JP5358253B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、往復動圧縮機に関する。

ピストンがシリンダ内で揺動しつつ往復動する往復動圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５２９６０号公報

上記のような圧縮機において、ピストンリングからの圧縮流体の漏れを少なくして高圧化等の高性能化の要求がある。

本発明は、さらなる高性能化に対応可能な往復動圧縮機の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ピストンリングの合口部は、前記ピストンリングの軸方向に位置がずれ、かつ周方向に重なり合うことで合わせ面を形成する前記ピストンリングの周方向の一端および他端にそれぞれ形成されたベース部を有し、前記それぞれのベース部の合わせ面が、前記ピストンリングの最大外径部の位置で、かつ前記ピストンリングの軸方向中心からオフセットされた位置に形成されている。

請求項１に係る発明によれば、ピストンリングからの圧縮流体の漏れを少なくしてさらなる高性能化に対応可能となる。

本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機を示すII−II断面図である。 本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機のピストンの円盤部近傍を示す部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングの図４に示すＶ−Ｖ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の第２実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングの図６に示すVII−VII断面図である。 本発明の第３実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図である。 本発明の第３実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングの図８に示すIX−IX断面図である。 本発明の第４実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の第４実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングの図８に示すXI−XI断面図である。 本発明の第５実施形態に係る往復動圧縮機のピストンリングの断面図である。 第１〜第５実施形態のピストンリングを適用可能な他の往復動圧縮機を示す平断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る往復動圧縮機を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

「第１実施形態」
まず、本発明の第１実施形態に係る往復動圧縮機を図１〜図５を参照しつつ以下に説明する。

往復動圧縮機１０は、気体（流体）を吸引し圧縮して吐出するものである。図１および図２に示すように、往復動圧縮機１０は、クランクケース１１を有しており、クランクケース１１は、内部がクランク室１２とされている。このクランクケース１１には、図１に示すように電動モータ１５が取り付けられている。電動モータ１５は、胴部１６と底部１７とを有する有底筒状をなし開口側がクランクケース１１に連結されるモータハウジング１８と、モータハウジング１８の胴部１６の内側に取り付けられたステータ１９と、モータハウジング１８の底部１７の軸受保持部２０に保持された軸受２１と、クランクケース１１の軸受保持部２２に保持された軸受２３と、これら軸受２１，２３に回転可能に支持された出力軸２４を含むロータ２５とを有している。

そして、電動モータ１５の出力軸２４の一端側がクランク室１２内に突出しており、この部分に、電動モータ１５の出力軸２４とでクランク軸２８を構成するクランク部材２９が偏心状態で固定されている。出力軸２４にはキー溝３１が形成されており、クランク部材２９には、外周部に対し偏心して出力軸２４を嵌合させる嵌合穴３２が形成されるとともにこの嵌合穴３２にキー溝３３が形成されていて、これらキー溝３１，３３にキー３４が嵌合されることで、出力軸２４にクランク部材２９が一体化されている。これにより、クランクケース１１は、軸受２３を介してクランク軸２８を支持する。

また、電動モータ１５の出力軸２４にはその中間位置にクランク部材２９に当接してバランスウェイト３７が、出力軸２４に螺合されるナット３８で固定されており、出力軸２４の先端位置には冷却ファン３９が固定されている。なお、バランスウェイト３７にも、出力軸２４を嵌合させる嵌合穴４０およびキー溝４１が形成されており、このキー溝４１に上記したキー３４が嵌合されることで、バランスウェイト３７が出力軸２４に一体化される。

クランクケース１１上には、円筒状のシリンダ４５が基端側において取り付けられている。このシリンダ４５は、その内周面４６の基端側がクランク室１２内に開口する。また、シリンダ４５の先端側には弁座板４８およびシリンダヘッド本体４９からなるシリンダヘッド５０が搭載されている。

シリンダヘッド本体４９には、図２に示すように、外部に連通する吸込口５１と、吸込口５１に連通する吸込室５２と、外部に連通する吐出口５３と、吐出口５３に連通する吐出室５４とが画成されている。

弁座板４８は、シリンダ４５とシリンダヘッド本体４９との間に介装されるもので、この弁座板４８には、吸込室５２をシリンダ４５側の圧縮室５５に連通させる吸込穴５７と、吐出室５４を圧縮室５５に連通させる吐出穴５８とが形成されている。また、弁座板４８にはリード弁としての吸込弁５９および吐出弁６０が取り付けられ、これら吸込弁５９および吐出弁６０は、基端側がネジ等を介して弁座板４８に固定された固定端となり、先端側は自由端となって、吸込穴５７、吐出穴５８をそれぞれ開閉する。

シリンダ４５内には、揺動式のピストン６３が摺動可能に挿嵌されている。このピストン６３は、その一端側にあって、クランク室１２内に位置して偏心回転するクランク２８のクランク部材２９に軸受６４を介して回転可能に連結される円環状の連結部６５と、この連結部６５に一体形成されてシリンダ４５内へと伸長したピストンロッド部６６と、ピストン６３の他端側にあってピストンロッド部６６にこれと直交するように一体形成されてシリンダ４５内に配置される円板状のリング受６７とを有するピストン本体６８と、このピストン本体６８とは別体に設けられリング受６７にネジ６９で固定されてシリンダ４５内に配置される、リング受６７と略同径の円板状のリテーナ７０とを有している。ピストン本体６８は、リング受６７の中心軸線とピストンロッド部６６の中心軸線とが一致しており、ピストンロッド部６６の中心軸線が連結部６５の中心軸線に直交している。また、ピストンロッド部６６は連結部６５の中心軸線に沿う方向の厚さがこれと直交する方向の幅よりも狭くなっている。なお、リテーナ７０は、中心軸線をリング受６７の中心軸線およびピストンロッド部６６の中心軸線に一致させてピストン本体６８に取り付けられてピストン６３を構成することになる。

ここで、ピストン６３の他端側に設けられたリング受６７とリテーナ７０とが、シリンダ４５内を揺動しつつ往復動してシリンダヘッド５０との間に圧縮室５５を画成する円盤部７１を構成しており、この円盤部７１にピストン６３とシリンダ４５との間をシールするピストンリング７２が保持されている。ピストンリング７２の外周側は、シリンダ４５の内周面４６を摺動する。なお、リテーナ７０とリング受６７は一体的に構成してもよいし、リング受６７とピストンロッド部６６は分割式にしてもよい。

ピストン６３は、連結部６５がクランク部材２９によって偏心運動させられることによって、シリンダ４５内の円盤部７１が、保持したピストンリング７２をシリンダ４５内で摺動させながら往復動することになり、その際に、連結部６５、ピストンロッド部６６および円盤部７１が一体であることから、クランク軸２８の中心軸線に直交し且つシリンダ４５の中心軸線に直交する方向に揺動する。このクランク軸２８の中心軸線に直交し且つシリンダ４５の中心軸線に直交する方向を揺動方向とする。他方、ピストン６３は、クランク軸２８の軸方向には揺動しない。このクランク軸２８の軸方向を非揺動方向とする。円盤部７１は揺動時の揺動角が揺動方向において最大となり、非揺動方向において最小（０）となる。

リング受６７には、図３に示すように、外径側且つピストンロッド部６６とは反対側に円環状の段差部７５がピストンロッド部６６の中心軸線と同心状に形成されており、この段差部７５と円板状のリテーナ７０とで、ピストン６３の円盤部７１の外周側に位置して中心方向に凹む円環状のリング溝７６が形成される。そして、このリング溝７６に、ピストン６３とシリンダ４５との間をシールする上記したピストンリング７２が装着されることになる。なお、リテーナ７０には、リング溝７６内に突出する図４に示す突起部７７が非揺動方向に形成されている。この突起部７７はピストンリング７２に係合してピストンリング７２のリング溝７６に対する回転規制を行う。なお、突起部７７は、非揺動方向に形成するのが望ましいが、ピストンリング７２を回転規制できればよく、形成する位置を限定されない。また、部分接着等の他方式によりピストンリング７２が回転規制されたり、ピストンリング７２とピストンリング溝７６の間に設けた図示しないテンションリング等により回転規制されている場合は、突起部７７はなくてもよい。

図４および図５に示すピストンリング７２は、耐摩耗性および自己潤滑性に優れたバネ性を有する樹脂材料によって略円環状に一体成形されている。ピストンリング７２は、略円弧状の主環部８０と、主環部８０の周方向の一端にあって、主環部８０の軸方向一端に偏って主環部８０よりも薄く形成された円弧状のベース部８１と、主環部８０の周方向の他端にあって、主環部８０の軸方向他端に偏って主環部８０よりも薄く形成された円弧状のベース部８２とを有している。両側のベース部８１，８２は、互いにピストンリング７２の軸方向に位置がずれ周方向に重なり合うことで接触する合わせ面８１ａ，８２ａを形成することになる。これらベース部８１，８２を合わせた軸方向長さは主環部８０の軸方向長さと同等となっている。

これらのベース部８１，８２が、合口部８４を構成している。つまり、この合口部８４を構成する両側のベース部８１，８２が周方向にずれることで、ピストンリング７２が拡縮径可能となっている。ピストンリング７２は、自然状態で、主環部８０の周方向の一端側にあるベース部８１と主環部８０の他端部との間に周方向の合口隙間８５が形成されることになり、主環部８０の他端側にあるベース部８２と主環部８０の一端部との間にも同様の合口隙間８６が形成されることになる。ピストンリング７２の拡縮時には、これら合口隙間８５，８６が拡縮する。主環部８０には、合口部８４の略１８０度反対となる中間位置の内周側に、軸方向一側に中心軸方向に沿って凹む切欠部８８が形成されている。

そして、第１実施形態においては、一方のベース部８１の軸方向厚さが他方のベース部８２の軸方向厚さよりも薄く形成されており、これにより、ベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａは、ピストンリング７２の軸方向中心からクランク軸２８とは反対側（図４および図５の上側）にオフセットされた位置に形成されている。

また、第１実施形態において、ピストンリング７２の外周は、軸方向端部の一側、具体的にはクランク軸２８側（図４（ｂ）および図５における下側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部９０が、軸方向においてベース部８２の範囲内に全周にわたって設けられている。この縮径部９０は、具体的には、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧形状をなしているが、これはピストンの往復動に伴う揺動角にあわせてシリンダとのシール性を向上するための加工が施されていれば円弧形状でなくてもよい。そして、この縮径部９０を除くピストンリング７２の外周は、ピストンリング７２の中で最大外径となる最大外径部９１となっている。最大外径部９１は、ピストンリング７２の軸方向の断面がピストンリング７２の軸方向に沿う平坦形状をなしており、軸方向においてベース部８１の全範囲とベース部８２のベース部８１側の一部の範囲とに形成されている。そして、この最大外径部９１に、ベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されている。

このようなピストンリング７２が、リテーナ７０を取り付ける前にリング受６７の段差部７５に、切欠部８８を非揺動方向側かつ上側にし縮径部９０を下側にして配置され、この状態でリテーナ７０がピストン本体６８のリング受６７に固定されることで、リング溝７６にピストンリング７２が保持されることになる。このように、ピストンリング７２の切欠部８８にリテーナ７０の突起部７７を嵌合させることで、ピストンリング７２の円盤部７１に対する回転が規制されるようになっている。そして、リング溝７６に装着された状態で合口部８４は、非揺動方向に配置されており、言い換えれば、円盤部７１の揺動角が小さい位置に設けられた状態に維持されることが望ましい。
なお、別の方法でピストンリング７２が回転規制されている場合は、切欠部８８および突起部７７は設けなくてもよい。また、ピストンリング７２の回転規制を設けない場合も可能であり、その場合、合口部８４からのシール効果が多少低下し漏れが発生する可能性があるが、合口部８４は非揺動方向に配置することを必要としない。

第１実施形態に係る往復動圧縮機１０は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

電動モータ１５が回転駆動されると、その出力軸２４に固定されたクランク部材２９が偏心回転運動を行う。すると、このクランク部材２９に軸受６４を介して回転可能に連結されたピストン６３が、その円盤部７１およびピストンリング７２をシリンダ４５内で往復動させる。そして、吸入行程では、円盤部７１およびピストンリング７２のシリンダヘッド５０とは反対方向への移動で圧縮室５５が拡大し吐出弁６０は閉状態のまま吸込弁５９を開いて気体を圧縮室５５に導入する。続く圧縮行程では、円盤部７１およびピストンリング７２のシリンダヘッド５０の方向への移動で圧縮室５５が縮小し吸込弁５９は閉状態のまま吐出弁６０を開いて圧縮室５５から圧縮気体をシリンダヘッド５０内の吐出室５４に吐出する。

以上の作動中、円盤部７１およびピストンリング７２は、シリンダ４５内で揺動しながら往復動することになる。

つまり、最も圧縮室５５を拡大した下死点で、ピストン６３は、円盤部７１の全体の揺動角が０で、シリンダ４５と同軸となっており、リング溝７６に装着されたピストンリング７２も、全体の揺動角が０で、全周にわたり最大外径部９１においてシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

この状態から圧縮行程を行うべくクランク部材２９が回転し、圧縮室５５を縮小させる方向に円盤部７１およびピストンリング７２を移動させると、圧縮行程の下死点から上死点と下死点との中間まで連結部６５がシリンダ軸から一側に離れる方向に移動しながら偏心回転し、ピストン６３の円盤部７１の揺動方向の揺動角が徐々に大きくなる。このように円盤部７１の揺動方向の揺動角が大きくなると、合口部８４のベース部８１，８２同士を周方向にずらしながら、ピストンリング７２はシリンダ４５の内径にならって揺動方向に拡径することになる。その際に、ピストンリング７２の非揺動方向両側は、揺動方向の揺動角にかかわらず、拡径せず、最大外径部９１においてシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。その結果、非揺動方向に配置された合口部８４は、この最大外径部９１にベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されていることから、この合わせ面８１ａ，８２ａの両側のベース部８１，８２が常にシリンダ４５の内周面４６に接触してシール性を維持する。

また、上記のように圧縮行程において下死点から上死点と下死点との中間まで円盤部７１の揺動方向の揺動角が大きくなると、ピストンリング７２は、シリンダヘッド５０側に位置する揺動方向一側を、縮径部９０の揺動角に応じた位置においてシリンダ４５の内周面４６に当接させるとともに、シリンダヘッド５０とは反対側に位置する揺動方向逆側を、最大外径部９１の縮径部９０とは反対側の端部においてシリンダ４５の内周面４６に当接させながら揺動することになる。そして、上死点と下死点との中間で連結部６５が最もシリンダ軸から一側に離れると、円盤部７１およびピストンリング７２はシリンダ４５の中心軸線に対し最も傾斜し揺動方向の揺動角が最大になる。

続いて、圧縮行程において上死点と下死点との中間から上死点に向かうにしたがって連結部６５は中央に戻ることになり、徐々に円盤部７１の揺動方向の揺動角が小さくなる。円盤部７１の揺動角が小さくなると、合口部８４のベース部８１，８２同士を周方向にずらしながら、ピストンリング７２は、シリンダ４５の内径にならって揺動方向に縮径することになり、その際に、引き続き、シリンダヘッド５０側に位置する揺動方向一側を、縮径部９０の揺動角に応じた位置においてシリンダ４５の内周面４６に当接させ、シリンダヘッド５０とは反対側に位置する揺動方向逆側を、最大外径部９１の縮径部９０とは反対側の端部においてシリンダ４５の内周面４６に当接させる。

そして、最も圧縮室５５を縮小した上死点では、円盤部７１の全体の揺動角が０となり、ピストン６３とシリンダ４５とが同軸となって圧縮行程が終了し、ピストンリング７２も、全体の揺動角が０となり、全周にわたり最大外径部９１においてシリンダ４５の内周面４６に面接触で当接することになる。

円盤部７１が上死点にある状態からクランク部材２９が吸入行程を行うべく回転するとピストン６３は圧縮室５５を拡大させる方向に円盤部７１およびピストンリング７２を移動させることになり、吸入行程における上死点と下死点との中間まで、連結部６５がシリンダ軸から逆側に離れる方向に移動しながら偏心回転し、円盤部７１の揺動方向の揺動角が徐々に大きくなる。

このように吸入行程における上死点から上死点と下死点との中間に向かうにしたがって、円盤部７１の揺動方向の揺動角が大きくなると、ピストンリング７２は、シリンダヘッド５０側に位置する揺動方向逆側を、縮径部９０の揺動角に応じた位置においてシリンダ４５の内周面４６に当接させることになり、シリンダヘッド５０とは反対側に位置する揺動方向一側を、最大外径部９１の縮径部９０とは反対側の端部においてシリンダ４５の内周面４６に当接させることになる。そして、上死点と下死点との中間で連結部６５が最もシリンダ軸から逆側に離れると、円盤部７１およびピストンリング７２はシリンダ４５の中心軸線に対し最も傾斜し揺動方向の揺動角が最大になる。

続いて、吸入行程において上死点と下死点との中間から下死点に向かうにしたがって連結部６５は中央に戻ることになり、徐々に円盤部７１の揺動方向の揺動角が小さくなる。その際に、ピストンリング７２は、引き続き、シリンダヘッド５０側に位置する揺動方向逆側を、縮径部９０の揺動角度に応じた位置においてシリンダ４５の内周面４６に当接させ、シリンダヘッド５０とは反対側に位置する揺動方向一側を、最大外径部９１の縮径部９０とは反対側の端部においてシリンダ４５の内周面４６に当接させる状態となる。

最も圧縮室５５を拡大した下死点では、ピストン６３とシリンダ４５とが同軸となって吸入行程が終了し、ピストンリング７２は、全周にわたり最大外径部９１においてシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

以上に述べた第１実施形態によれば、合口部８４を形成するベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが、ピストンリング７２の最大外径部９１の位置で、かつピストンリング７２の軸方向中心からオフセットされた位置に形成されているため、合口隙間８５，８６でシールラインが途切れることを防止でき、シールラインをピストンリング７２の外周上に形成できる。したがって、圧縮気体の漏れを生じやすい合口部８４とシリンダ４５との間からの圧縮気体の漏れを効果的に抑制でき、さらなる高性能化に対応可能となる。

また、ピストンリング７２には、縮径部９０が形成されているため、揺動時のシール性が向上することになる。したがって、圧縮気体の漏れを効果的に抑制でき、さらなる高性能化に対応可能となる。

また、ピストンリング７２は、縮径部９０における軸方向断面が略円弧状をなしているため、一定時間、その形状の効果により、シール性が向上することになり、圧縮気体の漏れを効果的に抑制でき、さらなる高性能化に対応可能となる。また、ピストンリング７２が摩耗すると、外周がすべて平坦となり、性能が低下することになって、交換時期を報知することができる。

また、ピストンリング７２の最大外径部９１は、軸方向の断面が平坦形状をなしているため、圧縮室５５の圧力が高くなるピストン６３の上死点で、ピストンリング７２とシリンダ４５の内周面４６とを面接触させることができる。したがって、圧縮気体の漏れを効果的に抑制できるため、さらなる高性能化に対応可能となる。

また、ピストンリング３５は、シリンダ４５に対し揺動角の変化が小さい部分に合口部８４を配置してリング溝７６に対して位置決めされているため、分割されていて圧縮気体の漏れを生じやすい合口部８４を揺動角度の変化が小さい側に位置決めしシリンダ４５の内周面４６に対して良好な接触状態に維持できる。したがって、圧縮気体の漏れを生じやすい合口部８４とシリンダ４５との間からの圧縮気体の漏れを効果的に抑制できるため、さらなる高性能化に対応可能となる。
なお、本実施形態においては、合口部８４を形成するベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが、ピストンリング７２の最大外径部９１の位置で、かつピストンリング７２の軸方向中心から圧縮室側にオフセットされた位置に形成されている。このため、ベース部８１、８２の強度が向上して圧縮室側からの圧力によってシリンダケース側へピストンリング７２が脱落することを防止できる。また、合わせ面８１ａ、８２ａが、ピストンリングの軸方向中心からシリンダケース側にオフセットされた位置に形成されてもよい。この場合は、シリンダケースから圧力吹き返し等によりピストンリング７２の圧縮室側のへの脱落を防止することができる。

「第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態に係る往復動圧縮機を主に図６および図７を参照しつつ以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は同一称呼、同一符号としてその説明は略す。

第２実施形態においては、第１実施形態に対してピストンリング７２の外周部の形状が相違している。

第２実施形態のピストンリング７２の外周には、その軸方向端部の一側、具体的にはクランク軸２８側（図６（ｂ）および図７における下側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部９５が、軸方向においてベース部８２の範囲内に設けられている。また、軸方向端部の他側、具体的にはクランク軸２８とは反対側（図６および図７の上側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部９６が、軸方向においてベース部８１の範囲内に設けられている。

具体的に、クランク軸２８側の縮径部９５は、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧状をなしており、クランク軸２８とは反対側の縮径部９６も、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧形状をなしている。縮径部９５は、縮径部９６よりもピストンリング７２の軸方向長さが長くされており、縮径部９５の最小径と、縮径部９６の最小径とが同等となっている。

そして、これらの縮径部９５，９６は滑らかに連続しており、これらの連続部分がピストンリング７２の中で最大外径となる最大外径部９７となっている。最大外径部９７は、ピストンリング７２の軸方向中心からクランク軸２８とは反対側（図６（ｂ）および図７における上側）にオフセットされた位置に形成されており、この最大外径部９７にベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されている。

第２実施形態においては、そのピストンリング７２が、下死点および上死点において全周にわたり最大外径部９７でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、この状態から揺動すると、非揺動方向は最大外径部９７で、揺動方向は円弧状の縮径部９５あるいは縮径部９６で円滑にシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

以上に述べた第２実施形態によれば、ピストンリング７２の軸方向の両側に縮径部９５，９６が形成されているため、その形状の効果により、圧縮行程および吸入工程の両工程においてシール性が向上することになり、圧縮気体の漏れを効果的に抑制でき、さらなる高性能化に対応可能となる。

「第３実施形態」
次に、本発明の第３実施形態に係る往復動圧縮機を主に図８および図９を参照しつつ以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は同一称呼、同一符号としてその説明は略す。

第３実施形態においては、第１実施形態に対してピストンリング７２の合口部８４および外周部の形状が相違している。

第３実施形態のピストンリング７２は、ベース部８１の先端側かつ内径側に円周方向に延びる延出部１００が形成されており、主環部８０のベース部８２側の内径側にこの延出部１００と周方向に重なり合うことでこの延出部１００を収容する段差部１０１が形成されている。延出部１００と段差部１０１とは、ピストンリング７２の拡縮に対して、互いに径方向に当接するようになっている。

第３実施形態のピストンリング７２の外周は、軸方向端部の一側、具体的にはクランク軸２８側（図８（ｂ）および図９における下側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１０２が、軸方向においてベース部８２の範囲内に設けられている。また、軸方向端部の他側、具体的にはクランク軸２８とは反対側（図８（ｂ）および図９における上側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１０３が、軸方向においてベース部８１の範囲内に設けられている。

具体的に、クランク軸２８側の縮径部１０２は、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧形状をなしており、クランク軸２８とは反対側の縮径部１０３も、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧形状をなしている。縮径部１０２は、縮径部１０３よりもピストンリング７２の軸方向長さが長くされ、縮径部１０２の最小径と、縮径部１０３の最小径とが同等となっている。

そして、これらの縮径部１０２，１０３を除くピストンリング７２の外周が、ピストンリング７２の中で最大外径となる最大外径部１０４となっている。最大外径部１０４は、ピストンリング７２の軸方向の断面がピストンリング７２の軸方向に沿う平坦形状をなしており、軸方向においてベース部８１のベース部８２側の一部の範囲とベース部８２のベース部８１側の一部の範囲とに形成されている。そして、第３実施形態においても、この最大外径部１０４に、ピストンリング７２の軸方向中心からクランク軸２８とは反対側にオフセットされて、ベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されている。

第３実施形態においては、そのピストンリング７２が、下死点および上死点において全周にわたり、ピストンリング７２の軸方向に沿う平坦な最大外径部１０４でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、この状態から揺動すると、非揺動方向は最大外径部１０４で、揺動方向は円弧状の縮径部１０２あるいは縮径部１０３で円滑にシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

「第４実施形態」
次に、本発明の第４実施形態に係る往復動圧縮機を主に図１０および図１１を参照しつつ以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は同一称呼、同一符号としてその説明は略す。

第４実施形態においては、第１実施形態に対してピストンリング７２の外周部の形状が相違している。

第４実施形態のピストンリング７２の外周は、軸方向端部の一側、具体的にはクランク軸２８側（図１０（ｂ）および図１１における下側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１０７が、軸方向においてベース部８２の範囲内に設けられている。また、軸方向端部の他側、具体的にはクランク軸２８とは反対側（図１０（ｂ）および図１１における上側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１０８が、軸方向においてベース部８１の範囲内に設けられている。

具体的に、クランク軸２８側の縮径部１０７は、ピストンリング７２の軸方向の断面が平坦な面取り形状をなしており、クランク軸２８とは反対側の縮径部１０８も、ピストンリング７２の軸方向の断面が平坦な面取り形状をなしている。縮径部１０７は、縮径部１０８よりもピストンリング７２の軸方向長さが長くされ、縮径部１０７の最小径が、縮径部１０８の最小径よりも小さくされている。

そして、これらの縮径部１０７，１０８を除くピストンリング７２の外周が、ピストンリング７２の中で最大外径となる最大外径部１０９となっている。最大外径部１０９は、ピストンリング７２の軸方向の断面がピストンリング７２の軸方向に沿う平坦形状をなしており、軸方向においてベース部８１のベース部８２側の一部の範囲とベース部８２のベース部８１側の一部の範囲とに形成されている。そして、第４実施形態においても、この最大外径部１０９に、ピストンリング７２の軸方向中心からクランク軸２８とは反対側にオフセットされて、ベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されている。

第４実施形態においては、そのピストンリング７２が、下死点および上死点において全周にわたり、ピストンリング７２の軸方向に沿う平坦な最大外径部１０９でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、この状態から揺動すると、非揺動方向は最大外径部１０９で、揺動方向は最大外径部１０９の端縁部でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、揺動角が最大のとき揺動方向が面取り状の縮径部１０７あるいは縮径部１０８でシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

第４実施形態によれば、ピストンリング７２の軸方向の両側に縮径部１０７，１０８が設けられており、クランク軸２８側の縮径部１０７の最小径が、クランク軸２８とは反対側の縮径部１０８の最小径よりも小さくされているため、圧縮気体および揺動運動によるピストンリング７２のシリンダ４５への押し付け荷重を受ける合口部８４のクランク軸２８側が、リング受６７よりもシリンダ４５の方向へ突出するのを防止できる。これにより、ピストンリング７２の合口部８４のクランク軸２８側に応力集中が生じるのを防止でき、信頼性を向上できる。

「第５実施形態」
次に、本発明の第５実施形態に係る往復動圧縮機を主に図１２を参照しつつ以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分は同一称呼、同一符号としてその説明は略す。

第５実施形態においては、第１実施形態に対してピストンリング７２の外周部の形状が相違している。

第５実施形態のピストンリング７２の外周は、軸方向端部の一側、具体的にはクランク軸２８側（図１２における下側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１１１が、軸方向においてベース部８２の範囲内に設けられている。また、軸方向端部の他側、具体的にはクランク軸２８とは反対側（図１２における上側）に、軸方向において中央側よりも端部側の径が小さくなるように縮径する縮径部１１２が、軸方向においてベース部８１の範囲内に設けられている。

具体的に、クランク軸２８側の縮径部１１１は、ピストンリング７２の軸方向の断面が平坦な面取り形状をなしており、クランク軸２８とは反対側の縮径部１１２は、ピストンリング７２の軸方向の断面が円弧形状をなしている。縮径部１１１は、縮径部１１２よりもピストンリング７２の軸方向長さが長くされ、縮径部１１１の最小径と、縮径部１１２の最小径とが同等となっている。

そして、これらの縮径部１１１，１１２を除くピストンリング７２の外周が、ピストンリング７２の中で最大外径となる最大外径部１１３となっている。最大外径部１１３は、ピストンリング７２の軸方向の断面がピストンリング７２の軸方向に沿う平坦形状をなしており、軸方向においてベース部８１のベース部８２側の一部の範囲とベース部８２のベース部８１側の一部の範囲とに形成されている。そして、第４実施形態においても、この最大外径部１０９に、ピストンリング７２の軸方向中心からクランク軸２８とは反対側にオフセットされて、ベース部８１，８２の合わせ面８１ａ，８２ａが配置されている。

第５実施形態においては、そのピストンリング７２が、下死点および上死点において全周にわたり、ピストンリング７２の軸方向に沿う平坦な最大外径部１１３でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、この状態から揺動すると、非揺動方向は最大外径部１１３で、揺動方向は、縮径部１１２あるいは最大外径部１１３の端縁部でシリンダ４５の内周面４６に当接することになり、揺動角が最大のとき揺動方向が縮径部１１２あるいは面取り状の縮径部１１１でシリンダ４５の内周面４６に当接することになる。

なお、以上に述べた第１〜第５実施形態においては、単気筒型の往復動圧縮機１０を例にとり説明したが、複数気筒型の往復動圧縮機にも適用可能である。例えば、図１３に示すように、モータ２５の出力軸２４に対して、クランク部材２９を二つ、位相を１８０度異ならせて取り付け、シリンダ４５およびシリンダヘッド５０を出力軸２４に対して１８０度異なる位置に二組設けて、軸受６４、ピストン６３およびピストンリング７２を二組設けた水平対向型の往復動圧縮機にも適用可能である。また、低圧側と高圧側の２段圧縮を行う往復動圧縮機に適用してもよく、その場合、低圧側のシール構造は安価なリップリングを用いて、高圧側のシールのみに本実施形態で説明したピストンリング７２を採用してもよい。例えば、高圧側とは、３ＭＰa以上の圧縮流体を吐出する圧縮室であった場合に、本実施形態の効果を発揮する。
なお、合口部８４の形状は、上記実施の形態に限られるものではなく、周方向に延びる合わせ面を有する形状であれば、他の形状であってもよい。

シリンダ内をピストンが揺動しながら往復動する往復動圧縮機の前記ピストンに設けられるピストンリングにおいて、
合口部を有して拡縮径可能に形成されるとともに、外周の軸方向端部のいずれか一側または両側に縮径部が設けられ、
前記合口部は、軸方向に位置がずれ、かつ周方向に重なり合うことで合わせ面を形成するベース部が軸方向の一端および他端にそれぞれ形成され、
前記それぞれのベース部の合わせ面は、最大外径部の位置で、かつ軸方向中心からオフセットされた位置に形成されていることを特徴とするピストンリング。

１０ 往復動圧縮機
２８ クランク軸
４５ シリンダ
６３ ピストン
６５ 連結部
７２ ピストンリング
７６ リング溝
８１，８２ ベース部
８１ａ，８２ａ 合わせ面
８４ 合口部
９０，９５，９６，１０２，１０３，１０７，１０８，１１１，１１２ 縮径部
９１，９７，１０４，１０９，１１３ 最大外径部

Claims (7)

1. シリンダと、
   一端側がクランク軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が前記シリンダ内を揺動しつつ往復動するピストンと、
   該ピストンの外周側に位置したリング溝と、
   前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするために前記リング溝に装着され、合口部を有して拡縮径可能に形成されたピストンリングとを備えてなる往復動圧縮機において、
   前記ピストンリングの外周には、軸方向端部のいずれか一側または両側に縮径部が設けられ、
   前記合口部は、前記ピストンリングの軸方向に位置がずれ、かつ周方向に重なり合うことで合わせ面を形成する前記ピストンリングの周方向の一端および他端にそれぞれ形成されたベース部を有し、
   前記それぞれのベース部の合わせ面は、前記ピストンリングの前記縮径部を除く最大外径部の位置で、かつ前記ピストンリングの軸方向中心からオフセットされた位置に形成され、前記シリンダの内周面に接触することを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記縮径部は、前記ピストンリングの軸方向の断面が円弧形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記縮径部は、前記ピストンリングの軸方向の断面が面取り形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
4. 前記最大外径部は、前記ピストンリングの軸方向の断面が平坦形状をなしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
5. 前記縮径部は、前記ピストンリングの軸方向の両側に設けられており、前記クランク軸側の縮径部の最小径が、前記クランク軸とは反対側の縮径部の最小径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
6. 前記ピストンリングは、前記合口部が前記ピストンの揺動角が小さい位置に設けられた状態で前記リング溝に対して回転規制されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
7. シリンダと、
   一端側がクランク軸に回転可能に連結される連結部となり他端側が前記シリンダ内を揺動しつつ往復動するピストンと、
   該ピストンの外周側に位置したリング溝と、
   前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするために前記リング溝に装着され、合口部を有して拡縮径可能に形成されたピストンリングとを備えてなる往復動圧縮機において、
   前記ピストンリングの外周には、軸方向端部のいずれか一側または両側に縮径部が設けられ、
   前記合口部は、前記ピストンリングの軸方向に位置がずれ、かつ周方向に重なり合うことで合わせ面を形成する前記ピストンリングの周方向の一端および他端にそれぞれ形成されたベース部を有し、
   前記それぞれのベース部の合わせ面は、前記ピストンリングの最大外径部の位置で、かつ前記ピストンリングの軸方向中心からオフセットされた位置に形成され、
   前記縮径部は、前記ピストンリングの軸方向の両側に設けられており、前記クランク軸側の縮径部の最小径が、前記クランク軸とは反対側の縮径部の最小径よりも小さいことを特徴とする往復動圧縮機。

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