JPH09177973A

JPH09177973A - 往復動型圧縮機

Info

Publication number: JPH09177973A
Application number: JP7349239A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nagashima; 清二長島; Kotaro Furuya; 光太朗古谷; Yuuji Nakayama; 勇士中山
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストンリングの摩耗による変形を押え、長
期間に亘って安定したシール性能を確保できるようにす
る。【解決手段】ピストン３１の外周面３１Ａにはリング
溝３２、ライダリング溝３３を形成する。そして、リン
グ溝３２内には、シリンダ６の内周面６Ａとの間にピス
トンリング３４を装着する。また、ピストンリング３４
には、下側面３４Ｂと外周面３４Ｄとの間にテーパ部３
５を形成し、該テーパ部３５によりピストンリング３４
がテーパ部３５の内周端３５Ａから外周面３４Ｄに向け
て薄肉となるようにする。これにより、ピストンリング
３４は圧縮行程で下側面３４Ｂがリング溝３２の下側壁
面３２Ｂに押付けられたときに、テーパ部３５がリング
溝３２の角隅部Ｃ′から離間した状態を保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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往復動型圧縮機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ここで、従来技術による往復動型圧縮機
を図５ないし図１０に基づいて、往復動型空気圧縮機を
例に挙げて説明する。

【０００３】図中、１は筒状のクランクケースを示し、
該クランクケース１は内部にクランク室２が画成される
と共に、該クランク室２の上側位置には開口部１Ａが形
成されている。また、クランクケース１側には駆動源と
して例えば電動モータ（図示せず）等が配設され、該電
動モータの出力軸３はクランク室２内に伸長し、該出力
軸３にはキー４を介してクランク軸５が一体的に固定さ
れている。

【０００４】６はクランクケース１の開口部１Ａ上に取
付けられたシリンダを示し、該シリンダ６内には後述の
ピストン１１が摺動可能に挿嵌され、該ピストン１１は
後述のピストンリング１６等を介してシリンダ６の内周
面６Ａに摺接している。

【０００５】７はシリンダ６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７内には吸込室８と吐出
室９とが画成され、該吸込室８，吐出室９は吸込口８
Ａ，吐出口９Ａを介してそれぞれ外部に連通している。
１０はシリンダ６とシリンダヘッド７との間に挟持され
た弁座板を示し、該弁座板１０には吸込室８内に位置し
て吸込穴１０Ａが、吐出室９内に位置して吐出穴１０Ｂ
が形成されている。

【０００６】１１はシリンダ６内に往復動可能に挿嵌さ
れたピストンを示し、該ピストン１１の上端面は受圧面
となってシリンダヘッド７との間に圧縮室１２を画成
し、下端側は開口端となっている。そして、ピストン１
１は後述の連接棒１９にピストンピン１３を介して連結
され、クランク軸５によりシリンダ６内で往復動され
る。また、ピストン１１の外周面１１Ａには、その上端
側部位に後述するピストンリング１６用のリング溝１４
が形成され、下端側部位にはライダリング溝１５が形成
されると共に、該ライダリング溝１５の底面側にはピス
トンピン１３が挿嵌される挿嵌穴（図示せず）が形成さ
れている。

【０００７】１４はピストンリング１６が装着されるリ
ング溝を示し、該リング溝１４は図７に示すように、ピ
ストン１１の外周面１１Ａ側に環状の凹溝として形成さ
れ、上側壁面１４Ａ，下側壁面１４Ｂおよび凹溝の底面
となる内側壁面１４Ｃを有している。なお、クランク室
２側（下側）に位置するリング溝１４の開口端は角隅部
Ｃとなっている。

【０００８】１６はピストンリングを示し、該ピストン
リング１６は図６に示すように、耐摩耗性および自己潤
滑性に優れた樹脂材料からなり、切欠き部１７が設けら
れたリング体として形成されている。また、ピストンリ
ング１６は図７に示すように、上側面１６Ａ，下側面１
６Ｂ，内周面１６Ｃおよび外周面１６Ｄを有する断面四
角形状に形成され、リング溝１４の溝幅寸法よりも僅か
に小さい軸方向寸法ｔと、リング溝１４の深さ寸法より
も僅かに大きい径方向寸法とを有している。

【０００９】そして、ピストンリング１６はリング溝１
４内に装着された状態で、ピストン１１と共にシリンダ
６内に挿嵌されることにより、外周面１６Ｄ側がシリン
ダ６の内周面６Ａに摺接し、シリンダ６とピストン１１
との間をシールする。また、この状態でピストンリング
１６の内周面１６Ｃとリング溝の内側壁面１４Ｃとの間
には、環状の空間Ｓが形成されている。

【００１０】また、切欠き部１７の両側端部には図６に
示すように、周方向に延びる突起部１７Ａ，１７Ｂおよ
び１７Ｃが形成され、このうち突起部１７Ａ，１７Ｂが
径方向で摺接し、突起部１７Ａ，１７Ｃは軸方向で摺接
する構成となっている。そして、ピストンリング１６
は、切欠き部１７を介して弾性的に拡径，縮径できるよ
うに構成され、これによってシリンダ６の内周面６Ａに
弾性的に接触し、シール性を高めるようになっている。

【００１１】１８はピストン１１のライダリング溝１５
内に装着されたライダリングで、該ライダリング１８は
短尺な筒状体として形成され、ピストン１１をシリンダ
６内で円滑に摺動させるものである。

【００１２】１９はクランク軸５をシリンダ６内のピス
トン１１に連結する連接棒を示し、該連接棒１９は基端
側が軸受２０を介してクランク軸５に回転可能に連結さ
れた大端部１９Ａとなり、先端側が軸受２１を介してピ
ストン１１のピストンピン１３に回転可能に連結された
小端部１９Ｂとなっている。

【００１３】２２，２３は弁座板１０に取付けられたリ
ード弁としての吸込弁，吐出弁を示し、該吸込弁２２，
吐出弁２３は基端側がねじ等によって弁座板１０に固定
された固定端となり、先端側は自由端となって弁座板１
０の吸込穴１０Ａ，吐出穴１０Ｂをそれぞれ開，閉す
る。

【００１４】従来技術による往復動型空気圧縮機は、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。

【００１５】まず、前記電動モータによりクランク軸５
が回転駆動されると、該クランク軸５の周囲を連接棒１
９の大端部１９Ａが回転し、連接棒１９の小端部１９Ｂ
に連結されたピストン１１はシリンダ６内を往復動す
る。これにより、ピストン１１は圧縮室１２を拡大する
吸込行程と、圧縮室１２を縮小する圧縮行程（吐出行
程）とを繰返す。

【００１６】そして、吸込行程では、吸込室８内の圧力
（大気圧）が圧縮室１２内の圧力（負圧）よりも大きく
なるため、吸込弁２２が圧縮室１２側に湾曲して弁座板
１０から離間し、吸込穴１０Ａが開口して吸込室８と圧
縮室１２とが連通され、吸込室８から圧縮室１２内へと
空気が吸込まれる。また、圧縮行程では、圧縮された空
気圧によって圧縮室１２内の圧力が吐出室９内の圧力よ
りも大きくなるため、吐出弁２３が吐出室９側に湾曲し
て弁座板１０から離間し、吐出穴１０Ｂが開口して圧縮
室１２と吐出室９とが連通され、圧縮室１２から吐出室
９内へと圧縮空気が吐出される。

【００１７】このように、従来技術による往復動型空気
圧縮機は、上述した吸込行程，圧縮行程を繰返すことに
より、吐出口９Ａに空気導管等を介して接続された空気
タンク（いずれも図示せず）等に圧縮空気を吐出し続け
るようになっている。

【００１８】ここで、ピストンリング１６は図７に示す
ように、圧縮行程において圧縮室１２内の圧力により図
中下側に押圧され、これによって下側面１６Ｂがリング
溝１４の下側壁面１４Ｂに当接すると共に、ピストンリ
ング１６の上側面１６Ａとリング溝１４の上側壁面１４
Ａとの間には微小な隙間が生ずる。そして、この隙間を
介して圧縮室１２内の圧縮空気が空間Ｓ内に流入し、流
入した空気がピストンリング１６を拡径するようにシリ
ンダ６の内周面６Ａ側へと押圧することにより、ピスト
ンリング１６は下側面１６Ｂをリング溝１４の下側壁面
１４Ｂに、外周面１６Ｄをシリンダ６の内周面６Ａに押
付けた状態でピストン１１と共にシリンダ６内を摺動
し、これによってピストン１１とシリンダ６との間の気
密性が保持される。

【００１９】また、吸込行程ではピストン１１がシリン
ダ６内を下向きに摺動変位するから、図８に示すように
ピストンリング１６の上側面１６Ａがリング溝１４の上
側壁面１４Ａに当接し、ピストンリング１６の下側面１
６Ｂとリング溝１４の下側壁面１４Ｂとの間には微小な
隙間が形成される。

【００２０】

【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１１が吸込行程と圧縮行程とを繰
返す間に、ピストンリング１６は下側面１６Ｂがリング
溝１４の下側壁面１４Ｂに衝突を繰返すようになる。そ
して、圧縮室１２内が高温高圧となる圧縮行程では、ピ
ストンリング１６はリング溝１４の下側壁面１４Ｂに強
く押付けられると共に、圧縮室１２側からの高温にさら
される。

【００２１】このため、ある程度の運転時間が経過する
と、ピストンリング１６の下側面１６Ｂはリング溝１４
の下側壁面１４Ｂに衝突するように押付けられ、図９に
示す如く凹状の摩耗部２４が形成される。そして、ピス
トンリング１６が圧縮室１２内の圧力変動やシリンダ６
からの摺動抵抗等の作用によってリング溝１４内で径方
向に変位すると、この摩耗部２４によって下側面１６Ｂ
とリング溝１４の下側壁面１４Ｂとの間に隙間が発生す
るばかりでなく、摩耗部２４の端部とリング溝１４の角
隅部Ｃとが、図１０に示すように僅かにずれた状態で重
なり合うことがある。

【００２２】そして、この状態で圧縮運転が続行される
と、摩耗部２４がピストン１１の外周面１１Ａ側でシリ
ンダ６内と僅かに連通するようになるから、圧縮室１２
内の圧縮空気が空間Ｓ（図７参照），摩耗部２４を介し
て図１０中の矢示Ａ方向へとシリンダ６（クランク室
２）側に漏洩するという問題がある。

【００２３】さらに、空間Ｓ内の圧力が摩耗部２４を介
してクランク室２側に逃げてしまうと、ピストンリング
１６を内周側からシリンダ６の内周面６Ａに押圧する圧
力が減少するから、ピストンリング１６の外周面１６Ｄ
とシリンダ６の内周面６Ａとの密着性が悪くなり、これ
らの間のシール性も低下してしまう。

【００２４】このように、ピストンリング１６がリング
溝１４に押付けられて摩耗変形すると、そのシール性能
が早期に損なわれ、往復動型空気圧縮機の圧縮（吐出）
性能が著しく低下してしまうという問題がある。

【００２５】また、圧縮室１２内の圧力は例えば２００
ｋｇ／ｃｍ²程度の高圧に達するため、圧縮空気が図１
０に示す摩耗部２４とリング溝１４の角隅部Ｃとの間か
らクランク室２側に漏洩すると、このときに圧縮空気の
流れにより異音が発生し、往復動型空気圧縮機の運転時
に騒音が大きくなるばかりでなく、高温の圧縮空気がク
ランク室２内に流通することにより、連接棒１９や軸受
２０等の各部品が温度上昇し、これらの部品の寿命を短
くしてしまう。

【００２６】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、本発明は圧縮運転による摩耗変形等によ
ってピストンリングのシール性能が低下するのを確実に
防止でき、長期間に亘って安定した圧縮性能を確保でき
る上に、耐久性や寿命を延ばすことができるようにした
往復動型圧縮機を提供することを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、シリンダヘッドが搭載されたシリンダ
と、該シリンダ内に摺動可能に挿嵌され、前記シリンダ
ヘッドとの間に圧縮室を画成するピストンと、該ピスト
ンの外周側にリング溝を介して装着され、該ピストンと
前記シリンダとの間をシールするピストンリングとから
なる往復動型圧縮機において、前記ピストンリングに
は、前記ピストンのリング溝内に装着される内周側が外
周側よりも厚肉となるようにテーパ部を形成し、該テー
パ部の内周側部位を、前記ピストンの圧縮行程で前記リ
ング溝の壁面に当接させる構成としたことを特徴として
いる。

【００２８】このように構成することにより、ピストン
リングに形成したテーパ部は、圧縮行程でリング溝の壁
面に当接する内周側部位（内周端）から外周側に向けて
ピストンリングが漸次薄肉となるような傾斜角度をもっ
ているから、ピストンリングは圧縮運転によりテーパ部
の内周側部位がリング溝の壁面に当接を繰返すような場
合でも、テーパ部の表面側が凹状に摩耗変形するのを防
止でき、ピストンリングとリング溝との間に摩耗による
隙間等が形成されるのを抑制できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明する。なお、実施例において
は、従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、そ
の説明を省略するものとする。

【００３０】図中、３１はピストンを示し、該ピストン
３１は従来技術とほぼ同様に、外周面３１Ａにリング溝
３２，ライダリング溝３３等が形成され、該リング溝３
２は平坦に形成された上側壁面３２Ａ，下側壁面３２Ｂ
と、内側壁面３２Ｃとを有するものの、本実施例では、
リング溝３２は後述のピストンリング３４に対応して従
来技術よりもやや幅広に形成されている。なお、クラン
ク室２側（下側）に位置するリング溝３２の開口端を角
隅部Ｃ′とする。

【００３１】３４は本実施例によるピストンリングを示
し、該ピストンリング３４は従来技術とほぼ同様に、例
えばポリテトラフルオロエチレン等の耐摩耗性および自
己潤滑性に優れた樹脂材料から形成され、平坦に形成さ
れた上側面３４Ａ，下側面３４Ｂと、内周面３４Ｃ，外
周面３４Ｄとを有しているものの、本実施例では、ピス
トンリング３４の内周面３４Ｃ側が外周面３４Ｄ側より
も軸方向で厚肉となるように下側面３４Ｂと外周面３４
Ｄとの間に後述のテーパ部３５が形成され、断面五角形
状をなしている。そして、ピストンリング３４の下側面
３４Ｂはテーパ部３５の内周側部位を構成している。

【００３２】ここで、ピストンリング３４は外周面３４
Ｄ側が従来技術のピストンリング１６と同様の軸方向寸
法（厚さ寸法）ｔをもつように形成され、ピストンリン
グ３４の内周面３４Ｃ側は、テーパ部３５のテーパ角度
α分だけ従来技術のピストンリング１６よりも厚肉に形
成されている。

【００３３】３５はピストンリング３４の下側面３４Ｂ
と外周面３４Ｄとの間に形成したテーパ部を示し、該テ
ーパ部３５は図２に示すように、内周端３５Ａが下側面
３４Ｂと共にピストン３１の圧縮行程でリング溝３２の
下側壁面３２Ｂに当接し、外周端側はピストンリング３
４の外周面３４Ｄとの間で鈍角をなすように形成されて
いる。そして、テーパ部３５は下側面３４Ｂに対し、例
えば５〜３０度程度のテーパ角度αをもって形成され、
ピストンリング３４が図２中に二点鎖線で示す摩耗限界
面Ｌまで摩耗後退したときに、下側面３４Ｂがリング溝
３２の角隅部Ｃ′と初めて当接する構成となっている。

【００３４】ここで、摩耗限界面Ｌとは、下側面３４Ｂ
が摩耗後退してピストンリング３４の軸方向寸法が薄く
なったときに、ピストンリング３４がシール性能を保持
できる限界の位置を示し、この摩耗限界面Ｌを越えて下
側面３４Ｂが摩耗した場合には、ピストンリング３４を
交換すべき時期に達するものである。

【００３５】このように、ピストンリング３４は圧縮行
程で、テーパ部３５の内周端３５Ａよりも内周面３４Ｃ
側で下側面３４Ｂをリング溝３２の下側壁面３２Ｂに当
接させると共に、内周端３５Ａよりも外周面３４Ｄ側で
は、テーパ部３５によって下側壁面３２Ｂから離間して
いる。

【００３６】本実施例による往復動型空気圧縮機は上述
の如き構成を有するもので、その基本的動作については
従来技術によるものと格別差異はない。

【００３７】然るに、本実施例では、ピストンリング３
４の下側面３４Ｂと外周面３４Ｄとの間に、内周面３４
Ｃ側が外周面３５Ｄ側よりも厚肉となるようにテーパ部
３５を形成し、該テーパ部３５の内周端３５Ａが下側面
３４Ｂと共にリング溝３２の下側壁面３２Ｂに圧縮行程
で当接する構成としたから、圧縮行程でピストンリング
３４が下側壁面３２Ｂに当接したときに、下側面３４Ｂ
がリング溝３２の角隅部Ｃ′に当接するのをテーパ部３
５により確実に防止でき、下側面３４Ｂが角隅部Ｃ′に
押付けられて凹状に摩耗変形し、下側面３４Ｂと下側壁
面３２Ｂとの間に隙間が形成されるのを確実に防止する
ことができる。

【００３８】従って、ピストンリング３４のシール性能
が早期に損なわれるのを確実に防止できるから、ピスト
ンリング３４の寿命を確実に延ばすことができ、その信
頼性を向上できると共に、当該往復動型空気圧縮機の安
定した圧縮性能を長期間に亘って維持することができ
る。

【００３９】また、ピストンリング３４はピストン３１
のリング溝３２内に装着され、外周面３４Ｄがシリンダ
６の内周面６Ａに摺接した状態でピストン３１と共にシ
リンダ６内を摺動し、圧縮行程でリング溝３２の下側壁
面３２Ｂに衝突を繰返すことにより、下側面３４Ｂが摩
耗限界面Ｌに向けて徐々に摩耗後退する。この結果、テ
ーパ部３５は径方向寸法が短くなり、内周端３５Ａが外
周面３４Ｄ側に徐々に移動する。そして、ピストンリン
グ３４の摩耗が進み下側面３４Ｂが摩耗限界面Ｌに達し
たときに、テーパ部３５の内周端３５Ａは図３に示す如
くリング溝３２の角隅部Ｃ′（ピストン３１の外周面３
１Ａ）の位置に初めて到達し、このときからピストンリ
ング３４の下側面３４Ｂが角隅部Ｃ′に当接するように
なる。

【００４０】従って、ピストンリング３４の下側面３４
Ｂが摩耗限界面Ｌまで摩耗後退したときに、下側面３４
Ｂがリング溝３２の角隅部Ｃ′に初めて当接する構成と
したから、ピストンリング３４が摩耗限界面Ｌまで摩耗
しないうちに下側面３４Ｂが角隅部Ｃ′に当接し、ピス
トンリング３４のシール性能が早期に損なわれるのを確
実に防止することができる。

【００４１】そして、ピストンリング３４の摩耗がさら
に進み、下側面３４Ｂが摩耗限界面Ｌを越えて摩耗した
ときには、図４に示す如くピストンリング３４の下側面
３４Ｂがリング溝３２の角隅部Ｃ′に当接する（押付け
られる）ことにより、下側面３４Ｂが凹状に摩耗変形す
る。

【００４２】これにより、ピストンリング３４が摩耗限
界面Ｌまで摩耗すると、下側面３４Ｂに摩耗部３６が形
成され、該摩耗部３６から図４中の矢示Ｂに示す如く漏
洩した圧縮空気が異音を発生させるから、ピストンリン
グ３４の摩耗による交換時期をピストン３１等を分解す
ることなく容易に知ることができ、ピストンリング３４
のメンテナンスを効率よく行うことができる。

【００４３】なお、前記実施例においては、ピストンリ
ング３４の下側面３４Ｂと外周面３４Ｄとの間にテーパ
部３５を形成することにより、ピストンリング３４を断
面五角形状に形成したが、本発明はこれに限らず、図１
中に点線で示すようにピストンリング３４の下側面３４
Ｂ位置に内周面３４Ｃから外周面３４Ｄまで伸長するテ
ーパ部３５′を形成することにより、ピストンリング３
４を上側面３４Ａ，内周面３４Ｃ，外周面３４Ｄおよび
テーパ部３５′からなる断面四角形状に形成してもよ
い。

【００４４】また、前記実施例では、往復動型圧縮機と
して往復動型空気圧縮機を例に挙げて述べたが、本発明
はこれに限らず、例えば空気等の気体や冷媒等を圧縮す
る往復動型圧縮機等に適用してもよい。

【００４５】さらに、前記実施例においては、単一のシ
リンダを有する往復動型圧縮機を例に挙げて述べたが、
本発明はこれに限らず、例えば２個または３個以上から
なる複数個のシリンダを有する多段式圧縮機等に適用し
てもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ピ
ストンリングに内周側が外周側よりも厚肉となるように
テーパ部を形成し、該テーパ部の内周側部位をピストン
の圧縮行程でリング溝の壁面に当接させる構成としたか
ら、ピストンリングがリング溝の壁面に圧縮行程で当接
するときに、前記内周側部位よりも外周側に位置するピ
ストンリングの表面（テーパ部）がリング溝の開口端に
押付けられ、凹状に変形するのを確実に防止でき、この
変形によって圧縮室側の圧縮空気が外部に漏洩するのを
確実に防止できる。従って、ピストンリングのシール性
能が早期に損なわれるのを確実に防止できるから、ピス
トンリングの寿命を延ばすことができ、その信頼性を向
上できると共に、当該往復動型圧縮機の安定した圧縮性
能を長期間に亘って維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による往復動型空気圧縮機のピ
ストンとピストンリング等を拡大して示す図７と同様の
縦断面図である。

【図２】ピストンリングのテーパ部をリング溝等と共に
示す図１の要部拡大断面図である。

【図３】ピストンリングの下側面が摩耗限界面の位置ま
で摩耗した状態を示す図２と同様の断面図である。

【図４】ピストンリングの下側面が摩耗限界面を越えて
摩耗した状態を示す図２と同様の断面図である。

【図５】従来技術による往復動型空気圧縮機を示す縦断
面図である。

【図６】図５中のピストンリングを示す斜視図である。

【図７】図５中のピストンとピストンリング等を拡大し
て示す縦断面図である。

【図８】吸込行程でのピストンリングの挙動状態を示す
図７と同様の縦断面図である。

【図９】ピストンリングの下側面が摩耗した状態をリン
グ溝と共に拡大して示す断面図である。

【図１０】ピストンリングの摩耗部から圧縮空気が漏洩
する状態を示す図９と同様の断面図である。

【符号の説明】

１クランクケース２クランク室６シリンダ６Ａ内周面７シリンダヘッド１２圧縮室３１ピストン３１Ａ外周面３２リング溝３２Ａ上側壁面３２Ｂ下側壁面３２Ｃ内側壁面３４ピストンリング３４Ａ上側面３４Ｂ下側面３４Ｃ内周面３４Ｄ外周面３５，３５′ テーパ部３５Ａ内周端（内周側部位）Ｃ，Ｃ′ 角隅部Ｓ空間 α テーパ角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドが搭載されたシリンダ
と、該シリンダ内に摺動可能に挿嵌され、前記シリンダ
ヘッドとの間に圧縮室を画成するピストンと、該ピスト
ンの外周側にリング溝を介して装着され、該ピストンと
前記シリンダとの間をシールするピストンリングとから
なる往復動型圧縮機において、前記ピストンリングに
は、前記ピストンのリング溝内に装着される内周側が外
周側よりも厚肉となるようにテーパ部を形成し、該テー
パ部の内周側部位を、前記ピストンの圧縮行程で前記リ
ング溝の壁面に当接させる構成としたことを特徴とする
往復動型圧縮機。