JP7230153B1 - ピストンリングおよび昇圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧側リングの一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止する。【解決手段】低圧側合口２１ａを有する低圧側リング２１と、高圧側合口２２ａを有する高圧側リング２２と、を備え、低圧側リング２１および高圧側リング２２は、高圧側リング２２が圧縮される流体に近接するように軸線Ｘに沿った方向に重ねて配置され、低圧側リング２１には、ピストンに対する周方向ＣＤの回転を規制する低圧側回転規制部が形成されており、高圧側リング２２には、ピストンに対する周方向ＣＤの回転を規制する高圧側回転規制部２２ｂと、低圧側リング２１へ向けて突出するとともに低圧側合口２１ａに挿入される低圧側突出部２２ｃとが形成されており、低圧側突出部２２ｃは、周方向ＣＤの両側において低圧側リング２１との間に隙間を設けた状態で低圧側合口２１ａに挿入されるピストンリング２０を提供する。【選択図】図２

Description

本開示は、流体を圧縮するピストンに取り付けられるピストンリングおよび昇圧ポンプに関するものである。

従来、往復動式のポンプ等に用いられるピストンに取り付けられるピストンリングとして、ピストンが往復動する方向に低圧側リングと高圧側リングを２段に重ね合わせて配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されるピストンリングは、低圧側リングの合口に高圧側リングの凸部が挿入され、高圧側リングの合口に低圧側リングの凸部が挿入される。特許文献１に開示されるピストンリングによれば、合口に凸部が入り込むため、合口からの流体の漏れを抑制し、ピストンリングの機密性が向上する。

特開２０１２－１１７３９３号公報

特許文献１に開示されるピストンリングにおいて、高圧側リングと低圧側リングとは、それぞれピストンリングの周方向に移動可能にリング溝に取り付けられる。そのため、高圧側リングの凸部が、低圧側リングの合口の周方向の一方側に偏って配置される可能性があり、その場合には低圧側リングの合口の周方向の他方側に形成される隙間が大きくなる。この隙間に配置される高圧側リングの領域においては、ピストンにより圧縮される流体の圧力が作用すると、作用した圧力を低圧側リングに伝達することができないため、応力が集中して疲労破壊に至る可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低圧側リングの低圧側合口に挿入される高圧側リングの低圧側突出部が周方向の一方側に偏って配置され、高圧側リングの一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止することが可能なピストンリングおよび昇圧ポンプを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るピストンリングは、軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記軸線に沿って往復動して流体を圧縮するピストンに取り付けられるピストンリングであって、前記ピストンの外周面に形成された溝部に挿入され、前記軸線に対して周方向に延びる円環状に形成されるとともに低圧側合口を有する低圧側リングと、前記溝部に挿入され、前記周方向に延びる円環状に形成されるとともに高圧側合口を有する高圧側リングと、を備え、前記低圧側リングおよび前記高圧側リングは、前記高圧側リングが圧縮される流体に近接するように前記軸線に沿った方向に重ねて配置され、前記低圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する低圧側回転規制部が形成されており、前記高圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する高圧側回転規制部と、前記低圧側リングへ向けて突出するとともに前記低圧側合口に挿入される低圧側突出部とが形成されており、前記低圧側突出部は、前記周方向の両側において前記低圧側リングとの間に隙間を設けた状態で前記低圧側合口に挿入される。

本開示によれば、低圧側リングの低圧側合口に挿入される高圧側リングの低圧側突出部が周方向の一方側に偏って配置され、高圧側リングの一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止することが可能なピストンリングおよび昇圧ポンプを提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る昇圧ポンプを示す縦断面図である。 図１に示すピストンリングを高圧側リングの側からみた斜視図である。 図２に示すピストンリングの分解斜視図である。 図２に示すピストンリングを高圧側リングの側からみた平面図である。 図２に示すピストンリングを低圧側リングの側からみた平面図である。 図４に示すＡ部分をピストンリングの径方向に沿ってみた図である。 図６に示すピストンリングのＤ－Ｄ矢視断面図である。 図４に示すＢ部分をピストンリングの径方向に沿ってみた図である。 図８に示すピストンリングのＥ－Ｅ矢視断面図である。 図４に示すＣ部分をピストンリングの径方向に沿ってみた図である。 図１０に示すピストンリングのＦ－Ｆ矢視断面図である。 本開示の第２実施形態に係るピストンリングを高圧側リングの側からみた平面図である。 本開示の第２実施形態に係るピストンリングを低圧側リングの側からみた平面図である。 本開示の第３実施形態に係るピストンリングを径方向に沿ってみた図である。 図１４に示すピストンリングのＧ－Ｇ矢視断面図である。 本開示の第４実施形態に係るピストンリングを径方向に沿ってみた図である。 図１６に示すピストンリングのＨ－Ｈ矢視断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係る昇圧ポンプ１００について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る昇圧ポンプ１００を示す縦断面図である。本実施形態の昇圧ポンプ１００は、低温（例えば、－２５３℃から－１００℃）の流体（例えば、液体水素、液体窒素、液体アルゴン、液化天然ガス等）を圧縮して昇圧させる装置である。図１に示すように、本実施形態の昇圧ポンプ１００は、ピストン１０と、ピストンリング２０と、ピストンロッド３０と、シリンダブロック４０と、逆止弁５０と、逆止弁６０と、を備える。

ピストン１０は、シリンダブロック４０の内部に形成されたシリンダＣＬの内部において、軸線Ｘに沿って往復動して流体を圧縮する部材である。ピストン１０は、軸線Ｘに沿って延びるように円筒状に形成される。ピストン１０は、端面１０ａとシリンダＣＬにより画定される圧縮室ＣＳを縮小することにより低温流体を圧縮する。

ピストンリング２０は、シリンダＣＬの内周面と対向するピストン１０の外周面１０ｂに形成される複数本の溝部１１に挿入される部材である。ピストンリング２０は、軸線Ｘ回りの周方向に沿って延びる円環状に形成される。ピストンリング２０は、シリンダＣＬの内周面との間に円環状のシール領域を形成し、ピストン１０が往復動する際に、圧縮された低温流体が高圧側（圧縮室ＣＳ側）から低圧側（ピストンロッド３０側）へ漏れ出ることを防止する。ピストンリング２０の詳細な構造については、後述する。

ピストンロッド３０は、円形の断面形状を有する棒状部材であり、一端がピストン１０に連結され、他端が駆動部（図示略）に連結される。駆動部は、駆動源からの動力によりピストンロッド３０を軸線Ｘに沿って直線的に往復動させる。

シリンダブロック４０は、その内部に中空円筒状のシリンダＣＬを有する部材である。シリンダＣＬの圧縮室ＣＳには、大気圧状態に近い低温流体が流入する流入口４１と、圧縮室ＣＳで圧縮された低温流体が流出する流出口４２が設けられている。流入口４１には、図１中に示す流入方向（圧縮室ＣＳへ向けた方向）への低温流体の流通を許容し、逆方向への流通を妨げる逆止弁５０が設けられている。流出口４２には、図１中に示す流出方向（圧縮室ＣＳから遠ざかる方向）への低温流体の流通を許容し、逆方向への流通を妨げる逆止弁６０が設けられている。

本実施形態の昇圧ポンプ１００は、駆動部により駆動されて往復動するピストンロッド３０に取り付けられたピストン１０により、流入口４１から流入する低温流体を圧縮室ＣＳで圧縮し、圧縮した低温流体を流出口４２から外部へ供給する。

次に、ピストンリング２０の詳細な構造について、図面を参照して説明する。図２は、図１に示すピストンリング２０を高圧側リング２２の側からみた斜視図である。図３は、図２に示すピストンリング２０の分解斜視図である。図４は、図２に示すピストンリング２０を高圧側リング２２の側からみた平面図である。図５は、図２に示すピストンリング２０を低圧側リング２１の側からみた平面図である。

図６は、図４に示すＡ部分をピストンリング２０の径方向ＲＤａに沿ってみた図である。図７は、図６に示すピストンリング２０のＤ－Ｄ矢視断面図である。図８は、図４に示すＢ部分をピストンリング２０の径方向ＲＤｂに沿ってみた図である。図９は、図８に示すピストンリング２０のＥ－Ｅ矢視断面図である。

図１０は、図４に示すＣ部分をピストンリング２０の径方向ＲＤｃに沿ってみた図である。図１１は、図１０に示すピストンリング２０のＦ－Ｆ矢視断面図である。図７，図９，図１１の断面図に示す矢印は、圧縮室ＣＳから溝部１１へ流入する流体の流入方向を示している。後述する図１５および図１７の断面図に示す矢印も、圧縮室ＣＳから溝部１１へ流入する流体の流入方向を示している。

図２および図３に示すように、本実施形態のピストンリング２０は、ピストン１０の溝部１１に取り付けられるものであり、低圧側リング２１と、高圧側リング２２と、内側リング２３と、バックアップリング２４と、を備える。図２および図３に示すように、本実施形態のピストンリング２０は、低圧側リング２１と高圧側リング２２を軸線Ｘに沿って重ねたものを外周側に配置し、その内側に内側リング２３を配置し、内側リング２３の更に内側にバックアップリング２４を配置して一体化したものである。

図２に示すように、低圧側リング２１と高圧側リング２２とは、軸線Ｘに沿った方向に重ねて配置される。高圧側リング２２は、圧縮された流体に近接するように、低圧側リング２１よりも圧縮室ＣＳに近接した側に配置される。図５に示す低圧側リング２１の外径Ｄ１は、図４に示す高圧側リング２２の外径Ｄ２と一致している。

低圧側リング２１と高圧側リング２２と内側リング２３は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材料により形成されている。バックアップリング２４は、ステンレス等の金属材料により形成されている。

低圧側リング２１は、ピストン１０の外周面１０ｂに形成された溝部１１に挿入され、軸線Ｘに対して周方向ＣＤに延びる円環状に形成される部材である。ピストン１０の溝部１１は、軸線Ｘ回りに環状に形成される。図７に示すように、溝部１１は、高圧側側面１１ａと、低圧側側面１１ｂと、底面１１ｃとを有する。

図３に示すように、低圧側リング２１は、周方向ＣＤにおいて離間した一対の端部が隙間を空けて対向して配置される低圧側合口２１ａを有する。低圧側リング２１は、内側リング２３から径方向の外側へ向けた付勢力を受け、シリンダＣＬの内周面に接触する。

図３および図５に示すように、低圧側リング２１には、ピストン１０に対する周方向ＣＤの回転を規制する低圧側回転規制部２１ｂが形成されている。低圧側回転規制部２１ｂは、低圧側リング２１の内周面から内側リング２３の外周面に向けて突出する形状を有し、内側リング２３の外周面に形成される凹部２３ｃに係合する。図５に示すように、低圧側回転規制部２１ｂは、周方向ＣＤにおいて、低圧側合口２１ａから１８０度離れた位置に配置される。

後述するように、内側リング２３は、ピストン１０に対して軸線Ｘ回りに回転しないように配置される。そのため、低圧側回転規制部２１ｂが内側リング２３の凹部２３ｃに係合すると、低圧側リング２１がピストン１０に対して軸線Ｘ回りの周方向ＣＤに回転しないように規制される。これにより、ピストン１０に対して、低圧側リング２１の周方向ＣＤの位置が固定される。

高圧側リング２２は、ピストン１０の外周面１０ｂに形成された溝部１１に挿入され、軸線Ｘに対して周方向ＣＤに延びる円環状に形成される部材である。図３に示すように、高圧側リング２２は、周方向ＣＤにおいて離間した一対の端部が隙間を空けて対向して配置される高圧側合口２２ａを有する。高圧側リング２２は、内側リング２３から径方向の外側へ向けた付勢力を受け、シリンダＣＬの内周面に接触する。

図３および図４に示すように、高圧側リング２２には、ピストン１０に対する周方向ＣＤの回転を規制する高圧側回転規制部２２ｂが形成されている。図８および図９に示すように、高圧側回転規制部２２ｂは、ピストン１０の外周面に形成される溝部１１の高圧側側面１１ａに向けて突出する形状を有する。

高圧側回転規制部２２ｂは、高圧側側面１１ａに形成される高圧側回転規制溝１１ｄに係合する。これにより、ピストン１０に対して、高圧側リング２２の周方向ＣＤの回転が規制される。図４に示すように、高圧側回転規制部２２ｂは、周方向ＣＤにおいて、高圧側合口２２ａから１８０度離れた位置に配置される。

図３および図５に示すように、高圧側リング２２には、低圧側リング２１へ向けて突出するとともに低圧側合口２１ａに挿入される低圧側突出部２２ｃが形成されている。図８に示すように、低圧側突出部２２ｃは、周方向ＣＤの両側において、低圧側リング２１との間にそれぞれ長さＬ１の隙間を設けた状態で、低圧側合口２１ａに挿入される。

低圧側リング２１および高圧側リング２２のそれぞれは、ピストン１０に対して、周方向ＣＤの回転が規制されている。図８に示すように、ピストン１０が往復動を繰り返しても、低圧側突出部２２ｃと低圧側リング２１とは、それぞれ長さＬ１の隙間を設けた状態で維持される。

ここで、本実施形態の比較例について説明する。本実施形態の比較例のピストンリングは、低圧側回転規制部２１ｂおよび高圧側回転規制部２２ｂの少なくともいずれかを備えておらず、低圧側リング２１または高圧側リング２２のいずれか一方の周方向ＣＤの回転が規制されていないものとする。

比較例のピストンリングは、低圧側リング２１または高圧側リング２２のいずれか一方の周方向ＣＤの回転が規制されていないため、ピストン１０が往復動を繰り返すと、図８に破線で示すように、低圧側突出部２２ｃの周方向の一方側の端部と低圧側リング２１とが接触した状態となる場合がある。この場合、低圧側突出部２２ｃの周方向ＣＤの一方側の端部と低圧側リング２１との間の隙間が長さＬ１の２倍の長さＬ２になってしまう。

比較例のピストンリングにおいて、低圧側突出部２２ｃの周方向ＣＤの一方側の端部と低圧側リング２１との間の隙間が長くなると、隙間の位置に配置される高圧側リング２２に作用する応力が増大してしまう。これは、隙間の部分に低圧側リング２１が存在せず、圧縮された流体の圧力が隙間の位置に配置される高圧側リング２２にかかるからである。それに対して、本実施形態のピストンリング２０は、低圧側リング２１および高圧側リング２２の周方向ＣＤの回転が規制されるため、隙間の長さが長さＬ１に維持される。

内側リング２３は、ピストン１０の外周面１０ｂに形成された溝部１１に挿入され、軸線Ｘに対して周方向ＣＤに延びる円環状に形成される部材である。図３に示すように、内側リング２３は、周方向ＣＤにおいて離間した一対の端部が隙間を空けて対向して配置される内側合口２３ａを有する。

図４および図５に示すように、内側リング２３は、低圧側リング２１の内周面および高圧側リング２２の内周面に接触して配置される外周面を有する。内側リング２３は、バックアップリング２４から付与される径方向の外側へ向けた付勢力を低圧側リング２１および高圧側リング２２の双方へ、周方向ＣＤの各位置において均等に伝達する。

図３および図４に示すように、内側リング２３には、ピストン１０に対する周方向ＣＤの回転を規制する内側回転規制部２３ｂが形成されている。図１０および図１１に示すように、内側回転規制部２３ｂは、ピストン１０の外周面に形成される溝部１１の高圧側側面１１ａに向けて突出する形状を有し、高圧側側面１１ａに形成される内側回転規制溝１１ｅに係合する。これにより、ピストン１０に対して、内側リング２３の周方向ＣＤの回転が規制される。図４に示すように、内側回転規制部２３ｂは、周方向ＣＤにおいて、内側合口２３ａから１８０度離れた位置に配置される。

図５および図１１に示すように、内側リング２３の外周面には、径方向の内側に向けて凹む凹部２３ｃが形成されている。凹部２３ｃには、低圧側リング２１の低圧側回転規制部２１ｂが係合される。凹部２３ｃに係合される低圧側リング２１は、内側リング２３に対して、周方向ＣＤの回転が規制される。

バックアップリング２４は、ピストン１０の外周面１０ｂに形成された溝部１１に挿入され、軸線Ｘに対して周方向ＣＤに延びる円環状に形成される部材である。図３に示すように、バックアップリング２４は、周方向ＣＤにおいて離間した一対の端部が隙間を空けて対向して配置される合口２４ａを有する。

図４および図５に示すように、バックアップリング２４は、内側リング２３の内周面に接触して配置される外周面を有する。バックアップリング２４は、金属材料により弾性変形可能に形成されており、周方向ＣＤの各位置において径方向の外側へ向けた付勢力を内側リング２３に付与する。

以上説明した本実施形態のピストンリング２０が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態のピストンリング２０によれば、低圧側回転規制部２１ｂにより低圧側リング２１のピストン１０に対する周方向ＣＤの回転が規制され、高圧側回転規制部２２ｂにより高圧側リング２２のピストン１０に対する周方向ＣＤの回転が規制される。そのため、ピストン１０の往復動を繰り返しても、低圧側リング２１および高圧側リング２２の周方向ＣＤの位置を保持することができる。

低圧側リング２１および高圧側リング２２の周方向ＣＤの位置が保持されるため、ピストン１０の往復動を繰り返しても、高圧側リング２２が有する低圧側突出部２２ｃが、周方向のＣＤ両側において低圧側リング２１との間に隙間を設けた状態が維持される。したがって、低圧側リング２１の低圧側合口２１ａに挿入される高圧側リング２２の低圧側突出部２２ｃが周方向ＣＤの一方側に偏って配置され、高圧側リング２２の一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止することができる。

本実施形態のピストンリング２０によれば、内側回転規制部２３ｂにより内側リング２３のピストン１０に対する周方向ＣＤの回転が規制される。そのため、内側リング２３の外周面に形成される凹部２３ｃに低圧側回転規制部２１ｂを係合させることにより低圧側リング２１のピストン１０に対する周方向ＣＤの回転を規制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る昇圧ポンプについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の昇圧ポンプ１００が備えるピストンリング２０は、低圧側リング２１が単一の低圧側合口２１ａを有する単一の部材により形成され、高圧側リング２２が単一の高圧側合口２２ａを有する単一の部材により形成されるものであった。それに対して、本実施形態の昇圧ポンプが備えるピストンリング２０Ａは、低圧側リング２１が２つの低圧側合口２１ａにより分割された２つの部材により形成され、高圧側リング２２が２つの高圧側合口２２ａにより分割された２つの部材により形成され、内側リング２３が２つの内側合口２３ａにより分割された２つの部材に形成される。

図１２は、本開示の本実施形態に係るピストンリング２０Ａを高圧側リング２２側からみた平面図である。図１３は、本実施形態に係るピストンリング２０Ａを低圧側リング２１側からみた平面図である。

図１２に示すように、本実施形態の高圧側リング２２は、周方向ＣＤに沿って１８０度の間隔を空けて配置される２つの高圧側合口２２ａにより２つの高圧側部材２２Ａ１，２２Ａ２に分割されている。図１２および図１３に示すように、高圧側部材２２Ａ１と高圧側部材２２Ａ２のそれぞれには、高圧側回転規制部２２ｂと低圧側突出部２２ｃとが形成されている。

図１２および図１３に示すように、本実施形態の内側リング２３は、周方向ＣＤに沿って１８０度の間隔を空けて配置される２つの内側合口２３ａにより２つの内側部材２３Ａ１，２３Ａ２に分割されている。内側部材２３Ａ１と内側部材２３Ａ２のそれぞれには、内側回転規制部２３ｂと凹部２３ｃとが形成されている。

図１３に示すように、本実施形態の低圧側リング２１は、周方向ＣＤに沿って１８０度の間隔を空けて配置される２つの低圧側合口２１ａにより２つの低圧側部材２１Ａ１，２１Ａ２に分割されている。低圧側部材２１Ａ１と低圧側部材２１Ａ２のそれぞれには、低圧側回転規制部２１ｂが形成されている。

１つの低圧側リング２１に設ける低圧側合口２１ａの周方向ＣＤの長さ（隙間）は、低温流体による収縮量等を考慮して、一定の長さに定められる。第１実施形態の低圧側リング２１は低圧側合口２１ａを１つだけ有するが、本実施形態の低圧側リング２１は低圧側合口２１ａを２つ有する。そのため、本実施形態の低圧側リング２１の低圧側合口２１ａの周方向ＣＤの長さは、第１実施形態の低圧側リング２１の低圧側合口２１ａの周方向ＣＤの長さの半分とすることができる。

本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、低圧側リング２１の低圧側合口２１ａの周方向ＣＤの長さを短くすることができる。そのため、第１実施形態の低圧側リング２１よりも、低圧側合口２１ａに配置される高圧側リング２２に作用する低圧流体の圧力による応力を低減することができる。

以上の説明において、ピストンリング２０Ａは、低圧側リング２１が２つの低圧側合口２１ａにより分割された２つの部材により形成され、高圧側リング２２が２つの高圧側合口２２ａにより２つの部材により分割された形成され、内側リング２３が２つの内側合口２３ａにより分割された２つの部材に形成されているものとしたが、他の態様であってもよい。

例えば、ピストンリング２０Ａは、低圧側リング２１が２以上の所定数の低圧側合口２１ａにより分割された所定数の低圧側部材により形成され、高圧側リング２２が所定数の高圧側合口２２ａにより分割された所定数の高圧側部材により形成され、内側リング２３が所定数の内側合口２３ａにより分割された所定数の内側部材に形成されていてもよい。

この場合、所定数の高圧側部材のそれぞれには、高圧側回転規制部２２ｂと低圧側突出部２２ｃとが形成される。また、所定数の内側部材のそれぞれには、内側回転規制部２３ｂと凹部２３ｃとが形成される。また、所定数の低圧側部材のそれぞれには、低圧側回転規制部２１ｂが形成される。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係る昇圧ポンプについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の昇圧ポンプ１００が備えるピストンリング２０は、高圧側回転規制部２２ｂにより高圧側リング２２の周方向ＣＤの回転を規制するものであった。それに対して、本実施形態の昇圧ポンプが備えるピストンリング２０Ｂは、高圧側回転規制部２２ｂと低圧側突出部２２ｃの双方により、高圧側リング２２の周方向ＣＤの回転を規制するものである。

図１４は、本実施形態に係るピストンリング２０Ｂを径方向に沿ってみた図である。図１５は、図１４に示すピストンリングのＧ－Ｇ矢視断面図である。図１４および図１５に示すように、本実施形態のピストンリング２０Ｂが備える高圧側リング２２の低圧側突出部２２ｃは、溝部１１の低圧側側面１１ｂに形成される低圧側回転規制溝１１ｆに係合する形状を有する。低圧側回転規制溝１１ｆは、低圧側リング２１と対向する低圧側側面１１ｂに形成され、軸線Ｘに直交する径方向に延びるように形成される。

本実施形態のピストンリング２０Ｂによれば、高圧側リング２２の低圧側突出部２２ｃを、低圧側側面１１ｂに形成される低圧側回転規制溝１１ｆに係合させることにより、高圧側リング２２が周方向ＣＤに回転することを規制することができる。高圧側回転規制部２２ｂと低圧側突出部２２ｃの双方により高圧側リング２２が周方向ＣＤに回転することが規制されるため、高圧側回転規制部２２ｂのみで規制する場合に比べ、高圧側回転規制部２２ｂに生じる応力を低減することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態に係る昇圧ポンプについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の昇圧ポンプ１００が備えるピストンリング２０は、溝部１１の高圧側リング２２と対向する高圧側側面１１ａに向けて突出する形状を有する高圧側回転規制部２２ｂを備えるものであった。それに対して、本実施形態の昇圧ポンプが備えるピストンリング２０Ｃは、溝部１１の低圧側側面１１ｂに向けて凹んだ形状を有する高圧側回転規制部２２ｄを備えるものである。

図１６は、本実施形態に係るピストンリング２０Ｃを径方向に沿ってみた図である。図１７は、図１６に示すピストンリングのＨ－Ｈ矢視断面図である。図１６および図１７に示すように、ピストンリング２０Ｃは、溝部１１の低圧側側面１１ｂに向けて凹んだ形状を有する高圧側回転規制部２２ｄを備える。高圧側回転規制部２２ｄは、溝部１１の高圧側側面１１ａから高圧側リング２２へ向けて突出する突出部１１ｇに係合するように配置される。突出部１１ｇは、軸線Ｘに直交する径方向に延びるように形成される。

高圧側リング２２は、高圧側回転規制部２２ｄを突出部１１ｇに係合させることにより、周方向ＣＤの回転が規制される。そのため、ピストン１０の往復動を繰り返しても、低圧側リング２１および高圧側リング２２の周方向ＣＤの位置を保持することができる。

以上説明した本実施形態に記載のピストンリングは、例えば以下のように把握される。
本開示に係るピストンリング（１００）は、軸線（Ｘ）に沿って円筒状に形成されるピストン（２０）の外周面に形成された溝部（１１）に挿入され、前記軸線に対して周方向（ＣＤ）に延びる円環状に形成されるとともに低圧側合口（２１ａ）を有する低圧側リング（２１）と、前記溝部に挿入され、前記周方向に延びる円環状に形成されるとともに高圧側合口（２２ａ）を有する高圧側リング（２２）と、を備え、前記低圧側リングおよび前記高圧側リングは、前記高圧側リングが圧縮される流体に近接するように前記軸線に沿った方向に重ねて配置され、前記低圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する低圧側回転規制部（２１ｂ）が形成されており、前記高圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する高圧側回転規制部（２２ｂ）と、前記低圧側リングへ向けて突出するとともに前記低圧側合口に挿入される低圧側突出部（２２ｃ）とが形成されており、前記低圧側突出部は、前記周方向の両側において前記低圧側リングとの間に隙間を設けた状態で前記低圧側合口に挿入される。

本開示に係るピストンリングによれば、低圧側回転規制部により低圧側リングのピストンに対する周方向の回転が規制され、高圧側回転規制部により高圧側リングのピストンに対する周方向の回転が規制される。そのため、ピストンの往復動を繰り返しても、低圧側リングおよび高圧側リングの周方向の位置が保持される。低圧側リングおよび高圧側リングの周方向の位置が保持されるため、ピストンの往復動を繰り返しても、高圧側リングが有する低圧側突出部が、周方向の両側において低圧側リングとの間に隙間を設けた状態が維持される。したがって、低圧側リングの低圧側合口に挿入される高圧側リングの低圧側突出部が周方向の一方側に偏って配置され、高圧側リングの一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止することができる。

本開示に係るピストンリングにおいて、前記高圧側回転規制部は、前記溝部の前記高圧側リングと対向する高圧側側面（１１ａ）に向けて突出する形状を有し、前記高圧側側面に形成されるとともに前記軸線（Ｘ）に直交する径方向（ＲＤ）に延びる高圧側回転規制溝（１１ｄ）に係合する構成としてもよい。

本構成のピストンリングによれば、ピストンに形成された溝部の高圧側側面に向けて突出する形状を有する高圧側回転規制部を、高圧側側面に形成される高圧側回転規制溝に係合させることにより、高圧側リングが周方向に回転することを規制することができる。

上記構成のピストンリングにおいて、前記低圧側突出部は、前記溝部の前記低圧側リングと対向する低圧側側面（１１ｂ）に形成されるとともに前記軸線に直交する径方向（ＲＤ）に延びる低圧側回転規制溝（１１ｆ）に係合する構成としてもよい。

本構成のピストンリングによれば、高圧側リングの低圧側突出部を、低圧側側面に形成される低圧側回転規制溝に係合させることにより、高圧側リングが周方向に回転することを規制することができる。高圧側回転規制部と低圧側突出部の双方により高圧側リングが周方向に回転することが規制されるため、高圧側回転規制部のみで規制する場合に比べ、高圧側回転規制部に生じる応力を低減することができる。

本開示に係るピストンリングにおいては、前記軸線に対して前記周方向に延びる円環状に形成されるとともに前記低圧側リングの内周面および前記高圧側リングの内周面に接触して配置される外周面を有する内側リング（２３）を有し、前記内側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する内側回転規制部（２３ｂ）が形成されており、前記内側リングの外周面には、凹部（２３ｃ）が形成されており、前記低圧側回転規制部は、前記内側リングの外周面に向けて突出する形状を有し、前記凹部に係合する構成としてもよい。

本構成のピストンリングによれば、内側回転規制部により内側リングのピストンに対する周方向の回転が規制されるため、内側リングの外周面に形成される凹部に低圧側回転規制部を係合させることにより低圧側リングのピストンに対する周方向の回転を規制することができる。

上記構成のピストンリングにおいて、前記内側回転規制部は、前記溝部の前記高圧側リングと対向する高圧側側面に向けて突出する形状を有し、前記高圧側側面に形成されるとともに前記軸線に直交する径方向に延びる内側回転規制溝（１１ｅ）に係合する構成としてもよい。

本構成のピストンリングによれば、ピストンに形成された溝部の高圧側側面に向けて突出する形状を有する内側回転規制部を、高圧側側面に形成される内側回転規制溝に係合させることにより、内側リングが周方向に回転することを規制することができる。

本開示に係るピストンリングにおいて、前記低圧側リング（１０）は、２以上の所定数の前記低圧側合口により前記所定数の低圧側部材（２１Ａ１，２１Ａ２）に分割されており、前記所定数の前記低圧側部材のそれぞれに前記低圧側回転規制部が形成されており、前記高圧側リングには、前記所定数の前記低圧側突出部が形成されている構成としてもよい。

本構成のピストンリングによれば、低圧側リングに２以上の所定数の低圧側合口が設けられるため、低圧側合口を単一とする場合に比べ、熱収縮による合口の周方向の隙間の長さ（開き量）を短くすることができる。これにより、低圧側リングの隙間に配置される高圧側リングの領域が狭くなり、高圧側リングに部分的に作用する応力を減少させることができる。

以上説明した実施形態に記載の昇圧ポンプは、例えば以下のように把握される。
本開示に係る昇圧ポンプは、軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記軸線に沿って往復動して流体を圧縮するピストン（１０）と、前記ピストンの外周面に形成された溝部に挿入される上記のいずれかに記載のピストンリング（２０）と、を備える。

本開示に係る昇圧ポンプによれば、低圧側回転規制部により低圧側リングのピストンに対する周方向の回転が規制され、高圧側回転規制部により高圧側リングのピストンに対する周方向の回転が規制される。そのため、ピストンの往復動を繰り返しても、低圧側リングおよび高圧側リングの周方向の位置が保持される。低圧側リングおよび高圧側リングの周方向の位置が保持されるため、ピストンの往復動を繰り返しても、高圧側リングが有する低圧側突出部が、周方向の両側において低圧側リングとの間に隙間を設けた状態が維持される。したがって、低圧側リングの低圧側合口に挿入される高圧側リングの低圧側突出部が周方向の一方側に偏って配置され、高圧側リングの一部の領域に応力が集中して疲労破壊に至ることを防止することができる。

１０ ピストン
１０ｂ 外周面
１１ 溝部
１１ａ 高圧側側面
１１ｂ 低圧側側面
１１ｃ 底面
１１ｄ 高圧側回転規制溝
１１ｅ 内側回転規制溝
１１ｆ 低圧側回転規制溝
１１ｇ 突出部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ピストンリング
２１ 低圧側リング
２１Ａ１，２１Ａ２ 低圧側部材
２１ａ 低圧側合口
２１ｂ 低圧側回転規制部
２２ 高圧側リング
２２Ａ１，２２Ａ２ 高圧側部材
２２ａ 高圧側合口
２２ｂ 高圧側回転規制部
２２ｃ 低圧側突出部
２２ｄ 高圧側回転規制部
２３ 内側リング
２３ａ 内側合口
２３ｂ 内側回転規制部
２３ｃ 凹部
２４ バックアップリング
２４ａ 合口
３０ ピストンロッド
４０ シリンダブロック
１００ 昇圧ポンプ
ＣＤ 周方向
ＣＬ シリンダ
ＣＳ 圧縮室
ＲＤａ，ＲＤｂ，ＲＤｃ 径方向
Ｘ 軸線

Claims (7)

1. 軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記軸線に沿って往復動して流体を圧縮するピストンに取り付けられるピストンリングであって、
   前記ピストンの外周面に形成された溝部に挿入され、前記軸線に対して周方向に延びる円環状に形成されるとともに低圧側合口を有する低圧側リングと、
   前記溝部に挿入され、前記周方向に延びる円環状に形成されるとともに高圧側合口を有する高圧側リングと、を備え、
   前記低圧側リングおよび前記高圧側リングは、前記高圧側リングが圧縮される流体に近接するように前記軸線に沿った方向に重ねて配置され、
   前記低圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する低圧側回転規制部が形成されており、
   前記高圧側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する高圧側回転規制部と、前記低圧側リングへ向けて突出するとともに前記低圧側合口に挿入される低圧側突出部とが形成されており、
   前記低圧側突出部は、前記周方向の両側において前記低圧側リングとの間に隙間を設けた状態で前記低圧側合口に挿入されるピストンリング。
2. 前記高圧側回転規制部は、前記溝部の前記高圧側リングと対向する高圧側側面に向けて突出する形状を有し、前記高圧側側面に形成されるとともに前記軸線に直交する径方向に延びる高圧側回転規制溝に係合する請求項１に記載のピストンリング。
3. 前記低圧側突出部は、前記溝部の前記低圧側リングと対向する低圧側側面に形成されるとともに前記軸線に直交する径方向に延びる低圧側回転規制溝に係合する請求項２に記載のピストンリング。
4. 前記軸線に対して前記周方向に延びる円環状に形成されるとともに前記低圧側リングの内周面および前記高圧側リングの内周面に接触して配置される外周面を有する内側リングを有し、
   前記内側リングには、前記ピストンに対する前記周方向の回転を規制する内側回転規制部が形成されており、
   前記内側リングの外周面には、凹部が形成されており、
   前記低圧側回転規制部は、前記内側リングの外周面に向けて突出する形状を有し、前記凹部に係合する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のピストンリング。
5. 前記内側回転規制部は、前記溝部の前記高圧側リングと対向する高圧側側面に向けて突出する形状を有し、前記高圧側側面に形成されるとともに前記軸線に直交する径方向に延びる内側回転規制溝に係合する請求項４に記載のピストンリング。
6. 前記低圧側リングは、２以上の所定数の前記低圧側合口により前記所定数の低圧側部材に分割されており、
   前記所定数の前記低圧側部材のそれぞれに前記低圧側回転規制部が形成されており、
   前記高圧側リングには、前記所定数の前記低圧側突出部が形成されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のピストンリング。
7. 軸線に沿って円筒状に形成されるとともに前記軸線に沿って往復動して流体を圧縮するピストンと、
   前記ピストンの外周面に形成された溝部に挿入される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のピストンリングと、を備える昇圧ポンプ。

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