JP2017133476A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気圧縮機が備える空気タンクの冷却効果を高める。【解決手段】エアコンプレッサ１は、モータ２１を動力源とする圧縮空気生成部２０と、圧縮空気生成部２０の下方に設けられた第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂと、圧縮空気生成部２０の側方に設けられた冷却ファン３０と、を有する。第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂは、それらの中心軸の延在方向がモータ２１の回転シャフト２５の軸線方向と交差するように、回転シャフト２５の下方に配置され、冷却ファン３０は回転シャフト２５の一端に取り付けられる。第１空気タンク１０ａは、第２空気タンク１０ｂよりも前記軸線方向において冷却ファン３０に近接しており、回転シャフト２５から第１空気タンク１０ａまでの最短鉛直距離Ｌ１は、回転シャフト２５から第２空気タンク１０ｂまでの最短鉛直距離Ｌ２よりも長い。【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、圧縮空気生成部と圧縮空気生成部によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクとを備える空気圧縮機に関する。

一般的な空気圧縮機は、圧縮空気生成部と、圧縮空気生成部によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、を有する。圧縮空気生成部は、例えば、動力源と、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、ピストンを往復動可能に収容し、ピストンの往復動に伴って容積が変化するシリンダと、を含む。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り、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。

シリンダ内の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、シリンダ内を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、所定の配管を介して空気タンクに送られ、該空気タンクに貯留される。

圧縮空気生成部はその動作中に熱を発するので、圧縮空気生成部の近傍に配置されている空気タンクおよび空気タンクに貯留されている圧縮空気の温度が上昇する。また、空気が圧縮されると圧縮熱が発生するので、圧縮空気生成部から空気タンクに送られる圧縮空気が持つ熱によっても空気タンクおよび空気タンクに貯留されている圧縮空気の温度が上昇する。このようにして空気タンク内の圧縮空気の温度が上昇すると、熱膨張によって空気タンクの貯留効率が低下する。

そこで、従来の空気圧縮機の多くは、圧縮空気生成部や空気タンクを冷却する冷却ファンを備えている。

特開２０１２−２１１５６７号公報

冷却ファンを大型化すれば、空気タンクおよび空気タンクに貯留されている圧縮空気の冷却効果を容易に高めることができる。しかし、冷却ファンの大型化は空気圧縮機全体の大型化を招き、空気圧縮機の可搬性を低下させる。また、複数の空気タンクを備える空気圧縮機においては、一部の空気タンクによって他の一部の空気タンクに対する冷却風の供給が阻害されることがある。特に、複数の空気タンクが互いに平行に並べられている場合、冷却風の上流側に位置している空気タンクによって下流側に位置している空気タンクに対する冷却風の供給が阻害されることがある。

本発明の目的は、空気圧縮機が備える空気タンクの冷却効果を高めることである。

本発明の空気圧縮機は、電動モータを動力源とする圧縮空気生成部と、前記圧縮空気生成部の下方に設けられた第１空気タンクおよび第２空気タンクと、前記圧縮空気生成部の側方に設けられた冷却ファンと、を有する。前記電動モータは、固定子と、回転子と、前記回転子の両側にそれぞれ突出する回転シャフトと、を含む。前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクは、これらの中心軸の延在方向が前記回転シャフトの軸線方向と交差するように、前記回転シャフトの下方に配置され、前記冷却ファンは、前記回転シャフトの一端に取り付けられる。前記第１空気タンクは、前記第２空気タンクよりも前記軸線方向において前記冷却ファンに近接し、前記回転シャフトから前記第１空気タンクまでの最短鉛直距離は、前記回転シャフトから前記第２空気タンクまでの最短鉛直距離よりも長い。

本発明の一態様では、前記第１空気タンクと前記第２空気タンクの中心軸が互いに平行である。

本発明の他の態様では、前記第１空気タンクの外径が前記第２空気タンクの外径よりも小さい。

本発明の他の態様では、前記第１空気タンクの中心と前記第２空気タンクの中心とは、前記第１空気タンクの中心の方が前記第２空気タンクの中心よりも鉛直方向において低い位置にある。

本発明の他の態様では、前記第１空気タンクの中心と前記第２空気タンクの中心とは、鉛直方向において同じ高さに位置している。

本発明の他の態様では、前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクにそれぞれ設けられた脚部を有し、前記第１空気タンクの鉛直方向最下点から該第１空気タンクに設けられている前記脚部の鉛直方向最下点までの距離と、前記第２空気タンクの鉛直方向最下点から該第２空気タンクに設けられている前記脚部の鉛直方向最下点までの距離と、が等しい。

本発明の他の態様では、前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクは略同一の外径を有する。

本発明によれば、空気圧縮機が備える空気タンクの冷却効果を高めることができる。

エアコンプレッサの外観を示す斜視図である。 空気タンクの外径および位置関係の一例を示す断面図である。 冷却風の流れを模式的に示す断面図である。 空気タンクの外径および位置関係の他の一例を示す断面図である。

以下、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（以下「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。本実施形態に係るエアコンプレッサの用途は特に限定されないが、圧縮空気の圧力によって釘やネジを木材などに打ち込む空気工具に圧縮空気を供給する供給源としての利用に適している。以下、本実施形態に係るエアコンプレッサ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１１（図２）を含む骨格部と、骨格部に連結された互いに平行な第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂと、を有する。以下の説明では、第１空気タンク１０ａを“空気タンク１０ａ”と略称し、第２空気タンク１０ｂを“空気タンク１０ｂ”と略称する場合がある。つまり、第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂとを符号のみで区別する場合がある。

それぞれの空気タンク１０ａ，１０ｂは、円筒形状を有する金属製のタンクであって、所定の耐圧性能を備えている。また、空気タンク１０ａ，１０ｂの両端部下面にはそれぞれ脚部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、エアコンプレッサ１の天頂部にはハンドル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。

図２に示されるように、エアコンプレッサ１の圧縮空気生成部２０は、動力源であるモータ２１と、クランクケース２２と、第１シリンダおよび第２シリンダ（不図示）と、を含む。

モータ２１は、固定子（以下「ステータ２３」）と、ステータ２３の内側に組み込まれた回転子（以下「ロータ２４」）と、ロータ２４と一体化された回転シャフト２５と、ロータ２４の回転位置を検出するホール素子などを有する。つまり、モータ２１はＤＣブラシレスモータであって、半導体スイッチング素子などが搭載された回路基板を含む制御部によってインバータ制御される。モータ２１は、クランクケース２２の外に配置されているが、クランクケース２２のカバーに固定されており、クランクケース２２と一体化されている。

回転シャフト２５は、ロータ２４を貫通してロータ２４の両側にそれぞれ突出している。ロータ２４の一方側に突出している回転シャフト２５の第１突出部２５ａは、クランクケース２２を貫通しており、クランクケース２２に設けられている軸受によって回転自在に支持されている。

圧縮空気生成部２０の一部である第１シリンダおよび第２シリンダは、クランクケース２２の両側に設けられている。第１シリンダと第２シリンダは、回転シャフト２５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シリンダには第１ピストンが往復動可能に収容され、第２シリンダには第２ピストンが往復動可能に収容されている。

回転シャフト２５の回転運動は、コネクティングロッドおよび偏心カムを含む変換機構によって往復運動に変換されて第１ピストン，第２ピストンに伝達される。つまり、エアコンプレッサ１は、モータ２１から出力される回転駆動力を往復駆動力に変換して第１ピストン，第２ピストンに伝達する動力伝達機構を備えている。

第１ピストンが第１シリンダの上室を圧縮する方向に駆動されるとき、第２ピストンは第２シリンダの上室を膨張させる方向に駆動される。一方、第２ピストンが第２シリンダの上室を圧縮する方向に駆動されるとき、第１ピストンは第１シリンダの上室を膨張させる方向に駆動される。

それぞれのシリンダのシリンダヘッドの内側にはバッファ室が設けられている。第１ピストンが第１シリンダ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、第１シリンダの上室とバッファ室との間にある逆止弁が開かれる。すると、第１ピストンによって圧縮された空気は、第１シリンダと第２シリンダとを連通させている第１配管を介して第２シリンダの上室に送られる。

第２ピストンが第２シリンダ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、第２シリンダの上室とバッファ室との間にある逆止弁が開かれる。すると、第２ピストンによって圧縮された空気は、第２シリンダと空気タンク１０ａとを連通させている第２配管を介して空気タンク１０ａに送られ、貯留される。尚、空気タンク１０ａ，１０ｂは第３配管を介して互いに連通している。よって、空気タンク１０ａ，１０ｂ内の圧力は均等に保たれる。

ここで、第１シリンダの上室には外気が導入される。すなわち、第１ピストンは外気を圧縮し、第２ピストンは、第１ピストン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ピストンは１段目の低圧用のピストンであり、第２ピストンは２段目の高圧用のピストンである。また、第１シリンダは１段目の低圧用のシリンダであり、第２シリンダは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ピストンによって１．０[ＭＰａ]前後の圧縮空気を生成し、第２ピストンによって４．０〜４．５[ＭＰａ]程度の圧縮空気を生成する。

図１に示されるように、空気タンク１０ｂの長手方向両端部の上方には、圧縮空気の取り出し口であるカプラが設けられている。具体的には、空気タンク１０ｂの一方の端部の上方にはカプラ１５ａ，１５ｂが設けられており、空気タンク１０ｂの他方の端部の上方にはカプラ１５ｃ，１５ｄが設けられている。さらに、空気タンク１０ｂとカプラ１５ａ，１５ｂとの間には、圧縮空気の圧力を調節する減圧弁１６ａが設けられており、空気タンク１０ｂとカプラ１５ｃ，１５ｄとの間には、圧縮空気の圧力を調節する減圧弁１６ｂが設けられている。減圧弁１６ａ，１６ｂ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１６ａ，１６ｂの近傍に設置されている圧力計１７ａ，１７ｂによって計測され、表示される。

再び図２を参照する。エアコンプレッサ１の運転中には、圧縮空気生成部２０や空気タンク１０ａ，１０ｂの温度が上昇する。そこで、エアコンプレッサ１には冷却ファン３０が設けられている。図示されている圧縮空気生成部２０や冷却ファン３０は、通常はカバー１４（図１）によって覆われている。カバー１４の上面には操作パネル１９が設けられており、この操作パネル１９に設けられている入力部を介して制御部に各種の指令や命令が入力される。

図２に示されるように、上述の冷却ファン３０は回転シャフト２５の一端に取り付けられている。具体的には、冷却ファン３０は、ロータ２４の他方側（第１突出部２５ａと反対側）に突出している第２突出部２５ｂの端部に取り付けられている。つまり、冷却ファン３０は、圧縮空気生成部２０の側方に設けられている。これに対し、空気タンク１０ａ，１０ｂは、圧縮空気生成部２０の下方に設けられている。

具体的には、空気タンク１０ａ，１０ｂは、これらの中心軸の延在方向が回転シャフト２５の軸線方向（図２の紙面左右方向）と交差するように、回転シャフト２５の下方に配置されている。より具体的には、空気タンク１０ａ，１０ｂは、回転シャフト２５の第１突出部２５ａの下方に互いに平行に配置されており、空気タンク１０ａ，１０ｂの中心軸の延在方向と回転シャフト２５の軸線方向とは直交している。換言すれば、回転シャフト２５の第１突出部２５ａは、空気タンク１０ａ，１０ｂの長手方向と直交する方向に伸びている。さらに換言すれば、回転シャフト２５の第１突出部２５ａは、空気タンク１０ａ，１０ｂの配列方向と平行な方向な方向に伸びており、これら空気タンク１０ａ，１０ｂの上方においてこれら空気タンク１０ａ，１０ｂに跨っている。

ここで、第１空気タンク１０ａは、第２空気タンク１０ｂよりも冷却ファン３０に近接している。具体的には、第１空気タンク１０ａは、第２空気タンク１０ｂよりも、回転シャフト２５の軸線方向において冷却ファン３０に近接している。つまり、冷却ファン３０，第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂは、回転シャフト２５の軸線方向に沿ってこの順で並んでいる。

また、第１空気タンク１０ａの外径Ｄ１は、第２空気タンク１０ｂの外径Ｄ２よりも小さい。具体的には、第２空気タンク１０ｂの外径Ｄ２は約１３０ｍｍであり、第１空気タンク１０ａの外径Ｄ１は約１２０ｍｍである。加えて、第１空気タンク１０ａの中心Ｐ１は、第２空気タンク１０ｂの中心Ｐ２よりも鉛直方向において低い位置にある。よって、第１突出部２５ａから第１空気タンク１０ａの外周面までの最短鉛直距離Ｌ１は、第１突出部２５ａから第２空気タンク１０ｂの外周面までの最短鉛直距離Ｌ２よりも長い。換言すれば、第１空気タンク１０ａの鉛直方向最高点Ａ１は、第２空気タンク１０ｂの鉛直方向最高点Ａ２よりも低い位置にある。また、脚部１２の最下端部を通る仮想線から第１空気タンク１０ａの鉛直方向最高点Ａ１まで距離Ｌ３と、同仮想線から第２空気タンク１０ｂの鉛直方向最高点Ａ２まで距離Ｌ４との関係は、Ｌ４＞Ｌ３である。

以上のような第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂの外径差により、隣接している第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂとの間に高低差Ｈが生まれる。この結果、図３に示されるように、圧縮空気生成部２０とその下方にある第１空気タンク１０ａとの間の隙間４０が従来よりも拡大され、圧縮空気生成部２０の側方にある冷却ファン３０から送り出される冷却風が第２空気タンク１０ｂに供給されやすくなる。つまり、第２空気タンク１０ｂに対する冷却風の供給が第１空気タンク１０ａによって阻害されることがなくなり、第２空気タンク１０ｂに対する冷却効果が向上する。

もっとも、第１空気タンク１０ａは第２空気タンク１０ｂよりも小径なので、第１空気タンク１０ａの中心Ｐ１は第２空気タンク１０ｂの中心Ｐ２よりも低い位置にあるが、第１空気タンク１０ａの鉛直方向最下点Ｂ１と第２空気タンク１０ｂの鉛直方向最下点Ｂ２とは同じ高さに位置している。つまり、エアコンプレッサ１を水平面上に載置したとき、水平面から第１空気タンク１０ａの鉛直方向最下点Ｂ１までの距離Ｇ１と水平面から第２空気タンク１０ｂの鉛直方向最下点Ｂ２までの距離Ｇ２とは同一となる。

一方、第１空気タンク１０ａは第２空気タンク１０ｂよりも小径なので、第１空気タンク１０ａの中心Ｐ１と第２空気タンク１０ｂの中心Ｐ２とが鉛直方向において同じ高さに位置していても第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂとの間に高低差Ｈが生じることに変わりはない。つまり、第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂとをそれらの中心Ｐ１，Ｐ２が同じ高さになるように配置しても上記効果は得られる。もっとも、この場合、第１空気タンク１０ａの中心Ｐ１が第２空気タンク１０ｂの中心Ｐ２よりも低くなるように両者を配置した場合に比べて高低差Ｈは若干減少する。

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、図４に示されるように、第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂの外径Ｄ１，Ｄ２を同一または略同一にするとともに、第１空気タンク１０ａを第２空気タンク１０ｂよりも鉛直方向において低い位置に配置した場合にも第１空気タンク１０ａと第２空気タンク１０ｂとの間に高低差Ｈが生まれる。例えば、第１空気タンク１０ａおよび第２空気タンク１０ｂの外径Ｄ１，Ｄ２を１２０ｍｍにするとともに、第１空気タンク１０ａを第２空気タンク１０ｂよりも鉛直方向において１０ｍｍ低い位置に配置した場合、１０ｍｍの高低差Ｈが生まれる。よって、かかる形態においても第２空気タンク１０ｂに対する冷却風の供給が第１空気タンク１０ａによって阻害されることがなくなり、第２空気タンク１０ｂに対する冷却効果が向上する。かかる形態では、水平面から第１空気タンク１０ａの鉛直方向最下点Ｂ１までの距離Ｇ１と水平面から第２空気タンク１０ｂの鉛直方向最下点Ｂ２までの距離Ｇ２との間に差が生じる。よって、第１空気タンク１０ａに設けられる脚部１２の高さと第２空気タンク１０ｂに設けられる脚部１２の高さとを異ならせて、上記の差を吸収することが好ましい。

上記実施形態に係るエアコンプレッサ１は、２組のシリンダおよびピストンを備えた多段式の空気圧縮機であったが、シリンダおよびピストンは１組でも３組以上でもよい。また、本発明が適用される空気圧縮機はレシプロ型のエアコンプレッサに限られず、例えばロータリー型のエアコンプレッサに適用することもできる。

１ エアコンプレッサ
１０ａ 空気タンク（第１空気タンク）
１０ｂ 空気タンク（第２空気タンク）
２０ 圧縮空気生成部
２１ モータ
２２ クランクケース
２３ 固定子（ステータ）
２４ 回転子（ロータ）
２５ 回転シャフト
２５ａ 第１突出部
２５ｂ 第２突出部
３０ 冷却ファン
４０ 隙間
Ａ１，Ａ２ 鉛直方向最高点
Ｂ１，Ｂ２ 鉛直方向最下点
Ｄ１，Ｄ２ 外径
Ｇ１，Ｇ２ 距離
Ｈ 高低差
Ｌ１，Ｌ２ 最短鉛直距離
Ｐ１，Ｐ２ 中心

Claims (7)

1. 電動モータを動力源とする圧縮空気生成部と、前記圧縮空気生成部の下方に設けられた第１空気タンクおよび第２空気タンクと、前記圧縮空気生成部の側方に設けられた冷却ファンと、を有する空気圧縮機であって、
   前記電動モータは、固定子と、回転子と、前記回転子の両側にそれぞれ突出する回転シャフトと、を含み、
   前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクは、これらの中心軸の延在方向が前記回転シャフトの軸線方向と交差するように、前記回転シャフトの下方に配置され、
   前記冷却ファンは、前記回転シャフトの一端に取り付けられ、
   前記第１空気タンクは、前記第２空気タンクよりも前記軸線方向において前記冷却ファンに近接し、
   前記回転シャフトから前記第１空気タンクまでの最短鉛直距離は、前記回転シャフトから前記第２空気タンクまでの最短鉛直距離よりも長い、
   空気圧縮機。
2. 前記第１空気タンクと前記第２空気タンクの中心軸が互いに平行である、
   請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記第１空気タンクの外径が前記第２空気タンクの外径よりも小さい、
   請求項１又は２に記載の空気圧縮機。
4. 前記第１空気タンクの中心と前記第２空気タンクの中心とは、前記第１空気タンクの中心の方が前記第２空気タンクの中心よりも鉛直方向において低い位置にある、
   請求項３に記載の空気圧縮機。
5. 前記第１空気タンクの中心と前記第２空気タンクの中心とは、鉛直方向において同じ高さに位置している、
   請求項３に記載の空気圧縮機。
6. 前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクにそれぞれ設けられた脚部を有し、
   前記第１空気タンクの鉛直方向最下点から該第１空気タンクに設けられている前記脚部の鉛直方向最下点までの距離と、前記第２空気タンクの鉛直方向最下点から該第２空気タンクに設けられている前記脚部の鉛直方向最下点までの距離と、が等しい、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
7. 前記第１空気タンクおよび前記第２空気タンクは略同一の外径を有する、
   請求項１又は２に記載の空気圧縮機。

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