JPH08326914A - Piston of hot gas machine - Google Patents
Piston of hot gas machineInfo
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- JPH08326914A JPH08326914A JP7736196A JP7736196A JPH08326914A JP H08326914 A JPH08326914 A JP H08326914A JP 7736196 A JP7736196 A JP 7736196A JP 7736196 A JP7736196 A JP 7736196A JP H08326914 A JPH08326914 A JP H08326914A
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- piston
- resin
- cylinder
- resin coating
- coating
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2253/00—Seals
- F02G2253/02—Reciprocating piston seals
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリングエン
ジン、スターリングサイクル式冷凍機、スターリングサ
イクル式ヒートポンプ等の熱ガス機械におけるピストン
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piston in a hot gas machine such as a Stirling engine, a Stirling cycle refrigerator, a Stirling cycle heat pump, and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】代表的な熱ガス機械であるスターリング
エンジンは、シリンダ内に封入した水素、ヘリウム等の
作動ガスを、外部から加熱・冷却することにより膨張・
収縮させ、これにより、シリンダ内のピストンを往復作
動させて、出力を発生させる外燃機関である。2. Description of the Related Art A Stirling engine, which is a typical hot gas machine, expands a working gas such as hydrogen and helium enclosed in a cylinder by externally heating and cooling it.
It is an external combustion engine that contracts and thereby reciprocates the piston in the cylinder to generate output.
【０００３】ところで、スターリングエンジンにおいて
は、シリンダ内の膨張・圧縮両作動空間に潤滑油が混入
すると、ヒータ、再生器、クーラからなる熱交換器が潤
滑油によって汚染され、熱交換効率が著しく低下するの
で、ピストン・シリンダ間を潤滑油で潤滑することはで
きない。そのため、従来は、ピストンとシリンダとの直
接接触を防ぐため、ピストンの外周に樹脂製のウェアリ
ングを装着したり（実開昭５７−３０３５１号等）、あ
るいは、シリンダを自己潤滑性金属で形成していた（実
開昭６２−１２２１５７号）。In the Stirling engine, when lubricating oil is mixed in both the expansion and compression working spaces in the cylinder, the heat exchanger consisting of the heater, the regenerator and the cooler is contaminated with the lubricating oil, and the heat exchange efficiency is significantly lowered. Therefore, it is not possible to lubricate between the piston and the cylinder with lubricating oil. Therefore, conventionally, in order to prevent the direct contact between the piston and the cylinder, a wear ring made of resin is attached to the outer circumference of the piston (No. 57-30351, U.S.A. I was doing (Actual No. 62-122157).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、樹脂製のウェ
アリングを装着した構成では、シリンダの内周面との摺
動によるウェアリングの摩耗が避けられず、定期的な交
換が必要になる。また、シリンダを自己潤滑性金属で形
成した構成は、コスト面で不利である。However, in the structure in which the resin wear ring is mounted, wear of the wear ring due to sliding with the inner peripheral surface of the cylinder is unavoidable, and periodical replacement is required. Further, the structure in which the cylinder is made of self-lubricating metal is disadvantageous in terms of cost.
【０００５】本発明は、上記従来構成の問題点に鑑み、
ピストンの長寿命化（メインテナンスフリー化）、低コ
スト化を図ることをその目的とする。The present invention has been made in view of the above problems of the conventional structure.
Its purpose is to extend the life of the piston (maintenance-free) and reduce the cost.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、ピストンの少
なくとも外周面に自己潤滑性樹脂からなる樹脂被膜を形
成した。According to the present invention, a resin coating made of a self-lubricating resin is formed on at least the outer peripheral surface of a piston.
【０００７】樹脂被膜は、ピストンの外周面から両端面
にかけて連続した被膜とすると良い。The resin coating is preferably a continuous coating from the outer peripheral surface of the piston to both end surfaces.
【０００８】また、樹脂被膜はフッ素系樹脂で形成する
と良い。Further, it is preferable that the resin film is formed of a fluorine resin.
【０００９】[0009]
【発明の実施形態】以下、本発明をスターリングエンジ
ンのピストンに適用した実施例について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments in which the present invention is applied to a piston of a Stirling engine will be described below.
【００１０】図１は、スターリングエンジンの動力ピス
トン部を示しており、ピストン１が、シリンダ２の内周
に微小なピストンクリアランスＳをもって往復移動自在
に収容されている。同図で左側に形成される作動空間が
圧縮室２ａ、右側に形成される作動空間がバッファ室２
ｂである。ピストン１はアルミ合金等の金属材料からな
り、その外表面に自己潤滑性樹脂からなる樹脂被膜３を
備えている。この樹脂被膜３は、無潤滑下、ピストン１
とシリンダ２との直接接触を回避し、ピストン１の円滑
な往復移動を可能にする。また、ピストン１の外周面１
ｂには例えば２つの環状溝１ａが形成され、これら環状
溝１ａに、ゴム材（例えばＥＰＤＭ等のジエン系ゴム、
ＮＢＲ等）などの弾性体からなるＯリング４を介してピ
ストンリング５が嵌着されている。これらピストンリン
グ５は、シリンダ２の内周面に摺接し、ピストン１の外
周面１ｂとシリンダ２の内周面との間をシールする。FIG. 1 shows a power piston portion of a Stirling engine. A piston 1 is reciprocally housed in a cylinder 2 with a minute piston clearance S. In the figure, the working space formed on the left side is the compression chamber 2a, and the working space formed on the right side is the buffer chamber 2.
b. The piston 1 is made of a metal material such as an aluminum alloy and has a resin coating 3 made of a self-lubricating resin on its outer surface. This resin coating 3 is provided on the piston 1 without lubrication.
It avoids direct contact with the cylinder 2 and enables smooth reciprocating movement of the piston 1. Also, the outer peripheral surface 1 of the piston 1
For example, two annular grooves 1a are formed in b, and a rubber material (for example, a diene rubber such as EPDM,
A piston ring 5 is fitted through an O-ring 4 made of an elastic material such as NBR. These piston rings 5 are in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 2 and seal between the outer peripheral surface 1b of the piston 1 and the inner peripheral surface of the cylinder 2.
【００１１】シールリング５の内側に位置するＯリング
４は、適度な弾性を有するゴム製のもので、例えば、天
然系ゴム、スチレンブタジエン系ゴム、ブチル系ゴム、
エチレンプロピレン系ゴム、クロロプレン系ゴム、ニト
リル系ゴム、ウレタン系ゴム、エピクロロヒドリン系ゴ
ム、アクリル系ゴム、シリコン系ゴムやフッ素系ゴム等
が好適で、特に、耐熱性、耐油性の点からアクリル／ジ
エン系ゴムが好ましいと考えられる。また、ゴムの弾性
は、ゴム硬度（Ｈｓ）で約６０〜１００、好ましくは、
約７０〜９０のものであれば、適度な弾性力が得られて
好適である。The O-ring 4 located inside the seal ring 5 is made of rubber having appropriate elasticity, and includes, for example, natural rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber,
Ethylene propylene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, acrylic rubber, silicone rubber, fluorine rubber, etc. are suitable, especially from the viewpoint of heat resistance and oil resistance. Acrylic / diene rubber is considered to be preferred. The elasticity of rubber is about 60 to 100 in rubber hardness (Hs), preferably
If it is about 70 to 90, an appropriate elastic force can be obtained, which is preferable.
【００１２】この実施例において、樹脂被膜３は、ピス
トン１の環状溝１ａを含む外周面１ｂから両端面１ｃに
かけて連続した被膜である。樹脂被膜３は、少なくとも
外周面１ｂに形成すれば良いが、この実施例のように、
環状溝１ａを含む外周面１ｂから両端面１ｃにかけて連
続した被膜とすることにより、特に摺動時の剪断力に対
して高い耐剥離性が得られる。また、ピストン１の往復
作動によりピストンリング５やＯリング４に加わる衝撃
力が、環状溝１ａの入口角部や側壁に付着した被膜部分
によって幾分緩和され、これら部材の耐久性向上にもつ
ながる。尚、同図には動力ピストン部を示してあるが、
送気ピストン部も同様の構成である。In this embodiment, the resin coating 3 is a coating continuous from the outer peripheral surface 1b including the annular groove 1a of the piston 1 to both end surfaces 1c. The resin coating 3 may be formed on at least the outer peripheral surface 1b, but as in this embodiment,
By forming a continuous coating from the outer peripheral surface 1b including the annular groove 1a to both end surfaces 1c, high peeling resistance can be obtained especially against shearing force during sliding. In addition, the impact force applied to the piston ring 5 and the O-ring 4 due to the reciprocating operation of the piston 1 is somewhat eased by the coating corners of the annular groove 1a and the side wall, and the durability of these members is improved. . Although the power piston is shown in the figure,
The air supply piston portion has the same structure.
【００１３】ところで、ピストン１の外表面に形成され
る樹脂被膜３には良好な潤滑性、耐熱性、適度な弾性、
回復力（圧縮強さ）等の特性が求められるため、樹脂被
膜３の材質は、これらの要求特性を考慮して選択する必
要がある。これらの要求特性を備えた樹脂としては、例
えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、
テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン
−ヘキサプロロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラ
フロオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポ
リクロロトリフロロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリ
ビニルフルオライド樹脂（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂等が
挙げられ、その中でも、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、Ｅ
ＴＦＥが特に望ましい。ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、Ｅ
ＴＦＥの代表的な物性を下記に示す。By the way, the resin coating 3 formed on the outer surface of the piston 1 has good lubricity, heat resistance, and appropriate elasticity.
Since properties such as resilience (compressive strength) are required, it is necessary to select the material of the resin film 3 in consideration of these required properties. Examples of the resin having these required characteristics include polytetrafluoroethylene resin (PTFE),
Tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexaprolopropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene resin (PCTFE) ), Fluororesins such as polyvinyl fluoride resin (PVF), and the like, and among them, PTFE, PFA, FEP, E
TFE is especially desirable. PTFE, FEP, PFA, E
The typical physical properties of TFE are shown below.
【００１４】 ＰＴＦＥ 伸び（％）：２００〜４００ 圧縮強さ（ｋｇｆ／ｍｍ2）：１２０ 曲げ弾性率（１０3×ｋｇｆ／ｍｍ2）：５．６ ショアーかたさ：Ｄ５０〜６５ 最高使用温度（°Ｃ）：２６０ ＦＥＰ 伸び（％）：２５０〜３３０ 圧縮強さ（ｋｇｆ／ｍｍ2）：１５５ 曲げ弾性率（１０3×ｋｇｆ／ｍｍ2）：６．６ ショアーかたさ：Ｄ５５〜６５ 最高使用温度（°Ｃ）：２００ ＰＦＡ 伸び（％）：２８０〜３００ 圧縮強さ（ｋｇｆ／ｍｍ2）：１７０ 曲げ弾性率（１０3×ｋｇｆ／ｍｍ2）：６．６〜８．４ ショアーかたさ：Ｄ６０〜６４ 最高使用温度（°Ｃ）：２６０ ＥＴＦＥ 伸び（％）：１００〜４７０ 圧縮強さ（ｋｇｆ／ｍｍ2）：５００ 曲げ弾性率（１０3×ｋｇｆ／ｍｍ2）：９〜１４ ショアーかたさ：Ｄ７０〜８０（平均Ｄ７５） 最高使用温度（°Ｃ）：１５０〜１８０ 融点（°Ｃ）：２６０〜２７０ 上記程度の伸び、圧縮強さ、曲げ弾性率、かたさ、温度
特性等の範囲の樹脂被膜であれば、熱ガス機械のピスト
ン一般に要求される適度な被膜の強度、かたさ、運転温
度等に適応でき、また、耐摩耗性、摺動特性を改善でき
る。PTFE elongation (%): 200 to 400 Compressive strength (kgf / mm 2 ): 120 Flexural modulus (10 3 × kgf / mm 2 ): 5.6 Shore hardness: D50 to 65 Maximum operating temperature (°) C): 260 FEP Elongation (%): 250 to 330 Compressive strength (kgf / mm 2 ): 155 Flexural modulus (10 3 × kgf / mm 2 ): 6.6 Shore hardness: D 55 to 65 Maximum operating temperature ( ° C): 200 PFA Elongation (%): 280-300 Compressive strength (kgf / mm 2 ): 170 Flexural modulus (10 3 × kgf / mm 2 ): 6.6-8.4 Shore hardness: D60- 64 Maximum operating temperature (° C): 260 ETFE Elongation (%): 100 to 470 Compressive strength (kgf / mm 2 ): 500 Bending elastic modulus (10 3 × kgf / mm 2 ): 9 to 14 Shore hardness: D70 ~ 80 (Average D75) Maximum operating temperature (° C): 150 to 180 Melting point (° C): 260 to 270 A resin film in the above range of elongation, compressive strength, flexural modulus, hardness, temperature characteristics, etc. If so, it is possible to adapt to appropriate strength, hardness, operating temperature, etc. of a coating generally required for a piston of a hot gas machine, and improve wear resistance and sliding characteristics.
【００１５】上記フッ素樹脂は、潤滑性、耐熱性等の特
性を改善するため、２種類以上を適宜混合しても良い。
また、強度などを高めるため、上記樹脂に適度にガラス
繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウム繊維等の無機繊
維、アラミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維、タ
ルク、マイカ、グラファイト、ガラスフレーク、カーボ
ン、炭酸カルシウム、二硫化モリブデン等の無機充填材
を充填しても良い。さらに、母材への付着性をさらに高
めるため、バインダー樹脂として、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフ
ェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の
熱可塑性樹脂を配合しても良い。上記のような充填材、
バインダー樹脂は、例えば、約５〜５０重量部程度、好
ましくは、約５〜２５重量部程度を、約５〜１５重量部
毎の範囲で２種以上を適宜配合しても良い。尚、上記フ
ッ素樹脂を２種以上混合する場合の混合割合も、ここに
例示した配合割合に準じて決めると良い。Two or more kinds of the above fluororesins may be appropriately mixed in order to improve properties such as lubricity and heat resistance.
Further, in order to increase the strength and the like, glass fibers, carbon fibers, inorganic fibers such as potassium titanate fibers, organic fibers such as aramid fibers and polyester fibers, talc, mica, graphite, glass flakes, carbon and carbonic acid are appropriately added to the above resins. You may fill with inorganic fillers, such as calcium and molybdenum disulfide. Furthermore, in order to further improve the adhesion to the base material, as the binder resin, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or a polyimide resin, a polyphenylene sulfide resin, or a thermoplastic resin such as a polyamideimide resin may be blended. . Fillers as above,
For the binder resin, for example, about 5 to 50 parts by weight, preferably about 5 to 25 parts by weight, and two or more kinds may be appropriately blended in the range of about 5 to 15 parts by weight. The mixing ratio when two or more of the above fluororesins are mixed may be determined according to the mixing ratio illustrated here.
【００１６】樹脂被膜３の材質として、その他の自己潤
滑性樹脂、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
（ＰＥＥＫ）等のケトン系樹脂、芳香族ポリエステル樹
脂、ポリイミド系樹脂（ＰＩ）、ポリアミドイミド樹脂
（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）等を用
いても良く、さらに、これら合成樹脂に上記の充填材や
バインダー樹脂を配合しても良い。As the material of the resin coating 3, other self-lubricating resin, for example, ketone type resin such as polyether ether ketone resin (PEEK), aromatic polyester resin, polyimide type resin (PI), polyamide imide resin (PAI). ), Polyetherimide resin (PEI), etc., and the above-mentioned filler and binder resin may be mixed with these synthetic resins.
【００１７】樹脂被膜３の膜厚は０．５ｍｍ〜１．５ｍ
ｍ程度であるのが望ましく、また、コーティング方法と
しては静電粉体塗装法、誘導塗装法、流動浸漬法、スプ
レー塗装法、ハケ塗り法等の種々の公知の方法を採用す
ることができる。あるいは、上記の自己潤滑性樹脂から
なる収縮チューブ（ＰＴＦＥチューブ、ＰＦＡチュー
ブ、ＦＥＰチューブ、ＥＴＦＥチューブ等、肉厚０．５
ｍｍ〜１．５ｍｍ程度）にピストン１を収納したのち加
熱処理することにより、収縮チューブを熱収縮させてピ
ストン１の外表面に付着させても良い。収縮チューブは
一定肉厚を有するため、これが収縮付着して形成される
樹脂被膜３は均一かつ一定の膜厚を有し、膜厚調整のた
めの後加工は一切不要である。また、ピストンリング５
を嵌着する環状溝１ａの壁面にも隙間なく樹脂被膜３を
形成することができる。さらに、スプレー塗装、静電塗
装等を採用する場合に比べ、コーティング材の歩留まり
率がきわめて高い。上記収縮チューブの加熱処理温度
は、チューブ材質を考慮して適宜決定すれば良いが、例
えばＰＴＦＥチューブの場合は約３３０°Ｃ前後、ＦＥ
Ｐチューブの場合は約１２０°Ｃ前後、ＰＦＡチューブ
の場合は約１４０°Ｃ前後とするのが良い。また、上記
加熱処理温度に達するまでの昇温過程を段階的なものと
し（数段階に分ける）、各段階ごとに所定温度で所定時
間加熱しながら、徐々に上記加熱処理温度まで昇温させ
てゆくことにより、バインダー樹脂のキュアが徐々に確
実に進行し、均一な密着強度を有する樹脂被膜を形成す
ることができる。さらに、加熱処理後の冷却は、上記の
昇温過程と逆の段階的な過程を経て行なうか、あるい
は、徐々に時間をかけて連続的に冷却すると良い。この
ような徐冷を行なうことにより、樹脂被膜３とピストン
１とが互いに均一に精度よく収縮し、精度の高いピスト
ン１を提供することができる。The film thickness of the resin coating 3 is 0.5 mm to 1.5 m.
It is preferably about m, and as the coating method, various known methods such as an electrostatic powder coating method, an induction coating method, a fluidized dipping method, a spray coating method, and a brush coating method can be adopted. Alternatively, a shrink tube made of the above self-lubricating resin (PTFE tube, PFA tube, FEP tube, ETFE tube, etc., with a wall thickness of 0.5
mm-1.5 mm), the shrink tube may be heat-shrinked and attached to the outer surface of the piston 1 by heat-treating the piston 1. Since the shrinkable tube has a constant thickness, the resin coating 3 formed by shrinking and adhering the shrinkable tube has a uniform and constant film thickness, and no post-processing for adjusting the film thickness is required. Also, the piston ring 5
It is possible to form the resin coating film 3 on the wall surface of the annular groove 1a into which is fitted without any gap. Further, the yield rate of the coating material is extremely high as compared with the case of adopting spray coating, electrostatic coating or the like. The heat treatment temperature of the shrinkable tube may be appropriately determined in consideration of the tube material. For example, in the case of a PTFE tube, it is about 330 ° C.
It is preferable that the temperature is around 120 ° C for the P tube and around 140 ° C for the PFA tube. In addition, the temperature rising process until reaching the heat treatment temperature is stepwise (divided into several steps), and each step is gradually heated to the heat treatment temperature while heating at a predetermined temperature for a predetermined time. By this, curing of the binder resin gradually and surely progresses, and a resin film having a uniform adhesion strength can be formed. Further, the cooling after the heat treatment may be performed through a stepwise process that is the reverse of the above-described temperature raising process, or may be continuously cooled gradually over time. By performing such slow cooling, the resin coating 3 and the piston 1 contract uniformly and accurately with each other, and the piston 1 with high accuracy can be provided.
【００１８】尚、樹脂被膜３の下地となるピストン１の
外表面、すなわち外周面１ｂおよび両端面１ｃにショッ
トブラスト（ショットピーニング）等の下地処理を施
し、表面の粗さを適度に粗くしておくことにより、樹脂
被膜３の外表面への付着性をさらに高めることができ
る。ショットブラスト等の他、硝酸や硫酸等の処理液を
用いて外表面を化学処理しても良い。The outer surface of the piston 1, which is the base of the resin coating 3, that is, the outer peripheral surface 1b and both end surfaces 1c, is subjected to a base treatment such as shot blasting (shot peening) to appropriately roughen the surface. By setting it, the adhesion of the resin coating 3 to the outer surface can be further enhanced. In addition to shot blasting or the like, the outer surface may be chemically treated using a treatment liquid such as nitric acid or sulfuric acid.
【００１９】ピストンクリアランスＳは小さい程、特に
騒音低減に有効であるが、樹脂被膜３の熱膨張係数は一
般に大きいので、実用時に大幅な温度上昇が予想される
本実施例の用途では、ピストン１の外径（樹脂被膜３の
外径）を高精度で最適値に管理することは容易ではな
い。そこで、樹脂被膜３の仕上げ外径を上記最適値より
若干大きくしておき（静電粉体塗装法等で樹脂被膜３を
形成する場合は、切削等の後加工により膜厚調整する。
収縮チューブで樹脂被膜３を形成する場合は、使用する
収縮チューブの肉厚を若干大きくする。）、慣らし運転
を実施すると、良好な結果を得ることができる。The smaller the piston clearance S is, the more effective the noise reduction is, but since the thermal expansion coefficient of the resin coating 3 is generally large, the piston 1 is used in the application of this embodiment in which a large temperature rise is expected in practical use. It is not easy to control the outer diameter of (the outer diameter of the resin coating 3) to an optimum value with high accuracy. Therefore, the finishing outer diameter of the resin coating 3 is made slightly larger than the optimum value (when the resin coating 3 is formed by the electrostatic powder coating method or the like, the film thickness is adjusted by post-processing such as cutting.
When forming the resin film 3 with a shrink tube, the thickness of the shrink tube used is slightly increased. ), Good results can be obtained by performing a break-in operation.
【００２０】ピストンリング５はステンレス等の金属材
で形成しても良いが、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
（ＰＥＥＫ）等のケトン系樹脂、その他の自己潤滑性樹
脂で形成すると、摩耗低減等を図る上で有利である。The piston ring 5 may be formed of a metal material such as stainless steel, but if it is formed of a ketone resin such as polyetheretherketone resin (PEEK) or other self-lubricating resin, it reduces wear and the like. Is advantageous.
【００２１】また、相互に摺動する被覆体の外周面、あ
るいはシリンダ等のケースの内周面の表面形状・粗さ
は、Ｒｍａｘ、Ｒａ、Ｒｚ等のＪＩＳで定義された評価
法によって、約３〜２５μｍ以下であり、好ましくは約
８μｍ以下、より好ましくは約３．２μｍ以下である。
これは、表面粗さが前記所定範囲を超えると、摺動面に
傷が多くつくようになり、摩擦発生の原因になると考え
られることによる。尚、表面粗さの下限値は、加工時の
効率性も考慮して約０．１μｍ程度以上であれば良い。The surface shape / roughness of the outer peripheral surface of the sliding body which slides with respect to each other or the inner peripheral surface of the case such as a cylinder is approximately determined by an evaluation method defined by JIS such as Rmax, Ra and Rz. It is 3 to 25 μm or less, preferably about 8 μm or less, and more preferably about 3.2 μm or less.
This is because when the surface roughness exceeds the predetermined range, the sliding surface is often scratched, which is considered to cause friction. The lower limit of the surface roughness may be about 0.1 μm or more in consideration of processing efficiency.
【００２２】但し、被覆体の外周面、あるいはシリンダ
等のケースの内周面の表面仕上げ加工などの工程に長時
間を要するので、効率的でないことや樹脂材の転移膜の
形成に影響される可能性もあるため、摩耗に影響されな
いような仕様や条件であれば、約３〜８μｍ程度の範囲
以下としても良いと推定される。However, since it takes a long time to finish the outer peripheral surface of the cover or the inner peripheral surface of the case such as a cylinder, it is not efficient and is affected by the formation of a transfer film of the resin material. Since there is a possibility of this, it is estimated that the range may be about 3 to 8 μm or less if the specifications and conditions are not affected by wear.
【００２３】また、熱処理温度は、樹脂材や、また、粉
体塗装法、チューブの熱収縮による方法等にもよるが、
樹脂材の融点よりも１５０〜２００°Ｃ程度の低い温度
（下限値）から、樹脂材の融点よりも１０〜５０°Ｃ程
度、安全をみて融点よりも３〜３０°Ｃ程度の高い温度
（上限値）までの範囲内で行なえば良い。熱処理温度が
低すぎると、樹脂材が軟化し難いので、樹脂被膜が被膜
対象物の形状のように忠実に付着し難い。一方、樹脂被
膜材がほとんど溶融してしまうほど高い温度では、樹脂
材は溶融流動してしまい、所望の樹脂被膜とはなりにく
い。ＰＴＦＥのように３４０〜３８０°Ｃの溶融粘度が
１０11〜１０12ポイズのような、溶融粘度の高いフッ素
系樹脂の場合は、容易には溶融し難く、チューブは熱に
耐える。また、粉体塗装の場合は、樹脂材を融点以上に
上げる必要がある。そのような場合、上記熱処理温度の
下限値を融点と設定して熱処理すれば良い。The heat treatment temperature depends on the resin material, the powder coating method, the method of heat shrinking the tube, etc.
From a lower temperature (lower limit value) of about 150 to 200 ° C than the melting point of the resin material, a temperature of about 10 to 50 ° C than the melting point of the resin material, and a temperature of about 3 to 30 ° C higher than the melting point for safety ( It may be performed within the range up to the upper limit). If the heat treatment temperature is too low, the resin material is less likely to soften, and thus the resin coating is unlikely to adhere faithfully like the shape of the object to be coated. On the other hand, at a temperature so high that the resin coating material is almost melted, the resin material melts and flows, and it is difficult to form a desired resin coating film. In the case of a fluororesin having a high melt viscosity such as PTFE having a melt viscosity of 340 to 380 ° C. of 10 11 to 10 12 poise, it is difficult for the resin to melt easily, and the tube withstands heat. Further, in the case of powder coating, it is necessary to raise the resin material to the melting point or higher. In such a case, the lower limit of the heat treatment temperature may be set as the melting point for heat treatment.
【００２４】尚、本発明はスターリングエンジンの他、
スターリングサイクル式冷凍機、スターリングサイクル
式ヒートポンプ等の熱ガス機械一般におけるピストンに
適用可能である。In addition to the Stirling engine, the present invention
It can be applied to pistons in general hot gas machines such as Stirling cycle refrigerators and Stirling cycle heat pumps.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明は、以下に挙げる特有の効果を有
する。 （１）少なくとも外周面に形成された自己潤滑性樹脂か
らなる樹脂被膜によって、ピストン母材とシリンダとの
直接接触が回避され、かつ、無潤滑下において、ピスト
ンの円滑な往復移動が確保される。 （２）少なくとも外周面に形成された樹脂被膜は、従来
の樹脂製ウェアリングに比べ、シリンダとの摺動接触面
積が大きく、摺動時の剪断応力が緩和されるので、摩耗
が少なく長寿命である。 （３）シリンダを自己潤滑性金属で形成する場合に比
べ、低コストである。 （４）樹脂被膜をピストンの外周面から両端面にかけて
連続した被膜とすることにより、特に摺動時の剪断力に
対して高い耐剥離性が得られる。また、ピストンの往復
移動に伴うピストンリングやＯリングと、これらが装着
されるリング溝の側壁との衝撃等が緩和され、これら部
材の長寿命化にもつながる。 （５）樹脂被膜をフッ素系樹脂で形成することにより、
潤滑性、耐熱性、適度な弾性、回復力（圧縮強さ）等に
優れた被膜を得ることができる。 （６）以上の効果により、本発明は、熱ガス機械の長寿
命化（メインテナンスフリー化）、低コスト化に寄与す
ると共に、高効率化、低騒音化にも寄与する。The present invention has the following unique effects. (1) The resin coating made of a self-lubricating resin formed on at least the outer peripheral surface avoids direct contact between the piston base material and the cylinder, and ensures smooth reciprocating movement of the piston without lubrication. . (2) The resin coating formed on at least the outer peripheral surface has a larger sliding contact area with the cylinder than conventional resin wear rings, and shear stress during sliding is relieved, resulting in less wear and a longer service life. Is. (3) The cost is lower than when the cylinder is made of self-lubricating metal. (4) By forming the resin coating as a continuous coating from the outer peripheral surface to both end surfaces of the piston, high peeling resistance can be obtained especially against shearing force during sliding. In addition, the impact of the reciprocating movement of the piston between the piston ring and the O-ring and the side wall of the ring groove in which they are mounted is mitigated, leading to a longer life of these members. (5) By forming the resin coating with a fluororesin,
It is possible to obtain a coating film having excellent lubricity, heat resistance, appropriate elasticity and recovery force (compressive strength). (6) Due to the above effects, the present invention contributes to a long service life (maintenance-free) and cost reduction of the hot gas machine, as well as to high efficiency and low noise.
【図１】本発明の実施例に係わるピストン周辺部の断面
図（図ａ）、図ａにおけるＢ部の拡大断面図（図ｂ）、
図ａにおけるＣ部の拡大断面図（図ｃ）、図ａにおける
Ｄ部の拡大断面図（図ｄ）である。FIG. 1 is a sectional view of a peripheral portion of a piston (FIG. A) according to an embodiment of the present invention, an enlarged sectional view of a B portion in FIG.
It is an enlarged sectional view of the C section in FIG. A (FIG. C), and an enlarged sectional view of the D section in FIG. A (FIG. D).
１ ピストン １ｂ 外周面 １ｃ 端面 ２ シリンダ ３ 樹脂被膜 1 Piston 1b Outer peripheral surface 1c End surface 2 Cylinder 3 Resin coating
Claims (3)
動する熱ガス機械のピストンにおいて、少なくとも外周
面に自己潤滑性樹脂からなる樹脂被膜を有することを特
徴とする熱ガス機械のピストン。1. A piston of a hot gas machine that reciprocates in a cylinder containing a working gas, characterized in that at least an outer peripheral surface of the piston has a resin coating made of a self-lubricating resin.
続した被膜であることを特徴とする請求項１の熱ガス機
械のピストン。2. The piston for a hot gas machine according to claim 1, wherein the resin coating is a coating continuous from the outer peripheral surface to both end surfaces.
特徴とする請求項１又は２の熱ガス機械のピストン。3. The piston for a hot gas machine according to claim 1, wherein the resin coating is made of a fluororesin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7736196A JPH08326914A (en) | 1995-03-31 | 1996-03-29 | Piston of hot gas machine |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-76976 | 1995-03-31 | ||
| JP7697695 | 1995-03-31 | ||
| JP7736196A JPH08326914A (en) | 1995-03-31 | 1996-03-29 | Piston of hot gas machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08326914A true JPH08326914A (en) | 1996-12-10 |
Family
ID=26418082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7736196A Pending JPH08326914A (en) | 1995-03-31 | 1996-03-29 | Piston of hot gas machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08326914A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8739684B2 (en) | 2010-05-19 | 2014-06-03 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure apparatus |
| US9127771B2 (en) | 2010-05-19 | 2015-09-08 | Smc Kabushiki Kaisha | Fluid pressure apparatus |
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| CN114211805A (en) * | 2021-12-15 | 2022-03-22 | 宜兴市宙斯泵业有限公司 | Miniaturized spinning type wet material squeezing machine |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP7736196A patent/JPH08326914A/en active Pending
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