JP2012154317A - コンプレッサ - Google Patents
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Abstract
【課題】コンプレッサのピストンが、ポンプベース内で高速で往復して空気を圧縮させることにより高いガス圧縮機能を得るコンプレッサを提供する。
【解決手段】コンプレッサは、ケーシング１及びピストン５を備える。ケーシング１は、ポンプベース３と、上円孔２２及び下円孔２１を有する位置決めプレート２とを有する。位置決めプレート２は、動力機構を位置決めし、下円孔２１の中心点から延伸された中心横軸線と、円筒形のポンプベース３から延伸された筒軸中心線とは交差しない。ピストン５は、一端に枢軸孔５１０が設けられたピストンロッド５１と、ピストンロッド５１の他端に延設されたピストンヘッド５２とを有し、ピストンロッド５１の枢軸孔５１０の端部が動力機構により力を受け、ピストンヘッド５２がポンプベース３内に収納され、ピストン５が上下に往復する直線運動を行う。
【選択図】図１
【解決手段】コンプレッサは、ケーシング１及びピストン５を備える。ケーシング１は、ポンプベース３と、上円孔２２及び下円孔２１を有する位置決めプレート２とを有する。位置決めプレート２は、動力機構を位置決めし、下円孔２１の中心点から延伸された中心横軸線と、円筒形のポンプベース３から延伸された筒軸中心線とは交差しない。ピストン５は、一端に枢軸孔５１０が設けられたピストンロッド５１と、ピストンロッド５１の他端に延設されたピストンヘッド５２とを有し、ピストンロッド５１の枢軸孔５１０の端部が動力機構により力を受け、ピストンヘッド５２がポンプベース３内に収納され、ピストン５が上下に往復する直線運動を行う。
【選択図】図１
Description
本発明は、コンプレッサに関し、特に、コンプレッサのケーシングの位置決めプレートに、ポンプベースの筒軸中心線に対して円孔が斜めに設けられ、ピストンのピストンヘッドの頂端に傾斜平面状のガス圧縮作用面が形成され、コンプレッサのピストンが、ポンプベース内で高速で往復して空気を圧縮させることにより高いガス圧縮機能を得るコンプレッサに関する。
本願の発明者は、コンプレッサの研究開発に長期間携わり、初期には組立てに手間と時間がかかる複雑な構造のコンプレッサを簡素な構造に変更し、容易かつ迅速に組立てることが可能な製品にしたり、コンプレッサの構造を改良してコンプレッサの使用機能を強化した（例えば、特許文献１〜１８）。本発明者が開発した多数のコンプレッサ構造はそれぞれ異なるが、図１７に示すように、互いに噛合された小歯車９７、大歯車９５をモータ９４の軸心により駆動すると、大歯車９５により連動される重り回転盤９６上に設けられたクランクピン９６１が駆動するピストン９８が、ポンプベース９１内で上下の往復運動を行う。ただし、ピストン９８のピストンヘッド９８１は、水平面に対して平行に設計されていた。例えば、図１６及び図１７に示すように、ピストン９８のピストンロッド９８３の枢軸孔９３２の軸心線には、基本的に水平面に対して平行なＸＹ平面が形成されている。ピストン９８のピストンヘッド９８１は、その頂端に設けられたガス圧縮作用面９８２が水平面に対して平行に設けられている。簡単に説明すると、ピストンヘッド９８１のガス圧縮作用面９８２とＸＹ平面とがθ２＝０°になるように設計されるとともに、ポンプベース９１のガスチャンバ９１１の頂壁面９１２も水平面に対して平行に設けられている。即ち、θ４＝０°である。従来のコンプレッサのケーシングの位置決めプレート９０に設けられた２つの円孔は、上円孔及び下円孔を含む。上円孔には、モータの軸心が挿設され、その軸心は小歯車９７に挿設される。下円孔には、大歯車９５の軸心が挿設されている。２つの円孔に挿設された中心軸９７１，９５１は、中心軸９５１から延伸された中心横軸線と、円筒形ポンプベースから延伸された筒軸中心線（Ｚ軸方向に位置する）とが交差し、これらの構造をコンプレッサに応用すると、所望の使用効果を得ることができるが、本発明者は、従来のピストン９８に円孔が設けられた位置決めプレートを組み合わせることにより、コンプレッサの性能をさらに高める方法を案出した。
本発明の第１の目的は、ケーシングの位置決めプレートに、ポンプベースの筒軸中心線に対して円孔が斜め設けられ、円孔中心点から延伸された中心横軸線と、円筒形ポンプベースから延伸された筒軸中心線とが交差しないため、コンプレッサにより空気を圧縮する気密性を高めることができるコンプレッサを提供することにある。
本発明の第２の目的は、ピストンのピストンロッドの一端に連結され、コンプレッサに設けた動力機構の枢軸孔により受けられ、ピストンロッドの他端にポンプベース内で上下に往復運動を行うピストンヘッドが延設され、ピストンヘッド上の頂端に、水平面に対して非平行で、角度を有する傾斜面であるガス圧縮作用面が形成されているコンプレッサを提供することにある。
本発明の第３の目的は、ポンプベースのガスチャンバの頂端に傾斜頂壁が設けられ、傾斜頂壁と、ピストンのピストンヘッドのガス圧縮作用面とを同様の傾斜面に形成するコンプレッサを提供することにある。
本発明の第２の目的は、ピストンのピストンロッドの一端に連結され、コンプレッサに設けた動力機構の枢軸孔により受けられ、ピストンロッドの他端にポンプベース内で上下に往復運動を行うピストンヘッドが延設され、ピストンヘッド上の頂端に、水平面に対して非平行で、角度を有する傾斜面であるガス圧縮作用面が形成されているコンプレッサを提供することにある。
本発明の第３の目的は、ポンプベースのガスチャンバの頂端に傾斜頂壁が設けられ、傾斜頂壁と、ピストンのピストンヘッドのガス圧縮作用面とを同様の傾斜面に形成するコンプレッサを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、ケーシング及びピストンを備えるコンプレッサであって、前記ケーシングは、ポンプベースと、上円孔及び下円孔を有する位置決めプレートと、を有し、前記位置決めプレートは、動力機構を位置決めし、前記下円孔の中心点から延伸された中心横軸線と、円筒形の前記ポンプベースから延伸された筒軸中心線とは交差せず、前記ピストンは、一端に枢軸孔が設けられたピストンロッドと、前記ピストンロッドの他端に延設されたピストンヘッドと、を有し、前記ピストンロッドの前記枢軸孔の端部が前記動力機構により力を受け、前記ピストンヘッドが前記ポンプベース内に収納され、前記ピストンが上下に往復する直線運動を行うことを特徴とするコンプレッサが提供される。
また、前記ピストンヘッドの頂端面には、水平面に対して非平行で、傾斜面を有するガス圧縮作用面が設けられていることが好ましい。
また、前記ポンプベースのガスチャンバの頂端には、ガス圧縮作用面の傾斜面に対応した傾斜頂壁が設けられていることが好ましい。
また、前記動力機構は、モータ及び重り回転盤を有し、前記モータは、前記ケーシングの前記位置決めプレート上に固定され、前記モータの軸心が前記下円孔に挿設されて前記重り回転盤上に結合され、前記重り回転盤上には、前記ピストンの前記ピストンロッドに設けられた前記枢軸孔に枢着される偏心ピンが設けられていることが好ましい。
また、前記動力機構は、大歯車及び小歯車を含み、前記小歯車は、前記モータの軸心に固定され、前記位置決めプレートの前記上円孔に挿設され、前記大歯車は、中心軸が前記位置決めプレートの前記下円孔に挿設され、前記小歯車と前記大歯車とが噛合され、前記大歯車は、前記偏心ピンを有する前記重り回転盤に固定され、前記ピストンの前記ピストンロッドに設けられた前記枢軸孔に前記偏心ピンが枢着されることが好ましい。
また、前記ポンプベースの前記傾斜頂壁上には、前記ピストンヘッド上に突設された位置決めピンが収まるように凹部が設けられていることが好ましい。
また、前記ピストンヘッドの頂端の前記ガス圧縮作用面の中心点と、前記ピストンロッドの前記枢軸孔の中心点とを結んで形成された接続線は、水平面に対して垂直な垂直線であり、前記ガス圧縮作用面の中心点から延伸する垂直軸線は水平面に対して垂直でなく、前記垂直線及び前記垂直軸線は、前記水平面と交差する箇所で長さ距離が形成されることが好ましい。
また、前記ケーシングは、前記位置決めプレートと前記ポンプベースとが一体成形されて構成されることが好ましい。
また、前記ケーシングは、互いに着脱可能な前記位置決めプレートと前記ポンプベースとから構成されることが好ましい。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
図１及び図２を参照する。図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態によるコンプレッサは、ピストン５を駆動させるポンプベース３と、モータ１２を固定する位置決めプレート２とが一体成形されて構成されたケーシング１を含む。位置決めプレート２は、コンプレッサの動力機構に固定されている。この動力機構は、モータ１２と、伝動用の小歯車１３と、大歯車１４と、重り回転盤１５と、を含む。前述の位置決めプレート２は、下円孔２１及び上円孔２２を含む。上円孔２２には、モータ１２の軸心１２０上に取り付けた小歯車１３が挿設され、ボルト（図示せず）により位置決めプレート２上にモータ１２が固定されている。前述の下円孔２１には、大歯車１４の中心軸１４０が嵌合され、大歯車１４が小歯車１３に噛合し、前述の中心軸１４０により大歯車１４上に重り回転盤１５が固定され、重り回転盤１５の偏心ピン１５１をピストン５に枢着させる。モータ１２が駆動するとポンプベース３のガスチャンバ３１内でピストン５が往復し、ガス抜きベース３２の内部収容室３２０で空気が圧縮される。
本実施形態のガス抜きベース３２には、複数のガス抜きマニホールド３２１，３２２，３２３，３２４が設けられている。ガス抜きマニホールド３２１は、端部にノズル４２を有する１本のホース４１が連結され、ガス抜きマニホールド３２２には、端部に圧力表示計４４を有するホース４３が連結されている。ガス抜きマニホールド３２３，３２４は、螺合機能を有する安全弁３３、ガス抜き弁３４（図５参照）、栓（図示せず）などにより封止される。
前述の方式は、モータ１２の軸心１２０に設けられた小歯車１３を大歯車１４に噛合させる伝動方式に属し、モータ１２の軸心１２０が上円孔２２に挿設される。図３及び図４を併せて参照する。図３及び図４に示す高パワーモータ１０は、大ギヤサット、小ギヤセットを含まず、軸心１０１が下円孔２１に直接挿設されて位置決めプレート２に固定される。高パワーモータ１０の軸心１０１が、重り回転盤１９の軸孔１９０に結合され、締め付けネジ１９２により重り回転盤１９が軸心１０１上へ完全に螺設されている。重り回転盤１９の偏心ピン１９１は、ポンプベース３内でピストン５を移動させて上下の往復運動を行う。
一体成形されたケーシング１は、２種類の異なる伝動方式のモータを固定するために用いる。本実施形態のケーシング１は、着脱可能に組み合わされた位置決めプレート２とポンプベース３とを含む。図５に示すように、位置決めプレート２には位置決め孔２９が設けられ、ポンプベース３には位置決めピン３９が設けられ、ボルト２８により螺着される。これらの技術は、特許文献１５において開示されている。
コンプレッサは、動力機構中の重り回転盤１５，１９上の偏心ピン１５１，１９１が円周回転運動を行うと、ピストン５のピストンロッド５１が枢軸孔５１０により同期で円周回転運動を行い、ピストンロッド５１のピストンヘッド５２がポンプベース３内で上下の往復運動を行う。これにより、空気を圧縮してガス抜きベース３２内の内部収容室３２０へ空気を供給した後、ガス抜きマニホールド３２１及びノズル４２により気体被注入物に対して気体を注入することができる。
図６を参照する。図６に示すように、本実施形態のピストン５のピストンロッド５１は、一端に枢軸孔５１０を有し、他端にピストンヘッド５２が延設されている。ピストンヘッド５２の頂端面には、ガス圧縮作用面５４が設けられている。以下、図６及び３次元の座標軸に基づき説明する。前述の枢軸孔５１０のＰｏは、水平面に対して平行なＸＹ平面上にあり、ガス圧縮作用面５４のＦｏは、前述の枢軸孔５１０のＰｏの接続線ｌｐｆがＺ軸線に対して平行であるとともに、ＸＹ水平面に対して垂直である。ガス圧縮作用面５４の平面中心点Ｆ０は、Ｚ軸方向上に位置し、ガス圧縮作用面５４に対して垂直に設けられた垂直線ｌｖが延伸され、垂直線ｌｖは、ＸＹ平面と点Ｐｌで交わる。点Ｐｌと中央点Ｐｏとを結ぶ線により長さ距離ｌが形成される。図６と図１６とを比べると分かるように（ガス圧縮作用面５４の平面状態が分かりやすいように、ピストンヘッド５２上のその他の部材は図６及び図１６には示されていない）、従来のピストン９８では、ガス圧縮作用面９８２のＺ軸が接続線ｌｆｐに対応し、ガス圧縮作用面９８２の平面中心点Ｆ９がＺ軸方向で延伸され、ガス圧縮作用面９８２に対して垂直線ｌｖが垂直に設けられ、接続線ｌｆｐと垂直線ｌｖとが重なった状態であるが、本実施形態のピストン５の場合、接続線ｌｐｆと垂直線ｌｖとが重なっていない状態で距離長さｌが形成され、さらにピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４が、ＸＹ水平面に対して平行でないため、θ１の傾斜角度は０でない。即ち、ピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４は、ピストンロッド５１に対して傾いている。
図７及び図８を参照する。図７及び図８に示すように、ケーシング１の位置決めプレート２上には、上円孔２２及び下円孔２１が設けられている。上円孔２２は中心軸線Ｐ４を有し、下円孔２１は中心軸線Ｐ３を有し、中心軸線Ｐ４，Ｐ３から延伸された仮想線ｙ２，ｙ１はそれぞれＸＹ水平面に対して平行である。ポンプベース３の筒柱の内部空間を通る中心点の垂直線Ｖは、Ｚ軸に対して平行である。垂直線Ｖと仮想線ｙ２とが交差する箇所には交差点Ｐ６が形成されているが、垂直線Ｖと仮想線ｙ１とが交差することはない。即ち、図７に示すように、中心軸線Ｐ３と中心軸線Ｐ４とを結ぶ線は、垂直線Ｖに対して角度θ５が形成される。図９を参照する。図９に示すように、ポンプベース３のガスチャンバ３１の内頂壁に対応し、ピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４は、斜面角度θ１が形成されるように設けられ、θ３を有するように傾斜頂壁３１１が形成されている。そのため、駆動機構中の重り回転盤１５の中心軸１４０が下円孔２１に位置決めされ、偏心ピン１５１が前述のピストンロッド５１の枢軸孔５１０に枢着されているため、モータ１２が起動された後、ピストンロッド５１の枢軸孔５１０は、下円孔２１を中心として円周回転し、ピストンロッド５１の他端に設けられたピストンヘッド５２がポンプベース３内で上下に往復する直線運動を行う。図１０〜図１５を参照する。図１０〜図１５に示すように、ピストンロッド５１の枢軸孔５１０は、下死点に位置し、図１０に示すように、モータ１２が起動されると、ピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４が、図１１及び図１２に示すように、送りストローク行程を行って空気を圧縮し、ピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４が、ポンプベース３のＺ軸方向の中心垂直軸線に対して垂直となるため、全体のピストンヘッド５２とポンプベース３内の円柱状内壁周面３１２との間の気密性が良好に保たれてガス圧縮効果が高まり、ピストンヘッド５２が上死点へ瞬間的に移動することができる。図１３を参照する。図１３に示すように、斜面状のガス圧縮作用面５４と傾斜頂壁３１１とは、気密性が保たれて安全に接触される。ピストンヘッド５２は、上死点から下方に動く後退ストロークが、図１４及び図１５に示すような状態となっている。この段階におけるピストンヘッド５２のガス圧縮作用面５４及びポンプベース３は、Ｚ軸方向の中心垂直軸線が大きな角度で傾いた状態に形成され、ピストンヘッド５２とポンプベース３の内壁周面３１２との間の間隙３１３が大きくなって（図１４参照）吸気を行い、図１０に示すように、後退ストロークによりピストンヘッド５２が下死点の位置まで後退する。そのため、この構成によりピストンヘッド５２がポンプベース３内で往復式上下直線運動を行い、ピストンヘッド５２の送りストローク行程において、気密性を保ちながら空気を圧縮させ、後退ストロークにおいて、ピストンヘッド５２の後退速度を高めることがでできるため、コンプレッサのガス圧縮効果を大幅に高めることができる。ピストンヘッド５２のガス圧縮平面上には、金属バネ（図示せず）の一端を固定する位置決めピン５５と、金属バネの他端を止めるストッパピン５６と、が設けられている。ポンプベース３の傾斜頂壁３１１には、位置決めピン５５及びストッパピン５６を収めることが可能な凹部３１４，３１５が設けられているため、ガス圧縮作用面５４と傾斜頂壁３１１とを有効に接触させることができる。
上述したことから分かるように、本発明のコンプレッサは、ピストンのピストンヘッドが水平面に対して平行である従来技術と異なり、ピストンヘッドのガス圧縮作用面が水平面に対して非水平状態となり傾斜角度を有する。また、従来のコンプレッサのケーシングの位置決めプレートに設けた２つの円孔は、その中心軸線から延伸された中心横軸線と、円筒形ポンプベースから延伸された筒軸中心線とが交わっていたが、本発明のケーシングの位置決めプレートには、ポンプベースの筒軸中心線に対応して斜め扁平の円孔が形成されているため、ピストンの送りストローク行程でも気密性を有効に維持し、後退行程におけるピストンの後退速度を高めることができる。これにより、ピストンの送りストローク行程及び後退行程の際、コンプレッサが空気を圧縮する使用効果を高めることができる。
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
１ ケーシング
２，９０ 位置決めプレート
３，９１ ポンプベース
５，９８ ピストン
１０ 高パワーモータ
１２，９４ モータ
１３，９７ 小歯車
１４，９５ 大歯車
１５，１９，９６ 重り回転盤
２１ 下円孔
２２ 上円孔
２８ ボルト
２９ 位置決め孔
３１，９１１ ガスチャンバ
３２ ガス抜きベース
３３ 安全弁
３４ ガス抜き弁
３９，５５ 位置決めピン
４１，４３ ホース
４２ ノズル
４４ 圧力表示計
５１，９８３ ピストンロッド
５２，９８１ ピストンヘッド
５４，９８２ ガス圧縮作用面
５６ ストッパピン
１０１，１２０ 軸心
１４０，９５１，９７１ 中心軸
１５１，１９１ 偏心ピン
１９０ 軸孔
１９２ 締め付けネジ
３１１ 傾斜頂壁
３１２ 内壁周面
３１３ 間隙
３１４，３１５ 凹部
３２０ 内部収容室
３２１，３２２，３２３，３２４ ガス抜きマニホールド
５１０，９３２ 枢軸孔
９１２ 頂壁面
９６１ クランクピン
２，９０ 位置決めプレート
３，９１ ポンプベース
５，９８ ピストン
１０ 高パワーモータ
１２，９４ モータ
１３，９７ 小歯車
１４，９５ 大歯車
１５，１９，９６ 重り回転盤
２１ 下円孔
２２ 上円孔
２８ ボルト
２９ 位置決め孔
３１，９１１ ガスチャンバ
３２ ガス抜きベース
３３ 安全弁
３４ ガス抜き弁
３９，５５ 位置決めピン
４１，４３ ホース
４２ ノズル
４４ 圧力表示計
５１，９８３ ピストンロッド
５２，９８１ ピストンヘッド
５４，９８２ ガス圧縮作用面
５６ ストッパピン
１０１，１２０ 軸心
１４０，９５１，９７１ 中心軸
１５１，１９１ 偏心ピン
１９０ 軸孔
１９２ 締め付けネジ
３１１ 傾斜頂壁
３１２ 内壁周面
３１３ 間隙
３１４，３１５ 凹部
３２０ 内部収容室
３２１，３２２，３２３，３２４ ガス抜きマニホールド
５１０，９３２ 枢軸孔
９１２ 頂壁面
９６１ クランクピン
Claims (9)
- ケーシング及びピストンを備えるコンプレッサであって、
前記ケーシングは、ポンプベースと、上円孔及び下円孔を有する位置決めプレートと、を有し、前記位置決めプレートは、動力機構を位置決めし、前記下円孔の中心点から延伸された中心横軸線と、円筒形の前記ポンプベースから延伸された筒軸中心線とは交差せず、
前記ピストンは、一端に枢軸孔が設けられたピストンロッドと、前記ピストンロッドの他端に延設されたピストンヘッドと、を有し、前記ピストンロッドの前記枢軸孔の端部が前記動力機構により力を受け、前記ピストンヘッドが前記ポンプベース内に収納され、前記ピストンが上下に往復する直線運動を行うことを特徴とするコンプレッサ。 - 前記ピストンヘッドの頂端面には、水平面に対して非平行で、傾斜面を有するガス圧縮作用面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
- 前記ポンプベースのガスチャンバの頂端には、ガス圧縮作用面の傾斜面に対応した傾斜頂壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
- 前記動力機構は、モータ及び重り回転盤を有し、
前記モータは、前記ケーシングの前記位置決めプレート上に固定され、前記モータの軸心が前記下円孔に挿設されて前記重り回転盤上に結合され、
前記重り回転盤上には、前記ピストンの前記ピストンロッドに設けられた前記枢軸孔に枢着される偏心ピンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。 - 前記動力機構は、大歯車及び小歯車を含み、
前記小歯車は、前記モータの軸心に固定され、前記位置決めプレートの前記上円孔に挿設され、
前記大歯車は、中心軸が前記位置決めプレートの前記下円孔に挿設され、
前記小歯車と前記大歯車とが噛合され、
前記大歯車は、前記偏心ピンを有する前記重り回転盤に固定され、
前記ピストンの前記ピストンロッドに設けられた前記枢軸孔に前記偏心ピンが枢着されることを特徴とする請求項４に記載のコンプレッサ。 - 前記ポンプベースの前記傾斜頂壁上には、前記ピストンヘッド上に突設された位置決めピンが収まるように凹部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のコンプレッサ。
- 前記ピストンヘッドの頂端の前記ガス圧縮作用面の中心点と、前記ピストンロッドの前記枢軸孔の中心点とを結んで形成された接続線は、水平面に対して垂直な垂直線であり、
前記ガス圧縮作用面の中心点から延伸する垂直軸線は水平面に対して垂直でなく、前記垂直線及び前記垂直軸線は、前記水平面と交差する箇所で長さ距離が形成されることを特徴とする請求項２に記載のコンプレッサ。 - 前記ケーシングは、前記位置決めプレートと前記ポンプベースとが一体成形されて構成されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
- 前記ケーシングは、互いに着脱可能な前記位置決めプレートと前記ポンプベースとから構成されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
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