JP2016050526A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】より短い時間でより多くの空気を圧縮することができる空気圧縮機を実現する。
【解決手段】空気圧縮機は、ピストン５２ａ，５２ｂが往復動可能に収容されたシリンダ５１ａ，５１ｂと、閉鎖されたクランク室４２を備えるクランクケース４０と、回転自在に支持され、クランク室４２を貫通するクランクシャフト２１と、クランクシャフト２１とピストン５２ａ，５２ｂとを連結するコネクティングロッド５３ａ，５３ｂと、一端がクランク室４２に連通し、他端がシリンダ５１ａに連通する空気通路７０と、クランク室４２内に空気を加圧供給する遠心ファン８０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気圧縮機に関するものであり、特に、レシプロ型の空気圧縮機に関するものである。

レシプロ型の空気圧縮機は、動力源から出力される駆動力によって往復駆動されるピストンと、ピストンの往復動に伴って容積が変化するシリンダと、を備える。動力源には、回転駆動力を出力する電動モータが用いられることがある。この場合、電動モータから出力される回転駆動力は、変換機構によって往復駆動力に変換されてピストンに伝達される。

ピストンが上死点から下死点に移動すると、シリンダの容積が拡大してシリンダ内が負圧になり、シリンダ内に空気が導入される。シリンダ内に導入された空気は、下死点から上死点に移動するピストンによって圧縮され、圧力が高められる。圧縮された空気（高圧空気）は、所定の経路を経てタンクに送られ、該タンクに貯留される。すなわち、従来の空気圧縮機では、自然吸気によってシリンダ内に空気が導入される。

特開２０１１−２２６４０６

空気圧縮機には、より短い時間でより多くの空気を圧縮することが求められる。

本発明の目的は、より短い時間でより多くの空気を圧縮することができる空気圧縮機を実現することである。

本発明の空気圧縮機は、往復駆動されるピストンによって空気を圧縮する空気圧縮機である。この空気圧縮機は、前記ピストンが往復動可能に収容されたシリンダと、閉鎖されたクランク室を備えるクランクケースと、回転自在に支持され、前記クランク室を貫通するクランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記ピストンとを連結するコネクティングロッドと、一端が前記クランク室に連通し、他端が前記シリンダに連通する空気通路と、前記クランク室内に空気を加圧供給する加圧供給部材と、を有する。ここで閉鎖されたクランク室とは、加圧供給部材により空気が加圧供給された場合に、実質的に、大気圧以上の圧力が担保されるクランク室を指すものであり、当該条件を満たせば、多少の間隙等を有していても閉鎖されたクランク室に含まれる。

本発明の一態様では、前記加圧供給部材が、前記クランク室内に設けられ、前記クランクシャフトと一体に回転するファンである。

本発明の他の態様では、前記ファンが遠心ファンである。

本発明の他の態様では、前記ファンは、前記クランク室内に設けられたファンケースに収容され、前記ファンケースには、前記クランク室の外から導入された空気が吸い込まれる吸込み口と、吸い込まれた空気が前記クランク室に向けて吹き出される吹出し口と、が形成される。

本発明の他の態様では、前記空気通路の前記クランク室に連通する一端と前記ファンケースの前記吹出し口とが、前記クランク室内において前記クランクシャフトを挟んで互いに反対側に位置する。

本発明の他の態様では、前記ファンケースに、空気を前記吹出し口に案内する傾斜面が形成される。

本発明の他の態様では、空気圧縮機は、第１ピストンが往復動可能に収容された第１シリンダと、第２ピストンが往復動可能に収容された第２シリンダと、前記クランクシャフトと前記第１ピストンとを連結する第１コネクティングロッドと、前記クランクシャフトと前記第２ピストンとを連結する第２コネクティングロッドと、を有する。前記空気通路の一端は前記クランク室に連通し、他端は前記第１シリンダに連通し、前記第１シリンダにおいて圧縮された空気が前記第２シリンダに移送されてさらに圧縮される。

本発明によれば、より短い時間でより多くの空気を圧縮することができる空気圧縮機が実現される。

本発明が適用されたエアコンプレッサの外観斜視図である。 図１に示されるエアコンプレッサが備える圧縮空気生成部の断面図である。 図２に示されるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２に示されるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 ファンケースの拡大斜視図である。

本発明の空気圧縮機の実施形態の一例について説明する。本実施形態に係る空気圧縮機は、電動モータを動力源とする圧縮空気生成部を備えるレシプロ型のエアコンプレッサである。以下、本実施形態に係るエアコンプレッサの構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示されるように、エアコンプレッサ１は、フレーム等の骨格部と、当該フレーム等と連結された互いに平行な２つの空気タンク１１ａ，１１ｂとからなる筐体としての基台１０を有する。それぞれの空気タンク１１ａ，１１ｂの両端部下面には、脚部１２が取り付けられており、エアコンプレッサ１は、４つの脚部１２によって所望の設置場所に置かれる。また、基台１０の両端部にはハンドル１３が設けられており、作業者は、ハンドル１３を把持してエアコンプレッサ１を持ち運ぶことができる。

基台１０には、図２に示される圧縮空気生成部２０が搭載されている。圧縮空気生成部２０は、電動モータ３０と、クランクケース４０と、２つのシリンダ（第１シリンダ５１ａ，第２シリンダ５１ｂ）と、を含む。電動モータ３０は、固定子（ステータ）と、固定子の内側に組み込まれた回転子（ロータ）と、回転子に固定されたモータ回転軸２１と、を有するモータであって、クランクケース４０の外に配置されている。もっとも、電動モータ３０はクランクケース４０に固定されており、両者は一体化されている。なお、本実施の形態では、一例としてインナーロータ型のモータを例示するが、他のモータ、例えば、アウターロータ型のモータとしてもよい。

クランクケース４０の一端側（電動モータ３０が固定されている側とは反対側）はクランクケースカバー４１によって閉塞されており、クランクケース４０内には、閉鎖されたクランク室４２が形成されている。モータ回転軸２１は、クランクケース４０（クランク室４２）を貫通するとともに、クランクケース４０に設けられている２つの軸受によって回転自在に支持されている。

図２，図３に示されるように、クランクケース４０の両側には第１シリンダ５１ａおよび第２シリンダ５１ｂが取り付けられている。第１シリンダ５１ａと第２シリンダ５１ｂとは、モータ回転軸２１の回転方向に関して１８０度異なる位置に配置されており、第１シリンダ５１ａには第１ピストン５２ａが往復動可能に収容され、第２シリンダ５１ｂには第２ピストン５２ｂが往復動可能に収容されている。

モータ回転軸２１の回転運動を第１ピストン５２ａの往復運動に変換するために、第１ピストン５２ａには、第１コネクティングロッド５３ａの一端がピン結合されており、第１コネクティングロッド５３ａの他端は、モータ回転軸２１に装着されている第１偏心カム５４ａに回転自在に結合されている。すなわち、第１コネクティングロッド５３ａは、クランクケース４０と第１シリンダ５１ａとに跨り、モータ回転軸２１と第１ピストン５２ａとを連結している。また、モータ回転軸２１の回転運動を第２ピストン５２ｂの往復運動に変換するために、第２ピストン５２ｂには、第２コネクティングロッド５３ｂの一端がピン結合されており、第２コネクティングロッド５３ｂの他端は、モータ回転軸２１に装着されている第２偏心カム５４ｂに回転自在に結合されている。すなわち、第２コネクティングロッド５３ｂは、クランクケース４０と第２シリンダ５１ｂとに跨り、モータ回転軸２１と第２ピストン５２ｂとを連結している。そこで、以下の説明では、モータ回転軸２１を“クランクシャフト２１”と呼ぶ場合がある。電動モータ３０から出力される回転駆動力は、クランクシャフト２１，偏心カム（第１偏心カム５４ａ，第２偏心カム５４ｂ）およびコネクティングロッド（第１コネクティングロッド５３ａ，第２コネクティングロッド５３ｂ）からなる変換機構によって往復駆動力に変換されてピストン（第１ピストン５２ａ，第２ピストン５２ｂ）に伝達される。

ここで、第１偏心カム５４ａと第２偏心カム５４ｂは、ピストン５２ａ，５２ｂの往復動方向に関して互いに逆向きに偏心している。したがって、第１ピストン５２ａが第１シリンダ５１ａの上室を圧縮する方向に駆動されるとき、第２ピストン５２ｂは第２シリンダ５１ｂの上室を膨張させる方向に駆動される。一方、第２ピストン５２ｂが第２シリンダ５１ｂの上室を圧縮する方向に駆動されるとき、第１ピストン５２ａは第１シリンダ５１ａの上室を膨張させる方向に駆動される。尚、シリンダ５１ａ，５１ｂの上室とは、それぞれのシリンダ５１ａ，５１ｂにおけるピストン５２ａ，５２ｂよりも上方の空間である。

図２に示されるように、それぞれのシリンダ５１ａ，５１ｂに設けられているシリンダヘッド５５ａ，５５ｂの内側には、バッファ室５６ａ，５６ｂが設けられており、シリンダ５１ａ，５１ｂの上室とバッファ室５６ａ，５６ｂとの間には逆止弁５７ａ，５７ｂが設けられている。第１ピストン５２ａが第１シリンダ５１ａの上室を圧縮する方向に駆動され、上室内の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、逆止弁５７ａが開かれる。すると、圧縮された空気がバッファ室５６ａから配管５８を介して第２シリンダ５１ｂの上室に移送される。

第２ピストン５２ｂが第２シリンダ５１ｂの上室を圧縮する方向に駆動され、上室内の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、逆止弁５７ｂが開かれる。すると、圧縮された空気がバッファ室５６ｂから配管５９を介して空気タンク１１ａ，１１ｂ（図１）に移送され、貯留される。

ここで、第１シリンダ５１ａの上室には外気が導入される。すなわち、第１ピストン５２ａは外気を圧縮し、第２ピストン５２ｂは、第１ピストン５２ａによって圧縮された外気（空気）をさらに圧縮する。換言すれば、第１ピストン５２ａは１段目の低圧用のピストンであり、第２ピストン５２ｂは２段目の高圧用のピストンである。また、第１シリンダ５１ａは１段目の低圧用のシリンダであり、第２シリンダ５１ｂは２段目の高圧用のシリンダである。このように、本実施形態に係るエアコンプレッサ１は、空気を２段階で圧縮する。具体的には、第１ピストン５２ａによって１．０[ＭＰａ]前後の圧縮空気を生成し、第２ピストン５２ｂによって４．０〜４．５[ＭＰａ]程度の圧縮空気を生成する。

図２に示されるように、電動モータ３０を挟んでクランクケース４０の反対側には冷却ファン６０が配置されている。この冷却ファン６０はクランクシャフト２１の一端に固定されており、クランクシャフト２１と一体に回転する。回転する冷却ファン６０によって生み出される風（冷却風）によって電動モータ３０や電動モータ３０の制御基板（不図示）などが冷却される。

再び図１を参照する。基台１０にはカバー６１が装着されており、これまでに説明した圧縮空気生成部２０（図２）はカバー６１によって覆われている。また、空気タンク１１ａ，１１ｂに貯留された圧縮空気を外部に供給するために、空気タンク１１ａ，１１ｂの端部上方には複数のカプラ６２が設けられている。さらに、空気タンク１１ａ，１１ｂとカプラ６２との間には、カプラ６２を介して外部に供給される圧縮空気の圧力を調節する減圧弁６３が設けられている。減圧弁６３によって調節された圧縮空気の圧力は、それぞれの減圧弁６３の近傍に設置されている圧力計６４によって計測され、表示される。

カバー６１の上面には操作パネル６５が設けられており、この操作パネル６５に設けられている不図示の入力部を介して、電動モータ３０（図２）の起動指令や回転数が入力される。

図３に示されるように、クランクケース４０および第１シリンダ５１ａの壁の内部には、一端がクランク室４２に連通し、他端が第１シリンダ５１ａの上室に連通する空気通路７０が形成されている。この空気通路７０を介して外気が第１シリンダ５１ａの上室に導入される。以下、より具体的に説明する。

図２に示されるように、クランク室４２は大気圧以上に加圧可能な程度の密閉度を有する閉鎖空間であり、クランク室４２と外部とを仕切っているクランクケースカバー４１には複数の吸入口７１が形成されている。これら吸入口７１は、クランクシャフト２１の周囲に、クランクシャフト２１の回転方向に沿って並んでいる。また、クランクケースカバー４１の外面には、全ての吸入口７１を一括して覆う環状のフィルタ７２が取り付けられている。

図２，図４に示されるように、クランク室４２内には、加圧供給部材としての遠心ファン８０が設けられている。この遠心ファン８０は、クランク室４２内に設けられたファンケース８１に収容されている。クランクシャフト２１はファンケース８１を貫通しており、遠心ファン８０はファンケース８１の内部においてクランクシャフト２１に固定されている。よって、クランクシャフト２１が回転すると、ファンケース８１内において、遠心ファン８０がクランクシャフト２１と一体に回転する。

図２，図５に示されるように、ファンケース８１は、円板状のベース部材８１ａとドーム状のカバー部材８１ｂとから構成されている。図２に示されるように、ファンケース８１は、カバー部材８１ｂがクランクケースカバー４１と対向する向きでクランク室４２内に設置されている。また、ベース部材８１ａおよびカバー部材８１ｂの中央には円形の開口部がそれぞれ形成されており、これら開口部をクランクシャフト２１が貫通している。ここで、カバー部材８１ｂに形成されている開口部の直径はクランクシャフト２１の直径よりも大きく、よって、クランクシャフト２１とカバー部材８１ｂの開口部との間には環状の隙間（吸込み口８２）が存在している。

一方、図５に示されるように、ベース部材８１ａの周縁には、遠心ファン８０（図２）の回転方向に沿って伸びる円弧状の吹出し口８３が形成されており、吹出し口８３の内側には傾斜面８４が形成されている。傾斜面８４は、吹出し口８３の縁からファンケース８１の内側へ向けて下り傾斜に形成されている。換言すれば、傾斜面８４は、ファンケース８１の内側から吹出し口８３の縁へ向けて上り傾斜に形成されている。さらに換言すれば、傾斜面８４は、遠心ファン８０（図２）の回転方向に沿って上り傾斜に形成されている。

図２に示される遠心ファン８０が回転すると、クランクケースカバー４１に形成されている吸入口７１およびファンケース８１に形成されている吸込み口８２を介してファンケース８１内に外気（空気）が吸い込まれる。ファンケース８１内に吸い込まれた空気は、ファンケース８１の吹出し口８３（図４，図５）から吹き出され、クランク室４２に供給される。このとき、ファンケース８１から吹き出される空気は、吹出し口８３の内側に形成されている傾斜面８４に案内される。すなわち、傾斜面８４は空気の吹き出しを助けるガイドとして機能する。

上記のように、遠心ファン８０によってクランク室４２内に空気が供給される結果、クランク室４２が加圧され、クランク室４２内の気圧が大気圧よりも高くなる。換言すれば、空気が空気通路７０を介して強制的に第１シリンダ５１ａの上室に送り込まれる。したがって、１サイクルでより多くの圧縮空気を生成することができる。ひいては、所定圧力の圧縮空気によって空気タンク１１ａ，１１ｂ（図１）を満たすために必要な時間が短縮される。

さらに、本実施形態では、ファンケース８１の吹出し口８３とクランク室４２に連通する空気通路７０の一端とが、クランクシャフト２１を挟んで互いに反対側に位置している。切断位置の関係上、図２にはクランク室４２に連通する空気通路７０の一端のみが表れ、ファンケース８１の吹出し口８３（図５）は表れていない。しかし、ファンケース８１の吹出し口８３は、図２に示されているベース部材８１ａの左側端部近傍にある。すなわち、図２において、クランク室４２に連通している空気通路７０の一端はクランクシャフト２１の右側に位置し、ファンケース８１の吹出し口８３はクランクシャフト２１の左側に位置している。換言すれば、クランク室４２内をクランクシャフト２１の中心軸で二分したとき、空気通路７０の一端は二分された一方の領域内に位置し、ファンケース８１の吹出し口８３は二分された他方の領域内に位置している。

空気通路７０の一端と吹出し口８３とが上記位置関係にある本実施形態では、吹出し口８３から吹き出され、空気通路７０に流入する空気によってクランク室４２内が均一に冷却される。具体的には、吹出し口８３から吹き出された空気は、クランク室４２内の様々な場所を経由して空気通路７０の一端に到達する。よって、空気は、空気通路７０の一端に到達する前に、クランク室４２内の軸受やクランク室４２に露出しているピストン５２ａ，５２ｂなどを冷却する。図２には、クランク室４２内における空気の流れを一点鎖線によって模式的に示してある。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、加圧供給部材としての遠心ファンは、遠心ファン以外の形式のファン、例えば、軸流ファン（プロペラファン）等に置換することができる。もっとも、加圧供給部材はファンに限られず、例えば、簡易なポンプ手段（ダイヤフラム型ポンプや、スクロール型ポンプ等、任意の簡易圧縮手段であってもよい。

上記実施形態では、クランク室内の冷却効果を高めるべく、ファンケースの吹出し口とクランク室に連通する空気通路の一端との位置関係を上記位置関係とした。しかし、ファンケースの吹出し口とクランク室に連通する空気通路の一端との位置関係が上記位置関係ではない場合であっても、クランク室に空気が加圧供給されることに変わりはない。

上記実施形態におけるエアコンプレッサには２つのシリンダが設けられていたが、シリンダの数に制限はない。

１ エアコンプレッサ
１０ 基台
１１ａ，１１ｂ 空気タンク
１２ 脚部
１３ ハンドル
２０ 圧縮空気生成部
２１ モータ回転軸（クランクシャフト）
３０ 電動モータ
４０ クランクケース
４１ クランクケースカバー
４２ クランク室
５１ａ 第１シリンダ
５１ｂ 第２シリンダ
５２ａ 第１ピストン
５２ｂ 第２ピストン
５３ａ 第１コネクティングロッド
５３ｂ 第２コネクティングロッド
５４ａ 第１偏心カム
５４ｂ 第２偏心カム
５５ａ，５５ｂ シリンダヘッド
５６ａ，５６ｂ バッファ室
５７ａ，５７ｂ 逆止弁
５８，５９ 配管
６０ 冷却ファン
６１ カバー
６２ カプラ
６３ 減圧弁
６４ 圧力計
６５ 操作パネル
７０ 空気通路
７１ 吸入口
７２ フィルタ
８０ 遠心ファン
８１ ファンケース
８１ａ ベース部材
８１ｂ カバー部材
８２ 吸込み口
８３ 吹出し口
８４ 傾斜面

Claims (7)

1. 往復駆動されるピストンによって空気を圧縮する空気圧縮機であって、
   前記ピストンが往復動可能に収容されたシリンダと、
   閉鎖されたクランク室を備えるクランクケースと、
   回転自在に支持され、前記クランク室を貫通するクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトと前記ピストンとを連結するコネクティングロッドと、
   一端が前記クランク室に連通し、他端が前記シリンダに連通する空気通路と、
   前記クランク室内に空気を加圧供給する加圧供給部材と、を有する、
   空気圧縮機。
2. 前記加圧供給部材が、前記クランク室内に設けられ、前記クランクシャフトと一体に回転するファンである、
   請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記ファンが遠心ファンである、請求項２に記載の空気圧縮機。
4. 前記ファンは、前記クランク室内に設けられたファンケースに収容され、
   前記ファンケースには、前記クランク室の外から導入された空気が吸い込まれる吸込み口と、吸い込まれた空気が前記クランク室に向けて吹き出される吹出し口と、が形成されている、
   請求項２又は３に記載の空気圧縮機。
5. 前記空気通路の前記クランク室に連通する一端と前記ファンケースの前記吹出し口とが、前記クランク室内において前記クランクシャフトを挟んで互いに反対側に位置している、
   請求項４に記載の空気圧縮機。
6. 前記ファンケースに、空気を前記吹出し口に案内する傾斜面が形成されている、
   請求項４又は５に記載の空気圧縮機。
7. 第１ピストンが往復動可能に収容された第１シリンダと、
   第２ピストンが往復動可能に収容された第２シリンダと、
   前記クランクシャフトと前記第１ピストンとを連結する第１コネクティングロッドと、
   前記クランクシャフトと前記第２ピストンとを連結する第２コネクティングロッドと、を有し、
   前記空気通路の一端は前記クランク室に連通し、他端は前記第１シリンダに連通し、
   前記第１シリンダにおいて圧縮された空気が前記第２シリンダに移送されてさらに圧縮される、
   請求項１〜６のいずれかに記載の空気圧縮機。

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