JP6119994B2

JP6119994B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP6119994B2
Application number: JP2013193502A
Authority: JP
Inventors: 直人一橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN104454459A; EP2857683A1; CN104454459B; US9982665B2; JP2015059503A; US20150078935A1; EP2857683B1

Description

本発明は、例えば釘打機等の空気工具を駆動するために必要な圧縮空気を生成するのに好適な空気圧縮機に関する。

建築現場などでは、圧縮空気の圧力で釘やネジを木材などに打ち込む携帯型の空気工具が広く使用されている。一般に、空気工具等を駆動する空気圧縮機は、モータ等の駆動部の回転軸の回転運動を、圧縮部のクランク軸を介してシリンダ内のピストンの往復運動に変換し、ピストンの往復運動によってシリンダの吸気弁から吸い込んだ空気を圧縮するように構成される。シリンダ内で圧縮された圧縮空気はシリンダの排気弁からパイプを通して空気タンクに吐出され、空気タンク内に貯留される。気体を高い圧力まで圧縮する場合には、段階的に圧力をあげていく多段式往復動圧縮機が一般的に用いられている。空気タンク内に貯留された高圧の圧縮空気は、空気タンクに取り付けられた減圧弁により適正圧力へ調整され、エアホースを介して空気工具等へ供給される。このような空気圧縮機は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１３−４０５８６号公報

空気圧縮機においては、通常、モータや圧縮部その他の発熱部を冷却するために、モータの回転軸に冷却ファンが設けられる。しかし、冷却ファンの発生する気流は遠心力が大きく外周方向に流れがちで、モータ内部の気流を促進することが難しいため、モータ内部に熱がこもりやすいという問題があった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、モータの冷却性能を向上させることの可能な空気圧縮機を提供することにある。

本発明のある態様は、空気圧縮機であり、
圧縮空気を貯留する空気タンクと、
外部より吸入した空気を圧縮して前記空気タンクに供給する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動するモータと、
前記モータの回転軸の一端側に前記モータに隣接して設けられた冷却ファンと、
少なくとも前記圧縮部及び前記モータを覆うカバーとを備え、
前記冷却ファンは、前記圧縮部に気流を供給可能な外側羽根と、前記外側羽根より内側において前記冷却ファン回転軸方向に気流を流動させる内側羽根と、前記外側羽根及び前記内側羽根の間に介在する区画部とを有し、
前記モータの内側において、外周側には前記外側羽根から流出した気流が前記冷却ファンから離れる向きに流れ、内周側には前記内側羽根に吸い込まれる気流が前記冷却ファンに近づく向きに流れる。

前記区画部の内側の開口部は、モータ側と非モータ側で開口面積が異なってもよい。

本発明のもう１つの態様は、空気圧縮機であり、
圧縮空気を貯留する空気タンクと、
外部より吸入した空気を圧縮して前記空気タンクに供給する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動するモータと、
前記モータの回転軸の一端側に前記モータに隣接して設けられた冷却ファンと、
少なくとも前記圧縮部及び前記モータを覆うカバーとを備え、
前記冷却ファンは、前記圧縮部に気流を供給可能な外側羽根と、前記外側羽根より内側において前記冷却ファン回転軸方向に気流を流動させる内側羽根と、前記外側羽根及び前記内側羽根の間に介在する区画部とを有し、
前記区画部の内側の開口部は、モータ側と非モータ側で開口面積が異なる。

前記外側羽根が軸流式に形成され、前記内側羽根が遠心式に形成されていてもよい。
前記冷却ファンは、前記内側羽根の少なくとも一部を利用して、回転軸に対する取付部と前記区画部とを接続した構成であってもよい。
前記内側羽根は、前記モータの内側に気流を生じさせてもよい。

前記内側羽根は、前記モータの回転軸に平行に延びる面を有してもよい。

前記内側羽根が湾曲していてもよい。

前記外側羽根は、少なくとも非モータ側から空気を吸入し、前記モータ及び前記圧縮部に向かって気流を流出させる構成であり、前記カバーは、前記冷却ファンの非モータ側と対向する部分に風窓を有してもよい。

前記カバーは、前記冷却ファンの前記内側羽根と対向する領域の少なくとも一部に、外気の流入を阻止する遮蔽部を有してもよい。

前記外側羽根の外径が前記モータの外径より大きくてもよい。

前記外側羽根による風量が、前記内側羽根によって前記区画部の内側を流動する風量より大きくてもよい。

前記区画部は、前記モータの回転軸方向に延びる円筒形状を有してもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、モータの冷却性能を向上させることの可能な空気圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気圧縮機１の斜視図。空気圧縮機１の、カバー２６を断面とした平面図。空気圧縮機１の平断面図。図２のＣ−Ｃ断面図。空気圧縮機１の正断面図。空気圧縮機１のカバー２６の第１の下方斜視図。空気圧縮機１のカバー２６の第２の下方斜視図。空気圧縮機１のカバー２６に関する、図４のＡ−Ａ断面図。空気圧縮機１のカバー２６に関する、図４のＢ−Ｂ断面図。空気圧縮機１の冷却ファン８ｂの斜視図。空気圧縮機１の冷却ファン８ａの斜視図。空気圧縮機１の第７導風板３０６の斜視図。本発明の実施の形態２に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図。本発明の実施の形態３に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図。本発明の実施の形態４に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気圧縮機１の斜視図である。図２は、空気圧縮機１の、カバー２６を断面とした平面図である。なお、本図において把持部３１ａ,３１ｂの図示は省略している。図３は、空気圧縮機１の平断面図である。図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。図５は、空気圧縮機１の正断面図である。図６は、空気圧縮機１のカバー２６の第１の下方斜視図である。図７は、カバー２６の第２の下方斜視図である。図８は、カバー２６に関する、図４のＡ−Ａ断面図である。図９は、同Ｂ−Ｂ断面図である。図１０は、空気圧縮機１の冷却ファン８ｂの斜視図である。図１１は、空気圧縮機１の冷却ファン８ａの斜視図である。図１２は、空気圧縮機１の第７導風板３０６の斜視図である。

空気圧縮機１は、一定の間隔を隔てて平行に配置され、圧縮空気を貯留する一対の空気タンク２ａ,２ｂと、外部より吸入した空気を圧縮して空気タンク２ａ,２ｂに供給する圧縮部３と、圧縮部３に連結され圧縮部３を駆動するモータ４とを有し、モータ４の軸方向が空気タンク２ａ,２ｂの長手方向と略直交するように、モータ４と圧縮部３が一対の空気タンク２ａ,２ｂの上方に配置されている。

図３に示すように、モータ回転軸５は圧縮部３を貫通しており、モータ回転軸５のモータ側端部に冷却ファン８ａ（第１の冷却ファン）が設けられ、非モータ側端部に冷却ファン８ｂ（第２の冷却ファン）が設けられる。冷却ファン８ａ,８ｂはモータ４と一体に回転する。

図２に示すように、一対の空気タンク２ａ,２ｂの長手方向において圧縮部３と隣接して、減圧弁９ａ,９ｂと、減圧された圧縮空気の圧力を表示する圧力計１０ａ,１０ｂと、圧縮空気取り出し口となるカプラ１１ａ,１１ｂとが設けられる。作業者は、図示しない高圧用エアホースによりカプラ１１ａ,１１ｂと図示しない釘打機等の空気工具を接続することで、圧縮空気を利用して空気工具を動作させ、適宜作業を行うことが可能となる。

図２に示すように、空気タンク２ａ,２ｂには、圧力が異常に高くなった時に圧縮空気の一部を外部に排出する安全弁１２と、ドレン排出装置１３が設けられる。ドレン排出装置１３は操作部１４を有し、操作部１４を操作することで適宜空気タンク２ａ,２ｂ内の圧縮空気及び水分を外部に排出できる。

図３に示すように、圧縮部３においては内部にクランク機構が設けられ、モータ回転軸５の回転運動が第１コンロッド３３ａ、第２コンロッド３３ｂを介して第１ピストン３４ａ、第２ピストン３４ｂの往復運動にそれぞれ変換される。第１ピストン３４ａは、第１シリンダ１５ａ及び第１シリンダヘッド１６ａに収容される。第２ピストン３４ｂは、第２シリンダ１５ｂ及び第２シリンダヘッド１６ｂに収容される。第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂは、モータ回転軸５を介在させて水平対向し、空気タンク２ａ,２ｂと略平行に配置される。圧縮部３において外部の空気が吸入されると、まず第２シリンダ１５ｂ（低圧側シリンダ）で圧縮され、第２シリンダ１５ｂで圧縮された空気は配管１９ａ（図２）を介して第１シリンダ１５ａ（高圧側シリンダ）に供給され、第１シリンダ１５ａで更に圧縮された空気が配管１９ｂを介して空気タンク２ａに供給される。空気タンク２ａ,２ｂは互いに連結管２０で接続されており、空気タンク２ａ,２ｂの圧力は均一となる。

図３に示すように、モータ４を駆動するための制御回路２１（制御回路基板）は、ケース２２に収容され圧縮部３の非モータ側の冷却ファン８ｂに対向して配置され、空気タンク２ｂに固定される。モータ４はＤＣブラシレス方式であり、ステータコイル２３と、ステータコイル２３の内側に配置されるロータ２４と、ロータ２４の回転位置を検出するホール素子基板２５（図２）とを有し、制御回路２１によってインバータ制御される。制御回路２１はインバータ制御のための半導体スイッチング素子などの発熱部品２０４（図３）を含んだ構成となっており、ケース２２において発熱部品２０４が取り付けられた面を発熱面２０３として放熱ないし冷却される。

図１に示すように、空気タンク２ａ,２ｂ上方には圧縮部３、モータ４、制御回路２１等の空気圧縮機の構成部品を覆うカバー２６が配置され、空気タンク２ａ,２ｂに固定される。空気タンク２ａ,２ｂの長手方向の両端部には空気圧縮機１を運搬するための把持部３１ａ,３１ｂが設けられる。カバー２６には空気圧縮機１を作動させる図示しない電源スイッチ等を有する操作パネル２８が設けられる。カバー２６には冷却ファン８ａ,８ｂ対向する壁面に風窓２９ａ,２９ｂ（図６及び図７）が設けられる。空気タンク２ａ,２ｂの間には異物の混入を防止するカバー３０（図４）が更に取り付けられる。空気タンク２ａ,２ｂには地面との直接接触を防止して保護するための脚部３２が設けられる。

このような空気圧縮機１の運転時において、モータ４には第１ピストン３４ａと第２ピストン３４ｂの往復運動によって空気を圧縮する際の圧縮負荷が交互に作用する。そのため、ステータコイル２３及び制御回路２１には負荷電流が生じ、負荷電流に伴うジュール熱により温度上昇する。また、第１シリンダ１５ａ及び第１シリンダヘッド１６ａ、並びに第２シリンダ１５ｂ及び第２シリンダヘッド１６ｂは、圧縮空気の圧縮熱により温度上昇する。配管１９ａ,１９ｂ及び空気タンク２ａ,２ｂも、圧縮熱で温度上昇した圧縮空気が流動するため温度上昇する。そのため、第１シリンダ１５ａ及び第１シリンダヘッド１６ａ、第２シリンダ１５ｂ及び第２シリンダヘッド１６ｂ、ステータコイル２３、制御回路２１、並びにケース２２等の発熱部を中心に各部の温度上昇を冷却により抑制する必要がある。以下、冷却に関する構成を説明する。

（冷却ファン８ａによる冷却）
通常の軸流ファンでは、発生する気流は遠心力が大きく外周方向に流れがちで、隣接するモータ内部の気流を促進することが難しいため、モータ内部に熱がこもりやすい。ここでは、モータ４の冷却性能を向上させる構成について説明する。

図１１に示すように、冷却ファン８ａは、外側羽根１０４と、内側羽根１０５とを有する。外側羽根１０４と内側羽根１０５は、モータ４の回転軸の方向に延びる円筒形状を有する区画部（円筒部）１０２にて相互に接続される。内側羽根１０５の更に内側には取付部１０３が形成され、取付部１０３により冷却ファン８ａをモータ回転軸５に取り付けることができる。内側羽根１０５は、区画部１０２及び取付部１０３と一体的に形成される。内側羽根１０５は、モータ回転軸５と略平行に延在する湾曲した板状で、いわゆる遠心式に形成される。隣り合う内側羽根１０５と、区画部１０２と、取付部１０３とにより形成される貫通穴は、非モータ側開口１０７が反対側のモータ側開口１０６（図３）に対して開口面積が小さく設定されている。外側羽根１０４は、モータ回転軸５方向に対して傾斜して延在する湾曲形状で、いわゆる軸流式に形成される。図３に示すように、外側羽根１０４の外径Ｄ２は、モータ４の外径Ｄ１より大きく設定されている。また、カバー２６には、冷却ファン８ａに対向して風窓２９ａが形成される。風窓２９ａの中央部には、内側羽根１０５と対向して遮蔽部としての遮蔽板１０１（図７及び図８）が形成されている。

モータ４を運転すると、冷却ファン８ａが回転することで気流が発生する。すなわち、外側羽根１０４によって風窓２９ａから外気が吸入され、第１シリンダ１５ａ及び第１シリンダヘッド１６ａ、並びに第２シリンダ１５ｂ及び第２シリンダヘッド１６ｂに対して図３に示すように気流ＣＡ１が発生する。また、外側羽根１０４の発生する気流の一部は気流ＣＡ２のごとくステータコイル２３に向かって流れる。このとき、更に内側羽根１０５によって生ずる負圧Ｐ１により、気流ＣＡ３のごとくステータコイル２３近傍の空気が内側羽根１０５に吸入される。内側羽根１０５に吸入された空気は、外側羽根１０４によって生ずる負圧Ｐ２によりモータ側開口１０６から非モータ側開口１０７に向かって通り抜けるよう流れ、気流ＣＡ４のごとく外側羽根１０４に吸入され、気流ＣＡ１と共に流出する。冷却を終えた冷却風は、図４に示すように、空気タンク２ａ,２ｂの間からカバー３０の外部へ排出される。

このように、内側羽根１０５により気流ＣＡ３,ＣＡ４を生み出すことができる（内側羽根１０５による気流は区画部１０２の円筒形状の内面によって規制され確実に冷却ファン８ａの回転軸方向に流動する）ため、外側羽根１０４の気流ＣＡ１,ＣＡ２と相乗効果を奏して従来は気流が停滞しがちであったステータコイル２３の近傍に高い流速を発生させることができ、ステータコイル２３の温度上昇を効果的に抑制することができる。すなわち、内側羽根１０５により、遠心力が大きく外周方向に流れやすい外側羽根１０４の気流に対する補助効果ないし相乗効果を奏し、冷却ファン８ａによるモータ４の冷却性能を向上させることができる。

また、モータ回転軸５においては第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂ内で空気を圧縮する際の圧縮負荷が交互に作用し回転変動が生じるため、冷却ファン８ａには回転変動によるねじり振動が生じるが、複数の内側羽根１０５を利用して取付部１０３と区画部１０２を強固に接続しているので、ねじり振動による応力を分散・低減でき、冷却ファン８ａの強度・信頼性を高めることができる。更に、内側羽根１０５が区画部１０２と取付部１０３とを接続する接続部（骨組み）としての役割も併せ持つため、気流に寄与しない接続部を別途に形成する必要がなく、構造的に効率が良い。なお、内側羽根１０５の枚数を増加することで、内側羽根１０５のファンとしての性能を向上させると共に、区画部１０２と取付部１０３との接続強度も向上できる。

また、冷却ファン８ａにおいて、非モータ側開口１０７とモータ側開口１０６とで開口面積を異ならせているため、内側羽根１０５による気流の流動方向を制御しやすい。すなわち、非モータ側開口１０７とモータ側開口１０６の開口面積比を適宜調整することで、内側羽根１０５による気流の流動方向を好適に制御することができる。

また、外側羽根１０４は、非モータ側（カバー２６の外部）から空気を吸入してモータ４及び圧縮部３に向かって気流を流出させるため、カバー２６内の気温よりも温度が低い外気を大量にカバー２６内に吸入すると共にモータ４及び圧縮部３などを広範囲に冷却することができる。

また、遮蔽板１０１を設けたことで、外側羽根１０４の作用による冷却ファン８ａと遮蔽板１０１との間の負圧Ｐ２が強められるため、気流ＣＡ３,ＣＡ４を更に促進し冷却効率を大幅に向上できる。すなわち、内側羽根１０５による負圧（吸引）で冷却ファン８ａの中心部に引き寄せられたモータ４近傍の空気を内側羽根１０５の非モータ側にスムーズに流動させることができ、外側羽根１０４と内側羽根１０５による負圧の相乗効果でモータ近傍の冷却効果を一層高めることができる。

また、外側羽根１０４の外径Ｄ２をモータ４の外径Ｄ１より大きくしたので、外側羽根１０４の発生する気流の一部はモータ４を経由しないで直接圧縮部３に供給されるため、圧縮部３の冷却効率が高められる。

また、外側羽根１０４による風量を、内側羽根１０５によって区画部１０２の内側を流動する風量より大きくしているため、主にモータ４近傍に気流を生成する内側羽根１０５による気流の一部を外側羽根の気流に合流させ易くなるため、モータ冷却後の気流を確実に圧縮部３に供給し最終的にカバー外部へと排出することができる。従って、モータ４の近傍に熱がこもって冷却性能に悪影響を及ぼすことがなく、冷却性能を向上させることができる。

なお、冷却ファン８ａにおけるモータ側開口１０６と非モータ側開口１０７との面積比は適宜変更しても良いし、内側羽根１０５の形状及び外側羽根１０４の形状も適宜変更して良い。

（冷却ファン８ｂによる冷却）
一般に、空気圧縮機においては、モータ、圧縮部（特にシリンダ）、及び制御回路等、使用に伴って高温になる発熱部が複数あり、それらを互いに離れた位置に配置せざるを得ないことが多い。そのため、モータの回転軸に取り付けた冷却ファンの発生する冷却風を各発熱部に確実に導く必要があるが、レイアウト上、通常の冷却ファンでは冷却しにくい場所に発熱部が位置することもあり、冷却効率の面で課題があった。こうした課題に対して冷却効率の向上させるための構成について説明する。

図３及び図４に示すように、モータ回転軸５の非モータ側端部に取り付けられる冷却ファン８ｂと対向してケース２２及び制御回路２１が配置される。ケース２２においては、収容される制御回路２１の、発熱部品２０４が取り付けられる発熱面２０３を、冷却ファン８ｂに対向させている。発熱部品２０４は、発熱面２０３を挟んで冷却ファン８ｂの外周部（後述のリング部２０１）と対向する。発熱部品２０４は、ＩＧＢＴ、ダイオードブリッジ、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等である。

図１０に示すように、冷却ファン８ｂは、モータ回転軸５方向を法線とし平板上に形成される板状部としての背板２０２を有し、背板２０２上に内側から外周に向かってモータ回転軸５と略平行に延在する羽根２００が、いわゆる遠心式に形成される。羽根２００の内側には取付部２０５が形成され、取付部２０５により冷却ファン８ｂをモータ回転軸５に取り付けることができる。冷却ファン８ｂの外周端部にはリング部２０１が形成される。リング部２０１はモータ回転軸５に略平行な円筒形状であり、背板２０２から発熱面２０３に向かって延在している。リング部２０１と取付部２０５は、背板２０２によって全周に渡って連結一体化される。背板２０２はリング部２０１と取付部２０５の間のモータ側を全面的に塞ぐ。

また、冷却ファン８ｂの近傍には、図２に示すように、第５導風板３０４、第６導風板３０５、及び第７導風板３０６が設けられる。第５導風板３０４及び第６導風板３０５はカバー２６から垂下するリブとして形成される。図１２に単体で示した第７導風板３０６は、図２に示すようにケース２２にネジ材で取り付けられ、ケース２２から第２シリンダ１５ｂの非モータ側に向かって形成される。第５導風板３０４はカバー２６からケース２２に向かって垂下しており、冷却ファン８ｂの外径Ｄ３（図４）より小さな径の開口部２０７（切欠部）が形成される（図４及び図６等）。第６導風板３０５は第５導風板３０４と一体的に形成され、第５導風板３０４から滑らかに第１シリンダ１５ａの非モータ側に向かって形成される。冷却ファン８ｂと対向するカバー２６の壁面には風窓２９ｂが形成されている。

モータ４を運転すると、図３に示すように、冷却ファン８ｂにより気流ＣＡ１０のごとく風窓２９ｂから外気が吸入され、開口部２０７によって冷却ファン８ｂの中心部に案内される。気流ＣＡ１０は気流ＣＡ１１のごとく背板２０２に沿って冷却ファン８ｂの外周側に流れた後、リング部２０１によって偏向され（向きを変えられ）、発熱面２０３（第１の発熱部）に向かって流れて衝突し発熱面２０３上に沿って更に冷却ファン８ｂから放射状に流れる。気流ＣＡ１１の一部は第５導風板３０４、第６導風板３０５、及び第７導風版３０６によって気流ＣＡ１２,ＣＡ１３のごとく第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂの非モータ側（第２の発熱部）に向かって案内される。冷却を終えた冷却風は、図４に示すように、空気タンク２ａ,２ｂの間からカバー３０の外部へ排出される。

このように、リング部２０１によって冷却風を偏向して発熱面２０３に確実に当てることができるので、発熱面２０３の冷却効率を大幅に向上させることができる。更に、背板２０２を設けたことで、多くの冷却風を非モータ側（発熱面２０３側）に確実に流すことができ、発熱面２０３の冷却効率がより高められる。また、冷却ファン８ｂの正面に配置された発熱面２０３に対して吹き付けるように気流を流出させることができるので、冷却効率を一層向上できる。すなわち、冷却ファン８ｂは、羽根２００と背板２０２を利用して空気を中心側から吸入して外周方向に流出させ、リング部２０１によって気流の流出方向に軸方向成分（非モータ側に向かう成分）を与えることができるので、冷却ファン８ｂと異なる平面上に存在する発熱面２０３に対しても確実に冷却風を供給することが可能となる。そして、発熱面２０３に供給される冷却風は、風窓２９ｂから取り込まれた他の冷却にまだ利用されていない外気が主であり、発熱面２０３の冷却効率が良好である。

また、第５導風板３０４、第６導風板３０５、及び第７導風板３０６により、発熱面２０３を冷却した後の冷却風及び発熱面２０３に当たらなかった冷却風を第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂの冷却に活用することができる。第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂの非モータ側は冷却ファン８ａによる気流ＣＡ１での冷却が難しく温度上昇し易い部分であるため、この効果は極めて高い。

また、モータ回転軸５においては第１シリンダ１５ａ及び第２シリンダ１５ｂ内で空気を圧縮する際の圧縮負荷が交互に作用し回転変動が生じるため、冷却ファン８ｂには回転変動によるねじり振動が生じるが、背板２０２によってリング部２０１を接続しているため、モータ回転軸５方向を法線とする断面における断面係数が大幅に向上し、遠心荷重やねじり振動荷重に対して十分な強度を得ることができる。また、背板２０２に羽根２００を設けているため、羽根２００の強度も向上させることかできる。なお、背板２０２はリング部２０１と取付部２０５の間をモータ側を全面的に塞ぐようにリング部２０１と取付部２０５を連結することが第１の発熱部の冷却効率を高める点で好ましいが、一部のみを塞ぐような連結構造であってもよい。

また、リング部２０１は、冷却風の向きを変える機能に加え、冷却ファン８ｂの慣性力を増大させることで回転変動を緩和させるフライホイールリングとしても機能して回転変動によるモータ４への負荷を軽減することができ、構造的に効率が良い。別の見方をすれば、フライホイールリングとして機能するリング部２０１に冷却風の向きを変える機能を持たせることでリング部２０１を冷却効率の向上に活用でき、構造的に効率が良い。

なお、羽根２００は遠心式以外に適宜変更しても良い。リング部２０１は必ずしも完全な円筒状である必要はなく、制御回路２１、ケース２２、発熱面２０３以外の発熱部分に向けて冷却風を偏向するよう形成しても良い。また、リング部２０１は必ずしもモータ回転軸５に対して平行でなく、背板２０２に対して傾斜した形状で有して第１の発熱部に向かって冷却風を導くように形成しても良い。冷却ファン８ｂは背板２０２をカバー２６の風窓２９ｂに向けるよう取り付けても良い。

（シリンダヘッドの冷却）
圧縮部３において、ピストンによる圧縮工程では、圧縮熱によって高温となった圧縮空気は高い流速でシリンダヘッド内に供給された後、配管を介して空気タンクに貯留される。従って、シリンダヘッド内部においては高温空気が高い流速で流動するため、高温空気からシリンダヘッドへの熱伝達が著しく、圧縮部３の中でもシリンダヘッドは特に高温となる。従って、効率良く冷却を行うためには、最も高温となるシリンダヘッドを集中的に冷却する必要がある。以下、シリンダヘッドを効率的に冷却するための構成を説明する。

図２に示すように、カバー２６内において、冷却ファン８ａから回転方向の下流側に位置する第１シリンダ１５ａに向かって、モータ回転軸５に対して傾斜して上方から見て仮想延長線が第１シリンダヘッド１６ａ上を通過するよう、略直線状に第１導風板３００（導風壁部）が配置されている。ここでは第１導風板３００の仮想延長線は第１導風板３００の線形近似直線と一致する。第１導風板３００の冷却ファン８ａ側に臨む壁面に沿う風路又は当該風路の仮想延長線は、上方から見て第１シリンダヘッド１６ａと交差する。

第１シリンダヘッド１６ａの上方には、カバー２６から第１シリンダヘッド１６ａに向かって第２導風板３０１（導風壁部）が垂下して配置される（図５）。第２導風板３０１は、第１導風板３００に沿う風路もしくは当該風路の仮想延長線又は第１導風板３００の線径近似直線と交差し、第１導風板３００に導かれた気流を第１シリンダヘッド１６ａ又はその近傍に向けるように設けられる。

第２シリンダヘッド１６ｂ側においては、モータ回転軸５に対して傾斜し上方から見て仮想延長線が第２シリンダヘッド１６ｂ上を通過するよう、略直線状に第３導風板３０２（導風壁部）が配置されている。ここでは第３導風板３０２の仮想延長線は第３導風板３０２の線形近似直線と一致する。第３導風板３０２の冷却ファン８ａ側に臨む壁面に沿う風路又は当該風路の仮想延長線は、上方から見て第２シリンダヘッド１６ｂと交差する。

第４導風板３０３（導風壁部）は、第２シリンダヘッド１６ｂと対向して配置されている（図５）。第４導風板３０３は、第３導風板３０２に沿う風路もしくは当該風路の仮想延長線又は第３導風板３０２の線径近似直線と交差し、第３導風板３０２に導かれた気流を第２シリンダヘッド１６ｂ又はその近傍に向けるように設けられる。

第１導風板３００と第３導風板３０２は、モータ回転軸５の上方で接続されて略Ｖ字を成す。また、図６及び図７に示すように、第１導風板３００、第２導風板３０１、及び第３導風板３０２はカバー２６から一体的に延在する（下方に突出する）リブとして形成され、第４導風板３０３はカバー２６の壁面の一部により形成される。図２に示されるように、第１導風板３００と第３導風板３０２はそれぞれ第１シリンダヘッド１６ａと第２シリンダヘッド１６ｂを好適に冷却するため、モータ回転軸５に対して異なる角度を成すように設けられている。

第８導風板３０７と第９導風板３０８（図７）は、冷却ファン８ａのモータ側から非モータ側に空気が回り込まないようにするため、及びカバー２６内で気流が第１シリンダヘッド１６ａと第２シリンダヘッド１６ｂより更に外側に流れることを防止するために設けられる。第８導風板３０７と第９導風板３０８はカバー２６から一体的に延在する（垂下する）リブとして形成される。

空気圧縮機１が運転状態にある時、図２のごとくモータ回転軸５が回転し圧縮空気を生成すると共に、冷却ファン８ａが回転することによって風窓２９ａからカバー２６内に空気が吸入される。冷却風は気流ＣＡ２０（図２）のごとく冷却ファン８ａの回転方向に沿って旋回しながらモータ回転軸５方向に沿って圧縮部３に向かって流れ、第１導風板３００（及びカバー２６の上面）によってＣＡ２１のごとく第１シリンダヘッド１６ａに導かれ、更に図５に示すように第２導風板３０１によって気流ＣＡ２２のごとく第１シリンダヘッド１６ａに吹き付けるように流れる。従って、第１導風板３００と第２導風板３０１により冷却風が確実に第１シリンダヘッド１６ａに到達するように流れを形成できるので、第１シリンダヘッド１６ａを極めて効果的に冷却できる。ここで、気流は壁面に沿って高い流速で流れるため、上方から見て第１導風板３００の線形近似直線ないし仮想延長線を第１シリンダヘッド１６ａに向けることで、高い流速の気流を確実に温度上昇し易い第１シリンダヘッド１６ａに導くことができ、高い冷却効果を奏することができる。

また、気流ＣＡ２０の一部は第３導風板３０２（及びカバー２６の上面）により気流ＣＡ２３のごとく第２シリンダヘッド１６ｂに導かれた後、図５に示すように気流ＣＡ２４のごとく第４導風板３０３により第２シリンダヘッド１６ｂ近傍に吹き付けるように流れる。従って、第３導風板３０２と第４導風板３０３により冷却風が確実に第２シリンダヘッド１６ｂに到達するよう流れを形成できるので、第２シリンダヘッド１６ｂを極めて効果的に冷却できる。ここで、気流は壁面に沿って高い流速で流れるため、上方から見て第３導風板３０２の線形近似直線ないし仮想延長線を第２シリンダヘッド１６ｂに向けることで、高い流速の気流を確実に温度上昇し易い第２シリンダヘッド１６ｂに導くことができ、高い冷却効果を奏することができる。

また、第１導風板３００と第３導風板３０２をモータ回転軸５の上方で接続して冷却風量を第１シリンダヘッド１６ａと第２シリンダヘッド１６ｂに振り分けることで冷却ファン８ａの回転方向に沿う第１導風板３００の風量を大きく設定したので、冷却ファン８ａの回転方向に抗して配置される第３導風板３０２による風路抵抗が過大となることを防止でき、第１シリンダヘッド１６ａ及び第２シリンダヘッド１６ｂを好適に冷却することができる。すなわち、気流の旋回方向に沿う第１導風板３００によって導かれる風量を、気流の旋回方向に抗して配置される第３導風板３０２によって導かれる風量に対して多くしたので、第３導風板３０２による風路抵抗の増大を抑制しながら第１シリンダヘッド１６ａ及び第２シリンダヘッド１６ｂの双方を冷却できる。冷却を終えた冷却風は、図４に示すように、主に空気タンク２ａ,２ｂの間からカバー３０の外部へ排出される。

なお、第１導風板３００と第３導風板３０２は風路抵抗が最小となるよう理想的に直線形状とした（冷却ファン８ａ側に臨む壁面を平面とした）が、他部品を回避するなどの目的で一部を湾曲・屈曲させても、線形近似直線が第１シリンダヘッド１６ａないし第２シリンダヘッド１６ｂ上を通過するように形成されていれば、第１シリンダヘッド１６ａないし第２シリンダヘッド１６ｂに冷却風を導くことができる。

実施の形態２
図１３は、本発明の実施の形態２に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図である。この空気圧縮機は、実施の形態１のものと比較して、第１導風板３００と第３導風板３０２が冷却ファン８ａ側が凸となるように湾曲している点で相違し、その他の点で一致する。第１導風板３００と第３導風板３０２の線径近似直線及び仮想延長線は、共に上方から見て第１シリンダヘッド１６ａ及び第２シリンダヘッド１６ｂと交差する。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
図１４は、本発明の実施の形態３に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図である。この空気圧縮機は、実施の形態１のものと比較して、第１導風板３００と第３導風板３０２の接続部がモータ回転軸５の上方から第２シリンダヘッド１６ｂ側にシフトしている点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態では、実施の形態１と比較して、第１シリンダヘッド１６ａへの風量が多くなる一方で第２シリンダヘッド１６ｂへの風量は少なくなるが、気流の旋回方向に抗して配置される第３導風板３０２による風路抵抗を小さくすることができる。

実施の形態４
図１５は、本発明の実施の形態４に係る空気圧縮機の、カバー２６を断面とした平面図である。この空気圧縮機は、実施の形態１のものと比較して、第３導風板３０２が省略されて第１導風板３００が第２シリンダヘッド１６ｂ側にまで延在している点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態では、実施の形態１と比較して、第１シリンダヘッド１６ａへの風量が多くなる一方で第２シリンダヘッド１６ｂへの風量は少なくなるが、気流の旋回方向に抗して配置される第３導風板３０２が無いので風路抵抗が小さくなる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１空気圧縮機、２ａ,２ｂ空気タンク、３圧縮部、４モータ、５モータ回転軸、８ａ,８ｂ冷却ファン、９ａ,９ｂ減圧弁、１０ａ,１０ｂ圧力計、１１ａ,１１ｂカプラ、１２安全弁、１３ドレン排出装置、１４操作部、１５ａ第１シリンダ、１５ｂ第２シリンダ、１６ａ第１シリンダヘッド、１６ｂ第２シリンダヘッド、１７ａ第１シリンダ中心軸、１７ｂ第２シリンダ中心軸、１９ａ,１９ｂ配管、２０連結管、２１制御回路、２２ケース、２３ステータコイル、２４ロータ、２５ホール素子基板、２６カバー、２８操作パネル、２９ａ,２９ｂ風窓、３０カバー、３１ａ,３１ｂ把持部、３２脚部、３３ａ第１コンロッド、３３ｂ第２コンロッド、３４ａ第１ピストン、３４ｂ第２ピストン、１０１遮蔽板、１０２区画部、１０３取付部、１０４外側羽根、１０５内側羽根、１０６モータ側開口、１０７非モータ側開口、２００羽根、２０１リング部、２０２背板、２０３発熱面、２０４発熱部品、２０５取付部、２０７開口部、３００第１導風板、３０１第２導風板、３０２第３導風板、３０３第４導風板、３０４第５導風板、３０５第６導風板、３０６第７導風板、３０７第８導風板、３０８第９導風板、ＣＡ１〜ＣＡ４気流、ＣＡ１０〜ＣＡ１４気流、ＣＡ２０〜ＣＡ２４気流、Ｄ１モータ外径、Ｄ２ファン外径、Ｄ３ファン外径、Ｐ１,Ｐ２負圧

Claims

圧縮空気を貯留する空気タンクと、
外部より吸入した空気を圧縮して前記空気タンクに供給する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動するモータと、
前記モータの回転軸の一端側に前記モータに隣接して設けられた冷却ファンと、
少なくとも前記圧縮部及び前記モータを覆うカバーとを備え、
前記冷却ファンは、前記圧縮部に気流を供給可能な外側羽根と、前記外側羽根より内側において前記冷却ファン回転軸方向に気流を流動させる内側羽根と、前記外側羽根及び前記内側羽根の間に介在する区画部とを有し、
前記モータの内側において、外周側には前記外側羽根から流出した気流が前記冷却ファンから離れる向きに流れ、内周側には前記内側羽根に吸い込まれる気流が前記冷却ファンに近づく向きに流れる、空気圧縮機。
前記区画部の内側の開口部は、モータ側と非モータ側で開口面積が異なる、請求項１に記載の空気圧縮機。
圧縮空気を貯留する空気タンクと、
外部より吸入した空気を圧縮して前記空気タンクに供給する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動するモータと、
前記モータの回転軸の一端側に前記モータに隣接して設けられた冷却ファンと、
少なくとも前記圧縮部及び前記モータを覆うカバーとを備え、
前記冷却ファンは、前記圧縮部に気流を供給可能な外側羽根と、前記外側羽根より内側において前記冷却ファン回転軸方向に気流を流動させる内側羽根と、前記外側羽根及び前記内側羽根の間に介在する区画部とを有し、
前記区画部の内側の開口部は、モータ側と非モータ側で開口面積が異なる、空気圧縮機。
前記外側羽根が軸流式に形成され、前記内側羽根が遠心式に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記冷却ファンは、前記内側羽根の少なくとも一部を利用して、回転軸に対する取付部と前記区画部とを接続した構成である、請求項１から４のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記内側羽根は、前記モータの内側に気流を生じさせる、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記内側羽根は、前記モータの回転軸に平行に延びる面を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記内側羽根が湾曲している請求項７に記載の空気圧縮機。
前記外側羽根は、少なくとも非モータ側から空気を吸入し、前記モータ及び前記圧縮部に向かって気流を流出させる構成であり、前記カバーは、前記冷却ファンの非モータ側と対向する部分に風窓を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記カバーは、前記冷却ファンの前記内側羽根と対向する領域の少なくとも一部に、外気の流入を阻止する遮蔽部を有する、請求項９に記載の空気圧縮機。
前記外側羽根の外径が前記モータの外径より大きい請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記外側羽根による風量が、前記内側羽根によって前記区画部の内側を流動する風量より大きい、請求項１から１１のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記区画部は、前記モータの回転軸方向に延びる円筒形状を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の空気圧縮機。