(57)【要約】  圧縮ユニットは、シリンダと、上記シリンダに沿って摺動するようになっている第１ピストンと、第１端で上記第１ピストンに取り付けられ、第２端でクランクに取り付けられている連結ロッドとを備え、上記クランクは、モータシャフトに直接取り付けられるように構成されており、上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりもかなり長い。
2019516910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
上記シリンダに沿って摺動するように構成された第１ピストンと、
第１端で上記第１ピストンに取り付けられ、第２端でクランクに取り付けられるように構成された連結ロッドと、
を備え、上記クランクは、モータシャフトに直接取り付けられるように構成されており、
上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりもかなり大きいことを特徴とする圧縮ユニット。
【請求項２】
上記連結ロッドの上記長さＬは、上記クランクの上記動作半径Ｒの少なくとも５倍長い圧縮ユニット。
【請求項３】
上記連結ロッドの上記長さＬは、上記クランクの上記動作半径Ｒの少なくとも１０倍長い圧縮ユニット。
【請求項４】
上記連結ロッドの上記第１端は一体のフレキシブルピボットを備えている、請求項１に記載の圧縮ユニット。
【請求項５】
上記一体のフレキシブルピボットは上記第１ピストンと一体である、請求項４に記載の圧縮ユニット。
【請求項６】
上記第１ピストンはこの第１ピストンと一体の摺動面を備えている、請求項１に記載の圧縮ユニット。
【請求項７】
上記シリンダに沿って摺動するように構成された第２ピストンをさらに備えた、請求項１に記載の圧縮ユニット。
【請求項８】
上記第１ピストンを上記第２ピストンに連結するピストンロッドをさらに備えた、請求項７に記載の圧縮ユニット。
【請求項９】
上記連結ロッドの上記長さＬは、上記ピストンロッドの長さの半分よりも長い、請求項８に記載の圧縮ユニット。
【請求項１０】
上記モータシャフトは電気モータシャフトを含む、請求項１に記載の圧縮ユニット。
【請求項１１】
第１ピストンを、連結ロッド及び上記第１ピストンと上記連結ロッドとの間のフレキシブルピボットと一体に製造することを備え、
上記連結ロッドは、第１端で上記第１ピストンと一体であり、第２端でクランクに連結しており、上記クランクは、モータシャフトに直接取り付けられるように構成されており、
上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりもかなり大きいことを特徴とする、圧縮ユニットを製造する方法。
【請求項１２】
上記第１ピストンを上記フレキシブルピボット及び上記連結ロッドと一体に製造するために射出成形を用いることをさらに備えた請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ピストンロッドを上記第１ピストンと一体成形することをさらに備えた請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
第２ピストンを上記ピストンロッドと一体成形することをさらに備えた請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
モータシャフトに直接に連結されたクランクをかなり高速で回転させること、
上記クランクからの回転運動を、第１端で第１ピストンに第２端で上記クランクに取り付けられた連結ロッドを用いて直線運動に変換すること、
上記第１ピストンをシリンダ内で前後に摺動させること
を備え、上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりもかなり長いことを特徴とする圧縮ユニットの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は２０１６年５月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／３３７，３４６号に基づく優先権を主張するものであり、援用によりその出願の全内容を本願の一部としている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、圧縮機の分野に関し、より詳しくは、アキシャルダブルピストン圧縮機の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
流体即ち液体及び気体を圧縮するための圧縮機は、普通、流体を圧縮するためにシリンダ内を移動する１つ又は複数のピストンを備えている。ピストンは、ピストンの下部に接続された連結ロッドによって操作される。連結ロッドは、ピストン軸に対して横断方向に向けられたピストンピン又はガジオンピン（gudgeon pin）を介してピストンの下部に接続される。ピストンピンは、ピストンロッドがピストンピンに対して回転できるように、ピストンロッドの小端部におけるリングを貫通している。ピストンは、長手方向軸に対してピストンが傾斜してシリンダ内で動かなくなることを防止するために、長手方向に比較的長く伸びている。
【０００４】
上記連結ロッドの大端部は、別の機構、例えば、電気モータ又は内燃機関などによって駆動されるクランクに、自在に連結（freely connected) されている。
【０００５】
このようなタイプの圧縮機は、多くの部品点数で作られることから、精度よく製造された部品が必要であり、したがって、それらのコストが大きくなり、手間のかかる組み立ても必要で、多くの時間とさらなるコストがかかるという欠点がある。さらに、この構造は、ピストンとシリンダとの間に大きな横方向の力（横力 transverse forces)を生成する。
【０００６】
本発明の目的は、上述の欠点を大きく減らす又は克服する圧縮機を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、ピストン、ピストンピン、及び連結ロッドが１つのピースから形成され、射出成形または当該分野で知られた他の技術を用いて製造することのできる圧縮機を提供することである。そうすることで、本発明に係る圧縮機は、部品点数の減少、組み立て部品間の正確な精度が不要、手間のかかる組み立てが不要、という利点を達成する。
【０００８】
本発明の更なる目的は、モータがカムに直接に接続されており、したがって、重量、費用を節約でき、かつ、動作ノイズを減らす圧縮機を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、動作中のピストンとシリンダとの間の横方向の力を大きく低減又は除去できる圧縮機を提供することである。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、連結ロッドと１つのピストンとの間に一体のフレキシブルピボットを有する圧縮ユニットを提供する。これは、連結ロッドの長さが、この連結ロッドに連結されているクランクに対して、比較的長いことによって可能となる。
【００１１】
この構成は、ピストンによってシリンダに及ぼされる如何なる横方向の力も、除去または最小にまで減少させることを可能とする。したがって、ピストンの摺動面の長手方向の延び（長手方向の長さ）を縮減して最小にすることが可能である。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、シリンダと、上記シリンダに沿って摺動するようになっている第１ピストンと、第１端で上記第１ピストンに取り付けられ、第２端でクランクに取り付けられている連結ロッドと、を有する圧縮ユニットが提供される。上記クランクは、モータシャフトに直接取り付けられるように構成されている。
【００１３】
幾つかの実施形態では、上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりも実質的に（かなり、相当 substantially）長い。オプションとして、上記連結ロッドの長さＬは上記クランクの動作半径Ｒの少なくとも５倍である。
【００１４】
幾つかの実施形態では、上記連結ロッドの上記第１端は一体のフレキシブルピボットを有する。加えて、上記一体のフレキシブルピボットは上記第１ピストンと一体である。
【００１５】
幾つかの実施形態では、上記第１ピストンは、上記シリンダに接触する、長手方向の延び（longitudinal extension)がかなり短縮された摺動面を有する。上記摺動面は上記ピストンと一体であってもよい。
【００１６】
幾つかの実施形態では、上記圧縮ユニットは、上記シリンダに沿って摺動するように構成された第２ピストンを有する。
【００１７】
幾つかの実施形態では、上記圧縮ユニットは、上記第１ピストンを第２ピストンに連結するピストンロッドを有する。
【００１８】
幾つかの実施形態では、上記連結ロッドの長さＬは、上記ピストンロッドの長さの半分よりも長い。
【００１９】
幾つかの実施形態では、上記モータシャフトは電気モータシャフトを含む。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、圧縮ユニットを製造する方法がさらに提供される。連結ロッドは、第１端で第１ピストンと一体であって、第２端でクランクに連結している。上記クランクは、モータシャフトに直接（直に）取り付けられるように構成されている。上記連結ロッドの長さＬは、上記クランクの動作半径Ｒよりも実質的に（かなり、相当 substantially）長い。
【００２１】
幾つかの実施形態では、この方法は、上記第１ピストンを上記フレキシブルピボット及び上記連結ロッドと一体に成形するために射出成形を用いることを含む。
【００２２】
幾つかの実施形態では、上記方法は、ピストンロッドを上記第１ピストンと一体成形することを含む。
【００２３】
幾つかの実施形態では、上記方法は、第２ピストンを上記ピストンロッドと一体成形することを含む。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、圧縮ユニットの使用方法がさらに提供される。この使用方法は、モータシャフトに直接に連結されたクランクをかなり高速で回転させること、上記クランクからの回転運動を、第１端が第１ピストンに第２端がクランクに取り付けられた連結ロッドを用いて直線運動に変換すること、及び、上記第１ピストンをシリンダ内で前後に摺動させることを含む。
【００２５】
本発明のよりよい理解のため、及び、本発明がどのように実施されるかを示すために、添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る圧縮機の圧縮ユニットの断面図である。
【図２】本発明に係る図１の圧縮ユニットの斜視図である。
【図３】本発明に係る図１のクランクの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る圧縮機１２（単純化のため、全体は示されていない。）の圧縮ユニット１０を示した図１，２，３に注目する。この圧縮ユニット１０は、長手軸Ａを有する長尺のシリンダ１４を備えている。一対のピストン１６がシリンダ１４内に配置されている。この一対のピストン１６は上記長手軸Ａに対して同軸である。
【００２８】
なお、本明細書中に出現する、方向に関する用語、例えば、「前、前方、前部」、「後、後方、後部」、「上、上方、上部」、「下、下方、下部」などの用語は、色々な面間の相対的位置を区別するための便宜上の用語として使用されている。これらの用語は、図面に関して定義されているが、単に説明目的で使用されているものであり、本発明の範囲を限定することを意図してはいない。
【００２９】
上記一対のピストン１６間はピストンロッド１８によって連結されている。幾つかの実施形態では、ピストンロッド１８は１つのピースからなる。他の実施形態では、ピストンロッド１８は、２つのピストン１６間を連結する２つの個別のロッドからなる。
【００３０】
各ピストン１６は、前圧縮面２０、後面２２、そしてシリンダ１４と接触しシリンダ１４上をスライドする摺動面２４を備えている。
【００３１】
２つのピストン１６間の距離が比較的長いため、シリンダ１４内での長手軸Ａに沿ったピストン１６の安定した並進運動（translational movement)を可能とする。したがって、摺動面２４の長手方向の延び（長さ）を最小としつつも、両ピストン１６とシリンダ１４との間の適切なシールを提供する摺動面２４を製造することが可能となる。幾つかの実施形態によると、各ピストン１６の摺動面２４の長手方向の延び(長さ）は１ｍｍである。
【００３２】
両ピストン１６とシリンダ１４との間のシール部が、これらのピストン１６の摺動面２４に搭載されてもよいし、又は、有利なことにそれらと一体の部分を形成してもよい。
【００３３】
上記圧縮ユニット１０は、電気モータ（図示せず）によって運転される。この電気モータはシリンダ１４の外に配置され、長手軸Ａに直交する方向に向けられている。電気モータのシャフトはクランク２８の電気モータシャフト用の座（seating)２６内に直接接続されている。クランク２８はクランクピン３０を有する。クランクピン３０は、第１ピストン３６の後面２２に近接した、連結ロッド３４の第１端３２にあるピン穴に挿入されている。長さＬを有する連結ロッド３４は、比較的長くて、ピストンロッド１８の殆ど全長まで延びている。
【００３４】
上記連結ロッド３４の第２端３８は一体のフレキシブルピボット４２を介して第２ピストン４０の後面２２に接続されている。上記連結ロッド３４、一体のフレキシブルピボット４２、一対のピストン１６及びピストンロッド１８は全て、射出成形又は、３次元プリンティングを含む当該技術分野で知られた他の方法によって形成された単一の一体ピースで形成されている。
【００３５】
クランク２８は、電気モータ軸Ｂとクランクピン軸Ｃとの間に画定される動作半径Ｒを有する。連結ロッド３４の長さＬがクランク２８の動作半径Ｒよりもかなり長いため、電気モータ軸Ｂを中心とする、クランク２８を伴う連結ロッド３４の第１端３２の回転は、第２ピストン４０の後面２２に対して、連結ロッド３４の第２端３８のほんの僅かな回転運動及び並進運動を引き起こすのみである。したがって、連結ロッド３４と、一体のフレキシブルピボット４２及びピストン１６と、ピストンロッド１８ともう一つのピストン１６とを、１つの一体ピースとして形成することが可能であり、したがって、一方において製造及び組み立てコストを低減することを可能とし、他方において、一体のフレキシブルピボット４２の寿命を長くできる。
【００３６】
クランク２８を電気モータ軸Ｂに、減速機構を介することなく、直に連結しているので、次の様な色々な利点が得られる。（１）クランク２８が相対的に非常に高速で回転するので、ピストン１６の速い圧縮作用と小ストロークに対する補償が行われる。（２）減速機構が不要であることによるお金の節約。（３）減速機構を使用する必要が無いことによる寿命の長期化。（４）減速機構の使用を回避することによる圧縮機全体のかなり静かな動作。
【００３７】
圧縮ユニット１０は交互ストローク効果を伴って効率的に動作する。即ち、第１ピストン３６が圧縮ストロークを行うと、第２ピストン４０が吸込ストロークを行い、第２ピストン４０が圧縮ストロークを行うと、第１ピストン３６が吸込ストロークを行うのである。
【００３８】
本発明をある程度の詳細さで説明したが、以下に記載される本発明の精神又は範囲から逸脱することなく種々の変更、修正をなし得ることは理解されるべきである。
【００３９】
例えば、連結ロッド３４の第２端３８は、一体フレキシブルピボット４２を介して第２ピストン４０の後面２２に連結される必要はない。代替として、連結ロッド３４の第２端３８は、必ずしもそれと一体ではない別のタイプのジョイントを介して第２ピストン４０の後面２２に連結されてもよい。
【００４０】
連結ロッド３４の第２端３８は、一体フレキシブルピボット４２を介して第２ピストン４０の後面２２に連結される必要はない。代替として、連結ロッドの第２端は、ピストンロッド間を連結し長手軸Ａに略直交する方向に向けられた連結リンクに連結されてもよい。幾つかの実施形態によれば、この連結リンクは、ピストンの後面に連結される必要はない。
【図１】
2019516910.tif 000003
【図２】
2019516910.tif 000004
【図３】
2019516910.tif 000005
【国際調査報告】
2019516910.tif 000006
2019516910.tif 000007
2019516910.tif 000008