JP2018150914A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制可能な気体圧縮機を提供する。【解決手段】気体を圧縮する第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２と、第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２を駆動する駆動機構１３と、駆動機構１３を収容する収容部１４と、を備えた気体圧縮機であって、第１圧縮部１１から排出される気体を第２圧縮部１２に送る第１通気路６３と、第２圧縮部１２から排出される気体を外部設備に送る第２通気路と、を有し、収容部１４は、駆動機構１３を収容し、かつ、開口部を備えたケース２５と、ケース２５に固定され、かつ、開口部を塞ぐ蓋部材２６と、を有し、第１通気路６３または第２通気路の少なくとも一方は、ケース２５と蓋部材２６とで構成される。【選択図】図６

Description

本発明は、第１圧縮部及び第２圧縮部を備えた気体圧縮機に関する。

従来、第１圧縮部及び第２圧縮部を備えた気体圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された気体圧縮機は空気圧縮機であり、その空気圧縮機は、モータ、圧縮部、低圧側シリンダ、高圧側シリンダ、第１配管、第２配管及び空気タンクを有する。第１配管は高圧側シリンダと低圧側シリンダとを接続する。第２配管は低圧側シリンダと第１空気タンクとを接続する。第１ピストンが低圧側シリンダ内に設けられ、第２ピストンが高圧圧側シリンダ内に設けられている。

モータが圧縮部を駆動すると、第１ピストン及び第２ピストンが作動する。第１ピストンが作動すると低圧側シリンダで空気が圧縮され、低圧側シリンダで圧縮された空気は、第１配管を通り高圧側シリンダに送られる。高圧側シリンダに送られた空気は、第２ピストンの作動により更に圧縮される。高圧側シリンダで圧縮された空気は、第２配管を通り空気タンクに送られる。

特開２０１５−５９５０５号公報

しかし、特許文献１に記載された気体圧縮機は、第１配管及び第２配管を有するため大型化する問題があった。

本発明の目的は、大型化を抑制可能な気体圧縮機を提供することである。

一実施形態の気体圧縮機は、気体を圧縮する第１圧縮部及び第２圧縮部と、前記第１圧縮部及び第２圧縮部を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を収容する収容部と、を備えた気体圧縮機であって、前記第１圧縮部から排出される気体を前記第２圧縮部に送る第１通気路と、前記第２圧縮部から排出される気体を外部設備に送る第２通気路と、を有し、前記収容部は、前記駆動機構を収容し、かつ、開口部を備えたケースと、前記ケースに固定され、かつ、前記開口部を塞ぐ蓋部材と、を有し、前記第１通気路または前記第２通気路の少なくとも一方は、前記ケースと前記蓋部材とで構成される。

一実施形態の気体圧縮機は、ケース及び蓋部材が第１通気路または第２通気路の少なくとも一方を形成するため、大型化を抑制できる。

本発明の一実施形態の空気圧縮機を示す平面断面図である。 空気圧縮機の平面図である。 空気圧縮機の正面断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線における正面断面図である。 空気圧縮機に設けたクランクケースを正面視した端面図である。 空気圧縮機に設けた第１圧縮部、第２圧縮部及びクランクケースを示す平面図である。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線における側面断面図である。

以下、本発明の一実施形態であ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ている。

図１に示す空気圧縮機１０は、第１圧縮部１１、第２圧縮部１２、駆動機構１３、収容部１４、制御部１５、ファン１６、２個の空気タンク１７，１８及びカバー１９を有する。空気タンク１７，１８は金属製であり、空気タンク１７，１８は、それぞれ図３のフレーム９０で接続されている。空気タンク１７，１８は圧縮空気を溜める要素である。カバー１９は空気タンク１７，１８に取り付けられており、図２及び図３のように、カバー１９は空気タンク１７，１８の外面の一部を覆っている。図３のように、カバー１９と空気タンク１７，１８との間に、カバー１９により覆われた空間Ａ１が形成されている。図１のように、第１圧縮部１１、第２圧縮部１２、駆動機構１３、収容部１４、制御部１５及びファン１６は、空間Ａ１内に配置されている。

また、図３のように空気タンク１７，１８に複数の脚部２１がそれぞれ取り付けられている。図３に示す空気圧縮機１０は、複数の脚部２１が水平な床面に接触している状態を表す。フレーム９０は、第１圧縮部１１、第２圧縮部１２及び駆動機構１３を支持している。

第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２は、互に間隔をおいて配置されている。フレーム９１が設けられている。第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２の配置方向で、フレーム９１の両端にグリップ２２，２３が取り付けられている。空気圧縮機１０は可搬式であり、作業者はグリップ２２，２３を両手で掴んで空気圧縮機１０を持ち上げ、かつ、空気圧縮機１０を作業場所に移動することができる。

収容部１４は、図６のように、クランクケース２５及びクランクケースカバー２６を有する。クランクケース２５は、図５のように開口部２４を有する。クランクケースカバー２６は、図６のようにクランクケース２５に固定され、かつ、開口部２４を塞ぐ。クランクケース２５及びクランクケースカバー２６は共に金属製、例えばアルミニウム製である。クランクケース２５は、図４及び図７のように筒形状である。図３のように、クランクケース２５は脚部２７を有し、脚部２７は弾性部材２８を介してフレーム９０により支持されている。弾性部材２８は合成ゴム製である。

図１に示す駆動機構１３は、電動モータ２９及び回転軸３０を含む。電動モータ２９はクランクケース２５の外部に配置され、電動モータ２９は固定子３１及び回転子３２を有する。固定子３１はクランクケースカバー２６に対して回転しないように設けられている。回転子３２は、回転軸３０に連結されている。回転軸３０は回転子３２と同心状に配置され、回転軸３０は回転子３２と共に一体回転する。回転軸３０は、クランクケース２５の内部から外部に亘って配置されている。軸受３３がクランクケース２５及びクランクケースカバー２６にそれぞれ設けられ、軸受３３は、回転軸３０を軸線Ｂ１を中心として回転可能に支持する。

ファン１６は回転軸３０に取り付けられている。ファン１６は、クランクケース２５の外部に設けられている。カバー１９は、吸気口３４及び排気口３５を有する。図１に示す空気圧縮機１０の平面視で、ファン１６、電動モータ２９、収容部１４及び制御部１５は、軸線Ｂ１方向で互いに異なる位置に配置されている。図１のように空気圧縮機１０を平面視すると、収容部１４は、軸線Ｂ１に直交する方向で第１圧縮部１１と第２圧縮部１２との間に配置されている。

第１圧縮部１１は、図１及び図４のように、第１クランクアーム３６、第１コネクティングロッド３７、第１ピストン３８、第１シリンダ３９、第１圧縮室４０、吸気室４１、第１排気室４２及び第１シリンダヘッド４３を有する。第１クランクアーム３６は回転軸３０に取り付けられ、図７のように、第１コネクティングロッド３７は、軸受８４を介して第１クランクアーム３６に取り付けられている。第１ピストン３８は第１コネクティングロッド３７に取り付けられている。第１ピストン３８は第１シリンダ３９内で往復動可能に設けられている。第１ピストン３８は、回転軸３０の回転力で第１シリンダ３９内で往復動する。

クランクケース２５は端面６４を有し、第１シリンダ３９はクランクケース２５の端面に接触して固定されている。第１シリンダ３９は第１圧縮室４０を形成している。第１シリンダヘッド４３は第１シリンダ３９に固定され、吸気室４１及び第１排気室４２を形成する。第１圧縮部１１は、第１吸気弁及び第１排気弁４４を有する。第１吸気弁は、吸気室４１と第１圧縮室４０とを接続または遮断する。第１排気弁４４は、第１圧縮室４０と第１排気室４２とを接続または遮断する。

図４のように、クランクケース２５に第１通気路４５が設けられている。図１のように、吸気管４６が空間Ａ１に設けられている。カバー１９に吸気口が設けられ、吸気管４６の第１端部は吸気口を介してカバー１９の外部につながっている。吸気管４６の第２端部は、第１通気路４５に接続されている。図４のように、第１シリンダ３９に吸気路４７及び排気路５６が設けられ、吸気路４７は吸気室４１及び第１通気路４５につながっている。排気路５６は第１排気室４２につながっている。

図４のように、第２圧縮部１２は、第２クランクアーム４８、第２コネクティングロッド４９、第２ピストン５０、第２シリンダ５１、第２圧縮室５２、第２排気室５３及び第２シリンダヘッド５４を有する。第２クランクアーム４８は回転軸３０に取り付けられ、図７のように、第２コネクティングロッド４９は、軸受８５を介して第２クランクアーム４８に取り付けられている。第２ピストン５０は第２コネクティングロッド４９に取り付けられている。第２ピストン５０は第２シリンダ５１内で往復動可能に設けられている。第２ピストン５０は、回転軸３０の回転力で第２シリンダ５１内で往復動する。クランクケース２５は端面６５を有する。図６のように収容部１４を平面視すると、端面６５は端面６４と平行であり、かつ、軸線Ｂ１に対して平行である。

第２シリンダ５１は端面６５に接触した状態でクランクケース２５に固定され、第２シリンダ５１は第２圧縮室５２を形成している。第２シリンダヘッド５４は第２シリンダ５１に固定され、かつ、第２排気室５３を形成している。

第２シリンダ５１に吸気路５５が設けられ、吸気路５５は第２圧縮室５２につながっている。第２圧縮部１２は、第２吸気弁及び第２排気弁５７を有する。第２吸気弁は、吸気路５５と第２圧縮室５２とを接続または遮断する。第２排気弁５７は、第２圧縮室５２と第２排気室５３とを接続または遮断する。

図４、図５及び図６のように、クランクケース２５は接続通路６３を有する。接続通路６３は、排気路５６と吸気路５５とをつないでいる。接続通路６３は、図６に示すように、クランクケース２５自体に設けられた孔５８，５９，６０，６１及び溝６２を含む。言い換えると、クランクケース２５は、孔５８，５９，６０，６１及び溝６２を構成する要素である。孔５８は端面６４に開口され、孔６１は端面６５に開口されている。収容部１４を平面視すると、孔５８，６１は軸線Ｂ１に対して直交して配置され、孔５９，６０は軸線Ｂ１と平行に配置されている。孔５８は排気路５６及び孔５９につながっている。孔６１は吸気路５５及び孔６０につながっている。

図５のように、クランクケース２５は端面８７を有する。図６のように収容部１４を平面視すると、端面８７は軸線Ｂ１に対して直角である。溝６２は端面８７に沿って設けられている。軸線Ｂ１に対して垂直な平面視で、クランクケース２５の外面６６の形状の一部は円弧状である。図５のように軸線Ｂ１に対して垂直な平面視で、溝６２は、軸線Ｂ１を中心として円弧状に配置されている。このように、溝６２はクランクケース２５の外面６６の形状に沿って配置されている。そして、クランクケースカバー２６はクランクケース２５に固定されており、クランクケースカバー２６は開口部２４を塞いでいる。

図４のように、第２シリンダ５１は排気路６７を有する。図５のように、クランクケース２５は接続通路６８を有する。接続通路６８は、孔６９と、孔６９につながった溝７０と、溝７０につながった孔７１と、を有する。孔６９は、排気路６７及び溝７０につながっている。溝７０は、端面８７に設けられている。溝７０は、外面６６に沿って円弧状に形成されている。

図６及び図７のように、クランクケースカバー２６とクランクケース２５との間に、シール部材９２が設けられている。ねじ部材９３を締め付けて、クランクケースカバー２６がクランクケース２５に固定されている。シール部材９２は合成ゴム製のガスケットである。シール部材９２の形状は、環状または円弧形状の何れでもよい。シール部材９２は、溝６２，７０の周囲でクランクケース２５及びクランクケースカバー２６に密着している。シール部材９２は、クランクケース２５またはクランクケースカバー２６に固定されていてもよい。シール部材９２は、溝６２，７０をそれぞれ気密にシールする。

このように、接続通路６８は、クランクケース２５自体に設けられている。言い換えると、クランクケース２５は接続通路６８を構成する要素である。図５のように軸線Ｂ１に対して垂直な平面視で、溝６２，７０は、軸線Ｂ１を中心とする同一円周上に配置されている。接続通路６８は、回転軸３０と空気タンク１７，１８との間に配置されている。

図７のように、フレキシブルホース７２が設けられている。フレキシブルホース７２の第１端部はカプラ７３により孔７１に接続され、フレキシブルホース７２の第２端部はカプラ７４により空気タンク１７に接続されている。図１のように、空気タンク１７内と空気タンク１８内とを接続する接続管８６が設けられており、２つの空気タンク１７，１８内の空気圧は同じである。

空気タンク１７は、減圧バルブ７５を介して供給管７６に接続されている。減圧バルブ７５は、空気タンク１７の空気の圧力を調整、具体的には、減圧して供給管７６に送る。また、供給管７６内の空気圧を表示する圧力計７７が設けられている。カプラ７８が供給管７６に設けられている。カプラ７８は、エアホースを介して作業機に接続される。

空気タンク１８は、減圧バルブ７９を介して供給管８０に接続されている。減圧バルブ７９は、空気タンク１８の空気の圧力を調整、具体的には、減圧して供給管８０に送る。また、供給管８０内の空気圧を表示する圧力計８１が設けられている。カプラ８２が供給管８０に設けられている。カプラ８２は、エアホースを介して作業機に接続される。

図２のように、カバー１９の表面に操作部８３が設けられており、操作部８３は、電源スイッチ、表示パネル、入力部を有する。制御部１５は、基板、マイクロコンピュータ及びインバータ回路を有する。マイクロコンピュータは基板に設けられており、かつ、入力インタフェース、出力インタフェース、中央演算処理部及び記憶部を有する。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子はそれぞれ単独でオン及びオフが可能である。マイクロコンピュータは、インバータ回路を制御する。インバータ回路は、電源と電動モータ２９の固定子３１とを接続及び遮断する。空間Ａ１に、電動モータ２９の回転方向の位相を検出するセンサ、電動モータ２９の回転数を検出するセンサが設けられている。圧力計７７，８１、電源スイッチ及び各種のセンサの信号は制御部１５に入力される。

次に、空気圧縮機１０の使用例を説明する。作業者が電源スイッチをオンすると、制御部１５はインバータ回路を制御し、電動モータ２９の回転子３２が回転する。回転子３２及び回転軸３０が一体回転すると、回転軸３０の回転力で、第１ピストン３８及び第２ピストン５０が往復動する。第１ピストン３８が作動して第１吸気弁が開くと、空間Ａ１の空気は、吸気管４６、第１通気路４５、吸気路４７及び吸気室４１を介して第１圧縮室４０に吸い込まれる。第１ピストン３８の作動により第１圧縮室４０で空気が圧縮される。第１圧縮室４０の圧力が上昇して第１排気弁４４が開くと、第１圧縮室４０の空気が第１排気室４２に吐出される。第１排気室４２に吐出された空気は、排気路５６、接続通路６３及び吸気路５５を経由して第２圧縮部１２に送られる。

第２圧縮部１２において、第２ピストン５０が作動して第２吸気弁が開くと、吸気路５５の空気が第２圧縮室５２に吸い込まれる。第２ピストン５０の作動により第２圧縮室５２内で更に空気が圧縮されて第２排気弁５７が開くと、第２圧縮室５２の空気は第２排気室５３に吐出される。第２排気室５３に吐出された空気は、排気路６７、接続通路６８及びフレキシブルホース７２を経由して空気タンク１７，１８に送られる。

このように、空気圧縮機１０は第１圧縮部１１及び第２圧縮部１２で２段階に空気の圧力を上昇する多段圧縮機である。空気圧縮機１０は、回転軸３０の回転力を、第１ピストン３８及び第２ピストン５０の往復動力に変換するレシプロ型である。そして、空気圧縮機１０は、接続通路６３，６８が収容部１４自体に設けられている。つまり、収容部１４は、回転軸３０、第１コネクティングロッド３７、第２コネクティングロッド４９を収容する役割に加え、接続通路６３，６８を構成する要素を兼ねている。このため、第１圧縮部１１から第２圧縮部１２に圧縮空気を送る配管、第２圧縮部１２から空気タンク１７に圧縮空気を送る配管を、それぞれ専用に設けずに済む。

したがって、空気圧縮機１０の大型化を抑制でき、かつ、空気圧縮機１０の重量が増加することを抑制できる。また、配管を設けずに済むため、空気圧縮機１０の部品点数の増加を抑制でき、部品の配置スペースを省略できる。さらに、空気圧縮機１０の製造コストが上昇することを抑制できる。さらにまた、配管が振動することによる騒音の発生を抑制できる。

さらに、クランクケース２５及びクランクケースカバー２６は、金属製であり熱伝導性に優れている。そして、圧縮空気が接続通路６３，６８を通る際に、圧縮空気の熱がクランクケース２５及びクランクケースカバー２６に伝達される。このため、圧縮空気の温度上昇を抑制できる。また、接続通路６３，６８を通る圧縮空気から、クランクケース２５及びクランクケースカバー２６に伝達された熱は、空間Ａ１を流れる空気に伝達されて、クランクケース２５及びクランクケースカバー２６の温度上昇を抑制できる。したがって、フレキシブルホース７２として耐熱性の低いものを使用できる。

また、接続通路６８の一部である孔７１は、クランクケース２５のうち、空気タンク１７に最も近い位置に配置されている。このため、孔７１と空気タンク１７とを接続するフレキシブルホース７２の全長を、なるべく短くすることができる。

さらに、回転軸３０が回転してファン１６が回転すると、カバー１９の外部の空気は吸気口３４を介して空間Ａ１に導入され、空間Ａ１に導入された空気は、排気口３５からカバー１９の外部に排出される。したがって、空間Ａ１の温度上昇を抑制できる。特に、電動モータ２９、収容部１４、制御部１５の熱が空間Ａ１を流れる空気に伝達され、電動モータ２９、収容部１４、制御部１５の温度上昇を抑制できる。

実施形態で説明した事項の意味を説明すると、空気圧縮機１０は気体圧縮機の一例であり、空気タンク１７は外部設備の一例であり、空気は気体の一例である。接続通路６３は第１通気路の一例であり、接続通路６８は第２通気路の一例である。クランクケース２５はケースの一例であり、クランクケースカバー２６は蓋部材の一例である。ファン１６は冷却ファンの一例であり、電動モータ２９はモータの一例である。

気体圧縮機は、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、接続通路６３，６８のいずれか一方を収容部１４自体に設け、残りの一方を配管にして収容部１４の外に設けることも可能である。圧縮する気体は、空気、不活性ガスを含む。また、第２圧縮部で圧縮された気体を蓄える空気タンクは、単数または複数の何れでもよい。また、第２圧縮部で圧縮された気体を、空気タンクを介することなく、エアホースまたは配管を介して作業機に送る構成としてもよい。この場合、作業機は外部設備に相当する。

本開示の収容部は、駆動機構を収容する空間を備えており、収容部は、ケーシング、ハウジングを含む。本開示の第１通気路及び第２通気路は、気体が通過可能であればよく、第１通気路及び第２通気路は、孔、溝、切り欠き、を含む。第１通気路及び第２通気路は、蓋部材に設けられているものを含む。第１通気路及び第２通気路は、ケースまたは蓋部材の少なくとも一方に設けられているものを含む。収容部は、駆動機構の一部を収容するもの、駆動機構の全部を収容するものを含む。

１０…空気圧縮機、１１…第１圧縮部、１２…第２圧縮部、１３…駆動機構、１４…収容部、１６…ファン、１７，１８…空気タンク（外部設備）、１９…カバー、２４…開口部、２５…クランクケース（ケース）、２６…クランクケースカバー（蓋部材）、２９…電動モータ（モータ）、３０…回転軸、３８…第１ピストン、３９…第１シリンダ、４０…第１圧縮室、５０…第２ピストン、５１…第２シリンダ、５２…第２圧縮室、６３…接続通路（第１通気路）、６８…接続通路（第２通気路）、６６…外面、９２…シール部材。

Claims (8)

1. 気体を圧縮する第１圧縮部及び第２圧縮部と、前記第１圧縮部及び第２圧縮部を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を収容する収容部と、を備えた気体圧縮機であって、
   前記第１圧縮部から排出される気体を前記第２圧縮部に送る第１通気路と、
   前記第２圧縮部から排出される気体を外部設備に送る第２通気路と、
   を有し、
   前記収容部は、
   前記駆動機構を収容し、かつ、開口部を備えたケースと、
   前記ケースに固定され、かつ、前記開口部を塞ぐ蓋部材と、
   を有し、
   前記第１通気路または前記第２通気路の少なくとも一方は、前記ケースと前記蓋部材ととで構成される、気体圧縮機。
2. 前記外部設備は、前記第２圧縮部から排出される気体を溜めるタンクを含む、請求項１記載の気体圧縮機。
3. 前記収容部は、前記ケースと前記蓋部材との間にシール部材を有し、
   前記シール部材は、前記第１通気路または前記第２通気路の少なくとも一方を気密にシールする、請求項１または２記載の気体圧縮機。
4. 前記駆動機構は、
   モータと、
   前記モータに連結され、前記ケース内に収容された回転軸と、
   を有し、
   前記第１圧縮部は、
   前記回転軸の回転力で往復動する第１ピストンと、
   前記第１ピストンを往復動可能に支持する第１シリンダと、
   前記第１ピストンの往復動により気体を圧縮する第１圧縮室と、
   を有し、
   前記第２圧縮部は、
   前記回転軸の回転力で往復動する第２ピストンと、
   前記第２ピストンを往復動可能に支持する第２シリンダと、
   前記第２ピストンの往復動により気体を圧縮する第２圧縮室と、
   を有し、
   前記第１通気路は、前記第１圧縮室と前記第２圧縮室とを接続する、請求項３記載の気体圧縮機。
5. 前記第１通気路または前記第２通気路の少なくとも一方は、前記収容部に形成された溝を含む、請求項１乃至４の何れか１項記載の気体圧縮機。
6. 前記収容部は筒形状であり、
   前記第１通気路または前記第２通気路の少なくとも一方は、前記収容部の外面に沿って配置されている、請求項１乃至５の何れか１項記載の気体圧縮機。
7. 前記第１通気路及び前記第２通気路は、前記回転軸を中心とする同一円周上にそれぞれ円弧状に配置されている、請求項４記載の気体圧縮機。
8. 前記第１圧縮部、前記第２圧縮部及び前記収容部を覆うカバーと、
   前記カバーにより覆われた空間に設けられ、かつ、前記カバーの外部の気体を前記カバーにより覆われた空間に導入するファンと、
   が設けられている、請求項１乃至７の何れか１項記載の気体圧縮機。

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