JP5379115B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、水素、ヘリウム等のガスを圧縮して高圧ガスを供給先に供給する往復動圧縮機に関するものである。

この種の往復動圧縮機としては、例えば特許文献１（特許第４２２７５０１号公報）に記載されているものが知られている。図７は、特許文献１に記載された往復動圧縮機の全体構成を示す図である。

この往復動圧縮機は、シリンダ２とクランクケース４との間にクロスガイド３を備えている。前記シリンダ２と前記クロスガイド３とを隔てる隔壁１０には、この隔壁１０を貫通するピストンロッド９が摺動可能に嵌挿される油切り部材１１が設けられている。前記シリンダ２内のピストン８で仕切られた、図７における左側の空間である圧縮室２ａに、この圧縮室２ａ側へのガスの流入を許容する入側逆止弁１２ａを有する吸込ライン１２が連通している。そして、この吸込ライン１２の入側逆止弁１２ａと前記シリンダ２との間に、このシリンダ２内のピストン８で仕切られた、図７における右側の空間（反圧縮空間）であるクランク側室２ｂから連通ライン１５が連通している。

また、クランクケース４内にクランク軸５が設けられており、このクランク軸５の回転が、コネクティングロッド６を介してクロスヘッド７、ピストンロッド９に伝達され、ピストン８の往復運動に変換される。前記シリンダ２内をこのピストン８が往復運動することにより、ガスが圧縮されるようになっている。

また、前記圧縮室２ａから図示しない圧縮ガスの供給先側に、供給先側への圧縮ガスの流れを許容する向きに出側逆止弁１３ａが介装されている吐出ライン１３が設けられている。そして、前記吸込ライン１２の前記入側逆止弁１２ａとシリンダ２の間と、前記吐出ライン１３の出側逆止弁１３ａとシリンダ２との間が、バイパス弁１４ａが介装されているバイパスライン１４で接続されている。さらに、前記クランクケース４に、このクランクケース４内の圧力を大気中に放出することで吸込圧力以下に制御するベント弁１６ａが介装されているガス放出ライン１６が接続されている。

ところで、この種の高圧のガス供給の用途に適用される往復動圧縮機においては、ピストンロッド９に大きな荷重変動が加わるため、ピストンロッド９とクロスヘッド７との連結部分にその荷重変動が伝達され、前記連結部分に微小な相対すべり、すなわち、いわゆるフレッティング（fretting）が生じる。このフレッティングは、摩耗損傷、すなわちフレッティング磨耗をひきおこす。

さらに、フレッティング磨耗により摩耗粉が生じ、ピストンロッド９とクロスヘッド７との連結部分の接触面には金属酸化物が堆積し、すなわち、いわゆるフレッティング・コロージョンが生じるおそれがある。

このようなフレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンを防止するには、ピストンロッド９とクロスヘッド７とをしまり嵌めによる嵌合にて互いを連結し、ピストンロッド９とクロスヘッド７との間のフレッティングの発生自体を抑制することが効果的である。しかしながら、前記しまり嵌めによる嵌合での連結では、メンテナンス時の組立作業性の低下を招き、現実的でない。

特許第４２２７５０１号公報

そこで、本願発明の課題は、ピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造として、メンテナンス時の組立作業性の低下を招くことなく、フレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンの発生を抑制することができる連結構造を備えた往復動圧縮機を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、内部にピストンが収容され、圧縮室が形成されるシリンダと、基端側が前記ピストンに連結され、先端側がクロスヘッドに連結されるピストンロッドと、前記クロスヘッドと回転駆動されるクランク軸とを連結するコネクティングロッドとを備え、前記クランク軸の回転運動が前記コネクティングロッドを介して前記シリンダ内の前記ピストンを往復運動させることにより、ガスを圧縮する往復動圧縮機において、前記ピストンロッドとして、ロッド本体部と該ロッド本体部より小径のロッド先端部とからなり、前記ロッド先端部が前記ロッド本体部側から順に形成された第１括れ部、軸方向に延びるロッド当接部、第２括れ部、おねじ部及び前記ロッド当接部の表面に設けられた耐摩耗性被膜を有するピストンロッドを備え、前記ピストンロッドと前記クロスヘッドとを連結する連結手段として、円形外周形状をなすボス部と、これより大径で円形外周形状をなし、外周部に複数のボルト用貫通孔が形成されたフランジ部とからなり、前記ボス部から前記フランジ部にかけて軸心部に貫通するピストンロッド用貫通孔を有し、ボス部の先端面がロッド先端部との段差面に当接し、前記第１括れ部、前記ロッド当接部及び前記第２括れ部が前記ピストンロッド用貫通孔内に位置し、前記ピストンロッド用貫通孔によって前記ロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して嵌められる連結部材と、前記ロッド先端部の前記おねじ部に螺合され、前記ピストンロッドの前記ロッド先端部に前記連結部材を固定する固定ナットと、前記クロスヘッドに突設され、前記連結部材の前記ボルト用貫通孔に挿通される植込みボルトと該植込みボルトに螺合されるナットとからなり、前記クロスヘッドと前記ピストンロッドに固定された前記連結部材とを締結する締結部材と、を備え、軸方向において前記第１括れ部と前記第２括れ部との長さの和よりも前記ロッド当接部が長いことを特徴とする往復動圧縮機である。

請求項２の発明は、請求項１記載の往復動圧縮機において、前記耐摩耗性被膜が、クロムめっき被膜であることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１記載の往復動圧縮機において、前記耐摩耗性皮膜が、タングステンカーバイトの溶射被膜であることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１記載の往復動圧縮機において、前記耐摩耗性被膜がタングステンカーバイトの溶射被膜であり、該溶射被膜が前記ピストンロッドの前記ロッド本体部から前記ロッド当接部にわたって設けられていることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、内部にピストンが収容され、圧縮室が形成されるシリンダと、基端側が前記ピストンに連結され、先端側がクロスヘッドに連結されるピストンロッドと、前記クロスヘッドと回転駆動されるクランク軸とを連結するコネクティングロッドとを備え、前記クランク軸の回転運動が前記コネクティングロッドを介して前記シリンダ内の前記ピストンを往復運動させることにより、ガスを圧縮する往復動圧縮機において、前記ピストンロッドとして、ロッド本体部と該ロッド本体部より小径のロッド先端部とからなり、前記ロッド先端部が前記ロッド本体部側から順に形成された第１括れ部、軸方向に延びるロッド当接部、第２括れ部及びおねじ部を有するピストンロッドを備え、前記ピストンロッドと前記クロスヘッドとを連結する連結手段として、円形外周形状をなすボス部と、これより大径で円形外周形状をなし、外周部に複数のボルト用貫通孔が形成されたフランジ部とからなり、前記ボス部から前記フランジ部にかけて軸心部に貫通するピストンロッド用貫通孔を有し、ボス部の先端面がロッド先端部との段差面に当接し、前記第１括れ部、前記ロッド当接部及び前記第２括れ部が前記ピストンロッド用貫通孔内に位置し、前記ピストンロッド用貫通孔によって前記ロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して嵌められ、さらに前記ピストンロッド用貫通孔を形成する内周面に前記ロッド当接部に臨むグリース溜りが設けられた連結部材と、前記ロッド先端部の前記おねじ部に螺合され、前記ピストンロッドの前記ロッド先端部に前記連結部材を固定する固定ナットと、前記クロスヘッドに突設され、前記連結部材の前記ボルト用貫通孔に挿通される植込みボルトと該植込みボルトに螺合されるナットとからなり、前記クロスヘッドと前記ピストンロッドに固定された前記連結部材とを締結する締結部材と、を備え、軸方向において前記第１括れ部と前記第２括れ部との長さの和よりも前記ロッド当接部が長いことを特徴とする往復動圧縮機である。

請求項１〜４の往復動圧縮機では、ピストンロッドとクロスヘッドとが、しまり嵌めによる嵌合によって連結されるのではなく、連結部材を介してボルト、ナットによる締結によって連結されるように構成されている。また、前記ピストンロッドのロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して前記連結部材が嵌められ、前記ピストンロッドと前記連結部材とのフレッティング運動が生じる結合部（密接部）である前記ロッド当接部には、その表面に耐摩耗性被膜が設けられている。これにより、請求項１〜４の往復動圧縮機は、ピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造として、メンテナンス時の組立作業性の低下を招くことなく、フレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンの発生を抑制しうる連結構造を備えることができる。

請求項５の往復動圧縮機では、ピストンロッドとクロスヘッドとが、しまり嵌めによる嵌合によって連結されるのではなく、連結部材を介してボルト、ナットによる締結によって連結されるように構成されている。また、ピストンロッド用貫通孔によって前記ピストンロッドのロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して前記連結部材が嵌められ、前記ピストンロッドと前記連結部材とのフレッティング運動が生じる結合部（密接部）である前記ピストンロッド用貫通孔を形成する内周面には、前記ロッド当接部に臨むグリース溜りが設けられている。これにより、請求項５の往復動圧縮機は、ピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造として、メンテナンス時の組立作業性の低下を招くことなく、フレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンの発生を抑制しうる連結構造を備えることができる。

本発明の第１実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図である。 図１に示す往復動圧縮機におけるピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造を示す断面図である。 図２におけるピストンロッドを示す側面図である。 図２における連結部材を示す断面図である。 図３におけるピストンロッドのロッド当接部の断面図である。 本発明の第２実施形態による往復動圧縮機におけるピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造を示す断面図である。 特許文献１に記載された往復動圧縮機の全体構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態による往復動圧縮機の全体構成を示す図、図２は図１に示す往復動圧縮機におけるピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造を示す断面図、図３は図２におけるピストンロッドを示す側面図、図４は図２における連結部材を示す断面図、図５は図３におけるロッド当接部の断面図である。

ここで、本発明の第１実施形態による往復動圧縮機１は、ピストンロッド２０とクロスヘッド３０との連結構造が異なる点以外は、前記図７に示される特許文献１に記載された往復動圧縮機と同一の構成であるので、該往復動圧縮機と同一構成部分には図７と同一の符号を付して説明を省略し、前記連結構造について以下に説明する。

図１，図２において、２０は基端側がピストン８に連結され、先端側がクロスヘッド３０に連結されるピストンロッドである。そして、クロスヘッド３０のクロスヘッドピン３１に、図示しないクロスヘッドピンブッシュを介してコネクティングロッド６の一端側の先端部が嵌合されており（図２参照）、これにより、コネクティングロッド６は、クロスヘッドピン３１を中心として、揺動可能にクロスヘッド３０に連結されている。

前記ピストンロッド２０は、円柱状をなし、その材質が合金鋼又はステンレス鋼であり、図３に示すように、ロッド本体部２１と該ロッド本体部２１より小径のロッド先端部２２とからなっている。そして、ロッド先端部２２には、ロッド本体部２１側から順に、第１括れ部２２ａ、円柱状をなして軸方向に延びるロッド当接部２２ｂ、第２括れ部２２ｃ及びおねじ部２２ｄが形成されている。また、前記ロッド当接部２２ｂの表面には、耐摩耗性被膜としてクロムめっき被膜２３が設けられている（図５参照）。クロムめっき被膜２３の厚みは、０．１００ｍｍ〜０．１５０ｍｍ程度である。

連結部材４０は、ピストンロッド２０をクロスヘッド３０に連結するための連結部材である。連結部材４０は、図４に示すように、小径で円形外周形状をなすボス部４１とこれより大径で円形外周形状をなすフランジ部４２とからなり、ボス部４１からフランジ部４２にかけて軸心部を貫通するピストンロッド用貫通孔４３と、フランジ部４２の外周部に設けられた複数、例えば４つのボルト貫通孔４４とを有している。なお、連結部材４０の材質は、炭素鋼である。

次に、前記ピストンロッド２０と前記クロスヘッド３０との連結について説明する。まず、ピストンロッド２０のロッド先端部２２に連結部材４０を外嵌する。すなわち、連結部材４０を、そのボス部４１の先端面がロッド本体部２１の先端面（ロッド先端部２２との段差面）に当接するまで前進させてロッド先端部２２の外側に嵌め込む。これにより、ロッド先端部２２の第１括れ部２２ａ、ロッド当接部２２ｂ及び第２括れ部２２ｃがピストンロッド用貫通孔４３内に位置し、かつ、ピストンロッド用貫通孔４３を形成する内周面にロッド当接部２２ｂが密接し、さらに、おねじ部２２ｄがピストンロッド用貫通孔４３から突出した状態で、ロッド先端部２２に連結部材４０が外嵌される。連結部材４０は、ロッド先端部２２に対して嵌脱可能となっている。

そして、連結部材４０が外嵌されたロッド先端部２２のおねじ部２２ｄに固定ナット５１を螺合して、ピストンロッド２０のロッド先端部２２に連結部材４０を固定する。

次いで、ピストンロッド２０のロッド先端部２２に固定された連結部材４０とクロスヘッド３０とをボルト・ナットにて締結する。すなわち、クロスヘッド３０には、連結部材４０のフランジ部４２に設けられた前記ボルト貫通孔４４の位置に対応して、複数、例えば４本の植込みボルト５２が突設されている。そして、これらの植込みボルト５２をロッド先端部２２に固定された連結部材４０の前記ボルト貫通孔４４に挿通させ、これらの植込みボルト５２にナット５３を螺合させることにより、連結部材４０を介してピストンロッド２０とクロスヘッド３０とを連結する。

前記植込みボルト５２と前記ナット５３は、クロスヘッド３０とピストンロッド２０に固定された連結部材４０とを締結する締結部材を構成している。また、前記連結部材４０、前記固定ナット５１、前記植込みボルト５２及び前記ナット５３は、ピストンロッド２０とクロスヘッド３０とを連結する連結手段を構成している。

このように、本実施形態による往復動圧縮機１では、ピストンロッド２０とクロスヘッド３０とが、しまり嵌めによる嵌合によって連結されるのではなく、連結部材４０を介してボルト、ナットによる締結によって連結されるように構成されている。また、ピストンロッド２０のロッド当接部２２ｂの外側に該ロッド当接部２２ｂに密接して連結部材４０が嵌められ、ピストンロッド２０と連結部材４０とのフレッティング運動が生じる結合部（密接部）であるロッド当接部２２ｂには、その表面に耐摩耗性被膜であるクロムめっき被膜２３が設けられている。このクロムめっき被膜２３が設けられていることで、フレッティング初期の特徴である２面間の凝着が極めて軽微で、かつ、金属や金属酸化物のアブレシブ粒子（Abrasive particle）が発生しても耐摩耗性に優れるため、表面膜であるクロムめっき被膜２３が傷付きにくい。

したがって、本実施形態による往復動圧縮機１は、ピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造として、メンテナンス時の組立作業性の低下を招くことのないものであって、フレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンの発生を抑制することができる連結構造を備えることができる。

ここで、往復動圧縮機１において、前記ロッド当接部２２ｂの表面に設けられる耐摩耗性被膜としては、前記クロムめっき被膜に限らず、施工が容易で耐摩耗性に優れるタングステンカーバイトの溶射被膜を設けるようにしてもよい。この溶射被膜の厚みは、０．１００ｍｍ〜０．１５０ｍｍ程度である。

また、往復動圧縮機１において、タングステンカーバイトの溶射被膜が、前記ピストンロッド２０の前記ロッド本体部２１から前記ロッド当接部２２ｂにわたって設けられていてもよい。ロッド本体部２１の表面にもタングステンカーバイトの溶射被膜を設けることにより、ロッド本体部２１と該ロッド本体部２１が摺動可能に嵌挿される油切り部材１１（図１参照）との密接部（摺動部分）においても、磨耗を抑制することができる。

図６は本発明の第２実施形態による往復動圧縮機におけるピストンロッドとクロスヘッドとの連結構造を示す断面図である。ここで、この第２実施形態による往復動圧縮機は、ピストンロッドの一部と連結部材の一部とが前記第１実施形態による往復動圧縮機１と異なる点以外は、往復動圧縮機１と同一構成であるので、この異なる点について、以下に説明する。

図６において、ピストンロッド２０’は、そのロッド当接部２２ｂの表面に耐摩耗性被膜が設けられていない点以外は、前記第１実施形態による往復動圧縮機１のピストンロッド２０と同一構成である。また、連結部材４０’は、ピストンロッド用貫通孔４３を形成する内周面に、ピストンロッド２０’のロッド当接部２２ｂに臨むグリース溜り４５が形成されている点以外は、前記第１実施形態による往復動圧縮機１の連結部材４０と同一構成である。

このように、この第２実施形態による往復動圧縮機では、ピストンロッド２０と連結部材４０’とのフレッティング運動が生じる結合部（密接部）であるピストンロッド用貫通孔４３を形成する内周面には、ピストンロッド２０’のロッド当接部２２ｂに臨むグリース溜り４５が設けられている。グリース溜り４５は、前記内周面の円周に沿う環状溝部であり、この例では２個のグリース溜り４５が設けられている。

したがって、グリースをグリース溜り４５に滞留させて長期間にわたってピストンロッド２０’と連結部材４０’との結合部（ロッド当接部２２ｂとピストンロッド用貫通孔４３を形成する内周面との密接部）に施すことができる。よって、グリース溜り４５を設けることにより、グリース溜り４５のない場合に比べ、長時間運転後のグリース残留量が多くなるので、新規塗布後、次の定期補修で再塗布を行うまでの期間（２年〜４年）、グリースを枯渇させず、フレッティング磨耗、フレッティング・コロージョンの発生を抑制することができる。

１…往復動圧縮機
２０，２０’…ピストンロッド
２１…ロッド本体部
２２…ロッド先端部
２２ａ…第１括れ部 ２２ｂ…ロッド当接部 ２２ｃ…第２括れ部
２２ｄ…おねじ部 ２３…クロムめっき被膜（耐摩耗性被膜）
３０…クロスヘッド ３１…クロスヘッドピン
４０，４０’…連結部材
４１…ボス部 ４２…フランジ部
４３…ピストンロッド用貫通孔 ４４…ボルト用貫通孔 ４５…グリース溜り
５１…固定ナット ５２…植込みボルト ５３…ナット

Claims (5)

1. 内部にピストンが収容され、圧縮室が形成されるシリンダと、基端側が前記ピストンに連結され、先端側がクロスヘッドに連結されるピストンロッドと、前記クロスヘッドと回転駆動されるクランク軸とを連結するコネクティングロッドとを備え、前記クランク軸の回転運動が前記コネクティングロッドを介して前記シリンダ内の前記ピストンを往復運動させることにより、ガスを圧縮する往復動圧縮機において、
   前記ピストンロッドとして、ロッド本体部と該ロッド本体部より小径のロッド先端部とからなり、前記ロッド先端部が前記ロッド本体部側から順に形成された第１括れ部、軸方向に延びるロッド当接部、第２括れ部、おねじ部及び前記ロッド当接部の表面に設けられた耐摩耗性被膜を有するピストンロッドを備え、
   前記ピストンロッドと前記クロスヘッドとを連結する連結手段として、
   円形外周形状をなすボス部と、これより大径で円形外周形状をなし、外周部に複数のボルト用貫通孔が形成されたフランジ部とからなり、前記ボス部から前記フランジ部にかけて軸心部に貫通するピストンロッド用貫通孔を有し、ボス部の先端面がロッド先端部との段差面に当接し、前記第１括れ部、前記ロッド当接部及び前記第２括れ部が前記ピストンロッド用貫通孔内に位置し、前記ピストンロッド用貫通孔によって前記ロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して嵌められる連結部材と、
   前記ロッド先端部の前記おねじ部に螺合され、前記ピストンロッドの前記ロッド先端部に前記連結部材を固定する固定ナットと、
   前記クロスヘッドに突設され、前記連結部材の前記ボルト用貫通孔に挿通される植込みボルトと該植込みボルトに螺合されるナットとからなり、前記クロスヘッドと前記ピストンロッドに固定された前記連結部材とを締結する締結部材と、を備え、
   軸方向において前記第１括れ部と前記第２括れ部との長さの和よりも前記ロッド当接部が長いことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記耐摩耗性被膜が、クロムめっき被膜であることを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機。
3. 前記耐摩耗性皮膜が、タングステンカーバイトの溶射被膜であることを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機。
4. 前記耐摩耗性被膜がタングステンカーバイトの溶射被膜であり、該溶射被膜が前記ピストンロッドの前記ロッド本体部から前記ロッド当接部にわたって設けられていることを特徴とする請求項１記載の往復動圧縮機。
5. 内部にピストンが収容され、圧縮室が形成されるシリンダと、基端側が前記ピストンに連結され、先端側がクロスヘッドに連結されるピストンロッドと、前記クロスヘッドと回転駆動されるクランク軸とを連結するコネクティングロッドとを備え、前記クランク軸の回転運動が前記コネクティングロッドを介して前記シリンダ内の前記ピストンを往復運動させることにより、ガスを圧縮する往復動圧縮機において、
   前記ピストンロッドとして、ロッド本体部と該ロッド本体部より小径のロッド先端部とからなり、前記ロッド先端部が前記ロッド本体部側から順に形成された第１括れ部、軸方向に延びるロッド当接部、第２括れ部及びおねじ部を有するピストンロッドを備え、
   前記ピストンロッドと前記クロスヘッドとを連結する連結手段として、
   円形外周形状をなすボス部と、これより大径で円形外周形状をなし、外周部に複数のボルト用貫通孔が形成されたフランジ部とからなり、前記ボス部から前記フランジ部にかけて軸心部に貫通するピストンロッド用貫通孔を有し、ボス部の先端面がロッド先端部との段差面に当接し、前記第１括れ部、前記ロッド当接部及び前記第２括れ部が前記ピストンロッド用貫通孔内に位置し、前記ピストンロッド用貫通孔によって前記ロッド当接部の外側に該ロッド当接部に密接して嵌められ、さらに前記ピストンロッド用貫通孔を形成する内周面に前記ロッド当接部に臨むグリース溜りが設けられた連結部材と、
   前記ロッド先端部の前記おねじ部に螺合され、前記ピストンロッドの前記ロッド先端部に前記連結部材を固定する固定ナットと、
   前記クロスヘッドに突設され、前記連結部材の前記ボルト用貫通孔に挿通される植込みボルトと該植込みボルトに螺合されるナットとからなり、前記クロスヘッドと前記ピストンロッドに固定された前記連結部材とを締結する締結部材と、を備え、
   軸方向において前記第１括れ部と前記第２括れ部との長さの和よりも前記ロッド当接部が長いことを特徴とする往復動圧縮機。

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