(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に複数のリング状の凹溝(12a,12b,12c)が形成され頂面の反対側の下面にコンロッド収容凹部(12d)が形成されたピストン本体(12)と、前記複数の凹溝(12a,12b,12c)のうち前記ピストン本体(12)の頂面から最も離れた位置に形成されたロア凹溝(12c)に収容され外周面がシリンダ(16)内周面に当接するオイルリング(13)とを備えたエアコンプレッサにおいて、
前記ピストン本体(12)に前記ロア凹溝(12c)内と前記コンロッド収容凹部(12d)とを連通する第１オイル戻し孔(31)が設けられ、
前記ピストン本体(12)に前記ロア凹溝(12c)より下方の前記ピストン本体(12)外周面と前記コンロッド収容凹部(12d)とを連通する第２オイル戻し孔(32)が設けられ、
前記ピストン本体(12)外周面に第２オイル戻し孔(32)の入口(32a)に連通しかつ円周方向に延びるリング溝(12e)が形成され、
前記コンロッド収容凹部(12d)に第２オイル戻し孔(32)の出口側に連通する短絡凹部(72f)が形成された
ことを特徴とするエアコンプレッサのピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周面にオイルリングを収容する凹溝が形成されたエアコンプレッサのピストンに関する。更に詳しくは、このオイルリングにてかき落されたシリンダ内周面の余分のオイルをクランクケース内に戻すためのオイル戻し孔を有するエアコンプレッサのピストンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ピストン本体の外周面に対向するシリンダ内周面に凹溝が形成され、この凹溝内側にオイル掻きリングが半径方向に出没自在に設けられ、上記凹溝の奥面と上記シリンダの上端内側とが圧力導入路により連通されたエアコンプレッサが開示されている（実開平６−６７８７３号）。このように構成されたエアコンプレッサでは、ピストン本体の上昇時にオイル掻きリングが凹溝から突出して、ピストン本体外周面に付着したオイルを掻き落とし、ピストン本体の下降時にオイル掻きリングが凹溝内に没入して、オイルの掻き上げを防止できる。なお、ピストン本体の上昇時に、上記オイル掻きリングによって掻き落とされたオイルは、ピストン本体のロア凹溝に収容されたオイルリングによってロア凹溝内に取り入れられ、このロア凹溝とピストン本体内周面とを連通する水平なオイル戻し孔を通ってクランクケース内に回収されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の実開平６−６７８７３号公報に示されたエアコンプレッサでは、図３に示すように、ピストン本体２が上死点から所定の位置まで下降するとき、ピストン本体２に下向きの加速度が作用する、即ちピストン本体２の下降速度が次第に増大する。しかし、ピストン本体２の下降開始直後は、ピストン本体２の頂面とシリンダヘッド７との間のエア圧縮室４内に圧力の大きな圧縮エアが残留しているため、オイルリング３はロア凹溝２ｃ下面に当接しながら下降する。ピストン本体２が更に下降すると、オイルリング３の掻き落とした余分のオイルがオイルリング３下面に溜ってその圧力が上昇するため、このオイルの圧力によりオイルリング３が押上げられ、図３の二点鎖線矢印で示すように、上記余分のオイルがロア凹溝２ｃ下面とオイルリング３下面との間の隙間からロア凹溝２ｃ内に流入した後に、小径のオイル戻し孔１には入らずに、オイルリング３上面とロア凹溝２ｃ上面との間の隙間から上方に逆流する場合があった。この結果、この逆流したオイルがエア圧縮室４内のエアに混入してしまい、オイル消費量が増大する不具合があった。
本発明の目的は、オイルリング下面に溜った余分のオイルをスムーズにコンロッド収容凹部に排出することにより、オイルの消費量を低減できる、エアコンプレッサのピストンを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図２に示すように、外周面に複数のリング状の凹溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃが形成され頂面の反対側の下面にコンロッド収容凹部１２ｄが形成されたピストン本体１２と、複数の凹溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちピストン本体１２の頂面から最も離れた位置に形成されたロア凹溝１２ｃに収容され外周面がシリンダ１６内周面に当接するオイルリング１３とを備えたエアコンプレッサの改良である。
その特徴ある構成は、ピストン本体１２にロア凹溝１２ｃ内とコンロッド収容凹部１２ｄとを連通する第１オイル戻し孔３１が設けられ、ピストン本体１２にロア凹溝１２ｃより下方のピストン本体１２外周面とコンロッド収容凹部１２ｄとを連通する第２オイル戻し孔３２が設けられ、ピストン本体１２外周面に第２オイル戻し孔３２の入口３２ａに連通しかつ円周方向に延びるリング溝１２ｅが形成され、コンロッド収容凹部１２ｄに第２オイル戻し孔３２の出口側に連通する短絡凹部７２ｆが形成されたところにある。
【０００５】
この請求項１に記載されたエアコンプレッサのピストンでは、エアコンプレッサの吸気行程においてピストン本体１２がシリンダ１６に対して下降するとき、先ずピストン本体１２の下降開始直後はピストン本体１２に下向きの加速度が作用するけれども、ピストン本体１２頂面に圧力の大きな圧縮エアが残留しているため、オイルリング１３はロア凹溝１２ｃの下面に当接した状態で下降する。オイルリング１３の下方の余分のオイルはオイルリング１３下面に溜るけれども、オイルリング１３下面はロア凹溝１２ｃ下面に密着しているので、ロア凹溝１２ｃ内を通って上方に逆流せずに、第２オイル戻し孔３２を通って速やかにコンロッド収容凹部１２ｄに排出される。
【０００６】
ピストン本体１２が次第に下降すると、ピストン本体１２の頂面に作用する圧力は急激に小さくなるとともに、ピストン本体１２に下向きの加速度が作用し続けるので、オイルリング１３はその慣性力によりロア凹溝１２ｃの上面に当接する。オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの下面に密着した状態からロア凹溝１２ｃの上面に密着した状態に移行するとき、オイルリング１３によりかき削られてオイルリング１３下面に溜った余分のオイルは第２オイル戻し孔３２からコンロッド収容凹部１２ｄに排出されているため、その圧力は低い。このためオイルリング１３下面に溜った余分のオイルがロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入しても、オイルリング１３の上方に逆流することなく、第１オイル戻し孔３１を通ってコンロッド収容凹部１２ｄに排出される。
【０００７】
ピストン本体１２が更に下降すると、ピストン本体１２に作用する加速度が上向きに変わるので、オイルリング１３はその慣性力によりロア凹溝１２ｃの下面に当接する。オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの上面に密着した状態からロア凹溝１２ｃの下面に密着した状態に移行するとき、オイルリング１３によりかき削られてオイルリング１３下面に溜った余分のオイルは、第２オイル戻し孔３２からコンロッド収容凹部１２ｄに排出されるとともに、ロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入し第１オイル戻し孔３１を通ってコンロッド収容凹部１２ｄに排出されているため、その圧力は低い。このためオイルリング１３下面に溜った余分のオイルがロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入しても、オイルリング１３の上方に逆流することはない。
【０００８】
また第２オイル戻し孔３２の長さが短くなるので、オイルが第２オイル戻し孔３２を通るときの摩擦損失を低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を参考の形態とともに図面に基づいて説明する。
図１に示すように、参考の形態のエアコンプレッサのピストン１１は外周面に複数のリング状の凹溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃが形成されたピストン本体１２と、これらの凹溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうちピストン本体１２の頂面から最も離れた位置に形成されたロア凹溝１２ｃに収容されたオイルリング１３とを備える。ピストン本体１２の頂面とシリンダヘッド１７との間にはエア圧縮室１４が形成され、上記頂面の反対側の下面にはコンロッド収容凹部１２ｄが形成される。コンロッド収容凹部１２ｄには図示しないがコンロッドの上端が挿入され、このコンロッドの上端は図示しないピストンピンを介してピストン本体１２に枢着される。
【００１０】
なお、シリンダヘッド１７には、図示しないがエア圧縮室１４を大気に連通する吸入ポートと、エア圧縮室１４をエアタンクに連通する排出ポートとが形成される。吸入ポートにはピストン本体１２の下降時にこのポートを開きかつピストン本体１２の上昇時にこのポートを閉じる吸入弁（図示せず）が設けられる。また排出ポートにはピストン本体１２の上昇時にこのポートを開きかつピストン本体１２の下降時にこのポートを閉じる排出弁が設けられる。
【００１１】
上記複数の凹溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃはこの実施の形態では３本であり、上記ロア凹溝１２ｃの他に、ピストン本体１２の頂面に最も近い位置に形成されたアッパ凹溝１２ａと、このアッパ凹溝１２ａとロア凹溝１２ｃとの間に形成されたミドル凹溝１２ｂとからなる。アッパ凹溝１２ａ及びミドル凹溝１２ｂには第１及び第２コンプレッションリング２１，２２がそれぞれ収容され、これらのコンプレッションリング２１，２２はエアコンプレッサの吸気行程（図１）や排気行程（図示せず）におけるエア圧縮室１４内のエアに対する気密性を保つ機能を有する。
【００１２】
オイルリング１３の外周面にはシリンダ１６内周面に当接する２本のリップ部１３ａ，１３ａが設けられ、これらのリップ部１３ａ，１３ａの間にはオイルリング１３の半径方向の外端及び内端がそれぞれ開口しかつ所定の長さだけ円周方向に延びる複数の長孔１３ｂが形成される。オイルリング１３はこのリングの弾性力によりシリンダ１６内周面に密着するように構成される。このオイルリング１３は、シリンダ１６内周面に付着したオイルがエア圧縮室１２ｄに入って、圧縮されるエアに混入されるのを防止するとともに、シリンダ１６内周面に必要最小限の潤滑油膜を形成する機能を有する。
【００１３】
またピストン本体１２にはロア凹溝１２ｃ内とコンロッド収容凹部１２ｄとを連通する第１オイル戻し孔３１と、ロア凹溝１２ｃより下方のピストン本体１２外周面とコンロッド収容凹部１２ｄとを連通する第２オイル戻し孔３２とが設けられる。またピストン本体１２の外周面のうちロア凹溝１２ｃの直下には、第２オイル戻し孔３２の入口３２ａに連通しかつ円周方向に延びるリング溝１２ｅが形成される。このリング溝１２ｅの断面形状は略台形状に形成され、その上縁はロア凹溝１２ｃに連通するように形成される。
【００１４】
第１及び第２オイル戻し孔３１，３２はピストン本体１２に円周方向に所定の間隔をあけて４個ずつ水平にそれぞれ形成される。即ち、第１オイル戻し孔３１はロア凹溝１２ｃの奥面からコンロッド収容凹部１２ｄに向ってピストン本体１２の頂面と平行にそれぞれ形成され、第２オイル戻し孔３２はリング溝１２ｅからコンロッド収容凹部１２ｄに向ってピストン本体１２の頂面と平行にそれぞれ形成される。なお、上記リング溝１２ｅはオイルリング１３下面に溜ったオイルを第２オイル戻し孔３２にスムーズに導くために形成される。
【００１５】
このように構成されたエアコンプレッサの動作を説明する。
エアコンプレッサの吸気行程の初期、即ちピストン本体１２の下降開始直後は、ピストン本体１２に下向きの加速度が作用するけれども、エア圧縮室１４に圧力の大きな圧縮エアが残留しているため、この圧力により第１コンプレッションリング２１がアッパ凹溝１２ａの下面に当接し、第２コンプレッションリング２２がミドル凹溝１２ｂの下面に当接し、更にオイルリング１３がロア凹溝１２ｃの下面に当接した状態で、ピストン本体１２が下降する（図１（ａ））。オイルリング１３の下方の余分のオイルはオイルリング１３によりかき削られてオイルリング１３下面に溜るけれども、オイルリング１３はロア凹溝１２ｃ下面に密着しているので、上記余分のオイルはロア凹溝１２ｃ内を通って上方に逆流せずに、二点鎖線矢印で示すように第２オイル戻し孔３２を通って速やかにコンロッド収容凹部１２ｄに排出され、クランクケースに落下する。またオイルリング１３の上方に漏れた余分のオイルは、破線矢印で示すように第１オイル戻し孔３１を通って速やかにコンロッド収容凹部１２ｄに排出され、クランクケースに落下する。更にオイルリング１３の２本のリップ部１３ａ，１３ａの間に侵入したオイルは、一点鎖線矢印で示すように長孔１３ｃ及び第１オイル戻し孔３１を通って速やかにコンロッド収容凹部１２ｄに排出され、クランクケースに落下する。
【００１６】
ピストン本体１２が更に下降すると、エア圧縮室１４内の圧力が急激に低下してピストン本体１２の頂面に作用する圧力が急激に小さくなるとともに、ピストン本体１２に下向きの加速度が作用し続けてピストン本体１２の下降速度は次第に増大する。このため第１コンプレッションリング２１はその慣性力によりアッパ凹溝１２ａの上面に当接し、第２コンプレッションリング２２はその慣性力によりミドル凹溝１２ｂの上面に当接し、オイルリング１３はその慣性力によりロア凹溝１２ｃの上面に当接する（図１（ｂ））。オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの下面に密着した状態からロア凹溝１２ｃの上面に密着した状態に移行するとき、オイルリング１３によりかき削られてオイルリング１３下面に溜った余分のオイルは第２オイル戻し孔３２からコンロッド収容凹部１２ｄに排出されているため、その圧力は低い。このためオイルリング１３下面に溜った余分のオイルがロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入しても、オイルリング１３の上方に逆流することなく、第１オイル戻し孔３１を通ってコンロッド収容凹部１２ｄに排出され。クランクケースに落下する。
【００１７】
オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの上面に密着した状態でピストン本体１２が下降すると、このオイルリング１３がシリンダ１６の内周面に付着した余分のオイルをかき削ることにより、シリンダ１６の内周面に必要最小限の厚さの潤滑油膜が形成される。オイルリング１３下面に溜った余分のオイルは、図１（ｂ）の破線矢印で示すようにオイルリング１３下面とロア凹溝１２ｃ下面との間の隙間及び第１オイル戻し孔３１を通って、或は二点鎖線矢印で示すように第２オイル戻し孔３２を通って、クランクケース（図示せず）に落下する。またオイルリング１３の２本のリップ部１３ａ，１３ａの間に侵入したオイルは、一点鎖線矢印で示すように長孔１３ｂ及び第１オイル戻し孔３１を通ってクランクケースに落下する。
【００１８】
ピストン本体１２が更に下降すると、ピストン本体１２に作用する加速度が上向きに変って、ピストン本体１２の下降速度は次第に減少する。このとき第１コンプレッションリング２１はその慣性力によりアッパ凹溝１２ａの下面に当接し、第２コンプレッションリング２２はその慣性力によりミドル凹溝１２ｂの下面に当接し、更にオイルリング１３はその慣性力によりロア凹溝１２ｃの下面に当接する（図１（ａ））。オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの上面に密着した状態からロア凹溝１２ｃの下面に密着した状態に移行するとき、オイルリング１３によりかき削られてオイルリング１３下面に溜った余分のオイルは、第２オイル戻し孔３２からコンロッド収容凹部１２ｄに排出されるとともに、ロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入し第１オイル戻し孔３１を通ってコンロッド収容凹部１２ｄに排出されているため、その圧力は低い。このためオイルリング１３下面に溜った余分のオイルがロア凹溝１２ｃ下面とオイルリング１３下面との間の隙間からロア凹溝１２ｃ内に流入しても、オイルリング１３の上方に逆流することはない。
【００１９】
オイルリング１３がロア凹溝１２ｃの下面に密着した状態でピストン本体１２が下降すると、オイルリング１３はシリンダ１６の内周面に付着した余分のオイルをかき削りながら下降し、シリンダ１６の内周面に必要最小限の厚さの潤滑油膜が形成される。オイルリング１３下面に溜った余分のオイルは、図１（ａ）の二点鎖線矢印で示すように第２オイル戻し孔３２を通ってクランクケースに落下する。またオイルリング１３の上方に漏れた余分のオイルは、その慣性力により破線で示すように第１オイル戻し孔３１を通ってクランクケースに落下する。更にオイルリング１３の２本のリップ部１３ａ，１３ａの間に侵入したオイルは、一点鎖線矢印で示すように長孔１３ｃ及び第１オイル戻し孔３１を通ってクランクケースに落下する。この結果、エア圧縮室内のエアに混入する余分なオイルは極めて少ないので、オイル消費量を低減できる。次に排気行程（図示せず）に移行すると、ピストン本体１２がシリンダ１６に対して上昇するけれども、このときシリンダ１６内周面には必要最小限の厚さの潤滑油膜しか形成されていないので、オイルリング１３でかき削られる余分のオイルは僅かである。
【００２０】
図２は本発明の実施の形態を示す。図２において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、コンロッド収容凹部１２ｄに第２オイル戻し孔３２の出口側に連通する短絡凹部７２ｆが形成される。またピストン本体１２の外周面うちロア凹溝１２ｃの直下に形成されたリング溝６２ｅの断面形状が略半円状に形成され、その上縁はロア凹溝１２ｃの下縁から所定の距離だけ離れた下方に形成される。上記以外は参考の形態と同一に構成される。
【００２１】
このように構成されたエアコンプレッサでは、第２オイル戻し孔３２の長さが短くなるので、オイルが第２オイル戻し孔３２を通るときの摩擦損失を低減できる。この結果、オイルリング１３下面に溜ったオイルは第２オイル戻し孔３２内をスムーズに流れるので、オイルリング１３の下面に溜ったオイルは参考の形態より速やかにコンロッド収容凹部１２ｄに排出されて、クランクケースに戻る。
またピストン本体１２に側圧が作用したり、ピストン本体１２に上向きの加速度が作用すると、リング溝６２ｅより下方のピストン本体１２外周面に付着していたオイルがオイルリング１３に向って上昇するけれども、このオイルはオイルリング１３に達する前に、リング溝６２ｅの上部内面によりリング溝６２ｅの中に導かれるので、上記リング溝６２ｅの上部内面はオイルをリング溝６２ｅに導く絞り面の役割を果たす。この結果、ピストン本体１２に側圧が作用したり、ピストン本体１２に上向きの加速度が作用しても、オイルリング１３に達するオイルは殆どないので、オイルがロア凹溝１２ｃの背後の回り込むことはない。従って、オイルリング１３の上方へのオイルの逆流を、参考の形態より更に確実に防止できる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、ピストン本体の外周面に凹溝を３本形成したが、２本又は４本以上でもよい。
また、上記実施の形態では、第１及び第２オイル戻し孔をピストン本体に円周方向に所定の間隔をあけて４個ずつそれぞれ形成したが、これらのオイル戻し孔をピストン本体に２個ずつ、３個ずつ又は５個ずつ以上設けてもよい。
更に、上記実施の形態では、第１オイル戻し孔の入口をロア凹溝の奥面のみに形成したが、第１オイル戻し孔の入口をロア凹溝の奥面からロア凹溝の下面にかけかつロア凹溝の下縁コーナ部（ピストン本体外周面とロア凹溝下面との交線を含むコーナ部）に達しない位置に形成してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ピストン本体にロア凹溝内とコンロッド収容凹部とを連通する第１オイル戻し孔を設け、ピストン本体にロア凹溝より下方のピストン本体外周面とコンロッド収容凹部とを連通する第２オイル戻し孔を設け、更にピストン本体外周面に第２オイル戻し孔の入口に連通しかつ円周方向に延びるリング溝を形成したので、ピストン本体の下降開始直後にオイルリングがロア凹溝の下面に密着し、その後オイルリングがロア凹溝の上面に密着するように、オイルリングがピストン本体に対して相対的に移動しても、オイルリング下面に溜ったオイルは第２オイル戻し孔を通ってコンロッド収容凹部に排出されており、その圧力は低い状態に保たれる。
【００２４】
またピストン本体に作用する加速度の向きの変化により、オイルリングがロア凹溝の上面に密着した状態からロア凹溝の下面に密着する状態に移行するときも、オイルリング下面に溜った余分のオイルは、第２オイル戻し孔からコンロッド収容凹部に排出されるとともに、ロア凹溝下面とオイルリング下面との間の隙間からロア凹溝内に流入し第１オイル戻し孔を通ってコンロッド収容凹部に排出されているため、その圧力は低い状態に保たれる。この結果、オイルリング下面に溜った余分のオイルがロア凹溝下面とオイルリング下面との間の隙間からロア凹溝内に流入しても、オイルリングの上方に逆流せず、オイルリング下面のシール機能を確保できるので、オイルがエア圧縮室の圧縮エアと混合せず、オイル消費量を低減できる。
【００２５】
更にコンロッド収容凹部に第２オイル戻し孔の出口側に連通する短絡凹部を形成すれば、第２オイル戻し孔の長さが短くなるので、オイルが第２オイル戻し孔を通るときの摩擦損失を低減できる。この結果、オイルリング下面に溜ったオイルは第２オイル戻し孔をスムーズに流れるので、オイルリングの下面に溜ったオイルは更に速やかにコンロッド収容凹部に排出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考の形態のピストンを含むエアコンプレッサの要部縦断面図。
【図２】  本発明の実施形態を示す図１に対応する断面図。
【図３】  従来例を示す図１に対応する断面図。
【符号の説明】
１１  ピストン
１２  ピストン本体
１２ａ  アッパ凹溝
１２ｂ  ミドル凹溝
１２ｃ  ロア凹溝
１２ｄ  コンロッド収容凹部
６２ｅ  リング溝
１３  オイルリング
１６  シリンダ
３１  第１オイル戻し孔
３２  第２オイル戻し孔
３２ａ  第２オイル戻し孔の入口
７２ｆ  短絡凹部
【図１】
0003894832.tif 000002
【図２】
0003894832.tif 000003
【図３】
0003894832.tif 000004