JP3455763B2 - 空気圧縮構造 - Google Patents

空気圧縮構造

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、空気圧縮構造に関し、
詳しくは、互いに並設された入力軸と補助軸との間に設
けられた一対のピストン部材を、同一シリンダ内に一直
線上に互いに対向させて同一方向に往復運動させて空気
を圧縮させる空気圧縮構造に関する。 【0002】 【従来の技術】従来より、空気圧縮構造として、種々の
ものが提案されているが、その中でも、一般的には、シ
リンダ内で一つのピストン部材をクランク機構を介して
往復運動させることにより、前記シリンダ内面とピスト
ン部材の上面の間に吸入された空気を圧縮させるものが
提案されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気圧縮構造においては、ピストンがクランク機構の回
転により前進し、シリンダ内で空気が圧縮されると、そ
の圧縮空気の圧力が徐々に強くなってくるため、圧縮さ
れた空気をさらに高圧縮する場合、かなりの高エネルギ
ーをかけなければならず、大きな消費電力がかかるとい
う問題があった。 【0004】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、圧縮
空気を小エネルギーで発生させることができる空気圧縮
構造を提供することである。 【0005】 【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに本発明の採った手段を、図面に使用する符号を付し
て説明すると、互いに並設された入力軸10と補助軸2
0とを備え、前記入力軸10に少なくとも一つのスライ
ダクランク機構11と、前記補助軸20に前記入力軸1
0側のスライダクランク機構11と対をなす少なくとも
一つのスライダクランク機構21とを備え、前記入力軸
10側のスライダクランク機構11と、これと対をなす
前記補助軸20側のスライダクランク機構21との各々
の摺動子22に、互いに圧力により反発するピストン部
材30,31を備えるとともに、前記ピストン部材3
0,31を同一シリンダ80内に一直線上に互いに対向
させて同一方向に往復運動させて空気を圧縮させる空気
圧縮構造を前提とするものであって、前記ピストン部材
30,31の先端外径を前記シリンダ80の内径より小
さくして前記シリンダ80の内径と前記ピストン部材3
0,31の先端外径との間に隙間部32を形成し、前記
シリンダ80の両側端部のうち少なくとも1つを閉塞し
前記ピストン部材の底部と前記シリンダ80の側端部内
面との間に形成された第1圧縮層50と、互いに対向さ
れたピストン部材30,31の上面間に形成された第2
圧縮層51と、前記第1圧縮層50及び第2圧縮層51
の近くにあるシリンダ80側面のそれぞれに吸気弁6
2、64を備えた吸気口63、65と排気弁60、66
を備えた排気口61、67を設け、前記第1圧縮層50
の排気口61と前記第2圧縮層51の吸気口65を連通
部材70によって接続したことをその要旨とした。 【0006】 【発明の実施の形態】本発明に係る空気圧縮構造の実施
の形態を説明するが、これは代表的な例を示したもので
あり、その要旨を超えない限り、以下の実施例により本
発明が限定されるものではない。 【0007】まず、図1に示すように、互いに並設され
た入力軸10と補助軸20とを備え、前記入力軸10に
スライダクランク機構11と、前記補助軸20にスライ
ダクランク機構21とが備えてある。そして、本実施例
においては、図3に示すように、補助軸20側のスライ
ダクランク機構21のクランク半径21aを45φと
し、入力軸10側のスライダクランク機構11のクラン
ク半径11aは72φのものが設けられている。 【0008】ここで、スライダクランク機構とは、四節
連鎖の四つの対偶のうち三つを回り対偶、一つを滑り対
偶としたもので、図8に示すように、第一リンクを固定
して第二リンクを回転する(図8における矢印A)と、
第一リンクに沿って摺動する(図8における矢印B)摺
動子を備えたものである。 【0009】次に、入力軸10側と補助軸20側との各
々のスライダクランク機構11、21は、各軸10、2
0の回転中心より偏心した位置に一端が回動自在に支持
されたクランクアーム12と、このクランクアーム12
の他端に回動自在に支持され、スライドベアリング(図
示しない)によって摺動自在に支持されたロッド状の摺
動子22とから構成されている。ここで、入力軸10側
の摺動子22と補助軸20側の各摺動子22は、互いに
対向して同一方向に摺動するように支持してあり、各摺
動子22の対向する端部には、同一シリンダ80内に一
直線上に互いに対向されたピストン部材30,31がそ
れぞれ備えてある。 【0010】前記入力軸10と補助軸20は、連結棒1
4により同一円周の回転体13を介して同一回転するよ
うに連結されている。また、図示はしないが、入力軸1
0を回転されるための駆動部が備えられており、入力軸
10と駆動部とのそれぞれにはプーリーが軸着されてお
り、これらのプーリーには、ベルト等が掛装してある。 【0011】前記シリンダ80は、その内部に一対のピ
ストン部材30,31が一直線上に互いに対向するよう
に配置されて、これらのピストン部材30,31の間に
は、第2圧縮層51が形成されている。また、シリンダ
80の右側端部は密閉板40によって密閉されており、
ピストン部材30の底部と密閉板40のと間に第1圧縮
層50が形成されている。また、一対のピストン部材3
0、31の先端外径を前記シリンダ80の内径より小さ
くして前記シリンダ80の内径と前記ピストン部材3
0、31の先端外径との間に前記第1圧縮層と連通する
隙間部32が形成されている。 【0012】そして、図2に示すように、第1圧縮層5
0の近くにあるシリンダ80側面には第1排気弁60を
備えた第1排気口61と、第1吸気弁62を備えた第1
吸気口63が設けられ、また、第2圧縮層51の近くに
あるシリンダ80の側面には、第2吸気弁64を備えた
第2吸気口65と、第2排気弁66を備えた第2排気口
67が設けられており、第1圧縮層50の第1排気口6
1と第2圧縮層の第2吸気口65は、連通部材70によ
って接続されている。 【0013】このように構成された本発明の空気圧縮構
造100は、以下のように作用する。 【0014】まず、図1に示すように、入力軸10と補
助軸20との各々には、一対のスライダクランク機構1
1、21が備えてあり、各スライダクランク機構11、
21の各摺動子22には、シリンダ80内に内設された
互いに対向するピストン部材30,31が備えてある。
そして、各摺動子22は、互いに対向して同一方向に摺
動するように支持してある。 【0015】このため、図3に示すように、入力軸10
の回転によってスライダクランク機構11の摺動子22
が移動し、この摺動子22の移動に伴ってピストン30
が最前進した位置まで摺動すると、補助軸20側のスラ
イダクランク機構21のピストン31が最後退した位置
まで摺動する。このとき、ピストン30の摺動に伴って
吸気弁62が開き第1圧縮層50内に空気が吸気口63
を介して流入される。 【0016】続いて、図4に示すように、図3に比して
入力軸10のスライダクランク機構11のクランク半径
11aが90度回転すると、それに伴ってピストン30
が入力軸10側に引き戻されつつ第1圧縮層50内の空
気が第1圧縮される。そして、この第1圧縮された圧縮
空気の圧力が圧力設定値に達すると排気弁60が開くた
め、この圧縮空気が排気口61から排出されるとともに
連通部材70を通って第2圧縮層51内に吸入される。 【0017】そして、図5に示すように、入力軸10の
スライダクランク機構11が図3に比して180度回転
すると、ピストン部材30は、入力軸10側に最大限引
き戻され第1圧縮層50の圧縮空気が最大圧縮されると
ともに排出口61から最大排出され連通部材70を通っ
て第2圧縮層51に最大吸入される。続いて、第2圧縮
層51内に吸入された圧縮空気は、双方のピストン部材
30,31間でさらに圧縮され、この圧縮空気の圧力が
所定の圧力設定値に達すると排気弁66が開くとともに
吐出口67より吐出される。本発明を構成する各ピスト
ン部材30,31は、その先端外径を前記シリンダ80
の内径より小さくして前記シリンダ80の内径と前記ピ
ストン部材30,31の先端外径との間に前記第1圧縮
層と連通する隙間部32が形成されているため、第2圧
縮層51内の圧縮空気はその隙間部32を流動するた
め、第2圧縮行程を円滑に行うことができる。 【0018】次に、図6に示すように、入力軸10のス
ライダクランク機構10が270度回転すると、第2圧
縮層51の圧縮空気は、吐出口67外部に排出されつ
つ、これと同時に、吸気弁62が開くため吸気口63か
ら外空気が第1圧縮層50内に吸入され始める。続い
て、入力軸10のスライダクランク機構11が360度
回転すると、図3に示すように、第2圧縮層51の圧縮
空気が最大排出され、第1圧縮層50には外空気が最大
吸入される。 【0019】即ち、前記第2圧縮層51の圧縮行程及び
第1圧縮層50の吸入工程は、入力軸10のスライダク
ランク機構11の負荷入力から、補助軸20のスライダ
クランク機構21の圧力による出力を、入力軸と補助軸
の張力バランスで引くことができるので、第2圧縮層内
の圧縮空気をさらに圧縮することを小さい負荷入力で行
うことができる。即ち、入力軸10の回転駆動を、トル
クを小さくして補助軸20に伝達できるように構成され
ているのである。 【0020】このように、本発明にかかる空気圧縮構造
によれば、第1圧縮層50内の空気を圧縮排気させて連
通部材70を介し第2圧縮層51内に圧縮済みの空気を
吸気させるため、従来の空気圧縮構造のように1つのピ
ストン部材による全圧縮を必要としないため、第1圧縮
負荷を小さくすることができる。 【0021】さらに、第2圧縮層に吸入された圧縮空気
の第2圧縮工程は、第2圧縮層51内に吸入された圧縮
空気の圧力によって双方ピストン間に反発の力が発生す
るため、双方スライダクランク機構11,21に力が働
くので小さな入力負荷によって圧縮することができる。
即ち、この力の作用は、入力軸10と補助軸20との張
力バランスの作用による双方クランク半径の差であるた
め、入力回転半径を小さくすることができるのである。
換言するならば、第1圧縮層50の体積から第2圧縮層
51の体積を引いた体積の圧縮行程となるため、従来の
空気圧縮構造に比して小さな入力半径で圧縮するため、
小さい負荷入力で済むのである。 【0022】ところで、本発明は、上述した実施例に限
定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲
内での改良、変形等は本発明に含まれるものである。上
述した図1〜図6に示す実施例において、シリンダ80
の両側端部のうちの一方を密閉板40によって閉塞して
第1圧縮層50を形成した例を示したが、これに限定さ
れることなく、例えば、図7に示すように、シリンダ8
0の両側端部を密閉板40,41で閉塞して第1圧縮層
50及び第3圧縮層52を形成し、このように形成され
たシリンダ80を、入力軸及び補助軸間に2つ設け、一
方のシリンダ80aに形成された第3圧縮層52aの第
3排気口68aと、他方のシリンダ80bに形成された
第1圧縮層50bの第1排気口61b及び第2圧縮層5
1bの第2吸気口65bとを連通部材70によって接続
し、他方のシリンダ80bの第3圧縮層52bの第3排
気口68bを、一方のシリンダ80aの第1圧縮層50
aの第1排気口61a及び第2圧縮層51aの第2吸気
口65aとを連通部材70によって接続した圧力発生構
造としてもよい。 【0023】 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の空
気圧縮構造は、互いに並設された入力軸と補助軸とを備
え、前記入力軸に少なくとも一つのスライダクランク機
構と、前記補助軸に前記入力軸側のスライダクランク機
構と対をなす少なくとも一つのスライダクランク機構と
を備え、前記入力軸側のスライダクランク機構と、これ
と対をなす前記補助軸側のスライダクランク機構との各
々の摺動子に、互いに圧力により反発するピストン部材
を備えるとともに、前記ピストン部材を同一シリンダ内
に一直線上に互いに対向させて同一方向に往復運動させ
て空気を圧縮させるものであって、前記ピストン部材の
先端外径を前記シリンダの内径より小さくして前記シリ
ンダの内径と前記ピストン部材の先端外径との間に前記
第1圧縮層と連通する隙間部を形成し、前記シリンダの
両側端部のうち少なくとも一方を閉塞し前記ピストン部
材の底部と前記シリンダの側端部内面との間に形成され
た第1圧縮層と、互いに対向されたピストン部材の上面
間に形成された第2圧縮層と、前記第1圧縮層及び第2
圧縮層の近くにあるシリンダ側面のそれぞれに吸気弁を
備えた吸気口と排気弁を備えた排気口を設け、前記第1
圧縮層の排気口と前記第2圧縮層の吸気口を連通部材に
よって接続したものである。 【0024】これにより、第1圧縮層で圧縮された圧縮
空気を連通部材を介して第2圧縮層に吸気させ、さらに
第2圧縮層において圧縮させるため、圧縮空気を小エネ
ルギーで発生させることができるという優れた効果を奏
することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係る空気圧縮構造を示す平面概略図で
ある。 【図2】本発明に係る空気圧縮構造を示す断面概略図で
ある。 【図3】本発明に係る空気圧縮構造において、第2圧縮
層が最大圧縮された状態を示す断面概略図である。 【図4】本発明に係る空気圧縮構造において、圧縮工程
を示す断面概略図である。 【図5】本発明に係る空気圧縮構造において、第1圧縮
層が最大圧縮された状態を示す断面概略図である。 【図6】本発明に係る空気圧縮構造において、第2圧縮
層で圧縮された空気が排気される状態を示す断面概略図
である。 【図7】本発明に係る空気圧縮構造の別の実施例を示す
断面概略図である。 【図8】スライダクランク機構を示す概略図である。 【符号の説明】 10 入力軸 11 スライダクランク機構 20 補助軸 21 スライダクランク機構 22 摺動子 30 ピストン部材 31 ピストン部材 32 隙間部 40 密閉板 50 第1圧縮層 51 第2圧縮層 60 第1排気弁 61 第1排気口 62 第1吸気弁 63 第1吸気口 64 第2吸気弁 65 第2吸気口 66 第2排気弁 67 第2排気口 70 連通部材 80 シリンダ 100 空気圧縮構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 35/01 F04B 27/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 互いに並設された入力軸と補助軸とを備
    え、前記入力軸に少なくとも一つのスライダクランク機
    構と、前記補助軸に前記入力軸側のスライダクランク機
    構と対をなす少なくとも一つのスライダクランク機構と
    を備え、 前記入力軸側のスライダクランク機構と、これと対をな
    す前記補助軸側のスライダクランク機構との各々の摺動
    子に、互いに圧力により反発するピストン部材を備える
    とともに、前記ピストン部材を同一シリンダ内に一直線
    上に互いに対向させて同一方向に往復運動させて空気を
    圧縮させる空気圧縮構造であって、 前記ピストン部材の先端外径を前記シリンダの内径より
    小さくして前記シリンダの内径と前記ピストン部材の先
    端外径との間に隙間部を形成し、 前記シリンダの両側端部のうち少なくとも一方を閉塞し
    前記ピストン部材の底部と前記シリンダの側端部内面と
    の間に形成された第1圧縮層と、互いに対向されたピス
    トン部材の上面間に形成された第2圧縮層と、 前記第1圧縮層及び第2圧縮層の近くにあるシリンダ側
    面のそれぞれに吸気弁を備えた吸気口と排気弁を備えた
    排気口を設け、前記第1圧縮層の排気口と前記第2圧縮
    層の吸気口を連通部材によって接続したことを特徴とす
    る空気圧縮構造。
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