JP2011226406A

JP2011226406A - Air compressor

Info

Publication number: JP2011226406A
Application number: JP2010097832A
Authority: JP
Inventors: Hideki Watanabe; 英樹渡辺; Seiichi Kotado; 誠一古田土; Hiroto Inagawa; 裕人稲川; Shigeru Ishikawa; 茂石川; Norihide Tao; 徳秀田尾
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: JP5598069B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable air compressor preventing damage of components.SOLUTION: The air compressor includes: a piston pin 524 connected to a crankshaft driven by a motor via a connecting rod; and a piston 523 having a through hole 523a formed thereon, to which the piston pin 524 is inserted and slid within a cylinder by the rotation of the crankshaft. The through hole 523a is penetrated in a direction approximately orthogonal to the sliding direction of the piston 523, and comprises a circular part 523b and two notches 523c, 523d passing through a central axis O and formed approximately symmetrically around a straight line Y parallel with the sliding direction of the piston 523, when viewed from the penetration direction (central axis O direction). Since the two notches 523c, 523d are formed, pressure of both ends in a contact region coming into contact with the piston pin 524 in a compression process out of the circular part 523b is increased, so as to reduce relative slippage between the piston 523 and the piston pin 524.

Description

本発明は、釘打機等の空気工具を駆動するために必要な圧縮空気を生成する空気圧縮機に関する。 The present invention relates to an air compressor that generates compressed air necessary for driving a pneumatic tool such as a nail driver.

一般に、例えば特許文献１に記載されている空気工具に供給するための圧縮空気を生成する空気圧縮機は、電動機等の駆動部の回転運動を、クランク軸を介してシリンダ内に摺動可能に挿嵌されたピストンの往復運動に変換し、吸気弁から吸入した空気を圧縮することにより、圧縮空気を生成する。ここで、駆動部の回転運動は、ピストンに設けた単一円形状の貫通孔に、その貫通孔直径よりもわずかに小さい径を有するピストンピンを挿通し、ピストンピンとクランク軸とを軸受及び連接棒を介して連結することにより、ピストンの往復運動に変換される。
また、従来、ピストンとピストンピンの間を潤滑用のオイルで満たす構成が一般的であった。しかし、近年、潤滑用のオイルを用いないオイルレスコンプレッサーが普及している。 In general, for example, an air compressor that generates compressed air to be supplied to a pneumatic tool described in Patent Document 1 is capable of sliding a rotary motion of a drive unit such as an electric motor into a cylinder via a crankshaft. The compressed air is generated by converting the reciprocating motion of the inserted piston and compressing the air sucked from the intake valve. Here, the rotational movement of the drive unit is such that a piston pin having a diameter slightly smaller than the diameter of the through hole is inserted into a single circular through hole provided in the piston, and the piston pin and the crankshaft are connected to the bearing and connected to each other. By connecting through a rod, it is converted into a reciprocating motion of the piston.
Conventionally, a configuration in which the space between the piston and the piston pin is filled with lubricating oil has been common. However, in recent years, oilless compressors that do not use lubricating oil have become widespread.

特開２００９−１８５６４８号公報JP 2009-185648 A

図９（ａ）に、貫通穴６２３ａの中心軸方向から見た従来のピストン６２３を示す。特許文献１に記載されているような従来のシリンダ及びピストン６２３による空気の圧縮行程において、圧縮空気の圧力により、ピストンピン６２４とピストンピン６２４が挿通された貫通穴６２３ａの内周面には、ピストン６２３の摺動方向と平行で、貫通穴６２３ａからピストン上面６２３ｅに向かう方向の繰り返し接触荷重が負荷される。従って、ピストンピン６２４と貫通穴６２３ａ内周面との接触は、図９（ｂ）に示すように、貫通穴６２３ａの中心Ｏを通り、ピストン６２３の摺動方向に平行な線と貫通穴６２３ａの周が交差する点のうちピストン上面６２３ｅ側の交点Ｃ付近で生じる。また、貫通穴６２３ａの直径は、ピストンピン６２４の直径よりも若干大きく形成され、例えば１０μｍ程度である。このため、接触荷重発生時は、交点Ｃにおける接触荷重が最大となり、ピストンピン６２４と比較すると低剛性であるピストン６２３の貫通穴６２３ａ内周面が弾性変形する。貫通穴６２３ａの内周面が弾性変形すると、交点Ｃを中心として貫通穴６２３ａの円周形状に沿って接触荷重の発生領域が拡大する。具体的には、接触荷重による圧力は、図９（ｂ）に示すように、交点Ｃを最大とし、貫通穴中心Ｏと交点Ｃを通る線と貫通穴中心Ｏを通る直線で形成される角度をθとして、θの増大に伴い減少するように分布する。 FIG. 9A shows a conventional piston 623 viewed from the central axis direction of the through hole 623a. In the compression process of air by the conventional cylinder and piston 623 as described in Patent Document 1, due to the pressure of the compressed air, the inner peripheral surface of the through hole 623a through which the piston pin 624 is inserted is A repeated contact load is applied parallel to the sliding direction of the piston 623 in the direction from the through hole 623a toward the piston upper surface 623e. Therefore, the contact between the piston pin 624 and the inner peripheral surface of the through hole 623a passes through the center O of the through hole 623a and the line parallel to the sliding direction of the piston 623 and the through hole 623a as shown in FIG. It occurs near the intersection C on the piston upper surface 623e side among the points where the circumferences of the two intersect. The diameter of the through hole 623a is slightly larger than the diameter of the piston pin 624, and is, for example, about 10 μm. For this reason, when a contact load is generated, the contact load at the intersection C is maximized, and the inner peripheral surface of the through-hole 623a of the piston 623, which is less rigid than the piston pin 624, is elastically deformed. When the inner peripheral surface of the through hole 623a is elastically deformed, the contact load generation region expands along the circumferential shape of the through hole 623a with the intersection C as the center. Specifically, as shown in FIG. 9B, the pressure due to the contact load is an angle formed by a line passing through the through-hole center O, the intersection C, and a straight line passing through the through-hole center O, as shown in FIG. The distribution is such that θ decreases as θ increases.

この貫通穴６２３ａの弾性変形は、剛性の低いピストン６２３の貫通穴６２３ａの内周面がピストンピン６２４の外表面に沿って伸びようとする変形であるため、接触している面同士の間に相対すべりが生じる。交点Ｃ付近は、接触荷重により生じる摩擦力が大きいため、相対すべりは発生しないが、ピストン６２３の貫通穴６２３ａの内周面がピストンピン６２４の外表面と接触している領域（接触領域）の終点付近では、摩擦力が小さいため、相対すべりが発生する。この接触領域終点付近の相対すべりは、繰り返しの摩擦力を伴った相対すべりであり、本現象は、一般にフレッティングと称される。フレッティングが発生する接触領域においては、フレッティング摩耗と言われる表面損傷が生じ、フレッティング摩耗が進行すると、その箇所に摩耗粉が発生し、機械の精度や機能が著しく低下し、振動や騒音の原因となる。 The elastic deformation of the through hole 623a is a deformation in which the inner peripheral surface of the through hole 623a of the low-rigidity piston 623 tends to extend along the outer surface of the piston pin 624. Relative slip occurs. In the vicinity of the intersection C, the frictional force generated by the contact load is large, so no relative slip occurs. However, the region (contact region) where the inner peripheral surface of the through hole 623a of the piston 623 is in contact with the outer surface of the piston pin 624 In the vicinity of the end point, a relative slip occurs because the frictional force is small. This relative slip near the end point of the contact area is a relative slip with repeated frictional force, and this phenomenon is generally called fretting. In the contact area where fretting occurs, surface damage called fretting wear occurs, and when fretting wear progresses, wear powder is generated at that point, which significantly reduces the accuracy and function of the machine, causing vibration and noise. Cause.

また、前述の相対すべりが発生する箇所においては、貫通穴６２３ａ内周面を変形させようとする荷重により大きな繰り返し応力が発生し、フレッティング疲労が生じる。フレッティング疲労が生じると、フレッティングが無いときの材料の疲労強度よりも著しく低い応力で、接触面に疲労亀裂が発生する。そして、空気圧縮機のように繰り返し生じる応力値がほぼ一定である場合においてフレッティング疲労が生じた場合、フレッティング疲労が無い場合と比較し短時間で疲労破壊が発生する。従って、フレッティング疲労が生じるピストンピン６２４と貫通穴６２３ａの内周面に短時間のうちに疲労亀裂が発生し、その亀裂が進展すると部品の破損に至る。 Further, at the location where the above-described relative slip occurs, a large repetitive stress is generated due to a load for deforming the inner peripheral surface of the through hole 623a, and fretting fatigue occurs. When fretting fatigue occurs, fatigue cracks occur on the contact surface with a stress that is significantly lower than the fatigue strength of the material when there is no fretting. When fretting fatigue occurs when the repeatedly generated stress value is almost constant as in an air compressor, fatigue failure occurs in a shorter time than when no fretting fatigue occurs. Accordingly, fatigue cracks are generated in a short time on the inner peripheral surfaces of the piston pin 624 and the through-hole 623a where fretting fatigue occurs, and when the crack progresses, the parts are damaged.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、部品の破損を防止し、信頼性の高い空気圧縮機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable air compressor that prevents damage to parts.

上記目的を達成するため、本発明に係る空気圧縮機は、
モータにより駆動されるクランク軸と連接棒を介して連結されるピストンピンと、該ピストンピンが挿通される貫通穴が形成され、前記クランク軸の回転運動によりシリンダ内で摺動運動するピストンと、を備える空気圧縮機であって、
前記貫通穴は、前記ピストンの摺動方向と交差する方向に貫通し、その貫通方向から見て、円形部と、該円形部の中心を通り、前記ピストンの摺動方向に平行な線を中心として略対称に形成された２つの切り欠き部と、から構成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an air compressor according to the present invention includes:
A piston pin connected to a crankshaft driven by a motor via a connecting rod, and a piston in which a through-hole through which the piston pin is inserted is formed and slidingly moved in the cylinder by the rotational movement of the crankshaft; An air compressor comprising:
The through hole penetrates in a direction intersecting the sliding direction of the piston, and when viewed from the penetrating direction, passes through a circular portion and a center of the circular portion and a line parallel to the sliding direction of the piston. And two notch portions formed substantially symmetrically.

前記貫通穴の貫通方向から見て、前記２つの切り欠き部は、前記円形部の中心を通り、摺動方向と略直交する線をまたぐように形成されてもよい。 The two cutouts may be formed so as to cross a line that passes through the center of the circular part and is substantially orthogonal to the sliding direction when viewed from the penetration direction of the through hole.

前記貫通穴の貫通方向から見て、前記２つの切り欠き部のそれぞれにおいて、一方の端部と前記円形部の中心とを結んだ線と、他方の端部と前記円形部の中心とを結んだ線とのなす角φが、φ≧８０°であってもよい。 In each of the two notches, the line connecting one end and the center of the circular portion and the other end and the center of the circular portion are connected in each of the two cutout portions when viewed from the through direction of the through hole. The angle φ formed with the ellipse may be φ ≧ 80 °.

前記ピストンピンは、前記ピストンとネジにより締結されていてもよい。 The piston pin may be fastened with the piston and a screw.

前記円形部は、前記ピストンと前記シリンダにより形成される圧縮室内の空気を前記ピストンが圧縮する圧縮工程において、前記ピストンと接触する接触領域を有してもよい。 The circular portion may have a contact region that contacts the piston in a compression process in which the piston compresses air in a compression chamber formed by the piston and the cylinder.

前記貫通穴の前記ピストンの内壁側縁部に、面取りが施されていてもよい。 Chamfering may be applied to the inner wall side edge of the piston in the through hole.

本発明によれば、部品の破損を防止し、信頼性の高い空気圧縮機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, damage to components can be prevented and a reliable air compressor can be provided.

本発明の実施形態に係る空気圧縮機の平面図である。It is a top view of the air compressor concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る空気圧縮機の側面図である。It is a side view of the air compressor concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る空気圧縮機のピストンの斜視図である。It is a perspective view of the piston of the air compressor concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る空気圧縮機のピストンとピストンピンの組立正面図である。It is an assembly front view of the piston and piston pin of the air compressor concerning an embodiment of the present invention. ピストンに形成された貫通穴をその中心軸方向から見た図である。It is the figure which looked at the through-hole formed in the piston from the central-axis direction. （ａ）は圧縮工程時におけるピストンの変形状態を示す図、（ｂ）はピストンに形成された貫通穴の周壁部に加わる圧力を説明するための図である。(A) is a figure which shows the deformation | transformation state of the piston at the time of a compression process, (b) is a figure for demonstrating the pressure added to the surrounding wall part of the through-hole formed in the piston. 切り欠き部の半径と貫通穴の周壁部にかかる最大応力との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the radius of a notch part, and the maximum stress concerning the surrounding wall part of a through-hole. （ａ）は本発明の実施形態の変形例に係る空気圧縮機のピストンの断面斜視図、（ｂ）は従来の空気圧縮機のピストンピンがピストンを介して圧縮空気の圧力により変形した状態を表す図である。(A) is the cross-sectional perspective view of the piston of the air compressor which concerns on the modification of embodiment of this invention, (b) is the state which the piston pin of the conventional air compressor deform | transformed with the pressure of compressed air via the piston. FIG. （ａ）は従来の空気圧縮機におけるピストンとピストンピンの組立正面図、（ｂ）は従来の空気圧縮機におけるピストンに形成された貫通穴の内周面に加わる圧力を説明するための図である。(A) is the assembly front view of the piston and piston pin in the conventional air compressor, (b) is a figure for demonstrating the pressure added to the internal peripheral surface of the through-hole formed in the piston in the conventional air compressor. is there.

以下、本発明の第１の実施形態に係る空気圧縮機１を図面を用いて説明する。図１及び図２に示すように、空気圧縮機１は、駆動部１００と、空気タンク部２００と、制御回路部３００と、操作パネル部４００と、圧縮空気生成部５００と、から構成される。 Hereinafter, an air compressor 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the air compressor 1 includes a drive unit 100, an air tank unit 200, a control circuit unit 300, an operation panel unit 400, and a compressed air generation unit 500. .

駆動部１００は、例えば直流モータ１１０等から構成され、クランク軸１２０を介して直流モータ１１０の回転運動を圧縮空気生成部５００のピストン５２３の往復運動に変換することにより、圧縮空気生成部５００を駆動する。駆動部１００の駆動回路は、制御回路部３００により制御される。 The drive unit 100 includes, for example, a DC motor 110 and the like, and converts the rotational motion of the DC motor 110 to the reciprocating motion of the piston 523 of the compressed air generation unit 500 via the crankshaft 120, thereby causing the compressed air generation unit 500 to move. To drive. The drive circuit of the drive unit 100 is controlled by the control circuit unit 300.

空気タンク部２００は、平行に配置された１対の円筒状の空気タンク２１１、２１２と、連通管２２１、２２２と、マニホールド２３０等から構成される。空気タンク２１１、２１２は、圧縮空気生成部５００で生成され、その吐出通路出口より２段目配管５４２を通って供給される圧縮空気を貯留する。供給された圧縮空気は、空気タンク２１１、２１２内で、例えば３．０〜４．５ＭＰａの圧力を有する。連通管２２１、２２２は、一端がそれぞれ空気タンク２１１、２１２に接続され、他端はマニホールド２３０に接続される。従って、空気タンク２１１、２１２は、連通管２２１、２２２及びマニホールド２３０を介して連通しているため、空気タンク２１１、２１２内部の圧力は略同一に維持される。そして、空気タンク２１１、２１２内に貯留された圧縮空気は、減圧弁２４１、２４２で所定の圧力に減圧された後、圧縮空気取出口（カプラ）２５０に接続されたホース（図示せず）を介して釘打機等の空気工具（図示せず）に供給される。 The air tank unit 200 includes a pair of cylindrical air tanks 211 and 212 arranged in parallel, communication pipes 221 and 222, a manifold 230, and the like. The air tanks 211 and 212 store the compressed air generated by the compressed air generation unit 500 and supplied from the outlet of the discharge passage through the second-stage pipe 542. The supplied compressed air has a pressure of, for example, 3.0 to 4.5 MPa in the air tanks 211 and 212. One end of each of the communication pipes 221 and 222 is connected to the air tanks 211 and 212, and the other end is connected to the manifold 230. Accordingly, since the air tanks 211 and 212 communicate with each other via the communication pipes 221 and 222 and the manifold 230, the pressures in the air tanks 211 and 212 are maintained substantially the same. The compressed air stored in the air tanks 211 and 212 is depressurized to a predetermined pressure by the pressure reducing valves 241 and 242, and then a hose (not shown) connected to the compressed air outlet (coupler) 250 is connected. Via a pneumatic tool (not shown) such as a nail driver.

制御回路部３００は、スイッチング素子等が配置された回路基板から構成され、操作パネル部４００からの操作信号等に基づいて、駆動部１００の直流モータ１１０のオン・オフを制御する。 The control circuit unit 300 includes a circuit board on which switching elements and the like are arranged, and controls on / off of the DC motor 110 of the drive unit 100 based on an operation signal or the like from the operation panel unit 400.

操作パネル部４００は、主電源スイッチと、表示部等とから構成される。主電源スイッチは、空気圧縮機１に供給される商用交流電源をオン・オフするために設けられ、主電源スイッチを介して、制御回路部３００や駆動部１００に電源が供給される。表示部は、例えば、タンク圧力や過負荷の警告をＬＥＤ等により表示する。 The operation panel unit 400 includes a main power switch and a display unit. The main power switch is provided to turn on and off the commercial AC power supplied to the air compressor 1, and power is supplied to the control circuit unit 300 and the driving unit 100 via the main power switch. The display unit displays, for example, a tank pressure or overload warning using an LED or the like.

圧縮空気生成部５００は、図１に示すように、１段目圧縮装置５１０と、２段目圧縮装置５２０とから構成され、１段目圧縮装置５１０と２段目圧縮装置５２０はクランクケース５３０を介し、対向するように配置される。１段目圧縮装置５１０は、弁板５１１、シリンダ５１２、ピストン５１３等から構成される。ピストン５１３は、軸受１３１等を介してクランク軸１２０に回動可能に連結されている。この構成により、クランク軸１２０の回転運動が、シリンダ５１２内におけるピストン５１３の往復運動に変換される。また、２段目圧縮装置５２０は、弁板５２１、シリンダ５２２、ピストン５２３等から構成される。ピストン５２３には、貫通穴５２３ａが形成されており、ピストンピン５２４が挿通される。ピストン５２３は、軸受１３２、１３３及び連接棒１４０等を介してクランク軸１２０に回動可能に連結されている。この構成により、クランク軸１２０の回転運動が、シリンダ５２２内におけるピストン５２３の往復運動に変換される。 As shown in FIG. 1, the compressed air generating unit 500 includes a first-stage compressor 510 and a second-stage compressor 520, and the first-stage compressor 510 and the second-stage compressor 520 are crankcases 530. It arrange | positions so that it may oppose. The first stage compression device 510 includes a valve plate 511, a cylinder 512, a piston 513, and the like. The piston 513 is rotatably connected to the crankshaft 120 via a bearing 131 or the like. With this configuration, the rotational movement of the crankshaft 120 is converted into the reciprocating movement of the piston 513 in the cylinder 512. The second stage compression device 520 includes a valve plate 521, a cylinder 522, a piston 523, and the like. A through-hole 523a is formed in the piston 523, and the piston pin 524 is inserted therethrough. The piston 523 is rotatably connected to the crankshaft 120 via bearings 132 and 133, a connecting rod 140, and the like. With this configuration, the rotational movement of the crankshaft 120 is converted into the reciprocating movement of the piston 523 in the cylinder 522.

以上のように構成される圧縮空気生成部５００における動作について説明する。まず、１段目圧縮装置５１０は、クランクケース５３０の内部を経由してピストン５１３上面、シリンダ５１２、弁板５１１により区画された圧縮室５１５に吸い込まれた外部空気（大気圧）を圧縮し、１段目配管５４１を介して、２段目圧縮装置５２０に圧縮空気を供給する。２段目圧縮装置５２０は、１段目圧縮装置５１０から供給される圧縮空気を、ピストン５２３上面、シリンダ５２２、弁板５２１により区画された圧縮室５２５において、例えば３．０〜４．５ＭＰａの許容最高圧力まで圧縮し、２段目配管５４２を介して、空気タンク２１１、２１２に圧縮空気を供給する。 The operation in the compressed air generation unit 500 configured as described above will be described. First, the first stage compression device 510 compresses external air (atmospheric pressure) sucked into the compression chamber 515 defined by the upper surface of the piston 513, the cylinder 512, and the valve plate 511 via the inside of the crankcase 530, Compressed air is supplied to the second stage compression device 520 via the first stage piping 541. The second-stage compression device 520 converts the compressed air supplied from the first-stage compression device 510 into, for example, 3.0 to 4.5 MPa in a compression chamber 525 partitioned by the upper surface of the piston 523, the cylinder 522, and the valve plate 521. The compressed air is compressed to an allowable maximum pressure, and compressed air is supplied to the air tanks 211 and 212 via the second-stage pipe 542.

次に、実施形態に係るピストンピン５２４が挿通される、ピストン５２３に形成された貫通穴５２３ａの形状について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る空気圧縮機１のピストン５２３の斜視図、図４は、ピストン５２３とピストンピン５２４の組立正面図である。図３及び図４に示すように、ピストン５２３には、ピストン５２３の摺動方向と垂直方向であってピストン５２３の中心軸を通る方向に貫通する貫通穴５２３ａが形成されている。貫通穴５２３ａには、図４に示すようにピストンピン５２４が挿通される。そして、ピストンピン５２４は、図１に示すように、ピストン５２３の摺動方向にピストン５２３の側面を貫通するネジ５２５ａ、５２５ｂにより、ピストン５２３に固定される。なお、本発明の実施形態に係る空気圧縮機１において、生成される圧縮空気に不純物が混在することを防ぐため、ピストン５２３とピストンピン５２４との間の潤滑のためのオイルは使用されず、ピストンピン５２４は上述のようにネジ５２５ａ、５２５ｂによりピストン５２３に固定される。 Next, the shape of the through hole 523a formed in the piston 523 through which the piston pin 524 according to the embodiment is inserted will be described. FIG. 3 is a perspective view of the piston 523 of the air compressor 1 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an assembled front view of the piston 523 and the piston pin 524. As shown in FIGS. 3 and 4, the piston 523 is formed with a through hole 523 a penetrating in a direction perpendicular to the sliding direction of the piston 523 and passing through the central axis of the piston 523. As shown in FIG. 4, a piston pin 524 is inserted into the through hole 523a. As shown in FIG. 1, the piston pin 524 is fixed to the piston 523 by screws 525 a and 525 b that penetrate the side surface of the piston 523 in the sliding direction of the piston 523. In the air compressor 1 according to the embodiment of the present invention, in order to prevent impurities from being mixed in the generated compressed air, oil for lubrication between the piston 523 and the piston pin 524 is not used, The piston pin 524 is fixed to the piston 523 by the screws 525a and 525b as described above.

図５は、貫通穴５２３ａをその中心軸Ｏ方向（貫通方向）から見た図である。図５に示すように、貫通穴５２３ａは、中心軸Ｏを中心として所定の半径Ｒ（例えばＲ＝６ｍｍ）を有する円形部５２３ｂと、円形部５２３ｂの内周面から窪むように形成された２つの切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄとから構成される。円形部５２３ｂの直径は、容易にピストンピン５２４が挿通できるように、ピストンピン５２４の直径よりもわずかに大きい。 FIG. 5 is a view of the through hole 523a viewed from the central axis O direction (through direction). As shown in FIG. 5, the through-hole 523a includes two circular portions 523b having a predetermined radius R (for example, R = 6 mm) around the central axis O and two recesses formed so as to be recessed from the inner peripheral surface of the circular portion 523b. It is comprised from the notch parts 523c and 523d. The diameter of the circular portion 523b is slightly larger than the diameter of the piston pin 524 so that the piston pin 524 can be easily inserted.

図６（ａ）は圧縮工程時におけるピストン５２３の変形状態を示す図、（ｂ）は貫通穴５２３ａに加わる圧力を説明するための図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、円形部５２３ｂのうち、圧縮室５２６を形成するピストン上面５２３ｅ側の部分は、圧縮工程時においてピストンピン５２４と接触する接触領域Ａを有する。圧縮工程時において、ピストン上面５２３ｅには、圧縮空気により、ピストン５２３の摺動方向に平行で、貫通穴５２３ａに向かう方向（図６（ａ）において下向き）の圧力がかかる。その際、接触領域Ａは、ピストンピン５２４と接触し、ピストン５２３の摺動方向に平行で、貫通穴５２３ａからピストン上面５２３ｅに向かう方向（図６（ａ）において上向き）の接触荷重を受ける。そして、ピストンピン５２４よりもピストン５２３の方が低剛性であるため、円形部５２３ｂのうち接触領域Ａ内の部分は、弾性変形し、それとともにピストンピン５２４の外周に沿って接触領域Ａが拡大する。接触荷重により接触領域Ａにかかる圧力は、図６（ｂ）の圧力分布が示すように、円形部５２３ｂの中心軸Ｏを通り、ピストン５２３の摺動方向と平行な直線Ｙと、接触領域Ａとの交点Ｂで最大となり、交点Ｂから円形部２５３ｂの円周方向に沿って離れるにつれて、圧力は小さくなる。図９（ｂ）に示す従来の貫通穴６２３ａの接触領域における圧力分布と比較すると、接触領域Ａの両端部における圧力は、従来の接触領域よりも大きい。従って、接触領域Ａの両端部におけるピストン５２３とピストンピン５２４との間の相対すべりの量が小さくなり、フレッティングによる摩耗を抑えることができる。 FIG. 6A is a diagram showing a deformed state of the piston 523 during the compression process, and FIG. 6B is a diagram for explaining the pressure applied to the through hole 523a. As shown in FIGS. 6A and 6B, a portion of the circular portion 523b on the piston upper surface 523e side that forms the compression chamber 526 has a contact region A that contacts the piston pin 524 during the compression process. During the compression process, pressure in the direction parallel to the sliding direction of the piston 523 and toward the through hole 523a (downward in FIG. 6A) is applied to the piston upper surface 523e by the compressed air. At that time, the contact area A is in contact with the piston pin 524 and receives a contact load parallel to the sliding direction of the piston 523 and in the direction from the through hole 523a toward the piston upper surface 523e (upward in FIG. 6A). Since the piston 523 is less rigid than the piston pin 524, the portion in the contact area A of the circular portion 523b is elastically deformed, and at the same time, the contact area A is enlarged along the outer periphery of the piston pin 524. To do. The pressure applied to the contact area A by the contact load passes through the central axis O of the circular portion 523b and the straight line Y parallel to the sliding direction of the piston 523, as shown in the pressure distribution of FIG. And the pressure decreases as the distance from the intersection B along the circumferential direction of the circular portion 253b increases. Compared with the pressure distribution in the contact region of the conventional through hole 623a shown in FIG. 9B, the pressure at both ends of the contact region A is larger than that in the conventional contact region. Therefore, the amount of relative slip between the piston 523 and the piston pin 524 at both ends of the contact area A is reduced, and wear due to fretting can be suppressed.

なお、図６（ｂ）及び図９（ｂ）の圧力分布の比較から、接触面積Ａを小さくすることにより、接触領域Ａの両端部における圧力が大きくなり、相対すべりの量を小さくできると考えられる。しかし、接触領域Ａを小さくしすぎると接触領域Ａにおける面圧が大きくなり、ピストン５２３の破損等が生じる恐れがある。従って、接触領域Ａの広さは、図６（ｂ）に示すように、中心軸Ｏと交点Ｂを通る線と中心軸Ｏを通る直線で形成される角度をθとして、θ＝２０°〜５０°程度が好ましい。 From the comparison of the pressure distributions in FIGS. 6B and 9B, it is considered that by reducing the contact area A, the pressure at both ends of the contact region A increases and the amount of relative slip can be reduced. It is done. However, if the contact area A is too small, the surface pressure in the contact area A increases, and the piston 523 may be damaged. Therefore, as shown in FIG. 6B, the width of the contact area A is θ = 20 ° to θ = 20 °, where θ is an angle formed by a line passing through the central axis O and the intersection B and a straight line passing through the central axis O. About 50 ° is preferable.

次に切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄの形状について説明する。図５に示すように、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄの周面は、中心軸Ｏ方向から見て、所定の半径ｒ（例えばｒ＝４．５ｍｍ）を有する円弧形状であり、円形部５２３ｂの内周面から窪むように形成されている。また、２つの切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄは、中心軸Ｏ方向から見て、直線Ｙを中心として、略対称に位置するように形成される。これは、上述したように、接触領域Ａは直線Ｙを中心として対称な圧力分布を有しており、相対すべりが起こりやすい接触領域Ａの両端部に対応する位置に切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを形成したことによる。また切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄは、中心軸Ｏ方向から見て、直線Ｙと直交し、中心軸Ｏを通る直線Ｘをまたがって位置するように形成されている。 Next, the shape of the notches 523c and 523d will be described. As shown in FIG. 5, the peripheral surfaces of the notches 523c and 523d have an arc shape having a predetermined radius r (eg, r = 4.5 mm) when viewed from the central axis O direction. It is formed so as to be recessed from the peripheral surface. In addition, the two notches 523c and 523d are formed so as to be substantially symmetrical with respect to the straight line Y as viewed from the central axis O direction. As described above, the contact area A has a symmetrical pressure distribution around the straight line Y, and the notches 523c and 523d are formed at positions corresponding to both ends of the contact area A where relative sliding is likely to occur. Depending on the formation. The notches 523c and 523d are formed so as to be located across the straight line X passing through the central axis O and orthogonal to the straight line Y when viewed from the central axis O direction.

次に、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを形成する円弧の半径ｒの大きさについて、図７を用いて説明する。図７は、シミュレーションにより解析した半径ｒと貫通穴５２３ａの周壁部にかかる最大応力との関係を表す図である。図７において、横軸は、円形部５２３ｂの半径Ｒに対する半径ｒの比ｒ／Ｒである。また、縦軸は、切り欠き部が形成されていない従来の空気圧縮機のピストンの貫通穴の周壁部にかかる最大応力σ_０に対する、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄが形成されている本実施形態の空気圧縮機１のピストン５２３の貫通穴５２３ａの周壁部にかかる最大応力σ_１の比σ_１／σ_０である。図７に示すように、ｒ／Ｒ＝０．３３（例えば、ｒ＝２．０ｍｍ、Ｒ＝６．０ｍｍ）の場合、σ_１はσ_０よりも最大応力の比σ_１／σ_０において約４％低い。すなわち、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを形成することにより、貫通穴５２３ａの周壁部にかかる最大応力を低下させ、ピストン５２３の耐久性を大幅に向上させることができる。さらに、ｒ／Ｒ＝０．６６（例えば、ｒ＝４．０ｍｍ、Ｒ＝６．０ｍｍ）の場合、σ_１はσ_０よりも最大応力の比σ_１／σ_０において約３０％低い。この最大応力の低下は、図７に示すように、ｒ／Ｒを大きくするほど大きくなる。しかし、効率的に貫通穴５２３ａを加工できる範囲はおよそｒ／Ｒ＝０．８０の範囲までである。好適には、ｒ／Ｒ＝０．７５（例えば、Ｒ＝６．０ｍｍ、ｒ＝４．５ｍｍ）とした場合に最も良い結果が得られ、σ_１はσ_０よりも最大応力の比σ_１／σ_０において約３３％低い。 Next, the magnitude | size of the radius r of the circular arc which forms the notch parts 523c and 523d is demonstrated using FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the radius r analyzed by simulation and the maximum stress applied to the peripheral wall portion of the through hole 523a. In FIG. 7, the horizontal axis represents the ratio r / R of the radius r to the radius R of the circular portion 523b. Further, the vertical axis represents notches 523c and 523d with respect to the maximum stress σ ₀ applied to the peripheral wall portion of the through hole of the piston of the conventional air compressor in which the notches are not formed. The ratio σ ₁ / σ ₀ of the maximum stress σ ₁ applied to the peripheral wall portion of the through hole 523 a of the piston 523 of the air compressor 1. As shown in FIG. 7, when r / R = 0.33 (for example, r = 2.0 mm, R = 6.0 mm), σ ₁ is approximately equal to σ _{0 at the} maximum stress ratio σ ₁ / σ ₀ . 4% lower. That is, by forming the notches 523c and 523d, the maximum stress applied to the peripheral wall portion of the through hole 523a can be reduced, and the durability of the piston 523 can be greatly improved. Further, when r / R = 0.66 (eg, r = 4.0 mm, R = 6.0 mm), σ ₁ is about 30% lower than σ _{0 at the} maximum stress ratio σ ₁ / σ ₀ . As shown in FIG. 7, the decrease in the maximum stress increases as r / R increases. However, the range in which the through hole 523a can be processed efficiently is approximately r / R = 0.80. Preferably, r / R = 0.75 (e.g., R = 6.0mm, r = 4.5mm ) and was best results if is obtained, sigma ₁ ratio sigma ₁ of maximum stress than sigma ₀ / Σ ₀ is about 33% lower.

また、図５に戻って、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄのそれぞれにおいて、一方の端部と中心軸Ｏとを結んだ線と、他方の端部と中心軸Ｏとを結んだ線とのなす角度φは、大きいほうが切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄの形成するための加工がしやすく、また、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄの縁部における応力を好適に分散させることができる。具体的には、φ≧８０°であることが好ましい。 Returning to FIG. 5, in each of the notches 523c and 523d, an angle formed by a line connecting one end and the central axis O and a line connecting the other end and the central axis O. The larger φ is, the easier it is to process the notches 523c and 523d, and the stress at the edges of the notches 523c and 523d can be preferably dispersed. Specifically, it is preferable that φ ≧ 80 °.

次に、ピストン５２３に貫通穴５２３ａを形成するための加工方法について説明する。具体的には、まず、ピストン５２３の摺動方向と直交する方向であって、ピストン５２３ａの中心軸を通る方向にドリル等を貫通させることにより、半径Ｒの貫通穴を円形部５２３ｂとして形成する。その後、ドリル等により、図５に示すように、形成された貫通穴の周面に半径ｒの円弧状の窪みを切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄとして形成する。 Next, a processing method for forming the through hole 523a in the piston 523 will be described. Specifically, first, a through hole having a radius R is formed as a circular portion 523b by penetrating a drill or the like in a direction perpendicular to the sliding direction of the piston 523 and passing through the central axis of the piston 523a. . Thereafter, as shown in FIG. 5, arc-shaped depressions having a radius r are formed as notches 523 c and 523 d on the peripheral surface of the formed through hole by a drill or the like.

以上説明したように、本実施形態に係る空気圧縮機１において、ピストンピン５２４が挿通される貫通穴５２３ａは、直線Ｙを中心として、略対称に位置するように形成される切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを有する。そのため、接触領域Ａの両端部におけるピストンピン５２４との相対すべりが減少し、フレッティング摩耗を抑制することができる。従って、フレッティング疲労によるピストン５２３とピストンピン５２４との連結部分の破損を防止し、信頼性の高い空気圧縮機１を提供することができる。また、上述したように切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを形成し、位置させることで、貫通穴５２３ａの縁部における応力分散の効果と、フレッティング疲労の防止を両立させ、結果として劇的な耐久性の向上を実現することができる。 As described above, in the air compressor 1 according to the present embodiment, the through hole 523a through which the piston pin 524 is inserted has the cutout portion 523c formed so as to be positioned substantially symmetrically about the straight line Y. 523d. Therefore, relative sliding with the piston pin 524 at both ends of the contact area A is reduced, and fretting wear can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent damage to the connecting portion between the piston 523 and the piston pin 524 due to fretting fatigue, and to provide the air compressor 1 with high reliability. Further, by forming and positioning the notches 523c and 523d as described above, both the effect of stress dispersion at the edge of the through hole 523a and the prevention of fretting fatigue are achieved, resulting in dramatic durability. Improvement can be realized.

また、本発明の切り欠き部の形状は円弧形状に限定されないが、本実施形態のように、切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄを円弧状に形成することによって、貫通穴５２３ａをドリル等により容易に形成することができる。従って、構造変更や部品点数を増やすことなく、容易な加工により、ピストン５２３とピストンピン５２４との連結部分の破損を防止し、信頼性の高い空気圧縮機１を提供することができる。 Further, the shape of the notch portion of the present invention is not limited to the arc shape, but the through hole 523a can be easily formed by a drill or the like by forming the notch portions 523c and 523d in an arc shape as in the present embodiment. can do. Therefore, it is possible to provide a highly reliable air compressor 1 by preventing breakage of the connecting portion between the piston 523 and the piston pin 524 through easy processing without changing the structure or increasing the number of parts.

また、本実施形態において、上述した形状を有する貫通穴５２３ａは、図５に示すように、中心軸Ｏから見て、円形部５２３ｂと切り欠き部５２３ｃ、５２３ｄといった円弧形状から構成されているため、貫通穴５２３ａの縁部における応力を好適に分散させることができる。従って、ピストン５２３とピストンピン５２４との連結部分の破損を防止し、信頼性の高い空気圧縮機１を提供することができる。 Further, in the present embodiment, the through hole 523a having the above-described shape is formed in an arc shape such as a circular portion 523b and notches 523c and 523d when viewed from the central axis O as shown in FIG. The stress at the edge of the through hole 523a can be preferably dispersed. Therefore, breakage of the connecting portion between the piston 523 and the piston pin 524 can be prevented, and the highly reliable air compressor 1 can be provided.

また、本実施形態において、図８（ａ）に示すように、貫通穴５２３ａのピストン５２３の内壁側の縁部に面取りを施すことにより面取り部５２３ｆを形成してもよい。
ここで、従来の空気圧縮機では、図８（ｂ）に示すように、圧縮工程時において、ピストン上面６２３ｅには圧縮空気によりピストン６２３の摺動方向に平行でピストン上面６２３ｅから貫通穴６２３ａに向かう方向(図８（ｂ）において下向き)の圧力がかかる。一方、連接棒（図示せず）により、ピストンピン６２４には、ピストン６２３の摺動方向に平行で圧縮空気による圧力とは反対方向(図８（ｂ）において上向き)に荷重がかかる。従って、ピストンピン６２４は弾性変形し、図８（ｂ）に示すようにピストン上面６２３ｅ側を凸としたアーチ形に変形する。このため、ピストン６２３とピストンピン６２４は、貫通穴６２３ａのピストン６２３の内壁側の上側縁部において強く接触する。この接触荷重により、貫通穴６２３ａの周壁には応力が発生するが、特に貫通穴６２３ａのピストン６２３の内壁側縁部において応力値が大きくなる。
従って、図８（ａ）に示すように、面取り部５２３ｆを形成することにより、ピストン５２３とピストンピン５２４との接触位置は、貫通穴５２３ａのピストン５２３の内壁側縁部からピストン５２３の外壁側へ移動する。このように、ピストン５２３とピストンピン５２４との接触位置を移動させることにより、最大応力が発生する位置を縁部から移動させ、応力低減を図ることができる。 Moreover, in this embodiment, as shown to Fig.8 (a), you may form the chamfering part 523f by chamfering the edge part by the side of the inner wall of the piston 523 of the through-hole 523a.
Here, in the conventional air compressor, as shown in FIG. 8B, during the compression process, the piston upper surface 623e is parallel to the sliding direction of the piston 623 by compressed air and from the piston upper surface 623e to the through hole 623a. A pressure in the direction of heading (downward in FIG. 8B) is applied. On the other hand, the connecting rod (not shown) applies a load to the piston pin 624 in a direction parallel to the sliding direction of the piston 623 and opposite to the pressure by the compressed air (upward in FIG. 8B). Accordingly, the piston pin 624 is elastically deformed and deformed into an arch shape with the piston upper surface 623e side convex as shown in FIG. 8B. For this reason, the piston 623 and the piston pin 624 come into strong contact with each other at the upper edge of the through hole 623a on the inner wall side of the piston 623. Due to this contact load, a stress is generated on the peripheral wall of the through hole 623a, but the stress value becomes large particularly at the inner wall side edge of the piston 623 of the through hole 623a.
Therefore, as shown in FIG. 8A, by forming the chamfered portion 523f, the contact position between the piston 523 and the piston pin 524 is changed from the inner wall side edge of the piston 523 in the through hole 523a to the outer wall side of the piston 523. Move to. In this manner, by moving the contact position between the piston 523 and the piston pin 524, the position where the maximum stress is generated can be moved from the edge portion, and the stress can be reduced.

１空気圧縮機
１００駆動部
１１０直流モータ
１２０クランク軸
１３１〜１３３軸受
１４０連接棒
２００空気タンク部
２１１、２１２空気タンク
２２１、２２２連通管
２３０マニホールド
２４１、２４２減圧弁
２５０圧縮空気取出口（カプラ）
３００制御回路部
４００操作パネル部
５００圧縮空気生成部
５１０１段目圧縮装置
５１１弁板
５１２シリンダ
５１３ピストン
５１５圧縮室
５２０２段目圧縮装置
５２１弁板
５２２シリンダ
５２３ピストン
５２３ａ貫通穴
５２３ｂ円形部
５２３ｃ、５２３ｄ切り欠き部
５２３ｅピストン上面
５２３ｆ面取り部
５２４ピストンピン
５２５ａ、５２５ｂネジ
５２６圧縮室
５３０クランクケース
６２３ピストン
６２３ａ貫通穴
６２３ｅピストン上面
６２４ピストンピン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air compressor 100 Drive part 110 DC motor 120 Crankshaft 131-133 Bearing 140 Connecting rod 200 Air tank part 211, 212 Air tank 221, 222 Communication pipe 230 Manifold 241, 242 Pressure reducing valve 250 Compressed air outlet (coupler)
300 Control circuit section 400 Operation panel section 500 Compressed air generating section 510 First stage compression device 511 Valve plate 512 Cylinder 513 Piston 515 Compression chamber 520 Second stage compression device 521 Valve plate 522 Cylinder 523 Piston 523a Through hole 523b Circular section 523c, 523d Notch portion 523e Piston upper surface 523f Chamfered portion 524 Piston pin 525a, 525b Screw 526 Compression chamber 530 Crankcase 623 Piston 623a Through hole 623e Piston upper surface 624 Piston pin

Claims

A piston pin connected to a crankshaft driven by a motor via a connecting rod, and a piston in which a through-hole through which the piston pin is inserted is formed and slidingly moved in the cylinder by the rotational movement of the crankshaft; An air compressor comprising:
The through hole penetrates in a direction intersecting the sliding direction of the piston, and when viewed from the penetrating direction, passes through a circular portion and a center of the circular portion and a line parallel to the sliding direction of the piston. And two notches formed substantially symmetrically as
An air compressor characterized by that.

The two cutout portions are formed so as to cross a line substantially perpendicular to the sliding direction through the center of the circular portion when viewed from the through direction of the through hole.
The air compressor according to claim 1.

In each of the two notches, the line connecting one end and the center of the circular portion and the other end and the center of the circular portion are connected in each of the two cutout portions when viewed from the through direction of the through hole. The angle φ made with the ellipse is φ ≧ 80 °,
The air compressor according to claim 1 or 2, characterized in that.

The piston pin is fastened with the piston and a screw,
The air compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the air compressor is provided.

The circular portion has a contact region in contact with the piston in a compression process in which the piston compresses air in a compression chamber formed by the piston and the cylinder.
The air compressor according to any one of claims 1 to 4, wherein the air compressor is provided.

Chamfering is applied to the inner wall side edge of the piston of the through hole,
The air compressor according to any one of claims 1 to 5, wherein the air compressor is provided.