CN101943152A - 多级压缩机及摆动活塞 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种多级压缩机及摆动活塞。多级压缩机具有：低压用压缩机(A)；与上述低压用压缩机(A)连接的高压用压缩机(B)；自由滑动地配置在低压侧压缩机(A)的气缸(1)内的摆动活塞(3)；以及自由滑动地配置在高压侧压缩机(B)的气缸(2)内的摆动活塞(4)。高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)具有唇形圈(14)，上述唇形圈(14)具有在高压区域与上述气缸(2)的内表面接触，能够弹性变形到起密封作用的程度的密封部(15)。

Description

多级压缩机及摆动活塞

技术领域

本发明涉及通过多个压缩机从低压依次升压到高压的多级压缩机及摆动活塞。

背景技术

在多级压缩机中，大气压的空气被低压用的压缩机压缩，其后，被压缩的空气通过高压用的压缩机被进一步压缩，升压到高压。

作为压缩机所使用的活塞，公知的有往复式发动机等所采用的通常的圆筒型的活塞以及在气缸内摆动的同时进行往复的摆动活塞。圆筒型活塞的活塞部沿着气缸的轴心移动，因此工作稳定，但结构复杂且价格高。与此相对，摆动活塞的结构简单且比较便宜。但是，由于摆动活塞是活塞部在气缸内摆动的结构，因此活塞部和气缸之间的空间发生变化。因此，在摆动活塞中空间变为最大时，该空间比圆筒型活塞的活塞部和气缸之间的空间大。因此，在摆动活塞中，设置在活塞部的唇形圈必须是柔软的。但是，将这种构造的摆动活塞用于多级压缩机的高压侧时，唇形圈无法耐受高压的荷重而变形，空气从唇形圈和气缸之间的空间漏出，压缩效率降低。以往大多是摆动活塞用于低压用的压缩机，高压用的压缩机采用圆筒型活塞的例子。

反过来说，摆动活塞的结构简单，因此故障也少，价格也便宜。因此，希望能够在高压侧的压缩机中也采用摆动活塞。在专利文献1中公开了高压侧也采用摆动活塞的结构的压缩机。在专利文献1的结构中，在唇形圈的背面侧重叠设置合成树脂制的壁厚的圈形板状支撑环，将支撑环从活塞部拉出少许，通过采用上述结构来防止唇形圈的过度变形。

专利文献1JP-A-2003-222077

在专利文件1的结构中，支撑环耐受高压。但是，支撑环的外径和气缸的内径没有遮盖部分。即，没有应对活塞部摆动运动时活塞部与气缸之间的空间的变化的部分。并且，支撑环从活塞部的外周面突出的拉出部分的尺寸必须是应对活塞部摆动时最小和最大的空间的中间的空间的尺寸。因此，在上述空间变为最大时，很难充分防止唇形圈的变形。

发明内容

本发明的一个以上的实施例提供通过改善唇形圈而在低压侧压缩机和高压侧压缩机双方都采用摆动活塞的多级压缩机以及也可以应对高压的摆动活塞。

根据本发明的一个以上的实施例，多级压缩机具有：低压用压缩机A；与上述低压用压缩机A连接的高压用压缩机B；自由滑动地配置在低压侧压缩机A的气缸1内的摆动活塞3；以及自由滑动地配置在高压侧压缩机B的气缸2内的摆动活塞4。高压侧压缩机B的摆动活塞4具有唇形圈14，上述唇形圈14具有在高压区域与上述气缸2的内表面接触，能够弹性变形到起密封作用的程度的密封部15。

根据上述结构，在低压侧压缩机和高压侧压缩机中，气缸的内压完全不同，在高压侧对摆动活塞的唇形圈施加较大的压力，但该唇形圈的密封部至少在高压区域与气缸的内表面接触，可以弹性变形到起密封作用的程度，因此，能够将由低压侧的压缩机压缩了的压缩空气通过高压侧的压缩机升压到更高压并送出。因此，能够提供可以在低压侧和高压侧的压缩机中采用的摆动活塞的多级压缩机。

另外，高压侧压缩机B的摆动活塞4的活塞部8的外径也可以比低压侧压缩机A的摆动活塞3的活塞部7的外径小。

根据该结构，对于高压侧的活塞部的压缩荷重与低压侧的压缩荷重相比不会急剧地变大，因此能够使多级压缩顺利地运转。

另外，由高压侧压缩机B的摆动活塞4的冲程L和从摆动旋转中心O1到密封部的中心O2为止的距离决定的摆动角α比由低压侧压缩机A的摆动活塞3的冲程和从摆动旋转中心到密封部的中心为止的距离决定的摆动角小。

根据该结构，高压时摆动活塞几乎不摆动，因此容易确保摆动活塞的密封性。

另外，高压侧压缩机B的摆动活塞4的唇形圈14的外径相对于气缸2的内径的遮盖量比低压侧压缩机A的摆动活塞3的唇形圈13的外径相对于气缸1的内径的遮盖量小。

根据该结构，高压侧的摆动活塞的唇形圈受到高压时变得难以进行弹性变形，因此难以从变形的部分产生气体泄漏，产生密封部的压力降低或密封不良的可能性小。另外，由于高压气缸和唇形圈的滑动阻力变小，因此将高压侧摆动活塞插入并组装到高压侧气缸时，阻力小，因而提高了组装性。

另外，上述摆动活塞3、4的唇形圈13、14也可以是整周连续的形状，高压侧压缩机B的摆动活塞4的唇形圈14的唇高也可以比低压侧压缩机A的摆动活塞3的唇形圈13的唇高小。

根据该结构，高压侧的摆动活塞的至少在高压区域起密封作用的唇形圈的唇高形成为比低压侧的摆动活塞的唇形圈的唇高低，因此高压侧的唇形圈的弹性也低，用于向外侧扩张的压力变高。因此，高压侧的唇形圈在受到高压作用时难以变形，产生空气泄漏导致的密封不良的可能性小。

另外，由于高压侧气缸和唇形圈的滑动阻力变小，因此将高压侧摆动活塞插入并组装到高压侧气缸时，阻力小，因而提高了组装性。

另外，高压侧压缩机B的摆动活塞4的唇形圈14也可以具有在高压区域起密封作用的高压区域用密封部16和在低压区域起密封作用的低压区域用密封部17。

根据该结构，低压状态时，在高压区域作用的高压区域用密封部难以弹性变形，但低压区域用密封部在低压状态下弹性变形，能够确保充分的密封效果。因此，即使在高压状态下对于唇形圈的背压上升变小，对气缸的推压力降低，能够有效地防止唇形圈的磨损。

另外，根据本发明的一个以上的实施例，摆动活塞4，具有：一体设置在连杆6的前端并在气缸2内摆动的盘状的活塞主体18；设在活塞主体18的上部，比活塞主体18直径小的环压板20；以及设在活塞主体18和环压板20之间，密封活塞主体18和气缸2内表面之间的非金属制唇形圈14。上述唇形圈14具有被夹持在活塞主体18和环压板20之间的圈形板状的基部25和从基部25的外周端起立形成并密封活塞主体18和气缸2内表面之间的唇部15。基部25和唇部15的两外侧面接触的外侧角部27的曲率半径r1比基部25和唇部15的两内侧面接触的内侧角部28的曲率半径r2加上了唇形圈14的厚度t的尺寸r2+t小。

根据该结构，能够位于活塞主体、气缸和唇形圈之间的空间变小。因此，角部的体积相对地变大，即使施加来自活塞主体的上方的气缸的内压，也能够缩小内压产生的应力。其结果是能够良好地抑制唇形圈的变形。并且，即使气缸的内压上升，由于唇部向外侧扩张的力小，唇形圈的磨损量降低。

另外，上述唇形圈14的最外径也可以比气缸2的内径大。上述唇形圈14的最外径也可以比活塞主体18倾斜最大时接触的气缸2的内表面的椭圆的长径大。

根据该构造，在唇形圈上产生相对于气缸内表面遮盖的部分，因此能够切实地密封气缸和摆动活塞之间。

另外，上述唇形圈14的基部25的下表面30也可以从上述内侧角部28的内侧端部28a所对应的径向的部位29a向着气缸2侧与活塞主体18的上表面面接触。

根据该结构，能够位于活塞主体、气缸和唇形圈之间的空间能够被抑制为较小。

另外，在上述摆动活塞4相对于气缸2不倾斜的状态下，唇形圈14也可以从至少基部25的上表面31的延长31a与上述气缸2的内表面接触的部位29b向着唇形圈14的上端侧，与上述气缸2面接触。

根据该结构，在摆动活塞相对于气缸不倾斜的状态下，外侧角部的外侧端部相比上述上表面延长对应部位位于下侧，因此能够将连杆的活塞主体、气缸和唇形圈之间的空间抑制成较小。

另外，所述摆动活塞4倾斜最大时，在活塞主体18和气缸2的空间小的上侧，上述唇形圈14的外周也可以在比上述内侧角部28的外侧端部28b所对应的上下方向的部位29c靠下方的区域中与气缸2接触。

根据该构造，连杆的活塞主体、唇形圈和气缸之间的空间变小。并且，倾斜最大时的遮盖量充分，因此向外侧扩张的力被唇部的弹性补充，能够确保密封性。

另外，所述摆动活塞4倾斜最大时，在活塞主体18和气缸2的空间大的一侧，上述唇形圈14的唇部15和环压板20之间的空间D1也可以比活塞主体18上部和气缸2之间的空间D2小。

根据该结构，即使在上述摆动活塞倾斜最大时，活塞主体或环压板也不会直接碰到气缸。另外，能够抑制环压板的塑性变形量。

另外，也可以在上述唇形圈14的唇部15和环压板20之间形成有微小的空间Q，上述环压板20的外周面33也可以由直径与上述气缸2的内径大致相同的大致球形的表面形状构成。

根据该结构，通过基于摆动活塞的摆动运动的惯性而产生的压力上升，能够有效地抑制唇形圈或环压板推压气缸而变形，防止反复应力，能够防止唇形圈的疲劳。

另外，上述唇形圈14的基部25的上表面31也可以在比上述内侧角部28的曲面的内侧端部28a远离中心侧的部位上，与环压板20的下表面开始接触。

根据该结构，内侧端部和接触开始部位之间的直部成为不接触环压板的下表面的疏离区域，应力被分散，难以在角部上产生应力集中。

另外，上述环压板20与活塞主体18也可以在唇形圈14的基部25的内侧直接抵接。

根据该结构，环压板和活塞主体之间的间隔变得恒定，因此唇形圈不会被过度的推压力夹着而变形。并且，环压板也不会从活塞主体浮起。因此，能够缓和对于固定用螺栓的应力，可以维持紧固扭矩。

另外，上述环压板20和活塞主体18也可以在作用有使用状态的压力时，在唇形圈14的基部25内侧经由中间材料抵接。

根据该结构，应力被分散，难以在角部上产生应力集中。

另外，环压板20也可以具有推压唇形圈14的基部25的环状突起34。

根据该结构，环压板的环状突起强力推压到与唇形圈的基部的接触面部，从而环状突起切入上述接触面部。因此，防止唇形圈在活塞主体上的移动，切实地固定唇形圈。并且能够良好地密封活塞部和气缸之间。

另外，也可以在上述活塞主体18的上表面形成有推起唇形圈14的基部25的中央开口部的开口边缘部的环状突起35。

根据该结构，在活塞主体的上表面上形成有推起唇形圈的基部的中央开口部的开口边缘部的环状突起，因此唇形圈的开口边缘部被环状突条推起，能够消除基部和环压板之间的空间，气缸的上室的内压不会漏到活塞部的下部的下室。

另外，上述连杆6也可以在摆动方向形成为宽度较大，在与连杆6的宽度方向正交的方向上也可以形成有变形抑制部36，该变形抑制部36也可以与活塞主体18的下表面接合。

根据该结构，通过连杆在摆动方向形成为宽度较大，活塞主体在摆动方向上难以变形。并且，由于在连杆上形成有变形抑制部，连杆在与其摆动方向正交的方向上也得到强化，并且活塞主体在该方向上也难以变形。压力导致的活塞主体的变形在摆动方向和与其正交的方向上的变形大不相同。因此，在固定用螺栓上产生大的应力。但是，通过肋状的变形抑制部能够降低该应力。

另外，在上述活塞主体18和环压板20的至少一方的外周面上也可以设置有具有与唇形圈14同等以上的强度的非金属制的保护部件37a、37b。

一般来说，唇形圈在超过维修时间而继续使用时，存在唇形圈磨损，金属制的活塞主体或环压板直接与气缸接触而互相摩擦导致受损，压缩效率降低或故障的危险。但是，根据该结构，通过设置保护部件，在活塞主体或环压板接触之前，保护部件直接与气缸接触，不会产生活塞主体或环压板直接与气缸内表面接触而摩擦的问题，能够保护气缸。

另外，根据本发明的一个以上的实施例，摆动活塞4，具有：一体设置在连杆6的前端并在气缸2内摆动的盘状的活塞主体18a；设在活塞主体18a的上部，比活塞主体18a直径稍小的衬套压板20a；设在活塞主体18a和衬套压板20a之间，密封活塞主体18a和气缸2内表面之间的衬套38；以及设在上述衬套压板20a的外周的活塞环39。上述衬套38的外周面由直径与上述气缸2的内径相同或者直径比上述气缸2的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成。上述活塞环39的外周面由直径与上述气缸2的内径相同或者直径比上述气缸2的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成。上述活塞环39的一部分被切断，具有游隙地被收纳在形成于上述衬套压板20a的外周上的收纳槽42中。

根据该结构，衬套与活塞环的外周面由直径与气缸的内径相同或者直径比气缸的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成。通过该球面形状，通过基于摆动活塞的摆动运动的惯性而产生的压力上升，能够有效地抑制由于衬套或衬套压板推压气缸时的推压力而变形，另外能够防止反复应力，能够防止衬套的疲劳。

并且，活塞环并不是连续的，一部分被切断，具有游隙地被收纳在衬套压板的外周上形成的收纳槽中。因此，活塞环可以在收纳槽内沿径向伸缩。因此，在活塞主体受到背压时，活塞环被向外方推压扩展，因此即使活塞主体倾斜，通过衬套也能维持线密封。另外，从强度上具有充分的厚度，大幅度地缓和了尺寸公差。

其他特征和效果可以从实施例的记载和权利要求中得知。

附图说明

图1是本发明的典型实施例的多级(二级)压缩机的纵剖视图。

图2(a)～图2(g)分别是本发明的典型实施例的唇形圈的各种方式的中央剖视图。

图3(a)及图3(b)是表示减小了摆动角的形态的剖视图，图3(c)是表示通常的摆动角的摆动活塞的形态的剖视图。

图4是高压用摆动活塞的主要部分的剖视图。

图5是变更图4的摆动活塞的一部分(外侧角部)来进行表示的放大图。

图6(a)及图6(b)分别是其他方式的唇形圈的中央剖视图。

图7是表示图4的摆动活塞倾斜最大时的状态的剖视图。

图8(a)是表示连杆的变形抑制部的其他方式的正视图，图8(b)是图8(a)的连杆的侧视图。

图9(a)是表示连杆的变形抑制部的其他方式的正视图，图9(b)是图9(a)的连杆的横剖视图。

图10是设有保护部件的情况下的摆动活塞的剖视图。

图11是表示摆动活塞的其他实施方式的剖视图。

图12是搭载有典型实施例的多级(二级)压缩机的空气压缩机的透视图。

具体实施方式

图1表示多级(二级)压缩机。该多级压缩机是连接低压用压缩机A和高压用压缩机B而成的，在上述各压缩机A、B的气缸1、2中可自由摆动且滑动地收纳有摆动活塞3、4。在各摆动活塞3、4中，在连杆5、6的前端(小端部)一体地设有盘状的活塞部7、8。形成于连杆5、6的基部(大端部)的偏心位置上的轴承孔10、11上支承有配置于装置主体的中心部的曲轴12。曲轴12通过未图示的旋转驱动装置而被动作连接。

在上述压缩机A、B中，通过曲轴12的旋转，低压(一次压)侧的压缩机A的摆动活塞3往复运动，被取入低压侧的气缸1内的大气被压缩，并被送入高压(二次压)侧的压缩机B的气缸2。该压缩空气通过高压侧的活塞4的往复运动被进一步压缩，升压成高压。所得到的高压的空气向利用压缩空气工作的各种装置或工具送出。

高压侧的压缩机的摆动活塞4具有如下的结构特征。

首先，高压侧的摆动活塞4的活塞部8的外径形成为比低压侧的摆动活塞3的活塞部7小。这是为了使相对于高压侧的活塞部8的压缩荷重不会与低压侧的活塞部7的压缩荷重相比急剧增加。

上述各摆动活塞3、4的活塞部7、8的外周上安装有密封活塞3、4和气缸1、2之间的唇形圈13、14。唇形圈13、14由合成树脂、合成橡胶等具体来说由聚四氟乙烯或变质聚四氟乙烯、铜或青铜合金粉末、球状碳素或碳素纤维、二氧化钼的成分构成的非金属材料形成，是整周没有缺口的连续的圆环状的部件。

高压侧的压缩机的摆动活塞4的唇形圈14具有在高压区域与气缸2的内表面接触，可以弹性变形到起密封作用的程度的密封部(唇部)。

因此，上述唇形圈14具有以下构造的特征。

即，上述唇形圈14的外径相对于气缸2的内径的遮盖量形成为至少比低压侧的摆动活塞3的唇形圈13的外径相对于气缸1的内径的遮盖量小。这是由于唇形圈14的遮盖部分大时，必然弹性也高，变得柔软，因此存在受到高压的内压时容易变形，由变形的部分产生气体泄漏，产生密封不良的危险。因此，通过使高压侧的摆动活塞4的唇形圈14的遮盖量至少比低压侧的小，从而设定成受到高压时难以弹性变形。

进而，形成于高压侧的唇形圈14的外周的唇部15的高度(唇高)形成为至少比低压侧的唇形圈14的唇高低。

这也是由于唇高高时，弹性也变高，受到高压的作用时容易变形，存在气体泄漏导致的密封不良的可能性，并且也是为了将活塞部8收纳到气缸2内的作业变得容易。

高压侧的唇形圈14的唇部15的高度形成为比低压侧低，因此弹性也低，用于向外侧扩张的压力变高，因此即使受到高压的作用也难以变形，因此应力降低或空气泄漏导致的密封不良发生的可能性小。另外，组装时将唇形圈14收纳到气缸2内的作业并不困难。作业时能够将唇部15收纳到气缸2内的收缩力由于收缩唇部15的荷重与唇部15与气缸2的内表面接触的面积之间的关系，设定为与低压时相比在±10％以内。

另外，在高压侧的摆动活塞的唇形圈14中，如图2(a)所示，要求至少具有上述的遮盖量和唇高，但在压缩机启动等时，高压侧的气缸2内的压力没有充分上升，变成低压状态时，在高压区域作用的唇形圈14的唇部15难以弹性变形，因此存在因为条件的不同无法发挥密封性的可能性。因此，如图2(b)所示，优选在上述唇形圈14的唇部15上一体地设置在高压区域起密封作用的小径的高压区域用的下部密封部16和在低压区域起密封作用的大径的低压区域用的上部密封部17。下部密封部16形成为厚壁，与此相对，上部密封部17形成为薄壁，比较容易弹性变形。下部密封部16和上部密封部17之间形成有台阶部18。

根据上述唇形圈结构，在低压状态时，在高压区域作用的唇形圈14的下部密封部16难以弹性变形，但上部密封部17在低压状态下弹性变形，能够确保充分的密封效果。这样一来，在低压状态下也能够发挥密封性，因此即使在高压状态下，相对于唇形圈14的背压上升变小，对于气缸2的推压力降低，能够有效地防止唇形圈14的磨损。

另外，下部密封部16和上部密封部17的配设构造不限于上述方式。例如，如图2(c)所示，也可以在上部密封部17和下部密封部16之间不设置台阶，上下的密封部16、17为连续的构造。如图2(d)所示，也可以是上部密封部17向外侧反出地形成，并且容易发生弹性变形。如图2(e)所示，也可以将上部密封部17形成为从下部密封部16直接延长的形状的结构。

另外，也可以不是与下部密封部16的上部连续地形成上部密封部17的结构，而也可以是如图2(f)所示，下部密封部16和上部密封部17分别形成，上部密封部17从比下部密封部16靠近中心的内侧向斜上方突出而形成。上述密封部17的上端延伸形成到下部密封部16的上方，上部密封部17的高度较高。因此，上部密封部17比下部密封部16更容易弹性变形，可以应对低压。在这种情况下，也可以构成为如图2(g)所示，上部密封部16为高压用，下部密封部17为低压用。

另外，为了应对高压，除了唇形圈14的形状之外，还可以设定成高压侧的压缩机的摆动活塞4的摆动角比低压侧的压缩机的摆动活塞3的摆动角小。摆动角α由摆动活塞4的冲程L即从连杆6的中心轴P到摆动旋转中心O1为止的距离、与从摆动旋转中心O1到唇形圈14的密封部的中心O2为止的距离来决定。为了减小摆动角α，如图3(a)所示，不改变摆动活塞4的冲程L，而增长由从摆动旋转中心O1到密封部的中心O2为止的距离所示的连杆6的长度，或者如图3(b)所示，不改变连杆6的长度，减小摆动活塞4的冲程L即可。

另外，图3(c)是表示减小摆动角之前的摆动活塞4的最大倾斜状态的参考图。在图3(c)中，α0表示摆动角，L0表示冲程。

其次，对于应对高压的摆动活塞的结构进行详细说明。

图4是高压侧的摆动活塞，该摆动活塞4具有：一体设置在连杆6的前端并且在气缸2内摆动的同时滑动的盘状的活塞主体18；设在活塞主体18的上部并且直径比活塞主体18稍小的环压板20；设在活塞主体18及环压板20之间，对与气缸2内表面之间进行密封的唇形圈14。唇形圈14由合成树脂、合成橡胶等非金属材料形成。

在活塞主体18的上表面形成有圆形凹部21。与此相对，环压板20为圆形状，在中央下部突出形成有圆形凸部22。并且，环压板20的圆形凸部22嵌合到活塞主体18的圆形凹部21的内侧，通过从上方插通的固定用螺栓23将环压板20固定在活塞主体18的上表面。唇形圈14形成为圆环状，在中央开口部24(参照图2(a))嵌合到环压板20的圆形凸部22的状态下，被夹在上部的环压板20和下部的活塞主体18之间而被固定。

唇形圈14由被夹持在活塞主体18和环压板20之间的圈形板状的基部25；以及从基部25的外周端向斜上方起立而形成，对活塞主体18和气缸2的内表面之间进行密封的唇部15构成。并且，在基部25和唇部15之间形成有剖面呈圆弧状弯曲的角部26。该角部26如图5所示，由基部25和唇部15的两外侧面接触的外侧角部27以及基部25和唇部15的两内侧面接触的内侧角部28构成。并且，外侧角部27的曲率半径r1和内侧角部28的曲率半径r2以及唇形圈14的厚度t之间具有如下的关系。

r1＜r2+t，即外侧角部27的曲率半径r1形成为比内侧角部28的曲率半径r2与唇形圈14的厚度t相加得到的尺寸小。即，角部26的厚度被设定为比唇形圈14的基部25和唇部15的厚度大。外侧角部27的曲率半径也可以是0。

另外，如图6(a)所示，角部的形状也可以不是曲线，而是直线的倒角形状，外侧角部27也设定成倒角比内侧角部28的倒角大。或者也可以如图6(b)所示，将角部的曲率设定的较小(外侧角部27为小的曲率，内侧角部28的曲率为0)以使角部26的厚度比基部25、唇部15的厚度大。

由此，来自活塞主体18的上方的内压产生的应力变小，能够抑制内压产生的变形，能够减小位于连杆的活塞主体18、气缸2及唇形圈14之间的空间S。

另外，唇形圈14的最外径比气缸2的内径大。进一步说明的话，唇形圈14形成为比活塞主体18倾斜最大时接触的气缸2的内表面的椭圆的长径大。这样一来，在唇形圈14上具有对气缸2进行遮盖的部分，因此能够切实地密封气缸2和摆动活塞3之间。为了在接受高压时难以弹性变形，形成为比低压侧的摆动活塞3的唇形圈14的遮盖量小。

进而，在摆动活塞4相对于气缸2不倾斜的图4及图5的状态下，上述唇形圈14的基部25的下表面30在从上述内侧角部28的曲面的至少与内侧端部28a垂直相交的部位29a到气缸2侧为止的区域上与活塞主体18的上表面面接触。

并且，唇形圈14至少从基部25的上表面31的延长31a与气缸2的内表面接触的部位29b到上端为止与气缸2面接触。另外，图5的外侧角部27表示成比图4的外侧角部27更弯曲。

如上所述，外侧角部27的内侧端部27a至少位于比上述相交部位29a靠外侧，同样地，外侧角部27的外侧端部27b至少比上述上表面延长对应部位29b位于下侧，因此能够位于连杆3的活塞主体18、气缸2及唇形圈14之间的空间S被抑制得较小。

接着，如图3(c)及图7所示，在摆动活塞倾斜最大时，上侧的唇形圈14和气缸2的空间变小，但在该状态时，在比与内侧角部28的外侧端部28b垂直地相交的部位29c靠下方的区域与气缸2接触。

根据上述结构，唇形圈14与气缸2的内表面在至少包括角部的区域即包括厚度比唇形圈14的基部25和唇部15的厚度大的角部的区域接触。这样一来，通过摆动活塞4倾斜或倾斜移动导致的惯性起作用而产生的向着气缸2的朝向横向的推压力由上述区域即唇形圈14的角部侧承受，从而能够良好地抑制唇部15的过度变形，能够确保整体的强度。另外，即使气缸2的内压上升，由于唇部15向外侧扩张的力较低，因此唇形圈14的磨损量降低。另外，能够充分地确保倾斜最大时的遮盖量，因此向外侧扩张的力被唇部15的弹性补充，能够确保密封性。

但是，如图7所示，在倾斜最大时，上述唇形圈14的唇部15和环压板20之间的空间D1为活塞主体18上部和气缸2之间的空间D2以下。因此，即使在倾斜最大时，活塞主体18或环压板20不会直接碰到气缸。另外，能够抑制环压板20的塑性变形量。

另外，如图5所示，唇形圈14的基部25的上表面31，在与上述内侧角部28的曲面的内侧端部28a相比向中心侧离开适当间隔I的部位上与环压板20的下表面接触。内侧端部28a和上述接触开始部位之间是直部32，该直部32构成为与环压板20的下表面不接触的疏离区域。其理由是，如果在上述内侧端部28a与环压板20直接接触，则应力集中在角部26。在角部26之外设置疏离区域I，从而分散应力，能够使应力集中无法产生。

并且，在唇形圈14的唇部15的内周面和环压板20的外周面之间形成有微小的间隙Q。在组装到气缸2内的状态下，例如在直径为41mm的唇形圈的情况下，唇部15和环压板20之间的间隙Q优选为1mm以下。如果超过1mm，唇形圈的变形量变大，与气缸2的滑动阻力即反复应力大，唇形圈14的磨损量增大。

进而，摆动活塞4在气缸2内摆动运动，因此至少环压板20的外周面33形成为以唇形圈14进行密封的密封部的中心为中心的大致球形的表面形状。规定环压板20的外周面的球状面的大小是与气缸2的内径相同的大小或者比具有比其略小的程度的直径的球面形状。另外，上述球面形状可以仅形成于环压板20，也可以形成于包含唇形圈14和活塞主体18的外周面。

通过表面形状形成为大致球状，通过基于摆动活塞4的摆动运动的惯性而产生的压力上升，能够有效地抑制唇形圈14或环压板20推压到气缸2而变形，能够防止反复应力，防止唇形圈14的疲劳。

并且，如图4所示，环压板20的圆形凸部22的下表面和活塞主体18的圆形凹部21的上表面在唇形圈14的基部25的内侧直接抵接。因此，环压板20和活塞主体18之间的间隔恒定。该间隔比基部25的厚度小，但其推压力是恒定的，基部25不会被过度的推压力夹持而变形。另外，环压板20不会从活塞主体18浮起，因此通过基于摆动活塞4的摆动运动的惯性而产生的压力上升，唇形圈14或环压板20推压气缸20时产生的向着固定用螺栓23的应力得以缓和，能够维持紧固扭矩。

另外，环压板20和活塞主体18并不限定于直接抵接的方式。在作用有使用状态的压力时，也可以构成为在唇形圈14的基部25的内侧经由中间材料(未图示)抵接。作为中间材料，可以是金属板这样的部件，也可以使用通过时间经过而硬化的粘接剂。

进而，在环压板20的下表面上，如图5所示，形成有按压与唇形圈14的基部25的面接触部的环状突起34。环压板20通过固定用螺栓23紧固在活塞主体18上，环压板20的环状突起34被强力推压到与唇形圈14的基部24的面接触部，由此环状突起34切入上述面接触部，能够防止唇形圈14在活塞主体18上移动，切实地固定唇形圈14。并且能够良好地密封活塞部和气缸2之间。

另外，高压侧的压缩机的摆动活塞4优选突起高度比低压侧的压缩机的摆动活塞4高。

另外，在活塞主体18的上表面形成有环状突条35，该环状突条35在该圆形凹部21的外周缘部推起唇形圈14的基部25的中央部上形成的圆形的中央开口部的开口边缘部。

由此，唇形圈14的开口边缘部被环状突条35推起，因此能够消除基部25和环压板20之间的空间，切实地进行密封，气缸2的上室的内压不会泄漏到活塞部8的下部的下室。

其次，连杆如图3(c)等所示，在摆动方向上形成为宽度较大，进而在与连杆6的宽度方向正交的方向上，如图4所示，形成有肋状的变形抑制部36，该变形抑制部36与活塞主体18的下表面接合。连杆6在摆动方向上形成为宽度较宽，由此活塞主体18也在摆动方向上难以变形。并且，由于在连杆6上形成有变形抑制部36，因此连杆6在与其摆动方向正交的方向上被强化，并且活塞主体18也在该方向上难以变形。压力导致的活塞主体18的变形在摆动方向和与其正交的方向的变形大不相同。因此，在固定用螺栓23上产生大的应力。但是，通过肋状的变形抑制部36能够降低该应力。

另外，变形抑制部36如图8(a)及图8(b)所示，也可以构成为在连杆6的摆动方向上形成为宽度较大，但在大端部侧变窄，在小端部侧变宽，并且在大端部侧在与宽度方向正交的方向上形成有变形抑制部36。另外，如图9(a)及图9(b)所示，也可以将连杆6和变形抑制部36形成为从大端部到小端部为相同大小的剖面十字形。

另外，如图10所示，也可以在活塞主体18和环压板20的外周面设置具有与唇形圈14同等以上的强度的非金属制的保护部件37a、37b。唇形圈14存在超过维修时间还继续使用的情况，在该情况下，存在唇形圈14磨损，金属制的活塞主体18或环压板20直接与气缸2接触而互相摩擦导致受损，压缩效率降低或故障的危险。但是，通过设置由与唇形圈14同样的非金属材料构成的保护部件37a、37b，在活塞主体18或环压板20接触之前，保护部件37a、37b直接与气缸2接触，不会产生活塞主体18或环压板20直接与气缸2内表面接触而摩擦的问题，能够保护气缸2。另外，保护部件也可以构成为仅设置37a、37b中的一方。

图11表示应对高压的摆动活塞的其他实施方式，该摆动活塞4的基本构成与上述方式相同，具有：一体设置在连杆6的前端并在气缸2内摆动的同时滑动的盘状的活塞主体18a；设在活塞主体18a的上部，比活塞主体18a直径稍小的衬套压板20a；设在活塞主体18a和衬套压板20a之间，由密封和气缸2内表面之间的密封部构成的衬套38；以及设在上述衬套压板20a的外周的活塞环39。活塞主体18a和衬套压板20a分别是相当于上述活塞主体18和环压板20的部件。另外，衬套压板20a与活塞主体18a的安装方式与上述方式的环压板20与活塞主体18相同。

衬套38的外周面40由直径与气缸2的内径相同或者直径比气缸2的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成。通过该球面形状，通过基于摆动活塞4的摆动运动的惯性而产生的压力上升，能够有效地抑制由于衬套38或衬套压板20a推压气缸时的推压力而变形，另外能够防止反复应力，能够防止衬套38的疲劳。

另外，活塞环39并不是连续的，一部分被切断，具有游隙地被收纳在环压板20的外周上形成的收纳槽42中。因此，活塞环39可以在收纳槽42内沿径向伸缩。因此，在活塞主体18a和衬套压板20a受到背压时，活塞环39被向外方推压扩展，因此即使活塞主体18a和衬套压板20a倾斜，通过衬套38也能维持线密封。另外，从强度上具有充分的厚度，大幅度地缓和了尺寸公差。

衬套38和活塞环39也由与保护部件37同样的非金属材料构成。另外，活塞环39的周面也是大致球面。

另外，图12是搭载有上述多级压缩机的空气压缩机，43是马达，44是多级压缩机。在低压侧的压缩机47压缩的空气通过风管45被供给到高压侧的压缩机46，该压缩空气进一步被高压侧的压缩机46压缩，通过风管48储存在空气罐49。并且，在上述空气压缩机的底部配置有安装有马达的控制部件的印刷基板50。在印刷基板50的下部配置有控制设备52，另外两侧部向上方弯曲。该弯曲部51具有防止基板整体的反出并确保强度，以及通过冷却风扇53产生的风流过该两侧部内侧从而促进散热的功能。另外，在印刷基板50的下表面虽然未图示，但实施了灌封加工。

Claims (21)

1.一种多级压缩机，具有：低压用压缩机(A)；与上述低压用压缩机(A)连接的高压用压缩机(B)；自由滑动地配置在低压侧压缩机(A)的气缸(1)内的摆动活塞(3)；以及自由滑动地配置在高压侧压缩机(B)的气缸(2)内的摆动活塞(4)，其特征在于，

高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)具有唇形圈(14)，上述唇形圈(14)具有在高压区域与上述气缸(2)的内表面接触，能够弹性变形到起密封作用的程度的密封部(15)。

2.根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，

高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)的活塞部(8)的外径比低压侧压缩机(A)的摆动活塞(3)的活塞部(7)的外径小。

3.根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，

由高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)的冲程(L)和从摆动旋转中心(O1)到密封部的中心(O2)为止的距离决定的摆动角(α)比由低压侧压缩机(A)的摆动活塞(3)的冲程和从摆动旋转中心到密封部的中心为止的距离决定的摆动角小。

4.根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，

高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)的唇形圈(14)的外径相对于气缸(2)的内径的遮盖量比低压侧压缩机(A)的摆动活塞(3)的唇形圈(13)的外径相对于气缸(1)的内径的遮盖量小。

5.根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，

上述摆动活塞(3、4)的唇形圈(13、14)是整周连续的形状，

高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)的唇形圈(14)的唇高比低压侧压缩机(A)的摆动活塞(3)的唇形圈(13)的唇高小。

6.根据权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于，

高压侧压缩机(B)的摆动活塞(4)的唇形圈(14)具有在高压区域起密封作用的高压区域用密封部(16)和在低压区域起密封作用的低压区域用密封部(17)。

7.一种摆动活塞(4)，具有：

一体设置在连杆(6)的前端并在气缸(2)内摆动的盘状的活塞主体(18)；

设在活塞主体(18)的上部，比活塞主体(18)直径小的环压板(20)；以及

设在活塞主体(18)和环压板(20)之间，密封活塞主体(18)和气缸(2)内表面之间的非金属制唇形圈(14)，

上述唇形圈(14)具有被夹持在活塞主体(18)和环压板(20)之间的圈形板状的基部(25)和从基部(25)的外周端起立形成并密封活塞主体(18)和气缸(2)内表面之间的唇部(15)，

基部(25)和唇部(15)的两外侧面接触的外侧角部(27)的曲率半径(r1)比基部(25)和唇部(15)的两内侧面接触的内侧角部(28)的曲率半径(r2)加上了唇形圈(14)的厚度(t)的尺寸(r2+t)小。

8.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述唇形圈(14)的最外径比气缸(2)的内径大，且比活塞主体(18)倾斜最大时接触的气缸(2)的内表面的椭圆的长径大。

9.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述唇形圈(14)的基部(25)的下表面(30)从上述内侧角部(28)的内侧端部(28a)所对应的径向的部位(29a)向着气缸(2)侧与活塞主体(18)的上表面面接触。

10.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

在上述摆动活塞(4)相对于气缸(2)不倾斜的状态下，唇形圈(14)从至少基部(25)的上表面(31)的延长(31a)与上述气缸(2)的内表面接触的部位(29b)向着唇形圈(14)的上端侧，与上述气缸(2)面接触。

11.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

所述摆动活塞(4)倾斜最大时，在气缸主体(18)和气缸(2)的空间小的上侧，在比上述内侧角部(28)的外侧端部(28b)所对应的上下方向的部位(29c)靠下方的区域中上述唇形圈(14)的外周与气缸(2)接触。

12.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

所述摆动活塞(4)倾斜最大时，在气缸主体(18)和气缸(2)的空间大的一侧，上述唇形圈(14)的唇部(15)和环压板(20)的空间(D1)比气缸主体(18)上部和气缸(2)之间的空间(D2)小。

13.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述唇形圈(14)的唇部(15)和环压板(20)之间形成有微小的空间(Q)，

上述环压板(20)的外周面(33)由直径与上述气缸(2)的内径大致相同的大致球形的表面形状构成。

14.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述唇形圈(14)的基部(25)的上表面(31)在比上述内侧角部(28)的曲面的内侧端部(28a)远离中心侧的部位上，与环压板(20)的下表面开始接触。

15.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述环压板(20)与活塞主体(18)在唇形圈(14)的基部(25)的内侧直接抵接。

16.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述环压板(20)和活塞主体(18)在作用有使用状态的压力时，在唇形圈(14)的基部(25)内侧经由中间材料抵接。

17.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

环压板(20)具有推压唇形圈(14)的基部(25)的环状突起(34)。

18.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

在上述活塞主体(18)的上表面形成有推起唇形圈(14)的基部(25)的中央开口部的开口边缘部的环状突起(35)。

19.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

上述连杆(6)在摆动方向形成为宽度较大，并且在与连杆(6)的宽度方向正交的方向上形成有变形抑制部(36)，该变形抑制部(36)与活塞主体(18)的下表面接合。

20.根据权利要求7所述的摆动活塞(4)，其特征在于，

在上述活塞主体(18)和环压板(20)的至少一方的外周面上设置有具有与唇形圈(14)同等以上的强度的非金属制的保护部件(37a、37b)。

21.一种摆动活塞(4)，具有：

一体设置在连杆(6)的前端并在气缸(2)内摆动的盘状的活塞主体(18a)；

设在活塞主体(18a)的上部，比活塞主体(18a)直径稍小的衬套压板(20a)；

设在活塞主体(18a)和衬套压板(20a)之间，密封活塞主体(1a8)和气缸(2)内表面之间的衬套(38)；以及

设在上述衬套压板(20a)的外周的活塞环(39)，

上述衬套(38)的外周面由直径与上述气缸(2)的内径相同或者直径比上述气缸(2)的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成，

上述活塞环(39)的外周面由直径与上述气缸(2)的内径相同或者直径比上述气缸(2)的内径稍小的程度的大致球形的表面形状构成，

上述活塞环(39)的一部分被切断，具有游隙地被收纳在形成于上述衬套压板(20a)的外周上的收纳槽(42)中。

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