JP2014005746A

JP2014005746A - 圧縮機又は真空機

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Publication number: JP2014005746A
Application number: JP2012140149A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ueda; 一宏上田
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: CN103511222B; US20130343925A1; CN103511222A; JP5492256B2; US9303635B2

Abstract

【課題】小型化され部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供することを課題とする。
【解決手段】圧縮機又は真空機は、モータと、前記モータによって往復動するピストンと、連通孔が形成された壁部を含み、前記ピストンを収納するクランクケースと、前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した流路を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備え、前記壁部は、互いに隣接した第１及び第２壁部を含み、前記シリンダヘッドは、前記第１及び第２壁部の外面側にそれぞれ固定された第１及び第２シリンダヘッドを含み、前記流路は、前記第１壁部と前記第１シリンダヘッドとにより画定される第１流路、前記第２壁部と前記第２シリンダヘッドとにより画定され前記第１流路と連通した第２流路、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧縮機又は真空機に関する。

ピストンをシリンダ内で往復動させる圧縮機又は真空機が知られている。特許文献１には、そのような圧縮機が開示されている。特許文献１には、クランクケース内に複数のピストンが収納され、この複数のピストンに対応する複数のシリンダがクランクケースに設けられている。

特許４４２００７８号公報

例えば、複数のシリンダから排出された空気を、シリンダやクランクケースとは別の部材により合流させて、単一の排出口から排出されるようにする場合がある。例えば特許文献１では、各シリンダから排出された空気はケーシングによって集められ、ケーシングに設けられた単一の排出口から合流した空気が排出される。また、その他パイプやチューブによって、各シリンダから排出された空気を合流させる場合もある。しかしながら、クランクケースやシリンダとは別にこのような部材を設けると、装置全体が大型化し部品点数も増える。

そこで本発明は、小型化され部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供することを目的とする。

上記目的は、モータと、前記モータによって往復動するピストンと、連通孔が形成された壁部を含み、前記ピストンを収納するクランクケースと、前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した流路を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備え、前記壁部は、互いに隣接した第１及び第２壁部を含み、前記シリンダヘッドは、前記第１及び第２壁部の外面側にそれぞれ固定された第１及び第２シリンダヘッドを含み、前記流路は、前記第１壁部と前記第１シリンダヘッドとにより画定される第１流路、前記第２壁部と前記第２シリンダヘッドとにより画定され前記第１流路と連通した第２流路、を含む、圧縮機又は真空機によって達成できる。

本発明によれば、小型化され部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供できる。

図１は、本実施例の圧縮機の外観図である。図２は、本実施例の圧縮機の外観図である。図３は、本実施例の圧縮機の外観図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、本実施例とは異なる構造の圧縮機の部分断面図である。図６は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図７は、クランクケースの連通路周辺の部分拡大図である。

図１〜３は、実施例１の圧縮機Ａの外観図である。圧縮機Ａは、クランクケース２０、クランクケース２０に設けられた４つのシリンダ１０ａ〜１０ｄ、クランクケース２０の上部に配置されたファンＦ、を含む。ファンＦは、モータに固定されている。モータについては詳しくは後述する。シリンダ１０ａは、クランクケース２０の外側に固定されたシリンダヘッド１５ａ、クランクケース２０内に設けられたシリンダ本体、を含む。その他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄも同様である。従って、その他のシリンダヘッド１５ｂ〜１５ｄも、クランクケース２０の壁部に設けられている。

具体的には、クランクケース２０の外周の壁部２１ａ〜２１ｄのそれぞれにシリンダヘッド１５ａ〜１５ｄが固定されている。シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄは、図１に示すように、回転軸４２周りに放射状に等間隔に配置されている。壁部１５ａ、１５ｂは隣接し直交し、壁部１５ｃ、１５ｄは隣接し直交している。壁部１５ａ、１５ｃは平行で対向し、壁部１５ｂ、１５ｄは平行で対向している。また、クランクケース２０は、モータ側に上壁部２１ｅが設けられている。シリンダヘッドやシリンダ本体、クランクケース２０は、金属製であり、具体的には放熱性がよいアルミ製である。尚、壁部２１ｃには、クランクケース２０内に空気を導入するためのノズルＥ１が設けられており、シリンダヘッド１５ｃには空気を排出するためのノズルＥ２が設けられている。

モータに固定されたファンＦは、略円筒状の胴体部ＦＭ、胴体部ＦＭの外側に設けられたリング部ＦＲ、胴体部ＦＭとリング部ＦＲとの間に設けられた複数の羽根ＦＢ、を含む。モータが回転することにより、詳しくは後述するがクランクケース２０内のピストンが往復動すると共にファンＦが回転する。これにより、圧縮機Ａ全体を冷却することができる。

図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。まず、モータＭについて説明する。モータＭは、コイル３０、ロータ４０、ステータ５０、プリント基板ＰＢ等を有している。ステータ５０は金属製である。ステータ５０は、クランクケース２０に固定されている。ステータ５０には、複数のコイル３０が巻回されている。コイル３０は、プリント基板ＰＢと電気的に接続されている。プリント基板ＰＢは、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板ＰＢには、コイル３０に電力を供給するための不図示の電源コネクタや信号コネクタク、その他の電子部品が実装されている。例えば、電子部品は、コイル３０の通電状態を制御するためのＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）やコンデンサ等である。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。

ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、１つまたは複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、クランクケース２０内に配置された複数の軸受に回転可能に支持されている。回転軸４２には、ヨーク４４がハブ４３を介して固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり金属製である。ヨーク４４の内周側面には、１つまたは複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ５０の外周面と対向している。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。従って、永久磁石４６とステータ５０との間に磁気的吸引力、反発力が作用する。この磁力の作用により、ロータ４０はステータ５０に対して回転する。このように、モータＭはロータ４０が回転するアウターロータ型のモータである。

ヨーク４４には、ファンＦの胴体部ＦＭが固定されている。具体的には、圧入又は嵌合によりファンＦの胴体部ＦＭがヨーク４４に固定されているが、固定の方法はこれに限定されない。胴体部ＦＭには、複数の孔ＦＨが設けられており、軽量化が図られている。また、ヨーク４４には孔Ｈが設けられている。ファンＦの複数の孔ＦＨの一部とヨーク４４の孔Ｈとが重なるように、ファンＦはヨーク４４に固定されている。これにより、孔Ｈ、ＦＨを介して、モータＭ内に空気の通過が許容される。これによりモータＭの内部、例えばコイル３０の放熱を促進することができる。また、孔Ｈ、ＦＨを介してモータＭ内に流れた空気の一部は、ステータ５０と永久磁石４６との隙間等を介して、シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄ、クランクケース２０側に流れる。これにより、ピストン等の摺動や空気の断熱圧縮等に起因して加熱される圧縮機Ａを冷却できる。尚、図１、２に示した孔Ｈからは、ステータ５０の一部分が露出している。

次にクランクケース２０の内部構造について説明する。回転軸４２は、クランクケース２０内にまで延びている。クランクケース２０内での回転軸４２の部分には、複数のピストン２５ａ〜２５ｄが連結されている。回転軸４２の中心位置に対して偏心した位置に、軸受を介してピストン２５ａの根元部が連結されており、回転軸４２の一方向の回転に伴ってピストン２５ａは往復動する。他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄ、シリンダ１０ｂ〜１０ｄ内をそれぞれ移動する他のピストン２５ｂ〜２５ｄも、同様の構造である。ピストン２５ａ〜２５ｄは、それぞれ位置位相が９０度毎にずれている。クランクケース２０には、モータＭと逆側に低壁部２１ｆが設けられている。

クランクケース２０の壁部２１ａ、２１ｃの内面側には、それぞれシリンダ本体１２ａ、１２ｃが固定されている。回転軸４２が回転することにより、ピストン２５ａの先端部はシリンダ本体１２ａに摺接する。ここで、ピストン２５ａの先端部とシリンダ本体１２ａとクランクケース２０の壁部２１ａとによって、チャンバ１３ａが画定される。チャンバ１３ａの容積は、ピストン２５ａの往復動によって増減する。他のピストンとシリンダ本体も同様の構成である。

図１〜４に示すように、クランクケース２０の壁部２１ｃにはノズルＥ１が設けられている。ノズルＥ１は、壁部２１ｃに設けられた貫通孔に嵌合している。ピストン２５ａ等が往復動することにより、ノズルＥ１を介してクランクケース２０内に空気が導入される。図４に示すように、ピストン２５ａの先端部には連通孔２６ａが設けられている。ピストン２５ａの先端部の先端面には、連通孔２６ａを開閉する不図示の弁部材が設けられている。シリンダヘッド１５ａでは、壁部２１ａとの間で排気室１８ａを画定している。チャンバ１３ａと排気室１８ａとを区分けしている壁部２１ａには、チャンバ１３ａと排気室１８ａとを連通する連通孔２２ａが設けられている。連通孔２２ａは、壁部２１ａの外面側に固定された弁部材Ｖａにより開閉される。その他のシリンダヘッド１５ｂ〜１５ｄや壁部２１ｂ〜２１ｄも同様に構成されている。

ピストン２５ａの往復動によりチャンバ１３ａの容積が変化する。これに伴い、連通孔２６ａを介してチャンバ１３ａ内に空気が導入されてチャンバ１３ａ内の空気が圧縮される。圧縮空気は連通孔２２ａを介して流路１８ａへ排出される。流路１８ａは、壁部２１ａの外面側とシリンダヘッド１５ａとによって画定される。詳細には、壁部２１ａの外面から突出部２３ａが突出している。突出部２３ａは、連通孔２２ａを挟むように、上側と下側とに形成されている。２つの突出部２３ａは、壁部２１ａにおいて回転軸４２周りに延びるように形成されている。突出部２３ａにシリンダヘッド１５ａが固定されている。同様に、壁部２１ｃの外面から突出部２３ｃが突出しており、突出部２３ｃにシリンダヘッド１５ｃが固定されて、流路１８ｃが画定されている。尚、詳しくは後述するが、その他の壁部とシリンダヘッドとの間にも同様の流路が形成されている。

他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄについても同様である。従って、ノズルＥ１を介して、クランクケース２０内に導入された空気は、ピストン２５ａ〜２５ｄの往復動により圧縮されてクランクケース２０の外部に排出される。尚、図３に示すように、クランクケース２０内では、回転軸４２にバランサＢ１、Ｂ２が接続されている。

図４に示すように、クランクケース２０内にシリンダ本体１２ａが配置され、クランクケース２０の壁部２１ａは、ピストン２５ａが着座する着座部として機能している。同様に、他の壁部２１ｂ〜２１ｄもそれぞれピストン２５ｂ〜２５ｄが着座する着座部として機能する。なお、ピストンが着座する際に発生する衝突音を回避するため、ピストンは完全に着座せず、わずかな隙間を開けておいても良い。これにより、ピストン２５ａ〜２５ｄが往復動する方向、換言すれば回転軸４２に直交する方向で圧縮機Ａの大きさが小型化されている。これについて以下で説明する。

図５は、本実施例の圧縮機Ａとは構造が異なる圧縮機Ａ´の例示図である。尚、圧縮機Ａ´については、圧縮機Ａの符号と類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。また、図４は、圧縮機Ａ´の一部分のみを示した断面図である。図４に示すように、圧縮機Ａ´は、クランクケース２０´の壁部２１ａ´の外面側にシリンダ本体１２ａ´が固定されている。また、シリンダ本体１２ａ´にシリンダヘッド１５ａ´が固定されている。シリンダ本体１２ａ´側で画定されたチャンバ１３ａ´と、シリンダヘッド１５ａ´側で画定された排気室１８ａ´との間には、仕切部材２１Ａ´が設けられている。仕切部材２１Ａ´は、ピストン２５ａ´の先端部が着座する着座部として機能する。従って、回転軸４２´に直交する方向に、クランクケース２０´の壁部２１ａ´と、仕切部材２１Ａ´とが併設されていることになる。壁部２１ｃ´、仕切部材２１Ｃ´も同様であり、その他のクランクケース２０´の壁部と仕切部材との関係も同様である。このため、圧縮機Ａ´では回転軸４２に直交する方向の大きさが大型化している。

しかしながら、本実施例のように、クランクケース２０の壁部２１ａ〜２１ｄは、各ピストン２５ａ〜２５ｄの着座部として機能する。このため、本実施例の圧縮機Ａでは、仕切部材２１Ａ´等は不要である。従って、本実施例の圧縮機Ａでは、ピストン２５ａ〜２５ｄの往復動する方向に小型化されていると共に部品点数も削減されている。

また、図４に示した圧縮機Ａ´では、クランクケース２０´の壁部２１ａ´、２１ｃ´のそれぞれには、ピストン２５ａ´、２５ｃ´の軸部を逃すことができるだけの大きさの切欠き２１ａ´１、２１ｃ´１が形成されている。また、その他の壁部にも同様の切欠きが形成されている。一方、本実施例の圧縮機Ａでは、クランクケース２０の壁部２１ａに連通孔２２ａは設けられているが、圧縮機Ａ´の壁部２１ａ´のような大きさの切欠きは形成されていない。このため、クランクケース２０の剛性は、クランクケース２０´よりも大きい。このためクランクケース２０の耐久性が向上している。また、クランクケース２０の剛性が大きいため、加工も容易である。

圧縮機Ａ´では、クランクケース２０´の壁部２１ａ´等には上述した切欠き２１ａ´１等が設けられており、壁部２１ａ´の外面側にシリンダ本体１２ａ´が固定されている。このため、壁部２１ａ´とシリンダ本体１２ａ´との間の隙間から空気の漏れて、駆動音が漏れる可能性がある。本実施例の場合、クランクケース２０には、このような大きな切欠は設けられていない。このため、クランクケース２０の気密性が向上しクランクケース２０から空気が漏れることを防止でき、駆動音が漏れることも防止できる。また、隙間からの空気の漏れを防止するためにこの隙間にゴム製などのシール部材を配置することも考えられるが、このようなゴムシール部材を配置すると部品点数が増大する。本実施例のクランクケース２０は、クランクケース２０´と比較して、空気が漏れる可能性がある箇所が少ないため、このような空気の漏れを防止するためのゴムシール部材の点数も削減されている。

このように圧縮機Ａ全体の大きさは小型化されている。しかしながら、クランクケース２０、２０´の大きさを比較すると、内部にシリンダ本体１２ａ等が設けられているクランクケース２０の方が大きい。このため、クランクケース２０の壁部２１ａ〜２１ｄの各面積は比較的大きい。本実施例では、面積が確保された壁部２１ａ〜２１ｄの一部を利用して、流路を形成している。

また、壁部２１ａ〜２１ｄの面積が確保されたため、流路以外の部分の平坦部分の面積も確保されている。このため、本実施例の圧縮機Ａでは、この平坦部分にノズルＥ１を設けている。このように壁部２１ａ〜２１ｄの平坦部分の面積も確保されているので、ノズルＥ１はこの平坦部分の何れの位置に設けてもよく、ノズルＥ１の位置の自由度が向上している。尚、ノズルＥ１は、図面に示した位置に限定されず、クランクケースの上面、底面も含む壁部２１ａ〜２１ｆの平坦部分での任意の位置に設けてあればよい。

また、壁部２１ａ〜２１ｄの平坦部分の面積を確保できたことにより、ファンＦによる冷却効果も向上するものと思われる。また、壁部２１ａ〜２１ｄの平坦部分に、クランクケース２０の放熱を促進するフィン等を設けてもよい。このように、平坦部分を有効利用することができる。

図６は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図６に示すように、壁部２１ａ〜２１ｄのそれぞれとシリンダヘッド１５ａ〜１５ｄのそれぞれとの間には、流路１８ａ〜１８ｄが形成されている。これら流路１８ａ〜１８ｄは、クランクケース２０の壁部２１ａ〜２１ｄの外面側に回転軸４２を包囲するように形成されている。流路１８ａ〜１８ｄは、クランクケース２０に形成された連通路１８ａｄ、１８ａｂ、１８ｂｃ、１８ｄｃにより連通している。

連通路１８ａｄは、流路１８ａ、１８ｄを連通し、連通路１８ａｂは、流路１８ａ、１８ｂを連通し、連通路１８ｂｃは、流路１８ｂ、１８ｃを連通し、連通路１８ｄｃは、流路１８ｄ、１８ｃを連通している。これら連通路１８ａｄ、１８ｃｄ、１８ｂｃ、１８ｄｃは、それぞれクランクケース２０の角部に設けられている。

図７は、連通路１８ｄｃ付近を示したクランクケース２０の部分拡大図である。図７は、シリンダヘッド１５ｃ、１５ｄを取外した状態を示している。連通路１８ｄｃに示すように、流路１８ｃ、１８ｄが連通するように、クランクケース２０の角部が切欠けられている。その他の連通路１８ａｂ、１８ａｄ、１８ｂｃも同様の構造である。

このように、クランクケース２０の外面と複数のシリンダヘッド１５ａ〜１５ｄによって、クランクケース２０に合流した複数の流路１８ａ〜１８ｄが設けられている。このため、これら流路１８ａ〜１８ｄをそれぞれ合流させるための他の部材、例えばパイプやチューブを用意する必要はない。このため、本実施例の圧縮機Ａは小型化されており部品点数も削減されている。

尚、モータＭが駆動してピストン２５ａ〜２５ｄが駆動した場合、空気は、連通路を介して隣接する流路の一方から他方に一方向に流れる。例えば、空気は流路１８ｄから連通路１８ｄｃを介して流路１８ｃに流れる。

また、本実施例のモータＭは、アウターロータ型である。モータの大きさが同じ場合、インナーロータ型モータと比較してアウターロータ型モータの方が出力が大きくなる傾向がある。換言すれば、インナーロータ型モータと出力が同じ場合には、アウターロータ型モータの方が小型化することができる。このため、本実施例の圧縮機ＡのモータＭは小型化されている。

また、ファンＦはモータＭのヨーク４４に固定されている。このため、例えば、モータＭとによりクランクケース２０を挟む位置にファンを設けた場合と比較して、圧縮機Ａは回転軸４２の方向に小型化されている。

ファンＦは、合成樹脂製である。ファンＦが固定されているヨーク４４は金属製である。ファンＦの振動の減衰率は、ロータ４０の振動の減衰率よりも大きい。これにより、圧縮機Ａの駆動音が低減されている。また、複数の羽根ＦＢの先端側にはリング部ＦＲが設けられているため、作業者が羽根ＦＢの先端に触れて怪我をすることが防止される。また、ファンＦの直径は圧縮機の回転軸と直行する面より大きいことが望ましい。

以上のように、圧縮機Ａでは、シリンダ本体１２ａがクランクケース２０の壁部２１ａの内面側に固定されシリンダヘッド１５ａが壁部２１ａの外面側に固定されていること、各流路１８ａ〜１８ｄはクランクケース２０に形成された連通路１８ａｄ、１８ａｂ、１８ｂｃ、１８ｄｃにより連通していること、アウターロータ型のモータＭが採用されていること、モータＭのヨーク４４にファンＦが固定されていること、により小型化が達成されている。

また、圧縮機Ａでは、クランクケース２０の気密性が向上していること、ファンＦの振動の減衰率はロータ４０の減衰率よりも大きいこと、により駆動音が低減されている。

尚、圧縮機Ａは、対象装置を排気側に接続したところを吸気側に接続するか、逆止弁を圧縮機Ａの取り付け方と反対にすることにより、真空機として機能する。

また、圧縮機Ａを真空機として使用する他の場合としては、対象機器を吸気口２２側に接続することで真空機として機能する。この場合、シリンダ１０ａ内に設けられた弁部材は、圧縮機Ａの場合とは同じ構成で良い。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

上記実施例においては、４対のシリンダ、ピストンが設けられた場合を例に示したが、これに限定されない。例えば１対又は３対のシリンダ、ピストンのみが設けられていてもよいし、５対以上のシリンダ、ピストンが設けられていてもよい。

Ａ圧縮機
Ｍモータ
Ｈ、ＦＨ孔
Ｅ１、Ｅ２ノズル
Ｆファン
１０ａ〜１０ｄシリンダ
１２ａ〜１２ｄシリンダ本体
１３ａ、１３ｃチャンバ
１５ａ〜１５ｄシリンダヘッド
１８ａ〜１８ｄ流路
２０クランクケース
２１ａ〜２１ｄ壁部
２２ａ、２２ｃ連通孔
２５ａ〜２５ｄピストン
３０コイル
４０ロータ
４２回転軸
４４ヨーク
４６永久磁石
５０ステータ

Claims

モータと、
前記モータによって往復動するピストンと、
連通孔が形成された壁部を含み、前記ピストンを収納するクランクケースと、
前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、
前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した流路を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備え、
前記壁部は、互いに隣接した第１及び第２壁部を含み、
前記シリンダヘッドは、前記第１及び第２壁部の外面側にそれぞれ固定された第１及び第２シリンダヘッドを含み、
前記流路は、前記第１壁部と前記第１シリンダヘッドとにより画定される第１流路、前記第２壁部と前記第２シリンダヘッドとにより画定され前記第１流路と連通した第２流路、を含む、圧縮機又は真空機。
前記クランクケースには、前記第１及び第２流路を連通させる連通路が形成されており、
前記ピストンの往復動により前記連通路を介して前記第１及び第２流路の一方から他方に空気が流れる、請求項１の圧縮機又は真空機。
前記流路が形成されていない前記壁部の部分には、前記クランクケースの内外を連通する通気孔が設けられている、請求項１又は２の圧縮機又は真空機。
前記モータは、前記クランクケースの外側に設けられたアウターロータ型のモータである、請求項１乃至３の何れかの圧縮機又は真空機。
前記モータのアウターロータにはファンが設けられている、請求項４の圧縮機又は真空機。
前記ファンは、前記アウターロータの径方向に配置されている、請求項５の圧縮機。
前記ファンは、前記アウターロータのヨークに固定されており、
前記ファン及びヨークには、前記モータの内外の空気の通過を許容する孔が設けられている、請求項５又は６の駆動装置。