(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動することにより空気を圧縮するピストンと、
前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、
外部から空気を吸込む吸込口と前記シリンダ内の吸込室とを接続する吸入管と、
前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、
前記連通管には、前記クランク室からの空気を一時的に貯留し、前記シリンダ内に吸込まれるのを抑制する空洞部を設け、
前記吸込口から前記シリンダに空気を吸込む吸入工程時に前記クランク室からの空気は前記吸入管まで達しないことを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項２】
前記空洞部は複数本の並列管で構成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記空洞部は容器と容器内を複数の通路に仕切る隔壁で構成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動圧縮機。
【請求項４】
前記連通管または空洞部の表面に放熱フィンを設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の往復動圧縮機。
【請求項５】
シリンダ内を往復動することにより空気を圧縮するピストンと、
前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、
外部からの空気を前記シリンダ内に吸込む吸入管と、
前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、
前記連通管には空洞部を設け、前記空洞部を含めた前記連通管の内部の体積の合計が、前記ピストンが上端にあるときと下端にあるときにおける前記ピストンと前記シリンダとで形成される空間の体積の差分よりも大きいことを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項６】
吸込口からシリンダに空気を吸込む吸入工程時に、前記クランク室内の空気が前記空洞部に流入し、前記ピストンが前記シリンダ内の空気を圧縮する圧縮工程時に前記空洞部の空気がクランク室内に流入することを特徴とする請求項５に記載の往復動圧縮機。
【請求項７】
前記空洞部は複数本の並列管で構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の往復動圧縮機。
【請求項８】
前記空洞部は容器と前記容器内を複数の通路に仕切る隔壁で構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の往復動圧縮機。
【請求項９】
前記連通管または空洞部の表面に放熱フィンを設けることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１、２がある。
【０００３】
特許文献１には、吸込み口からの空気をクランク室に導入することにより、ピストンの往復運動による脈動の発生を防止させるために、吸込み口に接続され、シリンダ室（シリンダヘッドの吸入室）に加圧空気を供給する圧力管（吸入管）からのびる分岐管（連通管）をクランク室に接続させた空気増圧装置が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、吸込みサイレンサ（吸込み口）とクランクケース（クランク室）とを接続する油戻し管（連通管）の途中に冷却タンクを設けた往復動圧縮機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０―３２９８３号公報
【特許文献２】実開平５−３６０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の空気増圧装置は、クランク室において加熱された空気が十分に冷却される前に連通管、吸入管を介して、シリンダヘッドの吸入室に吸込まれ、圧縮される。従って、高温となり密度の低下した空気が圧縮されるため、圧縮効率が向上を図ることができなかった。
【０００７】
特許文献２の往復動圧縮機は、冷却タンクによってクランクケース内の潤滑油を冷却して、クランクケース内の温度の上昇を防止することを目的としたものであり、冷却タンクを十分な大きさにしていない。そのためクランクケース内の空気をシリンダヘッドを介して吸込み口から吸込んでしまうため、圧縮される空気が高温となり、圧縮効率の向上を図ることができなかった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、圧縮効率を向上させつつピストンの往復運動による脈動を抑制することができる往復動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、シリンダ内を往復動することにより空気を圧縮するピストンと、前記シリンダに接続され、前記ピストンを収納するクランク室と、外部から空気を吸込む吸込口と前記シリンダ内の吸込室とを接続する吸入管と、前記吸入管と前記クランク室とを連通させる連通管とを備え、前記連通管には、前記クランク室からの空気を一時的に貯留し、前記シリンダ内に吸込まれるのを抑制する空洞部を設け、前記吸込口から前記シリンダに空気を吸込む吸入工程時に前記クランク室からの空気は前記吸入管まで達しないことを特徴とする往復動圧縮機を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧縮効率を向上させつつピストンの往復運動による脈動を抑制することができる往復動圧縮機を提供することをができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における圧縮機の断面図である。
【図２】実施例１における吸入行程を示す図である
【図３】実施例１における圧縮行程を示す図である。
【図４】実施例２の空洞部を示す軸方向の断面図である。
【図５】実施例３の空洞部を示す軸方向の断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】実施例４の空洞部および連通管を示す３次元図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
圧縮機を例に採り、本発明の実施例１を図１乃至図３により説明する。
【００１３】
図１は実施例１の全体構造を示している。シリンダ１内にピストン２が内接して配置される。ピストン２の後端部には大端部３が形成されている。大端部３に軸受４が装着される。シリンダ１はクランク室５に接続され、ピストン２を収納する。クランク室５の内部の２箇所に軸受（図示せず）が装着され、クランク軸６が回転自由に支持される。クランク軸６は偏心軸７を有する。偏心軸７に軸受４が嵌合される。
【００１４】
ヘッドプレート８がシリンダ１の先端に設置される。ヘッドプレート８は吸入孔９を有し、吸入孔９のピストン２に近い側を塞ぐように吸入弁１０が装着される。また、ヘッドプレート８は吐出孔１１を有し、吐出孔１１のシピストン２に遠い側を塞ぐように吐出弁１２が装着される。ヘッドプレート８を挟み込んでシリンダヘッド１３がボルトなどでシリンダ１に固着される。シリンダヘッド１３はシリンダ１を覆い、シリンダ１内を吸入室１４と吐出室１８とに区画する。吸入室１４は外部に通じる吸入ポート１５が設けられている。外部から空気を吸込む吸込口１７は吸入室１４と吸入管１６を介して接続される。吐出室１８には外部に通じる吐出ポート１９が設けられている。吐出管２０が吐出ポート１９に接続される。
【００１５】
吸入管１６とクランク室５とを接続する連通管２１が吸入管１６から分岐する。連通管２１は、吸入管１６に接続される吸入側連通管２１ａと、クランク室５に連通するクランク室側連通管２１ｂと、吸入側連通管２１ａとクランク室側連通管２１ｂの間にある空洞部２２とから構成される。本実施例における空洞部２２は、クランク室５からの空気を一時的に貯留し、吸入管１６に流入するのを抑制するものである。
【００１６】
次に本実施例の動作を説明する。クランク軸６が電動機（モータ）などの駆動部により回転駆動される。すると偏心軸７が旋回しながら回転する。この運動により偏心軸７に接続されたピストン２の大端部３は旋回運動する。この旋回運動によりピストン２はクランク軸６の回転と同期してシリンダ１内を往復運動する。ピストン２の外周面にはシール部材が装着されており、シリンダ１の内周面と摺動しながらシリンダ１内とクランク室５内の間で空気が漏れないようにシールする。
【００１７】
シリンダ１内でのピストン２の往復運動により、クランク軸６が１回転する間、半周期は吸入弁１０が開いて、吸込口１７、吸入管１６、吸入室１４、吸入孔９を経由してシリンダ１へ空気が吸い込まれる。後の半周期はシリンダ１内で空気が圧縮され、吐出弁１２が開いて吐出孔１１、吐出室１８、吐出ポート１９、吐出管２０を通じて、圧縮機外へ空気が吐出される。
【００１８】
仮に連通管２１がない場合、ピストン２の往復運動によって、クランク室５内の圧力が変動し、脈動を生じる。本実施例のように連通管２１を設けた場合、クランク室５内の空気を連通管２１内を通じて逃がすことにより、クランク室５内の圧力の変動を防止し、脈動による騒音を防止することができる。
【００１９】
本実施例における圧縮機は、外部から空気をシリンダ１に吸入する吸入工程と、吸入した空気をピストン２によって圧縮する圧縮工程によって圧縮動作を行う。吸入工程、圧縮工程についてそれぞれ図２、３を用いて説明する。
【００２０】
図２は本実施例の圧縮機の吸入工程完了時の状態を示す。図１と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。ピストン２がヘッドプレート８に接近した位置から下降し、シリンダ１内の圧力が外気よりも低くなると、吸入弁１０が開いて、吸込口１７、吸入管１６、吸入室１４、吸入孔９を経由して、空気がシリンダ１内に吸入される。このとき、ピストン２はクランク室５の方へ移動するので、クランク室５の体積は減少する。したがって、クランク室５内の空気２４がクランク室側連通管２１ｂを通じてクランク室５内からクランク室５の外へ押し出される。
【００２１】
ここで、空気を圧縮すると圧縮熱が発生するので温度が上昇する。また、運転時にはシリンダ１とピストン２の摺動部や軸受４には摩擦熱が発生する。シリンダ１、ピストン２、クランク軸６およびクランク室５は高温になった空気の熱や摩擦熱を受けて温度が上昇する。したがって、クランク室５内の空気の温度も上昇する。そのため、クランク室５内の空気２４は高温になっている。
【００２２】
クランク室５から押し出される空気の体積は、ピストン２がシリンダ１内を端から端まで移動して押しのける体積（ピストン２が上端（シリンダヘッド１３側）にあるときと下端（大端部３側）にあるときにおけるシリンダ１とピストン２で形成される空間の体積の差分）、即ち、ピストン２がシリンダ１内で一度の圧縮動作で圧縮する空気の体積（吸入工程においてシリンダ１内に流入する空気の体積）に等しい。この体積をピストン押しのけ体積と呼ぶ。本実施例では、吸入側連通管２１ａとクランク室側連通管２１ｂおよび空洞部２２の内部の合計体積（空洞部２２を含めた連通管２１の内部の合計体積）はピストン押しのけよりも大きく設定してある。これにより、吸入空気２３とクランク室空気２４の境界面２５は空洞部２２または吸入側連通管２１ａの途中までは移動してくるかもしれないが、吸入管１６内まで移動することはない。したがって、シリンダ１へ吸入される空気は、吸込口１７から流入した吸入空気２３のみであるから、低温のままである。
【００２３】
仮に、シリンダ１に高温のクランク室５内の空気２４が混入して吸入されると、密度が低い空気を吸入することになる。この場合、モータの回転速度あたりのピストンが押しのけ体積は一定なので、空気の密度が高い場合に比べて、圧縮する空気の質量が減少し、体積効率（ピストン押しのけ体積あたりの実際に吐出した空気の大気圧状態における体積）が低下する。一方、流体損失や機械損失は空気の密度によってはほとんど変化しないので、同じ量だけ発生する。圧縮する空気の量が減って損失が変わらないということは、質量効率（圧縮空気量あたりの理論動力/実際の動力）も低下することになる。しかし、本実施例によれば、シリンダ１へ吸入される空気に高温のクランク室空気２４が混入せず、吸入空気を混入空気で加熱することがないので、体積効率も圧縮効率も低下しないので、圧縮機の性能が低下しない。
【００２４】
図３は本実施例の圧縮機の圧縮工程完了時の状態を示す。図１と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。ピストン２は図２の状態からヘッドプレート８に最接近する位置まで移動し、クランク室５の体積はピストン押しのけ体積の分だけ増加する。したがって、一旦押し出されていたクランク室５内の空気２４は再びクランク室５へ吸入され、吸入管２３から空気が吸入側連通管２１ａへ流入する。そして境界面２５はほぼクランク室５とクランク室側連通管２１ｂの接続部まで後退する。圧縮機運転中は境界面２５は図２の位置と図３の位置の間を往復する。
【００２５】
このとき、圧縮熱や摩擦熱により加熱され、高温になったクランク室５内の空気２４がクランク室側連通管２１ｂや空洞部２２へ流入すると、これらの部材に熱が伝達され、さらには外気へ放熱されるので、クランク室５内の空気２４は冷却される。冷却され、温度の低下したクランク室５内の空気２４は再びクランク室５へ戻るので、クランク室５の温度も低下する。この繰り返しにより、クランク室５およびこれに連結するシリンダ１の他、圧縮機は全体的に冷却される。圧縮機が全体的に冷却されると、吸入空気が圧縮機部材から受ける加熱量も低減する。したがって、シリンダ１に吸入される空気の温度が低減し、圧縮機の体積効率および圧縮効率が向上するので、圧縮機の性能が向上する。
【００２６】
以上より、本実施例によれば、吸入管２１によってピストン２の往復運動による脈動を抑制しつつ、高温になったクランク室５内の空気が吸入管２１内の空洞部２２で一時的に貯留され冷却されるため、シリンダ１内に高温の空気が吸入されるのを抑制し、圧縮効率を高めることができる。
【実施例２】
【００２７】
本発明の実施例２を図４に示す。実施例１と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。本実施例の特徴は空洞部２２を複数本の並列管３１で構成したことである。並列管３１は一端が吸入側マニホールド３０ａに連通し、他端がクランク室側マニホールド３０ｂに連通している。吸入側マニホールド３０ａは吸入側連通管２１ａに接続され、クランク室側マニホールド３０ｂはクランク室側連通管２１ｂに接続される。個々の並列管３１の内径は細いが、複数本の内部の体積を合わせると大きな体積になる。したがって実施例１と同様に空洞部２２として機能する。
【００２８】
実施例１のように空洞部２２がひとつの大きな体積である場合は、流入したクランク室５内の空気２４と吸入空気２３はある程度攪拌され、境界面２５がはっきり形成されず、高温の空気の一部は吸入管１６まで到達するおそれがある。そこで、実施例１の場合は、余裕を見て、空洞部２２をピストン２の押しのけ体積よりも十分に大きく形成する必要がある。一方、本実施例にように、空洞部２２の体積が細い管の中では攪拌が防止されるので境界面２５がはっきり形成され、空洞部２２の体積がピストン２の押しのけ体積よりも大きければ、それ以上余裕を見て体積を大きくしなくても高温の空気が吸入管１６まで到達しない。
【００２９】
以上より、本実施例によれば、実施例１の空洞部２２よりも小さい体積で実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、クランク室５内を含め、圧縮機全体をより効率よく冷却できるとともに圧縮機全体の大型化を防止することができる。
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３を図５および図６に示す。実施例１と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。図６は図５のＡ−Ａ断面図である。本実施例の特徴は、空洞部２２を容器３２と内部に設けた隔壁３３で形成したことである。容器３２は一端が吸入側連通管２１ａに接続され、他端がクランク室側連通管２１ｂに接続される。容器３２の内部は、図６に示すようにハニカム状の隔壁３３で仕切られている。図５に示すように、隔壁３３の両端は開放状態であり、流体は双方に出入りできる。隔壁３３で仕切られた個々の通路３４の断面積は小さいが、全通路の体積を合わせると大きな体積になる。したがって空洞部２２として機能する。
【００３１】
空洞部２２がひとつの大きな体積である場合は、流入したクランク室空気２４と吸入空気２３はある程度攪拌され、境界面２５がはっきり形成されず、高温の空気の一部は吸入管１６まで到達するおそれがある。そこで、実施例１の場合は、余裕を見て、空洞部２２をピストン２の押しのけ体積よりも十分に大きく形成する必要がある。一方、本実施例にように、断面積の小さな一つの通路３４の中では攪拌が防止されるので境界面２５がはっきり形成され、空洞部２２の体積がピストン２の押しのけ体積よりも大きければ、それ以上余裕を見て体積を大きくしなくても高温の空気が吸入管１６まで到達しない。
【００３２】
以上より、本実施例によれば、実施例１の空洞部２２よりも小さい体積で実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、クランク室５内を含め、圧縮機全体をより効率よく冷却できるとともに圧縮機全体の大型化を防止することができる。
【実施例４】
【００３３】
本発明の実施例４を図７に示す。実施例１と同じ部品には同じ記号を付し、説明を省略する。クランク室側連通管２１ｂの表面には円盤フィン４０が設けられている。空洞部２２の表面にはストレートフィン４１が設けられている。これらの放熱フィンは内部の流体の熱を外気により効果的に放熱する。したがって内部に流入したクランク室空気２４は放熱が促進され、より効果的に冷却される。したがって圧縮機がより効果的に冷却され、圧縮機の体積効率および圧縮効率が向上するので、圧縮機の性能が向上する。なお、ここに示した放熱フィンの形状は一例を示したものであり、この形状に限定されるものではない。また、吸入側連通管２１ａの表面にも放熱フィンを設けてもよい。
【００３４】
以上より、本実施例によれば、実施例１よりもさらに往復動圧縮機全体を効果的に冷却でき、圧縮効率をさらに向上させることができる。
【００３５】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、実施例１乃至４を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    シリンダ
２    ピストン
３    大端部
４    軸受
５    クランク室
６    クランク軸
７    偏心軸
８    ヘッドプレート
９    吸入孔
１０    吸入弁
１１    吐出孔
１２    吐出弁
１３    シリンダヘッド
１４    吸入室
１５    吸入ポート
１６    吸入管
１７    吸込口
１８    吐出室
１９    吐出ポート
２０    吐出管
２１ａ    吸入側連通管
２１ｂ    クランク室側連通管
２２    空洞部
２３    吸入空気
２４    クランク室空気
２５    境界面
３０ａ    吸入側マニホールド
３０ｂ    クランク室側マニホールド
３１    並列管
３２    容器
３３    隔壁
３４    通路
４０    円盤フィン
４１    ストレートフィン
【図１】
0005846977.tif 000002
【図２】
0005846977.tif 000003
【図３】
0005846977.tif 000004
【図４】
0005846977.tif 000005
【図５】
0005846977.tif 000006
【図６】
0005846977.tif 000007
【図７】
0005846977.tif 000008