JP2011149310A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダとピストンとの間の機密性を保持できるようにして高効率化を図る。
【解決手段】往復動圧縮機は、シリンダと、一端側が回転軸への連結部となり他端側が前記シリンダ内を往復動するピストン７３を備える連接棒組と、前記ピストンの外周側に形成されたピストンリング溝７７と、このピストンリング溝に設けられたピストンリング１３とを備えている。前記ピストンリングは該ピストンリングを拡縮径可能に構成するための合口部９１を有し、このピストンリングの内周側には開口部９４ａを有するＣ型のテンションリング９４が装着されている。該テンションリングは、ピストンリングの合口部をシールするように前記開口部は前記合口部と重ならないように設置され、且つピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する回転規制手段８１をテンションリングの両端部を除いた位置に設けている。
【選択図】図６

Description

本発明は、空気などの気体を圧縮する往復動圧縮機に関する。

ピストンがシリンダ内で往復動することで空気を圧縮して空気タンクになどに貯め、エアー源などに使用される小型で可搬型の往復動圧縮機が知られている。この種従来技術としては例えば特許文献１に示すように、ピストンリングを有するピストンがシリンダ内で揺動しつつ往復動する構成のものが知られている。

特開２００６−１５２９６０号公報

上記のような往復動圧縮機においては、通常、前記ピストンリングとしては段付合口部を有するものが使用され、またこのピストンリングの内周面に接して前記ピストンリングをシリンダに押圧する方向に作用するテンションリングを併用することが多い。

しかし、従来のテンションリングのものは、厚さが０．１〜０．２mm程度の薄い帯状のばね材を数回巻いた構成のため、安定した押圧力を得ることが難しい上、組立性も悪かった。また、前記ピストンリングの合口部からの漏れを十分に防ぐことも困難で、シリンダとピストンとの間の機密性を
安定して保持することについての十分な配慮が為されておらず、高効率化や組立性の向上等、更なる性能向上が求められている。

本発明の目的は、シリンダとピストンとの間の機密性を安定して保持できるようにして更なる高効率化を図ることができる往復動圧縮機を得ることにある。

本発明の他の目的は、組立性も向上できる往復動圧縮機を得ることにある。

上述した課題を解決するために本発明は、シリンダと、一端側が回転軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が前記シリンダ内を往復動するピストンを備える連接棒組と、前記ピストンの外周側に形成されたピストンリング溝と、このピストンリング溝に設けられ前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするピストンリングとを備えた往復動圧縮機において、前記ピストンリングは該ピストンリングを拡縮径可能にするための合口部を有し、このピストンリングの内周側には開口部を有するＣ型のテンションリングが装着され、このテンションリングは、前記ピストンリングの合口部をシールするように前記開口部は前記合口部と重ならないように設置され、且つピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する回転規制手段を前記テンションリングの両端部を除いた位置に設けていることを特徴とする。

ここで、前記テンションリングは、ビッカース硬さ(Ｈｖ)が３７０以上の高硬度のばね鋼で形成すると良く、前記テンションリングを構成する材料は、ＪＩＳ規格（日本工業規格）のＳＵＳ３０１ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＥＨ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＳＥＨ、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−Ｈの少なくとも何れかの鋼材を用いることが好ましい。

また、前記テンションリングの両端部は、内径方向に折り曲げられた折りが設けられているとテンションリングの端部でピストンリングを傷つけることを防止でき、ピストンリングの寿命を向上できる。

ピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する前記回転規制手段は、前記ピストンリング内周に設けた嵌合溝と、前記テンションリングに設けられ前記嵌合溝に係合される外径側に凸形状の回り止め部とにより構成すると良い。

また、前記ピストンが揺動型である場合には、当該揺動型ピストンの揺動方向を除いた位置に前記ピストンリングの合口部を設けると合口部からの圧縮気体の漏れを効果的に抑制できる。更に、前記ピストンにはガイドリング溝が設けられ、このガイドリング溝に、スカート部を有するガイドリングを装着し、前記ピストンと前記シリンダの中心が同軸上に保持されるように構成することが好ましい。

本発明の他の特徴は、回転軸と、この回転軸に一端側がエキセントリックを介して接続され、他端側にはシリンダ内を揺動しながら往復動するピストンを備え、外気を導入して圧縮する低圧段側の圧縮機構部と、前記回転軸に一端側がエキセントリックを介して接続され、他端側にはシリンダ内を揺動しながら往復動するピストンを備え、前記低圧段側の圧縮機構部で圧縮された気体を導入して更に圧縮する高圧段側の圧縮機構部とを備える往復動圧縮機において、前記低圧段側の圧縮機構部のピストンには該ピストンとシリンダとの間をシールするリップリングを備え、前記高圧段側の圧縮機構部のピストンには該ピストンとシリンダとの間をシールするピストンリングと、前記ピストンと前記シリンダの中心を同軸上に保持するためのスカート部を有するガイドリングとを備え、前記ピストンリングは該ピストンリングを拡縮径可能にするための合口部を有し、このピストンリングの内周側には開口部を有するＣ型のテンションリングが装着され、このテンションリングは、前記ピストンリングの合口部をシールするように前記開口部は前記合口部と重ならないように設置され、且つピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する回転規制手段を前記テンションリングの両端部を除いた位置に設けたことにある。

上記において、前記ピストンリングの合口部と前記テンションリングの開口部が互いに反対側になるように装着されると共に、ピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する前記回転規制手段はピストンリングの前記合口部とテンションリングの前記開口部とのほぼ中間位置に設けるようにすると良い。

本発明によれば、シリンダとピストンとの間の機密性を安定して保持することができ、更なる高効率化を図ることのできる往復動圧縮機を得ることができる。また、本発明によれば、高硬度のＣ型のテンションリングを使用しているので、組立性も向上できる効果がある。

本発明の往復動圧縮機の実施例１を示す平面断面図。 図１に示す往復動圧縮機の全体構成を示す平面図。 図２の上カバーを取外して示す斜視図。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図。 図１に示す高圧段側圧縮機構部のみを簡略化して示す側断面図。 図５に示すピストン部の構造を拡大して説明する図で、（ａ）図は断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線矢視図。 図１、図５及び図６に示すピストンリングの構造を説明する図で、（ａ）図はピストンリングの平面図（上）と側面図（下）、（ｂ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線矢視断面図。 ピストンの部分を分解して連接棒組の構成を示す斜視図。 本発明の実施例１におけるテンションリングの構造を説明する図で、（ａ）図はピストンリングの内周にテンションリングを装着した状態を示す図、（ｂ）図はテンションリングの構成のみを示す図。 本発明の実施例２を示すもので図９に相当する図。 本発明の実施例２の変形例１を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。 本発明の実施例２の変形例２を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。 本発明の実施例２の変形例３を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。 本発明の実施例２の変形例４を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。 本発明の実施例２の変形例５を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。 本発明の実施例２の変形例６を示すもので、図１０の（ａ）図に相当する図。

以下、本発明の往復動圧縮機の実施例を図面に基づき説明する。

本発明の往復動圧縮機の実施例１を、図１〜図９により説明する。この実施例は、エアー源などに使用される往復動圧縮機であって、クランクケース１に、低圧段と高圧段の二段の圧縮機構部が設けられている例で説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示している。

図１により、本実施例の往復動圧縮機における圧縮機構部１００の全体構成を説明する。
図において、１は、一端側に開口部を有し、他端側はモータのロータ８が取り付けられた回転軸６が貫通するクランクケースである。このクランクケース１は円筒状に構成され、そのロータ８側には円板状の壁部が一体に設けられ、この壁部の外側には前記モータを構成するステータ２が直接固定されている。前記モータを構成するロータ８はクランクケース１の中心を貫通する前記回転軸６にキー７を介して取付けられている。前記回転軸６のロータ８側を支持するための軸受３がクランクケース１の前記壁部に装着され、前記回転軸６の開口部側は、この開口部を塞ぐ軸受箱５に装着された軸受４で支持されている。前記軸受箱５は、前記クランクケース１の反ステータ側に設けられた前記開口部を塞ぐようにクランクケース１に嵌合され、締結ねじ４０によりクランクケース１の開口端部に形成した締結部３３に取付けられている。なお、４３は前記軸受４の内輪を回転軸６に固定するための軸受固定ナットである。

前記回転軸６のロータ８側には、冷却ファン１０を取り付けるためのファン回転軸１１が接続され、前記ロータ８はこのファン回転軸１１とワッシャ９により前記回転軸６に固定されている。

前記回転軸６の中央部にはキー１２を介して、低圧段の圧縮機構部１００Ａを構成する連接棒組１４Ａと高圧段の圧縮機構部１００Ｂを構成する連接棒組１４Ｂがフライホイールバランス１７と共に挿入されて取付けられている。低圧段の連接棒組１４Ａは、ピストン部にシール機能をもつリップリング４４が設けられ、またその回転軸側にはエキセントリック１６Ａ、軸受１５Ａを有している。高圧段の連接棒組１４Ｂは、ピストン部にシール機能をもつピストンリング１３とピストン部の移動をガイドするガイドリング４２が設けられ、その回転軸側にはエキセントリック１６Ｂ及び軸受１５Ｂを有している。

前記クランクケース１にはシリンダ１８Ａ，１８Ｂを取り付けるためのフランジ１９Ａ，１９Ｂが設けられており、前記シリンダ１８Ａは、空気弁組２０Ａ及びシリンダヘッド２１Ａと共に、通しボルト（図示せず）によって前記フランジ１９Ａに固定され、前記ピストン部と共に圧縮室２３Ａを形成するようにしている。前記シリンダ１８Ｂは、空気弁組２０Ｂ及びシリンダヘッド２１Ｂと共に、通しボルト２２によって前記フランジ１９Ｂに固定され、前記ピストン部と共に圧縮室２３Ｂを形成するようにしている。

前記モータが駆動されることにより回転軸６が回転すると、エキセントリック１６（１６Ａ，１６Ｂ）の偏心運動によって連接棒組１４（１４Ａ，１４Ｂ）のピストン部がシリンダ１８（１８Ａ，１８Ｂ）内を往復運動する。このピストン部が上死点から下死点へ向かう吸込工程ではシリンダヘッド２１（２１Ａ，２１Ｂ）、及び空気弁組２０（２０Ａ，２０Ｂ）の吸込弁（図示せず）を介して圧縮室２３（２３Ａ，２３Ｂ）内へ空気を吸込み、逆に上死点へ向かう吐出工程においては吸込んだ前記空気を圧縮しつつ、空気弁組２０の吐出弁（図示せず）及びシリンダヘッド２１を介して吐出される構成となっている。

図２は図１に示す圧縮機構部１００を含む圧縮機全体の外観を示す平面図で、５０は圧縮機構部１００を内包するカバー、５１及び５２は平行に延びた一対の空気タンク、５３は低圧用の圧力計、５４は高圧用の圧力計、５５，５６は例えば低圧駆動型の釘打機（図示せず）からのホースが接続される急速継手、５７，５８は例えば高圧駆動型の釘打機（図示せず）からのホースが接続される急速継手、５９は操作盤、６０は運搬用の取っ手である。

図３は図２に示す圧縮機のカバー５０を除去して示す斜視図で、空気タンク５１，５２の上部には図１に示す圧縮機構部１００が設置されている。また、６１は低圧用減圧弁、６２は高圧用減圧弁で、これらの減圧弁６１，６２は前記空気タンク５１，５２内に貯えられた一次圧の圧縮空気を二次圧に減圧するもので、弁部６２Ａと調整つまみ部６２Ｂで構成されている。調整つまみ部６２Ｂを操作することにより前記急速継手５７，５８から吐出される圧縮空気の二次圧が調整される。前記圧力計５４は前記弁部６２Ａに設けられ、減圧弁６２により調整された圧縮空気の二次圧を検出して表示する。

低圧段の圧縮機構部１００Ａは外気を吸込んで圧縮し、配管６３を介してこの圧縮空気を高圧段の圧縮機構部１００Ｂに送る。高圧段側圧縮機構部１００Ｂは低圧段側圧縮機構部１００Ａからの圧縮空気を更に圧縮して高圧圧縮空気とし、この高圧圧縮空気を配管６４を介して空気タンク５１、更には連結配管６５を介して空気タンク５２に貯留する。なお、モータのロータが回転することで冷却ファン１０も回転し、前記圧縮機構部１００に冷却風を吹き付ける。
図４は図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図５は図１に示す高圧段側圧縮機構部１００Ｂの構成のみを簡略化して示す側断面図で、この図を用いてシリンダヘッド２１Ｂ付近の構成を説明する。シリンダヘッド２１Ｂ内には、図に示すように、吸込室６６と吐出室６７とが形成されており、低圧段の圧縮機構部１００Ａからの圧縮空気が配管６３を介して前記吸込室６６に導入され、高圧段側圧縮機構部１００Ｂで更に圧縮された後、吐出室６７を経て圧縮機構部外に吐出され、配管６４を介して空気タンク５１に貯められる。

空気弁組２０Ｂは、弁座板６８を有しており、この弁座板６８は前記シリンダ１８Ｂとシリンダヘッド２１Ｂとの間に介装されている。この弁座板６８には、前記吸込室６６と前記シリンダ１８Ｂ側の圧縮室２３Ｂとを連通する吸込穴６９と、前記吐出室６７と前記圧縮室２３Ｂとを連通する吐出穴７０とが形成されている。また、前記弁座板６８にはリード弁としての吸込弁７１及び吐出弁７２が設けられ、これら吸込弁７１及び吐出弁７２は、それぞれ基端側がねじ等を介して弁座板６８に固定され、先端側は自由端となって前記吸込穴５７や吐出穴５８を圧力差を利用して開閉する構成となっている。

また、図５及び図６に示すように、シリンダ１８Ｂ内には、揺動式のピストン７３が摺動可能に挿嵌され、このピストン７３は、連接棒組１４Ｂの一端側に設けられている。前記ピストン７３は、前記連接棒組１４Ｂを構成するピストンロッド部７４の一端側に設けられた円形状の受部７３ａ、この受部に取付けられた円板状のリング保持部材７３ｂ、このリング保持部材７３ｂに嵌合され前記受部７３ａに取付けられた円板状のリング保持材７３ｃにより構成されている。また、前記連接棒組１４Ｂの他端側には、クランク室１ａ内に位置して偏心回転するエキセントリック１６Ｂと、このエキセントリックに軸受１５Ｂを介して回転可能に連結された円環状の連結部７５が設けられている。

前記連接棒組１４Ｂの受部７３ａには、前記リング保持部材７３ｂと円板状のリング保持材７３ｃとが、ねじ７６により同軸に取付けられている。ピストン７３を構成する受部７３ａ、リング保持部材７３ｂ及びリング保持材７３ｃが互いに連結され、シリンダ１８Ｂ内を揺動しつつ往復動してシリンダヘッド２１Ｂとの間に圧縮室２３Ｂを画成する。なお、前記リング保持部材７３ｂとリング保持材７３ｃとは一体成型により構成することも可能である。

前記リング保持部材７３ｂ及びリング保持材７３ｃを前記受部７３ａにねじ止めすることにより、それらの外周側に円環状のピストンリング溝７７が形成される。即ち、リング保持部材７３ｂとリング保持材７３ｃとの間にピストンリング溝７７を形成するように、前記リング保持材７３ｃにはフランジ部７８が、前記リング保持部材７３ｂのピストンロッド部７４側にはフランジ部７９がそれぞれ形成されている。このピストンリング溝７７には、ピストン７３とシリンダ１８Ｂとの間をシールするピストンリング１３が装着されている。

前記ピストンリング１３の構成を図７により説明する。ピストンリング１３は、耐摩耗性及び自己潤滑性に優れたばね性を有する樹脂材料によって略円環状に形成され、また断面は略矩形状で、径方向幅が略全周にわたって一定となっている。このピストンリング１３には、その周方向の一部に合口部９１が形成されており、この合口部９１によりシール性を維持しつつ拡縮径可能となっている。即ち、ピストンリング１３は、略円弧状の主環部８８と、該主環部８８の周方向の両端部に形成された合口部９１から構成されている。この合口部９１は、前記主環部８８の各端部に形成され、主環部８８よりも薄く形成された円弧状のベース部８９，９０が互いに重なり合うように構成されている。両ベース部８９，９０は周方向に互いに重なり合って接触する合せ面８９ａ，９０ａを形成し、この合せ面が周方向に互いにずれることでピストンリング１３が拡縮可能となっている。ベース部８９とベース部９０とを合せた軸方向厚さは主環部８８の軸方向厚さと同等に構成されている。

ピストンリング１３の合口部９１には、自然状態で、主環部８８の周方向一端側のベース部８９と前記主環部８８の他端部との間に周方向の隙間である合口隙間９２が、同様に、主環部８８の周方向他端側のベース部９０と前記主環部８８の一端部との間にも周方向の隙間である合口隙間９３が形成されている。これらの合口隙間９２，９３は、ピストンリング１３の拡縮に対応して変化し、ピストンリング径が拡大する時には合口隙間は大きくなり、逆にピストンリング径が小さくなる時には前記合口隙間は小さくなる。このようにピストンリング１３は拡縮可能に構成され、その材料としてはばね性を有する樹脂材料（例えばＰＴＦＥなど）を用いることが望ましい。

また、前記ピストンリング１３は、ピストン７３が上死点位置或いは下死点位置にあるとき、外径がシリンダ１８Ｂの内周面に接触する状態においての内径が、ピストンリング溝７７の最小径よりも大径になっており、これにより、ピストンリング１３は、ピストン７３に対して、径方向への移動が可能な構成になっている。なお、ピストンリング１３は、通常、その回転を規制する構造にはなっていないため、ピストン７３に対して周方向に摺動可能となっている。

本実施例では、ピストンリング１３の前記合口部９１は、ピストン７３が揺動する方向を除いた位置、好ましくは揺動方向に直行する方向（回転軸６の軸線方向）に設けるようにしている。ピストン７３の揺動方向位置はシリンダ１８Ｂとの接点に大きな荷重が作用し、同時にピストン７３の揺動角度が大きくなりピストンリング１３とシリンダ１８Ｂとの接触面積が減少するため、この部分に合口部９１があると圧縮ガスが漏れ易くなるためである。なお、好ましくはピストンリング７３が周方向に回転移動しないように、ピストン７３に対する回転規制手段（例えば回り止めピン）を設けるようにすると良い。

更に、本実施例では、前記リング保持部材７３ｂと前記シリンダ１８Ｂとの中心を同軸上に保持するために、図６，図８に示すように、略円板形状のガイドリング４２を装着している。即ち、前記リング保持部材７３ｂと受部７３ａとの間の外周部分に円環状のガイドリング溝８０を形成するようにリング保持部材７３ｂを形成して前記受部７３ａにねじ止めし、このガイドリング溝８０に略円板形状の前記ガイドリング４２を装着するようにしている。ガイドリング４２には、該ガイドリング４２とシリンダ１８Ｂの内周面との接触面を増やす為のスカート部４２ａが形成されており、このスカート部４２ａを設けることにより、リング保持部材７３ｂとシリンダ１８Ｂとの中心を同軸上に保持することがより確実になり、リング保持部材７３ｂやピストンロッド部７４がシリンダ１８Ｂの内周面と接触するのを確実に防止することができる。なお、上記ガイドリング４２を設けることは上述した通り、有効であるが、必ずしも必要なものではなく、コスト低減を優先する場合には省略することも可能である。

図６に示すように、前記ピストンリング１３の内周側にはテンションリング９４が装着されている。テンションリング９４は、従来、図８の９４に示すように、板状の材料を数回丸く巻いて円環状にすることで使用されていた。テンションリング９４が装着されることで前記ピストンリング１３の径を拡大する方向にピストンリングを内周側から押圧する。また、このテンションリング９４は、ピストンリング１３の合口隙間９２，９３を内側から塞ぐ機能も有し、これら合口隙間９２，９３から圧縮室２３Ｂの圧縮ガスが漏洩しないように構成している。テンションリング９４は、ピストンリング１３の内周側を常に突っ張るように作用し、ピストンリング１３の拡縮時に対応して、このピストンリング１３の外周部をシリンダ１８Ｂの内周面に常に押圧状態に保っている。

前記テンションリング９４は、従来、ＪＩＳにより規定されるＨｖ２５０以下の低硬度のばね材が、図８に示すように、複数層（１.５〜３周）に巻き重ねるようにして構成されていた。このため、テンションリングを円環状に保持し、ピストンリング溝７７とピストンリング１３との間に収容させる必要があり、作業に慣れが必要で組立性が悪かった。また、テンションリング９４は低硬度であったため、降伏応力が低く、組立時や運転時に塑性変形して、テンションリング９４の張力が低下する恐れもあった。更に、板状のばね材を数回巻く従来のテンションリングでは、張力を上げるためにテンションリングの板厚を厚くした場合は組み立て性が悪化して円環状に形成できず、０．１〜０．２mm未満の薄いものを使用しなければならず、十分な弾性力も得られない。しかも、テンションリングは、内周側と外周側が周方向に摺動することで、その径を拡大縮小するものであるため摩擦力も大きくなり、ピストンリング１３の径方向への拡大縮小に対応してテンションリング９４が拡大縮小させることは困難であった。また、ピストンリング１３の合口部９１とテンションリング９４の端部とが近接すると、ピストンリング１３とテンションリング９４の端部との間にできた微小な段差（隙間）が、前記合口隙間９２，９３と連通して、ピストンリングからの圧縮流体の微小な漏れを引き起こすことがあった。このように、従来のテンションリングではシリンダとピストンとの間の機密性を安定して保持して高効率化を図ることは困難であった。

なお、図８は、ピストン７３の部分を分解して示す連接棒組１４Ｂの構成図であり、テンションリング９４の構成を除けば本実施例と同一構成のものである。

本実施例の往復動圧縮機に使用されるテンションリングの構成を図９に示す。本実施例においては、板状の材料を数回巻いて構成した従来のテンションリングに対して、テンションリングの形状をＣ型としている。即ち図に示すように、テンションリング９４はピストンリング１３の内周に合うようにＣ型に形成されている。ピストンリング１３の合口部９１から圧縮ガスが漏れるのを防止するため、このＣ型のテンションリング９４で前記合口部９１を塞ぐことができるように、テンションリング９４の開口部９４ａは前記合口部９１とは異なる位置、好ましくは反対側に位置するように設置されている。また、ピストンリング１３とテンションリング９４との間にはそれらの周方向への相対移動を規制するために回り止めピンなどで構成された回転規制手段８１が設けられている。更に、このテンションリング９４をピストン７３に対して回転規制される構成とすれば、同時にピストンリング１３もピストン７３に対して回転規制されることとなる。

前記テンションリング９４の材料としては、ＪＩＳ規格（日本工業規格）のＳＵＳ３０１ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＥＨ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＳＥＨ、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−Ｈなどの鋼材を用いると良い。これらの鋼材はＪＩＳにより規定されるＨｖ３７０以上の高硬度のばね材で、テンションリング９４として十分な張力を得ることが可能となる。なお、テンションリングの材料としては前記のＳＵＳ材には限らず、好ましくはＨｖ３７０以上の高硬度のばね材であれば良く、錆の発生が予測される場合にはメッキなどによる錆防止を施せば良い。

また、本実施例では、テンションリング９４をＣ型としているので、テンションリング９４の板厚を大きくすることが可能となり、板厚を調整することでも、テンションリング９４の張力を調整することが可能である。例えば、ピストンリング４４の高さ寸法４mm、径方向の厚さ寸法４mmに対して、テンションリング９４の板厚は、従来の０．１mm〜０．２mm未満のものから、０．２〜０．８mmのものを使用することができ、内圧やシリンダ内径に応じて適切な板厚さを選択することができるから、ピストンリング１３の径の拡縮に十分に追従できるテンションリングが得られる。

なお、圧縮室の温度は通常２００℃程度であるが、、テンションリングとして３７０℃程度の温度で焼き入れしたものを使用すると継続的な運転による受熱でのテンションリングのばね作用のへたりを防止できるので好ましい。

本実施例では、テンションリング９４をＣ型形状とし、材料としてＨｖ３７０以上の高硬度材を使用し、その厚さを０．２〜０．８mmとすることができるので、降伏応力が上がり、組立時や運転時にテンションリング９４の張力が低下しにくくなるから、ばね作用のへたりを防止でき、更に組立性も向上できる。即ち、テンションリング９４を成型時にＣ型とすることで、従来のような、板状のばね材を巻回してピストンリング１３の背部に組み付ける作業が必要なくなるから、組立性が向上する。

また、より高硬度な材料の使用が可能になると共に板厚も大きくできることから、テンションリング９４の張力を増大してピストンリング１３のシリンダ１８Ｂに対する押付力も増大できる。従って、ピストンリング１３とシリンダ１８Ｂとのシール性を向上でき、往復動圧縮機の高性能化も図ることができる。

板状のばね材を巻回して使用するテンションリングでは、板厚が０．２mm以上となると、テンションリングの組付け作業性が著しく低下し、更にテンションリングが重なり合うため、テンションリングの端部が引っ掛かり易く、また摩擦力でテンションリングの拡縮がスムーズに行われ難かった。このため、ピストンリングの拡縮性を低下させていたが、本実施例のようにテンションリングをＣ型とすることで、テンションリング４４が重なりあう部分がなくなり、ピストンリングの拡縮性を向上できる。

次に本実施例の往復動圧縮機の動作を説明する。本実施例では、本発明が適用されている高圧段側の圧縮機構部１００Ｂについての動作のみ、図１、図５〜図９に基づいて説明する。
ステータ２及びロータ８を有する電動モータが回転駆動されると、回転軸６に固定されたエキセントリック１６Ｂが偏心回転運動を行い、軸受１５Ｂ、ピストンロッド部７４を介して、ピストン７３はシリンダ１８Ｂ内で往復動し、ピストンリング１３及びガイドリング４２がシリンダ１８Ｂの内周面を摺動する。

吸入行程では、ピストン７３がシリンダヘッド２１Ｂとは反対方向へ移動することで圧縮室２３Ｂが拡大し、吐出弁７２は閉状態のままで吸込弁７１が開き、気体は圧縮室２３Ｂに導入される。続く圧縮行程では、ピストン７３がシリンダヘッド２１Ｂの方向へ移動することで圧縮室２３Ｂが縮小し、吸込弁７１は閉状態となり、吐出弁７２が開いて圧縮室２３Ｂで圧縮された気体をシリンダヘッド２１Ｂ内の吐出室６７内に吐出する。

上記ピストン７３の動作中、リング保持部材７３ｂ、リング保持材７３ｃ及びピストンリング１３などは、シリンダ１８Ｂ内を揺動しながら往復動する。即ち、最も圧縮室６１を拡大した下死点（図５の状態）では、ピストンロッド部７４とシリンダ１８Ｂとは同軸となっており、この状態から圧縮工程を行うべくエキセントリック１６Ｂが反時計周りに回転し、圧縮室２３Ｂを縮小させる方向にピストン７３を移動させる。下死点と上死点の中間のとき、ピストンロッド部７４、及びリング保持部材７３ｂやリング保持材７３ｃを含むピストン７３は、シリンダ１８Ｂの中心軸線に対し最も傾斜することになる。

続いて、上死点に向かう最中に、リング保持部材７３ｂ及びリング保持材７３ｃには、自重による力と揺動運動による遠心力とで下向きの最大の力が発生することになる。しかし、ガイドリング４２がリング支持部材７３ｂやリング保持材７３ｃの下方移動を規制するため、ピストンリング溝７７の中心とシリンダ４５の中心とはほぼ一致した状態に維持され、ピストンリング１３もリング保持部材７３ｂに対して中心をほぼ一致させた状態に維持される。圧縮室６１が最も縮小する上死点では、ピストン７３とシリンダ１８Ｂとは同軸となり圧縮工程が完了する。

ピストン７３が上死点にある状態からエキセントリック１６Ｂが更に回転すると吸込工程に移り、ピストン７３は圧縮室２３Ｂを拡大させる方向に移動して、上死点と下死点との中間までは、連結部７５が下側に移動しながら偏心回転する。上死点と下死点との中間で連結部７５が最も下側に位置し、ピストンロッド部７４、及びリング保持部材７３ｂやリング保持材７３ｃを含むピストン７３は、シリンダ１８Ｂの中心軸線に対し最も傾斜する。この位置から下死点に向かうに従って連結部７５は中央に移動し、圧縮室２３Ｂを最も拡大した下死点では、ピストン７３とシリンダ１８Ｂとが同軸となって吸入工程が完了する。気体の圧縮動作によって発生した熱は、ピストン７３を構成しているピストンロッド部７４やピストンリング１３等の各部材に伝わると共に、シリンダ１８Ｂやシリンダヘッド２１Ｂに伝わり、冷却ファン１０からの冷却風で冷却される。

以上述べた実施例１によれば、テンションリング９４としてＨｖ３７０以上の高硬度材を使用し、板厚も０．２〜０．８mmなど従来のものよりも厚くできるので、テンションリング９４の張力向上が可能となり、ピストンリング１３のシリンダ１８Ｂに対する押付力を増加できる。従って、ピストン７３とシリンダ１８Ｂとの間のシール性を大幅に向上することが可能となり、圧縮効率の向上により高性能化を図れる。また、長期間の使用でピストンリング１３の磨耗が進んだ場合でも、シリンダ内周面へのピストンリングの押付力（追従性）を維持できるから、効率低下を防止して長寿命化（耐久性向上）も図れる。本実施例によれば、更なる高圧縮化への要求にも対応可能であり、圧縮比を高めた場合でもピストンリング部からの圧縮気体の漏洩を抑制できる効果がある。

また、ピストンリング１３を構成する樹脂材料がクリープ温度を超えた場合、ピストンリング１３が塑性変形し、その後圧縮機が停止して温度が低下すると、塑性変形した前記ピストンリングは熱収縮するため、その外径がシリンダ４５の内径よりも小さくなることがある。この場合、従来のものでは、圧縮機の再起動時に圧縮室からの洩れが発生し、大幅な性能低下を引き起こす。これに対し、本実施例のものでは、テンションリング９４の張力を格段に向上できることから、ピストンリング１３が塑性変形して小径化した場合でも、シリンダ１８Ｂへのピストンリングの押付力を維持でき、この結果ピストンリング部のシール性能を維持できるから圧縮機の性能を維持することが可能となる。

また、テンションリング９４の材料として、Ｈｖ３７０以上の高硬度材を使用することで、テンションリングの降伏応力が上がり、組立時や運転時におけるテンションリングのへたりも防止できる。従って、テンションリング９４の張力を維持して、ピストンリング１３とシリンダ１８Ｂとの間のシール性能低下を防止できる。

更に、本実施例においては、テンションリング９４によりピストンリング１３の合口隙間９２，９３を塞ぐように、Ｃ型のテンションリングの開口部９４ａを合口隙間とは異なる位置（好ましくは合口部９１の反対側）にすると共に、テンションリング９４とピストンリング１３との周方向への相対的な回転移動を防止するための回転規制手段８１を有しているので、圧縮室２３Ｂ内の圧縮気体がピストンリング１３の合口隙間９２，９３から漏れるのを防止でき、圧縮機性能を向上することができる。

また、前記回転規制手段８１は、テンションリング９４の両端部を除いた位置に設けられているので、テンションリングの端部でピストンリング１３を傷つけることも防止できる。

次に、本発明の実施例２を図１０〜１６により説明する。なお、本実施例はテンションリング９４とピストンリング１３の構造以外は上記実施例１と同一であるのでその説明は省略する。

図１０に示す実施例２は、テンションリング９４とピストンリング１３とが周方向に相対移動するのを防止するための回転規制手段８１を、図９に示す実施例１のものとは異なるものとしている。即ち、テンションリング９４はＣ型形状とされ、その材料も実施例１と同様のものを使用しているが、この実施例では図１０の（ｂ）図に示すように、テンションリング９４の両端部を除いた位置（この実施例では、開口部９４ａの中心から周方向に約９０°ずれた位置）に円弧形状の回り止め部９６を形成している。また、テンションリング９４の開口部９４ａを形成している両端部には内径方向に折り曲げた折り９８を形成している。

また、図１０の（ａ）図に示すように、ピストンリング１３の内周には、合口部９１から周方向に約９０°ずれた位置に円弧形状の嵌合溝９５が形成されている。（ｂ）図に示すテンションリング９４は、（ａ）図に示すように、ピストンリング１３の内側に配設され、ピストンリングの嵌合溝９５にテンションリングの回り止め部９６が嵌合するようにして、ピストンリング１３とテンションリング９４の周方向への相対移動を防止する回転規制手段８１を構成している。

以上に述べた実施例によれば、実施例１と同様に、圧縮機の運転中に、ピストンリング１３とテンションリング９４とがピストンリング溝７７内で周方向に相対移動することを防止でき、ピストンリング１３の合口隙間９２，９３の位置と、テンションリング９４の開口部９４ａの位置とが一致することがなくなり、圧縮室２３Ｂ内の圧縮気体がピストンリング１３の合口隙間９２，９３から漏れるのを防ぐことができるから、圧縮効率を向上して圧縮機の性能向上を図れる。また、本実施例によれば、テンションリング９４の両端部に内径方向に折り曲げた折り９８を形成しているので、ピストンリング１３の拡縮径時に、テンションリングの端部がピストンリング内周を傷つけることを防止することができ、ピストンリング１３の寿命を延ばすことができる。

図１１〜図１６はそれぞれ図１０に示す実施例２の変形例を示す図である。これらの図において図１０と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。

図１１は図１０に示す実施例２の変形例1を示すもので、この例は、ピストンリング１３の勘合溝９５を矩形形状にしたもので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

図１２は図１０に示す実施例２の変形例２を示すもので、この例は、ピストンリング１３の勘合溝９５を楕円形状にしたもので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

図１３は図１０に示す実施例２の変形例３を示すもので、この例は、ピストンリング１３の勘合溝９５を楔形状にした３ので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

図１４は図１０に示す実施例２の変形例４を示すもので、この例は、テンションリング９４の回り止め部９６の形状を矩形形状にしたもので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

図１５は図１０に示す実施例２の変形例５を示すもので、この例は、テンションリング９４の回り止め部９６の形状を楕円形状にしたもので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

図１６は図１０に示す実施例２の変形例６を示すもので、この例は、テンションリング９４の回り止め部９６の形状を楔形状にしたもので、他の構成は図１０に示すものと同一である。

上記図１１〜図１６に示すように構成しても図１０に示す実施例とほぼ同様の効果が得られので、回り止め部の構成は、製作性などを考慮して適宜選択すると良い。

なお、リング保持部材７３ｂまたはリング保持材７３ｃのピストンリング溝側の一部に凸部を設けておき、その凸部に、テンションリング９４のＣ型の開口部９４ａが係合する構成とすれば、テンションリング９４の回転規制をすることが可能である。このようにすることで、上述した回転規制手段８１との併用により、ピストンリング１３もピストンリング溝７７に対して回転規制することが可能となり、ピストンリング１３の合口部９１をピストンの揺動方向からずらした位置に設定して、ピストンリングのシール性能及び耐摩耗特性を向上することが可能となる。

１ クランクケース（１ａ：クランク室）
２ ステータ
３，４ 軸受
５ 軸受箱
６ 回転軸
７，１２ キー
８ ロータ
９ ワッシャ
１０ 冷却ファン
１１ ファン回転軸
１３ ピストンリング（８８：主環部、９１：合口部、８９，９０：ベース部、８９ａ，９０ａ：合せ面、９２，９３：合口隙間）
１４Ａ，１４Ｂ 連接棒組
１５Ａ，１５Ｂ 軸受
１６Ａ，１６Ｂ エキセントリック
１８Ａ，１８Ｂ シリンダ
１９Ａ，１９Ｂ フランジ
２０Ａ，２０Ｂ 空気弁組
２１Ａ，２１Ｂ シリンダヘッド
２２ 通しボルト
２３Ａ，２３Ｂ 圧縮室
３３ 締結部
４０ 締結ねじ
４２ ガイドリング
４３ 軸受用ナット
４４ リップリング
５０ カバー
５１，５２ 空気タンク
５３，５４ 圧力計
５５，５６，５７，５８ 急速継手
５９ 操作盤
６０ 取っ手
６１，６２ 減圧弁
６３，６４ 配管
６５ 連結配管
７３ ピストン（７３ａ：受部、７３ｂ：リング保持部材、７３ｃ：リング保持材）
７４ ピストンロッド部
７５ 連結部
７６ ねじ
７７ ピストンリング溝
７８，７９ フランジ部
８０ ガイドリング溝
８１ 回転規制手段
９４ テンションリング（９４ａ：開口部）
９５ 嵌合溝
９６ 回り止め部
９８ 折り。

Claims (9)

1. シリンダと、一端側が回転軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が前記シリンダ内を往復動するピストンを備える連接棒組と、前記ピストンの外周側に形成されたピストンリング溝と、このピストンリング溝に設けられ前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするピストンリングとを備えた往復動圧縮機において、
   前記ピストンリングは該ピストンリングを拡縮径可能にするための合口部を有し、このピストンリングの内周側には開口部を有するＣ型のテンションリングが装着され、
   このテンションリングは、前記ピストンリングの合口部をシールするように前記開口部は前記合口部と重ならないように設置され、且つピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する回転規制手段を前記テンションリングの両端部を除いた位置に設けていることを特徴とする往復動圧縮機。
2. 請求項１において、前記テンションリングは、ビッカース硬さ(Ｈｖ)が３７０以上の高硬度のばね鋼で形成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
3. 請求項１または２において、前記テンションリングを構成する材料は、ＪＩＳ規格（日本工業規格）のＳＵＳ３０１ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＥＨ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ−ＳＥＨ、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ−Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−３／４Ｈ、ＳＵＳ６３１ＣＳＰ−Ｈの少なくとも何れかの鋼材を用いることを特徴とする往復動圧縮機。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記テンションリングの両端部は、内径方向に折り曲げられた折りが設けられ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。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、ピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する前記回転規制手段は、前記ピストンリング内周に設けた嵌合溝と、前記テンションリングに設けられ前記嵌合溝に係合される外径側に凸形状の回り止め部とにより構成されることを特徴とする往復動圧縮機。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記ピストンは揺動型であって、当該揺動型ピストンの揺動方向を除いた位置に前記ピストンリングの合口部を設けたことを特徴とする往復動圧縮機。
7. 請求項６において、前記ピストンにはガイドリング溝が設けられ、このガイドリング溝に、スカート部を有するガイドリングを装着し、前記ピストンと前記シリンダの中心が同軸上に保持されるように構成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
8. 回転軸と、
   この回転軸に一端側がエキセントリックを介して接続され、他端側にはシリンダ内を揺動しながら往復動するピストンを備え、外気を導入して圧縮する低圧段側の圧縮機構部と、
   前記回転軸に一端側がエキセントリックを介して接続され、他端側にはシリンダ内を揺動しながら往復動するピストンを備え、前記低圧段側の圧縮機構部で圧縮された気体を導入して更に圧縮する高圧段側の圧縮機構部とを備える往復動圧縮機において、
   前記低圧段側の圧縮機構部のピストンには該ピストンとシリンダとの間をシールするリップリングを備え、
   前記高圧段側の圧縮機構部のピストンには該ピストンとシリンダとの間をシールするピストンリングと、前記ピストンと前記シリンダの中心を同軸上に保持するためのスカート部を有するガイドリングとを備え、
   前記ピストンリングは該ピストンリングを拡縮径可能にするための合口部を有し、このピストンリングの内周側には開口部を有するＣ型のテンションリングが装着され、
   このテンションリングは、前記ピストンリングの合口部をシールするように前記開口部は前記合口部と重ならないように設置され、且つピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する回転規制手段を前記テンションリングの両端部を除いた位置に設けたことを特徴とする往復動圧縮機。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、前記ピストンリングの合口部と前記テンションリングの開口部が互いに反対側になるように装着されると共に、ピストンリングとテンションリングの周方向への相対移動を規制する前記回転規制手段はピストンリングの前記合口部とテンションリングの前記開口部とのほぼ中間位置に設けられていることを特徴とする往復動圧縮機。

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