JP5052948B2 - ピストンリングおよびこのピストンリングを用いた流体吸排装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ内で往復運動させるようにしたピストンに嵌装されるピストンリングおよびこのピストンリングを用いた流体吸排装置に関する。

従来、流体吸排装置としては、圧縮機と真空ポンプとがあり、圧縮機には、給油式往復動圧縮機と無給油式往復動圧縮機がある。

給油式往復動圧縮機は、ピストンの外周面に刻設したリング溝に、ピストンリングを嵌装し、このピストンを、頂壁を有するシリンダ内に嵌合し、クランクケース内に収容したクランク軸の動力をもって、ピストンを往復運動させることにより、シリンダの頂壁とピストンの頂面との間の圧縮室内において、気体を圧縮するとともに、クランク室と圧縮室とを、クランクケース内に給油される潤滑油による油膜によってシールしている。

無給油式往復動圧縮機は、ピストンリングがＰＴＦＥ樹脂（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）等の高分子材料を主成分としているため、環状リング体に成形すると、輪ゴムのように弾性的に拡径することができず、ピストンのリング溝に、容易に嵌装することができないため、合い口（切断端面）を有する欠円状、すなわちＣ形の形状のピストンリングが採用されている（例えば、特許文献１参照）。

このような無給油式往復動圧縮機は、運転中に、圧縮室からクランク室に向けて気体が漏洩するのを防止するために、ピストンリングにおける合い口の形状などに、種々の加工が施されている（例えば、特許文献２参照）

しかし、前記の圧縮機では、圧縮行程において、ピストンリングの合い口部分から気体が漏れ易く、十分なシール効果を発揮させることができない。
特に、真空ポンプでは、シール効果が不足のため、十分な真空度を維持することができないという問題があった。
特公平８−９９８５号公報 実公昭６０−２６２３６号公報

本発明は、前記の現状に鑑み、流体漏れを確実に防止することができ、無給油式往復動圧縮機や真空ポンプにおけるピストンに使用した場合にも、十分なシール効果を得ることができるとともに、ピストンに簡単かつ容易に嵌装することができるようにしたピストンリングを提供すること、およびこのピストンリングを用いた流体吸排装置を提供することを目的とする。

上記課題は、「特許請求の範囲」の欄における各請求項に記載するように、次のような構成からなる発明によって解決される。
（１）高分子材料からなる環状リング体に、円周方向の軸線回りに回転させた状態において、前記環状リング体の内径を拡径可能とするための拡径手段を施し、前記拡径手段を、前記環状リング体における上下面の少なくとも一方に、一方側の面から反対側の面に向けて貫通しない切込みを円周方向に複数設けることにより形成する。

（２）上記（１）項において、切込みを、環状リング体を円周方向の軸線回りに回転させたときに、環状リング体の外周面となる面に設ける。

（３）上記（１）項において、切込みを、環状リング体を円周方向の軸線回りに回転させたときに、環状リング体の内周面となる面に設ける。

（４）上記（１）〜（３）項のいずれかにおいて、切込みを、外方または内方からの側面視において、環状リング体のリング中央における上下方向の軸線に対して傾斜させる。

（５）上記（１）〜（４）項のいずれかに記載のピストンリングを用いてなる流体吸排装置とする。

本発明によると、次のような効果を奏することができる。
請求項１記載の発明によると、高分子材料からなる環状リング体に、円周方向の軸線回りに回転させた状態において、環状リング体の内径を拡径可能とするための拡径手段を施してあるため、この拡径手段により拡径させて、ピストンリングをピストンに簡単かつ容易に嵌装することができるとともに、ピストンリングに合い口がなく、流体漏れを確実に防止することができるため、無給油式往復動圧縮機や真空ポンプにおけるピストンに使用した場合にも、十分なシール効果を得ることができる。

また、拡径手段を、環状リング体における上下面の少なくとも一方に、一方側の面から反対側の面に向けて貫通しない切込みを円周方向に複数設けることにより形成してあるため、環状リング体を、円周方向の軸線回りに回転させたときに、各切込みが円周方向に開かれ、これにより、環状リング体の内径を容易に拡径させることができる。

請求項２記載の発明によると、前項と同様な効果を得ることができる。

請求項３記載の発明によると、前項と同様な効果を得ることができる。

請求項４記載の発明によると、切込みを、環状リング体のリング中央における上下方向の軸線に対して傾斜させてあるため、ピストンの往復時に、ピストンリングが円周方向に回転し、シール効果を均一にすることができる。
また、各切込みを傾斜させてあるため、環状リング体を、円周方向の軸線回りに回転させたときに、各切込みの切込み深さが大きくなり、各切込みの円周方向の開きを大きくすることができ、これにより、ピストンリングの拡径幅を大きくすることができる。

請求項５記載の発明によると、環状リング体からなるピストンリングに、拡径可能な拡径手段が施されているため、この拡径手段により拡径させて、ピストンリングをピストンに簡単かつ容易に嵌装することができるとともに、ピストンリングに合い口がなく、流体漏れを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態におけるピストンリングを備えた流体吸排装置を示す縦断面図、図２は、図１の円Ｘ部における要部拡大縦断面図、図３は、本発明の第１実施形態におけるピストンリングを示す斜視図、図４は、同じく、円周方向の中心軸回りに９０°回転させたときの拡径状態を示す斜視図、図５（ａ）〜（ｄ）は、ピストンのリング溝へのピストンリングの嵌装手順を示す要部拡大縦断面図である。

なお、本発明の実施形態では、流体吸排装置として、無給油式往復動圧縮装置（以下、圧縮機という）を例にして説明する。

図１に示すように、圧縮機１は、密閉状のクランクケース２の上方に連設されている有頂のシリンダ３における頂壁上に、導入口４を有する吸気室５と、導出口６を有する吐気室７とが、隔壁８を介して、区画形成されている。

吸気室５と吐気室７とは、吸気ポート９と排気ポート１０をもってシリンダ３内にそれぞれ連通されており、これら吸気ポート９と排気ポート１０には、逆止弁１１、１２がそれぞれ設けられている。

クランクケース２内には、適宜の動力をもって駆動されるクランク軸１３と一体をなす駆動軸１４が、ベアリング１５、１５およびシール１６を介して枢支されている。

クランク軸１３には、ベアリング１７を介して、コネクティングロッド１８の一端１８ａが枢支されている。
コネクティングロッド１８の他端１８ｂには、シリンダ３内に往復動自在に嵌挿したピストン１９が枢支され、シリンダ３の頂壁とピストン１９の頂面１９ａとの間に圧縮室３ａを形成している。

図２に示すように、ピストン１９の外周面には、リング溝２０が刻設され、このリング溝２０には、シリンダ３の内壁に摺接するピストンリング２１が嵌装されている。

ピストンリング２１は、図３に示すように、ＰＴＦＥ樹脂等の高分子材料により成形された円周方向に対する垂直断面が矩形状の環状リング体からなり、この環状リング体には、上面２１ａに複数の第１切込み２２が、下面２１ｂに複数の第２切込み２３が、それぞれ円周方向に向けて交互に設けられている。

第１切込み２２は、環状リング体の上面２１ａから下面２１ｂに向けて、第２切込み２３は、下面２１ｂから上面２１ａ向けて、それぞれ貫通しないように、互いに平行に切り込まれている。
また、第１および第２切込み２２、２３は、外方または内方からの側面視において、環状リング体のリング中央における上下方向の軸線２４に対して傾斜させてある。

環状リング体は、図３に矢印Ａで示すように、上面２１ａに形成した第１切込み２２が外周面に位置し、下面２１ｂに形成した第２切込み２３が内周面に位置する（図４参照）ように、円周方向の軸線回りに９０°回転させた後に、リング中央から外方に向けて力を加えることにより、各切込み２２、２３が円周方向に開かれ、ピストンリング２１の内径が、図３に示す回転前の半径Ｒ１から、図４に示す回転後の半径Ｒ２に拡径（Ｒ１＜Ｒ２）しうるようになっている。

図５（ａ）〜（ｄ）は、ピストン１９のリング溝２０へのピストンリング２１の嵌装手順を示す要部拡大縦断面図である。

図５（ａ）に示すように、ピストン１９の頂面１９ａに、ピストンリング２１を配設する。
次いで、図５（ａ）の矢印Ｂに示すように、環状リング体を、円周方向の軸線回りに反時計方向に９０°回転させて、図５（ｂ）に示すように、上面２１ａが外周面に、下面２１ｂが内周面に位置するように回転させ、各切込み２２、２３が円周方向に開かれるようにする。
これにより、ピストンリング２１の内径を、図５（ａ）に示す回転前の半径Ｒ１から、回転後の半径Ｒ２に拡径させて、ピストン１９の外周面に嵌め込む。
この状態で、ピストンリング２１を、図５（ｂ）の矢印Ｃに示すように、ピストン１９の外周面に刻設したリング溝２０に向けて下降させる。
この場合、環状リング体を、円周方向に対する垂直断面を矩形状のものとしてあるため、環状リング体への切込み２２の形成を容易に行うことができるとともに、円周方向の軸線回りの回転操作を円滑に行わせることができる。

図５（ｃ）の矢印Ｄに示すように、ピストンリング２１がリング溝２０の近傍位置まで下降した時点で、環状リング体を、再び円周方向の軸線回りに反時計方向に９０°回転させて、図５（ｄ）に示すように、ピストンリング２１の内径が、元の半径Ｒ１に縮径されるように復元させて、リング溝２０内に嵌装させる。
この場合、環状リング体の１８０°の反転により、回転前の環状リング体の上面２１ａに位置する第１切込み２２は、回転後においては、環状リング体の下面に位置し、一方、回転前の環状リング体の下面２１ｂに位置する第２切込み２３は、回転後においては、環状リング体の上面に位置する。

なお、ピストン１９の外周面にピストンリング２１を嵌装する場合、予め環状リング体を円周方向の軸線回りに反時計回りに９０°回転させて拡径したピストンリング２１を、図５（ｂ）に示すように、直接ピストン１９の外周面に嵌合させて、リング溝２０の位置まで下降させ、その位置で、環状リング体を円周方向の軸線回りに時計方向に９０°回転させて、第１切込み２２が環状リング体の上面２１ａ、第２切込み２３が環状リング体の下面２１ｂの元の位置に復帰するように、縮径することにより、リング溝２０内に嵌装させてもよい。

各切込み２２、２３を、環状リング体のリング中央における上下方向の軸線２４に対して傾斜させてあるため、環状リング体を、円周方向の軸線回りに９０°回転させたときに、各切込み２２、２３の切込み深さが大きくなり、各切込み２２、２３の円周方向の開きを大きくすることができ、これにより、拡径幅を大きくすることができる。

図６は、本発明の第２実施形態におけるピストンリングを示す斜視図である。

図６に示すように、第２実施形態におけるピストンリング２５は、環状リング体の上下面に交互に切り込まれる第１切込み２６と第２切込み２７との向きを、第１実施形態のような円周方向に平行ではなく、交叉する方向に切り込まれている。
これにより、ピストンの往復動時におけるピストンリング２５の位置安定性を良好にすることができる。

図７は、本発明の第３実施形態におけるピストンリングを示す斜視図、図８は、同じく、拡径状態を示す斜視図である。

図７に示すように、第３実施形態におけるピストンリング２８は、環状リング体の外周面２８ａおよび内周面２８ｂに、一方側の面から反対側の面に向けて貫通しない第１切込み２９と第２切込み３０とを、円周方向に交互に切り込むことにより、拡径手段を形成している。

各切込み２９、３０は、上方からの平面視において、環状リング体のリング中央から径方向の軸線に対して傾斜させてある。

ピストンリング２８は、図７に矢印Ｅで示すように、環状リング体を径方向の外方に向けて引っ張ったときに、各切込み２９、３０が円周方向に開かれるようにして、引張り前の半径Ｒ１から、図８に示すように、引張り後の半径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）に拡径可能にしている。

この場合、各切込み２９、３０は、環状リング体の上面から下面に向けて貫通しており、この状態で、ピストンに嵌装すると、図１に示すように、圧縮機１の圧縮室３ａとクランクケース内とが連通するため、ピストンへの嵌装前に、各切込み２９、３０には、接着剤等の充填材(図示しない)が充填されるようになっている。

本発明の第１実施形態におけるピストンリングを備えた流体吸排装置を示す縦断面図である。 図１の円Ｘ部における要部拡大縦断面図である。 本発明の第１実施形態におけるピストンリングを示す斜視図である。 同じく、円周方向の中心軸回りに９０°回転させたときの拡径状態を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ピストンのリング溝へのピストンリングの嵌装手順を示す要部拡大縦断面図である。 本発明の第２実施形態におけるピストンリングを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態におけるピストンリングを示す斜視図である。 同じく、径方向の外方に向けて引っ張ったときの拡径状態を示す斜視図である。

１ 圧縮機
２ クランクケース
３ シリンダ
３ａ 圧縮室
４ 導入口
５ 吸気室
６ 導出口
７ 吐気室
８ 隔壁
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 逆止弁
１２ 逆止弁
１３ クランク軸
１４ 駆動軸
１５ ベアリング
１６ シール
１７ ベアリング
１８ コネクティングロッド
１９ ピストン
１９ａ 頂面
２０ リング溝
２１ ピストンリング
２１ａ 上面
２１ｂ 下面
２２ 第１切込み
２３ 第２切込み
２４ 軸線
２５ ピストンリング
２６ 第１切込み
２７ 第２切込み
２８ ピストンリング
２８ａ 外周面
２８ｂ 内周面
２９ 第１切込み
３０ 第２切込み

Claims (5)

1. 高分子材料からなる環状リング体に、円周方向の軸線回りに回転させた状態において、前記環状リング体の内径を拡径可能とするための拡径手段を施し、前記拡径手段を、前記環状リング体における上下面の少なくとも一方に、一方側の面から反対側の面に向けて貫通しない切込みを円周方向に複数設けることにより形成したことを特徴とする流体吸排装置用のピストンリング。
2. 切込みを、環状リング体を円周方向の軸線回りに回転させたときに、環状リング体の外周面となる面に設けた請求項１記載の流体吸排装置用のピストンリング。
3. 切込みを、環状リング体を円周方向の軸線回りに回転させたときに、環状リング体の内周面となる面に設けた請求項１記載の流体吸排装置用のピストンリング。
4. 切込みを、外方または内方からの側面視において、環状リング体のリング中央における上下方向の軸線に対して傾斜させた請求項１〜３のいずれかに記載の流体吸排装置用のピストンリング。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のピストンリングを用いてなることを特徴とする流体吸排装置。

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