JP4347684B2 - 水平対向型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気、冷媒等の圧縮や真空ポンプ等に用いて好適な水平対向型圧縮機に関する。

一般に、水平対向型圧縮機は、複数個のシリンダをクランク軸の径方向で対向するように配置したものであり、このような圧縮機には、水平対向型の往復動機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭４９−５７２０８号公報

この種の従来技術による往復動機構は、クランクケース等の支持部材に軸受を介して回転可能に設けられたクランク軸と、該クランク軸により駆動されて空気、冷媒等を圧縮する２個の圧縮部とにより構成されている。

ここで、クランク軸には、１８０°の位相差をもつ２箇所の偏心部が形成され、これらの偏心部は、クランク軸の回転軸線から等しい離間寸法をもって離間（偏心）している。また、２個の圧縮部は、シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンを有し、これら１対のピストンは、連接棒を介してクランク軸の各偏心部にそれぞれ１個ずつ連結されている。

そして、このような往復動機構を圧縮機に用いる場合には、各ピストンがクランクケースに設けられた２個のシリンダ内にそれぞれ往復動可能に挿嵌されることにより、水平対向２気筒型の圧縮機を構成するものである。

このように構成することで、水平に対向した一対のピストンを通じてクランク軸にかかる力が互いに逆方向の同じ大きさとなることから、クランク軸にかかる力をキャンセルすることができる。

また、他の従来技術としては、クランク軸の径方向の両側にシリンダをそれぞれ２個ずつ配置した水平対向４気筒型の圧縮機も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５６−１４１０８３号公報

この場合、駆動軸には、この駆動軸に設けられた２箇所の偏心カム部にそれぞれ１個のピストンが連結されている。そして、これらのピストンは、長さ方向の両端側がピストン頭部となった双頭状のピストンとして形成され、これらのピストン頭部は、互いに対向する２個のシリンダ内にそれぞれ挿嵌されている。

また、ピストンの長さ方向中間部位には、駆動軸の軸方向に延びる非円形の貫通孔が設けられ、この貫通孔内には、駆動軸の偏心カム部がスライダ（摺動部材）等を介して回転可能に挿嵌されている。

これにより、駆動軸が回転するときには、偏心カム部がピストンの貫通孔内でクランク軸の離間寸法と等しい偏心量をもって回転し、その回転がピストンの往復動に変換される。この結果、各ピストンのピストン頭部が両側のシリンダ内でそれぞれ往復動し、空気、冷媒等の圧縮動作を行う構成となっている。

ところで、上述した特許文献１の従来技術では、水平に対向した一対のピストンが同時に上死点に到るため、このときにクランク軸を回転させるモータの負荷（圧縮仕事）が最大となる。従って、この負荷に打ち勝つ駆動トルクを有するモータを使用しなければならないが、一対のピストンが上死点に到るのは１回転当たり１回だけであり、その余の工程ではこのような大きな駆動トルクを必要としないことから、非効率なモータ使用になっているという問題点がある。

また、特許文献２の従来技術では、双頭状のピストンを用い、その貫通孔内で駆動軸の偏心カム部を回転させる構成としている。しかし、駆動軸の偏心カム部が偏心運動してピストンを往復動させるが、この往復動方向と直角方向においては偏心カム部が偏心運動するのを阻害しないように上記貫通孔が逃げを持つ必要がある。このため、上記貫通孔は、往復動方向とは直角方向に長くなった非円形形状をしており、この形状に対応した特殊なスライダ（摺動部材）を使用しなければならず、市販の軸受け等を使用することができない。

また、上記貫通孔およびスライダは上記のような特殊な形状のため、駆動軸が回転した際に、その偏心カム部がスライダに部分的にしか当接しない。従って、この部分に繰り返し集中的に大きな力がかかるため、耐久性が損なわれるという問題点がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、各圧縮部の間で慣性力、遠心力等のバランスをとることができ、モータの使用効率を向上できると共に、耐久性をもたせることができるようにした水平対向型圧縮機を提供することにある。

上述した課題を解決するために請求項１の発明は、軸方向両側で回転軸線上に位置する軸受取付部、該各軸受取付部から軸方向に延びつつ径方向に屈曲した屈曲部及び軸方向の中間位置を挟んで１８０°の位相差を有すると共に回転軸線に対して径方向の離間寸法が互いに等しくされて各屈曲部に接続形成された第１，第２の偏心部を有しモータによって駆動されるクランク軸と、シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンを有し該ピストンが連接棒を介して前記クランク軸の第１，第２の偏心部に複数個ずつ連結された圧縮部とを備え、前記各圧縮部は、前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から第１の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第１の偏心部に軸受を介して連結された第１の圧縮部と、前記クランク軸を中心として該第１の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から第２の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第１の偏心部に軸受を介して連結された第２の圧縮部と、前記第１の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から前記第１の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第２の偏心部に軸受を介して連結された第３の圧縮部と、前記第２の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から前記第２の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第２の偏心部に軸受を介して連結された第４の圧縮部とにより構成し、前記第１，第３の圧縮部は前記シリンダの内径及び前記ピストンのストロークを互いに等しく形成し、前記第２，第４の圧縮部は前記シリンダの内径及び前記ピストンのストロークを互いに等しく形成する構成を採用している。

また、請求項２の発明によると、第１，第３の圧縮部と第２，第４の圧縮部とは、シリンダの内径を互いに異ならしめる構成としている。

また、請求項３の発明によると、第１，第３の圧縮部は、シリンダの内径を第２，第４の圧縮部よりも大きく形成し、第１，第３の圧縮部の吐出側を第２，第４の圧縮部の吸込側に接続し、第２，第４の圧縮部の吐出側を貯留タンクに接続して４気筒２段圧縮機を構成している。

さらに、請求項４の発明では、連接棒がクランク軸の中間位置から第３の軸方向寸法だけ離れた位置で第１の偏心部に連結された第５の圧縮部を設け、第５の圧縮部と径方向の反対側に位置し連接棒がクランク軸の中間位置から第３の軸方向寸法だけ離れた位置で第２の偏心部に連結された第６の圧縮部を設け、第５，第６の圧縮部はシリンダの内径及びピストンのストロークを互いに等しく形成する構成としている。

請求項１の発明によれば、第１，第３の圧縮部を、クランク軸の中間位置に対して径方向及び軸方向に対称となる位置（即ち、中間位置に対して点対称となる位置）で第１，第２の偏心部に連結することができる。また、第２，第４の圧縮部は、クランク軸の中間位置に対して点対称となり、かつ第１，第３の圧縮部と往復動作が逆位相となる位置で第１，第２の偏心部に連結することができる。

この場合、クランク軸の第１の偏心部には、第１，第２の圧縮部の連接棒を軸方向の異なる位置に軸受を介して連結でき、第２の偏心部には、第３，第４の圧縮部の連接棒を軸方向の異なる位置に軸受を介して連結することができる。これにより、軸受として市販されているものを使用することができ、設計自由度及び耐久性を向上させることができる。

また、このように各圧縮部を配置した上で、第１，第３の圧縮部と第２，第４の圧縮部とからなる２組の圧縮部では、各組毎にシリンダの内径及びピストンのストロークを等しくしているので、各組を構成する圧縮部同士によってクランク軸に加わる径方向の荷重を打消すことができ、クランク軸の１回転を通じて荷重の変動を低減することができる。従って、クランク軸の振動、騒音等を抑制できると共に、その耐久性を高めることができる。

また、第１，第３の圧縮部と第２，第４の圧縮部とは、クランク軸の中間位置に対して対称に配置された状態で、吸込行程と圧縮行程とを互いに逆位相で１／２回転毎に行うことができるから、クランク軸の１回転を通じて１次及び２次の慣性力や遠心力のバランスをとることができる。これにより、ピストンの往復動による振動、騒音等を抑えることができる。

また、モータによりクランク軸を回転駆動した際に、モータの負荷（圧縮仕事）を２気筒ずつに分けて１／２回転毎に分散することができる。これにより、例えば圧縮機全体として一定量の圧縮仕事を行うときに、モータに要求される駆動トルクの最大値を小さくし、モータを効率的に使用することができ、また小型で安価な仕様のモータを用いることができる。

また、請求項２の発明によれば、第１，第３の圧縮部と第２，第４の圧縮部との間でシリンダの内径を異なる大きさに形成した状態でも、互いに対称位置にある第１，第３の圧縮部が同じシリンダ径を有し、第２，第４の圧縮部が同じシリンダ径を有しているので、各圧縮部間のバランスをとることができる。

これにより、例えば大径なシリンダを有する第１，第３の圧縮部と、小径なシリンダを有する第２，第４の圧縮部とを直列に接続して４気筒２段圧縮機を構成したり、これらを別々に使用して２種類の吐出圧をもつ圧縮機を構成することができ、圧縮機を多様化することができる。

また、請求項３の発明によれば、大径なシリンダを有する第１，第３の圧縮部と、小径なシリンダを有する第２，第４の圧縮部とを接続して４気筒２段圧縮機を構成することができ、圧縮機の適用範囲を広げることができる。

さらに、請求項４の発明によれば、第１ないし第４の圧縮部に加えて、第５，第６の圧縮部を対称に配置することができる。これにより、水平対向６気筒型の圧縮機を構成することができ、その設計自由度を高め、小型で低騒音な圧縮機を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態による水平対向型圧縮機を、添付図面に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図１０は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、水平対向４気筒型の空気圧縮機を例に挙げて述べる。

１は水平対向４気筒型の空気圧縮機で、該空気圧縮機１は、例えば箱形状の金属ケース等からなるクランクケース２と、後述のクランク軸３、圧縮部６，２１，２５，２９等により構成されている。

３はクランクケース２に主軸受４を介して回転可能に設けられたクランク軸で、該クランク軸３は、例えば電動モータ等の動力源（図示せず）により回転軸線Ｏ−Ｏを中心として回転駆動されるものである。

そして、クランク軸３は、図１ないし図３に示す如く、その軸方向両側で回転軸線Ｏ−Ｏ上に位置して外周側に主軸受４が取付けられる軸受取付部３Ａと、該各軸受取付部３Ａからクランクケース２内に向けて軸方向に延びつつ径方向に屈曲した屈曲部３Ｂと、該各屈曲部３Ｂの先端側にそれぞれ接続して設けられた第１，第２の偏心部３Ｃ，３Ｄと、これらの偏心部３Ｃ，３Ｄ間の中間位置に連結された中間連結部３Ｅと、クランクケース２の外部に突出したプーリ取付部３Ｆとにより構成されている。

ここで、第１の偏心部３Ｃは、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心とする円柱状に形成され、、第２の偏心部３Ｄは、軸線Ｏ2−Ｏ2を中心とする円柱状に形成されている。そして、偏心部３Ｃ，３Ｄは、左，右の軸受取付部３Ａ間の中間位置Ｍ（以下、クランク軸３の中間位置Ｍという）を挟んで軸方向の両側に配置され、回転軸線Ｏ−Ｏに対して互いに等しい離間寸法δだけ径方向に離間（偏心）している。この場合、偏心部３Ｃ，３Ｄは、クランク軸３の径方向の両側に偏心し、その回転方向に対して１８０°の位相差を有している。

また、偏心部３Ｃ，３Ｄの外径Ｄは、軸受取付部３Ａの外径ｄよりも大径に形成され（Ｄ＞ｄ）、軸受取付部３Ａ、屈曲部３Ｂ及びプーリ取付部３Ｆは、偏心部３Ｃ，３Ｄよりも小径に形成されている。これにより、偏心部３Ｃ，３Ｄには、後述の大端部軸受１８をクランク軸３の端部側から挿通して容易に嵌合できる構成となっている。一方、プーリ取付部３Ｆには、電動モータ等の図示しないモータにより回転駆動されるプーリ５が取付けられ、クランク軸３はプーリ５を介して回転駆動される。

６は空気圧縮機を構成する第１の圧縮部を示し、該第１の圧縮部６は、後述のシリンダ７、ピストン１６、連接棒１７等により構成されている。そして、圧縮部６は、クランク軸３により連接棒１７を介してピストン１６が駆動され、該ピストン１６がシリンダ７内を往復動することにより、後述の吸込口１４から空気を吸込んで圧縮し、吐出口１５から圧縮空気を吐出するものである。

７はクランクケース２の外面側に立設された筒状のシリンダで、該シリンダ７の内周側は、内径Ａを有する円形穴（シリンダボア）として形成されている。また、シリンダ７の先端側には、弁板８を介してシリンダヘッド９が搭載され、該シリンダヘッド９内には、吸込室１０と吐出室１１とが画成されている。また、弁板８には、シリンダ７内と吸込室１０との間を連通，遮断する吸込弁１２と、シリンダ７内と吐出室１１との間を連通，遮断する吐出弁１３とが取付けられている。さらに、シリンダヘッド９には、吸込室１０に連通する吸込口１４と、吐出室１１に連通する吐出口１５とが設けられている。

１６はシリンダ７内に往復動可能に挿嵌されたピストンで、該ピストン１６は、クランク軸３により後述の連接棒１７を介して駆動され、上死点と下死点との間でストロークＳをもって往復動する。この場合、ピストン１６のストロークＳは、クランク軸３の偏心部３Ｃの離間寸法δに応じて設定されている。

１７はクランク軸３とピストン１６との間を連結する連接棒で、該連接棒１７は、棒状の金属材料等により形成され、その一端側は大径な筒状をなす大端部１７Ａとなり、他端側が小径な筒状をなす小端部１７Ｂとなっている。

そして、連接棒１７の大端部１７Ａは、例えば市販の玉軸受等からなる大端部軸受１８を介してクランク軸３の第１の偏心部３Ｃに回転可能に取付けられ、この取付位置は、クランク軸３の中間位置Ｍから第１の軸方向寸法Ｌ1だけ離れている。また、連接棒１７の小端部１７Ｂは、ピストン１６に取付けられたピストンピン１９の外周側にスリーブ２０を介して回転可能に取付けられている。

次に、２１はクランク軸３を中心として第１の圧縮部６と径方向の反対側に設けられた第２の圧縮部を示し、該第２の圧縮部２１は、圧縮部６とほぼ同様に構成され、内径Ａのシリンダ２２と、ストロークＳをもって往復動するピストン２３と、大端部２４Ａと小端部２４Ｂとが形成された連接棒２４とを備えている。

ここで、連接棒２４の大端部２４Ａは、クランク軸３の中間位置Ｍから第２の軸方向寸法Ｌ2だけ離れた位置で、大端部軸受１８を介して第１の偏心部３Ｃに回転可能に取付けられ、この軸方向寸法Ｌ2は、圧縮部６の軸方向寸法Ｌ1よりも小さく設定されている（Ｌ1＞Ｌ2）。これにより、クランク軸３の偏心部３Ｃには、第１，第２の圧縮部６，２１の連接棒１７，２４が軸方向の異なる位置に並んで連結され、そのピストン１６，２３は互いに逆位相で往復動する。

２５は第１の圧縮部６と径方向の反対側に設けられた第３の圧縮部を示し、該第３の圧縮部２５は、圧縮部６とほぼ同様に構成され、内径Ａのシリンダ２６と、ストロークＳをもって往復動するピストン２７と、大端部２８Ａと小端部２８Ｂとが形成された連接棒２８とを備えている。

そして、連接棒２８の大端部２８Ａは、大端部軸受１８を介してクランク軸３の第２の偏心部３Ｄに回転可能に取付けられ、この取付位置は、クランク軸３の中間位置Ｍから前述した軸方向寸法Ｌ1だけ離れている。

即ち、第１，第３の圧縮部６，２５は、クランク軸３を挟んで径方向に離間すると共に、その中間位置Ｍに対して軸方向両側の等しい位置で偏心部３Ｃ，３Ｄにそれぞれ連結され、かつシリンダ７，２６の内径Ａ（断面積）及びピストン１６，２７のストロークＳが互いに等しく形成されている。

２９は第２の圧縮部２１と径方向の反対側に設けられた第４の圧縮部を示し、該第４の圧縮部２９は、圧縮部２１とほぼ同様に構成され、内径Ａのシリンダ３０と、ストロークＳをもって往復動するピストン３１と、大端部３２Ａと小端部３２Ｂとが形成された連接棒３２とを備えている。

そして、連接棒３２の大端部３２Ａは、大端部軸受１８を介してクランク軸３の第２の偏心部３Ｄに回転可能に取付けられ、この取付位置は、クランク軸３の中間位置Ｍから前述した軸方向寸法Ｌ2だけ離れている。これにより、クランク軸３の偏心部３Ｄには、第３，第４の圧縮部２５，２９の連接棒２８，３２が軸方向の異なる位置に並んで連結され、そのピストン２７，３１は互いに逆位相で往復動する。

一方、第２，第４の圧縮部２１，２９に着目すると、これらはクランク軸３を挟んで径方向に離間すると共に、その中間位置Ｍに対して軸方向両側の等しい位置で偏心部３Ｃ，３Ｄにそれぞれ連結され、かつシリンダ２２，３０の内径Ａ及びピストン２３，３１のストロークＳが互いに等しく形成されている。

このように、本実施の形態では、図５に示す如く、第１，第３の圧縮部６，２５がクランク軸３の中間位置Ｍに対して径方向及び軸方向に対称となる位置（即ち、中間位置Ｍに対して点対称となる位置）で偏心部３Ｃ，３Ｄに連結され、ピストン１６，２７が互いに等しい断面積とストロークＳとをもって同位相で往復動する。また、第２，第４の圧縮部２１，２９は、中間位置Ｍに対して点対称となり、かつ第１，第３の圧縮部６，２５と往復動作が逆位相となる位置で偏心部３Ｃ，３Ｄに連結され、ピストン２３，３１が互いに等しい断面積とストロークＳとをもって同位相で往復動する。

このため、圧縮機の運転時には、後述の図７ないし図１０に示す如く、各ピストンからクランク軸３に加わる径方向の荷重を、各圧縮部６，２１，２５，２９の間で打消しつつ、１次及び２次の慣性力や遠心力のバランスをとることができると共に、径方向の荷重や電動モータの負荷（圧縮仕事）をクランク軸３の１／２回転毎に分散できる構成となっている。

一方、各圧縮部６，２１，２５，２９の吐出口１５は、図４に示す如く、貯留タンクとしてのエアタンク３３にそれぞれ接続されている。そして、これらの圧縮部は、個々の吸込口１４から吸込んだ空気を圧縮し、吐出口１５から圧縮空気を吐出することにより、これをエアタンク３３に貯留する構成となっている。

本実施の形態による空気圧縮機１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、例えば電動モータ等によりクランク軸３が回転駆動されると、その偏心部３Ｃ，３Ｄの回転がピストン１６，２３，２７，３１の往復動に変換され、これらのピストンは、シリンダ７，２２，２６，３０内で上死点と下死点の間を往復動する。これにより、圧縮部６，２１，２５，２９では、クランク軸３が１回転するときに、吸込行程と圧縮行程とを１／２回転毎に交互に行う。

そして、第１の圧縮部６を例に挙げて述べると、吸込行程では、ピストン１６が上死点から下死点に向けて変位し、吸込弁１２が開弁して吐出弁１３が閉弁することにより、空気が吸込室１０からシリンダ７内に吸込まれる。また、圧縮行程では、ピストン１６が下死点から上死点に向けて変位することにより、吸込弁１２が閉弁してシリンダ７内の空気が圧縮される。そして、ピストン１６が上死点の近傍に達すると、吐出弁１３が開弁し、シリンダ７内の圧縮空気が吐出口１５からエアタンク３３に向けて吐出される。

また、第１，第３の圧縮部６，２５では、図６に示す如く、ピストン１６，２７が同じ位置で往復動することにより、吸込行程及び圧縮行程が同位相で行われ、第２，第４の圧縮部２１，２９でも同様に、ピストン２３，３１が同じ位置で往復動することにより、吸込行程及び圧縮行程が同位相で行われる。そして、圧縮部６，２５と圧縮部２１，２９との間では各行程が互いに逆位相となる。

このため、クランク軸３が１回転するときには、圧縮部６，２５及び圧縮部２１，２９の圧縮行程が１／２回転毎に交互に行われ、クランク軸３には、該当する圧縮部から径方向の荷重が加わる。しかし、各圧縮部は、シリンダ７，２２，２６，３０の内径Ａ及びピストン１６，２３，２７，３１のストロークＳがそれぞれ等しいので、クランク軸３には、図７に示す如く、径方向両側のピストン１６，２７（またはピストン２３，３１）からほぼ同じ大きさで逆向きの荷重が加わるようになり、これらの荷重を加算した合力は、図８に示すようになる。

これにより、圧縮部６，２５間、及び圧縮部２１，２９間でクランク軸３に加わる径方向の荷重をそれぞれ打消すことができると共に、その１回転を通じて荷重の変動を小さくすることができる。従って、クランク軸３の振動やこれに伴う騒音等を抑制できると共に、偏心部３Ｃ，３Ｄ、主軸受４等の耐久性を高めることができる。

また、ピストン１６，２７とピストン２３，３１とからなる２組のピストンは、図５に示す如く、それぞれの組がクランク軸３の中間位置Ｍに対して対称となる位置で互いに平行な軌跡をもって往復動し、上死点と下死点との間で同じ位置を保持すると共に、互いに逆位相で変位する。

このため、圧縮機１の運転時には、クランク軸の１回転を通じて１次及び２次の慣性力や遠心力のバランスをとることができる。また、図５において、紙面上方からみたときに中間点Ｍを中心に時計・反時計方向に偶力が生じるが、１回転中においては、時計方向の偶力と反時計方向の偶力とが交互に生じる。このため、これらの偶力は互いにキャンセルし合うので、中間点Ｍを中心として圧縮機全体を一方向に回転させるような偶力が発生するようなことはない。従って、ピストン１６，２３，２７，３１の往復動による振動、騒音等を抑えることができる。これにより、従来技術のようなバランサ等が不要となり、圧縮機全体を小型、軽量化できると共に、バランスのよい低騒音型の圧縮機を実現することができる。

一方、圧縮部６，２５と圧縮部２１，２９の圧縮行程がクランク軸３の１／２回転毎に交互に行われると、モータの駆動トルク（負荷）は、図９に示す如く、これと同じ周期で１／２回転毎に増大し、該当する圧縮部では、図１０中に実線で示すように、同じく１／２回転毎に圧縮仕事が行われる。

このような圧縮仕事を行う場合の比較例として、例えば特許文献１の従来技術に記載された２気筒圧縮機について説明すると、この比較例の圧縮機では、図１０中に仮想線で示す如く、クランク軸の１回転に１度の割合で全体の圧縮仕事が行われる。このため、比較例では、例えば一定量の圧縮仕事を行う場合に、モータに大きな駆動トルクが必要となり、しかも駆動トルクがクランク軸の回転に応じて大きく変動するようになる。

これに対し、本実施の形態では、モータの負荷（圧縮仕事）を２気筒ずつに分けて１／２回転毎に分散することができる。これにより、一定量の圧縮仕事に対してモータに要求される駆動トルクの最大値を小さくすることができ、小型で安価な仕様の電動モータ等を用いることができる。また、クランク軸３が１回転するときにモータの出力変動を抑えることができ、モータに通電する電流の制御を効率よく行うことができる。

かくして、本実施の形態によれば、第１，第３の圧縮部６，２５をクランク軸３の中間位置Ｍを挟んで第１の軸方向寸法Ｌ1だけ離れた位置で偏心部３Ｃ，３Ｄに連結し、第２，第４の圧縮部２１，２９をクランク軸３の中間位置Ｍを挟んで第２の軸方向寸法Ｌ2だけ離れた位置で偏心部３Ｃ，３Ｄに連結すると共に、シリンダ７，２２，２６，３０の内径Ａ及びピストン１６，２３，２７，３１のストロークＳをそれぞれ等しく形成する構成としている。

これにより、第１，第３の圧縮部６，２５をクランク軸の中間位置Ｍに対して点対称となる位置に配設でき、第２，第４の圧縮部２１，２９は、中間位置Ｍに対して点対称となり、かつ圧縮部６，２５と往復動作が逆位相となる位置に配設することができる。

この場合、クランク軸３の偏心部３Ｃには、圧縮部６，２１の連接棒１７，２４を軸方向の異なる位置に連結でき、他の偏心部３Ｄには、圧縮部２５，２９の連接棒２８，３２を軸方向の異なる位置に連結することができる。これにより、各圧縮部を対称に配置した状態でも、ピストン１６，２３（ピストン２７，３１）の軸方向位置を僅かにずらして個々の連接棒１７，２４，２８，３２をクランク軸２に連結でき、十分な大きさのストロークＳを容易に確保することができる。このため、従来技術のようにピストンのストロークが寸外径法等によって制限されるのを防止でき、圧縮性能を高め、設計自由度を向上させることができる。

そして、このように各圧縮部を対称に配置した上で、圧縮部６，２５、圧縮部２１，２９毎にシリンダの内径Ａ及びピストンのストロークＳをそれぞれ等しくしているので、前述したようにバランサ等が必要なくなり、振動、騒音等の少ない小型軽量の圧縮機を実現することができる。

また、クランク軸３は、４個の圧縮部６，２１，２５，２９を２箇所の偏心部３Ｃ，３Ｄによって駆動できるので、例えば水平対向４気筒型の自動車用エンジン等のように、各気筒に対応した４個の偏心部をクランク軸に設ける必要がなくなり、クランク軸の構造を簡略化できると共に、その部品加工、組立作業等を容易に行うことができる。

さらに、クランク軸３は、偏心部３Ｃ，３Ｄの外径Ｄと比較して軸受取付部３Ａ、屈曲部３Ｂ、プーリ取付部３Ｆの外径（外径ｄ等）を小さく形成し、屈曲部３Ｂを大端部軸受１８が通過できるように緩やかな屈曲形状としたので、圧縮機の組立時には、クランク軸３の端部側から大端部軸受１８を挿通して偏心部３Ｃ，３Ｄに容易に嵌合させることができる。これにより、大端部軸受１８として、分割式の軸受（割り軸受）等を用いる必要がなくなり、部品点数やコストを低減できると共に、組立作業を効率よく行うことができる。

次に、図１１及び図１２は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、第１，第３の圧縮部と第２，第４の圧縮部との間でシリンダを異なる内径に形成し、４気筒２段圧縮機を構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は水平対向４気筒型の空気圧縮機で、該空気圧縮機４１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、クランクケース２、クランク軸３、第１，第３の圧縮部６，２５と、第２，第４の圧縮部４２，４５とにより大略構成されている。しかし、圧縮部４２，４５は、第１の実施の形態と比較してシリンダ４３，４６の内径Ｂが小さく形成され、圧縮部６，２５のシリンダ７，２６の内径Ａは、これらの内径Ｂよりも大きくなっている（Ａ＞Ｂ）。

ここで、第２の圧縮部４２は、第１の実施の形態とほぼ同様に、内径Ｂのシリンダ４３と、ストロークＳをもって往復動するピストン４４と、連接棒２４とを備えている。また、第４の圧縮部４５は、内径Ｂのシリンダ４６と、ストロークＳを有するピストン４７と、連接棒３２とを備えている。

また、第１，第３の圧縮部６，２５の吐出口１５は、図１２に示す如く、逆止弁４８を介して第２，第４の圧縮部４２，４５の吸込口１４にそれぞれ直列に接続され、第２，第４の圧縮部４２，４５の吐出口１５は、エアタンク３３に接続されている。

これにより、空気圧縮機４１は、空気を２段階で圧縮する４気筒２段圧縮機として構成され、その運転時には、まず低圧側の圧縮部６，２５により空気を吸込んで圧縮した後に、この圧縮空気を高圧側の圧縮部４２，４５により吸込んでさらに圧縮し、高圧の圧縮空気をエアタンク３３に向けて吐出するものである。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、圧縮部６，２５の内径Ａを圧縮部４２，４５の内径Ｂよりも大きく形成し、これらを直列に接続する構成としたので、各圧縮部の間で慣性力等のバランスを保持しつつ、４気筒２段式の空気圧縮機４１を構成することができ、圧縮機を多様化して適用範囲を広げることができる。

次に、図１３は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、前記第２の実施の形態と同様の圧縮部により４気筒１段圧縮機を構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

５１は水平対向４気筒型の空気圧縮機で、該空気圧縮機５１は、第２の実施の形態とほぼ同様に、クランクケース、クランク軸（いずれも図示せず）と、第１，第３の圧縮部６，２５と、第２，第４の圧縮部４２′，４５′とにより大略構成され、圧縮部６，２５のシリンダの内径は、圧縮部４２′，４５′の内径よりも大きく形成されている。

しかし、圧縮部６，２５及び圧縮部４２′，４５′の吐出口１５は、第１の実施の形態とほぼ同様に、エアタンク３３にそれぞれ接続され、４気筒１段圧縮機を構成している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、例えば圧縮部６，２５と圧縮部４２′，４５′とによって２種類の吐出圧をもつ空気圧縮機５１を構成することができ、圧縮機を多様化することができる。

次に、図１４は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、６気筒型の圧縮機に適用したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

６１は水平対向６気筒型の空気圧縮機で、該空気圧縮機６１は、第１の実施の形態とほぼ同様のクランクケース（図示せず）、クランク軸３、第１ないし第４の圧縮部６，２１，２５，２９と、後述する第５，第６の圧縮部６２，６６とにより構成されている。

ここで、第５の圧縮部６２は、圧縮部６とほぼ同様に構成され、シリンダ６３、ピストン６４及び連接棒６５を有している。また、第６の圧縮部６６は、第５の圧縮部６２と径方向の反対側に配設され、シリンダ６７、ピストン６８及び連接棒６９を有している。

そして、圧縮部６２，６６は、圧縮部６，２１，２５，２９と同様に、シリンダ６３，６７が互いに等しい内径Ａをもって形成され、ピストン６４，６８が互いに等しいストロークＳを有している。また、圧縮部６２の連接棒６５は、クランク軸３の中間位置Ｍから第３の軸方向寸法Ｌ3だけ離れた位置で第１の偏心部３Ｃに連結され、圧縮部６６の連接棒６９は、クランク軸３の中間位置Ｍから軸方向寸法Ｌ3だけ離れた位置で第２の偏心部３Ｄに連結されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、水平対向６気筒型の空気圧縮機６１を構成することができ、その設計自由度を高め、小型で低騒音な圧縮機を実現することができる。

なお、前記実施の形態では、水平対向型圧縮機として４気筒型及び６気筒型の空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば８気筒以上の偶数気筒を備えた圧縮機に適用してもよく、また冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等に適用してもよい。

また、前記実施の形態では、クランク軸３は軸受取付部３Ａ間において、中間点Ｍを中心に全て対称形状に構成した。しかし、本発明はこれに限らず、バランスの影響度合が少ない屈曲部３Ｂ等については、設計上の都合等により若干非対称な形状として構成してもよい。

本発明の第１の実施の形態による水平対向４気筒型の空気圧縮機を示す断面図である。 クランクケース内を拡大して示す図１中の要部拡大断面図である。 図１中のクランク軸を単体で示す拡大図である。 空気圧縮機の各圧縮部の接続状態を示す構成図である。 各圧縮部の寸法及び位相差の関係を示す説明図である。 クランク軸の回転角と各ピストンの位置との関係を示す特性線図である。 クランク軸の回転角とクランク軸に加わる径方向荷重との関係を示す特性線図である。 クランク軸の回転角と各圧縮部の径方向荷重の合力との関係を示す特性線図である。 クランク軸の回転角とモータの駆動トルクとの関係を示す特性線図である。 クランク軸の回転角と各圧縮部の圧縮仕事との関係を示す特性線図である。 本発明の第２の実施の形態による水平対向４気筒型の空気圧縮機を示す断面図である。 空気圧縮機の各圧縮部により４気筒２段圧縮機を構成した状態を示す構成図である。 本発明の第３の実施の形態による４気筒１段圧縮機を示す構成図である。 本発明の第４の実施の形態による水平対向６気筒型の空気圧縮機を示す説明図である。

符号の説明

１，４１，５１，６１ 空気圧縮機（水平対向圧縮機）
２ クランクケース
３ クランク軸
３Ａ 軸受取付部
３Ｂ 屈曲部
３Ｃ，３Ｄ 偏心部
３Ｅ 中間連結部
３Ｆ プーリ取付部
６ 第１の圧縮部
７，２２，２６，３０，４３，４６，６３，６７ シリンダ
１６，２３，２７，３１，４４，４７，６４，６８ ピストン
１７，２４，２８，３２，６５，６９ 連接棒
２１，４２，４２′ 第２の圧縮部
２５ 第３の圧縮部
２９，４５，４５′ 第４の圧縮部
３３ エアタンク（貯留タンク）
６２ 第５の圧縮部
６６ 第６の圧縮部
Ｏ−Ｏ 回転軸線
Ｍ 中間位置
δ 離間寸法
Ａ，Ｂ 内径
Ｓ ストローク
Ｌ1 第１の軸方向寸法
Ｌ2 第２の軸方向寸法
Ｌ3 第３の軸方向寸法

Claims (4)

1. 軸方向両側で回転軸線上に位置する軸受取付部、該各軸受取付部から軸方向に延びつつ径方向に屈曲した屈曲部及び軸方向の中間位置を挟んで１８０°の位相差を有すると共に前記回転軸線に対して径方向の離間寸法が互いに等しくされて前記各屈曲部に接続形成された第１，第２の偏心部を有しモータによって駆動されるクランク軸と、シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンを有し該ピストンが連接棒を介して前記クランク軸の第１，第２の偏心部に複数個ずつ連結された圧縮部とを備え、
   前記各圧縮部は、
   前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から第１の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第１の偏心部に軸受を介して連結された第１の圧縮部と、
   前記クランク軸を中心として該第１の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から第２の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第１の偏心部に軸受を介して連結された第２の圧縮部と、
   前記第１の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から前記第１の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第２の偏心部に軸受を介して連結された第３の圧縮部と、
   前記第２の圧縮部と径方向の反対側に設けられ前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から前記第２の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第２の偏心部に軸受を介して連結された第４の圧縮部とにより構成し、
   前記第１，第３の圧縮部は前記シリンダの内径及び前記ピストンのストロークを互いに等しく形成し、
   前記第２，第４の圧縮部は前記シリンダの内径及び前記ピストンのストロークを互いに等しく形成する構成としてなる水平対向型圧縮機。
2. 前記第１，第３の圧縮部と前記第２，第４の圧縮部とは、前記シリンダの内径を互いに異ならしめる構成としてなる請求項１に記載の水平対向型圧縮機。
3. 前記第１，第３の圧縮部は、前記シリンダの内径を前記第２，第４の圧縮部よりも大きく形成し、前記第１，第３の圧縮部の吐出側を前記第２，第４の圧縮部の吸込側に接続し、前記第２，第４の圧縮部の吐出側を貯留タンクに接続して４気筒２段圧縮機を構成してなる請求項１に記載の水平対向型圧縮機。
4. 前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から第３の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第１の偏心部に連結された第５の圧縮部を設け、
   前記第５の圧縮部と径方向の反対側に位置し前記連接棒が前記クランク軸の中間位置から前記第３の軸方向寸法だけ離れた位置で前記第２の偏心部に連結された第６の圧縮部を設け、
   前記第５，第６の圧縮部は前記シリンダの内径及び前記ピストンのストロークを互いに等しく形成してなる請求項１，２または３に記載の水平対向型圧縮機。

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