(57)【要約】【課題】リップリングの早期の破断を抑制することができ、メンテナンス周期を延長可能となる往復動圧縮機の提供。【解決手段】シリンダ内で揺動しつつ往復動するピストンとシリンダとの間をシールするリップリング３０が、内周側に位置しピストンに固定される平板状の環状取付部３１と、環状取付部３１から径方向外側へと突出しシリンダの内周面に沿って屈曲して延びる環状リップ部３２とにより構成され、環状リップ部３２が肉厚の薄部３４と厚部３５とを円周方向の異なる位置に配置している。【選択図】図３
2008248813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
該シリンダ内に圧縮室を画成するとともに、該シリンダ内で揺動しつつクランク機構により往復動するピストンと、
該ピストンと前記シリンダとの間をシールするリップリングと、
を備えた往復動圧縮機において、
前記リップリングは、
内周側に位置し前記ピストンに固定される平板状の環状取付部と、
該環状取付部から径方向外側へと突出し前記シリンダの内周面に沿って屈曲して延びる環状リップ部と、
により構成され、
該環状リップ部が肉厚の薄部と厚部とを円周方向の異なる位置に配置してなることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の往復動圧縮機において、
前記環状リップ部は、前記薄部と前記厚部とが前記クランク機構の軸方向と直交して対向配置されており、前記薄部から前記厚部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くすることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項３】
請求項２記載の往復動圧縮機において、
前記環状リップ部は、前記環状取付部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くすることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の往復動圧縮機において、
前記リップリングの前記ピストンに対する円周方向の位置決めを行う位置決め部を有することを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の往復動圧縮機において、
前記リップリングは、ＰＦＡ樹脂に、黒鉛および炭素繊維のうちの少なくともいずれか一方を添加してなり、射出成形で形成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気等の気体を圧縮するのに好適に用いられる往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体を圧縮する往復動圧縮機には、モータ等の駆動源の回転駆動軸に偏心してクランクを取り付け、このクランクにベアリングを介してピストンのコネクティングロッドを回転可能に連結する構成のものがある。この往復動圧縮機は、回転駆動軸の回転でクランクが偏心回転することでピストンがシリンダ内で揺動しながら往復動して、気体を吸入し圧縮して吐出するようになっている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１６１２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような往復動圧縮機では、ピストンに取り付けられてピストンとシリンダとの間を気密にシールするためのリップリングが、ピストンの揺動の影響を少なからず受けることになる。その結果、リップリングに局部的に摩耗を生じることになり、他の部分は摩耗が少なくてもリップリングが早期に破断してしまう。このようなリップリングの早期の破断が、メンテナンス周期を短くする一因となっている。
【０００４】
したがって、本発明は、リップリングの早期の破断を抑制することができ、メンテナンス周期を延長可能となる往復動圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、シリンダと、該シリンダ内に圧縮室を画成するとともに、該シリンダ内で揺動しつつクランク機構により往復動するピストンと、該ピストンと前記シリンダとの間をシールするリップリングと、を備えた往復動圧縮機において、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される平板状の環状取付部と、該環状取付部から径方向外側へと突出し前記シリンダの内周面に沿って屈曲して延びる環状リップ部とにより構成され、該環状リップ部が肉厚の薄部と厚部とを円周方向の異なる位置に配置してなることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記環状リップ部は、前記薄部と前記厚部とが前記クランク機構の軸方向と直交して対向配置されており、前記薄部から前記厚部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くすることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記環状リップ部は、前記環状取付部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くすることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に係る発明において、前記リップリングの前記ピストンに対する円周方向の位置決めを行う位置決め部を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に係る発明において、前記リップリングは、ＰＦＡ樹脂に、黒鉛および炭素繊維のうちの少なくともいずれか一方を添加してなり、射出成形で形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、ピストンとシリンダとの間をシールするリップリングにおいて、ピストンに固定される平板状の環状取付部から径方向外側へと突出しシリンダの内周面に沿って屈曲して延びる環状リップ部が、肉厚の薄部と厚部とを円周方向の異なる位置に配置してなるため、肉厚の厚部を摩耗量が多い位置に配置すれば、リップリングに局部的に摩耗を生じても、その早期の破断を抑制することができる。したがって、リップリングの長寿命化が図れるため、メンテナンス周期を延長可能となる。しかも、環状リップ部の円周方向全体の厚さを厚くするのではないため、長寿命化を図った上で、全体の柔軟性は確保でき、ピストン揺動に対する環状リップ部の追従性を維持できる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、環状リップ部が、薄部と厚部とがクランク機構の軸方向と直交して対向配置されており、薄部から厚部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするため、形状が連続し、クラック等を生じにくくできる。したがって、リップリングの一層の長寿命化が図れるため、メンテナンス周期をさらに延長可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、環状リップ部が、環状取付部に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするため、ピストンとシリンダとの間に環状リップ部の環状取付部側の部分が入り込んでしまうのを防止できる。したがって、リップリングの一層の長寿命化が図れるため、メンテナンス周期をさらに延長可能となる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、リップリングは、ピストンに対して位置決め部によって円周方向の位置決めが行われるため、肉厚の厚部を摩耗量が多い位置に適正に配置することができるとともに、この位置を保持することができる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、リップリングが、ＰＦＡ樹脂に、黒鉛および炭素繊維のうちの少なくともいずれか一方を添加してなり、射出成形で形成されているため、リップリングの一層の長寿命化が図れるとともに、環状リップ部を、肉厚の薄部と厚部とを円周方向の異なる位置に配置する形状に容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態の往復動圧縮機１０を図面を参照して以下に説明する。
図１において、符号１１は円筒状のシリンダで、このシリンダ１１の上端側にはシリンダヘッド１２が設けられ、このシリンダヘッド１２内には隔壁１３によって吸入室Ａと吐出室Ｂとが画成されている。
【００１６】
符号１４は、シリンダ１１とシリンダヘッド１２との間に設けられた弁板で、この弁板１４とシリンダ１１との間、および弁板１４とシリンダヘッド１２との間はガスケット（図示せず）等によって気密にシールされている。また、シリンダ１１内の弁板１４と後述する揺動ピストン１９との間には後述するリップリング３０を介して圧縮室Ｃが画成されている。さらに、シリンダ１１内はリップリング３０を挟んで反対側に位置する空間部がコネクティングロッド収容室Ｄとなっている。
【００１７】
符号１５は、弁板１４に設けられた吸入ポートで、この吸入ポート１５は吸入室Ａと圧縮室Ｃとを連通させるものである。符号１６は弁板１４に設けられた吐出ポートで、この吐出ポート１６は、吐出室Ｂと圧縮室Ｃとを連通させるものである。
【００１８】
符号１７は、吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板１４に設けられた吸入弁で、この吸入弁１７は、後述の揺動ピストン１９が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁する。
【００１９】
符号１８は、吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板１４に設けられた吐出弁で、この吐出弁１８は、揺動ピストン１９が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁する。
【００２０】
符号１９は、シリンダ１１内に往復動可能に設けられた揺動ピストンで、この揺動ピストン１９は、軸方向の一端側がクランク軸を介して回転駆動源の出力軸等（いずれも図示せず）に連結されたコネクティングロッド２０と、このコネクティングロッド２０の軸方向の他端側に設けられた円板部２１に複数のボルト２２によって締結された円板状のリテーナ２３とによって構成されている。なお、円板部２１、ボルト２２およびリテーナ２３がピストン２４を構成している。
【００２１】
ここで、コネクティングロッド２０の円板部２１は、その中央が凹部２５となり、この凹部２５の周囲は環状縁部２６となっている。また、リテーナ２３は、その中央がコネクティングロッド２０の凹部２５に嵌合する嵌合凸部２７となり、この嵌合凸部２７の周囲は環状縁部２８となっている。
【００２２】
符号３０は、ピストン２４の外周側に固定して設けられたリップリングで、このリップリング３０は、自己潤滑性を有する樹脂材料を用いて有底のカップ状に形成されている。このリップリング３０は、内周側に位置しボルト２２の締結によってコネクティングロッド２０の環状縁部２６とリテーナ２３の環状縁部２８との間に挟持されることでピストン２４に固定される平板状の環状取付部３１と、この環状取付部３１から径方向外側に突出しシリンダ１１の内周面に沿って屈曲してリテーナ２３の外周側を覆うように延びる環状リップ部３２とによって構成されている。
【００２３】
そして、リップリング３０は、環状リップ部３２がシリンダ１１の内周面に締代をもって摺接することにより、シリンダ１１とピストン２４との間を気密にシールする。
【００２４】
このような往復動圧縮機１０は、図示しないクランク機構のクランク軸の偏心回転運動によって、揺動ピストン１９およびリップリング３０がシリンダ１１内でシリンダ軸方向に往復動することになり、吸入行程では、揺動ピストン１９のピストン２４およびリップリング３０のシリンダヘッド１２とは反対方向への移動で圧縮室Ｃが拡大し吐出弁１８は閉状態のまま吸入弁１７を開いて空気を吸入室Ａから圧縮室Ｃに導入する。続く圧縮行程では、ピストン２４およびリップリング３０のシリンダヘッド１２の方向への移動で圧縮室Ｃが縮小し吸入弁１７は閉状態のまま吐出弁１８を開いて圧縮室Ｃから圧縮空気を吐出室Ｂに吐出する。
【００２５】
以上の作動中、ピストン２４は、シリンダ１１内で揺動しながら往復動する。
つまり、クランク軸方向に沿って見た場合に、最も圧縮室Ｃを拡大した下死点ではコネクティングロッド２０が左右方向の中央に位置するとともにピストン２４は水平をなしており、この状態から圧縮行程を行うべくクランク軸が回転し、揺動ピストン１９を上昇させ圧縮室Ｃを縮小させる方向にピストン２４を移動させると、上死点と下死点との中間までコネクティングロッド２０の下部は左右方向一側に移動しながら上昇し、上死点と下死点との中間（例えば３時の位置）で最もコネクティングロッド２０の下部が一方の外側に位置する。このとき、ピストン２４は最も水平に対し傾斜することになる。
【００２６】
続いて、上死点に向かうにしたがってコネクティングロッド２０の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室Ｃを縮小した上死点ではコネクティングロッド２０が左右方向の中央に位置するとともにピストン２４が水平となって圧縮行程が終了する。
【００２７】
以上の圧縮行程における下死点から上死点への移動中、クランク軸方向におけるリップリング３０の両側は、締め代によるほぼ一定の押付力でシリンダ１１に押し付けられることになるが、リップリング３０の傾斜下側となるクランク軸の軸直交方向（揺動面方向）における一側の部分については、締め代による押付力に加えて、気体の圧縮力と、ピストン２４のクランク軸の軸直交方向に振られる力とが押付力としてさらに加わって押付力が拡大することになる。
【００２８】
ピストン２４が上死点にある状態からクランク軸が吸入行程を行うべく回転すると揺動ピストン１９は圧縮室Ｃを拡大させる方向にピストン２４を移動させることになり、上死点と下死点との中間まで、コネクティングロッド２０の下部が左右方向逆側に移動しながら下降し、上死点と下死点との中間（例えば９時の位置）で最もコネクティングロッド２０の下部が他方の外側に位置する。このとき、ピストン２４は最も水平に対し上記とは逆向きに傾斜することになる。
【００２９】
続いて、下死点に向かうにしたがってコネクティングロッド２０の下部は左右方向の中央に戻ることになり、最も圧縮室Ｃを拡大した下死点ではコネクティングロッド２０が左右方向の中央に位置するとともにピストン２４が水平をなして吸入行程が終了する。
【００３０】
上記のように揺動ピストン１９が揺動することによって、リップリング３０は、摩耗量が場所によって異なることになる。つまり、一定断面形状のリップリングを揺動ピストンに取り付けて破断が生じるまでシリンダ内で往復動を繰り返す実験を行うと図２に示す実験結果が得られた。この図２では、リップリングの環状リップ部を円周方向に４５度おきに８等分した位置Ａ〜Ｈのそれぞれについて、環状リップ部の環状取付部とは反対側（先端側）の高さ位置（上）の摩耗量を左側に、中間の高さ位置（中）の摩耗量を中央に、環状取付部側（基端側）の高さ位置（下）の摩耗量を右側にそれぞれ示している。
【００３１】
この図２から明らかなように、円周方向においては位置Ｃにおける摩耗量が他の位置の摩耗量よりも大きく、その両側の位置Ｂ，Ｄにおける摩耗量が次に大きくなっていることがわかる。しかも、これら位置Ｂ〜Ｄにおいては、基端側の高さ位置の摩耗量が大きく、中間の高さ位置の摩耗量が次に大きく、先端側の高さ位置の摩耗量が最も小さくなっていることがわかる。そして、最も摩耗量が大きい位置Ｃにおける基端側の高さ位置においてリップリングに破断を生じている。他方、位置Ｃに対し径方向に対向する位置Ｇにおける摩耗量が最も小さくなっていることがわかる。
【００３２】
ここで、最も摩耗量の大きい位置Ｃは、圧縮行程におけるピストンの最大揺動時に全体に対し最もシリンダヘッドとは反対側（下死点側）となる位置、言い換えれば、吸入行程におけるピストンの最大揺動時に全体に対し最もシリンダヘッドの側（上死点側）となる位置である。
【００３３】
そして、このような実験結果に基づいて、本実施形態では、環状リップ部３２が径方向の肉厚の最も薄い薄部３４と最も厚い厚部３５とを円周方向の異なる位置に配置する形状となるように、リップリング３０を形成し、より具体的には、薄部３４と厚部３５とが環状リップ部３２においてクランク機構の軸方向と直交する方向で対向配置され、しかも、環状リップ部３２が薄部３４から厚部３５に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするように、リップリング３０を形成している。加えて、環状リップ部３２を、中心線を通る断面をとった場合、いずれの断面においても環状取付部３１に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするように形成している。
【００３４】
そして、環状リップ部３２における厚部３５を、上記した圧縮行程におけるピストン２４の最大揺動時に全体に対し最もシリンダヘッド１２とは反対側となる位置に位置決めした状態で、リップリング３０をピストン２４に取り付ける。ここで、この状態でリップリング３０がピストン２４に取り付けられるように、環状取付部３１とピストン２４とに、リップリング３０のピストン２４に対する円周方向の位置決めを行う位置決め部３７が形成されている。
【００３５】
この位置決め部３７は、リップリング３０の環状取付部３１に形成された矩形状の係合凹部３８と、ピストン２４のリテーナ２３にこの係合凹部３８に係合するように形成された矩形状の係合凸部３９とからなっている。ここで、リップリング３０の係合凹部３８は、薄部３４および厚部３５とは円周方向に９０度異なる位置に形成されている。なお、係合凸部３９をピストン２４の円板部２１に形成しても良い。
【００３６】
ここで、上記したリップリング３０は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）樹脂に黒鉛および炭素繊維のうちの少なくともいずれか一方を添加してなる耐熱性、柔軟性および耐摩耗性に優れた樹脂材料から、射出成形で形成されている。
【００３７】
この射出成形時に、図４に示すように、リップリング３０の中心位置から径方向に反対向きにそれぞれランナＲが形成されるように図示しない射出成形装置のキャビティを形成し、よって、溶融樹脂材料が両ランナＲの先端からそれぞれ図４に矢印で示すように円周方向両側に分岐して流れることになる。その結果、リップリング３０には、両側から溶融樹脂材料が合流するウエルドマークＷがランナＲとは直交する方向に生じることになる。本実施形態では、他の部分よりも強度的に弱いこのウエルドマークＷが厚部３５とは円周方向に異なる位置、具体的には厚部３５および薄部３４とは円周方向に略９０度異なる位置に生じるように、両ランナＲの延長上に厚部３５および薄部３４を位置させて図示しない射出成形装置のキャビティが形成されている。
【００３８】
以上に述べた本実施形態の往復動圧縮機１０によれば、ピストン２４とシリンダ１１との間をシールするリップリング３０において、ピストン２４に固定される平板状の環状取付部３１から径方向外側へと突出しシリンダ１１の内周面に沿って屈曲して延びる環状リップ部３２が、肉厚の薄部３４と厚部３５とを円周方向の異なる位置に配置してなるため、肉厚の厚部３５を摩耗量が多い位置に配置すれば、リップリング３０に局部的に摩耗を生じても、その早期の破断を抑制することができる。したがって、リップリング３０の長寿命化が図れるため、メンテナンス周期を延長可能となる。しかも、環状リップ部３２の円周方向全体の厚さを厚くするのではないため、長寿命化を図った上で、全体の柔軟性は確保でき、ピストン揺動に対する環状リップ部３２の追従性を維持できる。
【００３９】
また、環状リップ部３２が、薄部３４と厚部３５とがクランク機構の軸方向と直交して対向配置されており、薄部３４から厚部３５に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするため、形状が連続し、クラック等を生じにくくできる。したがって、リップリング３０の一層の長寿命化が図れるため、メンテナンス周期をさらに延長可能となる。
【００４０】
加えて、環状リップ部３２が、環状取付部３１に向かうにしたがって徐々に肉厚を厚くするため、ピストン２４とシリンダ１１との間に環状リップ部３２の環状取付部３１側の部分が入り込んでしまうのを防止できる。したがって、リップリング３０の一層の長寿命化が図れるため、メンテナンス周期をさらに延長可能となる。
【００４１】
また、リップリング３０は、ピストン２４に対して位置決め部３７によって円周方向の位置決めが行われるため、肉厚の厚部３５を摩耗量が多い位置に適正に配置することができるとともに、この位置を保持することができる。
【００４２】
加えて、リップリング３０が、ＰＦＡ樹脂に、黒鉛および炭素繊維のうちの少なくともいずれか一方を添加してなり、射出成形で形成されているため、リップリング３０の一層の長寿命化が図れるとともに、環状リップ部３２を、肉厚の薄部３４と厚部３５とを円周方向の異なる位置に配置する形状に容易に形成することができる。
【００４３】
しかも、リップリング３０には、この射出成形による生じるウエルドマークＷが厚部３５とは円周方向に異なる位置に形成されるため、ウエルドマークＷが摩耗量が最も多い厚部３５に形成される場合と比較して、リップリング３０の一層の長寿命化が図れる。
【００４４】
なお、ウエルドマークが生じないように、リップリング３０の内周側全体にディスク状にゲートを設置した射出成形装置を用いれば、ウエルドマークによる部分的な強度低下を防止することも可能である。
【００４５】
また、リップリング３０のピストン２４に対する円周方向の位置決めを行う位置決め部としては、上記構造を含めて、リップリング３０に径方向に凹部もしくは凸部を形成し、これに係合するようにピストン２４に径方向に凸部もしくは凹部を形成する構造、あるいは、リップリング３０に軸方向に凹部もしくは凸部を形成し、これに係合するようにピストン２４に軸方向に凸部もしくは凹部を形成する構造等を採用することができる。例えば、図５に示すように、リップリング３０の環状取付部３１に、その軸方向に突出して係合凸部４１を形成し、ピストン２４のリテーナ２３の環状縁部２８の嵌合凸部２７側の端面にこの係合凸部４１を係合させる係合凹部（図示略）を形成したり、図６に示すように、リップリング３０の環状リップ部３２に内径方向に突出して係合凸部４２を形成し、ピストン２４のリテーナ２３の環状縁部２８の外周面にこの係合凸部４２を係合させる係合凹部（図示略）を形成したりしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態の往復動圧縮機の要部を示す断面図である。
【図２】リップリングの摩耗特性を示すグラフ図である。
【図３】本発明の一実施形態の往復動圧縮機におけるリップリングを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の往復動圧縮機におけるリップリングの射出成形時の状態を説明する平面図である。
【図５】本発明の一実施形態の往復動圧縮機におけるリップリングの変形例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の往復動圧縮機におけるリップリングの別の変形例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  往復動圧縮機
１１  シリンダ
２４  ピストン
３０  リップリング
３１  環状取付部
３２  環状リップ部
３４  薄部
３５  厚部
３７  位置決め部
Ｃ  圧縮室
【図１】
2008248813.tif 000003
【図２】
2008248813.tif 000004
【図３】
2008248813.tif 000005
【図４】
2008248813.tif 000006
【図５】
2008248813.tif 000007
【図６】
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