JP4616115B2

JP4616115B2 - 揺動型圧縮機

Info

Publication number: JP4616115B2
Application number: JP2005221227A
Authority: JP
Inventors: 喜之兼本; 永敏小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007032532A

Description

本発明は、例えば空気を圧縮するのに好適に用いられる揺動型圧縮機に関する。

一般に、揺動型圧縮機は、電動機と、該電動機によって駆動されるクランク軸が回転可能に設けられたクランクケースと、該クランクケースに設けられ内部に周壁によって取囲まれたピストン摺動孔を有するシリンダと、該シリンダのピストン摺動孔に挿嵌されクランク軸によってシリンダ内を往復動するピストンと、シリンダ内に形成されピストンが往復動する間に気体を圧縮する圧縮室と、該圧縮室内に外部から空気を導入する吸気通路とにより大略構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２８４６９号公報

ここで、従来技術による揺動型圧縮機は、一端側がクランク軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が圧縮室を画成する円盤部となったロッキングピストンを用いている。そして、ピストンの円盤部には外周側に位置してリップシールが設けられ、該リップシールを用いて揺動しつつ往復動するピストンの円盤部とシリンダとの間をシールしている。

しかし、上述した従来技術による揺動型圧縮機は、例えば２段式圧縮機の高圧側のように数ＭＰａ以上の高圧の空気を圧縮した場合には、リップシールが変形、破損して圧縮空気が漏洩する虞がある。このため、２段式圧縮機の高圧側には揺動型圧縮機を適用することが難しく、ピストンとは別体の連接棒（ピストンロッド）を用いてピストンとクランク軸との間を接続した往復動圧縮機を用いており、部品点数の増加、製造コストの上昇という問題があった。

また、リップシールは圧縮機の運転、停止に拘わらずシリンダに押付けられているから、圧縮機の運転停止後もリップシールのシール性が保持される。この結果、運転停止時には圧縮室内に高圧の圧縮空気が残った状態で保持されるから、圧縮機の再起動時にはこの残った圧縮空気が負荷として作用し、圧縮機の再起動が難しくなるという問題もある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、高圧の圧縮が可能で製造コストを低減できると共に、停止時に圧縮室内の圧縮流体を逃すことができる揺動型圧縮機を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、クランク軸を回転可能に支持したクランクケースと、該クランクケースに設けられシリンダヘッドが搭載されたシリンダと、一端側が前記クランク軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が該シリンダ内を揺動しつつ往復動し前記シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成する円盤部となったピストンとからなる揺動型圧縮機に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ピストンの円盤部には外周側に位置したリング溝を設け、該リング溝にはピストンとシリンダとの間をシールする非リップ形状のピストンリングを装着し、前記ピストンの円盤部に設けたリング溝と前記ピストンリングとの間には、該ピストンリングが前記円盤部の周方向に回転するのを規制する回転規制手段を設け、前記回転規制手段は、前記リング溝に位置して前記円盤部に突設された突起部と、前記ピストンリングに設けられ該突起部が嵌合する嵌合凹部とにより構成し、前記嵌合凹部は、前記ピストンの揺動方向から外れた位置に配置する構成としたことにある。

請求項２の発明では、前記嵌合凹部は、前記ピストンリングに設けられた合口部としている。

請求項３の発明では、前記ピストンリングの合口部は、前記クランク軸に設けられた冷却ファンと対向する位置に配置している。

請求項４の発明では、前記回転規制手段の突起部は、前記円盤部に一体的に設ける構成としている。

請求項５の発明では、前記円盤部は、ピストンロッドを挟んで前記連結部の反対側に設けられたピストン本体と、該ピストン本体の端面に対面して取付けられ該ピストン本体との間に前記リング溝を形成するリテーナとから構成している。

請求項１の発明によれば、ピストンの円盤部にはリング溝を介して非リップ形状のピストンリングを装着したから、ピストンリングを用いてピストンとシリンダとの間をシールすることができる。また、従来技術のリップシールはシリンダと摺接するリップ部が屈曲、偏摩耗して圧縮流体の漏洩が生じる傾向があるのに対して、本発明ではピストンリングを用いるから、屈曲等が生じるリップ部が存在せず、ピストンリングの強度を上げることができ、耐久性、信頼性を高めることができる。この結果、例えば２段式圧縮機の高圧側にも連結部と円盤部とが一体形成されたロッキングピストンを用いることができ、部品点数を削減して製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。

また、ピストンの円盤部にはリング溝を介してピストンリングを装着したから、圧縮機の停止時にはリング溝とピストンリングとの隙間を通じて圧縮室内の圧縮流体をクランクケース側に逃すことができる。このため、圧縮機の起動時には常に圧縮室内を低圧な状態に保持することができるから、再起動時の負荷を低減することができる。

一方、円盤部のリング溝とピストンリングとの間には、リング溝に位置して円盤部に突設された突起部とピストンリングに設けられ該突起部が嵌合する嵌合凹部とからなる回転規制手段を設け、ピストンリングに設けた嵌合凹部はピストンの揺動方向から外れた位置に配置している。

ここで、ピストンが揺動しながらシリンダ内を往復動したときには、ピストンリングの全周のうち、ピストンの揺動方向に位置する２箇所がシリンダの内面に強く長く接触することになる。このため、ピストンリングの脆弱部、例えば嵌合凹部等がピストンの揺動方向となる位置に配置されると、変形して圧縮漏れ等を生じる虞がある。

然るに、リング溝とピストンリングとの間に設けた回転規制部材は、突起部を嵌合凹部に嵌合することにより、該嵌合凹部をピストンの揺動方向から外れた位置に配置し、脆弱な嵌合凹部等がピストンの揺動方向となる位置に配置されないようにピストンリングの回転を規制することができる。この結果、嵌合凹部等の位置でピストンリングが変形、偏摩耗するのを防止することができ、圧縮漏れを抑えて圧縮機の運転効率や信頼性を高めることができ、またピストンリングの寿命を延ばすことができる。

請求項２の発明によれば、嵌合凹部をピストンリングに設けられた合口部によって形成することができるから、既存の合口部に突起部を嵌合させるだけで、ピストンリングの回転を規制することができる。これにより、回転規制手段の構成を簡略化することができる。

請求項３の発明によれば、ピストンリングの合口部を冷却ファンと対向する位置に配置しているから、冷却ファンからの冷却風をピストンリングの合口部に向けて供給することができる。これにより、ピストンリングの合口部を冷却風で積極的に冷却することができるから、合口部が溶融して固着したり、熱によって変形、偏摩耗を生じるのを防止でき、信頼性や寿命を向上することができる。

請求項４の発明によれば、回転規制手段の突起部を円盤部に一体的に設けているから、突起部が円盤部から脱落するような事態を未然に防ぐことができる。また、突起部をピストンと一体成形することができ、製造コストを低減することができる。

請求項５の発明によれば、ピストンの円盤部は、ピストン本体と該ピストン本体に取付けられたリテーナとから構成し、ピストン本体とリテーナとの間にリング溝を形成している。これにより、ピストン本体からリテーナを取外すことにより、リング溝にピストンリングを簡単に装着することができ、組立作業性を向上することができる。

しかも、回転規制手段は、リテーナまたはピストン本体に設けた突起部とピストンリングに設けた嵌合凹部とにより構成したから、ピストン本体とリテーナとピストンリングを組立てるときに、突起部を嵌合凹部に簡単に嵌合させることができ、ピストンリングの回転を確実に規制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る揺動型圧縮機を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１ないし図６は本発明の第１の実施の形態を示し、図１において、１は内部にクランク室２が画成されたクランクケースで、該クランクケース１には、クランク室２内に位置して電動モータ３の出力軸４に固定されたクランク軸５が回転可能に支持されている。また、出力軸４はクランク軸５の一部をなすもので、該出力軸４にはクランク軸５に当接してバランスウェイト６が取付けられている。

７はクランクケース１上に取付けられた円筒状のシリンダで、該シリンダ７は、基端側がクランク室２内に開口すると共に、その内周面７Ａが後述するピストン部１８の摺動面となっている。また、シリンダ７の先端側には、シリンダヘッド８が搭載され、該シリンダヘッド８内には、図１、図２に示す如く、吸込口９Ａを介して外部に連通する吸込室９と、吐出口１０Ａを介して外部に連通する吐出室１０とが画成されている。

１１はシリンダ７とシリンダヘッド８との間に挟持された弁座板で、該弁座板１１には、吸込室９を後述の圧縮室１９に連通する吸込穴１１Ａと、吐出室１０を圧縮室１９に連通する吐出穴１１Ｂとが形成されている。また、弁座板１１にはリード弁としての吸込弁１２、吐出弁１３が取付けられ、該吸込弁１２、吐出弁１３は、基端側がねじ等を介して弁座板１１に固定された固定端となり、先端側は自由端となって、吸込穴１１Ａ、吐出穴１１Ｂをそれぞれ開，閉する。

１４はシリンダ７内に摺動可能に挿嵌されたロッキングピストン（以下、ピストン１４という）を示している。このピストン１４は、一端側がクランク室２内に位置しクランク軸５に軸受１５を介して回転可能に連結された連結部１６と、該連結部１６に一体形成されシリンダ７内へと伸長した棒状のピストンロッド１７と、該ピストンロッド１７の他端側に一体的に形成された円盤部としてのピストン部１８とによって構成されている。これにより、ピストン１４は、クランク軸５が回転駆動することにより、図２、図３に示すようにシリンダ７内でピストン部１８が矢示Ａ，Ａ′方向に揺動しつつ往復動する。

そして、ピストン部１８は、シリンダ７の内径寸法よりも小さい外径寸法をもって略円盤状に形成されると共に、シリンダ７内に位置して弁座板１１との間に圧縮室１９を画成している。また、ピストン部１８は、後述のピストン本体２０、リテーナ２１等から構成されている。

２０はピストンロッド１７を挟んで連結部１６の反対側に設けられた円盤状のピストン本体を示している。このピストン本体２０は、図４、図６に示す如く、下面中央にピストンロッド１７の他端部が一体的に取付けられている。また、ピストン本体２０は、端面２０Ａの中央に後述するリテーナ２１の小径部２１Ａが嵌合する取付凹部２０Ｂが凹設され、該取付凹部２０Ｂの中心部にはねじ穴２０Ｃが形成されている。また、ピストン本体２０には、リテーナ２１が対面する端面２０Ａの外周部を縮径することにより、全周に亘って環状段差部２０Ｄが形成されている。この環状段差部２０Ｄは、後述するリテーナ２１の下面２１Ｃに閉塞されることにより該下面２１Ｃと協働してリング溝２３を形成するものである。

２１はピストン本体２０の端面２０Ａに対面して取付けられたリテーナで、該リテーナ２１は、ピストン本体２０と共にピストン部１８を構成している。また、リテーナ２１は、後述のピストンリング２４をリング溝２３に取付け、取外しできるように、ピストン本体２０のねじ穴２０Ｃにボルト２２を用いて着脱可能に締着されている。ここで、リテーナ２１は、後述する回転規制部材２５の突起部２６がピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）に対してほぼ直交する位置からずれないように、ピストン本体２０に対する周方向の回転を規制した状態で取付けられている。

また、リテーナ２１は、ピストン本体２０の取付凹部２０Ｂ内に嵌合する小径部２１Ａと、該小径部２１Ａの上側に設けられた大径な大径部２１Ｂとにより段付円盤状に形成されている。そして、大径部２１Ｂの下面２１Ｃはピストン本体２０の端面２０Ａに対面し、該下面２１Ｃの外周側は、後述するリング溝２３の上壁面をなしている。また、リテーナ２１の上端面には、吸込弁１２との干渉を防止するための弁収容溝２１Ｄがピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）に延びて設けられている。さらに、下面２１Ｃの外周側には、後述する回転規制部材２５の突起部２６が設けられている。

２３はピストン部１８の外周側に設けられたリング溝で、該リング溝２３はピストンリング２４が取付けられるものである。また、リング溝２３は、ピストン本体２０の環状段差部２０Ｄをリテーナ２１の下面２１Ｃにより閉塞することにより、該ピストン本体２０の環状段差部２０Ｄとリテーナ２１の下面２１Ｃとの間で径方向外側に開口したコ字状の全周凹溝として形成されている。

２４はリング溝２３に装着され非リップ形状をした第１の実施の形態によるピストンリングを示している。このピストンリング２４は、例えば耐摩耗性および自己潤滑性に優れた樹脂材料、金属材料等によって略円環状に形成されている。また、ピストンリング２４は、上端面２４Ａ、下端面２４Ｂ、内周面２４Ｃおよび外周面２４Ｄを有する断面略四角形状に形成されている。

ここで、ピストンリング２４には、図４ないし図６に示す如く、周方向の一部を切離すことができるように合口部２４Ｅが形成され、該合口部２４Ｅの位置では、上側段部２４Ｆと上側突部２４Ｇ、下側段部２４Ｈと下側突部２４Ｊが互い違いになるように対向している。そして、合口部２４Ｅは、ピストンリング２４の直径寸法を拡径、縮径可能とすることにより、シリンダ７の内周面７Ａに対する密着性を高めるものである。しかし、合口部２４Ｅの位置は、シリンダ７と摩擦接触したときに変形、偏摩耗等を生じ易い脆弱部となっている。また、ピストンリング２４には、合口部２４Ｅと径方向の反対側に位置して後述する回転規制部材２５の嵌合凹部２７が形成されている。

さらに、ピストンリング２４の外周側には、ピストン１４の往復動方向の両端側に位置して上端面２４Ａ、下端面２４Ｂと外周面２４Ｄとの角隅にそれぞれＲ面取り部２４Ｋが形成されている。このＲ面取り部２４Ｋは、ピストン１４がシリンダ７内を揺動しつつ往復動するときに、ピストンリング２４の角隅が局部的に接触するのを防止し、シリンダ７の内周面７Ａ上を滑らかに摺動させるものである。

２５はピストン部１８のリング溝２３とピストンリング２４との間に設けられた回転規制手段としての回転規制部材を示している。この回転規制部材２５は、ピストンリング２４がピストン部１８の周方向に回転するのを規制することにより、ピストンリング２４の脆弱部となる合口部２４Ｅがピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）となる位置、即ち、運転時にシリンダ７の内周面７Ａに摺動接触する位置に配置されるのを防止するものである。このため、回転規制部材２５は、例えばシリンダ７の内周面７Ａに接触する位置から最も離間し、シリンダ７との摺動接触が最小限となるように、この接触位置から９０度回転した位置に合口部２４Ｅを位置決めしている。そして、回転規制部材２５は、後述の突起部２６と嵌合凹部２７とにより構成されている。

２６はリング溝２３を構成するリテーナ２１の下面２１Ｃに設けられた突起部を示している。この突起部２６は、リテーナ２１の下面２１Ｃ外周側でピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）に対してほぼ直交する位置に下向きに突設されている。また、突起部２６は、リテーナ２１と一体的に設けられている。

２７はピストンリング２４の上端面２４Ａ側に設けられた嵌合凹部を示している。この嵌合凹部２７は、合口部２４Ｅと径方向の反対側に位置し、上端面２４Ａの内側寄りから内周面２４Ｃの下側寄りに亘って径方向に切欠かれた凹溝として形成されている。また、嵌合凹部２７は、ピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）から外れた位置、例えば揺動方向に対してほぼ９０度回転した位置に配置されている。

このように構成された回転規制部材２５は、ピストン部１８を組立てるときに、突起部２６を嵌合凹部２７に嵌合するようにピストン本体２０にリテーナ２１を取付けるだけで、ピストンリング２４の脆弱部となる合口部２４Ｅ、嵌合凹部２７をピストン１４の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）となる位置から最も離間した位置に位置決めすることができる。

なお、２８はピストンリング２４の内周側に位置してリング溝２３に装着されたテンションリングを示している。このテンションリング２８は、ピストンリング２４を拡径する方向に付勢することにより、該ピストンリング２４をシリンダ７の内周面７Ａに押付けて気密性を高めるものである。

２９は出力軸４の先端側に固定された冷却ファンを示し、該冷却ファン２９はクランク室２内に冷却風を送風する。

第１の実施の形態による空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、電動モータ３を回転駆動すると、ピストン１４がシリンダ７内を矢示Ａ，Ａ′方向に揺動しつつ往復動する。これにより、空気圧縮機は、吸込室９から圧縮室１９内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室１９内の空気を圧縮し吐出室１０に圧縮空気を吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。

そして、圧縮運転が行われている間は、ピストンリング２４の外周面２４Ｄ側がシリンダ７の内周面７Ａに常時摺接する。これにより、ピストンリング２４はピストン１４とシリンダ７との間を気密にシールし、圧縮室１９内の空気がクランク室２に向けて漏洩するのを防止している。

一方、電動モータ３を停止したときには、ピストン１４の往復動も電動モータ３と一緒に停止する。ここで、例えばピストン１４が圧縮室１９内の空気を圧縮する圧縮行程で停止した場合には、圧縮室１９内に高圧な圧縮空気が残存することがある。このとき、ピストンリング２４とリング溝２３との間には環状の空間が形成されているから、圧縮室１９内に残った高圧な圧縮空気はピストンリング２４とリング溝２３との間の隙間を通じてクランク室２内に向けて漏洩する。これにより、圧縮室１９内に高圧な圧縮空気が残存することがないから、空気圧縮機の再起動時に電動モータ３等に過負荷が作用するのを防止することができ、円滑に再起動することができる。

また、ピストンリング２４の外周側に角隅が形成される場合には、ピストン１４の揺動角が最大となったときにピストンリング２４の角隅が局部的にシリンダ７に接触して偏摩耗や圧縮空気の漏洩が生じる虞がある。これに対し、ピストンリング２４の外周側にＲ面取り部２４Ｋを設けたから、シリンダ７との局部的な接触を防止することができ、圧縮空気の漏洩を防止して圧縮性能を高めることができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、ピストン１４のピストン部１８にはリング溝２３を介してピストンリング２４を装着したから、ピストンリング２４を用いてピストン１４とシリンダ７との間をシールすることができる。また、実施の形態では、ピストンリング２４を用いてピストン１４とシリンダ７との間をシールするから、従来技術のようにリップシールを用いる場合に比べて、屈曲等が生じるリップ部が存在せず、ピストンリング２４の強度を上げることができ、耐久性、信頼性を高めることができる。この結果、例えば数ＭＰａ程度の高圧な空気圧縮機に対してもロッキングピストン１４を用いることができ、部品点数を削減して製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。

また、ピストン１４のピストン部１８にはリング溝２３を介してピストンリング２４を装着したから、空気圧縮機の停止時にはリング溝２３とピストンリング２４との隙間を通じて圧縮室１９内の圧縮空気をクランクケース１側に逃すことができる。このため、空気圧縮機の起動時には常に圧縮室１９内を低圧な状態に保持することができるから、再起動時の負荷を低減することができる。

また、本実施の形態ではピストンリング２４の外周側には円弧状のＲ面取り部２４Ｋを設けたから、このＲ面取り部２４Ｋによりシリンダ７との局部的な接触を防止することができ、圧縮性能を高めることができると共に、信頼性を向上することができる。

一方、ピストン部１８のリング溝２３とピストンリング２４との間に回転規制部材２５を設けているから、ピストンリング２４の脆弱部となる合口部２４Ｅ、嵌合凹部２７を、ピストン１４が揺動したときにシリンダ７の内周面７Ａと摺動接触する揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）から外れた位置に位置決めすることができる。

この結果、合口部２４Ｅ、嵌合凹部２７が設けられたピストンリング２４の脆弱部が変形、偏摩耗等を生じるのを防止することができるから、圧縮漏れを防止して運転効率や信頼性を高めることができる。また、ピストンリング２４の変形、摩耗を抑えて寿命を延ばすことができる。

また、回転規制部材２５は、リング溝２３を構成するリテーナ２１の下面２１Ｃに設けた突起部２６と、ピストンリング２４に設けた嵌合凹部２７とにより構成している。従って、突起部２６を嵌合凹部２７に嵌合するようにピストン本体２０にリテーナ２１を取付けるだけで、ピストンリング２４の合口部２４Ｅをピストン１４の揺動方向となる位置から離間した位置に位置決めすることができる。これにより、ピストン本体２０、リテーナ２１、回転規制部材２５を容易に組立てることができる。

また、回転規制部材２５の突起部２６は、ピストン部１８を構成するリテーナ２１と一体的に設けているから、突起部２６がリテーナ２１から脱落するような事態を未然に防ぐことができる。また、突起部２６をリテーナ２１と一体成形することができ、製造コストを低減することができる。

さらに、ピストン部１８をピストン本体２０とリテーナ２１とにより構成し、該ピストン本体２０の環状段差部２０Ｄをリテーナ２１で閉塞することによりリング溝２３を形成している。従って、ピストン本体２０からリテーナ２１を取外すことにより、リング溝２３にピストンリング２４を簡単に取付けることができ、組立作業性を向上することができる。

次に、図７および図８は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、嵌合凹部をピストンリングに設けられた合口部としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１は第２の実施の形態によるピストンリングで、該ピストンリング３１は、第１の実施の形態によるピストンリング２４とほぼ同様に、上端面３１Ａ、下端面３１Ｂ、内周面３１Ｃおよび外周面３１Ｄを有する断面略四角形状に形成され、合口部３１Ｅの位置が上側段部３１Ｆ、上側突部３１Ｇ、下側段部３１Ｈ、下側突部３１Ｊとなり、外周側にＲ面取り部３１Ｋを有している。しかし、第２の実施の形態によるピストンリング３１は、第１の実施の形態による嵌合凹部２７を廃止し、合口部３１Ｅを後述の嵌合凹部３３として用いている点で、第１の実施の形態によるピストンリング２４と相違している。

３２は第２の実施の形態による回転規制手段としての回転規制部材を示している。この回転規制部材３２は、第１の実施の形態による回転規制部材２５とほぼ同様に、ピストンリング３１がピストン部１８の周方向に回転するのを規制するもので、ピストン部１８のリング溝２３とピストンリング３１との間に設けられている。そして、回転規制部材３２は、リテーナ２１の下面２１Ｃに下向きに突設された突起部２６と、後述の嵌合凹部３３とにより構成されている。

３３はピストンリング３１の上端面３１Ａ側に設けられた嵌合凹部を示している。この嵌合凹部３３は、図８に示すように、合口部３１Ｅにより形成されている。即ち、嵌合凹部３３は、合口部３１Ｅの位置で上側段部３１Ｆと上側突部３１Ｇとの間に周方向に形成された隙間を利用して設けられている。

かくして、このように構成された第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、回転規制部材３２の嵌合凹部３３は、ピストンリング３１に設けられた合口部３１Ｅの上側段部３１Ｆと上側突部３１Ｇとの間に形成している。この結果、新たに嵌合凹部を形成することなく、既存の合口部３１Ｅを利用して回転規制部材３２を容易に形成することができる。

次に、図９は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、回転規制手段の突起部をピストン本体に設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は第３の実施の形態によるロッキングピストン（以下、ピストン４１という）、４２は該ピストン４１のピストン本体を示している。このピストン本体４２は、第１の実施の形態によるピストン本体２０とほぼ同様に、端面４２Ａ、嵌合凹部、ねじ穴（いずれも図示せず）および環状段差部４２Ｄを有している。しかし、第３の実施の形態によるピストン本体４２は、環状段差部４２Ｄに後述の突起部４５が形成されている点で、第１の実施の形態によるピストン本体２０と相違している。

４３はリング溝２３に装着され非リップ形状をした略円環状のピストンリングで、該ピストンリング４３は、第１の実施の形態によるピストンリング２４とほぼ同様に、上端面４３Ａ、下端面４３Ｂ、内周面４３Ｃおよび外周面４３Ｄを有する断面略四角形状に形成され、合口部４３Ｅの位置が上側段部４３Ｆ、上側突部４３Ｇ、下側段部４３Ｈ、下側突部４３Ｊとなっている。また、ピストンリング４３の外周側にはＲ面取り部４３Ｋが設けられている。

４４は第３の実施の形態による回転規制手段としての回転規制部材を示している。この回転規制部材４４は、第１の実施の形態による回転規制部材２５とほぼ同様に、ピストンリング４３が周方向に回転するのを規制するもので、リング溝２３とピストンリング４３との間に設けられている。そして、回転規制部材４４は、後述の突起部４５と嵌合凹部４６とにより構成されている。

４５はピストン本体４２の環状段差部４２Ｄに設けられた突起部を示している。この突起部４５は、ピストン４１の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）に対してほぼ直交する位置に上向きに突設されている。

４６はピストンリング４３の下端面４３Ｂ側に設けられた嵌合凹部を示している。この嵌合凹部４６は、ピストン４１の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）から外れるように合口部４３Ｅと径方向の反対側に配置されている。また、嵌合凹部４６は、下端面４３Ｂの内側寄りから内周面４３Ｃの上側寄りに亘って径方向に切欠かれた凹溝として形成されている。

かくして、このように構成された第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、ピストン本体４２に設けた突起部４５にピストンリング４３に設けた嵌合凹部４６を嵌合するだけで、該ピストンリング４３が回転するのを規制して合口部４３Ｅ、嵌合凹部４６の位置での変形、偏摩耗等を防止することができる。

次に、図１０および図１１は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、回転規制手段を、ピストン本体に突設した突起部とピストンリングの合口部からなる嵌合凹部とにより構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

５１はシリンダ７内に摺動可能に挿嵌された第４の実施の形態によるロッキングピストン（以下、ピストン５１という）、５２は該ピストン５１のピストン本体を示している。このピストン本体５２は、第３の実施の形態によるピストン本体４２とほぼ同様に、端面５２Ａ、嵌合凹部、ねじ穴（いずれも図示せず）および環状段差部５２Ｄを有し、環状段差部５２Ｄに後述の突起部５５が形成されている。

５３は第４の実施の形態によるピストンリングで、該ピストンリング５３は、第２の実施の形態によるピストンリング３１とほぼ同様に、上端面５３Ａ、下端面５３Ｂ、内周面５３Ｃおよび外周面５３Ｄを有する断面略四角形状に形成され、合口部５３Ｅの位置が上側段部５３Ｆ、上側突部５３Ｇ、下側段部５３Ｈ、下側突部５３Ｊとなり、外周側にＲ面取り部５３Ｋを有している。

５４は第４の実施の形態による回転規制手段としての回転規制部材を示している。この回転規制部材５４は、第１の実施の形態による回転規制部材２５とほぼ同様に、ピストンリング５３が周方向に回転するのを規制するもので、リング溝２３とピストンリング５３との間に設けられている。そして、回転規制部材５４は、後述の突起部５５と嵌合凹部５６とにより構成されている。

５５はピストン本体５２の環状段差部５２Ｄに設けられた突起部を示している。この突起部５５は、ピストン５１の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）に対してほぼ直交する位置に上向きに突設されている。

５６はピストンリング５３の下端面５３Ｂ側に設けられた嵌合凹部を示している。この嵌合凹部５６は、図１１に示すように、合口部５３Ｅにより形成されている。即ち、嵌合凹部５６は、合口部５３Ｅの位置で下側段部５３Ｈと下側突部５３Ｊとの間に周方向に形成された隙間を利用して設けられている。

かくして、このように構成される第４の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

次に、図１２および図１３は本発明の第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ピストンリングの合口部を、クランク軸に設けられた冷却ファンと対向する位置に配置したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

６１はシリンダ７内に摺動可能に挿嵌された第５の実施の形態によるロッキングピストン（以下、ピストン６１という）を示している。このピストン６１は、前記第１の実施の形態によるピストン１４とほぼ同様に構成され、ピストン部１８のリング溝２３に後述のピストンリング６２が装着されている。

６２はピストン部１８のリング溝２３に装着された第５の実施の形態によるピストンリングを示している。このピストンリング６２は、例えば第１の実施の形態によるピストンリング２４と同様に、断面略四角形状に形成され、合口部６２Ａを有している。そして、第５の実施の形態によるピストンリング６２は、図１３に示すように、その合口部６２Ａがピストン６１の揺動方向（矢示Ａ，Ａ′方向）から外れ、後述の冷却ファン６３と対向する位置に配置されている。

６３は出力軸４の先端側に固定された第５の実施の形態による冷却ファンを示している。この冷却ファン６３は、第１の実施の形態による冷却ファン２９よりも大径となり、シリンダ７に向けて冷却風を送風することができる。

かくして、このように構成された第５の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、ピストンリング６２の合口部６２Ａを冷却ファン６３と対向する位置に配置しているから、冷却ファン６３からの冷却風をピストンリング６２の合口部６２Ａに向けて供給することができる。これにより、脆弱なピストンリング６２の合口部６２Ａを冷却風で積極的に冷却することができるから、合口部６２Ａが溶融して固着したり、熱によって変形、偏摩耗を生じるのを防止でき、信頼性や寿命を向上することができる。

次に、図１４ないし図１６は本発明の第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、２段式空気圧縮機の低圧側と高圧側との両方に対してロッキングピストンを使用すると共に、それぞれのロッキングピストンにリング溝を介してピストンリングを装着する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

７１は軸方向の両端が開口した筒状のクランクケースで、該クランクケース７１の後側には有底筒状のモータケース７２が配設されている。そして、モータケース７２とクランクケース７１との間にはステータ７３Ａとロータ７３Ｂからなる電動モータ７３が固定して取付けられている。また、電動モータ７３は出力軸７４を有し、該出力軸７４は、クランクケース７１とモータケース７２に対し軸受７５，７６を介して回転可能に支持されている。一方、クランクケース７１の内部には、出力軸７４が伸長して設けられると共に、後述するクランク軸９０，１１０が出力軸７４に接続された状態で収容されている。

また、出力軸７４にはクランクケース７１内に位置して回転バランスをとるためのバランスウエイト７７が取付けられると共に、クランクケース７１の前端側の開口はカバー７８を用いて閉塞されている。さらに、出力軸７４の先端側には、クランクケース７１の外側に位置して圧縮機を冷却する冷却ファン７９が取付けられている。

８１はクランクケース７１に設けられた低圧側圧縮部で、該低圧側圧縮部８１は、外部から吸入した空気を圧縮するものである。そして、低圧側圧縮部８１は、図１５に示す如く、後述のシリンダ８２、ピストン９１等から大略構成されている。

８２はクランクケース７１に一体に設けられた低圧側のシリンダで、該シリンダ８２にはシリンダヘッド８３が設けられている。そして、シリンダヘッド８３内には吸込室８４および吐出室８５が画成されている。

また、シリンダ８２とシリンダヘッド８３との間には弁座板８６が設けられ、該弁座板８６と後述のピストン９１との間には低圧側の圧縮室８７が画成されている。そして、この圧縮室８７は、配管（図示せず）等を介して後述する高圧側圧縮部１０１と連通している。

また、弁座板８６には、吸込室８４と圧縮室８７とを連通する吸込ポート８６Ａが設けられると共に、吐出室８５と圧縮室８７とを連通する吐出ポート８６Ｂが設けられている。さらに、弁座板８６には吸込ポート８６Ａ、吐出ポート８６Ｂと対応した位置にそれぞれ吸込弁８８、吐出弁８９が設けられている。

９０は後述するバランスウエイト７７の後側に位置して出力軸７４に固定して設けられたクランク軸で、該クランク軸９０には後述するピストン９１が回転可能に連結されている。

９１はシリンダ８２内に摺動可能に挿嵌された低圧側のロッキングピストン（以下、ピストン９１という）で、該ピストン９１は、一端側がクランク軸９０に対して軸受９２を介して回転可能に連結された連結部９３と、該連結部９３に一体形成されシリンダ８２内へと伸長した棒状のピストンロッド９４と、該ピストンロッド９４の他端側に一体形成された円盤部としてのピストン部９５とによって構成されている。

ここで、ピストン部９５は、シリンダ８２の内径寸法よりも小さい外径寸法をもって略円盤状に形成されると共に、シリンダ８２内に位置して弁座板８６との間に圧縮室８７を画成している。そして、ピストン部９５は、第１の実施の形態によるピストン部１８とほぼ同様に、ピストン本体９５Ａとリテーナ９５Ｂとにより構成されている。

９６はピストン部９５の外周側に凹陥して設けられたリング溝で、該リング溝９６は、ピストン本体９５Ａとリテーナ９５Ｂとの間に形成された環状の凹溝によって構成されている。そして、リング溝９６には、第１の実施の形態によるピストンリング２４とほぼ同様のピストンリング９７が装着されている。これにより、ピストンリング９７は、シリンダ８２とピストン９１との間を気密にシールしている。また、リング溝９６とピストンリング９７との間には、前述した各実施の形態と同様の回転規制部材（図示せず）が設けられている。

１０１は低圧側圧縮部８１と対向してクランクケース７１に設けられた高圧側圧縮部で、該高圧側圧縮部１０１は、低圧側圧縮部８１から導かれた低圧な圧縮空気を再び圧縮し、高圧な圧縮空気を得るものである。そして、この高圧側圧縮部１０１は、図１６に示す如く、後述のシリンダ１０２、ピストン１１１等によって大略構成されている。

１０２はクランクケース７１に一体に設けられた高圧側のシリンダで、該シリンダ１０２にはシリンダヘッド１０３が設けられている。そして、シリンダヘッド１０３内には吸込室１０４と吐出室１０５とが画成されている。

また、シリンダ１０２とシリンダヘッド１０３との間には弁座板１０６が設けられ、該弁座板１０６と後述のピストン１１１との間には高圧側の圧縮室１０７が画成されている。そして、この圧縮室１０７は、圧縮室８７からの圧縮空気を高圧に再度圧縮するものである。

また、弁座板１０６には吸込室１０４と圧縮室１０７とを連通する吸込ポート１０６Ａが設けられると共に、吐出室１０５と圧縮室１０７とを連通する吐出ポート１０６Ｂが設けられている。さらに、弁座板１０６には吸込ポート１０６Ａ、吐出ポート１０６Ｂと対応した位置にそれぞれ吸込弁１０８、吐出弁１０９が設けられている。

１１０はクランク軸９０の後側に位置して出力軸７４に固定して設けられたクランク軸で、該クランク軸１１０には後述するピストン１１１が回転可能に連結されている。

１１１はシリンダ１０２内に摺動可能に挿嵌された高圧側のロッキングピストン（以下、ピストン１１１という）で、該ピストン１１１は、低圧側のピストン９１とほぼ同様に、一端側がクランク軸１１０に対して軸受１１２を介して回転可能に連結された連結部１１３と、該連結部１１３に一体形成されシリンダ１０２内へと伸長した棒状のピストンロッド１１４と、該ピストンロッド１１４の他端側に一体形成された円盤部としてのピストン部１１５とによって構成されている。

ここで、ピストン部１１５は、シリンダ１０２の内径寸法よりも小さい外径寸法をもって略円盤状に形成されると共に、シリンダ１０２内に位置して弁座板１０６との間に圧縮室１０７を画成している。そして、ピストン部１１５は、前述した低圧側のピストン部９５とほぼ同様に、ピストン本体１１５Ａとリテーナ１１５Ｂとにより構成されている。

１１６はピストン部１１５の外周側に凹陥して設けられたリング溝で、該リング溝１１６は、ピストン本体１１５Ａとリテーナ１１５Ｂとの間に形成された環状の凹溝によって構成されている。そして、リング溝１１６にも、第１の実施の形態によるピストンリング２４とほぼ同様のピストンリング１１７が装着されている。これにより、ピストンリング１１７は、シリンダ１０２とピストン１１１との間を気密にシールしている。また、リング溝１１６とピストンリング１１７との間には、前述した各実施の形態と同様の回転規制部材（図示せず）が設けられている。

第６の実施の形態による往復動圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について述べる。

まず、電動モータ７３によって出力軸７４が回転駆動され、低圧側圧縮部８１と高圧側圧縮部１０１とが駆動する。これにより、低圧側圧縮部８１では、クランク軸９０が回転すると、ピストン９１がシリンダ８２内を揺動しつつ往復動する。この結果、シリンダ８２側では吸込室８４から圧縮室８７内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室８７内の空気を圧縮し吐出室８５に低圧な圧縮空気を吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。

一方、高圧側圧縮部１０１では、低圧側圧縮部８１の吐出室８５からの低圧な圧縮空気を吸込室１０４から圧縮室１０７内に吸入する吸入行程と、圧縮室１０７内の空気を圧縮し吐出室１０５に高圧な圧縮空気を吐出する圧縮行程とを繰り返す。

このように当該往復動圧縮機は、低圧側圧縮部８１の圧縮室８７内で一度圧縮した低圧な空気を高圧側圧縮部１０１の圧縮室１０７内で圧縮し、高圧な圧縮空気として外部に吐出するものである。

かくして、このように構成される第６の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、ピストン９１，１１１にはリング溝９６，１１６を介してピストンリング９７，１１７を装着し、各ピストンリング９７，１１７を用いてピストン９１，１１１とシリンダ８２，１０２との間をシールする構成としたから、従来技術のようにリップシールを用いる場合に比べて、ピストンリング９７，１１７の変形、損傷を防止しつつ高圧の圧縮空気をシールすることができる。この結果、２段式空気圧縮機の低圧側圧縮部８１に加えて高圧側圧縮部１０１にもロッキングピストン１１１を使用することができるから、例えばピストンとピストンロッドとを別部材で形成した場合に比べて、部品点数を削減して製造コストの低減、装置の小型化を図ることができる。

次に、図１７ないし図１９は本発明の第７の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、単一の部材から形成されたピストン部にリング溝を設け、このリング溝に突起部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

１２１は第７の実施の形態によるロッキングピストン（以下、ピストン１２１という）で、該ピストン１２１は、一端側がクランク軸５に対して軸受１５を介して回転可能に連結された連結部１２２と、該連結部１２２に一体形成されシリンダ７内へと伸長した棒状のピストンロッド１２３と、該ピストンロッド１２３の他端側に一体形成された円盤部としてのピストン部１２４とによって構成されている。ここで、ピストン部１２４は、図１８、図１９に示す如く、円盤状をした単一部材として構成され、その外周面にはリング溝１２５が形成されている。

１２６は第７の実施の形態によるピストンリングで、該ピストンリング１２６は、第１の実施の形態によるピストンリング２４とほぼ同様に、上端面１２６Ａ、下端面１２６Ｂ、内周面１２６Ｃおよび外周面１２６Ｄを有する断面略四角形状に形成され、合口部１２６Ｅの位置が上側段部１２６Ｆ、上側突部１２６Ｇ、下側段部１２６Ｈ、下側突部１２６Ｊとなり、外周側にＲ面取り部１２６Ｋを有している。

１２７は第７の実施の形態による回転規制手段としての回転規制部材を示している。この回転規制部材１２７は、第１の実施の形態による回転規制部材２５とほぼ同様に、ピストンリング１２６が周方向に回転するのを規制するもので、リング溝１２５とピストンリング１２６との間に設けられている。そして、回転規制部材１２７は、リング溝１２５に突出してピストン部１２４に設けられた突起部１２８と、該突起部１２８に嵌合するようにピストンリング１２６に設けられた嵌合凹部１２９とにより構成されている。

かくして、このように構成された第７の実施の形態でも、各実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、ピストン部１２４を、円盤状をした単一部材により形成し、その外周面にはリング溝１２５を形成する構成としているから、ピストン１２１の構成を簡略化することができる。

なお、前記第６の実施の形態では、低圧側圧縮部８１と高圧側圧縮部１０１とを備えた２段式空気圧縮機に対してピストンリング９７，１１７を装着したロッキングピストン９１，１１１を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば３個以上の圧縮部を備えた多段式空気圧縮機に対してピストンリングを装着したロッキングピストンを用いる構成としてもよい。

また、前記第６の実施の形態では、低圧側圧縮部８１と高圧側圧縮部１０１との両方のロッキングピストン９１，１１１に対してピストンリング９７，１１７を装着する構成としたが、例えば低圧側圧縮部のロッキングピストンにはリップシールを装着し、高圧側圧縮部のロッキングピストンにのみピストンリングを装着する構成としてもよい。

また、前記第１の実施の形態では、ピストン本体２０に環状段差部２０Ｄを設け、該環状段差部２０Ｄとリテーナ２１の下面２１Ｃとの間にリング溝２３を形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、リテーナ２１に環状段差部を設ける構成としてもよく、またピストン本体２０とリテーナ２１の両方に環状段差部を設ける構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

また、前記第１の実施の形態では、ピストンリング２４の外周側にＲ面取り部２４Ｋを設けた場合を例示した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、Ｒ面取り部に代えて例えばＣ面取り部等の他の面取りを適用してもよい。また、面取り加工を施さない構成としてもよい。

さらに、前記各実施の形態では、揺動型圧縮機として空気圧縮機を例に挙げて説明したが、例えば空気以外の気体や冷媒等を圧縮する揺動型圧縮機に適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態による空気圧縮機を示す縦断面図である。空気圧縮機を図１中の矢示II−II方向からみた横断面図である。ピストンが下死点に移動した状態を示す図２と同様位置の横断面図である。図１中のピストン部、ピストンリング、回転規制部材等を拡大して示す要部拡大断面図である。ピストン部、ピストンリング、回転規制部材等を拡大して示す要部拡大平面図である。ピストン本体、リテーナ、ボルト、ピストンリング、テンションリングを分解した状態で示す分解斜視図である。本発明の第２の実施の形態による回転規制部材を有するピストン本体、リテーナ、ボルト、ピストンリング、テンションリングを分解した状態で示す分解斜視図である。回転規制部材の突起部を嵌合凹部に嵌合した状態を示すピストン部、ピストンリング、回転規制部材等の正面図である。本発明の第３の実施の形態による回転規制部材を有するピストン本体、リテーナ、ボルト、ピストンリング、テンションリングを分解した状態で示す分解斜視図である。本発明の第４の実施の形態による回転規制部材を有するピストン本体、リテーナ、ボルト、ピストンリング、テンションリングを分解した状態で示す分解斜視図である。回転規制部材の突起部を嵌合凹部に嵌合した状態を示すピストン部、ピストンリング、回転規制部材等の正面図である。本発明の第５の実施の形態による揺動型圧縮機の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。冷却ファンとピストンリングの合口部との位置関係を図１２中の矢示XIII−XIII方向からみた横断面図である。第６の実施の形態による２段式空気圧縮機を示す縦断面図である。図１４中の低圧側圧縮部を示す部分断面図である。図１４中の高圧側圧縮部を示す部分断面図である。本発明の第７の実施の形態による空気圧縮機を示す縦断面図である。図１７中のピストン部、ピストンリング、回転規制部材等を拡大して示す要部拡大断面図である。ピストン部、ピストンリング、テンションリングを分解した状態で示す分解斜視図である。

符号の説明

１，７１，１′ クランクケース
４，７４出力軸
５，９０，１１０クランク軸
７，８２，１０２シリンダ
８，８３，１０３シリンダヘッド
１１，８６，１０６弁座板
１４，４１，５１，６１，９１，１１１，１２１ロッキングピストン
１６，９３，１１３，１２２連結部
１７，９４，１１４，１２３ピストンロッド
１８，９５，１１５，１２４ピストン部（円盤部）
１９，８７，１０７圧縮室
２０，４２，５２，９５Ａ，１１５Ａピストン本体
２０Ａ，４２Ａ，５２Ａ端面
２０Ｄ，４２Ｄ，５２Ｄ環状段差部
２１，９５Ｂ，１１５Ｂリテーナ
２３，９６，１１６，１２５リング溝
２４，３１，４３，５３，６２，９７，１１７，１２６ピストンリング
２４Ｅ，３１Ｅ，４３Ｅ，５３Ｅ，６２Ａ，１２６Ｅ合口部
２５，３２，４４，５４，１２７回転規制部材（回転規制手段）
２６，４５，５５，１２８突起部
２７，３３，４６，５６，１２９嵌合凹部
２９，６３，７９冷却ファン
Ａ，Ａ′ ロッキングピストンの揺動方向

Claims

クランク軸を回転可能に支持したクランクケースと、該クランクケースに設けられシリンダヘッドが搭載されたシリンダと、一端側が前記クランク軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が該シリンダ内を揺動しつつ往復動し前記シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成する円盤部となったピストンとからなる揺動型圧縮機において、
前記ピストンの円盤部には外周側に位置したリング溝を設け、該リング溝にはピストンとシリンダとの間をシールする非リップ形状のピストンリングを装着し、
前記ピストンの円盤部に設けたリング溝と前記ピストンリングとの間には、該ピストンリングが前記円盤部の周方向に回転するのを規制する回転規制手段を設け、前記回転規制手段は、前記リング溝に位置して前記円盤部に突設された突起部と、前記ピストンリングに設けられ該突起部が嵌合する嵌合凹部とにより構成し、
前記嵌合凹部は、前記ピストンの揺動方向から外れた位置に配置する構成としたことを特徴とする揺動型圧縮機。
前記嵌合凹部は、前記ピストンリングに設けられた合口部である請求項１に記載の揺動型圧縮機。
前記ピストンリングの合口部は、前記クランク軸に設けられた冷却ファンと対向する位置に配置してなる請求項２に記載の揺動型圧縮機。
前記回転規制手段の突起部は、前記円盤部に一体的に設ける構成としてなる請求項１，２または３に記載の揺動型圧縮機。
前記円盤部は、ピストンロッドを挟んで前記連結部の反対側に設けられたピストン本体と、該ピストン本体の端面に対面して取付けられ該ピストン本体との間に前記リング溝を形成するリテーナとから構成してなる請求項１，２，３または４に記載の揺動型圧縮機。