(57)【要約】【課題】  軽量で電力消費の少ない可搬型空気圧縮装置を提供する。【解決手段】  同一駆動軸上にある低圧側ピストン用のクランクピンの支点を高圧側ピストン用のクランクピンの支点より回転方向に対して機械角で５度以上で５０度以下の角度で遅れた位置に設けることによって、低圧側ピストンの吸入・圧縮のタイミングを高圧側ピストンの圧縮・吸入のタイミングより遅らせる。これにより、高圧側の圧縮時に要求するトルクを低圧側のトップクリアランス残圧によるトルクで補う範囲を延ばす方法によってトルク変動を減らし、軽量化と省エネを同時に実現する可搬型空気圧縮装置。【選択図】図１
2008190517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一駆動軸上にある低圧側ピストン用のクランクピンの支点を高圧側ピストン用のクランクピンの支点より回転方向に対して機械角で５度以上で５０度以下の角度で遅れた位置に設けることによって、低圧側ピストンの吸入・圧縮のタイミングを高圧側ピストンの圧縮・吸入のタイミングより遅らせることを特徴とする可搬型空気圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は特に住宅建築工事等に用いられる高圧の可搬型空気圧縮装置（以下コンプレッサという）の省エネ化と軽量化に関する。
【背景技術】
【０００１】  周知の如く、土木建築等の施工工事に用いられる空気圧縮装置は、取り扱い性の点から小型で軽量の可搬型であることが強く望まれていて、従来より様々なタイプの可搬型式のコンプレッサが案出実用されている。例えば下記引用文献に記されているものを取り上げる。
【引用文献】
特開２００５−１２０９８号公報
【０００２】  前記公報に記載されているコンプレッサを図２に示す。このコンプレッサ１は概略、駆動させるためのモータ３と、そのモータのシャフト５に取り付けられた低圧側及び高圧側のクランクピン９ａ及び９ｂと、低圧側クランクピン９ａの旋回運動に伴って往復運動する低圧側ピストン１１ａと、高圧側クランクピン９ｂの旋回運動に伴って往復運動する高圧側ピストン１１ｂと、ピストン１１ａ及び１１ｂをそれぞれ収納するための低圧側及び高圧側のシリンダ１３ａ及び１３ｂと、当該シリンダの内壁及びピストン１１ａ、１１ｂによって規定される低圧側及び高圧側の圧縮室１５ａ、１５ｂとを有している。
【０００３】    モータ３は内側に位置する固定子３１と、固定子の外側に位置する回転子３２と、回転子と一体となって回転するモータシャフト５を有している。このモータシャフト５は図２に示すように、固定子３１の中心を回転自在に貫通している。
【０００４】    モータシャフト５を軸支持する軸受７は、互いに離れた位置に設けられた軸受部材７１，７２とで構成されている。この７１と７２との間に前記したクランクピン９ａ、９ｂとがモータシャフト５に固定されている。
【０００５】    具体的には、低圧側クランクピン９ａは図２に示すようにモータシャフト５に挿入されており、その結果モータシャフト５の回転に伴って低圧側のピストン１１ａが往復運動できる。同様に高圧側のクランクピン９ｂも、モータシャフト５に挿入されていてモータシャフト５の回転に伴って高圧側のピストン１１ｂが往復運動できるようになっている。
【０００６】    図２ではわかりにくいが、実際の市場で使われているコンプレッサでは、クランクピン９ａ、９ｂはモータシャフト上に同位相に固定されていて、低圧側ピストンの上死点と高圧側ピストンの下死点とが同時となり、同様に低圧側ピストンの下死点と高圧側ピストンの上死点とが同時のタイミングとなる構成となっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】    然しながら、更なる軽量化を求められるに至り、従来以上に軽量で可搬性に優れたコンプレッサを開発するための新たな方法を案出する必要が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】    前記課題を克服するために本発明のコンプレッサは、シリンダ内に収納されたピストンを往復運動させることによって、当該シリンダ内に吸入した空気を圧縮して吐き出すようになっており、モータシャフトを備え、このシャフトを回転自在に支持する軸受と、前記ピストンを往復運動できるようにモータシャフトに取り付けられたクランクピンとを有しており、低圧側ピストン用のクランクピンと高圧側ピストン用のクランクピンの位相をわざとずらして構成している。
【０００９】    また、図１に示すようにモータシヤフトの回転方向を基準として、低圧側ピストン用のクランクピンの位相を高圧側ピストン用のクランクピンの位相より機械角で５度以上５０度以下の範囲で遅れ方向にずれた位置に設けている。図１ではこの角度をΘとして示している。このΘの範囲は、低圧側ピストンのトップクリアランスと深く関係して最適となる角度が存在する。
【発明の詳細な説明】
【００１０】    前記したような低圧側と高圧側とに二段に分けて空気を圧縮する方法は、特に高圧の圧縮空気を得る実用的方法として知られているが、このような二段圧縮型コンプレッサの動作について、従来の低圧側ピストンと高圧側ピストンの位相をずらさない場合において簡単に説明する。
【００１１】    特に大きなモータトルクを必要とする条件として、エアタンクの圧力が高くなっているときで説明する。このときのタンク内の圧力をＰＨとし、低圧側シリンダと高圧側シリンダとの間を接続する配管内の圧力をＰＬとする。ＰＬは低圧側ピストンの圧縮比によって決定され、高圧側の動作によって大きく変動しない。これは一サイクル当りに高圧側シリンダに吸入されるＰＬ圧力の空気体積より大きい体積の空気を低圧側シリンダは配管に供給できることによっている。
【００１２】    先ず、低圧側圧縮工程の期間は高圧側は吸気工程となっていて、高圧側ピストンはＰＬ圧力あるいは高圧側トップクリアランス内の残圧のどちらか高いほうの圧力によって押し下げられる力が生じており、これは下死点に至っても大気圧よりＰＬのほうが高いため押されている。この高圧側ピストンを押し下げる力によるトルクは低圧側の圧縮作業を助ける方向に作用しているから、モータシャフトが発生すべきトルクは、低圧側での圧縮に必要なトルクからこの高圧側のシリンダ内圧力によるトルクを差し引いた少ないトルクで駆動できる。
【００１３】  次に、高圧側圧縮工程の期間は低圧側は吸気工程となっていて、低圧側ピストンは低圧側トップクリアランス内の残圧によって押し下げられるが下死点に近ずくとシリンダ内圧力は大気圧まで下がるからこの押し下げる力は失なわれる。このため高圧側の圧縮作業に必要なトルクを助ける力が途中で失なわれることになり、モータシャフトは大きなトルクを発生する必要が生ずる。
【００１４】  このようにモータシャフトが一回転する間に求められるトルクの変動が大きい。この要求トルクをまかなうために比較的大きな慣性重り効果をモータシャフトやモータ回転子に設けていて、軽量化の妨げとなっている。
【００１５】  更に低圧側ピストンと高圧側ピストンとがモータシャフト中心に対して、同時に同じ方向に偏心することとなっているため、回転バランスを悪化させ振動を発生することとなるのを防ぐ目的で、モータシャフトの逆位相部にバランス修正のための比較的大きな重りを設けなければならず、軽量化の妨げになっている。
【００１６】  そこで本発明では低圧側ピストンの位相を高圧側ピストンに対して遅れ位相とすることによって、高圧側ピストンの圧縮工程期間に低圧側ピストンのトップクリアランス内残圧を利用して低圧側ピストンを押し下げるタイミングを長引かせることができるから、高圧側の圧縮に必要なトルクを助ける方向のトルクを長い期間発生させることができる。これによって、高圧側圧縮時に必要なトルクを減少させることができる。このタイミングでは遅らせる位相角度は大きいほうが良いが、後で記す別のタイミングのとき角度を大きく取りすぎるとトルクをかえって大きく必要とする条件が生じてしまう。
【００１７】  次に本発明における低圧側ピストンの圧縮工程では、高圧側シリンダ内のＰＬ圧力が大気圧より高いことによって高圧側ピストンの下死点まで高圧側ピストンは押し下げられる力を発生している。この力は低圧側ピストンの圧縮に必要なトルクを助ける方向に作用している。このとき低圧側ピストン用クランクピンの支点と高圧側ピストン用クランクピンの支点との位相のずらし角度が大きすぎると、低圧側と高圧側とが同時に圧縮工程となってしまう期間が長い期間発生してしまうから、両クランクピンの位相をずらす角度は５０度以下の範囲に限定される。
【００１８】  前記した説明によって、両クランクピンの位相ずらし角度は０度以上５０度以下となるが、０度を含むと従来との優位差が生じなくなるから、本発明では５度以上５０度以下の範囲に限定するものである。このずらし角度は、両シリンダ径と、低圧側圧縮比を支配する低圧側ピストンのトップクリアランスの取り方によって、最適となる角度は異なるため、一定角度に定めることはできない。
【実施例】  実施例を示す説明用概略図を図１に示す。説明は〔０００９〕に前記したのでここでは省略する。
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので以下のような効果を奏する。
【００２０】  本発明によると、一回転の間でモータシャフトに要求されるトルクの変動を小さく抑えることができるから、モータ駆動によって生ずる電力損失を少なくすることができる。と共に慣性重り効果を減らしても安定な運転ができることになって、軽量化と省エネに寄与できる。
【００２１】  更に低圧側ピストンと高圧側ピストンの偏心位相をずらしていることによって、両者によるバランスを悪化させるタイミングがずれることとなる。これによりバランス修正用重りを軽くすることができるから軽量化に貢献できる。
【００２２】  更に別の効果として、高圧側の圧縮工程で要求するトルクを低圧側が助けてくれる期間が長くなることにより、高圧側圧縮比を高くとっても、過大なトルクを要求しなくても済むことになる。この事はコンプレッサの能力としてエアタンクを高圧まで充填する時間を短縮することとなり、使い勝手が良くなると同時に消費電力を削減できるという効果を奏する。
【００２３】  ［００２０］に前記したが、モータ駆動によって生ずる電力損失を低減できることは、モータやモータドライバの温度を低減させることができる方向であるから、その結果としてモータやモータドライバのコスト安と軽量化に貢献できることになる。
【００２４】  本発明を実施するに際し、位相をずらすだけであるから、従来と比較してコストを上げる要素はない、従ってコスト安を維持したままコンプレッサの軽量化と省エネを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  本発明の実施例を示す説明用概略図である。
【図２】  従来技術を示す可搬型コンプレッサの横断面図である。
【符号の説明】
【００２６】１、可搬型エアコンプレッサ
３、モータ
３１、固定子
３２、回転子
５、モータシャフト
７、軸受
７１、第１の軸受部材
７２、第２の軸受部材
９ａ、低圧側クランクピン
９ｂ、高圧側クランクピン
１０ａ、低圧側コネクティングロット
１０ｂ、高圧側コネクティングロット
１１ａ、低圧側ピストン
１１ｂ、高圧側ピストン
１３ａ、低圧側シリンダ
１３ｂ、高圧側シリンダ
１５ａ、低圧側圧縮室
１５ｂ、高圧側圧縮室
１７、低圧側ヘッド
１８、高圧側ヘッド
１９、バランス修正用重り
２０、位相をずらす角度
２１、低圧側シリンダと高圧側シリンダとを接続する配管
【図１】
2008190517.tif 000003
【図２】
2008190517.tif 000004