JPS6185591A - 多シリンダ型往復式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は構造がコンパクトで軽量且つ信頼性の高い多シ
リンダ型往復式圧縮機に関し、詳細には１個のクロスヘ
ッドに複数のピストン及びシリンダを設けて必要機能を
複合的に搭載しそれでも尚構造がコンパクトで軽量であ
ると共に、主スローに／＜５ンスピストンを組合せたバ
ランシングにより前記スローの回転部分など、に作用す
る慣性力を完全にバランスすることのできる多シリンダ
型往復式圧縮機に関するものである。

まず、第１乃至第３図に基づいて本発明で解決すべき２
つの課題について順番に述へる。まず第１の課題である
が、第１図は従来例を示す断面説明図でガスの圧縮に用
いる往復式無潤滑圧縮機を例示する断面模式図である。

往復式無潤滑圧縮機（以下単に圧縮機という）Ｋ内には
クランク機構と、該クランク機構に連結されてガスを加
圧するピストン機構から構成される９図においてクラン
ク機構Ｐはクランクケースｌ、クランク軸Ｏ２りランク
ピン５．接合棒６．クランク軸受Ｂ、タラツクピン軸Ｊ
ＣＢ’　＋クロスへ７ドピンＧ、クロスヘッドピン軸受
Ｃよりなり、ピストン機構Ｑはクロスへ７ド８．クロス
ヘッドガイド７、ピストン杯９．ピストンリング２を設
けたピストンｌＯ。

クランク３よりなる。そして無潤滑の圧ｌｉｉ槻にの場
合ンリンダ３とクランクケース１の間にはディスタンス
ピース４をｊＱけてクランクケースｌ内の潤滑油がピス
トン杯９の往復動によってシリンダ３内へ流入するのを
防止し、ピストン杯９が貫通する両壁にはクランクケー
ス１側から順にオイルワイパーリング１１およびロッド
パツキン１２が設けられている。そして通常は油切りを
充分に行なう為にディスタンスピース４の長さ即ち前記
オイルワイパーリング１１とロッドパツキン１２間の距
ｆｉＭとしてクランク機構Ｐの１ストローク又はそれ以
上の長さを確保する様に構成されているが油切りを更に
徹底する必要のある場合にはピストン杯９上に図示する
様な油切りリング１３を設けて潤滑油がシリンダ３側へ
侵入するのを防止する様に構成されている。従って油切
りを必要とする圧縮機には、油切りを必要としない油ｉ
１Ｔ！滑式圧縮機に比してディスタンスピース４の長さ
分（Ｍ）だけその構造が長くなり従ってその分だけ重量
も重い、又ディスタンスピース４を設けたために圧縮機
内に余分なスペースが必要であるがそのスペースは圧１
ｉｉｓ！能を増大するために用いられているものではな
く、不経済な装置になっていると言わなければならない
、同様にディスタンスピースを用いない従来の油潤滑式
の圧縮機にしてもそのスペースが充分活用されていると
はこえない、特に近年に到って超高速成は極超低温など
の最先端技術と組合わせて用いられる場合を考慮すると
、機能的にすぐれていることは勿論のことであるが同時
に構造がコンパクトで軽量の圧縮機であることが不可欠
の要件となってきている。

次に第２の課題について述べる。第２図はピストンの往
復動機構の説明図で、クランク半径ｒ。

接合棒の長さ文、接合棒比ｒ／又＝入、上死点Ｘから測
ったクランク角度θ、接合杯とシリンダ軸線との角度β
、ピストンの上死点Ｘからの変位量Ｘ、ピストン速速度
Ｃツクランク角速度、ピストン加速度α、クランク回転
速度Ｎｒｐｍとすると、ピストンの加速度αは通常次式
であられされる。

即ち ａ　＝　ｒｏｉ”　（ＣＯ５Ｏ＋λｃｏｓ２０）　　　
　　　　　　−＝−＋１）前記の加速度によりピストン
、ピストン林、クロスヘッド、接合棒、クランクビンな
どに作用する慣性力Ｆは、これらの往復動１１１ｗとす
ると・・・・・（２） で与えられる。

接合棒の様にクロスヘッドの一端が往復運動し、クラン
クピン側が回転運動する場合には往復動慣性力Ｆ１と遠
心加速度による遠心力ＦＢ　を生ずる。ピストンの面に
作用する圧縮カスの力は、機械内部の作用・反作用の力
であり、圧縮機の基礎を通じて外部への力にはならない
が、前記往復動慣性力Ｆｉ　、遠心力ＦＢならびにこれ
らの力によって生ずるモーメントは外力として作用する
。

これらの外力をできるだけ小さくシ、振動の発生を減ら
す手段として例えば通常の１シリング力式圧縮機の場合
には、クランクアームの反対側にバランスウェートを取
り付ける。しかしバランスウェートを、接合棒の先端部
の回転重量を含めた全回゛転部分とつりあわせるだけつ
けたのでは、柱＆７動慣性力Ｆｌがまるまる残ることに
なるので。

汀通はバランスウェートをこれより大きくし、往復動慣
性力Ｆ１の５０％を遠心力と釣り合わせるようにしてい
る（ハーフバランス）、第３図にこれらの、力関係を示
す０図の様にバランスウェートをハーフバランス（ｆｉ
）にすれば任意にクランク角度θにおいて、白抜矢印で
示すピストンの往復動力向の慣性力Ｆ　ｘ　　［Ｆ　ｓ
　−”’ｒａ）２（０３／７　３　　（以ｙ 下１次慣性力という）とバランスウェートの遠心１〜ｖ
２ 力Ｆ１３［ＦＩＩ　＝２　ｙ　ｒ　ｍ　　］　とを合成
した合力ＦＮは左方に書いた図の様な分布となり、１下
・左右とすることができる、Ｉ！Ｉ］ちピストンの往復
動方向に見ると１次慣性力Ｆ１は半分になるが、直角方
となる。つまりこ・れはハーフバランスによって１次慣
性力Ｆ１の一部分を垂直方向に変化させただけに過ぎな
い、又前記（２）式中の第２項の慣性力（以下２次慣性
力という）をＦ２とすると、の式から理解できる様に２
次慣性力Ｆ２中には２ωの角速度項を含んでいるから、
クランク軸の２倍の角速度の慣性力Ｆ２をバランスウェ
ートだけで釣り合わせることは不可能である。この様に
現行のバランスウェートによるハーフバランスでは１次
慣性力の軽減はできても、垂直方向には軽に２次慣性力
（Ｆ２）の不釣合に対しては全く作用していないから、
慣性力に対するバランスは完全に解決されていないわけ
であって圧！ｌ＆ｉ機の振動の原因となっており、高速
回転化、更にはストは−クの短縮化をはばんでいる。

本発明は以上の様な事情に着目してなされたものであっ
て、必要機能を確保しつつ往復式圧縮機内の構造をコン
パクト化、軽量化すると共に、主スローに組合わせたバ
ランスピストンを設けて前記主スローの回転部分などに
作用する慣性力に対するバランスを完全に解決すること
のできる多シリンダ型往復式圧ｌｉｉ機を提供しようと
するものである。

即ち上記目的を達成し得た本発明の構成とは、往復式圧
縮機において、クランク軸中心とクロスヘッド中心点を
結ぶ中心線と直交する面内であってクランク機構をはさ
んで前記クロスヘッドと反対側にあってクロスヘッドの
中心点を外した位置に複数個のピストン棒を突設し、該
ピストン棒の先に各々ピストン及びシリンダを設けて複
数の往復体を構成した多シリンダ型往復式圧縮機であっ
て、前記中心線に直角な平面を含み前記複数の往復体か
らなる主スローの重心位置から夫々等距離間隔をおいた
前記往復体間の空間にあって、前記クランク機構の接合
棒取付位置と１８０°位相をずらした位置から、夫々前
記複数の往復体からなる主スローの往復質量の半分の質
量に相当するバランスピストンを前記複数の往復体から
なる主スローと同一の回転半径・同一長さの接合棒を介
して取出したことを要旨とするものである。

以下実施例を示す図面に基づいて本発明の構成及び作用
効果を具体的に説明するが、下記実施例は一具体例に過
ぎず、もとより前・後記の趣旨に徴して種々設計を変更
することは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

第４図は本発明の多シリンダ型圧縮機を例示する断面模
式図、第５図は第４図のＶ−Ｖ＊断面矢視図、第６図は
第５図の矢印■方向から見た図、第７図は第５図の■〜
■線断面矢視図、第８図は作動説明図を示す０図示され
た縦型の圧縮機Ｋａは、クランクＩＩｄＩＯの中心とク
ロスへラド８の中心点を結ぶ中心ｍＬ（一点鎖線）と直
交する面内であってクランク機構Ｐをはさんでクロスヘ
ッド８と反対側でＪｌつクロスへラドピンＧの中心点を
外した位置Ｔａ　、Ｔａに複数個のピストン棒９ａ。

９ａを突設すると共に、該ピストン棒９ａ、９ａの先に
夫々ピストンリング２ａを設けたピストン１０ａ、１０
ａ及びシリンダ３ａ、３ａを設けて構成された多シリン
ダ型圧縮機である。圧縮機Ｋａのクランクケース１ａは
シリンダ３ａ、３ａと対向して設けられ、ディスタンス
ピース４ａ。

４ａは夫々その両壁に設けられたオイルワイパーリング
Ｌｌａとコンドパツキン１２ａ間の必要距ｇ１Ｍを保持
しつつクランクケース１ａ内に設けられている。一方中
心線りに直角な平面を含み複数の往復体Ｖａ、Ｖａの重
心位２１ｚから夫々等距離間隔ａ、ａをおいた往復体Ｖ
ａとＶａの間の空間にはバランスピストン１４ａ、１４
ａが設けられている。そしてバランスピストン１４ａは
接合棒６の取付位置と１８０°位相をずらした位置Ｓに
設けたクランクピン１６ａとクランクビン軸受Ｂ′、バ
ランスピストンピン軸受Ｈを介して接合棒１７ａと連設
されている。尚接合棒１７ａの長さ文は接合棒６の長さ
文と同一長さとし、接合林１７ａは接合棒６と同一回転
半径ｒを有するものとする。

第６図は往復体Ｖａ　、Ｖａのシリンダ３ａ。

３ａの間に配置したバランスピストン１４ａ。

１４ａを示している。即ち往復体Ｖａのクロスへラド８
．ピストン１０ａを比重の小さい材料、例えばアルミニ
ウム合金やマグネシウム合金などの軽合金製とし、バラ
ンスピストン１４ａを鉄等の比ｔの大きい材料で製作し
、バランスピストン１４ａの長さ／直径の比を大きくす
ることによってこの様な配置とし、クランクケースｌａ
を薄型にし、又主軸受はスパンが小さくなるのでクラン
ク軸を細くすることができる。バランスピストン１４ａ
に沿って設けられたバランスピストン用ガイド１５ａは
二重管構造になっている。即ち第７図に示すバランスピ
ストン用ガイド１５ａは真中にバランスピストン１４ａ
を設け、その外側にはバランスピストン１４ａの頭部で
押出されるガス通路１８ａを形成している。又バランス
ピストン１４ａ、１４ａを設けるに際しては、夫々のバ
ランスピストン往復’ｆＪ　Ｍ　（／＜ランスピストン
１４ａ、１４ａ及びバランスピストンＨの質量と接合棒
１７ａの往復分質量の合計質量）が往復体Ｖａ、Ｖａの
合計往復質ｆｆ１Ｗ（クロスへラド８、ピストン棒９ａ
、９ａ、ピストンｌＯａ、１０ａの質量及び接合棒６の
往復分質量の合計質量）の百の関係になる様に構成する
。圧縮機Ｋａはクランク機構Ｐのクランク軸Ｏ，クラン
クビン５．接合棒６．クランク軸受Ｂ、クランクビン軸
受Ｂ。

クロスへラドビン軸受Ｃの構造は圧縮＠にと同じである
が、ピストン機構Ｑについては、クロスへラド８及びク
ロスヘッドガイド７が夫々単一であるのに対しピストン
棒９ａ、ピストン１０ａ。

シリンダ３ａが夫々複数個から構成され、ピストン機構
Ｑがクロスへラド８のクランク機構Ｐ側に設けられた点
が従来の圧縮機と全く異なりクランク機構Ｐの上下に形
成された空間を利用してディスタンスピース４ａ、４ａ
が設けであるので、クランク機構Ｐの余剰スペース分が
利用されたというだけでなくディスタンスピース４ａ、
４ａの長さ分とクランク機構Ｐの長さ分が、長さ方向に
見て同じスペース内に配設された分だけ短縮化されたこ
とになりその分クランクケース全体の軽量化に寄与する
ことができ多シリンダ化の効果と相まってその利用価値
が格段に向上することとなった。又ディスタンスピース
４ａ、４ａを設けなければそのまま油潤滑圧縮機として
も利用できる。

次に主スローＶａ　、Ｖａの有する往復質、ＩＷによっ
て発生する前記（２）式で表わされる慣性力Ｆに対して
１８０°位相をずらして設けた往復質量Ｗのバランスピ
ストン１４ａ、１４ａの慣性力ＦＣは Ｆｃ−シｒω２（ＣＯ８Ｏ＋λｃｏｓ２０）となり２個
のバランスピストンＬ４ａ、１４ａによって発生する合
計慣性力は ２　Ｆ　　　−町ｗ２ｔ　ｃｏｓＯ＋λｃｏｓ２０）と
慣性力の大きさが等しくなり、慣性力の方向が互いに逆
向きとなり、同じ大きさの慣性力Ｆと２ＦＱは打ち消し
合う、第８図はその状況を模式的に示した図である。

又偶力については主スローＶａから等距離ａで両側にバ
ランスピストン１４ａ、１４ａが配置されているので、
バランスピストン１４ａ、１４ａによる慣性力Ｆｃは主
スローＶａのまわりでＦＣｏ及び−Ｆ。ａとなるからお
互いに打消し合って一切発生しない。

次に第９図は第７図の他の例を示す図で、バランスピス
トン１４ｃがその中心を主スロー側ｙへ寄せるようにし
たバランスピストンガイド１５ｃを用いその反対側にガ
ス通路１８ｃを設けである。

第１０図は第６図の変形例を示す図で、主スローが４シ
リンダの場合の主スローのシリンダ３ｄとバランスピス
トン１４ｄの配置を例示している。バランスピストン１
４ｄ、１４ｄは２本宛のシリンダ３ｄ、３ｄの中間に設
けられ、ガス通路１８ｄはバランスピストン１４ｄ　、
１４ｄの間に設けである。この様に配置すれば２木に限
らず多シリンダ化が可能である。

本発明は以上の様に構成したから、次の様な効果を得る
ことができる。即ち （Ｄカウンター、ピストン方式によりストローク方向に
大幅な短縮化ができ、バランスピストンを設けてもコン
パクトな構造で軽量な多シリンダ型圧縮機が得られる。

（り主スローの回転部分などに作用する慣性力の残留不
釣合を完全に解消できて高速回転化やストロークの短縮
化も可能である。

■ｌスローでありながら多段圧縮−適用でき従来のスロ
ーの数を半分にすることができる多シリンダ型圧縮機が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す断面模式図、第２図、第３図は同
説明図、第４図は本発明を例示する断面模式図、第５図
は第４図のＶ−Ｖ１ｉ！断面矢視図。 第６図は第５図の■線矢視図、第７図は第５図の■−■
線断面矢視図、第８図は本発明の作動説明図、第９図は
他の実施例を示す断面模式図、第１０図は他の実施例を
示す説明図である。 １・・・クランクケース　　　２・・・ピストンリング
３・・・シリンダ ４・・・ディスタンスピース　５・・・クランクビン６
・・・接合棒 ７・・・クロスヘッドガイド　８・・・クロスへラド９
・・・ピストンＭ　　　　　　１０　・・・ピストン１
１・・・オイルワイパーリング １２・・・ロッドパツキン　　　１３・・・油切りリン
グ１４・・・バランスピストン １５・・・バランスピストン用ガイド １Ｂ・・・クランクビン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 往復式圧縮機において、クランク軸中心とクロスヘッド
   中心点を結ぶ中心線と直交する面内であってクランク機
   構をはさんで前記クロスヘッド配置側と反対側にあって
   クロスヘッドの中心点を外した位置に複数個のピストン
   棒を突設し、該各ピストン棒の先に各々ピストン及びシ
   リンダを設けて複数の往復体を構成した多シリンダ型往
   復式圧縮機であって、前記中心線に直角な平面を含み前
   記複数の往復体からなる主スローの重心位置から夫々等
   距離間隔をおいた前記往復体間の空間にあって、前記ク
   ランク機構の接合棒取付位置と１８０°位相をずらした
   位置から、夫々前記複数の往復体からなる主スローの往
   復質量の半分の質量に相当するバランスピストンを前記
   複数の往復体からなる主スローと同一の回転半径、同一
   長さの接合棒を介して取出したことを特徴とする多シリ
   ンダ型往復式圧縮機。