JP7397905B2 - シリンダーのピストン本体のエアストップシート - 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本体と、そのエアストップシートとを含む、シリンダーのピストン本体のエアストップシートに関する。

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が外気の圧力と均衡し、空気圧縮機を再び稼働させたときにピストン本体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、ピストン本体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、エアストップシートに、摺曲部が設けられ、摺曲部は、前述したピストンヘッドの頂端平面上に取付けられる位置決め領域が一側に設けられ、ピストン本体の吸気流路を覆う作用領域が他側に設けられ、前述したエアストップシートの作用領域とエアストップシートの位置決め領域とは、摺曲部を境界軸線として用いてエアストップシートの外向面に、１８０度より小さな鈍角を形成するとともに、エアストップシートの作用領域の内向面が自ずと前述したピストンヘッドの頂端平面に小角度θを形成して開いた状態となって通気空間Ｚが形成され、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吸気流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本体が停止した状態下で、エアストップシートの作用領域が吸気流路に対して開いた状態に維持され、ピストン本体の吸気流路は流れがスムーズとなり、シリンダー中の圧力が周囲の大気の圧力と均衡し、空気圧縮機が再び稼働されると、そのピストン本体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本体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、シリンダーのピストン本体のエアストップシートを提供することにある。
本発明の第２の課題は、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多軌跡摺曲部が形成され、この多軌跡摺曲部には、複数の折曲げ線が形成され、大きめの出力パワーを有する空気圧縮機を使用するときでも、高い緩衝性能を有するため、上下動行程がスムーズとなり、静止状態にあるとき、エアストップシートの作用領域が前述したピストンヘッドの頂端平面に対して開いた状態となる、シリンダーのピストン本体のエアストップシートを提供することにある。
本発明の第３の課題は、エアストップシートの位置決め領域に円孔が形成され、ピストンヘッドの頂端平面には、上述した円孔に対応した固定ピンが設けられる、シリンダーのピストン本体のエアストップシートを提供することにある。
本発明の第４の課題は、ピストン本体が、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、シリンダーのピストン本体のエアストップシート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ピストン本体、ばね及びエアストップシートを示す分解斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るピストン本体、ばね及びエアストップシートを示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るシリンダー中のピストン本体の下動行程時の圧縮空気の流れを示す説明図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るピストン本体を示す部分拡大断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るシリンダー中のピストン本体の上動行程の動作を示す部分拡大断面図である。 図６は、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。 図７は、本発明の一実施形態に係る他のピストン本体を示す分解斜視図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る他のピストン本体を示す断面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る他のピストン本体を示す部分拡大断面図である。

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６を参照する。図６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６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、ピストン本体が接続される。図１～図５を参照する。図１～図５に示すように、ピストン本体は、ピストンヘッド２１を含む。ピストンヘッド２１は、上端に設けられた頂端平面２１０と、外周縁部に設けられた気密シール２４と、を有する。気密シール２４は、空気圧縮機１０が稼働中でもピストン本体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内でピストン本体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（図６を参照する）、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、排気ホースを接続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は、ピストン本体に取り付けられたピストンヘッド２１にエアストップシート７が取り付けられる。このエアストップシート７には、摺曲部７１が設けられる。この摺曲部７１は、不用意にエアストップシート７を折曲げて折曲げ角度を形成するのではなく、機械工業技術を利用して精確にエアストップシート７に予め折曲げ角度を形成し、摺曲部７１及びそれに属する折曲げ線７１１を形成し、それは１本又は複数本の折曲げ線でもよい。複数本の折曲げ線の場合、摺曲部７１は折曲げ線７１１、第２の折曲げ線７１２及び第３の折曲げ線７１３を含むため（図４を参照する）、空気圧縮機の様々な出力パワーのニーズに対応することができ、外気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は既定の折曲げ線７１１（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。摺曲部７１の一側には、前述したピストンヘッド２１上に取付けられる位置決め領域７２が設けられる。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２１１，２１２を有し、固定ピン２１１，２１２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２１１，２１２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、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、ピストン本体の吸気流路２３を覆ってもよい。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、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自ずと前述したピストンヘッド２１の頂端平面２１０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、図３及び図４に示すように、空気圧縮機１０のピストン本体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、ピストン本体の吸気流路２３の流れがスムーズとなり、シリンダー１３中の圧力が外気の圧力と均衡し、空気圧縮機１０が再び稼働されると、そのピストン本体の上動行程時（図５を参照する）に余計な抵抗力（背圧抵抗力）は発生せず、シリンダー１３内でピストン本体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。

図３及び図５を参照する。図３及び図５は、シリンダー１３内のピストン本体の上動行程及び下動行程の動作を示す。ピストン本体の上動工程において、図５に示すように、ばね５４が圧縮されてエアストップシート７の作用領域７３によりピストン本体の吸気流路２３が閉じられた状態となり、ピストン本体が下動行程の段階のとき、ばね５４が伸びてエアストップシート７の作用領域７３及び摺曲部７１を押し開いて吸気流路２３から離して開口状態にする（図３及び図４を参照する）。ピストン本体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の作用領域７３が押し上げられ、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３に示すように、シリンダー１３内に残留した高圧空気を通気空間Ｚ及び吸気流路２３を介して排出してシリンダー１３中の圧力を外気の圧力と均衡させ、ピストン本体を再び稼働させたときにエアストップシート７に背圧が発生することを防ぐ。

空気圧縮機の様々な出力パワーのニーズに応じてエアストップシート７のサイズ及び硬度を変える必要がある。本発明は大きめのパワー出力の空気圧縮機に使用することができ、エアストップシートが大きめの上下振幅を有するため、前述しているように実際に使用する際、摺曲部に複数の折曲げ線が設けられているため、空気圧縮機の様々なパワー出力のニーズに対応することができ、図７～図９に示すように、本発明の他の実施形態において、摺曲部は、多軌跡摺曲部９３であり、本明細書で述べる多軌跡摺曲部９３とは、機械工業技術を利用して折曲げ角度を形成し、多軌跡摺曲部９３が第１の折曲げ線９３１及び第２の折曲げ線９３２を含み、位置決め領域９１と、位置決め領域９１と高さが異なる水平面を有する作用領域９２とがエアストップシート９上に多軌跡摺曲部９３を境界として分けられて形成される。前述した第２の折曲げ線９３２から後方に延びた位置決め領域９１は、円孔９１１，９１２がピストンヘッド８１の頂端平面に設けた上ステップ８２，８３に位置し、ピストンヘッド８１の頂端平面に設けられた底ステップ８４，８５に係止される。ピストンヘッド８１には、下方に延びたピストンロッド８８が延設される。ピストンロッド８８の上端には、左右側辺に貫通された空洞８７０が形成されるとともに、エア通路８７が形成される。空洞８７０の底端面には、立設したピン８７１が設けられ、その上にばね５４が嵌設される。空気圧縮機が大きなパワーを出力する際、第１の折曲げ線９３１がピストンヘッド８１の頂端平面上に当接され、エアストップシート９の作用領域９２のシートと、前述したピストンヘッド８１の頂端平面とにより小角度θ１が形成されて開いた状態となり、空気圧縮機のピストン本体が停止した状態下で、ばね５４によりエアストップシート９及び第１の折曲げ線９３１を押し上げ、エアストップシート９の作用領域９２に開口角度θを形成し、エアストップシート９の作用領域９２が、ピストン本体の上下方向に貫通された吸気流路８６に対して開いた状態に維持するとともに、ピストン本体の吸気流路８６とピストンロッド８８の上端のエア通路８７とが連通し、シリンダー１３中の圧力が外気の圧力と均衡し、空気圧縮機が再び稼働されると、そのピストン本体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内でピストン本体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９に出力されても、多軌跡摺曲部９３が設けられているため、エアストップシート９全体が行う上下振幅の開閉動作がスムーズとなり、エアストップシート９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
９：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
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：摺曲部
７２：位置決め領域
７３：作用領域
８１：ピストンヘッド
８２：上ステップ
８３：上ステップ
８４：底ステップ
８５：底ステップ
８６：吸気流路
８７：エア通路
８８：ピストンロッド
９１：位置決め領域
９２：作用領域
９３：多軌跡摺曲部
１４１：クランクシャフト
２１０：頂端平面
２１１：固定ピン
２１２：固定ピン
７１１：折曲げ線
７１２：第２の折曲げ線
７１３：第３の折曲げ線
７２１：円孔
７２２：円孔
８７０：空洞
８７１：ピン
９１１：円孔
９１２：円孔
９３１：第１の折曲げ線
９３２：第２の折曲げ線
Ｚ：通気空間
θ：角度

Claims (5)

1. 空気圧縮機に取り付けられたピストン本体のピストンヘッドの頂端平面には、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には、摺曲部が設けられ、
   前記摺曲部は、前記ピストンヘッドの頂端平面上に取付けられる位置決め領域が一側に設けられ、前記ピストン本体の吸気流路を覆う作用領域が他側に設けられ、前記エアストップシートの前記作用領域と前記エアストップシートの前記位置決め領域とは、前記摺曲部を境界軸線として用いて前記エアストップシートの外向面に、１８０度より小さな鈍角を形成するとともに、前記エアストップシートの前記作用領域の内向面が自ずと前記ピストンヘッドの頂端平面に小角度を形成して開いた状態となって通気空間が形成され、前記ピストンヘッドには、下方に延びたピストンロッドが延設され、
   前記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、前記ピン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し、
   前記摺曲部は、前記空気圧縮機の様々な大きさの出力パワーのニーズに対応し得るように複数の折曲げ線を有し、
   前記摺曲部は、折曲げ線、第２の折曲げ線及び第３の折曲げ線を含み、大きめの出力パワーを有する前記空気圧縮機を使用するときでも、外気の圧力が前記エアストップシートに印加されると、前記エアストップシートは前記折曲げ線に沿って応力が発生し、上下方向に開閉動作を行い、高い緩衝性能を有するため、上下動行程がスムーズとなり、前記ピストン本体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が前記ピストンヘッドの頂端平面に対して開いた状態となることを特徴とする、空気圧縮機。
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、前記ピストン本体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。
3. 空気圧縮機に取り付けられたピストン本体のピストンヘッドの頂端平面には、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には、摺曲部が設けられ、
   前記摺曲部は、前記ピストンヘッドの頂端平面上に取付けられる位置決め領域が一側に設けられ、前記ピストン本体の吸気流路を覆う作用領域が他側に設けられ、前記エアストップシートの前記作用領域と前記エアストップシートの前記位置決め領域とは、前記摺曲部を境界軸線として用いて前記エアストップシートの外向面に、１８０度より小さな鈍角を形成するとともに、前記エアストップシートの前記作用領域の内向面が自ずと前記ピストンヘッドの頂端平面に小角度を形成して開いた状態となって通気空間が形成され、前記ピストンヘッドには、下方に延びたピストンロッドが延設され、
   前記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、前記ピン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し、
   前記摺曲部は、前記空気圧縮機の様々な大きさの出力パワーのニーズに対応し得るように複数の折曲げ線を有し、
   前記摺曲部は多軌跡摺曲部であり、前記多軌跡摺曲部は、第１の折曲げ線及び第２の折曲げ線を含み、前記位置決め領域と、前記位置決め領域と高さが異なる水平面を有する前記作用領域とが前記エアストップシート上に前記多軌跡摺曲部を境界として分けられて形成され、
   第１の折曲げ線がピストンヘッドの頂端平面上に当接され、エアストップシートの作用領域のシートと、前述ピストンヘッドの頂端平面とにより小角度θ１が形成されて開いた状態となり、空気圧縮機のピストン本体が停止した状態下で、ばねによりエアストップシート及び第１の折曲げ線を押し上げ、エアストップシートの作用領域に開口角度θを形成し、大きめの出力パワーを有する前記空気圧縮機の上下動行程がスムーズとなることを特徴とする空気圧縮機。
4. 位置決め領域は、円孔が前記ピストンヘッドの頂端平面に設けられた上ステップに位置し、前記ピストンヘッドの頂端平面に設けられた底ステップに係止されることを特徴とする請求項３に記載の空気圧縮機。
5. 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、前記ピストン本体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3に記載の空気圧縮機。

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