JP2873941B2

JP2873941B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP2873941B2
Application number: JP27560896A
Authority: JP
Inventors: 藤夫浜; 晴信小坂; 健年桜井
Original assignee: TEIKOKU PISUTONRINGU KK
Current assignee: TEIKOKU PISUTONRINGU KK
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH10103224A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車載可能な空気圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】中大型トラックでは、ブレーキシステム
等各種の制御機構の駆動源として圧縮空気が使用されて
いる。現在この供給源として、一般的なクランク機構が
採用され、かつ、シリンダ室に潤滑油が供給されてピス
トンリング等が潤滑される往復動圧縮機が使用されてい
る。

【０００３】圧縮空気に水分が混じると、空気配管の途
中で冬季には凍結する危険がある。このため、圧縮空気
と水分とを分離する必要がある。現在採用されている空
気と水分の分離方法は、高圧の空気中の水分を多孔質の
水吸収剤に吸収させた後、急速に減圧して水吸収剤から
水を大気中に放出するものである。この方法は、圧縮空
気に潤滑油が混じると、分離性能が低下する欠点があ
る。

【０００４】また、圧縮空気に潤滑油が混じると、熱に
より圧縮機の吸入、吐出弁近辺で潤滑油が炭化する傾向
がある。吐出弁にスラッジが付着すると、弁の作動が不
完全になって、圧縮空気の温度が益々上昇するので、炭
化が一層促進されるようになる。

【０００５】したがって、圧縮空気に潤滑油が混じらな
いようにすることが望まれる。

【０００６】汎用の圧縮機においては、無潤滑の圧縮機
が存在する。この種のもので最も一般的なものは、クラ
ンク部分にボールベアリングを、ピストンとピストンピ
ンの部分にニードルベアリングを使用し、これらの軸受
にグリースを入れて密封し、シリンダ室に潤滑油が入ら
ないようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記軸
受構造によると、軸受部分が大きくなり、車載に適さな
い大きさとなる。

【０００８】他方、真空ポンプの一部に、カムでピスト
ンロッドを駆動し、ピストンロッドの中央部でオイルシ
ールを行うものがある。この構造で実用化できたもの
は、ピストンストロークが２０ｍｍ以下と小さく、中大
型トラック用の圧縮機には採用できない。

【０００９】他方、クロススライダクランク機構が、一
部の機械に使用されている。これは、往復動するロッド
と、これに固定され、往復動可能に支承されたスライダ
フレームと、スライダフレームの運動方向に対して直角
方向に移動可能にスライダフレームに支承されたスライ
ダと、スライダが回転可能に連結されたクランクシャフ
トとからなっている。この機構をピストンに接続する
と、サイドスラストが作用しないピストンが得られる
が、通常のクランク機構に比べると成立の条件に制約が
あるので、往復動圧縮機に使用された例はない。まし
て、ピストンロッドの中間部でオイルシールする圧縮機
は存在しなかった。

【００１０】本発明の目的は、小型で車載可能であり、
しかも圧縮空気に潤滑油が混入しないようにすることに
ある。また、本発明の別の目的は、無潤滑でもシールリ
ング（ピストンリング）とシリンダの耐久性を維持でき
るようにすることにある。さらに、本発明の目的は、ス
ライダとスライダフレームの摺動特性の向上を図ること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランク機構
によってピストンがシリンダ内を往復動する圧縮機にお
いて、前記クランク機構がクロススライダクランク機構
によって構成されていることを特徴とする。

【００１２】クロススライダクランク機構は、ピストン
に連結固定されているピストンロッドと、ピストンロッ
ドに連結固定され、往復動可能に支持されているスライ
ダフレームと、スライダフレームの運動方向に対して直
角方向に摺動可能にスライダフレームの窓孔に装着され
ているスライダと、スライダが回転可能に装着されてい
るクランクシャフトとを備えている。

【００１３】シリンダ内においてピストンを往復動させ
るクランク機構として、クロススライダクランク機構を
採用しているので、下記の作用を奏する。

【００１４】ピストンロッドは純粋な正弦による直線
運動を行い、従来のクランク機構に付随する高次の振動
成分がない。したがって、騒音の発生を抑制でき、ピス
トンに装着されるシールリング（ピストンリング）とシ
リンダの耐久性も増す。

【００１５】ピストンロッドが直線運動を行うので、
ピストンロッドの中間部でオイルシールを容易に行え
る。その結果、シリンダ内とクランクケース内を容易に
シールすることができ、シリンダ内を容易に無潤滑油状
態に維持することができる。

【００１６】ピストンロッドが直線運動を行い、ピス
トンスラップを生じないので、無潤滑でも、ピストンに
装着されるシールリング（ピストンリング）とシリンダ
の耐久性を維持できる。

【００１７】ピストンロッドが直線運動を行い、ピス
トンスラップを生じないので、振動・騒音の発生を抑制
できる。

【００１８】ピストンとピストンロッドの相対的運動
がないことにより、ピストンロッドの内部を通じてピス
トンの内部に潤滑油を容易に供給することができるた
め、ピストンの油冷却を簡単に行える。

【００１９】また、本発明の圧縮機は、クロススライダ
クランク機構のスライダとスライダフレームの摺動特性
の向上を図るために、次の構成を備えていることを特徴
とする。

【００２０】すなわち、スライダフレームのスライダと
摺動する面にＣｒめっきが被覆されている。

【００２１】この場合、スライダは鋳鉄で形成するのが
望ましい。

【００２２】また、スライダのスライダフレームと摺動
する面に油溝を形成するのが望ましい。

【００２３】また、ＣｒめっきはポーラスＣｒめっきが
望ましく、さらには表面加工により、平滑度、表面粗度
およびポア率を改善するのがよい。

【００２４】シリンダ内とクランクケース内とのシール
は、ピストンロッドの中間部にオイルシールを装着する
ことで行うことができ、シリンダ内を無潤滑油状態とす
ることにより、シリンダ内で圧縮された空気に潤滑油が
混入されるのを防止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明の一実施形態
を示し、図１は圧縮機の一部断面正面図、図２は（ａ）
が圧縮機の一部分を示す一部断面右側面図、（ｂ）がス
ライダの平面図、図３はクランクケース部分を示す一部
断面平面図である。

【００２６】本発明の圧縮機は、ピストンがシリンダ内
を往復動する空気圧縮機である。シリンダ１の上面には
ヘッド部２が固定されており、ヘッド部２には空気の吸
入口３と圧縮空気の吐出口４とが設けられている。吸入
口３と吐出口４はそれぞれ空気通路によってシリンダ１
内と連通しており、吸入弁と吐出弁とが所定位置にそれ
ぞれ配設されている。

【００２７】シリンダ１内にはピストン５が挿入されて
おり、ピストン５の外周面に形成されている２本のリン
グ溝にそれぞれピストンリング６，７が装着され、シリ
ンダ１の内壁１ａとのシールを行う。ピストン５の底面
の中央部にはピストンロッド８の一端が固定されてお
り、ピストン５はクロススライダクランク機構によって
シリンダ１内を往復動するように構成されている。

【００２８】シリンダ１は下端部が底付円筒９内に挿入
されて支持され、底付円筒９はクランクケース１０の上
面に固定されている。シリンダ１は鋳鉄材で形成する
他、鋳鉄スリーブをアルミニウムで鋳包みすることによ
って全体重量の軽減、熱伝達の向上を図ることもでき
る。

【００２９】クランクケース１０内にはクランクシャフ
ト１１がピストン５の運動方向（以下、上下方向とす
る。）に対して直角方向に配されて両端部を軸受１２に
よって回転自在に支持されている。クランクシャフト１
１は一端がクランクケース１０から外側に突出してお
り、図示外の駆動源によって回転駆動されるように構成
されている。

【００３０】クランクシャフト１１はクランクケース１
０内に一対のクランクアーム１３を有しており、一対の
クランクアーム１３の間に連結されているクランクピン
１４にスライダ１５が回転可能に取り付けられている。
スライダ１５はクランクシャフト１１方向に見て略正方
形形状のブロック体で、上下に２分割されており、中央
部に形成されているピン孔の内周にメタル１６が固定さ
れて、クランクピン１４に回転自在に組み付けられてい
る。

【００３１】スライダ１５の周囲にはスライダフレーム
１７が配置されている。スライダフレーム１７はクラン
クシャフト１１方向に見て横長の長方形形状の枠体であ
り、横長の長方形の窓孔１８は高さがスライダ１５の高
さと略同じで、横幅はスライダ１５の横幅よりも長い寸
法を有している。このスライダフレーム１７の窓孔１８
にクランクピン１４に取り付けられているスライダ１５
が窓孔１８内をピストン５の運動方向に対して直角方向
（以下、左右方向とする。）に摺動可能に装着されてい
る。

【００３２】スライダフレーム１７のスライダ１５と摺
動する面すなわちスライダフレーム１７の窓孔１８を形
成する上下面にはポーラスＣｒめっき１９が被覆されて
いる。このＣｒめっき１９の表面はＣｒめっき後、表面
加工により、平滑度、表面粗度およびポア率を改善する
のが望ましい。スライダ１５はねずみ鋳鉄等の鋳鉄材で
形成されている。

【００３３】スライダフレーム１７はクランクケース１
０内を上下方向に往復動可能に一対のガイド棒２０，２
１によって支持されている。一対のガイド棒２０，２１
はクランクケース１０内を上下方向に延びてクランクケ
ース１０に固定されており、スライダフレーム１７の長
手方向における両端部に上下方向に形成されているガイ
ド棒挿通孔２２，２３をそれぞれ挿通している。スライ
ダフレーム１７は一対のガイド棒挿通孔２２，２３の各
上下端部にそれぞれブシュ２４，２５を装着して有して
おり、ブシュ２４，２５が各ガイド棒２０，２１を摺動
可能に支持している。

【００３４】ピストン５底部に固定されて下方に延びる
ピストンロッド８は、シリンダ１の下端から底付円筒９
の底部とクランクケース１０の上面部とに形成されてい
る貫通孔２６，２７を挿通して、クランクケース１０内
のスライダフレーム１７の上面中央部に連結固定されて
いる。

【００３５】次に、クロススライダクランク機構の潤滑
とピストンの冷却について説明する。

【００３６】クランクシャフト１１の内部に油供給路２
８が形成されている。この油供給路２８はクランクシャ
フト１１の一端面からクランクアーム１３を通ってクラ
ンクピン１４を軸方向に中央部まで延び、さらに、半径
方向に延びてクランクピン１４の外周まで貫通してい
る。

【００３７】スライダ１５にも油孔２９が形成されてい
る。この油孔２９はスライダフレーム１７と摺動する上
下の摺動面からそれぞれ上下方向に貫通して形成されて
いる。そしてスライダ１５のスライダフレーム１７と摺
動する上下の各摺動面にはそれぞれ油溝３０が形成され
ている。油溝３０は摺動面を表面から見て王形状に形成
されており、その中央部に油孔２９の開口が臨んでい
る。

【００３８】また、メタル１６にはクランクシャフト１
１の油供給路２８とスライダ１５の油孔２９とを連通さ
せる油供給路３１が形成されている。この油供給路３１
はメタル１６の内周に形成されクランクシャフト１１の
油供給路２８に連通している環状溝と、環状溝の底部か
らスライダ１５の油孔２９と連通する油孔とから構成さ
れている。

【００３９】また、クランクケース１０の油供給口３２
から圧縮機内に供給された潤滑油は、一方のガイド棒２
０の内部に形成されている油供給路３３、一方のガイド
棒２０とガイド棒挿通孔２２との間で形成されている油
供給路３４を順次通って、一方のガイド棒２０とブシュ
２４との摺動部を潤滑しながら、次に、スライダフレー
ム１７に形成されている油供給路３５に流入するように
構成されている。

【００４０】そして、スライダフレーム１７の油供給路
３５に流入した潤滑油は、途中で、もう一方のガイド棒
２１側と、ピストンロッド８側とに分岐する。もう一方
のガイド棒２１側に流れた潤滑油はガイド棒２１とガイ
ド棒挿通孔２３との間で形成されている油供給路３６に
流入し、ガイド棒２１とブシュ２５との摺動部を潤滑し
た後、上下端からクランクケース１０に落下する。

【００４１】ピストンロッド８側に流れた潤滑油は、ピ
ストンロッド８に形成されている油供給路３７に流入
し、ピストン５の内部に形成されている冷却室に入り、
ピストン５を内側から冷却した後、ピストンロッド８に
形成されている油排出路３８を通って、下端の開口から
クランクケース１０内に排出されるように構成されてい
る。

【００４２】以上のように、クロススライダクランク機
構には潤滑、冷却油路が形成されている。

【００４３】しかしながら、シリンダ１内は無潤滑油状
態にされている。すなわち、シリンダ１下方の底付円筒
９の貫通孔２６の周囲の底部内面に形成されている環状
凹部３９にオイルシール４０が装着され、オイルシール
４０の内周がピストンロッド８の外周に接触されてシー
ルし、クランクケース１０内の潤滑油がシリンダ１内に
供給されないようにしている。したがって、ピストンリ
ング６，７は無潤滑でシリンダ内壁１ａと摺動する。

【００４４】以下、作用を説明する。クランクシャフト
１１が図示外の駆動源によって回転駆動されると、クラ
ンクピン１４に装着されたスライダ１５がクランクシャ
フト１１の中心回りに円軌道を描いて移動する。この
際、スライダ１５が円軌道を移動することによって、ス
ライダ１５はスライダフレーム１７の窓孔１８内を摺動
し、これに伴ってスライダフレーム１７は上下方向（ピ
ストン５の運動方向）に正弦による直線運動を行う。

【００４５】上記において、スライダフレーム１７のス
ライダ１５と摺動する面にはＣｒめっき１９が被覆され
ており、スライダ１５は鋳鉄材で形成されているため、
スライダ１５とスライダフレーム１７との摺動特性すな
わち耐摩耗性、耐焼き付き性は良好である。

【００４６】また、クランクケース１０の側面に開口さ
れている油供給口４１からクランクシャフト１１の油供
給路２８に供給された潤滑油は、クランクシャフト１１
内を通ってクランクピン１４部に至り、一部はメタル１
６の油供給路３１を通じてクランクピン１４とメタル１
６との摺動面に供給され、一部はメタル１６の油供給路
３１およびスライダ１５の油孔２９を通って、スライダ
１５の油溝３０に流入し、スライダ１５とスライダフレ
ーム１７との摺動面に供給される。

【００４７】スライダフレーム１７が上記のように上下
方向に直線運動を行うと、スライダフレーム１７に連結
固定されているピストンロッド８を介してピストン５が
シリンダ１内を往復運動し、ピストン５の下降によって
空気が吸入口３から吸入弁を通ってシリンダ１内に吸入
され、その空気はピストン５の上昇によって圧縮され、
圧縮された空気は吐出弁を通って吐出口４から吐出され
る。

【００４８】この際、クランクケース１０内の各部材の
摺動部分は潤滑されるが、シリンダ１内はオイルシール
４０によってシールされ、無潤滑油状態になっているた
め、圧縮空気に潤滑油が混入するのが防止される。

【００４９】また、クロススライダクランク機構によ
り、クランクシャフト１１の回転によって駆動されるピ
ストンロッド８が純粋な正弦による直線運動を行うの
で、従来のクランク機構に付随する高次の振動成分がな
い。したがって、騒音の発生を抑制でき、ピストンリン
グ６，７とシリンダ１の耐久性も増す。また、ピストン
スラップを生じないので、無潤滑でもピストンリング
６，７とシリンダ１の耐久性を維持できる。また、ピス
トンスラップを生じないので、振動・騒音の発生を抑制
できる。また、ピストン５とピストンロッド８の相対的
運動がないので、ピストンロッド８の内部を通じて潤滑
油をピストン５の内部に容易に供給することができるた
め、ピストン５の油冷却を簡単に行える。

【００５０】以下、上記圧縮機の耐久試験を行った結果
を説明する。

【００５１】ピストンリング６，７材質：ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、カー
ボンファイバーおよびグラファイトの混合樹脂合い口形状：ステップ形状シリンダ１材質：ねずみ鋳鉄内周表面粗度：鏡面仕上げ０．８μｍスライダフレーム１７の材質ＡＣ４Ｃ（Ｓｉ：６．５〜７．５ｗｔ％、不可避不純
物：１．７〜１１．９ｗｔ％、残部Ａｌ）

【００５２】スライダフレーム１７の摺動面の表面処
理とスライダ１５の材質、および試験結果表１に示す。

【００５３】〇：スカッフなし、摩耗少 ×：スカッフあり、摩耗大ＬＢＣ２：Ｃｕ８２〜８６ｗｔ％、Ｓｎ９〜１１ｗｔ％、Ｐｂ４〜６ｗｔ％、残部不可避不純物ＦＣ２５：ＴＣ３．２〜３．３ｗｔ％、Ｓｉ１．５〜２．１ｗｔ％、Ｍｎ０．７〜０．９ｗｔ％、Ｐ＜０．２ｗｔ％、Ｓ＜０．１ｗｔ％、残部Ｆｅ

【００５４】運転条件回転数：３０００ｒｐｍ試験時間：１００時間

【００５５】上記の条件で耐久試験を行った結果、表
１に示されているように、スライダフレーム１７の摺動
面の表面処理がＣｒめっきで、スライダ１５の材質が鋳
鉄の場合、耐摩耗性、耐焼き付き性とも優れていること
が確認された。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧縮機
は、小型で車載可能にでき、しかも圧縮空気に潤滑油が
混入するのを防止することができる。また、無潤滑で
も、ピストンに装着されるシールリング（ピストンリン
グ）とシリンダの耐久性を維持できる。また、振動、騒
音の発生を抑制できる。さらに、クロススライダクラン
ク機構におけるスライダとスライダフレームとの摺動特
性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示し、圧縮機の一部断面
正面図である。

【図２】（ａ）は圧縮機の一部分を示す一部断面右側面
図、（ｂ）はスライダの平面図である。

【図３】クランクケース部分を示す一部断面平面図であ
る。

【符号の説明】

１シリンダ１ａシリンダ内壁２ヘッド部３吸入口４吐出口５ピストン６、７ピストンリング８ピストンロッド９底付円筒１０クランクケース１１クランクシャフト１２軸受１３クランクアーム１４クランクピン１５スライダ１６メタル１７スライダフレーム１８窓孔１９Ｃｒめっき２０、２１ガイド棒２２、２３ガイド棒挿通孔２４、２５ガイドブシュ２６、２７貫通孔２８、３１、３３、３４、３５、３６、３７油供給路２９油孔３０油溝３２、４１油供給口３８油排出路３９環状凹部４０オイルシール

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クランク機構によってピストンがシリン
ダ内を往復動する圧縮機において、前記クランク機構が、ピストンに連結固定されているピ
ストンロッドと、ピストンロッドに連結固定され、往復
動可能に支持されているスライダフレームと、スライダ
フレームの運動方向に対して直角方向に摺動可能にスラ
イダフレームの窓孔に装着されているスライダと、スラ
イダが回転可能に装着されているクランクシャフトとを
備えているクロススライダクランク機構であり、前記スライダフレームのスライダと摺動する面にＣｒめ
っきが被覆されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】前記スライダが鋳鉄で形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】前記スライダのスライダフレームと摺動
する面に油溝が形成されていることを特徴とする請求項
１または２記載の圧縮機。
【請求項４】前記ＣｒめっきはポーラスＣｒめっきで
あり、表面加工により、平滑度、表面粗度およびポア率
を改善されていることを特徴とする請求項１記載の圧縮
機。
【請求項５】シリンダ内とクランクケース内とがピス
トンロッドの中間部に装着されたオイルシールでシール
されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の圧縮機。