(57)【要約】【課題】  ピストンの駆動源の負荷が小さくてエネルギー消費効率が高く、しかも、ライナ部及びピストンリップの交換頻度が低く、従って運転経費が少ないオイルレス圧縮機を提供する。【解決手段】  シリンダライナ３７の内表面の中心線平均粗さが０．４μｍ以下でビッカース硬さが３５０以上である。このため、シリンダライナ３７とピストンリップ３３との摺動抵抗が十分に小さく、ピストン３５の駆動源である電動機１２等の負荷が小さくてエネルギー消費効率が高い。しかも、ピストンリップ３３の摺動に対するシリンダライナ３７の耐磨耗性も十分に高くて、シリンダライナ３７及びピストンリップ３３の交換頻度が低い。従って、オイルレス圧縮機１１の運転経費が少ない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダのライナ部における内表面の中心線平均粗さが０．４μｍ以下であり、
前記内表面のビッカース硬さが３５０以上であることを特徴とするオイルレス圧縮機。
【請求項２】
前記中心線平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のオイルレス圧縮機。
【請求項３】
前記ビッカース硬さが４５０以上であることを特徴とする請求項１記載のオイルレス圧縮機。
【請求項４】
ワッシャー状のものを皿状に成形した形状のピストンリップが使用されており、
前記ピストンリップの厚さは０．６〜０．９ｍｍであり、
前記内表面の円周上において前記ピストンリップが接触している幅は１．５〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のオイルレス圧縮機。
【請求項５】
気体室カバーに設けられている吸入口及び吐出口に、前記気体室カバーの内壁から突出している管が取り付けられており、
前記管の長さは前記吸入口及び前記吐出口の軸方向における前記気体室カバーの内壁間の距離の５０〜９０％であることを特徴とするオイルレス圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ潤滑油を必要としない往復式の気体圧縮機であるオイルレス圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弗素樹脂の一種であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするピストンリップつまりピストンパッキン（以下、「ピストンリップ」と称する）が用いられているオイルレス圧縮機が、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１１５２８３号公報
【特許文献２】特開昭５０−１１５３１４号公報
【特許文献３】特開昭５１−０３９４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部における内表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）の好ましい値やこの内表面のビッカース硬さ（Ｈｖ）の好ましい値が特に考慮されておらず、上記の特許文献１〜３にもこれらの値が全く記載されていない。しかし、これらの中心線平均粗さやビッカース硬さが好ましい値から逸脱すると、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が大きくなり、ピストンの駆動源である電動機等の負荷が大きくなって、この電動機等のエネルギー消費効率が低下する。また、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も低下し、ライナ部及びピストンリップの交換頻度が高くなり、その結果、オイルレス圧縮機の運転経費が増加する。
【０００４】
従って、本発明は、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗を十分に小さくしたため、ピストンの駆動源である電動機等の負荷を低く押えることができ電動機等のエネルギー消費効率が高く、しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も十分に高いために、ライナ部及びピストンリップの交換頻度が低く、従って運転経費が少ない経済効果に優れたオイルレス圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係るオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部における内表面の中心線平均粗さが０．４μｍ以下であり、この内表面のビッカース硬さが３５０以上であるので、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が十分に小さく、しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も十分に高い。これに対して、シリンダのライナ部における内表面の中心線平均粗さが０．４μｍ超であるか、またはこの表面のビッカース硬さが３５０未満であると、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が十分には小さくならず、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も十分には高くならない。
【０００６】
請求項２に係るオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部における内表面の中心線平均粗さが０．２μｍ以下であるので、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が更に小さく、しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も極めて高い。
【０００７】
請求項３に係るオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部における内表面のビッカース硬さが４５０以上であるので、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が更に小さく、しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も極めて高い。
【０００８】
請求項４に係るオイルレス圧縮機では、ワッシャー状のものを皿状に成形した形状のピストンリップが使用されており、ピストンリップの厚さは０．６〜０．９ｍｍであり、シリンダのライナ部における内表面の円周上においてピストンリップが接触している幅は１．５〜３ｍｍであるので、シリンダとピストンとの間の気密が十分に保持され且つシリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が小さい。これに対して、ピストンリップの厚さが０．６ｍｍ未満でシリンダのライナ部との接触幅が１．５ｍｍ未満であると、シリンダとピストンとの間の気密が十分には保持されず、ピストンリップの厚さが０．９ｍｍ超でシリンダのライナ部との接触幅が３ｍｍ超であると、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が大きくなる。
【０００９】
請求項５に係るオイルレス圧縮機では、気体室カバーに設けられている吸入口及び吐出口に、気体室カバーの内壁から突出している管が取り付けられており、管の長さは吸入口及び吐出口の軸方向における気体室カバーの内壁間の距離の５０〜９０％である。このため、気体室内における気体の通過経路が長い。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗を十分に小さくしたため、ピストンの駆動源である電動機等の負荷を低く押えることができ電動機等のエネルギー消費効率が高く、しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も十分に高いため、ライナ部及びピストンリップの交換頻度が低い。従って、オイルレス圧縮機の運転経費が少なく経済効果の向上が図れる。
【００１１】
請求項２、３に係るオイルレス圧縮機では、シリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が更に小さいので、ピストンの駆動源である電動機等の負荷が更に小さくなり、電動機等のエネルギー消費効率が極めて高くなる。しかも、ピストンリップの摺動に対するライナ部の耐磨耗性も更に高くなるので、ライナ部及びピストンリップの交換頻度が更に低くなる。従って、オイルレス圧縮機の運転経費が更に少なくなり、更に経済効果の向上が図れる。
【００１２】
請求項４に係るオイルレス圧縮機では、シリンダとピストンとの間の気密が十分に保持され且つシリンダのライナ部とピストンリップとの摺動抵抗が小さい。このため、ピストンの駆動源である電動機等の負荷が小さくても高い圧力に気体を圧縮することができ、この電動機等のエネルギー消費効率が更に高くて、運転経費が更に少なくなり経済効果の向上が図れる。
【００１３】
請求項５に係るオイルレス圧縮機では、気体室内における気体の通過経路が長いので、吸入口から吸入される気体と吐出口から吐出される気体とに対して消音効果が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、単一のシリンダが用いられておりピストンの駆動源が電動機であるオイルレス圧縮機に適用した本発明の一つの形態を、図１〜４を参照しながら説明する。このオイルレス圧縮機１１では、直流型の電動機１２が用いられている。交流型の電動機（４極電動機の場合）の回転数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数に応じて毎分１５００または１８００回転以下に固定されているのに対して、直流型の電動機１２の回転数は使用者の希望に応じて制御盤での操作によって可変である。直流型の電動機１２は交流型の電動機に比べて元々消費電力が少ないが、電動機１２の回転数が低ければ消費電力が更に少なくてすむ。電動機１２の回転数は、請求項１、２、３、４、５に係るオイルレス圧縮機の場合、毎分５００〜２０００回転であることが好ましく、毎分９００〜１５００回転であることが更に好ましい。
【００１５】
電動機１２の固定子１３が電動機筐体１４の内部に固定されており、電動機１２の回転子１５に回転軸１６が固定されている。本体筐体１７及び電動機カバー１８には夫々玉軸受２１、２２が取り付けられている。そして、電動機筐体１４が本体筐体１７に嵌合されて回転軸１６の一端側が玉軸受２１に挿入されており、また、電動機カバー１８が電動機筐体１４に嵌合されて回転軸１６の他端側が玉軸受２２に挿入されており、この状態で本体筐体１７の鍔部２３を貫通しているねじ２４が電動機カバー１８に螺入されることによって、本体筐体１７と電動機筐体１４と電動機カバー１８とが互いに固定されている。回転軸１６のうちで玉軸受２１を貫通している部分に回転翼２５及び釣合い重り２６が固定されており、釣合い重り２６の偏心部に玉軸受２７が外挿されている。
【００１６】
玉軸受２７にピストン棒２８が外挿されており、ピストン棒２８の先端部は円板部３１になっている。円板部３１に円板体３２が対向しており、これらの円板部３１と円板体３２とがピストンリップ３３を挟持している状態でねじ３４によって円板体３２が円板部３１に固定されている。従って、円板部３１及び円板体３２がピストン３５になっている。ピストンリップ３３の主成分はポリテトラフルオロエチレンである。ピストンリップ３３の形状はワッシャー状のものを機械的に皿状にしたものであり、ピストンリップ３３の底面の周辺近傍部が上述の様に円板部３１と円板体３２とに挟持されている。
【００１７】
本体筐体１７のうちのシリンダ部３６内にシリンダライナ３７が配置されている。シリンダライナ３７の内径は、２０〜９０ｍｍであることが好ましく、４０〜７０ｍｍであることが更に好ましい。シリンダライナ３７内におけるピストン３５の行程量は、４〜１５ｍｍであることが好ましく、７〜１２ｍｍであることが更に好ましい。シリンダライナ３７の内表面の中心線平均粗さは、０．４μｍ以下０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以下０．１μｍ以上であることが更に好ましい。また、シリンダライナ３７の内表面のビッカース硬さは、３５０以上９００以下であることが好ましく、４５０以上７００以下であることが更に好ましい。
【００１８】
上述の中心線平均粗さ及びビッカース硬さで測定できる金属材料であればどの様な材料でシリンダライナ３７が形成されていてもよいが、請求項３に係るビッカース硬さを得るための具体例としては、ガス軟窒化をＳ４５Ｃに施す処理方法等がある。Ｓ４５Ｃ自体のビッカース硬さは２０４であるが、ガス軟窒化をＳ４５Ｃに施して得られる材料の表面におけるビッカース硬さは５５７程度に向上する。
【００１９】
但し、シリンダライナ３７の内表面における中心線平均粗さの下限及びビッカース硬さの上限は製造経費の増加を抑制する観点から設けられているだけであるので、製造経費が増加しても問題ない場合には、これらの下限及び上限は特に必要ない。ピストンリップ３３の厚さは０．６〜０．９ｍｍであり、シリンダライナ３７の内表面の円周上においてピストンリップ３７が接触している幅は１．５〜３ｍｍであることが好ましく、この値が２〜２．５ｍｍであることが更に好ましい。
【００２０】
シリンダライナ３７の端面部及びＯリング３８が弁シート４１の溝４２内に嵌入されており、ピストン３５、シリンダライナ３７及び弁シート４１に囲まれている空間が圧縮室４３になっている。弁シート４１の平面的に異なる位置に二つの貫通孔４４、４５が設けられており、一方の貫通孔４４の下面を覆うリード弁４６と他方の貫通孔４５の上面を覆うリード弁４７とが夫々ねじ４８で弁シート４１に固定されている。弁シート４１上に気体室カバー５１が載置されており、ねじ５２によって気体室カバー５１及び弁シート４１がシリンダ部３６に固定されており、弁シート４１と気体室カバー５１とに囲まれている空間が気体室５３になっている。
【００２１】
気体室カバー５１には複数の放熱用のひれ５４が設けられており、溝６１内にパッキン６２が嵌入されている。気体室カバー５１には吸入口５５及び吐出口５６が設けられており、気体室５３内へ延びている管５７が吸入口５５と吐出口５６との両方に取り付けられている。気体室カバー５１の内壁から突出している管５７の長さは、吸入口５５及び吐出口５６の軸心方向における気体室カバー５１の内壁間の距離の５０〜９０％であることが好ましく、６０〜８０％であることが更に好ましい。吸入口５５及び吐出口５６が設けられている気体室カバー５１の壁面とは反対側の壁面であって管５７の延長線上に一対の連結口５８が設けられているが、このオイルレス圧縮機１１の連結口５８は閉塞されている。
【００２２】
以上のようなオイルレス圧縮機１１において、電動機１２に通電してこの電動機１２の回転子１５を回転させると、回転子１５と共に回転軸１６及び釣合い重り２６も回転する。既述の様に釣合い重り２６の偏心部に玉軸受２７が外挿されているので、釣合い重り２６の回転に伴って玉軸受２７の軸心が回転軸１６の軸心の回りを回転し、玉軸受２７のこの回転に伴ってピストン棒２８が揺動と往復動とを行う。ピストン棒２８が往復動を行うと、ピストンリップ３３がシリンダライナ３７の内表面に摺動しながらピストン３５もシリンダライナ３７内で往復動を行う。
【００２３】
ピストン棒２８が揺動を行うので、ピストン３５及びピストンリップ３３がある程度の首振り運動を行う。しかし、ピストンリップ３３は樹脂製であってある程度の弾性を有しており、この弾性によってピストンリップ３３がシリンダライナ３７に接触するので、シリンダライナ３７とピストン３５との間の気密は十分に保持される。従って、ピストン及びピストンリップが首振り運動を行わない構造のオイルレス圧縮機に比べてこのオイルレス圧縮機１１の構造が簡単で製造経費が少ないにも拘らず、ピストンリップ３３がある程度の首振り運動を行うことは実質的には問題にならない。
【００２４】
ピストン３５がその往復動において上死点から下死点へ向かう行程では、圧縮室４３内の圧力が低下するので、リード弁４７が弁シート４１の貫通孔４５を閉塞したままでリード弁４６が弁シート４１のもう一つの貫通孔４４を開放し、吸入口５５、管５７、気体室５３及び貫通孔４４を通って圧縮室４３内に気体が吸入される。そして、ピストン３５が下死点から上死点へ向かう行程では、圧縮室４３内の圧力が上昇するので、リード弁４６が弁シート４１の貫通孔４４を閉塞したままでリード弁４７が弁シート４１のもう一つの貫通孔４５を開放し、貫通孔４５、気体室５３、管５７及び吐出口５６を通ってこのオイルレス圧縮機１１から圧縮気体が吐出される。
【００２５】
単一のシリンダ部３６が用いられているこのオイルレス圧縮機１１では、吐出状態の値で毎分８０リットル以下の割合の圧縮気体が吐出される。なお、回転軸１６が回転すると回転翼２５も回転し、この回転翼２５の回転によって電動機１２やピストン３５やシリンダライナ３７の外周面等へ外気が送られて、電動機１２やピストン３５やシリンダライナ３７等が冷却される。また、管５７が気体室５３内へ長く延びているので、吸入口５５から吸入される気体と吐出口５６から吐出される気体とに対して管５７が消音効果を有している。但し、気体を導く壁面を気体室５３内に設け、気体室５３内における気体の通過経路を長くすることによって、吸入口５５から吸入される気体と吐出口５６から吐出される気体とに対する消音効果を生じさせてもよい。
【００２６】
なお、上述のオイルレス圧縮機１１では単一のシリンダしか用いられていないが、二つのシリンダが用いられているオイルレス圧縮機にも本発明を適用することができる。この場合は、回転軸１６が電動機カバー１８側へも長く延びると共に電動機カバー１８の代わりに本体筐体１７と同様なもう一つの本体筐体が電動機筐体１４に固定されており、このもう一つの本体筐体における気体室カバーには連結口しか設けられておらず、本体筐体１７における気体室カバー５１の連結口５８と対向している連結口が本体筐体１７の連結口５８と連結管で連結されており、一方の本体筐体１７の吸入口５５から吸入されて二つの本体筐体内で圧縮された気体が一方の本体筐体１７の吐出口５６から吐出される。この様なオイルレス圧縮機では、吐出状態の値で毎分１６０リットル以下の割合の圧縮気体が吐出される。
【００２７】
また、上述のオイルレス圧縮機１１ではシリンダライナ３７がシリンダ部３６とは別体になっているが、シリンダライナがシリンダと一体であってシリンダの内表面にライナ処理が施されていてもよい。また、上述のオイルレス圧縮機１１ではピストンリップ３３の主成分がポリテトラフルオロエチレンであるが、ピストンリップ３３の製造方法を変更し、ピストンリップ３３の耐磨耗性を高めることができれば、ポリテトラフルオロエチレン以外の弗素樹脂がピストンリップ３３の主成分になっていてもよい。また、上述のオイルレス圧縮機１１ではピストン３５の駆動源が電動機１２であるが、電動機以外の駆動源がピストン３５の駆動源として用いられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
オイルレス圧縮機では、シリンダ潤滑油が必要とされないので、圧縮気体中に油が混入しない。このため、オイルレス圧縮機は、単に圧縮気体を得るという用途の他に、計器用や制御用にも利用することができ、爆発のおそれや腐食のおそれがあるガス以外の総てのガスを圧縮することにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一つの形態における全体の側断面図である。
【図２】本発明の一つの形態における全体の正面図である。
【図３】本発明の一つの形態における全体の平面図である。
【図４】本発明の一つの形態における弁シートの底面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１    オイルレス圧縮機
３３    ピストンリップ
３６    シリンダ部（シリンダ）
３７    シリンダライナ（ライナ部）
【図１】
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【図２】
2005273476.tif 000004
【図３】
2005273476.tif 000005
【図４】
2005273476.tif 000006