【発明の詳細な説明】
コンプレッサ
技術分野
本発明は、電磁往復コンプレッサないしポンプに関し、特に、空気等の気体を
送るコンプレッサに関する。この装置は真空ポンプとしても作動し得るが、本明
細書においては、便宜上、そのような意味をも含む広い意味で『コンプレッサ』
という語を使用する。
発明の背景
本出願の発明者の一人は、先の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ９４／０１１９３、
ＰＣＴ／ＧＢ９４／０１１９４、ＰＣＴ／ＧＢ９４／０１１９５であってそれぞ
れＷＯ９４／２８３０６、ＷＯ９４／２８３０７、ＷＯ９４／２８３０８として
公開された出願の発明者である。これらの出願には、当該技術に多くの貢献をな
したコンプレッサが記載されている。それらの出願（以下『前記先行出願』とい
う）をここに特定することにより、それらのコンプレッサについての先行技術と
しての記載およびそれらの出願に開示されたコンプレッサの詳細に代えることと
する。
本発明は、前記先行出願に開示されたコンプレッサの改良に関する。特に、本
発明は、往復動するピストンのスライド面の磨耗、特に不均一な磨耗の低減に関
する。本発明はまた、コンプレッサの製造ないし組み立ての容易化に関する。
電磁往復コンプレッサには、良く知られているように、ピストンの復帰移動の
ために圧縮コイルばねが採用される。前記先行出願、特にＷＯ９４／２８３０６
には、当該圧縮ばねに固有の欠陥やその取り付けの際の位置ずれが原因となって
ピストンに非対称性の力が作用し、その結果、不均一な磨耗が生ずることが説明
されている。
更に、ＧＢ−Ａ−２２４１２８７には、ピストンが隣接する２つの作動室にお
いて交互に気体を圧縮する、複動式電磁コンプレッサが開示されている。このコ
ンプレッサの各作動室の内部には、ピストンを中間位置に戻すための圧縮ばねが
それぞれ設けられている。
発明の概要
本発明の第１の側面によれば、本体と、本体内を往復移動するピストンと、ピ
ストンを駆動する電磁駆動装置とを含む電磁往復コンプレッサであって、前記ピ
ストンが、本コンプレッサの作動の際に前記本体のシリンダ内の流体を圧縮する
ためにシリンダ内を摺動するピストンヘッドと、ピストンヘッドから軸方向後方
に設けられて前記本体の案内面上を摺動するピストン案内部材とを含み、本コン
プレッサがさらに前記ピストンを軸方向に付勢する少なくとも１つの圧縮コイル
スプリングを含む圧縮スプリング装置を含み、そのスプリングが、前記ピストン
の周囲であってそれによって圧縮される流体の変化する容積の外側に設けられ、
かつ、ピストンの移動の際の少なくとも一時期において前記シリンダ内に少なく
ともその一部が位置するコンプレッサが提供される。従って、通常、圧縮スプリ
ングはその一方の端において、ピストンの面であって流体が圧縮される作動室の
外側に位置する面に作用する。
本発明は、特に、単動式コンプレッサに適用される。単動式コンプレッサとは
、流体がピストンの作動によって圧縮される作動室が１つのみであって、ピスト
ンのその作動室に面するヘッド面が１つのみのコンプレッサをいう。
好ましくは、圧縮スプリングの一方の端が、ピストンヘッドの後面に作用する
。
圧縮スプリングが単数の場合はそのスプリングが、複数の場合はその各々のス
プリングが、それの少なくとも一方の端において、ピストンに対して自由に回転
できることが望ましい。圧縮スプリングは単数であってもよいが、好適には、２
つのスプリングを含み、その中の少なくとも１つのスプリングについては、その
少なくとも一部がシリンダ内に位置させられる。最も好ましくは、前記先行出願
に記載されているように、コイルの巻き方向が互いに逆であって直列に作用する
１対のコイルスプリングが採用され、それら１対のスプリングの間に自由なベア
リングが設けられる。この自由ベアリングは、例えば、ピストンをそれとの間に
クリアランスを有して取り囲む環状部材によって構成される。
好ましくは、前記先行出願に記載されているように、各コイルスプリングは、
その一方の端において摩擦の小さな部材を介する等して、ベアリングに対して相
対回転可能とされる。
好ましくは、スプリング装置のピストンヘッドに作用する端とは反対側の端が
、電磁駆動装置のステータを構成する積層体によって支持されるマウント部材に
マウントされる。
本発明の上記第１の側面によれば、ピストンの復帰移動用に採用されるスプリ
ングが従来のようにピストンとコンプレッサ本体の後端との間に設けられないの
で、コンプレッサの全体の長さが短縮される。また、ピストンを取り囲む単数も
しくは複数のコイルスプリングとして、従来よりも大径のものを採用することが
できるので、スプリングが従来よりも安定し、それが側方に変形してピストンに
対して側方から力を加えることが防止される。好ましくは、シリンダ内のコイル
スプリングの外径は、シリンダの内径の少なくとも７０％、より好ましくは少な
くとも８０％とされる。また、圧縮スプリングの付勢力はピストンヘッドに対し
て直接的に適用されるので、ピストンヘッドに側方から作用する力が低減すると
考えられる。その結果、ピストンヘッドおよびそれがスライドするシリンダ面の
不均一な磨耗が低減する。以上の効果は、巻き方向が反対の２つのコイルスプリ
ングを採用することにより顕著となる。
本発明の他の側面によれば、本体と、本体内を往復移動するピストンと、ピス
トンを駆動する電磁駆動装置とを含む電磁往復コンプレッサであって、前記本体
が前と後の２つの本体部材を含み、その２つの本体部材が、前記電磁駆動装置の
ステータを構成する磁気透過性の積層体により互いに離されており、かつ、複数
の位置決めピンおよび好適にはさらに前記積層体がその積層体を貫通しさらに２
つの本体部材のそれぞれに設けられた複数の位置決め穴と係合することにより互
いに位置決めされたコンプレッサが提供される。好ましくは、位置決めピンは軸
方向に延びるものとされる。
好ましくは、位置決めピンは、Ｃ字形の断面形状を有するスプリングピンであ
り、位置決め穴への挿入の際に弾性的に圧縮される。
好ましくは、前記前本体部材が、前記ピストンのピストンヘッドがスライドす
るシリンダ面を有し、前記後本体部材が、前記ピストンのピストン案内部材がス
ライドする単数もしくは複数のピストン案内面を有し、それらのシリンダ面およ
び単数もしくは複数のピストン案内面の各々が、前記位置決め穴の少なくとも１
つを基準にして所定のサイズに加工される。従って、組み立てられたコンプレッ
サにおいて、シリンダ面と単数もしくは複数のピストン案内面とが精度良く一致
する。
好ましくは、前および後の２つの本体部材がボルトによって互いに固定される
。
本発明の上記第２の側面によれば、コンプレッサの各部、特に前および後の２
つの本体部材と積層体とが互いに精度良く一致する。また、それら２つの本体部
材が精度良く一致するので、前述したように、ピストンがスライドする複数の面
が互いに精度良く一致することとなる。さらに、積層体がその径方向において精
度良く位置決めされるので、積層体の内面とピストン上のアーマチュアの外面と
の空隙が小さくされる。その結果、電気効率が良くなるので、コンプレッサの消
費電力が低減する。この空隙は、０．５ｍｍ以下とされ、０．１ｍｍ程度まで低
減させることができる。後述の実施例において説明するように、本発明の本特徴
によれば、前および後の２つの本体部材は、同一の鋳物を基礎として製造するこ
とができる。即ち、２つの同じ鋳物から出発してそれらを加工することにより、
前および後の２つの本体部材の最終的な形状に仕上げることができるのである。
その結果、コンプレッサの製造が容易となる。
実施例の記載
以下、本発明の非限定的な具体例としての一実施例を添付の図面を参照しなが
ら詳細に説明する。なお、
図１は、本発明の実施例としてのコンプレッサの軸方向断面図であって、図２
のＩ−Ｉ矢視図であり、
図２は、図１のコンプレッサの軸方向断面図であって、図１のII−II矢視図で
ある。
本実施例のコンプレッサの作動は、前記先行出願に記載されたコンプレッサの
それと基本的に同じであり、同一の機能を有する部分には前記先行出願において
使用された参照符号と同一の符号が使用される。
図示されたコンプレッサは前本体部材１と後本体部材２とを含む。前本体部材
１と後本体部材２とはそれぞれ、コンプレッサの軸直角方向における断面の外形
が方形であって、複数のボルト４（図２参照）によって相互に固定されている。
各ボルト４のヘッド部の下には、一対ずつの電気絶縁性ワッシャ５が設けられ、
両本体部材１，２の電気的絶縁が図られている。前本体部材１にはシリンダヘッ
ド３が固定され、前本体部材１内の円環状の凹所６２を塞いでいる。円環状凹所
６２は、コンプレッサによって圧縮された空気を円滑に流通させるための緩衝容
積として作用し、出口コネクタ３Ａと連通している。同様に、コンプレッサの後
方端では、後本体部材２に対して、空気入口コネクタ８Ａを有する端板８が固定
されている。入口コネクタ８Ａから入った空気はフィルタ７を通過する。フィル
タ７は、後述するように前本体部材１内の円環状凹所６２と同一形状とされた後
本体部材２内の凹所に収容されている。シリンダヘッド３と端板８とはそれぞれ
前本体部材１と後本体部材２とに図示しないボルトで固定されている。
ピストン１０は、コンプレッサ内においてそれの軸方向に往復移動する。ピス
トン１０はピストンヘッド１１を有し、ピストンヘッド１１の外周上にはプラス
チック材料から型成形された連続バンド１５が設けられている。連続バンド１５
は、前本体部材１のシリンダ面１２上を摺動する。ピストン１０は、ピストンヘ
ッド１１の後方に、アーマチュア２４を有し、アーマチュア２４の後方に、後ピ
ストン案内部材１３を有する。ピストンヘッド１１とアーマチュア２４と後ピス
トン案内部材１３とは、ボルト１６により相互に固定されている。後ピストン案
内部材１３の前部１３ａと円筒部１３ｂとは一体に形成され、円筒部１３ｂの外
周上には、摩擦の小さなプラスチック材料から型成形された連続バンド１３ｃが
設けられている。連続バンド１３ｃは、後本体部材２の部分円筒状のピストン案
内面１４上を摺動する。本コンプレッサの電磁リニア駆動装置は、前記アーマチ
ュア２４の他、複数のコイル２２と磁気透過性の積層体２３とを含む。磁気透過
性積層体２３は前本体部材１と後本体部材２の間に介挿され、ステータ２３とし
て作用する。このリニア駆動装置は従来の型式のものであり、詳細な説明は省略
するが、ピストン１０を一方向（図１および図２において右方向）に駆動する。
ピストン１０の逆方向の（圧縮方向の）移動ないしストロークは、後述するスプ
リング装置２０によって生じさせられる。
ピストンヘッド１１には複数の空気流通路ないし流通孔３０が設けられる。前
記先行出願に開示されているように、空気流通路３０をコンプレッサの軸に対し
て傾斜させることにより、ピストン１０の移動の際に、タービン効果により、ピ
ストン１０に回転力を付与することができる。空気流通路３０は、ピストンヘッ
ド１１の前面において、可撓性シート３１によって塞がれる。可撓性シート３１
は、各空気流通路３０上でフラップ弁として機能する。シリンダ面１２を規定す
るシリンダ壁には貫通孔３２が形成され、貫通孔３２を通して、圧縮空気が流出
する。貫通孔３２の出口端は図示しないフラップ弁で塞がれている。
前後２つの本体部材１，２とステータ２３とは、径方向にずれないように、１
対の位置合わせピン（ドエルピン）５０で精度良く一致させられる。２つの位置
合わせピン５０はコンプレッサ本体の両側部にそれぞれ設けられ、かつ、２つの
本体部材１，２のそれぞれに設けられて軸方向に対向する複数の止まり孔５１に
堅く保持される。位置合わせピン５０はＣ字形の断面形状を有しまたスプリング
鋼からなるので、止まり孔５１に容易に挿入することができ、しかも、挿入後は
弾性によって開くので、止まり孔５１に堅く保持される。その結果、２つの本体
部材１，２は互いに精度良く一致させられる。その際に、位置合わせピン５０は
、ステータ（積層体）２３に設けられたピン５０と略同サイズの貫通孔を通され
るので、ステータ２３もその全体が径方向に精度良く位置決めされる。このよう
に、ステータ２３が径方向に正確に位置決めされるので、ステータ２３の内側面
とアーマチュア２４の間の空隙は、図１に示されように、最小化され、約０．１
ｍｍ程度とされる。
本体部材１、２はアルミニウムからなる全く同一の鋳物を元にして得ることが
できる。鋳造後、本体部材１，２はそれぞれ、正確に離れた２つの軸上に止まり
孔５１を有するように加工され、その後、前本体部材１のシリンダ面１２と後本
体部材２のシリンダ面１４とがそれぞれ所定の直径を有するように、止まり孔５
１を基準にして正確に決定された軸上において形成、加工される。本体部材１，
２とステータ２３とを、位置合わせピン５０とボルト４とを用いて組み立てる時
、２つのシリンダ面１２，１４は同軸上に極めて正確に一致させられるので、そ
の後ピストン１０をコンプレッサ内に収容させる際には、ピストン１０は正確に
位置決めされることになる。ピストン１０の収容後、シリンダヘッド３を前本体
部材１に固定する。その結果、本コンプレッサにおいては、シリンダ面１２，１
４が不一致であるならば生ずるであろう摩耗、特に不均一な摩耗が有効に回避さ
れる。
コンプレッサの構造内における短絡（shorted turn）を避けるために、２つの
本体部材１，２は互いに電気的に絶縁される。そのために、本体部材１、２は各
々の表面が陽極処理(anodise)されるので、本体部材１、２の間で位置合わせピ
ン５０やステータ２３を介して短絡することがない。
ピストン１０の復帰方向の移動を生じさせるスプリング装置２０には、２つの
スプリング２０ａ，２０ｂが含まれる。スプリング２０ａ，２０ｂはそれぞれコ
イルスプリングであるが、巻き方向が互いに逆になっている。つまり、一方が右
巻き螺旋で、他方が左巻き螺旋である。２つのスプリング２０ａ，２０ｂのそれ
ぞれの対向する端部の間には円環状のベアリング４０が設けられ、それの内孔内
をピストン１０がクリアランスを有して延びている。このように、ベアリング４
０は、スプリング２０ａ，２０ｂのみによって支持され、ピストン１０に対して
移動可能とされている。ベアリング４０は、上記２つのスプリング２０ａ，２０
ｂの対向する端部を受ける２つのリング４２のための座を提供する。リング４２
は、摩擦係数の小さな材料、例えば約１％の潤滑媒体と約１％の補強繊維とがブ
レンドされたＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）から成る。２つのリング４
２はそれぞれ、ベアリング４０の径方向フランジ４１の両面に当接する。ベアリ
ング４０はまたスリーブ部４３を含み、スリーブ部４３は２つのスプリング２０
ａ，２０ｂを径方向において位置決めする。このように、２つのスプリング２０
ａ，２０ｂは各々の一方の端部において、それらの中心軸回りに、ベアリング４
０に対して（またピストン１０に対して、さらに、お互いに対して）ほぼ自由に
回転可能である。前側のスプリング２０ａの他方の端部は、フランジ付き位置決
めリング４４を介してピストンヘッド１１の後端面に当接する。位置決めリング
４４は、スプリング２０ａの軸をピストン１０に対して位置決めする。同様に、
後側のスプリング２０ｂの他方の端部は、フランジ付きリング４５によって位置
決めされる。フランジ付きリング４５は、図２に示されるように、前本体部材１
内において径方向に位置決めされ、軸方向にはステータ２３に当接する。このよ
うにスプリング２０ｂもその後端において径方向に位置決めされる。
以上の記載から明らかなように、ピストン１０の移動中の少なくとも一時期、
スプリング２０ａは部分的にシリンダ面１２内に位置する。スプリング２０ａ，
２０ｂの外径は、シリンダ面１２の直径の約８５％である。スプリング装置２０
はその全体が、ピストンヘッド１１と後ピストン案内部材１３の間においてピス
トン１０を取り囲んでいる。本実施例においては、スプリング２０ａ，２０ｂは
、後ピストン案内部材１３やアーマチュア２４よりも大きな直径を有しているの
で、装置の組み立てが容易である。同様に、ベアリング４０も後ピストン案内部
材１３やアーマチュア２４よりも大きな直径を有している。
スプリング２０ａ，２０ｂは互いに、またピストン１０に対して、さらにコン
プレッサ本体に対して、各々の一端部において自由に回転することができるので
、スプリング２０ａ，２０ｂはピストン１０に対して回転トルクを付加すること
がなく、またそれら自体が側方に変形してピストン１０に側方から力を加えるこ
ともない。スプリング２０ａ，２０ｂの直径は比較的大きいので、直径の小さな
スプリングに比べて側方に変形し難くなっている。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９６年１２月２３日
【補正内容】
ＥＰ−Ａ−５０９６６０の開示するコンプレッサにおいては、ピストンの復帰
移動用に採用されるスプリングがそのピストン回りに設けられ、しかもその一部
が、シリンダ内であってシリンダの圧縮室の外側に設けられる。
発明の概要
本発明の第１の側面によれば、本体と、本体内を往復移動するピストンと、ピ
ストンを駆動する電磁駆動装置とを含む電磁往復コンプレッサであって、前記ピ
ストンが、本コンプレッサの作動の際に前記本体のシリンダ内の流体を圧縮する
ためにシリンダ内を摺動するピストンヘッドと、ピストンヘッドから軸方向後方
に設けられて前記本体の案内面上を摺動するピストン案内部材とを含み、前記ピ ストンがさらに前記電磁駆動装置の一部をなすアーマチュア（２４）を含んでお り、
本コンプレッサがさらに前記ピストンを軸方向に付勢する少なくとも１つの
圧縮コイルスプリングを含む圧縮スプリング装置を含み、そのスプリングが、前
記ピストンの周囲であってそれによって圧縮される流体の変化する容積の外側に
設けられ、かつ、ピストンの移動の際の少なくとも一時期において前記シリンダ
内に少なくともその一部が位置するコンプレッサにおいて、前記アーマチュア（ ２４）と前記ピストン案内部材（１３）を含む前記ピストン（１０）が、交換も しくはメインテナンスのために、前記本体（１，２）から、前記ピストン案内面 （１４）から遠い方の前記シリンダ（１２）の端を通して取り外し可能とされて いることを特徴とするコンプレッサ
が提供される。従って、通常、圧縮スプリン
グはその一方の端において、ピストンの面であって流体が圧縮される作動室の外
側に位置する面に作用する。
本発明は、特に、単動式コンプレッサに適用される。単動式コンプレッサとは
、流体がピストンの作動によって圧縮される作動室が１つのみであって、ピスト
ンのその作動室に面するヘッド面が１つのみのコンプレッサをいう。
好ましくは、圧縮スプリングの一方の端が、ピストンヘッドの後面に作用する
。
圧縮スプリングが単数の場合はそのスプリングが、複数の場合はその各々のス
プリングが、それの少なくとも一方の端において、ピストンに対して自由に回転
できることが望ましい。圧縮スプリングは単数であってもよいが、好適には、２
つのスプリングを含み、その中の少なくとも１つのスプリングについては、その
少なくとも一部がシリンダ内に位置させられる。最も好ましくは、前記先行出願
に記載されているように、コイルの巻き方向が互いに逆であって直列に作用する
１対のコイルスプリングが採用され、それら１対のスプリングの間に自由なベア
リングが設けられる。この自由ベアリングは、例えば、ピストンをそれとの間に
クリアランスを有して取り囲む環状部材によって構成される。
好ましくは、前記先行出願に記載されているように、各コイルスプリングは、
その一方の端において摩擦の小さな部材を介する等して、ベアリングに対して相
対回転可能とされる。
請求の範囲
１．本体（１，２）と、本体内を往復移動するピストン（１０）と、ピストンを
駆動する電磁駆動装置（２２，２３，２４）とを含む電磁往復コンプレッサであ
って、前記ピストンが、本コンプレッサの作動の際に前記本体のシリンダ（１２
）内の流体を圧縮するためにシリンダ内を摺動するピストンヘッド（１１）と、
ピストンヘッドから軸方向後方に設けられて前記本体の案内面（１４）上を摺動
するピストン案内部材（１３）とを含み、前記ピストンがさらに前記電磁駆動装 置の一部をなすアーマチュア（２４）を含んでおり、
本コンプレッサがさらに前
記ピストンを軸方向に付勢する少なくとも１つの圧縮コイルスプリング（２０ａ
，ｂ）を含む圧縮スプリング装置（２０）を含み、そのスプリングが、前記ピス
トンの周囲であってそれによって圧縮される流体の変化する容積の外側に設けら
れ、かつ、ピストンの移動の際の少なくとも一時期において前記シリンダ内に少
なくともその一部が位置するコンプレッサにおいて、前記アーマチュア（２４） と前記ピストン案内部材（１３）を含む前記ピストン（１０）が、交換もしくは メインテナンスのために、前記本体（１，２）から、前記ピストン案内面（１４ ）から遠い方の前記シリンダ（１２）の端を通して取り外し可能とされているこ とを特徴とするコンプレッサ
。
２．前記圧縮コイルスプリング（２０ａ，ｂ）の一方の端が、前記ピストンヘッ
ド（１１）の前記圧縮される流体の変化する容積の外側に位置する面に作用する
請求項１に記載のコンプレッサ。
３．前記圧縮コイルスプリング（２０ａ，ｂ）が単数の場合はそのスプリングの
、複数の場合はその各々のスプリングの、少なくとも一方の端が前記ピストン（
１０）に対して回転自在である請求項１または２に記載のコンプレッサ。
４．前記圧縮スプリング装置（２０）が、前記ピストンの周囲に設けられた少な
くとも２つの圧縮コイルスプリング（２０ａ，ｂ）を含み、その中の少なくとも
１つのスプリングの少なくとも一部が前記シリンダ内に位置する請求項１ないし
３のいずれか１つに記載のコンプレッサ。
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フロントページの続き
(72)発明者 マグラス，マイケル・アラン
イギリス国 ハンプシャー ピー・オー11
０ジェイ・エル ヘイリング・アイラン
ド ウェスト・レーン 139ビー（番地な
し)