JP4946055B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気圧縮機に関する。

制振合金部材を利用して振動の伝播を遮断する防振方法が特許文献１及び２に示されている。

特許文献１に記載の工作機械は、工作機械における振動伝播路で、振動エネルギーが集中し、振動変位が急速に変化する部位に存在する部材、たとえば構造物と構造物との締結部などに寸法精度の確保や機械精度の確保にために挟まれる調整ライナやボルト等の複数の締結部材を振動吸収金属にしたり、パレットベース上に交換可能にセットされるパレットの位置決めを行うパレットコーンや、床面据え付けのレベリングブロックなど、要所を局部的に複数の振動吸収金属で構成したりする。この工作機械は、特別な部品、装置を追加することなく、制振材の局部的な有効利用により、充分な振動減衰が行われ、大きい振動や騒音を生じることがないとしている。

特許文献２には、ハウジング内に軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、回転軸からの振動を受けて変形することにより振動を減衰させる複数の制振部材と、を備えた回転軸の制振構造が開示されている。ハウジング内には、各制振部材の変形を許容する変形許容空間を備えている。この回転軸の制振構造は、各制振部材のひずみ振幅を大きく確保することができるとしている。

これら制振合金部材を用いた制振方法は、加振力を内部ひずみにより発生した双晶の運動エネルギーに変換し、振動源から伝播してくる振動を低減する効果を有する。
特開２０００−１０７９７６号公報 特開２００４−２８６０５１号公報

しかし、これら複数の制振合金部材は、ハウジング内に個別に取り付ける必要があるため、取り付けや取り替え等のメンテナンスに手間がかかる。

本発明の目的は、空気圧縮機において、メンテナンス性に優れ、軸受振動を低減することにより騒音を低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気圧縮機は、駆動モータと、この駆動モータの出力軸に接続された第１の回転軸と、前記第１の回転軸に組み付けられた大歯車と、この大歯車に噛み合う第１、第２の小歯車と、前記第１の小歯車が組み付けられた第２の回転軸および前記第２の小歯車が組み付けられた第３の回転軸と、前記第２の回転軸の両端部および前記第３の回転軸の一方端に取り付けたに羽根車と、前記大歯車および前記第１、第２の小歯車を収容する本体ベースと、前記本体ベースに取り付けられ前記第１の回転軸を回動自在に支承する断面L字状に形成された軸受部材と、前記軸受部材のL字の側面および前記本体ベースの側面に当接して配置された制振部材とを備え、前記制振部材は、２つ割れリング形状で周方向に間隔をおいて形成された複数の穴を有する樹脂保持材と、前記複数の穴の各々に嵌合する複数の制振合金部材とを有し、前記制振合金部材は円板を切頭円錐状に変形した形状であり、前記樹脂保持材に形成した穴は切頭円錐状の前記制振合金部材の凸側面が密接する形状に形成されており、前記制振合金部材は双晶変形して制振するものである。

樹脂保持材は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の類から選ばれ、特に１００℃以上の耐熱性を有する汎用エンジニアリングプラスチックの類が好ましい。繊維や球状のガラスやカーボンを添加してもよい。

樹脂保持材に代えて２つ割れリング形状の板状制振合金部材とし、制振合金部材とこの板状制振合金部材のばね特性を異ならせてもよい。これにより、各制振部材は互いに異なる振動周波数を有する振動を効果的に低減することができる。

また、制振部材の中央部および軸受部材のL字の側面にネジ穴を形成し、ネジで制振部材を軸受部材に保持するようにしてもよい。これにより空気圧縮機の組立の手間を軽減できる。

この空気圧縮機は、軸受部材と前記本体ベースとの間に配置され、前記軸受部材から受けた振動を減衰させる制振部材を備えているから、優れた振動減衰機能が得られ、空気圧縮機における振動及び騒音の発生を低減することができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

図１に示すように、空気圧縮機１は、いわゆる３段圧縮機である。空気圧縮機１は、例えば、駆動モータ９と、駆動モータ９の出力を伝達する動力伝達装置３と、動力伝達装置３の出力によって駆動され、作動ガスを圧縮する圧縮機本体６と、圧縮された作動ガスを冷却するインタークーラ２３、２４、アフタークーラ２５等の補器とを備える。

駆動モータ９は、回転駆動源として作用する、公知の三相モータである。駆動モータ９は、基台に、ボルトのような締め付け具によって堅固に取り外し可能に設置されている。駆動モータ９の出力軸２は、カップリング２ａを介して、動力伝達装置３の大歯車１５の回転軸１５ｓの一端に相対的回転不能に組み付けられている。

動力伝達装置３は、基台に、ボルトのような締め付け具によって堅固に取り外し可能に設置されている。動力伝達装置３は、中空の本体ベース２０の内部に、小歯車１３、１４及び大歯車１５を備えている。

小歯車１３は、小歯車１３の両側から互いに反する方向に延びるように、小歯車１３に相対的回転不能に組み付けられた回転軸１３ｓを有する。したがって、小歯車１３は、回転軸１３ｓの中央に相対的回転不能に組み付けられている。

回転軸１３ｓは、これを相対的回転可能に支持する２つの軸受１０を介して、本体ベース２０に支持される。したがって、小歯車１３は、２つの軸受１０を介して本体ベース２０に相対的回転可能にかつ両端支持梁の状態で支持されている。

小歯車１３と２つの軸受１０のそれぞれとの間には、小歯車１３がいずれかの軸受１０に寄ることを阻止するためのスラストカラー１７が配置されている。スラストカラー１７は、小歯車１３の歯先円の直径よりも大きい外径を有する。

小歯車１４は、小歯車１４の両側から互いに反する方向に延びるように、小歯車１４に相対的回転不能に組み付けられた回転軸１４ｓを有する。したがって、小歯車１４は、回転軸１４ｓの中央に相対的回転不能に組み付けられている。

回転軸１４ｓは、回転軸１３ｓの延びる方向に平行な方向に延びるように、相対的回転可能に支持する２つの軸受１１を介して本体ベース２０に支持される。したがって、小歯車１４は、２つの軸受１１を介して本体ベース２０に相対的回転可能にかつ両端支持梁の状態で支持されている。

小歯車１４と軸受１１のそれぞれとの間には、小歯車１４がいずれかの軸受１１に寄ることを防止するためのスラストカラー１８が配置されている。スラストカラー１８は、小歯車１４の歯先円の直径よりも大きい外径を有する。

大歯車１５は、大歯車１５の両側から回転軸１３ｓの延びる方向に平行な方向に延びるように、大歯車１５に相対的回転不能に組み付けられた回転軸１５ｓを有する。したがって、大歯車１５は、回転軸１５ｓの中央に相対的回転不能に組み付けられている。したがって、回転軸１３ｓ及び回転軸１４ｓは、それぞれ、回転軸１５ｓに平行に配置されている。

回転軸１５ｓは、大歯車１５が小歯車１３及び１４に噛み合うように、相対的回転可能に支持する２つの軸受部材１６を介して本体ベース２０に支持される。したがって、大歯車１５は、２つの軸受部材１６を介して本体ベース２０に相対的回転可能にかつ両端支持梁の状態で支持されている。

このとき、大歯車１５の歯先の側面１５ａの一部は、スラストカラー１７の側面の一部と、スラストカラー１８の側面の一部とに摺動接触するように、一対のスラストカラー１７の間及び一対のスラストカラー１８の間に配置される。

圧縮機本体６は、いずれも基台に堅固に組み付けられ、動力伝達装置３を介して駆動モータ９により駆動される第１段圧縮機６ａと第２段圧縮機６ｂと第３段圧縮機６ｃとを備える。第１段圧縮機６ａは動力伝達装置３によって回転される羽根車を有する。第２段圧縮機６ｂは動力伝達装置３によって回転される羽根車を有する。第３段圧縮機６ｃは動力伝達装置３によって回転される羽根車を有する。

第１段圧縮機６ａの羽根車の回転軸の一端は、回転軸１３ｓの一端に相対的回転不能に連結されている。第２段圧縮機６ｂの羽根車の回転軸の一端は、回転軸１３ｓの他端に相対的回転不能に連結されている。第３段圧縮機６ｃの羽根車の回転軸の一端は回転軸１４ｓの一端に相対的回転不能に連結されている。第１段圧縮機６ａは駆動モータ９と反対側に配置されており、第２段圧縮機６ｂは駆動モータ９の側に配置されている。

第１段圧縮機６ａの吸気口は、配管Ｐを介してエアフィルタ２２に気密的に接続されている。第１段圧縮機６ａの吐出口は配管Ｐを介してインタークーラ２３の吸気口に気密的に接続されている。インタークーラ２４の吐出口は、配管Ｐを介して第２段圧縮機６ｂの吸気口に気密的に接続されている。第２段圧縮機６ｂの吐出口は、配管Ｐを介して第３段圧縮機６ｃの吸気口に気密的に接続されている。第３段圧縮機６ｃの吐出口は、配管Ｐを介してアフタークーラ２５の吸気口に気密的に接続されている。アフタークーラ２５の吐出口は、配管Ｐを介して所定の圧縮空気を用いる機械（図示せず）に気密的に接続されている。

図２に示すように、軸受部材１６は、筒状部１６ａと筒状部１６ａの一端に形成された鍔部１６ｂとを有する。筒状部１６ａには、回転軸１５ｓが延びる方向に直角の方向に作用するラジアル荷重を負担することができるように、ラジアルベアリング（図示せず）が内蔵されている。鍔部１６ｂには、回転軸１５ｓが延びる方向に作用するスラスト荷重を負担することができるように、スラストベアリング（図示せず）が内蔵されている。

また、鍔部１６ｂの表面には、鍔部１６ｂを貫通しないねじ穴１６ｅが形成されている。ねじ穴１６ｅは、筒状部１６ａの中心から等距離に位置し、かつ、互いに等間隔となる位置に形成されている。ねじ穴１６ｅは、後述する制振合金部材３４のねじ穴３４ｄと同じねじが形成されている。

軸受部材１６は、本体ベース２０に制振部材３０を介してねじ３１のような螺合部材によって取り外し可能に組み付けられている。

図３に示すように、制振部材３０は、それぞれが弾性変形する制振合金で形成された複数の制振合金部材３４と、制振合金部材３４を一体的にかつ変形可能に保持する樹脂保持材３３と、を有する２つの制振部材片３０ａを含む。制振部材３０は、１つの軸受部材１６に６つの制振合金部材３４を用いている。

図４及び図５に示すように、制振合金部材３４は、外径Ｄ、高さＨの円柱形状の一方の端面３４ａに凹部３４ｅを形成し、他方の端面３４ｂのエッジを切り落として凸部３４ｃを形成している。凸部３４ｃは円錐の側面の一部を形成している截頭円錐形状を有している。したがって、円柱形状の側面と、中央に凹部３４ｅを有する一方の端面３４ａと、中央に凸部３４ｃを有する端面３４ｂとを有する。

制振合金部材３４の厚さｔは、端面３４ａにわたってほぼ同一となっている。したがって、制振合金部材３４は、例えば、回転軸１５ｓの延びる方向における軸受部材１６の鍔部１６ｂからの振動によって弾性変形する。

また、制振合金部材３４には、端面３４ａ及び３４ｂを貫通するねじ穴３４ｄが形成されている。ねじ穴３４ｄは例えばＭ４のめねじが形成されている。

制振合金部材３４は、Ｍｎ基の双晶型である。制振合金部材３４の固有振動数は、圧縮機本体６から発生する振動、並びに、大歯車１５及び小歯車１３、１４の歯の噛み合いによって発生する振動の振動周波数を測定し、測定された振動周波数のうち主な周波数の半分以下になるような値とした。Ｍｎ基の制振合金部材３４は、例えば、Ｃｕ−２０％、Ｎｉ−５％、Ｆｅ−２％を含み熱処理して得られる。

樹脂保持材３３は、断面形状が矩形で厚さ寸法がＨの半リング形状を有する。樹脂保持材３３の内側面３３ｉの直径ｄは、軸受部材１６の筒状部１６ａの外側面１６ｃの直径ｄとほぼ同じ寸法を有している。樹脂保持材３３の外側面３３ａの直径Ｄは、軸受部材１６の鍔部１６ｂの外側面の直径Ｄとほぼ同じ寸法を有している。樹脂保持材３３には、例えば、耐熱性のあるエンジニアリングプラスチックのＰＢＴが使用される。

樹脂保持材３３の表面３３ｆには、制振合金部材３４を嵌合することができる複数の凹部３５が設けられている。凹部３５の底部３３ｃは、制振合金部材３４の凸部３４ｃに密接するような截頭円錐形状を有している。凹部３５の内径は、制振合金部材３４の外径Ｄ１とほぼ同じ寸法を有している。樹脂保持材３３は、制振合金部材３４を凹部３５に嵌合させることにより、制振合金部材３４を一体的に、制振合金部材３４の弾性変形を可能に保持している。制振部材片３０ａは、制振合金部材３４の端面３４ａ及び３４ｂが樹脂保持材３３に覆われずに露出しているため、樹脂保持材３３による厚さ方向の寸法の変化の影響をほとんど受けない。

樹脂保持材３３の凹部３５に制振合金部材３４を嵌合させた制振部材片３０ａは、樹脂保持材３３の内側面３３ｉが軸受部材１６の筒状部１６ａの外周に接触するように、軸受部材１６の鍔部１６ｂに配置させる。制振部材片３０ａは、制振合金部材３４のねじ穴３４ｄが鍔部１６ｂに形成されたねじ穴１６ｅに一致するように、鍔部１６ｂに対して位置合わせを行い、ねじ３１で、制振部材片３０ａを鍔部１６ｂに取り外し可能に堅固に組み付ける。こうして、２つの制振部材片３０ａを軸受部材１６の鍔部１６ｂに組み付けて制振部材３０を鍔部１６ｂに配置する。

制振部材片３０ａひいては制振部材３０は、複数の制振合金部材３４を樹脂保持材３３で一体に成型しているから、軸受部材１６への取り付けを容易にする。制振部材３０の点検や取替を行う場合であっても、制振合金部材３４は樹脂保持材３３により保持されているため、制振部材３０からの制振合金部材３４の脱落を防止することができ、制振部材３０の点検や取替の作業中において、制振合金部材３４が本体ベース２０内へ落下してしまうことを防止することができる。

作業者が空気圧縮機１の運転操作を行うと、駆動モータ９が作動し、駆動モータ９の出力軸２が回転される。出力軸２が回転されると、カップリング２ａ及び回転軸１５ｓを介して大歯車１５及び小歯車１３、１４が回転する。これにより、小歯車１３、１４の回転軸１３ｓ、１４ｓが回転されるので、第１段圧縮機６ａ、第２段圧縮機６ｂ、第３段圧縮機６ｃのそれぞれの羽根車が回転される。

第１段圧縮機６ａは、エアフィルタ２２から作動ガスＧを吸気し、圧力を付した作動ガスを吐出口から配管Ｐを介してインタークーラ２３の吸気口に吐出する。吐出された作動ガスはインタークーラ２３により冷却され、第２段圧縮機６ｂの吸気口へ導かれる。第２段圧縮機６ｂは、これの吸気口から作動ガスを吸気し、圧力を付した作動ガスを吐出口から配管Ｐを介してインタークーラ２４の吸気口に吐出する。吐出された作動ガスはインタークーラ２４により再び冷却され、第３段圧縮機６ｃの吸気口へ導かれる。第３段圧縮機６ｃは、これの吸気口から作動ガスを吸気し、圧力を付した作動ガスを吐出口から配管Ｐを介してアフタークーラ２５の吸気口に吐出する。吐出された作動ガスは、アフタークーラ２５により冷却され排出される。

つまり、吸込まれた作動ガスは、エアフィルタ２２を通過した後、第１段圧縮機６ａで圧縮し、第一のインタークーラ２３で冷却され、第２段圧縮機６ｂでさらに圧縮した後、第二のインタークーラ２４で冷却され、第３段圧縮機６ｃで吐出圧まで圧縮される。吐出圧まで圧縮された作動ガスは、アフタークーラ２５で冷却された後に吐出される。

このとき、これらの羽根車の回転速度の増加に伴って、羽根車には、空気圧縮動作により軸方向への荷重が作用する。その結果、小歯車１３、１４には回転軸方向のスラスト荷重が振動として作用する。このスラスト荷重による小歯車１３、１４の軸心方向への振動は、スラストカラー１７、１８の弾性変形により抑制されたり、スラストカラー１７、１８の両側に形成された隙間により吸収されたりする。これにより、スラストカラー１７、１８は、その振動を大歯車１５に伝達しにくくする。しかし、その振動は、小歯車１３、１４及び大歯車１５の製作精度等により、大歯車１５へ伝達される。

制振部材３０は、制振合金部材３４が弾性変形することにより、軸受部材１６の鍔部１６ｂと本体ベース２０との隙間を調整するから、本体ベース２０や本体ベースに結合されるギアカバー（図示せず）にその振動が伝わることを防止することができる。つまり、制振部材３０を軸受部材１６と本体ベース２０との間に配置したことにより、制振部材３０は振動のスラスト荷重を受ける。これにより、制振合金部材３４はこの内部に歪みを加えて双晶を生じる。このとき制振部材３０は、僅かなスラスト荷重を受けても効果的に双晶を発生できる形状としているため、振動エネルギーを効率的に双晶の運動エネルギーに変換でき、本体ベース２０へ伝わる振動を低減することができる。

図６に示すように、制振部材５０は、Ｍｎ基の板状の制振合金部材５１を用いた。制振合金部材５１には、複数の穴５３が形成されている。制振合金部材５１には、軸受部材１６の鍔部１６ｂへの固定用穴５４を設けてある。

図７に示すように、空気圧縮機１’は、制振合金からなるリング状の制振合金部材５５を穴５３に嵌合させることによって保持する。制振合金部材３４のねじ穴の形成を省略した制振合金部材５５は中央部にねじ穴を設けていないことから、制振合金部材５５の製造コストを削減することができる。

リング状の制振合金部材５５は、板状の制振合金部材５１よりも高さが高くなるように、軸受部材１６及び本体ベース２０に接している。つまり、制振合金部材５５と制振合金部材５１とはいずれも塑性変形しない寸法であって互いに異なる高さ寸法を有している。このため、板状の制振合金部材５１は、ねじ穴５４を介して軸受部材１６の鍔部１６ｂにねじ止めされる。

このように、板状の制振合金部材５１とリング状の制振合金部材５５を使用しても、上述と同様に本体ベース２０へ伝わる振動を低減することができた。

また、通常はリング状の制振合金部材５５が軸受部材１６に作用するスラスト荷重を負担する。しかし、リング状の制振合金部材５５に過度の荷重が加わっても、板状の制振合金部材５１が荷重を負担するため、リング状の制振合金部材５５の塑性変形を防止でき、動力伝達装置３の破損を防止することができる。

リング状の制振合金部材５５と板状の制振合金部材５１はばね特性が異なるため、異なる振動周波数も効果的に減衰できる。

図８及び図９に示すように、制振部材６０は、２つの制振合金部材片６１を備える。制振合金部材片６１は、半円のリング状の形状を有し、その一方の面６１ａに凸部６２とその凸部６２の対向する面６１ｂに凹部６３を設けている。これにより、制振合金部材片６１の面６１ａには、部分的に突出している部分が点在する。つまり、制振合金部材片６１の面６１ａ及び６１ｂは、凹凸形状を有している。したがって、制振合金部材片６１ひいては、制振部材６０は、凹部６３によって形成される隙間の厚さ寸法だけ、その内部に内部ひずみを発生させることができる。

制振合金部材片６１には、これを軸受部材１６の鍔部１６ｂにねじで止めるための複数の穴５４が面６１ａ及び６１ｂを貫通するように形成されている。

制振合金部材片６１は、制振合金部材片６１の高さの高い凸部６２が軸受部材１６又は本体ベース２０と接触させるように、また、面６１ｂは本体ベース２０又は軸受部材１６の鍔部１６ｂと接触するように、軸受部材１６の鍔部１６ｂに配置される。そして、制振合金部材片６１は穴５４にねじを通して鍔部１６ｂに形成されたねじ穴１６ｅにそのねじを螺合させることにより、軸受部材１６に組み付ける。このように凹凸形状とした板状の制振部材６０は、凹凸形状の弾性変形により、本体ベース２０へ伝わる振動を低減する。

図１０に示すように、制振部材７０は、凹部７１ａ及び凸部７１ｂを有するリング状の制振合金部材７１と、凸部７１ｂに形成されたねじ７２とを備える。制振部材７０は、ねじ７２を有するので、直接、ねじ７２を軸受部材１６の鍔部１６ｂのねじ穴１６ｅに螺合させて、軸受部材１６に組み付けることができる。組み付け用のねじを別途用意する必要がないため、取り付け作業が容易になる。

制振部材を軸受部材１６に組み付ける手段として、ねじを用いたが、ピンによる組み付けや圧入による組み付けでもよく、公知の接着剤等を用いた一般的な取付け方法によってもよい。また、制止部材を軸受部材１６に組み付けたが、これに限定されず、スラストカラー１７、１８に用いてもよい。したがって、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施例に係る空気圧縮機の概略図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の取付け概略図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の平面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の断面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の断面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の平面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の断面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材で平面図ある。 本発明の一実施例に係る制振部材の断面図である。 本発明の一実施例に係る制振部材の断面図である。

符号の説明

１ 空気圧縮機
３ 動力伝達装置
４ｓ 第１の回転軸
５ｓ 第２の回転軸
６ 圧縮機本体
６ａ 第１段圧縮機
６ｂ 第２段圧縮機
６ｃ 第３段圧縮機
９ 駆動モータ
１３ 小歯車
１４ 小歯車
１５ 大歯車
１６ 軸受部材
１６ａ 筒状部
１６ｂ 鍔部
１６ｃ 外側面
１７ スラストカラー
１８ スラストカラー
２０ 本体ベース
２２ エアフィルタ
２３ インタークーラ
２４ インタークーラ
２５ アフタークーラ
３０ 制振部材
３３ 樹脂保持材
３４ 制振合金部材
５０ 制振部材
５１ 制振合金部材
５５ 制振合金部材
６０ 制振部材
７０ 制振部材
７１ 制振合金部材

Claims (3)

1. 駆動モータと、この駆動モータの出力軸に接続された第１の回転軸と、前記第１の回転軸に組み付けられた大歯車と、この大歯車に噛み合う第１、第２の小歯車と、前記第１の小歯車が組み付けられた第２の回転軸および前記第２の小歯車が組み付けられた第３の回転軸と、前記第２の回転軸の両端部および前記第３の回転軸の一方端に取り付けたに羽根車と、前記大歯車および前記第１、第２の小歯車を収容する本体ベースと、前記本体ベースに取り付けられ前記第１の回転軸を回動自在に支承する断面L字状に形成された軸受部材と、前記軸受部材のL字の側面および前記本体ベースの側面に当接して配置された制振部材とを備え、前記制振部材は、２つ割れリング形状で周方向に間隔をおいて形成された複数の穴を有する樹脂保持材と、前記複数の穴の各々に嵌合する複数の制振合金部材とを有し、前記制振合金部材は円板を切頭円錐状に変形した形状であり、前記樹脂保持材に形成した穴は切頭円錐状の前記制振合金部材の凸側面が密接する形状に形成されており、前記制振合金部材は双晶変形して制振することを特徴とする空気圧縮機。
2. 前記樹脂保持材に代えて２つ割れリング形状の板状制振合金部材とし、前記制振合金部材とこの板状制振合金部材のばね特性を異ならせていることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記制振部材の中央部および前記軸受部材のL字の側面にネジ穴を形成し、ネジで前記制振部材を前記軸受部材に保持することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。

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