JP2003161251A

JP2003161251A - 空気圧縮装置

Info

Publication number: JP2003161251A
Application number: JP2001358347A
Authority: JP
Inventors: Fumito Komatsu; 文人小松; Kenji Muramatsu; 健次村松; Katsuhiko Hayashi; 勝彦林
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】コンプレッサのシールを水によって行う。簡
単な構造でコンプレッサから吐出される空気中の水分を
除去する。静粛性に優れ、装置全体をコンパクトにす
る。酸素濃縮装置の使用に適した空気圧縮装置を提供す
る。頻繁に給水を行う必要をなくす。【解決手段】コンプレッサ１と、このコンプレッサ１
内にシールのための水を循環させる循環手段と、コンプ
レッサ１から吐出された吐出空気に混合された水を分離
する分離器１５１と、この吐出空気に混合されている水
を熱交換作用を用いて凝集する水分凝集器１５２とを備
え、この水分凝集器１５２は、水を混合している吐出空
気を通過させるパイプと、このパイプに取り付けた放熱
フィン１５４と、パイプと放熱フィン１５４に空気を送
風するファン１５５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】医療用の酸素富化空気を生成し供給する
酸素濃縮装置として、例えば特開２０００−６０９７３
号公報に開示されたものがある。かかる酸素濃縮装置
は、図１９に示すように、コンプレッサ２０１で大気か
ら取り込んだ空気を加圧して窒素吸着剤を充填した容器
２０２に送り込み、大気中の窒素を吸着させ、残った酸
素を濃縮酸素として取出すものである。コンプレッサ２
０１として、レシプロ式のコンプレッサを使用してい
る。

【０００３】コンプレッサ２０１により圧縮された空気
は水分を含んでおり、それをそのまま窒素吸着剤容器２
０２に供給すると、窒素吸着剤が水分を吸着してしまい
窒素吸着性能が劣化するおそれがある。このため、空気
取り入れ部に除湿機２０３を設けている。また、他のタ
イプの酸素濃縮装置では、コンプレッサと窒素吸着剤の
間に水分吸着剤を設け、圧縮空気中の水分を除去するも
のもある。

【０００４】ところで、コンプレッサとしては、潤滑及
びシール性確保のために水を循環させるものがある。か
かるタイプのコンプレッサでは吐出空気に水が混じるた
め、この水を除去する必要がある。そのための方式とし
て、冷媒を使用した冷却装置によって吐出空気の温度を
下げ、吐出空気に含まれる水分を除去する方式や、中空
糸膜を使った方式などがある。

【０００５】また、別のタイプのコンプレッサとして、
潤滑油を用いて潤滑及びシール性確保を行うものもあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
酸素濃縮装置では、コンプレッサ２０１としてレシプロ
式のコンプレッサを使用しているので、ピストンの往復
運動によって大きな振動、騒音が発生する。このため、
振動遮断手段を設け、さらに防音カバーを施して振動や
騒音の発生を抑える必要がある。特に医療用の酸素濃縮
装置では、振動や騒音の発生は使用者の心理的負担を増
加させることになり、防振・防音手段に多くの費用が費
やされ、重量も重くなる。また、レシプロ式のコンプレ
ッサ２０１は発熱量が多く、例えば夏季の様に高温の季
節には酸素濃縮装置を室内で使用すると室内が高温にな
り、使用者の肉体的負担が大きい。

【０００７】また、図１９の酸素濃縮装置では、空気取
り入れ部に除湿器２０３を設けているので、装置が大型
化し、製造コストが増加する。一方、除湿器２０３を設
ける代わりに、コンプレッサと窒素吸着剤の間に水分吸
着剤を設けた酸素濃縮装置では、水分吸着剤を設けるた
めに多くのスペースを要し、さらに水分吸着剤が飽和状
態になれば、それ以上の水分を吸着できず、頻繁に水分
吸着剤を交換する必要がある。

【０００８】一方、水によって潤滑・シールを行うコン
プレッサであって、冷媒を使用した冷却装置によって吐
出空気中の水分を除去する方式のものは、冷却装置を運
転する動力を必要とし、消費動力、騒音の発生、設置ス
ペースの必要性等の問題がある。

【０００９】また、水によって潤滑・シールを行うコン
プレッサであって、中空糸膜を使用して吐出空気中の水
分を除去する方式のものでは、水分を吸着した中空糸膜
の乾燥を行いながら連続運転を行う必要があり、そのた
め、水分を除去した空気を使用して中空糸膜を乾燥させ
ている。その結果、中空糸膜を使用して水分を除去した
空気の約３０％を消費してしまうことになり、取出せる
空気量がその分だけ減少してしまう。また、中空糸膜を
使用した装置は高価である。さらに、除去した水を大気
中に放出するので、コンプレッサに循環させる水の量が
減少してしまい、頻繁に給水する必要がある。

【００１０】さらに、潤滑油によって潤滑・シールを行
うコンプレッサでは、空気を圧縮する際に大気中の水分
が潤滑油に混入するため、油水分離装置が必要となる。
また、潤滑油に混入した水分が蒸発し、取出された圧縮
空気に含まれて結露してしまう。加えて、潤滑油を交換
する必要があり、廃棄等で環境への負荷が大きい等の問
題がある。また取出された圧縮空気に潤滑油の臭いが付
き、酸素濃縮装置等、人が吸入するものに使用するには
適さない。

【００１１】本発明は、コンプレッサのシールを水によ
って行うことができ、しかも簡単な構造でコンプレッサ
から吐出される空気中の水分を除去することができる空
気圧縮装置を提供することを目的とする。また、静粛性
に優れ、装置全体がコンパクトな空気圧縮装置を提供す
ることを目的とする。また、医療用の酸素濃縮装置の使
用に適した空気圧縮装置を提供することを目的とする。
さらに、頻繁に給水を行う必要がない空気圧縮装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の空気圧縮装置は、コンプレッサ
と、このコンプレッサ内にシールのための水を循環させ
る循環手段と、コンプレッサから吐出された吐出空気に
混合された水を分離する分離器と、この吐出空気に混合
されている水を熱交換作用を用いて凝集する水分凝集器
とを備え、この水分凝集器は、水を混合している吐出空
気を通過させるパイプと、このパイプに取り付けた放熱
フィンと、パイプと放熱フィンに空気を送風するファン
とを備えたものである。

【００１３】したがって、コンプレッサ内を水によって
シールすることができる。コンプレッサから吐出される
圧縮空気には水が混じることになるが、この水は分離器
によって分離され、また、圧縮空気中の水分は水分凝集
器によって凝集されて分離される。分離された水分は循
環手段によってコンプレッサ内へと循環される。

【００１４】また、請求項２記載の空気圧縮装置は、酸
素富化空気を生成する酸素濃縮装置に用いるものであ
る。コンプレッサ内を水によってシールしているので、
例えばオイルによってシールを行う場合のように圧縮空
気にオイル臭が混じることがない。このため、人間が吸
い込む空気を生成する酸素濃縮装置等に適した空気圧縮
装置を提供できる。

【００１５】さらに、請求項３記載の空気圧縮装置は、
コンプレッサは、回転軸心を通るようにシリンダ室が形
成され回転軸心を中心として回転する回転シリンダ部材
と、シリンダ室内を面接触して往復直線運動するピスト
ンと、ピストンを保持し回転シリンダ部材の回転軸心か
ら偏心した回転中心を中心として回転するピストン保持
部材と、回転シリンダ部材とピストン保持部材とを回転
自在に支持して収容すると共に少なくとも１つの空気の
吸込口と少なくとも１つの空気の吐出口とを有するケー
シングとを備え、ピストンはピストン保持部材の回転中
心から一定の距離おかれた位置にかつその位置を中心と
して回転自在に保持されるものである。したがって、コ
ンプレッサがロータリ式のコンプレッサとなり、振動や
騒音の発生を抑えることが出来る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の形態に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１に、本発明を適用した空気圧縮装置の
実施形態の一例を示す。空気圧縮装置１５０は、コンプ
レッサ１と、このコンプレッサ１内にシールのための水
を循環させる循環手段と、コンプレッサ１から吐出され
た吐出空気に混合された水を分離する分離器１５１と、
この吐出空気に混合されている水を熱交換作用を用いて
凝集する水分凝集器１５２とを備え、この水分凝集器１
５２は、図２及び図３に示すように、水を混合している
吐出空気を通過させるパイプ１５３と、このパイプ１５
３に取り付けた放熱フィン１５４と、パイプ１５３と放
熱フィン１５４に空気を送風するファン１５５とを備え
ている。

【００１８】除塵フィルタ１５６を通過して吸い込まれ
た大気中の空気は、コンプレッサ１によって圧縮され
る。このとき、コンプレッサ１には内部潤滑用及び各部
の微小な隙間を塞ぎ、空気の漏れを押さえるため水が供
給されており、圧縮された空気はこの水と混合した状態
で吐出される。

【００１９】コンプレッサ１から吐出された水と混合し
た圧縮空気は分離器１５１に導かれ、そこで大部分の水
と圧縮空気が分離される。分離器１５１の構成の一例を
図４に示す。コンプレッサ１から吐出された水と混合し
た圧縮空気は、流入パイプ１５７を通って分離器１５１
に入る。分離器１５１内部には圧縮空気と一緒に勢い良
く吹き出された水が飛散するのを防ぐクッション材１５
８が設置されている。水飛散防止用クッション材１５８
は例えばスポンジで出来ており、吐出された水が直接水
面に吹き付けられないように、分離器１５１内の水面よ
り露出している。

【００２０】圧縮空気と一緒に分離器１５１内に吹き出
された水の一部はクッション材１５８に付着し、分離器
１５１内の下部へ溜り、一部は直接分離器１５１内の下
部に下降して溜まり、分離器１５１内の圧力で給水パイ
プ１５９からコンプレッサ１に送られる。即ち、本実施
形態では、コンプレッサ１が発生する圧力を利用して水
を循環させており、コンプレッサ１がこのコンプレッサ
１内にシールのための水を循環させる循環手段となって
いる。

【００２１】一方、圧縮空気と水蒸気及び一部の水は流
出パイプ１６０を通って水分凝集器１５２に送られる。

【００２２】また、分離器１５１には、内部の水を交換
するための給水口１６１と排水パイプ１６２が設けられ
ており、給水バルブ１６３及び排水バルブ１６４の操作
によって水の交換や給水が可能となっている。なお、コ
ンプレッサ１の運転時には、給水バルブ１６３及び排水
バルブ１６４は閉じており、水や空気の漏れを防止す
る。

【００２３】水分凝集器１５２は、熱伝導性の良い銅等
の材料で出来た複数のパイプ１５３を備え、パイプ１５
３には同じく熱伝導性の良い銅等で出来た放熱用のフィ
ン１５４が組付けられている。また、水分凝集器１５２
は、放熱フィン１５４とパイプ１５３に空気を送風し冷
却するための送風ファン１５５を備えている。

【００２４】分離器１５１から送られてくる圧縮空気等
は、この分離器１５１によって大部分の水と分離されて
はいるものの微少な水滴を含んでおり、また、コンプレ
ッサ１で圧縮されているため高温でまだ多くの水分を含
んでいる。この流れは流入口１６５より水分凝集器１５
２内に入りパイプ１５３の中を通過する。この時、圧縮
空気等は冷やされ、温度が下がるため、空気中に含まれ
ていた水分は凝集し水滴となってパイプ１５３から滴下
する。また、空気中に含まれていた微少な水滴も同様に
水滴となって滴下する。凝集して滴下した水は底面の水
流出口１６６から流出し、分離器１５１から出た水と一
緒にフィルタ１６７を通過してろ過され、コンプレッサ
１に供給され再度循環する。また、水分凝集器１５２の
吐出口１６８からは冷却され水分量の少なくなった圧縮
空気が吐出される。このようにして、空気圧縮装置１５
０では、相対湿度は比較的高いものの水分含有量は少な
くなった圧縮空気を得ることが出来る。

【００２５】この空気圧縮装置１５０は、酸素富化空気
を生成する酸素濃縮装置１７０に用いるのに適してい
る。図５に、酸素濃縮装置１７０の実施形態の一例を示
す。

【００２６】空気圧縮装置１５０の水分凝集器１５２か
ら出た圧縮空気は電磁弁１７１〜１７４により交互に２
つの窒素吸着筒１７５，１７６に送られる。窒素吸着筒
１７５，１７６の内部には圧力が高くなると窒素の吸着
量が多くなる窒素吸着剤が入っている。

【００２７】電磁弁１７２が開き、電磁弁１７１及び電
磁弁１７４が閉じた状態では、圧縮空気は窒素吸着筒１
７５に導かれる。そして、窒素吸着筒１７５内を通過中
に圧縮空気中の窒素が吸着されて酸素濃度が高くなる。
このようにして濃縮された酸素はチェックバルブ１７７
を通って酸素タンク１７９に貯えられる。酸素タンク１
７９に貯えられた酸素はチェックバルブ１７７，１７８
により窒素吸着筒１７５，１７６には逆流しない。な
お、この状態では、電磁弁１７３を開いている。このた
め、窒素吸着筒１７６内は大気に開放されて大気圧とな
り、窒素吸着筒１７６内の窒素吸着剤に吸着されていた
窒素は離脱して消音器１８０を通って大気中に放出され
る。

【００２８】一方、電磁弁１７２、電磁弁１７３が閉
じ、電磁弁１７４が開くと、圧縮空気は窒素吸着筒１７
６に導かれる。そして、窒素吸着筒１７６内を通過中に
圧縮空気中の窒素が吸着されて酸素濃度が高くなる。こ
のようにして濃縮された酸素は、チェックバルブ１７８
を通って酸素タンク１７９に貯えられる。酸素タンク１
７９に貯えられた酸素はチェックバルブ１７７，１７８
により窒素吸着筒１７５，１７６には逆流しない。な
お、この状態では、電磁弁１７１を開いている。このた
め、窒素吸着筒１７５内は大気に開放されて大気圧とな
り、窒素吸着筒１７５内の窒素吸着剤に吸着されていた
窒素は離脱して消音器１８０を通って大気中に放出され
る。

【００２９】このように、空気圧縮装置１５０から供給
された圧縮空気を２つの窒素吸着筒１７５，１７６に交
互に供給し、酸素を濃縮して酸素タンク１７９に蓄え
る。同時に、圧縮空気から除去した窒素を大気に放出し
ている。

【００３０】酸素タンク１７９に貯えられた酸素は圧力
調整弁１８１によって使用に適した圧力に調整され、フ
ィルタ１８２によってろ過されて使用機器または使用者
等に提供される。

【００３１】コンプレッサ１は、図６〜図９に示すよう
に、回転軸心ｏを通るようにシリンダ室２３ａ，２３
ｂ，２３ｃ，２３ｄが形成され回転軸心ｏを中心として
回転する回転シリンダ部材２と、シリンダ室２３ａ〜２
３ｄ内を面接触して往復直線運動するピストン３，４
と、ピストン３，４を保持し回転シリンダ部材２の回転
軸心ｏから偏心した回転中心Ｘを中心として回転するピ
ストン保持部材５と、回転シリンダ部材２とピストン保
持部材５とを回転自在に支持して収容すると共に少なく
とも１つの空気の吸込口６１と少なくとも１つの空気の
吐出口６２とを有するケーシング６とを備え、ピストン
３，４はピストン保持部材５の回転中心Ｘから一定の距
離おかれた位置にかつその位置を中心として回転自在に
保持されるものである。

【００３２】回転シリンダ部材２は、所定の厚みを有す
る円形形状で形成されており、ケーシング６の内部空間
に回転自在に配置されている。

【００３３】回転シリンダ部材２のピストン保持部材５
に対向する面、すなわち図７及び図８において上側面に
は、４つの扇状の台部２５を利用して形成された十字状
の空間が設置されている。この十字状の空間は、空洞部
２２と４つのシリンダ室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３
ｄとから構成されている。すなわち、回転シリンダ部材
２の他側の端面には、回転軸心ｏを中心として所定の広
さを備えかつ底面を有する空洞部２２が形成されてい
る。そして、この空洞部２２内の回転軸心ｏを中心とし
て放射状に、４つのシリンダ室２３ａ〜２３ｄが設けら
れている。シリンダ室２３ａ〜２３ｄは上面部分が開放
された溝形状をなしており、この溝の横断面形状は詳し
くは後述するピストン３，４の横断面形状と一致してい
る。また、シリンダ室２３ａ〜２３ｄの長手方向の一端
側（中央側）は空洞部２２に連通している。

【００３４】なお、空洞部２２の底面は、シリンダ室２
３ａ〜２３ｄに対応した形状となっている。即ち、シリ
ンダ室２３ａ〜２３ｄの横断面形状とこれらに連続する
空洞部２２の断面形状は同一であり、厚肉の円板材料に
十字状の溝を切削等の方法で加工することで、空洞部２
２及びシリンダ室２３ａ〜２３ｄより成る十字状の溝を
形成することができる。しかも、切削等の方法で加工さ
れる十字状溝の底面の両コーナー部分は丸みを帯びた形
状で良いため、その加工は極めて容易である。なお、説
明上、「上」「下」を使用しているが、この語は、図の
上下方向に基づき便宜上使用しているもので有り、絶対
的な意味での「上」「下」を意味するものではない。

【００３５】シリンダ室２３ａ〜２３ｄ内には、後述す
るようにピストン保持部材５に保持されたピストン３，
４が嵌まり込んで摺動するようになっている。すなわ
ち、ピストン３，４は、例えば図１０（Ａ）に示すよう
に、その底面の両コーナー部分１１を丸めた形状を成し
ており、その横断面形状をシリンダ室２３ａ〜２３ｄの
横断面形状に一致させている。また、ピストン３，４の
上面（ピストン保持部材５との対向面）は平面となって
いる。したがって、コンプレッサ１が組み付けられる
と、シリンダ室２３ａ〜２３ｄに対してピストン３，４
の上面，両側面，底面はピストン３，４の全長に亘って
面接触することになり、シリンダ室２３ａ〜２３ｄとピ
ストン３，４の間の気密性・液密性が確保される。すな
わち、圧送する流体（空気）の漏れをより確実に防止す
ることができる。

【００３６】なお、上述したように形成されたシリンダ
室２３ａ〜２３ｄの長手方向の他端側（径方向外側）
は、回転シリンダ部材２の外周面２ａに開放されてい
る。そのため、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄは、後述す
るケーシング６に形成された吸込口６１及び吐出口６２
に連通可能となっている。

【００３７】なお、上述した各シリンダ室のうちの２つ
のシリンダ室２３ａ，２３ｂは、１８０度の位置に配置
されており、ピストン３にとって、それぞれ空洞部２２
を挟んで対向する一対の部材となっている。そして、後
述するように、ピストン保持部材５の回転により、回転
シリンダ部材２とピストン保持部材５とが相対回転する
と、ピストン３が空洞部２２を経てシリンダ室２３ａ，
２３ｂ間を見た目上の往復直線運動を行い、シリンダ室
２３ａ，２３ｂ内の双方に出入りするようになってい
る。

【００３８】また、残りの２つのシリンダ室２３ｃと２
３ｄも、１８０度の位置に配置されており、ピストン４
にとって、それぞれ空洞部２２を挟んで対向する一対の
部材となっている。そして、回転シリンダ部材２とピス
トン保持部材５とが相対回転すると、ピストン４が空洞
部２２を経てシリンダ室２３ｃ，２３ｄ間を見た目上の
往復直線運動を行い、シリンダ室２３ｃ，２３ｄ内の双
方に出入りするようになっている。

【００３９】この回転シリンダ部材２には、ケレープレ
ート１２を介して入力軸２１の回転が伝達される。具体
的に説明すると、回転シリンダ部材２の各台部２５内に
は、ピストン保持部材５に対向する面とは反対側の面、
すなわち図７及び図８において下側面に開口する大径孔
２５ａが形成されている。そして、各大径孔２５ａのう
ち、回転中心ｏを通る直線上に配置された２つの大径孔
２５ａには、ケレープレート１２に立設固定されたケレ
ー軸３０が挿入されている。このケレー軸３０に対し
て、大径孔２５ａはシリンダ室２３ａ〜２３ｄの軸心方
向に若干長く形成されており、たとえ回転シリンダ部材
２とケレープレート１２の回転中心がずれていたとして
も当該ずれを吸収しながらケレープレート１２の回転を
回転シリンダ部材２に良好に伝達することができる。ケ
レープレート１２と回転シリンダ部材２の間にはクリア
ランスが設けられており、後述のようにケレープレート
１２の傾き調整を可能にしている。

【００４０】ケレープレート１２の回転軸心には、入力
軸２１が圧入により挿入固定されている。この入力軸２
１は、その中央部を滑り軸受け部材７に回転自在に支承
されている。また、入力軸２１の先端は、ケーシング６
の外部に突出している。

【００４１】回転シリンダ部材２は、軸受けプレート３
２によって回転自在に支持されている。軸受けプレート
３２は回転シリンダ部材２を回転自在に平面受けするた
めの部材で、図１１に示すように、その受け面には２条
の突部３２ａ，３２ｂが形成されている。各突部３２
ａ，３２ｂは部分的にカットされており、潤滑・シール
用の水の循環を容易にしている。また、各突部３２ａ，
３２ｂのカット部分は回転シリンダ部材２の回転方向に
関し９０度ずらして配置されており、回転シリンダ部材
２の傾き防止が図られている。このようにして、回転シ
リンダ部材２をその外周付近で平面受けすることができ
るので、回転シリンダ部材２の回転状態が安定したもの
となり、傾き難くなり、圧縮性能を確保でき、信頼性を
向上させることができる。軸受けプレート３２には、潤
滑・シール用の水を循環させるための孔３２ｃが形成さ
れている。

【００４２】軸受けプレート３２の傾きは、調整ねじ３
３によって調整可能となっている。調整ねじ３３は、例
えば３本の押しねじ３３ａと３本の引きねじ３３ｂより
構成されており、これらを周方向に交互に配置してい
る。押しねじ３３ａは軸受けプレート３２を部分的に回
転シリンダ部材２に近づけ、引きねじ３３ｂは軸受けプ
レート３２を部分的に回転シリンダ部材２から引き離す
ようにする。したがって、押しねじ３３ａ、引きねじ３
３ｂのねじ込み量を変化させることで、軸受けプレート
３２の傾きを調整することができる。このため、スラス
ト方向の部品精度を軽減できる。各調整ねじ３３と下ケ
ース６４、軸受けプレート３２との間は、Ｏリング４３
によってシールされている。また、潤滑・シール用の水
を循環させるための穴３２ｃが形成されている。

【００４３】ピストン保持部材５は、回転シリンダ部材
２の外径よりも小さい外径を有する円形形状で形成され
ている。このピストン保持部材５の回転中心位置Ｘは、
上述の回転シリンダ部材２の回転軸心ｏから偏心した位
置に設けられている。ピストン保持部材５は、回転シリ
ンダ部材２を支持する軸受プレート３２と同様の軸受け
プレート３４によって回転自在に支持されている。この
軸受けプレート３４にも、軸受けプレート３２と同様
に、２条の突部３４ａ，３４ｂが形成されており、ピス
トン保持部材５をスラスト方向に平面受けするようにな
っている。このようにして、ピストン保持部材５をその
外周付近で平面受けすることができるので、ピストン保
持部材５の回転状態が安定したものとなり、傾き難くな
り、圧縮性能を確保でき、信頼性を向上させることがで
きる。また、潤滑用の水を循環させるための孔３４ｃが
形成されている。そして、この軸受けプレート３４の傾
きは、例えば３本の押しねじ３３ａと３本の引きねじ３
３ｂより構成された調整ねじ３３によって調整可能とな
っている。このため、スラスト方向の部品精度を軽減す
ることができる。各調整ねじ３３と上ケース６３、軸受
けプレート３４との間は、Ｏリング４２によってシール
されている。

【００４４】なお、ラジアル方向に対して、回転シリン
ダ部材２は下ケース６４の周壁６４ｄにより、ピストン
保持部材５は上ケース６３の周壁６３ｄによって支持さ
れる。

【００４５】ピストン保持部材５の回転シリンダ部材２
に対向する面、すなわち下側面には、ピストン３を自転
可能に保持する保持軸５２と、ピストン４を自転可能に
保持する保持軸５３とが立設固定されている。各保持軸
５２，５３には、その軸方向及び径方向に貫通する保持
軸内通路５２ａ，５３ａが形成されている。潤滑・シー
ル用の水の一部は保持軸内通路５２ａ，５３ａを通って
流れ、ピストン３，４とピストン保持部材５との間の摺
動面や、保持軸５２，５３とピストン３，４との間の摺
動面を潤滑する。

【００４６】なお、潤滑の程度にもよるが、保持軸内通
路５２ａ，５３ａは無くても良い。

【００４７】ピストン３は、往復直線運動時における前
後の面３１，３１が若干丸みを有するように形成されて
いる。また、ピストン３の中心部分には孔３ａが形成さ
れており、この孔３ａに保持軸５２を挿入することで、
ピストン３は保持軸５２に自転可能に保持される。

【００４８】ピストン４もピストン３と同様、往復直線
運動時における前後の面が若干丸みを有するように形成
されている。また、ピストン４の中心部分には孔４ａが
形成されており、この孔４ａに保持軸５３を挿入するこ
とで、ピストン４は保持軸５３に自転可能に保持され
る。

【００４９】ケーシング６は、２つのケース半体、すな
わちピストン保持部材５を回転自在に支持するための上
ケース６３と、回転シリンダ部材２を回転自在に支持す
るための下ケース６４とから構成されている。上ケース
６３と下ケース６４は、凹凸の印篭構造によって正確に
位置決めされた状態で重ね合わされている。本実施形態
では、上ケース６３の合わせ面に形成した凸部９４を、
下ケース６４の合わせ面に形成した凹部９５にはめ込む
ことで正確に位置決めしてセンタ出しを行い、且つずれ
を防止している。上ケース６３と下ケース６４はねじ４
５によって固定されている。また、上ケース６３と下ケ
ース６４の間はＯリング３５によってシールされてい
る。

【００５０】下ケース６４の底部には、入力軸２１を貫
通させるための挿通孔６４ｅが設けられている。また、
下ケース６４の底部にはキャップ３６がねじ３７によっ
て固定されている。下ケース６４とキャップとの間は、
Ｏリング３８によってシールされている。また、入力軸
２１と圧縮機内部のシールは、２段重ねのメカニカルシ
ール９９によってシールされている。

【００５１】このように形成された下ケース６４内に
は、回転シリンダ部材２が回転自在に配置されている。
この回転シリンダ部材２を配置した状態で、回転シリン
ダ部材２の外周面２ａに対向する位置、すなわち周壁６
４ｄには、外部の流体（空気）をケーシング６内に吸い
込むための吸込口６１と、ケーシング６内に吸い込んだ
空気を外部へ吐出するための吐出口６２とが形成されて
いる。

【００５２】吸込口６１は、周壁６４ｄの内周面に形成
されたスリット６１ａと、このスリット６１ａとケーシ
ング６の外部とを連通させる連通孔６１ｂと、この連通
孔６１ｂに接続されるジョイント６１ｃとから構成され
ている。そして、スリット６１ａは、回転シリンダ部材
２が回転すると、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄとそれぞ
れ連なるようになっている。即ち、吸込口６１は、回転
シリンダ部材２の回転に伴い、ピストン３，４が最外周
に移動した位置より若干内側に入った位置から始まりピ
ストン３，４が空洞部２２付近に移動した位置まで至る
ように形成されている。

【００５３】吐出口６２は、周壁６４ｄの内周面に形成
されたスリット６２ａと、このスリット６２ａとケーシ
ング６の外部とを連通させる連通孔６２ｂと、この連通
孔６２ｂに接続されるジョイント６２ｃとから構成され
ている。そして、スリット６２ａは、回転シリンダ部材
２が回転すると、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄとそれぞ
れ連なるようになっている。即ち、吐出口６２は、回転
シリンダ部材２の回転に伴い、ピストン３，４が最外周
に移動した位置より若干手前の位置にわずかに設けてあ
る。このように、スリット６２ａは、スリット６１ａに
比べて、回転シリンダ部材２の回転方向に対して極めて
狭い範囲に形成されている。したがって、シリンダ室２
３ａ〜２３ｄ内の圧力が十分増加するまではスリット６
２ａと対向することはなく、ピストン３，４によって圧
縮されたシリンダ室２３ａ〜２３ｄ内の空気を高圧のま
ま一気に吐出口６２から排出することができる。

【００５４】なお、ピストン３，４が最も外側に移動す
る死点位置（図１２のシリンダ室２３ｄの位置）では、
シリンダ室２３ａ〜２３ｄ内は最も高圧になる。これに
対し、吸込口６１は低圧である。したがって、死点位置
のシリンダ室２３ａ〜２３ｄから吸込口６１への空気の
漏洩が考えられるが、このコンプレッサ１では死点位置
と吸込口６１のスリット６１ａとの間の仕切部分（図１
２のＡ部分）を十分広くすることで、空気の漏洩を防止
している。また、死点位置のシリンダ室２３ａ〜２３ｄ
に比べて吐出口６２も低圧であることから、同様に、死
点位置と吐出口６２のスリット６２ａとの間の仕切部分
（図１２のＢ部分）を十分広くし、空気の漏洩を防いで
いる。

【００５５】また、吐出口６２には、例えばボール３９
ａとスプリング３９ｂより成る逆止弁３９が設けられて
おり、空気の逆流を防止している。逆止弁３９は、スリ
ット６２ａに近い位置に配置されており、逆止弁３９の
上流側の容積を減少させて圧縮比を高めるようにしてい
る。

【００５６】このコンプレッサ１は、背圧逃がし手段を
備えている。背圧逃がし手段は、例えば、シリンダ側背
圧逃がし手段１３と、ピストン保持部材側背圧逃がし手
段１４より構成されている。

【００５７】シリンダ側背圧逃がし手段１３は、コンプ
レッサ１の作動中に回転シリンダ部材２と下ケース６４
の間に発生する背圧を逃がして回転シリンダ部材２等の
回転を円滑にする為のもので、例えば４つの台部２５を
貫通して大径孔２５ａに通じる孔１３である。ただし、
シリンダ側背圧逃がし手段としては台部２５を貫通する
孔１３に限るものではなく、例えば回転シリンダ部材２
の外周面に形成された溝でも良く、又は下ケース６４の
周壁６４ｄに形成された溝でも良い。

【００５８】ピストン保持部材側背圧逃がし手段１４
は、コンプレッサ１の作動中にピストン保持部材５と上
ケース６３の間に発生する背圧を逃がしてピストン保持
部材５の回転を円滑にする為のもので、例えばピストン
保持部材５を貫通する孔１４である。ただし、ピストン
保持部材側背圧逃がし手段としてはピストン保持部材５
を貫通する孔１４に限るものではなく、例えばピストン
保持部材５の外周面に形成された溝でも良く、又は上ケ
ース６３の周壁６３ｄに形成された溝でも良い。

【００５９】給水パイプ１５９は、上ケース６３のポー
ト６３ａ（図８参照）に取り付けられた給液口１９に接
続されている。この給液口１９からポート６３ａを通じ
て上ケース６３内に導かれた潤滑・シール用の水は、ケ
ーシング６内の各部材の隙間やシリンダ側背圧逃がし手
段１３，ピストン保持部材側背圧逃がし手段１４，保持
軸内通路５２ａ，５３ａ，軸受けプレート３２，３４の
孔３２ｃ，３４ｃ等を伝わって摺動面を潤滑する。そし
て、圧縮された空気とともに吐出口６２から吐出され
る。即ち、潤滑・シール用の水は、回転シリンダ部材２
やピストン保持部材５の回転によって生じる圧力差を利
用してコンプレッサ１内を循環する。

【００６０】上述したように構成されたコンプレッサ１
では、入力軸２１が図示しないモータ等によって駆動さ
れると、この回転力が入力軸２１→ケレープレート１２
→ケレー軸３０→回転シリンダ部材２→ピストン３，４
→ピストン保持部材５へと伝えられる。これにより、回
転シリンダ部材２とピストン保持部材５が相対回転を行
い、ピストン３，４をシリンダ室２３ａ〜２３ｄに対し
て動かして吸込口６１から吸い込んだ空気を吐出口６２
から吐出させる。すなわち、入力軸２１が回転される
と、ピストン保持部材５や回転シリンダ部材２等が等角
速度比の回転運動を行い、ピストン３，４を動かしてシ
リンダ室２３ａ〜２３ｄ内の容積が増減し、空気を圧送
することができる。

【００６１】なお、図示はしていないが、モータによる
駆動軸をピストン保持部材５に連結しても良い。

【００６２】コンプレッサ１の動作について、図１３
（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。なお、図１３（Ａ）
〜（Ｆ）は、回転シリンダ部材２の回転角にして１５度
おきに示したものである。

【００６３】このコンプレッサ１は、各シリンダ室２３
ａ〜２３ｄが吸気行程と圧縮行程を交互に繰り返すこと
で空気を圧縮する。まず最初に吸気行程について、シリ
ンダ室２３ｄに着目して説明する。回転シリンダ部材２
とピストン保持部材５が相対回転すると、ピストン４は
図１３（Ａ）に示すシリンダ室２３ｄの死点位置から空
洞部２２に向けて移動する（図１３（Ｂ））。そして、
ピストン保持部材５と回転シリンダ部材２が図１３
（Ｃ）に示す位置まで回転すると、シリンダ室２３ｄが
吸込口６１のスリット６１ａに対向（オーバーラップ）
するので、ピストン４の移動に伴う負圧によって空気が
吸込口６１からシリンダ室２３ｄ内に吸い込まれる（図
１３（Ｄ）〜（Ｆ））。そして、ピストン保持部材５と
回転シリンダ部材２がさらに回転すると、シリンダ室２
３ｄが吸込口６１のスリット６１ａから外れるので吸気
行程が終了し、さらに、このシリンダ室２３ｄが図１３
（Ａ）のシリンダ室２３ａの位置まで回転すると、圧縮
行程が開始される。

【００６４】この圧縮行程をシリンダ室２３ａに着目し
て説明する。回転シリンダ部材２の回転によってピスト
ン保持部材５が回転すると、ピストン３は空洞部２２の
位置からシリンダ室２３ａ内に進入する（図１３（Ａ）
（Ｂ））。そして、回転シリンダ部材２とピストン保持
部材５の更なる回転により、ピストン３はシリンダ室２
３ａ内の外側位置に向けて移動する（図１３（Ｃ）
（Ｄ））ので、シリンダ室２３ａ内の空気が圧縮され
る。そして、この空気が十分圧縮されると（図１３
（Ｅ））、シリンダ室２３ａが吐出口６２のスリット６
２ａとオーバーラップし（図１３（Ｆ））、シリンダ室
２３ａ内の空気を逆止弁３９を押し開けて圧送する。

【００６５】そして、以上の作動は各シリンダ室２３ａ
〜２３ｄについて順番に繰り返されるので、ピストン
３，４は次々に空気を圧縮して送り出す。コンプレッサ
１内は水によって潤滑されシールされているので、例え
ばオイルを使用した場合のように圧縮空気にオイル臭が
付くことがない。また、コンプレッサ１内に水を循環さ
せることで、コンプレッサ１の発熱を抑えることができ
る。

【００６６】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の説明では、圧縮空気と水を分離する
ための独立した分離器１５１を備えていたが、図１４〜
図１６に示すように、独立した分離器１５１を省略して
水分凝集器１５２に分離器としての機能を持たせるよう
にしても良い。この場合には、コンプレッサ１に循環さ
せる水を全て水分凝集器１５２によって冷やしておくこ
とができるので、コンプレッサ１の発熱をより効率良く
抑えることができる。なお、独立した分離器１５１を省
略した空気圧縮装置１５０を利用した酸素濃縮装置１７
０を図１７に示す。

【００６７】また、図１８に示すように、水分凝集器１
５２からでてくる圧縮空気をコンプレッサ１（モーター
を含んでも良い）の熱により再加熱して乾燥させるよう
にしても良い。水分凝集器１５２から出てくる圧縮空気
は相対湿度が比較的高いものであるが、このようにする
ことで相対湿度を下げることができる。

【００６８】さらに、コンプレッサ１は上述のものに限
るものではなく、レシプロ式のコンプレッサ、スクリュ
ー式のコンプレッサ、スクロール式のコンプレッサ、ベ
ーン式のコンプレッサ等でも良い。

【００６９】また、上述では空気を圧縮して吐出するコ
ンプレッサとして述べてきたが、吸入側を利用して真空
ポンプ又は吸引装置として用いてもよい。具体的には、
上述したコンプレッサの内部では、空気を吸入・圧縮・
吐出する工程が行われているので、空気を吸い込む際に
生じる減圧作用を用いて、物をつかむチャッキング等に
使用してもよい。この場合も、上述したとおり、潤滑・
シール用として水を使用することで、環境負荷を低減す
ることができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の空
気圧縮装置では、コンプレッサと、このコンプレッサ内
にシールのための水を循環させる循環手段と、コンプレ
ッサから吐出された吐出空気に混合された水を分離する
分離器と、この吐出空気に混合されている水を熱交換作
用を用いて凝集する水分凝集器とを備え、この水分凝集
器は、水を混合している吐出空気を通過させるパイプ
と、このパイプに取り付けた放熱フィンと、パイプと放
熱フィンに空気を送風するファンとを備えているので、
コンプレッサ内を水によってシールすることができる。
コンプレッサから吐出される吐出空気に混じっている水
は分離器によって分離することができ、また、吐出空気
中の水分は水分凝集器によって凝集させて分離すること
ができる。水分凝集器では、ファンで送風して吐出空気
を冷却し水分を凝集させて分離回収するため、使用する
動力が少なく、また装置も安価である。吐出空気から分
離され回収された水分は循環手段によってコンプレッサ
内へと循環されるので、水分を再利用することができ、
給水の回数を減らすことができる。また、水は環境的に
取扱いが容易であり、メンテナンスが容易である。さら
に、コンプレッサ内に水を循環させるので、コンプレッ
サでの発熱を抑えることができ、特に室内等での使用に
適した空気圧縮装置を提供することができる。

【００７１】また、請求項２記載の空気圧縮装置では、
酸素富化空気を生成する酸素濃縮装置に用いているの
で、例えばオイル臭のない圧縮空気を酸素濃縮装置に供
給することができる。即ち、コンプレッサの潤滑・シー
ル材として水を使用しているため、人体にも安全な圧縮
空気を供給することができ、また、水であるためその交
換等の維持管理も容易である。さらに、水分を分離回収
した後の圧縮空気を酸素濃縮装置に供給することができ
るので、酸素濃縮装置内での結露を防止することができ
ると共に、窒素吸着剤の性能劣化を抑えることが出来
る。

【００７２】さらに、請求項３記載の空気圧縮装置で
は、コンプレッサは、回転軸心を通るようにシリンダ室
が形成され回転軸心を中心として回転する回転シリンダ
部材と、シリンダ室内を面接触して往復直線運動するピ
ストンと、ピストンを保持し回転シリンダ部材の回転軸
心から偏心した回転中心を中心として回転するピストン
保持部材と、回転シリンダ部材とピストン保持部材とを
回転自在に支持して収容すると共に少なくとも１つの空
気の吸込口と少なくとも１つの空気の吐出口とを有する
ケーシングとを備え、ピストンはピストン保持部材の回
転中心から一定の距離おかれた位置にかつその位置を中
心として回転自在に保持されているので、コンプレッサ
の振動や騒音の発生を抑えることが出来る。このため、
静粛性に優れ、特に医療用に使用するのに適した空気圧
縮装置を提供することが出来る。また、静粛性に優れる
ことから、防音機構や防振機構が不要になり、装置全体
をコンパクト化、軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した空気圧縮装置の実施形態の一
例を示す概念図である。

【図２】同空気圧縮装置の水分凝集器を示し、正面から
みた断面図である。

【図３】同空気圧縮装置の水分凝集器を示し、側面から
みた断面図である。

【図４】同空気圧縮装置の分離器を示す概略構成図であ
る。

【図５】同空気圧縮装置を利用した酸素濃縮装置の一例
を示す概念図である。

【図６】同空気圧縮装置のコンプレッサの一例を示し、
その上ケースとピストン保持部材を取り外した状態の平
面図である。

【図７】同コンプレッサの縦断面図である。

【図８】同コンプレッサの分解斜視図である。

【図９】同コンプレッサの底面図である。

【図１０】同コンプレッサのピストンを示し、（Ａ）は
ピストンの斜視図、（Ｂ）はピストンの縦断面図であ
る。

【図１１】同コンプレッサの軸受けプレートを示す斜視
図である。

【図１２】同コンプレッサの吸込口及び吐出口と死点位
置にあるシリンダ室との位置関係を示す図である。

【図１３】同コンプレッサの作動原理を説明するための
図で、（Ａ）は一方のピストンが空洞部を横切り、他方
のピストンがシリンダ室の最奥部にまで進入した状態を
示す図、（Ｂ）は（Ａ）の状態から回転シリンダ部材の
回転角で１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｃ）は
（Ｂ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５
度だけ回転した状態を示す図、（Ｄ）は（Ｃ）の状態か
ら回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した
状態を示す図、（Ｅ）は（Ｄ）の状態から回転シリンダ
部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、
（Ｆ）は（Ｅ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で
更に１５度だけ回転した状態を示す図である。

【図１４】本発明を適用した空気圧縮装置の他の実施形
態を示す概念図である。

【図１５】図１４の水分凝集器を示し、正面からみた断
面図である。

【図１６】図１４の水分凝集器を示し、側面からみた断
面図である。

【図１７】図１４の空気圧縮装置を利用した酸素濃縮装
置を示す概念図である。

【図１８】本発明を適用した空気圧縮装置の更に他の実
施形態を示す概念図である。

【図１９】従来の酸素濃縮装置の概念図である。

【符号の説明】

１コンプレッサ２回転シリンダ部材３，４ピストン５ピストン保持部材６ケーシング２３ａ〜２３ｄシリンダ室６１空気の吸込口６２空気の吐出口１５１分離器１５２水分凝集器１５３パイプ１５４放熱フィン１５５ファン１５０空気圧縮装置１７０酸素濃縮装置ｏ回転軸心Ｘ回転中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林勝彦長野県諏訪郡原村10801番地の２株式会社三協精機製作所諏訪南工場内Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AB06 AC02 CF00 3H076 AA03 AA10 AA16 BB01 BB06 BB10 CC07 CC28 CC31 CC92 CC93 4G042 BA15 BB02 BC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプレッサと、このコンプレッサ内に
シールのための水を循環させる循環手段と、上記コンプ
レッサから吐出された吐出空気に混合された水を分離す
る分離器と、この吐出空気に混合されている水を熱交換
作用を用いて凝集する水分凝集器とを備え、この水分凝
集器は、水を混合している吐出空気を通過させるパイプ
と、このパイプに取り付けた放熱フィンと、上記パイプ
と放熱フィンに空気を送風するファンとを備えたことを
特徴とする空気圧縮装置。
【請求項２】酸素富化空気を生成する酸素濃縮装置に
用いることを特徴とする請求項１記載の空気圧縮装置。
【請求項３】上記コンプレッサは、回転軸心を通るよ
うにシリンダ室が形成され上記回転軸心を中心として回
転する回転シリンダ部材と、上記シリンダ室内を面接触
して往復直線運動するピストンと、上記ピストンを保持
し上記回転シリンダ部材の回転軸心から偏心した回転中
心を中心として回転するピストン保持部材と、上記回転
シリンダ部材と上記ピストン保持部材とを回転自在に支
持して収容すると共に少なくとも１つの空気の吸込口と
少なくとも１つの空気の吐出口とを有するケーシングと
を備え、上記ピストンは上記ピストン保持部材の回転中
心から一定の距離おかれた位置にかつその位置を中心と
して回転自在に保持されることを特徴とする請求項１又
は２記載の空気圧縮装置。