(57)【要約】【課題】吸込行程および圧縮行程の双方向のシール性とピストンリングの耐久性向上とを両立できる往復動圧縮機の提供。【解決手段】ピストン１４の外周側の第１のリング溝２５に装着され、ピストン１４の吸込行程時にシリンダとの間をシールする第１のピストンリング３０と、ピストン１４の外周側の第２のリング溝２６に装着され、ピストン１４の圧縮行程時にシリンダとの間をシールする第２のピストンリング３１とを有し、第１のリング溝２５の底部２５ａおよび第２のリング溝２６の底部２６ａは互いに逆テーパの形状をなしている。【選択図】図２
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【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嵌挿され、前記シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成し往復動するピストンとを備えた往復動圧縮機において、
該ピストンの外周側の第１のリング溝に装着され、前記ピストンの吸込行程時に前記シリンダとの間をシールする第１のピストンリングと、
前記ピストンの外周側の第２のリング溝に装着され、前記ピストンの圧縮行程時に前記シリンダとの間をシールする第２のピストンリングとを有し、
前記第１のリング溝の底部および前記第２のリング溝の底部は互いに逆テーパの形状をなしていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記第１のピストンリングは、合口部を有し前記第１のリング溝内に拡・縮径可能に装着され、前記第１のリング溝の底部に倣った拡径時に前記シリンダの内面に当接して該シリンダとの間をシールし、前記第１のリング溝の底部に倣った縮径時にシリンダ内面との間に隙間を形成することになり、
前記第２のピストンリングは、合口部を有し前記第２のリング溝内に拡・縮径可能に装着され、前記第２のリング溝の底部に倣った拡径時に前記シリンダの内面に当接して該シリンダとの間をシールし、前記第２のリング溝の底部に倣った縮径時にシリンダ内面との間に隙間を形成することを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記第１のリング溝および前記第２のリング溝は、互いに底部のテーパ角度が異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体を圧縮する往復動圧縮機は、シリンダヘッドが搭載された円筒状のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に嵌挿され、シリンダヘッドとの間に圧縮室を画成するピストンとを有しており、クランク室内に設けられたクランクの偏心運動によってピストンがシリンダ内で往復動することで、圧縮室を拡大して気体を吸い込み、圧縮室を縮小して気体を圧縮し吐出するものである。このような往復動圧縮機においては、ピストンとシリンダとの隙間、言い換えれば、圧縮室とクランク室との間をシールするためにピストンの外周側にピストンリングが設けられている。
【０００３】
このような往復動圧縮機において、圧縮行程におけるピストンリングのシール性を高めるために、ピストンの外周側に、底部がテーパ状をなすリング溝を形成し、このリング溝にＯリングを装着して、Ｏリングの外周側にピストンリングを配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。これにより、圧縮行程においてピストンリングおよびＯリングがシリンダとの摺動抵抗によりリング溝内を圧縮室とは反対側に移動すると、リング溝のテーパ形状によって拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになる。
【０００４】
また、往復動圧縮機において、圧縮行程および吸込行程の両工程におけるピストンリングのシール性を高めるために、逆向きに延出するリップ部を有する二個のピストンリングをピストンの外周側に設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。これにより、圧縮行程において圧縮室側に延出するリップ部を有するピストンリングが気体の圧力を受けて拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになり、吸込行程において圧縮室とは反対側に延出するリップ部を有するピストンリングが気体の圧力を受けて拡径され、シリンダへの接触力を高めてシール性を高めることになる。
【特許文献１】特開昭６１−３８１８０号公報
【特許文献２】実開昭６３−１２６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した底部がテーパ状をなすリング溝を設けたピストンを用いる場合、圧縮行程におけるシール性を向上可能であるものの、吸込行程では逆にシール性が下がることになってしまう。このため、吸込行程において圧縮室内にクランク室側の気体が進入するブローバイが発生し、圧縮ガスの純度低下や、クランク室の内圧変化によるピストンの負荷変動を引き起こしてしまう。
【０００６】
また、上記した逆向きのリップ部を有する二個のピストンリングを用いる場合、ブローバイの問題は生じにくいものの、常にピストンリングがシリンダの内面に摺接しているため、摩耗耐久性が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明は、吸込行程および圧縮行程の双方向のシール性とピストンリングの耐久性向上とを両立できる往復動圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、ピストンの外周側の第１のリング溝に装着され、前記ピストンの吸込行程時に前記シリンダとの間をシールする第１のピストンリングと、前記ピストンの外周側の第２のリング溝に装着され、前記ピストンの圧縮行程時に前記シリンダとの間をシールする第２のピストンリングとを有し、前記第１のリング溝の底部および前記第２のリング溝の底部は互いに逆テーパの形状をなしている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸込行程および圧縮行程の双方向のシール性とピストンリングの耐久性向上とを両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
「第１実施形態」
本発明の第１実施形態の往復動圧縮機を図１〜図４を参照して以下に説明する。
図１に示すように、第１実施形態の往復動圧縮機１１は、シリンダヘッド１２が搭載された円筒状のシリンダ１３と、このシリンダ１３内に摺動可能に嵌挿されたピストン１４と、ピストン１４に一端側が連結されたコネクティングロッド１５とを有している。
【００１１】
ここで、コネクティングロッド１５の他端側は、図示は略すが、電動モータの駆動力で偏心運動するクランクに連結されており、このクランクの偏心運動でコネクティングロッドを介してピストン１４がシリンダ１３内で往復動する。
【００１２】
ピストン１４は、シリンダヘッド１２との間に圧縮室２０を画成することになり、シリンダヘッド１２とは反対側に上記クランクが配設されたクランク室２１を画成する。ピストン１４は、往復動することで、圧縮室２０の容積を拡縮する。図示は略すが、圧縮室２０を拡大することで、シリンダヘッド１２に設けられた吸込弁が開いて圧縮室２０内に気体を吸い込み、圧縮室２０を縮小することで、シリンダヘッド１２に設けられた吐出弁が開いて圧縮室２０内の気体を圧縮しつつ吐出する。
【００１３】
図２に示すように、ピストン１４の外周側には、圧縮室２０側（図２の上側）に円環状の第１のリング溝２５が形成されており、この第１のリング溝２５の圧縮室２０とは反対側に円環状の第２のリング溝２６が形成されている。
【００１４】
第１のリング溝２５は、その底部が圧縮室２０側ほど拡径するテーパ状の第１のテーパ部２５ａとなっており、第２のリング溝２６は、その底部が圧縮室２０側ほど縮径するテーパ状の第２のテーパ部２６ａとなっている。つまり、第１のリング溝２５の底部の第１のテーパ部２５ａと、第２のリング溝２６の底部の第２のテーパ部２６ａとは、二つでＶ字状をなすように、互いに逆テーパの形状をなしている。ここで、第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａと第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａとは、溝幅、最小径および最大径は互いに同じとなっており、その結果、シリンダ軸線に対するテーパの角度も同じとなっていて、テーパの向きだけが逆となっている。また、第１のリング溝２５と第２のリング溝２６とは、シリンダ軸線方向において離間しており、よって、これらの間には、これらより大径の仕切壁２７が設けられている。
【００１５】
そして、第１のリング溝２５には、シリンダ１３の内面に摺接してピストン１４とシリンダ１３との隙間をシールする第１のピストンリング３０が装着されている。言い換えれば、この第１のピストンリング３０は、圧縮室２０とクランク室２１とを区画する。この第１のピストンリング３０は、その内周面が第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａに合致したテーパ状の第１の当接部３０ａとなっている。ここで、図１に示すように、第１のピストンリング３０は、その周方向の途中部位に略Ｌ字状に切り欠くようにして合口部３０ｂが形成されており、これら合口部３０ｂによってシール性を維持しつつ拡縮径可能となっている。第１の当接部３０ａは少なくとも第１のテーパ部２５ａとテーパ角度が一致している。
【００１６】
また、第２のリング溝２６には、シリンダ１３の内面に摺接してピストン１４とシリンダ１３との隙間をシールする第２のピストンリング３１が装着されている。この第２のピストンリング３１も、圧縮室２０とクランク室２１とを区画する。この第２のピストンリング３１は、その内周面が第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａに合致したテーパ状の第２の当接部３１ａとなっている。ここで、図１に示すように、第２のピストンリング３１も、その周方向の途中部位に略Ｌ字状に切り欠くようにして合口部３１ｂが形成されており、これら合口部３１ｂによってシール性を維持しつつ拡縮径可能となっている。第２の当接部３１ａも少なくとも第２のテーパ部２６ａとテーパ角度が一致している。
【００１７】
なお、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１は、自然状態では、シリンダ１３の内径よりも小径となる外径を有しており、例えば、同材質、同形状のものが、向きを逆にして用いられる。
【００１８】
ピストン１４が圧縮室２０を拡大する吸込行程では、シリンダ１３との摺動抵抗によって、図３に示すように、第１のピストンリング３０が第１のリング溝２５内で圧縮室２０側（図３の上側）に移動し、第２のピストンリング３１も第２のリング溝２６内で圧縮室２０側に移動する。すると、第１のピストンリング３０が、その第１の当接部３０ａで接触する第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａの拡径に倣って拡径し、シリンダ１３への接触力を高めて密着しシリンダ１３との間をシールすることになる。一方、第２のピストンリング３１が、その第２の当接部３１ａで接触する第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａの縮径に倣って縮径可能となり、自身の弾性復元力でシリンダ１３との間に隙間を形成することになる。つまり、ピストン１４の吸込行程時に、第１のピストンリング３０がシリンダ１３との間をシールすることになり、第２のピストンリング３１はシール性を発揮しない。
【００１９】
逆に、ピストン１４が圧縮室２０を縮小する圧縮行程では、シリンダ１３との摺動抵抗によって、図４に示すように、第２のピストンリング３１が第２のリング溝２６内で圧縮室２０とは反対側（図４の下側）に移動し、第１のピストンリング３０も第１のリング溝２５内で圧縮室２０とは反対側に移動する。すると、第２のピストンリング３１が、その第１の当接部３０ａで接触する第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａの拡径に倣って拡径し、シリンダ１３への接触力を高めて密着しシリンダ１３との間をシールすることになる。一方、第１のピストンリング３０が、その第１の当接部３０ａで接触する第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａの縮径に倣って縮径可能となり、自身の弾性復元力でシリンダ１３と間に隙間を形成することになる。つまり、ピストン１４の圧縮行程時に、第２のピストンリング３１がシリンダ１３との間をシールすることになり、第１のピストンリング３０はシール性を発揮しない。
【００２０】
なお、吸込行程では、第１のピストンリング３０がシリンダ１３との間のシールを開始してから、第２のピストンリング３１がシリンダ１３との間のシールを終了することになり、圧縮行程では、第２のピストンリング３１がシリンダ１３との間のシールを開始してから、第１のピストンリング３０がシリンダ１３との間のシールを終了するように、第１のピストンリング３０、第２のピストンリング３１、第１のテーパ部２５ａおよび第２のテーパ部２６ａの寸法関係が設定されている。
【００２１】
以上に述べた第１実施形態によれば、第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａおよび第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａが、互いに逆テーパの形状をなしており、第１のピストンリング３０の第１の当接部３０ａが第１のテーパ部２５ａに合致したテーパ状をなし、第２のピストンリング３１の第２の当接部３１ａが第２のテーパ部２６ａに合致したテーパ状をなしているため、上記のように、吸込行程では、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１の一方でシールを行うとともに他方はシリンダ１３から離間させ、圧縮行程では、前記他方でシールを行うとともに前記一方はシリンダ１３から離間させることになる。したがって、圧縮行程は勿論、吸込行程でもシリンダ１３とピストン１４との間のシール性を確保できるため、ブローバイの発生を抑止できることになり、また、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１は、いずれも、吸込行程および圧縮行程のいずれか一方を主としてシール性を発揮するため、耐久性を向上できる。
【００２２】
また、第１のピストンリング３０は、第１のテーパ部２５ａに倣った拡径時にシリンダ１３の内面に当接してシリンダ１３とピストン１４との間をシールする一方、第１のテーパ部２５ａに倣った縮径時にシリンダ１３の内面との間に隙間を形成することになり、第２のピストンリング３１も、第２のテーパ部２６ａに倣った拡径時にシリンダ１３の内面に当接してシリンダ１３とピストン１４との間をシールする一方、第２のテーパ部２６ａに倣った縮径時にシリンダ１３の内面との間に隙間を形成することになるため、摩耗耐久性の低下を確実に防止できる。
【００２３】
「第２実施形態」
本発明の第２実施形態の往復動圧縮機を主に図５を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は、同一称呼、同一の符号とし、説明は略す。
【００２４】
第２実施形態においては、ピストン１４の第１のリング溝２５および第２のリング溝２６の配置が、第１実施形態とは逆になっている。つまり、圧縮室２０とは反対側ほど拡径するテーパ状の第２のテーパ部２６ａを有する第２のリング溝２６が、圧縮室２０側に形成されており、圧縮室２０側ほど拡径するテーパ状の第１のテーパ部２５ａを有する第１のリング溝２５が、この第２のリング溝２６の圧縮室２０とは反対側に形成されている。これにより、第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａおよび第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａは、第１のリング溝２５および第２のリング溝２６が二つでＷ字状をなすように、互いに逆テーパの形状をなしている。
【００２５】
「第３実施形態」
本発明の第３実施形態の往復動圧縮機を主に図６を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は、同一称呼、同一の符号とし、説明は略す。
【００２６】
第３実施形態においては、第１のリング溝２５および第２のリング溝２６は、互いの底部のテーパ角度が異なっている。つまり、第１のリング溝２５の第１のテーパ部２５ａと第２のリング溝２６の第２のテーパ部２６ａとは、最小径および最大径は互いに同じとなっているもの、第２のテーパ部２６ａの方が第１のテーパ部２５ａよりも溝幅が広くなっていて、テーパ角度が第２のテーパ部２６ａの方が第１のテーパ部２５ａよりも小さくなっている。その結果、吸込行程における拡径のタイミングを早く、圧縮行程における拡径のタイミングを遅くして、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１の不完全シール状態の発生を抑制するようになっている。
【００２７】
なお、第１〜第３実施形態において、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１の材質を異ならせても良い。例えば、圧縮する気体が窒素ガス等の特殊な気体である場合に、気体の種類によってはピストンリングの摩耗悪化を招くため、高コストの特殊な材質のピストンリングを用いなければならないことがある。このような気体を扱う場合には、圧縮行程時にシールを行う第２のピストンリング３１のみを高コストのものとすれば良く、コストを低減できる。このとき、第２実施形態の構造を採用すれば、吸込行程でシールを行う第１のピストンリング３０が圧縮室２０の雰囲気にさらされにくくなり、より好ましい。
【００２８】
また、第１〜第３実施形態において、第１のピストンリング３０および第２のピストンリング３１の形状は上記に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように内周面を円筒面としたり、図８に示すように断面楕円形状（あるいは円形状）としたりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態の往復動圧縮機を示す部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の往復動圧縮機におけるピストンおよびピストンリングを示す部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の往復動圧縮機における吸込行程のピストンおよびピストンリングを示す部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の往復動圧縮機における圧縮行程のピストンおよびピストンリングを示す部分断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の往復動圧縮機におけるピストンおよびピストンリングを示す部分断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の往復動圧縮機におけるピストンおよびピストンリングを示す部分断面図である。
【図７】本発明の第１〜第３実施形態の往復動圧縮機におけるピストンリングの変形例を示す部分断面図である。
【図８】本発明の第１〜第３実施形態の往復動圧縮機におけるピストンリングの別の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  往復動圧縮機
１２  シリンダヘッド
１３  シリンダ
１４  ピストン
２０  圧縮室
２５  第１のリング溝
２５ａ  第１のテーパ部（底部）
２６  第２のリング溝
２６ａ  第２のテーパ部（底部）
３０  第１のピストンリング
３０ａ  第１の当接部（内周面）
３１  第２のピストンリング
３１ａ  第２の当接部（内周面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010007643.tif 000008
【図７】
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【図８】
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