JP2008088842A - ピストンシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮効率を高めることが可能なピストンシール構造及び空気圧縮機を提供する。
【解決手段】空気圧縮機の圧縮行程時に、ピストンリング１８がシリンダ室内のエアの圧力を受圧すると、ピストンリング１８の下側の端部２４がピストンリング溝１９の下側壁面１９ａによって支持され、この状態でピストンリング１８の上側の端部２３がピストンリング溝１９の逃げ部２７によって下方へ逃がされる。これにより、ピストンリング１８の上側の端部２３の端面２３ｂが下側の端部２４の端面２４ａに押付けられ、ピストンリング１８の合い口２２が密閉されることにより、空気圧縮機の圧縮効率を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レシプロ型空気圧縮機における圧縮時のピストンとシリンダとの間隙からのエア漏れを防止するピストンシール構造に関する。

レシプロ型空気圧縮機（以下、単に空気圧縮機と称する）においては、図８に示されるように、ピストン１０に装着されたピストンリング１８をシリンダ６の内壁面６ａに摺接させると共に、該ピストンリング１８をピストンリング溝１９の下側壁面１９ａに密着させることで、圧縮行程時におけるシリンダ６とピストン１０との間隙が密閉される。ピストンリング１８は、そのばね力によって真円状に拡開されてシリンダ６の内壁面６ａに密着されることから切れ目が形成される。切れ目の合い口形状には、直角合い口、段合い口、斜め合い口等があり、それぞれ用途に応じて選択される。例えば、車両の車高調整装置に用いられる空気圧縮機においては、合い口に強度が必要なことから、図９に示される斜め合い口２２のピストンリングが用いられることが多い。

しかしながら、斜め合い口２２は、ピストンリング１８の端面２３ｂ，２４ｂ間に隙間３１があるため、空気圧縮機の圧縮行程時に、該隙間３１からシリンダ室内の圧縮エアが漏れてしまうことから、空気圧縮機の効率が大幅に低下する。そこで、よりシール性能が高い段合い口（図７参照）のピストンリング１８を用いることが考えられるが、段合い口のピストンリング１８をもってしてもシール性能が不十分であり、より高い効率の空気圧縮機の実現に向けたピストンのシール構造が求められていた。

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、空気圧縮機の圧縮効率を高めることが可能なピストンシール構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、圧縮効率を高めることが可能な空気圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ピストンリング溝に装着されたピストンリングによってピストンとシリンダとの間隙を密閉するピストンシール構造であって、ピストンリングの両端部をピストンストローク方向に重ね合わせて合い口を形成し、ピストンリングの両端部のうちピストン上昇側に位置する方の端部がピストン下降側に位置する方の端部に対してピストン下降側へ移動するのを許容する移動代を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、移動代が、ピストンリング溝のピストン下降側壁面を切欠くことで形成されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ピストンリングがピストンに対してピストン周方向へ相対移動するのを阻止する回り止め手段を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、移動代が、ピストンリングにおけるピストン上昇側に位置する方の端部のピストン下降側部分を切欠くことで形成されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、移動代が、ピストンリングにおけるピストン下降側に位置する方の端部のピストン下降側面に設けられた突起をピストンリング溝のピストン下降側壁面に当接させることで形成されることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項６に記載の発明は、シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、該ピストンを往復動させる駆動源と、ピストンとシリンダとの間に形成されたシリンダ室内に空気を吸込む吸込み弁と、シリンダ室から圧縮された空気を吐出すると吐出弁とからなる空気圧縮機において、ピストンに請求項１乃至５のいずれかに記載のピストンシール構造を用いたことを特徴とする。

したがって、請求項１に記載のピストンシール構造に係る発明では、圧縮行程時には、ピストンリングのピストン下降側の端部が、ピストンリング溝のピストン下降側壁面に押付けられると共に、ピストンリングのピストン上昇側の端部が、移動代によってピストン下降側の端部に対してピストン下降側へ移動しようとする。これにより、ピストンリングのピストン上昇側の端部がピストン下降側の端部に押付けられ、ピストンリングの合い口が密閉される。
請求項２に記載のピストンシール構造に係る発明では、ピストンリングのピストン上昇側の端部をピストンリング溝のピストン下降側壁面に設けた切欠きに逃がすことにより、該ピストンリングのピストン上昇側の端部がピストン下降側の端部に押付けられ、ピストンリングの合い口が密閉される。
請求項３に記載のピストンシール構造に係る発明では、ピストンリングをピストンに対してピストン周方向へ位置決めされることで、ピストンリングのピストン上昇側の端部が、ピストンリング溝のピストン下降側壁面に設けた切欠き位置に位置決めされる。
請求項４に記載のピストンシール構造に係る発明では、ピストンリングのピストン上昇側の端部を、ピストンリングのピストン上昇側の端部のピストン下降側部分に設けた切欠きによってピストンリング溝のピストン下降側壁面に対して逃がすことにより、ピストンリングのピストン上昇側の端部がピストン下降側の端部に押付けられ、ピストンリングの合い口が密閉される。
請求項５に記載のピストンシール構造に係る発明では、ピストンリングのピストン下降側の端部のピストン下降側面に設けた突起をピストンリング溝のピストン下降側壁面に当接させてピストンリングのピストン上昇側の端部をピストンリング溝のピストン下降側壁面に対して浮かせることにより、ピストンリングのピストン上昇側の端部がピストン下降側の端部に押付けられ、ピストンリングの合い口が密閉される。
請求項６に記載の空気圧縮機に係る発明では、ピストンに、請求項１乃至５のいずれかに記載のピストンシール構造が必要に応じて適用される。

請求項１乃至５に記載のピストンシール構造に係る発明によれば、圧縮行程時に、ピストンリングのピストン上昇側の端部がピストン下降側の端部に押付けられてピストンリングの合い口が密閉されることにより、当該ピストンシール構造を用いた機関の圧縮効率を高めることができる。
請求項６に記載の空気圧縮機に係る発明によれば、ピストンに、請求項１乃至５のいずれかに記載のピストンシール構造を必要に応じて適用することで、シリンダとピストンとの間隙からのエア漏れ（圧縮漏れ）が抑制され、圧縮効率を高めることができる。

本発明の一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。なお、本実施形態では、本発明に係るピストンシール構造を、車両の車高調整装置に用いられる空気圧縮機１に適用した場合を説明する。図１に示されるように、空気圧縮機１は、電動モータ２を収容するモータケース３とクランク４を収容するクランクケース５とを下部構造とし、該クランクケース５上にシリンダ６とシリンダヘッド７とが設けられる。電動モータ２はモータケース３内に横置きされ、出力軸８の先端部がクランクケース５内に突出される。電動モータ２の出力軸８の先端部はクランク４に接続され、該クランク４にはコンロッド９を介してピストン１０が接続される。

そして、空気圧縮機１は、電動モータ２を作動させてクランク４を駆動することにより、シリンダ６内に収容されたピストン１０が図１における上下方向へストロークされる。なお、クランク４には、一体に形成されたカウンタウェイト１７が設けられる。空気圧縮機１は、ピストン１０が下降されると、吸込み弁１１が開弁されることにより吸込み口１２から外気がシリンダ室１３内に導入される。また、ピストン１０が上昇されると、シリンダ室１３内に導入されたエアが圧縮され、シリンダ室１３内の圧力が所定圧力に到達した時点で、吐出弁１４が開弁されてシリンダ１３室内の圧縮されたエアが吐出口１５からエアドライヤ１６へ吐出される。

図２及び図３に示されるように、ピストン１０は、リング部（ピストン１０の上側部分）に、ピストンリング１８が装着されるピストンリング溝１９が形成されると共に、スカート部（リング部から下の部分）に、ライダーリング２０が装着されるライダーリング溝２１が形成される。ライダーリング２０は、シリンダ６の内壁面６ａに対して円滑に摺動可能な耐熱性熱硬化樹脂からなり、ライダーリング溝２１への装着時に拡開させるための切れ目（図示せず）が形成される。ピストンリング１８は、合い口２２がピストン軸直角面に対して４５°に傾斜した斜め合い口であり、当該ピストンリング１８の両端部２３，２４のうち、下側の端部２４（ピストン下降側に位置する端部）の下側面２４ａ（ピストン下降側面）に、切欠き形状をなす被係止部２５が形成される。

そして、回り止め手段は、ピストンリング１８の被係止部２５をピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に突設された係止部２６に係合させることにより、ピストンリング１８がピストン１０に対してピストン１０の周方向へ相対移動するのを阻止する。また、ピストン１０は、ピストンリング溝１９の下側壁面１９ａにおける、ピストンリング１８の上側の端部２３（ピストン上昇側に位置する端部）の下側面２３ａ（ピストン下降側の端面）に対向する部分に、合い口２２側へ向けて下方へ傾斜させた切欠き状の逃げ部２７（移動代）が形成される。

次に、本ピストンシール構造の作用を説明する。空気圧縮機１は、ピストン１０が下降することでシリンダ室１３内の圧力が大気圧に対して負となり、これにより吸込み弁１１が開弁されて外気（エア）が吸込み口１２を介してシリンダ室１３内に導入される。また、ピストン１０が上昇することでシリンダ室１３内に導入されたエアが圧縮され、該シリンダ室１３内の圧力が所定の圧力に到達した時点で、吐出弁１４が開弁されてシリンダ室１３内の圧縮されたエアが吐出口１５を介してエアドライヤ１６へ吐出される。ここで、空気圧縮機１における圧縮行程、即ちピストン１０の上昇時には、シリンダ室１３内で圧縮されたエアの圧力がピストンリング１８に作用して、ピストンリング１８がピストンリング溝１９の下側壁面１９ａに向けて押圧される。

これにより、図４に示されるように、ピストンリング１８の下側の端部２４（ピストン下降側に位置する端部）が、ピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に押付けられると共に、ピストンリング１８の上側の端部２３（ピストン上昇側に位置する端部）が、ピストンリング溝１９の逃げ部２７によって下方へ逃がされる。したがって、ピストンリング１８の上側の端部２３の端面２３ｂが、下側の端部２４の端面２４ａに押付けられ、ピストンリング１８の合い口２２が密閉される。これにより、シリンダ６とピストン１０との間隙が密閉され、空気圧縮機１の性能（圧縮効率）が高められる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本ピストンシール構造によれば、空気圧縮機１の圧縮行程時に、ピストンリング１８がシリンダ室１３内で圧縮されたエアの圧力を受圧すると、ピストンリング１８の下側の端部２４（ピストン下降側に位置する端部）が、ピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に押付けられ、この状態でピストンリング１８の上側の端部２３（ピストン上昇側に位置する端部）が、ピストンリング溝１９の切欠き状に形成した逃げ部２７（移動代）によって下方へ逃がされる。
これにより、ピストンリング１８の上側の端部２３の端面２３ｂが、下側の端部２４の端面２４ａに押付けられ、ピストンリング１８の合い口２２が密閉される。したがって、シリンダ６とピストン１０との間隙が密閉され、空気圧縮機１の性能（圧縮効率）、延いては当該空気圧縮機１を装備した車両の車高調整装置の性能（応答性等）を高めることができる。
また、本ピストンシール構造では、ピストンリング１８の被係止部２５をピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に突設された係止部２６に係合させてピストンリング１８がピストン１０に対してピストン１０の周方向へ相対移動するのを阻止したので、ピストンリング１８の上側の端部２３を、ピストンリング溝１９の切欠き状に形成した逃げ部２７（移動代）に対して位置決めさせることができる。

なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
図５に示されるように、ピストンリング１８の上側の端部２３の下部を切欠いて逃げ部２８（移動代）を形成し、該逃げ部２８によって、ピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に対してピストンリング１８の上側の端部２３を逃がすように構成してもよい。この場合も、ピストンリング１８の上側の端部２３が下側の端部２４に押付けられてピストンリング１８の合い口２２が密閉される。

図６に示されるように、ピストンリング１８の下側の端部２４の下側面２４ａ（ピストン下降側端面）に突起２９を設け、該突起２９をピストンリング溝１９の下側壁面１９ａ（ピストン下降側壁面）に当接させてピストンリング１８の上側の端部２３をピストンリング溝１９の下側壁面１９ａに対して浮かせることで移動代を形成してもよい。この場合、ピストンリング１８の回り止め手段（被係止部２５及び係止部２６）が不要になる。

本実施形態では、ピストンリング１８の合い口形状が斜め合い口２２の場合を説明したが、合い口形状は、例えば、図７に示される段合い口３０であってもよい。この場合も、組み合わされる移動代を必要に応じて組み合わせればよい。

車両の車高調整装置に用いられる空気圧縮機の全体の構造を示す断面図である。 本ピストンシール構造に用いられるピストン単体の正面図である。 図２のピストンにピストンリングとライダーリングとが装着された状態を示す図である。 空気圧縮機の圧縮行程時におけるピストンリングの合い口周辺を示す図である。 他の実施形態の説明図で、特にピストンリングの端部を切欠いて移動代を形成した場合を示す図である。 他の実施形態の説明図で、特にピストンリングの端部に突起を設けて移動代を形成した場合を示す図である。 他の実施形態の説明図で、特にピストンリングの合い口が段合い口である場合を示す図である。 従来のピストンシール構造の説明図である。 ピストンリングの合い口形状の説明図で、特に斜め合い口を示す図である。

符号の説明

６ シリンダ、１０ ピストン、１８ ピストンリング、１９ ピストンリング溝、２２ 合い口、２３，２４ 端部（ピストンリングの端部）、２７ 逃げ部（移動代）

Claims (6)

1. ピストンリング溝に装着されたピストンリングによってピストンとシリンダとの間隙を密閉するピストンシール構造であって、
   前記ピストンリングの両端部をピストンストローク方向に重ね合わせて合い口を形成し、前記ピストンリングの両端部のうちピストン上昇側に位置する方の端部がピストン下降側に位置する方の端部に対してピストン下降側へ移動するのを許容する移動代を設けたことを特徴とするピストンシール構造。
2. 前記移動代が、前記ピストンリング溝のピストン下降側壁面を切欠くことで形成されることを特徴とする請求項１に記載のピストンシール構造。
3. 前記ピストンリングが前記ピストンに対してピストン周方向へ相対移動するのを阻止する回り止め手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のピストンシール構造。
4. 前記移動代が、前記ピストンリングにおけるピストン上昇側に位置する方の端部のピストン下降側部分を切欠くことで形成されることを特徴とする請求項１に記載のピストンシール構造。
5. 前記移動代が、前記ピストンリングにおけるピストン下降側に位置する方の端部のピストン下降側面に設けられた突起を前記ピストンリング溝のピストン下降側壁面に当接させることで形成されることを特徴とする請求項１に記載のピストンシール構造。
6. シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、該ピストンを往復動させる駆動源と、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成されたシリンダ室内に空気を吸込む吸込み弁と、前記シリンダ室から圧縮された空気を吐出すると吐出弁とからなる空気圧縮機において、前記ピストンに請求項１乃至５のいずれかに記載のピストンシール構造を用いたことを特徴とする空気圧縮機。

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