酸素濃縮装置
【課題】コンプレッサに回転運動と往復直線運動を組み合わせたロータリ式シリンダ装置を用いることにより、低振動・低騒音で構造が簡略化でき、消費電力も低減することが可能な酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサ１０５は、駆動軸３３１の軸芯に対して偏芯したクランク軸３０８を中心に回転する偏芯筒体３０３に連繋する直動ピストン３０１，３０２がシリンダ３２１内を往復動することで圧縮空気発生部１０５ａと負圧空気発生部１０５ｂとを交互に形成するロータリ式シリンダ装置３００を備えている。
【解決手段】コンプレッサ１０５は、駆動軸３３１の軸芯に対して偏芯したクランク軸３０８を中心に回転する偏芯筒体３０３に連繋する直動ピストン３０１，３０２がシリンダ３２１内を往復動することで圧縮空気発生部１０５ａと負圧空気発生部１０５ｂとを交互に形成するロータリ式シリンダ装置３００を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃縮装置に関し、より詳細には低振動・低騒音で消費電力を低減させた酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮装置は、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効な酸素吸入法に使用される。この酸素濃縮装置は、空気中の酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いた吸着法が広く使われている。
【０００３】
この種の酸素濃縮装置は、コンプレッサを構成するモータの駆動を制御して原料空気から９０％以上に酸素を濃縮して、鼻カニューレから患者に濃縮酸素を供給することで、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療に供せられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４５４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に酸素濃縮装置に用いられるコンプレッサは、主にモータ駆動によりピストンを揺動させる揺動タイプのポンプが用いられているため、ピストンの揺動による振動や騒音が大きい。このため、呼吸器疾患の患者が自宅や病院等で酸素濃縮装置を近くに置いて使用することを考慮すると、防振対策や防音対策を講じなければならず、装置構造が複雑で大がかりになってしまう。
また、シリンダ内のピストンの往復運動によるエネルギー損失が発生してエネルギー変換効率が低下し易いため、特に患者が家庭に設置して使用する場合には、消費電力が嵩むため、長時間利用するとコスト負担が重くなる。
【０００６】
本発明の目的は、コンプレッサに回転運動と往復運動を組み合わせたロータリ式シリンダ装置を用いることにより、低振動・低騒音で構造が簡略化でき、消費電力も低減することが可能な酸素濃縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記コンプレッサから送り込まれた圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサは、駆動軸の軸芯に対して偏芯したクランク軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記ロータリ式シリンダ装置は、前記駆動軸に連結されるシャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる第１クランク軸と、前記第１クランク軸の軸芯に対して複数の第２仮想クランク軸が偏芯して組み付けられ、当該第１クランク軸を中心に第２仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる前記偏芯筒体と、当該偏芯筒体に各第２仮想クランク軸を中心としてピストンが複数互いに交差して組み付けられたピストン複合体と、前記シャフト周りに組み付けられ、前記第１クランク軸及び前記ピストン複合体を含む前記シャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、前記ピストン複合体の複数のピストンを往復動可能に収容するシリンダが組み付けられた本体ケースと、を具備し、前記シャフトを回転駆動すると、前記第１仮想クランクアームで規定される回転軌道を第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記第２仮想クランクアームで規定される回転軌道を第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該第２仮想クランク軸を中心として前記偏芯筒体に交差して組み付けられた複数のピストンがシリンダ内で往復運動することを特徴とする。
【０００９】
ここで、第１仮想クランクアームとは、シャフトと第１クランク軸の軸芯間距離に相当する部位をいい、クランクアームが省略されていても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランクアームとは、第１クランク軸と第２仮想クランク軸の軸芯間距離に相当する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸芯の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。
【００１０】
また、前記偏芯筒体は、前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれる第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸を軸芯として軸方向に連続して形成された第２筒体を備え、当該第２筒体に前記複数のピストンが交差して回転可能に嵌め込まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ピストン複合体は、前記偏芯筒体に対して複数のピストンが交差部で互いに近接して重なり合うように組み付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記シャフトと第１クランク軸との軸芯間距離ｒを前記第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長とし、前記シャフトの軸芯周りの第１仮想クランクアーム長ｒを半径とする回転軌道上を前記第１クランク軸が回転する際に、当該第１クランク軸を中心とする前記第２仮想クランクアーム長ｒを半径とする仮想円上を前記第２仮想クランク軸が見かけ上回転することにより、当該仮想円の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円の径方向に前記複数のピストンが各々往復動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る酸素濃縮装置は、コンプレッサとしてロータリ式シリンダ装置を備えたことにより、駆動軸の軸芯に対して偏芯して連繋する偏芯筒体が回転運動するのにともない、該偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内で往復運動するので、低振動・低騒音で構造が簡略化できるうえに、駆動軸を中心としてコンプレッサ構成部品が等速回転運動可能に組み付けられているので、損失が少なくエネルギー変換効率を高めて消費電力も低減することができる。
【００１４】
また、第１クランク軸及びピストン複合体を含むシャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトが組み付けられているので、シャフトを中心として第１クランク軸、第１クランク軸を中心としてピストン複合体がピストンの往復動を伴いながら回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができる。したがって、コンプレッサの防振構造を簡略化することが可能になり、酸素濃縮装置の静音化と小型化・軽量化を実現することができる。
【００１５】
加えて、コンプレッサは、クランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略し上述した回転振動を減らすことにより、コンプレッサのマウント構造も簡略化することができる。
【００１６】
更には、複数のピストンを同一平面上で往復動させてピストン複合体を高さ方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができ、コンプレッサの小型化を図ることができる。
よって、可搬性に優れた酸素濃縮装置を提供することができる。
【００１７】
また、シャフトを中心として第１クランク軸が同心円状の回転軌道を描いて回転し、第１クランク軸を中心に第２仮想クランク軸が回転する回転軌跡（内サイクロイド）に沿って複数のピストンが往復動するので、回転バランスがよく低振動で騒音が少ない、効率のよい酸素濃縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図である。
【図２】図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【図３】鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。
【図４】図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。
【図５】（ａ）は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、（ｂ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、（ｃ）は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【図６】（ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、（ｃ）は、図６（ａ）のＸ‐Ｘ線矢視断面図である。
【図７】酸素濃縮装置１の配管図を兼ねたブロック図である。
【図８】酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。
【図９】酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。
【図１０】酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す外観斜視図である。
【図１１】組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。
【図１２】二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。
【図１３】ロータリ式シリンダ装置の斜視図である。
【図１４】図１３のロータリ式シリンダ装置の第１本体ケースを取り外した斜視図である。
【図１５】図１３のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面斜視図である。
【図１６】ロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。
【図１７】シャフトを中心とする第１クランク軸、第２仮想クランク軸の回転運動と複数のクランクアームの往復運動の関係を示す模式原理図である。
【図１８】コンプレッサに応用した第１本体ケースを取り外した平面図、圧縮機のＺ軸方向断面図、交差するピストンを含むＺ軸方向断面図である。
【図１９】第１クランク軸の正面図である。
【図２０】第１バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図２１】第２バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図２２】偏芯筒体の平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２３】第１本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２４】第２本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２５】ピストンの平面図及びＹ軸方向断面図、正面図及び右側面図、底面図である。
【図２６】シリンダの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２７】シリンダシールカップの平面図及びＸ軸方向半断面図である。
【図２８】シール押さえの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２９】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンの平面視した状態図である。
【図３０】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【図３１】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【図３２】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
以下では酸素濃縮装置の一例として総重量が１０〜１５ｋｇ程度の可搬型酸素濃縮装置について述べる。ここで、本発明は総重量が２〜３ｋｇ程度の携帯型酸素濃縮装置や総重量が１５ｋｇを越える酸素濃縮装置など様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになるが、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能である。
【００２０】
＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞
先ず、図１は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の可搬型酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。また、図２は図１に示した可搬型酸素濃縮装置１の背面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、この可搬型酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな一見して小型旅行カバン風の外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に可搬型酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。
【００２２】
また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取手部分となる可搬型酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備えるハンドル４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。
【００２３】
また、この可搬型酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５０ｍｍ×奥行きＤが２５０ｍｍ×高さＨが５５０ｍｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、可搬型酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から可搬型酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すようにハンドル４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュないしクリーム系の色としている。
【００２４】
以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、可搬型酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。
【００２５】
図１において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示を行う酸素流量表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製のカプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。
【００２６】
この操作パネル５は、日本人の標準身長（１６０〜１７０ｃｍ）の患者が起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さ付近に設けられているので、立ったままの姿勢で可搬型酸素濃縮装置１の運転操作を行なうことができる。このため従来の酸素濃縮装置のように逐一座ったり覗き込んだりする必要がなくなる。また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。
【００２７】
なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としてフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしてもよい。
【００２８】
また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。
【００２９】
次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。
【００３０】
また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。ＡＣアダプタケーブル１９ａは、ＡＣアダプタ１９に接続され、ＡＣアダプタ１９はコード１９ｂを介して室内に設けられるコンセントと接続される。
【００３１】
図３は鼻カニューラ１４等の延長チューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。
【００３２】
図４は可搬型酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛する。電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられているので、例えば患者が躓くなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。
【００３３】
また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃの下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプ１２８ｂが設けられている。
【００３４】
そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ，８ｂとして設けられており操作パネル５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ（リットル）から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部９で表示するようにしている。以上のようにして酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ２５ａは、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。また、動作インジケータ２５ｂは、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられている。
【００３５】
以上のように操作パネル５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作を行うようにしている。
【００３６】
図５（ａ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５（ｂ）は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
図５（ａ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしている。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしている。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイドで特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしている。そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしている。また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにしている。こうすることで、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できる。
【００３７】
一方、図３において、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、全てのランプが２秒間緑色に点灯する（初期セルフチェック）。そして、バッテリ駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６（図７参照）に前回の動作条件（酸素流量，同調モードの有無）が記憶される。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうようになっている。尚、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしてもよい。
【００３８】
停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０（図２参照）に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。
【００３９】
図６（ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、図６（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また図６（ｃ）は、図６（ａ）のＸ‐Ｘ線矢視断面図である。先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。
【００４０】
次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている。このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。
【００４１】
図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要最小限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。
【００４２】
遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上は患者が直に使用する構成部分である。
【００４３】
＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞
次に酸素濃縮装置１の具体的な内部構成について図７から図１３を参照して説明する。図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛するとともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。
【００４４】
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮空気発生部１０５ａ（圧縮手段）と負圧空気発生部１０５ｂ（減圧手段）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、吸気口を介して外気を内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００４５】
図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記フィルタ交換用蓋体１７（図６（ｃ）参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４，１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４，１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線参照）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気用バッファタンク１０２とが設けられている。
【００４６】
このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部１０５ａと、負圧空気発生部１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。
【００４７】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００４８】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ）に対して交互に供給される。このため切換弁（３方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に負圧空気発生部１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００４９】
第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やしている。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。
【００５０】
このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００５１】
製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこの酸素流量センサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板２０２を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。
【００５２】
再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部（ＣＰＵ）２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように作動する表示作動部２０４とが図示のように接続されている。また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の電動モータＭ（ＡＣ若しくはＤＣモータ）および送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と揮発メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）２０５と一時記憶装置（例えばＲＡＭ）２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧空気発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための第１負圧破壊弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び負圧回路基板（流量制御部）２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００５３】
均圧工程と同期をとって、第１負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。第２負圧破壊弁１２１は、後述するように、設定酸素流量に応じてオンされて開状態にされる。一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、酸素濃縮装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４，１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂには、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサ１０５からの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。
【００５４】
以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。即ち、騒音発生を伴うコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂと、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ，１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００，２０１と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための負圧回路基板２０２に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は吸気口を介して外気を内部に導入し、排気口３ａ，３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。
【００５５】
次に、図８は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１に二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１，１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ，３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ，４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆが３方から一体成形されている。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂがさらに穿設されている。
【００５６】
次に、二段式防音室３４は、軽量金属板から構成された密閉箱３５内に形成される。図８の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４が固定され、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５が防振状態で配設される。この二段式防音室３４は、図８の手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定することで密閉される。このため、二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。必要に応じて、防音室外部に防音材５１を貼りつけてもよい。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ，３５ａ（破線図示）が各々穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４ｂがラバーブッシュを介して固定孔３６ｈに固定されることにより振動防振機能を持たせている。
【００５７】
また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【００５８】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
【００５９】
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と酸素流量センサ１１６とデマンド弁１１７と負圧回路基板２０２とが固定されている。
【００６０】
以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。
【００６１】
図９は、可搬型酸素濃縮装置１の底蓋４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０には上方の排気用開口部４０ｂに連通する電源室４０１と、内蔵バッテリ２２８を内蔵したバッテリ室４０２と、均等圧弁１０７と吸気バッファタンク１０２の一部を収容した収容室４０３とが隔壁を介して形成されており底蓋４１を固定後にそれぞれが密閉された部屋を構成するようにしている。以上の構成により、上記のように二段式防音室３４に内蔵された消音器１１０（図７参照）を介して排気される過程で排気が破線矢印方向Ｆに分岐して開口部４０ｃから外部に流れるようにして排気音が減衰されるとともに、電源装置２２６の発熱分を排気で冷却できるようにしている。
【００６２】
図１０は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の可搬型酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。この可搬型酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には吸音材５１が敷設（貼付け）されている。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示作動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０，５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。
【００６３】
図１１は、表裏面カバー２，３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２，３をベース体４０に固定するために各カバー２，３を突合せ面２ｐ，３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０，５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、可搬型酸素濃縮装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Medium Density Fiberboard）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。
【００６４】
＜二段式防音室３４の説明＞
次に、図１２はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。コンプレッサ１０５は電動モータＭの駆動軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置３００を備えている。電動モータＭの出力軸３３１に連繋して組み付けられた偏芯筒体３０３に第１，第２ピストン３０１，３０２が交差して組み付けられる。偏芯筒体３０３の回転運動にともなって第１，第２ピストン３０１，３０２が密閉されたシリンダ内で往復移動することで圧縮空気発生部１０５ａと負圧空気発生部１０５ｂとが交互に形成されるようになっている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。
【００６５】
また、互いに交差する１対のピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向への振動することが想定される。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製が良い。
【００６６】
以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が適度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。また、コンプレッサ固定台６１は電動モータＭ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。なお、二段式防音室３４の、特にコンプレッサを収納する防音室内部にも防音材５１ａを設けて防音効果をもたらすことができる。この場合、防音材の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。
【００６７】
次に、コンプレッサに用いられるロータリ式シリンダ装置について図１３〜図２９を参照して説明する。ロータリ式シリンダ装置は、シャフト（駆動軸）３０４の回転運動が第１，第２ピストン３０１，３０２の往復運動に変換されて出力される。
【００６８】
図１３において、第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６とで構成される本体ケース３０７にシャフト３０４（駆動軸）が回転可能に軸支されている。シャフト３０４は、電動モータＭの出力軸５０７に連繋して組み付けられる。
第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６とは、ボルト３０７ａにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。この本体ケース３０７内には、図１５に示すように、第１クランク軸３０８を中心に回転可能な偏芯筒体３０３と該偏芯筒体３０３に組み付けられた第１ピストン３０１及び第２ピストン３０２（以下、これらを「ピストン複合体Ｐ」という；図１４参照）が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００６９】
図１５において、第１クランク軸３０８は、シャフト３０４の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト３０４は、バランスウェイト３０９と一体に形成されている。尚、バランスウェイト３１０側にもシャフトが形成されていてもよい。バランスウェイト３０９，３１０は第１クランク軸３０８の両軸端部に各々嵌め込まれる。図１９において、第１クランク軸３０８の両軸端部には軸方向にスリット３０８ａが各々形成されている。各スリット３０８ａには、第１クランク軸３０８と直交する向きにピン孔３０８ｂが設けられている。ピン孔３０８ｂの孔径は、スリット３０８ａの幅より大きく、スリット３０８ａとピン孔３０８ｂは交差（直交）するように形成されている。また、第１クランク軸３０８の両端外周部には、バランスウェイト３０９，３１０のピン孔３０９ｂ，３１０ｂ（図２０（ａ），図２１（ａ）参照）とピン孔３０８ｂが位置合わせして嵌め込まれるようにＤカット部３０８ｃが形成されている。
【００７０】
図２０及び図２１において、バランスウェイト３０９，３１０の軸部にはボルト孔３０９ａ，３１０ａ及びピン孔３０９ｂ，３１０ｂが各々設けられている。このピン孔３０９ｂ，３１０ｂと第１クランク軸３０８のピン孔３０８ｂ（図１９参照）を連通するように位置合わせしてバランスウェイト３０９，３１０が第１クランク軸３０８に嵌め込まれ、ピン３１１ａを連通するピン孔３０９ｂ，３０８ｂに、ピン３１１ｂを連通するピン孔３１０ｂ，３０８ｂに各々嵌め込む（図１６参照）。そして、ボルト孔３０９ａ，３１０ａにボルト３１２ａ，３１２ｂを各々嵌め込んでスリット３０８ａ及びピン孔３０８ｂの幅を狭めることで、ピン３１１ａ，３１１ｂが抜け止めされてバランスウェイト３０９，３１０が第１クランク軸３０８の両端部に一体に組み付けられる（図１６参照）。
【００７１】
図１５において、バランスウェイト３０９に一体形成されたシャフト３０４は第１軸受部３１３ａにより回転可能に軸支されており、バランスウェイト３１０に形成された軸部３１０ｃは第２軸受部３１３ｂにより回転可能に軸支されている。バランスウェイト３０９，３１０は、例えば扇型形状をしており（図２０（ｂ）（ｃ），図２１（ｂ）（ｃ）参照）、シャフト３０４周りに組み付けられ、後述するように第１クランク軸３０８及びピストン複合体Ｐを含むシャフト３０４を中心とした回転運動の質量バランスをとるために設けられている。
【００７２】
また、図２２（ｂ）に示すように、偏芯筒体３０３は、第１クランク軸３０８の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを有する。本実施形態では、交差するピストンが２本であるため、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂは第１クランク軸３０８を中心として１８０度位相がずれた位置に形成される。
【００７３】
図１５に示すように、第１，第２ピストン３０１，３０２が互いに交差して第１クランク軸３０８を中心に回転する偏芯筒体３０３に組み付けられている。具体的には、図２２（ｂ）において、偏芯筒体３０３は、回転中心となる第１クランク軸３０８が挿通する第１筒体３０３ａと、該第１筒体３０３ａに連続して第２筒体３０３ｂが軸芯方向両側に各々連続して形成されている。第１筒体３０３ａには第１クランク軸３０８が同芯状に嵌め込まれており、偏芯筒体３０３の回転中心となっている。また、第２筒体６ｂの軸芯は、第１クランク軸５の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂと一致するようになっている。図１５に示すように、第２筒体３０３ｂには、外側軸受部３１６ａ，３１６ｂを介して第１，第２ピストン３０１，３０２が交差部で重ね合わせて回転可能に嵌め込まれている。
【００７４】
図２２（ａ）（ｂ）において、第２筒体３０３ｂの内外周部には、軸受保持部３０３ｃ，３０３ｄが各々形成されている。図１５に示すように、軸受保持部３０３ｃには、内側軸受部３１５ａ，３１５ｂが保持されており、軸受保持部３０３ｄには外側軸受部３１６ａ，３１６ｂが各々保持されている。内側軸受部３１５ａ，３１５ｂは第１のクランク軸３０８を回転可能に支持している。また、外側軸受部３１６ａ，３１６ｂは、第１，第２ピストン３０１，３０２が第２円筒部３０３ｂに交差して嵌め込まれたまま回転可能に支持している。
【００７５】
このように、第１，第２ピストン３０１，３０２が、偏芯円筒３０３の第２筒体３０３ｂにピストンどうしが交差（直交）して重なり合うように組み付けられているので、同一平面上で往復動可能に組み付けられている。よって、ピストン複合体Ｐ（図１４参照）を高さ方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができ、省スペースで小型軽量化を図ることができる。
【００７６】
また、図１４に示す第１，第２ピストン３０１，３０２の長手方向両端部に設けられる第１ピストンヘッド部３０１ｃ、第２ピストンヘッド部３０２ｃには、リング状のシールカップ３１７ａ，３１７ｂ（図２７（ａ）（ｂ）参照）、シールカップ押さえ部材３１８ａ，３１８ｂ（図２８（ａ）（ｂ）参照）が各々ボルト３１９により組み付けられている。シールカップ３１７ａ，３１７ｂは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。シールカップ３１７ａ，３１７ｂの外周縁部にはピストン摺動方向に起立部３１７ｃが起立形成されている（図２７（ａ）（ｂ）参照）。コンプレッサや流体回転機などにおいては、起立部１７ｃは第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの摺動方向外側に向けて組み付けられる。
【００７７】
また、図１４及び図１５において、本体ケース３０７（第１本体ケース３０５及び第２本体ケース３０６）の側面部（４面）に設けられた開口部３２０には、シリンダ３２１がボルト３２２により組み付けられている。図１４において、第１，第２ピストン３０１，３０２は、シールカップ３１７ａ，３１７ｂによって、シリンダ３２１の内壁面とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。
【００７８】
図２５（ａ）〜（ｅ）は、第１，第２ピストン３０１，３０２の平面図及びＹ軸方向断面図、正面図及び右側面図、底面図である。第１，第２ピストン３０１，３０２は同形状をしているため、以下では第１ピストン３０１を用いて説明する。第１ピストン３０１に存在する構成は図示しないが第２ピストン３０８にも存在するものとする。
第１ピストン３０１の中央部には、シャフト３０４との干渉を防ぐ逃げ孔３０１ａが設けられている。逃げ孔３０１ａの中心は第２仮想クランク軸３１４ａに相当する。逃げ孔３０１ａの周縁部には、外側軸受部３１６ａを保持する軸受保持部３０１ｂが設けられている（図２５（ｂ）（ｃ）参照）。
【００７９】
また、第１ピストン３０１の長手方向両端には円板状の第１ピストンヘッド部３０１ｃが各々設けられている。この第１ピストンヘッド部３０１ｃには、ボルト孔３０１ｅを有する台座３０１ｄが各々設けられている（図２５（ｄ）参照）。図１６に示すように、第１ピストンヘッド部３０１ｃの両端面に台座３０１ｄが設けられて外周側に形成される段差部３０１ｆにシールカップ３１７ａを重ね合わせ、該シールカップ３１７ａにシールカップ押さえ部材３１８ａを、ボルト孔３１８ｃがボルト孔３０１ｅと位置合わせして重ね合わせる。そして、ボルト３１９をボルト孔３１８ｃ，ボルト孔３０１ｅに嵌め込むことでシールカップ３１７ａがシールカップ押さえ部材３１８ａと第１ピストンヘッド部３０１ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。第２ピストン３０２の第２ピストンヘッド部３０２ｃについても同様にしてシールカップ３１７ｂがシールカップ押さえ部材３１８ｂと第２ピストンヘッド部３０２ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。
【００８０】
図２６（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ３２１は開口部３２１ａの周囲にフランジ部３２１ｂが形成されており、該フランジ部３２１ｂより円筒状のシリンダ胴部３２１ｃが形成されている。第１ピストン３０１，第２ピストン３０２の第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃは、シリンダ胴部３２１ｃ及びフランジ部３２１ｂの内壁面に沿って摺動するように組み付けられる（図１３，図１４参照）。
【００８１】
フランジ部３２１ｂには、ボルト孔３２１ｄが２箇所に設けられている。本体ケース３０７の開口部３２０（図１５参照）にシリンダ胴部３２１ｃを挿入してフランジ部３２１ｂを側面部に重ね合わせる。このとき、ボルト孔３２１ｄは、第１本体ケース３０５のボルト孔３０５ｄ及び第２本体ケース３０２のボルト孔３０２ｄと各々位置合わせされ、ボルト３２２を、ボルト孔３２１ｄ及びボルト孔３０５ｄ若しくはボルト孔３０２ｄと嵌合することにより一体に組み付けられる（図１６参照）。
【００８２】
また、図２６（ａ）（ｂ）において、フランジ部３２１ｂには、複数箇所にボルト孔３２１ｅが設けられている。これは、後述するように、シリンダ３２１に重ね合わせてシリンダヘッドを組み付ける際に、ボルト嵌合用のボルト孔が必要になるためである。
【００８３】
図２３（ａ）（ｂ）において、筐体上の第１本体ケース３０５の側面部（４面）には、第１開口部３２０ａが各々設けられている。第１本体ケース３０５の軸方向端面部には、軸受保持部３０５ａが設けられている。軸受保持部３０５ａには第１軸受部３１３ａが嵌め込まれる（図１５参照）。軸受保持部３０５ａの中央部には、開口部３０５ｂが形成されている。バランスウェイト３０９に一体形成されたシャフト３０４は、軸受保持部３０５ａに保持される第１軸受部３１３ａを挿通し、開口部３０５ｂより本体ケース３０７の外側へ延出して組み付けられる（図１５参照）。また、第１本体ケース３０５の四隅にはボルト３０７ａが各々嵌め込まれるボルト孔３０５ｃが設けられている。また、第１本体ケース３０５の側面部（４面）には、シリンダ３２１を固定するボルト３２２（図１３参照）のボルト孔３０５ｄが設けられている。
【００８４】
図２４（ａ）（ｂ）において、第２本体ケース３０６の側面部（４面）には、第２開口部３２０ｂが設けられており、第２本体ケース３０６の軸方向端面部には、軸受保持部３０６ａが設けられている。軸受保持部３０６ａには、第２軸受部３１３ｂが嵌め込まれる（図１５参照）。軸受保持部３０６ａには、開口部３０６ｂが形成されている。バランスウェイト３１０に一体形成された軸部３１０ｃは、軸受保持部３０６ａに保持される第２軸受部３１３ｂに嵌め込まれる（図１５参照）。また、第２本体ケース３０６の四隅には、第１本体ケース３０５のボルト孔３０５ｃと位置合わせしてボルト３０７ａが嵌め込まれるボルト孔３０６ｃが各々設けられている。また、第２本体ケース３０６の側面部（４面）には、シリンダ３２１を組み付けるボルト３２２（図１３参照）のボルト孔３０６ｄが設けられている。
【００８５】
図１６において、ロータリ式シリンダ装置の組立構成の一例を示す。
偏芯筒体３０３の軸受保持部３０３ｃ（図２２（ａ）（ｂ）参照）に内側軸受部３１５ａ，３１５ｂを組み付ける。また、偏芯筒体３０３の内側軸受部３１５ａ，３１５ｂ、第１円筒体３０３ａ（図２２（ａ）（ｂ）参照）の中心孔に第１クランク軸３０８を嵌め込む（図１５参照）。また、第１，第２ピストン３０１，３０２の第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃに、シールカップ３１７ａ，３１７ｂ及びシールカップ押さえ部材３１８ａ，３１８ｂをボルト３１９にて一体に組み付ける。更に、第１，第２ピストン３０１，３０２の軸受保持部３０１ｂ（図２５（ｃ）参照），軸受保持部３０２ｂ（図示せず）に外側軸受部３１６ａ，３１６ｂが嵌まり込むように組み付ける。そして、上記第１，第２ピストン３０１，３０２を第２円筒部３０３ｂに外側軸受部３１６ａ，３１６ｂを介して交差するように嵌め込む。
【００８６】
また、第１クランク軸３０８の両端部にバランスウェイト３０９，３１０を嵌め込んで、ピン３１１ａ，３１１ｂをピン孔３０８ｂに嵌め込み、ボルト３１２ａ，３１２ｂを締付けてバランスウェイト３０９，３１０を第１クランク軸３０８に一体に組み付ける。また、第１本体ケース３０５の軸受保持部３０５ａに第１軸受部３１３ａ、第２本体ケース３０２の軸受保持部３０２ａに第２軸受部３１３ｂを嵌め込む。そして、第１軸受部３１３ａにシャフト３０４を嵌め込み、第２軸受部３１３ｂにバランスウェイト３１０の軸部３１０ｃを嵌め込むようにして、第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６を組み合わせる。これにより、偏芯筒体３０３とこれに交差して組み付けられた第１，第２ピストン３０１，３０２（ピストントン複合体Ｐ；図１４参照）を本体ケース３０７（図１３参照）内に収容する。そして、ボルト孔３０５ｃとボルト孔３０２ｃを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト３０７ａを嵌め込んで本体ケース３０７（図１３参照）が組み立てられる。最後に、本体ケース３０７の側面（４面）に形成される開口部３２０（図１４，図１５参照）にシリンダ３２１を嵌め込んで、第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃがシリンダ３２１の開口部３２１ａ（図２６（ａ）（ｂ）参照）内に各々摺動可能に嵌め込まれて（図１４参照）、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。
【００８７】
上述のように組み立てられたロータリ式シリンダ装置は、第１，第２ピストン３０１，３０２の外側軸受部３１６ａ，３１６ｂ（第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂ）周りの回転バランス（第１のバランス）、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸３０８周りの回転バランス（第２のバランス）、シャフト３０４周りの構成部品の回転バランス（第３のバランス）が、バランスウェイト３０９，３１０により調整されて組み立てられている。
これにより、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８、第１クランク軸３０８を中心として偏芯筒体３０３及び第１，第２ピストン３０１，３０２を含むピストン複合体Ｐが回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができ、しかも複数ピストンの振動による損失を低減してエネルギー変換効率を高めることができる。
【００８８】
ここで、シャフト３０４を中心とする第１クランク軸３０８、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂの回転運動と複数のピストンの往復運動の関係を図１７（ａ）〜（ｌ）に示す模式構造原理図を参照して説明する。図１７（ａ）〜（ｌ）において、転がり円３２３の中心Ｏはシャフト３０４の軸芯と一致する。また、中心Ｏより偏芯した位置に第１クランク軸３０８が存在し、第１クランク軸３０８の回転に伴い第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが滑らずに回転するものとする。第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの数は、ピストンの数に対応している。
【００８９】
シャフト３０４（中心Ｏ）と第１クランク軸３０８との軸芯間距離ｒを第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長（回転半径）とする。また、シャフト３０４の軸芯（中心Ｏ）周りに第１仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道３３０上を第１クランク軸３０８が回転する。更には、第１クランク軸３０８を中心とする第２仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道（仮想円３２４）上を第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが見かけ上滑らずに回転する。これにより、中心Ｏの周りに仮想円３２４の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円３２３の径方向（内サイクロイド）に沿って第１，第２ピストン３０１，３０２が各々往復動するようになっている。
【００９０】
本実施例では、互いに直交する第１、第２ピストン３０１，３０２が連繋する第２筒体３０３ｂの第２仮想クランク軸を３１４ａ，３１４ｂとして例示するものとする。図１７（ａ）において、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１の交点（下端位置）にあり、第２仮想クランク軸３１４ｂは、転がり円３２３の中心Ｏ（シャフト４の軸芯位置）にある。第１クランク軸３０８は転がり円３２３の中心Ｏから半径ｒの位置にあるものとする。
【００９１】
第１クランク軸３０８が転がり円３２３の中心Ｏの周りに反時計回り方向に１回転する場合について説明する。仮想円３２４は時計回り方向に転がり円３２３の内周に沿って滑らずに回転するものとする。図１７（ａ）〜（ｌ）は第１クランク軸３０８が３０度ずつ変位した状態を示している。
【００９２】
第１クランク軸３０８が図１７（ａ）の位置から反時計回り方向に９０度回転すると図１７（ｄ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３の直径Ｒ１上を中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは直径Ｒ１と直交する直径Ｒ２と転がり円３２３との交点（右端位置）まで移動する。
【００９３】
第１クランク軸３０８が図１７（ｄ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ｇ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１との交点（上端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の中心Ｏへ移動する。
【００９４】
第１クランク軸３０８が図１７（ｇ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ｊ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３の中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３と直径Ｒ２との交点（左端位置）へ移動する。
【００９５】
第１クランク軸３０８が図１７（ｊ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ａ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１との交点（下端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の中心Ｏへ移動する。
【００９６】
以上のように、第１クランク軸３０８が中心Ｏ（シャフト３０４）の周りに回転すると、第２仮想クランク軸３１４ａは仮想円３２４の転がり軌跡（内サイクロイド）である転がり円３２３の直径Ｒ１上を往復移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の直径Ｒ２上を往復移動する。
【００９７】
即ち、シャフト３０４の軸芯（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの回転軌道３３０に沿った第１クランク軸３０８及びピストン複合体Ｐ（図１４参照）の回転移動に伴い、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを軸芯に有する第２円筒部３０３ｂにおいて偏芯筒体３０３と連繋する第１ピストン３０１が半径２ｒの転がり円３２３（シャフト３０４の軸芯を中心とする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第２ピストン３０２が半径２ｒの転がり円３２３（シャフト３０４の軸芯を中心とする同心円）の直径Ｒ２上で往復動を繰り返すことになる。
【００９８】
図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃを収納するシリンダ３２１に、第１，第２シリンダヘッド３２５，３２６をボルト孔３２１ｅ（図２６（ａ）（ｂ）参照）を用いて第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃに対向して組み付けることで、シリンダ室３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄが形成され、各シリンダ室３２７ａ〜３２７ｄに各々連通する流体の吸込み口３２８と送出口３２９が各々形成される。
【００９９】
よって、電動モータＭによってシャフト３０４を回転駆動すると、シャフト３０４を中心に第１クランク軸３０８が回転し、該第１クランク軸３０８を中心に偏芯円筒３０３が回転し、第１ピストン３０１と第２ピストン３０２はシャフト３０４を中心とする同心円の径方向に各々往復動する。このとき、各シリンダ室３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄにおいて吸込み口３２８より空気を吸込み、送出口３２９より圧縮空気を送り出す動作が行なわれる。
【０１００】
図２９乃至図３２は、シャフト３０４の回転位置と第１，第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃの往復動位置との関係を例示するものである。
図２９は原点位置、図３０は原点位置より９０度回転した位置、図３１は原点位置より１８０度回転した位置、図３２は原点位置より２７０度回転した位置を示す。図２９から図３０において、第１ピストン３０１は平面視で上方向に移動しており、第２ピストン３０２は平面視で右方向に移動している。シリンダ室３２７ａ，３２７ｃ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれ、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｄ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出しが行なわれる。図３０から図３１において、第１ピストン３０１が平面視で上方向に移動しており、第２ピストン３０２が平面視で左方向に移動し始めているため、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｃ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出し行なわれ、シリンダ室３２７ａ，３２７ｄ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれる。図３１から図３２において、第１ピストン３０１が平面視で下方向に移動し始め、第２ピストン３０２が平面視で左方向に移動しているため、シリンダ室３２７ａ，３２７ｃ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出し行なわれ、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｄ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれる。
【０１０１】
尚、第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃの形状は真円である必要はなく、例えば角型であってもよい。
【０１０２】
また、２ピストンを備えたロータリーシリンダ装置について説明したが、３以上のピストンを備えていてもよい。例えば３ピストン設ける場合には、図１７（ａ）の仮想円３２４において、第１クランク軸３０８を回転中心として１２０度ずつ位相を異ならせて第２仮想クランク軸が配置されるように組み付けることも可能である。
【０１０３】
また、本実施形態では、第１，第２ピストン３０１，３０８が同一平面上（Ｘ−Ｙ平面上）で往復動可能に偏芯筒体３０３に組み付けられていたが、偏芯筒体３０３を複数に分割する必要はあるが、複数のピストンを高さ方向（Ｚ軸方向）に異なる位置に交差するように配置することも可能である。
また、第１，第２ピストン３０１，３０２は直交するように配置したが、これに限定されるものではなく、第１クランク軸３０８を中心として例えば位相差が６０度等に配置することも可能である。
【０１０４】
以上説明したように、シャフト３０４を回転駆動すると、第１クランク軸３０８が回転し当該第１クランク軸３０８を中心に偏芯円筒３０３が回転することで、第２仮想クランクアームで規定される回転軌道（内サイクロイド）を第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが見かけ上滑らずに回転し、当該第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを中心として偏芯筒体３０３に交差して組み付けられた第１，第２ピストン３０１，３０２がシャフト３０４を中心とする同心円の径方向に各々往復運動する。
よって、シャフト３０４を中心としてコンプレッサ構成部品が等速回転運動可能に組み付けられているので、損失が少なくエネルギー変換効率を高めて消費電力を低減することができる。
【０１０５】
また、第１，第２ピストン３０１，３０２の外側軸受部３１６ａ，３１６ｂ（第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂ）周りの回転バランス（第１のバランス）、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸３０８周りの回転バランス（第２のバランス）、シャフト３０４周りの構成部品の回転バランス（第３のバランス）が、バランスウェイト３０９，３１０により調整されているので、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８、第１クランク軸３０８を中心としてピストン複合体Ｐが複数のピストン３０１，３０２の往復動を伴いながら回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができる。したがって、コンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５（図８参照）の構造も簡略化することが可能になり、かつ二段式防音室３４内部に設けられる防音材５１も必要最小限で足りるため、酸素濃縮装置１の構造を簡略化して小型化軽量化に寄与することができる。
【０１０６】
また、クランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略し、上述した回転振動を減らすことにより、コンプレッサ１０５のマウント構造も簡略化することができる。例えば、図１２において、コンプレッサ１０５は二段式防音室３４内においてコンプレッサ固定台６１で上下から挟むように固定されてコイルバネ６２により振動を効率的に吸収できるようになっているが、この防振作用をするコイルバネ６２をバネ定数の小さい簡略化した構造にすることが可能となる。
【０１０７】
また、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８が同心円状の回転軌道を描いて回転し、第１クランク軸３０８を中心に第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが回転する回転軌跡（内サイクロイド）に沿って複数のピストン３０１，３０２が往復動するので、回転バランスがよく低振動で騒音が少ない、効率のよい酸素濃縮装置１を提供することができる。
【０１０８】
尚、コンプレッサ１０５の駆動源として用いた電動モータＭは、直流モータでも交流モータであってもいずれでもよい。また、誘導モータであっても、同期モータであってもいずれでもよい。
例えば、本実施形態で開示された２ピストンタイプのコンプレッサにおいては、単相４極交流同期モータを用いると、モータ出力のピークとコンプレッサの負荷（圧縮と吸引）のピークを合わせることで、コンプレッサの効率のよい駆動を実現できる。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｍ 電動モータ
Ｐ ピストン複合体
１ 酸素濃縮装置
２ 表面カバー
３ 裏面カバー
４ ハンドル
５ 操作パネル
６ 電源スイッチ
７ 酸素出口
８ 酸素流
１４ 鼻カニューラ
１５ チューブ
１７ 交換用蓋
２０ 外気導入フィルタ
２３ スピーカ
３２ 遮蔽板
３４ 二段階防音室
３５ 密閉箱
３８，３９ 防音室蓋
４０ ベース
４１ 底蓋
４８，５０ 鍔部
５１ 防音材
１０１ 吸気フィルタ
１０２ 吸気用バッファタンク
１０４ 送風ファン
１０５ コンプレッサ
１０５ａ 圧縮空気発生部
１０５ｂ 負圧空気発生部
１０７ 均等圧弁
１０８ａ 第１吸着筒体
１０８ｂ 第２吸着筒体
１０９ａ，１０９ｂ 切換弁
１１０ 消音器
１１１ 製品タンク
１１２ 圧力調整器
１１４ 酸素濃度センサ
１１５ 比例開度弁
１１６ 酸素流量センサ
１１７ デマンド弁
１１９ 滅菌フィルタ
１２０ 第１負圧破壊弁
１２１ 第２負圧破壊弁
１２８ 実装基板
２００ 中央制御部
２０１ モータ制御部
２０２ 負圧回路基板
２０３ 音声制御部
２０４ 表示作動部
２０５ 揮発メモリ
２０６ 一時記憶装置
２０７ リアルタイムクロック
２２６ 電源装置
２２８ 内蔵バッテリ
３００ ロータリ式シリンダ装置
３０１ 第１ピストン
３０１ａ 逃げ孔
３０１ｃ 第１ピストンヘッド部
３０１ｄ 台座
３０１ｆ 段差部
３０２ 第２ピストン
３０２ｃ 第２ピストンヘッド部
３０３ 偏芯筒体
３０３ａ 第１筒体
３０３ｂ 第２筒体
３０４ シャフト
３０５ 第１本体ケース
３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｃ，３０３ｄ，３０５ａ，３０６ａ 軸受保持部
３０５ｂ，３０６ｂ，３２０，３２１ａ 開口部
３０１ｅ，３０５ｃ，３０５ｄ，３０６ｃ，３０６ｄ，３０９ａ，３１０ａ，
３１８ｃ，３２１ｅ ボルト孔
３０６ 第２本体ケース
３０７ 本体ケース
３０７ａ，３１２ａ，３１２ｂ，３１９，３２２ ボルト
３０４ シャフト
３０８ 第１クランク軸
３０８ａ スリット
３０８ｂ ピン孔
３０８ｃ Ｄカット部
３０９，３１０ バランスウェイト
３０９ｂ，３１０ｂ ピン孔
３１０ｃ 軸部
３１１ａ，３１１ｂ ピン
３１３ａ 第１軸受部
３１３ｂ 第２軸受部
３１４ａ，３１４ｂ 第２仮想クランク軸
３１５ａ，３１５ｂ 内側軸受部
３１６ａ，３１６ｂ 外側軸受部
３１７ａ，３１７ｂ シールカップ
３１７ｃ 起立部
３１８ａ，３１８ｂ シールカップ押さえ部材
３２０ａ 第１開口部
３２０ｂ 第２開口部
３２１ シリンダ
３２３ 転がり円
３２４ 仮想円
３２５ 第１シリンダヘッド
３２６ 第２シリンダヘッド
３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄ シリンダ室
３２８ 吸込み口
３２９ 送出口
３３０ 回転軌道
３３１ 出力軸
４０１ 電源室
４０２ バッテリ室
４０３ 収容室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃縮装置に関し、より詳細には低振動・低騒音で消費電力を低減させた酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮装置は、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効な酸素吸入法に使用される。この酸素濃縮装置は、空気中の酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いた吸着法が広く使われている。
【０００３】
この種の酸素濃縮装置は、コンプレッサを構成するモータの駆動を制御して原料空気から９０％以上に酸素を濃縮して、鼻カニューレから患者に濃縮酸素を供給することで、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療に供せられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４５４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に酸素濃縮装置に用いられるコンプレッサは、主にモータ駆動によりピストンを揺動させる揺動タイプのポンプが用いられているため、ピストンの揺動による振動や騒音が大きい。このため、呼吸器疾患の患者が自宅や病院等で酸素濃縮装置を近くに置いて使用することを考慮すると、防振対策や防音対策を講じなければならず、装置構造が複雑で大がかりになってしまう。
また、シリンダ内のピストンの往復運動によるエネルギー損失が発生してエネルギー変換効率が低下し易いため、特に患者が家庭に設置して使用する場合には、消費電力が嵩むため、長時間利用するとコスト負担が重くなる。
【０００６】
本発明の目的は、コンプレッサに回転運動と往復運動を組み合わせたロータリ式シリンダ装置を用いることにより、低振動・低騒音で構造が簡略化でき、消費電力も低減することが可能な酸素濃縮装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記コンプレッサから送り込まれた圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサは、駆動軸の軸芯に対して偏芯したクランク軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記ロータリ式シリンダ装置は、前記駆動軸に連結されるシャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる第１クランク軸と、前記第１クランク軸の軸芯に対して複数の第２仮想クランク軸が偏芯して組み付けられ、当該第１クランク軸を中心に第２仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる前記偏芯筒体と、当該偏芯筒体に各第２仮想クランク軸を中心としてピストンが複数互いに交差して組み付けられたピストン複合体と、前記シャフト周りに組み付けられ、前記第１クランク軸及び前記ピストン複合体を含む前記シャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、前記ピストン複合体の複数のピストンを往復動可能に収容するシリンダが組み付けられた本体ケースと、を具備し、前記シャフトを回転駆動すると、前記第１仮想クランクアームで規定される回転軌道を第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記第２仮想クランクアームで規定される回転軌道を第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該第２仮想クランク軸を中心として前記偏芯筒体に交差して組み付けられた複数のピストンがシリンダ内で往復運動することを特徴とする。
【０００９】
ここで、第１仮想クランクアームとは、シャフトと第１クランク軸の軸芯間距離に相当する部位をいい、クランクアームが省略されていても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランクアームとは、第１クランク軸と第２仮想クランク軸の軸芯間距離に相当する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸芯の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。
【００１０】
また、前記偏芯筒体は、前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれる第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸を軸芯として軸方向に連続して形成された第２筒体を備え、当該第２筒体に前記複数のピストンが交差して回転可能に嵌め込まれていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ピストン複合体は、前記偏芯筒体に対して複数のピストンが交差部で互いに近接して重なり合うように組み付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記シャフトと第１クランク軸との軸芯間距離ｒを前記第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長とし、前記シャフトの軸芯周りの第１仮想クランクアーム長ｒを半径とする回転軌道上を前記第１クランク軸が回転する際に、当該第１クランク軸を中心とする前記第２仮想クランクアーム長ｒを半径とする仮想円上を前記第２仮想クランク軸が見かけ上回転することにより、当該仮想円の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円の径方向に前記複数のピストンが各々往復動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る酸素濃縮装置は、コンプレッサとしてロータリ式シリンダ装置を備えたことにより、駆動軸の軸芯に対して偏芯して連繋する偏芯筒体が回転運動するのにともない、該偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内で往復運動するので、低振動・低騒音で構造が簡略化できるうえに、駆動軸を中心としてコンプレッサ構成部品が等速回転運動可能に組み付けられているので、損失が少なくエネルギー変換効率を高めて消費電力も低減することができる。
【００１４】
また、第１クランク軸及びピストン複合体を含むシャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトが組み付けられているので、シャフトを中心として第１クランク軸、第１クランク軸を中心としてピストン複合体がピストンの往復動を伴いながら回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができる。したがって、コンプレッサの防振構造を簡略化することが可能になり、酸素濃縮装置の静音化と小型化・軽量化を実現することができる。
【００１５】
加えて、コンプレッサは、クランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略し上述した回転振動を減らすことにより、コンプレッサのマウント構造も簡略化することができる。
【００１６】
更には、複数のピストンを同一平面上で往復動させてピストン複合体を高さ方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができ、コンプレッサの小型化を図ることができる。
よって、可搬性に優れた酸素濃縮装置を提供することができる。
【００１７】
また、シャフトを中心として第１クランク軸が同心円状の回転軌道を描いて回転し、第１クランク軸を中心に第２仮想クランク軸が回転する回転軌跡（内サイクロイド）に沿って複数のピストンが往復動するので、回転バランスがよく低振動で騒音が少ない、効率のよい酸素濃縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図である。
【図２】図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【図３】鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。
【図４】図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。
【図５】（ａ）は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、（ｂ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、（ｃ）は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【図６】（ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、（ｃ）は、図６（ａ）のＸ‐Ｘ線矢視断面図である。
【図７】酸素濃縮装置１の配管図を兼ねたブロック図である。
【図８】酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。
【図９】酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。
【図１０】酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す外観斜視図である。
【図１１】組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。
【図１２】二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。
【図１３】ロータリ式シリンダ装置の斜視図である。
【図１４】図１３のロータリ式シリンダ装置の第１本体ケースを取り外した斜視図である。
【図１５】図１３のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面斜視図である。
【図１６】ロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。
【図１７】シャフトを中心とする第１クランク軸、第２仮想クランク軸の回転運動と複数のクランクアームの往復運動の関係を示す模式原理図である。
【図１８】コンプレッサに応用した第１本体ケースを取り外した平面図、圧縮機のＺ軸方向断面図、交差するピストンを含むＺ軸方向断面図である。
【図１９】第１クランク軸の正面図である。
【図２０】第１バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図２１】第２バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図２２】偏芯筒体の平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２３】第１本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２４】第２本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２５】ピストンの平面図及びＹ軸方向断面図、正面図及び右側面図、底面図である。
【図２６】シリンダの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２７】シリンダシールカップの平面図及びＸ軸方向半断面図である。
【図２８】シール押さえの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図２９】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンの平面視した状態図である。
【図３０】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【図３１】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【図３２】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストンを平面視した状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。
以下では酸素濃縮装置の一例として総重量が１０〜１５ｋｇ程度の可搬型酸素濃縮装置について述べる。ここで、本発明は総重量が２〜３ｋｇ程度の携帯型酸素濃縮装置や総重量が１５ｋｇを越える酸素濃縮装置など様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになるが、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能である。
【００２０】
＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞
先ず、図１は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の可搬型酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。また、図２は図１に示した可搬型酸素濃縮装置１の背面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、この可搬型酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな一見して小型旅行カバン風の外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に可搬型酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。
【００２２】
また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取手部分となる可搬型酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備えるハンドル４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。
【００２３】
また、この可搬型酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５０ｍｍ×奥行きＤが２５０ｍｍ×高さＨが５５０ｍｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、可搬型酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から可搬型酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すようにハンドル４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュないしクリーム系の色としている。
【００２４】
以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、可搬型酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。
【００２５】
図１において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示を行う酸素流量表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製のカプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。
【００２６】
この操作パネル５は、日本人の標準身長（１６０〜１７０ｃｍ）の患者が起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さ付近に設けられているので、立ったままの姿勢で可搬型酸素濃縮装置１の運転操作を行なうことができる。このため従来の酸素濃縮装置のように逐一座ったり覗き込んだりする必要がなくなる。また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。
【００２７】
なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としてフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしてもよい。
【００２８】
また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。
【００２９】
次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。
【００３０】
また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。ＡＣアダプタケーブル１９ａは、ＡＣアダプタ１９に接続され、ＡＣアダプタ１９はコード１９ｂを介して室内に設けられるコンセントと接続される。
【００３１】
図３は鼻カニューラ１４等の延長チューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。
【００３２】
図４は可搬型酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛する。電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられているので、例えば患者が躓くなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。
【００３３】
また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃの下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプ１２８ｂが設けられている。
【００３４】
そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ，８ｂとして設けられており操作パネル５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ（リットル）から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部９で表示するようにしている。以上のようにして酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ２５ａは、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。また、動作インジケータ２５ｂは、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられている。
【００３５】
以上のように操作パネル５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作を行うようにしている。
【００３６】
図５（ａ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５（ｂ）は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
図５（ａ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしている。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしている。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイドで特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしている。そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしている。また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにしている。こうすることで、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できる。
【００３７】
一方、図３において、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、全てのランプが２秒間緑色に点灯する（初期セルフチェック）。そして、バッテリ駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６（図７参照）に前回の動作条件（酸素流量，同調モードの有無）が記憶される。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうようになっている。尚、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしてもよい。
【００３８】
停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０（図２参照）に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。
【００３９】
図６（ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、図６（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また図６（ｃ）は、図６（ａ）のＸ‐Ｘ線矢視断面図である。先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。
【００４０】
次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている。このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。
【００４１】
図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要最小限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。
【００４２】
遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上は患者が直に使用する構成部分である。
【００４３】
＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞
次に酸素濃縮装置１の具体的な内部構成について図７から図１３を参照して説明する。図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛するとともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。
【００４４】
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮空気発生部１０５ａ（圧縮手段）と負圧空気発生部１０５ｂ（減圧手段）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、吸気口を介して外気を内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００４５】
図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記フィルタ交換用蓋体１７（図６（ｃ）参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４，１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４，１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線参照）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気用バッファタンク１０２とが設けられている。
【００４６】
このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部１０５ａと、負圧空気発生部１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。
【００４７】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００４８】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ）に対して交互に供給される。このため切換弁（３方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に負圧空気発生部１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００４９】
第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やしている。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。
【００５０】
このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００５１】
製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこの酸素流量センサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板２０２を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。
【００５２】
再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部（ＣＰＵ）２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように作動する表示作動部２０４とが図示のように接続されている。また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の電動モータＭ（ＡＣ若しくはＤＣモータ）および送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と揮発メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）２０５と一時記憶装置（例えばＲＡＭ）２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧空気発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための第１負圧破壊弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び負圧回路基板（流量制御部）２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００５３】
均圧工程と同期をとって、第１負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。第２負圧破壊弁１２１は、後述するように、設定酸素流量に応じてオンされて開状態にされる。一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、酸素濃縮装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４，１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂには、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサ１０５からの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。
【００５４】
以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。即ち、騒音発生を伴うコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９ａ，１０９ｂと、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ，１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００，２０１と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための負圧回路基板２０２に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は吸気口を介して外気を内部に導入し、排気口３ａ，３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。
【００５５】
次に、図８は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１に二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１，１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ，３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ，４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆが３方から一体成形されている。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂがさらに穿設されている。
【００５６】
次に、二段式防音室３４は、軽量金属板から構成された密閉箱３５内に形成される。図８の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４が固定され、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５が防振状態で配設される。この二段式防音室３４は、図８の手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定することで密閉される。このため、二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。必要に応じて、防音室外部に防音材５１を貼りつけてもよい。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ，３５ａ（破線図示）が各々穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４ｂがラバーブッシュを介して固定孔３６ｈに固定されることにより振動防振機能を持たせている。
【００５７】
また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【００５８】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
【００５９】
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と酸素流量センサ１１６とデマンド弁１１７と負圧回路基板２０２とが固定されている。
【００６０】
以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。
【００６１】
図９は、可搬型酸素濃縮装置１の底蓋４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０には上方の排気用開口部４０ｂに連通する電源室４０１と、内蔵バッテリ２２８を内蔵したバッテリ室４０２と、均等圧弁１０７と吸気バッファタンク１０２の一部を収容した収容室４０３とが隔壁を介して形成されており底蓋４１を固定後にそれぞれが密閉された部屋を構成するようにしている。以上の構成により、上記のように二段式防音室３４に内蔵された消音器１１０（図７参照）を介して排気される過程で排気が破線矢印方向Ｆに分岐して開口部４０ｃから外部に流れるようにして排気音が減衰されるとともに、電源装置２２６の発熱分を排気で冷却できるようにしている。
【００６２】
図１０は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の可搬型酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。この可搬型酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には吸音材５１が敷設（貼付け）されている。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示作動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０，５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。
【００６３】
図１１は、表裏面カバー２，３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２，３をベース体４０に固定するために各カバー２，３を突合せ面２ｐ，３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０，５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、可搬型酸素濃縮装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Medium Density Fiberboard）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。
【００６４】
＜二段式防音室３４の説明＞
次に、図１２はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。コンプレッサ１０５は電動モータＭの駆動軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置３００を備えている。電動モータＭの出力軸３３１に連繋して組み付けられた偏芯筒体３０３に第１，第２ピストン３０１，３０２が交差して組み付けられる。偏芯筒体３０３の回転運動にともなって第１，第２ピストン３０１，３０２が密閉されたシリンダ内で往復移動することで圧縮空気発生部１０５ａと負圧空気発生部１０５ｂとが交互に形成されるようになっている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。
【００６５】
また、互いに交差する１対のピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向への振動することが想定される。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製が良い。
【００６６】
以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が適度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。また、コンプレッサ固定台６１は電動モータＭ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。なお、二段式防音室３４の、特にコンプレッサを収納する防音室内部にも防音材５１ａを設けて防音効果をもたらすことができる。この場合、防音材の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。
【００６７】
次に、コンプレッサに用いられるロータリ式シリンダ装置について図１３〜図２９を参照して説明する。ロータリ式シリンダ装置は、シャフト（駆動軸）３０４の回転運動が第１，第２ピストン３０１，３０２の往復運動に変換されて出力される。
【００６８】
図１３において、第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６とで構成される本体ケース３０７にシャフト３０４（駆動軸）が回転可能に軸支されている。シャフト３０４は、電動モータＭの出力軸５０７に連繋して組み付けられる。
第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６とは、ボルト３０７ａにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。この本体ケース３０７内には、図１５に示すように、第１クランク軸３０８を中心に回転可能な偏芯筒体３０３と該偏芯筒体３０３に組み付けられた第１ピストン３０１及び第２ピストン３０２（以下、これらを「ピストン複合体Ｐ」という；図１４参照）が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００６９】
図１５において、第１クランク軸３０８は、シャフト３０４の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト３０４は、バランスウェイト３０９と一体に形成されている。尚、バランスウェイト３１０側にもシャフトが形成されていてもよい。バランスウェイト３０９，３１０は第１クランク軸３０８の両軸端部に各々嵌め込まれる。図１９において、第１クランク軸３０８の両軸端部には軸方向にスリット３０８ａが各々形成されている。各スリット３０８ａには、第１クランク軸３０８と直交する向きにピン孔３０８ｂが設けられている。ピン孔３０８ｂの孔径は、スリット３０８ａの幅より大きく、スリット３０８ａとピン孔３０８ｂは交差（直交）するように形成されている。また、第１クランク軸３０８の両端外周部には、バランスウェイト３０９，３１０のピン孔３０９ｂ，３１０ｂ（図２０（ａ），図２１（ａ）参照）とピン孔３０８ｂが位置合わせして嵌め込まれるようにＤカット部３０８ｃが形成されている。
【００７０】
図２０及び図２１において、バランスウェイト３０９，３１０の軸部にはボルト孔３０９ａ，３１０ａ及びピン孔３０９ｂ，３１０ｂが各々設けられている。このピン孔３０９ｂ，３１０ｂと第１クランク軸３０８のピン孔３０８ｂ（図１９参照）を連通するように位置合わせしてバランスウェイト３０９，３１０が第１クランク軸３０８に嵌め込まれ、ピン３１１ａを連通するピン孔３０９ｂ，３０８ｂに、ピン３１１ｂを連通するピン孔３１０ｂ，３０８ｂに各々嵌め込む（図１６参照）。そして、ボルト孔３０９ａ，３１０ａにボルト３１２ａ，３１２ｂを各々嵌め込んでスリット３０８ａ及びピン孔３０８ｂの幅を狭めることで、ピン３１１ａ，３１１ｂが抜け止めされてバランスウェイト３０９，３１０が第１クランク軸３０８の両端部に一体に組み付けられる（図１６参照）。
【００７１】
図１５において、バランスウェイト３０９に一体形成されたシャフト３０４は第１軸受部３１３ａにより回転可能に軸支されており、バランスウェイト３１０に形成された軸部３１０ｃは第２軸受部３１３ｂにより回転可能に軸支されている。バランスウェイト３０９，３１０は、例えば扇型形状をしており（図２０（ｂ）（ｃ），図２１（ｂ）（ｃ）参照）、シャフト３０４周りに組み付けられ、後述するように第１クランク軸３０８及びピストン複合体Ｐを含むシャフト３０４を中心とした回転運動の質量バランスをとるために設けられている。
【００７２】
また、図２２（ｂ）に示すように、偏芯筒体３０３は、第１クランク軸３０８の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを有する。本実施形態では、交差するピストンが２本であるため、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂは第１クランク軸３０８を中心として１８０度位相がずれた位置に形成される。
【００７３】
図１５に示すように、第１，第２ピストン３０１，３０２が互いに交差して第１クランク軸３０８を中心に回転する偏芯筒体３０３に組み付けられている。具体的には、図２２（ｂ）において、偏芯筒体３０３は、回転中心となる第１クランク軸３０８が挿通する第１筒体３０３ａと、該第１筒体３０３ａに連続して第２筒体３０３ｂが軸芯方向両側に各々連続して形成されている。第１筒体３０３ａには第１クランク軸３０８が同芯状に嵌め込まれており、偏芯筒体３０３の回転中心となっている。また、第２筒体６ｂの軸芯は、第１クランク軸５の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂと一致するようになっている。図１５に示すように、第２筒体３０３ｂには、外側軸受部３１６ａ，３１６ｂを介して第１，第２ピストン３０１，３０２が交差部で重ね合わせて回転可能に嵌め込まれている。
【００７４】
図２２（ａ）（ｂ）において、第２筒体３０３ｂの内外周部には、軸受保持部３０３ｃ，３０３ｄが各々形成されている。図１５に示すように、軸受保持部３０３ｃには、内側軸受部３１５ａ，３１５ｂが保持されており、軸受保持部３０３ｄには外側軸受部３１６ａ，３１６ｂが各々保持されている。内側軸受部３１５ａ，３１５ｂは第１のクランク軸３０８を回転可能に支持している。また、外側軸受部３１６ａ，３１６ｂは、第１，第２ピストン３０１，３０２が第２円筒部３０３ｂに交差して嵌め込まれたまま回転可能に支持している。
【００７５】
このように、第１，第２ピストン３０１，３０２が、偏芯円筒３０３の第２筒体３０３ｂにピストンどうしが交差（直交）して重なり合うように組み付けられているので、同一平面上で往復動可能に組み付けられている。よって、ピストン複合体Ｐ（図１４参照）を高さ方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができ、省スペースで小型軽量化を図ることができる。
【００７６】
また、図１４に示す第１，第２ピストン３０１，３０２の長手方向両端部に設けられる第１ピストンヘッド部３０１ｃ、第２ピストンヘッド部３０２ｃには、リング状のシールカップ３１７ａ，３１７ｂ（図２７（ａ）（ｂ）参照）、シールカップ押さえ部材３１８ａ，３１８ｂ（図２８（ａ）（ｂ）参照）が各々ボルト３１９により組み付けられている。シールカップ３１７ａ，３１７ｂは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。シールカップ３１７ａ，３１７ｂの外周縁部にはピストン摺動方向に起立部３１７ｃが起立形成されている（図２７（ａ）（ｂ）参照）。コンプレッサや流体回転機などにおいては、起立部１７ｃは第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの摺動方向外側に向けて組み付けられる。
【００７７】
また、図１４及び図１５において、本体ケース３０７（第１本体ケース３０５及び第２本体ケース３０６）の側面部（４面）に設けられた開口部３２０には、シリンダ３２１がボルト３２２により組み付けられている。図１４において、第１，第２ピストン３０１，３０２は、シールカップ３１７ａ，３１７ｂによって、シリンダ３２１の内壁面とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。
【００７８】
図２５（ａ）〜（ｅ）は、第１，第２ピストン３０１，３０２の平面図及びＹ軸方向断面図、正面図及び右側面図、底面図である。第１，第２ピストン３０１，３０２は同形状をしているため、以下では第１ピストン３０１を用いて説明する。第１ピストン３０１に存在する構成は図示しないが第２ピストン３０８にも存在するものとする。
第１ピストン３０１の中央部には、シャフト３０４との干渉を防ぐ逃げ孔３０１ａが設けられている。逃げ孔３０１ａの中心は第２仮想クランク軸３１４ａに相当する。逃げ孔３０１ａの周縁部には、外側軸受部３１６ａを保持する軸受保持部３０１ｂが設けられている（図２５（ｂ）（ｃ）参照）。
【００７９】
また、第１ピストン３０１の長手方向両端には円板状の第１ピストンヘッド部３０１ｃが各々設けられている。この第１ピストンヘッド部３０１ｃには、ボルト孔３０１ｅを有する台座３０１ｄが各々設けられている（図２５（ｄ）参照）。図１６に示すように、第１ピストンヘッド部３０１ｃの両端面に台座３０１ｄが設けられて外周側に形成される段差部３０１ｆにシールカップ３１７ａを重ね合わせ、該シールカップ３１７ａにシールカップ押さえ部材３１８ａを、ボルト孔３１８ｃがボルト孔３０１ｅと位置合わせして重ね合わせる。そして、ボルト３１９をボルト孔３１８ｃ，ボルト孔３０１ｅに嵌め込むことでシールカップ３１７ａがシールカップ押さえ部材３１８ａと第１ピストンヘッド部３０１ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。第２ピストン３０２の第２ピストンヘッド部３０２ｃについても同様にしてシールカップ３１７ｂがシールカップ押さえ部材３１８ｂと第２ピストンヘッド部３０２ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。
【００８０】
図２６（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ３２１は開口部３２１ａの周囲にフランジ部３２１ｂが形成されており、該フランジ部３２１ｂより円筒状のシリンダ胴部３２１ｃが形成されている。第１ピストン３０１，第２ピストン３０２の第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃは、シリンダ胴部３２１ｃ及びフランジ部３２１ｂの内壁面に沿って摺動するように組み付けられる（図１３，図１４参照）。
【００８１】
フランジ部３２１ｂには、ボルト孔３２１ｄが２箇所に設けられている。本体ケース３０７の開口部３２０（図１５参照）にシリンダ胴部３２１ｃを挿入してフランジ部３２１ｂを側面部に重ね合わせる。このとき、ボルト孔３２１ｄは、第１本体ケース３０５のボルト孔３０５ｄ及び第２本体ケース３０２のボルト孔３０２ｄと各々位置合わせされ、ボルト３２２を、ボルト孔３２１ｄ及びボルト孔３０５ｄ若しくはボルト孔３０２ｄと嵌合することにより一体に組み付けられる（図１６参照）。
【００８２】
また、図２６（ａ）（ｂ）において、フランジ部３２１ｂには、複数箇所にボルト孔３２１ｅが設けられている。これは、後述するように、シリンダ３２１に重ね合わせてシリンダヘッドを組み付ける際に、ボルト嵌合用のボルト孔が必要になるためである。
【００８３】
図２３（ａ）（ｂ）において、筐体上の第１本体ケース３０５の側面部（４面）には、第１開口部３２０ａが各々設けられている。第１本体ケース３０５の軸方向端面部には、軸受保持部３０５ａが設けられている。軸受保持部３０５ａには第１軸受部３１３ａが嵌め込まれる（図１５参照）。軸受保持部３０５ａの中央部には、開口部３０５ｂが形成されている。バランスウェイト３０９に一体形成されたシャフト３０４は、軸受保持部３０５ａに保持される第１軸受部３１３ａを挿通し、開口部３０５ｂより本体ケース３０７の外側へ延出して組み付けられる（図１５参照）。また、第１本体ケース３０５の四隅にはボルト３０７ａが各々嵌め込まれるボルト孔３０５ｃが設けられている。また、第１本体ケース３０５の側面部（４面）には、シリンダ３２１を固定するボルト３２２（図１３参照）のボルト孔３０５ｄが設けられている。
【００８４】
図２４（ａ）（ｂ）において、第２本体ケース３０６の側面部（４面）には、第２開口部３２０ｂが設けられており、第２本体ケース３０６の軸方向端面部には、軸受保持部３０６ａが設けられている。軸受保持部３０６ａには、第２軸受部３１３ｂが嵌め込まれる（図１５参照）。軸受保持部３０６ａには、開口部３０６ｂが形成されている。バランスウェイト３１０に一体形成された軸部３１０ｃは、軸受保持部３０６ａに保持される第２軸受部３１３ｂに嵌め込まれる（図１５参照）。また、第２本体ケース３０６の四隅には、第１本体ケース３０５のボルト孔３０５ｃと位置合わせしてボルト３０７ａが嵌め込まれるボルト孔３０６ｃが各々設けられている。また、第２本体ケース３０６の側面部（４面）には、シリンダ３２１を組み付けるボルト３２２（図１３参照）のボルト孔３０６ｄが設けられている。
【００８５】
図１６において、ロータリ式シリンダ装置の組立構成の一例を示す。
偏芯筒体３０３の軸受保持部３０３ｃ（図２２（ａ）（ｂ）参照）に内側軸受部３１５ａ，３１５ｂを組み付ける。また、偏芯筒体３０３の内側軸受部３１５ａ，３１５ｂ、第１円筒体３０３ａ（図２２（ａ）（ｂ）参照）の中心孔に第１クランク軸３０８を嵌め込む（図１５参照）。また、第１，第２ピストン３０１，３０２の第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃに、シールカップ３１７ａ，３１７ｂ及びシールカップ押さえ部材３１８ａ，３１８ｂをボルト３１９にて一体に組み付ける。更に、第１，第２ピストン３０１，３０２の軸受保持部３０１ｂ（図２５（ｃ）参照），軸受保持部３０２ｂ（図示せず）に外側軸受部３１６ａ，３１６ｂが嵌まり込むように組み付ける。そして、上記第１，第２ピストン３０１，３０２を第２円筒部３０３ｂに外側軸受部３１６ａ，３１６ｂを介して交差するように嵌め込む。
【００８６】
また、第１クランク軸３０８の両端部にバランスウェイト３０９，３１０を嵌め込んで、ピン３１１ａ，３１１ｂをピン孔３０８ｂに嵌め込み、ボルト３１２ａ，３１２ｂを締付けてバランスウェイト３０９，３１０を第１クランク軸３０８に一体に組み付ける。また、第１本体ケース３０５の軸受保持部３０５ａに第１軸受部３１３ａ、第２本体ケース３０２の軸受保持部３０２ａに第２軸受部３１３ｂを嵌め込む。そして、第１軸受部３１３ａにシャフト３０４を嵌め込み、第２軸受部３１３ｂにバランスウェイト３１０の軸部３１０ｃを嵌め込むようにして、第１本体ケース３０５と第２本体ケース３０６を組み合わせる。これにより、偏芯筒体３０３とこれに交差して組み付けられた第１，第２ピストン３０１，３０２（ピストントン複合体Ｐ；図１４参照）を本体ケース３０７（図１３参照）内に収容する。そして、ボルト孔３０５ｃとボルト孔３０２ｃを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト３０７ａを嵌め込んで本体ケース３０７（図１３参照）が組み立てられる。最後に、本体ケース３０７の側面（４面）に形成される開口部３２０（図１４，図１５参照）にシリンダ３２１を嵌め込んで、第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃがシリンダ３２１の開口部３２１ａ（図２６（ａ）（ｂ）参照）内に各々摺動可能に嵌め込まれて（図１４参照）、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。
【００８７】
上述のように組み立てられたロータリ式シリンダ装置は、第１，第２ピストン３０１，３０２の外側軸受部３１６ａ，３１６ｂ（第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂ）周りの回転バランス（第１のバランス）、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸３０８周りの回転バランス（第２のバランス）、シャフト３０４周りの構成部品の回転バランス（第３のバランス）が、バランスウェイト３０９，３１０により調整されて組み立てられている。
これにより、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８、第１クランク軸３０８を中心として偏芯筒体３０３及び第１，第２ピストン３０１，３０２を含むピストン複合体Ｐが回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができ、しかも複数ピストンの振動による損失を低減してエネルギー変換効率を高めることができる。
【００８８】
ここで、シャフト３０４を中心とする第１クランク軸３０８、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂの回転運動と複数のピストンの往復運動の関係を図１７（ａ）〜（ｌ）に示す模式構造原理図を参照して説明する。図１７（ａ）〜（ｌ）において、転がり円３２３の中心Ｏはシャフト３０４の軸芯と一致する。また、中心Ｏより偏芯した位置に第１クランク軸３０８が存在し、第１クランク軸３０８の回転に伴い第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが滑らずに回転するものとする。第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの数は、ピストンの数に対応している。
【００８９】
シャフト３０４（中心Ｏ）と第１クランク軸３０８との軸芯間距離ｒを第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長（回転半径）とする。また、シャフト３０４の軸芯（中心Ｏ）周りに第１仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道３３０上を第１クランク軸３０８が回転する。更には、第１クランク軸３０８を中心とする第２仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道（仮想円３２４）上を第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが見かけ上滑らずに回転する。これにより、中心Ｏの周りに仮想円３２４の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円３２３の径方向（内サイクロイド）に沿って第１，第２ピストン３０１，３０２が各々往復動するようになっている。
【００９０】
本実施例では、互いに直交する第１、第２ピストン３０１，３０２が連繋する第２筒体３０３ｂの第２仮想クランク軸を３１４ａ，３１４ｂとして例示するものとする。図１７（ａ）において、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１の交点（下端位置）にあり、第２仮想クランク軸３１４ｂは、転がり円３２３の中心Ｏ（シャフト４の軸芯位置）にある。第１クランク軸３０８は転がり円３２３の中心Ｏから半径ｒの位置にあるものとする。
【００９１】
第１クランク軸３０８が転がり円３２３の中心Ｏの周りに反時計回り方向に１回転する場合について説明する。仮想円３２４は時計回り方向に転がり円３２３の内周に沿って滑らずに回転するものとする。図１７（ａ）〜（ｌ）は第１クランク軸３０８が３０度ずつ変位した状態を示している。
【００９２】
第１クランク軸３０８が図１７（ａ）の位置から反時計回り方向に９０度回転すると図１７（ｄ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３の直径Ｒ１上を中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは直径Ｒ１と直交する直径Ｒ２と転がり円３２３との交点（右端位置）まで移動する。
【００９３】
第１クランク軸３０８が図１７（ｄ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ｇ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１との交点（上端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の中心Ｏへ移動する。
【００９４】
第１クランク軸３０８が図１７（ｇ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ｊ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３の中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３と直径Ｒ２との交点（左端位置）へ移動する。
【００９５】
第１クランク軸３０８が図１７（ｊ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図１７（ａ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸３１４ａは転がり円３２３と直径Ｒ１との交点（下端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の中心Ｏへ移動する。
【００９６】
以上のように、第１クランク軸３０８が中心Ｏ（シャフト３０４）の周りに回転すると、第２仮想クランク軸３１４ａは仮想円３２４の転がり軌跡（内サイクロイド）である転がり円３２３の直径Ｒ１上を往復移動し、第２仮想クランク軸３１４ｂは転がり円３２３の直径Ｒ２上を往復移動する。
【００９７】
即ち、シャフト３０４の軸芯（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの回転軌道３３０に沿った第１クランク軸３０８及びピストン複合体Ｐ（図１４参照）の回転移動に伴い、第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを軸芯に有する第２円筒部３０３ｂにおいて偏芯筒体３０３と連繋する第１ピストン３０１が半径２ｒの転がり円３２３（シャフト３０４の軸芯を中心とする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第２ピストン３０２が半径２ｒの転がり円３２３（シャフト３０４の軸芯を中心とする同心円）の直径Ｒ２上で往復動を繰り返すことになる。
【００９８】
図１８（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃを収納するシリンダ３２１に、第１，第２シリンダヘッド３２５，３２６をボルト孔３２１ｅ（図２６（ａ）（ｂ）参照）を用いて第１、第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃに対向して組み付けることで、シリンダ室３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄが形成され、各シリンダ室３２７ａ〜３２７ｄに各々連通する流体の吸込み口３２８と送出口３２９が各々形成される。
【００９９】
よって、電動モータＭによってシャフト３０４を回転駆動すると、シャフト３０４を中心に第１クランク軸３０８が回転し、該第１クランク軸３０８を中心に偏芯円筒３０３が回転し、第１ピストン３０１と第２ピストン３０２はシャフト３０４を中心とする同心円の径方向に各々往復動する。このとき、各シリンダ室３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄにおいて吸込み口３２８より空気を吸込み、送出口３２９より圧縮空気を送り出す動作が行なわれる。
【０１００】
図２９乃至図３２は、シャフト３０４の回転位置と第１，第２ピストンヘッド部３０１ｃ，３０２ｃの往復動位置との関係を例示するものである。
図２９は原点位置、図３０は原点位置より９０度回転した位置、図３１は原点位置より１８０度回転した位置、図３２は原点位置より２７０度回転した位置を示す。図２９から図３０において、第１ピストン３０１は平面視で上方向に移動しており、第２ピストン３０２は平面視で右方向に移動している。シリンダ室３２７ａ，３２７ｃ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれ、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｄ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出しが行なわれる。図３０から図３１において、第１ピストン３０１が平面視で上方向に移動しており、第２ピストン３０２が平面視で左方向に移動し始めているため、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｃ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出し行なわれ、シリンダ室３２７ａ，３２７ｄ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれる。図３１から図３２において、第１ピストン３０１が平面視で下方向に移動し始め、第２ピストン３０２が平面視で左方向に移動しているため、シリンダ室３２７ａ，３２７ｃ（圧縮空気発生部１０５ａ）では流体の送り出し行なわれ、シリンダ室３２７ｂ，３２７ｄ（負圧空気発生部１０５ｂ）では流体の吸込みが行なわれる。
【０１０１】
尚、第１ピストンヘッド部３０１ｃ，第２ピストンヘッド部３０２ｃの形状は真円である必要はなく、例えば角型であってもよい。
【０１０２】
また、２ピストンを備えたロータリーシリンダ装置について説明したが、３以上のピストンを備えていてもよい。例えば３ピストン設ける場合には、図１７（ａ）の仮想円３２４において、第１クランク軸３０８を回転中心として１２０度ずつ位相を異ならせて第２仮想クランク軸が配置されるように組み付けることも可能である。
【０１０３】
また、本実施形態では、第１，第２ピストン３０１，３０８が同一平面上（Ｘ−Ｙ平面上）で往復動可能に偏芯筒体３０３に組み付けられていたが、偏芯筒体３０３を複数に分割する必要はあるが、複数のピストンを高さ方向（Ｚ軸方向）に異なる位置に交差するように配置することも可能である。
また、第１，第２ピストン３０１，３０２は直交するように配置したが、これに限定されるものではなく、第１クランク軸３０８を中心として例えば位相差が６０度等に配置することも可能である。
【０１０４】
以上説明したように、シャフト３０４を回転駆動すると、第１クランク軸３０８が回転し当該第１クランク軸３０８を中心に偏芯円筒３０３が回転することで、第２仮想クランクアームで規定される回転軌道（内サイクロイド）を第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが見かけ上滑らずに回転し、当該第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂを中心として偏芯筒体３０３に交差して組み付けられた第１，第２ピストン３０１，３０２がシャフト３０４を中心とする同心円の径方向に各々往復運動する。
よって、シャフト３０４を中心としてコンプレッサ構成部品が等速回転運動可能に組み付けられているので、損失が少なくエネルギー変換効率を高めて消費電力を低減することができる。
【０１０５】
また、第１，第２ピストン３０１，３０２の外側軸受部３１６ａ，３１６ｂ（第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂ）周りの回転バランス（第１のバランス）、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸３０８周りの回転バランス（第２のバランス）、シャフト３０４周りの構成部品の回転バランス（第３のバランス）が、バランスウェイト３０９，３１０により調整されているので、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８、第１クランク軸３０８を中心としてピストン複合体Ｐが複数のピストン３０１，３０２の往復動を伴いながら回転しても、回転振動を抑えて静音化を図ることができる。したがって、コンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５（図８参照）の構造も簡略化することが可能になり、かつ二段式防音室３４内部に設けられる防音材５１も必要最小限で足りるため、酸素濃縮装置１の構造を簡略化して小型化軽量化に寄与することができる。
【０１０６】
また、クランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略し、上述した回転振動を減らすことにより、コンプレッサ１０５のマウント構造も簡略化することができる。例えば、図１２において、コンプレッサ１０５は二段式防音室３４内においてコンプレッサ固定台６１で上下から挟むように固定されてコイルバネ６２により振動を効率的に吸収できるようになっているが、この防振作用をするコイルバネ６２をバネ定数の小さい簡略化した構造にすることが可能となる。
【０１０７】
また、シャフト３０４を中心として第１クランク軸３０８が同心円状の回転軌道を描いて回転し、第１クランク軸３０８を中心に第２仮想クランク軸３１４ａ，３１４ｂが回転する回転軌跡（内サイクロイド）に沿って複数のピストン３０１，３０２が往復動するので、回転バランスがよく低振動で騒音が少ない、効率のよい酸素濃縮装置１を提供することができる。
【０１０８】
尚、コンプレッサ１０５の駆動源として用いた電動モータＭは、直流モータでも交流モータであってもいずれでもよい。また、誘導モータであっても、同期モータであってもいずれでもよい。
例えば、本実施形態で開示された２ピストンタイプのコンプレッサにおいては、単相４極交流同期モータを用いると、モータ出力のピークとコンプレッサの負荷（圧縮と吸引）のピークを合わせることで、コンプレッサの効率のよい駆動を実現できる。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｍ 電動モータ
Ｐ ピストン複合体
１ 酸素濃縮装置
２ 表面カバー
３ 裏面カバー
４ ハンドル
５ 操作パネル
６ 電源スイッチ
７ 酸素出口
８ 酸素流
１４ 鼻カニューラ
１５ チューブ
１７ 交換用蓋
２０ 外気導入フィルタ
２３ スピーカ
３２ 遮蔽板
３４ 二段階防音室
３５ 密閉箱
３８，３９ 防音室蓋
４０ ベース
４１ 底蓋
４８，５０ 鍔部
５１ 防音材
１０１ 吸気フィルタ
１０２ 吸気用バッファタンク
１０４ 送風ファン
１０５ コンプレッサ
１０５ａ 圧縮空気発生部
１０５ｂ 負圧空気発生部
１０７ 均等圧弁
１０８ａ 第１吸着筒体
１０８ｂ 第２吸着筒体
１０９ａ，１０９ｂ 切換弁
１１０ 消音器
１１１ 製品タンク
１１２ 圧力調整器
１１４ 酸素濃度センサ
１１５ 比例開度弁
１１６ 酸素流量センサ
１１７ デマンド弁
１１９ 滅菌フィルタ
１２０ 第１負圧破壊弁
１２１ 第２負圧破壊弁
１２８ 実装基板
２００ 中央制御部
２０１ モータ制御部
２０２ 負圧回路基板
２０３ 音声制御部
２０４ 表示作動部
２０５ 揮発メモリ
２０６ 一時記憶装置
２０７ リアルタイムクロック
２２６ 電源装置
２２８ 内蔵バッテリ
３００ ロータリ式シリンダ装置
３０１ 第１ピストン
３０１ａ 逃げ孔
３０１ｃ 第１ピストンヘッド部
３０１ｄ 台座
３０１ｆ 段差部
３０２ 第２ピストン
３０２ｃ 第２ピストンヘッド部
３０３ 偏芯筒体
３０３ａ 第１筒体
３０３ｂ 第２筒体
３０４ シャフト
３０５ 第１本体ケース
３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｃ，３０３ｄ，３０５ａ，３０６ａ 軸受保持部
３０５ｂ，３０６ｂ，３２０，３２１ａ 開口部
３０１ｅ，３０５ｃ，３０５ｄ，３０６ｃ，３０６ｄ，３０９ａ，３１０ａ，
３１８ｃ，３２１ｅ ボルト孔
３０６ 第２本体ケース
３０７ 本体ケース
３０７ａ，３１２ａ，３１２ｂ，３１９，３２２ ボルト
３０４ シャフト
３０８ 第１クランク軸
３０８ａ スリット
３０８ｂ ピン孔
３０８ｃ Ｄカット部
３０９，３１０ バランスウェイト
３０９ｂ，３１０ｂ ピン孔
３１０ｃ 軸部
３１１ａ，３１１ｂ ピン
３１３ａ 第１軸受部
３１３ｂ 第２軸受部
３１４ａ，３１４ｂ 第２仮想クランク軸
３１５ａ，３１５ｂ 内側軸受部
３１６ａ，３１６ｂ 外側軸受部
３１７ａ，３１７ｂ シールカップ
３１７ｃ 起立部
３１８ａ，３１８ｂ シールカップ押さえ部材
３２０ａ 第１開口部
３２０ｂ 第２開口部
３２１ シリンダ
３２３ 転がり円
３２４ 仮想円
３２５ 第１シリンダヘッド
３２６ 第２シリンダヘッド
３２７ａ，３２７ｂ，３２７ｃ，３２７ｄ シリンダ室
３２８ 吸込み口
３２９ 送出口
３３０ 回転軌道
３３１ 出力軸
４０１ 電源室
４０２ バッテリ室
４０３ 収容室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、
前記コンプレッサから送り込まれた圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記コンプレッサは、駆動軸の軸芯に対して偏芯したクランク軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記ロータリ式シリンダ装置は、
前記駆動軸に連結されるシャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる第１クランク軸と、
前記第１クランク軸の軸芯に対して複数の第２仮想クランク軸が偏芯して組み付けられ、当該第１クランク軸を中心に第２仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる前記偏芯筒体と、当該偏芯筒体に各第２仮想クランク軸を中心としてピストンが複数互いに交差して組み付けられたピストン複合体と、
前記シャフト周りに組み付けられ、前記第１クランク軸及び前記ピストン複合体を含む前記シャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、前記ピストン複合体の複数のピストンを往復動可能に収容するシリンダが組み付けられた本体ケースと、を具備し、
前記シャフトを回転駆動すると、前記第１仮想クランクアームで規定される回転軌道を第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記第２仮想クランクアームで規定される回転軌道を第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該第２仮想クランク軸を中心として前記偏芯筒体に交差して組み付けられた複数のピストンがシリンダ内で往復運動する請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記偏芯筒体は、第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれる第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸を軸芯として軸方向に連続して形成された第２筒体を備え、当該第２筒体に前記複数のピストンが交差して回転可能に嵌め込まれている請求項１又は２記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記ピストン複合体は、前記偏芯筒体に対して複数のピストンが交差部で互いに近接して重なり合うように組み付けられている請求項２又は３記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
前記シャフトと第１クランク軸との軸芯間距離ｒを前記第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長とし、前記シャフトの軸芯周りの第１仮想クランクアーム長ｒを半径とする回転軌道上を前記第１クランク軸が回転する際に、当該第１クランク軸を中心とする前記第２仮想クランクアーム長ｒを半径とする仮想円上を前記第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該仮想円の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円の径方向に前記複数のピストンが各々往復動する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
【請求項１】
原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、
前記コンプレッサから送り込まれた圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記コンプレッサは、駆動軸の軸芯に対して偏芯したクランク軸を中心に回転する偏芯筒体に連繋する直動ピストンがシリンダ内を往復動することで圧縮空気発生部と負圧空気発生部とを交互に形成するロータリ式シリンダ装置を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記ロータリ式シリンダ装置は、
前記駆動軸に連結されるシャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる第１クランク軸と、
前記第１クランク軸の軸芯に対して複数の第２仮想クランク軸が偏芯して組み付けられ、当該第１クランク軸を中心に第２仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられる前記偏芯筒体と、当該偏芯筒体に各第２仮想クランク軸を中心としてピストンが複数互いに交差して組み付けられたピストン複合体と、
前記シャフト周りに組み付けられ、前記第１クランク軸及び前記ピストン複合体を含む前記シャフトを中心とした回転運動の質量バランスをとるバランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、前記ピストン複合体の複数のピストンを往復動可能に収容するシリンダが組み付けられた本体ケースと、を具備し、
前記シャフトを回転駆動すると、前記第１仮想クランクアームで規定される回転軌道を第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記第２仮想クランクアームで規定される回転軌道を第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該第２仮想クランク軸を中心として前記偏芯筒体に交差して組み付けられた複数のピストンがシリンダ内で往復運動する請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記偏芯筒体は、第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれる第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸を軸芯として軸方向に連続して形成された第２筒体を備え、当該第２筒体に前記複数のピストンが交差して回転可能に嵌め込まれている請求項１又は２記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記ピストン複合体は、前記偏芯筒体に対して複数のピストンが交差部で互いに近接して重なり合うように組み付けられている請求項２又は３記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
前記シャフトと第１クランク軸との軸芯間距離ｒを前記第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長とし、前記シャフトの軸芯周りの第１仮想クランクアーム長ｒを半径とする回転軌道上を前記第１クランク軸が回転する際に、当該第１クランク軸を中心とする前記第２仮想クランクアーム長ｒを半径とする仮想円上を前記第２仮想クランク軸が見かけ上滑らずに回転することにより、当該仮想円の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円の径方向に前記複数のピストンが各々往復動する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
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【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１１−１０４２２７（Ｐ２０１１−１０４２２７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６４５５５（Ｐ２００９−２６４５５５）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【出願人】（５０４２７２４０８）有限会社ケイ・アールアンドデイ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【出願人】（５０４２７２４０８）有限会社ケイ・アールアンドデイ (9)
【Ｆターム（参考）】
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