JP6502978B2 - 空気圧縮機のシリンダ排気構造 - Google Patents

Description

本発明は、空気圧縮機のシリンダ排気構造に関し、特に、シリンダの頂壁に複数個の遮風壁が形成され、前述した複数個の遮風壁により複数個の排気孔を隔絶し、排気孔の開閉状態を制御するバルブ機構が圧縮空気を受けて押動・振動して開閉動作を行うと、噴射される瞬間的高圧空気が遮風壁により隔絶され、バルブ機構が開閉動作を行うときに互いに干渉せず、ピストン本体の動作を円滑にしてポンピングの効率を高める、空気圧縮機のシリンダ排気構造に関する。

従来の空気圧縮機の構造は、基本的にシリンダを有する。シリンダ内でピストン本体が往復運動すると圧縮空気が発生する。発生した圧縮空気は、シリンダの排気孔を介してバルブ機構を押動し、圧縮空気を貯蔵する空間に圧縮空気が進入する。この空間は、空気貯蔵ユニット（又は空気タンク）内の空間でもよい。空気貯蔵ユニットは、排気口を有し、排気口を介して圧縮空気が気体被注入物へ注入されてポンピング動作が完了する。従来技術において、シリンダと空気貯蔵ユニットとの間に設けられた中間壁には、単一の排気孔のみが形成され、バルブ機構により排気孔の開閉を制御する。バルブ機構は、弁体及びばねで構成される。ピストン本体が発生させる圧縮空気により弁体を押動してばねを圧縮し、圧縮空気が空気貯蔵ユニットの空気貯蔵チャンバ内に進入し、空気貯蔵チャンバ内に溜められた圧縮空気が弁体に対して背向圧を発生させ、ポンピングを行う際に背向圧が弁体の開く動作を妨げ、相対的にピストン本体の動作により発生する圧縮空気により、弁体を押動するときに抵抗力が発生して動作が円滑でなくなり、ピストン本体が作動するときに発生する抵抗力が大きくなってポンピング速度が遅くなって空気圧縮機のモータが過熱し易くなり、モータの運転効率が下がってモータが焼損してしまう虞があった。そのため本発明者は、上述したような従来の空気圧縮機のシリンダ構造の問題点について研究し、長年の努力により本発明を完成させた。

本発明の主な目的は、シリンダの頂壁に複数個の遮風壁が形成され、前述した複数個の遮風壁は、複数個の排気孔を隔絶し、排気孔の開閉状態を制御するバルブ機構が圧縮空気を受けて押動・振動して開閉動作を行うと、噴射される瞬間的高圧空気が遮風壁により隔絶され、バルブ機構が開閉するときに互いに干渉せず、ピストン本体の動作を円滑にしてポンピングの効率を高めることができる、空気圧縮機のシリンダ排気構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、空気圧縮機中のピストン本体が往復運動するシリンダに、複数個の排気孔が形成され、空気圧縮機がポンピングを開始してから終了するまでの期間にシリンダ内のピストン本体が往復して圧縮運動を行うと、シリンダの空気チャンバに進入する単位時間当たりの圧縮空気量が増大し、圧縮された空気が速やかに排気孔を通過して空気貯蔵チャンバ内に進入し、ピストン本体の動作が円滑となり、ポンピング効率が向上し、ポンピング速度を容易に高めることができる、空気圧縮機のシリンダ排気構造を提供することにある。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダ排気構造を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るシリンダ、バルブ機構及び空気貯蔵ユニットを示す分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る複数個の排気孔を有するシリンダを示す平面図である。 図４は、図３の排気孔上に弁体が設置された状態を示す平面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るシリンダに結合した空気貯蔵ユニットを示す平面図である。 図６は、図５の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダ排気構造を示す部分断面図である。 図８は、図１を歯車側から見たところを示す平面図である。

図１及び図２を参照する。図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機は、基本的にメインフレーム１１を備える。メインフレーム１１には、モータ１２が固定される。モータ１２が歯車１３を回転させると、シリンダ２内に設けたピストン本体１４が歯車１３により駆動される。ピストン本体１４がシリンダ２内で往復運動すると、圧縮空気が発生し、空気貯蔵ユニット３内に圧縮空気が進入する。勿論、空気貯蔵ユニット３は、発生させた圧縮空気を溜めるために用いてもよい。空気貯蔵ユニット３には、１個又は複数個の排気マニホールドが設けられる。排気マニホールドは、例えば、圧力計３０に接続されたマニホールド３１、ガス抜き弁３２に接続されたマニホールド３３、気体被注入物に接続されたフレキシブル管（図示せず）であるマニホールド３４でもよい。

図２〜図７を参照する。図２〜図７に示すように、本実施形態のシリンダ２の排気孔は、従来技術と異なり、圧縮空気が出力されるシリンダ２の界面において、本実施形態のシリンダ２の頂壁２１に複数個の排気孔及び複数個の遮風壁が形成される。シリンダ２、複数個の排気孔及び複数個の遮風壁は、前述したメインフレーム１１と一体成形される。本実施形態の複数個の排気孔は、排気孔４，５，６を含む。本実施形態に係る複数個の遮風壁は、シリンダ２の頂壁２１上の外周に排気孔４，５，６を取り囲むように周設されて上方へ延びた円環状の遮風壁４１，５１，６１である。前述した排気孔４，５，６は、開いた状態又は閉じた状態であり、各排気孔が属するバルブ機構により完全に制御される。各バルブ機構は、弁体及びばねにより構成される。複数の弁体７，８，９は、遮風壁４１，５１，６１内にそれぞれ収容され、前述した排気孔４，５，６を閉止する（図４を参照する）。ばね７１，８１，９１は、弁体７，８，９上にそれぞれ設置される（図６及び図７を参照する）。シリンダ２の頂端には、環状ショルダ２２が設けられる。環状ショルダ２２の外周側部には、環状の外周フランジ２２１が延設される。外周フランジ２２１及びシリンダ２の頂端には、係合溝２２２が形成される。前述した空気貯蔵ユニット３には、互いに対をなす２個の嵌合クランプ３５が設けられる。空気貯蔵ユニット３の内側平面には、互いに離間した複数個の縦ピン３７，３８，３９が下方へ延びるように設けられ、空気貯蔵ユニット３の嵌合クランプ３５がシリンダ２の係合溝２２２に係合されると（図８を参照する）、前述した空気貯蔵ユニット３に設けた互いに離間した３本の縦ピン３７，３８，３９は、前述したばね７１，８１，９１の端部に嵌入され、３本の縦ピン３７，３８，３９の末端が僅かな距離で前述した弁体７，８，９の上方に位置するため、弁体７，８，９の開閉動作の跳ね上げ高さが制限されて圧縮空気の吸気量が制御される。また、前述した弁体７，８，９が、ばね７１，８１，９１の付勢力により排気孔４，５，６を完全に閉止すると、空気貯蔵ユニット３がシリンダ２と完全に一体結合される。このような初期結合動作は図１に示される。

図６〜図８を参照する。図６〜図８に示すように、シリンダ２内でピストン本体１４が往復運動し続けて発生させた圧縮空気は、排気孔４，５，６上の弁体７，８，９を押動してばね７１，８１，９１を圧縮し、圧縮空気が排気孔４，５，６を介して空気貯蔵ユニット３の空気貯蔵チャンバ３６内へ進入する。シリンダ２のピストン本体１４の動作を開始してから終了するまでの期間、初期のポンピング動作で発生させる圧縮空気が排気孔４，５，６を介して空気貯蔵チャンバ３６内へ速やかに進入し、シリンダ２の空気貯蔵チャンバ３６へ進入する単位時間当たりの圧縮空気量が増大する。ポンピングの中期及び後期段階では、既に大量の圧縮空気が空気貯蔵チャンバ３６内に進入しているため、空気貯蔵チャンバ３６内の圧縮空気が弁体７，８，９に対して反作用力を発生させるが、この反作用力は本明細書中では「背向圧」と表される。このような背向圧は、弁体７，８，９が開くことを抑制し、ピストン本体１４が圧縮空気を押し出す際の抵抗力が大きくなるが、本実施形態はシリンダ２の頂壁２１が複数個の排気孔と、それらに対応する弁体７，８，９とを組み合わせ、空気貯蔵チャンバ３６内の背向圧により弁体７，８，９が圧力を受け、空気貯蔵チャンバ３６内の背向圧が減ると、シリンダ２内で発生し続ける圧縮空気が排気孔４，５，６を介して空気貯蔵チャンバ３６内へ進入する。また、弁体７，８，９が遮風壁４１，５１，６１内にそれぞれ収容され、弁体７，８，９が空気により押動される最高行程の高さより遮風壁４１，５１，６１の方が高いため、弁体７，８，９が圧縮空気を受けて押動されて開閉動作を行うと、複数の遮風壁４１，５１，６１が噴出する瞬間的な高圧空気を隔絶し、バルブ機構に設けた弁体７，８，９の開閉動作において、互いに干渉しあうことを防ぐことができる。そのため全体的に、ピストン本体１４の動作を円滑にしてポンピング効率が高まり、ポンピング速度を容易に高めることができる。

本発明の複数個の排気孔４，５，６は、排気孔４の穴径がＸであり、排気孔５の穴径がＹであり、排気孔６の穴径がＺであるとき、Ｘ＝Ｙ＝Ｚの関係にあり、同じ穴径を有する空気孔でもよい（図３を参照する）。勿論、図３は本発明の排気孔を特に限定するものではない。例えば、また、複数個の排気孔４，５，６の穴径Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ異なってもよい。前述した弁体７，８，９の面積は、排気孔４，５，６の面積に等しい。

上述したことから分かるように、本発明の空気圧縮機のシリンダ排気構造は、空気圧縮機のシリンダと空気貯蔵ユニットとの間に設けた中間壁に単一の排気孔だけが形成された従来技術と異なり、シリンダ２の頂壁２１に、複数個の排気孔４，５，６と、複数個の遮風壁４１，５１，６１と、それらに対応した弁体７，８，９とを組み合わせ、シリンダ２の空気貯蔵チャンバ３６に進入する単位時間当たりの圧縮空気量を増大させ、排気孔４，５，６を介して空気貯蔵チャンバ３６内へ圧縮空気を速やかに進入させるとともに、弁体７，８，９が遮風壁４１，５１，６１内にそれぞれ収容され、弁体７，８，９が圧縮空気を受けて押動されて開閉動作を行うと、噴射される瞬間的高圧空気が複数個の遮風壁４１，５１，６１により隔絶され、バルブ機構に設けた弁体７，８，９が開閉動作を行うときに互いに干渉することを防ぐ。そのため、ピストン本体１４の動作を円滑にしてポンピングの効率を高めることができる。そのため、本発明は進歩性を有して実用性に優れる。

２ シリンダ
３ 空気貯蔵ユニット
４ 排気孔
５ 排気孔
６ 排気孔
７ 弁体
８ 弁体
９ 弁体
１１ メインフレーム
１２ モータ
１３ 歯車
１４ ピストン本体
２１ 頂壁
２２ 環状ショルダ
３０ 圧力計
３１ マニホールド
３２ ガス抜き弁
３３ マニホールド
３４ マニホールド
３５ 嵌合クランプ
３６ 空気貯蔵チャンバ
３７ 縦ピン
３８ 縦ピン
３９ 縦ピン
４１ 遮風壁
５１ 遮風壁
６１ 遮風壁
７１ ばね
８１ ばね
９１ ばね
２２１ 外周フランジ
２２２ 係合溝

Claims (4)

1. 空気圧縮機のシリンダ排気構造であって、
   前記空気圧縮機は、モータを固定するメインフレームと、シリンダと、前記シリンダ内に運動可能に設置されるピストン本体とを有し、
   前記前記モータが回転すると、前記ピストン本体が前記シリンダ内で往復運動して圧縮空気が発生し、前記シリンダの頂壁に形成された複数個の排気孔を介して前記圧縮空気が空気貯蔵ユニットの空気貯蔵チャンバ内に進入し、
   前記シリンダの前記頂壁には、前記排気孔をそれぞれ取り囲むように上方へ延びた複数個の円環状の遮風壁が形成され、前記遮風壁により前記排気孔が互いに隔離され、
   前記シリンダ、前記排気孔及び前記遮風壁は、前記メインフレームと一体成形され、
   前記排気孔には、前記排気孔の開閉状態を制御する同じ構造を有するバルブ機構がそれぞれ配設され、
   前記バルブ機構は、独立した弁体及びばねによりそれぞれ構成され、
   前記弁体は、前記遮風壁の円環内にそれぞれ配置されるとともに、前記排気孔を遮蔽し、
   前記遮風壁の高さは、空気により押動される前記弁体の最高行程より高く、
   前記弁体が圧縮空気により押動・振動されて開閉すると、噴出する瞬間的な高圧空気が複数の前記遮風壁により隔離され、前記弁体が開閉する際、互いを干渉せず、前記ピストン本体の動作が円滑になり、ポンピングの効率が高まることを特徴とする空気圧縮機のシリンダ排気構造。
2. 前記シリンダの頂端には、環状ショルダが設けられ、
   前記環状ショルダの外周側部には、環状の外周フランジが延設され、
   前記外周フランジ及び前記シリンダの頂端には、係合溝が形成され、
   前記ばねは、前記弁体上にそれぞれ設置され、
   前記空気貯蔵ユニットには、互いに対をなす２個の嵌合クランプが設けられ、
   前記空気貯蔵ユニットの内平面には、下方へ延びて互いに離間した複数個の縦ピンが設けられ、前記空気貯蔵ユニットの前記嵌合クランプが前記シリンダの前記係合溝に係合されると、前記空気貯蔵ユニットに設けた互いに離間した３本の前記縦ピンに前記ばねの端部が嵌入され、前記３本の縦ピンの末端が僅かな距離で前記弁体の上方に位置するため、前記弁体の開閉動作の跳ね上げ高さが制限され、圧縮空気の吸気量が制御され、
   前記弁体は、前記ばねの付勢力により前記排気孔を完全に遮蔽することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機のシリンダ排気構造。
3. 前記シリンダの前記頂壁に形成された前記排気孔は、同じ穴径を有する空気孔であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機のシリンダ排気構造。
4. 前記シリンダの前記頂壁に形成された前記排気孔は、異なる穴径を有する空気孔であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機のシリンダ排気構造。

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