JP3756982B2 - 多段圧縮装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所要の流体を多段階で圧縮する多段圧縮装置に関するものであり、特に、最終段または最終段に近い高圧段階での往復圧縮部の改良に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、圧縮段数の増加に従って往復圧縮部、つまり、シリンダとピストンとによる圧縮部を高圧側になるほどシリンダとピストンの直径を細くするとともに、Ｌ型・Ｖ型・Ｗ型・半星型・星型・対向釣り合い型などに配置して、各圧縮部を所要の位相にずらせた行程で動作するように、クランク軸に連結して連動することにより多段階の圧縮動作を行う機構を電動機などの駆動源により運転する構成が日本機械学会昭和４５年９月１５日「機械工学便覧」第１０編第３０図〜第３２図などにより開示されている。
【０００３】
また、図３のように、４つの往復圧縮部１０１・１０２・１０３・１０４を直交する軸１０５・１０６上で往復運動するように配置し、往復圧縮部１０１から順次に高圧化して往復圧縮部１０４を最終段の高圧圧縮部とした多段圧縮装置１００において、往復圧縮部１０４をピストンリングを用いずに密封状にするようにした細長円柱状のピストン（この発明において，プランジャーピストンという）１１０を用いて圧縮室１１６内の流体を圧縮するとともに、往復運動を与えるクランク軸１２０によって駆動される往復駆動棒１２４とプランジャーピストン１１０との連結部分を、図４のように、球状体１２２を介して、プランジャーピストン１１０の一端に設けた球面状頭部１１１と対接させるとともに、袋状部分をもつ結合部１２３で連結するようにした構成のものが周知である。
【０００４】
上記のプランジャーピストン１１０の外径とシリンダ１１５の内径との間の隙間をごく小さくして、プランジャーピストン１１０の周囲にピストンリング溝のような溝を複数設けるようにした構成のものを、ラビリンスシール構成と言っている。
【０００５】
また、図４の構成において、シリンダ１１５の表面の熱膨張係数とプランジャーピストン１１０の熱膨張係数との差異による損傷を避けるため、プランジャーピストン１１０の表面を硬質金属材とし、シリンダ１１５の内側にセラミック材によるライナー１１５Ａ、つまり、セラミック材の嵌め込み筒状体を施して構成するようにしたものが周知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術のものでは、プランジャーピストン１１０と往復駆動棒１２４との結合部１２３の具体的構成が、結合部１２３の接合部材１２３Ａに設けてある袋穴１２３Ｂに収容した球状体１２２とプランジャーピストン１１０の球面状頭部１１１とを、突き合わせ（この発明において、当接という）した構造になっているので、実質的には、球表面の先端と球表面の先端とが当接させられた構成のため、これらの部材を硬質の材料で形成したとしても、この当接した部分が変形または摩耗し易く、この変形または摩耗によって結合部１２３にガタが生ずると往復動作の始点で衝撃を起こすため、この衝撃によって、当接した部分の変形と摩耗がますます増大され、圧縮装置全体に衝撃振動を起こさせるに至ってしまう。そこで、上記の当接する部分を、球表面の先端と平面との当接による構成に変更するものが提案されているが、この構成では、硬質の材料で形成した平面側の部材を結合部１２３に組み付けて一体化する部分の構成が複雑にならざるを得ないという不都合がある。
【０００７】
また、上記の従来技術のものでは、プランジャーピストン１１０の球面状頭部１１１を袋穴１２３Ｂに収容した後に、袋穴１２３Ｂの解放側１２３Ｃを内側に向けて変形加工することにより、球面状頭部１１１の細径部分１１２に入れ込ませて結合させているため、組立作業に、例えば、かしめ加工などによる変形加工が必要であり、組立作業が複雑高価にならざる得ないほか、これらの部分の保守交換時には、プランジャーピストン１１０と結合部１２３とを一体化した全部分を交換しなければならず、保守費用もかさむなどの不都合がある。
このため、こうした不都合がなく、簡便安価に構成した装置の提供が望まれているという課題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記のような
複数の往復圧縮部を連動して所要の流体を多段階で圧縮するとともに、この往復圧縮部の所要のものにプランジャーピストンとシリンダとの組み合わせによる往復圧縮部を用い、上記のプランジャーピストンを往復させるため往復駆動棒と硬質材料でなるプランジャーピストンとを結合する結合部材を設けた多段圧縮装置において、
【０００９】
上記の結合部材に設けた上記のプランジャーピストンの球状頭部の外形よりも小さい袋穴の解放側から硬質材でなる短円柱状体を収容した後に、上記の袋穴の解放側に設けた上記のプランジャーピストンの球状頭部を脇側から導入する導入穴に上記の球状頭部を収容するすることにより、上記の球状頭部の先端面と上記の短円柱状体の平坦な端面とを当接させて結合する結合手段
を設けた構成により上記の課題を解決したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態として、この発明を図３のような構成をもつ多段圧縮装置１００に適用して構成した実施例を説明する。
【００１１】
【実施例】
以下、図１・図２により実施例を説明する。図１・図２は、図４におけるプランジャーピストン１１０・シリンダ１１５・結合部１２３を主体とする部分に相当する構成部分を示す部分であって、図３・図４における符号と同一符号で示す部分は図３・図４で説明した同一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。
【００１２】
また、図１・図２における同一符号の部分は図１・図２のいずれかにおいて説明する同一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。なお、図１・図２は、説明の都合上、上下の位置関係を図３・図４の場合と逆さまに画いてある。
【００１３】
図１において、基体１５０は、図３のクランク室１３０側の部材を形成する部分であって、金属材、例えば、アルミニウム材で形成してあり、基体１に設けた圧縮室１１６と、シリンダライナー１１５Ａとでシリンダ１１５を形成しており、また、硬質材、例えば、セラミック材で形成したシリンダライナー１１５Ａは、筒状保持体１１５Ｂ・パッキン１１５Ｃ・パッキン１１５Ｄ・押え止めネジ１１５Ｅによって基体１に気密固定してある。なお、基体１に設けた弁体１１６Ａ・１１６Ｂは、吸入側流路１４０Ａと、吐出側流路１４０Ｂとに設けた吸入・吐出ようの逆止弁である。
【００１４】
接合部１２３を構成する接合部材１２３Ａは、例えば、ステンレス鋼材で形成してあり、一端側のネジ部分１２３Ｄによって往復駆動棒１２４に固定するとともに、多端側の袋穴１２３Ｂに、硬質材、例えば、焼入鋼材で形成した短柱状体１１４を収容した後に、袋穴１２３Ｂの解放側にプランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａを入れ込んで、金属材、例えば、アルミニウムで形成した復駆動棒１２４とプランジャーピストン１１０とを接合している。そして、プランジャーピストン１１０には、ラビリンスシール構成のための複数の溝１１０Ａを所要の間隔で施してある。
【００１５】
接合部材１２３Ａには、外側の溝部分１２３Ｅに、例えば、フッ素系樹脂（商品名：テフロン）などで形成した案内用リング１２３Ｆを装着してあり、案内用リング１２３Ｆを案内部材１１３の案内穴１１３Ａで案内保持している。さらに、案内用部材１１３は、例えば、アルミニウム材で形成した外枠体部分１１３Ｃの内側に、例えば、硬質酸化皮膜処理（商品名：硬質アルマイト処理）を施したアルミニウム材で形成した内側ライナー部分１１３Ｄを嵌め込んで構成してあり、案内穴１１３Ａの中心を軸１０５に一致させるようにして止めネジ１１３Ｂで基体１に固定してある。
【００１６】
以下、図２により結合部１２３の構成を分解して説明する。図２において、プランジャーピストン１１０の先端部分に設けた球状頭部１１１Ａは、球状頭部１１１Ａの外径ｄ３よりも小さい、例えば、外径ｄ３の７０％程度の外径ｄ４をもつ細径部分１１０Ｃを介して、ピストン部分１１０Ｂと一体に形成してある。
【００１７】
接合部材１２３Ａの袋穴１２３Ｂの内径ｄ１は、プランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａの外径ｄ３よりも小さく、細径部分の外径ｄ４よりも大きい、例えば、外径ｄ３の８０％程度の内径にしてあり、袋穴１２３Ｂに収容する短柱状体１１４の外径ｄ２は、内径ｄ１に対して僅かの隙間で遊び嵌合できる程度に僅かに小さい、例えば、内径ｄ１の９９．５％程度の外径にしてある。
【００１８】
袋穴１２３Ｂの解放側、つまり、図の上方側には、プランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａを、図の矢印Ａのように、脇側から導入して接合するための導入穴１２３Ｇを設け、この導入穴１２３Ｇの内径ｄ５を、球状頭部１１１Ａが僅かの隙間で遊び嵌合できる程度に僅かに大きい、例えば、外径ｄ３の１００．５％程度の内径にするとともに、導入穴１２３Ｇの解放部分１２３Ｇ１の幅ｂ１を、〔平面図〕のように、内径ｄ１と同程度の幅にしてある。
【００１９】
短円柱状体１１４は、少なくとも球状頭部１１１Ａと当接させる端面が平坦な端面をもっており、外面に沿って軸１０５の方向に小さい空気抜き溝１１４Ａを設けるとともに、高さｈ２を、導入穴１２３Ｇの閉じ側の端から袋穴１２３Ｂの底面までの深さｈ１と同一の高さにしてある。
【００２０】
したがって、図２の〔側面図〕のように、短円柱状体１１４を袋穴１２３Ｂに収容する際には、空気抜き溝１１４Ａによって、袋穴１２３Ｂの底側の空気が容易に抜き出せるので、短円柱状体１１４の下側端面が袋穴１２３Ｂの底面に密着して収容され、その後に、矢印Ａのように、球状頭部１１１Ａを脇側から導入穴１２３Ｇに導入して、結合部材１２３Ａとプランジャーピストン１１０とを図１のように結合させると、球状頭部１１１Ａの先端面と短円柱状体１１４の上側端面とが当接して接合することができる。
【００２１】
また、この接合状態では、球状頭部１１１Ａと導入穴１２３Ｇとは、僅かの隙間で遊び嵌合になっており、また、細径部分１１Ｃの外径ｄ３と解放部分１２３Ｇ１の溝幅ｂ１との間には約１０％程度の遊びがあるため、接合にガタが生じない状態で、プランジャーピストン１１０の軸心方向が、接合部材１２３Ａの軸心方向に対して首振り運動を行える構成になっている。したがって、シリンダ１１５の軸心方向と、往復駆動棒１２４の軸心方向とに僅かなに角度的な機械誤差があった場合でも、上記の首振り運動によって救済され、円滑に動作することができる。
【００２２】
〔実施例の構成の要約〕
上記の実施例の構成を要約すると、
複数の往復圧縮部、例えば、圧縮部１０１〜１０４を連動して所要の流体を多段階で圧縮するとともに、この往復圧縮部１０１〜１０４の所要のものにプランジャーピストン１１０とシリンダ１１５との組み合わせによる往復圧縮部を用い、上記のプランジャーピストン１１０を往復させるため往復駆動棒１２４と硬質材料でなるプランジャーピストン１１０とを結合する結合部材１２３Ａを設けた多段圧縮装置１００において、
【００２３】
上記の結合部材１２３Ａに設けた上記のプランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａの外形、つまり、外径ｄ３よりも小さい袋穴、つまり、内径ｄ１の袋穴１２３Ｂの解放側から硬質材でなる短円柱状体１１４を収容した後に、上記の袋穴１２３Ｂの解放側に設けた上記のプランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａを脇側から、つまり、矢印Ａのように、導入する導入穴１２３Ｇに上記の球状頭部１１１Ａを収容するすることにより、上記の球状頭部１１１Ａの先端面と上記の短円柱状体１１４の端面とを当接させて結合する結合手段
を設けた構成を構成していることになるものである。
【００２４】
〔変形実施〕
（１）各内径ｄ１・ｄ５、各外径ｄ２・ｄ３・ｄ４および幅ｂ１の寸法比率を、上記の結合と首振り運動とを行い得る範囲で変更して構成する。
【００２５】
（２）各部の材質を、所要の機械的な耐摩耗性が得られる範囲内で変更して構成する。
【００２６】
（３）短円柱状体１１４を、上下の両方の端面を平坦な端面にして形成するとともに、材質をプランジャーピストン１１０の球状頭部１１１Ａより僅かに摩耗し易い材質にして形成することにより、短円柱状体１１４の端面が摩耗して、接合部１２３にガタが生じたときに、短円柱状体１１４の上下を逆にすることにより、正常に戻す保守が可能なように構成する。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、以上のように、プランジャーピストンの球状頭部に当接する平坦面を短円柱状体の端面で構成するとともに、この短円柱状体を結合部材の袋穴に入れ込んだ後に、袋穴の解放側に設けた導入穴にプランジャーピストンの球状頭部を脇側から導入して収容するのみで、プランジャーピストンと接合部材との組み付けを兼ねて短円柱状体の閉じ込め保持を行っているため、接合部の構成を少ない部品点数の簡便な組み付け作業だけで済ませ得るので、装置を簡便安価な構成で提供し得るほか、保守交換時には、プランジャーピストンの球状頭部を脇側に導出するのみで、プランジャーピストンと短円柱状体と接合部材とが簡単に分解できるので、所要のものだけを交換できるので、装置の保守維持も簡便安価に済ませられるなどの特長がある。
【図面の簡単な説明】
図面中、図１・図２はこの発明の実施例を、また、図３・図４は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】要部組立状態縦断面図
【図２】要部分解状態縦断面図・側面図・平面図
【図３】全体構成縦断面図
【図４】要部組立状態縦断面図
【符号の説明】
１００ 多段圧縮装置
１０１ 往復圧縮部
１０２ 往復圧縮部
１０３ 往復圧縮部
１０４ 往復圧縮部
１０５ 軸
１０６ 軸
１１０ プランジャーピストン
１１０Ａ 溝
１１０Ｂ ピストン部分
１１０Ｃ 細径部分
１１１ 球面状頭部
１１１Ａ 球状頭部
１１２ 細径部分
１１３ 案内用部材
１１３Ａ 案内穴
１１３Ｂ 止めネジ
１１４ 短円柱状体
１１５ シリンダ
１１５Ａ ライナー
１１５Ｂ 筒状保持体
１１５Ｃ パッキン
１１５Ｄ パッキン
１１５Ｅ 押え止めネジ
１１６ 圧縮室
１１６Ａ 弁体
１１６Ｂ 弁体
１２２ 球状体
１２３ 接合部
１２３Ａ 接合部材
１２３Ｂ 袋穴
１２３Ｃ 解放側
１２３Ｄ ネジ部分
１２３Ｅ 溝部分
１２３Ｆ 案内用リング
１２３Ｇ 導入穴
１２３Ｇ１ 解放部分
１２４ 往復駆動棒
１４０Ａ 吸入側流路
１４０Ｂ 吐出側流路
１５０ 基体

Claims (1)

1. 複数の往復圧縮部を連動して所要の流体を多段階で圧縮するとともに、前記往復圧縮部の所要のものにプランジャーピストンとシリンダとの組み合わせによる往復圧縮部を用い、前記プランジャーピストンを往復させるための往復駆動棒と硬質材料でなるプランジャーピストンとを結合する結合部材を設けた多段圧縮装置であって、
   前記結合部材に設けた前記プランジャーピストンの球状頭部の外形よりも小さい袋穴の解放側から硬質材でなる短円柱状体を収容した後に、前記袋穴の解放側に設けた前記プランジャーピストンの球状頭部を脇側から導入して接合するための導入穴に前記球状頭部を収容するすることにより、前記球状頭部の先端面と前記短円柱状体の平坦な端面とを当接させて結合する結合手段
   を具備することを特徴とする多段圧縮装置。

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