JP2006009688A - 気体圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 重量の増大を招くことなくコンパクト化を図りかつ内部リークを防止し得る気体圧縮機を提供する。
【解決手段】 気体圧縮機構17は、両端開放のシリンダ部材22及び該シリンダ部材の両端を閉鎖する端壁部材で構成されるシリンダ22、23a、23bと、該シリンダによって規定されるシリンダ室17a内に配置され、該シリンダ室を複数の圧縮室17fに周方向へ区画するベーン17cが設けられたロータ17bとを有する。シリンダ部材22には、シリンダ室17aの周壁に開放する吸入口24及び吐出口25が形成されている。ハウジング12の吸入ポート11を経て吸入された気体はシリンダ部材22の外周に沿って形成された吸入通路26を経て吸入口24に案内され、吐出口25から排出される圧縮気体はシリンダ部材22の肉厚部内をシリンダ室17aの中心軸線方向に伸びる吐出通路27を経て吐出ポート13に案内される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、冷凍機や空気調和装置に冷媒圧縮機として組み込むのに好適な気体圧縮機に関し、特に、圧縮機構の駆動源として電動モータが組み込まれた電動気体圧縮機に好適な気体圧縮機に関する。
従来のこの種の気体圧縮機に、ベーンロータリ式気体圧縮機がある(例えば、特許文献1参照。)。このベーンロータリ式気体圧縮機1は、図4に示すように、ハウジング2内に圧縮機構3が収容されている。ハウジング2には、図示しない吸入ポート及び吐出ポートが設けられている。圧縮機構3は、シリンダ4と、該シリンダ内に回転可能に収容されるロータ5とを有する。シリンダ4は、楕円の横断面形状を有するシリンダ室6を規定し、このシリンダ室6のロータ5には、シリンダ室6を複数の圧縮室6aに周方向へ区画するベーン7が設けられている。ロータ5の回転に伴い圧縮室6aの容積が増減する。
ロータ5の回転によって圧縮室6aの容積が膨張すると、冷媒は吸入ポートからハウジング2内の吸入室(図示せず)に吸入され、さらに、この吸入室からシリンダ4に伸びる吸入通路(図示せず)を経て、シリンダ室6に開放する吸入口8より圧縮室6aに吸入される。また、ロータ5の回転によって圧縮室6aの容積が収縮すると、該圧縮室内の冷媒は圧縮され、圧縮された冷媒は、シリンダ室6に開放する吐出口9から、シリンダ4と該シリンダを取り巻くハウジング2との間に規定された切欠部で構成される排出空間9aを経て、該排出空間に連通する吐出ポートに案内される。排出空間9aには、圧縮室6aへ向けての圧縮冷媒の逆流を防止する逆止弁機構9bが配置されている。
電動気体圧縮機では、図示しないが、このハウジング内を流れる冷媒流を利用してロータの駆動源である電動モータを冷却するため、ハウジングの吸入ポートに連通する前記吸入室内に電動モータが配置されており、この電動モータの作動によって気体圧縮機構が作動することにより、冷媒が図示しない圧縮器から前記したようにハウジングの吸入ポートを経て気体圧縮機に吸入され、該気体圧縮機によって圧縮された冷媒がハウジングに形成された吐出ポートから凝縮器に圧送される。
特開2003−254244号公報(第3−5頁、図1)
従来の前記気体圧縮機では、シリンダ室6に冷媒を取り入れるための吸入口8は、シリンダ室6の端壁に開放し、このシリンダ室6の端壁に開放する吸入口8から吸入通路からの冷媒が圧縮室6aに吸入される。他方、圧縮室6aで圧縮された冷媒は、シリンダ室6の周壁に開放する吐出口9から、シリンダ4と該シリンダを覆うハウジング2との間に形成された排出空間9aに排出される。そのため、ハウジング2のシリンダ外周部を覆う部位には、圧縮された冷媒の高圧が内圧として作用することから、この高い内圧に耐えるためにハウジング2の肉厚が増大し、この肉厚の増大によってその寸法が増大し、それに伴って重量が増大することがあった。
また、シリンダの外周部に吐出圧が作用する従来構造では、シリンダ外周部の高圧が吸入通路のような低圧側に漏れ出ることによって生じる内部リークを確実に防止することは容易ではなかった。
そこで、本発明の目的は、ハウジングの重量の増大を招くことなくハウジングのコンパクト化を図りかつ内部リークを従来に比較して容易に防止し得る気体圧縮機を提供することにある。
本出願人による先の特許出願(特願2003−91450号)で、シリンダの圧縮室から冷媒の放出を許す吐出口をシリンダ室の周壁に開放させるが、シリンダの外周に切欠部による排出空間を形成することなく、シリンダ部材にその一端から他端へ貫通する吐出通路を形成し、吐出口からの冷媒を前記吐出通路を経て吐出ポートに導き、これにより、この吐出口から排出される圧縮冷媒の圧力をシリンダの外周部でハウジングに作用させることのない構造を提案した。
本発明は、この構造の一部を利用したものであり、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、該ハウジングに収容され、前記吸入ポートを経て吸入された気体を圧縮し、圧縮された気体を前記吐出ポートを経て排出する気体圧縮機構とを備え、該気体圧縮機構は、円形あるいは楕円の横断面形状を有するシリンダ室を規定し、圧縮すべき気体を前記シリンダ室に吸入するための吸入口及び圧縮された気体を前記シリンダ室から排出するための吐出口が前記シリンダ室の周壁に開放するシリンダを有し、前記吸入口は前記シリンダ室の周方向に対応する前記シリンダの外周に沿って形成された吸入通路を経て前記吸入ポートに連通し、前記吐出口は前記シリンダの肉厚部内を前記シリンダ室の中心軸線に沿って伸びる吐出通路に該吐出通路の周壁で連通し、前記吐出通路を経て前記吐出ポートに連通することを特徴とする。
本発明に係る前記気体圧縮機では、シリンダ室に冷媒を吸入する吸入口及びシリンダ室から冷媒を排出する吐出口の双方がシリンダ室の周壁に開放し、前記吸入ポートを経て吸入された気体は前記シリンダの周壁に沿って形成された吸入通路を経て前記吸入口に案内され、前記吐出口から排出される圧縮気体は前記吐出通路を経て前記吐出ポートに案内される。
この吐出口から排出される圧縮気体を受ける前記吐出通路は、シリンダの外周部に開放することはなく、シリンダの肉厚部にシリンダ室の中心軸線に沿って形成されている。このため、圧縮室で圧縮された冷媒の圧力がハウジングのシリンダ外周部を覆う部位に内圧として直接的に作用することはない。従って、ハウジングのシリンダ外周部を覆う部位の肉厚の増大を招くことなく、相対的にその強度を高めることができる。
また、圧縮すべき冷媒は、吸入室からシリンダの外周に沿って形成された前記吸入通路を経て、シリンダ周壁に開放する吸入口から圧縮室に案内されるので、前記吸入通路を含む低圧経路と、前記吐出通路を含む高圧経路とを比較的容易かつ確実に分離することができることから、比較的単純な構成によって圧縮冷媒の内部リークを確実に防止することができる。
本発明は、前記圧縮機構が前記シリンダ室内に回転可能に配置されるロータであって前記シリンダ室を複数の圧縮室に周方向へ区画するベーンが設けられたロータとを有し、前記圧縮室の容積が前記ロータの回転に伴って増減する、いわゆるベーンロータリ式気体圧縮機に適用することができる。
前記シリンダは、前記シリンダ室のための空所を規定する両端開放のシリンダ部材と、該シリンダ部材の両端を閉鎖する端壁部材とで構成することができる。この場合、前記シリンダ室の周壁に開放する吸入口及び吐出口が前記シリンダ部材に形成され、前記吸入通路は前記シリンダ部材の外周に沿って形成され、前記吐出通路は前記シリンダ部材の肉厚部内で前記シリンダ部材の一端から他端へ向けて伸びる。
前記吸入通路は、吸気ポートに連通する吸気室から前記シリンダ部材の下方に伸長する第1通路部分と、前記シリンダ部材の外周面を巡って形成される凹溝によって規定され前記第1通路部分に連なりかつ前記吸入口に連通する環状の第2通路部分とで構成することができる。
また、本発明は、前記吸気室に前記圧縮機構を駆動する駆動源として電動モータが配置された電動気体圧縮機に適用することができる。
電動気体圧縮機は、車両に搭載されたエンジンの回転力でロータを回転させるものに比較してロータを高速で回転させることができるので、冷媒としてR134aよりも高圧を必要とする炭酸ガスが用いられた気体圧縮機に有利であり、また本発明は、このような高圧冷媒を用いた気体圧縮機の小型化及び軽量化に有利である。
本発明に係る電動気体圧縮機では、前記したように、吸入ポートから吸入された冷媒は、シリンダの外周に沿って形成された吸入通路からシリンダの周壁に開放する吸入口を経てシリンダ室に案内され、シリンダ室で圧縮された冷媒はシリンダの周壁に開放する吐出口からシリンダの肉厚部内でシリンダ室の中心軸線方向に伸びる吐出通路を経て、吐出ポートに案内される。
従って、本発明によれば、シリンダの外周部でハウジングに高い吐出圧力が内圧として作用することを防止し、高圧側から低圧側への内部リークを確実に防止することができるので、ハウジングの重量の増大を招くことなくハウジングのコンパクト化を図りかつ内部リークを確実に防止することができる。
本発明を図示の実施例に沿って以下に詳細に説明する。
本発明に係る気体圧縮機は、例えば自動車に搭載される空気調和装置に適用され、空気調和装置の構成要素である従来よく知られた凝縮器、膨張弁及び蒸発器等と共に、冷却サイクルのための冷媒循環経路を構成する。
本発明に係る気体圧縮機10は、図1に示す例では、前記蒸発器(図示せず)に接続される吸入ポート11が形成された一端開放の筒状のフロントハウジング部材12aと、前記凝縮器(図示せず)に接続される吐出ポート13が形成され、フロントハウジング部材12aの開放端を閉鎖する筒状のリアハウジング部材12bとが全体に円筒状に組み付けられて構成された2分割式ハウジング12を備える。両ハウジング部材12a、12bは、環状シール部材12cを介して気密的に接合する。
フロントハウジング部材12aの開放端には、ハウジング12内を中心軸線方向に区画する隔壁部材14が配置されている。この隔壁部材14により、ハウジング12内の隔壁部材14よりもフロントハウジング部材12aの側には、吸入ポート11に連通する吸入室15が区画され、吸入室15内には電動モータ16が配置されている。また、ハウジング12内の隔壁部材14内及び該隔壁部材よりもリアハウジング部材12bの側には、気体圧縮機構17が配置され、リアハウジング部材12b内には吐出ポート13に連通する高圧室18が規定されている。
電動モータ16は、図示の例では、従来よく知られた多相ブラシレス直流モータである。電動モータ16は、ロータ16aと、該ロータを取り巻いて配置され、フロントハウジング部材12aに固定されるステータ16bとを備える。ロータ16aは、フロントハウジング部材12aに形成された軸受19でハウジング12の中心軸線に一致して回転可能に支持された回転軸20に固定されている。従来よく知られているように、電動モータ16のロータ16aに埋設された永久磁石(図示せず)とステータ16bの固定子巻き線16cに供給される多相パルス電流によって生じる界磁との磁気相互作用により、回転軸20が一方向に回転する。固定子巻き線16cへの給電のために、フロントハウジング部材12aには電気コネクタ21が設けられている。
図示の例では、ステータ16bとフロントハウジング部材12aの周壁との間に、吸入ポート11から隔壁部材14へ向けての冷媒の流れを円滑にするための冷媒通路16dが形成されている。また、ステータ16bは、斜めピン16eでフロントハウジング部材12a内の所定位置に確実に位置決められている。
回転軸20は、ハウジング12の中心軸線に沿って隔壁部材14を貫通し、前記気体圧縮機構17に伸びる。
気体圧縮機構17は、例えば従来よく知られたベーンロータリ式気体圧縮機構である。ベーンロータリ式気体圧縮機構17は、楕円の空所を規定する両端開放のシリンダ部材22と、該シリンダ部材の両端を閉鎖するフロントサイドブロック23a及びリアサイドブロック23bから成る両サイドブロック23a、23bとを備える。
隔壁部材14の高圧室18の側に位置する一方の面には凹部14aが形成されており、シリンダ部材22とリアサイドブロック23bとの接合面が、隔壁部材14の凹部14aが開放する前記一方の面に一致するように、凹部14a内に気体圧縮機構17のシリンダ部材22及びフロントサイドブロック23aが受け入れられている。
シリンダ部材22及び両サイドブロック23a、23bにより、図2に示すような楕円形の横断面形状を有するシリンダ室17aが規定されている。シリンダ室17a内には、回転軸20に一体的に形成されたロータ17bが回転可能に配置されている。ロータ17bには、ベーン17cを進退可能に収容するベーン溝17dが形成されており、各ベーン溝17d内のベーン17cは、従来よく知られているように、背圧室17eに供給される油圧によってシリンダ室17aの周壁へ向けて押圧される。ベーン17cは、シリンダ室17aをその周方向へ図示の例では5つの圧縮室17fに区画する。
ロータ17bがシリンダ室17aの中心軸線に一致する回転軸20と一体的に回転すると、ロータ17bのベーン17cがシリンダ室17aの周壁を摺動する。このベーン17cの摺動に伴い、従来よく知られているように、各ベーン17cで区画された圧縮室17fの容積がそれぞれ増減する。
この圧縮室17fの容積の増減に伴って該圧縮室に例えば炭酸ガスのような冷媒ガスを吸入するための吸入口24及び圧縮室17fから圧縮された冷媒ガスの排出するための吐出口25がそれぞれシリンダ部材22に形成されている。
シリンダ室17aの各短径部を間に、それぞれの短径部からロータ17bの回転方向(図2では時計方向)の側へ偏倚した位置にはシリンダ室17aの径方向に整列して各吸入口24が配置され、ロータ17bの回転方向と逆方向(図2では反時計方向)の側へ偏倚した位置には各吐出口25がシリンダ室17aの径方向に整列して配置されている。これら一対の吸入口24及び一対の吐出口25の各一端は、シリンダ室17aの周壁でシリンダ室17aに開放する。
一対の吸入口24は、それぞれの他端でシリンダ部材22の外周面に開放する。各吸入口24は、図2に示すように、それぞれの前記他端が吸入通路26を経て吸入室15(図1参照)に連通する。これにより、各吸入口24は、図1及び図2に示すように、吸入室15を経て吸入ポート11に連通する。
吸入通路26は、図1及び図2に示すように、隔壁部材14の凹部14aよりも下方に位置する下部に形成された第1通路部分26aと、隔壁部材14の凹部14aの周壁に沿って半円状に形成された凹溝から成る第2通路部分26bとを有する。第1通路部分26aの一端は、隔壁部材14の吸入室15側に位置する他方の面に開放し、他端が前記凹溝(26b)の周壁に開放する。第2通路部分26bは、隔壁部材14の前記凹溝(26b)と該溝の開放部を閉鎖するシリンダ部材22の外周壁とにより規定されており、該シリンダ部材の外周に沿って半円状に伸長する。第2通路部分26bは、それらの両端で各吸入口24の前記他端に接続されている。従って、吸入通路26は、隔壁部材14の内部及びシリンダ部材22の外周を経て、吸入室15の底部を各吸入口24に連通させる。
吐出口25は、図2に示すように、該吐出口に関連してシリンダ部材22に形成された吐出通路27に該吐出通路の周壁で開放する。吐出通路27は、全体に矩形横断面形状を有し、該吐出通路内には吐出口25を開閉する逆止弁28が配置されている。吐出通路27は、図3に示すように、シリンダ部材22の肉厚部をシリンダ室17aの中心軸線に沿ってシリンダ部材22の一端から該シリンダ部材の他端に向けて貫通して形成されている。リアサイドブロック23bには、吐出通路27に整合する通路29が形成されており、吐出通路27の周壁に開放する吸入口24を開閉する逆止弁28は、吐出通路27から通路29に延在して配置されており、その基部がねじ部材30でリアサイドブロック23bに固定されている。逆止弁28は、圧縮室17fから吐出通路27に排出される冷媒の圧縮室17fへの逆流を阻止する。
吐出通路27の通路29と反対側の端部はフロントサイドブロック23aにより封止されている。吐出通路27は、通路29を経て、図1に示したように、高圧室18内に配置された油分離器31に連通する。油分離器31は、ねじ部材32でリアサイドブロック23bに固定されており、従来よく知られているように、油分離器31を経る冷媒に含まれる潤滑油を冷媒から分離する。高圧室18の下部には、油分離器31により分離された潤滑油を保留する油貯め33が形成されている。油貯め33内の潤滑油は、高圧室18に作用する冷媒圧力により、従来よく知られているように、シリンダを構成するリアサイドブロック23b、シリンダ部材22及びフロントサイドブロック23aのそれぞれに形成された潤滑油供給路34a、34b、34cを経て、回転軸20を受ける前記シリンダの軸受部に供給され、また前記した背圧室17eにベーン背圧として供給される。
リアサイドブロック23bには、リアハウジング部材12bとの間で高圧室18の気密性を高めるための環状シール部材34が配置されている。環状シール部材34は、高圧室18内の高圧がシリンダ部材22の外周に形成された吸入通路26の第2通路部分26bのような低圧経路に漏れ出ることを確実に阻止する。
本発明に係る気体圧縮機10では、電動モータ16の起動により気体圧縮機構17のロータ17bが回転すると、該気体圧縮機構の吸入口24が開放する圧縮室17fの容積の増大に伴って該圧縮室に吸引力が作用し、この吸引力の作用により、吸入ポート11から吸入室15内に潤滑油を含む冷媒ガスが吸引される。この冷媒ガスは、吸入室15内で電動モータ16を冷却しながらシリンダ部材22の外周に形成された吸入通路26を経て、気体圧縮機構17のシリンダ室17aの周壁に開放する吸入口24から、圧縮室17fに吸引される。
ロータ17bの回転の継続により圧縮室17fの容積が減少すると、圧縮室17fに吸引された冷媒ガスが圧縮され、圧縮室17f内で圧縮された冷媒ガスは、シリンダ室17aの周壁の吐出口25から該吐出口が開放する吐出通路27に排出される。この吐出通路27に排出される冷媒ガスは、圧縮率に応じた高圧力で吐出通路27の対向壁面に向けて吹き出されるが、該吐出通路はシリンダ部材22の外周面に開放することはなく、このため、シリンダ部材22の外周を取り巻く隔壁部材14の凹部14aの周面及びハウジング12の隔壁部材14を取り巻く部位に吐出口25からの前記した吐出圧力が作用することはない。本発明に係る気体圧縮機10では、シリンダ部材22の外周面及び該外周面を取り巻く隔壁部材14との間には、吸入通路26の第2通路部分26bを流れる圧縮前の吐出圧に比較して極めて低圧の冷媒ガス圧力が作用するに過ぎない。
従って、シリンダ部材22を取り巻く隔壁部材14及びハウジング12のシリンダ部材22の外周部に位置する部位に従来のような高圧が作用することはなく、これら隔壁部材14及びハウジング12の対応部位の肉厚を増大させることなく、これらの部位の強度が相対的に高められる。
吐出通路27に排出された冷媒は、通路29を経て油分離器31により潤滑油分を除去され、また高圧室18内で脈動成分を除去された状態で吐出ポート13から前記凝縮器に圧送される。
本発明に係る気体圧縮機10では、前記したように、シリンダ室17aすなわち該シリンダ室の圧縮室17fに冷媒を吸入する吸入口24及びシリンダ室17aから冷媒を排出する吐出口25の双方がシリンダ室17aの周壁に開放し、吸入ポート11を経て吸入された気体はシリンダ(22、23a、23b)を構成するシリンダ部材22の周壁に沿って形成された吸入通路26を経て吸入口24に案内され、吐出口25から排出される圧縮気体は吐出通路27を経て吐出ポート13に案内される。
吐出口25から排出される圧縮気体を受ける吐出通路27は、前記シリンダのシリンダ部材22の外周部に開放することはなく、該シリンダ部材の肉厚部にシリンダ室17aの中心軸線に沿って形成されていることから、圧縮室17fで圧縮された冷媒の圧力が隔壁部材14およびハウジング12のシリンダ外周部を覆う部位に内圧として直接的に作用することはない。従って、隔壁部材14及びハウジング12のシリンダ外周部を覆う部位の肉厚の増大を招くことなく、相対的にその強度を高めることができる。
また、圧縮すべき冷媒は、吸入室15からシリンダ(22、23a、23b)の外周に沿って形成された吸入通路26を経て、シリンダ周壁に開放する吸入口24から圧縮室17fに案内されるので、吸入通路26を含む低圧経路と、吐出通路27を含む高圧経路とを比較的容易かつ確実に分離することができることから、比較的単純な構成によって圧縮冷媒の内部リークを確実に防止することができる。
従って、本発明に係る気体圧縮機10によれば、前記シリンダ(22、23a、23b)の外周部でハウジング12に高い吐出圧力が内圧として作用することを防止し、高圧側から低圧側への内部リークを確実に防止することができるので、ハウジング12の重量の増大を招くことなくハウジング12のコンパクト化を図りかつ内部リークを確実に防止することができる。
前記したところでは、気体圧縮機構17としてベーンロータリ式気体圧縮機構の例を示したが、気体圧縮機構としてスクロール式及びその他の圧縮機構を採用することができる。また、電動モータ16についても、前記した多相ブラシレス直流モータの他、種々の電動モータを採用することができ、またエンジンの回転力を気体圧縮機構の動力源とすることができる。さらに、冷媒としてR134aのような非炭酸ガス系の冷媒を用いることができる。
本発明に係る気体圧縮機の縦断面図である。 図1に示す線II-IIに沿って得られた断面図である。 図2に示す線III-IIIに沿って得られた断面図である。 従来の気体圧縮機の横断面図である。
符号の説明
10 気体圧縮機
11 吸入ポート
12(12a、12b) ハウジング(フロントハウジング部材、リアハウジング部材)
13 吐出ポート
14 隔壁部材
15 吸入室
16 電動モータ
17 気体圧縮機構
17a シリンダ室
17b ロータ
17c ベーン
17f 圧縮室
20 回転軸
22 シリンダ部材(シリンダ)
23a、23b 端壁部材(フロントサイドブロック、リアサイドブロック:シリンダ)
24 吸入口
25 吐出口
26 吸入通路
26a 第1通路部分
26b 第2通路部分
27 吐出通路

Claims (5)

  1. 吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、該ハウジングに収容され、前記吸入ポートを経て吸入された気体を圧縮し、圧縮された気体を前記吐出ポートを経て排出する気体圧縮機構とを備え、該気体圧縮機構は、円形あるいは楕円の横断面形状を有するシリンダ室を規定し、圧縮すべき気体を前記シリンダ室に吸入するための吸入口及び圧縮された気体を前記シリンダ室から排出するための吐出口が前記シリンダ室の周壁に開放するシリンダを有し、前記吸入口は前記シリンダ室の周方向に対応する前記シリンダの外周に沿って形成された吸入通路を経て前記吸入ポートに連通し、前記吐出口は前記シリンダの肉厚部内を前記シリンダ室の中心軸線に沿って伸びる吐出通路に該吐出通路の周壁で連通し、前記吐出通路を経て前記吐出ポートに連通することを特徴とする気体圧縮機。
  2. 前記気体圧縮機構は、前記シリンダ室内に回転可能に配置され、前記シリンダ室を複数の圧縮室に周方向へ区画するベーンが設けられたロータとを有し、前記圧縮室の容積が前記ロータの回転に伴って増減するベーンロータリ式気体圧縮機であることを特徴とする請求項1に記載の気体圧縮機。
  3. 前記シリンダは、前記シリンダ室のための空所を規定する両端開放のシリンダ部材と、該シリンダ部材の両端を閉鎖する端壁部材とを有し、前記シリンダ室の周壁に開放する吸入口及び吐出口が前記シリンダ部材に形成され、前記吸入通路は前記シリンダ部材の外周に沿って形成され、前記吐出通路は前記シリンダ部材の肉厚部内で前記シリンダ部材の一端から他端へ向けて伸びる請求項2に記載の気体圧縮機。
  4. 前記吸入通路は前記吸気ポートに連通する吸気室から前記シリンダ部材の下方に伸長する第1通路部分と、前記シリンダ部材の外周面を巡って形成される凹溝によって規定され前記第1通路部分に連なりかつ前記吸入口に連通する環状の第2通路部分とを備える請求項3に記載の気体圧縮機。
  5. 前記吸気室には前記圧縮機構を駆動する電動モータが配置された電動気体圧縮機であることを特徴とする請求項4に記載の気体圧縮機。
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