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1参考技術」
第1参考技術の流体圧縮機を図1および図2に基づいて説明する。
図1は、第1参考技術の流体圧縮機を示す側断面図である。図2は、第1参考技術の流体圧縮機の要部を示す平断面図であって、(a)は端部カバー組付後、(b)は端部カバー組付前を示すものである。
図1に示す第1参考技術の流体圧縮機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してさらに昇圧して機体外部に排出するブースタ圧縮機である。この流体圧縮機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、流体圧縮機11は、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。ここで、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を画成するもので、シリンダ14内で往復動して圧縮室22を拡縮する。これらシリンダヘッド15とシリンダ14と揺動部材21とが気体圧縮機構(流体圧縮機構)23を構成し、クランク軸12およびモータ部18が気体圧縮機構23を駆動する駆動機構(駆動手段)24を構成している。
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。
駆動機構24のモータ部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、コイル101Aを備えてこのモータ胴部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、嵌合部107は円筒状をなしており、その結果、支持板102におけるボス部106と嵌合部107との間には、薄肉部111が形成されている。この薄肉部111には、図2に示すように、左右両側のみに板厚方向に貫通する連通口112が形成されている。また、図1に示すように、この支持板102の脚部105とクランクケース13の脚部27とで流体圧縮機11が床面等の設置面に設置される。ここで、クランクケース13とケースカバー20とモータ胴部100と支持板102と端部カバー19とが、気体圧縮機構23のシリンダ14に連結されて駆動機構24を収容する本体ケース108を構成している。
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の内側の貫通部分およびボス部106の外側の図2に示す両連通口112を囲むように、横長の長円状をなして軸線方向に凹む環状のシール溝117が形成されている。このシール溝117には長円状のシールリング118が配置されている。
モータ部18は、図1に示すように、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(軸受機構)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を中央に有してステータ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は、ステータ101が発生する磁力により回転させられる。
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横長の長円形状に凹んで支持板102とで端子空間140を画成する凹部143が形成されており、凹部143の底部には内外を貫通する端子配置穴144が形成されている。ここで、支持板102のシール溝117に配置される長円状のシールリング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。
端部カバー19は、カバー本体142の端子配置穴144に配置されることで外部に電気接続可能に突出する、モータ部18へ給電するための気密端子150を有している。気密端子150は、図2に示すように、ステータ101のコイル101Aから支持板102の連通口112を介して延出する給電用の給電配線149が結線される端子本体(接続端子)155と、端子本体155を気密に保持する略円板状のベース156とベース156を気密に保持する保持体157とを有しており、保持体157の外周部の支持板102側には、テーパ状のフランジ部157Aが形成されている。気密端子150は、端子本体155の一端側を端子配置穴144内の端子空間140に突出させながら端部カバー19の端子配置穴144を塞ぐように配置されることになり、この状態で、保持体157のフランジ部157Aがカバー本体142の外面に全周が溶接されて気密に取り付けられている。ここで、支持板102の端子空間140を画成する面には、コイル101Aから連通口112を介して延出する給電用の給電配線149を固定するクリップ(固定手段)162が取り付けられている。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図1に示すボルト163で支持板102に固定される。
ここで、気密端子150に給電配線149を接続する場合には、図2(b)に示すように、モータ部18の組付後に支持板102の連通口112から引き出された状態となっている給電配線149を、支持板102よりもコイル101A側に弛みがないように引っ張りつつ支持板102の外側の面にクリップ162で固定する。また、支持板102のシール溝117にシールリング118をセットする。
他方、端部カバー19についてはカバー本体142に予め気密端子150が溶接で固定されており、このような端部カバー19を支持板102から離した状態で、端部カバー19の気密端子150の端子本体155に給電配線149の先端のコネクタ部149Aを接続する。そして、端部カバー19の凹部143内つまり端子空間140内に給電配線149の上記接続のための余長部分を入れ込みながら、図2(a)に示すように、端部カバー19を支持板102に当接させて、複数のボルト163で固定する。その結果、給電配線149は、支持板102よりもコイル101A側が弛みのない状態に保持され、支持板102よりも端子空間140側に弛みが形成されている。
図1に示すように、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に固定されており、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。
クランク軸12のクランク部材176を内側に嵌合させるようにベアリング185が設けられており、揺動部材21は、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、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。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の嵌合凸部212の周囲部分とスペーサ187の嵌合凹部206の周囲部分とで挟持される。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、スペーサ187とピストンヘッド188とで挟持される平板円環状とされ、外周側が、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の外周側を覆う円環状とされている。
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とでクランク軸12を収容するクランク室223が画成される。
ここで、図1に示すように、本体ケース108は、そのクランクケース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。しかも、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、本体ケース108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、流体圧縮機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。
以上の流体圧縮機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1参考技術の流体圧縮機11によれば、駆動機構24が、コイル101Aを有するステータ101と、コイル101Aから延出する給電配線149と、ステータ101の内側に配置され、端部がベアリング124を有する支持板102により支持されるロータ126とを備えており、給電配線149が、支持板102に設けられた連通口112から、本体ケース108の端部カバー19と支持板102とで囲まれた端子空間140に導入されて、この端子空間140に設けられた端子本体155に接続されるため、ロータ126の支持剛性を支持板102で確保しつつ給電配線149を良好に配索することができる。
また、コイル101Aから延出する給電配線149を、支持板102の連通口112を介してモータ部18の外側に導くため、モータ部18内での配索状況を連通口112を介して確認することができるため、組立性を向上でき、また、検査時間を短縮できる。
また、端部カバー19を支持板102に取り付ける際に、給電配線149の余長部分を端部カバー19の端子空間140に収容可能であるため、給電配線149を端部カバー19と支持板102との間に挟んでしまうことを防止できる。したがって、給電配線149の信頼性を向上することができる。
また、給電配線149が、支持板102の端子空間140側の面にクリップ162により固定されているため、端部カバー19を支持板102に取り付ける際に、給電配線149を端部カバー19と支持板102との間に挟んでしまうことを確実に防止できる。したがって、給電配線149の信頼性をさらに向上することができる。
また、上記のように本体ケース108を密閉構造とした場合であっても、密閉性能を損なうことなく良好に給電配線149を配索することができる。
また、給電配線149は、支持板102よりもコイル101A側が弛みのない状態に保持され、支持板102よりも端子空間140側に弛みが形成されているため、モータ部18の回転部分であるベアリング124およびロータ126に給電配線149が接触してしまうことを防止できる。したがって、給電配線149を含むモータ部18の信頼性を向上することができる。
また、汎用の気密端子150を使用可能であるため、コストを低減することができる。
「第2参考技術」
次に、第2参考技術を主に図3および図4に基づいて説明する。図3は、第2参考技術の流体圧縮機の要部を示す平断面図である。図4は、第2参考技術の流体圧縮機の要部を示す分解斜視図である。なお、第1参考技術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2参考技術においては、図3および図4に示すように、気密端子150が端部カバー19の外側に溶接されるのではなく、端部カバー19の内側に設けられている。
つまり、第2参考技術においては、端子配置穴144の凹部143側には、端子配置穴144よりも大径で軸方向に凹むシール段差部145が形成されており、このシール段差部145に、円環状のゴム等の弾性材料からなるシールリング146が配置されている。
また、第2参考技術において、気密端子150は、保持体157が、そのフランジ部157Aとは反対側においてシールリング146の内側に嵌合されることになり、その際にフランジ部157Aにてシールリング146をシール段差部145との間に挟持することになる。ここで、本体ケース108は密閉構造とされており、その端部カバー19内の端子空間140にも圧縮気体が導入されているため、端子空間140内の圧力が気密端子150を外方に押すことになり、これにより、フランジ部157Aがシールリング146をシール段差部145に押し付けるようになっている。これにより、シールリング146が気密端子150とカバー本体142との隙間をシールする。なお、第2参考技術の端部カバー19は、その端子配置穴144の周囲が、厚肉とされ、ボス部19Aとされている。
以上に述べた第2参考技術の流体圧縮機11によれば、端子空間140内の圧力を利用して気密端子150とカバー本体142との隙間を良好にシールすることができ、ケース本体108の密閉性を確保できる。
また、気密端子150の溶接が不要になるため、この溶接専用の設備が不要となり、製造コストを低減することができる。
「第1実施形態」
次に、第1実施形態を主に図5および図6に基づいて説明する。図5は、第1実施形態の流体圧縮機の要部を示す平断面図である。図6は、第1実施形態の流体圧縮機の要部を示す分解斜視図である。なお、第2参考技術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1実施形態では、図5および図6に示すように、第2参考技術と同様に、気密端子150が端部カバー19の外側に溶接されるのではなく、端部カバー19の内側に設けられている。そして、第1実施形態では、気密端子150をカバー本体142に取り付ける四角枠状の取付板151をさらに有している。
つまり、第2参考技術と同様に、気密端子150は、保持体157が、そのフランジ部157Aとは反対側においてシールリング146の内側に嵌合されることになり、その際にフランジ部157Aにてシールリング146をシール段差部145との間に挟持することになる。その際に、端子空間140内の圧力が気密端子150を外方に押すことになり、これにより、フランジ部157Aがシールリング146をシール段差部145に押し付けるようになっている。
そして、取付板151が、この状態の気密端子150のカバー本体142とは反対側に配置されて、複数のネジ160でカバー本体142に取り付けられることになり、その結果、取付板151が気密端子150のフランジ部157Aを押さえ、端子配置穴144からの抜けを規制する。
以上に述べた第1実施形態の流体圧縮機11によれば、第2参考技術と同様に、端子空間140内の圧力を利用して気密端子150とカバー本体142との隙間をシールするため、溶接専用の設備が不要となり、製造コストを低減できる。その上で、メンテナンス時等、端子空間140内に圧力が導入されていない状態であっても気密端子150の端子配置穴144からの抜けを取付板151によって規制することができる。