JP2008101508A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動軸の回転運動を偏心軸の旋回運動を通じてピストンの往復直線運動に変換するに際して、ピストンに対する不要な横荷重を抑制することのできる往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダ２５と、シリンダ２５内にシール部材３３を介在させて上下方向に摺動可能に収容されたピストン３０と、ピストン３０と一体に構成され、シリンダ２５の軸線と軸心が直交する円孔３１ａを有する駆動連結部３１と、円孔３１ａ内に設けられた駆動軸３４と、駆動軸３４と一体に構成され、円孔３１ａ内に設けられた円柱形状の偏心軸３５と、円孔３１ａの内周面と偏心軸３５の外周面との間に内挿され、駆動連結部３１を支承する摺動部材３７とを備える。摺動部材３７は、駆動軸３４の回転駆動に基づいた偏心軸３５の旋回運動に伴う左右方向にかかる荷重を受けた場合に、駆動連結部３１及び偏心軸３５と各々相対回転するように摺動するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、不要な横荷重を抑制することのできる往復動圧縮機に関する。

従来、例えば酸素濃縮装置におけるコンプレッサとして用いられる往復動圧縮機においては、モータの回転を駆動軸に伝え、駆動軸に偏心した状態で設けられた偏心軸の旋回運動をピストンの往復直線運動に変換することで、シリンダ端部に設けられた圧力室内において空気の圧縮を行っていた（例えば、特許文献１）。
特開平７−２０８３６８号公報

ところが、こうした往復動圧縮機にあっては、ピストンを揺動させながら往復動させていたため、該ピストンに対して不要な横荷重が生じていた。そのため、こうした横荷重、すなわちピストンの揺動に伴ってシリンダの軸線方向と直交する方向にかかる力によって圧力室内の空気が漏れないようにピストン端部とシリンダ内周面との摺動部分に設けられたシール部材の摩耗を早めてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動軸の回転運動を偏心軸の旋回運動を通じてピストンの往復直線運動に変換するに際して、ピストンに対する不要な横荷重を抑制することのできる往復動圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シリンダと、該シリンダ内にシール部材を介在させた状態で前記シリンダの軸線方向に沿って摺動可能に収容されたピストンと、該ピストンと一体に構成され、前記シリンダの軸線と軸心が直交する円孔を有する駆動連結部と、該駆動連結部の前記円孔内に該円孔の軸心と軸心が平行となるように設けられた駆動軸と、該駆動軸と一体に構成され、前記円孔内に前記駆動軸の軸心に対して軸心が偏心するように設けられた円柱形状の偏心軸と、前記円孔の内周面と前記偏心軸の外周面との間に内挿され、前記円孔の軸心が前記駆動軸の軸心に対して前記偏心軸の軸心よりも大きく偏心した状態となるように前記駆動連結部を支承する摺動部材とを備え、該摺動部材は、前記駆動軸の回転駆動に基づいた前記偏心軸の旋回運動に伴う前記シリンダの軸線方向と直交する方向にかかる荷重を受けた場合に、前記駆動連結部及び前記偏心軸と各々相対回転するように摺動することを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、偏心軸の旋回運動に伴って、摺動部材はシリンダの軸線方向へ移動しながら、揺動運動するように回転する。すなわち、旋回運動する偏心軸から該偏心軸の軸心が移動する方向への力が摺動部材に加わると、摺動部材は偏心軸及び駆動連結部に対して摺動可能であるため、偏心軸及び駆動連結部に対して相対回転しながら、その力をピストンと一体に構成された駆動連結部に伝達する。そして、その際において、偏心軸の軸心のシリンダの軸線方向と直交する方向への移動に伴う力は、摺動部材の相対回転に変換される。したがって、偏心軸の旋回運動に伴い生じるシリンダの軸線方向への荷重は摺動部材及び駆動連結部を介してピストンに伝えられて空気を圧縮する仕事をし、シリンダの軸線方向と直交する方向への荷重は摺動部材の回転運動に変換されるので、ピストンに不要な横荷重が及ぶことを抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の往復動圧縮機において、前記摺動部材は、外周面が円筒面形状をなすととともに、前記偏心軸を内挿可能な円形の摺動孔を有することを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、例えば摺動部材を外周面が円孔に内接する円柱形状とし、これに偏心軸の外周面と外接する摺動孔を設けることで、簡易な構成で駆動連結部を支承することができる。また、偏心軸と摺動部材、また摺動部材と円孔の各摺接面が偏りなく接することが可能となるため、摺動性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の往復動圧縮機において、前記駆動連結部における前記円孔の内周面と前記摺動部材の外周面との間及び前記摺動部材における前記摺動孔の内周面と前記偏心軸の外周面との間にベアリングをそれぞれ介装することにより、前記摺動部材は各ベアリングを介して前記円孔の内周面及び前記偏心軸の外周面に対して摺動可能となっていることを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、摺動部材がベアリングを介して円孔及び偏心軸に対して摺動可能となっているため、摺接面における各部材のすり減りを抑制することにより、装置全体の耐久性を向上させることができる。また、摺接面潤滑のために油を用いる必要がないため、オイルフリー（無給油式）の往復動圧縮機においても、偏心軸の旋回運動に伴う横荷重を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の往復動圧縮機において、前記駆動連結部を前記シリンダの軸線方向に沿って摺動案内可能なガイド部材が設けられていることを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、ガイド部材によってピストンのシリンダの軸線方向と直交する方向への移動が抑制される。また、摺接面の摩擦抵抗等によって生じる横荷重をガイド部材でも受けることができるので、シール部材に加わる横荷重を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の往復動圧縮機において、前記ガイド部材は弾性部材を介して前記シリンダの軸線方向と直交する方向への変位自在に支持されていることを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、弾性部材が弾性伸縮することにより、ガイド部材の駆動連結部に対する摺動面が摩耗した場合においても、ガイド部材が変位して駆動連結部を摺動案内することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の往復動圧縮機において、前記シリンダの軸線方向において前記駆動連結部を挟んだ両側にそれぞれピストンが配設されていることを要旨とする。

このように構成される往復動圧縮機では、駆動連結部を挟んだ両側に設けられたピストンがそれぞれ対応するシリンダによって支持されるため、ピストンのシリンダの軸線方向と直交する方向への移動を抑制することができる。

以下、本発明を酸素濃縮装置に備えられる往復動圧縮機（以下、「圧縮機」と略称する。）に具体化した一実施形態を図に従って説明する。なお、以下における本明細書中の説明において、「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」をいう場合は、各図に矢印で示す前後、左右、上下の各方向を示すものとする。

図１に示すように、本実施形態の酸素濃縮装置１１は、大気中の空気を吸入して圧縮する圧縮機１２を備えている。圧縮機１２で圧縮された空気は並列に設けられた入口弁１３，１４を介して吸着筒１５及び吸着筒１６にそれぞれ送られる。吸着筒１５，１６の内部には空気中から窒素を選択的に吸着する吸着剤が充填されているため、圧縮空気が吸着筒１５，１６内を流動することにより、圧縮空気中の窒素の大部分が除去された酸素濃縮ガスが生成されるようになっている。また、吸着筒１５，１６には、内部の気体を外部に放出するための排気弁１７，１８がそれぞれ設けられている。

吸着筒１５，１６において生成された酸素濃縮ガスは、パージ弁１９及びチェック弁２０ａ，２０ｂを介して酸素タンク２１に送られて貯留された後、図示しないガス取出手段によって製品ガス（酸素）として取出される。

次に、圧縮機１２の詳細な構成について説明する。
図２（ａ）に示すように、圧縮機１２は、前後両面及び上下両面にそれぞれ所定の開口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが開口形成されたケーシング２２を備えている。ケーシング２２の前面側（図２（ａ）において右側）の開口２２ａには蓋２３が取り付けられるとともに、後面側（図２（ａ）において左側）の開口２２ｂは駆動源としてのモータ２４がケーシング２２に一体固定されることにより塞がれている。ケーシング２２の上側開口２２ｃ及び下側開口２２ｄは、それぞれ同じ大きさの円形状をなし、上下方向において同軸上に位置するように形成されている。これら上下２つの各開口２２ｃ，２２ｄには、同一内径のシリンダ２５が一つずつ、お互いに上下逆向きに嵌合固定されている。

各シリンダ２５の外端側開口には円盤形状の弁座板２６がそれぞれ固着されている。各弁座板２６には、図２（ｂ）に示すように、空気吸入用の吸入孔２６ａ及び空気吐出用の吐出孔２６ｂがそれぞれ設けられている。また、弁座板２６の内面側には吸入孔２６ａを常には閉塞する弾性変形可能な吸入弁２７が設けられるとともに、弁座板２６の外面側には吐出孔２６ｂを常には閉塞する弾性変形可能な吐出弁２８が設けられている。

また、各弁座板２６の外面側には流路形成部材２９がそれぞれ固着されており、各流路形成部材２９には吸入孔２６ａと連通する吸入路２９ａ及び吐出弁２８を介して吐出孔２６ｂと連通する吐出路２９ｂがそれぞれ形成されている。なお、各吐出路２９ｂは図示しない送気路及び入口弁１３，１４を介して吸着筒１５，１６に圧縮空気を送るようになっている。

シリンダ２５の内部には、ピストン３０がシリンダ２５の軸線方向（上下方向）に沿って摺動可能に収容されている。ピストン３０は円筒形状の駆動連結部３１と一体に構成されており、シリンダ２５の軸線方向において駆動連結部３１を挟んだ両側にそれぞれピストン３０が配設されている。すなわち、各ピストン３０は、その一端側（内端側）が駆動連結部３１と接続されるとともに、その他端側にはシリンダ２５の内径と対応した略円盤形状のピストンヘッド３０ａが設けられている。また、駆動連結部３１はシリンダ２５の軸線と軸心が直交する円孔３１ａを有している。

各ピストンヘッド３０ａの弁座板２６と対向する面には押圧板３２がそれぞれ設けられており、各ピストンヘッド３０ａと押圧板３２との間にはシール部材３３が挟装されている。シール部材３３はシリンダ２５内において、ピストンヘッド３０ａより内側と押圧板３２の外側とで空気が出入りしないようにシリンダ２５の内周部をシールしているため、ピストン３０はシール部材３３を介在させた状態でシリンダ２５の軸線方向に沿って摺動するようになっている。

なお、押圧板３２、シール部材３３、シリンダ２５及び弁座板２６で囲まれた空間は圧力室Ｒとなり、ピストン３０の上下方向への往復直線運動により、上下の圧力室Ｒの内容積が交互に増減することで、空気の圧縮・吸入が同時に行われるようになっている。また、各圧力室Ｒは、吸入弁２７及び吸入孔２６ａを介して吸入路２９ａと連通するとともに、吐出孔２６ｂ及び吐出弁２８を介して吐出路２９ｂと連通している。

ケーシング２２内にはモータ２４の駆動に伴い回転する棒状の駆動軸３４が後側の開口２２ｂを介して挿入されており、その駆動軸３４の先端は円孔３１ａの軸心と軸心が平行となるように駆動連結部３１の円孔３１ａ内まで延設されている。なお、駆動軸３４は、ケーシング２２の上下方向及び左右方向の中心位置にその軸心Ｃ１が通るように配置されている。

駆動軸３４の外周部には、円柱形状の偏心軸３５が周設されている。偏心軸３５は駆動軸３４と略同径の円孔３５ａを有し、この円孔３５ａ内に駆動軸３４が摺動不能に内挿される態様で駆動軸３４と一体に構成されている。なお、この偏心軸３５自体の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１に対して偏心された状態となっている。

偏心軸３５の外周部には円筒形状の針状ころ軸受であるベアリング３６が周設されており、このベアリング３６によって偏心軸３５が回動可能に支持されている。
また、ベアリング３６の外周部には、外周面が円筒面形状の摺動部材３７が周設されている。なお、この摺動部材３７自体の軸心Ｃ３は、駆動連結部３１における円孔３１ａの軸心と一致している。また、摺動部材３７はベアリング３６と略同径の摺動孔３７ａを有し、この摺動孔３７ａ内にベアリング３６が内挿される態様となっている。なお、摺動孔３７ａの軸心は偏心軸３５の軸心Ｃ２と一致している。そして、円孔３１ａの軸心でもある摺動部材３７の軸心Ｃ３が駆動軸３４の軸心Ｃ１に対して偏心軸３５の軸心Ｃ２よりも大きく偏心した状態で、駆動連結部３１は摺動部材３７及びベアリング３８によって支承されている。

摺動部材３７の外周面と駆動連結部３１における円孔３１ａの内周面との間には、円筒形状の針状ころ軸受であるベアリング３８が介装されている。摺動部材３７はベアリング３６を介して偏心軸３５の外周面に対して摺動可能となっているとともに、ベアリング３８を介して円孔３１ａの内周面に対して摺動可能となっている。

ケーシング２２内には、駆動連結部３１の外周面をシリンダ２５の軸線方向に沿って摺動案内可能なガイド部材３９が設けられている。ガイド部材３９とケーシング２２の内壁との間には弾性部材としてのばね４０が設けられており、ガイド部材３９は駆動連結部３１との間に隙間が生じないように、ばね４０を介してシリンダ２５の軸線方向と直交する方向への変位自在に支持されている。また、ガイド部材３９の駆動連結部３１と接する摺動面３９ａは摺動性に優れたフッ素樹脂等の素材によって構成されている。

次に、以上のように構成された圧縮機１２の作用について、図３に従って説明する。
モータ２４の駆動開始前には、（Ａ）に示すように、回転角度０°の初期位置において、ピストン３０はシリンダ２５内において上方のみに可動域を有している。そして、その初期位置の状態において、駆動軸３４の軸心Ｃ１、偏心軸３５の軸心Ｃ２及び摺動部材３７の軸心Ｃ３はそれぞれシリンダ２５の軸線と直交する位置にあって、偏心軸３５の軸心Ｃ２及び摺動部材３７の軸心Ｃ３は駆動軸３４の軸心Ｃ１の鉛直下方に位置している。

ここで、シリンダ２５及びケーシング２２の内側の空間を、シリンダ２５の軸線と駆動軸３４の軸心Ｃ１とを含む垂直面Ｖと駆動軸３４の軸心Ｃ１を含む水平面Ｈとで複数（すなわち、４つ）の空間に区切ったとする。そして、垂直面Ｖよりも左側で水平面Ｈよりも下側の空間を空間Ｐ１、垂直面Ｖよりも左側で水平面Ｈよりも上側の空間を空間Ｐ２、垂直面Ｖよりも右側で水平面Ｈよりも上側の空間を空間Ｐ３、垂直面Ｖよりも右側で水平面Ｈよりも下側の空間を空間Ｐ４とする。また、偏心軸３５の軸心Ｃ２及び摺動部材３７の軸心Ｃ３を含む平面を揺動面Ｓとする。なお、初期位置において、揺動面Ｓは垂直面Ｖ上にある。

さて、モータ２４が駆動開始され、駆動軸３４が軸心Ｃ１を回転中心として時計回りに４５°回動されると、（Ｂ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに４５°旋回して空間Ｐ１内に位置する。このとき、偏心軸３５の軸心Ｃ２は初期位置よりも上方向に移動するとともに、左方向にも移動している。この偏心軸３５の上方向への移動に伴って、摺動部材３７及びピストン３０も上方向に移動する。

ピストン３０が上方向に移動すると、上側の圧力室Ｒの内容積が縮小されるので、上側圧力室Ｒ内の空気が圧縮される。そして、吐出弁２８を開弁させる力（＝圧力室Ｒ内の圧力×吐出孔２６ｂの開口面積）が吐出弁２８を閉弁させる力（＝吐出路２９ｂ内の圧力×吐出弁２８の面積）を上回ると、上側の吐出弁２８が開弁状態となって、吐出孔２６ｂを通じて圧縮された空気が吐出路２９ｂへと吐出される。同時に、下側圧力室Ｒの内容積が拡張されるので、下側圧力室Ｒ内が減圧状態となって吸入弁２７を開弁させる力が吸入弁２７を閉弁させる力を上回ると、下側の吸入弁２７が開弁状態となって吸入孔２６ａを通じて空気が下側圧力室Ｒ内に吸入される。すなわち、ピストン３０が上方向に移動するとき、上側圧力室Ｒは空気の圧縮工程となり、下側圧力室Ｒは空気の吸入工程となる。

一方、偏心軸３５の左方向への移動に伴って、摺動部材３７は反時計回りに回転する。すなわち、シリンダ２５の上下方向へはピストン３０の可動域としての圧力室Ｒが設けられているが、左右方向には可動域が設けられていないために、偏心軸３５の旋回による左方向への力が摺動部材３７及びピストン３０（及び駆動連結部３１）に加わると、摺動部材３７及び偏心軸３５に対してはピストン３０側から反作用としての力が加わる。このとき、偏心軸３５は駆動軸３４に対して固定されており、またピストン３０はシール部材３３及びガイド部材３９を介してケーシング２２に対して支持されているために、左右方向への移動が抑制されている。これに対して、摺動部材３７はベアリング３６，３８を介して偏心軸３５の外周面及び円孔３１ａの内周面に対して摺動可能となっているため、摺動部材３７の軸心Ｃ３を中心として偏心軸３５及び駆動連結部３１に対して揺動面Ｓが揺動するように相対回転する。揺動面Ｓの垂直面Ｖに対する傾きがこのときの摺動部材３７の回転角度であり、摺動部材３７の摺動孔３７ａが偏心軸３５の左方向への移動に追従するように摺動部材３７が回転することにより、偏心軸３５の左方向への移動が円孔３１ａ内で許容される。

なお、摺動部材３７が回転する際、摺動部材３７には摺動摩擦抵抗によって左右方向への荷重が生じるが、この横荷重の一部はガイド部材３９を介してケーシング２２の内壁に伝わる。

次に、駆動軸３４がさらに９０°まで回動されると、（Ｃ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに９０°旋回して垂直面Ｖよりも左側の水平面Ｈ上に位置する。このとき、偏心軸３５は一連の旋回運動における最も左寄りの位置にあり、揺動面Ｓの垂直面Ｖに対する傾きは最も大きくなっている。この位置からさらに駆動軸３４が時計回りに回動されると、摺動部材３７の回転方向は反転され、時計回りに回転を始める。つまり、摺動部材３７は揺動面Ｓの揺動方向が反対になる。

次に、駆動軸３４がさらに１３５°まで回動されると、（Ｄ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに１３５°旋回して空間Ｐ２内に位置する。また、揺動面Ｓは（Ｂ）の位置に戻っている。このときも、上側圧力室Ｒは空気の圧縮工程にあり、下側圧力室Ｒは空気の吸入工程にある。

次に、駆動軸３４がさらに１８０°まで回動されると、（Ｅ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに１８０°旋回して水平面Ｈよりも上側の垂直面Ｖ上に位置する。また、揺動面Ｓは垂直面Ｖ上に戻っている。このとき、偏心軸３５の軸心Ｃ２及び摺動部材３７の軸心Ｃ３は最も上寄りの位置にあり、上側のピストン３０は上下方向への往復直線運動における上死点にある。すなわち、この位置からさらに駆動軸３４が時計回りに回動されると、上側の圧力室Ｒは空気の圧縮工程から吸入工程へ移行するとともに、下側圧力室Ｒは吸入工程から圧縮工程へ移行する。

次に、駆動軸３４がさらに２２５°まで回動されると、（Ｆ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに２２５°旋回して空間Ｐ３内に位置する。このとき、上側圧力室Ｒは空気の吸入工程にあり、下側圧力室Ｒは空気の圧縮工程にある。そして、偏心軸３５の右方向への移動に伴って摺動部材３７は軸心Ｃ３を中心として時計回りに回転し、偏心軸３５の右方向への移動が円孔３１ａ内で許容される。

次に、駆動軸３４がさらに２７０°まで回動されると、（Ｇ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに２７０°旋回して垂直面Ｖよりも右側の水平面Ｈ上に位置する。このとき、偏心軸３５は一連の旋回運動における最も右寄りの位置にあり、揺動面Ｓの垂直面Ｖに対する傾きは最も大きくなっている。この位置からさらに駆動軸３４が時計回りに回動されると、摺動部材３７の回転方向は反転され、反時計回りに回転を始める。

次に、駆動軸３４がさらに３１５°まで回動されると、（Ｈ）に示すように、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに３１５°旋回して空間Ｐ４内に位置する。また、揺動面Ｓは（Ｆ）の位置に戻っている。このときも、上側圧力室Ｒは空気の吸入工程にあり、下側圧力室Ｒは空気の圧縮工程にある。

この状態からさらに駆動軸３４が時計回りに回動されて回動角度が３６０°になると、偏心軸３５の軸心Ｃ２は駆動軸３４の軸心Ｃ１を中心として時計回りに３６０°旋回して水平面Ｈよりも下側の垂直面Ｖ上に位置し、（Ａ）に示す初期位置に戻る。このとき、偏心軸３５の軸心Ｃ２及び摺動部材３７の軸心Ｃ３は最も下寄りの位置にあり、上側のピストン３０は上下方向への往復直線運動における下死点にある。そして、この位置からさらに駆動軸３４が時計回りに回動されると、上側の圧力室Ｒは空気の吸入工程から圧縮工程へ移行するとともに、下側圧力室Ｒは圧縮工程から吸入工程へ移行し、再び（Ａ）〜（Ｈ）のサイクルを繰り返すことで、空気の圧縮を連続的に行う。

以上のように、駆動軸３４の回動角度と偏心軸３５の旋回角度とは等しく、偏心軸３５の軸心Ｃ２が初期位置から空間Ｐ１→空間Ｐ２→空間Ｐ３→空間Ｐ４→空間Ｐ１とシリンダ２５及びケーシング２２の内側の空間を移動して３６０°旋回している。これに対して、摺動部材３７は垂直面Ｖ上を上下方向に移動しながら、偏心軸３５の旋回角度が９０°，２７０°のときに最大角度となる所定角度範囲内において摺動孔３７ａ（揺動面Ｓ）が揺動するように回転している。

ここで、駆動軸３４の軸心Ｃ１とシリンダ２５の軸線とが交わる点を原点（０，０）とし、原点から左方向を＋ｘ方向、原点から下方向を＋ｙ方向、また駆動軸３４の回動角度でもある偏心軸３５の旋回角度をθ、軸心間距離Ｃ１−Ｃ２をαとすると、偏心軸３５の軸心Ｃ２の移動軌跡は、ｘ＝αｓｉｎθ、ｙ＝αｃｏｓθで示される。

また、軸心間距離Ｃ２−Ｃ３をβとすると、βは偏心軸３５の旋回角度に関わらず常に一定の値となり、摺動部材３７の軸心Ｃ３の移動軌跡は、ｘ＝０、ｙ＝αｃｏｓθ＋｛β^２−（αｓｉｎθ）^２｝^０．５で示される。なお、ピストン３０の移動軌跡も摺動部材３７の軸心Ｃ３と同じ移動軌跡となる。

そして、摺動部材３７の回転角度をφとすると、図４（ａ）に示すように、αｓｉｎθ＝βｓｉｎφであるので、φ＝ａｒｃｓｉｎ（αｓｉｎθ／β）となる。そのため、偏心軸３５が軸心Ｃ１を中心として３６０°旋回するのに伴って、摺動部材３７は軸心Ｃ３を中心として−ａｒｃｓｉｎ（α／β）≦φ≦ａｒｃｓｉｎ（α／β）の角度範囲において揺動することになる。

したがって、例えばα＝１．５ｍｍ、β＝３．０ｍｍとしたときの偏心軸３５の軸心Ｃ２の移動軌跡（同図における実線）及び摺動部材３７の軸心Ｃ３の移動軌跡（同図における点線）は図４（ｂ）で示される。また、偏心軸３５の旋回角度に対する摺動部材３７の軸心Ｃ３のｙ方向変位量は図４（ｃ）で示されるとともに、偏心軸３５の旋回角度に対する摺動部材３７の回転角度φは図４（ｄ）で示され、摺動部材３７は軸心Ｃ３を中心として−３０°≦φ≦３０°の角度範囲において揺動することになる。

以上説明した実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）偏心軸３５の旋回に伴う上下方向への荷重はピストン３０に伝えられて空気を圧縮する仕事をし、左右方向への荷重は摺動部材３７の回転運動に変換されるので、不要な横荷重を抑制することができる。

（２）摺動部材３７を円柱形状とすることで、簡易な構成で円孔３１ａの軸心が駆動軸３４の軸心Ｃ１に対して偏心軸３５の軸心Ｃ２よりも大きく偏心した状態で、駆動連結部３１を支承することができる。また、偏心軸３５と摺動部材３７、また摺動部材３７と円孔３１ａの各摺接面がベアリング３６，３８を介して偏りなく接することが可能となるため、摺動性を向上させることができる。

（３）摺動部材３７がベアリング３６，３８を介して円孔３１ａの内周面及び偏心軸３５の外周面に対して摺動可能となっているため、摺接面における各部材のすり減りを抑制することにより、装置全体の耐久性を向上させることができる。また、摺接面潤滑のために油を用いる必要がないため、オイルフリー（無給油式）の往復動圧縮機においても、偏心軸の回動に伴う横荷重を抑制することができる。

（４）ガイド部材３９によってピストン３０の左右方向への移動を抑制することができるとともに、摺接面の摩擦抵抗によって生じる横荷重を受けることができる。したがって、偏心軸３５の旋回に伴う横荷重を、ガイド部材３９を通じてケーシング２２の内壁に伝えることで、シール部材３３に加わる横荷重を抑制することができる。

（５）ばね４０が弾性伸縮することにより、ガイド部材３９の駆動連結部３１に対する摺動面３９ａが摩耗した場合においても、ガイド部材３９が変位して駆動連結部３１を摺動案内することができる。

（６）駆動連結部３１を挟んだ両側に設けられたピストン３０がそれぞれ対応するシリンダ２５によって支持されるため、ピストン３０の左右方向への移動を抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態において、ピストン３０は駆動連結部３１を挟んだ両側に配設されているが、片側だけに設けるようにしてもよい。この場合においても、ガイド部材３９によって駆動連結部３１がケーシング２２に対して支持されているので、ピストン３０の左右方向への移動を抑制することができる。

・上記実施形態において、ガイド部材３９を設けない構成としてもよい。この場合においても、ピストン３０はシール部材３３を介してそれぞれ対応するシリンダ２５によって支持されているので、左右方向への移動を抑制することができる。なお、ピストン３０が片側だけしかなく、かつガイド部材３９が設けられていない場合には、ピストン３０は左右方向に支持されていないために、偏心軸３５の旋回運動に伴う左右方向の力を受けて揺動するが、力の一部は摺動部材３７の回転運動に変換されるので、シール部材３３にかかる横荷重は抑制される。

・上記実施形態において、ガイド部材３９が弾性部材としてのばね４０を備えない構成としてもよい。
・上記実施形態において、ベアリング３６，３８は針状ころ軸受でなくてもよく、例えば玉軸受等を用いてもよい。

・上記実施形態において、ベアリング３６，３８を設けない構成としてもよい。この場合には、装置の小型化を図ることができる。なお、ベアリング３６，３８を設けない場合には、偏心軸３５、摺動部材３７及び円孔３１ａの摺動面を摺動性に優れた素材によって構成することが好ましい。

・上記実施形態において、摺動部材３７の外周面は円筒面形状でなくてもよい。例えば、図５に示すように、複数の直径の異なる球形状又は円柱形状の摺動部材４１を円孔３１ａの内周面と偏心軸３５の外周面との間に内挿し、円孔３１ａの軸心が駆動軸３４の軸心Ｃ１に対して偏心軸３５の軸心Ｃ２よりも大きく偏心した状態で駆動連結部３１を支承するようにしてもよい。

・上記実施形態において、圧縮機１２は酸素濃縮装置１１に備えられた圧縮機１２に用いられるものに限られない。また、圧力室Ｒの片方又は両方を真空用にして利用してもよい。

実施形態における酸素濃縮装置を概略的に示すシステム図。 （ａ）は実施形態における往復動圧縮機の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図。 実施形態における往復動圧縮機の作用図。 （ａ）は駆動軸、偏心軸及び摺動部材の各軸心位置を示す模式図、（ｂ）は偏心軸及び摺動部材の軸心の移動軌跡を示すグラフ、（ｃ）は偏心軸の旋回角度と摺動部材の軸心の変位量を示すグラフ、（ｄ）は偏心軸の旋回角度と摺動部材の回転角度を示すグラフ。 （ａ）は別の実施形態における往復動圧縮機の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図。

符号の説明

Ｃ１…駆動軸の軸心、Ｃ２…偏心軸の軸心、Ｃ３…摺動部材の軸心、１２…往復動圧縮機、２５…シリンダ、３０…ピストン、３１…駆動連結部、３１ａ…円孔、３３…シール部材、３４…駆動軸、３５…偏心軸、３６，３８…ベアリング、３７，４１…摺動部材、３７ａ…摺動孔、３９…ガイド部材、４０…弾性部材としてのばね。

Claims (6)

1. シリンダと、
   該シリンダ内にシール部材を介在させた状態で前記シリンダの軸線方向に沿って摺動可能に収容されたピストンと、
   該ピストンと一体に構成され、前記シリンダの軸線と軸心が直交する円孔を有する駆動連結部と、
   該駆動連結部の前記円孔内に該円孔の軸心と軸心が平行となるように設けられた駆動軸と、
   該駆動軸と一体に構成され、前記円孔内に前記駆動軸の軸心に対して軸心が偏心するように設けられた円柱形状の偏心軸と、
   前記円孔の内周面と前記偏心軸の外周面との間に内挿され、前記円孔の軸心が前記駆動軸の軸心に対して前記偏心軸の軸心よりも大きく偏心した状態となるように前記駆動連結部を支承する摺動部材とを備え、
   該摺動部材は、前記駆動軸の回転駆動に基づいた前記偏心軸の旋回運動に伴う前記シリンダの軸線方向と直交する方向にかかる荷重を受けた場合に、前記駆動連結部及び前記偏心軸と各々相対回転するように摺動することを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記摺動部材は、外周面が円筒面形状をなすととともに、前記偏心軸を内挿可能な円形の摺動孔を有することを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記駆動連結部における前記円孔の内周面と前記摺動部材の外周面との間及び前記摺動部材における前記摺動孔の内周面と前記偏心軸の外周面との間にベアリングをそれぞれ介装することにより、前記摺動部材は各ベアリングを介して前記円孔の内周面及び前記偏心軸の外周面に対して摺動可能となっていることを特徴とする請求項２に記載の往復動圧縮機。
4. 前記駆動連結部を前記シリンダの軸線方向に沿って摺動案内可能なガイド部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
5. 前記ガイド部材は弾性部材を介して前記シリンダの軸線方向と直交する方向への変位自在に支持されていることを特徴とする請求項４に記載の往復動圧縮機。
6. 前記シリンダの軸線方向において前記駆動連結部を挟んだ両側にそれぞれピストンが配設されていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の往復動圧縮機。

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