(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機において、
前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその外径を前記シリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には前記圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたことを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記リップリングのリップ部は、圧縮運転による熱膨張時の最大外径が前記シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように外径寸法を設定してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記リップリングはポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成し、前記シリンダはアルミニウム合金により形成してなる請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気等の流体を圧縮するのに好適に用いられる揺動ピストン式の往復動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリンダ内を揺動しつつ往復動する揺動ピストンを備えた往復動圧縮機として、例えば空気等を圧縮する無給油式の往復動圧縮機が知られている。
【０００３】
そこで、この種の従来技術による無給油式の往復動圧縮機を図２および図３を参照して説明する。
【０００４】
図２において、１は円筒状のシリンダを示し、該シリンダ１の上端側にはシリンダヘッド２が設けられ、該シリンダヘッド２内には隔壁３によって吸入室Ａと吐出室Ｂとが画成されている。
【０００５】
４はシリンダ１とシリンダヘッド２との間に設けられた弁板で、該弁板４とシリンダ１との間、および弁板４とシリンダヘッド２との間はガスケット（図示せず）等によって気密にシールされている。また、弁板４と後述する揺動ピストン９との間には圧縮室Ｃが画成されている。
【０００６】
５は弁板４に設けられた吸入ポート、６は弁板４に設けられた吐出ポートをそれぞれ示し、吸入ポート５は吸入室Ａと圧縮室Ｃとを連通させ、吐出ポート６は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとを連通させるものである。
【０００７】
７は吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板４に設けられた吸入弁で、該吸入弁７は揺動ピストン９が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死点から上死点に移動するときに閉弁する。
【０００８】
８は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置して弁板４に設けられた吐出弁で、該吐出弁８は揺動ピストン９が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死点から下死点に移動するときに閉弁する。
【０００９】
９はシリンダ１内に往復動可能に設けられた揺動ピストンを示し、該揺動ピストン９は、クランク軸を介して回転源の出力軸等（いずれも図示せず）に連結されるコネクティングロッド１０と、該コネクティングロッド１０の軸方向一端側に設けられた円板状の取付フランジ１０Ａにボルト等によって締結された円板状のリテーナ１１とからなっている。そして、取付フランジ１０Ａの中央部には、後述のリップリング１２が嵌合する環状段部１０Ｂが設けられている。
【００１０】
１２は揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする環状のリップリングで、該リップリング１２は、シリンダ１との摺動性を高めるためフッ素樹脂等の自己潤滑性および可撓性に優れた樹脂材料によって形成され、その内周側はコネクティングロッド１０の環状段部１０Ｂに嵌合した状態で取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持されている。
【００１１】
ここで、リップリング１２は図３に示すように、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持される平環状の固定部１２Ａと、該固定部１２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて断面Ｌ字状に屈曲した外周側のリップ部１２Ｂとからなり、該リップ部１２Ｂは、シリンダ１の内周面に全周に亘って摺接するようにカップ状に形成されている。
【００１２】
上述の如く構成された往復動圧縮機は、揺動ピストン９がシリンダ１内を揺動しつつ往復動することにより、吸入室Ａから圧縮室Ｃ内に空気を吸入する吸入行程と、圧縮室Ｃ内の空気を圧縮し圧縮空気として吐出室Ｂに吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。そして、この圧縮運転が行われている間、リップリング１２のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に常時摺接し、揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシールする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、リップリング１２のリップ部１２Ｂがシリンダ１の内周面に確実に摺接するように、その外径寸法Ｄがシリンダ１の内径寸法Ｅよりも予め大きく（Ｄ＞Ｅ）なるように形成されているから、リップリング１２のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に摩擦接触するようになり、例えば圧縮機の起動時等に、モータ等の回転源に大きな負荷を与えるという問題がある。
【００１４】
また、圧縮機の連続運転時においては、圧縮室Ｃからの圧縮熱と摩擦熱等とによってシリンダ１とリップリング１２とは高温状態となり、熱膨張するようになる。この場合、シリンダ１はアルミニウム合金等の金属材料から形成され、リップリング１２は樹脂材料から形成されているので、シリンダ１の熱膨張に比較してリップリング１２の熱膨張がの方が大きくなってしまう。
【００１５】
このため、従来技術では、リップリング１２のリップ部１２Ｂがシリンダ１の内径よりも熱膨張でさらに大きく拡径し、該リップ部１２Ｂが早期に摩耗することがあり、リップリング１２の寿命が低下するという問題がある。
【００１６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、起動時の負荷を低減できると共に、連続運転時等におけるリップリングの摩耗を抑えることができ、リップリングの寿命を延ばすことができる往復動圧縮機を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストンと、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状のリップリングとからなる往復動圧縮機に適用される。
【００１８】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリップ部とからなり、該リップ部はその外径を前記シリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には前記圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたことにある。
【００１９】
上記の構成によれば、圧縮機の起動初期にはリップリングのリップ部がシリンダの内周面から僅かに離間することにより、シリンダに対するピストンの摺動抵抗を小さくでき、起動時の負荷を低減することができる。そして、圧縮運転により圧縮室内の圧力が高くなってくると、リップリングのリップ部は圧縮室からの圧力によってシリンダの内周面に向けて撓み変形するようになるから、リップリングのリップ部はシリンダの内周面に摺接し、ピストンとシリンダとの間をシールすることができる。
【００２０】
また、請求項２の発明は、前記リップリングのリップ部は、圧縮運転による熱膨張時の最大外径が前記シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように外径寸法を設定したことにある。
【００２１】
上記の構成によれば、連続運転時にシリンダとリップリングとが高温状態となって熱膨張した場合でも、リップリングのリップ部は熱膨張時の最大外径がシリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内にとどまるから、連続運転時におけるリップ部の摩耗を低減することができる。
【００２２】
さらに、請求項３の発明は、前記リップリングはポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成し、前記シリンダはアルミニウム合金により形成したことにある。
【００２３】
上記の構成によれば、シリンダの内周面に摺接するリップリングの摺動性および耐熱性を向上でき、連続運転時におけるリップリングの摩耗を一層低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
なお、本実施形態では上述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図１において、２１は本実施形態によるシリンダを示し、該シリンダ２１はアルミニウム合金からなる成形品に陽極酸化処理を施すことによって形成され、その熱膨張係数は２．４×１０-5である。そして、シリンダ２１は、常温下での内径寸法Ｅが６０．０ｍｍとなるように形成され、連続運転により熱膨張したときの最大内径Ｅ′は６０．１ｍｍとなる。
【００２７】
２２は従来技術によるリップリング１２に代えて本実施形態に適用されたリップリングを示し、該リップリング２２は従来技術によるリップリング１２と同様に、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ１１との間に挟持される平環状の固定部２２Ａと、該固定部２２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて屈曲することにより、シリンダ２１の内周面に全周に亘って摺接するカップ状のリップ部２２Ｂとからなっている。
【００２８】
そして、該リップリング２２は摺動性および耐熱性を高めるため、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をベースとするフッ素樹脂材料に、ＣＦ（炭素繊維）、ＭｏＳ2 （二硫化モリブデン）等を適宜に混合した複合材料により形成されている。
【００２９】
しかし、本実施形態によるリップリング２２は、常温下でのリップ部２２Ｂの外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さく（Ｄ＜Ｅ）、かつ、連続運転による熱膨張時の最大外径Ｄ′が、熱膨張したシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるように設定されている。
【００３０】
本実施形態による往復動圧縮機は、上述の如きリップリング２２を有するもので、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。
【００３１】
然るに、本実施形態による往復動圧縮機では、リップリング２２を構成するリップ部２２Ｂの常温下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さくなるように形成したから、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間の摺動抵抗を従来技術に比較して小さくできる。これにより、圧縮機の起動時の負荷を低減することができ、かつリップ部２２Ｂの初期摩耗を低減できる。
【００３２】
この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあるときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるものの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ２１の内周面に向けて撓み変形するようになる。これにより、リップ部２２Ｂがシリンダ２１の内周面に摺接し、揺動ピストン９とシリンダ２１との間が適正にシールされる。
【００３３】
そして、圧縮機の連続運転によってシリンダ２１とリップリング２２が高温状態となってリップリング２２が熱膨張した場合でも、この熱膨張時のリップ部２２Ｂの最大外径Ｄ′は、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内にとどまるから、熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの摩耗を低減することができ、リップリング２２の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
次に、上述のリップリング２２を用いた往復動圧縮機を連続運転し、起動時の負荷、吐出空気量、連続運転後におけるリップ部２２Ｂの摩耗を測定する試験を行った結果について、下記表１を参照して述べる。
【００３５】
まず、本実施形態によるリップリング２２としての３種類の実施品１，２，３と、比較対象となるリップリングとしての２種類の比較品１，２を用意する。
【００３６】
ここで、実施品１のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．６（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．０（ｍｍ）となるように形成されている。また、実施品２のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．７５（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．１（ｍｍ）となるように形成されている。さらに、実施品３のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．９（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．２（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３７】
一方、比較品１のリップリングは、例えば上述した従来技術によるリップリング１２に対応するもので、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも大きい６０．５（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して＋１．３％となる６０．９（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３８】
また、比較品２のリップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さい５９．３（ｍｍ）となるものの、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して−０．７％となる５９．７（ｍｍ）となるように形成されている。
【００３９】
そして、上述の５種類のリップリングを０．４ｋｗの往復動圧縮機に用い、この往復動圧縮機を０．７ＭＰａの吐出圧で連続運転したときに、起動時の電流値と、吐出空気の変化量と、１０００時間の連続運転後の各リップ部の摩耗量とを測定した。なお、連続運転時におけるシリンダ２１の温度上昇は７５ｄｅｇである。
【００４０】
【表１】
0003742164.tif 000002
【００４１】
ここで、往復動圧縮機の起動時の電流値についてみると、従来技術によるリップリング１２に対応する比較品１のリップリングを用いた場合には、起動時の電流値が１２５％に達するのに対し、本実施形態によるリップリング２２に対応する実施品１，２，３のリップリングを用いた場合には、それぞれ起動時の電流値が９５％，１００％，１０１％に減少している。
【００４２】
この結果から、実施品１，２，３のリップリングでは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さいため、シリンダ２１の内周面との間での摺動抵抗が減少し、往復動圧縮機の起動時における負荷を低減できることが確認された。
【００４３】
次に、１０００時間の連続運転後におけるリップ部の摩耗量についてみると、比較品１のリップリングの摩耗量が４００μｍであるのに対し、実施品１，２，３のリップリングの摩耗量は、それぞれ８１μｍ，９０μｍ，９６μｍに減少している。
【００４４】
この結果から、実施品１，２，３のリップリングでは、連続運転によって熱膨張を生じたとしても、このときのリップ部の最大外径Ｄ′をシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内に設定したことにより、シリンダ２１の内周面との間の摩擦力が増大するのを抑えることができ、摩耗を低減できることが確認された。
【００４５】
また、吐出空気の変化量についてみると、実施品２，３のリップリングを用いた場合には、比較品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量に対して変化がない。これに対し、実施品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量は、比較品１のリップリングを用いた場合の吐出空気量に対して３％だけ低下している。
【００４６】
この結果から、実施品２，３のリップリングでは、従来技術によるリップリング１２を備えた往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持できることが確認された。また、実施品１のリップリングを備えた往復動圧縮機では、従来技術による往復動圧縮機に比較して吐出空気量が３％低下するが、この低下分は実用上支障がない許容範囲と考えることができる。
【００４７】
なお、比較品２のリップリングを用いた往復動圧縮機では、起動時の電流値が９０％に減少し、かつ１０００時間の連続運転後のリップリングの摩耗量が７９μｍに減少するものの、吐出空気量が１１％まで低下することが確認された。
【００４８】
このようにして、リップ部の外径寸法Ｄが異なる複数種のリップリングを形成し、このリップリングを用いて上述の試験を繰返した結果、熱膨張時におけるリップ部の最大外径Ｄ′がシリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるリップリング２２を用いることにより、従来技術による往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持しつつ、起動時の負荷を低減でき、かつリップ部の摩耗を大幅に低減できることが確認された。
【００４９】
かくして、本実施形態による往復動圧縮機によれば、リップリング２２を構成するリップ部の常温下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小さく形成することにより、起動時におけるシリンダ２１の内周面とリップ部２２Ｂとの間での摺動抵抗を小さくでき、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減することができる。この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあるときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるものの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ２１の内周面に向けて撓み変形し、該シリンダ２１の内周面に摺接するから、揺動ピストン９とシリンダ２１との間が適正にシールされ、従来技術による往復動圧縮機と同等の吐出性能を維持することができる。
【００５０】
そして、往復動圧縮機の連続運転によってシリンダ２１とリップリング２２とが高温状態となり、リップリング２２が熱膨張を生じた場合でも、この熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの最大外径Ｄ′を、シリンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるように設定したから、熱膨張時にリップリング２２のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、熱膨張時におけるリップ部２２Ｂの摩耗を抑えることができ、リップリング２２の長寿命化を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、リップリングに設けたリップ部の外径をシリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時にはシリンダの圧縮室からの圧力により該リップ部がシリンダの内周面に向けて撓み変形する構成としたから、リップリングとシリンダ内周面との間の摺動抵抗を低減できる。これにより、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減することができ、かつリップ部の初期摩耗を低減できる。この場合、リップ部は圧縮運転時においてシリンダ内周面に摺接するようになり、ピストンとシリンダとの間を適正にシールすることができる。
【００５２】
また、請求項２の発明によれば、リップリングのリップ部は、熱膨張時の最大外径がシリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように設定したから、連続運転時にシリンダとリップリングとが高温状態となってリップリングが熱膨張を生じたとしても、リップ部とシリンダ内周面との間に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、熱膨張時におけるリップ部の摩耗を抑えることができ、リップリングの長寿命化を図ることができる。
【００５３】
さらに、請求項３の発明によれば、リップリングをポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料により形成したから、連続運転時の高温下におけるリップリングの摺動性および耐熱性を向上させることができ、リップリングの一層の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による往復動圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図２】従来技術による往復動圧縮機の要部を示す縦断面図である。
【図３】図２中の揺動ピストン、リップリングをシリンダから取外した状態で示す縦断面図である。
【符号の説明】
９  揺動ピストン
２１  シリンダ
２２  リップリング
２２Ａ  固定部
２２Ｂ  リップ部
Ｄ  リップリング外径寸法
Ｅ  シリンダ内径寸法
【図１】
0003742164.tif 000003
【図２】
0003742164.tif 000004
【図３】
0003742164.tif 000005