JP2011032886A - 往復動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】
往復動ポンプを長期使用した場合であっても、シリンダとピストンの間の気密性を保ち、かつ、装置の耐久性を向上させること。
【解決手段】
シリンダ４０と、シリンダ４０内を往復動するピストン３０と、ピストン３０の側部に配設される第１リング３４と、ピストン３０と第１リング３４との間に配設され、第１リング３４をシリンダ４０の内壁面側に付勢する第２リング３３と、を備えた往復動ポンプであって、第１リング３４は、シリンダ４０とピストン３０の間に円弧状を呈するシール面３４ａを有し、ピストン３０の往復動中、円弧状を呈したシール面３４ａが常時シリンダ４０の内壁と接する、ことを特徴とする往復動ポンプ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリンダ内を往復動するピストンを備えた往復動ポンプに関する。

シリンダ内を往復動するピストンを備えた往復動ポンプとして、従来、シリンダと、シリンダ内を揺動しつつ往復動し、シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、ピストンとシリンダとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動ポンプにおいて、リップリングは、内周側に位置しピストンに固定される固定部と、固定部からピストンの径方向外側へと突出し圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、リップ部はその外径をシリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には圧縮室からの圧力によりシリンダの内周面に向けて撓み変形する構成の往復動ポンプが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１４８１７８

特許文献１に記載の往復動ポンプでは、ピストンが上死点位置または下死点位置にあるときは、ピストン軸とシリンダ軸が一致しリップリングの全周とシリンダは円接触することにより気密性が保たれ、上死点位置と下死点位置以外では、リップリングが曲げ変形することにより、気密性を保っている。しかしながら、リップリングは曲げ変形を繰り返すことにより、屈曲部が劣化して亀裂が生じ易く、長期間使用した場合、気密性が保たれない虞がある。

本発明は、上記問題点を解決するものであり、往復動ポンプを長期使用した場合であっても、シリンダとピストンの間の気密性を保ち、かつ、装置の耐久性を向上させることを目的とするものである。

上述の課題を解決するために講じた第１の解決手段は、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記ピストンの側部に配設される第１リングと、前記ピストンと前記第１リングとの間に配設され、前記第１リングを前記シリンダの内壁面側に付勢する第２リングと、を備えた往復動ポンプであって、前記第１リングは、前記シリンダと前記ピストンの間に円弧状を呈するシール面を有し、前記ピストンの往復動中、円弧状を呈した前記シール面が常時前記シリンダの内壁と接する、ことを特徴とする往復動ポンプである。

また、第２の解決手段は、前記ピストンの上死点側端部に軸方向端部を設け、前記ピストンに嵌合し、外周に溝部を備えた第３リングが配設され、前記第１リングの上死点側において内側に折曲した折曲部が前記軸方向端部と第３リングに挟持され、前記第２リングが、前記溝部と前記第１リングとの間に配設される、ことである。

また、第３の解決手段は、前記第１リングは、樹脂材により構成され、前記第２リングは、前記第１リングと前記第３リングとの間に隙間を形成させる、ことである。

また、第４の解決手段は、前記第３リングは、前記シリンダより線膨脹係数が小さい材質を用いている、ことである。

本発明によれば、第１リングは、シリンダの内壁に接する円弧状を呈したシール面を有し、第１リングのシール面がシリンダの内壁に常時接している。そのため、シリンダ内の上死点位置と下死点位置以外であっても、第１リングの変形量が微小となり、曲げ応力による第１リングの劣化を抑制できる。また、第１リングは、第１リングをシリンダの内壁面側に付勢する第２リングにより、シリンダと円接触して気密性を保つことができる。また、第１リングは、シリンダとの接触により磨耗しても、第２リングの付勢により気密性が保たれ性能低下を抑制できる。

また、第２リングを配設する溝部を備えた第３リングが、ピストンと第１リングとの隙間に挿入される。そのため、ピストンは、複雑な構造を要せずに、第２リングを備えた第３リングにより、第１リングの折曲部が固着され、第１リングを変形させないように全周がシリンダの内壁に接触した状態が得られる。さらに、第２リングと第１リングとを容易に取り付けることが可能となり、組み付け工数の低減および低コスト化が達成できる。また、第１リングの交換などのメンテナンスも容易になる。

また、第１リングは、樹脂材により構成され、第２リングは、第３リングの側面と第１リングとの間に隙間を形成させるため、熱膨張した第１リングが、第３リング方向に膨張することができ、第１リングの肉厚の増加ができる。また、第１リングは、過度な圧力によりシリンダの内壁面と接触せず、磨耗などの損傷を抑制できる。

また、第３リングは、シリンダより線膨脹係数が小さい材質であるため、高温時において、シリンダが膨張し、シリンダの内径が拡がっても、樹脂により構成された第１リングが膨張し、シリンダと第１リングとの締め代の増加を抑制できる。また、第３リングは、シリンダより線膨張係数が小さい材質であるため、熱膨張が少なく、第１リングの熱膨張による肉厚の増加に対応できる。また、低温時において、第１リングは熱収縮してしまうが、第３リングは熱収縮が少なく、かつ、第３リングの外周に備えられた第２リングのシリンダの内壁側への付勢力により、シリンダと第１リングとの隙間の発生を抑制できる。

第１実施例のバキュームポンプ(往復動ポンプ)の断面図である。 第１実施例のロッキングピストンのヘッド部の拡大断面図である。 第２実施例のコンプレッサ(往復動ポンプ)の概略断面図である。

以下、本発明の第１実施例を図面に基づき説明する。

図１は、第１実施例のバキュームポンプ１０(往復動ポンプ)の断面図である。バキュームポンプ１０は、シリンダ４０と、シリンダ４０内をモータ２０に接続されたクランクシャフト２１の回転により往復動するロッキングピストン３０(ピストン)と、ロッキングピストン３０のヘッド部３１の側面に配設され、シリンダ４０の内壁に接する円弧状を呈したシール面３４ａを有し、シリンダ４０とロッキングピストン３０の間を常時シールするピストンリング３４（第１リング）と、ヘッド部３１とピストンリング３４との間に配設され、ピストンリング３４をシリンダ４０の内壁側に付勢する固定リング３２（第３リング）とバックアップリング３３（第２リング）と、を備える。

また、シリンダ４０の一端には、モータ２０が取り付けられ、他端には、吸入弁５１および吐出弁６１が備えられている。そして、モータ２０の回転により駆動されるロッキングピストン３０の往復運動に伴い、吸気ポート５０より吸入される気体が吸入弁５１からシリンダ４０内に流通し、吐出弁６１から吐出された気体が排気ポート６０に流通する構成である。

また、固定リング３２は、幅広い温度範囲において、シリンダ４０とピストンリング３４との隙間の発生を抑制するべく、シリンダ４０より線膨脹係数が小さい材料により構成され、ピストンリング３４は、樹脂材により構成される。

ここで、本実施例では、固定リング３２の材質として鉄が使用され、シリンダ４０の材質としてアルミニウムが使用され、ピストンリング３４の材質としてフッ素樹脂が使用されている。また、固定リング３２とピストンリング３４との間に配設されるバックアップリング３３の材質としてゴムが使用されているが、金属を使用してもピストンリング３４をシリンダ４０の内壁側に付勢する効果が得られる。また、バックアップリング３３は、材質がゴムのためＯ型リングの形状としているが、金属を使用した場合では、Ｃ型リングの形状をとり、固定リング３２の溝部３２ａ(図２)に嵌装される。

図２は、第１実施例のロッキングピスト３０のヘッド部３１の拡大断面図である。バックアップリング３３は、固定リング３２の側面とピストンリング３４との間に隙間を形成させる構成となっている。

また、ロッキングピストン３０のヘッド部３１は、上死点側端面に軸方向端部３１ａを設け、ピストンリング３４の上死点側において内側に折曲した折曲部３４ｂが形成され、折曲部３４ｂを軸方向端部３１ａに設置し、バックアップリング３３を配設する溝部３２ａを備えた固定リング３２が、ロッキングピストン３０とピストンリング３４との隙間に挿入される構成である。

以下、第１実施例の動作について説明する。

上記の構成において、ロッキングピストン３０のヘッド部３１が、シリンダ４０内で上死点位置から下死点位置に移動する際、吸気ポート５０からシリンダ４０内に気体が流通する。このとき、ロッキングピストン３０のヘッド部３１と吸入弁５１との間は負圧となるため、差圧によりピストンリング３４は、シリンダ４０の内壁面に拡張される。また、ロッキングピストン３０のヘッド部３１の位置が、下死点位置から上死点位置に移動する際、シリンダ４０内の気体は、吐出弁６１から排気ポート６０に流通する。尚、ロッキングピストン３０のヘッド部３１の位置が、上死点位置および下死点位置以外の場合、ピストンリング３４のシール面３４ａが円弧状を呈し、かつ、バックアップリング３３がピストンリング３４を付勢させるため、常時、シリンダ４０の内壁とピストンリング３４のシール面３４ａが接触している状態となる。

以下、第１実施例の効果について説明する。

上記の動作において、ピストンリング３４は、シリンダ４０の内壁に接する円弧状を呈したシール面３４ａを有し、ピストンリング３４のシール面３４ａがシリンダ４０の内壁に常時接している。そのため、シリンダ４０内の上死点位置と下死点位置以外であっても、ピストンリング３４の変形量が微小となり、曲げ応力によるピストンリング３４の劣化を抑制できる。また、ピストンリング３４は、ピストンリング３４のシール面３４ａの形状に加え、ピストンリング３４をシリンダ４０の内壁面側に付勢するバックアップリング３３により、シリンダ４０と円接触して気密性を保つことができる。また、ピストンリング３４は、シリンダ４０との接触により磨耗しても、バックアップリング３３の付勢により気密性が保たれ性能低下を抑制できる。

また、バックアップリング３３を配設する溝部３２ａを備えた固定リング３２が、ロッキングピストン３０とピストンリング３４との隙間に挿入されるため、ロッキングピストン３０は、複雑な構造を要せずに、バックアップリング３３を備えた固定リング３２により、ピストンリング３４の折曲部３４ｂが固着され、ピストンリング３４を変形させないように全周がシリンダ４０の内壁に接触した状態が得られる。さらに、バックアップリング３３とピストンリング３４とを容易に取り付けるこが可能となり、組み付け工数の低減および低コスト化が達成できる。また、ピストンリング３４の交換などのメンテナンスも容易になる。

また、ピストンリング３４は、樹脂材により構成され、バックアップリング３３は、固定リング３２の側面とピストンリング３４との間に隙間を形成させるため、熱膨張したピストンリング３４が、固定リング３２方向に膨張することができ、ピストンリング３４の肉厚の増加ができる。また、ピストンリング３４は、シリンダ４０の内壁と過度な圧力での接触を防止され、磨耗などの損傷を抑制できる。また、隙間を有することにより、ロッキングピストン３０のヘッド部３１が、シリンダ４０内で上死点位置から下死点位置に移動する際発生する差圧により、ピストンリング３４が、シリンダ４０の内壁面に拡張する作用を促進することができる。

また、固定リング３２は、シリンダ４０より線膨脹係数が小さいため、高温時において、シリンダ４０が膨張し、シリンダ４０の内径が拡がっても、樹脂材により構成されたピストンリング３４が膨張し、シリンダ４０とピストンリング３４との締め代の増加を抑制できる。また、固定リング３２は、シリンダ４０より線膨張係数が小さいため、熱膨張が少なく、ピストンリング３４の熱膨張による肉厚の増加に対応できる。また、低温時において、ピストンリング３４は熱収縮してしまうが、固定リング３２は熱収縮が少なく、かつ、固定リング３２の外周に備えられたバックアップリング３３のシリンダ４０の内壁側への付勢力により、シリンダ４０とピストンリング３４との隙間の発生を抑制できる。

次に、第２実施例を図面に基づき説明する。

図３は、第２実施例のコンプレッサ７０(往復動ポンプ)の概略断面図である。基本的な構成は、第１実施例のバキュームポンプ１０と同様であるため、同一の部位および機能を有するものは、同一の符号を付す。

ロッキングピストン８０のヘッド部８１は、下死点側端面に軸方向端部８１ａを設け、ピストンリング８４の下死点側において内側に折曲した折曲部８４ａが形成され、折曲部８４ａを軸方向端部８１ａに設置し、バックアップリング８３を配設する溝部８２ａを備えた固定リング８２が、ロッキングピストン８０とピストンリング８４との隙間に挿入される。

以下、第２実施例の動作について説明する。

上記の構成において、ロッキングピストン８０のヘッド部８１が、シリンダ４０内で上死点位置から下死点位置に移動する際、吸気ポート５０からシリンダ４０内に気体が流通する。このとき、ロッキングピストン８０のヘッド部８１とモータ８０との間は負圧となるため、差圧によりピストンリング８４は、シリンダ４０の内壁面に拡張される。

上記の動作において、ピストンリング８４は、シリンダ４０の内壁に接する円弧状を呈したシール面８４ａを有し、ピストンリング８４のシール面８４ａがシリンダ４０の内壁に常時接している。そのため、シリンダ４０内の上死点位置と下死点位置以外であっても、ピストンリング８４の変形量が微小となり、曲げ応力によるピストンリング８４の劣化を抑制できる。また、ピストンリング８４は、ピストンリング８４のシール面８４ａの形状に加え、ピストンリング８４をシリンダ４０の内壁面側に付勢するバックアップリング８３により、シリンダ４０と円接触して気密性を保つことができる。また、ピストンリング８４は、シリンダ４０との接触により磨耗しても、バックアップリング８３の付勢により気密性が保たれ性能低下を抑制できる。

１０、７０・・・バキュームポンプ、コンプレッサ(往復動ポンプ)
３０、８０・・・ロッキングピストン(ピストン)
３１ａ、８１ａ・・・軸方向端部
３２、８２・・・固定リング（第３リング）
３２ａ、８２ａ・・・溝部
３３、８３・・・バックアップリング（第２リング）
３４、８４・・・ピストンリング（第１リング）
３４ａ、８４ａ・・・シール面
３４ｂ、８４ｂ・・・折曲部
４０・・・シリンダ

Claims (4)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記ピストンの側部に配設される第１リングと、
   前記ピストンと前記第１リングとの間に配設され、前記第１リングを前記シリンダの内壁面側に付勢する第２リングと、
   を備えた往復動ポンプであって、
   前記第１リングは、前記シリンダと前記ピストンの間に円弧状を呈するシール面を有し、前記ピストンの往復動中、円弧状を呈した前記シール面が常時前記シリンダの内壁と接する、
   ことを特徴とする往復動ポンプ。
2. 前記ピストンの上死点側端部に軸方向端部を設け、
   前記ピストンに嵌合し、外周に溝部を備えた第３リングが配設され、
   前記第１リングの上死点側において内側に折曲した折曲部が前記軸方向端部と第３リングに挟持され、
   前記第２リングが、前記溝部と前記第１リングとの間に配設される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
3. 前記第１リングは、樹脂材により構成され、前記第２リングは、前記第１リングと前記第２リングとの間に隙間を形成させる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２の記載の往復動ポンプ。
4. 前記固定リングは、前記シリンダより線膨脹係数が小さい材質を用いている、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の往復動ポンプ。

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