(57)【要約】【課題】機械効率の低下及び駆動中における振動・騒音の発生を簡単な構成で抑制することができる往復動圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機１２は、モータＭに駆動連結されたピストン３３がシリンダ２８内を往復動することにより、シリンダ２８内にピストン３３によって容積可変となるように形成された圧縮室Ｒ内に吸入工程では外部から空気を吸入すると共に、圧縮工程では空気を圧縮室Ｒ内から圧縮して吐出する。そして、圧縮機１２のケーシング２６内においてピストン３３から見て圧縮室Ｒの反対側に台座４４が設けられ、その台座４４とピストン３３のピストンヘッド３３ａとの間には、ピストン３３を吸入工程及び圧縮工程を通じてピストン３３の上死点位置方向に向けて付勢するばね部材４５が介装されている。したがって、このばね部材のばね力により、吸入工程時と圧縮工程時におけるモータＭの駆動負荷が平準化される。【選択図】図２
2008101509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に駆動連結されたピストンがシリンダ内を往復動することにより、該シリンダ内に前記ピストンによって容積可変となるように形成された圧縮室内に外部から流体を吸入すると共に、該流体を前記圧縮室内から圧縮して吐出する往復動圧縮機において、
前記ピストンを、前記圧縮室内に流体を吸入する吸入工程及び前記圧縮室内から流体を圧縮して吐出する圧縮工程を通じて、該ピストンの上死点位置方向に向けて付勢する付勢部材を備えた往復動圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンの往復動方向において、該ピストンから見て前記圧縮室の反対側に台座を設け、該台座と前記ピストンとの間に前記付勢部材を介装した請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記付勢部材を所定のばね力を有するばね部材により構成すると共に、該ばね部材のばね力を、前記ピストンが圧縮工程で上死点位置に達する際に前記圧縮室内の流体から受ける圧力と前記ピストンが吸入工程で下死点位置に達する際に前記圧縮室内の流体から受ける圧力との間の大きさに設定した請求項１又は請求項２に記載の往復動圧縮機。
【請求項４】
前記ピストンは、前記駆動源からの駆動力に基づき旋回運動する偏心軸に一端側が回動可能に軸支されることにより該偏心軸の旋回運動に伴い揺動運動しながら前記ピストンの往復動方向に沿って往復動するピストンロッドの他端側に対して回動可能に軸支されている請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の往復動圧縮機。
【請求項５】
前記流体は空気であり、前記圧縮室内から圧縮して吐出される空気は、酸素濃縮装置において前記圧縮された空気が流入した場合に、その空気中の酸素の濃度を高めて酸素濃縮ガスを生成する酸素濃縮手段に向けて供給されるようになっており、
前記ばね部材のばね力は、前記酸素濃縮装置の運転サイクルに合わせて変動を繰り返す前記圧縮室からの空気の吐出圧力及び吐出流量に基づいた断熱理論動力と、前記駆動源の回転数と、前記偏心軸の偏心量とに基づき算出される前記駆動源の駆動中に前記ピストンにかかる力の最小値から最大値までの範囲内に設定されている請求項４に記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば酸素濃縮装置等において用いられ、駆動源に駆動連結されたピストンがシリンダ内を往復動することにより、該シリンダ内に前記ピストンによって容積可変となるように形成された圧縮室内に外部から流体としての空気を吸入すると共に、該空気を前記圧縮室内から圧縮して吐出する往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の往復動圧縮機においては、駆動源としてのモータの回転運動を駆動軸に伝え、駆動軸に偏心した状態で設けられた偏心軸の旋回運動をピストンの往復直線運動に変換することにより、シリンダ内にピストンにて容積可変に形成された圧力室内で空気の圧縮を行っている。すなわち、ピストンが上死点位置から下死点位置へ移動する吸入工程で空気を圧力室内に吸入し、次いで、ピストンが下死点位置から上死点位置に移動する圧縮工程で圧縮室内から圧縮した空気を吐出するようにしている。
【０００３】
ところで、こうした往復動圧縮機にあっては、その構造上、吸入工程時よりも吐出工程時の方が圧縮室内の圧力が大きくなる。そのため、ピストンを往復直線運動（ストローク運動）させるモータに対しては、特に圧縮工程時に大きな負荷がかかることになり、機械効率が低下するという問題があった。そこで、かかる問題に対処するべく、近時、例えば特許文献１に記載されるような酸素濃縮装置用の往復動圧縮機（以下、「従来圧縮機」という。）が提案されている。
【０００４】
この従来圧縮機は、オルダム継手を備えたものであり、ピストンロッドの基端部に回動軸支されたフランジ状の滑り子と、この滑り子の軸方向一方側でモータの駆動軸に固定された入力フランジと、この入力フランジと対向するように滑り子の軸方向他方側において回転自在に支持されたアイドラフランジとで、オルダム継手が構成されている。そして、このオルダム継手の機能により、滑り子に作用する入力フランジの回転トルクのピストン上昇方向への分力（すなわち、ピストンを上死点位置に向けて押し上げる力）をピストンが上死点位置に達する際に最大となるようにして機械効率の改善を図っている。
【特許文献１】特開平１１−１１９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した従来圧縮機では、機械効率の改善を図るためにオルダム継手を必須構成として備えているが、このオルダム継手は、その継手機能を的確に確保する必要上、精密かつ複雑な構成をしているため、機械効率の改善が図れる一方で圧縮機の製造コストを高くしてしまうという問題があった。
【０００６】
また、上記した従来圧縮機では、オルダム継手を備えたことにより、特に圧縮工程での機械効率を改善しているが、このオルダム継手は吸入工程時のモータ負荷と圧縮工程時のモータ負荷とを平準化させる機能までは有していない。そのため、吸入工程時と圧縮工程時との間にはモータ負荷の大きな変動が依然として存在し、こうしたモータ負荷の大きな変動に起因して、圧縮機の駆動中に、無用な振動及び騒音が発生してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械効率の低下及び駆動中における振動・騒音の発生を簡単な構成で抑制することができる往復動圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、駆動源に駆動連結されたピストンがシリンダ内を往復動することにより、該シリンダ内に前記ピストンによって容積可変となるように形成された圧縮室内に外部から流体を吸入すると共に、該流体を前記圧縮室内から圧縮して吐出する往復動圧縮機において、前記ピストンを、前記圧縮室内に流体を吸入する吸入工程及び前記圧縮室内から流体を圧縮して吐出する圧縮工程を通じて、該ピストンの上死点位置方向に向けて付勢する付勢部材を備えたことを要旨とする。
【０００９】
このように構成される往復動圧縮機では、ピストンが圧縮室内から流体を圧縮して吐出するために駆動源の駆動力に基づき上死点位置方向に向けて移動する圧縮工程において、付勢部材の付勢力が駆動源の駆動負荷を減少させる。その一方、ピストンが圧縮室内に流体を吸入するために駆動源の駆動力に基づき下死点位置方向へ移動する吸入工程では、付勢部材の付勢力が駆動源の駆動負荷を増加させる。そのため、本来的には、吸入工程時と圧縮工程時とでは駆動源の駆動負荷の差が大きいのに対し、本発明の往復動圧縮機では、付勢部材の付勢力が吸入工程時における駆動源の駆動負荷と圧縮工程時における駆動源の駆動負荷とを平準化させることになる。したがって、圧縮機の駆動中に吸入工程時と圧縮工程時とで駆動源の駆動負荷が大きく変動することに起因して、振動及び騒音が発生してしまうという事態が付勢部材を備えるという簡単な構成で抑制される。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の往復動圧縮機において、前記ピストンの往復動方向において、該ピストンから見て前記圧縮室の反対側に台座を設け、該台座と前記ピストンとの間に前記付勢部材を介装したことを要旨とする。
【００１１】
このように構成される往復動圧縮機では、圧縮機全体の大きさをピストンの往復動方向へ大型化させることなく付勢部材の設置スペースを容易に確保できると共に、ピストンから見て圧縮室の反対側に設けられた台座によって付勢部材を安定的に支持することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の往復動圧縮機において、前記付勢部材を所定のばね力を有するばね部材により構成すると共に、該ばね部材のばね力を、前記ピストンが圧縮工程で上死点位置に達する際に前記圧縮室内の流体から受ける圧力と前記ピストンが吸入工程で下死点位置に達する際に前記圧縮室内の流体から受ける圧力との間の大きさに設定したことを要旨とする。
【００１３】
このように構成される往復動圧縮機では、ばね部材という簡単な部品で付勢部材を構成することができるとともに、そのばね部材のばね力が吸入工程時及び圧縮工程時において必要以上に強くピストンに対して作用しないため、効率良く駆動負荷を平準化することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の往復動圧縮機において、前記ピストンは、前記駆動源からの駆動力に基づき旋回運動する偏心軸に一端側が回動可能に軸支されることにより該偏心軸の旋回運動に伴い揺動運動しながら前記ピストンの往復動方向に沿って往復動するピストンロッドの他端側に対して回動可能に軸支されていることを要旨とする。
【００１５】
このように構成される往復動圧縮機では、偏心軸の旋回運動に基づきピストンロッドが揺動運動しながら往復動しても、ピストンは、そのピストンロッドの他端側に支持された状態で圧縮室内を往復動する際において、付勢部材の付勢力によりシリンダの軸線方向に対して直交した姿勢態様に保持されて往復動することになる。したがって、ピストンは、圧縮室の内面を構成するシリンダの内面との間にシール部材を介在させていたとしても、そうしたシール部材の局所的な磨耗を抑制でき、製品寿命を延ばすことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の往復動圧縮機において、前記流体は空気であり、前記圧縮室内から圧縮して吐出される空気は、酸素濃縮装置において前記圧縮された空気が流入した場合に、その空気中の酸素の濃度を高めて酸素濃縮ガスを生成する酸素濃縮手段に向けて供給されるようになっており、前記ばね部材のばね力は、前記酸素濃縮装置の運転サイクルに合わせて変動を繰り返す前記圧縮室からの空気の吐出圧力及び吐出流量に基づいた断熱理論動力と、前記駆動源の回転数と、前記偏心軸の偏心量とに基づき算出される前記駆動源の駆動中に前記ピストンにかかる力の最小値から最大値までの範囲内に設定されていることを要旨とする。
【００１７】
このように構成される往復動圧縮機では、酸素濃縮装置に用いられた場合に、吸入工程時と圧縮工程時での駆動負荷を平準化できるため、酸素濃縮装置の駆動中における無用な振動及び騒音の発生を抑制できると共に、その駆動中に機械効率が低下しないため、酸素濃縮装置の消費電力の低減にも寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を酸素濃縮装置に備えられる往復動空気圧縮機（以下、「圧縮機」と略称する。）に具体化した一実施形態を図に従って説明する。なお、以下における本明細書中の説明において、「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」をいう場合は、各図に矢印で示す前後、左右、上下の各方向を示すものとする。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の酸素濃縮装置１１は、大気中の空気（流体）を吸入して圧縮する圧縮機１２を備えている。圧縮機１２で圧縮された空気は並列に設けられた入口弁１３，１４を介して吸着筒１５及び吸着筒１６にそれぞれ送られる。吸着筒１５，１６の内部には空気中から窒素を選択的に吸着する吸着剤が充填されているため、圧縮空気が吸着筒１５，１６内を流動することにより、圧縮空気中の窒素の大部分が除去された酸素濃縮ガスが生成されるようになっている。この点で、吸着筒１５，１６は、空気中の酸素の濃度を高めて酸素濃縮ガスを生成する酸素濃縮手段として機能する。
【００２０】
また、吸着筒１５，１６には、内部の気体（この場合の気体は、大部分が窒素）を外部に放出するための排気弁１７，１８がそれぞれ設けられている。その一方、吸着筒１５，１６において生成された酸素濃縮ガスは、パージ弁１９及びチェック弁２０ａ，２０ｂを介して酸素タンク２１に送られて貯留された後、図示しないガス取出手段によって製品ガス（酸素）として取出される。
【００２１】
次に、圧縮機１２の詳細な構成について、図２に基づき説明する。
図２（ａ）に示すように、圧縮機１２は、前後両面及び上面にそれぞれ所定の開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃが開口形成されたケーシング２６を備えている。ケーシング２６の前面側（図２（ａ）において右側）の開口２６ａには蓋２７が取り付けられるとともに、後面側（図２（ａ）において左側）の開口２６ｂは駆動源としてのモータＭがケーシング２６に一体固定されることにより塞がれている。また、ケーシング２６の上側開口２６ｃには、シリンダ２８が上方から嵌合固定されている。
【００２２】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ２８の外端側開口には円盤形状の弁座板２９が固着されている。弁座板２９には、空気吸入用の吸入孔２９ａ及び空気吐出用の吐出孔２９ｂがそれぞれ設けられている。また、弁座板２９の内面側には吸入孔２９ａを常には閉塞する弾性変形可能な吸入弁３０が設けられるとともに、弁座板２９の外面側には吐出孔２９ｂを常には閉塞する弾性変形可能な吐出弁３１が設けられている。
【００２３】
また、弁座板２９の外面側には流路形成部材３２が固着されており、流路形成部材３２には吸入孔２９ａと連通する吸入路３２ａ及び吐出弁３１を介して吐出孔２９ｂと連通する吐出路３２ｂがそれぞれ形成されている。なお、吐出路３２ｂは図示しない送気路及び入口弁１３，１４を介して吸着筒１５，１６に圧縮空気を送るようになっている。
【００２４】
シリンダ２８の内部には、ピストン３３がシリンダ２８の軸線方向（図２においては、上下方向）に沿って摺動可能に収容されている。ピストン３３は、シリンダ２８の内径と対応した略円盤形状のピストンヘッド３３ａを有しており、その下面側の周縁には環状突部３３ｂが形成されると共に、その下面側の略中央部には平板状突部３３ｃが突設されている。
【００２５】
ピストンヘッド３３ａの弁座板２９と対向する面には、ピストンヘッド３３ａと同様に厚さの薄い押圧板３４が設けられており、ピストンヘッド３３ａと押圧板３４との間にはシール部材３５が挟装されている。シール部材３５はシリンダ２８内において、ピストンヘッド３３ａより内側と押圧板３４の外側とで空気が出入りしないようにシリンダ２８の内周部をシールしているため、ピストン３３はシール部材３５を介在させた状態でシリンダ２８の軸線方向に沿って摺動するようになっている。
【００２６】
なお、押圧板３４、シール部材３５、シリンダ２８及び弁座板２９で囲まれた空間は圧縮室Ｒとなり、吸入弁３０及び吸入孔２９ａを介して吸入路３２ａと連通するとともに、吐出孔２９ｂ及び吐出弁３１を介して吐出路３２ｂと連通している。そして、ピストン３３の上下方向への往復直線運動により圧縮室Ｒの内容積が増減することで、圧縮室Ｒ内へ空気を吸入する吸入工程と、その空気を圧縮して圧縮室Ｒ内から吐出する圧縮工程とが、交互に行われるようになっている。
【００２７】
ケーシング２６内にはモータＭの駆動に伴い回転する棒状の駆動軸３６が後側の開口２６ｂを介して挿入されており、その駆動軸３６の先端（前端）は、該駆動軸３６の軸心がシリンダ２８の軸線上に位置して且つ該軸線と直交する水平方向に沿って延びるように、ケーシング２６内まで延設されている。そして、駆動軸３６の先端は、ケーシング２６の内面下部から上方へ立設された軸受部２６ｄに対し、ベアリング３７を介して回動自在に支持されている。
【００２８】
軸受部２６ｄよりも前方に突出した駆動軸３６の先端には、円柱形状の偏心軸３８が、該偏心軸３８自体の軸心を駆動軸３６の軸心に対して偏心させた状態で固定されている。すなわち、偏心軸３８は、モータＭの駆動力に基づき駆動軸３６が回転運動した際には、該駆動軸３６の軸心を中心にして旋回運動するようになっている。また、この偏心軸３８よりも前方側となる駆動軸３６の先端にはバランスウエイト３９が固定されている。
【００２９】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、ケーシング２６内においてピストン３３と偏心軸３８との間には、ピストンロッド４０が配設されている。このピストンロッド４０は、図２において上端側となる一端側が直線状をなすと共に、下端側となる他端側が円筒形状の駆動連結部４０ａとされている。そして、ピストンロッド４０は、その上端部が軸ピン４１を介してピストン３３の平板状突部３３ｃに対して回動可能に軸支されると共に、その下端側が駆動連結部４０ａ内に偏心軸３８の外周に周設されたベアリング４２を嵌合することにより偏心軸３８に対して回動自在に支持されている。なお、駆動連結部４０ａは、その周方向の一部がベアリング４２との嵌合関係を調整するために切り割りされており、その切り割された部分が固着ピン４３により離間不能に固着されている。
【００３０】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ケーシング２６内には、ピストン３３の往復動方向において、ピストンから見て圧縮室Ｒの反対側（図３では下側）となる位置に、台座４４が設けられている。この台座４４は、平板状をなす基部４４ａの略中央部にピストンロッド４０の直線状部分の挿通を許容する貫通孔４４ｂが形成されると共に、その貫通孔４４ｂの周縁からピストン３３側に向けて円筒部４４ｃが立設されている。
【００３１】
この円筒部４４ｃは、その外径寸法がピストンヘッド３３ａの下面側に形成された環状突部３３ｂの内径寸法よりも若干（例えば１ｍｍ程度）だけ小さくなるように形成されている。そして、この円筒部４４ｃに外嵌合するようにして台座４４の基部４４ａ上には、ピストン３３を圧縮工程での上死点位置方向に向けて付勢する付勢部材としてのばね部材４５がピストンヘッド３３ａとの間に介装されている。
【００３２】
ちなみに、このばね部材４５は、圧縮コイルスプリングからなり、その付勢力となるばね力の大きさが、予め次のような大きさとなるように設定されている。すなわち、そのばね力は、ピストン３３が圧縮工程で上死点位置に達する際に圧縮室Ｒ内で圧縮されている圧縮空気から受ける圧力の大きさと、ピストンが吸入工程で下死点位置に達する際に圧縮室Ｒ内へ吸入された空気（大気圧程度の空気）から受ける圧力の大きさとの間の略中間の大きさに設定されている。
【００３３】
より具体的には、酸素濃縮装置１１が運転された場合に、その酸素濃縮装置１１の運転サイクルに合わせて時間の経過と共に変動を繰り返しながら圧縮機１２の圧縮室Ｒから吐出される圧縮空気の吐出流量及び吐出圧力が予めシミュレーション又は実測によって求められ、そのシミュレーション又は実測の結果に基づき、適正なばね力に設定される。
【００３４】
すなわち、図３（ａ）（ｂ）は、予めシミュレーション又は実測によって求められた酸素濃縮装置１１における圧縮機１２からの吐出流量及び吐出圧力の経時的変化を表したグラフである。これらのグラフから明らかなように、圧縮機１２の吐出流量は、一定の周期でもって最大吐出流量と最小吐出流量の間での変動を繰り返すと共に、圧縮機１２の吐出圧力も、一定の周期でもって最大吐出圧力と最小吐出圧力の間での変動を繰り返している。
【００３５】
そこで、この吐出流量と吐出圧力に基づき、圧縮機１２において空気を圧縮する場合の断熱理論動力Ｎa（Ｗ）が次式（１）により算出される。なお、断熱理論動力Ｎa（Ｗ）とは、その圧縮機１２の駆動時に動力の損失がないとした場合における理論上の動力のことをいう。
【００３６】
【数１】
2008101509.tif 000003
ここで、Ｌ：吐出流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｐ０：大気圧（絶対圧力）（ＭＰａ）、Ｐ１：吐出圧力（ゲージ圧力）（ＭＰａ）、ｋ：比熱比（空気＝１．４）である。そして、その算出された断熱理論動力Ｎa（Ｗ）の経時的変化を表したものが図４（ａ）に示すグラフであり、このグラフから明らかなように、圧縮機１２の駆動中において断熱理論動力Ｎa（Ｗ）は、一定の周期でもって最大動力値と最小動力値の間での変動を繰り返している。
【００３７】
そして次には、この式（１）において算出された断熱理論動力Ｎa（Ｗ）とモータＭの回転数に基づき、モータＭのトルクＴ（Ｎ・ｍ）が次式（２）により算出される。
【００３８】
【数２】
2008101509.tif 000004
ここで、ｎ：モータＭの回転数（ｒｐｍ）である。
【００３９】
そして次には、この式（２）において算出されたトルクＴと偏心軸３８の駆動軸３６に対する偏心量とに基づいて、吸入工程及び圧縮工程を通じて偏心軸３８からピストン３３にかかる力Ｆ（Ｎ）が算出される。
【００４０】
【数３】
2008101509.tif 000005
ここで、ｅ：偏心量（ｍｍ）である。そして、その算出されたピストン３３にかかる力Ｆ（Ｎ）の経時的変化を表したものが図４（ｂ）に示すグラフであり、このグラフから明らかなように、圧縮機１２の駆動中においてピストン３３にかかる力Ｆ（Ｎ）は、一定の周期でもって最大値と最小値の間での変動を繰り返している。そして、この最大値と最小値との間の範囲内の何れかの値（例えば中間値）となるように、ばね部材４５のばね力は予め設定されるようになっている。
【００４１】
次に、以上のように構成された圧縮機１２の作用について説明する。
さて、酸素濃縮装置１１において酸素濃縮を行うために、モータＭが駆動開始すると、駆動軸３６が図２（ｂ）において時計方向への回転運動を開始する。ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）の初期状態から駆動軸３６が時計方向へ９０°回転した状態を示すものであり、同図に示すように、この駆動軸３６の回転運動に伴って偏心軸３８は駆動軸３６の軸心を中心として時計方向周りへの旋回運動を開始する。
【００４２】
すると、この偏心軸３８の旋回運動に伴ってピストンロッド４０はベアリング４２を介して偏心軸３８からシリンダ２８の軸線方向に沿って往復動する動力を伝達される。そして、その際には、旋回運動する偏心軸３８に対して駆動連結部４０ａがベアリング４２を介して駆動連結されているため、ピストンロッド４０はピストン３３に対する回動支点となる軸ピン４１を中心に揺動運動しながら上下方向に往復動することになる。
【００４３】
そして、この場合において、ピストン３３は、ピストンヘッド３３ａが台座４４の基部４４ａとの間に介装されたばね部材４５により上死点位置方向へ付勢されているために、揺動運動するピストンロッド４０の傾きにかかわらず、常にピストンヘッド３３ａがシリンダ２８の軸線方向に対して直交した姿勢態様に保持されて往復動することになる。したがって、ピストンロッド４０の傾きに追随してピストンヘッド３３ａが傾いた姿勢態様となって往復動する場合とは異なり、シール部材３５がシリンダ２８の内面との摺接摩擦により局所的に磨耗することが抑制される。
【００４４】
また、モータＭの駆動力に基づき往復動するピストンロッド４０によりピストン３３が上死点位置方向へ移動する圧縮工程では、通常、圧縮室Ｒ内で圧縮されている圧縮空気がピストン３３を下死点位置方向へ押し返すように圧力をかけるため、その分だけモータＭの駆動負荷が高まることになる。しかし、本実施形態では、ばね部材４５のばね力が常にピストン３３を上死点位置方向へ付勢しているため、このばね力が圧縮工程ではモータＭの駆動力に対する助力となってモータＭの駆動負荷を減少させる。したがって、圧縮工程での機械効率が向上する。
【００４５】
その一方、同じくピストンロッド４０によりピストン３３が下死点位置方向へ移動する吸入工程では、通常、圧縮室Ｒ内に吸入される空気は大気圧程度であってピストン３３を下死点位置方向へ押し返すような圧力をかけることもないため、モータＭの駆動負荷は、圧縮工程時におけるよりもはるかに低いことになる。しかし、本実施形態では、ばね部材４５のばね力が常にピストン３３を上死点位置方向へ付勢しているため、このばね力が、吸入工程ではピストン３３を下死点位置方向へ移動させるモータＭの駆動力に対して抵抗として作用するようになり、モータＭの駆動負荷を増加させる。したがって、吸入工程時と圧縮工程時でのモータＭの駆動負荷が平準化されるようになる。
【００４６】
以上説明した実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本来的には、吸入工程時と圧縮工程時とではモータＭの駆動負荷の差が大きいのに対し、本実施形態では、ばね部材４５のばね力が吸入工程時におけるモータＭの駆動負荷と圧縮工程時におけるモータＭの駆動負荷とを平準化させることになる。したがって、圧縮機１２の駆動中に吸入工程時と圧縮工程時とでモータＭの駆動負荷が大きく変動することに起因して、振動及び騒音が発生してしまうことを抑制できる。
【００４７】
（２）しかも、そのためには、圧縮機１２に対して、ピストン３３を上死点位置方向に向けて付勢するばね部材４５を設けるだけでよいため、構成が簡単であり、製造コストの低減にも寄与することができる。
【００４８】
（３）ばね部材４５は、ケーシング２６内にピストン３３から見て圧縮室Ｒの反対側に配設されるため、圧縮機１２全体の大きさをピストン３３の往復動方向へ大型化させることなく、その設置スペースを容易に確保できる。
【００４９】
（４）また、ばね部材４５は、ピストン３３から見て圧縮室Ｒの反対側に設けられた台座４４とピストンヘッド３３ａとの間に介装される構成であるため、安定的に支持された状態を維持できる。
【００５０】
（５）しかも、ばね部材４５は、その一端側がピストンヘッド３３ａの下面側に形成された環状突部３３ｂに内嵌合されると共に、その他端側が台座４４に形成された円筒部４４ｃに外嵌合された状態にて介装されているため、より一層、その支持状態が安定保持される。
【００５１】
（６）ばね部材４５という簡単な部品で付勢部材を構成することができるとともに、そのばね部材４５のばね力が吸入工程時及び圧縮工程時において必要以上に強くピストン３３に対して作用しないため、吸入工程及び圧縮工程でのモータＭの駆動負荷の平準化を良好に図ることができる。そして、圧縮工程ではばね部材４５のばね力がモータＭの駆動力に助勢することによりピストン３３は良好に上死点位置まで移動すると共に、吸入工程ではピストン３３が上死点位置から下死点位置に向けてばね部材４５のばね力に抗して確実にモータＭの駆動力により移動させられる。
【００５２】
（７）偏心軸３８の旋回運動に基づきピストンロッド４０が揺動運動しながら往復動しても、ピストン３３は、そのピストンロッドの傾きにかかわらず、ばね部材４５のばね力によりシリンダ２８の軸線方向に対して直交した姿勢態様に保持されて往復動することになる。したがって、ピストン３３は、圧縮室Ｒの内面を構成するシリンダ２８の内面との間にシール部材３５を介在させていたとしても、そうしたシール部材３５の局所的な磨耗を抑制でき、製品寿命を延ばすことができる。
【００５３】
（８）また、ピストンロッド４０にピストン３３が回動可能に軸支された構成の場合、シリンダ２８内でピストン３３の姿勢が不安定とならないように、通常、ピストン３３はピストンヘッド３３ａの厚さが大きく設定される。しかし、そうした場合には、ピストンヘッド３３ａのシリンダ２８内面に対する摺接面積が増えることになり、ピストン３３の往復動時における摺動抵抗も大きくなって機械効率が低下してしまう。この点、本実施形態では、ピストン３３は、ピストンヘッド３３ａがばね部材４５のばね力によりシリンダ２８の軸線方向と直交する姿勢態様となるように付勢されているため、ピストンヘッド３３ａの厚さを薄くすることが可能となり、摺動抵抗の増加を抑制して機械効率の向上に寄与することができる。
【００５４】
（９）酸素濃縮装置１１に用いられた場合には、吸入工程時と圧縮工程時でのモータＭの駆動負荷を平準化できるため、酸素濃縮装置１１の駆動中における無用な振動及び騒音の発生を抑制できると共に、その駆動中に圧縮機１２の機械効率が低下しないため、酸素濃縮装置１１の消費電力の低減にも寄与することができる。
【００５５】
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態において、付勢部材としてのばね部材４５は、ピストン３３から見て圧縮室Ｒ側に配設した構成であってもよい。なお、この場合は、圧縮コイルスプリングではなく引っ張りコイルスプリングにて構成するのが好ましい。
【００５６】
・上記実施形態において、ばね部材４５を支持する台座４４は円筒部４４ｃを備えず、これに置換して貫通孔４４ｂの周縁に沿ってピストン３３側に向けて複数の支持用突部が散在するように立設された構成であってもよい。
【００５７】
・上記実施形態において、ばね部材４５のばね力は、圧縮機１２の駆動中においてピストン３３にかかる力Ｆ（Ｎ）の最大値と最小値の間の範囲内における何れかの値に設定されるものであればよく、必ずしも最大値と最小値の中間値に限定されるものではない。
【００５８】
・上記実施形態において、付勢部材は、ばね部材４５に限定されない。ピストン３３を吸入工程及び圧縮工程を通じて上死点位置方向に向けて付勢するものであれば、油圧シリンダ等の流体圧シリンダのシリンダロッドにより付勢部材を構成してもよい。
【００５９】
・上記実施形態において、圧縮機１２は酸素濃縮装置１１において空気を圧縮するために用いられるものに限られない。また、圧縮室Ｒを真空用にして利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態における酸素濃縮装置を概略的に示すシステム図。
【図２】（ａ）は実施形態における往復動圧縮機の正断面図、（ｂ）は側断面図。
【図３】（ａ）は圧縮機の吐出流量の経時的変化を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機の吐出圧力の経時的変化を示すグラフ。
【図４】（ａ）は圧縮機の断熱理論動力の経時的変化を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機のピストンにかかる力の経時的変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
１１…酸素濃縮装置、１２…往復動圧縮機、１５，１６…吸着筒（酸素濃縮手段）、２８…シリンダ、３３…ピストン、３８…偏心軸、４０…ピストンロッド、４４…台座、４５…ばね部材（付勢部材）、Ｆ…ピストンにかかる力、Ｍ…モータ（駆動源）、Ｒ…圧縮室、Ｎa…断熱理論動力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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