(57)【要約】【課題】製造コストの上昇を抑制しつつ、優れた耐久性を発揮可能な多段圧縮機を提供する。【解決手段】本発明の多段圧縮機は、プロフィールが規定されたカム１２と、第１〜３シリンダボア５ａ〜７ａが形成された第１〜３シリンダブロック５〜７と、第１〜３ピストン２０、２５、２６と、第１〜３圧縮室２２、２９、３０とを備えている。第１〜３ピストン２０、２５、２６は、第１〜３ピストンロッド１７、２５ａ、２６ａが一体に設けられており、各ピストンロッド１７、２５ａ、２６ａには、第１〜３フランジ１８、４２、４３が固定されている。第１〜３フランジ１８、４２、４３について、第１〜３フランジ１８、４２、４３とカム１２のプロフィールとが摺接する第１〜３摺接面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂは、プロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径でプロフィールから離れる方向に凹んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線回りに回転可能であり、プロフィールが規定されたカムと、複数のシリンダボアと、該カムの回転によって該プロフィールと摺接し、リフト方向に延びる複数本のピストンロッドと、各該ピストンロッドと一体に設けられ、該カムの回転によって該リフト方向で各該シリンダボア内を往復動する複数のピストンと、各該シリンダボア及び各該ピストンによって形成される複数の圧縮室と、各該圧縮室毎に吸入弁を介して連通する吸入室と、各該圧縮室毎に吐出弁を介して連通する吐出室とを備え、前段の該吐出室が後段の該吸入室に連通して各該圧縮室が多段に気体を圧縮可能な多段圧縮機において、
各前記ピストンロッドの一部をなし、前記プロフィールと摺接する摺動面は、摺接する該プロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径で該プロフィールから離れる方向に凹んでいることを特徴とする多段圧縮機。
【請求項２】
前記摺動面は、前記カムの回転方向に凹んでいるばかりでなく、該回転方向に直交する方向にも凹んでいる請求項１記載の多段圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多段圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の多段圧縮機が開示されている。この多段圧縮機は、図７の図（Ａ）及び図（Ｂ）に示すように、中心軸線９０ａに沿って延びる駆動軸９０と、駆動軸９０に固定されて中心軸線９０ａ回りに回転可能なカム９１とを備えている。カム９１の外周面がプロフィールとされている。また、この多段圧縮機は、図示しないハウジングに第１〜４シリンダボアが形成されている。第１〜４シリンダボアは中心軸線９０ａ回りで放射状に設けられている。第１〜４シリンダボアには、それぞれ第１〜４ピストンが収納されている。第１〜４シリンダボアは第１〜４ピストンとともに各々圧縮室を形成している。各圧縮室は前段から後段に向けて容積が小さくされている。
【０００３】
第１〜４ピストンは、それぞれカム９１に向かって延びるピストンロッド９２〜９５を一体に有している。各ピストンロッド９２〜９５の一端にはフランジ９２ａ〜９５ａが固定されており、フランジ９２ａ〜９５ａの摺動面９２ｂ〜９５ｂがカム９１のプロフィールと摺接している。これにより、この多段圧縮機では、ピストンロッド９２〜９５がカム９１のプロフィールによって従動し、第１〜４ピストンがカム９１の回転に従ってリフト方向で第１〜４シリンダボア内を往復動するようになっている。
【０００４】
また、特許文献２の図１等には、他の構成の多段圧縮機が開示されている。この多段圧縮機は、一対のクランクが回転することによって、各ピストンがリフト方向で第１〜４シリンダボア内を往復動するようになっている。また、この多段圧縮機では、各ピストンロッドとクランク側に設けられたコンロッドとの摺接面にローラが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５３−２２２０６号公報
【特許文献２】特開平６−２６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１記載の多段圧縮機では、摺動面９２ｂ〜９５ｂが平面状に形成されているため、図８に示すように、例えば、摺動面９２ｂとカム９１のプロフィールとが接点Ｆ１の一点のみで摺接することになる。このため、各摺動面９２ｂ〜９５ｂが受ける面圧が大きい。また、各摺動面９２ｂ〜９５ｂに潤滑剤を塗布等した場合も、平面であることからその潤滑剤が流れ易く、潤滑剤の効果を長時間維持することができない。これらのため、この多段圧縮機では、各ピストンロッド９２〜９５に対する負担が大きく、各ピストンの耐久性、ひいては多段圧縮機の耐久性が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
一方、上記特許文献２記載の多段圧縮機では、各ピストンロッドに設けられたローラにより、各コンロッドと各ピストンロッドとが線接触するため、各ピストンロッドの負担を軽減することが可能となっているものの、ローラの分だけ多段圧縮機自体の構成が複雑であり、製造コストが増大してしまう問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、製造コストの上昇を抑制しつつ、優れた耐久性を発揮可能な多段圧縮機を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多段圧縮機は、中心軸線回りに回転可能であり、プロフィールが規定されたカムと、複数のシリンダボアと、該カムの回転によって該プロフィールと摺接し、リフト方向に延びる複数本のピストンロッドと、各該ピストンロッドと一体に設けられ、該カムの回転によって該リフト方向で各該シリンダボア内を往復動する複数のピストンと、各該シリンダボア及び各該ピストンによって形成される複数の圧縮室と、各該圧縮室毎に吸入弁を介して連通する吸入室と、各該圧縮室毎に吐出弁を介して連通する吐出室とを備え、前段の該吐出室が後段の該吸入室に連通して各該圧縮室が多段に気体を圧縮可能な多段圧縮機において、
各前記ピストンロッドの一部をなし、前記プロフィールと摺接する摺動面は、摺接する該プロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径で該プロフィールから離れる方向に凹んでいることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
本発明の多段圧縮機では、カムのプロフィールと摺接する各ピストンロッドの摺動面がプロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径でプロフィールから離れる方向に凹んでいる。このため、各摺接面とプロフィールとがそれぞれ面で接触する。このため、各摺動面が受ける面圧が低減されている。
【００１１】
また、この多段圧縮機では、各摺動面が凹んでいることにより、各摺動面に潤滑剤を塗布等した場合に各摺動面に潤滑剤が残り易く、潤滑剤による効果を長時間維持することが可能となる。
【００１２】
さらに、この多段圧縮機では、各ピストンロッドとカムとの間にローラを有していないことから、多段圧縮機自体の構成が簡易である。
【００１３】
したがって、本発明の多段圧縮機では、製造コストの上昇を抑制しつつ、優れた耐久性を発揮することが可能となっている。
【００１４】
本発明の多段圧縮機は２段以上で気体を圧縮可能である。ピストンのストロークは各段の所望の圧縮比に基づいて共通に設計される。気体は、天然ガス、冷媒、二酸化炭素等であり得る。
【００１５】
摺動面は、カムの回転方向に凹んでいるばかりでなく、回転方向に直交する方向にも凹んでいる構成とし得る（請求項２）。この場合も面圧が低減され、優れた耐久性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１、２の多段圧縮機の全体を示す断面図である。
【図２】実施例１、２の多段圧縮機の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図３】実施例１に係り、第１フランジの第１摺動面を示す座面図である。
【図４】実施例１に係り、カムと第１ピストンとを示す側面図である。
【図５】実施例１に係り、図４のＶ部分を示す拡大図である。
【図６】実施例２に係り、第１フランジの第１摺動面を示す座面図である。
【図７】従来の多段圧縮機の一部を示す断面図である。
【図８】従来の多段圧縮機に係り、図７のＶＩＩＩ部分を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施例１、２を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（実施例１）
実施例の多段圧縮機は、図１に示すように、３段に気体を圧縮するものである。この多段圧縮機は、カムケース１と、第１〜３エンドプレート２〜４と、第１〜３シリンダブロック５〜７と、第１〜３シリンダヘッド８〜１０とを備えている。カムケース１、第１〜３エンドプレート２〜４、第１〜３シリンダブロック５〜７及び第１〜３シリンダヘッド８〜１０がハウジングである。
【００１９】
カムケース１は中心軸線Ｏに直交する断面で見てＹ字形状をしており、その内部には同じくＹ字形状のカム室１ａが形成されている。カム室１ａ内には、中心軸線Ｏに沿って延びる駆動軸１１が図示しないモータによって回転可能に設けられており、駆動軸１１には中心軸線Ｏ回りに回転可能なカム１２が固定されている。カム１２の外周面がプロフィールとされている。
【００２０】
中心軸線Ｏから放射方向に延びるカムケース１の三つの先端にはそれぞれ第１〜３エンドプレート２〜４を介して第１〜３シリンダブロック５〜７が固定されている。
【００２１】
図２に示すように、第１エンドプレート２にはボス２ａがカム室１ａに向かって形成されており、ボス２ａには中心軸線Ｏから離れる方向に延びる軸孔２ｂが貫設されている。第１シリンダブロック５には軸孔２ｂと同心で中心軸線Ｏから離れる方向に延びる第１シリンダボア５ａが貫設されている。
【００２２】
第１シリンダブロック５の先端には、第１弁ユニット１３を介して第１シリンダヘッド８が接合されている。第１弁ユニット１３は、吸入ポート１４ａ及び吐出ポート１４ｂが貫設された弁板１４と、第１シリンダボア５ａ側で弁板１４に当接されて吸入ポート１４ａを閉じ得る吸入弁としての吸入弁１５と、第１シリンダボア５ａとは逆側で弁板１４に当接されて吐出ポート１４ｂを閉じ得る吐出弁１６とからなる。吸入弁１５及び吐出弁１６は差圧によって弾性変形するようになっている。
【００２３】
第１シリンダヘッド８には、第１吸入室８ａ及び第１吐出室８ｂが形成されている。第１吸入室８ａは吸入ポート１４ａ及び吸入弁１５を介して第１シリンダボア５ａと連通するようになっている。第１吐出室８ｂは吐出弁１６及び吐出ポート１４ｂを介して第１シリンダボア５ａと連通するようになっている。
【００２４】
第１エンドプレート２の軸孔２ｂ内には、第１ピストンロッド１７が往復動可能に収納されており、軸孔２ｂと第１ピストンロッド１７との間には軸封装置４１が設けられている。第１ピストンロッド１７の一端にはカム１２と摺接する第１フランジ１８が固定されており、第１ピストンロッド１７の他端には第１ピストンヘッド１９が固定されている。第１ピストンヘッド１９、第１ピストンロッド１７及び第１フランジ１８によって第１ピストン２０が構成されている。
【００２５】
第１フランジ１８には、ばね座１８ａが形成されており、第１エンドプレート２とばね座１８ａとの間には、第１ピストン２０を下死点側に付勢する第１コイルばね２１が設けられている。第１シリンダボア５ａにおける第１ピストンヘッド１９と第１弁ユニット１３との間が第１圧縮室２２とされている。なお、第１ピストンヘッド１９にピストンリングを設けることもできる。
【００２６】
図１に示す第２、３エンドプレート３、４、第２、３シリンダブロック６、７、第２、３シリンダボア６ａ、７ａ、第２、３シリンダヘッド９、１０、第２、３弁ユニット２３、２４、第２、３ピストン２５、２６及び第２、３コイルばね２７、２８もそれぞれ上記と同様の構成である。そして、第２、３ピストン２５、２６と第２、３弁ユニット２３、２４との間は、それぞれ第２、３圧縮室２９、３０とされている。第２圧縮室２９は、第２弁ユニット２３を介して第２吸入室９ａ及び第２吐出室９ｂと連通している。第３圧縮室３０は、第３弁ユニット２４を介して第３吸入室１０ａ及び第３吐出室１０ｂと連通している。
【００２７】
この多段圧縮機では、第１〜３ピストン２０、２５、２６のストロークは同じであるが、前段から後段に向けて順に第１〜３圧縮室２２、２９、３０の容積が小さくなっている。つまり、この多段圧縮機では、第１圧縮室２２における気体の圧縮行程が第１段目の圧縮行程となり、第２圧縮室２９における気体の圧縮行程が第２段目の圧縮行程となり、第３圧縮室３０における気体の圧縮行程が最終である第３段目の圧縮行程となる。また、第１〜３シリンダボア５ａ〜７ａは、それぞれカム１２の回転方向に沿って、所定の角度で配置されている。
【００２８】
第１吸入室８ａには、図示しない気体の供給元であるボンベ等から延びる吸入管１０１が接続されている。また、第１吐出室８ｂと第２吸入室９ａとは配管１０２によって接続されている。さらに、第２吐出室９ｂと第３吸入室１０ａとは配管１０３によって接続されている。そして、第３吐出室１０ｂには吐出管１０４が接続されており、吐出管１０４は図示しない気体の供給先へと接続されている。
【００２９】
図１、２に示すように、この多段圧縮機では、第１〜３ピストン２０、２５、２６に固定された第１〜３フランジ１８、４２、４３において、プロフィールと摺接する第１〜３摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂがプロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径でプロフィールから離れる方向に凹んでいる。以下、第１フランジ１８の第１摺動面１８ａを例に説明する。
【００３０】
図３に示すように、この第１フランジ１８は矩形状に形成されており、平面視で矩形状の第１摺動面１８ｂが、カム１２の回転方向（図１、２、４に示す実線矢印方向）で凹む形状となっている。第１摺動面１８ｂは、カム１２が摺動する領域を含むように形成される。すなわち、第１摺動面１８ｂにおけるカム１２の回転方向と平行する方向（長辺側）の長さαは、カム１２が１回転する際の接触位置の移動距離とほぼ等しく形成されている。また、第１摺動面１８ｂにおけるカム１２の回転方向と直交する方向（短辺側）の長さβは、カム１２の軸方向の幅とほぼ等しく形成されている（図４参照）。なお、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂは、カム１２の回転方向と平行する方向でプロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径で凹む形状であれば、その形状を問わない。
【００３１】
以上のように構成された多段圧縮機では、カム１２が１回転する間に、例えば０Ｍｐａの気体が第１圧縮室２２でＰ１Ｍｐａまで昇圧され、Ｐ１Ｍｐａの気体が第２圧縮室２９でＰ２Ｍｐａまで昇圧され、Ｐ２Ｍｐａの気体が第３圧縮室３０でＰ３Ｍｐａまで昇圧される。こうして、第１〜３圧縮室２２、２９、３０が３段に気体を圧縮する。
【００３２】
この多段圧縮機では、上記のように、第１〜３フランジ１８、４２、４３の各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂがプロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径でプロフィールから離れる方向に凹んでいる。このため、図５に示すように、例えば、第１摺動面１８ｂとプロフィールとが面で接触し、その接触面Ｆ２が図８に示す従来の多段圧縮機における接点Ｆ１と比較して広くなっている。このため、この多段圧縮機では、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂが受ける面圧が低減されている。
【００３３】
また、この多段圧縮機では、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂが凹んでいることにより、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂに潤滑剤を塗布等した場合に各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂに潤滑剤が残り易く、潤滑剤による効果を長時間維持することが可能となる。
【００３４】
さらに、この多段圧縮機では、第１〜３ピストンロッド１７、２５ａ、２６ａとカム１２との間にローラを有していないことから、多段圧縮機自体の構成が簡易である。
【００３５】
したがって、この多段圧縮機によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、優れた耐久性を発揮することが可能となっている。
【００３６】
特に、この多段圧縮機において、図３に示すように、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂにおける長辺の長さαは、カム１２が１回転する際の接触位置の移動距離とほぼ等しく形成されている。また、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂにおける短辺の長さβは、カム１２の軸方向の幅とほぼ等しく形成される。このため、カム１２がいずれの回転位置にある場合でも、確実に各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂにおける面圧を低減することができる。
【００３７】
（実施例２）
実施例２の多段圧縮機は、実施例１の多段圧縮機における第１〜３フランジ１８、４２、４３に替えて、第１〜３フランジ１８０、４２０、４３０がそれぞれ第１〜３ピストン２０、２５、２６に固定されている（図１参照）。
【００３８】
第１〜３フランジ１８０、４２０、４３０における第１〜３摺動面１８０ｂ、４２０ｂ、４３０ｂは、それぞれ、プロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径でプロフィールから離れる方向に凹んでいる。以下、第１フランジ１８０の第１摺動面１８０ｂを例に説明する。
【００３９】
図６に示すように、この第１フランジ１８０は、円形状に形成されており、第１摺動面１８０ｂは、平面視で中心点Ｃを中心とし、その曲率半径がプロフィールの曲率半径よりも大きくなる半径で、第１フランジ１８０と同心円状に凹んでいる。また、この第１摺動面１８０ｂは、カム１２の回転方向（図１、２、４に示す実線矢印方向）と平行する方向及び直交する直角方向で凹む形状となっている（図２、４参照）。なお、各摺動面１８０ｂ、４２０ｂ、４３０ｂは、カム１２の回転方向と平行する方向及び直交する直角方向であって、プロフィールの曲率半径よりも大きな曲率半径で凹む形状であれば、その形状を問わない。他の構成は、実施例１の多段圧縮機と同様であり、同一の構成については、同一の符号を付して構成に関する詳細な説明を省略する。
【００４０】
この多段圧縮機では、各フランジ１８０、４２０、４３０における各摺動面１８０ｂ、４２０ｂ、４３０ｂが、カム１２の回転方向に凹んでいるばかりでなく、回転方向に直交する方向にも凹んでいる。このため、各フランジ１８０、４２０、４３０における面圧が低減される。このため、この多段圧縮機も優れた耐久性を発揮可能となっている。他の効果は実施例１の多段圧縮機と同様である。
【００４１】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００４２】
例えば、実施例１、２の多段圧縮機において、カムケース１、第１〜３シリンダブロック５〜７及び第１〜３シリンダヘッド８〜１０にそれぞれ空冷フィンを設けることもできる。この場合には、気体の圧縮によって生じる熱を好適に放熱することで、気体をより圧縮し易いとともに、発熱による多段圧縮機の性能低下を好適に防止することができる。
【００４３】
また、実施例１の多段圧縮機において、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂの長辺の長さαについて、カム１２の接触位置の移動距離より長く形成することができる。また、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂの短辺の長さβについて、カム１２の幅より長く形成することもできる。また、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂは、第１フランジ１８、４２、４３のカム１２に対向する面の全面に形成することもできる。この場合には、摺動面の加工が容易となる。
【００４４】
さらに、実施例１、２の多段圧縮機において、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂ又は各摺動面１８０ｂ、４２０ｂ、４３０ｂの形状は同一とすることができる。この場合には、各摺動面１８ｂ、４２ｂ、４３ｂ又は各摺動面１８０ｂ、４２０ｂ、４３０ｂの加工が容易となり、製造コストの一層の低減も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は天然ガスの充填装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
Ｏ…中心軸線
１２…カム
５ａ〜７ａ…シリンダボア（５ａ…第１シリンダボア、６ａ…第２シリンダボア、７ａ…第３シリンダボア）
１７、２５ａ、２６ａ…ピストンロッド（１７…第１ピストンロッド、２５ａ…第２ピストンロッド、２６ａ…第３ピストンロッド）
２２、２９、３０…圧縮室（２２…第１圧縮室、２９…第２圧縮室、３０…第３圧縮室）
１５…吸入弁
８ａ、９ａ、１０ａ…吸入室（８ａ…第１吸入室、９ａ…第２吸入室、１０ａ…第３吸入室）
１６…吐出弁
８ｂ、９ｂ、１０ｂ…吐出室（８ｂ…第１吐出室、９ｂ…第２吐出室、１０ｂ…第３吐出室）
１８ｂ、１８０ｂ、４２ｂ、４２０ｂ、４３ｂ、４３０ｂ…摺動面（１８ｂ、１８０ｂ…第１摺動面、４２ｂ、４２０ｂ…第２摺動面、４３ｂ、４３０ｂ…第３摺動面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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