(57)【要約】【課題】  例えば極低温かつ高圧下の運転状態においても、ピストンリングの合口部が大きく開いたり変形することがないようにして、ピストンの圧縮効率を大幅に向上させる。【解決手段】  ピストンリング（４１）は、Ｃ字状に形成されて２つの開口先端部（４４）により形成される合口部（４３）を有するピストンリング本体（４２）と、ピストンリング本体とは別体に形成されてピストンリング溝内に配設されると共にピストンリングの２つの開口先端部の間に架設されて合口部を覆う別体部材（５０）とを備え、ピストンリング本体の２つの開口先端部は、外周部に沿って周方向に相互に対向するように突出する突出部（４５）をそれぞれ有し、別体部材は、２つの突出部の半径方向内側に配設されて２つの突出部の間に形成される合口部を半径方向内側から覆う。別体部材は、ピストンリング本体よりも曲げ強度が高い材料で形成されることが望ましい。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）のシリンダライナ（３）内に往復動可能に挿通されたピストン（５）のピストンリング溝（１８）内に配設されて前記ピストンと前記シリンダライナとの間を液密又は気密にするピストンリング（４１）であって、前記ピストンリングは、Ｃ字状に形成されて２つの開口先端部（４４）により形成される合口部（４３）を有するピストンリング本体（４２）と、前記ピストンリング本体とは別体に形成されて前記ピストンリング溝内に配設されると共に前記ピストンリングの前記２つの開口先端部の間に架設されて前記合口部を覆う別体部材（５０）とを備え、前記ピストンリング本体の前記２つの開口先端部は、外周部に沿って周方向に相互に対向するように突出する突出部（４５）をそれぞれ有し、前記別体部材は、前記２つの突出部の半径方向内側に配設されて前記２つの突出部の間に形成される前記合口部を半径方向内側から覆うことを特徴とするピストンリング。
【請求項２】
前記別体部材（５０）は、前記ピストンリング本体（４２）よりも曲げ強度が高い材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のピストンリング。
【請求項３】
前記ピストンリング溝（１８）内に前記ピストンリング本体（４２）及び前記別体部材（５０）の半径方向内側に配設されるばね部材（６０）をさらに備え、前記ばね部材は、前記ピストンリング本体及び前記別体部材を半径方向外側へ付勢することを特徴とする、請求項１又は２に記載のピストンリング。
【請求項４】
前記２つの突出部（４５）は、外周部に沿って略同じ長さだけ周方向に相互に対向するようにそれぞれ突出していることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のピストンリング。
【請求項５】
前記別体部材（５０）は、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部（５５）が前記ピストンリング本体（４２）の前記合口部（４３）の前記合口隙間（４６）内に開口する別体部材貫通路（５４）を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のピストンリング。
【請求項６】
前記別体部材貫通路は、前記別体部材（５０）の前記ピストン（５）基部側の側面（５３）上に凹設されて半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部（５５）が前記ピストンリング本体（４２）の前記合口部（４３）の前記合口隙間内（４６）に開口する貫通凹部（５４，５７）からなることを特徴とする、請求項５に記載のピストンリング。
【請求項７】
前記別体部材（５０）は、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部（５５）が前記ピストンリング本体（４２）の前記合口部（４３）の前記合口隙間（４６）内に開口する別体部材貫通路（５４）を有し、前記ばね部材（６０）は、Ｃ字状に形成されて前記ピストン（５）の前記ピストンリング溝（１８）を半径方向外側から遊嵌するように前記ピストンリング溝内に配設されると共に半径方向に貫通して前記別体部材（５０）の前記別体部材貫通路（５４）に連通するばね部材貫通路（６５）を有することを特徴とする、請求項３に記載のピストンリング。
【請求項８】
前記ばね部材貫通路は、前記ばね部材（６０）の前記ピストン（５）基部側の端面（６２）上に凹設されて半径方向に貫通すると共に前記別体部材（５０）の前記別体部材貫通路（５４）に連通する貫通凹部（６５）を有することを特徴とする、請求項７に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンのピストンリング溝内に配設されてピストンとシリンダライナとの間を液密又は気密にする、ピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、液化天然ガスを燃料とするディーゼル機関は、車両等においてこれまでも使用されてきた。しかしながら、近年、重油系燃料を使用する低速ディーゼル機関において、ＮＯX 、ＳＯX 等の排出量を減少させて排出環境性能を向上させるために、高圧の天然ガスを機関のシリンダ内に噴射して燃焼させる、高圧ガス噴射型低速２サイクルディ一ゼル機関の開発が進められている。この高圧ガス噴射型低速２サイクルディ一ゼル機関は、比較的大型のディ一ゼル機関であり、通常は船舶等に使用される。
【０００３】
一方、船舶等においては、液化ガス供給装置をガス危険区域へ配置することができることが必要であり、そのために安全性に優れた液化ガス供給装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。この液化ガス供給装置において、低温の液化天然ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出し、その高圧の液化天然ガスを加熱して気化させる加熱装置へ供給するための昇圧機器として、ピストンポンプが使用される。
【０００４】
このピストンポンプは、例えば図７に示すように、次のような構成を有している（例えば、特許文献１参照）。ピストンポンプ１０１のシリンダ１０２内のシリンダライナ１０３、シリンダヘッド室１０４、シリンダライナ１０３内に挿入されるピストン１０５、シリンダヘッド室１０４内に配設されるバルブヘッド１０６、シリンダ１０２に取り付けられるシリンダヘッド１０７が配設される。
【０００５】
シリンダヘッド室１０４は、シリンダライナ１０３とシリンダヘッド１０７との間のシリンダ１０２内に設けられている。ピストン１０５は、図示しないコントローラにより制御された油圧ポンプなどを駆動源として、クランク機構などの運動変換機構などを介して、シリンダライナ１０３内を往復動する。シリンダ１０２は液体燃料の供給口１０８を有し、低温の液体燃料がこの供給口１０８を通して比較的低圧でシリンダヘッド室１０４内に導かれる。この比較的低圧の液体燃料は、バルブヘッド１０６に穿設された複数の吸入路１１７を通してシリンダ１０２内に導入される。
【０００６】
ピストン１０５より加圧された液体燃料は、吐出口１０９を通して高圧で外部へ吐出される。シリンダヘッド１０７内には、吐出口１０９に連通する吐出路１１０が軸方向に穿設される。また、バルブヘッド１０６にはこの吐出路１１０に連通する吐出路１１１が設けられる。吐出弁１２０により、吐出路１１１が開閉される。
【０００７】
シリンダライナ１０３はバルブヘッド１０６側にバルブ収容室１１６を有し、バルブ収容室１１６内には、図示しないバルブプレートと、バルブプレートをバルブヘッド１０６側へ付勢する図示しない圧力ばねとからなる吸入弁が配設されて、上述のバルブヘッド１０６の吸入路１１７をその出口で開閉する。ピストン１０５は、その外周部に複数のピストンリング溝１１８が削成され、各ピストンリング溝１１８には、複数のピストンリングで形成されるピストンリング体１４０がそれぞれ取り付けられる。
【０００８】
上述の従来のピストンリング体１４０は、例えば、単体のピストンリングが２つ、軸方向に重ね合わされて形成されているのが一般的である。各ピストンリング１４１は、例えば図８に示されるように、半径方向には板状に、かつ全体が一体に環状に形成され、そし
てＣ字型に形成されて、開口部となる合口部１４２を有する。高圧で圧縮される液体燃料は、この合口部１４２の合口隙間１４３から漏洩しやすい。
【０００９】
また、この合口部からの液体燃料の漏洩を極力少なくするため、図９及び図１０に示すように、合口部１５２を形成するピストンリング１５１の端部同士が相互に周方向に摺動し合うことができるように、ピストンリング１５１の両端部から周方向に突出する突出部１５３，１５４が、互い違いに半径方向の内外側にずらされてそれぞれ形成されているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
ピストンリング体１４０を形成する２つのピストンリング１５１は、図９に示すように、内部に取り付けられたＣ字状のスプリング１５０によりシリンダライナ１０３側に押圧されてシリンダライナ１０３側に密接し、これにより、ピストン１０５とシリンダライナ１０３との間が液密及び気密にされ、ピストン１０５とシリンダライナ１０３との間からの液体燃料の液漏れやガス漏れが防止される。図８に示す従来のピストンリング１４１についても、スプリングによる押圧に関しては同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５９３４４０９号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、例えば、図８に示す従来のピストンリング１４１は、半径方向には板状に、また全体が一体に環状に形成され、そしてＣ字型に形成されて、開口部となる合口部１４２を有する。
【００１３】
一方、例えば極低温液体の加圧用に使用されるピストンポンプの場合には、無潤滑であっても摺動性が良好に保たれるように、ピストンリング１４１は、例えばフッ素樹脂複合材のような、自己潤滑性を有する特殊樹脂材から形成される。しかしながら、このフッ素樹脂複合材のような自己潤滑性を有する特殊樹脂材は、一般的に温度膨張係数が鉄系材料の１０倍程度あり、また弾性率は鉄系材料の１００分の１程度である。また、曲げ強度は極めて低い。
【００１４】
このため、極低温かつ高圧下の運転状態においては、温度低下によりピストンリング１４１が周方向に大きく収縮すると共に、高い圧力によってさらに収縮するという特性を有する。これにより、極低温かつ高圧下の運転状態においては、図８に示すように、ピストンリング１４１の合口部１４２の合口隙間１４４が常温時の合口隙間１４３よりも著しく拡大し、液体燃料の漏洩量が増加するという問題がある。
【００１５】
また、図９及び図１０に示すような従来のピストンリング１５１は、合口部１５２からの液体燃料の漏洩を極力防止するために、合口部１５２を形成するピストンリング１５１の端部同士が相互に周方向に摺動し合うことができるように、ピストンリング１５１の両端部から周方向に突出する突出部１５３，１５４が、互い違いに半径方向の内外側にずらされてそれぞれ形成されている。
【００１６】
すなわち、この従来のピストンリング１５１は、合口部１５２の突出部１５３，１５４において、半径方向の幅がそれぞれ、例えばピストンリング１５１の半径方向幅の半分程度に薄く形成されたものとなる。このため、これら突出部１５３，１５４の曲げ強度は、上述のように本質的に低いものであるのに加えて、半径方向の幅が薄く形成されることに
よりさらに低いものとなる。
【００１７】
この一方、２つのピストンリング１５１は、高圧側から常に圧力を受けてピストンリング溝１１８内において、ピストン１０５の基部側に位置する内側面１１８ａに押圧されている。このため、ピストンリング溝１１８のピストン１０５の先端部側の内側面１１８ｂと、ピストン１０５の先端部側に配置されたピストンリング１５１の外側面１５１ａとの間に隙間が形成され、この隙間を介して、高圧の液体燃料が常にピストンリング溝１１８の内部に入り込んでいる。
【００１８】
このため、ピストンリング溝１１８内に入り込んだ高圧の液体燃料により、特にシリンダライナ１０３によって外側からの支持を受けない、半径方向内側に位置する突出部１５４が半径方向外側へ押圧されて、図１０に示すように、その一部が外側へ大きく変形することがある。
【００１９】
これにより、２つのピストンリング１５１の突出部１５３，１５４同士が密接しないようになり、合口部１５２にさらに大きな隙間が生じて高圧の液体燃料がその隙間から洩れて、圧縮効率を著しく低下させる、という問題を発生させている。
【００２０】
このように、上述の従来のピストンリング１４１，１５１は、液体燃料圧縮時ような極低温かつ高圧下の運転状態において、合口部１４２，１５２の合口隙間が大きくなり、多量の液体燃料の漏洩を発生させるという問題がある。
【００２１】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、例えば極低温かつ高圧下の運転状態においても、ピストンリングの合口部が大きく開いたり変形することがなく、これによりピストンの圧縮効率を大幅に向上させることができる、ピストンリングを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述の課題を解決するために、本発明のピストンリングは、シリンダのシリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンのピストンリング溝内に配設されてピストンとシリンダライナとの間を液密又は気密にするピストンリングであって、ピストンリングは、Ｃ字状に形成されて２つの開口先端部により形成される合口部を有するピストンリング本体と、ピストンリング本体とは別体に形成されてピストンリング溝内に配設されると共にピストンリングの２つの開口先端部の間に架設されて合口部の合口隙間を覆う別体部材とを備え、ピストンリング本体の２つの開口先端部は、外周部に沿って周方向に相互に対向するように突出する突出部をそれぞれ有し、別体部材は、２つの突出部の半径方向内側に配設されて２つの突出部の間に形成される合口部を半径方向内側から覆うようにしたことにある。
【００２３】
このように、本発明のピストンリングは、Ｃ字状に形成されて２つの開口先端部により形成される合口部を有するピストンリング本体と、ピストンリング本体とは別体に形成されてピストンリング溝内に配設されると共にピストンリングの２つの開口先端部の間に架設されて合口部の合口隙間を覆う別体部材とを備え、このピストンリング本体の２つの開口先端部は、外周部に沿って周方向に相互に対向するように突出する突出部をそれぞれ有し、別体部材は、２つの突出部の半径方向内側に配設されて２つの突出部の間に形成される合口部を半径方向内側から覆うようにしたから、ピストンリング本体が、例えば温度膨張係数が大きく、弾性率が小さい材料で形成されているために、極低温かつ高圧下においてピストンリングが大きく収縮し、合口部の合口隙間が大きく開いたとしても、上述の別体部材がその合口部を半径方向内側から覆うため、被圧縮物が合口部から多量に漏洩することが確実に防止される。したがって、ピストンの圧縮効率を大幅に向上させることがで
きる。
【００２４】
また、別体部材がその合口部を半径方向内側から覆うから、すなわち、本発明のピストンリングは従来のピストンリングのようなシリンダライナによって外側からの支持を受けない突出部を有しないから、たとえピストンリングが曲げ強度が低い材料から形成されたものであっても、極低温かつ高圧下で突出部が大きく変形することはなく、合口部に大きな合口隙間が生ずることはない。したがって、ピストンの圧縮効率を大幅に向上させることができる。
【００２５】
さらに、別体部材は、ピストンリング本体の２つの突出部の半径方向内側に配設され、シリンダライナと直接接触することがないから、シリンダライナとの摺動性を考慮することなく、その材料を比較的自由に選定することができる。
【００２６】
上記ピストンリングにおいて、別体部材は、ピストンリング本体よりも曲げ強度が高い材料で形成されていることが望ましい。
【００２７】
このように、別体部材が、ピストンリング本体よりも曲げ強度が高い材料で形成されていることにより、別体部材に対し被圧縮物によってピストンリング溝内から高い圧力がかかっても、別体部材が変形することが防止され、合口部に大きな隙間が生ずることが防止される。したがって、ピストンの圧縮効率を一段と向上させることができる。
【００２８】
上記ピストンリングにおいて、ピストンリング溝内にピストンリング本体及び別体部材の半径方向内側に配設されるばね部材をさらに備え、ばね部材は、ピストンリング本体及び別体部材を半径方向外側へ付勢することが望ましい。
【００２９】
このように、ピストンリング溝内にピストンリング本体及び別体部材の半径方向内側に配設されるばね部材を備え、このばね部材が、ピストンリング本体及び別体部材を半径方向外側へ付勢することにより、このばね部材の付勢力によって別体部材をピストンリング本体に、またピストンリング本体をシリンダライナにそれぞれ押圧して密接させることができる。したがって、ピストンリング本体とシリンダライナとの間のみならず、別体部材とピストンリング本体との間から、被圧縮物がピストン基部側へ漏洩することがより確実に防止される。
【００３０】
上記ピストンリングにおいて、２つの突出部は、外周部に沿って略同じ長さだけ周方向に相互に対向するようにそれぞれ突出していることが望ましい。
【００３１】
このように、ピストンリング本体の開口先端部の２つの突出部は、外周部に沿って略同じ長さだけ周方向にそれぞれ突出していることにより、ピストンリング溝内から高い圧力を受けている別体部材とピストンリング本体の突出部との当たりが均一になり、突出部の変形や摩耗が防止されて、合口部に大きな隙間が生ずることがさらに防止される。
【００３２】
上記ピストンリングにおいて、別体部材は、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する別体部材貫通路を有することが望ましい。
【００３３】
このように、別体部材が、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する別体部材貫通路を有することにより、この別体部材貫通路を通して、ピストンリング溝内の高い圧力の被圧縮物の一部を低い圧力としてピストン基部側へ、すなわちピストンの低圧側へ逃がすことができ、例えば軸方向に複数のピストンリング溝を有するピストンの場合にも、複数のピストンリング溝内の各ピス
トンリングが高い圧力を分散して均等に受けることができるようになる。このため、ピストンの液密性及び気密性が一段と高められる。
【００３４】
また、各ピストンリングが均等に圧力を受けることができるようになったことにより、最も損傷を受けやすいピストン先端部側のピストンリング溝に取り付けられるピストンリングの寿命を大幅に延ばすことができ、これによりピストン全体のメンテナンス間隔を大幅に延長することができる。
【００３５】
上記ピストンリングにおいて、別体部材貫通路は、別体部材のピストン基部側の側面上に凹設されて半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する貫通凹部からなることが望ましい。
【００３６】
このように、別体部材貫通路を、別体部材のピストン基部側の側面上に凹設されて半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する貫通溝から形成することにより、別体部材貫通路の形成が極めて容易になる。
【００３７】
上記ピストンリングにおいて、別体部材は、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する別体部材貫通路を有し、ばね部材は、Ｃ字状に形成されてピストンのピストンリング溝を半径方向外側から遊嵌するようにピストンリング溝内に配設されると共に半径方向に貫通して別体部材の上記別体部材貫通路に連通するばね部材貫通路を有することが望ましい。
【００３８】
このように、別体部材が、半径方向に貫通すると共に半径方向外側の開口部がピストンリング本体の合口部の合口隙間内に開口する別体部材貫通路を有する一方、ばね部材が、Ｃ字状に形成されてピストンのピストンリング溝を半径方向外側から遊嵌するようにピストンリング溝内に配設されると共に半径方向に貫通して上記別体部材の別体部材貫通路に連通するばね部材貫通路を有することにより、ピストンリング溝内に配設されるばね部材が、別体部材の上記別体部材貫通路の入口を塞ぐことが防止される。
【００３９】
これにより、別体部材の別体部材貫通路を通してピストンリング溝内の高い圧力の被圧縮物の一部を、低い圧力としてピストン基部側へ、すなわちピストンの低圧側へ確実に逃がすことができるようになる。
【００４０】
上記ピストンリングにおいて、ばね部材貫通路は、ばね部材のピストン基部側の端面上に凹設されて半径方向に貫通すると共に別体部材の別体部材貫通路に連通する貫通凹部を有することが望ましい。
【００４１】
このように、ばね部材貫通路が、ばね部材のピストン基部側の端面上に凹設されて半径方向に貫通すると共に別体部材の別体部材貫通路に連通する貫通凹部を有するようにすることにより、ばね部材貫通路の形成が極めて容易になる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明のピストンリングは、シリンダのシリンダライナ内に往復動可能に挿通されたピストンのピストンリング溝内に配設されてピストンとシリンダライナとの間を液密又は気密にするピストンリングであって、ピストンリングは、Ｃ字状に形成されて２つの開口先端部により形成される合口部を有するピストンリング本体と、ピストンリング本体とは別体に形成されてピストンリング溝内に配設されると共にピストンリングの２つの開口先端部の間に架設されて合口部の合口隙間を覆う別体部材とを備え、ピストンリング本体の２つの開口先端部は、外周部に沿って周方向に相互に対向するように突出する突出部をそれぞれ有し、別体部材は、２つの突出部の半径方向内側に配設されて２つの突出部の間に形
成される合口部の合口隙間を半径方向内側から覆うものである。
【００４３】
したがって、本発明のピストンリングは、例えば極低温かつ高圧下の運転状態においても、ピストンリングの合口部が大きく開いたり変形することがなく、これによりピストンの圧縮効率を大幅に向上させることができる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のピストンリングが装着されたピストンポンプを示す軸方向断面図である。
【図２】図１のピストンリングを示す正面図である。
【図３】図２のピストンリングのスプリングを示す正面図である。
【図４】図２のピストンリングで形成されるピストンリング体の詳細を示す、ピストン基部側から見た端面図である。
【図５】図２のピストンリングで形成されるピストンリング体の詳細を示す軸方向断面図である。
【図６】図５の別体部材を示す正面図である。
【図７】従来のピストンリングを装着したピストンポンプを示す軸方向断面図である。
【図８】図７の従来のピストンリングを示す正面図である。
【図９】図８とは別の、従来のピストンリングを備えたピストンリング体の詳細を示す軸方向断面図である。
【図１０】図９のピストンリングの突出部の変形例を示す部分正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明に係るピストンリングを実施するための形態を、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。図１は、一例としてのピストンポンプ１を示し、このピストンポンプ１は例えば船舶等に使用されるもので、高圧の液化天然ガスを噴射して燃焼させる高圧ガス噴射型低速２サイクルディーゼル機関の液化ガス供給装置などに使用される。このピストンポンプ１は、供給された極低温の液化天然ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出し、この液化ガスを加熱して気化させるための加熱装置へ供給する。
【００４６】
ピストンポンプ１には、内部にシリンダライナ３が配設されたシリンダ２と、シリンダライナ３内に液密及び気密に往復動可能に挿通されたピストン５と、シリンダ２の先端部に液密及び気密に取り付けられるシリンダヘッド７と、シリンダ２内のシリンダライナ３とシリンダヘッド７との間に画成される空洞であるシリンダヘッド室４と、シリンダヘッド室４内に配設されるバルブヘッド６と、バルブヘッド６内に穿設されてシリンダヘッド室４とシリンダライナ３内とを連通させる４つの吸入路１７とが配設される。４つの吸入路１７は、バルブヘッド６の周方向に略９０°毎に配設される。
【００４７】
シリンダヘッド室４は、シリンダライナ３とシリンダヘッド７との間のシリンダ２内に、周方向の３６０°にわたり連通するように設けられている。ピストン５は、図示しないコントローラにより制御された油圧ポンプなどを駆動源として、クランク機構などの運動
変換機構、及びピストン５に連結されてシリンダ２内に往復動可能に挿通されたピストンロッド１２などを介して、シリンダライナ３内を往復動する。シリンダ２は液体燃料の供給口８を有し、極低温の液体燃料がこの供給口８を介して比較的低圧でシリンダヘッド室４内へ供給される。
【００４８】
ピストン５により加圧された液体燃料は、シリンダヘッド７の吐出口９を介して高圧で外部へ吐出される。シリンダヘッド７内には、吐出口９に連通する吐出路１０が軸方向に穿設される。シリンダライナ３はバルブヘッド６側にバルブ収容室１３を有し、このバルブ収容室１３内には、図示しないバルブプレートと、このバルブプレートをバルブヘッド６側へ付勢する図示しない圧力ばねとからなる吸入弁が配設されている。
【００４９】
ピストン５は、外周部に複数のピストンリング溝１８が削成され、各ピストンリング溝１８には、後述するように、２つのピストンリング４１などの集合体からなるピストンリング体４０がそれぞれ取り付けられる。ピストンリング体４０により、ピストン５とシリンダライナ３との間が液密及び気密にされる。
【００５０】
また、ピストン５の先端部は、ピストン５よりも小径に形成されてバルブヘッド６側へ突出する突起１６を有する。一方、シリンダ２とシリンダライナ３との間から洩れた一部の液体燃料は、排出口２８，２９を介してそれぞれ液体燃料の供給側に戻される。
【００５１】
上述のピストンロッド１２は、シリンダ２内に配設されたシール部３０により、シリンダ２との間が液密及び気密にされて、例えば上述の排出口２９を介して連通する供給側の液体燃料が、シリンダ２とピストンロッド１２との間から外部へ洩れないようにしている。また、シール部３０には、シンリダ２に穿設された窒素ガス供給路３３を介して外部から窒素ガスＮ2 が供給されて与圧され、これによってもシリンダ２とピストンロッド１２との間から液体燃料が外部へ洩れないようにしている。
【００５２】
ピストンポンプ１において、バルブ収容室１３内の吸入弁は、ピストン５の吸入行程時に吸入路１７の出口を開弁させると共に、ピストン５の圧縮行程時に吸入路１７の出口を閉弁させる。吐出弁１１は、ピストン５の吸入行程時にシリンダヘッド７に設けた吐出路１０を閉弁させると共に、ピストン５の圧縮行程時に吐出路１０を開弁させる。
【００５３】
バルブヘッド６には、シリンダライナ３側の端面からシリンダヘッド７の吐出路１０へ連通する出口開口部２１が穿設され、吐出弁１１がシリンダヘッド７の吐出路１０の下部に配設される。吐出弁１１は、外周部に複数の流入孔を有する一方、シリンダライナ３側の先端部には流入孔が形成されていないから、この先端部が内部のばねの付勢力によってバルブヘッド６の出口開口部２１の近傍のシリンダヘッド７側の端面に当接することにより、閉弁することができる。
【００５４】
吐出弁１１は、圧縮行程時にピストン５がバルブヘッド６側へ伸長し始めると、シリンダライナ３側からの液体燃料の圧力によって、内部のばねの付勢力に抗して開弁する。また、吐出弁１１は、ピストン５の最大伸長時にピストン５の突起１６がバルブヘッド６の出口開口部２１を貫通することにより、出口開口部２１側から供給される液体燃料の圧力が急激に低下する。これにより、吐出弁１１は、内部のばねの付勢力によってバルブヘッド６の出口開口部２１の近傍のシリンダヘッド７側の端面に当接して、再び閉弁する。
【００５５】
このように、ピストンロッド１２とシリンダ２との間に、このピストンロッド１２とシリンダ２との間を液密及び気密にするためのシール部３０が配設される。シール部３０は、リテイナ３１を介してコイルばね３２により軸方向の反ピストン５側に付勢されて、シリンダ２内に固定される。
【００５６】
図５に示すように、上述のピストンリング体４０は、２つのピストンリング４１が軸方向に重ね合わされて形成される。図４に示すように、各ピストンリング４１は、ピストンリング本体４２と別体部材５０とから形成される。
【００５７】
ピストンリング本体４２には、無潤滑であっても摺動性が良好に保たれるように、材料として、例えばフッ素樹脂複合材などの樹脂複合材が使用される。この一方、フッ素樹脂複合材は、弾性率が鉄系材料の１００分の１程度であり、特に高圧下では変形が生じやすいという特性を有する。また、曲げ強度も低い。
【００５８】
図２及び図４に示すように、ピストンリング本体４２は、半径方向に板状に、かつ全体が一体に環状に、そしてＣ字型に形成されて開口部となる合口部４３を有する。ピストンリング本体４２の合口部４３を形成する２つの開口先端部４４は、円弧状に形成されてピストンリング本体４２の外周部４２ａに沿って相互に対向するように周方向に突出してなる、突出部４５をそれぞれ有する。
【００５９】
２つの突出部４５は、ピストンリング本体４２の外周部に沿って略同じ長さだけ周方向にそれぞれ突出している。この突出部４５は、ピストンリング本体４２の外周部４２ａ側に配設されて、突出部４５の外周部は、ピストンリング本体４２の他の領域の外周部４２ａと略同曲率の円弧状に形成される。
【００６０】
ピストンリング本体４２の突出部４５の半径方向の幅は、例えば、ピストンリング本体４２の半径方向の幅の５０％程度に形成される。また、２つの突出部４５により形成される合口部４３の合口隙間４６は、ピストンリング本体４２の最大熱膨張時にも２つの突出部４５同士が接触することがない範囲で、極力狭く形成される。
【００６１】
また、ピストンリング本体４２のピストン５の基部側の側面４１ｂ上には、内周部４２ｂ側の角部が周方向に連続して面取りされてなる、周方向溝４７が凹設されている。本ピストンポンプ１において、この周方向溝４７は、ピストンリング溝１８内に配設される２つのピストンリング本体４２のうち、ピストン５の基部側に配設されるピストンリング本体４２にのみ形成されている。ただし、２つのピストンリング本体４２の双方に形成してもよい。
【００６２】
図５に示すように、ピストン５のピストンリング溝１８内に軸方向に重ね合わされて配設された２つのピストンリング４１は、それら２つの合口部４３を通して多量のガス漏れを起こさないように、２つの合口部４３が周方向に一定角度だけ相互にずらされて配置され、ピストンリング溝１８内で２つの合口部４３が軸方向に貫通しないように、２つのピストンリング４１がピストン５に取り付けられる。
【００６３】
図４に示すように、別体部材５０は、上述のピストンリング本体４２の別部品として、すなわち別体に形成されて、ピストンリング本体４２の合口部４３を形成する２つの開口先端部４４の突出部４５の間に、かつ突出部４５の内周部４５ａ側（半径方向内側）に架設されて、合口部４３の合口隙間４６を半径方向内側から覆うものである。
【００６４】
図４に示すように、別体部材５０の外周部５１は、ピストンリング本体４２の突出部４５の内周部４５ａと略同曲率の円弧状に形成される一方、別体部材５０の内周部５２は、ピストンリング本体４２の内周部４２ｂと略同曲率の円弧状に形成される。この別体部材５０の半径方向の幅は、例えば、ピストンリング本体４２の半径方向の幅の５０％程度に形成される。
【００６５】
別体部材５０は、フッ素樹脂複合材からなるピストンリング本体４２よりも曲げ強度が高い材料により形成される。別体部材５０は、ピストン５のピストンリング溝１８内に配設されるため、特にシリンダライナ３との摺動性は要求されないから材料を比較的自由に選定することができ、例えば、結晶性ポリマ材のポリエーテルエーテルケトン材や金属材のステンレス鋼材などから形成される。
【００６６】
図５及び図６に示すように、別体部材５０には、ピストン５の基部側の側面５３に径方向溝（貫通凹部）５４が、またその側面５３の内周部５２側の角部が周方向に面取りされた形状に形成されると共に上述の径方向溝５４に連通する周方向溝（貫通凹部）５７が、それぞれ凹設されている。
【００６７】
径方向溝５４は、別体部材５０の半径方向内側から半径方向外側まで、つまり内周部５２側から外周部５１側まで周方向溝５７を介して半径方向に直線状に貫通すると共に、径方向溝５４の外周部５１側（半径方向外側）の開口部５５は、図４に示すように、ピストンリング本体４２の２つの突出部４５の間の合口部４３の合口隙間４６内に配置されている。
【００６８】
図３に示すように、スプリング（ばね部材）６０は、全体が環状に、かつ周上の一箇所に開口部を有するＣ字状に形成されて、図４及び５に示すように、ピストン５のピストンリング溝１８を半径方向外側から遊嵌して、このピストンリング溝１８内のピストンリング本体４２及び上述の別体部材５０の半径方向内側に配設され、ピストンリング本体４２及び別体部材５０を半径方向外側へ付勢する。
【００６９】
このため、図４に示すように、ピストンリング本体４２の外周部４２ａがシリンダライナ３の内周部３ａに密接して、ピストンリング本体４２とシリンダライナ３との間を液密及び気密にする。また、別体部材５０をピストンリング本体４２の２つの突出部４５に押圧して密接させ、別体部材５０とピストンリング本体４２との間を液密及び気密にする。これにより、ピストンリング本体４２とシリンダライナ３との間のみならず、別体部材５０とピストンリング本体４２との間から、被圧縮物の液体燃料がピストン５の基部側へ漏洩することが防止される。
【００７０】
図３に示すように、スプリング６０は、ピストン５の基部側の端面６２上に半径方向内側から半径方向外側まで、つまりスプリング６０の内周部６０ａ側から外周部６１側まで半径方向に直線状に貫通する、径方向溝（貫通凹部）６５が凹設されている。径方向溝６５はスプリング６０の上記端面６２上に、スプリング６０の仮想中心から略放射状に、かつ周方向に略等間隔に複数個が配設されている。
【００７１】
図４に示すように、スプリング６０の径方向溝６５は、その半径方向外側の開口部６６を通して別体部材５０の周方向溝５７及び上述のピストンリング本体４２の周方向溝４７に連通している。すなわち、ピストンリング溝１８の内部とピストンリング本体４２の合口部４３の合口隙間４６との間は、スプリング６０の径方向溝６５と、別体部材５０の周方向溝５７及び上述のピストンリング本体４２の周方向溝４７と、別体部材５０の径方向溝５４とを介して連通しており、ピストンリング溝１８内の高い圧力の液体燃料を、これらの溝６５，５７，４７，５４の開口面積を適宜に調整することにより、一定の低い圧力として合口部４３側へ逃がすことができる。
【００７２】
また、別体部材５０の周方向溝５７及びピストンリング本体４２の周方向溝４７を設けたことにより、仮にスプリング６０の径方向溝６５と別体部材５０の径方向溝５４とが周方向にずれて取り付けられた場合にも、ピストンリング溝１８の内部とピストンリング本体４２の合口部４３の合口隙間４６との間が、一定面積の隙間を介して確実に連通される
。
【００７３】
したがって、ピストンリング溝１８内の高い圧力Ｐ1 をピストン５の基部側へ、すなわちピストン５の低圧側へ低い圧力Ｐ2 にして確実に逃がすことができ、図１に示すように、ピストン５に軸方向に配設されている複数のピストンリング溝１８内のピストンリング体４０が、高い圧力を分散して均等に受けることができるようになる。このため、液密性及び気密性が一段と高められる。
【００７４】
また、上述の各溝６５，５７，４７，５４は、スプリング６０の端面６２上、別体部材５０の側面５３上、及びピストンリング本体４２の側面４８上にそれぞれ削成によって設けることができるから、それらの形成は極めて容易である。
【００７５】
このように、各ピストンリング体４０が均等に圧力を受けることができるようになったことにより、最も損傷を受けやすいピストン５の先端部側のピストンリング溝１８に取り付けられるピストンリング体４０の、ピストンリング４１の寿命を大幅に延ばすことができ、これによりピストン５、すなわちピストンポンプ１全体のメンテナンス間隔を大幅に延長することができる。
【００７６】
上述のように、本ピストンポンプ１のピストンリング４１において、ピストンリング本体４２の合口部４３の２つの開口先端部４４は、ピストンリング本体４２の外周部４２ａに沿って相互に対向するように周方向に突出する突出部４５をそれぞれ有する一方、別体部材５０は、これら２つの突出部４５の間に、かつ２つの突出部４５の内周部４５ａ側に配設されている。
【００７７】
この一方、図５に示すように、２つのピストンリング４１は、ピストン５の先端部側から、すなわち高圧側から常に圧力Ｐ1 を受けて、ピストンリング溝１８内においてピストン５の基部側の、すなわち低圧側の内側面１８ａに押圧されている。このため、ピストンリング溝１８のピストン５先端部側の内側面１８ｂと、ピストン５の先端部側に配置されたピストンリング４１のピストン５先端部側の側面４１ａと間に隙間が形成され、この隙間を介して、高圧の液体燃料の一部が常にピストンリング溝１８の内部に入り込んでくる。
【００７８】
しかしながら、本ピストンポンプ１のピストンリング４１は、従来のピストンリングのような、シリンダライナ３の内周部３ａに密接せずに外側からの支持を受けない突出部を有しない。したがって、たとえピストンリング本体４２が樹脂複合材のような曲げ強度が低い材料から形成されたものであっても、突出部４５に高い圧力Ｐ1 がかかって突出部４５が変形することはなく、合口部４３の隙間が拡大することはない。したがって、被圧縮物の液体燃料の想定外の液漏れやガス漏れを起こすことがなく、ピストン５の圧縮効率を著しく向上させることができる。
【００７９】
また、別体部材５０は、ピストンリング本体４２よりも曲げ強度が高い材料で形成されている。このため、ピストンリング溝１８の内部から高い圧力Ｐ1 がかかっても、別体部材５０自体の変形は極めて少ない。したがって、合口部４３に大きな隙間が生ずることが防止されて、この点からもピストン５の圧縮効率を一段と向上させることができる。
【００８０】
さらに、ピストンリング本体４２の２つの開口先端部４４の突出部４５は、ピストンリング本体４２の外周部に沿って略同じ長さだけ周方向にそれぞれ突出している。したがって、別体部材５０にピストンリング溝１８の内部から高い圧力Ｐ1 がかかっても、別体部材５０とピストンリング本体４２の突出部４５との当たりが均一になり、突出部４５の変形や摩耗が防止され、合口部４３に大きな隙間が生ずることが防止される。
【００８１】
なお、別体部材貫通路は、必ずしも別体部材５０のピストン５の基部側の側面５３に形成されて内周部５２側から外周部５１側へ貫通する上述の径方向溝５４及び周方向溝５７に限定されるものではなく、例えば、別体部材５０の内部に穿設されて内周部５２側から外周部５１側へ貫通すると共に、別体部材５０の外周部５１側の開口部がピストンリング本体４２の２つの突出部４５の間の合口部４３の合口隙間４６に配置されてなる、図示しない内部貫通孔等であってもよい。
【００８２】
このような貫通孔によっても、ピストンリング溝１８内の高い圧力Ｐ1 の一部をピストン５の基部側へ、すなわち低圧側へ逃がすことができる。また、ばね部材貫通路についても同様であり、必ずしも上述の径方向溝６５に限定されるものではなく、他の形状の貫通路であってもよい。
【００８３】
なお、上述のピストンリングは一例を示したにすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。また、本発明のピストンリングは、必ずしもピストンポンプに使用されるピストンリングに限定されるものではなく、一般のピストンリングに広く利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  ピストンポンプ
２  シリンダ
３  シリンダライナ
３ａ  内周部
４  シリンダヘッド室
５  ピストン
６  バルブヘッド
７  シリンダヘッド
８  供給口
９  吐出口
１０  吐出路
１１  吐出弁
１２  ピストンロッド
１３  バルブ収容室
１６  突起
１７  吸入路
１８  ピストンリング溝
１８ａ，１８ｂ  内側面
２１  出口開口部
２８，２９  排出口
３０  シール部
３１  リテイナ
３２  コイルばね
３３  窒素ガス供給路
４０  ピストンリング体
４１  ピストンリング
４１ａ，４１ｂ  側面
４２  ピストンリング本体
４２ａ  外周部
４２ｂ  内周部
４３  合口部
４４  開口先端部
４５  突出部
４５ａ  内周部
４６  合口隙間
４７  周方向溝
４８  側面
５０  別体部材
５１  外周部
５２  内周部
５３  側面
５４  径方向溝（貫通凹部）
５５  開口部
５７  周方向溝（貫通凹部）
６０  スプリング（ばね部材）
６０ａ  内周部
６１  外周部
６２  端面
６５  径方向溝（貫通凹部）
６６  開口部
１０１  ピストンポンプ
１０２  シリンダ
１０３  シリンダライナ
１０４  シリンダヘッド室
１０５  ピストン
１０６  バルブヘッド
１０７  シリンダヘッド
１０８  供給口
１０９  吐出口
１１０，１１１  吐出路
１１２  ピストンロッド
１１６  バルブ収容室
１１７  吸入路
１１８  ピストンリング溝
１１８ａ，１１８ｂ  内側面
１２０  吐出弁
１４０  ピストンリング体
１４１  ピストンリング
１４２  合口部
１４３，１４４  合口隙間
１５０  スプリング
１５１  ピストンリング
１５１ａ  外側面
１５２  合口部
１５３，１５４  突出部
Ｐ1 ，Ｐ2   圧力
【図１】
2019090454.tif 000003
【図２】
2019090454.tif 000004
【図３】
2019090454.tif 000005
【図４】
2019090454.tif 000006
【図５】
2019090454.tif 000007
【図６】
2019090454.tif 000008
【図７】
2019090454.tif 000009
【図８】
2019090454.tif 000010
【図９】
2019090454.tif 000011
【図１０】
2019090454.tif 000012