(57)【要約】【課題】圧縮行程、吸入行程いずれの場合にも自動的に優れたシール性を発揮可能なピストン往復動式圧縮機のピストンリングを提供する。【解決手段】ピストン外周面の溝内に装着され、シリンダボア内周面に摺接可能に押圧される環状のピストンリングであって、ピストンリングの横断面形状が、圧縮行程時および吸入行程時の両方について、シリンダ内の高圧流体存在側においてピストンリングの一部を形成する面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ１と、そのピストンリングの一部を間に高圧流体存在側とは反対側に位置する低圧流体存在側のピストンリング面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ２とが、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす形状部を有することを特徴とするピストン往復動式圧縮機のピストンリング。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機のシリンダ内を往復動されるピストンの外周面に形成された溝内に装着され、シリンダボア内周面に摺接可能に押圧される環状のピストンリングであって、ピストンリングの横断面形状が、圧縮行程時および吸入行程時の両方について、シリンダ内の高圧流体存在側においてピストンリングの一部を形成する面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ１と、前記ピストンリングの一部を間に前記高圧流体存在側とは反対側に位置する低圧流体存在側のピストンリング面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ２とが、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす形状部を有することを特徴とするピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【請求項２】
前記ピストンリングの横断面形状が、Ｕ字形、Ｖ字形、Ｘ字形、Ｙ字形、Ｗ字形またはそれらのいずれかを組み合わせた形状からなる、請求項１に記載のピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【請求項３】
前記シリンダがアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている、請求項１または２に記載のピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【請求項４】
前記ピストンリングが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンアミド、ポリアミドイミドからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料で構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【請求項５】
使用流体が冷媒からなる、請求項１〜４のいずれかに記載のピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【請求項６】
前記圧縮機が車両用空調装置に用いられるものからなる、請求項１〜５のいずれかに記載のピストン往復動式圧縮機のピストンリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン往復動式圧縮機のピストンリングに関し、とくに、圧縮行程、吸入行程の両方においてシリンダボア内周面との間の良好なシール性を発揮できるようにしたピストン往復動式圧縮機のピストンリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストン往復動式圧縮機においては、通常、シリンダ内を往復動されるピストンの外周面に環状溝が形成され、該溝内にシリンダボア内周面に摺接可能に押圧される環状のピストンリングが装着されている。このピストンリングによって、シリンダ内を往復動されるピストンの高圧側と低圧側と間のシールが行われ、例えば、圧縮機の体積効率を向上するために高圧ガスのシリンダ外への漏れが低減される。また、圧縮流体（例えば、冷媒ガス）中には、圧縮機自体や圧縮機を組み込んだ系内の各部を潤滑するために潤滑油が含まれることが多いが、上記ピストンリングによって、とくにピストンリングのシール性を高めることによって、例えば、潤滑部品を有する圧縮機のクランク室内の適正潤滑油量が確保されたり、圧縮機からの潤滑油流出量（いわゆる、ＯＣＲ（Oil Circulation Ratio ））が低減されたりする。
【０００３】
ピストンリングのシール性を高めるために、例えば特許文献１には、ピストン外周面の溝に環状のシールリングが装着され、圧力がかかることでそのシールリングが突出されることが示されているが、具体的な突出機構については示されていない。また、特許文献２には、一対のアウターリングとインナーリングからなる組み合わせリングが記載されているが、部品点数が多く、装着性が低い等の問題点がある。
【特許文献１】特開平１０−１５３１７０号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単一のシールリングからなるピストンリングの一般的な構造は、例えば図４に示すようになっている。図４において、１０１は、シリンダ１０２内に往復動自在に挿入されたピストンを示しており、このピストン１０１の外周面に形成された環状の溝１０３内に、環状のピストンリング１０４が装着され、シリンダボア１０５の内周面との間のシールが行われるようになっている。１０６はシリンダブロック、１０７は、吸入孔１０８、吐出孔１０９が形成された弁板を示しており、シリンダヘッド１１０内に形成された吸入室１１１からの吸入孔１０８を通してシリンダ１０２内に吸入された流体（例えば、冷媒ガス）がピストン１０１の往復動に伴って圧縮され、圧縮された流体が、シリンダ１０２内から吐出孔１０９を通して吐出室１１２内に吐出されるようになっている。
【０００５】
ところが、上記のような構造には、以下に述べるような問題点がある。図４のＡ部を模式的に示すと、図５のようになるが、このピストンリング１０４に作用する圧力は、圧縮行程と吸入行程とで、図６に示すように変化する。すなわち、吸入行程においては、ピストンリング１０４には、片側に低圧側のシリンダ圧Ｐｃｙｌ（＝吸入圧Ｐｓ）がかかり、他側に高圧側のクランク室圧Ｐｃがかかり、ピストン１０１の下死点までこの状態となる。このとき、シリンダ１０２内の高圧流体存在側においてピストンリング１０４の一部を形成する面がシリンダボア１０５内周面に対してなす角度Ｄ１は、このピストンリング１０４を間に上記高圧流体存在側とは反対側に位置する低圧流体存在側のピストンリング面がシリンダボア１０５内周面に対してなす角度Ｄ２よりも大きいため（つまり、Ｄ１＞Ｄ２であるため）、ピストンリング１０４には該ピストンリング１０４をシリンダボア１０５内周面側に押圧する方向に流体圧が作用し、ピストンリング１０４両側の高低圧側間が良好にシールされる。
【０００６】
しかし、圧縮行程においては、ピストンリング１０４におけるシリンダボア１０５内周面に対してなす角度が小さい面側が高圧流体存在側（シリンダ１０２内で圧縮される流体の存在側：高圧側のシリンダ圧Ｐｃｙｌ）となり、他側のシリンダボア１０５内周面に対してなす角度が大きい面側に低圧側のクランク室圧Ｐｃがかかることとなり、ピストン１０１の上死点までこの状態となる。そのため、シリンダ１０２内の高圧流体存在側においてピストンリング１０４の一部を形成する面がシリンダボア１０５内周面に対してなす角度Ｄ１と、このピストンリング１０４を間に上記高圧流体存在側とは反対側に位置する低圧流体存在側のピストンリング面がシリンダボア１０５内周面に対してなす角度Ｄ２との関係が、吸入行程とは逆の関係、つまり、Ｄ２＞Ｄ１となる。そのため、吸入行程において作用したような、ピストンリング１０４をシリンダボア１０５内周面側に押圧する方向の流体圧は作用せず、その分ピストンリング１０４のシール性能が低下して、高圧側から低圧側に高圧ガスが漏れるおそれが生じる。それとともに、流体中に含まれる潤滑油を適切にシールできないことになるため、クランク室内の適正潤滑油量を確保できなくなったり、圧縮機からの潤滑油流出量（ＯＣＲ）を増大させたりするおそれがある。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術に鑑み、単一のピストンリングからなり部品点数の増加を発生させず装着性にも問題を生じさせることなく、圧縮行程、吸入行程いずれの場合にも自動的に優れたシール性を発揮可能なピストン往復動式圧縮機のピストンリングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るピストン往復動式圧縮機のピストンリングは、圧縮機のシリンダ内を往復動されるピストンの外周面に形成された溝内に装着され、シリンダボア内周面に摺接可能に押圧される環状のピストンリングであって、ピストンリングの横断面形状が、圧縮行程時および吸入行程時の両方について、シリンダ内の高圧流体存在側においてピストンリングの一部を形成する面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ１と、前記ピストンリングの一部を間に前記高圧流体存在側とは反対側に位置する低圧流体存在側のピストンリング面がシリンダボア内周面に対してなす角度Ｄ２とが、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす形状部を有することを特徴とするものからなる。
【０００９】
このようなピストンリングにおいては、単一のピストンリングが、圧縮行程時および吸入行程時の両方について、高圧流体存在側におけるピストンリング面の角度Ｄ１＞低圧流体存在側におけるピストンリング面の角度Ｄ２の関係を満たす形状部を有するので、圧縮行程および吸入行程の両方において、つまり、実質的にピストン往復動時の全範囲にわたって、ピストンリングをシリンダボア内周面側に押圧する方向の流体圧を作用させることができ、それによってピストン作動中は常時ピストンリングに自動的に優れたシール性能を発揮させることが可能になる。その結果、高圧側から低圧側への高圧流体の漏れを抑制でき、流体中に含まれる潤滑油も適切にシールすることができる。
【００１０】
上記本発明に係るピストン往復動式圧縮機のピストンリングにおいては、上記ピストンリングの横断面形状としては、例えば、後述の実施形態に示すように、Ｕ字形、Ｖ字形、Ｘ字形、Ｙ字形、Ｗ字形またはそれらのいずれかを組み合わせた形状のいずれかを採用することができる。このような横断面形状にすることにより、本発明に係るピストンリングを、組み合わせリングではなく、容易に単一のリング構造に構成できる。
【００１１】
また、圧縮機全体の軽量化をはかるために、上記シリンダがアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている形態を採ることができる。
【００１２】
また、上記ピストンリング自体の材質としては、とくに限定されないが、流体（例えば、冷媒）に対する耐性、例えば膨潤が小さい特性や、潤滑油等に対しても高い耐性を発揮できるものが好ましい。このような材質として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンアミド、ポリアミドイミドからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料を使用できる。とくに、加わる荷重により撓みが発生する温度が高く、かつ、使用条件にもよるが、融点が高い材質が好ましく、この面からは、上記材料のなかでのそれらの架橋物がより好ましい。このような材料とすることにより、高い作動温度に対しても安定した性能を維持でき、また、シリンダがアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている場合、そのシリンダに対する高い耐摩耗性が得られるとともに、低い摩擦係数を実現できる。
【００１３】
また、本発明におけるピストン往復動式圧縮機に使用する流体は、特に限定されないが、使用流体が冷媒である場合とくに、本発明により、優れたシール性能を発揮することができるようになる。
【００１４】
また、本発明は、あらゆる用途におけるピストン往復動式圧縮機に適用可能であるが、とくにシステム内に組み込まれ、大量生産される際にもピストンリングの優れたシール性と高い耐久性が要求される車両用空調装置に用いられる圧縮機に適用して好適なものである。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明に係るピストン往復動式圧縮機のピストンリングによれば、単一のピストンリング構成で部品点数の増加、装着性の問題を生じることなく、かつ、大きなコスト増加を生じることなく、圧縮行程、吸入行程いずれの場合にもピストンリングに作用する流体圧を利用して自動的に優れたシール性を発揮させることができ、高圧側から低圧側への高圧流体の漏れを抑制して圧縮機の体積効率の向上をはかることができるとともに、流体中に含まれる潤滑油に対しても適切にシール性能を発揮させることにより、クランク室内の適正潤滑油量の確保や圧縮機からの潤滑油流出量（ＯＣＲ）の低減をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る、車両用空調装置等に組み込まれる冷媒ガスを圧縮するためのピストン往復動式圧縮機のピストンリングを示しており、図４のＡ部に対応する部分を示している。図１において、１はピストン往復動式圧縮機のピストンを示しており、ピストン１はシリンダ２内に往復動自在に挿入されている。このピストン１の外周面には環状の溝３が形成されており、該溝３内に、環状のピストンリング４が装着されて、シリンダブロック６内の形成されたシリンダボア５の内周面との間のシールが行われるようになっている。本実施態様では、ピストンリング４の横断面形状はＵ字形に形成されており、Ｕ字の両腕部の先端がそれぞれシリンダボア５の内周面に摺接可能に配置されており、該摺接部分で腕部両側間をシール可能となっている。
【００１７】
また、本実施態様では、シリンダ２はアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されており、圧縮機全体の軽量化がはかられている。ピストンリング４の材質としては、冷媒に対する耐性や小さい膨潤特性、潤滑油等に対しても高い耐性を発揮でき、かつ高い耐熱性を有する材料として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンアミド、ポリアミドイミドからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料、とくにそれらの架橋物が使用されている。このような材料からピストンリング４を構成することにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるシリンダ２に対し、高い耐摩耗性と低い摩擦係数が得られるようになっている。
【００１８】
上記のような実施態様に係る構造では、図２に示すようなシリンダ２内流体圧を利用したシール作用が自動的に得られる。図２に示すように、圧縮行程においては、Ｕ字形横断面形状を有するピストンリング４の一方の腕部（ピストンヘッド側腕部）において、高圧流体存在側（シリンダ１０２内で圧縮される流体の存在側：高圧側のシリンダ圧Ｐｃｙｌ）のピストンリング４の面がシリンダボア５内周面に対してなす角度Ｄ１は、低圧側のクランク室圧Ｐｃがかかる、Ｕ字形腕部を間にして他側の面となるピストンリング４の面がシリンダボア５内周面に対してなす角度Ｄ２よりも大きくなり（Ｄ１＞Ｄ２となり）、ピストン１の上死点までこの状態となる。このＤ１＞Ｄ２の関係により、ピストンリング４には圧縮行程中常時ピストンリング４をシリンダボア５内周面側に押圧する方向に流体圧が作用し、上記Ｄ１＞Ｄ２の関係を維持しているＵ字形ピストンリング４の腕部両側の高低圧側間が良好にシールされることになる。
【００１９】
吸入行程においては、同じく図２に示すように、圧縮行程とは逆に、高圧流体存在側はクランク室圧Ｐｃ側、低圧流体存在側はピストンヘッド側のシリンダ圧Ｐｃｙｌ（＝吸入圧Ｐｓ）側となるが、Ｕ字形横断面形状を有するピストンリング４の他方の腕部（クランク室側腕部）において、高圧流体存在側のピストンリング４の面がシリンダボア５内周面に対してなす角度Ｄ１は、低圧側のシリンダ圧Ｐｃｙｌ、Ｕ字形腕部を間にして他側の面となるピストンリング４の面がシリンダボア５内周面に対してなす角度Ｄ２よりも大きくなり、やはりＤ１＞Ｄ２の関係が成立して、ピストン１の下死点までこの状態となる。このＤ１＞Ｄ２の関係により、ピストンリング４には吸入行程中常時ピストンリング４をシリンダボア５内周面側に押圧する方向に流体圧が作用し、上記Ｄ１＞Ｄ２の関係を維持しているＵ字形ピストンリング４の腕部両側の高低圧側間が良好にシールされることになる。
【００２０】
このように、圧縮行程および吸入行程の両方において、すなわち、実質的にピストン１往復動時の全範囲にわたって、ピストンリング４をシリンダボア５内周面側に押圧する方向の流体圧が自動的に作用し、それによってピストン１作動中は常時ピストンリング４が優れたシール性能を発揮することになる。その結果、高圧側から低圧側への高圧流体の漏れが抑制され、流体中に含まれる潤滑油も適切にシールされる。また、このように優れたシール性能を発揮できるピストンリング４は、組み合わせリングではなく単一のピストンリングとして構成されるので、大幅なコスト増加が生じることはなく、溝３への装着性が損なわれることもない。
【００２１】
上記実施態様では、Ｕ字形横断面形状を有するピストンリング４を示したが、ピストンリングの横断面形状としては、他の形状を採用することも可能であり、下記のような適切な横断面形状とすることにより、上記実施態様と同様の性能が得られる。例えば図３（Ａ）に示すように、横断面形状がＶ字形のピストンリング１１、図３（Ｂ）に示すように、横断面形状がＸ字形のピストンリング１２、図３（Ｃ）に示すように、横断面形状がＹ字形のピストンリング１３、図３（Ｄ）に示すように、横断面形状がＷ字形のピストンリング１４等が可能である。さらに、これらＵ字形、Ｖ字形、Ｘ字形、Ｙ字形、Ｗ字形のいずれかを組み合わせた横断面形状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明に係るピストン往復動式圧縮機のピストンリングは、あらゆる圧縮機に適用可能であるが、とくに車両用空調装置に用いられる圧縮機に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係るピストン往復動式圧縮機のピストンリング部の部分断面図である。
【図２】図１のピストンリングの各作動状態を示す説明図である。
【図３】本発明に係るピストンリングの各種横断面形状を示す概略断面図である。
【図４】従来のピストン往復動式圧縮機のピストンリング部周りの部分断面図である。
【図５】図４のＡ部の拡大断面図である。
【図６】図４のピストンリングの各作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ピストン
２  シリンダ
３  溝
４、１１、１２、１３、１４  ピストンリング
５  シリンダボア
６  シリンダブロック
【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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【図６】
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