JP2766791B2 - 集合ヘッドを有する気体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数のピストン
シリンダを有する気体圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】気体、例えば空気を圧縮する場合にピス
トンシリンダを有する気体圧縮機が用いられる。図９は
従来の気体圧縮機のシリンダヘッド部分を示す断面図で
ある。図９において、シリンダ６１の上部開口は弁プレ
ート６２で閉じられ、その上部にはさらにシリンダヘッ
ド３３が図示しないパッキングを介して取付けられる。
シリンダ６１内部にはピストン６４が挿入され、このピ
ストン６４の下部中央にはコネクティングロッド６５の
上端がピボット止めされている。コネクティングロッド
６５の下端はモータの回転軸６６に固定された回転円板
６７の周縁部にピボット止めされている。

【０００３】シリンダ６１の上端に設けられた弁プレー
ト６２には空気吸入口６８、空気排出口６９が形成さ
れ、空気吸入口６８の下面および空気排出口６９の上面
には夫々吸入弁６８ａ，吐出弁６９ａが取り付けられ
る。シリンダヘッド６３の側壁には空気吸入口６８に連
通する空気導入口６３ａ、空気排出口６９に連通する空
気導出口６３ｂが形成され、両者の間は遮蔽板６３ｃに
よって互いに独立となっている。空気導出口６３ｂの先
には図示しないが配管を介して圧縮空気溜が設けられ、
空気導入口６３ａの先には配管を介してたとえばエアク
リーナなどが取り付けられている。

【０００４】図９においてモータを駆動すると、モータ
回転軸６６に取り付けられた円板６７が矢印で示した方
向に回転し、この回転運動がコネクティングロッド６５
を介してピストン６４の上下往復運動に変換される。図
９で示したピストン６４の位置はほぼ上死点であり、こ
の位置からピストン６４が下方に移動するにつれて吸入
弁６８ａが開いて空気が空気導入口６３ａからシリンダ
６１内に吸い込まれる。このとき吐出弁６９ａは閉じて
いるので、圧縮空気溜から空気がシリンダ６１内に逆流
することはない。

【０００５】ピストン６４が下死点を通過すると、シリ
ンダ６１内に吸い込まれた空気はピストン６４の上昇に
つれて吐出弁６９ａから空気導出口６３ｂを通って図示
しない圧縮空気溜に送られる。このとき吸入弁６８ａは
閉じているので、空気がシリンダ６１内から外部に逆流
することはない。圧縮空気溜に溜まった空気の圧力があ
る程度高いときは、ピストン６４の上昇につれてシリン
ダ６１内の空気の圧力が高くなり、この圧力が圧縮空気
溜に溜まった空気の圧力より高いときに吐出弁６９ａが
開いて空気導出口６３ｂを通って圧縮空気溜に送られ
る。このようにして圧縮空気溜に溜まった空気は段々と
圧縮されていく。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の空気
圧縮機は１個のシリンダに対して１個のシリンダヘッド
を取り付けているため、空気導入口６３ａおよび空気導
出口６３ｂに連通されるヘッド配管やパッキングがシリ
ンダヘッド毎に必要となる。このため、組み立て部品数
が多くなり、製造コストが高くなる。

【０００７】また、図９の例のように一つの動力源であ
るモータの回転動力で一つのピストンを駆動する代わり
に、モータによってクランクシャフトを駆動し、このク
ランクシャフトの回りに複数のシリンダを配置して複数
のピストンを駆動することが考えられる。しかしながら
図９の構成のシリンダを複数個用いる場合はすべてのシ
リンダの中心の延長線がクランクシャフトを通るよう
に、クランクシャフトを中心として放射状に配置しなけ
ればならないので、図９の位置では円板６７の直径とコ
ネクティングロッド６５の全長とピストン６４の下端か
らシリンダヘッド６３の上端までが一直線上に配置しな
ければならないので、全体の構成が長大なものになり、
しかもシリンダおよびシリンダヘッドの配置に関しての
設計の自由度が少ない。

【０００８】また、この場合、複数のシリンダで形成さ
れた圧縮空気をそれぞれ個別の圧縮空気溜または一つの
圧縮空気溜に送るために、シリンダヘッドの空気導出口
と圧縮空気溜との間を複数の配管で連結する。しかしな
がらクランクシャフトおよび各々のシリンダからの振動
により長い間には連結部の接続が緩み、そこから空気漏
れが生じて装置全体の動力効率が低下する原因ともなっ
ている。

【０００９】そこで、この発明は、単一の動力源の回転
力を複数のシリンダをコンパクトに配置した状態で各々
のシリンダ内のピストンに効率良く伝達でき、設計の自
由度と部品点数の減少による製造コストの低減を可能と
し、振動による空気漏れが起きにくい構造とすることで
装置全体の効率低下を未然に防止できるようにした、集
合ヘッドを有する気体圧縮機を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の集合ヘッドを
有する気体圧縮機は、複数のシリンダが一体成型された
シリンダブロックと、このシリンダブロック上に取り付
けられ前記複数のシリンダに対応する複数のシリンダヘ
ッドが一体成型されたシリンダヘッドブロックと、前記
複数のシリンダに夫々挿入されたピストンと、前記ピス
トンにそれぞれ一端が回動自在に連結された複数のコネ
クティングロッドと、この複数のコネクティングロッド
の夫々の他端に連結された作用点レギュレータに連結さ
れた作用点とモータ回転軸に偏心して取り付けられた力
点と支点レギュレータに連結された支点とを有する揺動
支点型てこ装置とを有し、前記作用点レギュレータは、
前記ピストンの往復運動の方向に対して直交する方向に
案内面を有し所定間隔をもって設けられ且つ前記コネク
ティングロッドの他端に連結された一対の案内板と、こ
の案内板の間に挿入され前記揺動支点型てこ装置の作用
点に回動自在に軸着された回転ローラとを有するように
構成されている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】上記に記載のこの発明の集合ヘッドを有す
る気体圧縮機は、複数のシリンダのうちの少なくとも一
つのシリンダが残りのシリンダに対してその内径を異な
らせて形成されたことを特徴とする。また、この発明の
集合ヘッドを有する気体圧縮機は、複数のシリンダの中
心軸が前記揺動支点型てこ装置のてこ部材の長手方向に
対してほぼ直交する方向に配置されたことを特徴とす
る。

【００１５】上記の構成により単一の動力源の回転力を
複数のシリンダをコンパクトに配置した状態で各々のシ
リンダ内のピストンに効率良く伝達でき、設計の自由度
と部品点数の減少による製造コストの低減を可能とし、
振動による空気漏れが起きにくい構造とすることで装置
全体の効率低下を未然に防止できるようにした、集合ヘ
ッドを有する気体圧縮機を提供することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の第１の実施の形
態について図面を参照して説明する。この第１の実施の
形態はこの発明を冷凍機用のコンプレッサに適用した場
合で、ある。したがって圧縮される気体は冷媒ガスであ
る。図１は冷凍機用のコンプレッサの駆動部およびシリ
ンダヘッド部分を示す部分断面図である。図１におい
て、横置きされたシリンダ１１の一端開口は弁プレート
と称する蓋体１２で閉じられ、この弁プレート１２はさ
らに図示しないパッキングを介してシリンダヘッド１３
によってその全体が覆われる。シリンダ１１内部にはピ
ストン１４が挿入され、このピストン１４の中央部には
コネクティングロッド１５の一端がピボット止めされて
いる。コネクティングロッド１５の他端は後述する構成
の揺動支点型てこ装置１６の作用点レギュレータ１７に
連結される。前記作用点レギュレータ１７は、前記ピス
トン１４の往復運動の方向に対して直交する方向に案内
面を有し且つ前記コネクティングロッド１５の他端に連
結された第１の案内板１７ａと、この第１の案内板１７
ａと所定間隔をもって平行に設けられた第２の案内板１
７ｂと、これらの案内板１７ａ，１７ｂの間に挿入され
前記揺動支点型てこ装置１６の作用点１６ａに回動自在
に軸着された回転ローラ１７ｃとを有する。前記作用点
レギュレータ１７は、前記ピストン１４の往復運動の方
向に沿って一体的に移動可能に構成されている。

【００１７】前記揺動支点型てこ装置１６は、作用点レ
ギュレータ１７のローラ１７ｃの回転軸の位置に設けら
れた作用点１６ａと、図示しないモータにより回転され
るクランクシャフト１８のアーム１８ａに偏心して取り
付けられた力点１６ｂと，支点レギュレータ１９の回転
ローラ１９ｃの回転軸の位置に連結された支点１６ｃと
を有するてこ部材２０を有する。支点レギュレータ１９
は前記作用点レギュレータと同様に、前記ピストンの往
復運動の方向に対して直交する方向に案内面を有し所定
間隔をもって設けられた一対の固定案内板１９ａ，１９
ｂと、この案内板１９ａ，１９ｂの間に挿入された回転
ローラ１９ｃとを有するように構成されている。

【００１８】シリンダ１１の一端に設けられた弁プレー
ト１２にはガス吸入口２１、ガス排出口２２が形成さ
れ、ガス吸入口２１の内側およびガス排出口２２の外側
には夫々吸入弁２１ａ，吐出弁２２ａが取り付けられ
る。シリンダヘッド１３の側壁にはガス吸入口２１に連
通するガス導入口１３ａ、ガス排出口２２に連通するガ
ス導出口１３ｂが形成され、両者の間は遮蔽板１３ｃに
よって互いに独立となっている。ガス導出口１３ｂの先
には図示しないが配管を介して冷媒ガス吹き出しノズル
が設けられ、ガス導入口１３ａの先には配管を介してた
とえばガスコンデンサが取り付けられている。

【００１９】この第１の実施の形態では図１のシリンダ
１１は図２に示した２個のシリンダボア１１ａ，１１ｂ
を有するシリンダブロックとして形成され、図１ではこ
のうち一方のシリンダボア１１ａのみが示されている。
このシリンダブロック１１は直方体の形状を有し、ここ
に２本の互いに平行で且つ内径の異なるシリンダボア１
１ａ，１１ｂが形成される。細い方のシリンダボア１１
ｂにも後述するようにピストンが挿入され同様に揺動支
点型てこ装置と組み合わされてモータにより駆動され
る。このシリンダブロック１１には弁プレート１２およ
びシリンダヘッド１３が図１に示したように取り付けら
れる。シリンダヘッド１３の側壁に形成されたガス導入
口１３ａの位置が図２ではシリンダヘッド１３の下側に
なり図示されない。またガス導出口１３ｂは理解を容易
にするために図１に示したが、実際には図２に示す位置
に形成される。これらのガス導入口１３ａ、ガス導出口
１３ｂは２個のシリンダボア１１ａ，１１ｂを有するシ
リンダブロック１１に対して共通に設けられる。これ
は、この第１の実施の形態ではシリンダボア１１ａで一
次圧縮，シリンダボア１１ｂで二次圧縮を行うことで、
全体として一つの圧縮系を構成するためである。

【００２０】図３にシリンダヘッド１３の内側の構造を
示す。このシリンダヘッド１３はシリンダボア１１ａ，
１１ｂに対応して設けられた一次圧縮室１３ｄ、二次圧
縮室１３ｅを有し、さらにガス導入口１３ａに連通しか
つシリンダボア１１ａに対応したガス受入室１３ｆを有
する。二次圧縮室１３ｅはガス導出口１３ｂと連通して
いる。一次圧縮室１３ｄと二次圧縮室１３ｅとの間は隔
壁１３ｃで分離され、一次圧縮室１３ｄとガス受入室１
３ｆとは隔壁１３ｇで分離されている。一次圧縮室１３
ｄはその先端がシリンダボア１１ｂに対応する位置まで
延設されている。 このように構成されたシリンダヘッ
ド１３とシリンダブロック１１との間に弁プレート１２
を挟むことにより、ガス導入口１３ａに導入された冷媒
ガスはガス受入室１３ｆから吸入弁２１ａを介して第１
のシリンダボア１１ａに送られて圧縮され、吐出弁２２
ａを介して一次圧縮室１３ｄに取り出される。一次圧縮
された冷媒ガスは一次圧縮室１３ｄから同様に構成され
た後述する吸入弁を介して第２のシリンダボア１１ｂに
送られて二次圧縮され、吐出弁を介して二次圧縮室１３
ｅに取り出される。二次圧縮室１３ｅに得られた圧縮ガ
スはガス導出口１３ｂから外部に取り出される。

【００２１】次に図４、図５、図６を参照して弁プレー
ト１２と、ここで用いられる吸入弁、吐出弁について説
明する。図４は図３に示したシリンダヘッド１３に対応
して用いられる弁プレート１２をシリンダブロック１１
側からみた平面図を示す。図４において、弁プレート１
２の第１のシリンダボア１１ａの側には、ガス受入室１
３ｆに対応する位置に２個の吸入口１２ａ，１２ｂが設
けられ、一次圧縮室１３ｄに対応する位置に２個の吐出
口１２ｃ，１２ｄが設けられる。この２個の吸入口１２
ａ，１２ｂは図６に示したような長舌形状の吸入弁２１
ａにより常時閉じられた状態となる。吸入弁２１ａは弁
プレート１２の表面にビスで固定される。また、２個の
吐出口１２ｃ，１２ｄは図５に示したような馬蹄形状の
吐出弁２２ａにより常時閉じられた状態となる。吐出弁
２２ａは弁プレート１２の反対側の表面にビスで固定さ
れる。

【００２２】同様にして、弁プレート１２の第２のシリ
ンダボア１１ｂの側には、一次圧縮室１３ｄの先端がシ
リンダボア１１ｂに対応する位置まで延設されている部
分に対応する位置に２個の吸入口１２ｅ，１２ｆが設け
られ、二次圧縮室１３ｅに対応する位置に２個の吐出口
１２ｇ，１２ｈが設けられる。この２個の吸入口１２
ｅ，１２ｆは図６に示したと同様の長舌形状の吸入弁２
１ｂにより常時閉じられた状態となる。吸入弁２１ｂは
弁プレート１２のシリンダ側の表面にビスで固定され
る。また、２個の吐出口１２ｇ，１２ｈも図５に示した
ような馬蹄形状の吐出弁２２ｂにより常時閉じられた状
態となる。吐出弁２２ｂは弁プレート１２の反対側の表
面にビスで固定される。

【００２３】次に、図１ないし図６に示した基本構造を
組み込んだ第一の実施の形態の全体構造を図７、図８を
参照して詳細に説明する。図７はこの第一の実施の形態
の正面図を示し、図８はその９ー９線で切断して矢印方
向に見た断面図である。

【００２４】図７、図８において、図１のクランクシャ
フト１８に相当するクランクシャフト３１が一対の軸受
け３２ａ，３２ｂの間に回転自在に保持される。クラン
クシャフト３１は二つの偏心したクランクアーム３１
ａ，３１ｂを有し、それぞれローラ３３ａ，３３ｂが回
転自在に取り付けられている。このローラ３３ａ，３３
ｂは図１のてこ部材２０に相当するてこ部材３４ａ，３
４ｂのほぼ中央部に形成されたローラ受入孔３５ａ，３
５ｂに嵌合される。

【００２５】てこ部材３４ａは図８に示すようにその作
用点４３に取り付けられたローラ３６がシリンダブロッ
ク３７に形成された第一のシリンダボア３７ａの中央下
部に形成された切り欠きぶ３８からシリンダボア３７ａ
内に挿入される位置まで延出される。ローラ３６はシリ
ンダ３７ボア３７ａ内に挿入された一対のピストンアク
チェータ３９ａ，３９ｂの間に挟まれた状態で保持され
る。ピストンアクチェータ３９ａ，３９ｂのそれぞれの
先端にはピストン４０、４１が取り付けられる。

【００２６】シリンダボア３７ａの両端には図４に示し
た弁プレートと同様に形成された弁プレート４１ａ，４
１ｂが取り付けられ、さらに図３に示したと同様のシリ
ンダヘッド４２が取り付けられる。これらの弁プレート
４１ａ，４１ｂおよびシリンダヘッド４２は夫々図３、
図４に示したと同様の構造を有し、ここでは詳細な説明
は省略する。

【００２７】てこ部材３４ａの反対側端の支点４４には
支点ローラ４５が回動自在に取り付けられ、この支点ロ
ーラ４５はシリンダボア３７ａの中心軸に直交する一対
の案内面を有する支持体４６ａ，４６ｂの間に挟まれて
保持され、揺動支点が構成される。

【００２８】シリンダブロック３７に形成された他のシ
リンダボア３７ｂ内にも同様に形成された一対のピスト
ンが挿入され、これらのピストンの間には夫々ピストン
アクチェータを介しててこ部材３４ｂの作用点５０に取
り付けられたローラ５１が挿入保持される。てこ部材３
４ｂの反対側端の支点５２には支点ローラ５３が回動自
在に取り付けられ、この支点ローラ５３はシリンダボア
３７ｂの中心軸に直交する一対の案内面を有する支持体
の間に挟まれて保持され、揺動支点が構成される。

【００２９】このように構成されたコンプレサー本体に
は図８に示したように互いにほぼ１２０度の角度で３本
の指示腕５６ａ、５６ｂ，５６ｃが形成され、ハウジン
グ５７内にねじ５８で固定される。

【００３０】以下、この発明の第１の実施の形態のコン
プレッサの動作を図面を参照して説明する。図１におい
てモータを駆動すると、モータ回転軸に取り付けられた
クランクシャフト１８が矢印で示した方向に回転し、こ
の回転運動がクランクアーム１８ａを介しててこ部材２
０の力点１６ｂに伝達される。てこ部材２０はその支点
１６ｃが揺動支点レギュレータ１９により揺動的に支持
されているので、てこ部材２０は図示位置から反時計方
向に回動する。これにより、作用点レギュレータ１７に
連結されたコネクティングロッド１５を介してピストン
１４は下死点位置からシリンダヘッド１３の方向に移動
して、シリンダ１１内の冷却媒体ガスが圧縮される。ク
ランクアーム１８ａが１８０度回転した位置ではピスト
ン１４は上死点位置となり、圧縮圧力は最大となる。さ
らにクランクアーム１８ａが回転すると、ピストン１４
はふたたびその下死点位置に向けて移動し、この位置か
らピストン１４が下方に移動するにつれて吸入弁２１ａ
が開いてガスが導入口１３ａからシリンダ１１内に吸い
込まれる。このとき吐出弁２２ａは閉じているので、圧
縮されたガスがシリンダ１１内に逆流することはない。

【００３１】ピストン１４が下死点を通過すると、シリ
ンダ１１内に吸い込まれたガスはピストン１４の上昇に
つれて吐出弁２２ａから一次圧縮室１３ｄに送られる。
このとき吸入弁２１ａは閉じているので、ガスがシリン
ダボア１１ａ内から外部に逆流することはない。一次圧
縮室１３ｄに溜まったガスの圧力がある程度高いとき
は、ピストン１４の上昇につれてシリンダボア１１ａ内
のガスの圧力が高くなり、この圧力が一次圧縮室１３ｄ
に溜まったガスの圧力より高いときに吐出弁２１ｂが開
いて第２のシリンダボア１１ｂ内に送られる。シリンダ
ボア１１ｂ内に送られたガスは同様にして二次圧縮さ
れ、二次圧縮室１３ｅから吐出口１３ｂに高圧ガスが得
られる。

【００３２】この様にしてモータの回転につれてピスト
ン１４の往復運動が継続され、ガスが圧縮される。以上
説明したように上記実施の形態によれば、２個のシリン
ダに対して１個のシリンダヘッドを用いることができる
構造としたので、パッキングやヘッド配管などが簡素化
され、製造コストが低減できるようになった。

【００３３】また、シリンダ軸の取り付け方向がクラン
クシャフトの放射方向に限定されないので設計の自由度
が大きい。また一つのモータに対して複数のシリンダを
単一のシリンダフロック中に組み込み、共通のシリンダ
ヘッドを用いるようにしたので振動による配管からの気
体の漏れのおそれが少なくなる。

【００３４】さらに、モータの回転をピストンの往復運
動に変換する際に揺動支点型のてこ装置を介して動力を
伝達することにより、ピストンの運動時のシリンダ壁方
向のベクトル成分が大幅に減少できるため、シリンダ壁
の磨耗がなくなり、エネルギー効率が向上しする。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
単一の動力源の回転力を複数のシリンダをコンパクトに
配置した状態で各々のシリンダ内のピストンに効率良く
伝達でき、設計の自由度と部品点数の減少による製造コ
ストの低減を可能とし、振動による空気漏れが起きにく
い構造とすることで装置全体の効率低下を未然に防止で
きるようにした、集合ヘッドを有する気体圧縮機を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の全体構成を概略
的に示す図。

【図２】図１に示したシリンダブロックおよびシリンダ
ヘッド部の斜視図。

【図３】図２に示したシリンダヘッドの斜視図。

【図４】図２に示した弁プレートの平面図。

【図５】図４に示した吐出弁の斜視図。

【図６】図４に示した吸入弁の斜視図。

【図７】図１に示したこの発明の第１の実施の形態の全
体構成を具体的に示す正面図。

【図８】図７の切断線８−８で切断して示す断面図。

【図９】従来のコンプレッサの構成を概略的に示す図。

【符号の説明】

１１…シリンダ。 １２…弁プレート。 １３…シリンダヘッド。 １４…ピストン。 １５…コネクティングロッド。 １６…揺動支点型てこ装置。 １７…作用点レギュレータ。 １８…クランクシャフト。 １９…揺動支点レギュレータ。 ２０…てこ部材。 ２１ａ…吸入弁。 ２２ａ…吐出弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 25/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のシリンダが一体成型されたシリン
   ダブロックと、このシリンダブロック上に取り付けられ
   前記複数のシリンダに対応する複数のシリンダヘッドが
   一体成型されたシリンダヘッドブロックと、前記複数の
   シリンダに夫々挿入されたピストンと、前記ピストンに
   それぞれ一端が回動自在に連結された複数のコネクティ
   ングロッドと、この複数のコネクティングロッドの夫々
   の他端に連結された作用点レギュレータに連結された作
   用点とモータ回転軸に偏心して取り付けられた力点と支
   点レギュレータに連結された支点とを有する揺動支点型
   てこ装置とを有し、前記作用点レギュレータは、前記ピ
   ストンの往復運動の方向に対して直交する方向に案内面
   を有し所定間隔をもって設けられ且つ前記コネクティン
   グロッドの他端に連結された一対の案内板と、この案内
   板の間に挿入され前記揺動支点型てこ装置の作用点に回
   動自在に軸着された回転ローラとを有することを特徴と
   する気体圧縮機。
2. 【請求項２】 前記複数のシリンダのうちの少なくとも
   一つのシリンダは残りのシリンダに対してその内径を異
   ならせて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
   気体圧縮機。
3. 【請求項３】 前記複数のシリンダはその中心軸が前記
   揺動支点型てこ装置のてこ部材の長手方向に対してほぼ
   直交する方向に配置されたことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２のいずれか１項に記載の気体圧縮機。