JPWO2003033909A1 - ピストン式気体圧縮装置、およびピストン式気圧駆動回転装置 - Google Patents
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Abstract
閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材４１，４２と、各シリンダ部材４１，４２の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材２２，２４および第２ピストン部材２１，２３と、第１ピストン部材２２，２４および第２ピストン部材２１，２３をスライダクランク機構を介して同一のクランク軸１５に夫々連結させるための連結機構と、各シリンダ部材４１，４２の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構とを備えており、第１ピストン部材２２，２４および第２ピストン部材２１，２３は、連結機構によりスライダクランク機構を介して連結されているクランク軸１５の回転に伴って、シリンダ部材４１，４２の内腔部内を往復摺動運動する一方、吸排気制御機構は、第１ピストン部材２２，２４および第２ピストン部材２１，２３の往復摺動運動を利用して複数のシリンダ部材４１，４２の内腔部内に吸気された気体を一つのシリンダ部材４１（４２）の内腔部内に送気するとともに、該内腔部内に送気された気体を圧縮することを特徴としている。
Description
（技術分野）
本発明は、空気その他の気体の圧縮構造（以下、「気体圧縮構造」と称する。）を有する装置（以下、「気体圧縮装置」と称する。）に関し、詳しくは、双方のシリンダーを共有した圧縮行程により、圧縮体積が従来とほぼ同様でシリンダーをコンパクトにできる特徴がある。又、回転バランスが良く高速回転が可能になり、尚、二段圧縮機構で高圧力圧縮時のクランク半径は、双方クランク半径の差となり小さくなる特徴を持つ、高速回転、高圧力製造のできるピストン式気体圧縮装置、および、ピストン式気圧駆動回転装置を提供することを目的としている。
（背景技術）
従来より、気体圧縮装置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、ピストン式とスクリュウ式がある。ピストン式は、一回の圧縮体積が大きいので高圧力製造が可能であるが、回転バランスが悪く高速回転ができない。一方、スクリュウ式は、回転バランスが良く高速回転が可能であるが、一回の圧縮体積が小さいので高圧力製造が困難であった。
即ち、ピストン式において高速回転することが可能となれば、一回の圧縮体積の小さいスクリュウ式に比べて、気体圧縮構造としては非常に好ましい。しかしながら、前記の通り、ピストン式においては、回転バランスが悪く高速回転ができないという問題点があった。
そして、此を解決するための気体圧縮構造として、出願人は、「互いに併設された入力軸と補助軸とを備え、入力軸側のスライダクランク機構と、補助軸に入力軸側のスライダクランク機構と対をなる少なくとも一つ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シリンダの内径とピストン部材の先端外径との間に隙間部を形成し、シリンダの両側端部のうち少なくとも一方を閉塞しピストン部材の底部と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間面に形成された第２圧縮層と、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、第１圧縮層の排気口と第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」空気圧縮構造を案出（発明）している（特開２０００−２９７７４７号公報参照）。
そして、かかる空気圧縮構造によれば、圧縮空気を小エネルギーで発生させることができるのである。しかしながら、かかる空気圧縮構造によれば、ピストンの往復運動が、このピストンの嵌挿されるシリンダ部材の両側に設けられた２つのクランク軸に分散されてしまい、各クランク軸の更なる回転トルクおよび回転速度の向上、並びに空気圧縮構造全体のコンパクト化の妨げとなってしまうという問題点があった。
また、前記の通りピストンの往復運動がシリンダ部材の両側に設けられた夫々別のクランク軸に伝達されるために、更なる高速回転化、及び、コンパクト化の実現の妨げとなってしまうという問題点があった。
一方、化石資源を消費しない回転装置の実現も望まれている。ここで、化石資源を消費しないエネルギーを使用する回転装置としては、圧縮気体を使用して回転を発生させる気圧駆動型回転装置が挙げられる。しかしながら、前記の場合と同一の理由により、即ち、一回の圧縮体積の大きいピストン式での実現が望ましいが、一方、ピストン式においては、回転バランスが悪く高速回転ができないという問題点があった。
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために為されたものであり、その目的とするところは、小エネルギーで高圧力を発生させることができるとともに、高トルク且つ高速回転可能であって、コンパクトなピストン式気体圧縮装置、およびクリーンなエネルギーで回転でき、更には高トルク且つ高速回転可能なピストン式気圧駆動回転装置を提供することを目的としている。
（発明の開示）
（課題を解決するための手段）
この目的を達成するために、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置は、閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、該第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を介して同一のクランク軸に夫々連結させるための連結機構と、前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構とを備えており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記連結機構によりスライダクランク機構を介して連結されているクランク軸の回転に伴って、前記シリンダの内腔部内を往復摺動運動する一方、前記吸排気制御機構は、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動を利用して複数の前記シリンダ部材の内腔部内に吸気された気体を一つのシリンダ部材の内腔部内に送気するとともに、該内腔部内に送気された気体を圧縮するものである。
この請求項１記載のピストン式気体圧縮装置によれば、クランク軸を回転させると、連結機構によりスライダクランク機構を介してクランク軸に連結されている、第１ピストン部材および第２ピストン部材が各シリンダ部材の内腔部内を往復摺動運動される。ここで、吸排気制御機構により、各シリンダ部材の内腔部内への気体の吸排気が制御されるとともに、かかる第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動に伴って、複数のシリンダ部材の内腔部内に吸気された気体が一つのシリンダ部材の内腔部内に送気されるとともに、この内腔部内に送気された気体が更に圧縮される。
請求項２記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置において、連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるものである。
請求項３記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項２記載のピストン式気体圧縮装置において、連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされている。
請求項４記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項３記載のピストン式気体圧縮装置において、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされている。
請求項５記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項３または４に記載のピストン式気体圧縮装置において、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされている。
請求項６記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１から５の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置において、吸排気制御機構は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙からなる第１吸気用間隙、並びに前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙からなる第２吸気用間隙の両吸気用間隙間に交互に気体を吸気させる吸気機構と、該吸気機構により第１吸気用間隙に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第５間隙へ送気する一方、前記第２吸気用間隙に吸気された気体を他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第６間隙へ送気する送気機構と、該送気機構により第５間隙内に送気された気体、および第６間隙内に送気された気体を交互に排気する排気機構とを備えている。
請求項７記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項６記載のピストン式気体圧縮装置において、第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第３間隙は、前記一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第４間隙は、前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されるものである。
請求項８記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１から７の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置において、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられている。
請求項９記載のピストン式空気圧縮装置は、第１ピストン部材および第２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同一方向に往復運動させて空気を圧縮させるピストン式空気圧縮構造において、第１ピストン部材を往復運動させるピストンシャフトは、第２ピストン部材を貫通させる事により双方のピストンシャフトは、片側に集約されて往復運動をする機構を備え、シリンダ部材二本を併設して配管、圧力弁を一体化した機体を一組とし、片側に集約された各々のピストンシャフトと、クランク角度およびクランク半径の異なったクランク機構をクランク連結棒で、クランク回転運動およびピストン往復運動がバランス良くできるように結合した構造を持ち、単機、複数機の組み付けができる特徴を持つ、高速回転のできるものである。
請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置は、閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、該第１ピストン部材および第２ピストン部材を往復摺動運動させるために、前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構と、該吸排気制御機構による吸排気の制御に伴う第１ピストン部材および第２ピストン部材の双方の往復摺動運動を一つの回転運動に変換するために、第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を有する同一のクランク軸に連結させるための連結機構とを備えており、吸排気制御機構は、一つのシリンダ部材の内腔部内に圧縮気を送気するとともに、該内腔部内にて膨張した気体を複数のシリンダ部材の内腔部内に送気するものである。
請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置において、連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるものである。
請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置において、連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされている。
請求項１３記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされている。
請求項１４記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１２または１３に記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされている。
請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０から１４の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置において、吸排気制御機構は、シリンダ部材を構成する一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第５間隙、並びに前記シリンダ部材を構成する他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第６間隙の両間隙内に交互に気体を吸気させる吸気機構と、該吸気機構により第５間隙内に吸気された気体を前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙に分散して送気する一方、前記吸気機構により第６間隙内に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙に分散して送気する送気機構と、該送気機構により第１間隙および第２間隙に送気された気体、並びに第３間隙および第４間隙に送気された気体を排気する排気機構とを備えている。
請求項１６記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第３間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第４間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されるものである。
請求項１７記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０から１６の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置において、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられている。
（発明の実施の熊様）
本発明は、ピストン式気体圧縮装置、および、ピストン式気圧駆動回転装置に関するものであるが、これらは同一の構成により実現可能である（勿論、性能を向上させるために適宜の差異を設けても良いことは言うまでもない）。即ち、一つの機構（構成により）であるにも拘わらず、回転力を利用した気体を圧縮する装置にもなるし、圧縮空気を利用した回転を発生させる装置にもなるのである。従って、本出願の優先権の主張の基礎とされた出願（基礎出願）に記載のピストン式空気圧縮構造は、かかる両方を包含するものであり、本出願においては、発明の理解を容易とするために、ピストン式気体圧縮装置、およびピストン式気圧駆動回転装置に区分して説明する。
また、空気圧縮装置の空気とは、圧縮する気体の例示を示したに過ぎず、空気に限定されないこと（例えば、窒素、酸素、アルゴン）を明確にしている。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を利用して詳しく説明するが、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。即ち、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されるものではない。
（実施例）
図４は、本発明の一実施例であるピストン式気体圧縮装置１００を構成要素であるシリンダ部材４０の斜視図である。図４に示すように、シリンダ部材４０は、第１シリンダ部材４１と、第２シリンダ部材４２の両シリンダ部材により構成されており、第１シリンダ部材４１と第２シリンダ部材４２とは、送気管５１により連結されている。
図１および図２は、前記の通りピストン式気体圧縮装置１００の平面詳細図であるが、この図１および図２においては、発明の理解を容易とするために、シリンダ部材４０の一部を断面図としている。
図１および図２に示すクランク機構１０は、クランク回転中心に対して反時計回りの水平線上で最前進１８０度、最後退３６０度と仮定する。
第１クランク機構１０ａは、半径７．１ｍｍ−１８０度、第２クランク機構１０ｂは半径４．９ｍｍ−１６５度、第３クランク機構１０ｃは半径４．９ｍｍ−３４５度、第４クランク機構１０ｄは半径７．１ｍｍ−３６０度となりクランク機構バランスがとれている。
詳細には、第１クランク機構１０ａと第４クランク機構１０ｄの位相差、および、
第２クランク機構１０ｂと第３クランク機構１０ｃの位相差が１８０度ずれるようにされており、更には、
第１クランク機構１０ａと第２クランク機構１０ｂとの間（即ち、同一のシリンダ部材内に配設されるピストン部材の間）にも位相差が設けられている。
クランク軸１５の回転運動をピストン部材の往復摺動運動へ円滑に変換することができる。ひいては、クランク軸１５の回転バランス、および回転速度を向上することができる。これらは、全て、気体の圧縮効率を向上させるための要因である。
クランク機構１０ａは、クランク連結棒１１・ピストンシャフト部材１５・第２ピストン部材２１に、クランク機構１０ｂは、クランク連結棒１２・ピストンシャフト部材１６・第１ピストン部材２２に、クランク機構１０ｃは、クランク連結棒１３・ピストンシャフト部材１７・第２ピストン部材２３に、クランク機構１０ｄは、クランク連結棒１４・ピストンシャフト部材１８・第１ピストン部材２４に、各々連結されていて回転運動に対する往復運動のバランスがとれている。
第２ピストン部材２１、２３に夫々連結されているピストンシャフト部材１５，１７は、夫々、第１ピストン部材２２，２４に穿設された透孔を介して片側に集約されている。従って、一の回転系のみをもって各シリンダ部材に配設される２つのピストン部材を往復摺動運動させることができる。即ち、構成を簡素化することができる。
シリンダ部材二本を並設して空気通路ｂ及び圧力弁を一体化した機体２０は、第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２を収容した第１シリンダ部材４１と、第２ピストン部材２３，第１ピストン部材２４を収容した第２シリンダ部材４２とで構成されている。
クランク機構１０が、反時計回りに回転すると、第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２及び第２ピストン部材２３、第１ピストン部材２４が各々シリンダー内で各々クランク半径によって往復運動する。この時シリンダー体積内で第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２に挟まれた体積の筒（空間）３１，３３，３５ができて空気の圧縮運動をする。また、もう一つのシリンダー体積内でも第２ピストン部材２３、第１ピストン部材２４に挟まれた体積の筒３０，３２，３４ができて空気の圧縮運動をする。この双方にできる体積の筒３０，３１，３２，３３，３４を有効に利用した圧縮行程をつくる。
クランク機構１０ａが反時計回りに０〜１８０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、吸気口２５，２６から空気が体積の筒３３，３４に吸気される。
次に、クランク機構１０ａが１８０〜３６０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、体積の筒３３，３４の空気が体積の筒３５に圧縮されて閉じこめられる。
クランク機構１０ａが二回転目０〜１８０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、体積の筒３５の圧縮空気は、再度圧縮されて吸気口２７から排気され、この時のクランク半径は、７．１ｍｍ−４．９ｍｍ＝２．２ｍｍになる。
この行程は、双方のシリンダーを共有して交互に行われる。即ち、もう一方では、吸気口２５，２６から空気が体積の筒３０，３１へ吸気され、それが体積の筒３２に圧縮されて閉じこめられる。そして、再度圧縮されて排気口２８から排気される。
図３は、気体の流れを図示したものであるが、この図３に示すように、筒３１内に吸気された気体および筒３０内に吸気された気体は、ピストン部材２２，２３が各シリンダ部材４１，４２の端壁部に向かって摺動運動することにより、筒３１および筒３０（ピストン部材２２，２３の底部と、対応するシリンダ部材４１，４２との間の間隙）が小さくなるので、筒３２内に移動する。
即ち、筒３１内の気体と筒３０内の気体とが筒３２内に移動するために、この段階で気体を約２倍に圧縮することができるのである。
ここで、前記の通り第１クランク機構１０ａと第２クランク機構１０ｂの長さ（即ち、クランク腕）が異なる長さとされているために、同一方向に摺動運動する第１ピストン部材２２と第２ピストン部材２１との間に、位相差を設けることができる。即ち、第１ピストン部材２２の頭部と第２ピストン部材２１の頭部とが離れた際の距離と近づいた際の距離との間に差を設けることができ、送気管内を伝って筒３２内に送気された気体を第１ピストン部材２２および第２ピストン部材２１の摺動運動に伴い更に圧縮することができるのである。
図５は、ピストン式気体圧縮装置１００を電動工具５００にくっつけた状態を示した図である。このように、本ピストン式気体圧縮装置１００によれば、電動工具５００の回転程度の力であっても十分な圧縮空気を得ることができるのである。
勿論、本ピストン式気体圧縮装置１００は、２気筒のものに限られるものではなく、多気筒としてもよいことはいうまでもない。具体例としては、３気筒としても良いし、４気筒としても良く、２の倍数、または４の倍数とすることが好ましい。
次に、図６からの添付図面を参照して、本発明であるピストン式気圧駆動回転装置２００について説明する。
ピストン式気体圧縮装置１００と同一の部分には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図６から図９に示すように、ピストン式気圧駆動回転装置２００は、ピストン式気体圧縮装置とほぼ同一の構成とされている。異なる点は、第２ピストン部材２１，２３につながるピストンシャフト部材１５，１７が、夫々、第１ピストンシャフト部材２２，２４につながるピストンシャフト部材１６，１８を挟むように両側に設けられている点である。従って、ピストンシャフト部材が各１本づつの場合に比べて、往復摺動運動を円滑とすることができるのである。
また、各シリンダ部材４１，４２内への気体の吸気と排気が逆となっている。このため、筒３２および筒３５内に圧縮気を送気することにより、クランク軸１５を回転することができるのである。
更に、図１０は、本発明を応用した工具を示した図であり、この図に示すように、簡易なボンベであっても十分な回転力を得ることができるのである。
これを、４気筒や６気筒等に変更することにより、図１１及び図１２に示すように、車両に応用することも可能である。この際、太陽光エネルギーを併用しても良い。
（発明の効果）
請求項１記載のピストン式気体圧縮装置によれば、吸排気制御機構により、各シリンダ部材の内腔部内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動に伴って、複数のシリンダ部材の内腔部内に吸気された気体が一つのシリンダ部材の内腔部内に送気されるとともに、この内腔部内に送気された気体が更に圧縮されるので、二段階に気体を圧縮することができる、即ち、小エネルギーで高圧縮の気体を得ることができるという効果がある。
また、一つのクランク軸の回転により各シリンダ部材の内腔部内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材の両ピストン部材が往復摺動運動される構成とされているので、各ピストン部材を異なる二つのクランク軸で回転する場合に比べて、気体圧縮に要するエネルギーを更に低減することができるとともに、全体構成をコンパクト化することができるという効果を奏する。
請求項２記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材、および第２ピストン部材に一端部の固着された第２ピストンシャフト部材により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるので、連結機構を簡素で且つ高効率な機構により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
請求項３記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項２記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、連結機構を構成する第１クランク腕の回転半径が同じく連結機構を構成する第２クランク腕の回転半径よりも大きくされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも長くすることができ、各シリンダ部材の内腔部の端壁部とこの内腔部内に嵌入される両ピストン部材との間に夫々形成される両間隙の大きさを、かかる両ピストン部材の間に形成される間隙の大きさよりも小さくすることができる。ひいては、シリンダ部材の内腔部への吸気体積、および各シリンダ部材の内腔部での圧縮率を更に向上させることができるという効果を奏する。
請求項４記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項３記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされているので、シール性を損なうことなく、第１ピストン部材または第２ピストン部材の外周径と内腔部の側周壁との間に間隙を形成することができるという効果を奏する。ひいては、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも更に長くすることができる。
請求項５記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項３または４に記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の位相と第２ピストン部材の往復摺動運動の位相との間に位相差を設けることができる。ひいては、各シリンダ部材の内腔部への吸気体積、および各シリンダ部材の内腔部での圧縮率を更に増大させることができるという効果を奏する。
請求項６記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１から５の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の両ピストン部材の往復摺動運動を利用して、一のシリンダ部材および他のシリンダ部材の両シリンダ部材の内腔部内に夫々気体を吸気することができるとともに、両シリンダ部材の内腔部内に吸気された気体を一のシリンダ部材または他のシリンダ部材の何れか一のシリンダ部材に圧縮して気体を送気することができる。ひいては、かかる両ピストン部材の往復摺動運動を利用して気体を効率よく圧縮することができるという効果を奏する。
請求項７記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項６記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第１間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第２間隙が、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第３間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第４間隙が夫々形成されるので、一のピストン部材内に嵌入される第１ピストン部材の往復摺動運動と、他のピストン部材内に嵌入される第１ピストン部材の往復摺動運動との間に位相差を設けることができ、ピストン部材を往復摺動運動させるクランク軸の回転バランスが悪化してしまうことを防止することができるという効果を奏する。
請求項８記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１から７の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される各ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入され、一のシリンダ部材内のピストン部材と対応する各ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられているので、クランク軸の回転バランスが悪化してしまうことを防止することができるという効果を奏する。
請求項９記載のピストン式気体圧縮装置によれば、ピストンシャフトの往復運動機構を片側に集約し、各々の体積の筒の高圧力圧縮負荷をクランク半径の差で圧縮する構造になっており、最後まで有効的に高圧力圧縮負荷を低減するため、クランクに回転角度の差を微量につけている。又、残高圧力圧縮空気の排気後の残圧力空気は、磁石の反発力と同等の働きをするため、クランク半径の大きいほうにクランク半径の差の分、反発力が働くので回転を助ける役目もする。又、全体にバランスがとれているので、従来のようなガソリンエンジンと同様の高速回転がコンパクトな機構で実現できる。
請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、吸排気制御機構により、一つのシリンダ部材の内腔部内に圧縮気が送気されるとともに、該内腔部内にて膨張した気体を複数のシリンダ部材の内腔部内に分散して送気されるので、この圧縮気の膨張力により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が往復摺動運動させられる、即ち、圧縮気の膨張力を二段階に利用してピストン部材および第２ピストン部材を押圧することができる。従って、クランク軸の回転に要するエネルギー量を低減することができるという効果を奏する。
また、連結機構により、各シリンダ部材内に夫々嵌入される両ピストン部材が共に一つのクランク軸に連結されているので、クランク軸の回転に要する各ピストン部材のエネルギーを複数のシリンダ部材に分力することもでき、クランク軸の回転に要するエネルギー量の更なる低減、および、全体構成をコンパクト化することができるという効果を奏する。
請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材、および第２ピストン部材に一端部の固着された第２ピストンシャフト部材により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるので、連結機構を簡素で且つ高効率な機構により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、連結機構を構成する第１クランク腕の回転半径が同じく連結機構を構成する第２クランク腕の回転半径よりも大きくされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも長くすることができ、各シリンダ部材の内腔部の端壁部とこの内腔部内に嵌入される両ピストン部材との間に夫々形成される両間隙の大きさを、かかる両ピストン部材の間に形成される間隙の変位量を大きくすることができる。ひいては、この両ピストン部材間に圧縮気を送気することにより、圧縮気の膨張率を向上させることが、換言すれば、この圧縮気の膨張力の活用率を向上させることができるという効果を奏する。
請求項１３記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされているので、シール性を損なうことなく、第１ピストン部材または第２ピストン部材の外周径と内腔部の側周壁との間に間隙を形成することができるという効果を奏する。ひいては、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも更に長くすることができ、圧縮気の膨張率を更に向上させることができる。
請求項１４記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１２または１３に記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の位相と第２ピストン部材の往復摺動運動の位相との間に位相差を設けることができるという効果を奏する。ひいては、圧縮気の膨張率を更に向上させることができる。
請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０から１４の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第５間隙および第６間隙に圧縮気が送気されるので、この圧縮気の膨張力を利用して各シリンダ部材内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材を夫々摺動させることができるとともに、第５間隙にて膨張した気体を更に第１間隙および第２間隙に分散して送気する一方、第６間隙にて膨張した気体を更に第３間隙および第４間隙に分散して送気するので、その膨張力を利用して更に各シリンダ部材内に嵌入されている第１ピストン部材または第２ピストン部材を夫々摺動させることができるという効果を奏する。また、第５間隙および第６間隙への送気が交互に行われるので、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードを向上させることができるという効果を奏する。
請求項１６記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第１間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第２間隙が、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第３間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第４間隙が夫々形成されるので、一のピストン部材内に嵌入される両ピストン部材の往復摺動運動と他のピストン部材内に嵌入される両ピストン部材の往復摺動運動との間に位相差を設けることができるという効果を奏する。ひいては、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードの更なる向上を実現することができるという効果を奏する。
請求項１７記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０から１６の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される各ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入され、一のシリンダ部材内のピストン部材と対応する各ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられているので、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードの更なる向上を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
各図面は以下を示す：
図１は、本発明に係るピストン式気体圧縮装置を示す平面詳細図である。
図２は、本発明に係るピストン式気体圧縮装置を示す平明詳細図である。
図３は、上記ピストン式気体圧縮装置の気体の流れを示す図である。
図４は、上記ピストン式気体圧縮装置を構成するシリンダ部材の斜視図である。
図５は、本発明に係る空気圧縮構造を示す試作機の写真である（実施例）。
図６は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面詳細図である。
図７は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面詳細図である。
図８は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面斜視図である。
図９は、上記ピストン式気圧駆動回転装置の気体の流れを示す図である。
図１０は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を工具に応用した状態を示す図である。
図１１は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を車両に応用した状態を示す図である。
図１２は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を車両に応用した状態を示す図である。
（符号の説明）
１０ クランク機構
１０ａ クランク機構（半径７．１ｍｍ−１８０度）
１０ｂ クランク機構（半径４．９ｍｍ−１６５度）
１０ｃ クランク機構（半径４．９ｍｍ−３４５度）
１０ｄ クランク機構（半径７．｛ｍｍ−３６０度）
１１ クランク連結棒
１２ クランク連結棒
１３ クランク連結棒
１４ クランク連結棒
１５ ピストンシャフト部材
１６ ピストンシャフト部材
１７ ピストンシャフト部材
１８ ピストンシャフト部材
２０ シリンダー二本を並設して空気通路及び圧力弁を一体化した機体
２１ 第２ピストン部材
２２ 第１ピストン部材
２３ 第２ピストン部材
２４ 第１ピストン部材
２５ 吸気口
２６ 吸気口
２７ 排気口
２８ 排気口
３０ 体積の筒
３１ 体積の筒
３２ 体積の筒
３３ 体積の筒
３４ 体積の筒
３５ 体積の筒
４０ ピストン部材
４１ 第１ピストン部材
４２ 第２ピストン部材
本発明は、空気その他の気体の圧縮構造（以下、「気体圧縮構造」と称する。）を有する装置（以下、「気体圧縮装置」と称する。）に関し、詳しくは、双方のシリンダーを共有した圧縮行程により、圧縮体積が従来とほぼ同様でシリンダーをコンパクトにできる特徴がある。又、回転バランスが良く高速回転が可能になり、尚、二段圧縮機構で高圧力圧縮時のクランク半径は、双方クランク半径の差となり小さくなる特徴を持つ、高速回転、高圧力製造のできるピストン式気体圧縮装置、および、ピストン式気圧駆動回転装置を提供することを目的としている。
（背景技術）
従来より、気体圧縮装置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、ピストン式とスクリュウ式がある。ピストン式は、一回の圧縮体積が大きいので高圧力製造が可能であるが、回転バランスが悪く高速回転ができない。一方、スクリュウ式は、回転バランスが良く高速回転が可能であるが、一回の圧縮体積が小さいので高圧力製造が困難であった。
即ち、ピストン式において高速回転することが可能となれば、一回の圧縮体積の小さいスクリュウ式に比べて、気体圧縮構造としては非常に好ましい。しかしながら、前記の通り、ピストン式においては、回転バランスが悪く高速回転ができないという問題点があった。
そして、此を解決するための気体圧縮構造として、出願人は、「互いに併設された入力軸と補助軸とを備え、入力軸側のスライダクランク機構と、補助軸に入力軸側のスライダクランク機構と対をなる少なくとも一つ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シリンダの内径とピストン部材の先端外径との間に隙間部を形成し、シリンダの両側端部のうち少なくとも一方を閉塞しピストン部材の底部と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間面に形成された第２圧縮層と、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、第１圧縮層の排気口と第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」空気圧縮構造を案出（発明）している（特開２０００−２９７７４７号公報参照）。
そして、かかる空気圧縮構造によれば、圧縮空気を小エネルギーで発生させることができるのである。しかしながら、かかる空気圧縮構造によれば、ピストンの往復運動が、このピストンの嵌挿されるシリンダ部材の両側に設けられた２つのクランク軸に分散されてしまい、各クランク軸の更なる回転トルクおよび回転速度の向上、並びに空気圧縮構造全体のコンパクト化の妨げとなってしまうという問題点があった。
また、前記の通りピストンの往復運動がシリンダ部材の両側に設けられた夫々別のクランク軸に伝達されるために、更なる高速回転化、及び、コンパクト化の実現の妨げとなってしまうという問題点があった。
一方、化石資源を消費しない回転装置の実現も望まれている。ここで、化石資源を消費しないエネルギーを使用する回転装置としては、圧縮気体を使用して回転を発生させる気圧駆動型回転装置が挙げられる。しかしながら、前記の場合と同一の理由により、即ち、一回の圧縮体積の大きいピストン式での実現が望ましいが、一方、ピストン式においては、回転バランスが悪く高速回転ができないという問題点があった。
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するために為されたものであり、その目的とするところは、小エネルギーで高圧力を発生させることができるとともに、高トルク且つ高速回転可能であって、コンパクトなピストン式気体圧縮装置、およびクリーンなエネルギーで回転でき、更には高トルク且つ高速回転可能なピストン式気圧駆動回転装置を提供することを目的としている。
（発明の開示）
（課題を解決するための手段）
この目的を達成するために、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置は、閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、該第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を介して同一のクランク軸に夫々連結させるための連結機構と、前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構とを備えており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記連結機構によりスライダクランク機構を介して連結されているクランク軸の回転に伴って、前記シリンダの内腔部内を往復摺動運動する一方、前記吸排気制御機構は、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動を利用して複数の前記シリンダ部材の内腔部内に吸気された気体を一つのシリンダ部材の内腔部内に送気するとともに、該内腔部内に送気された気体を圧縮するものである。
この請求項１記載のピストン式気体圧縮装置によれば、クランク軸を回転させると、連結機構によりスライダクランク機構を介してクランク軸に連結されている、第１ピストン部材および第２ピストン部材が各シリンダ部材の内腔部内を往復摺動運動される。ここで、吸排気制御機構により、各シリンダ部材の内腔部内への気体の吸排気が制御されるとともに、かかる第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動に伴って、複数のシリンダ部材の内腔部内に吸気された気体が一つのシリンダ部材の内腔部内に送気されるとともに、この内腔部内に送気された気体が更に圧縮される。
請求項２記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置において、連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるものである。
請求項３記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項２記載のピストン式気体圧縮装置において、連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされている。
請求項４記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項３記載のピストン式気体圧縮装置において、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされている。
請求項５記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項３または４に記載のピストン式気体圧縮装置において、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされている。
請求項６記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１から５の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置において、吸排気制御機構は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙からなる第１吸気用間隙、並びに前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙からなる第２吸気用間隙の両吸気用間隙間に交互に気体を吸気させる吸気機構と、該吸気機構により第１吸気用間隙に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第５間隙へ送気する一方、前記第２吸気用間隙に吸気された気体を他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第６間隙へ送気する送気機構と、該送気機構により第５間隙内に送気された気体、および第６間隙内に送気された気体を交互に排気する排気機構とを備えている。
請求項７記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項６記載のピストン式気体圧縮装置において、第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第３間隙は、前記一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第４間隙は、前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されるものである。
請求項８記載のピストン式気体圧縮装置は、請求項１から７の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置において、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられている。
請求項９記載のピストン式空気圧縮装置は、第１ピストン部材および第２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同一方向に往復運動させて空気を圧縮させるピストン式空気圧縮構造において、第１ピストン部材を往復運動させるピストンシャフトは、第２ピストン部材を貫通させる事により双方のピストンシャフトは、片側に集約されて往復運動をする機構を備え、シリンダ部材二本を併設して配管、圧力弁を一体化した機体を一組とし、片側に集約された各々のピストンシャフトと、クランク角度およびクランク半径の異なったクランク機構をクランク連結棒で、クランク回転運動およびピストン往復運動がバランス良くできるように結合した構造を持ち、単機、複数機の組み付けができる特徴を持つ、高速回転のできるものである。
請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置は、閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、該第１ピストン部材および第２ピストン部材を往復摺動運動させるために、前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構と、該吸排気制御機構による吸排気の制御に伴う第１ピストン部材および第２ピストン部材の双方の往復摺動運動を一つの回転運動に変換するために、第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を有する同一のクランク軸に連結させるための連結機構とを備えており、吸排気制御機構は、一つのシリンダ部材の内腔部内に圧縮気を送気するとともに、該内腔部内にて膨張した気体を複数のシリンダ部材の内腔部内に送気するものである。
請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置において、連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるものである。
請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置において、連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされている。
請求項１３記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされている。
請求項１４記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１２または１３に記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされている。
請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０から１４の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置において、吸排気制御機構は、シリンダ部材を構成する一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第５間隙、並びに前記シリンダ部材を構成する他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第６間隙の両間隙内に交互に気体を吸気させる吸気機構と、該吸気機構により第５間隙内に吸気された気体を前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙に分散して送気する一方、前記吸気機構により第６間隙内に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙に分散して送気する送気機構と、該送気機構により第１間隙および第２間隙に送気された気体、並びに第３間隙および第４間隙に送気された気体を排気する排気機構とを備えている。
請求項１６記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置において、第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第３間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、第４間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されるものである。
請求項１７記載のピストン式気圧駆動回転装置は、請求項１０から１６の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置において、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられている。
（発明の実施の熊様）
本発明は、ピストン式気体圧縮装置、および、ピストン式気圧駆動回転装置に関するものであるが、これらは同一の構成により実現可能である（勿論、性能を向上させるために適宜の差異を設けても良いことは言うまでもない）。即ち、一つの機構（構成により）であるにも拘わらず、回転力を利用した気体を圧縮する装置にもなるし、圧縮空気を利用した回転を発生させる装置にもなるのである。従って、本出願の優先権の主張の基礎とされた出願（基礎出願）に記載のピストン式空気圧縮構造は、かかる両方を包含するものであり、本出願においては、発明の理解を容易とするために、ピストン式気体圧縮装置、およびピストン式気圧駆動回転装置に区分して説明する。
また、空気圧縮装置の空気とは、圧縮する気体の例示を示したに過ぎず、空気に限定されないこと（例えば、窒素、酸素、アルゴン）を明確にしている。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を利用して詳しく説明するが、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。即ち、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されるものではない。
（実施例）
図４は、本発明の一実施例であるピストン式気体圧縮装置１００を構成要素であるシリンダ部材４０の斜視図である。図４に示すように、シリンダ部材４０は、第１シリンダ部材４１と、第２シリンダ部材４２の両シリンダ部材により構成されており、第１シリンダ部材４１と第２シリンダ部材４２とは、送気管５１により連結されている。
図１および図２は、前記の通りピストン式気体圧縮装置１００の平面詳細図であるが、この図１および図２においては、発明の理解を容易とするために、シリンダ部材４０の一部を断面図としている。
図１および図２に示すクランク機構１０は、クランク回転中心に対して反時計回りの水平線上で最前進１８０度、最後退３６０度と仮定する。
第１クランク機構１０ａは、半径７．１ｍｍ−１８０度、第２クランク機構１０ｂは半径４．９ｍｍ−１６５度、第３クランク機構１０ｃは半径４．９ｍｍ−３４５度、第４クランク機構１０ｄは半径７．１ｍｍ−３６０度となりクランク機構バランスがとれている。
詳細には、第１クランク機構１０ａと第４クランク機構１０ｄの位相差、および、
第２クランク機構１０ｂと第３クランク機構１０ｃの位相差が１８０度ずれるようにされており、更には、
第１クランク機構１０ａと第２クランク機構１０ｂとの間（即ち、同一のシリンダ部材内に配設されるピストン部材の間）にも位相差が設けられている。
クランク軸１５の回転運動をピストン部材の往復摺動運動へ円滑に変換することができる。ひいては、クランク軸１５の回転バランス、および回転速度を向上することができる。これらは、全て、気体の圧縮効率を向上させるための要因である。
クランク機構１０ａは、クランク連結棒１１・ピストンシャフト部材１５・第２ピストン部材２１に、クランク機構１０ｂは、クランク連結棒１２・ピストンシャフト部材１６・第１ピストン部材２２に、クランク機構１０ｃは、クランク連結棒１３・ピストンシャフト部材１７・第２ピストン部材２３に、クランク機構１０ｄは、クランク連結棒１４・ピストンシャフト部材１８・第１ピストン部材２４に、各々連結されていて回転運動に対する往復運動のバランスがとれている。
第２ピストン部材２１、２３に夫々連結されているピストンシャフト部材１５，１７は、夫々、第１ピストン部材２２，２４に穿設された透孔を介して片側に集約されている。従って、一の回転系のみをもって各シリンダ部材に配設される２つのピストン部材を往復摺動運動させることができる。即ち、構成を簡素化することができる。
シリンダ部材二本を並設して空気通路ｂ及び圧力弁を一体化した機体２０は、第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２を収容した第１シリンダ部材４１と、第２ピストン部材２３，第１ピストン部材２４を収容した第２シリンダ部材４２とで構成されている。
クランク機構１０が、反時計回りに回転すると、第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２及び第２ピストン部材２３、第１ピストン部材２４が各々シリンダー内で各々クランク半径によって往復運動する。この時シリンダー体積内で第２ピストン部材２１、第１ピストン部材２２に挟まれた体積の筒（空間）３１，３３，３５ができて空気の圧縮運動をする。また、もう一つのシリンダー体積内でも第２ピストン部材２３、第１ピストン部材２４に挟まれた体積の筒３０，３２，３４ができて空気の圧縮運動をする。この双方にできる体積の筒３０，３１，３２，３３，３４を有効に利用した圧縮行程をつくる。
クランク機構１０ａが反時計回りに０〜１８０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、吸気口２５，２６から空気が体積の筒３３，３４に吸気される。
次に、クランク機構１０ａが１８０〜３６０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、体積の筒３３，３４の空気が体積の筒３５に圧縮されて閉じこめられる。
クランク機構１０ａが二回転目０〜１８０度回転すると、伴ったクランク機構の回転により、体積の筒３５の圧縮空気は、再度圧縮されて吸気口２７から排気され、この時のクランク半径は、７．１ｍｍ−４．９ｍｍ＝２．２ｍｍになる。
この行程は、双方のシリンダーを共有して交互に行われる。即ち、もう一方では、吸気口２５，２６から空気が体積の筒３０，３１へ吸気され、それが体積の筒３２に圧縮されて閉じこめられる。そして、再度圧縮されて排気口２８から排気される。
図３は、気体の流れを図示したものであるが、この図３に示すように、筒３１内に吸気された気体および筒３０内に吸気された気体は、ピストン部材２２，２３が各シリンダ部材４１，４２の端壁部に向かって摺動運動することにより、筒３１および筒３０（ピストン部材２２，２３の底部と、対応するシリンダ部材４１，４２との間の間隙）が小さくなるので、筒３２内に移動する。
即ち、筒３１内の気体と筒３０内の気体とが筒３２内に移動するために、この段階で気体を約２倍に圧縮することができるのである。
ここで、前記の通り第１クランク機構１０ａと第２クランク機構１０ｂの長さ（即ち、クランク腕）が異なる長さとされているために、同一方向に摺動運動する第１ピストン部材２２と第２ピストン部材２１との間に、位相差を設けることができる。即ち、第１ピストン部材２２の頭部と第２ピストン部材２１の頭部とが離れた際の距離と近づいた際の距離との間に差を設けることができ、送気管内を伝って筒３２内に送気された気体を第１ピストン部材２２および第２ピストン部材２１の摺動運動に伴い更に圧縮することができるのである。
図５は、ピストン式気体圧縮装置１００を電動工具５００にくっつけた状態を示した図である。このように、本ピストン式気体圧縮装置１００によれば、電動工具５００の回転程度の力であっても十分な圧縮空気を得ることができるのである。
勿論、本ピストン式気体圧縮装置１００は、２気筒のものに限られるものではなく、多気筒としてもよいことはいうまでもない。具体例としては、３気筒としても良いし、４気筒としても良く、２の倍数、または４の倍数とすることが好ましい。
次に、図６からの添付図面を参照して、本発明であるピストン式気圧駆動回転装置２００について説明する。
ピストン式気体圧縮装置１００と同一の部分には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
図６から図９に示すように、ピストン式気圧駆動回転装置２００は、ピストン式気体圧縮装置とほぼ同一の構成とされている。異なる点は、第２ピストン部材２１，２３につながるピストンシャフト部材１５，１７が、夫々、第１ピストンシャフト部材２２，２４につながるピストンシャフト部材１６，１８を挟むように両側に設けられている点である。従って、ピストンシャフト部材が各１本づつの場合に比べて、往復摺動運動を円滑とすることができるのである。
また、各シリンダ部材４１，４２内への気体の吸気と排気が逆となっている。このため、筒３２および筒３５内に圧縮気を送気することにより、クランク軸１５を回転することができるのである。
更に、図１０は、本発明を応用した工具を示した図であり、この図に示すように、簡易なボンベであっても十分な回転力を得ることができるのである。
これを、４気筒や６気筒等に変更することにより、図１１及び図１２に示すように、車両に応用することも可能である。この際、太陽光エネルギーを併用しても良い。
（発明の効果）
請求項１記載のピストン式気体圧縮装置によれば、吸排気制御機構により、各シリンダ部材の内腔部内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動に伴って、複数のシリンダ部材の内腔部内に吸気された気体が一つのシリンダ部材の内腔部内に送気されるとともに、この内腔部内に送気された気体が更に圧縮されるので、二段階に気体を圧縮することができる、即ち、小エネルギーで高圧縮の気体を得ることができるという効果がある。
また、一つのクランク軸の回転により各シリンダ部材の内腔部内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材の両ピストン部材が往復摺動運動される構成とされているので、各ピストン部材を異なる二つのクランク軸で回転する場合に比べて、気体圧縮に要するエネルギーを更に低減することができるとともに、全体構成をコンパクト化することができるという効果を奏する。
請求項２記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材、および第２ピストン部材に一端部の固着された第２ピストンシャフト部材により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるので、連結機構を簡素で且つ高効率な機構により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
請求項３記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項２記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、連結機構を構成する第１クランク腕の回転半径が同じく連結機構を構成する第２クランク腕の回転半径よりも大きくされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも長くすることができ、各シリンダ部材の内腔部の端壁部とこの内腔部内に嵌入される両ピストン部材との間に夫々形成される両間隙の大きさを、かかる両ピストン部材の間に形成される間隙の大きさよりも小さくすることができる。ひいては、シリンダ部材の内腔部への吸気体積、および各シリンダ部材の内腔部での圧縮率を更に向上させることができるという効果を奏する。
請求項４記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項３記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされているので、シール性を損なうことなく、第１ピストン部材または第２ピストン部材の外周径と内腔部の側周壁との間に間隙を形成することができるという効果を奏する。ひいては、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも更に長くすることができる。
請求項５記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項３または４に記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の位相と第２ピストン部材の往復摺動運動の位相との間に位相差を設けることができる。ひいては、各シリンダ部材の内腔部への吸気体積、および各シリンダ部材の内腔部での圧縮率を更に増大させることができるという効果を奏する。
請求項６記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１から５の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の両ピストン部材の往復摺動運動を利用して、一のシリンダ部材および他のシリンダ部材の両シリンダ部材の内腔部内に夫々気体を吸気することができるとともに、両シリンダ部材の内腔部内に吸気された気体を一のシリンダ部材または他のシリンダ部材の何れか一のシリンダ部材に圧縮して気体を送気することができる。ひいては、かかる両ピストン部材の往復摺動運動を利用して気体を効率よく圧縮することができるという効果を奏する。
請求項７記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項６記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、更に、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第１間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第２間隙が、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第３間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第４間隙が夫々形成されるので、一のピストン部材内に嵌入される第１ピストン部材の往復摺動運動と、他のピストン部材内に嵌入される第１ピストン部材の往復摺動運動との間に位相差を設けることができ、ピストン部材を往復摺動運動させるクランク軸の回転バランスが悪化してしまうことを防止することができるという効果を奏する。
請求項８記載のピストン式気体圧縮装置によれば、請求項１から７の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される各ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入され、一のシリンダ部材内のピストン部材と対応する各ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられているので、クランク軸の回転バランスが悪化してしまうことを防止することができるという効果を奏する。
請求項９記載のピストン式気体圧縮装置によれば、ピストンシャフトの往復運動機構を片側に集約し、各々の体積の筒の高圧力圧縮負荷をクランク半径の差で圧縮する構造になっており、最後まで有効的に高圧力圧縮負荷を低減するため、クランクに回転角度の差を微量につけている。又、残高圧力圧縮空気の排気後の残圧力空気は、磁石の反発力と同等の働きをするため、クランク半径の大きいほうにクランク半径の差の分、反発力が働くので回転を助ける役目もする。又、全体にバランスがとれているので、従来のようなガソリンエンジンと同様の高速回転がコンパクトな機構で実現できる。
請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、吸排気制御機構により、一つのシリンダ部材の内腔部内に圧縮気が送気されるとともに、該内腔部内にて膨張した気体を複数のシリンダ部材の内腔部内に分散して送気されるので、この圧縮気の膨張力により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が往復摺動運動させられる、即ち、圧縮気の膨張力を二段階に利用してピストン部材および第２ピストン部材を押圧することができる。従って、クランク軸の回転に要するエネルギー量を低減することができるという効果を奏する。
また、連結機構により、各シリンダ部材内に夫々嵌入される両ピストン部材が共に一つのクランク軸に連結されているので、クランク軸の回転に要する各ピストン部材のエネルギーを複数のシリンダ部材に分力することもでき、クランク軸の回転に要するエネルギー量の更なる低減、および、全体構成をコンパクト化することができるという効果を奏する。
請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材、および第２ピストン部材に一端部の固着された第２ピストンシャフト部材により、第１ピストン部材および第２ピストン部材が第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されるので、連結機構を簡素で且つ高効率な機構により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、連結機構を構成する第１クランク腕の回転半径が同じく連結機構を構成する第２クランク腕の回転半径よりも大きくされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも長くすることができ、各シリンダ部材の内腔部の端壁部とこの内腔部内に嵌入される両ピストン部材との間に夫々形成される両間隙の大きさを、かかる両ピストン部材の間に形成される間隙の変位量を大きくすることができる。ひいては、この両ピストン部材間に圧縮気を送気することにより、圧縮気の膨張率を向上させることが、換言すれば、この圧縮気の膨張力の活用率を向上させることができるという効果を奏する。
請求項１３記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされているので、シール性を損なうことなく、第１ピストン部材または第２ピストン部材の外周径と内腔部の側周壁との間に間隙を形成することができるという効果を奏する。ひいては、第１ピストン部材の往復摺動運動の摺動長を第２ピストン部材の往復摺動運動の摺動長よりも更に長くすることができ、圧縮気の膨張率を更に向上させることができる。
請求項１４記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１２または１３に記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされているので、第１ピストン部材の往復摺動運動の位相と第２ピストン部材の往復摺動運動の位相との間に位相差を設けることができるという効果を奏する。ひいては、圧縮気の膨張率を更に向上させることができる。
請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０から１４の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、第５間隙および第６間隙に圧縮気が送気されるので、この圧縮気の膨張力を利用して各シリンダ部材内に夫々嵌入されている第１ピストン部材および第２ピストン部材を夫々摺動させることができるとともに、第５間隙にて膨張した気体を更に第１間隙および第２間隙に分散して送気する一方、第６間隙にて膨張した気体を更に第３間隙および第４間隙に分散して送気するので、その膨張力を利用して更に各シリンダ部材内に嵌入されている第１ピストン部材または第２ピストン部材を夫々摺動させることができるという効果を奏する。また、第５間隙および第６間隙への送気が交互に行われるので、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードを向上させることができるという効果を奏する。
請求項１６記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置の奏する効果に加え、更に、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第１間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第２間隙が、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に第３間隙が、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に第４間隙が夫々形成されるので、一のピストン部材内に嵌入される両ピストン部材の往復摺動運動と他のピストン部材内に嵌入される両ピストン部材の往復摺動運動との間に位相差を設けることができるという効果を奏する。ひいては、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードの更なる向上を実現することができるという効果を奏する。
請求項１７記載のピストン式気圧駆動回転装置によれば、請求項１０から１６の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置の奏する効果に加え、一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される各ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入され、一のシリンダ部材内のピストン部材と対応する各ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられているので、クランク軸の回転バランスおよび回転スピードの更なる向上を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
各図面は以下を示す：
図１は、本発明に係るピストン式気体圧縮装置を示す平面詳細図である。
図２は、本発明に係るピストン式気体圧縮装置を示す平明詳細図である。
図３は、上記ピストン式気体圧縮装置の気体の流れを示す図である。
図４は、上記ピストン式気体圧縮装置を構成するシリンダ部材の斜視図である。
図５は、本発明に係る空気圧縮構造を示す試作機の写真である（実施例）。
図６は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面詳細図である。
図７は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面詳細図である。
図８は、本発明に係るピストン式気圧駆動回転装置を示す平面斜視図である。
図９は、上記ピストン式気圧駆動回転装置の気体の流れを示す図である。
図１０は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を工具に応用した状態を示す図である。
図１１は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を車両に応用した状態を示す図である。
図１２は、上記ピストン式気圧駆動回転装置を車両に応用した状態を示す図である。
（符号の説明）
１０ クランク機構
１０ａ クランク機構（半径７．１ｍｍ−１８０度）
１０ｂ クランク機構（半径４．９ｍｍ−１６５度）
１０ｃ クランク機構（半径４．９ｍｍ−３４５度）
１０ｄ クランク機構（半径７．｛ｍｍ−３６０度）
１１ クランク連結棒
１２ クランク連結棒
１３ クランク連結棒
１４ クランク連結棒
１５ ピストンシャフト部材
１６ ピストンシャフト部材
１７ ピストンシャフト部材
１８ ピストンシャフト部材
２０ シリンダー二本を並設して空気通路及び圧力弁を一体化した機体
２１ 第２ピストン部材
２２ 第１ピストン部材
２３ 第２ピストン部材
２４ 第１ピストン部材
２５ 吸気口
２６ 吸気口
２７ 排気口
２８ 排気口
３０ 体積の筒
３１ 体積の筒
３２ 体積の筒
３３ 体積の筒
３４ 体積の筒
３５ 体積の筒
４０ ピストン部材
４１ 第１ピストン部材
４２ 第２ピストン部材
Claims (17)
- 閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、
該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、
該第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を介して同一のクランク軸に夫々連結させるための連結機構と、
前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構とを備えており、
前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記連結機構によりスライダクランク機構を介して連結されているクランク軸の回転に伴って、前記シリンダの内腔部内を往復摺動運動する一方、
前記吸排気制御機構は、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動を利用して複数の前記シリンダ部材の内腔部内に吸気された気体を一つのシリンダ部材の内腔部内に送気するとともに、該内腔部内に送気された気体を圧縮することを特徴とするピストン式気体圧縮装置。 - 連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、
第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、
前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されることを特徴とする請求項１記載のピストン式気体圧縮装置。 - 連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされていることを特徴とする請求項２記載のピストン式気体圧縮装置。
- 第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされていることを特徴とする請求項３記載のピストン式気体圧縮装置。
- 第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされていることを特徴とする請求項３または４に記載のピストン式気体圧縮装置。
- 吸排気制御機構は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙からなる第１吸気用間隙、並びに前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙からなる第２吸気用間隙の両吸気用間隙間に交互に気体を吸気させる吸気機構と、
該吸気機構により第１吸気用間隙に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第５間隙へ送気する一方、前記第２吸気用間隙に吸気された気体を他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部と第２ピストン部材の頭部との間に形成される第６間隙へ送気する送気機構と、
該送気機構により第５間隙内に送気された気体、および第６間隙内に送気された気体を交互に排気する排気機構とを備えていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置。 - 第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、
第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、
第３間隙は、前記一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、
第４間隙は、前記他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されることを特徴とする請求項６記載のピストン式気体圧縮装置。 - 一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のピストン式気体圧縮装置。
- 第１ピストン部材および第２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同一方向に往復運動させて空気を圧縮させるピストン式空気圧縮構造において、
第１ピストン部材を往復運動させるピストンシャフトは、第２ピストン部材を貫通させる事により双方のピストンシャフトは、片側に集約されて往復運動をする機構を備え、
シリンダー二本を併設して配管、圧力弁を一体化した機体を一組とし、片側に集約された各々のピストンシャフトと、
クランク角度およびクランク半径の異なったクランク機構をクランク連結棒で、クランク回転運動およびピストン往復運動がバランス良くできるように結合した構造を持ち、単機、複数機の組み付けができる特徴を持つ、高速回転のできるピストン式空気圧縮装置。 - 閉塞された内腔部を夫々有する複数のシリンダ部材と、
該各シリンダ部材の内腔部内に摺動可能に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材と、
該第１ピストン部材および第２ピストン部材を往復摺動運動させるために、前記各シリンダ部材の内腔部への気体の吸排気を制御する吸排気制御機構と、
該吸排気制御機構による吸排気の制御に伴う第１ピストン部材および第２ピストン部材の双方の往復摺動運動を一つの回転運動に変換するために、第１ピストン部材および第２ピストン部材をスライダクランク機構を有する同一のクランク軸に連結させるための連結機構とを備えており、
吸排気制御機構は、一つのシリンダ部材の内腔部内に圧縮気を送気するとともに、該内腔部内にて膨張した気体を複数のシリンダ部材の内腔部内に送気することを特徴とするピストン式気圧駆動回転装置。 - 連結機構は、第１ピストン部材に一端部の固着された第１ピストンシャフト部材と、第２ピストン部材に一端部の固着され前記第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材とを備えており、第１ピストン部材には、第１ピストン部材に並設される第２ピストンシャフト部材が摺動自在に嵌挿可能な貫通孔が穿設されており、前記第１ピストン部材および第２ピストン部材は、前記第１ピストンシャフト部材および第２ピストンシャフト部材を介して、前記第１ピストン部材側に配設される同一のクランク軸に連結されることを特徴とする請求項１０記載のピストン式気圧駆動回転装置。
- 連結機構は、第１ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第１クランク腕と、第２ピストンシャフト部材をクランク軸に連結させるための第２クランク腕とを備えており、前記第１クランク腕の回転半径は、前記第２クランク腕の回転半径よりも大きくされている。
ことを特徴とする請求項１１記載のピストン式気圧駆動回転装置。 - 第１ピストン部材および第２ピストン部材の各頭部の外周径が底部の外周径よりも夫々小さくされていることを特徴とする請求項１２記載のピストン式気圧駆動回転装置。
- 第１クランク腕のクランク角と第２クランク腕のクランク角とが異なる角度とされていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のピストン式気圧駆動回転装置。
- 吸排気制御機構は、シリンダ部材を構成する一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第５間隙、並びに前記シリンダ部材を構成する他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の頭部および第２ピストン部材の頭部の両頭部間に形成される第６間隙の両間隙内に交互に気体を吸気させる吸気機構と、
該吸気機構により第５間隙内に吸気された気体を前記一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第１間隙および前記他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか一方のピストン部材の底部との間に形成される第２間隙の両間隙に分散して送気する一方、前記吸気機構により第６間隙内に吸気された気体を一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第３間隙および他のシリンダ部材の内腔部の頭部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材または第２ピストン部材の何れか他方のピストン部材の底部との間に形成される第４間隙の両間隙に分散して送気する送気機構と、
該送気機構により第１間隙および第２間隙に送気された気体、並びに第３間隙および第４間隙に送気された気体を排気する排気機構とを備えていることを特徴とする請求項１０から１４の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置。 - 第１間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、
第２間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、
第３間隙は、一のシリンダ部材の内腔部の壁面と該内腔部内に嵌入される第２ピストン部材の底部との間に、
第４間隙は、他のシリンダ部材の内腔部の端壁部と該内腔部内に嵌入される第１ピストン部材の底部との間に、夫々形成されることを特徴とする請求項１５記載のピストン式気圧駆動回転装置。 - 一のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動と他のシリンダ部材の内腔部内に嵌入される第１ピストン部材および第２ピストン部材の往復摺動運動との間に１８０度または１２０度の位相差が設けられていることを特徴とする請求項１０から１６の何れかに記載のピストン式気圧駆動回転装置。
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