JP2019120213A - オイルレス圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナ部及び摺接リップの交換頻度が低く経済的なオイルレス圧縮機を提供する。【解決手段】ピストンリップ（２９，３０）は、円盤状の外縁部（３１）がカップ型に立体成形されてライナ部（１２）に摺接して気密機能を有する摺接リップ（３２）と、それより内周側に位置して摺接しない非摺接部（３７，３８）とにより構成され、非摺接部（３７，３８）は、屈曲部（３４）と固定部（３５，３６）とに区別され、円盤状の外縁部（３１）から内周側へと、摺接リップ（３２）、屈曲部（３４）、及び固定部（３５，３６）の順に延在し、摺接リップ（３２）の厚さＪと、屈曲部（３４）の厚さＮとの関係をＪ＞Ｎで規定する。非摺接部（３７，３８）の厚さＫは、屈曲部（３４）の厚さＮと、固定部（３５）の厚さＭ，Ｌとに区別され、各厚さＪ，Ｎ，Ｍ，Ｌの関係が、Ｊ＞Ｎ＝Ｍ、Ｎ＜Ｊ≦Ｌ、又はＮ＜Ｌ＜Ｊで規定される。【選択図】図４

Description

本発明は、オイルレス圧縮機に関し、より詳細には、シリンダ潤滑油を必要としない往復式の気体圧縮機であるオイルレス圧縮機に関するものである。

弗素樹脂の一種であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするピストンリップ（「ピストンパッキン」、又は「周縁シール」とも呼ばれる）が用いられているオイルレス圧縮機が、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。

ピストンリップは、円盤状の外縁部をカップ型に立体成形され、シリンダライナの内周面（以下、「ライナ部」ともいう）に摺接する部分（以下、「摺接リップ」ともいう）と、より内周側に位置して摺接しない部分（以下、「非摺接部」ともいう）と、より構成されている。また、非摺接部は、屈曲部と固定部とに区別できる。ピストンリップは、円盤状の外縁部から内周へと、摺接リップ、屈曲部、及び固定部の順に延在する。

特開平１０−１１５２８３号公報 特開昭５０−１１５３１４号公報 特開昭５１−０３９４０７号公報

しかしながら、従来のオイルレス圧縮機において、摺接リップの寿命を延ばすためには、摺接リップ全体の板厚を厚くした場合、屈曲部のしなやかさが著しく低下して、シリンダライナの内周面と摺接リップとの接触圧力が増加する。これにより、シリンダのライナ部と摺接リップとの摺動抵抗が大きくなり、ピストンの駆動源である電動機等の負荷が大きくなって、この電動機等のエネルギー消費効率が低下する。また、摺接リップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も低下し、ライナ部及び摺接リップの交換頻度が高くなり、その結果、オイルレス圧縮機の運転経費が増加するという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シリンダのライナ部及び摺接リップの寿命を延ばして、交換頻度、及び運転経費を低減できるオイルレス圧縮機を提供することにある。そのために、ライナ部と摺接リップとの摺動抵抗、及びピストンの駆動負荷を低減すると共に、ライナ部の耐磨耗性を維持することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に係る発明は、シリンダ（１０）と、該シリンダ（１０）内に密嵌されて往復運動することにより圧縮空気を生成するピストン（２０）と、該ピストン（２０）を駆動する駆動部（５０）と、を備えたオイルレス圧縮機（１００，２００）であって、
前記シリンダ（１０）の内周面に前記ピストン（２０）を摺接受容するライナ部（１２）が形成され、
前記ピストン（２０）は、
前記ライナ部（１２）の内径（Ｄ）に対して隙間（Ｇ）の分だけ縮径された外径（Ｆ）のピストン本体（２１）と、
前記ピストン本体（２１）の外径（Ｆ）からはみ出して前記隙間（Ｇ）を塞ぐピストンリップ（２９，３０）と、
該ピストンリップ（２９，３０）を前記ピストン本体（２１）の頭部（２２）との間に挟持して固定するためのリップ固定板（２３）と、
を備え、
前記ピストンリップ（２９，３０）は、
円盤状の外縁部（３１）がカップ型に立体成形されて前記ライナ部（１２）に摺接して気密機能を有する摺接リップ（３２）と、
該摺接リップ（３２）より内周側に位置して摺接しない非摺接部（３７，３８）と、により構成され、
該非摺接部（３７，３８）は、屈曲部（３４）と固定部（３５，３６）とに区別され、
円盤状の前記外縁部（３１）から前記内周側へと、前記摺接リップ（３２）、前記屈曲部（３４）、及び前記固定部（３５，３６）の順に延在し、
前記摺接リップ（３２）を厚さＪとし、前記屈曲部（３４）を厚さＮとし、
前記各厚さＪ，Ｎの関係が、Ｊ＞Ｎ、で規定されるものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のオイルレス圧縮機（１００，２００）において、前記摺接リップ（３２）の厚さＪは、前記屈曲部（３４）に近い所から前記外縁部（３１）へ近づくにつれて厚みを増すように形成されたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のオイルレス圧縮機（１００，２００）において、前記摺接リップ（３２）の厚さＪは、前記屈曲部（３４）の厚さＮに対し、圧接方向（Ｅ）に突出して肉厚に形成されたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載のオイルレス圧縮機（１００，２００）において、前記ピストンリップ（２９）における前記非摺接部（３７）の厚さ（Ｋ）は、前記屈曲部（３４）の厚さＮと、前記固定部（３５）の厚さＭとに区別され、
前記各厚さＪ，Ｎ，Ｍの関係が、Ｊ＞Ｎ＝Ｍ、で規定されるものである。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載のオイルレス圧縮機（２００）において、前記ピストンリップ（３０）における前記非摺接部（３８）の厚さ（Ｋ）は、前記屈曲部（３４）の厚さＮと、前記固定部（３６）の厚さＬとに区別され、
前記各厚さＪ，Ｎ，Ｌの関係が、Ｎ＜Ｊ≦Ｌ、又はＮ＜Ｌ＜Ｊで規定されるものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜４の何れかに記載のオイルレス圧縮機（１００）において、前記リップ固定板（２３）の下側外周には段差を設けた切欠部（３）が形成され、
ピストン本体（２１）の頭周部（２２１）が一段高く凸条（４）で縁取りされ、
該凸条（４）は前記切欠部（３）に密嵌可能であり、
該切欠部（３）に環状のピストンリップ（２９）を嵌着した状態で前記リップ固定板（２３）がピストン本体（２１）の頭部（２２）に固定されるものである。

請求項７に係る発明は、請求項１〜３及び５の何れかに記載のオイルレス圧縮機（２００）において、前記固定部（３６）の厚さＬと、前記切欠部（３）の高さを同じに揃えたものである。

本発明によれば、シリンダのライナ部及び摺接リップの寿命を延ばして、交換頻度、及び運転経費を低減できるオイルレス圧縮機を提供できる。特に、ライナ部と摺接リップとの摺動抵抗、及びピストンの駆動負荷を低減すると共に、ライナ部の耐磨耗性を維持するようにしたオイルレス圧縮機を提供できる。

本発明の一実施形態に係るオイルレス圧縮機（以下、「本機」ともいう）の全体形状を説明する図であり、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）はＸ−Ｘ´切断面による平面断面図である。 図１の本機におけるピストンの要部分解斜視図である。 図１の本機における圧縮室を示す側断面図である。 図１の本機に装着されたピストンリップ周辺（丸囲み）の要部拡大断面図であり、図４（Ａ）は第１実施形態に係る本機を構成し、全体的に薄く形成されたピストンリップ、図４（Ｂ）は第２実施形態に係る本機を構成し、固定部が厚く形成されたピストンリップ、をそれぞれ示している。 図４（Ｂ）に示す第２実施形態のピストンリップを、図４（Ａ）に示す第１実施形態のピストン本体に固定した変形実施例の要部拡大断面図である。 図４のピストンリップが使用に応じて摩耗した状態を説明する要部拡大断面図であり、図６（Ａ）は図４（Ａ）のピストンリップが摩耗した状態、図６（Ｂ）は図４（Ｂ）のピストンリップが摩耗した状態、をそれぞれ示している。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。まず、本発明を説明する上で、本機の必要最小限の要件について、図１〜図３を用いて簡単に説明する。つぎに、本発明の核心部分については、要部を拡大した図４及び図６を用いて重点的に説明する。最後に、必ずしも本発明の本質でない箇所の概略構成については、再度、図１〜図３を用いてより詳細に説明する。なお、各図にわたって、同一効果の部位には同一符号を付して説明の重複を避ける。

図１は、本発明の一実施形態に係るオイルレス圧縮機（以下、「本機」ともいう）の全体形状を説明する図であり、図１（Ａ）は側断面図、図１（Ｂ）はＸ−Ｘ´切断面による平面断面図である。図１（Ａ）に示すように、オイルレス圧縮機２００は、シリンダ１０と、そのシリンダ１０内に密嵌されて往復運動することにより圧縮空気を生成するピストン２０と、ピストン２０を駆動する駆動部５０と、を備えて構成されている。なお、図１（Ａ）は第２実施形態に係る本機２００を示しているが、第１実施形態に係る本機１００にも概ね共通しており、両者の相違点については、図４及び図６を用いて後述する。

図１（Ｂ）に示すように、オイルレス圧縮機１００，２００は、シリンダ１０の上端を弁シート４１で封じられ、下側の圧縮室４３と上側の気体室５３とに区切られている。その気体室５３は分離壁８１により吸入口５５側と吐出口５６側との２区画に分離され、弁シート４１の各区画に対応するところにリード弁４６，４７がそれぞれ配設されている。吸入口５５側のリード弁４６は弁シート４１の下面に配設され、上から下向きに開弁して吸気のみを通過させる。吐出口５６側のリード弁４７は弁シート４１の上面に配設され、下から上向きに開弁して排気のみを通過させる。

図２は、図１の本機におけるピストンの要部分解斜視図である。図２に示すように、ピストンリップ２９，３０は、リップ固定板２３により、ピストンリップ２９，３０をピストン本体２１の頭部２２との間に挟持して固定される。ピストン本体２１の頭部２２には、その中心部で垂直方向にネジ孔２が穿設され、雌ねじが切られている。リップ固定板２３にも中心にねじ孔５が穿設されているので、そこを通してねじ１をネジ孔２に締めることにより、ピストンリップ２９，３０をピストン本体２１に挟持するように固定できる。

図３は、図１の本機における圧縮室を示す側断面図である。図３に示すように、シリンダ１０は、その内周面にピストン２０を摺接受容する内径Ｄのライナ部１２が形成されている。ピストン２０は、ピストン本体２１と、ピストンリップ３０と、リップ固定板２３と、備えて構成されている。ピストン本体２１は外径Ｆであり、この外径Ｆは、ライナ部１２の内径Ｄに対して隙間Ｇだけ縮径されて構成されている。

図４は、図１の本機に装着されたピストンリップ周辺（丸囲み）の要部拡大断面図であり、図４（Ａ）は第１実施形態に係る本機を構成し、全体的に薄く形成されたピストンリップ、図４（Ｂ）は第２実施形態に係る本機を構成し、固定部が厚く形成されたピストンリップ、をそれぞれ示している。図４に示すように、リップ固定板２３の下側外周には段差を設けた切欠部３が形成され、その切欠部３に環状のピストンリップ２９，３０を予め嵌着した状態で、リップ固定板２３がピストン本体２１の頭部２２にねじ止めされる（図２）。

図４に示すように、このピストンリップ２９，３０は、摺接リップ３２と、その摺接リップ３２より内周側に位置して摺接しない非摺接部３７，３８と、により構成されている。摺接リップ３２は、円盤状の外縁部３１がカップ型に立体成形されてライナ部１２に摺接することにより気密機能を有する。非摺接部３７，３８は、屈曲部３４と固定部３５，３６とに区別される。

ピストンリップ２９，３０は、２種類の何れか一方をピストン本体２１に取り付ければ足りる。ピストンリップ２９は、第１実施形態に係る本機１００を構成する。ピストンリップ３０は、第２実施形態に係る本機２００を構成する。ピストンリップ２９，３０は、ピストン本体２１の外径Ｆから所定寸法だけはみ出して隙間Ｇを塞ぐことにより、気密性を高める。なお、隙間Ｇの全部について、常時稠密に閉塞された状態とせず、内周方向にあそびＴだけの余裕を残すように構成した方が、円滑なピストン動作ができる。

図４（Ａ）に示す第１実施形態に係る本機１００では、ピストンリップ２９を用い、図４（Ｂ）に示す第２実施形態に係る本機２００では、ピストンリップ３０が用いられている。これらのピストンリップ２９，３０の相違点については後述する。また、ピストンリップ２９，３０それぞれの特徴ある形状に対応して特化するように、ピストン本体２１の頭部２２における装着部分が、僅かに異なる専用形状であるが、装着部分以外の大部分は略共通する形状であるため、同一の符号でピストン本体２１及びその頭部２２を示している。

［第１実施形態］
図４（Ａ）に示す第１実施形態に係る本機１００では、ピストン本体２１の頭周部２２１が一段高く凸条４で縁取りされ、その凸条４がリップ固定板２３の下側外周に形成された切欠部３に密嵌可能である。ただし、密嵌する箇所にも最小限のあそびを設けると共に、所定の締めしろも残してある。これら凸条４と切欠部３の間に環状のピストンリップ２９の固定部３５が挟持された状態でリップ固定板２３がピストン本体２１の頭部２２に固定される。

リップ固定板２３の切欠部３には、まずピストンリップ２９の固定部３５を密着させるように嵌着し、それを凸条４で精密に挟持するように構成されている。これら凸条４と切欠部３の間に、薄く形成されたピストンリップ２９の固定部３５が精密に位置規制された状態で固定される。このような構成の本機１００では、ピストンリップ２９の芯ずれが生じる不具合を軽減できる。

これらのピストンリップ２９，３０は、円盤状の外縁部３１から内周側へと、摺接リップ３２、屈曲部３４、及び固定部３５，３６の順に延在して構成されている。摺接リップ３２を厚さＪとし、屈曲部３４の厚さＮとするならば、これら各厚さＪ，Ｎの関係は、Ｊ＞Ｎ、で規定される。ピストンリップ２９，３０が、このような形状であることの作用効果については後述する。

ここで、図４（Ａ）に示すように、第１実施形態を示す本機１００は、非摺接部３７の厚さＫは、屈曲部３４の厚さＮと、固定部３５の厚さＭとに区別される。これら各厚さＪ，Ｎ，Ｍの関係が、Ｊ＞Ｎ＝Ｍ、で規定される。また、図４（Ｂ）に示すように、第２実施形態を示す本機２００は、非摺接部３８の厚さＫは、屈曲部３４の厚さＮと、固定部３６の厚さＬとに区別される。これら各厚さＪ，Ｎ，Ｌの関係は、Ｎ＜Ｊ≦Ｌ、又はＮ＜Ｌ＜Ｊで規定される。

ここで、ピストンリップ２９，３０が、上述したような形状であることの作用効果について説明する。まず、図２で示したように、ピストンリップ２９，３０は外縁３１がカップ型に開いた形状である。すなわち、外縁３１は斜め上方に開いている。しかし、図１、図３及び図４に示すように、ライナ部１２の内周面が垂直であり、斜め上方に開いた外縁３１は、その垂直な壁面に押されて略垂直、すなわち屈曲部３４の開き角θ≒９０度に押し曲げられる。

このように、ピストンリップ２９，３０は、ピストン本体２１の頭部２２で水平に固定された固定部３５，３６に対し、屈曲部３４が直角に押し曲げられ、屈曲部３４の端に延在する摺接リップ３２が隙間Ｇと概ね同じ厚さＪになって、その隙間Ｇを塞ぐ。また、屈曲部３４は、その材質及び形状で定まる弾力性により、無応力状態の皿型形状を維持しようとする。ただし、上述のように、隙間Ｇの全部について、常時稠密に閉塞された状態とせず、内周方向にあそびＴだけの余裕を残すように構成された方が、円滑なピストン動作ができる。

［第１，２実施形態］
本機１００，２００において、摺接リップ３２の厚さＪは、屈曲部３４に近い所から外縁部３１へ近づくにつれて厚みを増すように形成された形状でも良い。また、本機１００，２００において、摺接リップ３２の厚さＪは、屈曲部３４の厚さＮに対し、圧接方向Ｅに突出して肉厚に形成されていることが好ましい。このような形状のピストンリップ２９，３０は、使用に伴って摺接リップ３２の外周側が摩耗しても、圧接方向Ｅへと開いて密閉性を維持できるので、交換寿命をさらに伸ばすことが可能である。

［第２実施形態］
図４（Ｂ）に示す第２実施形態に係る本機２００では、そのピストンリップ３０が、固定部３６の厚さＬが屈曲部３４の厚さＮよりも厚く形成されている。この本機２００において、固定部３６の厚さＬと、切欠部３の高さを同じに揃えていることにより、精密な組み立て状態が維持されるので好ましい。本機２００に用いられるピストンリップ３０は、第１実施形態に係る本機１００専用に薄く形成されたピストンリップ２９に対し、環状の全体形状について剛性が高く、比較的安定した形状が維持され易い。

そのため、固定部３５が薄く形成されたピストンリップ２９よりも、位置規制の精度を緩やかにすることが容認される。したがって、ピストン本体２１の頭表部２２２は平坦のままであり、その周縁部に対する面取りも省略する等、より簡素な加工で済ませることが可能である。

［変形実施例］
図５は、図４（Ｂ）に示す第２実施形態のピストンリップを、図４（Ａ）に示す第１実施形態のピストン本体に固定した変形実施例の要部拡大断面図である。図５に示す変形実施例は、図４（Ｂ）のピストンリップ３０を、図４（Ａ）の頭周部２２１に固定したものである。すなわち、図４（Ａ）に示すピストン本体２１の頭周部２２１は、一段高く凸条４で縁取りされ、その凸条４がリップ固定板２３の下側外周に形成された切欠部３に密嵌可能である。上述のように、密嵌する箇所にも最小限のあそびを設けると共に、所定の締めしろも残してある。

図５に示す変形実施例においても、凸条４と切欠部３の間に環状のピストンリップ３０の固定部３６が挟持された状態でリップ固定板２３がピストン本体２１の頭部２２に固定される。その結果、図４（Ｂ）のピストンリップ３０も、図４（Ａ）で上述したように精密に位置規制された状態で固定される。したがって、ピストンリップ３０の芯ずれが生じる不具合も軽減できる。

図６は、図４のピストンリップが使用に応じて摩耗した状態を説明する要部拡大断面図であり、図６（Ａ）は図４（Ａ）のピストンリップが摩耗した状態、図６（Ｂ）は図４（Ｂ）のピストンリップが摩耗した状態、をそれぞれ示している。

図６に示すように、摺接リップ３２は、ピストン本体２１の外周から放射方向に広がるような弾性作用により、ライナ部１２の内周面に圧接される。この圧接力によって、ピストン２０の気密性を保持できる代わりに、その摺動により摺接部分が少しずつ摩耗する。このような摩耗について、本機１００，２００が摺動部を有する機械装置である以上、ある程度は不可避であるが、少ないに超したことはない。そこで、本機１００，２００では、以下の点について改善し、ピストンリップ２９，３０の摩耗を軽減させることにより、摩耗交換頻度を低くするようにした。

屈曲部３４は、摩耗した分だけが圧接方向Ｅへと広がることにより、ある程度まで摩耗しても隙間Ｇを塞ぐので、ピストン２０の気密性を保持する作用効果は持続する。ここで、圧接方向Ｅへと広がろうとする圧接力について、より正確には、屈曲部３４が、その弾力性により、図２に示した無応力状態の皿型形状に戻ろうとする弾性力である。このときの圧接力は、屈曲部３４の弾性力に基づくので、その大きさは、屈曲部３４の形状及び厚さＮに影響される。ここで、屈曲部３４を厚さＮの板バネとみなせるので、屈曲部３４の弾性力は、厚さＮが厚い程大きく、薄い程小さい。

ピストンリップ２９，３０を平面視認した形状は、図示しない従来のものと大差ないが、屈曲部３４の断面形状については、その厚さＮを薄く形成している点に特徴がある。このように、従来のものと材質及び平面視認形状が同じであっても、屈曲部３４の厚さＮが薄ければ、屈曲部３４は、その繊細な弾性力に基づいて、よりしなやかな柔軟性を発揮する。したがって、屈曲部３４における、圧接方向Ｅへの圧接力が弱められるため、同じ条件ならば、摺接リップ３２の摩耗が軽減される。その結果、ピストンリップ２９，３０は、摩耗交換の頻度を低くすることが可能となり、本機１００，２００の運転経費を削減することができる。なお、圧接力を弱める限度は、気密性を維持できる限界よりも少し大きめに設定する。

上述のように、摺接リップ３２を厚さＪとし、屈曲部３４の厚さＮとするならば、これら各厚さＪ，Ｎの関係は、Ｊ＞Ｎ、で規定される。ピストンリップ２９，３０が、このような形状であることの作用効果は、以上のとおりである。

オイルレス圧縮機では、シリンダ潤滑油が必要とされないので、圧縮気体中に油が混入しない。このため、オイルレス圧縮機は、単に圧縮気体を得るという用途の他に、計器用や制御用にも利用することができ、爆発のおそれや腐食のおそれがあるガス以外の総てのガスを圧縮することにも利用することができる。最後に、本機２００の全体構成について、図１〜図３を用いてより詳細に説明する。

図１、図３には、図４（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示した第２実施形態に係る本機２００のみを示しており、本機１００は示されていないが、両者の相違点は図４及び図６を用いて上述したとおりであり、大部分は共通している。図１に示すように、本機２００は、単一のシリンダ１０が用いられておりピストン２０の駆動源が電動機であるオイルレス圧縮機２００である。以下、主に図１〜図３を用い、本機２００の概略構成をまとめて説明する。

この本機２００では、直流型の電動機７０が用いられている。交流型の電動機（４極電動機の場合）の回転数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数に応じて毎分１５００または１８００回転以下に固定されているのに対して、直流型の電動機７０の回転数は使用者の希望に応じて制御盤での操作によって可変である。直流型の電動機７０は交流型の電動機に比べて元々消費電力が少ないが、電動機７０の回転数が低ければ消費電力が更に少なくてすむ。電動機７０の回転数は、本機２００の場合、毎分５００〜２０００回転であることが好ましい。

電動機７０の固定子１３が電動機筐体１４の内部に固定されており、電動機７０の回転子１５に回転軸１６が固定されている。本体筐体１７及び電動機カバー１８にはそれぞれ玉軸受２４，２５が取り付けられている。また、電動機筐体１４が本体筐体１７に嵌合されて回転軸１６の一端側が玉軸受２４に挿入されている。また、電動機カバー１８が電動機筐体１４に嵌合されて回転軸１６の他端側が玉軸受２５に挿入されている。この状態で本体筐体１７の鍔部（不図示）を貫通しているねじ（不図示）が電動機カバー１８に螺入されることによって、本体筐体１７と電動機筐体１４と電動機カバー１８とが互いに固定されている。回転軸１６のうち玉軸受２４を貫通している部分に回転翼１９及び釣合い重り２７が固定されており、釣合い重り２７の偏心部に玉軸受２６が外挿されている。

玉軸受２６にはピストン棒２８が外挿されている。このピストン棒２８の上方先端部には円盤状の頭部２２が形成されている。この頭部２２にリップ固定板２３が対向しており、これらの頭部２２とリップ固定板２３とがピストンリップ３０を挟持している状態で、ねじ１によってリップ固定板２３が頭部２２に固定されている。したがって、頭部２２及びリップ固定板２３がピストン２０の加圧機能部を形成している。ピストンリップ３０の主成分はポリテトラフルオロエチレンである。ピストンリップ３０の形状はワッシャー状のものを機械的にカップ型にしたものであり、ピストンリップ３０の底面の周辺近傍部が上述の様に頭部２２とリップ固定板２３とに挟持されている。

本体筐体１７のうちのシリンダ１０内にライナ部１２が配置されている。ライナ部１２の内径は、２０〜９０ｍｍであることが好ましい。ライナ部１２内におけるピストン２０の行程量は、４〜１５ｍｍであることが好ましい。ライナ部１２の内周面の中心線平均粗さは、０．４μｍ以下０．０５μｍ以上であることが好ましい。また、ライナ部１２の内周面のビッカース硬さは、３５０以上９００以下であることが好ましい。

上述の中心線平均粗さ及びビッカース硬さで測定できる金属材料であればどの様な材料でライナ部１２が形成されていてもよいが、より好ましいビッカース硬さを得るための具体例としては、ガス軟窒化を機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃに施す処理方法等がある。このＳ４５Ｃ自体のビッカース硬さは２０４であるが、ガス軟窒化をＳ４５Ｃに施して得られる材料の表面におけるビッカース硬さは５５７程度に向上する。

ただし、ライナ部１２の内周面における中心線平均粗さの下限及びビッカース硬さの上限は製造経費の増加を抑制する観点から設けられているだけであるので、製造経費が増加しても問題ない場合には、これらの下限及び上限は特に必要ない。ピストンリップ３０の厚さは０．５〜１．０ｍｍであり、ライナ部１２の内周面の円周上において摺接リップ３２が接触している幅は１．５〜３ｍｍであることが好ましい。

ライナ部１２の端面部及びＯリング６３が弁シート４１の溝４２内に嵌入されており、ピストン２０、ライナ部１２及び弁シート４１に囲まれている空間が圧縮室４３を形成している。弁シート４１の平面的に異なる位置に二つの貫通孔４４，４５が設けられており、一方の貫通孔４４の下面を覆うリード弁４６と他方の貫通孔４５の上面を覆うリード弁４７とがそれぞれねじ４８で弁シート４１に固定されている。弁シート４１上に気体室カバー５１が載置されており、不図示のねじによって気体室カバー５１及び弁シート４１が本体筐体１７の上部８０に固定されており、弁シート４１と気体室カバー５１とに囲まれている空間が気体室５３を形成している。ただし、気体室５３は、貫通孔４４，４５を分離して配置するため分離壁８１を具備している。

気体室カバー５１には複数の放熱用のひれ５４が設けられており、溝６１内にパッキン６２が嵌入されている。気体室カバー５１には吸入口５５及び吐出口５６が設けられており、気体室５３内へ延びている管５７が吸入口５５と吐出口５６との両方に取り付けられている。気体室カバー５１の内壁から突出している管５７の長さは、吸入口５５及び吐出口５６の軸心方向における気体室カバー５１の内壁間の距離の５０〜９０％であることが好ましい。吸入口５５及び吐出口５６が設けられている気体室カバー５１の壁面とは反対側の壁面であって管５７の延長線上に一対の連結口５８が設けられているが、この本機２００の連結口５８は閉塞されている。

以上のような本機２００において、電動機７０に通電してこの電動機７０の回転子１５を回転させると、回転子１５と共に回転軸１６及び釣合い重り２７も回転する。既述の様に釣合い重り２７の偏心部に玉軸受２６が外挿されているので、釣合い重り２７の回転に伴って玉軸受２６の軸心が回転軸１６の軸心の回りを回転し、玉軸受２６のこの回転に伴ってピストン棒２８が揺動と往復動とを行う。ピストン棒２８が往復動を行うと、ピストンリップ３０をライナ部１２の内周面に圧接摺動させるようにピストン２０もライナ部１２内で往復動を行う。

ピストン棒２８が揺動を行うので、ピストン２０及びピストンリップ３０がある程度の首振り運動を行う。しかし、ピストンリップ３０は樹脂製であってある程度の弾性を有しており、この弾性によってピストンリップ３０のうち摺接リップ３２がライナ部１２に接触するので、ライナ部１２とピストン２０との間の気密は十分に保持される。したがって、ピストン２０及び摺接リップ３２が首振り運動を行わない構造のオイルレス圧縮機に比べてこの本機２００の構造が簡単で製造経費が少ないにも拘らず、ピストンリップ３０がある程度の首振り運動を行うことは実質的には問題にならない。

ピストン２０がその往復動において上死点から下死点へ向かう行程では、圧縮室４３内の圧力が低下するので、リード弁４７が弁シート４１の貫通孔４５を閉塞したままでリード弁４６が弁シート４１のもう一つの貫通孔４４を開放し、吸入口５５、管５７、気体室５３及び貫通孔４４を通って圧縮室４３内に気体が吸入される。そして、ピストン２０が下死点から上死点へ向かう行程では、圧縮室４３内の圧力が上昇するので、リード弁４６が弁シート４１の貫通孔４４を閉塞したままでリード弁４７が弁シート４１のもう一つの貫通孔４５を開放し、貫通孔４５、気体室５３、管５７及び吐出口５６を通ってこの本機２００から圧縮気体が吐出される。

単一のシリンダ１０が用いられているこの本機２００では、吐出状態の値で毎分８０リットル以下の割合の圧縮気体が吐出される。なお、回転軸１６が回転すると回転翼１９も回転し、この回転翼１９の回転によって電動機７０やピストン２０やライナ部１２の外周面等へ外気が送られて、電動機７０やピストン２０やライナ部１２等が冷却される。また、管５７が気体室５３内へ長く延びているので、吸入口５５から吸入される気体と吐出口５６から吐出される気体とに対して管５７が消音効果を有している。ただし、気体を導く壁面を気体室５３内に設け、気体室５３内における気体の通過経路を長くすることによって、吸入口５５から吸入される気体と吐出口５６から吐出される気体とに対する消音効果を生じさせてもよい。

なお、上述の本機２００では単一のシリンダ１０しか用いられていないが、二つのシリンダが用いられているオイルレス圧縮機にも本発明を適用することができる。この場合は、回転軸１６が電動機カバー１８側へも長く延びると共に電動機カバー１８の代わりに本体筐体１７と同様なもう一つの本体筐体が電動機筐体１４に固定されており、このもう一つの本体筐体における気体室カバーには連結口しか設けられておらず、本体筐体１７における気体室カバー５１の連結口５８と対向している連結口が本体筐体１７の連結口５８と連結管で連結されており、一方の本体筐体１７の吸入口５５から吸入されて二つの本体筐体内で圧縮された気体が一方の本体筐体１７の吐出口５６から吐出される。この様なオイルレス圧縮機では、吐出状態の値で毎分１６０リットル以下の圧縮気体が吐出される。

また、上述の本機２００では、シリンダ１０とライナ部１２が別体から構成されているが、シリンダ１０とライナ部１２が一体であって、シリンダ１０の内周面にライナ処理が施されていてもよい。また、上述の本機２００ではピストンリップ（２９，）３０の主成分がポリテトラフルオロエチレンであるが、ピストンリップ（２９，）３０の製造方法を変更し、ピストンリップ（２９，）３０の耐磨耗性を高めることができれば、ポリテトラフルオロエチレン以外の弗素樹脂がピストンリップ（２９，）３０の主成分になっていてもよい。また、上述の本機２００ではピストン２０の駆動源が電動機７０であるが、電動機以外の駆動源がピストン２０の駆動源として用いられてもよい。以上、本機２００の概略について説明したが、本機１００の概略も同様である。

本発明に係るオイルレス圧縮機は、吐出気体に潤滑油の混入を嫌う用途として、例えば医療器具等のほか、計器用や制御用にも採用される可能性がある。

なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、オイルレス圧縮機の構成、動作も本発明の実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１，４８ ねじ、２，５ ねじ孔、３ 切欠部、４ 凸条、１０ シリンダ、１２ ライナ部、１３ （電動機７０の）固定子、１４ 電動機筐体、１５ （電動機７０の）回転子、１６ 回転軸、１７ 本体筐体、１８ 電動機カバー、１９ 回転翼、２０ ピストン、２１ ピストン本体、２２ （ピストン本体２１の）頭部、２３ リップ固定板、２４，２５，２６ 玉軸受、２７ 釣合い重り、 玉軸受、２８ ピストン棒、２９，３０ ピストンリップ、３１ 外縁部、３２ 摺接リップ、３４ 屈曲部、３５，３６ 固定部、３７，３８ 非摺接部、４１ 弁シート、４２ （弁シート４１の）溝、４３ 圧縮室、４４，４５ 二つの貫通孔、４６，４７ リード弁、５０ 駆動部（電動機７０）、５１ 気体室カバー、５３ 気体室、５４ ひれ、５５ 吸入口、５６ 吐出口、５８ 連結口、５７ 管、５３ 気体室、６１ 溝、６２ パッキン、６３ Ｏリング、７０ 電動機、８０ （本体筐体１７）の上部、８１ 分離壁、１００，２００ オイルレス圧縮機（本機）、２２１ （ピストン本体２１の頭周部）、２２２ （ピストン本体２１の頭表部）、Ｅ 圧接方向、Ｄ （ライナ部１２の）内径、Ｆ （ピストン本体２１の）外径、Ｇ 隙間、Ｊ （摺接リップ３２の）厚さ、Ｋ （非摺接部３７，３８の）厚さ、Ｌ （固定部３６の）厚さ、Ｍ （固定部３５の）厚さ、Ｎ （屈曲部３４の）厚さ、Ｔ あそび、Ｘ−Ｘ´ 切断面、θ （屈曲部３４の）開き角

Claims (7)

1. シリンダと、該シリンダ内に密嵌されて往復運動することにより圧縮空気を生成するピストンと、該ピストンを駆動する駆動部と、を備えたオイルレス圧縮機であって、
   前記シリンダの内周面に前記ピストンを摺接受容するライナ部が形成され、
   前記ピストンは、
   前記ライナ部の内径に対して隙間の分だけ縮径された外径のピストン本体と、
   前記ピストン本体の外径からはみ出して前記隙間を塞ぐピストンリップと、
   該ピストンリップを前記ピストン本体の頭部との間に挟持して固定するためのリップ固定板と、
   を備え、
   前記ピストンリップは、
   円盤状の外縁部がカップ型に立体成形されて前記ライナ部に摺接して気密機能を有する摺接リップと、
   該摺接リップより内周側に位置して摺接しない非摺接部と、により構成され、
   該非摺接部は、屈曲部と固定部とに区別され、
   円盤状の前記外縁部から前記内周側へと、前記摺接リップ、前記屈曲部、及び前記固定部の順に延在し、
   前記摺接リップを厚さＪとし、前記屈曲部を厚さＮとし、
   前記各厚さＪ，Ｎの関係が、Ｊ＞Ｎ、で規定されるオイルレス圧縮機。
2. 前記摺接リップの厚さＪは、前記屈曲部に近い所から前記外縁部へ近づくにつれて厚みを増すように形成された請求項１に記載のオイルレス圧縮機。
3. 前記摺接リップの厚さＪは、前記屈曲部の厚さに対し、圧接方向に突出して肉厚に形成された請求項１又は２に記載のオイルレス圧縮機。
4. 前記ピストンリップにおける前記非摺接部の厚さは、前記屈曲部の厚さＮと、前記固定部の厚さＭとに区別され、
   前記各厚さＪ，Ｎ，Ｍの関係が、Ｊ＞Ｎ＝Ｍ、で規定される請求項１に記載のオイルレス圧縮機。
5. 前記ピストンリップにおける前記非摺接部の厚さは、前記屈曲部の厚さＮと、前記固定部の厚さＬとに区別され、
   前記各厚さＪ，Ｎ，Ｌの関係が、Ｎ＜Ｊ≦Ｌ、又はＮ＜Ｌ＜Ｊで規定される請求項１に記載のオイルレス圧縮機。
6. 前記リップ固定板の下側外周には段差を設けた切欠部が形成され、
   ピストン本体の頭周部が一段高く凸条で縁取りされ、
   該凸条は前記切欠部に密嵌可能であり、
   該切欠部に環状のピストンリップを嵌着した状態で前記リップ固定板がピストン本体の頭部に固定される請求項１〜４の何れかに記載のオイルレス圧縮機。
7. 前記固定部の厚さＬと、前記切欠部の高さを同じに揃えた請求項１〜３及び５の何れかに記載のオイルレス圧縮機。

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