JP2010209723A

JP2010209723A - ラビリンスピストン式往復動圧縮機

Info

Publication number: JP2010209723A
Application number: JP2009054638A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishimura; 亨西村; Shogo Tateyama; 省吾立山
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】本発明は、ラビリンスピストンの外周面に形成されたラビリンス山の一部として低ラビリンス山を設け、これにより、ラビリンスピストンの摩耗状態が摩耗基準値に達したか否かを外部から容易に判定できるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明によるラビリンスピストン式往復動圧縮機は、ラビリンスピストン(14)の外周面に設けられたラビリンス山(22)の一部に低ラビリンス山(23)を設け、この低ラビリンス山(23)の状態によりラビリンスピストン(14)の摩耗量が基準に達したか否かを判定できるようにした構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラビリンスピストン式往復動圧縮機に関し、特に、ラビリンスピストンの外周面に形成されたラビリンス山の一部として低ラビリンス山を設け、これにより、ラビリンスピストンの摩耗状態が摩耗基準値に達したか否かを外部から容易に判定できるようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のラビリンスピストン式往復動圧縮機としては、特許出願をしていないため、特に特許文献等を開示していないが、一般に、ラビリンスピストン自体には何らの加工等は施されておらず、保守の際に、ラビリンスピストンを圧縮機本体から取り外し、ラビリンスピストンの外径を測定し、摩耗量が基準値を越えた場合には、ラビリンスピストンの交換を行っていた。

また、他の従来構成として、ラビリンスピストン以外の一般のピストンのシール材の摩耗量の測定装置としては、例えば、特許文献１に開示されたピストン用シール材の摩耗量測定装置においては、図示していないが、シール材が摩耗していない状態では、シリンダの軸縁とピストンの軸縁とが一致した状態でピストンが水平方向に往復移動し、その運転によってシール材の特に下部が摩耗し、これによってピストンが下方に変位する。これによってそのピストンのシリンダヘッド側の端面に固着されている被検出部材が下降し、そのために一方のグループの光ファイバ素線を介して光源から照射された光が、被検出部材の同心円状の突起と溝との組合せ、または第１および第２領域との組合せによって、反射して検出されて受光される反射光量が変化することになる。これによってシール材の摩耗量を測定することができるように構成されていた。

特公平０６−０１０６０４号公報

従来、用いられていたこの種のラビリンスピストン式往復動圧縮機においては、ラビリンスピストンには何らの加工等は施されていないため、使用時間の経過によって発生する保守の際に、シリンダのシリンダ弁カバー及び吸入、吐出シリンダ弁を取り外し、ラビリンスピストンをシリンダから外に取り出し、外径測定及び摩耗状態の測定を行った後に、再び、シリンダ内に取付け、吸入、吐出シリンダ弁およびシリンダ弁カバーの装着を行うことになり、一連の作業は多大の労力とコストを必要としていた。

また、前述の特許文献１のピストン用シール材の摩耗量測定装置においては、光ファイバを用いて反射光量の変化によりシール材の摩耗量を検出していたため、シリンダ周辺に光学的装置を装着しなければならず、シリンダ装置としては構造が複雑となり、コストの面だけでなく、信頼性および保守等の面で課題が存在していた。

本発明によるラビリンスピストン式往復動圧縮機は、ラビリンスピストンをシリンダ内で往復動させることにより圧縮を行うようにしたラビリンスピストン式往復動圧縮機において、前記ラビリンスピストンの外周面に設けられたラビリンス山の外周の少なくとも一部として、少なくとも１箇所設けた低ラビリンス山の状態により前記ラビリンスピストンの摩耗量が基準に達したか否かを判定できる構成であり、また、前記低ラビリンス山は、前記ラビリンス山の少なくとも一部として所定の高さで形成され、前記高さは前記ラビリンスピストンの交換時期を示す高さである構成であり、また、前記低ラビリンス山を形成する第１低ラビリンス山は、前記ラビリンス山の山頂部を予め設定された摩耗基準値まで径方向に除去された前記高さで構成され、かつ周方向に連続して設けられている構成であり、また、前記低ラビリンス山を形成する第２低ラビリンス山は、前記ラビリンス山の山頂部の一部を、予め設定された摩耗基準値まで低く接線方向に直線的に除去された前記高さで構成される構成であり、また、前記低ラビリンス山を形成する第３低ラビリンス山は、前記各ラビリンス山のピッチを変えることなくテーパ壁の一部を除去し断面で鋭角山形状として山の高さを予め設定された摩耗基準値まで低くした前記高さで構成され、かつ周方向に連続して設けられた構成であり、また、前記低ラビリンス山は、前記シリンダのシリンダ弁カバー及び吸入シリンダ弁又は吐出シリンダ弁が除去された前記シリンダの吸入用又は吐出用シリンダ弁ポート部に臨んで露出している構成である。

本発明によるラビリンスピストン式往復動圧縮機は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、ラビリンスピストンをシリンダ内で往復動させることにより圧縮を行うようにしたラビリンスピストン式往復動圧縮機において、前記ラビリンスピストンの外周面に設けられたラビリンス山の外周の少なくとも一部として、少なくとも１箇所設けた低ラビリンス山の状態により前記ラビリンスピストンの摩耗量が基準に達したか否かを判定できる構成としたことにより、使用後にラビリンスピストンを外すことなく、簡単な構造で、目視等により摩耗量が予め設定した摩耗基準値に達したか否かを、シリンダ外部から判定することができる。

本発明によるラビリンスピストン式往復動圧縮機を示す構成図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図２の低ラビリンス山の他の形態を示す平面図である。図２のラビリンスピストンのＢ−Ｂ断面及び図３のＣ−Ｃ断面の一部を示す拡大断面図である。図４の他の形態を示す断面図である。図４の低ラビリンス山の外観を示す要部の拡大図である。図６の他の形態を示す拡大図である。図６の他の形態を示す拡大図である。図４の要部の拡大断面図である。図５の要部の拡大断面図である。図６のラビリンスピストンの摩耗前の一部の状態を示す拡大図である。図７のラビリンスピストンの摩耗前の一部の状態を示す拡大図である。図８のラビリンスピストンの摩耗前の一部の状態を示す拡大図である。図１１の低ラビリンス山の摩耗後を示す拡大図である。図１２の低ラビリンス山の摩耗後を示す拡大図である。（点線は摩耗前の外周面形状）図１３の低ラビリンス山の摩耗後を示す拡大図である。シリンダの外部からラビリンスピストンの低ラビリンス山が目視できる状態を示す断面図である。

本発明は、ラビリンスピストンの外周面に形成された複数のラビリンス山の一部のラビリンス山の代わりに低ラビリンス山を設け、これによりラビリンスピストンの摩耗状態が摩耗基準値に達したか否かを外部から容易に判定できるようにしたラビリンスピストン式往復動圧縮機を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるラビリンスピストン式往復動圧縮機の好適な実施の形態について説明する。
図１において符号１で示されるものは、全体形状がほぼ箱形をなすフレームであり、このフレーム１の下部位置にはクランク軸２が回転自在に設けられ、このクランク軸２にクランクピン軸受３を介して設けられた連続棒４は、クロスヘッドピン５を介してクロスヘッド６に接続されている。

前記クロスヘッド６は前記フレーム１のクロスヘッド案内孔７内で上下動自在に設けられ、このクロスヘッド６の上部に接続されたピストン棒８は、前記フレーム１の上部に位置するピストン棒案内軸受９、油切りリング１０、油止めリング１１及びパッキン箱１２ａを介して、前記フレーム１の上部に設けられたシリンダ１２のピストンロッドパッキン１３に上下動自在に支持されている。

前記シリンダ１２内に延設された前記ピストン棒８の上部にはラビリンスピストン１４が上下動自在（実線と点線で示すストローク）に設けられ、このシリンダ１２の上部にはシリンダカバー１５が設けられている。
前記シリンダ１２の外周位置にはシリンダ弁カバー１６が設けられ、これらの各シリンダ弁カバー１６の内側には、上下一対の吸入シリンダ弁１７及び吐出シリンダ弁１８が着脱自在に設けられている。

前記シリンダ１２は、Ａ−Ａ断面図が図２で示されるように構成され、前記各吸入シリンダ弁１７の内側には吸入用シリンダ弁ポート部２０が形成されている。
さらに、前記各吐出シリンダ弁１８の内側には吐出用シリンダ弁ポート部２１が形成され、前記各吸入用シリンダ弁ポート部２０から吸入された媒体は前記各吐出用シリンダ弁ポート部２１を介してシリンダ１２外へ吐出され、媒体の吸入／圧縮が行われるように構成されている。

前述の図２で示す図１のＡ−Ａ断面図は、前記各シリンダ弁カバー１６、吸入シリンダ弁１７及び吐出シリンダ弁１８を除去した除去状態を示しており、前記ラビリンスピストン１４の外周に形成された輪状のラビリンス山２２の一部には、少なくとも１箇所もしくは複数個所の低ラビリンス山２３が設けられていると共に各低ラビリンス山２３は、例えば、ラビリンス山２２と同一材料等からなり、前記除去状態において、前記各シリンダ弁ポート部２０、２１に臨んで露出するように構成されている。

図２は図１のＡ−Ａ断面を示しており、前記各シリンダ弁カバー１６、吸入シリンダ弁１７及び吐出シリンダ弁１８を除去した状態を示しており、前記ラビリンスピストン１４の外周に形成された輪状の複数のラビリンス山２２の外周の一部には、低ラビリンス山２３が設けられ、この低ラビリンス山２３は、少なくとも１箇所の後述の３種類の第１〜第３低ラビリンス山２３ａ、２３ｂ、２３ｃ（すなわち、３つの形態）で構成されている。
従って、前記各低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃは、前記除去した状態において、前記各シリンダ弁ポート部２０、２１に臨んで露出するように構成されている。尚、図３は前記第２低ラビリンス山２３ｂの形態を示し、ラビリンス山２２の一部を接線方向に直線的に除去して形成した形態である。

図４及び図５は前述の図２及び図３の断面を示しており、その軸方向Ｙに沿って複数の前記ラビリンス山２２が多段状に所定の間隔でほぼ全長にわたり形成されている。

図６、図７及び図８は、前記ラビリンス山２２と第１〜第３低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃの一部を示しており、第１、第２低ラビリンス山２３ａ、２３ｂは、前記軸方向Ｙに沿って前記各シリンダ弁ポート部２０、２１に臨んで外部に露出するような軸方向位置に設けられている。
すなわち、図６は第１低ラビリンス山２３ａを示し、図７は第２低ラビリンス山２３ｂを示している。

図９は前記第１、第２低ラビリンス山２３ａ、２３ｂの拡大断面を示し、図１０は第３低ラビリンス山２３ｃの拡大断面を示している。
前記各ラビリンス山２２の間に設けられた各低ラビリンス山２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、ラビリンス山２２の外周の一部又は全部に形成されている。

図９において、ラビリンスピストン１４の各ラビリンス山２２の１個又は複数のラビリンス山２２の外周には、その突条部２５Ａ先端に摩耗部分２６が摩耗して予め設定された摩耗基準値Ｔ、すなわち、ラビリンス山２２が予め設定された高さＴ_１となると、この高さＴ_１は、前記第１、第２低ラビリンス山２３ａ、２３ｂと同じ高さとなり、この各低ラビリンス山２３ａ、２３ｂの低ラビリンス山外周面２３Ａに摩耗が波及することによって、ラビリンスピストン１４の摩耗、すなわち、交換時期であることが後述の目視等により判定することができる。
すなわち、この判定については、目視の他に、電子カメラで撮像した画像を画像処理によって自動的に判定することも可能である。

従って、前記各ラビリンス山２２の間のラビリンス山２２の外周の一部又は全部に形成された第１、第２低ラビリンス山２３ａ及び２３ｂの低ラビリンス山外周面２３Ａと前記摩耗基準値Ｔとは一致している。
また、前記第３低ラビリンス山２３ｃは、図８及び図１０に示されるように、各ラビリンス山２２のピッチは変えないでラビリンス山２２の外周のテーパ壁２５の一部を除去し、断面形状で鋭角山形状として山の高さを予め設定した前記摩耗基準値Ｔまで低くした前記高さＴ_１で形成され、かつ、周方向に一周又は部分的に設けられている。

尚、前述の第１、第２低ラビリンス山２３ａ、２３ｂの形状差異は、全体形状はほぼ同一であるが、図６及び図７で示されるように、外周面の削り形状が直線状か曲面であるかの差である。

次に、動作について述べる。前述の構成において、ラビリンスピストン式往復圧縮機の稼動により、図６、図７及び図８並びに図９及び図１０で示される新品のラビリンスピストン１４の外周面である摩耗部分２６の幅が、各低ラビリンス山２３ａ、２３ｂの低ラビリンス山外周面２３Ａである摩耗外周面２６Ａの摩耗（図１１、図１２、図１３のドットで示す領域部分）が進行して、摩耗基準値Ｔに達すると、図９のように、摩耗部分２６の幅が各低ラビリンス山２３ａ、２３ｂの外周面２３Ａと同等となり、さらに、この外周面２３Ａの摩耗も始まり（図１４、図１５、図１６の拡大したドットで示す領域成分で示す）、この摩耗がラビリンスピストン１４と各低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃの外周面にも拡大したことが目視等（目視の他に、画像処理等も可能）によって検出されると、摩耗の判定ができ、この状態でラビリンスピストン１４は交換時期に達したこととなる。

前述のラビリンスピストン１４の摩耗の目視等による判定は、図２に示されるように、各シリンダ弁カバー１６、吸入シリンダ弁１７及び吐出シリンダ弁１８を取り除くと、各低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃが各シリンダ弁ポート部２０、２１に臨んで外部に露出していることにより、容易に行うことができる。

また、図１７で示されるように、前記シリンダ１２の外部から実際に目視できるラビリンス山２２及び各低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃは、実線で示される上死点位置の前記ラビリンスピストン１４の上端部Ｃ、及び、点線で示される下死点位置のラビリンスピストン１４の下端部Ｃ’に限られるが、ラビリンスピストン１４の上端部Ｃと下端部Ｃ’との間の中間部Ｅは、前述の状態では目視することはできず、この中間部Ｅを見るためには、従来と同様にラビリンスピストン１４をシリンダ１２から除去しなければ目視不可である。

以上の通り、本発明における前記第１〜第３低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃは、次のように構成されている。
すなわち、前記各低ラビリンス山２３ａ〜２３ｃは、ラビリンス山２２の外周の少なくとも一部として所定の高さＴ_１で形成され、この高さＴ_１はラビリンスピストン１４の交換時期を示す高さである。
また、前記低ラビリンス山２３ａ、２３ｂは、ラビリンス山２２の山頂部の一部を直線状又は曲面に除去して低くして高さＴ_１となるようにした構成である。
また、前記低ラビリンス山２３ｃは、各ラビリンス山２２のピッチを変えることなくテーパ壁２５の一部を除去し断面で鋭角山形状として山の高さを予め設定された摩耗基準値Ｔまで低くした高さＴ_１で構成されている。

本発明は、ラビリンスピストン式往復動圧縮機に限らず、例えば、往復動型の空気ポンプ、油圧ポンプ等に適用可能である。

１フレーム
２クランク軸
３クランクピン軸受
４連接棒
５クロスヘッドピン
６クロスヘッド
７クロスヘッド案内孔
８ピストン棒
９ピストン棒案内軸受
１０油切りリング
１１油止めリング
１２シリンダ
１２ａパッキン箱
１３ピストンロッドパッキン
１４ラビリンスピストン
１５シリンダカバー
１６シリンダ弁カバー
１７吸入シリンダ弁
１８吐出シリンダ弁
２０吸入用シリンダ弁ポート部
２１吐出用シリンダ弁ポート部
２２ラビリンス山
２３ａ第１低ラビリンス山
２３ｂ第２低ラビリンス山
２３ｃ第３低ラビリンス山
２３Ａ低ラビリンス山外周面
２４平面底
２５テーパ壁
２５Ａ突条部
２６摩耗部分
２６Ａ摩耗外周面
Ｔ摩耗基準値
Ｃ上端部
Ｃ’ 下端部
Ｔ_１高さ
Ｙ軸方向

Claims

ラビリンスピストンをシリンダ内で往復動させることにより圧縮を行うようにしたラビリンスピストン式往復動圧縮機において、前記ラビリンスピストン(14)の外周面に設けられたラビリンス山(22)の外周の少なくとも一部として、少なくとも１箇所設けた低ラビリンス山(23)の状態により前記ラビリンスピストン(14)の摩耗量が基準に達したか否かを判定できる構成としたことを特徴とするラビリンスピストン式往復動圧縮機。
前記低ラビリンス山(23)は、前記ラビリンス山(22)の少なくとも一部として所定の高さ(T₁)で形成され、前記高さ(T₁)は前記ラビリンスピストン(14)の交換時期を示す高さであることを特徴とする請求項１記載のラビリンスピストン式往復動圧縮機。
前記低ラビリンス山(23)を形成する第１低ラビリンス山(23a)は、前記ラビリンス山(22)の山頂部を予め設定された摩耗基準値(T)まで径方向に除去された前記高さ(T₁)で構成され、かつ周方向に連続して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のラビリンスピストン式往復動圧縮機。
前記低ラビリンス山(23)を形成する第２低ラビリンス山(23b)は、前記ラビリンス山の山頂部の一部を、予め設定された摩耗基準値(T)まで低く接線方向に直線的に除去された前記高さ(T₁)で構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のラビリンスピストン式往復動圧縮機。
前記低ラビリンス山(23)を形成する第３低ラビリンス山(23c)は、前記各ラビリンス山のピッチを変えることなくテーパ壁(25)の一部を除去し断面で鋭角山形状として山の高さを予め設定された摩耗基準値(T)まで低くした前記高さ(T₁)で構成され、かつ周方向に連続して設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載のラビリンスピストン式往復動圧縮機。
前記低ラビリンス山(23)は、前記シリンダ(12)のシリンダ弁カバー(16)及び吸入シリンダ弁(17)又は吐出シリンダ弁(18)が除去された前記シリンダ(12)の吸入用又は吐出用シリンダ弁ポート部(20,21)に臨んで露出していることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のラビリンスピストン式往復動圧縮機。