JP5598206B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、往復動式の空気圧縮機に関する。

従来、シリンダ内に画成した圧縮室においてピストンの往復動により圧縮空気を生成する往復動圧縮機において、圧縮空気の反圧縮室側（裏側）への漏れを防止するため、ピストンの外周に装着されてシリンダの内周に摺接するリップリングを備えるものが知られている。リップリングは、圧縮室側に向かって屈曲した形状であり、圧縮室内の圧縮空気の圧力によりその外周が常にシリンダの内周に押し付けられた状態で往復動する。圧縮室内の圧縮空気の圧力が高い場合には、リップリングが反圧縮室側にめくれ、圧縮空気が反圧縮室側へ漏れることによる性能低下を生じるおそれがある。そのため、例えば特許文献１に記載の往復動ポンプにおいては、ピストンの外縁部にリップリングの反圧縮室側面を支持する支持部を形成することにより、リップリングのめくれを防止している。

特開２００１−２８０２５０号公報

しかし、特許文献１に記載の往復動ポンプにおいて、ピストンはコネクティングロッドと一体としてアルミニウム等の金属材料により形成されているため、同様に金属材料により形成されたシリンダと直接接触しないように必ずシリンダの径方向に隙間を持たせなければならない。そのため、高圧力の圧縮空気に対しては、リップリングがその隙間に入り込むように変形してリップリングとシリンダとの間に隙間が生じ、圧縮空気の漏れが生じるおそれがある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、圧縮空気の漏れを防ぐことが可能な空気圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空気圧縮機は、
シリンダと、
前記シリンダ内を摺動し、前記シリンダとともに圧縮室を画成するピストンと、
前記シリンダの径方向から前記圧縮室に向けて屈曲する屈曲部と、該屈曲部から延びて前記シリンダの内周部と当接し、前記シリンダと前記ピストンとの間をシールする当接部と、を有し、前記ピストンの摺動方向に互いに重ねて配設される複数のリップリングと、
を備え、
前記複数のリップリングは、第１リップリングと、該第１リップリングの前記圧縮室と反対側に配設された第２リップリングと、を含み、互いに略等しい熱膨張率を有する材料から構成され、
前記第２リップリングの屈曲部は、前記第１リップリングの屈曲部と当接し、前記第１リップリングの屈曲部の曲率と略等しい曲率を有する、
ことを特徴とする。

前記複数のリップリングはそれぞれ、略均一の厚さであってもよい。

前記第１リップリングは、前記屈曲部から前記当接部にかけて徐々に薄くなるように形成されていてもよい。

本発明によれば、圧縮空気の漏れを防ぐことが可能な空気圧縮機を提供できる。

本発明の実施形態に係る空気圧縮機の上面図である。 本発明の実施形態に係る空気圧縮機の側面図である。 本発明の実施形態に係る空気圧縮機の正面図である。 本発明の実施形態に係る空気圧縮機の１段目圧縮装置の要部断面図である。 本発明の実施形態に係る空気圧縮機の２段目圧縮装置の要部断面図である。 図４の要部拡大図である。 図５の要部拡大図である。 リップリングの腰折れ状態を説明するための図である。 第１リップリングの変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る空気圧縮機を図面を用いて説明する。図１〜３は、それぞれ本実施形態に係る空気圧縮機１の上面図、側面図、正面図である。図に示すように、空気圧縮機１は、駆動部１００と、空気タンク部２００と、制御回路部３００と、圧縮空気生成部４００と、から主に構成され、これらは２点鎖線で示す本体カバー５００内に収容されている。また、空気圧縮機１は、持ち運ぶためのハンドル６００を備える。

駆動部１００は、例えば電動モータ等から構成され、クランクシャフト（図示せず）を介して電動モータの回転運動を圧縮空気生成部４００のピストンの往復運動に変換することにより、圧縮空気生成部４００を駆動する。駆動部１００の駆動回路は、制御回路部３００により制御される。また、駆動部１００とともに圧縮空気生成部４００を間に挟むようにして冷却ファン１１０が設けられる。冷却ファン１１０は、駆動部１００の回転軸に取り付けられ、圧縮空気生成部４００を通風冷却する。

空気タンク部２００は、平行に配置された１対の円筒状の空気タンク２１１、２１２等から構成される。空気タンク２１１、２１２は、圧縮空気生成部４００で生成され、吐出管２２０を通って供給される圧縮空気を貯留する。供給された圧縮空気は、空気タンク２１１、２１２内で、例えば３．０〜４．２ＭＰａの圧力を有する。なお、空気タンク２１１、２１２は、連通管２３１、２３２を介して連通しているため、空気タンク２１１、２１２内部の圧力は略同一に維持される。そして、空気タンク２１１、２１２内に貯留された圧縮空気は、減圧弁２４１、２４２で所定の圧力に減圧された後、圧縮空気取出口（カプラ）２５１、２５２に接続されたホース（図示せず）を介して釘打機等の空気工具（図示せず）に供給される。また、カプラ２５１、２５２の近傍には圧力計２６１、２６２が取り付けられており、カプラ２５１、２５２から取り出される圧縮空気の圧力を監視できる。

制御回路部３００は、主電源スイッチ３１０と、表示部３２０と、スイッチング素子等が配置された回路基板（図示せず）とから主に構成され、主電源スイッチ３１０からの操作信号等に基づいて、駆動部１００の電動モータのオン・オフを制御する。表示部３２０は、例えば、タンク圧力や過負荷の警告をＬＥＤ等により表示する。

圧縮空気生成部４００は、外部から取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成するものであり、例えば図１に示すように、１段目圧縮装置４１０と、２段目圧縮装置４２０と、クランクケース４３０と、から構成される。１段目圧縮装置４１０と２段目圧縮装置４２０はクランクケース４３０を介し、対向するように配置される。図４に１段目圧縮装置４１０の要部断面図、図５に２段目圧縮装置４２０の要部断面図を示す。１段目圧縮装置４１０は、アルミニウム合金等の金属材料から形成された低圧側シリンダ４１１、低圧側ピストン４１２、低圧側コンロッド４１３等から構成される。低圧側シリンダ４１１と低圧側ピストン４１２とにより、外部から取り込んだ空気が圧縮される低圧側圧縮室４１４が画成される。また、２段目圧縮装置４２０は、アルミニウム合金等の金属材料から形成された高圧側シリンダ４２１、高圧側ピストン４２２、高圧側コンロッド４２３等から構成される。高圧側シリンダ４２１と高圧側ピストン４２２とにより、１段目圧縮装置４１０から吐出された圧縮空気が圧縮される高圧側圧縮室４２４が画成される。低圧側ピストン４１２及び高圧側ピストン４２２は、それぞれ低圧側コンロッド４１３及び高圧側コンロッド４２３を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されている。この構成により、クランクシャフトの回転運動が、低圧側シリンダ４１１内における低圧側ピストン４１２の往復運動、及び高圧側シリンダ４２１内における高圧側ピストン４２２の往復運動に変換される。

次に、１段目圧縮装置４１０における低圧側シリンダ４１１と低圧側ピストン４１２間のシールする低圧側リップリング４１５について図４、図６を用いて説明する。なお、以下の説明では、低圧側ピストン４１２の摺動方向のうち、圧縮工程時における低圧側ピストン４１２の移動方向を上方向、その反対を下方向とする。

図４に示すように、環状に形成された低圧側リップリング４１５は、低圧側ピストン４１２の下面から下方向に円柱状に突出する突出部４１２ａを挿通した状態で、低圧側コンロッド４１３の上面に配設される。また、低圧側ピストン４１２の突出部４１２ａは、低圧側コンロッド４１３の上面に形成された凹部４１３ａに嵌合する。そして、低圧側リップリング４１３が低圧側ピストン４１２と低圧側コンロッド４１３に挟持された状態で、低圧側ピストン４１２が、ボルト４１６により低圧側コンロッド４１３に固定される。

図６に図４の要部拡大図を示す。図６に示すように、低圧側リップリング４１５は、低圧側ピストン４１２と低圧側コンロッド４１３の上面により挟持される平板部４１５ａと、平板部４１５ａから上向きに屈曲する屈曲部４１５ｂと、屈曲部４１５ｂから延びて低圧側シリンダ４１１の内周部と当接する当接部４１５ｃとから一体的に構成されている。このような構成により、圧縮工程時において、圧縮空気の圧力により、屈曲部４１５ｂが下方向の圧力を受けると、当接部４１５ｃがより強く低圧側シリンダ４１１の内周部と当接する。このようにして、低圧側リップリング４１５は、低圧側圧縮室４１４をシールする。

また、低圧側リップリング４１５は、例えば、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）といったフッ素樹脂により形成される。これにより、低圧側シリンダ４１１の内周部との摩擦を小さくすることができ、摺動性を向上させることができる。

次に、２段目圧縮装置４２０における高圧側シリンダ４２１と高圧側ピストン４２２間のシールする第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６について図５、図７を用いて説明する。なお、以下の説明では、高圧側ピストン４２２の摺動方向のうち、圧縮工程時における高圧側ピストン４２２の移動方向を上方向、その反対を下方向とする。

図５に示すように、環状に形成された第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、互いに重ねられて高圧側ピストン４２２の下面から下方向に円柱状に突出する突出部４２２ａを挿通する。高圧側コンロッド４２３の上面は高圧側ピストン４２２の突出部４２２ａの下面が当接する突出部４２３ａが形成されている。さらに、高圧側コンロッド４２３の突出部４２３ａの外側には、第２リップリング４２６が配設される段差部４２３ｂが形成されている。そして、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６が高圧側ピストン４２２と高圧側コンロッド４２３に挟持された状態で、高圧側ピストン４２２が、ボルト４２７により高圧側コンロッド４２３に固定される。

図７に図５の要部拡大図を示す。第１リップリング４２５は、第２リップリング４２６と高圧側ピストン４２２とにより挟持される平板部４２５ａと、平板部４２５ａから上向きに屈曲する屈曲部４２５ｂと、屈曲部４２５ｂから延びて高圧側シリンダ４２１の内周部と当接する当接部４２５ｃとから一体的に構成されている。このような構成により、圧縮工程時において、圧縮空気の圧力により、屈曲部４２５ｂが下方向の圧力を受けると、当接部４２５ｃがより強く高圧側シリンダ４２１の内周部と当接する。このようにして、第１リップリング４２５は、低圧側リップリング４１５と同様に、高圧側圧縮室４２４をシールする。

また、第１リップリング４２５は、例えば、ＰＴＦＥといったフッ素樹脂により形成される。これにより、高圧側シリンダ４２１の内周部との摩擦を小さくすることができ、摺動性を向上させることができる。

第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５の平坦部４２５ａ及び屈曲部４２５ｂの下方に配設され、下方向の圧力による第１リップリング４２５の変形を抑えるように第１リップリング４２５（特に屈曲部４２５ｂ）を支持するものである。

具体的には、第２リップリング４２６は、図７に示すように、第１リップリング４２６と高圧側コンロッド４２３とにより挟持される平板部４２６ａと、平板部４２６ａから上向きに屈曲する屈曲部４２６ｂと、屈曲部４２６ｂの外縁部に形成されて高圧側シリンダ４２１の内周部と当接する当接部４２６ｃとから一体的に構成されている。屈曲部４２６ａの上面は、第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂの下面と略等しい曲率を有する。これにより、第２リップリング４２６の屈曲部４２６ｂは第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂと隙間無く当接するため、第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂを下方向の圧力に対して良好に支持することができる。

また、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６の外径は、組み立て前の状態（第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６が高圧側シリンダ４２１内に入れられていない状態）において高圧側シリンダ４２１の内径よりも大きい。これにより、組み立てられた状態において、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、その当接部４２５ｃ、４２６ｃを高圧側シリンダ４２１の内周部に対して外径方向に押し付けるように当接する。そのため、高圧側ピストン４２２が揺動する際、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、高圧側シリンダ４２１の内周部と接触し、高圧側圧縮室４２４からの空気の漏れを防ぐ。

また、第１リップリング４２５は、第２リップリング４２６よりも薄い。これにより、第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５よりも柔軟性が大きくなる。従って、高圧側ピストン４２２が揺動する際、圧縮空気の圧力により第１リップリング４２５の当接部４２５ｃは高圧側シリンダ４２１の内周部に密着しやすくなるため、空気の漏れをより確実に防ぐことができる。しかし、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６の厚さはこれに限られず、その素材や形状、圧縮する空気の圧力に応じて適宜決定してもよい。

また、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６の厚さはそれぞれ、平板部４２５ａ、４２６ａから当接部４２５ｃ、４２６ｃに渡って、略均一の厚さである。これにより、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、上述したようなフッ素樹脂の板状材料からプレス成形により容易に製造することができる。

また、第２リップリング４２６の高さ、すなわち高圧側コンロッド４２３の段差部４２３ｂと当接する下面から最上端までの高さは、第１リップリング４２５が高圧側シリンダ４２１の内周部との接触を維持できる程度の高さである。これは、第２リップリング４２６の高さがこれよりも高く、屈曲部４２６ｂが第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂの下面と同様の曲率で高圧側圧縮室４２４側に向かって屈曲している状態では、第１リップリング４２５の当接部４２５ｃと高圧側シリンダ４２１の内周部とが接触せず、空気の漏れを生じさせるからである。

第２リップリング４２６は、例えば、ＰＴＦＥといったフッ素樹脂により形成される。これにより、高圧側シリンダ４２１の内周部との摩擦が小さくすることができ、摺動性を向上させることができる。また、第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５と略等しい熱膨張率を有する材料から構成されていることが好ましい。これにより、圧縮工程時において吸収した熱により第２リップリング４２６及び第１リップリング４２５が膨張しても、略同等の割合で膨張するため、第２リップリング４２６は第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂを屈曲部４２６ｂにおいて支持し続けることができる。また、第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５の腰折れといった座屈変形を抑えられる程度、かつ高圧側ピストン４２２と高圧側シリンダ４２１との接触を防止できる程度の剛性を有する。また、第２リップリング４２６は、高圧側シリンダ４２１の内周部との接触により高圧側シリンダ４２１を傷つけない程度の柔軟性を有する。

以上のように構成される圧縮空気生成部４００における動作について説明する。まず、１段目圧縮装置４１０は、クランクケース４３０の内部を経由して低圧側圧縮室４１４に吸い込まれた外部空気（大気圧）を圧縮し、１段目配管を介して、２段目圧縮装置４２０に圧縮空気を供給する。２段目圧縮装置４２０は、１段目圧縮装置４１０から供給される圧縮空気を、高圧側圧縮室４２４において、例えば３．０〜４．５ＭＰａの許容最高圧力まで圧縮し、吐出管２２０を介して、空気タンク２１１、２１２に圧縮空気を供給する。

次に、本実施形態に係る第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６の動作について説明する。

まず、低圧側圧縮装置４１０の構成を用いて、低圧側リップリング４１５のように第２リップリング４２６により支持されない従来のリップリングに高圧力がかかる場合の動作について説明する。圧縮工程時において、低圧側リップリング４１５に、例えば０．５〜１．５ＭＰａといった低い圧力がかかる場合、低圧側リップリング４１５は、その圧力に抗して下方向への変形を抑え、低圧側圧縮室４１４をシールし続けることができる。しかし、例えば３．０〜４．５ＭＰａといった高い圧力がかかる場合、高圧力と低圧側シリンダ４１１との摩擦力により、低圧側リップリング４１５は図８のように座屈変形していわゆる腰折れ状態となる。これにより、低圧側シリンダ４１１と低圧側リップリング４１５との間に隙間が形成されて圧縮空気が漏れるため、圧縮比が低下する。

次に、高圧側圧縮装置４２０において、第２リップリング４２６により支持される第１リップリング４２５に高圧力がかかる場合の動作について説明する。第１リップリング４２５は、図７に示すように、その屈曲部４２５ｂにおいて、下方に配設された第２リップリング４２６により支持されている。従って、圧縮工程時に第１リップリング４２５に下向きに高圧力がかかっても、第１リップリング４２５は図８のような腰折れ状態にならず、当接部４２５ｃにおいて、高圧側シリンダ４２１と当接し続けることができる。そのため、第１リップリング４２５は、高圧側圧縮室４２４をシールし続けることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る空気圧縮機１において、第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂの下方に第２リップリング４２６を配設することにより、圧縮工程時における下方向の圧力による第１リップリング４２５の変形を抑えることができ、第１リップリングの変形により形成された隙間からの圧縮空気の漏れを防ぎ、高圧側圧縮室４２４を良好にシールすることができる。

また、本実施形態において、第２リップリング４２６の屈曲部４２６ｂは、高圧側リップリング４２５の屈曲部４２５ｂと略等しい曲率を有するため、第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂと第２リップリング４２６の屈曲部４２６ｂとが隙間無く当接する。従って、第２リップリング４２６は、第１リップリング４２５の屈曲部４２５を下方向の圧力に対して良好に支持することができる。

また、本実施形態において、第１リップリング４２５と第２リップリング４２６とは、互いに略等しい熱膨張率を有する材料から構成されている。このような構成により、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、圧縮工程時に吸収した熱により膨張しても略同等の割合で膨張し、第１リップリング４２５の屈曲部４２５ｂと第２リップリング４２６の屈曲部４２６ｂとが隙間無く当接している状態が維持される。従って、第２リップリング４２６は、良好に第１リップリング４２５を支持することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記の実施形態では、２枚のリップリング、すなわち第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６により高圧側圧縮室４２４がシールされている。しかし、リップリングの枚数はこれに限られない。リップリングの数が多いほど、より確実に高圧側圧縮室４２４をシールすることができる。また、圧縮する空気の圧力に応じて、リップリングの枚数を決定してもよい。

また、上記の実施形態では、第１リップリング４２５及び第２リップリング４２６は、平板部４２５ａ、４２６ａから当接部４２５ｃ、４２６ｃに渡って、略均一の厚さである。しかし、第１リップリング及び第２リップリングの形状はこれに限られない。例えば、図９に示すように、第１リップリング４２７を、平板部４２７ａから屈曲部４２７ｂまでは略均一の厚さであり、屈曲部４２７ｂから当接部４２７ｃにかけて徐々に薄くなるように形成してもよい。このように、屈曲部４２７ｂは、第２リップリング４２６に支持された状態で座屈しない程度の厚みを有しつつ、当接部４２７ｃは薄く形成されることで高圧側シリンダ４２１の内周部に密着しやすくなり、より確実に高圧側圧縮室４２４をシールすることができる。

１ 空気圧縮機
１００ 駆動部
１１０ 冷却ファン
２００ 空気タンク部
２１１、２１２ 空気タンク
２２０ 吐出管
２３１、２３２ 連通管
２４１、２４２ 減圧弁
２５１、２５２ 圧縮空気取出口（カプラ）
２６１、２６２ 圧力計
３００ 制御回路部
３１０ 主電源スイッチ
３２０ 表示部
４００ 圧縮空気生成部
４１０ １段目圧縮装置
４１１ 低圧側シリンダ
４１２ 低圧側ピストン
４１２ａ 突出部
４１３ 低圧側コンロッド
４１３ａ 凹部
４１４ 低圧側圧縮室
４１５ 低圧側リップリング
４１６ ボルト
４２０ ２段目圧縮装置
４２１ 高圧側シリンダ
４２２ 高圧側ピストン
４２２ａ 突出部
４２３ 高圧側コンロッド
４２３ａ 突出部
４２３ｂ 段差部
４２４ 高圧側圧縮室
４２５、４２７ 第１リップリング
４２５ａ、４２７ａ 平板部
４２５ｂ、４２７ｂ 屈曲部
４２５ｃ、４２７ｃ 当接部
４２６ 第２リップリング
４２６ａ 平板部
４２６ｂ 屈曲部
４２６ｃ 当接部
４２７ ボルト
５００ 本体カバー
６００ ハンドル

Claims (3)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内を摺動し、前記シリンダとともに圧縮室を画成するピストンと、
   前記シリンダの径方向から前記圧縮室に向けて屈曲する屈曲部と、該屈曲部から延びて前記シリンダの内周部と当接し、前記シリンダと前記ピストンとの間をシールする当接部と、を有し、前記ピストンの摺動方向に互いに重ねて配設される複数のリップリングと、
   を備え、
   前記複数のリップリングは、第１リップリングと、該第１リップリングの前記圧縮室と反対側に配設された第２リップリングと、を含み、互いに略等しい熱膨張率を有する材料から構成され、
   前記第２リップリングの屈曲部は、前記第１リップリングの屈曲部と当接し、前記第１リップリングの屈曲部の曲率と略等しい曲率を有する、
   ことを特徴とする空気圧縮機。
2. 前記複数のリップリングはそれぞれ、略均一の厚さである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記第１リップリングは、前記屈曲部から前記当接部にかけて徐々に薄くなるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。

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