(57)【要約】  １気筒コンプレッサ（１）は、回転軸（５）の回転運動に伴って発生する回転慣性力とのバランスを取るためのハイブリッドバランスウエイト（２０）を備えている。ハイブリッドバランスウエイト（２０）は、第１、第２および第３ウエイト部分を備えている。第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、クランク機構における前記回転運動に伴って偏心回転を行う偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されている。第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの重心は、回転軸の回転中心を中心とする円周上において、偏心回転運動部分の重心位置から、９０度、１８０度、２７０度の角度間隔の所に位置している。高速回転領域においても静粛な回転を維持できる。
2017175431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復移動可能なピストンと、
前記回転軸の回転運動を、前記ピストンの往復運動に変換するクランク機構と、
第１バランスウエイトと
を有しており、
前記第１バランスウエイトは、前記クランク機構の偏心回転に伴って発生する回転慣性力とのバランスを取るために、前記回転軸と一体回転するように配置されており、
前記第１バランスウエイトは、第１、第２および第３ウエイト部分を備えており、
前記第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、前記クランク機構の偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されており、
前記第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの重心は、前記回転軸の回転中心を中心とする前記偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度、１８０度、２７０度の角度間隔の所に位置している往復動式の容積型流体機械。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１バランスウエイトおよび第２バランスウエイトを備えたハイブリッドバランスウエイトを有しており、
前記第２バランスウエイトは、前記ピストンの前記往復運動に伴って発生する往復動慣性力とのバランスを取るために、前記回転軸と一体回転するように配置されており、
前記第２バランスウエイトの質量は、前記クランク機構および前記ピストンにおける前記往復運動を行う往復運動部分の質量に相当する質量であり、
前記第２バランスウエイトの重心は、前記往復運動部分の重心に対して、前記回転軸を挟み、点対称の所に位置している往復動式の容積型流体機械。
【請求項３】
請求項２において、
前記ハイブリッドバランスウエイトは、
前記回転軸に固定されるボスと、
前記ボスに一体形成され、あるいは、前記ボスに取り付けたウエイト本体部と
を備えており、
前記ウエイト本体部は、前記回転軸の前記回転中心を中心として周方向に配列された第１部分、第２部分および第３部分を備えており、
前記第１部分は前記第１ウエイト部分であり、
前記第２部分において、その一部分が前記第２ウエイト部分であり、その残りの部分が前記第２バランスウエイトであり、
前記第３部分は前記第３ウエイト部分である往復動式の容積型流体機械。
【請求項４】
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復移動可能なピストンと、
前記回転軸の回転運動を、前記ピストンの往復運動に変換するクランク機構と、
第１バランスウエイトと
を有しており、
前記シリンダとして、前記回転軸を挟み、水平対向配置されている第１シリンダおよび第２シリンダを備えており、
前記ピストンとして、前記第１シリンダ内を往復移動可能な第１ピストンおよび前記第２シリンダ内を往復移動可能な第２ピストンを備えており、
前記クランク機構は、前記回転軸の回転運動を、前記第１、第２ピストンの同位相の往復運動に変換し、
前記第１バランスウエイトは、前記クランク機構の偏心回転に伴って発生する回転慣性力とのバランスを取るために、前記回転軸と一体回転するように配置されており、
前記第１バランスウエイトは、第１、第２および第３ウエイト部分を備えており、
前記第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、前記クランク機構の偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されており、
前記第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの重心は、前記回転軸の回転中心を中心とする前記偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度、１８０度、２７０度の角度間隔の所に位置している往復動式の容積型流体機械。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１バランスウエイトおよび第２バランスウエイトを備えたハイブリッドバランスウエイトを有しており、
前記第２バランスウエイトは、前記ピストンの前記往復運動に伴って発生する往復動慣性力とのバランスを取るために、前記回転軸と一体回転するように配置されており、
前記第２バランスウエイトの質量は、前記クランク機構および前記ピストンにおける前記往復運動を行う往復運動部分の質量に相当する質量であり、
前記第２バランスウエイトの重心は、前記往復運動部分の重心に対して、前記回転軸を挟み、点対称の所に位置している往復動式の容積型流体機械。
【請求項６】
請求項５において、
前記ハイブリッドバランスウエイトは、
前記回転軸に固定されるボスと、
前記ボスに一体形成され、あるいは、前記ボスに取り付けたウエイト本体部と
を備えており、
前記ウエイト本体部は、前記回転軸の前記回転中心を中心として周方向に配列された第１部分、第２部分および第３部分を備えており、
前記第１部分は前記第１ウエイト部分であり、
前記第２部分において、その一部分が前記第２ウエイト部分であり、その残りの部分が前記第２バランスウエイトであり、
前記第３部分は前記第３ウエイト部分である往復動式の容積型流体機械。
【請求項７】
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダ内を往復移動可能なピストンと、
前記回転軸の回転運動を、前記ピストンの往復運動に変換するクランク機構と、
バランスウエイトと
を有しており、
前記シリンダとして、前記回転軸を挟み、水平対向配置されている第１シリンダおよび第２シリンダを備えており、
前記ピストンとして、前記第１シリンダ内を往復移動可能な第１ピストンおよび前記第２シリンダ内を往復移動可能な第２ピストンを備えており、
前記クランク機構は、前記回転軸の回転運動を、前記第１、第２ピストンの逆位相の往復運動に変換し、
前記バランスウエイトは、前記クランク機構の偏心回転に伴って発生する回転慣性力とのバランスを取るために、前記回転軸と一体回転するように配置されており、
前記バランスウエイトは、一対のウエイト部分を備えており、
前記ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、前記クランク機構の偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されており、
前記ウエイト部分のそれぞれの重心は、前記回転軸の回転中心を中心とする前記偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度および２７０度の角度間隔の所に位置している往復動式の容積型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動式の容積型流体機械に関し、さらに詳しくは、１気筒あるいは水平対向型の２気筒の往復動式の容積型流体機械における振動、騒音の低減化のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の容積型流体機械は、コンプレッサあるいは真空ポンプなどとして使用されている。昨今、機械の軽量小型化、および、低振動低騒音の要求が大である。特に、高速運転下での振動および騒音の低減が要求される。例えば、３０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍレベルの高速運転下での低振動、低騒音化が要求される。【０００３】
１気筒、２気筒の往復動式の容積型流体機械では、ピストンの往復動に起因する振動、騒音を抑制するためにバランスウエイトが取り付けられている。特許文献１には１気筒の往復動式圧縮機において、ピストンの往復運動によるアンバランスを軽減して振動を低減するためのバランスウエイトが提案されている。特許文献２においては、１８０度対向型の２気筒の圧縮機用シリンダ装置において、クランク機構を構成している偏心カムの回転バランスをとるためのバランスウエイトが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２５３６４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１４７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１気筒、２気筒の往復動式容積型流体機械の場合には、各気筒のピストンが回転軸に直交する方向に往復移動すると共に、回転軸の回転運動をピストンの往復運動に変換するためのクランク機構の部分が回転軸回りに偏心回転する。従来のように、主として往復運動に起因する振動を抑制するためのバランスウエイトを配置するだけでは、十分な騒音、振動の抑制効果を得ることができない。特許文献２に記載されているバランスウエイトは、クランク機構を構成している偏心カムの回転バランスを取るようにしている。しかし、これだけでは、例えば、偏心カムに連結されているピストンロッドの偏心回転に起因する回転のアンバランスを抑制できない。【０００６】
本発明の課題は、高速回転領域においても静粛な回転を維持できるように、クランク機構の偏心回転運動に起因するアンバランスを解消あるいは抑制可能なバランスウエイトを備えた１気筒あるいは２気筒の往復動式の容積型流体機械を提供することにある。【０００７】
また、本発明の課題は、高速回転領域においても静粛な回転を維持できるように、ピストンおよびクランク機構の往復運動、並びに、クランク機構の偏心回転運動の双方に起因するアンバランスを解消あるいは抑制可能なバランスウエイトを備えた１気筒あるいは２気筒の往復動式の容積型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を適用可能な１気筒あるいは２気筒の往復動式の容積型流体機械は、回転軸と、シリンダと、シリンダ内を往復移動可能なピストンと、回転軸の回転運動を、ピストンの往復運動に変換するクランク機構と、第１バランスウエイトとを有している。第１バランスウエイトは、クランク機構の偏心回転運動に伴って発生する回転慣性力とのバランスを取るために、回転軸と一体回転するように配置される。ここで、第１バランスウエイトに加えて、第２バランスウエイトを備えていることが望ましい。第２バランスウエイトは、ピストンの往復運動に伴って発生する往復動慣性力とのバランスを取るために、回転軸と一体回転するように配置される。本明細書において、別個に製造された第１バランスウエイトと第２バランスウエイトが相互に結合された構造のウエイト、双方のバランスウエイトの一部が共用部品として製造された構造のウエイト、または、双方のバランスウエイトが単一部品として製造された構造のウエイトを、「ハイブリッドバランスウエイト」と呼ぶものとする。【０００９】
また、２気筒の往復動式の容積型流体機械では、シリンダとして、回転軸を挟み、水平対向配置されている第１シリンダおよび第２シリンダを備えている。ピストンとして、第１シリンダ内を往復移動可能な第１ピストンおよび第２シリンダ内を往復移動可能な第２ピストンを備えている。クランク機構は、回転軸の回転運動を、第１、第２ピストンの同位相の往復運動に変換する。【００１０】
従来においては、レシプロエンジンの技術の発展により、低振動低騒音に関して各種のアイデアが提案されている。その多くは、多気筒化への展開であり、また、往復動慣性力の低減化を目指している。これに対して、本発明が対象としている１気筒あるいは２気筒のコンプレッサ、真空ポンプの分野では、構造がシンプルである分、商品としての付加価値が軽んじられ、高機能化ヘの展開が遅れているのが実態である。モータから入力される回転運動を往復運動に変換するためのコネクティングロッド（クランク機構）は、複雑な運動を形成する。一般に、コネクティングロッドを、往復運動部分と回転運動部分に分割した考え方に基づいて、往復動式の流体機械が設計されている。従来におけるバランスウエイトの設計では、この往復運動部分と回転運動部分の質量慣性力を、回転軸を挟み、ピストンに対向配置したバランスウエイトの質量慣性力によりバランスさせる手法がとられている。【００１１】
しかし、１気筒または水平対向型の２気筒のコンプレッサ、真空ポンプにおいては、コネクティングロッドなどの回転運動部分の偏心回転によって、１回転内の各回転角度位置における回転慣性力が大きく変動する。このため、従来のバランスウエイトの設計手法では、回転運動に伴うアンバランスを十分に解消できない。【００１２】
本発明の往復動式の容積型流体機械では、回転運動に伴うアンバランスを解消するために、クランク機構のコネクティングロッド等の回転運動部分の回転慣性力のアンバランスを、回転軸（モータシャフト）の回転中心を中心として、９０度の角度間隔で均等に配置した第１〜第３ウエイト部分によって解消あるいは低減している。【００１３】
すなわち、偏心回転に伴う回転慣性力に起因するアンバランスを解消するための第１バランスウエイトは、第１〜第３ウエイト部分から構成される。第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、クランク機構における回転運動に伴って偏心回転を行う偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されている。また、第１〜第３ウエイト部分のそれぞれの重心は、回転軸の回転中心を中心とするクランク機構の偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度、１８０度、２７０度の角度間隔の所に位置している。【００１４】
更に述べると、第２ウエイト部分の重心は、回転軸を挟み、クランク機構の偏心回転運動部分の重心に対して点対称の位置に配置される。第１、第３ウエイト部分は、回転軸回りに第２ウエイト部分から９０度回転した位置において、回転軸を挟み、点対称に配置される。また、第２バランスウエイトの質量と、偏心回転運動部分の質量との合計質量の重心位置が、回転軸の回転中心に位置する。【００１５】
ここで、２気筒の往復動式の容積型流体機械の場合において、双方のクランク機構のストローク（回転半径）が相違する場合がある。この場合には、それぞれの偏心回転運動部分の回転慣性力を合計した合計回転慣性力とのバランスを取ることができるように、第１バランスウエイトを設計すればよい。２つのクランク機構のそれぞれに対応する２つの第１バランスウエイトを配置してもよいし、単一の第１バランスウエイトを配置してもよい。【００１６】
本発明によれば、第１ウエイトバランスによって、回転軸の回転に伴って発生する回転慣性力のアンバランス成分が相殺あるいは低減される。なお、クランク機構の偏心回転運動部分と、５個のウエイト部分との合計６個のウエイト部分を、回転軸を中心として、６０度の等角度間隔に配置することが考えられる。あるいは、より多数のウエイト部分を等角度配置することが考えられる。多数のウエイト部分を配置しても、クランク機構の回転慣性力とのバランスをとることは可能である。しかし、ウエイト部分の個数が増えると、その分、合計質量が増加し、費用対効果の点から実用性に乏しい。本発明では最小個数のウエイト部分を配置することにより、効率よく、クランク機構の回転慣性力とのバランスをとることができる。【００１７】
一方、往復動慣性力については、従来技術と同じく、回転軸を挟み、往復運動部分の対称位置に、第２バランスウエイトを配置して往復動慣性力のアンバランスを解消あるいは低減できる。【００１８】
すなわち、本発明のハイブリッドバランスウエイトは、第１バランスウエイトに加え、往復動慣性力に起因するアンバランスを解消するための第２バランスウエイトを備えている。第２バランスウエイトは、その重心が、回転軸の回転に伴って、ピストンの往復動質量とは逆位相で往復運動するように、回転軸あるいはクランクに取り付けられる。また、第２バランスウエイトの質量と、回転軸の回転に伴って往復動する往復動質量との合計質量の重心が、回転軸の回転中心に位置するように設定される。【００１９】
更に説明すると、第２バランスウエイトの質量は、クランク機構およびピストンにおける往復運動を行う往復運動部分の質量に相当する質量とされ、第２バランスウエイトの重心は、往復運動部分の重心に対して、回転軸を挟み、点対称の所に配置される。【００２０】
本発明において、ハイブリッドバランスウエイトは、回転軸に固定されるボスと、ボスに一体形成され、あるいは、ボスに取り付けたウエイト本体部とを備え、ウエイト本体部が、回転軸の回転中心を中心として周方向に配列された第１部分、第２部分および第３部分を備えている。第１部分は第２バランスウエイトの第１ウエイト部分であり、第２部分において、その一部分が第１バランスウエイトの第２ウエイト部分であり、その残りの部分が第２バランスウエイトであり、第３部分は第１バランスウエイトの第３ウエイト部分である。【００２１】
この構成のハイブリッドバランスウエイトでは、第１、第２バランスウエイトが、回転軸における軸線方向の同一位置において、回転軸を中心とする円周方向に配列される。よって、軸線方向の寸法増加を招くことなく、第１、第２バランスウエイトを狭いスペースにコンパクトに配置できる。【００２２】
一方、本発明は、回転軸の回転運動が第１、第２ピストンの逆位相の往復運動に変換されるボクサータイプの２気筒の往復動式の容積型流体機械に適用することができる。この場合、バランスウエイトは一対のウエイト部分を備えている。ウエイト部分のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、クランク機構の偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定される。また、ウエイト部分のそれぞれの重心は、回転軸の回転中心を中心とする偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度および２７０度の角度間隔の所に位置させる。すなわち、回転軸を挟み、回転対称の位置に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態１に係る１気筒コンプレッサを示す斜視図、（Ｂ）は、その１気筒コンプレッサの一部分を取り出して示す部分斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１の１気筒コンプレッサの入力側の端面図、（Ｂ）は２Ｂ−２Ｂ線で切断した部分を示す縦断面図、（Ｃ）は２Ｃ−２Ｃ線で切断した部分を示す横断面図である。
【図３】（Ａ）はハイブリッドバランスウエイトを示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図４】ハイブリッドバランスウエイトの別の例を示す平面図である。
【図５】（Ａ）はハイブリッドバランスウエイトの更に別の例を示す平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の実施の形態２に係る２気筒コンプレッサを示す斜視図、（Ｂ）はその一部分を取り出して示す部分斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す部分の側面図である。
【図７】（Ａ）は２気筒コンプレッサの平面図、（Ｂ）はその入力側の端面図、（Ｃ）は７Ｃ−７Ｃ線で切断した部分を示す横断面図、（Ｄ）は７Ｄ−７Ｄ線で切断した部分を示す縦断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の実施の形態３に係る２気筒コンプレッサを示す斜視図、（Ｂ）はその一部分を取り出して示す部分斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）に示す部分の側面図、（Ｄ）はバランスウエイトを示す平面図、（Ｅ）はバランスウエイトの断面図である。
【図９】（Ａ）は２気筒コンプレッサの平面図、（Ｂ）はその入力側の端面図、（Ｃ）は９Ｃ−９Ｃ線で切断した部分を示す横断面図、（Ｄ）は９Ｄ−９Ｄ線で切断した部分を示す縦断面図である。
【図１０】（Ａ）はバランスウエイトの別の例を示す平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した往復動式の容積型流体機械の実施の形態を説明する。
【００２５】
［実施の形態１］
図１（Ａ）は、実施の形態１に係る１気筒コンプレッサを示す全体構成図であり、図１（Ｂ）は当該１気筒コンプレッサに組み込まれている回転軸、クランク機構、ピストンおよびハイブリッドバランスウエイトを示す斜視図である。図２（Ａ）は、１気筒コンプレッサの入力側の端面図であり、図２（Ｂ）は２Ｂ−２Ｂ線で切断した部分を示す縦断面図であり、図２（Ｃ）は２Ｃ−２Ｃ線で切断した部分を示す横断面図である。
【００２６】
本例の１気筒コンプレッサ１は矩形のベースプレート２を備えており、ベースプレート２の一方の側に想像線で示す電動モータ３が同軸に搭載される。電動モータ３によって１気筒コンプレッサ１が回転駆動される。１気筒コンプレッサ１は、ベースプレート２に取り付けた筒状のクランクケース４を備えている。クランクケース４の内部の中心部分には、回転軸５が配置されている。回転軸５は、電動モータ３の不図示のモータ軸に同軸に連結固定される。回転軸５は、電動モータ３の不図示のモータ軸の先端側に一体に形成される場合もある。
【００２７】
回転軸５には、クランク機構６が取り付けられている。クランク機構６は、回転軸５に固定したクランク７、および、当該クランク７に連結されたコネクティングロッド８を備えている。コネクティングロッド８の先端には円盤状のピストン９が取り付けられている。ピストン９は、クランクケース４に取り付けたシリンダ１０の内周面に沿って摺動可能である。シリンダ１０は、クランクケース４の上面部分に取り付けられている。クランク７の隣には、ハイブリッドバランスウエイト２０が配置されている。ハイブリッドバランスウエイト２０は、回転軸５に対して一体回転するように固定されている。ハイブリッドバランスウエイト２０をクランク７に固定することも可能である。
【００２８】
回転軸５に取り付けたクランク７は、偏心回転カム１２と、軸受１３とを備えている。軸受１３は、偏心回転カム１２の円形外周面と、コネクティングロッド８の大端内周面との間に装着されている。偏心回転カム１２は、図２（Ｃ）に示すように、その円形外周面の中心であるクランク中心線６ａが、回転軸５の回転中心線５ａに対して一定量だけ偏心した状態で、回転軸５に対して一体回転するように固定されている。回転軸５の回転運動が、クランク機構６によって、ピストン９の往復運動に変換される。
【００２９】
コネクティングロッド８は、回転軸５に直交する直交面に沿った一方向であるＹ軸の方向に延びており、シリンダ１０もＹ軸に沿った方向に配置されている。ピストン９の円形外周面にはリップシール９ａが取り付けられている。ピストン９は、気密状態でシリンダ１０の円形内周面に沿って摺動する。
【００３０】
図３（Ａ）はハイブリッドバランスウエイト２０を示す説明図であり、図３（Ｂ）はその断面図である。ハイブリッドバランスウエイト２０は、回転軸５に固定した円環状のボス２１と、ボス２１の円形外周面に固定したウエイト本体部２２とを備えている。ウエイト本体部２２は、１８０度を超える角度を張る扇形状をしている。ウエイト本体部２２は、回転中心線５ａ（回転中心）回りに配列された扇形状の第１部分２３、第２部分２４および第３部分２５から構成されている。
【００３１】
第１部分２３と、第２部分２４の一部の部分２４ａと、第３部分２５とは、クランク機構６における回転軸５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の回転慣性力との釣り合いを取るための第１バランスウエイト２６として機能する。第２部分２４の残りの部分２４ｂは、クランク機構６およびピストン９における往復運動を行う往復運動部分の往復動慣性力との釣り合いを取るための第２バランスウエイトとして機能する。以下においては、この部分２４ｂを第２バランスウエイト２４ｂと呼ぶ。なお、図３（Ａ）においては、部分２４ａと部分２４ｂを区別するために、部分２４ａを斜線で示してある。部分２４ａと部分２４ｂの区分は便宜上のものである。
【００３２】
まず、第２バランスウエイト２４ｂについて説明する。第２バランスウエイト２４ｂは、クランク機構６およびピストン９における往復運動部分の質量に相当する質量を有している。また、第２バランスウエイト２４ｂの重心は、往復運動部分の重心に対して、回転軸５を挟み、点対称の所に位置している。換言すると、第２バランスウエイト２４ｂは、その重心が、回転軸５の回転に伴って、ピストン９の往復動質量とは逆位相でＹ軸の方向（図１参照）に往復運動するように、回転軸５取り付けられている。また、第２バランスウエイト２４ｂの質量と、回転軸５の回転に伴ってＹ軸の方向に往復動する往復動質量との合計質量の重心が、回転軸５の中心（回転中心線５ａ上）に位置するように設定されている。
【００３３】
具体的には、クランク機構６（クランク７、コネクティングロッド８）の重心に対してシリンダ１０の側に位置する当該クランク機構６の部分の質量と、ピストン９の質量との合計質量を、往復動質量と看做すことができる。この往復動質量による往復動慣性力との釣り合いを取ることができるように、第２バランスウエイト２４ｂの質量および重心位置が設定されている。
【００３４】
クランク機構６の回転軸５を中心とする偏心回転により発生する回転慣性力との釣り合いをとるための第１バランスウエイト２６について説明する。第１バランスウエイト２６は、上記のように、第１部分２３（第１ウエイト部分）、第２部分２４の一部の部分２４ａ（第２ウエイト部分）、第３部分２５（第３ウエイト部分）を備えている。以下、第１部分２３を第１ウエイト部分２３と呼び、部分２４ａを第２ウエイト部分２４ａと呼び、第３部分２５を第３ウエイト部分２５と呼ぶ。
【００３５】
第１〜第３ウエイト部分２３、２４ａ、２５のそれぞれの質量は、相互に同一であり、かつ、クランク機構６における回転運動に伴って偏心回転を行う偏心回転運動部分の質量に等しくなるように設定されている。また、第１〜第３ウエイト部分２３、２４ａ、２５のそれぞれの重心は、回転軸５の回転中心（回転中心線５ａ）を中心とし、クランク機構６の偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該重心位置から、９０度、１８０度、２７０度の角度間隔の所に位置するように設定されている。第１バランスウエイト２６の質量と、回転軸５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の質量との合計質量の重心位置が、回転軸５の中心に位置する。本例では、第１、第３ウエイト部分２３、２５は同一形状、同一質量の部分である。また、第１、第３ウエイト部分２３、２５は、回転軸回りに第２ウエイト部分２４ａから９０度回転した位置において、回転軸５を挟み、点対称の位置に配置されている。
【００３６】
具体的には、クランク機構６（クランク７、コネクティングロッド８）の重心に対して、回転軸５の側に位置する当該クランク機構６の部分の質量を、偏心回転する回転質量と看做すことができる。この偏心回転質量による回転慣性力との釣り合いをとれるように、第１バランスウエイト２６の質量および重心位置が設定されている。
【００３７】
この構成の１気筒コンプレッサ１において、ピストン９が上死点にある位置においては、第２バランスウエイト２４ｂの重心は、回転軸５を挟み、シリンダ１０とは反対側における回転中心線５ａを通るＹ軸上に位置している。また、第１バランスウエイト２６として機能する左右の第１、第３ウエイト部分２３、２５のそれぞれの重心は、Ｙ軸に直交し、回転中心線５ａを通るＸ軸上において、回転中心線５ａに対して点対称の位置にある。この位置からの回転軸５の回転に伴って回転する第２バランスウエイト２４ｂは、Ｙ軸の方向に沿って見た場合には、ピストン９の往復動質量の往復動と逆位相となるように、往復動する。これによって、Ｙ軸の方向における回転バランスを取ることができる。
【００３８】
また、上死点位置においては、クランク７の偏心回転カム１２は、Ｙ軸に沿ってシリンダ１０の側に最も偏心した状態にある。この状態において、第１バランスウエイト２６の第１、第３ウエイト部分２３、２５は、Ｙ軸に直交するＸ軸方向の両側に位置している。この位置から、回転軸５の回転に伴って回転する左右の第１、第３ウエイト部分２３、２５は、Ｙ軸の方向に沿って見た場合には、逆位相で往復動するので、これらの往復動慣性力が相互に相殺される。また、Ｘ軸方向に沿って見た場合には、クランク機構６の偏心回転に伴うＸ軸方向の加振力が、第１、第３ウエイト部分２３、２５の回転によって発生する加振力によって相殺される。これによって、Ｘ軸方向における回転バランスを取ることができる。
【００３９】
よって、本例の１気筒コンプレッサ１は、４気筒コンプレッサと同様な静粛性を維持しつつ高速回転で駆動させることができる。なお、本例では、第１バランスウエイト２６および第２バランスウエイト２４ｂを備えたハイブリッドバランスウエイト２０を用いている。第１バランスウエイト２６と第２バランスウエイト２４ｂを、それぞれ、別個のウエイトとして制作して、回転軸５に取り付けることもできる。また、既存の１気筒あるいは２気筒のコンプレッサに対して、回転アンバランスを解消あるいは抑制するための第１バランスウエイト２６を取り付けることもできる。これにより、既存の１気筒あるいは２気筒のコンプレッサの振動騒音を低減できる。
【００４０】
図４は、ハイブリッドバランスウエイト２０の別の例を示す平面図である。この図に示すハイブリッドバランスウエイト３０は、その基本構成は上記のハイブリッドバランスウエイト２０と同様であり、回転軸５の圧入穴が形成されている円環状のボス３１と、ウエイト本体部３２とを備えている。ウエイト本体部３２は、第１〜第３部分３３、３４、３５から構成されている。第１〜第３部分３３、３４、３５のそれぞれは、ほぼ円盤形状の部分である。第１部分３３は第１ウエイト部分として機能し、第２部分３４の一部の部分は第２ウエイト部分として機能し、第３部分３５は第３ウエイト部分として機能する。したがって、第１部分３３、第２部分３４の一部および第３部分３５によって、第１バランスウエイトが構成される。第２部分３４の残りの部分は、第２バランスウエイトとして機能する。第１、第２バランスウエイトのそれぞれの役割は、上記の第１バランスウエイト２６、第２バランスウエイト２４ｂのそれぞれと同様である。
【００４１】
図５（Ａ）は、ハイブリッドバランスウエイト２０の更に別の例を示す平面図であり、図５（Ｂ）はその断面図である。これらの図に示すハイブリッドバランスウエイト４０は、中心部分が、一部が切り欠かれた中心側円盤状部分４１と、この中心側円盤状部分４１に固定される円弧状のボス４２と、中心側円盤状部分４１の外周に形成されている３つの外周側円盤状部分４３、４４、４５とを備えている。中心側円盤状部分４１とボス４２の間に、回転軸５が装着される軸穴が形成される。
【００４２】
この形状のハイブリッドバランスウエイト４０では、例えば、中心側円盤状部分４１の一部と、外周側円盤状部分４３の一部とが、第１バランスウエイトの第１ウエイト部分として機能する。中心側円盤状部分４１の一部と、外周側円盤状部分４５とが、第３ウエイト部分として機能する。外周側円盤状部分４４の一部が第２ウエイト部分として機能する。これら第１〜第３ウエイト部分によって第１バランスウエイトが構成される。また、中心側円盤状部分４１の一部と、外周側円盤状部分４４の一部とが、第２バランスウエイトとして機能する。
【００４３】
ハイブリッドバランスウエイトとしては、各種形状のものを用いることができる。上記のハイブリッドバランスウエイトでは、第１バランスウエイトの一部が、第２バランスウエイトとして機能する。第１、第２バランスウエイトを別個の部品として製造し、これらを結合してハイブリッドバランスウエイトとすることができる。ハイブリッドバランスウエイトを、第１、第２バランスウエイトとして機能する単一部品として製造することができる。第１、第２バランスウエイトのそれぞれを、複数の部品から構成し、これらを組み付けて一体構造のハイブリッドバランスウエイトとすることができる。勿論、ハイブリッドバランスウエイトの代わりに、第１バランスウエイトおよび第２バランスウエイトを別個に、回転軸に取り付けることもできる。これらの事項は、次の実施の形態２に対しても適用される。
【００４４】
［実施の形態２］
図６（Ａ）は、実施の形態２に係る往復動式の容積型流体機械である水平対向型の２気筒コンプレッサ（真空ポンプ）を示す斜視図である。図６（Ｂ）は、２気筒コンプレッサの回転軸、クランク機構、コネクティングロッド、ピストンおよびハイブリッドバランスウエイトを示す斜視図であり、図６（Ｃ）は、その入力側の端面図である。また、図７（Ａ）は、２気筒コンプレッサの平面図であり、図７（Ｂ）はその入力側の端面図であり、図７（Ｃ）は７Ｃ−７Ｃ線で切断した部分を示す横断面図であり、図７（Ｄ）は７Ｄ−７Ｄ線で切断した部分を示す縦断面図である。
【００４５】
本例の２気筒コンプレッサ５０は、筒状のクランクケース５４を備えており、その入力側の端面に、不図示の電動モータが同時に連結固定される。クランクケース５４の内部の中心部分には、電動モータの不図示のモータ軸に同軸に連結固定されている回転軸５５が配置されている。回転軸５５は、不図示のモータ軸の先端側に一体に形成されていてもよい。回転軸５５には第１、第２クランク機構５６、６６が取り付けられている。
【００４６】
第１クランク機構５６は、回転軸５５に固定した第１クランク５７、および、当該第１クランク５７に連結された第１コネクティングロッド５８を備えている。第１コネクティングロッド５８の先端には円盤状の第１ピストン５９が取り付けられている。第１ピストン５９は、クランクケース５４に取り付けた第１シリンダ６０の内周面に沿って摺動可能である。第１シリンダ６０は、クランクケース５４の一方の側面部分に取り付けられている。
【００４７】
回転軸５５に取り付けた第１クランク５７は、偏心回転カムと、この偏心回転カムの円形外周面に装着された軸受とを備えている。偏心回転カムは、図６（Ｃ）に示すように、その円形外周面の中心であるクランク軸線５６ａが、回転軸５５の回転中心線５５ａに対して一定量だけ偏心した状態で、回転軸５５に対して一体回転するように固定されている。
【００４８】
第１コネクティングロッド５８は、回転軸５５に直交する直交面に沿った一方向であるＹ軸方向に延びており、第１シリンダ６０も同一方向に配置されている。第１ピストン５９の円形外周面にはリップシール５９ａが取り付けられている。第１ピストン５９は、気密状態で第１シリンダ６０の円形内周面に沿って摺動する。
【００４９】
第２クランク機構６６も同様に構成されており、回転軸５５に固定した第２クランク６７、および、当該第２クランク６７に連結された第２コネクティングロッド６８を備えている。第２コネクティングロッド６８の先端には円盤状の第２ピストン６９が取り付けられている。第２ピストン６９は、クランクケース５４に取り付けた第２シリンダ７０の内周面に沿って摺動可能である。第２シリンダ７０は、クランクケース５４の他方の側面部分に取り付けられている。
【００５０】
回転軸５５の回転運動が、第１クランク機構５６によって、第１ピストン５９のＹ軸の方向往復運動に変換される。また、回転軸５５の回転運動が、第２クランク機構６６によって、第２ピストン６９のＹ軸の方向の往復運動に変換される。本例では、第１クランク機構５６、第１ピストン５９および第１シリンダ６０の側と、第２クランク機構６６、第２ピストン６９および第２シリンダ７０の側とは、回転軸５５を挟み、水平対向状態に配置されている。第１、第２クランク機構５６、６６は、回転軸５５の回転運動を、第１、第２ピストン５９、６９の同位相の往復運動に変換する。
【００５１】
ここで、第１クランク５７の隣には、第１ハイブリッドバランスウエイト９１が配置されている。第１ハイブリッドバランスウエイト９１は、回転軸５５に対して一体回転するように固定されている。第１ハイブリッドバランスウエイト９１を第１クランク５７に固定することも可能である。また、第２クランク６７の隣には、第２ハイブリッドバランスウエイト９２が配置されている。第２ハイブリッドバランスウエイト９２は、回転軸５５に対して一体回転するように固定されている。第２ハイブリッドバランスウエイト９２を第２クランク６７に固定することも可能である。
【００５２】
第１、第２ハイブリッドバランスウエイト９１、９２は、本例では同一形状、同一質量のウエイトであり、回転軸５５に対して同一状態で取り付けられている。第１、第２ハイブリッドバランスウエイト９１、９２を、単一のハイブリッドバランスウエイトとして構成することも可能である。また、第１クランク機構５６に対応する第１ハイブリッドバランスウエイトおよび第２クランク機構６６に対応する第２ハイブリッドバランスウエイトを製作して、回転軸５５に取り付けてもよい。
【００５３】
第１、第２ハイブリッドバランスウエイト９１、９２は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すハイブリッドバランスウエイト４０と同一形状のウエイトである。第１ハイブリッドバランスウエイト９１は、第１クランク機構５６および第１ピストン５９における往復運動を行う往復運動部分の往復動慣性力との釣り合いを取るための第２バランスウエイトとして機能すると共に、第１クランク機構５６における回転軸５５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の回転慣性力との釣り合いを取るための第１バランスウエイトとして機能する。
【００５４】
第２ハイブリッドバランスウエイト９２は、第２クランク機構６６および第２ピストン６９におけるＹ軸の方向に往復直線運動を行う往復運動部分の往復動慣性力との釣り合いを取るための第２バランスウエイトとして機能すると共に、第２クランク機構６６における回転軸５５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の回転慣性力との釣り合いを取るための第１バランスウエイトとして機能する。
【００５５】
第１、第２ハイブリッドバランスウエイト９１、９２としては、各種の形状、構造のウエイトを用いることができる。例えば、図３（Ａ）、３（Ｂ）あるいは、図４に示す形状のハイブリッドバランスウエイトを用いることができる。また、第１バランスウエイトと第２バランスウエイトを、それぞれ、別個のウエイトとして制作して、回転軸に取り付けることもできる。
【００５６】
［実施の形態３］
次に、本発明は、一対の気筒部が逆位相で往復動する水平対向型（ボクサータイプ）の容積型流体機械に適用することができる。この場合には、往復動慣性力による振動騒音が低いので、コネクティングンロッド（クランク機構）の回転部分の回転慣性力のアンバランスをバランスウエイト（第１バランスウエイト）によって除去あるいは低減することにより、よりバランス精度が向上する。
【００５７】
一般的にボクサータイプの容積型流体機械はトルク変動が大きくなるが、片方のシリンダがプラス圧力で、他方のシリンダが真空圧力の２気筒コンプレッサ（真空ポンプ）の場合には、トルク変動が小さくなる。このような２気筒コンプレッサ（真空ポンプ）に本発明を適用することが望ましい。
【００５８】
図８（Ａ）は、ボクサータイプの２気筒コンプレッサ（真空ポンプ）を示す斜視図である。図８（Ｂ）は、２気筒コンプレッサの回転軸、クランク機構、コネクティングロッド、ピストンおよびハイブリッドバランスウエイトを示す斜視図であり、図８（Ｃ）は、その入力側の端面図である。図８（Ｄ）はハイブリッドバランスウエイトを示す平面図であり、図８（Ｅ）はその断面図である。また、図９（Ａ）は２気筒コンプレッサの平面図であり、図９（Ｂ）はその入力側の端面図であり、図９（Ｃ）はその９Ｃ−９Ｃ線で切断した部分を示す横断面図であり、図９（Ｄ）は図９（Ａ）の９Ｄ−９Ｄ線で切断した部分を示す縦断面図である。
【００５９】
２気筒コンプレッサ１００は、筒状のクランクケース１０４を備えており、その入力側の端面に、不図示の電動モータが同時に連結固定される。クランクケース１０４の内部の中心部分には、電動モータの不図示のモータ軸に同軸に連結固定されている回転軸１０５が配置されている。回転軸１０５は、不図示のモータ軸の先端側に一体に形成されていてもよい。回転軸１０５には第１、第２クランク機構１０６、１１６が取り付けられている。
【００６０】
第１クランク機構１０６は、回転軸１０５に固定した第１クランク１０７、および、当該第１クランク１０７に連結された第１コネクティングロッド１０８を備えている。第１コネクティングロッド１０８の先端には円盤状の第１ピストン１０９が取り付けられている。第１ピストン１０９は、クランクケース１０４に取り付けた第１シリンダ１１０の内周面に沿って摺動可能である。第１シリンダ１１０は、クランクケース１０４の一方の側面部分に取り付けられている。
【００６１】
回転軸１０５に取り付けた第１クランク１０７は、偏心回転カムと、この偏心回転カムの円形外周面に装着された軸受とを備えている。偏心回転カムは、図８（Ｃ）に示すように、その円形外周面の中心であるクランク軸線１０６ａが、回転軸１０５の回転中心線１０５ａに対して一定量だけ偏心した状態で、回転軸１０５に対して一体回転するように固定されている。
【００６２】
第１コネクティングロッド１０８は、回転軸１０５に直交する直交面に沿った方向に延びており、第１シリンダ１１０も同一方向に配置されている。第１ピストン１０９の円形外周面にはリップシールが取り付けられている。第１ピストン１０９は、気密状態で第１シリンダ１１０の円形内周面に沿って摺動する。
【００６３】
第２クランク機構１１６も同様に構成されており、回転軸１０５に固定した第２クランク１１７、および、当該第２クランク１１７に連結された第２コネクティングロッド１１８を備えている。第２コネクティングロッド１１８の先端には円盤状の第２ピストン１１９が取り付けられている。第２ピストン１１９は、クランクケース１０４に取り付けた第２シリンダ１２０の内周面に沿って摺動可能である。第２シリンダ１２０は、クランクケース１０４の他方の側面部分に取り付けられている。
【００６４】
回転軸１０５の回転運動が、第１クランク機構１０６によって、第１ピストン１０９の往復運動に変換される。また、回転軸１０５の回転運動が、第２クランク機構１１６によって、第２ピストン１１９の往復運動に変換される。本例では、第１クランク機構１０６、第１ピストン１０９および第１シリンダ１１０の側と、第２クランク機構１１６、第２ピストン１１９および第２シリンダ１２０の側とは、回転軸１０５を挟み、水平対向状態に配置されている。第１、第２クランク機構１０６、１１６は、回転軸１０５の回転運動を、第１、第２ピストン１０９、１１９の逆位相の往復運動に変換する。例えば、第１シリンダ１１０の側が真空圧力側であり、第２シリンダ１２０の側がプラス圧力側である。
【００６５】
第１クランク１０７および第２クランク１１７のそれぞれの隣には、バランスウエイト１２１およびバランスウエイト１２２が配置されている。バランスウエイト１２１、１２２は、回転軸１０５に対して一体回転するように固定されている。バランスウエイト１２１を第１クランク１０７に固定し、第２バランスウエイト１２２を第２クランク１１７に固定することも可能である。
【００６６】
バランスウエイト１２１、１２２は、本例では同一形状、同一質量のウエイトであり、回転軸１０５に対して同一状態で取り付けられている。バランスウエイト１２１、１２２を、単一のバランスウエイトとして構成することも可能である。また、第１クランク機構１０６に対応する形状および質量のバランスウエイトと、第２クランク機構１１６に対応する形状および質量のバランスウエイトを製作して、それぞれを回転軸１０５に取り付けてもよい。
【００６７】
バランスウエイト１２１は、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）に示すように、円環状のボス１３１と、ボス１３１の外周に一体形成されている一対のウエイト部分１３２とを備えている。一対のウエイト部分１３２は、第１クランク機構１０６における回転軸１０５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の回転慣性力との釣り合いを取る。
【００６８】
ボス１３１には、その中心に、回転軸１０５が装着される軸穴１３３が形成されている。ウエイト部分１３２のそれぞれの重心は、回転軸１０５の回転中心を中心とする偏心回転運動部分の重心の回転軌跡上において、当該偏心回転運動部分の重心位置から、９０度および２７０度の角度間隔の所に位置する。すなわち、第１クランク機構１０６が上死点あるいは下死点に位置する場合において、その偏心回転運動部分の重心と回転軸１０５の回転中心とを通る線分をＹ軸とする。一対のウエイト部分１３２は、回転中心を挟み、Ｙ軸に直交する方向において、左右対称の状態に配置されている。
【００６９】
本例では、ウエイト部分１３２は、同一の円盤形状をした部分であり、また、それぞれ、第１クランク機構１０６の偏心回転運動部分の質量と同一の質量を持った部分である。ウエイト部分１３２は、ボス１３１の外周縁部分に一体形成されており、図８（Ｅ）から分かるように、それらの外周側の過半部分は、中心側の部分よりも板厚が厚い。他方のバランスウエイト１２２も同様に構成されているので、その説明を省略する。
【００７０】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、バランスウエイト１２１、１２２の代わりに用いることのできるバランスウエイトの一例を示す平面図および側面図である。これらの図に示すバランスウエイト１４０は、例えば、第１、第２クランク機構１０６、１１６の双方における回転軸１０５を中心として偏心回転する偏心回転運動部分の回転慣性力との釣り合いを取るためのバランスウエイトである。
【００７１】
バランスウエイト１４０は、一定厚さの板状のウエイトであり、円環状のボス１４１と、ボス１４１の外周に一体形成されている一対のウエイト部分１４２とを備えている。ボス１４１には、その中心に、回転軸１０５が装着される軸穴１４３が形成されている。第１、第２クランク機構１０６、１１６が上死点あるいは下死点に位置する場合において、その偏心回転運動部分の重心と回転軸１０５の回転中心とを通る線分をＹ軸とする。ウエイト部分１４２は、回転中心を挟み、Ｙ軸に直交する方向において、左右対称の状態に配置されている。
【００７２】
本例では、ウエイト部分１４２は、同一の扇形状をした部分であり、それぞれ、第１、第２クランク機構１０６の偏心回転運動部分の質量と同一の質量を持った部分である。ウエイト部分１４２は、ボス１４１の外周縁部分に一体形成されている。
【００７３】
なお、バランスウエイト１２１、１２２、および、バランスウエイト１４０は、それぞれ、一例を示すものであり、本発明のバランスウエイトは、これらの形状、構造に限定されるものではない。
【図１】
2017175431.tif 000003
【図２】
2017175431.tif 000004
【図３】
2017175431.tif 000005
【図４】
2017175431.tif 000006
【図５】
2017175431.tif 000007
【図６】
2017175431.tif 000008
【図７】
2017175431.tif 000009
【図８】
2017175431.tif 000010
【図９】
2017175431.tif 000011
【図１０】
2017175431.tif 000012
【国際調査報告】
2017175431.tif 000013
2017175431.tif 000014
2017175431.tif 000015
2017175431.tif 000016