(57)【要約】【課題】リップリングの耐久性を向上させることが可能な空気圧縮機を提供する。【解決手段】空気圧縮機は、高圧側シリンダ４２１と、高圧側シリンダ４２１内を往復する高圧側ピストン４２２と、高圧側シリンダ４２１と高圧側ピストン４２２との間をシールする環状の高圧側リップリング４２５と、高圧側ピストン４２２の外周部と高圧側リップリング４２５の内周部との間に配設され、高圧側リップリング４２５が高圧側シリンダ４２１の内周部と当接するように付勢する環状のＯリング４２６と、を備える。Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際に、高圧側ピストン４２２の上縁部が高圧側リップリング４２５に接触することを妨げる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内を往復するピストンと、
前記シリンダと前記ピストンとの間をシールする環状のリップリングと、
前記ピストンの外周部と前記リップリングの内周部との間に配設され、前記リップリングが前記シリンダの内周部と当接するように付勢する環状の弾性体と、
を備えることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記弾性体は、前記ピストン外周部に形成された溝と嵌合している、
ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項３】
前記溝の深さは、前記弾性体の太さの略１／２である、
ことを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機。
【請求項４】
前記リップリングと前記弾性体とは略等しい熱膨張率を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記弾性体は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動式の空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気工具等の動力となる高圧の圧縮空気を生成する空気圧縮機として、段階的に圧力を上げていく多段式往復動圧縮機が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、空気を圧縮するピストン方式には、往復揺動型のロッキングピストンと、コンロッドの先端に設けられた圧縮ピストンピンに回動自在に設けられた非揺動型のピストンとが知られている（例えば、特許文献２参照）。このうち、往復揺動型のロッキングピストンは、非揺動型のピストンと比べて部品点数が少なく軽量であるため、振動や騒音が小さいというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８５６４８号公報
【特許文献２】特開平８−１８９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、往復揺動型のピストンでは、ピストンとシリンダ間をシールするための薄い板状のリップリングが用いられるため、高圧力の圧縮空気を生成しようとすると、大きな変形によるリップリングの破断や、摩耗による空気漏れが発生するおそれがある。そのため、高圧の圧縮空気を生成する空気圧縮機には使用できなかった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、リップリングの耐久性を向上させることが可能な空気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】
【０００６】
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、
前記シリンダ内を往復するピストンと、
前記シリンダと前記ピストンとの間をシールする環状のリップリングと、
前記ピストンの外周部と前記リップリングの内周部との間に配設され、前記リップリングが前記シリンダの内周部と当接するように付勢する環状の弾性体と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記弾性体は、前記ピストン外周部に形成された溝と嵌合していてもよい。
【０００８】
前記溝の深さは、前記弾性体の太さの略１／２であってもよい。
【０００９】
前記リップリングと前記弾性体とは略等しい熱膨張率を有してもよい。
【００１０】
前記弾性体は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リップリングの耐久性を向上させることが可能な空気圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る空気圧縮機の外観図である。
【図２】カバーを取り外した空気圧縮機の外観図である。
【図３】図２の矢印Ａ方向から見た空気圧縮機の外観図である。
【図４】図３の切断線Ｂ−Ｂにおける圧縮空気生成部の断面図である。
【図５】１段目圧縮装置の要部拡大断面図である。
【図６】２段目圧縮装置の要部拡大断面図である。
【図７】高圧側ピストンの中心軸が傾いた状態における２段目圧縮装置の要部拡大断面図である。
【図８】従来の空気圧縮機において、ピストンの中心軸が傾いた状態における圧縮装置の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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は、本実施形態に係る空気圧縮機１の外観図、図２はカバー２を外した状態の空気圧縮機１の外観図、図３は図２の矢印Ａ方向から見た空気圧縮機の外観図である。図２、３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、持ち運び用ハンドル３と、防振支持用ゴム足４とから構成される。
【００１４】
駆動部１００は、例えば直流モータ等から構成され、クランクシャフト４４０（図４参照）を介して直流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。
【００１５】
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、空気通路２５０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、連通管及びマニホールド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。また、空気タンク２１１、２１２には、安全弁（逃がし弁）が取り付けられ、空気タンク２１１、２１２内の圧力が異常に高くなった場合にその内部の圧縮空気の一部を外部に吐出させることで異常な圧力上昇を防止する。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２２１、２２２で所定の圧力に減圧された後、圧縮空気取出口（カプラ）２３０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２３０の近傍には圧力計２４１、２４２が取り付けられており、カプラ２３０から取り出される圧縮空気の圧力を監視できる。
【００１６】
制御回路部３００は、主電源スイッチ３１０と、表示部と、スイッチング素子等が配置された回路基板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の直流モータのオン・オフを制御する。表示部は、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。
【００１７】
図４は、図３の切断線Ｂ−Ｂにおける圧縮空気生成部４００の断面図である。圧縮空気生成部４００は、図４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、クランクシャフト４４０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はクランクシャフト４４０を介し、対向するように配置される。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。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。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４４０に連結されている。この構成により、クランクシャフト４４０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。
【００１８】
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間のシール構造について図５を用いて説明する。図５は、１段目圧縮装置４１０の要部拡大断面図である。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、クランクシャフト４４０が収容されているクランク室４４１から、低圧側シリンダ４１１と低圧側ピストン４１２とにより画成される低圧側圧縮室４１４に向かう方向（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。
【００１９】
低圧側ピストン４１２は、円板状に形成され、その下面には、下方向に円柱状に突出する突出部４１２ａが形成されている。また、低圧側コンロッド４１３の上面には、低圧側ピストン４１２の突出部４１２ａが嵌合する凹部４１３ａが形成されている。低圧側ピストン４１２の突出部４１２ａは、後述する環状の低圧側リップリング４１５が挿通された状態で、凹部４１３ａに嵌合する。そして、低圧側ピストン４１２は、ボルト４１６により低圧側コンロッド４１３に固定される。
【００２０】
低圧側リップリング４１５は、低圧側ピストン４１２と低圧側シリンダ４１１との間をシールするためのものである。低圧側リップリング４１５は、環状に形成され、その内縁部４１５ａは、低圧側ピストン４１２の下部と低圧側コンロッド４１３の上部との間に挟持される。低圧側リップリング４１５の外縁部４１５ｂは、低圧側シリンダ４１１の径方向から上向きに屈曲し、低圧側シリンダ４１１の内周部と当接する。これにより、圧縮工程時において、圧縮空気の圧力により、低圧側リップリング４１５の屈曲部分が下方向の圧力を受けると、外縁部４１５ｂ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。
【００２１】
また、低圧側リップリング４１５は、例えば、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene；ポリテトラフルオロエチレン）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。
【００２２】
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間のシール構造について図６を用いて説明する。図６は、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが、高圧側シリンダ４２１Ｘの中心軸と略一致している状態における２段目圧縮装置４２０の要部拡大断面図である。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、クランクシャフト４４０が収容されているクランク室４４１から、高圧側シリンダ４２１と高圧側ピストン４２２とにより画成される高圧側圧縮室４２４に向かう方向（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。
【００２３】
高圧側ピストン４２２は、円板状に形成され、その下面には、下方向に円柱状に突出する突出部４２２ａが形成されている。また、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が嵌合する凹部４２３ａが形成されている。高圧側ピストン４２２の突出部４２２ａが後述する環状の高圧側リップリング４２５が挿通された状態で、高圧側ピストン４２２の突出部４２２ａが高圧側コンロッド４２３の凹部４２３ａに嵌合する。そして、高圧側ピストン４２２は、ボルト４２７により高圧側コンロッド４２３に固定される。
【００２４】
また、高圧側ピストン４２２の外周部には、後述するＯリング４２６が嵌合する溝４２２ｂが形成されている。具体的には、溝４２２ｂは、断面が高圧側ピストン４２２の外径方向に開口し、その半径ｒがＯリング４２６の太さｄの略１／２である半円形状であって、高圧側ピストン４２２の外周部に沿って環状に形成されている。
【００２５】
高圧側リップリング４２５は、高圧側ピストン４２２と高圧側シリンダ４２１との間をシールするためのものである。高圧側リップリング４２５は、環状に形成され、その内縁部４２５ａは、高圧側ピストン４２２の下部と高圧側コンロッド４２３の上部との間に挟持される。高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂは、高圧側シリンダ４２１の径方向から上向きに屈曲し、その外周面は高圧側シリンダ４１１の内周部と当接する。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、外縁部４２５ｂの屈曲部分が下方向の圧力を受けると、外縁部４２５ｂ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、高圧側リップリング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。
【００２６】
また、高圧側リップリング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。
【００２７】
さらに、高圧側ピストン４２２の外周部と高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂの内周面との間には、Ｏリング４２６が設けられている。Ｏリング４２６は、環状の弾性材料から形成され、高圧側ピストン４２２の外径方向に高圧側リップリング４２５を付勢する弾性体として機能する。また、Ｏリング４２６は、断面が略円形状であって、高圧側ピストン４２２の外周部に形成された溝４２２ｂに嵌合する。なお、上述したように、溝４２２ｂの断面の半円形状の半径ｒは、Ｏリング４２６の太さｄの略１／２であるため、Ｏリング４２６は、外径方向の半分が高圧側ピストン４２２の外周面から突出する。そして、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２の外周面から突出している部分において、高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂの内周面と当接し、外径方向に付勢する。
【００２８】
図７は、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが、高圧側シリンダ４２１の中心軸Ｘに対して傾斜している状態における２段目圧縮装置４２０の要部拡大断面図である。高圧側ピストン４２１の中心軸Ｙが傾いた状態において、Ｏリング４２６の中心軸Ｙが傾いている側（図７の左側）の部分は、その高圧側ピストン４２２の外周面から突出している部分により、高圧側ピストン４２１の上縁部と高圧側リップリング４２５との接触を妨げている。このように、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２１の上縁部と高圧側リップリング４２５とが接触しない程度に高圧側ピストン４２２の外周面から外径方向に突出している。
【００２９】
また、Ｏリング４２６は、例えばＮＢＲ（Nitril Butadiene Rubber）といった弾性材料から構成される。このような弾性材料から形成されることにより、高圧側ピストン４２１の中心軸Ｙが傾いた状態において、Ｏリング４２６の中心軸Ｙが傾いている側（図７の左側）の部分は、変形して、高圧側ピストン４２２からの外径方向への荷重を吸収する。また、Ｏリング４２６の中心軸Ｙが傾いている側と反対側（図７の右側）の部分は、高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂが高圧側シリンダ４２１の内周部と当接した状態を維持するように、高圧側リップリング４２５を外径方向に付勢し続ける。また、Ｏリング４２６は、圧縮熱や摩擦熱に対する耐熱性を有するゴム材料であることが好ましい。
【００３０】
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４２０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、空気通路２５０を介して、空気タンク２１１、２１２に圧縮空気を供給する。
【００３１】
また、２段目圧縮装置４２０において、高圧側ピストン４２２は、図６に示すように中心軸Ｙが直立した状態や、図７に示すような中心軸Ｙが傾いた状態を繰り返しながら、すなわち揺動しながら高圧側シリンダ４２１内を摺動する。その際、高圧側ピストン４２２の上縁部は、Ｏリング４２６により、高圧側リップリング４２５への接触を妨げられる。また、高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂは、Ｏリング４２６により外径方向に付勢されつづけ、高圧側シリンダ４２１の内周部と当接した状態を維持する。
【００３２】
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、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２の外周部と高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂの内周面との間に配設されている。そして、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた状態において、高圧側ピストン４２２の上縁部は、Ｏリング４２６により、高圧側リップリング４２５への接触を妨げられるため、高圧側ピストン４２２との接触による高圧側リップリング４２５の損傷や破損を防止することができる。
【００３３】
すなわち、図８に示すようなＯリング４２６を備えない従来の空気圧縮機においては、ピストン５２２の中心軸ｙがシリンダ５２１の中心軸ｘから傾いた状態において、中心軸ｙが傾いている側（図８の左側）では、ピストン５２２の上縁部とリップリング５２５とが接触する。そして、高圧の圧縮空気を生成する場合には、ピストン５２２の摺動運動が早くなるため、ピストン５２２とリップリング５２５との接触回数が低圧の圧縮空気を生成する場合よりも増加する。そのため、ピストン５２２よりも剛性の低いリップリング５２５が破損するおそれがある。しかし、本実施形態では、高圧側ピストン４２２の外周部と高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂの内周面との間にＯリング４２６を配設したことにより、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際、高圧側ピストン４２２の上縁部は、高圧側リップリング４２５に接触しない。従って、高圧側リップリング４２５の損傷や破損を防止でき、高圧側リップリング４２５の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態において、Ｏリング４２６は弾性材料から形成されている。そのため、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いて高圧側ピストン４２２と高圧側シリンダ４２１とが衝突する際、高圧側ピストン４２２は、Ｏリング４２６を介して高圧側シリンダ４２１と衝突し、その衝撃がＯリング４２６により吸収される。従って、高圧側シリンダ４２１と高圧側ピストン４２２との衝突音（ピストン打音）を軽減することができる。
【００３５】
さらに、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際に、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２からの荷重をうけて変形し、高圧側リップリング４２５に接触する面積が大きくなる。従って、高圧側ピストン４２２からの外径方向の面圧を小さくすることができ、高圧側リップリング４２５の損傷や破損を防止できる。
【００３６】
さらに、Ｏリング４２６は、高圧側リップリング４２５が高圧側シリンダ４２１の内周部と当接するように付勢する。そのため、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際に、高圧側リップリング４２５と高圧側シリンダ４２１との間に隙間が形成されることを防ぎ、高圧側圧縮室４２４を良好にシールすることができる。特に、空気圧縮機１を運転開始直後においては、生成される圧縮空気の圧力が低い状態であり、高圧側リップリング４２５に高い圧力がかかりにくい。そのため、図８に示すように、従来の空気圧縮機では、シリンダ５２１内をピストン５２２が高速で往復動する際に、中心軸ｙが傾いている側と反対側（図８の右側）においてリップリング５２５とシリンダ５２１との間に隙間が発生しやすい。その結果、隙間から空気が漏れて空気タンクが満充填になるまで時間がかかることがある。しかし、本実施形態において、高圧側リップリング４２５が高圧側シリンダ４２１の内周部と当接するように付勢するＯリング４２６を配設することにより、低圧状態でも隙間なくシールすることができ、空気タンク２１１、２１２に圧縮空気を充填する時間が長大化することを防止できる。
【００３７】
また、本実施形態において、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２の外周部に形成された溝４２２ｂに嵌合している。従って、Ｏリング４２６とピストン４２２との組み立てが容易である。さらに、溝４２２ｂの深さは、Ｏリング４２６の太さの略１／２であるため、溝４２２ｂに嵌合したＯリング４２６は、高圧側ピストン４２２の外周部に良好に固定される。
【００３８】
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、上記の実施形態において、Ｏリング４２６は、ＮＢＲといったゴム材料から形成されているが、Ｏリング４２６の材質はこれに限られない。例えば、高圧側ピストン４２２と略等しい熱膨張率を有する材料から形成されていてもよい。これにより、摺動運動による摩擦熱でＯリング４２６と高圧側リップリング４２５とが膨張しても、Ｏリング４２６が高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂを外径方向に付勢し、高圧側リップリング４２５が高圧側シリンダ４２１と当接している状態を保持することができる。また、Ｏリング４２６は、ＰＴＦＥといったフッ素樹脂により形成されてもよい。これにより、高圧側リップリング４２５の外縁部４２５ｂの内周面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。
【００３９】
また、上記の実施形態において、Ｏリング４２６は、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際に、高圧側ピストン４２２と高圧側リップリング４２５とが接触しない程度に高圧側ピストン４２２の外周部から外径方向に突出しているが、突出する量はこれに限られない。すなわち、高圧側ピストン４２２の中心軸Ｙが傾いた際に、高圧側ピストン４２２と高圧側リップリング４２５とが接触する程度の突出量でもよい。この場合、高圧側ピストン４２２から直接受ける荷重の大半をＯリング４２６が受けるので、高圧側リップリング４２５が高圧側ピストン４２２から直接受ける荷重をＯリング４２６が無い場合よりも低減することができる。従って、高圧側リップリング４２５の損傷や破損を防止でき、高圧側リップリング４２５の耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１        空気圧縮機
２        カバー
３        持ち運び用ハンドル
４        防振支持用ゴム足
１００    駆動部
１１０    冷却ファン
２００    空気タンク部
２１１、２１２  空気タンク
２２１、２２２  減圧弁
２３０    圧縮空気取出口（カプラ）
２４１、２４２  圧力計
２５０    空気通路
３００    制御回路部
３１０    主電源スイッチ
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
４１５ａ  内縁部
４１５ｂ  外縁部
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
４２２ｂ  溝
４２３    高圧側コンロッド
４２３ａ  凹部
４２４    高圧側圧縮室
４２５    高圧側リップリング
４２５ａ  内縁部
４２５ｂ  外縁部
４２６    Ｏリング
４２７    ボルト
５２１    シリンダ
５２２    ピストン
５２５    リップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012097588.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012097588.tif 000009
【図８】
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