KR20060043273A

KR20060043273A - 무급유식 왕복운동 공기압축기

Info

Publication number: KR20060043273A
Application number: KR1020050016752A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이노우에
Original assignee: 아네스토 이와타 가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-05-15
Also published as: JP2005248729A; US20050188839A1; CN1664365A; EP1577553A1

Abstract

고압 고온영역에서 사용이 가능하고, 내구성이 크고, 또한 운전에 따라, 수지피스톤 링으로부터, 그 측면과 피스톤 링 홈의 측면과의 밀착성이 손상되는 작은 조각이 생성되지 않게 한 무급유식 왕복운동 공기압축기를 제공한다.

바깥둘레면에 설치한 링 홈에 수지피스톤 링(2a)을 장착해서 이루어지는 피스톤(15)을, 실린더(1) 내에 미끄럼운동이 자유롭게 끼워 맞춤하여, 피스톤(15)의 왕복운동에 따라, 실린더(1)로부터 흡입 배기시키도록 하여 이루어지는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대하여, 실린더(1)는 알루미늄계 금속으로 이루어지고, 또한 그 내표면 미끄럼운동부에 실리콘카바이드 층으로 이루어지는 도금 피막(21)을 실시하고, 수지피스톤 링(2a)은 자기 윤활성 수지복합재와 흑연 이외의 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함한 복합재료로 형성한다.

Description

무급유식 왕복운동 공기압축기{OILLESS RECIPROCATING AIR COMPRESSOR}

도 1은 무급유식 왕복운동 공기압축기의 주요부를 개략적으로 나타낸 종단도이다.

도 2는 도 1에 있어서의 II-II선 종단면도이다

도 3은 도 2의 1점 쇄선으로 나타내는 원 A부분의 확대도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 원 A부분의 확대도이다.

도 5는 청구항 4 및 5에 기재된 발명의 실시형태를 나타내는 도면이고, 도 2에 있어서의 V-V선 확대횡단면도에 해당하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더 2: 흡입밸브판

3: 스페이서 4: 실린더 헤드

5: 격벽 6: 흡입실

7: 토출실 8: 흡입구멍

9: 토출구멍 10: 흡인구멍

11, 12: 배출구멍 13: 토출밸브판

14: 경질 알루마이트층 15: 피스톤

16: 피스톤 핀 17: 커넥팅 로드

18: 크랭크 샤프트 19: 피스톤 링 홈

20: 수지피스톤 링 20a: 수지의 작은 조각

21: 실리콘카바이드 도금 피막 22: 이음매

본 발명은, 실린더, 피스톤과 흡입밸브, 토출밸브를 가지는 밸브 스페이서에 의해 구성되는 압축실 내에 윤활유가 깊숙이 들어가는 일이 없고, 압축실로부터 토출되는 토출공기 중에 윤활유가 전혀 포함되지 않도록 하고, 특히 고압 고온의 영역에 있어서도, 수지피스톤 링의 내구성을 한층 향상할 수 있는 실린더를 구비하여 이루어지는 무급유식(無給油式) 왕복운동 공기압축기에 관한 것이다.

무급유식 왕복운동 공기압축기의 피스톤으로서는, 일본국 특허공고 평성 8-9985호에 기재되어 있는 바와 같이, 피스톤을 수지로 제작하여, 이 수지피스톤의 바깥둘레에 피스톤 링 홈을 형성하는 것과 동시에, 이 피스톤 링 홈에 수지제의 피스톤 링을 장착하여, 이 피스톤을 실린더 내에 끼워 맞춤하여 왕복 미끄럼운동시키는 것이 있다.

상기와 같은 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대해서는, 피스톤 링, 피스톤, 및 실린더에 윤활유를 공급할 필요는 없기 때문에, 윤활유의 공급을 위한 관리는 불필요하고, 또한 실린더의 압축실에는 윤활유가 깊숙이 들어가지 않기 때문에, 압축기 본체로부터 토출되는 압축공기 중에 윤활유가 포함되는 일은 전혀 없다. 따 라서, 무급유식 왕복운동 공기압축기는, 압축 공기 중에 기름성분이 존재하는 것이 바람직하지 못한 예를 들면 선료용, 식품용, 산소보급용 등의 영역에 있고, 또한 윤활유의 보급관리의 번거로움을 느끼고 있는 사용자에 의해 바람직하게 이용되고 있다.

상기 수지제 피스톤이 사용되는 경우에 있어서도, 실린더는, 알루미늄 혹은 알루미늄합금 등의 알루미늄계 금속의 전신재(展伸材), 주물재(鑄物材) 혹은 다이캐스트재 등으로 제작되고 있고, 알루미늄의 특성을 살리면서 실린더의 내표면의 경도를 높이기 위해서, 실린더의 내표면 미끄럼운동부에는 경질 알루마이트처리가 되어 있다. 경질 알루마이트 처리에 의해 최대두께가 수십 미크론 정도의 양극 산화 피막이 생성되고, 이 양극 산화 피막을 연마마무리하여 실린더가 완성된다.

무급유식 왕복운동 공기압축기에 있어서, 상기와 같은 실린더 내에 수지제 피스톤을 끼워 맞춤하여, 수지피스톤 링 및 수지라이더 링을 왕복 미끄럼운동시키면, 상당히 장기간에 걸쳐 수지피스톤 링을 교환하는 일 없이 원하는 성능을 발휘시킬 수 있다. 또, 만일 수지피스톤 링의 교환시기를 놓쳤을 경우에는, 압축기의 토출공기량은 저하하지만 실린더에는 자기윤활성이 갖는 수지피스톤이 직접 접촉하여 왕복 미끄럼 운동하게 되기 때문에, 긁힘을 일절 일으키는 일 없이 운전을 계속할 수 있다.

최근, 1M Pa를 넘는 2∼3M Pa 정도의 고압영역에서 사용할 수 있는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대한 요구가 증가하고 있다.

그러나 내표면에 경도를 증가하기 위해서 경질 알루마이트처리가 된 후, 양 극 산화 피막에 대해서 연마마무리를 하는 종래의 알루미늄계 금속으로 이루어진 실린더를 이용하여, 압축기를 2∼3M Pa라고 하는 고압영역의 지점에서 운전하면, 실린더 내표면의 경질 알루마이트층에서는 고온고압 시에 있어서의 방열효과가 저하하기 때문에, 경질 알루마이트층의 온도가 상승하여, 경질 알루마이트처리에 의해서 실린더 내표면에 발생하고 있는 무수한 셀 형상의 미세구멍의 개구부가 확대된다. 그 때문에, 수지피스톤 링의 외표면이 확대한 미세 구멍의 통로 끝단 부위를 왕복 미끄럼 운동하게 되어, 수지피스톤 링의 외표면은 깎여지므로 피스톤 링의 마모가 빨리 진행된다.

또한, 수지피스톤 링의 외표면으로부터 박리되어 뜯어져 다량으로 발생하는 작은 조각은, 피스톤의 하강시에 수지피스톤 링이 피스톤 링 구내에서 위쪽으로 이동하는데 따라, 수지피스톤 링의 아래쪽 면과 피스톤 링 홈의 바닥면과의 사이에 깊숙이 들어가고, 피스톤상승시의 압축공정에 있어서 수지피스톤 링이 피스톤 링 홈 내를 하부로 이동할 때에, 상기 깊숙이 들어가 있는 수지의 작은 조각에 의해서 틈이 생겨 이 틈을 통하여 피스톤과 실린더와의 사이에서 누설이 발생한다.

이것을 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 다음과 같다. 각 도면에 있어서, 실린더의 내면의 도금층의 두께, 및 실린더의 내면과 피스톤의 외면과의 틈은 상당히 과장되어 그려져 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 혹은 알루미늄합금 등의 알루미늄계 금속으로 이루어지는 실린더(1)의 상단에는, 흡입밸브판(2) 및 스페이서(3)를 사이에 두고 실린더 헤드(4)가 설치되어 있다. 실린더 헤드(4)의 내부는, 격벽(5)을 사이에 두고 흡입실(6)과 토출실(7)로 구분되고, 흡입실(6)의 측면에는 흡입구멍(8)이, 토출실(7)의 측면에는 토출구멍(9)이 설치되어 있다.

상기 스페이서(3)에 있어서의 흡입실(6)의 바닥부에 접하는 부분에는 흡인구멍(10)이 열리고, 상기 스페이서(3)와 흡입밸브판(2)에 있어서의 토출실(7)과 면하는 부분에는 각각 배출구멍(11)(12)이 열려져 있다.

상기 배출구멍(11)의 상단에 있어서 스페이서(3)에는 토출실(7) 내로 향하여 개폐하는 토출밸브판(13)이 부착되어 있다.

실린더(1)의 내면에는 경질 알루마이트층(14)이 형성되고, 한편 알루미늄 합금제의 피스톤(15)은 미끄럼운동이 자유롭도록 끼워 맞춤 되고, 피스톤(15)에 지름방향으로 끼워 통해진 피스톤 핀(16)은 커넥팅 로드(17)를 사이에 두고 크랭크 샤프트(18)와 연결되어 있다.

피스톤(15)의 요소에는 피스톤 링 홈(19)이 형성되고, 피스톤 링 홈 (19)에는 수지피스톤 링(20)이 약간 상하이동 가능하게 끼워 맞춤 되어 있다.

크랭크 샤프트(18)를 회전시키고 커넥팅 로드(17)를 개입시켜 피스톤(15)을 왕복 운동시키면, 흡입구멍(8) 및 흡인구멍(10)을 개입시켜 흡입된 공기는 압축되어 배출구멍(12)(11) 및 토출구멍(9)을 거쳐 토출된다.

이때, 실린더(1)의 내표면이 고온고압이 되면, 그 표면의 경질 알루마이트층(14)의 온도가 상승하여 경질 알루마이트 처리에 따라서 실린더(1)의 내표면에 발생하고 있는 무수한 셀 형상의 미세구멍의 통로 끝단부가 확대된다. 그 때문에, 수지피스톤 링(20)에 있어서의 외표면이 확대한 셀 형상의 미세구멍의 개구 끝단 부위를 왕복 미끄럼 운동하게 되어, 수지피스톤 링(20)의 외표면은 깎여져서 수명은 짧아진다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수지피스톤 링(20)의 외표면으로부터 박리되어 대량으로 발생하는 수지의 작은 조각(20a)은, 피스톤(15)의 하강시에 수지피스톤 링(20)과 피스톤 링 홈(19)의 아래쪽과의 사이에 깊숙이 들어가 양자 사이에 환기 가능한 틈이 형성된다.

그 때문에, 도 3 중에 화살표로 나타나는 바와 같이, 상기 틈에서부터 누설이 발생하여, 압축효율은 저하함과 동시에 소음을 발생할 우려가 생긴다.

이와 같이, 수지피스톤 링(20)의 시일(seal)성은 손상되어 무급유식 왕복운동 공기압축기로서의 토출성능은 저하함과 동시에, 누설에 의해 이상음이 발생하고, 한편 압축실 내의 고열의 공기가 피스톤의 축받이부 등에 열적 악영향을 미치고, 피스톤 핀(16)이나 커넥팅 로드(17)의 끝단부 및 축받이부 등의 수명은 저하하게 된다.

또한, 고압 고온의 운전상태가 되면 피스톤 링이 이상 마모되고, 시일성이 손상되며, 나아가 한쪽 마모에 의해서 피스톤 링이 파손되기에 이르게 된다. 그 때문에, 운전시의 이상음의 발생을 방지하거나 누출한 고온의 압축 공기에 의해 피스톤의 축받이부가 가열되고, 베어링부의 수명이 저하하는 것을 방지하기 위해서는 피스톤 링을 조기에 교환해야 하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본국 실용공고 평성 35-14811호에는, 피스톤 링 홈의 상하 양면의 전체둘레에 걸쳐 1 개 또는 수 개의 고리형상 홈을 뚫어 래비린스(labyrinth) 홈을 형성하여, 마모에 의한 피스톤 링의 분말을 상기 래비린스 홈에 도입시키고, 피스톤과 링의 기능을 장기간에 걸쳐 유지시키고, 또한 피스톤 링의 이면을 따라 누설되는 기체가 고리형상 홈의 래비린스 작용에 의해서 감소하는 것을 특징으로 하는 발명이 개시되고 있다.

그러나 이것에 대해서는, 사용시간의 경과에 따라 래비린스 내의 피스톤 링의 분말의 양은 증가하여 피스톤 링 홈 내에 돌출하기에 이르기 때문에, 일정시간 경과 후에는 소기의 목적은 완수할 수 없게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 본원 발명자는, 실린더의 내표면에 미세구멍이 없는 상태를 얻기 위해서 알루미늄과는 별도의 재료 층을 형성하면 좋다고 하는 것에 착안하여, 실린더의 내표면에 니켈, 크롬 등의 금속도금에 도금층을 형성하여, 이러한 평활한 면에 있어서의 피스톤 링의 수명확인을 하였다. 그러나 Ni-Cr 도금에 의한 금속에 의한 피막은, 미끄럼운동성이 나쁘고 내땜질성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있고, 특히 고압 고온 운전상태 시에서는 피스톤 링의 수명향상에 도움이 될 수 없다고 하는 것이 판명되었다.

상술한 현상을 감안하여, 본 발명은, 1M Pa를 넘는 고압, 즉 2∼3M Pa 정도의 고압 고온영역에서 사용이 가능하고, 실린더와 왕복 미끄럼 운동하는 피스톤 링의 표면층의 실린더의 내표면에의 전위 및 수지의 작은 조각의 발생은 없고, 피스톤 링의 시일성을 장기간에 걸쳐 유지하고, 또한 시일누설에 의한 이상음의 발생이나 피스톤의 축받이부로의 열의 전달을 방지할 수 있는 동시에, 피스톤 링 혹은 피 스톤이 왕복 미끄럼운동을 해도 상처나 긁힘의 발생이 없어, 고압 고온운전 시에 있어도 피스톤 링의 수명을 한층 연장할 수 있어 장기간에 걸쳐 성능을 유지시킬 수 있게 한 무급유식 왕복운동 공기압축기를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 상기 과제는 다음과 같이 하여 해결된다.

(1) 바깥둘레면에 형성한 링 홈에 수지피스톤 링을 장착하여 이루어지는 피스톤을 실린더 내에서 미끄럼운동이 자유롭게 끼워 맞춤하여, 피스톤의 왕복운동에 따라 실린더로부터 흡입 배기시키도록 하여 이루어지는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 있어서, 상기 실린더는 알루미늄계 금속으로 이루어지고, 또한 그 내표면 미끄럼운동부에 실리콘카바이드 층으로 이루어지는 도금 피막을 실시한 것으로 하고, 상기 수지피스톤 링은 자기 윤활성 수지복합재와 흑연 이외의 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함한 복합재료로 형성한다.

(2) 상기 (1) 항에 있어서, 실린더의 내표면에 있어서의 도금 피막을 경면 마무리한다.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 항에 있어서, 피스톤은, 복합재 열강화성 축합다환방향족과 흑연 이외의 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함하는 자기 윤활성 복합재로 형성한 수지피스톤으로 한다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 있어서, 실린더의 내표면 미끄럼운동부에 실시된 실리콘카바이드 도금 피막의 두께는, 실린더 내를 피스톤이 왕복 미끄럼 운동할 때에 있어서의 양자 사이의 사이드 스러스트(side thrust)가 커지는 측에서의 것을 다른 측에서의 것보다 약간 두껍게 한다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중의 어느 하나에 있어서, 실린더 내를 피스톤이 왕복 미끄럼 운동할 때에 있어서의 양자 사이의 사이드 스러스트(side thrust)가 커지는 측에 있어서, 피스톤 링 홈에 실린더의 내표면에 근접하는 수지 돌기를 설치하여, 피스톤 링 홈에 끼워 맞춤 된 궁형(弓形, crescent form) 모양의 수지피스톤 링의 양 끝단의 이음매를 상기 수지 돌기에 걸어 맞춤시킨다.

[발명의 실시형태]

도 1 내지 도 3에 나타낸 개략 구성을 갖는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대하여, 각 요소의 재료 및 구성은 다음과 같은 것으로 한다.

실린더(1) :

치수: 보아 50mm, 75mm

재질: 알루미늄 또는 알루미늄합금

내표면: 실리콘카바이드(SiC)

도금 피막(21)의 경도: 빅커스 Hv 1600∼2400

동 피막(21)의 두께: 15㎛

표면평균 거칠기 Ra 0.05∼0.5㎛의 경면 마무리

피스톤(15) :

치수: 바깥지름 50mm, 75mm, 높이 50mm, 75mm,

재질: 복합재 열강화성 축합다환다핵방향족과 흑연 이외의

미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함한 자기윤활성

수지복합재

수지피스톤 링(20) :

치수: 공칭지름(nominal diameter) 50mm, 75mm, 폭 4.53mm, 두께 4.0mm

재질: 자기윤활성 수지복합재와 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를

포함한 복합재료(미끄럼운동성을 양호하게 하는 첨가물을 갖는

테플론(Teflon™)을 주재료로 하는 혼합수지 부재).

특성: 인장력: 13∼35M Pa,

압축강도: 10∼13 M Pa,

빅커스 경도: Hv 360∼40

실린더(1)의 내표면의 실리콘카바이드 도금 피막(21)의 특성을 상기와 같게 한 이유는 다음과 같다.

알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어지는 실린더(1)의 내표면을 기계 가공한 후, 실린더(1)의 내표면에 실리콘과 카바이드를 분산시킨 실리콘카바이드 도금 피막(21)을 형성하지만, 그 두께는 필요한 최소인 것이 생산비용면에서 유리하다.

이 실리콘카바이드 도금 피막(21)의 두께는, 공업적으로 이용되는 무급유식 왕복운동 공기압축기의 경우에는, 수지피스톤 링(20)의 수명시간을 적어도 1만 시간 이상으로 할 필요가 있어, 초기마모 2∼3㎛ 발생하는 것으로부터 생각하여 적어도 10㎛ 이상으로 할 필요가 있으므로 15㎛로 하였다. 또, 부하가 작은 왕복운동 공기압축기의 경우에는 상기 도금 피막(21)의 두께는 5㎛ 이상이면 좋다. 즉, 실 리콘카바이드 도금 피막(21)의 두께는 최소 5㎛, 최대 50㎛∼100㎛로 하는 것이 바람직하다.

도금처리 후, 연마마무리에 의해 표면평균 거칠기가 Ra 0.05∼0.5㎛의 경면 마무리를 한다.

상기 실리콘카바이드 도금 피막(21)에 포함되는 카바이드는 입자지름이 1㎛ 이하의 미소한 세라믹입자이기 때문에, 실린더(1)의 내표면은 높은 경도를 가질 뿐 아니라, 치밀하고 평활한 표면층을 얻을 수 있다. 따라서, 마찰계수가 저하하고 미끄럼운동 특성이 양호하게 되는 것과 동시에, 내마모성이 대폭으로 향상되기 때문에, 수지피스톤 링(20)의 수명은 대폭으로 연장되고, 또한 무급유식 왕복운동 공기압축기의 보수관리가 매우 쉬워진다.

또한, 실리콘카바이드 도금 피막(21)에 포함되는 카바이드에 의해 방열 효과도 향상된다.

이와 같이, 실린더(1)의 내표면의 실리콘카바이드 도금 피막(21)에 포함되는 높은 윤활기능을 갖는 실리콘과 수지피스톤 링(20)은, 높은 윤활기능을 확실히 유지하면서 왕복 미끄럼운동을 하고, 미끄럼운동에 대한 저항을 줄일 수 있다. 또한, 실린더(1)에 있어서의 실리콘카바이드 도금층(21)에 포함되는 카바이드의 열 방산기능에 의해, 수지피스톤 링(20)의 수명은 대폭으로 향상되고, 게다가 분리되어 발생하는 수지의 작은 조각(20a)은 거의 없고, 또 분리 발생하는 일이 있어도 종래의 것에 비교해 현저하게 적으며, 미끄럼운동부의 상처 발생은 효과적으로 방지된다.

도 4는, 본 발명에 의해, 도 3에서 나타난 것과 같은 수지피스톤 링(20)으로부터의 수지의 작은 조각(20a)은 발생하지 않고, 수지피스톤 링(20)은 피스톤 링 홈(19)에 있어서의 사이드 스러스트가 커지는 측면에 항상 밀접하여 피스톤(15)의 하부에의 흡기가 항상 저지되고 있는 것을 나타낸다.

비교 테스트

동일치수, 동일용량으로, 상기한 여러 원료를 갖고, 또한 실린더(1)의 내표면의 처리를 다르게 하는 3종류의 공랭 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대해서, 다른 4종의 운전시간에 있어서의 여러 기능에 대해서, 비교테스트를 하였다.

운전 조건:

압축공기압력 1.4M Pa의 전체부하운전

피스톤의 평균미끄럼운동속도 2∼3m/see

토출온도 약 200℃

확인시간 2,500시간, 5000시간, 10,000시간, 20,000시간

비교테스트의 결과, 윤활성과 높은 경도를 갖는 실리콘카바이드 도금 피막(21)을 갖는 실린더(1)와 자기윤활성을 갖는 수지피스톤 링(20) 혹은 자기윤활성의 수지피스톤(15)과의 조합에 의해, 미끄럼 운동하는 수지피스톤 링(20)의 외표면과 실린더(1)의 내표면이 함께 윤활성을 갖게 되고, 또한 실린더(1)의 내표면이 평활한 것과 그 경도가 높은 것에 의해, 또한 실리콘카바이드 도금 피막(21)에 의한 열의 방산효과에 의해, 초기의 마모로 수지피스톤 링(20)이 100㎛ 정도 마모가 발생한 후에는, 장기간에 걸쳐 마모가 천천히 진행되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 토출 공기량의 저하는 거의 없고, 소음의 발생이나 상처의 발생도 없으며, 특히 고압 고온에서 운전되는 무급유식 왕복운동 공기압축기의 수지피스톤 링의 교환까지 필요로 하는 시간을 종래의 경질 알루마이트처리를 하여 이루어지는 실린더와의 조합에 비해 약 5배 정도 연장할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라, 수지피스톤, 수지피스톤 링, 실린더 사이에 일절 윤활을 위한 윤활유를 사용하지 않는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 있어서, 저압 저온은 물론 고압 고온에서 운전되는 경우에 있어서도, 수지피스톤 링의 수명을 한층 향상시켜 상기한 문제를 해소할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이상, 피스톤을 수지제의 것으로서 설명해 왔지만, 수지피스톤 링 혹은 수지라이더 링을 부착한 무급유식 왕복운동 공기압축기에 있어서도, 실린더의 내표면의 미끄럼운동부에 실리콘카바이드 도금에 의한 피막을 형성하는 것으로서 수지피스톤 링의 수명을 현격히 향상시킬 수 있다.

도 5는 청구항 4 및 5에 기재된 발명의 실시형태를 나타내는 도면으로, 작동시 피스톤(15)에 의한 사이드 스러스트가 큰 우측(도 1 참조)에 있어서의 실리콘카바이드 도금 피막(21)의 두께(S 1)가 다른 쪽의 두께(S 2)보다 약간 크고, 또 링 홈(19)에 있어서의 수지 돌기(19a)를 실리콘카바이드 도금 피막(21)이 두꺼운 쪽에 위치시키고 있고, 수지피스톤 링(20)의 양끝단의 사이, 즉 이음매(22)를 수지 돌기(19a)의 측면에 접촉시키고, 또한 이음매의 개구부가 실린더의 내면에서 닫히는 것을 나타내고 있다.

청구항 제1항에 기재된 발명에 의하면, 무급유식 왕복운동 공기압축기에 대하여, 알루미늄계 금속으로 이루어지는 실린더의 내표면에 윤활성과 고경도의 기능을 갖는 실리콘카바이드에 의한 도금층을 형성해야 하기 때문에 피스톤 링 홈에 장착한 윤활기능을 갖는 수지피스톤 링과의 미끄럼운동 저항은 감소한다.

또, 수지피스톤 링은 마모가 작기 때문에 시일효과는 길게 유지되고, 또한 운반에 따라서 수지의 작은 조각이 생성되는 일은 거의 없고, 또 수지의 작은 조각이 생성된다고 해도 극히 소량이나 미세하기 때문에, 종래와 같이, 생성된 수지의 작은 조각이 피스톤 링과 피스톤 링 홈 사이에 들어가 시일성을 불량하게 할 우려는 극히 적다.

또한, 수지피스톤 링의 시일효과는 향상하기 때문에, 압축공기의 누설에 기인하는 이상음의 발생의 저감을 꾀할 수 있고, 또한 수지피스톤의 축받이부(피스톤의 피스톤 핀 받이부)의 온도상승은 억제되고 축받이부 등의 수명은 길어져, 고압 고온하에서 장기간 사용할만할 무급유식 왕복운동 공기압축기를 얻을 수 있다.

실리콘카바이드 층의 열전도율이 경질 알루마이트층의 0.16cal/cm/ sec℃에 비하여 0.2cal/cm/see℃로 약 20% 커지기 때문에, 수지피스톤 링이나 수지피스톤과의 미끄럼운동 열은 실린더의 표면에서 자욱하지 않고, 가모재의 알루미늄 혹은 알루미늄합금으로 전도되어, 양호하게 온도가 낮은 외부에 방열되어 냉각효과는 증가하고, 고압 고온영역에서 운전해도 문제를 일으키는 일이 없다.

또, 실리콘카바이드 층의 열팽창계수가 경질 알루마이트층의 4.5에서 4로 10% 정도 작아지기 때문에, 고압 고온영역에서의 품질의 안정성이 향상된다.

또한, 실리콘카바이드 층의 내열온도가 경질 알루마이트층의 300에 비해 1400∼1600℃로 몇 배 커지므로, 내열 강도가 커서 열 부하에 의한 변형에 견딜 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명 :

실린더의 내표면을 경면 마무리하고 있으므로, 수지피스톤 링과 실린더의 미끄럼운동저항은 더욱 감소하고, 또한 수지피스톤 링의 마모는 한층 더 줄어든다.

청구항 3에 기재된 발명 :

피스톤을 복합재 열강화성 축합다환방향족 및 흑연 이외의 미끄럼운동성이 있는 내열재료를 포함한 자기윤활성 복합재로 형성한 수지피스톤으로 하고 있기 때문에, 그 마모는 적어지는 한편 방열은 양호해 진다.

청구항 4에 기재된 발명 :

피스톤에 의한 사이드 스러스트가 크고, 마모가 큰 쪽의 실리콘카바이드 도금 피막의 두께를 다른 쪽보다 크게 하고 있기 때문에, 도금 피막의 마모는 평균화되어 수명은 길어진다.

청구항 5에 기재된 발명 :

피스톤에 의한 사이드 스러스트가 큰 쪽의 실리콘카바이드 도금 피막에 대한 피스톤 링의 접촉압력이 다른 쪽보다 크기 때문에, 피스톤 링의 이음매는 피스톤 링 홈에 있어서의 수지 돌기의 측면에 접촉시키고, 또한 이음매의 개구부가 실린더의 내면에서 닫히기 때문에 이음매로부터의 누설은 방지된다.

Claims

바깥둘레면에 형성한 링 홈에 수지피스톤 링을 장착하여 이루어지는 피스톤을 실린더 내에 미끄럼운동 자유롭게 끼워 맞춤하여, 피스톤의 왕복운동에 따라 실린더로부터 흡입 배기시키도록 하여 이루어지는 무급유식 왕복운동 공기압축기에 있어서,

상기 실린더는 알루미늄계 금속으로 이루어지고, 또한 그 내표면 미끄럼운동부에 실리콘카바이드 층으로 이루어지는 도금 피막을 형성하고,

상기 수지피스톤 링은, 자기 윤활성 수지복합재와 흑연 이외의 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함하는 복합재료로 형성한 것을 특징으로 하는 무급유식 왕복운동 공기압축기.
제 1항에 있어서,

상기 실린더의 내표면에 있어서의 도금 피막을 경면 마무리한 것을 특징으로 하는 무급유식 왕복운동 공기압축기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 피스톤은 복합재 열강화성 축합다환방향족과 흑연 이외의 미끄럼운동성을 높이는 내열재료를 포함한 자기 윤활성 복합재로 형성한 수지피스톤으로 한 것을 특징으로 하는 무급유식 왕복운동 공기압축기.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

실린더의 내표면 미끄럼운동부에 형성된 실리콘카바이드 도금 피막의 두께를 실린더 내를 피스톤이 왕복 미끄럼 운동할 때에 있어서 양자 사이의 사이드 스러스트(side thrust)가 커지는 측에서의 것을 다른 측에서의 것보다 두껍게 한 것을 특징으로 하는 무급유식 왕복운동 공기압축기.
제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

실린더 내를 피스톤이 왕복 미끄럼 운동할 때에 있어서의 양자 사이의 사이드 스러스트가 커지는 측에 있어서, 피스톤 링 홈에 실린더의 내표면에 근접하는 수지 돌기를 설치하여, 피스톤 링 홈에 끼워 맞춤 된 궁형(弓形) 수지피스톤 링의 양 끝단 이음매부분을 상기 수지 돌기에 걸어 맞춤시킨 것을 특징으로 하는 무급유식 왕복운동 공기압축기.