(57)【要約】【課題】小型の往復動圧縮機であっても、停止直後の再起動において始動不良を生じず、また、ピンなどを使わずに簡単な手段でシールリングとバックアップリングとの合い口が重なることや組み付けの際に、ばらばらにならない往復動圧縮機用ピストンリングを提供する。【解決手段】ピストンリング１は、シールリング２とバックアップリング３とテンションリング４とからなり、バックアップリング３の外周面３ｂに、シールリング２の段付合い口２ｃと相補し合う突起部３ｃを備え、突起部３ｃと段付合い口２ｃとが相補し合うことでシールリング２とバックアップリング３の周方向および軸方向の位置決めがなされ、シールリング２の内周面２ａと側面２ｂとの隅部全周に気体抜き用の通路５が設けられている。【選択図】図１
2012007560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダとの間をシールすべく前記ピストンの外周に設けられた溝に嵌め込まれて使用される往復動圧縮機用ピストンリングにおいて、
前記ピストンリングは、前記シリンダと摺接するシールリングと、該シールリングの内周面に弾性接触するバックアップリングとを備え、
前記シールリングと前記バックアップリングはそれぞれ合い口が形成されており、前記シールリングの内周面と側面との隅部全周に気体抜き用の通路が設けられていることを特徴とする往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項２】
前記気体抜き用通路の軸方向断面の断面積が、０．０７〜０．５ｍｍ２であることを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項３】
前記気体抜き用通路が、Ｃ面またはＲ面の面取りであることを特徴とする請求項２記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項４】
前記バックアップリングの合い口の隙間が、２〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項５】
前記シールリングの合い口と前記バックアップリングの合い口とが、円周方向で重なり合わないように、前記シールシリングと前記バックアップリングとが相互に回転不可にされていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項６】
前記シールリングの合い口が段付合い口であることを特徴とする請求項５記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項７】
前記バックアップリングは、合い口以外の外周面に、前記シールリングの段付合い口と相補し合う突起部を備え、前記突起部と前記段付合い口とが相補し合うことで前記シールリングと前記バックアップリングの周方向および軸方向の位置決めがなされることを特徴とする請求項６記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項８】
前記バックアップリングの突起部が、バックアップリングの円周中心点に対して合い口を０度としたとき、４５度〜３１５度の間に形成されていることを特徴とする請求項７記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項９】
前記バックアップリングの突起部が、バックアップリングの円周中心点に対して合い口を０度としたとき、１７０度〜１９０度の間に形成されていることを特徴とする請求項８記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１０】
前記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、前記シールリングの厚みと同じもしくは薄いことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１１】
前記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、前記シールリングの厚みの２／３以上であることを特徴とする請求項１０記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１２】
前記シールリングおよび前記バックアップリングが、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１３】
前記バックアップリングが、射出成形されたものであることを特徴とする請求項１２記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１４】
前記バックアップリングが、平板状に射出成形されたものであることを特徴とする請求項１３記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１５】
前記バックアップリングが、フッ素樹脂製であることを特徴とする請求項１２、請求項１３または請求項１４記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１６】
前記フッ素樹脂が、ポリ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、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする請求項１５記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１７】
前記シールリングが、フッ素樹脂製であることを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１８】
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂であることを特徴とする請求項１７記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項１９】
前記バックアップリングの内周にテンションリングを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【請求項２０】
前記ピストンリングは、空気またはガスをシールすることを特徴とする請求項１ないし請求項１９のいずれか一項記載の往復動圧縮機用ピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は往復動圧縮機用ピストンリングに関し、特にオイルフリー圧縮機のピストンに装着されて空気、不活性ガスなどの気体をシールする往復動圧縮機用ピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、往復動圧縮機はシリンダ内をピストンが往復する間に、吸込工程では該シリンダ内に形成される圧縮室内に吸込弁を介して気体を吸込み、吐出工程では気体を加圧して吐出弁を介して吐出させるようになっている。そして、該往復動圧縮機はそのピストンとシリンダとの間をシールすべく、該ピストンの外周にピストンリングが嵌着され、該ピストンリングはピストンとシリンダとの間の気密性を長期にわたり維持できるようにされている。
【０００３】
従来のピストンリングとして、シールリング、バックアップリングおよびテンションリングの組み合わせからなるものが知られている。図４は、ピストンに装着されているピストンリングの拡大断面図を、図５はピストンリングの斜視図を示す。図４に示すように、シリンダ６とピストン７との間に、シリンダ６と接触するピストンリングがピストン７の外周に設けられた溝８内に配設され、シール部材として機能している。この溝８は、シール性の向上および耐久性の向上のため複数個設けられている場合もある。
【０００４】
図５に示すように、ピストンリング１２は、段付合い口９ａを有するシールリング９と、このシールリング９の内周面に接する合い口１０ａを有するバックアップリング１０と、このバックアップリング１０の内周面に接し、合い口１１ａを有するテンションリング１１とから構成されている。ピストンリング１２は、段付合い口９ａと合い口１０ａとが重なり合わないように、例えば１８０度位置がずれるように組み付けられて溝８内に配設されている。これは、合い口９ａと合い口１０ａとが重なり合うと、合い口より気体が漏れてシール部材として機能しなくなるからである。また、シールリング１２に用いられる材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂に銅系または鉄系の合金とカーボン繊維とを配合した樹脂組成物を用い、シリンダ６などの相手部材への攻撃性および自己摩耗性を抑制するものが知られている。
【０００５】
ピストンリングを用いた往復動圧縮機において、該圧縮機が停止した場合、圧縮室内はピストンリングで気密に保たれているため、吐出弁側から高圧の気体が圧縮室内へ漏れて、圧縮室内が高圧になることがある。この状態で往復動圧縮機を始動させると、圧縮室内が過圧縮状態となり、タイムラグを生じるなどの始動不良を起こすことがある。
【０００６】
これを解決する手段として、特許文献１では、段付合い口を有するピストンリングの合い口に気体抜き用通路を設けたものが提案されている。また、特許文献１の従来の技術に記載されているように、吸込弁と、該吸込弁によって施蓋される吸込孔との間に隙間を形成させ、圧縮機の運転停止時に圧縮室内の気体を吸込孔を介して外部へ放出し、圧縮室内の圧力上昇を防止しているものなどが提案されている。
【０００７】
また、ピストン７がシリンダ６内を往復摺動する場合、気体の圧力、テンションリング１１の張力、シリンダ６の内周面に対するピストン７の傾き、シールリング９の内周面とバックアップリング１０の外周面との不均一接触などが原因となり、シールリング９、バックアップリング１０およびテンションリング１１に回転する動きが発生する。その結果、使用時において、円周上でシールリング９の段付合い口９ａとバックアップリング１０の合い口１０ａとが重なる場合が生じる。重なり合った場合、気体がその重なり部より漏れてシール性を低下させるという問題がある。
【０００８】
このような問題に対して、特許文献２では、ピストンリングにおけるバックアップリングとシールリングとを相互に係止する手段として、（１）テンションリングの合い口端部を外方に折り曲げることにより形成された突起部を、バックアップリングの合い口およびシールリングの内周面に形成された凹状部に係合する係止手段、（２）バックアップリングの外周面およびシールリングの内周面に形成された回り止めピンによる係止手段、（３）バックアップリングの外周面に形成された凹部または凸部、およびシールリングの内周面に形成された凹部または凸部とが、それぞれ相互の凹部と凸部とに係合する係止手段、が提案されている。
【０００９】
また、特許文献３では、段付合い口を有するシールリングと、このシールリングの内周に接するバックアップリングとを備えてなり、上記シールリングは幅方向に形成された穴の径より大きくかつシールリングの幅以下の長さのピンなどの嵌合物を上記穴に圧入して得られる突起部を段付合い口以外の位置に有し、上記突起部に上記バックアップリングの合い口を係止させてなるピストンリングが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開平０２−０９６０７６号
【特許文献２】特開平１１−０６３２２６号公報
【特許文献３】特開２００１−０３２９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、インパクトドライバやインパクトレンチなどに用いられる小型の往復動圧縮機では、モータの容量が小さいため、特許文献１に開示された技術、および特許文献１に記載の従来技術では十分な解決とはならなかった。
【００１２】
また、特許文献２に記載された、テンションリングの合い口端部を外方に折り曲げることにより形成された突起部を、バックアップリングの合い口およびシールリングの内周面に形成された凹状部に係合する係止手段を有するピストンリングは、テンションリングの使用が必須である。また、バックアップリングの外周面およびシールリングの内周面に形成された回り止めピンによる係止手段を有するピストンリングは、回り止めピンが外れる危険性がある。さらに、シールリングが回り止めピンを乗り越えることがある。また、バックアップリングの外周面に形成された凹部または凸部、およびシールリングの内周面に形成された凹部または凸部が、それぞれ相互の凹部と凸部とに係合する係止手段を有するピストンリングは、シールリングが肉厚でないと使用できない。
【００１３】
特許文献３に記載のピストンリングは、ピンなどの嵌合物が外れる危険性がある。該嵌合物が外れた場合、シールリングが回転しシールリングの合い口とバックアップリングの合い口とが重なり合い、気体がその重なり部より漏れてシール性を低下させるおそれがある。さらに、シールリングがピンなどの嵌合物を乗り越えることがある。また、軸方向の位置決めができないため、リング溝への組み付けの際に、シールリングとバックアップリング、あるいはシールリングとバックアップリングとテンションリングがばらばらになることがある。
【００１４】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、インパクトドライバやインパクトレンチなどに用いられる小型の往復動圧縮機であっても、停止直後の再起動において始動不良を生じず、また、ピンなどを使わずに簡単な手段でシールリングとバックアップリングとの合い口が重なることや組み付けの際に、ばらばらにならない往復動圧縮機用ピストンリング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】
【００１５】
本発明の往復動圧縮機用ピストンリングは、ピストンとシリンダとの間をシールすべく上記ピストンの外周に設けられた溝に嵌め込まれて使用される往復動圧縮機用ピストンリングにおいて、上記シリンダと摺接するシールリングと、該シールリングの内周面に弾性接触するバックアップリングとを備え、上記シールリングと上記バックアップリングはそれぞれ合い口が形成されており、上記シールリングの内周面と側面との隅部全周に気体抜き用の通路が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
上記気体抜き用通路の軸方向断面の断面積が、０．０７ｍｍ２〜０．５ｍｍ２であることを特徴とする。また、上記気体抜き用通路が、Ｃ面またはＲ面の面取りであることを特徴とする。また、上記バックアップリングの合い口隙間が、２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする。
【００１７】
上記シールリングの合い口と上記バックアップリングの合い口とが、円周方向で重なり合わないように、上記シールシリングと上記バックアップリングとが相互に回転不可にされていることを特徴とする。上記シールリングの合い口が段付合い口であることを特徴とする。
【００１８】
上記バックアップリングは、合い口以外の外周面に、上記シールリングの段付合い口と相補し合う突起部を備え、該突起部と上記段付合い口とが相補し合うことで上記シールリングと上記バックアップリングの周方向および軸方向の位置決めがなされることを特徴とする。
【００１９】
上記バックアップリングの突起部が、バックアップリングの円周中心点に対して合い口を０度としたとき、４５度〜３１５度の間に形成されていることを特徴とする。特に、１７０度〜１９０度の間に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
上記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、上記シールリングの厚みと同じもしくは薄いことを特徴とする。また、上記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、上記シールリングの厚みの２／３以上であることを特徴とする。
【００２１】
上記シールリングおよび前記バックアップリングが、合成樹脂製であることを特徴とする。また、上記バックアップリングが、射出成形されたものであることを特徴とする。特に、上記バックアップリングが、平板状に射出成形されたものであることを特徴とする。
【００２２】
上記バックアップリングが、フッ素樹脂製であることを特徴とする。また、上記フッ素樹脂が、ポリ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（以下、ＰＦＡと記す）樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと記す）樹脂、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（以下、ＦＥＰと記す）樹脂から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とする。
【００２３】
上記シールリングが、フッ素樹脂製であることを特徴とする。また、上記フッ素樹脂が、ＰＴＦＥ樹脂であることを特徴とする。
【００２４】
上記バックアップリングの内周にテンションリングを設けたことを特徴とする。また、上記ピストンリングは、空気またはガスをシールすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の往復動圧縮機用ピストンリングは、合い口を有するシールリングとバックアップリングとを備えた構成において、シールリングの内周面と側面との隅部全周に気体抜き用の通路が設けられているので、圧縮機の停止時において、圧縮室内に閉じ込められた高圧の気体は、この気体抜き用の通路からバックアップリングの合い口の隙間を通り、下側の気体抜き用の通路を経て速やかに圧縮室の外に逃がされる。このため、再起動しても始動不良を起こさずに直ぐに始動可能にすることができる。特に、モータ容量の小さい、インパクトレンチやインパクトドライバなどのハンドツールに使用される小型の往復動圧縮機に使用しても、停止直後に再起動しても始動不良を起こすことがない。
【００２６】
上記気体抜き用通路の軸方向断面の断面積が、０．０７ｍｍ２〜０．５ｍｍ２であるので、運転時のシール効果と停止時の速やかな高圧気体の排出という相反する作用を両立できる。また、上記バックアップリングの合い口隙間が２〜６ｍｍであるので、高圧気体の排出がスムーズに行なわれる。
【００２７】
上記気体抜き用通路がＣ面またはＲ面の面取りであるので、製造工程を増やすことなく気体抜き用通路を形成することができる。
【００２８】
上記シールリングの合い口と上記バックアップリングの合い口とが円周方向で重なり合わないように相互に回転不可にされているので、シールリングの段付合い口とバックアップリングの合い口とが重ならず、良好なシール性が維持される。また、上記シールリングの合い口が段付合い口なので、運転時のシール効果に優れる。
【００２９】
上記バックアップリングは、合い口以外の外周面に、上記シールリングの段付合い口と相補し合う突起部を備え、該突起部と上記段付合い口とが相補し合うことで上記シールリングと上記バックアップリングの周方向および軸方向の位置決めがなされるので、シールリングの段付合い口とバックアップリングの合い口とが重ならず、良好なシール性が長期間維持される。また、組み付けの際にばらばらに外れることがなく、組付け時間が長くならない。
【００３０】
上記バックアップリングの突起部が、バックアップリングの円周中心点に対して合い口を０度としたとき、４５度〜３１５度の間に形成されているので、シール性が優れる。さらに、該突起部を、１７０度〜１９０度の間に形成することで、組付け性にも優れる。
【００３１】
上記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、上記シールリングの厚みと同じもしくは薄いので、該突起部によるシールリングからの出っ張りが防止できる。また、上記バックアップリングの突起部の外周面からの高さが、上記シールリングの厚みの２／３以上であるので、シールリングの回転を確実に防止できる。
【００３２】
上記シールリングおよび上記バックアップリングが、合成樹脂製であるので、無潤滑雰囲気での使用が可能となる。また、上記バックアップリングが、射出成形されたものであるので、上記突起部がある場合でも、その成形が容易である。また、上記バックアップリングが、平板状に射出成形されたものであるので、該ピストンリングにおいて、テンションリングが不要となる。
【００３３】
上記バックアップリングが、フッ素樹脂製であるので、潤滑特性に優れる。また、上記フッ素樹脂が、ＰＦＡ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂から選ばれた少なくとも一つであるので、潤滑特性に優れながら、射出成形で製造可能である。
【００３４】
上記シールリングが、フッ素樹脂製であるので、潤滑特性に優れる。また、上記フッ素樹脂が、ＰＴＦＥ樹脂であるので、潤滑特性と併せてシール特性に優れる。
【００３５】
上記バックアップリングの内周にさらにテンションリングを設けたので、シールリングとバックアップリングの張力計算を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の往復動圧縮機用ピストンリングの構成要素およびその組み立て状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の往復動圧縮機用ピストンリングをピストンに装着した状態の軸方向の拡大断面図である。
【図３】平板状に成形したバックアップリングを示す図である。
【図４】従来のピストンリングをピストンに装着した状態の軸方向の拡大断面図である。
【図５】従来のピストンリングを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の往復動圧縮機用ピストンリングの一例を図１に示す。図１は、ピストンリングの構成要素およびその組み立て状態を示す斜視図である。図１に示すように、ピストンリング１は、シールリング２とバックアップリング３とテンションリング４とを、外輪から内輪に向かって順に組立てることにより得られる。シールリング２は、ピストンリング１の最外層にあり、シリンダなどの内壁と接触して空気、不活性ガスなどの気体をシールする（図２参照）。バックアップリング３は、シールリング２の内周面２ａに弾性接触して設けられ、気体から加わる圧力やテンションリング４からの押しつける力をシールリング２に均一にかかるようにしている。シールリング２には合い口２ｃが、バックアップリング３には合い口３ａが、それぞれ形成されている。バックアップリング３は、シールリング２の上記合い口２ｃからの気体の漏れを防止している。テンションリング４は、シールリング２およびバックアップリング３を外周方向に向かって押圧し、気体のシール性をより向上させている。なお、本発明のピストンリング１において、テンションリング４は必ずしも設ける必要はなく、テンションリング４を使わない場合は、バックアップリング３がその代わりを行なうよう設計する。上記構成において、シールリング２の内周面２ａと側面２ｂとの隅部全周に気体抜き用の通路５が設けられている。
【００３８】
シールリング２、バックアップリング３、およびテンションリング４のリングの軸方向の断面形状は、シールリング２の内周面にバックアップリング３を配置し、バックアップリング３の内周面にテンションリング４を配置できる形状であれば、特に限定されない。各リングの配置がしやすいことから、図１および図２に示すように、各リングを矩形断面とすることが好ましい。
【００３９】
図２に、本発明の往復動圧縮機用ピストンリングをピストンに装着した状態の軸方向の拡大断面図を示す。図２に示すように、ピストンリング１は、シリンダ６とピストン７との間で、シリンダ６と摺接しつつ、ピストン７の外周に設けられた溝８内に嵌め込まれて、空気、不活性ガスなどの気体をシールするシール部材として機能している。溝８は、シール性の向上および耐久性の向上のため複数個設けてもよい。
【００４０】
気体抜き用の通路５は、シールリング２の内周面２ａと、側面２ｂとの隅部に設けられている。ここで、内周面２ａと側面２ｂとの隅部とは、内周面２ａと側面２ｂとの境界部分（角部分）の一定範囲をいう。図２に示す態様では、気体抜き用の通路５は、シールリング２の２箇所（左右）、すなわち、シールリング２の圧縮室側と大気側にそれぞれ位置する側面２ｂと、内周面２ａとの隅部に設けられている。また、気体抜き用の通路５は、シールリング２の円周方向に対しては、全周にわたり設けられている。
【００４１】
気体抜き用の通路５は、シールリング２において、少なくとも圧縮室側の側面２ｂと内周面２ａとの隅部に設けておけばよいが、ピストンリング１の組み立ておよび溝８への組み込み性を考慮して、図２に示す態様のように、圧縮室側と大気側の両側の隅部に設けることが好ましい。
【００４２】
圧縮室内に残された高圧の気体は、シールリング２とピストンの溝８との隙間から、シールリング２の内周面２ａと側面２ｂとの隅部全周に形成された圧縮室側の気体抜き用の通路５を経て、バックアップリング３の合い口３ａの隙間を通じ、さらに大気側のシールリング２の気体抜き用の通路５を通じてシリンダ６の外に逃がされる（図１および図２参照）。なお、大気側のシールリング２の気体抜き用の通路５からは、シールリング２の合い口２ｃの隙間や、該合い口２ｃとバックアップリング３の突起部３ｃとの嵌合隙間を通じて逃がされる。
【００４３】
気体抜き用通路５は、その軸方向断面の断面積を０．０７〜０．５ｍｍ２に設定することが好ましい。この範囲とすることで、運転時のシール効果と停止時の速やかな高圧気体の排出という相反する作用を両立できる。気体抜き用通路５の断面積が０．０７ｍｍ２より小さければ、停止時に高圧気体の排出が速やかに行なわれない場合がある。また、気体抜き用通路５の断面積が０．５ｍｍ２より大きければ、シール効果が低下し圧縮不良が生じるおそれがある。
【００４４】
気体抜き用通路５の軸方向断面の形状は、任意の形状とすることができ、例えば、長方形状（矩形）、三角形状（Ｃ面）、円弧状（Ｒ面）とすることができる。シールリング２の製造工程を増やすことなく、気体抜き用通路５を形成できることから、Ｃ面またはＲ面の面取りとすることが好ましい。例えば、シールリング２を後述するＰＴＦＥ樹脂のラム押出し成形から製造されたパイプ材から製造するときに、内径および外径を旋盤で仕上げた後、内径側から突っ切り加工するときに面取りを同時にすることで形成することができる。具体的には、突っ切り加工するバイトの両側面に面取り部を設けたバイトを使用することで可能である。
【００４５】
シールリング２の合い口２ｃの形状としては、シールの密封性に優れている段付合い口、いわゆるステップカットが好ましい。特に、図１に示すように、バックアップリング３の突起部３ｃと相補し合う間隔を空けたステップカットが好ましい。また、バックアップリング３の合い口３ａの形状としては、高圧の気体の気体抜き用通路として使われるため、図１に示すようなストレートカットが好ましい。また、テンションリング４の合い口４ａの形状としては、特に限定されず、例えば、図１に示すようなストレートカットとできる。
【００４６】
テンションリング４の合い口４ａの隙間は、ピストン内が最高温度に達したとき、熱膨張によりリングが円周方向に伸長しても合い口の隙間が０にならないように設定する。また、バックアップリング３の合い口３ａの隙間はピストン内が最高温度に達したときでも少なくとも１．０ｍｍは開いているように設定する。
【００４７】
バックアップリング３の合い口３ａの隙間は、２〜６ｍｍであることが好ましい。この範囲であると、高圧気体の排出がスムーズに行なわれる。合い口３ａの隙間が２ｍｍより小さいと、熱膨張したとき合い口隙間が小さくなり、高圧気体の排出の妨げとなるおそれがある。また、合い口３ａの隙間が６ｍｍより大きいと、合い口隙間が大きくなりすぎて運転時のシール効果を低下するおそれがある。
【００４８】
シールリング２の合い口２ｃとバックアップリング３の合い口３ａとが、円周方向で重なり合わない位置で組み立てるとともに、使用時においてシールリング２とバックアップリング３とが相互に回転不可とすることで、シールリング２の合い口２ｃとバックアップリング３の合い口３ａとが重ならず、良好なシール性を維持できる。シールリング２とバックアップリング３とを相互に回転不可とする手段としては、両リングが回転する動きを防止できるものであれば、任意の手段を採用できる。
【００４９】
両リングが回転する動きを防止する手段として、図１に示すように、バックアップリング３の合い口３ａ以外の外周面３ｂに、シールリング２の段付合い口２ｃと相補し合う突起部３ｃを備えることが好ましい。突起部３ｃと段付合い口２ｃとが相補し合うことでシールリング２とバックアップリング３の周方向および軸方向の位置決めがなされる。このような構成とすることで、ピンなどを使用しない簡単な手段で、シールリング２の段付合い口２ｃとバックアップリング３の合い口３ａとが重なることを防止でき、良好なシール性を長期間維持できる。また、組み付けの際にばらばらに外れることがなく、組付け時間が長くならない。
【００５０】
バックアップリング３の突起部３ｃは、バックアップリング３の円周中心点に対して合い口を０度としたとき、４５度〜３１５度の間に形成することが好ましい。ここで、突起部３ｃを４５度〜３１５度の間に形成するとは、突起部３ｃの円周方向中心が、４５度〜３１５度の間に位置するように形成することをいう。なお、突起部３ｃの円周方向長さは、全円周に対しては十分小さく、上記角度で５度〜１０度程度である。突起部３ｃを形成する位置が、４５度未満または３１５度をこえる位置である場合、シールリング２の合い口２ｃと、バックアップリング３の合い口３ａとが近すぎて、設計上シール洩れがなくても、シール洩れに対して安心感が得られない場合がある。
【００５１】
バックアップリング３の突起部３ｃを形成する位置は、より好ましくは９０度〜２７０度の間であり、さらに好ましくは１７０度〜１９０度の間である。突起部３ｃを形成する位置を、１７０度〜１９０度の間とすることで、シール性に加えて、組付け性にも優れる。なお、突起部３ｃを形成する位置は、最も好ましくは合い口３ａと反対側の１８０度である。
【００５２】
バックアップリング３の突起部３ｃの外周面３ｂからの高さは、シールリング２の厚みと同じかそれより薄く設定することが好ましい。突起部３ｃの高さを、シールリング２の厚みと同じもしくは薄くすることで、該突起部３ｃがシールリング２から出っ張ることを防止できる。一方、突起部３ｃの高さが低すぎる場合、該突起部３ｃを乗り越えてシールリング２が回転するおそれがある。よって、バックアップリング３とシールリング２との相対回転を確実に防止するために、バックアップリング３の突起部３ｃの外周面３ｂからの高さは、シールリング２の厚みの２／３以上とすることが好ましい。
【００５３】
シールリング２に用いられる材料は、合成樹脂が好ましく、この中でも自己潤滑性、シール性、耐熱性、耐薬品性などに優れるフッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体樹脂、ポリビニリデンフルオライド樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ＰＴＦＥ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂を用いることが、シリンダとの摩擦抵抗が小さいため好ましい。特に、ＰＴＦＥ樹脂を用いることが、自己潤滑性と併せて、シール性などにも優れるため好ましい。
【００５４】
バックアップリング３に用いられる材料は、合成樹脂が好ましく、この中でも突起部３ｃを形成するため射出成形可能な樹脂組成物が好ましい。樹脂組成物としては、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂を用いることが、自己潤滑性、シール性、耐熱性、耐薬品性などに優れる点から好ましい。特に、射出成形可能なフッ素樹脂であるＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂から選ばれた少なくとも一つであることが好ましい。なお、シールリング２とバックアップリング３とが固着するのを防止するため、バックアップリング３はシールリング２と異なった樹脂を用いる必要がある。シールリング２およびバックアップリング３を、上記のような合成樹脂製とすることで、無潤滑雰囲気での使用が可能となる。
【００５５】
シールリング２およびバックアップリング３は、上述の合成樹脂のみ、すなわち、配合剤を配合しない合成樹脂１００％のものを用いることができる。また、必要に応じて、合成樹脂以外に、各種の充填材を添加することもできる。この場合、合成樹脂の非粘着性を妨げないように、それぞれの配合割合は、合成樹脂９７〜７０重量％、充填材３〜３０重量％とすることが好ましい。
【００５６】
シールリング２およびバックアップリング３の成形方法は、特に限定されるものではなく、射出成形、押出し成形、圧縮成形などを採用できる。シールリング２をＰＴＦＥ樹脂などを材料として成形する方法としては、例えば、原材料を均一に混合した粉末混合物を、ラム押出し成形等によってパイプ状に成形し、得られたパイプ材から、内径および外径を旋盤で仕上げた後、内径側から突っ切り加工するときに面取りを同時にすることで、気体抜き通路５を有する形成するシールリング２が得られる。
【００５７】
バックアップリング３をＰＦＡ樹脂、ＦＥＰ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂などを材料として成形する方法としては、例えば、原材料をヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得た後、射出成形することで得られる。
【００５８】
バックアップリング３は、図１のようにリング状に成形してもよいが、図３のように平板状に成形してもよい。平板状の場合、復元力によって張力が発生するため、ピストンリング１において、テンションリング４を不要とすることができる。
【００５９】
テンションリング４に用いられる材料は、バックアップリング３に押し付ける力を与えられることのできるバネ状を示す材料であれば使用できる。例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や、鉄−コバルトなどの金属材料や樹脂材料が挙げられる。また、テンションリング４を設けることで、シールリング２とバックアップリング３の張力計算を省略できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の往復動圧縮機用ピストンリングは、特にオイルフリー圧縮機のピストンに装着されて空気、不活性ガスなどの気体をシールするピストンリングとして利用できる。特に、インパクトドライバやインパクトレンチなどに用いられる小型の往復動圧縮機であっても、停止直後の再起動において始動不良を生じないので、これらの往復動圧縮機のピストンリングとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  ピストンリング
２  シールリング
３  バックアップリング
４  テンションリング
５  気体抜き用の通路
６  シリンダ
７  ピストン
８  溝
【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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