JP5373155B1 - 圧縮機又は真空機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの移動方向に小型化され、部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供することを課題とする。
【解決手段】圧縮機又は真空機は、モータと、前記モータによって往復動するピストンと、連通孔が形成された壁部を含み、前記ピストンを収納するクランクケースと、前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した空間を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機又は真空機に関する。

モータによってピストンをシリンダ内で往復動させる圧縮機又は真空機が知られている。特許文献１には、そのような圧縮機が開示されている。一般的な圧縮機又は真空機は、クランクケースの外側にシリンダ本体及びシリンダヘッドが設けられている。

特開２００４−１８３４９８号公報

クランクケースの外側にシリンダ本体及びシリンダヘッドを設ける場合、クランクケースの壁部にシリンダ本体を固定し、シリンダ本体にシリンダヘッドを固定する。この場合、クランクケースの壁部とは別に、ピストンが着座する着座部を設ける必要がある。このため、ピストンの移動方向に装置全体が大型化する場合がある。また、着座部として機能する専用の部品が必要であるため、部品点数が増えている。

一方、圧縮機及び真空機は省スペース化が求められており、それに対応するにはシリンダやクランクケースを小型化したりするなどの対策がとられていた。しかしながら、シリンダを小型化すると圧縮機及び真空機の吸引または排出能力が低下してしまうことがあった。またクランクケースを小型化すると、シリンダ同士が干渉し、シリンダが設置できなくなってしまうので限界があった。

そこで本発明は、ピストンの移動方向に小型化され、部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供することを目的とする。

上記目的は、モータと、前記モータによって往復動するピストンと、連通孔が形成された壁部を含み、前記ピストンを収納するクランクケースと、前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した空間を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備えた圧縮機又は真空機によって達成できる。

本発明によれば、小型化され部品点数が削減された圧縮機又は真空機を提供できる。

図１は、実施例１の圧縮機の外観図である。 図２は、実施例１の圧縮機の外観図である。 図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図４は、本実施例とは異なる圧縮機の一部分を示した断面図である。

図１、２は、実施例１の圧縮機Ａの外観図である。圧縮機Ａは、クランクケース２０、クランクケース２０にも受けられた４つのシリンダ１０ａ〜１０ｄ、クランクケース２０の上部に配置されたファンＦ、を含む。ファンＦは、モータに固定されている。モータについては詳しくは後述する。シリンダ１０ａは、クランクケース２０の外側に固定されたシリンダヘッド１５ａ、クランクケース２０内に設けられたシリンダ本体、を含む。その他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄも同様である。従って、その他のシリンダヘッド１５ｂ〜１５ｄも、クランクケース２０の壁部に設けられている。

具体的には、クランクケース２０の外周の壁部２１ａ〜２１ｄのそれぞれにシリンダヘッド１５ａ〜１５ｄが固定されている。シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄは、図１に示すように、回転軸４２周りに放射状に等間隔に配置されている。壁部２１ａ、２１ｂは隣接し直交し、壁部２１ｃ、２１ｄは隣接し直交している。壁部２１ａ、２１ｃは平行で対向し、壁部２１ｂ、２１ｄは平行で対向している。また、クランクケース２０は、モータ側に上壁部２１ｅが設けられている。シリンダヘッドやシリンダ本体、クランクケース２０は、金属製であり、具体的には放熱性がよいアルミ製である。

モータに固定されたファンＦは、略円筒状の胴体部ＦＭ、胴体部ＦＭの外側に設けられたリング部ＦＲ、胴体部ＦＭとリング部ＦＲとの間に設けられた複数の羽根ＦＢ、を含む。モータが回転することにより、詳しくは後述するがクランクケース２０内のピストンが往復動すると共にファンＦが回転する。これにより、圧縮機Ａ全体を冷却することができる。

図３は、図１のＡ―Ａ断面図である。まず、モータＭについて説明する。モータＭは、コイル３０、ロータ４０、ステータ５０、プリント基板ＰＢ等を有している。ステータ５０は金属製である。ステータ５０は、クランクケース２０に固定されている。ステータ５０には、複数のコイル３０が巻回されている。コイル３０は、プリント基板ＰＢと電気的に接続されている。プリント基板ＰＢは、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板ＰＢには、コイル３０に電力を供給するための不図示の電源コネクタや信号コネクタク、その他の電子部品が実装されている。例えば、電子部品は、コイル３０の通電状態を制御するためのＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）やコンデンサ等である。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。

ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、１つまたは複数の永久磁石４６、を有している。回転軸４２は、クランクケース２０内に配置された複数の軸受に回転可能に支持されている。回転軸４２には、ヨーク４４がハブ４３を介して固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり金属製である。ヨーク４４の内周側面には、１つまたは複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ５０の外周面と対向している。コイル３０が通電されることにより、ステータ５０が励磁される。従って、永久磁石４６とステータ５０との間に磁気的吸引力、反発力が作用する。この磁力の作用により、ロータ４０はステータ５０に対して回転する。このように、モータＭはロータ４０が回転するアウターロータ型のモータである。

ヨーク４４には、ファンＦの胴体部ＦＭが固定されている。具体的には、圧入又は嵌合によりファンＦの胴体部ＦＭがヨーク４４に固定されているが、固定の方法はこれに限定されない。胴体部ＦＭには、複数の孔ＦＨが設けられており、軽量化が図られている。また、ヨーク４４には孔Ｈが設けられている。ファンＦの複数の孔ＦＨの一部とヨーク４４の孔Ｈとが重なるように、ファンＦはヨーク４４に固定されている。これにより、孔Ｈ、ＦＨを介して、モータＭ内に空気の通過が許容される。これによりモータＭの内部、例えばコイル３０の放熱を促進することができる。また、孔Ｈ、ＦＨを介してモータＭ内に流れた空気の一部は、ステータ５０と永久磁石４６との隙間等を介して、シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄ、クランクケース２０側に流れる。これにより、ピストン等の摺動や空気の断熱圧縮等に起因して加熱される圧縮機Ａを冷却できる。尚、図１、２に示した孔Ｈからは、ステータ５０の一部分が露出している。

次にクランクケース２０の内部構造について説明する。回転軸４２は、クランクケース２０内にまで延びている。クランクケース２０内での回転軸４２の部分には、複数のピストン２５ａ〜２５ｃが連結されている。回転軸４２の中心位置に対して偏心した位置に、軸受を介してピストン２５ａの根元部が連結されており、回転軸４２の一方向の回転に伴ってピストン２５ａは往復動する。他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄ、シリンダ１０ｂ〜１０ｄ内をそれぞれ移動する他のピストン２５ｂ〜２５ｄも、同様の構造である。ピストン２５ａ〜２５ｄは、それぞれ位置位相が９０度毎にずれている。クランクケース２０には、モータＭと逆側に低壁部２１ｆが設けられている。

クランクケース２０の壁部２１ａ、２１ｃの内面側には、それぞれシリンダ本体１２ａ、１２ｃが固定されている。回転軸４２が回転することにより、ピストン２５ａの先端部はシリンダ本体１２ａに摺接する。ここで、ピストン２５ａの先端部とシリンダ本体１２ａとクランクケース２０の壁部２１ａとによって、チャンバ１３ａが画定される。チャンバ１３ａの容積は、ピストン２５ａの往復動によって増減する。他のピストンとシリンダ本体も同様の構成である。

図２に示すように、クランクケース２０の壁部２１ｃには通気口２４ｃが設けられている。ピストン２５ａ等が往復動することにより、通気口２４ｃを介してクランクケース２０内に空気が導入される。ピストン２５ａの先端部には連通孔２６ａが設けられている。ピストン２５ａの先端部の先端面には、連通孔２６ａを開閉する不図示の弁部材が設けられている。シリンダヘッド１５ａでは、壁部２１ａとの間で排気室１８ａを画定している。チャンバ１３ａと排気室１８ａとを区分けしている壁部２１ａには、チャンバ１３ａと排気室１８ａとを連通する連通孔２２ａが設けられている。連通孔２２ａは、壁部２１ａの外面側に固定された弁部材Ｖａにより開閉される。その他のシリンダヘッド１５ｂ〜１５ｄや壁部２１ｂ〜２１ｄも同様に構成されている。

ピストン２５ａの往復動によりチャンバ１３ａの容積が変化する。これに伴い、連通孔２６ａを介してチャンバ１３ａ内に空気が導入されてチャンバ１３ａ内の空気が圧縮される。圧縮空気は連通孔２２ａを介して排気室１８ａへ排出される。排気室１８ａには、通気孔１９ａが設けられている。このような通気孔１９ａにチューブなどが接続される。

他のシリンダ１０ｂ〜１０ｄについても同様である。従って、クランクケース２０に形成された通気口を介して、クランクケース２０内に導入された空気は、ピストン２５ａ〜２５ｄの往復動により圧縮されてクランクケース２０の外部に排出される。尚、図３に示すように、クランクケース２０内では、回転軸４２にバランサＢ１、Ｂ２が接続されている。

図３に示すように、クランクケース２０内にシリンダ本体１２ａが配置され、クランクケース２０の壁部２１ａは、ピストン２５ａが着座する着座部として機能している。同様に、他の壁部２１ｂ〜２１ｄもそれぞれピストン２５ｂ〜２５ｄが着座する着座部として機能する。なお、ピストンが着座する際に発生する衝突音を回避するため、ピストンは完全に着座せず、わずかな隙間を開けておいても良い。これにより、ピストン２５ａ〜２５ｄが往復動する方向、換言すれば回転軸４２に直交する方向で圧縮機Ａの大きさが小型化されている。これについて以下で説明する。

図４は、本実施例の圧縮機Ａとは構造が異なる圧縮機Ａ´の例示図である。尚、圧縮機Ａ´については、圧縮機Ａの符号と類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。また、図４は、圧縮機Ａ´の一部分のみを示した断面図である。図４に示すように、圧縮機Ａ´は、クランクケース２０´の壁部２１ａ´の外面側にシリンダ本体１２ａ´が固定されている。また、シリンダ本体１２ａ´にシリンダヘッド１５ａ´が固定されている。シリンダ本体１２ａ´側で画定されたチャンバ１３ａ´と、シリンダヘッド１５ａ´側で画定された排気室１８ａ´との間には、仕切部材２１Ａ´が設けられている。仕切部材２１Ａ´は、ピストン２５ａ´の先端部が着座する着座部として機能する。従って、回転軸４２´に直交する方向に、クランクケース２０´の壁部２１ａ´と、仕切部材２１Ａ´とが併設されていることになる。壁部２１ｃ´、仕切部材２１Ｃ´も同様であり、その他のクランクケース２０´の壁部と仕切部材との関係も同様である。このため、圧縮機Ａ´では回転軸４２に直交する方向の大きさが大型化している。

しかしながら、本実施例のように、クランクケース２０の壁部２１ａ〜２１ｄは、各ピストン２５ａ〜２５ｄの着座部として機能する。このため、本実施例の圧縮機Ａでは、仕切部材２１Ａ´等は不要である。従って、本実施例の圧縮機Ａでは、ピストン２５ａ〜２５ｄの往復動する方向に小型化されていると共に部品点数も削減されている。

また、図４に示した圧縮機Ａ´では、クランクケース２０´の壁部２１ａ´、２１ｃ´のそれぞれには、ピストン２５ａ´、２５ｃ´の軸部を逃すことができるだけの大きさの切欠き２１ａ´１、２１ｃ´１が形成されている。また、その他の壁部にも同様の切欠きが形成されている。一方、本実施例の圧縮機Ａでは、クランクケース２０の壁部２１ａに連通孔２２ａは設けられているが、圧縮機Ａ´の壁部２１ａ´のような大きさの切欠きは形成されていない。このため、クランクケース２０の剛性は、クランクケース２０´よりも大きい。このためクランクケース２０の耐久性が向上している。また、クランクケース２０の剛性が大きいため、加工も容易である。

圧縮機Ａ´では、クランクケース２０´の壁部２１ａ´等には上述した切欠き２１ａ´１等が設けられており、壁部２１ａ´の外面側にシリンダ本体１２ａ´が固定されている。このため、壁部２１ａ´とシリンダ本体１２ａ´との間の隙間から空気の漏れて、駆動音が漏れる可能性がある。本実施例の場合、クランクケース２０には、このような大きな切欠は設けられていない。このため、クランクケース２０から空気が漏れることを防止でき、駆動音が漏れることも防止できる。また、隙間からの空気の漏れを防止するためにこの隙間にゴム製などのシール部材を配置することも考えられるが、このようなシール部材を配置すると部品点数が増大する。本実施例のクランクケース２０は、クランクケース２０´と比較して、空気が漏れる可能性がある箇所が少ないため、このような空気の漏れを防止するためのシール部材の点数も削減されている。

また、本実施例のモータＭは、アウターロータ型である。モータの大きさが同じ場合、インナーロータ型モータと比較してアウターロータ型モータの方が出力が大きくなる傾向がある。換言すれば、インナーロータ型モータと出力が同じ場合には、アウターロータ型モータの方が小型化することができる。このため、本実施例の圧縮機ＡのモータＭは小型化されている。

また、ファンＦはモータＭのヨーク４４に固定されている。このため、例えば、モータＭとによりクランクケース２０を挟む位置にファンを設けた場合と比較して、圧縮機Ａは回転軸４２の方向に小型化されている。

尚、本実施例の圧縮機Ａでは、各シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄから排出された空気は、チューブやパイプによって連結される。即ち、クランクケース２０には、各シリンダヘッド１５ａ〜１５ｄから排出された空気が合流する流路は形成されていない。このため、クランクケースに流路を形成した場合と比較して、クランクケース２０の製造が容易であり、クランクケース２０は小型化、軽量化されている。

ファンＦは、合成樹脂製である。ファンＦが固定されているヨーク４４は金属製である。ファンＦの振動の減衰率は、ロータ４０の振動の減衰率よりも大きい。これにより、圧縮機Ａの駆動音が低減されている。また、複数の羽根ＦＢの先端側にはリング部ＦＲが設けられているため、作業者が羽根ＦＢの先端に触れて怪我をすることが防止される。また、ファンＦの直径は圧縮機の回転軸と直行する面より大きいことが望ましい。

以上のように、圧縮機Ａでは、シリンダ本体１２ａがクランクケース２０の壁部２１ａの内面側に固定され、シリンダヘッド１５ａが壁部２１ａの外面側に固定されていること、複数のシリンダヘッド１５ａ、１５ｂを連通する流路部はクランクケース２０には設けられていないこと、アウターロータ型のモータＭが採用されていること、モータＭのヨーク４４にファンＦが固定されていること、により小型化が達成されている。

また、圧縮機Ａでは、クランクケース２０の壁部２１ａ〜２１ｄに大きな切欠きは形成されていないこと、ファンＦの振動の減衰率はロータ４０の減衰率よりも大きいこと、により駆動音が低減されている。

尚、圧縮機Ａは、対象装置を排気側に接続しいたところを吸気側に接続するか、逆止弁を圧縮機Ａの取り付け方と反対にすることにより、真空機として機能する。

また、圧縮機Ａを真空機として使用する他の場合としては、対象機器を通気口２４ｃ側に接続することで真空機として機能する。この場合、シリンダ１０ａ内に設けられた弁部材は、圧縮機Ａの場合とは同じ構成で良い。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

上記実施例においては、４対のシリンダ、ピストンが設けられた場合を例に示したが、これに限定されない。例えば１対又は３対のシリンダ、ピストンのみが設けられていてもよいし、５対以上のシリンダ、ピストンが設けられていてもよい。

Ａ 圧縮機
Ｍ モータ
Ｈ、ＦＨ 孔
Ｆ ファン
１０ａ〜１０ｄ シリンダ
１２ａ〜１２ｄ シリンダ本体
１３ａ、１３ｃ チャンバ
１５ａ〜１５ｄ シリンダヘッド
２０ クランクケース
２１ａ〜２１ｄ 壁部
２２ａ、２２ｃ 連通孔
２５ａ〜２５ｄ ピストン
３０ コイル
４０ ロータ
４２ 回転軸
４４ ヨーク
４６ 永久磁石
５０ ステータ

Claims (8)

1. 回転軸を含むモータと、
   前記回転軸に連結されて往復動するピストンと、
   連通孔が形成された壁部、前記壁部と一体に作られた上壁部、前記壁部と別体の低壁部、を含み、前記ピストンを収納し、前記モータが外側に配置されたクランクケースと、
   前記壁部の内面側に固定され、前記ピストンの往復動により容積が増減するチャンバを前記壁部とにより画定するシリンダ本体と、
   前記壁部の外面側に固定され、前記連通孔を介して前記チャンバに連通した空間を前記壁部とにより画定するシリンダヘッドと、を備え、
   前記上壁部は、前記回転軸を回転可能に支持する第１軸受が設けられ、
   前記低壁部は、前記壁部に対して前記回転軸の軸方向に固定され、前記回転軸を回転可能に支持する第２軸受が設けられ、
   前記モータは、前記クランクケースの外に設けられたアウターロータ型のモータであり、
   前記モータを覆う、前記クランクケースに固定されたケーシングは設けられておらず、
   前記モータの内部には、前記回転軸を回転可能に支持する軸受は設けられていない、圧縮機又は真空機。
2. 前記ピストン、前記シリンダ本体、前記シリンダヘッドが複数対、前記回転軸周りに等間隔で放射状に設けられている、請求項１の圧縮機又は真空機。
3. 前記ピストン、前記シリンダ本体、前記シリンダヘッドは、３対以上設けられている、請求項１又は２の圧縮機又は真空機。
4. 単一の前記クランクケースは、複数の前記シリンダヘッドがそれぞれ固定された複数の前記壁部を含み、
   前記複数の前記壁部のそれぞれに複数の前記連通孔が形成されている、請求項２又は３の圧縮機又は真空機。
5. 前記クランクケースは、前記回転軸の方向から見て正方形である、請求項２乃至４の何れかの圧縮機又は真空機。
6. 前記モータのアウターロータにはファンが設けられている、請求項１乃至５の何れかの圧縮機又は真空機。
7. 前記ファンは、前記アウターロータの径方向に配置されている、請求項６の圧縮機又は真空機。
8. 前記ファンは、前記アウターロータのヨークに固定されており、
   前記ファン及びヨークには、前記モータの外部から内部への空気の通過を許容する孔が設けられている、請求項６又は７の圧縮機又は真空機。

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