JPWO2018181975A1 - 往復動式ブースター圧縮機 - Google Patents

Abstract

往復動式ブースター圧縮機は、クランク機構を収容するクランクケース内が隔壁によって第１の空間及び第２の空間に分割されている。第１の空間又は第２の空間の少なくとも一方は、第１の気筒又は第２の気筒で加圧された気体が導入されることで加圧されることにより、第１の気筒及び第２の気筒に対応する圧力に設定される。

Description

本開示は、外部から供給される加圧気体を、シリンダ内のピストンの往復動により更に圧縮可能な往復動式ブースター圧縮機に関する。

一般に、往復動式の圧縮機では、電動モータ等の動力源から動力が入力される入力軸の回転運動を、クランクケース内に収容されたクランク機構によって、シリンダ内のピストンの往復運動に変換することにより、外部から供給される気体の圧縮が行われる。近年、この種の圧縮機では、より高圧の圧縮気体の需要が増えていることに加え、省エネの観点から予め大気圧以上に加圧された気体を更に昇圧するための、いわゆるブースター圧縮機が知られている。

往復動式のブースター圧縮機では、大気圧以上の気体を圧縮対象としている。したがって、仮にクランクケース内が大気圧であると、シリンダ及びピストンにより規定される圧縮室とクランクケースとの圧力差が大きくなり、クランク機構を構成するクランクシャフトの軸受部材等の部品に大きな負荷がかかる。その結果、製品寿命が短縮される。また、仮にクランクケース内が大気圧であると、省エネ効果も得られにくい。そこで、この種の往復動式ブースター圧縮機では、クランクケース内を加圧し、圧縮室との圧力差を低減することにより、吸い込み行程時の負荷を抑制するとともに、高い省エネ効果も得ている。例えば特許文献１では、圧縮室で形成された加圧気体をタンクに蓄積し、その一部をクランクケース内に供給することにより、圧縮室とクランクケースとの圧力差を軽減している。

特開２００９−１３３２８２号公報

この種の圧縮機では、より高圧な加圧気体需要に対応するために、多段式の往復動式ブースター圧縮機が求められている。例えば、低圧側圧縮室を有する第１の気筒と、高圧側圧縮室を有する第２の気筒とが直列接続されてなる２段式の場合、外部から供給される加圧気体は、第１の気筒で圧縮された後、第２の気筒で更に圧縮される。このような圧縮を行う第１の気筒及び第２の気筒は、共通のクランク機構によって駆動することが考えられる。しかしながら、第１の気筒及び第２の気筒は互いに異なる圧力の加圧気体を取り扱うため、クランクケースの圧力を一方の気筒に対して適正な圧力になるように加圧すると、そのクランクケースの圧力は、他方の気筒に対して適正な圧力にはならず、クランクケースと他方の気筒との間の圧力差は不適切になる。そのため、特許文献１のように単気筒における構成を、複数の気筒を有する構成にそのまま適用したのでは、このような不適切な圧力差が生じることは避けられない。その結果、駆動軸等への負荷が大きくなり、高い省エネ効果も得られにくくなる。

尚、このような大きな負荷は、上述したように製品寿命を短くする要因となってしまう。製品寿命の低下を防ぐためには、例えば圧力差に耐えるだけの重厚な設計にすることが考えられるが、これは過重設計をもたらし、製品コストが増大してしまう。

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、多段圧縮を行う各気筒において、クランクケースの内部圧力を適切に設定することにより、長寿命化を達成でき、かつ高い省エネ効果を得ることが可能な往復動式ブースター圧縮機を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機は上記課題を解決するために、動力が入力される入力軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、前記クランク機構を収容するクランクケースと、前記クランク機構で変換された往復運動によって駆動されることで、気体を圧縮可能な複数の気筒と、を備え、前記複数の気筒は、外部から供給される加圧気体を圧縮することにより、前記加圧気体より高圧な第１の加圧気体を生成する第１の気筒と、前記第１の気筒に直列に接続され、前記第１の加圧気体を更に圧縮することにより、前記第１の加圧気体より高圧な第２の加圧気体を生成する第２の気筒と、を含み、前記クランクケースは、前記第１の気筒に対応する第１の
空間と、前記第２の気筒に対応する第２の空間とを含み、前記第１の空間及び前記第２の空間は、前記クランクケースの内側に設けられた隔壁によって互いに隔離され、前記第１の空間又は前記第２の空間の少なくとも一方は、前記加圧気体、前記第１の加圧気体或いは前記第２の加圧気体のいずれか一つが導入されることにより加圧される。

上記（１）の構成によれば、クランクケースは複数の気筒に対応する第１の空間及び第２の空間を有する。第１の空間及び第２の空間は隔壁によって互いに隔離されているため、第１の空間及び第２の空間はそれぞれ独立した圧力を形成することができる。第１の空間又は第２の空間の少なくとも一方は、加圧気体、第１の加圧気体或いは第２の加圧気体のいずれか一つが導入されることにより加圧されることで、各気筒においてクランクケース側との圧力差を抑えることができる。

（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記第１の空間には、前記加圧気体が導入され、前記第２の空間には、前記第１の加圧気体が導入される。

上記（２）の構成によれば、第１の空間には第１の気筒に供給される加圧気体が導入されることにより、第１の気筒の吸気圧に対応した圧力に設定される。一方、第２の空間には第２の気筒に供給される第１の加圧気体が導入されることにより、第２の気筒の吸気圧に対応した第１の空間とは異なる圧力に設定される。

（３）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、前記加圧気体の吸気口と前記第１の空間とを接続する第１の通路と、前記第１の空間と前記第１の気筒の吸入側とを接続する第２の通路と、を備える。

上記（３）の構成によれば、ブースター圧縮機の圧縮対象である加圧気体は、第１の通路を介して第１の空間に供給される。そして第１の空間に供給された加圧気体は、第１の空間を通過して、第２の通路を介して第１の気筒に供給される。このように、加圧気体は第１の空間を経由して第１の気筒に供給されるため、第１の空間では、加圧気体が有する動圧によって第１の気筒に対応する圧力を効果的に形成できる。

（４）幾つかの実施形態では上記（２）又は（３）の構成において、前記第１の気筒の吐出側と前記第２の空間とを接続する第３の通路と、前記第２の空間と前記第２の気筒の吸入側とを接続する第４の通路と、を備える。

上記（４）の構成によれば、第１の気筒から吐出される第１の加圧気体は、第３の通路を介して第２の空間に供給される。そして第２の空間に供給された加圧気体は、第２の空間を通過して、第４の通路を介して第２の気筒に供給される。このように、第１の加圧気体は第２の空間を経由して第２の気筒に供給されるため、第２の空間では、加圧気体が有する動圧によって第２の気筒に対応する圧力を効果的に形成できる。

（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、前記第３の通路の外表面には放熱フィンが設けられている。

第１の加圧気体は第１の気筒で圧縮されることで高温となっているため、第２の気筒に供給される前に冷却されることが好ましい。上記（５）の構成によれば、第１の気筒から吐出される第１の加圧気体が通過する第３の通路の外表面に放熱フィンが設けられているため、第１の加圧気体は第３の通路を通過する際に放熱フィンによって冷却が促進される。これにより、第１の気筒と第２の気筒との間に設けられる中間冷却器を小型化することができ、または、放熱フィンによる冷却効果が十分であれば、中間冷却器を設ける必要がなくなり、装置を小型化することができる。

（６）幾つかの実施形態では上記（２）又は（３）の構成において、前記第１の気筒の吐出側と前記第２の気筒の吸入側とを接続する第５の通路と、前記第５の通路から分岐し、前記第２の空間に接続される第６の通路と、を備える。

上記（６）の構成によれば、第１の気筒から吐出される第１の加圧気体は、第５の通路を介して第２の気筒に供給される。ここで第５の通路には、第２の空間に分岐する第６の通路が設けられており、第１の加圧気体の一部が第２の空間に供給されることで第２の空間を加圧可能に構成されている。この場合、第２の気筒に第１の加圧気体を供給するための第５の通路とは独立に、第６の通路を設計できるため、より柔軟な装置構成が得られる。

（７）幾つかの実施形態では上記（６）の構成において、前記第６の通路の外表面には放熱フィンが設けられている。

第１の加圧気体は第１の気筒で圧縮されることで高温となっているため、第２の気筒に供給される前に冷却されることが好ましい。上記（７）の構成によれば、第１の気筒から吐出される第１の加圧気体の一部が通過する第６の通路の外表面に放熱フィンが設けられているため、第１の加圧気体は第６の通路を通過する際に放熱フィンによって冷却が促進される。これにより、第１の気筒と第２の気筒との間に設けられる中間冷却器を小型化することができ、または、放熱フィンによる冷却効果が十分であれば、中間冷却器を設ける必要がなくなり、装置を小型化することができる。

（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、前記隔壁は、前記入力軸が貫通する開口部と、前記入力軸が回転可能に支持しながら、前記開口部を封止するシール部材と、を備える。

上記（８）の構成によれば、入力軸が隔壁に設けられた開口部を貫通することで、隔壁によって隔離された第１の気筒及び第２の気筒に動力を入力可能となる。一方、開口部では、シール部材によって入力軸が回転可能に支持しながら封止されるため、隔壁で仕切られる第１の空間及び第２の空間の独立性を確保できる。これにより、第１の空間及び第２の空間を各気筒に対応する圧力にそれぞれ適切に加圧することができる。

（９）幾つかの実施形態では上記（８）の構成において、前記第１の空間は、前記第１の空間に導入される前記加圧空気が前記シール部材に向けて噴射されるように構成される。

入力軸を回転可能に支持しながら、隔壁に設けられた開口部を封止するシール部材は、入力軸の回転時に高温になりやすい。上記（９）の構成によれば、このようなシール部材に対して第１の空間に導入される加圧空気をシール部材に向けて噴射することで、第１の空間の加圧とともにシール部材の冷却を行うことができる。

（１０）幾つかの実施形態では上記（８）又は（９）の構成において、前記第２の空間は、前記第２の空間に導入される前記第１の加圧空気が前記シール部材に向けて噴射されるように構成される。

入力軸を回転可能に支持しながら、隔壁に設けられた開口部を封止するシール部材は、入力軸の回転時に高温になりやすい。上記（１０）の構成によれば、このようなシール部材に対して第２の空間に導入される第１の加圧空気をシール部材に向けて噴射することで、第２の空間の加圧とともにシール部材の冷却を行うことができる。

（１１）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記第１の空間には、前記第１の加圧気体が導入され、前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される。

上記（１１）の構成によれば、第１の空間は第１の気筒から吐出される第１の加圧気体が導入されることにより加圧されることで、第１の気筒と第１の空間との間における圧力差を抑えることができるとともに、第２の空間は第２の気筒から吐出される第２の加圧気体が導入されることにより加圧されることで、第２の気筒と第２の空間との間における圧力差を抑えることができる。

（１２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記第１の空間には、前記加圧気体が導入され、前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される。

上記（１２）の構成によれば、第１の空間は第１の気筒への吸気である加圧気体が導入されることにより加圧されることで、第１の気筒と第１の空間との間における圧力差を抑えることができるとともに、第２の空間は第２の気筒から吐出される第２の加圧気体が導入されることにより加圧されることで、第２の気筒と第２の空間との間における圧力差を抑えることができる。

（１３）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記第１の空間及び前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される。

上記（１３）の構成によれば、第１の空間及び第２の空間は第２の気筒から吐出される第２の加圧気体が導入されることにより加圧されることで、各気筒とクランクケース側との間における圧力差を抑えることができる。

（１４）幾つかの実施形態では上記（１）から（１３）のいずれか一構成において、オイルフリー圧縮機である。

上記（１４）の構成によれば、将来的に吐出圧力の高圧化が望まれているオイルフリー方式のブースター圧縮機において、クランクケース内の圧力を適切に設定することで、動作時の負荷を軽減でき、ベアリングやピストン等の各部の過重設計を回避するとともに、長い製品寿命が得られる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、多段圧縮を行う各気筒において、クランクケースの内部圧力を適切に設定することにより、過重設計を避けるとともに、長寿命化を達成可能な往復動式ブースター圧縮機を提供できる。

第１実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。 図１の一変形例である。 第２実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。 第５実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機（以下、適宜「圧縮機」と称する）の構成を示す断面図である。圧縮機１はオイルフリー式の往復動圧縮機であり、外部の気体供給源（不図示）から大気圧より高圧な加圧気体が、供給管である第１の通路２を介して導入される。圧縮機１は、第１の通路２から導入された加圧気体を、互いに直列接続された複数の気筒（第１の気筒ＬＰ及び第２の気筒ＨＰ）にて圧縮し、吐出管４から外部の供給先（不図示）に向けて吐出する。
尚、以下の説明ではオイルフリー式の圧縮機１について主に述べるが、特段の記載がない限りにおいて、油潤滑式の圧縮機１についても適用可能である。

圧縮機１は、電動モータ等の外部の動力源（不図示）から入力される動力により回転駆動可能な入力軸５を有する。入力軸５は、圧縮機１の下部に設けられたクランクケース６内に収容されるクランク機構８を構成するクランク軸１０と一体的に形成されている。クランク軸１０は、クランクケース６内に設けられたベアリング１２、１４により回転可能に支持されている。またクランクケース６は、ベアリング１２側で入力軸５が貫通しており、シール部材１６によってクランクケース６の内部が外部に対して密に封止されている。

クランク軸１０には、クランクケース６の上方に設けられた第１の気筒ＬＰ及び第２の気筒ＨＰに対応するコネクティングロッド１８、２０の一端が、それぞれシール部材２２、２４を介して枢支されている。コネクティングロッド１８、２０の他端は、第１の気筒ＬＰ及び第２の気筒ＨＰを構成するシリンダ２６、２８内に挿入されたピストン３０、３２に枢支されている。
尚、圧縮機１はオイルフリー式であるため、圧縮室からの漏れを抑えるために、ピストン３０及び３２は、例えばコンポジットピストン（複合樹脂ピストン）が用いられ、不図示のピストンリング合い口を圧縮時に、理論的に洩れない位置で固定する方法が採用されている。

またクランクケース６の内壁には隔壁３４が設けられている。これにより、クランクケース６の内側は、第１の気筒ＬＰに対応する第１の空間３６と、第２の気筒ＨＰに対応する第２の空間３８とに分割されている。隔壁３４には、入力軸５と一体的に構成されたクランク軸１０が貫通する開口部４０が形成されている。開口部４０には、クランク軸１０が回転可能に支持しながら、開口部４０を封止するためのシール部材４２が配設されている。これにより、第１の空間３６及び第２の空間３８は、クランクケース６の内側に設けられた隔壁３４によって互いに隔離されている。

第１の気筒ＬＰはシリンダ２６の頂壁上に、吸気を導入するための導入口を有する吸気室４６と、第１の気筒ＬＰで圧縮後の第１の加圧気体を吐出するための導出口を有する吐気室５０とが、隔壁５２を介して区画形成されている。吸気室４６及び吐気室５０は、吸気ポート５３及び排気ポート５４をもってシリンダ２６内に連通している。吸気ポート５３及び排気ポート５４には、逆流防止用の弁（不図示）がそれぞれ設けられている。

第２の気筒ＨＰはシリンダ２８の頂壁上に、吸気を導入するための導入口を有する吸気室５８と、第２の気筒ＨＰで圧縮後の第２の加圧気体を吐出するための導出口を有する吐気室６２とが、隔壁６４を介して区画形成されている。吸気室５８及び吐気室６２は、吸気ポート６６及び排気ポート６８をもってシリンダ２８内に連通している。吸気ポート６６及び排気ポート６８には、逆流防止用の弁（不図示）がそれぞれ設けられている。

加圧気体が供給される第１の通路２は、クランクケース６のうち第１の空間３６に連通するように接続されるとともに、第１の空間３６は、第２の通路７０を介して第１の気筒ＬＰの吸入側に接続される。そのため、第１の通路２から供給される加圧気体は、第１の空間３６を介して第１の気筒ＬＰに吸入される。これにより、第１の空間３６は加圧気体によって、吸気室４６と略等しい圧力に加圧される。その結果、第１の空間３６と吸気室４６との間の圧力差が低減され、駆動時の第１の気筒ＬＰの負荷が軽減される。

第１の気筒ＬＰの吐出側は、第３の通路７２によってクランクケース６のうち第２の空間３８に接続されるとともに、第２の空間３８は第４の通路７４によって第２の気筒ＨＰの吸気側に接続される。そのため、第１の気筒ＬＰから吐出される第１の加圧気体は、第２の空間３８を介して第２の気筒ＨＰに吸入される。これにより、第２の空間３８は第１の加圧気体によって、吸気室５８と略等しい圧力に加圧される。その結果、第２の空間３８と吸気室５８との間の圧力差が低減され、駆動時の第２の気筒ＨＰの負荷が軽減される。尚、第３の通路７２には中間冷却器（不図示）が設けられていてもよい。

ここで第１の空間３６及び第２の空間３８は、隔壁３４によって互いに隔離されているため、第１の空間３６及び第２の空間３８はそれぞれ独立した圧力を形成することができる。このようにクランクケース６内を各気筒に対応する複数の空間に分割して、各気筒に対応する圧力に設定することができるため、各気筒においてクランクケース６側との圧力差を適切に抑えることができる。そのため、クランク機構８を構成するクランク軸１０のベアリング１２、１４等の部品にかかる負荷を低減することができ、長い製品寿命を達成することができる。更に、高い省エネ効果を得ることもできる。

図２は図１の一変形例である。図２に示されるように、第３の通路７２は、第１の気筒ＬＰから吐出された第１の加圧気体が通過する管状部材からなり、その外表面には放熱フィン７６が設けられている。第１の気筒ＬＰから吐出される第１の加圧気体は高温であるため、高圧側の第２の気筒ＨＰに供給する際には、冷却されることが好ましい。従来、このような低圧側からの高温の圧縮気体は中間冷却器のような外部装置を用いて行われることが多かったが、本実施形態では、第３の通路７２の外表面に放熱フィン７６を設けることで、第３の通路７２を通過する際に第１の加圧気体を効果的に冷却できる。これにより、第１の気筒ＬＰと第２の気筒ＨＰとの間に中間冷却器（不図示）設けられる場合、その中間冷却器を小型化することができる。または、放熱フィン７６による冷却効果が十分であれば、中間冷却器を設ける必要がなくなる。その結果、装置を小型化することができる。

また第３の通路７２は、クランクケース６のうち隔壁３４及び第２の気筒ＨＰ間に接続されており、その出口側がシール部材４２に向けて開口している。シール部材４２は、クランク軸１０を回転可能に支持しながら、隔壁３４に設けられた開口部３２を封止するため、駆動時に高温になりやすい。そこで、このようなシール部材４２に対して第１の空間３６に導入される第１の加圧空気をシール部材４２に向けて噴射することで、第２の空間３８の加圧とともにシール部材４２の冷却を行うことができる。特に図２のように第３の通路７２に放熱フィン７６を設ける場合、第３の通路７２から冷却後の第１の加圧気体を供給できるため、シール部材４２をより効果的に冷却できる。

尚、第１の通路２もまた上述の第３の通路７２と同様に、クランクケース６のうち隔壁３４及び第１の気筒ＬＰ間に接続され、その出口側がシール部材４２に向けて開口するように構成してもよい。このように第１の空間３６においても、導入される加圧気体がシール部材４２に向けて噴射することで、第１の空間３６の加圧とともにシール部材４２を冷却できる。

特に第１の通路２及び第３の通路７２がともにその出口側がシール部材４２に向けて開口するように構成した場合、シール部材４２は、両側（第１の空間３６及び第２の空間３８）から冷却されるため、より効果的に温度を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図３は第２実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機（以下、適宜「圧縮機」と称する）の構成を示す断面図である。尚、図３では上述の第１実施形態に対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

第２実施形態では、第１の気筒ＬＰの吐出側の吐気室５０は、第５の通路８２によって、第２の気筒ＨＰの吸入側の吸気室５８に接続されている。つまり、第１実施形態では第１の気筒ＬＰの吐気側は第２の空間３８を経由して第２の気筒ＨＰの吸気側に接続されていたが、第２実施形態では、第２の空間３８を経由することなく、直接接続されている。

そして第５の通路８２の途中の分岐点８４からは、第２の空間３８に接続される第６の通路８６が分岐する。これにより、第５の通路８２を流れる第１の加圧気体の一部が、第６の通路８６を介して第２の空間３８に供給される。このように、第２の気筒ＨＰに第１の加圧気体を供給するための第５の通路８２とは独立に、第６の通路８６を設計できるため、より柔軟な装置構成が得られる。

第２の空間３８に接続される第６の通路８６には、図２に示される第３の通路７２と同様に、その外表面に放熱フィン７６が設けられていてもよい。これにより、第２の空間３８に供給される第１の加圧気体を冷却でき、第２の空間３８（特に、シール部材４２）の冷却効果を高めることができる。

また第２の空間３８に接続される第６の通路８６もまた、第１実施形態の第３の通路７２と同様に、第６の通路８６から第２の空間３８に供給される第１の加圧気体が、第２の空間３８側から隔壁３４に設けられたシール部材４２に向けて噴射されるように構成されてもよい。この場合もまた、第６の通路８６から供給される第１の加圧気体がシール部材４２に供給されることで、シール部材４２が効果的に冷却される。

＜第３実施形態＞
図４は第３実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。尚、図４では上述の各実施形態に対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

本実施形態では、第１の空間３６には、第１の気筒ＬＰから吐出される第１の加圧気体が導入される。第１の空間３６に導入される第１の加圧気体は、少なくとも第１の空間３６より高圧な圧力を有する。図４の例では、第１の空間３６に供給される第１の加圧気体は、第１の気筒ＬＰの吐出側と第２の気筒ＨＰの吸気側とを連通する第５の通路８２から分岐する第６の通路８６を介して導入されるように構成されている。

尚、第１の空間３６に第１の加圧気体を供給するための第６の通路８６上には、第１の加圧気体の圧力を適切な値に調整するための減圧弁が配置されていてもよい。これにより、第１の空間３６は、第１の気筒ＬＰから吐出される第１の加圧気体を用いて加圧されることで、第１の気筒ＬＰと第１の空間３６との間における圧力差を抑えることができる。

一方の第２の空間３８には、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体が導入される。第２の空間３８に導入される第２の加圧気体は、少なくとも第２の空間３８より高圧な圧力を有する。図４の例では、第２の空間３８に供給される第２の加圧気体は、第２の気筒ＨＰの吐出管４から分岐する第７の通路８８を介して導入されるように構成されている。

尚、第２の空間３８に第１の加圧気体を供給するための第７の通路８８上には、第２の加圧気体の圧力を適切な値に調整するための減圧弁が配置されていてもよい。これにより、第２の空間３８は、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体を用いて加圧されることで、第２の気筒ＨＰと第２の空間３８との間における圧力差を抑えることができる。

＜第４実施形態＞
図５は第４実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。尚、図５では上述の各実施形態に対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

本実施形態では、第１の空間３６には、上述の第１及び第２実施形態と同様に、第１の通路（供給管）２から供給される加圧気体が導入される。これにより、第１の空間３６は、供給管２から供給される加圧気体を用いて加圧されることで、第１の気筒ＬＰと第１の空間３６との間における圧力差を抑えることができる。

一方の第２の空間３８には、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体が導入される。第２の空間３８に導入される第２の加圧気体は、少なくとも第２の空間３８より高圧な圧力を有する。図５の例では、上述の第３実施形態と同様に、第２の空間３８に供給される第２の加圧気体は、第２の気筒ＨＰの吐出管４から分岐する第７の通路８８を介して導入されるように構成されている。

尚、第２の空間３８に第１の加圧気体を供給するための第７の通路８８上には、第２の加圧気体の圧力を適切な値に調整するための減圧弁が配置されていてもよい。これにより、第２の空間３８は、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体を用いて加圧されることで、第２の気筒ＨＰと第２の空間３８との間における圧力差を抑えることができる。

＜第５実施形態＞
図６は第５実施形態に係る往復動式ブースター圧縮機の構成を示す断面図である。尚、図６では上述の各実施形態に対応する構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。

本実施形態では、第１の空間３６には、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体が導入される。第１の空間３６に導入される第２の加圧気体は、少なくとも第１の空間３６より高圧な圧力を有する。図６の例では、第１の空間３６に供給される第２の加圧気体は、第２の気筒ＨＰの吐出管４から分岐する第８の通路９０を介して導入されるように構成されている。

尚、第１の空間３６に第２の加圧気体を供給するための第８の通路９０上には、第２の加圧気体の圧力を適切な値に調整するための減圧弁が配置されていてもよい。これにより、第１の空間３６は、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体を用いて加圧されることで、第１の気筒ＬＰと第１の空間３６との間における圧力差を抑えることができる。

一方の第２の空間３８には、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体が導入される。第２の空間３８に導入される第２の加圧気体は、少なくとも第２の空間３８より高圧な圧力を有する。図６の例では、上述の第３及び第４実施形態と同様に、第２の空間３８に供給される第２の加圧気体は、第２の気筒ＨＰの吐出管４から分岐する第７の通路８８を介して導入されるように構成されている。

尚、第２の空間３８に第１の加圧気体を供給するための第７の通路８８上には、第２の加圧気体の圧力を適切な値に調整するための減圧弁が配置されていてもよい。これにより、第２の空間３８は、第２の気筒ＨＰから吐出される第２の加圧気体を用いて加圧されることで、第２の気筒ＨＰと第２の空間３８との間における圧力差を抑えることができる。

以上説明したように上記実施形態によれば、多段圧縮を行う各気筒において、クランクケースの内部圧力を適切に設定することにより、長寿命化を達成でき、かつ高い省エネ効果を得ることが可能な往復動式ブースター圧縮機を提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態は、外部から供給される加圧気体を、シリンダ内のピストンの往復動により更に圧縮可能な往復動式ブースター圧縮機に利用可能である。

１ 圧縮機
２ 第１の通路（供給管）
４ 吐出管
５ 入力軸
６ クランクケース
８ クランク機構
１０ クランク軸
１２，１４ ベアリング
１６，２２，２４，４２ シール部材
１８，２０ コネクティングロッド
２６，２８ シリンダ
３０，３２ ピストン
３４ 隔壁
３６ 第１の空間
３８ 第２の空間
７０ 第２の通路
７２ 第３の通路
７４ 第４の通路
７６ 放熱フィン
８２ 第５の通路
８６ 第６の通路
８８ 第７の通路
９０ 第８の通路
ＬＰ 第１の気筒
ＨＰ 第２の気筒

Claims (14)

1. 動力が入力される入力軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、
   前記クランク機構を収容するクランクケースと、
   前記クランク機構で変換された往復運動によって駆動されることで、気体を圧縮可能な複数の気筒と、
   を備え、
   前記複数の気筒は、
   外部から供給される加圧気体を圧縮することにより、前記加圧気体より高圧な第１の加圧気体を生成する第１の気筒と、
   前記第１の気筒に直列に接続され、前記第１の加圧気体を更に圧縮することにより、前記第１の加圧気体より高圧な第２の加圧気体を生成する第２の気筒と、
   を含み、
   前記クランクケースは、前記第１の気筒に対応する第１の空間と、前記第２の気筒に対応する第２の空間とを含み、
   前記第１の空間及び前記第２の空間は、前記クランクケースの内側に設けられた隔壁によって互いに隔離され、
   前記第１の空間又は前記第２の空間の少なくとも一方は、前記加圧気体、前記第１の加圧気体或いは前記第２の加圧気体のいずれか一つが導入されることにより加圧される、往復動式ブースター圧縮機。
2. 前記第１の空間には、前記加圧気体が導入され、
   前記第２の空間には、前記第１の加圧気体が導入される、請求項１に記載の往復動式ブースター圧縮機。
3. 前記加圧気体の吸気口と前記第１の空間とを接続する第１の通路と、
   前記第１の空間と前記第１の気筒の吸入側とを接続する第２の通路と、
   を備える、請求項２に記載の往復動式ブースター圧縮機。
4. 前記第１の気筒の吐出側と前記第２の空間とを接続する第３の通路と、
   前記第２の空間と前記第２の気筒の吸入側とを接続する第４の通路と、
   を備える、請求項２又は３に記載の往復動式ブースター圧縮機。
5. 前記第３の通路の外表面には放熱フィンが設けられている、請求項４に記載の往復動式ブースター圧縮機。
6. 前記第１の気筒の吐出側と前記第２の気筒の吸入側とを接続する第５の通路と、
   前記第５の通路から分岐し、前記第２の空間に接続される第６の通路と、
   を備える、請求項２又は３に記載の往復動式ブースター圧縮機。
7. 前記第６の通路の外表面には放熱フィンが設けられている、請求項６に記載の往復動式ブースター圧縮機。
8. 前記隔壁は、
   前記入力軸が貫通する開口部と、
   前記入力軸が回転可能に支持しながら、前記開口部を封止するシール部材と、
   を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の往復動式ブースター圧縮機。
9. 前記第１の空間は、前記第１の空間に導入される前記加圧空気が前記シール部材に向けて噴射されるように構成される、請求項８に記載の往復動式ブースター圧縮機。
10. 前記第２の空間は、前記第２の空間に導入される前記第１の加圧空気が前記シール部材に向けて噴射されるように構成される、請求項８又は９に記載の往復動式ブースター圧縮機。
11. 前記第１の空間には、前記第１の加圧気体が導入され、
    前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される、請求項１に記載の往復動式ブースター圧縮機。
12. 前記第１の空間には、前記加圧気体が導入され、
    前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される、請求項１に記載の往復動式ブースター圧縮機。
13. 前記第１の空間及び前記第２の空間には、前記第２の加圧気体が導入される、請求項１に記載の往復動式ブースター圧縮機。
14. オイルフリー圧縮機である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の往復動式ブースター圧縮機。

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