(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンリングの摩耗の進行に応じて安定的に圧縮流体を流す通路を確保する。【解決手段】シリンダと、合口部を有するピストンリング９と、前記ピストンリング９が取り付けられ、前記シリンダ内を往復動するピストンと、を備えた流体を圧縮する圧縮機であって、前記ピストンリング９は、合口部にてリップ２１と、リップ受け部２２が接触することによりシリンダ内の流体のシールを行い、前記リップ２１と前記リップ受け部２２の接触面において、前記リップ２１または前記リップ受け部２２に、前記シリンダ内から外部への流体の通路となる溝３０を設けた構成とする。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
合口部を有するピストンリングと、
前記ピストンリングが取り付けられ、前記シリンダ内を往復動するピストンと、を備えた流体を圧縮する圧縮機であって、
前記ピストンリングは、合口部にてリップと、リップ受け部が接触することによりシリンダ内の流体のシールを行い、前記リップと前記リップ受け部の接触面において、前記リップまたは前記リップ受け部に、前記シリンダ内から外部への流体の通路となる溝を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンリングは摩耗が進んでいないときには、前記リップと、前記リップ受け部が接触することにより、前記通路を塞ぎ、
前記ピストンリングは摩耗が進んだときには、前記リップは、前記リップ受け部に対し移動することで、前記通路が開口することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記ピストンリングは複数本が、前記ピストンに取り付けられ、前記通路が開口することで、ピストンリングの機能を他のピストンリングに引き継ぐことを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記ピストンリングには外周面の円周方向に円周溝が設けられ、前記円周溝は、前記流体の通路となる溝と干渉しない位置に設けられ、前記合口部のステップ溝と連通することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記ピストンリングは、リングの上面がステップカット合口、下面がリップ合口で構成されたピストンリングに対して前記リップ受け部に溝を構成したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記溝は、前記合口部から始まり、溝の終端が前記ピストンリング面の垂直方向において直線であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記リップ部の高さは、前記ピストンリングの高さに対して、２分の１よりも大きい高さであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項８】
シリンダ内を往復動するピストンに取り付けられるピストンリングであって、
前記ピストンリングは合口部を有し、前記合口部にてリップとリップ受け部が接触し、前記リップと前記リップ受け部の接触面において、前記リップまたは前記リップ受け部に流体の通路となる溝を設けたことを特徴とするピストンリング。
【請求項９】
前記ピストンリングは摩耗が進んでいないときには、前記リップと、前記リップ受け部が接触することにより、前記通路を塞ぎ、
前記ピストンリングは摩耗が進んだときには、前記リップは、前記リップ受け部に対し移動することで、前記通路が開口することを特徴とする請求項８に記載のピストンリング。
【請求項１０】
前記ピストンリングには外周面の円周方向に円周溝が設けられ、前記円周溝は、前記流体の通路となる溝と干渉しない位置に設けられ、前記合口部のステップ溝と連通することを特徴とする請求項８に記載のピストンリング。
【請求項１１】
前記ピストンリングは、リングの上面がステップカット合口、下面がリップ合口で構成されたピストンリングに対して前記リップ受け部に溝を構成したことを特徴とする請求項８に記載のピストンリング。
【請求項１２】
前記溝は、前記合口部から始まり、溝の終端が前記ピストンリング面の垂直方向において直線であることを特徴とする請求項８に記載のピストンリング。
【請求項１３】
前記リップ部の高さは、前記ピストンリングの高さに対して、２分の１よりも大きい高さであることを特徴とする請求項８に記載のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無給式往復動圧縮機及びそれに用いられるピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、一つのピストンリングが規定摩耗に達した場合にそのピストンリングの過摩耗を防止するためにピストンリングに絞り通路（オリフィス）を設け、摩耗限界に達したピストンリングに圧縮ガスが作用しなくなり、その後の摩耗の進行をなくす技術が示されている（第６図等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平4-203370号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたピストンリングにおいては、上面から下面に連通する通路が示されている。このようなピストンリングにおいて、摩耗が進行した場合には、連通した通路は、運転中のピストンの径方向の動きにより通路が開口したり閉口したりするため通路からの漏れが断続となり圧縮流体の通路を安定的に確保することができないことがある。
【０００５】
また、ピストンリングの摩耗は一定ではなく、円周の一部の摩耗が進行する偏摩耗を生じることもある。この場合も通路の開口の度合いが場所によって変わることとなり、安定した通路の形成がなされない。
【０００６】
また、ピストンリングの摩耗により通路が開口する際、徐々に開口するため、その連通穴の形状によっては開口部からの漏れ量が少なくピストンリング背圧が変化しにくく、連通穴から十分に圧縮流体を流すことができない場合もある。
【０００７】
上記の点を鑑みて、本発明では、ピストンリングの摩耗の進行に応じて安定的に圧縮流体を流す通路を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明は、シリンダと、合口部を有するピストンリングと、前記ピストンリングが取り付けられ、前記シリンダ内を往復動するピストンと、を備えた流体を圧縮する圧縮機であって、前記ピストンリングは、合口部にてリップと、リップ受け部が接触することによりシリンダ内の流体のシールを行い、前記リップと前記リップ受け部の接触面において、前記リップまたは前記リップ受け部に、前記シリンダ内から外部への流体の通路となる溝を設けた構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ピストンリングの摩耗を確実に検知し、安定的に圧縮流体を流す通路を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る無給油式往復動圧縮機の構成
【図２】ピストンリングが装着されたピストン断面形状
【図３】本発明のピストンリング形状（リング下面）
【図４】本発明のピストンリング形状（リング上面）
【図５】本発明のピストンリングが摩耗していない初期の状態
【図６】本発明のピストンリングの摩耗した状態
【図７】本発明のピストン及びピストンリングの断面（Ｂ−Ｂ断面）
【図８】本発明のピストン及びピストンリングの断面（Ｃ−Ｃ断面）
【図９】本発明のピストン及びピストンリングの断面（Ｄ−Ｄ断面）
【図１０】本発明のピストンリングの合口部
【図１１】本発明のピストンリングの合口部（摩耗時）
【図１２】本発明の円周溝付きピストンリング
【図１３】円周溝付きピストンリングの断面図１
【図１４】円周溝付きピストンリングの断面図２
【図１５】ピストンリング２本が装着されたピストン断面形状
【図１６】ピストンリング２本の摩耗の状況
【図１７】加工後のピストンリング
【図１８】ピストンリングの溝の加工
【図１９】本発明の他の実施例のピストンリング合口部断面形状
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る無給油式往復動圧縮機の構成を図１を用いて説明する。
【００１２】
図１は無給油式往復動圧縮機の概略構造である。タンク1上にモータ2と圧縮機本体3が配置され図示されていないモータプーリに装着されたベルト4で圧縮機プーリ5が回転されクランク軸6の回転が連接棒7によって往復動に変換されピストン8が往復動することにより吸込みサイレンサ11から大気を吸込んだ後、圧縮された空気は圧縮機本体吐出口12からタンク1に流れる。
【００１３】
ここで、圧縮機本体3は無給油式往復動圧縮機であるため無潤滑で圧縮する必要がありピストンリング9とライダーリング10は四弗化エチレン樹脂等で製造される。
【００１４】
次に、本発明に係るピストンリングの構造を説明する。図２はピストン8に本発明のピストンリング9が組み込まれた状態の断面形状を示す。無給油式圧縮機のピストンリング9は四弗化エチレン樹脂製などのため給油式の金属リングと異なりリングに弾性が無い。そこで、ピストンリング9の内径側に背面隙間を設け、また元々存在するピストンリング上面隙間からシリンダ内圧力Ｐｃをピストンリング9の背面に導くことによりピストンリング9をシリンダ13内面に押し付ける。これによりピストンリング9とシリンダ13摺動面間での流体の漏れを防止する構造となっている。
【００１５】
図３に示すようにピストンリング9は合口部で切りはなされた一体形状であり合口隙間25があることでピストンに組みつけることが可能となっている。また、圧縮時に合口部から漏れを生じないように合口部の構造は工夫がされている。図３はピストンリングを組み付け時に下側となる面を示し、リング側面の合口部形状も示している。
【００１６】
図４は同様に上側となる面を示している。このリングは上側の合口部は図４に示す様にステップ形状で下側が図５に示す様にリップ形状になっている。
【００１７】
図５はピストンリングが摩耗していない初期の状態を示している。リップ21は内径側から圧力を受けてリップ受け部22と接触しシールする様子を示している。
【００１８】
図６はピストンリング外周がδだけ摩耗し当初の図５に対して合口が開いた様子を示す。摩耗の進行とともに徐々に合口が広がり、リップ21が背圧Ｐｃによりリップ受け面22へ変形して接触する。
【００１９】
図７〜９は図５のＢ−Ｂ〜Ｄ−Ｄ断面を示したものでリングのどの合口部でも漏れ通路が生じていないことを示している。
【００２０】
図１０、図１１は本発明の特徴部分であるリップ受け部22に形成した溝30が明確なるように示した図である。図１０は、リップ合口部を斜め下方向から見たものでリップ21がリップ受け部22に接触している。本発明ではリップ受け部に合口部を起点とした溝30が長さＬで加工されている。図１０では、摩耗は規定摩耗量まで達しておらず、リップ21がリップ受け部22に押圧されることで、シリンダ内の流体を漏らさないようにシールしている。
【００２１】
溝30の長さＬは規定摩耗量に応じて変更することができる。規定摩耗量を小さく設定する（早く規定摩耗量に達する）場合は、溝30の長さＬを長くし、規定摩耗量を大きく設定する（遅く規定摩耗量に達する）場合は、溝30の長さＬを短くすればよい。
【００２２】
図１１ではピストンリング9が規定摩耗量まで摩耗した状態を示している。ピストンリング9の摩耗により合口隙間26が拡大しリップ21の先端が溝30の終端を超え開口を始めたところである。また、本発明の溝30は開口時には溝幅で一度に開口するように溝の開始点が直線で構成されている。図１１の状態に達することで、シリンダ内の流体は、溝30、合口隙間26を通路として、図示する矢印の通り、ピストンリング内側から外側へ流れる。
【００２３】
このような溝を形成することで、運転中のピストンの径方向の動きやピストンリングの偏摩耗にかかわらず、摩耗の進行に応じてリップ21の先端が溝30の終端を超えて移動するので、確実に漏れ通路を形成することができる。これにより、ピストンリングの摩耗が規定摩耗量に達した場合には、漏れ通路から流体を流すことで、ピストンリングに作用する背厚Ｐｃを緩和し、ピストンリングの過摩耗を防止することができる。つまり、ピストンリングの過摩耗による不具合を発生する前に、確実に限界摩耗を検知することができる。
【００２４】
尚、上記の例では、溝30をリップ受け部22に設けたが、リップ21側に設けても同様の機能を達成することができる。また、必ずしもリップ受け部22またはリップ21のリングに垂直な内側面に設けなくても、リップ受け部22とリップ21の接触面であればリングに水平な面に溝30を設けてもよい。
【００２５】
次に、本発明のピストンリングの他の実施形態を示す。図１２に示したピストンリング9´はリングの外周（シリンダとの摺動面）に溝24が設けられている。この溝24はピストンリング上面の合口隙間25に連通しておりリング背面圧力もしくはシリンダ内圧力を容易に円周溝に導けるように構成されている。このため、ピストンリングの外周に設けられた溝の上方はピストンリング背圧とバランスすることにより、ピストンリング摺動面にかかる面圧を大幅に低減できる効果がある。
【００２６】
溝30と円周溝24の関係を図１３、図１４のピストンリング9´の断面図に示す。いずれも、リップ21が溝30を覆う箇所の断面図である。図１３に示すように溝30の底と円周溝24の底は干渉しないように設けられている。また、図１４では溝30の下端と円周溝24の上端が干渉しないように設けられている。溝寸法と、位置は圧縮機の仕様に合わせて決めることが出来るが溝30と円周溝24が干渉しないように配置することが必要となる。これにより、溝30と円周溝24の間の漏れ通路を防止することができる。
【００２７】
次に、ピストンリングが摩耗するまでの寿命を延長するためにピストン8にピストンリングを２本組付けたピストンを図１５に示す。上方のピストンリングを9-1、下方のピストンリング9-2とし、これらは、前述の本発明のピストンリング9または9´を使用する。上方のピストンリング9-1はピストン上部に取り付けられており、ピストンにおける背圧Ｐｃによりシリンダ13内面に押し付けられている。
【００２８】
２本のピストンリングを使用する場合、まず上方のピストンリング9-1に背圧Ｐｃが作用する。一方、リング中間部27の圧力は大気圧になるため下方のピストンリング9-2には背圧がかからない。この結果、ピストンリング9-1の摩耗が進行し、ピストンリング9-2の摩耗は緩やかに進行することとなる。上方のピストンリング9-1が限界摩耗を超えるとリング合口が破損するなどの不具合を生じる場合があるため、上方のピストンリング9-1が限界摩耗に達する前に、ピストンリングの機能を下方のピストンリング9-2に引き継ぐ必要がある。図１６に示すように、全体としてのピストンリングの寿命を長くするためには、ピストンリングの機能を下方のピストンリング9-2に引き継ぐことで、理想的には上方のピストンリング9-1と下方のピストンリング9-2が同時に限界摩耗に達するようにすることが望ましい。
【００２９】
なお、図１６において、Ｔ２は第１のリングの摩耗が規定摩耗に達する時間、Ｔ３は第２のリングの摩耗が規定摩耗に達する時間、Ｔ４はリング摩耗が限界摩耗に達する時間を示す。
【００３０】
そこで、本発明のピストンリングを使用し、図１６に基づいて限界摩耗に達する前の規定摩耗量を設定する。具体的には、ピストンリング9-1の溝30の長さＬを調節することにより、ピストンリング9-1の摩耗量が規定値に達した場合（時間Ｔ２）に、ピストンリング9-1の溝30から流体が漏れ出るようにし、ピストンリング9-1にかかる圧力を緩和する。そうすることで、シリンダ内圧力Ｐｃがリング中間部27に流れ、背圧Ｐｃが下方のピストンリング9-2に作用する。これにより、ピストンリングとしての機能をピストンリング9-2に引き継ぐことができる。ピストンリング9-2が機能を引き継いだ後は、ピストンリング9-2の摩耗の進行が早くなる。ピストンリング9-2の摩耗量が規定値に達した場合（時間Ｔ３）には、ピストンリング9-2もその機能を果たさなくなるため、全体としての寿命となる。
【００３１】
これにより、従来のピストンリングを２本使用する場合に比べ以下の効果を有する。ピストン8はライダーリング10でシリンダ13との接触を防止して運転するようになっており、そのためライダーリング10が摩耗するとピストン8はシリンダ内のギャップが広がった状態で運転される。この結果、運転中にピストンがシリンダ内の径方向で動くことになる。従来のピストンリングは、例えば、特許文献１の図６のように単純に縦方向にピストンリングを貫通するように通路を設けたものであるので、ピストンのシリンダ内の径方向の位置によって、通路が開口したり閉口したり、通路の形成自体が不安定となる。これに対し本発明のピストンリングを使用することで、ピストンのシリンダ内の径方向の位置に関わらず安定して通路が形成されるため、ピストンリングの機能を確実に他方のピストンリングに引き継ぐことができる。
【００３２】
また、ピストンリングの摩耗は一定ではなく、偏摩耗を生じることもある。従来の場合は、通路の開口の有無及び程度が場所によって変わることになる。これに対し本発明のピストンリングを使用することで、偏摩耗に関わらず、摩耗が進めばピストンリングの溝30により確実に通路が形成されるため、ピストンリングの機能を確実に他方のピストンリングに引き継ぐことができる。
【００３３】
また、本発明では、溝30の開口点がピストンリング面の垂直方向において直線のために、通路が開口すれば一気に溝から漏れを生じ安定的に機能を受け渡す事が可能となる。
【００３４】
以上の結果、円周溝によるリング自体の寿命延長と複数リング化での寿命延長を複合することが可能になり大幅な寿命延長を達成できる。
【００３５】
次に、図１７に加工後の本発明のピストンリングを示す。ピストンリング9の溝30の加工終点が円弧54で構成されている。この加工は図１８に示すように合口加工時にリングを開いて加工するが、この際にＴ型スロッタ55を用いて加工する。この様に加工することで溝53の終点が直線とすることが可能となる。
【００３６】
次に図１９に合口部形状の他の実施例を示す。図１９は、円周溝65付きピストンリング60を示す。リップ61はリップ受け部62に接触し、リングが規定摩耗量に達したときに、溝63より空気が漏れる。ピストンリング60では、リング高さhに対して、リップ部高さh1が残りの高さh2より大きい形状を示している。つまり、リップ部高さh1は、リング高さhの２分の１よりも大きい。この場合は、溝63の高さ方向寸法が図13や図14に示された溝30より大きく設定できる。この結果、リングが規定摩耗量に達した場合に、より多くの合口部漏れ量を確保でき、より確実にリング機能の受け渡しが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１  タンク
２  モータ
３  圧縮機本体
４  ベルト
５  圧縮機プーリ
６  クランク軸
７  連接棒
８  ピストン
９、９´、９−１，９−２  ピストンリング
１０  ライダーリング
１１  吸込みサイレンサ  
１２  吐出口
１３  シリンダ
２１、６１  リップ
２２、６２  リップ受け部
２４  ピストンリング円周溝
２５  合口隙間
２６  合口隙間
２７  中間部
３０  溝
５４  円弧
５５  Ｔ型スロッタ
６０  円周溝付きピストンリング
【図１】
2016183662.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016183662.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016183662.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2016183662.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2016183662.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2016183662.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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