JP7389844B2 - 空気圧縮機のシリンダーのピストン - Google Patents

Description

本発明は、空気圧縮機に関し、特に、空気圧縮機のシリンダー内で上動行程及び下動行程を行うピストンを含む空気圧縮機のシリンダーのピストンに関する。

空気圧縮機の主な構造は、モータによりシリンダー内でピストンを往復させて圧縮動作を行うと、圧縮された空気がシリンダーを介して空気貯蔵ユニット内まで送られる。空気貯蔵ユニット上のマニホールドに接続されたホースは気体被注入物に接続され、従来のピストンのピストンヘッドは、上下方向に貫通されて形成されたエア通路を有する。ピストンヘッドの頂面は、エア通路上を覆うエアストップシートを有し、空気圧縮機が停止している状態下で、エアストップシートによりピストンヘッドのエア通路を閉じ、空気圧縮機の前回の稼働後、ピストンヘッドの円形周辺に設けた気密シール及びエアストップシートによりピストンヘッドのエア通路を閉じて形成された気密性により、シリンダー内に残留した高圧空気は排出することができなかった。空気圧縮機を再び稼働させると、ピストンが圧縮を開始する過程で、シリンダー内に残留した高圧空気と衝突し、空気圧縮機の負荷及び電流が瞬間的に増大し、空気圧縮機の寿命が短くなることがあった。そのため従来の問題点を改善するために、本発明者は、空気圧縮機が停止した状態で、ピストンヘッドの頂端面とエアストップシートとの間に小角度の通気空間を形成し、空気圧縮機の稼働が終了した後、シリンダー内に残留した圧縮空気を通気空間からエア通路を介して排出してシリンダー中の圧力を周囲の大気と均衡させ、空気圧縮機を再び稼働させたときにピストンの上動行程で余分な抵抗力が発生しないようにし、圧縮負荷及び電流が瞬間的に増大することを防ぎ、ピストンがシリンダー内で往復運動するときにスムーズに圧縮させるとともに、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる。

本発明の第１の課題は、空気圧縮機に取り付けられたピストンのピストンヘッドには、エアストップシートが取り付けられ、エアストップシート上には、機械工業技術を利用して第１の摺曲部が設けられ、上述したエアストップシートの第１の摺曲部は、右側に位置決め領域が設けられ、左側に作用領域が設けられ、上述した作用領域の内周には、非完全円形状に穿設された環状内空領域が形成され、この作用領域は、外環分片及び内円分片の２つの部分に分けられ、外環分片と内円分片とが接続される箇所には、首部が形成され、首部には、機械工業技術を利用して第２の摺曲部が形成され、上述した内円分片を僅かに押し上げ、エアストップシートは、シリンダー内部でシリンダーの頂端に対向する上面に、内円分片及び外環分片が第２の摺曲部を軸として用いて１８０度より小さな鈍角が形成され、別の角度から言うと、内円分片の底面及び外環分片の上面は、小角度θ２の鋭角を形成し、前述したピストンヘッドの軸心には、下方に延びたピストンロッドが空洞を有し、その底端に立設されたピンにはばねが嵌設され、そのばねの他端は、ピストンヘッドに沿って上下方向に貫通されたエア通路を介して上方に突出されるとともに、前述したエアストップシートに当接して僅かに押し上げ、空気圧縮機のピストンが停止した状態下で、エアストップシートの作用領域がエア通路に対して開いた状態に維持され、ピストンのエア通路は流れがスムーズとなり、シリンダー中の圧力は、周囲の大気と均衡し、空気圧縮機が再び稼働されると、そのピストンの上動行程時に余計な抵抗力（背圧抵抗力）は発生せず、シリンダー内でピストンが往復運動を行うときに、スムーズな圧縮を維持することができ、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる空気圧縮機のシリンダーのピストンを提供することにある。
本発明の第２の課題は、空気圧縮機内に設けられたシリンダー内で運動するピストン上にエアストップシートが設けられ、このエアストップシートの位置決め領域に円孔が形成され、前述した円孔に対応したピストンヘッドの頂端平面が固定ピンを有し、前述したエアストップシートは、作用領域の外環分片に貫通されて形成された貫通孔を有し、前述したピストンヘッドの上述した貫通孔に対応した箇所には、貫通孔に嵌合される位置規制フックが設けられるとともに、上述した位置規制フックが空気圧縮機の出力パワーの大きさに応じてエアストップシートを開く高さを調整し、ピストンの上動行程において、エアストップシートの作用領域の内円分片が前述したピストンヘッドの頂端平面上に接触され、エアストップシートによりエア通路を閉じ、ピストンの下動行程では、エアストップシートが外気の押圧力を受けて開く幅が大きくなりやすいが、上述した位置規制フックにより制限され、エアストップシートが無制限に開かれることによりエアストップシートがへたったり損壊したりすることを防ぐことができ、ピストンが静止状態にあるとき、前述したエアストップシートの作用領域と、前述したピストンヘッドの頂端平面とが開かれた状態に維持され、上述したエアストップシートの貫通孔が、前述した位置規制フックに係止される空気圧縮機のシリンダーのピストンを提供することにある。
本発明の第３の課題は、空気圧縮機内に設置したシリンダー内で運動するピストン上にエアストップシートが設けられ、このエアストップシートの位置決め領域と作用領域との間には、機械工業技術を利用してシート上に第１の摺曲部が形成され、この第１の摺曲部には、第１の折曲げ線及び第２の折曲げ線を含む複数の折曲げ線が形成され、大きめのパワーの空気圧縮機は、上下動行程をスムーズにし得て、静止状態にあるとき、このエアストップシートの作用領域と、前述したピストンヘッドの頂端平面との間が開かれた状態に維持され、上述したエアストップシートの貫通孔が、前述した位置規制フックに係止される空気圧縮機のシリンダーのピストンを提供することにある。
本発明の第４の課題は、シリンダー内で運動するピストンが、ピストンヘッドと、その軸心から下方に延びたピストンロッドと、を有し、前述したピストンロッドは、左右側辺に貫通された空洞と、外界と連通して形成されたエア通路とを有し、空洞は、前述したピストンヘッドの吸気流路と連通し、空洞の底端面には、立設したピンが設けられ、その上にばねが嵌設され、そのばねがピストンロッドの空洞に沿って、上述したピストンヘッドの吸気流路に挿通される空気圧縮機のシリンダーのピストンを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダーのピストンを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダーのピストンを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダーのピストンを示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のシリンダーのピストンのエアストップシートを示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機が筐体に設置された状態を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のピストンの下動行程時の圧縮空気の流れの説明図である。 本発明の一実施形態に係る空気圧縮機のピストンの上動行程時の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図５を参照する。図５に示すように、本発明の一実施形態に係る空気圧縮機１０は、チャンバ、筐体１又はその他現場に設置されてもよい。図５に示すように、筐体１内には、空気圧縮機１０が配設され、この空気圧縮機１０は、気体を注入するために用いるか、シール・ポンプアップ装置と接続して（この技術は従来技術であるため図示しない）気体注入及びパンク修理を行うことができる。空気圧縮機１０は、モータ１２を固定する基板１１と、基板１１上に結合するシリンダー１３と、を含む。基板１１には、空気圧縮機１０の伝動機構１４が配設される。伝動機構１４には、ピストンが接続される。図１～図４を参照する。図１～図４に示すように、ピストンは、ピストンヘッド２１を含む。ピストンヘッド２１の外周縁部には、気密シール２４が取り付けられる。気密シール２４は、空気圧縮機１０が稼働中でもピストンの周囲及びシリンダー１３内の表面を密封し続けることができる。前述したピストンヘッド２１には、上下方向に貫通された吸気流路２３が形成される。前述したピストンヘッド２１には、下方に延びたピストンロッド５が延設される。ピストンロッド５は、伝動機構１４中のクランクシャフト１４１が枢着される円孔５１を下端に有する。前述したピストンロッド５の上端には、左右側辺に貫通された空洞５０が形成されるとともに、エア通路５２が形成される。空洞５０は、前述したピストンヘッド２１の吸気流路２３と連通する。空洞５０の底端面には、立設したピン５３が設けられ、その上にはばね５４が嵌設される。ばね５４は、ピストンロッド５の空洞５０に沿って上述したピストンヘッド２１の吸気流路２３に挿通され、ばね５４の他端がエアストップシート７の作用領域７３の背面に当接されると、エアストップシート７がばね５４の力を受けてエアストップシート７の作用領域７３がシリンダー１３の上面に背向する背向面が前述したピストンヘッド２１の頂端平面に小角度θ１が形成されて開いた状態となる。このような設計によりエア通路５２及び吸気流路２３が大気と連通されるようにしてもよい。モータ１２の出力軸は、伝動機構１４のクランクシャフト１４１を旋回させるとともに、シリンダー１３内でピストンが上動及び下動の動作を行って発生させた圧縮空気を空気貯蔵ユニット１５内に進入させ、排気マニホールドを介して圧縮空気を圧力計１６に進入させて圧力を表示させ、排気ホースを接合して気体被注入物に気体を注入してもよいし（図示せず）、排気ホース又はバルブを介して破損したタイヤにシール剤を注入してタイヤを修理するとともにタイヤの気圧を高めてもよいが（図示せず）、これらは従来技術であるため図示しておらず、細部の構造についても省略していることをここで併せて述べておく。

本発明に係る空気圧縮機１０のシリンダー内のピストンは、ピストンヘッド２１と、前述したピストンヘッド２１に接続されたピストンロッド５と、を含む。前述したピストンヘッド２１には、エアストップシート７が取り付けられる。エアストップシート７上には、機械工業技術を利用して第１の摺曲部７１が設けられる。本明細書で述べる第１の摺曲部７１とはエアストップシート７を指し、機械工業技術を利用し、例えば歯状、アーチ状、逆Ｕ字状、傾斜状、階段状などに形成してもよい。上述した第１の摺曲部７１は、抵抗力の大きさ（空気圧縮機のパワーの大きさに応じて設計する）及びその厚さに応じて、少なくとも１つの折曲げ線を有してもよい（即ち、複数の折曲げ線を有してもよい）。本実施形態の第１の摺曲部７１は、第１の折曲げ線７１１及び第２の折曲げ線７１２を有する。上述したエアストップシート７の第１の摺曲部７１は、右側に位置決め領域７２が設けられ、左側に作用領域７３が設けられる。上述した作用領域７３の内周には、非完全円形状に穿設された環状内空領域７４が形成され、この作用領域７３は、外環分片７３２及び内円分片７３３の２つの部分に分けられる。外環分片７３２と内円分片７３３とが接続される箇所には、首部７３４が形成される。首部７３４には、機械工業技術を利用して第２の摺曲部７５が形成され、上述した内円分片７３３を僅かに押し上げ、エアストップシート７はシリンダー１３内部でシリンダー１３の頂端の上面に対向する。内円分片７３３及び外環分片７３２は、第２の摺曲部７５中の第１の折曲げ線７５１を軸として用いて１８０度より小さな鈍角を形成する。別の角度から言うと、内円分片７３３の底面及び外環分片７３２の上面は、第２の摺曲部７５中の第１の折曲げ線７５１との接続箇所に小角度θ２の鋭角を形成する。外部の圧力がエアストップシート７に印加されると、エアストップシート７は既定の第１の摺曲部７１に形成された第１の折曲げ線７１１、第２の折曲げ線７１２及び第２の摺曲部７５の第１の折曲げ線７５１（又は軌道）に沿って応力が発生し、上下方向に開閉動作を行う。第２の折曲げ線７１２の一側に設けられた位置決め領域７２は、前述したピストンヘッド２１上に取付けられてもよい。即ち、ピストンヘッド２１は、互いに分離された２つの固定ピンを有し、固定ピンに対応したエアストップシート７の位置決め領域７２には、互いに分離された円孔７２１，７２２がそれぞれ形成され、エアストップシート７の円孔７２１，７２２がピストンヘッド２１の固定ピンにそれぞれ位置決めされると、エアストップシート７がピストンヘッド２１上に堅牢に固定される。前述したエアストップシート７は、第１の摺曲部７１の他側を作用領域７３として用いる。作用領域７３は、外環分片７３２及び内円分片７３３の２つの部分に分けられる。外環分片７３２と内円分片７３３とが接続される箇所には、首部７３４が形成される。首部７３４には、機械工業技術を利用して第２の摺曲部７５を形成する。第２の摺曲部７５は、第１の折曲げ線７５１を有し、上述した内円分片７３３を角度θ２の角度で僅かに押し上げる。本発明のシリンダー１３のピストンは、ピストンヘッド２１と、その軸心から下方に延びたピストンロッド５と、を有し、前述したピストンロッド５は、左右側辺に貫通された空洞５０と、外界と連通して形成されたエア通路５２とを有し、空洞５０は、前述したピストンヘッド２１の吸気流路２３と連通し、空洞５０の底端面には、立設したピンが設けられ、その上にばね５４が嵌設され、そのばね５４がピストンロッド５の空洞５０に沿って、上述したピストンヘッド２１の吸気流路２３に挿通される。

ピストンの上動行程において、内円分片７３３により前述した吸気流路２３が閉じられる。前述したエアストップシート７の作用領域７３とエアストップシート７の位置決め領域７２とは、第１の摺曲部７１を境界軸線として用い、エアストップシート７の正面（即ち、上動動作を行うときのエアストップシート７はシリンダー１３の上面に対向する）に、１８０度より小さな鈍角が形成されるとともに、エアストップシート７がばね５４の力を受けてエアストップシート７の作用領域７３がシリンダー１３の上面に背向する背向面が前述したピストンヘッド２１の頂端平面に小角度θ１が形成されて開いた状態となって通気空間Ｚが形成され、空気圧縮機１０のピストンが停止した状態下で、エアストップシート７の作用領域７３の内円分片７３３が吸気流路２３及びエア通路５２に対して開いた状態に維持されるとともに、ピストンロッド５の空洞５０内にばね５４を設け、ばね５４の他端は、エアストップシート７の作用領域７３の背面に接触され、エアストップシート７とピストンヘッド２１の頂端平面とが開いた状態の通気空間Ｚが形成され、エアストップシート７に第１の摺曲部７１が設けられ、ばね５４がエアストップシート７の作用領域７３の背向面に当接されることにより、エアストップシート７の開く動作又はピストンヘッド２１が静止している段階で、エアストップシート７の動作をスムーズに維持しながら保護し、弾性疲労が発生することを防ぎ、ピストンの吸気流路２３の流れがスムーズとなり、シリンダー１３中の圧力は、周囲の大気と均衡し、空気圧縮機１０が再び稼働されると、そのピストンの上動行程時に余計な抵抗力（背圧抵抗力）は発生せず、ばね５４の緩衝により、シリンダー１３内でピストンが往復運動を行うときに、スムーズな圧縮動作を維持することができ、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる。前述したエアストップシート７は、作用領域７３の外環分片７３２に貫通されて形成された貫通孔７３１を有する。前述したピストンヘッド２１の上述した貫通孔７３１に対応した箇所には、貫通孔７３１に嵌合される位置規制フック２０が設けられる。

図６及び図７を参照する。図６及び図７は、シリンダー１３内のピストンの上動行程及び下動行程の動作を示す。ピストンの上動工程において、図７は、前述したばね５４が圧縮されてエアストップシート７により吸気流路２３が閉じられ、エアストップシート７によりエア通路５２が閉じられた状態を示し、ピストンが下動行程の段階のとき、前述したばね５４が伸びてエアストップシート７を押し開いて吸気流路２３から離して開口状態にする（図６を参照する）。エアストップシート７が外気の押圧力を受けて開く幅が大きくなりやすいが、上述した位置規制フック２０に設けられた横支柱２１４により制限され、エアストップシート７が無制限に開かれることによりエアストップシート７がへたったり損壊したりすることを防ぐことができる。ピストンが静止状態にあるとき、ばね５４によりエアストップシート７を押し上げ、エアストップシート７の作用領域７３に開口角度θ１が形成されるため、その状態は図６に示すように、上述したエアストップシート７の作用領域７３と、前述したピストンヘッド２１の頂端平面とが開かれた状態に維持される。即ち、予め開かれた角度θ及び通気空間Ｚを有する。上述したエアストップシート７の貫通孔７３１は、前述した位置規制フック２０の横支柱２１４に係止される。本発明の位置規制フック２０に設けた縦支柱２１３は、エアストップシート７の開閉経路を提供し、空気圧縮機の出力パワーの大きさに応じて縦支柱２１３の長さ（又は高さ）及び横支柱２１４を調整するようにされているため、エアストップシート７の初期高さを調整することができる。

本発明のエアストップシート７の技術的特徴は、シート本体上に第１の摺曲部７１を設けて第１の折曲げ線７１１及び第２の折曲げ線７１２を形成し、エアストップシート７により作用領域７３におけるシートと、前述したピストンヘッド２１の頂端平面とにより共同で形成された小角度θ１で開いた状態が形成され、また、第２の摺曲部７５により内円分片７３３の底面と外環分片７３２の上面とは、第２の摺曲部７５中の第１の折曲げ線７５１との境界箇所に小角度θ２で開いた状態が形成される。前述した角度θ１及びもう一つの角度θ２の技術的特徴により、ピストンの吸気流路２３の流れがスムーズとなり、シリンダー１３中の圧力が周囲の大気と均衡し、空気圧縮機１０が再び稼働されると、そのピストンの上動行程時に余計な抵抗力（背圧抵抗力）は発生せず、シリンダー１３内でピストンが往復運動を行うときに、スムーズな圧縮動作を維持することができ、安全に使用することができる上、使用寿命が延び、気体被注入物に容易かつ速やかに気体を注入させることができる。大パワーがエアストップシート７に出力されるため、第１の摺曲部７１及び位置決め領域７２を設けることにより、エアストップシート７全体が行う上下振幅の開閉動作をスムーズにし、エアストップシート７全体が破壊されることを防ぐことができる。

１：筐体
５：ピストンロッド
７：エアストップシート
１０：空気圧縮機
１１：基板
１２：モータ
１３：シリンダー
１４：伝動機構
１５：空気貯蔵ユニット
１６：圧力計
２０：位置規制フック
２１：ピストンヘッド
２３：吸気流路
２４：気密シール
５０：空洞
５１：円孔
５２：エア通路
５３：ピン
５４：ばね
７１：第１の摺曲部
７２：位置決め領域
７３：作用領域
７４：環状内空領域
７５：第２の摺曲部
１４１：クランクシャフト
２１１：固定ピン
２１２：固定ピン
２１３：縦支柱
２１４：横支柱
７１１：第１の折曲げ線
７１２：第２の折曲げ線
７２１：円孔
７２２：円孔
７３１：貫通孔
７３２：外環分片
７３３：内円分片
７３４：首部
７５１：第１の折曲げ線
Ｚ：通気空間
θ１：角度
θ２：角度

Claims (3)

1. モータにより駆動させてシリンダー内でピストンを上下方向に往復運動させる、空気圧縮機のシリンダーのピストンであって、
   前記空気圧縮機に取り付けられた前記ピストンのピストンヘッドには、エアストップシートが取り付けられ、
   前記エアストップシート上には、機械工業技術を利用して第１の摺曲部が設けられ、
   前記エアストップシートは、前記第１の摺曲部を境界軸線として用いて作用領域及び位置決め領域に分けられ、前記エアストップシートの正面に、１８０度より小さな鈍角が形成されるとともに、前記エアストップシートの前記作用領域が前記シリンダーの上面に背向する背向面が自ずと前記ピストンヘッドの頂端平面に小角度が形成されて開いた状態となって通気空間が形成され、
   前記作用領域の内周には、非完全円形状に穿設された環状内空領域が形成され、前記作用領域は、外環分片及び内円分片の２つの部分に分けられ、前記外環分片と前記内円分片とが接続される箇所には、首部が形成され、前記首部には、機械工業技術を利用して第２の摺曲部が形成され、前記内円分片を僅かに押し上げ、前記エアストップシートは、前記シリンダー内部で前記シリンダーの頂端に対向する上面に、前記内円分片及び前記外環分片が前記第２の摺曲部を軸として用いて１８０度より小さな鈍角が形成されるとともに、前記内円分片の底面及び前記外環分片の上面は、前記第２の摺曲部に小角度の鋭角を形成し、
   前記第１の摺曲部は、第１の折曲げ線及び第２の折曲げ線を含む少なくとも１つの折曲げ線を有し、
   前記エアストップシートの前記第１の摺曲部は、第１側に位置決め領域が設けられ、前記第１側の反対側の第２側に作用領域が設けられ、
   前記ピストンヘッドから下方へ延びたピストンロッドの上端には、左右側辺に貫通された空洞が形成されるとともに、エア通路が形成され、前記空洞は、前記ピストンヘッドの吸気流路と連通し、前記空洞の底端面には、立設したピンが設けられ、その上にはばねが嵌設され、前記ばねは、前記ピストンロッドの前記空洞に沿って前記ピストンヘッドの前記吸気流路に挿通され、前記ばねの他端が前記エアストップシートの前記作用領域の背面に当接されると、前記エアストップシートが前記ばねの力を受けて前記エアストップシートの前記作用領域が前記シリンダーの上面に背向する背向面が前記ピストンヘッドの頂端平面に小角度が形成されて開いた状態となり、前記エア通路及び前記吸気流路が大気と連通されることを特徴とする、空気圧縮機のシリンダーのピストン。
2. 前記ピストンヘッドは、互いに分離された２つの固定ピンを有し、前記固定ピンに対応した前記エアストップシートの前記位置決め領域には、互いに分離された円孔がそれぞれ形成され、前記エアストップシートの前記円孔が前記ピストンヘッドの前記固定ピンにそれぞれ位置決めされると、前記エアストップシートが前記ピストンヘッド上に堅牢に固定され、前記エアストップシートは、前記作用領域に貫通されて形成された貫通孔を有し、前記ピストンヘッドの前記貫通孔に対応した箇所には、前記貫通孔に嵌合される位置規制フックが設けられるとともに、前記空気圧縮機の前記ピストンが静止状態にあるとき、前記エアストップシートの前記作用領域は、対応した前記ピストンヘッドの前記吸気流路を開く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ーのピストン。
3. 前記ピストンヘッドの前記位置規制フックは、縦支柱及び横支柱を有し、
   前記縦支柱は、前記エアストップシートの開閉経路を提供し、前記空気圧縮機の出力パワーの大きさに応じて前記縦支柱の長さ及び前記横支柱を調整するようにされているため、前記エアストップシートの初期高さを調整し得ることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機のシリンダーのピストン。

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