(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと；
該シリンダ内に摺動自在に挿入され、且つ該シリンダ内で入力軸の一方側と反対側とに配置された2個以上の圧縮室を形成する1個のピストンと；
該ピストンの一端近くにピンを介してコンロッドの先端に連結され、且つ回転運動を往復運動に変換する偏心回転板と；
該コンロッドを跨ぎ該ピストンと直交する様に該偏心回転板に連結された該入力軸と；
バランス・ウエイトを有する該入力軸に隣接して設けられた補助軸の補助バランス・ウエイトと；
該入力軸の回転により1個の該ピストンで2個以上の該圧縮室容積を変化させて吸入・吐出作用を実施し、該ピストンの運動に対して該補助バランス・ウエイトを逆方向に回転して該ピストンの慣性力を打消すことを特徴とする補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ。
【請求項２】
該補助軸に設けられた該補助バランス・ウエイトを該入力軸の中心に対して略偶角的に所要個数設けて成る請求項１記載の補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ。
【請求項３】
該補助軸に設けられた該補助バランス・ウエイトを該入力軸の中心に対して非偶角的に所要個数設けて成る請求項１記載の補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ。
【請求項４】
1個の該ピストンで形成される圧縮室を３個として成る請求項１〜３記載の補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ。
【請求項５】
該シリンダの低圧側の該吐出口を高圧側の該吸入口に所要パイプで連結し、該圧縮室に於ける吸入・吐出作用を複数回実施する構成として成る請求項１〜４記載の補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ（無給油型圧縮機）に関し、更に詳しくはバランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いて、入力軸の本来の該バランス・ウエイトとは別に設けられた補助軸に、ピストンの慣性力を打消す補助バランス・ウエイトを設け、ピストンの往復運動をバランスさせて振動の発生を防止することを特徴とする補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサに関する。
【０００２】
従来オイルフリー・コンプレッサは、スクリュウ型コンプレッサが主流であり、往復動型オイルフリー・コンプレッサは少なかった。該スクリュウ型コンプレッサは、その製作には専用の工作機械が必要であり、又高速回転（例えば７千〜８千回転／分）させるためには多数のギアを組合わせて実施するので大型となり、潤滑油に対しても相当考慮する必要があり、運転、オーバー・ホール費用等もコスト高とならざるを得なかった。
【０００３】
そこで最近製作、運転、オーバー・ホール費用及び省エネルギー等の関係から往復動型オイルフリー・コンプレッサの利点が見直され、各種の往復動型オイルフリー・コンプレッサが提案されており、更にこれら往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いては、１個のシリンダ内に１個のピストンが対応して設けられている構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この様な公知の直線往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いては、偏心板によりシリンダ内で往復動する単一のピストンの慣性力と釣合わせるために、遠心力を発生させる必要がある。そのために主軸の駆動側と反対側にバランス・ウエイトを設けているが、それでも往復動慣性力が残るので、該バランス・ウエイトを設けるだけでなく、該直線往復動型オイルフリー・コンプレッサを設置する特別な基礎を必要とし、特に大型往復動型オイルフリー・コンプレッサの場合は、装置全体を重くして防振効果を上げるため大規模な基礎工事を必要とした。
【０００５】
普通はバランス・ウエイトを往復動慣性力より小さくし、往復動慣性力の５０％を遠心力と釣合せる様にしている(所謂半分釣合、ｈａｌｆ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ハーフ・バランシング)、この半分釣合に於いては、合成した力は、ピストンが運動する水平方向と、これに鉛直方向の値が等しくする（図１０参照）。
そしてこの１個のシリンダ内に１個のピストンを設けるオイルフリー・コンプレッサに於いては、この往復動慣性力が振動の原因となることが多い。
従って公知の単気筒の往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いては、モータ出力では１．５ｋｗ以下のものしか製作されていない。
【０００６】
この様にピストンの往復運動による慣性力は、往復質量に加速度を乗じたものであり、加速度の方向と反対方向に働く。図９、１０に示す通り、ピストンの慣性力は、１次慣性力と２次慣性力から成り、次の式により求められる。
【数１】
0003608088.tif 000002
この式でFp  は慣性力を、ｍｐ  はピストンの質量を、ω（ｒａｄ／ｓｅｃ．）は、クランク角速度を、θはクランク角度を、１はコンロッドの長さを、ｒは偏心回転板の半径を夫々示すものとする。
【０００７】
１次慣性力を打消すには、補助バランス・ウエイトを入力軸と逆方向に同速度で回転させ、２次慣性力を打消すには、別に設けた補助バランス・ウエイトを該入力軸の２倍の速度で回転させる必要がある。
質量が大きい場合は、高速回転になると無視出来なくなり、補助バランス・ウエイトを設ける必要がある。これからピストンやコンロッドは、出来るだけ軽いほうが良いことが理解される。
【０００８】
従って前述の通り、１次慣性力をバランスさせるためには、補助バランス・ウエイトの遠心力とバランス・ウエイトの遠心力の合計が、ピストンの慣性力の反対方向と等しくすれば良く、２次慣性力が問題となる場合は、入力軸の２倍の回転数で逆回転する別の補助バランス・ウエイトを設ければ良い。
【０００９】
一般にピストンの往復運動をバランスさせる方法としては、図に示す通り、歯車、ベルト、チェーン等により逆回転させる方法があり、ここでは後述の入力軸１６に設けられるバランス・ウエイト２８、補助軸３０に設けられる補助バランス・ウエイト３２との関係を示す。
【数２】
0003608088.tif 000003
尚ここで、
Ｆ１は、バランスウエイトの遠心力、
Ｆ２は、補助バランスウエイトの遠心力、
Ｆｃは、偏心回転板＋コンロッド回転部による遠心力を表すものとする。
【００１０】
又クランク角度θ＝９０°の場合は、図７に示す通り、
【数３】
0003608088.tif 000004
【００１１】
その結果バランス・ウェイトと補助バランス・ウェイトの遠心力及び偏心回転板＋コンロッド回転部による遠心力の合力は０となる。
【００１２】
次にクランク角度θ＝１８0°の場合は、図８に示す通り、
【数４】
0003608088.tif 000005
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前述の直線往復動型オイルフリー・コンプレッサとは全く相違し、画期的な構成を有し、且つピストンの往復運動をバランスさせる補助バランス・ウエイトを有する往復型オイルフリー・コンプレッサを提供するものである。
【００１４】
その要旨は、従来の直線往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いて、１個のシリンダに１個のピストンが対応する構造となっていたものを、シリンダ内に摺動自在に挿入され、且つ該シリンダ内で入力軸に対してそれを跨ぐ形状で該シリンダ内に摺動自在に挿入され、且つ該シリンダ内で入力軸の一方側と反対側とに配置された2個以上の圧縮室を形成する1個のピストンとし、バランス・ウエイトを有する入力軸とは別に設けた補助バランス・ウエイトを設け、該ピストンの運動方向とは、逆方向に該補助バランス・ウエイトを回転させて慣性力を打消す様にするものである。
【００１５】
【発明の作用】
その結果ピストンの直径Ｄに対してその長さＬを大きく取ることが出きる様になる。そしてＬ／Ｄ＞１に出来る場合、ピストンの直径Ｄに対して十分にその長さを有するので、ピストンの円滑な動きを確保することが可能となり、且つ入力軸に設けられたバランス・ウエイトとは別の補助バランス・ウエイトにより
ピストンの運動方向とは、逆方向に該補助バランス・ウエイトを１：１のギア比率で回転させて慣性力を打消す様にする。
【００１６】
この結果部品点数が少ないため低コストで、全高さもスクリュウ型コンプレッサ以下とする事が出来る等小型で、高効率でオーバー・ホール費等ランニング・コストの低いオイルフリー・コンプレッサが提供可能となる。
【００１７】
【実施例】
この請求項１記載の発明に係る補助バランス・ウエイトを有する往復型オイルフリー・コンプレッサの実施例を示す図１、２に於いて、シリンダ１０内の両端に夫々吸入口１２と吐出口１４とを形成し、該吸入口１２と該吐出口１４とに夫々バルブ１２ａとバルブ押え板１２ｂ及びバルブ１４ａとバルブ押え板１４ｂとを設け、該シリンダ１０の中心に入力軸１６(主軸)を配置し、該シリンダ１０内で該入力軸１６にコンロッド１８ａを有する偏心回転板１８を連結する。該コンロッド１８ａの先端に側面を連結したピストン２０を該シリンダ１０内に摺動且つ往復動自在に設け、該ピストン２０により該シリンダ１０内２個以上即ち実施例に於いては該入力軸１６の両側に夫々３個合計６個の圧縮室Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを形成する。
従って単一ピストンでも出力３０ｋｗ以上の往復型オイルフリー・コンプレッサの製作が可能となる。
【００１８】
そして該入力軸１６の一端に、周囲に動力伝達用Ｖ溝２６ａを有するフライ・ホイール２６を固着し、該フライ・ホイール２６の回転により該入力軸１６を回転し、該偏心回転板１８及び該コンロッド１８ａにより該ピストン２０を該シリンダ１０内で摺動且つ往復動させる。従って該ピストン２０の往復運動により該圧縮室Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ内の容積が変化し、該バルブ・プレート１２ｃ、１４ｃに取付けられた該バルブ１２ａ、１４ａとにより吸入・吐出作用を実施する。
又ピストン・リングに自己潤滑性材料ライダ・リング１０ａを設けるので、吐出側に油分を含まない。該シリンダ１０には、蓋１０ｃを固着する。
【００１９】
一端にフライ・ホイール２６を設けた該入力軸１６の他端にバランス・ウエイト２８を固着し、該シリンダ１０の外側で該入力軸１６に隣接してそれに平行に設けた補助軸３０の基部にスパー・ギア３４を一体に固着し、該補助軸３０の先端に補助バランス・ウエイト３２を設ける。
該スパー・ギア３４を該入力軸１６の対応個所に固着した他のスパー・ギア１６ａと噛合させ、該入力軸１６の回転により該補助バランス・ウエイト３２を回転自在とするが、常に該バランス・ウエイト２８の回転方向と逆方向に回転させて該ピストン２０の慣性力を打消す様にする。
【００２０】
請求項2記載の往復動型オイルフリー・コンプレッサの実施例に於いては、図2に示す通り、該補助軸３０に設けられた該補助バランス・ウエイト３２を該入力軸16の中心に対して略偶角的に所要個数設け、該入力軸16の回転により1個のピストン20で2個以上の該圧縮室容積を変化させて吸入・吐出作用を実施し、該ピストン20の運動に対して該補助バランス・ウエイト32を逆方向に回転し、該ピストン２０の慣性力を打消すものとする。
【００２１】
図３、４に示す通り、請求項３記載の往復動型オイルフリー・コンプレッサの実施例に於いては、該入力軸１６に平行に補助軸３０aを設け、該入力軸16の該バランス・ウエイト28に隣接して該入力軸16にプーリ３６を設け、該補助軸３０aの一端で該プーリ３６の対応箇所にもプーリ３６aを設け、該入力軸１６の他端には補助バランス・ウエイト３２を設け、該入力軸１６を中心として該補助軸３０aに対称的に設けた他の補助軸３０aで該プーリ３６の対応箇所にも補助バランス・ウエイト３２、32aを設ける。
そして該入力軸１６の下方でこれらプーリ３６、３６aの対応箇所にアイドラー３８を設け、該プーリ３６、３６a、３６b、アイドラー３８にベルト４０を懸架し、該入力軸16の駆動により該補助バランス・ウエイト３２、３２aをピストンの運動に対し逆方向に回転し、該ピストンの慣性力を打消す構成とする。
【００２２】
図５に於いて、請求項4記載の発明に於いては、該シリンダ１０内で該入力軸１６に設けられる1個の該ピストン２０を異径とし、該ピストン２０により該シリンダ１０内に３個の圧縮室A、B、Cを形成する。
【００２３】
請求項５記載の発明に於いては、低圧側の圧縮室の該吐出口１４を高圧側の圧縮室の該吸入口１２に所要パイプ(図示せず)で連結し、吸入・吐出作用を複数回実施する構成とする。
【００２４】
【発明の効果】
前述の通り、この発明に係る補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサ(無給油型圧縮機)によれば、
(a)シリンダ内に摺動自在に挿入された入力軸に対し、それを跨ぐ形状で一方側と反対側に配置された2個以上の圧縮室を形成する1個のピストンとし・パランス・ウエイトを有する小型往復動型オイルフリー・コンプレッサとし、入力軸の本来の該バランス・ウエイトとは別に設けられた補助軸に、ピストンの慣性力を打消す補助バランス・ウエイトを設けたので、ピストンの往復運動の１００％をバランスさせて振動の発生を防止することが可能となる。
(b)スクリュウ型コンプレッサと相違し、この往復動型オイルフリー・コンプレッサの製作には専用の工作機械が不必要である。
(c)高速回転にも多数のギアを組合わせる必要がなくなるので、コンプレッサ全体を小型に製作可能となり、全高さもスクリュウ型コンブレッサ以下とする事が出来る。
(d)オイルフリー・コンプレッサなので製作、運転、オーバー・ホール費用等のコストが減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る補助バランス・ウエイトを有する往復動型オイルフリー・コンプレッサの実施例の部分縦断略図である。
【図２】図1の11−11線部分縦断面略図である。
【図３】請求項３記載の往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いて、補助軸に設けられた補助バランス・ウエイトを入力軸の中心に対して非偶角的に所要個数設け、ピストンの慣性力を打消す構成部分を主として示す実施例の部分縦断面略図である。
【図４】図３の側面略図である。
【図５】請求項4記載の往復動型オイルフリー・コンプレッサに於いて、1個のピストンで3個の圧縮室を形成する実施例を示す部分縦断面略図である。
【図６】クランク角度θが０°の場合、ピストンの慣性力を打消すために入力軸に設けられバランス・ウエイト及び補助軸に設けられた補助バランス・ウエイトとの関係を示す図及び式である。
【図７】クランク角度θが９０°の場合、ピストンの慣性力がないので、バランス・ウエイトの遠心力と補助バランス・ウエイトの遠心力とを打消すために入力軸に設けられバランス・ウエイト及び補助軸に設けられた補助バランス・ウエイトとの関係を示す図及び式である。
【図８】クランク角度θが１８０°の場合、ピストンの慣性力を打消すために入力軸に設けられたバランス・ウエイト及び補助軸に設けられた補助バランス・ウエイトとの関係を示す図及び式である。
【図９】往復運動機関に於けるピストン、クランク軸、ピストンの質量、クランク角速度、クランク角度、コンロッドの長さ、クランク半径等の関係を示す略図である。
【図１０】 1次往復動慣性力とバランス・ウエイトの遠心力との合力の分布を説明する略図である。
【符号の説明】
１０  ・・・  シリンダ；
１２  ・・・  吸入口；
１４  ・・・  吐出口；
１６  ・・・  入力軸；
１６ａ  ・・・  スパー・ギア；
１８  ・・・  偏心回転板；
１８ａ  ・・・  コンロッド；
２０  ・・・  ピストン；
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ  ・・・  圧縮室；
２６  ・・・  フライ・ホイール  （駆動用プーリと兼用）；
２８  ・・・  バランス・ウエイト；
３０、３０ａ  ・・・  補助軸；
３２、３２ａ  ・・・  補助バランス・ウエイト・
３４  ・・・  スパー・ギア；
３６、３６ａ、３６ｂ  ・・・  プーリ；
３８  ・・・  アイドラー；
４０  ・・・  ベルト。
【図５】
0003608088.tif 000006
【図６】
0003608088.tif 000007
【図９】
0003608088.tif 000008
【図１０】
0003608088.tif 000009
【図１】
0003608088.tif 000010
【図２】
0003608088.tif 000011
【図３】
0003608088.tif 000012
【図４】
0003608088.tif 000013
【図７】
0003608088.tif 000014
【図８】
0003608088.tif 000015