JP2014202124A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部部品の耐久性の向上を図り、振動の抑制を図ると共に、内部部品に異常が発生した場合でも、ピストン等に損傷を受けることを防止することができる往復動圧縮機を提供する。
【解決手段】 この往復動圧縮機は、入力軸と、後方軸と、シリンダ対と、ピストン部と、カム軸とを備え、この偏心カムのピストン受け部がそれぞれピストン部のピストンロッド１６の中間に設けられたカム受け面に当接してピストンロッド１６を進退させ、シリンダ対の各シリンダ室内の圧縮を行う往復動圧縮機である。前記ピストンロッド１６が入力軸の軸方向Ａ１へ移動することを規制するピストン規制手段１７を設けた。ピストン規制手段１７は、ガイド軸受２９と、ピストンロッド１６に設けられガイド軸受２９に案内される被案内部３０とを含む。
【選択図】 図６

Description

この発明は、入力軸の回転をシリンダ内のピストンの往復運動に変換するレシプロ式の往復動圧縮機に関する。

圧縮機の駆動方式として、カム軸に連繋されたピストンの往復運動により気体の吸引と吐出とを繰り返すレシプロ駆動方式、固定スクロールに対する旋回スクロールを回転させて気体の吸引と吐出とを繰り返すスクロール型のロータリ駆動方式、一対のローラの回転運動により気体の吸引と吐出とを繰り返すローラ型のロータリ駆動方式等が採用されている。
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種々提案されている（例えば特許文献１〜６）。

特許第４８７２９３８号公報 特許第４４８２３３７号公報 特許第１４８０１９０号公報 特開２０１１−２３１７４４号公報 特許第４５５３９７７号公報 特開２０１１−２０２５１９号公報

一般的なレシプロ駆動方式は、振動、騒音が高く、また、エネルギー効率が悪いことなどが問題となる。
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１のものは、４つのシリンダに４つのピストンおよびピストンロッドが必要となり、それぞれを配置するためには入力シャフト軸方向の長さが拡張してしまう。また、円筒形であるピストン中心軸高さが隣り合う位相で異なり、重心のバランスを取ることが困難となる。
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３のものは、ピストンヘッド部とシリンダ内の摺動面との摩擦により、ピストンヘッド部に取り付けられるシールカップおよびピストンリングが損傷、偏摩耗等を生じ、気密性の劣化および摩耗の増大によって、エネルギー損失が増加する恐れがある。
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。

特許文献５のものは、シャフト軸を中心に等速回転運動する回転部品が、シャフト軸の回転運動をピストン組の直線往復運動に変換する。このピストン組の往復運動の不釣合いによる振動、騒音を、回転部品の両端部にそれぞれ配置するバランスウェイトで抑えている。

特許文献６では、シリンダからの直接的な反力を小さくするために、ピストンの直線往復運動をガイドするガイド軸受を具備し、省エネルギー化を実現している。この実施例に示されている軸受構造は、ピストンを回転円周方向のみにガイドすることが可能であるが、入力軸の軸方向にはフリーでありピストンは前記入力軸の軸方向に移動が可能である。そうすると、各部品間の隙間によってピストンが軸方向に移動し、ピストンとシリンダ間で摺動しているシールカップが過大にシリンダに押し付けられ、シールカップの耐久性が低下する恐れがある。
また、軸受などの内部部品の異常によりガタが増大した場合には、ピストンが傾き、シリンダ内面やピストンの外形部が干渉し、これらピストン等に損傷を受ける恐れがある。

この発明の目的は、内部部品の耐久性の向上を図り、振動の抑制を図ると共に、内部部品に異常が発生した場合でも、ピストン等に損傷を受けることを防止することができる往復動圧縮機を提供することである。

この発明の往復動圧縮機は、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駆動する後方軸と、
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シリンダ対と、
前記シリンダ対の前記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設けられた偏心カムとを備え、
この偏心カムの前記ピストン受け部がそれぞれ前記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、
前記シリンダ対の各シリンダ室内の圧縮を行う往復動圧縮機であって、
前記ピストンロッドが前記入力軸の軸方向へ移動することを規制するピストン規制手段を設け、このピストン規制手段は、前記入力軸の軸心に平行な軸心回りに回転自在に前記ケースに設けられたガイド軸受と、前記ピストンロッドに設けられ前記ガイド軸受に案内される被案内部とを含むことを特徴とする。

この構成によると、入力軸を駆動源により回転駆動することで、入力軸および後方軸の軸心に対して偏心したカム軸が一体に回転し、カム軸の軸心が旋回する。このため、このカム軸の外周に回転自在に設置された偏心カムは、入力軸および後方軸の軸心を中心として公転しながら、カム軸の軸心回りに自転する。これと共に、偏心カムの各ピストン受け部が、ピストンロッドのカム受け面に当接して前記ピストンロッドを進退させる。したがって、各シリンダ室内でピストンがそれぞれ摺動する。入力軸の回転運動をシリンダ対の往復運動に変換することで、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。シリンダ対で圧縮された圧縮気体は、対象機器に送り出される。

前記のようにピストンロッドを進退させるとき、このピストンロッドに設けられた被案内部が、入力軸の軸心に平行な軸心回りに回転自在なガイド軸受に案内される。これら被案内部とガイド軸受とを含むピストン規制手段により、ピストンロッドが入力軸の軸方向へ移動することを規制する。したがってシリンダ室内で摺動するピストンが不所望に傾いたり過度に押し付けられることを防止することにより、ピストンの耐久性が向上するうえ、振動も抑制することが可能となる。内部部品に異常が発生した場合でも、ピストン，シリンダ室に損傷を受けることを防止することができる。

前記被案内部は、前記ピストンロッドの側面部に設けられた断面凹形状のレール溝からなるものとしても良い。前記「断面」とは、前記ピストンロッドをこのピストンロッドの移動方向に垂直な平面で切断して見た断面を言う。この場合、ガイド軸受の外輪端面部が、レール溝内における両側面に挟まれ、ピストンロッドが前記軸方向に移動することを規制する。

前記レール溝の溝底の横断面形状を、溝幅における中央部に向かう程凹む円弧状に形成し、前記ガイド軸受の外輪は、前記レール溝における円弧状の溝底と同一の曲率を有し、前記円弧状の溝底を有する前記レール溝に前記外輪を案内させるものとしても良い。前記「同一の曲率」は、レール溝の円弧状の溝底と「同程度」（レール溝における溝底の曲率の98％以上110％以下）の曲率をも含む。
ピストンロッドを進退させるとき、円弧状の外輪に対しレール溝が調心したうえで、ピストンロッドが前記軸方向に移動することを規制する。したがって、ガイド軸受の外輪に対し、ピストンロッドを常時円滑に案内させることができる。これにより、従来の圧縮機よりも振動、騒音の低減を図ることが可能となる。

前記レール溝の溝底の横断面形状を、溝幅における中央部に向かう程凹む円弧状に形成し、前記ガイド軸受の外輪に、前記レール溝における円弧状の溝底と同一の曲率を有するカバー部材を設け、前記円弧状の溝底を有する前記レール溝に前記カバー部材を案内させるものとしても良い。この場合、カバー部材を、例えば定期的な点検時に容易に交換することができ、メンテナンス性に優れる。
前記カバー部材は樹脂材料からなるものとしても良い。この場合、樹脂材料からなるカバー部材に接する被案内部への損傷を軽減することができる。

前記ガイド軸受をすべり軸受としても良い。この場合にもピストンロッドが軸方向へ移動することを規制し得る。

この発明の往復動圧縮機は、入力軸と、後方軸と、シリンダ対と、ピストン部と、カム軸とを備え、この偏心カムのピストン受け部がそれぞれ前記ピストン部の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、前記シリンダ対の各シリンダ室内の圧縮を行う往復動圧縮機であって、前記ピストンロッドが前記入力軸の軸方向へ移動することを規制するピストン規制手段を設けたため、内部部品の耐久性の向上を図り、振動の抑制を図ると共に、内部部品に異常が発生した場合でも、ピストン等に損傷を受けることを防止することができる。

この発明の第１の実施形態に係る往復動圧縮機の要部の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は、同往復動圧縮機における第１段の圧縮機構部のピストン部の断面図、（Ｂ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 （Ａ）は、同往復動圧縮機における第２段の圧縮機構部のピストン部の断面図、（Ｂ）は、図４（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 同往復動圧縮機の偏心カム等の断面図である。 図２のＥ−Ｅ線断面図である。 同往復動圧縮機のシリンダ対の動作を説明する図である。 （Ａ）は、この発明の他の実施形態に係る往復動圧縮機のピストン部の断面図、（Ｂ）は、図８（Ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る往復動圧縮機の要部の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る往復動圧縮機の要部の断面図である。

この発明の第１の実施形態に係る往復動圧縮機を図１ないし図７と共に説明する。図１は、実施形態に係る往復動圧縮機の要部の断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。この往復動圧縮機は、カム軸付き回転軸１の回転運動をピストンの往復運動に変換する往復動形の圧縮機である。
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、ピストン規制手段１７（図６）と、前記ケース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。

ケース２は、例えば、二つ割りの分割構造体であって一方のケース分割体に他方のケース分割体が組合わされて複数（この例では４つ）のボルトにより固定されて成る。すなわち前記ケース２に固定される一方および他方のケース分割体には、前記複数のガイド軸受軸２７を挿通する円筒状の軸部２８がそれぞれ設けられる。これら複数のガイド軸受軸２７は、入力軸６および後方軸８の軸心Ｌ１に平行に設けられる。前記一方および他方のケース分割体が互いに固定可能に組み合わされた状態で、一方および他方のケース分割体における複数のガイド軸受軸２７がそれぞれ同心に配置される。換言すれば、これらケース分割体における複数のガイド軸受軸２７がそれぞれ同心に配置された状態で、前記一方および他方のケース分割体が互いに固定可能に組み合わされる。

図２に示すように、ケース２の一方端および他方端に、それぞれ軸受５，５を介して、カム軸付き回転軸１が回転自在に支持されている。このカム軸付き回転軸１は、モータまたはエンジン等の駆動源からの駆動力により、直接またはカップリングを介して間接に回転駆動される。なお前記モータのモータ軸と、カム軸付き回転軸１にわたってベルトまたはチェーン等の動力伝達手段を設け、前記モータからの駆動力を動力伝達手段を介してカム軸付き回転軸１に伝達しても良い。

カム軸付き回転軸１は、入力軸６と、この入力軸６の軸心Ｌ１に対して径方向に距離Ａだけ偏心したカム軸（換言すればクランク軸）７と、前記入力軸６と同心の後方軸８とを有する。入力軸６にカム軸７を介して後方軸８が固定される。入力軸６の軸方向一端部がケース２の一方端から突出し、このケース２内において、入力軸６の軸方向他端部に、カム軸７の軸方向一端部および第１のバランスウェイト９が固定される。同ケース２内にて、カム軸７の軸方向他端部に、後方軸８の軸方向一端部および第２のバランスウェイト１０が固定される。後方軸８の軸方向他端部がケース２の他方端から突出する。第１，第２のバランスウェイト９，１０は、カム軸７の回転バランスを取るために設けられる。

これら入力軸６、カム軸７、第１，第２のバランスウェイト９，１０、および後方軸８は、この例ではそれぞれ別体として部品間で固定する構造にしているが、この構造に限定されるものではない。例えば、これら入力軸６、カム軸７、第１，第２のバランスウェイト９，１０、および後方軸８のうち、少なくともいずれか複数のものを互いに一体に削り出し等で形成しても良い。

圧縮機構３について説明する。
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、前段である第１段の圧縮機構部３ａの圧縮気体出口が、後段である第２段の圧縮機構部３ｂに順次連通している。

前記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は、同じ圧縮段としている。各シリンダ室１２ａの外側の端面には、蓋部材１４が取り付けられ、シリンダ室１２ａ内における蓋部材１４とピストン１１との間の空間が圧縮室１５とされている。各圧縮機構部３ａ，３ｂにおいて、１つのシリンダ室１２ａと、この１つのシリンダ室１２ａ内で摺動自在に設けられるピストン１１と、このピストン１１に連結されたピストンロッド１６とでシリンダ装置を構成する。なお、蓋部材１４の外面には、多数のフィン１４ａが形成されている。

図３（Ａ）は、往復動圧縮機における第１段の圧縮機構部のピストン部の断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図３（Ａ）に示すように、前記ピストン部２６は、２つのピストン１１と、ピストンロッド１６とを有する。
図１，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、前記軸心Ｌ１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。

入力軸６および後方軸８の軸心Ｌ１の回りの各シリンダ対１２の円周方向位置は、第１段，第２段で互いに異なる。さらに第１段，第２段のシリンダ対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。また円周方向に隣合う各シリンダ対１２の圧縮段が互いに異なる。各段の圧縮機構部３ａ，３ｂは、前記軸心Ｌ１で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。換言すれば、対向する２つのシリンダ室１２ａの並び方向が、隣合う段で直交するように、複数段の圧縮機構部３ａ，３ｂが配置される。

図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、各ピストン１１は、フランジ部１１ａと、シールカップ１１ｂと、ピストンヘッド１１ｃと、ねじ部材１１ｄとを有する。１つの段の圧縮機構部３ａ，３ｂでは、対向するピストン１１のピストン径は同一に構成され、各段毎にピストン径が異なる構成となっている。またこの例では、図２に示すように、第１段の圧縮段におけるピストン１１のピストン径は、第２段の圧縮段におけるピストン１１のピストン径よりも大径に形成されている。これにより、各段のシリンダ室１２ａの径が互いに異なっていて、大径側である第１段のシリンダ室１２ａの、前記軸心Ｌ１の軸方向範囲内に、小径側である第２段のシリンダ室１２ａが収まる配置とされている。

図３、図４において、フランジ部１１ａは、ピストンロッド１６の軸方向両端部にそれぞれ設けられ、ピストンヘッド１１ｃおよびシールカップ１１ｂは、ねじ部材１１ｄによりフランジ部１１ａに固定される。略円板状のピストンヘッド１１ｃの外周面および一側面に、シールカップ１１ｂが設けられる。このシールカップ１１ｂは、ピストンヘッド１１ｃの外周面に密着する図示外の円筒部と、この円筒部の一方端から内径側に延びる図示外のつば状部とを有し、このつば状部を、ピストンヘッド１１ｃとフランジ部１１ａとの間に挟み込ませることで固定される。なお前記シールカップ１１ｂの代わりに、Ｃ形またはそれに類似した形状のピストンリングを用いても良い。

ピストンロッド１６の軸方向中間部分には、段付き貫通状の円形孔の小径側内径面からなるカム受け面１６ａが形成され、このピストンロッド１６のカム受け面１６ａに、ピストン受軸受１８（図２）が嵌合されている。なお、ピストンロッド１６の軸方向両端部分には、それぞれ軽量化のための孔１６ｂが形成されている。
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に、偏心カム１３が嵌合されている。軸方向に隣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。

偏心カム１３について説明する。
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なる各カム軸用軸受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る。カム軸用軸受１９はピストン受軸受１８と共にニードルベアリングやすべり軸受けを使用することでコンパクトな設計も可能である。

偏心カム１３は、カム軸７の軸心Ｌ２に対して径方向に距離Ｂだけ偏心され、かつ、互いに１８０度位相に配置されるカム面である２つのピストン受け部１３ａを有する。なおカム軸７の軸心Ｌ２に対する偏心カム１３の偏心距離Ｂと、入力軸６の軸心Ｌ１に対するカム軸７の偏心距離Ａとは同一の距離である。前記２つのピストン受け部１３ａに、それぞれ前記ピストン受軸受１８を介して、複数のピストン部２６（図２）の各カム受け面１６ａ（図３（Ａ），図４（Ａ））が配置されている。前記２個の深溝玉軸受から成る各カム軸用軸受１９の半径方向外方に、順次、ピストン受け部１３ａおよびピストン受軸受１８が設けられる。

図２に示すように、偏心カム１３の外周の軸方向の２箇所が、対向する２つのピストン１１を受ける環状のピストン受け部１３ａとなり、これらピストン受け部１３ａは、各ピストンロッド１６の中間に設けられたカム受け面１６ａに当接して両ピストンロッド１６を進退させる。

ピストン規制手段１７について説明する。
図６は、図２のＥ−Ｅ線断面図である。図２および図６に示すように、ピストン規制手段１７は、ピストンロッド１６が入力軸６の軸方向Ａ１へ移動することを規制するものである。ピストン規制手段１７は、ガイド軸受２９と、このガイド軸受２９に案内される被案内部３０とを含む。前記一方および他方のケース分割体における各ガイド軸受軸２７に、それぞれガイド軸受２９が、入力軸６の軸心Ｌ１に平行な軸心回りに回転自在に設けられる。

ガイド軸受２９は、この例ではシール付きの深溝玉軸受からなる。ケース分割体における各ガイド軸受軸２７の軸方向途中部にガイド軸受２９の内輪を介在させ、このガイド軸受２９の外輪が回転可能に構成される。なお各ガイド軸受軸２７の外周面にガイド軸受内輪を圧入嵌合させ、止め輪（図示せず）等を用いて固定しても良い。各圧縮機構部３ａ，３ｂにおいて、ピストンロッド１６を挟んで一対のガイド軸受２９が設けられる。

ケース２内において、第１段の圧縮機構部３ａの１つのシリンダ室１２ａ付近に、ピストンロッド１６を挟んで一対のガイド軸受２９が設けられる。前記ガイド軸受２９の軸方向位置は互いに同一高さに配置される。これと共に、第１段の圧縮機構部３ａの他のシリンダ室１２ａ付近に、ピストンロッド１６を挟んで一対のガイド軸受２９が設けられる。前記ガイド軸受２９の軸方向位置は互いに同一高さに配置される。
第２段の圧縮機構部３ｂについても、第１段と同様に、１つのシリンダ室１２ａ付近に、ピストンロッド１６を挟んで一対のガイド軸受２９が設けられると共に、他のシリンダ室１２ａ付近に、ピストンロッド１６を挟んで一対のガイド軸受２９が設けられる。

被案内部３０は、ピストンロッド１６の両側面部１６ｃにそれぞれ設けられた断面凹形状のレール溝３０ａからなる。この例では、ピストンロッド１６の両側面部１６ｃに、例えば、機械加工によりレール溝３０ａがそれぞれ形成される。ピストンロッド１６の一側面部１６ｃのレール溝３０ａに、一対のガイド軸受２９のうちの一方のガイド軸受２９の外輪を案内させると共に、前記ピストンロッド１６の他側面部１６ｃのレール溝３０ａに、前記一対のガイド軸受２９のうちの他方のガイド軸受２９の外輪を案内させる。この場合に、ガイド軸受２９の外輪端面部が、レール溝３０ａの両側面に挟まれ、ピストンロッド１６の軸方向Ａ１への移動が規制される。

チャンバ４等について説明する。
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、後方軸８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、入力軸６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。

各シリンダ室１２ａと蓋部材１４との間にはバルブ台２１が介在され、このバルブ台２１に、吸入バルブ２２および吐出バルブ２３が設けられる。
図２では各シリンダ室１２ａにつき、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。

外部に開口する吸入口２０に連通する入口チャンバ４ａは、第１段における各圧縮室１５にそれぞれ連通する吸入バルブ２２に連通し、前記第１段における各圧縮室１５にそれぞれ連通する吐出バルブ２３は、中間チャンバ４ｂの入口に連通する。この中間チャンバ４ｂの出口は、第２段における各圧縮室１５にそれぞれ連通する吸入バルブ２２に連通し、前記第２段における各圧縮室１５にそれぞれ連通する吐出バルブ２３が図示外の吐出チャンバ等を介して対象機器に接続される。

第１段の圧縮機構部３ａのシリンダ室１２ａ内においてピストン１１が上死点に移動することで、前記シリンダ室１２ａ内の圧縮室１５の圧力が増加する。この圧縮室１５の圧力が中間チャンバ４ｂの圧力以上となると、吐出バルブ２３が開き圧縮された圧縮気体が前記吐出バルブ２３から吐出される。ピストン１１が上死点から下死点に移動することで、圧縮室１５の圧力が低くなって吸入バルブ２２が開くことで、前記シリンダ室１２ａ内に気体が送り込まれる。

第１段の圧縮段におけるシリンダ室１２ａ内において、ピストン１１が上死点から下死点に移動することで、圧縮室１５の圧力が減少し、吸入バルブ２２が開いて入口チャンバ４ａ内の気体が前記シリンダ室１２ａ内に送られる。その後、同ピストン１１が上死点に移動することで、シリンダ室１２ａ内の気体が圧縮され、吐出バルブ２３が開いて中間チャンバ４ｂに送られる。

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。なお、この例では、２段圧縮方式を採用した実施形態を示したが、１段圧縮方式であって良く、３段以上の多段圧縮方式であっても良い。

図７は、この往復動圧縮機のシリンダ対の動作を説明する図である。
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７のように動作する。

同図（Ａ）は、偏心カム１３の軸心Ｌ３が、入力軸および後方軸の軸心Ｌ１の真左に位置する状態を示す。このとき、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から真左に距離（ａ＋ｂ）だけ離れて位置する。
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。

同図（Ｂ）の状態から偏心カム１３が右回りに９０度旋回すると、同図（Ｃ）に示す状態となる。前記と同様に偏心カム１３が公転および自転することにより、ピストン受け部１３ａの中心Ｏ１が、入力軸および後方軸の軸心Ｌ１から真右に距離（ａ＋ｂ）だけ離れた位置に到達する。つまり、ピストン受け部１３ａの中心Ｏ１が、同図（Ａ）の初期位置から距離（２ａ＋２ｂ）だけ移動したことになる。

その後、同図（Ｃ）の状態から偏心カム１３が右回りに９０度旋回すると、同図（Ｄ）に示す状態となる。このとき、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。さらに同図（Ｄ）の状態から偏心カム１３が右回りに９０度旋回することで、同図（Ａ）の状態に戻る。

前記シリンダ対１２の動作において、ピストン受け部１３ａの中心Ｏ１は、ピストンロッド１６のカム受け面１６ａの中心に維持されるから、偏心カム１３が３６０度旋回する間に、ピストンロッド１６が（２ａ＋２ｂ）のストロークで１往復の進退運動をする。ここで、偏心カム１３の軸心Ｌ３に対するピストン受け部１３ａの中心Ｏ１の偏心距離ａと、入力軸および後方軸の軸心Ｌ１に対する偏心カム１３の軸心Ｌ３の偏心距離ｂとは等しいので、ピストンロッド１６のストロークは偏心距離ａ，ｂの４倍である。

入力軸６（図２）が連続回転することにより、２組のシリンダ対１２の各ピストンロッド１６がそれぞれ往復運動を繰り返す。シリンダ対１２のピストンロッド１６がストロークの左端へ移動したときに、左のピストンヘッド１１ｃが上死点に位置し、右のピストンヘッド１１ｃが下死点に位置する。逆に、ピストンロッド１６がストロークの右端へ移動したときに、左のピストンヘッド１１ｃが下死点に位置し、右のピストンヘッド１１ｃが上死点に位置する。

作用効果について説明する。
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。入力軸６の回転運動をシリンダ対１２の往復運動に変換することで、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。シリンダ対１２で圧縮された圧縮気体は、対象機器に送り出される。

前記のようにピストンロッド１６を進退させるとき、このピストンロッド１６に設けられた被案内部３０が、入力軸６の軸心Ｌ１に平行な軸心回りに回転自在なガイド軸受２９に案内される。これら被案内部３０とガイド軸受２９とを含むピストン規制手段１７により、ピストンロッド１６が入力軸６の軸方向へ移動することを規制する。つまり被案内部３０は、ピストンロッド１６の側面部に設けられた断面凹形状のレール溝３０ａからなるものとしたため、ガイド軸受２９の外輪端面部が、レール溝３０ａ内における両側面に挟まれ、ピストンロッド１６が前記軸方向Ａ１に移動することを規制する。

したがってシリンダ室１２ａ内で摺動するピストン１１が不所望に傾いたり過度に押し付けられることを防止することにより、ピストン１１の耐久性が向上するうえ、振動も抑制することが可能となる。例えば軸受等の内部部品に異常が発生した場合でも、ピストン１１、シリンダ室１２ａに損傷を受けることを防止することができる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。図８（Ｂ）に示すように、被案内部３０は、ピストンロッド１６の両側面部に、このピストンロッド１６とは異なる材料から成るレール溝形成部材３１をそれぞれ固着したものとしても良い。前記ピストンロッド１６は、例えばアルミニウム材から成り、レール溝形成部材３１は、例えばステンレス鋼から断面凹形状のレール溝に形成される。但し、ピストンロッド１６、レール溝形成部材３１は、これらの材料に限定されるものではない。前記ピストンロッド１６の両側面部に、レール溝形成部材３１がボルト等の連結具を用いて固着される。

この構成によると、レール溝形成部材３１として、例えば、ピストンロッド１６の材料よりもヤング率が大きく且つ硬度も硬いステンレス鋼を選択することで、ガイド軸受との硬度差が小さくなり異常摩耗が抑えられ、耐久性を確保することができる。またピストンロッド１６として、例えば、ステンレス鋼よりも比重の小さいアルミニウム材を選択することでピストン部全体の軽量化を図ることができる。

図９に示すように、レール溝３０ａの溝底の横断面形状を、溝幅における中央部に向かう程凹む円弧状に形成し、ガイド軸受２９の外輪２９ａは、レール溝３０ａにおける円弧状の溝底と同一の曲率を有する。前記円弧状の溝底を有するレール溝３０ａに、外輪２９ａを案内させるものとしても良い。
この構成によると、ピストンロッド１６を進退させるとき、円弧状の外輪２９ａに対しレール溝３０ａが調心したうえで、ピストンロッド１６が軸方向Ａ１に移動することを規制する。したがって、ガイド軸受２９の外輪２９ａに対し、ピストンロッド１６を常時円滑に案内させることができる。これにより、従来の圧縮機よりも振動、騒音の低減を図ることが可能となる。

図１０に示すように、ガイド軸受２９の外輪２９ａに、レール溝３０ａにおける円弧状の溝底と同一の曲率を有するカバー部材３２を設ける。このカバー部材３２は、例えば、樹脂材料からなる。前記円弧状の溝底を有するレール溝３０ａに、前記カバー部材３２を案内させるものとしても良い。この場合、カバー部材３２を、例えば定期的な点検時に容易に交換することができ、メンテナンス性に優れる。またカバー部材３２が樹脂材料からなるため、このカバー部材３２に接する被案内部３０への損傷を軽減することができる。

２…ケース
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
１７…ピストン規制手段
２６…ピストン部
２９…ガイド軸受
３０…被案内部
３０ａ…レール溝
３２…カバー部材

Claims (5)

1. 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、
   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シリンダ対と、
   前記シリンダ対の前記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設けられた偏心カムとを備え、
   この偏心カムの前記ピストン受け部がそれぞれ前記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、
   前記シリンダ対の各シリンダ室内の圧縮を行う往復動圧縮機であって、
   前記ピストンロッドが前記入力軸の軸方向へ移動することを規制するピストン規制手段を設け、このピストン規制手段は、前記入力軸の軸心に平行な軸心回りに回転自在に前記ケースに設けられたガイド軸受と、前記ピストンロッドに設けられ前記ガイド軸受に案内される被案内部とを含む
   ことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 請求項１記載の往復動圧縮機において、前記被案内部は、前記ピストンロッドの側面部に設けられた断面凹形状のレール溝からなる往復動圧縮機。
3. 請求項２記載の往復動圧縮機において、前記レール溝の溝底の横断面形状を、溝幅における中央部に向かう程凹む円弧状に形成し、前記ガイド軸受の外輪は、前記レール溝における円弧状の溝底と同一の曲率を有し、前記円弧状の溝底を有する前記レール溝に前記外輪を案内させる往復動圧縮機。
4. 請求項２記載の往復動圧縮機において、前記レール溝の溝底の横断面形状を、溝幅における中央部に向かう程凹む円弧状に形成し、前記ガイド軸受の外輪に、前記レール溝における円弧状の溝底と同一の曲率を有するカバー部材を設け、前記円弧状の溝底を有する前記レール溝に前記カバー部材を案内させる往復動圧縮機。
5. 請求項４記載の往復動圧縮機において、前記カバー部材は樹脂材料からなる往復動圧縮機。

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