JP2011112202A - ピストンリング - Google Patents

Abstract

【課題】良好なシール性の長期維持と、組付け容易なピストンリングを提供する。
【解決手段】ステップカット形状の合い口が形成されたシールリング１１の内側にバックアップリング１２を組み込んで、シールリング１１の内径面に弾性接触させる。バックアップリング１２の外径面に膨出部１７を設け、その膨出部１７のリング周方向の両端面に切欠部１８を形成する。その切欠部１８にシールリング１１の合い口を形成するリップ部１５を係合させ、その係合により、シールリング１１とバックアップリング１２の相対的な回転を防止し、シールリング１１とバックアップリング１２の合い口が重なり合うことのないようにする。また、リップ部１５と切欠部１８の係合により、シールリング１１とバックアップリング１２を相対的に軸方向に位置決めして、ピストンのリング溝に対する組付け後において、両リング１１、１２の相対的な軸方向の位置調整作業を不要にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ピストンリングに関し、特にオイルフリー圧縮機のピストンに装着されて空気、不活性ガス、冷媒等の流体をシールするピストンリングに関する。

シリンダ内に組込まれたピストンの往復動によって圧縮媒体を形成するオイルフリー圧縮機においては、図４に示すように、シリンダ１の内側に組込まれたピストン２の外周に複数のリング溝３を軸方向に間隔をおいて形成し、その複数のリング溝３のそれぞれにピストンリング４を装着し、そのピストンリング４をシリンダ１の内径面に沿って摺動させて圧縮媒体の漏洩を防止するようにしている。

上記ピストンリング４として、同図で示すように、シールリング５と、そのシールリング５の内側に組込まれたバックアップリング６と、そのバックアップリング６の内側に組込まれたテンションリング７からなるものが従来から知られている。

ここで、シールリング５、バックアップリング６およびテンションリング７は、組込み上、合い口を必要とする。その合い口が互いに重なり合うと、シール性が低下するため、３つのリング５、６、７のそれぞれは、隣接するリングの合い口の位置が重なり合わないように、例えば１８０°位置がずれるような組合せとされている。

ところで、上記のようなピストンリング４においては、シールリング５、バックアップリング６およびテンションリング７の３つのリングを互いに嵌合する組み合わせであるため、ピストン２がシリンダ１内を往復摺動する場合、流体の圧力、テンションリング７の拡径力、シリンダ１の内径面に対するピストン２の傾き、シールリング５の内径面とバックアップリング６の外径面との接触の不均一等を原因としてシールリング５、バックアップリング６およびテンションリング７が相対的に回転する場合があり、そのリングの相対回転により、円周上でシールリング５とバックアップリング６の合い口とが互いに重なり、あるいは、バックアップリング６とテンションリング７の合い口が互いに重なる場合が生じる。

ここで、シールリング５とバックアップリング６の合い口が互いに重なり合った場合、その重なり部から流体が漏れ、シール性を低下させることになる。

そのような不都合の発生を防止するため、特許文献１に記載されたピストンリングにおいては、テンションリングの合い口に設けられた外向きの折曲げ突起部をバックアップリングの合い口およびシールリングの内周面に形成された凹状部に係合させる係止手段、シールリングの内径面とバックアップリングの外径面に跨って形成されたピン孔に回り止めピンを挿入する係止手段、あるいは、シールリングの内径面とバックアップリングの外径面の一方に形成された凸部を他方に形成された凹部に係合させる係止手段によって、シールリング、テンションリングおよびバックアップリングが相対的に回転するのを防止するようにしている。

また、特許文献２に記載されたピストンリングにおいては、シールリングの内径面に形成された突起部をバックアップリングの合い口に係合させてシールリングとバックアップリングが相対的に回転するのを防止するようにしている。

特開平１１−６３２２６号公報 特開２００１−３２９３５号公報

ところで、特許文献１に記載されたピストンリングにおいては、係止手段が、リングの相対回転を防止する機能しか有しておらず、軸方向に非分離とする位置決め機能を有していないため、組付け時、先に組付けられたバックアップリングの側面と後から組付けられたシールリングの側面間に段差が生じることが多く、各リングの組付け後に、側面を揃える軸方向の位置調整操作が必要となり、組付けに手間が掛かるという不都合がある。

一方、特許文献２に記載されたピストンリングにおいては、シールリングの内径面に嵌合物の圧入によって形成された突起部をバックアップリングの合い口に係合させる回り止めであるため、シールリングとバックアップリングを相対的に軸方向に位置決めする機能がなく、特許文献１に記載のピストンリングと同様に、各リングの組付け後に、側面を揃える軸方向位置の調整操作が必要となり、組付けに手間が掛かるという不都合がある。また、嵌合物が孔から外れることで回転防止機能を喪失する恐れがある。

また、特許文献１および特許文献２のいずれのピストンリングも、組付け前の輸送の段階でシールリングとバックアップリングが分離する可能性がある。

この発明の課題は、良好なシール性を長期にわたって維持することができるようにした組付けの容易なピストンリングを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、周方向の一部にステップカット形状の合い口が形成されたシールリングと、そのシールリングの内径面に弾性接触し、周方向の一部に合い口が設けられたバックアップリングとを備えてなるピストンリングにおいて、前記バックアップリングの外径面に膨出部を設け、その膨出部のリング周方向の両端面に前記シールリングの合い口を形成するリップ部が係合可能な切欠部を形成した構成を採用したのである。

上記のように、バックアップリングの外周面に膨出部を設け、その膨出部のリング周方向の両端面に切欠部を形成し、その切欠部にシールリングの合い口を形成するリップ部を係合させることにより、シールリングとバックアップリングを相対的に回り止めすることができ、また、シールリングとバックアップリングを軸方向に相対的に位置決めすることができる。

上記のように、切欠部とリップ部の係合により、シールリングとバックアップリングを相対的に回り止めすることができるため、シールリングとバックアップリングの合い口が重なり合うというようなことがなく、良好なシール性を長期にわたって維持することができる。

また、切欠部に対するリップ部の係合によってシールリングとバックアップリングを相対的に軸方向に位置決めすることができるため、各リングの組付け後において、２つのリングの相対的な軸方向位置の調整作業を不要とすることができ、組付け作業の容易化を図ることができ、しかも、組付け前の輸送の段階でシールリングとバックアップリングが軸方向に分離するのを防止することができる。

ここで、膨出部がバックアップリングの合い口に近接する位置に設けられていると、シールリングとバックアップリングを内外に嵌合するピストンリングの形成時に、シールリングの合い口がバックアップリングの合い口と近接し、シール性に対する安心感を得ることができない。

そこで、上記膨出部は、バックアップリングの合い口を０°としたとき、その合い口から中心角度で４５°以上３１５°以下の範囲に設けておくのが好ましい。

また、膨出部のリング径方向の厚みがシールリングの径方向厚みを超えると、シールリングの外周全体をシリンダの内径面に接触させることができなくなるため、上記膨出部のリング径方向の厚みはシールリングの径方向厚み以下とする。

この発明に係るピストンリングにおいて、シールリングおよびバックアップリングを合成樹脂製とすると、金型により射出成形することができるため、コストの低減を図ることができる。

この場合、シールリングとバックアップリングが同一の合成樹脂であると、固着する可能性があるため、異なった合成樹脂を用いるようにする。特に、バックアップリングは外周面に膨出部が設けられているため、射出成形可能な合成樹脂によって射出成形で製造することが望ましい。

合成樹脂としては、自己潤滑性、シール性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂を用いるのがよい。そのフッ素樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）等を挙げることができる。

合成樹脂によるバックアップリングの成形においては、シールリング内に嵌合可能な円筒状の成形としてもよく、あるいは、平板状の成形としてもよい。平板状の成形においては、円筒形の折曲げ状態でシールリングの内側に組込む組付けとするため、シールリングの内径面に対する接触圧力が高く、テンションリングを使用しなくともシールリングをシリンダ内径面に密着させることができる。

さらに、バックアップリングの内側に、そのバックアップリングの内径面に弾性接触するテンションリングを組み込むことにより、バックアップリングの円筒形の折曲げ状態を保持することができ、シールリングの径方向内方への変形をより効果的に防止することができる。

上記のように、この発明に係るピストンリングにおいては、バックアップリングの外径面に膨出部を設け、その膨出部のリング周方向の両端面に形成された切欠部にシールリングの合い口を形成するリップ部を係合させたことにより、シールリングとバックアップリングが相対的に回転するのを防止することがき、シールリングとバックアップリングの合い口が重なり合うことがなく、良好なシール性を長期にわたって維持することができる。

また、シールリングとバックアップリングが相対的に回転するのを防止するための嵌合物を使用しないため、嵌合物が外れることで回転防止機能を喪失する恐れがない。

さらに、切欠部とリップ部の係合によってシールリングとバックアップリングを相対的に軸方向に位置決めすることができるため、各リングの組付け後において軸方向の位置調整作業を不要とすることができる。このため、組付け作業の容易化を図ることができ、しかも、組付け前の輸送の段階でシールリングとバックアップリングが軸方向に分離するのを防止することができる。

この発明に係るピストンリングの実施の形態を示す斜視図 図１に示すピストンリングの分解斜視図 バックアップリングの成形状態を示す一部省略の斜視図 従来のバックアップリングの使用状態を示す断面図

以下、この発明の実施の形態を図１乃至図３に基づいて説明する。図１および図２に示すように、この発明に係るピストンリング１０は、シールリング１１と、そのシールリング１１の内側に嵌合されたバックアップリング１２と、そのバックアップリング１２の内側に嵌合されたテンションリング１３とからなる。

ピストンリング１０は、図４に示すピストン２のリング溝３に組み付けられ、シリンダ１の内径面に対するシールリング１１の接触によりオイル、空気、不活性ガス、冷媒等の流体の漏れを防止する。

シールリング１１は、周方向の一部に分離端を有し、その分離端に合い口１４が形成されている。合い口１４は、分離端のそれぞれにリップ部１５を軸方向に位置をずらして形成したステップカット形状の合い口とされている。

バックアップリング１２は、周方向の一部に分離端を有し、その分離端にストレートカット形状の合い口１６が形成されている。バックアップリング１２はシールリング１１の内径面に弾性接触する組付けとされて、シールリング１１に負荷される径方向内方の押圧力を受け、シールリング１１の径方向内方への変形を防止するようになっている。

バックアップリング１２の外径面には膨出部１７が形成されている。膨出部１７のリング周方向の一対の端面のうち、一方の端面の一端部および他方の端面の他端部には切欠部１８が形成され、その切欠部１８にシールリング１１のリップ部１５が係合し、その係合によってバックアップリング１２とシールリング１１が相対的に回転するのが防止されている。また、切欠部１８とリップ部１５の係合により、シールリング１１とバックアップリング１２は軸方向に位置決めされて、軸方向に非分離とされている。

テンションリング１３は、周方向の一部に分離端を有し、その分離端にストレートカット形状の合い口１９が形成されている。このテンションリング１３は、バックアップリング１２の内径面に弾性接触する組み付けとされて、シールリング１１およびバックアップリング１２の径方向内方への変形を防止するようになっている。なお、テンションリング１３は必要に応じて組込み、省略してもよい。

ここで、シールリング１１、バックアップリング１２およびテンションリング１３の３つのリングの断面形状は、特に限定されるものでない。図１および図２に示すように、断面が矩形で、シールリング１１の内径面でバックアップリング１２を保持することができ、また、バックアップリング１２の内径面でテンションリング１３を保持できる形状であればよい。

実施の形態で示すように、バックアップリング１２の外径面に膨出部１７を設け、その膨出部１７のリング周方向の両端面に形成された切欠部１８にシールリング１１のリップ部１５を係合させることにより、シールリング１１とバックアップリング１２が相対的に回転するのを防止することがき、シールリング１１の合い口１４とバックアップリング１２の合い口１６が重なり合うのを防止することができる。このため、良好なシール性を長期にわたって維持することができる。

また、切欠部１８とリップ部１５の係合によってシールリング１１とバックアップリング１２を相対的に軸方向に位置決めすることができるため、各リング１１、１２の組付け後において軸方向の位置調整作業を不要とすることができる。このため、組付け作業の容易化を図ることができ、しかも、組付け前の輸送の段階でシールリング１１とバックアップリング１２が軸方向に分離するのを防止することができる。

ここで、膨出部１７がバックアップリング１２の合い口１６に近接する位置に設けられていると、シールリング１１とバックアップリング１２を内外に嵌合するピストンリング１０の形成時に、シールリング１１の合い口１４がバックアップリング１２の合い口１６と近接し、流体の漏れ防止に対する安心感を得ることができない。

そこで、膨出部１７は、バックアップリングの合い口１６を０°としたとき、その合い口１６から中心角度で４５°以上３１５°以下の範囲に設けておくのが好ましい。より好ましくは、９０°以上２７０°以下の範囲であり、さらに好ましくは１７０°以上１９０°以下である。

また、膨出部１７のリング径方向の厚みｔ_１がシールリング１１の径方向厚みｔ_２を超えると、シールリング１１の外周全体をシリンダ１の内径面に接触させることができなくなるため、上記膨出部１７のリング径方向の厚みｔ_１はシールリング１１の径方向厚みｔ_２以下とする。

なお、バックアップリング１２の合い口１６およびテンションリング１３の合い口１９の隙間はピストン２内が最高温度に達したとき、熱膨張により各リングが円周方向に伸長しても合い口１６、１９の隙間が０にならないように設定しておく。

テンションリング１３は、ばね弾性の大きな材料で形成するのが好ましい。そのような材料として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や鉄−コバルト等の金属材料や樹脂材料を挙げることができる。

一方、シールリング１１は、製造コストの面において金型により成形可能な合成樹脂、特に、射出成形可能な合成樹脂とするのが好ましい。その場合、自己潤滑性、シール性、耐熱性、耐薬品性等に優れるフッ素樹脂が望ましい。

フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、ＥＴＦＥ、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂、ポリビニリデンフルオライド樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂等を挙げることができる。これらの中でも、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥを用いるのが好ましい。このようなフッ素樹脂は、また、非粘着性の面からも好ましい。

バックアップリング１２は、膨出部１７を備えるため射出成形可能な樹脂組成物が望ましい。例えば、射出成形可能なフッ素樹脂として、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。特に、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ＰＰＳは自己潤滑性、シール性、耐熱性、耐薬品性等に優れる点から望ましい。ただし、シールリング１１とバックアップリング１２とが固着するのを防止するため、シールリング１１とバックアップリング１２は異なった樹脂を用いるようにする。

バックアップリング１２は、図１および図２に示すように、円筒状に成形しても良いが、図３のように平板状に成形しても良い。平板状の成形においては、円筒形の折曲げ状態でシールリング１１の内側に組み込む組み付けとするため、シールリング１１の内径面に対する接触圧力が高く、シールリング１１の半径方向内方への変形を効果的に防止することができるため、テンションリング１３を不要とすることができる。

シールリング１１およびバックアップリング１２は、上述の合成樹脂のみ、すなわち、配合剤を配合しない合成樹脂１００％のものを用いることができる。また、必要に応じて、合成樹脂以外に、各種の充填材を添加することもできる。この場合、合成樹脂の非粘着性を妨げないように、合成樹脂９７〜７０重量％、充填材３〜３０重量％が好ましい。

１１ シールリング
１２ バックアップリング
１３ テンションリング
１４ 合い口
１５ リップ部
１６ 合い口
１７ 膨出部
１８ 切欠部
１９ 合い口

Claims (10)

1. 周方向の一部にステップカット形状の合い口が形成されたシールリングと、そのシールリングの内径面に弾性接触し、周方向の一部に合い口が設けられたバックアップリングとを備えてなるピストンリングにおいて、
   前記バックアップリングの外径面に膨出部を設け、その膨出部のリング周方向の両端面に前記シールリングの合い口を形成するリップ部が係合可能な切欠部を形成したことを特徴とするピストンリング。
2. 前記バックアップリングの合い口を０°としたとき、その合い口から中心角度で４５°以上３１５°以下の範囲に前記膨出部が設けられた請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記膨出部が、前記シールリングの径方向厚み以下の厚みとされた請求項１又は２に記載のピストンリング。
4. 前記シールリングおよび前記バックアップリングが、合成樹脂からなり、前記シールリングを形成する合成樹脂と前記バックアップリングを形成する合成樹脂が異なった合成樹脂からなる請求項１乃至３のいずれかの項に記載のピストンリング。
5. 前記合成樹脂が、射出成形可能な樹脂からなる請求項４に記載のピストンリング。
6. 前記バックアップリングが、射出成形状態で平板状とされ、円筒形の折曲げ状態で前記シールリングの内側に組込まれた請求項５に記載のピストンリング。
7. 前記合成樹脂が、フッ素樹脂からなる請求項４乃至６のいずれかの項に記載のピストンリング。
8. 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂の一種からなる請求項７に記載のピストンリング。
9. 前記バックアップリングの内側に、そのバックアップリングの内径面に弾性接触するテンションリングを組み込んだ請求項１乃至８にいずれかの項に記載のピストンリング。
10. 前記ピストンリングによるシール対象物が、空気またはガスからなる請求項１乃至９のいずれかの項に記載のピストンリング。

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