JP2000283043A

JP2000283043A - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP2000283043A
Application number: JP8462599A
Authority: JP
Inventors: Yoshie Sakai; 佳恵酒井
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP4181687B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はピストンの外周溝に装着されるライ
ダリングとシリンダ内壁との耐久性の向上を図ることを
課題とする。【解決手段】往復動型空気圧縮機１０は、無給油式の
空気圧縮機である。シリンダ１２は、アルミニウム合金
鋳物が銅を含むアルミニウム合金ダイカストにより形成
されている。また、ライダリング２５は、球状炭素及び
樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂により形成されて
おり、シリンダ１２の内壁を摺動する際の摺動抵抗を減
少させると共に、シリンダ１２の内壁を摩耗させないよ
うに形成する必要がある。シリンダ１２の内壁には、陽
極酸化処理によるアルミニウム合金の表面硬度を高める
皮膜１２ｂが１０〜３０μｍの膜厚で形成される。従っ
て、皮膜１２ｂを薄くできるので、陽極酸化処理の加工
コストを安価に抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気圧縮機に係り、
特にピストンの外周溝に装着されるライダリングとシリ
ンダ内壁との耐久性の向上を図るように構成した空気圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮機としては、ピストンの往復運
動により空気の吸い込み、圧縮、吐出を行う往復動圧縮
機がある。この種の往復動圧縮機は、アルミニウム合金
により形成されたシリンダと、シリンダ内を往復動する
ピストンと、吸込通路及び吐出通路を有するシリンダヘ
ッドと、シリンダとシリンダヘッドとの間に介在する弁
座部材とを有する。

【０００３】また、ピストンが往復動するシリンダの内
壁には、アルミニウム合金の表面硬度を高める陽極酸化
処理による皮膜が形成されている。このシリンダの内壁
に被覆される皮膜は、膜厚が５０〜７０μｍとなるよう
に陽極酸化処理が行なわれる。また、弁座部材は、平板
状に形成されており、吸込通路に連通される吸込ポー
ト、及び吐出通路に連通される吐出ポートが設けられて
いる。弁座部材の下面側には、吸込ポートを開閉するた
めの吸込弁座と、ピストンの往復動作に応じて吸込弁座
に離着座する吸込弁板が取り付けられている。

【０００４】また、弁座部材の上面側には、吐出ポート
を開閉するための吐出弁座と、ピストンの往復動作に応
じて吐出弁座に離着座する吐出弁板が取り付けられてい
る。そして、無給油式の空気圧縮機では、ピストンの外
周溝にピストンリングより幅広形状のライダリングが装
着されており、このライダリングがシリンダ内壁を摺動
することによりシリンダ内のピストンが滑動することが
できる。

【０００５】ライダリングは、四フッ化エチレン樹脂等
の低摩擦材によりリング状に形成されており、シリンダ
内壁を摺動することにより、ピストン及びシリンダ内壁
の摩耗を減少させると共に、ピストンの傾きも防止して
いる。尚、従来のライダリングの材質としては、例えば
炭素繊維１０％を含む四フッ化エチレン樹脂、または炭
素繊維５％、グラファイト１５％を含む四フッ化エチレ
ン樹脂が用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気圧縮機で
は、アルミニウム合金製のシリンダ内壁が摩耗しやすい
ので、摩耗を防止するためシリンダ内壁には陽極酸化処
理が施されている。ところが、従来は、ライダリングに
炭素繊維１０％を含む四フッ化エチレン樹脂または炭素
繊維５％、グラファイト１５％を含む四フッ化エチレン
樹脂を使用しているため、シリンダ内壁の表面硬度を確
保するため、シリンダ内壁に形成される皮膜の膜厚が５
０〜７０μｍとなるように陽極酸化処理を行なう必要が
あり、陽極酸化処理によるコスト高を招くといった問題
がある。

【０００７】そこで、本発明は上記問題を解決した空気
圧縮機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
記載の発明は、アルミニウム合金により形成され、内壁
が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往復
動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、前
記シリンダの内壁を摺動するライダリングと、を有する
空気圧縮機において、前記ライダリングは、球状炭素を
含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴と
するものである。

【０００９】従って、上記請求項１記載の発明によれ
ば、ライダリングが球状炭素を含む四フッ化エチレン樹
脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリン
ダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄く
してコストを安価に抑えることができる。また、請求項
２記載の発明は、アルミニウム合金により形成され、内
壁が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往
復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、
前記シリンダの内壁を摺動するライダリングと、を有す
る空気圧縮機において、前記ライダリングは、樹脂粉末
を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴
とするものである。

【００１０】従って、上記請求項２記載の発明によれ
ば、ライダリングが樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹
脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシリン
ダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を薄く
してコストを安価に抑えることができる。また、請求項
３記載の発明は、アルミニウム合金により形成され、内
壁が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往
復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、
前記シリンダの内壁を摺動するライダリングと、を有す
る空気圧縮機において、前記ライダリングは、球状炭素
及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からな
ることを特徴とするものである。

【００１１】従って、上記請求項３記載の発明によれ
ば、ライダリングが球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ
化エチレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動
に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理によ
る皮膜を薄くしてコストを安価に抑えることができる。
また、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３記載
の空気圧縮機であって、前記ライダリングは、１０〜３
０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン
樹脂複合材からなることを特徴とするものである。

【００１２】従って、上記請求項４記載の発明によれ
ば、ライダリングが１０〜３０％の球状炭素または樹脂
粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、
ピストンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして
陽極酸化処理による皮膜を薄くしてコストを安価に抑え
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施の
形態について説明する。図１は本発明になる空気圧縮機
の一実施例の縦断面図である。また、図２は弁座部材に
吸込弁板及び吐出弁板が取り付けられた状態を示す平面
図である。図１及び図２に示されるように、往復動型空
気圧縮機１０は、無給油式の空気圧縮機であり、ピスト
ン１１が往復動するシリンダ１２と、吸込通路１３及び
吐出通路１４を有するシリンダヘッド１５と、シリンダ
１２とシリンダヘッド１５との間に介在する弁座部材１
８とを有する。

【００１４】シリンダ１２は、アルミニウム合金鋳物が
銅を含むアルミニウム合金ダイカストにより形成されて
いる。そのため、シリンダ１２は、鋳造品よりも肉厚が
薄くなっており、軽量化が図られていると共に、加工費
が安価に抑えられている。また、弁座部材１８は、吸込
通路１３に連通される吸込ポート１６及び吐出通路１４
に連通される吐出ポート１７が設けられている。尚、吸
込ポート１６は、弁座部材１８の中心線に沿うように設
けられ、その両側に位置するように一対の吐出ポート１
７が設けられている。

【００１５】また、弁座部材１８の下面には、ピストン
１１の下動に連動して吸込ポート１６の弁座１６ａを開
とする吸込弁板１９が取り付けられている。吸込弁板１
９は、吸込ポート１６に対向して開閉する部分が自由端
で、他端がパーカ鋲１９ａにより弁座部材１８に固定さ
れる。さらに、弁座部材１８の上面には、ピストン１１
の上動に連動して吐出ポート１７の弁座１７ａを開とす
る吐出弁板２０が「ハ」字状に取り付けられている。ま
た、吐出弁板２０の上方には、吐出弁板２０の開弁動作
位置を規制するための吐出弁板規制部材２４が取付ボル
ト２２により弁座部材１８に固定されている。

【００１６】また、吐出弁板２０は、一端が取付ボルト
２２により弁座部材１８に固定されており、他端が自由
端となっている。そのため、ピストン１１の往復動に伴
う圧力差により吸込弁板１９及び吐出弁板２０の自由端
側が閉弁位置あるいは開弁位置に変位する。そして、弁
座部材１８の上面には、吐出弁板２０に対向するように
弁座部材１８の吐出ポート１７の近傍に円形凹部２１が
形成されている。

【００１７】上記のような構成とされた無給油式の往復
動型空気圧縮機１０では、ピストン１１の外周溝１１
ａ，１１ｂにピストンリング２３，ライダリング２５が
装着されている。ピストンリング２３は、シリンダ１２
の内壁とピストン１１外周との隙間からの空気漏れを防
止している。また、ライダリング２５は、ピストンリン
グ２３よりも幅広形状となっており、シリンダ１２の内
壁を摺動すると共にピストン１１の傾きを防止する。

【００１８】ライダリング２５は、例えば四フッ化エチ
レン樹脂を主成分とする低摩擦材により円筒状に形成さ
れており、シリンダ１２の内壁を摺動する際の摺動抵抗
を減少させると共に、シリンダ１２の内壁を摩耗させな
いように形成する必要がある。また、シリンダ１２の内
壁には、ライダリング２５の摺動による摩耗を防止する
ため、陽極酸化処理によりアルミニウム合金の表面硬度
を高める皮膜１２ｂが形成されている。

【００１９】陽極酸化処理方法としては、例えばアルミ
ニウム合金製のシリンダ１２をホウ酸などの弱酸性浴で
アノード酸化すると、シリンダ１２の内壁表面に陽極酸
化皮膜またはアノード酸化皮膜と呼ばれる緻密な誘電体
酸化皮膜（Ａｌ₂Ｏ₃）が形成される。本実施の形態で
は、シリンダ１２の内壁に被覆される皮膜１２ｂは、膜
厚が１０〜３０μｍとなるように形成されており、後述
する理由により従来のものよりも薄く形成されている。

【００２０】ここで、ライダリング２５の材質及びその
製造方法について説明する。ライダリング２５の材質と
しては、球状炭素を含む四フッ化エチレン樹脂複合材ま
たは樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材が用い
られる。そして、ライダリング２５の製造方法として
は、基材となる粉状の四フッ化エチレンに球状炭素また
は樹脂粉末を充填し、ミキサにより均一に混ぜた後、圧
縮成形及び熱処理を行なう。このように成形された球状
炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材
は、切削加工を施してピストン１１の外周溝１１ｂに応
じた寸法形状に形成され、図１に示されるような円筒形
状のライダリング２５となる。

【００２１】また、上記四フッ化エチレンは、熱処理に
より溶融して硬化する過程で円筒形状に形成される。そ
して、四フッ化エチレン中に分布される球状炭素または
樹脂粉末は、圧縮成形及び熱処理の過程で四フッ化エチ
レン中に溶融するのでなく、硬化した四フッ化エチレン
に包まれた状態で保持される。これにより、ライダリン
グ２５は、四フッ化エチレンにより摺動抵抗が軽減され
ると共に、球状炭素または樹脂粉末により強度が高めら
れる。さらに、ライダリング２５の耐久性を向上させて
ライダリング２５の交換時期を延ばすことができる。

【００２２】また、上記樹脂粉末としては、例えばポリ
ミイド樹脂粉末や芳香族ポリエステル樹脂粉末やフェノ
ール樹脂硬化物粉末等の耐熱樹脂粉末が用いられる。球
状炭素及び上記樹脂粉末は、いくつかの原子が集まりそ
れらの一部もしくは全体が直接結合することによりつく
られる球形に近い多面体型のクラスターと呼ばれる構造
を有している。そのため、球状炭素を含む四フッ化エチ
レン樹脂複合材または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン
樹脂複合材により形成されたライダリング２５は、従来
から用いられている炭素繊維やグラファイト等の繊維状
のもののようにシリンダ１２の内壁に突きささることが
なく、シリンダ１２の内壁の摩耗量を減らすことができ
る。

【００２３】また、球状炭素を含む四フッ化エチレン樹
脂複合材により形成されたライダリング２５は、炭素材
の比率が高いので熱伝導が良く、ピストン１１からシリ
ンダ１２への熱伝導性を向上させることができ、ピスト
ン１１の放熱性を高めることができる。図３は球状炭素
または樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材によ
り形成されたライダリング２５が装着された場合の実験
結果を示す図である。

【００２４】尚、図３に示す実験結果は、アルミニウム
合金製のシリンダ１２の内壁に膜厚２０μｍの皮膜１２
ｂが陽極酸化処理で形成され、上記ライダリング２５を
ピストン外周溝１１ｂに装着し、１．０ＭＰａの連続負
荷運転を行い、一万時間の耐久試験を行い、その耐久試
験後のライダリング２５及びシリンダ１２の内壁の摩耗
量を測定したものである。

【００２５】図３において、ＰＴＦＥは四フッ化エチレ
ン、ＰＩはポリミド、ＬＣＰは芳香族ポリエステル、Ｐ
Ｆはフェノール、ＣＦは炭素繊維、Ｇｒはグラファイト
である。また、図３に示す実施例１〜１２は、ライダリ
ング２５の四フッ化エチレンに対する球状炭素または樹
脂粉末の配合割合毎の耐久試験を行なった実験結果であ
り、比較例１３〜２２は実施例１〜１２を対比するため
の参考データである。

【００２６】図３より、実施例１〜１２の各配合比は次
の通りである。実施例１のライダリング２５は、ＰＴＦ
Ｅが９０％、球状炭素が１０％である。実施例２のライ
ダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、球状炭素が２０％
である。実施例３のライダリング２５は、ＰＴＦＥが７
０％、球状炭素が３０％である。実施例４のライダリン
グ２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＰＩが１０％である。実
施例５のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０％、ＰＩ
が２０％である。実施例６のライダリング２５は、ＰＴ
ＦＥが７０％、ＰＩが３０％である。実施例７のライダ
リング２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＬＣＰが１０％であ
る。実施例８のライダリング２５は、ＰＴＦＥが８０
％、ＬＣＰが２０％である。実施例９のライダリング２
５は、ＰＴＦＥが７０％、ＬＣＰが３０％である。実施
例１０のライダリング２５は、ＰＴＦＥが９０％、ＰＦ
が１０％である。実施例１１のライダリング２５は、Ｐ
ＴＦＥが８０％、ＰＦが２０％である。実施例１２のラ
イダリング２５は、ＰＴＦＥが７０％、ＰＦが３０％で
ある。

【００２７】実施例１〜１２の各実験結果より、球状炭
素または樹脂粉末（ＰＩ，ＬＣＰ，ＰＦ）を含む四フッ
化エチレンによりライダリング２５を形成した場合、ラ
イダリング２５の変形量は、２０１〜３５０μｍであ
り、シリンダ１２の内壁の摩耗量は３〜９μｍである。
従って、球状炭素を含む実施例１〜３の場合と同様に粉
末樹脂（ポリミイド樹脂粉末、芳香族ポリエステル樹脂
粉末、フェノール樹脂硬化物粉末）を含む実施例４〜１
２の場合も同様の効果が得られることが分かる。

【００２８】また、比較例１３〜２２の各配合比は次の
通りである。比較例１３のライダリングは、ＰＴＦＥが
９０％、ＣＦが１０％である。比較例１４のライダリン
グは、ＰＴＦＥが８０％、ＣＦが５％、Ｇｒが１５％で
ある。比較例１５のライダリングは、ＰＴＦＥが９５
％、球状炭素が５％である。比較例１６のライダリング
は、ＰＴＦＥが６５％、球状炭素が３５％である。比較
例１７のライダリングは、ＰＴＦＥが９５％、ＰＩが５
％である。比較例１８のライダリングは、ＰＴＦＥが６
５％、ＰＩが３５％である。比較例１９のライダリング
は、ＰＴＦＥが９５％、ＬＣＰが５％である。比較例２
０のライダリングは、ＰＴＦＥが６５％、ＬＣＰが３５
％である。比較例２１のライダリングは、ＰＴＦＥが９
５％、ＰＦが５％である。比較例２２のライダリング
は、ＰＴＦＥが９５％、ＰＦが３５％である。

【００２９】比較例１３〜２２のうち比較例１６，１
８，２０，２２は、ライダリングの伸びがないのでピス
トン１１への取り付けが不可能であったので、耐久試験
が行なえなかった。比較例１３，１４は、上記実施例１
〜１２に比べてシリンダ１２の内壁への攻撃性が高く、
シリンダ１２の内壁及びライダリングの摩耗量が多くな
っており、耐久性が劣ることが分かる。

【００３０】また、比較例１５は、上記実施例１〜１２
に比べてライダリングの摩耗量が多いことを確認でき
る。また、比較例１６は、ライダリング中の球状炭素量
が多いことにより、ライダリングの伸びが少なく剛性が
高いため、ピストン１１に組み付けることができなかっ
た。

【００３１】また、比較例１７，１９，２１は、上記実
施例１〜１２に比べてライダリングの摩耗量が多いこと
を確認できる。このように、図３に示す実験結果から、
実施例１〜１２と比較例１３〜２２を比較すると、ライ
ダリング２５が１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末
を含む四フッ化エチレン樹脂複合材により形成される
と、ライダリング２５の厚さの変化量が小さく、且つシ
リンダ１２の内壁の磨耗量も少なくて済み、空気圧縮機
１０の耐久性を向上させることができる。

【００３２】その結果、シリンダ１２の内壁への陽極酸
化処理により形成される皮膜１２ｂの膜厚を従来のもの
よりも薄くすることが可能となり、本実施の形態では、
膜厚が１０〜３０μｍでも十分な耐久性が得られる。よ
って、ライダリング２５の材質を上記実施例１〜１２の
ように変更することにより、陽極酸化処理時間をより短
縮して陽極酸化処理にかかるコストを安価に抑えること
ができる。

【００３３】尚、上記実施の形態では、ライダリング２
５が１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末を含む四フ
ッ化エチレン樹脂複合材により形成される構成について
説明したが、これに限らず、ライダリング２５を球状炭
素及び樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材によ
り形成した場合でも、上記実施例１〜１２と同様な効果
を得ることができるのは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１記載の発明に
よれば、ライダリングが球状炭素を含む四フッ化エチレ
ン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴うシ
リンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮膜を
薄くして陽極酸化処理の加工コストを安価に抑えること
ができる。また、ライダリングの耐久性を向上させてラ
イダリングの交換時期を延ばすことができる。

【００３５】また、上記請求項２記載の発明によれば、
ライダリングが樹脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複
合材からなるため、請求項１と同様にピストンの往復動
に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理によ
る皮膜を薄くして陽極酸化処理の加工コストを安価に抑
えることができる。また、ライダリングの耐久性を向上
させてライダリングの交換時期を延ばすことができる。

【００３６】また、上記請求項３記載の発明によれば、
ライダリングが球状炭素及び樹脂粉末を含む四フッ化エ
チレン樹脂複合材からなるため、ピストンの往復動に伴
うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極酸化処理による皮
膜を薄くして陽極酸化処理の加工コストを安価に抑える
ことができる。また、ライダリングの耐久性を向上させ
てライダリングの交換時期を延ばすことができる。

【００３７】また、上記請求項４記載の発明によれば、
ライダリングが１０〜３０％の球状炭素または樹脂粉末
を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなるため、ピス
トンの往復動に伴うシリンダ内壁の摩耗を減らして陽極
酸化処理による皮膜を薄くして陽極酸化処理の加工コス
トを安価に抑えることができる。また、ライダリングの
耐久性を向上させてライダリングの交換時期を延ばすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる空気圧縮機の一実施例の縦断面図
である。

【図２】弁座部材に吸込弁板及び吐出弁板が取り付けら
れた状態を示す平面図である。

【図３】球状炭素または樹脂粉末を含む四フッ化エチレ
ン樹脂複合材により形成されたライダリング２５が装着
された場合の実験結果を示す図である。

【符号の説明】

１０往復動空気圧縮機１１ピストン１２シリンダ１２ｂ皮膜１３吸込通路１４吐出通路１５シリンダヘッド１６吸込ポート１７吐出ポート１８弁座部材１９吸込弁板２０吐出弁板２３ピストンリング２５ライダリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム合金により形成され、内壁
が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、前記シリンダの内壁を
摺動するライダリングと、を有する空気圧縮機におい
て、前記ライダリングは、球状炭素を含む四フッ化エチレン
樹脂複合材からなることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】アルミニウム合金により形成され、内壁
が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、前記シリンダの内壁を
摺動するライダリングと、を有する空気圧縮機におい
て、前記ライダリングは、樹脂粉末を含む四フッ化エチレン
樹脂複合材からなることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項３】アルミニウム合金により形成され、内壁
が陽極酸化処理されたシリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該ピストンの外周溝に装着され、前記シリンダの内壁を
摺動するライダリングと、を有する空気圧縮機におい
て、前記ライダリングは、球状炭素及び樹脂粉末を含む四フ
ッ化エチレン樹脂複合材からなることを特徴とする空気
圧縮機。
【請求項４】前記請求項１乃至３記載の空気圧縮機で
あって、前記ライダリングは、１０〜３０％の球状炭素または樹
脂粉末を含む四フッ化エチレン樹脂複合材からなること
を特徴とする空気圧縮機。