JPH11270675A

JPH11270675A - 往復動流体機械

Info

Publication number: JPH11270675A
Application number: JP7804198A
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: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】往復動流体機械のピストンを樹脂化し、シリ
ンダとの摺動性を高めるとともに、断熱性が高く耐磨耗
性に優れ、かつシリンダに対する攻撃性が低いピストン
を提供する。【解決手段】本発明では、ピストン１と、ピストンリ
ング２と、金属製のシリンダ４とを具備する往復動流体
機械において、ピストン１を、無機充填材及び潤滑材を
含有し、鉛筆硬さが５Ｈ〜９Ｈで、かつデュロメータ硬
さがＤ８０〜９５である熱硬化性樹脂複合材で形成し
た。また、本発明では、ピストン１と、ピストンリング
２と、金属製のシリンダ４とを具備する往復動流体機械
において、ピストン１を、モース硬さが４以下の無機充
填材の含有量が１０〜５０％、黒鉛及び炭素系材料の含
有量が２０％未満、非黒鉛系潤滑材の含有量が４０％未
満である熱硬化性樹脂複合材で形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は往復動圧縮機及び膨
張機に代表される往復動流体機械に係り、特にそのピス
トンの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】往復動圧縮機及び膨張機は、金属製のピ
ストンと、このピストンが摺動自在に支持された金属製
のシリンダとから概略構成されている。ここで、無給油
式往復動圧縮機では、ピストンとシリンダとの摺動を円
滑に行うため、図１に示すように、ピストン１にピスト
ンリング２及びライダーリング３を環装し、ピストン１
とシリンダ４との接触及びカジリを防止している。

【０００３】給油式往復動圧縮機では、ピストン１とシ
リンダ４との潤滑性が油により確保されているため、図
２に示すように、ピストンリング２のみを備え、ライダ
ーリング３は不要となっている。更に、無給油式往復動
圧縮機においても、ピストン１を熱硬化性縮合多環多核
芳香族樹脂で形成し、ライダーリング３を不要としたも
のがある。また、図１及び図２において、符号５はピス
トン１駆動用の連接棒、符号６はピストン１と連接棒５
とを連結するピストンピンである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の往復動圧縮機は、以下に示すような問題を有してい
た。（１）ピストンがアルミ合金製の場合、ピストンリング
やライダーリングの摩耗に伴い、ピストンとシリンダと
の間でカジリが発生する。また、ピストンからの良好な
熱伝導により、ピストンピンが高温となってグリスが熱
劣化し、連接棒との潤滑性が低下する。

【０００５】（２）ピストンが樹脂製の場合、ピストン
が摩耗しやすく、かつピストンとシリンダとの熱膨張差
が大きいため、ピストンとシリンダ間のクリアランスが
大きくなる。その結果、ピストンの傾斜により騒音が発
生する他、衝撃によりピストンやシリンダの摩耗が増大
する。

【０００６】（３）ピストンが樹脂製の場合、潤滑性を
維持する目的で黒鉛を４０％程度添加しているが、黒鉛
は断熱性が低く熱伝導が良好なため、アルミ合金製のピ
ストンの場合と同様に、ピストンピンが高温となってグ
リス等が熱劣化し、連接棒との潤滑性が低下する。

【０００７】（４）ピストンが樹脂製の場合、強度向上
のためにガラス繊維や炭素繊維を混合すると、シリンダ
に対する攻撃性が高くなってシリンダが摩耗する。その
結果、騒音が発生する他、シリンダとの衝撃によりピス
トン自身の摩耗も増大する。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、ピストンを樹脂化してシリンダとの摺動性を高める
とともに、断熱性が高く耐磨耗性に優れ、しかもシリン
ダに対する攻撃性が低いピストンの提供をその目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明では、ピストンと、このピストンに環装されたピ
ストンリングと、ピストンが摺動自在に支持された金属
製のシリンダとを具備する往復動流体機械において、ピ
ストンを、無機充填材及び潤滑材を含有し、鉛筆硬さが
５Ｈ〜９Ｈで、かつデュロメータ硬さがＤ８０〜９５で
ある熱硬化性樹脂複合材で形成した。

【００１０】ここで、ピストンの硬さを上記範囲に設定
した理由は、ピストンが上記範囲より柔らかいとピスト
ンの耐磨耗性が低下し、ピストンが上記範囲より硬いと
シリンダに対する攻撃性が高まるためである。

【００１１】更に、無機充填材には、タルク、マイカ、
硫酸バリウム、クレイ、炭酸カルシウム、ガラス繊維、
炭素繊維、ガラス球、及び球状炭素から選択される材質
を１種以上用いることが望ましい。

【００１２】また、本発明では、ピストンと、このピス
トンに環装されたピストンリングと、ピストンが摺動自
在に支持された金属製のシリンダとを具備する往復動流
体機械において、ピストンを、モース硬さが４以下の無
機充填材の含有量が１０〜５０％、黒鉛及び炭素系材料
の含有量が２０％未満、非黒鉛系潤滑材の含有量が４０
％未満である熱硬化性樹脂複合材で形成した。

【００１３】ここで、無機充填材の硬さをモース硬さ４
以下とした理由は、無機充填材の硬さがモース硬さ４以
下であれば、シリンダに対する攻撃性が抑制されるため
である。また、無機充填材の含有量を１０〜５０％とし
た理由は、含有量が１０％未満だとピストンの断熱性が
低下し、含有量が５０％を越えるとピストンの強度が低
下するためである。更に、黒鉛及び炭素系材料の含有量
を２０％未満とした理由は、含有量が２０％を越えると
ピストンの断熱性が低下するためで、非黒鉛系潤滑材の
含有量を４０％未満とした理由は、含有量が４０％を越
えるとピストンの強度が低下するためである。

【００１４】また、無機充填材には、マイカ及び／また
はチタン酸カリウムを用いることが望ましく、非黒鉛系
潤滑材には、四弗化エチレン、ポリエチレン、及び二硫
化モリブデンから選択される材質を１種以上用いること
が望ましい。

【００１５】一方、熱硬化性樹脂複合材を構成する樹脂
には、熱硬化性フェノール樹脂を用いることが望まし
い。更に望ましくは、熱硬化性フェノール樹脂の少なく
とも一部を、アルキルベンゼン・フェノール樹脂とす
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。まず、フェノール樹脂に、無機充
填材及び無機潤滑材を、それぞれ図３の発明品１〜３の
欄に示す比率で混合したものを、成型加工し、ライダー
リングのない、径８２ｍｍのピストン（発明品１〜３）
を得た。ここで、無機充填材には、ガラス繊維その他の
材質を適宜混合したものを、無機潤滑材には、黒鉛と二
硫化モリブデンとの混合物をそれぞれ用いた。また、比
較品として、上記の材料を、図３の比較品１〜３の欄に
示す比率で混合したものを同様の手順で加工し、発明品
と同一形状のピストン（比較品１〜３）を得た。

【００１７】ここで、比較品１はフェノール樹脂に黒鉛
のみを混合し、鉛筆硬さを３Ｈ、デュロメータ硬さをＤ
７６としたもの、比較品２，３は、無機充填材としてガ
ラス繊維を３０％添加し、鉛筆硬さを９Ｈ以上、デュロ
メータ硬さをＤ９６または９７としたものである。

【００１８】そして、上記ピストンを、陽極酸化処理
（アルマイト処理）が施されたアルミ合金製のシリンダ
を有する無給油式往復動圧縮機に装着し、負荷０．８Ｍ
Ｐａにて断続運転を行い、５０００時間後のピストン及
びシリンダの摩耗量を測定するとともに、運転時の騒音
を測定した。その結果を図４に示す。

【００１９】図４の結果から、発明品のピストンを用い
た場合には、ピストン、シリンダの摩耗量とも少なく、
騒音変化等の異常もないことがわかる（発明品３のシリ
ンダ摩耗量が他のものより多いが、実用上問題とはなら
ない）。一方、比較品１では、ピストンの摩耗量が多い
ため空気が漏洩し、比較品２，３では、シリンダの摩耗
量が多くなっている。また、比較品１，２では、運転時
の騒音も増加している。

【００２０】次いで、フェノール樹脂に、黒鉛、無機充
填材（マイカ及びチタン酸カリウム）及び非黒鉛系潤滑
材（四弗化エチレン）を、それぞれ図５の発明品４，５
の欄に示す比率で混合したものを、成型加工し、ライダ
ーリングのない、径８２ｍｍのピストン（発明品４，
５）を得た。また、比較品として、無機充填材を他の材
質にに換え、かつ図５の比較品５，６の欄に示す比率で
混合したものを同様の手順で加工し、発明品と同一形状
のピストン（比較品５，６）を得た。

【００２１】ここで、比較品５は無機充填材としてモー
ス硬さが７のガラス繊維を用いたもの、比較品６は無機
充填材としてカーボンを用いたものである。また、図５
における比較品１は、上記図３に示したものと同一品で
ある。ちなみに、比較品１に充填材（潤滑材）として用
いられている黒鉛のモース硬さは１であった。

【００２２】そして、上記ピストンを、陽極酸化処理が
施されたアルミ合金製のシリンダを有する無給油式往復
動圧縮機に装着し、負荷１．０ＭＰａにて断続運転を行
い、５０００時間後のピストン及びシリンダの摩耗量を
測定するとともに、ピストンピンの温度上昇を測定し
た。その結果を図６に示す。

【００２３】図６の結果から、発明品のピストンを用い
た場合には、ピストン、シリンダの摩耗量とも少なく、
かつピストンピンの温度上昇も相対的に小さいことがわ
かる。一方、比較品１では、図４の結果と同様、ピスト
ンの摩耗量が多く、かつ比較品５，６では、シリンダの
摩耗量が多くなっている。また、比較品１，５，６にお
けるピストンピンの温度上昇は、いずれも発明品より大
きい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の往復動流体
機械では、ピストンを熱硬化性樹脂複合材で形成し、か
つその材質を選択することにより、以下のような効果が
得られる。（１）ピストンを樹脂複合材で形成しているため、シリ
ンダとのカジリがない。また、シリンダとの摺動性が向
上するため、無給油式往復動流体機械に適用した場合に
はライダーリングが不要となり、コストが低下する。（２）ピストンの断熱性が向上するため、ピストンピン
の温度上昇が低減され、ピストンピンに塗布されたグリ
スの寿命が延び、コストが低下する。（３）ピストンの耐磨耗性が向上し、かつシリンダに対
する攻撃性が低いため、ピストン及びシリンダの消耗が
少なくなり、コストが低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】無給油式往復動圧縮機の構造の例を示す要部
断面図である。

【図２】給油式往復動圧縮機の構造の例を示す要部断
面図である。

【図３】本発明の実施形態におけるピストンの組成を
示す図である。

【図４】図３に示す組成のピストンの試験結果を示す
図である。

【図５】本発明の実施形態におけるピストンの組成を
示す図である。

【図６】図５に示す組成のピストンの試験結果を示す
図である。

【符号の説明】

１ピストン２ピストンリング４シリンダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンと、このピストンに環装された
ピストンリングと、前記ピストンが摺動自在に支持され
た金属製のシリンダとを具備する往復動流体機械におい
て、前記ピストンを、無機充填材及び潤滑材を含有し、鉛筆
硬さが５Ｈ〜９Ｈで、かつデュロメータ硬さがＤ８０〜
９５である熱硬化性樹脂複合材で形成したことを特徴と
する往復動流体機械。
【請求項２】前記無機充填材が、タルク、マイカ、硫
酸バリウム、クレイ、炭酸カルシウム、ガラス繊維、炭
素繊維、ガラス球、及び球状炭素から選択される材質を
１種以上含有することを特徴とする請求項１記載の往復
動流体機械。
【請求項３】ピストンと、このピストンに環装された
ピストンリングと、前記ピストンが摺動自在に支持され
た金属製のシリンダとを具備する往復動流体機械におい
て、前記ピストンを、モース硬さが４以下の無機充填材の含
有量が１０〜５０％、黒鉛及び炭素系材料の含有量が２
０％未満、非黒鉛系潤滑材の含有量が４０％未満である
熱硬化性樹脂複合材で形成したことを特徴とする往復動
流体機械。
【請求項４】前記無機充填材が、マイカ及び／または
チタン酸カリウムであることを特徴とする請求項３記載
の往復動流体機械。
【請求項５】前記非黒鉛系潤滑材が、四弗化エチレ
ン、ポリエチレン、及び二硫化モリブデンから選択され
る材質を１種以上含有することを特徴とする請求項３ま
たは４記載の往復動流体機械。
【請求項６】前記熱硬化性樹脂複合材を構成する樹脂
が、熱硬化性フェノール樹脂であることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれか１項記載の往復動流体機械。
【請求項７】前記熱硬化性フェノール樹脂の少なくと
も一部が、アルキルベンゼン・フェノール樹脂であるこ
とを特徴とする請求項６記載の往復動流体機械。