CN101900098B - 往复运动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摆动型的往复运动压缩机，即使在高压缩下，也能够维持长耐久性，防止热向连杆头传播。在具有摆动式的活塞机构的往复运动压缩机中，设置用于将活塞和缸体之间密封的安装在活塞环槽上的活塞环。并且，在活塞的外周侧，在该活塞环槽的曲轴侧设置与活塞环槽分体的环槽，在该环槽上设置限制向径方向移动，具有向曲轴侧开放的裙形状的引导环。

Description

往复运动压缩机

技术领域

本发明涉及一种往复运动压缩机，特别是涉及活塞在缸体内摆动的摆动型的往复运动压缩机，其组装容易，即使高压压缩也能够维持长耐久性。

背景技术

往复运动压缩机，由于在压缩气体的压缩机内，结构简单，能够进行高压缩，所以在各种领域中使用。

在往复运动压缩机中具有JP2008-297924的图7中所见的活塞和连接棒由轴承机构旋转自如地连接的类型(活塞型)的往复运动压缩机，还具有JP2006-152960所示一体形成活塞杆和活塞的上部的压缩的部分的摆动型的往复运动压缩机。

往复运动压缩机是小型且简易的机构，同时能够进行高压缩，用户对高性能和高压缩的要求也高涨。

但是，专利文献2所示的摆动型的往复运动压缩机，由于是在活塞的位于上部的部分安装活塞环的结构，所以虽然存在组装简单且制造成本得以抑制的优点，但是伴随着活塞的转动，摆动角变大，此时会产生相对于缸体的中芯的偏离(专利文献2的图6的情况)。

虽然活塞环具有吸收这样的偏离的结构，但是在高压缩的情况下，活塞和缸体的内壁摩擦，活塞环与缸体的摩擦的问题变明显。

另外，这样的摆动型的往复运动压缩机，与具有专利文献1的图7所示的活塞的结构的往复运动压缩机相比，与活塞压缩有关的部分的结构简易，金属部分少，存在容易向大的端部(旋转轴侧)传递热的问题。

上述这样的问题在多级压缩的高压压缩侧变得特别明显。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种摆动型的往复压缩机，即使进行高压缩，也能够维持长耐久性，防止热向连杆头传播。

本发明的往复运动压缩机是具有摆动型的活塞机构的往复运动压缩机，为了将活塞和缸体之间密封而设置安装在活塞环槽中的活塞环。并且，在活塞的外周侧、该活塞环槽的曲轴侧，设置独立于活塞环槽而形成的环槽，在该环槽中设置限制向径方向移动的引导环。

优选引导环形成向曲轴侧开放的裙形状。

由本发明提供的往复运动压缩机，能够减少压缩流体从活塞环的泄露，能够应对更进一步的高性能化。另外，也能够实现引导环的隔热效果。

根据本发明，能够提供一种摆动型的往复压缩机，即使进行高压缩也能够维持长耐久性，并能够防止热向连杆头传播。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的往复运动压缩机的剖面图。

图2是图1所示的第一实施方式的往复运动压缩机的I-I剖面图。

图3是本发明的第一实施方式的往复运动压缩机的活塞的上部附近的放大图。

图4是说明活塞环44的形状的图。

图5是说明引导环43的形状的图。

图6是分解表示活塞的上部附近的构件的侧面图。

图7是分解表示活塞杆部47及其上部的构件的立体图。

图8A是表示活塞的上止点的情况的图。

图8B是表示活塞的下止点的情况的图。

图8C是表示活塞相对于缸体的摆动角最大时的情况的图。

图9是说明第一实施方式的变形例1的引导环的形状的图。

图10是第一实施方式的变形例2的活塞的上部附近的放大图。

图11是第一实施方式的变形例3的活塞的上部附近的放大图。

图12是第一实施方式的变形例4的活塞的上部附近的放大图。

图13是本发明的第二实施方式的往复运动压缩机的剖面图。

图14是图1所示的第二实施方式的往复运动压缩机的I-I剖面图。

图15是本发明的第二实施方式的往复运动压缩机的活塞的上部附近的放大图。

具体实施方式

以下，使用图1～图15说明本发明的各实施方式。

〔实施方式1〕

以下，使用图1～图12说明本发明的第一实施方式。

首先，使用图1～图7说明本发明的第一实施方式的往复运动压缩机的结构。图1是本发明的第一实施方式的往复运动压缩机的剖面图。图2是图1所示的第一实施方式的往复运动压缩机的I-I剖面图。图3是本发明的第一实施方式的往复运动压缩机的活塞的上部附近的放大图。图4是说明活塞环44的形状的图。图5是说明引导环43的形状的图。图6是分解表示活塞的上部附近的构件的侧面图。图7是分解表示活塞杆部47及其上部的构件的立体图。

往复运动压缩机10将气体(流体)吸入压缩并排出。如图1和图2所示，往复运动压缩机10具有曲轴箱11，曲轴箱11内部构成曲轴室12。在该曲轴箱11上，如图1所示，安装有电动机15。电动机15由定子16和转子17构成，定子16安装在定子架18上。转子17由与安装在键槽19中的键20嵌合的转子压板21固定，转子压板21被由保持在曲轴箱11的轴承保持部22上的轴承23和保持在轴承保持部24上的轴承25支承的输出轴26固定。

并且，电动机15的输出轴26的一端侧向曲轴室12内突出，在该部分上以偏心状态固定有与电动机15的输出轴26构成曲轴28的曲轴部件29。在输出轴26上形成键槽31，在曲轴部件29上形成相对于外周部偏心的嵌合输出轴26的嵌合孔32，并在该嵌合孔32上形成键槽33，通过在这些键槽31、33上嵌合键34，从而曲轴部件29与输出轴26一体化。由此，曲轴箱11经由轴承23、轴承25支承曲轴28。

另外，在电动机15的输出轴26上，平衡配重37在其中间位置与曲轴部件29抵接而由与输出轴26螺合的螺母38固定，在输出轴26的前端位置上固定有冷却扇39。

在曲轴箱11上在基端侧安装有圆筒状的缸体45。该缸体45其内周面46的基端侧开口于曲轴室12内。另外，在缸体45的前端侧搭载由阀座板48以及缸盖主体49构成的缸盖50。

在缸盖主体49上，如图2所示，划分为与外部连通的吸入室51和与外部连通的排出室52。

阀座板48安装介于缸体45和缸盖主体49之间，所以在该阀座板48上形成有使吸入室51与缸体45侧的压缩室61连通的吸入孔57和使排出室52与压缩室61连通的排出孔58。另外，在阀座板48上安装作为黄片阀的吸入阀59以及排出阀60，该吸入阀59以及排出阀60其基端侧构成经由螺栓等与阀座板48固定的固定端，其前端侧构成自由端，分别开闭吸入孔57、排出孔58。

在缸体45内能够滑动地插嵌有摆动式的活塞63。该活塞63由如下部件构成，即：具有，在其一端侧的位于曲轴室12内并经由轴承53与偏心旋转的曲轴部件29可旋转连接的圆环状的连接部54、与该连接部54向其半径方向伸出而一体形成并向缸体45内伸长的棒状的活塞杆部47、和在与活塞杆部47的连接部54相反侧使中心一致并一体成型的圆板状的接受部40的摆动部件41；通过螺纹固定同轴安装在该摆动部件41的接受部40上的圆板状的环保持部件42；和与该环保持部件42嵌合的圆板状的环保持件56。在此，在位于活塞63的另一端侧的摆动部件46中，通过使接受部40、环保持部件42以及环保持部件56相互连接，从而在缸体45内摆动并同时往复运动，与缸盖50之间划分出压缩室61。另外，环保持部件42、56也可以一体成型。

通过将环保持部件42以及环保持部件56螺纹固定在圆板状的接受部40上，从而在外周侧形成向半径方向内侧凹陷的圆环状的活塞环槽64。由此，在环保持部件42以及环保持部件56上间隔活塞环槽64而分别在活塞杆部47的相反侧(压缩室61侧)形成突缘部66，在活塞杆部47侧形成突缘部67。并且，在两突缘部66、67之间的活塞环槽64中安装对活塞63和缸体45进行密封的活塞环44。

活塞环44由耐磨耗性以及自润滑性优秀的树脂材料形成大致圆环状。活塞环44的剖面为大致矩形状，径方向宽度在整周上大致相同。另外，在活塞环44上在其周方向上形成合缝部，利用合缝部能够维持密封性并能够使径向尺寸扩大缩小。此外，对于活塞环44，当活塞63位于上止点位置或下止点位置时，处于与缸体45的内周面46接触的状态的内径比活塞环槽64的最小径大。由此，活塞环44能够相对于活塞63向径方向移动。另外，活塞环44由于不成为限制旋转的结构，所以也能够相对于活塞63旋转。

在此，使用图4详细说明活塞环44的结构。图4(a)为上面图、图4(b)为侧面图、图4(c)为图4(a)的A-A剖面图。

图4所示形状的活塞环44由耐磨耗性以及自润滑性优秀的具有弹性的树脂材料一体成型为大致圆环状。活塞环44具有大致圆弧状的主环部88；位于主环部88的周方向的一端，偏靠主环部88的轴方向一端比主环部88形成得薄的圆弧状的基底部89；位于主环部88的周方向的另一端的，偏靠主环部88的轴方向另一端比主环部88形成得薄的圆弧状的基底部90。通过使两侧的基底部89、90相互之间，在活塞环44的轴方向位置错开而在周方向重合，从而形成接触的对合面89a、90a。对合该基底部89、90而得的轴方向长度与主环部88的轴方向长度相等。

该基底部89、90构成合缝部91。即，构成该合缝部91的两侧的基底部89、90在周方向错开，从而能够使活塞环44扩大缩小。活塞环44在自然状态下，在位于主环部88的周方向的一端侧的基底部89和主环部88的另一端部之间形成周方向的合缝间隙92，在位于主环部88的另一端侧的基底部90和主环部88的一端部之间也形成同样的合缝间隙93。在活塞环44扩大缩小时，该合缝间隙92、93扩大缩小。

另外，在本实施方式中，通过将环保持部件42螺纹固定于圆板状的接受部40，从而在外周侧形成向半径方向内侧凹陷的圆环状的引导环槽65。在引导环槽65中安装有沿缸体45的中心与环保持部件42同轴固定的大致圆板形状的引导环43。图5是表示引导环43的形状的图。在此，图5(a)是从活塞杆部47的方向看引导环43的图，图5(b)是图5(a)的A-A剖面图。在引导环43上形成用于增加引导环43和缸体45的内壁面46的接触面裙部71。

分解安装有该活塞环44、引导环43的活塞的头部的附近的部分，则如图6和图7所示。另外，图7所示的张力环(tension ring)44t嵌入活塞环43的内部，通过环体的扩张力将活塞环44向外侧扩开，与缸体45的内周面46密接。

活塞63利用由曲轴部件29的旋转而使连接部54偏心旋转，以及支承在环保持部件42上的活塞环44以及引导环43在缸体45的内周面46上滑动引导，从而使环保持部件42、56在曲轴垂直方向上摆动，并在缸体45内往复运动。

以上是本实施方式的往复运动压缩机10的结构，接下来关于其动作，除了此前的图，还参照图8A～图8C进行说明。图8A是表示活塞的上止点的情况的图。图8B是表示活塞的下止点的情况的图。图8C是表示活塞相对于缸体的摆动角最大时的情况的图。

当电动机15被旋转驱动时，固定在该输出轴26上的曲轴部件29进行偏心旋转动作。于是，在该曲轴部件29上经由轴承53能够旋转地连接的活塞63，使其环保持部件42、56以及活塞环44、引导环43在缸体45内往复运动。并且，在吸入行程中，环保持部件56以及活塞环44的向缸盖50相反方向的移动使压缩室61扩大，排出阀60保持闭状态，打开吸入阀59，将气体导入压缩室61。在接下来的压缩行程中，环保持部件56以及活塞环44的向缸盖50的方向的移动使压缩室61缩小，吸入阀59保持闭状态，打开排出阀60，从压缩室61将压缩气体向缸盖50内的排出室52排出。

在以上的动作中，环保持部件56以及活塞环44在缸体45内摆动并且往复运动。

即、在将压缩室61扩大到最大的下止点处，活塞63和缸体45形成同轴(图8B)。并且，从该状态下需进行压缩工序的曲轴部件29绕逆时针旋转，使环保持部件42、56、活塞环44以及引导环43向使压缩室61缩小的方向移动，则连接部54向上侧移动到上止点和下止点的中间并同时偏心旋转，在上止点和下止点的中间，连接部54位于最靠近缸体45侧(图8C)。这时，环保持部件42、56相对于缸体45的中心轴线倾斜最大。

接着，在朝向上止点的正当中，在环保持部件42、56上通过自重的力和摆动的离心力产生朝下的最大力F。但是，由于引导环43限制环保持部件42、56的下方移动，所以活塞环槽64维持在其中心与缸体45的中心大致一致的状态，活塞环44维持在其中心相对于环保持部件42大致一致的状态。之后，在压缩室61缩小到最小的上止点上，活塞63和缸体45构成同轴，结束压缩工序(图8A)。

从环保持部件42位于上止点的状态，曲轴部件29要进行吸入工序而旋转时，活塞63使环保持部件42、56、活塞环44以及引导环43向使压缩室61扩大的方向移动，直到上止点和下止点的中间，连接部54向下侧移动并偏心旋转，在上止点和下止点的中间，连接部54位于最靠近缸体侧。这时，环保持部件42相对于缸体45的中心轴线倾斜最大。

接着，随着朝向下止点移动，连接部54返回中央，在压缩室61扩大到最大的下止点，活塞63和缸体45构成同轴，结束吸入工序。

如以上所论述，根据本实施方式，由于环保持部件42、56利用在压缩工序时产生的朝下的最大力F的下方移动由引导环进行限制，所以活塞环槽64维持在其中心与缸体45的中心大致一致的状态。由此，活塞环44始终位于环保持部件42的中心，所以能够防止由于活塞环44和环保持部件42的中心位置错开而产生的压缩空气的压力使活塞环44从环保持部件42脱落。

另外，通过使引导环43安装并螺纹固定在引导环槽65上，从而引导环43和环保持部件42的中心一致。另外，将缸体45组装在曲轴箱11中时，引导环43接触缸体内壁面46，确定缸体45的组装位置。这样，缸体45和环保持部件42的中心一致。由此，能够进行安装在环保持部件42上的活塞环44和缸体45的中心定位(centering)。

另外，利用引导环43能够防止活塞环44磨耗时的环保持部件42、56与缸体45的接触，能够改善产品的破坏情况。

另外，通过将引导环43夹入环保持部件42和接受部40之间，从而能够防止在压缩室61产生的压缩热从环保持部件42传导至活塞杆部47，能够减低连杆头的温度。由此，能够延长轴承53的寿命。

接着，使用图9～图11说明本发明的第一实施方式的各种变形例。图9是说明第一实施方式的变形例1的引导环的形状的图。图10是第一实施方式的变形例2的活塞的上部附近的放大图。图11是第一实施方式的变形例3的活塞的上部附近的放大图。图12是第一实施方式的变形例4的活塞的上部附近的放大图。

变形例1有关引导环43的形状。本实施方式的引导环43，如图5所示具有裙部71，但在该变形例中，如图9所示从引导环43除去裙部71，将其形状形成为矩形形状。

变形例2有关环保持部件4和接受部40的形状。在该变形例2中，如图10所示，在接受部40上形成台阶，通过嵌合环保持部件42和接受部40，从而能够使活塞杆部47和环保持部件42的中心一致。

变形例3，相对于变形例2，还在环保持部件42和接受部40之间设置有隔热空气层70。通过该隔热空气层70，能够防止由在压缩室61内压缩的压缩空气产生的热传导至活塞杆部47的连杆头，能够延长轴承53的寿命。

变形例4，如图12所示，设置支承活塞环44的强化板95。通过该强化板95，能够支承活塞环44，防止晃动，并且引导环43也能够牢固地固定。

〔实施方式2〕

以下，使用图13～图15说明本发明的第二实施方式。

第一实施方式中压缩工序进行一级压缩，本实施方式中，压缩工序进行二级压缩。图13是本发明的第二实施方式的往复运动压缩机的剖面图。图14是图1所示的第二实施方式的往复运动压缩机的I-I剖面图。图15是本发明的第二实施方式的往复运动压缩机的活塞的上部附近的放大图。

在本实施方式的往复运动压缩机的输出轴26上，如图13所示，除了将活塞环44和引导环43安装在活塞环槽64和引导环槽65中的活塞63外，具有唇形环86的活塞73，通过在形成于曲轴部件75的键槽74、形成于输出轴26的键槽31中嵌合键34，从而在输出轴26上使曲轴部件73一体化。

在缸体76内能够滑动地插嵌有摆动式的活塞73。该活塞73由如下部件构成，即：具有，在其一端侧的位于曲轴室12内并经由轴承77与偏心旋转的曲轴部件73可旋转连接的圆环状的连接部78、与该连接部78向其半径方向伸出而一体形成并向缸体76内伸长的棒状的活塞杆部79、和在与活塞杆部79的连接部78相反侧使中心一致并一体成型的圆板状的接受部80的摆动部件81；通过螺纹固定同轴安装在该摆动部件81的接受部80上的圆板状的环保持部件82。在此，位于活塞73的另一端侧的摆动部件81上，接受部80和环保持部件82相互连接，从而在缸体76内摆动并往复运动，与缸盖83之间划分出压缩室84。另外，在形成于环保持部件82和接受部80之间的唇形环槽85中安装唇形环86。另外，关于压缩工序的动作，与第一实施方式中所说明的相同。

在本实施方式中，由具有唇形环86的活塞73进行一次压缩，该被压缩的空气通过配管87送入缸体45内，通过具有活塞环44以及引导环43的活塞63进行二次压缩。具有唇形环86的活塞73的主要部分的放大图示于图15。

如以上所述，根据本实施方式，使成本上有优势的摆动式的活塞能够用于一级压缩侧、二级压缩侧的两者，而进行二级压缩，能够进行效率良好的空气压缩。

接着，以下说明本实施方式的变形例。

在二级压缩机中，也可以形成在一级压缩的部分上使用活塞环44的结构。

另外，一级压缩、二级压缩都可以是具有活塞环44以及引导环43两者的活塞63的结构。使用活塞环44的结构，虽然耗费制造成本，但是由于与唇形环86相比，活塞环44能够压缩高压的空气，所以通过形成使用活塞环44的结构，与一级压缩相比能够进行更高压的空气压缩，提高压缩机效率，作为压缩机整体能够实现进一步的高压化。

Claims (16)

1.一种往复运动压缩机，其特征在于，具有：

缸体；

活塞，其在向所述缸体内伸长的活塞杆部的一端侧设置有构成可旋转地与曲轴连接的连接部，在所述活塞杆部的另一端侧设置有在所述缸体内摆动并往复运动的保持部件；

位于所述保持部件的外周侧的活塞环槽；和

将所述活塞和所述缸体之间密封的、安装于所述活塞环槽的活塞环，其中，

在所述活塞的外周侧，在所述活塞环槽的所述曲轴侧，设置有与所述活塞环槽分开的环槽，在该环槽设置有限制向径方向移动、且在所述活塞相对所述缸体倾斜时抑制所述活塞向径方向的移动的引导环。

2.如权利要求1所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述活塞环具有合缝部，可径向扩大缩小。

3.如权利要求1所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述引导环具有向所述曲轴侧开放的裙部。

4.如权利要求1所述的往复运动压缩机，其特征在于：在所述活塞环和所述引导环之间固定有强化板。

5.如权利要求1所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述活塞环和所述引导环通过设于所述活塞的前端的环保持部件保持，具有搭载该环保持部件的接受部，

在所述环保持部件和所述接受部上分别设置台阶，利用所述台阶使所述环保持部件和所述接受部嵌合。

6.如权利要求5所述的往复运动压缩机，其特征在于：在所述环保持部件和所述接受部之间设置有隔热层。

7.一种往复运动压缩机，其特征在于，具有：

缸体；

活塞，其在向所述缸体内伸长的活塞杆部的一端侧设置有构成可旋转地与曲轴连接的连接部，在所述活塞杆部的另一端侧设置有在所述缸体内摆动并往复运动的保持部件；

位于所述保持部件的外周侧的活塞环槽；和

将所述活塞和所述缸体之间密封的、安装于所述活塞环槽的活塞环，其中，

在所述活塞的外周侧，在所述活塞环槽的所述曲轴侧，设置有与所述活塞环槽分开的环槽，在该环槽设置引导环，

在所述活塞相对所述缸体倾斜时，抑制所述活塞向径方向的移动。

8.如权利要求7所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述活塞环具有合缝部，可径向扩大缩小。

9.如权利要求7所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述引导环具有向所述曲轴侧开放的裙部。

10.如权利要求7所述的往复运动压缩机，其特征在于：在所述活塞环和所述引导环之间固定有强化板。

11.如权利要求7所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述活塞环和所述引导环通过设于所述活塞的前端的环保持部件保持，具有搭载该环保持部件的接受部，

在所述环保持部件和所述接受部上分别设置台阶，通过所述台阶将所述环保持部件和所述接受部嵌合。

12.如权利要求11所述的往复运动压缩机，其特征在于：在所述环保持部件和所述接受部之间设置有隔热层。

13.一种往复运动压缩机，其具有至少两个活塞和缸体的组合，由一级压缩侧的活塞和缸体的机构压缩的气体进一步由二级压缩侧的活塞和缸体的机构进行高压压缩，其特征在于：

所述二级压缩侧的活塞，具有：

位于该二级压缩侧的活塞的外周侧的活塞环槽；

用于将所述二级压缩侧的活塞和所述缸体之间密封的、安装于所述活塞环槽的活塞环，

在所述二级压缩侧的活塞，在向所述缸体内伸长的活塞杆部的一端侧设置有构成可旋转地与曲轴连接的连接部，在所述活塞杆部的另一端侧设置有在所述缸体内摆动并往复运动的保持部件，

在所述二级压缩侧的活塞的外周侧，在所述活塞环槽的所述曲轴一侧，设置有与所述活塞环槽分开的环槽，在该环槽设置有限制向径方向移动、且在所述二级压缩侧的活塞相对所述缸体倾斜时抑制所述二级压缩侧的活塞向径方向的移动的引导环。

14.如权利要求13所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述一级压缩侧的活塞安装有唇形环。

15.如权利要求13所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述一级压缩侧的活塞安装有活塞环。

16.如权利要求15所述的往复运动压缩机，其特征在于：所述一级压缩侧的活塞安装有引导环。