(57)【要約】【課題】  コンプレッサ立ち上げ時の、高圧側圧縮機の無駄な動作を無くし、タンク充填時間の短縮を図り、コンプレッサ使用者の作業性効率向上を図ることである。【解決手段】圧縮空気を貯留するタンクと、駆動源と、圧縮部とを備えた空気圧縮機において、前記圧縮部は、駆動源で回転駆動されるクランクシャフトと、第１シリンダと、前記第１シリンダ内を摺動する第１ピストンと、前記クランクシャフトに設けられた前記第１ピストンとを連結する第１のコネクティングロッドとを有する第１圧縮部と、第２シリンダと、前記第２シリンダ内を摺動する第２ピストンと、前記クランクシャフトと前記第二ピストンとを連結する第２のコネクティングロッドとを有する第２圧縮部と、を有し、前記第１圧縮部と、前記第２圧縮部とを結ぶ連結パイプの間に切替機構部を設ける。【選択図】  図２
2016160790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を貯留するタンクと、駆動源と、圧縮部とを備えた空気圧縮機において、
前記圧縮部は、
駆動源で回転駆動されるクランクシャフトと、
第１シリンダと、前記第１シリンダ内を摺動する第１ピストンと、前記クランクシャフトに設けられた前記第１ピストンとを連結する第１のコネクティングロッドとを有する第１圧縮部と、
第２シリンダと、前記第２シリンダ内を摺動する第２ピストンと、前記クランクシャフトと前記第二ピストンとを連結する第２のコネクティングロッドとを有する第２圧縮部と、を有し、
前記第１圧縮部と、前記第２圧縮部とを結ぶ連結パイプの間に切替機構部を設けたことを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記切替機構部は、第１の状態において、前記第２圧縮部の吸気口を大気吸入口に接続することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
【請求項３】
前記切替機構部は、第２の状態において、前記第２圧縮部の吸気口を前記第１圧縮部の排気口に接続することを特徴とする請求項２記載の空気圧縮機。
【請求項４】
前記第１シリンダの容積よりも前記第２シリンダの容積が小さいことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記タンクの圧力を検出する圧力検出部を更に有し、
前記切替機構部は、前記タンクの圧力に応じて前記第１の状態と第２の状態を切り替えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に空気圧縮機。
【請求項６】
前記切替機構部は、前記タンクの圧力が低い時は前記第１の状態とし、前記タンクの圧力が高い時に第２の状態に切り替えることを特徴とする請求項５記載の空気圧縮機。
【請求項７】
前記切替機構部は、前記第１の状態において、前記タンクの圧力が、前記第１シリンダの排気圧力以上になった場合に前記第２の状態に切り替えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の空気圧縮機。
【請求項８】
前記切替機構部は、前記第１の状態において、所定時間が経過した後に前記第２の状態に切り替えることを特徴とする請求項６から請求項７の何れか１項に記載の空気圧縮機。
【請求項９】
前記切替機構部は、ソレノイド駆動方式の切替バルブを有することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載の空気圧縮機。
【請求項１０】
前記切替機構部は、前記第１シリンダの排出圧力、または、前記タンクの圧力によって、前記第２の状態に切り替わる、あるいは、第２の状態に維持されることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
建築現場において空気工具の作業効率を上げるためには、上述した供給圧力の問題のみならず、安定して所定圧力の圧縮空気を十分な量が供給できるコンプレッサが求められており、そのため、貯留タンクの大容量化も進んでいる。
【０００２】
しかしながら、供給圧力の高圧化や貯留タンクの大容量化は、貯留される空気量の著しい増加につながるため、空の状態（大気圧）のタンクに対して貯留を行う場合の準備時間、すなわち、起動後の立ち上がり準備時間（タンク内が使用可能圧力になるまでの時間）の長時間化が課題であり、空気工具の作業効率を上げるためには、この準備時間の短縮も要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３−００７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、タンク充填時間の短縮を図り、コンプレッサ使用者の作業性効率向上を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
圧縮空気を貯留するタンクと、駆動源と、圧縮部とを備えた空気圧縮機において、前記圧縮部は、駆動源で回転駆動されるクランクシャフトと、第１シリンダと、前記第１シリンダ内を摺動する第１ピストンと、前記クランクシャフトに設けられた前記第１ピストンとを連結する第１のコネクティングロッドとを有する第１圧縮部と、第２シリンダと、前記第２シリンダ内を摺動する第２ピストンと、前記クランクシャフトと前記第二ピストンとを連結する第２のコネクティングロッドとを有する第２圧縮部と、を有し、前記第１圧縮部と、前記第２圧縮部とを結ぶ連結パイプの間に切替機構部を設けた空気圧縮機を提供する。
また、前記切替機構部は、第１の状態において、前記第２圧縮部の吸気口を大気吸入口に接続することが好ましい。
また、前記切替機構部は、第２の状態において、前記第２圧縮部の吸気口を前記第１圧縮部の排気口に接続することが好ましい。
また、前記第１シリンダの容積よりも前記第２シリンダの容積が小さいことが好ましい。
また、前記タンクの圧力を検出する圧力検出部を更に有し、
前記切替機構部は、前記タンクの圧力に応じて前記第１の状態と第２の状態を切り替えることが好ましい。
また、前記切替機構部は、前記タンクの圧力が低い時は前記第１の状態とし、前記タンクの圧力が高い時に第２の状態に切り替えることが好ましい。
また、前記切替機構部は、前記第１の状態において、前記タンクの圧力が、前記第１シリンダの排気圧力以上になった場合に前記第２の状態に切り替えることが好ましい。
また、前記切替機構部は、前記第１の状態において、所定時間が経過した後に前記第２の状態に切り替えることが好ましい。
また、前記切替機構部は、ソレノイド駆動方式の切替バルブを有することが好ましい。
また、前記切替機構部は、前記第１シリンダの排出圧力、または、前記タンクの圧力によって、前記第２の状態に切り替わる、あるいは、第２の状態に維持されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
タンク内が低圧の時は，各圧縮機が大気を圧縮してタンクに充填する。そのため、各圧縮機が無駄な仕事をすることなく、効率よく大気を圧縮、タンクに充填する。その後、タンク内圧が低圧側の吐出圧を越えると、切替弁が動作し、各圧縮機が直列に接続され、高い圧力でタンク内圧をさらに高圧にする。以上の動作により、タンク内低圧時の充填時間が短くなるため、タンクを満充填するまでの時間も短縮される。これにより使用者は，コンプレッサ起動後短時間で使用できるようになり，作業性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のコンプレッサの部分断面部
【図２】本発明のコンプレッサで、圧縮機が並列に接続された状態を示す模式図。
【図３】本発明のコンプレッサで、圧縮機が直列に接続された状態を示す模式図。
【図４】従来の圧縮機を示す模式図打込機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る空気圧縮機の平断面図であり、空気圧縮機１は、一定の間隔を隔てて平行に配置され、かつ圧縮空気を貯留する一対の空気タンク２ａ，２ｂと、外部より吸入した空気を圧縮して空気タンク部２（２ａ，２ｂ）に供給する圧縮部３と、圧縮部３に連結され圧縮部３を駆動する駆動源としてのモータ４とを有し、モータ４の軸方向が空気タンク２ａ，２ｂの長手方向と略直交するように、モータ４と圧縮部３が一対の空気タンク２ａ，２ｂの上方に配置されている。空気タンク２ａ，２ｂは相互に連結管により連通している。なおモータ４は制御装置４０によって回転制御される。
【０００９】
モータ回転軸５に連結一体化されたクランクシャフト６は圧縮部３を貫通しており、モータ回転軸５のモータ側端部に冷却ファン８ａが設けられ、クランクシャフト６の非モータ側端部に冷却ファン８ｂが設けられる。冷却ファン８ａ，８ｂはモータ４と一体に回転する。
【００１０】
一対の空気タンク２ａ，２ｂの長手方向において圧縮部３と隣接して、減圧弁９ａ，９ｂと、減圧された圧縮空気の圧力を表示する圧力計１０ａ，１０ｂと、圧縮空気取り出し口となるカプラ１１ａ，１１ｂとが設けられる。作業者は、図示しない高圧用エアホースによりカプラ１１ａ，１１ｂと図示しない釘打機等の空気工具を接続することで、圧縮空気を利用して空気工具を動作させ、適宜作業を行うことが可能となる。
【００１１】
空気タンク２ａ，２ｂには、圧力が所定圧力以上に高くなった時に圧縮空気の一部を外部に排出する開放弁１２と、ドレン排出装置１３が設けられる。ドレン排出装置１３は操作部１４を有し、操作部１４を操作することで適宜空気タンク２ａ，２ｂ内の圧縮空気及び水分を外部に排出できる。
【００１２】
図１に示すように、圧縮部３は、クランクシャフト６を挟んで互いに反対向きとなる低圧側（一段目）圧縮部２０と高圧側（二段目）圧縮部３０とを有している。高圧側圧縮部３０は、低圧側圧縮部２０から供給された圧縮空気をさらに高圧に圧縮するものである。
【００１３】
低圧側圧縮部２０は、低圧側シリンダ２１と、低圧側シリンダ内を摺動する低圧側ピストン２２と、クランクシャフト６に設けられた第１偏心部（クランクアーム）６ａと低圧側ピストン２２とを連結する第１コネクティングロッド２３とを有する。第１コネクティングロッド２３の一端部は第１偏心部６ａの外周にベアリングを介して回動自在に連結され、他端部は連結ピン２４で低圧側ピストン２２に枢着されている。
【００１４】
高圧側圧縮部３０は、高圧側シリンダ３１と、高圧側シリンダ内を摺動する高圧側ピストン３２と、クランクシャフト６に設けられた第２偏心部（クランクアーム）６ｂと高圧側ピストン３２とを連結する第２コネクティングロッド３３とを有する。第２コネクティングロッド３３の一端部は第２偏心部６ｂの外周にベアリングを介して回動自在に連結され、他端部は連結ピン３４で高圧側ピストン３２に枢着されている。
【００１５】
これらの低圧側圧縮部２０及び高圧側圧縮部３０において、第１及び第２偏心部６ａ，６ｂと、これに回動自在に連結された第１及び第２コネクティングロッド２３．３３はクランク機構をなし、クランクシャフト６の回転運動が低圧側及び高圧側ピストン２２，３２の往復運動にそれぞれ変換される。
【００１６】
圧縮部３の基本的な動作を簡単に説明すると、モータ４の回転運動はクランクシャフト６へ伝達され、このクランクシャフト６の回転は、前記クランク機構により低圧側及び高圧側圧縮部２０，３０のピストン２２，３２の往復運動に変換される。
【００１７】
まず、低圧側ピストン２２及び高圧側ピストン３２が、低圧側シリンダ２１及び高圧側シリンダ３１内で上死点から下死点へ下降運動する吸気行程において、低圧側圧縮部２０では外部空気、つまり大気が低圧側吸気弁を介して低圧側シリンダ２１及びピストン２２で形成された低圧側圧縮室２５内に吸い込まれる。また、高圧側圧縮部３０においては、低圧側圧縮部２０から吐出された圧縮空気が低圧側排気弁及び高圧側吸気弁を介して高圧側シリンダ３１及びピストン３２で形成された高圧側圧縮室３５内に吸い込まれる。
【００１８】
一方、低圧側ピストン２２及び高圧側ピストン３２が、低圧側シリンダ２１及び高圧側シリンダ３１内で下死点から上死点へ上昇運動する圧縮行程においては、低圧側ピストン２２及び高圧側ピストン３２が低圧側圧縮室２５及び高圧側圧縮室３５内の空気を圧縮し、圧縮空気を生成する。
【００１９】
低圧側ピストン２２が低圧側圧縮室２５の上死点へ達する低圧側圧縮部２０の吐出行程において生成された圧縮空気は、低圧側圧縮部２０から低圧側排気弁及び高圧側吸気弁を介して高圧側圧縮部３０に送られる。低圧側ピストン２２と高圧側ピストン３２の往復運動は位相がずれており（クランクシャフト６の回転角度で表すと１８０°ずれており）、低圧側圧縮室２５から吐出された圧縮空気は吸気行程を開始する高圧側圧縮室６６ａに吸い込まれる。
【００２０】
また、高圧側ピストン３２が高圧側圧縮室３５の上死点へ達する高圧側圧縮部３０の吐出行程において生成された圧縮空気は高圧側排気弁を介して空気タンク２ａ，２ｂに送られ、さらに減圧弁９ａ，９ｂ、圧力計１０ａ，１０ｂを通過して空気工具に供給されるようになっている。
【００２１】
以下，本発明の実施形態を図２、３を用いて説明する。図２、３は本発明の実施形態の一例を示したコンプレッサの模式図である。
【００２２】
吐出量の大きい低圧側圧縮機部（第一圧縮機部）２０と、吐出量の小さい高圧側圧縮機部（第二圧縮機部）３０が、クランクシャフト６に１８０度の位相差をつけて連結されている。低圧側圧縮機部２０の吸気ポート２０Ａは図示されていないフィルターを介して大気に開口しており吸気ポート２０Ａには大気から低圧側シリンダ２０内方向へ一方向に流すための低圧側吸気逆支弁１０が設けてある。
【００２３】
また吐出ポート２０Ｂには低圧側シリンダ２１内から連結パイプＡ２１に向けて一方向に流す低圧側吐出逆止弁１１が配設されている。連結パイプＡ２１は、切替機構部５０の切替弁４に連通されている。
【００２４】
図１は、タンク２（２ａ，２ｂ）内圧が低圧側圧縮機部２０の吐出圧より低い状態を示しており、圧力センサ８０により検出したタンク内圧を制御装置４０で認識し、切替機構部５０のソレノイド式駆動部５５を動作させることで、切替弁５４は、弁体を図中上方に移動させた状態である。この時、連結パイプＡ７１は連結パイプＢ７２と接続され、低圧側圧縮機部２０から吐出した圧縮空気は、タンク２内部に導かれる状態である。一方、高圧側圧縮機部３０は、吸気ポート３０Ａが連結パイプＣ７３により切替弁５４に連通している。
【００２５】
図２の状態では、連結パイプＣ７３は図示されていないフィルターを介して大気に連通している。また、高圧側吐出ポート３０Ｂは、逆止弁６３、連結パイプＤ７４を介し、タンク２に連通している。つまり、２つの圧縮機部２０，３０はタンク２に対して各々に（並列な関係で）接続されている。この状態でモータ４を回し、２つの圧縮機部２０，３０を駆動すると、それぞれの圧縮機が大気を圧縮し、タンク２に充填する。
【００２６】
図３は、タンク２内圧が低圧側圧縮機２０の吐出圧以上となった状態を示しており、圧力センサ３０により検出したタンク２内圧を制御装置４０と接続された、図示しない圧力センサ（圧力検出部）で認識し、ソレノイド式駆動部５５を動作させることで、切替弁５４は、弁体を図中下方に移動させた状態である。この時、連結パイプＡ２１は連結パイプＣ７３と接続され、低圧側圧縮機２０から吐出した圧縮空気は、高圧側圧縮機３０の吸気ポート３０Ａに導かれる状態である。
【００２７】
図１の状態で低圧側圧縮機２０とタンク２を連通していた連結パイプＢ７２は、切替弁５４で遮断されている。また高圧側圧縮機３０の吸気ポート３０Ａは大気との連通が遮断されている。高圧側吐出ポート３０Ｂは、逆止弁６３、連結パイプＤ７４を介し、タンク２に連通している。つまり、２つの圧縮機は直列に連結され、低圧側圧縮機２０で圧縮した空気は、高圧側圧縮機３０でさらに圧縮され、タンク２に充填される配管となっている。この状態でモータ４を回し、２つの圧縮機を駆動すると、それぞれの圧縮機が交互に圧縮と吸気を繰り返し、大気は、低圧側圧縮機２０に吸い込まれ圧縮された後、高圧側圧縮機３０に送られ、２段の圧縮を経てタンク２に充填される。
【００２８】
もし、タンク２内が低圧側圧縮機２０の吐出圧より低い場合に、図２の直列接続の構成をとっていた場合、高圧側シリンダ３１に流入した圧縮空気は、高圧側ピストン３２による圧縮を受けずとも高圧側吐出逆止弁１３を押し上げタンク２内に流入するため、高圧側圧縮機３０に入った圧縮空気は圧縮されることなくタンク２に流入してしまうに送り出す仕事をほとんどしていない。本発明によれば、この状態の時は、切替弁５４を動作させ、高圧側圧縮機３０も直接大気を圧縮させることで、有効に動作し、タンク２内に充填することが可能となり、タンク充填時間を短縮する効果が得られる。
【００２９】
上記実施形態の別方式として、低圧側圧縮機２０が排出する圧縮空気、あるいは、タンク２の圧力を利用して切替弁５４の弁体を図中下方に移動させる構成としてもよい。図２，３に開示されるように、駆動時（圧縮作動時）において切替弁５４の弁体には、低圧側圧縮機２０が排出する圧縮空気、あるいは、タンク２の圧力により、図３の方向、すなわち、図中下方に向かって弁体を移動させる駆動力を働かせることが可能である。
従って、図２に示す並列な関係を維持するためにソレノイド式駆動部５５を動作（オン）させ、図３に示す直列な関係を維持する際には、ソレノイド式駆動部５５による能動的な制御を行わない構成としてもよい。また、図中下方に弁体を維持する目的で、ソレノイド式駆動部５５に、下方向に付勢する付勢手段（バネ等）を設けた構成としてもよい。
【００３０】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、よく知られた代替手段によるものも本願発明に含まれるものである。例えば、弁の制御はソレノイド式（電磁式）の切替弁に限定されるものではなく、作業者が手動で行う切替弁や、所定圧力/応力により駆動する付勢手段（バネ等）を有する切替弁、さらに、アクチュータやモータを動力源とする電動弁も本願発明の範囲に含まれる。
【００３１】
また、上記実施の形態は２段階の圧縮機構を備える圧縮機に限定されるものではなく、３段階以上の多段の圧縮機構を有する圧縮機に採用可能であり、この場合、全ての段階に上記発明を適用する場合のみならず、部分的（例えば、３段圧縮機構のうちの低圧側（初段と二段）のみなど）に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  空気圧縮機
２（２ａ，２ｂ）  空気タンク
３  圧縮部
４  モータ
５  モータ回転軸
６  クランクシャフト
１０ａ，１０ｂ  圧力計
１１ａ，１１ｂ  カプラ
１２  開放弁
１３  ドレン排出装置
１４  操作部
２０  低圧側圧縮部
２１  低圧側シリンダ
２２  低圧側ピストン
２３  第１コネクティングロッド
２４  連結ピン
２５  低圧側圧縮室
３０  高圧側圧縮部
３１  高圧側シリンダ
３２  高圧側ピストン
３３  第２コネクティングロッド
３５  高圧側圧縮室
４０  制御装置
５０  切替機構部
５４  切替弁
５５  ソレノイド式駆動部
【図１】
2016160790.tif 000003
【図２】
2016160790.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016160790.tif 000006