(57)【要約】【解決手段】多段排気システムを備えた斜軸式気体圧縮機は、気体ホールが形成されたシリンダーヘッド１３に固定された駆動軸と；圧縮された気体を吸排する気体ガイド部材２０と；駆動軸１０に結合され、吸排ポートが形成されたケースヘッド部材３０と；このケースヘッド部材３０の内面に固定され、シリンダーヘッド１３の外面に接触し、吸排バルブ溝が形成されたバルブ板部材５０と；シリンダーボア６１が形成され、シリンダーヘッド１３に一体に結合され、ピストン６４によって摺動可能に挿入されたシリンダーブロック６０と；このシリンダーブロック６０とピストン６４とに接続され、回転力を往復運動に変換する斜め回転板部材８０とを備えている。【選択図】図１
2004512461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体ホールが一様な間隔で同心円上に形成され、駆動軸に直角なシリンダーヘッドが一体に形成された駆動軸と、
外部から気体を吸入する吸気マニホールドと、シリンダーボア内で圧縮された気体を外部に排出する排気マニホールドとが形成された気体ガイド部材と、
前記吸気マニホールドに吸入された気体をシリンダーボア内部に供給する少なくとも１つ以上の吸入ポートと、シリンダーボア内部で圧縮された気体を前記排気マニホールドに排出する少なくとも２つ以上の排気ポートとが形成され、前記駆動軸を回転可能に支持するケースヘッド部材と、
このケースヘッド部材の内側面に固定されて前記シリンダーヘッドの外側面に接触し、前記気体ホールが移動する周上に気体吸入バルブ溝と少なくとも２つ以上の気体排気バルブ溝とが形成されて、気体吸入バルブ溝は前記吸入ポートから流入した気体をシリンダーボア内部に供給し、気体排気バルブ溝はシリンダーボア内部で圧縮された気体を前記排気ポートに排出するようなバルブ板部材と、
複数のシリンダーボアが前記駆動軸と平行に形成され、前記シリンダーヘッドと一体に結合された一側面と、各シリンダーボア内部にピストンと共にスライド可能に挿入された他側面とを有し、各シリンダーボア内部で吸入した気体を圧縮するシリンダーブロックと、
このシリンダーブロックの中心部にカップリングで連結され、前記複数のピストンにピストンロッドで連結され、前記駆動軸から伝達された回転力を直線往復運動に変換させて前記ピストンに伝達する斜め回転板部材と、
この斜め回転板部材を支持する斜面が形成されているケースエンドプレートと、
前記ケースヘッド部材および前記ケースエンドプレートに結合されて前記シリンダーブロックと前記斜め回転板部材とを内装するケースと
を有する斜軸式気体圧縮機。
【請求項２】
前記ケースヘッド部材の各排気ポートには、チェックバルブが内装されていることを特徴とする請求項１に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項３】
前記バルブ板部材の気体吸入バルブ溝は、特定のピストンが上死点から下死点まで動く吸入行程区間に相当する円周上の１８０゜区間に形成され、
前記気体排気バルブ溝は、ピストンが下死点から上死点まで動く圧縮行程区間に相当する円周上の残りの１８０゜区間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項４】
前記バルブ板部材の気体吸入バルブ溝と気体排気バルブ溝は、互いに離れた少なくともある一定距離（区画壁の長さＶＬ）がシリンダーヘッドの気体ホールの直径より大きくなるように形成されることを特徴とする請求項３に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項５】
前記バルブ板部材の気体排気バルブ溝各々の長さは、気体ホール間の距離より短く形成されることを特徴とする請求項４に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項６】
前記バルブ板部材の各バルブ溝の幅は、前記気体ホールの直径と同一又は直径より大きく形成されることを特徴とする請求項５に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項７】
前記バルブ板部材の気体排気バルブ溝のうちのいずれか１つ以上は、前記気体ホールの直径より小さい溝幅に形成されることを特徴とする請求項６に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項８】
前記ケースヘッド部材と駆動軸には、吸気マニホールドから流入した気体を、前記ケース内部に形成される密閉されたクランクチャンバーを経由してシリンダーボア内部に流入させる循環回路が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項９】
前記循環回路には、前記ケースヘッド部材の吸気マニホールドからクランクチャンバーに連通した少なくとも一つ以上の吸入通路と、クランクチャンバーからシリンダーブロックチャンバーを経由してシリンダーボアに連通した少なくとも１つ以上のサブ吸入通路とが形成され、
前記駆動軸は、軸方向に部分的に中空で、中空部には駆動軸に直角の軸ポートが１つ以上形成されていることを特徴とする請求項８に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１０】
前記駆動軸の中空部またはシリンダーブロックチャンバーには、少なくとも１つ以上の液体流入防止敷居が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１１】
前記ケースヘッド部材の内側面とバルブ板部材との間に挿入されたリング形態板ばねとテンションリングとをさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１２】
前記ケースの外側面には前記ケースを取り巻く冷却ケースが取り付けられ、この冷却ケースには冷媒吸入口と冷媒排出口とが形成されており、前記ケース外側にスパイラル形態の放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１３】
前記斜め回転板部材の外周面には、複数のブレードが形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１４】
前記ケースヘッド部材の外面には、駆動軸基準の放射状放熱フィンが形成され、前記ケースの外面には、駆動軸に平行な放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１５】
前記気体ガイド部材には、前記吸気マニホールドに連通した吸気管と前記排気マニホールドに連通した排気管とに連結される補助吸気管と補助排気管とが形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１６】
前記シリンダーブロックと前記斜め回転板部材とを連結するカップリングは、ユニバーザルカップリングまたはベベルギヤを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１７】
前記ピストンと前記斜め回転板部材とを連結するピストンロッドは、ユニバーザルカップリング、２節クランクまたは伸縮ロッドを有することを特徴とする請求項１６に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１８】
前記伸縮ロッドは、２つの雌と雄とのボルトを含み、雄ボルトの外側に結合されたロックナットを利用して前記ピストンの行程間隙を調節することを特徴とする請求項１７に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項１９】
前記伸縮ロッドの外側には、板ばねが設置されていることを特徴とする請求項１８に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項２０】
前記シリンダーブロックと前記斜め回転板部材とを連結するカップリングは、スプリングカップリングを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項２１】
前記ピストンと斜め回転板部材とを連結するピストンロッドは、２節クランクを有することを特徴とする請求項２０に記載の斜軸式気体圧縮機。
【請求項２２】
前記スプリングカップリングは、引力またはひずみ応力が作用するように、前記シリンダーブロックおよびピストンロッドの回転と同方向にシリンダーブロックと斜め回転板部材との間に連結されることを特徴とする請求項２１に記載の斜軸式気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は気体圧縮機に係り、特に、多段排気システムを備えてシリンダー内で圧縮された気体を排気通路の圧力に応じて選択的に排気することができる斜軸式（ｒｏｔａｒｙ ｓｌａｎｔ ｓｈａｆｔ ｔｙｐｅ）気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機とは、圧縮しようとする媒体に外部からの動力を加え、その媒体自体の圧力と速度を増加させる機械装置である。圧縮機は圧縮しようとする媒体の状態に関係なく、流体を対象とするので流体圧縮機ともいう。圧縮機によって圧縮できる媒体としては、空気や窒素または酸素などのような気体があり、オイルまたは冷媒のような液体がある。以下で説明する圧縮機はオイルのような液体を圧縮するのに用いることもできるが、主に空気のような気体を圧縮するのに用いる気体圧縮機を中心に説明する。
【０００３】
気体圧縮機として広く知られているものは、単純往復運動をするピストンを利用して気体を圧縮する往復圧縮機である。
【０００４】
一般に往復圧縮機は、自動車のエンジンのようにシリンダー端部に吸入バルブおよび排気バルブが設置されたシリンダーヘッドと、シリンダーと、このシリンダー内部で直線往復運動するピストンとからなる。このような往復圧縮機はピストンがシリンダー内を直線往復運動すれば、シリンダー内の気体圧力によって吸入バルブと排気バルブとが開閉され、気体を吸入、圧縮、排気する過程を遂行する。しかし、往復圧縮機には、気体の圧縮過程中にシリンダーヘッドに設置された吸入バルブと排気バルブがシリンダーヘッドに直接当たったり、またはピストンと直接当たったりする不具合がある。各バルブの衝突は一次的に機械的騷音を発生させ、長く使っているとバルブが曲がったり、さらにはバルブ自体が損傷を受けたりするようになる。また、往復圧縮機は、シリンダー内で気体の吸入と排気が交互に起こるため、気体圧縮時に脈動現象が発生し、バルブの開閉時には瞬間的な気体の膨脹により摩擦騷音が発生するという問題がある。
【０００５】
このような往復圧縮機の騷音問題を解決するために、吸排気用消音器を装着している。しかし、往復圧縮機に消音器を設置すると、圧縮機自体が機構的に複雑になり部品数が増加する。また、消音器設置によって気体抵抗が増加するため、圧縮機の性能を低下させる。
【０００６】
また、他の気体圧縮機としては、特開昭６１−６５０８１号公報（１９８６年４月３日公開）に開示された斜軸式圧縮機がある。
【０００７】
特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機では、回転軸の回転力を斜め回転板に伝達して、斜め回転板に連結されているピストンの直線往復運動に変換させる。この圧縮機には、６個のシリンダーが形成されたシリンダーブロックが回転軸に固定されており、シリンダーブロック内の各シリンダーは、ピストンに対向した面が開放されている構造になっている。開放されたシリンダーは吸排気ホールが形成されたフロートバルブで塞がれており、フロートバルブ後面に圧縮機ケースヘッドが密着している。そして、フロートバルブとケースヘッドとの間にはゴムリングが介在し、各シリンダー内で圧縮された気体の漏出を防止している。
【０００８】
このような圧縮機は、外部動力源から伝達された回転力で駆動軸を回転させれば駆動軸に固定されたシリンダーブロックが駆動軸と共に回転し、駆動軸の端部に固定された斜め回転板が駆動軸の回転に応じて回転して、各シリンダー内で各々のピストンを順次に往復運動させる。
【０００９】
この圧縮機の特徴により、各シリンダーは開放された状態で回転する反面、フロートバルブとケースヘッドは動かない。このようなこの圧縮機の特徴により、各シリンダーはフロートバルブの吸気ホールを通して気体をシリンダー内に吸入し、回転する間に気体を徐々に圧縮して、フロートバルブの排気ホールを通して圧縮された気体をケースヘッドに形成された気体通路側に排出する。このような圧縮過程で、フロートバルブは、シリンダーおよびバルブの各断面積に加わる気体圧力の差によってシリンダーブロック側に密着する。
【００１０】
特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機を従来の往復圧縮機と比較してみれば、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機用ピストンが駆動軸方向と平行な方向に往復運動をするので、圧縮機をコンパクトに製作できる。また、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、往復移動する吸排気バルブを使用せずに、固定されたフロートバルブを使用するので、バルブがピストンヘッドに直接当って生じる機械的騷音を完全に防止できる。さらに、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、定格負荷で連続運転する場合には、従来の往復圧縮機と同等な圧縮効率を発揮し、気体の圧力差による騷音特性もまたほとんど同一である。
【００１１】
しかし、以上のような長所にもかかわらず、この特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、回転するシリンダーブロックと停止したフロートバルブとの間の気密を維持するために、シリンダーブロックとフロートバルブとが摺り合うという重大な短所を有するので、それらの間の持続的な摩擦により部品の摩耗を生ずる。そして、このような摩擦によって発生する摩擦熱を除去するために、圧縮しようとする気体に潤滑性がなければならない。したがって、この圧縮機で圧縮される気体は潤滑性のある気体に限定される。また、この圧縮機は、摩擦熱以外にも、気体の圧縮過程で発生する圧縮熱が非常に高いので、圧縮機の内部または外部に熱を発散したり吸収したりする装置を必要とする短所がある。しかし、この特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、如何なる熱除去手段も暗示していないため、実際に使用する場合、発生する各種の熱によって圧縮機の耐久性が劣化し、気体の圧縮効率も低下する。
【００１２】
この特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機について、圧縮機の構造という観点から空気力学的に検討すると、この圧縮機の場合、圧縮区域の最大圧力（Ｐｍ）と排気区域の排気圧力（Ｐｄ）との差が非常に大きい。この場合、両区域の圧力差が大きくなると、高圧の圧縮気体が放出されて低圧状態になる時に発生する空力騷音が大きくなる。この問題について、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機を従来の圧縮機に比較してみれば、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は従来の往復圧縮機よりこのような圧力差が大きいので、より大きな空力騷音を示す。
【００１３】
動作中に発生するシリンダー内の圧縮負荷について見てみると、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は圧縮負荷の単位時間当たりの変動幅が従来の往復圧縮機より遥かに大きい。シリンダー内の圧縮負荷変動が大きくなると、駆動軸に与える軸力負荷が大きくなる。したがって、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、圧縮負荷に比例する軸力負荷が駆動軸の端部に連結された斜め回転板に加わって、斜め回転板下部とケースとの間に設置されたボールベアリング部品に影響を直接及ぼすため、圧縮機自体の耐久性を劣化させる。
【００１４】
以上説明したように、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機は、従来の往復圧縮機に比べて各種の長所があるにもかかわらず、構造起因の問題があるため、この圧縮機は気体圧縮機として商用化させるには限界がある。
【００１５】
したがって、斜軸式気体圧縮機の基本特性を持ちながら、特開昭６１−６５０８１号公報に記載された圧縮機の問題点を改善して、空力騷音を最小化させ、部品や付属品の耐久性を向上させ、エネルギー効率を増大させ、部品数を最小化し、無負荷運転を可能にするような構造の新圧縮機の需要が増加し、併せて、圧縮できる気体を多様化することが求められている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、シリンダーボア内部で圧縮された気体を一時に排出せず、外部圧力と連動して選択的に排出することができる斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００１７】
また、この発明の他の目的は、機械的または空気力学的騷音を最小化するように空力学的に設計された構造を有する斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００１８】
この発明のまた他の目的は、気体圧縮に要する動力を最小化して、エネルギー効率を最大化するような斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００１９】
この発明のまた他の目的は、気体圧縮機に加わる単位時間当り圧縮負荷の変動を最小化して、耐久性の向上した斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００２０】
この発明のまた他の目的は、各シリンダーボア内部に吸入される気体を、先ず、クランクチャンバーに循環させた後、シリンダーボア内部に導くことができる斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００２１】
この発明のまた他の目的は、高い効率で無負荷運転の可能な斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００２２】
この発明のまた他の目的は、内部で発生する摩擦熱と空気圧縮により生じた圧縮熱を効果的に放出できる斜軸式気体圧縮機を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、回転するシリンダーヘッドに接触し、一つの吸入溝と複数の排気溝が形成されているバルブ板を備え、バルブ板をケースヘッドに固定して、シリンダーボア内部で圧縮された気体を選択的に排出することができる斜軸式気体圧縮機を提供する。
【００２４】
より詳細に説明すれば、斜軸式気体圧縮機は、複数の気体ホールが一様な間隔で同心円上に形成され、駆動軸に直角なシリンダーヘッドが一体に形成された駆動軸と、外部から気体を吸入する吸気マニホールドと、シリンダーボア内で圧縮された気体を外部に排出する排気マニホールドとが形成された気体ガイド部材と、前記吸気マニホールドに吸入された気体をシリンダーボア内部に供給する少なくとも１つ以上の吸入ポートと、シリンダーボア内部で圧縮された気体を前記排気マニホールドに排出する少なくとも２つ以上の排気ポートとが形成され、前記駆動軸を回転可能に支持するケースヘッド部材と、このケースヘッド部材の内側面に固定されて前記シリンダーヘッドの外側面に接触し、前記気体ホールが移動する周上に気体吸入バルブ溝と少なくとも２つ以上の気体排気バルブ溝とが形成されて、気体吸入バルブ溝は前記吸入ポートから流入した気体をシリンダーボア内部に供給し、気体排気バルブ溝はシリンダーボア内部で圧縮された気体を前記排気ポートに排出するようなバルブ板部材と、複数のシリンダーボアが前記駆動軸と平行に形成され、前記シリンダーヘッドと一体に結合された一側面と、各シリンダーボア内部にピストンと共にスライド可能に挿入された他側面とを有し、各シリンダーボア内部で吸入した気体を圧縮するシリンダーブロックと、このシリンダーブロックの中心部にカップリングで連結され、前記複数のピストンにピストンロッドで連結され、前記駆動軸から伝達された回転力を直線往復運動に変換させて前記ピストンに伝達する斜め回転板部材と、この斜め回転板部材を支持する斜面が形成されているケースエンドプレートと、前記ケースヘッド部材および前記ケースエンドプレートに結合されて前記シリンダーブロックと前記斜め回転板部材とを内装するケースとを有する。
【００２５】
この斜軸式気体圧縮機において、ケースヘッド部材の各排気ポートにはチェックバルブが内装され、バルブ板部材の各排気溝を通じて圧縮された気体を、圧縮タンクの内部圧力に応じて選択的に排出される。
【００２６】
そして、この斜軸式気体圧縮機は、ケースヘッド部材と駆動軸は、吸気マニホールドから流入した気体を、ケース内部に作られた密閉されたクランクチャンバーを経由してシリンダーボア内部に流入させる循環回路が形成され、排気行程終了後のシリンダーボア内部に残留する圧縮空気が新しい吸入気体と合流して発生し得る空力騷音をケース内部に限定させることによって騒音を最小化できる。
【００２７】
また、ケースヘッド部材の内側面とバルブ板部材との間にテンションリングとリング状板ばねとを挿入して、長期間使用によるバルブ板とシリンダーヘッドとの摩擦によって発生し得る隙間を完全に防止する。
【００２８】
回転するシリンダーブロックと斜め回転板部材とをユニバーザルカップリングまたはスプリングカップリングで連結し、圧縮機の作動時に発生する機械的騷音を最小化する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例およびその変形例を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、この発明による斜軸式気体圧縮機の主要な部品は円筒形ケース１に収納されている。このケース１は、ケースヘッド３０とケースエンドプレート３によってボルトで両端を固定されており、ケース部品１，３０，３の各結合面にはゴムリング４がそれぞれ挿入され、ケース１内部のクランクチャンバー７０は外部から密閉されている。
【００３１】
ケース１内部に収納された気体圧縮機は、大きく外部動力源から供給された回転力を斜め回転板に伝達する駆動軸１０と、外部から気体を吸入し外部へ排出する気体ガイド部材２０と、吸入された気体をシリンダーに供給し圧縮された気体を圧縮タンクの圧力に応じて選択的に排気するケースヘッド部材３０と、ケースヘッド部材の内側面に固定されて回転するシリンダーに気体を供給し圧縮された気体を排気するバルブ板部材５０と、複数のピストンが内装されて気体を圧縮するシリンダーブロック６０と、駆動軸の回転運動を直線往復運動に変換させる斜め回転板部材８０とを備えている。
【００３２】
駆動軸１０は、ケース１の中心軸として伸びており、ケースヘッド３０のボス部にボールベアリング１１とテーパーローラーベアリング１２とによって回転可能に止められている。
【００３３】
駆動軸１０の一端には、外部動力源（図示せず）で発生した回転力を駆動軸１０に伝達するための駆動プリー５が固定されており、他端には、シリンダーブロック６０のシリンダーボア６１を密閉するためのシリンダーヘッド１３が一体に形成されている。このシリンダーヘッド１３は駆動軸１０と一体化されて円板形状に形成されており、駆動軸１０と同心円になる位置には一様な間隔で形成された６個の気体ホール１４を有する。
【００３４】
駆動軸１０の内部には部分的に軸チャンバー１５が形成されており、軸方向に対して直角の方向に軸ポート１６が形成され、クランクチャンバー７０の内部に流入した気体をシリンダーボア６１側に供給する通路の役割を果たす。
【００３５】
そして、駆動軸１０の軸チャンバー１５が形成された端部には液体流入防止敷居１７が形成され、回転するシリンダーブロック６０のブロックチャンバー６３内の側面に沿って流れるおそれのある飛散した潤滑油がシリンダーボア６１内部に流入することを防止する。
【００３６】
気体ガイド部材２０は、図１および図２に示されているように、円筒形からなり、円筒状ボディーの上に吸気管２１と排気管２２とが固定されている。吸気管２１は圧縮しようとする気体を圧縮機内部に導く役割を果たすため、外部にフィルター（図示せず）が付けられる。排気管２２は、圧縮機で圧縮された気体を貯蔵槽の圧縮タンク（図示せず）に排出する役割を果たすため、圧縮タンクと連通される。そして、排気管２２内部にはチェックバルブ２７が内装され、圧縮タンクに圧縮された気体がシリンダーボア６１内部に逆流するのを防止する。気体ガイド２０の底面には、同一な円周上に吸気管２１と連通した吸気マニホールド２３と、排気管２２に連通した排気マニホールド２４とが形成されている。吸気管２１と排気管２２との側面には、補助吸気管２５と補助排気管２６とがそれぞれ付着され、気体圧縮機を運転する途中に気体を圧縮する必要のない場合、気体圧縮機の運転を停止しない状態でこの補助吸気管２５と補助排気管２６とを相互連結させることにより、圧縮機の負荷を最小に維持できるようにする。
【００３７】
このような状態で吸入圧縮行程を進行させることを無負荷運転という。このような無負荷運転状態では、排気管２２内部に内装されたチェックバルブ２７により、圧縮タンクに圧縮された圧力が排気管２２側に逆流しない。図２で説明されていない符号２８はボルト孔であって、ボルトを利用して気体ガイド部材２０をケースヘッド３０に密着固定させる。
【００３８】
このケースヘッド部材３０は、図１および図３に示されているように、外側面には放熱フィン３１と気体ガイド部材２０を固定するためのガイド溝３２とが形成されており、内側面にはシリンダーヘッド１３との間隔を一定に維持するスラストベアリング１８を設置する設置溝３３とバルブ板５０とが固定される板溝３４、そしてバルブ板５０をシリンダーヘッド１３に接触させるテンションリング４０を挿入するためのリング溝３５が形成されている。また、ケースヘッド３０の中心部には、駆動軸１０を支持するためのボールベアリング１１とテーパーローラーベアリング１２とを収納するボス部３６が形成されている。ここで、ケースヘッド３０外側面に形成された放熱フィン３１は、駆動軸１０を基準に放射状に形成され、外部空気ファン（図示せず）による冷却空気がケース１外部に円滑に流れるようにする。このような冷却効果を増進させるために、ケース１外部の放熱フィン９は駆動軸１０に平行な方向に形成されている。このとき、空気冷却のための空気ファンは駆動プリー５側に設置されるのが好ましい。
【００３９】
ケースヘッド３０は、気体ガイド部材２０から供給される気体をクランクチャンバー７０内部に循環させてシリンダーボア６１に吸入させ、シリンダー内で圧縮された気体を選択的に排出させる通路の役割を果たす。したがって、ケースヘッド３０に形成された気体移動通路はこの発明の目的を達成するための重要な役割を果たす。ケースヘッド３０に形成される気体移動通路は主にガイド溝３２と板溝３４との間に形成され、吸入通路と排気通路とに分けられる。
【００４０】
気体吸入通路は、図３に示されているように、第１吸入ポート３７ａと第２吸入ポート３８ａとからなる。第１吸入ポート３７ａ（図３Ｂ）は、一側がガイド溝３２方向に連通して気体ガイド部材２０の吸気マニホールド２３に連結され、他側はサイドポート３７ｂによってケースヘッド３０の側面と連結される。ここで、サイドポート３７ｂはスラストベアリング１８が安着する設置溝３３の下部に形成されて、流入した気体がスラストベアリング１８を通過しないようにする。第２吸入ポート３８ａ（図３Ｃ）は、一側が板溝３４方向に連通してシリンダーボア６１方向に向かい、他側はサイドポート３８ｂによって駆動軸１０方向に連通して駆動軸の軸ポート１６方向に向かうようになる。このように形成された気体吸入通路により、図８に示されているように、気体ガイド部材２０の吸気マニホールド２３から供給された気体は第１吸入ポート３７ａとサイドポート３７ｂに流入してクランクチャンバー７０とブロックチャンバー６３と軸チャンバー１５とを経由し、サイドポート３８ｂと第２吸入ポート３８ａとを通じてシリンダーボア６１内に吸入される。
【００４１】
気体排気通路は、図３Ａに示されているように、１次排気ポート４１と、２次排気ポート４２と、３次排気ポート４３ａ，４３ｂとからなっており、これら１次ないし３次排気ポート４１，４２，４３ａ，４３ｂは、ケースヘッド３０を貫通して気体ガイド部材２０の排気マニホールド２４に連結される。そして、各排気ポート４１，４２，４３ａ，４３ｂには、排気マニホールド２４からシリンダーボア６１内部に圧縮された気体が逆流するのを防止するためにチェックバルブ４６が内装されている。
【００４２】
図３Ａで符号４４は、軸チャンバー１５内に吸入された潤滑油をクランクチャンバーに排出するためのドレーンポートであり、符号４５は、バルブ板５０をケースヘッド３０に固定させるためのボルト孔である。
【００４３】
図４は、ケースヘッドのリング溝３５に挿入されるテンションリング４０を示している。リング溝３５には円板リング形状の板ばね４９（図１参照）が内装され、この板ばね４９がテンションリング４０に弾性力を加えて、このテンションリング４０は後述するバルブ板５０をシリンダーヘッド１３に圧着する。
【００４４】
リング溝３５に挿入されたテンションリング４０は、気体圧縮行程中に圧縮される気体が外部に漏出するのを防止し、冷却オイルなどのような異物がシリンダーボア６１内部に流入するのを防止する。また、テンションリング４０は、吸入区間４０ａと、１次ないし３次排気区間４０ｂ，４０ｃ，４０ｄとに分かれていて、気体圧縮行程中に圧縮される気体が１つの区間から他の区間に漏出するのを防止する。このようなテンションリング４０は、耐熱ゴムやウレタンのような弾性力があり耐熱性のある材質で作られる。
【００４５】
バルブ板部材５０は、図１および図５に示されているように円板リング形に製作されており、バルブ板部材５０の上部面がシリンダーヘッド１３の外側面に接触して、この面でシリンダーヘッド１３の回転により摺動運動をする。バルブ板部材５０の上部面には、１つの吸入バルブ溝５１と、３個の離隔した１次ないし３次排気バルブ溝５２，５３，５４とが円弧状に形成されている。ここで、吸入バルブ溝５１と３次排気バルブ溝５４との溝幅は、シリンダーヘッド１３に形成された気体ホール１４の直径と同一又は直径より大きく形成されるが、１次および２次排気バルブ溝５２，５３の溝幅は、気体ホール１４の直径より小さく形成される。
【００４６】
さて、バルブ板部材５０のバルブ溝５１，５２，５３，５４の位置を図５および図９（Ａ）を参照してより詳細に説明する。吸入バルブ溝５１は、あるピストンが上死点から下死点まで動く吸入行程区間に相当する円周上の１８０゜区間にあり、３個の排気バルブ溝５２，５３，５４は、ピストンが下死点から上死点まで動く圧縮行程区間に相当する円周上の残り１８０゜区間に形成される。バルブ溝５１，５２，５３，５４それぞれの中心線を連結する円周の半径（ＶＲ）は、シリンダーヘッド３０の気体ホール１４の６個の中心線を連結する円周の半径（ＨＲ）と同一であるので、各気体ホール１４はそれぞれのバルブ溝５１，５２，５３，５４を順次通過するようになる。
【００４７】
バルブ板部材５０の吸気バルブ溝５１と排気バルブ溝５２，５３，５４とは、互いに最小限の距離を隔てて形成され、各バルブ溝の間の離隔距離は、区画壁の長さＶＬであり、シリンダーヘッド１３の気体ホール１４の直径より大きく離隔させることが重要である。
【００４８】
また、他の重要な点は、１次ないし３次排気バルブ溝５２，５３，５４それぞれの長さは、気体ホール１４間の距離より短く形成されて、排気バルブ溝５２，５３，５４の１つの内では１つ以上の気体ホール１４が位置しないようにすることである。
【００４９】
そして、吸入バルブ溝５１と、１次および２次排気バルブ溝５２，５３とには、バルブ板５０を貫通するバルブホール５１ａ，５２ａ，５３ａがそれぞれ１つずつ形成されており、３次排気バルブ溝５４には２つのバルブホール５４ａ，５４ｂが形成されている。
【００５０】
バルブ板５０を貫通する吸入バルブホール５１ａは、ケースヘッド３０底面の第２吸入ポート３８ａに結合され、１次排気バルブホール５２ａは１次排気ポート４１に結合され、２次排気バルブホール５３ａは２次排気ポート４２に結合され、３次排気バルブホール５４ａ，５４ｂは３次排気ポート４３ａ，４３ｂに連結される。したがって、ケースヘッド３０の第２吸入ポート３８ａからバルブ板５０の吸入バルブ溝５１に流入した気体は、旋回するシリンダーヘッド１３の気体ホール１４を通じて各シリンダーボア６１内に吸入され、シリンダーブロック６０が回転によって徐々に圧縮された後、バルブ板５０のバルブ溝５２，５３，５４と気体ホール１４とが会合して、圧縮タンクの圧力に応じて選択的に排出する。各排気バルブ溝５２，５３，５４に流入した圧縮気体は、それぞれの排気バルブホール５２ａ，５３ａ，５４ａ，５４ｂと、それぞれの排気ポート４１，４２，４３ａ，４３ｂとを経て、気体ガイド部材２０の排気マニホールド２４に排出される。
【００５１】
図１に示されているように、シリンダーブロック６０は、全体的に円筒形状に製作されてシリンダーブロック６０の軸中心にブロックチャンバー６３が形成されている。また、シリンダーブロック６０には、ブロックチャンバー６３の半径方向に隣接して、駆動軸１０と平行方向に長く、同じ直径を有する６個のシリンダーボア６１が形成されている。
【００５２】
このようなシリンダーブロック６０は、一断面で駆動軸１０のシリンダーヘッド１３にボルトで結合されて密閉され、各シリンダーボア６１には、６個のピストン６４が摺動可能に挿入される。そして、ブロックチャンバー６３にはカップリング６５が後述するユニバーザルカップリング６６にボルトで結合される。シリンダーブロック６０の外周面には螺旋形放熱フィン６７が形成され、この放熱フィン６７はシリンダーブロック６０の回転時にクランクチャンバー７０内部空間に流れる気体の循環を加速させる。このような放熱フィン６７は螺旋形の以外に、一定間隔で隔てられた複数の円形にすることもできる。ブロックチャンバー６３は直径が異なる２段円筒形に形成して、飛散した潤滑油がチャンバー１５側に流れるのを防止する。
【００５３】
シリンダーブロック６０は斜め回転板部材８０にユニバーザルカップリング６６で各部品の回転軸中心線に沿って連結されるが、斜め回転板については後述する。ユニバーザルカップリング６６は駆動ジョイント６８と従動ジョイント６９とからなり、駆動ジョイント６８と従動ジョイント６９とはそれぞれのフォーク形腕部品の十字軸７１によって相互に連結される。ユニバーザルカップリング６６の駆動ジョイント６８は中空であり、外周にはスプラインが形成されていてシリンダーブロック６０に固定されたカップリング６５とスプライン結合され、従動ジョイント６９は、一端の端部にフランジが形成されて斜め回転板部材８０にボルトで結合される。
【００５４】
この斜め回転板部材８０は、その回転軸中心部が受動軸７に、テーパーローラーベアリング８１によって軸結合され、受動軸７も回転軸中心でケースエンドプレート３の傾斜面６に固定されている。斜め回転板部材８０の外周には６対のブラケット８２が形成され、各ブラケット対がピストンロッド７３の一端に結合されており、傾斜面６と斜め回転板部材８０との間の空間にスラストベアリング８３が設置できるようにブラケット８２の反対側に敷居が形成されている。
【００５５】
シリンダーボア６１にそれぞれ挿入された６個のピストン６４は、ピストンロッド７３によって斜め回転板部材８０のブラケット８２に回動可能に結合される。各ピストン６４と斜め回転板部材８０との間に結合されるピストンロッド７３は、ユニバーザルカップリングや２節クランクを選択的に用いることができる。２節クランク形態のピストンロッド７３は、第１ロッド７４と第２ロッド７６とからなる。第１ロッド７４は一側が連結ピン７５によってピストン６４と連結され、他側にはフォークアームが形成されている。第２ロッド７６は一側が連結ピン７７によって斜め回転板部材８０のブラケット８２に連結され、他側には結合リングが形成されている。第１ロッド７４と第２ロッド７６との結合は、第１ロッド７４のフォークアームと第２ロッド７６の結合穴に挿入された連結ピン７８とによってなされ、両ロッド７４，７６は連結ピン７８により回動可能に結合される。各連結点では、連結ピン外部にベアリングが結合される。図面に示されていないユニバーザルカップリング形態のピストンロッド７３は、その結合構造が２節クランク形態のピストンロッドと類似しており、両側のロッドが十字軸によって回動可能に固定される。
【００５６】
図６Ａないし図６Ｃおよび図７ではこの発明の他の実施例を示している。
【００５７】
この発明の実施例では、この発明の駆動メカニズムを決定する主要部品等の機能は同一にし、気体吸入通路の構造、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とを連結する連結構造、および気体圧縮機の冷却のための冷却構造を多様に変更している。
【００５８】
図６に示されたこの発明の実施例は、図１に示す実施例と基本的には同一であり、差異点はシリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とを連結する連結構造である。図６Ａでは、各ピストン６４と斜め回転板部材８０とを連結するピストンロッド７３は２節クランク形態になっていて図１に示す実施例と同一であるが、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とはユニバーザルカップリングではなくてスプリングカップリング７２で連結される。したがって、駆動軸１０の動力はユニバーザルカップリングではなくてピストンロッド７３によって斜め回転板部材８０に伝達される。
【００５９】
スプリングカップリング７２は、図６Ｂに示されているように、２つのスプリング７２ａ，７２ｂが平行にシリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とを連結している。シリンダーブロック６０にはスプリング７２ａ，７２ｂの各他端から対角線方向に２つのブロックリング６８ａ，６８ｂが形成され、斜め回転板部材８０にもまた互いに対角線方向に斜め回転板リング６９ａ，６９ｂが形成されていて、第１スプリング７２ａは第１ブロックリング６８ａと第１斜め回転板リング６９ａとに結合され、第２スプリング７２ｂは第２ブロックリング８６ｂと第２斜め回転板リング６９ｂとに結合される。このようなスプリングカップリング７２の結合構造により、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とはシリンダーブロック６０およびピストンロッド７３と同一の回転方向で図６Ｂに示すような相互引力が作用する。このような引力は、シリンダーブロック６０が回転し始めるときに斜め回転板部材８０によって発生する反力を相殺し、スプリングカップリング７２のスプリング７２ａ，７２ｂは、斜め回転板部材８０の反力を考慮して決められた弾性係数を有する。ブロックリング６８ａ，６８ｂと斜め回転板リング６９ａ，６９ｂとでは、気体圧縮機の作動時に、斜め回転板部材８０がスイング運動をする点を考慮して、各リングを固定しスプリングに連結される固定ピンを内蔵するホルダー部品はボールジョイントによって連結される。
【００６０】
そして、スプリングカップリング７２のこの発明のまた他の実施例を図６Ｃに示した。図６Ｃに示されているスプリングカップリング７２には、円筒形スプリング７２ｃが形成され、その両端がブロックフランジ６８ｃと斜め回転板フランジ６９ｃとにそれぞれ結合され、ブロックフランジ６８ｃと斜め回転板フランジ６９ｃとはそれぞれシリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とにボルトで固定される。ここで、円筒形スプリング７２ｃを結合する場合には、シリンダーブロック６０およびピストンロッド７３と同一の回転方向に所定の分だけ初期的にひずませた状態で結合する。したがって、このようなスプリング７２ｃのひずみ応力により、シリンダーブロック６０が回転し始めるときに斜め回転板部材８０によって発生する反力が相殺される。
【００６１】
図７に示されている気体圧縮機を図１のものと比較してみれば、気体吸入通路の構造、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０との間の連結構造、そして気体圧縮機の冷却のための冷却構造が変更されている。以下では、このように変更された実施例の主要部品について詳細に説明する。
【００６２】
図７に示す実施例と図１に示す実施例との差異点は次のようである。第１に、駆動軸１０は、この駆動軸１０の内部の軸方向に完全に貫通する貫通孔１５ａが形成されているということである。この駆動軸１０内に貫通孔１５ａが形成された場合には、図１に示す軸ポート１６が除かれる。このような貫通孔１５ａは、潤滑油を使用する気体圧縮機が作動する場合にクランクチャンバー７０内で発生する蒸気状態の潤滑油ミストを外部に排出する通路の役割を果たし、また、大気をクランクチャンバー７０に導入させる冷却管路の役割も果たす。
【００６３】
第２に、ケースヘッド部材３０の吸入ポート３９がガイド溝３２と板溝３４の間を貫通して形成されていることである。図１および図７に示す両実施例を比較してみれば、図７のケースヘッド３０には図３Ａの第１および第２の吸入ポート３７ａ，３８ａ、サイドポート３７ｂ，３８ｂ、および図３Ａに示す追加のドレーンポート４４が形成されていない。このように気体の吸入ポート３９を直接貫通させたのは、気体ガイド部材２０から導入した気体をクランクチャンバー７０内に循環させずに直ちにシリンダーボア６１内部に供給するためである。
【００６４】
第３に、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０とがベベルギヤ８６により２軸結合され、組立性を向上させたことである。
【００６５】
第４に、ピストン６４と斜め回転板部材８０とが２節伸縮ロッド形態のピストンロッド７３に連結されていることである。これはピストンロッドを２つに分けて雌雄ボルト形態に製作し、ロックナット８４を利用してピストンの組立時にピストンの行程間隙を微細に調節するためである。図７に示すように、ピストンロッド７３を伸縮ロッド形態にする場合には、各ピストンロッドの外側部と斜め回転板部材８０の外周面に板ばね８５を設置する。このような板ばね８５は、シリンダーブロック６０が斜め回転板部材８０と共に回転する場合、ピストン６４に加わる遠心力を相殺させる作用をする。
【００６６】
図７に示すように、ピストンロッド７３の形態を伸縮ロッド形態にする場合、クランクチャンバー７０の底部に潤滑油を注入して圧縮機を用いるのが好ましい。このようにクランクチャンバー７０の底部に潤滑油を注入して圧縮機を稼動すれば、潤滑油は圧縮機が作動する間チャンバー内部に飛散し、伸縮ロッドのボール８７とボールジョイント８８との間に発生する摩擦熱を冷却させることができる。
【００６７】
第５に、円筒形ケースの外側を取り囲む冷却ケース９０が付けられていることである。したがって、ケース１と冷却ケース９０との間には冷却チャンバー８が形成される。このような冷却ケース９０には、冷媒吸入口９０ａと冷媒排出口９０ｂとが形成されており、放熱フィン９ａがケース１外側にスパイラル状に形成され、冷却チャンバー８内で循環する冷媒はケース１外周面を循環した後に排出口９０ｂを通じて外に排出される。放熱フィン９，９ａは、液冷式である場合は図７に示すようにスパイラル形態にされ、空冷式である場合は図１に示すように駆動軸１０と平行な方向に配置される。
【００６８】
最後に、図７に示す気体圧縮機では、斜め回転板部材８０の外周面に複数のブレード８９が形成されていることである。このようなブレード８９は、潤滑油を使用する圧縮機でクランクチャンバー７０の底から潤滑油をチャンバー内部に飛散させる役割を果たす。
【００６９】
以上説明した実施例およびその変形例では、この発明の作動に必要な主要部品およびその結合関係について説明した。その他の部品、例えばケース密閉部品とスライディングボール、ピストンロッドなどの構成は通常の機械装置に一般に用いられる機械部品と同様であり、説明を省略する。
【００７０】
また、この発明の実施例およびその変形例で説明された、シリンダーブロック６０と斜め回転板部材８０との軸結合形態、ピストンロッド７３、そして冷却構造は、各実施例に限定して使用されるものではなく、気体圧縮機の使用用途に応じて選択的に組み合わせて用いることができる。
【００７１】
以下では、以上で説明したこの発明の実施例およびその変形例による気体圧縮機の作動およびその作動特性について図８ないし図１０を参照して詳しく説明する。
【００７２】
図８に示されているように、モーター（図示せず）のような外部動力源から発生した回転力はベルト（図示せず）のような動力伝達手段を通じてプリー５に伝達される。プリー５に伝達された回転力が駆動軸１０を回転させれば、駆動軸１０と一体に結合されているシリンダーヘッド１３とシリンダーブロック６０とが駆動軸１０と共に回転する。これと同時に、シリンダーブロック６０とユニバーザルカップリング６６（または図６に示すスプリングカップリング７２または図７に示すベベルギヤ８６）によって結合された斜め回転板部材８０が受動軸７を中心に回転する。斜め回転板８０が駆動軸１０に向かって傾いた方向にスイングすれば、斜め回転板部材８０に結合された各ピストンロッド７３は駆動軸１０の方向に直線往復運動をするようになる。
【００７３】
図６Ａおよび図６Ｃに示すような場合、駆動軸１０の動力はスプリングカップリング７２ではなくピストンロッド７３によって斜め回転板部材８０に伝達される。この時、スプリングカップリング７２の各スプリング７２ａ，７２ｂ，７２ｃには引力またはひずみ応力が作用しているので、このような引力またはひずみ応力により、シリンダーブロック６０が回転し始めるときに斜め回転板部材８０によって発生する反力を補償する。
【００７４】
以上のような圧縮機部品の行動は動力が入力されると同時に行われ、６個のピストン６４はシリンダーブロック６０と共に回転しながら同時に、それぞれ往復運動をして選択的に排気行程を行う。ピストン６４の行程距離は、斜め回転板部材８０とピストンロッド７３との連結点が、斜め回転板８０のスイング運動時に駆動軸１０の方向に斜め回転板８０が移動した距離と等しいので、２Ｒｓｉｎ（Ｋ０）と示すことができる（ここで、Ｒ：受動軸７の中心から斜め回転板８０とピストンロッド７３との連結点までの距離、Ｋ０：駆動軸１０と受動軸７との傾斜角である）。
【００７５】
圧縮機内での気体の流れは次の通りである。
【００７６】
まず、外部フィルター（図示せず）を通過した気体が気体ガイド２０の吸気管２１に流入すれば、図１および図６に示す実施例では、クランクチャンバー７０内を循環してシリンダーボア６１内部に流入し、図７に示す実施例では、シリンダーボア６１に直接流入する。図１に示すように、気体が循環後流入する場合の気体循環経路を詳しく説明すれば次の通りである。
【００７７】
つまり、気体ガイド２０の吸気管２１を経て流入した気体が、ケースヘッド３０の第１吸入ポート３７ａ、サイドポート３７ｂ、クランクチャンバー７０、ブロックチャンバー６３、軸チャンバー１５、軸ポート１６、サイドポート３８ｂ、バルブ板５０の吸入バルブホール５１ａ、そして気体ホール１４を順次通過してシリンダーボア６１内部に流入する。吸入された気体を直ちにシリンダーボア６１に流入させずにクランクチャンバー７０内部を循環させた後に流入させる目的は、圧縮排気行程が終了した後シリンダーボア６１内部に残っているかもしれない残留圧力により生ずる雑音を緩和することであり、低圧状態のクランクチャンバー７０内に流入した気体が、圧力の異なる気体が混ざる瞬間発生する爆発を密閉された空間であるクランクチャンバー７０内部で行わせるようにすることにより、圧力の異なる気体の混合による騷音を低減させるためである。
【００７８】
シリンダーボア６１に流入した気体はシリンダーブロック６０とピストン６４とが回転する間に圧縮され、シリンダーヘッド１３の気体ホール１４がバルブ板５０の１次ないし３次排気溝５２，５３，５４とそれぞれ順次会合する瞬間に、バルブ板５０の各排気ホール５２ａ，５３ａ，５４ａ，５４ｂと、ケースヘッド３０の各排気ポート４１，４２，４３ａ，４３ｂとを通じて圧縮タンクの圧力に応じて選択的に排出される。排出ガスは、気体ガイド部材２０の排気マニホールド２４に流されて排気管２２から排出される。
【００７９】
圧縮機が作動する間に各部品が相互摩擦して発生する摩擦熱は次のような方法によって冷却される。
【００８０】
図７に示す実施例で潤滑油を使用する場合、クランクチャンバー７０の底に斜め回転板部材８０のブレード８９が浸るまで潤滑油を注入した状態で圧縮機を稼動する。このような圧縮機の場合、回転する斜め回転板８０のブレード８９は潤滑油をクランクチャンバー７０内壁に飛散させ、これと同時に回転するシリンダーブロック６０の放熱フィン６７が溜まっていた潤滑油を攪拌する。したがって、飛散した潤滑油は運動する各部品に潤滑油を供給すると同時に、部品の相互摩擦によって発生した摩擦熱を冷却する。この時、潤滑油の一部が蒸発して油蒸気状態になれば、このような油蒸気は駆動軸１０の中空部１５ａを通じて圧縮機外部に排出される。そして、シリンダーボア６１内で発生し、またブロックチャンバー６３側に発散する圧縮熱もまたクランクチャンバー７０内部に形成された気体の渦流によって冷却される。
【００８１】
潤滑油を使用せずに作動する場合、摩擦部分を最小化できる動力伝達構造に圧縮機を組み合わせる。このような圧縮機の場合はクランクチャンバー７０内部に流入する気体がチャンバー７０内部で渦流を形成しながら循環するので、このような循環気体自体が冷媒として作用する。
【００８２】
以上ではクランクチャンバー７０内部の冷却作用について説明したが、この発明の圧縮機は内部と共に、ケース１外部をも空冷または液冷方式で冷却する。空冷式は、ケースヘッド３０外部に駆動軸１０に対して放射状に形成されたケースヘッド３０の放射状放熱フィン３１と駆動軸１０に平行な方向に形成されたケースの放熱フィン９を備えた扇風機によって冷却が行われる。つまり、駆動軸１０の前面に位置するモーター（図示せず）に空気ファンを設置してケース１側に風を起こせば、ケース１外部の放熱フィン３１，９に沿って風が流れながら圧縮機外部を冷却させる。液冷式は、ケース１と冷却ケース９０の間にある冷却チャンバー８に吸入口９０ａ側に冷媒を供給すれば、スパイラル状の放熱フィン９ａに沿ってケース１外周面を循環した後、排出口９０ｂを経て排出されながら圧縮機外部を冷却させる。
【００８３】
シリンダーブロック６０と共に回転するピストン６４には、駆動軸１０を中心に半径が大きくなる方向に遠心力が作用する。ピストン６４に加わる遠心力を補償させるために、図７に示されているように、ピストンロッド７３に板ばね８５を設置し、運動中にピストン６４に加わる遠心力を補償させる。
【００８４】
以下では、この発明の圧縮機で行う圧縮および排気行程をより詳細に説明する。図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、ピストン６４が往復運動する過程で各バルブ溝５１，５２，５３，５４がシリンダーヘッド１３の各気体ホール１４と会合するときの吸入、圧縮および排気特性を示している。
【００８５】
図９（Ａ）で、符号Ｔはピストン６４が上死点に位置している点を示し、符号Ｂはピストン６４が下死点に位置している点を示す。また、符号Ｋはシリンダーヘッド１３の気体ホール１４がバルブ板５０の回りを回った角度を意味する。図９（Ａ）で気体ホール１４がバルブ板５０の回りを反時計方向に回転する場合、Ｋ＝０゜〜１８０゜の区間はピストン行程の吸入行程区間に相当し、Ｋ＝１８０゜〜３６０゜の区間はピストン行程の圧縮および排気行程区間に相当する。
【００８６】
気体ホール１４が上死点（Ｔ）から回転して吸入バルブ溝５１と会合する直前位置Ｋ１までの区間Ｓ１では、シリンダーボア６１内部に排気されずに残っている圧縮された一部の残留気体が膨脹する。区間Ｓ２では、気体ホール１４が吸入バルブ溝５１を通過しながら気体を吸入する。Ｋ２から下死点（Ｂ）であるＫ３までは、バルブ板５０が気体ホール１４を塞いで圧縮を準備する。Ｒ１は、気体ホール１４が塞がった状態でＫ４まで移動する区間を示し、この区間では吸入された気体が１次的に圧縮される。Ｅ１は、気体ホール１４が１次排気バルブ溝５２を通過しながら１次圧縮された気体を最初に排気する区間である。Ｒ２は、気体ホール１４が再び塞がった状態でＫ６まで移動する区間を示し、この区間では１次圧縮された気体が２次的に圧縮される。Ｅ２は、気体ホール１４が２次排気バルブ溝５３を通過しながら２次圧縮された気体を２次的に排気する区間である。Ｒ３は、気体ホール１４が再び塞がった状態でＫ８まで移動する区間を示し、この区間では２次圧縮された気体に再び３次圧縮が実行される。Ｅ３は、気体ホール１４が３次排気バルブ溝５４を通過しながら３次圧縮された気体を３次的に排気する区間である。Ｋ９からＫ１０までは、バルブ板５０が気体ホール１４を再び塞ぎ、ピストンが上死点（Ｔ）まで気体を圧縮しながら、次の吸入行程を準備する。
【００８７】
この発明の特徴は圧縮排気行程にある。排気行程中に排気バルブ溝５２，５３，５４は、排気マニホールド２４の圧力が低い場合には排気行程区間として作用するが、排気マニホールド２４の圧力が高い場合には圧縮行程区間として作用する。つまり、排気区間Ｅ１ないしＥ３で気体ホール１４が１次ないし３次排気バルブ溝５２，５３，５４に会合しても、圧縮された気体の圧力が排気マニホールド２４内の圧力より高い場合にだけ排気バルブ溝５２，５３，５４から圧縮された気体を排出する。シリンダーボア６１内で圧縮された気体の圧力が排気マニホールド２４内の圧力より低い場合には、各排気ポート内に設けられたチェックバルブ４６が閉められ、排気マニホールド２４からシリンダーボア６１内への逆流が防止され、これらの区間は排気行程区間の替りに作用する。
【００８８】
図９（Ｂ）は、全てのチェックバルブを閉じた状態で１つのシリンダーボア６１がバルブ板５０に沿って１回転する場合、各回転角度に対応してシリンダーボア６１内で得られる気体の圧力（Ｐ）を示したものである。
【００８９】
ここで、説明の便宜上、チェックバルブと排気通路による圧力損失を無視し、排気管２２内の圧力と圧縮タンク内の圧力は同一と仮定する。吸気管２１内の圧力をＰ００、シリンダーボア６１に吸入されて回転角がＫ１となる時点での圧力をＰ０とすれば、吸入途中は空気摩擦損失によってＰ００＞Ｐ０になると仮定する。そして、Ｐｔｒは圧縮タンク内の設定圧力を意味し、Ｐｍａｘはチェックバルブを全て閉じた状態でシリンダーボア６１内で到達できる最高到達圧力を意味する。実際に圧縮機を設計する場合には、図９（Ｂ）のように圧縮タンク内の設定圧力（Ｐｔｒ）を定めた後にピストン６４の行程距離を調整して、シリンダーボア６１内の最高到達圧力（Ｐｍａｘ）が設定圧力（Ｐｔｒ）より高くなるようにする。そして、気体ホール１４の回転角ＫがＫ４になれば、点４でのシリンダーボア６１内の気体圧力はＰ４となる。続いて気体ホール１４の回転各が順次Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８，Ｋ９になれば、気体圧力は順次Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９となる。したがって、この発明による圧縮機を設計する場合において、圧縮タンクの設定圧力（Ｐｔｒ）は、気体ホール１４が最後の排気区間（Ｅ３）に位置する場合に到達する圧力、つまりＰ８とＰ９との中間圧力となる。図９（Ｂ）に点線で示したように、圧縮排気行程が終了した後のシリンダーボア６１内に残留する気体の圧力が吸入圧力Ｐ０と等しくなるようにＫ１の位置を決定する。
【００９０】
吸入および圧縮排気行程の特性と圧縮機内の圧力の変化に基づいて、この発明の圧縮機を連続して作動させた場合の気体の圧縮特性を、図１０によって説明する。
【００９１】
図１０（Ａ）ないし図１０（Ｃ）は１つのシリンダーボア６１によって得られる圧縮機の圧縮特性を示し、図１０（Ａ）はこの発明による圧縮機の圧縮特性を示し、図１０（Ｂ）は従来の往復圧縮機の圧縮特性を示し、図１０（Ｃ）は従来の斜軸式圧縮機の圧縮特性を示したものである。図１０中において横軸はピストン６４の往復行程回数を意味し、これはシリンダーブロック６０の回転数（Ｎ）に等しい。
【００９２】
まず、図１０（Ａ）の圧縮特性を詳細に説明する。点Ｄで示した圧縮タンクの圧力（Ｐｔ）が、図９（Ａ）の回転位置Ｋ４とＫ５とを代表する点Ｐ４と点Ｐ５との間の圧力に相当する場合、シリンダーボア６１内の圧力は点３，点４，点４Ｄ，点５，点６，点７，点８，点９と順次変化する。つまり、初期圧力（Ｐ０）から点４まで圧縮され、引続き点４Ｄまでは１次排気ポート４１内のチェックバルブ４６が閉められた状態で圧縮が進行する。しかし、点４Ｄを通過してからは１次排気ポート４１内のチェックバルブ４６が開き、圧力の同一な状態で点５まで到達する。引続き、点５から点６までは、図９（Ａ）のＲ２区間を通過する気体ホール１４が閉められるので圧縮が進行する。次に、２次排気区間（Ｅ２）が始まる点６では、シリンダーボア６１内の圧力が、圧縮タンクの圧力を示す点Ｄの圧力より高いので、２次排気ポート４２内のチェックバルブ４６が開き、２次排気過程（Ｅ２）が終わる点７まで一時的に圧力が落ちる。その後、点７から点８までは、再び気体ホール１４が閉められた状態で図９（Ａ）のＲ３区間を通過するので再び圧縮が進められる。そのうち、３次排気区間（Ｅ３）が始まる点８に到達すると、シリンダーボア６１内の圧力が圧縮タンク内の圧力より高くなるので、３次排気ポート４３内のチェックバルブ４６が開けられ、３次排気過程（Ｅ２）が終わる点９まで圧力が落ちて点Ｄの圧力となる。
【００９３】
このような過程では、シリンダーボアの圧力（Ｐ）が点Ｄで示した圧縮タンクの圧力（Ｐｔ）より低ければ、チェックバルブ４６は常に閉じられており、シリンダーボア６１の圧力Ｐが圧縮タンクの圧力Ｐｔより高ければ常に開けられている。図１０（Ａ）での記号Ｄは、チェックバルブ４６が開く位置を示す。したがって、圧縮機の回転数が多くなると、圧縮タンクの圧力（Ｄ）が高くなり、シリンダーボア６１から圧縮タンクに排出される圧力は点４から点９に、図１０（Ａ）の点線で示すように移動する。
【００９４】
一方、圧縮機を継続して稼動している状態において、補助排気管２６が補助吸入管２５に連結された状態、つまりシリンダーボア６１内部に圧縮負荷がかからないようにした状態、つまり、無負荷運転状態で圧縮機を作動する場合の圧縮特性を図１０（Ａ）の右側に示した。この場合は、外部吸入気体の圧力（Ｐ００）がシリンダーボア６１内に吸入される時に一定の圧力損失が発生する。この圧力損失を考慮すれば、シリンダーボア６１内の圧力はＰ０になり、この圧力が点３での圧力になる。無負荷状態で圧縮行程を進行すると、シリンダーボア６１内の圧力曲線は部分圧縮区間である点３から点４まで、点５から点６まで、点７から点８までを含む。しかし、結局は外部吸入気体の圧力（Ｐ００）と同一になる。これは全てのチェックバルブ４６が開けられた状態で圧縮排気行程が行われるからである。
【００９５】
以上説明したこの発明の圧縮機の圧縮特性と比較するために、従来の往復圧縮機と従来の斜軸式圧縮機の圧縮特性を説明する。
【００９６】
図１０（Ｂ）に示すように、従来の往復圧縮機の圧縮タンクの圧力（Ｐｔ）の点Ｄでの圧力が設定圧力（Ｐｔｒ）より低い状態で圧縮機を起動させれば、ピストンが上死点に到達する前にシリンダー内の圧縮される気体の圧力を示す点Ｂが圧縮タンクの圧力より高くなり、直ちに排気バルブが開けられて気体が排出される。つまり、気体の圧縮行程中でシリンダー室の圧力（Ｐ）が圧縮タンクの圧力（Ｄ）より低ければ続けて圧縮し、圧力が等しくなると排気用排気バルブが開けられる。したがって、圧縮する回数が増加するほど、つまり圧縮タンクの圧力が高くなるほど各回転ごとに圧縮過程を終了する点Ｂの位置が高くなる。そして、無負荷運転の場合にも、排気バルブが排気管の圧力がＰ００になる時点Ｈで開けられて、図１０（Ｂ）の圧縮特性曲線の右側部分のようになる。
【００９７】
図１０（Ｃ）に示されている従来の斜軸式圧縮機の場合、シリンダー室内の気体は常に点Ｂまで圧縮され、この圧力が圧縮タンクの圧力である点Ｄより高ければ排気し、低ければつづいて圧縮する。無負荷運転の場合にも、点Ｈまで気体を圧縮した後、気体の圧力は直ちに外部流入気体圧力（Ｐ００）まで落ちるようになる。
【００９８】
図１０に示したように、圧縮機の作動中に圧縮タンクの圧力が設定圧力（Ｐｔｒ）に到達した点で、圧縮機動作が無負荷運転に変わればエネルギー効率が良くなる。したがって、圧縮機を作動して気体圧縮に必要な圧縮機の総負荷量は、各回転ごとに点３から点９まで、またはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆの各点からなる多角形面積の総計になる。このような圧縮機の総負荷量は圧縮機を駆動するために必要なエネルギーの総量に比例する。
【００９９】
この発明による圧縮機の場合、圧縮に必要なエネルギーの総消費量は図１０（Ｂ）で示された従来の往復圧縮機の場合と類似しているが、図１０（Ｃ）に示された従来の斜軸式圧縮機よりも非常に小さくなっている。
【０１００】
したがって、この発明による圧縮機は、従来の斜軸式圧縮機に比べてエネルギー効率が非常に高い。特に、無負荷運転の場合にも、この発明による圧縮機は従来の斜軸式圧縮機に比べて著しく小さいエネルギー消費量を示す。
【０１０１】
一方、圧縮機内で発生する騷音は、シリンダー内部と圧縮タンク内部の圧力差が大きくなると共に大きくなる。従来の斜軸式圧縮機は、図１０（Ｃ）に示すように、点Ｂと点Ｄの間の大きい圧力差を示すが、この発明の圧縮機は、図１０（Ａ）に示すように、点Ｄとの圧力差が点５から点６まで、または点７から点８までの各区間との間で小さくなる。このような結果は、シリンダー内部の圧縮された気体と圧縮タンク内部の圧縮された気体の間の圧力差が非常に小さく、これにより両方の気体が混合する時に発生する爆音が非常に小さいことを意味する。したがって、図１および図６、さらには図７に示されたこの発明の実施例による気体圧縮機は、騷音が小さいという長所がある。
【０１０２】
そして、シリンダーボア６１にかかる圧縮負荷は直ちに駆動軸１０に印加される軸力負荷と等しいという点を考慮すれば、この発明による圧縮機は図１０に示すように、単位時間当り圧縮負荷の変動が従来の斜軸式圧縮機に比して非常に小さい。したがって、この発明の圧縮機はこのような変動負荷の影響を直接に受ける斜め回転板８０を支持するベアリングと、また、駆動軸１０に連結されたベアリングとの耐久性を高める可能性がある。
【０１０３】
【発明の効果】
上述の説明したように、この発明の圧縮機は、排気行程を圧縮タンクの圧力に応じて選択的に行うようにし、シリンダーボア内部に流入する気体をクランクチャンバー側に循環後または直接シリンダーボアに吸入させる構造に設計して、次のような効果を発揮する。
【０１０４】
第１に、空気力学的に騷音源を減らし、静かな圧縮機の運転が可能である。
【０１０５】
第２に、気体の圧縮に要する動力を最小化して、エネルギー効率を極大化することができる。
【０１０６】
第３に、単位時間当り圧縮負荷の変動を減らし、圧縮機の耐久性を向上させた。
【０１０７】
第４に、圧縮の無負荷運転が高効率で可能である。
【０１０８】
第５に、冷媒を圧縮機の周囲に循環させ、機械的摩擦と空気圧縮によって発生した熱を冷却潤滑油を利用して放出させることにより、気体の圧縮効率と圧縮機の耐久性を向上させることができる。
【０１０９】
第６に、ピストンの回転によって発生する遠心力を補償させ、シリンダー内部の接触面に発生する相互摩擦力を減らすことにより熱発生を抑制させることができ、圧縮機の寿命を延長させることができる。
【０１１０】
そして、第７に、ピストンロッドを２節式に製作してピストンの組立を単純にし、圧縮機の組立生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
斜軸式気体圧縮機の一実施例を示す断面図。
【図２】
図１の気体圧縮機に用いる気体ガイド部材を示す斜視図。
【図３Ａ】
気体圧縮機のケースヘッドを示す斜視図。
【図３Ｂ】
図３ＡのＩ−Ｉ線による断面図。
【図３Ｃ】
図３ＡのＩＩ−ＩＩ線による断面図。
【図４】
図１の気体圧縮機に用いるテンションリングを示す斜視図。
【図５】
図１の気体圧縮機に用いるバルブ板を示す斜視図。
【図６Ａ】
他の実施例である斜軸式気体圧縮機を示す断面図。
【図６Ｂ】
図６ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ線によって切断したスプリングカップリングを示す断面図。
【図６Ｃ】
図６Ａに示されているスプリングカップリングの他の実施形態を示す断面図。
【図７】
気体圧縮機のまた他の実施例を示す断面図。
【図８】
気体圧縮機の気体吸入過程と排気過程を示す図１の断面図。
【図９】
（Ａ）は気体圧縮機のバルブ板での気体の吸入と圧縮排気過程を説明する説明図、（Ｂ）は気体圧縮機のバルブ板で、シリンダーが１回転するときの気体の圧縮特性を示す説明図。
【図１０】
（Ａ）は気体圧縮機の作動時の気体の圧縮特性を示す説明図、（Ｂ）は従来の往復圧縮機の作動時の気体の圧縮特性を示す説明図、（Ｃ）は従来の斜軸式気体圧縮機の作動時の気体の圧縮特性を示す説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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