JP6534066B2 - ピストンリング - Google Patents

Description

本発明は、往復動形オイルフリーコンプレッサ等のピストン摺動部の気密を維持するのに用いられるピストンリングの改良に関するものである。

図１４（Ａ）、（Ｂ）は、従来の一般的なピストンリング２００ａ、２００ｂの側面
図である。このピストンリング２００ａ、２００ｂは、平板リング状をなし、ピストンに装着するために、平面に直角の合口２０１または平面に対して斜角の合口２０２を有する。しかし、これらのピストンリング２００ａ、２００ｂは、摩耗が進行すると、ピストンリングの外縁部が削られてピストンリング２００ａ、２００ｂの外径が小さくなるため、合口２０１，２０２の周方向の間隔が拡大して、ピストンリングが開き、合口の隙間が拡大して気密が低下する。このため、図１４〜図１７に示されるように、摩耗が進行しても気密が低下することがないように工夫した種々のピストンリングが提案され、一部は実用化されている。

図１５（Ａ）に記載の従来のピストンリング１００ａは、厚さ方向に相対する単純ステップ状の合口１１１を有し、図１５（Ｂ）に示すピストンリング１００ｂは、厚さ方向にロックされるステップ状の合口１１２を有する。これらのピストンリング１００ａ、１００ｂは、ステップによって合口の周方向に重なる部分の接触面の面積を大きくして摩耗による漏れを少なくしているが、ピストンリング１００ａ、１００ｂの摩耗によって外径が小さくなり、リングが拡がって合口の隙間が更に拡大してしまうと、ガスの漏れを防止することができなくなる欠点があった。なお、図１５（Ａ）のステップ状の合口を有するピストンリング１００ａは、例えば、特許文献１の図７に記載されている。

図１６（Ａ）に記載の従来のピストンリング１００ｃは、上下２つのリング片１００
ｃ１，１００ｃ２からなる多層の形態であり、各リング片１００ｃ１，１００ｃ２にはその周方向のそれぞれ異なる位置に直角合口１１３Ａ，１１３Ｂが形成されている。一方のリング片１００ｃ２には直角の合口１１３Ｂを有する部分の外周にへこみ１１３ＡＲが設けられ、他方のリング片１００Ｃ１にはリング片１００Ｃ２のへこみ１１３ＡＲに嵌合する突部１００ＢＰが設けられている。

また、図１７（Ａ）に記載の従来のピストンリング１００ｄは、多層型ではなく一体型であるが、厚み方向と径方向とに相対するステップ状の合口１１４を有する。この合口１１４においては、厚さ方向の上半部１１４ＲＡと下半部１１４ＲＢとが周方向に延出し、厚さ方向に相互に重なり合っている。但し、図１６（Ｂ）に示すように、下半部１１４ＲＢはリングの外周側部分のみに形成されている。

これらの図１６及び図１７に記載のピストンリング１００ｃ、１００ｄは、いずれも図１５に記載のステップ状の合口を有するピストンリングに比べて、ピストンリングの摩耗時の漏れは少ない。図１６及び図１７において、（Ｂ）は摩耗前の状態、（Ｃ）は摩耗後の状態を示す。ピストンリング１００ｃの摩耗によってリングの外周が痩せてくると、図１６に記載のピストンリング１００ｃではリング片１００Ｂの突部１００ＢＰがピストンＰとシリンダＣとの隙間に達すると漏れが発生する。また図１７のピストンリング１００ｄの下半部１１４ＲＢが磨耗して外径が小さくなり、外径と内径との間の部分が薄肉化してピストンＰの外周面とシリンダＣの内周面との間の隙間に薄肉化した下半部１１４ＲＢが食い込んで気密性を失うと共に機械の焼損に繋がるという欠点があった。

図１８に記載のピストンリング２００ｃは、合口２１６が一方の端部２１６Ｔが上半部となり、他方の端部２１６Ｄが下半部となって、相互に重なり合うが、更に、端部２１６Ｔの周方向の半分の部分が、端部２１６Ｄの周方向の半分の部分と、半径方向に隣り合うように形成されている。この形態のピストンリング２００ｃは、特許文献２の図３に記載されている。このピストンリングは図１６乃至図１７のピストンリングよりも摩耗時の気密性の低下が大きく、性能の低下を防止することができない欠点を有する。

上記図１６及び図１７のいずれのピストンリング１００ｃ、１００ｄも、磨耗によって痩せると、最早使用に耐えない状態となり、寿命が短い欠点があった。

図１９（Ａ）は特許文献３に記載のピストンリング２００ｄを示す。このピストンリング２００ｄは、その下方側の面の半径方向内側の部分に、溝２０１が設けられており、図１９（Ｂ）に示すように、リング摩耗時に、溝２０１を介して、ピストンＰとシリンダＣとの間の隙間におけるピストンリング２００ｄの上方の部分と下方の部分とが連通するようになっている。これにより、摩耗によって上方部分と下方の部分が連通することで圧縮気体を漏洩させる。そして気体を漏洩させて性能を低下させることで摩耗が一定量に達したことが判明する。このことによりピストンリング２００ｄがピストンとシリンダとの隙間に食い込むのを防止することができ、摩耗による事故を防止している。しかし、この従来技術は、摩耗事故を防止することができるが、ピストンリングの長寿命化を達成するものではない。

特開２００８−８８８４２号公報 特開２０１３−４４２７２号公報 特開平９−３２９２２号公報

本発明の目的は、使用に耐える気密性を確保しつつ、この気密性を長期にわたり維持することができ、また、摩耗事故を防止することができる長寿命の自己潤滑性ピストンリングを提供することにある。

本発明に係る第１の自己潤滑性ピストンリングは、
シリンダと、シリンダ内を往復移動するピストンとの間に介在するように、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に配置され、前記ピストンの前記溝の底面及び側面との間に隙間があって、この隙間に作用する圧力媒体により、前記シリンダ内面に向けて応力を印加されることにより、前記シリンダ内の２個の空間を、気密的に仕切る自己潤滑性ピストンリングにおいて、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第１の合口を有し、この第１の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できるが、この周方向に広がる距離が所定値以下に制限される第１のリング部材と、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第２の合口を有し、この第２の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できる第２のリング部材と、
を有し、
前記第１の合口と前記第２の合口がリング周方向の異なる位置になるように重ねられることを特徴とする。

この自己潤滑性ピストンリングにおいて、例えば、
更に、リング板状をなし、周方向の一部で分断されて、周方向に対向する面を有する第３の合口が形成された第３のリング部材を有し、
前記第３のリング部材は、第２のリング部材に、前記第３の合口が、前記第２の合口とリング周方向の異なる位置になるように重ねられることを特徴とする。

更に、この自己潤滑性ピストンリングにおいて、例えば、
１枚の前記第１のリング部材と、２枚の前記第２のリング部材とを有し、前記第１のリング部材の第１の合口と、前記２枚のリング部材の２個の第２の合口とが、リング周方向の異なる位置になるように、第１及び第２のリング部材が重ねられることを特徴とする。

本発明に係る第２の自己潤滑性ピストンリングは、
シリンダと、シリンダ内を往復移動するピストンとの間に介在するように、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に配置され、前記ピストンの前記溝の底面及び側面との間に隙間があって、この隙間に作用する圧力媒体により、前記シリンダ内面に向けて応力を印加されることにより、前記シリンダ内の２個の空間を、気密的に仕切る自己潤滑性ピストンリングにおいて、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第１の合口を有し、この第１の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できるが、この周方向に広がる距離が所定値以下に制限される３枚の第１のリング部材を有し、
３個の前記第１の合口がリング周方向の異なる位置になるように、３枚の第１のリング部材が重ねられることを特徴とする。

本発明に係る第３の自己潤滑性ピストンリングは、
シリンダと、シリンダ内を往復移動するピストンとの間に介在するように、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に配置され、前記ピストンの前記溝の底面及び側面との間に隙間があって、この隙間に作用する圧力媒体により、前記シリンダ内面に向けて応力を印加されることにより、前記シリンダ内の２個の空間を、気密的に仕切る自己潤滑性ピストンリングにおいて、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第２の合口を有し、この第２の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できる第２のリング部材と、
リング板状をなし、周方向の一部で分断されて、周方向に対向する面を有する第３の合口が形成された第３のリング部材と、
を有し、
前記第２の合口と前記第３の合口がリング周方向の異なる位置になるように重ねられることを特徴とする。

本発明に係る第４の自己潤滑性ピストンリングは、
シリンダと、シリンダ内を往復移動するピストンとの間に介在するように、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に配置され、前記ピストンの前記溝の底面及び側面との間に隙間があって、この隙間に作用する圧力媒体により、前記シリンダ内面に向けて応力を印加されることにより、前記シリンダ内の２個の空間を、気密的に仕切る自己潤滑性ピストンリングにおいて、
リング板状をなし、合口を持たずに、周方向に連続した第４のリング部材と、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第２の合口を有し、この第２の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できる第２のリング部材と、
を有することを特徴とする。

この自己潤滑性ピストンリングにおいて、例えば、
更に、リング板状をなし、周方向の一部で分断されて、周方向に対向する面を有する第３の合口が形成された第３のリング部材を有し、
前記第２の合口と前記第３の合口がリング周方向の異なる位置になるように重ねられることを特徴とする。

本発明に係る第５の自己潤滑性ピストンリングは、
シリンダと、シリンダ内を往復移動するピストンとの間に介在するように、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に配置され、前記ピストンの前記溝の底面及び側面との間に隙間があって、この隙間に作用する圧力媒体により、前記シリンダ内面に向けて応力を印加されることにより、前記シリンダ内の２個の空間を、気密的に仕切る自己潤滑性ピストンリングにおいて、
リング板状をなし、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第１の合口を有し、この第１の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できるが、この周方向に広がる距離が所定値以下に制限される４枚以上の第１のリング部材を有し、
４個以上の前記第１の合口がリング周方向の異なる位置になるように、４枚以上の第１のリング部材が重ねられることを特徴とする。

本願第１発明（請求項１）によれば、第１のリング部材は、シリンダに対する摺動により、周面が摩滅していくと、第１の合口にて対向する部分が周方向に相対的にずれる結果、第１のリング部材は周方向に開いていき、その周面が常にシリンダ内面に摺動しようとする。これにより、シリンダ内の空間は、第１のリング部材の周面が摩滅していっても、この第１のリング部材により２個の空間に気密的に仕切られる。第２のリング部材も同様である。一方、第１のリング部材は、第１の合口におけるリングの開き具合が、所定値以下に制限されるので、ある程度摩耗して、周面が所定の直径になった後は、周面がシリンダに摺動しなくなると共に、摩滅も停止する。しかし、第２のリング部材は、リングの周方向の開き具合が制限されていないので、周面の摩滅が進行した場合、第２の合口において、その対向部が周方向に移動して、リングが拡がり続ける。その結果、第２のリング部材は、その周面が常にシリンダ内面に摺動していると共に、周面の摩滅も停止せず、第２リング部材の半径方向の長さは減少し続ける。しかし、第２のリング部材は、第１のリング部材に重ねられており、前述の如く、第１のリング部材は、ある程度摩耗すると、それ以上は摩耗しなくなるので、第２のリング部材は、摩耗により小さくなっても、第１のリング部材に阻止されて、ピストンとシリンダとの隙間に侵入してしまうことはない。一方、第１のリング部材は、ある程度、摩耗が進行すると、シリンダ内面に摺動しなくなるので、両者間の気密性が低下するが、第２のリング部材がシリンダ内面との気密性を保持しているので、自己潤滑性ピストンリングとして、気密性は保持されている。よって、本発明によれば、自己潤滑性ピストンリングによる気密性と、その長寿命化を図ることができる。

本願第２発明（請求項４）によれば、３枚の第１リング部材を使用しているので、ストッパ機能が働いたときはシール性は低下するがリングは一定以上摩耗しないためリングは超長寿命となる。機能が働いたときは印加応力はなくなりシール性は低下するが極めて少ない隙間でシールするラビリンスシールとして働き、シール性は無くならない。隙間を持ってシールするラビリンスシールはすでに知られている。

また、本願第３発明（請求項５）によれば、第２のリング部材と、第３のリング部材とを使用し第２のリング部材の摩耗代を大きく（第１６図参照）取ることによりリング寿命を大幅に延ばすことができる。

更に、本願第４発明（請求項６）によれば、第４のリング部材と、第２のリング部材とを使用するので、合口を有しないリング板状の第４のリング部材は、原則として径方向に移動しない限り摩耗しない。摩滅後の第１のリング部材と同様に、摩耗が進行しないため、第２のリング部材が摩滅して、小さくなっても、第２のリング部材がシリンダ内面とピストン外面との間に入り込むことを、第４のリング部材で阻止することができる。また、シール性は第２のリング部材により維持することができる。

往復動形無給油空気圧縮機の垂直断面図を示す。 本発明の第１実施形態に係るピストンリングを示す垂直断面図であり、同図（Ａ）はピストン装着直後の状態、同図（Ｂ）はピストンリングが摩耗した状態をそれぞれ示す。 同じく第１実施形態のピストンリングに用いられる３つの異なる形態のリング部材を同図（Ａ）乃至（Ｃ）にそれぞれ平面で示し、またこれらリング部材の積層状態を同図（Ｄ）に側面で示す図である。 同じく第１実施形態の合口のある好ましい実施形態（１）のピストンリングを装着したピストンとシリンダの垂直断面図であり、同図（Ａ）はピストン装着直後の状態、同図（Ｂ）はピストンリングが摩耗した状態をそれぞれ示す。 同じく第１実施形態のピストンリングの合口部分の要部を示した図であり、同図（Ａ）は、図２（Ａ）に相応する装着直後の状態、同図（Ｂ）は摩耗後の状態を示す。同図（Ｃ）は要部を拡大した図である。 第１リング部材の摩耗の進行によるギャップと隙間の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るピストンリングを示す垂直断面図であり、同図（Ａ）はピストン装着直後の状態、同図（Ｂ）はピストンリングが摩耗した状態をそれぞれ示す。 同じく第２実施形態のピストンリングに用いられる３つの異なる形態のリング部材を同図（Ａ）乃至（Ｃ）にそれぞれ平面で示し、またこれらリング部材の積層状態を同図（Ｄ）に側面で示す図である。 同じく第２実施形態のピストンリングを装着したピストンとシリンダの垂直断面図であり、同図（Ａ）はピストン装着直後の状態、同図（Ｂ）はピストンリングが摩耗した状態をそれぞれ示す。 本発明の第１実施形態のリング部材を積層した状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態のピストンリングのリング部材を積層した状態を示す斜視図である。 第３実施形態のピストンリングを積層した状態を示す斜視図である。 第４実施形態のピストンリングを積層した状態を示す斜視図である。 直角または斜角の合口を有する最も単純な従来技術によるピストンリングの側面図である。 厚み方向に相対する合口を有する従来技術による２つの異なるピストンリングを示し、同図（Ａ）（Ｂ）は、それぞれその平面図、同図（Ａ’）（Ｂ’）は、それぞれ同図（Ａ）（Ｂ）のピストンリングの側面図である。 厚み方向と径方向とに相対する合口を有する従来技術によるピストンリングを示し、同図（Ａ）はその斜視図、同図（Ｂ）（Ｃ）は、このピストンリングの摩耗前と摩耗後の状態の断面図である。 厚み方向と径方向とに相対する合口を有する従来技術によるピストンリングを示し、同図（Ａ）はその斜視図、同図（Ｂ）（Ｃ）は、このピストンリングの摩耗前と摩耗後の状態の断面図である。 厚み方向と径方向とに相対する合口を有する他の異なる従来技術によるピストンリングの斜視図である。 特許文献３のピストンリングの摩耗前と摩耗後の状態の断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の自己潤滑性ピストンリングが使用される往復動形無給油空気圧縮機の縦断面図であり、図２乃至図５は、本発明の第１実施形態の自己潤滑性ピストンリングを示す図であり、図２はこの自己潤滑性ピストンリングを取り付けたピストン及びシリンダを示す縦断面図である。図１に示す圧縮機においては、クランク室（ＣＣ）の上に、シリンダ（Ｃ）が配置されており、クランク室（ＣＣ）の底部及びバルブカバー（ＶＣ）のバルブプレート（ＶＰ）により、シリンダ（Ｃ）及びクランク室（ＣＣ）等が密閉されている。クランク室（ＣＣ）内には、クランクがクランク軸（ＣＳ）を中心として回転可能に配置され、シリンダ（Ｃ）内には、ピストン（Ｐ）が上下動可能に配置されている。コンロッド（ＣＲ）は、そのコンロッド大端部（ＣＲＬ）がクランク軸（ＣＳ）の周辺部に回転可能に連結されており、そのコンロッド小端部（ＣＲＳ）がピストン（Ｐ）にピストン軸（ＰＳ）を介して回転可能に連結されている。これにより、クランク軸（ＣＳ）が回転すると、その回転の駆動力がコンロッド（ＣＲ）を介して、ピストン（Ｐ）に伝達され、ピストン（Ｐ）が上下動される。また、ピストン（Ｐ）が下降すると、圧縮室（ＰＣ）の容積は拡大し、気体が吸入弁（ＩＬ）を通って、圧縮室（ＰＣ）に吸入される。ピストン（Ｐ）の下死点時に圧縮室（ＰＣ）の容積は最大となる。ピストン（Ｐ）が上昇すると、圧縮室（ＰＣ）の容積は縮小し、圧縮室（ＰＣ）の圧力が吐出圧力に達すると、圧縮された気体は吐出弁（ＤＶ）を通って吐出され、ピストン（Ｐ）が上死点に達するまで、圧縮気体は吐出される。ピストン（Ｐ）の上端部近傍の外周面には、本実施形態の自己潤滑性ピストンリング（ＰＲ）が配置されており、その下方のピストン外周面には、円筒状のライダーリング（ＲＲ）が配置されている。これらの自己潤滑性ピストンリング（ＰＲ）により、ピストン（Ｐ）の外周面と、シリンダ（Ｃ）の内周面との間の気密性が確保されている。

本第１実施形態においては、自己潤滑性ピストンリング（ＰＲ）が、図２に示すように、第１リング部材２０、第２リング部材３０、第４リング部材４０から構成されるピストンリング１０として実現される。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、夫々、第１の実施形態のピストンリング１０の３層のリング部材２０、３０、４０を示す正面図である。各リング部材２０、３０、４０は、相互に異なる形態の合口２２，３２，４２を有する。そして、リング部材２０，３０，４０は、図３（Ｄ）に示すように、この順に相互に重ねられるが、そのとき、各リング部材２０，３０，４０の合口２２，３２，４２の位置は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、合口２２と合口３２とが周方向の反対側に位置し、合口２２と合口４２とは周方向に関して同一位置に位置する。これにより、第１リング部材２０の合口２２の隙間は、第２リング部材３０の合口３２が存在しない部分で、ピストン移動方向に関して遮断され、また第２リング部材３０の合口３２の隙間は、第３リング部材４０の合口４２の存在しない部分で、ピストン移動方向に関して遮断されるため、ピストンリング１０は、ピストン移動方向に関して、隙間が無い構造となり、シリンダ（Ｃ）内の圧縮室（ＰＣ）内の圧力は有効にシールされる。

第１の実施形態の第１のリング部材２０の合口２２は、第１リング部材２０の径方向に相対して係合する周片２２Ａ，２２Ｂを有し、これらの相対する周片２２Ａ，２２Ｂの対向面には、相互に噛み合う凹凸状（略台形の）の歯形部２４Ａ，２４Ｂが形成されている。歯形部２４Ａ及び歯形部２４Ｂにおける周片２２Ａ及び周片２２Ｂの基端側の側片２５Ａ及び側片２５Ｂは傾斜して形成されており、先端側の側片２４ＡＳ及び２４ＢＳ（図５（Ｃ）参照）は垂直に形成されている。そして、この側片２４ＡＳ及び２４ＢＳ間の距離が、ギャップ２４ｇで（図５（Ａ）参照）、第１リング部材２０が周方向に開くことができる距離になる。この場合に、側片２５Ａ，２５Ｂが接触した状態が、第１リング部材２０の周長が最も短くなり、このとき、垂直の側片２４ＡＳ，２４ＢＳ間の距離が、最大のギャップ２４ｇとなり、第１リング部材２０が周方向に広がることができる最大距離、即ち、周片２２Ａ及び周片２２Ｂが周方向に相対的に移動できる最大距離となる。よって、垂直側片２４ＡＳ、２４ＢＳが第１リング部材２０の広がりを最大距離以下とするストッパ手段２６として機能する。側片２５Ａ，２５Ｂが接触している状態から、最大ギャップ２４ｇだけ、周片２２Ａ，２２Ｂがリングの広がる方向に相対的に移動すると、垂直の側片２４ＡＳ，２４ＢＳが相互に当接し（図５（Ｂ）参照）、それ以上、リング部材は開かない。

垂直側片２４ＡＳ，２４ＢＳは、これらの隣接する歯２４Ａ，２４Ｂの周方向に相対する壁にギャップ２４ｇを介して径方向に伸びる面を有するように形成されている。従って、この第１のリング部材２０は、シリンダＣとの摺動による摩耗が生じると、ギャップ２４ｇが無くなるように歯肩部２４ＡＳと２４ＢＳとが衝合するまで径方向に拡張するが、それ以上は径方向に拡張することが無いため、以後摩耗を生ずることが無い。磨耗の進行状況を（図６）に基づき説明をする。リング装着時はギャップが最大で、かつ隙間は最小になるようにリング寸法を決定する（図６（Ａ））。次に運転がなされてリング外周が摩耗して行くと、リング部材２０は摩耗した量に応じて圧縮室（ＰＣ）内圧力によって外側に押し出される。そしてこの押し出された量に応じてギャップ２４ｇは小さくなり、隙間２４ｈは増大する。（図６（Ａ））。更に磨耗が進行するとついにギャップ２４ｇは０になり、垂直の側片２４ＡＳと２４ＢＳが当接すると隙間２４ｈは最大になる。そしてリング部材２０はこれ以上は摩耗しない。

第２のリング部材３０は、図３（Ｂ）に示すように、その合口３２が第１のリング部材２０の合口２２とは周方向に異なる位置、好ましくは第１のリング部材２０の合口２２とは１８０°にずらせた位置となるように、第１のリング部材２０に対して積層される。なお、第１リング部材２０の替わりに合口の無い第４リング部材７０（図８参照）を使用した場合は第４リング部材７０と第２リング部材３０との周方向の位置は問題とはならない。

第２のリング部材３０の合口３２は、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、径方向に相対する歯なしの周片３２Ａ，３２Ｂから成っている。従って、この第２のリング部材３０は、合口３２を有しない部分が第１のリング部材２０の合口２２に積層することになり、第１のリング部材２０の合口２２からの漏れを補足的に防止する機能を有する。また、この第２のリング部材３０の合口３２は、第１のリング部材２０の合口２２が無い部分に積層されるので、第２のリング部材３０が摩耗によって痩せて径方向に拡張することがあっても、第１のリング部材２０の合口がない部分でシリンダＣとピストンＰとの隙間Ｇから遮断されて第２のリング部材３０の痩せた部分が隙間Ｇに食い込むことが無い。

第３のリング部材４０は、図３（Ｃ）に示すように、その合口４２が第２のリング部材３０の合口３２に対応する位置となるように第２のリング部材３０の上に積層され、この合口４２は、ギャップを介して周方向に相対する周片から成っている。

第１のリング部材２０、第２のリング部材３０，第３のリング部材４０は、図３（Ｄ）に示すように、この順に重ねられるが、このとき、合口２２と、合口３２とが同一位置にならないようにし、合口３２と、合口４２とが同一位置にならないように、各部材の周方向の位置が決められている。このように、第１のリング部材２０，第２のリング部材３０，第３のリング部材４０を重ねることにより、合口２２，３２，４２を介して、気体がピストンリングを通過し、ピストンリングの気密性が破られることが防止される。

次に、本発明の第１実施形態の動作について説明する。図２及び図３の実施形態のピストンリング１０は、図２及び図３（Ｄ）に示すように、ピストンＰの溝ＰＥ内に第１のリング部材２０の上に第２及び第３のリング部材３０、４０を順次積み上げて装着される。この積層状態でピストンＰ内に装着されたピストンリング１０がシリンダ内でピストン運動すると、ピストンリング１０の各リング部材２０，３０，４０は、運動中に図４（Ａ）で示すような圧力を受けつつ、シリンダＣの内周面を摺動する。この摺動によって各リング部材２０，３０，４０外径はシリンダ内周と摺動し、リング外周が摩耗して図４（Ｂ）に示すように痩せてくるが、図４（Ａ）と図４（Ｂ）及び図５（Ａ）と図５（Ｂ）とを対比して分かるように、第１のリング部材２０は、合口２２のストッパ手段２６のギャップ（摩耗代）２４ｇが無くなるまでは径方向に拡張するが、ギャップ２４ｇが無くなって歯肩部２４ＡＳと２４ＢＳとが接触すると、それ以上は拡張することが無い。従って、図４（Ｂ）と図５（Ｂ）に示すように、径方向の拡張が停止した後は第１のリング部材２０が摩耗することは無い。

合口のある第１のリング部材２０の場合、図示の実施形態では、図３（Ａ）乃至（Ｃ）の第１のリング部材２０及び第２のリング部材３０及び第３のリング部材４０を積層してピストンリング１０を構成したが、本発明のピストンリング１０は、２つ以上のリング部材の積層物から成り、その少なくとも１つのリング部材は、第１のリング部材２０であり、他の少なくとも１つのリング部材は、第１のリング部材２０の合口２２とは周方向に異なる位置に合口を有する任意のリング部材とすることができる。このようにすると、第１のリング部材２０の合口２２のストッパ手段２６によって第１のリング部材２０は、使用に耐える程度の隙間を残してそれ以上の摩耗を防止することができ、また他の少なくとも１つのリング部材の合口を有しない部分によって第１のリング部材２０の合口２２の残存隙間による気密漏れを有効に防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図７乃至図９を参照して説明する。この実施形態は請求項７に対応するものである。第２の実施形態のピストンリング６０は、図７及び図８（Ｄ）に示すように、ピストンＰの上端凹部ＰＥ内に配置されており、第４のリング部材７０の上に第２のリング部材及び第３のリング部材４０を順次積み上げて装着される。この第４リング部材７０には合口が無いため、ピストンＰは第４リング部材７０を装着するために分割する必要がある。この積層状態でピストンＰ内に装着されたピストンリング６０がシリンダ内でピストン運動すると、ピストンリング６０の各リング部材７０，３０，４０は、運動中に図９（Ａ）で示すような圧力を受けつつ、シリンダＣの内周面を摺動する。但し、合口の無いリング部材７０はリング内側からの圧力を受けても合口が無いため拡張せず、シリンダＣの内周面を摺動しない。または圧力によって拡張しても拡張分を見込んでシリンダ内周に接触しない寸法を選択できる。従って第２のリング部材３０及び第３のリング部材４０が摩耗によって痩せて径方向に拡張することがあっても、合口の無い第１のリング部材によって第２のリング部材３０の痩せた部分が隙間Ｇに食い込むことが無い。

一方、第４のリング部材７０の替わりに合口のある第１のリング部材２０を使用した場合は、第２のリング部材３０は、第１のリング部材２０の合口２２に隙間が生じても、その隙間を閉じて第１のリング部材２０の合口からの気密漏れを防止する機能を有する。同様に第２のリング部材３０に対しても第３のリング部材４０は同様の効果を発揮する。

合口の無い第４のリング部材７０の場合は、第２のリング部材３０の合口の隙間を第３のリング部材４０を積層することにより塞ぎ、第４のリング部材７０に合口が無いため第４のリング部材７０の内側から気密漏れが生じることは無い。

合口のある第１のリング部材２０の場合は、第１のリング２０の合口は第２のリング部材３０の合口のない部分で塞がれ、第２のリング部材３０の合口は第３のリング部材４０の合口の無い部分で塞がれることで厚み方向の漏れを防止するように作用すると共に、径方向の漏れは第１のリング部材２０及び第２のリング部材３０自身で塞ぐことで気密漏れを防止している。

合口の無い第４のリング部材７０の場合は、第２のリング部材３０及び第３のリング部材４０は、径方向および厚み方向の漏れを防止するように相互に作用すると共に、第４のリング部材７０によってリング内側からの気密漏れを防止している。

合口のある第１のリング部材２０の場合は、第２のリング部材３０及び第３のリング部材４０は、図４（Ｂ）に示すように、摩耗によって痩せてくるが、その痩せた部分が第１のリング部材２０によってシリンダＣとピストンＰとの隙間Ｇ内に食い込むのが防止され、痩せた部分の食い込みによってピストンＰの摺動性を阻害することは無い。

合口の無い第４のリング部材７０の場合も、第２のリング部材３０及び第３のリング部材４０は、図９（Ｂ）に示すように、摩耗によって痩せてくるが、その痩せた部分が第４のリング部材７０によってシリンダＣとピストンＰとの隙間Ｇ内に食い込むのが防止され、痩せた部分の食い込みによってピストンＰの摺動性を阻害することは無い。

合口の無い第４のリング部材７０の場合、図示の実施形態では、図８（Ａ）乃至（Ｃ）の第４のリング部材７０，第２のリング部材３０，第３のリング部材４０を積層してピストンリング６０を構成したが、本発明のピストンリング６０は、２つ以上のリング部材の積層物から成り、その少なくとも１つのリング部材は、第４のリング部材７０であり、他の少なくとも１つのリング部材は、合口の周方向の位置は任意の位置とすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について、図１０を参照して説明する。この第３実施形態においては、第１リング部材２０，第２リング部材３０，第４リング部材４０を重ねたものである。

図１１に示す実施形態は本発明の第４実施形態を示す。この第４実施形態においては第２リング部材３０，第３リング部材４０、第４リング部材７０を重ねたものである。

図１２に示す第５実施形態は、請求項４に対応するものであり、３枚の第１リング部材２０を使用するものである。各リング部材は一定量以上摩耗が進行しないので、シール性はやや低下するものの超長期寿命とすることができるため、シール性はやや低下しても超長期寿命が要求される用途に使用することができる。

図１３に示す第６実施形態は、請求項５に対応するものであり、第２リング部材３０と第３リング部材４０とを使用するものである。第２のリング部材３０は摩耗が進行してもシール性の低下は僅かであるため、摩耗代を大きく取れば寿命を大きく延ばすことができる。但し、第１のリング部材２０が無いので超長期寿命とすることはできない。

本発明によれば、合口を有する第１のリングの場合、ストッパ手段を含む合口を有する第１のリング部材にこの第１のリング部材の合口とは異なる周位置に合口を有する任意の追加のリング部材を積層しており、合口を有しない第１のリング部材の場合の双方とも寿命を延長することができる上にリング部材が摩耗したときのトラブルを回避でき、なお且つ追加のリング部材によって気密性を向上できるので、産業上の利用性が向上する。

ストッパ手段２６を備えてギャップ２４ｇが０になるまでの運転時間を例えば８０００時間に取れば、従来品と同等以上の寿命が維持できた上で、性能が僅か低下した状態を保ったまま超長期の運転を可能とすることができるため、産業上の利用性が向上する。

Ｂ ボルト
Ｃ シリンダ
ＣＣ クランクケース
ＣＲ コンロッド
ＣＲＬ コンロッド大端部
ＣＲＳ コンロッド小端部
ＣＳ クランクシャフト
ＤＶ 吐出口
ＩＬ 吸入口
Ｐ ピストン
ＰＣ 圧縮室
ＰＥ ピストンリング溝
ＰＰ ピストンプレート
ＰＲ 自己潤滑性ピストンリング
ＲＲ 自己潤滑性ライダーリング
ＳＢ スライドベアリング
ＶＣ バルブカバー
ＶＰ バルブプレート
Ｇ ピストンＰとシリンダＣとの隙間
１０ シリンダ内壁
２０，３０，４０，７０ リング部材
２２，３２，４２ 合口
２２Ａ，２２Ｂ 合口２２の周片
２４Ａ，２４Ｂ 略台形の歯
２４ＡＳ，２４ＢＳ 歯肩部
２４ｇ ギャップ ２４ｈ 隙間
２５Ａ，２５Ｂ 凹み
３２Ａ，３２Ｂ 合口３２の周片 ３２ｇ ３０の隙間
４２Ａ，４２Ｂ 合口４２の周片

Claims (3)

1. シリンダとシリンダ内を往復移動するピストンを含む圧縮機における、前記ピストンの外周を密封するためのピストンリングの配置構造において、
   前記ピストンリングは、前記ピストンの外周面に設けられた溝内に少なくとも３段に重ねられ、それら３段のピストンリングのうち、特定の１段のものを合口無しとしたものであって、
   前記ピストンの先端位置から一番離れた位置で、リング板状をなし、合口を持たずに周方向に連続した合口無しのリング部材と、
   前記合口無しのリング部材の一面であり、その合口無しのリング部材よりも前記ピストンの先端により近い位置に配置され、周方向の一部で半径方向に相互に気密性を有して対向して形成された第２の合口を有するリング部材であり、この第２の合口では、対向する部分が周方向に相対的に移動できる第２のリング部材と、
   前記第２のリング部材の一面であり、その第2のリング部材よりも前記ピストンの先端に更に近い位置に配置され、周方向の一部で分断されて、周方向に対向する面を有する第３の合口が形成された第３のリング部材を有し、
   前記第２の合口と前記第３の合口がリング周方向の異なる位置になるように重ねられることを特徴とする、ピストンリングの配置構造。
2. 前記合口無しのリング部材の外周と前記シリンダの内周との間の隙間は、前記合口のある第２および第３のリング部材の外周と前記シリンダの内周との間の隙間よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のピストンリングの配置構造。
3. 前記第２の合口を持つリング部材は、リング部材の周方向に沿う合口部分と、その合口に対して直行する合口部分とを備え、しかも、前記第３の合口を持つリング部材は，前記直行する合口部分のみを備える請求項１に記載のピストンリングの配置構造。

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