(57)【要約】  圧縮機用ピストンリングのシール性能の確保と、摺動部面圧のバランスによるピストンリングの摩耗低減の両者を解決するピストンリング及びそれを用いた圧縮機を提供することを目的とする。  上記課題を解決するために、ピストンリングは、その合口部に、ピストンリング高さ方向にステップ形状に重なり合う第１の合口部と、ピストンリングの半径方向にリップ形状で重なり合う第２の合口部を設け、前記第１の合口部の端部は前記ピストンリングの内周と外周が連通する第１の合口溝を前記加圧側に有し、前記第２の合口部の端部はリップ形状が重なることで前記ピストンリングの内周と外周が非連通となる第２の合口溝を前記非加圧側に有し、前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けた。これにより、ピストンリングの性能低下を生じることなく摺動面の摩耗低減が可能となる。
2015098924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、ピストンと、該ピストンに装着され前記シリンダ内の加圧側と非加圧側との間をシールするピストンリングを備え、シリンダ内の流体をピストンで圧縮することで圧縮流体を生成する圧縮機であって、
前記ピストンリングは加圧側に設けられた第１の合口部と、非加圧側に設けられた第２の合口部とを有し、前記第１の合口部の間には第１の合口溝が形成され、前記第２の合口部の間には第２の合口溝が形成され、前記第２の合口部において内周側と外周側が連通しないようにし、前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記第１の合口部は内周側と外周側が連通したステップ形状であり、前記第２の合口部は内周側と外周側が重なり合うリップ形状であることを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングは、前記円周溝のピストンリング高さ方向を、前記第２の合口部の高さ内とし、
前記円周溝と前記第１の合口溝とに連通する連通溝をさらに設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングは、前記円周溝を複数個設け、前記シリンダ内の加圧側の円周溝は両端が前記第１の合口溝に連通し、前記シリンダ内の非加圧側の円周溝は前記第２の合口溝に連通せず、
前記加圧側円周溝と非加圧側円周溝間を連通溝で接続するか、非加圧側円周溝に該円周溝から背面に連通する穴を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記円周溝の端部深さ方向形状が前記ピストンリング外周面に対して直角になるように形成されたことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記円周溝の深さＥ１は、前記ピストンリングの限界摩耗量δに対して、Ｅ１＞δとなるように構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングの加圧側面から前記円周溝の加圧側端までの高さをｈ４、前記ピストンリングの非加圧側面から前記円周溝の非加圧側端までの高さをｈ５としたとき、ｈ４＞ｈ５となる位置に前記円周溝が設けられていることを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記第２の合口部は、ピストンリングの半径方向の内側のリップ部と外側のリップ受け部で構成され、前記リップ受け部の厚さを前記リップ部の厚さより大きく構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項９】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記円周溝の幅は溝加工用のカッターの刃厚と同じに構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項１０】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングは、前記円周溝の溝底と前記ピストンリングの半径方向の内側へ連通する連通孔を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】
請求項８に記載の圧縮機であって、
前記リップ部の先端から根元に至る厚さを略同一とし、前記リップ受け部との間の接触面が略同心円になる様に構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項１２】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングの外周側と内周側との連通を遮断する部材を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の圧縮機であって、
前記第１の合口部および前記第２の合口部は内周側と外周側が連通したステップ形状であることを特徴とする圧縮機。
【請求項１４】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記円周溝は、矩形形状であることを特徴とする圧縮機。
【請求項１５】
ピストンリングの加圧側に第１の合口部と、ピストンリングの非加圧側に第２の合口部を設け、
前記第１の合口部の間には第１の合口溝が形成され、前記第２の合口部の間には第２の合口溝が形成され、前記第２の合口部において内周側と外周側が連通しないようにし、
前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けたことを特徴とするピストンリング。
【請求項１６】
請求項１５に記載のピストンリングであって、
前記第１の合口部は内周側と外周側が連通したステップ形状であり、前記第２の合口部は内周側と外周側が重なり合うリップ形状であることを特徴とするピストンリング。
【請求項１７】
請求項１５に記載のピストンリングであって、
前記円周溝は、一端が前記第１の合口溝に連通し、他端は前記第２の合口溝の手前まで形成されていることを特徴とするピストンリング。
【請求項１８】
請求項１５に記載のピストンリングであって、
前記円周溝は、前記第２の合口溝を避けて前記ピストンリングの外周に設けられていることを特徴とするピストンリング。
【請求項１９】
シリンダと、ピストンと、該ピストンに装着され前記シリンダ内の加圧側と非加圧側との間をシールするピストンリングを備え、シリンダ内の流体をピストンで圧縮することで圧縮流体を生成する圧縮機であって、
前記ピストンは樹脂により形成され、
前記ピストンリングは、合口部と前記合口部に連通する円周溝が設けられていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２０】
請求項１９に記載の圧縮機であって、
前記合口部は内周側と外周側が連通したステップ形状であることを特徴とする圧縮機。
【請求項２１】
請求項１９に記載の圧縮機であって、
前記ピストンリングを複数設けたことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンリング及びそれを用いた圧縮機に係り、特に、ピストンリングの性能を低下させず摩耗を低減させた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、実公平１−７８８８号公報（特許文献１）がある。この公報には、無給油式流体圧縮機に使用されるピストンリングのピストンリング合口部下側にリップ構造を設けてピストンリング合口部の流体漏れを防止する構造が記載されている。
また、実開昭５９−２１０６７号公報（特許文献２）には、内燃機関用のピストンリングの摩耗防止のため、ピストンリング外周面に円周溝を設け、内周面から外周面の円周溝に圧力を導く穴を設け、面圧をバランスさせる技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平１−７８８８号公報
【特許文献２】実開昭５９−２１０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、ピストンリングの摺動部面圧をバランスさせる構造について記載がなく、ピストンリングの摩耗低減が課題である。【０００５】
また、特許文献２は、ピストンリングの合口部がどの様な形状か、また合口部に対して円周溝がどの様に設けられているか述べられていない。図３２に、一般的な内燃機関のピストンリングの構成例を示す。図３２に示したように、一般的に内燃機関用のピストンリングは鋳鉄などの金属製であり、合口形状は、ストレート合口７２（図３２ａ）、または、斜め形状のアングルカット合口７３（図３２ｂ）であるが、シリンダとリングが同種の金属であるため熱膨張差が小さく合口隙間を数十ミクロンに設定できる。また、内燃機関用であるためピストンリング回りには油分が存在し、この結果、合口部を含めた合口部近傍の漏れがさほど大きくなく、合口部の形状が性能に影響しない。よって、ピストンリングの合口部の詳細が述べられていないと考えられる。ところが、特に無給油式圧縮機に用いる場合には、ピストンリングが樹脂製で構成されるため、ピストンリングが運転中の温度で突っ張りを生じないようにするため数ミリの合口幅、すなわち、内燃機関のピストンリング合口幅の数十倍となり合口部の漏れを低減する必要がある。図３２に対応した、往復動無給油式圧縮機に用いるピストンリングの合口部の様子を図３３のａ、ｂで模式的に示す。図３３に示すように、図３３の合口７６、７７は図３２の合口７２、７３に比べ大きく構成されている。なお、図３に示したステップ形状（ステップカット）の合口の場合も同様の関係となる。そこで、往復動無給油式圧縮機の場合は合口部の漏れを低減した上でストンリング外周面の円周溝を構成することが課題となる。【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、ピストンリング合口部からの漏れによる性能低下を発生させず摩耗を低減させた圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、シリンダと、ピストンと、該ピストンに装着され前記シリンダ内の加圧側と非加圧側との間をシールするピストンリングを備え、シリンダ内の流体をピストンで圧縮することで圧縮流体を生成する圧縮機であって、前記ピストンリングは、その合口部に、ピストンリング高さ方向にステップ形状に重なり合う第１の合口部と、ピストンリングの半径方向にリップ形状で重なり合う第２の合口部を設け、前記第１の合口部の端部は前記ピストンリングの内周と外周が連通する第１の合口溝を前記加圧側に有し、前記第２の合口部の端部はリップ形状が重なることで前記ピストンリングの内周と外周が非連通となる第２の合口溝を前記非加圧側に有し、前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けた圧縮機とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、性能低下を生じることなくピストンリング摺動面の摩耗低減が図れる圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】往復動圧縮機の概略構造を示す図である。
【図２】従来のピストンにピストンリングが装着された断面形状を示す図である。
【図３】ピストンリングの一般的な合口形状（ステップカット）を示す図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面を示した図である。
【図５】従来のリップ形状を設けたピストンリングの平面図と側面図である。
【図６】図５を内径側より見たピストンリング斜視図である。
【図７】従来のリップ部がシールする様子を示す図である。
【図８】従来のピストンリング外周の摺動面が摩耗した様子を示す図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ断面を示した図である。
【図１０】図７のＣ−Ｃ断面を示した図である。
【図１１】図７のＤ−Ｄ断面を示した図である。
【図１２】従来におけるピストンリングの面圧バランスについて説明する図である。
【図１３】実施例１におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図１４】実施例１における円周溝による面圧バランスを説明する図である。
【図１５】実施例２におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図１６】実施例２におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図１７】実施例３におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図１８】実施例４におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図１９】実施例５におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２０】実施例６におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２１】実施例７におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２２】実施例８におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２３】実施例９におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２４】実施例１０におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２５】実施例１０におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２６】実施例１０におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２７】実施例１１におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図２８】実施例１２におけるシリンダ内のピストンリングを組みつけたピストンの状態を示す図である。
【図２９】実施例１２におけるピストンに組みつけられた２つのピストンリングの相対的な位置関係を示す図である。
【図３０】図２８のピストンリングの部分断面図である。
【図３１】実施例１２におけるピストンリングの構造を示す図である。
【図３２】内燃機関のピストンリングの構成例を示す図である。
【図３３】無給油式往復動圧縮機用ピストンリングの構成例を示す図である。
【図３４】実施例１３におけるピストンリングの円周溝深さを精度良く加工する構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明の前提となる、往復動圧縮機の構成と従来のピストンリング構造について、図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は往復動圧縮機の概略構造を示す図である。図１において、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は圧縮機本体の拡大図を示している。図１において、タンク１上にモータ２と圧縮機本体３が配置され、図示されていないモータプーリに装着されたベルト４で圧縮機プーリ５が回転され、クランク軸６の回転が連接棒７によって往復動に変換され、ピストン８が往復動することにより吸込みサイレンサ１１から大気を吸込んだ後圧縮された空気は圧縮機本体吐出口１２から図示されていない配管を通りタンク１に流れる。ここで、ピストン８に装着されたピストンリング９は、シリンダ内の加圧側と非加圧側との間をシールする機能を備えている。また、圧縮機本体は、無給油式往復動圧縮機の場合には無潤滑で圧縮するためピストンリング９とライダーリング１０は四弗化エチレン樹脂等の樹脂で製造される。
【００１２】
図２はピストン８にピストンリング９が装着された状態の断面形状を示す図である。無給油式圧縮機の場合は、ピストンリング９は四弗化エチレン樹脂製などのため給油式の金属リングと異なりリングに弾性が無い。そこで、ピストンリング９の内径側に背面隙間を設け、また元々存在するピストンリング上面隙間からシリンダ内圧力Ｐｃがピストンリング９の背面に導かれることによりピストンリング９をシリンダ１３内面に押し付けることでピストンリング９とシリンダ１３摺動面間での漏れを防止する構造となっている。
【００１３】
一方、ピストンリング９は合口部で切りはなされた一体形状であり、合口部があることでピストンに組みつけることが可能となっている。また、圧縮時に合口部から漏れを生じないように合口部の構造は工夫がされている。最も一般的な合口形状は、図３に示すステップ形状（ステップカット）の合口部１４，１５である。この場合、直接上方から抜ける漏れ通路は無いが、図３のＡ−Ａ断面は図４に示した様に背面から合口下部を抜けて漏れ通路が生じ、図中の矢印に示した漏れを生じるため性能低下が課題である。
【００１４】
これに対して、図５、図６に示すような、ピストンリング下側の合口部にリップ形状を設けて漏れを低減させたピストンリングがある（例えば、特許文献１参照）。すなわち、図５において、図５（Ａ）はピストンリングを組み付け時に下側（シリンダ内の非加圧側）となる面を示し、ピストンリング側面の合口部形状も示している。また、図５（Ｂ）は、同様に上側（シリンダ内の加圧側）となる面を示している。以降、上側、下側とはピストンリングをピストンに組んだ時に、シリンダ内の加圧側か非加圧側かを示すものとする。このピストンリングは、上側の合口部は図５（Ｂ）に示す様にステップ形状で、下側が図５（Ａ）に示す様にリップ形状になっている。図６は下側の内径側より、下側合口部であるリップ合口部、及び上側合口部であるステップ形状合口部を見た斜視図である。図５，６に示すように、リップ合口部は、ピストンリングの半径方向の内側のリップ２１と外側のリップ受け部２２で構成されている。
【００１５】
図７は、リップ２１が内径側から圧力を受けてリップ受け部２２と接触しシールする様子を示している。図８は、ピストンリング外周のシリンダとの摺動面がδだけ摩耗し合口部２５が限界まで広がった様子を示している。この時のピストンリング外周摩耗量が限界摩耗量δ（すなわち、合口が離れてしまうときの摩耗量）である。
【００１６】
図９〜１１は図７のＢ−Ｂ〜Ｄ−Ｄ断面を示したもので、図４で示したピストンリング合口に対して、ピストンリングのどの合口部からもピストンリング背面から漏れ通路が生じていないことを示している。すなわち、図９は、図７のＢ−Ｂ断面を示しており、リップ２１でシールされる。また、図１０は、図７のＣ−Ｃ断面を示しており、リップ２１とリップ受け部２２でシールされる。また図１１は、図７のＤ−Ｄ断面を示しており、やはり、リップ２１とリップ受け部２２でシールされる。
【００１７】
また、このピストンリングのリップ形状は図７に示すようにリップ先端２１ａはリップ根本２１ｂより細く構成されている。この結果、ピストンリング９の外周が摩耗して合口が広がった時にリップ先端２１ａは容易に変形してリップ先端２１ａがリップ受け部２２へ接触する様になりシール性が得られるようになっている。
【００１８】
次に、図１２を用いて、ピストンリングの面圧バランスについて説明する。図１２は従来の円周溝が無い場合のピストンリングの圧力バランスを示している。ピストンリング９の背面にはシリンダ内圧Ｐｃが作用する。一方、ピストンリング摺動面は上端がシリンダ内圧力Ｐｃで下端が大気圧の為、摺動面の圧力分布は図に示すように三角形状の圧力分布となる。この結果、ピストンリング摺動面の平均圧力Ｐ１は領域Iの圧力を摺動面で割った値となる。この場合は、Ｐ１＝Ｐｃ/２となる。したがって、摺動面に対する面圧が大きいと摺動面の摩耗も大きくなるので、如何に摺動面に対する面圧を下げるかが課題であった。
【００１９】
このように、図５、図６に示すような合口部にリップ形状を有するピストンリングとすることで、ピストンリングの合口部からの漏れを防止できるが、さらに、ピストンリングの摺動面に対する面圧を下げピストンリング摺動面の摩耗低減を図ることが課題であった。
【００２０】
以下に、上記課題を解決するための本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１３は本実施例のピストンリング３０の構造を示す図である。図１３において、ピストンリング３０にはピストンリングの外周（シリンダとの摺動面）に円周溝３３が設けられている。円周溝３３はピストンリング高さの中央に位置する場合を例に示している。ここで、ピストンリング高さとは、ピストンリングのシリンダとの摺動面に対して平行な方向を言い、ピストンリングの半径方向はピストンリング厚さという。【００２２】
円周溝３３の図中右側端部は、ピストンリング上側（シリンダ内の加圧側）の上側合口溝３４に連通しておりピストンリング背面圧力もしくはシリンダ内圧力を容易に円周溝に導けるように構成されている。なお、円周溝３３に穴を設け背面圧力を導けるように構成されても良い。この様に穴を設ける構造は以降で述べる他の実施例においても同様である。また、円周溝３３の反対側（図中左側）の端部はピストンリングのリップ受け部３２側の下側合口溝３５近傍まで設けられているが下側合口溝３５には連通していない。その結果、ピストンリング背面から別途連通穴を加工することなく円周溝３３には上側合口溝３４からシリンダ内の圧縮空気が導かれる。一方、円周溝３３の反対側は下側合口溝３５に連通していないために円周溝内の空気が漏れて性能低下することが防止できる。【００２３】
次に、図１４は円周溝３３による面圧バランスを説明する図である。図１４において、円周溝３３には、上記したように、シリンダ内圧力Ｐｃが導かれている。従って、円周溝３３の上方の圧力はＰｃが一定で作用し、溝の下端をＰｃとし、ピストンリングの下端が大気となる摺動面圧力分布となる。この場合、円周溝３３の上方とピストンリング背面の圧力Ｐｃはバランスすることになる。そこで、領域IIの圧力を摺動面で割った値Ｐ２が本実施例の摺動面面圧となり、図１２で示した従来の摺動面面圧Ｐ１との関係は、Ｐ２＜Ｐ１となり、本実施例により面圧の低減が図れる。なお、図１４は円周溝の下端がピストンリング高さの１／２になる様に書かれているが、この場合はＰ２＝Ｐ１/２となり面圧を１／２に低減できることが判る。【００２４】
ここで、円周溝３３は深さ方向に幅が一定の溝（矩形形状）として構成されている。このため、リング外周が摩耗しても円周溝３３の幅が一定に保たれるため円周溝３３の上方は安定的に面圧のバランスが可能となる。【００２５】
このように、本実施例によれば、ピストンリングに合口部を避けた円周溝を設け、合口部での漏れによる性能低下を生じることなくピストンリングの面圧バランスを行いピストンリング摺動面の摩耗を軽減させることが可能となる。【００２６】
また、本実施例のピストンリング３０の合口部の形状は図１３に示すように、リップ先端３１ａとリップ根本３１ｂの厚さが略同一寸法であり各々の接触面は略同心円に構成されている。この結果、ピストンリング３０の外周が摩耗して下側合口溝３５が広がった場合、リップ３１とリップ受け部３２は略同心円の為、リップ３１は先端が変形してシールする必要が無く、リップ受け部３２の背面を滑って移動すれば良く、従来構造のような点接触に対して線接触となることから接触長さが長く、リップ先端３１ａが太くとも合口部のシール性能が得られやすいという特徴を有する。【００２７】
また、リップ先端３１ａを厚くすることで、図８の様にピストンリングが摩耗して合口が開いた場合でもリップ先端部近傍の強度が向上できるという特徴も有する。【００２８】
以上のように本実施例は、ピストンリングとして、ピストンリングの合口部に、ピストンリング高さ方向にステップ形状に重なり合う第１の合口部（ステップ形状合口部）と、ピストンリングの半径方向にリップ形状で重なり合う第２の合口部（リップ合口部）を設け、前記第１の合口部の端部はピストンリングの半径方向の内外で連通する第１の合口溝（上側合口溝３４）を有し、前記第２の合口部の端部はリップ形状が重なることでピストンリングの半径方向の内外で非連通となる第２の合口溝（下側合口溝３５）を有し、前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けた構成とした。言い換えれば、前記円周溝は、一端が前記第１の合口溝に連通し、他端は前記第２の合口溝の手前まで形成されている構成とした。もしくは、前記円周溝は、前記第２の合口溝を避けて前記ピストンリングの外周に設ける構成とした。【００２９】
また、本実施例は、圧縮機として、シリンダと、ピストンと、該ピストンに装着され前記シリンダ内の加圧側と非加圧側との間をシールするピストンリングを備え、シリンダ内の流体をピストンで圧縮することで圧縮流体を生成する圧縮機であって、前記ピストンリングは、その合口部に、ピストンリング高さ方向にステップ形状に重なり合う第１の合口部と、ピストンリングの半径方向にリップ形状で重なり合う第２の合口部を設け、前記第１の合口部の端部は前記ピストンリングの内周と外周が連通する第１の合口溝を前記加圧側に有し、前記第２の合口部の端部はリップ形状が重なることで前記ピストンリングの内周と外周が非連通となる第２の合口溝を前記非加圧側に有し、前記第１の合口溝に連通し前記第２の合口溝とは連通しない円周溝を前記ピストンリング外周に設けた構成とした。
これにより、シール性能を低下することなくピストンリング摺動面の摩耗を低減でき、長寿命化が図れる圧縮機を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３０】
次に、図１５、１６を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００３１】
本実施例では、図１５に示すように、円周溝３３のピストンリング高さ方向を下側へ、すなわち非加圧側に下げ、下側合口溝３５が存在するピストンリング高さ間に円周溝３３を形成する。これにより、図１４で説明したように、円周溝３３の下端が下がることによって円周溝３３の上方の圧力Ｐｃ一定の面圧がバランスする範囲が増加するので、一層の面圧低減が図れる。また、上側合口溝３４と円周溝３３をつなぐ連通溝３６を上部合口部に設け、より一層加工を簡素化している。この結果、下側合口溝３５の近くまで円周溝３３を設けられるので、合口部の面圧低減が一層可能となる。【００３２】
また、リップ強度が問題となる場合は、図１６に示すように、円周溝の右端は上側合口溝３４近傍で止めても良い。これにより、リップ部強度を確保することが出来る。【００３３】
以上のように本実施例は、円周溝のピストンリング高さ方向を、下側合口溝の高さ内とし、円周溝と上側合口溝とに連通する連通溝をさらに設けることで、より一層の面圧低減を図ることが出来る。
【実施例３】
【００３４】
次に、図１７を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１、２と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００３５】
本実施例では、図１７に示すように、円周溝３３−２は、図１５と同様に、ピストンリング高さ方向を下側へ下げ平均面圧を低減するように構成している。また、上側合口部に円周溝３３−１を設けている。円周溝３３−１は上側合口溝３４に連通しており、円周溝３３−１と３３−２の間を連通する連通溝３７を設けている。その理由は、ピストンリング高さが高いピストンリングの場合、円周溝３３−２だけでは、円周溝３３−２の上方のピストンリング高さが高いため円周溝３３−２の上方の圧力がＰｃ一定とならない可能性があるので、円周溝３３−１を設けることで、円周溝３３−２の上方の圧力をＰｃ一定とするためである。よって、ピストンリング高さが高いピストンリングにおいても、効果的に面圧の低減が可能となる。なお、円周溝３３−１または円周溝３３−２に圧力を導く構造として円周溝からピストンリング背面に至る穴を設けても良い。また、本実施例では円周溝を２つとしているが、さらに多数の円周溝を設けて、面圧のより一層の均一化を図っても良い。【００３６】
以上のように本実施例は、ピストンリングに円周溝を複数個設け、加圧側の円周溝は両端が上側合口溝に連通し、非加圧側の円周溝は下側合口溝に連通せず、加圧側円周溝と非加圧側円周溝間を連通溝で接続するか、非加圧側円周溝に該円周溝から背面に連通する穴を設けた圧縮機とすることで、ピストンリング高さが高いピストンリングにおいても、効果的に面圧の低減が可能となる。
【実施例４】
【００３７】
次に、図１８を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から３と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００３８】
本実施例では、図１８に示すように、円周溝３３の深さＥ１がピストンリングの限界摩耗量δに対してＥ１＞δになるように構成されている。なお、限界摩耗量δは、図８に示した、シール可能リップ接触長さが得られる限界時の摺動面摩耗量を示す。【００３９】
この結果、ピストンリングの寿命期間の間、安定的に面圧低減が可能となりピストンリングの摩耗低減を図ることが可能である。また、メンテナンス時にはピストンリングの円周溝３３の深さを確認する事でピストンリングの摩耗状況が確認でき、その結果メンテナンス時期の把握が可能となる。
【実施例５】
【００４０】
次に、図１９を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から４と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００４１】
本実施例では、図１９に示すように、円周溝の位置を表すため、円周溝３３の上方の高さ、すなわちピストンリングの加圧側面から円周溝の加圧側端までの高さをｈ４、下方の高さ、すなわちピストンリングの非加圧側面から円周溝の非加圧側端までの高さをｈ５としたときに、円周溝位置がｈ４＞ｈ５、すなわち、円周溝の位置をピストンリング高さの中心より下げている。これにより、図１４で示した領域IIがさらに小さくなり摺動面の面圧をさらに小さくすることが可能となる。
【実施例６】
【００４２】
次に、図２０を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から５と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００４３】
本実施例では、図２０に示すように、ピストンリング合口部の下方厚さｈ１が上方厚さｈ２に対して小さい場合でリップの剛性が小さい場合に、円周溝３３の位置をリップ厚さに従って下方へずらしている。したがって、この場合、ｈ4＞ｈ５となり面圧の低減が一層可能となる。
【実施例７】
【００４４】
次に、図２１を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から６と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００４５】
本実施例では、図２１に示すように、リップ受け部厚さＴ１より円周溝３３の深さＥ１が小さくなる様に構成されている。この結果、円周溝３３から溝底が破れて漏れを発生することなく面圧低減が可能となる。
【実施例８】
【００４６】
次に、図２２を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から７と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００４７】
本実施例では、図２２に示すように、リップ受け部厚さＴ１をリップ厚さＴ２に対して厚くなる様に、すなわち  Ｔ１＞Ｔ２で構成している。この場合の溝深さＥ２は、図２１で示した溝深さＥ１より大きくできる。すなわち、Ｅ２＞Ｅ１となり、許容摩耗量δを大きく設定可能となる。すなわち、ピストンリングの交換寿命を延長可能と出来る利点がある。
【実施例９】
【００４８】
次に、図２３を用いて、本実施例に関わるピストンリングの構成について説明する。なお、実施例１から８と同じ構成には同じ符号で示し、その説明を省略する。【００４９】
本実施例では、図２３に示すように、円周溝から背面に連通する連通孔、すなわち円周溝の溝底とピストンリングの半径方向の内側へ連通する連通孔３９を設けている。この結果、摺動面で摩耗粉が発生した場合、円周溝内から背面に排出が出来、円周溝が詰まることなく面圧低減が可能となる。
【実施例１０】
【００５０】
本実施例では、ピストンリングの製造方法について説明する。【００５１】
上記した実施例でのピストンリングを製造する工程としては、まず、無給油式往復動圧縮機の場合には無潤滑で圧縮するため、四弗化エチレン樹脂等の樹脂を金型に流し入れてパイプを成形し、円周形状のリングに加工する。次に、合口部および、リップ部をカッター等で加工する。その後に、リング外周部に円周溝を加工する。すなわち、円周溝は、一端は上側合口溝に連通し、他端は下側合口溝の手前まで形成する必要があるので、合口部を基準に円周溝の加工を行う必要があり、合口部加工後に円周溝を行う必要がある。【００５２】
円周溝の加工は、主に２つの加工方法がある。一つは、図２４に示すように、円周溝の両側開始点を円弧とする場合である。この加工には、カッタにＴ型スロッタを用い、ピストンリング外周に沿ってスロッタの追い込み深さをＥとして溝深さＥで加工できる。この場合、下側合口溝３５と円周溝の端部の距離Ｌ１は運転中のピストンリング外周の摩耗に伴い増加するが、加工速度が速いという利点がある。【００５３】
なお、図２５に示すように、円周溝３３の高さｈ３をＴ型スロッターのカッター厚さｈ６と同一にすることで、すなわち円周溝の幅を溝加工用のカッターの刃厚と同じにすることで、一回の移動により加工することが出来るので、さらに短時間で加工する事が可能となる。【００５４】
他の一つは、図２６に示すように、円周溝３８の端の深さ方向形状がピストンリング円周面に対して直角になるように加工する場合である。この加工には、ピストンリング外周に対抗したエンドミルにより加工できる。この方法の特徴は、ピストンリング外周が摩耗しても下側合口溝３５と円周溝の端部の距離Ｌ２は変化せず、合口部の安定的な面圧低減が図れ、摩耗防止が可能となる点である。本加工方法は、Ｔ型スロッタを用いる場合に比べて加工速度は遅くなるが、上記特徴を有する。
【実施例１１】
【００５５】
次に図２７を用いて本実施例における構成を説明する。図２７において、ピストンリングの形状は図３に示したステップ合口形状である。加圧側合口１５と非加圧側合口１４はそれぞれピストンリングの内周側から外周側に連通している。本実施例では、ピストンリングの外周側と内周側との連通を遮断する部材として、板４０を用いた点に特徴がある。本実施例では内周側に薄い板である鋼板等で構成された板４０をピストンリング内周面に沿って組みつけている。図２７の例では板４０を約１．５巻きしているが長さはこれにとらわれない。本実施例の場合は、板４０の存在で、図４の矢印で示した漏れ通路が遮断される。この構成において、加圧側合口１５に連通し、非加圧側合口１４に連通しない円周溝３３を設けることでリングの背面圧力をバランスさせることが出来、摺動面の面圧低減が可能となる。ピストンリングの円周溝に対する考え方は実施例１０までの技術が適用できることは言うまでもない。【００５６】
なお、板４０は金属に限らず、樹脂やゴム等で構成しても良く、実質的に非加圧側の合口がリング内周側から外周側に連通しないように構成出来ていれば良い。【００５７】
また、本ピストンリングは、ピストンに組み込む前は上下の区別がしずらいが、合口と円周溝３３が連通している側を加圧側合口１５として上方に組み付けることが本機能を得る上で必要となる。
【実施例１２】
【００５８】
次に、図２８から図３１を用いて本実施例における構成を説明する。図２９はピストン５０に組みつけられたピストンリング５３、５４の相対的な位置関係を示しており合口が１８０度ずれて組み込まれている。図３０は図２８のピストンリング５３のＦ−Ｆで示した部分の断面でありピストンの上方から示した図である。【００５９】
本実施例でのピストン５０とシリンダ６０とピストンリング５３、５４の関係についてまず述べる。本実施例では、ピストン５０が耐熱性のシリンダと直接接触して摺動可能なように、摺動性を有した樹脂で構成されているため、図１（Ｂ）で示したライダーリング１０を持たない。この構造では、運転中の温度上昇でシリンダ６０とピストン５０がロックしないように運転中の温度でも若干の隙間を有するように構成されている。この場合、図２８、図３０に示したように運転中の負荷方向隙間δ負荷は極限に小さくなり、反負荷方向隙間であるδ反負荷が大きくなる。また、ピストンリング５３、５４は上下に２本設けており、各々のピストンリング５３、５４の合口は加圧側と非加圧側を持たず、ストレート合口となっている。また、加圧側のピストンリング５３は、図３０に示したように、ピストンのリング溝内に形成された回り止め５７によりピストンリング５３の合口５５は常に負荷方向に位置するように構成している。また、下方のピストンリング５４は、同様に図示されていない下側リングの回り止めによりピストンリング５３と逆の反負荷方向に合口５６が位置するように構成している。【００６０】
この構造での合口部の漏れ通路は、図３０の漏れ通路５８に示したように合口５５がストレートで合口の幅が大きくとも、ピストン５０のセカンドランド部５１とシリンダ内面の隙間δ負荷が小さいため、漏れ通路５８の面積が非常に小さく構成でき、合口部からの漏れを低減できる。下方のリング５４も同様にピストンスカート５２とシリンダ内面の隙間δ反負荷と合口で囲まれた流路が漏れ通路となる。δ反負荷はδ負荷より大きくδ負荷＜δ反負荷であるが、合口は逆方向に位置し、ピストンリング５４部の圧力はピストンリング５３によって絞られているため、ピストンリング５３部より低くピストンリング５４部の漏れも小さく出来る。【００６１】
このように、この構造では、ピストンリング５３，５４とピストン５０で構成された小さな漏れ通路を構成でき漏れの少ない圧縮機を構成できる。図３１はこの様に構成されたピストンリングのストレート合口部５５に連通した円周溝３３を構成している。このように構成された、ピストン５０とピストンリング５３，５４の場合は、直接非加圧側に通じる漏れ流路が有っても漏れが非常に少ないため、各々のリングの合口に連通した円周溝を構成することで合口部からの漏れを増加させることなく、ピストンリング５３，５４の背圧をバランスさせて摺動面の面圧を低減する事が可能となる。【００６２】
図３２は内燃機関に用いられるピストンリングの例を７０、７１で示し合口形状は合口７２、７３で示されている。このリングは、合口部の漏れが許容出来れば当然圧縮機にも使用が可能である。図３３は無給油式圧縮機に使用する場合で熱膨張で合口部が突っ張らないように図３２で示したリングに対して合口隙間が大きい合口７６、７７に設定されていることを示している。これらの合口形状に対しても、本実施例を適用すれば漏れ低減と摺動面面圧低減が可能であることは言うまでもない。【００６３】
また、図３１では加圧側ピストンリング５３の合口５５の両側に連通した円周溝３３を設けた例を記載しているが片側のみ連通しても同様の効果が得られることは言うまでもない。【００６４】
また、圧縮機の吐出圧力が小さい場合や、クランクケース内に吸い込み側の圧力を導入しピストンに背圧をかけるようにした圧縮機の場合等は、リングの加圧側と非加圧側の圧力差が小さく合口部の漏れが小さくなり、負荷方向にリング合口部を位置させる必要が少なくなる。この場合は、図３０に示したリングの回り止め５７を施さずとも合口部の漏れが少ないために、回転自在に設けられたピストンリングに円周溝を設けるのみでリングの背圧をバランスでき摺動面圧の低減が可能となる。【００６５】
また、回り止めを有するピストンリングに円周溝を設けた構造のリングを複数個設け、各々のリングで徐々にリング背圧を低減するように構成することも可能である。さらに、回り止めを有しないリングに円周溝を設けた構造のリングを複数個設け、各々のリングで徐々にリング背圧を低減するように構成することも可能である。
【実施例１３】
【００６６】
本実施例は、円周溝を精度良く加工する方法について説明する。円周溝深さはリングの許容摩耗量を左右する重要な寸法である。深さがバラツキを持っている場合、リング外周が摩耗して浅い部分で溝が無くなった場合、溝がなくなった部分から合口へ連通していない範囲の溝内にリングの加圧側圧力が導かれなくなり、この範囲で背圧バランスが出来なくなり結果的に摺動面面圧が上昇しこの部分の摩耗が増加する。【００６７】
そこで、溝深さを精度良く加工することが重要であり精度良く加工する方法を図３４を用いて説明する。図３４において、受け治具８０はリング受け部８１がシリンダ寸法で真円度を確保して仕上がっている。リング３０は受け治具８０の受け面に８１を挿入し、張り治具８２を用いてリング３０を均一に内側から押すようにセットされる。【００６８】
この結果、リング３０の外周はシリンダ内径寸法で真円度が確保された状態になる。一方、カッタ８３はリング受け面８１に対して精度良く位置決めされている。そこで、受け面８１の中心に対してカッタ８３の軌跡を決める事で、リング外周から精度良く円周溝３３の深さＥを加工することが可能となり、部分的な摩耗増加を防ぐことが可能となる。【００６９】
なお、図３４ではカッタをＴ型スロッタとして例に示したが、同様の治具を用いてエンドミル等で加工することも可能である。【００７０】
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。【００７１】
また、本発明は、ピストンリングが四弗化エチレン樹脂等の樹脂材で製造された無給油式往復動圧縮機だけではなく、大気を直接吸い込む汎用圧縮機や一次昇圧した空気を昇圧する昇圧用圧縮機（ブースタ圧縮機）などにも対応可能である。また、圧縮する気体は空気だけでなく窒素ガスなどの空気以外のガス圧縮用のガス圧縮機にも対応可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…タンク、２…モータ、３…圧縮機本体、４…ベルト、５…圧縮機プーリ、６…クランク軸、７…連接棒、８…ピストン、９…ピストンリング、１０…ライダーリング、１１…吸込みサイレンサ、１２…吐出口、１３…シリンダ、１４、１５、２５…合口部、２１、３１…リップ、２１ａ、３１ａ…リップ先端、２２、３２…リップ受け部、３３、３８…円周溝、３４…上側合口溝、３５…下側合口溝、３６、３７…連通溝、３９…連通孔、４０…板、５０…ピストン、５１…ピストンのセカンドランド、５２…ピストンのスカート、５３…加圧側（上方）のピストンリング、５４…下方のピストンリング、５５…上方のピストンリングの合口、５６…下方のピストンリングの合口、５７…ピストンに設けられたリングの回り止め、５８…漏れ通路、６０…シリンダ、７０、７１…内燃機関用ピストンリング、７４、７５…無給油式往復動圧縮機用ピストンリング、７２、７６…ストレートカット合口、７３、７７…アングルカット合口、８０…受け治具、８１…受け治具のリング受け面、８２…張り治具、８３…カッタ、δ…限界摩耗量、Ｅ、Ｅ１、Ｅ２…円周溝深さ、Ｌ１、Ｌ２…下側合口溝と円周溝端部の距離、Ｐｃ…シリンダ内圧力、Ｐ１、Ｐ２…摺動面面圧、ｈ１、ｈ２、ｈ４、ｈ５…ピストンリング高さ、ｈ３…円周溝幅、ｈ６…カッター歯厚、Ｔ１…リップ受け部厚さ、Ｔ２…リップ厚さ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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2015098924.tif 000038
2015098924.tif 000039
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