JP7033598B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はロッキングピストンを備えた往復動圧縮機に関する。

ロッキングピストンを備えた往復動圧縮機として特許文献１がある。

特許文献１の段落番号００２６には「さらに、高圧側リップリング４２５の屈曲部４２５ｂの下方には、サポートリング４２６が配設されている。図８にサポートリング４２６の外観斜視図を示す。サポートリング４２６は、図８に示すように環状に形成され、下方向の圧力による高圧側リップリング４２５の変形を抑えるように高圧側リップリング４２５（特に屈曲部４２５ｂ）を支持するものである。また、サポートリング４２６は、高圧側コンロッド４２３の上部に環状に形成された段差部４２３ｂに配設される。」と記載されている。

また、同公報段落番号００４２には、「また、上記の実施形態において、高圧側リップリング４２５とサポートリング４２６とは別部品として構成されている。このように別部品として構成されることは、製造や部品交換が容易であるといった面から好ましいが、一体として構成されてもよい。具体的には、例えば図１０（ｂ）に示すように、高圧側リップリング６２５は、上記の実施形態と同様の平板部６２５ａ、屈曲部６２５ｂ、当接部６２５ｃとともに、支持部６２５ｄが一体として形成されていてもよい。支持部６２５ｄは、屈曲部６２５ｂの下側に形成され、下方向の圧力による高圧側リップリング６２５の屈曲部６２５ｂの変形を抑えるように高圧側リップリング６２５の屈曲部６２５ｂを支持する。このように、高圧側リップリング４２５とサポートリング４２６とを一体に構成することで、部品点数を少なくすることができる。」と記載され、さらに同公報段落番号００４３には、「また、上記の実施形態において、サポートリング４２６の外周部は高圧側シリンダ４２１の内周面と略平行となるように形成されているが、サポートリング４２６の外周部の形状はこれに限られない。例えば、図１０（ｃ）に示すように、サポートリング７２６の外周部を外径方向に凸形状となるような円弧状に形成してもよい。これにより、サポ－トリング７２６の磨耗を防止することが可能となる。これは、図７に示すようにサポートリング４２６の外周部が高圧側シリンダ４２１の内周面と略平行である場合、高圧側ピストン４２２が傾くことで、同時にサポートリング４２６も傾き、サポートリング４２６の外周上部４２６ｃや外周下部４２６ｄが高圧側シリンダ４２１に強く接触する為である。」と記載されている。

特許第5740863号公報

上述のように、特許文献１の図１０（ｂ）のリップリングはサポートリングと一体化されている。ここで、リップリングだった部分をリップ部とサポートリングだった部分をスカート部と呼ぶものとする。上述のように、同公報段落番号００４３では、スカート部を外径方向に凸形状となる円弧状に形成することにより、サポ－トリング７２６の磨耗を防止することが可能となるとしているが、これだけではスカート部の摩耗代が少ない。揺動による圧力はリテーナの上面（圧縮室側）外周やリテーナとの接続近傍の高圧側コンロッド４２３の外周部下側など、最もシリンダに近くなる位置に集中する。特許文献１の図１０（ｃ）構造を、左右１０度摺動した状態を図２に示す。（Ａ）が左に１０度傾斜した状態である。最もシリンダに近くなる位置は高圧側コンロッド４２３の段差部４２３ｂの下部である。（Ｂ）が右に１０度傾斜した状態である。さらに、大きく傾斜した場合も同様であるが、最もシリンダに近くなる位置は高圧側コンロッド４２３の段差部４２３ｂの下部である。つまり、特許文献１のサポ－トリング７２６は、揺動に対しては点線右側の部分（先端部分）しか機能しておらず、特に（Ａ）の場合、すぐに摩耗して接触してしまうことは明らかである。

また、特許文献１の図１０（ｂ）及び（ｃ）の構造はリップ部の底面部に近いＲ部においてより集中的に摩耗する構造になっている。

このように、ロッキングピストンを備えた従来の往復動圧縮機における摩耗による部品交換頻度が高くなっていた。

本発明の目的は、ロッキングピストンを備えた往復動圧縮機の部品交換頻度を減らすことにある。

本発明は、ロッキングピストンを備えた往復動圧縮機において、ロッキングピストンはロッド部、ピストン部及びリテーナを備え、さらに、リテーナの外周部とシリンダの間に配置されるリップ部とピストン部の外周部とシリンダとの間に配置されるスカート部とを備えたリップリングを有し、ロッキングピストンの最外周部とシリンダの間にリップリングを配置するか、ロッキングピストンが揺動時に最もシリンダに近接するロッキングピストンの外周部にリップリングを配置する。

本発明によれば、ロッキングピストンを備えた往復動圧縮機の部品交換頻度を減らすことができる。

実施例１に係る圧縮機本体の断面図である。 特許文献１の図１０（ｃ）構造を、左右１０度摺動した状態を示す図である。 実施例１の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図である。 実施例１のリップリング１３の揺動中の状況を示す図である。 実施例２の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図である。 実施例３の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図である。

本発明は、ロッキングピストン機構を採用した往復動圧縮機において、ロッキングピストンの最外周部とシリンダの間にリップリングを配置するか、ロッキングピストンが揺動時に最もシリンダに近接するロッキングピストンの外周部にリップリングを配置する。

上記構造を採用することで、ロッキングピストンとシリンダが最も接触しやすい場所を直接的にカバーできているので、摩耗代を大きくとることができる。そのため、リップリングの寿命が延び、部品交換頻度を減らすことができている。

また、リップリングのリップ部とスカート部がその外周部で平坦になっている場合、接触するリップリング外周部の面積が大きくなり、面圧が低減でき、さらに、リップリングの摩耗を低減することができる。

以下、本発明におけるリップリング形状について、図面を参照しつつ説明する。

以下、本発明に係る圧縮機の構造について、図１を用いて説明する。

図１は実施例１に係る圧縮機本体の断面図である。モータと圧縮部を一体に形成した圧縮機を図示している。

１は駆動源としての電動モータ（モータ部）で、駆動軸２と一体に形成されているロータ３、ステータ４、モータコイル５、モータハウジング６を備えている。

モータコイル５に給電することにより駆動軸２は回転する。駆動軸２は、モータハウジング６の外部へ貫通している。モータハウジング６の外部において駆動軸２には、キー溝７が設けられている。そのキー溝７にキー８が入りモータの回転力をエキセントリック９に伝えている。エキセントリック９にベアリング１０を介してロッキングピストン１１が取付けられている。ロッキングピストン１１は、エキセントリックに取り付けられたコンロッド部１１Ａ、コンロッド部１１Ａの先端（上面）に取り付けられたピストン部１１Ｂ、ピストン部１１Ｂの上に取り付けられたリテーナ１１Ｃがある。ピストン部１１Ｂとリテーナ１１Ｃとの間でリップリング１３が挟み込まれ固定されている。リップリング１３は、シリンダ１４内部の気密性を高めるために、ロッキングピストンの揺動に追従して動くことのできるように、径方向の厚みが設定されている。１５は、電動モータ１によって駆動される圧縮部を覆うクランクケースである。クランクケース１５の上部にシリンダ１４、吸込み弁１６Ａと吐出し弁１６Ｂを有する空気弁組１６、吐出し口１７と吸込み口１８を有するシリンダヘッド１９が取付けられ、圧縮部を構成している。

ここで、本実施例における圧縮部の動作について説明する。モータ１の駆動軸が回転すると、ロッキングピストン１１のコンロッド部１１Ａが回転運動を往復運動に変え、ピストン部１１Ｂとリテーナ１１Ｃがシリンダ１４内を往復動する。圧縮部における圧縮工程では、シリンダヘッド１９に設けた外気吸込み口１８より外気を吸込む。吸込んだ外気は上述の空気弁組１６の有する吸込み弁１６Ａを通過しシリンダ１４内へ入る。吸込んだ外気をシリンダ１４内にて圧縮し、上述の空気弁組１６の有する吐出し弁１６Ｂを通過し、上述のシリンダヘッド１９の有する吐出し口１７より圧縮空気として取り出す。取り出された圧縮空気は貯留タンク等に貯留される。

次に、本実施例における圧縮部のリップリングについて図３、図４を用いて説明する。

図３は実施例１の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図である。図４は、実施例１のリップリング１３の揺動中の状況を示す図である。

リップリング１３は樹脂材料でリング状に形成されている。また、リップリング１３は取付部１３Ａ、リップ部１３Ｂ、スカート部１３Ｃを備えている。取付部１３Ａは、ロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂとリテーナ１１Ｃとの間に挟まれ、ボルトの締結によって固定されている。

リップ部１３Ｂは、取付部１３Ａからリテーナ１１Ｃ側（上側）に伸びている。スカート部１３Ｃはリテーナ１１Ｃには固定されておらず、外側に傾いた状態となる。

スカート部１３Ｃは、取付部１３Ａからピストン部１１Ｂ側（下側）に伸びている。ピストン部１１Ｂはリテーナ１１Ｃには固定されておらず、外側に傾いた状態となる。

これらリップ部１３Ｂ及びスカート部１３Ｃはシリンダ１４の内周面に締代をもって摺接している。なお、揺動運動に追従しやすくすることと、リップリング１３とシリンダ１４とのシール性を確保するため、リップ部１３Ｂ及びスカート部１３Ｃの外径はシリンダ内径より大きくなっている。

また、揺動時にスカート部１３Ｃよりもリップ部１３Ｂが摩耗しやすいため、本実施例では、ピストン部１１Ｂの外周側面がリップリング１３で覆われている。そのため、リップリングのリップ部１３Ｂが摩耗・破断しても、スカート部１３Ｃが残るので、ピストン部１１Ｂとシリンダ１４の直接の接触にはすぐには至らず、大きな損傷になりにくくなっている。

また、摩耗が生じた場合、リップリング１３を上下反転（裏返して）させて取り付けるようにすれば、通常新品に交換していたリップリング１３を再利用できる。これによって、一つのリップリングに対する寿命の長期化を図るとともに、メンテナンスの面（新品の部品費やメンテナンスサイクルの縮小）において、効果が得られる。このような使い方をする場合、取付部１３Ａからの伸びる長さも同じにすることが当然好ましい。長さが等しければ、組み付け時の取付けの方向性を配慮せずに済むため、組み付けミスのポテンシャルを下げることができる。

また、本実施例のリップリング１３のリップ部１３Ｂ及びスカート部１３Ｃは一体である。したがって、シリンダ１４との接地面が増加するため、面圧が低減され、リップ部１３Ｂの摩耗量が低減できている。また、その間に継ぎ目や段差（例えば、特許文献１の４２５と４２６の間の隙間やＲ部）がなく、その外周部（側面）は平坦になっているので、局所的な応力集中がなく、応力が広く分散されるようになっている。

実施例２の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図を図５に示す。実施例１のリップリング形状と比較して、揺動方向におけるリップリング１３のスカート部１３Ｃがリップ部１３Ｂと比べて厚く（径方向への厚み）なっている点と、揺動方向におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂの外径をリテーナ１１Ｃの外径よりも小さくなっている点に特徴がある。

実施例１において前述した通り、圧縮時高圧な気体による圧力とシリンダとの摩擦力によって、リップリングが変形してしまうことがある。変形を防止するためには、リップリング自体の強度の向上が必要となる。しかし、リップ部１３Ｂは追従性を損ねないためにも、従来通りとすることが好ましい。そこで、強度向上をスカート部１３Ｃの厚さで補う。スカート部１３Ｃをリップ部１３Ｂよりも厚くすることで、シール特性に影響がある追従性を確保しつつ、揺動には大きな影響がない程度にリップリング強度を増している。

なお、スカート部１３Ｃを厚くしても追従性が必要なため、揺動方向におけるロッキングピストンのピストン部１１Ｂをリテーナ１１Ｃよりも外径を小さくしている。

実施例３の往復動圧縮機におけるロッキングピストン１１のピストン部１１Ｂ周辺の断面図を６に示す。

実施例１のリップリングと比較して、リップリング下側のスカート部１３Cをリップ部１３Bと比べて薄くしている点に特徴がある。

一方で、スカート部１３Ｃの追加によって揺動時にスカート部がシリンダに接触するため抵抗となり機械損失が生まれる。スカート部の厚みが増すことで、強度は増していくが、機械損失も大きくなっていく。

しかし、図６のようにスカート部１３Ｃが薄くなることによって、剛性が実施例１、２に比べ小さくなるため、揺動時、スカート部１３Ｃがシリンダに沿って動く際の抵抗が少なくなり、機械損失が低減される。また、ピストン部１１Ｂとの隙間が実施例１、２に比べ、大きくなるため、スカート部１３Ｃの自由度が増し、揺動に対する追従性がよくなり、実施例１、２よりも、揺動に対して抵抗が少なく動きを阻害しない。

１ 電動モータ（モータ部）
２ 駆動軸
３ ロータ
４ ステータ
５ モータコイル
６ モータハウジング
７ キー溝
８ キー
９ エキセントリック
１０ ベアリング
１１ ロッキングピストン
１１Ａ コンロッド部
１１Ｂ ピストン部
１１Ｃ リテーナ
１３ リップリング
１３Ａ 取付部
１３Ｂ リップ部
１３Ｃ スカート部
１４ シリンダ
１５ クランクケース
１６ 空気弁組
１６Ａ 吸込み弁
１６Ｂ 吐出し弁
１７ 吐出し口
１８ 吸込み口
１９ シリンダヘッド

Claims (5)

1. シリンダと、
   シリンダヘッドと、
   モータにより往復動するコンロッド部と、前記コンロッド部に取り付けられたピストン部と、前記ピストン部に取り付けられたリテーナとを備えたロッキングピストンと、
   前記ピストン部と前記リテーナとの間に挟まれた取付部と、前記取付部から前記リテーナ側に伸びるリップ部と、前記取付部から前記ピストン部側に伸びるスカート部が形成され、前記ロッキングピストンと前記シリンダの間をシールするリップリングと、を有し、
   前記リップ部と前記スカート部は、一体に形成され、
   前記リップリングの外周面は平坦であり、
   前記リップ部および前記スカート部の外径は前記シリンダ内径より大きく、
   前記リップリングに摩耗が生じた場合には前記リップリングを上下反転させて取り付けることを特徴とする往復動圧縮機。
2. 請求項１に記載の往復動圧縮機において、
   前記ピストン部と前記リテーナの径方向長さが異なっており、
   前記リップ部と前記スカート部の厚みが異なっていることを特徴とする往復動圧縮機。
3. 請求項２に記載の往復動圧縮機において、
   前記ピストン部は前記リテーナよりも径方向長さが短く、
   前記スカート部の径方向の厚みは前記リップ部よりも厚いことを特徴とする往復動圧縮機。
4. 請求項１に記載の往復動圧縮機において、
   前記スカート部の径方向の厚みは前記リップ部よりも薄いことを特徴とする往復動圧縮機。
5. 請求項１に記載の往復動圧縮機において、
   前記取付部から伸びる前記リップ部と前記スカート部の長さを同じくしたことを特徴とする往復動圧縮機。

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