JP2017075576A - タンク一体式流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タンク一体式流体圧縮機において、圧縮機本体が低い位置に配置可能なタンク形状にすることで、タンク一体式流体圧縮機の低重心化を実現することを目的とする。【解決手段】本発明は、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体により圧縮された流体を貯留するタンクと、前記圧縮機本体を駆動するモータとを備え、前記タンクは両端が閉塞された筒状に形成され、上方から見た断面の少なくとも１か所が屈曲した形状であり、前記圧縮機本体の上方から見た断面の少なくとも一部は前記タンクの一端と他端とを結ぶ直線と前記タンクで囲まれる領域内に配置され、前記タンク上端部よりも低い位置に圧縮機本体の一部が配置されることを特徴とするタンク一体式流体圧縮機を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、タンク一体式流体圧縮機に関する。

特許文献１に記載のタンク一体式空気圧縮機は２本の空気タンクを支持部材にて連結し、空気タンクの上に圧縮機本体を配置している。

特開２０１１−１６９３０９号公報

特許文献１に記載しているように、例えば、釘打ちや簡易塗装などに使用される小型のタンク一体式空気圧縮機は、２本の空気タンクを支持部材にて連結し、空気タンクの上に圧縮機本体を配置することが主流となっている。

しかし、圧縮機本体はタンク一体式空気圧縮機の中でも質量が大きいため、空気タンクの上に配置すると重心位置が高くなってしまう。

本発明は、タンク一体式流体圧縮機において、圧縮機本体が低い位置に配置可能なタンク形状にすることで、タンク一体式流体圧縮機の低重心化を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体により圧縮された流体を貯留するタンクと、前記圧縮機本体を駆動するモータとを備え、前記タンクは両端が閉塞された筒状に形成され、上方から見た断面の少なくとも１か所が屈曲した形状であり、前記圧縮機本体の上方から見た断面の少なくとも一部は前記タンクの一端と他端とを結ぶ直線と前記タンクで囲まれる領域内に配置され、前記タンク上端部よりも低い位置に圧縮機本体の一部が配置されることを特徴とするタンク一体式流体圧縮機を提供する。

以上より、本発明によれば、タンク一体式流体圧縮機の低重心化を実現することが可能となる。

本発明の実施例１に係る圧縮機本体の側断面図である。 本発明の実施例１に係る圧縮機本体の側断面図である。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の構造図である。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の構造図である。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の冷却風の流れ方向を示した図である。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の構造図である。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の構造図である。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の冷却風の流れ方向を示した図である。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の空気タンクである。 本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機の構造図である。

以下、本発明のタンク一体式流体圧縮機の例として、空気を圧縮してタンクに貯留するタンク一体式空気圧縮機を、各実施例および添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機において空気を圧縮する圧縮機本体１の構造を、図１及び図２を参照しつつ以下に説明する。

空気等の流体を圧縮する圧縮機本体１は、クランクケース１Ａとクランクケース１Ａに取り付けられたシリンダ１８を備えている。クランクケース１Ａ内にはモータ６のシャフト（回転軸）６Ａが貫通している。

クランクケース１Ａとシリンダ１８によって圧縮機本体１を構成するピストン１３等が覆われている。なお、本実施例では、圧縮機本体１がモータ６と一体に形成され、クランクケース１Ａ内にモータ６が収容されているものを例として説明するが、圧縮機本体１とモータ６とが別体として形成されていてもよい。クランクケース１Ａの一端側にはステータ２が直接固定され、ベアリング３が装着されており、ステータ２の取り付け側と反対側には、ベアリング４が装着された軸受箱５が勘合される構造となっている。また、クランクケース１Ａ内を貫通するシャフト６Ａの中央部にはキー１２を有する。また、シリンダ１８内を往復動し、空気を圧縮するピストン１３に接続された連接棒組１４が、ベアリング１５と偏心したエキセントリック１６を介してバランス１７と共に挿入される。ピストン１３にはピストン１３、シリンダ１８の間をシールするためのピストンリング１３Ａが装着されている。連接棒組１４およびバランス１７は、クランクケース１Ａおよび軸受箱５に装着された２個のベアリング３、４によって両側から支持されている。

圧縮機本体１を駆動するモータ６はステータ２、ベアリング３、シャフト６Ａ、キー７、ロータ８、ワッシャ９を有し、シャフト６Ａの端部には冷却ファン１０が設けられている。また、冷却ファン１０の外周に冷却ファン１０と一体成型されたフライホイールリング２４を設けてもよい。フライホイールリング２４は冷却ファン１０の外周に冷却ファン１０と一体成型された樹脂材、もしくは冷却ファンにインサート成型された金属材の円環物である。シャフト６Ａの一端側にキー７を介してロータ８が装着されている。ロータ８はワッシャ９と冷却ファン１０を取り付けるためのファンシャフト１１によって、軸方向に固定されている。ファンシャフト１１及びワッシャ９は冷却ファン１０にインサート成形してもよい。

冷却ファン１０は冷却風を供給し、圧縮機本体１、モータ６、空気タンク２５などのタンク一体式空気圧縮機の構成要素を冷却する。冷却ファン１０はファンシャフト１１によってシャフト６Ａの端部に設けられ、モータ６によって駆動される。

シリンダ１８は、クランクケース１Ａに取り付けられている。本実施例ではシリンダ１８を２つ設け、一対のシリンダ１８がクランクケースを挟んで互いに対向するように取り付けた。シリンダ１８は、フランジ１９、空気弁２０、通しボルト２２を備える。シリンダヘッド２１クランクケース１Ａにはシリンダ１８を取り付けるためのフランジ１９が設けられており、シリンダ１９、空気弁２０、シリンダヘッド２１が、通しボルト２２によって前記フランジ１９に固定され、圧縮室２３を形成している。

本実施例における圧縮機本体１の動作について説明する。本実施例における圧縮機本体１は前記ロータ８の駆動によりシャフト６Ａが回転すると、エキセントリック１６によって連接棒組１４およびピストン１３が圧縮室２３内を往復運動する。このピストン１３が上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド２１、空気弁２０を通じて圧縮室２３内へ空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を圧縮しつつ、空気弁２０、シリンダヘッド２１を通じて吐き出す構造である。シリンダヘッド２１を通じて吐き出された空気は後述の空気タンク２５に貯留される。本実施例では、一方のシリンダ１８で圧縮した空気をさらに他方のシリンダ１８で圧縮する２段圧縮を行うことにより効率よく空気を圧縮している。

次に、本発明の実施例１に係るタンク一体式空気圧縮機の配置及び冷却について、図３〜９を参照しつつ以下に説明する。

図３、４を用いて、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機の配置について説明する。空気タンク２５は圧縮機本体１により圧縮された空気を貯留する。空気タンク２５は両端が閉塞された筒状に形成されている。空気タンク２５は、立てずに寝かせて配置されている。つまり、一端４２と他端４３が側方を向くように配置されている。上方から見た空気タンク２５の断面はＵ字型（一端４２と他端４３との間に２か所の屈曲部３９を有する形状）に形成されている。また、配管２６は圧縮機本体１で圧縮された空気を空気タンク２５に供給するもので、空気タンク２５の一端４２と他端４３との間のいずれかの位置（例えば２つの屈曲部３９の間）に接続されている。空気タンク２５の間には支持部材２７が設けられ、支持部材２７の上に圧縮機本体１を配置している。減圧弁２８及び２９は貯留した圧縮空気を減圧するものである。例えば、約４ＭＰaまで圧縮された空気を約２．５ＭＰa以下まで減圧する。圧力計３０及び３１は減圧弁２８、２９により減圧された取り出し空気の圧力を表示するものである。空気取り出し口３２及び３３は減圧弁２８、２９により減圧された空気を取り出すものである。継手３４を介し、１つの減圧弁に対し２つの空気取り出し口を設けることで、使い勝手を向上させている。ドレンコック３５は空気タンク２５に貯まったドレンを排出するためのものである。また、逃し弁３６は空気タンク２５の圧力がある一定以上に達した時に安全のために作動する。圧力センサ３７は空気タンク２５内の圧力を確認し、圧力に応じた運転制御に使用するためのものである。空気タンク２５を支持する支持部材としての足３８は空気タンク２５に固定され、樹脂及びゴムで構成されている。この足３８により、圧縮機本体１の動作にて発生する振動によるタンク一体式圧縮機の移動を防止している。以上までが、タンク一体式空気圧縮機の主な構成となる。

特許文献１に記載の従来のタンク一体式空気圧縮機では、２本の空気タンクを支持部材にて連結し、空気タンクの上に質量が大きい圧縮機本体を配置しているため、製品全体の重心が高くなることで振動が大きくなるといった課題があった。

一方、本実施例では、空気タンク２５の形状をＵ字型とすることで、質量の大きい圧縮機本体１を空気タンク２５間に落とし込める構造とした。これにより、地面と設置する足３８に近い位置に圧縮機本体１を配置することができるため、タンク一体式空気圧縮機は低重心となり、振動による製品の移動を防止することができる。尚、圧縮機本体１（およびモータ６）の下端部は、空気タンク２５の上端部よりも下端部（足３８）に近い位置に配置することで低重心とし、振動を低減することが可能となる。

圧縮機本体１（およびモータ６）は、上方から見た断面の少なくとも一部が空気タンク２５の一端４２と他端４３とを結ぶ直線と空気タンク２５とで囲まれる領域内に配置されている。これにより、水平方向のコンパクト化を図っている。一方で、圧縮機本体１（およびモータ６）が上方から見て空気タンク２５と重ならないように配置することで、水平方向のコンパクト化を図りつつ、圧縮機本体１（およびモータ６）を低重心とすることが可能である。

また、空気タンク２５の形状については、図５に示すとおりＵ字型空気タンクの屈曲部３９の角度を９０°としても良いし、図６に示すとおり屈曲部３９の角度αを変えても良い。また、２つの屈曲部３９の角度をそれぞれ異なった値にしてもよい。さらに、空気タンク２５間に落とし込む圧縮機の寸法によって、図７及び図８に示すとおり空気タンク２５の幅Ｄを変えてもよい。前述したように、空気タンク形状を変えることで、空気タンク２５間に落とし込む圧縮機本体１は前述したような水平対向型の二段圧縮機でも良いし、Ｖ型の圧縮機でも単段型の圧縮機でも良い。どの構成においても低重心のタンク一体式空気圧縮機を提供可能である。

また、特許文献１に記載の従来のタンク一体式空気圧縮機では２本の空気タンクの支持部材で連結し、空気タンクの上に圧縮機本体を配置しているため、冷却ファンより発生した冷却風をタンク全体に直接当てることは困難であった。圧縮部にて生成された高温の圧縮空気が空気タンクに貯留されるため、空気タンクも高温になる場合が多い。そのため、効率のよい空気タンクの冷却が課題となっていた。

そこで本実施例では、空気タンク形状をＵ字型とし、圧縮機本体１をＵ字型に形成した空気タンク２５の間に落とし込むことで、シャフト（回転軸）６Ａと空気タンク２５の地面からの距離が近い構成とした。具体的にはシャフト６Ａに設けられた冷却ファンの下端部が空気タンク２５の上端部よりも下端部に近い位置に配置されている。これにより、モータ６の回転により冷却ファン１０にて生成された冷却風を図９のように空気タンク２５に直接当てることが可能になり、空気タンク５を効率よく冷却することができる。なお冷却ファン１０は、空気タンク５の両端の間から空気タンク５の２つの屈曲部３９の間に向く方向に冷却風を発生させることで、空気タンク５を効率よく冷却することができる。

また、特許文献１に記載の従来のタンク一体式空気圧縮機では、２本の空気タンクに蓄圧した圧縮空気を空気タンク間で連通させるために、連通管という配管とその構成部品を用いていた。その連通管及びその構成部品によるタンク一体式空気圧縮機の質量増加、組立工数の増加、材料費の増加が課題となっていた。

一方、本実施例では空気タンク２５の形状をＵ字型にすることで、連通管及びその構成部品を廃止した。これにより、軽量化、組立工数の低減、材料費の低減が可能である。この構成は、従来２本の空気タンクを用いることで空気タンクの容積を確保していたものに対し、１本で同等の空気タンクの容積を確保することが可能である。尚、空気タンクの寸法についても従来機と同等である。

また、特許文献１に記載の従来のタンク一体式空気圧縮機では、２本の空気タンクを支持部材にて連結していたが、この支持部材が質量増加の原因となっていた。

一方、本実施例では空気タンク２５の形状をＵ字型とすることで、従来空気タンクを連結していた支持部材の数を低減することを可能にした。タンク形状をＵ字型にすることで、空気タンク２５の剛性が上がり、従来空気タンク間を連結する際に補強のために用いていた分の支持部材を廃止できる。これにより、タンク一体式空気圧縮機の軽量化を図ることができるとともに、材料費も合わせて下げることができる。

次に、本発明の実施例２に係るタンク一体式空気圧縮機を、主に図１０〜１６を参照しつつ、以下に説明する。本実施例では実施例１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１０に示す通り、本実施例は、実施例１に対し、空気タンク２５の形状をＬ型（一端４２と他端４３との間に１か所の屈曲部４０を有する形状）にしたことを特徴とする。本発明の効果は図１１に示す通り、実施例１と同様に圧縮機本体１（およびモータ６）の下端部を空気タンク５の上端部よりも下端部に近い位置に配置することで、低重心化を実現し、振動低減や製品の移動防止を図ることができる。また、図１２に示すように冷却ファン１０の下端部を空気タンク５の上端部よりも下端部に近い位置に配置することで、空気タンク２５に直接冷却風を当てることができるため、空気タンク２５を効率よく冷却することが可能である。なお冷却ファン１０は、空気タンク５の屈曲部４０と空気タンク５の一端４２（または他端４３）との間に向く方向に冷却風を発生させることで、空気タンク５を効率よく冷却することができる。

本実施例に示すＬ字型の空気タンクはＵ字型の空気タンクと同様に、圧縮機本体１（およびモータ６）は、上方から見た断面の少なくとも一部が空気タンク２５の一端４２と他端４３とを結ぶ直線と空気タンク２５とで囲まれる領域内に配置されている。空気タンク２５の屈曲部４０から圧縮機本体１（およびモータ６）までの距離は、屈曲部４０から一端４２（または他端４３）の距離よりも短くなっている。これにより、水平方向のコンパクト化を図っている。一方で、圧縮機本体１（およびモータ６）が上方から見て空気タンク２５と重ならないように配置することで、水平方向のコンパクト化を図りつつ、圧縮機本体１（およびモータ６）を低重心とすることが可能である。

また、本実施例に示すＬ字型の空気タンクはＵ字型の空気タンクに比べ曲げ部が少ないため、Ｕ字型タンクより材料費、工数を低く製作することができる。

また、Ｌ字型の空気タンク２５の屈曲部４０は図１３のように９０°としても良いし、図１４に示すとおり屈曲部４０の角度αを変えても良い。加えて、図１５に示すとおり、圧縮機の形状や寸法に合わせて空気タンク２５の幅Ｄを変えてもよい。空気タンク２５の上端よりアシ３８側に落とし込む圧縮機は実施例１で述べたような水平対向型の二段圧縮機でも良いし、Ｖ型の圧縮機でも単段型の圧縮機でも良い。どの構成においても低重心のタンク一体式空気圧縮機を提供可能である。

また、図１６に示すとおり、シャフト（回転軸）６Ａを空気タンク２５の胴板中心軸４１に対して傾けた（平行、垂直でない）形で圧縮機本体を配置してもよい。このとき、冷却ファン１０は、空気タンク５の両端の間から空気タンク５の屈曲部４０を向く方向に冷却風を発生させる。これにより、空気タンクの更なる冷却が可能となり、信頼性の向上を図ることができる。

ここまで、本発明の実施例としてシリンダ１８内をピストン１３が往復動する往復動圧縮機を圧縮機本体１の例に挙げて説明してきたが、本発明は往復動圧縮機に限らず、スクロール式流体機械、スクリュー圧縮機など他の流体機械にも適用することができる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、本発明は複数の実施例を組み合わせることによって実施してもよい。

１ 圧縮機本体
１Ａ クランクケース
６ モータ
６Ａ シャフト
１０ 冷却ファン
１３ ピストン
１８ シリンダ
２１ シリンダヘッド
２４ フライホイールリング
２５ 空気タンク
２６ 配管
２７ 支持部材
３５ ドレンコック
３６ 逃がし弁
３７ 圧力センサ
３８ 足
３９ 屈曲部
４０ 屈曲部
４１ 胴板中心軸
４２ 空気タンク一端
４３ 空気タンク他端

Claims (9)

1. 流体を圧縮する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体により圧縮された流体を貯留するタンクと、
   前記タンクは両端が閉塞された筒状に形成され、上方から見た断面の少なくとも１か所が屈曲した形状であり、前記圧縮機本体の上方から見た断面の少なくとも一部は前記タンクの一端と他端とを結ぶ直線と前記タンクで囲まれる領域内に配置され、前記タンク上端部よりも低い位置に圧縮機本体の一部が配置されることを特徴とするタンク一体式流体圧縮機。
2. 前記タンクは上方から見た断面形状が２か所で屈曲していることを特徴する請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機。
3. 前記タンクは上方から見た断面形状が１か所で屈曲していることを特徴する請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機。
4. 前記タンクと前記圧縮機本体は上方から見て重ならずに配置されることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機。
5. 前記圧縮機本体を駆動するモータの回転軸の端部に取り付けられている冷却ファンの下端部は前記空気タンク上端部よりも下端部に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機
6. 前記圧縮機本体の下端は前記タンクの上端よりも前記タンクの下端に近い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機。
7. 前記圧縮機本体で圧縮された流体を前記タンクに供給する配管を設け、前記配管は前記タンクの一端と他端との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式流体圧縮機。
8. 前記圧縮機本体を駆動するモータの回転軸の端部に取り付けられている冷却ファンは、前記タンクの一端と他端との間から２か所の屈曲部の間へ向けて冷却風を供給することを特徴とする請求項２に記載のタンク一体式流体圧縮機。
9. 前記圧縮機本体を駆動するモータの回転軸の端部に取り付けられている冷却ファンは、前記タンクの一端と他端との間から屈曲部へ向けて冷却風を供給することを特徴とする請求項３に記載のタンク一体式流体圧縮機。

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