JPH0828469A - 揺動型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作動時にシリンダの内周面に摺接するリップ
シールの寿命を延ばし、耐久性の向上をさせると同時
に、ピストンの動力損失の低減を図る。 【構成】 ロッキングピストン１２に設けるリップシー
ル１９において、リップ部１９Ｂをロッキングピストン
１２からの突出寸法が揺動方向で大きく、揺動方向と直
交する方向では小さくなるよう形成する。これにより、
ロッキングピストン１２の作動時にシリンダ７の内周面
に摺接するリップ部１９Ｂが、早期に摩耗によってシー
ル性を損なうのを防止し、ロッキングピストン１２の耐
久性を向上させると同時に、リップ部１９Ｂのシリンダ
７の内周面にかかる全周に亘る面圧を小さくして、摺動
時の動力損失を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば気体等の流体を
圧縮するのに用いて好適な揺動型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、クランク軸を回転可能に支持し
たクランクケースと、シリンダヘッドを有し該クランク
ケース上に搭載されたシリンダと、前記クランク軸にピ
ストンロッドを介して連結され、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形
成するピストンと、内周側が該ピストンに取付けられる
環状の取付部となり、外周側が該ピストンから外向きに
突出し前記シリンダの内周面に摺接するリップ部となっ
たリップシールとを備えた揺動型圧縮機は知られてい
る。

【０００３】この種の従来技術による揺動型圧縮機で
は、クランク軸を回転駆動すると、この回転がピストン
ロッドを介してピストンに伝達され、該ピストンはシリ
ンダ内を揺動しつつ往復動し、圧縮室内で空気等の流体
を圧縮する。そして、ピストンがシリンダ内を揺動しつ
つ往復動する間、ピストンに設けたリップシールはリッ
プ部がシリンダの内周面に摺接することにより、前記圧
縮室内を気密にシールする。

【０００４】この場合、ピストンはシリンダ内を往復動
するときに上死点と下死点との間で、シリンダ内周面に
対して傾斜するように揺動するから、ピストンの揺動時
には該ピストンの外周とシリンダの内周面との間に隙間
が形成される。そこで、この隙間を塞ぐように、リップ
シールには、ピストンの外周から外向きに突出するリッ
プ部を設け、該リップをシリンダの内周面に常に摺接さ
せるようにしている。そして、リップシールのリップ部
は、ピストンからの突出寸法が全周に亘って均等となる
ように環状に形成され、前記圧縮室からの圧力を受圧す
ることにより、リップ部はシリンダの内周面に押圧さ
れ、シール作用を発揮するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、ピストンに取付けるリップシールを、弾性
樹脂材料等により環状平板として形成し、外周側のリッ
プ部をピストンから全周に亘って均等に突出させる構成
としているから、リップ部の突出寸法を大きくすると、
リップ部がシリンダの内周面に摺接するときの摺接面積
や面圧が大きくなり、シリンダに対するピストンの摺動
特性が低下し、動力損失が大きくなるという問題があ
る。

【０００６】また、リップ部の突出寸法を短くした場合
には、シリンダ内でピストンが揺動するときに、この揺
動方向に位置するリップ部の部位は、揺動方向と直交す
る方向に位置する部位に比較して摺動距離が長く、かつ
速い摺動速度をもってシリンダの内周面に摺接するため
に、リップ部はピストンの揺動方向において早期に摩耗
し、リップシールとしての寿命が低下するという問題が
ある。

【０００７】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、本発明はピストンの摺動特性を向上で
き、動力損失を低減できると共に、リップシールの寿命
を延ばすことができるようにした揺動型圧縮機を提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【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、本発明による揺動型圧縮機は、クランク軸を回
転可能に支持したクランクケースと、シリンダヘッドを
有し該クランクケース上に搭載されたシリンダと、前記
クランク軸にピストンロッドを介して連結され、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
間に圧縮室を形成するピストンと、内周側が該ピストン
に取付けられる環状の取付部となり、外周側が該ピスト
ンから外向きに突出し前記シリンダの内周面に摺接する
リップ部となったリップシールとから構成されている。

【０００９】そして、本発明が採用する構成の特徴は、
前記リップシールのリップ部は、前記ピストンからの突
出寸法が該ピストンの揺動方向で大きく、該ピストンの
揺動方向と直交する方向では小さくなるように形成した
ことにある。

【００１０】

【作用】上記構成により、ピストンがシリンダ内を揺動
しつつ往復動するときに、リップシールのリップ部は、
ピストンとシリンダとの間を気密にシールすべくシリン
ダの内周面に摺接する。そして、リップシールのリップ
部は、前記ピストンからの突出寸法が該ピストンの揺動
方向で大きく、該ピストンの揺動方向と直交する方向で
は小さくなるように形成されているので、ピストンの揺
動方向に位置するリップ部の部位は、ピストン揺動時に
シリンダの内周面に確実に摺接し、ピストンとシリンダ
との間を長期に亘ってシールし続けることができる。

【００１１】また、揺動方向と直交する方向に位置する
リップ部の部位は、ピストンからの突出寸法が小さくな
っているから、シリンダの内周面に余分な接触面積をも
って摺接することがなくなり、シリンダの内周面に対す
るリップ部全体の面圧を減少でき、ピストンの摺動特性
を向上できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例による揺動型圧縮機を
図１ないし図５に基づき、空気圧縮機として用いた場合
を例に挙げて説明する。

【００１３】図において、１は内部にクランク室Ａを画
成し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Ａ内に位置して電動モータ２の出力軸３に連結
されたクランク軸４が回転可能に設けられ、該クランク
軸４にはバランスウエイト５が一体に設けられている。
また、前記出力軸３の先端には冷却ファン６が取付けら
れ、電動モータ２の出力軸３はクランク軸４を回転駆動
すると共に、前記冷却ファン６を回転駆動する。そし
て、該冷却ファン６によって発生した冷却風はクランク
室Ａ内を矢示Ｆ方向に流れ、クランクケース１の通風穴
１Ａを介して電動モータ２内を冷却する。

【００１４】７はクランクケース１上に搭載された円筒
状のシリンダで、該シリンダ７の上端には弁板８が気密
に固着されている。ここで、該弁板８には下面側にねじ
収容部８Ａが凹設されると共に、吐出穴９が穿設され、
該吐出穴９は後述の吐出弁２１によって開，閉される。

【００１５】１０は前記弁板８上に搭載されたシリンダ
ヘッドを示し、該シリンダヘッド１０は弁板８の上側面
との間により吐出室Ｂを画成し、後述の圧縮空気を該吐
出室Ｂから吐出ポート１１を介して外部の空気タンク
（図示せず）に向けて吐出させている。

【００１６】１２はシリンダ７内に往復動可能に挿嵌さ
れたピストンとしてのロッキングピストンを示し、該ロ
ッキングピストン１２は図２に示す如く、ピストンロッ
ド１３が一体形成されたピストン本体１４と、該ピスト
ン本体１４上に設けられ、後述のリップシール１９をピ
ストン本体１４と共に挟持するリテーナ１５とから構成
されている。そして、前記ピストン本体１４にはリテー
ナ１５を貫通して小径の吸気穴１６が穿設され、該吸気
穴１６はクランク室Ａを後述の吸気弁２０を介して圧縮
室Ｃ内に連通，遮断する。

【００１７】ここで、ピストン本体１４の上側面には浅
底の円形状をなす凹部１２Ａが形成され、該凹部１２Ａ
の周囲は環状の縁取り部１２Ｂとなっている。そして、
リテーナ１５にはピストン本体１４の凹部１２Ａに嵌合
する凸部１５Ａが形成され、該凸部１５Ａの外周側に位
置する環状部１５Ｂは、ピストン本体１４の縁取り部１
２Ｂとの間で後述するリップシール１９の取付部１９Ａ
を挟持している。

【００１８】一方、前記ピストンロッド１３の下端側
は、キー１７により出力軸３に固着されたクランク軸４
に、軸受１８を介して回転可能に連結されている。そし
て、電動モータ２によりクランク軸４を回転駆動すると
きには、ピストンロッド１３を介してロッキングピスト
ン１２がシリンダ７内を揺動しつつ往復動し、弁板８と
の間に圧縮室Ｃを形成する。

【００１９】１９はシリンダ７とロッキングピストン１
２との間をシールするリップシールを示し、該リップシ
ール１９は図３ないし図５に示すように、ポリテトラフ
ルオロエチレン（フッ素系樹脂）等の耐摩耗性と摺動性
の高い樹脂材料によって形成され、前記ピストン本体１
４の縁取り部１２Ｂとリテーナ１５の環状部１５Ｂとの
間に挟持して固定される環状の取付部１９Ａと、該取付
部１９Ａから径方向外向きで、かつ上向きに斜めに傾斜
して突出し、シリンダ７の内周面に摺接するリップ部１
９Ｂとから一体形成されている。そして、該リップ部１
９Ｂはロッキングピストン１２の外周側から外向きに突
出し、シリンダ７とロッキングピストン１２との間に形
成される隙間を塞ぐようになっている。

【００２０】ここで、リップシール１９のリップ部１９
Ｂは図３ないし図５に示すように、ロッキングピストン
１２の揺動方向に位置する長軸部１９Ｃ，１９Ｃと、ロ
ッキングピストン１２の揺動方向と直交する方向に位置
する短軸部１９Ｄ、１９Ｄとを有し、各長軸部１９Ｃ側
から各短軸部１９Ｄ側に向けて除々にリップ部１９Ｂの
長さ（突出寸法）が短くなり、リップシール１９の全体
は略楕円形状をなしている。そして、ロッキングピスト
ン１２から突出するリップ部１９Ｂは、各長軸部１９Ｃ
側の突出寸法ｔ1 が各短軸部１９Ｄの突出寸法ｔ2 より
大きくなるように形成されている。

【００２１】さらに、２０はロッキングピストン１２に
設けられた吸気弁、２１は弁板８に設けられた吐出弁を
示している。

【００２２】本実施例による揺動型圧縮機は、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。

【００２３】まず、電動モータ２の出力軸３によりクラ
ンク軸４を回転駆動すると、ロッキングピストン１２は
クランク軸４を介して駆動され、シリンダ７内を揺動し
つつ往復動する。そして、ロッキングピストン１２が上
死点から下死点へと達する吸入行程では、圧縮室Ｃ内が
負圧になり、クランク室Ａ側の空気を吸気穴１６から吸
気弁２０を介して圧縮室Ｃ内へと吸入する。

【００２４】一方、ロッキングピストン１２が下死点か
ら上死点へと達する圧縮行程では、ロッキングピストン
１２によって圧縮室Ｃ内の空気を圧縮する。そして、圧
縮室Ｃ内で圧縮された圧縮空気は吐出穴９から吐出弁２
１を介して吐出室Ｂ内に吐出されると共に、吐出ポート
１１からエアドライヤ等を介して空気タンク（いずれも
図示せず）に貯留される。

【００２５】ところで、ロッキングピストン１２がシリ
ンダ７内を下死点と上死点との間で移動するときに、シ
リンダ７内で揺動するロッキングピストン１２は、シリ
ンダ７の内周面に対して傾斜するから、ロッキングピス
トン１２の外周とシリンダ７の内周面との間には、この
傾斜（揺動）方向において隙間が形成される。

【００２６】そこで、本実施例では、この隙間を塞ぐよ
うにロッキングピストン１２にリップシール１９を取付
け、該リップシール１９のリップ部１９Ｂをシリンダ７
の内周面に確実に摺接させると共に、リップ部１９Ｂ
は、ロッキングピストン１２からの突出寸法が、ロッキ
ングピストン１２の揺動方向となる各長軸部１９Ｃ側で
大きく、ロッキングピストン１２の揺動方向と直交する
方向となる各短軸部１９Ｄ側では小さくなるように形成
している。

【００２７】この結果、ロッキングピストン１２の圧縮
行程では、ロッキングピストン１２とシリンダ７との間
の隙間を介して圧縮室Ｃ内から漏洩しようとする圧縮空
気の圧力を、リップシール１９のリップ部１９Ｂがその
全周で受圧し、該リップ部１９Ｂはシリンダ７の内周面
に向けて拡径する方向に弾性変形することにより、リッ
プシール１９のリップ部１９Ｂはシリンダ７の内周面に
確実に摺接し、圧縮空気の漏洩を効果的に防止できる。

【００２８】特に、リップシール１９はシリンダ７の内
周面に摺接するリップ部１９Ｂのうち、ロッキングピス
トン１２の揺動方向と直交する方向の各短軸部１９Ｄ側
で突出寸法ｔ2 が小さくなるように、リップシール１９
全体は略楕円形状に形成されているから、リップ部１９
Ｂの各短軸部１９Ｄ側は余分な接触面積および面圧をも
ってシリンダ７の内周面に摺接することがなくなり、シ
リンダ７の内周面にかかるリップ部１９Ｂの全周に亘る
面圧を従来に比較して効果的に小さくでき、ロッキング
ピストン１２の摺動特性を向上させ、動力損失を低減で
きると共に、電動モータ２等の駆動源に作用する負荷を
確実に軽減できる。

【００２９】また、リップ部１９Ｂの各長軸部１９Ｃ側
では突出寸法ｔ1 が大きくなっているから、許容摩耗量
を大きく取ることができ、ロッキングピストン１２とシ
リンダ７との間を長期に亘って確実にシールできると共
に、寿命を大幅に延ばすことができ、リップシール１９
の耐久性を向上できる。

【００３０】従って、本実施例によれば、ロッキングピ
ストン１２の摺動特性を向上でき、動力損失を効果的に
低減できると共に、リップシール１９のシール性を向上
でき、寿命や耐久性を大幅に延ばすことができる等、種
々の効果を奏する。

【００３１】なお、前記実施例では、ピストン本体１４
の縁取り部１４Ｂとリテーナ１５の環状部１５Ｂとの間
で取付部１９Ａを挟持することにより、ロッキングピス
トン１２にリップシール１９を取付けるものとして述べ
たが、本発明はこれに限らず、摺動によるリップシール
１９の脱落を防止するために、例えば環状の支持材等を
介して、リップシール１９の取付部１９Ａをロッキング
ピストン１２に取付ける構成としてもよい。

【００３２】また、前記実施例では、ロッキングピスト
ン１２に吸気穴１６および吸気弁２０を設け、クランク
室Ａから圧縮室Ｃ内に空気を吸入させるものとして述べ
たが、これに替えて、例えば弁板８とシリンダヘッド１
０との間に吸気室と吐出室とを画成し、弁板８には吸気
穴、吸気弁と吐出穴、吐出弁とをそれぞれ設ける構成と
してもよい。

【００３３】さらに、前記実施例では、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、本発明はこれ
に限るものでなく、例えば冷媒圧縮機等にも広く適用す
ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明では、ピストン
から突出するリップシールのリップ部を、ピストンの揺
動方向に位置するリップ部の部位で突出寸法が大きく、
ピストンの揺動方向と直交する方向では小さくなるよう
に形成したから、シリンダ内でピストンが往復動する間
に、揺動方向と直交する方向の部位でリップ部に余分な
面圧が作用したり、摺接面積が余分に大きくなったりす
るのを効果的に防止でき、揺動運動が阻害されることが
なくなると共に、リップ部全体の面圧を小さくして、ピ
ストンの摺動特性を向上でき、リップ部の摺動による動
力損失を低減できる。また、リップシールのリップ部の
うち、ピストンの揺動方向に位置して、シリンダとの摺
動距離が長く摺動速度が速くなる部位では、ピストンか
らの突出寸法を大きくしているから、許容摩耗量を大き
く取ることができ、圧縮気体の漏れを効果的に防止でき
ると共に、寿命や耐久性を確実に向上させることができ
る。さらに、ピストンのストローク長が大きい揺動型圧
縮機にも簡単に適用できる等、種々の効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による揺動型圧縮機を示す縦断
面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向断面図である。

【図３】図２中のリップシールを拡大して示す平面図で
ある。

【図４】図３中の矢示IV−IV方向拡大断面図である。

【図５】図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向拡大断面図である。

【符号の説明】

１ クランクケース ２ 電動モータ ３ 出力軸 ４ クランク軸 ７ シリンダ １０ シリンダヘッド １２ ロッキングピストン（ピストン） １３ ピストンロッド １４ ピストン本体 １５ リテーナ １９ リップシール １９Ａ 取付部 １９Ｂ リップ部 １９Ｃ 長軸部（部位） １９Ｄ 短軸部（部位）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸を回転可能に支持したクラン
   クケースと、シリンダヘッドを有し該クランクケース上
   に搭載されたシリンダと、前記クランク軸にピストンロ
   ッドを介して連結され、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形成するピ
   ストンと、内周側が該ピストンに取付けられる環状の取
   付部となり、外周側が該ピストンから外向きに突出し前
   記シリンダの内周面に摺接するリップ部となったリップ
   シールとを備えた揺動型圧縮機において、前記リップシ
   ールのリップ部は、前記ピストンからの突出寸法が該ピ
   ストンの揺動方向で大きく、該ピストンの揺動方向と直
   交する方向では小さくなるように形成したことを特徴と
   する揺動型圧縮機。