专利名称：压缩机以及使用该压缩机的氧气浓缩装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及压缩机以及使用该压缩机的氧气浓缩装置，尤其涉及基于变压吸附方 式的医疗用的携带式的氧气浓缩装置。
背景技术：
一种基于变压吸附法的氧气浓缩装置作为医疗用途已经实用化，该氧气浓缩装置 使用使空气中的氧气透过而选择性地吸附氮气的沸石作为吸附剂来生成氧气。根据该方式的氧气浓缩装置，使用作为压缩机构的压缩机对从空气取入口取入的 原料空气进行压缩而产生压缩空气，并将压缩空气供给至内置有吸附剂的吸附筒，由此生 成氧气。而且，将所生成的氧气储存在罐体内，成为通过减压阀、流量设定器能够从罐体供 给规定流量的氧气的状态，由此，构成为能够经鼻插管等对患者进行氧气吸入。若将这样构成的氧气浓缩装置设置在例如具备AC电源(商用电源)的场所，则例 如肺功能低下的家庭氧气疗法患者在睡觉时也能够安全地吸入氧气，从而能够保证安稳的 睡眠。尤其是在睡觉时也使用的情况下，最好是氧气浓缩装置发出的噪音极小。可能的话， 期望比室内的空调设备所产生的噪音水平低。另一方面，作为慢性支气管炎等呼吸器官疾病的患者的治疗方法，有效的是长期 氧气吸入疗法，在该长期氧气吸入疗法中使用的氧气浓缩装置通常是不可搬动的。即，构成 为患者无法将其携带至外出目的地。因此，患者在不得已外出的情况下，会一边推着搭载有 氧气瓶的手推车，一边从该氧气瓶吸入浓缩氧气。对该氧气瓶的氧气供给必须由专用设备 进行，这很大程度上有损于患者的生命质量O!0L;quality of life)。因此，提出了使用由电池驱动的压缩机的可搬型或移动型的氧气浓缩装置(专利 文献1、2)。另外，在采用具有产生压缩空气的压缩机构和产生减压空气的减压机构的压缩机 的情况下，尤其是为了降低一体化的压缩机的振动、以及在氧气浓缩步骤中的等压工序时 所产生的振动，提出了以下技术在减压机构与切换阀的流路之间设置与外部空气连通的 减压空气破坏阀，而且，与减压工序时同步地使减压空气破坏阀成为开状态，由此，外部空 气进入到减压机构与切换阀的流路内，从而谋求防止压缩机的振动以及低电力化(专利文 献3) ο另外，还提出了一种氧气浓缩装置，该氧气浓缩装置具有两根吸附筒体，用于通 过将产生压缩空气和减压空气的压缩机分别连接在其入口侧而将压缩空气导入到筒体的 内部，并通过填充在筒体内的吸附剂来吸附氮气而分离生成氧气，并从其出口侧供给生成 氧气，并且，在吸附剂因氮气而饱和时导入减压空气，使氮气排出到吸附筒体的外部；两组 三向切换阀，连接在两根吸附筒体的入口侧与压缩机之间，用于交替地切换成压缩空气流 路、减压空气流路、封闭流路；压力传感器，用于检测出两根吸附筒体中的哪一个已成为最 高内压值；等压阀，在两根吸附筒体的出口侧之间分支地配管，并且，当通过压力传感器检 测出最高内压值时成为打开状态，以进行两根吸附筒体之间的等压化；以及减压空气破坏阀，连接在减压空气发生部与三向切换阀的减压空气流路之间，并通过在进行等压化时成 为打开状态来控制流路内的压力，该氧气浓缩装置还具有经由消音器进行排气的空气破坏 阀。此外，为了谋求压缩机的小型轻量化，还有设置一组水平相对活塞的方案。另外， 还提出了一种使用配管歧管的氧气浓缩装置(专利文献4)。专利文献专利文献1 日本特开2002-121010号公报专利文献2 日本特开2000-079165号公报专利文献3 日本特开2005-111016号公报专利文献4 日本特表2008-515593号公报在使上述那样构成的氧气浓缩装置小型轻量化时，作为最大的妨碍因素，能够举 出的是最大且重的压缩机。从该压缩机必须要产生压缩空气和减压空气的情况来看，谋求 小型轻量化是非常困难的。而且，由于通常压缩机存在运转时会产生噪音和振动的问题，因 此低噪音化和低振动化也很重要。
发明内容
本发明是鉴于上述技术问题而作出的，其目的是实现一种能够同时达成大幅的小 型轻量化和低噪音化以及低振动化的压缩机以及使用该压缩机的氧气浓缩装置。为了解决上述技术问题而达成目的，本发明的压缩机包括一组第一活塞、第一偏 心凸轮、第一气缸室；一组第二活塞、第二偏心凸轮、第二气缸室；一组第三活塞、第三偏心 凸轮、第三气缸室；以及一组第四活塞、第四偏心凸轮、第四气缸室，所述第一活塞和第二活 塞共同的第一中心轴、与所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心轴互相正交地配置。另外，氧气浓缩装置包括过滤器组装体，用于对成为压缩空气的原料空气进行过 滤；一对吸附筒，其中收纳有沸石吸附剂，所述沸石吸附剂用于从压缩空气中选择性地吸附 氮气而生成氧气；切换阀，用于切换流路以便对所述吸附筒交替地供给来自压缩机的压缩 空气和减压空气，从而进行基于所述吸附剂的所述生成和净化；消音器，用于在所述净化后 的减压空气的排气时进行消音；容器，用于储存所述生成的氧气；以及充电式电池，用于进 行包括所述马达的驱动在内的电力供给，其中，所述压缩机包括一组第一活塞、第一偏心 凸轮、第一气缸室；一组第二活塞、第二偏心凸轮、第二气缸室；一组第三活塞、第三偏心凸 轮、第三气缸室；以及一组第四活塞、第四偏心凸轮、第四气缸室，所述第一活塞和第二活塞 共同的第一中心轴、与所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心轴互相正交地配置。发明的效果根据本发明，能得到能够同时达成大幅的小型轻量化和低噪音化以及低振动化的 压缩机及氧气浓缩装置。其他的特征和优点通过参照附图的以下说明能够清楚。此外，在附图中，对于相同 或同样的结构标注相同的附图标记。
图IA是对氧气生成原理进行说明的配管图。
图IB是将基于压缩空气的变压吸附法(PSA)以及基于压缩空气和减压空气的真 空变压吸附法(VPSA)中的压力变动随时间经过进行表示的图。图IC是将变压吸附和真空变压吸附中的氮气吸附量随时间经过进行表示的图。图2是为了表示内置有压缩机1的小型氧气浓缩装置300的内部结构而将主要部 分剖切的主视图。图3是氧气浓缩装置300的框图以及歧管的模式图。图4是压缩机1的配管系统的详细的模式图。图5是压缩机1的上部壳体3、下部壳体4内的歧管(配管系统)的详细图。图6是压缩机1的外观立体图。图7是将压缩机1与减压空气盖8 一起进行表示的概要图。图8是加压盖8的主要部分的立体分解图。图9A是表示进气工序的状态的模式图。图9B是表示压缩、排气工序的状态的模式图。
具体实施例方式以下，参照附图并以携带型的氧气浓缩装置为例对本发明的一优选实施方式进行 说明。这里，本发明能够进行各种修改和变更，对其中特定的事例进行图示，并在下面进行 详细说明。然而，本发明不限于此，在权利要求书所规定范围内，各种结构当然都是可以的。以下，参照图IA IC对只基于压缩空气的变压吸附法(PSA)以及基于压缩空气 和减压空气的真空变压吸附法(VPSA)进行简单说明。在图IA中，导入外部空气并用压缩 机1压缩得到的原料空气经由一个三向切换阀109a被导入到第一吸附筒体108a中。在第 一吸附筒体108a中内置有催化剂沸石，通过沸石吸附氮气而分离生成氧气。这样分离生成的氧气通过未图示的单向阀流向制品罐。当该第一吸附筒体108a 的内压升高时，三向切换阀109a被切换到排气侧，从而进行排气。在这前后，转到等压工 序，即，等压阀107打开，使用在第一吸附筒体108a中被浓缩的一部分氧气进行第二吸附筒 体108b的清洗。然后，为了进行第一吸附筒体108a的解吸工序(排出氮气和水分)和向第二吸附 筒体108b的压缩空气的取入而将三向切换阀109b打开，由流入第二吸附筒体108b的压缩 空气分离生成的氧气通过未图示的单向阀流向制品罐中。之后，当通过未图示的压力传感 器检测出已达到规定的压力时将等压阀107打开规定时间，接下来进行第二吸附筒体108a 的清洗以及等压工序。另外，通过打开等压阀107而将在第二吸附筒体108b中分离生成的 氧气送入第一吸附筒体108a的出口部，进行内置的沸石的净化。通过以规定的时序反复进 行以上的各个工序，从而进行连续的氧气的稳定供给。像上述那样，当切换两个三向切换阀而对两个各吸附筒体供给压缩空气时，如图 IB中用实线表示的压力变化那样，向吸附筒体内只送入压缩空气并使氮气吸附，并在大致 大气压下进行解吸操作，这种方法称为变压吸附法(PSA)。另一方面，如图IB中用虚线表示 的那样，在压缩空气的基础上减压至负压(真空)，从而更积极地进行内置的沸石的清洗， 这种方法称为真空变压吸附法(VPSA)。该方法能够积极地进行内置的沸石的清洗，因此比 上述的变压吸附法更好。
如图IC所示，基于变压吸附法的氮气吸附量，与真空变压吸附法相比，即使在相 同的压差下氮气吸附量也会减少。因此，优选使用能够对压缩空气和被减压了的减压空气 双方进行送气的压缩机。另外，由于需要设置压缩空气产生用和减压空气产生专用的两台 压缩机，因此不可避免导致大型化。因此不可能组装到例如携带用的小型氧气浓缩装置中。因此，下面，以根据上述的真空变压吸附法构成的携带用的小型氧气浓缩装置300 为例进行说明。氧气浓缩装置300的整体结构的说明在图2中，氧气浓缩装置300与未图示的鼻插管一起使用，总重量约为2 4kg，并 具有与2升的PET瓶大致接近的、上下方向细长的、纵长外观形状。通过像这样成为纵长结构，能够从未图示的携带用包上方的开口部插入，并且在 插入后通过以设有挂钩的盖覆盖操作板305的方式进行固定，从而成为能够防止脱落的状 态。另外，将固定在携带用包上的吊带挂在肩膀上，例如在外出时也不会碍事，从而成为能 够携带的结构。另外，在吊带上固定有肩垫而不会给肩膀带来负担，并且，在携带用包的正 面设置有对连接有软管的鼻插管进行收纳的小袋。此外，携带用包可以由合成皮革或氨基 甲酸乙酯涂层布(々 > 夕 >引布)制成，并且为了不堵塞后述的进气口，还形成有开口部。如上所述，由于具有与PET瓶大致接近的纵长外观形状，因此，在将鼻插管和折弯 了的软管收纳在携带用包的小袋内的未使用状态下，他人不会一眼就容易地看出是氧气浓 缩装置300。另外，由于彻底地追求轻量化、节能，所以使电力消耗进一步降低，另一方面，成为 能够通过附属的可装拆且可反复充电的外部电池、可反复充电的内置的充电电池228以及 家用商用(AC)电源这三个系统来使用的结构。另外，尤其是，内置电池2 和外部电池还 可以作为停电时的备用电源使用，因此能够安心地使用。另外，为了节约电池还具有能够切 换到与进气同步地送出氧气的“同步模式”的功能。另外，通过将具有上述纵长的外观形状的构成密闭罩的主框体302用作为射出成 型树脂部件的具有耐冲击性的热可塑性树脂、例如ABS树脂制成，从而能够确保设计上的 自由度。另外，对于包括填充有吸附剂的两根吸附筒在内的其他结构部件，也尽量使其轻量 化，并且，对于重量最大的压缩机1，也通过下述方式实现显著的小型轻量化，即将一组第 一活塞、以气密状态将各个第一活塞以能够往复移动的方式进行引导的一组第一气缸室、 一组第二活塞、以气密状态将各个第二活塞以能够往复移动的方式进行引导的一组第二气 缸室配置成从曲轴体的端部观察时呈十字式，由此实现总重量约为2kg左右的轻量化。另 外，为了实现轻量化，图中的用双点划线表示的隔音室303也用耐冲击性的热可塑性树脂 例如ABS树脂制成。操作板305例如以大约10度的角度在斜前方向上形成，在操作板305上从左开 始依次配置有电源开关306、其上方的用七段数码进行LED或液晶显示的氧气流量等的显 示部204、树脂制部件的氧气出口 307、树脂制的带罩或无罩的上下两个氧气流用设定按钮 308、308。另外，在氧气出口 307的上方设置有树脂制的未图示的管接头，该管接头相对于 形成于氧气出口 307上的台阶部以气密状态嵌合，并以装拆自由的方式设置。鼻插管等柔 性软管的开口部以与该管接头连通的方式设置在该管接头上。在将装置300装填到上述的携带用包中时，在与具有日本人标准身高(160 170mm)的患者于立起状态下将两手垂下时的腰部分大致相当的高度附近，操作板305以成 为身体的外侧的方式倾斜地形成。由此，例如在保持站立的姿势下就能够毫不费力地进行 氧气浓缩装置300的运转操作。而且，氧气出口 307配置在中央，在左右对称的位置上配置 有各拨盘，因此也照顾到左撇子的人能够没有任何不协调感地进行操作。此外，连接在鼻插管上的软管的全长例如在60cm以内，从而尤其是在携带时能够 不成为障碍。另外，若另行准备全长与患者在所生活的同一房间内移动的范围大致相当的 软管，则能够在将氧气浓缩装置300固定在室内的一个角落的情况下使用。此外，优选在底 面的四个角上固定四个橡胶腿(未图示)，从而在将其设置在地面上使用时能够防止侧滑， 并且不容易倒下。接下来，为了将外部空气导入到内部，在主框体302的背面侧的上方形成有如图 示那样横长地形成的进气口 30加。另外，在主框体302的右侧面形成有向外部开口的排气 口 302b，该排气口 302b在氧气生成之后向外部进行排气。另外，作为副框体的隔音室303由与主框体302 —体成形或者作为分体部件而设 置的壁部件309形成，通过设置铺设于隔音室303的内部的壁面上的隔音部件311，能够有 效地吸收由压缩机1产生的运转声音。如图所示，该隔音部件311以覆盖主框体302的内 部的壁面以及后述的各种电磁阀109、115、117的方式设置，从而能够有效地吸收通断时的
运转声音。该隔音部件311可以使用由纤维直径为1 4微米的聚烯烃类纤维(优选聚丙烯 纤维)和纤维直径为20 30微米的聚烯烃类纤维(优选聚丙烯纤维)构成的无纺布。可 以确认，使用这样的无纺布能够轻量地构成，并且能够使隔音吸音效果飞跃性地提高。压缩机1固定在例如将0. 5 2mm厚度的铝板部件弯曲加工成二字形而得到的未 图示的安装板上，之后，压缩机1通过包括橡胶衬套在内的防振橡胶被固定在隔音室303的 内部。柔性配管对用于将来自上述的进气口 30 的原料空气相对于一体地设置在该压缩 机1上的过滤器组装体导入，该柔性配管M以穿过贯穿设于隔音室303上的贯通孔的方式 设置。另外，用于对由于被压缩机1压缩而温度上升了的压缩空气进行冷却的散热管55 通过配管M连接。该散热管55构成为将例如铜制或铝制的细长的管如图示那样卷成线 圈状以增大表面积，并且构成为，在温度上升了的压缩空气通过散热管阳的管内部的过程 中，通过配置在附近的包括轴流扇在内的散热扇330的送风来进行冷却。另外，散热扇330的送风向上述的排气口 302b排出。另一方面，散热扇330的送 风由于与来自后述的消音器的排气一样都被积极地进行，因此构成为通过未图示的其他贯 通孔将外部空气导入到隔音室303内，并进行上述散热和排气。另一方面，在主框体302的左侧面上设有外部电池连接器131、AC适配器连接器 130、133，图示的AC适配器319的连接器连接在AC适配器连接器130上，从而能够从AC适 配器(交流100V)向氧气浓缩装置300进行电力供给。另外，将能够反复充电的外部电池 的连接器置于外部电池连接器131上，由此，在外出时、在室内(屋内)等移动时能够进行 最长两小时左右的电池驱动。而且，作为能够反复充电的锂离子电池的内置电池2 如图所示配置在最下位 置，降低了装置整体的重心位置。如上所述，成为AC电源(商用电源)、外部电池、内置电池的三系统的电源，并且，将使用的电源的优先顺序自动切换成AC电源、外部电池、内置电 池，由此，能够谋求尤其是内置电池228的保存。另一方面，一对吸附筒108a、108b用于使压缩空气透过被收纳的沸石吸附剂，由 吸附剂选择性地吸附氮气而生成氧气，该一对吸附筒108a、108b如图所示沿纵向并列配置 于隔音室303与主框体302之间的空间。而且，用于储存所生成的氧气的制品罐111配置 在隔音室303的上方。在与上述电源开关306的开位置相当的位置上设有运转状态灯(未图示)，该运 转状态灯中内置有点亮成绿色和红色的例如发光LED。另外，也有设有电池余量监视器的 机型。如图所示，位于中央的氧气出口 307以其所围起的整个部分从操作板305的操作面 向里侧(图面的背面侧)内凹的方式设置。也有在该氧气出口 307上设有横向印刷了“检 查”文字或者与其相当的字符表示的警报显示部的机型。也有进一步在警报显示部的下方 设有内置了点亮成绿色、红色和黄色的例如发光LED的氧气灯的机型。而且，上下的氧气流用设定按钮308、309被设置为平开关(flatswitch)，并且被 设置为与操作板305的操作面大致成同一平面。该氧气流用设定按钮308构成为，每当进 行按压操作时，能够将以90%程度以上被浓缩的氧气在从每分钟0. 25L (升)到最大5L的 范围以0. 25L为一档或0. OlL为一档设定氧气流量，并在上方的氧气流量显示部309进行 显不。如上所述，能够改变氧气生成能力地进行运转。另外，也有设有同步灯的机型，该 同步灯用于通过点亮或闪烁显示来告知患者是处于以通过呼吸同步而断续供给浓缩氧气 的状态运转中的情况。另外，还有设置了动作指示器的机型，该动作指示器被设置成用于通 过与呼吸同步地进行闪烁显示来告知患者。如上述那样配置在操作板305上的各操作部以使用上的安全性和老年人的使用 为前提，能够以满足需要的最小限度的操作对主要功能进行全部操作。具体来说，显示部 204的电池余量显示部在电源接通的情况下大约2秒钟内全部点亮。然后，若内置电池2 或外部充电式电池的余量为100%，则内置有发光LED的灯点亮为绿色(持续发光)，并且， 多档(例如五档)显示部全部点亮显示。另外构成为，每当电池余量相对于充满电减少规 定比例(例如20%)时，依次熄灯并且点亮灯数依次减少，当成为只剩一个灯点亮的状态时 以橙色等注意色点亮，并能够通过内置的蜂鸣器或语音引导器进行警告。而且，当充电式电池的余量相对于充满电在规定比例、例如10%以下时，内置有发 光LED的灯以间歇地发出红色等警报色的光的方式闪烁，并且，每隔规定间隔、例如5分钟 就通过内置的蜂鸣器或语音引导器报告该情况，由此，能够确保尤其是外出时或停电时的 电池驱动模式下的使用上的安全性。此外，也可以使内置电池2 和外部充电式电池的电 池余量显示部以与内置电池2 和外部充电式电池各自对应的方式分别进行显示，从而容 易视觉辨认。另外，也可以在警报显示部上印刷“检查”文字，当氧气浓度下降时点亮内置的灯 进行告知。另外，也可以在装置侧发生异常时使蜂鸣器也鸣响，随语音引导器一起进行告 知。另外，也可以在装置因停电而停止时闪烁而进行告知，另一方面，能够通过蜂鸣器和语 音引导器对尤其是视觉障碍者可靠地进行告知。另外，当氧气被正常地进行氧气吸入时，氧 气灯的内置的LED点亮成绿色。另外，当氧气没有出来或者氧气浓度降低时熄灭。而且，也可以在同步模式(呼吸同步模式)下，当在一定时间、例如30秒左右没有检测出呼吸状态 时点亮成警报色即红色，并在蜂鸣器鸣响的同时通过语音导向器进行告知。另外，也可以在处于以与进气同步地进行浓缩氧气供给的同步模式运转中的情况 下，为了使患者能够视觉辨认出该情况，与呼吸模式(氧气输出)实质上同步地点亮成绿色 或闪烁以进行告知，由此，患者能够确认浓缩氧气在被正常地供给。另一方面，也可以是，若打开电源开关306，则进行蜂鸣器鸣响、所有的灯在两秒钟 内全部点亮成绿色的初始自检，当在电池驱动模式下使用时，随后在五档的显示部中与余 量相应地点灯表示。患者根据医生的处方进行氧气流量设定按钮308的增减操作，在设定 成规定流量后开始氧气供给。此外，在通常使氧气浓缩装置300停止的情况下，将上次的动 作条件(氧气流量、同步模式的有无)存储在临时存储装置中。因此构成为，在初始自检后， 在不按氧气流量设定按钮308的情况下，能够自动地以上次的动作条件进行浓缩氧气的供 给。此外，也可以同时通过语音引导器将该情况(与上次相同的动作条件)进行告知。若 在停止时关闭电源开关306，则氧气灯也熄灭，也可以运转灯在闪烁了短暂的时间之后自动 地结束。氧气浓缩装置300的流路配管及框图的说明在图3 图5中，对于已经说明了的结构部件标注相同的附图标记并省略说明，图 中的双线是作为空气、氧气、氮气气体的流路的配管对，大体上用配管Ma Ml进行表示。 另外，细实线表示电源供给或电信号的配线。此外，图4中用虚线表示的配管Mc、Mh、Mi、 24j\24k,241实际上都是如图5所示那样由歧管形成的，因此没有使用软管、金属管等。这里，在以下的说明中，对作为压缩机1采用将压缩空气产生部la、减压空气产生 部lb、过滤器组装体7和消音器6 —体化构成的结构的情况进行说明。另外，对于将外部空 气经由进气口 302a、过滤器320导入到内部并经由排气口 302b排出到外部的主框体302， 作为密闭容器，在图中用虚线大体进行表示。在图3中，沿着导入空气的流动依次说明。原料空气经由进气口 302a、过滤器320 被导入到主框体302的内部，之后，原料空气沿箭头F方向被导入到具有过滤器组装体7的 加压吸入罐7a中。过滤后的原料空气经由作为歧管而形成的配管24i进入压缩机1的加 压室la。接下来，原料空气成为被压缩机1的加压室Ia加压了的压缩空气，并在此时以温 度上升了的状态经由作为歧管而形成的配管Mj、加压缓冲罐7b而被向配管2 送出，因 此，优选设置成将该配管2 连接在散热效果卓越的上述散热管55上，并利用来自用于冷 却压缩机1整体的送风扇330的送风进行冷却。通过这样将压缩空气冷却，能够使因高温而 功能降低的作为吸附剂的沸石作为通过吸附氮气而用于生成氧气的吸附剂充分发挥功能， 因此能够将氧气浓缩至90%程度以上。接下来，经由配管24d对如上述那样沿纵向并列地配置的两根第一吸附筒体108a 和第二吸附筒体108b交替地供给压缩空气。另外，将减压空气经由配管Mh、减压缓冲罐 6b、以及作为歧管而形成的配管24k而导入减压空气发生部lb。因此，作为切换阀的三向切 换阀109a、109b如图示那样连接。如图示那样对三向切换阀109a、109b连接配管Mf，以 便进行用于使这些三向切换阀109a、109b以及第一吸附筒体108a和第二吸附筒体10 的 废气解吸附的净化工序。另外，将配管Mf的下游侧连接在压缩机1的减压空气产生部Ib上，在该减压空气产生部Ib上，经由作为歧管而形成的配管241连接有减压排气罐6a，该减 压排气罐6a具有用于进行排气时的消音并进行从排气口 302b向外部的排气的消音器6。分别被储存在以上的第一吸附筒体108a和第二吸附筒体108b内的触媒吸附剂即 沸石是Si2O3Al2O3比为2. 0 3. 0的X型沸石，并且通过使该Al2O3的四面体单位的至少 88%以上与锂阳离子结合的沸石，能够增加每单位重量的氮气的吸附量。特别优选具有不 足Imm的颗粒测定值并且四面体单位的至少88%以上与锂阳离子融合的沸石。通过使用这样的沸石，能够减少为了生成相同的氧气而需要的原料空气的使用 量。其结果是，能够使用于产生压缩空气和减压空气的压缩机1成为更小型的类型，并能够 谋求进一步的低噪音化。另一方面，如图示那样，在第一吸附筒体108a和第二吸附筒体108b的上方的出口 侧分支连接有由单向阀、节流阀、开闭阀构成的等压阀107。另外，在等压阀107的下游侧连 接有合流的配管2 ，制品罐111是用于对分离生成的90%程度以上的浓度的氧气进行储 存的容器，该制品罐111如图示那样连接在配管M上。另外，配置有用于检测各吸附筒内 的压力的未图示的压力传感器。在该制品罐111的下游侧配置有将出口侧的氧气的压力自动调节为一定值的所 谓调节器、即压力调节器112。在该压力调节器112的下游侧，经由配管2 连接有氧化锆 式或超声波式的氧气浓度传感器114，以便间歇地(每10 30分钟)或连续地进行氧气浓 度的检测。在氧气浓度传感器114的下游侧连接有与上述氧气流量设定按钮308连动地开 闭的比例开度阀115，在其下游侧还连接有氧气流量传感器116。另外，在该传感器116的下 游，经由用于进行呼吸同步控制的减压空气电路板连接有按需供气阀(demand valve) 117, 按需供气阀117经由灭菌过滤器119相对于氧气浓缩装置300的氧气出口 307连接。通过 以上的结构，经由鼻插管314等能够吸入相对于患者的最大流量5L/分钟的以90%程度以 上被浓缩的氧气。接下来，电源系统由将AC(商用交流)电源整流为规定的直流电压的开关调节式 的AC适配器319、内置于主框体302底部的内置电池228、经由上述连接器131以能够自由 装拆的方式设置的外部电池227、以及电源控制电路2 构成，其中，该AC适配器319经由 连接在AC适配器319上的AC电源的连接器130而被中转连接。内置电池2 及外部电池 227是可反复充电的二次电池，内置电池2 接受来自电源控制电路2 的电力供给而被充 电。此外，使用的内置电池2 能够进行至少五百次(数百次左右)程度的反复充放电，并 具有电池余量、使用充放电循环次数、劣化程度、输出电压等的管理功能，优选内置电池228 具有能够通过外部的携带终端等确认电池余量、剩余充电容量、充放电次数的管理功能。另 外，虽然外部电池227在经由连接器131的连接状态下，能够接受来自电源控制电路2 的 电力供给而进行充电，但通常使用另行准备的电池充电器对外部电池227反复充电。或者， 也可以准备专用设计的、将电池充电器一体化了的外部电池227。在以上的电源系统的结构中，氧气浓缩装置300被自动切换成以下三系统的电力 供给状态中的一个而使用，该三系统的电力供给状态是接受来自AC适配器319的电力供 给而动作的第一电力供给状态；接受来自内置电池228的电力供给而动作的第二电力供给 状态；接受来自外部电池的电力供给而动作的第三电力供给状态。通过中央控制部200对电源控制电路2 进行控制，从而使该自动切换的优先顺序以上述第一电力供给状态、第二电力供给状态、第三电力供给状态的顺序自动确定。另 外，还有在电源控制电路2 上进一步连接ID标签码识别电路的情况，从而能够防止携带 时充电式电池断电的情况。即，为了防止携带时充电电池断电的情况，最好连接多个充电式 电池228，但像这样，若连接多个电池，则切换电源的机构会变得复杂，并且无法单个地监视 电力消耗。因此，在多个充电式电池228中，为了能够进行自动地从放电结束的电池向充满 电的充电式电池切换的控制，对单个的充电式电池事先设置了识别ID标签码和充电状态 检测机构，从而能够确认放电结束的电池并向充满电的电池切换。而且，能够与想使用电池 的时间相匹配地自由选择所连接的电池的数量，从而能够提高便利性。而且，为了谋求氧气浓缩装置300的重心降低而将内置电池2 配置在底面上。另 一方面，通过将外部电池227收纳在例如患者的衣物的口袋内，并适当连接，从而在外出时 也能够等使用。由于在该外部电池227上设置了上述充电余量显示部，因此能够与语音引 导器一起对剩余使用时间进行告知。AC适配器319优选能够不受频率不同的影响和电压变动的影响地产生规定的直 流电压且能够小型轻量地构成的开关调节式，也可以是通常的串联式(series type)。另 外，内置电池2 和外部电池227可以是充电时的存储效果降低且再次充电时也能够充满 电的锂离子、锂氢离子的二次电池，也可以是现有的镍电池或镍氢电池。而且，还可以将外 部电池构成为紧急时备用的、哪里都能弄到的二号干电池盒。另外，中央控制部200中存储有切换到与生成的氧气量相应的最佳动作模式的程 序，中央控制部200通过马达控制部201和风扇马达控制部分别进行控制，使得在生成较多 氧气的情况下自动地高速驱动压缩机1和送风扇330，在生成较少氧气时的情况下以低速 旋转驱动压缩机1和送风扇330，由此尤其保留内置电池2 的电量，其结果是，即使在忘记 对外部电池227进行充电的情况下，也能够在突然外出时及停电时等进行应对。在该中央控制部200中内置有存储了规定动作程序的ROM、RAM，并且，在该中央 控制部200上还连接有外部存储装置210、非易失性EEPROM 205、临时存储各种数据的RAM 206、以及实时时钟207，该中央控制部200构成为，通过经由外部连接器133与通信线路等 连接而能够读取存储内容。另外，在中央控制部200上连接有控制电路和流量控制部202，其中，控制电路通 过开关控制上述三向切换阀109a、109b和等压阀107而进行控制，使得第一吸附筒体108a 和第二吸附筒体108b内的废气解吸附，流量控制部202对上述氧气浓度传感器114和比例 开度阀115、流量传感器116和按需供气阀117进行控制。总重量约为400g的压缩机1通过内置于马达控制部201内的可变速度控制部以 正弦波驱动波形进行包括外转子式电动马达2在内的直流马达的驱动控制，由此降低运转 声音。该压缩机1构成为能够以各种速度运转，能够产生所需要的压缩空气的压力水平和 流量，只发出非常小的噪音和振动，只产生非常少的热量，小型轻量，且能够以非常少的电 力消耗运转。另外，由于马达控制部201中具有可变速度控制机构即可变速度控制器，因此能 够根据患者的活动水平、环境条件来自由地改变压缩机1的旋转驱动速度。其结果是，如果 通过按需供气阀117根据呼吸同步判断出患者坐着或是睡觉等患者的氧气需求比较低的情况，则能够自动地降低压缩机1的驱动旋转速度。另外构成为，如果通过GPS判断出患者 起立、活动或是如后述那样处于氧气浓度低的高地的情况时等、判断出患者的氧气需求比 较高、氧气需求量升高，则能够自动地升高旋转速度。通过上述那样的马达控制能够降低装置300整体的电力消耗，从而能够延长充电 式电池的驱动时的寿命，并且，能够降低充电式电池的重量和大小，还能够获得通过降低压 缩机1的磨损度延长寿命而能提高可靠性的间接效果。如上所述，该压缩机1具有产生压缩空气和产生减压空气的功能，并根据要排出 的氧气流量而自动控制转速，压缩机1的旋转速度被控制在500rpm至3000rpm之间。另外， 该压缩机1具有将空气最大程度压缩至150kPa左右的性能。该压缩机1的环境操作温度是0°C 40°C，压缩机1的驱动电压是能够从汽车、卡 车等的点烟器适配器(cigar lighter adapter)中取得的电源即直流12V或MV，电力使用 量大约是30W左右。因此，在最坏的情况下也能够与连接器131连接而进行电源供给。另 外，上述送风扇330的消耗电力是大约3W左右，上述送风扇330构成为，转速根据浓缩氧气 流量变动，从而有助于降低噪音、减少耗电。作为三向切换阀109a、109b，通常使用被称为直动式的通过通电时的磁力进行阀 动作的电磁阀。这种电磁阀由于仅靠电气的力使主阀动作，因此存在耗电高的问题。而且， 作为三向切换阀109a、109b，还可以使用先导式三向切换阀。通过该先导式三向切换阀，能 够有效地利用非常少的消耗电力和来自压缩机1的气压进行动作，因此，由于能够从以往 的8W降低至0. 5W，所以能够实现大幅的电力降低。照顾到被实施了低噪音化的氧气浓缩装置300的组装操作性和检查维修性的提 高，如图2所示，将以上的各构成部件设计成能够从一个方向主要将主框体作为其安装部 进行固定。即，构成为能够将各种控制基板、如上所那样将氧气的压力自动调整为一定值的 压力调节器112、压力调节器112的下游侧的氧气浓度传感器114和比例开度阀115、氧气 流量传感器116和与用于进行呼吸同步控制的减压空气电路基板118连接的按需供气阀 117都从一个方向进行固定。尤其是通过将伴随着振动或噪音的产生的构成部件在隔音室 303的内部以隔音状态且防振状态设置，能够使得压缩空气的供给声音、外部空气的导入声 音、用于制作原料空气的过滤空气的导入声音、以及周期性产生的排气声音不向外部漏出 从而实现噪音降低。另外，由于三向切换阀像上述那样被隔音片311覆盖，因此能够对三向 切换阀的动作声音进行隔音。而且，主框体302作为具有通过其进气口 30 导入到内部并 通过排气口 302b向外部排出所需的最小限度的开口的密闭罩而被构成，因此能够实现进 一步的噪音降低。压缩机1的构成图6是压缩机1的外观立体图。在本图中，用贯穿螺栓40、40以及未图示的螺母 和螺纹部件将具有过滤器组装体7的加压吸入罐7a固定在上表面左侧，将真空盖9固定在 上表面右侧。用贯穿螺栓40、40以及未图示的螺母和螺纹部件将加压罐7b隔着上部壳体 3、下部壳体4而与加压吸入罐7a相对地固定在下表面左侧。用贯穿螺栓40、40以及未图 示的螺母和螺纹部件将真空盖9隔着上部壳体3、下部壳体4而与上部的真空盖9相对地固 定在下表面右侧。另外，用贯穿螺栓40、40以及未图示的螺母和螺纹部件将加压盖8固定在近前侧面左侧，将具有排气消声器(消音器)6的真空排气罐6a固定在近前侧面右侧。用贯穿螺 栓40、40以及未图示的螺母和螺纹部件将加压盖8固定在相对的侧面的左侧并与近前侧面 左侧的加压盖8相对。另外，用贯穿螺栓40、40以及未图示的螺母和螺纹部件将真空吸入 罐6b固定在相对的侧面的右侧并与真空吸入罐6b相对。这样，使压缩机成为水平对置两 缸式，并成为将配管歧管、进气过滤器、排气消声器一体化了的构造。压缩机1具有产生减压空气的减压室lb、产生压缩空气的加压室la、以及由马达 2旋转驱动的用虚线表示的曲轴体11。另外，将曲轴体11的沿长度方向的尺寸H减小至极 限，并且构成为，相对于其横截面形状为图示那样的正四边形的具有上下面和左右面的上 部壳体3、下部壳体4安装后述的构成部件。在过滤器组装体7的内部设置有线圈状的烧结 体或由特殊纤维形成的过滤部(未图示)。下面，参照将图7的压缩机1与用虚线示出的减压空气盖8 —起表示的、基于等角 视图法的框架图进行说明。在与曲轴体11的长度方向正交的两侧面即上部壳体3、下部壳 体4上固定有径向球轴承的第一轴承13和第二轴承14，曲轴体11由这些第一轴承13和第 二轴承14以能够旋转的方式轴支承。另外，在壳体的一个侧面上固定有马达2，曲轴体11 的由第一轴承13支承的部分向壳体的外侧延伸设置，并通过连轴器12而与马达2的输出 轴加连接。另外，在第二轴承14附近的壳体内部，在曲轴体11上固定地设置有形成了惯 性力矩部19f的飞轮19。通过以上的结构，随着对马达2的通电能够一边通过飞轮19吸收转矩变动，一边 将曲轴体11例如向顺时针方向连续地旋转驱动。第一活塞25在设于曲轴体11上的第一偏心凸轮(未图示)的作用下通过第一连 杆沈在前后方向上往复运动(图中为左右方向)，并在第一气缸室(未图示)内被引导。 第一连杆沈的中心轴(动作轴)用CL2表示。另外，第二活塞27在设于曲轴体11上的第 二偏心凸轮(未图示)的作用下通过第二连杆观在前后方向上往复运动(图中为左右方 向)，并在第二气缸室41c内被引导。第二连杆观的中心轴(动作轴)用CL3表示。第一 活塞25和第二活塞27的中心轴(动作轴)具有共同的第一中心轴(相同的中心轴)CL1。 第一连杆沈的中心轴(动作轴)CL2和第二连杆观的中心轴(动作轴)CL3以相对于第一 中心轴CLl互相成180°的方式从第一中心轴CLl偏离地配置。第三活塞四在设于曲轴体11上的第三偏心凸轮(未图示)的作用下通过第三连 杆30在上下方向上往复运动，并在第三气缸室(未图示)内被引导。第四活塞31在设于曲 轴体11上的第四偏心凸轮(未图示)的作用下通过第四连杆32在上下方向上往复运动， 并在第四气缸室(未图示)内被引导。第三活塞四和第四活塞31的中心轴(动作轴)具 有共同的第二中心轴(相同的中心轴)CL7。第三连杆30的中心轴(动作轴)CL5和第四连 杆32的中心轴(动作轴)CL6以相对于第二中心轴CL7互相成180°的方式从第二中心轴 CL7偏离地配置。由于以上的第一活塞25、第二活塞27、第三活塞四、第四活塞31同时进行压缩工 序和进气工序，所以能够谋求防止振动。与第一活塞一体形成的第一连杆沈通过径向球轴 承15相对于曲轴体11被轴支承。与第二活塞一体形成的第二连杆观通过径向球轴承16 相对于曲轴体11被轴支承。与第三活塞一体形成的第三连杆30通过径向球轴承18相对 于曲轴体11被轴支承。
与第四活塞一体形成的第四连杆32通过径向球轴承17相对于曲轴体11被轴支 承。而且，如图所示，第一连杆沈、第二连杆28的中心轴CL2、中心轴CL3从上述的第一中 心轴CLl偏置距离Ala的量。通过以上的结构，能够使得在驱动各第一活塞25、第二活塞27时会产生的绕第一 中心轴CLl的旋转力矩绝对不会产生。此外，第一活塞25、第二活塞27、第三活塞四、第四 活塞31的行程为2 5mm左右，从而能够从氧气出口 307流出2 3L/分钟的90%以上的
高浓度氧气。另一方面，第三活塞四、第四活塞31分别以在上下方向上沿相同的轴向往复运动 的方式在气缸室(未图示)内被引导，第三活塞四、第四活塞31同时进行压缩工序和进气 工序。如图所示，与第三活塞四、第四活塞31对应的气缸室(未图示)的第三连杆30的中 心轴CL5、第四连杆32的中心轴CL6从上述的共同的第二中心轴CL7偏置距离Alb的量。 因此，能够使得在驱动各第三活塞四、第四活塞31时会产生的绕共同的第二中心轴CL7的 旋转力矩绝对不会产生。而且，第一活塞25和第二活塞27共同的第一中心轴CL1、与第三 活塞四和第四活塞31共同的第二中心轴CL7互相正交地配置。因此，旋转力矩在水平面 上的旋转力矩能够被抵消。图8是加压盖的主要部分的立体分解图。关于真空盖9，除了各簧片阀50、51的开 闭方向以外同样地构成。在图8中，对于已经说明了的结构或部件标注相同的附图标记并 省略说明，在气缸体41上，从下方设置有第一托架(未图示)，该第一托架被冲压加工成与 气缸体41相同的形状。在第一托架的上方设置有与该第一托架相同外形形状并贯穿设置 了相同的孔部的下方部件43。该下方部件43能够由板厚为Imm左右的不锈钢板或铝板冲 压加工而成。在该下方部件43上设置有小孔部43k和大孔部43g。在下方部件43的上方设置有簧片阀部件44。该簧片阀部件44由板厚为0. 3mm以 下的不锈钢板部件或磷青铜板部件冲压加工而成，并且，各簧片阀50、51其外形被冲成U字 形，并如虚线所示那样，以从基部开始弹性变形的方式形成。形成为，在通过贯通的长螺栓 49进行组装时，下方部件43的小孔部43k和簧片阀50处于相同的位置，下方部件43的大 孔部43g处于相同的位置。该簧片阀部件44的上方的上方部件45与上述下方部件43 —起从上下夹持簧片 阀部件44，并且形成和贯穿设置有限制部4 和孔部45g，该限制部4 用于限制簧片阀51 进一步向上方移动。形成为，在通过贯通的螺纹部件进行组装时，上方部件45的小孔部45g 和簧片阀50处于相同的位置，上方部件45的限制部4 和簧片阀51处于相同的位置。这样，小孔部43k、簧片阀51、限制部4 作为一个阀而发挥作用。另外，大孔部 43g、簧片阀50、孔部45g作为一个阀而发挥作用。在上方部件45的上方设置有第二托架 (未图示)，在上方部件45的上方还设置有盖体47，在这些部件上分别设有螺纹孔41b、 43b、44b、45b、47b，用贯穿这些孔的长螺栓49进行组装。这样，簧片阀、簧片阀部件能够成 为盖独立型的多个座阀构造。图9A、图9B是表示第一活塞四、31处于进气工序的状态、和第一活塞四、31处于 压缩、排气工序的状态的模式图。在进气工序中，具有弹性的簧片阀50挠曲(簧片阀51不 挠曲)，在压缩、排气工序中，具有弹性的簧片阀51挠曲(簧片阀50不挠曲)。这样，在第 一活塞四、31处于进气工序的状态下，簧片阀50、51能够被限制部4 限制移动地动作，从
14而能够产生压缩空气和减压空气。 本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的技术思想和范围的情况下，能够 进行各种各样的变更和变形。因此，为了公布本发明的范围，附加以下的权利要求。
权利要求
1.一种压缩机，其特征在于，包括一组第一活塞、第一偏心凸轮、第一气缸室；一组第二活塞、第二偏心凸轮、第二气缸 室；一组第三活塞、第三偏心凸轮、第三气缸室；以及一组第四活塞、第四偏心凸轮、第四气 缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心轴、与所述第三活塞和第四活塞共同的第二 中心轴互相正交地配置。
2.一种使用压缩机的氧气浓缩装置，包括过滤器组装体，用于对成为压缩空气的原 料空气进行过滤；一对吸附筒，其中收纳有沸石吸附剂，所述沸石吸附剂用于从压缩空气中 选择性地吸附氮气而生成氧气；切换阀，用于切换流路以便对所述吸附筒交替地供给来自 压缩机的压缩空气和减压空气，从而进行基于所述吸附剂的所述生成和净化；消音器，用于 在所述净化后的减压空气的排气时进行消音；容器，用于储存所述生成的氧气；以及充电 式电池，用于进行包括所述马达的驱动在内的电力供给，其特征在于，所述压缩机包括一组第一活塞、第一偏心凸轮、第一气缸室；一组第二活塞、第二偏 心凸轮、第二气缸室；一组第三活塞、第三偏心凸轮、第三气缸室；以及一组第四活塞、第四 偏心凸轮、第四气缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心轴、与所述第三活塞和第 四活塞共同的第二中心轴互相正交地配置。
全文摘要
本发明的目的是实现一种能够同时达成大幅的小型轻量化和低噪音化以及低振动化的压缩机以及使用该压缩机的氧气浓缩装置。压缩机包括一组第一活塞、第一偏心凸轮、第一气缸室；一组第二活塞、第二偏心凸轮、第二气缸室；一组第三活塞、第三偏心凸轮、第三气缸室；以及一组第四活塞、第四偏心凸轮、第四气缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心轴、与所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心轴互相正交地配置。
文档编号A61M16/10GK102099579SQ20098012768
公开日2011年6月15日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月14日
发明者小川洋志 申请人:泰尔茂株式会社