JP5230995B2

JP5230995B2 - 改良されたシールリングを有する空気圧縮機

Info

Publication number: JP5230995B2
Application number: JP2007291419A
Authority: JP
Inventors: 周文三
Original assignee: 周文三
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: JP2009115045A

Description

本発明は、空気圧縮機、特に、ピストン及びシリンダ間のシールを改善する改良されたシールリングを有する空気圧縮機に関する。

一般的な小型の空気圧縮機は、ベースに取り付けられるか、又はベースと一体的に構成されたシリンダでと、そのシリンダ内で摺動可能に配置されたピストンと、ベースに固定されて、シリンダ内でピストンを往復運動させるようにピストンに結合されたモータとを有する。

これらの一般的な空気圧縮機では、ピストンがピストンロッドと一体的に構成されるか、又はそれに取り付けられており、ピストンはピストンロッドと一緒に運動するので、ピストンロッドをモータによって偏心部材を介して駆動するとき、ピストンはシリンダ中心軸に対して傾斜することになる。然しながら、ピストンがシリンダの底部又は開口端部へ移動するとき、ピストンロッドがシリンダ中心軸に対して傾斜した状態のため、シールリングはシリンダ内面から離れることがあり、それにより、シリンダ及びピストン間を適切に気密シールすることができなくなるという問題が生じる。
米国特許第２，７９２，７９０号明細書米国特許第５，６５５，８８７号明細書米国特許第６，０５９，５４２号明細書米国特許第６，２００，１１０号明細書

本発明は、空気圧縮機用の従来のピストンの上記欠点を軽減又は回避するために行われた。

本発明の主たる目的は、ピストンとシリンダ間の摺動運動を容易にするとともに、その間のシールをより完全になし得る改良されたシールリングを有する空気圧縮機を提供することである。

本発明の更なる目的及び利点は、添付の図面を適切に参照しながら以下に与えられた詳細な説明を注意深く読むことから明らかになるであろう。

最初に図１〜図３を参照すると、本発明による空気圧縮機は、プレート１１を有する支持ベース１０と、プレート１１上に設けられるか、好ましくはプレート１１と一体成形されたシリンダ１２とを備える。
シリンダ１２は、その内部に形成されたチャンバ１３であって、その内部にピストン３０を摺動可能に収容するチャンバ１３（図２、図３）を有し、又、熱放散の目的などのために、それから側方又は半径方向外向きに延びる１つ又は複数のフィン１４（図１）を有する。
ピストン３０は、それと一体的に形成されたピストンロッド３１を有し、加圧空気を発生するためにシリンダ１２のチャンバ１３内を往復摺動可能である。

シリンダ１２は、その上部から上向き又は外向きに突出した出口管１５であって、シリンダ１２のチャンバ１３から加圧空気を受け入れるために、シリンダ１２のチャンバ１３と連通している区画室１６を内部に形成した出口管１５を有する。ばね式逆止弁１７（図２、図３）を出口管１５内に配置して、出口管１５とシリンダ１２の間に設けられた弁座１８の開口を開閉制御させる。
シリンダ１２及び出口管１５内の空気圧力が過大となったときに加圧空気を逃がすために、逃がし弁又は安全弁（図示せず）を出口管１５に取り付けても良い。

従って、ばね式逆止弁１７を使用して、加圧空気がシリンダ１２のチャンバ１３から出口管１５の区画室１６内へ一方向のみに流れるだけであるように制限し、加圧空気が出口管１５の区画室１６からシリンダ１２のチャンバ１３内へ逆流しないようにする。出口管１５の区画室１６を閉塞又は密閉するため、又、出口管１５の区画室１６内にばね式逆止弁１７を安定的に保持するために、キャップ１９を出口管１５の外端部即ち自由端部に取り付けても良い。

シリンダ１２には、出口管１５の区画室１６から外部へ加圧空気を供給するために出口管１５の区画室１６と連通している１つ又は複数のダクト２０、２１、２２、２３が設けられている。ダクト２０、２１、２２、２３は、加圧空気の供給を必要とするさまざまな種類の設備に接続される。出口管１５内の空気圧力が所定圧力を超えたときに加圧空気を逃がし、それにより、出口管１５の過剰加圧及び破損を防止するために、例えば、安全弁２４をダクト２０に取り付けても良い。

シリンダ１２及び／又は出口管１５内の空気圧力を測定するために、他のダクトに圧力計２５を取り付けても良い。ノズル２６を別のダクトに取り付けて、加圧空気をシリンダ１２の出口管１５の区画室１６から、加圧空気の供給を必要とするさまざまな設備へ加圧空気を供給できるようにする。

出口管１５にダクト２０、２１、２２、２３を設けることにより、追加的又は特殊な結合部材又は工具を用いないで、安全弁２４、圧力計２５及びノズル２６を出口管１５に簡単且つ容易に取り付けることができることに注目されたい。ダクト２０、２１、２２、２３を使用する必要がない時、ダクト２０、２１、２２、２３を選択的に密閉又は閉塞するために、１つ又は複数の蓋（図示せず）を設けることができる。

歯車４０が、１つ又は複数の軸受け（図示せず）及びシャフト４１によりプレート１１の下部分に回転可能に取り付けられており、又、周縁ケーシング４４によって画定された空間４３の内部に偏心部材４５（図１、図２）が設けられる。偏心部材４５は、締結具（図示せず）などで歯車４０に固定して、歯車４０と一緒に回転させても良い。又、ピストン３０をシリンダ１２内で往復運動させるために、ピストン３０のピストンロッド３１に結合されたクランク又は偏心ピン４７が設けられる。

モータ５０を締結具（図示せず）などでプレート１１の上部に取り付ける。モータ５０は、プレート１１を貫通して延びるスピンドル５２（図２）を有し、また、そのスピンドル５２には歯車４０と噛み合うピニオン５３が取り付けられており、それにより、モータ５０によってピニオン５３を介して歯車４０を回転駆動し、偏心部材４５及び偏心ピン４７を介してピストン３０をシリンダ１２内で往復駆動することができる。空冷用空気流を発生するために、ファン装置５４を設けてモータ５０によって回転させるようにしても良い。

次いで、作用を説明する。図２及び図３に示すように、ピストン３０は、モータ５０によってピニオン５３、歯車４０、偏心部材４５及び偏心ピン４７を介して作動されられ、シリンダ１２内で往復運動せしめられ、それにより、加圧空気を発生し、その加圧空気は出口管１５内へ送られ、次いでダクト２０、２１、２２、２３の何れか又は総てを通して外部に供給される。出口管１５内の空気圧力は圧力計２５によって表示され、ノズル２６を介して加圧空気の供給を必要とする設備へ供給することができ、且つ出口管１５内の圧力が限界値以上に高まったときは、安全弁２４を介して過剰な加圧空気を逃がすことができる。

図４〜図８に示すように、ピストン３０は、その内部に空気通路３２が形成されており、空気がピストン３０の空気通路３２を通ってシリンダ１２内に流れ込むことができるようになっている。ばねブレード又は弁装置６０が、その一方側又は第１側６１で、１つ又は複数の締結具６２により、ピストン３０の一方側又は第１側３４に取り付けられており、これによりピストンの吸気工程及び圧縮工程で空気通路３２の開口が自動的に開閉制御されるようになっている。この構造は一般的シリンダ・ピストン式空気圧縮機と変るところはないので、そのこれ以上の説明は省略する。

弁装置６０は、その一方側又は第１側６１に形成された小孔６３（図４）を有し、それにより、ピストン３０から上方へ突出したペグ３３を貫通させ、弁装置６０をピストン３０に正しく位置決めし取り付けられるようにしている。又、弁装置６０は、上記第１側とは反対側、即ち第２側６５に開口６４を有する。弁装置６０は、弾性金属又は鋼材料で形成されており、ピストン３０がシリンダヘッドに向かって移動するとき、即ち圧縮工程にあるときは，シリンダ内圧が高まるので、空気通路３２を閉塞するが、反対方向に移動するとき、即ち吸入工程にあるときは、シリンダ内圧が負圧になるので、ピストン３０の空気通路３２が弁装置６０によって部分的に開放され、空気がピストン３０の空気通路３２を通ってシリンダ１２内に吸入されるものである。

ピストン３０は、弁装置６０に係合してそれの位置決め及び／又は留め付けを行うために、ピストン３０の第１側３４から上方へ延出したバー３５を有し、また、ピストン３０の第２側３８から上方へ延出してバー３５と反対の位置にある制限手段又は装置３７を有し、又、好ましくは、ピストン３０の空気通路３２がバー３５と制限手段又は装置３７との間に形成されて位置付けられるように構成される。制限装置３７は、弁装置６０の開口６４を貫通して延びる（図５〜図７）。

制限装置３７は、それから横方向に突出する耳若しくは係止爪３９を有し、係止爪３９は、バー３５から離れる向きに突出し、好ましくはピストン３０の上面に平行であり、また弁装置６０の第２側６５の上方に延びて位置し、それにより、弁装置６０の第２側６５に係合し、したがって、弁装置６０の第２側６５がピストン３０に対して屈曲又は移動するのを制限して、弁装置６０の第２側６５が、弁装置６０の第１側６１に対して過剰に屈曲又は変形することを防止できるようにする。

別法では、制限装置３７が、弁装置６０の開口６４に嵌ることなく、弁装置６０の外側に位置しても良く、係止爪３９も、弁装置６０の内方へ突出して弁装置６０の第２側６５の上方に位置し、それにより、弁装置６０の第２側６５に係合して、弁装置６０の第２側６５がピストン３０に対して屈曲又は移動するのを制限し、従って、弁装置６０の第２側６５が弁装置６０の第１側６１に対して過剰に屈曲又は変形することを防止できるようにする。

弁装置６０は、その内部に形成された内側弧状スロット若しくはＵ字状スロット６６を有し、それにより、弁装置内に外周ブレード構成部分又は第１ブレード構成部分６７、及び内側ばねブレード又は第２ブレード構成部分６８を形成し、また、そのＵ字状スロット６６を第１ブレード構成部分６７及び第２ブレード構成部分６８間に位置付けることができるようにしている。ピストン３０の空気通路３２の付勢及び閉塞を行うとともに、空気がピストン３０の空気通路３２を通って流れるのを制御するために、内側又は第２ブレード構成部分６８は、ピストン３０の空気通路３２より大きい面積を有する。

弁装置６０は、その他方側又は第２側６５内に設けられる１つ又は複数の、例えば２つの結合構成部分６９を有し、これらは第１ブレード構成部分６７及び第２ブレード構成部分６８を連結すると共に、第２ブレード構成部分６８の弾性又は移動範囲を増加させるようにする。別法として、図１１に示すように、弁装置６０は、その内部に形成される内側弧状スロット、及びその内部に形成される外周ブレード構成部分又は第１ブレード構成部分及び内側ばねブレード又は第２ブレード構成部分を全く有しない弁装置を使用することもある。

削除。

図４〜図８に示すように、ピストン３０は好ましくは、中心部に空気通路３２の開口を設けた円盤状のベース部材７０と、一体的に構成されたピストンロッド３１とから成る。ベース部材７０の上面には周囲壁７１が設けられ周囲壁７１の外周には外周肩部７２が形成され、下面には、空気通路３２と連通している内側区画室７３が形成されている。
又、ピストン３０のベース部材７０の上方には上側カバー部材７５が取り付けられる。上部カバー部材７５の下面には，円筒状のボス７６が下方に突出して設けられ、ボス７６はベース部材７０の内側区画室７３内に嵌め込まれ、接着剤、圧力嵌合、締結具又はラッチ（図示せず）などで、又は溶接処理によってベース部材７０に固定されるようになっている。別法として、上側カバー部材７５及びベース部材７０を互いに一体的に形成しても良い。

上側カバー部材７５には、ペグ３３、バー３５及び制限装置３７が設けられ、ピストン３０の空気通路３２は上側カバー部材７５及びベース部材７０の両方に設けた開口に通じ、それにより、空気が空気通路３２と、ピストン３０の上側カバー部材７５及びベース部材７０の両方の開口を通ってシリンダ内に流れ込むようにする。上側カバー部材７５には、ボス７６の周囲に設けられて、ベース部材７０に向かって下方へ突出し、それにより、後述するシールリング８０の位置決め及び留め付けを行う円筒状突条７７（図６〜図１０）が設けられる。

シールリング８０は、ピストン３０のベース部材７０の周囲壁７１を囲み、外周肩部７２の上に取り付けられ、上側カバー部材７５を取り付けることにより、上側カバー部材７５とベース部材７０との間に安定的に保持される。シールリング８０は、円環状の底部から同心円筒状に起立する内側環状リブ８３、中間環状リブ８４及び外側環状リブ８５を有し、内側環状リブ８３と中間環状リブ８４の間、及び中間環状リブ８４と外側環状リブ８５の間に夫々内側環状溝８１及び外側環状溝８２が形成され、断面Ｅ字状のシールリングが形成される。上側カバー部材７５の円筒状突条７７がシールリング８０の内側環状溝８１内に嵌って、シールリング８０をピストン３０に固定的に保持する。

従って、外側環状リブ８５は、シールリング８０の外周部分から上方及び外方へ自由に延び、それにより、ピストン３０の外周部分から外へ僅かに張り出して、シリンダ１２の内周面９０に弾性的且つ効果的に接触し、空気をシールするようになっている（図２、図３、図９、図１０）。シールリング８０の外側環状リブ８５は、その上部分内に形成された、また好ましくはシールリング８０の底面８７に平行である平坦面８６を有し（図８）、更に、その上部外側部分で、その平坦面８６に隣接して形成された傾斜面８８を有する。

別法として、図１２に示すように、上記上側カバー部材７５には、前記上側カバー部材７５の一方側又は第１側から上方へ突出した１つ又は複数のキャッチ３３１を設けても良く、又上記弁装置６０には、上記上側カバー部材７５のキャッチ３３１を貫通させるために、１つ又は複数の穴６３１を設けても良い。

作用を説明すると、図９及び図１０に示すように、モータ５０、ピニオン５３、歯車４０及び偏心ピン４７によってピストン３０をシリンダ１２内で強制的に往復運動させるとき、ピストン３０はシリンダ１２に対して僅かに傾斜することがある。ピストン３０の外周面から外方へ僅かに張り出している外側環状リブ８５は、シリンダハウジング１２の内周面９０に摺動可能に接触し空気をシールすることができ、それにより、ピストン３０がシリンダ１２に対してわずかに傾斜するときでも、ピストン３０及びシリンダ１２間を適切に気密シールすることができる。

従って、本発明による空気圧縮機は、空気がシリンダ１２の内壁面とピストン側面の間を気密にシールすることができる改良されたシールリングを有する。

本発明による空気圧縮機の斜視図である。空気圧縮機の、図１の２−２線に沿った部分断面図である。空気圧縮機の動作を示す、図２と同様な別の部分断面図である。空気圧縮機のピストン及び弁部材を示す部分分解図である。空気圧縮機のピストン及び弁部材を示す斜視図である。空気圧縮機の、図５の６−６線に沿った断面図である。空気圧縮機の動作を示す、図６と同様な部分断面図である。空気圧縮機用の改良シールリングを示す拡大部分断面図である。空気圧縮機用の改良シールリングの動作を示す概略的な拡大平面図である。空気圧縮機用の改良シールリングの更なる動作を示す、図９と同様であるが別の概略的な拡大平面図である。空気圧縮機のピストン及び弁部材の別の構造を示す、図４と同様な部分拡大図である。空気圧縮機のピストン及び弁部材を示す別の実施形態の斜視図である。

１０支持ベース
１１プレート
１２シリンダ
１３チャンバ
１４フィン
１５出口管
１６区画室
１７ばね式逆止弁
１８キャップ
１９〜２３ダクト
２４安全弁
２５圧力計
２６ノズル
３０ピストン
３１ピストンロッド
３２空気通路
３３安全弁
３４ピストン３０の一方側又は第１側
３５バー
３７制限手段又は装置
３８ピストンの第２側
３９係止爪
４０歯車
４１シャフト
４２ペグ
４３空間
４４周縁ケーシング
４５偏心部材
４７偏心ピン
５０モータ
５２スピンドル
５３ピニオン
５４ファン装置
６０ばねブレード又は弁装置
６１弁装置の一方側又は第１側
６２締結具
６３小孔開口
６４開口
６５弁装置の第２側
６６内側弧状スロット又はＵ字状スロット
６７第１ブレード構成部分
６８第２ブレード構成部分
６９結合構成部分
７０ベース部材
７１周囲壁
７２外周肩部
７３内側区画室
７５上側カバー部材
７６ボス
７７円筒状突条
８０シールリング
８１内側環状溝
８２外側環状溝
８３内側環状リブ
８４中間環状リブ
８５外側環状リブ
８６平坦面
８７内周面
９０シリンダの内周面

Claims

支持プレート（１１）と、
前記支持プレート（１１）上に設けられて、内周面によって画定されたチャンバを内部に形成しているシリンダ（１２）と、
中心部に空気通路３２の開口を設けた円盤状のベース部材（７０）と、そのベース部材（７０）と一体的に構成されたピストンロッド（３１）とから成り前記シリンダ（１２）の前記チャンバ内に摺動可能に設けられたピストン（３０）と、
前記ピストン（３０）に取り付けられて、前記ピストン（３０）を前記シリンダ（１２）に対して圧縮工程で移動させる時、前記ピストン（３０）の空気通路を選択的に閉塞し、前記ピストン（３０）を前記シリンダ（１２）に対して吸気工程で移動させる時、前記ピストン（３０）の空気通路を開放するようにする弁装置（６０）と、
前記支持プレート（１１）に取り付けられて、圧縮空気を発生するために、前記ピストン（３０）を前記シリンダハウジング（１２）に対して往復運動させるモータ（５０）と、
前記ピストン（３０）に取り付けられるシールリング（８０）であって、円環状の底部から同心円筒状に起立する内側環状リブ（８３）、中間環状リブ（８４）及び外側環状リブ（８５）を有し、内側環状リブ（８３）と中間環状リブ（８４）の間、及び中間環状リブ（８４）と外側環状リブ（８５）の間に夫々内側環状溝（８１）及び外側環状溝（８２）が形成された、断面Ｅ字状のシールリング（８０）と、
ピストン（３０）のベース部材（７０）の上方に取り付けられる上側カバー部材（７５）であって、ピストン（３０）の空気通路開口に通じる開口を有し、その下面には、ベース部材（７０）の内側区画室（７３）内に固着される円筒状のボス（７６）と、ピストン（３０）に取り付けられた断面Ｅ字型シールリング（８０）の内側環状溝（８１）に嵌入し得る円筒状突条（７７）とが下方に突出して設けられ、その上面には上記空気通路開口を開閉制御し得る弁装置（６０）を備えた上部カバー部材（７５）と、
を具備し、
前記シールリング（８０）の前記外側環状リブ（８５）は、前記ピストン（３０）から僅かに外方へ張り出しており、それにより、前記シリンダ（１２）の前記内周面に摺動可能に接触して、前記ピストン（３０）が前記シリンダ（１２）に対して傾斜する時でも、前記シリンダ（１２）と前記ピストン（３０）の間を気密にシールできるようにする、改良されたシールリング（８０）を備えた空気圧縮機。
前記ピストン（３０）の前記ベース部材（７０）は、それから上方へ突出する周囲壁（７１）であって、外周肩部（７２）及びその内部の内側区画室（７３）を形成する周囲壁（７１）を有し、前記ピストン（３０）の前記上側カバー部材（７５）は、それから下方に突出して前記ベース部材（７０）の前記内側区画室内（７３）に嵌合するボス（７６）を有し、前記上側カバー部材（７５）は、前記ベース部材（７０）に向かって突出する円筒状突条（７７）を有し、前記シールリング（８０）は、同心円筒状に形成された内側環状溝（８１）及び外側環状溝（８２）を有し、それにより、内側環状リブ（８３）、中間環状リブ（８４）、及び傾斜面を有する外側環状リブ（８５）を形成しており、前記上側カバー部材（７５）の前記円筒状突条（７７）は、前記シールリング（８０）の前記内側環状溝（８１）内に嵌り、それにより、前記シールリング（８０）を前記ピストン（３０）に固定できるようにしており、前記シールリング（８０）の前記外側環状リブ（８５）の前記傾斜面は、前記シリンダ（１２）の前記内周面に当接し気密なシールを構成する、請求項１に記載の空気圧縮機。
前記シールリング（８０）の前記外側環状リブ（８５）は、その上部分に形成されて前記傾斜面に隣接して形成された上側平坦面（８６）を有する、請求項２に記載の空気圧縮機。