JP2014202123A - 往復動圧縮機 - Google Patents
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Abstract
Description
中速回転以下で使用される小型の圧縮機では、高い気密性が要求されることから、上記各駆動方式において気密性で有利なレシプロ駆動方式を採用したものが主流となっている。レシプロ駆動方式である圧縮機の構造が、例えば特許文献1〜5に提案されている。
前記各提案の圧縮機の構造は、それぞれ以下の問題がある。
特許文献2のものは、2ヘッド式の構造であり、第1ピストンおよびその関連アセンブリの質量と、第2ピストンおよびその関連アセンブリの質量とを同じにしても、回転軸に対してバランスを取ることが難しい。
特許文献4には、2気筒の図が示されているが、この構造では回転軸に対してバランスを取るのが難しい。明細書中に2気筒単段以外にも適用可能であると記載されているが、明確な記述はなく、2気筒の考え方で構成されるバランスウェイトをそれぞれ取り付けても、完全に回転バランスを取ることはできない。
前記ケースの他方端に回転自在に支持され前記入力軸と同心で回転運動する後方軸と、
それぞれ前記入力軸および前記後方軸の軸心を挟んでこの軸心と垂直な方向に互いに対向して配置された2つのシリンダ室を有する複数のシリンダ対と、
それぞれ前記各シリンダ対の前記各シリンダ室内に摺動自在に嵌合した2つのピストンおよびこれら2つのピストンを互いに一体に動作可能に連結したピストンロッドを有する複数のピストン部と、
前記入力軸と前記後方軸の間にこれら入力軸および後方軸と一体に回転可能に設けられて前記入力軸および前記後方軸の軸心に対して偏心したカム軸と、
このカム軸の外周にこのカム軸の軸心回りに回転自在に設置されて外周面に前記カム軸の軸心に対して偏心したカム面であるピストン受け部が軸方向に並んで複数設けられた偏心カムとを備え、
この偏心カムの前記各ピストン受け部がそれぞれ前記各ピストン部の前記ピストンロッドの中間に設けられたカム受け面に当接して前記ピストンロッドを進退させ、
前記複数のシリンダ対で順次各段の圧縮を行う往復動圧縮機であって、
前記入力軸および前記後方軸の軸心の回りの前記各シリンダ対の円周方向位置が互いに異なり、かつ前記複数のシリンダ対は前記軸心の軸方向に前記シリンダ室が重なり範囲を有する配置であり、円周方向に隣合う前記各シリンダ対の圧縮段が互いに異なることを特徴とする。
このように入力軸の回転運動を各段のシリンダ対の往復運動に変換することで、各段のシリンダ対において気体の圧縮および吐出が繰り返し行われる。前段のシリンダ対で圧縮された圧縮気体は、後段のシリンダ対で順次圧縮されて対象機器に送り出される。
ところで装置全体のコンパクト化を図るためには、シリンダ室内における圧力上昇によってピストンが受ける荷重を小さくする必要がある。この構成では、複数のシリンダ対で順次各段の圧縮を行う、換言すれば、各段のシリンダ対にわたって圧縮気体を順次送ることで、例えば、単段式の圧縮機等よりも、1つのピストンの圧縮率を小さく設定することができる。これにより、ピストンが受ける荷重を単段式の設計より低減でき、よってピストンを支持する軸受を従来のものより小さくすることができる。さらに複数のシリンダ対は前記軸心の軸方向にシリンダ室が重なり範囲を有する配置としたため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
前記対向して配置された2つのシリンダ室を有するシリンダ対を、同じ圧縮段としても良い。この場合、対向する2つのシリンダ室を同一設計にすることができるため、設計が容易になる。
前記各段におけるピストンロッドを互いに仕様が共通の部材としても良い。この場合、部品の兼用性を高め、製造コストの低減を図ることができる。
図1に示すように、この往復動圧縮機は、主に、ケース2と、カム軸付き回転軸1と、各段が往復動形の複数段形の圧縮機構3と、偏心カム13と、前記ケース2内に形成されたチャンバ4(図2)とを有する。ケース2は例えば概略立方体形状に形成され、このケース2に、カム軸付き回転軸1および圧縮機構3がそれぞれ支持される。
圧縮機構3は、第1段の圧縮機構部3aと、第2段の圧縮機構部3bとを有し、これら圧縮機構部3a,3bは前記軸心に沿って並べて設けられる。各圧縮機構部3a,3bは、互いに対向して配置される2つのシリンダ室12aを有するシリンダ対12と、ピストン部26とを有する。圧縮機構3は、順次、第1段の圧縮機構部3aのシリンダ対12および第2段の圧縮機構部3bのシリンダ対12で各段の圧縮を行う。前記対向して配置される2つのシリンダ室12aは、それぞれ入力軸6および後方軸8の軸心L1を挟んで、この軸心L1と垂直な方向に互いに対向する。各段の圧縮機構部3a,3bは、前記カム軸付き回転軸1でそれぞれピストン11が駆動されかつ圧縮気体出口が後段の圧縮気体入口に順次連通している。
図2に示すように、前記2つのピストン11は、各シリンダ対12の各シリンダ室12a内に設けられて、図3(A),(B)に示すように、前記軸心L1(図2)と垂直な方向にそれぞれ摺動自在で互いに対向する。ピストンロッド16は、これら2つのピストン11を互いに一体に動作可能に連結している。
図2に示すように、隣合う段で直交する位置に配置される各ピストンロッド16にそれぞれ嵌合されるピストン受軸受18,18に、偏心カム13が嵌合されている。軸方向に隣り合うピストン受軸受18として、例えば、同一サイズの深溝玉軸受が適用される。
図5に示すように、偏心カム13は、カム軸7の外周に、このカム軸7の軸心L2回りにカム軸用軸受19を介して回転自在に支持されている。各カム軸用軸受19は、例えば、2個の深溝玉軸受を軸方向に並べて設けられる。カム軸7の外周に、これら深溝玉軸受から成る各カム軸用軸受19が軸方向に定められた距離離隔して配置される。またこの例では、合計4個の深溝玉軸受として同一サイズのものが適用されているが、ニードルベアリングなどを用いることで小型化設計が可能となる。
図2に示すように、チャンバ4は、外部に開口する吸入口20に連通する入口チャンバ4aと、第1段の圧縮段の圧縮機構部3aの圧縮気体出口と第2段の圧縮段の圧縮機構部3bの圧縮気体入口との間に介在する中間チャンバ4bとを有する。ケース2の一方端における、入力軸6の半径方向外方側部分に、環状の入口チャンバ4aが設けられる。ケース2の他方端における、後方軸8の半径方向外方側部分に、環状の中間チャンバ4bが設けられる。このように、入口チャンバ4aおよび中間チャンバ4bをケース2内に設けている。
図2では各シリンダ室12aにつき、吸入バルブ22と吐出バルブ23のいずれか片方しか表れていないが、第1段の圧縮段における各シリンダ室12aの圧縮室15に、それぞれ連通する吸入バルブ22および吐出バルブ23がバルブ台21設置され、第2段の圧縮段における各シリンダ室12aの圧縮室15に、それぞれ連通する吸入バルブ22および吐出バルブ23がバルブ台21が設置される。合計4個の吸入バルブ22と4個の吐出バルブ23が設けられる。
第1段の圧縮機構部3aの各シリンダ室12aの圧縮室15は、吸入バルブ22および環状の通路24を介して、前記各シリンダ室12aで共通の入口チャンバ4aと繋がっている。前記各シリンダ室12aの圧縮室15は、それぞれ吐出バルブ23および環状の通路25を介して、前記各シリンダ室12aで共通の中間チャンバ4bと連通している。
前記第1段の各シリンダ室12aと90度位相遅れで往復運動する第2段の各シリンダ室12aは、後段の圧縮段用として使用され、第1段の圧縮段で圧縮された気体を中間チャンバ4bから吸入して、さらに圧縮して吐出する。これによって、第1段で圧縮された気体の温度を放熱することができ、効率の向上に繋がる。
入力軸が回転すると、その回転力が、入力軸の軸心L1から距離bだけオフセットされた位置で偏心カム13に伝達される。それにより、偏心カム13が入力軸および後方軸の軸心L1を中心として旋回するが、偏心カム13のピストン受け部13aがピストンロッド16のカム受け面16aにピストン受軸受18を介して嵌合しているため、偏心カム13が軸心L3回りの角度規制を受ける。それにより、ピストン対12は図6のように動作する。
同図(A)の状態から偏心カム13が右回りに90度旋回すると、同図(B)に示す状態となる。すなわち、偏心カム全体が入力軸および後方軸の軸心L1回りに90度公転すると共に、偏心カム13は、この軸心L3回りに公転とは逆方向に90度自転する。このときのピストン受け部13aの中心O1は、入力軸および後方軸の軸心L1と左右同じ位置となる。
入力軸6を駆動源により回転駆動することで、入力軸6および後方軸8の軸心L1に対して偏心したカム軸7が一体に回転し、カム軸7の軸心L3が旋回する。このため、このカム軸7の外周に回転自在に設置された偏心カム13は、入力軸6および後方軸8の軸心L1を中心として公転しながら、カム軸7の軸心回りに自転する。これと共に、偏心カム13の各ピストン受け部13aが、ピストンロッド16の中間のカム受け面16aに当接してピストンロッド16を進退させる。したがって、各段の各シリンダ室12a内でピストン11がそれぞれ摺動する。
このように入力軸6の回転運動を、各段の圧縮機構部3におけるシリンダ対12の往復運動に変換することで、各段のシリンダ対12において気体の圧縮および吐出が繰り返し行われる。前段の圧縮機構部3で圧縮された圧縮気体は、後段の圧縮機構部3で順次圧縮されて対象機器に送り出される。
ところで装置全体のコンパクト化を図るためには、シリンダ室内における圧力上昇によってピストンが受ける荷重を小さくする必要がある。この構成では、複数のシリンダ対12で順次各段の圧縮を行う、換言すれば、各段のシリンダ対12にわたって圧縮気体を順次送ることで、例えば、単段式の圧縮機等よりも、1つのピストン11の圧縮率を小さく設定することができる。これにより、ピストン11が受ける荷重を従来のものより低減でき、よってピストン11を支持する軸受18を従来のものより小さくすることができる。さらに複数のシリンダ対12は軸心L1の軸方向にシリンダ室12aが重なり範囲を有する配置としたため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
1つの段の圧縮機構部3では、対向する2つのピストン11のピストン径は同一である。各圧縮機構部3a,3bにおいて、対向する2つのピストン11はピストンロッド16で一体に連結されていることから、各段において対向する2つのピストン11の重量バランスを容易に取ることができる。したがって、装置全体として重量バランスを取ることができる。
対向して配置された2つのシリンダ室12aを有するシリンダ対12を、同じ圧縮段としてこれらシリンダ室12aを同一設計にすることができるため、設計が容易になり、コスト低減を図ることができる。
隣合う段の各ピストン11の摺動する方向が互いに直交するように配置されるため、カム軸付き回転軸1に対して、複数段にわたる装置全体の重量バランスをさらに容易に取ることができる。
4b…中間チャンバ
6…入力軸
7…カム軸
8…後方軸
11…ピストン
12…シリンダ対
12a…シリンダ室
13…偏心カム
13a…ピストン受け部
16…ピストンロッド
16a…カム受け面
26…ピストン部
Claims (8)
- ケースの一方端に回転自在に支持され、前記ケースの外部から伝達される駆動力により回転させられる入力軸と、
前記ケースの他方端に回転自在に支持され前記入力軸と同心で回転運動する後方軸と、
それぞれ前記入力軸および前記後方軸の軸心を挟んでこの軸心と垂直な方向に互いに対向して配置された2つのシリンダ室を有する複数のシリンダ対と、
それぞれ前記各シリンダ対の前記各シリンダ室内に摺動自在に嵌合した2つのピストンおよびこれら2つのピストンを互いに一体に動作可能に連結したピストンロッドを有する複数のピストン部と、
前記入力軸と前記後方軸の間にこれら入力軸および後方軸と一体に回転可能に設けられて前記入力軸および前記後方軸の軸心に対して偏心したカム軸と、
このカム軸の外周にこのカム軸の軸心回りに回転自在に設置されて外周面に前記カム軸の軸心に対して偏心したカム面であるピストン受け部が軸方向に並んで複数設けられた偏心カムとを備え、
この偏心カムの前記各ピストン受け部がそれぞれ前記各ピストン部の前記ピストンロッドの中間に設けられたカム受け面に当接して前記ピストンロッドを進退させ、
前記複数のシリンダ対で順次各段の圧縮を行う往復動圧縮機であって、
前記入力軸および前記後方軸の軸心の回りの前記各シリンダ対の円周方向位置が互いに異なり、かつ前記複数のシリンダ対は前記軸心の軸方向に前記シリンダ室が重なり範囲を有する配置であり、円周方向に隣合う前記各シリンダ対の圧縮段が互いに異なる
ことを特徴とする往復動圧縮機。 - 請求項1記載の往復動圧縮機において、前記各シリンダ対は、各段毎にピストン径が異なる往復動圧縮機。
- 請求項1または請求項2記載の往復動圧縮機において、前記往復動圧縮機は2つのシリンダ対を有する2段式とした往復動圧縮機。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の往復動圧縮機において、前記対向して配置された2つのシリンダ室を有するシリンダ対を、同じ圧縮段とする往復動圧縮機。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の往復動圧縮機において、第1段のシリンダ対の圧縮気体出口と、第2段のシリンダ対の圧縮気体入口との間に、中間チャンバを介在させた往復動圧縮機。
- 請求項5記載の往復動圧縮機において、前記中間チャンバは、第1段の各シリンダ室から圧縮気体がそれぞれ送られる共通のものとした往復動圧縮機。
- 請求項5または請求項6に記載の往復動圧縮機において、前記中間チャンバをこの往復動圧縮機に一体に設けた往復動圧縮機。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の往復動圧縮機において、前記各段におけるピストンロッドを互いに仕様が共通の部材とした往復動圧縮機。
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CN108050041A (zh) * | 2018-01-25 | 2018-05-18 | 刘硕毅 | 同面多缸直动式气体压缩机构 |
WO2024007904A1 (zh) * | 2022-07-02 | 2024-01-11 | 汤斌 | 弹性驱动活塞泵 |
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- 2013-04-04 JP JP2013078500A patent/JP6177566B2/ja not_active Expired - Fee Related
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