JP2019157636A - 往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒における圧力設計をより精密に実施可能な往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機を提供する。【解決手段】往復動式圧縮機のクランク機構に用いられるクランク軸は、第１部材及び第２部材を備える。第１部材は、クランクケースに対して回転可能に支持されるジャーナルと、第１気筒に対応する第１コネクティングロッドが接続可能な第１クランクピンと、を含む。第２部材は、第２気筒に対応する第２コネクティングロッドが接続可能な第２クランクピンを含む。これら第１部材及び第２部材は互いに軸方向に沿って連結可能に構成される。【選択図】図４

Description

本開示は、圧縮気体を生成可能な複数の気筒を有する往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機に関する。

流体を圧縮するための圧縮機の一種として、シリンダ内でピストンを往復運動させることにより、シリンダ及びピストン間に形成される圧縮室の容積を変化させることで流体の圧縮を行う、いわゆる往復動式圧縮機が知られている。往復動式圧縮機の動作は、例えば、回転軸に入力された回転運動を、クランク機構を介して往復運動に変換し、各気筒のピストンに伝達されることで実現される。このようなクランク機構は、クランクケース内に収容されるクランク軸を含んでおり、クランク軸は、主に、クランクケースに対して軸受を介して支持されるジャーナルと、ジャーナルに対して偏心して設けられるとともにピストンに連結されたコネクティングロッドが回転可能に接続されるクランクピンと、を有する。

複数の気筒を備える往復動圧縮機のクランク機構では、各気筒に対応するコネクティングロッドがクランク軸に対して接続される。ここで図１６は特許文献１に記載された往復動式圧縮機１’を側方から示す断面図である。往復動式圧縮機１’に用いられるクランク機構１２’は、クランクケース１０’内にクランク軸１４’を収容して構成されている。このクランク軸１４’は、軸受５４’、５６’を介してクランクケース１０’に対して回転可能に支持されるジャーナル１６’と、ジャーナル１６’に対して偏心した位置に設けられたクランクピン１８’と、を備える、スネーク型のクランク軸である。クランクピン１８’には、各気筒に対応する複数のコネクティングロッド３４ａ’、３４ｂ’がそれぞれ軸受３６ａ’、３６ｂ’を介して回転可能に接続される。

特開２００８−２９７９２４号公報

スネーク型のクランク軸１４’では、図１６に示されるように、各気筒に対応する複数のコネクティングロッド３４ａ’、３４ｂ’が、共通のクランクピン１８’に接続されるため、各気筒では、シリンダ内を往復運動するピストンのストローク量も等しくなる。そのため、各気筒の圧力設計を行う場合には、クランクピン１８’のストロークを変更することができないため、各気筒のシリンダやピストンの数や径を変更することで、各気筒の圧力設計が行われていた。

しかしながら、このような各気筒のシリンダやピストンの数や径による圧力設計には限界があり、より精密な圧力設計を行うためには、ピストンのストローク量も含めた新たな設計手法が求められている。特に、低圧側気筒で圧縮した流体を高圧側気筒で更に圧縮する、いわゆる多段型圧縮機では、圧力設計が大きく異なる複数の気筒を含むことから、このような要請が大きい。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、各気筒における圧力設計をより精密に実施可能な往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る往復動式圧縮機のクランク軸は上記課題を解決するために、
圧縮気体を生成可能な複数の気筒を有する往復動式圧縮機において、回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構に用いられる往復動式圧縮機のクランク軸であって、
クランクケースに対して回転可能に支持されるジャーナルと、前記複数の気筒に含まれる第１気筒に対応する第１コネクティングロッドが接続可能な第１クランクピンと、を含む第１部材と、
前記複数の気筒に含まれる第２気筒に対応する第２コネクティングロッドが接続可能な第２クランクピンを含む第２部材と、
を備え、
前記第１部材及び前記第２部材は互いに軸方向に沿って連結可能に構成される。

上記（１）の構成によれば、クランク軸は互いに独立した第１部材及び第２部材が軸方向に沿って連結されることで構成される。そのため、第１部材及び第２部材では、それぞれクランクピンのジャーナルに対する偏心量を独立的に設定することができる。これにより、各クランクピンに回転可能に接続される各コネクティングロッドのストローク量を柔軟に設定できるため、往復動式圧縮機では、ピストンのストローク量を変更することで、従来よりも精度のよい圧力設計が可能となる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記第１クランクピン及び前記第２クランクピンは、前記ジャーナルに対して互いに異なる偏心量を有する。

上記（２）の構成によれば、第１クランクピン及び第２クランクピンの偏心量を互いに異ならせることで、第１気筒及び第２気筒におけるピストンのストローク量も互いに異ならせることができる。

（３）幾つかの実施形態では上記（１）又は（２）の構成において、
前記第２部材は、前記第１部材の端部が前記軸方向に挿入可能な挿入穴を有する。

上記（３）の構成によれば、第１ジャーナルの先端を、第２部材に設けられた挿入穴に対して軸方向に挿入することで、第１部材及び第２部材を互いに軸方向に沿って連結できる。

（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか１構成において、
前記第１部材は、前記第１クランクピンが複数設けられており、
前記第１クランクピンの各々は、前記ジャーナルの周方向に沿って等間隔に配置される。

上記（４）の構成によれば、第１部材には複数の気筒に対応するコネクティングロッドが接続される第１クランクピンが複数設けられる。これらの第１クランクピンの各々は、周方向に沿って等間隔に配置されるため、バランスウェイトのような追加構成を用いずに、第１部材単体で良好なバランスを確保できる。上述のクランク軸は第１部材及び第２部材が連結されて構成されるが、このように第１部材単体で良好なバランスが得られるため、第２部材との関係を考慮することなくバランス調整を完了でき、良好な生産性が得られる。

（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記第１部材は、
−前記ジャーナルを含む本体部と、
−前記第１クランクピンの少なくとも一部が設けられた追加部と
を備える。

上記（５）の構成によれば、第１部材を本体部及び追加部を組み合わせて構成することで、往復動式圧縮機が有する気筒数を変更する場合にも、本体部を変更することなく、追加部に設けられるクランクピンの数を変更するだけで済むことから、経済的な設計が可能となる。

（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、
前記追加部は円筒形状を有しており、
前記本体部は、前記第２部材とは反対側から前記追加部の中空スペースに挿入されることにより、前記本体部及び前記追加部が連結可能に構成されている。

上記（６）の構成によれば、追加部は、本体部に対して、第２部材とは反対側から挿入されることで、クランク軸が回転駆動された際に、良好な構造的安定性が得られる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る往復動式圧縮機は上記課題を解決するために、
上記（１）から（６）のいずれか一構成のクランク軸を備える。

上記（７）の構成によれば、第１部材及び第２部材では、それぞれクランクピンのジャーナルに対する偏心量を独立的に設定することができるので、各クランクピンに回転可能に接続される各コネクティングロッドのストローク量を柔軟に設定できる。これにより、往復動式圧縮機では、ピストンのストローク量を変更することで、従来よりも精度のよい圧力設計が可能となる。

（８）幾つかの実施形態では上記（７）の構成において、
前記第１気筒は低圧側気筒であり、
前記第２気筒は前記低圧側気筒の吐出気体を更に圧縮するための高圧側気筒である。

上記（８）の構成によれば、低圧側気筒及び高圧側気筒を備える、いわゆる多段圧縮機において気筒毎にクランクピンのジャーナルに対する偏心量を独立的に設定することで、ストローク量を柔軟に設定できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、各気筒における圧力設計をより精密に実施可能な往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機を提供できる。

本発明の一実施形態に係る往復動式圧縮機の外観を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の往復動式圧縮機における流体の流れを概略的に示す模式図である。 図２のクランク軸を抽出して示す斜視図である。 図４の分解斜視図である。 図４の断面図である。 図６の変形例である。 クランク機構の組立方法を工程毎に示すフローチャートである。 図８のステップＳ１乃至Ｓ３におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８のステップＳ４におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８のステップＳ５におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８のステップＳ６におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８のステップＳ７及びＳ８におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８のステップＳ９におけるクランク機構の組立様子を模式的に示す斜視図である。 図８の組立方法を経て完成したクランク機構を示す斜視図である。 特許文献１に記載された往復動式圧縮機を側方から示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

＜往復動式圧縮機＞
図１は本発明の一実施形態に係る往復動式圧縮機（以下、適宜「圧縮機」と称する）１の外観を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１の圧縮機１における流体の流れを概略的に示す模式図である。

圧縮機１はシリンダ内のピストンの往復運動によって流体を圧縮可能な少なくとも１つの気筒２を有する往復動式圧縮機である。圧縮機１の圧縮対象となる流体は、例えば空気などの気体であり、吸気管４から取り込まれる。本実施形態では、圧縮機１はブースター圧縮機であり、吸気管４には、予め大気圧より高圧になるように加圧された圧縮気体が供給される。
尚、以下の説明では圧縮機１がオイルフリー式である場合について述べるが、特段の記載がない限りにおいて、油潤滑式にも適用可能である。

圧縮機１は、少なくとも１つの気筒２を有する。本実施形態では、圧縮機１は複数の気筒２を有する。複数の気筒２は、低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３と、高圧側気筒２ＨＰと、を含む。圧縮機１は多段圧縮型であり、図３に示されるように、吸気管４から供給される圧縮気体（圧力Ｐ０）は、第１空間５０ａから配管５１ａ、５１ｂ、５１ｃを介して低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に分岐され、それぞれ圧力Ｐ１（＞Ｐ０）に加圧される。低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３から吐出された圧力Ｐ１の圧縮気体は、配管５３ａ、５３ｂ、５３ｃを介して、中間冷却器８２ａ、８２ｂで冷却された後、配管５５ａ、５５ｂ、第２空間５０ｂ及び配管５７を介して、高圧側気筒２ＨＰで圧力Ｐ２（＞Ｐ１）に更に加圧される。圧力Ｐ２の圧縮気体は吐出管５９から吐出される。

尚、本実施形態では、圧縮機１が３つの低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３と、１つの高圧側気筒２ＨＰとを備える場合について説明するが、低圧側気筒及び高圧側気筒の数は適宜変更可能である。

各気筒２は、外部に配置されたエンジンや電動機（モータ）などの動力源から入力される動力によって駆動される。このような動力源からの動力は、図１に示されるように、圧縮機１の背面側に設けられたフライホイールプーリ６を介して入力される。フライホイールプーリ６は、動力源の出力軸と駆動ベルト（不図示）を介して接続されている。

フライホイールプーリ６は、径方向に沿って延在する少なくとも一つのブレードを有しており、動力源によって回転駆動されると、当該ブレードによって圧縮機１に対して流れる冷却風８を形成可能なシロッコファンとして機能するように構成されている。尚、冷却風８の流れ方向は逆でもよい。

動力源によってフライホイールプーリ６が回転駆動されると、当該回転運動はクランク機構１２によって往復運動に変換され、各気筒２に伝達される。図２に示されるように、クランク機構１２は、各気筒２と一体的に構成されたクランクケース１０内に、外部から入力される回転運動によって回転可能なクランク軸１４が収容されて構成される。

クランク軸１４の詳細構造については後述するが、図２に概略的に示されるように、クランク軸１４は、クランクケース１０に対して回転可能に支持されるジャーナル１６と、各気筒２に対応する複数のクランクピン１８と、を備える。具体的には、複数のクランクピン１８は、低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、高圧側気筒２ＨＰに対応する第２クランクピン１８ｄとを含む。

第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃには、３つの低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する第１コネクティングロッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃが軸受３６ａ、３６ｂ、３６ｃを介して、それぞれ回動可能に取り付けられている。第２クランクピン１８ｄには、高圧側気筒２ＨＰに対応する第２コネクティングロッド３４ｄが軸受３６ｄを介して、回動可能に取り付けられている。

クランク機構１２では、クランク軸１４に回転運動が入力されると、第１コネクティングロッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、第２コネクティングロッド３４ｄを介して、各気筒２に伝達される。各気筒２は、略円筒形状を有するシリンダ３８と、シリンダ３８内に配置されたピストン４０とを備える。ピストン４０は各コネクティングロッド３４の一端に接続されており、クランク軸１４の回転運動はシリンダ３８内のピストン４０の往復運動に変換される。各気筒２では、シリンダ３８及びピストン４０によって規定される圧縮室４２に導入された流体が、ピストン４０の往復運動によって圧縮される。

尚、ピストン４０は、例えばコンポジットピストン（複合樹脂ピストン）であり、不図示のピストンリング合い口を圧縮時に、理論的に洩れない位置で固定する方法が採用されている。

尚、図２では３つの低圧側気筒のうち低圧側気筒２ＬＰ１の詳細構造のみが示されているが、低圧側気筒２ＬＰ２及び２ＬＰ３も同様である。

クランクケース１０は、低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する低圧側クランクケース１０ａと、高圧側気筒２ＨＰに対応する高圧側クランクケース１０ｂとが、隔壁５２を介して連結されて構成される。すなわち、クランクケース１０の内部空間５０は、隔壁５２によって仕切られることにより、低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する第１空間５０ａと、高圧側気筒２ＨＰに対応する第２空間５０ｂと、に分割されている。
尚、低圧側クランクケース１０ａは、クランク軸１４の軸方向に沿った筒状部材１０ａ１と、筒状部材の一端側の開口を閉塞する前壁１０ａ２と、を備えて構成される。また、後述するクランク軸１４は低圧側クランクケース１０ａ及び高圧側クランクケース１０ｂに亘って設けられており、当該クランク軸１４は隔壁５２を貫通するように配置されている。

クランク機構１２を構成するクランク軸１４は、低圧側クランクケース１０ａ及び隔壁５２を貫通して、低圧側クランクケース１０ａの貫通部１１に設置された軸受５４、及び、隔壁５２の貫通部５２ａに設置された軸受５６によって、クランクケース１０に対して回転可能に支持される。

尚、低圧側クランクケース１０ａの貫通部１１には、クランクケース１０の内部空間５０（第１空間５０ａ）の外部に対する機密性を確保するためのシール部５８が配置されている。また隔壁５２の貫通部５２ａには、クランクケース１０の第１空間５０ａ及び第２空間５０ｂの間の機密性を確保するためのシール部６０が配置されている。

またクランクケース１０の内部空間５０（第１空間５０ａ及び第２空間５０ｂ）は、大気圧以上の圧縮気体が供給されることで、各気筒２の圧縮室（シリンダ３８とピストン４０とによって規定される空間）との圧力差が減少するように構成されている。すなわち圧縮機１はクランクケース加圧型の圧縮機である。このように内部空間５０と圧縮室との圧力差を低減することにより、各気筒２の吸い込み行程時の負荷を抑制するとともに、高い省エネ効果が得られる。

本実施形態では図３に示されるように、吸気管４から取り込まれた流体（予め圧力Ｐ０に加圧された気体）はまずクランクケース１０の第１空間５０ａに供給され、第１空間５０ａの加圧が行われる。また第１空間５０ａは配管５１ａ、５１ｂ、５１ｃを介して低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３の吸気側にそれぞれ接続されており、第１空間５０ａにある圧縮気体（圧力Ｐ０）が各低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に供給されるように構成されている。

各低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３で加圧された圧縮気体（圧力Ｐ１）は、それぞれ配管５３ａ、５３ｂ、５３ｃを介して中間冷却器８２ａ、８２ｂに送られる。中間冷却器８２ａ、８２ｂでは低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３で加圧された圧縮気体（圧力Ｐ１）の冷却が行われ、冷却後の圧縮気体（圧力Ｐ１）は、配管５５ａ、５５ｂを介してクランクケース１０の第２空間５０ｂに送られ、第２空間５０ｂの加圧に用いられる。第２空間５０ｂは、配管５７を介して高圧側気筒２ＨＰの吸気側に接続されており、第２空間５０ｂにある圧縮気体（圧力Ｐ１）が高圧側気筒２ＨＰに供給される。高圧側気筒２ＨＰで加圧された圧縮気体（圧力Ｐ２）は配管５９から需要先（不図示）に吐出される。

内部空間５０は、上述したように、隔壁５２によって第１空間５０ａ及び第２空間５０ｂに分割されているので、第１空間５０ａは低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する圧力値に加圧されるとともに、第２空間５０ｂは高圧側気筒２ＨＰに対応する圧力値に加圧される。このように圧縮機１では、内部空間５０を隔壁５２で分割することで、第１空間５０ａ及び第２空間５０ｂの加圧値を各気筒に適した値に独立に設定できる。

＜クランク軸の詳細構造＞
続いてクランク機構１２に含まれるクランク軸１４の詳細構造について説明する。図４は図２のクランク軸１４を抽出して示す斜視図であり、図５は図４の分解斜視図であり、図６は図４の断面図である。
尚、図４及び図５では、クランク軸１４をクランクケース１０に対して回転可能に支持するための軸受５４，５６がともに示されている。

クランク軸１４は、クランクケース１０に対して軸受５４、５６を介して回転可能に支持されるジャーナル１６と、各気筒２に対応する複数のクランクピン１８と、を備える。クランク軸１４は、第１部材１４ａ及び第２部材１４ｂという２つの部材が連結されて構成される。第１部材１４ａ及び第２部材１４ｂは、それぞれ、クランク軸１４の構成要素を任意に振り分けるように構成可能であるが、本実施形態では一例として、低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃが第１部材１４ａに設けられるとともに、高圧側気筒２ＨＰに対応する第２クランクピン１８ｄが第２部材１４ｂに設けられた場合が示されている。

第１部材１４ａには、ジャーナル１６に対して低圧側気筒２ＬＰ１、２ＬＰ２、２ＬＰ３に対応する第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃが軸方向に沿って設けられる。第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、軸方向から見て、ジャーナル１６の周方向に沿って等間隔（１２０度間隔）に配置されており、それぞれ中心軸に対して等しい偏心量を有する。これにより第１部材１４ａは単体でバランス調整が可能となっているが、必要に応じて、後述する第２部材１４ｂのようなバランスウエイトが追加的に設けられてもよい。

本実施形態では特に、図２に示されるように、第１部材１４ａは、ジャーナル１６を含む本体部１４ａ１と、少なくとも一つの第１クランクピン１８が設けられた追加部１４ａ２とを、備えている。すなわち、本体部１４ａ１に対して追加部１４ａ２が連結されることで、第１部材１４ａが構成されている。追加部１４ａ２に設けられる第１クランクピン１８の数は、往復動式圧縮機１が有する気筒数に応じて適宜変更可能である。この例では、本体部１４ａ１には第１クランクピン１８ｃが設けられており、残り２つの第１クランクピン１８ａ及び１８ｂが追加部１４ａ２に設けられている。このように第１部材１４ａを本体部１４ａ１及び追加部１４ａ２を組み合わせて構成することで、往復動式圧縮機１が有する気筒数を変更する場合にも、本体部１４ａ１を変更することなく、追加部１４ａ２に設けられるクランクピンの数を変更するだけで済むことから、経済的な設計が可能となる。

追加部１４ａ２は円筒形状を有しており、その中空スペースにジャーナル１６を含む本体部１４ａ１が挿入されることで連結可能に構成されている。本体部１４ａ１に連結された追加部１４ａ２の先端は、本体部１４ａ１に設けられた第１クランクピン１８ｃに当接することにより軸方向位置が規制される。また追加部１４ａ２は、本体部１４ａ１に対して、第２部材１４ｂとは反対側から挿入されることで、クランク軸１４が回転駆動された際に、良好な構造的安定性が得られる。

尚、図６の例では第１クランクピン１８ｃを本体部１４ａ１に設けるとともに残り２つの第１クランクピン１８ａ及び１８ｂを追加部１４ａ２に設ける場合について例示したが、図７に示されるように、全ての第１クランクピン１８が追加部１４ａ２に設けられてもよい。後者の場合、本体部１４ａ１は主にジャーナル１６を構成することとなる。

第２部材１４ｂは、高圧側気筒２ＨＰに対応する第２クランクピン１８ｄを有している。また第２部材１４ｂは、第１部材１４ａの先端が軸方向に挿入可能な挿入穴３０を有する。当該挿入穴３０に挿入された第１部材１４ａは、図４に示されるように、第２部材１４ｂに径方向に開口された固定穴３２に対してボルト３５が挿入されることにより、第２部材１４ｂに対して固定される。

尚、図６及び図７に示されるように、第１部材１４ａのうち本体部１４ａ１の外表面、又は、追加部１４ａ２の内表面の少なくとも一方にはクランク軸１４の延在方向に沿って形成されたキー溝１９ａされており、当該キー溝１９ａに対してキー部材１９ｂを挿入することで、本体部１４ａ１及び追加部１４ａ２の相対的位置関係（特に周方向における回転）が規制されるようになっている。

また第２部材１４ｂは、バランス調整用のバランスウエイト４３を備える。上述のように第２部材１４ｂは、単一の第２クランクピン１８ｄを有するため、このようなバランスウエイト４３を設けることで、第２部材１４ｂ単体でのバランス調整を簡易的に行うことができる。

尚、第２部材１４ｂに複数の第２クランクピン１８を設ける場合には、各第２クランクピン１８を周方向に沿って等間隔に配置することで、本実施形態の第１部材１４ａのようにバランスウエイト４３を省略してもよい。

このように第１部材１４ａ及び第２部材１４ｂから構成されるクランク軸１４は、軸受５４、５６によってクランクケース１０に回転可能に支持される。ここで軸受５４、５６は、クランク軸１４のうち第１部材１４ａを支持するように配置されている。より詳しくは、軸受５４、５６は、第１部材１４ａのうち当該第１部材１４ａに設けられた第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃの両側に配置される。このように本実施形態ではクランク軸１４を軸受５４，５６によって複数個所においてクランクケース１０に対して支持される。
尚、このような構成に代えて、クランク軸１４の両端部を２つの軸受で支持する両持ち構造を採用してもよい。

クランク軸１４が有する第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、第２クランクピン１８ｄは、それぞれジャーナル１６に対して、各気筒におけるピストン４０のストローク量に対応する所定の偏心量を有する。ここで第１部材１４ａに設けられる３つの第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃは互いに同じ偏心量を有するが、第２部材１４ｂに設けられる第２クランクピン１８ｄは異なる偏心量を有することができる。上述のようにクランク軸１４は互いに独立した第１部材１４ａ及び第２部材１４ｂが軸方向に沿って連結されることで構成されるため、各クランクピン１８のジャーナル１６に対する偏心量を独立的に設定することができる。これにより、各クランクピン１８に回転可能に接続される各コネクティングロッド３４のストローク量を柔軟に設定できるため、往復動式圧縮機１では、ピストン４０のストローク量を変更することで、各気筒２において、従来よりも精度のよい圧力設計が可能となる。

＜クランク機構の組立方法＞
続いて上述のクランク軸１４を含むクランク機構１２の組立方法について説明する。図８はクランク機構１２の組立方法を工程毎に示すフローチャートであり、図９乃至図１５は図８の各ステップにおけるクランク機構１２の組立様子を模式的に示す斜視図である。

まずクランク軸１４を構成する一部材である第１部材１４ａを組み立てる（ステップＳ１）。本実施形態では、第１クランクピン１８ｃを有する本体部１４ａ１と、第１クランクピン１８ａ及び１８ｂを有する追加部１４ａ２とが互いに連結されることで、第１部材１４ａが組み立てられる。このとき、軸方向から見て、第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃがそれぞれジャーナル１６の周方向に沿って互いに等間隔（１２０度間隔）に配置されるように組み立てられる。

続いてステップＳ１で組み立てられた第１部材１４ａの第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して、低圧側気筒に対応する第１コネクティングロッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃが、軸受３６ａ、３６ｂ、３６ｃを介して、それぞれ取り付けられる（ステップＳ２）。続いて、第１クランクピン１８ａ、１８ｂ、１８ｃの両側に軸受５４、５６が挿入される（ステップＳ３）。図８には、このようにステップＳ１で組み立てられた第１部材１４ａに対して、ステップＳ２及びＳ３において第１コネクティングロッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、軸受３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、５４、５６が取り付けられて形成されるサブユニットが示されている。

続いて図９に示されるように、第１部材１４ａの一端側に対して、前壁１０ａ２が取り付けられる（ステップＳ４）。前壁１０ａ２は、図２を参照して前述したように、筒状部材１０ａ１とともに低圧側クランクケース１０ａを構成する部材である。前壁１０ａ２の中心部には貫通部１１が設けられており、第１部材１４ａの一端が当該貫通部１１に挿入されることで、貫通部１１の内壁に軸受５４の外周が嵌合するように取り付けられる。

続いて図１０に示されるように、前壁１０ａ２が更に組み付けられたサブユニットは、低圧側クランクケース１０ａの筒状部材１０ａ１に挿入される（ステップＳ５）。前壁１０ａ２の周縁部５７は、筒状部材１０ａ１のフランジ部５３に整合するように構成されている。低圧側クランクケース１０ａのフランジ部５３と隔壁５２の周縁部との間には、リング状のシール部材５５が挿入されることにより、低圧側クランクケース１０ａの気密性が確保される。

続いて図１１に示されるように、サブユニットに対して隔壁５２が更に取り付けられる（ステップＳ６）。隔壁５２は、図２を参照して前述したように、低圧側クランクケース１０ａと高圧側クランクケース１０ｂを隔離するための板状部材である。隔壁５２の中心部には貫通孔５２ａが設けられており、当該貫通孔５２ａにサブユニットのうち第１部材１４ａの一端が挿入されることで組み立てられる。このとき、軸受５６は貫通孔５２ａに嵌合されることで、第１部材１４ａの一端側が軸受５６を介して隔壁５２に回転可能に支持される。

続いて図１２に示されるように、低圧側クランク機構とは別に用意される第２部材１４ｂの第２クランクピン１８ｄに対して、高圧側気筒に対応する第２コネクティングロッド３４ｄが軸受３６ｄを介して結合される（ステップＳ７）。そして、第２コネクティングロッド３４ｄが結合された第２部材１４ｂは、ステップＳ６までの工程で組み立てられた低圧側クランク機構のうち、隔壁５２の貫通孔５２ａから外部に突出する第１部材１４ａの一端に対して取り付けられる（ステップＳ８）。このとき第２部材１４ｂに設けられた固定穴３２に対してボルト３５が挿入されることによって固定される。

続いて図１３に示されるように、第２部材１４ｂが取り付けられた低圧側のクランク機構に対して、第２部材１４ｂ側から高圧側クランクケース１０ｂが取り付けられる（ステップＳ９）。高圧側クランクケース１０ｂのフランジ部５６には複数のボルト穴が周方向に沿って設けられており、各ボルト穴には固定ボルト５８が挿入されることにより低圧側クランクケース１０ａ側の隔壁５２に対して組み付けられる。図１４は、図７の組立方法を経て完成したクランク機構１２を示す斜視図である。

尚、このように組み立てられたクランク機構１４では、高圧側クランクケース１０ｂを取り外すことで、クランク軸１４のうち第２部材１４ｂに容易にアクセスすることができる。そのため、例えばクランク軸１４のメンテナンス時に大がかりな分解作業を行うことなく、第２部材１４ｂの交換作業や修理が可能である。

以上説明したように、上述のクランク機構１２のクランク軸１４では、当該クランク軸１４を構成する第１部材及び第２部材において、それぞれクランクピンのジャーナルに対する偏心量を独立的に設定することができるので、各クランクピンに回転可能に接続される各コネクティングロッドのストローク量を柔軟に設定できる。これにより、往復動式圧縮機では、ピストンのストローク量を変更することで、従来よりも精度のよい圧力設計が可能となる。

本発明の少なくとも一実施形態は、圧縮気体を生成可能な複数の気筒を有する往復動式圧縮機のクランク軸、及び、往復動式圧縮機に利用可能である。

１ 往復動式圧縮機
２ＨＰ 高圧側気筒
２ＬＰ 低圧側気筒
１０ クランクケース
１０ａ 低圧側クランクケース
１０ａ１ 筒状部材
１０ａ２ 前壁
１０ｂ 高圧側クランクケース
１１ 貫通部
１２ クランク機構
１４ クランク軸
１４ａ 第１部材
１４ａ１ 本体部
１４ａ２ 追加部
１４ｂ 第２部材
１６ ジャーナル
１８ クランクピン
３４ コネクティングロッド
３６ 軸受
４３ バランスウエイト
５２ 隔壁
５２ａ 貫通孔
５４，５６ 軸受

Claims (9)

1. 圧縮気体を生成可能な複数の気筒を有する往復動式圧縮機において、回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構に用いられる往復動式圧縮機のクランク軸であって、
   クランクケースに対して回転可能に支持されるジャーナルと、前記複数の気筒に含まれる第１気筒に対応する第１コネクティングロッドが接続可能な第１クランクピンと、を含む第１部材と、
   前記複数の気筒に含まれる第２気筒に対応する第２コネクティングロッドが接続可能な第２クランクピンを含む第２部材と、
   を備え、
   前記第１部材及び前記第２部材は互いに軸方向に沿って連結可能に構成される、往復動式圧縮機のクランク軸。
2. 前記第１クランクピン及び前記第２クランクピンは、前記ジャーナルに対して互いに異なる偏心量を有する、請求項１に記載の往復動式圧縮機のクランク軸。
3. 前記第２部材は、前記第１部材の端部が前記軸方向に挿入可能な挿入穴を有する、請求項１又は２に記載の往復動式圧縮機のクランク軸。
4. 前記第１部材は、前記第１クランクピンが複数設けられており、
   前記第１クランクピンの各々は、前記ジャーナルの周方向に沿って等間隔に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動式圧縮機のクランク軸。
5. 前記第１部材は、
   −前記ジャーナルを含む本体部と、
   −前記第１クランクピンの少なくとも一部が設けられた追加部と
   を備える、請求項４に記載の往復動式圧縮機のクランク軸。
6. 前記追加部は円筒形状を有しており、
   前記本体部は、前記第２部材とは逆側から前記追加部の中空スペースに挿入されることにより、前記本体部及び前記追加部が連結可能に構成されている、請求項５に記載の往復動式圧縮機のクランク軸。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の往復動式圧縮機のクランク軸を備える、往復動式圧縮機。
8. 前記第１気筒は低圧側気筒であり、
   前記第２気筒は前記低圧側気筒の吐出気体を更に圧縮するための高圧側気筒である、請求項７に記載の往復動式圧縮機。
9. 前記クランクケースは、該クランクケースの内部空間を、前記第１気筒及び前記第２気筒にそれぞれ対応する第１空間及び第２空間に分割する隔壁を有し、
   前記ジャーナルは、前記隔壁に形成された貫通穴に回転可能に支持される、請求項７又は８に記載の往復動式圧縮機。