JP3714528B2 - 電磁式コンプレッサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電磁式コンプレッサおよびその製造方法に関し、特に都市ガス等の可燃性ガスあるいはその他のガスの吸引、圧縮に使用して好適な電磁式コンプレッサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、空気等の流体を圧縮して吐出する電磁式コンプレッサが広く使用され、該電磁式コンプレッサに関する発明も種々なされている。この種の電磁式コンプレッサの代表例として、例えば特公昭５７−３０９８４号公報に記載されているようなものがあり、図９を参照して、簡単に説明する。
【０００３】
電磁式コンプレッサ１００は、固定電磁回路１０１を中心にして、前方（図示の左方）には前部フレーム１０２、前部カバー１０３が順次配置され、一方、後方（図示の右方）には後部フレーム１０４、後部カバー１０５が順次配置された構造を有し、これらが一体に結合されて、該電磁式コンプレッサ１００の機体の外郭を形成している。
【０００４】
前部フレーム１０２は、前部鍔１０６と後部鍔１０７を有し、前部鍔１０６にはこれと一体にかつ芯合わせされた前部嵌合筒部１０８と後部嵌合筒部１０９とが形成されている。前部嵌合筒部１０８には前部シリンダ１１０が嵌挿され、後部嵌合筒部１０９には後部シリンダ１１１が嵌挿され、前部フレーム１０２と後部シリンダ１１１とは、ねじ１１２、１１２、…により一体に固定されている。
【０００５】
後部フレーム１０４は、前部鍔１１３と外鍔１１４を有し、前記前部フレーム１０２の後部鍔１０７と該後部フレーム１０４の前部鍔１１３は共に、固定電磁回路１０１にねじ止めされている。このため、該後部鍔１０７と前部鍔１１３の対向する面は、それぞれ固定電磁回路１０１の前面、後面と突き合わせされている。
【０００６】
固定電磁回路１０１には、コイル１１５が巻回されており、該コイル１１５に通電することによって形成されるＮ極またはＳ極の磁極は、前後方向に形成された前記後部嵌合筒部１０９の切欠部の中に配置されている。該磁極に電磁吸引される磁性アーマチュア１２０は、前部シリンダ１１０内を摺動するピストンヘッド１２１を有する前部ピストン１２２と、後部シリンダ１１１内を摺動する後部ピストン１２３に挟持され、かつねじ１２４により、三者が一体に固定されている。後部ピストン１２３と後部シリンダ１１１のキャップ１２５との間には、復帰ばね１２６が配されている。
【０００７】
さて、上記の構成を有するコンプレッサにおいて、固定電磁回路１０１が励磁されると、前後部ピストン１２２、１２３（以下、単にピストン１２２と呼ぶ）と一体の磁性アーマチュア１２０は、復帰ばね１２６の弾発力に打ち勝って、図示されているように電磁吸引往動する。一方、励磁が解除されると、ピストン１２２は復帰ばね１２６に押圧されて復動する。このピストン１２２の往復動によって、前部シリンダ１１０内に画定される作動室１２７内の空気が疎密の状態を繰り返す。
【０００８】
すなわち、電磁吸引力が働いてピストン１２２が後退した時には、ピストンヘッド１２１に設けた吸入弁１２８が作動室１２７に向かって開口し、後部カバー１０５の吸入口１３０から機体内に導入された空気は、フィルタ１３１、供給孔１３２、１３２、および吸入口１３３を経て作動室１２７に流入する。一方、復帰ばね１２６に押圧されてピストン１２２が前進した時には、作動室１２７内の空気が密になる。そうすると、作動室１２７の壁部の一部に取付けられた吐出弁が開口し、圧縮空気は吐出口１３４およびタンク１３５を経て、吐出口１３６から、必要に応じてホースに接続された外部機器に供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した構成のコンプレッサを、都市ガス等の可燃性ガスの吸引、圧縮に適用しようとすると、作動室１２７に吸入される可燃性ガスが電気的部分、たとえばコイル１１５等の周辺を通って、供給孔１３２および吸入口１３３に導かれるという不具合があった。また、固定電磁回路１０１の前面、後面と、後部鍔１０７と前部鍔１１３とは、それぞれ突き合わされているため、可燃性ガスが該突き合わせを通って外部に漏れる恐れがあった。
【００１０】
この発明は、前記した従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、可燃性ガス等の吸引、圧縮に使用して好適な電磁式コンプレッサ（または、燃料電池用ポンプ）およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明は、電磁石による吸引力と復帰バネによる弾発力により、シリンダ内を往復運動するピストンを備えた電磁式コンプレッサにおいて、前記シリンダを構成する前部シリンダおよび後部シリンダと、該前部シリンダと後部シリンダとの間に同軸に配置された磁極を有する前記電磁石とを、樹脂で一体にモールドし、導電部にガスが触れないようにガスの吸引から吐出までの通路を密閉構造とした点に第１の特徴がある。
【００１２】
この第１の特徴によれば、可燃性ガス等のガスが電磁式コンプレッサの構成部材の電気的部分に触れなくなる。また、従来装置とは異なり、電磁式コンプレッサの構成部材間の突き合わせ部分がなくなるので、吸引されたガスが該電磁式コンプレッサの構成部材間から外部に漏れるのを防止できるようになる。
【００１３】
また、本発明は、前記電磁石のコイルの外周の少なくとも一部は、前記樹脂でモールドしないようにした点に第２の特徴がある。この特徴によれば、コイルの外周の一部が外気に露出されるので、コイルからの発熱を効果的に発散させることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記前部シリンダ内であって、前記ピストンのヘッドと対向する位置にエアダンパー室を設けた点に第３の特徴がある。この特徴によれば、圧縮工程時にピストンショックが発生しないようにすることができる。この結果、電磁式コンプレッサは安定的に動作し、かつ長寿命にすることができる。
【００１５】
また、本発明は、ガスの吸引側通路の周辺のハウジングまたはヘッドカバーに薄肉部を形成し、該ガスの圧力が予定値以上になった時に、該ガスの圧縮側と吸引側が分断されるようにした点に第４の特徴があり、また、前記ガスの吸引側の通路内にバルブを設け、該バルブは前記ガスの圧縮側と吸引側が分断された時に該通路を閉鎖するようにした点に第５の特徴がある。
【００１６】
該第４、第５の特徴によれば、電磁式コンプレッサ内の圧力が予定値以上になると前記薄肉部が破断されるので該電磁式コンプレッサ内の圧力が予定以上の高圧になるのを防止することができる。また、該薄肉部が破断されると、ガスの吸引側の通路内に設けられたバルブが閉じるので、ガスが外部に流出し続けるのを防止できる。
【００１７】
さらに、本発明は、下側金型の中央部に設けられた芯出し用の円柱突起をガイドとして前部シリンダを挿入する工程と、該円柱突起をガイドとしてスペーサ挿入する工程と、コイルが巻回された鉄心の磁極が、該スペーサの所定の位置にくるように、該円柱突起をガイドとしてかつ位置合わせされて挿入される工程と、後部シリンダが該円柱突起をガイドとして挿入される工程と、前記下側金型上に上側金型が被せられ、該上側金型の孔から金型内に、流体状の樹脂が注入される工程とにより電磁式コンプレッサを製造するようにした点に第６の特徴がある。この特徴によれば、ガスの吸引から吐出までの通路を密閉構造にした電磁式コンプレッサを容易に製造することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の電磁式コンプレッサの一実施形態の断面図であり、その中心軸ａを通りかつ鉄心に巻回されたコイルの巻回面に平行な面で切った断面図を示す。なお、この図においては、中心軸ａより上側のピストンは、該ピストンが後退した時の上死点の位置を示し、該中心軸ａより下側のピストンは、該ピストンが前進した時の下死点の位置を示している。
【００１９】
電磁式コンプレッサは、中心軸ａと同軸であって、前方向（図の左方向）から後ろ方向（図の右方向）に向かって順に配置された、円筒形状の前部シリンダ１、絶縁材からなるスペーサ２、および後部シリンダ３を有している。該前部シリンダ１、スペーサ２、および後部シリンダ３の内部には、これらの内面と摺動する前部ピストン４、磁性アーマチュア６および後部ピストン５が設けられている。前部ピストン４は後端面４ａとその中央部に開けられた貫通孔を有し、該貫通孔に後部ピストン５の前端面５ａからさらに前方に延びる小径管部５ｂの一部が挿入・固定されている。前記磁性アーマチュア６は、前部ピストン４の後端面４ａと後部ピストン５の前端面５ａとの間に挟持され、三者が一体に結合されている。前記小径管部５ｂの前方先端には、インレットバルブ７が取付けられている。
【００２０】
前部ピストン４の前方には、該前部ピストン４と対向してヘッドキャップ８が置かれ、前後方向に延びる該ヘッドキャップ８の中央孔８ａの前方端部にはアウトレットバルブ９が取付られている。該アウトレットバルブ９の前方には、ヘッドカバー１１が設けられ、該ヘッドカバー１１はねじ１２でヘッドキャップ８に固定されている。一方、後部ピストン５と、ニップル１３が接続されたヘッドカバー１４との間には、復帰ばね１５が配されている。ヘッドカバー１４は図示されていないねじにより、装置本体に固定されている。
【００２１】
図２は、図１をＡ−Ａ線で切った断面を、矢示方向に見た図である。図１、図２と同一または同等物には、同一の符号が付されている。なお、図２には、磁極２０ａと対向する位置に来る磁性アーマチュア６または後部ピストン５は、図示を省略されている。
【００２２】
図２の面内には、前記磁性アーマチュア６を電磁的に吸引する電磁石が配置されている。該電磁石の鉄心２０の腕部２０ｂ，２０ｂにはボビン２１が嵌挿され、その中にコイル２２が巻回されている。コイル２２に通電されると、腕部２０ｂ，２０ｂの開放端に磁極２０ａ、２０ａが形成される。この図から、スペーサ２の外周、鉄心２０の内外周、およびボビン２１・コイル２２の外周は、樹脂２３でモールドされていることが分かる。
【００２３】
以上のことから、前記シリンダ１、３、スペーサ２の外周、鉄心２０の外周、およびボビン２１・コイル２２の外周は、図１に示されているように、樹脂２３で完全にモールドされて、前記シリンダ１、３、およびスペーサ２で形成されたガスが通る通路の外壁は密閉構造となることが理解できる。また、樹脂２３はハウジングの働きをもしている。
【００２４】
次に、本実施形態の要部の構成の製造方法を、図３、図４を参照して説明する。まず、図３(a) に示されているように、中央に芯出し用の円柱突起４１を有する下側金型４０を用意し、該円柱突起４１に上から前部シリンダ１を挿入する。次に、同図(b) に示されているように、その上に、円柱突起４１をガイドとしてスペーサ２が挿入される。なお、該スペーサ２の上部には、鉄心２０の磁極２０ａが嵌挿される窓２ａが形成されている。次に、同図(c) に示されているように、ボビン２１にコイル２２が巻回された鉄心２０が用意され、該鉄心２０の磁極対向間隙２０ｃ（図２参照）が円柱突起４１に、また鉄心２０の孔２０ｄ、２０ｅ（図２参照）がそれぞれ段突きガイド棒４２ａ、４２ｂと適合するように位置決めされて挿入される。そうすると、鉄心２０は、前記磁極２０ａがスペーサ２の窓２ａに適合するように、スペーサ２上に重ねられることになる。
【００２５】
次に、図４(d) に示されているように、後部シリンダ３が円柱突起４１をガイドとして挿入される。最後に、同図(e) に示されているように、上側金型５０が下側金型４０上に被せられ、上側金型５０の孔５１から、高温では流体となり常温では硬化する樹脂２３が投入される。該樹脂が硬化した所で、成型品を金型から取出すと、図１に示したヘッドキャップ８とヘッドカバー１４に挟まれる部分であって、ピストンとアーマチュアを除いた部分である装置本体が得られる。
【００２６】
次に、図１を参照して、本実施形態の電磁式コンプレッサの動作を説明する。
【００２７】
可燃性ガス等のガスは、ニップル１３を通って後部シリンダ３内に入る。いま、磁極２０ａからの電磁吸引力が働いてピストン４、５が後退（往動）すると、インレットバルブ７が開き、ガスは作動室１０に送り込まれる。この時、アウトレットバルブ９は閉じられている。次に、前記電磁吸引力が停止しピストン４、５が復帰ばね１５の弾発力により前進（復動）すると、インレットバルブ７が閉じて、作動室１０内のガスは圧縮される。該ガスの圧力が所定以上になると、アウトレットバルブ９は開き、ヘッドカバー側のニップル１３を通って吐出される。この時、前部ピストン４のヘッドとヘッドキャップ８の外周壁との間には、エアダンパ室１６が形成される。このため、圧縮工程時に、前部ピストン４のヘッドがヘッドキャップ８の外周基部に衝突してピストンショックが発生するのを防止できる。
【００２８】
本実施形態によれば、可燃性ガス等のガスがシリンダ４、５内だけを通過するようになり、コイル２２等の電気的部分を通過しないようになるので、該ガスは該電気的部分に触れることがなくなり、安全性を高めることができるようになる。また、従来装置のように、装置内に突き合わせ部分がなく、ガスの通路の周囲は樹脂で完全に密封されているので、ガスが装置の外部に漏れる恐れは全くなくなる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態を、図５を参照して説明する。この実施形態は、前記第１実施形態に比べて、ヘッドキャップ８に、圧縮ガスの通路とエアダンパ室１６とを結ぶ、半径方向に延びる連通孔１７を設けた点に特徴がある。この実施形態によれば、前部ピストン４のヘッド近傍の内壁にヘッドキャップ８の外壁を摺動するピストンリング１８が嵌挿されており、該前部ピストン４のヘッドが連通孔１７にかかるまではダンパー効果が発生しないので、ピストン４、５が前進動作する圧縮工程時に発生するエネルギーのロスを、極力低減できるようになる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施形態を、図６を参照して説明する。この実施形態においては、後部ピストン３の後側、すなわちガスの吸引側に、好ましくは環状の薄肉部１４ｂ（脆弱部）を有するヘッドカバー１４ａが取り付けられている。また、該ヘッドカバー１４ａと一体のスプリング受け１４ｃの割り溝１４ｄの中にＴ字型のストッパ３２が配置され、該ストッパ３２の中心軸方向ａと垂直な方向の両端部は後部シリンダ３の外周を覆う樹脂の後端とヘッドカバー１４ａの角部との間に支持され、該中心軸方向ａの端部はバルブ３３の中央穴に当接している。バルブ３３はその前部にＯリング３４を有し、ニップル３５にその後端を支持されたスプリング３６の前端に固定されている。このため、正常時には、バルブ３３はストッパ３２の中心軸方向ａの端部により、スプリング３６の弾発力に抗して押圧されて開いており、吸引されてきたガスは該バルブ３３を通過する。
【００３１】
しかし、何らかの理由で、後部シリンダ３内の圧力が異常に大きくなると、前記ヘッドカバー１４ａの薄肉部１４ｂが破断する。そうすると、バルブ３３を押圧していたストッパ３２の押圧力から開放され、バルブ３３はスプリング３６の弾発力により前方向に押圧されて、ヘッドカバー１４ａのガス通路内壁１４ｅに前記Ｏリング３４が強く当接する。この結果、ホース３７を経て吸引されてきたガスはバルブ３３により遮断され、ヘッドカバー１４ａの破断箇所から外部に流出するのを阻止される。
【００３２】
該第３実施形態の変形例を、図１０を参照して説明する。ニップル３５は鉄等の磁性体で形成されたヘッドカバー６１と固着されており、バルブ３３はスプリング３６の弾発力により、外方に押圧されている。ハウジング６２は、その中央部にシリンダ内に突出するスプリング受け６３と、バルブ３３に向かって延びるストッパ６５を有し、またその周辺部に永久磁石６４が埋め込まれている。この永久磁石６４はその磁力によりヘッドカバー６１を吸引し、シールリング６６の作用により、気密構造を形成している。
【００３３】
この変形例において、前記と同様に、何らかの理由で後部シリンダ３内の圧力が異常に大きくなり、該圧力が、前記永久磁石６４の前記ヘッドカバー６１に対する吸引力を越えると、ヘッドカバー６１はハウジング６２から分離される。この結果、前記第３実施形態と同様に、バルブ３３はこれを押圧していたストッパ６５の押圧力から開放され、バルブ３３はスプリング３６の弾発力により前方向に押圧されて、ヘッドカバー６１のガス通路内壁に前記Ｏリング３４が強く当接する。このため、前記第３実施形態と同等の効果を得ることができるようになる。
【００３４】
したがって、該第３実施形態およびその変形例によれば、電磁式コンプレッサを可燃性ガスを吸引、圧縮するのに使用した場合の安全性を向上させることができる。
【００３５】
なお、前記各実施形態では、図７に示されているように、電磁式コンプレッサのＡ−Ａ線より後側に位置するボビン２１およびコイル２２の外側をも樹脂２３で被覆したものであったが、この被覆はなくてもよい。すなわち、図８に示されているように、該被覆をしないと、樹脂の使用量を節約できると共に、コイル２２が外気に露出されるので、コイル２２から発生した熱を速やかに発散させることができ、電磁式コンプレッサ内の温度が上がるのを抑制できるようになる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、ガスの吸引から吐出までの通路が密閉構造になるので、該ガスが電磁式コンプレッサの電気的部分に触れたり、外部に露出するのを防止できる。請求項２の発明によれば、コイルの少なくとも一部が外気に露出しているので、該コイルからの発熱を効果的に発散させることができ、コイルからの熱により電磁式コンプレッサが昇温するのを低減できる。
【００３７】
請求項３、４の発明によれば、ピストンショックを有効に防止できる。このため、電磁式コンプレッサを安定的に動作させるようにできる共に、長寿命化できる。また、請求項５、６、７の発明によれば、電磁式コンプレッサ内の圧力が予定値以上になると、電磁式コンプレッサの機能を停止して安全を確保できると共に、吸引されたガスが外気に漏洩するのを防止できる。
【００３８】
さらに、請求項８の発明によれば、ガスの吸引から吐出までの通路が密閉構造の電磁式コンプレッサ本体を容易に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の中心軸方向の断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】 本実施形態の製造工程を示す説明図である。
【図４】 本実施形態の製造工程を示す図３に続く説明図である。
【図５】 本発明の第２実施形態の中心軸方向の断面図である。
【図６】 本発明の第３実施形態の中心軸方向の断面図である。
【図７】 前記各実施形態における外観平面図である。
【図８】 本発明の第４実施形態の外観平面図である。
【図９】 従来装置の一例の断面図である。
【図１０】 本発明の第３実施形態の変形例の中心軸方向の断面図である。
【符号の説明】
１…前部シリンダ、２…スペーサ、３…後部シリンダ、４…前部ピストン、５…後部ピストン、６…磁性アーマチュア、７…インレットバルブ、９…アウトレットバルブ、１０…作動室、１４…ヘッドカバー、１４ｂ…薄肉部、１６…エアダンパー室、２０…鉄心、２０ａ…磁極、２１…ボビン、２２…コイル、２３…樹脂（ハウジング）、３２…Ｔ字型ストッパ、６１…ヘッドカバー、６２…ハウジング、６４…永久磁石。

Claims (8)

1. 電磁石による吸引力と復帰バネによる弾発力により、シリンダ内を往復運動するピストンを備えた電磁式コンプレッサにおいて、
   前記シリンダを構成する前部シリンダおよび後部シリンダと、該前部シリンダと後部シリンダとの間に同軸に配置された磁極を有する前記電磁石とを、樹脂で一体にモールドし、導電部にガスが触れないようにガスの吸引から吐出までの通路を密閉構造としたことを特徴とする電磁式コンプレッサ。
2. 前記電磁石のコイルの外周の少なくとも一部は、前記樹脂でモールドしないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電磁式コンプレッサ。
3. 前記前部シリンダ内であって、前記ピストンのヘッドと対向する位置にエアダンパー室を設け、圧縮工程時にピストンショックが発生しないようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁式コンプレッサ。
4. 前記エアダンパー室の奥部近傍に、前記ガスの通路と通ずる孔を設け、前記ピストンのヘッドが該孔を塞いだ時に、ダンパー効果が開始されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電磁式コンプレッサ。
5. ガスの吸引側通路の周辺のハウジングまたはヘッドカバーに薄肉部を形成し、該ガスの圧力が予定値以上になった時に、該ガスの圧縮側と吸引側が分断されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁式コンプレッサ。
6. 前記ガスの吸引側通路のハウジングに磁石を設け、該磁石の磁力により磁性体で形成されたヘッドカバーを吸引して、ガスの吸引側通路を形成し、該ガスの圧力が予定値以上になった時に、該ガスの圧縮側と吸引側が分断されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁式コンプレッサ。
7. 前記ガスの吸引側の通路内にバルブを設け、該バルブは前記ガスの圧縮側と吸引側が分断された時に該通路を閉鎖するように構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電磁式コンプレッサ。
8. 下側金型の中央部に設けられた芯出し用の円柱突起をガイドとして前部シリンダを挿入する工程と、
   該円柱突起をガイドとしてスペーサを挿入する工程と、
   コイルが巻回された鉄心の磁極が、該スペーサの所定の位置にくるように、該円柱突起をガイドとしてかつ位置合わせされて挿入される工程と、
   後部シリンダが該円柱突起をガイドとして挿入される工程と、
   前記下側金型上に上側金型が被せられ、該上側金型の孔から金型内に、流体状の樹脂が注入される工程とからなることを特徴とする電磁式コンプレッサの製造方法。

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