特開 2023-19120 ピストン及び往復動圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023019120

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】ピストン及び往復動圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F16J 9/00 20060101AFI20230202BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20230202BHJP

【ＦＩ】

F16J9/00 A

F04B39/00 107J

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021123606

(22)【出願日】2021-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】森中 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】岡田 徹

(72)【発明者】

【氏名】大塚 友裕

【テーマコード（参考）】

3H003

3J044

【Ｆターム（参考）】

3H003AA02

3H003AC01

3H003BC03

3H003CB08

3J044AA16

3J044AA20

3J044BC03

3J044CA09

3J044CA11

3J044DA10

3J044DA16

(57)【要約】

【課題】複数のピストンリングを備えたピストンにおいて、時間が経過してもピストンリング間の差圧の差が緩和された状態を維持して、ピストンリングの寿命を延長する。
【解決手段】シリンダ１０とピストン本体２２間の隙間が複数のピストンリング３０によって高圧側空間２６と低圧側空間２８とに仕切られているピストン２０において、第１ピストン部材５６は高圧側空間２６に開口する第１接続路６０と第１接続路６０に連通する第１貫通孔７０とを有し、第２ピストン部材５７は低圧側空間２８に開口する第２接続路６１と第１貫通孔７０及び第２接続路６１に連通する第２貫通孔７１とを有し、第１貫通孔７０の第１開口６２の開度と第２貫通孔７１の第２開口６５の開度とが調整されるようにピストン２０の周方向における第１ピストン部材５６の向きと第２ピストン部材５７の向きとの間の相対的な関係が決められる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダを有する往復動圧縮機に用いられるピストンであって、
外周面に複数のリング溝が形成されるピストン本体と、
前記複数のリング溝にそれぞれ配置された複数のピストンリングと、を備え、
前記複数のピストンリングはそれぞれ、前記シリンダ及び前記ピストン本体間の隙間を、当該ピストンリングの高圧側空間と当該ピストンリングの低圧側空間とに仕切り、
前記ピストン本体は、
前記複数のピストンリングのうち１つのピストンリングの高圧側の空間に開口する第１接続路と、前記第１接続路に繋がり前記ピストンの軸方向に貫通する第１貫通孔と、を有する第１ピストン部材と、
前記第１ピストン部材とは別体として構成されており、前記１つのピストンリングの低圧側の空間に開口する第２接続路と、前記第１貫通孔に連通するとともに前記第２接続路に繋がり前記ピストンの軸方向に貫通する第２貫通孔と、を有する第２ピストン部材と、を備え、
前記第１貫通孔における前記第２ピストン部材側の第１開口の開度と、前記第２貫通孔における前記第１ピストン部材側の第２開口の開度とが調整されるように、前記ピストンの周方向における前記第１ピストン部材の向きと前記第２ピストン部材の向きとの間の相対的な関係が決められる、ピストン。

【請求項2】

前記ピストン本体は、
前記第１ピストン部材を含む複数の第１ピストン部材と、
前記第２ピストン部材を含む複数の第２ピストン部材と、備え、
前記複数の第１ピストン部材はそれぞれ、第１接続路と、第１貫通孔と、を有し、
前記複数の第２ピストン部材はそれぞれ、第２接続路と、前記それぞれの第１ピストン部材の前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔と、を有している、請求項１に記載のピストン。

【請求項3】

前記複数のピストンリングのうち、前記ピストンの軸方向における中央よりも高圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、
より高圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の開度の大きさは、より低圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の大きさ以上である、請求項２に記載のピストン。

【請求項4】

前記複数のピストンリングのうち、前記ピストンの軸方向における中央よりも低圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、
より低圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の開度の大きさは、より高圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の大きさ以上である、請求項２に記載のピストン。

【請求項5】

前記第１開口及び前記第２開口の開度が調整されるように、前記ピストンの周方向における前記第１ピストン部材及び前記第２ピストン部材の相対的な向きを決める位置決め手段を備えている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のピストン。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項に記載のピストンと、前記ピストンを摺動可能に収容するシリンダと、クランク機構とを備える往復動圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピストン及び往復動圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、合口が設けられたシールリングと、シールリングの内周に接して配置されるとともにシールリングにガスの圧力を均等に伝えるバックアップリングとを備えたピストンリングが開示されている。特許文献１のピストンリングでは、シールリングの突起部にバックアップリングを係止させて、合口同士が重なること及びリング同士が固着することを防ぎ、ピストンリングのシール性を向上させている。しかし、この構成では、ピストンリングのシール性が高いため、高圧の圧縮機に用いる場合に、一部のピストンリングに大きな差圧が負荷され、当該ピストンリングの寿命が短くなる虞がある。

【0003】

これに対して、特許文献２には、合口からガスを漏らすように構成されたピストンリングを備えた往復動圧縮機が開示されている。特許文献２では、各ピストンリングの合口隙間の大きさが、高圧側から低圧側に向けて小さくするように調整されている。すなわち、この往復動圧縮機では、各ピストンリングに負荷される差圧をより均等にすることで、局所的なピストンリングの摩耗の進行を抑制し、それによって、ピストンリングの寿命を延長しようとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－３２９３５号公報

【特許文献2】特開２００８－１５７０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２の往復動圧縮機では、各ピストンリングの合口隙間の大きさを調整することにより差圧の均等化を図っている。しかしながら、この往復動圧縮機では、ピストンの往復運動によって時間経過とともに各ピストンリングの摩耗が進行するため、それぞれの合口隙間の大きさは、設定された大きさと異なる大きさに変化することがある。このため、各ピストンリングの差圧が調整されている状態は、時間経過とともに維持され難くなり、一部のピストンリングに大きな差圧が負荷されて、ピストンリングの寿命が短くなる虞がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、複数のピストンリングを備えたピストンにおいて、時間が経過してもピストンリング間の差圧の差が緩和された状態を維持して、ピストンリングの寿命を延長させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の目的を達成するため、本発明に係るピストンは、シリンダを有する往復動圧縮機に用いられるピストンであって、外周面に複数のリング溝が形成されるピストン本体と、前記複数のリング溝にそれぞれ配置された複数のピストンリングと、を備える。前記複数のピストンリングはそれぞれ、前記シリンダ及び前記ピストン本体間の隙間を、当該ピストンリングの高圧側空間と当該ピストンリングの低圧側空間とに仕切る。前記ピストン本体は、前記複数のピストンリングのうち１つのピストンリングの高圧側の空間に開口する第１接続路と前記第１接続路に繋がり前記ピストンの軸方向に貫通する第１貫通孔とを有する第１ピストン部材と、前記第１ピストン部材とは別体として構成されており前記１つのピストンリングの低圧側の空間に開口する第２接続路と前記第１貫通孔に連通するとともに前記第２接続路に繋がり前記ピストンの軸方向に貫通する第２貫通孔とを有する第２ピストン部材と、を備える。前記ピストンは、前記第１貫通孔における前記第２ピストン部材側の第１開口の開度と、前記第２貫通孔における前記第１ピストン部材側の第２開口の開度とが調整されるように、前記ピストンの周方向における前記第１ピストン部材の向きと前記第２ピストン部材の向きとの間の相対的な関係が決められる。

【0008】

このように構成されたピストンでは、１つのピストンリングにおいて高圧側の空間から低圧側の空間にガスが漏れるため、当該ピストンリングに負荷された差圧を低減できる。さらに、当該ピストンリングでは、連通部において第１開口及び第２開口の開度の調整により、高圧側空間から低圧側空間へのガスの漏れ量が調整されているため、当該ピストンリングの差圧の低減具合を調整できる。したがって、ピストンリングに負荷されている差圧の大きさに応じて、複数のピストンリング間の差圧の差を緩和できる。また、ガスを漏らすための接続路及び貫通孔がピストン本体に設けられているため、ピストンの摺動に起因する摩耗や変形が生じ難い。したがって、時間が経過しても複数のピストンリング間の差圧の差は緩和できるため、ピストンリングの寿命を延長できる。

【0009】

前記ピストン本体は、前記第１ピストン部材を含む複数の第１ピストン部材と、前記第２ピストン部材を含む複数の第２ピストン部材と、備えていてもよい。前記複数の第１ピストン部材はそれぞれ、第１接続路と、第１貫通孔と、を有していてもよく、前記複数の第２ピストン部材はそれぞれ、第２接続路と、前記それぞれの第１ピストン部材の前記第１貫通孔に連通する第２貫通孔と、を有していてもよい。

【0010】

この態様では、複数のピストンリングそれぞれにおいて、高圧側の空間から低圧側の空間にガスが漏れるため、各ピストンリングに負荷された差圧を低減できる。このため、各ピストンリング間の差圧の差をより効果的に緩和できる。

【0011】

前記複数のピストンリングのうち、前記ピストンの軸方向における中央よりも高圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、より高圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の開度の大きさは、より低圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の大きさ以上であってもよい。

【0012】

この態様では、中央よりも高圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、より高圧側のピストンリングほど、高圧側の空間から低圧側の空間へのガスの漏れ量が大きい。このため、より高圧側に位置するピストンリングにより大きな差圧が負荷されている場合に、これらのピストンリング間の差圧の差をより効果的に緩和できる。

【0013】

前記複数のピストンリングのうち、前記ピストンの軸方向における中央よりも低圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、より低圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の開度の大きさは、より高圧側に位置するピストンリングに対応する前記第１開口及び前記第２開口の大きさ以上であってもよい。

【0014】

この態様では、中央よりも低圧側に配置された少なくとも２つのピストンリングにおいて、より低圧側のピストンリングほど、高圧側の空間から低圧側の空間へのガスの漏れ量が大きい。このため、より低圧側に位置するピストンリングにより大きな差圧が負荷されている場合に、これらのピストンリング間の差圧の差をより効果的に緩和できる。

【0015】

前記ピストンは、前記第１開口及び前記第２開口の開度が調整されるように、前記ピストンの周方向における前記第１ピストン部材及び前記第２ピストン部材の相対的な向きを決める位置決め手段を備えていてもよい。

【0016】

この態様では、位置決め手段によって第１開口と第２開口の開度を確実に調整できる。

【0017】

前記ピストンは、前記ピストンを摺動可能に収容するシリンダと、クランク機構とを備えた往復動圧縮機に設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、複数のピストンリングを備えたピストンにおいて、時間が経過してもピストンリング間の差圧の差が緩和された状態を維持して、ピストンリングの寿命を延長されることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態に係る往復動圧縮機の一部を概略的に示す断面図である。

【図2】第１実施形態に係るピストンの一部を概略的に示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係るピストンの一部を概略的に示す構成図である。

【図4】図２のピストンにおけるピストン本体の構成を概略的に示す拡大図である。

【図5】第１実施形態に係るピストン本体の一部を概略的に示す構成図である。

【図6】（ａ）（ｂ）第１実施形態に係るピストン本体の連通部の構成を概略的に示す断面図である。

【図7】第２実施形態に係るピストン本体の構成を概略的に示す断面図である。

【図8】第３実施形態に係るピストン本体の構成を概略的に示す断面図である。

【図9】第４実施形態に係るピストン本体の一部を概略的に示す構成図である。

【図10】（ａ）（ｂ）４実施形態に係るピストン本体の位置決め手段の構成を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る往復動圧縮機（以下「圧縮機１００」と称する）の一部の構成を示した概略的な断面図である。以下の説明において、「上」や「下」といった方向指標が用いられる。これらの方向指標は、説明の明瞭化のみを目的としており、限定的に解釈されるべきではない。

【0021】

図１に示すように、圧縮機１００は、シリンダ１０と、シリンダ１０内に摺動可能に配置されたピストン２０と、シリンダ１０の側面にそれぞれ配置された吸込弁１２及び吐出弁１４と、シリンダ１０の上面に配置されたシリンダヘッド１５と、を備える。圧縮機１００はさらに、シリンダ１０の下方に配置されるとともにピストン２０をシリンダ１０内で上下方向に往復動させる図略のクランク機構を備えている。

【0022】

シリンダ１０には、一方向に延びるとともにシリンダ１０の上面に開口する円柱状の内部空間１６が形成されており、上面の開口はシリンダヘッド１５により塞がれている。シリンダ１０には、内部空間１６から側方に延びるとともにシリンダ１０の側面に開口する吸込流路１７と、内部空間１６から前記側方と反対の側方に延びるとともにシリンダ１０の吸込流路１７と反対の側面に開口する吐出流路１８と、が形成されている。

【0023】

吸込流路１７には、シリンダ１０の側面に結合された吸込弁１２が設けられている。吸込弁１２は、外部から内部空間１６へのガスの流入を許容する逆止弁であり、外部から内部空間１６にガスを供給するための図略の配管に接続されている。

【0024】

吐出流路１８には、シリンダ１０の側面に結合された吐出弁１４が設けられている。吐出弁１４は、内部空間１６から外部にガスの流出を許容する逆止弁であり、内部空間１６から吐出されたガスを流すための図略の配管に接続されている。

【0025】

ピストン２０は、内部空間１６内にシリンダ１０と同軸に配置されており、シリンダ１０の軸長よりも短い軸長を有している。シリンダ１０の内部空間１６において、ピストン２０とシリンダヘッド１５との間の部位は圧縮室１９として機能する。吸込流路１７及び吐出流路１８はそれぞれ、圧縮室１９と連通している。

【0026】

図２及び図３に示すように、ピストン２０は、円柱状のピストン本体２２と、ピストン本体２２の外周面に配置された複数のピストンリング３０とを備えている。ピストン本体２２の外径は、シリンダ１０の内周面の直径よりも少し小さい。したがって、ピストン本体２２の外周面とシリンダ１０の内周面との間には、上下方向に延びる環状のピストン隙間２１が形成されている。なお、図１及び図３では、ピストン隙間２１を実際よりも誇張して表現している。

【0027】

ピストン本体２２の外周面には、ピストン２０の軸方向に間隔をあけて配置された複数のリング溝４０が形成されている。各リング溝４０によって、ピストン本体２２には、ピストンリング３０を配置するための矩形断面の環状空間が形成される。複数のピストンリング３０は、圧縮室１９からのガスが、ピストン隙間２１を通じてクランク機構側に漏出することを抑制するための環状のシール部材である。各ピストンリング３０には、環の一部が切断されて形成された図略の合口部が設けられている。

【0028】

図４に示すように、複数のリング溝４０はそれぞれ、高圧側面４３と、内底面４４と、低圧側面４５と、を有している。

【0029】

内底面４４は、ピストン２０の軸方向に延びる円柱面状であり、ピストンリング３０の内周面と対向する。内底面４４の直径は、ピストン本体２２の外径よりも小さく且つピストンリング３０の内径よりも小さい。したがって、内底面４４とピストンリング３０の間には、底面側隙間４８が形成される。内底面４４のピストン２０の軸方向の長さは、ピストンリング３０の幅（ピストン２０の軸方向の長さ）よりも少し大きい。したがって、高圧側面４３又は低圧側面４５とピストンリング３０との間には、底面側隙間４８と連通する側面側隙間４９が形成される。

【0030】

高圧側面４３は、リング溝４０のうち圧縮室１９側の端面を区画しており、内底面４４における圧縮室１９側の縁部とピストン本体２２の外周面とを接続する下向き（クランク機構側向き）の面であり、ピストンリング３０の高圧側の側面に対向する。

【0031】

低圧側面４５は、リング溝４０のうちクランク機構側の端面を区画しており、内底面４４におけるクランク機構側の縁部とピストン本体２２の外周面とを接続する上向き（圧縮室１９側向き）の面であり、ピストンリング３０の低圧側の側面に対向する。

【0032】

各ピストンリング３０がシリンダ１０の内周面に当接しつつ各リング溝４０の低圧側面４５に当接した状態では、ピストンリング３０によって、ピストン隙間２１は複数の空間に仕切られる。これら複数の空間のうち、各ピストンリング３０に対して圧縮室１９側に位置する空間を当該ピストンリング３０の高圧側空間２６と称し、各ピストンリング３０に対してクランク機構側に位置する空間を当該ピストンリング３０の低圧側空間２８と称する。

【0033】

図５に示すように、ピストン本体２２は、ピストン２０の軸方向に延びる円柱状のピストン軸５０と、ピストン軸５０に外嵌されるとともにそれぞれ別体として構成された複数のピストン部材５２とを備えている。ピストン軸５０は同一径で一直線に延びており、ピストン２０と同軸に形成されている。複数のピストン部材５２はそれぞれ、ピストン２０と同軸に形成されている。複数のピストン部材５２にはそれぞれ、各ピストン部材５２の上面及び下面を貫通するとともにピストン軸５０を挿入するための軸穴５１が形成されている。

【0034】

各ピストン部材５２は、ピストン２０の軸方向に延びる円柱状の第１部位５４と、第１部位５４の上面に配置されており第１部位５４の直径よりも小さく且つピストンリング３０の内径よりも小さい直径を有する円柱状の第２部位５５とを有している。第１部位５４と第２部位５５とにより、ピストン部材５２の外周面は段状に形成されている。段状の外周面を有する複数のピストン部材５２が互いに当接しつつピストン軸５０に外嵌されることにより、外周面にリング溝４０が形成されたピストン本体２２が形成される。

【0035】

図４に示すように、複数のピストン部材５２には、第１ピストン部材５６と、第１ピストン部材５６の下側に隣接して配置された第２ピストン部材５７と、が含まれる。複数のピストンリング３０には、第１ピストンリング３１と、第２ピストンリング３２と、が含まれる。複数のリング溝４０には、第１リング溝４１と、第２リング溝４２と、が含まれる。

【0036】

第１ピストン部材５６と、上側に隣接するピストン部材５２との間には、第１リング溝４１が形成されており、第１リング溝４１には第１ピストンリング３１が配置されている。第１ピストン部材５６と第２ピストン部材５７との間には第２リング溝４２が形成されており、第２リング溝４２には第２ピストンリング３２が配置されている。

【0037】

第１ピストンリング３１がシリンダ１０の内周面に当接しつつ第１リング溝４１の低圧側面４５に当接した状態では、第１ピストンリング３１によってピストン隙間２１は、第１ピストンリング３１の高圧側空間２６と低圧側空間２８とに仕切られる。第１ピストンリング３１の高圧側空間２６は、第１リング溝４１の側面側隙間４９及び底面側隙間４８に繋がっている。第１ピストンリング３１の低圧側空間２８は、第２リング溝４２の側面側隙間４９及び底面側隙間４８に繋がっている。

【0038】

同様に、第２ピストンリング３２がシリンダ１０の内周面に当接しつつ第２リング溝４２の低圧側面４５に当接した状態では、第２ピストンリング３２によってピストン隙間２１は、第２ピストンリング３２の高圧側空間２６と低圧側空間２８とに仕切られる。

【0039】

第１ピストン部材５６には、径方向に延びて形成されており第１リング溝４１からガスを漏らすための第１接続路６０と、径方向の所定の位置に配置されており軸方向に延びる第１貫通孔７０とが形成されている。第１貫通孔７０の一方の端部は、第１ピストン部材５６の低圧側の端面（すなわち第１部位５４の下面）に第１開口６２として開口し、他方の端部は第１開口６２と反対側の高圧側の端面（すなわち第２部位５５の上面）に第２開口６３として開口する。第１接続路６０は、内端が第１貫通孔７０に接続されるとともに外端が第１リング溝４１の内底面４４に開口しており、第１貫通孔７０と底面側隙間４８とを連通させる。

【0040】

第２ピストン部材５７は、第１ピストン部材５６と同様に形成されており、径方向に延びる第２接続路６１と、軸方向に延びる第２貫通孔７１が形成されている。第２貫通孔７１の一方の端部は第２ピストン部材５７の低圧側の端面に第１開口６４として開口し、他方の端部は高圧側の端面に第２開口６５として開口する。

【0041】

第１ピストン部材５６と第２ピストン部材５７とは、２つのピストン部材５６、５７の当接面において、第１ピストン部材５６の第１開口６２と第２ピストン部材５７の第２開口６５とが対面するように構成されている。第１開口６２と第２開口６５とが対面しており、第１貫通孔７０と第２貫通孔７１とが連通する部位を第１連通部６７と称する。

【0042】

上記の構成により、第１ピストン部材５６と第２ピストン部材５７とでは、第１接続路６０と、第１貫通孔７０と、第１連通部６７と、第２貫通孔７１と、第２接続路６１とによって、第１ピストンリング３１の高圧側空間２６から低圧側空間２８に、第１ピストンリング３１を迂回してガスが漏れるようになっている。

【0043】

第１ピストン部材５６と第２ピストン部材５７とはさらに、第１連通部６７の開度（すなわち第１開口６２と第２開口６５との重なり具合）が所定の開度となるように、２つのピストン部材５６、５７間における周方向の向きの相対的な関係が決められている。すなわち、第１ピストン部材５６の周方向の向きに対して、第１連通部６７の開度が所定の開度となるように、第２ピストン部材５７の周方向の向きが決められている。

【0044】

なお、複数のピストン部材５２のうち第１ピストン部材５６及び第２ピストン部材５７以外のピストン部材５２は、第１ピストン部材５６及び第２ピストン部材５７と同様に、接続路と、貫通孔と、第１開口と、第２開口とを有している。複数のピストン部材５２のうち隣接する２つのピストン部材５２の当接面には、それぞれの貫通孔を連通させる連通部６６が形成されている。そして、連通部６６の開度が所定の開度となるように、隣接する２つのピストン部材５２は、周方向の向きの相対的な関係が決められている。

【0045】

図６（ａ）（ｂ）には、第１連通部６７の開度（すなわち第１ピストン部材５６の第１開口６２と第２ピストン部材５７の第２開口６５との間での重なり具合）が所定の開度に調整された状態を上面視で示している。図６（ａ）に示すように、２つのピストン部材５６、５７間の周方向の向きが比較的小さくずれている状態では、第１連通部６７の開度は比較的大きくなる。一方で、図６（ｂ）に示すように、２つのピストン部材５６、５７間の周方向の向きが比較的大きくずれている状態では、第１連通部６７の開度は比較的小さくなる。第１連通部６７の開度が比較的大きく調整された状態では、第１連通部の開度が比較的小さく調整された状態と比べて、第１連通部６７を通じて漏れるガスの漏れ量が大きくなる。

【0046】

（運転動作と作用効果）
圧縮機１００の運転時に、ピストン２０は、クランク機構の往復運動に伴ってシリンダ１０内を摺動し、圧縮室１９は圧縮と膨張を繰り返す。圧縮室１９の圧縮及び膨張に伴って、吸込弁１２を介して外部から圧縮室１９にガスが吸込まれるとともに、吐出弁１４を介して圧縮室１９から外部に昇圧されたガスが吐出される。

【0047】

圧縮室１９で昇圧されたガスの一部は、シリンダ１０及びピストン２０間のピストン隙間２１に流入する。このガスは各リング溝４０においてシリンダ１０とピストンリング３０との間を通過してクランク機構側に漏出する。このとき、各ピストンリング３０には差圧が負荷される。この差圧は、各ピストンリング３０において、当該ピストンリング３０の高圧側空間２６と低圧側空間２８との圧力の差に起因するものである。この差圧によって、各ピストンリング３０はシリンダ１０の内周面に当接しつつリング溝４０の低圧側面４５に当接した状態になるため、ピストン隙間２１は各ピストンリング３０によって高圧側空間２６と低圧側空間２８とに仕切られる。さらに、リング溝４０内には、底面側隙間４８及び側面側隙間４９が形成される。

【0048】

ピストン２０では、圧縮室１９からクランク機構側に漏れ出すガスの圧力を、複数のピストンリング３０に分散させることにより、各ピストンリング３０に大きな差圧が負荷されないように構成されている。しかし圧縮室１９からのガスによる差圧が各ピストンリング３０に均等に分散されずに、一部のピストンリング３０に比較的大きな差圧が負荷されることがある。このように複数のピストンリング３０間で差圧に差が生じた場合には、比較的大きな差圧が負荷されるピストンリング３０の摩耗が進行し易くなることがある。

【0049】

本実施形態のピストン２０では、各ピストンリング３０に対応して設けられた接続路及び貫通孔により、各ピストンリング３０の高圧側空間２６から低圧側空間２８にガスが漏れるため、各ピストンリング３０の差圧を低減できる。さらに、連通部６６の開度を所定の開度に調整して、各ピストンリング３０の高圧側空間２６から低圧側空間２８へのガスの漏れ量を調整することにより、各ピストンリング３０の差圧の低減具合が調整される。したがって、複数のピストンリング３０間の差圧が均一でない場合に、各ピストンリング３０に負荷されている差圧の大きさに応じてガスの漏れ量を調整することにより、複数のピストンリング間における差圧の差を効果的に緩和できる。

【0050】

また、接続路と貫通孔とは、ピストン本体２２の内部に流路として形成されているため、ピストン２０の摺動に起因する摩耗や変形の影響を受け難い。したがって、時間が経過しても複数のピストンリング３０間の差圧の差に応じて低減具合を調整しながら各ピストンリング３０間の差圧の差を緩和できる。これにより、ピストンリング３０の寿命は延長される。

【0051】

また、ピストン２０において中央よりも高圧側に配置された複数のピストンリング３０では、より高圧側に配置されたピストンリング３０ほど、当該ピストンリング３０に対応する連通部６６を通じて漏れるガスの漏れ量が大きい。このため、高圧側に配置されたピストンリング３０ほど差圧が大きい場合に、差圧の大きいピストンリングほど差圧の低減具合が大きくなるので、複数のピストンリング３０間の差圧の差をより効果的に緩和できる。

【0052】

同様に、ピストン２０において中央よりも低圧側に配置された複数のピストンリング３０では、より低圧側に配置されたピストンリング３０ほど、当該ピストンリング３０に対応する連通部６６を通じて漏れるガスの漏れ量が大きい。このため、低圧側に配置されたピストンリング３０ほど差圧が大きい場合に、差圧の大きいピストンリングほど差圧の低減具合が大きくなるので、複数のピストンリング３０間の差圧の差をより効果的に緩和できる。

【0053】

なお、各ピストン部材５２には、周方向の一箇所において１つの貫通孔が形成されているが、これに限らない。例えば、各ピストン部材５２には、周方向の複数の箇所においてピストン２０の軸方向に延びる複数の貫通孔が形成されていてもよい。この場合、各ピストン部材５２には、複数の貫通孔に対応する複数の接続路が形成される。

【0054】

また、複数のピストン部材５２のうち、比較的小さい差圧が負荷されるピストンリング３０に対応するピストン部材５２には、接続路が設けらなくてもよい。この態様では、ピストン２０は、差圧の小さいピストンリング３０において差圧を低減させず、差圧の大きいピストンリング３０において差圧を低減させるように構成されている。

【0055】

（第２実施形態）
第２実施形態の圧縮機１００では、図７に示すように、ピストン部材５２において、接続路がピストン本体２２の外周面に開口している点において第１実施形態とは異なっている。

【0056】

第１ピストン部材５６の第１接続路６０は、内端が第１貫通孔７０に接続されており、外端が第１部位５４の外周面（ピストン本体２２の外周面）に開口している。同様に、第２ピストン部材５７の第２接続路６１は、内端が第２貫通孔７１に接続されており、外端が第１部位５４の外周面（ピストン本体２２の外周面）に開口している。

【0057】

この態様では、第１接続路６０、第２接続路６１、第１貫通孔７０及び第２貫通孔７２を通じて、第１ピストンリング３１の高圧側空間２６と低圧側空間２８とは連通するので、第１ピストンリング３１に負荷される差圧を低減できる。

【0058】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態の説明を第２実施形態に援用することができる。

【0059】

（第３実施形態）
第３実施形態の圧縮機１００では、図８に示すように、２つのピストン部材５２の間に中間部材７３が配置されている点において第１実施形態とは異なっている。

【0060】

ピストン本体２２は、第１ピストン部材５６と第２ピストン部材５７とを含む複数のピストン部材５２と、第１中間部材７７と第２中間部材７８と第３中間部材７９とを含む複数の中間部材７３と、を有している。ピストン本体２２は、ピストン部材５２と中間部材７３とが交互に並んで配置されている。

【0061】

ピストン本体２２では、第１中間部材７７と、第１ピストン部材５６と、第２中間部材７８と、第２ピストン部材５７と、第３中間部材７９とが、高圧側から低圧側に、この順に並んで配置されている。第１中間部材７７と第１ピストン部材５６間には第１ピストンリング３１が配置された第１リング溝４１が形成されており、第２中間部材７８と第２ピストン部材５７間には第２ピストンリング３２が配置された第２リング溝４２が形成されている。

【0062】

第１ピストン部材５６及び第２ピストン部材５７は、第１実施形態における第１ピストン部材５６の第２部位５５と同じ形状に形成されている。第１ピストン部材５６及び第２ピストン部材５７にはそれぞれ、各リング溝４１、４２からガスを漏らすための接続路６０、６１及び貫通孔７０、７１が形成されている。

【0063】

第１ピストン部材５６の貫通孔７０の一方の端部は下面に第１開口６２として開口し、他方の端部は上面に第２開口６３として開口している。第２ピストン部材５７の貫通孔７１の一方の端部は下面に第１開口６４として開口し、他方の端部は第２ピストン部材５７の上面に第２開口６５として開口している。

【0064】

３つの中間部材７７～７９は、第１実施形態における第１ピストン部材５６の第１部位５４と同じ形状に形成されている。３つの中間部材７７～７９にはそれぞれ、上面及び下面間を貫通する貫通孔１０１、１０２、１０３と、下面の第３開口９４、９６、９８と、上面の第４開口９５、９７、９９とが形成されている。

【0065】

２つのピストン部材５６、５７及び３つの中間部材７７～７９の間のそれぞれの当接面には、５つの貫通孔７０、７１、１０１～１０３を連通させる４つの連通部１１１～１１４が形成されている。このため、第１ピストン部材５６の第１接続路６０と第２ピストン部材５７の第２接続路６１とが連通しているため、第１ピストンリング３１の高圧側空間２６から低圧側空間２８へガスが漏れる。

【0066】

２つのピストン部材５６、５７及び３つの中間部材７７～７９は、隣接する部材間において連通部１１１～１１４それぞれの開度が所定の開度となるように、周方向の向きの相対的な関係が決められている。これにより、連通部１１１～１１４を介して漏れるガスの漏れ量が調整されている。

【0067】

ガスの漏れ量の調整について具体的に説明する。例えば、第１ピストン部材５６と第２中間部材７８間では、第１開口６２と第４開口９７の周方向の位置を揃えることにより、連通部１１２の開度が最大となるように調整されている。そして、第２中間部材７８と第２ピストン部材５７間では、第３開口９６が第２開口６５に対して周方向に所定の距離ずれて配置されており、連通部１１３の開度が所定の開度となるように調整されている。２つの連通部１１２、１１３の開度を調整することにより、第１ピストンリング３１の高圧側空間２６から低圧側空間２８へのガスの漏れ量が調整される。他のピストンリング３０においても同様に、各ピストンリング３０の高圧側空間２６から低圧側空間２８へのガスの漏れ量が調整されている。

【0068】

この態様では、各ピストンリング３０の高圧側空間２６から低圧側空間２８にガスを漏らすことにより各ピストンリング３０の差圧を低減できる。さらに、複数のピストン部材５２と複数の中間部材７３との間のそれぞれの連通部の開度が調整されているため、複数のピストンリング３０間の差圧の差を緩和できる。

【0069】

なお、ピストン本体２２は、第１ピストン部材５６と第２中間部材７８は、連通部１１２の開度が所定の開度になるように、第１開口６２と第４開口９７の周方向の位置の相対的な関係が調整されていてもよい。この場合、第２中間部材７８と第２ピストン部材５７間では、第２開口６５と第３開口９６の周方向の位置を揃えることにより、連通部１１３の開度が最大になるように調整されている。

【0070】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１実施形態及び前記第２実施形態の説明を第３実施形態に援用することができる。

【0071】

（第４実施形態）
第４実施形態の圧縮機１００は、隣接する２つのピストン部材５２間の連通部６６において、２つの開口の周方向の位置を決めるための位置決め手段８０を備える点において、第１実施形態の圧縮機１００とは異なっている。

【0072】

ピストン本体２２は、図９に示すように、隣接する２つのピストン部材５２間に配置されるとともに第１穴部８２と第２穴部８４と係止部材８６とを有する位置決め手段８０が設けられている。第１穴部８２は、２つのピストン部材５２のうち上側に配置された一方のピストン部材５２の下面に形成されている。第２穴部８４は下側に配置された他方のピストン部材５２の上面に形成されている。係止部材８６は、係止部材８６の両端が第１穴部８２及び第２穴部８４に嵌め込まれるように一方向に延びて形成されている。

【0073】

図１０（ａ）に示すように、係止部材８６の両端が第１穴部８２と第２穴部８４とに嵌め込まれた状態で、一方のピストン部材５２と他方のピストン部材５２とは当接する。このとき、第１穴部８２と第２穴部８４間において周方向の位置の相対的な関係が調整されているため、連通部６６における２つの開口６２、６４の周方向の位置の相対的な関係が決められる。すなわち、各位置決め手段８０によって、各連通部６６の開度が所定の開度となるように構成されている。これにより、ピストン２０では、各連通部６６の開度が確実に調整される。

【0074】

また、図１０（ｂ）に示すように、位置決め手段８０は、隣接する２つのピストン部材５２において、上側に配置された一方のピストン部材５２の下面に形成された第１穴部８２と、下側に配置された他方のピストン部材５２の上面に形成された突起部８８と、を含んでいてもよい。この場合、他方のピストン部材５２の第２穴部８４と、係止部材８６とは省略される。第１穴部８２と突起部８８とは、２つのピストン部材５２間の連通部６６の開度が所定の開度となるように、周方向の位置の相対的な関係が調整されている。

【0075】

なお、突起部８８は、上側に配置された一方のピストン部材５２の下面に形成されてもよい。この場合、第１穴部８２は、下側に配置された他方のピストン部材５２の上面に形成される。

【0076】

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが、前記第１～３実施形態の説明を第４実施形態に援用することができる。

【0077】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0078】

上述の実施形態に関連して説明された技術は、ガスの圧縮が必要とされる様々な技術分野に好適に利用される。

【符号の説明】

【0079】

１００・・・・・・・・・・圧縮機
１０・・・・・・・・・・シリンダ
２０・・・・・・・・・・ピストン
２２・・・・・・・・・・ピストン本体
３０・・・・・・・・・・ピストンリング
４０・・・・・・・・・・リング溝
２６・・・・・・・・・・高圧側空間
２８・・・・・・・・・・低圧側空間
５２・・・・・・・・・・ピストン部材
５６・・・・・・・・・・第１ピストン部材
５７・・・・・・・・・・第２ピストン部材
６０・・・・・・・・・・第１接続路
６１・・・・・・・・・・第２接続路
７０・・・・・・・・・・第１貫通孔
７１・・・・・・・・・・第２貫通孔
６２、６４・・・・・・・第１開口
６３、６５・・・・・・・第２開口
８０・・・・・・・・・・位置決め手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】