JP2010007643A - Reciprocating compressor - Google Patents
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Description
本発明は、往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to a reciprocating compressor.
気体を圧縮する往復動圧縮機は、シリンダヘッドが搭載された円筒状のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に嵌挿され、シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成するピストンとを有しており、クランク室内に設けられたクランクの偏心運動によってピストンがシリンダ内で往復動することで、圧縮室を拡大して気体を吸い込み、圧縮室を縮小して気体を圧縮し吐出するものである。このような往復動圧縮機においては、ピストンとシリンダとの隙間、言い換えれば、圧縮室とクランク室との間をシールするためにピストンの外周側にピストンリングが設けられている。 A reciprocating compressor that compresses gas has a cylindrical cylinder on which a cylinder head is mounted, and a piston that is slidably inserted into the cylinder and defines a compression chamber between the cylinder head. The piston is reciprocated in the cylinder by the eccentric motion of the crank provided in the crank chamber, so that the compression chamber is expanded and the gas is sucked in, the compression chamber is contracted and the gas is compressed and discharged. is there. In such a reciprocating compressor, a piston ring is provided on the outer peripheral side of the piston in order to seal the gap between the piston and the cylinder, in other words, between the compression chamber and the crank chamber.
このような往復動圧縮機において、圧縮行程におけるピストンリングのシール性を高めるために、ピストンの外周側に、底部がテーパ状をなすリング溝を形成し、このリング溝にOリングを装着して、Oリングの外周側にピストンリングを配置したものがある(例えば、特許文献1参照)。これにより、圧縮行程においてピストンリングおよびOリングがシリンダとの摺動抵抗によりリング溝内を圧縮室とは反対側に移動すると、リング溝のテーパ形状によって拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになる。 In such a reciprocating compressor, in order to improve the sealing performance of the piston ring in the compression stroke, a ring groove having a tapered bottom is formed on the outer peripheral side of the piston, and an O-ring is attached to the ring groove. In some cases, a piston ring is arranged on the outer peripheral side of the O-ring (see, for example, Patent Document 1). As a result, when the piston ring and the O-ring move in the ring groove to the opposite side of the compression chamber due to sliding resistance with the cylinder in the compression stroke, the diameter is expanded by the taper shape of the ring groove, and the contact force to the cylinder is increased. This will improve the sealing performance.
また、往復動圧縮機において、圧縮行程および吸込行程の両工程におけるピストンリングのシール性を高めるために、逆向きに延出するリップ部を有する二個のピストンリングをピストンの外周側に設けたものがある(例えば、特許文献2参照)。これにより、圧縮行程において圧縮室側に延出するリップ部を有するピストンリングが気体の圧力を受けて拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになり、吸込行程において圧縮室とは反対側に延出するリップ部を有するピストンリングが気体の圧力を受けて拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになる。
上記した底部がテーパ状をなすリング溝を設けたピストンを用いる場合、圧縮行程におけるシール性を向上可能であるものの、吸込行程では逆にシール性が下がることになってしまう。このため、吸込行程において圧縮室内にクランク室側の気体が進入するブローバイが発生し、圧縮ガスの純度低下や、クランク室の内圧変化によるピストンの負荷変動を引き起こしてしまう。 When the above-described piston having a ring groove with a tapered bottom is used, the sealing performance in the compression stroke can be improved, but the sealing performance is lowered in the suction stroke. For this reason, blow-by in which the gas on the crank chamber side enters the compression chamber occurs in the suction stroke, which causes a decrease in the purity of the compressed gas and a load fluctuation of the piston due to a change in the internal pressure of the crank chamber.
また、上記した逆向きのリップ部を有する二個のピストンリングを用いる場合、ブローバイの問題は生じにくいものの、常にピストンリングがシリンダの内面に摺接しているため、摩耗耐久性が低下してしまうという問題があった。 In addition, when two piston rings having opposite lip portions as described above are used, the problem of blow-by hardly occurs, but since the piston ring is always in sliding contact with the inner surface of the cylinder, wear durability is reduced. There was a problem.
したがって、本発明は、吸込行程および圧縮行程の双方向のシール性とピストンリングの耐久性向上とを両立できる往復動圧縮機の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a reciprocating compressor that can achieve both the sealing performance of the suction stroke and the compression stroke and the improvement of the durability of the piston ring.
上記目的を達成するために、本発明は、ピストンの外周側の第1のリング溝に装着され、前記ピストンの吸込行程時に前記シリンダとの間をシールする第1のピストンリングと、前記ピストンの外周側の第2のリング溝に装着され、前記ピストンの圧縮行程時に前記シリンダとの間をシールする第2のピストンリングとを有し、前記第1のリング溝の底部および前記第2のリング溝の底部は互いに逆テーパの形状をなしている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first piston ring that is mounted in a first ring groove on an outer peripheral side of a piston and seals between the cylinder during a suction stroke of the piston, A second piston ring that is attached to the second ring groove on the outer peripheral side and seals between the piston and the cylinder during the compression stroke of the piston, and the bottom of the first ring groove and the second ring The bottoms of the grooves are inversely tapered.
本発明によれば、吸込行程および圧縮行程の双方向のシール性とピストンリングの耐久性向上とを両立できる。 According to the present invention, it is possible to achieve both the sealing performance of the suction stroke and the compression stroke and the improvement of the durability of the piston ring.
「第1実施形態」
本発明の第1実施形態の往復動圧縮機を図1〜図4を参照して以下に説明する。
図1に示すように、第1実施形態の往復動圧縮機11は、シリンダヘッド12が搭載された円筒状のシリンダ13と、このシリンダ13内に摺動可能に嵌挿されたピストン14と、ピストン14に一端側が連結されたコネクティングロッド15とを有している。
“First Embodiment”
A reciprocating compressor according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
ここで、コネクティングロッド15の他端側は、図示は略すが、電動モータの駆動力で偏心運動するクランクに連結されており、このクランクの偏心運動でコネクティングロッドを介してピストン14がシリンダ13内で往復動する。
Here, although not shown, the other end of the connecting
ピストン14は、シリンダヘッド12との間に圧縮室20を画成することになり、シリンダヘッド12とは反対側に上記クランクが配設されたクランク室21を画成する。ピストン14は、往復動することで、圧縮室20の容積を拡縮する。図示は略すが、圧縮室20を拡大することで、シリンダヘッド12に設けられた吸込弁が開いて圧縮室20内に気体を吸い込み、圧縮室20を縮小することで、シリンダヘッド12に設けられた吐出弁が開いて圧縮室20内の気体を圧縮しつつ吐出する。
The
図2に示すように、ピストン14の外周側には、圧縮室20側(図2の上側)に円環状の第1のリング溝25が形成されており、この第1のリング溝25の圧縮室20とは反対側に円環状の第2のリング溝26が形成されている。
As shown in FIG. 2, an annular
第1のリング溝25は、その底部が圧縮室20側ほど拡径するテーパ状の第1のテーパ部25aとなっており、第2のリング溝26は、その底部が圧縮室20側ほど縮径するテーパ状の第2のテーパ部26aとなっている。つまり、第1のリング溝25の底部の第1のテーパ部25aと、第2のリング溝26の底部の第2のテーパ部26aとは、二つでV字状をなすように、互いに逆テーパの形状をなしている。ここで、第1のリング溝25の第1のテーパ部25aと第2のリング溝26の第2のテーパ部26aとは、溝幅、最小径および最大径は互いに同じとなっており、その結果、シリンダ軸線に対するテーパの角度も同じとなっていて、テーパの向きだけが逆となっている。また、第1のリング溝25と第2のリング溝26とは、シリンダ軸線方向において離間しており、よって、これらの間には、これらより大径の仕切壁27が設けられている。
The
そして、第1のリング溝25には、シリンダ13の内面に摺接してピストン14とシリンダ13との隙間をシールする第1のピストンリング30が装着されている。言い換えれば、この第1のピストンリング30は、圧縮室20とクランク室21とを区画する。この第1のピストンリング30は、その内周面が第1のリング溝25の第1のテーパ部25aに合致したテーパ状の第1の当接部30aとなっている。ここで、図1に示すように、第1のピストンリング30は、その周方向の途中部位に略L字状に切り欠くようにして合口部30bが形成されており、これら合口部30bによってシール性を維持しつつ拡縮径可能となっている。第1の当接部30aは少なくとも第1のテーパ部25aとテーパ角度が一致している。
The
また、第2のリング溝26には、シリンダ13の内面に摺接してピストン14とシリンダ13との隙間をシールする第2のピストンリング31が装着されている。この第2のピストンリング31も、圧縮室20とクランク室21とを区画する。この第2のピストンリング31は、その内周面が第2のリング溝26の第2のテーパ部26aに合致したテーパ状の第2の当接部31aとなっている。ここで、図1に示すように、第2のピストンリング31も、その周方向の途中部位に略L字状に切り欠くようにして合口部31bが形成されており、これら合口部31bによってシール性を維持しつつ拡縮径可能となっている。第2の当接部31aも少なくとも第2のテーパ部26aとテーパ角度が一致している。
The
なお、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31は、自然状態では、シリンダ13の内径よりも小径となる外径を有しており、例えば、同材質、同形状のものが、向きを逆にして用いられる。
Note that the
ピストン14が圧縮室20を拡大する吸込行程では、シリンダ13との摺動抵抗によって、図3に示すように、第1のピストンリング30が第1のリング溝25内で圧縮室20側(図3の上側)に移動し、第2のピストンリング31も第2のリング溝26内で圧縮室20側に移動する。すると、第1のピストンリング30が、その第1の当接部30aで接触する第1のリング溝25の第1のテーパ部25aの拡径に倣って拡径し、シリンダ13への接触力を高めて密着しシリンダ13との間をシールすることになる。一方、第2のピストンリング31が、その第2の当接部31aで接触する第2のリング溝26の第2のテーパ部26aの縮径に倣って縮径可能となり、自身の弾性復元力でシリンダ13との間に隙間を形成することになる。つまり、ピストン14の吸込行程時に、第1のピストンリング30がシリンダ13との間をシールすることになり、第2のピストンリング31はシール性を発揮しない。
In the suction stroke in which the
逆に、ピストン14が圧縮室20を縮小する圧縮行程では、シリンダ13との摺動抵抗によって、図4に示すように、第2のピストンリング31が第2のリング溝26内で圧縮室20とは反対側(図4の下側)に移動し、第1のピストンリング30も第1のリング溝25内で圧縮室20とは反対側に移動する。すると、第2のピストンリング31が、その第1の当接部30aで接触する第2のリング溝26の第2のテーパ部26aの拡径に倣って拡径し、シリンダ13への接触力を高めて密着しシリンダ13との間をシールすることになる。一方、第1のピストンリング30が、その第1の当接部30aで接触する第1のリング溝25の第1のテーパ部25aの縮径に倣って縮径可能となり、自身の弾性復元力でシリンダ13と間に隙間を形成することになる。つまり、ピストン14の圧縮行程時に、第2のピストンリング31がシリンダ13との間をシールすることになり、第1のピストンリング30はシール性を発揮しない。
Conversely, in the compression stroke in which the
なお、吸込行程では、第1のピストンリング30がシリンダ13との間のシールを開始してから、第2のピストンリング31がシリンダ13との間のシールを終了することになり、圧縮行程では、第2のピストンリング31がシリンダ13との間のシールを開始してから、第1のピストンリング30がシリンダ13との間のシールを終了するように、第1のピストンリング30、第2のピストンリング31、第1のテーパ部25aおよび第2のテーパ部26aの寸法関係が設定されている。
In the suction stroke, after the
以上に述べた第1実施形態によれば、第1のリング溝25の第1のテーパ部25aおよび第2のリング溝26の第2のテーパ部26aが、互いに逆テーパの形状をなしており、第1のピストンリング30の第1の当接部30aが第1のテーパ部25aに合致したテーパ状をなし、第2のピストンリング31の第2の当接部31aが第2のテーパ部26aに合致したテーパ状をなしているため、上記のように、吸込行程では、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31の一方でシールを行うとともに他方はシリンダ13から離間させ、圧縮行程では、前記他方でシールを行うとともに前記一方はシリンダ13から離間させることになる。したがって、圧縮行程は勿論、吸込行程でもシリンダ13とピストン14との間のシール性を確保できるため、ブローバイの発生を抑止できることになり、また、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31は、いずれも、吸込行程および圧縮行程のいずれか一方を主としてシール性を発揮するため、耐久性を向上できる。
According to the first embodiment described above, the
また、第1のピストンリング30は、第1のテーパ部25aに倣った拡径時にシリンダ13の内面に当接してシリンダ13とピストン14との間をシールする一方、第1のテーパ部25aに倣った縮径時にシリンダ13の内面との間に隙間を形成することになり、第2のピストンリング31も、第2のテーパ部26aに倣った拡径時にシリンダ13の内面に当接してシリンダ13とピストン14との間をシールする一方、第2のテーパ部26aに倣った縮径時にシリンダ13の内面との間に隙間を形成することになるため、摩耗耐久性の低下を確実に防止できる。
The
「第2実施形態」
本発明の第2実施形態の往復動圧縮機を主に図5を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と同様の部分は、同一称呼、同一の符号とし、説明は略す。
“Second Embodiment”
A reciprocating compressor according to a second embodiment of the present invention will be described below mainly with reference to FIG. 5 with a focus on differences from the first embodiment. Note that the same parts as those in the first embodiment have the same names and the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
第2実施形態においては、ピストン14の第1のリング溝25および第2のリング溝26の配置が、第1実施形態とは逆になっている。つまり、圧縮室20とは反対側ほど拡径するテーパ状の第2のテーパ部26aを有する第2のリング溝26が、圧縮室20側に形成されており、圧縮室20側ほど拡径するテーパ状の第1のテーパ部25aを有する第1のリング溝25が、この第2のリング溝26の圧縮室20とは反対側に形成されている。これにより、第1のリング溝25の第1のテーパ部25aおよび第2のリング溝26の第2のテーパ部26aは、第1のリング溝25および第2のリング溝26が二つでW字状をなすように、互いに逆テーパの形状をなしている。
In the second embodiment, the arrangement of the
「第3実施形態」
本発明の第3実施形態の往復動圧縮機を主に図6を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と同様の部分は、同一称呼、同一の符号とし、説明は略す。
“Third Embodiment”
A reciprocating compressor according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference mainly to FIG. 6 focusing on the differences from the first embodiment. Note that the same parts as those in the first embodiment have the same names and the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第3実施形態においては、第1のリング溝25および第2のリング溝26は、互いの底部のテーパ角度が異なっている。つまり、第1のリング溝25の第1のテーパ部25aと第2のリング溝26の第2のテーパ部26aとは、最小径および最大径は互いに同じとなっているもの、第2のテーパ部26aの方が第1のテーパ部25aよりも溝幅が広くなっていて、テーパ角度が第2のテーパ部26aの方が第1のテーパ部25aよりも小さくなっている。その結果、吸込行程における拡径のタイミングを早く、圧縮行程における拡径のタイミングを遅くして、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31の不完全シール状態の発生を抑制するようになっている。
In the third embodiment, the
なお、第1〜第3実施形態において、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31の材質を異ならせても良い。例えば、圧縮する気体が窒素ガス等の特殊な気体である場合に、気体の種類によってはピストンリングの摩耗悪化を招くため、高コストの特殊な材質のピストンリングを用いなければならないことがある。このような気体を扱う場合には、圧縮行程時にシールを行う第2のピストンリング31のみを高コストのものとすれば良く、コストを低減できる。このとき、第2実施形態の構造を採用すれば、吸込行程でシールを行う第1のピストンリング30が圧縮室20の雰囲気にさらされにくくなり、より好ましい。
In the first to third embodiments, the materials of the
また、第1〜第3実施形態において、第1のピストンリング30および第2のピストンリング31の形状は上記に限定されるものではなく、例えば、図7に示すように内周面を円筒面としたり、図8に示すように断面楕円形状(あるいは円形状)としたりすることが可能である。
In the first to third embodiments, the shapes of the
11 往復動圧縮機
12 シリンダヘッド
13 シリンダ
14 ピストン
20 圧縮室
25 第1のリング溝
25a 第1のテーパ部(底部)
26 第2のリング溝
26a 第2のテーパ部(底部)
30 第1のピストンリング
30a 第1の当接部(内周面)
31 第2のピストンリング
31a 第2の当接部(内周面)
DESCRIPTION OF
26
30
31
Claims (3)
該シリンダ内に摺動可能に嵌挿され、前記シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成し往復動するピストンとを備えた往復動圧縮機において、
該ピストンの外周側の第1のリング溝に装着され、前記ピストンの吸込行程時に前記シリンダとの間をシールする第1のピストンリングと、
前記ピストンの外周側の第2のリング溝に装着され、前記ピストンの圧縮行程時に前記シリンダとの間をシールする第2のピストンリングとを有し、
前記第1のリング溝の底部および前記第2のリング溝の底部は互いに逆テーパの形状をなしていることを特徴とする往復動圧縮機。 A cylinder mounted with a cylinder head;
In a reciprocating compressor having a piston slidably inserted into the cylinder and defining a compression chamber between the cylinder head and reciprocating,
A first piston ring that is mounted in a first ring groove on the outer peripheral side of the piston and seals between the piston and the cylinder during a suction stroke;
A second piston ring that is mounted in a second ring groove on the outer peripheral side of the piston and seals between the piston during the compression stroke of the piston;
A reciprocating compressor characterized in that a bottom portion of the first ring groove and a bottom portion of the second ring groove are reversely tapered.
前記第2のピストンリングは、合口部を有し前記第2のリング溝内に拡・縮径可能に装着され、前記第2のリング溝の底部に倣った拡径時に前記シリンダの内面に当接して該シリンダとの間をシールし、前記第2のリング溝の底部に倣った縮径時にシリンダ内面との間に隙間を形成することを特徴とする請求項1に記載の往復動圧縮機。 The first piston ring has an abutment portion and is mounted in the first ring groove so that the diameter of the first piston ring can be increased or decreased. The first piston ring contacts the inner surface of the cylinder when the diameter is increased following the bottom of the first ring groove. In contact with and sealing between the cylinder and forming a gap with the cylinder inner surface at the time of diameter reduction following the bottom of the first ring groove,
The second piston ring has an abutment portion and is mounted in the second ring groove so that the diameter of the second piston ring can be expanded and contracted. 2. The reciprocating compressor according to claim 1, wherein a space is formed between the cylinder and an inner surface of the cylinder when the diameter is reduced following the bottom of the second ring groove. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008171387A JP2010007643A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Reciprocating compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008171387A JP2010007643A (en) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | Reciprocating compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010007643A true JP2010007643A (en) | 2010-01-14 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101865111A (en) * | 2010-05-06 | 2010-10-20 | 大连理工大学 | Resonance compressor |
-
2008
- 2008-06-30 JP JP2008171387A patent/JP2010007643A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101865111A (en) * | 2010-05-06 | 2010-10-20 | 大连理工大学 | Resonance compressor |
CN101865111B (en) * | 2010-05-06 | 2011-10-19 | 大连理工大学 | Resonance compressor |
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