JP7009238B2 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを圧縮する往復動圧縮機に関する。

往復動圧縮機（以下、「圧縮機」と称される）は、ピストンをシリンダ内で往復動させ、シリンダ内のガスを圧縮する。クランクシャフトの回転力を、ピストンを往復動させる力としてピストンへ伝達するピストンロッドは、シリンダの下端に形成された開口部を閉じるリアヘッドを貫通する。一般的に、ピストンロッドとリアヘッドとの間の境界空間を通じたガスの漏出は、環状のロッドパッキンによって防がれる（特許文献１及び２を参照）。ロッドパッキンの内周部がピストンロッドの外周面に押しつけられるようにロッドパッキンは形成される。ロッドパッキンの内周部はピストンロッドの外周面に圧接されるので、シリンダ内のガスが、ロッドパッキンの内周部とピストンロッドの外周面との間の境界を通じて漏出することが防止される。

特開２０００－６５６９３号公報 特開２０１５－４０５１９号公報

ロッドパッキンの内周部とピストンロッドの外周面との間に僅かな空隙が生ずることがある。この場合、ガスは、ロッドパッキンの内周部とピストンロッドの外周面との間の僅かな空隙に入り込み、ロッドパッキンを押し拡げようとする。シリンダ内のガスの圧力が高いならば、ロッドパッキンを押し拡げようとする力は強くなるので、ロッドパッキンの内周部がピストンロッドの外周面から僅かに離れてしまうこともある。この場合、シリンダ内の高圧のガスは、ロッドパッキンの内周部とピストンロッドの外周面との間に形成された微小な隙間を通じて、シリンダの内部空間からリアヘッドによって仕切られた隣接空間へ漏出してしまうこともある。

多数のロッドパッキンがピストンロッドに沿って連設されるならば、シリンダからのガスの漏出のリスクは低くなる。この場合、多数のロッドパッキンが配設される領域が圧縮機内に形成されることが必要とされるので、圧縮機はピストンロッドの延設方向に大きくなりやすい。

本発明は、ピストンロッドとリアヘッドとの間の境界を通じたガスの漏出のリスクを低減する構造を有する小型の往復動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る往復動圧縮機は、シリンダと、前記シリンダの内周面に摺接するピストンと、前記ピストンの先端との間に圧縮室が形成されるように前記ピストンの先端側の前記シリンダの開口を閉じる第１リアヘッドと、前記ピストンの基端との間に空間が形成されるように前記ピストンの基端側の前記シリンダの開口を閉じる第２リアヘッドと、前記ピストンを駆動するためのクランク機構と、前記第２リアヘッドを貫通し、駆動力を前記クランク機構から前記ピストンに伝達するように前記ピストンと前記クランク機構とを連結するピストンロッドと、前記シリンダ内のガスが前記第２リアヘッドと前記ピストンロッドとの間の空隙から漏出することを防ぐロッドリング部と、を備える。前記ピストンロッドの外周面には、前記ピストンロッドの中心軸を取り囲む環状の溝部が形成されている。前記ロッドリング部は、前記溝部に嵌め込まれた内周部と、前記ピストンロッドが前記ピストンとともに前記中心軸の延設方向に往復動している間、前記第２リアヘッドの内周面に摺接される外周部と、を含む。

上記の構成によれば、ロッドリング部は、シリンダ内のガスが第２リアヘッドとピストンロッドとの間の空隙から漏出することを防ぐために用いられる。ロッドリング部は、ピストンロッドの外周面に形成された溝部に嵌め込まれた内周部を含むので、ロッドリング部とピストンロッドとの間に隙間が溝部内で形成される。シリンダ内でのピストンの往復動によって高圧化されたガスは、溝部内の境界に入り込み、ロッドリング部を押し拡げるように作用する。この結果、ロッドリング部の外周部は、第２リアヘッドの内周面に強く押し当てられる。

ロッドリング部の内周部は、ピストンロッドの外周面に形成された環状の溝部に嵌め込まれるので、ピストンロッドがピストンとともに往復動している間、ロッドリング部は、ピストンロッドとともに往復動する。この間、ロッドリング部の外周部は、第２リアヘッドの内周面に摺接される。上述の如く、ロッドリングの外周部は、強い力で第２リアヘッドの内周面に押しつけられるので、ピストンロッドとともに往復動するロッドリング部の外周部が第２リアヘッドの内周面に摺接されている間も、ロッドリング部は、シリンダ内のガスが第２リアヘッドとピストンロッドとの間の空隙から漏出することを防ぐことができる。すなわち、ピストンロッドと第２リアヘッドとの間の境界を通じたガスの漏出のリスクは、非常に小さくなる。

ピストンロッドの中心軸に向かう力によってガスの漏出を防ぐ従来のロッドパッキンとは異なり、シリンダ内のガスの圧力が高いほど、ロッドリング部の外周部から第２リアヘッドの内周面へ作用する圧接力は強くなるので、シリンダ内のガスの圧力が高くても、ロッドリング部は、シリンダ内のガスが第２リアヘッドとピストンロッドとの間の空隙から漏出することを防ぐことができる。したがって、ピストンロッドに沿って連設された多数のロッドパッキンを要することなく、シリンダからのガスの漏出は防止される。多数のロッドパッキンを配置するための空間は、往復動圧縮機に要求されないので、往復動圧縮機は、ピストンロッドの延設方向において小さな寸法を有し得る。
上記の構成において、前記シリンダは、前記第２リアヘッドと前記ピストンの前記基端との間の前記空間が他の圧縮室になるように構成されていてもよい。

上述の構成に関して、前記ピストンロッドは、第１ロッド部と、前記第１ロッド部と前記ピストンとの間で延設されているとともに前記第１ロッド部と同径の第２ロッド部と、を含んでもよい。前記溝部は、前記第２ロッド部に形成されていてもよい。

上記の構成によれば、溝部が形成された第２ロッド部は第１ロッド部と同径であるので、ピストンロッドは容易に製造される。

上記の構成に関して往復動圧縮機は、前記ピストンとともに往復動する前記ピストンロッドの前記第１ロッド部の外周面に摺接される内周縁を有する環状のロッドパッキン部を更に備えてもよい。

ロッドリング部は、ピストンロッドに取り付けられているため、第２リアヘッドの内周面側に摺動面を確保しなければならない。ロッドリング部としてロッドリングを多くつけすぎると、第２リアヘッドが軸長方向に長くなり、反って往復動圧縮機の構造が大きくなる。上記の構成によれば、第１ロッド部の外周面に摺接される内周部を有する環状のロッドパッキン部が追加的に設けられているので、第２リアヘッドの軸長を長くし、第２リアヘッド上の摺動面を別途長くするといった問題を生じず、往復動圧縮機の大型化が防止される。このように、要求されるシール性能と、ロッドリングの過度な取り付けによる往復動圧縮機の大型化を防止するという２つの観点に基づき、ロッドパッキンが付加的に選択されてもよい。

上記の構成に関して、前記ロッドリング部は前記中心軸の前記延設方向において間隔を空けて配列された複数のロッドリングを含んでもよい。前記溝部は、前記複数のロッドリングにそれぞれ対応して前記ピストンロッドの前記外周面に形成された複数の環状溝を含んでもよい。前記ロッドパッキン部は、前記複数のロッドリングよりも少数であり、且つ、前記第１ロッド部に沿って配列されたロッドパッキンを含んでもよい。

上記の構成によれば、ロッドリング部は、ピストンロッドの延設方向において間隔を空けて配列された複数のロッドリングを含み、且つ、溝部は、複数のロッドリングにそれぞれ対応してピストンロッドの外周面に形成された複数の環状溝を含むので、複数のロッドリングは、複数の環状溝に嵌め込まれる。この結果、第２リアヘッドの内周面は、ピストンロッドの延設方向において異なる位置において、複数のロッドリングの外周部によって圧接される。したがって、シリンダからのガスの漏出のリスクは、非常に低くなる。複数のロッドリングがガスの漏出を防止するための高い能力を発揮するので、ロッドパッキン部は、複数のロッドリングよりも少数のロッドパッキンにより構成されてもよい。

第１ロッド部に沿って配列された少数のロッドパッキンはピストンロッドの第１ロッド部の外周面に摺接されるので、ピストンロッドがピストンとともに往復動している間も変位しない。したがって、少数のロッドパッキンを配置するための配置領域は小さくてもよい。すなわち、往復動圧縮機は、ピストンロッドの延設方向において小さな寸法を有することができる。

上記の構成に関して、前記ピストンは、前記ピストンロッドよりも直径において大きくてもよい。前記ロッドリング部は、前記シリンダ、前記ピストン及び前記第２リアヘッドによって囲まれた前記空間から前記ピストンロッドと前記第２リアヘッドとの間の空隙への前記ガスの漏出を防いでもよい。

上記の構成によれば、ピストンは、ピストンロッドよりも直径において大きいので、シリンダ、ピストン及び第２リアヘッドによって囲まれた空間が形成される。ピストンが上死点に向かうとき、当該空間は広くなる一方で、ピストンが下死点に向かうとき、当該空間は狭くなる。この空間内のガスは、下死点に向かうピストンによって、ピストンロッドの外周面と第２リアヘッドの内周面との間の空隙に押し出されようとする。しかしながら、ロッドリング部がピストンロッドに取り付けられているので、当該空間からピストンロッドの外周面と第２リアヘッドの内周面との間の空隙へのガスの漏出は、ロッドリング部によって防止される。

上記の構成に関して、往復動圧縮機は、前記ピストンとともに往復動する前記ロッドリング部のストローク区間において、前記第２リアヘッドの前記内周面を冷却する冷却機構を更に備えてもよい。

上述の如く、ロッドリング部は、ピストンとともに往復動するピストンロッドに取り付けられているので、ロッドリング部もピストンとともに往復動する。この間、ロッドリング部の外周部は、第２リアヘッドの内周面に摺接されるので、第２リアヘッド及びロッドリング部に摩擦熱が発生する。上記の構成によれば、往復動圧縮機は、ピストンとともに往復動するロッドリング部のストローク区間において、第２リアヘッドの内周面を冷却する冷却機構を備えるので、ロッドリング部のストローク区間における第２リアヘッド及びロッドリング部の過度の昇温は生じない。この結果、第２リアヘッド及びロッドリング部の熱変形のリスクも低減される。第２リアヘッド及びロッドリング部の熱変形のない状態で、ロッドリング部の外周面が第２リアヘッドの内周面に摺接されるので、第２リアヘッドの内周面とロッドリング部の外周部との間の高いシール性能は維持される。

上記の構成に関して、前記冷却機構は、前記第２リアヘッドを冷却する冷却媒体を、前記ストローク区間において、前記第２リアヘッドに形成された流路に送り出す送出装置を含んでもよい。

上記の構成によれば、送出装置は、第２リアヘッドを冷却する冷却媒体を、ストローク区間において第２リアヘッドに形成された流路に送り出すので、第２リアヘッドは、冷却媒体によって冷却される。ロッドリング部の外周部は、ストローク区間において、シリンダの内周面に接触しているので、ロッドリング部も冷却媒体によって間接的に冷却される。したがって、ロッドリング部のストローク区間における第２リアヘッド及びロッドリング部の過度の昇温は生じない。

上述の技術は、設計者が、ピストンロッドとリアヘッドとの間の境界を通じたガスの漏出のリスクを低減する構造を有する小型の往復動圧縮機を設計することを可能にする。

第１実施形態の往復動圧縮機の概略的な断面図である。 一般的なロッドパッキンの概略的な斜視図である。 ロッドリング周りの往復動圧縮機の概略的な拡大断面図である。 第２実施形態の往復動圧縮機の概略的な断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の往復動圧縮機（以下、「圧縮機１００」と称される）の概略的な断面図である。図１を参照して、圧縮機１００が説明される。

圧縮機１００は、圧縮処理対象のガスが流れる吸引流路（図示せず）に連結され、圧縮機１００内に流入したガスを圧縮する。その後、圧縮機１００は、圧縮されたガスを蓄える蓄圧器や圧縮されたガスを利用する所定の装置に連結された吐出流路に、圧縮処理後のガスを吐出する。

図１は、圧縮機１００の一部として、シリンダ１１０を示す。加えて、図１は、鉛直方向に延びる鉛直軸線ＶＡＸを示す。シリンダ１１０は、鉛直軸線ＶＡＸに略一致する中心軸を有する略円筒状の部位である。鉛直軸線ＶＡＸは、シリンダ１１０の端部（上端及び下端）に形成された開口部に直交する仮想的な直線である。上述の吸引流路に連結された吸引口１１１，１１２及び上述の吐出流路に連結された吐出口１１３，１１４は、シリンダ１１０に形成される。シリンダ１１０の内部空間は、吸引口１１１，１１２を通じて流入したガスを圧縮するために利用される。

図１は、圧縮機１００の一部として、ピストン１２０と２つのリアヘッド１３１，１３２とを更に示す。シリンダ１１０、ピストン１２０及びリアヘッド１３１，１３２は、吸引口１１１，１１２を通じてシリンダ１１０内に流入したガスが閉じ込められる空間を形成する。ピストン１２０は、ガスが閉じ込められた空間内で往復動し、ガスを圧縮する。圧縮されたガスは、吐出口１１３，１１４を通じて上述の吐出流路へ送り出される。

ピストン１２０は、シリンダ１１０内に配置され、且つ、鉛直軸線ＶＡＸに略一致する中心軸を有する円柱状の部位である。ピストン１２０は、シリンダ１１０内で鉛直軸線ＶＡＸの延設方向において往復動する。リアヘッド１３１は、シリンダ１１０の下端に形成された開口部を閉じる。リアヘッド１３２は、シリンダ１１０の上端の開口部を閉じる。したがって、シリンダ１１０及びリアヘッド１３１，１３２は、吸引口１１１，１１２及び吐出口１１３，１１４を除いて閉じられた空間を形成する。図１に示されるように、シリンダ１１０の内周面とピストン１２０の下面とリアヘッド１３１の上面とによって囲まれた変容空間１１５がシリンダ１１０内に形成される。吸引口１１１及び吐出口１１３は変容空間１１５に連なる。ガスは吸引口１１１を通じて変容空間１１５に流入する。ピストン１２０は、図１に示される位置から下方に移動し、変容空間１１５を縮め、変容空間１１５内のガスを圧縮する。圧縮されたガスは、吐出口１１３を通じて上述の吐出流路へ排出される。本実施形態に関して、変容空間１１５は、ガスを圧縮するための圧縮室として利用されることができる。

図１は、圧縮機１００の一部として、クランク機構１４０とピストンロッド１５０とを更に示す。クランク機構１４０は、シリンダ１１０内でピストン１２０を往復動させるための駆動力を生成する。ピストンロッド１５０は、クランク機構１４０が生成した駆動力をピストン１２０に伝達する。

クランク機構１４０は、ピストン１２０の下方に配置されている。クランク機構１４０は、クランクシャフトと、コネクティングロッドと、クロスヘッドと、筒状のヘッドケースと、を含むことができる。クランクシャフトは、鉛直軸線ＶＡＸに直交する回転軸周りに回転する。コネクティングロッドは、クランクシャフトとヘッドケース内に配置されたクロスヘッドとに連結される。クロスヘッドは、鉛直軸線ＶＡＸに略一致する中心軸を有する柱体である。ヘッドケースは、鉛直軸線ＶＡＸに沿う方向のクロスヘッドの変位のみを許容する一方で、水平方向のクロスヘッドの変位を許容しない。クランクシャフトが回転する間、コネクティングロッドは、水平方向のクランクシャフトの変位成分を吸収するように姿勢を変える。したがって、クランクシャフトの回転運動は、コネクティングロッドとクロスヘッドとヘッドケースとによって、クロスヘッドの往復動に変換される。ピストンロッド１５０は、ピストン１２０の下面から下方に延び、クロスヘッドの上面に連結される。したがって、クロスヘッドの往復動は、ピストンロッド１５０を通じてピストン１２０に伝達される。この結果、ピストン１２０は上述の如く鉛直軸線ＶＡＸに沿って往復動することができる。

ピストンロッド１５０の中心軸は鉛直軸線ＶＡＸに略一致する。鉛直軸線ＶＡＸに沿って穿設された貫通孔が、シリンダ１１０の下端の開口部を閉じるリアヘッド１３１に形成される。シリンダ１１０の下端の開口部に直交する鉛直軸線ＶＡＸに沿って延設されたピストンロッド１５０は、リアヘッド１３１の貫通孔に挿通され、クランク機構１４０のクロスヘッドとピストン１２０とに連結される。

ピストンロッド１５０がリアヘッド１３１の貫通孔に挿通される結果、環状の境界がピストンロッド１５０の外周面とリアヘッド１３１の内周面との間に形成される。クランク機構１４０のクランクシャフトが上死点にあるとき、ピストン１２０は図１に示される位置に到達する。クランクシャフトがその後上死点から下死点へ移動すると、ピストン１２０はリアヘッド１３１に向けて下方に変位する。このとき、変容空間１１５は小さくなるので、変容空間１１５内のガスは圧縮される。この結果、変容空間１１５内のガスの一部は、ピストンロッド１５０の外周面とリアヘッド１３１の内周面との間の境界に形成された薄い環状空隙に押し出される。従来の往復動圧縮機に関して、ピストンロッド１５０の外周面とリアヘッド１３１の内周面との間の境界の空隙を通じて押し出されようとするガスを押し留めるために環状のロッドパッキンが用いられている。

上述の圧縮機１００の構造に従来のロッドパッキンが用いられるならば、ロッドパッキンの外周部はリアヘッド１３１の内周面に固定される一方で、ロッドパッキンの内周部はピストンロッド１５０の外周面に圧接される。すなわち、ピストンロッド１５０がピストン１２０とともに往復動している間、ロッドパッキンはリアヘッド１３１に対して相対的に変位しない一方で、ピストンロッド１５０に対して相対的に変位し、ピストンロッド１５０の外周面に摺接される。

＜ロッドパッキンが有する課題＞
図２は、一般的なロッドパッキン２００の概略的な斜視図である。図２を参照して、ロッドパッキン２００が有する課題が説明される。

ロッドパッキン２００は、パッキンリング２１０とコイルスプリング２２０とを含む。コイルスプリング２２０はパッキンリング２１０の外周全体に亘ってパッキンリング２１０の外周縁に沿って延設され、パッキンリング２１０の内径が低減されるようにパッキンリング２１０を変形させる力をパッキンリング２１０に与える。したがって、ピストンロッドがロッドパッキン２００に挿通されると、パッキンリング２１０の内周部はピストンロッドの外周面に圧接される。しかしながら、パッキンリング２１０の加工精度や他の原因によって、パッキンリング２１０の内周部がピストンロッドの外周面から離れ、パッキンリング２１０の内周部とピストンロッドの外周面との間の空隙にガスが流入することがある。ひとたび、パッキンリング２１０の内周部とピストンロッドの外周面との間の境界にガスが流入すると、ガスは、パッキンリング２１０の内周部を押し拡げるように作用する。この結果、パッキンリング２１０の内周部とピストンロッドの外周面との間の空隙はますます広くなる。この結果、ガスの漏出量は更に増大する。したがって、従来のロッドパッキンを用いたシーリング技術は高圧ガスを生成する往復動圧縮機に不向きである。

ガスの漏出のリスクを低減するために、多数のロッドパッキンが往復動圧縮機内のピストンロッドに沿って連設されることもある。この場合、多数のロッドパッキンを連設するための空間が往復動圧縮機に必要とされる。この結果、往復動圧縮機はピストンロッドの延設方向において大きくなる。

＜ロッドリング部を有する往復動圧縮機＞
図１に示されるように、圧縮機１００は、ガスの高い圧力の下でも高いシール性能を発揮し、変容空間１１５内の高圧のガスがピストンロッド１５０の外周面とリアヘッド１３１の内周面との間の空隙から漏出することを防止するロッドリング部１６０を備える。図１は、ロッドリング部１６０として、３つのロッドリング１６１を示す。しかしながら、ロッドリング部１６０は、３未満のロッドリング１６１であってもよいし、３を超えるロッドリング１６１であってもよい。

３つのロッドリング１６１それぞれは、円環状に湾曲した細長い線状部材であり、ロッドリング１６１の直径が大きくなる方向への付勢力を発揮するように形成される。

ピストンロッド１５０は、第１ロッド部１５１と第２ロッド部１５２とを含む。第１ロッド部１５１は、クランク機構１４０のクロスヘッドから上方に延設される。第２ロッド部１５２は、ロッドリング部１６０をピストンロッド１５０に固定するための溝部１５３が形成された部位であり、第１ロッド部１５１の上方に位置する。すなわち第２ロッド部１５２は、第１ロッド部１５１とピストン１２０との間で鉛直軸線ＶＡＸに沿って延設される。第２ロッド部１５２は第１ロッド部１５１と同径であるので、ピストンロッド１５０は容易に製造される。

図１は、溝部１５３として第２ロッド部１５２の外周面に凹設された３つの環状溝１５４を示す。３つの環状溝１５４それぞれは、鉛直軸線ＶＡＸを取り巻くように形成される。３つのロッドリング１６１は３つの環状溝１５４にそれぞれ嵌め込まれる。３つの環状溝１５４は、鉛直軸線ＶＡＸの延設方向において所定の間隔を空けて形成されている。したがって、３つの環状溝１５４にそれぞれ嵌め込まれた３つのロッドリング１６１は鉛直軸線ＶＡＸの延設方向において所定の間隔を空けて配列される。３つの環状溝１５４の間隔（すなわち、３つのロッドリング１６１の間隔）は、ピストンロッド１５０の機械的強度に基づいて決定されることができる。

３つのロッドリング１６１の内周部は、ピストンロッド１５０に形成された３つの環状溝１５４にそれぞれ嵌め込まれるので、ピストンロッド１５０が鉛直軸線ＶＡＸに沿って往復動している間、３つのロッドリング１６１はピストンロッド１５０とともに往復動する。すなわち、３つのロッドリング１６１はピストンロッド１５０に対して相対的に変位しない。一方、３つのロッドリング１６１は、ピストンロッド１５０がピストン１２０とともに鉛直軸線ＶＡＸに沿って往復動している間、リアヘッド１３１に対して相対的に変位する。

３つのロッドリング１６１それぞれの外周部は、第２ロッド部１５２の外周面から第２ロッド部１５２の半径方向において外方に位置し、リアヘッド１３１の内周面に圧接される。ピストンロッド１５０がピストン１２０とともに鉛直軸線ＶＡＸに沿って往復動している間、３つのロッドリング１６１それぞれの外周部は、リアヘッド１３１の内周面に摺接される。

図３は、ロッドリング１６１周りの圧縮機１００の概略的な拡大断面図である。図３は、ロッドリング１６１への力のかかり方を説明するために、ロッドリング１６１及びピストンロッド１５０を模式的に示している。図１乃至図３を参照して、ロッドリング１６１が説明される。

コイルスプリング２１０によって内向きの付勢力を発揮するロッドパッキン２００とは異なり、ロッドリング１６１は外向きの付勢力を発揮するように形成される。したがって、ロッドリング１６１がピストンロッド１５０に取り付けられると、ロッドリング１６１の外周部は、ロッドリング１６１を取り囲むリアヘッド１３１に強い力で押し付けられることになる。

環状溝１５４を形成するピストンロッド１５０の壁面とロッドリング１６１の表面との間の接触力は、ロッドリング１６１の外周部とリアヘッド１３１の内周面との間の圧接力よりも弱い。したがって、高圧のガスは、ロッドリング１６１の外周部とリアヘッド１３１の内周面との間の境界よりもむしろ、ロッドリング１６１の外周部とリアヘッド１３１の内周面との間の境界に入り込みやすい。この結果、図３に示されるように、ガスの高い圧力は、ロッドリング１６１の内周部に対して外向きに作用する。ロッドリング１６１の内周部に対して作用する外向きの力は、ロッドリング１６１の外径を大きくさせる。ロッドリング１６１の外径が大きくなるようにロッドリング１６１が変形すると、ロッドリング１６１の外周部は、ロッドリング１６１を取り囲むリアヘッド１３１に更に強い力で押し付けられることになる。

ガスの圧力がシーリング対象（すなわち、ピストンロッド）に対する圧接力を弱めるように作用するロッドパッキン２００とは逆に、ガスの圧力は、シーリング対象（すなわち、リアヘッド１３１）へのロッドリング１６１の圧接力を強める。この結果、ロッドリング部１６０を有する圧縮機１００は、高い圧力のガスを発生させている間も、優れたシーリング性能を維持することができる。

（追加的なロッドパッキンを有する往復動圧縮機）
ピストンロッド１５０の横ブレ（鉛直軸線ＶＡＸからずれる方向への湾曲）を防ぐために、リアヘッド１３１の内周面は、鉛直軸線ＶＡＸの延設方向において所定区間に亘ってピストンロッド１５０の外周面に近接される。複数のロッドリング１６１は、リアヘッド１３１の内周面がピストンロッド１５０の外周面に近接された区間において鉛直軸線ＶＡＸの延設方向において配列される。複数のロッドリング１６１が配列される区間長は、ピストン１２０のストローク長及びリアヘッド１３１の内周面がピストンロッド１５０の外周面に近接された区間の長さを考慮して決定される。決定された区間長にいくつのロッドリング１６１が配置されるかは、ピストンロッド１５０の機械的強度を考慮して決定されてもよい。

多数のロッドリング１６１がピストンロッド１５０に取り付けられようとするならば、ロッドリング１６１はピストンロッド１５０に取り付けられているため、リアヘッド１３１の内周面側に摺動面を確保しなければならない。多数のロッドリング１６１がピストンロッド１５０に装着されると、摺動面の軸長が長くなり、反って圧縮機１００の構造が大きくなってしまう。そこで、図１に示されるように、鉛直軸線ＶＡＸに沿って連設された複数のロッドパッキン１７１（図１は２つのロッドパッキン１７１を示す）又は鉛直軸線ＶＡＸと略同軸の１つのロッドパッキン１７１を有するロッドパッキン部１７０を追加的に設けてもよい。ロッドパッキン１７１は、ピストンロッド１５０の外周面に摺接しているためロッドリング１６１のようにリアヘッド１３１に摺動面を別途設ける必要がなく、圧縮機１００の大型化を防止することができる。このように、要求されるシール性能と、ロッドリング１６１の過度な取り付けによる圧縮機の大型化を防止するという２つの観点に基づき、ロッドパッキン１７１が付加的に選択されてもよい。

図１に示される２つのロッドパッキン１７１それぞれは、図２を参照して説明されたロッドパッキン２００と同一の構造を有してもよい。したがって、ロッドパッキン２００の説明は、２つのロッドパッキン１７１それぞれに援用される。

ロッドパッキン部１７０は、ロッドリング部１６０が取り付けられた第２ロッド部１５２の下方に配置される。ロッドパッキン部１７０は、第２ロッド部１５２とクランク機構１４０との間に位置するので、第２ロッド部１５２からクランク機構１４０に下方に延びる第１ロッド部１５１によって貫通される。したがって、２つのロッドパッキン１７１それぞれの内周縁は、ピストンロッド１５０がピストン１２０とともに鉛直軸線ＶＡＸに沿って往復動している間、第１ロッド部１５１の外周面に摺接される。

上述の如く、ロッドリング部１６０は、高いシール性能を有するので、ロッドリング部１６０を超えて、第１ロッド部１５１とリアヘッド１３１との間に形成された空隙に流入するガスは微量である。したがって、ロッドパッキン部１７０は過度に高いガスの圧力に曝されない。したがって、図２を参照して説明されたロッドパッキン２００の欠点は無視されてもよい。

過度に高いガス圧は第１ロッド部１５１とリアヘッド１３１との間に形成された空隙に生じないので、ロッドリング部１６０に求められるような高いシール性能は、ロッドパッキン部１７０には求められない。したがって、ロッドパッキン部１７０として用いられるロッドパッキン１７１は、ロッドリング部１６０として用いられるロッドリング１６１よりも少数であってもよい（本実施形態に関して、２つのロッドパッキン１７１がロッドパッキン部１７０として用いられているのに対して、３つのロッドリング１６１がロッドリング部１６０として用いられている）。

図１に示されるように、圧縮機１００は、保持板部１８１と、アダプタ筒１８２と、を備える。保持板部１８１は、アダプタ筒１８２とリアヘッド１３１との間に配置される。ロッドパッキン部１７０は、保持板部１８１によって保持される。保持板部１８１は、リアヘッド１３１の内周面と第１ロッド部１５１の外周面との間で形成された空隙をアダプタ筒１８２によって囲まれた空間から離隔する。ロッドリング部１６０を超えたガスは、リアヘッド１３１の内周面と第１ロッド部１５１の外周面との間で形成された空隙に流入するけれども、保持板部１８１によって保持されたロッドパッキン部１７０は、リアヘッド１３１の内周面と第１ロッド部１５１の外周面との間で形成された空隙からアダプタ筒１８２によって囲まれた空間への漏出を防ぐ。したがって、ガスが、アダプタ筒１８２によって囲まれた空間へ漏出するリスクは低減される。アダプタ筒１８２は、保持板部１８１を介してリアヘッド１３１に固定される。摩耗や破損がロッドパッキン部１７０及びロッドリング部１６０に生ずると、ガスは、アダプタ筒１８２と保持板部１８１とによって囲まれた空間に流入することがある。アダプタ筒１８２内に漏出したガスを排出するための不燃性のパージガス（たとえば、窒素ガス）をアダプタ筒１８２の内部空間に送り込むための管部材（図示せず）及びアダプタ筒１８２内のガス及びパージガスを排出するための管部材（図示せず）は、アダプタ筒１８２に取り付けられる。アダプタ筒１８２に取り付けられた管部材は、ロッドパッキン部１７０を超えて漏出したガス及びパージガスの排出を許容するので、アダプタ筒１８２内の漏出ガス及びパージガスの大部分は、アダプタ筒１８２に取り付けられた管部材を通じて、圧縮機１００の外に排出されることになる。この結果、ヘッドケースへの漏出ガス及びパージガスの流入のリスクは非常に低くなる。したがって、漏出ガスが可燃性であっても、クランク機構１４０は、安全に動作することができる。

ロッドパッキン部１７０は、保持板部１８１に取り付けられるので、保持板部１８１に対して相対的に移動しない。一方、ロッドパッキン部１７０は、ピストンロッド１５０に対して相対的に移動することができる。したがって、ロッドリング部１６０とは異なり、設計者は、ストローク長を考慮することなく、ロッドパッキン部１７０を保持板部１８１に配置することができる。

設計者は、ピストンロッド１５０のストローク長、鉛直軸線ＶＡＸの延設方向におけるリアヘッド１３１の長さ及び保持板部１８１の厚さを考慮して、いくつのロッドリング１６１をロッドリング部１６０として用い、いくつのロッドパッキン１７１をロッドパッキン部１７０として用いるかを決定することができる。たとえば、設計者は、鉛直軸線ＶＡＸの延設方向における圧縮機１００の長さが短くなるように、ロッドリング１６１及びロッドパッキン１７１の数を決定してもよい。

（冷却機構）
ロッドリング部１６０は、リアヘッド１３１の内周面に摺接されるので、摩擦熱がロッドリング部１６０とリアヘッド１３１の内周面との間で発生する。したがって、摩擦熱を消失させる冷却技術が、圧縮機１００に組み込まれることが好ましい。本実施形態に関して、摩擦熱を消失させる冷却媒体（たとえば、水）を送り出す送出装置１９０が圧縮機１００に組み込まれている。送出装置１９０は、一般的なポンプであってもよいし、冷却媒体を送り出すことができる他の装置であってもよい。

図１に示されるように、流路１３３が、ロッドリング部１６０のストローク区間においてリアヘッド１３１に形成されている。送出装置１９０は、管部材（図示せず）によって、流路１３３に連結されている。送出装置１９０は、冷却媒体を、管部材を通じて流路１３３へ送り出す。流路１３３に冷却した冷却媒体はリアヘッド１３１から熱を奪い、熱を奪った冷却媒体は所定の冷却装置（図示せず）を経由して送出装置１９０に戻る。この結果、ロッドリング部１６０とリアヘッド１３１の内周面との間の摩擦に起因する摩擦熱は冷却媒体の低温によって相殺され、リアヘッド１３１の過度の昇温は生じない。冷却媒体の冷却効果は、リアヘッド１３１の内周面を通じてロッドリング部１６０へも伝達されるので、ロッドリング部１６０の過度の昇温も生じない。リアヘッド１３１及びロッドリング部１６０の過度の昇温が防止されるので、これらの熱変形のリスクも低減される。したがって、リアヘッド１３１及びロッドリング部１６０の熱変形の防止の結果、これらの間に隙間が生じたり、ロッドリング部１６０がリアヘッド１３１に過度に強く押し付けられ、これらが過度に摩耗されたりするといった不都合な現象のリスクは低減される。

本実施形態に関して、送出装置１９０、リアヘッド１３１に形成された流路１３３及び冷却媒体を冷却する冷却装置は、リアヘッド１３１及びロッドリング部１６０を冷却する冷却機構として用いられている。しかしながら、冷却機構は、ロッドリング部１６０のストローク区間に対応する位置においてリアヘッド１３１の外周面に空気を吹き付ける送風装置（図示せず）であってもよい。この場合、リアヘッド１３１の外周面と内周面との間に急な温度勾配が形成される。したがって、リアヘッド１３１の内周面で発生した摩擦熱はリアヘッド１３１の外周面に伝導され、送風装置からの空気流によって消失される。

（圧力差による逆流ガスの防止技術）
ロッドリング部１６０及びロッドパッキン部１７０は、圧縮機１００の内部空間を仕切るので、圧力差がこれらによって仕切られた空間間で生ずる。アダプタ筒１８２内のガスが変容空間１１５へ向かう逆流は、圧縮機１００内で生じた圧力差によって防止される。

変容空間１１５は、ピストン１２０の変位によって大きくなったり、小さくなったりするので、ピストン１２０の下面、リアヘッド１３１の上面、シリンダ１１０及び第２ロッド部１５２の外周面によって形成された空間内の圧力は、たとえば、０．７ＭＰａから２ＭＰａの圧力範囲で変動する。ロッドリング部１６０は、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間を、変容空間１１５から離隔するので、変容空間１１５内での圧力変動は、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間へ伝達されない。本実施形態に関して、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間内の圧力が、約０．７ＭＰａに維持されるように、圧縮機１００は設計されている。第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間内の圧力は、変容空間１１５内の圧力を下回っているので、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間内のガスは、変容空間１１５に流入しない。

アダプタ筒１８２の内部空間は、ロッドパッキン部１７０によって、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間から仕切られているので、ロッドパッキン部１７０によって、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間よりも低い圧力に設定されることができる。本実施形態に関して、アダプタ筒１８２の内部空間内の圧力が約０．４ＭＰａに維持されるように、アダプタ筒１８２内へのパージガスの流入量が調整される。アダプタ筒１８２の内部空間内の圧力は、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間の圧力よりも低いので、アダプタ筒１８２内に供給されたパージガスは、第１ロッド部１５１の外周面、リアヘッド１３１の内周面及び保持板部１８１の上面によって囲まれた空間に流入しない。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の往復動圧縮機（以下、「圧縮機１００Ａ」と称される）の概略的な断面図である。図１及び図４を参照して、圧縮機１００Ａが説明される。

圧縮機１００Ａは、ピストンロッドの形状において圧縮機１００（図１を参照）とは相違する。圧縮機１００Ａの他の部位は圧縮機１００と同一である。したがって、第１実施形態の説明はピストンロッド以外の部位に援用される。

圧縮機１００Ａは、第１実施形態に関連して説明された圧縮機１００のピストンロッド１５０とは形状において相違するピストンロッド１５０Ａを備える。第１実施形態のピストンロッド１５０の第１ロッド部１５１及び第２ロッド部１５２は同径であるのに対し、ピストンロッド１５０Ａは溝部１５３が形成された部位（以下、「第２ロッド部１５２Ａ」と称される）と第２ロッド部１５２Ａよりも細い第１ロッド部１５１Ａとを有する。第１実施形態の第１ロッド部１５１と同様に、第１ロッド部１５１Ａはクランク機構１４０のクロスヘッドから上方に延設される。第１実施形態の第２ロッド部１５２と同様に、第２ロッド部１５２Ａは、第１ロッド部１５１Ａとピストン１２０との間で鉛直軸線ＶＡＸに沿って延設される。

第２ロッド部１５２Ａは第１ロッド部１５１Ａよりも太いので、第２ロッド部１５２Ａの外周面に溝部１５３が形成されても高い機械的強度を有することができる。したがって、３つの環状溝１５４の間隔は短くてもよい。あるいは、溝部１５３として多数の環状溝が第２ロッド部１５２Ａの外周面に凹設されてもよい。

上述の実施形態に関して、変容空間１１５は、ガスを圧縮するための圧縮室として利用される。しかしながら、変容空間１１５は圧縮室でなくてもよい。たとえば、逆止弁付きの管部材が吐出口１１３と吸引口１１１とに連結されてもよい。

上述の実施形態に関して、圧縮機１００は、ロッドパッキン部１７０を有している。しかしながら、往復動圧縮機は、ロッドパッキン部１７０を有さなくてもよい。

上述の実施形態に関して、圧縮機１００は、冷却機構（すなわち、流路１３３や送出装置１９０）を有している。しかしながら、往復動圧縮機は、冷却機構を有さなくてもよい。

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上述の往復動圧縮機は、圧縮されたガスが必要とされる様々な技術分野に好適に利用される。

１００，１００Ａ・・・・・・・・・・圧縮機（往復動圧縮機）
１１０・・・・・・・・・・・・・・・シリンダ
１１５・・・・・・・・・・・・・・・変容空間
１２０・・・・・・・・・・・・・・・ピストン
１３１・・・・・・・・・・・・・・・リアヘッド
１３３・・・・・・・・・・・・・・・流路（冷却機構）
１４０・・・・・・・・・・・・・・・クランク機構
１５０，１５０Ａ・・・・・・・・・・ピストンロッド
１５１，１５１Ａ・・・・・・・・・・第１ロッド部
１５２，１５２Ａ・・・・・・・・・・第２ロッド部
１５３・・・・・・・・・・・・・・・溝部
１５４・・・・・・・・・・・・・・・環状溝
１６０・・・・・・・・・・・・・・・ロッドリング部
１６１・・・・・・・・・・・・・・・ロッドリング
１７０・・・・・・・・・・・・・・・ロッドパッキン部
１７１・・・・・・・・・・・・・・・ロッドパッキン
１９０・・・・・・・・・・・・・・・送出装置（冷却機構）

Claims (8)

1. シリンダと、
   前記シリンダの内周面に摺接するピストンと、
   前記ピストンの先端との間に圧縮室が形成されるように前記ピストンの先端側の前記シリンダの開口を閉じる第１リアヘッドと、
   前記ピストンの基端との間に空間が形成されるように前記ピストンの基端側の前記シリンダの開口を閉じる第２リアヘッドと、
   前記ピストンを駆動するためのクランク機構と、
   前記第２リアヘッドを貫通し、駆動力を前記クランク機構から前記ピストンに伝達するように前記ピストンと前記クランク機構とを連結するピストンロッドと、
   前記シリンダ内のガスが前記第２リアヘッドと前記ピストンロッドとの間の空隙から漏出することを防ぐロッドリング部と、を備え、
   前記ピストンロッドの外周面には、前記ピストンロッドの中心軸を取り囲む環状の溝部が形成され、
   前記ロッドリング部は、前記溝部に嵌め込まれた内周部と、前記ピストンロッドが前記ピストンとともに前記中心軸の延設方向に往復動している間、前記第２リアヘッドの内周面に摺接される外周部と、を含む
   往復動圧縮機。
2. 前記シリンダは、前記第２リアヘッドと前記ピストンの前記基端との間の前記空間が他の圧縮室になるように構成されている、請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記ピストンロッドは、第１ロッド部と、前記第１ロッド部と前記ピストンとの間で延設されているとともに前記第１ロッド部と同径の第２ロッド部と、を含み、
   前記溝部は、前記第２ロッド部に形成されている
   請求項１又は２に記載の往復動圧縮機。
4. 前記ピストンとともに往復動する前記ピストンロッドの前記第１ロッド部の外周面に摺接される内周縁を有する環状のロッドパッキン部を更に備える
   請求項３に記載の往復動圧縮機。
5. 前記ロッドリング部は、前記中心軸の前記延設方向において間隔を空けて配列された複数のロッドリングを含み、
   前記溝部は、前記複数のロッドリングにそれぞれ対応して前記ピストンロッドの前記外周面に形成された複数の環状溝を含み、
   前記ロッドパッキン部は、前記複数のロッドリングよりも少数であり、且つ、前記第１ロッド部に沿って配列されたロッドパッキンを含む
   請求項４に記載の往復動圧縮機。
6. 前記ピストンは、前記ピストンロッドよりも直径において大きく、
   前記ロッドリング部は、前記シリンダ、前記ピストン及び前記第２リアヘッドによって囲まれた前記空間から前記ピストンロッドと前記第２リアヘッドとの間の空隙への前記ガスの漏出を防ぐ
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。
7. 前記ピストンとともに往復動する前記ロッドリング部のストローク区間において前記第２リアヘッドの前記内周面を冷却する冷却機構を更に備える
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の往復動圧縮機。
8. 前記冷却機構は、前記第２リアヘッドを冷却する冷却媒体を、前記ストローク区間において前記第２リアヘッドに形成された流路に送り出す送出装置を含む
   請求項７に記載の往復動圧縮機。

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