(57)【要約】【課題】ピストンピンとピストンロッドの結合部に設けられるニードルベアリングの温度上昇の小さいピストンおよび信頼性が高く寿命の長いオイルレスコンプレッサを提供する。【解決手段】略円盤状をなし気体圧縮面１１を有するクラウン部１と、略円筒状をなしクラウン部１に連接するスカート部２と、このスカート部２に取り付けられたピストンピン３にニードルベアリング６を介して取り付けられたピストンロッド４とを備え、気体圧縮面１１の裏側にバルク状の断熱材８を設けた構成とする。【選択図】図１
2008267205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記気体圧縮面の裏側にバルク状の断熱材を設けたことを特徴とするピストン。
【請求項２】
略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記クラウン部と前記スカート部の間に円環状の断熱材を設けたことを特徴とするピストン。
【請求項３】
略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記クラウン部と前記スカート部の間に円形シート状の断熱材を設けたことを特徴とするピストン。
【請求項４】
前記ピストンピンは、前記スカート部の前記クラウン部に連接する側から操作される止めネジによって前記クラウン部に取り付けられ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。
【請求項５】
圧縮気体を生成するために請求項１ないし４のいずれかに記載のピストンを備えていることを特徴とするオイルレスコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油を使用しないピストンおよび前記ピストンを備えたオイルレスコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンプレッサ（圧縮機）は環境面を考慮し無給油化を推進している。オイルレスコンプレッサは、潤滑油を使用しないので、エア内に油分を含まないクリーンエアを生成することができ、潤滑油の劣化や汚れによる交換、および空気タンク内や配管上で発生する油分ドレンの廃油処理、潤滑油の汚れやこぼれによる周囲環境の悪化等、油にまつわる諸問題を回避することができる。しかし、給油式と比べ無給油式は、生成する圧縮空気圧力が低圧領域向けのものが主であり、給油式で確立されている中圧領域向けの構成は確立されていない。給油式は圧縮機本体内部に潤滑油を保有し、運転と同時に油をはねかけながら各部を潤滑する構成であるが、無給油式は潤滑油を用いず、自己潤滑にて運転を行う構成である。
【０００３】
従来の無給油式のピストンは図６に示すように、略円盤状のクラウン部１と、このクラウン部１に止めネジ１ａによって結合された略円筒状のスカート部２と、このスカート部２の内部に直径方向に設けられたピストンピン３と、このピストンピン３に取り付けられたピストンロッド４とを備えている（特許文献１，２）。ピストンロッド４をピストンピン３に取り付けるピストンロッド小端部５にはニードルベアリング６を使用し、その潤滑はニードルベアリング６自体が保有しているグリースに頼っている。ニードルベアリング６の構成は、気体圧縮によりクラウン部１から受ける圧力負荷に対して十分な強度を有するものでなければならないが、構造上スカート部２の内部に隠れるように組み込まれるため、寸法上の制約がある。またクラウン部１から気体圧縮熱を受けるため、ニードルベアリング６内のグリースには耐熱性の高いものを使用し、ニードルベアリング６の両端にはオイルシール７を設けてグリースの漏れを防いでいる。
【０００４】
コンプレッサが運転を始めると、ピストンロッド小端部５のニードルベアリング６は、偏芯形状を有するクランクシャフトの作用により揺動し、ピストンはシリンダ内を往復運動する。周方向の力を受けて揺動するニードルベアリング６は、内部に充填しているグリースが軸方向へ漏洩しやすい。これはニードルベアリング６の構造が、外輪とコロを組み合わせたシンプルな構造であるためである。対策として、漏洩グリースをピストンロッド小端部５内に保持する目的で、その両端にオイルシール７を設けている。無給油式の中圧領域で使用するピストンでは、ニードルベアリング６としてはグリース量を多く保有できる構造のものを選定し、またニードルベアリング６とオイルシール７との間にある程度のグリース溜りを確保したいが、いずれも寸法制限により相反するところである。
【０００５】
オイルシール７はシール部に合成ゴムを使用し、ピストンピン３の外周と接触しながらその役目を果たしている。そのため、オイルシール７のシール面へも潤滑が必要で、それにはニードルベアリング６からの漏洩グリースを流用している。極めてわずかではあるが、オイルシール７のシール面からは漏れが発生する。コンプレッサの運転時、クラウン部１、スカート部２、ピストンピン３、ニードルベアリング６へと圧縮熱が伝わり、ニードルベアリング６内のグリースが軟化する。また、クラウン部１の内部頂上からの放熱の影響を受け、その下部に位置するピストンロッド小端部５およびニードルベアリング６の温度が上昇し、同じくグリースが軟化する。軟化したグリースは、ニードルベアリング６から漏れやすくなり、オイルシール７にて辛うじて保持される。しかし、温度上昇が高くなるにつれ、グリース自体も熱膨張しオイルシール７のシール部から漏れ出る恐れがある。そのため、ニードルベアリング６およびその周辺に対し、圧縮熱による温度上昇をできるだけ軽減させる必要がある。
【特許文献１】実公昭６３−２６９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、オイルレスコンプレッサのピストンロッド小端部に用いられるニードルベアリングでは、自体が保有しているグリースに潤滑性を頼っている。ニードルベアリングの両端にはオイルシールが設けられ、ニードルベアリングから漏洩したグリースを保持するが、温度上昇が大きくなるとグリースが熱膨張し、オイルシールのシール部から漏れ出る恐れがある。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、ピストンピンとピストンロッドの結合部に設けられるニードルベアリングの温度上昇の小さいピストンおよび信頼性が高く寿命の長いオイルレスコンプレッサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のピストンは、略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記気体圧縮面の裏側に断熱材を設けた構成とする。
【０００９】
また本発明のピストンは、略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記クラウン部と前記スカート部の間に円環状の断熱材を設けた構成とする。
【００１０】
また本発明のピストンは、略円盤状をなし気体圧縮面を有するクラウン部と、略円筒状をなし前記クラウン部に連接するスカート部と、このスカート部に取り付けられたピストンピンにニードルベアリングを介して取り付けられたピストンロッドとを備え、前記クラウン部と前記スカート部の間に円形シート状の断熱材を設けた構成とする。  
また、本発明のオイルレスコンプレッサは、圧縮気体を生成するために前記いずれかのピストンを備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピストンピンとピストンロッドの結合部に設けられるニードルベアリングの温度上昇の小さいピストンおよび信頼性が高く寿命の長いオイルレスコンプレッサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の５つの実施の形態を図を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態のピストンは、図１に示すように、略円盤状のクラウン部１から略円筒状のスカート部２にわたる内側上部空間にバルク状の断熱材８を設けた構成である。あらかじめピストン単体時に内側上部に断熱材８を注入し充填する。断熱材８は、液状発泡断熱材を使用し、その熱伝導特性により断熱効果を見極め注入量を決定する。断熱材８は、クラウン部１からの気体圧縮熱に耐えうるものとし、発泡後はクラウン部１およびスカート部２の内側に密着し、場合によっては密着するようにクラウン部１とスカート部２の内面形状を構成し、過酷な往復運動でも耐えうるものとする。なお、クラウン部１が深い内部空間を有する形状の場合には、クラウン部１の内部空間だけに断熱材８を充填した構成としてもよい。最低限、クラウン部１の気体圧縮面１１の裏にバルク状の断熱材８を設ける。スカート部２へのピストンピン３およびピストンロッド４の組付時、ピストンロッド小端部５の上部が断熱材８に干渉しないようにする。液状発泡断熱材は軽量であるため、ピストン重量への影響は少ない。断熱材８は、上記事項を満足できるものであれば、液状発泡ウレタン以外のものでもよい。
【００１３】
本実施の形態によれば、ピストン頂上内部より放射される気体圧縮熱を断熱材８が遮断し、ピストンロッド小端部５およびニードルベアリング６の温度上昇を軽減することができる。また、発泡断熱材はピストン内部へ容易に施すことができるため、新たな部品を追加することや、その他の部品の形状や寸法を変更することなく採用できるため、設計が容易である。また、組立に際しても、従来の組立技術によって容易に実施することが可能である。
【００１４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態のピストンを図２に示す。ピストンは上部のクラウン部１と下部のスカート部２を有する。両者の連接位置は、ピストンリング下部からピストンピン３の挿入穴上部までの位置である。あらかじめクラウン部１側には止めネジ用貫通穴を形成し、スカート部２には止めネジを固定するタップおよび座を形成する。これによって止めネジ１ｂによりクラウン部１とスカート部２が結合される。その際、クラウン部１とスカート部２の間に円環状の断熱リング９を挿入し、止めネジ１ｂを締めることでクラウン部１およびスカート部２と共に固定する。締め付けトルクは、断熱リング９の強度に合わせて調節する。断熱リング９はクラウン部１からの気体圧縮熱に耐えうるものとし、自体の熱変形を考慮して厚さはできるだけ薄くする。素材は耐熱樹脂製で軽量なものがよい。樹脂製で厚さが薄ければ軽量となり、ピストン重量への影響が少ない。断熱リング９は、上記事項を満足できるものであれば、耐熱樹脂製以外のものでもよい。
【００１５】
本実施の形態によれば、気体圧縮熱により温度上昇したクラウン部１からの熱伝導を断熱リング９が遮断し、それ以下のスカート部２とピストンピン３への熱伝導を抑えることが可能となり、その結果、ピストンロッド小端部５とニードルベアリング６の温度上昇を軽減することができる。また、断熱リング９はクラウン部１とスカート部２の間に容易に施工することができるため、新たな部品を追加することや、他の部品の形状や寸法を変更することなく採用できる。また、組立に際しても従来の組立技術によって容易に実施することができる。
【００１６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態のピストンを図３によって説明する。ピストンは上部のクラウン部１と下部のスカート部２を有する。両者の連接位置は、ピストンリング下部からピストンピン３の挿入穴上部までの位置である。あらかじめクラウン部１側には止めネジ用貫通穴を形成し、スカート部２には止めネジを固定するタップおよび座を形成する。これによって止めネジ１ｂによりクラウン部１とスカート部２が結合される。その際、クラウン部１とスカート部２の間に円板状の断熱シート１０を挿入し、止めネジ１ｂを締めることでクラウン部１およびスカート部２と共に固定する。断熱シート１０にも、クラウン部１と同じく止めネジ用貫通穴を形成する。締め付けトルクは、断熱シート１０の強度に合わせて調節する。断熱シート１０はクラウン部１からの気体圧縮熱に耐えうるものとし、自体の熱変形を考慮して厚さはできるだけ薄くする。素材は耐熱樹脂製で軽量なものがよい。樹脂製で厚さが薄ければ軽量となり、ピストン重量への影響が少ない。断熱シート１０は、上記事項を満足できるものであれば、耐熱樹脂製以外のものでもよい。
【００１７】
本実施の形態によれば、圧縮熱により温度上昇したクラウン部１からの熱伝導を断熱シート１０が遮断し、それ以下のスカート部２とピストンピン３への熱伝導を抑えることが可能となり、その結果、ピストンロッド小端部５とニードルベアリング６の温度上昇を軽減することができる。また、クラウン部１の内部より放射される気体圧縮熱を断熱シート１０が遮断し、ピストンロッド小端部５およびニードルベアリング６への温度上昇を軽減することができる。また、断熱シート１０はクラウン部１とスカート部２の間に容易に施工することができるため、新たな部品を追加することや、他の部品の形状や寸法を変更することなく採用できる。また、組立に際しても従来の組立技術によって容易に実施することができる。
【００１８】
（第４の実施の形態）
次に、図４を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態のピストンは、気体圧縮面１１の裏にバルク状の断熱材８を充填するとともに、クラウン部１とスカート部２の間に円環状の断熱リング９を設けた構成である。
【００１９】
本実施の形態のピストンでは、気体圧縮熱により温度上昇したクラウン部１からスカート部２への熱伝導を断熱リング９が遮断し、スカート部２とピストンピン３およびピストンロッド小端部５とニードルベアリング６の温度上昇を軽減することができる。また、気体圧縮面１１の裏から放射される気体圧縮熱を断熱材８が遮断し、ピストンロッド小端部５およびニードルベアリング６の温度上昇を軽減することができる。また、両者は容易に施工することができるため、新たな部品を追加することや、他の部品の形状や寸法を変更することなく採用できる。また、組立に際しても従来の組立技術によって容易に実施することが可能である。
【００２０】
（第５の実施の形態）
次に、図５を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。本実施の形態のピストンは、クラウン部１とスカート部２の間に円環状の断熱リング９または円板状の断熱シート１０を設けるとともに、ピストンピン３をスカート部２に固定する止めネジ３ａをクラウン部１側に設けた構成である。
【００２１】
本実施の形態によれば、クラウン部１とスカート部２が分離されている状態で広いスペースを使って止めネジ３ａの取り付け取りはずし作業を行うことができるので、組立てと分解の作業性が良く、ピストンロッド小端部５とニードルベアリング６の温度上昇の小さいピストンを提供することができる。
【００２２】
なお、本発明のピストンは上記５つの実施の形態を適宜組み合わせた構成とすることができる。また、本発明のオイルレスコンプレッサは上記５つの実施の形態のピストンあるいはそれらを適宜組み合わせた構成のピストンを備えた構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態のピストンの構成を示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のピストンの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態のピストンの構成を示す縦断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態のピストンの構成を示す縦断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態のピストンの構成を示す縦断面図。
【図６】従来のピストンの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図。
【符号の説明】
【００２４】
１…クラウン部、１ａ，１ｂ…止めネジ、２…スカート部、３…ピストンピン、３ａ…止めネジ、４…ピストンロッド、５…ピストンロッド小端部、６…ニードルベアリング、７…オイルシール、８…断熱材、９…断熱リング、１０…断熱シート、１１…気体圧縮面。
【図１】
2008267205.tif 000003
【図２】
2008267205.tif 000004
【図３】
2008267205.tif 000005
【図４】
2008267205.tif 000006
【図５】
2008267205.tif 000007
【図６】
2008267205.tif 000008