TWI565877B - A piston ring and a compressor using it - Google Patents

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TWI565877B
TWI565877B TW103145858A TW103145858A TWI565877B TW I565877 B TWI565877 B TW I565877B TW 103145858 A TW103145858 A TW 103145858A TW 103145858 A TW103145858 A TW 103145858A TW I565877 B TWI565877 B TW I565877B
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Description

活塞環及使用其之壓縮機
本發明係關於活塞環及使用其之壓縮機，尤其關於不會使活塞環之性能下降而減少磨耗之壓縮機。
作為本技術領域之背景技術，有日本實公平1-7888號公報(專利文獻1)。於該公報中，記述有於無供油式流體壓縮機所使用之活塞環之活塞環合口部下側設置唇緣構造而防止活塞環合口部之流體洩漏之構造。
又，於日本實開昭59-21067號公報(專利文獻2)，揭示有為了防止內燃機關用之活塞環之磨耗，而於活塞環外周面設置圓周槽，且設置自內周面對外周面之圓周槽引導壓力之孔，從而使面壓平衡之技術。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本實公平1-7888號公報
[專利文獻2]日本實開昭59-21067號公報
專利文獻1對使活塞環之滑動部面壓平衡之構造無記述，其課題在於減少活塞環之磨耗。
又，專利文獻2未敘述活塞環之合口部為何種形狀，及將圓周槽 以何種方式相對於合口部設置。圖32中顯示一般內燃機關之活塞環之構成例。如圖32所示，一般內燃機關用之活塞環為鑄鐵等之金屬製，合口形狀為直線合口72(圖32a)、或傾斜形狀之角切合口73(圖32b)，因缸體與環為同種金屬，故熱膨脹差較小而可將合口間隙設定為數十微米。又，由於為內燃機關用，故於活塞環周圍存在油分，其結果，包含合口部之合口部附近之洩漏並不多，合口部之形狀不影響性能。因此，可認為未敘述活塞環之合口部之詳細內容。然而，在特別用於無供油式壓縮機之情形時，因活塞環係以樹脂製構成，故為避免活塞環因運轉中之溫度產生膨脹，必須採用數毫米之合口寬度、即內燃機關之活塞環合口寬度之數十倍，降低合口部之洩漏。於圖33之a、b中示意性顯示與圖32對應之用於往復動無供油式壓縮機之活塞環之合口部之情況。如圖33所示，圖33之合口76、77係與圖32之合口72、73相比構成為較大。另，圖3所示之台階形狀(台階式切割)之合口之情形亦為同樣之關係。因此，於往復動無供油式壓縮機之情形時，課題在於減少合口部之洩漏且構成活塞環外周面之圓周槽。
本發明鑑於上述問題，目的在於提供一種不會產生因來自活塞環合口部之洩漏引起之性能下降而減少磨耗之壓縮機。
為了解決上述問題，採用例如申請專利範圍所記述之構成。本發明包含有複數個解決上述問題之機構，例舉其一例，採用一種壓縮機，該壓縮機具備缸體、活塞、安裝於該活塞且密封上述缸體內之加壓側與非加壓側之間之活塞環，且以活塞壓縮缸體內之流體而產生壓縮流體，且上述活塞環係於其合口部，設置沿活塞環高度方向以台階形狀重疊之第1合口部、及沿活塞環半徑方向以唇緣形狀重疊之第2合口部，上述第1合口部之端部係於上述加壓側具有上述活塞環之內周與外周為連通之第1合口槽，上述第2合口部之端部係於上述非加壓側 具有藉由唇緣形狀重疊且上述活塞環之內周與外周為非連通之第2合口槽，將與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之圓周槽設置於上述活塞環外周。
根據本發明，可提供一種不會產生性能下降而可實現活塞環滑動面之磨耗減少之壓縮機。
1‧‧‧貯槽
2‧‧‧馬達
3‧‧‧壓縮機本體
4‧‧‧皮帶
5‧‧‧壓縮機皮帶輪
6‧‧‧曲軸
7‧‧‧連接棒
8‧‧‧活塞
9‧‧‧活塞環
10‧‧‧導向環
11‧‧‧吸氣消音器
12‧‧‧噴出口
13‧‧‧缸體
14‧‧‧合口部
15‧‧‧合口部
21‧‧‧唇緣
21a‧‧‧唇緣前端
21b‧‧‧唇緣根部
22‧‧‧唇緣受容部
25‧‧‧合口部
30‧‧‧活塞環
31‧‧‧唇緣
31a‧‧‧唇緣前端
31b‧‧‧唇緣根部
32‧‧‧唇緣受容部
33‧‧‧圓周槽
33-1‧‧‧圓周槽
33-2‧‧‧圓周槽
34‧‧‧上側合口槽
35‧‧‧下側合口槽
36‧‧‧連通槽
37‧‧‧連通槽
38‧‧‧圓周槽
39‧‧‧連通孔
40‧‧‧板
50‧‧‧活塞
51‧‧‧活塞之第二面部
52‧‧‧活塞裙
53‧‧‧加壓側(上方)之活塞環
54‧‧‧下方之活塞環
55‧‧‧上方之活塞環之合口
56‧‧‧下方之活塞環之合口
57‧‧‧設置於活塞之環之止轉件
58‧‧‧洩漏通路
60‧‧‧缸體
70‧‧‧內燃機關用活塞環
71‧‧‧內燃機關用活塞環
72‧‧‧直線合口
73‧‧‧角切合口
74‧‧‧無供油式往復動壓縮機用活塞環
75‧‧‧無供油式往復動壓縮機用活塞環
76‧‧‧直線合口
77‧‧‧角切合口
80‧‧‧支持夾具
81‧‧‧支持夾具之環支持面
82‧‧‧拉伸夾具
83‧‧‧銑刀
E‧‧‧圓周槽深度
E1‧‧‧圓周槽深度
E2‧‧‧圓周槽深度
h1‧‧‧活塞環高度
h2‧‧‧活塞環高度
h3‧‧‧圓周槽高度
h4‧‧‧活塞環高度
h5‧‧‧活塞環高度
h6‧‧‧銑刀厚度
L1‧‧‧下側合口槽與圓周槽端部之距離
L2‧‧‧下側合口槽與圓周槽端部之距離
T1‧‧‧唇緣受容部厚度
T2‧‧‧唇緣厚度
Pc‧‧‧缸體內壓力
P1‧‧‧滑動面面壓
P2‧‧‧滑動面面壓
Ⅱ‧‧‧區域
δ‧‧‧臨限磨耗量
圖1(A)、(B)係顯示往復動壓縮機之概略構造之圖。
圖2係顯示於先前之活塞安裝有活塞環之剖面形狀之圖。
圖3係顯示活塞環之一般合口形狀(角切)之圖。
圖4係顯示圖3之A-A剖面之圖。
圖5(A)、(B)係設置有先前之唇緣形狀之活塞環之俯視圖與側視圖。
圖6係自內徑側觀察圖5之活塞環立體圖。
圖7係顯示先前之唇緣部密封之情況之圖。
圖8係顯示先前之活塞環外周之滑動面磨耗之情況之圖。
圖9係顯示圖7之B-B剖面之圖。
圖10係顯示圖7之C-C剖面之圖。
圖11係顯示圖7之D-D剖面之圖。
圖12係說明先前之活塞環之面壓平衡之圖。
圖13係顯示實施例1之活塞環之構造之圖。
圖14係說明實施例1之圓周槽所形成之面壓平衡之圖。
圖15係顯示實施例2之活塞環之構造之圖。
圖16係顯示實施例2之活塞環之構造之圖。
圖17係顯示實施例3之活塞環之構造之圖。
圖18係顯示實施例4之活塞環之構造之圖。
圖19係顯示實施例5之活塞環之構造之圖。
圖20係顯示實施例6之活塞環之構造之圖。
圖21係顯示實施例7之活塞環之構造之圖。
圖22係顯示實施例8之活塞環之構造之圖。
圖23係顯示實施例9之活塞環之構造之圖。
圖24係顯示實施例10之活塞環之構造之圖。
圖25係顯示實施例10之活塞環之構造之圖。
圖26係顯示實施例10之活塞環之構造之圖。
圖27係顯示實施例11之活塞環之構造之圖。
圖28係顯示實施例12之缸體內之組裝有活塞環之活塞之狀態之圖。
圖29係顯示實施例12之組裝於活塞之2個活塞環之相對位置關係之圖。
圖30係圖28之活塞環之部分剖面圖。
圖31係顯示實施例12之活塞環之構造之圖。
圖32a、b係顯示內燃機關之活塞環之構成例之圖。
圖33a、b係顯示無供油式往復動壓縮機用活塞環之構成例之圖。
圖34係顯示高精度加工實施例13之活塞環之圓周槽深度之構成例之圖。
首先，使用圖式說明作為本發明之前提之往復動壓縮機之構成與先前之活塞環構造。
圖1係顯示往復動壓縮機之概略構造之圖。於圖1中，(A)顯示整體構成圖，(B)顯示壓縮機本體之放大圖。於圖1中，於貯槽1上配置馬達2與壓縮機本體3，且以安裝於未圖示之馬達皮帶輪之皮帶4使壓縮機皮帶輪5旋轉，曲軸6之旋轉藉由連接棒7而轉換為往復動，藉由 使活塞8往復動而自吸氣消音器11吸入大氣後壓縮之空氣係自壓縮機本體噴出口12通過未圖示之配管流入於貯槽1。此處，安裝於活塞8之活塞環9係具備使缸體內之加壓側與非加壓側之間密封之功能。又，因壓縮機本體於無供油式往復動壓縮機之情形時無潤滑地壓縮，故活塞環9與導向環10係以四氟乙烯樹脂等樹脂製造。
圖2係顯示於活塞8安裝有活塞環9之狀態之剖面形狀之圖。於無供油式壓縮機之情形時，因活塞環9為四氟乙烯樹脂等樹脂製造，故與供油式金屬環不同，環無彈性。因此，採用於活塞環9之內徑側設置背面間隙，且自原本存在之活塞環上表面間隙將缸體內壓力Pc引導至活塞環9之背面，藉此將活塞環9按壓至缸體13內表面而防止於活塞環9與缸體13滑動面間之洩漏之構造。
另一方面，活塞環9係於合口部切開之一體形狀，藉由具有合口部而可組裝於活塞。又，以於壓縮時不自合口部產生洩漏之方式設計合口部之構造。最一般之合口形狀為圖3所示之台階形狀(台階式切割)之合口部14、15。於該情形時，雖不存在直接自上方漏出之洩漏通路，但因圖3之A-A剖面係如圖4所示自背面漏出合口下部而產生洩漏通路，且產生圖中箭頭所示之洩漏，故存在性能降低之問題。
對此，存在如圖5、圖6所示之於活塞環下側之合口部設置唇緣形狀以降低洩漏之活塞環(例如，參照專利文獻1)。即，於圖5中，圖5(A)係顯示組裝活塞環時作為下側(缸體內之非加壓側)之面，亦顯示有活塞環側面之合口部形狀。又，圖5(B)係同樣顯示有作為上側(缸體內之加壓側)之面。以下，所謂上側、下側係表示將活塞環組裝至活塞時，缸體內之加壓側或非加壓側。該活塞環其上側之合口部係如圖5(B)所示為台階形狀，下側係如圖5(A)所示為唇緣形狀。圖6係自下側之內徑側觀察下側合口部即唇緣合口部、及上側合口部即台階形狀合口部之立體圖。如圖5、6所示，唇緣合口部係以活塞環之半徑方 向之內側之唇緣21與外側之唇緣受容部22構成。
圖7係顯示唇緣21自內徑側受到壓力而與唇緣受容部22接觸且密封之情況。圖8係顯示活塞環外周之與缸體之滑動面磨耗δ且合口部25擴大至極限之情況。此時之活塞環外周磨耗量為極限磨耗量δ(即，導致合口分離時之磨耗量)。
圖9~11係顯示圖7之B-B~D-D剖面者，顯示有對圖4所示之活塞環合口，自活塞環之任意合口部皆未自活塞環背面產生洩漏通路之情形。即，圖9係顯示圖7之B-B剖面，且以唇緣21密封。又，圖10係顯示圖7之C-C剖面，且以唇緣21與唇緣受容部22密封。又，圖11係顯示圖7之D-D剖面，同樣以唇緣21與唇緣受容部22密封。
又，該活塞環之唇緣形狀係如圖7所示，唇緣前端21a構成為較唇緣根部21b更細。其結果，於活塞環9之外周磨耗而合口擴大時，唇緣前端21a容易變形，且使唇緣前端21a接觸於唇緣受容部22而獲得密封性。
其次，使用圖12，說明活塞環之面壓平衡。圖12係顯示有先前之無圓周槽之情形之活塞環之壓力平衡。缸體內壓Pc作用於活塞環9之背面。另一方面，因活塞環滑動面其上端為缸體內壓力Pc，下端為大氣壓，故滑動面之壓力分佈係如圖所示成為三角形狀之壓力分佈。其結果，活塞環滑動面之平均壓力P1為以滑動面分割區域I之壓力之值。該情形時，P1=Pc/2。因此，若對滑動面之面壓較大，則滑動面之磨耗亦較大，因而，問題在於如何降低對滑動面之面壓。
如此，目的在於藉由採用於如圖5、圖6所示之合口部具有唇緣形狀之活塞環，可防止來自活塞環之合口部之洩漏，進而，降低對活塞環之滑動面之面壓以謀求降低活塞環滑動面之磨耗。
以下，使用圖式說明用以解決上述問題之本發明之實施例。
[實施例1]
圖13係顯示本實施例之活塞環30之構造之圖。於圖13中，於活塞環30，於活塞環之外周(與缸體之滑動面)設置有圓周槽33。圓周槽33係例示位於活塞環高度之中央之情形。此處，所謂活塞環高度係指相對活塞環之與缸體之滑動面平行之方向，活塞環之半徑方向係指活塞環厚度。
圓周槽33之圖中右側端部係構成為與活塞環上側(缸體內之加壓側)之上側合口槽34連通，且容易將活塞環背面壓力或缸體內壓力引導至圓周槽。另，亦可以於圓周槽33設置孔且引導背面壓力之方式構成。如此設置孔之構造係於下述其他實施例中亦相同。又，圓周槽33之相反側(圖中左側)之端部係設置於活塞環之唇緣受容部32側之下側合口槽35附近為止，但未與下側合口槽35連通。其結果，無需自活塞環背面另外加工連通孔，即可對圓周槽33自上側合口槽34引導缸體內之壓縮空氣。另一方面，因圓周槽33之相反側未與下側合口槽35連通，故可防止圓周槽內之空氣洩漏而性能降低。
其次，圖14係說明圓周槽33所形成之面壓平衡之圖。於圖14中，對圓周槽33，如上所述，引導缸體內壓力Pc。因此，圓周槽33之上方之壓力Pc係固定地發揮作用，槽之下端為Pc，活塞環之下端為大氣之滑動面壓力分佈。該情形時，圓周槽33之上方與活塞環背面之壓力Pc係平衡。因此，以滑動面分割區域Ⅱ之壓力之值P2成為本實施例之滑動面面壓，且與圖12所示之先前之滑動面面壓P1之關係為P2<P1，藉由本實施例可實現面壓之降低。另，圖14係以使圓周槽之下端為活塞環高度之1/2之方式描繪，該情形時P2=P1/2，判定可將面壓降低至1/2。
此處，圓周槽33係於深度方向構成為寬度固定之槽(矩形形狀)。因此，即使環外周磨耗，圓周槽33之寬度亦保持固定，因而圓周槽33之上方可穩定地實現面壓之平衡。
如此，根據本實施例，於活塞環設置避開合口部之圓周槽，不會產生因合口部之洩漏所造成之性能降低而可進行活塞環之面壓平衡且減輕活塞環滑動面之磨耗。
又，本實施例之活塞環30之合口部之形狀係如圖13所示，唇緣前端31a與唇緣根部31b之厚度為大致相同之尺寸，各者之接觸面係以大致同心圓構成。其結果，具有如下特徵：在活塞環30之外周磨耗而下側合口槽35擴大之情形時，因唇緣31與唇緣受容部32為大致同心圓，故唇緣31前端會變形而無須密封，只要於移動唇緣受容部32之背面滑動即可，相對於如先前構造之點接觸，其為線接觸，因此接觸長度較長，從而即使唇緣前端31a較粗，亦可獲得合口部之密封性能。
此外，亦具有如下特徵：藉由加厚唇緣前端31a，而於如圖8所示即使活塞環磨耗使得合口打開之情形時，亦可提高唇緣前端部附近之強度。
如上所述，本實施例中作為活塞環，採用如下構成：於活塞環之合口部，設置沿活塞環高度方向以台階形狀重合之第1合口部(台階形狀合口部)、及沿活塞環之半徑方向以唇緣形狀重合之第2合口部(唇緣合口部)，且上述第1合口部之端部具有於活塞環之半徑方向之內外連通之第1合口槽(上側合口槽34)，上述第2合口部之端部係具有藉由唇緣形狀重疊而於活塞環之半徑方向之內外非連通之第2合口槽(下側合口槽35)，並於上述活塞環外周設置有與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之圓周槽。換言之，上述圓周槽係採用一端與上述第1合口槽連通，另一端形成至上述第2合口槽之近前之構成。或，上述圓周槽係採用避開上述第2合口槽而設置於上述活塞環之外周之構成。
又，本實施例係作為壓縮機，該壓縮機採用如下構成：具備缸體、活塞、及安裝於該活塞且密封上述缸體內之加壓側與非加壓側之 間之活塞環，並以活塞壓縮缸體內之流體而產生壓縮流體，上述活塞環係於其合口部設置沿活塞環高度方向以台階形狀重合之第1合口部、及沿活塞環之半徑方向以唇緣形狀重合之第2合口部，上述第1合口部之端部係於上述加壓側具有上述活塞環之內周與外周為連通之第1合口槽，上述第2合口部之端部係於上述非加壓側具有藉由唇緣形狀重合且上述活塞環之內周與外周為非連通之第2合口槽，於上述活塞環外周設置有與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之圓周槽。
藉此，可提供一種不會降低密封性能而可減少活塞環滑動面之磨耗從而謀求長壽命化之壓縮機。
[實施例2]
其次，使用圖15、16說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖15所示，將圓周槽33之活塞環高度方向朝下側即非加壓側下降，且於存在下側合口槽35之活塞環高度間形成圓周槽33。藉此，如圖14所說明，由於藉由使圓周槽33之下端下降，圓周槽33之上方之壓力Pc固定之面壓平衡之範圍增加，故而可實現面壓之進一步降低。又，於上部合口部設置連接上側合口槽34與圓周槽33之連通槽36，使加工進而簡單化。其結果，因將圓周槽33設置至下側合口槽35附近為止，故可使合口部之面壓進而降低。
又，唇緣強度成為問題之情形時，如圖16所示，圓周槽之右端亦可止於上側合口槽34附近。藉此，可確保唇緣部強度。
如上所述本實施例係將圓周槽之活塞環高度方向設為下側合口槽之高度內，進而設置連通於圓周槽與上側合口槽之連通槽，藉此可謀求面壓進而降低。
[實施例3]
其次，使用圖17說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1、2相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖17所示，圓周槽33-2係與圖15相同，以將活塞環高度方向朝下側下降且降低平均面壓之方式構成。又，於上側合口部設置有圓周槽33-1。圓周槽33-1係與上側合口槽34連通，且設置有連通圓周槽33-1與33-2之間之連通槽37。其理由係於活塞環高度較高之活塞環之情形時，僅就圓周槽33-2而言，因圓周槽33-2之上方之活塞環高度較高，而存在圓周槽33-2之上方之壓力不固定為Pc之可能性，故藉由設置圓周槽33-1，使圓周槽33-2之上方之壓力固定為Pc。因此，於活塞環高度較高之活塞環中，亦可有效降低面壓。另，亦可設置自圓周槽到達至活塞環背面之孔作為對圓周槽33-1或圓周槽33-2引導壓力之構造。又，於本實施例中雖採用2個圓周槽，但亦可進而設置多個圓周槽，謀求面壓之進一步均一化。
如上所述，本實施例係採用於活塞環設置複數個圓周槽，加壓側之圓周槽兩端與上側合口槽連通，非加壓側之圓周槽不與下側合口槽連通，以連通槽連接加壓側圓周槽與非加壓側圓周槽間，或於非加壓側圓周槽設置自該圓周槽連通至背面之孔之壓縮機，藉此於活塞環高度較高之活塞環中，亦可有效地降低面壓。
[實施例4]
其次，使用圖18說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至3相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖18所示，圓周槽33之深度E1相對於活塞環之極限磨耗量δ以E1>δ之方式構成。另，極限磨耗量δ係表示圖8所示之可獲得可密封唇緣接觸長度之極限時之滑動面磨耗量。
其結果，可於活塞環之壽命期間之間，可穩定降低面壓且謀求減少活塞環之磨耗。又，藉由於保養時確認活塞環之圓周槽33之深 度，可確認活塞環之磨耗狀況，其結果可掌握保養時期。
[實施例5]
其次，使用圖19說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至4相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
本實施例中，如圖19所示，為了表示圓周槽之位置，而將圓周槽33之上方之高度、即自活塞環之加壓側面至圓周槽之加壓側端之高度設為h4，且將下方之高度、即自活塞環之非加壓側面至圓周槽之非加壓側端之高度設為h5時，圓周槽位置為h4>h5，即，將圓周槽之位置自活塞環高度之中心下降。藉此，可使圖14所示之區域Ⅱ進而變小，且進而縮小滑動面之面壓。
[實施例6]
其次，使用圖20說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至5相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖20所示，活塞環合口部之下方厚度h1相對於上方厚度h2較小之情形且唇緣之剛性較小之情形時，根據唇緣厚度，將圓周槽33之位置朝下方偏移。因此，該情形時，成為h4>h5，可進而降低面壓。
[實施例7]
其次，使用圖21，說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至6相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖21所示，構成為與唇緣受容部厚度T1相比圓周槽33之深度E1較小。其結果，槽底不會自圓周槽33破裂而產生洩漏，而可降低面壓。
[實施例8]
其次，使用圖22說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至7相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖22所示，構成為使唇緣受容部厚度T1相對於唇緣厚度T2變厚，即T1>T2。該情形之槽深度E2可大於圖21所示之槽深度E1。即，成為E2>E1，可將容許磨耗量δ設定為較大。即，具有可延長活塞環之更換壽命之優點。
[實施例9]
其次，使用圖23，說明本實施例相關之活塞環之構成。另，對於與實施例1至8相同之構成，以相同符號顯示，且省略其說明。
於本實施例中，如圖23所示，設置有自圓周槽連通至背面之連通孔，即連通至圓周槽之槽底與活塞環之半徑方向之內側之連通孔39。其結果，於滑動面產生磨耗粉末之情形時，可自圓周槽內排出至背面，不會堵塞圓周槽而可降低面壓。
[實施例10]
於本實施例中，說明活塞環之製造方法。
作為製造上述之實施例中之活塞環之步驟，首先，於無供油式往復動壓縮機之情形時，因無潤滑地壓縮，故將四氟乙烯樹脂等之樹脂流入模具而將導管成形，且加工成圓周形狀之環。其次，以銑刀等加工合口部及唇緣部。其後，於環外周部加工圓周槽。即，由於圓周槽必須一端連通於上側合口槽，另一端形成至下側合口槽之近前，因而必須以合口部為基準進行圓周槽之加工，且必須於合口部加工後進行圓周槽加工。
圓周槽之加工主要有2種加工方法。一者係如圖24所示，將圓周槽之兩側開始點設為圓弧之情形。於該加工時，可對銑刀使用T型槽銑刀，沿活塞環外周將槽銑刀之咬入深度設為E，並以槽深度E進行加工。於該情形時，下側合口槽35與圓周槽之端部之距離L1雖隨著運轉中之活塞環外周之磨耗而增加，但存在加工速度較快之優點。
另，如圖25所示，藉由將圓周槽33之高度h3設為與T型槽銑刀之 銑刀厚度h6相同，即藉由使圓周槽之寬度與槽加工用之銑刀之刃厚相同，可藉由一次移動而加工，因而可進而以較短之時間進行加工。
另一種係如圖26所示，為圓周槽38之端之深度方向形狀以相對於活塞環圓周面成為直角之方式加工之情形。於該加工時，可藉由與活塞環外周對抗之立銑刀進行加工。該方法之特徵點在於，即使活塞環外周磨耗，下側合口槽35與圓周槽之端部之距離L2亦未變化，可謀求穩定降低合口部之面壓，防止磨耗。本加工方法與使用T型槽銑刀之情形相比雖加工速度較慢，但具有上述特徵。
[實施例11]
其次，使用圖27說明本實施例之構成。於圖27中，活塞環之形狀係圖3所示之台階合口形狀。加壓側合口15與非加壓側合口14係分別自活塞環之內周側連通至外周側。於本實施例，特徵點在於，作為阻斷活塞環之外周側與內周側之連通之構件，使用板40。於本實施例中，於內周側沿活塞環內周面組裝有以較薄之板即鋼板等構成之板40。雖於圖27之例中將板40設為約1.5圈，但長度並未限定於此。本實施例之情形時，因板40之存在而阻斷圖4之箭頭所示之洩漏通路。於該構成中，藉由設置與加壓側合口15連通，但未與非加壓側合口14連通之圓周槽33，可使環之背面壓力平衡，且可降低滑動面之面壓。當然直至實施例10為止之技術可應用對活塞環之圓周槽之想法。
另，板40並未限定於金屬，亦可以樹脂或橡膠等構成，只要可以非加壓側之合口實質上未自環內周側連通至外周側之方式構成即可。
又，本活塞環雖於組入活塞前難以區分上下，但為獲得本功能必須將合口與圓周槽33連通之側作為加壓側合口15組裝於上方。
[實施例12]
其次，使用圖28至圖31說明本實施例之構成。圖29係顯示組裝 於活塞50之活塞環53、54之相對位置關係且合口偏移180度而組入。圖30係自圖28之活塞環53之F-F所示之部分之剖面且活塞之上方顯示之圖。
首先敘述本實施例中之活塞50、缸體60與活塞環53、54之關係。於本實施例中，因活塞50係以如可與耐熱性之缸體直接接觸且滑動，具有滑動性之樹脂構成，故不具有圖1(B)所示之導向環10。於該構造中，為了避免缸體60與活塞50因運轉中之溫度上升而鎖定，而以於運轉中之溫度下亦具有若干間隙之方式構成。於該情形時，如圖28、圖30所示運轉中之負荷方向間隙δ負荷係變得極小，反負荷方向間隙即δ反負荷變大。又，活塞環53、54係上下設置有2個，各個活塞環53、54之合口係不具有加壓側與非加壓側，而成為直線合口。又，加壓側之活塞環53係構成為如圖30所示，藉由形成於活塞之環槽內之止轉件57，活塞環53之合口55始終位於負荷方向。又，下方之活塞環54係構成為同樣藉由未圖示之下側環之止轉件而使合口56位於與活塞環53相反之反負荷方向。
該構造中之合口部之洩漏通路係即使如圖30之洩漏通路58所示般合口55為直線且合口之寬度較大，活塞50之第二面部51與缸體內表面之間隙δ負荷亦較小，因而可使洩漏通路58之面積構成為極小，而可降低來自合口部之洩漏。下方之環54亦同樣採用由活塞裙52與缸體內表面之間隙δ反負荷與合口所包圍之流路為洩漏通路。雖然δ反負荷與δ負荷相比較大，即δ負荷<δ反負荷，但合口位於反方向，活塞環54部之壓力係藉由活塞環53而縮小，因而可較活塞環53部低而使活塞環54部之洩漏亦較小。
如此，於該構造中，可構成以活塞環53、54與活塞50構成之較小之洩漏通路且可構成洩漏較少之壓縮機。圖31係構成有與如此構成之活塞環之直線合口部55連通之圓周槽33。於如此構成之活塞50與活 塞環53、54之情形時，即使具有直接連通於非加壓側之洩漏流路，洩漏亦極少，因而藉由構成與各個環之合口連通之圓周槽，不使來自合口部之洩漏增加，而可平衡活塞環53、54之背壓，並降低滑動面之面壓。
圖32係以70、71顯示使用於內燃機關之活塞環之例，且合口形狀係以合口72、73顯示。該環係只要容許合口部之洩漏，當然亦可於壓縮機中使用。圖33係顯示有於使用於無供油式壓縮機之情形時為使合口部不因熱膨脹而膨脹，設定為合口間隙相對於圖32所示之環較大之合口76、77之情形。對該等合口形狀，只要應用本實施例，當然亦可降低洩漏及降低滑動面面壓。
又，圖31中雖記述有設置與加壓側活塞環53之合口55之兩側連通之圓周槽33之例，但僅單側連通當然亦可獲得同樣之效果。
又，於壓縮機之噴出壓力較小之情形、或將吸入側之壓力導入於曲軸箱內且對活塞施加背壓之壓縮機之情形等時，環之加壓側與非加壓側之壓力差較小，合口部之洩漏變小，從而降低使環合口部位於負荷方向之必要。該情形時，因即使不施加圖30所示之環之止轉件57，合口部之洩漏亦較少，故僅將圓周槽設置於旋轉自如地設置之活塞環，即可平衡環之背壓且降低滑動面壓。
又，亦可構成為設置複數個於具有止轉件之活塞環設置有圓周槽之構造之環，且以各個環逐漸降低環背壓。再者，亦可構成為設置複數個於不具有止轉件之環設置有圓周槽之構造之環，且以各個環逐漸降低環背壓。
[實施例13]
本實施例係說明高精度加工圓周槽之方法。圓周槽深度係決定環之容許磨耗量之重要尺寸。深度具有偏差之情形，於環外周磨耗較淺之部分無槽之情形時，環之加壓側壓力未引導至未自無槽部分向合 口連通之範圍之槽內，於該範圍內，無法實現背壓平衡，結果滑動面面壓上升且該部分之磨耗增加。
因此，重要的是高精度加工槽深度，使用圖34說明高精度加工之方法。於圖34中，支持夾具80係支持夾具之環支持面81以缸體尺寸確保真圓度而完成。環30係以插入支持夾具之環支持面81，且使用拉伸夾具82均一地自內側按壓環30之方式設置。
其結果，環30之外周係成為以缸體內徑尺寸確保真圓度之狀態。另一方面，銑刀83係相對於支持夾具之環支持面81高精度定位。因此，藉由相對於支持夾具之環支持面81之中心決定銑刀83之軌跡，可自環外周高精度加工圓周槽33之深度E，且可防止局部磨耗增加。
另，於圖34中將銑刀作為T型槽銑刀予以例示，亦可使用同樣之夾具以立銑刀等進行加工。
雖已說明以上實施例，但本發明並未限定於上述實施例，亦可包含多種變化例。例如，上述之實施例係為了便於理解地說明本發明而詳細說明者，並非限定於完全具備說明之全部構成者。又，可將某實施例之構成之一部分置換成其他實施例之構成，此外，亦可於某實施例之構成中增加其他實施例之構成。又，亦可對各實施例之構成之一部分，進行其他構成之追加、削除、置換。
又，本發明係除了以四氟乙烯樹脂等之樹脂材料製造活塞環之無供油式往復動壓縮機以外，亦可對應於直接吸入大氣之通用壓縮機或對已升壓一次之空氣進行升壓之升壓用壓縮機(升壓壓縮機)等。又，亦可對應於壓縮之氣體不僅為空氣且為氮氣等之空氣以外之氣體壓縮用之氣體壓縮機。
30‧‧‧活塞環
31‧‧‧唇緣
31a‧‧‧唇緣前端
31b‧‧‧唇緣根部
32‧‧‧唇緣受容部
33‧‧‧圓周槽
34‧‧‧上側合口槽
35‧‧‧下側合口槽
E‧‧‧圓周槽深度

Claims (21)

  1. 一種壓縮機，其特徵在於，其係包含缸體、活塞、安裝於該活塞且密封上述缸體內之加壓側與非加壓側之間之活塞環，且以活塞壓縮缸體內之流體而產生壓縮流體者；且上述活塞環係具有設置於加壓側之第1合口部、及設置於非加壓側之第2合口部；於上述第1合口部間形成第1合口槽，於上述第2合口部間形成第2合口槽，於上述第2合口部中內周側與外周側不連通；於上述活塞環外周設置有與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之引導上述活塞環內周面之壓力之圓周槽。
  2. 如請求項1之壓縮機，其中上述第1合口部為內周側與外周側連通之台階形狀，上述第2合口部為內周側與外周側重合之唇緣形狀。
  3. 如請求項1之壓縮機，其中上述活塞環係將上述圓周槽之活塞環高度方向設為上述第2合口部之高度內；且進而設置連通於上述圓周槽與上述第1合口槽之連通槽。
  4. 如請求項1之壓縮機，其中上述活塞環係設置複數個上述圓周槽，上述缸體內之加壓側之圓周槽係兩端與上述第1合口槽連通，上述缸體內之非加壓側之圓周槽不與上述第2合口槽連通；且以連通槽連接上述加壓側圓周槽與上述非加壓側圓周槽，或於上述非加壓側圓周槽設置自該圓周槽連通於上述活塞環內周面之孔。
  5. 如請求項1之壓縮機，其中上述圓周槽之端部深度方向形狀係以相對於上述活塞環外周面成直角之方式形成。
  6. 如請求項1之壓縮機，其中上述圓周槽之深度E1相對於上述活塞環之臨限磨耗量δ，以E1>δ之方式構成。
  7. 如請求項1之壓縮機，其中將上述活塞環之加壓側面至上述圓周槽之加壓側端之高度設為h4，將上述活塞環之非加壓側面至上述圓周槽之非加壓側端之高度設為h5時，於h4>h5之位置設置有上述圓周槽。
  8. 如請求項1之壓縮機，其中上述第2合口部係以活塞環之半徑方向之內側之唇緣部與外側之唇緣受容部構成，且構成為上述唇緣受容部之厚度較上述唇緣部之厚度更大。
  9. 如請求項1之壓縮機，其中上述圓周槽之寬度係構成為與槽加工用之銑刀之刃厚相同。
  10. 如請求項1之壓縮機，其中上述活塞環設置有向上述圓周槽之槽底與上述活塞環之半徑方向之內側連通之連通孔。
  11. 如請求項8之壓縮機，其中將上述唇緣部之前端至根部之厚度設為相同，且以其與上述唇緣受容部之間之接觸面成同心圓之方式而構成。
  12. 如請求項1之壓縮機，其中設置有阻斷上述活塞環之外周側與內周側之連通之構件。
  13. 如請求項1之壓縮機，其中上述圓周槽為矩形形狀。
  14. 一種活塞環，其特徵在於：於活塞環之加壓側設置第1合口部，於活塞環之非加壓側設置第2合口部；且於上述第1合口部之間形成第1合口槽，於上述第2合口部之間形成第2合口槽，於上述第2合口部中內周側與外周側不連通；於上述活塞環外周設置有與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之引導上述活塞環內周面之壓力之圓周槽。
  15. 如請求項14之活塞環，其中上述第1合口部係內周側與外周側連通之台階形狀，上述第2合口部係內周側與外周側重合之唇緣形狀。
  16. 如請求項14之活塞環，其中上述圓周槽係一端與上述第1合口槽連通，另一端形成至上述第2合口槽之近前。
  17. 如請求項14之活塞環，其中上述圓周槽係避開上述第2合口槽而設置於上述活塞環之外周。
  18. 一種壓縮機，其特徵在於，其係包含缸體、活塞、安裝於該活塞且密封上述缸體內之加壓側與非加壓側之間之活塞環，且係以活塞壓縮缸體內之流體而產生壓縮流體者；且上述活塞係由樹脂形成；上述活塞環設置有合口部及與上述合口部連通之引導上述活塞環內周面之壓力之圓周槽。
  19. 如請求項18之壓縮機，其中上述合口部係內周側與外周測連通之台階形狀。
  20. 如請求項18之壓縮機，其中設置有複數個上述活塞環。
  21. 一種壓縮機，其特徵在於，其係包含缸體、活塞、安裝於該活 塞且密封上述缸體內之加壓側與非加壓側之間之活塞環，且係以活塞壓縮缸體內之流體而產生壓縮流體者；且上述活塞環係具有設置於加壓側之第1合口部、及設置於非加壓側之第2合口部；上述第1合口部及上述第2合口部係內周側與外周側連通之台階形狀；該壓縮機設置有阻斷上述活塞環之外周側與內周側之連通之構件；於上述第1合口部間形成第1合口槽，於上述第2合口部間形成第2合口槽，於上述活塞環外周設置有與上述第1合口槽連通且不與上述第2合口槽連通之引導上述活塞環內周面之壓力之圓周槽。
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