JP2017145786A - 空気圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４気筒の往復動型の空気圧縮装置の排気経路内に発生したドレンが排気経路内に溜まることなく効率よく排出されるようにすること。【解決手段】空気圧縮装置１は、縦置きの電動モータ２の上に４気筒の往復動型の空気圧縮機３が横置き状態で搭載されている。空気圧縮機３の第１、第４気筒２１、２４から吐出される圧縮空気は、水平に延びる第１、第４排気路６１、６４から下方に延びる第１集合排気路５１を通って、これらの下端に開口している排気口５１ａから供給先に向けて送り出される。第２、第３気筒２２、２３の側も同様に排気経路が形成されている。排気経路内に発生したドレンは自重により排気経路において最も下に位置する排気口に向けて流れるので、排気経路内に溜まることがない。【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータおよび往復動型空気圧縮機を備えた空気圧縮装置に関する。さらに詳しくは、縦置きの電動モータの上に横置き状態で４気筒の往復動型空気圧縮機が搭載された構成の空気圧縮装置のドレン処理技術に関する。

この種の空気圧縮装置では、往復動型空気圧縮機の各気筒から吐出される圧縮空気が、圧縮機ケース内などに配置した排気経路を通って排出されて、供給先の機器に供給される。各気筒から吐出される圧縮空気の排気経路には結露によりドレンが発生する。

特許文献１には、横置き状態に配置される往復動型の圧縮機において、各気筒のシリンダーヘッドに設けた吐出室内に残留した圧縮空気が冷却して結露することによって生じるドレンの処理技術が提案されている。ここでは、吐出室に傾斜壁面を形成し、発生したドレンを傾斜壁面に沿って吐出口側に導くことで、吐出室内にドレンが溜まってしまうことを防止している。

特開２００７−２０５２０５号公報

ここで、特許文献１に記載されているようにシリンダーヘッドに工夫を加えた場合でも、４気筒の往復動型の空気圧縮機においては、設置方向に対してモータ軸を水平にすると、下側に位置する気筒の排気経路にドレンが溜まってしまい、ドレンを効率よく排出できない。このため、モータ軸を設置方向に対して垂直に置く必要がある。すなわち、モータを縦置きとし、当該モータに搭載される４気筒の空気圧縮機を横置きとする配置を採用する必要がある。

しかしながら、このように横置きモータに縦置き状態に４気筒の往復動型の空気圧縮機を搭載した場合においても、各気筒の排気経路内においてドレンが発生し、発生したドレンが排出されずに排気経路内に溜まるおそれがある。

本発明の課題は、縦置きの電動モータに対して４気筒の往復動型の空気圧縮機が横置き状態で搭載されている空気圧縮装置において、各気筒から吐出される圧縮空気を排出するための排気経路内にドレンが溜まることを回避あるいは抑制できるようにすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明の空気圧縮装置は、
モータ軸が鉛直方向を向く状態に設置される電動モータと、
各気筒が水平方向を向くように前記電動モータに搭載されている４気筒の往復動型の空気圧縮機と、
を有しており、
前記空気圧縮機の各気筒からの排気経路のそれぞれは、各気筒から水平方向あるいは下方に傾斜した方向に延びる上流側排気経路と、当該上流側排気経路の下流端から鉛直方向の下方に延びる下流側排気経路とを備えていることを特徴としている。

すなわち、前記第１〜第４気筒のそれぞれから吐出される圧縮空気を流す第１〜第４上流側排気路は、空気圧縮機のクランクシャフトのシャフト中心線に直交する方向、あるいは、前記第１〜第４下流側排気路に向かって下方に傾斜した方向に延びており、前記第１〜第４上流側排気路の下流端のそれぞれに繋がっている第１〜第４下流側排気路は、前記シャフト中心線に沿って下方に延びている。

本発明によれば、各気筒から吐出される圧縮空気の排気経路内に発生したドレンは、自重により各排気経路に沿って下方に流れて排出される。よって、排気経路内にドレンが溜まってしまうことを回避できる。

より具体的には、本発明は、縦置き状態に設置される電動モータ、および、前記電動モータの上あるいは下に横置き状態に搭載された往復動型の空気圧縮機を有する空気圧縮装置において、
前記空気圧縮機は、
前記電動モータのモータ軸と同軸に延びるクランクシャフトと、
前記クランクシャフトの回転に伴って往復運動を行うピストンを備えた第１〜第４気筒と、
前記第１〜第４気筒のそれぞれから吐出される圧縮空気を排出する排気経路と、
を有しており、
前記排気経路は、
前記第１気筒〜第４気筒のそれぞれから吐出される圧縮空気を流す第１〜第４排気路と、
前記第１、第２排気路を介して排出される圧縮空気を集合して流す第１集合排気路と、
前記第３、第４排気路を介して排出される圧縮空気を集合して流す第２集合排気路と、
前記第１集合排気路から圧縮空気を排出する第１排気口と、
前記第２集合排気路から圧縮空気を排出する第２排気口と、
を備えており、
前記第１〜第４排気路は、前記クランクシャフトのシャフト中心線に直交する方向、あるいは、前記第１、第２集合排気路に向かって下方に傾斜した方向に延びており、
前記第１、第２集合排気路は、前記シャフト中心線に平行な方向に延びており、
前記第１、第２排気路は、前記第１排気口よりも高い位置において前記第１集合排気路に連通しており、
前記第３、第４排気路は、前記第２排気口よりも高い位置において前記第２集合排気路に連通していることを特徴としている。

ここで、空気圧縮機は、前記第１〜第４気筒が、前記シャフト中心線を中心として９０度の角度間隔で放射状に配置された構成とすることができる。この場合には、隣接する気筒の間にスペースを利用して排気経路を配置すればよい。すなわち、前記第１、第２気筒の間に前記第１集合排気路を配置し、前記第３、第４気筒の間に前記第２集合排気路を配置する。

また、各気筒の吐出室内で発生するドレンを円滑に第１〜第４排気路に排出できるようにすることが望ましい。このためには、前記第１〜第４気筒の第１〜第４吐出口から吐出する圧縮空気が流入する第１〜第４吐出室において、対応する前記第１〜第４排気路のそれぞれに連通する第１〜第４連通口における少なくとも下端開口縁が、それぞれ、前記第１〜第４吐出口における下端開口縁よりも低い位置となるようにすればよい。

本発明を適用した４気筒の往復動型の空気圧縮装置を示す外観斜視図である。 図１の空気圧縮装置の概略縦断面図である。 図１の空気圧縮装置を図２のIII−III線で切断した場合の概略横断面図および部分説明図である。 図１の空気圧縮装置を図３のIV−IV線で切断した場合の概略縦断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した４気筒の往復動型の空気圧縮装置の実施の形態を説明する。以下に述べる実施の形態は、電動モータの上側に横置き状態で往復動型の空気圧縮機を搭載した構成のものであるが、本発明は、電動モータの下側に横置き状態で空気圧縮機が取り付けられている構成の場合にも同様に適用可能である。

図１は実施の形態の空気圧縮装置を示す外観斜視図であり、図２はその中心軸線を含む平面（図１のII−II線）で切断した場合の概略縦断面図であり、図３（ａ）は図２のIII−III線で切断した場合の概略横断面図である。空気圧縮装置１は、図１から分かるように、縦置き状態で設置される電動モータ２と、当該電動モータ２の上に横置き状態で搭載されている４気筒の往復動型の空気圧縮機３とから構成される。

電動モータ２は、図２から分かるように、垂直に設置される円筒状のモータケース４を備え、当該モータケース４の内部の中心には垂直に延びるモータ軸５が配置されている。モータ軸５の外周にはモータロータ６が固定されており、モータロータ６を同心状に取り囲むモータステータ７がモータケース４の内周面に固定されている。モータ軸５の下側に位置する後側の軸端部および上側に位置する前側の軸端部は、それぞれ、主軸受８、９を介して、モータケース４の前後の端板部分によって回転自在の状態で支持されている。

空気圧縮機３は、図２から分かるように、モータケース４の上端に取り付けた箱型の圧縮機ケース１１を備えている。圧縮機ケース１１の内部の中心には、モータ軸５の上側の軸端部から同軸に上方に延びているクランクシャフト１２が配置されており、クランクシャフト１２の上側の先端部は軸受１３を介して圧縮機ケース１１の天板部分１４によって回転自在の状態で支持されている。

圧縮機ケース１１の内部において、図２、図３（ａ）から分かるように、クランクシャフト１２には、そのシャフト中心線１２ａ（装置中心線）に対して偏心している偏心軸部１２Ａが設けられている。この偏心軸部１２Ａの周りには、シャフト中心線１２ａを中心として９０度の角度間隔で水平方向に放射状に延びる状態で第１〜第４気筒２１〜２４が取り付けられている。

第１気筒２１〜第４気筒２４は、それぞれ、偏心軸部１２Ａの円形外周面に軸受を介して回転自在の状態に取り付けた第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａ、第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａが摺動可能に挿入されている第１〜第４シリンダ２１ｂ〜２４ｂ、および、シリンダーヘッド部分を構成している第１〜第４吸排気バルブユニット２１ｃ〜２４ｃを備えている。第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａ、第１〜第４シリンダ２１ｂ〜２４ｂ、および、第１〜第４吸排気バルブユニット２１ｃ〜２４ｃの間に、それぞれ、第１〜第４圧縮室が形成される。図においては、第１、第３、第４圧縮室２１ｄ、２３ｄ、２４ｄのみを示す。

第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａは、クランクシャフト１２の偏心軸部１２Ａにおける上下方向の異なる高さ位置に連結されている。シャフト中心線１２ａを中心とする偏心軸部１２Ａの偏心回転により、第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａは、順次に９０度の位相差を保って動作する。対向配置されている第１、第３気筒２１、２３では相互に逆位相で第１、第３ピストン２１ａ、２３ａが往復移動し、対向配置されている第２、第４気筒
２２、２４でも相互に逆位相で第２、第４ピストン２２ａ、２４ａが往復移動する。

第１〜第４吸排気バルブユニット２１ｃ〜２４ｃは、圧縮機ケース１１の第１〜第４外周面１１ａ〜１１ｄに取り付けられている。図３（ａ）に示すように、第４気筒２４の第１吸排気バルブユニット２４ｃは、矩形輪郭の２枚のユニット板２５、２６を備えている。ユニット板２５には圧縮室２４ｄに連通する吸入口２７、吐出口２８が形成されている。吸入口２７と圧縮室２４ｄとの間には吸入バルブ２９が取り付けられている。また、内側のユニット板２５と外側のユニット板２６の間には、吸入口２７に連通している吸入室３０と、ユニット板２５に取り付けた吐出バルブ３１を介して吐出口２８に連通している吐出室３２とが形成されている。

第１〜第３気筒２１〜２３の第１〜第３吸排気バルブユニット２１ｃ〜２３ｃも同様に構成されているので、それらの説明は省略する。図においては、第１〜第３吸排気バルブユニット２１ｃ〜２３ｃにおける第４吸排気バルブユニット２４ｃの各部に対応する部位は同一の符号を付してある。

（吸排気経路）
圧縮機ケース１１における第１〜第４気筒２１〜２４の間の部位、すなわち、圧縮機ケース１１の四隅の部分には、吸排経路が配置されている。図３（ａ）および図４を主に参照して説明する。図４は空気圧縮装置１を図３のIV−IV線で切断した場合の概略縦断面図である。

圧縮機ケース１１における第３、第４気筒２３、２４の間の隅部分には、上下方向（シャフト中心線１２ａに沿った方向）に延びる第３吸気通路４３および第４吸気通路４４が配置されている。第３、第４吸気通路４３、４４の下端側の部位は、圧縮機ケース１１の下側端面１１ｅに開口している吸気口４５に繋がっている。第４吸気通路４４は水平方向に延びる連通路４６を介して第４気筒２４の吸入室３０に連通している。第３吸気通路４３も不図示の連通路を介して第３気筒２３の吸入室３０に連通している。吸気口４５から第４吸気通路４４、連通路４６を介して第４気筒２４に圧縮対象の空気が供給され、吸気口４５から第３吸気通路４３、不図示の連通路を介して第３気筒２３に圧縮対象の空気が供給される。

同様に、圧縮機ケース１１における第１、第２気筒２１、２２の間の隅部分には、第１、第２吸気通路４１、４２が上下方向に延びる状態に配置されている。圧縮機ケース１１の下側端面１１ｅに開口している吸気口４５（図１参照）から第１、第２吸気通路４１、４２を介して、第１、第２気筒２１、２２に圧縮対象の空気が供給される。

次に、図３（ａ）、図４を主に参照して、第１〜第４気筒２１〜２４から吐出される圧縮空気の排気経路を説明する。圧縮機ケース１１における第１、第４気筒２１、２４の間の隅部分には、上下方向に延びる第１集合排気路５１が配置されている。第１集合排気路５１の下端の排気口５１ａは、図４に示すように、圧縮機ケース１１の下側端面１１ｅに開口している。第１集合排気路５１の上端側の部位は、図３（ａ）に示すように、水平に延びる第４排気路６４（第４上流側排気路）を介して、第４気筒２４の吐出室３２に連通している。第４排気路６４は、圧縮機ケース１１から第４吸排気バルブユニット２４ｃのユニット板２５を貫通して延びている。第１集合排気路５１の中程の部位は、図４に示すように、第１排気路６１（第１上流側排気路）を介して、第１気筒２１の吐出室３２に連通している。

同様に、圧縮機ケース１１における第２、第３気筒２２、２３の間の隅部分には、図３（ａ）に示すように、第２集合排気路５２が配置されている。第２集合排気路５２の下端
の排気口（図示せず）は、圧縮機ケース１１の下側端面１１ｅに開口している。また、第２集合排気路５２は、それぞれ不図示の第２排気路（第２上流側排気路）および第３排気路（第３上流側排気路）を介して、第２気筒２２の吐出室３２および第３気筒２３の吐出室３２に連通している。

第１、第４気筒２１、２４の圧縮室２１ｄ、２４ｄから吐出される圧縮空気は、それぞれの吐出室３２および第１、第４排気路６１、６４を経由して、第１集合排気路５１に入り、その排気口５１ａから供給先の機器に向けて送り出される。第２、第３気筒２２、２３からの圧縮空気も同様に、それぞれの吐出室３２および第２、第３排気路（図示せず）を経由して、第２集合排気路５２に入り、その排気口（図示せず）から供給先の機器に向けて送り出される。

本実施の形態の空気圧縮装置１の横置きの４気筒の往復動型の空気圧縮機３においては、垂直に配置したクランクシャフト１２の偏心軸部１２Ａに沿って、第１〜第４気筒２１〜２４の第１〜第４ピストン２１ａ〜２４ａが異なる高さ位置に取り付けられている。これに対応して、第１〜第４気筒２１〜２４のそれぞれの吐出室３２に連通している第１〜第４排気路（図においては第１、第４排気路６１、６４のみを示した。）も異なる高さ位置において水平に延びている。異なる高さ位置において水平に延びる第１、第４排気路６１、６４は、これらの高さ位置を包含する長さに亘って形成されている垂直方向に延びる第１集合排気路５１における異なる高さの部位に連通している。他方の第２集合排気路５２の場合も同様に構成されている。

なお、本例においては、第１〜第４気筒２１〜２４からの圧縮空気を共通経路である２本の第１、第２集合排気路５１、５２を介して排出している。この代わりに、第１〜４気筒２１〜２４のそれぞれに対応させて、上下方向に延びる４本の第１〜第４下流側排気路を経由して排出させることも可能である。

空気圧縮装置１の横置きの４気筒の往復動型の空気圧縮機３においては、排気経路を、直線状の少ない本数の排気路を用いてコンパクトに構成している。また、第１〜第４気筒２１〜２４から吐出される圧縮空気は、水平に延びる第１〜第４排気路から下方に延びる第１、第２集合排気路５１、５２を通って、これらの下端に開口している排気口から供給先に向けて送り出される。排気経路内に発生したドレンは、自重により流れて、排気経路において最も下に位置する排気口から排出されるので、排気経路内にドレンが溜まってしまうことを回避できる。

（その他の実施の形態）
第１〜第４気筒２１〜２４の吐出室３２内において発生するドレンを効率良く排出するには、例えば、次のように排気経路を形成すればよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、第４気筒２４において、その吐出口２８から吐出する圧縮空気が流入する吐出室３２には、第４排気路６４に連通する連通口６４ａが開いている。この連通口６４ａを、吐出口２８よりも低い位置に設けることが望ましい。例えば、連通口６４ａにおける少なくとも下端開口縁の高さが、吐出口２８における下端開口縁よりも低い位置となるようにする。他の第１〜第３気筒２１〜２３についても同様な構成にする。

次に、上記の例では、第１、第２集合排気路５１、５２に連通している第１〜第４排気路が水平に延びている（シャフト中心線１２ａに直交する方向に延びている。）。この代わりに、第１〜第４排気路を、第１、第２集合排気路５１、５２に向けて下方に僅かに傾斜した傾斜路としてもよい。

なお、上記の例では、放射状に４つの気筒が配列されている空気圧縮機を備えているが
、例えば、水平対向型の一対の気筒を２組備えた４気筒の往復動型空気圧縮機を備えている場合にも本発明を適用可能である。

１ 空気圧縮装置
２ 電動モータ
３ 空気圧縮機
４ モータケース
５ モータ軸
６ モータロータ
７ モータステータ
８，９ 主軸受
１１ 圧縮機ケース
１１ａ〜１１ｄ 第１〜第４外周面
１１ｅ 下側端面
１２ クランクシャフト
１２ａ シャフト中心線
１２Ａ 偏心軸部
１３ 軸受
１４ 天板部分
２１〜２４ 第１〜第４気筒
２１ａ〜２４ａ 第１〜第４ピストン
２１ｂ〜２４ｂ 第１〜第４シリンダ
２１ｃ〜２４ｃ 第１〜第４吸排気バルブユニット
２１ｄ，２３ｄ，２４ｄ 第１、第３、第４圧縮室
２５，２６ ユニット板
２７ 吸入口
２８ 吐出口
２９ 吸入バルブ
３０ 吸入室
３１ 吐出バルブ
３２ 吐出室
４１〜４４ 第１〜第４吸気通路
４５ 吸気口
４６ 連通路
５１ 第１集合排気路
５１ａ 排気口
５２ 第２集合排気路
６１ 第１排気路
６４ 第４排気路
６４ａ 連通口

Claims (5)

1. モータ軸が鉛直方向を向く状態に設置される電動モータと、
   各気筒が水平方向を向くように前記電動モータに搭載されている４気筒の往復動型の空気圧縮機と、
   を有しており、
   前記空気圧縮機の各気筒からの排気経路のそれぞれは、各気筒から水平方向あるいは下方に傾斜した方向に延びる上流側排気経路と、当該上流側排気経路の下流端から鉛直方向の下方に延びる下流側排気経路とを備えていることを特徴とする空気圧縮装置。
2. 縦置き状態に設置される電動モータと、
   前記電動モータに対して横置き状態に取り付けられた４気筒の往復動型の空気圧縮機と、
   を有しており、
   前記空気圧縮機は、
   前記電動モータのモータ軸と同軸に延びるクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトの回転に伴って往復運動を行うピストンを備えた第１〜第４気筒と、
   前記第１〜第４気筒のそれぞれから吐出される圧縮空気を排出する排気経路と、
   を備えており、
   前記排気経路は、
   前記第１〜第４気筒のそれぞれから吐出される圧縮空気を流す第１〜第４上流側排気路と、
   前記第１〜第４上流側排気路の下流端のそれぞれに繋がっている第１〜第４下流側排気路と、
   を備えており、
   前記第１〜第４上流側排気路は、前記クランクシャフトのシャフト中心線に直交する方向、あるいは、前記第１〜第４下流側排気路に向かって下方に傾斜した方向に延びており、
   前記第１〜第４下流側排気路は、前記シャフト中心線に沿って下方に延びていることを特徴とする空気圧縮装置。
3. 請求項２において、
   前記第１、第２下流側排気路は、前記第１、第２上流側排気路を介して排出される圧縮空気を集合して流す１本の第１集合排気路であり、
   前記第３、第４下流側排気路は、前記第３、第４上流側排気路を介して排出される圧縮空気を集合して流す１本の第２集合排気路であり、
   前記第１集合排気路は圧縮空気を排出する第１排気口を備え、
   前記第２集合排気路は圧縮空気を排出する第２排気口を備え、
   前記第１、第２集合排気路は、前記シャフト中心線に沿って下方に延びており、
   前記第１、第２上流側排気路は、前記第１排気口よりも高い位置において前記第１集合排気路に連通しており、
   前記第３、第４上流側排気路は、前記第２排気口よりも高い位置において前記第２集合排気路に連通していることを特徴とする空気圧縮装置。
4. 請求項３において、
   前記第１〜第４気筒は、前記シャフト中心線を中心として９０度の角度間隔で放射状に配置され、
   隣接する前記第１、第２気筒の間に前記第１集合排気路が配置され、
   隣接する前記第３、第４気筒の間に前記第２集合排気路が配置されている空気圧縮装置
   。
5. 請求項４において、
   前記第１〜第４気筒の第１〜第４吐出口から吐出する圧縮空気が流入する第１〜第４吐出室は、対応する前記第１〜第４上流側排気路のそれぞれに連通する第１〜第４連通口を備えており、
   前記第１〜第４連通口における少なくとも下端開口縁は、それぞれ、前記第１〜第４吐出口における下端開口縁よりも低い位置にある空気圧縮装置。