WO2017056809A1 - 空気圧縮機 - Google Patents

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WO2017056809A1
WO2017056809A1 PCT/JP2016/075005 JP2016075005W WO2017056809A1 WO 2017056809 A1 WO2017056809 A1 WO 2017056809A1 JP 2016075005 W JP2016075005 W JP 2016075005W WO 2017056809 A1 WO2017056809 A1 WO 2017056809A1
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WO
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air
valve body
valve seat
valve
air compressor
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/075005
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直人 一橋
Original Assignee
日立工機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立工機株式会社 filed Critical 日立工機株式会社
Priority to JP2017543026A priority Critical patent/JPWO2017056809A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/02—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids having reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet

Definitions

  • the present invention relates to an air compressor, and more particularly to an air compressor provided with a valve body that connects and blocks an air chamber and a vent.
  • a reciprocating type air compressor which is a kind of air compressor, is provided with a piston that reciprocates by the power of a power source, a cylinder that accommodates the piston so as to reciprocate, and a cylinder that is provided with the reciprocating motion of the piston. And an air chamber whose volume changes.
  • An example of such an air compressor is described in Patent Document 1.
  • the air compressor described in Patent Literature 1 includes a drive unit as a power source, a first compression unit and a second compression unit, and a crankcase.
  • the first compression part and the second compression part each have a piston and a cylinder.
  • a crankshaft is provided in the crankcase, and the crankshaft rotates integrally with the output shaft of the drive unit.
  • a connecting rod is provided in the crankcase, and the connecting rod connects the crankshaft and the piston.
  • the first compression section includes a first compression chamber as an air chamber, a first cylinder, a first cylinder head, and a first valve seat.
  • the first valve seat is provided between the first cylinder head and the first cylinder.
  • the second compression unit includes a second compression chamber as an air chamber, a second cylinder, a second cylinder head, and a second valve seat.
  • the second valve seat is provided between the second cylinder head and the second cylinder.
  • the first valve seat has a first intake port and a first exhaust port connected to the first compression chamber, and the second valve seat has a second intake port and a second exhaust port connected to the second compression chamber.
  • the first exhaust port is connected to the second intake port via the first pipe member.
  • the second exhaust port is connected to the tank via the second pipe member.
  • the first compression unit includes a first intake valve that opens and closes the first intake port, and a first exhaust valve that opens and closes the first exhaust port. Furthermore, the second compression unit includes a second intake valve that opens and closes the second intake port, and a second exhaust valve that opens and closes the second exhaust port.
  • the air compressor described in Patent Document 1 has air chambers such as a first compression chamber and a second compression chamber, and the first intake port and the first exhaust port connected to the air chamber, the second The air passages such as the intake port and the second exhaust port are opened and closed by operating the valve body of each valve.
  • Patent Document 1 has a problem that stress generated in a valve body that opens and closes the air passage increases.
  • the objective of this invention is providing the air compressor which can reduce the stress which generate
  • the present invention is an air compressor comprising a first air chamber and a valve seat provided with a first vent connected to the first air chamber passing therethrough, provided in the valve seat, and A groove that connects the first vent and the first air chamber, a first valve body that is provided in the valve seat, and that opens and closes the first vent and the groove, and is provided in the valve seat, And a support portion that supports the first valve body when the first valve body closes the first vent and the groove, the groove being the first valve body of the valve seat. And a plurality of end portions arranged on the side where the is provided.
  • FIG.3 It is a perspective view which shows the external appearance of the air compressor of this invention. It is a plane sectional view of the air compressor of the present invention. It is sectional drawing which shows Embodiment 1 of the 2nd compression part provided in an air compressor. It is sectional drawing which shows Embodiment 1 of the 2nd compression part provided in an air compressor. It is a bottom view of the 2nd valve seat shown in FIG.3 and FIG.4. It is a disassembled perspective view of the 2nd compression part shown in FIG.3 and FIG.4. It is sectional drawing which shows Embodiment 1 of a 2nd compression part. It is sectional drawing which shows Embodiment 1 of a 2nd compression part. It is an expanded sectional view which shows the principal part of FIG.
  • FIG.17 and FIG.18 It is a bottom view of the 2nd valve seat shown in FIG.17 and FIG.18. It is sectional drawing which shows Embodiment 3 of a 2nd compression part. It is sectional drawing which shows Embodiment 3 of a 2nd compression part. It is an expanded male sectional view which shows the principal part of FIG. It is a bottom view showing other examples of the 2nd valve seat used in Embodiment 3 of the 2nd compression part.
  • the air compressor which concerns on this embodiment is a reciprocating type air compressor provided with the compressed air production
  • the use of the air compressor according to the present embodiment is not particularly limited, but is suitable for use as a pneumatic tool for driving nails and screws into wood or the like by the pressure of compressed air, for example, as a supply source for supplying compressed air to a nail driver ing.
  • the air compressor 10 of this embodiment includes two air tanks 11 and 12 that are parallel to each other and a base 13 that supports the two air tanks 11 and 12. .
  • the air tanks 11 and 12 are connected to each other through piping, and the pressure in the air tank 11 and the pressure in the air tank 12 are the same.
  • Two leg portions 14 made of rubber are attached to the lower part of the air tanks 11 and 12, and a total of four leg portions 14 are attached.
  • the air compressor 10 is placed at an installation place by four legs 14.
  • steering-wheel 15 is provided in the both ends of the base 13, and the operator can hold the handle
  • the base 13 is provided with a motor 16 as a power source and a compressed air generation unit 17.
  • the motor 16 and the compressed air generator 17 are covered with a cover 18.
  • the compressed air generation unit 17 includes a crankcase 19 and a first compression unit 20 and a second compression unit 21 provided in the crankcase 19.
  • the motor 16 includes a stator 22, a rotor 23 incorporated inside the stator 22, and a rotating shaft 24 fixed to the rotor 23.
  • the stator 22 has a coil for energization, and the rotor 23 has a permanent magnet attached to the core.
  • the motor 16 is disposed outside the crankcase 19.
  • the rotating shaft 24 is rotatably supported by a bearing 25 provided on the crankcase 19.
  • the rotation shaft 24 is rotatable about the axis A1.
  • the rotation shaft 24 is arranged in the crankcase 19 at the center in the direction of the axis A1, and is arranged outside the crankcase 19 at both ends in the direction of the axis A1.
  • positioned in the crankcase 19 among the rotating shafts 24 has an eccentric part eccentric from the axis A1, and the eccentric part revolves around the axis A1. That is, the rotating shaft 24 is a crankshaft.
  • a control circuit board 26 is disposed in the space covered by the cover 18.
  • the control circuit board 26 and the crankcase 19 are arranged side by side in the direction of the axis A1.
  • the control circuit board 26 is an element for controlling the motor 16 with an inverter, and the control circuit board 26 includes an inverter circuit and a controller.
  • the inverter circuit includes a semiconductor switching element that is on / off controlled.
  • the control circuit board 26 is fixed to the air tank 12 via a bracket.
  • a cooling fan 27 is disposed between the control circuit board 26 and the crankcase 19 in the direction of the axis A1.
  • the cooling fan 27 is fixed to the rotating shaft 24, and the cooling fan 27 rotates with the rotating shaft 24 to generate cooling air.
  • the cooling air cools the control circuit board 26.
  • a cooling fan 28 is provided in the space covered with the cover 18.
  • the cooling fan 28 cools the motor 16, the crankcase 19, and the compressed air generation unit 17.
  • the cooling fan 28 is rotated by the power of the rotating shaft 24.
  • the motor 16 is disposed between the crankcase 19 and the cooling fan 28 in the direction of the axis A1.
  • a Hall element substrate 29 is provided in the space covered by the cover 18.
  • the hall element substrate 29 is disposed between the motor 16 and the cooling fan 28 in the direction of the axis A1.
  • the hall element substrate 29 detects the rotational position of the rotor 23 and outputs a detection signal.
  • the detection signal is sent to the control circuit board 26.
  • the control circuit board 26 controls the voltage applied to the motor 16 via the inverter circuit.
  • the 1st compression part 20 and the 2nd compression part 21 are arrange
  • the first compression unit 20 includes a first cylinder 30, a first cylinder head 31 and a first valve seat 32 fixed to the first cylinder 30, a first piston 33 accommodated in the first cylinder 30, A first compression chamber 34 formed in one cylinder 30 and a first connecting rod 35 are provided.
  • the first valve seat 32 is interposed between the first cylinder 30 and the first cylinder head 31.
  • the first compression chamber 34 is formed between the first piston 33 and the first valve seat 32.
  • An end surface of the first valve seat 32 is a wall surface forming the first compression chamber 34. That is, the first valve seat 32 is one of the walls surrounding the first compression chamber 34.
  • the second compression unit 21 includes a second cylinder 36, a second cylinder head 37 and a second valve seat 38 fixed to the second cylinder 36, and a second cylinder disposed in the piston accommodation hole 77 of the second cylinder 36.
  • a piston 39, a second compression chamber 40 formed in the second cylinder 36, and a second connecting rod 41 are provided.
  • the second compression chamber 40 is formed between the second piston 39 and the second valve seat 38.
  • the second valve seat 38 is interposed between the second cylinder 36 and the second cylinder head 37.
  • the first cylinder 30 and the second cylinder 36 are fixed to the crankcase 19.
  • the first piston 33 can reciprocate in the first cylinder 30, and the second piston 39 can reciprocate in the axis A ⁇ b> 1 direction within the piston accommodation hole 77.
  • the axis A1 is the center of the piston accommodating hole 77.
  • the first connecting rod 35 is rotatably connected to the eccentric part of the rotating shaft 24 and the first piston 33, and the first connecting rod 35 reciprocates the rotating force of the rotating shaft 24 with respect to the first piston 33. Convert to force.
  • the second connecting rod 41 is rotatably connected to the eccentric portion of the rotating shaft 24 and the second piston 39, and the second connecting rod 41 reciprocates the second piston 39 with the rotational force of the rotating shaft 24. Convert to force.
  • the second compression unit 21 When the first compression unit 20 is in a compression stroke in which the first piston 33 reduces the volume of the first compression chamber 34, the second compression unit 21 causes the second piston 39 to increase the volume of the second compression chamber 40. This is an expanding inhalation stroke.
  • the first compression unit 20 causes the first piston 33 to increase the volume of the first compression chamber 34. This is an expanding inhalation stroke.
  • an opening that connects the inside and outside of the crankcase 19 is provided, and a filter element 42 and a filter cover 43 that cover the opening are provided.
  • the filter element 42 removes foreign matter in the process of air being sucked into the crankcase 19.
  • the interior 44 of the crankcase 19 is connected to the opening.
  • An intake passage 45 is provided in the first cylinder 30, and the intake passage 45 is connected to the interior 44 and the first compression chamber 34.
  • the first valve seat 32 has a first intake port that connects the first compression chamber 34 and the intake passage 45, and the first compression unit 20 has a first reed valve that opens and closes the first intake port.
  • a first discharge chamber 46 is provided in the first cylinder head 31, and a first discharge port 47 is provided in the first valve seat 32.
  • An end surface of the first valve seat 32 is a wall surface forming the first discharge chamber 46. That is, the first valve seat 32 is one of the walls surrounding the first discharge chamber 46.
  • the first discharge port 47 is provided with a second reed valve 48 that connects the first discharge chamber 46 and the first compression chamber 34 and opens and closes the first discharge port 47.
  • An elbow 92 is provided in the first cylinder head 31, and the elbow 92 is connected to the first discharge chamber 46. The elbow 92 is connected to the pipe 49.
  • Embodiment 1 of the second compression unit 21 will be described with reference to FIGS.
  • the intake passage 50 is provided in the second cylinder head 37, and the elbow 51 is attached to the second cylinder head 37.
  • the second cylinder head 37 and the second valve seat 38 are fixed to the second cylinder 36 using screws 69.
  • the elbow 51 connects the intake passage 50 and the pipe 49.
  • An intake port 52 that penetrates the second valve seat 38 in the thickness direction is provided.
  • the thickness direction of the second valve seat 38 is the same as the direction in which the second piston 39 reciprocates in the second cylinder 36. That is, the intake port 52 connects the second compression chamber 40 and the intake passage 50.
  • the second compression unit 21 includes a third reed valve 53 that opens and closes the intake port 52.
  • the second cylinder head 37 is provided with a second discharge chamber 54
  • the second valve seat 38 is provided with a second discharge port 55.
  • the second discharge port 54 is arranged from the arrangement area of the second compression chamber 40 to the outside of the arrangement area in the bottom view of the second valve seat 38.
  • the second discharge port 55 is provided with a fourth reed valve 56 that connects the second discharge chamber 54 and the second compression chamber 40 and opens and closes the second discharge port 55.
  • An elbow 57 is attached to the second cylinder head 37. The elbow 57 is connected to the air tank 11 via a pipe.
  • a coupler 58 as a compressed air outlet is provided above the air tank 11, and a coupler 59 is provided above the air tank 12.
  • a pressure reducing valve 60 is provided between the air tank 11 and the coupler 58.
  • a pressure reducing valve 61 is provided between the air tank 12 and the coupler 59. The pressure reducing valves 60 and 61 both adjust the pressure of the compressed air.
  • the pressure of the compressed air adjusted by the pressure reducing valve 60 is measured by a pressure gauge 62 provided in the vicinity of the pressure reducing valve 60.
  • the pressure of the compressed air adjusted by the pressure reducing valve 61 is measured by a pressure gauge 63 provided in the vicinity of the pressure reducing valve 61.
  • the air tank 11 is provided with a safety valve 64 that discharges a part of the compressed air to the outside of the air tanks 11 and 12 when the pressure in the air tanks 11 and 12 becomes abnormally high.
  • the drain discharge device 65 is provided in the air tank 12.
  • the drain discharge device 65 is a pipe connected to the air tanks 11 and 12 and provided with a valve.
  • An operation unit 66 for opening and closing the valve of the drain discharge device 65 is provided. The operator operates the operation unit 66 to open and close the valve of the drain discharge device 65.
  • the drain discharge device 65 discharges the compressed air and moisture in the air tanks 11 and 12 to the outside of the air tanks 11 and 12.
  • an operation panel 67 is provided on the cover 18.
  • the operation panel 67 includes a power switch and a rotation speed setting unit, and an operator operates the operation panel 67 to switch between rotation and stop of the motor 16 and set the rotation speed of the motor 16.
  • a ventilation window 68 is provided in the cover 18. The ventilation window 68 connects the inside and outside of the cover 18.
  • An O-ring 70 is interposed between the second valve seat 38 and the second cylinder head 37.
  • the O-ring 70 seals the connection portion between the intake passage 50 and the intake port 52.
  • a gasket 71 is interposed between the second valve seat 38 and the second cylinder 36.
  • the gasket 71 seals the second compression chamber 40.
  • An O-ring 72 is interposed between the second valve seat 38 and the second cylinder head 37. The O-ring 72 seals the second discharge chamber 54.
  • the second valve seat 38 has end faces 73 and 74 parallel to each other, a gasket 71 is interposed between the end face 73 and the second cylinder 36, and an O-ring 70 is provided between the end face 74 and the second cylinder head 37. , 72 are interposed.
  • the end surface 73 forms the second compression chamber 40
  • the end surface 74 forms the second discharge chamber 54.
  • a recess 75 is provided in the end surface 73.
  • the recess 75 has a depth in the direction of the axis A1. In FIG. 5 when the second cylinder head 37 is viewed from the bottom, the recess 75 is provided in a belt shape over a region corresponding to the second compression chamber 40 and a region corresponding to the outside of the second compression chamber 40. ing.
  • the axis A ⁇ b> 1 is located at the center in the width direction of the recess 75, and the axis A ⁇ b> 1 is disposed between the end portion 78 and the end portion 79 in the length direction of the recess 75.
  • the intake port 52 is formed in a region where the recess 75 is disposed, and is disposed between the axis A ⁇ b> 1 and the end portion 78.
  • the intake port 52 is arranged over the inside and outside of the arrangement region of the second compression chamber 40.
  • two grooves 76 are provided in the second valve seat 38 and in a region where the recess 75 is disposed.
  • the two grooves 76 do not penetrate the second valve seat 38 in the thickness direction, that is, in the direction of the axis A1.
  • the two grooves 76 are arranged in parallel with each other along the length direction of the recess 75, and the axis A ⁇ b> 1 is arranged between the two grooves 76.
  • the two grooves 76 are arranged at different positions in the bottom view of the second valve seat 38.
  • the two grooves 76 are disposed over a region corresponding to the second compression chamber 40 and a region corresponding to the outside of the second compression chamber 40.
  • the two grooves 76 have end portions 76 ⁇ / b> A and 76 ⁇ / b> B arranged at different positions in the longitudinal direction, and the end portions 76 ⁇ / b> A are within the arrangement region of the intake port 52.
  • the arrangement region of the end portion 76B is in the arrangement region of the second discharge chamber 54.
  • the end portion 76B is located in the length direction of the concave portion 75 and is opposite to the end portion 76A close to the intake port 52.
  • the arrangement area of the two grooves 76 overlaps with the arrangement area of the intake port 52 in both the area corresponding to the second compression chamber 40 and the area corresponding to the outside of the second compression chamber 40.
  • the intake port 52 is connected to the second compression chamber 40 through two grooves 76. When the second valve seat 38 is viewed from the bottom, the opening area of the two grooves 76 is wider than the opening area of the intake port 52.
  • a relief groove 80 is provided in a region where the recess 75 is disposed.
  • the escape groove 80 is disposed in the area of the second compression chamber 40 and outside the area of the second compression chamber 40.
  • the escape groove 80 is disposed over the outside of the two grooves 76.
  • the 2nd valve seat 38 has the support part 84 arrange
  • ribs 81 that respectively surround the outer peripheries of the two grooves 76 are provided in the region where the escape groove 80 is disposed.
  • the two ribs 81 are annular, and protrude from the bottom surface of the escape groove 80 in the direction of the axis A1.
  • the third reed valve 53 includes a belt-like valve body 82 and a screw 83 that fixes the valve body 82.
  • the valve body 82 is a plate material obtained by pressing a metal, for example, stainless steel, and the end of the valve body 82 in the length direction is fixed to the second valve seat 38 by a screw 83.
  • the valve body 82 is disposed in a region where the recess 75 is formed.
  • the valve body 82 is fixed with a screw 83 at a location near the end 79 of the recess 75. That is, the valve body 82 is fixed between the second cylinder 36 and the second cylinder head 37 with the screw 83 and is in a cantilever state.
  • the valve body 82 has a free end 82A operable in the thickness direction, that is, can be elastically deformed, with a portion 93 sandwiched between the second valve seat 38 and the second cylinder 36 as a fulcrum.
  • the point 93 functions as a fixed end of the valve element 82.
  • a recess 87 is provided on the end surface of the second cylinder 36, and the head of the screw 83 is disposed in the recess 87.
  • the valve body 82 When the valve body 82 is in close contact with the two ribs, the two grooves 76 and the second compression chamber 40 are shut off. That is, the third reed valve 53 is closed. On the other hand, when the valve body 82 is separated from the two ribs, the two grooves 76 and the second compression chamber 40 are connected. That is, the third reed valve 53 is open.
  • a pressing portion 85 is provided at a location corresponding to the end portion 78 of the concave portion 75 in the second cylinder 36.
  • the pressing portion 85 is a groove that is recessed from the end surface of the second cylinder 36, and a part of the valve body 82 in the length direction is disposed in the pressing portion 85.
  • a part of the valve body 82 in the length direction is sandwiched between the second cylinder 36 and the second cylinder head 37.
  • a portion of the valve body 82 that is disposed at a position corresponding to the second compression chamber 40 and the pressing portion 85 can be elastically deformed in the thickness direction with the outer peripheral edge of the second compression chamber 40 as a fulcrum.
  • a passage 86 that penetrates the valve body 82 in the thickness direction is provided.
  • the passage 86 is a slit provided along the length direction of the valve element 82.
  • the arrangement region of the passage 86 is arranged between the two grooves 76. That is, the arrangement area of the passage 86 is in the arrangement area of the support portion 84.
  • the width C1 of the passage 86 is smaller than the width C2 of the groove 76.
  • the fourth reed valve 56 includes a flat valve body 88 and a screw 89 that fixes the valve body 88 to the second valve seat 38.
  • the valve body 88 is disposed in the second discharge chamber 54.
  • the arrangement area of the valve body 88 overlaps with the arrangement area of the second compression chamber 40.
  • the arrangement area of the central portion of the valve body 88 in the longitudinal direction overlaps with a part of the arrangement area of the recess 75, a part of the arrangement area of the groove 76, and a part of the arrangement area of the support portion 84.
  • a pressing plate 90 is provided in the second discharge chamber 54, and a screw 89 fixes the pressing plate 90 together with the valve body 88.
  • the valve body 88 is obtained by pressing a metal, for example, stainless steel.
  • the valve body 88 is elastically deformable in the thickness direction with the screw 89 as a fulcrum. That is, the free end 88 ⁇ / b> A of the valve body 88 moves in the thickness direction of the valve body 88. Further, the valve body 88 is disposed between the pressing plate 90 and the second valve seat 38.
  • the holding plate 90 is made of metal, and the bending stiffness of the holding plate 90 is higher than the bending stiffness of the valve body 88.
  • the second discharge port 55 is disposed in the region where the second compression chamber 40 is disposed and outside the region of the recess 75.
  • the second valve seat 38 has a rib 91 that surrounds the second discharge port 55.
  • the rib 91 protrudes from the end surface 74 of the second valve seat 38.
  • the center line B1 along the length direction of the valve body 82 intersects the axis A1 at a right angle.
  • the center line B1 passes through the screw 89 and the free end 88A that are fulcrums.
  • the center line B2 along the length direction of the valve body 88 in the bottom view of the second valve seat 38 intersects the center line B1.
  • the center line B1 and the center line B2 intersect at a right angle.
  • the center of the second discharge port 55 overlaps the center line B2.
  • the valve body 88 is arrange
  • the arrangement area of the valve body 82 and the arrangement area of the valve body 88 partially overlap.
  • the air compressor 10 operates as follows.
  • the rotating shaft 24 of the motor 16 rotates, the rotating force of the rotating shaft 24 is converted into the reciprocating force of the first piston 33 and the second piston 39.
  • the first compression unit 20 sucks air outside the crankcase 19 and compresses and discharges the sucked air. More specifically, in the stroke in which the first piston 33 moves away from the first valve seat 32, that is, in the stroke in which the first piston 33 moves toward the bottom dead center, the air outside the crankcase 19 passes through the filter cover 43. Sucked into the street interior 44. In the stroke in which the first piston 33 moves away from the first valve seat 32, the first reed valve is opened and the second reed valve 48 is closed. For this reason, the air in the interior 44 is sucked into the first compression chamber 34.
  • the first reed valve is closed and the air pressure in the first compression chamber 34 increases in the stroke in which the first piston 33 approaches the first valve seat 32, that is, in the stroke in which the first piston 33 moves toward the top dead center.
  • the second reed valve 48 opens. For this reason, the air compressed in the first compression chamber 34 is discharged from the first discharge port 47 to the first discharge chamber 46.
  • the second piston 39 of the second compression unit 21 operates in the opposite direction to the first piston 33.
  • the first piston 33 is moved away from the first valve seat 32, the second piston 39 is moved closer to the second valve seat 38.
  • the first piston 33 approaches the first valve seat 32 the second piston 39 moves away from the second valve seat 38.
  • the second piston 39 reciprocates in the second cylinder 36, air is sucked into the second compression chamber 40, and the sucked air is compressed and discharged.
  • the pressure in the second compression chamber 40 is higher than that in the first compression chamber 34. That is, the air compressor 10 is a multistage air compressor that compresses air in two stages.
  • the air pressure in the second compression chamber 40 is changed in the stroke in which the second piston 39 moves away from the second valve seat 38, that is, in the stroke in which the second piston 39 moves toward the bottom dead center.
  • the pressure is lower than the air pressure in the chamber 54.
  • the valve body 88 receives the air pressure of the second discharge chamber 54 and is pressed against the rib 91, thereby blocking the second discharge port 55 and the second discharge chamber 54. That is, the fourth reed valve 56 is closed as shown in FIG.
  • the air pressure in the second compression chamber 40 becomes lower than the air pressure in the intake port 52 in the stroke in which the second piston 39 moves toward the bottom dead center.
  • the valve body 82 receiving the air pressure of the intake port 52 is elastically deformed with the portion 93 sandwiched between the second valve seat 38 and the second cylinder 36 as a fulcrum, and is separated from the rib 81.
  • the intake port 52 is connected to the second compression chamber 40 through the groove 76. That is, the 3rd reed valve 53 will be in the open state like FIG.
  • the air discharged from the first discharge chamber 46 is sucked into the second compression chamber 40 through the pipe 49, elbow 51, intake passage 50, intake port 52, and groove 76.
  • a part of the air passing through the two grooves 76 passes between the second valve seat 38 and the valve body 82 and is sucked into the second compression chamber 40.
  • Part of the air passing through the two grooves 76 passes through the passage 86 of the valve body 82 and is sucked into the second compression chamber 40.
  • the valve body 82 stops by contacting the inner surface of the pressing portion 85.
  • the air pressure in the second compression chamber 40 increases in the stroke in which the second piston 39 approaches the second valve seat 38, that is, in the stroke in which the second piston 39 moves toward the top dead center.
  • the valve body 82 is pressed against the rib 81 by the pressure in the second compression chamber 40, and the groove 76 and the second compression chamber 40 are shut off. . That is, the third reed valve 53 is closed as shown in FIG.
  • the valve body 88 When the pressure in the second compression chamber 40 becomes higher than the pressure in the second discharge chamber 54, the valve body 88 receives the pressure in the second compression chamber 40 and elastically deforms with the screw 89 as a fulcrum. For this reason, the valve body 88 is separated from the rib 91, and the second discharge port 55 and the second discharge chamber 54 are connected. That is, the fourth reed valve 56 is opened as shown in FIG. Further, the valve body 88 elastically deformed with the screw 89 as a fulcrum comes into contact with the holding plate 90 and stops. When the fourth reed valve 56 is opened, the compressed air in the second compression chamber 40 is discharged from the second discharge port 55 to the second discharge chamber 54. The compressed air in the second discharge chamber 54 is sent to the air tanks 11 and 12 via the elbow 57 and piping.
  • the intake port 52 is connected to the second compression chamber 40 via the two grooves 76.
  • the opening area of the two grooves 76 is wider than the opening area of the intake port 52. That is, the flow area of the air in the state where the third reed valve 53 is opened increases, and the amount of air sucked and discharged while the second piston 39 reciprocates once can be increased. Improved performance.
  • the third reed valve 53 is opened, the compressed air flows radially through the gap between the second valve seat 38 and the outer edge of the valve body 82.
  • the distance from the inlet port 52 to the gap between the second valve seat 38 and the outer edge of the valve body 82 is short, and the flow resistance of the compressed air is reduced. A part of the air passing through the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40 through a passage 86 provided in the valve body 82. For this reason, the flow area of the air in the state where the third reed valve 53 is opened can be further increased.
  • a flow rate ratio that is a ratio between the flow rate Q1 of the intake port 52 and the flow rate Q2 of air sucked into the second compression chamber 40 from the two grooves 76 and the passage 86 can be expressed by the following equation.
  • Flow rate ratio Q2 / Q1
  • the flow rate ratio is such that the width of the passage 86 is C1, and the width of the groove 76 is C2.
  • FIG. 10 shows the result of verifying the relationship between the flow rate ratio and the width ratio between the width C2 of the groove 76 and the width C1 of the passage 86 by simulation.
  • the width ratio when the width ratio is 1 or less, the flow ratio is 1 or less, and when the width ratio exceeds 1, the flow ratio exceeds 1.
  • the width ratio exceeds 3 the flow ratio tends to decrease as the width ratio increases.
  • the width ratio is preferably set within the range of 1.5 to 5. More preferably, the width ratio is preferably set within a range of 2 to 3.
  • the minimum value of the width CB1 with respect to the plate thickness is limited to, for example, about three times the plate thickness due to manufacturing restrictions. . For this reason, it is preferable to set the width ratio within a suitable range in consideration of the material of the valve body 82 and the manufacturing method of the valve body 82.
  • the fourth reed valve 56 When the pressure P3 in the second discharge chamber 54 is higher than the pressure P2 in the second compression chamber 40, the fourth reed valve 56 is closed as shown in FIG. At this time, the valve body 88 receives pressure pressed from the second discharge chamber 54 toward the second discharge port 55.
  • the pressure received by the valve body 82 corresponds to the difference between the pressure P3 and the pressure P2, and the valve body 88 receives a load according to the received pressure.
  • the third reed valve 53 is closed as shown in FIG.
  • the valve body 82 receives pressure pressed from the second compression chamber 40 toward the intake port 52.
  • the received pressure corresponds to the difference between the pressure P2 and the pressure P1
  • the valve body 82 receives a load according to the received pressure.
  • the support portion 84 is provided between the two grooves 76, and when the valve body 82 is in close contact with the rib 81, the valve body 82 contacts the support portion 84 between the two grooves 76.
  • a support portion 84 is provided between the two grooves 76, and the support portion 84 is unlikely to hinder the flow of compressed air that passes through the two grooves 76.
  • the support portion 84 functions as a guide mechanism for compressed air flowing through the groove 76. Therefore, the compressed air is reliably supplied toward the end portion 76B of the groove 76, and the flow rate of the compressed air can be ensured.
  • the intake port 52 is disposed at a location near the free end 82 ⁇ / b> A of the valve body 82 in the bottom view of the second valve seat 38. For this reason, when the valve body 82 moves away from the rib 81, it becomes easy to operate due to a pressure difference between the intake port 52 and the second compression chamber 40, and the opening delay of the third reed valve 53 can be suppressed. Therefore, the amount of compressed air sucked into the second compression chamber 40 from the intake port 52 can be increased. Further, since the two grooves 76 do not penetrate the second valve seat 38, it is possible to suppress the strength of the second valve seat 38 from being reduced.
  • Embodiment 2 of the second compression unit 21 will be described with reference to FIGS.
  • the second valve seat 38 has two grooves 94 and 95, and the two grooves 94 and 95 are connected to the intake port 52.
  • the two grooves 94 and 95 do not penetrate the second valve seat 38, and the two grooves 94 and 95 are connected to the second compression chamber 40.
  • the two grooves 94 and 95 are arranged at different positions in the direction of the center line B1. In FIG. 13 when the second valve seat 38 is viewed from the bottom, the region where the groove 94 is disposed is outside the region where the second compression chamber 40 is disposed.
  • the arrangement area of the groove 95 is in the arrangement area of the second compression chamber 40 and outside the arrangement area of the valve body 88.
  • the arrangement area of the two grooves 94 and 95 overlaps with the arrangement area of the intake port 52.
  • the end portion 94A of the groove 94 and the end portion 95A of the groove 95 are located farthest from each other, and the air inlet 52 is disposed between the end portion 94A and the end portion 95A. ing.
  • the second valve seat 38 has a support portion 96 disposed between the two grooves 94 and 95 in the direction of the center line B1.
  • the second valve seat 38 has a rib 97 surrounding the two grooves 94 and 95.
  • a clearance groove 98 is provided on the end surface 73, and the rib 97 protrudes from the bottom surface of the clearance groove 98.
  • the heights of the tips of the rib 97 and the support portion 96 are the same. That is, the rib 97 and the support part 96 are arranged in the shape of the number “8” as a whole.
  • the valve body 82 has a constant width in the direction of the center line B2.
  • the same effects as in the first embodiment can be obtained for the same configurations as those in the first embodiment.
  • the second compression section 21 of the second embodiment when the valve body 82 is pressed against the rib 97 by the air pressure of the second compression chamber 40, the intake port 52 and the second compression chamber 40 are shut off. That is, the fourth reed valve 56 is closed as shown in FIGS.
  • the second compression section 21 of the second embodiment when the valve body 82 is separated from the rib 97 by the air pressure of the intake port 52, the intake port 52 and the second compression chamber 40 are connected. That is, the 4th reed valve 56 will be in the open state like FIG.12 and FIG.14.
  • the compressed air at the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40 via the two grooves 94 and 95.
  • the valve body 82 is pressed against the rib 97 by the air pressure of the second compression chamber 40 and is pressed against the support portion 96. That is, the support part 96 supports the valve body 82. For this reason, the increase in the load stress which generate
  • the second compression portion 21 has a larger arrangement area of the two grooves 94 and 95 than an arrangement area of the intake port 52. For this reason, the amount of air sucked into the second compression chamber 40 from the intake port 52 can be increased.
  • the relationship between the opening area M1 of the intake port 52 and the difference M3 between the occupied area M2 of the support portion 96 can be expressed by the following equation.
  • the ratio of the opening area M1 to the occupied area M2 is 4: 6 Can be set to The opening area of the groove 94 can be set wider than the opening area of the groove 95.
  • the support portion 96 may have either a structure continuously arranged in the direction of the center line B2 or a structure in which a notch is provided in a part of the direction of the center line B2. When the support portion 96 is partially cut out in the direction of the center line B2, the groove 94 and the groove 95 are connected via the cutout.
  • valve body 82 When the 2nd valve seat 38 is provided with the support part 96 and the rib 97, the other example of the valve body 82 which can be attached to the 2nd valve seat 38 is demonstrated with reference to FIG.
  • the valve body 82 shown in FIG. 16 has notches 99 formed on both edges in the direction of the center line B2.
  • the width of the portion where the notch 99 is formed is narrower than the width of the portion where the notch 99 is not formed.
  • the width of the valve body 82 means the width in the direction of the center line B2. That is, the outer peripheral shape of the valve element 82 approximates the outer peripheral shape of the rib 97 in the bottom view of the second valve seat 38.
  • valve body 82 is easily brought into close contact with the rib 97, and the sealing performance of the valve body 82 that closes the grooves 94 and 95 is improved. Moreover, since the distance from the rib 97 to the outer periphery of the valve body 82 is shortened, the air that has passed through the rib 97 can easily flow into the second compression chamber 40, and the amount of air can be increased.
  • the second valve seat 38 has two grooves 100 disposed in the recess 75.
  • the two grooves 100 do not penetrate the second valve seat 38, and the support portion 101 is provided between the two grooves 100.
  • the support portion 101 is disposed between the two grooves 100 in the direction of the center line B2.
  • the two grooves 100 are parallel to the center line B 1, and both ends of the two grooves 100 are connected to the air inlet 52.
  • the second valve seat 38 has an inner surface 106 that connects the two grooves 100 and the intake port 52.
  • the inner surface 106 is chamfered in an arc shape.
  • the arrangement region of the intake port 52 and the two grooves 100 is U-shaped.
  • the arrangement area of the two grooves 100 is in the arrangement area of the second compression chamber 40.
  • the arrangement area of the two grooves 100 extends from the arrangement area of the valve body 88 to the outside of the arrangement area.
  • the tip 102 of the support portion 101 is in the area where the air inlet 52 is disposed.
  • the intake port 52 has a width C2 on the center line B1.
  • the width C2 is a distance between the inner surface of the air inlet 52 and the tip 102 on the center line B1.
  • the two grooves 100 have a width C3 in the direction of the center line B2.
  • the width C2 is larger than the width C3.
  • the end portions 103 of the two grooves 100 are located between the portion 93 and the center line B2 in the direction of the center line B1.
  • the relationship between the total area M4 of the intake port 52 and the area M5 where the support portion 101 and the intake port 52 overlap is set as follows.
  • M4> M5 M4-M5 M6 M6> M5 M6 is the difference between the total area M4 and the area M5.
  • a rib 104 is provided in the recess 75 of the second valve seat 38.
  • the rib 104 is annularly disposed along the outer periphery of the air inlet 52 and the two grooves 100. That is, the rib 104 is also provided on the support portion 101.
  • the second valve seat 38 includes a relief groove 105 in the recess 75.
  • the escape groove 105 is annularly arranged along the outer periphery of the rib 104.
  • the operation of the third reed valve 53 in the second compression unit 21 is as follows.
  • the valve body 82 that receives the air pressure of the intake port 52 is elastically deformed with the point 93 as a fulcrum and is separated from the rib 104.
  • the intake port 52 is connected to the second compression chamber 40, and the two grooves 100 are connected to the second compression chamber 40. That is, the 3rd reed valve 53 will be in the open state like FIG.18, FIG.21, FIG.22.
  • the third reed valve 53 is opened, the compressed air passing through the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40. A part of the air passing through the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40 through the two grooves 100.
  • the valve body 82 When the pressure of the second compression chamber 40 becomes higher than the pressure of the intake port 52 in the stroke in which the second piston 39 moves toward the top dead center, the valve body 82 is applied to the rib 104 by the pressure of the second compression chamber 40. The inlet 52 and the second compression chamber 40 are shut off, and the two grooves 100 and the second compression chamber 40 are shut off. That is, the third reed valve 53 is in a closed state as shown in FIGS.
  • the third reed valve 53 When the third reed valve 53 is in an open state, the compressed air is sucked into the second compression chamber 40 via the intake port 52 and the two grooves 100. Accordingly, the air flow path area in the state where the third reed valve 53 is opened increases, and the amount of air sucked and discharged while the second piston 39 reciprocates once can be increased. Performance can be improved.
  • the inner surface 106 of the second valve seat 38 has an arc shape. For this reason, the cross-sectional area of the passage where a part of the compressed air in the intake port 52 goes to the two grooves 100 changes gradually. Therefore, the flow of compressed air becomes smooth.
  • the relief groove 105 is provided on the outer periphery of the rib 104, when the valve body 82 is pressed against the rib 104, the contact pressure per unit area increases, and the seal between the valve body 82 and the rib 104 is increased. Improves.
  • the area M5 is smaller than the area M4, the compressed air passing through the intake port 52 is not inhibited by the tip 102 of the support portion 101, and an increase in the flow resistance of the compressed air can be suppressed.
  • the operation of the fourth reed valve 56 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 23 is a bottom view showing another example of the second valve seat 38 in the third embodiment.
  • the second valve seat 38 has a groove 107 in the recess 75.
  • the groove 107 does not penetrate the second valve seat 38, and the groove 107 has an intermediate part 108 connected to the intake port 52 and two extension parts 109 connected to the intermediate part 108.
  • the two extending portions 109 are parallel to each other and parallel to the center line B1.
  • the second valve seat 38 has a support portion 110 disposed between the two extension portions 109.
  • the second valve seat 38 has an inner surface 106 that connects the intermediate portion 108 and the intake port 52, and the inner surface 106 has an arc shape.
  • the distal end 102 of the support portion 110 is outside the area where the intake port 52 is disposed and is within the area where the valve body 88 is disposed. That is, the length of the support part 110 is shorter than the length of the support part 101 shown in FIG. 19 in the direction of the center line B1.
  • a rib 104 is provided in the recess 75 of the second valve seat 38.
  • the rib 104 is annularly arranged along the outer periphery of the air inlet 52 and the groove 107. That is, the rib 104 is also provided on the support portion 110.
  • the second valve seat 38 includes a relief groove 105 in the recess 75.
  • the escape groove 105 is annularly arranged along the outer periphery of the rib 104.
  • the action of opening and closing the third reed valve 53 is the same as described above.
  • the third reed valve 53 is opened, the compressed air passing through the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40. A part of the air passing through the intake port 52 is sucked into the second compression chamber 40 via the groove 107.
  • the third reed valve 53 When the third reed valve 53 is in the open state, the compressed air is sucked into the second compression chamber 40 via the intake port 52 and the groove 107. Therefore, the air flow passage area in the state where the third reed valve 53 is opened increases, and the amount of air sucked and discharged while the second piston 39 reciprocates once can be increased. Performance is improved.
  • the opening area of the groove 107 shown in FIG. 23 is larger than the opening area of the two grooves 100 shown in FIG. 19, and the amount of air flow can be further increased.
  • the second compression chamber 40 corresponds to the first air chamber of the present invention
  • the intake port 52 is the first of the present invention.
  • the second valve seat 38 corresponds to the valve seat of the present invention
  • the grooves 76, 94, 95, and 100 correspond to the grooves of the present invention
  • the valve body 82 corresponds to the first vent. It corresponds to one valve body
  • the free end 82A corresponds to the free end of the first valve body of the present invention
  • the valve body 88 corresponds to the second valve body of the present invention
  • the free end 88A corresponds to the present invention.
  • the support portions 84, 96, 101 correspond to the support portion of the present invention
  • the end portions 76A, 76B, 94A, 95B, 103 correspond to the end portion of the present invention.
  • the end face 73 corresponds to the “location forming the first air chamber” of the present invention.
  • the portion 93 corresponds to a predetermined portion of the present invention
  • the tip 102 corresponds to the free end of the present invention
  • the second discharge port 55 corresponds to the second vent port of the present invention
  • the second discharge chamber. 54 corresponds to the second air chamber of the present invention
  • the center line B1 corresponds to the first center line of the present invention
  • the center line B2 corresponds to the second center line of the present invention
  • the passage 86 is This corresponds to the passage of the present invention.
  • the bottom view of the second valve seat 38 corresponds to the “plan view of the valve seat” in the present invention. Both the bottom surface and the plane are surfaces perpendicular to the axis A1, and there is no difference in the invention-specific matters of the present invention when viewed from any direction.
  • the opening amount of the valve body is represented by an amount by which the valve body is separated from the rib.
  • the amount of separation of the valve body from the rib varies depending on the length direction of the valve body, but may be grasped by any of the maximum value, minimum value, and average value of the amount of separation. In short, the maximum opening of the valve body only needs to be regulated.
  • the valve body of the present invention includes a valve body that is elastically deformed in the thickness direction to open and close the vent and the groove, and a flat valve body that can operate in the thickness direction with a support shaft as a fulcrum. .
  • the valve element that can operate in the thickness direction with the support shaft as a fulcrum may not be elastically deformed.
  • the support portion described in any one of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment is used as the second valve.
  • the structure provided in the end surface 74 of the seat 38 is included.
  • the second discharge chamber 54 corresponds to a first air chamber of the present invention
  • the end surface 74 corresponds to a “location forming the first air chamber” of the present invention.
  • the passage of the valve element described in the first embodiment may be either a single passage or a plurality of passages. When a plurality of passages are provided in the valve body, the shapes of the passages may be the same or different.
  • the first reed valve that opens and closes the intake port of the first compression unit 20 has the same structure as the third reed valve 53, the first reed valve that opens and closes the intake port of the first compression unit 20 is provided.
  • the first valve seat 32 to which the valve body is attached includes a structure in which the support portion described in any of the embodiments is provided on the end face of the first valve seat 32.
  • the first compression chamber 34 corresponds to the first air chamber of the present invention
  • the end face of the first valve seat 32 corresponds to the “location forming the first air chamber” of the present invention.
  • the support unit described in any of the embodiments is used as the first reed valve 48.
  • the structure provided in the end surface of the valve seat 32 is included.
  • the first discharge chamber 46 corresponds to the first air chamber of the present invention
  • the end surface of the first valve seat 32 corresponds to the “location forming the first air chamber” of the present invention.
  • the valve body 82 in the second embodiment or the third embodiment may include the passage 86 of the valve body 82 described in the first embodiment.
  • the passage 86 described in the first embodiment may be provided in the valve body of the first reed valve or the valve body of the second reed valve 48.
  • SYMBOLS 10 Air compressor 11, 12 ... Air tank, 13 ... Base, 14 ... Leg part, 15 ... Handle, 16 ... Motor, 17 ... Compressed air generation part, 18 ... Cover, 19 ... Crankcase, 20 ... No. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 compression part, 21 ... 2nd compression part, 22 ... Stator, 23 ... Rotor, 24 ... Rotary shaft, 25 ... Bearing, 26 ... Control circuit board, 27, 28 ... Cooling fan, 29 ... Hall element board, 30 ... 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 cylinder, 31 ... 1st cylinder head, 32 ... 1st valve seat, 33 ... 1st piston, 34 ...

Landscapes

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Abstract

空気室に接続された通気口を開閉する弁体で発生する応力を低減可能な空気圧縮機を提供するため、第２圧縮室４０と、第２圧縮室４０につながる吸気口５２が貫通して設けられた第２弁座３８と、を備えた空気圧縮機であって、第２弁座３８のうち第２圧縮室４０を形成する端面７３に設けられ、かつ、吸気口５２と第２圧縮室４０とをつなぐ溝７６と、第２弁座３８に設けられ、かつ、吸気口５２及び溝７６を開閉する弁体８２と、第２弁座３８に設けられ、かつ、弁体８２が吸気口５２及び溝７６を閉じている場合に弁体８２を支持する支持部８４と、を有し、溝７６は、複数の端部７６Ｂを備えている。

Description

空気圧縮機
本発明は、空気圧縮機に関し、特に、空気室と通気口とを接続及び遮断する弁体を備えた空気圧縮機に関する。
空気圧縮機の１種であるレシプロ型空気圧縮機は、動力源の動力で往復動するピストンと、ピストンを往復動可能に収容するシリンダと、シリンダに設けられ、かつ、ピストンの往復動に伴って容積が変化する空気室と、を備えている。このような空気圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された空気圧縮機は、動力源としての駆動部と、第１圧縮部及び第２圧縮部と、クランクケースと、を有する。第１圧縮部及び第２圧縮部は、ピストン及びシリンダをそれぞれ有する。また、クランクケース内にクランク軸が設けられ、クランク軸は、駆動部の出力軸と共に一体回転する。さらに、コンロッドがクランクケース内に設けられ、コンロッドは、クランク軸とピストンとを連結している。
第１圧縮部は、空気室としての第１圧縮室、第１シリンダ、第１シリンダヘッド及び第１弁座を有する。第１弁座は、第１シリンダヘッドと第１シリンダとの間に設けられている。第２圧縮部は、空気室としての第２圧縮室、第２シリンダ、第２シリンダヘッド及び第２弁座を有する。第２弁座は、第２シリンダヘッドと第２シリンダとの間に設けられている。第１弁座は、第１圧縮室につながる第１吸気口及び第１排気口を有し、第２弁座は、第２圧縮室につながる第２吸気口及び第２排気口を有する。第１排気口は、第１管部材を介して第２吸気口に接続されている。第２排気口は、第２管部材を介してタンクに接続されている。また、第１圧縮部は、第１吸気口を開閉する第１吸気弁と、第１排気口を開閉する第１排気弁と、を有する。さらに、第２圧縮部は、第２吸気口を開閉する第２吸気弁と、第２排気口を開閉する第２排気弁と、を有する。
特許文献１に記載された空気圧縮機は、駆動部の動力でピストンが動作して第１吸気弁が開くと、第１吸気口を介して第１圧縮室に空気が吸い込まれ、第１圧縮室で空気が圧縮される。ピストンの動作で第１排気弁が開くと、第１圧縮室で圧縮された空気は、第１排気口を介して第２圧縮室に送られる。第２圧縮室では、第２吸気弁及び第２排気弁が開閉され、第２圧縮室で圧縮された空気は、第２排気口から排出される。
このように、特許文献１に記載された空気圧縮機は、第１圧縮室及び第２圧縮室等の空気室を有し、その空気室につながる第１吸気口及び第１排気口、第２吸気口及び第２排気口等の通気路を、各弁の弁体を動作させて開閉している。
特開２０１３－４０５８６号公報
しかし、特許文献１に記載された空気圧縮機では、通気路を開閉する弁体で発生する応力が増加する問題があった。
本発明の目的は、空気室に接続された通気口を開閉する弁体で発生する応力を低減可能な空気圧縮機を提供することである。
本発明は、第１空気室と、前記第１空気室につながる第１通気口が貫通して設けられた弁座と、を備えた空気圧縮機であって、前記弁座に設けられ、かつ、前記第１通気口と第１空気室とをつなぐ溝と、前記弁座に設けられ、かつ、前記第１通気口及び前記溝を開閉する第１弁体と、前記弁座に設けられ、かつ、前記第１弁体が前記第１通気口及び前記溝を閉じている場合に前記第１弁体を支持する支持部と、を有し、前記溝は、前記弁座の第１弁体が設けられている側に配置された複数の端部を備えている。
本発明によれば、弁体が圧縮空気の圧力を受けた場合に、弁体で発生する応力を低減することができる。
本発明の空気圧縮機の外観を示す斜視図である。 本発明の空気圧縮機の平面断面図である。 空気圧縮機に設ける第２圧縮部の実施の形態１を示す断面図である。 空気圧縮機に設ける第２圧縮部の実施の形態１を示す断面図である。 図３及び図４に示す第２弁座の底面図である。 図３及び図４に示す第２圧縮部の分解斜視図である。 第２圧縮部の実施の形態１を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態１を示す断面図である。 図８の要部を示す拡大断面図である。 本発明の空気圧縮機における流量特性を示す線図である。 第２圧縮部の実施の形態２を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態２を示す断面図である。 図１１及び図１２に示す第２弁座の底面図である。 第２圧縮部の実施の形態２を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態２を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態２で用いる弁体の他の例を示す底面図である。 第２圧縮部の実施の形態３を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態３を示す断面図である。 図１７及び図１８に示す第２弁座の底面図である。 第２圧縮部の実施の形態３を示す断面図である。 第２圧縮部の実施の形態３を示す断面図である。 図２１の要部を示す拡大雄断面図である。 第２圧縮部の実施の形態３で用いる第２弁座の他の例を示す底面図である。
本実施形態に係る空気圧縮機は、モータを動力源とする圧縮空気生成部を備えるレシプロ型の空気圧縮機である。本実施形態に係る空気圧縮機の用途は特に限定されないが、圧縮空気の圧力によって釘やねじを木材などに打ち込む空気工具、例えば、釘打機に圧縮空気を供給する供給源としての利用に適している。
以下、本実施形態に係る空気圧縮機について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図１及び図２に示されるように、本実施形態の空気圧縮機１０は、互いに平行な２つの空気タンク１１，１２と、２つの空気タンク１１，１２を支持する基台１３と、を有する。空気タンク１１，１２内は、配管を介して互いにつながっており、空気タンク１１内の圧力と、空気タンク１２内の圧力とは同じである。空気タンク１１，１２の下部にゴム製の脚部１４が２個ずつ、合計で４個の脚部１４が取り付けられている。空気圧縮機１０は、４個の脚部１４によって設置場所に置かれる。また、基台１３の両端部にハンドル１５が設けられており、作業者は、ハンドル１５を把持して空気圧縮機１０を持ち運ぶことができる。
基台１３には、動力源としてのモータ１６と、圧縮空気生成部１７と、が設けられている。モータ１６及び圧縮空気生成部１７は、カバー１８によって覆われている。圧縮空気生成部１７は、クランクケース１９と、クランクケース１９に設けた第１圧縮部２０及び第２圧縮部２１と、を有する。
モータ１６は、ステータ２２と、ステータ２２の内側に組み込まれたロータ２３と、ロータ２３に固定した回転軸２４と、を有する。ステータ２２は、通電用のコイルを有し、ロータ２３は、コアに永久磁石を取り付けたものである。モータ１６は、クランクケース１９の外に配置されている。回転軸２４は、クランクケース１９に設けた軸受２５によって回転自在に支持されている。回転軸２４は、軸線Ａ１を中心として回転可能であり、回転軸２４は、軸線Ａ１方向の中央がクランクケース１９内に配置され、軸線Ａ１方向の両端がクランクケース１９外に配置されている。回転軸２４のうち、クランクケース１９内に配置された箇所は、軸線Ａ１から偏心した偏心部を有し、偏心部は軸線Ａ１の周りを公転する。つまり、回転軸２４はクランク軸である。
カバー１８によって覆われた空間に、制御回路基板２６が配置されている。制御回路基板２６及びクランクケース１９は、軸線Ａ１方向に並べて配置されている。制御回路基板２６は、モータ１６をインバータ制御するための要素であり、制御回路基板２６は、インバータ回路、コントローラを有する。インバータ回路は、オン・オフ制御される半導体スイッチング素子を有する。制御回路基板２６は、ブラケットを介して空気タンク１２に固定されている。軸線Ａ１方向で、制御回路基板２６とクランクケース１９との間に冷却ファン２７が配置されている。冷却ファン２７は、回転軸２４に固定されており、冷却ファン２７は、回転軸２４と共に回転して冷却風を生成する。冷却風は、制御回路基板２６を冷却する。
また、カバー１８で覆われた空間に冷却ファン２８が設けられている。冷却ファン２８は、モータ１６、クランクケース１９及び圧縮空気生成部１７を冷却する。冷却ファン２８は、回転軸２４の動力で回転する。モータ１６は、軸線Ａ１方向でクランクケース１９と冷却ファン２８との間に配置されている。さらに、カバー１８により覆われた空間にホール素子基板２９が設けられている。ホール素子基板２９は、軸線Ａ１方向でモータ１６と冷却ファン２８との間に配置されている。ホール素子基板２９は、ロータ２３の回転位置を検出し、検出信号を出力する。検出信号は制御回路基板２６へ送られる。制御回路基板２６は、インバータ回路を経由してモータ１６に印加する電圧を制御する。
第１圧縮部２０と第２圧縮部２１とは、軸線Ａ１を中心とする回転軸２４の回転方向で、１８０度異なる位置に配置されている。第１圧縮部２０は、第１シリンダ３０と、第１シリンダ３０に固定された第１シリンダヘッド３１及び第１弁座３２と、第１シリンダ３０内に収容された第１ピストン３３と、第１シリンダ３０内に形成された第１圧縮室３４と、第１コネクティングロッド３５と、を備えている。第１弁座３２は、第１シリンダ３０と第１シリンダヘッド３１との間に介在されている。第１圧縮室３４は、第１ピストン３３と第１弁座３２との間に形成される。第１弁座３２の端面は、第１圧縮室３４を形成する壁面である。つまり、第１弁座３２は、第１圧縮室３４を囲む壁の１つである。
第２圧縮部２１は、第２シリンダ３６と、第２シリンダ３６に固定された第２シリンダヘッド３７及び第２弁座３８と、第２シリンダ３６のピストン収容孔７７内に配置された第２ピストン３９と、第２シリンダ３６内に形成された第２圧縮室４０と、第２コネクティングロッド４１と、を備えている。第２圧縮室４０は、第２ピストン３９と第２弁座３８との間に形成されている。第２弁座３８は、第２シリンダ３６と第２シリンダヘッド３７との間に介在されている。第１シリンダ３０及び第２シリンダ３６は、クランクケース１９に、固定されている。
第１ピストン３３は、第１シリンダ３０内で往復動可能であり、第２ピストン３９は、ピストン収容孔７７内で軸線Ａ１方向に往復動可能である。軸線Ａ１はピストン収容孔７７の中心である。第１コネクティングロッド３５は、回転軸２４の偏心部及び第１ピストン３３に対して回転可能に連結されており、第１コネクティングロッド３５は、回転軸２４の回転力を第１ピストン３３の往復動作力に変換する。第２コネクティングロッド４１は、回転軸２４の偏心部及び第２ピストン３９に対して回転可能に連結されており、第２コネクティングロッド４１は、回転軸２４の回転力を第２ピストン３９の往復動作力に変換する。
そして、第１圧縮部２０は、第１ピストン３３が第１圧縮室３４の容積を縮小する圧縮行程であると、第２圧縮部２１は、第２ピストン３９が第２圧縮室４０の容積を拡大する吸入行程である。一方、第２圧縮部２１は、第２ピストン３９が第２圧縮室４０の容積を縮小する圧縮行程であると、第１圧縮部２０は、第１ピストン３３が第１圧縮室３４の容積を拡大する吸入行程である。
さらに、クランクケース１９の内外をつなぐ開口部が設けられ、開口部を覆うフィルタエレメント４２及びフィルタカバー４３が設けられている。フィルタエレメント４２は、空気がクランクケース１９内に吸入される過程で異物を除去する。また、クランクケース１９の内部４４は開口部につながっている。第１シリンダ３０に吸気通路４５が設けられ、吸気通路４５は内部４４及び第１圧縮室３４につながっている。第１弁座３２は、第１圧縮室３４と吸気通路４５とを接続する第１吸気口を有し、第１圧縮部２０は、第１吸気口を開閉する第１リード弁を有する。
第１シリンダヘッド３１に第１吐出室４６が設けられ、第１弁座３２に第１吐出口４７が設けられている。第１弁座３２の端面は、第１吐出室４６を形成する壁面である。つまり、第１弁座３２は、第１吐出室４６を囲む壁の１つである。第１吐出口４７は、第１吐出室４６と第１圧縮室３４とを接続し、第１吐出口４７を開閉する第２リード弁４８が設けられている。第１シリンダヘッド３１にエルボ９２が設けられ、エルボ９２は第１吐出室４６につながっている。エルボ９２は配管４９につながっている。
以下、第２圧縮部２１の構造例を、順次説明する。
（実施の形態１）　第２圧縮部２１の実施の形態１を、図３～図９を参照して説明する。図３、図４及び図５のように、第２シリンダヘッド３７に吸気通路５０が設けられ、エルボ５１が第２シリンダヘッド３７に取り付けられている。また、図６のように、第２シリンダヘッド３７及び第２弁座３８は、ねじ６９を用いて第２シリンダ３６に固定されている。エルボ５１は、吸気通路５０と配管４９とをつなぐ。第２弁座３８を厚さ方向に貫通する吸気口５２が設けられている。第２弁座３８の厚さ方向は、第２ピストン３９が第２シリンダ３６内で往復動する方向と同じである。つまり、吸気口５２は第２圧縮室４０と吸気通路５０とをつなぐ。また、第２圧縮部２１は、吸気口５２を開閉する第３リード弁５３を備えている。
図７及び図８のように、第２シリンダヘッド３７に第２吐出室５４が設けられ、第２弁座３８に第２吐出口５５が設けられている。第２吐出口５４は、図５のように、第２弁座３８の底面視で、第２圧縮室４０の配置領域内から配置領域外に亘って配置されている。第２吐出口５５は、第２吐出室５４と第２圧縮室４０とを接続し、第２吐出口５５を開閉する第４リード弁５６が設けられている。第２シリンダヘッド３７にエルボ５７が取り付けられている。エルボ５７は、配管を介して空気タンク１１に接続されている。
さらに、空気タンク１１の上方に、圧縮空気の取り出し口であるカプラ５８が設けられ、空気タンク１２の上方にカプラ５９が設けられている。さらに、空気タンク１１とカプラ５８との間に減圧弁６０が設けられている。空気タンク１２とカプラ５９との間に減圧弁６１が設けられている。減圧弁６０，６１は、共に圧縮空気の圧力を調節する。減圧弁６０によって調節された圧縮空気の圧力は、減圧弁６０の近傍に設けた圧力計６２によって計測される。減圧弁６１によって調節された圧縮空気の圧力は、減圧弁６１の近傍に設けた圧力計６３によって計測される。
また、空気タンク１１には、空気タンク１１，１２内の圧力が異常に高くなった時に、圧縮空気の一部を空気タンク１１，１２の外部に排出する安全弁６４が設けられている。さらに、空気タンク１２にドレン排出装置６５が設けられている、ドレン排出装置６５は、空気タンク１１，１２内に接続され、かつ、バルブを備えた配管である。また、ドレン排出装置６５のバルブを開閉する操作部６６が設けられている。作業者は操作部６６を操作して、ドレン排出装置６５のバルブを開閉する。ドレン排出装置６５は、空気タンク１１，１２内の圧縮空気及び水分を、空気タンク１１，１２の外に排出する。
さらに、カバー１８に操作パネル６７が設けられている。操作パネル６７は、電源スイッチ、回転数設定部を備え、作業者は操作パネル６７を操作して、モータ１６の回転と停止とを切り替え、モータ１６の回転数を設定する。さらに、カバー１８に通気窓６８が設けられている。通気窓６８は、カバー１８の内外をつなぐ。
次に、第３リード弁５３及び第４リード弁５６の構造、第２弁座３８の構造、第２シリンダ３６と第２弁座３８との固定構造、第２弁座３８と第２シリンダヘッド３７との固定構造を、図３～図８を参照して説明する。第２弁座３８と第２シリンダヘッド３７との間にＯリング７０が介在されている。Ｏリング７０は、吸気通路５０と吸気口５２との接続箇所をシールする。第２弁座３８と第２シリンダ３６との間にガスケット７１が介在されている。ガスケット７１は第２圧縮室４０をシールする。第２弁座３８と第２シリンダヘッド３７との間にＯリング７２が介在されている。Ｏリング７２は、第２吐出室５４をシールする。
第２弁座３８は、互いに平行な端面７３，７４を有し、端面７３と第２シリンダ３６との間にガスケット７１が介在され、端面７４と第２シリンダヘッド３７との間にＯリング７０，７２が介在されている。端面７３は第２圧縮室４０を形成し、端面７４は第２吐出室５４を形成する。端面７３に凹部７５が設けられている。凹部７５は、軸線Ａ１方向の深さを有する。第２シリンダヘッド３７を底面視する図５において、凹部７５は、第２圧縮室４０に対応する領域と、第２圧縮室４０の外側に対応する領域とに亘って、べルト形状に設けられている。軸線Ａ１は、凹部７５の幅方向の中央に位置し、軸線Ａ１は、凹部７５の長さ方向の端部７８と端部７９との間に配置されている。吸気口５２は、凹部７５が配置された領域内に形成され、かつ、軸線Ａ１と端部７８との間に配置されている。吸気口５２は、第２圧縮室４０の配置領域の内外に亘って配置されている。
第２弁座３８を底面視すると、第２弁座３８であって、凹部７５が配置された領域内に、２つの溝７６が設けられている。２つの溝７６は、第２弁座３８を厚さ方向、つまり、軸線Ａ１方向に貫通していない。また、２つの溝７６は、凹部７５の長さ方向に沿って互いに平行に配置されており、軸線Ａ１は２つの溝７６の間に配置されている。２つの溝７６は、第２弁座３８の底面視で、互いに異なる位置に配置されている。２つの溝７６は、第２圧縮室４０に対応する領域と、第２圧縮室４０の外側に対応する領域とに亘って配置されている。
２つの溝７６は、長手方向で異なる位置に配置された端部７６Ａ，７６Ｂを有し、端部７６Ａは吸気口５２の配置領域内にある。端部７６Ｂの配置領域は、第２吐出室５４の配置領域内にある。端部７６Ｂは、凹部７５の長さ方向で、吸気口５２に近い端部７６Ａの反対に位置する。２つの溝７６の配置領域は、第２圧縮室４０に対応する領域、及び第２圧縮室４０の外側に対応する領域の両方で、吸気口５２の配置領域と重なっている。吸気口５２は、２つの溝７６を介して第２圧縮室４０とつながる。第２弁座３８を底面視すると、２つの溝７６の開口面積は、吸気口５２の開口面積よりも広い。
第２シリンダヘッド３７を底面視すると、凹部７５が配置されている領域内に逃げ溝８０が設けられている。逃げ溝８０は、第２圧縮室４０の領域内と、第２圧縮室４０の領域外とに亘って配置されている。逃げ溝８０は、２つの溝７６の外側に亘って配置されている。また、第２弁座３８は、図５及び図９のように、２つの溝７６の間に配置された支持部８４を有している。さらに、逃げ溝８０が配置された領域内に、２つの溝７６の外周をそれぞれ囲むリブ８１が設けられている。２つのリブ８１は環状であり、逃げ溝８０の底面から軸線Ａ１方向に突出している。
第３リード弁５３は、ベルト状の弁体８２と、弁体８２を固定するねじ８３と、を有する。弁体８２は、金属、例えば、ステンレス鋼をプレス加工した板材であり、弁体８２の長さ方向の端部がねじ８３によって第２弁座３８に固定されている。弁体８２は、凹部７５が形成された領域内に配置されている。弁体８２は、凹部７５の端部７９に近い箇所でねじ８３で固定されている。つまり、弁体８２は、ねじ８３で第２シリンダ３６と第２シリンダヘッド３７との間に固定され、片持ち梁の状態にある。弁体８２は、第２弁座３８及び第２シリンダ３６に挟まれた箇所９３を支点として、自由端８２Ａが厚さ方向に動作可能、つまり、弾性変形可能である。箇所９３は、弁体８２の固定端として機能する。第２シリンダ３６の端面に凹部８７が設けられており、ねじ８３の頭部は凹部８７に配置されている。
弁体８２が２つのリブに密着すると、２つの溝７６と第２圧縮室４０とが遮断される。つまり、第３リード弁５３は閉じた状態となる。これに対して、弁体８２が２つのリブから離れると、２つの溝７６と第２圧縮室４０とが接続される。つまり、第３リード弁５３は開いた状態となる。
また、第２シリンダ３６であって凹部７５の端部７８に対応する箇所に押さえ部８５が設けられている。押さえ部８５は、第２シリンダ３６の端面から窪ませた溝であり、弁体８２の長さ方向の一部は、押さえ部８５に配置されている。弁体８２の長さ方向の一部は、第２シリンダ３６と第２シリンダヘッド３７とにより挟まれている。弁体８２のうち、第２圧縮室４０及び押さえ部８５に対応する箇所に配置された部分は、第２圧縮室４０の外周縁を支点として厚さ方向に弾性変形可能である。
さらに、弁体８２を厚さ方向に貫通する通路８６が設けられている。通路８６は、弁体８２の長さ方向に沿って設けたスリットである。第２弁座３８を底面視した図５において、通路８６の配置領域は、２つの溝７６同士の間に配置されている。つまり、通路８６の配置領域は、支持部８４の配置領域内にある。通路８６の幅Ｃ１は、溝７６の幅Ｃ２よりも小さい。
第４リード弁５６は、平板状の弁体８８と、弁体８８を第２弁座３８に固定するねじ８９と、を有する。弁体８８は、第２吐出室５４に配置されている。第２弁座３８の底面視で、弁体８８の配置領域は、第２圧縮室４０の配置領域と重なる。弁体８８の長手方向の中央部の配置領域は、凹部７５の配置領域の一部、溝７６の配置領域の一部、及び支持部８４の配置領域の一部と重なる。第２吐出室５４に押さえ板９０が設けられており、ねじ８９は、弁体８８と共に押さえ板９０を固定する。弁体８８は、金属、例えば、ステンレス鋼をプレス加工したものである。弁体８８は、ねじ８９を支点として厚さ方向に弾性変形可能である。つまり、弁体８８の自由端８８Ａは、弁体８８の厚さ方向に移動する。また、弁体８８は、押さえ板９０と第２弁座３８との間に配置されている。押さえ板９０は金属製であり、押さえ板９０の曲げ剛性は、弁体８８の曲げ剛性よりも高い。
第２弁座３８を底面視した図５において、第２吐出口５５は、第２圧縮室４０が配置された領域内であり、かつ、凹部７５の領域外に配置されている。第２弁座３８は、第２吐出口５５を囲むリブ９１を有する。リブ９１は、第２弁座３８の端面７４から突出している。弁体８８がリブ９１に密着すると、第２吐出口５５と第２吐出室５４とが遮断される。つまり、第４リード弁５６は閉じた状態となる。これに対して、弁体８８がリブ９１から離れると、第２吐出口５５と第２吐出室５４とが接続される。つまり、第４リード弁５６は開いた状態となる。
ここで、弁体８２の長さ方向に沿った中心線Ｂ１は、軸線Ａ１と直角に交差する。中心線Ｂ１は、支点であるねじ８９及び自由端８８Ａを通る。また、第２弁座３８の底面視で、弁体８８の長さ方向に沿った中心線Ｂ２は、中心線Ｂ１と交差する。具体的には、中心線Ｂ１と中心線Ｂ２とが直角に交差している。第２吐出口５５の中心は、中心線Ｂ２と重なる。そして、弁体８８は、第２圧縮室４０が配置された領域内と、第２圧縮室４０が配置された領域外と、に亘って配置されている。さらに、弁体８２の配置領域と、弁体８８の配置領域とが、一部で重なっている。
空気圧縮機１０は、次のように動作する。モータ１６の回転軸２４が回転すると、回転軸２４の回転力が第１ピストン３３及び第２ピストン３９の往復動作力に変換される。第１圧縮部２０は、第１ピストン３３が第１シリンダ３０内で往復動すると、クランクケース１９外の空気を吸入し、かつ、吸入した空気を圧縮して吐出する。具体的に説明すると、第１ピストン３３が第１弁座３２から離れる行程、つまり、第１ピストン３３が下死点に向けて移動する行程で、クランクケース１９外の空気は、フィルタカバー４３を通り内部４４へ吸い込まれる。第１ピストン３３が第１弁座３２から離れる行程で、第１リード弁が開き、かつ、第２リード弁４８が閉じられる。このため、内部４４の空気は第１圧縮室３４へ吸い込まれる。
第１ピストン３３が第１弁座３２に近づく行程、つまり、第１ピストン３３が上死点に向けて移動する行程で第１リード弁が閉じられ、かつ、第１圧縮室３４の空気圧が上昇するととともに、第２リード弁４８が開く。このため、第１圧縮室３４で圧縮された空気は、第１吐出口４７から第１吐出室４６へ吐出される。
第２圧縮部２１の第２ピストン３９は、第１ピストン３３とは逆向きに動作する。第１ピストン３３が第１弁座３２から離れる行程で、第２ピストン３９は第２弁座３８に近づく行程となる。第１ピストン３３が第１弁座３２に近づく行程で、第２ピストン３９は第２弁座３８から離れる行程となる。第２ピストン３９が、第２シリンダ３６内で往復動すると、第２圧縮室４０に空気が吸入され、かつ、吸入した空気を圧縮して吐出する。第２圧縮室４０内は第１圧縮室３４内よりも高圧となる。つまり、空気圧縮機１０は、２段階に空気を圧縮する、多段式の空気圧縮機である。
具体的に説明すると、第２ピストン３９が第２弁座３８から離れる行程、つまり、第２ピストン３９が下死点に向けて移動する行程で、第２圧縮室４０の空気圧が、第２吐出室５４の空気圧よりも低圧となる。このため、弁体８８は、第２吐出室５４の空気圧を受けてリブ９１に押し付けられ、第２吐出口５５と第２吐出室５４とが遮断される。つまり、第４リード弁５６は、図７のように閉じた状態となる。
また、第２ピストン３９が下死点に向けて移動する行程で、第２圧縮室４０の空気圧が、吸気口５２の空気圧よりも低圧となる。このため、吸気口５２の空気圧を受ける弁体８２は、第２弁座３８及び第２シリンダ３６に挟まれた箇所９３を支点として弾性変形し、かつ、リブ８１から離れる。その結果、吸気口５２は溝７６を介して第２圧縮室４０に接続される。つまり、第３リード弁５３は、図４のように開いた状態となる。
第３リード弁５３が開くと、第１吐出室４６から吐出された空気が、配管４９、エルボ５１、吸気通路５０、吸気口５２、溝７６を介して、第２圧縮室４０へ吸い込まれる。２つの溝７６を通る空気の一部は、第２弁座３８と弁体８２との間を通り第２圧縮室４０へ吸い込まれる。また、２つの溝７６を通る空気の一部は、弁体８２の通路８６を通り、第２圧縮室４０に吸い込まれる。なお、弁体８２は、押さえ部８５の内面に接触することで停止する。
第２ピストン３９が第２弁座３８に近づく行程、つまり、第２ピストン３９が上死点に向けて移動する行程で、第２圧縮室４０の空気圧が上昇する。第２圧縮室４０の圧力が吸気口５２の圧力よりも高くなると、弁体８２は、第２圧縮室４０の圧力でリブ８１に押し付けられ、溝７６と第２圧縮室４０とが遮断される。つまり、第３リード弁５３は、図３のように閉じた状態となる。
また、第２圧縮室４０の圧力が第２吐出室５４の圧力よりも高くなると、弁体８８が第２圧縮室４０の圧力を受けてねじ８９を支点として弾性変形する。このため、弁体８８はリブ９１から離れ、第２吐出口５５と第２吐出室５４とが接続される。つまり、第４リード弁５６は、図８のように開いた状態となる。また、ねじ８９を支点として弾性変形した弁体８８は、押さえ板９０に接触して停止する。第４リード弁５６が開くと、第２圧縮室４０の圧縮空気は、第２吐出口５５から第２吐出室５４へ吐出される。第２吐出室５４の圧縮空気は、エルボ５７及び配管を介して空気タンク１１，１２へ送られる。
第２圧縮部２１は、第３リード弁５３が開いた状態になると、吸気口５２が２つの溝７６を介して第２圧縮室４０に接続される。２つの溝７６の開口面積は、吸気口５２の開口面積よりも広い。つまり、第３リード弁５３が開いた状態における空気の流路面積が増大し、第２ピストン３９が１往復する間における空気の吸入量及び吐出量を、増加することができ、空気圧縮機１０の性能が向上する。また、第３リード弁５３が開くと、圧縮空気は第２弁座３８と弁体８２の外縁との隙間を通り、放射状に流れる。このため、吸気口５２から、第２弁座３８と弁体８２の外縁との隙間までの距離が短く、圧縮空気の流路抵抗が低減される。また、吸気口５２を通る空気の一部は、弁体８２に設けた通路８６を経由して第２圧縮室４０に吸い込まれる。このため、第３リード弁５３が開いた状態における空気の流路面積を、更に増大できる。
吸気口５２の流量Ｑ１と、２つの溝７６及び通路８６から第２圧縮室４０に吸い込まれる空気の流量Ｑ２との比である流量比は、次式で表すことができる。
流量比＝Ｑ２／Ｑ１
流量比は、通路８６の幅をＣ１とし、溝７６の幅をＣ２として、
幅比＝Ｃ２／Ｃ１＝１
における流量を１とした場合に、幅比を変化させた場合の流量の変化割合を示す。
図１０は、流量比と、溝７６の幅Ｃ２と通路８６の幅Ｃ１との幅比との関係を、シミュレーションによって検証した結果を表す。
図１０の線図によれば、幅比１以下では、流量比１以下であり、幅比１を超えると、流量比１を超えることが分かる。幅比３を超えると、幅比が大きくなることに伴い、流量比が小さくなる傾向にある。実用上は、幅比１．５～５の範囲内に設定することが好ましい。さらに好適には、幅比２～３の範囲内に設定することが好ましい。例えば、厚さ０．３ｍｍの薄板をプレス加工することで弁体８２を製造する場合、製造上の制約から板厚に対する幅ＣＢ１の最低値は、例えば、板厚の３倍程度に制限される。このため、幅比は、弁体８２の材質、弁体８２の製造方法を考慮した上で、好適な範囲内に設定することが好ましい。
第２吐出室５４の圧力Ｐ３が、第２圧縮室４０の圧力Ｐ２よりも高い場合、図７のように、第４リード弁５６は閉じられている。このとき、弁体８８は、第２吐出室５４から第２吐出口５５に向けて押し付けられる圧力を受ける。弁体８２が受ける圧力は、圧力Ｐ３と圧力Ｐ２との差に相当し、弁体８８は、受ける圧力に応じた負荷荷重を受ける。
第２圧縮室４０の圧力Ｐ２が、吸気口５２の圧力Ｐ１よりも高い場合、図３のように、第３リード弁５３は閉じられている。このとき、弁体８２は、第２圧縮室４０から吸気口５２に向けて押し付けられる圧力を受ける。受ける圧力は圧力Ｐ２と圧力Ｐ１との差に相当し、弁体８２は、受ける圧力に応じた負荷荷重を受ける。本実施形態では、２つの溝７６の間に支持部８４が設けられており、弁体８２がリブ８１に密着すると、弁体８２は２つの溝７６の間で支持部８４に接触する。
このため、第２圧縮室４０の空気圧で弁体８２がリブ８１に押し付けられる場合に、弁体８２が受ける負荷を低減し、応力の集中を抑制できる。したがって、弁体８２の耐久性が低下することを抑制できる。さらに、２つの溝７６の間に支持部８４が設けられており、支持部８４は、２つの溝７６を通る圧縮空気の流れを阻害しにくい。言い換えると、支持部８４は、溝７６を流れる圧縮空気のガイド機構として機能する。したがって、圧縮空気が溝７６の端部７６Ｂに向けて確実に供給され、圧縮空気の流通量を確保できる。
さらに、第２弁座３８の底面視で、吸気口５２は弁体８２の自由端８２Ａに近い箇所に配置されている。このため、弁体８２がリブ８１から離れる場合、吸気口５２と第２圧縮室４０との圧力差で動作し易くなり、第３リード弁５３の開き遅れを抑制できる。したがって、吸気口５２から第２圧縮室４０に吸い込まれる圧縮空気の量を増加できる。また、２つの溝７６は、第２弁座３８を貫通していないので、第２弁座３８の強度が低下することを抑制できる。
（実施の形態２）　第２圧縮部２１の実施の形態２を、図１１～図１６を参照して説明する。実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成については、実施の形態１と同じ符号を付してある。第２弁座３８は、２つの溝９４，９５を有し、２つの溝９４，９５は吸気口５２につながっている。２つの溝９４，９５は、第２弁座３８を貫通しておらず、２つの溝９４，９５は、第２圧縮室４０につながる。２つの溝９４，９５は、中心線Ｂ１方向で異なる位置に配置されている。第２弁座３８を底面視する図１３において、溝９４の配置領域は、第２圧縮室４０の配置領域外にある。溝９５の配置領域は、第２圧縮室４０の配置領域内にあり、かつ、弁体８８の配置領域外にある。２つの溝９４，９５の配置領域は、吸気口５２の配置領域と重なっている。中心線Ｂ１に沿った方向で、溝９４の端部９４Ａと溝９５の端部９５Ａとは、最も離れた箇所にあり、吸気口５２は、端部９４Ａと端部９５Ａとの間に配置されている。
第２弁座３８は、中心線Ｂ１方向で、２つの溝９４，９５の間に配置した支持部９６を有する。第２弁座３８は、２つの溝９４，９５の周囲を囲むリブ９７を有する。端面７３に逃げ溝９８が設けられており、リブ９７は逃げ溝９８の底面から突出している。リブ９７及び支持部９６の先端の高さは同じである。つまり、リブ９７及び支持部９６は、全体として数字「８」の形状に配置されている。弁体８２は、中心線Ｂ２方向の幅が一定である。
実施の形態２において、実施の形態１と同じ構成については、実施の形態１と同じ作用効果を得ることができる。実施の形態２の第２圧縮部２１は、第２圧縮室４０の空気圧で弁体８２がリブ９７に押し付けられると、吸気口５２と第２圧縮室４０とが遮断される。つまり、第４リード弁５６は、図１１及び図１５のように閉じられた状態となる。また、実施の形態２の第２圧縮部２１は、吸気口５２の空気圧で弁体８２がリブ９７から離れると、吸気口５２と第２圧縮室４０とが接続される。つまり、第４リード弁５６は、図１２及び図１４のように開いた状態となる。吸気口５２の圧縮空気は、２つの溝９４，９５を経由して第２圧縮室４０へ吸い込まれる。弁体８２は、第２圧縮室４０の空気圧でリブ９７に押し付けられ、かつ、支持部９６に押し付けられる。つまり、支持部９６は弁体８２を支持する。このため、弁体８２で発生する負荷応力の増加を抑制できる。
第２弁座３８の底面視で、第２圧縮部２１は、吸気口５２の配置面積よりも、２つの溝９４，９５の配置面積の方が広い。このため、吸気口５２から第２圧縮室４０に吸い込まれる空気量を増加することができる。
また、実施の形態２において、吸気口５２の開口面積Ｍ１と、支持部９６の占有面積Ｍ２との差Ｍ３との関係は、次式で表すことができる。
Ｍ１－Ｍ２＝Ｍ３
Ｍ３＞Ｍ２
例えば、開口面積Ｍ１と占有面積Ｍ２との比を、
４：６
に設定することができる。また、溝９４の開口面積は溝９５の開口面積よりも広く設定することができる。なお、実施の形態２において、支持部９６は中心線Ｂ２方向に連続して配置される構造、または、中心線Ｂ２方向の一部に切り欠きが設けられている構造、の何れでもよい。支持部９６に中心線Ｂ２方向で一部に切り欠きが設けられている場合、溝９４と溝９５とは、切り欠きを介してつながる。
第２弁座３８が、支持部９６及びリブ９７を備えている場合、第２弁座３８に取り付けることの可能な弁体８２の他の例を、図１６を参照して説明する。図１６に示す弁体８２は、中心線Ｂ２方向の両縁に切り欠き９９が形成されている。弁体８２は、切り欠き９９が形成された箇所の幅は、切り欠き９９が形成されていない箇所の幅よりも狭い。弁体８２の幅は、中心線Ｂ２方向の幅を意味する。つまり、第２弁座３８の底面視で、弁体８２の外周形状が、リブ９７の外周形状と近似する。このため、弁体８２がリブ９７に密着し易くなり、溝９４，９５を塞ぐ弁体８２のシール性が向上する。また、リブ９７から弁体８２の外周までの距離が短くなるため、リブ９７を通過した空気が第２圧縮室４０に流入し易くなり、空気量を増大できる。　
（実施の形態３）第２圧縮部２１の実施の形態３を、図１７～図２２を参照して説明する。図１７～図２２に示す要素のうち、図３～図７に示す要素と同じ要素は、同じ符号を付してある。第２弁座３８は、凹部７５内に配置した２つの溝１００を有する。２つの溝１００は、第２弁座３８を貫通しておらず、２つの溝１００の間に支持部１０１が設けられている。支持部１０１は、中心線Ｂ２方向で２つの溝１００の間に配置されている。２つの溝１００は中心線Ｂ１に対して平行であり、２つの溝１００の端部は、共に吸気口５２につながっている。第２弁座３８は、図１７及び図１８のように、２つの溝１００と吸気口５２とを接続する内面１０６を有する。内面１０６は円弧状に面取りが施されている。
第２弁座３８を底面視した図１９において、吸気口５２及び２つの溝１００の配置領域はＵ字状である。２つの溝１００の配置領域は、第２圧縮室４０の配置領域内にある。２つの溝１００の配置領域は、弁体８８の配置領域内から配置領域外に亘っている。支持部１０１の先端１０２は、吸気口５２の配置領域内にある。吸気口５２は、中心線Ｂ１上で幅Ｃ２を有する。幅Ｃ２は、中心線Ｂ１上で、吸気口５２の内面と、先端１０２との間の距離である。２つの溝１００は、中心線Ｂ２方向で幅Ｃ３を有する。幅Ｃ２は幅Ｃ３よりも大きい。２つの溝１００の端部１０３は、中心線Ｂ１方向で、箇所９３と中心線Ｂ２との間に位置する。吸気口５２の全面積Ｍ４と、支持部１０１と吸気口５２とが重なる箇所の面積Ｍ５との関係は、次式のように設定されている。
Ｍ４＞Ｍ５
Ｍ４－Ｍ５＝Ｍ６
Ｍ６＞Ｍ５
Ｍ６は、全面積Ｍ４と面積Ｍ５との差である。
第２弁座３８の凹部７５に、リブ１０４が設けられている。リブ１０４は、吸気口５２及び２つの溝１００の外周に沿って環状に配置されている。つまり、リブ１０４は、支持部１０１にも設けられている。また、第２弁座３８は、凹部７５に逃げ溝１０５を備えている。逃げ溝１０５は、リブ１０４の外周に沿って環状に配置されている。
第２圧縮部２１における第３リード弁５３の作用は、次の通りである。第２ピストン３９が下死点に向けて移動する行程で、吸気口５２の空気圧を受ける弁体８２は、箇所９３を支点として弾性変形し、かつ、リブ１０４から離れる。その結果、吸気口５２は第２圧縮室４０に接続され、かつ、２つの溝１００は、第２圧縮室４０に接続される。つまり、第３リード弁５３は、図１８、図２１、図２２のように開いた状態となる。第３リード弁５３が開くと、吸気口５２を通る圧縮空気は、第２圧縮室４０へ吸い込まれる。また、吸気口５２を通る空気の一部は、２つの溝１００を経由して、第２圧縮室４０へ吸い込まれる。
第２ピストン３９が上死点に向けて移動する行程で、第２圧縮室４０の圧力が吸気口５２の圧力よりも高くなると、弁体８２は、第２圧縮室４０の圧力でリブ１０４に押し付けられ、吸気口５２と第２圧縮室４０とが遮断され、かつ、２つの溝１００と第２圧縮室４０とが遮断される。つまり、第３リード弁５３は、図１７及び図２０のように閉じた状態となる。
第２圧縮部２１は、第３リード弁５３が開いた状態になると、圧縮空気は、吸気口５２及び２つの溝１００を介して第２圧縮室４０に吸い込まれる。したがって、第３リード弁５３が開いた状態における空気の流路面積が増大し、第２ピストン３９が１往復する間における空気の吸入量及び吐出量を、増加することができ、空気圧縮機１０の性能を向上することができる。また、第２弁座３８の内面１０６は円弧状である。このため、吸気口５２内の圧縮空気の一部が２つの溝１００へ向かう通路の断面積が緩やかに変化する。したがって、圧縮空気の流れがスムースになる。
また、リブ１０４の外周に逃げ溝１０５が設けられているため、弁体８２がリブ１０４に押し付けられる場合に、単位面積当たりの接触圧力が増加し、弁体８２とリブ１０４との間のシール性が向上する。また、面積Ｍ５は面積Ｍ４よりも小さいため、吸気口５２を通る圧縮空気が、支持部１０１の先端１０２によって阻害されず、圧縮空気の流通抵抗が増大することを抑制できる。なお、実施の形態３において、第４リード弁５６の作用は、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
図２３は、実施の形態３における第２弁座３８の他の例を示す底面図である。第２弁座３８は、凹部７５に溝１０７を有する。溝１０７は、第２弁座３８を貫通しておらず、溝１０７は、吸気口５２につながる中間部１０８と、中間部１０８につながる２つの延長部１０９と、を有する。２つの延長部１０９は互いに平行であり、かつ、中心線Ｂ１に対して平行である。第２弁座３８は、２つの延長部１０９の間に配置した支持部１１０を有する。第２弁座３８は、中間部１０８と吸気口５２とをつなぐ内面１０６を有し、内面１０６は円弧状である。支持部１１０の先端１０２は、吸気口５２の配置領域外であり、かつ、弁体８８の配置領域内にある。つまり、中心線Ｂ１方向で、支持部１１０の長さは、図１９に示す支持部１０１の長さよりも短い。
第２弁座３８の凹部７５に、リブ１０４が設けられている。リブ１０４は、吸気口５２及び溝１０７の外周に沿って環状に配置されている。つまり、リブ１０４は、支持部１１０にも設けられている。また、第２弁座３８は、凹部７５に逃げ溝１０５を備えている。逃げ溝１０５は、リブ１０４の外周に沿って環状に配置されている。
第２圧縮部２１において、第３リード弁５３が開閉する作用は、前述と同じである。第３リード弁５３が開くと、吸気口５２を通る圧縮空気は、第２圧縮室４０へ吸い込まれる。また、吸気口５２を通る空気の一部は、溝１０７を経由して、第２圧縮室４０へ吸い込まれる。
第２圧縮部２１は、第３リード弁５３が開いた状態になると、圧縮空気は、吸気口５２及び溝１０７を介して第２圧縮室４０に吸い込まれる。したがって、第３リード弁５３が開いた状態における空気の流路面積が増大し、第２ピストン３９が１往復する間における空気の吸入量及び吐出量を増加することができ、空気圧縮機１０の性能が向上する。図２３に示す溝１０７の開口面積は、図１９に示す２つの溝１００の開口面積よりも広く、空気の流通量を一層増加できる。
ここで、本発明の構成と実施の形態で説明した構成との対応関係を説明すると、第２圧縮室４０が、本発明の第１空気室に相当し、吸気口５２が、本発明の第１通気口に相当し、第２弁座３８が、本発明の弁座に相当し、溝７６，９４，９５，１００が、本発明の溝に相当し、弁体８２が、本発明の第１弁体に相当し、自由端８２Ａが、本発明の第１弁体の自由端に相当し、弁体８８が、本発明の第２弁体に相当し、自由端８８Ａが、本発明の第２弁体の自由端に相当し、支持部８４，９６，１０１が、本発明の支持部に相当し、端部７６Ａ，７６Ｂ，９４Ａ，９５Ｂ，１０３が、本発明の端部に相当し、端面７３が、本発明の「第１空気室を形成する箇所」に相当する。
また、箇所９３が、本発明の所定箇所に相当し、先端１０２が、本発明の自由端に相当し、第２吐出口５５が、本発明の第２通気口に相当し、第２吐出室５４が、本発明の第２空気室に相当し、中心線Ｂ１が、本発明の第１中心線に相当し、中心線Ｂ２が、本発明の第２中心線に相当し、通路８６が、本発明の通路に相当する。また、第２弁座３８の底面視が、本発明における「弁座の平面視」に相当する。底面及び平面は、共に軸線Ａ１に対して垂直な面であり、何れの方向から見た場合も、本発明の発明特定事項に相違はない。本発明において、弁体の開き量は、弁体がリブから離れる量で表される。弁体がリブから離れる量は、弁体の長さ方向で異なるが、離れる量の最大値、最小値、平均値の何れで把握してもよい。要は、弁体の最大開度が規制されていればよい。
本発明の空気圧縮機は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明の弁体は、厚さ方向に弾性変形して通気口及び溝を開閉する弁体の他、支持軸を支点として厚さ方向に動作可能な平板状の弁体と、を含む。支持軸を支点として厚さ方向に動作可能な弁体は、弾性変形しなくてもよい。本発明は、弁体８８が第２排気室の圧力でリブ９１に押し付けられる場合に、実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３のいずれかで説明した支持部を、第２弁座３８の端面７４に設ける構造を含む。この場合、第２吐出室５４が、本発明の第１空気室に相当し、端面７４が、本発明の「第１空気室を形成する箇所」に相当する。また、実施の形態１で説明した弁体の通路は、単数または複数の何れでもよい。弁体に複数の通路を設ける場合、通路同士の形状は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
さらに、本発明は、第１圧縮部２０の吸気口を開閉する第１リード弁が第３リード弁５３と同じ構造であれば、第１圧縮部２０の吸気口を開閉する第１リード弁の弁体が取り付けられる第１弁座３２に、何れかの実施の形態で説明した支持部を、第１弁座３２の端面に設ける構造を含む。この場合、第１圧縮室３４が、本発明の第１空気室に相当し、第１弁座３２の端面が、本発明の「第１空気室を形成する箇所」に相当する。
また、第１圧縮部２０の第１吐出口４７を開閉する第２リード弁４８が、第４リード弁５６と同じ構造であれば、何れかの実施の形態で説明した支持部を、第１弁座３２の端面に設ける構造を含む。この場合、第１吐出室４６が、本発明の第１空気室に相当し、第１弁座３２の端面が、本発明の「第１空気室を形成する箇所」に相当する。さらに、実施の形態２、または、実施の形態３における弁体８２は、実施の形態１で説明した弁体８２の通路８６を備えていてもよい。第１リード弁の弁体または第２リード弁４８の弁体に、実施の形態１で説明した通路８６を設けてもよい。
１０…空気圧縮機、１１，１２…空気タンク、１３…基台、１４…脚部、１５…ハンドル、１６…モータ、１７…圧縮空気生成部、１８…カバー、１９…クランクケース、２０…第１圧縮部、２１…第２圧縮部、２２…ステータ、２３…ロータ、２４…回転軸、２５…軸受、２６…制御回路基板、２７，２８…冷却ファン、２９…ホール素子基板、３０…第１シリンダ、３１…第１シリンダヘッド、３２…第１弁座、３３…第１ピストン、３４…第１圧縮室、３５…第１コネクティングロッド、３６…第２シリンダ、３７…第２シリンダヘッド、３８…第２弁座、３９…第２ピストン、４０…第２圧縮室、４１…第２コネクティングロッド、４２…フィルタエレメント、４３…フィルタカバー、４４…内部、４５…吸気通路、４６…第１吐出室、４７…第１吐出口、４８…第２リード弁、４９…配管、５０…吸気通路、５１，５７，９２…エルボ、５２…吸気口、５３…第３リード弁、５４…第２吐出室、５５…第２吐出口、５６…第４リード弁、５８，５９…カプラ、６０，６１…減圧弁、６２，６３…圧力計、６４…安全弁、６５…ドレン排出装置、６６…操作部、６７…操作パネル、６８…通気窓、６９，８３…ねじ、７０…リング、７０，７２…リング、７１…ガスケット、７３，７４…端面、７５…凹部、７６，９４，９５，９８，１００，１０５，１０７…溝、７６Ａ，７６Ｂ，７８，７９，９４Ａ，９５Ａ，９５Ｂ，１０３…端部、７７…ピストン収容孔、８０…逃げ溝、８１，９１，９７，１０４…リブ、８２，８８…弁体、８２Ａ，８８Ａ…自由端、８４，９６，１０１，１１０…支持部、８５…押さえ部、８６…通路、８７…凹部、９０…押さえ板、９３…箇所、１０２…先端、１０６…内面、１０８…中間部、１０９…延長部、Ａ１…軸線、Ｂ１，Ｂ２…中心線、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…幅、Ｍ１…開口面積、Ｍ２…占有面積、Ｍ３…面積の差、Ｍ４，Ｍ５…面積、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…圧力、Ｑ１，Ｑ２…流量

Claims (11)

  1. 第１空気室と、前記第１空気室につながる第１通気口が貫通して設けられた弁座と、を備えた空気圧縮機であって、前記弁座のうち前記第１空気室を形成する箇所に設けられ、かつ、前記第１通気口と第１空気室とをつなぐ溝と、前記弁座に設けられ、かつ、前記第１通気口及び前記溝を開閉する第１弁体と、前記弁座に設けられ、かつ、前記第１弁体が前記第１通気口及び前記溝を閉じている場合に前記第１弁体を支持する支持部と、を有し、前記溝は、前記弁座の第１弁体が設けられている側に配置された複数の端部を備えている、空気圧縮機。
  2. 前記第１弁体は、平板状であり、かつ、固定端を支点として自由端が厚さ方向に動作可能であり、前記第１弁体が厚さ方向に動作して前記第１通気口及び前記溝を開閉し、前記第１通気口は、前記自由端及び前記支点を通る第１中心線方向で、前記自由端と前記支点との間に配置されている、請求項１記載の空気圧縮機。
  3. 前記複数の端部は、前記第１中心線方向に沿い、かつ、互いに平行な複数の溝を含み、前記端部は、前記第１中心線方向で前記第１通気口に接続されている箇所の反対に位置する、請求項１または２記載の空気圧縮機。
  4. 前記支持部は、前記複数の溝同士の間に配置されている、請求項３記載の空気圧縮機。
  5. 前記第１通気口は、前記弁座の平面視で、前記第１空気室の配置領域の内外に亘って配置されている、請求項１～４のいずれか１項記載の空気圧縮機。
  6. 前記弁座は、前記第１弁体の開き量を規制する押さえ部を有する、請求項５記載の空気圧縮機。
  7. 前記弁座は、前記第１空気室につながり、かつ、前記弁座を貫通する第２通気口を有し、前記第２通気口に接続する第２空気室が設けられ、前記第１空気室の圧縮空気は、前記第２通気口を介して前記第２空気室へ吐出される、請求項１～６のいずれか１項記載の空気圧縮機。
  8. 前記弁座を支点として自由端が動作し、かつ、前記第２通気口を開閉する平板状の第２弁体が設けられている、請求項７項記載の空気圧縮機。
  9. 前記弁座の平面視で、前記第１弁体の前記第１中心線と、前記第２弁体の前記支点を通る長手方向の第２中心線と、が、互いに交差する、請求項８記載の空気圧縮機。
  10. 前記第１弁体を厚さ方向に貫通する通路が設けられている、請求項１記載の空気圧縮機。
  11. 前記通路は、前記弁座の平面視で、前記支持部の配置領域内に配置されている請求項１０記載の空気圧縮機。
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