotor type compressor
JP2006152960A (en) Rocking type compressor
US20110064572A1 (en) Vane sealing methods in oscillating vane machines
JP2005325842A (en) Fluid machine
JP2005264049A (en) Sealing material and oscillating-type compressor provided with the same
JP3602576B2 (en) Swing type compressor
US20170074259A1 (en) Compressor Piston Shape to Reduce Clearance Volume
JP2000045945A (en) Reciprocating compressor
CN113260788B (en) Compressor
CN218325157U (en) Cylinder block assembly, piston compressor and refrigerator
WO2022018949A1 (en) Compressor
JP6033533B2 (en) Reciprocating compressor
JP2008111391A (en) Compressor
JP2005155591A (en) Compressor
JP2009133231A (en) Oil-free type vacuum pump
JP2002081379A (en) Compressor and pump

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080722

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080723

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101019

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101220

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110310

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110311

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20110331

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110517

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110519

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4750495

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140527

Year of fee payment: 3