JP2003074467A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はピストンと連接棒との連結構造を簡
略化することを課題とする。 【解決手段】 空気圧縮機１０は、シリンダヘッド１２
が搭載されたシリンダ１４と、シリンダ１４内を往復動
可能に挿嵌されたピストン１６と、ピストン１６に連結
された連接棒１７と、シリンダヘッド１２とシリンダ１
４との間に設けられ、吸込口１８、吐出口２０を有する
弁座部材２２と、を備えてなる。球面形状の嵌合部４４
ａが軸受４０に圧入されることで、ピストン１６と連接
棒１７とは、揺動可能に連結される。このように、連接
棒１７の球状突部４４がピストン１６の軸受４０に分離
不可状態に嵌合するため、ピストンピンを使用せずに連
接棒１７を揺動可能に連結することが可能になる。ピス
トン１６は、樹脂製であり、上面の周縁部近傍に溝３８
が設けられているので、圧縮工程で圧力が上昇すると、
溝３８が外側に開いて周縁部外周をシリンダ１４の内壁
に密着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気圧縮機に係り、
特にシリンダ内に挿入されたピストンを往復動させる空
気圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気機械としては、ピストンの往復運動
により空気の吸い込み、圧縮、吐出を行う往復動圧縮機
がある。

【０００３】この種の往復動圧縮機は、ピストンが往復
動するシリンダと、吸込通路及び吐出通路を有するシリ
ンダヘッドと、シリンダとシリンダヘッドとの間に介在
する弁座部材とを有する。また、弁座部材は、平板状に
形成されており、吸込通路に連通される吸込ポート、及
び吐出通路に連通される吐出ポートが設けられている。
弁座部材の下面側には、吸込ポートを開閉するための吸
込弁座と、ピストンの往復動作に応じて吸込弁座に離着
座する吸込弁板が取り付けられている。また、弁座部材
の上面側には、吐出ポートを開閉するための吐出弁座
と、ピストンの往復動作に応じて吐出弁座に離着座する
吐出弁板が取り付けられている。

【０００４】また、ピストンには、ピストンピンを介し
て連接棒の小端部が連結される構成のものと、連接棒の
小端部と一体形成されるものとがある。

【０００５】さらに、連接棒の大端部はクランク軸の偏
心軸に連結されている。そのため、クランク軸がモータ
により回転駆動されると、連接棒が揺動しながらピスト
ンが往復運動する。そして、ピストンの動作方向に応じ
て吸込弁板、吐出弁板が開閉動作するため、ピストンが
シリンダ内を往復動する度に圧縮空気が吐出ポートから
吐出通路へ吐出されて空気タンクの圧力が上昇する。

【０００６】ピストンピンを介して連接棒の小端部が連
結されたピストンは、連接棒の揺動により往復運動する
ように構成されている。この構成では、ピストンがシリ
ンダ内を直線的に往復動する構成であるが、連接棒とは
別体のピストン、ピストンピンが必要であり、その分部
品点数が多く、組み立て工程に時間がかかっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題を解
消するため、ピストンと連接棒とを一体化したものが開
発されている。この構成では、ピストンと連接棒とが鋳
物により一体成形されており、ピストン部が連接棒の揺
動により傾きながらシリンダ内を往復動する。そして、
ピストン部が傾いたときのシリンダ内壁との気密を保持
するため、ピストンの外周にリップリングと呼ばれるシ
ール部材を取り付け、円盤状の押さえ部材でリップリン
グの内周を挟持するようになっている。

【０００８】しかしながら、ピストンと連接棒とが一体
成形された構成では、ピストンの外周にはシリンダ内壁
との摺動性を確保するためにリップリングと呼ばれる合
成樹脂製のリップリングを取り付ける必要があり、リッ
プリングを押さえる押さえ部材及び押さえ部材をピスト
ン上面に固定するビスなどが必要であり、部品点数が増
大するという問題があった。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決した空気
圧縮機を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、以下のような特徴を有する。

【００１１】上記請求項１記載の発明は、シリンダと、
シリンダ内に挿入されたピストンと、ピストンを往復動
させる連接棒と、ピストンの吸引動作により開弁する吸
気弁と、ピストンの圧縮動作により開弁する吐出弁と、
を備えてなる空気圧縮機において、ピストンの下面に凹
部を設け、連接棒の端部に凹部に揺動可能に嵌合する突
部を設けたものであり、ピストンが傾くことを防止して
ピストンの外周に設けられていたシール部材及び押さえ
部材を削減する。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、凹部が、ピ
ストンの下面の開口部よりも内部空間が大となる形状に
形成され、突部が凹部の内部空間に揺動可能に嵌合する
形状に形成され、且つ開口部に挿通される括れ部を有
し、前記開口部が前記突部より小径であるので、ピスト
ンと連接棒の端部とを揺動可能に連結することが可能に
なると共に、ピストンが上死点から下支点へ移動する際
に突部が凹部から脱落することが防止される。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、ピストン
が、樹脂材により成形されており、シリンダ内壁に対す
る潤滑性を保持し、ピストンの外周に設けられていたシ
ール部材及び押さえ部材を削減する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例について説明する。図１は本発明になる空気圧縮機の
一実施例を示す縦断面図である。図１に示されるよう
に、空気圧縮機１０は、シリンダヘッド１２が搭載され
たシリンダ１４と、シリンダ１４内を往復動可能に挿嵌
されたピストン１６と、ピストン１６に連結された連接
棒１７と、シリンダヘッド１２とシリンダ１４との間に
設けられ、吸込口１８、吐出口２０を有する弁座部材２
２と、を備えてなる。

【００１５】シリンダ１４は、吸込口１８に連通する吸
込経路２４と、吐出口２０に連通する吐出経路２６とを
有する。また、弁座部材２２の下面には、吸込弁２８が
設けられ、弁座部材２２の上面には、吐出弁３０が設け
られている。

【００１６】吸込弁２８及び吐出弁３０は、板状の弁体
の一端がボルト等の締結部材３２，３４で固定されてお
り、ピストン１６が降下する吸込工程のとき吸込弁２８
が開弁し、ピストン１６が上昇する圧縮工程のとき吐出
弁３０が開弁する。尚、吐出弁３０の上側には、弁開度
調節板３６が固定されており、吐出弁３０は弁開度調節
板３６に当接する位置まで開弁することができる。

【００１７】図２はピストン１６の構成を示す図であ
り、（A）は平面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は底面図
である。

【００１８】図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ピ
ストン１６は、潤滑性を有する樹脂製であり、上面１６
ａにシール性を高めるための溝３８が周縁部近傍に設け
られている。また、ピストン１６の下面側には、球面形
状の軸受（凹部）４０が設けられている。この軸受４０
は、下面側に開口する入り口（開口部）４２がテーパ面
になっている。すなわち、入り口４２は、下側が拡径さ
れ、内部へ入るに従って小径となる傾斜角度を有するテ
ーパになっている。よって、軸受４０は、入り口４２が
テーパ面により絞られており、内部が拡径された球面状
凹部になっている。

【００１９】図３は連接棒１７の構成を示す図であり、
（A）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図３（Ａ）
（Ｂ）に示されるように、連接棒１７は、アルミニウム
合金により形成されており、一端にピストン１６の軸受
４０に嵌合する球状突部４４が設けられ、他端に偏心ピ
ン４６を有するクランク軸４８が貫通する軸受部５０が
設けられている。また、連接棒１７の一端は、角部に面
取り５２が設けられており、揺動によりピストン１６の
下面に接触しないようになっている。

【００２０】また、球状突部４４は、軸受４０に対応す
る大きさの球面形状に形成された嵌合部４４ａと、嵌合
部４４ａより小径とされた括れ部４４ｂとを有する。
尚、嵌合部４４ａは、軸受４０に対する摺動抵抗を軽減
するため、表面が鏡面研磨されている。

【００２１】括れ部４４ｂは、軸受４０の入り口４２よ
りも小径であり、入り口４２に接触しないように揺動す
ることができる。また、球面形状の嵌合部４４ａは、樹
脂製のピストン１６よりも硬度が高く、且つ摩擦係数が
小さいので、軸受４０の入り口４２から内部に圧入させ
ることができる。その際、嵌合部４４ａがテーパ状の入
り口４２を押圧して拡径しながら軸受４０の内部に圧入
される。

【００２２】このように、球面形状の嵌合部４４ａが軸
受４０に圧入されると、ピストン１６と連接棒１７と
は、どの方向へも揺動可能に連結される。また、球状突
部４４の嵌合部４４ａは、入り口４２が軸受４０の内部
よりも小径であるので、軸受４０の内部に圧入された後
は脱落しないように保持される。

【００２３】すなわち、入り口４２が球状突部４４より
小径であるので、ピストン１６と連接棒１７の端部とを
揺動可能に連結することが可能になると共に、ピストン
１６が上死点から下支点へ移動する際に球状突部４４が
軸受４０から脱落することが防止される。

【００２４】このように、連接棒１７の球状突部４４が
ピストン１６の軸受４０に分離不可状態に嵌合するた
め、ピストンピンを使用せずに連接棒１７を揺動可能に
連結することが可能になる。また、ピストンピンが不要
であるので、空気圧縮機１０においては、部品点数を削
減して製造コストを安価に抑えられる。

【００２５】また、ピストン１６は、樹脂製であり、上
面の周縁部近傍に溝３８が設けられているので、圧縮工
程で圧力が上昇すると、溝３８が外側に開いて周縁部外
周をシリンダ１４の内壁に密着させる。そのため、ピス
トン１６が圧縮動作する過程では、ピストン１６外周と
シリンダ１４の内壁とのシール性を高められて圧縮効率
が向上するので、シール部材（リップリングまたはライ
ダリング）をピストン１６の外周に設ける必要がない。
その分、空気圧縮機１０においては、部品点数を削減し
て、製造コストを下げることが可能になる。

【００２６】ここで、上記のように構成された空気圧縮
機１０の動作について図４乃至図７を参照して説明す
る。

【００２７】図４に示されるように、動作前の空気圧縮
機１０は、ピストン１６が上死点に上昇した状態で、吸
込弁２８及び吐出弁３０が閉弁しているものとする。ク
ランク軸４８は、偏心ピン４６を軸として反時計方向に
回転駆動される。

【００２８】図５に示されるように、球面形状の嵌合部
４４ａが軸受４０に圧入されてピストン１６と連接棒１
７とは、揺動可能に連結されているため、クランク軸４
８が反時計方向に回転駆動されると、連接棒１７が揺動
しながらピストン１６を降下させる。ピストン１６は、
連接棒１７の傾斜角度に関係なく、水平状態のまま降下
し始める。これにより、シリンダ１４の内部１４ａが負
圧になり、吸込弁２８が開弁する。そのため、吸込口１
８からシリンダ１４の内部１４ａに空気が導入される。

【００２９】図６に示されるように、ピストン１６が下
死点まで降下すると、ピストン１６の降下速度がゼロに
なるので、シリンダ１４の内部１４ａが大気圧になって
吸込弁２８が閉弁する。ピストン１６が上死点から下死
点に至るまでの間は、吸込工程である。

【００３０】図７に示されるように、クランク軸４８が
反時計方向に回転駆動されると、連接棒１７の揺動動作
と共にピストン１６が下死点から上昇し、シリンダ１４
の内部１４ａの空気を圧縮する。ピストン１６の上昇と
共に、シリンダ１４の内部１４ａの圧力が上昇するた
め、シリンダ１４の内部１４ａの圧力が吐出経路２６の
圧力よりも高くなった時点で吐出弁３０が開弁して圧縮
空気が吐出経路２６へ吐出される。この後、ピストン１
６は、図4に示す上死点の位置に至るまで上昇して圧縮
空気を吐出経路２６へ吐出させる。ピストン１６が下死
点から上死点に至るまでの間は、圧縮工程である。

【００３１】このように、空気圧縮機１０は、図４乃至
図７に示す動作を繰り返すことにより、圧縮空気を生成
する。また、ピストン１６と連接棒１７との間は、球面
形状の嵌合部４４ａが軸受４０に圧入されて揺動可能に
連結されているため、空気圧縮機１０は、クランク軸４
８が回転駆動されると、連接棒１７が揺動しながらピス
トン１６を低負荷でスムーズに往復動させて吸込工程と
圧縮工程とを交互に行う。

【００３２】ここで、本発明の変形例について説明す
る。図８は変形例のピストンの構成を示す図であり、
（A）は平面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は底面図であ
る。図９は変形例の連接棒の構成を示す図であり、
（A）は正面図、（Ｂ）は側面図である。尚、図８（A）〜
（C）及び図９（A）(B)において、上記実施例と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略する。

【００３３】図８（A）〜（C）に示されるように、変形
例のピストン６０は、半径方向に延在する円柱形状の軸
受（凹部）６２を有する。また、ピストン６０の下面に
は、軸受６２に連通する長方形状の入り口６４が開口し
ている。また、入り口６４は、テーパ状の傾斜面に形成
されている。すなわち、入り口６４は、下側が幅広とさ
れ、内部へ入るに従って幅狭となる方向に傾斜してい
る。よって、軸受６２は、入り口６４が傾斜面により絞
られており、内部が拡径された球面状凹部になってい
る。

【００３４】図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、連接
棒６６は、アルミニウム合金により形成されており、一
端にピストン６０の軸受６２に嵌合する円柱状突部６８
が設けられ、他端に偏心ピン４６を有するクランク軸４
８が貫通する軸受部５０が設けられている。また、連接
棒６６の一端は、角部に面取り５２が設けられており、
揺動によりピストン１６の下面に接触しないようになっ
ている。

【００３５】また、円柱状突部６８は、軸受６２に対応
する大きさの円柱形状に形成された嵌合部６８ａと、嵌
合部６８ａより小径とされた括れ部６８ｂとを有する。
尚、嵌合部６８ａは、軸受６２に対する摺動抵抗を軽減
するため、表面が鏡面研磨されている。

【００３６】括れ部６８ｂは、軸受６２の入り口６４よ
りも小径であり、入り口６４に接触しないように揺動す
ることができる。また、球面形状の嵌合部６８ａは、樹
脂製のピストン６０よりも硬度が高く、且つ摩擦係数が
小さいので、軸受６２の入り口６４から内部に圧入させ
ることができる。その際、嵌合部６８ａがテーパ状の入
り口６４を押圧して拡径しながら軸受６２の内部に圧入
される。

【００３７】このように、円柱形状の嵌合部６８ａが軸
受６２に圧入されると、ピストン６０と連接棒６６と
は、円柱形状の嵌合部６８ａ及び軸受６２の延在方向と
直交する半径方向へ回動可能に連結される。この回動方
向は、ピストン６０を往復動させる際の連接棒６６の揺
動方向と一致するように組み付けられる。また、円柱状
突部６８の嵌合部６８ａは、入り口６４が軸受６２の内
部よりも小径であるので、軸受６２の内部に圧入された
後は脱落しないように保持される。

【００３８】このように、連接棒６６の円柱状突部６８
がピストン６０の軸受６２に分離不可状態に嵌合するた
め、ピストンピンを使用せずに連接棒６６を揺動可能に
連結することが可能になる。

【００３９】尚、上記実施例では、ピストン１６，６０
を樹脂材で一体成形するものとしたが、これに限らず、
ピストン１６，６０をアルミニウム合金などの金属材で
形成するようにしても良い。その場合、ピストン１６，
６０の軸受４０，６２に対して球状突部４４、円柱状突
部６８を圧入させて連結する構成としたが、ピストン１
６，６０の側方から半径方向に貫通する貫通孔を設け、
この貫通孔に球状突部４４、円柱状突部６８を挿入する
ようにする。

【００４０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、シリンダと、シリンダ内に挿入されたピストンと、
ピストンを往復動させる連接棒と、ピストンの吸引動作
により開弁する吸気弁と、ピストンの圧縮動作により開
弁する吐出弁と、を備えてなる空気圧縮機において、ピ
ストンの下面に凹部を設け、連接棒の端部に凹部に揺動
可能に嵌合する突部を設けたため、ピストンが傾くこと
を防止してピストンの外周に設けられていたシール部材
及び押さえ部材を削減し、組立工程の工数を減らして製
造コストを安価に抑えることができる。

【００４１】また、請求項２記載の発明は、凹部が、ピ
ストンの下面の開口部よりも内部空間が大となる形状に
形成され、突部が凹部の内部空間に揺動可能に嵌合する
形状に形成され、且つ開口部に挿通される括れ部を有
し、前記開口部が前記突部より小径であるので、ピスト
ンと連接棒の端部とを揺動可能に連結することが可能に
なると共に、ピストンが上死点から下支点へ移動する際
に突部が凹部から脱落することを防止できる。

【００４２】また、請求項３記載の発明は、ピストン
が、樹脂材により成形されているため、シリンダ内壁に
対する潤滑性を保持し、ピストンの外周に設けられてい
たシール部材及び押さえ部材を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる空気圧縮機の一実施例を示す縦断
面図である。

【図２】ピストン１６の構成を示す図であり、（A）は
平面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は底面図である。

【図３】連接棒１７の構成を示す図であり、（A）は正
面図、（Ｂ）は側面図である。

【図４】ピストンが上死点に停止した状態を示す縦断面
図である。

【図５】ピストンが上死点から降下した吸込工程の動作
状態を示す縦断面図である。

【図６】ピストンが下死点に移動した状態を示す縦断面
図である。

【図７】ピストンが下死点から上昇した圧縮工程の動作
状態を示す縦断面図である。

【図８】変形例のピストンの構成を示す図であり、
（A）は平面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は底面図であ
る。

【図９】変形例の連接棒の構成を示す図であり、（A）
は正面図、（Ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１０ 空気圧縮機 １２ シリンダヘッド １４ シリンダ １６，６０ ピストン １７，６６ 連接棒 １８ 吸込口 ２０ 吐出口 ２２ 弁座部材 ２４ 吸込経路 ２６ 吐出経路 ２８ 吸込弁 ３０ 吐出弁 ３８ 溝 ４０，６２ 軸受 ４２，６４ 入り口 ４４ 球状突部 ４８ クランク軸 ６８ 円柱状突部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真土 学 神奈川県綾瀬市小園1116番地 トキコ株式 会社相模工場内 Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AC02 AD03 CB02 CE04 3H076 AA02 BB41 CC24 CC28 CC31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、該シリンダ内に挿入された
   ピストンと、該ピストンを往復動させる連接棒と、前記
   ピストンの吸引動作により開弁する吸気弁と、前記ピス
   トンの圧縮動作により開弁する吐出弁と、を備えてなる
   空気圧縮機において、 前記ピストンの下面に凹部を設け、 前記連接棒の端部に前記凹部に揺動可能に嵌合する突部
   を設けたことを特徴とする空気圧縮機。
2. 【請求項２】 前記凹部は、前記ピストンの下面の開口
   部よりも内部空間が大となる形状に形成され、前記突部
   は前記凹部の内部空間に揺動可能に嵌合する形状に形成
   され、且つ前記開口部に挿通される括れ部を有し、前記
   開口部が前記突部より小径であることを特徴とする請求
   項１記載の空気圧縮機。
3. 【請求項３】 前記ピストンは、樹脂材により成形した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の空気圧縮機。