WO2021065037A1 - 圧縮機 - Google Patents

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WO2021065037A1
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cylinder
compressor
crankshaft
connecting rod
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伸之 成澤
憲 梅田
翔 後藤
鈴木 達也
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株式会社日立産機システム
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    • F16J1/12Connection to driving members with piston-rods, e.g. rigid connections

Definitions

  • the present invention relates to a compressor.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 Conventionally, in a reciprocating compressor that compresses a fluid, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example, a technique of arranging the central axis of a cylinder by a certain offset amount with respect to the rotation center of a crankshaft has been used. Are known.
  • Patent Document 1 is a line segment connecting the plane center of the gas compression action surface (F 0 in FIG. 6 of Patent Document 1) and the center of the connecting rod large end bearing, that is, the longitudinal direction of the connecting rod.
  • the gap volume is reduced by configuring the upper surface of the piston and the surface of the valve plate on the crankcase side to be parallel.
  • FIG. 13 is not the top dead center. Therefore, even if the upper surface of the piston and the surface of the valve plate on the crankcase side are parallel in FIG. 13, when the state of FIG. 13 shifts to the top dead center state, the upper surface of the piston and the surface of the valve plate on the crankcase side interfere with each other. Also, the effect of reducing the gap volume is not sufficient.
  • FIG. 6 of Patent Document 2 shows a case where the crank angle described later is 0 degrees, and in that case, the upper surface of the piston and the surface of the valve plate on the crankcase side are made parallel.
  • Patent Document 2 as in Patent Document 1, when the state shifts to the top dead center state, the upper surface of the piston and the surface of the valve plate on the crankcase side may interfere with each other, and the gap volume is reduced. The effect of is not enough.
  • An object of the present invention is to prevent interference between the piston and the valve plate and suppress an increase in the clearance volume.
  • a preferred example of the present invention is a piston that reciprocates in a cylinder, a valve plate that closes the end of the cylinder, a connecting rod that supports the piston, and a crankshaft that applies a rotational force to the end of the connecting rod. It has a crankcase that rotatably supports the crankshaft.
  • the piston is a swing piston that reciprocates while swinging in the cylinder in response to the rotation of the crankshaft.
  • the central axis of the inner diameter of the cylinder is arranged at a position shifted by an offset amount e with respect to the rotation central axis of the crankshaft.
  • the upper surface of the piston is a compressor that is substantially parallel to the surface of the valve plate on the crankcase side when the piston is at top dead center.
  • FIG. It is a figure which shows the configuration example of the whole compressor in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the internal structure of the compressor main body in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the rocking piston structure using a lip ring.
  • FIG. It is a figure which shows the swinging piston structure using a piston ring.
  • FIG. It is a figure which shows the swinging piston structure using the piston ring in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the rocking piston structure in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the operation of the swing piston in Example 1.
  • FIG. It is an internal block diagram of the compressor main body which shows the state of the piston 33 at the top dead center. It is a figure which shows the modification which tilts the lower surface of a valve plate.
  • FIG. 1 shows the internal structure of the compressor main body arranged in the state which the central axis of the inner peripheral surface of a cylinder is inclined. It is a figure which shows the relationship between the swing angle / cylinder internal pressure, and a crank angle in a general reciprocating compressor. It is a figure which shows the relationship between the cylinder offset amount and the blow-by amount of the compressor in Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the piston connecting rod in Example 2.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the piston connecting rod in Example 1 for comparison.
  • FIG. It is a figure which shows the case where the right end of the upper surface of the piston in Example 3 is at the highest point. It is a figure which shows the case where the piston in Example 3 is at the top dead center. It is a figure which shows the case where the left end of the upper surface of the piston in Example 3 is at the highest point.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the compressor according to the first embodiment. Further, FIG. 2 shows the internal structure of the compressor main body 1 in FIG.
  • the compressor shown in FIG. 1 consists of a compressor main body 1, an electric motor 2 for driving the compressor main body 1, and a tank 3 for storing the fluid discharged by the compressor main body 1.
  • the compressor body 1 compresses fluid, and as shown in FIG. 2, the internal structure thereof is a crankcase 21 that rotatably supports the crankshaft and a cylinder 22 that projects vertically from the crankcase 21. It has a valve plate 26 that closes the upper part of the cylinder 22, a cylinder head 23, and a crankshaft 24 that is rotatably supported in the center of the crankcase 21.
  • the crankshaft 24 in the crankcase 21 rotates to give a rotational force to the end of the connecting rod 32, and the piston 33 installed in the cylinder 22 reciprocates in the vertical direction, resulting in a reciprocating motion in the vertical direction.
  • the fluid is sucked from the outside of the cylinder, compressed and discharged.
  • the compressor shape is a one-cylinder one-stage compressor having only one pair of pistons and cylinders for simplification of explanation, but a plurality of pistons in series or radially with respect to the crankshaft. Some compressors have a cylinder.
  • the compressor body 1 is fixed by arranging the crankshaft 24 parallel to the rotation axis of the electric motor 2 on the tank 3 and fixing the crankshaft 24 with the compressor pulley 4 on the crankshaft 24 and the electric motor on the electric motor shaft.
  • the pulley 5 is fixed.
  • the compressor pulley 4 attached to the compressor main body 1 has blades, and the cooling air is generated toward the compressor main body 1 as it rotates, thereby promoting heat dissipation of the compressor main body 1.
  • a transmission belt 6 for transmitting power between the compressor pulley 4 and the electric motor pulley 5 is wound around the compressor pulley 4 and the electric motor pulley 5.
  • the crankshaft 24 of the compressor main body 1 is rotationally driven via the electric motor pulley 5, the transmission belt 6, and the compressor pulley 4, and the compressor main body 1 compresses the fluid.
  • crank angle is also a state in which the central axis of the crank arm and the cylinder inner diameter 22a is parallel.
  • the compressor main body 1 is connected to the electric motor 2 via a transmission belt 6, but the crankshaft 24 of the compressor main body 1 and the rotation shaft of the electric motor 2 are coupled.
  • a compressor that integrates the two by directly joining them using a coupling means such as.
  • the piston 33 in this figure is a swing piston type in which the piston is integrally formed with the connecting rod 32. In this method, the piston 33 reciprocates while swinging in the cylinder 22 as the crankshaft 24 rotates.
  • the piston 33 is provided with a lip ring 36 in contact with the inner peripheral surface (cylinder inner diameter) 22a of the cylinder as shown in FIG. 3A as the main seal ring structure, and as shown in FIG. 3B.
  • the piston 33 may be provided with a piston ring 37 in contact with the inner peripheral surface (cylinder inner diameter) 22a of the cylinder.
  • the AA cross section of the lower figure of FIG. 3B is shown in the upper figure of FIG. 3B.
  • a cylinder gap 38 in the swing direction and cylinder gaps 39a and 39b in the spindle direction occur between the piston 33 and the cylinder inner diameter 22a.
  • a swing piston as shown in FIG. 3C is used in order to solve the above-mentioned problems of the lip ring and the problems of the piston rings A to C.
  • the piston 33 is composed of a separate part from the connecting rod 32, and the piston 33 is fastened (fixed) to the connecting rod 32 with a screw 35 in the reciprocating direction.
  • the outer peripheral surface 33a of the piston 33 is spherical.
  • the piston 33 may be integrated with the connecting rod 32.
  • a piston ring 34 is used as the seal ring, and the piston ring 34 is fitted with a certain gap with respect to the ring groove 33b provided in the piston 33.
  • the piston ring and the ring groove may not be used and may be configured as shown in FIG. 3D.
  • the material of the piston 33 is made of a resin having excellent wear resistance. As a result, the outer peripheral surface 33a of the piston can slide directly with the inner peripheral surface 22a of the cylinder.
  • an extension of the center axis 22b of the cylinder inner peripheral surface 22a in FIG. 2 is offset by a distance e 1 to the anti-load side (right direction in the drawing) with respect to the rotation center 24a of the crankshaft 24.
  • the structure of the compressor body is such that the rotation axis of the crankshaft 24 does not intersect with the central axis of the inner diameter of the cylinder, so that this offset occurs. The following relationship is established in the offset amount e 1 at this time.
  • is the swing angle.
  • TDC and Lmin represent the swing angle at top dead center and the swing angle which is the minimum value in the compression process, respectively.
  • the offset amount e 1 is related to each swing angle as shown in the following equation.
  • represents the crank angle
  • TDC and Lmin represent the crank angle at top dead center and the crank angle which is the minimum value in the compression process, respectively.
  • r is the crank radius
  • L is the length of the connecting rod, and is the length of the line segment connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center of the piston outer peripheral spherical surface 33a.
  • FIG. 4 schematically shows a state diagram during one rotation of the crankshaft 24 of the compressor main body 1 in this embodiment.
  • FIG. 4A shows a line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a, the upper surface 33c of the piston 33, and the rotation center of the crankshaft 24 when the crank angle is 0 degrees. It is a figure which shows the positional relationship of 24a. In this case, as will be described later, the upper surface 33c of the piston 33 is not orthogonal to the line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a.
  • FIG. 4B shows a line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a, the upper surface 33c of the piston 33, and the rotation center of the crankshaft 24 when the crank angle is 90 degrees. It is a figure which shows the positional relationship of 24a. In this case, the swing angle becomes maximum.
  • FIG. 4C shows the positions of the line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a, the upper surface 33c of the piston 33, and the rotation center 24a of the crankshaft 24 at the bottom dead center. It is a figure which shows the relationship.
  • FIG. 4D shows a line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a, the upper surface 33c of the piston 33, and the rotation center of the crankshaft 24 when the crank angle is 270 degrees. It is a figure which shows the positional relationship of 24a. In this case, the swing angle becomes extremely small.
  • FIG. 4 (E) shows the positions of the line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a, the upper surface 33c of the piston 33, and the rotation center 24a of the crankshaft 24 at the top dead center. It is a figure which shows the relationship.
  • crank angle is slightly less than 180 degrees.
  • crank angle is about 355 degrees, which is slightly less than 360 degrees.
  • the swing angle refers to the angle between the line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center 33d of the piston outer peripheral spherical surface 33a and the central axis of the cylinder inner diameter.
  • FIG. 5A shows the state of the piston 33 at the top dead center.
  • the upper surface 33c of the piston 33 or the lower surface of the valve plate 26 is not orthogonal to the line segment 27 connecting the center of the connecting rod large end bearing 31 and the center of the piston outer peripheral spherical surface 33a.
  • the upper surface 33c of the piston is also non-parallel to the lower surface of the valve plate 26 when the crank angle is 0 degrees.
  • the upper surface 33c of the piston 33 and the lower surface of the valve plate 26 are designed to be parallel to each other at the top dead center where the center point of the outer peripheral spherical surface 33a of the piston is farthest from the rotation center 24a of the crankshaft.
  • the outer peripheral spherical surface 33a of the piston is always in contact with the plane orthogonal to the central axis of the cylinder 22, or the gap can be kept minute.
  • the outer spherical surface 33a of the piston itself can seal the compression chamber, and there is a great merit that the sealing performance is not affected by the swing angle.
  • a minute gap should be provided between the outer spherical surface of the piston 33a and the inner peripheral surface of the cylinder 22a in the initial state at room temperature. Is desirable. In this case, if the piston ring 34 is provided as shown in FIG. 3C, this gap can be sealed.
  • FIG. 6 shows the relationship between a general crank angle and a swing angle, and the relationship between a crank angle and a cylinder internal pressure.
  • the sealing performance of the piston ring 34 deteriorates as the absolute value of the swing angle increases.
  • the offset amount is increased in order to reduce the minimum value ⁇ Lmin of the swing angle in the compression step, on the contrary, the swing angle ⁇ TDC at the top dead center tends to increase.
  • the amount of blow-by loss leaking from the piston ring 34 increases as the internal pressure of the cylinder 22 increases, so the top dead center seals more than the crank angle of 270 degrees (3 / 2 ⁇ ), which naturally minimizes the swing angle. It has a large effect on performance. Therefore, the appropriate value of the offset amount needs to be determined by the balance of these two swing angles.
  • the blow-by amount is minimized by combining the piston structure of this embodiment with respect to this offset amount. That is, it is possible to prevent deterioration of the sealing performance of the piston ring as much as possible.
  • the central axis of the cylinder inner diameter (cylinder inner peripheral surface) 22a shows the configuration of a compressor arranged so as to face in the vertical direction.
  • this state is created by inclining the upper surface 33c of the piston, but of course, the same state is also created by inclining the lower surface (the surface on the crankcase side) of the valve plate 26 as shown in FIG. 5B. be able to.
  • the shape shown in FIG. 5B has an advantage that the processing cost can be reduced.
  • FIG. 5C shows the cylinder inner diameter (cylinder inner peripheral surface) 22a. It is a figure which shows the internal structure of the compressor main body arranged in the state that the central axis is inclined. The same effect can be obtained with the configuration shown in FIG. 5C. Compared with FIG. 5B, this state has an advantage that the valve plate 26 and the cylinder head 23 have a good balance in appearance because the inclination angle can be reduced.
  • the optimum value of the offset amount e is e 1 , but if it is difficult to match this point in terms of layout, it is determined from e 2 and e 3 described later (5).
  • the range of the equation By setting the range of the equation, the increase in the blow-by amount Q loss can be suppressed to the minimum.
  • e 2 is an offset amount for which the following equation holds.
  • e 2 is an offset amount in which the swing angle of the bottom dead center and the absolute value of the swing angle (FIG. 4 (D)) which is the minimum value in the compression step are substantially equal to each other.
  • being substantially equal includes the case of being equal.
  • e 3 is an offset amount for which the following equation holds.
  • e 3 is equal to the crank radius r (crankshaft eccentricity).
  • the compressor body 1 is assumed to be a non-lubricating type that does not use lubricating oil to lubricate the sliding parts, and the piston is made of resin with excellent wear resistance.
  • this configuration can also be applied to the refueling type. In this case, it is advisable to lubricate the sliding surface by interposing a lubricating oil film between the cylinder 22 and the outer spherical surface 33a of the piston by splash lubrication or the like.
  • the piston 33 can be made of aluminum integrally with the connecting rod 32, for example, and the number of parts and the assembly man-hours can be reduced.
  • FIG. 8A shows a configuration example of the piston connecting rod in the second embodiment.
  • FIG. 8B shows a configuration example of the same component in the first embodiment for comparison.
  • Example 1 In the configuration shown in Example 1, there are design restrictions on the arrangement and shape of the parts of the compressor body, and if the offset amount of the cylinder 22 cannot be sufficiently taken, the effect is inevitably diminished. Such restrictions are likely to occur especially when parts are shared with other products.
  • Example 1 the piston ring 34 was arranged so as to be orthogonal to the straight line 27 connecting the center 33d of the piston and the center of the connecting rod large end bearing 31.
  • the piston ring 34 is not orthogonal to the straight line 27 and is tilted by a certain offset angle ⁇ .
  • the tilt change of the piston ring 34 during one rotation of the crankshaft 24 can be offset by ⁇ . Therefore, if the compressor body is tilted in the direction opposite to the rotation direction (clockwise if the compressor body is counterclockwise), even if the offset amount of the cylinder 22 is zero, in the compression process. The inclination of the piston ring 34 can be reduced, and deterioration of the sealing performance can be prevented.
  • the offset amount e of the cylinder 22 and the offset angle ⁇ of the piston ring 34 can be set in combination, and the cylinder 22 is offset within the allowable range of the design constraint, and the piston ring 34 is offset by the shortage. You can use it to make it.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the piston 33 in the third embodiment.
  • the upper surface of the piston 33 is parallel to the valve plate 26 at the top dead center, and it seems that the gap volume is the smallest at first glance.
  • the highest points of the left and right corners reach a height slightly exceeding the position at the top dead center.
  • the upper surface of the piston 33 is inclined to the left and right in a chevron shape at the top dead center, that is, the upper surface of the piston 33 is the crankcase of the valve plate 26 at the top dead center (FIG. Is omitted) It has a convex shape toward the side surface.
  • the outer line of the upper surface of the piston 33 in the first embodiment is shown by a broken line as 33e.
  • FIG. 10A is a diagram showing a case where the right end of the upper surface of the piston 33 in the third embodiment is at the highest point.
  • FIG. 10B is a diagram showing a case where the piston 33 in the third embodiment is at the top dead center.
  • FIG. 10C is a diagram showing a case where the left end of the upper surface of the piston 33 in the third embodiment is at the highest point.
  • FIGS. 10A and 10C With such a shape, as shown in FIGS. 10A and 10C, interference at the timing when the upper left and right corners of the piston 33 reach the highest point before and after top dead center is avoided, and as shown in FIG. 10B. In addition, the gap volume at top dead center can be further reduced.

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Abstract

圧縮機は、シリンダ内を往復動するピストンと、シリンダの端部を閉鎖するバルブプレートと、ピストンを支持するコンロッドと、コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースを有し、ピストンは、クランクシャフトの回転に応じてシリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、シリンダの内径の中心軸は、クランクシャフトの回転中心軸に対し、オフセット量eだけずらした位置に配置されており、ピストンの上面は、ピストンが上死点にある状態において、バルブプレートのクランクケース側の面と略平行になる。

Description

圧縮機
 本発明は、圧縮機に関する。
 従来、流体を圧縮する往復動圧縮機においては、たとえば特許文献1および特許文献2に示されるように、シリンダの中心軸をクランクシャフトの回転中心に対してあるオフセット量だけずらして配置する技術が知られている。
実用新案登録第3174674号 特開2004-92638
 特許文献1および特許文献2の技術を適用し、シリンダのオフセット配置を行うと、上死点における揺動角がゼロではなくなるため隙間容積が増大し、圧縮機の体積効率が悪化するという致命的な問題がある。
 特許文献1は、その図13に示されるように、ガス圧縮作用面の平面中心(特許文献1の図6におけるF)とコンロッド大端部軸受の中心を結ぶ線分、すなわちコンロッドの長手方向軸が、シリンダの内径中心軸と平行になるクランク角度において、ピストン上面とバルブプレートのクランクケース側の面が平行になるように構成することで隙間容積低減を行っている。
 しかし、図13は上死点ではない。そのため図13においてピストン上面とバルブプレートのクランクケース側の面が平行になっても、図13の状態から、上死点の状態に移行すると、ピストン上面とバルブプレートのクランクケース側の面は干渉する可能性があり、また隙間容積低減の効果も十分ではない。
 また、特許文献2の図6は、後述するクランク角度が0度の場合を示しており、その場合に、ピストン上面とバルブプレートのクランクケース側の面が平行になるようにしている。このような構成では、特許文献2は、特許文献1と同様に、上死点の状態に移行すると、ピストン上面とバルブプレートのクランクケース側の面は干渉する可能性があり、また隙間容積低減の効果も十分ではない。
 本発明の目的は、ピストンとバルブプレートとの干渉を防ぎ、隙間容積の増大を抑制することにある。
 本発明の好ましい一例は、シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの端部を閉鎖するバルブプレートと、前記ピストンを支持するコンロッドと、前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、前記クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースを有し、
前記ピストンは、前記クランクシャフトの回転に応じて前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、
前記シリンダの内径の中心軸は、前記クランクシャフトの回転中心軸に対し、オフセット量eだけずらした位置に配置されており、
前記ピストンの上面は、前記ピストンが上死点にある状態において、前記バルブプレートの前記クランクケース側の面と略平行になる圧縮機である。
 本発明によれば、ピストンとバルブプレートの干渉を防ぎ、隙間容積の増大を抑制することが可能となる。
実施例1における圧縮機全体の構成例を示す図である。 実施例1における圧縮機本体の内部構成を示す図である。 リップリングを用いた揺動ピストン構造を示す図である。 ピストンリングを用いた揺動ピストン構造を示す図である。 実施例1におけるピストンリングを用いた揺動ピストン構造を示す図である。 実施例1における揺動ピストン構造を示す図である。 実施例1における揺動ピストンの動作を示す図である。 上死点におけるピストン33の状態を示す圧縮機本体の内部構成図である。 バルブプレートの下面を傾斜させる変形例を示す図である。 シリンダ内周面の中心軸を傾斜させた状態で配置した圧縮機本体の内部構成を示す図である。 一般的な往復動圧縮機における揺動角・シリンダ内圧とクランク角度の関係を示す図である。 実施例1における圧縮機のシリンダオフセット量とブローバイ量の関係を示す図である。 実施例2におけるピストン・コンロッドの構成を示す図である。 比較のための実施例1におけるピストン・コンロッドの構成を示す図である。 実施例3におけるピストンの構成を示す図である。 実施例3におけるピストンの上面右端が最高点にある場合を示す図である。 実施例3におけるピストンが上死点にある場合を示す図である。 実施例3におけるピストンの上面左端が最高点にある場合を示す図である。
 以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
 図1は、実施例1における圧縮機の概略図を示す。また、図2は図1における圧縮機本体1の内部構造を示す。
 図1に示す圧縮機は、圧縮機本体1と、それを駆動する電動機2と、圧縮機本体1が吐出す流体を貯留するためのタンク3からなっている。圧縮機本体1は流体を圧縮するものであり、その内部構造は図2に示すように、クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケース21と、クランクケース21から鉛直方向に突出するひとつのシリンダ22と、このシリンダ22の上部を閉鎖するバルブプレート26と、シリンダヘッド23と、クランクケース21の中央に回転可能に支持されたクランクシャフト24とを有している。
 圧縮機本体1は、クランクケース21内のクランクシャフト24が回転することで、コンロッド32の端部に回転力を与え、シリンダ22内に設置されたピストン33が鉛直方向に往復動し、その結果としてシリンダ外部から流体を吸引し圧縮して吐出する。
 なお、図1および図2では説明簡略化のため、圧縮機形状はピストン・シリンダを1対しか持たない1気筒1段圧縮機としているが、クランクシャフトに対して直列あるいは放射状に複数のピストン・シリンダを有する圧縮機もある。
 圧縮機本体1は、クランクシャフト24を電動機2の回転軸と平行に配置した状態でタンク3上に配置して固定されており、クランクシャフト24には圧縮機プーリ4が、電動機軸には電動機プーリ5が固定されている。圧縮機本体1に付設された圧縮機プーリ4は羽根を有しており、その回転にともない冷却風を圧縮機本体1に向けて発生させることで、圧縮機本体1の放熱を促す。
 圧縮機プーリ4および電動機プーリ5には、圧縮機プーリ4および電動機プーリ5の間で動力を伝達するための伝動ベルト6が巻回されている。これにより、電動機2の回転にしたがって、電動機プーリ5、伝動ベルト6および圧縮機プーリ4を介して圧縮機本体1のクランクシャフト24が回転駆動されて、圧縮機本体1が流体を圧縮する。
 このとき、クランクシャフト24の回転方向は反時計周りであり、またクランクシャフト24の回転中心とコンロッド32の大端部軸受31の中心を結ぶ線分、すなわちクランクアームが図の真上を向いた状態を0度と定義する。このクランク角度は、クランクアームとシリンダ内径22aの中心軸が平行になる状態でもある。
 なお、図1では説明簡略化のため、圧縮機本体1は電動機2と伝動ベルト6を介して接続された構成としているが、圧縮機本体1のクランクシャフト24と電動機2の回転軸をカップリングなどの結合手段を用いて直接接合することで、両者を一体化した圧縮機もある。
 図2におけるピストン周辺構造について説明する。本図のピストン33は、ピストンがコンロッド32と一体で構成された揺動ピストン方式である。この方式では、クランクシャフト24の回転にともない、ピストン33がシリンダ22内を揺動しながら往復動する。
 この揺動ピストン方式には、主なシールリング構造として図3Aに示すようにシリンダの内周面(シリンダ内径)22aに接するリップリング36をピストン33が備えている場合と、図3Bに示すようにシリンダの内周面(シリンダ内径)22aに接するピストンリング37をピストン33が備える場合がある。ここで、図3Bの下の図のA-A断面を、図3Bの上の図に示している。揺動方向シリンダギャップ38と主軸方向のシリンダギャッップ39a、39bがピストン33とシリンダ内径22aとの間に生じる。
 各々のシールリング方式において、揺動角が大きくなるにともない以下のような問題が生じる。
 <リップリング>
 リップ部分36aがシリンダ内径22aに接する際の繰り返しの折り曲げ応力が増加し、R部根元近辺に疲労破損を生じる。
 <ピストンリング>
 A.リップリング36のようにピストン33のガイドをする部品がないため、ピストン33の上下端角部がシリンダ内径(シリンダ内周面)22aに干渉する危険性が生じる。干渉を回避するために下端角部に逃げを設けると、ガス荷重を受けたピストンリング37を支えるリング溝下面の面積が減少するため、揺動方向シリンダギャップ38が拡大しピストンリングがその隙間に落ち込む変形を生じる。
  B.揺動方向シリンダギャップ38に対し、ピストンリングが落ち込む変形を生じる。
  C.リップリングと比べ肉厚で剛性が高いため、揺動時のシリンダ内径22aに対する追従性が悪く、シール性能が低下しブローバイ損失が増加する。
 前記したようなリップリングの問題点や、ピストンリングのAからCの問題点を解決するため、本実施例では、図3Cに示すような揺動ピストンを用いる。図3Cにおいて、ピストン33はコンロッド32とは別部品で構成され、ピストン33はコンロッド32と往復動方向にネジ35で締結(固定)されている。またピストン33の外周面33aは球面になっている。ピストン33はコンロッド32と一体化されていてもよい。
 シールリングとしてはピストンリング34を用いており、ピストンリング34はピストン33に設けられたリング溝33bに対してある隙間をもって嵌合している。なお、ピストンリングおよびリング溝を用いずに図3Dのように構成してもよい。
 圧縮機本体1が摺動部の潤滑に油を使用しないオイルフリー式であるとすると、ピストン33の材質は、耐摩耗性に優れる樹脂によって構成する。これによって、ピストン外周面33aがシリンダ内周面22aと直接に摺動することが可能になる。
 また、図2におけるシリンダ内周面22aの中心軸22bの延長線は、クランクシャフト24の回転中心24aに対して反負荷側(図の右方向)へ距離eだけオフセットされている。クランクシャフト24の回転軸がシリンダ内径の中心軸とは交差しないような構成とすることで、このオフセットが生じる圧縮機本体の構成となっている。
  このときのオフセット量eにおいて以下の関係式が成立している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここでβは揺動角である。添え字のTDC、Lminは各々上死点における揺動角と圧縮工程における極小値である揺動角を表している。なお、各々の揺動角に対してオフセット量eは次式のように関係している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ここでθはクランク角度、添え字のTDC、Lminは各々上死点におけるクランク角度と圧縮工程における極小値であるクランク角度を表している。rはクランク半径、Lはコンロッドの長さであり、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心を結ぶ線分の長さである。
 つまり(1)式~(3)式は、上死点におけるコンロッドの揺動角と、圧縮工程におけるコンロッドの揺動角の極小値(図4(D))の絶対値とが略等しくなるように、オフセット量eを決定していることを表している。ここで、略等しくなるというのは等しい場合も含む。
 図4に本実施例における圧縮機本体1のクランクシャフト24が一回転する間の状態図を模式的に示す。
 図4(A)は、クランク角度0度の場合における、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27、ピストン33の上面33c、クランクシャフト24の回転中心24aの位置関係を示す図である。この場合には、後述するように、ピストン33の上面33cは、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27に対して直交していない。
 図4(B)は、クランク角度90度の場合における、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27、ピストン33の上面33c、クランクシャフト24の回転中心24aの位置関係を示す図である。この場合には、揺動角は極大になる。
 図4(C)は、下死点における、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27、ピストン33の上面33c、クランクシャフト24の回転中心24aの位置関係を示す図である。
 図4(D)は、クランク角度270度の場合における、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27、ピストン33の上面33c、クランクシャフト24の回転中心24aの位置関係を示す図である。この場合には、揺動角は極小になる。
 図4(E)は、上死点における、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27、ピストン33の上面33c、クランクシャフト24の回転中心24aの位置関係を示す図である。
 下死点においては、クランク角度は、180度よりやや少ない角度である。
  上死点においては、クランク角度は、360度よりやや少ない、355度程度の角度である。
 揺動角は、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心33dを結んだ線分27と、シリンダ内径の中心軸との間の角度をいう。
 また、図5Aに上死点におけるピストン33の状態を示す。図に示すとおり、ピストン33の上面33cもしくはバルブプレート26の下面は、コンロッド大端部軸受31の中心とピストン外周球面33aの中心を結んだ線分27に対して直交していない。
 このためピストン上面33cは、クランク角度0度の状態においてバルブプレート26の下面に対しても非平行である。
 ピストン33の上面33cとバルブプレート26の下面は、ピストン外周球面33aの中心点がクランクシャフトの回転中心24aから最も離れる上死点の状態において、互いに平行になるように設計されている。
 本実施例によれば、以下のようなメリットがある。
 ピストン33とバルブプレート26の干渉を防ぎ、隙間容積の増大を抑制することが可能となる。
 ピストン外周球面33aが直接にシリンダ内周面22aと摺動可能となることで、シリンダ22に対するピストン33の干渉を許容できる。また、揺動角が大きくなってもピストン33の上下端角部はシリンダ内周面22aに当たらないので、角当たりによる摩耗や摩擦損失を防止できる。
 さらに図3Dについて考えると、ピストン外周球面33aはシリンダ22の中心軸に直交する面上で常に接しているか、隙間を微小に維持することができる。これにより、ピストン外周球面33a自体が圧縮室のシールを行うことが可能となり、またそのシール性能は揺動角に影響されないという大きなメリットがある。
 ただし、組み立て作業性および後述するピストン33の熱膨張や圧縮室内圧力による潰れ変形分を考慮すると、ピストン外周球面33aとシリンダ内周面22aの間には、常温初期状態で微小な隙間を設けることが望ましい。この場合は、図3Cのようにピストンリング34を設ければ、この隙間をシールすることができる。
 このとき、本実施例ではシリンダ内周面の中心軸22bをクランクシャフトの回転中心24aに対して反負荷側へ最適量eだけオフセット配置していることで、圧縮工程におけるピストンリング34の傾きを抑制し、シール性能の悪化を防止することが可能となる。この効果について、以下に詳細を説明する。
 図6は、一般的なクランク角度と揺動角の関係、およびクランク角度とシリンダ内圧の関係を示している。ピストンリング34のシール性能は、揺動角の絶対値が大きくなるほど悪化する。圧縮工程における揺動角の極小値βLminを小さくするためにオフセット量を増加させると、逆に上死点での揺動角βTDCは増加する傾向がある。
 ピストンリング34から漏れ出すブローバイ損失の量は、シリンダ22の内圧が高いほど多くなるため、当然揺動角が極小となるクランク角度270度(3/2π)よりも、上死点の方がシール性能に対して影響が大きい。このため、オフセット量の適正値は、これら2つの揺動角のバランスによって決定する必要がある。
 図7は、このオフセット量eとブローバイ量Qlossの関係をシミュレーションした結果を示す。図より、ブローバイ量Qlossはオフセット量e=e、すなわち(1)式が成立する条件の近傍において最小となることが分かる。このオフセット量に対して、本実施例のピストン構造を組み合わせることによってブローバイ量を最小化する。すなわちピストンリングのシール性能悪化を最大限防止することが可能となる。
 また、図5Aに示すとおり上死点においてピストン上面33cとバルブプレート26の下面が平行になるため、隙間容積を最小化することが可能となり、圧縮機本体1の理論体積効率を向上させることも可能となる。図5Aでは、シリンダ内径(シリンダ内周面)22aの中心軸は鉛直方向を向いた配置の圧縮機の構成を示す。
 本実施例では、ピストン上面33cを傾斜させることでこの状態を作り出しているが、当然図5Bのようにバルブプレート26の下面(クランクケース側の面)を傾斜させることによっても同様の状態を作り出すことができる。ピストン33の製造方法によっては、この図5Bの形状の方が加工費を低減できるメリットがある。
 さらに本実施例において、説明を簡単にするため常にシリンダ内周面22aの中心軸は図の鉛直方向を向くように描いているが、たとえば図5Cは、シリンダ内径(シリンダ内周面)22aの中心軸を傾斜させた状態で配置した圧縮機本体の内部構成を示す図である。図5Cに示した構成でも同様の効果が得られる。この状態は図5Bと比べると、バルブプレート26とシリンダヘッド23の傾斜角が低減できる分だけ外観的にもバランスが良いというメリットがある。
 なお、図7によればオフセット量eの最適値はeであるが、この点に一致させることがレイアウト上困難であるような場合には、後述するeとeから定まる(5)式の範囲とすることでブローバイ量Qlossの増加を最小限に抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  ただし、eは次式が成立するオフセット量である。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ここで、添え字のBDCは下死点を表している。すなわち、eは下死点の揺動角と圧縮工程における極小値となる揺動角(図4(D))の絶対値が略等しくなるオフセット量である。ここで、略等しくなるというのは等しい場合も含む。
 このオフセット量とすることで、クランクシャフト24が1回転する間において、圧縮工程の途中における揺動角を抑制することが可能となる。また、eは次式が成立するオフセット量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 すなわち、eはクランク半径r(クランクシャフト偏心量)に等しい。このオフセット量とすることで、クランクシャフト24が1回転する間において、シリンダ22の内圧が圧縮機の運転圧力に達する瞬間のコンロッド32をシリンダ内周面22aの中心軸に対してほぼ平行とすることができ、圧縮工程の途中における揺動角を抑制することが可能となる。
 さらに、圧縮機本体1は摺動部の潤滑に潤滑油を使用しない無給油式を想定し、ピストンを耐摩耗性に優れる樹脂によって構成するものとしている。しかし本構成は給油式にも適用可能である。この場合、シリンダ22とピストン外周球面33aの間にはねかけ給油などで潤滑油膜を介在させ、摺動面の潤滑を行うとよい。本構成では、ピストン33をたとえばコンロッド32と一体のアルミで構成することも可能となり、部品点数および組み立て工数を削減することができる。
 実施例2では、実施例1に示したシリンダ22のオフセットを行わずとも、類似の効果を出すことができる構成について説明する。
 図8Aは実施例2におけるピストン・コンロッドの構成例を示す。
  なお、図8Bは比較のために実施例1における同部品の構成例を示す。
 実施例1に示した構成では、圧縮機本体の部品配置や形状に設計的制約があり、シリンダ22のオフセット量を十分にとれない場合、必然的にその効果も目減りしてしまう。このような制約は、特に他製品との部品共用化などがある場合に生じやすい。
 実施例1では、ピストンリング34をピストンの中心33dとコンロッド大端部軸受31の中心を結んだ直線27に対し、直交するよう配置していた。
 これに対して本実施例では、ピストンリング34を直線27に対して直交させず、あるオフセット角度ψだけ傾くようにしている。
 これにより、クランクシャフト24が一回転する間のピストンリング34の傾き変化をψだけオフセットさせることができる。したがって、圧縮機本体の回転方向と逆方向(圧縮機本体が反時計回りであれば、時計回り)に傾斜させれば、たとえシリンダ22のオフセット量がゼロの状態であっても、圧縮工程におけるピストンリング34の傾きを低減することが可能となり、シール性能の悪化を防止できる。
 なお、シリンダ22のオフセット量eとピストンリング34のオフセット角度ψは、組み合わせて設定することが可能であり、設計的制約の許容範囲でシリンダ22をオフセットし、不足する分はピストンリング34をオフセットさせるという使い方ができる。
 ただし、各々ピストンリング34の傾き変化に与える影響が若干異なるほか、以下に記すようなメリット・デメリットがある。
 シリンダ22をオフセットした場合、ピストン33およびコンロッド32のピストン側より構成される往復動部品の往復動慣性力が最大となる上死点において、その慣性力のベクトルとクランクシャフト24のバランスウエイトの遠心力のベクトルにずれが生じる。このため、圧縮機本体回転時の振動が原理的に悪化してしまう問題がある。
 ピストンリング34をオフセットさせた場合、上記の問題は生じない。しかし一方で、ピストンリング34がコンロッド32に対して直交しなくなるため、ピストンリング34が受ける圧縮ガス荷重の一部は、ピストン33をシリンダ内周面22aに押し付けるように働くようになる。したがって、摩擦損失やピストントップ摩耗量の増加を招く。
 実施例3では、実施例1に対し、さらに上死点におけるピストン33とバルブプレート26の間の隙間容積を低減可能な構成について説明する。
 図9は実施例3におけるピストン33の構成例を示す。
  実施例1に示した構成では、ピストン33の上面が上死点においてバルブプレート26に対し平行となっており、一見隙間容積が最も小さいように見える。しかしこの上死点の前後の動きに着目すると、ピストン33がバルブプレート26に対して傾斜したとき、その左右角部の最高点が上死点における位置をわずかに超える高さに達する。
 したがって、ピストン33とバルブプレート26の干渉を避けるためには、この差分だけ往復動方向にあらかじめ隙間を設けておく必要がある。この差分はシリンダ22の内径サイズが大きくなるほど広くなり、結果として隙間容積の増大を招くことになる。
 そこで本実施例では、図9に示すとおり、上死点においてピストン33の上面が左右に山形に傾斜した構成、つまり上死点にある状態においてピストン33の上面がバルブプレート26のクランクケース(図は省略)側の面に向けた凸形状となっている。なお、比較のため実施例1におけるピストン33の上面外形線を33eとして破線で示している。
 図10Aは実施例3におけるピストン33の上面右端が最高点にある場合を示す図である。図10Bは実施例3におけるピストン33が上死点にある場合を示す図である。図10Cは実施例3におけるピストン33の上面左端が最高点にある場合を示す図である。
 このような形状とすることで、図10Aおよび図10Cに示すように、上死点前後においてピストン33の上面左右角部が最高点に達するタイミングでの干渉を回避し、かつ図10Bに示すように、上死点における隙間容積をさらに低減することが可能となる。
1  圧縮機本体
21 クランクケース
22 シリンダ
24 クランクシャフト
32 コンロッド
33 ピストン

Claims (16)

  1. シリンダ内を往復動するピストンと、
    前記シリンダの端部を閉鎖するバルブプレートと、
    前記ピストンを支持するコンロッドと、
    前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、
    前記クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースを有し、
    前記ピストンは、
    前記クランクシャフトの回転に応じて前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、
    前記シリンダの内径の中心軸は、
    前記クランクシャフトの回転中心軸に対し、オフセット量eだけずらした位置に配置されており、
    前記ピストンの上面は、前記ピストンが上死点にある状態において、前記バルブプレートの前記クランクケース側の面と略平行になることを特徴とする圧縮機。
  2. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記クランクシャフトの回転中心とコンロッド大端部の中心を結ぶ線分が前記シリンダの内径の中心軸と平行になるクランク角度において、
    前記ピストンの上面、あるいは前記バルブプレートの前記クランクケース側の面は、前記シリンダの内径の中心軸に直交していないことを特徴とする圧縮機。
  3. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記クランクシャフトの回転軸が前記シリンダの内径中心軸とは交差しないことを特徴とする圧縮機。
  4. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記ピストンは、前記コンロッドに対して固定あるいは一体化されることを特徴とする圧縮機。
  5. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記シリンダの内径の中心軸は鉛直方向を向いた配置であることを特徴とする圧縮機。
  6. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記バルブプレートの前記クランクケース側の面を傾斜させることを特徴とする圧縮機。
  7. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記シリンダの内径の中心軸を傾斜させて配置したことを特徴とする圧縮機。
  8. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記オフセット量eは、
    前記ピストンが上死点にある状態における前記コンロッドの揺動角が、圧縮工程における前記コンロッドの揺動角の極値と絶対値が略一致するオフセット量e1に設定されていることを特徴とする圧縮機。
  9. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記オフセット量eは、
    前記ピストンが下死点にある状態における前記コンロッドの揺動角が、圧縮工程における前記コンロッドの揺動角の極値と絶対値が略一致するオフセット量e2以上であり、前記クランクシャフトの偏心量以下であることを特徴とする圧縮機。
  10. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記ピストンは、前記シリンダの内周面に接するリップリングを備えることを特徴とする圧縮機。
  11. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記ピストンは、前記シリンダの内周面に接するピストンリングを備えることを特徴とする圧縮機。
  12. 請求項11に記載の圧縮機において、
    前記ピストンと前記コンロッドはネジで締結されることを特徴とする圧縮機。
  13. 請求項1に記載の圧縮機において、
    前記クランクシャフトに固定した圧縮機プーリと、
    電動機に固定した電動機プーリと、
    前記圧縮機プーリと前記電動機プーリとの間で動力を伝達する伝動ベルトとを有することを特徴とする圧縮機。
  14. シリンダ内を往復動するピストンと、
    前記シリンダの端部を閉鎖するバルブプレートと、
    前記ピストンを支持するコンロッドと、
    前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、
    前記クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースを有し、
    前記ピストンは、
    前記クランクシャフトの回転に応じて前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、
    前記ピストンは、前記シリンダの内周面に接するピストンリングを備えており、
    前記ピストンリングは、前記ピストンの揺動運動の中心点と、前記コンロッドの大端部中心を結ぶ直線と直交する平面に対し、傾斜していることを特徴とする圧縮機。
  15. 請求項14に記載の圧縮機において、
    前記ピストンリングは、前記コンロッドの大端部中心を結ぶ直線と直交する平面に対し、前記クランクシャフトの回転方向とは逆方向に傾斜していることを特徴とする圧縮機。
  16. シリンダ内を往復動するピストンと、
    前記シリンダの端部を閉鎖するバルブプレートと、
    前記ピストンを支持するコンロッドと、
    前記コンロッドの端部に回転力を与えるクランクシャフトと、
    前記クランクシャフトを回転可能に支持するクランクケースを有し、
    前記ピストンは、
    前記クランクシャフトの回転に応じて前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動ピストンであって、
    前記ピストンの上面は、前記ピストンが上死点にある状態において、前記バルブプレートの前記クランクケース側の面に向けた凸形状となっていることを特徴とする圧縮機。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176040A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 株式会社日立産機システム 圧縮機

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208368A (ja) * 1994-01-20 1995-08-08 Tokico Ltd ピストン揺動式圧縮機
JPH1089253A (ja) * 1996-06-28 1998-04-07 Thomas Ind Inc ワッブル型ピストン・シリンダ装置
JP2001271744A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Denso Corp エアコンプレッサ
JP2004092638A (ja) 2002-08-31 2004-03-25 Continental Ag 低減された全高を有するガス状媒体のための往復ピストン圧縮機
JP2008196341A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Daikin Ind Ltd 揺動ピストン式往復動圧縮機
JP3174674U (ja) 2012-01-20 2012-03-29 文三 周 コンプレッサ
JP2014126001A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Life Industry Kk コンプレッサ装置
JP3206366U (ja) * 2016-04-06 2016-09-15 東莞瑞柯電子科技股▲ふん▼有限公司Dongguan Richtek Electronics Co.,Ltd. 自然吸気ピストン及びシリンダー
JP2016531228A (ja) * 2013-09-24 2016-10-06 イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド 圧縮機
JP2016537559A (ja) * 2013-08-30 2016-12-01 ドングァン リヒテック エレクトロニクス カンパニー リミテッド 流体シリンダー

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998006945A1 (fr) * 1996-08-09 1998-02-19 Wabco France Procede et dispositif de regulation de la pression d'un circuit de fluide et pompe a piston a cet effet
EP1616098A4 (en) * 2003-04-22 2011-04-27 Conrader R Co AIR COMPRESSORS WITH INTAKE MANAGEMENT MECHANISM AND AUTOMATIC INTAKE MANAGEMENT MECHANISM
TWI235790B (en) * 2004-02-29 2005-07-11 Wen-Shan Chou Miniature simple air filling device
US9353736B1 (en) * 2005-11-21 2016-05-31 Saverio Scalzi Modular radial compressor
CN101900098B (zh) * 2009-05-27 2015-06-24 株式会社日立产机系统 往复运动压缩机
CN101737297A (zh) * 2010-01-16 2010-06-16 浙江鸿友压缩机制造有限公司 往复活塞式无油空气压缩机
TWI531721B (zh) * 2011-01-25 2016-05-01 周文三 空氣壓縮機

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208368A (ja) * 1994-01-20 1995-08-08 Tokico Ltd ピストン揺動式圧縮機
JPH1089253A (ja) * 1996-06-28 1998-04-07 Thomas Ind Inc ワッブル型ピストン・シリンダ装置
JP2001271744A (ja) * 2000-03-24 2001-10-05 Denso Corp エアコンプレッサ
JP2004092638A (ja) 2002-08-31 2004-03-25 Continental Ag 低減された全高を有するガス状媒体のための往復ピストン圧縮機
JP2008196341A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Daikin Ind Ltd 揺動ピストン式往復動圧縮機
JP3174674U (ja) 2012-01-20 2012-03-29 文三 周 コンプレッサ
JP2014126001A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Life Industry Kk コンプレッサ装置
JP2016537559A (ja) * 2013-08-30 2016-12-01 ドングァン リヒテック エレクトロニクス カンパニー リミテッド 流体シリンダー
JP2016531228A (ja) * 2013-09-24 2016-10-06 イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド 圧縮機
JP3206366U (ja) * 2016-04-06 2016-09-15 東莞瑞柯電子科技股▲ふん▼有限公司Dongguan Richtek Electronics Co.,Ltd. 自然吸気ピストン及びシリンダー

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4039976A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023176040A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 株式会社日立産機システム 圧縮機

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