JP4165603B2 - Swing piston type reciprocating compressor - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、酸素濃縮装置や真空ポンプ等に使用される揺動ピストン式往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to an oscillating piston type reciprocating compressor used in, for example, an oxygen concentrator and a vacuum pump.
従来、この種の揺動ピストン式往復動圧縮機としては、図5に示すように、シリンダ1と、ヘッド部2とロッド部3とが一体になっているピストン4と、上記ヘッド部2に押さえ板5で取り付けられた環状のシール部材6とを備えたものがある(例えば、特開平10−89253号公報 図3:特許文献1)。このロッド部3に、回転軸7に偏心して固定された偏心軸8を、ベアリング9を介して回転可能に嵌合して、回転軸7の回転により、上記ピストン4が揺動しながら往復動をして空気を圧縮するようになっている。
Conventionally, as this type of oscillating piston type reciprocating compressor, as shown in FIG. 5, a
そして、上記ヘッド部2の天面S、すなわち、環状のシール部材6に沿ったシール平面(装着面)Sは、上記ピストン4が下死点にあるときにおいて、上記回転軸7の中心Cおよび偏心軸8の中心Eを含む基準平面Rに対して、垂直になっている。
The top surface S of the
ところが、上記揺動ピストン式往復動圧縮機では、上記ピストン4がシリンダ1内を往復動する際に、ヘッド部2が揺動し、つまり、傾き、しかも、上記ヘッド部2の天面S、つまり、シール平面(シール部材装着面)Sは、ピストン4が下死点にあるときにおいて、上記基準平面Rに対して、垂直になっているため、基準平面Rに垂直な平面に対するシール平面Sの傾斜角、つまり、ヘッド部2の傾斜角は、図4において破線の曲線Lで示すように、圧縮行程(回転軸7の回転角度が0°から180°)と吸入工程(回転軸7の回転角度が180°から360°)とで絶対値が等しくなる。このため、圧縮行程のシール部材6に対する高負荷時(PV値が大きいとき)に、シール部材6の傾きが大きくなって、シール部材6がシリンダ1の内面と不均一に接触して、局所磨耗を生じて寿命が短くなり、また、シリンダ1とシール部材6との間に隙間が生じて、空気漏れによる圧縮効率が低下するという問題があった。
However, in the oscillating piston type reciprocating compressor, when the piston 4 reciprocates in the
なお、PV値とは、PV値=(シール部材の摺動面圧)×(シール部材の摺動速度)であって、シール部材に対する負荷を表す数値である。
そこで、この発明の課題は、シール部材に対する高負荷時に、シール部材の傾きを小さくして、シール部材がシリンダの内面と均一に接触するようにして、局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダとシール部材との間の隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる揺動ピストン式往復動圧縮機を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the inclination of the seal member at the time of high load on the seal member so that the seal member contacts the inner surface of the cylinder uniformly, thereby preventing local wear and achieving a long life. Another object of the present invention is to provide a swing piston type reciprocating compressor capable of reducing the gap between a cylinder and a seal member, preventing air leakage and improving the compression efficiency.
上記課題を解決するため、この発明の揺動ピストン式往復動圧縮機は、
シリンダと、
このシリンダに往復動可能に嵌合されたヘッド部とロッド部とが一体になっているピストンと、
上記ヘッド部に取り付けられたシール部材と、
回転軸に偏心して固定されると共に、上記ロッド部が回転可能に嵌合された偏心軸と
を備え、
上記ピストンが下死点にあるときにおいて、上記回転軸の中心および偏心軸の中心を含む基準平面に対して、上記シール部材に沿ったシール平面である上記ピストンのヘッド部の天面が非直角であり、
上記ピストンが上死点にあるときにおいて、上記ピストンのヘッド部の天面と上記シリンダのシリンダ室の天面とが略平行であることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the swing piston type reciprocating compressor of the present invention is
A cylinder,
A piston in which a head portion and a rod portion that are reciprocally fitted to the cylinder are integrated;
A seal member attached to the head part;
An eccentric shaft that is eccentrically fixed to the rotation shaft and that is rotatably fitted to the rod portion;
When the piston is at bottom dead center, the top surface of the head portion of the piston, which is a seal plane along the seal member, is non-perpendicular to a reference plane including the center of the rotating shaft and the center of the eccentric shaft der is,
When the piston is at top dead center, the top surface of the head portion of the piston and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder are substantially parallel .
上記構成によれば、上記ピストンが下死点にあるときにおいて、上記回転軸の中心および偏心軸の中心を含む基準平面に対して、上記シール部材に沿ったシール平面が非直角であるので、上記基準平面に垂直な平面に対するシール平面の傾きの絶対値を、吸入行程等のPV値の小さなシール部材の低負荷時よりも、圧縮行程等のPV値の大きなシール部材の高負荷時において小さくすることが可能である。 According to the above configuration, when the piston is at the bottom dead center, the seal plane along the seal member is non-perpendicular with respect to a reference plane including the center of the rotation shaft and the center of the eccentric shaft. The absolute value of the inclination of the seal plane relative to the plane perpendicular to the reference plane is smaller at the time of high load of the seal member having a large PV value such as the compression stroke than at the time of low load of the seal member having a small PV value such as the suction stroke. Is possible.
したがって、上記シール部材に対する高負荷時に、シール部材がシリンダの内面と均一に接触するようにして、シール部材の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダとシール部材との間の隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。 Therefore, when the load on the seal member is high, the seal member can be in uniform contact with the inner surface of the cylinder to prevent local wear of the seal member and achieve a long life, and between the cylinder and the seal member. By reducing the gap, air leakage can be prevented and compression efficiency can be improved.
上記構成によれば、上記ピストンのヘッド部の天面が上記シール部材の上記シール平面であるから、上記ピストンのヘッド部の天面の傾斜角を、圧縮行程等のPV値の大きなシール部材の高負荷時において吸入工程等の低負荷時よりも小さくすることが可能である。 According to the above configuration , since the top surface of the head portion of the piston is the seal plane of the seal member, the inclination angle of the top surface of the head portion of the piston is set to a value of a seal member having a large PV value such as a compression stroke. It is possible to make it smaller at the time of high load than at the time of low load such as a suction process.
したがって、上記シール部材がシリンダの内面と均一に接触するようにして、シール部材の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダとシール部材との間に隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。
また、上記構成によれば、上記ピストンが上死点にあるときにおいて、上記ピストンのヘッド部の天面と上記シリンダのシリンダ室の天面とが略平行であるから、ピストンの上死点において、上記ピストンのヘッド部の天面とシリンダのシリンダ室の天面との間のデッドスぺースを少なくして、圧縮効率を向上することができる。
Therefore, the seal member can be in uniform contact with the inner surface of the cylinder to prevent local wear of the seal member to achieve a long life, and the gap between the cylinder and the seal member can be reduced to reduce the air. Leakage can be prevented and compression efficiency can be improved.
Further, according to the above configuration, when the piston is at the top dead center, the top surface of the head portion of the piston and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder are substantially parallel. The dead space between the top surface of the piston head and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder can be reduced, and the compression efficiency can be improved.
また、上記構成によれば、上記ピストンが上死点にあるときにおいて、上記ピストンのヘッド部の天面と上記シリンダのシリンダ室の天面とが略平行であるから、ピストンの上死点において、上記ピストンのヘッド部の天面とシリンダのシリンダ室の天面との間のデッドスぺースを少なくして、圧縮効率を向上することができる。Further, according to the above configuration, when the piston is at the top dead center, the top surface of the head portion of the piston and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder are substantially parallel. The dead space between the top surface of the piston head and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder can be reduced, and the compression efficiency can be improved.
また、1実施形態では、上記シール部材の一部が、上記ピストンのヘッド部の天面と、押さえ板との間に挟まれて固定されている。 In one embodiment, a part of the seal member is sandwiched and fixed between the top surface of the head portion of the piston and the pressing plate.
上記実施形態によれば、上記押さえ板によって、上記シール部材をピストンのヘッド部の天面に取り付けているので、上記ピストンの天面の傾斜角を調整して、シール平面の傾きを簡単に設定することができる。 According to the above embodiment, since the sealing member is attached to the top surface of the piston head portion by the pressing plate, the inclination angle of the top surface of the piston is adjusted to easily set the inclination of the sealing plane. can do.
また、1実施形態では、上記基準平面に垂直な平面に対する上記シール平面の傾斜角の絶対値は、吸入工程においてよりも圧縮行程において小さくなっている。 In one embodiment, the absolute value of the inclination angle of the seal plane with respect to a plane perpendicular to the reference plane is smaller in the compression stroke than in the suction process.
上記実施形態によれば、上記基準平面に垂直な平面に対する上記シール平面の傾斜角の絶対値は、吸入工程においてよりも圧縮行程において小さくなっているから、シール部材の高負荷時においてシール部材がシリンダの内面と略均一に接触して、シール部材の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダとシール部材との間に隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。 According to the above embodiment, the absolute value of the inclination angle of the seal plane with respect to the plane perpendicular to the reference plane is smaller in the compression stroke than in the suction process. It can contact the inner surface of the cylinder almost uniformly to prevent local wear of the seal member and achieve a long life. In addition, there is less clearance between the cylinder and the seal member to prevent air leakage and compression efficiency. Can be improved.
また、1実施形態では、シール部材のPV値が最大になる上記回転軸の回転角の近傍において、上記基準平面に対して、上記シール平面が直角になる。 In one embodiment, the seal plane is perpendicular to the reference plane in the vicinity of the rotation angle of the rotation shaft where the PV value of the seal member is maximized.
上記実施形態によれば、シール部材のPV値が最大になる上記回転軸の回転角の近傍において、上記基準平面に対して、上記シール平面が直角になって、最大負荷時に、シール平面の傾きがなくなることになるから、シール部材の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。 According to the embodiment, in the vicinity of the rotation angle of the rotary shaft where the PV value of the seal member is maximized, the seal plane is perpendicular to the reference plane, and the seal plane is inclined at the maximum load. Therefore, local wear of the seal member can be prevented and a long life can be achieved, and air leakage can be prevented and compression efficiency can be improved.
この発明によれば、シール部材の高負荷時において、シール部材がシリンダの内面と略均一に接触するから、シール部材の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、空気漏れを防止し、かつ、上記ピストンのヘッド部の天面とシリンダのシリンダ室の天面との間のデッドスぺースを少なくして圧縮効率を向上できる。 According to this invention, when the seal member is under a heavy load, the seal member is in contact with the inner surface of the cylinder substantially uniformly. Therefore, local wear of the seal member can be prevented and a long life can be achieved, and air leakage can be prevented. In addition, it is possible to improve the compression efficiency by reducing the dead space between the top surface of the head portion of the piston and the top surface of the cylinder chamber of the cylinder .
以下、この発明を図示の実施形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1に示すように、シリンダ1にシリンダヘッド21を固定して、シリンダ室22を形成している。このシリンダ1にシリンダヘッド21との間は、シール部材31でシールしている。上記シリンダ1はケーシング20に固定している。
As shown in FIG. 1, a
一方、上記ケーシング20及びシリンダ1内には、ピストン14を配置している。このピストン14は、ヘッド部12とロッド部13とが一体になっており、上記ヘッド12をシリンダ1内に揺動及び往復動自在に配置している。上記ピストン14のヘッド部12の天面S、すなわち、シール平面Sには、環状のシール部材6の一部を載置し、この一部を上記ピストン14のヘッド部12の天面Sと押さえ板5とで挟んで固定している。このシール部材6の他の一部は、上記ヘッド12及び押さえ板5から突出してシリンダ1の内面に接触して、シールを行う。
On the other hand, a
上記押さえ板5は、ヘッド部12にビス32で固定している。
The
一方、上記ピストン14のロッド部13は、回転軸7に偏心して固定された偏心軸8にベアリング9を介して回転可能に嵌合している。上記回転軸7は、図2に示すように、モータ30の出力軸7であり、この回転軸7は、ケーシング20に取り付けられたベアリング25と、ケーシング20に固定した端板24に支持されたベアリング26とにより回転自在に支持されている。
On the other hand, the
図1に示すように、上記ピストン14のヘッド部12の天面S、すなわち、環状のシール部材6に沿ったシール平面Sは、上記ピストン14が下死点にあるときにおいて、上記回転軸7の中心Cおよび偏心軸8の中心Eを含む基準平面Rに対して、非直角になっている。より詳しくは、上記ピストン14が下死点にあるときにおいて、上記ピストン14のヘッド部12の天面S、すなわち、環状のシール部材6に沿ったシール平面Sは、上記基準平面Rに対して、88.5°傾斜している。すなわち、上記ピストン14が下死点にあるときにおいて、上記ピストン14のヘッド部12の天面S(シール平面S)は、上記基準平面Rに垂直な平面に対して、1.5°傾斜していて、シリンダ1の中心軸に垂直な平面に対して、1.5°の傾斜角を有する。これにより、図4に示すように、PV値が略最大になる回転軸7の回転角約135°の近傍の約149°において、基準平面Rに垂直な平面に対する傾斜角、つまり、ピストン14のヘッド部12の天面Sの傾斜角が零になるようになっている。
As shown in FIG. 1, the top surface S of the
上記シリンダ1のシリンダ室22の天面41は、上記ピストン14が下死点及び上死点にあるときにおいて、上記ピストン14のヘッド部12の天面Sに平行になっている。つまり、上記シリンダ1のシリンダ室22の天面41は、シリンダ1の中心軸に垂直な平面に対して、1.5°傾斜している。これにより、ピストン14が上死点にあるときに、上記シリンダ1のシリンダ室22の天面41と押さえ板5の上面との間にデッドスペースが生じないようにして、圧縮効率を高くしている。
The
なお、図2において、51は、図示しない吸入弁で開閉される吸入ポートであり、52は、図示しない吐出ポートの吐出弁のバックアッププレートである。 In FIG. 2, 51 is a suction port that is opened and closed by a suction valve (not shown), and 52 is a backup plate of a discharge valve of the discharge port (not shown).
上記構成の揺動ピストン式往復動圧縮機の動作を、図1、図3及び図4を参照しながら説明する。 The operation of the oscillating piston type reciprocating compressor configured as described above will be described with reference to FIGS.
図4において、横軸は、回転軸7の回転角度を表し、右側の縦軸は、ピストン14のヘッド部12の天面Sのシリンダ1の中心軸に垂直な平面に対する傾斜角を表し、左側の縦軸はPV値を表す。
In FIG. 4, the horizontal axis represents the rotation angle of the
上記揺動ピストン式往復動圧縮機において、図1に示す状態から、モータ30の駆動により、回転軸7が時計回りに回転すると、ピストン14は、図3の(イ)〜(チ)に示すように、揺動しながら往復動を行って、空気等のガスの吸気・圧縮を行う。
In the oscillating piston type reciprocating compressor, when the
このとき、図4において曲線Mで示すように、下死点(回転軸の回転角0°)
及び上死点(回転軸7の回転角180°)において、上記ピストン14のヘッド部12の天面S、すなわち、環状のシール部材6に沿ったシール平面Sは、上記基準平面Rに垂直な平面(シリンダ1の中心軸に垂直な平面)に対して、1.5°傾斜している。そして、回転軸7の回転につれて、図3及び図4に示すように、ピストン14のヘッド部12の天面S、すなわち、環状のシール部材6に沿ったシール平面Sの傾斜角(ヘッド傾斜角)が変化する。
At this time, as shown by a curve M in FIG. 4, the bottom dead center (rotation angle of the rotation axis is 0 °).
At the top dead center (
図4の曲線Mから分かるように、この実施形態では、ピストン14のヘッド部12の天面Sの傾斜角、つまり、シール平面Sの傾斜角の絶対値は、曲線Lで示される従来の図5のピストン4のヘッド部2の天面Sの傾斜角よりも、圧縮行程において、小さく、吸入工程において大きくなっている。
As can be seen from the curve M in FIG. 4, in this embodiment, the inclination angle of the top surface S of the
このように、PV値が大きくてシール部材6に対する負荷が大きい圧縮行程において、この実施形態のシール平面Sの傾斜角の絶対値(図4の曲線M)が、図5の従来例のシール平面Sの傾斜角の絶対値(図4の曲線L)よりも小さくなるから、シール部材6がシリンダ1の内面と略均一に接触して、シール部材6の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダ1とシール部材6との間の隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。
Thus, in the compression stroke where the PV value is large and the load on the
なお、吸入工程においては、圧縮行程よりも、PV値が全体的に小さくて、シール部材6に対する負荷が比較的小さいから、ピストン14のヘッド部12の天面Sの傾斜角、つまり、シール平面Sの傾斜角の絶対値が大きくなっても、シール部材6の局所的な摩耗や漏れ等の不都合は殆ど生じない。
In the suction process, since the PV value is generally smaller than the compression stroke and the load on the
また、上記実施形態では、上記基準平面Rに垂直な平面に対するシール平面Sの傾斜角の絶対値は、吸入工程においてよりも圧縮行程において小さくなっているので、シール部材6の高負荷時においてシール部材6がシリンダの内面と略均一に接触して、シール部材6の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、シリンダ1とシール部材6との間に隙間を少なくして、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。
In the above embodiment, the absolute value of the inclination angle of the seal plane S relative to the plane perpendicular to the reference plane R is smaller in the compression stroke than in the suction process. The
また、上記実施形態では、PV値が最大になる回転軸7の回転角約135°の近傍において、基準平面Rに対して、ピストン4のヘッド部2の天面S、つまり、シール平面Sが直角になって、最大負荷時に、シリンダ1の中心軸に対してシール平面Sの傾きがなくなることになるから、シール部材6の局所磨耗を防止して長寿命を達成でき、かつ、空気漏れを防止して圧縮効率を向上できる。
In the above embodiment, the top surface S of the
また、上記実施形態では、上記押さえ板5によって、シール部材6をピストン14のヘッド部12の天面Sに取り付けているので、上記ヘッド部12の天面Sの傾斜角を調整して、シール平面Sの傾きを簡単に設定することができる。
Moreover, in the said embodiment, since the sealing
また、上記実施形態では、上記ピストン14のヘッド部12の天面Sとシリンダ1のシリンダ室22の天面41とが平行であり、押さえ板5の上面とシリンダ1のシリンダ室22の天面41との間のデッドスぺースを小さくして、圧縮効率を向上することができる。
In the above embodiment, the top surface S of the
また、上記実施形態では、ピストン14のヘッド部12の天面Sのシリンダ1の中心軸に垂直な平面に対する傾斜角は、1.5°であるが、1.5°に限らないことは、勿論である。
Moreover, in the said embodiment, although the inclination | tilt angle with respect to the plane perpendicular | vertical to the central axis of the
また、図示しないが、偏心軸として、クランク軸のクランクピンを用いてもよい。 Although not shown, a crank pin of the crank shaft may be used as the eccentric shaft.
1 シリンダ
2,12 ヘッド部
3,13 ロッド部
4,14 ピストン
5 押さえ板
6 シール部材
7 回転軸
8 偏心軸
9,25,26 ベアリング
21 シリンダヘッド
22 シリンダ室
R 基準平面
S シール平面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
このシリンダ(1)に往復動可能に嵌合されたヘッド部(12)とロッド部(13)とが一体になっているピストン(14)と、
上記ヘッド部(12)に取り付けられたシール部材(6)と、
回転軸(7)に偏心して固定されると共に、上記ロッド部(13)が回転可能に嵌合された偏心軸(8)と
を備え、
上記ピストン(14)が下死点にあるときにおいて、上記回転軸(7)の中心(C)および偏心軸(8)の中心(E)を含む基準平面(R)に対して、上記シール部材(6)に沿ったシール平面(S)である上記ピストン(14)のヘッド部(12)の天面(S)が非直角であり、
上記ピストン(14)が上死点にあるときにおいて、上記ピストン(14)のヘッド部(12)の天面(S)と上記シリンダ(1)のシリンダ室(22)の天面(41)とが略平行であることを特徴とする揺動ピストン式往復動圧縮機。 A cylinder (1);
A piston (14) in which a head portion (12) and a rod portion (13) which are fitted to the cylinder (1) so as to be capable of reciprocating are integrated;
A seal member (6) attached to the head portion (12);
An eccentric shaft (8) that is eccentrically fixed to the rotating shaft (7) and in which the rod portion (13) is rotatably fitted,
When the piston (14) is at the bottom dead center, the seal member with respect to a reference plane (R) including the center (C) of the rotating shaft (7) and the center (E) of the eccentric shaft (8) (6) top surface (S) is non-orthogonal der of the head portion of the sealing plane the piston (14) is (S) (12) along a is,
When the piston (14) is at top dead center, the top surface (S) of the head portion (12) of the piston (14) and the top surface (41) of the cylinder chamber (22) of the cylinder (1) Is a swing piston type reciprocating compressor characterized by being substantially parallel .
上記シール部材(6)の一部が、上記ピストン(14)のヘッド部(12)の天面(S)と、押さえ板(5)との間に挟まれて固定されていることを特徴とする揺動ピストン式往復動圧縮機。 In the swing piston type reciprocating compressor according to claim 1 ,
A part of the sealing member (6) is sandwiched and fixed between the top surface (S) of the head portion (12) of the piston (14) and the pressing plate (5). Oscillating piston type reciprocating compressor.
上記基準平面(R)に垂直な平面に対する上記シール平面(S)の傾斜角の絶対値は、吸入工程においてよりも圧縮行程において小さくなっていることを特徴とする揺動ピストン式往復動圧縮機。 The swing piston type reciprocating compressor according to claim 1 or 2 ,
An oscillating piston reciprocating compressor characterized in that an absolute value of an inclination angle of the seal plane (S) with respect to a plane perpendicular to the reference plane (R) is smaller in the compression stroke than in the suction process. .
シール部材(6)のPV値が最大になる上記回転軸(7)の回転角の近傍において、上記基準平面(R)に対して、上記シール平面(S)が直角になることを特徴とする揺動ピストン式往復動圧縮機。 In the oscillating piston type reciprocating compressor according to any one of claims 1 to 3 ,
The seal plane (S) is perpendicular to the reference plane (R) in the vicinity of the rotation angle of the rotation shaft (7) at which the PV value of the seal member (6) is maximized. Swing piston type reciprocating compressor.
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