JP2012067660A - 多段式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のピストンを用いた多段式圧縮機における機械損失を抑制する。
【解決手段】クランクハウジング１１に収容されたヨーク２４は、クランク機構２３のクランクアーム２０に連結された第１対向部材２６と、第１対向部材２６に対向する第２対向部材２７と、第１対向部材２６と第２対向部材２７とを連結する一対の被ガイドロッド２８，２９とを備えている。クランクハウジング１１の内壁段差１１１，１１２に止着された筒状の支持ブラケット３２，３４の筒内には直道ベアリング３６，３７が嵌入して固定されており、直道ベアリング３６，３７には被ガイドロッド２８，２９が挿通されている。直道ベアリング３６，３７は、軸封機能を備えており、直道ベアリング３６，３７内には潤滑剤が封入されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランク機構を介して回転運動が往復直線運動に変換されてヨークに伝達され、前記ヨークには複数のピストンが連結されている多段式圧縮機に関する。

多段式圧縮機には、特許文献１に開示のようなスコッチヨーク式の多段式圧縮機及び特許文献２に開示のようなクロスヘッド式の多段式圧縮機がある。
特許文献１に開示のスコッチヨーク式の多段式圧縮機では、クランク機構を構成するクランクピンとクロススライダとの間にベアリングが介在されている。機械損失を抑制するためのベアリングを潤滑する必要があるが、ベアリングは、クロススライダと共に旋回運動を行なう。そのため、ベアリングを潤滑する潤滑剤（例えばグリース）をベアリング内に密閉することが難しい。ベアリング内に潤滑剤を密閉できない場合には、ピストンを収容するピストン室からピストンの周面に沿ってクランク機構収容室へ漏洩するガスが潤滑剤をベアリング内から少しずつ運び去る。ベアリング内の潤滑剤が不足すると機械損失が増え、ベアリングの信頼性が損なわれる。

又、ピストンを往復直線運動させるクランク機構からサイドフォースがピストンを介してピストン室の周壁面に掛かるため、ピストンに嵌められたピストンリングとピストン室の周壁面との間での摩擦が大きくなり、ピストンリングが摩耗し易い。

特許文献２に開示のクロスヘッド式の多段式圧縮機では、サイドフォースがクロスヘッドを介してクロスヘッド収容室の周壁面に掛かるため、ピストンリングの摩耗は抑制される。

特開平９−６０５８１号公報 特開２００７−３２４６３号公報

しかし、サイドフォースがクロスヘッドを介してクロスヘッド収容室の周壁面に掛かるため、クロスヘッドとクロスヘッド収容室の周壁面との間での摩擦が大きくなり、機械損失が大きい。

本発明は、複数のピストンを用いた多段式圧縮機における機械損失を抑制することを目的とする。

本発明は、クランク機構を介して回転運動が往復直線運動に変換されてヨークに伝達され、前記ヨークには複数のピストンが連結されており、前記複数のピストンを収容する複数のピストン室のうちの一部と他部とが前記ヨークを介して圧力的に対抗している多段式圧縮機を対象とし、請求項１の発明では、前記複数のピストンの往復直線運動を案内する直線運動案内手段が設けられており、前記直線運動案内手段は、前記ヨークを構成する被ガイドロッドと、前記被ガイドロッドを挿通した軸受とを備え、前記軸受は、軸封機能を備えている。

クランク機構からヨークに伝わるサイドフォースは、被ガイドロッドを介して軸受に受け止められる。そのため、サイドフォースに起因する機械損失が抑制される。軸封機能を備えている軸受内の潤滑剤が漏洩することはない。

好適な例では、前記ヨークは、前記一部のピストン室側のピストンに連結された第１対向部材と、前記他部のピストン室側のピストンに連結された第２対向部材と、前記第１対向部材と前記第２対向部材とを連結する前記被ガイドロッドとを備えている。

被ガイドロッドを備えたヨークの製造が容易である。
好適な例では、前記被ガイドロッドは、複数本互いに平行に設けられており、前記軸受は、前記複数の被ガイドロッドにそれぞれ設けられている。

好適な例では、前記被ガイドロッドは、２本であり、前記２本の被ガイドロッドは、前記クランク機構を間に置いて設けられている。
好適な例では、前記被ガイドロッドは、前記一部のピストン室側のピストンの少なくとも１つと、前記他部のピストン室側のピストンの少なくとも１つとにそれぞれ直結されており、前記軸受は、前記複数の被ガイドロッドにそれぞれ設けられている。

好適な例では、前記複数のピストンは、２つであり、前記２つのピストンは、前記ヨークを間に置いて設けられている。
一方のピストンを収容するピストン室内の圧力と、他方のピストンを収容するピストン室内の圧力とがヨークを介して対抗し、クランク機構の駆動力に対抗する圧力が低減される。

好適な例では、前記一部の個数と前記他部の個数とは、異なる。
前記一部のピストンを収容するピストン室内の圧力と、前記他部のピストンを収容するピストン室内の圧力とがヨークを介して対抗し、クランク機構の駆動力に対抗する圧力が低減される。

本発明は、複数のピストンを用いた多段式圧縮機における機械損失を抑制することができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す多段式圧縮機の全体側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 多段式圧縮機の全体側断面図。 多段式圧縮機の全体側断面図。 第２の実施形態を示す多段式圧縮機の全体側断面図。 第３の実施形態を示す多段式圧縮機の全体側断面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、クランクハウジング１１には第１シリンダ１２及び第２シリンダ１３が連結されている。第１シリンダ１２と第２シリンダ１３とは、クランクハウジング１１を間に置いて互いに反対側に配置されている。第１シリンダ１２には第１室形成ハウジング１４が連結されており、第２シリンダ１３には第２室形成ハウジング１５が連結されている。

図２に示すように、クランクハウジング１１にはクランク軸１６が軸受１７，１８を介して回転可能に支持されている。クランク軸１６のクランクピン１９にはクランクアーム２０が滑り軸受２１を介して回動可能に連結されており、クランク軸１６にはバランスウェイト２２が止着されている。クランク軸１６、クランクピン１９及びクランクアーム２０は、クランク機構２３を構成する。

図１に示すように、クランクハウジング１１内にはヨーク２４が収容されている。ヨーク２４は、連結ピン２５を介してクランクアーム２０に連結された第２対向部材２７と、第２対向部材２７に対向する第１対向部材２６と、第１対向部材２６と第２対向部材２７とを連結する一対の被ガイドロッド２８，２９とを備えている。被ガイドロッド２８，２９の一端は、ネジ３０によって第１対向部材２６に連結されており、被ガイドロッド２８，２９の他端は、ネジ３１によって第２対向部材２７に連結されている。一対の被ガイドロッド２８，２９は、クランク機構２３を間に置いて、互いに平行に配置されている。

クランクハウジング１１の内壁段差１１１には筒状の支持ブラケット３２がネジ３３によって締め付け固定されており、クランクハウジング１１の内壁段差１１２には筒状の支持ブラケット３４がネジ３５によって締め付け固定されている。支持ブラケット３２の筒内には直道ベアリング３６が嵌入して固定されており、直道ベアリング３６には被ガイドロッド２８が挿通されている。支持ブラケット３４の筒内には直道ベアリング３７が嵌入して固定されており、直道ベアリング３７には被ガイドロッド２９が挿通されている。被ガイドロッド２８は、その軸方向に直道ベアリング３６に対して相対移動可能であり、被ガイドロッド２９は、その軸方向に直道ベアリング３７に対して相対移動可能である。つまり、ヨーク２４は、被ガイドロッド２８，２９の軸方向へ往復動可能である。

直道ベアリング３６，３７は、軸封機能を備えており、直道ベアリング３６，３７内には潤滑剤（例えばグリース）が封入されている。直道ベアリング３６，３７内の潤滑剤は、被ガイドロッド２８，２９の周面に沿って直道ベアリング３６，３７から漏れ出るのを軸封機能によって防止される。

第１対向部材２６には第１ピストン３８がピストンロッド３８１を介して連結されており、第２対向部材２７には第２ピストン３９がピストンロッド３９１を介して連結されている。第１ピストン３８は、第１シリンダ１２内の第１ピストン室１２１にスライド可能に嵌入されており、第２ピストン３９は、第２シリンダ１３内の第２ピストン室１３１にスライド可能に嵌入されている。第１ピストン３８にはピストンリング４２が嵌められており、第２ピストン３９にはピストンリング４３が嵌められている。

第１ピストン３８及び第２ピストン３９は、被ガイドロッド２８，２９と平行であり、ヨーク２４、第１ピストン３８及び第２ピストン３９は、一体的に往復動可能である。
第１室形成ハウジング１４と第１シリンダ１２との間には第１吸入室４０Ａが吸入ポート４９を介して第１ピストン室１２１に連通するように形成されている。吸入ポート４９は、吸入弁５０によって開閉される。第１吸入室４０Ａには図示しない吸入通路が接続されている。又、第１室形成ハウジング１４と第１シリンダ１２との間には第１吐出室４０Ｂが吐出ポート５１を介して第１ピストン室１２１に連通するように形成されている。吐出ポート５１は、吐出弁５２によって開閉される。第１吐出室４０Ｂには図示しない接続通路が接続されている。

第２室形成ハウジング１５と第２シリンダ１３との間には第２吸入室４１Ａが吸入ポート５３を介して第２ピストン室１３１に連通するように形成されている。吸入ポート５３は、吸入弁５４によって開閉される。第２吸入室４１Ａは、前記接続通路を介して第１吐出室４０Ｂに連通されている。

又、第２室形成ハウジング１５と第２シリンダ１３との間には第２吐出室４１Ｂが吐出ポート５５を介して第２ピストン室１３１に連通するように形成されている。吐出ポート５５は、吐出弁５６によって開閉される。第１吐出室４０Ｂには図示しない吐出通路が接続されている。

クランク軸１６が回転すると、クランクピン１９がクランク軸１６の回転軸線１６１の周りを公転し、この公転運動がクランクアーム２０及び連結ピン２５を介してヨーク２４の往復直線運動に変換される。ヨーク２４は、被ガイドロッド２８，２９を介して直道ベアリング３６，３７の案内を受けつつ往復動し、ヨーク２４、第１ピストン３８及び第２ピストン３９が一体的に往復動する。これにより、第１ピストン３８が第１ピストン室１２１内を往復動すると共に、第２ピストン３９が第２ピストン室１３１内を往復動する。

被ガイドロッド２８，２９及び直道ベアリング３６，３７は、複数のピストン３８，３９の往復直線運動を案内する直線運動案内手段を構成する。直道ベアリング３６，３７は、被ガイドロッド２８，２９を挿通する軸受である。

第１ピストン３８が第１ピストン室１２１内を復動（図１において右から左への移動）すると、ガスが吸入通路から第１吸入室４０Ａへ導入されると共に、第１吸入室４０Ａ内のガスが吸入弁５０を押し退けつつ吸入ポート４９から第１ピストン室１２１内へ導入される。第１ピストン３８が第１ピストン室１２１内を往動（図１において左から右への移動）すると、第１ピストン室１２１内のガスが吐出弁５２を押し退けつつ吐出ポート５１から第１吐出室４０Ｂへ吐出されると共に、第１吐出室４０Ｂ内のガスが接続通路を経由して第２吸入室４１Ａに向けて送り出される。

第１ピストン３８が第１ピストン室１２１内を往動（図１において左から右への移動）する状態では、第２ピストン３９が第２ピストン室１３１内を復動（図１において左から右への移動）する。これにより、第２吸入室４１Ａ内のガスが吸入弁５４を押し退けつつ吸入ポート５３から第２ピストン室１３１へ導入される。第２ピストン室１３１内のガスは、吐出弁５６を押し退けつつ吐出ポート５５から第２吐出室４１Ｂに吐出される。第１ピストン３８が第１ピストン室１２１内を復動（図１において右から左への移動）する状態では、第２ピストン３９が第２ピストン室１３１内を往動（図１において右から左への移動）し、第２吐出室４１Ｂ内のガスが吐出通路へ送り出される。

つまり、第１吸入室４０Ａに導入されたガスは、吸入ポート４９、第１ピストン室１２１、吐出ポート５１、第１吐出室４０Ｂ、接続通路、第２吸入室４１Ａ、吸入ポート５３、第２ピストン室１３１、吐出ポート５５、第２吐出室４１Ｂ及び吐出通路を経由して第１吸入室４０Ａに還流する。

図３は、第１ピストン３８が下死点位置にあると共に、第２ピストン３９が上死点位置にある状態を示し、図４は、第１ピストン３８が上死点位置にあると共に、第２ピストン３９が下死点位置にある状態を示す。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）クランク機構２３からヨーク２４に伝わるサイドフォースは、被ガイドロッド２８，２９を介して直道ベアリング３６，３７に受け止められる。そのため、サイドフォースに起因するピストンリング４２と第１ピストン室１２１の周壁面との摩擦増大、及びピストンリング４３と第２ピストン室１３１の周壁面との摩擦増大によるピストンリング４２，４３の摩耗及び機械損失が抑制される。

（２）直道ベアリング３６，３７が軸封機能を備えているので、直道ベアリング３６，３７内の潤滑剤の漏洩が防止され、直道ベアリング３６，３７の信頼性は高い。
（３）第１対向部材２６と第２対向部材２７とを被ガイドロッド２８，２９によって連結してヨーク２４を造る構成は、被ガイドロッド２８，２９を備えたヨークの製造を容易にする。

（４）クランク機構２３を間に置いて２本の被ガイドロッド２８，２９を配置した構成では、一対の直道ベアリング３６，３７によってサイドフォースを均等に受けることができる。これは、機械損失を抑制する上で特に好ましい。

（５）ヨーク２４を間に置いて２つのピストン３８，３９を配置した構成では、第１ピストン３８を収容する第１ピストン室１２１（複数のピストン室のうちの一部）内の圧力と、第２ピストン３９を収容する第２ピストン室１３１（複数のピストン室のうちの他部）内の圧力とがヨーク２４を介して対抗する。このような圧力対抗構成は、第１ピストン室１２１内の圧力と第２ピストン室１３１内の圧力とを部分的に相殺し、クランク機構２３の駆動力に対抗する圧力が低減される。これは、機械損失の抑制に寄与する。

次に、図５の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
第２の実施形態では、第２シリンダ１３に第２ピストン室１３２及び第３ピストン室１３３が設けられている。第２ピストン室１３２には第２ピストン４４が収容されており、第３ピストン室１３３には第３ピストン４５が収容されている。

第２シリンダ１３と第２室形成ハウジング１５との間には第２吸入室４６Ａが吸入ポート５７を介して第２ピストン室１３２に連通するよう形成されている。吸入ポート５７は、吸入弁５８によって開閉される。又、第２シリンダ１３と第２室形成ハウジング１５との間には第２吐出室４６Ｂが吐出ポート５９を介して第２ピストン室１３２に連通するよう形成されている。吐出ポート５９は、吐出弁６０によって開閉される。

第２シリンダ１３と第２室形成ハウジング１５との間には第３吸入室４７Ａが吸入ポート６１を介して第３ピストン室１３３に連通するよう形成されている。吸入ポート６１は、吸入弁６２によって開閉される。又、第２シリンダ１３と第２室形成ハウジング１５との間には第３吐出室４７Ｂが吐出ポート６３を介して第３ピストン室１３３に連通するよう形成されている。吐出ポート６３は、吐出弁６４によって開閉される。

第２ピストン４４及び第３ピストン４５は、ピストンロッド４４１，４５１を介して対向部材２７Ａに連結されており、第１ピストン３８は、ピストンロッド３８１を介して対向部材２６Ａに連結されている。

吐出室４０Ｂ内のガスは、ピストン３８の往動に伴って図示しない接続通路を介して吸入室４６Ａに向けて送り出され、吸入室４６Ａ内のガスは、第２ピストン４４の復動に伴って吸入弁５８を押し退けつつ吸入ポート５７から第２ピストン室１３２内へ導入される。第２ピストン室１３２内のガスは、第２ピストン４４の往動に伴って吐出弁６０を押し退けつつ吐出ポート５９から第２吐出室４６Ｂへ吐出される。第２吐出室４６Ｂ内のガスは、図示しない接続通路を介して第３吸入室４７Ａへ送られる。

第３吸入室４７Ａ内のガスは、第３ピストン４５の復動に伴って吸入弁６２を押し退けつつ吸入ポート６１から第３ピストン室１３３内へ導入される。第３ピストン室１３３内のガスは、第３ピストン４５の往動に伴って吐出弁６４を押し退けつつ吐出ポート６３から第３吐出室４７Ｂへ吐出される。第３吐出室４７Ｂ内のガスは、図示しない吐出通路を経由して第１吸入室４０Ａへ還流する。

第２の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（４）項と同様の効果が得られる。
又、ヨーク２４を間に置いて１つのピストン３８と２つのピストン４４，４５とを配分した構成では、ピストン３８を収容する第１ピストン室１２１内の圧力と、ピストン４４，４５を収容するピストン室１３２，１３３内の圧力とがヨーク２４を介して対抗する。このような圧力対抗構成は、第１ピストン室１２１内の圧力とピストン室１３２，１３３内の圧力とを部分的に相殺し、クランク機構２３の駆動力に対抗する圧力が低減される。これは、機械損失の抑制に寄与する。

次に、図６の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
第１シリンダ１２にはピストンロッド３８１が直道ベアリング３６Ａを介して支持されている。クランクハウジング１１には支持壁４８が第２シリンダ１３に対向するように形成されており、支持壁４８にはピストンロッド３９１が直道ベアリング３７Ａを介して支持されている。

ピストンロッド３８１は、その軸方向に直道ベアリング３６Ａに対して相対移動可能であり、ピストンロッド３９１は、その軸方向に直道ベアリング３７Ａに対して相対移動可能である。つまり、ヨーク２４は、ピストンロッド３８１，３９１の軸方向へ往復動可能である。ピストンロッド３８１は、ピストン３８に直結された被ガイドロッドであり、ピストンロッド３９１は、ピストン３９に直結された被ガイドロッドである。

直道ベアリング３６Ａ，３７Ａは、軸封機能を備えており、直道ベアリング３６，３７内には潤滑剤（例えばグリース）が封入されている。直道ベアリング３６Ａ，３７Ａ内の潤滑剤は、被ガイドロッドであるピストンロッド３８１，３９１の周面に沿って直道ベアリング３６Ａ，３７Ａから漏れ出るのを軸封機能によって防止される。

クランク機構２３からヨーク２４に伝わるサイドフォースは、ピストンロッド３８１，３９１を介して直道ベアリング３６Ａ，３７Ａに受け止められる。そのため、サイドフォースに起因するピストンリング４２と第１ピストン室１２１の周壁面との摩擦増大、及びピストンリング４３と第２ピストン室１３１の周壁面との摩擦増大によるピストンリング４２，４３の摩耗及び機械損失が抑制される。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○第２の実施形態において、複数のピストン３８，４４，４５のうち、少なくとも２つのピストンのピストンロッドを直道ベアリングに挿通するようにしてもよい。

○第２の実施形態において、第１シリンダ１２に一対のピストンを配設してもよい。
○前記各実施形態におけるヨーク２４とは別のヨークをクランク軸１６上にヨーク２４と並設し、この別のヨークにピストンを連結した多段式圧縮機を構成してもよい。

１３１，１３２，１３３…ピストン室。２３…クランク機構。２４…ヨーク。２６…第１対向部材。２７…第２対向部材。２８…直線運動案内手段を構成する被ガイドロッド。３６，３７，３６Ａ，３７Ａ…直線運動案内手段を構成する軸受としての直道ベアリング。３８…第１ピストン。３９…第２ピストン。３８１，３９１…被ガイドロッドであるピストンロッド。４４，４５…ピストン。

Claims (7)

1. クランク機構を介して回転運動が往復直線運動に変換されてヨークに伝達され、前記ヨークには複数のピストンが連結されており、前記複数のピストンを収容する複数のピストン室のうちの一部と他部とが前記ヨークを介して圧力的に対抗している多段式圧縮機において、
   前記複数のピストンの往復直線運動を案内する直線運動案内手段が設けられており、
   前記直線運動案内手段は、前記ヨークを構成する被ガイドロッドと、前記被ガイドロッドを挿通した軸受とを備え、
   前記軸受は、軸封機能を備えている多段式圧縮機。
2. 前記ヨークは、前記一部のピストン室側のピストンに連結された第１対向部材と、前記他部のピストン室側のピストンに連結された第２対向部材と、前記第１対向部材と前記第２対向部材とを連結する前記被ガイドロッドとを備えている請求項１に記載の多段式圧縮機。
3. 前記被ガイドロッドは、複数本互いに平行に設けられており、前記軸受は、前記複数の被ガイドロッドにそれぞれ設けられている請求項２に記載の多段式圧縮機。
4. 前記被ガイドロッドは、２本であり、前記２本の被ガイドロッドは、前記クランク機構を間に置いて設けられている請求項３に記載の多段式圧縮機。
5. 前記被ガイドロッドは、前記一部のピストン室側のピストンの少なくとも１つと、前記他部のピストン室側のピストンの少なくとも１つとにそれぞれ直結されており、前記軸受は、前記複数の被ガイドロッドにそれぞれ設けられている請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の多段式圧縮機。
6. 前記複数のピストンは、２つであり、前記２つのピストンは、前記ヨークを間に置いて設けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の多段式圧縮機。
7. 前記一部の個数と前記他部の個数とは、異なる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の多段式圧縮機。

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