JP2016148335A

JP2016148335A - 空気圧縮機の圧縮筒排気構造

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Publication number: JP2016148335A
Application number: JP2016024282A
Authority: JP
Inventors: 周　文三; Wen San Chou; 文三周
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP3205431U; CN105889032A; KR101817613B1; EP3056732B1; DK3056732T3; TWI570329B; TW201629346A; US10294932B2; PL3056732T3; JP6154501B2; KR20160100243A; EP3056732A1; CN205533117U; CN105889032B; HUE045920T2; US20160237996A1

Abstract

【課題】容易かつ速やかに気体注入速度を高めることができる、空気圧縮機の圧縮筒排気構造を提供する。【解決手段】空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、メインフレーム１１を含む。メインフレーム１１には、モータ１２が固定される。モータ１２により歯車１３が回転されると、圧縮筒２内に設けられたピストン本体１４が歯車１３により連動され、ピストン本体１４が圧縮筒２内で往復運動して圧縮空気が発生し、空気貯蔵ユニット３の空気貯蔵チャンバ内に圧縮空気が進入する。圧縮筒２の頂壁には、複数の排気孔６が形成されている。複数の排気孔６は、孔径がそれぞれ異なる空気孔である。排気孔６には、それぞれ同じ構造を有するバルブ機構が配設されている。バルブ機構は、弁体８及びばね７１により構成され、弁体８の底面面積は、排気孔６の孔径に等しい。【選択図】図２

Description

本発明は、空気圧縮機の圧縮筒排気構造に関し、特に、圧縮筒が複数の孔径の異なる排気孔を有し、空気圧縮機の気体注入の開始から終了までの期間、圧縮筒内のピストン本体が往復圧縮運動を行う際、単位時間当たりの圧縮筒の空気貯蔵チャンバに進入する圧縮空気量が大幅に増える上、異なる孔径を有する排気孔の各弁体の背向圧がそれぞれ異なるため、圧縮された空気により背向圧が小さめの弁体を優先的かつ効果的に押動し、排気孔を介して空気貯蔵チャンバ内に進入し、ピストン本体の動作を円滑にして気体注入効率を高める、空気圧縮機の圧縮筒排気構造に関する。

現段階で使用する空気圧縮機の構造は、基本的に圧縮筒を含む。圧縮筒内のピストン本体が往復運動すると圧縮空気が発生する。発生した圧縮空気が圧縮筒の排気孔を介してバルブ機構を押動し、圧縮空気を貯蔵するもう一つの空間に圧縮空気が進入する。この空間は、例えば、空気貯蔵ユニット（又は空気タンク）内の空間である。空気貯蔵ユニットには、圧縮空気を気体被注入物に送って気体注入する排気口が形成されている。従来の圧縮筒と空気貯蔵ユニットとの間の中間壁には、排気孔が１つのみ形成されている。排気孔の開閉はバルブ機構により制限される。バルブ機構は、弁体及びばねにより構成される。ピストン本体が発生させる圧縮空気は、弁体を押動してばねを圧縮し、圧縮空気が空気貯蔵ユニットの空気貯蔵チャンバに進入する。空気貯蔵チャンバに貯蔵される圧縮空気は、弁体に対して背向力を発生させ、気体注入段階で背向圧により弁体を押圧し、ピストン本体が動作する際に発生する圧縮空気により弁体を押動すると、抵抗力が高くなって円滑でなくなる。ピストン本体が動作するときには、さらに大きな抵抗力が発生するため、気体注入速度が下がり、空気圧縮機のモータが過熱してモータの運転効率が低下し、モータが焼損してしまう虞があった。そのため、従来の空気圧縮機の圧縮筒構造の欠点を改善する技術が求められていた。

本発明の主な目的は、圧縮筒が複数の孔径の異なる排気孔を有し、空気圧縮機の気体注入の開始から終了までの期間、圧縮筒内のピストン本体が往復圧縮運動を行う際、単位時間当たりの圧縮筒の空気貯蔵チャンバに進入する圧縮空気量が大幅に増える、空気圧縮機の圧縮筒排気構造を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、圧縮筒内のピストン本体が往復運動を行う圧縮筒が複数の孔径の異なる排気孔を有し、単位時間当たりの圧縮筒の空気貯蔵チャンバに進入する圧縮空気量が大幅に増える上、異なる孔径を有する排気孔の各弁体の背向圧がそれぞれ異なるため、圧縮された空気により背向圧が小さめの弁体を優先的かつ効果的に押動し、排気孔を介して空気貯蔵チャンバ内に進入し、ピストン本体の動作を円滑にして気体注入効率を高める上、背向圧が小さいためモータの負荷が減り、パワーが小さめのモータに代替することもでき、容易かつ速やかに気体注入速度を高めることができる、空気圧縮機の圧縮筒排気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の圧縮筒排気構造を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造の圧縮筒、バルブ機構、空気貯蔵ユニットを示す分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造の圧縮筒が複数の排気孔を有する状態を示す平面図である。図４は、図３の排気孔上に配設した弁体を示す平面図である。図５は、図３の排気孔上に配設した弁体、ばねを示す平面図である。図６は、図５の係合部によりバルブ機構を固定するときの状態を示す平面図である。図７は、図６の組立てが完成した後、空気貯蔵ユニットにより圧縮筒と結合された状態を示す平面図である。図８は、図１を歯車側から見たところを示す平面図である。図９は、図８の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図１０は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造の空気貯蔵ユニットの嵌合クランプが圧縮筒の環状ショルダに係合されたときの状態を示す斜視図である。図１１は、図１の空気貯蔵ユニットの嵌合クランプが圧縮筒の導入孔に嵌挿され、空気貯蔵ユニットの回転角度を調整するときの状態を示す説明図である。図１２は、本発明の他の実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造の圧縮筒、バルブ機構、空気貯蔵ユニットを示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、メインフレーム１１を含む。メインフレーム１１には、モータ１２が固定されている。モータ１２が歯車１３を回転させると、圧縮筒２内に設けられたピストン本体１４が歯車１３により連動される。ピストン本体１４が圧縮筒２内で往復運動すると圧縮空気が発生し、圧縮空気が空気貯蔵ユニット３内に進入する。勿論、空気貯蔵ユニット３には、発生された圧縮空気が収容される。空気貯蔵ユニット３は、１つ又は複数の排気マニホールドを有する。例えば、マニホールド３１は圧力計３０に接続され、マニホールド３３は、ガス抜き弁３２に接続され、マニホールド３４は、ホース（図示せず）を介して気体被注入物に接続される。

図２〜図７を参照する。図２〜図７に示すように、本発明の圧縮筒２の排気孔は、従来の設計と異なり、圧縮空気を出力する圧縮筒２の界面は、圧縮筒２の頂壁２１でもよく、頂壁２１には、複数の排気孔（本実施形態では排気孔４，５，６である）が形成されている。これら複数の排気孔４，５，６は、孔径が異なる空気孔でもよい（図３を参照する）。例えば、排気孔４の孔径Ｘ、排気孔５の孔径Ｙ、排気孔６の孔径Ｚの関係は、Ｘ＞Ｙ＞Ｚである。前述した排気孔４，５，６は、開いた状態又は閉じた状態であり、各排気孔が属するバルブ機構により制御される。各バルブ機構は、弁体及びばねにより構成される。各弁体の底面面積は、排気孔の孔径に等しい。例えば、大きい孔径を有する排気孔は、それに対応して弁体の底面面積も大きい。即ち、排気孔４に対応する弁体７の底面面積Ａと、排気孔５に対応する弁体８の底面面積Ｂと、排気孔６に対応する弁体９の底面面積Ｃとの関係はＡ＞Ｂ＞Ｃである。前述した排気孔４，５，６は、弁体７，８，９によりそれぞれ封止される（図４を参照する）。ばね７１，８１，９１は、弁体７，８，９上にそれぞれ着座される（図５を参照する）。係合部１５は、圧縮筒２の頂端に設けられた環状ショルダ２２上に係合され（図６を参照する）、係合部１５上の弾性ピン１６が環状ショルダ２２に形成されたスナップ孔２３に係合され、係合部１５に設けた互いに離間した３本のコラム１５２，１５３，１５４を前述したばね７１，８１，９１の他端に嵌挿し、３本のコラム１５２，１５３，１５４の末端を僅かな距離で離して前述した弁体７，８，９上に設け、弁体７，８，９が開閉動作を行う際の高さを制御して圧縮空気の吸気量を調整する。また、前述した弁体７，８，９がばね７１，８１，９１の付勢力により排気孔４，５，６を完全に閉じると、空気貯蔵ユニット３は圧縮筒２と一体結合される。また、圧縮筒２の頂端周辺には、環状凸部２４が設けられる。環状凸部２４には、互いに対をなす２つの導入孔２５が形成されている。空気貯蔵ユニット３は、嵌合クランプ３５を有し、嵌合クランプ３５をまず導入孔２５に嵌挿させるが、結合動作の初期状態は図１に示す通りである。その後、空気貯蔵ユニット３を回転させると嵌合クランプ３５が環状凸部２４に係合され、空気貯蔵ユニット３が圧縮筒２上に位置決めされる（図１０を参照する）。このように空気貯蔵ユニット３は、圧縮筒２に対して自由な角度で取り付け、図１１に示すように、メーカーは設計の必要に応じて結合する角度を調整することができるため、実用的かつ便利である。

図８及び図９を参照する。図８及び図９に示すように、ピストン本体１４が圧縮筒２内で往復運動して発生する圧縮空気により、孔径がそれぞれ異なる排気孔４，５，６上の弁体７，８，９が押動されてばね７１，８１，９１が圧縮し、圧縮空気が排気孔４，５，６を介して空気貯蔵ユニット３の空気貯蔵チャンバ３６内に進入する。圧縮筒２のピストン本体１４は、動作の開始から終了までの期間、初期の気体注入段階で発生する圧縮空気は、排気孔４，５，６を介して空気貯蔵チャンバ３６内に速やかに進入し、単位時間当たりの圧縮筒の空気貯蔵ユニットに進入する圧縮空気量が増大する。中後期の気体注入段階に達すると、すでに有る大量の圧縮空気が空気貯蔵チャンバ３６内に進入し、空気貯蔵チャンバ３６内の圧縮空気が弁体７，８，９に対して反作用力を発生させるが、このことを本明細書では「背向圧」と表す。このような背向圧の現象は、弁体７，８，９の開放を抑制することができ、ピストン本体１４が圧縮空気を押動する際に発生する抵抗力がより大きくなることを意味するが、本発明は異なる孔径を有する排気孔４，５，６と、それに対応した異なる孔径を有する弁体７，８，９とを組み合わせ、空気貯蔵チャンバ３６内の背向圧により異なる底面面積の弁体７，８，９が受ける圧力が異なり、異なる孔径を有する排気孔の各弁体は背向圧も異なるため、圧縮された空気により背向圧が小さめの弁体を優先的かつ効果的に押動し、力を受ける小さめの面積の弁体９により圧縮筒２内に継続して発生する圧縮空気が空気貯蔵チャンバ３６内に進入し、ピストン本体１４の動作は、圧縮空気を送り込む際の抵抗力が小さいため、全体的にピストン本体１４の動作が円滑かつ効率的となり、背向圧が減少してモータの負担が減るため、パワーが小さめのモータで代替してもよい。このように、本発明の空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、気体注入速度を容易かつ速やかに高めることができる。

弁体７，８，９の昇降軌跡を安定させるために、排気孔４，５，６に位置する圧縮筒２の頂壁上には、画成リブ４１，５１，６１が設けられ、弁体７，８，９は、画成リブ４１，５１，６１により画成された軌跡内に位置する。これら画成リブ４１，５１，６１の構造及び弁体７，８，９の状態は図２、図３、図４及び図５で表す。

図１２を参照する。図１２に示すように、本発明の他の実施形態に係る空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、円径がそれぞれ異なるＯリング４２，５２，６２が排気孔４，５，６に嵌挿され、弁体７，８，９がＯリング４２，５２，６２上に配設される。ばね７１，８１，９１の一端は、弁体７，８，９に当接され、ばね７１，８１，９１の他端は係合部１５に当接され、全体のバルブ機構が強固に位置決めされる。このような設計方式は、画成リブ４１，５１，６１の構造を有さないが、Ｏリング４２，５２，６２と、弁体７，８，９と、ばね７１，８１，９１との組合せにより、気密効果を高めて圧縮空気が漏れることを防ぐことができる。

上述したことから分かるように、空気圧縮機の圧縮筒と空気貯蔵ユニットとの間の中間壁上に排気孔が１つだけ形成されていた従来技術と異なり、本発明の空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、圧縮筒２の頂壁２１にそれぞれ孔径が異なる複数の排気孔４，５，６と、それらに対応するように孔径が異なる弁体７，８，９とが組み合わされ、単位時間当たりの圧縮筒２の空気貯蔵チャンバ３６の進入する圧縮空気量が増大する上、孔径が異なる排気孔４，５，６の各弁体７，８，９の背向圧が異なるため、圧縮空気により背向圧が小さめの弁体９を優先的かつ効果的に押動し、排気孔６を介して空気貯蔵チャンバ３６内に進入し、ピストン本体１４の動作が円滑となり、気体注入の効率が高まり、背向圧の減少によりモータの負荷も減るため、小さめのパワーを有するモータで代替することもできる。このように、本発明の空気圧縮機の圧縮筒排気構造は、気体注入速度を容易かつ速やかに高めるため、本発明は進歩性を備えて実用的である。

２圧縮筒
３空気貯蔵ユニット
４排気孔
５排気孔
６排気孔
７弁体
８弁体
９弁体
１１メインフレーム
１２モータ
１３歯車
１４ピストン本体
１５係合部
１６弾性ピン
２１頂壁
２２環状ショルダ
２３スナップ孔
２４環状凸部
２５導入孔
３０圧力計
３１マニホールド
３２ガス抜き弁
３３マニホールド
３４マニホールド
３５嵌合クランプ
３６空気貯蔵チャンバ
４１画成リブ
４２Ｏリング
５１画成リブ
５２Ｏリング
６１画成リブ
６２Ｏリング
７１ばね
８１ばね
９１ばね
１５２コラム
１５３コラム
１５４コラム

Claims

メインフレームを含む空気圧縮機の圧縮筒排気構造であって、
前記メインフレームには、モータが固定され、
前記モータにより歯車が回転されると、圧縮筒内に設けられたピストン本体が歯車により連動され、前記ピストン本体が前記圧縮筒内で往復運動して圧縮空気が発生し、空気貯蔵ユニットの空気貯蔵チャンバ内に圧縮空気が進入し、
前記圧縮筒の頂壁には、複数の排気孔が形成されていることを特徴とする空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記複数の排気孔は、孔径がそれぞれ異なる空気孔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圧縮筒排気構造。
前記排気孔の孔径はＸ＞Ｙ＞Ｚであることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記排気孔には、それぞれ同じ構造を有するバルブ機構が配設され、
前記バルブ機構は、弁体及びばねにより構成され、前記弁体の底面面積は、前記排気孔の孔径に等しく、
前記排気孔は、前記弁体によりそれぞれ封止されることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記圧縮筒の頂端には、環状ショルダが設けられ、
前記環状ショルダには、互いに対をなす２つのスナップ孔が形成され、
ばねの一端は、弁体に嵌挿され、
前記環状ショルダの前記スナップ孔には、係合部上の弾性ピンが係合され、
前記係合部に互いに間隔をあけて設けられた３本のコラムが前記ばねの他端に嵌挿され、前記３本のコラムの末端は、僅かに離れるように前記弁体上に位置し、前記弁体が行う開閉動作の上昇高さを制限して圧縮空気の吸気量を制御し、前記弁体が前記ばねの付勢力により前記排気孔が完全に閉じられることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記弁体の底面面積は、前記排気孔の孔径の大きさに等しく、前記排気孔の孔径が大きい場合、前記弁体の底面面積も大きくなり、
孔径Ｘの排気孔に対応する前記弁体の底面面積Ａと、孔径Ｙの排気孔に対応する前記弁体の底面面積Ｂと、孔径Ｚの排気孔に対応する前記弁体の底面面積Ｃとの関係はＡ＞Ｂ＞Ｃであることを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記圧縮筒の頂壁には、前記排気孔に対応するように画成リブが設けられ、
前記弁体は、前記画成リブにより画成された軌跡内に位置することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記圧縮筒の頂端周辺には、環状凸部が設けられ、
前記環状凸部には、互いに対をなす２つの導入孔が形成され、
前記空気貯蔵ユニットは、前記導入孔に嵌挿させる嵌合クランプを有するとともに、自在に回転して位置決め角度を決定し、前記空気貯蔵ユニットと前記圧縮筒とが結合されて一体成形されることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。
前記複数の排気孔には、バルブ機構が配設され、
前記バルブ機構は、弁体、Ｏリング、ばねを含み、
前記Ｏリングは、前記排気孔上に配設され、
前記弁体は、前記Ｏリング上に配設され、
前記ばねは、前記弁体に当接され、
前記弁体により前記排気孔がそれぞれ封止されることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機の圧縮筒排気構造。