(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシリンダと、該シリンダ内を往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンに設けられ前記シリンダとピストンとの間をシールするシール部材とからなり、前記シリンダと前記シール部材との摺動に油を用いない無給油式の往復動圧縮機において、
前記シール部材は、前記ピストンに設けた環状のリング溝内に拡，縮径可能に装着され合口部を有したピストンリングにより構成し、
このピストンリングは、
フッ化アルコキシエチレン基をポリテトラフルオロエチレン中に添加し、室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が３％以下となる変性ポリテトラフルオロエチレンを基材とし、
この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、
球状炭素および
二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成する構成としたことを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記複合材料は、前記変性ポリテトラフルオロエチレンの他に、前記粉末物質を１０〜３０重量％、前記球状炭素を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜７重量％の範囲で含有する構成としてなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気等の流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】
一般に、空気等の流体を圧縮する小型の無給油式圧縮機として、所謂ロッキングピストンと呼ばれる揺動ピストンを用い、この揺動ピストンをシリンダ内で揺動しつつ往復動させる構成とした揺動型圧縮機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
この種の従来技術による揺動型圧縮機は、筒状のシリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成する揺動ピストンと、該揺動ピストンに設けられ前記シリンダと揺動ピストンとの間をシールするシール部材とにより構成されている。
【０００４】
そして、このシール部材は、略円形のカップ状をなす環状のリップリングにより構成され、このリップリングは、耐熱性や耐摩耗性等を高めるためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を基材とした複合材料を用いて成形加工されるものである。
【０００５】
一方、無給油式圧縮機としては、シリンダ内でピストンを揺動させることなく往復動させるため、クランク軸とピストンとの間を連接棒（コネクティングロッド）により連結する構成とした往復動圧縮機も知られている。そして、この圧縮機にあっては、ピストンの外周側に形成したリング溝内にピストンリングを装着し、このピストンリングにより前記シリンダとピストンとの間をシールする構成としている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８４６９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４８１７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２７０６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術による揺動型圧縮機では、揺動ピストンに設けるシール部材として環状のリップリングを用いているために、例えば３ＭＰａ以上の高圧な圧縮空気を発生させる場合（例えば、２段式圧縮機の高圧側）には、圧縮熱と摩擦熱等の熱影響でリップリングが熱変形し易くなる。そして、場合によってはリップリングが損傷されてシール機能を失い、圧縮空気が漏洩する等の不具合を起こしてしまう。
【０００８】
そこで、本発明者等は、揺動ピストンに設けるシール部材として、環状のリップリングに替えてピストンリングを用いることを検討した。しかし、従来（例えば、特許文献３等）から知られているピストンリングを用いた場合には、例えばピストンリングを拡，縮径させるために設けた合口部が、熱影響で溶着してシール機能自体を失うことがある。
【０００９】
即ち、ピストンリングの合口部は、圧縮機を連続運転するときにピストンリングが拡，縮径するに伴って互いに擦れ合い、圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になることがある。そして、このままの状態で圧縮運転を停止したときには、ピストンリングが徐々に熱収縮しリング径（外径）がシリンダ径に比較して小さくなる。しかも、合口部の固着によりピストンリングの弾性的な拡，縮径が困難となり、本来のシール機能を失うという未解決な問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、シール部材として用いるピストンリングの材料組成を変えることにより、圧縮流体の高圧化を図ることができ、合口部の溶着、固着等を防止して信頼性、寿命等を向上できるようにした往復動圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、筒状のシリンダと、該シリンダ内を往復動し該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンに設けられ前記シリンダとピストンとの間をシールするシール部材とからなり、前記シリンダと前記シール部材との摺動に油を用いない無給油式の往復動圧縮機に適用される。
【００１２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記シール部材は、前記ピストンに設けた環状のリング溝内に拡，縮径可能に装着され合口部を有したピストンリングにより構成し、このピストンリングは、フッ化アルコキシエチレン基をポリテトラフルオロエチレン中に添加し、室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が３％以下となる変性ポリテトラフルオロエチレンを基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成する構成としたことにある。
【００１３】
また、請求項２の発明によると、前記複合材料は、前記変性ポリテトラフルオロエチレンの他に、前記粉末物質を１０〜３０重量％、前記球状炭素を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜７重量％の範囲で含有する構成としている。
【発明の効果】
【００１５】
上述の如く請求項１に記載の発明は、シール部材として合口部を有したピストンリングを用い、このピストンリングは、フッ化アルコキシエチレン基をポリテトラフルオロエチレン中に添加し、永久変形率が３％以下となる変性ポリテトラフルオロエチレンの基材に対して、少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料により形成しているので、このような複合材料からなるピストンリングの耐熱性、耐摩耗性を高めることができ、ピストンリングの合口部が圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になるのを防止できる。そして、このピストンリングによりピストンとシリンダとの間を長期にわたって良好にシールすることができる。
【００１６】
この場合、ピストンリングの基材となる変性ポリテトラフルオロエチレンは、フッ化アルコキシエチレン基をポリテトラフルオロエチレン中に添加し、室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が３％以下となり、熱膨脹によるクリープ（永久変形）も小さくできるため、ピストンリングとしての耐熱性を向上できると共に、ピストンリングの合口部が圧縮運転時の熱影響で溶着されて運転停止時に固着状態となるのを抑え、合口部の固着防止を図ることができる。そして、その後の運転再開時にもピストンリングが弾性的に拡，縮径するのを補償でき、シール性能を確保して長期間のメンテナンスフリー等を実現することができる。
しかも、複合材料の基材となる変性ポリテトラフルオロエチレンは、フッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）基をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）中に添加したＰＦＡ変性ＰＴＦＥにより構成しているので、熱膨脹によるクリープ（永久変形）も小さく抑えることができ、ピストンリングの耐熱性、耐摩耗性を高め、耐久性、寿命を向上することができる。
【００１７】
また、ピストンリングに用いる複合材料に前記基材（変性ポリテトラフルオロエチレン）に対して少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加しているので、ピストンリングの熱伝導性等を向上でき、圧縮運転時の熱をシリンダ側に逃がすことができる上に、優れた潤滑性を確保して耐摩耗性を向上することができる。これにより、圧縮運転時のシール性能を十分に確保することができ、例えば３ＭＰａ以上の圧力まで圧縮空気等の流体を高圧に圧縮することができる。そして、例えば２段式圧縮機の高圧側等に適用した場合でも、ピストンリングの耐久性、寿命を高め、信頼性を向上することができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、ポリテトラフルオロエチレンの他に、銅または青銅粉からなる粉末物質を１０〜３０重量％、球状炭素を５〜１５重量％、二硫化モリブデンを３〜７重量％の範囲で含有した複合材料を用いてピストンリングを形成することができ、ピストンリングの熱伝導性を高めて耐熱性、耐摩耗性を向上することができる。
【００１９】
この場合、銅または青銅粉からなる粉末物質の含有量を１０重量％未満にすると、ピストンリングの熱伝導性が悪くなり、１０重量％以上まで増やすことにより熱伝導性を向上することができる。一方、粉末物質が３０重量％を越えると、圧縮空気等の吐出量（空気量）が低下する。これは、粉末物質の含有量が多くなり過ぎて、摩耗が過度に少ない状態となり、逆にピストンリングとしてのなじみ性が悪くなって、シール性能が低下することが原因と考えられる。
【００２０】
また、球状炭素は、炭素繊維のようにエッジがなく、相手面（シリンダ壁面）への攻撃性を抑えて摩耗を低減することができる。しかし、球状炭素の含有量が５重量％未満になると、相手面（シリンダ壁面）への攻撃性が小さくなり過ぎて平滑化しないために、ピストンリング外周の摩耗が増大する傾向がある。また、球状炭素を１５重量％よりも多くすると、逆に相手面への攻撃性が高くなり、例えばシリンダ壁面の摩耗を増大させる原因となる。
【００２１】
また、二硫化モリブデンの含有量が３重量％未満になると、ピストンリングとしての潤滑性が低下し、摺動特性が悪くなる傾向があり、逆に７重量％を越える二硫化モリブデンを含有させると、これによってポリテトラフルオロエチレンの含有量が減少して、摩耗が増大する傾向がみられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る往復動圧縮機を、空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
ここで、図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は空気圧縮機のクランクケースで、該クランクケース１は、内部にクランク室２を画成し、このクランク室２内には、後述の出力軸４を介してクランク５およびバランスウエイト６が回転可能に設けられている。
【００２５】
３はクランクケース１に並置して設けられた駆動源としての電動モータで、該電動モータ３は、モータケース３Ａ内に固定して設けられたステータ３Ｂと、該ステータ３Ｂの径方向内側に後述の出力軸４を介して回転可能に設けられたロータ３Ｃとにより大略構成されている。
【００２６】
４は電動モータ３のロータ３Ｃと一体に回転する出力軸で、該出力軸４は、軸方向の一側がモータケース３Ａに軸受を介して回転可能に支持され、軸方向の他側は、クランクケース１に軸受等を介して回転可能に支持されている。そして、出力軸４の他側は、クランク室２内へと突出して延び、その外周側には、クランク５とバランスウエイト６がクランク室２内で一体回転するように取付けられている。
【００２７】
７はクランクケース１上に搭載された筒状のシリンダで、該シリンダ７は、例えばアルミニウム合金からなる成形品に陽極酸化処理を施すことにより円筒体として形成されている。そして、シリンダ７の一側（基端側）は、クランク室２内に開口（連通）し、シリンダ７の他側（先端側）には、後述の弁座板８等により閉塞されている。また、シリンダ７内には、後述の圧縮室１９が弁座板８と揺動ピストン１４（ピストン部１８）との間に画成されるものである。
【００２８】
８はシリンダ７の先端側に設けられた弁座板で、該弁座板８には、図１ないし図３に示す如く互いに離間して吸入穴８Ａ、吐出穴８Ｂが穿設されている。そして、弁座板８の吸入穴８Ａは、後述の吸入室１１Ａを圧縮室１９に連通させる。また、弁座板８の吐出穴８Ｂは、圧縮室１９を後述の吐出室１１Ｂに連通させるものである。
【００２９】
９は弁座板８を介してシリンダ７上に搭載されたシリンダヘッドを示し、該シリンダヘッド９には、弁座板８との間に位置して隔壁１０が設けられ、この隔壁１０は、シリンダヘッド９内を吸入室１１Ａと吐出室１１Ｂとの２室に画成している。
【００３０】
そして、シリンダヘッド９には、吸入室１１Ａ内に外気（空気）を流入させる吸気ポート９Ａと、吐出室１１Ｂから圧縮空気を外部に吐出させる吐出ポート９Ｂとが設けられている。なお、弁座板８とシリンダ７との間、および弁座板８とシリンダヘッド９との間は、それぞれガスケット（図示せず）等によって気密にシールされるものである。
【００３１】
１２は吸入室１１Ａと圧縮室１９との間に位置して弁座板８に設けられた吸入弁で、該吸入弁１２は、吸入穴８Ａを開，閉するように弁座板８に取付けられている。そして、吸入弁１２は、後述する揺動ピストン１４のピストン部１８が上死点から下死点に移動するとき（吸入行程）に開弁し、下死点から上死点に移動するとき（圧縮行程）に閉弁するものである。
【００３２】
１３は吐出室１１Ｂと圧縮室１９との間に位置して弁座板８に設けられた吐出弁で、該吐出弁１３は、吐出穴８Ｂを開，閉するように弁座板８に取付けられている。そして、吐出弁１３は、揺動ピストン１４の圧縮行程で開弁し、吸入行程では閉弁するものである。
【００３３】
１４はシリンダ７内に往復動可能に挿嵌されたロッキングピストンとしての揺動ピストンで、該揺動ピストン１４は、一端側がクランク室２内に位置しクランク５に軸受１５を介して回転可能に連結されたリング部１６と、該リング部１６に一体形成されシリンダ７内へと伸長した棒状のピストンロッド１７と、該ピストンロッド１７の他端側に一体形成された円盤部としてのピストン部１８とにより構成されている。
【００３４】
そして、ピストン部１８は、シリンダ７の内径寸法よりも小さい外径寸法をもって略円盤状に形成され、前記クランク５の回転に伴ってシリンダ７内を左，右に揺動しつつ上，下に往復動するものである。また、ピストン部１８の外周側には、断面コ字形状をなすリング溝１８Ａが全周にわたって形成されている。そして、このリング溝１８Ａには、後述のピストンリング２１が装着されている。
【００３５】
１９はシリンダ７内に画成される圧縮室で、この圧縮室１９は、揺動ピストン１４のピストン部１８によりシリンダ７内で弁座板８との間に形成されるものである。そして、揺動ピストン１４のピストン部１８は、前述した吸入行程で圧縮室１９内に吸入弁１２を介して空気を吸入し、圧縮行程では、圧縮室１９内で空気を圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出弁１３を介して吐出させる。
【００３６】
２０は冷却風を発生させる冷却ファンで、該冷却ファン２０は、クランク室２内を軸方向に延びる出力軸４の先端側に設けられ、出力軸４によりクランク５と一体に回転駆動される。そして、冷却ファン２０は、クランク室２内に向けて冷却風を流通させ、クランクケース１、電動モータ３およびシリンダ７等を冷却するものである。
【００３７】
２１は揺動ピストン１４のピストン部１８とシリンダ７との間をシールするシール部材としてのピストンリングで、該ピストンリング２１は、耐熱性、耐摩耗性等を高めるため後述の複合材料を用いて、例えば図３ないし図５に示すように縮，拡径可能なリング体として成形されている。そして、ピストンリング２１には、その周方向の途中部位に合口部２１Ａ，２１Ｂが略Ｌ字状に切欠くようにして形成されている。
【００３８】
この場合、ピストンリング２１は、ピストン部１８のリング溝１８Ａ内に装着され、合口部２１Ａ，２１Ｂが互いに接近，離間することにより、リング溝１８Ａに対して縮，拡径されるものである。そして、ピストンリング２１は、その外周面が図１〜図３に示すようにリング溝１８Ａから径方向に突出し、シリンダ７の内周面に弾性的に接触する。これにより、ピストンリング２１は、揺動ピストン１４（ピストン部１８）がシリンダ７内で揺動しつつ往復動するときにも、ピストン部１８の外周面とシリンダ７の内周面との間を気密にシールし続けるものである。
【００３９】
ここで、ピストンリング２１の素材は、例えばグレード名が「７０−Ｊ」と呼ばれるポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）を基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加した複合材料を用いて形成される。
【００４０】
そして、複合材料の基材となるＰＴＦＥ（グレード名が「７０−Ｊ」）とは、ＰＦＡ変性ＰＴＦＥとも呼ばれ、ＰＦＡ（フッ化アルコキシエチレン）基をＰＴＦＥ中に添加した所謂変性ＰＴＦＥにより構成されている。また、この変性ＰＴＦＥは、後述の表１にも示すように、例えば２３℃の室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が、３％以下（例えば、２．６％）となり、室温下での永久変形を小さく抑えることができる。
【００４１】
しかも、この変性ＰＴＦＥは、例えば１５０℃の高温下で同様の試験を行った場合でも、その永久変形率は２０．７％となり、熱膨脹によるクリープ（永久変形）も小さく抑えることができる。このため、ピストンリング２１の材料として変性ＰＴＦＥを用いることにより、その耐熱性を向上できるものである。
【００４２】
また、ピストンリング２１の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を１０〜３０重量％、前記球状炭素を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜７重量％、前記変性ＰＴＦＥと不可避不純物を４８〜８２重量％の範囲内で含有する構成としている。そして、前記複合材料の組成比は、変性ＰＴＦＥの含有率を５５〜８０重量％としたときに、残りの２０〜４５重量％を前記粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの３物質で構成するのが好ましい。
【００４３】
この場合、ピストンリング２１の素材となる複合材料は、前述した各成分をヘンシェルミキサ等の混合機により乾式混合し、得られた粉体を金型を用いて４０〜７８ＭＰａの圧力で成形（圧縮成形）するものである。そして、この成形品を高温（例えば、最高温度３７０℃）下で４時間程度にわたり焼成した後に、必要な機械加工等を施して図４、図５に示すように合口部２１Ａ，２１Ｂが設けられたピストンリング２１を形成する。
【００４４】
本実施の形態による空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００４５】
まず、電動モータ３の出力軸４でクランク室２内のクランク５を回転駆動すると、これに伴って揺動ピストン１４のピストン部１８がシリンダ７内を揺動しつつ往復動する。これにより、揺動ピストン１４のピストン部１８は、吸入室１１Ａから圧縮室１９内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室１９内の空気を圧縮し圧縮空気として吐出室１１Ｂに吐出する圧縮行程とを繰返すようにして圧縮運転を行う。
【００４６】
そして、シリンダ７内でピストン部１８が圧縮運転を行っているときには、ピストン部１８が左，右に揺動（傾転）するに伴って、ピストンリング２１がピストン部１８のリング溝１８Ａから径方向に張出すように拡，縮径を繰り返す。これにより、ピストンリング２１の外周面は、シリンダ７の内周面に摺接し続け、ピストン部１８とシリンダ７との間を気密にシールすることができ、シリンダ７（圧縮室１９）内における空気の圧縮効率を高めることができる。
【００４７】
一方、電動モータ３への給電を停止し、圧縮運転を中断したときには、揺動ピストン１４（ピストン部１８）の往復動も電動モータ３と一緒に停止する。そして、例えば揺動ピストン１４が圧縮室１９内の空気を圧縮する圧縮行程で停止した場合には、圧縮空気が圧縮室１９内に残留することになる。
【００４８】
しかし、ピストンリング２１の周方向途中部位には、略Ｌ字状に切欠いて形成した合口部２１Ａ，２１Ｂが存在し、ピストン部１８のリング溝１８Ａとピストンリング２１の内周との間には環状の空間が形成されている。このため、圧縮室１９内に残留した圧縮空気は、ピストンリング２１とリング溝１８Ａとの間の隙間を通じてクランク室２内へと徐々に漏出する。
【００４９】
そして、その後に空気圧縮機を再起動するときには、シリンダ７（圧縮室１９）内がほぼ大気圧に近い状態まで圧力低下している。このため、空気圧縮機の再起動時には、電動モータ３等に余分な負荷が作用することはなく、円滑な再起動を行うことができる。
【００５０】
ところで、揺動ピストン１４のピストン部１８がシリンダ７内で圧縮運転を行う間に、ピストンリング２１はシリンダ７内の圧縮熱と摩擦熱等によって高温状態となる上に、ピストンリング２１を拡，縮径させるために設けた合口部２１Ａ，２１Ｂが、熱影響で溶着して本来のシール機能を失う虞れがある。
【００５１】
即ち、ピストンリング２１の合口部２１Ａ，２１Ｂは、圧縮機を連続運転するときにピストンリング２１が拡，縮径するに伴って図５中の矢示ａ，ｂ方向で互いに擦れ合い、圧縮熱、摩擦熱等の熱影響で溶着され固着状態になることがある。そして、このままの状態で圧縮運転を停止したときには、ピストンリング２１が徐々に熱収縮しリング径（外径）がシリンダ径（シリンダ７の内径）に比較して小さくなるばかりでなく、合口部２１Ａ，２１Ｂの固着によりピストンリング２１の弾性的な拡，縮径が困難となり、本来のシール機能を失ってしまう虞れがある。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、ピストンリング２１の素材となる複合材料を、例えば表１にも示すようにグレード名が「７０−Ｊ」と呼ばれる変性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を基材とし、この基材に少なくとも銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加してなる複合材料により構成している。
【００５３】
また、ピストンリング２１の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を１０〜３０重量％、前記球状炭素を５〜１５重量％、前記二硫化モリブデンを３〜７重量％、前記変性ＰＴＦＥと不可避不純物を４８〜８２重量％の範囲内で含有する構成としている。そして、前記複合材料の組成比は、変性ＰＴＦＥの含有率を５５〜８０重量％としたときに、残りの２０〜４５重量％を前記粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの３物質で構成するのが好ましいものである。
【００５４】
これにより、後述の試験データ（表２，３参照）からも確認できるように、ピストンリング２１の摩耗、合口部２１Ａ，２１Ｂの固着等を抑えることができ、後述の比較例に対して圧縮空気の空気量が低下する等の問題を防止できる。
【００５５】
この場合、ピストンリングの基材となる変性ＰＴＦＥ（グレード名が「７０−Ｊ」）は、熱膨脹によるクリープ（永久変形）を小さく抑えることができる。このため、ピストンリング２１としての耐熱性を向上できると共に、ピストンリング２１の合口部２１Ａ，２１Ｂが圧縮運転時の熱影響で溶着されて運転停止時に固着状態となるのを抑え、合口部２１Ａ，２１Ｂの固着防止を図ることができる。そして、その後の運転再開時にもピストンリング２１が弾性的に拡，縮径するのを補償でき、シール性能を確保して長期間のメンテナンスフリー等を実現することができる。
【００５６】
また、ピストンリング２１に用いる複合材料には、基材となる変性ＰＴＦＥに対して、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンを添加しているので、ピストンリング２１の熱伝導性等を向上でき、圧縮運転時の熱をシリンダ７側に逃がすことができる上に、優れた潤滑性を確保して耐摩耗性を向上することができる。
【００５７】
これにより、圧縮運転時のシール性を十分に確保することができ、例えば３ＭＰａ以上の圧力まで圧縮空気等の流体を高圧に圧縮できる。そして、例えば２段式圧縮機の高圧側に設けるピストンリングに適用した場合でも、ピストンリング２１の耐久性、寿命を高め、信頼性を向上することができる。
【００５８】
また、ピストンリング２１の素材となる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質を１０〜３０重量％の範囲で含有し、前記球状炭素を５〜１５重量％の範囲で含有し、前記二硫化モリブデンを３〜７重量％の範囲で含有する構成としている。これにより、ピストンリング２１の熱伝導性を高めて耐熱性、耐摩耗性を向上することができる。
【００５９】
この場合、銅または青銅粉からなる粉末物質の含有量を、例えば１０重量％未満にすると、ピストンリング２１の熱伝導性が悪くなり、１０重量％以上に増やすことによって熱伝導性を向上することができる。一方、粉末物質が３０重量％を越えると、圧縮空気等の吐出量が低下する。これは、粉末物質の含有量が多くなり過ぎて、ピストンリング２１としてのなじみ性が悪くなり、シール性能が低下することが原因と考えられる。
【００６０】
また、前述した球状炭素は、炭素繊維のようにエッジがなく、相手面（シリンダ７の内周面）への攻撃性を抑えて摩耗を低減することができる。しかし、球状炭素の含有量が５重量％未満になると、相手面（シリンダ７の内周面）への攻撃性が小さくなり過ぎて平滑化しないために、ピストンリング２１外周の摩耗が増大する傾向がある。また、球状炭素を１５重量％よりも多くすると、逆に相手面への攻撃性が高くなり、例えばシリンダ７の内周面における摩耗を増大させる原因となる。
【００６１】
また、二硫化モリブデンの含有量が３重量％未満になると、ピストンリング２１としての潤滑性が低下し、摺動特性が悪くなる傾向がある。逆に７重量％を越える二硫化モリブデンを含有させると、これによって変性ＰＴＦＥ等の含有量が減少して、摩耗が増大する傾向がみられる。
【００６２】
また、変性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の含有量を５５重量％未満にすると、ピストンリング２１としての強度が不足し、十分な耐摩耗性、シール性を確保することが難しい。一方、変性ＰＴＦＥの含有量が８０重量％を越えた場合には、他の添加材（含有成分）の量が不足し、摩耗低減の効果が十分に得られなくなる。
【００６３】
このため、ピストンリング２１の素材として用いる複合材料は、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンの３物質を、全体の２０〜４５重量％の範囲内とし、変性ＰＴＦＥを５５〜８０重量％の範囲内で含有する構成とするのが好ましい。これにより、ピストンリング２１の耐熱性、耐摩耗性を高め、その信頼性、寿命を向上することができる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００６５】
ここで、実施例で用いるＰＴＦＥ（グレード名が「７０−Ｊ」）とは、ＰＦＡ変性ＰＴＦＥとも呼ばれ、この変性ＰＴＦＥは、下記の表１にも示す如く、例えば２３℃の室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が２．６％となり、室温下での永久変形が小さいという特性を有している。しかも、この変性ＰＴＦＥは、例えば１５０℃の高温下で同様の試験を行った場合でも、その永久変形率は２０．７％となり、熱膨脹によるクリープ（永久変形）も小さく抑えることができる。
【００６６】
一方、後述の比較例で用いる汎用のＰＴＦＥは、グレード名が「７−Ｊ」と呼ばれ、例えば２３℃の室温下で２４時間にわたり１４ＭＰａの荷重を付加した後の永久変形率が６．２％と大きくなり、例えば１５０℃の高温下では、永久変形率が３２．６％まで大きくなってしまう。
【００６７】
【表１】
0004750495.tif 000002
【００６８】
この場合、実施例では、ピストンリング２１の素材となる複合材料の成分（変性ＰＴＦＥ、銅粉、球状炭素および二硫化モリブデン）を、下記の表２に示す重量比（重量％）で配合した後に、前述した通り圧縮成形、焼成手段等を用いて図４に示す如き合口部２１Ａ，２１Ｂが設けられたピストンリング２１を形成したものである。
【００６９】
そして、このピストンリング２１を図１ないし図３に示すように揺動ピストン１４（ピストン部１８）のリング溝１８Ａ内に装着し、この状態で空気圧縮機を３ＭＰａの吐出圧力で連続運転（例えば、３０分間だけ運転）し、圧縮室１９内の温度が室温に低下するまで圧縮機を冷却した後に、再び前述の連続運転（３０分間の運転）を行うというサイクルを、例えば１０００回繰り返して合計の運転時間が５００時間に達した段階で、ピストンリング２１等に異常がなく、圧縮運転が可能であるか否かを確認したものである。
【００７０】
ここで、実施例のピストンリング２１で採用した複合材料は、下記の表２に示すように変性ＰＴＦＥ（７０−Ｊ）を７５重量％、粉末物質（銅粉）を１０重量％、球状炭素を１０重量％、二硫化モリブデンを５重量％含有して構成されている。
【００７１】
【表２】
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【００７２】
一方、比較例のピストンリングで採用した複合材料は、変性ＰＴＦＥ（７０−Ｊ）ではなく、汎用のＰＴＦＥ（７−Ｊ）を用いたものである。即ち、比較例で採用した複合材料は、表２に示すように、ＰＴＦＥ（７−Ｊ）を７５重量％、銅粉を１０重量％、球状炭素を１０重量％、二硫化モリブデンを５重量％含有している。
【００７３】
また、比較例のピストンリングは、表２に示す組成比の複合材料により実施例の場合と同様の圧縮成形、焼成手段等を用いて形成したものである。そして、比較例によるピストンリングも、揺動ピストン１４（ピストン部１８）のリング溝１８Ａ内に装着し、この状態で空気圧縮機を３ＭＰａの吐出圧力で連続運転（例えば、３０分間の運転）を行ったものである。
【００７４】
【表３】
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【００７５】
かくして、表３の試験データからも明らかなように、実施例によるピストンリング２１を用いた空気圧縮機では、運転初期の空気量が７５（リットル／分）であり、３０分の連続運転により空気量が７１（リットル／分）となった。そして、実施例の場合には、ピストンリング２１の摩耗がほとんどなく、合口部２１Ａ，２１Ｂの固着等を防止できることが確認された。
【００７６】
これに対し、比較例の場合には、３０分の連続運転で空気量が７０（リットル／分）であるものの、ピストンリングの合口部が溶融して固着し、ＮＧ（使用不可）となりその後の試験が不可能となった。この原因としては、実施例のように変性ＰＴＦＥ（７０−Ｊ）ではなく、比較例では汎用のＰＴＦＥ（７−Ｊ）を用いたことが、理由として考えられる。
【００７７】
従って、本実施の形態によれば、ピストンリング２１の素材となる複合材料に、グレード名が「７０−Ｊ」である変性ＰＴＦＥを基材として用いることにより、熱膨脹によるクリープ（永久変形）を小さく抑えることができ、合口部２１Ａ，２１Ｂが溶融して運転停止時に固着する等の問題をなくすことができる。
【００７８】
また、ピストンリング２１の素材となる複合材料には、変性ＰＴＦＥからなる基材に対して、銅または青銅粉からなる粉末物質、球状炭素および二硫化モリブデンをそれぞれ適量だけ添加して配合することにより、ピストンリング２１とシリンダ７の耐摩耗性を向上でき、空気圧縮機としての寿命を高めることができると共に、長期間のメンテナンスフリーも実現することができる。
【００７９】
なお、前記実施の形態では、図４、図５に示す如くピストンリング２１の合口部２１Ａ，２１Ｂを略Ｌ字状に形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばピストンリングの途中部位を一定の角度で斜め下向きに切断するようにして合口部を形成してもよく、また、略コ字状に切欠くようにして合口部を形成してもよいものである。
【００８０】
また、前記実施の形態では、揺動型圧縮機を空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば窒素、水素等の気体または冷媒等の流体を圧縮する揺動型圧縮機に適用してもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】空気圧縮機を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。
【図３】ピストンが下死点に移動した状態を示す図２と同様位置の断面図である。
【図４】図１中のピストンリングを単体で示す斜視図である。
【図５】図４中のピストンリングを拡大して示す正面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  クランクケース
４  出力軸
５  クランク
７  シリンダ
８  弁座板
９  シリンダヘッド
１４  揺動ピストン
１６  リング部
１７  ピストンロッド
１８  ピストン部
１８Ａ  リング溝
１９  圧縮室
２１  ピストンリング
２１Ａ，２１Ｂ  合口部
【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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