JPH09112425A - 往復動型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンの往復動を長期に亘って安定させ、
振動や騒音等を抑えると共に、耐久性や寿命を向上でき
るようにする。 【解決手段】 ピストン１１の下端側には掛止め部２５
を設け、クランクケース３の上側開口部３Ｃには他の掛
止め部２６を設ける。そして、掛止め部２５，２６間に
ばね２４を配設することにより、ピストン１１をクラン
クケース３側に向けて常時下方に付勢し、ピストン１１
が連接棒１５に対して微小振動するのをばね２４で吸収
（防止）する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空気等の気
体を圧縮する圧縮機または真空ポンプ等として好適に用
いられる往復動型流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、クランク軸が回転可能に設けら
れたクランクケースと、該クランクケース上に搭載され
たシリンダと、該シリンダ内に往復動可能に挿嵌された
ピストンと、該ピストンと前記クランク軸との間に設け
られ、該クランク軸の回転をピストンの往復動に変換す
る連接棒と、前記シリンダに搭載され、吸込ポート，吸
込弁，吐出弁，吐出ポート等が設けられたシリンダヘッ
ドとからなる往復動型流体機械が知られている。

【０００３】そして、この種の従来技術による往復動型
流体機械を、例えば往復動型空気圧縮機として用いた場
合には、外部の駆動源等によってクランク軸を回転駆動
し、シリンダ内でピストンを往復動させることにより、
吸込ポートから吸込弁を介してシリンダ内に吸込んだ空
気を圧縮し、吐出弁を介して吐出ポートから圧縮空気を
外部に向けて吐出する。

【０００４】ここで、前記連接棒の一端（大端部）側は
軸受を介してクランク軸に回転可能に連結され、連接棒
の他端（小端部）側はピストンのピストンピンに他の軸
受を介して回転可能に連結されている。そして、クラン
ク軸を外部から回転駆動すると、連接棒の大端部側がク
ランク軸により軸受を介して旋回駆動され、小端部側は
ピストンピンを中心にして横振り運動を繰返すようにな
る。

【０００５】この結果、クランク軸の回転は連接棒によ
りピストンの往復動に変換され、該ピストンはシリンダ
内を往復動する間に吸込行程と圧縮行程とを繰返すこと
により、前記吐出部側から外部の空気タンク等に向けて
圧縮空気を吐出し、貯留させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、例えば圧縮運転を長期に亘って行っている
と、シリンダ内の圧縮熱がピストンを介して連接棒へと
伝わり、該連接棒の小端部側とピストンピンとの間に設
けた軸受に摩耗等が生じて、連接棒の小端部とピストン
ピンとの間に微小な隙間（ガタ）が発生する。

【０００７】また、連接棒の大端部側でもクランク軸が
圧縮運転時の負荷を受承しつつ、高速回転を続けるか
ら、連接棒の大端部とクランク軸との間の軸受は高熱を
発生して摩耗等を生じ易くなり、この軸受側でも連接棒
とクランク軸との間に微小な隙間（ガタ）が発生してし
まう。

【０００８】このため、従来技術では、長期に亘る運転
で生じた微小な隙間（ガタ）によって連接棒やピストン
の動きが不安定となり、運転中に振動が発生するばかり
でなく、運転時の騒音が大きくなるという問題がある。
さらに、前記隙間（ガタ）の増大により耐久性や信頼性
が低下し、圧縮運転時の性能が大きく低下してしまうと
いう問題がある。

【０００９】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は長期に亘る運転を続けた場合で
もピストンをシリンダ内で安定させて往復動でき、振動
や騒音を抑えることができると共に、耐久性や寿命を確
実に向上でき、信頼性を高めることができるようにした
往復動型流体機械を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、クランク軸が回転可能に設けられたク
ランクケースと、該クランクケース上に搭載されたシリ
ンダと、該シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピスト
ンと、該ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、
該クランク軸の回転をピストンの往復動に変換する連接
棒と、前記ピストンを前記クランクケース側に向けて常
時付勢する付勢手段とからなる構成を採用している。

【００１１】上記構成により、ピストンをクランクケー
ス側へと付勢手段で常時付勢できるから、ピストンが連
接棒に対してガタ付くような動きをなくすことができ、
ピストンがシリンダ内で不安定な挙動をするのを確実に
抑えることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳細に説明する。

【００１３】ここで、図１ないし図２は本発明の実施例
を示し、往復動型流体機械として往復動型空気圧縮機に
適用した場合について説明する。

【００１４】図において、１は当該圧縮機の駆動源とな
る電動モータを示し、該電動モータは大略有底筒状に形
成されたモータケース１Ａを備え、該モータケース１Ａ
内には固定子と回転子（いずれも図示せず）が設けられ
ている。そして、電動モータ１の回転子には駆動軸２が
一体に設けられ、該駆動軸２は後述のクランクケース３
内へと突出し、その先端側は後述するクランク軸７の一
部となっている。

【００１５】３はモータケース１Ａの開口端側にボルト
１Ｂ等を介して取付けられ、クランク軸７を収容するク
ランクケースを示し、該クランクケース３はアルミダイ
キャスト等の手段を用いて略円筒状に形成されその一側
開口３Ａは板状のカバー４によりボルト５等を介して施
蓋されている。また、該クランクケース３の他側にはモ
ータケース１Ａの開口端側を閉塞する環状のブラケット
部３Ｂが一体に設けられ、上端側には後述のシリンダ１
０内と連通する上側開口部３Ｃが形成されている。さら
に、クランクケース３のブラケット部３Ｂにはその内周
側に後述する軸受６を取付けるための軸受取付部３Ｄが
設けられている。

【００１６】６はクランクケース３の軸受取付部３Ｄ内
に取付けられた軸受を示し、該軸受６は駆動軸２を回転
可能に支持し、クランク軸７がクランクケース３内で円
滑に回転するのを補償している。

【００１７】７はクランクケース３内に回転可能に設け
られたクランク軸を示し、該クランク軸７は、駆動軸２
の先端側に固着され該駆動軸２と一体回転するバランス
ウェイト８と、駆動軸２に対して偏心した位置で当該バ
ランスウェイト８に先端側が螺着された支持ボルト９と
から構成され、該支持ボルト９には後述の連接棒１５の
大端部１５Ａ側が軸受１６を介して回転可能に連結され
ている。

【００１８】１０はクランクケースの上側開口部３Ｃ上
に位置して、クランクケース３に搭載された筒状のシリ
ンダ、１１は該シリンダ１０内に摺動可能に挿嵌された
ピストンを示し、該ピストン１１は図２に示す如く有蓋
円筒状に形成され、その外周側には、シリンダ１０内周
面との間を気密に保持する環状のピストンリング１２
と、シリンダ１０内周面との摺動を円滑にする筒状のラ
イダリング１３とが設けらている。そして、ピストン１
１にはライダリング１３の径方向内側に位置して一対の
ピン嵌着穴１１Ａ，１１Ａが穿設され、該各ピン嵌着穴
１１Ａにはピストンピン１４の両端側が圧入嵌合されて
いる。

【００１９】１５はクランク軸７とピストン１１との間
に設けられた連接棒を示し、該連接棒１５は一端側がク
ランク軸７の支持ボルト９に大径の軸受１６を介して回
転可能に連結された環状の大端部１５Ａとなり、他端側
がピストンピン１４に小径の軸受１７を介して回転可能
に連結される小端部１５Ｂとなっている。そして、電動
モータ１によりクランク軸７を回転駆動すると、連接棒
１５の大端部１５Ａ側がクランク軸７により軸受１６を
介して旋回駆動され、小端部１５Ｂ側はピストンピン１
４を中心にして横振り運動を繰返すようになる。

【００２０】この結果、クランク軸７の回転は連接棒１
５により往復動に変換され、該ピストン１１はシリンダ
１０内で往復動することにより、後述の吸込ポートから
吸込弁１９を介してシリンダ１０内に吸込んだ空気を圧
縮し、後述の吐出ポート２１から吐出弁２０を介して圧
縮空気をエアドライヤ２２に向けて吐出させるようにな
っている。

【００２１】１８はシリンダ１０上に搭載されたシリン
ダヘッドを示し、該シリンダヘッド１８は図２に示す如
く、吸込弁１９，吸込ポート（図示せず）、吐出弁２
０，吐出ポート２１等を備え、吸込弁１９はピストン１
１の吸込行程でばね１９Ａに抗して開弁し、前記吸込ポ
ートから空気（外気）をシリンダ１０内に吸込ませる。
また、吐出弁２０はピストン１１の圧縮行程でばね２０
Ａに抗して開弁し、シリンダ１０内の圧縮空気を吐出ポ
ート２１からエアドライヤ２２へと吐出させる。

【００２２】２２はシリンダヘッド１８の吐出ポート２
１側に取付けられたエアドライヤを示し、該エアドライ
ヤ２２のドライヤケース２２Ａは樹脂材料等から密閉容
器として形成され、該ドライヤケース２２Ａの一端側に
は小径筒状の接続口２２Ｂが一体形成されている。そし
て、ドライヤケース２２Ａは接続口２２Ｂがシリンダヘ
ッド１８の吐出ポート２１内に抜止め状態で挿着され、
内部が吐出ポート２１内に連通する構成となっている。

【００２３】２３はドライヤケース２２Ａ内に充填され
たシリカゲル等の乾燥剤を示し、該乾燥剤２３は、吐出
ポート２１側からドライヤケース２２Ａ内に吐出される
圧縮空気中の水分を吸着し、乾燥した圧縮空気を外部の
空圧機器（図示せず）に供給するものである。

【００２４】２４はクランクケース３とピストン１１と
の間に配設された付勢手段としてのばねを示し、該ばね
２４はコイルスプリングからなり、その一端側２４Ａは
ピストン１１の下端側に一体形成した掛止め部２５に掛
止されている。また、ばね２４の他端側２４Ｂはクラン
クケース３の上側開口部３Ｃ側に一体形成した掛止め部
２６を介して掛止されている。

【００２５】ここで、ばね２４は図２に示す如く、内径
寸法Ｄ（コイル径）をもって連接棒１５の周囲を取囲
み、ピストン１１の往復動に応じて連接棒１５が横振り
運動を繰返すときにも、該連接棒１５に接触（干渉）す
ることのないように内径寸法Ｄは十分に大きな寸法とな
っている。そして、ばね２４は、ピストン１１がシリン
ダ１０内で下死点位置（吸込行程から圧縮行程に切換わ
る位置）に達したときにも、ピストン１１をクランクケ
ース３の掛止め部２６側に向けて付勢する構成となって
いる。

【００２６】本実施例による空気圧縮機は上述の如き構
成を有するもので、次にその作動について説明する。

【００２７】まず、電動モータ１によりクランク軸７を
回転駆動させ、連接棒１５を介してピストン１１をシリ
ンダ１０内で往復動させると、吸込行程では吸込弁１９
を開弁させてシリンダ１０内に空気を吸込みつつ、圧縮
行程ではシリンダ１０内に吸込んだ空気を圧縮し、この
圧縮空気を吐出弁２０を介して吐出ポート２１からエア
ドライヤ２２に向けて吐出させる。そして、吐出ポート
２１から吐出した圧縮空気は、ドライヤケース２２Ａ内
を流通しつつ乾燥剤２３によって乾燥された状態で外部
の空圧機器等に供給される。

【００２８】ところで、当該空気圧縮機を長期間に亘り
運転していると、従来技術で述べたように、連接棒１５
の大端部１５Ａとクランク軸７（支持ボルト９）との間
および小端部１５Ｂとピストンピン１４との間等に微小
な隙間（ガタ）が発生する可能性がある。

【００２９】そこで、本実施例では、ピストン１１の下
端側に設けた掛止め部２５とクランクケース３の上側開
口部３Ｃ側に設けた掛止め部２６との間にばね２４を配
設し、該ばね２４でピストン１１をクランクケース３側
へとピストンピン１４に対して垂直となる方向に常時付
勢することにより、ピストン１１が連接棒１５等に対し
て前記隙間（ガタ）分だけ微小振動するのを抑える構成
としている。

【００３０】この結果、長期に亘る圧縮運転により連接
棒１５の小端部１５Ｂとピストンピン１４との間に設け
た軸受１７に摩耗等が生じ、連接棒１５の小端部１５Ｂ
とピストンピン１４との間に微小な隙間（ガタ）が発生
しても、この隙間（ガタ）によってピストン１１がシリ
ンダ１０内で微小振動するのを確実に防止でき、シリン
ダ１０内でのピストン１１の挙動を安定させることがで
きる。

【００３１】また、連接棒１５の大端部１５Ａとクラン
ク軸７との間に設けた軸受１６に摩耗等が生じ、連接棒
１５の大端部１５Ａとクランク軸７との間に微小な隙間
（ガタ）が発生しても、この隙間（ガタ）を吸収するよ
うにピストン１１を介して連接棒１５の大端部１５Ａ側
を、クランク軸７（支持ボルト９）側にばね２４で押付
けておくことができ、連接棒１５がクランク軸７（支持
ボルト９）に対して微小振動するのを確実に防止でき
る。

【００３２】従って、本実施例によれば、シリンダ１０
内でピストン１１が不安定な挙動をするのを確実に抑え
ることができ、ピストン１１の往復動を安定させること
ができると共に、連接棒１５がクランク軸７に対してガ
タ付くように微小振動するのを防止することができ、圧
縮運転時の振動を抑えて、騒音等を大きく低減すること
ができる。

【００３３】また、クランク軸７や連接棒１５等が前記
隙間（ガタ）により微小振動するのをばね２４で吸収
（防止）できるから、連接棒１５の各軸受１６，１７や
クランク軸７の軸受６等が圧縮運転により、さらに摩耗
されるのを抑えることができると共に、軸受１６，１７
等の耐久性や寿命を延ばすことができ、当該空気圧縮機
の信頼性を確実に向上できる。

【００３４】なお、前記実施例では、クランクケース３
の上側開口部３Ｃにばね２４用の掛止め部２６を設ける
ものとして述べたが、本発明はこれに限らず、例えばシ
リンダ１０の下端側にばね２４用の掛止め部を設ける構
成としてもよいものである。

【００３５】また、前記実施例では、クランクケース３
とピストン１１との間にばね２４を配設したものを示し
たが、本発明はこれに限らず、ピストン１１とシリンダ
ヘッド１８との間にばねを配設してもよく、この場合、
ピストンがシリンダ内で上死点位置（圧縮行程から吸込
行程に切換わる位置）に達したときにばねを収容する空
間をシリンダヘッドとピストンのいずれか一方、または
両方に設ければよい。

【００３６】さらに、前記実施例では、往復動型流体機
械として空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明は
これに限らず、例えば空気以外の気体（流体）を圧縮す
る圧縮機または真空ポンプ等にも広く適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、シ
リンダ内で往復動されるピストンをクランクケース側に
向けて常時付勢する付勢手段を設ける構成としたから、
長期に亘る運転によってクランク軸と連接棒との間また
はピストンと連接棒との間に摩耗等による微小な隙間
（ガタ）が発生した場合でも、この隙間（ガタ）を付勢
手段によって吸収でき、シリンダ内でピストンを円滑に
往復動させ、該ピストンの挙動を安定させることができ
る。そして、ピストンや連接棒が微小振動するのをばね
によって吸収（防止）できるから、運転時の騒音を確実
に低減することができ、耐久性や信頼性を大幅に向上で
きる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による往復動型空気圧縮
機を示す縦断面図である。

【図２】図１中のシリンダおよびピストン等を拡大して
示す要部断面図である。

【符号の説明】

３ クランクケース ７ クランク軸 １０ シリンダ １１ ピストン １２ ピストンリング １３ ライダリング １４ ピストンピン １５ 連接棒 １５Ａ 大端部 １５Ｂ 小端部 １６，１７ 軸受 １８ シリンダヘッド ２４ ばね（付勢手段） ２５，２６ 掛止め部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸が回転可能に設けられたクラ
   ンクケースと、該クランクケース上に搭載されたシリン
   ダと、該シリンダ内に往復動可能に挿嵌されたピストン
   と、該ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、該
   クランク軸の回転をピストンの往復動に変換する連接棒
   と、前記ピストンを前記クランクケース側に向けて常時
   付勢する付勢手段とから構成してなる往復動型流体機
   械。