JPH07259734A - ロッキングピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作動時に常時シリンダの内周面に摺接するピ
ストンリングの寿命を延ばし、耐久性の向上を図る。 【構成】 ピストン本体１０に設けるピストンリング２
２を、内周側固定部２２Ａと外周側固定部２２Ｂとから
構成し、外周側摺接部２２Ｂの肉厚ｔ1 を、内周側固定
部の肉厚ｔ2 よりも大きく形成する。これにより、ロッ
キングピストン２１の作動時にシリンダ１の内周面に摺
接する外周側摺接部２２Ｂが、摩耗によってシール性を
損なうまでの寿命を延ばすことができ、ロッキングピス
トンの耐久性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空気圧縮機等の
無給油式往復動機械に好適に用いられるロッキングピス
トンに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮機等に用いられ、シリンダ内を
往復動するピストンを備えた往復動機械のうち、ピスト
ンとシリンダとの間に潤滑油等を使用しない無給油式の
往復動機械が知られている。そして、このような無給油
式の往復動機械には、通常、シリンダ内を往復動しつつ
揺動する間、シリンダ内周面との間を気密にシールする
ロッキングピストンが用いられている。

【０００３】図５に上述の如き従来技術のロッキッング
ピストンを用いた空気圧縮機の一部を示す。

【０００４】図において、１は中空円筒状のシリンダを
示し、該シリンダ１と後述のロッキングピストン９との
間には圧縮室Ａが形成されている。２はシリンダ１の上
端に設けられたシリンダヘッドで、該シリンダヘッド２
内には、隔壁３によって画成された吸入室Ｂと吐出室Ｃ
が形成されている。

【０００５】４はシリンダ１とシリンダヘッド２との間
に設けられた弁板で、該弁板４とシリンダ１との間、お
よび弁板４とシリンダヘッド２との間はガスケット（図
示せず）等によって気密にシールされている。５は弁板
４に設けられ圧縮室Ａと吸入室Ｂとを連通させる吸入ポ
ート、６は弁板４に設けられ圧縮室Ａと吐出室Ｃとを連
通させる吐出ポートである。

【０００６】７は圧縮室Ａと吸入ポート５との間に位置
して弁板４に設けられた吸入弁で、該吸入弁７は、ロッ
キングピストン９が上死点から下死点に移動するときに
開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁する。
そして、吸入弁７の開弁時には圧縮室Ａと吸入室Ｂとが
連通して圧縮室Ａ内に空気が吸入され、閉弁時には圧縮
室Ａと吸入室Ｂとが遮断して圧縮室Ａ内への空気の吸入
が規制される。

【０００７】８は吐出室Ｃと吐出ポート６との間に位置
して弁板４に設けられた吐出弁で、該吐出弁８はロッキ
ングピストン９が下死点から上死点に移動するときに開
弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁する。そ
して、吐出弁８の開弁時には圧縮室Ａと吐出室Ｃとが連
通して圧縮空気が吐出し、閉弁時には圧縮室Ａと吐出室
Ｃとが遮断して圧縮空気の吐出が規制される。

【０００８】９はシリンダ１内に往復動可能に設けられ
たロッキングピストンを示し、該ロッキングピストン９
はシリンダ１内を上死点と下死点との間で往復動しつつ
揺動できるようになっている。そして、該ロッキングピ
ストン９は、後述のピストン本体１０と該ピストン本体
１０に設けられたピストンリング１４とから構成されて
いる。

【０００９】１０はピストン本体で、該ピストン本体１
０は軸方向一端側に設けられた円板状のリテーナ１１
と、該リテーナ１１がボルト１２によって締結された下
側ピストン１３とからなり、該下側ピストン１３は、軸
方向一端側に環状段部１３Ａが形成された円板状の取付
面部１３Ｂと、該取付面部１３Ｂから軸方向他端側に伸
長し、クランク軸を介してモータの出力軸等（いずれも
図示せず）に連結されるコネクティングロッド部１３Ｃ
とを有している。

【００１０】１４はピストン本体１０に設けられ、ピス
トン本体１０とシリンダ１との間を気密にシールする環
状のピストンリングを示し、該ピストンリング１４は、
下側ピストン１３の環状段部１３Ａに嵌合し取付面部１
３Ｂとリテーナ１１とによって挟持された中空の内周側
固定部１４Ａと、該内周側固定部１４Ａの外周側に位置
し、ピストン本体１０の外周とシリンダ１との間を気密
にシールすべく、シリンダ１の内周面にその全周に亘っ
て摺接する外周側摺接部１４Ｂとからなり、フッ素樹脂
等（例えば４フッ化エチレン樹脂）の自己潤滑性、可撓
性に優れた樹脂材料によって一体成形されている。

【００１１】ここで、従来技術のロッキングピストン９
に用いられるピストンリング１４の製造方法を図６およ
び図７を参照して述べる。

【００１２】まず、図６に示すように、ほぼ均一な肉厚
をもってシート状に形成したピストンリングシート１４
Ｓを、中空の固定治具１５上に載置し、該固定治具１５
の内周側に位置して軸方向に移動可能に配設された下型
１６と、該下型１６に対向して軸方向に移動可能に設け
られた上型１７との間で同心上に位置決めする。

【００１３】そして、固定治具１５、下型１６および上
型１７を加熱した状態で、図７に示すように上型１７を
固定治具１５の中空部内に挿入することにより、ピスト
ンリングシート１４Ｓに対する塑性加工を行って折曲部
１４Ｃの位置で折曲げ、内周側固定部１４Ａと外周側摺
接部１４Ｂとからなるピストンリング１４を形成する。

【００１４】このようにして形成されたピストンリング
１４を有する従来技術のロッキングピストン９を、空気
圧縮機に適用した場合の作用について述べると、ロッキ
ングピストン９は、モータの作動に伴ってシリンダ１内
を往復動しつつ所定の角度をもって揺動し、吸入室Ｂか
ら圧縮室Ａ内に吸入された空気を圧縮して吐出室Ｃに吐
出する一連の空気圧縮動作を繰返す。そして、この空気
圧縮動作が行われている間、ピストンリング１４の外周
側摺接部１４Ｂは常時シリンダ１の内周面に摺接し、ピ
ストン本体１０とシリンダ１との間を気密にシールする
ようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、ロッキン
グピストン９がシリンダ１内で空気圧縮動作を行ってい
る間、ピストンリング１４の外周側摺接部１４Ｂは常に
シリンダ１の内周面に摺接し、圧縮室Ａ内の圧力を受圧
している。

【００１６】このため、図８に示すピストンリング１
４′のように肉厚が小さい場合には、塑性加工時に折曲
部１４Ｃ′の強度が低下してしまい、ロッキングピスト
ン９の作動によって折曲部１４Ｃ′が脆弱となるばかり
でなく、外周側摺接部１４Ｂの摩耗によってシール部材
としての寿命が短くなり、結果的にロッキングピストン
９の耐久性が損なわれるという欠点がある。

【００１７】一方、上述の場合とは逆に、図９に示すピ
ストンリング１４″のように肉厚を大きくすることによ
り、外周側摺接部１４Ｂが摩耗によってシール性を損な
うまでの期間、即ち、シール部材としての寿命を延ばす
ことが考えられる。

【００１８】しかしながら、ピストンリング１４全体の
肉厚を大きくした場合には、塑性加工時に折曲部１４
Ｃ″に微小なクラックＫ，Ｋ，…が発生し易く、ピスト
ンリングとしての剛性が低下してしまうという問題があ
る。

【００１９】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、ピストンリングの寿命を延ばすことがで
き、耐久性の向上を図るようにしたロッキングピストン
を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明によるロッキングピストンは、コネクテ
ィングロッドが一体に設けられ、シリンダ内を揺動しつ
つ往復動するピストン本体と、該ピストン本体に設けら
れ、該ピストン本体と前記シリンダとの間をシールする
環状のピストンリングとからなる。

【００２１】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記ピストンリングを、ピストン本体に固定される内周
側固定部と、該内周側固定部と連結した状態でピストン
本体の外周とシリンダとの間をシールする外周側摺接部
とから構成し、該外周側摺接部の肉厚を前記内周側固定
部の肉厚よりも大きく形成したことにある。

【００２２】

【作用】上記構成により、ピストン本体がシリンダ内を
揺動しつつ往復動するときに、ピストンリングの外周側
摺接部は、ピストン本体の外周とシリンダとの間を気密
にシールすべく常時シリンダの内周面に摺接するが、該
外周側摺接部の肉厚は内周側固定部の肉厚よりも大きく
形成されているので、ピストンリングがシール性を損な
うほどに摩耗するまでの寿命が延び、屈曲部の強度が高
まる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例によるロッキングピス
トンを図１ないし図４に基づき説明する。なお、実施例
によるロッキングピストンを空気圧縮装置に適用した場
合、前述した図５に示す従来技術と同一の構成要素には
同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００２４】図中、２１は本実施例によるロッキングピ
ストンを示し、該ロッキングピストン２１は、従来技術
で述べたロッキングピストン９と同様に、リテーナ１１
と下側ピストン１３とからなるピストン本体１０と、該
ピストン本体１０に設けられた後述のピストンリング２
２とから構成されるものの、該ピストンリング２２の形
状が従来技術とは異なっている。

【００２５】２２はピストン本体１０に設けられ、ピス
トン本体１０とシリンダ１との間を気密にシールするピ
ストンリングを示し、該ピストンリング２２は従来技術
で述べたピストンリング１４と同様に、リテーナ１１と
下側ピストン１３とによって挟持された中空の内周側固
定部２２Ａと、該内周側固定部２２Ａに連結されピスト
ン本体１０とシリンダ１との間を気密にシールすべく、
シリンダ１の内周面にその全周に亘って摺接する外周側
摺接部２２Ｂとから構成されているものの、屈曲部２２
Ｃを境にして、外周側摺接部２２Ｂの肉厚ｔ1 を内周側
固定部２２Ａの肉厚ｔ2 よりも大きく形成し、かつ、塑
性加工ではなく圧縮成形したものであるという点で従来
技術とは異なる。

【００２６】ここで、本実施例によるピストンリング２
２の製造方法を図２ないし図４を参照して以下に述べ
る。

【００２７】図中、３１はピストンリング２２の圧縮成
形に用いる金型を示し、該金型３１は後述の下型３２と
上型３６とを有している。

【００２８】３２は下型で、該下型３２にはピストンリ
ング２２の下面側を成形する成形凹部（キャビティ）３
３と、該成形凹部３３の中心部に位置する嵌合凸部３４
とが設けられている。そして、成形凹部３３は、薄肉成
形部３３Ａと該薄肉成形部３３Ａの外周側に段差Δｔを
介して連なる厚肉成形部３３Ｂとからなり、薄肉成形部
３３Ａはピストンリング２２の内周側固定部２２Ａと屈
曲部２２Ｃを、厚肉成形部３３Ｂは外周側摺接部２２Ｂ
をそれぞれ成形するようになっている。また、嵌合凸部
３４は下側ピストン１３の環状段部１３Ａと等しいか若
干大きい外径寸法をもって形成されており、ピストンリ
ング２２の中空部分を成形する。

【００２９】３５，３５は、該嵌合凸部３４を囲む複数
箇所（２箇所のみ図示）に、軸方向への摺動が可能に配
設された突出しピンで、該各突出しピン３５は、ピスト
ンリング２２の圧縮成形時には、上端面が薄肉成形部３
３Ａと面一となる位置に保持され、成形されたピストン
リング２２を下型３２から離型させる時には、薄肉成形
部３３Ａから突出するようになっている。

【００３０】３６は下型３２と対をなす上型で、該上型
３６にはピストンリング２２の上面側を成形する成形凸
部３７と、該成形凸部３７の中心部に位置して下型３２
の嵌合凸部３４に嵌合するガイド穴３８が設けられてい
る。そして、圧縮成形時において、上型３６の成形凸部
３７を下型３２の成形凹部３３に嵌合させることによ
り、成形凸部３７と成形凹部３３の形状に応じたピスト
ンリング２２が成形される。

【００３１】上述の如き金型３１を用いてピストンリン
グ２２の圧縮成形を行うにあたっては、まず、ヒータ
（図示せず）によって金型３１を２８０〜３３０℃程度
に加熱する。

【００３２】そして、例えばＰＦＡ（パーフロロアルキ
ルビニルエーテル共重合樹脂）をベースとするフッ素樹
脂材料に、炭素繊維、グラファイト、銅、芳香族ポリエ
ステル、二硫化モリブデン等の充填材を適宜に混合した
成形材料Ｍを、下型３２の成形凹部３３内に投入する。

【００３３】次に、図３に示すように、ガイド穴３８と
嵌合凸部３４とを嵌合させつつ上型３６と下型３２とを
閉じ、下型３２に設けられた成形凹部３３の薄肉成形部
３３Ａと上型３６の成形凸部３７との間の距離が、ｔ2
（ピストンリング２２の内周側固定部２２Ａおよび屈曲
部２２Ｃの肉厚）となる状態に一定時間保持する。この
ようにして、成形材料Ｍに対する加熱および加圧を行う
ことにより、成形材料Ｍは軟化、溶融して成形凸部３７
と成形凹部３３の形状に対応する形状に圧縮成形され
る。

【００３４】そして、金型３１を冷却した後、図４に示
すように下型３２と上型３６とを開き、突出しピン２８
を下型３２の成形凹部３３から突出させることにより、
肉厚ｔ2 の内周側固定部２２Ａおよび屈曲部２２Ｃと、
肉厚ｔ2 よりも段差Δｔだけ大きい肉厚ｔ1 の外周側摺
接部２２Ｂとからなるピストンリング２２が得られる。

【００３５】本実施例によるロッキングピストン２１
は、上述の如きピストンリング２２を有するもので、こ
のロッキングピストン２１を空気圧縮機に適用した場合
の基本的作動については従来技術によるものと格別差異
はない。

【００３６】然るに、本実施例においては、ロッキング
ピストン２１がシリンダ１内で空気圧縮動作を行ってい
る間、ピストンリング２２は圧縮室Ａ内の圧力を受圧し
ている。このため、ピストンリング２２の外周側摺接部
２２Ｂには拡径する方向への力が作用し、外周側摺接部
２２Ｂはシリンダ１の内周面に摺接して摩耗するが、ピ
ストンリング２２の外周側摺接部２２Ｂを、内周側固定
部２２Ａおよび屈曲部２２Ｃの肉厚ｔ2 よりも大きい肉
厚ｔ1 をもって形成したから、摩耗によってシール性を
損なうまでの寿命を延ばすことができ、ロッキングピス
トン２１の耐久性を向上させることができる。

【００３７】また、本実施例によるピストンリング２２
は、上述した圧縮成形によって製造することができるの
で、最適な強度となる肉厚を適宜選択することができ、
従って、従来技術で述べた塑性加工の如き曲げ加工を必
要としないから、クラック等の発生を防止することがで
きる。しかも、従来技術で述べた、ピストンリングシー
ト１４Ｓに塑性加工を施す製造方法に比して製造コスト
を低減することができる。

【００３８】さらに、ピストンリング２２の内周側固定
部２２Ａと屈曲部２２Ｃとを、外周側摺接部２２Ｂの肉
厚ｔ1 より小さい肉厚ｔ2 をもって成形し、または屈曲
部２２Ｃの肉厚を肉厚ｔ2 よりも若干小さく成形するこ
とによって、ロッキングピストン２１が作動するとき
に、外周側摺接部２２Ｂとシリンダ１の内周面との摺動
抵抗を低減することができるので、モータ等の駆動源に
作用する負荷を軽減できる。

【００３９】なお、前記実施例では、ピストンリング２
２を圧縮成形する場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、例えば切削加工等によってピストンリング２
２を形成してもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、ピス
トンリングの外周側摺接部の肉厚を、内周側固定部の肉
厚よりも大きく形成したから、ロッキングピストンの作
動時に外周側摺接部が摩耗しても、ピストンリングが摩
耗によってシリンダとピストン本体との間のシール性を
損なうまでの寿命を延ばすことができ、ロッキングピス
トンとしての耐久性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるロッキングピストンを空
気圧縮機に適用した状態を示す縦断面図である。

【図２】図１中のピストンリングの製造に用いる金型等
を示す縦断面図である。

【図３】図２中に示す金型によってピストンリングを圧
縮成形した状態を示す縦断面図である。

【図４】図３中に示す圧縮成形されたピストンリングが
金型から離型した状態を示す縦断面図である。

【図５】従来技術によるロッキングピストンを空気圧縮
機に適用した状態を示す縦断面図である。

【図６】図５中のピストンリングの製造に用いる治具等
を示す縦断面図である。

【図７】図６中に示す治具によってピストンリングを塑
性加工した状態を示す縦断面図である。

【図８】肉厚が薄いピストンリングとした場合の課題を
説明する部分拡大縦断面図である。

【図９】肉厚が厚いピストンリングとした場合の課題を
説明する部分拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ １０ ピストン本体 ２１ ロッキングピストン ２２ ピストンリング ２２Ａ 内周側固定部 ２２Ｂ 外周側摺接部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コネクティングロッドが一体に設けら
   れ、シリンダ内を揺動しつつ往復動するピストン本体
   と、該ピストン本体に設けられ、該ピストン本体と前記
   シリンダとの間をシールする環状のピストンリングとか
   らなるロッキングピストンにおいて、前記ピストンリン
   グは、前記ピストン本体に固定される内周側固定部と、
   該内周側固定部と連結した状態でピストン本体の外周と
   前記シリンダとの間をシールする外周側摺接部とからな
   り、該外周側摺接部の肉厚を前記内周側固定部の肉厚よ
   りも大きく形成したことを特徴とするロッキングピスト
   ン。