JP2019152107A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体を１段階で圧縮する気体圧縮機よりも高圧の圧縮気体を得られ、かつ、気体を２段階に圧縮する気体圧縮機よりも小型化が可能な、気体圧縮機を提供する。【解決手段】回転部材４０と、回転部材４０の回転力で作動し、気体を圧縮する圧縮部１３と、を備えた気体圧縮機であって、圧縮部１３は、回転部材４０の回転力で作動する作動部材５７と、作動部材５７を作動可能に収容するケース２８，５５と、ケース２８，５５内に設けられ、かつ、作動部材５７により隔てられた第１圧縮室４６及び第２圧縮室６１と、第１圧縮室４６と第２圧縮室６１とを接続する通気路６２，６４，６５，６６と、第１圧縮室４６と第２圧縮室６１との間に配置した逆止弁６８と、を有し、第１圧縮室４６は、作動部材５７が作動すると気体を吸入及び圧縮して吐出し、第２圧縮室６１は、作動部材５７が作動すると、第１圧縮室４６から吐出された気体を吸入及び圧縮して吐出する。【選択図】図７Ａ

Description

本発明は、回転部材と、回転部材の回転力で作動して気体を圧縮する作動部材と、を備えた気体圧縮機に関する。

回転部材と、回転部材の回転力で作動して気体を圧縮する作動部材と、を備えた気体圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された気体圧縮機は空気圧縮機であり、その空気圧縮機は、電動モータ、ケース、第１圧縮部及び第２圧縮部を有する。第１圧縮部は、第１シリンダ、作動部材としての第１ピストン、第１コネクティングロッド及び第１圧縮室を有する。第２圧縮部は、第２シリンダ、作動部材としての第２ピストン、第２コネクティングロッド及び第２圧縮室を有する。

第１ピストンが第１シリンダ内に設けられ、第２ピストンが第２シリンダ内に設けられている。電動モータは回転部材を有し、回転部材はケース内に配置されている。第１コネクティングロッド及び第２コネクティングロッドが、回転部材に連結されている。第１コネクティングロッドは第１ピストンに対して回動可能に連結され、第２コネクティングロッドは第２ピストンに対して回動可能に連結されている。第１シリンダ内に第１圧縮室が形成され、第２シリンダ内に第２圧縮室が形成されている。第１圧縮室と第２圧縮室とを接続する送気管が設けられている。

特許文献１に記載された空気圧縮機は、電動モータの回転部材が回転すると第１ピストンが第１シリンダ内で往復し、第２ピストンが第２シリンダ内で往復する。このため、第１圧縮室に空気が吸入され、かつ、第１圧縮室で空気が圧縮される。第１圧縮室から吐出された空気は、送気管を通って第２圧縮室に送られる。第２圧縮室は空気を更に圧縮する。

特開２０１６−２１１３８０号公報

特許文献１に記載されている気体圧縮機は、気体を第１圧縮部及び第２圧縮部の２段階に圧縮するため、気体を１段階で圧縮する気体圧縮機よりも、高圧の圧縮気体を得ることができる。本願発明者は、気体を２段階で圧縮する気体圧縮機は、気体を１段階で圧縮する気体圧縮機に比べて、全体が大型化するという課題を認識した。

本発明の目的は、気体を１段階で圧縮する気体圧縮機よりも高圧の圧縮気体を得られ、かつ、気体を２段階で圧縮する気体圧縮機よりも小型化することの可能な、気体圧縮機を提供することである。

一実施形態の気体圧縮機は、回転部材と、前記回転部材の回転力で作動して気体を圧縮する圧縮部と、を備えた気体圧縮機であって、前記圧縮部は、前記回転部材の回転力で作動する作動部材と、前記作動部材を作動可能に収容するケースと、前記ケース内に設けられ、かつ、前記作動部材により隔てられた第１圧縮室及び第２圧縮室と、前記第１圧縮室内と前記第２圧縮室とを接続する通気路と、を有し、前記第１圧縮室は、前記作動部材が作動すると前記気体を吸入及び圧縮して吐出し、前記第２圧縮室は、前記作動部材が作動すると、前記第１圧縮室から吐出された前記気体を吸入及び圧縮して吐出する。

一実施形態の気体圧縮機は、気体を第１圧縮室及び第２圧縮室で２段階で圧縮するため、気体を１段階で圧縮する気体圧縮機よりも高圧の圧縮気体を得ることができる。また、気体を２段階に圧縮する気体圧縮機よりも小型化することが可能である。

本発明の気体圧縮機に含まれるいくつかの実施形態のうち、代表的な空気圧縮機の実施形態１の外観を示す正面図である。 図１の空気圧縮機の外観を示す右側面図である。 図１の空気圧縮機の一部を切り欠いた平面図である。 図１の空気圧縮機の構造の一部を示す正面図である。 図１の空気圧縮機に設けたタンクの配置例を示す正面図である。 図１の空気圧縮機の部分的な平面断面図である。 図１の空気圧縮機に設けた圧縮部であり、ピストンが上死点に位置する状態の縦断面図である。 図１の空気圧縮機に設けた圧縮部であり、ピストンが上死点から下死点に向けて作動している状態の縦断面図である。 図１の空気圧縮機に設けた圧縮部であり、ピストンが下死点に位置する状態の縦断面図である。 図１の空気圧縮機に設けた圧縮部であり、ピストンが下死点から上死点に向けて作動している状態の縦断面図である。 空気圧縮機の実施形態２を示す縦断面図である。 図８Ａの部分的な縦断面図である。 空気圧縮機の実施形態３を示す縦断面図である。 空気圧縮機の実施形態４を示す縦断面図である。 図１０Ａの部分的な縦断面図である。 空気圧縮機の第１圧縮室の圧力変化の一例、及び第２圧縮室の圧力変化の一例を示すグラフ図である。

以下、本発明の気体圧縮機に含まれるいくつかの実施形態のうち、代表的な空気圧縮機の実施形態を、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
空気圧縮機の実施形態１は、図１、図２、図３、図４、図５及び図６に示されている。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付してある。

空気圧縮機１０は、枠部材１１、電動モータ１２、圧縮部１３及びタンク１４を有する。枠部材１１は、金属または合成樹脂の単独で形成されるか、あるいは金属と合成樹脂の組み合わせにより形成されている。枠部材１１は、２つのエンド部１５，１６、接続部１７を有する。接続部１７は、エンド部１５とエンド部１６とを接続している。図１及び図４のように、エンド部１５，１６の外周部１１３の形状は、空気圧縮機１０の正面視で共に略三角形である。つまり、外周部１１３は、３つの長辺１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃを有する。接続部１７は３つ設けられ、略三角形のエンド部１５，１６のそれぞれの頂点に相当する箇所同士を接続している。エンド部１５，１６同士は互いに平行であり、かつ、接続部１７同士は互いに平行である。空気圧縮機１０の正面視の意味は、後述する。

枠部材１１は、弾性部材５０を介してユニット５１を支持している。弾性部材５０は、一例として合成ゴムである。ユニット５１は、支持部材７７、モータハウジング２１、クランクケース２８、減速機カバー２９、圧縮部１３及びタンク１４を有する。支持部材７７は、モータハウジング２１、クランクケース２８、減速機カバー２９、圧縮部１３及びタンク１４を支持する要素である。支持部材７７は、一例として、金属製または合成樹脂製である。支持部材７７は、プレート形状またはフレーム形状の何れでもよい。

図１のように、エンド部１５の内側にカバー１８が設けられている。カバー１８は、一例として金属製または合成樹脂製である。カバー１８を厚さ方向に貫通する吸気口１９が、複数設けられている。エンド部１５，１６同士の間にカバー２０が設けられている。カバー２０は、一例として金属製または合成樹脂製である。タッチパネル４９がカバー２０に設けられている。タッチパネル４９は、作業者によって操作可能な操作部及び表示部を有する。

表示部は、空気圧縮機の状態、操作部における操作内容、を作業者に告知する。表示部は、一例として液晶ディスプレイを含む。作業者が操作部を操作すると、電源のオン・オフ切り替え、モード切り替え、表示部における表示内容の切り替え、などを行うことが可能である。表示部は、タンク１４内の空気圧、タンク１４から外部に送られる圧縮空気の圧力、運転モード、電動モータに印加される電圧、時刻、空気圧縮機の周囲の温度、などを表示する。

図４および図５に示す空気圧縮機１０の正面視で、電動モータ１２、圧縮部１３及びタンク１４は、エンド部１５，１６の外周部１１３よりも内側に配置されている。枠部材１１は、モータハウジング２１を支持している。図６のように、電動モータ１２は、モータハウジング２１の内部４８に配置、つまり、収容されている。モータハウジング２１は筒形状である。モータハウジング２１は一例として金属製、または合成樹脂製である。モータハウジング２１は、図示しない通気路を有し、モータハウジング２１の内部４８は、通気路を介して、モータハウジング２１の外部Ｅ１につながっている。

電動モータ１２は、ステータ２２及びロータ２３を有する。ステータ２２はモータハウジング２１内で回転しないように設けられている。ステータ２２は電流が流れるコイル２４を有する。電動モータ１２は、ブラシレスモータである。基板２５がモータハウジング２１の内部４８に設けられ、コイル２４は基板２５に接続されている。基板２５は、電線２６及びインバータ回路を介して電源に接続される。

ロータ２３は駆動軸２７に固定されている。図３及び図６のように、モータハウジング２１にクランクケース２８が固定され、クランクケース２８に減速機カバー２９が固定されている。クランクケース２８は一例として金属製であり、減速機カバー２９は一例として金属製である。クランクケース２８の一部は、モータハウジング２１と減速機カバー２９との間に配置されている。クランクケース２８は軸受３０を支持し、モータハウジング２１は軸受３１を支持している。軸受３０，３１は駆動軸２７を中心線Ａ１を中心として回転可能に支持している。

ロータ２３及びステータ２２は、中心線Ａ１方向で軸受３０と軸受３１との間に配置されている。中心線Ａ１方向において、ロータ２３の配置範囲の少なくとも一部と、ステータ２２の配置範囲の少なくとも一部とが重なっている。ファン３２が駆動軸２７に取り付けられている。ファン３２は、中心線Ａ１方向で軸受３０と電動モータ１２との間に配置されている。

駆動軸２７の中心線Ａ１方向の一部は、クランクケース２８の内部に配置されている。駆動軸２７においてクランクケース２８の内部に配置された箇所に、プーリ３３が取り付けられている。回転軸３４が、クランクケース２８の内部及び減速機カバー２９の内部４７に亘って設けられている。クランクケース２８は軸受３５を支持し、軸受３５は回転軸３４を中心線Ａ２を中心として回転可能に支持している。回転軸３４に第１プーリ３６及び第２プーリ３７が取り付けられている。第１プーリ３６の外径は、プーリ３３の外径よりも大きく、環状のベルト３８が、プーリ３３及び第１プーリ３６に巻き掛けられている。プーリ３３、第１プーリ３６及びベルト３８は、第１減速部３９を構成する。

クランクシャフト４０が、クランクケース２８の内部及び減速機カバー２９の内部４７に亘って設けられている。クランクケース２８は、軸受４１，４２を支持しており、軸受４２，４２はクランクシャフト４０を中心線Ａ３を中心として回転可能に支持している。バランサ５８がクランクシャフト４０に取り付けられ、クランクピン５９がバランサ５８に取り付けられている。クランクピン５９は、中心線Ａ３から偏心した位置に配置されている。クランクケース２８の内部に第１圧縮室４６が形成されている。クランクシャフト４０の少なくとも一部、コネクティングロッド６０、クランクピン５９は、第１圧縮室４６に配置されている。第１圧縮室４６は、シリンダ５５の内部につながっている。軸受４２は、シール部材を有している。シール部材は、第１圧縮室４６を気密にシールする。

図６及び図７に示すように、隔壁５２が、モータハウジング２１とクランクケース２８との間に設けられている。隔壁５２は、第１圧縮室４６と内部４８とを仕切る要素であり、隔壁５２は通気孔５３を有する。モータハウジング２１は、通気路１１０を有する。内部４８は、通気路１１０、通気孔５３を介して第１圧縮室４６につながっている。リードバルブ５４が、第１圧縮室４６に設けられている。リードバルブ５４は、内部４８の空気が、通気路１１０及び通気孔５３を経由して第１圧縮室４６に流れることを許容し、かつ、第１圧縮室４６の空気が、通気孔路５３及び通気路１１０を経由して内部４８に流れることを阻止する逆止弁である。

空気圧縮機１０の平面視で、中心線Ａ１と中心線Ａ２と中心線Ａ３とが、平行に配置されている。空気圧縮機１０の平面視で、中心線Ａ３は、中心線Ａ１と中心線Ａ２との間に配置されている。図４に示すように、空気圧縮機１０を水平な床Ｂ１に置いた状態で、３つの中心線Ａ１，Ａ２，Ａ３は、鉛直方向で略同じ高さに位置する。

プーリ４３がクランクシャフト４０に取り付けられている。プーリ４３の外径は、第２プーリ３７の外径よりも大きい。環状のベルト４４が、第２プーリ３７及びプーリ４３に巻き掛けらている。第２プーリ３７、プーリ４３及びベルト４４は、第２減速部４５を構成する。空気圧縮機１０を中心線Ａ１，Ａ２，Ａ３に対して垂直な平面内で視ることが、本開示における空気圧縮機１０の正面視である。図４に示すように空気圧縮機１０を床Ｂ１に置いた状態で、空気圧縮機１０を上から視ることが、本開示における空気圧縮機１０の平面視である。そして、図４のように空気圧縮機１０を正面視すると、第２減速部４５は、ベルト３８の内側の空間に配置されている。また、図６のように空気圧縮機１０を平面断面視すると、ベルト３８は、中心線Ａ３方向でベルト４４とファン３２との間に配置されている。

圧縮部１３は、シリンダ５５、シリンダヘッド５６、ピストン５７及びクランクケース２８を有する。シリンダ５５は、一例として金属製であり、かつ、筒形状である。シリンダ５５はクランクケース２８に固定されている。バランサ５８がクランクシャフト４０に取り付けられ、クランクピン５９がバランサ５８に取り付けられている。クランクピン５９は、中心線Ａ３から偏心した位置に配置されている。コネクティングロッド６０が設けられ、コネクティングロッド６０は、クランクピン５９とピストン５７とを連結している。ピストン５７は円柱形状であり、シリンダ５５内で中心線Ｃ１方向に往復作動可能である。中心線Ｃ１は、シリンダ５５の中心である。

弁座７１が、シリンダ５５とシリンダヘッド５６との間に設けられている。弁座７１は、一例として金属製である。シリンダ５５内でピストン５７と弁座７１との間に第２圧縮室６１が形成されている。ピストン５７は、クランクケース２８の第１圧縮室４６と、第２圧縮室６１とを気密に隔てている。

シリンダヘッド５６と弁座７１との間に、中継室６２及び排気室６３が設けられている。弁座７１は、第２圧縮室６１と、中継室６２及び排気室６３とを隔てる隔壁である。シリンダ５５は第１通気路６４を有し、弁座７１は、第２通気路６５、第３通気路６６及び第４通気路６７を有する。クランクケース２８の第１圧縮室４６は、第１通気路６４及び第２通気路６５を介して中継室６２につながっている。中継室６２は、第３通気路６６を介して第２圧縮室６１につながる。

リードバルブ６８が、第２圧縮室６１に設けられている。リードバルブ６８は、中継室６２の空気が、第３通気路６６を経由して第２圧縮室６１に流れることを許容し、かつ、第２圧縮室６１の空気が、第３通気路６６を経由して中継室６２に流れることを阻止する逆止弁である。

第２圧縮室６１は、第４通気路６７を介して排気室６３につながる。リードバルブ６９が、排気室６３に設けられている。リードバルブ６９は、第２圧縮室６１の空気が、第４通気路６７を経由して排気室６３に流れることを許容し、かつ、排気室６３の空気が、第４通気路６７を経由して第２圧縮室６１に流れることを阻止する逆止弁である。

通気管７０が設けられている。通気管７０は、排気室６３とタンク１４の内部とを接続する。通気管７０は、一例としてフレキシブルホースを用いる。フレキシブルホースは、湾曲形状を任意に変更可能である。図３及び図５のように、タンク１４にリリーフバルブ７２が設けられている。タンク１４内の空気圧が所定値未満では、リリーフバルブ７２が閉じられている。タンク１４内の空気圧が所定値以上になると、リリーフバルブ７２が開き、タンク１４内の圧縮空気をタンク１４の外部に排出する。

タンク１４は、減圧弁７３を介して供給管７４に接続されている。減圧弁７３にレギュレータハンドル７６が設けられている。作業者がレギュレータハンドル７６を操作して減圧弁７３の減圧程度を調整する。減圧弁７３は、タンク１４から供給管７４に吐出される空気の圧力を調整、具体的には減圧する。エアソケット７５が供給管７４に取り付けられている。エアソケット７５は、エアホースに取り付け及び取り外しが可能である。エアソケット７５は、エアホースを介して作業機に接続される。

制御部７８が支持部材７７に設けられている。制御部７８は、制御基板に、入力インタフェース、出力インタフェース、記憶装置、演算処理装置を設けたマイクロコンピュータである。制御部７８は、電力ケーブルを介して電源に接続される。タッチパネル４９は、電線及び信号線を介して制御部７８に接続されている。空気圧縮機１０は、タンク１４内の圧力を検出するセンサ、減圧弁７３で調整された空気圧を検出するセンサ、気温を検出するセンサ、電源の電圧を検出するセンサを有する。これらのセンサから出力される信号は、制御部７８に入力される。

作業者は、タッチパネル４９を操作して電源スイッチをオンし、かつ、運転モードを選択する。運転モードに応じてタンク１４内の空気圧が設定される。電源の電流が電動モータ１２に供給され、電動モータ１２の駆動軸２７が回転する。駆動軸２７の回転力は、第１減速部３９及び第２減速部４５を経由してクランクシャフト４０に伝達される。第１減速部３９は、駆動軸２７の回転力を回転軸３４に伝達する際、駆動軸２７の回転速度に対して回転軸３４の回転速度を低速とすることで、回転力を増幅する。第２減速部４５は、回転軸３４の回転力をクランクシャフト４０に伝達する際、回転軸３４の回転速度に対してクランクシャフト４０の回転速度を低速とすることで、回転力を増幅する。

クランクシャフト４０が回転すると、ピストン５７はシリンダ５５内で往復作動する。圧縮部１３の作動を、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄを参照して説明する。便宜上、ピストン５７が図７Ａに示す上死点にある位置から、クランクシャフト４０が反時計回りに回転する例を説明する。ピストン５７の上死点は、ピストン５７が中心線Ｃ１方向で、弁座７１に最も近づいた位置である。

ピストン５７が、図７Ａに示す上死点から、図７Ｂのように、ピストン５７が下死点に向けて作動する。ピストン５７が弁座７１から離れる向きに作動すると、第１圧縮室４６で空気が圧縮され、リードバルブ５４は導入路５３を閉じる。また、第１圧縮室４６で圧縮された空気は、第1通気路６４及び第２通気路６５を経由して中継室６２に進入し、中継室６２の空気圧が上昇する。ピストン５７の作動により、第２圧縮室６１の圧力が低下している。このため、リードバルブ６８が第３通気路６６を開き、中継室６２の空気は第３通気路６６を経由して第２圧縮室６１に吸入される。

そして、クランクシャフト４０の回転に伴い、ピストン５７は図７Ｃのように下死点に到達する。ピストン５７の下死点は、ピストン５７が中心線Ｃ１方向で、弁座７１から最も離れた位置である。

さらに、ピストン５７が図７Ｃに示す下死点から上死点に向けて作動すると、第１圧縮室４６の圧力が低下する。このため、図７Ｄのように、リードバルブ５４が導入路５３を開き、モータハウジング２１の内部４８の空気が、通気孔１１０及び導入路５３を経由して第１圧縮室４６に進入する。また、ピストン５７が下死点から上死点に向けて作動することで、第２圧縮室６１内で空気が再度、圧縮される。このため、リードバルブ６８は第３通気路６６を閉じる。また、リードバルブ６９が第４通気路６７を開き、第２圧縮室６１の空気は、第４通気路６７を経由して排気室６３に吐出される。排気室６３の空気は、通気管７０を経由してタンク１４内に蓄えられる。

そして、クランクシャフト４０の回転に伴い、ピストン５７は図７Ａに示す上死点に到達する。このように、駆動軸２７の回転力がクランクシャフト４０に回転され、かつ、ピストン５７がシリンダ５５内で往復作動する。圧縮部１３は気体を２段階で圧縮し、圧縮部１３から吐出された空気は、タンク１４内に蓄えられる。タンク１４内の空気圧が、タッチパネル４９で設定された目標圧力、または、目標圧力に対応する圧力になると、制御部７８は電動モータ１２を停止させる。

このように、空気圧縮機１０の圧縮部１３は、クランクケース２８の第１圧縮室４６において第１段階の空気圧縮を行い、第２圧縮室６１で第２段階の空気圧縮を行う。このため、１段階で空気を圧縮する空気圧縮機に比べて、高圧の圧縮空気を生成可能である。また、ピストン５７及びコネクティングロッド６０は、第１段階の空気圧縮を行う要素としての機能と、第２段階の空気圧縮を行う要素としての機能と、を兼ねている。このため、本開示の空気圧縮機１０は、２段階で空気を圧縮する空気圧縮機に対して、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気圧縮を行う要素とを別々に設ける必要が無い。例えば、ピストン及びコネクティングロッドのような作動部品を削減できる。特に、第１段階の空気圧縮を行う要素のための部品点数の増加を抑制でき、空気圧縮機１０の製造コストの上昇を抑制できる。また、クランクケースが小型化し、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気を行う要素とが共通化されたことで、空気圧縮機１０の重量を軽減でき、かつ、体格を小型化できる。

さらに、ファン３２が駆動軸２７と共に回転すると、モータハウジング２１の外部Ｅ１の空気が、モータハウジング２１の内部４８に吸い込まれる。モータハウジング２１の内部４８に吸い込まれた空気の一部は、導入路５３を経由してクランクケース２８の第１圧縮室４６に進入する。さらに、モータハウジング２１の内部４８に吸い込まれた空気の一部は、基板２５、電動モータ１２を冷却し、モータハウジング２１の外部Ｅ１に排出される。

また、中心線Ａ１，Ａ３が互いに平行に配置されているため、空気圧縮機１０を床Ｂ１の高さ方向で小型化することが可能である。さらに、制御部７８は制御基板を有し、その制御基板の表面に沿った方向と、中心線Ａ１または中心線Ａ３の少なくとも一方とが、平行となるように配置されている。したがって、空気圧縮機１０を床Ｂ１の高さ方向で小型化することが可能である。

ファン３２の径方向において、ファン３２の外側に通気孔５３が設けられている。ファン３２の回転により流れる空気を、積極的に通気孔５３に送り込むことで、第１圧縮室４６に流入する空気量を増加することができる。したがって、ファン３２及び通気孔５３は、一種の過給機のように働く。

通気孔５３は、モータハウジング２１とクランクケース２８とにより覆われた個所に設けられる。このため、内部４８の空気が通気孔５３から第１圧縮室４６に排出される音が、モータハウジング２１及びクランクケース２８の外部に漏れることを低減できる。したがって、圧縮機１０の騒音を低減できる。

（実施形態２）
空気圧縮機１０の実施形態２を図８Ａ、図８Ｂを参照して説明する。空気圧縮機１０の実施形態２の構成において、空気圧縮機１０の実施形態１の構成と共通するものは、空気圧縮機１０の実施形態１と同じ符号を付してある。

図８Ａに示す空気圧縮機１０は、駆動軸２７及びクランクシャフト４０が、中心線Ａ４を中心として同心状に配置されている。駆動軸２７及びクランクシャフト４０は、一体回転するように連結されている。クランクケース２８は、第１ボス部８０及び第２ボス部８１を有する。第１ボス部８０と第２ボス部８１とを互いに固定してある。

第２ボス部８１の外面から突出した筒部９６が設けられ、筒部９６にシリンダ５５が固定されている。また、筒部９６の一部は切り欠き部を有し、ゴムブッシュ１１１が切り欠き部を封止している。切り欠き部はコネクティングロッド６０をクランクケース２８に挿入するために設けられたものである。ゴムブッシュ１１１は切り欠き部に挿入され、かつ、第１圧縮室８４を気密に封止する。さらに、シリンダ５５の外面から径方向に突出し、かつ、中心線Ｃ１方向に沿ったフィン９７が設けられている。

第１ボス部８０は筒形状であり、第１ボス部８０の内面から内側に向けて突出した壁部８２が設けられている。第２ボス部８１は筒形状であり、第２ボス部８１の内面から内側に向けて突出した壁部８３が設けられている。壁部８２と壁部８３との間、及び筒部９６内に亘って第１圧縮室８４が形成されている。第１圧縮室８４は、シリンダ５５内につながっている。

壁部８２に接続された筒部８５が設けられ、筒部８５は軸受８６を支持している。壁部８３に接続された筒部８７が設けられ、筒部８７は軸受８８を支持している。軸受８６，８８は、クランクシャフト４０を回転可能に支持している。軸受８６は、内輪８６Ａ、外輪８６Ｂ及びシール部材８６Ｄを有する。軸受８８は、内輪８８Ａ、外輪８８Ｂ及びシール部材８８Ｄを有する。シール部材８６Ｄ，８８Ｄは、第１圧縮室８４と外部Ｅ１とを気密に遮断する。また、軸受８８は、軸受押さえ８８Ｃによって移動が規制され、軸受８６は、軸受押さえ８６Ｃによって移動が規制されている。

クランクケース２８は通気路９１を有する。通気路９１は、クランクケース２８の外部Ｅ１と第１圧縮室８４とをつなぐ。第１圧縮室８４にリードバルブ９０が設けられている。リードバルブ９０は、クランクケース２８の外部の空気が、通気路９１を経由して第１圧縮室８４に流れることを許容し、かつ、第１圧縮室８４の空気が、通気路９１を経由してクランクケース２８の外部Ｅ１に流れることを阻止する逆止弁である。

クランクシャフト４０の一部は、クランクケース２８の外部に配置されている。クランクケース２８の外部Ｅ１に、フライホイール８９が設けられている。フライホイール８９は、一例として金属製であり、かつ、クランクシャフト４０に固定されている。

駆動軸２７にファン３２が取り付けられている。電動モータ１２はクランクケース２８の外部Ｅ１に配置され、電動モータ１２は、中心線Ａ４方向でファン３２とクランクケース２８との間に配置されている。さらに、壁部８２，８３は、中心線Ａ４方向で電動モータ１２とフライホイール８９との間に配置されている。電動モータ１２と壁部８２、８３との間にフライホイール８９が配置されてもよい。

図８Ｂのように、コネクティングロッド６０の第１端部は、第１圧縮室８４でクランクシャフト４０に連結されている。コネクティングロッド６０は、中心線Ａ４方向で壁部８２と壁部８３との間に配置されている。コネクティングロッド６０の第２端部に円板形状のボス部９２が設けられている。ボス部９２には、円板形状のリテーナ９３が取り付けられている。リテーナ９３は、ねじ部材９４を締め付けてボス部９２に取り付けられている。ボス部９２及びリテーナ９３により、ピストン５７が形成されている。

ピストン５７は、シリンダ５５内で中心線Ｃ１方向に往復作動可能である。中心線Ｃ１と中心線Ａ４とは直角である。ボス部９２とリテーナ９３との間に、環状のシール部材９５が取り付けられている。シール部材９５は、一例として、合成樹脂製のリップパッキンを用いることが可能である。シール部材９５は、合成ゴム製でも良い。シール部材９５は、シリンダ５５の内周面に接触する。ピストン５７と弁座７１との間に第２圧縮室６１が形成されている。ピストン５７及びシール部材９５は、第１圧縮室８４と第２圧縮室６１とを気密に隔てる。第１圧縮室８４は、空気圧縮機１０の実施形態１と同様の構成により、中継室６２、第２圧縮室６１につながる。

空気圧縮機１０の実施形態２において、電動モータ１２の駆動軸２７の回転力がクランクシャフト４０に伝達されると、ピストン５７が中心線Ｃ１方向に往復作動する。ピストン５７が上死点から下死点に向けて作動すると、リードバルブ９０が通気路９１を閉じ、第１圧縮室８４で空気が圧縮される。ピストン５７が下死点から上死点に向けて作動すると、リードバルブ９０が通気路９１を開き、通気路９１から第１圧縮室８４に空気が吸入される。また、図７Ｄと同様に第２圧縮室６１で空気が圧縮され、かつ、圧縮された空気は、排気室６３に吐出される。

空気圧縮機１０の実施形態２においても、２段階で空気を圧縮する空気圧縮機に対して、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気圧縮を行う要素とを別々に設ける必要が無い。例えば、ピストン及びコネクティングロッドのような作動部品を削減できる。特に、第１段階の空気圧縮を行う要素のための部品点数の増加を抑制でき、空気圧縮機１０の製造コストの上昇を抑制できる。また、クランクケースが小型化し、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気を行う要素とが共通化されたことで、空気圧縮機１０の重量を軽減でき、かつ、体格を小型化できる。

また、空気圧縮機１０の実施形態２においては、壁部８２の内面８２Ａと、壁部８３の内面８３Ａとの間の距離Ｌ１が、ピストン５７の外径Ｄ１よりも小さい。このため、ピストン５７の有効面積に対する第１圧縮室８４の容積を、なるべく小さくすることができる。言い換えると、第１圧縮室８４で第１段階の空気圧縮を行う際の圧縮比を、なるべく大きくすることが可能である。

さらに、フライホイール８９はクランクケース２８の外部Ｅ１に設けられている。したがって、距離Ｌ１を一層小さくすることが可能である。また、中心線Ａ４方向で、軸受８６，８８の少なくとも一部は、壁部８２の内面８２Ａと、壁部８３の内面８３Ａとの間から外れた個所に配置されている。したがって、距離Ｌ１を一層小さくすることが可能である。

（実施形態３）
空気圧縮機１０の実施形態３は、図９に示してある。空気圧縮機１０の実施形態３の構成において、空気圧縮機１０の実施形態１及び実施形態２の構成と共通するものは、空気圧縮機１０の実施形態１及び実施形態２と同じ符号を付してある。

図９に示す空気圧縮機１０は、駆動軸２７及びクランクシャフト４０が、中心線Ａ４を中心として同心状に配置されている。駆動軸２７及びクランクシャフト４０は、一体回転する。クランクケース２８は、第１ボス部８０及び第２ボス部８１を有する。第１ボス部８０と第２ボス部８１とを互いに固定してある。

第１ボス部８０は円板形状であり、筒部８５が第１ボス部８０の内周端に設けられている。筒部８５は軸受８６を支持している。第２ボス部８１は、開口部９８，９９を有する。さらに、第２ボス部８１は、壁部８３及び筒部８７を有し、筒部８７は軸受８８を支持している。開口部９８はシリンダ５５内につながっている。第１ボス部８０と第２ボス部８１との間、及び開口部９８に亘って第１圧縮室８４が形成されている。

開口部９９を塞ぐカバー１００が設けられている。カバー１００は、一例として金属製であり、カバー１００は通気路１０１を有する。通気路１０１は、第１圧縮室８４とクランクケース２８の外部Ｅ１とをつなぐ。リードバルブ１０２が、第１圧縮室８４に設けられている。リードバルブ１０２は、外部Ｅ１の空気が、通気路１０１を経由して第１圧縮室８４に流れることを許容し、かつ、第１圧縮室８４の空気が、通気路１０１を経由して外部Ｅ１に流れることを阻止する逆止弁である。

また、第１圧縮室８４にスペーサ１０７が設けられている。スペーサ１０７は、第１圧縮室８４に配置されている作動要素及びピストン５７の作動を阻害しない位置、または、阻害しない状態で、第１圧縮室８４に配置されている。作動要素は、クランクシャフト４０、駆動軸２７、内輪８６Ａ，８８Ａ、コネクティングロッド６０である。

スペーサ１０７は、クランクケース２８を構成する材料よりも低密度の材料で構成されている。クランクケース２８が、一例としてアルミニウムであると、スペーサ１０７は、一例として合成樹脂を用いることが可能である。スペーサ１０７、第１圧縮室８４の空間の一部を占有し、第１圧縮室８４の実質的な容積を狭めるための要素である。スペーサ１０７の形状は、ブロック形状、プレート形状、ワイヤー形状等の何れでもよい。

空気圧縮機１０の実施形態３において、電動モータ１２の駆動軸２７の回転力がクランクシャフト４０に伝達されると、ピストン５７が中心線Ｃ１方向に往復作動する。ピストン５７が上死点から下死点に向けて作動すると、リードバルブ１０２が通気路１０１を閉じ、第１圧縮室８４で空気が圧縮される。ピストン５７が下死点から上死点に向けて作動すると、リードバルブ１０２が通気路１０１を開き、外部Ｅ１の空気が通気路１０１を経由して第１圧縮室８４に空気が吸入される。また、図７Ｄに示す第２圧縮室６１で空気が更に圧縮され、かつ、空気は排気室６３に吐出される。

空気圧縮機１０の実施形態３においても、２段階で空気を圧縮する空気圧縮機に対して、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気圧縮を行う要素とを別々に設ける必要が無い。例えば、ピストン及びコネクティングロッドのような作動部品を削減できる。特に、第１段階の空気圧縮を行う要素のための部品点数の増加を抑制でき、空気圧縮機１０の製造コストの上昇を抑制できる。また、クランクケースが小型化し、第１段階の空気圧縮を行う要素と、第２段階の空気を行う要素とが共通化されたことで、空気圧縮機１０の重量を軽減でき、かつ、体格を小型化できる。

また、空気圧縮機１０の実施形態３においては、第１圧縮室８４にスペーサ１０７が配置されて、第１圧縮室８４の実質的な容積が狭められている。このため、ピストン５７の有効面積に対する第１圧縮室８４の容積を、なるべく小さくすることができる。したがって、第１圧縮室８４で第１段階の空気圧縮を行う際の圧縮比を、なるべく大きくすることが可能である。

（実施形態４）
空気圧縮機１０の実施形態４を図１０Ａ、図１０Ｂを参照して説明する。空気圧縮機１０の実施形態４の構成において、空気圧縮機１０の実施形態１、実施形態２及び実施形態３の構成と共通するものは、空気圧縮機１０の実施形態１、実施形態２及び実施形態３と同じ符号を付してある。

圧縮部１３は、鉛直方向でモータハウジング２１よりも上に配置されている。クランクケース２８は、モータハウジング２１よりも上に配置され、シリンダ５５は、クランクケース２８よりも上に配置されている。空気圧縮機１０を平面視すると、シリンダ５５の配置領域と、クランクケース２８の配置領域と、モータハウジング２１の配置領域とが、少なくとも一部で重なっている。

タンク１４とモータハウジング２１とが一体化されている。モータハウジング２１の内部４８とタンク１４の内部１４Ａとを仕切る隔壁１０４が設けられている。空気圧縮機１０を平面視すると、タンク１４とモータハウジング２１とが、中心線Ａ１方向に並んでいる。圧力計１０５が供給管７４に取り付けられている。圧力計１０５は、供給管７４内の圧力を表示する。

駆動軸２７にプーリ３３が取り付けられ、クランクシャフト４０にプーリ４３が取り付けられている。環状のベルト１０３が、プーリ３３，４３に巻き掛けられている。駆動軸２７の中心線Ａ１と、クランクシャフト４０の中心線Ａ３とが平行に配置されている。駆動軸２７の回転力は、ベルト１０３を介してクランクシャフト４０に伝達される。プーリ３３、ベルト１０３及びプーリ４３は、減速部１０６を構成する。

フライホイール８９は、クランクシャフト４０に取り付けられ、かつ、第１圧縮室８４に配置されている。フライホイール８９は、中心線Ａ３方向で、コネクティングロッド６０と軸受８８との間に配置されている。

空気圧縮機１０の実施形態４において、空気圧縮機１０の実施形態１、実施形態２及び実施形態３の構成と共通するものは、空気圧縮機１０の実施形態１、実施形態２及び実施形態３と同じ効果を得ることができる。また、空気圧縮機１０を平面視すると、シリンダ５５の配置領域と、クランクケース２８の配置領域と、モータハウジング２１の配置領域とが、少なくとも一部で重なっている。したがって、空気圧縮機１０を床Ｂ１の平面方向に小型化することが可能である。

図１１は、第１圧縮室の圧力変化の一例、及び第２圧縮室の圧力変化の一例を示す。ピストンが上死点と下死点との間で作動すると、空気圧縮機の実施形態は、第１圧縮室の圧力が実線のように変化し、第２圧縮室の圧力が実線のように変化する。空気圧縮機の比較例では、クランクケースの内部の圧力が、破線で示すように略一定である。実線で示す圧力は、破線で示す圧力に対して高低に変化する。空気圧縮機の比較例は、クランクケースの内部を第１圧縮室として使用しない構造である。

空気圧縮機の実施形態で開示した事項の意味を説明する。空気圧縮機１０は、気体圧縮機の一例である。圧縮部１３は、圧縮部の一例である。クランクシャフト４０は、回転部材の一例である。第１圧縮室４６，８４は、第１圧縮室の一例である。第２圧縮室６１は、第２圧縮室の一例である。ピストン５７は、作動部材の一例である。クランクケース２８及びシリンダ５５は、ケースの一例である。第１通気路６４、第２通気路６５、第３通気路６６及び中継室６２は、通気路の一例である。ピストン５７は、ピストンの一例である。

距離Ｌ１は、第１圧縮室の寸法の一例であり、外径Ｄ１は、ピストンの径方向の寸法の一例である。フライホイール８９は、慣性体の一例である。外部Ｅ１は、ケースの外部の一例である。軸受８６，８８は、軸受の一例である。内面８２Ａ，８３Ａは、ケースの内面の一例である。スペーサ１０７は、空間専有物の一例である。枠部材１１は、支持要素の一例である。中心線Ａ３は、回転部材の中心線の一例である。電動モータ１２は、駆動源の一例である。中心線Ａ１は、駆動源の中心線の一例である。モータハウジング２１は、ハウジングの一例である。タンク１４は、タンクの一例である。リードバルブ６８は、逆止弁の一例である。導入路５３は、導入路の一例である。

気体圧縮機は、図面を参照して開示した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、駆動源は、電動モータ、油圧モータ、空気圧モータ、エンジンの何れでもよい。また、空気圧縮機は、モータとクランクシャフトとの間の動力伝達経路に、減速部が設けられているもの、減速部が設けられていないもの、の何れでもよい。

さらに、第１圧縮室の容積を狭める構成は、コネクティングロッドの太さの設計、または形状の設計により得ることも可能である。コネクティングロッドの太さを変更する場合、コネクティングロッドを中空とすることにより、コネクティングロッドの質量が増加することを抑制可能である。さらに、第１圧縮室の容積を狭める構成は、第１圧縮室に設けるフライホイールを大型化して得ることも可能である。

気体圧縮機で圧縮する気体は、空気、不活性ガスを含む。不活性ガスは、窒素ガス、希ガスを含む。希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガスを含む。

さらに、回転部材は、回転軸、ギヤ、プーリ、ベルト等の動力伝達要素を含む。ケースは、内部空間を有する筐体、内部空間を有するハウジングを含む。通気路及び導入路は、孔、開口部、ポート、溝、スリットを含む。軸受は、ラジアル軸受、スラスト軸受を含む。空間専有物は、形態を有する物体または固体である。支持要素は、圧縮部を支持する強度を有し、支持要素は、枠部材、骨格部材、ハウジングを含む。

ハウジングとタンクとが一体とは、ハウジングの少なくとも一部と、タンクの少なくとも一部とが単一の部材で構成されている構造を含む。ハウジングとタンクとが一体とは、ハウジングとタンクとが別々に構成され、かつ、互いに固定されている構造を含む。

１０ 空気圧縮機
１１ 枠部材
１２ 電動モータ
１３ 圧縮部
１４ タンク
２１ モータハウジング
２８ クランクケース
４０ クランクシャフト
４６，８４ 第１圧縮室
５５ シリンダ
５７ ピストン
６１ 第２圧縮室
６２ 中継室
６４ 第１通気路
６５ 第２通気路
６６ 第３通気路
８２Ａ，８３Ａ 内面
８６，８８ 軸受
８９ フライホイール
１０７ スペーサ
Ａ１，Ａ３ 中心線
Ｄ１ 外径
Ｅ１ 外部
Ｌ１ 距離

Claims (10)

1. 駆動源と、前記駆動源の回転力で回転する回転部材と、前記回転部材の回転力で作動して気体を圧縮する圧縮部と、を備えた気体圧縮機であって、
   前記圧縮部は、
   前記回転部材の回転力で作動し、前記気体を圧縮する作動部材と、
   前記作動部材を作動可能に収容するケースと、
   前記ケース内に設けられ、かつ、前記作動部材により隔てられた第１圧縮室及び第２圧縮室と、
   前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する通気路と、
   前記第１圧縮室から前記第２圧縮室への気体の流入を可能とし、かつ、前記第２圧縮室から前記第１圧縮室への気体の流入を阻止する逆止弁と、
   を有し、
   前記第１圧縮室は、前記作動部材が作動すると前記気体を吸入及び圧縮して吐出し、
   前記第２圧縮室は、前記作動部材が作動すると、前記第１圧縮室から吐出された前記気体を吸入及び圧縮して吐出する、気体圧縮機。
2. 前記作動部材は、円柱形状のピストンを有し、
   前記ピストンの径方向で、前記第１圧縮室の最小寸法は、前記ピストンの最大寸法よりも小さい、請求項１記載の気体圧縮機。
3. 前記回転部材に慣性体が取り付けられ、
   前記回転部材は、前記ケースの外部及び前記第２圧縮室に亘って配置され、
   前記慣性体は、前記回転部材のうち前記ケースの外部に配置された箇所に取り付けられている、請求項１または２記載の気体圧縮機。
4. 前記ケースと前記回転部材との間に配置され、かつ、前記回転部材を回転可能に支持する軸受が設けられ、
   前記ケースの内面は、前記第１圧縮室を囲んで配置され、
   前記軸受の少なくとも一部は、前記ピストンの径方向で前記ケースの内面よりも外側に配置されている、請求項２記載の気体圧縮機。
5. 前記第２圧縮室内に設けられ、かつ、前記作動部材の作動を阻害しない埋込部材を更に有する、請求項１乃至４のいずれか１項記載の気体圧縮機。
6. 前記駆動源を収容するモータハウジングと、
   前記モータハウジングの内部と前記第１圧縮室とをつなぐ導入路と、
   が設けられ、
   前記駆動源は、前記モータハウジングの内部を流れる気体により冷却され、
   前記モータハウジングの内部を流れる気体の一部が、前記導入路を経由して前記第１圧縮室に流入する、請求項１乃至５の何れか１項記載の気体圧縮機。
7. 前記回転部材が回転する際の中心線と、前記駆動源が回転する際の中心線とが、平行に配置されている、請求項１乃至６の何れか１項記載の気体圧縮機。
8. 前記駆動源を制御可能な制御部が更に設けられ、
   前記制御部は、その長手方向が、前記回転部材が回転する際の中心線と、前記駆動源が回転する際の中心線と、の少なくとも一方と平行となるように配置されている、請求項１乃至７の何れか１項記載の気体圧縮機。
9. 前記駆動源を収容するハウジングと、
   前記第２圧縮室から吐出された前記気体を蓄えるタンクと、
   が設けられ、
   前記ハウジングと前記タンクとが一体である、請求項７または８記載の気体圧縮機。
10. 前記駆動源及び前記圧縮部を支持する支持要素が設けられ、
    前記支持要素の外周部は、前記回転部材が回転する際の中心線に対して垂直な平面視で、３つの長辺を有する略三角形であり、
    前記駆動源及び前記圧縮部は、前記中心線に対して垂直な平面視で、前記外周部よりも内側に配置されている、請求項１乃至９の何れか１項記載の気体圧縮機。

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