JPH10103245A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で車載可能であり、しかも圧縮空気に潤
滑油が混入せず、さらに無潤滑でもピストンリングとシ
リンダの耐久性を維持できる圧縮機を提供する。また、
吸入弁と吸入弁受けの摩耗、疲労の低減を図る。 【解決手段】 圧縮機はシリンダ１内をピストン２０が
往復動する空気圧縮機であり、ピストン２０はクランク
シャフト２６とクロススライダクランク機構によって連
結し、シリンダ１内を往復動する。シリンダ１内とクラ
ンクケース２５内はピストンロッド２３の中間部に装着
したオイルシール５６によってシールする。シリンダヘ
ッド２の下面に固定された吸入弁９はリード弁からな
り、吸入弁受け１６はシリンダ１の上端面に形成した切
欠部１５の底面に形成したテーパ面で構成する。テーパ
面のテーパ角度は１〜４°が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車載可能な空気圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】中大型トラックでは、ブレーキシステム
等各種の制御機構の駆動源として圧縮空気が使用されて
いる。現在この供給源として、一般的なクランク機構が
採用され、かつ、シリンダ室に潤滑油が供給されてピス
トンリング等が潤滑される往復動圧縮機が使用されてい
る。

【０００３】圧縮空気に水分が混じると、空気配管の途
中で冬季には凍結する危険がある。このため、圧縮空気
と水分とを分離する必要がある。現在採用されている空
気と水分の分離方法は、高圧の空気中の水分を多孔質の
水吸収剤に吸収させた後、急速に減圧して水吸収剤から
水を大気中に放出するものである。この方法は、圧縮空
気に潤滑油が混じると、分離性能が低下する欠点があ
る。

【０００４】また、圧縮空気に潤滑油が混じると、熱に
より圧縮機の吸入、吐出弁近辺で潤滑油が炭化する傾向
がある。吐出弁にスラッジが付着すると、弁の作動が不
完全になって、圧縮空気の温度が益々上昇するので、炭
化が一層促進されるようになる。

【０００５】したがって、圧縮空気に潤滑油が混じらな
いようにすることが望まれる。

【０００６】汎用の圧縮機においては、無潤滑の圧縮機
が存在する。この種のもので最も一般的なものは、クラ
ンク部分にボールベアリングを、ピストンとピストンピ
ンの部分にニードルベアリングを使用し、これらの軸受
にグリースを入れて密封し、シリンダ室に潤滑油が入ら
ないようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記軸
受構造によると、軸受部分が大きくなり、車載に適さな
い大きさとなる。

【０００８】また、シリンダ内が無潤滑である圧縮機で
は、吸入弁と吸入弁受けとの運転中の強接触を緩和して
いた潤滑油が吸入弁受けに存在しないため、動力回転数
が１０００回転以上の使用では、吸入弁および吸入弁受
けの摩耗が激しかった。

【０００９】他方、真空ポンプの一部に、カムでピスト
ンロッドを駆動し、ピストンロッドの中央部でオイルシ
ールを行うものがある。この構造で実用化できたもの
は、ピストンストロークが２０ｍｍ以下と小さく、中大
型トラック用の圧縮機には採用できない。

【００１０】他方、クロススライダクランク機構が、一
部の機械に使用されている。これは、往復動するロッド
と、これに固定され、往復動可能に支承されたスライダ
フレームと、スライダフレームの運動方向に対して直角
方向に移動可能にスライダフレームに支承されたスライ
ダと、スライダが回転可能に連結されたクランクシャフ
トとからなっている。この機構をピストンに接続する
と、サイドスラストが作用しないピストンが得られる
が、通常のクランク機構に比べると成立の条件に制約が
あるので、往復動圧縮機に使用された例はない。まし
て、ピストンロッドの中間部でオイルシールする圧縮機
は存在しなかった。

【００１１】本発明の目的は、小型で車載可能であり、
しかも圧縮空気に潤滑油が混入しないようにすることに
ある。また、本発明の別の目的は、無潤滑でもシールリ
ング（ピストンリング）とシリンダの耐久性を維持でき
るようにすることにある。さらに、本発明の目的は、薄
板状のリード弁で形成した吸入弁および吸入弁受けの摩
耗、疲労を低減することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランク機構
によってピストンがシリンダ内を往復動する圧縮機にお
いて、前記クランク機構がクロススライダクランク機構
によって構成されていることを特徴とする。

【００１３】クロススライダクランク機構は、ピストン
に連結固定されているピストンロッドと、ピストンロッ
ドに連結固定され、往復動可能に支持されているスライ
ダフレームと、スライダフレームの運動方向に対して直
角方向に移動可能にスライダフレームの窓孔に装着され
ているスライダと、スライダが回転可能に装着されてい
るクランクシャフトとを備えている。

【００１４】シリンダ内においてピストンを往復動させ
るクランク機構として、クロススライダクランク機構を
採用しているので、下記の作用を奏する。

【００１５】ピストンロッドは純粋な正弦による直線
運動を行い、従来のクランク機構に付随する高次の振動
成分がない。したがって、騒音の発生を抑制でき、ピス
トンに装着されるシールリング（ピストンリング）とシ
リンダの耐久性も増す。

【００１６】ピストンロッドが直線運動を行うので、
ピストンロッドの中間部でオイルシールを容易に行え
る。その結果、シリンダ内とクランクケース内を容易に
シールすることができ、シリンダ内を容易に無潤滑油状
態に維持することができる。

【００１７】ピストンロッドが直線運動を行い、ピス
トンスラップを生じないので、無潤滑でも、ピストンに
装着されるシールリング（ピストンリング）とシリンダ
の耐久性を維持できる。

【００１８】ピストンロッドが直線運動を行い、ピス
トンスラップを生じないので、振動・騒音の発生を抑制
できる。

【００１９】ピストンとピストンロッドの相対的運動
がないことにより、ピストンロッドの内部を通じてピス
トンの内部に潤滑油を容易に供給することができるた
め、ピストンの油冷却を簡単に行える。

【００２０】また、本発明の圧縮機は、薄板状のリード
弁で形成された吸入弁および吸入弁受けの摩耗、疲労の
低減を図るために、次の構成を備えていることを特徴と
する。

【００２１】すなわち、シリンダヘッドに形成されてい
る吸入孔を開閉する吸入弁が薄板状のリード弁で形成さ
れて吸入弁の一端がシリンダヘッドの下面に固定されて
おり、この吸入弁の受けがシリンダの上面に形成されて
いるものにおいて、前記吸入弁受けがテーパ面に形成さ
れている。

【００２２】上記テーパ面のテーパ角度は１〜４°とす
るのが望ましい。

【００２３】シリンダ内とクランクケース内とのシール
は、ピストンロッドの中間部にオイルシールを装着する
ことで行うことができ、シリンダ内を無潤滑油状態とす
ることにより、シリンダ内で圧縮された空気に潤滑油が
混入されるのを防止することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１〜図４は本発明の一実施形態
を示し、図１は圧縮機の一部断面正面図、図２は（ａ）
が圧縮機の一部分を示す一部断面右側面図、（ｂ）がス
ライダの平面図、図３はクランクケース部分を示す一部
断面平面図、図４は吸入弁と吐出弁を示しており、
（ａ）は弁が取り付けられているバルブ組付体を示す底
面図、（ｂ）は圧縮機における吸入弁の部分を示す縦断
面図、（ｃ）はバルブ組付体に取り付けられている吐出
弁の部分を示す縦断面図である。

【００２５】本発明の圧縮機は、ピストンがシリンダ内
を往復動する空気圧縮機である。シリンダ１の上面には
シリンダヘッド２が固定されており、シリンダヘッド２
には空気の吸入口３と圧縮空気の吐出口４とが設けられ
ている。

【００２６】シリンダヘッド２はバルブ組付体５とヘッ
ド本体６とから構成されている。シリンダ１の上面に固
定されているバルブ組付体５は略正方形で平盤形状をな
しており、四隅に取付孔５ａを有している。バルブ組付
体５の略中央部寄りには吐出孔７が一対、一端辺に平行
に並んで形成されており、さらに、一端辺寄りに４個の
吸入孔８が吐出孔７が並んでいる方向に沿って円弧状に
配列されて形成されている。

【００２７】バルブ組付体５の下面には吸入弁９が配置
されている。吸入弁９は薄体状のリード弁で形成され、
リング形状をなして、その一部分が４個の吸入孔８を閉
塞しており、リング形状内に２個の吐出孔７が配置して
いる。そして吸入弁９は基端部に止め金１０が載置され
て、止めねじ１１でバルブ組付体５に固定されている。

【００２８】また、バルブ組付体５の上面には吐出弁１
２が配置されている。吐出弁１２は薄板状のリード弁で
形成され、細長い長方形形状をなして、２個の吐出孔７
を閉塞している。吐出弁１２の上側には上方から見て吐
出弁１２と同形状の板材からなる吐出弁受け１３が配置
されており、吐出弁１２と吐出弁受け１３の両端部がボ
ルト１４でバルブ組付体５に固定されている。吐出弁受
け１３は上方に湾曲したアーチ形状をなしており、吐出
弁１２の開放時は吐出弁１２が上方に湾曲して、吐出弁
受け１３の下面に当接することによってリフト量が規制
される。

【００２９】シリンダ１の上端面には内周側に開放され
ている切欠部１５が全周にわたって形成されており、こ
の切欠部１５に吸入弁９が配置される。切欠部１５の底
面はシリンダ１の内周面と直角の平面をなしている。吸
入弁９の開放時は吸入弁９が下方に撓んで、先端部が切
欠部１５の底面に当接することによってリフト量が規制
される。この吸入弁９が当たる切欠部１５の底面は内周
側がテーパ面に形成されており、このテーパ面部分が吸
入弁受け１６を構成している。テーパ面のテーパ角度
（シリンダ１の内周面と直角な平面に対する傾斜角度）
は１〜４°が望ましい。なお、テーパ面は切欠部１５に
おいて吸入弁受け１６となる部分にのみ形成してもよい
が、切欠部１５の全周にわたってテーパ面を形成しても
よい。

【００３０】バルブ組付体５の上面に固定されているヘ
ッド本体６の内部には、吐出弁１２と吐出弁受け１３と
が収納される空間部１７とその空間部１７から吐出口４
まで連通させる吐出通路１８が形成されているととも
に、吸入孔８から吸入口３まで連通させる吸入通路１９
が形成されている。

【００３１】シリンダ１内にはピストン２０が挿入され
ており、ピストン２０の外周面に形成されている２本の
リング溝にそれぞれピストンリング２１，２２が装着さ
れ、シリンダ１の内壁１ａとのシールを行う。ピストン
２０の底面の中央部にはピストンロッド２３の一端が固
定されており、ピストン２０はクロススライダクランク
機構によってシリンダ１内を往復動するように構成され
ている。

【００３２】シリンダ１は下端部が底付円筒２４内に挿
入されて支持され、底付円筒２４はクランクケース２５
の上面に固定されている。シリンダ１は鋳鉄材で形成す
る他、鋳鉄スリーブをアルミニウムで鋳包みすることに
よって全体重量の軽減、熱伝達の向上を図ることもでき
る。

【００３３】クランクケース２５内にはクランクシャフ
ト２６がピストン２０の運動方向（以下、上下方向とす
る。）に対して直角方向に配されて両端部を軸受２７に
よって回転自在に支持されている。クランクシャフト２
６は一端がクランクケース２５から外側に突出してお
り、図示外の駆動源によって回転駆動されるように構成
されている。

【００３４】クランクシャフト２６はクランクケース２
５内に一対のクランクアーム２８を有しており、一対の
クランクアーム２８の間に連結されているクランクピン
２９にスライダ３０が回転可能に取り付けられている。
スライダ３０はクランクシャフト２６方向に見て略正方
形形状のブロック体で、上下に２分割されており、中央
部に形成されているピン孔の内周にメタル３１が固定さ
れて、クランクピン２９に回転自在に組み付けられてい
る。

【００３５】スライダ３０の周囲にはスライダフレーム
３２が配置されている。スライダフレーム３２はクラン
クシャフト２６方向に見て横長の長方形形状の枠体であ
り、横長の長方形の窓孔３３は高さがスライダ３０の高
さと略同じで、横幅はスライダ３０の横幅よりも長い寸
法を有している。このスライダフレーム３２の窓孔３３
にクランクピン２９に取り付けられているスライダ３０
が窓孔３３内をピストン２０の運動方向に対して直角方
向（以下、左右方向とする。）に摺動可能に装着されて
いる。

【００３６】スライダフレーム３２のスライダ３０と摺
動する面すなわちスライダフレーム３２の窓孔３３を形
成する上下面にはポーラスＣｒめっき３４が被覆されて
いる。このＣｒめっき３４の表面はＣｒめっき後、表面
加工により、平滑度、表面粗度およびポア率を改善する
のが望ましい。スライダ３０はねずみ鋳鉄等の鋳鉄材で
形成されている。

【００３７】スライダフレーム３２はクランクケース２
５内を上下方向に往復動可能に一対のガイド棒３５，３
６によって支持されている。一対のガイド棒３５，３６
はクランクケース２５内を上下方向に延びてクランクケ
ース２５に固定されており、スライダフレーム３２の長
手方向における両端部に上下方向に形成されているガイ
ド棒挿通孔３７，３８をそれぞれ挿通している。スライ
ダフレーム３２は一対のガイド棒挿通孔３７，３８の各
上下端部にそれぞれブシュ３９，４０を装着して有して
おり、ブシュ３９，４０が各ガイド棒３５，３６を摺動
可能に支持している。

【００３８】ピストン２０底部に固定されて下方に延び
るピストンロッド２３は、シリンダ１の下端から底付円
筒２４の底部とクランクケース２５の上面部とに形成さ
れている貫通孔４１，４２を挿通して、クランクケース
２５内のスライダフレーム３２の上面中央部に連結固定
されている。

【００３９】次に、クロススライダクランク機構の潤滑
とピストンの冷却について説明する。

【００４０】クランクケース２５の油供給口４３から圧
縮機内に供給された潤滑油は、一方のガイド棒３５の内
部に形成されている油供給路４４、一方のガイド棒３５
とガイド棒挿通孔３７との間で形成されている油供給路
４５を順次通って、一方のガイド棒３５とブシュ３９と
の摺動部を潤滑しながら、次に、スライダフレーム３２
に形成されている油供給路４６に流入するように構成さ
れている。

【００４１】そして、スライダフレーム３２の油供給路
４６に流入した潤滑油は、途中で、もう一方のガイド棒
３６側と、ピストンロッド２３側とに分岐する。もう一
方のガイド棒３６側に流れた潤滑油はガイド棒３６とガ
イド棒挿通孔３８との間で形成されている油供給路４７
に流入し、ガイド棒３６とブシュ４０との摺動部を潤滑
した後、上下端からクランクケース２５に落下する。

【００４２】ピストンロッド２３側に流れた潤滑油は、
ピストンロッド２３に形成されている油供給路４８に流
入し、ピストン２０の内部に形成されている冷却室に入
り、ピストン２０を内側から冷却した後、ピストンロッ
ド２３に形成されている油排出路４９を通って、下端の
開口からクランクケース２５内に排出されるように構成
されている。

【００４３】また、クランクケース２５の側面に開口さ
れている油供給口５０からクランクシャフト２６の内部
に形成されている油供給路５１に供給された潤滑油は、
クランクシャフト２６内を通ってクランクピン２９部に
至る。メタル３１には内周に形成されている環状溝と環
状溝の底部からスライダ３０に形成されている油孔５２
に連通する油孔とから構成される油供給路５３が形成さ
れており、クランクピン２９部に至った潤滑油は、クラ
ンクピン２９とメタル３１との摺動面に供給され、一部
はスライダ３０の油孔５２を通って、スライダ３０の表
面に形成されている油溝５４に流入し、スライダ３０と
スライダフレーム３２との摺動面に供給される。

【００４４】以上のように、クロススライダクランク機
構には潤滑、冷却油路が形成されている。

【００４５】しかしながら、シリンダ１内は無潤滑油状
態にされている。すなわち、シリンダ１下方の底付円筒
２４の貫通孔４１の周囲の底部内面に形成されている環
状凹部５５にオイルシール５６が装着され、オイルシー
ル５６の内周がピストンロッド２３の外周に接触されて
シールし、クランクケース２５内の潤滑油がシリンダ１
内に供給されないようにしている。したがって、ピスト
ンリング２１，２２は無潤滑でシリンダ内壁１ａと摺動
する。

【００４６】以下、作用を説明する。クランクシャフト
２６が図示外の駆動源によって回転駆動されると、クラ
ンクピン２９に装着されたスライダ３０がクランクシャ
フト２６の中心回りに円軌道を描いて移動する。この
際、スライダ３０が円軌道を移動することによって、ス
ライダ３０はスライダフレーム３２の窓孔３３内を摺動
し、これに伴ってスライダフレーム３２は上下方向（ピ
ストン２０の運動方向）に正弦による直線運動を行う。

【００４７】スライダフレーム３２が上記のように上下
方向に直線運動を行うと、スライダフレーム３２に連結
固定されているピストンロッド２３を介してピストン２
０がシリンダ１内を往復運動する。

【００４８】ピストン２０が下降すると、吸入弁９が開
く。すなわち吸入弁９が下方に撓んでその先端部がシリ
ンダ１の上面に形成されている吸入弁受け１６に当接す
る。この際、図５（ｂ）に示されているように、吸入弁
９は吸入弁受け１６のテーパ面に接触するため、吸入弁
９と吸入弁受け１６との接触が面接触になり、吸入弁９
と吸入弁受け１６の摩耗、疲労が少ない。

【００４９】ちなみに、図５（ａ）に示されているよう
に、吸入弁受けがテーパ面ではなく、シリンダ１内周面
に対して直角の平面とされている場合は、吸入弁９が吸
入弁受けに接触するとき、内周側の角部に線接触の状態
で当たるため、吸入弁と吸入弁受けの摩耗、疲労が大き
くなる。

【００５０】吸入弁９と吸入弁受け１６の摩耗、疲労が
少ないと、両者の耐久性が向上するとともに、デッドボ
リュウムの増加も少ないので、性能劣化（吐出量の減
少）も少なくなる。

【００５１】吸入弁９が開き、空気がシリンダヘッド２
の吸入口３から吸入孔８を通ってシリンダ１内に吸入さ
れ、その空気はピストン２０の上昇によって圧縮され
る。

【００５２】ピストン２０の上昇によって空気が圧縮さ
れると、所定の圧縮位置で、吐出弁１２が開く。すなわ
ち、吐出弁１２が上方に湾曲して吐出弁受け１３に当接
する。

【００５３】吐出弁１２が開くと、圧縮空気は吐出孔７
を通ってシリンダヘッド２の吐出口４から吐出される。

【００５４】また、クロススライダクランク機構によ
り、クランクシャフト２６の回転によって駆動されるピ
ストンロッド２３が純粋な正弦による直線運動を行うの
で、従来のクランク機構に付随する高次の振動成分がな
い。したがって、騒音の発生を抑制でき、ピストンリン
グ２１，２２とシリンダ１の耐久性も増す。また、ピス
トンスラップを生じないので、無潤滑でもピストンリン
グ２１，２２とシリンダ１の耐久性を維持できる。ま
た、ピストンスラップを生じないので、振動・騒音の発
生を抑制できる。また、ピストン２０とピストンロッド
２３の相対的運動がないので、ピストンロッド２３の内
部を通じて潤滑油をピストン２０の内部に容易に供給す
ることができるため、ピストン２０の油冷却を簡単に行
える。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧縮機
は、小型で車載可能にでき、しかも圧縮空気に潤滑油が
混入するのを防止することができる。また、無潤滑で
も、ピストンに装着されるシールリング（ピストンリン
グ）とシリンダの耐久性を維持できる。また、振動、騒
音の発生を抑制できる。さらに、薄板状のリード弁で形
成した吸入弁および吸入弁受けの摩耗、疲労を低減で
き、圧縮機の性能の劣化防止を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示し、圧縮機の一部断面
正面図である。

【図２】（ａ）は圧縮機の一部分を示す一部断面右側面
図、（ｂ）はスライダの平面図である。

【図３】クランクケース部分を示す一部断面平面図であ
る。

【図４】吸入弁と吐出弁を示しており、（ａ）は弁が取
り付けられているバルブ組付体を示す底面図、（ｂ）は
圧縮機における吸入弁の部分を示す縦断面図、（ｃ）は
バルブ組付体に取り付けられている吐出弁の部分を示す
縦断面図である。

【図５】吸入弁が吸入弁受けに接触した状態を示してお
り、（ａ）は従来例を示す縦断面図、（ｂ）は本発明を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ １ａ シリンダ内壁 ２ シリンダヘッド ３ 吸入口 ４ 吐出口 ５ バルブ組付体 ５ａ 取付孔 ６ ヘッド本体 ７ 吐出孔 ８ 吸入孔 ９ 吸入弁 １０ 止め金 １１ 止めねじ １２ 吐出弁 １３ 吐出弁受け １４ ボルト １５ 切欠部 １６ 吸入弁受け １７ 空間部 １８ 吐出通路 １９ 吸入通路 ２０ ピストン ２１、２２ ピストンリング ２３ ピストンロッド ２４ 底付円筒 ２５ クランクケース ２６ クランクシャフト ２７ 軸受 ２８ クランクアーム ２９ クランクピン ３０ スライダ ３１ メタル ３２ スライダフレーム ３３ 窓孔 ３４ Ｃｒめっき ３５、３６ ガイド棒 ３７、３８ ガイド棒挿通孔 ３９、４０ ガイドブシュ ４１、４２ 貫通孔 ４３、５０ 油供給口 ４４、４５、４６、４７、４８、５１、５３ 油供給路 ４９ 油排出路 ５２ 油孔 ５４ 油溝 ５５ 環状凹部 ５６ オイルシール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク機構によってピストンがシリン
   ダ内を往復動し、シリンダヘッドに形成されている吸入
   孔を開閉する吸入弁が薄板状のリード弁で形成されて吸
   入弁の一端がシリンダヘッドの下面に固定されており、
   この吸入弁の受けがシリンダの上面に形成されている圧
   縮機において、 前記クランク機構が、ピストンに連結固定されているピ
   ストンロッドと、ピストンロッドに連結固定され、往復
   動可能に支持されているスライダフレームと、スライダ
   フレームの運動方向に対して直角方向に移動可能にスラ
   イダフレームの窓孔に装着されているスライダと、スラ
   イダが回転可能に装着されているクランクシャフトとを
   備えているクロススライダクランク機構であり、 前記シリンダの上面に形成されている吸入弁受けがテー
   パ面に形成されていることを特徴とする圧縮機。
2. 【請求項２】 前記テーパ面のテーパ角度が１〜４°で
   あることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 【請求項３】 シリンダヘッドに形成されている吐出孔
   を開閉する吐出弁が薄板状のリード弁で形成され、シリ
   ンダヘッドの内部の空間部に配置されて両端が固定され
   ており、吐出弁の上方に吐出弁受けが設置されているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の圧縮機。
4. 【請求項４】 シリンダ内とクランクケース内とがピス
   トンロッドの中間部に装着されたオイルシールでシール
   されていることを特徴とする請求項１、２または３記載
   の圧縮機。