JPH10148178A

JPH10148178A - 往復動圧縮機

Info

Publication number: JPH10148178A
Application number: JP8323635A
Authority: JP
Inventors: Shingo Miyake; 信吾三宅; Kazunari Komatsu; 一成小松
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JP3742164B2

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時の負荷を低減することができ、かつ連
続運転時等におけるリップリングの摩耗を低減できるよ
うにする。【解決手段】揺動ピストン９とシリンダ２１との間を
シールするリップリング２２のリップ部２２Ｂを、常温
下での外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅよりも小
さくなり、かつ熱膨張時における最大外径がシリンダ２
１の最大内径に対して±０．２％の範囲内となるように
形成する。これにより、起動時におけるシリンダ２１の
内周面とリップ部２２Ｂとの間の摺動抵抗を小さくで
き、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減することができ
る。また、連続運転時にリップリング２２を生じた場合
でも、リップ部２２Ａの摩耗を抑えることができ、リッ
プリング２２の長寿命化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空気等の流
体を圧縮するのに好適に用いられる揺動ピストン式の往
復動圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリンダ内を揺動しつつ往復動
する揺動ピストンを備えた往復動圧縮機として、例えば
空気等を圧縮する無給油式の往復動圧縮機が知られてい
る。

【０００３】そこで、この種の従来技術による無給油式
の往復動圧縮機を図２および図３を参照して説明する。

【０００４】図２において、１は円筒状のシリンダを示
し、該シリンダ１の上端側にはシリンダヘッド２が設け
られ、該シリンダヘッド２内には隔壁３によって吸入室
Ａと吐出室Ｂとが画成されている。

【０００５】４はシリンダ１とシリンダヘッド２との間
に設けられた弁板で、該弁板４とシリンダ１との間、お
よび弁板４とシリンダヘッド２との間はガスケット（図
示せず）等によって気密にシールされている。また、弁
板４と後述する揺動ピストン９との間には圧縮室Ｃが画
成されている。

【０００６】５は弁板４に設けられた吸入ポート、６は
弁板４に設けられた吐出ポートをそれぞれ示し、吸入ポ
ート５は吸入室Ａと圧縮室Ｃとを連通させ、吐出ポート
６は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとを連通させるものである。

【０００７】７は吸入室Ａと圧縮室Ｃとの間に位置して
弁板４に設けられた吸入弁で、該吸入弁７は揺動ピスト
ン９が上死点から下死点に移動するときに開弁し、下死
点から上死点に移動するときに閉弁する。

【０００８】８は吐出室Ｂと圧縮室Ｃとの間に位置して
弁板４に設けられた吐出弁で、該吐出弁８は揺動ピスト
ン９が下死点から上死点に移動するときに開弁し、上死
点から下死点に移動するときに閉弁する。

【０００９】９はシリンダ１内に往復動可能に設けられ
た揺動ピストンを示し、該揺動ピストン９は、クランク
軸を介して回転源の出力軸等（いずれも図示せず）に連
結されるコネクティングロッド１０と、該コネクティン
グロッド１０の軸方向一端側に設けられた円板状の取付
フランジ１０Ａにボルト等によって締結された円板状の
リテーナ１１とからなっている。そして、取付フランジ
１０Ａの中央部には、後述のリップリング１２が嵌合す
る環状段部１０Ｂが設けられている。

【００１０】１２は揺動ピストン９とシリンダ１との間
を気密にシールする環状のリップリングで、該リップリ
ング１２は、シリンダ１との摺動性を高めるためフッ素
樹脂等の自己潤滑性および可撓性に優れた樹脂材料によ
って形成され、その内周側はコネクティングロッド１０
の環状段部１０Ｂに嵌合した状態で取付フランジ１０Ａ
とリテーナ１１との間に挟持されている。

【００１１】ここで、リップリング１２は図３に示すよ
うに、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ１
１との間に挟持される平環状の固定部１２Ａと、該固定
部１２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方向
外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて断面Ｌ字状に屈曲
した外周側のリップ部１２Ｂとからなり、該リップ部１
２Ｂは、シリンダ１の内周面に全周に亘って摺接するよ
うにカップ状に形成されている。

【００１２】上述の如く構成された往復動圧縮機は、揺
動ピストン９がシリンダ１内を揺動しつつ往復動するこ
とにより、吸入室Ａから圧縮室Ｃ内に空気を吸入する吸
入行程と、圧縮室Ｃ内の空気を圧縮し圧縮空気として吐
出室Ｂに吐出する圧縮行程とを繰返す圧縮運転を行う。
そして、この圧縮運転が行われている間、リップリング
１２のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に常時摺接
し、揺動ピストン９とシリンダ１との間を気密にシール
する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、リップリング１２のリップ部１２Ｂがシリ
ンダ１の内周面に確実に摺接するように、その外径寸法
Ｄがシリンダ１の内径寸法Ｅよりも予め大きく（Ｄ＞
Ｅ）なるように形成されているから、リップリング１２
のリップ部１２Ｂはシリンダ１の内周面に摩擦接触する
ようになり、例えば圧縮機の起動時等に、モータ等の回
転源に大きな負荷を与えるという問題がある。

【００１４】また、圧縮機の連続運転時においては、圧
縮室Ｃからの圧縮熱と摩擦熱等とによってシリンダ１と
リップリング１２とは高温状態となり、熱膨張するよう
になる。この場合、シリンダ１はアルミニウム合金等の
金属材料から形成され、リップリング１２は樹脂材料か
ら形成されているので、シリンダ１の熱膨張に比較して
リップリング１２の熱膨張がの方が大きくなってしま
う。

【００１５】このため、従来技術では、リップリング１
２のリップ部１２Ｂがシリンダ１の内径よりも熱膨張で
さらに大きく拡径し、該リップ部１２Ｂが早期に摩耗す
ることがあり、リップリング１２の寿命が低下するとい
う問題がある。

【００１６】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、起動時の負荷を低減できると共に、連続
運転時等におけるリップリングの摩耗を抑えることがで
き、リップリングの寿命を延ばすことができる往復動圧
縮機を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、シリンダと、該シリンダ内を揺動しつ
つ往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストン
と、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状
のリップリングとからなる往復動圧縮機に適用される。

【００１８】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピス
トンに固定される固定部と、該固定部から前記ピストン
の径方向外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外
周側のリップ部とからなり、該リップ部はその外径を前
記シリンダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時
には前記圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面
に向けて撓み変形する構成としたことにある。

【００１９】上記の構成によれば、圧縮機の起動初期に
はリップリングのリップ部がシリンダの内周面から僅か
に離間することにより、シリンダに対するピストンの摺
動抵抗を小さくでき、起動時の負荷を低減することがで
きる。そして、圧縮運転により圧縮室内の圧力が高くな
ってくると、リップリングのリップ部は圧縮室からの圧
力によってシリンダの内周面に向けて撓み変形するよう
になるから、リップリングのリップ部はシリンダの内周
面に摺接し、ピストンとシリンダとの間をシールするこ
とができる。

【００２０】また、請求項２の発明は、前記リップリン
グのリップ部は、圧縮運転による熱膨張時の最大外径が
前記シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内と
なるように外径寸法を設定したことにある。

【００２１】上記の構成によれば、連続運転時にシリン
ダとリップリングとが高温状態となって熱膨張した場合
でも、リップリングのリップ部は熱膨張時の最大外径が
シリンダの最大内径に対して±０．２％の範囲内にとど
まるから、連続運転時におけるリップ部の摩耗を低減す
ることができる。

【００２２】さらに、請求項３の発明は、前記リップリ
ングはポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料に
より形成し、前記シリンダはアルミニウム合金により形
成したことにある。

【００２３】上記の構成によれば、シリンダの内周面に
摺接するリップリングの摺動性および耐熱性を向上で
き、連続運転時におけるリップリングの摩耗を一層低減
することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１を
参照しつつ詳細に説明する。

【００２５】なお、本実施形態では上述した従来技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
る。

【００２６】図１において、２１は本実施形態によるシ
リンダを示し、該シリンダ２１はアルミニウム合金から
なる成形品に陽極酸化処理を施すことによって形成さ
れ、その熱膨張係数は２．４×１０^-5である。そして、
シリンダ２１は、常温下での内径寸法Ｅが６０．０ｍｍ
となるように形成され、連続運転により熱膨張したとき
の最大内径Ｅ′は６０．１ｍｍとなる。

【００２７】２２は従来技術によるリップリング１２に
代えて本実施形態に適用されたリップリングを示し、該
リップリング２２は従来技術によるリップリング１２と
同様に、内周側に位置し取付フランジ１０Ａとリテーナ
１１との間に挟持される平環状の固定部２２Ａと、該固
定部２２Ａの外周側に位置して揺動ピストン９から径方
向外向きに突出し、圧縮室Ｃ側に向けて屈曲することに
より、シリンダ２１の内周面に全周に亘って摺接するカ
ップ状のリップ部２２Ｂとからなっている。

【００２８】そして、該リップリング２２は摺動性およ
び耐熱性を高めるため、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）をベースとするフッ素樹脂材料に、ＣＦ（炭
素繊維）、ＭｏＳ₂ （二硫化モリブデン）等を適宜に混
合した複合材料により形成されている。

【００２９】しかし、本実施形態によるリップリング２
２は、常温下でのリップ部２２Ｂの外径寸法Ｄがシリン
ダ２１の内径寸法Ｅよりも小さく（Ｄ＜Ｅ）、かつ、連
続運転による熱膨張時の最大外径Ｄ′が、熱膨張したシ
リンダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内
となるように設定されている。

【００３０】本実施形態による往復動圧縮機は、上述の
如きリップリング２２を有するもので、その基本的作動
については従来技術によるものと格別差異はない。

【００３１】然るに、本実施形態による往復動圧縮機で
は、リップリング２２を構成するリップ部２２Ｂの常温
下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよ
りも小さくなるように形成したから、リップリング２２
のリップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間の摺動
抵抗を従来技術に比較して小さくできる。これにより、
圧縮機の起動時の負荷を低減することができ、かつリッ
プ部２２Ｂの初期摩耗を低減できる。

【００３２】この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあ
るときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリ
ンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるも
のの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、
リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ
２１の内周面に向けて撓み変形するようになる。これに
より、リップ部２２Ｂがシリンダ２１の内周面に摺接
し、揺動ピストン９とシリンダ２１との間が適正にシー
ルされる。

【００３３】そして、圧縮機の連続運転によってシリン
ダ２１とリップリング２２が高温状態となってリップリ
ング２２が熱膨張した場合でも、この熱膨張時のリップ
部２２Ｂの最大外径Ｄ′は、シリンダ２１の最大内径
Ｅ′に対して±０．２％の範囲内にとどまるから、熱膨
張時におけるリップ部２２Ｂの摩耗を低減することがで
き、リップリング２２の長寿命化を図ることができる。

【００３４】次に、上述のリップリング２２を用いた往
復動圧縮機を連続運転し、起動時の負荷、吐出空気量、
連続運転後におけるリップ部２２Ｂの摩耗を測定する試
験を行った結果について、下記表１を参照して述べる。

【００３５】まず、本実施形態によるリップリング２２
としての３種類の実施品１，２，３と、比較対象となる
リップリングとしての２種類の比較品１，２を用意す
る。

【００３６】ここで、実施品１のリップリングは、常温
下でのリップ部の外径寸法Ｄが５９．６（ｍｍ）とな
り、熱膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．０（ｍ
ｍ）となるように形成されている。また、実施品２のリ
ップリングは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄが５
９．７５（ｍｍ）となり、熱膨張時のリップ部の最大外
径Ｄ′が６０．１（ｍｍ）となるように形成されてい
る。さらに、実施品３のリップリングは、常温下でのリ
ップ部の外径寸法Ｄが５９．９（ｍｍ）となり、熱膨張
時のリップ部の最大外径Ｄ′が６０．２（ｍｍ）となる
ように形成されている。

【００３７】一方、比較品１のリップリングは、例えば
上述した従来技術によるリップリング１２に対応するも
ので、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１
の内径寸法Ｅよりも大きい６０．５（ｍｍ）となり、熱
膨張時のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最
大内径Ｅ′に対して＋１．３％となる６０．９（ｍｍ）
となるように形成されている。

【００３８】また、比較品２のリップリングは、常温下
でのリップ部の外径寸法Ｄがシリンダ２１の内径寸法Ｅ
よりも小さい５９．３（ｍｍ）となるものの、熱膨張時
のリップ部の最大外径Ｄ′が、シリンダ２１の最大内径
Ｅ′に対して−０．７％となる５９．７（ｍｍ）となる
ように形成されている。

【００３９】そして、上述の５種類のリップリングを
０．４ｋｗの往復動圧縮機に用い、この往復動圧縮機を
０．７ＭＰａの吐出圧で連続運転したときに、起動時の
電流値と、吐出空気の変化量と、１０００時間の連続運
転後の各リップ部の摩耗量とを測定した。なお、連続運
転時におけるシリンダ２１の温度上昇は７５ｄｅｇであ
る。

【００４０】

【表１】

【００４１】ここで、往復動圧縮機の起動時の電流値に
ついてみると、従来技術によるリップリング１２に対応
する比較品１のリップリングを用いた場合には、起動時
の電流値が１２５％に達するのに対し、本実施形態によ
るリップリング２２に対応する実施品１，２，３のリッ
プリングを用いた場合には、それぞれ起動時の電流値が
９５％，１００％，１０１％に減少している。

【００４２】この結果から、実施品１，２，３のリップ
リングでは、常温下でのリップ部の外径寸法Ｄがシリン
ダ２１の内径寸法Ｅよりも小さいため、シリンダ２１の
内周面との間での摺動抵抗が減少し、往復動圧縮機の起
動時における負荷を低減できることが確認された。

【００４３】次に、１０００時間の連続運転後における
リップ部の摩耗量についてみると、比較品１のリップリ
ングの摩耗量が４００μｍであるのに対し、実施品１，
２，３のリップリングの摩耗量は、それぞれ８１μｍ，
９０μｍ，９６μｍに減少している。

【００４４】この結果から、実施品１，２，３のリップ
リングでは、連続運転によって熱膨張を生じたとして
も、このときのリップ部の最大外径Ｄ′をシリンダ２１
の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内に設定した
ことにより、シリンダ２１の内周面との間の摩擦力が増
大するのを抑えることができ、摩耗を低減できることが
確認された。

【００４５】また、吐出空気の変化量についてみると、
実施品２，３のリップリングを用いた場合には、比較品
１のリップリングを用いた場合の吐出空気量に対して変
化がない。これに対し、実施品１のリップリングを用い
た場合の吐出空気量は、比較品１のリップリングを用い
た場合の吐出空気量に対して３％だけ低下している。

【００４６】この結果から、実施品２，３のリップリン
グでは、従来技術によるリップリング１２を備えた往復
動圧縮機と同等の吐出性能を維持できることが確認され
た。また、実施品１のリップリングを備えた往復動圧縮
機では、従来技術による往復動圧縮機に比較して吐出空
気量が３％低下するが、この低下分は実用上支障がない
許容範囲と考えることができる。

【００４７】なお、比較品２のリップリングを用いた往
復動圧縮機では、起動時の電流値が９０％に減少し、か
つ１０００時間の連続運転後のリップリングの摩耗量が
７９μｍに減少するものの、吐出空気量が１１％まで低
下することが確認された。

【００４８】このようにして、リップ部の外径寸法Ｄが
異なる複数種のリップリングを形成し、このリップリン
グを用いて上述の試験を繰返した結果、熱膨張時におけ
るリップ部の最大外径Ｄ′がシリンダ２１の最大内径
Ｅ′に対して±０．２％の範囲内となるリップリング２
２を用いることにより、従来技術による往復動圧縮機と
同等の吐出性能を維持しつつ、起動時の負荷を低減で
き、かつリップ部の摩耗を大幅に低減できることが確認
された。

【００４９】かくして、本実施形態による往復動圧縮機
によれば、リップリング２２を構成するリップ部の常温
下での外径寸法Ｄを、予めシリンダ２１の内径寸法Ｅよ
りも小さく形成することにより、起動時におけるシリン
ダ２１の内周面とリップ部２２Ｂとの間での摺動抵抗を
小さくでき、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減するこ
とができる。この場合、揺動ピストン９が吸入行程にあ
るときには、リップリング２２のリップ部２２Ｂとシリ
ンダ２１の内周面との間には僅かな隙間が形成されるも
のの、揺動ピストン９が圧縮行程に移行したときには、
リップ部２２Ｂが圧縮室Ｃからの圧力によってシリンダ
２１の内周面に向けて撓み変形し、該シリンダ２１の内
周面に摺接するから、揺動ピストン９とシリンダ２１と
の間が適正にシールされ、従来技術による往復動圧縮機
と同等の吐出性能を維持することができる。

【００５０】そして、往復動圧縮機の連続運転によって
シリンダ２１とリップリング２２とが高温状態となり、
リップリング２２が熱膨張を生じた場合でも、この熱膨
張時におけるリップ部２２Ｂの最大外径Ｄ′を、シリン
ダ２１の最大内径Ｅ′に対して±０．２％の範囲内とな
るように設定したから、熱膨張時にリップリング２２の
リップ部２２Ｂとシリンダ２１の内周面との間に生じる
摩擦力を低減することができる。これにより、熱膨張時
におけるリップ部２２Ｂの摩耗を抑えることができ、リ
ップリング２２の長寿命化を図ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、リップリングに設けたリップ部の外径をシリン
ダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時にはシリ
ンダの圧縮室からの圧力により該リップ部がシリンダの
内周面に向けて撓み変形する構成としたから、リップリ
ングとシリンダ内周面との間の摺動抵抗を低減できる。
これにより、往復動圧縮機の起動時の負荷を低減するこ
とができ、かつリップ部の初期摩耗を低減できる。この
場合、リップ部は圧縮運転時においてシリンダ内周面に
摺接するようになり、ピストンとシリンダとの間を適正
にシールすることができる。

【００５２】また、請求項２の発明によれば、リップリ
ングのリップ部は、熱膨張時の最大外径がシリンダの最
大内径に対して±０．２％の範囲内となるように設定し
たから、連続運転時にシリンダとリップリングとが高温
状態となってリップリングが熱膨張を生じたとしても、
リップ部とシリンダ内周面との間に生じる摩擦力を低減
することができる。これにより、熱膨張時におけるリッ
プ部の摩耗を抑えることができ、リップリングの長寿命
化を図ることができる。

【００５３】さらに、請求項３の発明によれば、リップ
リングをポリテトラフルオロエチレンを含んだ複合材料
により形成したから、連続運転時の高温下におけるリッ
プリングの摺動性および耐熱性を向上させることがで
き、リップリングの一層の長寿命化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による往復動圧縮機の要部を
示す縦断面図である。

【図２】従来技術による往復動圧縮機の要部を示す縦断
面図である。

【図３】図２中の揺動ピストン、リップリングをシリン
ダから取外した状態で示す縦断面図である。

【符号の説明】

９揺動ピストン２１シリンダ２２リップリング２２Ａ固定部２２Ｂリップ部Ｄリップリング外径寸法Ｅシリンダ内径寸法

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ
往復動し、該シリンダ内に圧縮室を画成するピストン
と、該ピストンと前記シリンダとの間をシールする環状
のリップリングとからなる往復動圧縮機において、前記リップリングは、内周側に位置し前記ピストンに固
定される固定部と、該固定部から前記ピストンの径方向
外側へと突出し前記圧縮室に向けて屈曲した外周側のリ
ップ部とからなり、該リップ部はその外径を前記シリン
ダの内径よりも予め小さく形成し、圧縮運転時には前記
圧縮室からの圧力により前記シリンダの内周面に向けて
撓み変形する構成としたことを特徴とする往復動圧縮
機。
【請求項２】前記リップリングのリップ部は、圧縮運
転による熱膨張時の最大外径が前記シリンダの最大内径
に対して±０．２％の範囲内となるように外径寸法を設
定してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】前記リップリングはポリテトラフルオロ
エチレンを含んだ複合材料により形成し、前記シリンダ
はアルミニウム合金により形成してなる請求項１または
２に記載の往復動圧縮機。