JP2007132285A - 冷却流をピストンシリンダに誘導するチャネルを有するファンガード - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの用途範囲及び温感部分の耐用年数にも影響を及ぼさないように、冷却空気流をピストンシリンダへ誘導するファンガードを提供する。
【解決手段】ポンプ１０は、筐体１４、１６、この筐体１４、１６により支持される軸３４、ピストンアセンブリ４２、ファンブレード３６、及びファンガード３２を備える。ピストンアセンブリ４２はピストンシリンダ４４を備え、動作できるよう軸３４に結合される。ファンブレード３６は冷却流を発生することができる。ファンガード３２は筐体１４、１６に取り付けられ、冷却流の少なくとも第１部分をピストンシリンダ４４へ誘導するよう構成されたチャネル７２を備える。
【選択図】図１

Description

概して、本発明はコンプレッサーや真空ポンプといったポンプの分野に関し、より詳細には、冷却空気をピストンシリンダに誘導するためチャネルが付いたファンガードを有するコンプレッサーに関する。

一般に往復ピストン又はダイヤフラムポンプは、例えば鋳造アルミニウム合金の金属筐体を有し、その筐体にはベアリングが設けられ、そのジャーナル軸がポンプを駆動する。金属筐体は、特に大きいポンプでは、ピストン又はダイヤフラムを駆動する力及びポンプの加圧室に加わる圧力を封じ込める力に持ちこたえるのに必要とされる。

通常、これらポンプを駆動するため、冷却が必要な回転電動モーターが使用される。そのようなポンプの１つでは、モーターが２つの筐体の間に設けられ、その筐体のそれぞれが他方から分離されかつ１つの加圧室を有している。モーターの軸は貫通軸であり、その軸の両端が、それに対応するその軸の端で筐体内の加圧室の容積を変更するよう動作するピストン又はダイヤフラムの１つに取り付けられる。そのピストン又はダイヤフラムを取り付けた場所からさらに先には、その端で冷却空気流を筐体内に引き込みモーターのローターコイル及びステータコイルに吹き付けるための回転ファンブレードがその軸の両端に取り付けられる。

効率的に冷却するために、筐体の一部分を、回転ファンブレードが円形で且つそのファンブレードの径より若干大きくそこに取り付けられるよう構成するのが望ましい。ファンブレードの先端と筐体内面の間の隙間はできるだけ狭くすべきである、というのは、仮にそうでないと、ファンブレードによって筐体中に引き込まれた空気がファンブレードの先端を過ぎたあと容易に逆流することがあり、モーターのコイルへ向かうよう誘導されないからである。ポンプが別個の筐体の中に設けられる利用形態では、ファンブレードを取り付ける筐体の端部を開放したままにできる場合がある。しかし、ポンプがスタンドアロンの製品として曝されたり又は売られたりする場合には、その筐体の端部は、空気を筐体内に引き込むことはできるが大きな物体が入ったり又は指が入ったりするのを防ぐカバーで閉じなければならない。このカバーは、通常ファンガードと呼ばれ、ファンの動作に有害な影響を及ぼすことも横寸法を大きくすることも、あるいはファンの外観を損なうことも無いであろう。

モーターのステータ温度を低減することに関する冷却システムの有効性は、ポンプが使用される用途範囲に影響する。モーターを駆動する電圧及びポンプの出力圧力は、モーターに発生する熱量に影響する。より効率的な冷却は既存のポンプやモーターに適する用途範囲を広げる。

モーターは、ポンプ中の温感部品だけからなるわけではない。振動型ピストンは時々乾式のエアコンプレッサーや真空ポンプに使用される。振動型ピストンは、そのシリンダボアにかみ合うピストンヘッドの上に周囲からシールされた部分を含む。ピストンヘッドとその連接棒は互いに固定され、連接棒は軸の偏心部に取り付けられる。偏心部は軸によって回転されるので、振動型ピストンは出たり入ったりし、かつ左右に「振動」する。振動型ピストンは通常テフロン（登録商標）又はその他の同類材料のディスク又はカップを用い、このディスク又はカップは振動型ピストンの誘導器として機能するだけでなく、ピストンとそのピストンが中で動くシリンダの壁との間の空気圧シールとしても機能する。シリンダの動作面は硬質で磨き上げた表面を有し、テフロン（登録商標）部と共働する滑らかな表面がピストンのシールを与える。テフロン（登録商標）材料の耐用年数は、シール界面を有するシリンダの温度に部分的に依存する。通常、温度が高いほど、カップとシリンダ壁間で増大した摩擦により、それに応じて耐用年数は短くなる。

また、モーター軸を支持するのに使用されるベアリングも、少なくとも部分的に温度によって決まる耐用年数を有する。一般に、ベアリング温度が高いほどベアリングの耐用年数が短くなる。

従って、冷却効率は、特定のポンプの用途範囲に影響を及ぼすだけでなく、ポンプ中の温感部品の耐用年数にも影響を及ぼす。本発明はこれらの問題を解決するものである。

概して、本発明は冷却空気流をピストンシリンダへ誘導するファンガードに関する。

本発明の一形態は、筐体、その筐体によって支持される軸、ピストンアセンブリ、ファンブレード、及びファンガードを備えるポンプに関する。ピストンアセンブリはピストンシリンダを備え、軸と動作可能に結合される。ファンブレードは冷却流を生成するよう作動する。ファンガードは筐体に取り付けられ、冷却流の少なくとも第１部分をピストンシリンダへ誘導するよう構成されたチャネルを備える。

本発明の別の形態はファンガードに関する。ファンガードは冷却流の通気口の形を定める前表面、及び冷却流の通気口に隣接する第１の端を有するチャネルの形を定める側壁を備える。バッフルはチャネルの第２の端に隣接して設けられる。

本発明に関する他の目的、利点、及び特徴は、添付図面を考慮に入れ以下の明細書から明らかとなるであろう。

本発明は、添付図面を併せて含む以下の記載を参照することによって理解され得る。当該図面において同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

本発明はいろいろな改良や代替形態を受け入れることができるが、その具体的な実施例を一例として図面で示し、ここで詳細に記載した。しかし、当然のことであるが、ここでの具体的な実施例の記載は本発明をその開示した具体的形態に限定することを意味するものではなく、それどころか本発明の意図するところは、添付した特許請求の範囲によって規定されているように、本発明の精神と範囲に含まれる全ての改良、均等、代替物を含んでいる。

本発明はいくつかの異なる形態のいずれかにおいて具現化されることがあるが、本発明は、説明した具体的な実施形態に本発明を限定することを意図するものではなく本発明の例示の説明として開示したものと理解されるべきものであるとの了解の下で本明細書に記載する。本明細書のいかなる内容も、明示的に「決定的」又は「本質的」であるとして示さない限り、本発明における決定的又は本質的なものとは判断されない。

図１は、一端に筐体１４があり他端に筐体１６があるモーター１２を有する本発明のポンプ１０を示す。筐体１４、１６は鋳造アルミニウム合金であり、それらは本質的に同じである。上部部材２０、２２及び連結管２４、２６を備える上部アセンブリ１８は、筐体１４、１６を一緒に固定して互いに角度位置を保持するため、筐体１４、１６のそれぞれの加圧室部２８、３０の上部で、筐体１４、１６にボルト締めされる。また、ポンプ１０は両端に１つのファンガード３２を備え、そのファンガードは互いに本質的に同一である。本発明のポンプ１０はいろいろな用途に使用でき、ケーブル乾燥、汚水曝気、タイヤ空気圧入れなどを含め使用できるが、これに限定されるものではない。

図２及び図３を参照すると、それぞれポンプ１０の部分断面図及びファンガード３２を取り除いたポンプ１０の端面図を示す。モーター１２は軸３４を有し、該軸３４はモーター１２を貫通して筐体１４、１６の双方に入り、各それぞれの筐体１４、１６のほぼ端まで達している。両筐体１４、１６は本質的に同一であるため、図２には筐体１４のみを示す。軸３４の両端にはファンブレード３６を取り付け、当該ファンブレードは、筐体１４によって形が定められたファンキャビティ３７内で、各それぞれの筐体１４、１６中に空気を引き込み、その空気（即ち、冷却流の軸方向成分）がモーター１２のコイルへ向かうように、軸３４によって一方向に回転される。一実施形態では、回転ファンブレード３６はバネチップ３８を使用して軸３４に固定される。

筐体１４、１６には冷却空気の排気ができるように通気口３９が設けられる。筐体１４、１６はベアリング４０をそのジャーナル軸３４に取り付ける。また、筐体１４、１６は、ファンブレード３６によって誘導された空気がモーター１２のコイルに到達できるよう空気の軸方向の通流を与える開口（図示せず）を有する。

ポンプ１０は、ピストンシリンダ４４、及びこのピストンシリンダ４４内でポンプ作用を起こすため作動流体（例えば、空気）を圧縮するよう動作するピストンヘッド４６を備えるピストンアセンブリ４２を含む。ピストンヘッド４６は連接棒４８によって軸３４に固定された偏心部５０に結合される。作動中、軸３４及び取り付けられた偏心部５０は、連接棒４８及びピストンヘッド４６がピストンシリンダ４４内で動くように回転する。弁板５２に取り付けられたフラッパ弁（図示せず）は、ピストンサイクルの下降状態で空気がピストンシリンダ４４に入り、上昇状態で空気が通流しないよう密封することができる。また、ピストンヘッド４６は、当該ピストンヘッド４６とピストンシリンダ４４の間でスライド式シールを可能とするテフロン（登録商標）又はその他同類の材料からなるピストンカップ５４を含む。ピストンカップ５４は、その耐用年数がピストンシリンダ４４の温度に基づいて変化する場合があり、シリンダ温度が高いほど耐用年数が短くなる。

軸方向の冷却空気流が、モーター１２から筐体１４、１６へ移動されベアリング４０へ移動される熱を消散できるようにする他に、ファンガード３２も圧縮工程中に発生された熱を消散するため、冷却流をピストンシリンダ４４へ誘導する。筐体１４、１６は、ピストンシリンダ４４に向かって誘導された冷却空気を排気できるよう通気口５６（図１に示す）を含む。

次に図４を参照すると、ファンガード３２の等角背面図を示す。図１におけるファンガード３２の前表面を表している。ファンガード３２を通り抜けた冷却流の通り道を確保するため、ファンガード３２はその前表面に冷却流の通気口５７を設ける。ファンガードは、冷却流の通気口５７の全範囲に渡って骨部材５８を含み、且つその骨部材５８に垂直に走る支持部材６０を含む。その骨部材５８及び支持部材６０の間隔及び配列は、個々の実施形態に応じて変更して良い。一般に、冷却流は通り抜けできるが回転動作するファンブレード３６に隣接した領域には異物が入らないように、骨部材５８及び支持部材６０が配列される。図示した実施形態において、ファンガード３２は弾力性のあるプラスチック樹脂、例えばポリエステル重合体などからなる。ファンガード３２はタブ６２を含み、ファンガード３２の底部分を筐体１４に固定するため、そのタブ６２を筐体１４中の対応する切り欠き６４（図２に示す）につなぎ合わせる。筐体１４中の対応する穴６８（図３に示す）を介して筐体１４にファンガード３２を固定するため、ネジが通るようにファンガード３２に取り付け穴６６が設けられる。ファンガード３２を筐体１４に取り付けるためには、任意の手段を用いることができる。

ファンガード３２はチャネル７２の形を定める側壁７０を含む。チャネル７２はバッフル７４で終結し、当該バッフル７４は回転ファンブレード３６によって発生された放射方向の冷却流を、図２に示した矢印７６で示したように、ピストンシリンダ４４に突き当たるように変える。また、側壁７０は張り出し部７８の形を定め、当該張り出し部７８は放射状に流れる空気流を集めチャネル７２に流れるように誘導する。

図２に戻ると、回転ファンブレード３６は偏心部５０と境界を接するハブ延長部８０を備え、ファンキャビティ３７内に軸３４に沿って回転ファンブレード３６を確実に配置する。回転ファンブレード３６は、ファンガード３２によって誘導される冷却流によってピストンシリンダ４４に供給される冷却流を最大限利用できるように配置される。最適な軸位置は経験的に決めても良いし、ポンプ１０についての特定の幾何学に基づいて変更しても良い。図示した実施形態において、回転ファンブレード３６は筐体１４によって形が定められたファンキャビティ３７を越えてファンガード３２によって境界が定められる領域の中まで軸方向に広がっている。この形態は、放射状の空気流を誘導してピストンシリンダ４４を冷却でき、ファンガード３２の効率を増大することが解っている。

ここに記載したように、ピストンシリンダ４４への冷却流の誘導方向を変えることは、ピストンアセンブリ４２の動作温度を低減する。回転ファンブレード３６とファンガード３２の組合せもベアリング４０やモーター１２の温度を低減する。係る温度の低減は、一定の動作条件におけるピストンカップ５４及びベアリング４０の動作寿命を改善する。また、改良型熱消散特性はポンプ１０の動作範囲を広げるために使用しても良く、その結果、より高い圧力、異なる電圧、及び／又は低周波入力電圧で動作することができる。

本明細書を開示することで利益を受ける当業者であれば、異なるものであるが同等な態様であることが明らかなものに本発明を変更や具現できるのと同様に、上記に開示した特定の実施形態は一例にすぎない。さらに、特許請求の範囲に記載した以外、ここで示した構成又は図案の詳細な記述に限定することを意図するものでもない。このため上記に開示した特定の実施形態を改良又は変更することができ、そのような変更すべてが本発明の範囲及び精神の範囲内であるとみなされることは明らかである。従って、ここで要求する保護は添付する特許請求の範囲に記載の通りである。

本発明の一実施形態におけるポンプの等角図である。 図１におけるポンプの部分断面図である。 ファンガードを取り除いた図１におけるポンプの端面図である。 図１におけるポンプに使用されるファンガードの等角背面図である。

符号の説明

１０ ポンプ
１２ モーター
１４、１６ 筐体
１８ 上部アセンブリ
２０、２２ 上部部材
２４、２６ 連結管
２８、３０ 加圧室部
３２ ファンガード
３４ 軸
３６ ファンブレード
３７ ファンキャビティ
３８ バネチップ
３９ 通気口
４０ ベアリング
４２ ピストンアセンブリ
４４ ピストンシリンダ
４６ ピストンヘッド
４８ 連接棒
５０ 偏心部
５２ 弁板
５４ ピストンカップ
５６、５７ 通気口
５８ 骨部材
６０ 支持部材
６２ タブ
６４ 切り欠き
６６ 取り付け穴
６８ 穴
７０ 側壁
７２ チャネル
７４ バッフル
７８ 張り出し部
８０ ハブ延長部

Claims (23)

1. 筐体、
   該筐体によって支持される軸、
   ピストンシリンダを含み、前記軸に動作可能に結合されているピストンアセンブリ、
   冷却流を発生することのできるファンブレード、
   前記筐体に取り付けられ、前記冷却流の少なくとも第１部分を前記ピストンシリンダに誘導するよう構成されたチャネルを含むファンガード、を備えるポンプ。
2. 前記ファンブレードを前記軸に取り付ける請求項１に記載のポンプ。
3. 前記ファンガードが前記チャネルの形状を定める側壁をさらに備え、該チャネルが前記ピストンシリンダに隣接する第１の端を有する請求項１に記載のポンプ。
4. 前記ファンガードが、前記チャネルの第１の端で形状が定められ前記冷却流を前記ピストンシリンダに誘導するよう構成されたバッフルをさらに備える請求項３に記載のポンプ。
5. 前記バッフルが前記冷却流を前記ピストンシリンダの側壁に誘導するよう構成される請求項４に記載のポンプ。
6. 前記側壁が前記チャネルの第２の端に隣接して設けられた張り出し部の形状をさらに定める請求項３に記載のポンプ。
7. 前記チャネルが３つの面で閉じられる請求項１に記載のポンプ。
8. 前記筐体がファンキャビティの形状を定め、前記ファンブレードが該ファンキャビティ内に少なくとも部分的に配置され、前記チャネルの第２の端が該ファンキャビティと結合する請求項６に記載のポンプ。
9. 前記筐体がファンキャビティの形状を定め、前記ファンブレードが該ファンキャビティ内に少なくとも部分的に配置される請求項１に記載のポンプ。
10. 前記ファンブレードが、前記筐体により形状が定められた前記ファンキャビティを越えて、前記ファンガードにより形状が定められた空間の中にまで広がる請求項９に記載のポンプ。
11. 前記軸に取り付けられたストップ面をさらに備え、前記ファンブレードが該ストップ面に隣接するハブを含む請求項１に記載のポンプ。
12. 前記ストップ面が、前記軸に取り付けられ前記ピストンアセンブリに動作可能に結合された偏心部をさらに備える請求項１に記載のポンプ。
13. 前記チャネルが前記軸の軸方向に対して垂直方向に配置される請求項１に記載のポンプ。
14. 前記筐体が、前記ファンガードによって前記ピストンシリンダへ誘導された冷却流の排気ができるように前記ピストンシリンダに隣接した通気口の形状を定める請求項１に記載のポンプ。
15. 前記軸を回転することができるモーターをさらに備え、前記ファンガードが前記冷却流の第２部分を該モーターの方へ誘導するよう構成される請求項１に記載のポンプ。
16. 前記軸を支持する少なくとも１つのベアリングをさらに備え、前記ファンガードが前記冷却流の第２部分を該ベアリングの方へ誘導するよう構成される請求項１に記載のポンプ。
17. 前記冷却流の第１部分が前記冷却流の放射方向の成分からなり、前記冷却流の第２部分が前記冷却流の軸方向の成分からなる請求項１５に記載のポンプ。
18. 前記冷却流の第１部分が前記冷却流の放射方向の成分からなる請求項１に記載のポンプ。
19. 冷却流の通気口の形状を定める前表面、
    該冷却流の通気口に隣接する第１の端を有するチャネルの形状を定める側壁、
    前記チャネルの第２の端に隣接して設けられるバッフル、を備えるファンガード。
20. 前記冷却流の通気口の全範囲に渡って複数の骨部材をさらに備える請求項１９に記載のファンガード。
21. 前記側壁が、前記チャネルの第１の端に隣接して設けられた張り出し部の形状をさらに定める請求項１９に記載のファンガード。
22. 前記チャネルが３つの面で閉じられる請求項１９に記載のファンガード。
23. 前記バッフルが、前記ファンガードによって導入された冷却空気流の放射方法の成分を、取り付けポンプのピストンシリンダの方向へ約９０度だけ方向を変える請求項１９に記載のファンガード。

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