(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースに潤滑油を貯溜しない無給油式のオイルフリー往復圧縮機において、該圧縮機のピストンとシリンダとの間隙からクランクケースに漏洩するブローバイガス流によって発生する笛吹音を解消するために、ピストンの外周に穿設されるピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して、ブローバイガスの流速を緩和貯溜するための、円周溝を穿設し、該円周溝に集合されたブローバイガスを、該円周溝に連通してピストンスカートの外周に穿設した１本以上の縦溝により、クランクケース側に排出するようにしたオイルフリー往復圧縮機のピストン。
【請求項２】
ピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して円周溝を穿設するに際し、前記近接する距離を、ブローバイガスの流速によって、笛吹音が発生することがない距離とした、請求項１記載のオイルフリー往復圧縮機のピストン。
【請求項３】
前記ピストンリング溝に近接した円周溝に連通して、１本以上の縦溝を穿設してブローバイガス流の排出流路を形成するに際し、該縦溝の穿設位置を、最下段ピストンリング溝のピストンリングの合い口位置の最短距離の位置とした、請求項１記載のオイルフリー往復圧縮機のピストン。
【請求項４】
前記ピストンリング溝に近接する円周溝の断面積を、ブローバイガスを抵抗なく縦溝へ流すような断面積とすることにより、縦溝以外の箇所から笛吹音が発生するガス量が流れないようにしてなる請求項１〜３のいずれかに記載のオイルフリー往復圧縮機のピストン。
【請求項５】
ピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して円周溝を穿設し、かつ該円周溝に連通する縦溝を穿設してなるピストンにおいて、前記円周溝に連通する少なくとも２本以上の縦溝を、ピストンスカート外周に穿設してなり、各縦溝の断面積を、ピストンリングの合い口部から洩れるブローバイガスの抵抗を十分低く抑えうるようなものとすることにより、笛吹音の発生を防止してなる請求項１記載のオイルフリー往復圧縮機のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無給油式のオイルフリー往復圧縮機の気筒において、ピストンとシリンダの隙間からのブローバイガス流によって、笛吹音が発生するのを解消するためのピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復圧縮機には、給油式のものと無給油式のオイルフリー型がある。給油式のものでは、クランクケースに貯溜されている潤滑油が、連接棒に付設されているオイル掻き羽根の掻き揚げによって、ピストンとシリンダの間隙や、連接棒小端部の摺動部に常に油膜が形成される。オイルフリー型往復圧縮機では、潤滑油による油膜形成と、潤滑油の循環掻き揚げによる冷却効果がないため、これに対応するための種々の対策が施される。
【０００３】
その一つに、ピストンを駆動する連接棒小端部の温度上昇と、ピストン自体の温度上昇を極力抑えるために、ピストン自体を耐熱性の樹脂で製作することがある。
【０００４】
また、油膜が形成されないために、ピストンリング外周、およびピストンリングの合い口部から漏洩するブローバイガス流によって、ピストンとシリンダの隙間で笛吹音が発生するという問題があり、その対策が求められている。
【０００５】
上記笛吹音を解消するために、従来は、図４に示すような対策がとられている。  図４は、ピストン１００における２本のピストンリング溝１０１，１０２の下段溝１０２の直下に円周溝１０３を穿設して、ブローバイガスの流速を緩和し、かつこの円周溝１０３に、ピストン１００の内側に連通して、ブローバイガスを排出する逃がし孔１０４を穿設してある。この逃がし孔１０４から、ブローバイガスを排出させることにより、笛吹音は解消されている。
【０００６】
しかし、この笛吹音解消方法においては、圧縮熱によって昇温しているブローバイガスが、ピストン内部の連接棒小端部側に排出されるため、連接棒小端部の温度は上昇し、小端部に嵌合付設されている潤滑グリス封入型のニードルベアリングの耐久性が損われるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、オイルフリー往復圧縮機のピストンにおいて、ピストンとシリンダとの間隙から漏洩するブローバイガス流によって発生する笛吹音を消すために、ブローバイガスを、連接棒小端部等他の機構に、温度による影響を与えることなく、クランクケース側に排出する手段を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は次のようにして解決される。
(１)クランクケースに潤滑油を貯溜しない無給油式のオイルフリー往復圧縮機において、該圧縮機のピストンとシリンダとの間隙からクランクケースに漏洩するブローバイガス流によって発生する笛吹音を解消するために、ピストンの外周に穿設されるピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して、ブローバイガスの流速を緩和貯溜するための、円周溝を穿設し、該円周溝に集合されたブローバイガスを、該円周溝に連通してピストンスカートの外周に穿設した１本以上の縦溝により、クランクケース側に排出するようにする。
【０００９】
(２)上記(１)項において、ピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して円周溝を穿設するに際し、前記近接する距離を、ブローバイガスの流速によって、笛吹音が発生することがない距離とする。
【００１０】
(３)上記(１)項において、ピストンリング溝に近接した円周溝に連通して、１本以上の縦溝を穿設してブローバイガス流の排出流路を形成するに際し、該縦溝の穿設位置を、最下段ピストンリング溝のピストンリングの合い口位置の最短距離の位置とする。
【００１１】
(４)上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、ピストンリング溝に近接する円周溝の断面積を、ブローバイガスを抵抗なく縦溝へ流すような断面積とすることにより、縦溝以外の箇所から笛吹音が発生するガス量が流れないようにする。
【００１２】
(５)上記(１)項において、ピストンリング溝の最下段のものの直下に近接して円周溝を穿設し、かつ該円周溝に連通する縦溝を穿設してなるピストンにおいて、前記円周溝に連通する少なくとも２本以上の縦溝を、ピストンスカート外周に穿設してなり、各縦溝の断面積を、ピストンリングの合い口部から洩れるブローバイガスの抵抗を十分低く抑えうるようなものとすることにより、笛吹音の発生を防止するようにする。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
ピストン（１）の上部外周に、トップリング溝（２）とセカンドリング溝（３）が穿設され、それぞれに、トップリング（６）とセカンドリング（７）が嵌入されている。セカンドリング（７）の合い口（７ａ）は正面のほぼ中央部に、また図には表れていないが、トップリング（６）の合い口は、セカンドリング（７）の合い口（７ａ）の反対側に位置させられている。
【００１４】
セカンドリング溝（３）の直下に円周溝（４）が穿設され、かつ上端が該円周溝（４）に連通し、下端がピストンスカート部（８）の下端に達する縦溝（５）が穿設され、ブローバイガスの排出流路を形成している。なお縦溝（５）の穿設位置は、前記したセカンドリング（７）の合い口（７ａ）とほぼ整合している。
【００１５】
上記構成において、セカンドリング溝（３）の直下に穿設されている円周溝（４）は、セカンドリング溝（３）に近接して位置しているが、その距離は短かいほど望ましい。もしこの距離が長いと、その間で笛吹音を発生する場合がある。しかし、この距離があまりに短かすぎると、セカンドリング（７）が受ける圧縮空気の圧力によって、円周溝（４）の上方に続くリングランド部（４ａ）が変形する恐れがある。
【００１６】
そのため、特に樹脂製ピストンでは、リングランド部（４ａ）は、比較的厚い適正なものとすることが必要である。したがって、セカンドリング溝（３）から円周溝（４）までの距離は、笛吹音の発生しないような長さとされ、円周溝（４）の深さは、リングランド部（４ａ）の強度が維持できるように定められる。
【００１７】
円周溝（４）に連通して穿設されている縦溝（５）が、セカンドリング（７）の合い口（７ａ）の近傍に設けられるのは、縦溝（５）の位置が合い口（７ａ）より離れる程、笛吹音を解消する効果が減少するためであり、もし縦溝（５）の位置が、ピストンの中心角度で、セカンドリング（７）の合い口（７ａ）から９０°以上離れていると、いかなる縦溝の形状としても、全く効果が得られなくなることが分かったからである。
【００１８】
合い口（７ａ）の近傍に設けられる縦溝（５）の排出流路は、縦溝（５）とシリンダの間で形成される流路断面積が、ブローバイガスの流速抵抗を十分低く抑えられるようにしてあるが、これは、この流路抵抗が高くなると、ブローバイガスは縦溝（５）以外のピストンとシリンダの間隙から流出して、笛吹音を発生させることがあるためである。この断面積は、ピストン径等によって異なるブローバイガス量に応じて、適正な値に定められる。
【００１９】
適正な断面積で穿設される縦溝（５）に対して、円周溝（４）は、ブローバイガス量を抵抗なく縦溝（５）に流す断面積としてあり、円周溝（４）に連通する縦溝（５）以外の箇所から高速ガスが流れて、笛吹音が発生することがないようにしてある。もともとブローバイガス量は、それ程流量の多いものではなく、数ｍｍ平方以上の流路断面積があれば、ピストンリングの磨耗等によってブローバイガス量が増加しても、十分対処できる量である。
【００２０】
本発明においては、セカンドリング（７）の合い口（７ａ）の位置が固定されていない場合の笛吹音の解消についても考慮が払われている。普通ピストンリングは、リング溝に嵌入する場合、合い口位置に関係なく嵌入されることが多い。したがって、合い口の位置は固定されず、また、運転中においても、合い口（７ａ）の位置は移動する要素をもっているのが一般的である。
【００２１】
本発明では、前記一般的なピストンリングの嵌入方法が取られる場合の対処策として、ピストンスカート（８）の全周に、ピストンの中心角度で、９０°以下の間隔、すなわち、合い口位置がどの位置あっても、４５°以下で縦溝に連通する間隔で、複数本の縦溝を穿設することにより、合い口（７ａ）の位置が変動しても、笛吹音の解消効果を得られるようにしてある。したがって、この場合、縦溝の断面積は、合い口の位置に拘わらず、ブローバイガスの流速抵抗が十分低く抑えられる流路となるように、全周に同一断面積の縦溝を複数穿設しておく。通常複数本の縦溝を穿設する場合、ピストンの型成形時に同時に形成されるため、加工工数その他製作上の難点は発生しない。
【００２２】
図１（ａ）において、１は、ピストンリング６，７が嵌入されているピストンである。ピストン１は、耐熱性，断熱性を有する樹脂で成形されていて、圧縮熱で昇温する図示しないシリンダーカバーやシリンダの温度が、ピストン１の内部の連接棒小端部に伝熱するのを防いでいる。また、ピストンリング６，７は、潤滑性、耐熱性を有するふっ素系樹脂で製作されている。
【００２３】
ピストン１におけるトップリング溝２内の裏面中央、および、セカンドリング溝３内の正面には、外方へ突出する板状凸部３ａが形成されており、トップリング６、およびセカンドリング７の合い口７ａが、前記板状凸部３ａを挟んで嵌入されていることによって、ピストンリング６，７が固定され、リング溝内での回転移動が押さえられている。すなわち、トップリング６およびセカンドリング７の合い口の位置は、互いに１８０°反対位置にある。したがって、図１（ａ）のセカンドリング７の合い口７ａは固定位置にあり、円周溝４に連通する縦溝５の位置は、セカンドリング７の合い口７ａの直下に位置している。
【００２４】
上記は、トップリングとセカンドリングの２本のリングを備えるものについて説明したが、他の実施例として、低圧圧縮気筒の場合、ピストンリングを１本とすることがある。この場合には、ピストンリング（セカンドリング）を嵌入しない下段のピストンリング溝（セカンドリング溝）を円周溝として利用し、上段のピストンリング（トップリング）の合い口位置の直下に円周溝（セカンドリング溝）に連通する縦溝を穿設することも可能である。このようにしても、２本のピストンリングを嵌入する場合と同様の効果が得られる。なお、この場合には、図１（ａ）の円周溝４を省略することができる。
【００２５】
以上、本発明を樹脂製ピストンを例として説明したが、ブローバイガスによる笛吹音は、アルミダイキャスト等で製作されるオイルフリー往復圧縮機のピストンの場合にも発生することがあることから、本発明の構成は、金属製のピストンにも適応できるものであり、本発明は、樹脂製ピストンに限定されるものではない。
【００２６】
図１（ｂ）において、縦溝５の断面が、ピストンの外周面溝５ａが広く、溝底部が狭い２段溝５ｂとしてあるのは、ピストンの強度を保持するためと、ブローバイガス量の流速抵抗を充分低く抑えるために与えられた形状であって、縦溝５の形状は、例えば、円周に習った矩形状または、円錐溝でもよい。すなわち、縦溝の流路断面積が確保され、ピストンのスカート部の強度が保持される形状であれば、実施例の断面形状に限定されるものでないことは勿論である。
【００２７】
図２は、本発明のさらに他の実施例を示すもので、セカンドリング７の合い口７ａの位置を樹脂成形されるピストン成形用の割型の接合部に合致させてある場合に、円周溝４に連通する縦溝を、合い口７ａの両側に振り分けて、２本の縦溝５Ａ，５Ｂとしたものである。
【００２８】
この振り分ける位置は、合い口７ａの位置の最短距離の位置であって、樹脂成形の接合部強度に影響しない距離にある。すなわち、２本の縦溝５Ａ，５Ｂの位置は、ピストン中心角度で、少なくとも９０°以内でなければならない。これは、最もブローバイガス量の多い合い口７ａから離れるほど、笛吹音の解消効果が減少することによるものである。
【００２９】
前記接合部強度に影響しない距離とは、ピストンリング合い口の位置がピストンピンの直交位置にあるとき、この合い口の位置が、シリンダその摺動部で最も強く接触し、クランク軸の回転で最も強い力が加わる位置となるため、もしその部位に縦溝５切欠があると、ピストンスカート部の強度がもたないために、両側に振り分けた縦溝５Ａ，Ｂとしてあるのである。
【００３０】
図３は、ピストンリングをピストンリング溝に固定させないで、ピストンリングの合い口の位置が回転移動する場合の、ピストンスカート部に断面が円錐台形状の４本の縦溝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを穿設した例を示すものである。このピストンに設けられている４本の縦溝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄによって、セカンドリングの合い口の位置がどこの位置に回転移動しても、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各縦溝が、同一断面積でブローバイガス流の流速抵抗を十分低く抑えられる流路となっているので．笛吹音は、完全に解消される効果を有するものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明はオイルフリー往復圧縮機のピストンにおいて、ピストンリング溝の直下に、円周溝を穿設し、該円周溝に連通する１本以上の縦溝を穿設して、ブローバイガスをクランクケース側に排出するようにしたことによって、ピストンリングの磨耗等によってブローバイガスが増大した場合でも、笛吹音の発生が完全に解消される効果を奏する。
【００３２】
また、ブローバイガスをピストンスカートの外周から縦溝によって排出するようにしたことによって、ブローバイガスの温度が連接棒小端部等のピストン内部機構の温度上昇がなくなり、潤滑グリス封入型のニードルベアリングの耐久性が一段と向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)本発明によるオイルフリー往復圧縮機のピストンのピストンスカート部に穿設されている縦溝を示す正面図である。
(ｂ)図１(ａ)のＡ−Ａ線断面図であって、ピストンスカート部の縦溝の断面形状を示す図である。
【図２】(ａ)本発明のピストンスカート部における縦溝を、ピストンリングの合い口位置の両側に穿設したピストンの正面図である。
(ｂ)図２(ａ)のピストンスカート部の縦溝形状を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明のピストンスカート部における縦溝を、ピストンの全周に設けた場合のピストンスカート部の断面図である。
【図４】従来のオイルフリー往復圧縮機のピストンの断面図である。
【符号の説明】
１    ピストン
２    トップリング溝（ピストンリング溝）
３    セカンドリング溝（ピストンリング溝）
４    円周溝
５    縦溝
６    トップリング（ピストンリング）
７    セカンドリング（ピストンリング）
７ａ  合い口
８    ピストンスカート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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