(57)【要約】【課題】エアコンプレッサのピストン構造にピストンピンやベアリングの冷却機能を持たせて動力ロスを軽減し耐久性を高める。【解決手段】エアコンプレッサのピストン構造において、ピストン１の周面に設けられたウエアリング３１に切欠き３２を形成して、ピストンピン穴２２を塞がないようにする。またピストン１の作動時にウエアリング３１が回転しないように、ウエアリングをピン状の回転防止部材１８で留める。このような構造によれば、ピストンピン２１の内部が、ウエアリングの切欠き３２を介してクランクケース側と導通できる。すなわち、切欠き３２が熱の逃げ路となるため、作動時においてピストンピン２１やその周囲を冷却できる。その結果、ピストンピン２１を支持するベアリングやウエアリング３１の熱変形を回避できるので、ベアリング２５の耐久性を向上させることができる。また、熱膨張の影響を緩和できるので、従来生じていた動力ロスを軽減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアコンプレッサのピストン構造において、
シリンダ内を往復するピストンと、
前記ピストンの周面側に設けられたウエアリングと、を有しており、
前記ウエアリングには、前記ピストンのピストンピン穴の両端を塞がないように、切欠きが形成してあることを特徴とするエアコンプレッサのピストン構造。
【請求項２】
前記ウエアリングが回転しないようにするための回転防止部材を有していることを特徴とする請求項１記載のエアコンプレッサのピストン構造。
【請求項３】
シリンダ内を往復するピストンを備えたエアコンプレッサのピストン構造において、
前記ピストンのピストンピン穴の内部を、クランクケース側と導通させるための導通路を有することを特徴とするエアコンプレッサのピストン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンプレッサのピストン構造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のエアコンプレッサの内部構成を示す図である。
図５は、図４のエアコンプレッサで用いられるピストン５７及びその周辺構造を示す拡大図である。
【０００３】
従来より一般的に用いられているエアコンプレッサ（空気圧縮機）は、図４に示すように、回転軸５１を駆動するモータ５２と、該回転軸５１を回転自在に支持する軸受５３と、回転軸５１の偏心位置に装着されたクランクのクランクピン５５と、該クランクピン５５の旋回運動に伴って往復運動するピストン５７と、該ピストン５７を摺動自在に収納するシリンダ９とを有している。
【０００４】
旋回運動するクランクピン５５と往復運動するピストン５７とは、コネクティングロッド７１を介して連結されている。クランクピン５５とコネクティングロッド７１との連結部分には、転がり軸受５９が介在している。モータ５２が駆動して回転軸５１が回転するとクランクピン５５が旋回運動し、その動力が軸受５９とコネクティングロッド７１を介してピストン５７へ伝達され、その結果、ピストン５７がシリンダ９内で往復運動する。
【０００５】
シリンダ９内を往復運動するピストン５７には、図５に示すように管状のピストンピン８１が固設されている。当該ピストンピン８１は、コネクティングロッド７１の一端にある小径環状部７３により、ベアリング８３を介して回転自在に把持されている。かかるピストンピン８１とベアリング８３を介した連結構造により、コネクティングロッド７１は、ピストン５７に対し相対的に揺動することが可能である。したがって、モータ５２の駆動に伴いコネクティングロッド７１が揺動しても、ピストン５７はシリンダ９内で軸方向を保ったまま往復運動することができる。
【０００６】
シリンダ内で往復運動するピストン５７の外周面には、図５に示すように、ピストンの周面を囲うウエアリング８５が設けられている。当該ウエアリングは、ピストン５７の外周とシリンダ９の内壁との間に介在している。ピストン５７がシリンダ９内で往復運動するときには、ウエアリング８５がシリンダ９の内壁上を摺動するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１２０９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のピストン構造によれば、ウエアリング８５は展開状態で図６（Ａ）に示すような帯状の形態を有しており、これを図６（Ｂ）に示すように環状に丸めたものが、ピストン５７の外周を囲うように設けられている。したがって、このようなウエアリング８５をピストンに設けた場合には、図５に示すようにピストンピン８１のピストンピン穴８２（貫通穴）の両端開口部は、ウエアリング８５によって塞がれることとなる。
【０００９】
しかしながら、ピストン５７の往復運動に伴いシリンダ９内では圧縮熱が発生するので、ピストンピン穴８２を塞いだ構造では、加熱されたピストンピン８１の熱の逃げ路がない。そのためピストンピン８１の両端開口部を通じてウエアリング８５が加熱され、図７に示すように、ピストンピン穴８２に対向する位置において、ウエアリング８５が熱膨張、熱変形してピン穴８２の方向に陥没するといった問題が生じる。
【００１０】
また、ウエアリング８５はピストン５７の往復運動に伴う振動等により回転するが、当該ウエアリング８５の熱変形が初期の状態であれば（図７に示すような陥没状態に至る前であれば）、変形前と同様に回転する。ところが、その回転の際、当該変形分をかじりながら回転するので、ピストン５７の摺動抵抗が大きくなるといった問題が生じる。
【００１１】
また、ウエアリング８５が熱変形して、図７に示すようにピストンピン穴８２が完全に塞がれると、ピストンピン８１の内部に熱がこもり、やがてベアリング８３を熱変形させて軸受寿命を低下させるといった問題が生じる。さらに、この熱によりベアリング８３内のグリスを劣化させるといった問題も生じる。
【００１２】
また、ピストン５７においてピストンピン８１の両端は軸受部分８４において支持されているものの（図５参照）、当該軸受部分８４は他の部分に比して肉が厚い。そのため、作動に伴う圧縮熱によってピストン５７が加熱されると、肉厚の大きい軸受部分８４が他の部分に比してより大きく熱膨張する。その結果、ピストン外周のウエアリング８５に作用する摺動抵抗が局部的に大きくなり、動力ロスが生じるといった問題がある。
【００１３】
上述した従来技術の問題点に鑑み本発明の目的は、エアコンプレッサのピストン構造に、ピストンの冷却機能を持たせ、圧縮熱に起因する問題点を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した本発明の目的は、シリンダ内を往復するピストンと、前記ピストンの周面側に設けられたウエアリングとを有しており、前記ウエアリングに、前記ピストンのピストンピン穴の両端を塞がないように、切欠きが形成してあることを特徴とするエアコンプレッサのピストン構造によって達成される。当該ピストン構造は、ウエアリングが回転しないように回転防止部材を有していることが好ましい。
【００１５】
また上述した本発明の目的は、シリンダ内を往復するピストンを備えたエアコンプレッサのピストン構造において、前記ピストンのピストンピン穴の内部を、クランクケース側と導通させるための導通路を有することを特徴とするエアコンプレッサのピストン構造によって達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のピストン構造によれば、ピストンピンの内部が、ウエアリングに形成した切欠きを介してクランクケース側と導通している。したがって、ウエアリングの切欠きが熱の逃げ路となるため、作動時においてピストンピンを冷却し、ベアリングの温度を下げることができる。その結果、従来のピストン構造の如くピストンピンの内部に熱がこもり続けることがなく、ベアリングの熱変形を回避することができるので、ベアリングの耐久性を向上させることができる。
【００１７】
また、ピストンピン及びその周囲を冷却することで、ピストン本体の熱膨張を緩和することができる。その結果、従来では肉厚の大きいピストンピン軸受部分がより大きく熱膨張して、ピストン外周のウエアリングに作用する摺動抵抗が局部的に大きくなり、動力ロスが生じるといった問題が生じていたが、本発明によればこのような局部的摺動抵抗を軽減し、熱膨張の影響を緩和できるので、従来生じていた動力ロスを軽減することが可能になる。
【００１８】
また、ピストンピン穴に対向する位置において、ウエアリングには切欠きが形成してあり、加えて、回転防止部材によってウエアリングの回転が防止されるようになっている。これにより、ピストンピン穴がウエアリングによって塞がれることがないので、ピストンピンからの熱気に起因するウエアリングの熱膨張、熱変形を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るピストン構造を示す図である。
【図２】本発明に係るピストン構造の作用を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明のピストン構造が備えるウエアリングの展開状態を示す図である。図３（Ｂ）は、当該ウエアリングのピストンへの取付状態（丸めた状態）を示す図である。
【図４】従来のエアコンプレッサの内部構成を示す図である。
【図５】図４の従来のエアコンプレッサで用いられるピストン及びその周辺構造を示す拡大図である。
【図６】図６（Ａ）は、従来のピストン構造が備えるウエアリングの展開状態を示す図である。図６（Ｂ）は、当該ウエアリングのピストンへの取付状態（丸めた状態）を示す図である。
【図７】従来のピストン構造において、圧縮熱に起因してウエアリングが熱膨張、熱変形して陥没し、ピストンピン穴を塞いでいる状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（エアコンプレッサのピストン構造）
図１は、本発明に係るピストン構造を示す図である。
図２は、本発明に係るピストン構造の作用を示す図である。
図３（Ａ）は、図１及び図２のピストン１が備えるウエアリング３１の展開状態を示す図である。図３（Ｂ）は、当該ウエアリングのピストンへの取付状態（丸めた状態）を示す図である。
【００２１】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
なお、ピストン構造以外の構成については、図４に示す従来のエアコンプレッサのものと同様である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、ピストン１は、シリンダ９内を往復運動して圧縮空気を生成するピストン本体１２と、該ピストン本体の軸受部分１４によって両端を保持された管状のピストンピン２１と、シリンダ９内の圧縮室の気密を保持するピストンリング１６と、ピストン本体１２の周面を囲うように設けられたウエアリング３１と、該ウエアリングの回転を防止するピン状の回転防止部材１８と、を有している。
【００２３】
シリンダ９内の圧縮室は、ピストン本体１２の上部のピストンヘッドとシリンダヘッドとの間に形成される。ピストン１の下方側の非圧縮室（ピストン１による空気の圧縮が行われない領域）は、図４の従来構造と同様にクランクケース８の側に通じているので、非圧縮室にはクランクケース８を介して外気が流通するようになっている。
【００２４】
ピストンピン２１の両端は、ピストン本体１２の軸受部分１４によって保持されている（図２参照）。またピストンピン２１は、コネクティングロッド７１の一端にある小径環状部７３により、ベアリング２５を介して回転自在に把持されている。かかるピストンピン２１とベアリング２５を介した連結構造により、コネクティングロッド７１は、ピストン１に対し相対的に揺動することが可能である。したがって、モータの駆動に伴いコネクティングロッド７１が揺動しても、ピストン１はシリンダ９内で軸方向を保ったまま往復運動することができる。
【００２５】
ピストン本体１２の周面には、図１に示すように、ウエアリング３１を所定位置に位置決めするための環状の上側段部４１，下側段部４２が設けられている。ピストン本体１２の周面上であって上側段部４１と下側段部４２との間の凹状領域には、ウエアリング３１が取付けられている。なお、段部４１，４２の周囲とシリンダ内壁との間には、一定のクリアランスが設けられており、作動時に段部４１，４２とシリンダ９が接触することはない。
【００２６】
ウエアリング３１は、低摩擦係数の摺動性材料から形成されており、ピストン本体１２がシリンダ９に接触することなく往復動するようにガイドする役割を担う。当該ウエアリング３１は、段部４１，４２によって上下方向の移動が規制されている。ピストン１の作動時には、ウエアリング３１がシリンダ内壁面上を摺動してピストン本体１２をガイドするため、該ピストン本体がシリンダ内壁に接触することはない。
【００２７】
本発明において、ウエアリング３１には、図３に示すように∩状の切欠き３２が形成してある。ウエアリングの切欠き３２は、図１に示すように、ピストンピン２１のピストンピン穴２２（貫通穴）と対向する位置に形成されている。そのため、ウエアリング３１をピストン本体１２に取付けた状態において、ピストンピン２１の両端の開口部がウエアリング３１によって塞がれることがない。
【００２８】
上記説明のとおり本発明において、ピストンピン２１のピストンピン穴２２は、ウエアリング３１によって塞がれていない。したがって、ピストンピン穴２２は、∩状の切欠き３２を介して、さらに下側段部４２の周囲のクリアランスを介して、クランクケース８側に通ずる下方の非圧縮室と導通することができる。すなわち、本発明において、ウエアリング３１の切欠き３２は、ピストンピン穴２２と非圧縮室側（クランクケース側）との間の導通路を形成している。
【００２９】
ピストン本体１２に取付けられたウエアリング３１は、ピストン１の作動時に回転しないようにするために、ピン状の回転防止部材１８によって固定されている。当該ピン状の回転防止部材１８は、ピストン本体１２に固設されている。これにより、作動時の振動等によりウエアリング３１が回転して、ピストンピン穴２２を塞ぐ事態が生じるのを防止することができる。
【００３０】
なお、ウエアリング３１を位置決めする環状の下側段部４２において、ウエアリング３１の切欠き３２に対応する部分（図１に示す下側段部４２の領域Ｄ）の全部又は一部を切り欠く態様も採用可能である。これにより、下側段部４２によって導通性が阻害されるおそれがなく、ウエアリング３１の切欠きと下側段部４２の切欠きが一体となって導通路を構成するので、より効果的にピストンピン２１やベアリング２５を冷却することができる。
【００３１】
（本発明のピストン構造による作用効果）
エアコンプレッサを作動させると、ピストン１の往復運動に伴いシリンダ９内で圧縮熱が発生し、それに伴いピストン１が加熱される。しかしながら、本発明のピストン構造では、図２に示すように、ピストンピン２１の内部が、ウエアリング３１に形成した切欠き３２と、下側段部４２の周囲のクリアランスを介してクランクケース側と導通している。したがって、ウエアリング３１の切欠き３２が熱の逃げ路となるため、作動時においてピストンピン２１を冷却し、ベアリング２５の温度を下げることができる。その結果、従来のピストン構造の如くピストンピン２１の内部に熱がこもり続けることがなく、ベアリング２５の熱変形を回避することができるので、ベアリング２５の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
また、上記の如くピストンピン２１及びその周囲を冷却することで、ピストン本体１２の熱膨張を緩和することができる。その結果、従来では肉厚の大きい軸受部分１４がより大きく熱膨張して、ピストン外周のウエアリング３１に作用する摺動抵抗が局部的に大きくなり、動力ロスが生じるといった問題が生じていたが、本発明によればこのような局部的摺動抵抗を軽減し、熱膨張の影響を緩和できるので、従来生じていた動力ロスを軽減することが可能になる。
【００３３】
また、ピストンピン穴２２に対向する位置において、ウエアリング３１には切欠き３２が形成してあり、加えて、回転防止部材１８によってウエアリング３１の回転が防止されるようになっている。これにより、ピストンピン２１からの熱気に起因するウエアリング３１の熱膨張、熱変形を確実に防止することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１      ピストン
８      クランクケース
９      シリンダ
１２    ピストン本体
１４    軸受部分
１６    ピストンリング
１８    回転防止部材
２１    ピストンピン
２２    ピストンピン穴（貫通穴）
２５    ベアリング
３１    ウエアリング
３２    切欠き
４１    上側段部
４２    下側段部
５１    回転軸
５２    モータ
５３    軸受
５５    クランクピン
５７    ピストン
５９    転がり軸受
７１    コネクティングロッド
７３    小径環状部
８１    ピストンピン
８２    ピストンピン穴（貫通穴）
８３    ベアリング
８４    軸受部分
８５    ウエアリング
【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】
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【図７】
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