JP2022166841A - 空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体 - Google Patents

空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体 Download PDF

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Abstract

【課題】ピストン本体の上下動行程がスムーズとなり安定する、空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体を提供する。【解決手段】空気圧縮機のシリンダー内のピストンヘッド２の頂端平面２０には、少なくとも１つのエアストップシート７を位置決めする固定ピンが設けられ、エアストップシート７の位置決め領域７１に隣り合う箇所には、少なくとも１つの摺曲部７０が設けられ、摺曲部７０のエアストップシート７の他方の側部には作用領域７２が設けられ、作用領域７２は、ピストンヘッド２の頂端平面２０の少なくとも１つの通気孔２１を覆い、作用領域７２のシリンダーの上面に背向する背面がピストンヘッド２の頂端平面２０に対して小角度で開いた状態となって通気空間が形成され、シリンダー内の圧力が外気の圧力と均衡し、エアストップシート７が再び稼働されるときに背圧抵抗力が発生せず、ピストン本体の上下動行程がスムーズとなり安定する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機に関し、特に、空気圧縮機のシリンダー内で上動行程及び下動行程を行うピストンと、ピストンヘッド上を覆うエアストップシートとを含む、空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体に関する。
空気圧縮機の主な構造は、モータによりシリンダー内でピストンを往復させて圧縮動作を行うと、圧縮された空気がシリンダーを介して空気貯蔵ユニット内まで送られる。空気貯蔵ユニット上のマニホールドに接続されたホースは気体被注入物に接続され、従来のピストンのピストンヘッドは、上下方向に貫通されて形成されたエア通路を有する。ピストンヘッドの頂面は、エア通路上を覆うエアストップシートを有し、空気圧縮機が停止している状態下で、エアストップシートによりピストンヘッドのエア通路を閉じ、空気圧縮機の前回の稼働後、ピストンヘッドの円形周辺に設けたＯリング及びエアストップシートによりピストンヘッドのエア通路を閉じて形成された気密性により、シリンダー内に残留した高圧空気は排出することができなかった。空気圧縮機を再び稼働させると、ピストンが圧縮を開始する過程で、シリンダー内に残留した高圧空気と衝突し、空気圧縮機の負荷及び電流が瞬間的に増大し、空気圧縮機の寿命が短くなることがあった。
そのため従来の問題点を改善するために、本発明者は、空気圧縮機が停止した状態で、ピストンヘッドの頂端面とエアストップシートとの間に対して小角度θの通気空間を形成し、空気圧縮機の稼働が終了した後、シリンダー内に残留した圧縮空気を通気空間からエア通路を介して排出してシリンダー中の圧力を外気の圧力と均衡させ、空気圧縮機を再び稼働させたときにピストンの上動行程で余分な抵抗力が発生しないようにし、圧縮負荷及び電流が瞬間的に増大することを防ぎ、ピストンがシリンダー内で往復運動するときにスムーズに圧縮させるとともに、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる。
本発明の第１の課題は、空気圧縮機のシリンダー内のピストンヘッドの頂端平面に、少なくとも１つのエアストップシートを位置決めする固定ピンが設けられ、エアストップシートの位置決め領域に隣り合う箇所には、少なくとも１つの摺曲部が設けられ、上述した摺曲部のエアストップシートの他方の側部には作用領域が設けられ、この作用領域は、ピストンヘッドの頂端平面の少なくとも１つの通気孔を覆い、通気孔の外周のピストンヘッド上には、環筒凹槽が凹設され、環筒凹槽内にはばねが収容され、ばねの他端は、環筒凹槽の上方に沿って上向きに伸び、前述したエアストップシートの背面に押し付けられる。上述した作用領域のシリンダーの上面に背向する背面が前述したピストンヘッドの頂端平面に対して小角度で開いた状態となって通気空間が形成され、シリンダー内の圧力と外気の圧力とが均衡し、前述したエアストップシートが再び稼働されるときに背圧抵抗力が発生せず、ピストン本体の上下動行程がスムーズとなり安定する、空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体を提供することにある。
本発明の第２の課題は、エアストップシートに摺曲部が設けられ、この摺曲部は、折曲げ線を有し、実際に使用する際、摺曲部の複数の折曲げ線により、空気圧縮機の様々な大きさの出力パワーのニーズに対応し得る、空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体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ピストン本体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ピストン本体を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るピストン本体を示す部分拡大断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るピストン本体のシリンダーの下動行程時の圧縮空気の流れの説明図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るピストン本体の上動行程時の部分拡大断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機が筐体に設置された状態を示す分解斜視図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る複数の折曲げ線を含むエアストップシートを示す断面図である。 図８は、本発明の他のピストン本体及び他のエアストップシートを示す説明図である。
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６を参照する。図６に示すように、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機１０は、チャンバ、筐体１又はその他現場に設置されてもよい。図６に示すように、筐体１内には、空気圧縮機１０が配設される。この空気圧縮機１０は、気体を注入するために用いるか、シール・ポンプアップ装置と接続して（この技術は従来技術であるため図示しない）気体注入及びパンク修理を行うことができる。空気圧縮機１０は、モータ１２を固定する基板１１と、基板１１上に結合されたシリンダー１３と、を含む。基板１１には、空気圧縮機１０の伝動機構１４が配設される。伝動機構１４には、ピストン本体が接続される。図１～図５を参照する。図１～図５に示すように、ピストン本体は、ピストンヘッド２を含む。ピストンヘッド２の外周縁部には、Ｏリング２４が取り付けられる。Ｏリング２４は、空気圧縮機１０が稼働中でもピストン本体の周囲及びシリンダー１３内の表面を密封し続けることができる。前述したピストンヘッド２の頂端平面２０には、少なくとも１つの通気孔２１が形成される。通気孔２１の外周のピストンヘッド２には、環筒凹槽（環状凹部）２６が凹設される。この環筒凹槽２６内には、ばね６が収容される。ばね６の他端は、環筒凹槽２６に沿って上方へ伸び、前述したエアストップシート７に押し当てて僅かに押し上げ、ピストン本体が静止状態にあるときでもエアストップシート７の作用領域７２が開放される。前述したピストンヘッド２には、下方に延びたピストンロッド５が延設される。ピストンロッド５は、伝動機構１４中のクランクシャフト１４１が枢着される円孔５１を下端に有する。モータ１２の出力軸は、伝動機構１４のクランクシャフト１４１を旋回させるとともに、シリンダー１３内でピストン本体が上動及び下動の動作を行って発生させた圧縮空気を空気貯蔵ユニット１５内に進入させ、排気マニホールドを介して圧縮空気を圧力計１６に進入させて圧力を表示させ、排気ホースを接合して気体被注入物に気体を注入してもよいし（図示せず）、排気ホース又はバルブを介して破損したタイヤにシール剤を注入してタイヤを修理するとともにタイヤの気圧を高めてもよいが（図示せず）、これらは従来技術であるため図示しておらず、細部の構造についても省略していることをここで併せて述べておく。
本発明に係る空気圧縮機１０は、ピストン本体に取り付けられたピストンヘッド２の頂端平面２０上に配設された少なくとも１つのエアストップシート７を有する。このエアストップシート７には、位置決め領域７１が設けられる。この位置決め領域７１に隣り合う箇所には、摺曲部７０が設けられる。この摺曲部７０は、不用意にエアストップシート７を折曲げて折曲げ角度を形成するのではなく、機械工業技術を利用して精確にエアストップシート７に予め折曲げ角度を形成し、摺曲部７０及びそれに属する折曲げ線７０１を形成し、それは１本又は複数本の折曲げ線でもよい。図７に示すように、複数本の折曲げ線の場合、摺曲部７０は折曲げ線７０１、第２の折曲げ線７０２及び第３の折曲げ線７０３を含むため、空気圧縮機の様々な出力パワーのニーズに対応することができ、外気の圧力がエアストップシート７に印加されると、エアストップシート７は既定の折曲げ線７０１（又は軌道）に沿って応力が発生し、上下方向に開閉動作を行う。摺曲部７０の一方の側辺のシートには位置決め領域７１が設けられ、摺曲部７０の他方の側辺には作用領域７２が設けられる。エアストップシート７の位置決め領域７１は、ピストンヘッド２の頂端平面２０上に固定するために用いる。前述したエアストップシート７の作用領域７２とエアストップシート７の位置決め領域７１とは、摺曲部７０を境界の軸線として用い、エアストップシート７の正面（即ち、上動動作を行うときのエアストップシート７はシリンダー１３の上表面に対向する）に、１８０度より小さな鈍角が形成されるとともに、エアストップシート７の作用領域７２がシリンダー１３の上面に背向する背向面（背面）が自ずと前述したピストンヘッド２の頂端平面２０に対して小角度θで開いた状態となって通気空間Ｚが形成され、通気空間Ｚがピストンヘッド２の通気孔２１と連通すると、空気圧縮機１０のピストン本体が静止状態にあるとき、エアストップシート７の作用領域７２は、前述したピストンヘッド２の通気孔２１を開いた状態に維持し、ピストン本体の通気孔２１の流れがスムーズとなり、シリンダー１３中の圧力が外気の圧力と均衡し、空気圧縮機１０が再び稼働されると、ピストン本体の上動行程時に余計な抵抗力（背圧抵抗力）は発生しない。
図１～図５を参照する。図１～図５に示すように、空気圧縮機１０に取り付けたピストン本体のピストンヘッド２の頂端平面２０の軸心には、エアストップシート７が位置する。エアストップシート７の円心近くには、リング状の摺曲部７０が設けられる。摺曲部７０の内径内側には位置決め領域７１が設けられ、摺曲部７０の外径外側には作用領域７２が設けられる。作用領域７２のシリンダー１３の上面に背向する背面が前述したピストンヘッド２の頂端平面２０に対して小角度θで開いた状態となって通気空間Ｚが形成され、前述したエアストップシート７の位置決め領域７１中には多角形状穿孔７３が形成され、多角形状穿孔７３に対応するようにピストンヘッド２に多角形状ベース２２が設けられ、エアストップシート７の多角形状穿孔７３をピストンヘッド２の多角形状ベース２２に位置決めし、多角形状ベース２２頂端に延設された円柱２３上に固定キャップ２５が嵌設されると、ピストンヘッド２上にエアストップシート７が堅牢に固定される。前述したピストンヘッド２の頂端平面２０は、円周縁部に隣り合う箇所に、間隔をおいてリング状（円周状）に配列されるとともに、前述したピストンヘッド２の上下端に貫通した通気孔２１が複数形成される。これら複数の通気孔２１が上述した通気空間Ｚと連通すると、ピストンヘッド２の環筒凹槽２６内に前述したばね６が配設され、ばね６の他端がエアストップシート７の位置決め領域７１以外の外環シートの背面に当接され、エアストップシート７がピストンヘッド２の頂端平面に対して開いた状態となって通気空間Ｚが形成される。エアストップシート７に摺曲部７０が設けられるとともに、エアストップシート７の位置決め領域７１以外の外環シートの背向面にばね６が当接されているため、空気圧縮機１０のピストン本体が静止状態にあるとき、エアストップシート７の作用領域７２がピストンヘッド２の通気孔２１に対して開いた状態となり、図４に示すように、ピストン本体の通気孔２１の流れがスムーズとなり、シリンダー１３内の圧力が外気の圧力と均衡し、空気圧縮機１０が再び稼働される際、ピストン本体の上動行程時に余計な抵抗力（背圧抵抗力）が発生せず、図５に示すように、シリンダー１３内でピストン本体が往復運動を行うときに、スムーズな圧縮動作を維持することができ、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる。図４及び図５を参照する。図４及び図５は、シリンダー１３内のピストン本体の上動行程及び下動行程の動作を示す。ピストン本体が上動行程の段階のとき、図５に示すように、ばね６が圧縮されてエアストップシート７の作用領域７２によりピストン本体の通気孔２１が閉じられた状態を示す、ピストン本体が下動行程の段階のとき、ばね６が伸びてエアストップシート７の作用領域７２を押し開いて通気孔２１から離して開口状態にする（図４を参照する）。ピストン本体が静止状態にあるとき、ばね６によりエアストップシート７の作用領域７２及び摺曲部７０を押し上げ、エアストップシート７の作用領域７２に開口角度θが形成されるため、その状態は図４に示すように、シリンダー１３の内部に残留した高圧空気が通気空間Ｚ及び通気孔２１を介して排出され、シリンダー１３内の圧力が外気の圧力と均衡する。
本発明の主な技術的特徴は、以下（１）～（４）である。
（１）エアストップシート７に摺曲部７０が設けられる。摺曲部７０には、少なくとも１つの折曲げ線７０１が設けられる。
（２）エアストップシート７の摺曲部７０は、一方の側辺に位置決め領域７１が設けられ、他方の側辺に作用領域７２が設けられ、作用領域７２がシリンダー１３の上面に背向する背面が前述したピストンヘッド２の頂端平面２０に対して小角度θで開いた状態となって通気空間Ｚが形成される。
（３）ピストンヘッド２の頂端平面２０には、少なくとも１つの通気孔２１が形成される。
（４）ピストンヘッド２の頂端平面２０には、通気孔２１の外周のピストンヘッド２上に少なくとも１つの環筒凹槽２６が凹設され、環筒凹槽２６内には、ばね６が収容される。ばね６の他端は、環筒凹槽２６に沿って伸びて前述したエアストップシート７の背面に当接して押し上げ、通気空間Ｚと通気孔２１とが連通されるため、シリンダー１３内の圧力が外気の圧力と均衡し、前述したエアストップシート７が再び稼働されたときに背圧抵抗力が発生せず、ピストン本体の上動行程及び下動行程がスムーズとなり安定する。本発明の他の実施形態では、上述した発明の様々な目的を様々な構造により達成してもよい。
図８を参照する。図８に示すように、本発明の他の実施形態において、ピストンヘッドの頂端平面３には、２つの固定ピン３１，３３を介して２つのエアストップシート３２，３４の２つの位置決め領域３２２，３４２が固定される。前述した２つのエアストップシート３２，３４は、摺曲部３２１，３４１と、２つの摺曲部３２１，３４１の他辺に設けられた２つの作用領域３２３，３４３と、を有する。２つの作用領域３２３，３４３は、ピストンヘッドの２つの通気孔３５，３６をそれぞれ覆う。２つの通気孔３５，３６の外周のピストンヘッド上には、環筒凹槽３５１，３６１がそれぞれ凹設され、環筒凹槽３５１，３６１内にはばね３７，３８がそれぞれ収容される。２つのばね３７，３８の他端は、２つの環筒凹槽３５１，３６１に沿って上方に伸び、前述した２つのエアストップシート３２，３４の背面に当接して押し上げ、通気空間Ｚと通気孔３５，３６とが連通されているため、２つの作用領域３２３,３４３の背面は、本発明の最も主要な発明概念であり、作用領域３２３，３４３の背面がピストンヘッドの頂端平面３に対して小角度θで開いた状態となって通気空間Ｚが形成される。
上述したことをまとめると、本発明の設計概念のピストン本体が有する多孔式通気孔の設計及び少なくとも１つの形状が異なるエアストップシートの組み合わせにより、エアストップシートがピストンヘッドの頂端平面に対して角度θを形成し、残された通気空間Ｚによりシリンダーの内外圧力を均衡させ、背圧抵抗力の発生を防ぎ、各種異なる形状のエアストップシートに摺曲部及びその両辺に設けた位置決め領域、作用領域などの構造が形成されているため、既に特許を受けたＥＰ１４３７５０８号と比べ、新規性を有するとともに進歩性を有する。
１：筐体
２：ピストンヘッド
３：頂端平面
５：ピストンロッド
６：ばね
７：エアストップシート
１０：空気圧縮機
１１：基板
１２：モータ
１３：シリンダー
１４：伝動機構
１５：空気貯蔵ユニット
１６：圧力計
２０：頂端平面
２１：通気孔
２２：多角形状ベース
２３：円柱
２４：Ｏリング
２５：固定キャップ
２６：環筒凹槽
３１：固定ピン
３２：エアストップシート
３３：固定ピン
３４：エアストップシート
３５：通気孔
３６：通気孔
３７：ばね
３８：ばね
５１：円孔
７０：摺曲部
７１：位置決め領域
７２：作用領域
７３：多角形状穿孔
１４１：クランクシャフト
３２１：摺曲部
３２２：位置決め領域
３２３：作用領域
３４１：摺曲部
３４２：位置決め領域
３４３：作用領域
３５１：環筒凹槽
３６１：環筒凹槽
７０１：折曲げ線
７０２：第２の折曲げ線
７０３：第３の折曲げ線
Ｚ：通気空間
θ：角度

Claims (7)

  1. 空気圧縮機のシリンダー内のピストンヘッドの頂端平面には、少なくとも１つのエアストップシートを位置決めする少なくとも１つの固定ピンが設けられ、前記エアストップシートの位置決め領域に隣り合う箇所には、少なくとも１つの摺曲部が設けられ、前記摺曲部の前記エアストップシートの他方の側部には作用領域が設けられ、前記作用領域は、前記ピストンヘッドの頂端平面の少なくとも１つの通気孔を覆い、前記通気孔の前記ピストンヘッド上には、ばねが収容可能な少なくとも１つの環筒凹槽が設けられ、前記ばねの他端は、前記エアストップシートの背面に押し付けられ、前記作用領域の前記シリンダーの上面に背向する背面が前記ピストンヘッドの頂端平面に対して小角度で開いた状態となって通気空間が形成され、前記通気空間と前記通気孔とが連通し、前記シリンダー内の圧力が外気の圧力と均衡し、前記エアストップシートが再び稼働されるときに背圧抵抗力が発生せず、ピストン本体の上下動行程がスムーズとなり安定することを特徴とする、空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  2. 前記摺曲部は、折曲げ線を有することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  3. 前記摺曲部は、前記空気圧縮機の様々な大きさの出力パワーのニーズに対応し得るように複数の折曲げ線を有することを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  4. 前記空気圧縮機に取り付けたピストン本体の前記ピストンヘッドの頂端平面の軸心には、前記エアストップシートが位置し、前記エアストップシートの円心近くには、リング状の摺曲部が設けられ、前記摺曲部の内径内側には位置決め領域が設けられ、前記摺曲部の外径外側には作用領域が設けられ、前記作用領域の前記シリンダーの上面に背向する背面が前記ピストンヘッドの頂端平面に対して小角度で開いた状態となって通気空間が形成され、
    前記ピストンヘッドの外円周の頂端平面には、前記ピストンヘッドの上下端に貫通した通気孔が形成され、前記通気孔が前記通気空間と連通し、前記シリンダー内の圧力が外気の圧力と均衡し、前記エアストップシートが再び稼働されるときに背圧抵抗力が発生せず、ピストン本体の上下動行程がスムーズとなり安定することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  5. 前記通気孔は、前記ピストンヘッドの外円周の頂端平面に、互いに間隔をおいて円周状に配列されることを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  6. 前記エアストップシートの前記位置決め領域中には、多角形状穿孔が形成され、前記多角形状穿孔に対応するように前記ピストンヘッドに多角形状ベースが設けられ、前記エアストップシートの前記多角形状穿孔を前記ピストンヘッドの前記多角形状ベースに位置決めし、前記多角形状ベースの頂端に延設された円柱上に固定キャップが嵌設されると、前記エアストップシートが前記ピストンヘッド上に固定され、前記空気圧縮機のピストン本体が静止状態にあるとき、前記エアストップシートの前記作用領域がピストン本体の前記通気孔に対して開いた状態となることを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機のシリンダー内の多孔ピストン本体。
  7. 前記ピストンヘッドの頂端平面には、２つの前記固定ピンを介して２つの前記エアストップシートの２つの前記位置決め領域が固定され、２つの前記エアストップシートは、摺曲部をそれぞれ有し、２つの前記摺曲部の他辺には２つの作用領域が設けられ、２つの前記作用領域は、前記ピストンヘッドの２つの通気孔を覆い、２つの前記作用領域の背面が前記ピストンヘッドの頂端平面に対して小角度で開いた状態となって通気空間が形成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シリンダー内の多孔ピストン本体。
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