JP4148039B2 - 往復圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復圧縮機に係り、特に石油化学プラント等でガス圧縮に用いられる往復圧縮機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１の往復圧縮機について図４を用いて説明する。この往復圧縮機は、内周面にねじ部５２ｂを有する締結穴５２ａを設けたクロスヘッド５２と、クロスヘッド５２の締結穴５２ａに挿入されてそのねじ部５２ｂに締結されるねじ部５１ｂを外周面に有する小径部５１ａを設けたピストンロッド５１と、クロスヘッド５１のねじ部５１ｂに締結されるねじ部５３ａを有するロックナット５３とを備えて構成されている。
【０００３】
このように、ロックナット５３をピストンロッド５１にねじ込んで締付けることにより、ピストンロッド５１とクロスヘッド５２とに内力を発生させ、これによって、ピストンロッド５１に掛る軸力をクロスヘッド５２に伝達できるようにしている。ここで、ピストンロッド５１の軸方向位置は、シリンダ（図示せず）とピストン（図示せず）との間の隙間が適当になる位置付近で、且つピストンロッド５１の端部に設けた軸直角方向の廻り止め部５１ｃと廻り止め棒５４とが系合する位置で決まる。
【０００４】
この従来技術１におけるピストンロッド５１の径は、圧縮機の取扱い流量、圧力、ピストンスピード等から決定され、一般に数十ｍｍから１００ｍｍを超えるものまで用いられている。いずれにしてもピストンロッド５１の径が大きいので、ロックナット５３も大きくなり、ロックナット５３を締付けるトルクを得るために打撃による衝撃力を用いることが多い。
【０００５】
しかし、あまり大きな打撃による衝撃力を用いると、クロスピン軸受やロッドパッキン等へ影響を与えるおそれがあるため、できるだけ小さな衝撃力を加えることとなり、作業性が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、図５に示す従来技術２の往復動圧縮機が案出されている。この往復動圧縮機におけるピストンロッド６１とクロスヘッド６２との締結は、まず、ピストンロッド６１に油圧シリンダ６３と油圧ピストン６４と規準スペーサとを装着したものをクロスヘッド６２の一側から挿入し、クロスヘッド６２の他側からナット６５を挿入し、油圧シリンダ６３の端面に設けた凹部６３ａとナット６５の端面に設けた凸部６５ａを系合させる。油圧シリンダ６３と油圧ピストン６４とにより油圧室６９ａを有する油圧締付け装置６９を構成する。
【０００７】
この状態で、ピストンロッド６１の小径部６１ａをクロスヘッド６２に挿入し、さらに小径部６１ａの先端のねじ部６１ｂをナット６５のねじ部６５ｂにねじ込む。これによって、ナット６５とクロスヘッド６２との隙間及び油圧締付け装置部品の軸方向隙間が無くなったら、油圧締付け装置に油圧を掛けてピストンロッド６１を伸ばして、規準スペーサを外し、必要締代を有する別のスペーサ６８を入れて油圧を除く。油圧を除いてもスペーサ６８の締代が残っているので、ピストンロッド６１とクロスヘッド６２は引張り及び圧縮の内力を持って保持され、締結が維持される。
【０００８】
また、廻り止め部６７を油圧シリンダ６３の端面にボルト６７により取り付け、ピストンロッド６１の小径部６１ａに至る肩部端面６１ｃの近傍に設けられた係合部６１ｄに廻り止め部６７を係合し、ストンロッド６１の廻り止め装置としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術２では、内力を保持する油圧室６９ａの内径がピストンロッド６４の受圧面である肩部端面６１ｃの外径よりも大きい（換言すれば、油圧室６０ａが肩部端面６１ｃより半径方向外側に位置する）ため、油圧シリンダ６３側の軸方向剛性が有効に得られなかった。つまり、ピストンロッド６１側の変動応力を十分に低減するには、十分な剛性を持った、即ち形状寸法の大きな油圧シリンダとすることが必要であった。
【００１０】
本発明の目的は、小型、安価で、強度的信頼性の高いピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を有する往復圧縮機を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、内周面にねじ部を有する締結穴を設けたクロスヘッドと、前記クロスヘッドの締結穴に挿入されてそのねじ部に締結されるねじ部を外周面に有する小径部を設けたピストンロッドと、前記クロスヘッドの端面及び前記ピストンロッドの小径部に至る肩部端面に対してロッド軸方向に加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記ピストンロッドの小径部の外周面との間に油圧室を形成する油圧シリンダ及び油圧ピストンを有する油圧締付け装置と、前記油圧シリンダ及び前記油圧ピストン間にロッド軸方向に締め代を有して介在されたスペーサとを備える構成にしたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００１３】
まず、本発明の第1実施例の往復圧縮機を図１を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。なお、図１はピストンロッドとクロスヘッドとの締結が完了した状態を示す。
【００１４】
往復圧縮機は、内周面にねじ部２ｂを有する締結穴２ａを設けたクロスヘッド２と、クロスヘッド２の締結穴２ａに挿入されてそのねじ部２ｂに締結されるねじ部１ｃ及び油圧締付け装置構成部１ｂを外周面に有する小径部１ａを設けたピストンロッド１と、クロスヘッド２の端面２ｃ及びピストンロッド１の小径部１ａに至る肩部端面１ｄに対してロッド軸方向に加圧する加圧手段１１とを備えて構成されている。
【００１５】
クロスヘッド２の締結穴２ａはピストンロッド１と同軸方向に延び貫通された穴で形成されている。締結穴２ａの径は肩部端面１ｄの外径より小さく構成され、これによって端面２ｃと肩部端面１ｄとの対向する部分の面積が大きくなるように形成されている。
【００１６】
ピストンロッド１の小径部１ａは、ねじ部１ｃから先端側に延びて油圧締付け装置１３と係合する第１小径部１ａ1と、この第１小径部１ａ1よりさらに先端側に延びてクロスヘッド２に締結される第２小径部１ａ2とを有している。第１小径部１ａ1は油圧シリンダ３及び油圧ピストン４の内径より極わずか小さな外径を有する外径面１ｂが形成されている。第２小径部１ａ2は、第１小径部１ａ1よりさらに小径に形成され、その外周にねじ部を有している。第２小径部１ａ2を第１小径部１ａ1よりさらに小径にすることにより、ピストンロッド１の締付け剛性を小さくしている。
【００１７】
加圧手段１１は油圧締付け装置１３とスペーサ８とを備えて構成されている。油圧締付け装置１３は、ピストンロッド１の小径部１ａの外周面１ｂとの間に油圧室１４を形成する油圧シリンダ３及び油圧ピストン４を有して構成される。スペーサ８は、油圧シリンダ３と油圧ピストン４との間にロッド軸方向に締め代を有して介在されている。
【００１８】
油圧シリンダ３及び油圧ピストン４は、ピストンロッド１の小径部１ａの外周面１ｂにロッド軸方向に移動可能に装着されると共に、ピストンロッド１の肩部端面１ｄとクロスヘッド２の端面２ｃとの間に挟持されている。
【００１９】
油圧シリンダ３には油圧室１４に連通する油圧穴３ｂが形成されている。この油圧穴３ｂは図示しない弁に接続され、油圧室１４に油圧を加える時に外部の油圧発生装置に連通され、往復圧縮機の通常運転時には外部に対して閉鎖されている。油圧シリンダ３の内周面にはＯリング６が装着され、油圧シリンダ３の内周面と外周面１ｂの外周面との気密を保持するようになっている。油圧シリンダ３の一側端面３ａはピストンロッド１のねじ部１ｃに当接されている。油圧シリンダ３の他側端面は、油圧室１４を形成する内側部分と、スペーサ８に当接する外側部分とから構成されている。
【００２０】
油圧ピストン４は、油圧シリンダ３内に挿入されて油圧室１４を形成するピストン部４ａと、ピストン部４ａから半径方向に延びる鍔部４ｂとを有している。この鍔部４ｂは、一側がスペーサ８に当接すると共に、他側が端面２ｃに当接している。
【００２１】
油圧ピストン４の内周はピストンロッド１の第１小径部１ａ1の外周面１ｂに係合し、両者間にはＯリング６が設けられている。更に、油圧ピストン４の外周部は油圧シリンダ３と係合し、両者間にはＯリング７が設けられている。従って、油圧室１４は、三つのＯリング５〜７によりシールされて密閉状態が保たれるようになっている。
【００２２】
ここで、油圧ピストン４の外周と油圧シリンダ３の内周との係合面に介在されるＯリング７の軸方向位置は、油圧ピストン４の内周とピストンロッド１の小径部１ａ1の外周との係合面のＯリング６の位置よりも僅かに油圧室１４寄りになっている。
【００２３】
スペーサ８は、油圧シリンダ３と油圧ピストン４の鍔部４ｂ間に装着された半割れ部品で構成されている。
【００２４】
ピストンロッド１の先端には、締結ねじ部１ｃとはねじ回転方向を逆にするねじ穴１ｅが設けられている。このねじ穴１ｅには廻り止め部品９が取付けられている。この廻り止め部品９はクロスヘッド２の外方から差込まれた廻り止め棒１０によって周方向回転が固定される。ピストンロッド１の先端面と廻り止め部品９間にはねじの遊びを無くすためバネワッシャ１１が装着されている。
【００２５】
次に、往復圧縮機の組み立て方法を説明する。
【００２６】
先ず、ピストンロッド１上に油圧シリンダ３、油圧ピストン４を取り付け、両者間に半割れの規準スペーサを取付ける。更に、ピストンロッド１の先端にバネワッシャ１１と共に廻り止め部品９を取付ける。この状態で、クロスヘッド２のねじ部２ｂへピストンロッド１のねじ部１ｃをねじ込む。油圧締付け装置１３を構成する部品間の軸方向隙間、油圧締付け装置１３とピストンロッド１の肩部端面１ｄとの軸方向隙間、及び油圧締付け装置１３とクロスヘッド２の端面２ｃとの軸方向隙間が無くなるまで、クロスヘッド２にピストンロッド１をねじ込む。
【００２７】
その後、油圧発生装置にて油圧締付け装置１３に必要な軸力（内力）が生じるように油圧シリンダ３及びピストン４で構成する油圧室１４に油圧を掛ける。これにより、油圧シリンダ３と油圧ピストン４との間の隙間が広がるので、規準スペーサを取外して、別途用意した所定の締代を有するスペーサ８に交換する。そうすると、次に油圧を抜いても軸力（内力）が残る。
【００２８】
次いで、クロスヘッド２の外方から廻り止め部品９の開口部に廻り止め棒１０を差込む。この時、廻り止め部品９は周方向に容易に回転できるので、開口部を廻り止め棒１０の軸心位置にクロスヘッド端面側から合せることが出来る。
【００２９】
このように油圧室１４を構成する部品の一部として、ピストンロッド１の小径部１ａを用いることにより、油圧室１４の内径を小さく形成できる。従って、軸力（内力）を伝達する油圧シリンダ３の受圧面径及び油圧ピストン４の受圧面径を小さくできるので、同内力による曲げモーメントを低減でき、合わせ面の倒れの影響を小さくでき、形状寸法の小さな油圧締付装置で、必要な剛性を得ることができる。特に、本実施例では、油圧シリンダ３の受圧面の外径及び油圧ピストン４の受圧面の外径をピストンロッド１の肩部端面１ｄの外径とほぼ同じにしているので、同内力による曲げモーメントを格段に低減できる。
【００３０】
さらに、油圧締付け装置１３の機能とは独立して、ピストンロッド１の緩み止めも行えるので、作業性に優れ、信頼性の高いピストンロッド１とクロスヘッド２との締結構造が得られる。
【００３１】
本実施例の具体的な効果を構成と共に纏めて説明する。
【００３２】
まず、油圧シリンダ２と油圧ピストン３の内周をピストンロッド１の外周に近づけると共に、ピストンロッド１の外径を小さくしてクロスヘッド２と締結した効果に関して説明する。
【００３３】
ピストンロッド１の外周面１ｂは油圧室１４を構成する部分として利用されている。そして、油圧ピストン２の外周面は油圧シリンダ１の内周面に係合してＯリング７でシールされると共に、油圧ピストン２の内周面はピストンロッド１の外周面に係合してＯリング６でシールされるようになっている。さらには、油圧シリンダ１の内周面もピストンロッド１の外周面してＯリング５でシールされるようになっている。
【００３４】
このようにすることによって、油圧シリンダ１及び油圧ピストン２を最もピストンロッド１の中心よりに配置できる。そうすると、運転中に内力を保持する油圧室１４の外径を小さく出来るので、肩部端面１ｄの受圧面径（例えば概略平均径）を通してクロスヘッド２へ伝わる軸力の流れが従来技術２よりも外側に流れることが少なくなる。これによる効果を具体的に説明すると、次の通りである。
【００３５】
油圧シリンダ３の外周部に働く締付力は、単純に軸方向締付け力だけでなく、ピストンロッド１の肩部を支点とするモーメントとして油圧シリンダ３に作用する。油圧シリンダ３の外周部がピストンロッド１の肩部より半径方向に遠ざかる（大きくなる）程必要とする軸力に対するモーメントの割合が増える。このモーメントが大きくなると、油圧シリンダ３の外周部の締付け力伝達面は外向き半径方向面に沿い軸直角面から傾くことになる。
【００３６】
例えば、油圧室１４の内径が大きい構造で実際に締付け試験を行った例では、所定の締代を持ったスペーサを用意し、規準スペーサを取付けて油圧を負荷し、締代を有するスペーサに交換した後に油圧を除荷したところ、所定の締代の効果（軸力）が約２０％低下した。
【００３７】
この曲げモーメントによる合わせ面の倒れの影響を小さくする方法として、油圧シリンダ３の剛性を十分大きくすること、即ちその形状寸法を大きくすることが考えられるが、油圧締付け装置１４の質量が増し、形状も大きくなるので、経済的でない。
【００３８】
従って、上述した本実施例のように油圧シリンダ３の合わせ面の外径を肩部の外径に近づけることにより、油圧締付け装置１４を小形化でき、経済的にも効果的であり、しかもピストンロッド側剛性よりも剛性を高めることが出来、ピストンロッド１のねじ部１ｃの応力変動を小さく出来るので、強度的信頼性も高めることができる。
【００３９】
また、油圧室１４の一部を形成するピストンロッド１の第１小径部１ａ1を設け、その第１小径部１ａ1の外周面１ｂに油圧シリンダ３の内周面及び油圧ピストン４の内周面が係合するようにする。ピストンロッド１のクロスヘッド２側にはさらに小径の第２小径部１ａ2を設けている。これによって、油圧締付け装置側剛性とピストンロッド側剛性比を大きくし、ピストンロッド側の応力変動を低減することができる。
【００４０】
ピストンロッド１の一部を油圧室１４を構成する部材として用いるとき、その損傷を避けるため、油圧ピストン４の外周側のＯリング７は、油圧ピストン４の内周側のＯリング６に対し、僅かに油圧室１４寄りに配置している。このようにすると、油圧室１４に油圧を掛けたとき、油圧シリンダ３は勿論のこと、油圧ピストン４も外側に僅かに変形するので、軸方向圧縮変形によってピストンロッド１と摺動することが避けられる。
【００４１】
本実施例では、油圧シリンダ３をピストンロッド側に設け、油圧ピストン４をクロスヘッド側に設けた構造例で説明したが、両部品をその逆に配置してもよい。
【００４２】
次に、ピストンロッド１の廻り止めの効果に関して説明する。
【００４３】
ピストンロッド１とクロスヘッド２をねじ締結するとき、万一の安全を考えてピストンロッド１が回転してねじ締結部が緩むことの無いように廻り止めが望まれる。この廻り止め方法は上述した油圧締付け装置１３の機能を損なわないで達成することが好ましい。また、圧縮機分解時のことを考えると、クロスヘッド２がコネクチングロッドに連結された状態で廻り止めを解除できることが好ましい。
【００４４】
本実施例では、ピストンロッド１の先端に、ピストンロッド１とクロスヘッド２の締結ねじ１ｃ、２ｂとは逆向きのピッチを有するねじ穴１ｅを設け、そのねじ穴１ｅに軸直角方向の開口部を有する部品（廻り止め部品）９を１ピッチ程度余してねじ込み、油圧締付け装置１３にてピストンロッド１とクロスヘッド２を締結した後、クロスヘッド１の軸平行端面から廻り止め棒１０を廻り止め部品９の開口部に差込んで、廻り止めしている。ここで、廻り止め部品９とクロスヘッド２とのねじ締結は、ピストンロッド１とクロスヘッド２とのねじ締結とは逆向きであるので、万一、ピストンロッド１が緩み方向に回転すると廻り止め部品９は締込み方向となり、且つ廻り止め棒１０はクロスヘッド端面に固定されているのでピストンロッド１の緩み回転を防止できるものである。
【００４５】
この緩み止め用ねじ締結は、ピストンロッド側が雌ねじで廻り止め部品側が雄ねじであっても良いし、その逆であってもよい。また、同じねじ回転方向でピッチを変えたものでもよい。
【００４６】
次に、本発明の第２実施例及び第３実施例について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の第２実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図、図３は本発明の第３実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。この第２、第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００４７】
第２実施例の往復圧縮機は、ピストンロッド１の先端に廻り止め棒１０を差込める開口部を持った廻り止め装置を一体化したものである。この場合、ピストンロッド１上に油圧シリンダ３、油圧ピストン４、両者間に半割れの規準スペーサを取付けて、クロスヘッド２へピストンロッド１をねじ込み、油圧締付け装置１３の部品間の軸方向隙間、油圧締付け装置１３とピストンロッドの肩部端面１ｄ及びクロスヘッド２の端面２ｃと間の隙間が無くなるまで、クロスヘッド２にピストンロッド１をねじ込む。
【００４８】
その後、ピストンロッド１を戻すように回転させながらピストンロッド先端の廻り止め部１ｆの開口部に廻り止め棒１０が差込める位置を探す。廻り止め棒１０が差込めたら規準スペーサ部に生じた隙間を計測し、あるいはピストンロッドの戻り回転角度を測定し、ねじピッチとの関係から隙間をその分だけ締代付きスペーサの厚さを厚くしたものを用意する。油圧発生装置にて油圧締付け装置１３に必要な軸力（内力）が生じるように油圧室１４に油圧を掛ける。そして、用意した所定の締代を有するスペーサ８に交換する。
【００４９】
この第２実施例では、ピストンロッド１を戻すように回転させながらロッド先端開口部に廻り止め棒１０が差込める位置を探すための手間が掛るが、構造が簡単で安価なものとすることができる。
【００５０】
第３実施例は、油圧ピストン４の内外周を油圧シリンダ３内に係合させ、油圧シリンダ３をピストンロッド１の小径部１ａに係合させるようにしたものであるが、油圧室１４の内径及びピストン４に内径を肩部端面１ｄの外径より小さく形成したものである。これによって、油圧室１４の外径を小さくすることができるので、肩部端面１ｄの受圧面径（例えば概略平均径）を通してクロスヘッド２へ伝わる軸力の流れが従来技術２よりも外側に流れることが少なくなると共に、油圧室１４の肩部端面１ｄの外径より小さい部分に加わる圧力が肩部端面１ｄ及び端面２ｃに軸方向に直接的に加えることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型、安価で、強度的信頼性の高いピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を有する往復圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図４】従来技術１の往復圧縮機のピストンロッド締付け構造例を示す図である。
【図５】従来技術２の往復圧縮機のピストンロッド締付け構造例を示す図である。
【符号の説明】
１…ピストンロッド、１ａ…小径部、１ａ1…第１小径部、１ａ2…第２小径部、１ｂ…第１小径部の外周面、１ｃ…第２小径部のねじ部、１ｄ…肩部端面、１ｅ…ねじ穴、１ｆ…廻り止め部、２…クロスヘッド、２ａ…締結穴、２ｂ…ねじ部、２ｃ…端面、３…油圧シリンダ、３ａ…端面、３ｂ…油圧孔、４…油圧ピストン、４ａ…ピストン部、４ｂ…鍔部、５、６、７…Ｏリング、８…スペーサ、９…廻り止め部品、１０…廻り止め棒、１１…バネワッシャ、１２…加圧手段、１３…油圧締付け装置、１４…油圧室。
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復圧縮機に係り、特に石油化学プラント等でガス圧縮に用いられる往復圧縮機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１の往復圧縮機について図４を用いて説明する。この往復圧縮機は、内周面にねじ部５２ｂを有する締結穴５２ａを設けたクロスヘッド５２と、クロスヘッド５２の締結穴５２ａに挿入されてそのねじ部５２ｂに締結されるねじ部５１ｂを外周面に有する小径部５１ａを設けたピストンロッド５１と、クロスヘッド５１のねじ部５１ｂに締結されるねじ部５３ａを有するロックナット５３とを備えて構成されている。
【０００３】
このように、ロックナット５３をピストンロッド５１にねじ込んで締付けることにより、ピストンロッド５１とクロスヘッド５２とに内力を発生させ、これによって、ピストンロッド５１に掛る軸力をクロスヘッド５２に伝達できるようにしている。ここで、ピストンロッド５１の軸方向位置は、シリンダ（図示せず）とピストン（図示せず）との間の隙間が適当になる位置付近で、且つピストンロッド５１の端部に設けた軸直角方向の廻り止め部５１ｃと廻り止め棒５４とが系合する位置で決まる。
【０００４】
この従来技術１におけるピストンロッド５１の径は、圧縮機の取扱い流量、圧力、ピストンスピード等から決定され、一般に数十ｍｍから１００ｍｍを超えるものまで用いられている。いずれにしてもピストンロッド５１の径が大きいので、ロックナット５３も大きくなり、ロックナット５３を締付けるトルクを得るために打撃による衝撃力を用いることが多い。
【０００５】
しかし、あまり大きな打撃による衝撃力を用いると、クロスピン軸受やロッドパッキン等へ影響を与えるおそれがあるため、できるだけ小さな衝撃力を加えることとなり、作業性が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、図５に示す従来技術２の往復動圧縮機が案出されている。この往復動圧縮機におけるピストンロッド６１とクロスヘッド６２との締結は、まず、ピストンロッド６１に油圧シリンダ６３と油圧ピストン６４と規準スペーサとを装着したものをクロスヘッド６２の一側から挿入し、クロスヘッド６２の他側からナット６５を挿入し、油圧シリンダ６３の端面に設けた凹部６３ａとナット６５の端面に設けた凸部６５ａを系合させる。油圧シリンダ６３と油圧ピストン６４とにより油圧室６９ａを有する油圧締付け装置６９を構成する。
【０００７】
この状態で、ピストンロッド６１の小径部６１ａをクロスヘッド６２に挿入し、さらに小径部６１ａの先端のねじ部６１ｂをナット６５のねじ部６５ｂにねじ込む。これによって、ナット６５とクロスヘッド６２との隙間及び油圧締付け装置部品の軸方向隙間が無くなったら、油圧締付け装置に油圧を掛けてピストンロッド６１を伸ばして、規準スペーサを外し、必要締代を有する別のスペーサ６８を入れて油圧を除く。油圧を除いてもスペーサ６８の締代が残っているので、ピストンロッド６１とクロスヘッド６２は引張り及び圧縮の内力を持って保持され、締結が維持される。
【０００８】
また、廻り止め部６７を油圧シリンダ６３の端面にボルト６７により取り付け、ピストンロッド６１の小径部６１ａに至る肩部端面６１ｃの近傍に設けられた係合部６１ｄに廻り止め部６７を係合し、ストンロッド６１の廻り止め装置としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術２では、内力を保持する油圧室６９ａの内径がピストンロッド６４の受圧面である肩部端面６１ｃの外径よりも大きい（換言すれば、油圧室６０ａが肩部端面６１ｃより半径方向外側に位置する）ため、油圧シリンダ６３側の軸方向剛性が有効に得られなかった。つまり、ピストンロッド６１側の変動応力を十分に低減するには、十分な剛性を持った、即ち形状寸法の大きな油圧シリンダとすることが必要であった。
【００１０】
本発明の目的は、小型、安価で、強度的信頼性の高いピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を有する往復圧縮機を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、内周面にねじ部を有する締結穴を設けたクロスヘッドと、前記クロスヘッドの締結穴に挿入されてそのねじ部に締結されるねじ部を外周面に有する小径部を設けたピストンロッドと、前記クロスヘッドの端面及び前記ピストンロッドの小径部に至る肩部端面に対してロッド軸方向に加圧する加圧手段とを備え、前記加圧手段は、前記ピストンロッドの小径部の外周面との間に油圧室を形成する油圧シリンダ及び油圧ピストンを有する油圧締付け装置と、前記油圧シリンダ及び前記油圧ピストン間にロッド軸方向に締め代を有して介在されたスペーサとを備える構成にしたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００１３】
まず、本発明の第1実施例の往復圧縮機を図１を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。なお、図１はピストンロッドとクロスヘッドとの締結が完了した状態を示す。
【００１４】
往復圧縮機は、内周面にねじ部２ｂを有する締結穴２ａを設けたクロスヘッド２と、クロスヘッド２の締結穴２ａに挿入されてそのねじ部２ｂに締結されるねじ部１ｃ及び油圧締付け装置構成部１ｂを外周面に有する小径部１ａを設けたピストンロッド１と、クロスヘッド２の端面２ｃ及びピストンロッド１の小径部１ａに至る肩部端面１ｄに対してロッド軸方向に加圧する加圧手段１１とを備えて構成されている。
【００１５】
クロスヘッド２の締結穴２ａはピストンロッド１と同軸方向に延び貫通された穴で形成されている。締結穴２ａの径は肩部端面１ｄの外径より小さく構成され、これによって端面２ｃと肩部端面１ｄとの対向する部分の面積が大きくなるように形成されている。
【００１６】
ピストンロッド１の小径部１ａは、ねじ部１ｃから先端側に延びて油圧締付け装置１３と係合する第１小径部１ａ1と、この第１小径部１ａ1よりさらに先端側に延びてクロスヘッド２に締結される第２小径部１ａ2とを有している。第１小径部１ａ1は油圧シリンダ３及び油圧ピストン４の内径より極わずか小さな外径を有する外径面１ｂが形成されている。第２小径部１ａ2は、第１小径部１ａ1よりさらに小径に形成され、その外周にねじ部を有している。第２小径部１ａ2を第１小径部１ａ1よりさらに小径にすることにより、ピストンロッド１の締付け剛性を小さくしている。
【００１７】
加圧手段１１は油圧締付け装置１３とスペーサ８とを備えて構成されている。油圧締付け装置１３は、ピストンロッド１の小径部１ａの外周面１ｂとの間に油圧室１４を形成する油圧シリンダ３及び油圧ピストン４を有して構成される。スペーサ８は、油圧シリンダ３と油圧ピストン４との間にロッド軸方向に締め代を有して介在されている。
【００１８】
油圧シリンダ３及び油圧ピストン４は、ピストンロッド１の小径部１ａの外周面１ｂにロッド軸方向に移動可能に装着されると共に、ピストンロッド１の肩部端面１ｄとクロスヘッド２の端面２ｃとの間に挟持されている。
【００１９】
油圧シリンダ３には油圧室１４に連通する油圧穴３ｂが形成されている。この油圧穴３ｂは図示しない弁に接続され、油圧室１４に油圧を加える時に外部の油圧発生装置に連通され、往復圧縮機の通常運転時には外部に対して閉鎖されている。油圧シリンダ３の内周面にはＯリング６が装着され、油圧シリンダ３の内周面と外周面１ｂの外周面との気密を保持するようになっている。油圧シリンダ３の一側端面３ａはピストンロッド１のねじ部１ｃに当接されている。油圧シリンダ３の他側端面は、油圧室１４を形成する内側部分と、スペーサ８に当接する外側部分とから構成されている。
【００２０】
油圧ピストン４は、油圧シリンダ３内に挿入されて油圧室１４を形成するピストン部４ａと、ピストン部４ａから半径方向に延びる鍔部４ｂとを有している。この鍔部４ｂは、一側がスペーサ８に当接すると共に、他側が端面２ｃに当接している。
【００２１】
油圧ピストン４の内周はピストンロッド１の第１小径部１ａ1の外周面１ｂに係合し、両者間にはＯリング６が設けられている。更に、油圧ピストン４の外周部は油圧シリンダ３と係合し、両者間にはＯリング７が設けられている。従って、油圧室１４は、三つのＯリング５〜７によりシールされて密閉状態が保たれるようになっている。
【００２２】
ここで、油圧ピストン４の外周と油圧シリンダ３の内周との係合面に介在されるＯリング７の軸方向位置は、油圧ピストン４の内周とピストンロッド１の小径部１ａ1の外周との係合面のＯリング６の位置よりも僅かに油圧室１４寄りになっている。
【００２３】
スペーサ８は、油圧シリンダ３と油圧ピストン４の鍔部４ｂ間に装着された半割れ部品で構成されている。
【００２４】
ピストンロッド１の先端には、締結ねじ部１ｃとはねじ回転方向を逆にするねじ穴１ｅが設けられている。このねじ穴１ｅには廻り止め部品９が取付けられている。この廻り止め部品９はクロスヘッド２の外方から差込まれた廻り止め棒１０によって周方向回転が固定される。ピストンロッド１の先端面と廻り止め部品９間にはねじの遊びを無くすためバネワッシャ１１が装着されている。
【００２５】
次に、往復圧縮機の組み立て方法を説明する。
【００２６】
先ず、ピストンロッド１上に油圧シリンダ３、油圧ピストン４を取り付け、両者間に半割れの規準スペーサを取付ける。更に、ピストンロッド１の先端にバネワッシャ１１と共に廻り止め部品９を取付ける。この状態で、クロスヘッド２のねじ部２ｂへピストンロッド１のねじ部１ｃをねじ込む。油圧締付け装置１３を構成する部品間の軸方向隙間、油圧締付け装置１３とピストンロッド１の肩部端面１ｄとの軸方向隙間、及び油圧締付け装置１３とクロスヘッド２の端面２ｃとの軸方向隙間が無くなるまで、クロスヘッド２にピストンロッド１をねじ込む。
【００２７】
その後、油圧発生装置にて油圧締付け装置１３に必要な軸力（内力）が生じるように油圧シリンダ３及びピストン４で構成する油圧室１４に油圧を掛ける。これにより、油圧シリンダ３と油圧ピストン４との間の隙間が広がるので、規準スペーサを取外して、別途用意した所定の締代を有するスペーサ８に交換する。そうすると、次に油圧を抜いても軸力（内力）が残る。
【００２８】
次いで、クロスヘッド２の外方から廻り止め部品９の開口部に廻り止め棒１０を差込む。この時、廻り止め部品９は周方向に容易に回転できるので、開口部を廻り止め棒１０の軸心位置にクロスヘッド端面側から合せることが出来る。
【００２９】
このように油圧室１４を構成する部品の一部として、ピストンロッド１の小径部１ａを用いることにより、油圧室１４の内径を小さく形成できる。従って、軸力（内力）を伝達する油圧シリンダ３の受圧面径及び油圧ピストン４の受圧面径を小さくできるので、同内力による曲げモーメントを低減でき、合わせ面の倒れの影響を小さくでき、形状寸法の小さな油圧締付装置で、必要な剛性を得ることができる。特に、本実施例では、油圧シリンダ３の受圧面の外径及び油圧ピストン４の受圧面の外径をピストンロッド１の肩部端面１ｄの外径とほぼ同じにしているので、同内力による曲げモーメントを格段に低減できる。
【００３０】
さらに、油圧締付け装置１３の機能とは独立して、ピストンロッド１の緩み止めも行えるので、作業性に優れ、信頼性の高いピストンロッド１とクロスヘッド２との締結構造が得られる。
【００３１】
本実施例の具体的な効果を構成と共に纏めて説明する。
【００３２】
まず、油圧シリンダ２と油圧ピストン３の内周をピストンロッド１の外周に近づけると共に、ピストンロッド１の外径を小さくしてクロスヘッド２と締結した効果に関して説明する。
【００３３】
ピストンロッド１の外周面１ｂは油圧室１４を構成する部分として利用されている。そして、油圧ピストン２の外周面は油圧シリンダ１の内周面に係合してＯリング７でシールされると共に、油圧ピストン２の内周面はピストンロッド１の外周面に係合してＯリング６でシールされるようになっている。さらには、油圧シリンダ１の内周面もピストンロッド１の外周面してＯリング５でシールされるようになっている。
【００３４】
このようにすることによって、油圧シリンダ１及び油圧ピストン２を最もピストンロッド１の中心よりに配置できる。そうすると、運転中に内力を保持する油圧室１４の外径を小さく出来るので、肩部端面１ｄの受圧面径（例えば概略平均径）を通してクロスヘッド２へ伝わる軸力の流れが従来技術２よりも外側に流れることが少なくなる。これによる効果を具体的に説明すると、次の通りである。
【００３５】
油圧シリンダ３の外周部に働く締付力は、単純に軸方向締付け力だけでなく、ピストンロッド１の肩部を支点とするモーメントとして油圧シリンダ３に作用する。油圧シリンダ３の外周部がピストンロッド１の肩部より半径方向に遠ざかる（大きくなる）程必要とする軸力に対するモーメントの割合が増える。このモーメントが大きくなると、油圧シリンダ３の外周部の締付け力伝達面は外向き半径方向面に沿い軸直角面から傾くことになる。
【００３６】
例えば、油圧室１４の内径が大きい構造で実際に締付け試験を行った例では、所定の締代を持ったスペーサを用意し、規準スペーサを取付けて油圧を負荷し、締代を有するスペーサに交換した後に油圧を除荷したところ、所定の締代の効果（軸力）が約２０％低下した。
【００３７】
この曲げモーメントによる合わせ面の倒れの影響を小さくする方法として、油圧シリンダ３の剛性を十分大きくすること、即ちその形状寸法を大きくすることが考えられるが、油圧締付け装置１４の質量が増し、形状も大きくなるので、経済的でない。
【００３８】
従って、上述した本実施例のように油圧シリンダ３の合わせ面の外径を肩部の外径に近づけることにより、油圧締付け装置１４を小形化でき、経済的にも効果的であり、しかもピストンロッド側剛性よりも剛性を高めることが出来、ピストンロッド１のねじ部１ｃの応力変動を小さく出来るので、強度的信頼性も高めることができる。
【００３９】
また、油圧室１４の一部を形成するピストンロッド１の第１小径部１ａ1を設け、その第１小径部１ａ1の外周面１ｂに油圧シリンダ３の内周面及び油圧ピストン４の内周面が係合するようにする。ピストンロッド１のクロスヘッド２側にはさらに小径の第２小径部１ａ2を設けている。これによって、油圧締付け装置側剛性とピストンロッド側剛性比を大きくし、ピストンロッド側の応力変動を低減することができる。
【００４０】
ピストンロッド１の一部を油圧室１４を構成する部材として用いるとき、その損傷を避けるため、油圧ピストン４の外周側のＯリング７は、油圧ピストン４の内周側のＯリング６に対し、僅かに油圧室１４寄りに配置している。このようにすると、油圧室１４に油圧を掛けたとき、油圧シリンダ３は勿論のこと、油圧ピストン４も外側に僅かに変形するので、軸方向圧縮変形によってピストンロッド１と摺動することが避けられる。
【００４１】
本実施例では、油圧シリンダ３をピストンロッド側に設け、油圧ピストン４をクロスヘッド側に設けた構造例で説明したが、両部品をその逆に配置してもよい。
【００４２】
次に、ピストンロッド１の廻り止めの効果に関して説明する。
【００４３】
ピストンロッド１とクロスヘッド２をねじ締結するとき、万一の安全を考えてピストンロッド１が回転してねじ締結部が緩むことの無いように廻り止めが望まれる。この廻り止め方法は上述した油圧締付け装置１３の機能を損なわないで達成することが好ましい。また、圧縮機分解時のことを考えると、クロスヘッド２がコネクチングロッドに連結された状態で廻り止めを解除できることが好ましい。
【００４４】
本実施例では、ピストンロッド１の先端に、ピストンロッド１とクロスヘッド２の締結ねじ１ｃ、２ｂとは逆向きのピッチを有するねじ穴１ｅを設け、そのねじ穴１ｅに軸直角方向の開口部を有する部品（廻り止め部品）９を１ピッチ程度余してねじ込み、油圧締付け装置１３にてピストンロッド１とクロスヘッド２を締結した後、クロスヘッド１の軸平行端面から廻り止め棒１０を廻り止め部品９の開口部に差込んで、廻り止めしている。ここで、廻り止め部品９とクロスヘッド２とのねじ締結は、ピストンロッド１とクロスヘッド２とのねじ締結とは逆向きであるので、万一、ピストンロッド１が緩み方向に回転すると廻り止め部品９は締込み方向となり、且つ廻り止め棒１０はクロスヘッド端面に固定されているのでピストンロッド１の緩み回転を防止できるものである。
【００４５】
この緩み止め用ねじ締結は、ピストンロッド側が雌ねじで廻り止め部品側が雄ねじであっても良いし、その逆であってもよい。また、同じねじ回転方向でピッチを変えたものでもよい。
【００４６】
次に、本発明の第２実施例及び第３実施例について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の第２実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図、図３は本発明の第３実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。この第２、第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００４７】
第２実施例の往復圧縮機は、ピストンロッド１の先端に廻り止め棒１０を差込める開口部を持った廻り止め装置を一体化したものである。この場合、ピストンロッド１上に油圧シリンダ３、油圧ピストン４、両者間に半割れの規準スペーサを取付けて、クロスヘッド２へピストンロッド１をねじ込み、油圧締付け装置１３の部品間の軸方向隙間、油圧締付け装置１３とピストンロッドの肩部端面１ｄ及びクロスヘッド２の端面２ｃと間の隙間が無くなるまで、クロスヘッド２にピストンロッド１をねじ込む。
【００４８】
その後、ピストンロッド１を戻すように回転させながらピストンロッド先端の廻り止め部１ｆの開口部に廻り止め棒１０が差込める位置を探す。廻り止め棒１０が差込めたら規準スペーサ部に生じた隙間を計測し、あるいはピストンロッドの戻り回転角度を測定し、ねじピッチとの関係から隙間をその分だけ締代付きスペーサの厚さを厚くしたものを用意する。油圧発生装置にて油圧締付け装置１３に必要な軸力（内力）が生じるように油圧室１４に油圧を掛ける。そして、用意した所定の締代を有するスペーサ８に交換する。
【００４９】
この第２実施例では、ピストンロッド１を戻すように回転させながらロッド先端開口部に廻り止め棒１０が差込める位置を探すための手間が掛るが、構造が簡単で安価なものとすることができる。
【００５０】
第３実施例は、油圧ピストン４の内外周を油圧シリンダ３内に係合させ、油圧シリンダ３をピストンロッド１の小径部１ａに係合させるようにしたものであるが、油圧室１４の内径及びピストン４に内径を肩部端面１ｄの外径より小さく形成したものである。これによって、油圧室１４の外径を小さくすることができるので、肩部端面１ｄの受圧面径（例えば概略平均径）を通してクロスヘッド２へ伝わる軸力の流れが従来技術２よりも外側に流れることが少なくなると共に、油圧室１４の肩部端面１ｄの外径より小さい部分に加わる圧力が肩部端面１ｄ及び端面２ｃに軸方向に直接的に加えることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型、安価で、強度的信頼性の高いピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を有する往復圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例の往復圧縮機のピストンロッドとクロスヘッドとの締結構造を示す図である。
【図４】従来技術１の往復圧縮機のピストンロッド締付け構造例を示す図である。
【図５】従来技術２の往復圧縮機のピストンロッド締付け構造例を示す図である。
【符号の説明】
１…ピストンロッド、１ａ…小径部、１ａ1…第１小径部、１ａ2…第２小径部、１ｂ…第１小径部の外周面、１ｃ…第２小径部のねじ部、１ｄ…肩部端面、１ｅ…ねじ穴、１ｆ…廻り止め部、２…クロスヘッド、２ａ…締結穴、２ｂ…ねじ部、２ｃ…端面、３…油圧シリンダ、３ａ…端面、３ｂ…油圧孔、４…油圧ピストン、４ａ…ピストン部、４ｂ…鍔部、５、６、７…Ｏリング、８…スペーサ、９…廻り止め部品、１０…廻り止め棒、１１…バネワッシャ、１２…加圧手段、１３…油圧締付け装置、１４…油圧室。
Claims (5)
- 内周面にねじ部を有する締結穴を設けたクロスヘッドと、
前記クロスヘッドの締結穴に挿入されてそのねじ部に締結されるねじ部を外周面に有する小径部を設けたピストンロッドと、
前記クロスヘッドの端面及び前記ピストンロッドの小径部に至る肩部端面に対してロッド軸方向に加圧する加圧手段とを備え、
前記加圧手段は、前記ピストンロッドの小径部の外周面との間に油圧室を形成する油圧シリンダ及び油圧ピストンを有する油圧締付け装置と、前記油圧シリンダ及び前記油圧ピストン間にロッド軸方向に締め代を有して介在されたスペーサとを備える往復圧縮機。 - 前記油圧ピストンの外周面と前記油圧シリンダの内周面との間にＯリングを配置し、前記油圧ピストンの内周面と前記ピストンロッドの小径部の外周面との間にＯリングを配置し、前記油圧ピストンの外周面側の前記Ｏリングの位置を前記油圧ピストンの内周面側の前記Ｏリングの位置より前記油圧室側にずらしたことを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
- 前記ピストンロッドの先端部の廻り止め部にクロスヘッド端面側から廻り止め棒を差込んで成るピストンロッド緩み回転防止装置を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の往復圧縮機。
- 前記廻り止め部を前記ピストンロッドと別体にした廻り止め部品で構成し、この廻り止め部品を前記ピストンロッド先端部に設けたねじ穴に前記ピストンロッドの前記クロスヘッドへのねじ込み方向と逆方向にねじ込んで装着したことを特徴とする請求項３に記載の往復圧縮機。
- 内周面にねじ部を有する締結穴を設けたクロスヘッドと、
前記クロスヘッドの締結穴に挿入されてそのねじ部に締結されるねじ部を外周面に有する小径部を設けたピストンロッドと、
前記クロスヘッドの端面及び前記ピストンロッドの小径部に至る肩部端面に対してロッド軸方向に加圧する加圧手段とを備え、
前記加圧手段は、油圧室を形成する油圧シリンダ及び油圧ピストンを有する油圧締付け装置と、前記油圧シリンダ及び前記油圧ピストン間にロッド軸方向に締め代を有して介在されたスペーサとを備え、
前記ピストンロッドは、前記小径部に至る肩部が前記油圧室の内径より大きな外径を有すると共に、前記小径部の先端部に廻り止め装置を有する往復圧縮機。
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