(57)【要約】【課題】圧縮室を構成するベローズが収縮端にあるときの死容積を可及的になくすことにより、作動流体の圧縮比を高めたベローズ式コンプレッサを提供する。【解決手段】圧縮室２を構成する第１ベローズ４を備え、第１ベローズ４の伸縮により作動流体の吸入及び吐出を行う。第１ベローズ４の圧縮室２内に、第１ベローズ４と同一軸線上において伸縮する第２ベローズ６を配設する。第１ベローズ４が収縮端にあるときに第２ベローズ６が伸張端にあるように両ベローズ４，６を同期駆動する駆動機構８を備える。【選択図】図１
2009002238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室を構成する第１ベローズを備え、該第１ベローズの伸縮により作動流体の吸入及び吐出を行うベローズ式コンプレッサにおいて、
上記第１ベローズの圧縮室内に伸縮可能な第２ベローズを配設し、
上記第１ベローズが収縮端にあるときに第２ベローズが伸張端にあるように両ベローズを同期駆動する駆動機構を備えている、
ことを特徴とするベローズ式コンプレッサ。
【請求項２】
上記第２ベローズを、上記第１ベローズの圧縮室内に該第１ベローズと同一軸線上において伸縮可能に配設した、
ことを特徴とする請求項１に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項３】
上記第１及び第２ベローズの自然長が、それらのベローズの伸張端と収縮端との間に設定されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項４】
上記第１ベローズが伸張端にあるときに、上記第２ベローズが収縮端に位置して上記圧縮室内に最大量の作動流体を吸入可能にした、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項５】
上記第２ベローズは、該第２ベローズが伸張端にあるときの長さが、上記第１ベローズが収縮端にあるときの死容積部分に収容される長さを有し、且つ上記第１ベローズの内面に接触しない範囲内において該第１のベローズの内径に近い外径を有するものとして形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項６】
上記第１ベローズの一端が第１ヘッド部材に気密に固定され、上記第２ベローズの一端が第１ベローズの圧縮室内に位置する第２ヘッド部材に気密に固定され、それらの第１及び第２ベローズの他端が共通のベース部材に気密に固定されており、上記第１ヘッド部材又は上記ベース部材における上記第１ベローズと第２ベローズとの間において、圧縮室を作動流体の吸入口及び吐出口に連通させ、
上記ベース部材に、上記第１及び第２ベローズの軸線方向にシャフト部材を貫通させ、その一端を上記第２ヘッド部材に連結するとともに、その他端を上記駆動機構に連結することにより、上記第２ベローズの伸張及び収縮を、上記シャフト部材の往復動により行うように構成した、
ことを特徴とする請求項５に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項７】
上記シャフト部材に、上記第２ベローズの収縮時にベース部材に係止して上記第１ベローズを伸張端まで移動させる第１係止部を設けるとともに、上記第２ベローズの伸張時に上記ベース部材に係止して上記第１ベローズの収縮端まで移動させる第２係止部を設けた、
ことを特徴とする請求項６に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項８】
上記第１係止部及び第２係止部と上記ベース部材との間に、それらの第１係止部及び第２係止部とベース部材との衝当を防止する弾性部材をそれぞれ介装した、
ことを特徴とする請求項７に記載のベローズ式コンプレッサ。
【請求項９】
上記第１及び第２ベローズを同期駆動する駆動機構を、一つの回転運動体又は往復運動体の動作を上記シャフト部材の往復運動として伝達する機構で構成した、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のベローズ式コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮室を構成するベローズの伸縮により作動流体の吸入及び吐出を行うようにしたベローズ式コンプレッサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮室を構成するベローズの圧縮により、作動流体の吸入及び吐出を行うようにしたベローズ式コンプレッサは、例えば、図５の（ａ）及び（ｂ）に例示しているような基本構造のものが従来より知られている。概して、この種のベローズ式コンプレッサは、圧縮室５２を構成するベローズ５４が収縮端にあるとき（図５（ｂ）参照）の該ベローズ５４の長さに対応する容積の作動流体が、死容積Ｄとなって掃気されないため、該作動流体の圧縮比を高めることができないという問題点がある。
【０００３】
このような問題点を解決する手段として、図５（ｂ）において破線で示すように、上記ベローズ５４の端部が固定されているベース部材５６に、上記死容積Ｄ内に収容される突起部５８を設けることにより、あるいは、特許文献１に開示されているエアーポンプ１のように、ベローズ７の内部に死容積にほぼ等しい容積の流動体２０を封入することにより、上記圧縮室内の死容積を埋めることが考えられるが、いずれの場合においても、該圧縮室自体の容積が、上記突起部５８あるいは流動体２０の容積に対応する容積だけ小さくなってしまうため、作動流体の圧縮比を高めるための根本的な解決策とはいえないものである。
【特許文献１】特開昭６１−４０４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
如上に鑑みて、本発明の技術的課題は、基本的には、簡単な構成により作動流体の圧縮比を高めることを可能にしたベローズ式コンプレッサを提供することにあり、より具体的には、圧縮室を構成するベローズが収縮端にあるときの死容積を可及的になくすことにより、吸込容積との比を大きくし、作動流体の圧縮比を高めることを可能にしたベローズ式コンプレッサを提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、当該ベローズ式コンプレッサを構成するベローズに作用する負荷の絶対値を可及的に小さい範囲内に抑制できるようにして、当該ベローズ式コンプレッサの耐久性及び信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決するための本発明は、圧縮室を構成する第１ベローズを備え、該
第１ベローズの伸縮により作動流体の吸入及び吐出を行うベローズ式コンプレッサにおいて、上記第１ベローズの圧縮室内に伸縮可能な第２ベローズを配設し、上記第１ベローズが収縮端にあるときに第２ベローズが伸張端にあるように両ベローズを同期駆動する駆動機構を備えていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係るベローズ式コンプレッサの好ましい実施形態においては、上記第２ベローズが、上記第１ベローズの圧縮室内に該第１ベローズと同一軸線上において伸縮可能に配設される。また、上記第１及び第２ベローズの自然長が、それらのベローズの伸張端と収縮端との間になるように設定される。
更に、本発明に係るベローズ式コンプレッサの他の好ましい実施形態においては、上記第１ベローズが伸張端にあるときに、上記第２ベローズが収縮端に位置して上記圧縮室内に最大量の作動流体を吸入可能に構成される。この場合に、上記第２ベローズは、該第２ベローズが伸張端にあるときの長さが、上記第１ベローズが収縮端にあるときの死容積部分に収容される長さを有し、且つ上記第１ベローズの内面に接触しない範囲内において該第１のベローズの内径に近い外径を有するものとして形成することが望まれる。
【０００７】
また、本発明に係るベローズ式コンプレッサの他の好ましい実施形態においては、上記第１ベローズの一端が第１ヘッド部材に気密に固定され、上記第２ベローズの一端が第１ベローズの圧縮室内に位置する第２ヘッド部材に気密に固定され、それらの第１及び第２ベローズの他端が共通のベース部材に気密に固定されており、上記第１ヘッド部材又は上記ベース部材における上記第１ベローズと第２ベローズとの間において、圧縮室を作動流体の吸入口及び吐出口に連通させ、上記ベース部材に、上記第１及び第２ベローズの軸線方向にシャフト部材を貫通させ、その一端を上記第２ヘッド部材に連結するとともに、その他端を上記駆動機構に連結することにより、上記第２ベローズの伸張及び収縮を、上記シャフト部材の往復動により行うようにしたものとして構成される。
【０００８】
上記ベローズ式コンプレッサにおいては、上記シャフト部材に、上記第２ベローズの収縮時にベース部材に係止して上記第１ベローズを伸張端まで移動させる第１係止部を設けるとともに、上記第２ベローズの伸張時に上記ベース部材に係止して上記第１ベローズの収縮端まで移動させる第２係止部を設けることができる。この場合に、上記第１係止部及び第２係止部と上記ベース部材との間に、それらの第１係止部及び第２係止部とベース部材との衝当を防止する弾性部材をそれぞれ介装するのが望ましい。
上記第１及び第２ベローズを同期駆動する駆動機構は、一つの回転運動体又は往復運動体の動作を上記シャフト部材の往復運動として伝達する機構で構成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上に詳述したように、本発明に係るベローズ式コンプレッサによれば、圧縮室を構成する第１ベローズと該第１ベローズ内に設けた第２ベローズの動作（伸張及び収縮）が相互に逆になるように構成するという極めて簡単な構成により、該第１ベローズが収縮端にあるときの死容積を可及的になくすことができるので、吸込容積との比を大きくとることができ、延いては作動流体の圧縮比を高めることができる。したがって、従来のベローズ式コンプレッサと同圧縮比の場合と比較すると、上記圧縮室を構成する第１ベローズの伸縮率を低く設定することができるので、該ベローズの耐久性を向上させることができる点で有利である。
【００１０】
また、上記両ベローズの自然長がそれらの伸張端と収縮端との間に設定されるように構成すれば、該ベローズに作用する負荷の絶対値を可及的に小さい範囲内に抑制することができるので、ベローズ式コンプレッサの耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係るベローズ式コンプレッサを実施するための最良の形態を、図面に基いて詳細に説明するに、図１の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係るベローズ式コンプレッサの基本構造及び動作態様を模式的に示すものである。
上記ベローズ式コンプレッサ１は、図１の（ａ）〜（ｄ）に示すように、圧縮室２を構成する略筒状の第１ベローズ４を備え、該第１ベローズ４の軸線方向の伸縮により作動流体の吸入及び吐出を行うもので、該第１ベローズ４の上記圧縮室２内には、該第１ベローズ４と同一軸線上において伸縮する略筒状の第２ベローズ６が配設されている。そして、これらの第１及び第２ベローズ４，６には、それらの動作（伸張及び収縮）が相互に逆になるように、すなわち、上記第１ベローズ４が収縮端にあるときには、上記第２ベローズ６が伸張端にあり（図１の（ｃ）参照）、一方、上記第１ベローズ４が伸張端にあるときには、上記第２ベローズ６が収縮端に位置して（図１の（ａ）参照）、上記圧縮室２内に最大量の作動流体を吸入可能なるように、それらの両ベローズ４，６を同期駆動する後述の駆動機構８が連結されている。
【００１２】
上記第１ベローズ４は、その一端が作動流体の吸入口１０Ａ及び吐出口１０Ｂを有する第１ヘッド部材１０に気密に固定され、その他端はベース部材１２に気密に固定されており、当該第１ベローズ４、上記第１ヘッド部材１０及び上記ベース部材１２で囲繞される空間により上記圧縮室２を構成している。該第１ベローズ４は、上記第１ヘッド部材１０側が固定端であり、上記ベース部材１２側が上記駆動機構８からの駆動力を受ける駆動端である。
【００１３】
また、上記ヘッド部材１０の吸入口１０Ａには、上記第１ベローズ４が作動流体の吸入行程にあるときは該吸入口１０Ａを開放して作動流体を吸入し、上記第１ベローズ４が圧縮又は吐出行程にあるときには該吸入口１０Ａを閉塞する吸入弁１０ａが付設され、また、上記吐出口１０Ｂには、上記第１ベローズ４が作動流体の吸入又は圧縮行程にあるときには該吐出口１０Ｂを閉塞し、上記圧縮室２内が所定の圧縮圧力に達したときに該吐出口１０Ｂを開放して作動流体を吐出させる吐出弁１０ｂが付設されている。
【００１４】
一方、上記第２ベローズ６は、その一端が上記第１ベローズ４の圧縮室２内に位置する第２ヘッド部材１４に気密に固定され、その他端は、上記第１ベローズ４の内部において、該第１ベローズ４と共通のベース部材１２に気密に固定されている。なお、この第２ベローズ６内の空間は大気に開放している。また、上記第２ヘッド部材１４には、上記ベース部材１２の中央を貫通するシャフト部材１６の一端が連結されており、該シャフト部材１６の他端は上記駆動機構８に連結されている。したがって、該第２ベローズ６は、上記第２ヘッド部材１４側が上記シャフト部材１６を介して上記駆動機構８からの駆動力を受ける駆動端であり、上記ベース部材１２側が第１ベローズ４に対する固定端である。
また、該第２ベローズ６は、それが伸張端にあるときの長さが、上記第１ベローズ４が収縮端にあるときの死容積部分に収容される長さに形成され、且つ上記第１ベローズ４の内面に接触しない範囲において該第１ベローズ４の内径に近い外径を有するものとして形成されている。
【００１５】
また、上記第１及び第２ベローズ４，６の自然長は、それらの各ベローズ４，６の伸張端と収縮端との間に設定されるように構成されており、それにより、それらの第１及び第２ベローズ４，６に作用する伸縮時の負荷の絶対値が可及的に小さい範囲内に抑制されるように構成している。このように構成すると、両ベローズ４，６の長寿命化を図ることができるので、当該ベローズ式コンプレッサの信頼性を向上させることができる。
【００１６】
なお、この実施例においては、作動流体の吸入口１０Ａ及び吐出口１０Ｂを上記ヘッド部材１０に設けた場合について説明したが、そのように構成する場合に限定されるものではなく、図２に示すように、上記ベース部材１２における上記第１ベローズ４の端部の固定部分と上記第２ベローズ６の端部の固定部分との間に、吸入弁１２ａが付設された吸入口１２Ａ、並びに吐出弁１２ｂが付設された吐出口１２ｂをそれぞれ配設した構成とすることができる。
【００１７】
当該ベローズ式コンプレッサ１は、上記第１及び第２ベローズ４，６の動作（伸張及び収縮）が相互に逆になるように、それらの両ベローズ４，６を同期駆動する駆動機構８を備えている。この駆動機構８の基本構造は、一つの回転運動体１８と、一方の端部が該回転運動体１８における回転軸心Ｏから偏倚した外周部に回動自在に軸着されたクランクシャフト２０とを備え、上記第２ヘッド部材１４に一端を連結した上記シャフト部材１６の他端を、上記クランクシャフト２０の他方の端部に回動自在に連結することにより、上記回転運動体１８の回転を上記シャフト部材１６の往復運動に変換するクランク機構で構成したものである。なお、上記駆動機構８は、上述した一つの回転運動体１８により構成するものに限定されず、一つの往復運動体の動作を上記シャフト部材１６の往復運動として伝達する機構で構成することもできる。
【００１８】
この実施例の構成について示す図１では、上記駆動機構８における回転運動体１８の回転軸心Ｏが上記シャフト部材１６の軸線上に位置するようにして、駆動機構８を模式的に図示しているが、上記回転運動体１８に対して回転自在に軸着されているクランクシャフト２０が、当該ベローズ式コンプレッサ１において駆動力を必要とする段階、すなわち、図３に示すような上記圧縮室２内の作動流体の圧縮行程において、上記回転運動体１８の回転軸心Ｏを同図に示すように下方に偏寄させた構成とすることにより、上記回転運動体１８の駆動力を、上記作動流体の圧縮行程において効率よく上記シャフト部材１６に伝達させることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００１９】
また、上記シャフト部材１６には、上記第２ベローズ６の収縮時にベース部材１２に係止して上記第１ベローズ４を伸張端まで移動させる第１係止部１６ａが設けられるとともに、上記第２ベローズ６の伸張時に上記ベース部材１２に係止して上記第１ベローズ４の収縮端まで移動させる第２係止部１６ｂが設けられている。
上記シャフト部材１６の第１係止部１６ａは、上記駆動機構８の駆動により該シャフト部材１６の一端の上記第２ヘッド部材１４を移動させて上記第２ベローズ６を収縮させるときに、上記ベース部材１２に係止して該ベース部材１２を上記第１ベローズ４の伸張端まで移動させるものであり（図１の（ａ）参照）、一方、上記第２係止部１６ｂは、上記駆動機構８の駆動により上記第２ヘッド部材１４を移動させて上記第２ベローズ６を伸張させるときに、上記ベース部材１２に係止して該ベース部材１２を上記第１ベローズ４の収縮端まで移動させるものである（図１の（ｂ）〜（ｃ）参照）。
【００２０】
なお、当該ベローズ式コンプレッサ１の動作時において、上記第１係止部１６ａ及び第２係止部１６ｂと、上記ベース部材１２とが相互に衝当するときに生じる動作音や振動を可及的に抑制するため、図２に示すように、第１係止部１６ａとベース部材１２との間に伸縮自在のばね部材からなる弾性部材１７ａ，１７ｂをそれぞれ介装することができる。それにより、それらの第１係止部１６ａ及び第２係止部１６ｂとベース部材１２が衝当するのが抑制され、当該ベローズ式コンプレッサ１の動作音及び振動を可及的に少なくできるばかりでなく、それらの第１及び第２係止部１６ａ，１６ｂと上記ベース部材１２とが経年的に衝当することによる該部の破損を抑止することができるので、当該ベローズ式コンプレッサ１の長寿命化を図ることができ、延いては当該ベローズ式コンプレッサ１の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
次に、上記構成のベローズ式コンプレッサ１の動作サイクルについて、図１の（ａ）〜（ｄ）を参照しながら順を追って説明する。
先ず、図１の（ａ）に示すところの、上記第２ベローズ６が収縮端にあって上記シャフト部材１６の第１係止部１６ａが上記ベース部材１２に係止し、上記第１ベローズ４が伸張端まで移動した状態においては、該第１ベローズ４の圧縮室２内に最大量の作動流体が吸入された吸入端の状態にあり、上記駆動機構８の駆動により、上記シャフト部材１６が上記第２ヘッド部材１４を移動させながら上記第２ベローズ６を徐々に伸張させると、圧縮室２の容積が減少して該圧縮室２内の圧力が上昇するか、または上記ベース部材１２が上記圧縮室２内の圧力により上記シャフト部材１６の第２係止部１６ｂに近づく。
【００２２】
上記第２ベローズ６が、図１の（ｂ）に示すところの伸張端に達すると、上記シャフト部材１６の第２係止部１６ｂが上記ベース部材１２に係止し、該ベース部材１２を移動させながら上記第１ベローズ４を徐々に収縮させ、上記圧縮室２内の圧力が所定値まで達すると、上記吐出口１０Ｂの吐出弁１０ｂが開き、該吐出口１０Ｂから圧縮室２内の作動流体が吐出される。そして、上記第１ベローズ４が収縮端に達すると、図１の（ｃ）に示すように、伸張端にある上記第２ベローズ６が該第１ベローズ４の死容積部分に最大容積となって収容され、上記圧縮室２内の作動流体がほぼ吐出された吐出端の状態になる。したがって、該圧縮室２内の死容積を可及的になくすことができるので、吸込容積との比を大きくとることができ、延いては作動流体の圧縮比を高めることができる。
【００２３】
次いで、上記駆動機構８の駆動により、図１の（ｄ）に示すように、上記第１ヘッド部材１０の吸入口１０Ａから圧縮室２内に作動流体が吸入されるが、上記第１ベローズ４は、それが自然長に復帰するまでは、該第１ベローズ４自体の復帰力により、上記シャフト部材１６の第２係止部１６ｂに係止した状態で上記ベース部材１２の移動とともに伸張する。そして、上記第２ベローズ６が収縮端まで収縮して、上記ベース部材１２に上記シャフト部材１６の第１係止部１６ａが係止すると、該ベース部材１２が再び図１の（ａ）に示すところの上記第１ベローズ４の伸張端まで移動し、上記圧縮室２内に最大量の作動流体を吸入した吸入端の状態となる。
【００２４】
而して、上記第１ベローズ４及び第２ベローズ６は、その自然長が該ベローズ４，６の伸張端と収縮端との間に設定されているため、該ベローズ４，６が上述したような周期的な伸縮を繰り返しても、該ベローズ４，６に作用する負荷の絶対値は可及的に小さい範囲内に抑制される。
【００２５】
以上において説明した図１の（ａ）〜（ｄ）においては、第１ベローズ４及び第２ベローズ６が自然長に復帰しようとする復帰力や圧縮室２内で圧縮させた流体の圧力によりベース部材１２に作用する力を考慮することなく、模式的に図示しているので、現実的にこのコンプレッサを駆動する際には、特に、同図（ｂ）や（ｄ）の状態においては、ベース部材１２が上記力のバランス点に位置することになる。
【００２６】
上記構成を有するベローズ式コンプレッサ１は、圧縮室２を構成する第１ベローズ４と該第１ベローズ４内に設けた第２ベローズ６の動作（伸張及び収縮）が相互に逆になるように構成するという極めて簡単な構成により、該第１ベローズ４が収縮端にあるときの死容積を可及的になくすことができるので、吸込容積との比を大きくとることができ、延いては作動流体の圧縮比を高めることができる。したがって、従来のベローズ式コンプレッサと同圧縮比の場合と比較すると、上記圧縮室２を構成する第１ベローズ４の伸縮率を低く設定することができるので、該ベローズ４の耐久性を向上させることができる点で有利である。
【００２７】
また、上記第１及び第２ベローズ４，６の自然長を、それぞれのベローズ４，６の伸張端と収縮端との中間に設定されるように構成しているので、両ベローズ４，６に作用する負荷の絶対値を可及的に小さい範囲内に抑制することができ、延いては当該ベローズ式コンプレッサ１の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【００２８】
図４に示すグラフは、圧縮室を構成するベローズの径をそれぞれ同径（外径φ１００ｍｍ）とした本発明の実施例に係るベローズ式コンプレッサ及び従来のベローズ式コンプレッサにおいて、それぞれのベローズの縮み比と圧縮比との関係を示すもので、同図からわかるように、本発明に係るベローズ式コンプレッサは、従来のベローズ式コンプレッサと比較して、同縮み比で約２倍以上の圧縮比を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係るベローズ式コンプレッサの基本構造及び動作サイクルを模式的に示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施例のベローズ式コンプレッサにおいて、第１及び第２係止部とベース部材との間に弾性部材をそれぞれ介装した態様、並びにベース部材に吸入口及び吐出口を配設した態様を示す要部拡大断面図である。
【図３】図１に示す実施例のベローズ式コンプレッサにおける回転運動体１８の回転軸心の位置を変えた変形例を示す模式的側断面図である。
【図４】本発明に係るベローズ式コンプレッサと従来のベローズ式コンプレッサの圧縮比の違いを示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、従来のベローズ式コンプレッサの基本構造及び動作サイクルを模式的に示す側断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ベローズ式コンプレッサ
２    圧縮室
４    第１ベローズ
６    第２ベローズ
８    駆動機構
１０    第１ヘッド部材
１０Ａ，１２Ａ  吸入口
１０Ｂ，１２Ｂ  吐出口
１２    ベース部材
１４    第２ヘッド部材
１６    シャフト部材
１６ａ  第１係止部
１６ｂ  第２係止部
１７ａ，１７ｂ  弾性部材
１８    回転運動体
【図１】
2009002238.tif 000003
【図２】
2009002238.tif 000004
【図３】
2009002238.tif 000005
【図４】
2009002238.tif 000006
【図５】
2009002238.tif 000007