JP2013181399A - 往復動圧縮機のピストンリング構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、圧縮行程でのシール性を損なうことなく、吸入行程におけるピストン背面側の残圧を要因としたピストンリングの摩耗が防げる往復動圧縮機のピストンリング構造を提供する。
【解決手段】本発明のピストンリング構造は、ピストン２のリング溝４に遊嵌されるピストンリング５に、一端が当該ピストンリング５の内周面に開口し、他端が吸入行程において吸入圧の加わる側面に開口する通路８を設けた。同構成により、ピストン３が吸入行程のときだけ、ピストンリング５の内周面（背面）に加わる圧力、すなわち残圧を、通路を通じて吸入側へ逃がし、ピストンリング５が過度にシリンダ１に押し付けられるのを防ぐ。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体をピストンの往復動によって圧縮する往復動圧縮機のピストンリング構造に関する。

空気など気体を圧縮する往復動圧縮機は、シリンダ内にピストンを往復動可能に収める構造が用いられる。通常、往復動圧縮機では、ピストンとシリンダとの間をシールするために、ピストンの外周面に形成した環状のリング溝内に、ピストンリングを遊嵌することが行われている。

多くのピストンリングは、ガス圧を利用してシールを行う。具体的には、図８，９に示されるようにリングａ溝内に遊嵌されたピストンリングｂは、ピストンｃの圧縮行程、吸入行程に伴う往復動にしたがい、リング溝ａ内を軸方向へ変位し、圧縮行程、吸入行程毎に、ピストンリングｂの側面とリング溝ａの側面とが交互に密接する。このとき生じるピストンリングｂとリング溝ａ間の隙間δを通じ、ガス圧がピストンリングｂの内周面（背面）に加わる。このガス圧で、ピストンリングｂを拡径させて、ピストンリングｂの先端をシリンダｄの内面に押し付け、ピストンｃとシリンダｄ間をシールする構造としている（特許文献１を参照）。

特開平０９−３２９２２号公報

ところが、ピストンリングｂの内周面（背面）へ加わるガス圧は、圧縮行程のときは高いシリンダｄでの圧縮ガスをシールするのに十分な役割を果たすものの、吸入行程のときは、シリンダｄが吸入圧なので、あまり要求されず、ピストンリングｂの摩耗を強いる難点となっている。

すなわち、吸入行程におけるピストンリングｂは、吸入圧下でのシールのため、高い押し付け力を必要とせずにシールが行える。しかし、ピストンリングｂは、内周面（背面）に圧力、すなわち残圧が加わることによって、過度にシリンダｄの内面に押し付けられてしまう。このため、ピストンリングｂを過度に摩耗させ、ピストンリングｂの寿命を短くさせてしまう難点がある。特に無潤滑式、すなわち潤滑油を用いず、カーボン製やテフロン（登録商標）製のピストンリングを用いた往復動圧縮機は顕著に表れやすい。

そこで、本発明の目的は、圧縮行程でのシール性を損なうことなく、吸入行程におけるピストン背面側の残圧を要因としたピストンリングの摩耗が防げる往復動圧縮機のピストンリング構造を提供することにある。

請求項１の発明は、ピストンのリング溝に遊嵌されるピストンリングに、一端が当該ピストンリングの内周面に開口し、他端が吸入行程において吸入圧の加わる側面に開口する通路を設けたことにある。
同構成により、ピストンが吸入行程のときだけ、ピストンリングの内周面（背面）に加わる圧力、すなわち残圧が、通路を通じて、吸入側へ逃げるようにした。

請求項２の発明は、上記目的に加え、さらに簡単な構造や簡単な加工ですむよう、通路には、ピストンリングの圧縮側や吸入側をなす側面に、当該ピストンリングの内周面から外周面に突き抜けるように溝部を形成する構造を用いた。

請求項１の発明によれば、ピストンが吸入行程のときは、ピストンリングの内周面（背面）に加わる圧力、すなわち残圧が、通路を通じて吸入側へ逃げる。これにより、吸入行程のときは、過度にピストンリングがシリンダの内面に押し付けられることはない。
したがって、圧縮行程でのシール性を損なうことなく、吸入行程のピストンの背面側の残圧を要因としたピストンリングの摩耗を防ぐことができ、ピストンリングの寿命を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、同効果に加え、通路は、ピストンリングの側面に簡単な溝加工を施すだけでよく、簡単な構造ですむ。

本発明の一実施形態のピストンリング構造を適用した往復動圧縮機の主要部を示す斜視図。 同ピストンリング構造を構成するピストンリングの全体を示す斜視図。 図２中の矢視Ａから見たピストンリングの平面図。 図２中の矢視Ｂから見たピストンリングの下面図。 図２中のＣ−Ｃ線に沿うピストンリングの断面図。 圧縮行程のときのピストンリングの状態を説明する断面図。 吸入行程のときのピストンリングの状態を説明する断面図。 従来の圧縮行程のときのピストンリングの状態を説明する断面図。 従来の吸入行程のときのピストンリングの状態を説明する断面図。

以下、本発明を図１〜図７に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は往復動圧縮機、例えば無潤滑式の往復動型空気圧縮機の主要部を示していて、図中１は筒形のシリンダ、２は同シリンダ１内に往復動可能に収められたピストンを示す。
ピストン２は、コンロッド３を介して、図示しないクランクシャフトに連結されていて、クランクシャフトが駆動されることによって、シリンダ１内を往復動する。このピストン２の往復動によって、シリンダヘッドに有する吸入バルブ、吐出バルブ（いずれも図示しない）を通じ、外部からシリンダ１内に空気が吸入され、同シリンダ１内で圧縮される（吸入行程、圧縮行程）。

ピストン２の外周面には、環状のリング溝４が設けられている。本実施形態では二条。これらリング溝４内に、それぞれピストンリング５が遊嵌されている。ピストンリング５は、いずれも図２に示されるように分割したカーボン製やテフロン（登録商標）製のピス小片５ａや大片５ｂを環状に組み合わせた構造が用いられている。ここでは、小片５ａは三角形状をなし、大片５ｂは円弧形をなす。小片５ａ，大片５ｂは、図示しないが、いずれもピストン２に収められた付勢具、例えばプッシュロッドで内周面側から外周面側へ付勢される。図２中の６は、そのプッシュロッド端が収まる凹部を示している。

これらピストンリング５の外周面（先端）とシリンダ１の内周面（内面）とが密接され、ピストン２の圧縮行程、吸込行程などで、シリンダ１とピストン２間をシールするようにしている。これらピストンリング５の各部には、ピストン２の吸入行程のとき、同ピストン２の背面側に加わる圧力、すなわち残圧を吸入側に逃がす通路８が設けられている。

通路８は、一端がピストンリング５の内周面（背面）に開口し、他端が吸入行程において吸入圧の加わる側面に開口するように設けられる。ここでは、図２、図３および図５に示されるように通路８は、例えばピストンリング５を構成する各大片５ｂのうち、圧縮側や吸入側をなす側面６ａの複数個所（二個所）に、それぞれ大片５ｂ（ピストンリング５）の内周面から外周面に突き抜けるように直線状の溝部８ａを形成した構造が用いられている。溝部８ａは、対称的に配置してある。

ちなみに、反対側の側面６ｂには、ピストンリング５が過度に摩耗が進行したとき、内周面に加わるガス圧を逃がすリリ−フ溝９が設けてある。

このようにピストンリング５に通路８を設けると、圧縮行程でのシール性はそのままに、吸込行程でのピストンリング５の過度な摩耗が防げる。
すなわち、図６に示されるようにピストン２が圧縮行程のときは、ピストンリング５がリング溝４内を変位して、ピストン移動方向後側に配置される側面６ｂが、リング溝４の側面４ｂと密接する。

このとき、ピストンリング５の内周面側（背面側）は、上記密接によってシールされるから、ピストン２で圧縮される圧縮ガス（圧縮圧）は、ピストン移動方向前側で生じるピストンリング５の側面６ａとリング溝４の側面４ａ間の隙間を通じて、そのままピストンリング５の内周面（背面）へ加わる。この圧縮ガス圧により、ピストンリング５は拡径され、シリンダ１の内面に先端を押し付け、ピストン２とシリンダ１間をシールする。この圧縮圧を利用したシールにより圧縮行程では、十分なシール性が確保される。

図７に示されるようにピストン２が吸入行程のときは、ピストンリング５がリング溝４内を反対側に変位して、ピストン移動方向後側に配置される側面６ａが、リング溝４の側面４ａと密接する。

このとき、ピストンリング５の内周面側と圧力の低くなる吸入側とは、通路８を通じて連通しているから、ピストン２の背面側のガス圧、すなわち残圧は、生じるピストンリング５の側面６ｂとリング溝４の側面４ｂ間の隙間、ピストンリング５の内周面側（背面側）、通路８を通じて、圧力の低い吸入側（吸入圧側）へ逃げる。

つまり、吸入行程のときは、圧縮行程とは異なり、ガス圧で、ピストンリング５がシリンダ１の内面に押し付けられることはない。
それ故、圧縮行程でのガス圧を利用したシール性を損なわずに、吸入行程のピストン２の背面側に生ずる残圧を要因としたピストンリング５の摩耗を防ぐことができる。つまり、ピストンリング５の過度の摩耗を防ぎ、ピストンリング５の寿命を向上させることができる。無潤滑式の往復動圧縮機のピストンリング５には有効である。

しかも、通路８は、ピストンリング５の圧縮側や吸入側をなす側面に、内周面から外周面に突き抜ける溝部８ａを形成しただけの構造なので、通路８の形成は、ピストンリング５の側面６ａに簡単な溝加工を施すだけでよく、簡単、さらには安価な構造ですむ。

なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した一実施形態では、大片に溝部を形成したが、これに限らず、小片に溝部を形成して通路としてもよい。溝部の形状も直線状でなく、他の形状の溝部でも構わない。また一実施形態では、本発明を空気圧縮機に適用したが、他の往復動圧縮機に適用してもよい。

１ シリンダ
２ ピストン
４ リング溝
５ ピストンリング
８ 通路
８ａ 溝部

Claims (2)

1. シリンダ内に往復動可能に収まるピストンのリング溝内にピストンリングが遊嵌され、圧縮行程、吸入行程における前記ピストンの往復動にしたがい、前記ピストンリングが前記リング溝内を変位して、生じる前記ピストンリングと前記リング溝との間の隙間を通じ、前記ピストンリングの内周面へガス圧を導き、前記ピストンリングをガス圧で前記シリンダの内面に押し付ける往復動圧縮機のピストンリング構造において、
   前記ピストンリングに、一端が当該ピストンリングの内周面に開口し、他端が前記吸入行程において吸入圧の加わる側面に開口する通路を設けた
   ことを特徴とする往復動圧縮機のピストンリング構造。
2. 前記通路は、前記ピストンリングの圧縮側や吸入側をなす側面に、当該ピストンリングの内周面から外周面に突き抜けるように溝部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機のピストンリング構造。

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