JP2009243342A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力化に伴って生じるリップシールの破損を抑制しリップシールの長寿命化を図ることができる往復動圧縮機の提供。
【解決手段】コネクティングロッド２４の先端側に設けられた円盤部２５と、円盤部２５に取り付けられて円盤部２５外径以下の外径を持つリテーナ２８とにより形成されシリンダ１７内を揺動しつつ往復動するピストン３１と、内周側がピストン３１の円盤部２５とリテーナ２８との間に挟持される円環状の挟持部４２となり、外周側が挟持部４２から外向き且つリテーナ２８側に突出しシリンダ３１の内周面に摺接する円環状のリップ部４３となったリップシール４１とを備え、円盤部２５とリテーナ２８の取付状態で生じる外径の寸法差でピストン３１の揺動方向と直交する方向の寸法差が、該揺動方向の寸法差に対して大きく形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、往復動圧縮機に関する。

気体を圧縮する往復動圧縮機には、モータ等の駆動源の回転駆動軸に偏心してクランクを取り付け、このクランクにベアリングを介して、ピストンと一体的に設けられたコネクティングロッドを回転可能に連結する構成のものがある。この往復動圧縮機は、回転駆動軸の回転でクランクが偏心回転することでコネクティングロッドの先端に設けられたピストンがシリンダ内で揺動しながら往復動して、気体を吸入し圧縮して吐出する。このような往復動圧縮機では、ピストンをコネクティングロッドの先端側に設けられる円盤部とこの円盤部に取り付けられる別体のリテーナとにより形成し、これら円盤部とリテーナとでリップシールを挟持して、このリップシールをシリンダの内周面に摺接させることで、ピストンとシリンダとのシールを行うようになっている。そして、リップシールのリップ部は、ピストンの揺動方向（クランク軸直交方向）の両側が、この揺動方向と直交する方向（クランク軸方向）の両側よりも、揺動による押圧力を受ける分だけ摩耗しやすいことから、リップ部をピストンの揺動方向に長い楕円形状とし、ピストンの揺動方向両側の肉厚を、この揺動方向と直交する方向の両側の肉
特開平７−９１３７４号公報

近年、上記した揺動ピストンタイプの往復動圧縮機においても、高出力化が求められている。上記の楕円形のリップシールは、その摩耗に対する長寿命化を図ることはできるものの、圧縮機の高出力化に起因して生じる破損に十分に対応することはできない。つまり、圧縮機を高出力化すると、リップシールに加わる気体の圧力も高くなり、リップシールに生じる応力値が高くなって早期に破損を生じてしまうのである。

したがって、本発明は、高出力化に伴って生じるリップシールの破損を抑制しリップシールの長寿命化を図ることができる往復動圧縮機の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ピストンの円盤部とでリップシールの挟持部を挟持するリテーナの取付状態で生じる外径の寸法差でピストンの揺動方向と直交する方向の寸法差が、揺動方向の寸法差に対して大きく形成されている。

本発明によれば、リテーナと円盤部との取付状態で生じる外径の寸法差でピストンの揺動方向と直交する方向の寸法差が、揺動方向の寸法差に対して大きくなるように形成されているため、このリテーナと円盤部とで挟持されるリップシールには、ピストンの揺動方向と直交する方向に変形に対する余裕ができる。リップ部に高い圧力が加わって大きく変形しても、上記の余裕によってこの変形を吸収することができ、生じる応力を緩和することができる。したがって、高出力化に伴って生じるリップシールの破損を抑制しリップシールの長寿命化を図ることができる。

本発明の一実施形態の往復動圧縮機を図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の往復動圧縮機１１は、図１に示すように、駆動源である電動式のモータ１２と、このモータ１２にクランクケース部１３において接続されモータ１２で駆動されて圧縮空気を発生する圧縮機本体１４とを有している。

圧縮機本体１４は、円筒状をなすとともにモータ１２の回転駆動軸１５に直交する方向に沿って配置されたシリンダ１７と、シリンダ１７の回転駆動軸１５とは反対の開口部を覆うように設けられた仕切板１８と、仕切板１８のシリンダ１７とは反対側に設けられたシリンダヘッド１９とを有している。ここで、図示は略すが、仕切板１８には吐出穴が形成されており、この吐出穴を覆うようにシリンダヘッド１９側に板状の吐出弁が取り付けられている。なお、ここでは、回転駆動軸１５は水平方向に沿って配置され、シリンダ１７は鉛直方向に沿って配置されている。

圧縮機本体１４は、モータ１２の回転駆動軸１５に偏心状態で嵌合固定されるクランク部材２１と、基端側がこのクランク部材２１にベアリング２２を介して回転可能に連結されるとともに先端側がシリンダ１７内に往復動可能に設けられる往復動部材２３とを有している。

この往復動部材２３は、上記したベアリング２２を基端側に保持するコネクティングロッド２４と、このコネクティングロッド２４の先端側に設けられてシリンダ１７内に往復動可能に配置される厚さの薄い円盤部２５とが一体成形された本体部材２６を有している。また、往復動部材２３は、本体部材２６の円盤部２５のコネクティングロッド２４とは反対側に配置される薄板状のリテーナ２８と、このリテーナ２８を厚さ方向に貫通する図示略の吸込穴をコネクティングロッド２４とは反対側で覆うようにリテーナ２８に取り付けられる板状の吸込弁２９と、リテーナ２８を円盤部２５に締結するネジ３０とを有している。なお、コネクティングロッド２４の円盤部２５とリテーナ２８とによって、シリンダ１７内を揺動しつつ往復動するピストン３１が形成される。

本体部材２６の円盤部２５は、中間所定範囲にその外周側よりも下方に凹む凹部３４が形成されており、その結果、凹部３４の外側が環状をなして上側に突出する環状台部３５となっている。

リテーナ２８は、円盤部２５の凹部３４に嵌合する嵌合凸部３７が厚さ方向一側に形成されており、その結果、厚さ方向の逆側が嵌合凸部３７よりも大径のフランジ部３８となっている。リテーナ２８には、嵌合凸部３７とは反対側に取付凹部３９が形成されており、この取付凹部３９の底面の位置に上記した吸込弁２９が取り付けられている。

また、往復動部材２３には、リテーナ２８と本体部材２６の円盤部２５とで挟持される、言い換えればピストン３１に保持される円環状のリップシール４１が設けられている。このリップシール４１はシリンダ１７の内周面に摺接してシリンダ１７とピストン３１との隙間をシールする。

リップシール４１は、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等の弾性材料からなる円環状のシールリングであり、内周側が、リテーナ２８の嵌合凸部３７を嵌合させるとともに円盤部２５の環状台部３５とリテーナ２８のフランジ部３８との間に挟持される平板円環状の挟持部４２とされ、外周側が、この挟持部４２から外向きに突出し厚さ方向におけるリテーナ２８側に屈曲して、リテーナ２８のフランジ部３８の外周側を覆う円環状のリップ部４３とされている。リップシール４１は、このリップ部４３においてシリンダ１７の内周面に摺接する。なお、このリップシール４１は、自由状態では、その全体形状、挟持部４２の形状、リップ部４３の形状がすべて円形状をなしている。

これに対して、リテーナ２８は、図２に示すように、そのフランジ部３８の外形形状が、厚さ方向に見て楕円形状をなしている。その結果、円盤部２５とリテーナ２８の取付状態で生じる外径の寸法差でピストン３１の揺動方向と直交する方向の寸法差が、該揺動方向の寸法差に対して大きく形成されている。そして、リテーナ２８は、リップシール４１の挟持部４２をこのフランジ部３８で挟みつつ本体部材２６の円盤部２５に固定される際に、ピストン３１の揺動方向（クランク軸直交方向）の幅Ｄは、この揺動方向と直交する方向（クランク軸方向）の幅Ｄ１に対して大きく（すなわち、幅Ｄ＞幅Ｄ１）なる位相状態で位置決めされて固定される。ここで、リテーナ２８の幅Ｄは、環状台部３５の外径寸法以下となるように設定される。なお、図示は略すが、リテーナ２８および円盤部２５には、上記のように位相を合わせるための位置決め構造部が設けられている。また、リテーナ２８の嵌合凸部３７の形状はリップシール４１の円形状の挟持部４２を径方向に位置決めするため、厚さ方向に見て円形状をなしている。

その結果、リテーナ２８は、リップシール４１のリップ部４３との隙間が、ピストン３１の揺動方向（図２左右方向）の両側で狭く、この揺動方向と直交する方向（図２上下方向）の両側で広くなっている。

ここで、図１に示すように、ピストン３１およびリップシール４１と、シリンダ１７と、仕切板１８とによって圧縮室ａが画成されることになり、吸込弁２９は、クランクケース部１３側から圧縮室ａへの空気の移動のみを許容する逆止弁となっている。また、仕切板１８とシリンダヘッド１９とによって吐出室ｂが形成されることになり、上記した図示略の吐出弁は、圧縮室ａ側からこの吐出室ｂ側への空気の移動のみを許容する逆止弁となっている。

以上の往復動圧縮機１１は、モータ１２の回転駆動軸１５が回転すると、回転駆動軸１５に固定されたクランク部材２１が偏心回転運動を行う。すると、このクランク部材２１にベアリング２２を介して回転可能に連結された往復動部材２３が、そのピストン３１およびリップシール４１をシリンダ１７内で往復動させる。そして、吸入行程では、ピストン３１およびリップシール４１のシリンダヘッド１９とは反対方向への移動で圧縮室ａが拡大し図示略の吐出弁は閉状態のまま吸込弁２９を開いて空気を圧縮室ａに導入する。続く圧縮行程では、ピストン３１およびリップシール４１のシリンダヘッド１９の方向への移動で圧縮室ａが縮小し吸込弁２９は閉状態のまま図示略の吐出弁を開いて圧縮室ａから圧縮空気をシリンダヘッド１９内の吐出室ｂに吐出する。

以上の作動中、ピストン３１およびリップシール４１は、シリンダ１７内で揺動しながら往復動する。
つまり、ピストン３１の揺動方向とは直交する方向に沿って見た場合に、最も圧縮室ａを拡大した下死点ではコネクティングロッド２４が左右方向の中央に位置するとともにピストン３１は水平をなしており、この状態から圧縮行程を行うべくクランク部材２１が回転し、往復動部材２３を上昇させ圧縮室ａを縮小させる方向にピストン３１およびリップシール４１を移動させると、上死点と下死点との中間までコネクティングロッド２４の下部は左右方向一側に移動しながら上昇し、上死点と下死点との中間（例えば３時の位置）で最もコネクティングロッド２４の下部が左右方向の一方の外側に位置する。このとき、ピストン３１は最も水平に対し傾斜することになる。

続いて、上死点に向かうにしたがってコネクティングロッド２４の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室ａを縮小した上死点ではコネクティングロッド２４が左右方向の中央に位置するとともにピストン３１が水平となって圧縮行程が終了する。

ピストン３１が上死点にある状態からクランク部材２１が吸入行程を行うべく回転すると往復動部材２３は圧縮室ａを拡大させる方向にピストン３１およびリップシール４１を移動させることになり、上死点と下死点との中間まで、コネクティングロッド２４の下部が左右方向逆側に移動しながら下降し、上死点と下死点との中間（例えば９時の位置）で最もコネクティングロッド２４の下部が左右方向の他方の外側に位置する。このとき、ピストン３１は最も水平に対し上記とは逆向きに傾斜することになる。

続いて、下死点に向かうにしたがってコネクティングロッド２４の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室ａを拡大した下死点ではコネクティングロッド２４が左右方向の中央に位置するとともにピストン３１が水平をなして吸入行程が終了する。

上記した圧縮行程における下死点から上死点への移動中、および吸入行程における上死点から下死点への移動中において、ピストン３１の揺動方向とは直交する方向におけるリップシール４１の両側は、締め代による押付力および空気の圧力でシリンダ１７の内周面に図２に矢印Ｘで示す位置で押し付けられることになる。一方、リップシール４１のピストン３１の揺動方向における両側は、締め代による押付力、空気の圧力に加えて、ピストン３１が揺動しながら往復動することによる押付力で、図２に矢印Ｙで示す位置で、揺動直交方向両側よりも大きな力でシリンダ１７の内周面に押し付けられることになる。その結果、これらの間の中間部（図２に示すハッチング部分Ｚ）に大きな応力が発生することになり、しかも空気の圧力が高くなるほどこの応力は大きくなるが、リテーナ２８との隙間が大きい、ピストン３１の揺動方向とは直交する方向におけるリップシール４１の両側が追従変形することによって、この応力を分散し、緩和する。

以上に述べた本実施形態の往復動圧縮機１１によれば、リテーナ２８が、ピストン３１の揺動方向で大きく、この揺動方向と直交する方向で小さく形成されているため、このリテーナ２８と円盤部２５とで挟持されるリップシール４１には、ピストン３１の揺動方向と直交する方向に変形に対する余裕ができる。よって、リップ部４３に高い圧力が加わって変形しても、上記の余裕によって吸収することができ、生じる応力を緩和することができる。したがって、昇圧用ブースタ機として使用したり機能を向上するために高出力化を図っても、高出力化に伴って生じるリップシール４１の破損を抑制しリップシール４１の長寿命化を図ることができる。

なお、図示は略すが、リップシールとして、リップ部が、ピストン３１の揺動方向に長い楕円形状をなしピストン３１の揺動方向両側が厚肉のもの（上記特許文献１参照）を用いても良い。
また、本実施例においては、リテーナ２８は楕円形状で説明したが、円盤状からその外周で揺動方向と直交する部分を直線状に面取りし角部を滑らかにした長円形状であってもよい。
また、本実施例においては、シリンダおよびピストンは、円形で説明したが、楕円や長円形状であってもよい。
さらに、本実施例においては、空気圧縮機を例として述べたが、ポンプ等の他の流体加圧機に本発明を用いても良いことは言うまでもない。

本発明の一実施形態の往復動圧縮機を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態の往復動圧縮機のピストンおよびリップシールを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

符号の説明

１１ 往復動圧縮機
１７ シリンダ
２４ コネクティングロッド
２５ 円盤部
２８ リテーナ
３１ ピストン
４１ リップシール
４２ 挟持部
４３ リップ部

Claims (2)

1. シリンダと、
   コネクティングロッドの先端側に設けられた円盤部と、該円盤部に取り付けられて該円盤部外径以下の外径を持つリテーナとにより形成され前記シリンダ内を揺動しつつ往復動するピストンと、
   内周側が前記円盤部と前記リテーナとの間に挟持される円環状の挟持部となり、外周側が該挟持部から外向き且つ前記リテーナ側に突出し前記シリンダの内周面に摺接する円環状のリップ部となったリップシールと、
   を備えた往復動圧縮機において、
   前記円盤部と前記リテーナの取付状態で生じる外径の寸法差で前記ピストンの揺動方向と直交する方向の寸法差が、該揺動方向の寸法差に対して大きく形成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記リテーナが長円形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。

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