(57)【要約】【課題】経時的なシール性能の低下を防止すると共に交換時期の延長を可能とする。【解決手段】シリンダ３７内をピストン２０が往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンがシリンダヘッド側からヘッド側ピストンリングユニット２６，２７とクランク軸側ピストンリングユニット２４を具備し、前記ヘッド側ピストンリングユニットは合成樹脂製の環状ピストンリング３５を有し、前記クランク軸側ピストンリングユニットはシリンダヘッド側端面が受圧面であり、クランク軸側端部がスカート状に拡大する合成樹脂製の円筒状ピストンリング３３を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンがシリンダヘッド側からヘッド側ピストンリングユニットとクランク軸側ピストンリングユニットを具備し、前記ヘッド側ピストンリングユニットは合成樹脂製の環状ピストンリングを有し、前記クランク軸側ピストンリングユニットはシリンダヘッド側端面が受圧面であり、クランク軸側端部がスカート状に拡大する合成樹脂製の円筒状ピストンリングを有していることを特徴とする高圧ガス圧縮機。
【請求項２】
前記円筒状ピストンリングのクランク軸側端部は、テーパ状に拡大しているテーパリングに嵌合されている請求項１の高圧ガス圧縮機。
【請求項３】
前記環状ピストンリングと前記円筒状ピストンリング間には高圧ガスが充満する間隙が形成される請求項１の高圧ガス圧縮機。
【請求項４】
前記環状ピストンリングの外周面に所要数の溝が刻設された請求項１の高圧ガス圧縮機。
【請求項５】
前記テーパリングは合成樹脂製である請求項２の高圧ガス圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガス等のガスを高圧に圧縮する圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガス等のガスを高圧に圧縮する圧縮機として、往復動圧縮機が複数段連設され、各段の圧縮機毎に順次圧縮圧を高めて、所望の高圧を得るものがある。
【０００３】
斯かる高圧ガス圧縮機として例えば特許文献１に示されるものがある。特許文献１に示された高圧ガス圧縮機を、図４に於いて説明する。
【０００４】
クランクケース１にクロスヘッドガイド２が複数放射状に設けられ、該クロスヘッドガイド２の先端に該クロスヘッドガイド２と同心にシリンダ３が設けられている。前記クロスヘッドガイド２にはクロスヘッド４が摺動自在に設けられ、前記シリンダ３にはピストン５が摺動自在に設けられ、該ピストン５と前記クロスヘッド４とは同心に連結されている。
【０００５】
前記クランクケース１にはクランク軸６が回転自在に設けられ、該クランク軸６に連結ロッド７を介して前記クロスヘッド４が連結され、前記クランク軸６は図示しないモータに連結されている。
【０００６】
前記シリンダ３のシリンダヘッドには吸排気弁ユニット８が設けられ、該吸排気弁ユニット８には吸気排気用の配管（図示せず）が連結されている。又、前記吸排気弁ユニット８，８間はクーラ（図示せず）を介して前記配管により連結されており、低圧側のシリンダ３からの排気ガスは前記クーラにより冷却されて高圧側のシリンダ３の吸気口に導かれる様になっている。
【０００７】
図示しないモータにより前記クランク軸６を回転することで、前記連結ロッド７、クロスヘッド４を介して前記ピストン５を往復動し、吸気、圧縮を行い、更に各シリンダ３で複数段で昇圧することで、最終的に高圧ガスを排気する様になっている。
【０００８】
前記ピストン５にはシリンダ内を気密室とする為、ピストンリングが設けられている。又、高圧化するガスが天然ガス等の場合、潤滑油が混入するのは好ましくなく、従って、無給油方式のピストンリングが用いられている。
【０００９】
図５は従来のピストン１１及び該ピストン１１に嵌装されたピストンリング群１２を示している。
【００１０】
前記ピストン１１は、ピストンロッド１３の先端部分は細径のピストン芯軸１４となっており、該ピストン芯軸１４に前記ピストンリング群１２が設けられる構成となっている。
【００１１】
該ピストンリング群１２は、前記ピストン芯軸１４に多段（図５では１２段）に嵌装されるフランジリング１５と該フランジリング１５に外嵌される２個宛のピストンリング１６によって構成されている。該ピストンリング１６は合成樹脂で形成され、自己潤滑性を有し、無給油で耐摩耗性・シール性を有している。
【００１２】
又、前記ピストンリング１６はリングの一箇所が切断されており、若干直径が縮小された状態で設けられ、前記シリンダ３の内面（シリンダライナ）に所要の面圧で摺接する様になっている。
【００１３】
即ち、前記フランジリング１５は金属製であり、胴部１５ａとフランジ部１５ｂを有し、該フランジ部１５ｂにピストンリング１６が外嵌される。該ピストンリング１６が外嵌された前記フランジリング１５を多段に連設することで、フランジ１５ｂ間に溝が形成され、該溝に前記ピストンリング１６が嵌装された状態となる。
【００１４】
前記ピストンリング群１２の先端に合成樹脂製のライダリング１７が設けられ、該ライダリング１７と前記ピストンリング群１２とは前記ピストン芯軸１４の先端に螺着されたナット１８により一体化されている。前記ライダリング１７は前記ピストンリング群１２のガイド機能を有し、前記ピストンリング１６が摩耗した場合も、前記シリンダ３の内面（シリンダライナ）に前記フランジ部１５ｂが接触しない様になっている。
【００１５】
上記した従来の高圧ガス圧縮機のピストン１１では、ピストンリング１６を多段に設け、それぞれをシリンダライナに摺接させることで、高圧力差をシールしている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平８−２７０５６３号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のピストン１１では、多段のピストンリング１６の各段で所要圧力差をシールする構造となっているが、該ピストンリング１６がシリンダライナに所要の面圧で摺接しているので、経時的な摩耗は避けられない。所要段のピストンリング１６、例えば半分のピストンリング１６が摩耗し、シール性能が低下すると高圧ガス圧縮機として所定の性能が得られない。この為、所要可動時間毎にピストンリング１６の交換が必要であり、交換作業に伴う高圧ガス圧縮機の停止は、高圧ガス圧縮機の稼働率に影響し、交換時期の延長が望まれていた。
【００１８】
本発明は斯かる実情に鑑み、経時的なシール性能の低下を防止すると共に交換時期の延長を可能とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンがシリンダヘッド側からヘッド側ピストンリングユニットとクランク軸側ピストンリングユニットを具備し、前記ヘッド側ピストンリングユニットは合成樹脂製の環状ピストンリングを有し、前記クランク軸側ピストンリングユニットはシリンダヘッド側端面が受圧面であり、クランク軸側端部がスカート状に拡大する合成樹脂製の円筒状ピストンリングを有している高圧ガス圧縮機に係るものである。
【００２０】
又本発明は、前記円筒状ピストンリングのクランク軸側端部は、テーパ状に拡大しているテーパリングに嵌合されている高圧ガス圧縮機に係り、又前記環状ピストンリングと前記円筒状ピストンリング間には高圧ガスが充満する間隙が形成される高圧ガス圧縮機に係り、又前記環状ピストンリングの外周面に所要数の溝が刻設された高圧ガス圧縮機に係り、更に又前記テーパリングは合成樹脂製である高圧ガス圧縮機に係るものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
本発明が実施される高圧ガス圧縮機の基本的な構成は、図４で示した高圧ガス圧縮機と同等であるので、図示を省略し、図１は高圧ガス圧縮機のピストン２０を示している。又、図１中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２３】
ピストンロッド１３よりピストン芯軸１４がシリンダヘッド側に延出し、前記ピストン芯軸１４に基端（クランク軸６側端、図４参照）側から、ピストン座金２１、基部ライダリング２２、ピストン座金２３、第３ピストンリングユニット２４、ピストン座金２５、第２ピストンリングユニット２６、第１ピストンリングユニット２７、先端部ライダリング２８が順次嵌装され、ナット１８が前記ピストン芯軸１４の先端（シリンダヘッド側端）に螺着される。
【００２４】
尚、前記ナット１８を締込み、前記ピストン芯軸１４に初期張力を発生させておけば、温度膨張時の締付け力の低下を防止でき、或は見かけ上の剛性を増大させることができる。
【００２５】
前記第３ピストンリングユニット２４について説明する。
【００２６】
前記ピストン芯軸１４に嵌合する胴部３１の基端に合成樹脂製のテーパリング３２が嵌着され、前記胴部３１と前記テーパリング３２に掛渡って円筒状のピストンリング３３が嵌装される。尚、前記テーパリング３２は前記胴部３１に所要の締め代を持って締嵌めされることが好ましい。
【００２７】
前記テーパリング３２は基部側に向って漸次増大するテーパ面３２ａを有しており、該テーパ面３２ａの先端の外径は前記胴部３１の外径以下となっている。又、図示では前記テーパ面３２ａは凹円錐曲面となっているが単に円錐曲面であってもよく、或は凸円錐曲面であってもよい。更に、前記テーパ面３２ａの直径増加率は、圧縮比、摩耗率を考慮して設定する。
【００２８】
ピストンリング３３は合成樹脂製であり、基端部が前記テーパリング３２に嵌合することで、スカート状に拡大されている。
【００２９】
前記第２ピストンリングユニット２６、第１ピストンリングユニット２７は同一構造となっている。前記第２ピストンリングユニット２６について説明する。
【００３０】
前記第２ピストンリングユニット２６は、前記ピストン芯軸１４に嵌合するリングホルダ３４を有している。該リングホルダ３４には合成樹脂製のピストンリング３５が外嵌され、該ピストンリング３５は断面が略矩形の環状であり、外周面には複数の溝３５ａが形成されている。
【００３１】
前記ピストンリング３５、前記先端部ライダリング２８はシリンダライナ３７に略隙間なく摺接する外径を有し、前記ピストン座金２３、ピストン座金２５、リングホルダ３４のフランジ部３４ａの外径は、前記ピストンリング３５、前記先端部ライダリング２８の外径よりも摩耗分だけ小さくなっている。又、前記テーパリング３２の外径は前記シリンダライナ３７の内径よりも僅かに、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度小さくなっている。前記テーパリング３２とシリンダライナ３７間の間隙は小さく、該テーパリング３２とシリンダライナ３７とが接触する虞れがあるが、上記した様に前記テーパリング３２は合成樹脂製であるので、前記シリンダライナ３７を傷つけることがなく、又接触による発熱を防止できる。
【００３２】
前記基部ライダリング２２、テーパリング３２、ピストンリング３３、ピストンリング３５、先端部ライダリング２８の材質としては、好ましくはポリイミド系、エポキシ系合成樹脂、そしてポリエーテルエーテルケトン系樹脂又はポリテトラフルオロエチレン樹脂等の弗素系合成樹脂が用いられる。
【００３３】
以下、前記ピストン２０の作動について、図１と図４を参照し、説明する。
【００３４】
前記ピストン２０がシリンダ３内を往復動して、天然ガス等のガスを高圧に圧縮すると、前記圧縮時の高圧ガスは、前記先端部ライダリング２８、２段のピストンリング３５と前記シリンダライナ３７との僅かな隙間を通って前記ピストンリング３３の先端と前記第２ピストンリングユニット２６のピストンリング３５との間隙３８に浸入する。該間隙３８に充満した高圧ガスは前記ピストンリング３３の先端面（受圧面）に作用して該ピストンリング３３を基端側に押圧する。
【００３５】
該ピストンリング３３は前記押圧力によって基端部が拡大され、前記ピストンリング３３の基端は前記シリンダライナ３７に摺接する。又、前記ピストンリング３３の基端と前記シリンダライナ３７間の面圧は、前記押圧力によって発生する。
【００３６】
而して、前記ピストンリング３３の基端は、適正な面圧で前記シリンダライナ３７に摺接し、シール機能を発する。又、前記ピストンリング３３の基端は、漸次摩耗して行くが、前記ピストンリング３３が前記間隙３８の高圧ガスにより押出されるので、前記ピストンリング３３の軸長は短くなって行くが、シール機能は変化しない。
【００３７】
図２（Ａ）は、前記ピストンリング３３を装着した初期状態、図２（Ｂ）は、前記ピストンリング３３の交換時期を示しているものであり、図２（Ｂ）中、Ｌで示す長さだけ摩耗したことを示している。即ち、本実施の形態では前記ピストンリング３３がＬの長さだけ摩耗する迄間の寿命を有しており、前記ピストンリング３３の寿命迄シール性能は変らない。
【００３８】
前記ピストンリング３５とシリンダライナ３７間の間隙は小さく、吸気時等シリンダ内が低圧となった場合に前記間隙３８からシリンダ内に漏出するガスは少なく、前記間隙３８内の高圧ガスは、前記第２ピストンリングユニット２６、第１ピストンリングユニット２７に封入された状態となるので、前記ピストン２０が吸気、排気状態となっても、高圧ガスが前記間隙３８から漏出して、圧縮効率に悪影響を及すことがない。又、前記ピストンリング３５の表面に溝３５ａが刻設され、該ピストンリング３５の周面の面積が少なくなっていることから、該ピストンリング３５と前記シリンダライナ３７間で摩擦が生じた場合など、前記ピストンリング３５が摩耗することで、他の部位に悪影響が及ぶのを防止している。
【００３９】
尚、テーパリング３２は前記胴部３１と一体に成形されたものであってもよい。
【００４０】
又、前記第２ピストンリングユニット２６、第１ピストンリングユニット２７の２段としたが、ピストンリングユニットは１段或は３段以上としてもよい。
【００４１】
図３は、本発明の他の実施の形態を示しており、該他の実施の形態では前記胴部３１を省略して前記テーパリング３２を前記ピストン芯軸１４に直接固着したものである。前記他の実施の形態では、ピストン径を小さくする場合、或は前記ピストン芯軸１４の強度を増大する為、該ピストン芯軸１４の径を太くする場合に有用である。更に、前記胴部３１と前記テーパリング３２とを一体部品、好ましくは合成樹脂製の一体部品としてもよい。
【００４２】
又、前記第３ピストンリングユニット２４を２段等、複段に設けてもよい。この場合、各段のピストンリング３３の先端にはそれぞれ間隙３８を形成し、それぞれの間隙３８を所要の手段で連通し、各ピストンリング３３の先端面に高圧ガスの圧力が作用する様にする。
【００４３】
（付記）
尚、本発明は下記の実施の態様を含む。
【００４４】
（付記１）シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンがシリンダヘッド側からヘッド側ピストンリングユニットとクランク軸側ピストンリングユニットを具備し、前記ヘッド側ピストンリングユニットは合成樹脂製の環状ピストンリングを有し、前記クランク軸側ピストンリングユニットはシリンダヘッド側端面が受圧面であり、クランク軸側端部がスカート状に拡大する合成樹脂製の円筒状ピストンリングを有し、前記ヘッド側ピストンリングユニットのヘッド側にライダリングが設けられ、前記クランク軸側ピストンリングユニットのクランク軸側にもう１つのライダリングが設けられたことを特徴とする高圧ガス圧縮機。
【００４５】
（付記２）前記環状ピストンリングの外径はシリンダ内径より僅かに小さく、前記円筒状ピストンリングのクランク軸側端は前記シリンダの内面に摺接する付記１の高圧ガス圧縮機。
【００４６】
（付記３）前記ヘッド側ピストンリングユニットは１以上設けられ、該ヘッド側ピストンリングユニットの数は圧縮圧によって決定される付記１の高圧ガス圧縮機。
【００４７】
（付記４）前記ヘッド側ピストンリングユニットとクランク軸側ピストンリングユニットはピストンロッドより延出するピストン芯軸に設けられ、前記クランク軸側ピストンリングユニットは前記ピストン芯軸に嵌合する胴部と該胴部のクランク軸側に設けられた合成樹脂製のテーパリングとを有し、前記円筒状ピストンリングは胴部とテーパリングとに掛渡って嵌合される付記１の高圧ガス圧縮機。
【００４８】
（付記５）前記胴部と前記テーパリングとは一体である付記４の高圧ガス圧縮機。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、シリンダ内をピストンが往復動してガスの圧縮を行う高圧ガス圧縮機に於いて、前記ピストンがシリンダヘッド側からヘッド側ピストンリングユニットとクランク軸側ピストンリングユニットを具備し、前記ヘッド側ピストンリングユニットは合成樹脂製の環状ピストンリングを有し、前記クランク軸側ピストンリングユニットはシリンダヘッド側端面が受圧面であり、クランク軸側端部がスカート状に拡大する合成樹脂製の円筒状ピストンリングを有しているので、円筒状ピストンリングは受圧面からの押圧力でクランク軸側端部がシリンダ内面に押付けられ、効果的にシールが行われ、クランク軸側端部が摩耗した場合も、受圧面からの押圧力でクランク軸側端部が押出されるのでシール性能が変ることがない。更に前記環状ピストンリングがピストンの高圧側をシールしているので前記円筒状ピストンリングが摩耗し間隙が増大しても、圧縮効率を低下させることがない。
【００５０】
又本発明は、前記環状ピストンリングの外周面に所要数の溝が刻設されたので、環状ピストンリングに摩擦等生じた場合に該環状ピストンリングが摩耗し、他の部位への影響を抑制することができる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は同前実施の形態の作動説明図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す部分断面図である。
【図４】高圧ガス圧縮機の概略断面図である。
【図５】従来例の要部断面図である。
【符号の説明】
１          クランクケース
３          シリンダ
６          クランク軸
１３        ピストンロッド
１４        ピストン芯軸
２０        ピストン
２２        基部ライダリング
２４        第３ピストンリングユニット
２６        第２ピストンリングユニット
２７        第１ピストンリングユニット
２８        先端部ライダリング
３１        胴部
３２        テーパリング
３３        ピストンリング
３５        ピストンリング
３８        間隙
【図１】
2004353556.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004353556.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004353556.tif 000007