JP2008202708A - ピストンリングのシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンとピストンリングとの間の気密性を高める。
【解決手段】シリンダ９内を往復移動するピストン８の外周に設けられる環状溝８ａに、ピストンリング２１を嵌合するとともに、ピストンリング２１の内側にリング状のバックアップシール２０を設ける。バックアップシール２０の周縁に、ピストン８の圧縮移動方向を向く環状溝８ａの内側面部８ｂと、内側面部８ｂに対向するピストンリング２０の外側面部２０ｃとの間に介在する外向フランジ２０ｃを一体的に設ける。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ピストン往復式圧縮機等におけるピストンリングのシール構造に関する。

往復式圧縮機においては、シリンダ内を往復運動するピストンの外周部に環状溝が形成され、この環状溝にピストンリングが嵌め込まれている。ピストンリングは、ピストンの往復移動時に、その外周部がシリンダの内周面に摺接することによって、摺動部分の気密性を維持する。

さらに、ピストンとシリンダとの間の気密性を高めるため、ピストンの外周部とピストンリングの内周部との間に、耐熱合成樹脂製のバックアップシールを組み込んだものもある（例えば、特許文献１参照）。
特開昭４９−１０９９１６号公報

上述の特許文献１に記載されたピストンリングのシール構造においては、ピストンの環状溝とピストンリングとの間に、ピストンの移動方向へ僅かでも隙間があると、ピストンの往復運動中、ピストンリングが環状溝内で隙間分だけ、ピストンの移動方向と反対側に相対的にずれ、この隙間から流体漏れが発生し、圧縮効率の低下を招くこととなる。

本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、ピストンとピストンリングとの間の気密性を高めたピストンリングのシール構造を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は次のようにして解決される。
シリンダ内を往復移動するピストンの外周に設けられた環状溝に、ピストンリングを嵌合するとともに、前記ピストンリングの内周にリング状のバックアップシールを設けてなるピストンリングのシール構造において、前記バックアップシールの周縁に外向フランジを設け、前記外向フランジを、前記環状溝と前記ピストンリグとの間に形成される前記ピストンの移動方向の隙間に介在させる。

本発明によると、次のような効果を奏することができる。
請求項１記載の発明によると、バックアップシールの周縁に設けた外向フランジを、環状溝とピストンリグとの間に形成されるピストンの移動方向の隙間に介在させたことにより、ピストンの移動中、バックアップシールの外向フランジが、ピストンリングと環状溝との間に挟み込まれて、ピストンリングと環状溝との間の隙間を閉塞するため、ピストンリングと環状溝との間の隙間からの流体漏れを防止することができる。

図１は、本発明を適用したリニア駆動式における往復式圧縮機の断面図である。圧縮機１は、左右１対の円筒状のハウジング２、２と、各ハウジング２間に設けられている磁性体ヨーク３と、両ハウジング２内にあって、ヨーク３の両端部に固定されている左右１対のコイル４と、ヨーク３の内周面に固定されているリング状の永久磁石５と、ハウジング２内に左右方向へ移動可能に支持されている可動鉄心６と、可動鉄心６の中心部に固着され、可動鉄心６と共に左右方向へ移動可能なピストンロッド７と、ピストンロッド７の両端に連結された左右のピストン８、８と、ハウジング２内に固定され、かつピストン８が往復移動可能に挿入されている円筒状のシリンダ９、９と、各ハウジング２の外端面に固着されたシリンダヘッド兼用の左右の端板１０、１０とを備えている。

ハウジング２内は、シリンダ９内に連通する吸気室１２と、シリンダ９の外側に設けられた吐出室１３とに区画されている。吸気室１２は、ハウジング２に設けた吸気ポート１４に連通している。吐出室１３は、ハウジング２の外周に設けた吐出ポート１５に連通している。

ピストン８の外周面には、環状溝８ａが凹設されている。この環状溝８ａには、シリンダ９の内周面との間の気密性を保つためのピストンリング２１が嵌合され、ピストンリング２１の内周には、耐熱合成樹脂製のリング状のバックアップシール２０が設けられている。

ピストン８には、軸線方向の複数の吸入孔１６が穿設され、ピストン８の外端面には、ピストン８よりも僅かに小径で、かつ各吸入孔１６を開閉するための円盤状の吸入弁１７が配置されている。ピストン８は、その中心に締め付けねじ１８をピストンロッド７の端部まで螺合することにより、ピストンロッド７の端部に連結されている。

吸入弁１７及び円盤状の制限部材１９は、ねじ１８によりピストン８の外端面に固定されている。制限部材１９は、吸入弁１７の開度を規制するもので、その外周部には、シリンダ９内（圧縮室）に連通する複数の排出孔１９ａが穿設されている。

シリンダ９の側部には、径方向の吐出孔２３が穿設され、その外側端には、板状の吐出弁２２が設けられている。

上記構成において、コイル４に通電すると、可動鉄心６と共にピストンロッド７は、左右方向へ往復運動し、左右のピストン８は、圧縮、吸気工程を繰返す。

吸気工程において、シリンダ９内の負圧により、外部の流体は、吸気ポート１４からハウジング２の吸気室１２に吸入され、ピストン８の吸入孔１６及び吸入弁１７を通ってシリンダ９内に流入される。シリンダ９内に吸い込まれた流体は、圧縮工程で圧縮されて、シリンダ９の吐出孔２３及び吐出弁２２を経て、吐出室１３内へ流入し、吐出ポート１５からハウジング２の外部へ吐出される。

図２は、ピストン８及びピストン８に組み付けられる各部品の分解斜視図、図３は、図１におけるIII−III線縦断面図、図４、図５は、要部の拡大縦断面図である。なお、図３〜図５において、ピストンリング２１の内周面と、バックアップシール２０の外周面との間の隙間、及びバックアップシール２０とピストン８の環状溝８ａとの間の隙間は、実際は極めて微少であるが、説明の便宜上、誇張して図示してある。

ピストンリング２１は、熱影響等による伸縮を吸収するため、円周方向の一部に切断部すなわち合口部２４を有し、この合口部２４の付近には、バックアップシール２０に設けられた回り止め部をなす外向片２０ｂが、回転方向へ係合しうる係合溝２１ａが設けられている。

バックアップシール２０は、熱影響等による伸縮を吸収するため、その周方向の一部が切断された切断部２０ａを有し、ピストン２１の内周側に密接させた状態でピストン８の環状溝８ａ内に遊嵌される。バックアップシール２０における切断部２０ａと径方向に対向する位置には、バックアップシール２０の一部を外方へ向けて折曲し、ピストンリング２１の係合溝２１ａに回転方向に係合可能な外向片２０ｂが一体的に形成されている。さらに、バックアップシール２０の側端の周縁には、外向フランジ２０ｃが一体的に形成されている。

バックアップシール２０の外向フランジ２０ｃは、図４、図５に示すように、ピストン８の圧縮移動方向（図１、４及び図５において左方）を向く環状溝８ａの内側面８ｂと、内側面８ｂに対向するピストンリング２１の外側面２１ｂとの間、すなわち環状溝８ａとピストンリグ２１との間に形成されるピストン８の移動方向の隙間に介在されている。これにより、ピストン８の圧縮移動中、外向フランジ２０ｃがピストン８の内側面８ｂとピストンリング２１の外側面２１ｂとの間の隙間を閉塞して、圧縮流体の漏れは防止される。

図３に示すように、バックアップシール２０及びピストンリグ２１をピストン８に組み付けた状態においては、バックアップシール２０の切断部２０ａが、ピストンリング２１の合口部２４に重ならないように、換言するとピストンリング２１の合口部２４における隙間が、内周側からバックアップシール２０により閉塞されるように組み付けられる。

また、バックアップシール２０の外向片２０ｂが、ピストンリング２１の係合溝２１ａに係合して、ピストンリング２１に対するバックアップシール２０の周方向への回転は阻止されている。

上述により、ピストン８の環状溝８ａとピストンリング２１との間に、流体漏れの発生を招くようなピストン８の移動方向の隙間ｄが生成されても、ピストン８の動作中、特にピストン８が圧縮移動する際、ピストンリング２１とシリンダ９の内周面との間の摺動抵抗により、図５に示すように、ピストン８の移動方向に相反する方向、すなわち、ピストンリング２１が環状溝８ａ内で隙間ｄ分だけ内側面８ｂに向けて移動する。

これに伴い、バックアップシール２０の外向フランジ２０ｃは、ピストンリング２１の外側面２１と環状溝８ａの内側面８ｂとの間に強く挟み込まれ、ピストンリング２１の外側面２１と環状溝８ａの内側面８ｂとの間の隙間は閉塞される。これにより、シリンダ９内で圧縮された流体Ａが、ピストンリング２１と環状溝８ａとの間の隙間から、吸気室１２側へ漏れることは阻止される。また、このとき、図５に示すように、シリンダ９内で圧縮された流体Ａは、バックアップシール２０の内周面と環状溝８ａの周面との間の隙間に進入するため、その進入した流体Ａの圧力をもって、バックアップシール２０の外周面が、ピストンリング２１の内周面に強く押し付けられてさらに密接度合いが高められることとなる。この結果、ピストンリング２１とバックアップシール２１との間から、流体Ａが漏れことを確実に阻止することができる。

また、ピストンリング２１またはバックアップシール２０が、環状溝８ａ内で周方向に回転して、ピストンリング２１とバックアップシール２０の相対位置関係がずれて、ピストンリング２１の合口部２４とバックアップシール２０の切断部２０ａとが重なることはない。したがって、ピストンリング２１の合口部２４の隙間とバックアップシール２０の切断部２０ａの隙間との重なり部分からの流体漏れを防止することができ、ピストン８とピストンリング２１との間の気密性はより高められることとなる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態に対して、次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。
（ｉ）圧縮機を、リニア駆動式に代えて、給油または無給油式のクランク軸の回転によりピストンが往復運動する往復式圧縮機とすること。
（ii）バックアップシール２０の外向片２０ｂを、ピストンリグ２１の合口部２４の隙間２４ａ（図３参照）に係合させて、バックアップシール２０の回転を阻止すること。この場合には、ピストンリング２１に係合溝２１ａを別途形成する必要が無くなり、ピストンリング２１の形状を簡単にすることができる。
（iii）バックアップシール２０の周縁部に、外向フランジ２０ｃに加えて、ピストン８の吸気移動方向（図１、４及び図５において右方）を向く環状溝８ａの内側面８ｃと、内側面８ｃに対向するピストンリング２１の外側面２１ｃとの間に介在される外向フランジ（図示略）を設ける。このようにすると、ピストン８の圧縮移動中に加えて、ピストン８の吸気移動中の、ピストンリング２１と環状溝８ａとの間の隙間からの流体漏れを防止することができる。

本発明を適用した往復式圧縮機の一例を示す縦断面図である。 ピストン及びピストンに組み付けられる各部品の分解斜視図である。 図１におけるiii−iii線縦拡大断面図である。 要部の拡大縦断面図である。 動作説明用の要部の拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ ハウジング
３ ヨーク
４ コイル
５ 永久磁石
６ 可動鉄心
７ ピストンロッド
８ ピストン
８ａ 環状溝
８ｂ、８ｃ 内側面
９ シリンダ
１０ 端板
１２ 吸気室
１３ 吐出室
１４ 吸気ポート
１５ 吐出ポート
１６ 吸入孔
１７ 吸入弁
１８ ねじ
１９ 制限部材
１９ａ 排出孔
２０ バックアップシール
２０ａ 切断部
２０ｂ 外向片（回り止め部）
２０ｃ 外向フランジ
２１ ピストンリング
２１ａ 係合溝
２１ｂ、２１ｃ 外側面
２２ 吐出弁
２３ 吐出孔
２４ 合口部

Claims (1)

1. シリンダ内を往復移動するピストンの外周に設けられた環状溝に、ピストンリングを嵌合するとともに、前記ピストンリングの内周にリング状のバックアップシールを設けてなるピストンリングのシール構造において、
   前記バックアップシールの周縁に外向フランジを設け、前記外向フランジを、前記環状溝と前記ピストンリグとの間に形成される前記ピストンの移動方向の隙間に介在させたことを特徴とするピストンリングのシール構造。
   

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