(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金により形成され、内壁が陽極酸化処理されたシリンダと、
該シリンダ内を往復動するピストンと、
該ピストンの外周溝に装着され、前記シリンダの内壁を摺動するライダリングと、
を有する空気圧縮機において、
前記ライダリングは、球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記請求項１記載の空気圧縮機であって、前記ライダリングは、１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧縮機に係り、特にピストンの外周溝に装着されるライダリングとシリンダ内壁との耐久性の向上を図るように構成した空気圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧縮機としては、ピストンの往復運動により空気の吸い込み、圧縮、吐出を行う往復動圧縮機がある。
この種の往復動圧縮機は、アルミニウム合金により形成されたシリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、吸込通路及び吐出通路を有するシリンダヘッドと、シリンダとシリンダヘッドとの間に介在する弁座部材とを有する。
【０００３】
また、ピストンが往復動するシリンダの内壁には、アルミニウム合金の表面硬度を高める陽極酸化処理による皮膜が形成されている。このシリンダの内壁に被覆される皮膜は、膜厚が５０〜７０μｍとなるように陽極酸化処理が行なわれる。
また、弁座部材は、平板状に形成されており、吸込通路に連通される吸込ポート、及び吐出通路に連通される吐出ポートが設けられている。弁座部材の下面側には、吸込ポートを開閉するための吸込弁座と、ピストンの往復動作に応じて吸込弁座に離着座する吸込弁板が取り付けられている。
【０００４】
また、弁座部材の上面側には、吐出ポートを開閉するための吐出弁座と、ピストンの往復動作に応じて吐出弁座に離着座する吐出弁板が取り付けられている。
そして、無給油式の空気圧縮機では、ピストンの外周溝にピストンリングより幅広形状のライダリングが装着されており、このライダリングがシリンダ内壁を摺動することによりシリンダ内のピストンが滑動することができる。
【０００５】
ライダリングは、四フッ化エチレン樹脂等の低摩擦材によりリング状に形成されており、シリンダ内壁を摺動することにより、ピストン及びシリンダ内壁の摩耗を減少させると共に、ピストンの傾きも防止している。尚、従来のライダリングの材質としては、例えば炭素繊維１０％を含む四フッ化エチレン樹脂、または炭素繊維５％、グラファイト１５％を含む四フッ化エチレン樹脂が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気圧縮機では、アルミニウム合金製のシリンダ内壁が摩耗しやすいので、摩耗を防止するためシリンダ内壁には陽極酸化処理が施されている。
ところが、従来は、ライダリングに炭素繊維１０％を含む四フッ化エチレン樹脂または炭素繊維５％、グラファイト１５％を含む四フッ化エチレン樹脂を使用しているため、シリンダ内壁の表面硬度を確保するため、シリンダ内壁に形成される皮膜の膜厚が５０〜７０μｍとなるように陽極酸化処理を行なう必要があり、陽極酸化処理によるコスト高を招くといった問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題を解決した空気圧縮機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
請求項１記載の発明は、アルミニウム合金により形成され、内壁が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、前記シリンダの内壁を摺動するライダリングと、を有する空気圧縮機において、前記ライダリングは、球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴とするものである。
【００１１】
従って、上記請求項１記載の発明によれば、ライダリングが球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄くしてコストを安価に抑えることができる。
また、請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の空気圧縮機であって、前記ライダリングは、１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、上記請求項２記載の発明によれば、ライダリングが１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄くしてコストを安価に抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になる空気圧縮機の一実施例の縦断面図である。また、図２は弁座部材に吸込弁板及び吐出弁板が取り付けられた状態を示す平面図である。
図１及び図２に示されるように、往復動型空気圧縮機１０は、無給油式の空気圧縮機であり、ピストン１１が往復動するシリンダ１２と、吸込通路１３及び吐出通路１４を有するシリンダヘッド１５と、シリンダ１２とシリンダヘッド１５との間に介在する弁座部材１８とを有する。
【００１４】
シリンダ１２は、アルミニウム合金鋳物が銅を含むアルミニウム合金ダイカストにより形成されている。そのため、シリンダ１２は、鋳造品よりも肉厚が薄くなっており、軽量化が図られていると共に、加工費が安価に抑えられている。
また、弁座部材１８は、吸込通路１３に連通される吸込ポート１６及び吐出通路１４に連通される吐出ポート１７が設けられている。尚、吸込ポート１６は、弁座部材１８の中心線に沿うように設けられ、その両側に位置するように一対の吐出ポート１７が設けられている。
【００１５】
また、弁座部材１８の下面には、ピストン１１の下動に連動して吸込ポート１６の弁座１６ａを開とする吸込弁板１９が取り付けられている。吸込弁板１９は、吸込ポート１６に対向して開閉する部分が自由端で、他端がパーカ鋲１９ａにより弁座部材１８に固定される。
さらに、弁座部材１８の上面には、ピストン１１の上動に連動して吐出ポート１７の弁座１７ａを開とする吐出弁板２０が「ハ」字状に取り付けられている。また、吐出弁板２０の上方には、吐出弁板２０の開弁動作位置を規制するための吐出弁板規制部材２４が取付ボルト２２により弁座部材１８に固定されている。
【００１６】
また、吐出弁板２０は、一端が取付ボルト２２により弁座部材１８に固定されており、他端が自由端となっている。そのため、ピストン１１の往復動に伴う圧力差により吸込弁板１９及び吐出弁板２０の自由端側が閉弁位置あるいは開弁位置に変位する。そして、弁座部材１８の上面には、吐出弁板２０に対向するように弁座部材１８の吐出ポート１７の近傍に円形凹部２１が形成されている。
【００１７】
上記のような構成とされた無給油式の往復動型空気圧縮機１０では、ピストン１１の外周溝１１ａ，１１ｂにピストンリング２３，ライダリング２５が装着されている。ピストンリング２３は、シリンダ１２の内壁とピストン１１外周との隙間からの空気漏れを防止している。また、ライダリング２５は、ピストンリング２３よりも幅広形状となっており、シリンダ１２の内壁を摺動すると共にピストン１１の傾きを防止する。
【００１８】
ライダリング２５は、例えば四フッ化エチレン樹脂を主成分とする低摩擦材により円筒状に形成されており、シリンダ１２の内壁を摺動する際の摺動抵抗を減少させると共に、シリンダ１２の内壁を摩耗させないように形成する必要がある。また、シリンダ１２の内壁には、ライダリング２５の摺動による摩耗を防止するため、陽極酸化処理によりアルミニウム合金の表面硬度を高める皮膜１２ｂが形成されている。
【００１９】
陽極酸化処理方法としては、例えばアルミニウム合金製のシリンダ１２をホウ酸などの弱酸性浴でアノード酸化すると、シリンダ１２の内壁表面に陽極酸化皮膜またはアノード酸化皮膜と呼ばれる緻密な誘電体酸化皮膜（Ａｌ2 Ｏ3 ）が形成される。本実施の形態では、シリンダ１２の内壁に被覆される皮膜１２ｂは、膜厚が１０〜３０μｍとなるように形成されており、後述する理由により従来のものよりも薄く形成されている。
【００２０】
ここで、ライダリング２５の材質及びその製造方法について説明する。
ライダリング２５の材質としては、球状炭素を含む四フッ化エチレン樹脂複合材または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材が用いられる。そして、ライダリング２５の製造方法としては、基材となる粉状の四フッ化エチレンに球状炭素または樹脂粉末を充填し、ミキサにより均一に混ぜた後、圧縮成形及び熱処理を行なう。このように成形された球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材は、切削加工を施してピストン１１の外周溝１１ｂに応じた寸法形状に形成され、図１に示されるような円筒形状のライダリング２５となる。
【００２１】
また、上記四フッ化エチレンは、熱処理により溶融して硬化する過程で円筒形状に形成される。そして、四フッ化エチレン中に分布される球状炭素または樹脂粉末は、圧縮成形及び熱処理の過程で四フッ化エチレン中に溶融するのでなく、硬化した四フッ化エチレンに包まれた状態で保持される。
これにより、ライダリング２５は、四フッ化エチレンにより摺動抵抗が軽減されると共に、球状炭素または樹脂粉末により強度が高められる。さらに、ライダリング２５の耐久性を向上させてライダリング２５の交換時期を延ばすことができる。
【００２２】
また、上記樹脂粉末としては、例えばポリミイド樹脂粉末や芳香族ポリエステル樹脂粉末やフェノール樹脂硬化物粉末等の耐熱樹脂粉末が用いられる。
球状炭素及び上記樹脂粉末は、いくつかの原子が集まりそれらの一部もしくは全体が直接結合することによりつくられる球形に近い多面体型のクラスターと呼ばれる構造を有している。そのため、球状炭素を含む四フッ化エチレン樹脂複合材または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成されたライダリング２５は、従来から用いられている炭素繊維やグラファイト等の繊維状のもののようにシリンダ１２の内壁に突きささることがなく、シリンダ１２の内壁の摩耗量を減らすことができる。
【００２３】
また、球状炭素を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成されたライダリング２５は、炭素材の比率が高いので熱伝導が良く、ピストン１１からシリンダ１２への熱伝導性を向上させることができ、ピストン１１の放熱性を高めることができる。
図３は球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成されたライダリング２５が装着された場合の実験結果を示す図である。
【００２４】
尚、図３に示す実験結果は、アルミニウム合金製のシリンダ１２の内壁に膜厚２０μｍの皮膜１２ｂが陽極酸化処理で形成され、上記ライダリング２５をピストン外周溝１１ｂに装着し、１．０ＭＰａの連続負荷運転を行い、一万時間の耐久試験を行い、その耐久試験後のライダリング２５及びシリンダ１２の内壁の摩耗量を測定したものである。
【００２５】
図３において、ＰＴＦＥは四フッ化エチレン、ＰＩはポリミド、ＬＣＰは芳香族ポリエステル、ＰＦはフェノール、ＣＦは炭素繊維、Ｇｒはグラファイトである。また、図３に示す実施例１〜１２は、ライダリング２５の四フッ化エチレンに対する球状炭素または樹脂粉末の配合割合毎の耐久試験を行なった実験結果であり、比較例１３〜２２は実施例１〜１２を対比するための参考データである。
【００２６】
図３より、実施例１〜１２の各配合比は次の通りである。
実施例１のライダリング２５は、ＰＴＦＥが９０％、球状炭素が１０％である。
実施例２のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、球状炭素が２０％である。
実施例３のライダリング２５は、ＰＴＦＥが７０％、球状炭素が３０％である。
実施例４のライダリング２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＰＩが１０％である。
実施例５のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、ＰＩが２０％である。
実施例６のライダリング２５は、ＰＴＦＥが７０％、ＰＩが３０％である。
実施例７のライダリング２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＬＣＰが１０％である。
実施例８のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、ＬＣＰが２０％である。
実施例９のライダリング２５は、ＰＴＦＥが７０％、ＬＣＰが３０％である。
実施例１０のライダリング２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＰＦが１０％である。
実施例１１のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、ＰＦが２０％である。
実施例１２のライダリング２５は、ＰＴＦＥが７０％、ＰＦが３０％である。
【００２７】
実施例１〜１２の各実験結果より、球状炭素または樹脂粉末（ＰＩ，ＬＣＰ，ＰＦ）を含む四フッ化エチレンによりライダリング２５を形成した場合、ライダリング２５の変形量は、２０１〜３５０μｍであり、シリンダ１２の内壁の摩耗量は３〜９μｍである。
従って、球状炭素を含む実施例１〜３の場合と同様に粉末樹脂（ポリミイド樹脂粉末、芳香族ポリエステル樹脂粉末、フェノール樹脂硬化物粉末）を含む実施例４〜１２の場合も同様の効果が得られることが分かる。
【００２８】
また、比較例１３〜２２の各配合比は次の通りである。
比較例１３のライダリングは、ＰＴＦＥが９０％、ＣＦが１０％である。
比較例１４のライダリングは、ＰＴＦＥが８０％、ＣＦが５％、Ｇｒが１５％である。
比較例１５のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、球状炭素が５％である。
比較例１６のライダリングは、ＰＴＦＥが６５％、球状炭素が３５％である。
比較例１７のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、ＰＩが５％である。
比較例１８のライダリングは、ＰＴＦＥが６５％、ＰＩが３５％である。
比較例１９のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、ＬＣＰが５％である。
比較例２０のライダリングは、ＰＴＦＥが６５％、ＬＣＰが３５％である。
比較例２１のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、ＰＦが５％である。
比較例２２のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、ＰＦが３５％である。
【００２９】
比較例１３〜２２のうち比較例１６，１８，２０，２２は、ライダリングの伸びがないのでピストン１１への取り付けが不可能であったので、耐久試験が行なえなかった。
比較例１３，１４は、上記実施例１〜１２に比べてシリンダ１２の内壁への攻撃性が高く、シリンダ１２の内壁及びライダリングの摩耗量が多くなっており、耐久性が劣ることが分かる。
【００３０】
また、比較例１５は、上記実施例１〜１２に比べてライダリングの摩耗量が多いことを確認できる。
また、比較例１６は、ライダリング中の球状炭素量が多いことにより、ライダリングの伸びが少なく剛性が高いため、ピストン１１に組み付けることができなかった。
【００３１】
また、比較例１７，１９，２１は、上記実施例１〜１２に比べてライダリングの摩耗量が多いことを確認できる。
このように、図３に示す実験結果から、実施例１〜１２と比較例１３〜２２を比較すると、ライダリング２５が１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成されると、ライダリング２５の厚さの変化量が小さく、且つシリンダ１２の内壁の磨耗量も少なくて済み、空気圧縮機１０の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
その結果、シリンダ１２の内壁への陽極酸化処理により形成される皮膜１２ｂの膜厚を従来のものよりも薄くすることが可能となり、本実施の形態では、膜厚が１０〜３０μｍでも十分な耐久性が得られる。よって、ライダリング２５の材質を上記実施例１〜１２のように変更することにより、陽極酸化処理時間をより短縮して陽極酸化処理にかかるコストを安価に抑えることができる。
【００３３】
尚、上記実施の形態では、ライダリング２５が１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成される構成について説明したが、これに限らず、ライダリング２５を球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成した場合でも、上記実施例１〜１２と同様な効果を得ることができるのは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項１記載の発明によれば、ライダリングが球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄くして陽極酸化処理の加工コストを安価に抑えることができる。また、ライダリングの耐久性を向上させてライダリングの交換時期を延ばすことができる。
【００３７】
また、上記請求項２記載の発明によれば、ライダリングが１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄くして陽極酸化処理の加工コストを安価に抑えることができる。また、ライダリングの耐久性を向上させてライダリングの交換時期を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる空気圧縮機の一実施例の縦断面図である。
【図２】弁座部材に吸込弁板及び吐出弁板が取り付けられた状態を示す平面図である。
【図３】球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成されたライダリング２５が装着された場合の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０  往復動空気圧縮機
１１  ピストン
１２  シリンダ
１２ｂ  皮膜
１３  吸込通路
１４  吐出通路
１５  シリンダヘッド
１６  吸込ポート
１７  吐出ポート
１８  弁座部材
１９  吸込弁板
２０  吐出弁板
２３  ピストンリング
２５  ライダリング
【図１】
0004181687.tif 000002
【図２】
0004181687.tif 000003
【図３】
0004181687.tif 000004