JP5193762B2 - ブースタ圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、ブースタ圧縮機に関する。
シリンダ内でピストンが往復動することによって、これらシリンダおよびピストンとシリンダヘッドとで画成された圧縮室の拡大および縮小を繰り返して、流体を吸入し圧縮して吐出する圧縮機があり、その中には、外部の圧縮流体供給源からの圧縮流体を昇圧して外部へ排出する、いわゆるブースタ圧縮機がある。このようなブースタ圧縮機において、クランクケースとピストンとシリンダとで画成されたクランク室に、外部の圧縮流体供給源からの圧縮流体を導入してピストンのクランク室側に圧力を与える技術がある(例えば、特許文献1参照)。
実開昭56−4690号公報
上記のようにクランク室内に圧縮流体を導入するブースタ圧縮機においては、クランク室の耐圧性を向上させる必要があるため、重量が増大し機体が大型化してしまう傾向があった。
したがって、本発明は、重量増および機体大型化を抑制することができるブースタ圧縮機の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のブースタ圧縮機は、クランク室の内部圧力が所定値以上に上昇したときに、該内部圧力を外部に逃がす逃がし弁を設けた。
本発明によれば、重量増および機体大型化を抑制することができる。
以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照して以下に説明する。
「第1実施形態」
本発明に係る第1実施形態であるブースタ圧縮機を図1および図2に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る第1実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。図2は本発明に係る第1実施形態のブースタ圧縮機を示す正断面図である。
図1および図2に示す第1実施形態のブースタ圧縮機11は、機体外部の図示略の圧縮流体供給源から予め昇圧された圧縮気体(流体)が導入され、この導入された圧縮気体を圧縮室で再圧縮してさらに昇圧して機体外部に排出するものである。このブースタ圧縮機11は、クランク軸12と、このクランク軸12を内部に収容して回転可能に支持するクランクケース13と、クランク軸12に対し垂直方向に沿う姿勢でクランクケース13に連結されるシリンダ14と、シリンダ14のクランクケース13とは反対側に搭載されるシリンダヘッド15とを有している。また、ブースタ圧縮機11は、図1に示すように、クランクケース13の水平一側に取り付けられてクランク軸12を駆動する電動式のモータ部18と、モータ部18のクランクケース13とは反対側に取り付けられる端部カバー19と、クランクケース13の水平逆側に着脱可能に取り付けられるケースカバー20と、クランク軸12に連結されこのクランク軸12の偏心回転によってシリンダ14内を揺動しつつ往復動する揺動部材21とを備えている。揺動部材21は、シリンダヘッド15とシリンダ14とで圧縮室22を画成する。
クランクケース13は、クランク軸12と平行をなす略円筒状のケース胴部25とケース胴部25の軸線方向一側に形成されたケース底部26とを有する略有底円筒状に一体成形されている。
クランクケース13は、水平方向にケース胴部25の軸線を配置して設置されるもので、ケース胴部25の下部に設置用の脚部27が形成されており、クランク軸12の垂直方向となるケース胴部25の上部には、シリンダ14を取り付けるための取付台部28が形成されている。取付台部28の中央には、クランク軸12に対して垂直方向に貫通して、シリンダ14が取り付けられる円形状のシリンダ取付穴29が形成されている。取付台部28のこのシリンダ取付穴29の周囲にはシリンダ取付穴29と同軸をなして円環状のシール溝31が軸線方向に凹むように形成されており、このシール溝31には円環状のゴム等の弾性材料からなるシールリング32が配置されている。
クランクケース13におけるクランク軸12の軸線方向一方側のケース底部26には、モータ部18に嵌合する円形状のモータ嵌合部35が外周側に形成されている。また、クランクケース13のケース底部26の中央には、段差形状のベアリング保持部38が形成されており、このベアリング保持部38の周囲には、ケース底部26を軸線方向に貫通する貫通穴39が円周方向に断続的に形成されている。モータ嵌合部35の外周面には、円環状のシール溝40が半径方向内方に凹むように形成されており、このシール溝40には円環状のゴム等の弾性材料からなるシールリング41が配置されている。
また、クランクケース13には、クランク軸12の軸線方向の他方側にケース胴部25の円形状の開口穴45が形成されている。ケース胴部25の開口穴45側の端面の径方向中間位置には、開口穴45と同軸をなして円環状のシール溝46が軸線方向に凹むように形成されており、このシール溝46には円環状のゴム等の弾性材料からなるシールリング47が配置されている。
以上のクランクケース13では、上記した開口穴45、モータ嵌合部35およびシリンダ取付穴29がそれぞれ独立して形成されている。
シリンダ14は、クランクケース13の取付台部28の外側にケース胴部25の軸線に垂直(具体的には鉛直)をなして取り付けられる略円筒状をなしている。取付状態で、シリンダ14の下面はシール溝31内のシールリング32に当接することになり、これによりクランクケース13とシリンダ14との隙間がシールされる。
シリンダヘッド15は、シリンダ14の上に取り付けられている。このシリンダヘッド15は、シリンダ14上に配置される仕切板66と、仕切板66上に配置されるシリンダヘッド本体68とを有している。
仕切板66には、板厚方向に貫通する複数の吸入穴72および吐出穴73が形成されている。仕切板66には、シリンダ14側に、吸入穴72を開閉可能な板状の吸入弁74が取り付けられており、シリンダヘッド本体68側に、吐出穴73を開閉可能な板状の吐出弁75が取り付けられている。
シリンダヘッド本体68には、吸入室81および吐出室82の二室が形成されている。また、シリンダヘッド本体68には、仕切板66と平行をなして、吸入室81を外部に連通させる吸入口83と吐出室82を外部に連通させる吐出口84とが形成されている。このシリンダヘッド本体68は、吸入室81が仕切板66の吸入穴72に常時連通し、吐出室82が吐出弁75を収容しこの吐出弁75を介して仕切板66の吐出穴73に連通可能となるように仕切板66上に配置されている。
モータ部18は、クランクケース13のモータ嵌合部35を一端側に嵌合させることでクランクケース13に連結される円筒状のモータ胴部100と、このモータ胴部100の内周面に固定されるステータ101と、モータ胴部100の他端側を閉塞するように取り付けられる支持板102とを有している。なお、クランクケース13のモータ嵌合部35に形成されたシール溝40内のシールリング41は、モータ嵌合部35のモータ胴部100への嵌合時にモータ胴部100の内周面に接触することになり、モータ胴部100とクランクケース13のモータ嵌合部35との隙間をシールする。
支持板102には、下部に設置用の脚部105が形成されており、その中間部には、モータ胴部100側に突出するボス部106が、このボス部106の半径方向外側には、ボス部106と同軸をなして同じくモータ胴部100側に突出する円形状の嵌合部107が形成されている。ボス部106の内側には、段差形状のベアリング保持部110が形成されている。なお、この支持板102の脚部105とクランクケース13の脚部27とでブースタ圧縮機11が床面等の設置面に設置される。
嵌合部107は、モータ胴部100に嵌合するもので、その外周面には、円環状のシール溝115が半径方向内方に凹むように形成されている。このシール溝115には円環状のゴム等の弾性材料からなるシールリング116が配置されており、このシールリング116は支持板102の嵌合部107とモータ胴部100との隙間をシールする。また、支持板102のモータ胴部100とは反対側には、ボス部106の内側の貫通部分を囲むように環状のシール溝117が形成されており、このシール溝117にはゴム等の弾性材料からなるシールリング118が配置されている。
モータ部18は、クランクケース13のベアリング保持部38に保持される大径のベアリング123と、支持板102のベアリング保持部110に保持される小径のベアリング124と、これらベアリング123,124で両端側が回転可能に保持される駆動軸125と、駆動軸125に固定されてステータ101の内側に配置されるロータ126とを有している。ロータ126がステータ101が発生する磁力により回転させられることで、駆動軸125がロータ126と一体に回転する。
駆動軸125には、ベアリング123よりも外側に突出する突出部130にバランスウエイト135が取り付けられている。駆動軸125の突出部130にはバランスウエイト135を駆動軸125に対して回転方向に一体化するキー137が固定されている。ここで、バランスウエイト135には半径方向に沿ってネジ穴138が形成されており、ボルト139がこのネジ穴138に螺合されてキー137に当接することでバランスウエイト135が駆動軸125に固定される。
端部カバー19は、支持板102のモータ胴部100とは反対側に取り付けられるカバー本体142を有している。このカバー本体142には、支持板102への取付時に支持板102のシール溝117よりも内側となる中間部に、シール溝117よりも一回り小さい凹部143が形成されており、凹部143の底部には基板148が取り付けられている。ここで、支持板102のシール溝117に配置されるシールリング118がカバー本体142の凹部143よりも外側に接触することになり、支持板102とカバー本体142との隙間をシールする。カバー本体142は、シールリング118によるシール部分よりも外側が複数のボルト163で支持板102に固定される。
ケースカバー20は、部品取付用の開口穴45を閉塞させるもので、外周部でクランクケース13の開口穴45側の端面に当接する平坦な円板状をなしている。クランクケース13の開口穴45の周囲に形成されたシール溝46のシールリング47は、ケースカバー20に接触してクランクケース13とケースカバー20との隙間をシールする。ケースカバー20は、シールリング47によるシール部分よりも外側が複数のボルト173でクランクケース13に固定される。
クランク軸12は、モータ部18の駆動軸125と、外径に対する中心である外径中心に対して偏心して形成された偏心穴175に駆動軸125の突出部130を嵌合させることで駆動軸125に偏心状態で取り付けられる略円板状のクランク部材176と、クランク部材176を駆動軸125に対して回転方向に一体化する上記したキー137とで構成されている。これにより、モータ部18は、ベルト等を介することなくクランク軸12を直接駆動するダイレクト駆動式となっている。ここで、クランク部材176はボルト180でバランスウエイト135に固定されている。上記したようにバランスウエイト135が駆動軸125にボルト139で固定されることから、バランスウエイト135への固定で、クランク部材176が駆動軸125に固定される。
揺動部材21は、クランク軸12のクランク部材176を内側に嵌合させるベアリング185と、一端側がこのベアリング185を介してクランク部材176に回転可能に連結される連接棒186と、この連接棒186の他端部に着脱可能に設けられるスペーサ187と、このスペーサ187に着脱可能に設けられるピストンヘッド188と、ピストンヘッド188の外周側に配置されてピストンヘッド188とシリンダ14のボア58との隙間をシールするリップシール189とを有している。
連接棒186は、一端側に形成されてその内側に上記したベアリング185を嵌合させる円環状の大端部195と、比較的細長い形状でこの大端部195からその半径方向外方に延出する延出部196と、延出部196の先端にこの延出部196に中心軸線を一致させて形成された円板状の小端部197とを有する形状に一体成形されている。
スペーサ187は、図2に示すように、軸線方向一側の径方向の中央所定範囲に円形状をなして凹む下嵌合凹部204が形成されており、この下嵌合凹部204に、連接棒186の上記した小端部197を嵌合させる。また、スペーサ187は、軸線方向他側の径方向の中央所定範囲に、円形状をなして凹む上嵌合凹部206が形成されており、その結果、上嵌合凹部206の底面よりも外側部分が環状をなして軸線方向外側に突出する環状台部209となっている。さらに、上嵌合凹部206の径方向の中央所定範囲には、円形状をなしてさらに凹む中央凹部207が形成されている。
ピストンヘッド188は、スペーサ187の外径と同径の円板状をなしており、その軸線方向一側の径方向の中央所定範囲に同軸の円環状をなして軸線方向に突出する嵌合凸部212が形成されている。その結果、ピストンヘッド188は、軸線方向他側が嵌合凸部212よりも大径のフランジ部213となっている。ピストンヘッド188は、嵌合凸部212においてスペーサ187の上嵌合凹部206に嵌合する。
リップシール189は、ピストンヘッド188の嵌合凸部212がスペーサ187の上嵌合凹部206に嵌合した状態で、ピストンヘッド188のフランジ部213とスペーサ187の環状台部209とで挟持される。リップシール189は、PTFE(四フッ化エチレン樹脂)等の弾性材料からなる円環状のシールリングであり、内周側が、ピストンヘッド188の嵌合凸部212を内側嵌合させるとともにスペーサ187の環状台部209とピストンヘッド188のフランジ部213との間に挟持される平板円環状の挟持部218とされ、外周側が、この挟持部218から外向きに突出し厚さ方向におけるピストンヘッド188側に屈曲して、ピストンヘッド188のフランジ部213の外周側を覆う円環状のリップ部219とされている。リップシール189は、このリップ部219においてシリンダ14のボア58に摺接する。
ここで、連接棒186の小端部197にスペーサ187を嵌合させ、このスペーサ187の上にリップシール189を配置して、このリップシール189を挟むように、ピストンヘッド188をスペーサ187に取り付け、この状態で、複数のネジ220により、ピストンヘッド188、リップシール189、スペーサ187および連接棒186が一体に連結されて揺動部材21を構成する。
揺動部材21において、ピストンヘッド188、スペーサ187およびこれらに挟持されたリップシール189がシリンダ14の内側に配置されるピストン部(ピストン)222になり、その際に、リップシール189は、環状リップ部219がシリンダ14のボア58に締代をもって摺接することにより、シリンダ14とピストン部222との間を基本的に気密にシールする。ピストン部222と、シリンダ14と、シリンダヘッド15の仕切板66とで囲まれた部分が上記した圧縮室22となる。
また、ピストン部222とシリンダ14とクランクケース13とで、機体外部と隔絶されるようにクランク室223が画成される。
ここで、図1に示すように、クランクケース13に、シリンダ14が取り付けられるシリンダ取付穴29と、モータ部18が取り付けられるモータ嵌合部35と、部品取付用の開口穴45とがそれぞれ独立して設けられているため、シリンダ取付穴29の周囲に設けられたシールリング32によってクランクケース13とシリンダ14との連結部分をシールすることができ、モータ嵌合部35の周囲に設けられたシールリング41によってクランクケース13とモータ部18との連結部分をシールすることができ、開口穴45の周囲に設けられたシールリング47によってクランクケース13とケースカバー20との連結部分をシールすることができる。つまり、クランクケース13の他部品との連結部分のシール性を高めることができる。しかも、他部品の一方を構成するモータ部18も支持板102とモータ胴部100との連結部分がシールリング116でシールされ、支持板102と端部カバー19との連結部分がシールリング118でシールされていることから、クランク室223は、外部に基本的に気体が漏れることがない密閉構造となっている。
シリンダヘッド本体68の吸入口83には、外部の圧縮流体供給源から予め大気圧よりも昇圧された空気あるいは窒素等の気体を導入する導入配管225が接続されている。この導入配管225の途中位置からは分岐配管(クランク室導入路)226が分岐しており、この分岐配管226がケースカバー20を介してクランク室223内に接続されている。これにより、ブースタ圧縮機11には、外部の圧縮流体供給源から予め昇圧された圧縮用の気体が、分岐配管226を介してクランク室223内にも導入される。よって、この気体の圧力がピストン部222の圧縮室22とは反対側に加わり、ピストン部222の圧縮室22側への移動を助勢する等して、連接棒186およびベアリング185等に加わる荷重を軽減する。
そして、第1実施形態においては、図2に示すように、クランクケース13のケース胴部25にその半径方向に沿って側方に突出する突出台部227が形成されており、この突出台部227の上面には逃がし弁228が取り付けられている。つまり、突出台部227の上部には、クランク室223に連通する貫通ネジ穴229が貫通形成されており、逃がし弁228が、この貫通ネジ穴229に機外から螺合されて取り付けられている。この逃がし弁228は、クランク室223内の内部圧力が所定値以上に上昇したとき開弁してクランク室223内の圧力を外気に逃がすもので、クランク室223内の内部圧力を所定値未満の範囲に維持する。
以上のブースタ圧縮機11は、モータ部18の駆動による駆動軸125の回転でクランク軸12のクランク部材176が偏心回転運動することになり、このクランク部材176の偏心回転運動で、揺動部材21のピストンヘッド188、スペーサ187およびリップシール189からなるピストン部222がシリンダ14のボア58に案内されてシリンダ14の軸線方向に往復動することになる。
ピストン部222が仕切板66から離れる下死点までの吸入行程では、このピストン部222の移動で圧縮室22が拡大し、吐出弁75により吐出穴73を閉状態とし、吸入弁74により吸入穴72を開状態として、圧縮流体供給源からの圧縮気体を吸入口83から吸入室81および吸入穴72を介して圧縮室22に導入する。続いて、ピストン部222が仕切板66に近づく上死点までの圧縮行程では、このピストン部222の仕切板66の方向への移動で圧縮室22が縮小し、吸入弁74により吸入穴72を閉状態とし、吐出弁75により吐出穴73を開状態として、圧縮機体をさらに圧縮しつつ圧縮室22から吐出室82を介して吐出口84に吐出する。
以上に述べた第1実施形態のブースタ圧縮機11によれば、クランク室223に外部の圧縮流体供給源からの圧縮気体を導入してピストン部222のクランク室223側に圧力を与えるようにしても、逃がし弁228を設けたことでクランク室223内の圧力が所定値以上に上昇することがなくなる。よって、クランク室223の耐圧性能を必要以上に高める必要がなくなり、その結果、重量増および機体大型化を抑制することができる
また、逃がし弁228が作動すると、圧縮気体を外部に排気する排気音が比較的大きな音で発生するため、この排気音によって、逃がし弁228が作動していることを周囲に報知することができる。
「第2実施形態」
次に、第2実施形態を主に図3に基づいて説明する。図3は、第2実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
第2実施形態では、図3に示すように、開口穴45を閉塞させる円板状のケースカバー20の中央に、板厚方向に貫通してクランク室223に連通する貫通ネジ穴20Aが形成されている。そして、この貫通ネジ穴20Aに外側から螺合されることで逃がし弁228がケースカバー20に取り付けられている。
以上に述べた第2実施形態のブースタ圧縮機11によれば、逃がし弁228が、クランクケース13のケース胴部25の中心軸線の延長上に設けられるため、側部に設ける場合と比べて邪魔になりにくい。勿論、中心軸線の延長上に限らず、ケースカバー20上に中心軸線とオフセットして、設けても同様である。
「第3実施形態」
次に、第3実施形態を主に図4に基づいて説明する。図4は、第3実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
第3実施形態では、図4に示すように、開口穴45を閉塞させるケースカバー20が、外周部に形成されてクランクケース13の開口穴45側の端面に当接する円環状の当接部230と、当接部230の内端部から軸線方向に沿ってクランク室223側に延出する円筒状部231と、円筒状部231の当接部230とは反対側を閉塞する円板状部232とを有している。円筒状部231と円板状部232とで、当接部230の内端部からクランク室223側に軸線方向に凹む凹部233を構成している。そして、ケースカバー20には、凹部233の底部である円板状部232の中央に周囲よりも板厚が厚いボス部234が形成されており、このボス部234の中央に、板厚方向に貫通してクランク室223に連通する貫通ネジ穴235が形成されている。そして、この貫通ネジ穴235に外側から螺合されることで逃がし弁228がケースカバー20に取り付けられている。ボス部234は、円筒状部231よりも短く、その結果、逃がし弁228は、機外に露出する部分が凹部233内に一部収容されることになり、機体外端位置からの突出量が小さくされている。
以上に述べた第3実施形態のブースタ圧縮機11によれば、ケースカバー20に、クランク室22内に凹む凹部233が形成されているため、クランク室223の容積を減らすことができ、ドレン水の発生量を抑制することができる。
また、逃がし弁228は、機外に露出する部分が凹部233内に一部収容されることになり、機体外端位置からの突出量が小さくされているため、ブースタ圧縮機11を小型化することができるとともに、逃がし弁228の外部からの衝撃による破損を防止することができる。
「第4実施形態」
次に、第4実施形態を主に図5に基づいて説明する。図5は、第4実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
第4実施形態では、図5に示すように、開口穴45を閉塞させるケースカバー20が、外周部に形成されてクランクケース13の開口穴45側の端面に当接する円環状の当接部239と、当接部239の内端部から略半球状の湾曲面状をなしてクランク室223側に凹む凹部240とを有している。そして、ケースカバー20には、凹部240の最も低い底部となる中央に周囲よりも板厚が厚いボス部241が形成されており、このボス部241の中央に、板厚方向に貫通してクランク室223に連通する貫通ネジ穴242が形成されている。そして、この貫通ネジ穴242に外側から螺合されることで逃がし弁228がケースカバー20に取り付けられている。ボス部241は、凹部240の深さよりも短く、その結果、逃がし弁228は、機外に露出する部分が凹部240内に一部収容されることになり、機体外端位置からの突出量が小さくされている。
以上に述べた第4実施形態のブースタ圧縮機11によれば、ケースカバー20に、クランク室22内に凹む凹部240が形成されているため、クランク室22の容積を減らすことができ、ドレン水の発生量を抑制することができる。
また、逃がし弁228は、機外に露出する部分が凹部240内に一部収容されることになり、機体外端位置からの突出量が小さくされているため、ブースタ圧縮機11を小型化することができるとともに、逃がし弁228の外部からの衝撃による破損を防止することができる。
加えて、凹部240が湾曲面状をなしているため、ケースカバー20の耐圧力が向上することになり、ケースカバー20の薄肉化および軽量化を図ることができる。
本発明に係る第1実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。 本発明に係る第1実施形態のブースタ圧縮機を示す正断面図である。 本発明に係る第2実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。 本発明に係る第3実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。 本発明に係る第4実施形態のブースタ圧縮機を示す側断面図である。
符号の説明
11 ブースタ圧縮機
12 クランク軸
13 クランクケース
14 シリンダ
15 シリンダヘッド
20 ケースカバー
22 圧縮室
222 ピストン部(ピストン)
223 クランク室
226 分岐配管(クランク室導入路)
228 逃がし弁
233 凹部
240 凹部

Claims (3)

  1. シリンダと、
    該シリンダに搭載されたシリンダヘッドと、
    前記シリンダ内で往復動するピストンと、
    これらシリンダ、シリンダヘッドおよびピストンで画成される圧縮室と、
    前記ピストンに連結されたクランク軸と、
    前記シリンダに連結されて前記クランク軸を内部に収容するクランクケースとを備え、
    外部の圧縮流体供給源からの圧縮流体を前記圧縮室で再圧縮してさらに昇圧して外部へ排出するブースタ圧縮機において、
    前記ピストンと前記シリンダと前記クランクケースとで外部と隔絶されるように画成されるクランク室と、
    該クランク室に前記圧縮流体供給源からの圧縮流体を導入して、前記ピストンの前記クランク室側の圧力を上昇させるクランク室導入路と、
    前記クランク室の内部圧力が所定値以上に上昇しないように該内部圧力を外部に逃がす逃がし弁とを設けたことを特徴とするブースタ圧縮機。
  2. 前記クランクケースには着脱可能なケースカバーが設けられており、該ケースカバーには凹部が形成され、該凹部の底部に前記逃がし弁が取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のブースタ圧縮機。
  3. 前記凹部が湾曲面状に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のブースタ圧縮機。
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