(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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１２Ｂ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１２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１４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１９Ｂとから一体形成されている。そして、該リップ部１９Ｂ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１９Ｂ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２１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１９Ｂ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１０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）
【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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