(57)【要約】【課題】往復運動に伴う慣性力、慣性偶力に起因するトルク変動を抑制した低振動、低騒音の往復動型流体機械を提供すること。【解決手段】１８０度対向配置された２組の気筒が直交配置された４気筒の往復動型流体機械１では、第１〜第４ピストン３１〜３４の全運動系のシステム重心Ｇ０がシャフト中心線５ａ上に位置し、システム重心Ｇ０に対して、同一質量の第１、第３ピストン３１、３３の重心Ｇ１と、同一質量の第２、第４ピストン３２、３４の重心Ｇ２とが、シャフト中心線５ａ上の対称の位置にある。第１、第３ピストン３１、３３の力の作用中心は重心Ｇ１を通る同一直線上にあり、第１、第３ピストン３１、３３のクランクシャフト５に対する力の作用点は重心Ｇ１に対して対称位置にある。他方の第２、第４ピストン３２、３４においても同様に設定されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、当該クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第１気筒の第１ピストンおよび第３気筒の第３ピストンと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、前記第１、第３のピストンに対して直交する方向に配置され、前記クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第２気筒の第２ピストンおよび第４気筒の第４ピストンと、
を有しており、
前記第１ピストンと前記第３ピストンは同一質量であり、
前記第１ピストンと前記第３ピストンからなる第１の往復運動対の重心を第１の重心とすると、当該第１の重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第１ピストンに作用する力の作用中心を第１作用中心、前記第３ピストンに作用する力の作用中心を第３作用中心とすると、前記第１の重心を通る直線上に、前記第１作用中心と前記第３作用中心が位置し、
前記第１ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第１作用点、前記第３ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第３作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記第１の重心に対して、前記第１、第３作用点は対称の位置にあり、
前記第２ピストンと前記第４ピストンは同一質量であり、
前記第２ピストンと前記第４ピストンからなる第２の往復運動対の重心を第２の重心とすると、当該第２の重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第２ピストンに作用する力の作用中心を第２作用中心、前記第４ピストンに作用する力の作用中心を第４作用中心とすると、前記第２の重心を通る直線上に、前記第２作用中心と前記第４作用中心が位置し、
前記第２ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第２作用点、前記第４ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第４作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記第２の重心に対して、前記第２、第４作用点は対称の位置にあり、
前記クランクシャフトの回転に伴って運動する前記第１、第２、第３および第４ピストンを含む運動系の重心をシステム重心とすると、当該システム重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記シャフト中心線上において、前記システム重心に対して、前記第１、第２の重心は対称の位置にあることを特徴とする４気筒の往復動型流体機械。
【請求項２】
前記クランクシャフトの回転を前記第１〜第４ピストンの往復運動に変換するための第１〜第４偏心円盤を有し、
前記第１〜第４偏心円盤のそれぞれは、前記クランクシャフトに固定され、あるいは当該クランクシャフトに一体形成されて、前記シャフト中心線を中心として偏心回転し、
前記第１〜第４ピストンのそれぞれは、前記第１〜第４偏心円盤のそれぞれの円形外周面に摺動可能に支持された円形内周面を備えた円環部、当該円環部の外周部分から半径方向の外方に延びるピストンロッド、および、当該ピストンロッドの先端に設けたピストンヘッドを備え、
前記シャフト中心線の方向に、前記第１ピストン、前記第３ピストン、前記第２ピストンおよび前記第４ピストンが、この順序で配列され、
前記第１〜第４偏心円盤は、この順序で、９０度の位相差で偏心回転するように、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成されている請求項１に記載の４気筒の往復動型流体機械。
【請求項３】
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、当該クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第１気筒の第１ピストンおよび第２気筒の第２ピストンと、
を有しており、
前記クランクシャフトの回転に伴って運動する前記第１、第２ピストンを含む運動系の重心をシステム重心とすると、当該システム重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第１、第２ピストンは同一質量であり、前記第１ピストンと前記第２ピストンからなる往復運動対の重心は前記システム重心に一致し、
前記第１ピストンに作用する力の作用中心を第１作用中心、前記第２ピストンに作用する力の作用中心を第２作用中心とすると、前記システム重心を通る直線上に、前記第１作用中心と前記第２作用中心が位置し、
前記第１ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第１作用点、前記第２ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第２作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記システム重心に対して、前記第１、第２作用点は対称の位置にあることを特徴とする２気筒の往復動型流体機械。
【請求項４】
前記クランクシャフトの回転を前記第１ピストンの往復運動に変換する第１偏心円盤と、前記クランクシャフトの回転を前記第２ピストンの往復運動に変換するための第２偏心円盤と、第３偏心円盤と、第４偏心円盤とを備え、
前記第１〜第４偏心円盤のそれぞれは、前記クランクシャフトに固定され、あるいは当該クランクシャフトに一体形成されて、前記シャフト中心線を中心として偏心回転し、
前記第１、第２ピストンのそれぞれは、前記第１、第２偏心円盤のそれぞれの円形外周面に摺動可能に支持された円形内周面を備えた円環部、当該円環部の外周部分から半径方向の外方に延びるピストンロッド、および、当該ピストンロッドの先端に設けたピストンヘッドを備え、
前記シャフト中心線の方向に、前記第１ピストンおよび前記第２ピストンが配列され、
前記第１、第２偏心円盤は、同一質量であり、１８０度の位相差で偏心回転するように、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成され、
前記第３、第４偏心円盤は、同一質量であり、相互に１８０度の位相差で偏心回転し、前記第１、第２偏心円盤に対して９０度の位相差で偏心回転するように、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成され、
前記シャフト中心線に沿った方向において、前記第１、第２偏心円盤の重心は前記システム重心に対して左右対称の位置にあり、前記第３、第４偏心円盤の重心も前記システム重心に対して左右対称の位置にある請求項３に記載の２気筒の往復動型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２気筒あるいは４気筒の往復動型流体機械に関する。更に詳しくは、各気筒のピストンの往復運動に伴う慣性力および慣性偶力に起因するトルク変動を抑制して低振動、低騒音化を図った２気筒あるいは４気筒の往復動型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストン・クランク機構を備えた往復動型流体機械は、例えば、酸素濃縮装置等のポンプとして用いられている。特許文献１、２には、１８０度対応配置された２組の気筒を備えた４気筒の往復動型流体機械を備えた酸素濃縮装置が開示されている。４気筒の往復動型流体機械では、各気筒のピストンの往復運動に伴う振動を抑制するためにバランスウエイト等が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６８１１１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、２気筒あるいは４気筒の往復動型流体機械は、６気筒の場合とは異なり、各気筒のピストン往復運動に伴って発生する慣性力の一次成分および二次成分の完全なつり合い状態を形成することが困難である。また、１８０度対向配置された気筒のピストンの慣性偶力の一次、二次成分の完全なつり合い状態を形成することが困難である。２気筒あるいは４気筒の往復動型流体機械の低振動、低騒音を図るためには、各気筒のピストンの往復運動に伴って発生する慣性力・慣性偶力のつり合い状態を形成する必要がある。
【０００５】
本発明の課題は、各気筒の往復運動に伴う慣性力の一次、二次成分のつり合い状態、および、慣性偶力の一次、二次成分のつり合い状態が形成された低振動、低騒音の２気筒あるいは４気筒の往復動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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明による４気筒の往復動型流体機械は、
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、当該クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第１気筒の第１ピストンおよび第３気筒の第３ピストンと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、前記第１、第３ピストンに対して直交する方向に配置され、前記クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第２気筒の第２ピストンおよび第４気筒の第４ピストンと、
を有しており、
前記第１ピストンと前記第３ピストンは同一質量であり、
前記第１ピストンと前記第３ピストンからなる第１の往復運動対の重心を第１の重心とすると、当該第１の重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第１ピストンに作用する力の作用中心を第１作用中心、前記第３ピストンに作用する力の作用中心を第３作用中心とすると、前記第１の重心を通る直線上に、前記第１作用中心と前記第３作用中心が位置し、
前記第１ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第１作用点、前記第３ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第３作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記第１の重心に対して、前記第１、第３作用点は対称の位置にあり、
前記第２ピストンと前記第４ピストンは同一質量であり、
前記第２ピストンと前記第４ピストンからなる第２の往復運動対の重心を第２の重心とすると、当該第２の重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第２ピストンに作用する力の作用中心を第２作用中心、前記第４ピストンに作用する力の作用中心を第４作用中心とすると、前記第２の重心を通る直線上に、前記第２作用中心と前記第４作用中心が位置し、
前記第２ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第２作用点、前記第４ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第４作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記第２の重心に対して、前記第２、第４作用点は対称の位置にあり、
前記クランクシャフトの回転に伴って運動する前記第１、第２、第３および第４ピストンを含む運動系の重心をシステム重心とすると、当該システム重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記シャフト中心線上において、前記システム重心に対して、前記第１、第２の重心は対称の位置にあることを特徴としている。
【０００７】
本発明の４気筒の往復動型流体機械では、１８０度対向配置されている第１、第３ピストンが同一質量であり、それらの重心である第１の重心がシャフト中心線上に位置する。また、１８０度対向配置されている第２、第４ピストンが同一質量であり、それらの重心である第２の重心がシャフト中心線上に位置する。さらに、クランクシャフトの回転に伴って運動する第１〜第４ピストンを含む全運動系のシステム重心がシャフト中心線上に位置し、第１、第２の重心が、システム重心に対して、シャフト中心線の方向において対称の位置にある。したがって、各気筒のピストンの往復運動に伴って発生する慣性力の一次、二次成分のつり合い状態を形成できる。
【０００８】
また、第１、第３ピストンのそれぞれに作用する力の作用中心は、これらの往復運動体の重心である第１の重心を通る同一直線上に位置し、かつ、これらのピストンからクランクシャフトに作用する力の作用点のそれぞれは、シャフト中心線の方向において、第１の重心に対して左右対称の位置にある。よって、第１、第３ピストンの間において、往復運動によって生じる慣性偶力のつり合い状態が形成される。同様に、第２、第４ピストンの間においても、作用中心および作用点が同様に設定されているので、それらの往復運動によって生じる慣性偶力のつり合い状態が形成される。したがって、各気筒のピストン運動体の往復運動に伴って発生する慣性偶力の一次、二次成分のつり合い状態を形成できる。
【０００９】
このように、本発明によれば、慣性力および慣性偶力につり合い状態が形成されるので、バランスウエイト等の別部材を取り付けることなく、各気筒の往復運動に起因する慣性力、慣性偶力の変動を抑制でき、低振動、低騒音の流体機械を実現できる。
【００１０】
ここで、クランクシャフトの回転を前記第１〜第４ピストンの往復運動に変換するために、クランクシャフトに対して偏心状態で取り付けられた偏心円盤、あるいはクランクシャフトに偏心状態で一体形成された偏心円盤を用いることができる。この場合における本発明の４気筒の往復動型流体機械では、
前記クランクシャフトの回転を前記第１〜第４ピストンの往復運動に変換するための第１〜第４偏心円盤を有し、
前記第１〜第４偏心円盤のそれぞれは、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成されて、前記シャフト中心線を中心として偏心回転し、
前記第１〜第４ピストンのそれぞれは、前記第１〜第４偏心円盤のそれぞれの円形外周面に摺動可能に支持された円形内周面を備えた円環部、当該円環部の外周部分から半径方向の外方に延びるピストンロッド、および、当該ピストンロッドの先端に設けたピストンヘッドを備え、
前記シャフト中心線の方向に、前記第１ピストン、前記第３ピストン、前記第２ピストンおよび前記第４ピストンが、この順序で配列され、
前記第１〜第４偏心円盤は、この順序で、９０度の位相差で偏心回転するように、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成される。
【００１１】
次に、本発明による２気筒の往復動型流体機械は、
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトのシャフト中心線を中心として１８０度の角度で対向配置され、当該クランクシャフトの回転に伴って逆方向に往復運動する第１気筒の第１ピストンおよび第２気筒の第２ピストンと、
を有しており、
前記クランクシャフトの回転に伴って運動する前記第１、第２ピストンを含む運動系の重心をシステム重心とすると、当該システム重心は前記シャフト中心線上に位置し、
前記第１、第２ピストンは同一質量であり、前記第１ピストンと前記第２ピストンからなる往復運動対の重心は前記システム重心に一致し、
前記第１ピストンに作用する力の作用中心を第１作用中心、前記第２ピストンに作用する力の作用中心を第２作用中心とすると、前記システム重心を通る直線上に、前記第１作用中心と前記第２作用中心が位置し、
前記第１ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第１作用点、前記第２ピストンから前記クランクシャフトに作用する力の作用点を第２作用点とすると、前記シャフト中心線上において、前記システム重心に対して、前記第１、第２作用点は対称の位置にあることを特徴としている。
【００１２】
本発明の２気筒の往復動型流体機械では、クランクシャフトの回転に伴って運動する第１、第２ピストンを含む全運動系のシステム重心がシャフト中心線上に位置し、１８０度対向配置されている第１、第２ピストンが同一質量であり、それらの重心がシステム重心に一致している。したがって、各気筒のピストンの往復運動に伴って発生する慣性力の一次、二次成分のつり合い状態を形成できる。
【００１３】
また、第１、第２ピストンのそれぞれに作用する力の作用中心は、システム重心を通る同一直線上に位置し、かつ、これらのピストンからクランクシャフトに作用する力の作用点のそれぞれは、シャフト中心線の方向において、システム重心に対して左右対称の位置にある。よって、第１、第２ピストンの間において、往復運動によって生じる慣性偶力のつり合い状態が形成される。したがって、各気筒のピストン運動体の往復運動に伴って発生する慣性偶力の一次、二次成分のつり合い状態を形成できる。
【００１４】
ここで、クランクシャフトの回転を前記第１、第２ピストンの往復運動に変換するために、クランクシャフトに対して偏心状態で取り付けられた偏心円盤、あるいはクランクシャフトに偏心状態で一体形成された偏心円盤を用いることができる。
【００１５】
次に、本発明においては、第１、第２偏心円盤（回転質量部）に起因する慣性偶力を零にするために、第３偏心円盤および第４偏心円盤がクランクシャフトに取り付けられている。すなわち、第１、第２偏心円盤は、同一質量であり、１８０度の位相差で偏心回転するように、前記クランクシャフトに固定され、あるいは一体形成される。第３、第４偏心円盤は、前記第１、第２偏心円盤と同一質量であり、相互に１８０度の位相差で偏心回転し、前記第１、第２偏心円盤に対して９０度の位相差で偏心回転するように、前記クラン
クシャフトに固定され、あるいは一体形成される。また、シャフト中心線に沿った方向において、第１、第２偏心円盤の重心はシステム重心に対して左右対称の位置とされ、第３、第４偏心円盤の重心も、システム重心に対して左右対称の位置とされる。
【００１６】
このようにすれば、慣性力および慣性偶力に、完全なつり合い状態が形成される。よって、各気筒の往復運動を含むシステム運動系における慣性力、慣性偶力の変動を抑制でき、低振動、低騒音の２気筒の往復動型流体機械を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用した４気筒の往復動型流体機械の外観斜視図である。
【図２】図１の往復動型流体機械の斜視片側断面図である。
【図３】図１の往復動型流体機械の主要部を示す斜視図である。
【図４】図３に示す主要部の運動系を構成する部分の斜視図である。
【図５】図３に示す主要部のｘ−ｙ断面図である。
【図６】図３に示す主要部のｚ−ｘ断面図である。
【図７】図３に示す主要部のｚ−ｙ断面図である。
【図８】本発明を適用した２気筒の往復動型流体機械の外観斜視図である。
【図９】図８の往復動型流体機械の斜視片側断面図である。
【図１０】図８の往復動型流体機械の斜視片側断面図である。
【図１１】図８の往復動型流体機械の断面図である。
【図１２】図８の往復動型流体機械の断面図である。
【図１３】図８の往復動型流体機械の運動系を構成する部分の斜視図である。
【図１４】図１３に示す部分の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して本発明を適用した４気筒および２気筒の往復動型流体機械の実施の形態を説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は実施の形態１に係る４気筒の往復動型流体機械（以下、単に、「流体機械」と呼ぶ。）の外観斜視図であり、図２はその内部構造を示す斜視片側断面図である。図３は流体機械本体部の主要部を示す斜視図である。これらの図に示すように、流体機械１は、電動モータ２と、当該電動モータ２によって駆動される流体機械本体部３とから構成されている。
【００２０】
流体機械本体部３は矩形筒状の本体ケース４を備え、その第１〜第４外周面４ａ〜４ｄに、それぞれ、第１〜第４気筒１１〜１４が配置されている。第１、第３気筒１１、１３は流体機械１の中心軸線であるシャフト中心線５ａをｚ軸とすると、ｚ軸を中心として、ｘ軸方向に１８０度対向配置され、第２、第４気筒１２、１４も同様にシャフト中心線５ａを中心として、ｘ軸に直交するｙ軸方向に、１８０度対向配置されている。
【００２１】
例えば、第１、第４気筒１１、１４は圧縮機として機能し、これらの間には、吸入口および吐出口を備えた吸排気管ユニット１５が配置されている。第２、第３気筒１２、１３は真空ポンプとして機能し、これらの間には、吸入口および排出口を備えた吸排気管ユニット１６が配置されている。第１、第４気筒１１、１４は、本体ケース４の第１、第４外周面４ａ、４ｄに取り付けたコンプレッサーシリンダである第１、第４シリンダ１１ａ、１４ａと、これらの先端を封鎖している吸排気バルブユニット１１ｂ、１４ｂを備えている。第２、第３気筒１２、１３は、本体ケース４の第２、第３外周面４ｂ、４ｃに取り付けた真空ポンプシリンダである第２、第３シリンダ１２ａ、１３ａと、これらの先端を封鎖している吸排気バルブユニット１２ｂ、１３ｂを備えている。
【００２２】
なお、図３に示す流体機械本体部３の主要部は、流体機械本体部３から吸排気管ユニット１５、１６および吸排気バルブユニット１１ｂ〜１４ｂを取り外した部分である。
【００２３】
次に、図４は流体機械本体部３に内蔵されているピストン・クランク機構を取り出して示す斜視図である。図２、図４に示すように、本体ケース４の内部には、その中心を貫通してｚ軸方向に延びるクランクシャフト５が配置されている。クランクシャフト５は、図２に示すように、その先端側に電動モータ２のモータ軸部分２ａが一体形成されている。クランクシャフト５は、電動モータ２との間の部分および反対側の後端部分が、それぞれ軸受け６、７を介して本体ケース４によって回転自在の状態で支持されている。
【００２４】
クランクシャフト５には、電動モータ２の側から後端側に向かって、第１偏心円盤２１、第３偏心円盤２３、第２偏心円盤２２および第４偏心円盤２４がこの順序で固定されている。第１〜第４偏心円盤２１〜２４は、クランクシャフト５に偏心状態で取り付けられているが、クランクシャフト５に一体形成することも可能である。これら第１〜第４偏心円盤２１〜２４は、クランクシャフト５の回転に伴って、シャフト中心線５ａに対して同一偏心量だけ偏心した状態で、９０度ずつ位相がずれた状態で偏心回転を行う。第１〜第４偏心円盤２１〜２４の偏心回転によって、第１〜第４気筒１１〜１４の第１〜第４ピストン３１〜３４は９０度の位相差で、第１〜第４シリンダ１１ａ〜１４ａ内を往復運動して、吸入吐出の各行程を繰り返す。
【００２５】
なお、図３に示すように、第１〜第４シリンダ１１ａ〜１４ａの側方には、それぞれ、吐出流体あるいは排出流体の脈動緩和用のダンパー室１１ｃ〜１４ｃが形成されており、ダンパー室１１ｃ〜１４ｃはそれぞれ対応する吸排気バルブユニット１１ｂ〜１４ｂにおける排気側通路あるいは吐出側通路（図示せず）に連通している。
【００２６】
図５は図３に示す主要部をｘ−ｙ面で切断したｘ−ｙ断面図であり、図６は図３に示す主要部をｚ−ｘ面で切断したｚ−ｘ断面図であり、図７は図３に示す主要部をｚ−ｙ面で切断したｚ−ｙ断面図である。
【００２７】
これらの図を主に参照して説明すると、第１〜第４ピストン３１〜３４は、偏心円盤２１〜２４の円形外周面２１ａ〜２４ａに、軸受けを介して、摺動可能に支持された円形内周面を備えた円環部３１ａ〜３４ａ、当該円環部３１ａ〜３４ａの外周部分から半径方向の外方に延びるピストンロッド３１ｂ〜３４ｂ、および、当該ピストンロッド３１ｂ〜３４ｂの先端に設けた円盤状のピストンヘッド３１ｃ〜３４ｃを備えている。ピストンヘッド３１ｃ〜３４ｃの外周側面を取り囲む状態に円環状のリップシール３１ｄ〜３４ｄが取り付けられている。第１〜第４ピストン３１〜３４のピストンヘッド３１ｃ〜３４ｃは、リップシール３１ｄ〜３４ｄによって気密状態を維持した状態で、第１〜第４シリンダ１１ｂ〜１４ｄ内をその中心軸線の方向に直線往復運動する。
【００２８】
本例では、第１ピストン３１の質量と、これに対向配置されている第３ピストン３３の質量が同一となるように設定されている。すなわち、これらの寸法が異なる場合には、異なる比重の素材を用いて同一質量となるように構成されている。
【００２９】
図５、図６に示すように、第１ピストン３１と第３ピストン３３からなる第１の往復運動対の重心を第１の重心Ｇ１とすると、当該第１の重心Ｇ１はシャフト中心線５ａ上に位置するように、各部分の重量バランスをとっている。
【００３０】
また、第１ピストン３１に作用する力の作用中心（すなわち、ピストン中心）を第１作用中心Ｐ１、第３ピストン３３に作用する力の作用中心（ピストン中心）を第３作用中心
Ｐ３とすると、これら第１、第３作用中心Ｐ１、Ｐ３は、第１の重心Ｇ１を通る同一直線上に位置するように設定されている。
【００３１】
さらに、第１ピストン３１からクランクシャフト５に作用する力の作用点を第１作用点Ｑ１、第３ピストン３３からクランクシャフト５に作用する力の作用点を第３作用点Ｑ３とすると、これら第１、第３作用点Ｑ１、Ｑ３は、第１の重心Ｇ１に対して、シャフト中心線５ａ上において、対称の位置となるように設定されている。
【００３２】
同様に、図５、図７に示すように、対向配置されている第２ピストン３２と第４ピストン３４の質量が同一となるように設定されている。第２ピストン３２と第４ピストン３４からなる第２の往復運動対の重心を第２の重心Ｇ２とすると、当該第２の重心Ｇ２はシャフト中心線５ａ上に位置するように、各部分の重量バランスをとっている。
【００３３】
また、第２ピストン３２に作用する力の作用中心（すなわち、ピストン中心）を第２作用中心Ｐ２、第４ピストン３４に作用する力の作用中心（ピストン中心）を第４作用中心Ｐ４とすると、これら第２、第４作用中心Ｐ２、Ｐ４は、第２の重心Ｇ２を通る同一直線上に位置するように設定されている。さらに、第２ピストン３２からクランクシャフト５に作用する力の作用点を第２作用点Ｑ２、第４ピストン３４からクランクシャフト５に作用する力の作用点を第４作用点Ｑ４とすると、これら第２、第４作用点Ｑ２、Ｑ４は、第２の重心Ｇ２に対して、シャフト中心線５ａ上において、対称の位置に配置されている。
【００３４】
一方、クランクシャフト５の回転に伴って運動する第１〜第４ピストン３１〜３４を含む運動系の重心をシステム重心Ｇ０とすると、当該システム重心Ｇ０はシャフト中心線５ａ上に位置するように設定されている。また、シャフト中心線５ａの方向において、システム重心Ｇ０に対して、第１の重心Ｇ１および第２の重心Ｇ２が対称の位置にあるように設定されている。
【００３５】
この構成の流体機械１においては、対向配置されている一方の第１、第３気筒１１、１３の間、および、他方の第２、第４気筒１２、１４の間のいずれにおいても、往復運動を行う運動系の慣性力につり合いが保たれる。第１〜第４気筒１１〜１４の往復運動に伴う慣性力の変動を一次、二次成分まで確実にキャンセルでき、慣性力に起因するトルク変動を抑制あるいは防止できる。
【００３６】
また、対向配置されている一方の第１、第３気筒１１、１３の間において慣性偶力が相殺され、他方の第２、第４気筒１２、１４の間においても慣性偶力が相殺される。よって、往復運動を行う運動系の慣性偶力も一次、二次成分まで確実にキャンセルすることができる。したがって、低振動、低騒音の４気筒の往復動型流体機械を実現できる。
【００３７】
［実施の形態２］
図８は本発明を適用した実施の形態２に係る２気筒の往復動型流体機械（以下、単に、「流体機械」と呼ぶ。）の外観斜視図であり、図９および図１０は、それぞれ、その内部構造を示すために直交する平面で切断した場合の斜視片側断面図であり、図１１および図１２は、それぞれ、直交する平面で切断した場合の断面図である。これらの図に示すように、流体機械１００は、不図示の電動モータと、当該電動モータによって駆動される流体機械本体部１０３とから構成されている。
【００３８】
流体機械本体部１０３は矩形筒状の本体ケース１０４を備え、その対向する第１、第２外周面１０４ａ、１０４ｂに、それぞれ、第１、第２気筒１１１、１１２が配置されている。第１、第２気筒１１１、１１２は、流体機械１００の中心軸線であるシャフト中心線１０５ａをｚ軸とすると、ｚ軸を中心として、ｘ軸方向に１８０度対向配置されている。
【００３９】
例えば、流体機械１００はコンプレッサーであり、流体は第１気筒１１１において圧縮された後に第２気筒１１２において更に圧縮されて吐出される。第１気筒１１１は、本体ケース１０４の第１外周面１０４ａに取り付けた第１シリンダ１１１ａと、この先端開口を封鎖している不図示の吸排気バルブユニットを備えている。第２気筒１１２も、本体ケース１０４の第２外周面１０４ｂに取り付けた第２シリンダ１１２ａと、この先端開口を封鎖している不図示の吸排気バルブユニットを備えている。
【００４０】
図１３は流体機械本体部１０３に内蔵されているピストン・クランク機構を取り出して示す斜視図であり、図１４はその分解斜視図である。本体ケース１０４の内部には、その中心を貫通してｚ軸方向に延びるクランクシャフト１０５が配置されている。クランクシャフト１０５は、それぞれ軸受け１０６、１０７を介して本体ケース４によって回転自在の状態で支持されている。
【００４１】
クランクシャフト１０５には、軸受け１０６の側から軸受け１０７の側に向けて、第３偏心円盤１２３、第１偏心円盤１２１、第２偏心円盤１２２および第４偏心円盤１２４がこの順序で固定されている。第１〜第４偏心円盤１２１〜１２４は、同一質量であり、クランクシャフト１０５に偏心状態で取り付けられているが、クランクシャフト１０５に一体形成することも可能である。これら第１〜第４偏心円盤１２１〜１２４は、クランクシャフト１０５の回転に伴って、シャフト中心線１０５ａに対して同一偏心量だけ偏心した状態で、９０度ずつ位相がずれた状態で偏心回転を行う。
【００４２】
本例では、第１偏心円盤１２１、第２偏心円盤１２２の偏心回転によって、第１、第２気筒１１１、１１２の第１、第２ピストン１３１、１３２は１８０度の位相差で、第１、第２シリンダ１１１ａ、１１２ａ内を往復運動して、吸入吐出の各行程を繰り返す。第３、第４偏心円盤１２３、１２４は相互に１８０度の位相差で偏心回転し、第１、第２偏心円盤１２１、１２２に対して９０度の位相差で偏心回転するように取り付けられている。
【００４３】
ここで、第１、第２ピストン１３１、１３２は、偏心円盤１２１、１２２の円形外周面に、軸受けを介して、摺動可能に支持された円形内周面を備えた円環部１３１ａ、１３２ａ、当該円環部１３１ａ、１３２ａの外周部分から半径方向の外方に延びるピストンロッド１３１ｂ、１３２ｂ、および、当該ピストンロッド１３１ｂ、１３２ｂの先端に設けた円盤状のピストンヘッド１３１ｃ、１３２ｃを備えている。
【００４４】
ピストンヘッド１３１ｃ、１３２ｃの外周側面を取り囲む状態に円環状のリップシール１３１ｄ、１３２ｄが取り付けられている。第１、第２ピストン１３１、１３２のピストンヘッド１３１ｃ、１３２ｃは、リップシール１３１ｄ、１３２ｄによって気密状態を維持した状態で、第１、第２シリンダ１１１ａ、１１２ａ内をその中心軸線の方向に直線往復運動する。
【００４５】
ここで、クランクシャフト１０５の回転に伴って運動する第１、第２ピストン１３１、１３２、第１〜第４偏心円盤１２１〜１２４を含む運動系の重心をシステム重心Ｇ１０とすると、当該システム重心Ｇ１０はシャフト中心線１０５ａ上に位置するように設定されている。
【００４６】
第１ピストン１３１の質量と、これに対向配置されている第２ピストン１３２の質量が同一となるように設定されている。すなわち、これらの寸法が異なる場合には、異なる比重の素材を用いて同一質量となるように構成されている。
【００４７】
第１ピストン１３１と第２ピストン１３２からなる往復運動対の重心を重心Ｇ１１とす
ると、当該重心Ｇ１１はシャフト中心線１０５ａ上に位置し、システム重心Ｇ１０に一致するように、各部分の重量バランスをとっている。
【００４８】
第１ピストン１３１に作用する力の作用中心（すなわち、ピストン中心）を第１作用中心Ｐ１１、第２ピストン１３２に作用する力の作用中心（ピストン中心）を第２作用中心Ｐ１２とすると、これら第１、第２作用中心Ｐ１１、Ｐ１２は、重心Ｇ１１を通る同一直線上に位置するように設定されている。
【００４９】
第１ピストン１３１からクランクシャフト１０５に作用する力の作用点を第１作用点Ｑ１１、第２ピストン１３２からクランクシャフト１０５に作用する力の作用点を第２作用点Ｑ１２とすると、これら第１、第２作用点Ｑ１１、Ｑ１２は、重心Ｇ１１に対して、シャフト中心線１０５ａ上において、対称の位置となるように設定されている。
【００５０】
また、第３、第４偏心円盤１２３、１２４のそれぞれの重心Ｇ１３、Ｇ１４は、シャフト中心線１０５ａの方向において、システム重心Ｇ１０に対して対称の位置となるように設定されている。
【００５１】
この構成の流体機械１００においては、対向配置されている第１、第２気筒１１１、１１２の間において、往復運動を行う運動系の慣性力につり合いが保たれる。第１、第２気筒１１１、１１２の往復運動に伴う慣性力の変動を一次、二次成分まで確実にキャンセルでき、慣性力に起因するトルク変動を抑制あるいは防止できる。また、回転質量部である第１、第２偏心円盤１２１、１２２の慣性偶力が、それぞれ第３、第４偏心円盤１２３、１２４によって相殺される。よって、低振動、低騒音の２気筒の往復動型流体機械を実現できる。
【符号の説明】
【００５２】
１  流体機械、２  電動モータ、２ａ  モータ軸部分、３  流体機械本体部、４  本体ケース、４ａ〜４ｄ  外周面、５  クランクシャフト、５ａ  シャフト中心線、６，７  軸受け、１１〜１４  第１〜第４気筒、１１ａ〜１４ａ  シリンダ、１１ｂ〜１４ｂ  吸排気バルブユニット、１１ｃ〜１４ｃ  ダンパー室、１５，１６  吸排気管ユニット、２１〜２４  第１〜第４偏心円盤、２１ａ〜２４ａ  円形外周面、３１〜３４  第１〜第４ピストン、３１ａ〜３４ａ  円環部、３１ｂ〜３４ｂ  ピストンロッド、３１ｃ〜３４ｃ  ピストンヘッド、３１ｄ〜３４ｄ  リップシール、Ｇ０  システム重心、Ｇ１  第１の重心、Ｇ２  第２の重心、Ｐ１〜Ｐ４  作用中心、Ｑ１〜Ｑ４  作用点
１００  流体機械、１０３  流体機械本体部、１０４  本体ケース、１０４ａ，１０４ｂ
外周面、１０５  クランクシャフト、１０５ａ  シャフト中心線、１０６，１０７  軸受け、１１１  第１気筒、１１２  第２気筒、１１１ａ，１１２ａ  シリンダ、１２１〜１２４  第１〜第４偏心円盤、１３１  第１ピストン、１３２  第２ピストン、１３１ａ，１３２ａ  円環部、１３１ｂ，１３２ｂ  ピストンロッド、１３１ｃ，１３２ｃ  ピストンヘッド、１３１ｄ，１３２ｄ  リップシール、Ｇ１０  システム重心、Ｇ１１  第１の重心、Ｇ１３，Ｇ１４  重心、Ｐ１１，Ｐ１２  作用中心、Ｑ１１，Ｑ１２  作用点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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