JPWO2016017259A1 - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

バランスウエイト（２１）は、回転軸穴（２４）側を中心にした円弧周縁（２２Ｃ）と回転軸穴（２４）を挟んで円弧周縁（２２Ｃ）の両側に位置する一対の仮想端面（２２Ｄ）との範囲となる主ウエイト部（２２）と、主ウエイト部（２２）の一対の仮想端面（２２Ｄ）から回転軸穴（２４）を挟んで円弧周縁（２２Ｃ）に対し反円弧側に延びた一対の延長ウエイト部（２３）と、円弧周縁（２２Ｃ）の中心側に位置して主ウエイト部（２２）に設けられた回転軸穴（２４）と、回転軸穴（２４）から反円弧側に突出して設けられたクランク軸取付突起（２５）と、クランク軸取付突起（２５）に回転軸穴（２４）と径方向に偏心して設けられたクランク軸穴（２６）と、クランク軸取付突起（２５）を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部（２３）との間にそれぞれ形成された一対の空隙（２７）とにより構成している。

Description

本発明は、例えば４輪自動車等の車両に搭載されたエアサスペンションに対し車高調整用の圧縮空気を給排するのに好適に用いられる往復動圧縮機に関する。

一般に、車高調整装置として車両に搭載されるエアサスペンションは、例えば積載重量の変化等に応じて車両高さ（車高）が変わるのを抑えると共に、運転者の好み等に応じて車高を適宜に調整するために、車載の空気圧縮機（エアコンプレッサ）から圧縮空気が給排されるものである。

そして、エアサスペンションに圧縮空気を供給する車載用の空気圧縮機は、電動モータによって往復動式の圧縮機を駆動することにより、該往復動圧縮機に吸込んだ空気を圧縮してエアサスペンションに供給するものである。

往復動圧縮機は、クランクケースと、該クランクケースに取付けられたシリンダと、該シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンと、該ピストンから延びる連接棒と、該連接棒の一側にベアリングを介して挿通されるクランク軸と、モータにより回転駆動される回転軸と、該回転軸に取付けられると共に前記クランク軸が取付けられ該回転軸が回転したときに生じるモーメントを釣り合わせるためのバランスウエイトとを備えている（例えば、特許文献１参照）。また、往復動圧縮機には、バランスウエイト（フライホイール）を、コンパクトに形成しつつ、重量を確保できるように、回転軸を取囲むように全周（３６０度）に設ける構成としたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１１２４２５号公報 特開平６−２６５７号公報

特許文献２の往復動圧縮機では、バランスウエイト（フライホイール）を回転軸を取囲むように全周（３６０度）に設けている。このために、クランク軸に設けられたベアリングは、バランスウエイトに覆われてしまうから、このベアリングに冷却風が当たり難くなって温度上昇してしまうという課題があった。

本発明の目的は、バランスウエイトの重量を確保しつつ、クランク軸のベアリングの冷却性を向上できるようにした往復動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、本発明が採用する構成の特徴は、クランクケースと、該クランクケースに取付けられたシリンダと、該シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンと、該ピストンから延びる連接棒と、該連接棒の一側にベアリングを介して挿通されるクランク軸と、モータにより回転駆動される回転軸と、該回転軸に取付けられると共に前記クランク軸が取付けられ該回転軸が回転したときに生じるモーメントを釣り合わせるためのバランスウエイトとを備えてなる往復動圧縮機において、前記バランスウエイトは、前記回転軸側を中心にした円弧状をなした円弧周縁と前記回転軸を挟んで該円弧周縁の両側に位置する一対の仮想端面との範囲となる主ウエイト部と、前記主ウエイト部の前記一対の仮想端面から前記円弧周縁に対し反円弧側に延びた一対の延長ウエイト部と、前記主ウエイト部の円弧周縁の円弧の中心側に位置して前記主ウエイト部に設けられ前記回転軸に取付けられる回転軸穴と、該回転軸穴から前記反円弧側に突出して設けられたクランク軸取付突起と、該クランク軸取付突起に前記回転軸穴と径方向に偏心して設けられたクランク軸穴と、前記クランク軸の前記ベアリングに冷却風を導くために前記クランク軸取付突起を挟んだ両側位置と前記一対の延長ウエイト部との間にそれぞれ形成された一対の空隙とにより構成したことにある。

本発明によれば、バランスウエイトの重量を確保しつつ、クランク軸のベアリングの冷却性を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態による往復動圧縮機を示す縦断面図である。 図１中のバランスウエイトを単体で拡大して示す縦断面図である。 バランスウエイトを図２中の矢示III−III方向から見た正面図である。 バランスウエイトを図２中の矢示IV−IV方向から見た背面図である。 バランスウエイトを単体で示す斜視図である。 バランスウエイトの扇角度に対する慣性モーメント、慣性力の値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バランスウエイトを図３と同様位置から見た正面図である。 本発明の第３の実施の形態によるバランスウエイトを図３と同様位置から見た正面図である。 本発明の第４の実施の形態によるバランスウエイトを図３と同様位置から見た正面図である。 比較例によるバランスウエイトを図３と同様位置から見た正面図である。

以下、本発明の実施の形態による往復動圧縮機として揺動型の往復動空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図６は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、揺動型の往復動空気圧縮機１は、後述のクランクケース２、シリンダ３、ピストン６、連接棒７、クランク軸９、回転軸１１、バランスウエイト２１を含んで構成されている。

空気圧縮機１のクランクケース２は、例えばアルミニウム材料等の金属材料からなる中空容器として形成されている。クランクケース２は、後述する回転軸１１の軸線Ｏ−Ｏ方向の前側が蓋体取付面２Ａとなり、後側がモータ取付面２Ｂとなっている。クランクケース２には、蓋体取付面２Ａとモータ取付面２Ｂとの間に位置してシリンダ取付面２Ｃが設けられている。さらに、クランクケース２には、モータ取付面２Ｂから内部に入り込んだ位置を縮径することにより円環状の軸受支持部２Ｄが形成されている。ここで、蓋体取付面２Ａには、組立作業を行うための開口を閉塞するように後述の蓋体５が取付けられている。軸受支持部２Ｄには、後述の回転軸用ベアリング１３が取付けられている。

クランクケース２内は、蓋体取付面２Ａ、モータ取付面２Ｂ、シリンダ取付面２Ｃ等によって囲まれた空間がクランク室２Ｅとなっている。このクランク室２Ｅ内には、後述する連接棒７、クランク軸９、バランスウエイト２１等が連結状態で配置されている。

シリンダ３は、クランクケース２のシリンダ取付面２Ｃに取付けられている。このシリンダ３は、例えばアルミニウム材料を用いて円筒状に形成され、その内部には後述のピストン６が往復動可能に挿嵌されている。シリンダ３は、基端側がシリンダ取付面２Ｃに取付けられ、先端側には、シリンダヘッド４が取付けられている。そして、シリンダ３内には、シリンダヘッド４とピストン６との間に圧縮室３Ａが形成されている。

シリンダヘッド４は、シリンダ３の先端側を閉塞するように該シリンダ３の先端側に取付けられている。このシリンダヘッド４には、外部の空気（大気）を圧縮室３Ａに吸込むための吸込口４Ａと、圧縮室３Ａで圧縮された空気を吐出するための吐出口４Ｂとが設けられている。さらに、シリンダヘッド４には、ピストン６の吸込行程で吸込口４Ａを開放し、吐出行程で閉塞する吸込弁（図示せず）と、ピストン６の吸込行程で吐出口４Ｂを閉塞し、吐出行程で開放する吐出弁４Ｃとが設けられている。吐出口４Ｂは、吐出弁４Ｃを介して後述のエアドライヤ１４が接続される接続口４Ｄに連通している。

蓋体５は、クランクケース２の蓋体取付面２Ａに取付けられている。この蓋体５は、組立作業、メンテナンス作業等を行うための開口、即ち、蓋体取付面２Ａの開口を開閉可能に閉塞するものである。

ピストン６は、シリンダ３内に往復動可能（摺動可能）に挿嵌されている。このピストン６は、外部から吸込んだ空気をシリンダ３内の圧縮室３Ａで圧縮するもので、揺動型ピストン（ロッキングピストン）として形成されている。ピストン６は、シリンダ３の内径寸法よりも僅かに小さな直径寸法をもった円板体からなり、その周囲にはリップシール６Ａが取付けられている。

このリップシール６Ａは、ピストン６の外周側を取囲むことにより、該ピストン６の外周面とシリンダ３の内周面との間、即ち、圧縮室３Ａを気密にシールするものである。また、ピストン６の圧縮仕事をする側（圧縮室３Ａ側）を表面とした場合、逆側の裏面中央部位には、後述の連接棒７が一体的に取付けられている。

連接棒７は、ピストン６の裏面中央部位から延びて設けられている。連接棒７の一側となる先端側は、クランクケース２のクランク室２Ｅ内に位置して円筒状の軸受支持部７Ａとなり、この軸受支持部７Ａ内にはクランク用ベアリング８が挿嵌されている。一方、ピストン６側となる連接棒７の他端７Ｂは、ピストン６の裏面中央部位に一体的に取付けられている。そして、連接棒７は、軸受支持部７Ａがクランク用ベアリング８を介して後述のクランク軸９に回転可能に取付けられている。

ここで、クランク用ベアリング８は、内輪、外輪および複数個のボールからなるボールベアリングとして構成されている。クランク用ベアリング８は、内輪がクランク軸９に取付けられ、外輪が連接棒７の軸受支持部７Ａに取付けられている。

クランク軸９は、連接棒７の軸受支持部７Ａにクランク用ベアリング８を介して挿通されている。このクランク軸９は、円柱状の軸部９Ａと、該軸部９Ａの基端側を拡径して設けられた頭部９Ｂと、前記軸部９Ａの先端側に設けられたおねじ９Ｃとにより構成されている。

クランク軸９は、連接棒７の軸受支持部７Ａに取付けられたクランク用ベアリング８内に軸部９Ａを挿通させ、おねじ９Ｃを後述するバランスウエイト２１のクランク軸穴２６に螺着する。これにより、クランク軸９は、回転軸１１の軸線Ｏ−Ｏから径方向に偏心した位置（後述するクランク軸穴２６の軸線Ｏ２−Ｏ２の位置）に連接棒７の軸受支持部７Ａを回転可能に配置することができる。

次に、後述の回転軸１１を備えた電動モータ１０の構成について述べる。この電動モータ１０は、往復動空気圧縮機１の駆動源となるもので、クランクケース２のモータ取付面２Ｂに取付けられている。電動モータ１０は、回転軸１１の軸線Ｏ−Ｏと同軸に配置された有蓋円筒状のモータケース１０Ａ内に、コイルからなるロータ１０Ｂと永久磁石からなるステータ１０Ｃとを配置することにより構成されている。また、ロータ１０Ｂには、電力の受け口となるコンミテータ１０Ｄが設けられ、このコンミテータ１０Ｄの周囲には、該コンミテータ１０Ｄに摺接して給電を行うための複数個のブラシ１０Ｅ（１個のみ図示）が配置されている。

そして、電動モータ１０は、モータケース１０Ａの開口側をねじ部材（図示せず）を用いてモータ取付面２Ｂに取付けることにより、クランクケース２に一体的に取付けられている。

ここで、電動モータ１０を回転駆動したときには、モータケース１０Ａからクランクケース２内に向けて、または、クランクケース２からモータケース１０Ａに向けて流れる冷却風（図示せず）が発生し、この冷却風によって電動モータ１０、クランク室２Ｅ内のクランク用ベアリング８等が冷却される。

回転軸１１は、電動モータ１０のモータケース１０Ａ内に設けられ、軸線Ｏ−Ｏを中心線として真直ぐに延びている。回転軸１１の外周側には、ロータ１０Ｂが一体的に取付けられている。回転軸１１は、長さ方向の一端１１Ａが回転軸用ベアリング１２を介してモータケース１０Ａの蓋部分に回転可能に支持されている。一方、長さ方向の他端１１Ｂは、クランクケース２のクランク室２Ｅ内で軸受支持部２Ｄに回転軸用ベアリング１３を介して回転可能に支持されている。これにより、回転軸１１は、長さ方向の両端が支持された両持ち状態で、軸線Ｏ−Ｏを中心軸として回転駆動される。

さらに、回転軸１１の他端１１Ｂ側は、テーパ状の縮径部１１Ｃとなり、この縮径部１１Ｃのさらに先端側には、おねじ１１Ｄが同軸に突設されている。このおねじ１１Ｄは、バランスウエイト２１の回転軸穴２４に螺合されることにより、回転軸１１の他端１１Ｂ側にバランスウエイト２１を一体回転するように固定することができる。

シリンダヘッド４に取付けられたエアドライヤ１４（図１参照）は、中空な密閉容器からなるドライヤケース１４Ａと、該ドライヤケース１４Ａ内に収容されたシリカゲル等の乾燥剤からなる水分吸着剤１４Ｂと、乾燥エアの給排口１４Ｃとを含んで構成されている。エアドライヤ１４のドライヤケース１４Ａは、シリンダヘッド４の接続口４Ｄに取付けられている。そして、エアドライヤ１４は、空気圧縮機１から複数のエアサスペンション（いずれも図示せず）に圧縮空気を供給するときに、乾燥状態の圧縮空気（乾燥エア）を給排するものである。

次に、本実施の形態の特徴部分であるバランスウエイト２１の構成について詳しく述べる。

バランスウエイト２１は、クランクケース２のクランク室２Ｅ内に位置して回転軸１１の他端１１Ｂに一体回転するように取付けられている。図３に示すように、バランスウエイト２１は、後述する回転軸穴２４の軸線Ｏ１−Ｏ１と直交してクランク軸穴２６の軸線Ｏ２−Ｏ２（軸中心Ｏ２）を通る直線Ｙ−Ｙを中心にして左右対称形状に形成されている。このバランスウエイト２１は、回転軸１１が回転したときに生じるモーメントを釣り合わせるための重錘で、図２ないし図５に示すように、主ウエイト部２２、一対の延長ウエイト部２３、回転軸穴２４、クランク軸取付突起２５、クランク軸穴２６、一対の空隙２７を含んで構成されている。さらに、バランスウエイト２１は、主ウエイト部２２、一対の延長ウエイト部２３およびクランク軸取付突起２５を一体的に形成している。

主ウエイト部２２は、回転軸１１の他端１１Ｂに取付けられている。この主ウエイト部２２は、回転軸１１が取付けられる位置に筒状部２２Ａを有し、該筒状部２２Ａの内周側は、後述の回転軸穴２４となっている。また、主ウエイト部２２には、筒状部２２Ａの周囲に位置して扇状部２２Ｂが設けられている。さらに、扇状部２２Ｂの周縁は、円弧状の円弧周縁２２Ｃとなっている。

ここで、主ウエイト部２２とは、バランスウエイト２１のうち、約１８０度の扇角度α１に設定され、円弧周縁２２Ｃと該円弧周縁２２Ｃの両側位置に前述した直線Ｙ−Ｙと直交して設けられた一対の仮想端面２２Ｄ（図３中に一点鎖線で図示）との範囲として設定される。この一対の仮想端面２２Ｄは、主ウエイト部２２と各延長ウエイト部２３との境界線となっている。

主ウエイト部２２を構成する扇状部２２Ｂは、その大きさ（重量）が半径寸法Ｒ等によって規定されている。この半径寸法Ｒは、バランスウエイト２１がクランクケース２内で回転したときに、主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃが該クランクケース２と干渉しない範囲で大きな値に設定されている。また、扇状部２２Ｂは、小さな半径寸法Ｒでも十分な重量を確保できるように厚肉な板体として形成されている。

第１の実施の形態では、扇状部２２Ｂは、後述の中心点Ｏ３を中心にして扇を開いたときの角度となる扇角度α１が約１８０度、即ち、前述した直線Ｙ−Ｙを中心にして対称形状となった略半円形状に形成されている。ここで、図３に示すように、扇状部２２Ｂは、回転軸１１側を中心にした円弧状をなしている。この場合、主ウエイト部２２において、回転軸１１側の中心とは、回転軸１１の軸線Ｏ−Ｏと一致する回転軸穴２４の軸線Ｏ１−Ｏ１（軸中心Ｏ１）の位置およびその近傍を含む中心付近を示している。

従って、第１の実施の形態による扇状部２２Ｂは、回転軸穴２４の軸中心Ｏ１の近傍に位置する中心点Ｏ３を中心にした円弧状をなしている。この中心点Ｏ３は、バランスウエイト２１を構成する主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃの円弧の中心となるものである。中心点Ｏ３は、直線Ｙ−Ｙ上に位置して回転軸穴２４の軸中心Ｏ１よりもクランク軸穴２６の軸中心Ｏ２に片寄せて設けられている。これにより、扇状部２２Ｂは、中心点Ｏ３を中心とする半径寸法Ｒで描かれる円弧状の円弧周縁２２Ｃを有する扇状体として形成されている。このように、円弧周縁２２Ｃの中心点Ｏ３をクランク軸穴２６側に片寄せたことにより、製作時に角度α２の値を切りの良い値にした上で、重心を適切な位置に設定することが可能となる。

なお、扇状部２２Ｂは、半径寸法Ｒの中心点を回転軸穴２４の軸中心Ｏ１と一致させる構成、または、回転軸穴２４の中心付近であれば、回転軸穴２４の軸中心Ｏ１からクランク軸穴２６と反対側に移動した位置に半径寸法Ｒの中心点を設定することもできる。

一対の延長ウエイト部２３は、主ウエイト部２２を構成する仮想端面２２Ｄから回転軸１１、即ち、回転軸穴２４の軸線Ｏ１−Ｏ１を挟むように、円弧周縁２２Ｃに対し反円弧側に延びて設けられている。各延長ウエイト部２３は、径方向の外側が円弧周縁２３Ａとなり、クランク軸穴２６側が傾斜端面２３Ｂとなっている。

この場合、一対の延長ウエイト部２３の傾斜端面２３Ｂは、主ウエイト部２２の仮想端面２２Ｄから扇角度α２だけクランク軸穴２６側に延長して形成されている。なお、一対の延長ウエイト部２３は、直線Ｙ−Ｙを挟んで左右対称形状としたが、左，右の延長ウエイト部で扇角度や形状を異ならせて形成することもできる。

さらに、各延長ウエイト部２３は、円弧周縁２３Ａが主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃと継ぎ目なく連続し、クランク軸穴２６側が傾斜端面２３Ｂとなっている。これにより、各延長ウエイト部２３は、直線Ｙ−Ｙを中心にして各傾斜端面２３ＢがＶ字状に形成されている。しかも、各延長ウエイト部２３は、主ウエイト部２２と同様に、十分な重量を確保できるように厚肉な板体として形成されている。従って、主ウエイト部２２と一対の延長ウエイト部２３とは、単一の板状体として形成されている。

ここで、バランスウエイト２１を構成する主ウエイト部２２の扇状部２２Ｂと一対の延長ウエイト部２３の形状について詳細に述べる。

主ウエイト部２２の扇状部２２Ｂと一対の延長ウエイト部２３の形状（大きさ、重量）は、ピストン６が往復動するときにバランスをとるための慣性力（回転軸穴２４の軸中心Ｏ１からバランスウエイト２１の重心位置までの距離寸法に比例する値）と、回転運動を円滑にするための慣性モーメントとに基づいて設定されている。

即ち、主ウエイト部２２の扇状部２２Ｂの扇角度α１と各延長ウエイト部２３の扇角度α２とを加えた全体の扇角度α３（α３＝α１＋α２×２）は、図６中に特性線Ａで示すように、１８０度以下の場合、大きな重量を得ることができないために、慣性モーメントの値が小さくなってしまう。

一方、図６中に特性線Ｂで示すように、扇角度α３が１８０度よりも大きくなると、慣性力の値が小さくなってしまう。一方で、扇角度α３を１８０度を大きく越えた値、例えば扇角度α３を３６０度に近い値とした場合でも、部分的な穴加工、薄肉加工等を施すことにより、十分な慣性力を得ることが可能である。従って、主ウエイト部２２と一対の延長ウエイト部２３とを合わせた扇角度α３は、下記数１のように設定されている。

このように全体の扇角度α３を設定することにより、バランスウエイト２１は、慣性力と慣性モーメントを得ることができる上に、重量を必要最小限に抑えることができ、往復動空気圧縮機１の軽量化を図ることができる。

回転軸穴２４は、主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃの円弧の中心側、即ち、筒状部２２Ａの内側に軸線Ｏ１−Ｏ１をもって主ウエイト部２２に設けられている。この回転軸穴２４は、回転軸１１に同軸に取付けられるものである。回転軸穴２４は、回転軸１１の他端１１Ｂ側に同軸に取付けられるもので、電動モータ１０側に位置して回転軸１１の縮径部１１Ｃが挿嵌されるテーパ面２４Ａと、該テーパ面２４Ａの奥所に位置しておねじ１１Ｄが螺合するめねじ２４Ｂとにより形成されている。

クランク軸取付突起２５は、回転軸穴２４から反円弧側に突出して設けられている。詳しくは、クランク軸取付突起２５は、図３ないし図５に示すように、主ウエイト部２２の筒状部２２Ａの外周から円弧周縁２２Ｃと反対側に突出した略Ｕ字状の外周面２５Ａをもった突起として形成されている。

クランク軸穴２６は、クランク軸取付突起２５に回転軸穴２４と径方向に偏心して設けられている。このクランク軸穴２６は、軸線Ｏ２−Ｏ２（軸中心Ｏ２）を有している。さらに、クランク軸穴２６は、クランク軸９が同軸に取付けられるもので、電動モータ１０と反対側に位置してクランク軸９の軸部９Ａが挿嵌される挿嵌部２６Ａと、該挿嵌部２６Ａの奥所に位置しておねじ９Ｃが螺合するめねじ２６Ｂとにより形成されている。

一対の空隙２７は、クランク軸９に連接棒７を回転可能に支持するクランク用ベアリング８に冷却風を導くためにバランスウエイト２１に設けられている。即ち、各空隙２７は、クランク用ベアリング８の一部を露出させることにより、運転時に発生する冷却風でクランク用ベアリング８を冷却できるようにしている。

一対の空隙２７は、直線Ｙ−Ｙを挟んで左右対称となるように、クランク軸取付突起２５を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部２３との間にそれぞれ形成されている。一対の空隙２７は、クランク軸取付突起２５の外周面２５Ａと一対の延長ウエイト部２３の傾斜端面２３Ｂとの間を滑らかな凹湾曲形状の凹湾曲面２７Ａで接続する構成としている。これにより、各空隙２７における応力集中を防止し、バランスウエイト２１の加工性を向上できる。

そして、各空隙２７は、主ウエイト部２２の筒状部２２Ａの近傍位置を切欠いて形成することにより、クランク用ベアリング８をクランク室２Ｅ内に露出させることができる。従って、往復動空気圧縮機１の運転時には、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出させることができ、このクランク用ベアリング８を冷却することができる。

第１の実施の形態による揺動型の往復動空気圧縮機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、電動モータ１０により回転軸１１を回転駆動すると、この回転軸１１と一緒にバランスウエイト２１が回転し、該バランスウエイト２１に取付けられたクランク軸９が旋回動作する。これにより、クランク軸９に連接棒７を介して接続されたピストン６は、シリンダ３内を揺動しつつ往復動し、ピストン６がシリンダヘッド４から離れる吸込行程と、ピストン６がシリンダヘッド４に近づく吐出行程とを交互に繰り返す。この吸込行程では、シリンダヘッド４の吸込口４Ａからシリンダ３の圧縮室３Ａに外気を吸込み、吐出行程では、圧縮室３Ａ内の空気をピストン６で圧縮しつつ、吐出弁４Ｃを開弁させて圧縮空気を吐出する。この吐出された圧縮空気は、エアドライヤ１４内を通過することで、十分に乾燥された乾燥エアとして給排口１４Ｃから各エアサスペンションに供給される。

また、ピストン６がシリンダ３内で往復動するときには、回転軸１１に取付けられたバランスウエイト２１が、適正な慣性モーメントと慣性力をもって回転することにより、吸込行程から吐出行程に亘ってピストン６側での負荷変動を吸収し、クランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させる。

さらに、往復動空気圧縮機１の運転時には、例えば電動モータ１０に設けられた冷却ファンにより、モータケース１０Ａからクランクケース２内に向けて、または、クランクケース２からモータケース１０Ａに向けて冷却風が流れる。これにより、電動モータ１０、クランク室２Ｅ内のクランク用ベアリング８等を冷却風によって冷却することができる。

次に、図３に示す第１の実施の形態によるバランスウエイト２１と、図１０に示す比較例によるバランスウエイト１０１との比較について説明する。

まず、図１０に示すように、比較例によるバランスウエイト１０１は、主ウエイト部１０２、一対の延長ウエイト部１０３、回転軸穴１０４、クランク軸取付突起１０５、クランク軸穴１０６を含んで構成されている。

主ウエイト部１０２は、第１の実施の形態による主ウエイト部２２と同様に、回転軸１１が取付けられる位置に筒状部１０２Ａを有し、その内周側は、後述の回転軸穴１０４となっている。また、主ウエイト部１０２には、筒状部１０２Ａの周囲に位置して扇状部１０２Ｂが設けられている。この扇状部１０２Ｂは、扇角度が約１８０度、即ち、略半円形状に形成され、その外周側は、円弧状の円弧周縁１０２Ｃとなっている。さらに、主ウエイト部１０２には、回転軸穴１０４を挟んで円弧周縁１０２Ｃの両側位置に直線Ｙ−Ｙと直交するように、一対の端面に相当する仮想端面１０２Ｄ（図１０中に一点鎖線で図示）が設けられている。このように、主ウエイト部１０２は、円弧周縁１０２Ｃと一対の仮想端面１０２Ｄとの範囲に設けられている。

一対の延長ウエイト部１０３は、主ウエイト部１０２の扇状部１０２Ｂと後述する回転軸穴１０４の軸中心Ｏ４を挟むように、仮想端面１０２Ｄからクランク軸穴１０６側に延びて設けられている。各延長ウエイト部１０３は、主ウエイト部１０２の円弧周縁１０２Ｃに連続する円弧周縁１０３Ａを有している。しかし、比較例による各延長ウエイト部１０３は、第１の実施の形態による各延長ウエイト部２３と異なり、回転軸穴１０４の軸中心Ｏ４を挟んで反円弧側に延びた端縁が、直線Ｙ−Ｙと直交する真直ぐな直線端面１０３Ｂとなっている。

これにより、一対の延長ウエイト部１０３と後述のクランク軸取付突起１０５との間には、第１の実施の形態による各空隙２７は設けられておらず、筒状部１０２Ａは、全周に亘って扇状部１０２Ｂと各延長ウエイト部１０３に取囲まれている。

回転軸穴１０４は、第１の実施の形態による回転軸穴２４と同様に、主ウエイト部１０２の円弧周縁１０２Ｃの円弧の中心側、即ち、筒状部１０２Ａの内側の軸中心Ｏ４を中心にして設けられている。

クランク軸取付突起１０５は、回転軸穴１０４から反円弧側に突出して設けられている。クランク軸穴１０６は、第１の実施の形態によるクランク軸穴２６と同様に、クランク軸取付突起１０５に回転軸穴１０４と径方向に偏心した軸中心Ｏ５の位置に設けられている。

このように構成された比較例によるバランスウエイト１０１は、主ウエイト部１０２に加えて一対の延長ウエイト部１０３を設けたことにより、適正な慣性モーメントと慣性力を得ることができる。これにより、クランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させることができる。

しかし、比較例では、一対の延長ウエイト部１０３の端縁を直線端面１０３Ｂとして形成したことにより、主ウエイト部１０２の筒状部１０２Ａは、全周に亘って扇状部１０２Ｂと各延長ウエイト部１０３に取囲まれた状態となっている。このため、バランスウエイト１０１と対面して配置されるクランク用ベアリング８は、各延長ウエイト部１０３によって全体が覆われてしまう。従って、クランク用ベアリング８に冷却風が当たり難くなり、クランク用ベアリング８が温度上昇してしまう。

これに対し、本実施の形態によるバランスウエイト２１は、回転軸穴２４（回転軸１１）側を中心にした円弧状をなした円弧周縁２２Ｃと回転軸穴２４を挟んで円弧周縁２２Ｃの両側に位置する一対の仮想端面２２Ｄとの範囲となる主ウエイト部２２と、該主ウエイト部２２の前記一対の仮想端面２２Ｄから回転軸穴２４を挟んで前記円弧周縁２２Ｃに対し反円弧側に延びた一対の延長ウエイト部２３と、前記主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃの円弧の中心側に位置して主ウエイト部２２に設けられ回転軸１１に取付けられる回転軸穴２４と、該回転軸穴２４から反円弧側に突出して設けられたクランク軸取付突起２５と、該クランク軸取付突起２５に回転軸穴２４と径方向に偏心して設けられたクランク軸穴２６と、該クランク軸取付突起２５を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部２３との間にそれぞれ形成された一対の空隙２７とにより構成している。

この結果、主ウエイト部２２の筒状部２２Ａの近傍位置を切欠いて形成した一対の空隙２７は、クランク用ベアリング８をクランク室２Ｅ内に露出させることができ、各空隙２７を通してクランク用ベアリング８に冷却風を導くことができる。従って、往復動空気圧縮機１の運転時には、クランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させつつ、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出することができる。これにより、このクランク用ベアリング８を効率よく冷却することができ、クランク用ベアリング８の寿命を延ばすことができる。

また、主ウエイト部２２と一対の延長ウエイト部２３とは、単一の板状体として形成しているから、加工工程を増やすことなく、各延長ウエイト部２３を容易に設けることができる。

しかも、バランスウエイト２１は、主ウエイト部２２、一対の延長ウエイト部２３およびクランク軸取付突起２５を一体的に形成しているから、このバランスウエイト２１を容易に製造することができる。

一方、一対の空隙２７は、クランク軸取付突起２５と一対の延長ウエイト部２３との間を凹湾曲面２７Ａによって滑らかに接続する構成としている。これにより、各空隙２７の位置に応力が集中するのを防止して剛性を高めることができる。また、鋳造等を用いて成型加工するときの作業性を向上することができる。

さらに、バランスウエイト２１を構成する主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃの円弧の中心点Ｏ３は、回転軸穴２４の軸中心Ｏ１よりもクランク軸穴２６の軸中心Ｏ２に片寄せて設けている。これにより、製作時に角度α２の値を切りの良い値にした上で、重心を適切な位置に設定することが可能となる。

次に、図７は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、一対の延長ウエイト部の反円弧側の端面を直線端面としつつ、クランク軸取付突起を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部との間に一対の空隙を形成したことにある。なお、第２の実施の形態によるバランスウエイトは、前述した第１の実施の形態のバランスウエイト２１と同一の構成要素に３１番から始まる符号を付し、その説明を省略するものとする。

図７において、第２の実施の形態によるバランスウエイト３１は、主ウエイト部３２、一対の延長ウエイト部３３、回転軸穴３４、クランク軸取付突起３５、クランク軸穴３６、一対の空隙３７を含んで構成されている。

第２の実施の形態による主ウエイト部３２は、第１の実施の形態による主ウエイト部２２と同様に、筒状部３２Ａ、扇状部３２Ｂ、円弧周縁３２Ｃおよび一対の仮想端面３２Ｄ（図７中に一点鎖線で図示）を有している。これにより、主ウエイト部３２は、全体として扇角度β１が約１８０度となる半円形状をなしている。

第２の実施の形態による一対の延長ウエイト部３３は、主ウエイト部３２の扇状部３２Ｂと後述する回転軸穴３４の軸中心Ｏ６を挟むように、一対の仮想端面３２Ｄからクランク軸穴３６側に延びて設けられている。各延長ウエイト部３３は、主ウエイト部３２の円弧周縁３２Ｃに連続する円弧周縁３３Ａを有している。

ここで、第２の実施の形態による各延長ウエイト部３３は、回転軸穴３４の軸中心Ｏ６を挟んで反円弧側に延びた端縁が、回転軸穴３４の軸中心Ｏ６と直交してクランク軸穴３６の軸中心Ｏ７を通る直線Ｙ−Ｙと直交する真直ぐな直線端面３３Ｂとなっている。この場合、一対の延長ウエイト部２３の直線端面３３Ｂは、外径側の角隅位置が主ウエイト部３２の仮想端面３２Ｄから扇角度β２だけクランク軸穴３６側に延長して形成されている。これにより、第２の実施の形態による主ウエイト部３２と各延長ウエイト部３３とは、全体の扇角度β３（β３＝β１＋β２×２）が第１の実施の形態による全体の扇角度α３と同等の角度範囲に設定されている。

回転軸穴３４は、第１の実施の形態による回転軸穴２４と同様に、主ウエイト部３２の円弧周縁３２Ｃの円弧の中心側、即ち、直線Ｙ−Ｙ上に位置する筒状部３２Ａの内側の軸中心Ｏ６を中心にして設けられている。

クランク軸取付突起３５は、回転軸穴３４から反円弧側に突出して設けられている。クランク軸穴３６は、第１の実施の形態によるクランク軸穴２６と同様に、クランク軸取付突起３５に回転軸穴３４と径方向に偏心した軸中心Ｏ７の位置に設けられている。

一対の空隙３７は、クランク用ベアリング８に冷却風を導くもので、バランスウエイト３１に設けられている。各空隙３７は、クランク軸取付突起３５を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部３３との間にそれぞれ形成されている。一対の空隙３７は、クランク軸取付突起３５と一対の延長ウエイト部３３の直線端面３３Ｂとの間を滑らかな凹湾曲形状の凹湾曲面３７Ａで接続することによって形成されている。これにより、各空隙３７での応力集中を防止し、バランスウエイト３１を成型するときの作業性を向上できる。

そして、各空隙３７は、主ウエイト部３２の筒状部３２Ａの近傍位置を切欠いて形成することにより、クランク用ベアリング８をクランク室２Ｅ内に露出させることができる。従って、運転時には、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出させることができ、このクランク用ベアリング８を冷却することができる。

かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第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、第２の実施の形態によれば、クランク軸取付突起３５を挟んだ両側位置と一対の延長ウエイト部３３との間に空隙３７を形成している。これにより、クランク用ベアリング８をクランク室２Ｅ内に露出させることができ、運転時には、クランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させつつ、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出して冷却することができる。また、各空隙３７は、クランク軸取付突起３５と一対の延長ウエイト部３３との間を凹湾曲面３７Ａによって滑らかに接続しているから、応力集中を防止して剛性を高めることができる。

次に、図８は本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、主ウエイト部の扇角度を１８０度以下に設定したことにある。なお、第３の実施の形態によるバランスウエイトは、前述した第１の実施の形態のバランスウエイト２１と同一の構成要素に４１番から始まる符号を付し、その説明を省略するものとする。

図８において、第３の実施の形態によるバランスウエイト４１は、第１の実施の形態によるバランスウエイト２１とほぼ同様に、主ウエイト部４２、一対の延長ウエイト部４３、軸中心Ｏ８をもった回転軸穴４４、クランク軸取付突起４５、軸中心Ｏ９をもったクランク軸穴４６、一対の空隙４７を含んで構成されている。しかし、第３の実施の形態によるバランスウエイト４１は、主ウエイト部４２の軸中心Ｏ８を中心として各仮想端面４２Ｄまでの扇角度γ１が１８０度以下に設定されている点で、第１の実施の形態によるバランスウエイト２１と相違している。

ここで、一対の延長ウエイト部４３の扇角度γ２は、第１の実施の形態による延長ウエイト部２３の扇角度α２よりも大きな値に設定されている。これにより、第３の実施の形態による主ウエイト部４２と各延長ウエイト部４３とは、全体の扇角度γ３（γ３＝γ１＋γ２×２）が第１の実施の形態による全体の扇角度α３と同等の角度範囲に設定されている。

かくして、このように構成された第３の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様に、運転時には、各ウエイト部４２，４３によってクランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させることができる。この上で、一対の空隙４７は、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出して冷却することができる。

次に、図９は本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、クランク軸取付突起と一対の延長ウエイト部との間を角隅部位として形成したことにある。なお、第４の実施の形態によるバランスウエイトは、前述した第１の実施の形態のバランスウエイト２１と同一の構成要素に５１番から始まる符号を付し、その説明を省略するものとする。

図９において、第４の実施の形態によるバランスウエイト５１は、第１の実施の形態によるバランスウエイト２１とほぼ同様に、主ウエイト部５２、主ウエイト部５２の仮想端面５２Ｄから延びた一対の延長ウエイト部５３、軸中心Ｏ１０をもった回転軸穴５４、反円弧側に突出したクランク軸取付突起５５、軸中心Ｏ１１をもったクランク軸穴５６、一対の空隙５７を含んで構成されている。しかし、第４の実施の形態によるバランスウエイト５１は、一対の空隙５７のクランク軸取付突起５５と一対の延長ウエイト部５３との間が略直角の角隅部位５７Ａとなっている点で、第１の実施の形態によるバランスウエイト２１と相違している。

かくして、このように構成された第４の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様に、運転時には、各ウエイト部５２，５３によってクランク軸９の旋回動作、回転軸１１の回転動作を安定させることができる。この上で、一対の空隙５７は、クランク用ベアリング８の熱を冷却風中に放出して冷却することができる。

なお、第１の実施の形態では、主ウエイト部２２と一対の延長ウエイト部２３とは、単一の板状体として形成した場合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、主ウエイト部２２と一対の延長ウエイト部２３とを別個に設け、溶接、ねじ止め等の手段を用いて一体的に取付ける構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができる。

第１の実施の形態では、主ウエイト部２２の円弧周縁２２Ｃを、中心点Ｏ３を中心とする半径寸法Ｒで描かれる円弧状に形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、円弧周縁を、半径寸法が変化する楕円形状等の他の形状としてもよい。

第３の実施の形態では、主ウエイト部４２の扇角度γ１を１８０度以下に設定した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、主ウエイト部の扇角度を１８０度以上に設定する構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができる。

各実施の形態では、ピストンとして、連接棒７と一体となった揺動型のピストン６を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばピストンに対して連接棒が回動可能にピン結合されたタイプの往復動圧縮機に適用してもよい。

一方、各実施の形態では、電動モータ１０をクランクケース２と一体的に設けた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、電動モータをクランクケースと別体とし、ベルト等を用いて電動モータによる回転力を回転軸に伝える構成としてもよい。

各実施の形態では、往復動圧縮機として車両に搭載する往復動空気圧縮機１を例に挙げて説明したが、車載用の往復動空気圧縮機１以外、例えば工場や建設現場で使用される往復動圧縮機に適用してもよい。

さらに、各実施の形態では、１個のシリンダ３、ピストン６等を備えた１段圧縮の往復動空気圧縮機１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、シリンダ、ピストン等がそれぞれ２個設けられた２段圧縮、または３個以上設けられた往復動空気圧縮機に適用する構成としてもよい。

次に、上記実施の形態に含まれる発明について述べる。即ち、本発明では、主ウエイト部と一対の延長ウエイト部とは、単一の板状体として形成している。これにより、バランスウエイトを製造するときの加工工程を増やすことなく、各延長ウエイト部を容易に設けることができる。

本発明によると、バランスウエイトは、主ウエイト部、一対の延長ウエイト部およびクランク軸取付突起を一体的に形成している。これにより、バランスウエイトを容易に製造することができる。

本発明によると、一対の空隙は、クランク軸取付突起と一対の延長ウエイト部との間を滑らかに接続する凹湾曲形状に形成している。これにより、各空隙の位置に応力が集中するのを防止して剛性を高めることができる。また、鋳造等を用いて成型加工するときの作業性を向上することができる。

本発明によると、バランスウエイトの円弧周縁の円弧の中心点（Ｏ３）は、回転軸穴の軸中心（Ｏ１）よりもクランク軸穴の軸中心（Ｏ２）に片寄せて設けている。これにより、製作時に角度α２の値を切りの良い値にした上で、重心を適切な位置に設定することが可能となる。

１ 往復動空気圧縮機
２ クランクケース
３ シリンダ
６ ピストン
７ 連接棒
８ クランク用ベアリング
９ クランク軸
１０ 電動モータ
１１ 回転軸
２１，３１，４１，５１ バランスウエイト
２２，３２，４２，５２ 主ウエイト部
２２Ｃ，３２Ｃ 円弧周縁
２２Ｄ，３２Ｄ，４２Ｄ，５２Ｄ 仮想端面
２３，３３，４３，５３ 延長ウエイト部
２４，３４，４４，５４ 回転軸穴
２５，３５，４５，５５ クランク軸取付突起
２６，３６，４６，５６ クランク軸穴
２７，３７，４７，５７ 空隙
２７Ａ，３７Ａ 凹湾曲面
Ｏ−Ｏ 回転軸の軸線
Ｏ１−Ｏ１（Ｏ１） 回転軸穴の軸線（軸中心）
Ｏ２−Ｏ２（Ｏ２） クランク軸穴の軸線（軸中心）
Ｏ３ 円弧周縁の円弧の中心点
Ｏ６，Ｏ８，Ｏ１０ 回転軸穴の軸中心
Ｏ７，Ｏ９，Ｏ１１ クランク軸穴の軸中心

Claims (5)

1. クランクケースと、
   該クランクケースに取付けられたシリンダと、
   該シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストンと、
   該ピストンから延びる連接棒と、
   該連接棒の一側にベアリングを介して挿通されるクランク軸と、
   モータにより回転駆動される回転軸と、
   該回転軸に取付けられると共に前記クランク軸が取付けられ該回転軸が回転したときに生じるモーメントを釣り合わせるためのバランスウエイトとを備えてなる往復動圧縮機において、
   前記バランスウエイトは、
   前記回転軸側を中心にした円弧状をなした円弧周縁と前記回転軸を挟んで該円弧周縁の両側に位置する一対の仮想端面との範囲となる主ウエイト部と、
   該主ウエイト部の前記一対の仮想端面から前記円弧周縁に対し反円弧側に延びた一対の延長ウエイト部と、
   前記主ウエイト部の円弧周縁の円弧の中心側に位置して前記主ウエイト部に設けられ前記回転軸に取付けられる回転軸穴と、
   該回転軸穴から前記反円弧側に突出して設けられたクランク軸取付突起と、
   該クランク軸取付突起に前記回転軸穴と径方向に偏心して設けられたクランク軸穴と、
   前記クランク軸の前記ベアリングに冷却風を導くために前記クランク軸取付突起を挟んだ両側位置と前記一対の延長ウエイト部との間にそれぞれ形成された一対の空隙とにより構成したことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 前記主ウエイト部と前記一対の延長ウエイト部とは、単一の板状体として形成してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
3. 前記バランスウエイトは、前記主ウエイト部、一対の延長ウエイト部およびクランク軸取付突起を一体的に形成してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
4. 前記一対の空隙は、前記クランク軸取付突起と前記一対の延長ウエイト部との間を滑らかに接続する凹湾曲形状に形成してなる請求項１に記載の往復動圧縮機。
5. 前記バランスウエイトの円弧周縁の円弧の中心点（Ｏ３）は、前記回転軸穴の軸中心（Ｏ１）よりも前記クランク軸穴の軸中心（Ｏ２）に片寄せて設けてなる請求項１に記載の往復動圧縮機。

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