JP2016075284A - 空気圧縮機の結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン本体の運動抵抗力が減って動作の円滑性が向上する空気圧縮機の結合構造を提供する。
【解決手段】空気圧縮機のメインフレーム１０には、モータ１１及びシリンダー２が固定される。モータ１１が回転すると、シリンダー２内でピストン本体１５のピストンヘッド１６が往復し、圧縮動作により圧縮空気が発生する。シリンダー２と空気貯蔵ユニット６との２つの独立部材が着脱自在に結合され、結合された後に、空気貯蔵ユニット６の内空部６２に形成されたメイン圧力貯蔵チャンバ６９と、シリンダー２の頂壁２１上に設けた円環柱２５の内部空間に形成されたサブ圧力貯蔵チャンバ２４とにより、ピストン本体１５の運動抵抗力が減って動作の円滑性が向上する。
【選択図】図1

Description

本発明は、空気圧縮機の結合構造に関し、特に、空気圧縮機のシリンダーと空気貯蔵ユニットとの２つの独立部材が着脱自在に結合され、結合された後にメイン圧力貯蔵チャンバ及びサブ圧力貯蔵チャンバが形成され、ピストン本体の運動抵抗力が減って動作の円滑性が向上し、シリンダーの中心垂直軸線により分けられた水平方向の開口縁が下方へ延びて斜面筒壁が形成され、ピストンヘッドが下死点に達すると、前記シリンダー内に完全に収容されて滑りが生じることを防ぐことができるため、前記シリンダー内で前記ピストンヘッドが往復して上下直線運動を行う際、ピストンヘッド全体とシリンダー内の円柱状内壁周面との間の気密性を高く維持し、空気圧縮効果を高めて、高い安全性を得る空気圧縮機の結合構造に関する。

従来の空気圧縮機は、基本の伝動部材及び動力源以外に、シリンダーと、圧縮空気を貯蔵する空気貯蔵ユニットと、が含まれなければならず、シリンダーと空気貯蔵ユニットとが一体成形され、シリンダーと空気貯蔵ユニットとが接続される壁には、空気が出入りする空気口が形成され、空気口の空気貯蔵ユニットの底壁上には、バルブプラグが設けられる。バルブプラグの他端には、ばねが当接される。ばねの他端には、空気貯蔵ユニットの開口端にボルトにより固定されたトップカバーが当接される。しかしこのような構造は、ばね及びバルブプラグを空気貯蔵ユニット内へ組立てることが困難である上、空気貯蔵ユニット内の空気圧力がバルブプラグに対して反対方向の圧力を発生させるため、ピストン本体の運動抵抗力が増大して動作の円滑性が好ましくないことがあった。従来の空気圧縮機は、モータによりシリンダー内でピストン本体を往復させて圧縮動作を行い、圧縮された空気がシリンダー頂壁の通気孔を介して空気貯蔵ユニットへ送られた後、空気貯蔵ユニットに設けられたマニホールドからホースを介して気体被注入物へ供給される。従来の空気圧縮機のシリンダー頂壁の厚さは、空気貯蔵ユニットの周壁の厚さに略等しいため、空気圧縮機のピストン本体がシリンダー内で直線運動を行って上死点に達すると、ピストン本体のピストンヘッドの頂平面は、シリンダーの圧縮チャンバの頂壁面に完全に当接され、ピストン本体の上動行程の動作により圧縮空気がシリンダー頂壁の通気孔を介し、シリンダーの圧縮チャンバと連通して排気用途の空気貯蔵ユニットとして用い、空気圧縮機が発生させる圧力が被測定タイヤの設定タイヤ圧より高くなり易い上、圧縮機のピストン本体がシリンダー内で往復運動する速度に直接悪影響を及ぼすため、空気圧縮機の空気圧縮効果を高めることは困難であった。この問題点に鑑み、本発明者は、シリンダーの頂壁及び円環柱内部の通気孔をサブ圧力貯蔵チャンバとして用い、ピストンヘッドの頂端面がシリンダーの圧縮チャンバの頂壁に完全に当接されると、圧縮空気の一部がサブ圧力貯蔵チャンバ内へ進入し、ピストン本体の下動行程の動作の円滑性が向上し、シリンダーの中心垂直軸線により分けられた水平方向の開口縁が下方へ延びて斜面筒壁に形成され、ピストンヘッドが下死点に達しても、摺動して外れずにシリンダー内に完全に収容され、ピストンヘッドがシリンダー内で往復して上下直線運動を行うと、ピストンヘッド全体とシリンダー内の円柱状内周壁面との間の気密性を良好に保ち、圧縮空気効果及び安全性を向上させることができる空気圧縮機を開発した。シリンダーの圧縮チャンバが連通したサブ圧力貯蔵チャンバは、空気圧縮機のピストンヘッドの頂平面がシリンダーの圧縮チャンバの頂壁面に完全に当接されると、圧縮空気の一部がサブ圧力貯蔵チャンバ内に進入してピストン本体の下動行程の円滑性が向上する。

本発明の第１の目的は、空気圧縮機のシリンダー及び空気貯蔵ユニットの２つの独立部材が着脱自在に結合され、結合された後にメイン圧力貯蔵チャンバ及びサブ圧力貯蔵チャンバが形成され、ピストン本体の運動抵抗力が減って動作の円滑性が向上する空気圧縮機の結合構造を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ピストン本体が往復運動するシリンダーを有し、シリンダーは、モータを固定するメインフレームと一体成形され、シリンダーの頂壁には、上方へ延びた円環柱が形成され、円環柱内部には、シリンダーの圧縮チャンバと連通した通気孔が形成され、通気孔はサブ圧力貯蔵チャンバとして用いられる空気圧縮機の結合構造を提供することにある。
本発明の第３の目的は、空気圧縮機に設けたシリンダーは、下方に開口端が設けられた円形開口縁を有し、円形開口縁は、シリンダーの中軸線により分けられ、シリンダーの開口縁は、シリンダーの中軸線により分けられた一方の側辺が水平面に対して平行であり、シリンダーの中軸線により分けられた他方の側辺の開口縁が下方へ延びて斜面筒壁に形成され、斜面筒壁の末端面が傾斜面に形成される空気圧縮機の結合構造を提供することにある。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機を示す分解斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機を示す正面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機内にばねを取り付けたときの状態を示す部分拡大図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のピストン本体がシリンダー内で下動行程を行うときの状態を示す部分断面図である。

図１〜図５を参照する。図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の結合構造は、ピストン本体１５が動作するシリンダー２と、モータ１１を固定するメインフレーム１０とが一体成形されて構成される。メインフレーム１０には、空気圧縮機の動力機構が固定されている。動力機構は、モータ１１と、伝動用途の小歯車１２と、小歯車１２と噛合される大歯車１３と、クランクピン１４を有する重量回転盤１８と、放熱用途の放熱ファン１７とを含む。モータ１１により空気圧縮機の動力機構を駆動し、ピストン本体１５のピストンヘッド１６がシリンダー２の圧縮チャンバ２３内で往復して圧縮動作を行うと、圧縮された空気が通気孔２５０を介して弁体３１を押動してばね３２，３３を圧縮し、圧縮された空気が空気貯蔵ユニット６内に進入する。空気貯蔵ユニット６上には、空気貯蔵ユニット６と連通した複数のマニホールド６３，６４が一体成形され、マニホールド６３には、ホース（図示せず）が接続される。マニホールド６４は、安全バルブ７を設置するために用いられる。

空気圧縮機の円形状外周側部のシリンダー２の頂壁２１に隣接した前後の両側辺には、外方へ延びた長側板６５が水平に延設される。２つの長側板６５の左右両端には、上方へ延びて２つの対をなし、逆Ｌ字状を呈する嵌合クランプ２８１が形成される。嵌合クランプ２８１と長側板２８との間には、収容槽２８２が形成される。シリンダー２は、頂壁２１と、下部に開口端を有する円形開口縁２２とを有する。頂壁２１には、上方へ延びた円環柱２５が形成され、その外周側部には、シールリング２７が嵌合される環状槽２５１が形成され、円環柱２５の内部には、圧縮チャンバ２３と連通した通気孔２５０が形成されている。前述した通気孔２５０の周囲の円環柱２５上には、間隔をおいて複数の凸柱２６が環状に配列され、凸柱２６の内周壁上には、複数のリブ２６１が間隔をおいて突設され、凸柱２６間には間隙２６２（図１を参照する）が形成されている。弁体３１は、同一軸心で異なる寸法を有する円形状の下部段差３１１、中部段差３１２及び上部段差３１３が順次形成されている。弁体３１は、間隔をおいて環状に配列された複数の凸柱２６により形成された内周室２６０が、間隔をおいて配列された複数のリブ２６１中に配設されているため、弁体３１が押動されてもずれることはない。前述のばねには、必要な弾性係数に応じて単数又は複数のばね３２，３３が用いられる。図３及び図５を参照する。ばねには口径が小さめのばね３２が用いられ、その一端は、弁体３１の上部段差３１３の外周に嵌合されて中部段差３１２上に着座されるか、口径が大きめのばね３３の一端が前述の弁体３１の中部段差３１２の外周に嵌合されて下部段差３１１上に着座し、弁体３１の下部段差３１１の直径は、内周室２６０の直径より小さいが通気孔２５０の直径より大きく、通気孔２５０の圧縮空気が凸柱２６間の間隙２６２を介して空気貯蔵ユニット６の内空部６２内に流入する。前述した頂壁２１及び円環柱２５内部に形成された通気孔２５０は、縦向き深さが前述の弁体３１の縦向き厚さより大きく、サブ圧力貯蔵チャンバ２４として用いることができる。以下図４で示された方向で見て、３次元空間の座標により説明する。前述したシリンダー２の底部に形成した開口端の円形開口縁２２は、シリンダー２の中心垂直軸線Ｙにより＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向の水平軸線に分けられる。シリンダー２の開口縁２２は、シリンダー２の中心垂直軸線Ｙにより分けられた＋Ｘ軸方向がＸＺ水平面に対して平行であり、シリンダー２の中心垂直軸線Ｙにより分けられた−Ｘ軸方向の開口縁２２は、下方へ延びて形成された斜面筒壁２２１を有する。斜面筒壁２２１の末端面は、ＸＺ水平面に対して平行な状態ではなく、傾斜面２２２に形成されている。シリンダー２の開口縁２２の傾斜面２２２の最端部の端点と、シリンダー２の開口縁２２の水平面とにより、長さ距離Ｌが形成される（図４参照）。

一端に開口部６１及び内空部６２を有する筒柱状の空気貯蔵ユニット６上には、空気貯蔵ユニット６と連通した複数のマニホールド６３，６４が一体成形される。空気貯蔵ユニット６の開口部６１には、周囲に広がって適宜な厚さを有する平面側板６５が形成され、互いに対向した２つの平面側板６５には、Ｌ字状を呈するドッキングプレート６５１がそれぞれ設けられる。ドッキングプレート６５１と平面側板６５との間には、収容槽６５０が形成される。空気貯蔵ユニット６内の中心部には、下方へ延びた円筒柱６６が延設される。円筒柱６６の長さを調整することによりバルブプラグ３１が閉じる速度を制御する。円筒柱６６が長めであるとき、バルブプラグ３１の上下運動の行程が短くなるため、前述した通気孔２５０が閉じる速度が速くなる。反対に、円筒柱６６が短めであるとき、バルブプラグ３１の上下運動の行程が長くなるため、前述した通気孔２５０が閉じる速度が遅くなる。円筒柱６６の外周には、複数の環状ショルダ６７１，６７２が設けられる。環状ショルダ６７１と円筒柱６６との間には、凹状の環状溝６０が形成される。環状ショルダ６７１と環状ショルダ６７２との間には凹状環状溝６８が形成され、異なる円直径を有する環状溝６０，６８には、異なる円直径を有するばね３２，３３が対応して収容される。例えば、図３のばね３２，３３において、前述の円筒柱６６は、弁体３１上に嵌合されたばね３２の他端に嵌入されて環状溝６０内に着座される。口径が大きめのばね３３は、ばね３２が取り付けられた円筒柱６６の外周に取り付けられ、環状溝６８内に着座する。メイン圧力貯蔵チャンバ６９は、円筒柱６６の内空部６２である。

図１及び図２に示すように、空気貯蔵ユニット６を回転させると、空気貯蔵ユニット６の平面側板６５が嵌合クランプ２８１の収容槽２８２内に速やかに進入され、シリンダー２の長側板２８がドッキングプレート６５１の収容槽６５０内に収容されるため、空気貯蔵ユニット６をシリンダー２に強固に結合させることができる上、空気貯蔵ユニット６及びシリンダー２の２つの部材は着脱自在である。

空気圧縮機のピストン本体１５は、シリンダー２（図３を参照する）内で往復運動する。ピストン本体１５の上動行程において、シリンダー２の圧縮チャンバ２３で発生した圧縮空気が通気孔２５０を介して弁体３１を押動すると、ばね３２，３３が圧縮され、圧縮された空気が前述した複数の凸柱２６間の間隙２６２を介して空気貯蔵ユニット６のメイン圧力貯蔵チャンバ６９内に流入し（図５を参照する）、マニホールド６３のホースを介して気体被注入物に供給される。ピストン本体１５の下動行程は、図６に示すように、ピストンヘッド１６の頂端面とシリンダー２の斜面筒壁２２１の傾斜面２２２とが平行状態となっているため、ピストンヘッド１６が下死点に達したときでも、摺動して外れることはなく、シリンダー２内に完全に収容されているため、ピストンヘッド１６がシリンダー２内で往復して上下直線運動を行う際、ピストンヘッド１６全体とシリンダー２内の円柱状内周壁面２０との気密性を良好に維持し、高い空気圧縮効果及び安全性を得ることができる。

本発明の頂壁２１と、円環柱２５内部の通気孔２５０とをサブ圧力貯蔵チャンバ２４として用いることができるため、ピストン本体１５が上動行程により上死点に達すると、ピストンヘッド１６の頂端面がシリンダー２の圧縮チャンバ２３頂端の頂壁２１に当接されるが（図３を参照する）、サブ圧力貯蔵チャンバ２４の容積が、シリンダー２の圧縮チャンバ２３の容積に等しいため、ピストン本体１５の抵抗力が減って動作の円滑性が向上する上、気体注入過程において気体被注入物の圧力値を安全な範囲に維持し、安全性を確保することができる。

上述したことから分かるように、本発明の空気圧縮機の結合構造、特に、空気圧縮機のシリンダー２及び空気貯蔵ユニット６の２つの独立部材が着脱自在に結合され、結合された後にメイン圧力貯蔵チャンバ６９及びサブ圧力貯蔵チャンバ２４が形成され、ピストン本体１５の運動抵抗力が少なく動作の円滑性が向上するとともに、シリンダー２の中心垂直軸線により分けられた水平方向の開口縁２２を下方へ延ばして斜面筒壁２２１が形成され、ピストンヘッド１６が下死点に達したときでも、摺動して外れることはなく、シリンダー２内に完全に収容されているため、ピストンヘッド１６がシリンダー２内で往復して上下直線運動を行っても、ピストンヘッド１６全体とシリンダー２内の円柱状内周壁面２０との間の気密性が良好に維持され、高い空気圧縮効果及び安全性を得ることができる。

２ シリンダー
６ 空気貯蔵ユニット
７ 安全バルブ
１０ メインフレーム
１１ モータ
１２ 小歯車
１３ 大歯車
１４ クランクピン
１５ ピストン本体
１６ ピストンヘッド
１７ 放熱ファン
１８ 重量回転盤
２０ 内周壁面
２１ 頂壁
２２ 開口縁
２３ 圧縮チャンバ
２４ サブ圧力貯蔵チャンバ
２５ 円環柱
２６ 凸柱
２７ シールリング
２８ 長側板
３１ 弁体
３２ ばね
３３ ばね
６０ 環状溝
６１ 開口部
６２ 内空部
６３ マニホールド
６４ マニホールド
６５ 平面側板
６６ 円筒柱
６８ 環状溝
６９ メイン圧力貯蔵チャンバ
２２１ 斜面筒壁
２２２ 傾斜面
２５０ 通気孔
２５１ 環状槽
２６０ 内周室
２６１ リブ
２６２ 間隙
２８１ 嵌合クランプ
２８２ 収容槽
３１１ 下部段差
３１２ 中部段差
３１３ 上部段差
６５０ 収容槽
６５１ ドッキングプレート
６７１ 環状ショルダ
６７２ 環状ショルダ

Claims (5)

1. 空気圧縮機のメインフレームには、モータ及びシリンダーが固定され、
   前記モータが回転すると、前記シリンダー内でピストン本体のピストンヘッドが往復し、圧縮動作により圧縮空気が発生し、
   前記シリンダーと空気貯蔵ユニットとの２つの独立部材が着脱自在に結合され、結合された後に、前記空気貯蔵ユニットの内空部に形成されたメイン圧力貯蔵チャンバと、前記シリンダーの頂壁上に設けた円環柱の内部空間に形成されたサブ圧力貯蔵チャンバとにより、前記ピストン本体の運動抵抗力が減って動作の円滑性が向上することを特徴とする空気圧縮機の結合構造。
2. 円形状外周側部の前記シリンダーの前記頂壁に隣接した前後の両側辺には、外方へ延びた長側板が水平に延設され、２つの前記長側板の左右両端には、上方へ延びて２つの対をなし、逆Ｌ字状を呈する嵌合クランプが形成され、前記嵌合クランプと前記長側板との間には、収容槽が形成され、
   一端に開口部及び内空部を有する筒柱状の空気貯蔵ユニット上には、前記空気貯蔵ユニットと連通した複数のマニホールドが一体成形され、
   前記空気貯蔵ユニットの前記開口部には、周囲に広がって適宜な厚さを有する平面側板が形成され、互いに対向した２つの前記平面側板には、Ｌ字状を呈するドッキングプレートがそれぞれ設けられ、前記ドッキングプレートと前記平面側板との間には、収容槽が形成され、
   前記空気貯蔵ユニットを回転させると、前記空気貯蔵ユニットの前記平面側板が前記嵌合クランプの前記収容槽内に速やかに進入され、前記シリンダーの前記長側板が前記ドッキングプレートの前記収容槽内に収容されるため、前記空気貯蔵ユニットを前記シリンダーに強固に結合させることができる上、前記空気貯蔵ユニット及び前記シリンダーの２つの部材は着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の結合構造。
3. 前記シリンダーは、頂壁と、下部に開口端を有する円形開口縁とを有し、
   前記頂壁には、上方へ延びた円環柱が形成され、その外周側部には、シールリングが嵌合される環状槽が形成され、前記円環柱の内部には、圧縮チャンバと連通した通気孔が形成され、
   前記通気孔の周囲の前記円環柱上には、間隔をおいて複数の凸柱が環状に配列され、前記凸柱の内周壁上には、複数のリブが間隔をおいて突設され、前記凸柱間には間隙が形成され、
   弁体には、同一軸心で異なる寸法を有する円形状の下部段差、中部段差及び上部段差が順次形成され、
   前記弁体は、間隔をおいて環状に配列された複数の凸柱により形成された内周室が、間隔をおいて配列された複数のリブ中に配設されているため、前記弁体が押動されてもずれることはなく、
   前記ばねには、必要な弾性係数に応じて単数又は複数のばねが用いられ、
   前記ばねには口径が小さめのばねが用いられ、その一端は、前記弁体の前記上部段差の外周に嵌合されて前記中部段差上に着座されるか、口径が大きめの前記ばねの一端が前記弁体の前記中部段差の外周に嵌合されて前記下部段差上に着座し、前記弁体の前記下部段差の直径は、内周室の直径より小さいが前記通気孔の直径より大きく、前記通気孔の圧縮空気が前記凸柱間の間隙を介して前記空気貯蔵ユニットの内空部内に流入し、
   前記頂壁及び前記円環柱内部に形成された前記通気孔は、縦向き深さが前記弁体の縦向き厚さより大きく、前記サブ圧力貯蔵チャンバとして用いられることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機の結合構造。
4. 前記空気貯蔵ユニット内の中心部には、下方へ延びた円筒柱が延設され、前記円筒柱の長さを調整することによりバルブプラグが閉じる速度を制御し、
   前記円筒柱の外周には、複数の環状ショルダが設けられ、前記環状ショルダと前記円筒柱との間には、凹状の環状溝が形成され、前記環状ショルダ間には凹状環状溝が形成され、異なる円直径を有する環状溝には、異なる円直径を有するばねが対応して収容され、
   前記メイン圧力貯蔵チャンバは、前記空気貯蔵ユニットの内空部であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の結合構造。
5. 前記シリンダーの底部に形成した開口端の円形開口縁は、前記シリンダーの中心垂直軸線により分けられ、前記シリンダーの前記開口縁は、前記シリンダーの中心垂直軸線により分けられた一方の側辺は水平面に対して平行であり、前記シリンダーの中心垂直軸線により分けられた他方の側辺の開口縁は、下方へ延びて形成された斜面筒壁を有し、
   前記斜面筒壁の末端面は、水平面に対して平行な状態ではなく、傾斜面に形成され、
   前記シリンダーの前記開口縁の傾斜面の最端部の端点と、前記シリンダーの前記開口縁の水平面とにより、長さ距離が形成されることを特徴とする請求項３に記載の空気圧縮機の結合構造。

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