JPH09280180A - ポンプ用の無給油型ピストン、そのピストンの製造方法及びこれを用いたポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンの外周面をこのピストン本体と線膨
張係数において差の少ないフッ素樹脂を射出成形して、
被覆し、運転中の摩擦熱による延び率差を除去し、ピス
トン外周面から剥離せず、真円度の高く、耐久性のある
ピストン及びこのピストンを用いたポンプを市場に提供
する。 【解決手段】 ピストン本体１１の外周面に円周方向の
角溝１２が刻設してある。この角溝１２部分を内側に含
む前記ピストン本体の外周面に、摩擦係数、摩耗係数及
び初期摩耗係数が小さく、線膨張係数が前記ピストン本
体の材質と略等しいフッ素樹脂層２０が射出成形によっ
て、前記ピストン本体と一体に形成してある。フッ素樹
脂層２０の前後端縁には内向きフランジ２１が設けてあ
る。このフッ素樹脂層２０の外周面がピストン１０との
摺動面としてある。このピストン１０及びこれを用いた
ポンプとし前記課題を達成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はピストン、そのピ
ストンの製造方法及びこのピストンを用いた気体コンプ
レッサー、バキュームポンプなどのポンプ及びその他食
品材料供給ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、市販されているリニアモータ型の
気体ポンプはそのピストンの摺動面にフッ素樹脂テープ
を接着剤で貼付したものが見受けられる。この公知のも
のは、給油型のピストンよりは吐出気体に油成分が混入
せず、摩擦係数も小さいことから、一応の成果が見られ
る。然し乍ら、現在市販されているフッ素樹脂テープの
製造方法は、押出し成形されたフッ素樹脂丸棒を外周面
より円周方向に剥ぎ取るように薄くシート乃至テープ状
にしたものであり、その厚み精度は±２０ミクロン程度
もあり、厚みもせいぜい１ｍｍであり、しかも接着剤の
塗布量の部分的なばらつきにより、フッ素樹脂テープの
外周面の真円度には自ずから限界がある。従って、真円
度を向上させるには、前記フッ素樹脂テープを貼付した
後、この表面を精密研磨盤で研磨しなければ成らず、コ
ストの上昇を来すだけでなく、前記フッ素樹脂テープの
層が薄くなり、寿命が著しく減殺されるおそれがある。

【０００３】また現在市販されているフッ素樹脂テープ
の線膨張係数は９．０×１０のマイナス５乗／℃程度で
あり、その値がピストン本体及びシリンダーを構成して
いるアルミニウムのそれより相当に大きいため、隙間公
差を大きく取る必要があり、その結果、シリンダー内に
於いてピストンががたつき、またフッ素樹脂テープは前
述のように薄いため前後端縁が欠損するおそれがあっ
た。また両者の線膨張係数に差があるため、運転中の摩
擦熱による延び率に差が生じ、前記フッ素樹脂テープが
ピストン外周面から剥離するおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、前
記フッ素樹脂テープに代え、ピストンの外周摺動面を射
出成形により、形成し真円度の向上と耐久性を持つピス
トン及びこのピストンを用いたエアポンプ、真空ポン
プ、その他の流体ポンプを市場に提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を達成するた
めに、この発明はピストン本体の外周面に円周方向の
溝、粗雑面のうちの少なく一種の凹凸が形成してあり、
この凹凸部分を内側に含む前記ピストン本体の外周面
に、摩擦係数、摩耗係数及び初期摩耗係数が小さく、線
膨張係数が前記ピストン本体の材質と略等しいフッ素樹
脂層が射出成形によって、前記ピストン本体と一体に形
成してあり、このフッ素樹脂層の外周面がピストンとの
摺動面としてあるポンプ用の無給油型ピストンとする。

【０００６】また前述の課題を達成するために、この発
明のポンプ用の無給油型ピストンの前記フッ素樹脂層の
前後端縁は前記ピストンの前後端を抱持して、内側に突
出させて形成してあることを特徴とすることが好まし
い。

【０００７】また前述の課題を達成するために、この発
明のポンプ用の無給油型ピストンの前記フッ素樹脂層
は、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主材とし、
これにポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリサルフ
ォン（ＰＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリレー
ト、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、のうちの
少なくとも一種を混合したものよつて成形してあること
を特徴とすることが好ましい。

【０００８】また前述の課題を達成するために、この発
明のポンプ用の無給油型ピストンの前記フッ素樹脂層
は、ＪＩＳ Ｋ７２１８による摩擦係数が０．０３乃至
０．２であり、同規格による摩耗係数が３×１０のマイ
ナス８乗・立方センチ・秒／ｋｇｆ・ｃｍ・ｈｒ乃至
４．５×１０のマイナス８乗・立方センチ・秒／ｋｇｆ
・ｃｍ・ｈｒであり、同規格による初期摩耗量が２４時
間当たり１．０乃至１．２ｍｇであり、曲げ弾性係数が
１ｃｍ平方当たり、７０，０００ｋｇｆ・ｃｍ乃至１２
５，０００ｋｇｆ・ｃｍであり、線膨張係数がＴＭＡ法
による０．９乃至２．４×１０のマイナス５乗／℃であ
ることを特徴とすることが好ましい。

【０００９】また前述の課題を達成するために、この方
法発明は、ダイキャスト成形方法によって、外周面に少
なくとも１条の円周方向の溝のあるピストン本体を形成
する第１工程。このピストン本体を射出成形金型内にイ
ンサートとし、前記射出成形金型内の前記ピストン本体
と射出成形金型とによって、この射出成形金型内のピス
トン本体外周部、及びその前後端の外周部寄りを抱持し
たキャビティーを形成する第２工程。このキャビティー
内に摩擦係数、摩耗係数及び初期摩耗係数が小さく、線
膨張係数が前記ピストン本体の材質と略等しいフッ素樹
脂を射出成形する第３工程。後、ピストン本体の外周面
及び前後端縁部に前記フッ素樹脂層が形成されたピスト
ンを射出成形金型より離型するポンプ用の無給油型ピス
トンの製造方法とする。

【００１０】また前述の課題を達成するために、前記ポ
ンプ用の無給油型ピストンの製造方法の前記フッ素樹脂
として、前記フッ素樹脂として、請求項３記載の発明の
材質であって、請求項４記載の発明の特性を有するもの
を使用することを特徴とすることが好ましい。

【００１１】また前述の課題を達成するために、この発
明の関連発明として請求項１、請求項２、請求項３又は
請求項４記載の気体ポンプ用の無給油型ピストンのピス
トン本体にはリニアモーターのアマチャーを内蔵し、こ
のピストンと摺動するシリンダー側には、固定電磁石が
装備てあり、前記シリンダーには吸入弁と吐出弁を備え
た吸気口と吐出口が設けてあることを特徴する流体ポン
プとする。

【００１２】請求項１、請求項２、請求項３又は請求項
４記載の気体ポンプ用の無給油型ピストンは回転モータ
で回転する回転軸に設けたクランク、偏芯輪によってシ
リンダー内で往復摺動自在に装備してあり、前記シリン
ダーには吸入弁と吐出弁を備えた吸気口と吐出口が設け
てあることを特徴とする流体ポンプとする。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１ 請求項１乃至請求項４記載の発明を含む実施の形態であ
る。図１に於いて、１０はピストンであり、通常アルミ
ニウム合金製のピストン本体１１とフッ素樹脂層２０と
よりなる。ピストン本体１１の外周部には凹凸の一種で
ある円周方向の角溝１２が設けてある。

【００１４】この角溝１２の深さは０．３乃至０．６と
し、ピストン本体１１の前後にそれぞれ１条ずつ合計２
条設けてある。また角溝１２の幅は１ｍｍ乃至３ｍｍと
してある。角溝１２の代わりに、ピストン本体外周面を
ダイキャスト成形した素肌のまま、乃至タイキャスト成
形金型内面を梨地加工して、ピストン本体１１の外周面
を粗雑な凹凸面に形成したものでもよい。このピストン
本体１１を射出成形金型（図示してない）の中にインサ
ートし、射出成形可能なフッ素樹脂を前記凹凸部分を含
んで、前記ピストン本体１１の外周部に射出成形して、
ピストン本体１１の外周面にフッ素樹脂層２０が形成し
てある。フッ素樹脂層２０はピストンの前後（縦型の時
は上下）に於いて、内側に突出した内向きフランジ２１
して、ピストンを抱持した状態にしてある。従って、ピ
ストン本体１１の前後の端縁は露出していない。前述の
ピストン外周の凹凸の一例としての円周方向に２条の角
溝１２の位置に特に限定はなく、図２に示すようにピス
トン本体１１の両端部分である場合もある。この場合は
この角溝１２の部分が前記内側に突出した内向きフラン
ジ２１となる。

【００１５】前記のフッ素樹脂層２０の材質としては、
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主材とし、これ
にポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリサルフォン
（ＰＳＦ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアクリレート、
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、のうちの少な
くとも一種を混合したものよつて成形してある。

【００１６】また前記のフッ素樹脂層２０の特性として
はＪＩＳ Ｋ７２１８による摩擦係数が０．０３乃至
０．２であり、同規格による摩耗係数が３×１０のマイ
ナス８乗・立方センチ・秒／ｋｇｆ・ｃｍ・ｈｒ乃至
４．５×１０のマイナス８乗・立方センチ・秒／ｋｇｆ
・ｃｍ・ｈｒであり、同規格による初期摩耗量が２４時
間当たり１．０乃至１．２ｍｇであり、曲げ弾性係数が
１ｃｍ平方当たり、７０，０００ｋｇｆ・ｃｍ乃至１２
５，０００ｋｇｆ・ｃｍであり、線膨張係数がＴＭＡ法
による０．９乃至２．４×１０のマイナス５乗／℃であ
る。

【００１７】実施の形態２ 前記実施の形態１のピストン１０にリニアモーターのア
マチア３０を内臓したものであり、請求項５記載の発明
の実施の形態である。ピストン１０の前記フッ素樹脂層
２０の無い部分に前記アマチア３０が内臓してあり、ピ
ストン１０はやや長めとして、前記フッ素樹脂層２０は
前後に分かれて２個所に設けてある。４０はピストン１
０が往復摺動するシリンダーであり、これと、前記ピス
トン１０で囲まれる空間に空気その他のガスを吸入吐出
する吸入弁４１及び吐出弁４２を備えている吸入口４５
と吐出口４６を備えたている。前記シリンダー４０には
更に、前記アマチア３０に対応する電磁石４３を備えて
いる。前記ピストン１０には電磁石４３が励磁したとき
前記ピストン１０を一方向にコイルスプリング４４に抗
して作動吸着し、消磁したときコイルスプリング４４の
反発力により復帰するようにしてある（図１、図３参
照）。

【００１８】実施の形態３ 請求項６記載の発明の実施の形態であり、実施の形態１
のピストン１０を回転モーター５０で回転する軸５１に
クランク５２、クランクロッド５３を介してシリンダー
４０ａ内に装備したものである。このシリンダー４０ａ
にも吸入弁４１及び吐出弁４２を備えている吸入口４５
と吐出口４６を備えている（図４参照）。

【００１９】実施の形態１乃至３の作用 実施の形態１のものは実施の形態２又は実施の形態３に
示すように、このピストン１０に対応する内径のシリン
ダーに嵌合させて使用する。前述の実施の形態１乃至３
のピストンを製造する方法を請求項５乃至６の方法発明
の実施の形態として説明する。

【００２０】方法発明の実施の形態 アルミニウム合金を用いダイキャスト成形方法によっ
て、外周面に少なくとも１条の深さが０．５ｍｍで幅が
２ｍｍの円周方向の溝のあるピストン本体１０を形成す
る第１工程。このピストンを射出成形金型内にインサー
トとし、前記射出成形金型内の前記ピストンと射出成形
金型とによって、この射出成形金型内のピストン外周
部、及びその前後端の外周部寄りを抱持したキャビティ
ーを形成する第２工程。このキャビティー内に実施の形
態１で説明したフッ素樹脂を射出成形する第３工程。
後、ピストン本体の外周面及び前後端縁部に前記フッ素
樹脂層が形成されたピストンを射出成形金型より離型す
る 以上の工程よりなるポンプ用の無給油ピストンの製造方
法による。

【００２１】この発明おいては前記材質及び特性を有す
るフッ素樹脂層２０は射出成形によって、ピストン本体
１１を射出成形金型内にインサートして一体成形したも
のであるから、射出成形金型の製作精度を向上すれば、
フッ素樹脂層２０の寸法精度は±２．５ミクロン以内に
充分成形出来、ピストンとの嵌合公差が小さくなり、ピ
ストンとの芯ずれが少なく、従って衝撃も少なくなり、
耐久性が著しく向上する。

【００２２】特に前記ピストン本体１１には凹凸設けて
あり、この凹凸を内周面に含めて、前記フッ素樹脂層２
０がピストン本体１１と一体化てあるから、ピスンン１
０の軸方向への激しい往復運動においても、前記凹凸部
分においてピストン本体１１とフッ素樹脂層２０は強固
に掛合していて分離しない作用をなす。

【００２３】また前記ピストン本体１１の両端部分は、
フッ素樹脂層２０の内向きフランジ２１によって抱持さ
れて、ピストン本体１１の両端部分は露出していないか
ら、仮にフッ素樹脂層２０が多少摩耗したとしても、ピ
ストン本体１１が直接シリンダーに接触することがない
作用をなす。更にこの内向きフランジ２１部分はフッ素
樹脂層２０が実質的に厚みが他の部分より厚くなってい
るから、フッ素樹脂層２０がこの前後端縁からめくれて
剥離するおそれはない作用をなす。

【００２４】フッ素樹脂層に用いられている材質が前述
のものであり、その機械的特性が前樹の通りであるか
ら、摩擦係数、摩耗係数及び初期摩耗係数は従来のフッ
素樹脂テープより少なく、特に対アルミニウム摩耗特性
はに優れ、且つ相手のアルミニウム製のシリンダーを損
傷させることも少ない作用をなす。

【００２５】またこのピストン１０においては、ピスト
ン本体１１とフッ素樹脂層２０の線膨張係数が略一致さ
せてあるから、摩擦熱により、このピストン１０とシリ
ンダーが膨張しても、ピストン１０とシリンダーの間隙
公差に影響は無く、またピストン本体１１とフッ素樹脂
層２０との嵌め合い状態も変化無く、そのままの状態が
維持される作用をなす。

【００２６】実施例 ピストン本体１１の材質は鍛造性及び鋳造性にとむＡｌ
−Ｓｉ合金を用い、外形１７ｍｍ、摺動部分の長さ２０
ｍｍとし、その外周部に深さ０．５ｍｍで幅２ｍｍの円
周方向の角溝１２を２条設け、フッ素樹脂層２０の厚み
は１．５ｍｍとした。フッ素樹脂としては請求項３及び
請求項４記載のものの代表例である日本ケミテック株式
会社製の商品番号ＮＫ５０１を用いた。射出成形の金型
としては、鋳鋼のものを用い、成形時の熱変化を考慮し
て、ピストン１０の外周面を形成する成形面は±２．５
ミクロンの公差で研磨加工したものを用いた。成形され
たピストン１０の直径の精度は±２．５ミクロンであっ
た。

【００２７】成形後のピストン１０のフッ素樹脂層２０
の摩耗特性及び線膨張係数は表１に示すとおりである。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明に於いては前記の通
りに構成し、作用をなすから、またフッ素樹脂層は射出
成形により一体に形成したものであるから、丈夫で充分
な厚みがあり、耐久性に富み、使用中にピストン本体か
らフッ素樹脂層が剥離したり、抜けたりするおそれはな
く、フッ素樹脂層は摩擦係数、摩耗係数及び初期摩耗係
数が小さく、全く給油などの潤滑剤を必要としない。ま
た線膨張係数はピストン本体とフッ素樹脂層に於いて略
等しいから運転中に摩擦熱を受けたとしても、その間隙
公差は殆ど変化せず、０℃乃至２２０℃の広い温度範囲
で使用できる。

【００３０】請求項２記載の発明に於いては前記の通り
に構成し、作用をなすから、請求項１記載の効果の他、
前記フッ素樹脂層の前後端縁は前記ピストンの前後端を
抱持した内向きフランジが形成してあるから、ピストン
本体の前後端縁は外部に露出せず、前記フッ素樹脂層が
多少摩耗しても、シリンダーに直接接触せず、ピストン
及びシリンダーの寿命を長くする。

【００３１】請求項３及び請求項４記載記載の発明に於
いては前記の通りに構成し、作用をなすから、請求項１
又は請求項２記載の効果の他、前記の材質と特性である
から、射出成形は容易であり、摩擦係数、摩耗係数、及
び初期摩耗係数が少なく、シリンダーとの間隙公差を小
さく出来る効果を有する。特に、対アルミニウム摩耗特
性にすぐれ、摺動相手部材たるシリンダーがアルミニウ
ムであるときは摩耗量が少なく、且つシリンダーの摩耗
も少なくなる。

【００３２】請求項５記載の方法発明に於いては、請求
項１記載のピストンが製造できる。請求項６記載の方法
発明に於いては、請求項３及び４の特性のピストンが製
造できる。請求項７及び請求項８記載の発明は前述の通
りに構成し、作用をなすからポンプとして、長期間高精
度の状態が何ら給油をしなくとも維持される。またこれ
らの装置の吐出側を作業側とすればコンプレッサーとし
なり、吸入側を作業側とすればバキュウムポンプとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピストンの一部縦断側面図である。

【図２】他の実施の形態のピストンの一部縦断側面図で
ある。

【図３】リニアモータ型ポンプの機構図ある。

【図４】クランク駆動型のポンプの機構図である。

【符号の説明】

１０ ピストン １１ ピストン本体 １２ 角溝 ２０ フッ素樹脂層 ２１ 内向きフランジ

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【手続補正書】

【提出日】平成８年８月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】

【表１】

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン本体の外周面に円周方向の溝、粗
   雑面のうちの少なく一種の凹凸が形成してあり、この凹
   凸部分を内側に含む前記ピストン本体の外周面に、摩擦
   係数、摩耗係数及び初期摩耗係数が小さく、線膨張係数
   が前記ピストン本体の材質と略等しいフッ素樹脂層が射
   出成形によって、前記ピストン本体と一体に形成してあ
   り、このフッ素樹脂層の外周面がピストンとの摺動面と
   してあるポンプ用の無給油型ピストン。
2. 【請求項２】前記フッ素樹脂層の前後端縁は前記ピスト
   ンの前後端を抱持する内側に突出したフランジが形成し
   てあることを特徴とする請求項１記載のポンプ用の無給
   油型ピストン。
3. 【請求項３】前記フッ素樹脂層は、テトラフルオロエチ
   レン（ＰＴＦＥ）を主材とし、これにポリエーテルサル
   フォン（ＰＥＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリイ
   ミド（ＰＩ）、ポリアクリレート、ポリフェニレンサル
   ファイド（ＰＰＳ）、のうちの少なくとも一種を混合し
   たものよつて成形してあることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載のポンプ用の無給油型ピストン。
4. 【請求項４】前記フッ素樹脂層は、ＪＩＳ Ｋ７２１８
   による摩擦係数が０．０３乃至０．２であり、同規格に
   よる摩耗係数が３×１０のマイナス８乗・立方センチ・
   秒／ｋｇｆ・ｃｍ・ｈｒ乃至４．５×１０のマイナス８
   乗・立方センチ・秒／ｋｇｆ・ｃｍ・ｈｒであり、同規
   格による初期摩耗量が２４時間当たり１．０乃至１．２
   ｍｇであり、曲げ弾性係数が１ｃｍ平方当たり、７０，
   ０００ｋｇｆ・ｃｍ乃至１２５，０００ｋｇｆ・ｃｍで
   あり、線膨張係数がＴＭＡ法による０．９乃至２．４×
   １０のマイナス５乗／℃であることを特徴とする請求項
   １、請求項２又は請求項３記載のポンプ用の無給油型ピ
   ストン。
5. 【請求項５】ダイキャスト成形方法によって、外周面に
   円周方向の溝、粗雑面の少なく一種の凹凸が形成してあ
   るピストン本体を形成する第１工程。このピストン本体
   を射出成形金型内にインサートとし、前記射出成形金型
   内の前記ピストン本体と射出成形金型とによって、この
   射出成形金型内のピストン本体外周部、及びその前後端
   の外周部寄りを抱持したキャビティーを形成する第２工
   程。このキャビティー内に摩擦係数、摩耗係数及び初期
   摩耗係数が小さく、線膨張係数が前記ピストン本体の材
   質と略等しいフッ素樹脂を射出成形する第３工程。後、
   ピストン本体の外周面及び前後端縁部に前記フッ素樹脂
   層が形成されたピストンを射出成形金型より離型するポ
   ンプ用の無給油型ピストンの製造方法。
6. 【請求項６】前記フッ素樹脂として、請求項３記載の発
   明の材質であって、請求項４記載の発明の特性を有する
   ものを使用することを特徴とする請求項５記載のポンプ
   用の無給油ピストンの製造方法。
7. 【請求項７】請求項１、請求項２、請求項３又は請求項
   ４記載のポンプ用の無給油型ピストンのピストン本体に
   はリニアモーターのアマチアを内蔵し、このピストンと
   摺動するシリンダー側には、固定電磁石が装備てあり、
   前記シリンダーには吸入弁と吐出弁が備えた吸入口と吐
   出口が設けてあることを特徴するポンプ。
8. 【請求項８】請求項１、請求項２、請求項３又は請求項
   ４記載のポンプ用の無給油型ピストンは回転モータで回
   転する回転軸に設けたクランク、偏芯輪によってシリン
   ダー内で往復摺動自在に装備してあり、前記シリンダー
   には吸入弁と吐出弁が備えた吸入口と吐出口が設けてあ
   ることを特徴とするポンプ。