JP2007177667A

JP2007177667A - 往復動機械

Info

Publication number: JP2007177667A
Application number: JP2005375493A
Authority: JP
Inventors: Ken Umeda; 憲梅田; Masanori Sugimoto; 正則杉本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】運転中にピストン周囲で発生した熱をピストンピンに伝わり難くし、断熱効果を向上させることができる往復動機械を提供する。
【解決手段】シリンダ１と、このシリンダ１内に摺動可能に嵌挿されたピストン３と、このピストン３に貫通して設けた嵌挿孔３ａ，３ｂと、この嵌挿孔３ａ，３ｂに嵌挿するピストンピン４と、このピストンピン４に回動可能に設けた連接棒５と、ピストンピン４とピストン３の嵌挿孔３ａ，３ｂとの間に設けた断熱材９ａ，９ｂとからなる往復動機械において、嵌挿孔３ａ，３ｂの側面とピストンピン４との間に空間を設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いられる往復動機械に関する。

従来、シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌挿されたピストンと、このピストンの径方向に向かって設けた嵌挿孔に挿入する円柱状のピストンピンと、このピストンピンに軸受を介して回動可能に設けた連接棒とからなる往復動機械において、前記ピストンピンの端部側の周面を覆うように均一な肉厚の断熱材を設けた往復動機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この断熱材により、運転中に前記ピストン周囲で発生した熱を前記ピストンピンを介して前記軸受に伝え難くし、断熱効果を得ている。

実開昭５７−１０２７６２

しかし、圧縮機をより高圧仕様にした場合等は、前記ピストンピンの端部側の周面を覆うように均一な肉厚の断熱材を設けるだけでは、運転中に前記ピストン周囲で発生した熱が前記ピストンピンに伝わってしまい、十分な断熱効果を得ることはできなかった。

そこで、本発明は、運転中に前記ピストン周囲で発生した熱をピストンピンに伝わり難くし、断熱効果を向上させることができる往復動機械を提供する。

本発明は、上記課題を解決すべく、請求項１に記載のように、シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌挿されたピストンと、該ピストンに設けられ該ピストンの径方向に貫通する嵌挿孔と、該嵌挿孔に嵌挿するピストンピンと、該ピストンピンに回動可能に設けた連接棒と、前記ピストンピンとピストンの嵌挿孔との間に設けた断熱材とからなる往復動機械において、前記嵌挿孔の側面とピストンピンとの間に空間を設けてなる往復動機械を提供するものである。

本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載の往復動機械において、前記空間の前記ピストンピンの端面側と前記ピストンの内部側に開口部を設け、該開口部により前記ピストンピンの端面側と前記ピストンの内部側を連通させてなる往復動機械を提供するものである。

本発明に係る往復動機械は、請求項１によれば、前記嵌挿孔の側面とピストンピンとの間に空間を設けてあるから、これにより運転中に前記ピストン周囲で発生する熱をピストンピンに伝わり難くして断熱効果を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明によると、前記空間を前記ピストン内部に開口してあるので、前記空間内で熱せられた空気を、前記ピストン内部に逃がすことができる。

以下図１乃至図３に示す本発明に係る往復動機械の実施の形態を説明する。

図１に示すように、本発明に係る往復動機械１０は、円筒状のシリンダ１と、このシリンダ１の上端部に設けたシリンダヘッド２と、シリンダ１内で往復運動する有蓋筒状のピストン３と、このピストン３の径方向に貫通して設けた嵌挿孔３ａ、３ｂと、この嵌挿孔３ａ、３ｂに嵌挿するピストンピン４と、このピストンピン４に回動可能に設けた連接棒５と、ピストンピン４とピストン３との間に設けた断熱材９ａ，９ｂとから大略構成されている。

このシリンダ１の外周側には複数の冷却フィン８，８，…を一体に形成し、内周面はピストン３が摺動するピストン摺動面１ａとなっている。

シリンダヘッド２は、有蓋筒状に形成され、内部は隔壁２ｇによって吸込室１５と吐出室１６に画成されている。また、シリンダヘッド２には吸込室１５と外部を連通する吸込口２ｆと、吐出室１６と外部とを連通する吐出口２ｅとが形成されている。

また、シリンダ１の上端部には、シリンダ１内に空気を吸気又は排気するための弁機構をなす円板状の弁座部材１７が設けられており、この弁座部材１７には、吸込室１５に開口する吸込孔１７ａと吐出室１６に開口する吐出孔１７ｂとが形成されている。

また、弁座部材１７の下面側には、吸込孔１７ａを閉塞するように吸込弁１７ｃを取り付けてあり、弁座部材１７の上面側には、吐出孔１７ｂを閉塞するように吐出弁１７ｄを取り付けてある。この吸込弁１７ｃは、吸込室１５からシリンダ１内に空気を吸込む際に開弁し、吐出弁１７ｄは、シリンダ１内の圧縮空気を吐出室１６に吐出する際に開弁するものである。

図２に示すようにピストン３の周壁には、リング状の溝３ｅ，３ｆ，３ｇを形成してある。この溝３ｅには、シリンダ１のピストン摺動面１ａに摺接するピストンリング１２を取り付けてあり、溝３ｆ，３ｇには、ピストン摺動面１ａに摺接するライダリング１３ａ，１３ｂをそれぞれ取り付けてある。

また、ピストン３の溝３ｆと溝３ｇの略中間に、ピストン３の径方向に嵌挿孔３ａ，３ｂを同一軸線上に穿設してあり、この各嵌挿孔３ａ，３ｂ内には、棒状のピストンピン４が嵌入される。

また、嵌挿孔３ａ，３ｂのピストン摺動面１ａ側には、嵌挿孔３ａ，３ｂにピストンピン４を嵌挿する際に、ピストンピン４を嵌挿孔３ａ，３ｂ内に円滑に案内するためのガイド面３ｈ，３ｉを嵌挿孔３ａ，３ｂの側面に対して傾斜させて形成してある。

図１に示すように、嵌挿孔３ａ，３ｂにピストンピン４を嵌挿し、溝３ｆ，３ｇにライダリング１３ａ，１３ｂを取り付けた状態では、ライダリング１３ａ，１３ｂの内周面とピストンピン４の端面４ｄ，４ｅとの間に空間２２ａ，２２ｂが形成される。

図３に示すように、ピストンピン４は、軸方向中央部に位置し嵌挿孔３ａ，３ｂとほぼ等しい外径を有する大径４ｃと、この大径部４ｃの両端に嵌挿孔３ａ，３ｂとほぼ等しい軸方向長さをもって延びるように形成された小径部４ａ，４ｂとからなる。

この小径部４ａ，４ｂの周囲には、歯車形状の断熱材９ａ，９ｂを設けてあり、この断熱材９ａ，９ｂの最外周の外径が大径部４ｃの外径とほぼ等しい外径寸法を有している。

また、ピストンピン４は、ピストン３の嵌挿孔３ａ，３ｂの下側面に貫通して形成した雌ネジ部３ｃ，３ｄに、雄ネジ７ａ，７ｂを下方から螺合し、この雄ネジ７ａ，７ｂの先端部で断熱材９ａ，９ｂを嵌挿孔３ａ，３ｂの側面に押し付けることで固定されている。

図２に示すように、嵌挿孔３ａの側面（内周面）とピストンピン４の小径部４ａ周囲に設けた断熱材９ａとの間には、空間１８をピストンピン４の軸方向に延びるようにピストンピン４の端面４ｄ，４ｅから形成してある。

この空間１８は、図２及び図３に示すように、断熱材９ａの外周面にピストンピン４の軸方向に延びるように形成した長溝１９と嵌挿孔３ａの側面との間に形成され、内部は空気である。

この断熱材９ａ，９ｂの外周面に形成された長溝１９は、ピストンピン４の小径部４ａ，４ｂの周囲に断熱材９ａ，９ｂをコーティングする際に、例えば、浸漬成形により形成することもでき、或いは、ピストンピン４の小径部４ａ，４ｂの周囲に断熱材９ａ，９ｂをコーティングした後に切削工具により形成することもできる。

また、長溝１９を有する断熱材９ａ，９ｂを予め型成形しておき、これらを小径部４ａ，４ｂに嵌着させてもよい。

なお、断熱材９ａ，９ｂの材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、セラミックスが特に有効である。

図１に示すように、連接棒５は、その一端側が図示しないクランク軸に軸受を介して連結され、他端側が軸受６及びピストンピン４を介してピストン３に連結されている。また、軸受６の長手方向両端部には、軸受６内部の潤滑油を外部に漏洩させないためのシールリング１４を設けてある。

本実施の形態による往復動機械は上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

まず、図示しない駆動モータによって、クランク軸を回転駆動させると、このクランク軸に連結された連接棒５の一端側が旋回運動し、この旋回運動に伴い連接棒５の他端側と連結したピストン３がシリンダ１内で往復運動する。

これにより、吸入行程では、ピストン３の下降によってシリンダヘッド２の吸込口２ｆ、吸込室１５、吸込弁１７ｃ及び弁座部材１７の吸込穴１７ａを介して圧縮室１１内に空気を吸込み、吐出行程では、ピストン３の上昇に伴って圧縮した空気を弁座部材１７の吐出穴１７ｂ、吐出弁１７ｄ、吐出室１６及びシリンダヘッド２の吐出口２ｅを介して外部の空気タンク（図示せず）に吐出する。

この圧縮運転中に、シリンダ１内でピストン３が往復運動することで、例えば、シリンダ１のピストン摺動面１ａとピストンリング１２及びライダリング１３ａ，１３ｂとの間で摩擦熱が発生してピストン３が熱せられるが、本実施の形態では、嵌挿孔３ａ，３ｂの側面と断熱材９ａ，９ｂとの間に空間１８を設けることで、ピストン３の嵌挿孔３ａ，３ｂの側面と断熱材９ａ，９ｂの接触する面積を低減できるから、ピストン３の熱を断熱材９ａ，９ｂを介してピストンピン４に伝え難くすることができる。

また、ピストン３の熱がピストンピン４に伝わり難くなることで、ピストンピン４に接触する軸受６に熱が伝わり難くなるから、軸受６内の潤滑油が熱により揮発することを防止でき、さらに、シールリング１４も熱にさらされないため、シール機能が低下することがなく、軸受６の寿命を延ばすことができる。

また、本実施の形態では、図１に示すように、嵌挿孔３ａ，３ｂにピストンピン４を嵌挿し、溝３ｆ，３ｇにライダリング１３ａ，１３ｂを取り付けた状態では、ライダリング１３ａ，１３ｂの内周面とピストンピン４の端面４ｄ，４ｅとの間に空間２２ａ，２２ｂを形成してあるから、ピストン摺動面１ａとライダリング１３ａ，１３ｂとの間で発生する摩擦熱をライダリング１３ａ，１３ｂを介して直接的にピストンピン４に伝わらないようにすることができる。

また、本実施の形態では、上述したように嵌挿孔３ａ，３ｂの側面と断熱材９ａ，９ｂとの間に空間１８を設けることで断熱効果を向上できるから、断熱材９ａ，９ｂの肉厚を厚くして断熱効果を向上させる場合と比較して、断熱材９ａ，９ｂの材料コストを低減できる。

なお、前記実施の形態では、図２又は図３に示すように、空間１８は、断熱材９ａ，９ｂの外周面にピストンピン４の軸方向に延びるように形成した長溝１９と嵌挿孔３ａの側面との間に形成される構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば、図４に示すように、断熱材２０ａ，２０ｂの外周面にピストンピン４の周方向に延びるように形成した周溝２１とピストン３の嵌挿孔３ａの側面との間に形成される空間であってもよい。

また、前記実施の形態では、図２に示すように、空間１８は、断熱材９ａ，９ｂの外周面にピストンピン４の軸方向に延びるように形成した長溝１９と嵌挿孔３ａの側面との間に形成される構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば、図６に示すように、断熱材３２ａ，３２ｂのピストンピン４の小径部４ａ，４ｂに接する内周面に、ピストンピン４の軸方向に延びるように形成した長溝３９と嵌挿孔３ａ，３ｂの側面との間に形成される空間３８としてもよい。

また、前記実施の形態では、図３に示すように、小径部４ａ，４ｂの周囲に、歯車形状の断熱材９ａ，９ｂを形成する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば、図５に示すように、ピストンピン３０の小径部３０ａ，３０ｂの周囲に、半円柱状の断熱材３１ａ，３１ｂを形成する構成としてもよい。この場合、図５に示すように、断熱材３１ａ，３１ｂの平面部３２ａ，３２ｂに、例えば、ピストン３の嵌挿孔３ａ，３ｂに螺合する雄ネジの先端部を当接させることで、ピストンピン３０を嵌挿孔３ａ，３ｂに固定することができる。

また、前記実施の形態では、図１乃至図４に示すように、ピストンピン４の小径部４ａ，４ｂの周囲に、断熱材９ａ，９ｂ，２０ａ，２０ｂを固定する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば、図７及び図８に示すように、ピストン４０の嵌挿孔４０ａ，４０ｂの側面に断熱材４１ａ，４１ｂを固定する構成としてもよい。この場合、図７に示すように、ピストンピン５０は、ピストン４０の嵌挿孔４０ａ，４０ｂの孔径とほぼ等しい外径を有する円柱形状であり、図８に示す４８は、断熱材４１ａの外周面にピストンピン５０の軸方向に延びるように形成した長溝４９と嵌挿孔４０ａの側面との間に形成される空間である。また、ピストン４０の周壁には、シリンダ１のピストン摺動面１ａに摺接するピストンリング１２及びライダリング１３ａ，１３ｂをそれぞれ取り付けるリング状の溝３ｅ，３ｆ，３ｇを形成してある。この実施の形態では、断熱材４１ａ，４１ｂが嵌挿孔４０ａ，４０ｂの側面に固定してあるので、ピストンピン５０に、断熱材４１ａ，４１ｂを設けるための加工を施す必要がなくなり、ピストンピン５０の加工コストを低減できる。

また、図９に示す実施の形態では、空間１８のピストンピン４の端面４ｄ，４ｅ側に、空間２２ａ，２２ｂに開口する開口部１８ａを設ける一方、ピストン３の内部側に、ピストン３内部に開口する開口部１８ｂを設けてある。この実施の形態では、空間１８，２２ａ，２２ｂ内で熱せられた空気を、開口部１８ａ，１８ｂを介してピストン３内部及び図示しないクランクケース内に逃がすことができる。

また、前記実施の形態では、ピストンピン４は、中実体である構成としたが、本発明はこれに限らず、中空体であってもよい。

また、前記各実施の形態では、往復動機械として空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、冷媒圧縮機等の往復動機械に適用してもよい。

さらに、前記各実施の形態は、往復動型エンジンに適用することもできる。

本発明に係る往復動機械の実施の形態を示す概略部分縦断面図。図１の矢示Ａ方向からみたピストン３の嵌挿孔３ａにピストンピン４を嵌挿した状態を示す概略平面図。図１に記載のピストンピン４の小径部４ａ，４ｂに断熱材９ａ，９ｂを設けた状態を示す概略斜視図。本発明の他の実施形態を示す概略斜視図。本発明の他の実施形態を示す概略斜視図。本発明の他の実施形態を示す概略斜視図。本発明の他の実施形態を示す概略縦断面図。図７の矢示Ｂ方向からみたピストン４０の嵌挿孔４０ａにピストンピン５０を嵌挿した状態を示す概略平面図。本発明の他の実施形態を示す概略縦断面図。

符号の説明

１シリンダ
２シリンダヘッド
３ピストン
３ａ嵌挿孔
３ｂ嵌挿孔
４ピストンピン
５連接棒
９ａ断熱材
９ｂ断熱材
１８空間

Claims

シリンダと、
該シリンダ内に摺動可能に嵌挿されたピストンと、
該ピストンに設けられ該ピストンの径方向に貫通する嵌挿孔と、
該嵌挿孔に嵌挿するピストンピンと、
該ピストンピンに回動可能に設けた連接棒と、
前記ピストンピンとピストンの嵌挿孔との間に設けた断熱材と、
からなる往復動機械において、
前記嵌挿孔の側面とピストンピンとの間に空間を設けてなる往復動機械。
請求項１に記載の往復動機械において、前記空間を前記ピストン内部に開口してなる往復動機械。