JP7161893B2 - 圧縮装置 - Google Patents

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Description

本発明は、流体を圧縮する圧縮装置に関する。
自動車等の車両に搭載され、車両の周辺を撮影する車載カメラが知られている。車載カメラによって撮影された画像は、車室内のモニタに表示される。
車載カメラにおいて、水滴や雪、汚れなどの付着物がレンズに付着することがある。付着物を除去するため、圧縮空気を車載カメラのレンズに噴出する付着物除去装置が特許文献1に開示されている。
特許文献1に係る付着物除去装置は、圧縮装置及びノズルを備える。圧縮装置は、シリンダ内で回転体を回転させることにより圧縮空気を生成する。ノズルは、生成された圧縮空気をカメラのレンズへ噴射する。
特開2017-119480号公報
付着物をカメラのレンズから除去する際に、圧縮空気の噴射を繰り返す場合がある。圧縮空気の噴射を繰り返す場合、噴射する圧縮空気の量を変化させることが望ましい。噴射する圧縮空気の量を変化させることにより、付着物を除去しやすくなるためである。
しかし、特許文献1に係る付着物除去装置は、圧縮空気の噴射量を変化させる場合、回転体を回転させるモータの制御が煩雑になるという問題がある。具体的には、圧縮空気の噴射量を変化させる場合、回転体の回転量を変化させなければならない。また、特許文献1に係る付着物除去装置は、回転体を回転させて圧縮空気を生成した後に新たに圧縮空気を生成する場合、回転体を初期位置に戻す制御を行わなければならない。
上記問題点に鑑み、本発明は、簡易な制御で噴射量を変化させることができる圧縮装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、第1の発明は、圧縮装置であって、筐体と、ピストンと、弾性体と、駆動部とを備える。ピストンは、筐体に収納され、軸方向に沿って移動し、流体を圧縮して噴射させる。弾性体は、筐体に収納され、軸方向一方に向かう力をピストンに付与する。駆動部は、ピストンを軸方向他方に移動させる。ピストンは、軸方向に延びるラックを含む。駆動部は、モータと、ピニオンとを含む。ピニオンは、モータの回転に合わせて回転し、ラックと噛み合う。ピニオンは、第1及び第2歯形成領域と、平坦領域とを含む。ピニオン歯が第1及び第2歯形成領域の各々に形成される。平坦領域は、第1歯形成領域と第2歯形成領域との間に位置する。平坦領域には、ピニオン歯が形成されていない。第1歯形成領域に形成されたピニオン歯の数は、第2歯形成領域に形成されたピニオン歯の数よりも多く、前記ラックが前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動量は、前記ラックが前記第2歯形成領域に形成された歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動量よりも大きく、前記ラックが前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動に伴い圧縮される流体の量は、前記ラックが前記第2歯形成領域に形成された歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動に伴い圧縮される流体の量より多い。
第1の発明において、ラックが第1歯形成領域に形成されたピニオン歯と噛み合った場合におけるピストンの軸方向の移動量を第1移動量と定義する。ラックが第2歯形成領域に形成された歯と噛み合った場合におけるピストンの軸方向の移動量を第2移動量と定義する。第1歯形成領域に形成された歯の数が第2歯形成領域に形成された歯の数よりも多いため、第1移動量は、第2移動量よりも大きい。従って、第1の発明は、ピニオンが1回転するようにモータを制御することにより、ピストンの移動量を変化させることができる。従って、噴射させる流体の量を簡易な制御で変化させることができる。
第2の発明は、第1の発明であって、モータは、ピストンが軸方向の所定位置に達したことが検出された場合に停止する。第1歯形成領域に形成されたピニオン歯は、移動抑制歯を含む。移動抑制歯は、モータが停止した後に、歯先がラックに形成されたラック歯に接触する。移動抑制歯が有する歯先のピニオンにおける周方向の長さは、第1歯形成領域に形成されたピニオン歯のうち少なくとも1つのピニオン歯が有する歯先の周方向の長さよりも大きい。
第2の発明によれば、ピストンが軸方向一方への移動を開始させる初期位置で停止させる場合に、移動抑制歯の歯先がラックに形成されたラック歯に接触させる。移動抑制歯の歯先の周方向の長さは、第1歯形成領域に形成されたピニオン歯のうち少なくとも1つのピニオン歯が有する歯先の周方向の長さよりも大きい。これにより、移動抑制歯とラック歯との接触位置がずれたとしても、ピストンを初期位置で停止させることができる。
第3の発明は、第1又は第2の発明であって、ピストンが筐体の軸方向一方の端部に最も近づいている場合、ラックに形成されたラック歯のうち最も軸方向他方に位置する第1ラック歯が、ピニオンに最初に接触する。第1ラック歯の歯厚は、形成されたラック歯の中で最も大きい。
第3の発明によれば、ピストンが筐体の軸方向一方の端部に最も近づいている場合、第1ラック歯が、ラックに形成されたラック歯の中で最初にピニオンに接触する。従って、第1ラック歯は、ラックに形成されたラック歯の中で、ピニオンから最も大きい衝撃を受ける。第1ラック歯の歯厚をラックに形成されたラック歯の中で最も大きくすることにより、第1ラック歯の強度を上げ、第1ラック歯の破損を防ぐことができる。
第4の発明は、第1~第3の発明のいずれかであって、ラックは、第1ラック歯と、第2ラック歯と、第3ラック歯とを含む。第1ラック歯は、最も軸方向他方に位置する。第2ラック歯は、第1ラック歯に隣接する。第3ラック歯は、第2ラック歯に隣接する。第1ラック歯と第2ラック歯との間の歯溝の幅は、第2ラック歯と第3ラック歯との間の歯溝の幅よりも大きい。
第4の発明によれば、第1ラック歯と第2ラック歯との間の歯溝の幅を、第2ラック歯と第3ラック歯との間の歯溝の幅よりも大きくすることにより、ラックとピニオンとの噛み合いずれの発生を抑制できる。従って、噴射させる流体の量が意図せず変化することを防ぐことができる。
第5の発明は、第4の発明であって、第1歯形成領域に形成されたピニオン歯のうちラックに最初に接触する歯の歯厚は、最初に接触する歯に隣接する歯の歯厚よりも大きい。
第5の発明によれば、ラック歯に最初に接触するピニオン歯の歯厚を厚くすることによって、ラック歯に最初に接触するピニオン歯の強度を上げることができる。ラック歯に最初に接触するピニオン歯は、他のピニオン歯よりも大きい衝撃をラックから受ける。ラック歯に最初に接触するピニオン歯の強度を上げることにより、当該ピニオン歯の破損を防ぐことができる。
本発明によれば、簡易な制御で噴射量を変化させることができる圧縮装置を提供できる。
本実施の形態に係る圧縮装置を備える付着物除去装置を搭載する車両の斜視図である。 図1に示す付着物除去装置とカメラとの位置関係の一例を示す図である。 図1に示す付着物除去装置の構成を示す機能ブロック図である。 図2に示す圧縮装置の平面図である。 図2に示す圧縮装置の分解斜視図である。 図4に示す圧縮装置1AのA-A断面図である。 図6に示す本体部を蓋部から見た斜視図である。 図5に示す放出部から見たピストンの斜視図である。 図5に示す蓋部から見たピストンの斜視図である。 図4に示す圧縮装置のB-B断面図である。 図6に示すラックの部分拡大図である。 図5に示す減速機の平面図である。 図6に示すピニオンに形成される各歯の関係を示す図である。 図5に示すピストンが1回目の圧縮空気を生成する時のピストンの動きを示す図である。 図5に示すピストンが2回目の圧縮空気を生成する時のピストンの動きを示す図である。 図5に示すピストンが初期位置に戻る時のラックとピニオンとの位置関係を示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
{1.付着物除去装置1の構成}
図1は、付着物除去装置1が搭載される車両2の斜視図である。図1を参照して、車両2は、付着物除去装置1及びカメラ3を備える。付着物除去装置1及びカメラ3は、例えば、車両2のライセンスプレート2aの上であり、かつ、車両2の左右方向の略中央である位置に設置される。
付着物除去装置1は、本実施の形態に係る圧縮装置1A(図2参照)を備える。圧縮装置1Aの詳細については、後述する。付着物除去装置1は、カメラ3のレンズに付着した付着物を除去する。付着物は、水滴や雪、汚れなどである。具体的には、付着物除去装置1は、圧縮装置1Aにより生成された圧縮空気をカメラ3のレンズに噴射することにより、レンズに付着した付着物を除去する。
カメラ3は、車両2の後方を撮影して画像を生成し、その生成した画像を車室内に設置されたモニタに出力する。車両2の運転者は、モニタに表示された画像により、車両2の後方を確認できる。
付着物除去装置1が付着物を除去する対象は、カメラ3に限定されない。付着物除去装置1が付着物を除去する対象は、レンズを介して周辺の物標の情報を取得する光学センサであればよい。例えば、光学センサは、車両2の前方を撮影するフロントカメラ、車両2の側方を撮影するサイドカメラ、車両2周辺の物標を検出するレーダ装置などである。
図2は、図1に示す付着物除去装置1とカメラ3との位置関係の一例を示す図である。図2を参照して、カメラ3は、バックパネル2bに取り付けられ、レンズを含む光学系が車両2の外に露出するように配置される。
付着物除去装置1は、圧縮装置1Aと、ホース1Bと、ノズル1Cとを備える。圧縮装置1Aは、カメラ3のレンズに付着した付着物を除去するための圧縮空気を生成する。圧縮装置1Aは、バックパネル2bの内部に配置される。ホース1Bは、圧縮装置1Aにより生成された圧縮空気をノズル1Cに供給する。ノズル1Cは、ホース1Bを介して供給された圧縮空気を、カメラ3のレンズに向けて噴射する。
図3は、図1に示す付着物除去装置1の構成を示す機能ブロック図である。図3を参照して、付着物除去装置1は、さらに、制御部1Dを備える。制御部1Dは、圧縮装置1Aを制御する。図3において、ホース1B及びノズル1Cの表示を省略している。
圧縮装置1Aは、ピストン20と、駆動部30とを備える。ピストン20は、後述する圧縮空気の生成に用いられる。駆動部30は、制御部1Dからの制御信号に基づいて、ピストン20を駆動させる。
制御部1Dは、マイクロコンピュータであり、図示しないCPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、不揮発性の記憶装置とを備える。制御部1Dは、ACC検知部2cと、シフトセンサ2dと、作動スイッチ2eと、カメラ3とに接続される。
ACC検知部2cは、ACC(アクセサリ電源)がオンされる場合にACCオンを示す信号を制御部1Dへ出力する。シフトセンサ2dは、図示しないシフトレバーのポジションを示す信号を制御部1Dへ出力する。シフトレバーのポジションとして、車両2を前進させる「前進ポジション」や、車両2を後進させる「後進ポジション」等が挙げられる。作動スイッチ2eは、車室に設置され、車両2の運転者が付着物除去装置1による付着物の除去を所望する場合に操作される。
制御部1Dは、ACC検知部2cからACCオンを示す信号を受けた場合、駆動部30を動作させて圧縮空気をカメラ3へ噴射させる。これにより、カメラ3に付着した付着物を、例えば、停車時に除去できる。
制御部1Dは、シフトセンサ2dから後進ポジションを示す信号を受けた場合、駆動部30を動作させる。これにより、車両2が後進を開始するにあたり、カメラ3の視界を良好にすることが可能となる。
制御部1Dは、作動スイッチ2eから操作された旨を示す信号を受けた場合、駆動部30を動作させる。これにより、運転者が所望するタイミングで付着物を除去できる。
制御部1Dは、カメラ3により生成された画像を解析して、カメラ3の付着物の有無を判定する。制御部1Dは、カメラ3に付着物が付着していると判定した場合、駆動部30を動作させる。これにより、カメラ3に付着した付着物を早期に除去できる。
なお、制御部1Dは、ACC検知部2c、シフトセンサ2d、作動スイッチ2e及びカメラ3により生成された画像のうち少なくとも1つに基づいて、駆動部30を動作させればよい。
{2.圧縮装置1Aの構成}
{2.1.概略}
図4は、図2に示す圧縮装置1Aの平面図である。図4を参照して、圧縮装置1Aは、さらに、筐体10と、配線Wiとを備える。なお、図4において、配線Wiを保持するための構成を省略している。
筐体10は、ピストン20及び駆動部30を収納する。配線Wiは、制御部1Dと駆動部30とを接続する。
図5は、図2に示す圧縮装置1Aの分解斜視図である。図5を参照して、圧縮装置1Aは、さらに、コイルばね40と、主軸50と、副軸60と、スイッチ70とを備える。コイルばね40、主軸50、副軸60及びスイッチ70については、後述する。なお、図5では、配線Wiの表示を省略している。
最初に、圧縮装置1Aの中心軸Pを定義する。中心軸Pは、ピストン20の圧縮板21に垂直であり、かつ、圧縮板21の中心を通る直線である。以下の説明において、中心軸Pの延びる方向であって、筐体10の蓋部12からピストン20を見た方向を軸方向一方と定義する。中心軸Pの延びる方向であって、ピストン20から筐体10の蓋部12を見た方向を軸方向他方と定義する。
筐体10は、ピストン20及び駆動部30の他に、コイルばね40と、主軸50と、副軸60と、スイッチ70とを収納する。筐体10は、本体部11と、蓋部12とを含む。
本体部11は、軸方向に延びる筒形状であり、筐体10における軸方向一方の端部を形成する。本体部11において、軸方向一方の端部は閉じ、軸方向他方の端部は開口している。
蓋部12は、本体部11における軸方向他方の端部に嵌め込まれる。蓋部12は、筐体10における軸方向他方の端部を形成する。
ピストン20は、筐体10内で軸方向を往復する。ピストン20が軸方向一方に移動した場合、筐体10内の空気が圧縮されことにより圧縮空気が生成される。
駆動部30は、蓋部12とピストン20の圧縮板21との間に配置され、ピストン20が軸方向に沿って移動するようにピストン20を駆動させる。具体的には、駆動部30は、ピストン20を軸方向他方に向かって移動させる。
コイルばね40は、ピストン20の主軸受22に挿入され、軸方向一方に向かう力をピストン20に与える。
主軸50は、筐体10内において軸方向に延びる円柱形状である。主軸50は、ピストン20が軸方向に沿って移動するようにピストン20を案内する。主軸50は、筐体10に保持される。主軸50の中心軸は、圧縮板21の中心を通らない。
副軸60は、筐体10内において軸方向に延びる円柱形状である。副軸60は、ピストン20が軸方向に沿って移動するようにピストン20を案内する。副軸60は、軸方向に見て主軸50と異なる位置に配置される。副軸60端部は、筐体10に保持される。
スイッチ70は、例えば、筐体10の内周面に固定される。スイッチ70は、圧縮部112の軸方向他方の端部に位置する。スイッチ70は、圧縮板21と接触している場合、オンである。スイッチ70は、圧縮板21と接触していない場合、オフである。スイッチ70は、オン及びオフのいずれかを示す検出信号を、配線Wiを介して制御部1Dに供給する。詳細については後述するが、スイッチ70は、ピストン20を初期位置で停止させるために用いられる。
{2.2.筐体10の構成}
(本体部11)
図5を参照して、本体部11は、収納部111と、圧縮部112と、放出部113と、取付部114とを含む。収納部111と、圧縮部112と、放出部113と、取付部114とは、樹脂等の素材で一体的に形成される。
図6は、図4に示す圧縮装置1AのA-A断面図である。図7は、図6に示す本体部11を蓋部12から見た斜視図である。図6を参照して、収納部111は、軸方向に延びる筒形状であり、その断面形状は矩形である。収納部111において、軸方向の両端部は開口している。収納部111は、駆動部30と、ピストン20の一部とを収納する。収納部111は、本体部11の軸方向他方の端部である。
圧縮部112は、軸方向に延びる筒形状であり、その断面形状は円形である。圧縮部112は、収納部111よりも軸方向一方に配置され、放出部113及び取付部114よりも軸方向他方に配置される。圧縮部112の軸方向他方の端部は開口している。圧縮部112の軸方向一方の端部は閉じている。圧縮部112の内部空間は、収納部111の内部空間と繋がっている。貫通孔112aが、圧縮部112の軸方向一方の端部を軸方向に貫通している。ピストン20が軸方向一方に移動した場合、圧縮空気が圧縮部112の中で生成される。圧縮空気は、貫通孔112aを通って、圧縮装置1Aの外へ移動する。
図7を参照して、収納部111の内部空間の断面積は、圧縮部112の内部空間の断面積よりも大きい。内部空間の断面積とは、収納部111及び圧縮部112の各々の内部空間において、軸方向に垂直な領域の面積である。このため、収納部111は、軸方向一方の端部において、軸方向に垂直な内側端面111aを有する。
図6を参照して、放出部113は、軸方向に延びる筒形状であり、その断面形状は円形である。放出部113は、圧縮部112よりも軸方向一方に配置される。放出部113の内径は、圧縮部112の内径よりも小さい。放出部113の両端部は、開口している。貫通孔113aが、放出部113を軸方向に貫通している。貫通孔113aは、圧縮部112の貫通孔112aと繋がっている。このため、圧縮空気は、貫通孔112aから放出部113を通って、圧縮装置1Aの外へ放出される。
図5を参照して、取付部114は、収納部111の軸方向一方の端部から、軸方向一方に向かって突出している。取付部114は、圧縮装置1Aを車両2のバックパネル2bに固定するために用いられる。
(蓋部12)
図6を参照して、蓋部12は、側板部121と、取付部122とを含む。側板部121と、取付部122とは、樹脂等の素材で一体的に形成される。
側板部121は、軸方向に垂直であり、取付部122よりも軸方向一方に配置される。側板部121は、収納部111の軸方向他方の端部を閉じる。図5を参照して、切り欠き121aが、側板部121に形成されている。配線Wiは、切り欠き121aを通って、筐体10の外から中へ導入される。
なお、図示していないが、筐体10からの空気漏れを防ぐために、シール部材が収納部111と側板部121との間に配置されてもよい。配線処理用のパッキンが、配線Wiを保持しつつ、切り欠き121aを塞いでもよい。
{2.3.ピストン20の構成}
図5を参照して、ピストン20は、圧縮板21と、主軸受22と、副軸受23と、ラック24とを含む。圧縮板21と、主軸受22と、副軸受23と、ラック24とは、樹脂等の素材により一体的に形成される。
図8は、図5に示す放出部113から見たピストン20の斜視図である。図9は、図5に示す蓋部12から見たピストン20の斜視図である。図10は、図4に示す圧縮装置1AのB-B断面図である。
(圧縮板21)
図8を参照して、圧縮板21は、円盤状であり、中心軸Pと垂直に配置される。圧縮板21は、ピストン20における軸方向一方の端部である。圧縮板21の直径は、圧縮部112の内径に対応する。圧縮板21は、圧縮部112の中に配置される。ピストン20が軸方向一方へ移動した場合、圧縮部112内の空気が、圧縮板21により圧縮される。
貫通孔21aが、圧縮板21を軸方向に貫通する。貫通孔21aの内周面は円柱形である。圧縮板21を軸方向に見た場合、貫通孔21aの位置は、圧縮板21の中心とずれている。つまり、貫通孔21aの中心は、中心軸Pと一致しない。
複数の取付穴21bが、圧縮板21の軸方向の端面のうち、軸方向一方の面211に形成される。衝撃吸収ゴム25(図5参照)が、複数の取付穴21bに嵌め込まれる。
(主軸受22)
図9を参照して、主軸受22は、軸方向に延びる円筒形である。つまり、貫通孔22aが、主軸受22を軸方向に貫通している。貫通孔22aの内周面は、円柱形である。主軸受22の両端部は開口している。主軸受22の外径は、圧縮板21の外径よりも小さい。ここで、外径とは、各構成要素の中心軸から外周面までの距離である。各構成要素の中心軸は、軸方向に平行であり、かつ、各構成要素の重心を通過する。
主軸受22は、圧縮板21よりも軸方向他方に配置される。主軸受22の軸方向一方の端部は、圧縮板21と接続される。主軸受22の内周面が貫通孔21aの内周面と連続しているため、圧縮板21の貫通孔21aと主軸受22の貫通孔22aとは、連続した1つの孔を形成する。貫通孔21aの内径は、貫通孔22aの内径と一致する。従って、ピストン20を軸方向に見た場合、主軸受22は、圧縮板21の中心とずれた位置に配置される。
(副軸受23)
図9を参照して、副軸受23は、軸方向に延びる筒形状であり、ピストン20の軸方向他方に配置される。貫通孔23aが、副軸受23を軸方向に貫通している。副軸受23の両端部は開口している。ピストン20を軸方向に見た場合、副軸受23は、圧縮板21の外に配置されている。副軸受23は、ラック24によって圧縮板21と接続される。また、ピストン20を軸方向に見た場合、圧縮板21の中心は、主軸受22と副軸受23との間の帯状領域外に位置する。
(ラック24)
図9を参照して、ラック24は、軸方向に延びている。ラック24の径方向内方の面には、複数のラック歯240が形成されている。径方向内方は、圧縮板21の外周面から中心軸Pに向かう方向である。ラック歯240は、軸方向に配列される。ラック歯240の向きは、軸方向に垂直である。ラック24は、駆動部30に含まれる減速機34が備えるピニオン342と噛み合うことにより、ラックアンドピニオンを構成する。
ラック24は、副軸受23を圧縮板21と接続する。ラック24の軸方向一方の端部は、圧縮板21と接続される。ラック24の軸方向他方の端部は、副軸受23と接続される。副軸受23は、ラック24の軸方向他方の端部から、圧縮板21の径方向外方へ突出している。径方向は、中心軸Pに垂直な方向である。
図11は、図6に示すラック24の部分拡大図であり、図6における領域Eを拡大した図に相当する。図11において、減速機34を省略している。図11を参照して、ラック歯241は、ラック歯240の中で最も軸方向他方に位置する。ラック歯242は、ラック歯241の隣に位置する。ラック歯243は、ラック歯242の隣に位置し、ラック歯240の中で最も軸方向一方に位置する。
ラック歯242及び243は、同一の形状を有する。ラック歯241は、ラック歯242及び243の形状と異なる形状を有する。具体的には、ラック歯241の歯厚T1は、ラック歯242の歯厚T2及びラック歯243の歯厚T3よりも大きい。なお、図11では、ラック歯242及び243の形状であるが、これに限られない。例えば、ラック歯242の歯型曲線が、ラック歯243の歯型曲線と異なっていてもよい。
ラック歯241とラック歯242との間の歯溝の幅G1は、ラック歯242とラック歯243との間の歯溝G2の幅よりも大きい。ラック24において、ピッチ幅が同じである複数のラック歯を形成したと想定する。この想定の下において、歯溝の幅G1は、軸方向他方から数えて1番目のラック歯と3番目のラック歯との間隔に相当する。上記の想定下で形成された複数のラック歯において、軸方向他方から数えて2番目のラック歯が削除されている。削除されたラック歯を、図11において2点鎖線で示す。
{2.4.駆動部30の配置及び構成}
図10を参照して、ピストン20が側板部121(筐体10の軸方向他方の端部)に最も近づく場合、圧縮板21と、主軸受22と、側板部121とに囲まれた空間が形成される。駆動部30は、圧縮板21と、主軸受22と、側板部121とに囲まれた空間に配置される。この結果、圧縮装置1Aを小型化できる。
図5を参照して、駆動部30は、モータ31と、斜歯歯車32と、減速機33及び34と、ホルダ35とを含む。図5において、斜歯歯車32、減速機33及び減速機34の各々の歯の表示を省略している。
モータ31は、配線Wiを介して制御部1Dと接続される。モータ31は、制御部1Dからの制御信号に応じて、ピストン20を軸方向他方に向かって移動させるための動力を提供する。
斜歯歯車32は、モータ31の回転軸と一体に回転する。減速機33は、2段歯車であり、大歯車331と小歯車332とを含む。大歯車331の径は、小歯車332の径よりも大きい。大歯車331及び小歯車332は、同心軸上に配置され、互いに固定される。
図12は、減速機34の平面図である。図12を参照して、減速機34は、大歯車341とピニオン342とを含む。図12において、大歯車341に形成される歯を省略している。大歯車341の径は、ピニオン342の径よりも大きい。大歯車341及びピニオン342は、同心軸上に配置され、互いに固定される。ピニオン342の詳細については、後述する。
斜歯歯車32は、減速機33の大歯車331と噛み合っている。減速機33の小歯車332は、減速機34の大歯車341と噛み合っている。減速機34のピニオン342は、ピストン20のラック24と噛み合っている。この結果、モータ31の回転力が、ピストン20を軸方向他方に移動させる力に変換される。
ホルダ35は、収納部111の中で固定され、モータ31を保持する。また、ホルダ35は、減速機33及び34の各々を回転可能に保持する。
{2.5.ピニオン342の構成}
図12を参照して、ピニオン342は、歯形成領域36及び38と、平坦領域37及び39とを含む。歯形成領域36は、複数のピニオン歯360を含む。複数のピニオン歯360は、先頭歯361と、中間歯362と、終端歯363とを含む。歯形成領域38は、複数のピニオン歯380を含む。複数のピニオン歯380は、先頭歯381と、終端歯382とを含む。歯形成領域36に形成されるピニオン歯360の数は、歯形成領域38に形成されるピニオン歯380の数よりも多い。なお、歯形成領域36に形成されるピニオン歯360の数が、歯形成領域38に形成されるピニオン歯380の数と異なっていればよい。
平坦領域37及び39には、ピニオン歯が形成されない。平坦領域37及び39は、歯形成領域36の周方向に隣接し、歯形成領域38の周方向に隣接する。歯形成領域と平坦領域とが、ピニオン342の周方向において交互に配置される。つまり、ピニオン342は、周方向において歯車が形成されない平坦領域が間欠的に形成された間欠歯車である。
図12に示す減速機34は時計回り方向に回転する。ピストン20を軸方向他方へ移動させる場合、制御部1Dは、モータ31を駆動して減速機34を時計回りに回転させる。
図13は、ピニオン342に形成される各歯の関係を示す図である。図13を参照して、先頭歯361の歯厚T11は、中間歯362の歯厚T12及び終端歯363の歯厚T13よりも大きい。中間歯362が等間隔で配列された歯車を想定した場合、先頭歯361の歯厚は、周方向に互いに隣接する2つの歯を合成した歯の歯厚に対応する。
終端歯363は、ピストン20が初期位置で停止している場合に、ラック歯243と接触する。終端歯363の歯先363aの周方向におけるサイズは、中間歯362の歯先362aの周方向におけるサイズよりも大きい。ここで、周方向とは、ピニオン342の回転方向である。終端歯363は、圧縮装置1Aが圧縮空気の生成の待機中である場合にピストン20が軸方向に移動することを抑制する移動抑制歯である。ピストン20の移動抑制の詳細については、後述する。
ピニオン歯380において、先頭歯381は、歯形成領域36に含まれる先頭歯361の歯厚T11と同じ歯厚T21を有する。終端歯382の歯先382aの周方向におけるサイズは、歯先363aの周方向におけるサイズ以上である。
{2.6.コイルばね40の配置}
図10を参照して、コイルばね40は、軸方向に延びるように、筐体10内に配置される。主軸受22が、コイルばね40に挿入される。コイルばね40の軸方向一方の端部は、圧縮板21の軸方向他方の面に接触する。コイルばね40の軸方向他方の端部は、蓋部12に接触する。これにより、コイルばね40は、軸方向一方に移動するための力をピストン20に与える。
{2.7.主軸50の配置}
図7を参照して、主軸50は、筐体10内に配置される。具体的には、主軸50は、収納部111及び圧縮部112の中に配置される。
図10を参照して、主軸50の軸方向一方の端部は、圧縮部112の軸方向一方の端部における内側端面112bと接続される。主軸50は、本体部11と一体的に形成されている。つまり、圧縮部112の軸方向一方の端部が、主軸50の軸方向一方の端部を保持する。
主軸50の軸方向他方の端部は、蓋部12の側板部121により保持される。具体的には、凹部121aが、側板部121における軸方向一方の面に形成されている。凹部121aは、軸方向一方に向かって開口している。主軸50の軸方向他方の端部が凹部121aに嵌め込まれることにより、主軸50の軸方向他方の端部は、側板部121により保持される。なお、主軸50の両端部の少なくとも一方が、筐体10に保持されていればよい。
主軸50は、圧縮板21の貫通孔21a及び主軸受22の貫通孔22aに挿入される。主軸50の軸方向の長さは、ピストン20の軸方向の長さよりも長い。これにより、主軸50は、ピストン20が軸方向に沿って移動するようにピストン20を案内できる。
{2.8.副軸60の配置}
図7を参照して、副軸60は、筐体10内に配置される。具体的には、副軸60は、収納部111の中に配置される。副軸60は、ピストン20の副軸受23に形成された貫通孔23aに挿入される。従って、副軸60は、軸方向に見て主軸50と異なる位置に配置される。
副軸60の軸方向一方の端部は、収納部111の内側端面111aと接続される。副軸60は、本体部11と一体的に形成されている。従って、収納部111の軸方向一方の端部が、副軸60の軸方向一方の端部を保持する。
副軸60の軸方向他方の端部は、側板部121により保持される。具体的には、図示しない凹部が、側板部121における軸方向一方の面に形成されている。副軸60の軸方向他方の端部は、この図示しない凹部に嵌め込まれることにより、蓋部12の側板部121により保持される。なお、副軸60の両端部の少なくとも一方が、筐体10に保持されていればよい。
副軸60は、ピストン20のラック24の軸方向他方の端部に接続された副軸受23を貫通する。従って、ピストン20が軸方向に沿って移動する際に、副軸60は、ピストン20を軸方向に案内できる。
{3.圧縮装置1Aの動作}
(ピストン20の初期位置)
図14は、1回目の圧縮空気の生成時におけるピストン20の動きを示す図である。図14の上段は、ピストン20の初期位置を示す。図14の中段は、1回目の圧縮空気の生成にあたり、ピストン20が軸方向一方に向かって移動を開始する時のピストン20の位置を示す。図14の下段は、1回目の圧縮空気の生成が完了した時点におけるピストン20の位置を示す。
付着物除去装置1が圧縮空気をカメラ3のレンズに噴射しない場合、圧縮装置1Aは、待機状態にある。待機状態において、制御部1Dは、モータ31を回転させない。図14の上段に示すように、ピストン20は、待機状態において初期位置で停止する。初期位置において、ピニオン342の終端歯363がラック24のラック歯243に接触している。具体的には、終端歯363の歯先363aが、ラック歯243に接触している。この場合、コイルばね40が軸方向一方に向かう力をピストン20に与えているが、ピストン20は、停止状態を維持する。コイルばね40が与える力が、モータ31の負荷力等と相殺されるためである。
ここで、軸方向に平行なX軸を定義する。X軸において、原点は、圧縮部112の内側端面112bの位置であり、軸方向他方に向かう方向が正である。ピストン20の位置を、圧縮板21の軸方向一方の面211で特定する。この場合、初期位置におけるピストン20の位置は、X1である。
(1回目の圧縮空気の生成)
付着物除去装置1が圧縮空気をカメラ3のレンズに噴射する場合、制御部1Dは、モータ31を駆動させる。ピニオン342が、時計回りの方向に回転を始める。終端歯363がラック歯243と接触しているため、ラック24は、軸方向他方に僅かな距離α移動する。その後、図14の中段に示すように、ピニオン342の終端歯363とラック歯243との接触が解除されるため、軸方向他方に向かう力がピストン20に及ばなくなる。ピストン20は、コイルばね40が与える力によって、軸方向一方に向かって勢いよく移動する。1回目の圧縮空気は、位置X1から原点までの空気が圧縮されることにより生成される。生成された圧縮空気は、放出部113から圧縮装置1Aの外へ放出される。このように、ピニオン342の終端歯363とラック歯243とが接触する位置をピストン20の初期位置に設定することにより、圧縮空気を速やかに生成できる。
圧縮空気の生成時に、圧縮板21が内側端面112bに衝突する。衝撃吸収ゴム25が、圧縮板21における軸方向一方側の面211に設けられているため、圧縮板21の衝突により発生する衝撃音の発生が抑制される。
図14の下段に示すように、圧縮空気の生成後、圧縮板21が内側端面112bに接触する。この場合における、ピストン20の位置は、0である。実際には、衝撃吸収ゴム25が、圧縮板21の軸方向一方の面211から突出しているため、圧縮板21は、内側端面112bと直接接触していない。しかし、説明の便宜上、ピストン20の位置を説明する場合、衝撃吸収ゴム25の突出部分を無視する。
1回目の圧縮空気が生成される期間において、ピニオン342は回転を継続する。この期間において、ピニオン342の平坦領域39(図12参照)がラック24に対向する。従って、ピストン20は、ピニオン342と接触することなく軸方向一方に移動できる。
(2回目の圧縮空気の生成)
図15は、2回目の圧縮空気を生成するピストン20の動きを示す図である。図15の上段は、2回目の圧縮空気の生成にあたり、ピストン20が軸方向他方へ移動を開始する時のピストン20の位置を示す。図15の中段は、2回目の圧縮空気の生成にあたり、ピストン20が軸方向一方へ移動を開始する時のピストン20の位置を示す。図15の下段は、2回目の圧縮空気の生成が終了した時のピストン20の位置を示す。
1回目の圧縮空気の生成が終了した後、制御部1Dは、モータ31を継続して駆動させる。モータ31の回転方向は変更されない。従って、ピニオン342は、時計回りの方向に回転を続ける。ピニオン342の歯形成領域38に形成されたピニオン歯380のうち、先頭歯381が、ラック24に最初に接触する。具体的には、先頭歯381は、ラック歯241に接触し、続いて、終端歯382がラック歯242に接触する。この結果、ピストンが、軸方向他方に向かって移動する。
終端歯382とラック歯242との接触は、ピニオン342が回転を続けることで解除される。平坦領域37が歯形成領域38の反時計回り方向に隣接しているため、ピストン20は、軸方向一方への移動を開始する。終端歯382とラック歯242との接触が解除されて時点におけるピストン20の位置は、図15の中段に示すように、X2である。X2は、X1よりも小さい。
ピニオン342の終端歯382とラック歯242との接触が解除されることに伴い、ピストン20は、位置X2から軸方向一方に向かって勢いよく移動する。圧縮板21と内側端面112bとの間の空気が圧縮されることにより、2回目の圧縮空気が生成される。生成された圧縮空気は、放出部113から圧縮装置1Aの外へ放出される。2回目の圧縮空気は、位置X2から原点までの空気が圧縮されるため、2回目に噴射される圧縮空気の量は、1回目に噴射される圧縮空気の量よりも少ない。
図15の下段に示すように、圧縮板21が内側端面112bに衝突することにより、ピストン20は停止する。このとき、ピストン20の位置は、0である。
ピストン20が位置X2から原点まで移動する期間において、ピニオン342は回転を継続する。この期間において、ピニオン342の平坦領域37(図12参照)がラック24に対向する。従って、ピニオン342は、ピストン20が位置X2から原点まで移動するまでの期間に、ラック24と接触しない。
(ピストン20の初期位置への移動)
図16は、ピストン20が初期位置に戻る時のラック24とピニオン342との位置関係を示す図である。2回目の圧縮空気の生成が終了した後に、制御部1Dは、モータ31の駆動を継続する。従って、ピニオン342は、時計回りの方向に回転を続ける。図16に示すように、ピニオン342の歯形成領域36に形成されたピニオン歯360のうち、先頭歯361が、ラック24に最初に接触する。具体的には、先頭歯361がラック歯241に接触する。その後、ピニオン342の歯形成領域36に形成されたピニオン歯360が、ラック歯241~243と噛み合うため、ピストン20が、軸方向他方に向かって移動する。
歯形成領域36に形成されたピニオン歯360の数は、歯形成領域38に形成されたピニオン歯380の数よりも多い。ピニオン歯360がラック歯241~243と噛み合うことにより、ピストン20は、位置X2よりも軸方向他方に向かって移動する。つまり、圧縮板21が位置X1に達する。
スイッチ70が位置X1に設けられているため、スイッチ70は、オフからオンに変化する。制御部1Dは、スイッチ70からの検出信号がオンに変化した場合、ピストン20が初期位置に達したと判断して、モータ31を停止させる。モータ31の停止に伴って、ピニオン342は、回転を停止する。ピニオン342が回転を停止した場合、図14の上段に示すように、ピストン20は、終端歯363がラック歯243と接触した状態で停止する。図14の上段に示すように、終端歯363が、ラック歯243と接触している場合におけるピストン20の位置はX1であるため、ピストン20が初期位置で停止したことが分かる。
{4.作用}
(圧縮空気の噴射量の変化)
図12に示すように、ピニオン342において、歯形成領域と平坦領域と交互に配置される。また、歯形成領域36に形成されたピニオン歯360の数は、歯形成領域38に形成されたピニオン歯380の数よりも多い。これにより、ピニオン342が1回転するようにモータ31を制御することで、圧縮空気の噴射量を変化させることができる。
ラック歯240が歯形成領域36に形成されたピニオン歯360と噛み合った場合、ピストン20は、原点から位置X1へ移動する。ラック歯240が歯形成領域38に形成されたピニオン歯380と噛み合った場合、ピストン20は、原点から位置X2へ移動する。X1はX2よりも大きいため、1回目に生成される圧縮空気の量は、2回目に生成される圧縮空気の量より多くなる。
制御部1Dは、ピニオン342を1回転させる場合、モータ31を一方向に継続して回転させればよい。圧縮装置1Aがピニオン342を用いることで、制御部1Dは、簡単な制御で圧縮空気の量を変化させることができる。放出する圧縮空気の量を変化させることにより、カメラ3のレンズに付着した付着物を容易に除去することができる。
(初期位置での停止精度の向上)
終端歯363の歯先363aの周方向におけるサイズを、中間歯362の歯先362aの周方向におけるサイズよりも大きくすることにより、ピストン20を初期位置で停止させる際の位置精度を向上させることができる。以下、詳しく説明する。
モータ31は、スイッチ70がオンされた場合に直ちに停止しない。スイッチ70がオンされてからモータ31が実際に停止するまでの期間の長さがばらつくことにより、ピストン20の初期位置と、ピストン20の実際の停止位置との間にずれが発生する。終端歯363の歯先363aとラック歯243との接触が、発生したずれにより解除された場合、3回目の圧縮空気の生成が行われる。次の動作時において、圧縮装置1Aは、ピストン20を軸方向他方に移動させなければならないため、圧縮空気を速やかに生成することができない。
圧縮装置1Aでは、終端歯363の歯先363aの周方向におけるサイズが、中間歯362の歯先362aの周方向におけるサイズよりも大きい。これにより、歯先363aの周方向におけるサイズを広げることができる。ピストン20の初期位置とピストン20の実際の停止位置との間にずれが発生した場合であっても、歯先363aをラック歯243と接触させることができる。この結果、終端歯363は、ピストン20の実際の停止位置が初期位置からずれた場合であっても、ピストン20が移動することを抑制する移動抑制歯として機能することができる。終端歯382は、終端歯363と同様に、移動抑制歯として機能する。従って、圧縮装置1Aは、次の動作時に、圧縮空気を速やかに生成できる。
(ラック歯の強度向上)
ラック歯241の歯厚T1をラック歯242の歯厚T2及びラック歯243の歯厚T3よりも厚くすることにより、ラック歯241の強度を向上させることができる。ピニオン342が時計回りに回転する場合、ラック歯241が、ラック歯241~243の中で最初にピニオン342に接触する。従って、ラック歯241は、ラック歯241~243の中でピニオン342から受ける衝撃が最も大きい。ラック歯241の歯厚T1を、ラック歯242の歯厚T2及びラック歯243の歯厚T3よりも厚くすることにより、ラック歯241の強度を向上させる。これにより、ラック歯241の破損を防ぐことができる。
(ピニオン歯の強度向上)
図12を参照して、ピニオン342において、歯形成領域36及び38に形成された先頭歯は、他のピニオン歯の歯厚よりも大きい歯厚を有する。ピニオン342が時計回りに回転する場合、歯形成領域に形成されたピニオン歯の中で、先頭歯が最初にラック24に接触する。先頭歯は、歯形成領域に形成されたピニオン歯の中で、ラック24から受ける衝撃が最も大きい。そこで、先頭歯の歯厚を、他のピニオン歯の歯厚よりも大きくすることにより、先頭歯の強度を向上させる。これにより、先頭歯の破損を防ぐことができる。
(噛み合いずれの抑制)
図13を参照して、ラック歯241とラック歯242との間の歯溝の幅G1は、ラック歯242とラック歯243との間の歯溝G2の幅よりも大きい。これにより、ラック24とピニオン342との噛み合い位置のずれを抑制できる。
上述のように、ピニオン342が時計回りに回転する場合、ピニオン342の先頭歯がラック歯241に接触する。ラック歯240のピッチが一定である場合、ピストン20の位置によっては、ピニオン342の先頭歯がラック歯241以外の歯と接触する場合がある。この結果、ラック24とピニオン342との噛み合いずれが発生する。ピストン20の移動量が噛み合いずれの発生により変化するため、圧縮空気の量が意図せず変化する。
しかし、歯溝G1の幅を歯溝G2の幅よりも大きくすることにより、先頭歯がラック歯241以外のラック歯と接触することを防止できる。ラック24とピニオン342との噛み合いずれの発生を抑制できるため、圧縮空気の生成量が意図せず変化することを防ぐことができる。
{5.変形例}
上記実施の形態では、ピストン20が副軸受23を含む例を説明したが、これに限られない。ピストン20は副軸受23を含まなくてもよい。この場合であっても、駆動部30を駆動部配置空間に配置できるため、圧縮装置1Aを小型化できる。
上記実施の形態では、副軸受23が、軸方向に見て圧縮板21の外方に位置する例を説明したが、これに限られない。副軸受23は、軸方向に見て圧縮板21の内方に位置してもよい。この場合であっても、ピストン20の軸方向の移動が、主軸受22及び23により案内されるため、ピストン20が軸方向に対して傾くことを抑制できる。
上記実施の形態では、主軸受22が、軸方向に見て圧縮板21の中心とずれている例を説明したが、これに限られない。主軸受22が、軸方向に見て圧縮板21の中心と一致していてもよい。この場合であっても、駆動部配置空間を確保できるため、圧縮装置1Aを小型化できる。
上記実施の形態では、ピストン20の初期位置がピニオン342の終端歯363とラック歯243とが接触する位置である例を説明したが、これに限られない。ピストン20の初期位置は、ピニオン342の歯形成領域38の終端歯382であってもよい。あるいは、ピストン20の初期位置は、歯形成領域36及び38のいずれか一方の先頭歯であってもよい。
上記実施の形態では、終端歯363の歯先363aの周方向におけるサイズが、中間歯362の歯先362aの周方向におけるサイズよりも大きい例を説明したが、これに限られない。歯先363aの周方向におけるサイズが、歯先362aの周方向におけるサイズと同じであってもよい。
上記実施の形態では、ラック歯241の歯厚T1をラック歯242の歯厚T2及びラック歯243の歯厚T3よりも厚い例を説明したが、これに限られない。ラック歯241の歯厚T1は、他のラック歯の歯厚と同じであってもよい。
上記実施の形態では、歯形成領域36及び38に形成された先頭歯は、他のピニオン歯の歯厚よりも大きい歯厚を有する例を説明したが、これに限られない。歯形成領域36及び38に形成された先頭歯の歯厚は、他のピニオン歯の歯厚と同じであってもよい。
上記実施の形態では、ラック歯241とラック歯242との間の歯溝の幅G1は、ラック歯242とラック歯243との間の歯溝G2の幅よりも大きい例を説明したが、これに限られない。ラック歯240のピッチは一定であってもよい。
上記実施の形態では、圧縮装置1Aが空気を圧縮する例を説明したが、これに限られない。圧縮装置1Aは、流体を圧縮して噴射すればよい。流体は、空気の他に、空気以外の気体と、水や洗浄液等の液体とを含む。
圧縮装置1Aが液体を噴射する場合、圧縮装置1Aは、液体を貯留しておくタンクをさらに備える。貫通孔112aと別の貫通孔が、圧縮部112の側壁に形成され、ホース1Bと別のホースの一端が挿入される。別のホースの他端は、タンクと接続される。また、弁が貫通孔112a及び別の貫通孔の各々に設けられる。ピストン20が軸方向他方に移動する場合、貫通孔112aに設けられた弁が閉じ、別の貫通孔に設けられた弁が開く。これにより、タンクに貯留された液体が圧縮部112内に引き込まれる。ピストン20が軸方向一方に移動する場合、貫通孔112aに設けられた弁が開き、別の貫通孔に設けられた弁が閉じる。これにより、圧縮部112内に引き込まれた液体が、貫通孔112aを通って噴射される。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
1 付着物除去装置
1A 圧縮装置
1B ホース
1C ノズル
1D 制御部
10 筐体
20 ピストン
21 圧縮板
22 主軸受
23 副軸受
24 ラック
30 駆動部
342 ピニオン
36、38 歯形成領域
37、39 平坦領域
40 コイルばね
50 主軸
60 副軸
240~243 ラック歯
360~363、380~382 ピニオン歯

Claims (5)

  1. 筐体と、
    前記筐体に収納され、軸方向に沿って移動し、流体を圧縮して噴射させるピストンと、
    前記筐体に収納され、前記軸方向一方に向かう力を前記ピストンに付与する弾性体と、
    前記ピストンを前記軸方向他方に移動させる駆動部と、を備え、
    前記ピストンは、
    前記軸方向に延びるラック、を含み、
    前記駆動部は、
    モータと、
    前記モータの回転に合わせて回転し、前記ラックと噛み合うピニオンと、を含み、
    前記ピニオンは、
    ピニオン歯が各々に形成された第1及び第2歯形成領域と、
    前記第1歯形成領域と前記第2歯形成領域との間に位置し、ピニオン歯が形成されていない平坦領域と、を含み、
    前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯の数は、前記第2歯形成領域に形成されたピニオン歯の数よりも多く、前記ラックが前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動量は、前記ラックが前記第2歯形成領域に形成された歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動量よりも大きく、前記ラックが前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動に伴い圧縮される流体の量は、前記ラックが前記第2歯形成領域に形成された歯と噛み合った場合における前記ピストンの軸方向の移動に伴い圧縮される流体の量より多い圧縮装置。
  2. 請求項1に記載の圧縮装置であって、
    前記モータは、前記ピストンが前記軸方向の所定位置に達したことが検出された場合に停止し、
    前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯は、
    前記モータが停止した後に、歯先が前記ラックに形成されたラック歯に接触する移動抑制歯、を含み、
    前記移動抑制歯が有する歯先のピニオンにおける周方向の長さは、前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯のうち少なくとも1つのピニオン歯が有する歯先の前記周方向の長さよりも大きい、圧縮装置。
  3. 請求項1又は2に記載の圧縮装置であって、
    前記ピストンが前記筐体の軸方向一方の端部に最も近づいている場合、前記ラックに形成されたラック歯のうち最も軸方向他方に位置する第1ラック歯が、前記ピニオンに最初に接触し、
    前記第1ラック歯の歯厚は、前記形成されたラック歯の中で最も大きい、圧縮装置。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載の圧縮装置であって、
    前記ラックは、
    最も軸方向他方に位置する第1ラック歯と、
    前記第1ラック歯と隣接する第2ラック歯と、
    前記第2ラック歯に隣接する第3ラック歯とを含み、
    前記第1ラック歯と前記第2ラック歯との間の歯溝の幅は、前記第2ラック歯と前記第3ラック歯との間の歯溝の幅よりも大きい、圧縮装置。
  5. 請求項4に記載の圧縮装置であって、
    前記第1歯形成領域に形成されたピニオン歯のうち前記ラックに最初に接触する歯の歯厚は、前記最初に接触する歯に隣接する歯の歯厚よりも大きい、圧縮装置。
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