JP4835772B2 - 圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮機に関する。
過去に、回転式圧縮機の振動や騒音を低減するために「副軸受の近傍に補助軸受として転がり形のスラスト軸受を配設固定すること」が提案されている。なお、このような提案については、例えば、特許文献1(特開平5−133353号公報)に詳しい。
しかし、このように副軸受に加えてさらに転がり形のスラスト軸受の補助軸受を追加すると製造コストがかさんでしまう。また、副軸受を設けることで、軸が片持ち状態のときに比べて、軸の曲げによる振れ回り振動は抑制されるものの、モータのロータとステータ間の磁気吸引力で生じるモータ加振力による振動や騒音が発生してしまう。先の特許文献1でも、この振動や騒音を低減する方法として、例えば、軸及び軸受の剛性を高めることについては考慮されておらず、モータ加振力による振動や騒音が発生する問題がある。
本発明の課題は、製造コストを低く維持したまま振動や騒音を低く抑えることにある。
第1発明に係る圧縮機は、ケーシング、圧縮機構、駆動源、シャフト、主軸受部材及び副軸受部材を備える。圧縮機構は、ケーシング内に収容される。駆動源は、圧縮機構を駆動させる動力を発生させる。駆動源は、固定子と、固定子の内部に回転自在に配置される回転子とを有する。シャフトは、回転子に連結される。シャフトは、駆動源が発生させる動力を圧縮機構に伝達する。主軸受部材は、ケーシング内に収容される。主軸受部材は、主軸受部を有する。主軸受部は、シャフトを回転自在に支持する。副軸受部材は、駆動源を挟んで主軸受部材と対向する位置に配置される。副軸受部材は、副軸受部および脚部を有する。副軸受部は、シャフトを回転自在に支持する。脚部は、副軸受部の外周面からケーシングの内周面まで放射状に延びる。また、この脚部は、最小断面積部分において高さ寸法が幅寸法よりも大きい。最小断面積部分は、高さ寸法が最小となる部分において、幅寸法が最小となる部分である。高さ寸法は、脚部の鉛直方向の厚さである。幅寸法は、平面視における脚部の幅の広さである。
主軸受部材と副軸受部材とを設けただけの圧縮機では、駆動源の回転子と固定子間の磁気吸引力により、主軸受部と副軸受部を支点に、シャフトが弓なり状の振動モードで振動する。この振動モードを抑制するためには、例えば、シャフトの材質変更や直径拡大などによる厚肉化でシャフトの剛性を高めることや、同様の方法により、主軸受部や副軸受部の剛性を高めることが有効である。しかしながら、単なる材質変更や厚肉化はコストアップとなるため、効率的に剛性を高める必要がある。
この圧縮機では、副軸受部材の脚部は、最小断面積部分において高さ寸法が幅寸法よりも大きい。このため、この圧縮機では、脚部において水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きくなる。つまり、この圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、振動や騒音を低く抑えることができる。特に、この圧縮機では、副軸受部の剛性を水平方向よりも鉛直方向の曲げに対して高めることで、シャフトの弓なり状の振動モードを抑制し、効率的にモータ加振力による振動や騒音を低く抑えることができる。
第2発明に係る圧縮機は、第1発明に係る圧縮機であって、脚部は、3又は4本設けられる。
このため、この圧縮機では、製造コストを抑制したまま振動を適度に分散させることができる。
第3発明に係る圧縮機は、第1発明または第2発明に係る圧縮機であって、固定子は、平面視において少なくともケーシングに対する脚部の固定位置と同一の位置でケーシングに対して固定される。
この圧縮機では、固定子は、平面視において少なくともケーシングに対する脚部の固定位置と同一の位置でケーシングに対して固定される。このため、この圧縮機では、ケーシングの剛性を高めて振動や騒音を抑制することができる。
第4発明に係る圧縮機は、第1発明または第2発明に係る圧縮機であって、固定子は、複数の集中巻コイルを有する。
この圧縮機では、電動機の固定子が複数の集中巻コイルを有する。このため、この圧縮機では、分布巻コイルに比べてコイルエンドを小さくすることができる。したがって、この圧縮機では、主軸受部材と副軸受部材との距離を短くすることができる。よって、この圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。その結果、この圧縮機では、振動を抑制することができる。
第5発明に係る圧縮機は、第4発明に係る圧縮機であって、油分離板をさらに備える。油分離板は、副軸受部材の下部に取り付けられる。なお、この油分離板は、副軸受部材の最下端に取り付けられるのが好ましい。
このため、この圧縮機では、副軸受部材が油面から遠くなった場合であっても、油分離板を油溜の油面にできるだけ近づけることができる。したがって、この圧縮機では、油分離機能を良好に維持することができる。
第6発明に係る圧縮機は、第4発明に係る圧縮機であって、脚部は、ケーシングに対する固定位置が副軸受部材の高さ範囲内にある。
このため、この圧縮機では、副軸受部材の剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、脚部の振動を抑制することができる。
第7発明に係る圧縮機は、第1発明から第6発明のいずれか1つに係る圧縮機であって、脚部は、水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きい。
この圧縮機では、副軸受部材の脚部は、水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きい。このため、この圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、振動や騒音を低く抑えることができる。特に、この圧縮機では、副軸受部の剛性を水平方向よりも鉛直方向の曲げに対して高めることで、シャフトの弓なり状の振動モードを抑制し、効率的にモータ加振力による振動や騒音を低く抑えることができる。
第1発明に係る圧縮機では、脚部において水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きくなる。つまり、この圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、振動や騒音を低く抑えることができる。特に、この圧縮機では、副軸受部の剛性を水平方向よりも鉛直方向の曲げに対して高めることで、シャフトの弓なり状の振動モードを抑制し、効率的にモータ加振力による振動や騒音を低く抑えることができる。
第2発明に係る圧縮機では、製造コストを抑制したまま振動を適度に分散させることができる。
第3発明に係る圧縮機では、ケーシングの剛性を高めて振動や騒音を抑制することができる。
第4発明に係る圧縮機では、分布巻コイルに比べてコイルエンドを小さくすることができる。したがって、この圧縮機では、主軸受部材と副軸受部材との距離を短くすることができる。よって、この圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。その結果、この圧縮機では、振動を抑制することができる。
第5発明に係る圧縮機では、副軸受部材が油面から遠くなった場合であっても、油分離板を油溜の油面にできるだけ近づけることができる。したがって、この圧縮機では、油分離機能を良好に維持することができる。
第6発明に係る圧縮機では、副軸受部材の剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、脚部の振動を抑制することができる。
第7発明に係る圧縮機では、シャフトの支持剛性を向上させることができる。したがって、この圧縮機では、振動や騒音を低く抑えることができる。特に、この圧縮機では、副軸受部の剛性を水平方向よりも鉛直方向の曲げに対して高めることで、シャフトの弓なり状の振動モードを抑制し、効率的にモータ加振力による振動や騒音を低く抑えることができる。
本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の横断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の下部主軸受の平面図である。 図3に示される下部主軸受のA−A断面図である。 図3に示される下部主軸受の底面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機のクランク軸の振動モードを表す図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機と比較例との間の騒音特性の比較図である。
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1は、蒸発器、凝縮器及び膨張機構等とともに冷媒回路を構成し、その冷媒回路中の冷媒(フロン系冷媒や二酸化炭素冷媒などを含む)を圧縮する役割を担うものであって、図1に示されるように、主に、密閉ドーム型のケーシング10、スクロール圧縮機構15、クランク軸17、駆動モータ16、下部主軸受60、油分離板70、吸入管19および吐出管20から構成されている。以下、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1の構成部品についてそれぞれ詳述していく。なお、本実施の形態では、図1に示されるように、水平方向をX軸とし、鉛直方向をZ軸とする。
<高低圧ドーム型スクロール圧縮機の構成部品の詳細>
(1)ケーシング
ケーシング10は、図1に示されるように、胴部ケーシング部11、上壁部12および底壁部13から構成される。胴部ケーシング部11は、略円筒状の耐圧部材である。上壁部12は、椀状を呈しており、胴部ケーシング部11の上端を覆う。底壁部13は、椀状を呈しており、胴部ケーシング部11の下端を覆う。そして、このケーシング10には、主に、スクロール圧縮機構15、クランク軸17、駆動モータ16、下部主軸受60および油分離板70が収容されている。なお、本実施の形態において、駆動モータ16は、スクロール圧縮機構15の下方に配置されている。そして、スクロール圧縮機構15と駆動モータ16とは、ケーシング10内を上下方向に延びるように配置されるクランク軸17によって連結されている。
(2)スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構15は、図1に示されるように、主に、ハウジング23、固定スクロール24、可動スクロール26およびオルダムリンク39から構成されている。以下、このスクロール圧縮機構15の構成部品についてそれぞれ詳述していく。
a)ハウジング
ハウジング23は、その外周面において周方向の全体に亘って胴部ケーシング部11に圧入固定されている。つまり、胴部ケーシング部11とハウジング23とは全周に亘って気密状に密着されている。このため、ケーシング10の内部は、ハウジング23によって2つの空間に区画されることになる。なお、本実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、運転時においてハウジング23よりも上側の空間が低圧の状態となり、ハウジング23よりも下側の空間が高圧の状態となる。また、このハウジング23には、上端面が固定スクロール24の下端面と密着するように配置されており、固定スクロール24がボルト(図示せず)により締結固定されている。また、このハウジング23には、ハウジング凹部31および主軸受部32が形成されている。ハウジング凹部31は、ハウジングの上部中央に凹設されている。このハウジング凹部31には、可動スクロール26の軸受部26c(後述)やクランク軸17の偏心軸部17a(後述)が配置される。主軸受部32は、下部中央から下方に向かって形成されている。そして、この主軸受部32には上下方向に貫通する軸受孔33が形成されており、この軸受孔33にクランク軸17の主軸部17bが滑り軸受34を介して回転自在に嵌入されている。
b)固定スクロール
固定スクロール24は、ハウジング23の上方に密着して配置される部材であって、図1に示されるように、主に、鏡板24a、渦巻き状(インボリュート状)のラップ24bおよび外周壁24cから構成されている。
鏡板24aには、吐出通路41および拡大凹部42が形成されている。吐出通路41は、鏡板24aの中央部分において上下方向に延びるように形成されており、圧縮室40(後述)に連通している。拡大凹部42は、鏡板24aの上面に開口するように形成されており、吐出通路41に連通している。そして、鏡板24aには、この拡大凹部42を塞ぐように蓋体44がボルト44aにより締結固定されている。なお、このように拡大凹部42を蓋体44で覆うことにより、スクロール圧縮機構15の運転音を消音させる膨張室、すなわちマフラー空間45が形成されている。なお、固定スクロール24と蓋体44とは、図示しないガスケットを介して密着させることによりシールされている。
ラップ24bは、鏡板24aの下側に形成されている。
外周壁24cは、ラップ24bを囲うように固定スクロール24の下側に延びている。
c)可動スクロール
可動スクロール26は、図1に示されるように、主に、鏡板26a、渦巻き状(インボリュート状)のラップ26b、軸受部26cおよび溝部26dから構成されている。
ラップ26bは、鏡板26aの上側に形成されている。なお、このラップ26bは、固定スクロール24のラップ24bと噛み合わされている。この結果、両ラップ24b,26bの接触部の間には圧縮室40が形成される。
軸受部26cは、鏡板26aの下側に形成されている。なお、この軸受部26cには、クランク軸17の偏心軸部17aが嵌入される。
溝部26dは、鏡板26aの両端部に形成されている。なお、この溝部26dには、オルダムリンク39(後述)の可動スクロール側キー部が嵌め込まれる。なお、オルダムリンク39のハウジング側キー部は、ハウジング23に設けられる溝に嵌め込まれる。つまり、可動スクロール26は、オルダムリンク39を介してハウジング23に公転自在に支持されており、クランク軸17の回転により自転することなくハウジング23内を公転する。なお、この可動スクロール26の公転に伴い、両ラップ24b,26b間の容積が中心に向かって収縮し、冷媒が圧縮される。
d)オルダムリンク
オルダムリンク39は、可動スクロール26の自転運動を防止するための部材であって、可動スクロール側キー部が可動スクロール26の溝部26dに嵌め込まれ、ハウジング側キー部がハウジング23のオルダム溝(図示せず)に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、ハウジング23において互いに対向する位置に配設されている。
(3)クランク軸
クランク軸17は、図1に示されるように、略円柱状の一体成形部品であって、主に、偏心軸部17a、主軸部17b、バランスウェイト部17cおよび副軸部17dから構成されている。偏心軸部17aは、可動スクロール26の軸受部26cに収容される。主軸部17bは、ハウジング23の軸受孔33に滑り軸受34を介して収容される。副軸部17dは、下部主軸受60(後述)の軸受孔に収容される。
(4)駆動モータ
駆動モータ16は、本実施の形態においてブラシレスDCモータであって、主に、ステータ51およびロータ52から構成されている。
ステータ51は、環状体であって、複数のティース部(図示せず)それぞれに銅線が集中巻されている。そして、このティース部の上方および下方には、コイルエンド53が形成されている。このステータ51では、コイルエンド53が分布巻コイルに比較して小さくなっている。また、このステータ51には、図1および図2に示されるように、外周部に等間隔で9つのコアカット55が設けられている。つまり、このステータ51は、平歯車のような形状を呈している。そして、このステータ51は、ケーシング10の内壁面に圧入固定されている。
ロータ52は、ステータ51の内側に僅かな隙間(エアギャップ通路)をもって回転自在に収容されている。また、このロータ52は、クランク軸17を介してスクロール圧縮機構15の可動スクロール26に駆動連結されている。
(5)下部主軸受
下部主軸受60は、図1に示されるように、駆動モータ16の下側に配設されている。そしてこの下部主軸受60は、図3〜図5に示されるように、主に、副軸受部61および脚部62から構成されている。副軸受部61は、クランク軸17の副軸部17dを回転自在に支持する。脚部62は、3本形成されており、ロータ52の回転軸に沿って見た場合においてステータ51のコアカット55と重ならないように胴部ケーシング部11にスポット溶接により固定されている。また、本実施の形態においてスポット溶接位置は、下部主軸受60の高さ範囲内にある。また、脚部62は、図4で示されるように、鉛直方向(Z軸方向)の厚さである高さ寸法Hが最小となる部分を有する。また、脚部62は、図3で示されるように、高さ寸法Hが最小となる部分において、平面視における幅の広さである幅寸法Wが最小となる部分を有する。そのため、脚部62は、図3及び図4で示されるように、断面積が最小となる部分である最小断面積部分Rを有し、この最小断面積部分Rにおいて、高さ寸法Hが27mmとされ、幅寸法Wが25mmとされており、高さ寸法Hが幅寸法Wよりも大きくなるように設計されている。また、この下部主軸受60は、分布巻コイルを有するステータが適用される場合に比べて、駆動モータ側に近づけて配置されている。なお、これは、分布巻コイルを有するステータのコイルエンドよりも集中巻コイルを有するステータのコイルエンドの方が小さいことに起因する。
(6)油分離板
油分離板70は、略半円形の板部材である。そして、この油分離板70は、図3〜図5に示されるように下部主軸受60の高さ方向中央点よりもやや下側に取り付けられている。
(7)吸入管
吸入管19は、冷媒回路中の冷媒をスクロール圧縮機構15に導くためのものであって、ケーシング10の上壁部12に気密状に嵌入されている。吸入管19は、内端部が固定スクロール24に嵌入されている。
(8)吐出管
吐出管20は、ケーシング10内の冷媒を冷媒回路中に吐出させるためのものであって、ケーシング10の胴部ケーシング部11に気密状に嵌入されている。
<本実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機の特徴>
(1)
本発明の実施の形態に係る下部主軸受60では、脚部62は、最小断面積部分Rにおいて高さ寸法Hが幅寸法Wよりも大きくなるように設計されている。このため、本実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、脚部62において、水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きい。したがって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、クランク軸17の支持剛性を向上させることができる。したがって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、振動や騒音を低く抑えることができる。また、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、副軸受部61は水平方向よりも鉛直方向の曲げに対して剛性が高いので、主軸受部32と副軸受部61を支点にクランク軸17が弓なり状に振動する振動モードを抑制し、効率的にモータ加振力による振動や騒音を低く抑えることができる。クランク軸17の弓なり状の振動モードMを図6に示す。この振動モードMは、駆動モータ16のロータ52とステータ51間の磁気吸引力により発生する。
本発明の実施の形態に係る下部主軸受60を有する高低圧ドーム型スクロール圧縮機1の周波数に対する騒音特性と、本発明の実施の形態に係る下部主軸受60を有さない圧縮機(比較例)の周波数に対する騒音特性との比較図を図7に示す。図7において、騒音レベルは、モータの回転数が90rpsである試験条件における測定値である。図7に示されるように、本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、クランク軸17の回転周波数成分の低次成分(100〜315Hz)における騒音レベルは、比較例に比べて低く抑えられている。また、本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、クランク軸17の回転周波数の固有値とモータ基本加振力の周波数が一致することに起因する共振現象が発生する周波数(500〜630Hz)における騒音レベルも、比較例に比べて低く抑えられている。
(2)
本発明の実施の形態に係る下部主軸受60では、脚部62が3本設けられている。このため、本実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、加工コストを抑制したまま振動を適度に分散させることができる。
(3)
本発明の実施の形態に係る下部主軸受60では、ロータ52の回転軸に沿って見た場合において脚部62とステータ51のコアカット55とが重ならないように脚部62が胴部ケーシング部11にスポット溶接により固定されている。つまり、本実施の形態では、ロータ52の回転軸に沿って見た場合において下部主軸受60の固定位置がステータ51の固定位置と一致している。このため、本実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、ケーシング10の剛性を高めて振動や騒音を抑制することができる。
(4)
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、集中巻コイルを有するステータ51が採用されており、分布巻コイルを有するステータが採用される場合に比べて下部主軸受60が駆動モータ16に近付くように配置されている。このため、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、分布巻コイルを有するステータが採用される場合に比べてハウジング23と下部主軸受60との距離を短くすることができる。したがって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、クランク軸17の支持剛性を向上させることができる。よって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、振動を抑制することができる。
(5)
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、下部主軸受60の高さ方向中央点よりもやや下側に油分離板70が取り付けられている。このため、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、油分離板70を油溜の油面にできるだけ近づけることができる。したがって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、油分離機能を良好に維持することができる。
(6)
本発明の実施の形態に係る高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、脚部62の溶接位置は下部主軸受60の高さ範囲内にある。このため、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、下部主軸受60の剛性を向上させることができる。したがって、この高低圧ドーム型スクロール圧縮機1では、脚部62の振動を抑制することができる。
<変形例>
(A)
先の実施の形態に係る下部主軸受60には3本の脚部62が設けられていたが、脚部62の本数は特に限定されず、4本であってもよいし6本であってもよい。なお、脚部の本数は機能的には多い方が好ましいが、製造コスト的には少ない方が好ましい。
(B)
先の実施の形態に係る下部主軸受60には高さ方向中央点よりもやや下側に油分離板70が取り付けられていたが、油分離板70は、下部主軸受60の最下端に取り付けられてもかまわない。
(C)
先の実施の形態では本発明に係る下部主軸受60が高低圧ドーム型スクロール圧縮機に適用されたが、ドーム型式や圧縮機構の種類には限定されず、同下部主軸受60は低圧ドーム型スクロール圧縮機に適用されもよいし、ドーム全体が高圧である高圧ドーム型スクロール圧縮機に適用されてもよいし、ロータリー圧縮機やスクリュー圧縮機に適用されてもかまわない。
(D)
先の実施の形態では本発明に係る下部主軸受60が全密閉型圧縮機に適用されたが、同下部主軸受60は半密閉型圧縮機に適用されてもよい。
本発明に係る圧縮機は、振動や騒音を低く抑えることができるという特徴を有するため有用である。
1 高低圧ドーム型スクロール圧縮機(圧縮機)
10 ケーシング
15 スクロール圧縮機構(圧縮機構)
16 駆動モータ(駆動源)
17 クランク軸(シャフト)
23 ハウジング(主軸受部材)
32 主軸受部
51 ステータ(固定子)
52 ロータ(回転子)
60 下部主軸受(副軸受部材)
61 副軸受部
62 脚部
70 油分離板
特開平5−133353号公報

Claims (7)

  1. ケーシング(10)と、
    前記ケーシング内に収容される圧縮機構(15)と、
    前記圧縮機構を駆動させる動力を発生させ、固定子(51)と前記固定子の内部に回転自在に配置される回転子(52)とを有する駆動源(16)と、
    前記回転子に連結され、前記駆動源が発生させる前記動力を前記圧縮機構に伝達するシャフト(17)と、
    前記ケーシング内に収容され、前記シャフトを回転自在に支持する主軸受部(32)を有する主軸受部材(23)と、
    前記駆動源を挟んで前記主軸受部材と対向する位置に配置され、前記シャフトを回転自在に支持する副軸受部(61)と、前記副軸受部の外周面から前記ケーシングの内周面まで放射状に延びる脚部(62)とを有する副軸受部材(60)と、
    を備え、
    前記脚部は、鉛直方向の厚さである高さ寸法が最小となる部分において平面視における幅の広さである幅寸法が最小となる部分である最小断面積部分において、高さ寸法が幅寸法よりも大きい、
    圧縮機(1)。
  2. 前記脚部は、3又は4本設けられる
    請求項1に記載の圧縮機。
  3. 前記固定子は、平面視において少なくとも前記ケーシングに対する前記脚部の固定位置と同一の位置で前記ケーシングに対して固定される
    請求項1または2に記載の圧縮機。
  4. 前記固定子は、複数の集中巻コイルを有する
    請求項1または2に記載の圧縮機。
  5. 前記副軸受部材の下部に取り付けられる油分離板(70)をさらに備える
    請求項4に記載の圧縮機。
  6. 前記脚部は、前記ケーシングに対する固定位置が前記副軸受部材の高さ範囲内にある
    請求項4に記載の圧縮機。
  7. 前記脚部は、水平方向に延びるX軸に対する断面二次モーメントが鉛直方向に延びるZ軸に対する断面二次モーメントよりも大きい
    請求項1から6のいずれか1項に記載の圧縮機
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