JP2006266204A - 並列型音響圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来型式の音響圧縮機における諸問題を解消して、能力および機能を格段に高めるようにした、新規な構成の並列型音響圧縮機を提供する。
【解決手段】 先端部に吸排気弁を備え、かつ基端部同士を対向させて、同一軸線上に配置されている左右２本の音響共振管２の基端部内側に、単一の加振装置１をもって軸線上を往復振動させられるようにしたピストン１２を、それぞれ摺動自在に嵌合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音響共振に基づく振幅圧力変動を利用した並列型音響圧縮機に関する。

音響共振管の大径の基端の内側に、微小振幅で軸方向に高速で往復運動させられるピストンを設け、このピストンの往復運動に伴う音響共振管内の圧力変動によって、流体を、音響共振管における小径の先端から吸入して吐出させるようになっている音響圧縮機は公知である（例えば特許文献１）。

この音響圧縮機は、ピストンを軸線方向に微小振幅で往復させた際のピストンの運動に伴う管内気柱の共振現象により生じる音響定在波の振幅圧力変動を利用しているもので、作動部としては、音響共振管の基端内側に設けたピストンを高速で往復運動させる加振装置を備えているのみである。

従って、構造がきわめて簡単で、故障のおそれも小さいという特長を有し、今後広く利用されるものと期待されている。
特開２００４−２９３３５６号公報

しかし、上述した音響圧縮機は、微振動するピストンのみによって、気体を吸入吐出させるものであるから、得られる圧縮比が小さく、また吐出流量も小さいという本質的な問題以外に、次のような問題がある。

(ａ)加振装置が音響共振管の基端より突設されているため、音響圧縮機全体としての軸線方向の寸法が大となる。

(ｂ)発生振動に伴う加振装置の反力のすべてを、加振装置の支持部で受止しなければならないため、この支持部の強度を大としなければならない。

(ｃ)加振装置による振動が、そのまま前記支持部へ伝わるので、支持部を緩めたり傷めたりするおそれがある。そのため、支持部を格別な吸振能力を発揮しうるようなものとしなければならず、コスト高を招く。

本発明は、前記した従来型式の音響圧縮機における諸問題を解消して、能力および機能を格段に高めるようにした、新規な構成の並列型音響圧縮機を提供することを目的とするものである。

本発明によると、上記した課題は、特許請求の範囲の各請求項に記載されている次のような手段によって解決される。

(１)先端部に吸排気弁を備え、かつ基端部同士を対向させて、同一軸線上に配置されている左右２本の音響共振管の基端部内側に、単一の加振装置をもって前記軸線上を往復振動させられるようにしたピストンを、それぞれ摺動自在に嵌合する。

(２)上記(１)項において、各音響共振管を水平に配置する。

(３)上記(１)または(２)項において、音響共振管を先細状のものとする。

(４)上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、左右の音響共振管を、同一寸法同一形状のものとする。

(５)上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、左右の音響共振管を、寸法または形状が異なるものとする。

(６)上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、各ピストンを、単一の加振装置の両側へ突出するシャフトに取付ける。

(７)上記(６)項において、加振装置をリニアモータとする。

(８)上記(６)項において、加振装置を圧電式のものとする。

(９)上記(１)〜(８)項のいずれかにおいて、各音響共振管の基部に嵌合したピストン同士を、連結軸をもって連結し、この連結軸を、加振装置をもって、音響共振管の軸線方向に往復振動させるようにする。

(10)上記(９)項において、加振装置を、リニアモータとする。

(11)上記(９)項において、加振装置を、圧電式のものとする。

(12)上記(９)項において、加振装置を、ピン・クランク式のものとする。

(13)上記(１)〜(12)のいずれかにおいて、一方の音響共振管の先端における吐出孔から出た気体を、他方の音響圧縮機の先端における吸入孔に導くようにする。

(14)上記(１)〜(12)のいずれかにおいて、両音響共振管の吐出孔同士を接続する。

請求項１記載の発明：−
（ａ）１個の加振装置をもって、２本の音響共振管を同時に作動させるので、各音響共振管毎に加振装置を設けたものに比して、小さい入力で、大きな圧縮容量を得ることができる。

（ｂ）全体としての占有容積や重量および価格を各個に駆動される２本の音響共振管を設けた場合に比して小とすることができる。

（ｃ）一方の音響共振管から吐出した加圧気体を、他方の音響共振管内へ導くことにより、２段圧縮機とすることができる。

（ｄ）各音響共振管を吐出圧力の異なるものとして、加圧気体を、その圧力に応じた使用個所へ送ることができる。

（ｅ）左右の音響共振管の吐出口を接続することにより、大量の圧力気体を得ることができる。

請求項２記載の発明：−
各音響共振管内のピストンに作用する重力は等しいので、両ピストンは円滑に作動し、かつ両音響共振管が同一形状同一寸法のものとした場合に、その気体の吸入吐出を等しいものとすることができる。

請求項３記載の発明：−
気体の吸入圧縮効率は大となる。

請求項４記載の発明：−
各音響共振管において、等容量で吸入圧縮された気体を、異なる個所における等容量の機器等へ送ることができる。

請求項５記載の発明：−
要求量が大小異なる２個所へ、圧力もしくは量が適切な加圧気体を送ることができる。

請求項６〜８記載の発明：−
加振装置が左右の音響共振管の間に配置されるので、突出部は小となり、かつ各ピストンの駆動機構が、共通化され、簡単になる。

請求項９〜１２記載の発明：−
加振装置を、連結軸の側方へ設けることができるので、構成が簡単となる。

請求項１３記載の発明：−
高圧の圧縮気体を得ることができる。

請求項１４記載の発明：−
大容量の圧縮気体を得ることができる。

図１は、請求項１〜４、６および７のいずれかに記載の発明に係る並列型音響圧縮機の一実施形態を略示する縦断正面図である。

リニアモータタイプの加振装置(１)の左右両側に、それぞれ先端部が小径となっている水平の円錐管状の音響共振管(２)の大径の基端部に設けた外向フランジ(３)を当接し、外向フランジ(３)に設けた複数の水平の取付孔(４)へ挿入した締付ボルト(５)を、加振装置(１)における円塊状の基枠(６)に貫挿してナット(７)締めすることにより、音響共振管(２)(２)を、加振装置(１)の両側に止着してある。

加振装置(１)は基枠(６)の両側面に設けた環状受板(８)(８)の内周部の間に、基枠(６)と同心をなす水平の筒状コイル(９)を設け、かつ筒状コイル(９)の内側に、微小間隙をもって、棒状磁石(10)と、その両側面に接着された滑動軸(11)(11)とを嵌合したものである。

基枠(６)を左右に２分割してあるのは、加工上および組立上の理由からである。
以下の図においても同じである。

各滑動軸(11)は、前記軸受板(８)を貫通して、その外側方へ突出し、その外側端には、円板状のピストン(12)が一体的に設けられている。ピストン(12)は、音響共振管(２)の大径の基部内へ、気密的に摺動しうるようにして嵌合され、ピストン(12)の外周面に刻設した環状凹溝(13)には、Ｏリング(14)が嵌合されている。

音響共振管(２)の小径の外端壁(15)には、内側に外気吸入用の内向き逆止弁(16)を備える吸入孔(17)と、外側に加圧気体吐出用の外向き逆止弁(18)を備える吐出孔(19)とが設けられている。

外端壁(15)の外側には、吸入孔(17)および吐出孔(19)を覆うシリンダカバー(20)が止着され、前記吸入孔(17)および吐出孔(19)は、シリンダカバー(20)の内側の仕切壁(21)により区分されている。

シリンダカバー(20)の側壁には、吸入孔(17)と連通する入口孔(22)、および吐出孔(19)と連通する出口孔(23)が設けられている。

左右両側の音響共振管(２)(２)の形状、寸法およびその付属要素の構造は、全く同一である。

加振装置(１)に通電して付勢すると、棒状磁石(10)は高速で軸線方向に微小振動し、各音響共振管(２)内の圧力振幅が極小となったとき、外気は、内向き逆止弁(16)付き吸入孔(17)より、音響共振管(２)内へ吸入され、音響共振管(２)内の圧力振幅が極大となったときに、外向き逆止弁(18)付き吐出孔(19)より加圧状態で吐出する。

このようにして、１個の加振装置(１)により、左右２個の音響共振管(２)(２)が同時に作動させられるので、経済的であり、かつ加振装置(１)により発生させられる振動が、外部の支持体等へ伝達される程度は小である。

例えば１点鎖線で示すように、図１において、左方の音響共振管(２)の吐出孔(19)を、右方の音響共振管(２)の吸入孔(17)に接続すると、高圧の圧縮気体を得ることができる（請求項１３に記載の発明）。

また同じく図１において、２点鎖線で示すように、左右の音響共振管(２)(２)の吐出孔(19)(19)同士を接続して吐出させれば、大容量の圧縮気体を得ることができる（請求項１４に記載の発明）。

図２は、請求項５記載の発明に係る並列音響圧縮機の一実施形態を略示する図１と同様の縦断正面図である。図１におけるのと同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１のものにおいて、右方の音響共振管(2')を、左方のそれよりも短寸で、形状が異なるものとしてある。

このようにすると、左右の音響共振管(２)(2')からの吐出気体の圧力もしくは量は異なるものとなる。

図３は、請求項８記載の発明に係る並列音響圧縮機の一実施形態を略示する図１と同様の縦断正面図である。図１におけるのと同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１のものにおける筒状コイル(９)を省略し、かつ棒状磁石(10)の代わりに、圧電素子(24)を、ピストン(12)と一体をなす滑動軸(11)(11)の間に設けてある。

圧電素子(24)は基枠(６)に貫挿固着され、かつ各滑動軸(11)の内端面は、圧電素子(24)の外端面に接着もしくは固着されている。

図４は、請求項９〜１１のいずれかに記載の発明に係る並列音響圧縮機の一実施形態を略示する図１と同様の縦断正面図である。図１におけるのと同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１に示すものにおいて、左右のピストン(12)(12)を連結する連結軸(25)を、リニアモータまたは圧電素子(26)により、軸線方向に振動させるようにしてある。

図５は、請求項１２に記載の発明に係る並列音響圧縮機の一実施形態を略示する図１と同様の縦断正面図である。図１におけるのと同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４において示した連結軸(25)にその軸線と直交する長孔(27)を設け、この長孔(27)に、偏心回転させられるクランクシャフト(28)を嵌合してある。

本発明の一実施形態を示す縦断正面図である。 本発明の異なる実施形態を示す縦断正面図である。 本発明の異なる実施形態を示す縦断正面図である。 本発明の異なる実施形態を示す縦断正面図である。 本発明の異なる実施形態を示す縦断正面図である。

符号の説明

(１)加振装置
(２)音響共振管
(３)外向フランジ
(４)取付孔
(５)取付ボルト
(６)基枠
(７)ナット
(８)軸受板
(９)筒状コイル
(10)棒状磁石
(11)滑動軸
(12)ピストン
(13)環状凹溝
(14)Ｏリング
(15)外端壁
(16)内向き逆止弁
(17)吸入孔
(18)外向き逆止弁
(19)吐出孔
(20)シリンダカバー
(21)仕切壁
(22)入口孔
(23)出口孔
(24)圧電素子
(25)連結軸
(26)リニアモータまたは圧電素子
(27)長孔
(28)クランクシャフト

Claims (14)

1. 先端部に吸排気弁を備え、かつ基端部同士を対向させて、同一軸線上に配置されている左右２本の音響共振管の基端部内側に、単一の加振装置をもって前記軸線上を往復振動させられるようにしたピストンを、それぞれ摺動自在に嵌合したことを特徴とする並列型音響圧縮機。
2. 各音響共振管を水平に配置してなる請求項１記載の並列型音響圧縮機。
3. 音響共振管を先細状のものとしてなる請求項１または２記載の並列型音響圧縮機。
4. 左右の音響共振管を、同一寸法同一形状のものとしてなる請求項１〜３のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
5. 左右の音響共振管を、寸法または形状が異なるものとしてなる請求項１〜４のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
6. 各ピストンを、単一の加振装置の両側へ突出するシャフトに取付けてなる請求項１〜５のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
7. 加振装置をリニアモータとしてなる請求項６記載の並列型音響圧縮機。
8. 加振装置を圧電式のものとしてなる請求項６記載の並列型音響圧縮機。
9. 各音響共振管の基部に嵌合したピストン同士を、連結軸をもって連結し、この連結軸を、加振装置をもって、音響共振管の軸線方向に往復振動させるようにした請求項１〜８のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
10. 加振装置を、リニアモータとしてなる請求項９記載の並列型音響圧縮機。
11. 加振装置を、圧電式のものとしてなる請求項９記載の並列型音響圧縮機。
12. 加振装置を、ピン・クランク式のものとしてなる請求項９記載の並列型音響圧縮機。
13. 一方の音響共振管の先端における吐出孔から出た気体を、他方の音響圧縮機の先端における吸入孔に導くようにしたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
14. 両音響共振管の吐出孔同士を接続してなる請求項１〜１２のいずれかに記載の並列型音響圧縮機。
    

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