圧縮機
【課題】ピストンヘッドに吸気用のフラップ弁が設けられた往復動ピストン式の圧縮機において、消費電力の低減を図る。
【解決手段】圧縮機Ｘは、ハウジング１と、ハウジング１内に収容されたピストンヘッド２３と、モータによって旋回させられる偏心軸２２と、偏心軸２２の旋回運動をシリンダ１３内におけるピストンヘッド２３の揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッド２１と、を備える。ハウジング１内の空間は、ピストンヘッド２３を境界として吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとに分離され、ピストンヘッド２３は、ピストンヘッド２３とシリンダ１３との間をシールするシールリング２３３と、吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとを連通させる通気路２３４と、吸気室１Ａから圧縮室１Ｂへの通気を許容するように通気路２３４の一端に設けたフラップ弁２３５と、を有する。フラップ弁２３５は、モータの出力軸３１と略直交する面内に沿って揺動する。
【解決手段】圧縮機Ｘは、ハウジング１と、ハウジング１内に収容されたピストンヘッド２３と、モータによって旋回させられる偏心軸２２と、偏心軸２２の旋回運動をシリンダ１３内におけるピストンヘッド２３の揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッド２１と、を備える。ハウジング１内の空間は、ピストンヘッド２３を境界として吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとに分離され、ピストンヘッド２３は、ピストンヘッド２３とシリンダ１３との間をシールするシールリング２３３と、吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとを連通させる通気路２３４と、吸気室１Ａから圧縮室１Ｂへの通気を許容するように通気路２３４の一端に設けたフラップ弁２３５と、を有する。フラップ弁２３５は、モータの出力軸３１と略直交する面内に沿って揺動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気などのガスを圧縮するための圧縮機に関し、特にシリンダ内を往復動するピストンヘッドを備えたガス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、医療用途の酸素濃縮装置に使用されるガス圧縮機は、主として病院や家庭で使用されることから、駆動時に静寂であることが望まれる。また、携帯用の酸素濃縮装置に使用されるガス圧縮機については、持ち運び易さの観点から小型であることが望まれており、また、バッテリ駆動であることから、消費電力の低減が求められている。ガス圧縮機に関する技術は、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたガス圧縮機は、同文献の図１〜図９等に表れているように、シリンダ（２４）を有するハウジング（１４）内にピストン（２７）が収容されて構成された、いわゆる往復動ピストン式の圧縮機である。ピストン（２７）は、ピストンロッドおよびピストンヘッド（４８）を備えており、ピストンロッドの下端（一端）はベアリング（軸受１０８）を介して偏心軸（偏心器９４）に回転可能に連結され、ピストンロッドの上端（他端）はピストンヘッドに直結されている。特許文献１の図５、図６Ａ〜図６Ｃ、図９等から理解されるように、ピストンヘッドの外周には、このピストンヘッドとシリンダの内面との間をシールするためのシールリングが装着されており、このシールリングは、リング状部材を圧入することによってピストンヘッドに挟持固定されている。偏心軸は、たとえばモータ（１６）の出力軸（主軸１００）にビス止めにより固定されている。かかる構成により、モータが駆動すると、偏心軸がモータの出力軸周りに旋回させられる。この偏心軸の旋回運動により、シールリングがシリンダ内面を摺動しながら、ピストンヘッドは、シリンダ内において揺動をともないつつ往復動させられる。
【０００４】
ハウジング内の空間は、ピストンヘッドを境界として、下側の吸気室と上側の圧縮室とに分離されている。ハウジングの底部には、上記吸気室に通じる吸気口（ポート４４）が設けられている。特許文献１の圧縮機では、ピストンヘッドには、吸気室と圧縮室とを連通させる通気路と、この通気路の上端を開閉させる吸気用のフラップ弁（４６ａ）とが設けられ、吸気室から圧縮室への通気が許容されるようになっている。シリンダの上部には、シリンダヘッドにより押圧された仕切板（弁板２８）が設けられており、この仕切板、シリンダ、およびピストンヘッドによって圧縮室が規定される。仕切板には、排気口とこの排気口の上端を開閉させる排気用の弁（２８ａ）が設けられ、圧縮室からシリンダヘッド側への通気が許容されるようになっている。
【０００５】
特許文献１に開示されたガス圧縮機においては、ピストンヘッドに吸気用のフラップ弁が設けられているため、たとえばシリンダヘッド等に吸気弁および排気弁を並べて設ける場合に比べて、これら弁設置のためのスペースを実質的に削減することができ、圧縮機全体の小型化に適している。
【０００６】
上記特許文献１に記載された圧縮機においては、同文献の図５、図６Ａ〜図６Ｃ、図９等から理解されるように、ピストンヘッドに設けられたフラップ弁は、モータの出力軸と略平行な方向に沿って延びている。これにより、フラップ弁の開閉作動時には、当該フラップ弁は、出力軸と略平行な直線を含む所定の面内に沿って揺動する。一方、モータの駆動時には、偏心軸がモータの出力軸周りに旋回することにより、ピストンヘッドは、モータの出力軸と略平行な軸周りに揺動する。したがって、シリンダ内でのピストンヘッドの往復動によりフラップ弁が開閉作動する際には、本願の図１４に概略を示すように、フラップ弁９１の揺動面Ｓは、シリンダ９２の軸方向に対して傾斜している。しかしながら、このようにフラップ弁９１の揺動面Ｓがシリンダ９２の軸方向に対して傾斜した構成では、フラップ弁９１が開く際に、通気路を通過したガス（たとえば空気）によるフラップ弁９１への押圧力が、当該フラップ弁９１を捻る力に費やされてしまう。このようにフラップ弁９１の開閉時に無駄なエネルギーが使われると、結果として消費電力の増加を招き、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３２２４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ピストンヘッドにシールリングおよび吸気用のフラップ弁が設けられた往復動ピストン式の圧縮機において、消費電力の低減を図るのに適した圧縮機を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
【００１０】
本発明によって提供される圧縮機は、シリンダが形成されたハウジングと、上記ハウジング内に収容されて往復動可能なピストンヘッドと、モータによって旋回させられる偏心軸と、上記偏心軸に一端が連結され、他端が上記ピストンヘッドに直結され、上記偏心軸の旋回運動を上記シリンダ内における上記ピストンヘッドの揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッドと、を備え、上記ハウジング内の空間は、上記ピストンヘッドを境界として、吸気口に通じる吸気室と、排気口に通じる圧縮室とに分離されており、上記ピストンヘッドは、このピストンヘッドと上記シリンダの内面との間をシールするシールリングと、上記吸気室と上記圧縮室とを連通させる通気路と、上記圧縮室から上記吸気室への通気を阻止し、上記吸気室から上記圧縮室への通気を許容するように上記通気路の一端に設けたフラップ弁と、を有している、圧縮機であって、上記フラップ弁は、上記モータの出力軸と略直交する面内に沿って揺動するように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記フラップ弁は、上記シリンダの軸方向視において上記ピストンヘッドの中心を通って上記モータの出力軸と略直交する方向に延びており、上記通気路の一端は、上記ピストンヘッドの径方向の周縁近傍に位置する。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記ピストンヘッドは、上記ピストンロッドの他端が直結された第１部分と、この第１部分に着脱可能に取り付けられた第２部分とを備え、上記シールリングは、上記第１部分と第２部分とによって挟持されており、上記フラップ弁は、上記第２部分に設けられている。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記第２部分は、上記シリンダの軸方向視における上記フラップ弁を挟んだ両側の部位において、ビスによって上記第１部分に取り付けられている。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る圧縮機の一例を示す全体斜視図である。
【図２】図１に示す圧縮機の分解斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】ピストンの斜視図である。
【図６】ピストンの分解斜視図である。
【図７】（ａ）は、ピストンヘッドの第２部分を裏返した状態の斜視図であり、（ｂ）は、ピストンヘッドの第２部分を裏返した状態の平面図である。
【図８】図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】一部の部材（第２部分を含む）を取り外した状態の平面図である。
【図１０】図１に示す圧縮機の組み立て手順を説明するための図である。
【図１１】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１２】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１３】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１４】従来の圧縮機の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧縮機Ｘは、ハウジング１と、このハウジング内に収容されたピストン２と、ピストン２を往復駆動させるためのモータ３とを、備え、往復動ピストン式のガス圧縮機として構成されたものである。
【００１８】
ハウジング１は、ケース本体１１と、側面カバー１２と、円筒状のシリンダ１３と、仕切板１４と、シリンダヘッド１５とを備えている。図３によく表れているように、ケース本体１１は、後述するピストンヘッド２３を収容しており、側面と上部とのそれぞれに開口部１１１，１１２を有し、他の側面にモータ取付孔１１３を有する。側面カバー１２は、ケース本体１１の開口部１１１に芯合わせ状態で嵌合しており、開口部１１１を閉塞している。側面カバー１２は、ボルト締結によってケース本体１１に固定されている。側面カバー１２の下部には、吸気ポート１２１（吸気口）が設けられている。
【００１９】
ケース本体１１の他の側面には、モータ３が芯合わせ状態で取り付けられている。モータ３はモータケース４に覆われており、モータ３の出力軸３１がモータ取付孔１１３からケース本体１１内に臨む姿勢でモータ３およびモータケース４がボルト締結によってケース本体１１に固定されている。なお、出力軸３１の先端は、ベアリング１６を介して側面カバー１２に支持されている。
【００２０】
シリンダ１３は、その基端がケース本体１１の開口部１１２に芯合わせ状態で嵌合しており、シリンダ１３の内面が後述するシールリング２３３の摺動面となっている。シリンダ１３の内径寸法は、たとえば３０ｍｍ程度である。
【００２１】
仕切板１４は、概略円盤状とされており、シリンダ１３の先端（上部）に取り付けられている。シリンダヘッド１５は、仕切板１４の上部に取り付けられている。シリンダヘッド１５には、排気ポート１５１が設けられている。
【００２２】
図３に表れているように、ケース本体１１と側面カバー１２との間、ケース本体１１とシリンダ１３との間、シリンダ１３と仕切板１４との間、仕切板１４とシリンダヘッド１５との間、およびケース本体１１とモータ３との間には、それぞれＯリングが介装されている。これにより、ハウジング１の内部空間は、吸気ポート１２１および排気ポート１５１を除いて外部空間に対する気密性が保持されている。また、図３、図４、図１１〜図１３に表れているように、ハウジング１内の空間は、ピストンヘッド２３を境界として、下側（シリンダ１３の基端側）に位置する吸気室１Ａと、上側（シリンダ１３の先端側）に位置する圧縮室１Ｂとに分離されている。吸気室１Ａは、ケース本体１１、シリンダ１３、およびピストンヘッド２３によって規定されており、圧縮室１Ｂは、仕切板１４、シリンダ１３、およびピストンヘッド２３によって規定されている。
【００２３】
図３〜図６に表れているように、ピストン２は、ピストンロッド２１と、偏心軸２２と、ピストンヘッド２３とを備えて構成されている。ピストンロッド２１の下端は、リング状部２１１とされている。
【００２４】
偏心軸２２は、リング状部２１１に嵌入させられる偏心コア２２１と、この偏心コア２２１につながるバランサ２２２とを有している。偏心コア２２１およびバランサ２２２は、互いの中心位置がずれた円柱状とされている。上記のリング状部２１１にはベアリング２４が圧入され、このベアリング２４に偏心コア２２１が圧入されている。これにより、リング状部２１１（ピストンロッド２１）は、ベアリング２４を介して偏心軸２２に回転可能に連結されている。
【００２５】
偏心コア２２１およびバランサ２２２には、モータ３の出力軸３１を嵌挿させるための軸孔２２ａが形成されている。軸孔２２ａは、偏心コア２２１の中心に対して偏倚しており、また、バランサ２２２の中心に対して偏倚している。軸孔２２ａが偏心コア２２１の中心に対して偏倚する方向と、軸孔２２ａがバランサ２２２の中心に対して偏倚する方向とは、正反対である。バランサ２２２には、軸孔２２ａから径方向に沿って外周面まで通じるネジ孔２２ｂが形成されている。このネジ孔２２ｂにセットビス２５をねじ込むことにより、偏心軸２２はモータ３の出力軸３１に固定される。
【００２６】
ピストンヘッド２３は、第１部分２３１および第２部分２３２と、シールリング２３３と、通気路２３４と、吸気用のフラップ弁２３５とを備えて構成されている。
【００２７】
第１部分２３１は、シリンダ１３の内径寸法よりも小さい外径寸法をもった概略円盤状とされており、ピストンロッド２１の上端に直結されている。第１部分２３１は、その外周部から立ち上がる起立壁２３１ａを有している。詳細は後述するが、起立壁２３１ａの内側の板状部には、２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと、ビス取付用の２つのネジ穴２３１ｄと、位置決め穴２３１ｅとが形成されている。
【００２８】
第２部分２３２は、シリンダ１３の内径寸法よりも小さい外径寸法をもった概略円盤状とされており、薄板状の外縁部２３２ａと、この外縁部２３２ａの内側に形成され、ピストンヘッド２３の軸方向に膨出する膨出部２３２ｂとを有する（図７参照）。詳細は後述するが、第２部分２３２には、第２貫通孔２３２ｃと、２つのビス用孔２３２ｄと、位置決め突起２３２ｅとが形成されている。また、図７に表れているように、膨出部２３２ｂには、二股状の溝２３２ｆが形成されている。
【００２９】
図３および図４から理解されるように、第２部分２３２は、膨出部２３２ｂが第１部分２３１の起立壁２３１ａの内側に嵌まり込んだ状態で、２つのビス２６によって第１部分２３１に取り付けられている。図３に表れているように、上記２つのビス２６は、ピストンヘッド２３の中心を挟んで、モータ３の出力軸と略平行な所定の径方向（第１の径方向）に離間する部位に取り付けられている。このようなビス止めによって、第２部分２３２は、第１部分２３１に対して着脱可能に取り付けられている。
【００３０】
シールリング２３３は、ピストンヘッド２３とシリンダ１３の内面との間をシールするものであり、たとえばシリコン樹脂などの自己潤滑性に優れた材料からなる。図３および図４によく表れているように、シールリング２３３は、第１部分２３１と第２部分２３２とによって挟持されている。より詳細には、シールリング２３３の内寄り部が第１部分２３１の起立壁２３１ａと第２部分２３２の外縁部２３２ａとに挟まれる一方、外寄り部が第１および第２部分２３１，２３２の径方向外方に張り出してシリンダ１３の内面に摺接している。
【００３１】
通気路２３４は、吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとを連通させるものであり、図３、図４、図８および図９から理解されるように、第１部分２３１に設けられた２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと、第２部分２３２に設けられた第２貫通孔２３２ｃと、連絡路２３４ａとを有して構成されている。なお、図８において、第２貫通孔２３２ｃを仮想線で表す。また、図９は、シリンダヘッド１５、仕切板１４、第２部分２３２およびシールリング２３３を取り外した状態を示す平面図であり、同図において、連絡路２３４ａ、第２貫通孔２３２ｃ、およびフラップ弁２３５の位置を仮想線で表している。
【００３２】
図９に表れているように、上記２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃは、シリンダ１３の軸方向視においてピストンロッド２１を挟んでモータ３の出力軸方向に離間した両側の部位に設けられている。なお、図９から理解されるように、シリンダ１３の軸方向視において、一方の第１貫通孔２３１ｂがピストンヘッド２３の中心からモータ３の出力軸方向に偏倚する距離と、バランサ２２２（偏心軸２２）に設けられたネジ孔２２ｂがピストンヘッド２３の中心からモータ３の出力軸方向に偏倚する距離とは、略同一である。
【００３３】
第２貫通孔２３２ｃは、シリンダ１３の軸方向視において第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと異なる位置に設けられている。第２貫通孔２３２ｃは、ピストンヘッド２３の径方向の周縁近傍に位置している。第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃおよび第２貫通孔２３２ｃの寸法の一例を挙げあると、第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃは直径４ｍｍ程度、第２貫通孔２３２ｃは直径６ｍｍ程度である。
【００３４】
図８および図９に表れているように、連絡路２３４ａは、各第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと第２貫通孔２３２ｃのそれぞれに通じており、第２部分２３２に形成された溝２３２ｆ（図７参照）により構成されている。図３および図４から理解されるように、連絡路２３４ａは、第２部分２３２の膨出部２３２ｂの先端と第１部分２３１の板状部とが当接することにより形成されている。連絡路２３４ａは、２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃに通じる複数の分岐路２３４ｂ，２３４ｃと、第２貫通孔２３２ｃに通じる合流路２３４ｄとを有し、各分岐路２３４ｂ，２３４ｃと合流路２３４ｄとが通じている。
【００３５】
フラップ弁２３５は、ピストンヘッド２３の第２部分２３２に設けられている。フラップ弁２３５は、たとえば一定厚みのバネ鋼によって構成されており、基端側が第２部分２３２の上面にネジ止めされるとともに、自然状態において先端側の弁本体２３５ａが第２貫通孔２３２ｃを閉塞している。図４および図９から理解されるように、フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視において、ピストンヘッド２３の中心を通ってモータ３の出力軸３１と略直交する方向（ピストンヘッド２３の径方向）に延びている。
【００３６】
図３および図４に表れているように、仕切板１４は、シリンダ１３の軸方向に貫通する排気口１４１と、排気口１４１の一端（上端）を開閉する排気用のフラップ弁（以下、排気弁１４２という）とを有している。排気弁１４２は、たとえば一定厚みのバネ鋼によって構成されており、シリンダヘッド１５側（外部）から圧縮室１Ｂへの通気を阻止し、圧縮室１Ｂからシリンダヘッド１５側（外部）への通気が許容されるようになっている。排気弁１４２の上部には、弁押え１４３が設けられている。弁押え１４３は、排気弁１４２の開度を一定範囲に制限するものであり、たとえば薄鋼板からなる。排気弁１４２および弁押え１４３は、これらの基端側が仕切板１４の上面にネジ止めされている。
【００３７】
次に、上記構成の圧縮機Ｘの組み立て手順について説明する。なお、組み立てステップ毎の詳細な図示説明は省略するが、図２および図６の分解斜視図を主に参照することによって以下の説明は理解されよう。
【００３８】
まず、ケース本体１１の開口部１１２を通じて、ピストンロッド２１を挿入する。ここで、ピストンロッド２１のリング状部２１１にはあらかじめ偏心軸２２が連結されている一方、ピストンロッド２１の上端に直結された第１部分２３１には、第２部分２３２が取り付けられていない。
【００３９】
次に、モータ３の出力軸３１を偏心軸２２の軸孔２２ａに嵌挿し、モータ３およびモータケース４をケース本体１１に固定する。次いで、バランサ２２２のネジ孔２２ｂ（第１のネジ孔）にセットビス２５をねじ込み、偏心軸２２を出力軸３１に固定する。ここで、図１０に表れているように、ケース本体１１の開口部１１２に筒状の治具５を挿入する。治具５は、その内面部分が上方に向かうほど縮径するテーパー状とされており、偏心軸２２が出力軸３１に対して回転方向における所定位置にあるとき、ピストンヘッド２３（第１部分２３１）が治具５に当接する。このとき、図９および図１０から理解されるように、第１部分２３１は、モータ３の出力軸方向視において少し傾いており、シリンダ１３の軸方向視において、ネジ孔２２ｂと第１貫通孔２３１ｂとが重なる。したがって、ネジ孔２２ｂへセットビス２５をねじ込む作業は、ケース本体１１の開口部１１２ないし第１部分２３１の第１貫通孔２３１ｂを通じて挿入される工具６（図１０において仮想線で表す）を用いて行うことができ、ケース本体１１にセットビス取付用の開口を別途設ける必要はない。このことは、ハウジング１の気密性を高めるうえで好ましい。
【００４０】
次に、治具５を取り外し、シリンダ１３をケース本体１１の開口部１１２に挿入する。次いで、第１部分２３１に、シールリング２３３、第２部分２３２を順に重ね、第１部分２３１のネジ穴２３１ｄにビス２６を締め付ける。このとき、第２部分２３２の位置決め突起２３２ｅを第１部分２３１の位置決め穴２３１ｅに嵌入させることにより、第１部分２３１に対する第２部分２３２の位置合わせを容易に行うことができる。ここで、第１部分２３１および第２部分２３２によってシールリング２３３が挟持されて、ピストンヘッド２３が組み付けられる。
【００４１】
次に、シリンダ１３の先端に、仕切板１４、シリンダヘッド１５を順に重ね、固定ボルトを、シリンダヘッド１５および仕切板１４のボルト取付用のボス孔に挿通させるとともにケース本体１１に形成されたネジ穴にねじ込む。これにより、仕切板１４およびシリンダヘッド１５は、シリンダ１３を介してケース本体１１に固定される。次に、ケース本体１１に側面カバー１２を取り付け、ケース本体１１の開口部１１１を塞ぐ。このようにして、圧縮機Ｘが組み立てられる。
【００４２】
次に、上記構成の圧縮機Ｘの作用について説明する。
【００４３】
本実施形態の圧縮機Ｘは、たとえば酸素濃縮装置に組み込まれ、酸素濃縮機構部に空気を圧送するのに用いられる。
【００４４】
図４、図１１〜図１３から理解されるように、モータ３の駆動時には、偏心軸２２が出力軸３１周りに旋回し、この偏心軸２２の旋回運動は、ピストンロッド２１を介してピストンヘッド２３の揺動をともなった往復運動として伝達される。ここで、図１１から理解されるように、ピストンヘッド２３が下動する過程においては、圧縮室１Ｂの容積の増加にともなって当該圧縮室１Ｂが減圧され、フラップ弁２３５が開く。このとき、吸気室１Ａ内の空気は、通気路２３４を通じて圧縮室１Ｂ内に導入される。より詳細には、吸気室１Ａ内の空気は、第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃを経て分岐路２３４ｂ，２３４ｃおよび合流路２３４ｄの順に通過し、第２貫通孔２３２ｃを経て圧縮室１Ｂに送り出される。このとき、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に対して傾いた姿勢をとりながら下動する。なお、排気弁１４２は閉じた状態にあり、シリンダヘッド１５側から圧縮室１Ｂへの通気が阻止されている。
【００４５】
図１２に表れているように、ピストンヘッド２３が下死点に到達すると、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に沿った水平姿勢となる。このとき、フラップ弁２３５および排気弁１４２のいずれもが閉じている。
【００４６】
図１３から理解されるように、ピストンヘッド２３が上動する過程においては、圧縮室１Ｂの容積の減少にともなって当該圧縮室１Ｂ内の空気が圧縮される。当該圧縮室１Ｂ内が所定以上の圧力になると、排気弁１４２が開き、圧縮室１Ｂ内の空気は、排気口１４１を通じてシリンダヘッド１５側へ導出され、排気ポート１５１を通じて圧縮機Ｘの外部に送出される。ここで、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に対して傾いた姿勢をとりながら上動する。このとき、フラップ弁２３５は閉じた状態にあり、圧縮室１Ｂから吸気室１Ａへの通気が阻止されている。また、吸気室１Ａの容積の増加にともない、吸気ポート１２１を通じて吸気室１Ａ内に空気が導入される。
【００４７】
そして、ピストンヘッド２３が上死点に到達すると（図４参照）、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に沿った水平姿勢となる。このとき、フラップ弁２３５および排気弁１４２のいずれもが閉じている。このようにして、モータ３を駆動させると、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３内において揺動しつつ往復動する。モータ３の回転数は、たとえば３０００ｒｐｍ程度とされる。
【００４８】
本実施形態の圧縮機Ｘにおいて、図４、図１１〜図１３から理解されるように、フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視においてモータ３の出力軸３１と略直交する面内に沿って揺動する。ピストンヘッド２３の往復動にともなって当該ピストンヘッド２３自体が出力軸３１と略平行な軸周りに揺動するが、図４、図１１〜図１３等から理解されるように、フラップ弁２３５の揺動面は常にシリンダ１３の軸方向に沿っている。そのため、フラップ弁２３５が開く際に、通気路２３４を通過した空気による押圧力が、フラップ弁２３５を開くための力として当該フラップ弁２３５に効率よく作用する。このことは、圧縮機Ｘの消費電力を低減するのに適している。
【００４９】
フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視においてピストンヘッド２３の中心を通って当該ピストンヘッド２３の径方向に延びている。また、フラップ弁２３５の弁本体２３５ａによって塞がれる通気路２３４の一端（第２貫通孔２３２ｃ）は、ピストンヘッド２３の径方向の周縁近傍に位置している。このような構成によれば、ピストンヘッド２３の直径に対して、フラップ弁２３５の長さ（基端から先端までの寸法）を大きく確保することができる。フラップ弁２３５の長さを相対的に大にすると、フラップ弁２３５は相対的に小さな力でも開くようになる。このことは、圧縮機Ｘの消費電力を低減するうえで好ましい。
【００５０】
本実施形態において、ピストンヘッド２３に設けられたシールリング２３３は、ピストンロッド２１の先端に連結された第１部分２３１と、この第１部分２３１に着脱可能に取り付けられた第２部分２３２とによって挟持されている。このため、シールリング２３３を交換する際には、第２部分２３２を第１部分２３１から分離すればシールリング２３３を取り外すことができ、第１部分２３１については偏心軸２２を介してモータ３の出力軸３１に連結された状態のままでよい。したがって、上記構成によれば、シールリング２３３の交換を容易に行うことができる。
【００５１】
また、第２部分２３２は、シリンダ１３の軸方向視におけるフラップ弁２３５を挟んだ両側の部位において、ビス２６を用いて第１部分２３１に取り付けられている。このような２箇所（複数箇所）でのビス止めによれば、第２部分２３２の取り付けおよびシールリング２３３の装着を的確に行うことができる。
【００５２】
フラップ弁２３５は、着脱可能とされた第２部分２３２に設けられている。これにより、シールリング２３３の交換時において、フラップ弁２３５自体を第２部分２３２から取り外す必要がなく、フラップ弁２３５の取り付けにともなう調整等も不要である。このことは、シールリング２３３の交換を容易に行ううえで好ましい。
【００５３】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る圧縮機の各部の具体的な形状や材質なども、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
Ｘ 圧縮機
１ ハウジング
２ ピストン
３ モータ
４ モータケース
５ 治具
６ 工具
１Ａ 吸気室
１Ｂ 圧縮室
１１ ケース本体
１１１，１１２ 開口部
１１３ モータ取付孔
１２ 側面カバー
１２１ 吸気ポート（吸気口）
１３ シリンダ
１４ 仕切板
１４１ 排気口
１４２ 排気弁
１５ シリンダヘッド
１５１ 排気ポート
２１ ピストンロッド
２１１ リング状部
２２ 偏心軸
２２１ 偏心コア
２２２ バランサ
２２ａ 軸孔
２２ｂ ネジ孔
２３ ピストンヘッド
２３１ 第１部分
２３１ｂ，２３１ｃ 第１貫通孔
２３２ 第２部分
２３２ｃ 第２貫通孔
２３３ シールリング
２３４ 通気路
２３４ａ 連絡路
２３４ｂ，２３４ｃ 分岐路
２３４ｄ 合流路
２３５ フラップ弁
３１ 出力軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気などのガスを圧縮するための圧縮機に関し、特にシリンダ内を往復動するピストンヘッドを備えたガス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、医療用途の酸素濃縮装置に使用されるガス圧縮機は、主として病院や家庭で使用されることから、駆動時に静寂であることが望まれる。また、携帯用の酸素濃縮装置に使用されるガス圧縮機については、持ち運び易さの観点から小型であることが望まれており、また、バッテリ駆動であることから、消費電力の低減が求められている。ガス圧縮機に関する技術は、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載されたガス圧縮機は、同文献の図１〜図９等に表れているように、シリンダ（２４）を有するハウジング（１４）内にピストン（２７）が収容されて構成された、いわゆる往復動ピストン式の圧縮機である。ピストン（２７）は、ピストンロッドおよびピストンヘッド（４８）を備えており、ピストンロッドの下端（一端）はベアリング（軸受１０８）を介して偏心軸（偏心器９４）に回転可能に連結され、ピストンロッドの上端（他端）はピストンヘッドに直結されている。特許文献１の図５、図６Ａ〜図６Ｃ、図９等から理解されるように、ピストンヘッドの外周には、このピストンヘッドとシリンダの内面との間をシールするためのシールリングが装着されており、このシールリングは、リング状部材を圧入することによってピストンヘッドに挟持固定されている。偏心軸は、たとえばモータ（１６）の出力軸（主軸１００）にビス止めにより固定されている。かかる構成により、モータが駆動すると、偏心軸がモータの出力軸周りに旋回させられる。この偏心軸の旋回運動により、シールリングがシリンダ内面を摺動しながら、ピストンヘッドは、シリンダ内において揺動をともないつつ往復動させられる。
【０００４】
ハウジング内の空間は、ピストンヘッドを境界として、下側の吸気室と上側の圧縮室とに分離されている。ハウジングの底部には、上記吸気室に通じる吸気口（ポート４４）が設けられている。特許文献１の圧縮機では、ピストンヘッドには、吸気室と圧縮室とを連通させる通気路と、この通気路の上端を開閉させる吸気用のフラップ弁（４６ａ）とが設けられ、吸気室から圧縮室への通気が許容されるようになっている。シリンダの上部には、シリンダヘッドにより押圧された仕切板（弁板２８）が設けられており、この仕切板、シリンダ、およびピストンヘッドによって圧縮室が規定される。仕切板には、排気口とこの排気口の上端を開閉させる排気用の弁（２８ａ）が設けられ、圧縮室からシリンダヘッド側への通気が許容されるようになっている。
【０００５】
特許文献１に開示されたガス圧縮機においては、ピストンヘッドに吸気用のフラップ弁が設けられているため、たとえばシリンダヘッド等に吸気弁および排気弁を並べて設ける場合に比べて、これら弁設置のためのスペースを実質的に削減することができ、圧縮機全体の小型化に適している。
【０００６】
上記特許文献１に記載された圧縮機においては、同文献の図５、図６Ａ〜図６Ｃ、図９等から理解されるように、ピストンヘッドに設けられたフラップ弁は、モータの出力軸と略平行な方向に沿って延びている。これにより、フラップ弁の開閉作動時には、当該フラップ弁は、出力軸と略平行な直線を含む所定の面内に沿って揺動する。一方、モータの駆動時には、偏心軸がモータの出力軸周りに旋回することにより、ピストンヘッドは、モータの出力軸と略平行な軸周りに揺動する。したがって、シリンダ内でのピストンヘッドの往復動によりフラップ弁が開閉作動する際には、本願の図１４に概略を示すように、フラップ弁９１の揺動面Ｓは、シリンダ９２の軸方向に対して傾斜している。しかしながら、このようにフラップ弁９１の揺動面Ｓがシリンダ９２の軸方向に対して傾斜した構成では、フラップ弁９１が開く際に、通気路を通過したガス（たとえば空気）によるフラップ弁９１への押圧力が、当該フラップ弁９１を捻る力に費やされてしまう。このようにフラップ弁９１の開閉時に無駄なエネルギーが使われると、結果として消費電力の増加を招き、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３２２４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ピストンヘッドにシールリングおよび吸気用のフラップ弁が設けられた往復動ピストン式の圧縮機において、消費電力の低減を図るのに適した圧縮機を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
【００１０】
本発明によって提供される圧縮機は、シリンダが形成されたハウジングと、上記ハウジング内に収容されて往復動可能なピストンヘッドと、モータによって旋回させられる偏心軸と、上記偏心軸に一端が連結され、他端が上記ピストンヘッドに直結され、上記偏心軸の旋回運動を上記シリンダ内における上記ピストンヘッドの揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッドと、を備え、上記ハウジング内の空間は、上記ピストンヘッドを境界として、吸気口に通じる吸気室と、排気口に通じる圧縮室とに分離されており、上記ピストンヘッドは、このピストンヘッドと上記シリンダの内面との間をシールするシールリングと、上記吸気室と上記圧縮室とを連通させる通気路と、上記圧縮室から上記吸気室への通気を阻止し、上記吸気室から上記圧縮室への通気を許容するように上記通気路の一端に設けたフラップ弁と、を有している、圧縮機であって、上記フラップ弁は、上記モータの出力軸と略直交する面内に沿って揺動するように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記フラップ弁は、上記シリンダの軸方向視において上記ピストンヘッドの中心を通って上記モータの出力軸と略直交する方向に延びており、上記通気路の一端は、上記ピストンヘッドの径方向の周縁近傍に位置する。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記ピストンヘッドは、上記ピストンロッドの他端が直結された第１部分と、この第１部分に着脱可能に取り付けられた第２部分とを備え、上記シールリングは、上記第１部分と第２部分とによって挟持されており、上記フラップ弁は、上記第２部分に設けられている。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記第２部分は、上記シリンダの軸方向視における上記フラップ弁を挟んだ両側の部位において、ビスによって上記第１部分に取り付けられている。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る圧縮機の一例を示す全体斜視図である。
【図２】図１に示す圧縮機の分解斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】ピストンの斜視図である。
【図６】ピストンの分解斜視図である。
【図７】（ａ）は、ピストンヘッドの第２部分を裏返した状態の斜視図であり、（ｂ）は、ピストンヘッドの第２部分を裏返した状態の平面図である。
【図８】図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】一部の部材（第２部分を含む）を取り外した状態の平面図である。
【図１０】図１に示す圧縮機の組み立て手順を説明するための図である。
【図１１】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１２】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１３】圧縮機の作動時の一状態を示す図４と同様の図である。
【図１４】従来の圧縮機の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図１〜図４に示すように、本実施形態の圧縮機Ｘは、ハウジング１と、このハウジング内に収容されたピストン２と、ピストン２を往復駆動させるためのモータ３とを、備え、往復動ピストン式のガス圧縮機として構成されたものである。
【００１８】
ハウジング１は、ケース本体１１と、側面カバー１２と、円筒状のシリンダ１３と、仕切板１４と、シリンダヘッド１５とを備えている。図３によく表れているように、ケース本体１１は、後述するピストンヘッド２３を収容しており、側面と上部とのそれぞれに開口部１１１，１１２を有し、他の側面にモータ取付孔１１３を有する。側面カバー１２は、ケース本体１１の開口部１１１に芯合わせ状態で嵌合しており、開口部１１１を閉塞している。側面カバー１２は、ボルト締結によってケース本体１１に固定されている。側面カバー１２の下部には、吸気ポート１２１（吸気口）が設けられている。
【００１９】
ケース本体１１の他の側面には、モータ３が芯合わせ状態で取り付けられている。モータ３はモータケース４に覆われており、モータ３の出力軸３１がモータ取付孔１１３からケース本体１１内に臨む姿勢でモータ３およびモータケース４がボルト締結によってケース本体１１に固定されている。なお、出力軸３１の先端は、ベアリング１６を介して側面カバー１２に支持されている。
【００２０】
シリンダ１３は、その基端がケース本体１１の開口部１１２に芯合わせ状態で嵌合しており、シリンダ１３の内面が後述するシールリング２３３の摺動面となっている。シリンダ１３の内径寸法は、たとえば３０ｍｍ程度である。
【００２１】
仕切板１４は、概略円盤状とされており、シリンダ１３の先端（上部）に取り付けられている。シリンダヘッド１５は、仕切板１４の上部に取り付けられている。シリンダヘッド１５には、排気ポート１５１が設けられている。
【００２２】
図３に表れているように、ケース本体１１と側面カバー１２との間、ケース本体１１とシリンダ１３との間、シリンダ１３と仕切板１４との間、仕切板１４とシリンダヘッド１５との間、およびケース本体１１とモータ３との間には、それぞれＯリングが介装されている。これにより、ハウジング１の内部空間は、吸気ポート１２１および排気ポート１５１を除いて外部空間に対する気密性が保持されている。また、図３、図４、図１１〜図１３に表れているように、ハウジング１内の空間は、ピストンヘッド２３を境界として、下側（シリンダ１３の基端側）に位置する吸気室１Ａと、上側（シリンダ１３の先端側）に位置する圧縮室１Ｂとに分離されている。吸気室１Ａは、ケース本体１１、シリンダ１３、およびピストンヘッド２３によって規定されており、圧縮室１Ｂは、仕切板１４、シリンダ１３、およびピストンヘッド２３によって規定されている。
【００２３】
図３〜図６に表れているように、ピストン２は、ピストンロッド２１と、偏心軸２２と、ピストンヘッド２３とを備えて構成されている。ピストンロッド２１の下端は、リング状部２１１とされている。
【００２４】
偏心軸２２は、リング状部２１１に嵌入させられる偏心コア２２１と、この偏心コア２２１につながるバランサ２２２とを有している。偏心コア２２１およびバランサ２２２は、互いの中心位置がずれた円柱状とされている。上記のリング状部２１１にはベアリング２４が圧入され、このベアリング２４に偏心コア２２１が圧入されている。これにより、リング状部２１１（ピストンロッド２１）は、ベアリング２４を介して偏心軸２２に回転可能に連結されている。
【００２５】
偏心コア２２１およびバランサ２２２には、モータ３の出力軸３１を嵌挿させるための軸孔２２ａが形成されている。軸孔２２ａは、偏心コア２２１の中心に対して偏倚しており、また、バランサ２２２の中心に対して偏倚している。軸孔２２ａが偏心コア２２１の中心に対して偏倚する方向と、軸孔２２ａがバランサ２２２の中心に対して偏倚する方向とは、正反対である。バランサ２２２には、軸孔２２ａから径方向に沿って外周面まで通じるネジ孔２２ｂが形成されている。このネジ孔２２ｂにセットビス２５をねじ込むことにより、偏心軸２２はモータ３の出力軸３１に固定される。
【００２６】
ピストンヘッド２３は、第１部分２３１および第２部分２３２と、シールリング２３３と、通気路２３４と、吸気用のフラップ弁２３５とを備えて構成されている。
【００２７】
第１部分２３１は、シリンダ１３の内径寸法よりも小さい外径寸法をもった概略円盤状とされており、ピストンロッド２１の上端に直結されている。第１部分２３１は、その外周部から立ち上がる起立壁２３１ａを有している。詳細は後述するが、起立壁２３１ａの内側の板状部には、２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと、ビス取付用の２つのネジ穴２３１ｄと、位置決め穴２３１ｅとが形成されている。
【００２８】
第２部分２３２は、シリンダ１３の内径寸法よりも小さい外径寸法をもった概略円盤状とされており、薄板状の外縁部２３２ａと、この外縁部２３２ａの内側に形成され、ピストンヘッド２３の軸方向に膨出する膨出部２３２ｂとを有する（図７参照）。詳細は後述するが、第２部分２３２には、第２貫通孔２３２ｃと、２つのビス用孔２３２ｄと、位置決め突起２３２ｅとが形成されている。また、図７に表れているように、膨出部２３２ｂには、二股状の溝２３２ｆが形成されている。
【００２９】
図３および図４から理解されるように、第２部分２３２は、膨出部２３２ｂが第１部分２３１の起立壁２３１ａの内側に嵌まり込んだ状態で、２つのビス２６によって第１部分２３１に取り付けられている。図３に表れているように、上記２つのビス２６は、ピストンヘッド２３の中心を挟んで、モータ３の出力軸と略平行な所定の径方向（第１の径方向）に離間する部位に取り付けられている。このようなビス止めによって、第２部分２３２は、第１部分２３１に対して着脱可能に取り付けられている。
【００３０】
シールリング２３３は、ピストンヘッド２３とシリンダ１３の内面との間をシールするものであり、たとえばシリコン樹脂などの自己潤滑性に優れた材料からなる。図３および図４によく表れているように、シールリング２３３は、第１部分２３１と第２部分２３２とによって挟持されている。より詳細には、シールリング２３３の内寄り部が第１部分２３１の起立壁２３１ａと第２部分２３２の外縁部２３２ａとに挟まれる一方、外寄り部が第１および第２部分２３１，２３２の径方向外方に張り出してシリンダ１３の内面に摺接している。
【００３１】
通気路２３４は、吸気室１Ａと圧縮室１Ｂとを連通させるものであり、図３、図４、図８および図９から理解されるように、第１部分２３１に設けられた２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと、第２部分２３２に設けられた第２貫通孔２３２ｃと、連絡路２３４ａとを有して構成されている。なお、図８において、第２貫通孔２３２ｃを仮想線で表す。また、図９は、シリンダヘッド１５、仕切板１４、第２部分２３２およびシールリング２３３を取り外した状態を示す平面図であり、同図において、連絡路２３４ａ、第２貫通孔２３２ｃ、およびフラップ弁２３５の位置を仮想線で表している。
【００３２】
図９に表れているように、上記２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃは、シリンダ１３の軸方向視においてピストンロッド２１を挟んでモータ３の出力軸方向に離間した両側の部位に設けられている。なお、図９から理解されるように、シリンダ１３の軸方向視において、一方の第１貫通孔２３１ｂがピストンヘッド２３の中心からモータ３の出力軸方向に偏倚する距離と、バランサ２２２（偏心軸２２）に設けられたネジ孔２２ｂがピストンヘッド２３の中心からモータ３の出力軸方向に偏倚する距離とは、略同一である。
【００３３】
第２貫通孔２３２ｃは、シリンダ１３の軸方向視において第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと異なる位置に設けられている。第２貫通孔２３２ｃは、ピストンヘッド２３の径方向の周縁近傍に位置している。第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃおよび第２貫通孔２３２ｃの寸法の一例を挙げあると、第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃは直径４ｍｍ程度、第２貫通孔２３２ｃは直径６ｍｍ程度である。
【００３４】
図８および図９に表れているように、連絡路２３４ａは、各第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃと第２貫通孔２３２ｃのそれぞれに通じており、第２部分２３２に形成された溝２３２ｆ（図７参照）により構成されている。図３および図４から理解されるように、連絡路２３４ａは、第２部分２３２の膨出部２３２ｂの先端と第１部分２３１の板状部とが当接することにより形成されている。連絡路２３４ａは、２つの第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃに通じる複数の分岐路２３４ｂ，２３４ｃと、第２貫通孔２３２ｃに通じる合流路２３４ｄとを有し、各分岐路２３４ｂ，２３４ｃと合流路２３４ｄとが通じている。
【００３５】
フラップ弁２３５は、ピストンヘッド２３の第２部分２３２に設けられている。フラップ弁２３５は、たとえば一定厚みのバネ鋼によって構成されており、基端側が第２部分２３２の上面にネジ止めされるとともに、自然状態において先端側の弁本体２３５ａが第２貫通孔２３２ｃを閉塞している。図４および図９から理解されるように、フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視において、ピストンヘッド２３の中心を通ってモータ３の出力軸３１と略直交する方向（ピストンヘッド２３の径方向）に延びている。
【００３６】
図３および図４に表れているように、仕切板１４は、シリンダ１３の軸方向に貫通する排気口１４１と、排気口１４１の一端（上端）を開閉する排気用のフラップ弁（以下、排気弁１４２という）とを有している。排気弁１４２は、たとえば一定厚みのバネ鋼によって構成されており、シリンダヘッド１５側（外部）から圧縮室１Ｂへの通気を阻止し、圧縮室１Ｂからシリンダヘッド１５側（外部）への通気が許容されるようになっている。排気弁１４２の上部には、弁押え１４３が設けられている。弁押え１４３は、排気弁１４２の開度を一定範囲に制限するものであり、たとえば薄鋼板からなる。排気弁１４２および弁押え１４３は、これらの基端側が仕切板１４の上面にネジ止めされている。
【００３７】
次に、上記構成の圧縮機Ｘの組み立て手順について説明する。なお、組み立てステップ毎の詳細な図示説明は省略するが、図２および図６の分解斜視図を主に参照することによって以下の説明は理解されよう。
【００３８】
まず、ケース本体１１の開口部１１２を通じて、ピストンロッド２１を挿入する。ここで、ピストンロッド２１のリング状部２１１にはあらかじめ偏心軸２２が連結されている一方、ピストンロッド２１の上端に直結された第１部分２３１には、第２部分２３２が取り付けられていない。
【００３９】
次に、モータ３の出力軸３１を偏心軸２２の軸孔２２ａに嵌挿し、モータ３およびモータケース４をケース本体１１に固定する。次いで、バランサ２２２のネジ孔２２ｂ（第１のネジ孔）にセットビス２５をねじ込み、偏心軸２２を出力軸３１に固定する。ここで、図１０に表れているように、ケース本体１１の開口部１１２に筒状の治具５を挿入する。治具５は、その内面部分が上方に向かうほど縮径するテーパー状とされており、偏心軸２２が出力軸３１に対して回転方向における所定位置にあるとき、ピストンヘッド２３（第１部分２３１）が治具５に当接する。このとき、図９および図１０から理解されるように、第１部分２３１は、モータ３の出力軸方向視において少し傾いており、シリンダ１３の軸方向視において、ネジ孔２２ｂと第１貫通孔２３１ｂとが重なる。したがって、ネジ孔２２ｂへセットビス２５をねじ込む作業は、ケース本体１１の開口部１１２ないし第１部分２３１の第１貫通孔２３１ｂを通じて挿入される工具６（図１０において仮想線で表す）を用いて行うことができ、ケース本体１１にセットビス取付用の開口を別途設ける必要はない。このことは、ハウジング１の気密性を高めるうえで好ましい。
【００４０】
次に、治具５を取り外し、シリンダ１３をケース本体１１の開口部１１２に挿入する。次いで、第１部分２３１に、シールリング２３３、第２部分２３２を順に重ね、第１部分２３１のネジ穴２３１ｄにビス２６を締め付ける。このとき、第２部分２３２の位置決め突起２３２ｅを第１部分２３１の位置決め穴２３１ｅに嵌入させることにより、第１部分２３１に対する第２部分２３２の位置合わせを容易に行うことができる。ここで、第１部分２３１および第２部分２３２によってシールリング２３３が挟持されて、ピストンヘッド２３が組み付けられる。
【００４１】
次に、シリンダ１３の先端に、仕切板１４、シリンダヘッド１５を順に重ね、固定ボルトを、シリンダヘッド１５および仕切板１４のボルト取付用のボス孔に挿通させるとともにケース本体１１に形成されたネジ穴にねじ込む。これにより、仕切板１４およびシリンダヘッド１５は、シリンダ１３を介してケース本体１１に固定される。次に、ケース本体１１に側面カバー１２を取り付け、ケース本体１１の開口部１１１を塞ぐ。このようにして、圧縮機Ｘが組み立てられる。
【００４２】
次に、上記構成の圧縮機Ｘの作用について説明する。
【００４３】
本実施形態の圧縮機Ｘは、たとえば酸素濃縮装置に組み込まれ、酸素濃縮機構部に空気を圧送するのに用いられる。
【００４４】
図４、図１１〜図１３から理解されるように、モータ３の駆動時には、偏心軸２２が出力軸３１周りに旋回し、この偏心軸２２の旋回運動は、ピストンロッド２１を介してピストンヘッド２３の揺動をともなった往復運動として伝達される。ここで、図１１から理解されるように、ピストンヘッド２３が下動する過程においては、圧縮室１Ｂの容積の増加にともなって当該圧縮室１Ｂが減圧され、フラップ弁２３５が開く。このとき、吸気室１Ａ内の空気は、通気路２３４を通じて圧縮室１Ｂ内に導入される。より詳細には、吸気室１Ａ内の空気は、第１貫通孔２３１ｂ，２３１ｃを経て分岐路２３４ｂ，２３４ｃおよび合流路２３４ｄの順に通過し、第２貫通孔２３２ｃを経て圧縮室１Ｂに送り出される。このとき、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に対して傾いた姿勢をとりながら下動する。なお、排気弁１４２は閉じた状態にあり、シリンダヘッド１５側から圧縮室１Ｂへの通気が阻止されている。
【００４５】
図１２に表れているように、ピストンヘッド２３が下死点に到達すると、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に沿った水平姿勢となる。このとき、フラップ弁２３５および排気弁１４２のいずれもが閉じている。
【００４６】
図１３から理解されるように、ピストンヘッド２３が上動する過程においては、圧縮室１Ｂの容積の減少にともなって当該圧縮室１Ｂ内の空気が圧縮される。当該圧縮室１Ｂ内が所定以上の圧力になると、排気弁１４２が開き、圧縮室１Ｂ内の空気は、排気口１４１を通じてシリンダヘッド１５側へ導出され、排気ポート１５１を通じて圧縮機Ｘの外部に送出される。ここで、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に対して傾いた姿勢をとりながら上動する。このとき、フラップ弁２３５は閉じた状態にあり、圧縮室１Ｂから吸気室１Ａへの通気が阻止されている。また、吸気室１Ａの容積の増加にともない、吸気ポート１２１を通じて吸気室１Ａ内に空気が導入される。
【００４７】
そして、ピストンヘッド２３が上死点に到達すると（図４参照）、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３の径方向に沿った水平姿勢となる。このとき、フラップ弁２３５および排気弁１４２のいずれもが閉じている。このようにして、モータ３を駆動させると、ピストンヘッド２３は、シリンダ１３内において揺動しつつ往復動する。モータ３の回転数は、たとえば３０００ｒｐｍ程度とされる。
【００４８】
本実施形態の圧縮機Ｘにおいて、図４、図１１〜図１３から理解されるように、フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視においてモータ３の出力軸３１と略直交する面内に沿って揺動する。ピストンヘッド２３の往復動にともなって当該ピストンヘッド２３自体が出力軸３１と略平行な軸周りに揺動するが、図４、図１１〜図１３等から理解されるように、フラップ弁２３５の揺動面は常にシリンダ１３の軸方向に沿っている。そのため、フラップ弁２３５が開く際に、通気路２３４を通過した空気による押圧力が、フラップ弁２３５を開くための力として当該フラップ弁２３５に効率よく作用する。このことは、圧縮機Ｘの消費電力を低減するのに適している。
【００４９】
フラップ弁２３５は、シリンダ１３の軸方向視においてピストンヘッド２３の中心を通って当該ピストンヘッド２３の径方向に延びている。また、フラップ弁２３５の弁本体２３５ａによって塞がれる通気路２３４の一端（第２貫通孔２３２ｃ）は、ピストンヘッド２３の径方向の周縁近傍に位置している。このような構成によれば、ピストンヘッド２３の直径に対して、フラップ弁２３５の長さ（基端から先端までの寸法）を大きく確保することができる。フラップ弁２３５の長さを相対的に大にすると、フラップ弁２３５は相対的に小さな力でも開くようになる。このことは、圧縮機Ｘの消費電力を低減するうえで好ましい。
【００５０】
本実施形態において、ピストンヘッド２３に設けられたシールリング２３３は、ピストンロッド２１の先端に連結された第１部分２３１と、この第１部分２３１に着脱可能に取り付けられた第２部分２３２とによって挟持されている。このため、シールリング２３３を交換する際には、第２部分２３２を第１部分２３１から分離すればシールリング２３３を取り外すことができ、第１部分２３１については偏心軸２２を介してモータ３の出力軸３１に連結された状態のままでよい。したがって、上記構成によれば、シールリング２３３の交換を容易に行うことができる。
【００５１】
また、第２部分２３２は、シリンダ１３の軸方向視におけるフラップ弁２３５を挟んだ両側の部位において、ビス２６を用いて第１部分２３１に取り付けられている。このような２箇所（複数箇所）でのビス止めによれば、第２部分２３２の取り付けおよびシールリング２３３の装着を的確に行うことができる。
【００５２】
フラップ弁２３５は、着脱可能とされた第２部分２３２に設けられている。これにより、シールリング２３３の交換時において、フラップ弁２３５自体を第２部分２３２から取り外す必要がなく、フラップ弁２３５の取り付けにともなう調整等も不要である。このことは、シールリング２３３の交換を容易に行ううえで好ましい。
【００５３】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。本発明に係る圧縮機の各部の具体的な形状や材質なども、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
Ｘ 圧縮機
１ ハウジング
２ ピストン
３ モータ
４ モータケース
５ 治具
６ 工具
１Ａ 吸気室
１Ｂ 圧縮室
１１ ケース本体
１１１，１１２ 開口部
１１３ モータ取付孔
１２ 側面カバー
１２１ 吸気ポート（吸気口）
１３ シリンダ
１４ 仕切板
１４１ 排気口
１４２ 排気弁
１５ シリンダヘッド
１５１ 排気ポート
２１ ピストンロッド
２１１ リング状部
２２ 偏心軸
２２１ 偏心コア
２２２ バランサ
２２ａ 軸孔
２２ｂ ネジ孔
２３ ピストンヘッド
２３１ 第１部分
２３１ｂ，２３１ｃ 第１貫通孔
２３２ 第２部分
２３２ｃ 第２貫通孔
２３３ シールリング
２３４ 通気路
２３４ａ 連絡路
２３４ｂ，２３４ｃ 分岐路
２３４ｄ 合流路
２３５ フラップ弁
３１ 出力軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダが形成されたハウジングと、
上記ハウジング内に収容されて往復動可能なピストンヘッドと、
モータによって旋回させられる偏心軸と、
上記偏心軸に一端が連結され、他端が上記ピストンヘッドに直結され、上記偏心軸の旋回運動を上記シリンダ内における上記ピストンヘッドの揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッドと、を備え、
上記ハウジング内の空間は、上記ピストンヘッドを境界として、吸気口に通じる吸気室と、排気口に通じる圧縮室とに分離されており、
上記ピストンヘッドは、このピストンヘッドと上記シリンダの内面との間をシールするシールリングと、上記吸気室と上記圧縮室とを連通させる通気路と、上記圧縮室から上記吸気室への通気を阻止し、上記吸気室から上記圧縮室への通気を許容するように上記通気路の一端に設けたフラップ弁と、を有している、圧縮機であって、
上記フラップ弁は、上記モータの出力軸と略直交する面内に沿って揺動するように構成されていることを特徴とする、圧縮機。
【請求項２】
上記フラップ弁は、上記シリンダの軸方向視において上記ピストンヘッドの中心を通って上記モータの出力軸と略直交する方向に延びており、
上記通気路の一端は、上記ピストンヘッドの径方向の周縁近傍に位置する、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
上記ピストンヘッドは、上記ピストンロッドの他端が直結された第１部分と、この第１部分に着脱可能に取り付けられた第２部分とを備え、
上記シールリングは、上記第１部分と第２部分とによって挟持されており、
上記フラップ弁は、上記第２部分に設けられている、請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
上記第２部分は、上記シリンダの軸方向視における上記フラップ弁を挟んだ両側の部位において、ビスによって上記第１部分に取り付けられている、請求項３に記載の圧縮機。
【請求項１】
シリンダが形成されたハウジングと、
上記ハウジング内に収容されて往復動可能なピストンヘッドと、
モータによって旋回させられる偏心軸と、
上記偏心軸に一端が連結され、他端が上記ピストンヘッドに直結され、上記偏心軸の旋回運動を上記シリンダ内における上記ピストンヘッドの揺動をともなった往復運動に伝達するピストンロッドと、を備え、
上記ハウジング内の空間は、上記ピストンヘッドを境界として、吸気口に通じる吸気室と、排気口に通じる圧縮室とに分離されており、
上記ピストンヘッドは、このピストンヘッドと上記シリンダの内面との間をシールするシールリングと、上記吸気室と上記圧縮室とを連通させる通気路と、上記圧縮室から上記吸気室への通気を阻止し、上記吸気室から上記圧縮室への通気を許容するように上記通気路の一端に設けたフラップ弁と、を有している、圧縮機であって、
上記フラップ弁は、上記モータの出力軸と略直交する面内に沿って揺動するように構成されていることを特徴とする、圧縮機。
【請求項２】
上記フラップ弁は、上記シリンダの軸方向視において上記ピストンヘッドの中心を通って上記モータの出力軸と略直交する方向に延びており、
上記通気路の一端は、上記ピストンヘッドの径方向の周縁近傍に位置する、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
上記ピストンヘッドは、上記ピストンロッドの他端が直結された第１部分と、この第１部分に着脱可能に取り付けられた第２部分とを備え、
上記シールリングは、上記第１部分と第２部分とによって挟持されており、
上記フラップ弁は、上記第２部分に設けられている、請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
上記第２部分は、上記シリンダの軸方向視における上記フラップ弁を挟んだ両側の部位において、ビスによって上記第１部分に取り付けられている、請求項３に記載の圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２５１４５５（Ｐ２０１２−２５１４５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３２１６（Ｐ２０１１−１２３２１６）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（５９４０４６３２９）ケーピーエス工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（５９４０４６３２９）ケーピーエス工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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