JP5767727B1 - 往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受などの経年劣化を効果的に抑制して長寿命化を図り得る往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造を提供する。【解決手段】往復圧縮機は、シリンダ内を往復摺動するピストンと、このピストンと連結され、ガイドシリンダ３２内を往復摺動するクロスヘッド３３と、一端がこのクロスヘッドに連結ピン５４を介して連結され、他端がクランクシャフトに連結された連接棒３４とを備える。そして、往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造は、前記連結ピンの外周面と連接棒又はクロスヘッドとの間に介在され、内周面にオイルポケット６２が形成された滑り軸受６１と、この滑り軸受のオイルポケットにオイルを供給するように前記連結ピンからガイドシリンダ側の部材６５，６６に跨がって形成されたオイル供給路６３とを備える。前記オイル供給路は、クロスヘッドの摺動位置に拘わらず全容積が変化しないように形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車に用いる水素ガスなどを高圧ないし超高圧に圧縮する往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造に関する。

一般に、ガスを高圧に圧縮する往復圧縮機は、複数段の圧縮部を有し、低段側の圧縮部で圧縮されたガスを高段側の圧縮部に順次供給して圧縮を繰り返し行うようになっている。また、他の圧縮機と組み合わせて使用し、低段側である他の圧縮機で圧縮されたガスを圧縮部に吸入して一段高圧に圧縮するようにすることもある。

そして、このような往復圧縮機の圧縮部の構造は、例えば特許文献１に開示されているように、低段側の圧縮部に連通された圧縮室を有するシリンダと、このシリンダ内に往復摺動可能に配置されたピストンと、このピストンに直接又はピストンロッドを介して連結され、ガイドシリンダ内を往復摺動するクロスヘッドと、一端がこのクロスヘッドに連結ピンを介して連結され、他端がクランクシャフトに連結された連接棒とを備え、クランクシャフトの回転運動をクロスヘッド及びピストンの往復運動に変換し、ピストンの往復運動によりシリンダの圧縮室内にガスを吸入して圧縮するようになっている。

特開２００６−３７７８９号公報

ところが、前記従来の往復圧縮機では、クロスヘッドと連接棒との連結部に大きな荷重が下向きに作用し、その連結部を構成する連結ピンやその外周面に装着される軸受メタルなどが経年劣化し易いという問題がある。特に、ガスを超高圧に圧縮する往復圧縮機でかつ圧縮機の全高を低く抑えるためにクロスヘッド及び連接棒を小型化したものの場合、この問題が顕著である。

そこで、この問題を解決するため、従来のピン軸受の代わりに、静圧式滑り軸受を採用することが考えられる。この静圧式滑り軸受は、連結ピンの外周面と連接棒又はクロスヘッドとの間に介在される滑り軸受の内周面にオイルポケットを形成し、このオイルポケットに比較的高圧（１〜２ＭＰａ）のオイルを供給することで連結ピンを浮上させるものである。

しかし、滑り軸受のオイルポケットにオイルを供給するに当たり、滑り軸受にオイルポケットに連通する小孔を設けるとともに、連接棒にオイル供給路を形成することが考えられるが、この場合、滑り軸受に設ける小孔の流路抵抗が大きくなることから、滑り軸受からオイル漏れが生じ易いという欠点がある。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、クロスヘッド軸受、つまりクロスヘッドと連接棒との連結部に静圧式滑り軸受を採用するに当たり、滑り軸受のオイルポケットに対するオイル供給を、滑り軸受からのオイル漏れなどを生じることなく適切に行い、軸受などの経年劣化を効果的に抑制して長寿命化を図り得る往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造を提供せんとするものである。

前記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、シリンダ内を往復摺動するピストンと、このピストンと連結され、ガイドシリンダ内を往復摺動するクロスヘッドと、一端がこのクロスヘッドに連結ピンを介して連結され、他端がクランクシャフトに連結された連接棒とを備えた往復圧縮機を対象とする。そして、往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造として、前記連結ピンの外周面と連接棒又はクロスヘッドとの間に介在され、内周面にオイルポケットが形成された滑り軸受と、この滑り軸受のオイルポケットにオイルを供給するように前記連結ピンからガイドシリンダ側の部材に跨がって形成されたオイル供給路とを備え、前記オイル供給路を、クロスヘッドの摺動位置に拘わらず全容積が変化しないように形成する構成とする。

この構成により、連結ピンの外周面と連接棒又はクロスヘッドとの間に介在された滑り軸受のオイルポケットに対し、連結ピンからガイドシリンダ側の部材に跨がって形成されたオイル供給路を通してオイルが供給されるため、連接棒側からオイル供給する場合の如く滑り軸受からオイル漏れが生じることはない。しかも、前記オイル供給路は、クロスヘッドの摺動位置に拘わらず全容積が変化しないように形成されているため、オイルポケットに対するオイル供給中に脈動が生じることはなく、安定的なオイル供給を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造において、前記ガイドリンダ側の部材の一つの具体的な形態を提供するものである。すなわち、前記ガイドシリンダ側の部材は、ガイドシリンダに固定され、オイル供給源からのオイルを導入する導入口を有する第１の部材と、この第１の部材に固定されたロッド状の第２の部材とからなり、前記第２の部材は、クロスヘッド及び連結ピンにクロスヘッドの軸線方向に貫通して設けた貫通孔に対し、摺動可能に刺し通して配置されている。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造において、前記オイル供給路を、クロスヘッドの摺動位置に拘わらず全容積が変化しないように形成するための一つの具体的な形態を提供するものである。すなわち、前記オイル供給路は、前記第２の部材の軸線に沿って形成された軸心路と、前記第２の部材の外周面と連結ピンの貫通孔の内周面との間に形成された円筒状の環状路と、前記軸心路と環状路とを連通する連通路とを有しており、前記連通路は、クロスヘッドがガイドシリンダの上限位置に位置するとき環状路の下端側に対向し、クロスヘッドがガイドシリンダの下限位置に位置するとき環状路の上端側に対向するように設けられている。

以上のように、本発明における往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造によれば、クロスヘッドの滑り軸受のオイルポケットに対し、連結ピン側のオイル供給路を通してオイルを供給することにより、滑り軸受からオイル漏れが生じたり、オイル供給中に脈動が生じたりすることなく、安定的なオイル供給を確保することができるので、静圧式滑り軸受の効果による軸受などの経年劣化を効果的に抑制することができ、その長寿命化を実施上有効に図ることができる。

図１は本発明の実施形態に係る２段式往復圧縮機の配管系統図である。 図２は前記往復圧縮機の高段側圧縮部のクロスヘッド付近の構造を示す縦断側面図である。 図３は図２のオイル供給路付近の拡大図である。 図４は滑り軸受を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

以下、本発明を実施するための形態である実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る２段式往復圧縮機Ａの全体構成を示し、この往復圧縮機Ａは、低段側の圧縮部１と、高段側の圧縮部２とを備えている。この両圧縮部１，２は、同一の又は別々の駆動部３により駆動される。

前記低段側の圧縮部１は、圧縮室１１を有するシリンダ１２と、このシリンダ１２内に往復摺動可能に配置されたピストン１３とを備え、このピストン１３の往復摺動によりシリンダ１２の圧縮室１１内にガスを吸い込んで所定圧に圧縮するようになっている。この低段側の圧縮部１で圧縮されたガスは、連絡通路１４を通してタンク１５内に貯留され、所定圧（例えば３５ＭＰａ）に維持される。

前記高段側の圧縮部２は、前記タンク１５に連絡通路１６を介して連通された圧縮室２１を有するシリンダ２２と、このシリンダ２２内に往復摺動可能に配置されたピストン２３とを備え、低段側の圧縮部１から吐出されタンク１５内に貯留された圧縮ガスをピストン２３の往復摺動によりシリンダ２２の圧縮室２１内に吸い込んで一段高圧（例えば１００ＭＰａ）に圧縮するように構成されている。この高圧側の圧縮部２で圧縮された圧縮ガスは、送出通路２４を通して送出されるようになっており、この送出通路２４には圧縮部２で圧縮された圧縮ガスを冷却するためのクーラ２５が設けられている。

前記駆動部３は、図１に示す高段側の圧縮部２を駆動するものの場合、ピストン２３の基端に一端が連結されたピストンロッド３１と、このピストンロッド３１の他端が連結されかつガイドシリンダ３２内に往復摺動可能に配置されたクロスヘッド３３と、このクロスヘッド３３に一端が連結された連接棒３４と、この連接棒３４の他端が連結されかつクランクケース３５に回転自在に支持されたクランクシャフト３６と、このクランクシャフト３６にプーリとベルトとからなる動力伝達機構３７を通して動力伝達可能に連結された駆動モータ３８とを備え、駆動モータ３８の回転力によりクランクシャフト３６の回転及びガイドシリンダ３２内でのクロスヘッド３３の往復摺動を引き起こし、最終的にシリンダ２２内でのピストン２３の往復摺動を引き起こすようになっている。尚、図１中、４１はタンク１５内の所定圧のガスを高段側の圧縮部２のシリンダ２２中間部でシリンダ２２の内周面とピストン２３の外周面との隙間に導入するためのガス導入通路、４２は高段側の圧縮部２のシリンダ２２の圧縮室２１側からクランクケース３５側にまで漏れた圧縮ガスを低段側の圧縮部１の吸い込み側に戻すための戻し通路、４３はこの戻し通路４２に設けられたフィルタである。

本発明の一実施形態に係るクロスヘッド軸受構造は、前記高段側の圧縮部２のクロスヘッド３３に適用したものである。このクロスヘッド３３は、図２に示すように、中央部に連接棒３４の連結ボス部３４ａを挿入するために形成された空洞部５１と、この空洞部５１を挟んだ両側に形成されたピン挿入孔５２，５３とを有している。そして、このクロスヘッド３３の空洞部５１内に連接棒３４の連結ボス部３４ａを挿入し、この連結ボス部３４ａの貫通孔３４ｂ及びクロスヘッド３３のピン挿入孔５２，５３に連結ピン５４を挿入することで、連接棒３４の連結ボス部３４ａが連結ピン５４を介してクロスヘッド３３に連結されるようになっている。

前記連結ピン５４は、頭部５４ａと軸部５４ｂとからなり、この連結ピン５４の頭部５４ａは、クロスヘッド３３のピン挿入孔５３に挿入され、連結ピン５４の軸部５４ｂは、連結ボス部３４ａの貫通孔３４ｂ及びクロスヘッド３３のピン挿入孔５２に挿入される。連結ピン５４は、ピン挿入孔５２，５３などへの挿入後、位置決めピン５５により位置決めと抜け止めとが行われるようになっている。クロスヘッド３３にはピストンロッド３１の端部が連結されている。

そして、本発明の特徴点として、前記連結ピン５４の軸部５４ｂの外周面と連接棒３４の連結ボス部３４ａの貫通孔３４ｂの内周面との間には滑り軸受６１が介在されている。この滑り軸受６１の内周面には、図４に詳示するように、下部側で中心線を挟む２カ所にそれぞれ軸線方向に沿って長い矩形状のオイルポケット６２が形成されている。また、前記滑り軸受６１の各ホイルポケット６２に比較的高圧（１〜２ＭＰａ）のオイルを供給するためのオイル供給路６３が連結ピン５４からガイドシリンダ３２側の部材に跨がって形成されている。尚、図２及び図３では、連結ピン５４の軸部５４ｂ及び滑り軸受６１の中心線より下側部分の断面箇所は、オイルポケット６２を通る位置に設定されている。

前記ガイドシリンダ３２側の部材は、本実施形態の場合、図３に拡大詳示するように、ガイドシリンダ３２の上部フランジ部３２ａ上に逆Ｔ字型の脚部材６４を介して取り付けられた第１の部材６５と、この第１の部材６５に上端部が固定されたロッド状の第２の部材６６とからなる。第１の部材６５は、オイルポンプなどのオイル供給源（図示せず）からのオイルを導入する導入口６７と、この導入口６７から軸線に沿って形成された軸心路６８と、この軸心路６８の導入口６７と反対側の端部に形成された環状路６９とを有している。環状路６９は、第１の部材６５の環状路６９側の端部を貫通して固定される第２の部材６６の上端部の外周面との間に環状の通路を形成している。

前記第２の部材６６は、クロスヘッド３３及び連結ピン５４の頭部５４ａにクロスヘッド３３の軸線方向に貫通して設けた貫通孔７１に対し、摺動可能に刺し通して設けられている。また、第２の部材６６は、その軸線に沿って形成された軸心路７２と、この軸心路７２の一端（上端）と第１の部材６５の環状路６９とを連通する連通路７３と、軸心路７２の他端（下端）と後述する環状路７５とを連通する連通路７４とを有している。

前記連結ピン５４は、その頭部５４ａ側の貫通孔７１の内周面と第２の部材６６の外周面との間に形成された円筒状の環状路７５と、連結ピン５４の軸線に沿って形成されかつ一端が環状路７５の中間部に連通する軸心路７６と、この軸心路７６の他端側から連結ピン５４の半径方向に延び滑り軸受６１の各オイルポケット６２に向かって開口する連通路７７とを有している。よって、前記オイル供給路６３は、第１の部材６５の導入口６７、軸心路６８及び環状路６９、第２の部材６６の軸心路７２及び２つの連通路７３，７４、並びに連結ピン５４の環状路７５、軸心路７６及び連通路７７により一連の油路を構成している。

また、前記第２の部材６６の連通路７４は、クロスヘッド３３がガイドシリンダ３２の上限位置に位置するとき（図２及び図３に示す状態のとき）連結ピン５４の環状路７５の下端側に対向し、クロスヘッド３３がガイドシリンダ３２の下限位置に位置するとき連結ピン５４の環状路７５の上端側に対向するように設けられている。これにより、前記オイル供給路６３は、クロスヘッド３３のガイドシリンダ３２内での摺動位置に拘わらず全容量が変化しないようになっている。

尚、図３中、８１は連結ピン５４の貫通孔７１の環状路７５を挟んだ上下両側にそれぞれ装着されたシールパッキンである。

従って、前記実施形態のクロスヘッド３３の軸受構造においては、連結ピン５４の外周面と連接棒３４との間に介在された滑り軸受６１のオイルポケット６２に対し、連結ピン５４からガイドシリンダ３２側の部材６５，６６に跨がって形成されたオイル供給路６３を通して所定圧のオイルが供給されるため、その所定圧が比較的高圧（１〜２ＭＰａ）であっても連接棒３４側からオイル供給する場合の如く滑り軸受６１からオイル漏れが生じることはない。しかも、前記オイル供給路６３は、クロスヘッド３３の摺動位置に拘わらず全容積が変化しないようになっているため、オイルポケット６２に対するオイル供給中に脈動が生じることはなく、安定的なオイル供給を確保することができる。この結果、連結ピン５４を圧縮室２１側に持ち上げることで連結ピン５４や軸受６１などの経年劣化を効果的に抑制できるという静圧式滑り軸受６１の効果を十分に発揮することができ、それらの部品ひいては往復圧縮機Ａの長寿命化を図ることができる。

特に、本実施形態の場合、オイル供給路６３を構成するために必要とするガイドシリンダ３２側の部材は、ガイドシリンダ３２に脚部材６４を介して固定され、オイル供給源からのオイルを導入する導入口６７を有する第１の部材６５と、この第１の部材６５に固定された第２の部材６６だけであるため、部品点数を少なくして実施化を容易に図ることができる。

また、前記オイル供給路６３は、クロスヘッド３３の摺動位置に拘わらず全容積が変化しないようにするための構成も簡単なものであるため、実施化をより容易に図ることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の形態を包含するものである。例えば前記実施形態では、本発明のクロスヘッド軸受構造を、２段式往復圧縮機Ａにおける高段側の圧縮部２のクロスヘッド３３に適用した場合について述べたが、この場合に限らず、２段式往復圧縮機Ａにおける低段側の圧縮部１のクロスヘッドに適用したり、２段式以外の往復圧縮機における圧縮部のクロスヘッドに適用したりしてもよく、同様な作用・効果を奏することができる。

また、前記実施形態では、連結ピン５４の外周面と連接棒３４との間に滑り軸受６１が介在された場合について述べたが、本発明は、この場合に限らず、連結ピン５４の外周面とクロスヘッド３３との間に滑り軸受が介在される場合にも同様に適用することができ、同様の作用効果を奏することができるのは勿論である。

Ａ 往復圧縮機
２２ シリンダ
２３ ピストン
３２ ガイドシリンダ
３３ クロスヘッド
３４ 連接棒
３６ クランクシャフト
５４ 連結ピン
６１ 滑り軸受
６２ オイルポケット
６３ オイル供給路
６５ 第１の部材
６６ 第２の部材
６７ 導入口
７１ 貫通孔
７２ 軸心路
７４ 連通路
７５ 環状路

Claims (3)

1. シリンダ内を往復摺動するピストンと、このピストンと連結され、ガイドシリンダ内を往復摺動するクロスヘッドと、一端がこのクロスヘッドに連結ピンを介して連結され、他端がクランクシャフトに連結された連接棒とを備えた往復圧縮機において、
   前記連結ピンの外周面と連接棒又はクロスヘッドとの間に介在され、内周面にオイルポケットが形成された滑り軸受と、
   この滑り軸受のオイルポケットにオイルを供給するように前記連結ピンからガイドシリンダ側の部材に跨がって形成されたオイル供給路とを備えており、
   前記オイル供給路は、クロスヘッドの摺動位置に拘わらず全容積が変化しないように形成されていることを特徴とする往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造。
2. 前記ガイドシリンダ側の部材は、ガイドシリンダに固定され、オイル供給源からのオイルを導入する導入口を有する第１の部材と、この第１の部材に固定されたロッド状の第２の部材とからなり、
   前記第２の部材は、クロスヘッド及び連結ピンにクロスヘッドの軸線方向に貫通して設けた貫通孔に対し、摺動可能に刺し通して配置されている請求項１記載の往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造。
3. 前記オイル供給路は、前記第２の部材の軸線に沿って形成された軸心路と、前記第２の部材の外周面と連結ピンの貫通孔の内周面との間に形成された円筒状の環状路と、前記軸心路と環状路とを連通する連通路とを有しており、
   前記連通路は、クロスヘッドがガイドシリンダの上限位置に位置するとき環状路の下端側に対向し、クロスヘッドがガイドシリンダの下限位置に位置するとき環状路の上端側に対向するように設けられている請求項２記載の往復圧縮機のクロスヘッド軸受構造。

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