JPH04113080A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、軸方向に往復動するピストン部材と、該ピス
トンを摺動自由に嵌挿するシリンダ部材とを含んで構成
されるコンプレッサーやバキュームポンプ等のポンプ装
置に関し、特に環状のシール機構を用いてポンプ輸送機
能を持たせた新型のポンプ装置に関する。

〈従来技術〉 従来、コンプレッサーにおいては吸入弁、バキュームポ
ンプにおいては排気弁を備え、これらの弁を駆動機構に
よって所定のタイミングで開閉させて空気等のガスをポ
ンプ輸送している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来のポンプは前記吸入弁や
排気弁の駆動機構を備えるために、構造の複雑、大型化
さらにはコストアップを招くこととなる。

本発明は、このような従来のポンプの問題点に鑑みなさ
れたもので、本願出願人により既に提案されている環状
のシール機構を複数個適所に用いることによって、駆動
機構を要する吸入弁、排気弁を不要とし、簡易な構造で
ポンプ輸送機能が得られるようにしたポンプ装置を提供
することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 このため本発明は、ピストン部材の外周壁と、該ピスト
ン部材を軸方向往復摺動自由に嵌挿するシリンダ部材の
内周壁との一方に形成した周溝と、該周溝に嵌挿したリ
ング部材とて、これらの両側に画成された空間の差圧に
応動して一方の空間から他方の空間へのみガス流動を許
容する１方向弁機能を有したシール機構を構成し、該シ
ール機構を、軸方向に離れた２箇所以上に設け、且つ、
隣接するシール機構相互はガス流動を許容する方向か逆
向きであると共に、シール部分の軸直角方向の断面積が
異なるように設定した。

〈作用〉 かかる構成とすれば、ピストン部材が往復動すると、隣
接するシール機構相互間に形成される空間は、シール部
分の軸直角方向の断面積か異なるように設定されている
ため容積か増減し、これに伴い、該空間とその両側の空
間との圧力の大小関係か周期的に反転する。この結果、
ピストン部材の１方向動作時に隣接するシール機構相互
間の空間容積か増大すると、該空間から一方のシール機
構を介してガスか流入し、他方向動作時に該空間容積が
減少すると、該空間から他方のシール機構を介してガス
か流出し、ガスをポンプ輸送することができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明を、コンプレッサーに適用した第１の実施例を示
す第１図において、筒状部材と、両端壁部材とで構成さ
れるシリンダ部材１には、ピストン本体２とその両側に
一体に連結されたピストンロッド３，４からなるピスト
ン部材が軸方向往復摺動自由に嵌挿されている。

ピストン２の外周壁には、第１のシール機構５か装着さ
れ、ピストンロッド３の端部は、軸受６を介してシリン
ダ部材１の外側に突出し、コネクティングロッド７を介
してクランク軸８に偏心して連結されている。また、ピ
ストンロッド４の端部は、第２のシール機構９を介して
シリンダ部材１の外側に突出し、該第２のシール機構９
の外側に圧縮ガスタンク１０が連結されている。シリン
ダ部材ｌの軸受６を支持する端壁には空気取入口１ａが
開口されている。

第１のシール機構５は、第２図に示すようにピストン本
体２の外周壁に形成された周溝５１と、該周溝５１に嵌
挿されたリング部材とて構成される。

リング部材は、複数の部材で構成される。最も外周側に
は外周壁がシリンダ部材Ｉの内周壁に摺接すると共に、
環状の一部を軸方向に切断した合口５２ａを存する鋼等
からなる一対のシールリング５２かそれぞれの合口５２
ａか重ならないように軸方向に重合して装着される。

前記一対のシールリング５２の内周側には軸方向の幅か
周溝５１の溝幅より少し長く、かつ、ピストンロッド４
側の、周縁部に周方向断続的に圧力調整用の切り欠き５
３ａを形成したゴム又はゴム的弾性を有する弾性リング
５３が装着される。

前記弾性リング５３の内側には、弾性リング５３を介し
てシールリング５２をシリンダ部材１の内周壁に押しつ
けるバネ性を有したバネ鋼等からなるテンションリング
５４が装着される。該テンションリング５４も環状の一
部が合口で切断された形状を存している。

また、一対のシールリング５２を重合した軸方向の幅及
びテンションリング５４の軸方向の幅は、夫々周溝の溝
幅より小さく形成されている。

次に、第２のシール機構９を第３図に基づいて説明する
。このものでは、第１のシール機構５とは逆に、シリン
ダ部材ｌの端壁部内周壁に周溝９１を形成し、該周溝９
１にリング部材が嵌挿されている。

リング部材は、最も内周側から順に軸方向に重合する一
対のシールリング９２、弾性リング９３．テンションリ
ング９４が嵌挿され、第１のシール機構５の各リング部
材と同一名称のリングは、夫々径が異なる以外は同一の
形状、材質で形成され、対のシールリング９２は合口か
重ならないように装着され、弾性リング９３の切り欠き
９３ａは、ピストン本体２側に位置するように装着され
る。また、テンションリング９４は、弾性リング９３を
介してシールリング９２を径縮小方向に付勢してピスト
ンロッド４の外周壁に押しつけるように作用する。

次に本実施例にかかるポンプ装置（コンプレッサー）の
作用を説明する。

クランク軸８を図示しない駆動機構によって回転駆動す
ると、コネクティングロッド７を介してピストンロッド
３．ピストン本体２．ピストンロッド４からなるピスト
ン部材か軸方向に往復動する。

ピストン部材が第１図で右方向に動いている圧縮行程時
には、第１のシール機構５と第２のシール機構９との間
に画成されたシリンダ部材１内の空間１１は容積か縮小
し、第１のシール機構５の図で左側の空間１２は、空気
取入口１ａを介して大気圧に保持されているので、空間
ｌｌ内の圧力Ａは空間１２内の大気圧Ｂより高圧となる
。

これにより、第４図（Ａ）に示すように、第１のシール
機構５において、２本のシールリング５２は周溝５１の
空間１２側の周側面に当接すると共に、空間１１内の空
気がシールリング５２と周溝５１との隙間及び弾性リン
グ５３の切り欠き５３ａを通ってテンションリング５４
及び弾性リング５３と周溝５１底面との隙間に流入し、
圧力Ａ’　　（隙間通過時の圧力損失でＡより少し小さ
い）によってシールリング５２を径拡大方向に付勢する
。この結果、シールリング５２の外周壁がシリンダ部材
１の内周壁に強い力で圧接するため、該圧接面ａ及びシ
ールリング５２と弾性リング５３との圧接面すのシール
機能か高められガス漏れを十分に抑制できる。また、弾
性リング５３のピストンロッド３側の周端面か全周にわ
たって周溝５１の端面に弾性力をもって密着しているた
め、この部分Ｃからのガス漏れは略完全に防止できる。

このように、ピストン部材の図示右方向移動時には第１
のシール機構５は、高圧側である空間１１から低圧側で
ある空間１２へのガスの流出を阻止する。

一方、第２のシール機構９については、圧縮ガスタンク
ｌＯ内の圧力Ｃか、空間ｌｌ内の圧力Ａより高い圧縮行
程初期では、第５図（Ａ）に示すように、高圧側の圧力
Ｃにより一対のシールリング９２は周溝９１内を空間ｌ
ｌ側に移動して同一側の周側面に圧接させ、圧力Ｃのガ
スはシールリング９２と周溝９１との隙間を通り、更に
弾性リング９３の切り欠き９３ａを通ってテンションリ
ング９４及び弾性リング９３と周溝５１底面との隙間に
流入し、圧力損失により少し低下した圧力Ｃ′　となっ
てシールリング９２を径縮小方向に付勢する。この結果
、シールリング９２の内周壁がピストンロッド４の外周
壁に強い力て圧接して該接触面ｄ及びシールリング９２
と弾性リング９３との接触面ｅのシール機能が高められ
ガス漏れを十分に抑制できると共に、弾性リング９３の
空間ｌｌ側の周端面か全周にわたって周溝９１の端面に
弾性力をもって密着して、この部分子からのガス漏れは
略完全に防止できる。

したがって、高圧側の圧縮ガスタンク１０から低圧側の
空間１１へのガス漏れが抑制されつつ、空間ｌｌ内の圧
力Ａは容積縮小により増大する。

そして、圧縮行程後期で増大した空間１１内のガス圧力
Ａが圧縮ガスタンク１０内のガス圧力Ｃを上回ると、今
度は第２のシール機構９において、第５図（Ｂ）に示す
ようにシールリング９２が周溝９１内を圧縮ガスタンク
１０側に移動させ、高圧側圧力Ａがシールリング９２と
周溝９１との隙間から弾性リング９３の切り欠きのない
周端部内周面に作用し、弾性リング９３及びテンション
リング９４の径を拡大させるような面圧として作用し、
テンションリング９４のバネ力に打ち勝ってシールリン
グ９２と弾性リング９４との接触面ｅに隙間が発生して
、空間１１から圧縮ガスタンク１０内へガスが流動し易
くなる。

また、前記接触面ｅに隙間が生じるため、シールリング
９２とピストンロッド４との接触面ｄにおける押しつけ
力も低下するため、該接触面ｄにも隙間を生じてガスか
流動し易くなる。

これにより、前記各隙間を通じて空間１１から圧縮ガス
タンクｌＯへ、差圧に応じた量の空気か流出し、圧縮ガ
スタンク１０内に圧縮空気か蓄積されてゆく。

一方、ピストン部材か図で左方向に移動する膨張行程時
には、空間１１の圧力Ａが空間１１の容積拡大により低
下し、ガスタンク１０内の圧力Ｃか再び空間１１内の圧
力へを上回って、第２のシール機構９のシール機能か働
いて、ガスタンク１０からのガス漏れが防止されると共
に、圧力Ａか空間１２内の大気圧Ｂより低下するため、
第１のシール機構５において、第４図（Ｂ）に示すよう
に高圧側の大気圧Ｂがシールリング５２と周溝５１との
隙間から弾性リング５３の切り欠き５３ａとは反対側の
外周面ｇ弾性リング５３及びテンションリング５４の径
を縮小させるような面圧か作用し、テンションリング５
４のバネ張力に打ち勝ってシールリング５２と弾性リン
グ５３との接触面すに隙間か発生して、空間１２がら空
間ｌｌ側へガスか流動し易くなる。また、前記接触面す
に隙間か生じるため、シールリング５２とシリンダ部材
１内周壁との接触面ａにおける押しつけ力も低下するた
め、該接触面ａにも隙間を生じてガスか流動し易くなる
。

これにより、前記各隙間を通じて空間１２から空間１１
へ、差圧に応じた量の空気が吸入される。

このように、１方向弁機能を有した２つのシール機構の
組み合わせにより、排気弁や吸気弁とそれらの駆動機構
を設けることなく、ポンプ機能か得られ、構造の簡素化
により、小型軽量、低コスト化を図れる。

尚、第２のシール機構９の代わりにリードバルブ等の逆
止弁を装着することも考えられるか、第２のシール機構
の方か弁開閉時のばたつき音か無く静粛性に優れる。

第６図は、上記ポンプ装置の空間１１の圧力変化を示し
たものである。

尚、上記実施例において、ピストン本体２と一体のピス
トンロッド３の代わりに、ピストン本体２にコネクティ
ングロッドを直接揺動自由に軸支してシリンダ部材１の
図示左側端部を大気開放して軸受６を省略してもよいか
、本実施例のようにすると、ピストン本体２にかかるス
ラスト及び反スラスト荷重を低減できシール機能を安定
化できる。

第７図及び第８図は、前記第１のシール機構５の変形態
様を示したものである。第２のシール機構についても同
様に構成できる。第７図に示すものは、シールリング５
２の空間Ｉｆ側の端面に放射状に複数の溝５２ｂを形成
して、シール時にテンションリング５４と周溝５１との
間に高圧側ガスか侵入し易い形状としてシール機能を高
めたりものである。

第８図に示すものは、シールリング５２の空間１２側の
端面の外周側５２ｃを内周側５２ｄに対して小径の段付
に形成してあり、シールリング５２とシリンダ部材１摺
動面との隙間を拡げてガス流動許容時にガスが流動し易
くすることもできる（特開平１−２４２８７３号公報参
照）。

この他、特願昭６３−３３５４４５号に示したようにシ
ールリングを螺旋状としたり、特願平１−２１００１５
号に示すような各種形状としたり、特願平１−３３６４
４０号に示すように、弾性リングに切り欠きを形成せず
、切り欠きと逆側の端部を楔状部材等を用いて周溝に固
定するような構成を採用すれば、夫々機能を向上できる
。

次に、本発・明をバキュームポンプに適用する実施例と
しては、上記実施例において、第１のシール機構５及び
第２のシール機構９を、夫々、軸方向（図示左右）の位
置関係を逆にして装着すればよい。

また、上記第１のシール機構５のように、周溝がピスト
ン部材側にあるシール機構（以下ピストン側シール機構
という）と、第２のシール機構９のように周溝がシリン
ダ部材側にあるシール機構（以下シリンダ側シール機構
という）との組み合わせに限らず、ピストン側シール機
構のみ又はシリンダ側シール機構のみを複数用いてポン
プ機能を得ることができる。

第９図は、ピストン側シール機構のみて構成した実施例
を示し、内径が段付に変化するシリンダ部材２１には、
大径のピストン本体２２と小径のピストン本体２３とか
、ピストンロッド２４を介して連結され、大径のピスト
ン本体２２には前記第１のシール機構５と同様、図示右
方向のみガス流動を許容するシール機構２５か装着され
、小径のピストン本体２３には図示左方向のみガス流動
を許容するシール機構２６か装着される。

ピストン本体２２．２３及びロッド２４からなるピスト
ン部材が図で左方向に移動するときには、２つのシール
機構２５．２６間に画成された空間２７の容積が拡大し
てシール機構２５から空間２７内にガスが吸入され、ピ
ストン部材が図で右方向へ移動するときには、空間２７
の容積か縮小してシール機構２６から、図示右側の空間
へガスか流出することにより、ポンプ機能が得られる。

シリンダ部材２１の小径側端部にタンクを装着する構成
とすれば、タンク内にガスを圧送するコンプレッサーと
して機能し、逆にシリンダ部材２１の大径側端部にタン
クを装着する構成とすれば、バキュームポンプとして機
能する。

以上２つのシール機構２５．２６をシリンダ側シール機
構に代えても同一機能のポンプを得ることかできる。但
し、ピストン本体が常時シリンダ部材側のシールリング
と接触させるため、ピストン本体の摺動壁長さを行程長
さ以上とする必要かある。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、ピストン部材側又
はシリンダ部材側に装着された１方向弁弁機能を有する
環状のシール機構を軸方向に２箇所以上設けただけの簡
易な構成で、ポンプ機能を得ることかてき、小型軽量で
低コストに製造でき且つ静粛性にも優れたポンプ装置を
提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るコンプレッサーの
断面図、第２図（Ａ）は同上のコンプレッサーの第１の
シール機構の一部拡大図、第２図（Ｂ）は同上の第１の
シール機構に使用する弾性リングの形状を示す斜視図、
第２図（Ｃ）は同じくシールリングの正面図、第３図は
同上のコンプレッサーの第２のシール機構の一部拡大図
、第４図（Ａ）、　　（Ｂ）は前記第１のシール機構の
圧縮行程時と膨張行程時の作動状態を示す断面図、第５
図（Ａ）、　　（Ｂ）は前記第２のシール機構の圧縮行
程初期と後期の作動状態を示す断面図、第６図は同上コ
ンプレッサーの所定空間内の圧力変化を示す線図、第７
図（Ａ）、　　（Ｂ）は前記シールリングの変形態様の
一例を示す正面図及び側面図、第８図（Ａ）、　　（Ｂ
）は前記シールリングの変形態様の別の例を示す正面図
及び側面図、第９図は本発明の第２の実施例に係るコン
プレッサーの断面図である。 ■、２１・・・シリンダ部材　　２．２２．２３・・・
ピストン本体　　３，４．２４・・・ピストンロッド　
　５・・・第１のシール機構　　９・・・第２のシール
機構１１、１２．２７・・・空間　　５２．９２・・・
シールリング５３、９３・・・弾性リング　　５４．９
４・・・テンションリング 第２図（Ａ） 第２図（Ｂ） 第２図（Ｃ） 氏坪へ　升楓士　世　島　　冨二運 ０Ｄ 瀝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストン部材の外周壁と、該ピストン部材を軸方向往復
   摺動自由に嵌挿するシリンダ部材の内周壁との一方に形
   成した周溝と、該周溝に嵌挿したリング部材とで、これ
   らの両側に画成された空間の差圧に応動して一方の空間
   から他方の空間へのみガス流動を許容する１方向弁機能
   を有したシール機構を構成し、該シール機構を、軸方向
   に離れた２箇所以上に設け、且つ、隣接するシール機構
   相互はガス流動を許容する方向が逆向きであると共に、
   シール部分の軸直角方向の断面積が異なるように設定し
   、隣接するシール機構相互間に形成される空間にピスト
   ン部材の１方向動作時に一方のシール機構を介してガス
   を流入し、他方向動作時に該空間から他方のシール機構
   を介してガスを流出させてガスをポンプ輸送するように
   したことを特徴とするポンプ装置。