JP2011144741A - 往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクケースの板厚を大きくすることなく強度を確保する。
【解決手段】往復動圧縮機は、回転軸６が貫通し一端側に開口部３１を有するクランクケース１と、このクランクケースに設けられ通しボルトと螺合する複数のフランジねじ穴３５を有するフランジ１９と、フランジ１９に通しボルトにより取付けられたシリンダと、前記回転軸に挿入され連接棒及びピストン部を有する連接棒組１４と、前記クランクケースの開口部を塞ぐと共に前記回転軸を支持する軸受４を有する軸受箱５と、前記クランクケースの開口部側端面外周に設けられ前記軸受箱を接続するためのクランクケースねじ穴４１を有する締結部３３とを備える。前記フランジのクランクケース開口部側とクランクケースの前記締結部とを接続するリブ３７，３８を備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気などの気体を圧縮するのに好適な往復動圧縮機に関する。

ピストンがシリンダ内で復動することで空気を圧縮して空気タンクになどに貯め、釘打機用のエアー源などに使用される小型で可搬型の往復動圧縮機が知られている。この種の従来技術としては例えば特許文献１に記載のものなどがある。

特開２００９−２２９６号公報

上記のような小型の往復動圧縮機においては、近年、高圧化、小型化、軽量化が求められている。特に、高圧化するためにはクランクケースなどの構成部品の板厚を大きくして強度を上げる必要があるが、板厚を大きくすると小型軽量化が困難になるという課題がある。

本発明の目的は、クランクケースの板厚を大きくすることなく強度を確保することが可能な往復動圧縮機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、回転軸が貫通し、一端側に開口部を有するクランクケースと、このクランクケースに設けられ通しボルトと螺合する複数のフランジねじ穴を有するフランジと、前記フランジに前記通しボルトにより取付けられたシリンダと、前記回転軸に挿入され連接棒及びピストン部を有する連接棒組と、前記クランクケースの開口部を塞ぐと共に前記回転軸を支持する軸受を有する軸受箱と、前記クランクケースの開口部側端面外周に設けられ前記軸受箱を接続するためのクランクケースねじ穴を有する締結部とを備える往復動圧縮機において、前記フランジのクランクケース開口部側とクランクケースの前記締結部とを接続するリブを備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けたことを特徴とする。

ここで、前記リブは直線状或いはほぼ一定の曲率で湾曲する形状にすると良い。また、前記クランクケースには、その開口部側から前記フランジの部分まで切欠部が形成され、前記連接棒組を前記フランジの部分まで挿入できるように構成にしている往復動圧縮機に適用して好適なもので、前記リブは、前記切欠部近傍の前記フランジの部分と前記締結部とを接続するように構成すると良い。

本発明の他の特徴は、一端側に開口部を有し、他端側にモータのロータが取り付けられた回転軸が貫通するクランクケースと、このクランクケースに設けられ通しボルトと螺合する複数のフランジねじ穴を有するフランジと、前記フランジに前記通しボルトにより取付けられたシリンダ、空気弁組及びシリンダヘッドと、前記回転軸に挿入され、エキセントリック、軸受、連接棒及びピストン部を有する連接棒組と、前記クランクケースの開口部を塞ぐと共に前記回転軸を支持する軸受を有する軸受箱と、前記クランクケースの開口部側端面外周に設けられ前記軸受箱を接続するためのクランクケースねじ穴を有する締結部とを備える往復動圧縮機において、前記クランクケースには、その開口部側から前記フランジの部分まで切欠部が形成され、前記連接棒組を前記フランジの部分まで挿入できるように構成すると共に、このクランクケースには前記切欠部近傍の前記フランジの部分とクランクケースの前記締結部とを接続する直線状或いはほぼ一定の曲率で湾曲する形状のリブを備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けられていることにある。

上記において、前記リブは、前記フランジの開口部側と前記締結部とを接続する第１のリブと、複数の前記フランジねじ穴の間であって前記開口部側のフランジ部分と前記締結部とを接続する第２のリブとを備えることが望ましい。また、前記第１のリブと前記第２のリブとの間の前記締結部に前記クランクケースねじ穴が形成されるようにすると良い。

前記第２のリブは、略平行な複数のリブで構成するようにしても良い。
また、前記第１のリブの前記切欠部側の前記締結部、及び前記第２のリブの反切欠部側の前記締結部の少なくとも何れかにクランクケースねじ穴を設けるようにしてリブとクランクケースねじ穴との干渉を避けるようにしても良い。

なお、クランクケースには低圧段と高圧段の二段の圧縮機構部が設けられ、前記リブは少なくとも前記高圧段を構成する圧縮機構部に設けるようにすることが好ましい。

本発明によれば、フランジのクランクケース開口部側とクランクケースの締結部とを接続するリブを備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けるようにしているから、クランクケースの肉厚を厚くすることなく、クランクケースに必要な強度を確保でき、小型化、軽量化が可能な往復動圧縮機を得ることができる。

本発明の往復動圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１の圧縮機を分解して示す分解斜視図。 本発明の実施例２を示すもので、図２に示すクランクケース部の平面図。 本発明の実施例３を示すもので、図２に示すクランクケース部の平面図。

以下、本発明の往復動圧縮機の実施例を図面に基づき説明する。

本発明の往復動圧縮機の実施例１を、図１及び図２により説明する。この実施例は、釘打機用エアー源などに使用される往復動圧縮機であって、クランクケース１に、低圧段と高圧段の二段の圧縮機構部が設けられている例で説明する。

図１により、本実施例の往復動圧縮機の全体構成を説明する。
図において、１は一端側に開口部を有し、他端側にはモータのロータ８が取り付けられた回転軸６が貫通するクランクケースである。このクランクケース１は円筒状に構成され、そのロータ８側には円板状の壁部が一体に設けられ、この壁部の外側には前記モータを構成するステータ２が直接固定されている。前記モータを構成するロータ８はクランクケース１の中心を貫通する前記回転軸６にキー７を介して取付けられている。前記回転軸６のロータ８側を支持するための軸受３がクランクケース１の前記壁部に装着され、前記回転軸６の開口部側は、この開口部を塞ぐ軸受箱５に装着された軸受４で支持されている。前記軸受箱５は、前記クランクケース１の反ステータ側に設けられた前記開口部を塞ぐようにクランクケース１に嵌合され、締結ねじ４０によりクランクケース１の開口端部に形成した締結部３３に取付けられている。なお、４３は前記軸受４の内輪を回転軸６に固定するための軸受固定ナットである。

前記回転軸６のロータ８側には、冷却ファン１０を取り付けるためのファン回転軸１１が接続され、前記ロータ８はこのファン回転軸１１とワッシャ９により前記回転軸６に固定されている。

前記回転軸６の中央部にはキー１２を介して、低圧段の圧縮機構部を構成する連接棒組１４Ａと高圧段の圧縮機構部を構成する連接棒組１４Ｂがフライホイールバランス１７と共に挿入され取付けられている。低圧段の連接棒組１４Ａは、ピストン部にシール機能をもつリップリング４４が設けられ、またその回転軸側にはエキセントリック１６Ａ、軸受１５Ａを有している。高圧段の連接棒組１４Ｂは、ピストン部にシール機能をもつピストンリング１３とピストン部の移動をガイドするガイドリング４２が設けられ、その回転軸側にはエキセントリック１６Ｂ、軸受１５Ｂを有している。

前記クランクケース１にはシリンダ１８Ａ，１８Ｂを取り付けるためのフランジ１９Ａ，１９Ｂが設けられており、前記シリンダ１８Ａは、空気弁組２０Ａ及びシリンダヘッド２１Ａと共に、通しボルト（図示せず）によって前記フランジ１９Ａに固定され、前記ピストン部と共に圧縮室２３Ａを形成するようにしている。前記シリンダ１８Ｂは、空気弁組２０Ｂ及びシリンダヘッド２１Ｂと共に、通しボルト２２によって前記フランジ１９Ｂに固定され、前記ピストン部と共に圧縮室２３Ｂを形成するようにしている。

前記モータが駆動されることにより回転軸６が回転すると、エキセントリック１６（１６Ａ，１６Ｂ）の偏心運動によって連接棒組１４（１４Ａ，１４Ｂ）のピストン部がシリンダ１８（１８Ａ，１８Ｂ）内を往復運動する。このピストン部が上死点から下死点へ向かう吸込工程ではシリンダヘッド２１（２１Ａ，２１Ｂ）、及び空気弁組２０（２０Ａ，２０Ｂ）の吸込弁（図示せず）を介して圧縮室２３（２３Ａ，２３Ｂ）内へ空気を吸込み、逆に上死点へ向かう吐出工程においては吸込んだ前記空気を圧縮しつつ、空気弁組２０の吐出弁（図示せず）及びシリンダヘッド２１を介して吐出される構成となっている。

図２は図１の往復動圧縮機を分解して示す分解斜視図である。この図に示すように、クランクケース１の反ステータ側は、連接棒組１４とフライホイールバランス１７を回転軸６に挿入して取り付けるために開口部３１となっている。また、連接棒組１４を回転軸６に挿入しシリンダ１８（図２には図示せず、図１参照）を取付ける部分にセットする際の逃げとして、シリンダ１８を固定するフランジ１９（１９Ａ，１９Ｂ）の前記開口部３１側には、クランクケース１の開口部３１まで連接棒組１４の首幅以上の切欠部３２が形成されている。

クランクケース開口部３１の周縁には前記軸受箱５を締結ねじ４０で締結するための厚肉（クランクケースの胴部の厚さより大きい肉厚とすることが好ましい）の締結部３３が周方向に数箇所設けられており、この締結部３３は前記切欠部３２の周方向両側にも設けられている。シリンダ１８を取付けるために前記フランジ１９にはフランジねじ穴３５が４箇所設けられており、フランジの開口部側１９ａ（切欠部３２の近傍）に設けられたフランジねじ穴３５の部分から前記締結部３３を接続するように複数のリブ３７，３８が設けられている。リブ３７（第１のリブ）は前記フランジ１９の開口部側１９ａと締結部３３を接続するように直線状のリブで構成されている。また、リブ３８（第２のリブ）は、フランジねじ穴３５間で、開口部３１側（或いは切欠部３２側）のフランジ部分１９ｂと前記締結部３３とを接続するように直線状のリブで構成されている。リブ３７と３８は図に示すように、略平行に形成され、これらのリブ３７と３８間には前記締結ねじ４０を螺合させるためのクランクケースねじ穴４１が形成されている。このクランクケースねじ穴４１は、前記リブ３７，３８の内部に位置したり、前記リブの一部を貫通したり、切り欠いたりすることがないように、それぞれのリブを避けて設けられ、前記クランクケースねじ穴と前記リブとが干渉しないようにして高いリブ強度が得られるようにしている。また、本実施例では前記リブ３７，３８を直線状の屈曲のないリブで構成することで、リブには応力集中して局部的に高い応力となる部分が生じないようにしているので、この点からも高いリブ強度を得ることができる。
なお、リブ３７，３８の形状は直線状に限るものではなく、応力集中が生じない形状であれば良いので、例えばほぼ一定の曲率で湾曲しているリブ形状としても良い。

軸受箱５にも、前記締結部３３に対応する箇所に締結ねじ４０を通すためのねじ座３９が設けられており、軸受箱５をクランクケース１の開口部３１を塞ぐように嵌合させた後、軸受箱５側から締結ねじ４０をねじ座３９に通し、締結部のクランクケースねじ穴４１に螺合させて締結する。

締結ねじ４０は、クランクケースねじ穴４１がリブ３７と３８の間に位置しているので、前述したようにクランクケースねじ穴４１とリブ３７，３８との干渉を回避できると共に、締結ねじ４０の先端もリブ３７，３８間の空間に配置することができる。従って、クランクケースねじ穴４１の加工は突き抜け加工とすることができるから加工も容易になる。

次に、上記のように構成された本実施例の往復動圧縮機の吐出工程時において発生する力の伝わり方について説明する。
圧縮機の吐出工程時には、圧縮室２３内の空気が圧縮され、これに伴い圧縮反力が、連接棒組１４に対しては回転軸６方向に、空気弁組２０に対してはシリンダヘッド２１方向にそれぞれ働き、その力は圧縮室２３内の圧力が最高圧となるときに最大となる。連接棒組１４に働く力は、軸受１５（１５Ａ，１５Ｂ）及びエキセントリック１６を介して回転軸６へ伝わり、クランクケース１および軸受箱５に装着された軸受３，４で受けることになる。一方、空気弁組２０に働く力はシリンダヘッド２１に伝わり、更に通しボルト２２を介してフランジ１９に設けられたフランジねじ穴３５を持ち上げる。

上記２方向に働く力により、クランクケース１の締結部３３を支点としてフランジ１９のフランジねじ穴３５の部分がシリンダヘッド２１の方向に引っ張られ、前記締結部３３とフランジ１９との間に大きな曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントにより、前記締結部３３と前記フランジ１９との間のクランクケース１には大きな応力が発生する。特に、本実施例では、クランクケース１に形成された前記切欠部３２があるために、切欠部近傍のクランクケースに発生する応力は極めて大きくなり、発生する応力の大きさによっては疲労破壊を引き起こす可能性がある。応力を低減するためにはクランクケース１の肉厚を大きくすれば良いが、質量増加につながり、特に可搬式の圧縮機では採用し難い。

本実施例では、前述したように、リブ３７，３８を設けているので、大幅な質量増加を伴うことなく、締結部３３とフランジ１９との間の変形を効果的に抑制し、この部分に発生する応力を低減することができる。特に、本実施例では屈曲のない直線形状のリブで締結部３３とフランジ１９との間を接続するようにしているので、リブには応力集中により大きな応力が発生する箇所がなく、リブとして最大限の効果を得ることができるようにしている。従って、本実施例によれば、クランクケース１の肉厚を大きくすることなく、クランクケースに発生する応力を低減できる効果が得られる。

また、本実施例では、クランクケース１と軸受箱５を締結する締結ねじ４０の位置、即ちクランクケースねじ穴４１の位置を、前記２本のリブ３７と３８の間に設けているので、クランクケースねじ穴４１が、リブ３７，３８の内部に位置したり、リブの一部を貫通或いは切り欠くことによるリブの強度低下を防ぐことができる。更に、クランクケースねじ穴４１を加工する際には、ねじ穴を突き抜け加工することができるため、加工性の向上も図ることができる。

本発明の実施例２を図３により説明する。図３において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示し、また図３に表れていない部分の構成は図１、図２と同様の構成となっている。

この実施例では、クランクケース１に設けられたフランジ１９と、軸受箱５を締結するクランクケースの締結部３３を接続するリブを３本設けた点が実施例１と異なっている。
即ち、フランジ１９の切欠部３２に最も近いフランジねじ穴３５の部分（フランジの開口部側１９ａ）のと締結部３３とを接続するリブ３７（第１のリブ）と、フランジねじ穴３５間の切欠部３２（或いは開口部３１）に近いフランジ部分１９ｂと前記締結部３３とを接続するほぼ平行な２本のリブ３８ａ，３８ｂ（第２のリブ）を設けている。また、締結ねじ４０はリブ３７とリブ３８ａとの間に配置され、リブとの干渉もしないようにしている。

本実施例によれば、リブ本数を増加させた分、クランクケース１の切欠部３２付近の応力が高くなる部分の強度を広範囲に向上することができ、変形を抑制して、破壊を引き起こす可能性を更に低減できる。
なお、前記リブの本数は４本以上とすることも同様に可能である。

本発明の実施例３を図４により説明する。図４において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示し、また図４に表れていない部分の構成は図１、図２と同様の構成となっている。

この実施例において、リブ３７，３８の形成位置及び本数は前記実施例１と同様であるが、クランクケース１と軸受箱５とを接続する締結ねじ４０の取付位置が異なっている。即ち、この実施例では、厚肉の締結部３３を周方向に拡大し、締結ねじ４０を螺合するクランクケースねじ穴４１を２本の前記リブ３７，３８の両外側（第１のリブ３７より切欠部３２側と、第２のリブ３８の反切欠部側）に設けたものである。

本実施例によれば、クランクケース１の切欠部３２付近を複数の締結ねじ４０で軸受箱５に締結しているので、リブ３７，３８と共にクランクケース切欠部３２付近の変形を抑制して応力を低減できる。

なお、実施例１や２と同様に、締結ねじ４０を、リブ３７とリブ３８との間にも更に設けるようにしても良い。また、リブの両外側に設けるのではなく、第１のリブ３７より切欠部３２側か、第２のリブ３８の反切欠部側の何れか１箇所に設けるようにしても良く、更にリブ間に１箇所と、前記リブ３７，３８のどちらかの外側に１箇所の合計２箇所に設けるようにしても良い。また、リブ３７，３８の両外側２箇所、およびリブ３７とリブ３８の間の一箇所の合計３箇所に設けるようにしても良い。

以上説明した各実施例によれば、フランジのクランクケース開口部側とクランクケースの締結部とを接続するリブを備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けるようにしているから、リブに十分な強度を持たせることができ、従ってクランクケースの肉厚を厚くすることなく、クランクケースに必要な強度を確保でき、小型化、軽量化が可能な往復動圧縮機を得ることができる。

また、リブはフランジの開口部側１９ａだけでなく、フランジのねじ穴間の開口部側のフランジ部分１９ｂからも締結部３３に接続することにより、フランジねじ穴間のフランジ部分１９ｂの変形も効果的に抑えることができる。更に、締結部とフランジ部とを複数のリブで接続するようにしたものでは、それぞれのリブを細くすることも可能となる。

特に、複数のリブ間に締結ねじ４０を配置するようにしたものでは、締結ねじの配置によるリブの強度低下を防ぐことができ、また複数のリブの両方に力が作用するので、力の片当りも抑制できる。更に、クランクケースねじ穴４１の加工時に工具がリブ間を突き抜けるようにして加工（突き抜け加工）できるため、加工性も向上できる。

なお、上記各実施例は、釘打機用エアー源などに使用される往復動圧縮機であって、クランクケース１に、低圧段と高圧段の二段の圧縮機構部が設けられている例で説明した。このような圧縮機は、低圧段では通常大気圧から０．６ＭＰａ程度まで圧縮し、高圧段では０．６ＭＰａから４ＭＰａ程度まで圧縮するものである。従って、高圧段の圧縮機構部においては、低圧段よりも遥かに大きな圧縮反力が作用するので、本発明における前記リブは少なくとも前記高圧段を構成する圧縮機構部に設けるようにすると良い。

また、本発明は二段の圧縮機構部が設けられた往復動圧縮機に限られるものではなく、単段の圧縮機構部をもつ往復動圧縮機にも同様に適用でき、特に数ＭＰａ以上の高圧用の往復動圧縮機に適用して効果が大である。

１ クランクケース
２ ステータ
３，４ 軸受
５ 軸受箱
６ 回転軸
７，１２ キー
８ ロータ
１０ 冷却ファン
１１ ファン回転軸
１３ ピストンリング
１４ 連接棒組（１４Ａ…低圧段の連接棒組、１４Ｂ…高圧段の連接棒組）
１５ 軸受（１５Ａ…低圧段の軸受、１５Ｂ…高圧段の軸受）
１６ エキセントリック（１６Ａ…低圧段のエキセントリック、１６Ｂ…高圧段のエキセントリック）
１７ フライホイールバランス
１８ シリンダ（１８Ａ…低圧段のシリンダ、１８Ｂ…高圧段のシリンダ）
１９ フランジ（１９Ａ…低圧段のフランジ、１９Ｂ…高圧段のフランジ、１９ａ…フランジの開口部側、１９ｂ…フランジねじ穴間の開口部側のフランジ部分）
２０ 空気弁組（２０Ａ…低圧段の空気弁組、２０Ｂ…高圧段の空気弁組）
２１ シリンダヘッド（２１Ａ…低圧段のシリンダヘッド、２１Ｂ…高圧段のシリンダヘッド）
２２ 通しボルト
２３ 圧縮室（２３Ａ…低圧段の圧縮室、２３Ｂ…高圧段の圧縮室）
３１ 開口部
３２ 切欠部
３３ 締結部
３４ フランジの開口部側
３５ フランジねじ穴
３７ リブ（第１のリブ）
３８，３８ａ，３８ｂ リブ（第２のリブ）
３９ ねじ座
４０ 締結ねじ
４１ クランクケースねじ穴
４２ ガイドリング
４３ 軸受固定ナット
４４ リップリング。

Claims (10)

1. 回転軸が貫通し、一端側に開口部を有するクランクケースと、このクランクケースに設けられ通しボルトと螺合する複数のフランジねじ穴を有するフランジと、前記フランジに前記通しボルトにより取付けられたシリンダと、前記回転軸に挿入され連接棒及びピストン部を有する連接棒組と、前記クランクケースの開口部を塞ぐと共に前記回転軸を支持する軸受を有する軸受箱と、前記クランクケースの開口部側端面外周に設けられ前記軸受箱を接続するためのクランクケースねじ穴を有する締結部とを備える往復動圧縮機において、
   前記フランジのクランクケース開口部側とクランクケースの前記締結部とを接続するリブを備え、前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けたことを特徴とする往復動圧縮機。
2. 請求項１において、前記リブは直線状或いはほぼ一定の曲率で湾曲する形状としたことを特徴とする往復動圧縮機。
3. 請求項１又は２において、前記クランクケースには、その開口部側から前記フランジの部分まで切欠部が形成され、前記連接棒組を前記フランジの部分まで挿入できるように構成していることを特徴とする往復動圧縮機。
4. 請求項３において、前記リブは、前記切欠部近傍の前記フランジの部分と前記締結部とを接続するように構成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
5. 一端側に開口部を有し、他端側にモータのロータが取り付けられた回転軸が貫通するクランクケースと、このクランクケースに設けられ通しボルトと螺合する複数のフランジねじ穴を有するフランジと、前記フランジに前記通しボルトにより取付けられたシリンダ、空気弁組及びシリンダヘッドと、前記回転軸に挿入され、エキセントリック、軸受、連接棒及びピストン部を有する連接棒組と、前記クランクケースの開口部を塞ぐと共に前記回転軸を支持する軸受を有する軸受箱と、前記クランクケースの開口部側端面外周に設けられ前記軸受箱を接続するためのクランクケースねじ穴を有する締結部とを備える往復動圧縮機において、
   前記クランクケースには、その開口部側から前記フランジの部分まで切欠部が形成され、前記連接棒組を前記フランジの部分まで挿入できるように構成すると共に、
   このクランクケースには前記切欠部近傍の前記フランジの部分とクランクケースの前記締結部とを接続する直線状或いはほぼ一定の曲率で湾曲する形状のリブを備え、
   前記クランクケースねじ穴は前記リブと干渉しない位置に設けられている
   ことを特徴とする往復動圧縮機。
6. 請求項４又は５において、前記リブは、前記フランジの開口部側と前記締結部とを接続する第１のリブと、複数の前記フランジねじ穴の間であって前記開口部側のフランジ部分と前記締結部とを接続する第２のリブとを備えることを特徴とする往復動圧縮機。
7. 請求項６において、前記第１のリブと前記第２のリブとの間の前記締結部に前記クランクケースねじ穴が形成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
8. 請求項６又は７において、前記第２のリブは、略平行な複数のリブで構成されていることを特徴とする往復動圧縮機。
9. 請求項６〜８の何れかにおいて、前記第１のリブの前記切欠部側の前記締結部、及び前記第２のリブの反切欠部側の前記締結部の少なくとも何れかにクランクケースねじ穴を設けたことを特徴とする往復動圧縮機。
10. 請求項１〜８の何れかにおいて、クランクケースには低圧段と高圧段の二段の圧縮機構部が設けられ、前記リブは少なくとも前記高圧段を構成する圧縮機構部に設けられていることを特徴とする往復動圧縮機。

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