JP5527142B2 - ライダーリング及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、横型往復動圧縮機のシリンダに収容されるピストンの外周部に設けられて該ピストンの荷重を受けるライダーリング及びその製造方法に関する。

従来から、横型往復動式圧縮機においては、シリンダ内を往復移動するピストンの外周に、シール機能を備えるピストンリングのほかに、ピストンの荷重を受ける機能を備えるライダーリングを設けている（例えば、下記特許文献１参照）。

このようなライダーリングは、ピストンの荷重を直接受ける下部側の摩耗が上部側よりも激しく、このため、上記公報に記載のライダーリングでは、下部側の肉厚を上部側の肉厚よりも厚くしてあり、その際、上部と下部とに二分割するものも例示されている。

実公平１−１２０２８号公報

ところで、ライダーリングは、より耐摩耗性の高い材料を使用することが求められているが、摩耗により交換する場合には、上下一体のものについては、当然その一体のライダーリングを交換する必要がある。一方、上下二分割したものについては、下部側の摩耗が激しいものの、作製上の理由から、この二分割した上下のリングを１セットとして提供することになるため、二分割した上下のリング全体を交換することになる。

このように、従来のライダーリングは、二分割したものであっても摩耗が激しい下部側のみでなく上部側を含めてその上下全体の耐摩耗性が高く高価なものを交換することになるので、部品コストの上昇を招く要因となっている。

そこで、本発明は、ライダーリングを、耐摩耗特性を確保しつつより低コスト化することを目的としている。

本発明は、横型往復動圧縮機のシリンダに収容されるピストンの外周部に設けられて該ピストンの荷重を受けるライダーリングであって、前記ライダーリングを、前記ピストンの径方向上部に位置する上部リングと、前記ピストンの径方向下部に位置する下部リングとの二つの分割した部材で構成し、前記上部リングを、一つの環状部材を二分割したものの一方で構成し、前記下部リングを、前記上部リングよりも耐摩耗性の高い材料からなる他の一つの環状部材を二分割したものの一方で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、互いに異なる材料からなる環状部材をそれぞれ二分割したものの一方同士を組み合わせることで、上下で互いに異なる材料からなる一つのライダーリングを構成し、その際、下部側を耐摩耗性に優れた比較的高価な材料で構成する一方、上部側を下部側ほど耐摩耗性が高くない比較的安価な材料で構成することにより、耐摩耗特性を確保しつつ、一つのライダーリングをより安価なものとすることができ、部品コストを低減することができる。

また、下部リングが上部リングよりも先に摩耗限界に達するような場合には、下部リングのみを作製することで対応でき、その場合には分割して作製した二つの下部リングを有効利用できるので、材料の歩留まりの悪化を抑えてユーザに対してより安価に交換用のライダーリングを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係わるライダーリングを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（a）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ矢視図である。 図１のライダーリングを取り付けたピストンを備える横型往復動圧縮機の一部を示す断面図である。 図１のライダーリングにおける上部リングの作製手順を、（ａ），（ｂ）の順に示した上部リング作製工程図である。 図３（ｂ）に続く上部リングの作製手順を示した上部リング作製工程図である。 図１のライダーリングの下部リングの作製手順を、（ａ），（ｂ）の順に示した下部リング作製工程図である。 図５（ｂ）に続く下部リングの作製手順を示した下部リング作製工程図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図２は、水平対向形の往復動圧縮機Ａの一部を示しており、この往復動圧縮機Ａは、その左右方向中央部に配置してあるクランクケース１を中心として、機構的には左右ほぼ対称としているので、ここではその左側部分を主として図に示して説明する。

クランクケース１内には、図２中で紙面に直交する方向に延びるクランクシャフト３を回転可能に収容しており、該クランクシャフト３には外部の図示しないモータなどの駆動源から回転動力が付与される。

上記したクランクシャフト３には、左右一対のコネクティングロッド５の一端を回転可能に連結し、コネクティングロッド５の他端は、クロスガイド機構７におけるクロスヘッド９に回転可能に連結している。一方、クランクケース１の左右両側部にはクロスヘッドガイド１１を取り付け、このクロスヘッドガイド１１に形成してある上下のガイド部１１ａに、前記したクロスヘッド９を図２中で左右方向に移動可能に収容支持させてある。

なお、クロスヘッドガイド１１に形成してある上下のガイド部１１ａは、円筒形状のクロスヘッド９に対応して凹状の円弧面を備えている。

クロスヘッドガイド１１のクランクケース１と反対側には、中間ハウジング１３を介してシリンダ１５を設けており、このシリンダ１５内にピストン１７をクロスヘッド９の往復移動方向と同方向に往復移動可能に収容している。そして、このピストン１７とクロスヘッド９とを、ピストンロッド１９によって互いに連結している。また、シリンダ１５の図２中で上部にはガス入口２１を設ける一方、シリンダ１５の図２中で下部にはガス出口２３を設けている。

上記構成により、クランクシャフト３が回転することで、コネクティングロッド５を介してクロスヘッド９が往復移動し、これに伴ないピストン１７がピストンロッド１９を介してシリンダ１５内で往復移動する。ピストン１７の往復移動により、ガス入口２１からシリンダ１５内に導入したガスを圧縮してガス出口２３から外部に吐出させる。

なお、図２において、上記したガスのシリンダ１５内への流入及びシリンダ１５内から外部への流出の際に必要となるガス通路や弁機構などは省略している。

ここで、上記したピストン１７の外周部には、その軸方向（図２中で左右方向）中央側にシール機能を備える二つのピストンリング２５を設けるとともに、ピストンリング２５の軸方向両側には、ピストン１７の荷重を受ける機能を備える二つのライダーリング２７を設けている。

ライダーリング２７は、図１（ａ）に示すように、いずれも半円形状の上部リング２９と下部リング３１とを組み合わせて一つのライダーリング２７を構成しており、各リング２９，３１共に、その軸方向（図２、図１（ｂ）中で左右方向）の幅をピストンリング２５の同幅より広くしている。ここで、上部リング２９は、比較的安価な、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのような材料で構成する一方、下部リング３１は、上部リング２９よりも耐摩耗性が高く比較的高価なエンジニアリングプラスチック（ＣＦＲＰなど）で構成する。

上記したライダーリング２７は、図１（ａ）に示すように、外径Ｄの中心Ｐに対して内径ｄの中心Ｑが、図１（ａ）中で上部側（上部リング２９側）にｇだけ偏心している。これにより、上部リング２９は下部リング３１よりも全体的に薄肉で、下部リング３１は上部リング２９よりも全体的に厚肉となっている。さらに、上部リング２９は上端部が最も肉厚が薄く、下部ほど肉厚が厚くなり、下部リング３１は下端部が最も肉厚が厚く、上部ほど肉厚が薄くなっている。このような肉厚の違いにより、ライダーリング２７全体の肉厚をみれば、下端部が最も厚く、上部に行くほど薄くなっている。

次に、上記したライダーリング２７の製造方法について説明する。

上部リング２９を製造する際には、図３（ａ）に示す上記した材料からなる一つの環状部材３３を、図３（ｂ）に示すように上下二つに分割してリング分割体３３ａ，３３ｂを作製する。その際、環状部材３３の肉厚は、少なくとも図１の上部リング２９の最も肉厚の厚い部位に等しいかそれより厚いものとする。

そして、この分割した二つのリング分割体３３ａ，３３ｂに対し、その内面を偏心加工して図１（ａ）に示した上部リング２９を、図４に示すように二つ作製する。なお、このとき分割体３３ａ，３３ｂの両端部に対する面取り部２９ａの加工や、内周面の凹部２９ｂの加工なども実施する。面取り部２９ａは、ライダーリング２７が膨張して外側に拡がったときに、シリンダ１５の内面に干渉するのを避けるためのものであり、凹部２９ｂは、ピストン１７の外周部に固定したねじ３４の頭を嵌入させることで、ライダーリング２７のピストン１７に対する円周方向の位置決めを行うためのものである。

なお、図４の上部リング２９は、偏心加工した形状をより明確化するために、図１に示した上部リング２９に対して厚さの変化を誇張してある。

下部リング３１を製造する際には、図５（ａ）に示す上記したエンジニアリングプラスチックからなる一つの環状部材３５を、図５（ｂ）に示すように上下二つに分割してリング分割体３５ａ，３５ｂを作製する。この際、環状部材３５の肉厚は、少なくとも図１の下部リング３１の最も肉厚の厚い部位に等しいかそれより厚いものとする。

そして、この分割した二つのリング分割体３５ａ，３５ｂに対し、その内面を偏心加工して図１（ａ）に示した下部リング３１を、図６に示すように二つ作製する。なお、このとき前記図３（ｂ）に示した分割体３３ａ，３３ｂと同様に、分割体３５ａ，３５ｂの両端部に対する面取り部３１ａの加工や、内周面の凹部３１ｂの加工なども実施する。

なお、図６の下部リング３１は、偏心加工した形状をより明確化するために、図１に示した下部リング３１に対して厚さの変化を誇張してある。

このようにして作製した、図４の二つの上部リング２９のうちの一方と、図６の二つの下部リング３１のうちの一方とを組み合わせることで、図１（ａ）に示す一つのライダーリング２７を構成する。

本実施形態によれば、互いに異なる材料からなる環状部材３３，３５をそれぞれ二分割したものの一方同士を組み合わせることで、上下で互いに異なる材料からなる一つのライダーリング２７を構成している。

これにより、耐摩耗性に優れた比較的高価なエンジニアリングプラスチック（ＣＦＲＰ他）などのような材料からなる一つの環状部材を、上下二分割して一つのライダーリングとするよりも、本実施形態による一つのライダーリング２７は、上部側が比較的安価な材料で構成できることから安価になり、ユーザに対してより安価にライダーリングを提供することが可能となる。

また、下部リング３１が上部リング２９よりも先に摩耗限界に達するような場合には、下部リング３１のみを図５、図６のようにして作製することで対応できる。その場合には分割して作製した二つの下部リング３１を有効利用できるので、材料の歩留まりの悪化を抑えてユーザに対してより安価に交換用のライダーリングを提供することが可能となる。

また、本実施形態では、一つの環状部材３３を二分割して上部リング２９となる二つのリング分割体３３ａ，３３ｂを作製するとともに、上部リング２９よりも耐摩耗性の高い材料からなる他の一つの環状部材３５を二分割して下部リング３１となる二つのリング分割体３５ａ，３５ｂを作製し、リング分割体３３ａ，３３ｂのうち１個と、リング分割体３５ａ，３５ｂのうち１個とを組み合わせて一つのライダーリング２７とする製法を採用している。これにより、上部リング２９及び下部リング３１を使用環境によって個別に有効利用でき、材料の歩留まりの悪化を抑制して上下異材のライダーリングを提供することが可能となる。

一方、一つの環状部材の内周面を外周面に対して偏心加工して下部側の肉厚を上部側の肉厚よりも厚く形成した後に、該環状部材を二分割して一つのライダーリング形成する製法では、より耐摩耗性が高く高価な材料のみを使用することになり、交換の際にも上下セットで全体を交換することになるので、コスト高を招くものとなる。

Ａ 横型往復動圧縮機
１５ シリンダ
１７ ピストン
２７ ライダーリング
２９ 上部リング
３１ 下部リング
３３ 一つの環状部材
３５ 他の一つの環状部材

Claims (2)

1. 横型往復動圧縮機のシリンダに収容されるピストンの外周部に設けられて該ピストンの荷重を受けるライダーリングであって、前記ライダーリングを、前記ピストンの径方向上部に位置する上部リングと、前記ピストンの径方向下部に位置する下部リングとの二つの分割した部材で構成し、前記上部リングを、一つの環状部材を二分割したものの一方で構成し、前記下部リングを、前記上部リングよりも耐摩耗性の高い材料からなる他の一つの環状部材を二分割したものの一方で構成したことを特徴とするライダーリング。
2. 横型往復動圧縮機のシリンダに収容されるピストンの外周部に設けられて該ピストンの荷重を受けるライダーリングの製造方法であって、前記ライダーリングは、前記ピストンの径方向上部に位置する上部リングと、前記ピストンの径方向下部に位置する下部リングとの二つに分割して構成され、一つの環状部材を二分割して前記上部リングとなる部材を２個作製し、前記上部リングよりも耐摩耗性の高い材料からなる他の一つの環状部材を二分割して前記下部リングとなる部材を２個作製し、前記一つの環状部材を二分割して作製した２個のうち１個と、前記他の一つの環状部材を二分割して作製した２個のうち１個とを組み合わせて一つのライダーリングとすることを特徴とするライダーリングの製造方法。

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