JP5108977B1

JP5108977B1 - 圧縮機又は真空機

Info

Publication number: JP5108977B1
Application number: JP2012011348A
Authority: JP
Inventors: 英士岡田; 一宏上田
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: CN103216422B; US20130189132A1; CN103216422A; JP2013148073A

Abstract

【課題】高温化が抑制され、薄型化され、トルクを確保でき、より効率的に圧縮または真空状態を作り出すことができる圧縮機又は真空機を提供することを課題とする。
【解決手段】本実施例の圧縮機又は真空機は、シリンダと、前記シリンダ内に配置されたピストンと、前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させるアウターロータ型モータと、前記アウターロータ型モータのロータに固定され前記シリンダの少なくとも一部と対向するファンと、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機又は真空機に関する。

モータによってピストンをシリンダ内で往復動させることにより、吸引した空気を圧縮して排出する圧縮機又は真空機が知られている。特許文献１には、そのような圧縮機が開示されている。

特開２００４−１８３４９８号公報

例えばシリンダの内壁に対するピストンの摺動によって、ピストン及びシリンダが高温になる場合がある。また、例えば、シリンダ内で空気を断熱圧縮されると、断熱圧縮された空気の温度は上昇する。このように圧縮機又は真空機が高温化した状態で使用が継続されると、例えば、ピストンの磨耗が進行して各部品や圧縮機又は真空機自体の寿命に悪影響を与えるおそれがある。

そのため特許文献１には圧縮機を冷却するためにファンがモータの軸方向に設置されている。しかしながら軸方向の高さが高くなってしまうという問題があった。また、特許文献１ではインナーロータ型モータを採用しており、アウターロータ型モータと比較すると同体格で比較した場合に発生させることができるトルクが小さいという問題もあった。

そこで本発明は、高温化が抑制され、薄型化され、トルクを確保でき、より効率的に圧縮または真空状態を作り出すことができる圧縮機又は真空機を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダと、前記シリンダ内に配置されたピストンと、前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させるアウターロータ型モータと、前記アウターロータ型モータのロータに固定され前記シリンダの少なくとも一部と対向するファンと、を備えた圧縮機又は真空機によって達成できる。

これにより、ファンはシリンダを冷却できるので、圧縮機又は真空機の高温化が抑制される。また、ファンはシリンダの少なくとも一部と対向しているので、圧縮機又は真空機は薄型化されている。また、アウターロータ型モータを採用することにより、トルクを確保でき、より効率的に圧縮または真空状態を作り出すことができる

本発明によれば、高温化が抑制され、薄型化され、トルクを確保でき、より効率的に圧縮または真空状態を作り出すことができる圧縮機又は真空機を提供できる。

図１は、圧縮機又は真空機の外観図である。図２は、圧縮機又は真空機の外観図である。図３は、モータの内部構成を示した図である。図４は、シリンダの内部構成を示した図である。図５Ａ、５Ｂはファンによる駆動音低減の効果を示す実験結果のグラフである。図６Ａ、６Ｂはファンによる駆動音低減の効果を示す実験結果のグラフである。

図１、２は、圧縮機又は真空機Ａの外観図である。圧縮機又は真空機Ａは、４つのシリンダ１０、４つのシリンダ１０が接続されたクランクケース２０、クランクケース２０の上部に配置されたモータＭ、モータＭに固定されたファンＦ、を含む。ファンＦは、シリンダ１０の少なくとも一部と対向している。ファンＦはモータＭに固定されており、モータＭの回転に伴ってファンＦも回転する。ファンＦが回転することにより、４つのシリンダ１０や、クランクケース２０を冷却することができる。シリンダ１０内では後述するピストン２５が往復動する。シリンダ１０、クランクケース２０は、放熱性がよいアルミ製である。

図３は、モータＭの内部構成を示した図である。モータＭは、コイル３０、ロータ４０、ステータ５０、プリント基板ＰＢ等を有している。ステータ５０は金属製である。ステータ５０は、不図示の支持部材により固定されている。ステータ５０には、複数のコイル３０が巻回されている。コイル３０は、プリント基板ＰＢと電気的に接続されている。プリント基板ＰＢは、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板ＰＢには、コイル３０に電力を供給するための電源コネクタＥが実装されている。また、プリント基板ＰＢには信号コネクタＣや不図示の電子部品が実装されている。例えば、電子部品は、コイル３０の通電状態を制御するためのＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）やコンデンサ等である。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。

ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、クランクケース２０内に配置された不図示の軸受に回転可能に支持されている。回転軸４２には、ヨーク４４がハブ４３を介して固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり金属製である。ヨーク４４の内周側面には、複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ５０の外周面と対向している。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。従って、永久磁石４６とステータ５０との間に磁気的吸引力、反発力が作用する。この磁力の作用により、ロータ４０はステータ５０に対して回転する。このように、モータＭはロータ４０が回転するアウターロータ型のモータである。

ファンＦは、略円筒状の胴体部ＦＭ、胴体部ＦＭから径方向外側に設けられた複数の羽根部ＦＢ、を含む。ファンＦの胴体部ＦＭは、例えば、圧入、接着剤またはロータ４０とともにハブ４３とネジで共締めする等により、ロータ４０のヨーク４４に固定されている。具体的には、胴体部ＦＭの内径とヨーク４４の外径とが嵌合している。ファンＦは、樹脂製である。

図３に示すように、モータＭの軸心を含む断面から見た場合、ファンＦとモータＭとは、ファンＦの径方向に並ぶ。具体的には、ファンＦと、コイル３０と、ロータ４０と、ステータ５０とが、ファンＦの径方向に並ぶ。従って、例えば、ファンＦをモータＭよりも軸方向前側（図３での左側）に配置して回転軸先端に固定した場合と比較して、本実施例の圧縮機又は真空機Ａは軸方向での厚みが低減されている。更に、ファンＦとシリンダ１０との距離が近づくため冷却効果が高まる。

また、ファンＦをモータＭよりも軸方向前側に配置して回転軸先端に固定する場合、長い回転軸が必要となる。回転軸が長いと、その回転軸の回転を支持するために大きな軸受け又は複数の軸受けが必要になる。本実施例の圧縮機又は真空機Ａでの短い回転軸４２を採用できるため、小さな軸受け又は少ない数の軸受けで支持することができる。このため、圧縮機又は真空機Ａ全体の重量も低減されている。

図４は、シリンダ１０の内部構造を示した図である。シリンダ１０は、シリンダ本体１２、シリンダ本体１２の先端側に接続されたシリンダヘッド１５を含む。シリンダ本体１２内にはチャンバ１３が形成されている。チャンバ１３は、シリンダ本体１２内に形成された空間とこの空間内を往復動するピストン２５の先端部とによって確定される。モータＭの回転に伴ってピストン２５が往復動することにより、チャンバ１３の容積が増減する。ピストン２５の根元部はクランクケース２０内に位置しており、モータＭの回転軸４２に不図示の軸受けを介して連結されている。詳細には、回転軸４２の中心位置に対して偏心した位置でピストン２５の根元部が連結されており、回転軸４２の一方向の回転に伴ってピストン２５は往復動する。４つのシリンダ１０内にある４つのピストン２５は、それぞれ位相が９０度ずれている。

シリンダヘッド１５には、吸気口１６、吸気口１６とチャンバ１３とに連通した吸気室１７が形成されている。また、シリンダヘッド１５には、排気口１９、排気口１９とチャンバ１３とに連通した排気室１８が形成されている。ピストン２５の往復動によりチャンバ１３の容積が変化する。これに伴い、吸気口１６、吸気室１７を介してチャンバ１３内に空気が導入されてチャンバ１３内の空気が圧縮される。圧縮空気は排気室１８、排気口１９を介して排出される。吸気口１６、排気口１９のそれぞれには、例えばチューブが接続される。

吸気室１７とチャンバ１３とを連結する孔部Ｈを開閉する弁部材Ｖが設けられている。同様に、排気室１８とチャンバ１３とを連結する不図示の孔部を開閉する弁部材が設けられている。弁部材Ｖは、例えば弾性材料により形成されている。ピストン２５が往復動する際には、弁部材Ｖは吸気室１７からチャンバ１３への空気の導入は許容するが、チャンバ１３から吸気室１７への空気の逆流を規制する。また、不図示の弁部材は、チャンバ１３から排気室１８への空気の排出は許容するが、排気室１８からチャンバ１３への空気の導入は規制する。

具体的には、ピストン２５がチャンバ１３の容積を増大している際には、弁部材Ｖが孔部Ｈを開放し、吸気口１６，吸気室１７を介してチャンバ１３内に空気が取り込まれる。ピストン２５がチャンバ１３の容積を減少している際には、弁部材Ｖはチャンバ１３と吸気室１７とを連通する孔部Ｈを塞ぎ、不図示の弁部材がチャンバ１３と排気室１８とを連通している孔部を開放し、圧縮空気が排気室１８、排気口１９を介して外部に排出される。

ピストン２５の先端部にはリング状のリップシール２７が設けられている。ピストン２５は、リップシール２７の往復動に伴ってシリンダ本体１２の内壁に対して摺動する。リップシール２７は、ピストン２５の先端部とシリンダ本体１２の内壁との隙間から空気が漏れることを防止している。リップシール２７は、樹脂製である。

このように、ピストン２５のリップシール２７がシリンダ本体１２の内壁に対して摺動することにより、シリンダ本体１２、ピストン２５が高温化する。また、チャンバ１３内の空気が断熱圧縮されることに伴ってチャンバ１３内の空気が高温となる。このような高温状態が継続すると、リップシール２７やその他の部品の寿命が低下する恐れがある。本実施例の圧縮機又は真空機Ａでは、シリンダ１０と対向するようにモータＭにファンＦが固定されている。詳細には、シリンダ１０内のチャンバ１３と対向するようにファンＦが設けられている。なお、シリンダヘッド１５にも対向するようになっていると更に良い。従って、モータＭの回転によってファンＦはシリンダ１０に送風する。このため、シリンダ１０の冷却が促進される。そのため、各部品の寿命の低下を抑制できる。

また、ファンＦはロータ４０に固定されているので、ファンＦはシリンダ１０に接近して配置される。このため、シリンダ１０を効率的に冷却することができる。

ファンＦからの送風は、クランクケース２０やモータＭへと直接、間接的に流れる。従って、クランクケース２０、モータＭも冷却することができる。クランクケース２０を冷却することにより、クランクケース２０内で連結された回転軸４２の部分とピストン２５の部分との間の磨耗や、クランクケース２０内に配置された回転軸４２の軸受けの磨耗などを抑制できる。また、モータＭ自身を冷却することにより、モータＭからの熱がシリンダ１０やクランクケース２０に伝達すること抑制できる。従って、圧縮機又は真空機Ａ全体を冷却することができる。

このようにファンＦは、シリンダ１０、クランクケース２０、モータＭを冷却することができるため、これらをそれぞれ冷却するファンを従来の圧縮機又は真空機を用いた装置のように個別に設ける必要がない。従って、本実施例の圧縮機又は真空機Ａを用いた装置は部品点数や製造コストが削減されている。

また、空気の圧縮効率を考慮した場合、低温の空気を吸引して圧縮した方が、より多くの空気量をチャンバ１３内に取り込むことができる。ファンＦはチャンバ１３に対向するように配置されているので、チャンバ１３内の空気及びチャンバ１３周辺も冷却することができる。従って、高温となった空気がチャンバ１３内に導入されることが抑制される。従って、効率よくチャンバ１３内に空気を取り込み圧縮することができる。

また、本実施例のモータＭはアウターロータ型モータである。インナーロータ型モータと異なりロータが大型でかつ肉厚の薄い金属板で製造されている。そのため回転する際その金属板が振動し駆動音が発生する場合があり、インナーロータ型モータには不必要な対策が必要となる場合がある。ファンＦは前述したように樹脂製であり、ファンＦと共に回転するロータ４０、回転軸４２は金属製である。一般的に、樹脂は金属よりも減衰率が大きい。このように減衰率が小さい金属製のロータ４０、回転軸４２に減衰率が大きい樹脂製のファンＦを固定した場合、ロータ４０、回転軸４２、ファンＦ全体の減衰率は、ロータ４０、回転軸４２のみの減衰率よりも大きくなる。従って、本実施例の圧縮機又は真空機Ａでは、共に回転するロータ４０、回転軸４２、ファンＦの全体での減衰率が増大しており、駆動音が低減される。尚、ファンＦは金属よりも減衰率が大きい材料により形成されていればよい。例えば、ファンＦは、ゴムなどの弾性材料により形成されていてもよい。

図５Ａ〜図６ＢはファンＦによる駆動音低減の効果を示す実験結果のグラフである。図５Ａ、６Ａは、ファンＦを備えていない圧縮機又は真空機での実験結果を示し、図５Ｂ、６Ｂは、ファンＦを備えている圧縮機又は真空機Ａの実験結果を示している。図５Ａ、５Ｂは、ファンＦを備えていない圧縮機又は真空機、ファンＦを備えている圧縮機又は真空機Ａに、それぞれ振動を与えた場合の振動減衰の程度を示している。図５Ａ、５Ｂに示すように、ファンＦを備えている圧縮機又は真空機Ａの方が振動が早期に減衰する。また、図６Ａ、６Ｂは、ファンＦを備えていない圧縮機又は真空機、ファンＦを備えている圧縮機又は真空機Ａを、それぞれ運転した場合の騒音の程度を示している。図６Ａ、６Ｂに示すように、破線で囲った、ファンＦを備えていない圧縮機又は真空機の騒音のピーク値と比較して、ファンＦを備えている圧縮機又は真空機Ａの騒音のピーク値は低下している。このように実験の結果からも振動減衰、騒音レベル共に減少していることがわかる。

また、本実施例のモータＭはアウターロータ型モータである。アウターロータ型モータを用いることでインナーロータ型モータと同体格で比較した場合に大きなトルクを発生させることが出来、より効率良く圧縮または真空状態を作り出すことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

シリンダ１０の数は４つに限定されない。ファンＦは、シリンダヘッド１５まで対向する大きさであってもよい。また、実施例ではファンＦはシリンダ１２と対向しているが、ファンＦを羽根部ＦＢ等を大型化することでシリンダヘッド１５にも対向するものであってもよい。

Ａ圧縮機又は真空機
Ｆファン
Ｍモータ
１０シリンダ
１２シリンダ本体
１３チャンバ
１５シリンダヘッド
２０クランクケース
２５ピストン
２７リップシール
３０コイル
４０ロータ
４２回転軸
４４ヨーク
４６永久磁石
５０ステータ

Claims

シリンダ本体と、
前記シリンダ本体の先端側に接続されたシリンダヘッドと、
前記シリンダ本体内に配置されたピストンと、
前記ピストンの先端部に設けられ前記シリンダ本体の内壁に対して摺動する樹脂製のリップシールと、
前記ピストンを前記シリンダ内で往復動させるアウターロータ型モータと、
前記アウターロータ型モータのロータに固定され、前記シリンダ本体及び前記シリンダヘッドに対向し、かつ前記ピストンの往復動によって容積が増減する前記シリンダ内のチャンバに対向し、前記ロータの径方向にあるファンと、を備え、
前記ファンの振動の減衰率は、前記ロータの振動の減衰率よりも大きく、
前記ファンは樹脂製であり、前記ロータは金属製であり、
前記シリンダ本体、前記シリンダヘッド、前記ピストン、前記リップシールは、それぞれ３対または４対設けられている、圧縮機又は真空機。
前記ファンは、前記ロータに固定された胴体部、前記胴体部から前記ロータの径方向に延びた複数の羽根、前記複数の羽根の先端に接続された円環状の円環部、を含む、請求項１の圧縮機又は真空機。
前記ファンは、前記ロータに固定された円筒状の胴体部、前記胴体部に設けられ前記ロータの径方向に延びた羽根、を含み、
前記羽根は、前記ロータの軸方向での前記胴体部の天面を越えないように設けられている、請求項１又は２の圧縮機又は真空機。