JP2009008039A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮ピストンが上下死点で荷重伝達方向が反転するときの衝撃を緩衝して騒音の１つの要因を除去する。
【解決手段】クランクケース１内に回転自在に設けられた回転軸３に軸受け９を介してコンロッド１０、１１を取り付け、コンロッド１０、１１の先端に設けた圧縮ピストン１２、１３を圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストン１２、１３によって圧縮シリンダ１４、１５内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、上記圧縮ピストンを、上記コンロッド１０、１１と一体の下部ピストン１８とその上部に配された上部ピストン１９とから構成し、下部ピストン１８と上部ピストン１９とを、シール用リップリング２７と緩衝材２８とを介して固定した。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気圧縮機の圧縮用の圧縮ピストンが圧縮シリンダ内を往復動するときの衝撃を緩衝して運転時の騒音を小さくする圧縮ピストンの緩衝構造を備えた空気圧縮機に関する。

一般に、圧縮シリンダ内を往復動する圧縮ピストンによって空気を圧縮する空気圧縮機においては、圧縮ピストンが往復動する際に、上下死点を境にして荷重の伝達方向が反転する。このとき圧縮ピストンは反対方向に振られる。また、圧縮ピストン質量の往復動慣性力も上下死点で反転する。このため、コンロッド・軸受け間あるいは圧縮ピストン・圧縮シリンダ間に衝撃が発生する。

例えば、ロッキングピストン型（往復揺動型）の空気圧縮機（特許文献１参照）では、コンロッドと軸受けとの間にわずかながら隙間が形成されている。軸受けの運動方向とコンロッドの運動方向とは異なるから、コンロッドが逆方向に移動したときに軸受けに衝撃的に当たる。コンロッドは高速で反転するから、衝撃が振動伝播により音となる。

また、圧縮ピストンがコンロッドの先端に設けられた圧縮ピストンピンに回動自在に設けられている空気圧縮機（特許文献２参照）においては、圧縮ピストンの外周面にはガイドライナーが設けられている。このガイドライナーは圧縮ピストンを圧縮シリンダに沿って運動するようにガイドするものであるが、圧縮シリンダと圧縮ピストンとの間にはわずかながら隙間があるので、コンロッドが上下死点で逆方向に移動して上下の荷重が切り替わったときに、圧縮ピストンには斜めになる。斜めになった圧縮ピストンが圧縮ピストン断面の２つの対角線の先端の部分が圧縮シリンダの内面に交互に当たり、このときの衝撃でコギング音のような騒音が発生する。

このように、コンロッド・軸受け間あるいは圧縮ピストン・圧縮シリンダ間に衝撃が発生すると、この衝撃が圧縮機のいろいろな部分に伝播し、この振動伝播が音となり、騒音の原因のひとつとなっている。騒音はその機械により発生している要因全てに対策をとらないと大きな効果が得られない。
特開２００１−５０１５９公報 特開平８−２５４１７８号公報

本発明は、上記問題点を解消し、圧縮ピストンが上下死点で荷重伝達方向が反転するときの衝撃を緩衝して騒音の１つの要因を除去することができる、空気圧縮機における圧縮ピストンの緩衝構造を提供するものである。

すなわち、上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、クランクケース内に回転自在に設けられた回転軸に偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、上記圧縮ピストンを、上記コンロッドと一体の下部ピストンとその上部に配された上部ピストンとから構成し、下部ピストンと上部ピストンとを、シール用リップリングと緩衝材とを介して固定したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記下部ピストンの上部に中間部材を介して上部ピストンを配置し、上部ピストンと中間部材との間に上記シール用リップリングを固定するとともに、上部ピストンと下部ピストンとを上記緩衝材を固定した
ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記上部ピストンは頭付きボルトによって下部ピストンに固定され、上記ボルト頭部と上部ピストンとの間に緩衝材を介装したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、上記下部ピストンの中央には凹部を形成し、上記上部ピストンの中央部には上記凹部に遊びをもって挿入される筒部を形成するとともに、上記凹部と筒部との間にはガイドライナーを取付けたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、クランクケース内に回転自在に設けられた回転軸に偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、上記圧縮ピストンを上記コンロッドの端部に回動可能に設けるとともに、上記圧縮ピストンの外周面と上記圧縮ピストンの外周に設けたガイドライナーの内周面との間の上部と下部にそれぞれ緩衝材を配置したことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、クランクケース内に回転自在に設けられた回転軸に偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、上記ピストンロッドを上下に分割し、緩衝材を介して連結したことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、圧縮シリンダ内の圧縮ピストンを、コンロッドと一体の下部ピストンとその上部に配された上部ピストンとから構成し、下部ピストンと上部ピストンとを、シール用リップリングと緩衝材とを介して固定した構成であるから、圧縮ピストンが上下死点で反転するときに衝撃が発生しても、圧縮ピストン全体の中で上部ピストンの質量分の衝撃エネルギーは緩衝材により吸収されるので、全体の衝撃は緩和される。したがって、その分コンロッドとその内側の軸受け間の騒音の発生が少なくなり、運転時の音が静かになる。

請求項２に係る発明によれば、圧縮ピストンを、コンロッドと一体の下部ピストンの上部に中間部材を介して上部ピストンを配置し、上部ピストンと中間部材との間にシール用リップリングを固定し、上部ピストンと下部ピストンとを緩衝材を介して固定した構成であるから、シール用リップリングと緩衝材とはそれぞれ別個に固定されるから、強固に固定されるとともに、請求項１の場合と同様に、圧縮ピストンが上下死点で反転するときに衝撃が発生しても、圧縮ピストン全体の中で上部ピストンの質量分の衝撃エネルギーは緩衝材により吸収されるので、全体の衝撃は緩和され、その分コンロッドとその内側の軸受け間の騒音の発生が少なくなり、運転時の音が静かになる。

請求項３に係る発明によれば、上部ピストンは頭付きボルトによって下部ピストンに固定され、上記ボルト頭部と上部ピストンとの間に緩衝材を介装したので、下部ピストンの振動が頭付きボルトに伝達されないので、運転時の衝撃の緩和が損なわれることはない。

請求項４に係る発明によれば、下部ピストンの中央には凹部を形成し、上部ピストンの中央部には上記凹部に遊びをもって挿入される筒部を形成するとともに、上記凹部と筒部との間にはガイドライナーを取付けた構成であるから、上部ピストンの移動はガイドライナーによって常に正しく案内される。

請求項５に係る発明によれば、圧縮ピストンを上記コンロッドの端部に回動可能に設けるとともに、圧縮ピストンの外周面と上記圧縮ピストンの外周に設けたガイドライナーの内周面との間の上部と下部にそれぞれ緩衝材を配置したので、圧縮ピストンが往復動する際に、上下死点を境にして荷重の伝達方向が反転したときに圧縮ピストンのガイドライナーと圧縮シリンダとの間で発生した衝撃は緩衝材によって緩和される。したがって、その分圧縮ピストン・圧縮シリンダ間の騒音の発生が少なくなり、運転音は静かになる。

請求項６に係る発明によっても、圧縮ピストンが上下死点で反転するときに衝撃が発生しても、圧縮ピストン全体の中で分割された上の部分の圧縮ピストンの質量分の衝撃エネルギーは緩衝材により吸収されるので、全体の衝撃は緩和される。したがって、その分コンロッドとその内側の軸受け間の騒音の発生が少なくなり、静かな運転音を期待することができる。

図１に基づいて本発明に係る空気圧縮機の構造について説明する。

本発明の空気圧縮機Ａは往復動型であり、符号１はクランクケースを示す。クランクケース１内には電動モータ２と回転軸３とが収容されているとともに、固定子コイル等から構成されたステータ４が設けられ、ロータ５を外周側から包囲している。ロータ５はステータ４との間で作用する電磁力によって回転軸３を回転させるもので、永久磁石等からなり、回転軸３に一体的に設けられている。回転軸３はクランクケース１の電動モータ２側の端壁とケースキャップ６の中央にそれぞれ設けられたボールベアリング７に回転自在に支持されている。

回転軸３には２つの偏心板８が固定され、それぞれ軸受け９を介して２本のコンロッド１０、１１が連結され、一方のコンロッド１０は一次圧縮機の圧縮ピストン１２に連結され、他方のコンロッド１１は二次圧縮機の圧縮ピストン１３に連結されている。

一次圧縮機ａ１の圧縮ピストン１２は円筒状の圧縮シリンダ１４に摺動自在に収容されている。二次圧縮機ａ２の圧縮ピストン１３は円筒状の圧縮シリンダ１５に摺動自在に収容されている。そして、一次圧縮機ａ１の圧縮シリンダ１４には大気が導入される。すなわち、大気はクランクケース１のケースキャップ６に形成した吸気孔（図示せず）からクランクケース１の内部に導入され、さらに一次圧縮機ａ１の圧縮シリンダ１４の上室に取り込まれるように構成されている。二次圧縮機ａ２の圧縮シリンダ１５には一次圧縮機ａ１から吐出された一次圧エアが供給されるように構成され、二次圧縮機ａ２によって圧縮された圧縮空気が外部の図示されない空気タンクに供給されて貯留されるようになっている。

すなわち、電動モータ２が作動すると、回転軸３が回転するが、一次圧縮機ａ１の偏心板８とコンロッド１０によって回転が往復運動に変換され、圧縮ピストン１２が圧縮シリンダ１４内を往復動する。圧縮ピストン１２が吸気工程で後退移動すると、圧縮シリンダ１４内のスペースが急に拡張するので内部が負圧になり、空気が圧縮シリンダ１４に導入される。また、圧縮工程に移って圧縮ピストン１２が前進移動すると、逆にクランクケース１内のスペースが急に拡張するので、クランクケース１内に空気が取り込まれ、同時に圧縮シリンダ１４内のスペースは収縮して圧縮されるので、圧縮シリンダ１４に形成した吐出口１６が開いて圧縮空気が吐出される。これにより、圧縮シリンダ１４内に送り込まれた大気は圧縮シリンダ１４内で圧縮されて一次圧エアとして吐出される。一次圧エアは二次圧縮機ａ２の圧縮シリンダ１５に供給される。圧縮シリンダ１５内の一次圧エアは同様にして往復動する圧縮ピストン１３によってさらに圧縮されて二次圧エアとして吐出され、昇圧されて空気タンクに供給されて貯留されるのである。

次に、本発明は主に圧縮ピストンの構造に関するもので、１つの実施形態は一次圧縮機ａ１のロッキングピストンに、また他の実施形態は二次圧縮機ａ２の通常の圧縮ピストンに関係するものであるから、以下個別に説明する。

［実施形態１］
図２において、符号１２は図１に示されたロッキングピストンで、コンロッド１０と一体の下部ピストン１８とその上部の上部ピストン１９とから構成されている。

下部ピストン１８の上面の中央には凹部２０が形成され、凹部２０の中心にはねじ孔２９が形成されている。

上部ピストン１９は下部ピストン１８をほぼ同じ外径を有する円板状部材であるが、中央上部には凹陥部２１が形成され、凹陥部２１の中央部から下方に内筒部２２が形成されている。また、凹部２０と内筒部２２の中心にはねじの挿通孔２３が形成されている。

上部ピストン１９の下部には中間部材２４が配置されている。中間部材２４は、上部ピストン１９と略同じ外径を有する金属製のドーナツ状円板体の中央の円孔から下方に外筒部２６を突出形成したもので、外筒部２６は、下部ピストン１８の凹部２０の内側に嵌合するとともに、上部ピストン１９の内筒部２２の外側に螺合されている。

次に、下部ピストン１８と上部ピストン１９とは、シール用リップリング２７と緩衝材２８とを介して固定されている。リップリング２７は可撓性材料からなるドーナツ状のシール用部材である。

上部ピストン１９と下部ピストン１８との間に中間部材２４とリップリング２７と緩衝材２８とを取り付けるにあたっては、上部ピストン１９の内筒部２２の外側に中間部材２４の外筒部２６を嵌合し、上部ピストン１９と中間部材２４との間にリップリング２７を挟む。さらに、凹部２０の内周面にガイドライナー３０を嵌合しておく。この状態で下部ピストン１８と中間部材２４とを上部ピストン１９上に重合し、中間部材２４の外筒部２６を下部ピストン１８の凹部２０内に嵌合する。なお、上部ピストン１９を下部ピストン１８上に重合するとき、下部ピストン１８の上面には予めリング状の緩衝材２８を２重に配しておく。また、凹部２０の底部上面にもリング状の緩衝材３２を配しておく。したがって、上部ピストン１９は緩衝材２８を介して下部ピストン１８上に重合する。

さらに、固定用の頭付きボルト３３を上部ピストン１９の凹陥部２１のねじ挿通孔２３から挿通し、下部ピストン１８の凹部２０の中心のねじ孔２９に螺着する。上記頭付きボルト３３のボルト３３の頭部３４の下面と上部ピストン１９の凹陥部２１の上面との間には緩衝材３５を配置する。

なお、上記頭付きボルト３３の軸部の外周面と上部ピストン１９の内筒部２２の内周面との間にはシール材３６が取り付けられている。

上記構成によれば、上記固定用の頭付きボルト３３によって、上部ピストン１９と中間部材２４との間にはリップリング２７が挟持固定され、上部ピストン１９の外周面の外側にスカート状に張り出して、圧縮シリンダとの間のシールが確保されている。そして、電動モータ２等により回転軸３が回転すると、偏心板８の回転がコンロッド１０の直線運動に変換され、圧縮ピストン１２は圧縮シリンダ１４内で往復動し、圧縮シリンダ１４の上室内に空気を吸気した後に圧縮して二次圧縮機に送り出すように構成されている。

また、下部ピストン１８と中間部材２４とともに固定された上部ピストン１９とは緩衝材２８を介して分離した状態となる。このため、圧縮ピストンが往復運動している場合、圧縮ピストン１２が上下死点で反転するときに衝撃が発生しても、圧縮ピストン１２全体の中で上部ピストン１９の質量分の衝撃エネルギーは緩衝材２８により吸収されるので、全体の衝撃は緩和される。したがって、その分コンロッド１０とその内側の軸受け９間の騒音の発生が少なくなり、静かになる。

なお、上記圧縮ピストン１２が下死点から反転して上死点に向かうように切り替わったときに、上部ピストン１９が頭付きボルト３３のボルト頭部３４の下面に衝撃的に当たるが、上記頭部３４の下面と上部ピストン１９の上面との間には緩衝材３５が設けられているので、上記衝撃も緩和される。したがって、この部分の騒音発生の原因も除去される。

また、下部ピストン１８の中央の凹部２０には上部ピストン１９の内筒部２２が挿入され、凹部２０と内筒部２２との間にはガイドライナー３０が取付けられているから、上部ピストン１９の移動はガイドライナー３０によって常に正しく案内される。そして、外筒部２６と凹部２０上面との間にはシール材３２が取り付けられているから、圧縮シリンダ１４の上室で圧縮された空気が中間部材２４と下部ピストン１８との間を通って圧縮シリンダ１４の下室に漏れることが確実に防止できる。

なお、固定用のボルト３３は１本に限定されない。図３は上部ピストン１９を下部ピストン１８に固定する手段として、固定用の頭付きボルト３３を２本使用する場合の例を示すものである。

また、圧縮ピストン構造の他の形態として、圧縮ピストンではなく、図４に示すように、コンロッド１０のロッド部分１０ａ、１０ｂを上下に分割して緩衝材３８を介して連結するようにしてもよい。この場合も、圧縮ピストン１２が上下死点で反転するときに衝撃が発生しても、圧縮ピストン全体の中で分割された上の部分の圧縮ピストン１２の質量分の衝撃エネルギーは緩衝材３８により吸収されるので、全体の衝撃は緩和される。したがって、その分コンロッド１０、１１とその内側の軸受け９間の騒音の発生が少なくなり、運転音は静かになる。

［実施形態２］
図５において、符号１３は図１に示す二次圧縮機ａ２の圧縮ピストンで、この圧縮ピストン１３はコンロッド１１の上端に設けられたピストンピン４０を介して回動可能に支持され、また前述のように圧縮シリンダ１５内に往復動可能に嵌合している。

圧縮ピストン１３は有底円筒状に形成され、側壁部に設けられたピストンピン４０に回動自在に軸受けさせている。

また、圧縮ピストン１３の外周面の上端にはピストンリング４２が取り付けられている。上記外周面の外周にはガイドライナー４３が取り付けられている。ガイドライナー４３は、圧縮ピストン１３が往復動する際に傾かないようにガイドする部材である。

次に、圧縮ピストン１３の外周面と上記ガイドライナー４３の内周面の上部と下部との間にはそれぞれ緩衝材４４が配置されている。

上記圧縮ピストン構成によれば、圧縮ピストン１３が往復運動している場合、圧縮ピストン１３が上下死点で反転し、上下の荷重が切り替わったときに、図６に示すように圧縮ピストン１３が瞬間的に逆方向に傾き、圧縮シリンダ１５に対して斜めになる。斜めになったとき、ガイドライナー４３の、圧縮ピストン断面の２つの対角線ｐ、ｑの先端の部分が圧縮シリンダ１５の内面に交互に当たり、衝撃が発生する。しかし、圧縮ピストン１３の外周面の上下部とガイドライナー４３の内周面の上下部との間にそれぞれ緩衝材４４が配置されているので、上記衝撃は緩衝材４４によって緩和される。したがって、その分圧縮ピストン・圧縮シリンダ間の騒音の発生が少なくなり、運転音は静かになる。

なお、ガイドライナー４３が圧縮シリンダ１５に当たって衝撃が発生する部分はガイドライナー４３の上部と下部に限られるから、ガイドライナー４３の中間部には緩衝材４４を設ける必要がない。また、ガイドライナー４３の中間部と圧縮ピストン１３の中間部の外周面を突出させてガイドライナー４３の内面に接触してもよい。

なお、本発明は、一次圧縮機と二次圧縮機の圧縮ピストンに限定されない。ロッキングピストン又は通常圧縮ピストンのいずれかの圧縮機を備えた空気圧縮機にも適用することができる。

本発明に係る空気圧縮機の圧縮ピストン構造の断面図 一次圧縮機の圧縮ピストン部分の断面図 上記圧縮ピストンの他の形態の断面図 上記圧縮ピストンのさらに別の形態の断面図 二次圧縮機の圧縮ピストン部分の断面図 上記圧縮ピストンの上下死点の切り替わりの模式図

符号の説明

１ クランクケース
１２、１３ 圧縮ピストン
１８ 下部ピストン
１９ 上部ピストン
２７ リップリング
２４ 中間部材
２８ 緩衝材

Claims (6)

1. クランクケース内に回転自在に設けられた回転軸に偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、
   上記圧縮ピストンを、上記コンロッドと一体の下部ピストンとその上部に配された上部ピストンとから構成し、下部ピストンと上部ピストンとを、シール用リップリングと緩衝材とを介して固定した
   ことを特徴とする空気圧縮機。
2. 上記下部ピストンの上部に中間部材を介して上部ピストンを配置し、上部ピストンと中間部材との間に上記シール用リップリングを固定するとともに、上部ピストンと下部ピストンとを上記緩衝材を固定した
   ことを特徴とする、請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 上記上部ピストンは頭付きボルトによって下部ピストンに固定され、上記ボルト頭部と上部ピストンとの間に緩衝材を介装したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の空気圧縮機。
4. 上記下部ピストンの中央には凹部を形成し、上記上部ピストンの中央部には上記凹部に遊びをもって挿入される筒部を形成するとともに、上記凹部と筒部との間にはガイドライナーを取付けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空気圧縮機。
5. クランクケース内に回転自在に設けられたクランクシャフトに偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、
   上記圧縮ピストンを上記コンロッドの端部に回動可能に設けるとともに、上記圧縮ピストンの外周面と上記圧縮ピストンの外周に設けたガイドライナーの内周面との間の上部と下部にそれぞれ緩衝材を配置した
   ことを特徴とする空気圧縮機。
6. クランクケース内に回転自在に設けられた回転軸に偏心板を介してコンロッドを取り付け、コンロッドの先端に設けた圧縮ピストンを圧縮シリンダ内で往復動させ、圧縮ピストンによって圧縮シリンダ内に導入された空気を圧縮する空気圧縮機において、
   上記ピストンロッドを上下に分割し、緩衝材を介して連結したことを特徴とする空気圧縮機。

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