(57)【要約】【課題】  本発明は、効率よく空気を吸入室に導入することができる空気圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、上記課題を解決するため、モータと、前記モータとクランク軸を介して連結され、シリンダ内を往復動するピストンと、前記クランク軸が内部に配置されるクランク室と、前記シリンダ内の吸入室に外部からの空気を吸込む吸入配管と、前記吸入配管と前記クランク室とを連通させる接続配管とを備え、外部から吸込んだ空気の一部を前記接続配管を介して前記クランク室に流入させ、前記クランク室に流入した空気を前記接続配管を介して前記シリンダの吸入室へ供給することを特徴とする空気圧縮機を特徴とする空気圧縮機を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータとクランク軸を介して連結され、シリンダ内を往復動するピストンと、
前記クランク軸が内部に配置されるクランク室と、
前記シリンダ内の吸入室に外部からの空気を吸込む吸入配管と、
前記吸入配管と前記クランク室とを連通させる接続配管とを備え、
外部から吸込んだ空気の一部を前記接続配管を介して前記クランク室に流入させ、前記クランク室に流入した空気を前記接続配管を介して前記シリンダの吸入室へ供給することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンがシリンダ内に吸込んだ空気を圧縮する圧縮工程時に外部から吸込んだ空気の一部を前記接続配管内に流入し、前記ピストンがシリンダ内に空気を吸込む吸入工程時に前記接続配管に流入した空気を前記シリンダの前記吸入室へ供給す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】
前記吸入配管に前記シリンダ内で発生する騒音を遮断するケースを設け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４】
前記ケースと前記吸入配管との接続部の断面積よりも前記吸入配管の断面積を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記ケースと前記吸入配管との接続部の断面積よりも前記接続配管の断面積を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の空気圧縮機。
【請求項６】
シリンダ内を往復動するピストンと、
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、
前記シリンダ内の吸入室に外部からの空気を吸込む吸入配管と、
前記吸入配管と前記クランク室とを連通させる接続配管とを備え、
前記クランク室には前記接続配管以外に空気を流入する経路を設けないことを特徴とする空気圧縮機。
【請求項７】
前記吸入配管に前記シリンダ内で発生する騒音を遮断するケースを設けることを特徴とする請求項６に記載の空気圧縮機。
【請求項８】
前記フィルタと前記吸入配管との接続部の断面積よりも前記吸入配管の断面積を大きくすることを特徴とする請求項７に記載の空気圧縮機。
【請求項９】
前記フィルタと前記吸入配管との接続部の断面積よりも前記接続配管の断面積を大きくすることを特徴とする請求項７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１−４がある。
【０００３】
特許文献１に記載の空気圧縮機は、クランク室内のエア導入口（開口部）から空気を連通管（接続配管）を介して導入して圧縮している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の空気圧縮機は、クランクケース（クランク室）に外気を吸入する開口部を設け、クランクケースと吸込室とを連通する空気導通管（接続配管）を設け、空気導通管（接続配管）からシリンダへ空気を供給する。
【０００５】
また、特許文献３の図７−９に記載の往復動圧縮機は、クランク室とシリンダの吸込口との間に吸込管路を設け、クランクケース用フィルターと管路用フィルターの両方から空気を吸込んでいる。
【０００６】
また、特許文献４に記載の往復動圧縮機は、吸込みサイレンサとクランクケース（クランク室）とを接続する油戻し管（接続配管）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平５−１４５７３号公報
【特許文献２】実開昭５９−１３９５９１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１５２５１号公報
【特許文献４】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】
【０００８】
特許文献１、２の空気圧縮機は、クランク室の開口部から空気を配管を介して導入しているため、吸入工程時に配管が負圧となり、効率よく空気を吸入室に導入することができない。また、特許文献２は、クランク室からの配管以外に吸入管から空気を導入しているが、フィルタが設けられており、配管からの経路もフィルタからの経路も負圧となってしまうため、効率よく空気を吸入室に導入することができない。
【０００９】
特許文献３の往復動圧縮機は、クランクケース用フィルターと管路用フィルターの両方から空気を吸込んでいるが、いずれもフィルタによる圧力損失があり、効率よく空気を吸入室に導入することができない。また、二段圧縮機になっているため、ピストンの往復動に伴うクランク室内の圧力の変化が小さく、吸込管路から効率よく空気を吸入室に導入することができない。
【００１０】
特許文献４の往復動圧縮機は、油戻し管（連通管）が吸込みサイレンサに直接接続されているため、クランクケース（クランク室）からの空気がシリンダの吸入室ではなく、吸込みサイレンサ側に戻りやすくなり、効率よく空気を吸入室に導入することができない。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑み、効率よく空気を吸入室に導入することができる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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、モータと、前記モータとクランク軸を介して連結され、シリンダ内を往復動するピストンと、前記クランク軸が内部に配置されるクランク室と、前記シリンダ内の吸入室に外部からの空気を吸込む吸入配管と、前記吸入配管と前記クランク室とを連通させる接続配管とを備え、外部から吸込んだ空気の一部を前記接続配管を介して前記クランク室に流入させ、前記クランク室に流入した空気を前記接続配管を介して前記シリンダの吸入室へ供給することを特徴とする空気圧縮機を特徴とする空気圧縮機を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率よく空気を吸入室に導入することができる空気圧縮機を提供することをができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における往復動圧縮機の正面図である。
【図２】実施例１における往復動圧縮機の側面図である。
【図３】実施例２における往復動圧縮機の拡大図である。
【図４】実施例１における往復動圧縮機と従来構造における往復動圧縮機とで吸入室の圧力を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
本発明の実施例１について図１、２を用いて説明する。
【００１６】
本実施例における往復動圧縮機の構造について図１、２を用いて説明する。往復動圧縮機は、空気等の気体（流体）を吸引し圧縮して吐出するものである。図１、２に示すように、往復動圧縮機は、クランクケース７を有しており、クランクケース７は、内部がクランク軸７等が配置されるクランク室８とされている。また、クランクケース７は、シリンダ６に接続され、ピストン９を収納している。このクランクケース７の外側には、図２に示すように駆動源である電動モータ２６が取り付けられている。クランクケース７には、電動モータ２６とは反対側と電動モータ２６側とにそれぞれ、軸受保持部２４、軸受保持部２５が形成されている。これら軸受保持部２４、２５は同軸に配置されており、軸受保持部２４に保持された軸受と、軸受保持部２５に保持された軸受とによってクランク軸１４がクランクケース７に回転可能に支持されている。
【００１７】
クランク軸１４は、偏心して設けられた偏心軸１５を有しており、偏心軸１５の反対に位置する部位に、バランスウェイト１６が設けられている。クランク軸１４は、クランクケース７の外側に突出する連結軸部が電動モータ２６のロータに連結されることになり、モータ２６で回転駆動される。なお、図２に示すように、本実施例における往復動圧縮機は、直結式の圧縮機であるが、本発明はこの駆動方式に限定するものではない。
【００１８】
クランクケース７の上部には、内周面がクランク軸１４と直交する方向に円筒状のシリンダ６が、クランク軸１４と直交する方向に軸線を配して取り付けられている。このシリンダ６は、その内周面が軸方向のほぼ全体にわたって一定径をなしており、クランク室８に開口している。また、シリンダ６のクランクケース７とは反対側には、弁座板５およびシリンダヘッド本体からなるシリンダヘッド４が設けられている。
【００１９】
シリンダヘッド４には、外部に連通する吸入室１７と、外部に連通する吐出室１８とが画成されており、吸込み弁２１の音など、シリンダ６内で発生する騒音を遮断するためのケース１とケース１内部に設置された粉塵吸入防止のためのフィルタ２が吸入配管３に接続され吸入室１７と連通している。ケース１と吸入室１７を接続する吸入配管３にクランク室８と接続し、連通する接続配管２７を設けた。また、シリンダヘッド４に設けられた弁座板５には、吸入室１７をシリンダ６内の圧縮室２３に連通させる吸入穴１９と、吐出室１８を圧縮室２３に連通させる吐出穴２０とが形成されている。また、弁座板５には、リード弁としての吸入弁２１および吐出弁２２がそれぞれ吸入穴１９、吐出穴２０の位置に取り付けられ、これら吸入弁２１および吐出弁２２は、基端側がネジ等を介して弁座板５に固定された固定端となり、先端側は自由端となって、吸入穴１９、吐出穴２０をそれぞれ開閉する。
【００２０】
クランク軸１４の偏心軸１５には、連接棒１２が軸受を介して回転可能に連結されている。連接棒１２は、図１に示すように、その一端側にあって軸受を介してクランク軸１２に回転可能に連結される略円環状の大端部１３と、この大端部１３からシリンダ６内へと伸長するロッド部と、その他端側にある、大端部１３よりも小径の略円環状の小端部１１とを有する一体成形品である。円環状の大端部１３の中心軸線と円環状の小端部１１の中心軸線とは平行をなしており、これらの中心軸線は、ロッド部の中心軸線と直交している。
【００２１】
連接棒１２の小端部１１には、円筒状のピストンピン１０が同軸で回転可能に挿入されており、このピストンピン１０を介してピストン９が回動可能に連結されている。つまり、ピストン９には、径方向に貫通する二カ所のピン穴が形成されており、一方のピン穴に連接棒１２の小端部１１が、他方のピン穴にピストンピン１０が挿入されることで、ピストン９が連接棒１２に連結される。ピストン９は、シリンダ６内にその軸線方向に沿って往復摺動可能となるように挿嵌されている。言い換えれば、連接棒１２は、ピストン９をシリンダ６内で往復動させるべく、一端側がピストン９に連結され、他端側がクランク軸１４に連結されている。ピストン９は、シリンダ６と弁座板５との間に上記した圧縮室２３を画成する。
【００２２】
ここで、本実施例では、連接棒１２の小端部１１にピストンピン１０が同軸で回転可能に挿入され、ピストンピン１０を介してピストン９が回動可能に連結されているが、連接棒１２にピストン９を固定した状態で連結してもよい。この場合、ピストン９は大端部１３の揺動と連動して揺動する。
【００２３】
連接棒１２は、大端部１３がクランク軸１４の偏心軸１５によって偏心運動させられることによって、ピストン９をシリンダ６内で摺動させながら往復動させることになる。ここで、本実施例では、偏心軸１５がクランク軸１４、モータ２６の連結軸部に対して偏心しているが、偏心軸１５がクランク軸１４、モータ２６の連結軸部に対して偏心させずに、大端部１３の中心に対して偏心軸１５が偏心していてもよい。この場合も、大端部１３が偏心軸１５に対して、偏心運動させられることによって、ピストン９をシリンダ６内で摺動させながら往復動させることができる。その際に、ピストン９に連結された小端部１１がシリンダ６の中心軸線上を直線運動するのに対して、大端部１３が偏心運動することから、全体として、クランク軸１４の中心軸線に直交し且つシリンダ６の中心軸線に直交する方向に揺動する。このクランク軸１４の中心軸線に直交し且つシリンダ６の中心軸線に直交する方向（図１の左右方向）が揺動方向である。他方、連接棒１２は、クランク軸１４の軸線方向には揺動しない。このクランク軸１４の軸線方向（図２の左右方向）が非揺動方向である。
【００２４】
ここで、本実施例における往復動圧縮機の動作について説明する。モータ２６を駆動すると、モータ２６に連結されたクランク軸１４の偏心軸１５が偏心運動する。偏心軸１５の偏心運動に伴い、大端部１３、連接棒１２を介して、ピストン９がシリンダ６内で摺動させながら下死点と上死点との間を往復動する。ピストン９が下死点から上死点に向かって移動するときに、シリンダ６内の吸入室１７に吸込まれた空気が圧縮室２３で圧縮される圧縮工程が行われる。また、ピストン９が上死点から下死点に向かって移動するときに、シリンダ６内の吸入室１７に外部から吸入配管３を経て空気が吸込まれる吸入工程が行われる。
【００２５】
ピストン９のシリンダ６内における往復動について説明する。図１に示すように連接棒１２を揺動方向と直交するクランク軸１４の軸線方向に沿って見た場合に、下死点では連接棒１２全体が揺動方向の中央に位置しており、この状態からクランク軸１４が圧縮工程を行うべく図１に示す反時計回りの方向に回転して連接棒１２を上昇させると、上死点と下死点との間の中間まで大端部１３が揺動方向の片側（図１の右側）に移動しながら上昇し、上死点と下死点との間の中央で最も揺動方向の片側（図１の右側）に位置する。
【００２６】
続いて、上死点に向かうにしたがって大端部１３は揺動方向の中央に戻ることになり、上死点では大端部１３が揺動方向の中央に位置することで連接棒１２の全体が揺動方向の中央に位置することになって圧縮工程が終了する。このとき、クランク室８内の容積は最大となる。
【００２７】
ピストン９が上死点にある状態からクランク軸１４が吸入工程を行うべく回転すると連接棒１２を下降させることになり、上死点と下死点との中間まで、大端部１３が揺動方向の逆の片側（図１の左側）に移動しながら下降し、上死点と下死点との間の中央で最も揺動方向の逆の片側（図１の左側）に位置する。
【００２８】
続いて、下死点に向かうにしたがって大端部１３は揺動方向の中央に戻ることになり、下死点では大端部１３が揺動方向の中央に位置することで連接棒１２の全体が揺動方向（左右方向）の中央に位置することになって吸入工程が終了する。このとき、クランク室８の容積は最小となる。
【００２９】
クランク室８は圧縮工程で容積が大きくなり、吸入工程で容積が小さくなる。このクランク室８の容積変化を利用し、圧縮工程で外部から吸込んだ空気の一部を接続配管２７、クランク室８に空気を取り込む。そして、吸入工程でクランク室８に流入した空気を接続配管２７を介してシリンダ６の吸入室１７に供給する。これにより、吸入工程でケース１、フィルタ２の圧力損失により負圧になる吸入配管３の圧力を回復させ、大気圧に近付けることができ、吸入損失が低減させることができる。また、吸入損失の低減により、圧縮空気の充填効率を向上させることができる。さらに、吸入配管３内にクランク室８側から空気が送り込まれ吸入配管３内の圧力が上昇し、圧力損失が低減される。そのため、ケース１側と吸入配管３内の損失が小さくなり、ケース１を通過する空気量が増え充填効率が向上する。また、予め接続配管２７、クランク室８内に取り込んだ分の空気も吸込ませることができるため充填効率が向上する。
【００３０】
本実施例では、接続配管２７以外にクランク室８に空気が流通する経路を設けていない。そのため、吸入工程では、接続配管２７から十分な量の空気を吸入配管３に流入させることができる。一方、特許文献３のようにクランク室８に接続配管２７とは別に空気が流通する経路があると、吸入工程では、クランク室８内の圧力が増加せず、クランク室８内の空気は接続配管２７を経て吸入配管３に供給されなくなる。そのため、ケース１、フィルタ２の圧力損失により吸入配管３が負圧となりやすく、圧縮空気の充填効率を十分に向上させることができない。
【００３１】
また、本実施例では、接続配管２７を吸入配管３とクランク室８との間に設けたため、圧縮工程では、フィルタ３から接続配管２７を介してクランク室８に空気が流入する。これにより、接続配管２７は、クランク室８に近い部分は負圧になりやすいが、吸入配管３に近い部分は大気圧近くに保持される。そのため、圧縮工程から吸入工程に切り替わったとき、接続配管２７から吸入配管３へ円滑に空気を流入させることができる。吸入配管３を大気圧に近い状態に保つことにより、効率よく吸入室１７に空気を供給することができる。一方、特許文献２のように接続配管２７が吸入室１７に直接接続されている場合、吸入配管３に空気が供給されないため、吸入配管３が負圧となる。また、接続配管２７も圧縮工程において吸入配管３から空気が流入しないため、クランク室８から流入した空気が吸入室１７に流入されるまでに配管の圧力損失により、負圧となる。従って、特許文献２の構成では圧縮空気の充填効率を十分に向上させることができない。
【００３２】
また、本実施例では、接続配管２７を吸入配管３とクランク室８との間に設けた。これにより、吸入工程において、クランク室８からの空気を円滑に吸入配管３に供給でき、吸入配管３を大気圧近くに保持することができる。一方、特許文献４のように、ケース１に接続配管３が接続されている場合、吸入配管３はケース１よりも断面積が小さいため、吸入工程において吸入配管３が負圧になりやすく圧縮空気の充填効率を十分に向上させることができない。
【００３３】
本実施例における効果を確認するために、接続配管２７を設けない従来構造と接続配管２７を設けた本実施例における構造とで吸入室１７の圧力変動を測定したものを図４に示す。図４では縦軸に吸入室１７の圧力を示し、横軸に偏心軸１５の位相を示す。偏心軸１５の位相は、ピストン９が上死点にある時点における位相を０度とし、ピストン９が下死点にある時点における位相を１８０度とする。
【００３４】
図４に示すように、偏心軸１５の位相が６０度付近から１８０度付近にあるとき、吸入室の圧力が低下し、負圧になる。しかし、本実施例の構造と従来構造を比較すると、圧力の低下が抑制されていることがわかる。吸入室１７の圧力は吸入配管３の圧力に連動しているため、本実施例の構造によれば、吸入配管３が負圧になるのを抑制でき、合計で圧力損失を３０％低減させることができ、圧縮空気の充填効率を改善することができる。
【００３５】
本実施例における構造によれば、従来構造と比較して、吸入配管３の圧力損失を３０%低減させることができた。その結果、吐出室１８から吐出される空気量が１.８%増加し、同じ動力において多くの空気量の圧縮することができるようになり、圧縮機性能（充填効率、吐出し性能）が向上することを確認できた。
【００３６】
以上より、本実施例によれば、吸入配管３とクランク室８とを接続する接続配管２７を設けたため、フィルタ２から吸込んだ空気の一部を接続配管２７からクランク室８に流入させ、クランク室８からの空気を接続配管２７を介して吸入配管３に流入させることができる。これにより、吸入工程において吸入配管３を大気圧付近に保持することができ、吸入室１７に効率よく空気を供給することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例２を図３を用いて説明する。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。
【００３８】
本実施例では、図３に示すように、ケース１と吸入配管３の接続部の断面積Aと接続配管２７の断面積B、吸入配管３の断面積Cの大きさをA＜C≦Bとする。圧縮工程において、接続配管２７、クランク室８側に空気が吸込まれているときは、A＜Bとしておくことで接続配管２７を通過してクランク室８に空気が流れやすくなる。もし、A＞Bの場合は接続配管２７での損失が大きくなりクランク室側に取込まれる空気が少なくなってしまう。また、吸入工程においてクランク室８側から空気が押し出されているときは、A<Cとすることで吸入室１７側へ空気が流れやすくなる。このとき、ケース１と吸入配管３の接続部が抵抗となり、ケース１側へ逆流する空気の量が少なくなり、実施例１よりも吸入配管３の圧力が回復しやすくなるため、効率よく吸入配管３、吸入室１７内の圧力を大気圧に近付けることができる。
【００３９】
本実施例によれば、実施例１と比較し、吸入弁２１が開いているときに、クランク室８側に取り込んだ空気と圧縮機の吸入み工程でフィルタを通過してくる空気を圧縮室２３内にさらに効率よく供給することができるため、充填効率が向上する。
【００４０】
なお、ここまで各実施例ではオイルフリー圧縮機について説明してきたが、給油式の圧縮機でも同様の効果が得られる。しかし、そのまま吸入配管３とクランク室８とを接続すると攪拌されミスト状になった潤滑油が吸入室１７に送り込まれ、圧縮熱により炭化して周りに付着し、吸入弁２１、吐出弁２２の損傷や炭化したオイルに着火するといった問題が発生する。そこで、例えば、圧力損失が非常に小さいオイル分離機を接続配管２７に取り付け、油面よりも高いクランク室８の位置に接続することで給油式の往復動圧縮機でも本実施例の構造を採用することが可能となる。
【００４１】
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。
【符号の説明】
【００４２】
１：ケース
２：フィルタ
３：吸入配管
４：シリンダヘッド
５：弁座
６：シリンダ
７：クランクケース
８：クランク室
９：ピストン
１０：ピストンピン
１１：小端部
１２：連接棒
１３：大端部
１４：クランク軸
１５：偏心軸
１６：バランスウェイト
１７：吸入室
１８：吐出室
１９：吸入穴
２０：吐出穴
２１：吸入弁
２２：吐出弁
２３：圧縮室
２４：軸受保持部
２５：軸受保持部
２６：モータ
２７：接続配管
【図１】
2013213415.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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