JP2015206366A

JP2015206366A - 減量型空気圧縮機

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Publication number: JP2015206366A
Application number: JP2015087312A
Authority: JP
Inventors: 周　文三; Bunsan Shu; 文三周
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: DE202015101980U1; TW201540954A; EP2944815A2; JP6145477B2; KR101777667B1; DK2944815T3; KR20150122059A; US20150300342A1; US9803632B2; PL2944815T3; JP3198453U; TWI550190B; HUE059272T2; EP2944815A3; EP2944815B1

Abstract

【課題】非金属材料からなるため製造コストが少ない上、空気圧縮機の車載重量を減らすことができる、減量型空気圧縮機を提供する。
【解決手段】減量型空気圧縮機は、メインハウジング１と、メインハウジング１に接続されてピストンを作動させるシリンダー３と、メインハウジング１により固定されるとともにモータ２１を含む動力機構と、小ギアと噛合される大ギア２３とを備える。大ギア２３上には、重量回転盤が接続される。重量回転盤上には、クランクピンが設けられる。クランクピンは、ピストンに枢着され、モータ２１が作動するとクランクピンが円周運動を行い、ピストン本体のピストンヘッドがシリンダー３の圧縮チャンバ内で往復運動を行い、シリンダー３内の圧縮空気が押し出されて空気圧縮機の空気貯蔵ユニット５内に進入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、減量型空気圧縮機に関し、特に、動力機構を固定するメインハウジングと軸受とを一体成形し、空気圧縮機のピストン体がシリンダー内で高速で往復運動し、軸受がメインハウジング上に固定されるため、空転したり外れて落下したりする虞がなく、シリンダーとメインハウジングとが一体成形のプラスチック材料からなり、非金属材料からなるため製造コストが少ない上、空気圧縮機の車載重量を減らすことができる、減量型空気圧縮機に関する。

図６及び図７を参照する。図６及び図７に示すように、従来の空気圧縮機８は、ベース８１と、ベース８１上に結合された圧縮筒８２と、ベース８１上に取り付けられたモータ８３と、モータ８３により回転されて圧縮筒８２内で往復運動を行うピストン８４とを含む。モータ８３によりピストン８４を圧縮筒８２内で往復運動させると、気体が吸入、圧縮され、加圧気体を排出する。

従来の空気圧縮機８のモータ８３は、歯車機構８５と、クランク機構の伝動とを利用してピストン８４を往復運動させる。歯車機構８５は、モータ８３の心軸８３１上に取り付けられた第１のギア（駆動歯車）８５１と、第１のギア８５１と噛合された第２のギア（従動歯車）８５２とを含む。クランク機構は、カウンターウエイト８６１、シャフト８６２及びクランクピン８６３を含む。シャフト８６２の一端は、第２のギア８５２に挿通され、ベース８１上に形成された軸孔８１０内に配設される。軸孔８１０内には、軸受８１１が配設されることが一般的である。軸受８１１は全円形形状を有する。クランクピン８６３の一端は、ピストン８４のロッド部８４１の末端部８４２上に形成された円孔８４３に枢着され、クランクピン８６３がシャフト８６２に対して偏心されているため、第２のギア８５２が第１のギア８５１により回転されると、圧縮筒８２内でピストン８４が往復運動する。

しかし、従来の空気圧縮機８のピストン８４が圧縮筒８２内で往復運動されると、変形運動が発生し、空気圧縮機の効率に悪影響を及ぼして空気圧縮機の使用寿命が短くなる虞があり、その原因の一つとして、圧縮筒８２とベース８１との間の距離が長すぎることにあることが本発明者の鋭意研究によって分かっている。即ち、図７に示すように、歯車機構８５が圧縮筒８２とベース８１との間に設置されているため、圧縮筒８２の中心とベース８１の内側縁との間には長めの距離（Ｄ）が形成され、長めの距離（Ｄ）の存在によりクランクピン８６３の遠心方向の運動はシャフト８６２の回転に大きく影響し、ピストン８４が往復運動を行うとき、シャフト８６２が取り付けられる軸孔８１０の内壁が受ける力が不均等となり、ある箇所が先に摩損してしまうか、軸孔８１０が摩損してシャフト８６２の回転軸（例えば、図８の矢印Ａに示す）に非定点の円心運動が形成されてしまうことがあった。このような現象が発生すると、クランクピン８６３の回転（図８の矢印Ｃに示す）がそれに伴って非円形運動となり、ピストン８４のバルブヘッドが圧縮筒８２内で往復運動するときに変形運動が発生し（図７の点線に示す）、ピストン８４のバルブヘッドと、軸孔内の軸受とが破壊されて寿命が短くなる虞がある。

本発明の第１の目的は、ピストン本体の運動安定性を高める上、空気圧縮機が動力機構を固定するメインハウジングを有し、メインハウジングと軸受とは一体成形され、ピストンが往復運動するシリンダーとメインハウジングとが一体成形されたプラスチック材料構造であり、これにより従来の空気圧縮機の欠点を改善し、空気圧縮機及びピストンの使用寿命を延ばすことができる上、非金属材料により製作することにより製造コストを減らすことができて経済性が高く、空気圧縮機全体は、車載重量を減らすことができる長所を有する、減量型空気圧縮機を提供することにある。
本発明の第２の目的は、空気圧縮機に設置したメインハウジングの２つの位置決め部間の左右両側に導流孔がそれぞれ形成され、導流孔を介して放熱ファンからの気流を軸方向で導入し、メインハウジングの左右辺の上側縁部から側縁にかけて形成された弧状壁及び縦壁の側壁が逆Ｕ字状に形成され、逆Ｕ字状の２つの縦壁の末端には、内方へ水平に延びた短壁がそれぞれ形成され、２つの短壁の他端は、Ｃ字状弧状壁に接続されて集風フードが形成され、集風フードと第２の位置決め部との間には、複数のブレースが放射状に配列され、これにより気流が螺旋状に導入されてピストンがシリンダー内で往復運動する際に発生する熱エネルギーを速やかに排出して安全性を高める減量型空気圧縮機を提供することにある。
本発明の第３の目的は、空気圧縮機に設けたシリンダーは、下方に開口端が設けられた円形開口縁を有し、円形開口縁は、シリンダーの中心垂直軸線により分けられ、シリンダーの開口縁は、シリンダーの中心垂直軸線により分けられた一方の側辺が水平面に対して平行であり、シリンダーの中心垂直軸線により分けられた他方の側辺の開口縁が下方へ延びて形成された斜面筒壁を有し、斜面筒壁の末端面が傾斜面に形成される減量型空気圧縮機を提供することにある。
本発明の第４の目的は、空気圧縮機に設置した空気貯蔵ユニットとシリンダーとが一体成形される減量型空気圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、メインハウジングと、前記メインハウジングに接続されてピストンを作動させるシリンダーと、前記メインハウジングにより固定されるとともにモータを含む動力機構と、小ギアと噛合される大ギアとを含む減量型空気圧縮機であって、前記大ギア上には、重量回転盤が接続され、前記重量回転盤上には、クランクピンが設けられ、前記クランクピンは、前記ピストンに枢着され、前記モータが作動すると前記クランクピンが円周運動を行い、ピストン本体のピストンヘッドがシリンダーの圧縮チャンバ内で往復運動を行い、前記シリンダー内の圧縮空気が押し出されて空気圧縮機の空気貯蔵ユニット内に進入され、前記動力機構を固定するメインハウジングは、軸受と一体成形され、前記空気圧縮機の前記ピストンが前記シリンダー内で高速度で往復運動すると、前記軸受が前記メインハウジング上に固定されて空転したり外れたりすることを防ぐことを特徴とする減量型空気圧縮機が提供される。

前記メインハウジングは、それぞれ分離された第１の位置決め部及び第２の位置決め部を有し、前記第１の位置決め部は、前記モータに固定され、前記重量回転盤上には、シャフトが設けられ、前記シャフトの一端は、前記大ギアに挿通されて前記メインハウジングの前記第２の位置決め部と一体成形された前記軸受に枢着されることが好ましい。

前記メインハウジング上には導流孔が形成され、前記導流孔を介して前記モータの後端に設けた放熱ファンからの気流を軸方向で導入し、前記メインハウジングの左右辺の上側縁部から側縁にかけて形成された弧状壁及び縦壁の側壁が逆Ｕ字状に形成され、前記逆Ｕ字状の２つの縦壁の末端には、内方へ水平に延びた短壁がそれぞれ形成され、前記２つの短壁の他端は、Ｃ字状弧状壁に接続されて集風フードが形成され、前記集風フードと前記第２の位置決め部との間には、複数のブレースが放射状に配列され、これにより気流が螺旋状に導入されて前記ピストンが前記シリンダー内で往復運動する際に発生する熱エネルギーを速やかに排出して安全性を高めることが好ましい。

前記シリンダーは、一体形成方式又は接続技術により前記メインハウジング上に結合されてプラスチック材料構造に一体成形されることが好ましい。

前記シリンダーの前記圧縮チャンバの頂端には、頂壁が形成され、前記頂壁は、前記シリンダーの上方に設けられた前記空気貯蔵ユニットに貫通した通気孔と、前記空気貯蔵ユニット内の前記通気孔に設けた弁体と、前記弁体上に当接されたスプリングとを有し、前記モータは、前記空気圧縮機の前記動力機構を駆動し、前記ピストン本体の前記ピストンヘッドが前記シリンダーの前記圧縮チャンバ内で往復式の圧縮動作を行い、圧縮された空気が前記通気孔を介して前記弁体を押圧移動させて前記スプリングを圧縮すると、圧縮された空気が前記空気貯蔵ユニット内に進入し、前記空気貯蔵ユニット上には、前記空気貯蔵ユニットと連通する複数のマニホールドが設けられ、前記マニホールドは、異なる性質、機能を有するオブジェクトにそれぞれ接続されることが好ましい。

前記シリンダーは、下方に開口端を有する円形開口縁を有し、前記円形開口縁は、前記シリンダーの中心垂直軸線により分けられ、前記シリンダーの開口縁は、前記シリンダーの前記中心垂直軸線により分けられた一方の側辺が水平面に対して平行であり、前記シリンダーの前記中心垂直軸線により分けられた他方の側辺の開口縁が下方へ延びて形成された斜面筒壁を有し、前記斜面筒壁の末端面と水平面とは、互いに平行に形成されずに傾斜面に形成され、前記シリンダーの前記開口縁の前記傾斜面の最端部の端点と、前記シリンダーの前記開口縁の水平面とにより長さ距離が形成され、前記ピストン本体の下動行程では、前記ピストンヘッドの頂端面と前記シリンダーの斜面筒壁の傾斜面とが互いに平行に形成され、前記ピストンヘッドが下死点に達するとき、前記シリンダー内に完全に収容されるため、摺動して外れることはなく、前記ピストンヘッドが前記シリンダー内で往復式の上下直線運動を行うとき、前記ピストンヘッド全体と前記シリンダー内の円柱状の内周壁面とは気密性が良好に保たれるため、空気圧縮効果が高くて安全に使用できることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機を示す部分断面図である。本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機を示す断面図である。従来の空気圧縮機を示す分解斜視図である。従来の空気圧縮機のピストンの運動状態を仮想線により示した平面図である。従来の空気圧縮機のクランクシャフト及びクランクピンの回転運動を示す略図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図１〜図４を参照する。図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態に係る減量型空気圧縮機は、メインハウジング１と、メインハウジング１上に結合されたシリンダー３と、メインハウジング１上に取り付けられた動力機構と、動力機構により駆動されてシリンダー３内で往復運動を行うピストン本体２５とを含む。

動力機構は、モータ２１と、伝動用途の小ギア２２と、大ギア２３と、クランクピン２４を有する重量回転盤２８と、放熱用途の放熱ファン２７とを含む。

メインハウジング１は、それぞれ分離された第１の位置決め部１１及び第２の位置決め部１２を有する（図３を併せて参照する）。第１の位置決め部１１は、小ギア２２を一端に有するモータ２１に固定される。モータ２１の後端には、放熱用途の放熱ファン２７が配設されている。大ギア２３上には、重量回転盤２８が結合されている。重量回転盤２８上には、クランクシャフト２８１及びクランクピン２４が配設されている。メインハウジング１の第２の位置決め部１２は、軸受２９と一体成形された構造である。軸受２９は玉軸受でもよい。クランクシャフト２８１の一端は、大ギア２３に挿通されるとともに軸受２９に枢着される。クランクピン２４の一端がピストン本体２５の末端に枢着されると、小ギア２２と大ギア２３とが噛合される。メインハウジング１の２つの位置決め部１１，１２間の左右両側には導流孔１３，１４が形成され、それは放熱ファン２７で発生した気流を軸方向で導入し、メインハウジング１の左右辺の上側縁部から側縁にかけて形成された弧状壁１５１及び縦壁１５２の側壁が逆Ｕ字状に形成されている。逆Ｕ字状の２つの縦壁１５２の末端には、内方へ水平に延びた短壁１５３が形成されている。２つの短壁１５３の他端は、Ｃ字状弧状壁１５４と接続されて集風フード１５が形成されている。集風フード１５と第２の位置決め部１２との間には、複数のブレース１６が放射状に配列され、これにより螺旋状に気流が導入されて軸受２９の放熱を行う。

シリンダー３は、一体形成方式又は接続技術によりメインハウジング１上（図４を参照）に結合され、プラスチック材料構造に一体成形され、シリンダー３の圧縮チャンバ３４の頂端には頂壁３１が形成されている。頂壁３１は、シリンダー３の上方に設けられた空気貯蔵ユニット５を貫通する通気孔３１０と、空気貯蔵ユニット５内の通気孔３１０に設けた弁体４１と、弁体４１上に当接されたスプリング４２とを有する。モータ２１は、空気圧縮機の動力機構を駆動し、ピストン本体２５のピストンヘッド２６がシリンダー３の圧縮チャンバ３４内で往復式の圧縮動作を行い、圧縮された空気が通気孔３１０を介して弁体４１を押圧移動させてスプリング４２を圧縮し、圧縮された空気が空気貯蔵ユニット５内に進入する。空気貯蔵ユニット５上には、空気貯蔵ユニット５と連通する複数のマニホールド５１，５２，５３，５４が設けられ、それら複数のマニホールド５１，５２，５３，５４は、異なる性質、機能を有するオブジェクトにそれぞれ接続される。マニホールド５１には、ホース（図示せず）が接続される。マニホールド５２には、圧力計６が接続される。マニホールド５３には、安全バルブ７が取り付けられている。

空気圧縮機のシリンダー３は、下方に開口端を有する円形開口縁３２を有し、図４に示す方向で、３次元空間の座標により以下説明する。円形開口縁３２は、シリンダー３の中心垂直軸線Ｙにより＋Ｘ軸方向及び−Ｘ軸方向の水平軸線に分けられる。シリンダー３の開口縁３２は、シリンダー３の中心垂直軸線Ｙにより分けられた＋Ｘ軸方向がＸＺ水平面に対して平行であり、シリンダー３の中心垂直軸線Ｙにより分けられた−Ｘ軸方向の開口縁３２は、下方へ延びて形成された斜面筒壁３２１を有する。斜面筒壁３２１の末端面とＸＺ水平面とは、互いに平行ではなく、傾斜面３２２に形成されている。長さ距離Ｌは、シリンダー３の開口縁３２の傾斜面３２２の最端部の端点と、シリンダー３の開口縁３２の水平面とにより形成される（図５参照）。

空気圧縮機のピストン本体２５は、シリンダー３内で往復運動を行う。ピストン本体２５の下動を図５に示す。この段階のピストンヘッド２６の頂端面とシリンダー３の斜面筒壁３２１の傾斜面３２２とは互いに平行であり、ピストンヘッド２６が下死点に達するときにシリンダー３内に完全に収容されるため、摺動して外れることがなく、ピストンヘッド２６がシリンダー３内で往復式の上下の直線運動を行うとき、ピストンヘッド２６全体とシリンダー３内の円柱状の内周壁面３０とは、気密性が良好に保たれ、空気圧縮効果を高め、使用の安全性を高めることができる。

上述したことから分かるように、本発明の減量型空気圧縮機の技術的特徴は、動力機構を固定するメインハウジング１と軸受２９とを一体成形し、シリンダー３とメインハウジング１とが一体成形されたプラスチック材料構造にある。メインハウジング１の２つの位置決め部１１，１２間の左右両側には、導流孔１３，１４が形成されている。導流孔１３，１４は、放熱ファン２７で発生した気流を軸方向で導入させ、メインハウジング１の左右辺の上側縁部から側縁にかけて形成された弧状壁１５１及び縦壁１５２の側壁は逆Ｕ字状に形成されている。逆Ｕ字状の２つの縦壁１５２の末端には、内方へ水平に延びた短壁１５３が形成されている。２つの短壁１５３の他端には、Ｃ字状弧状壁１５４と接続されて集風フード１５が形成されている。集風フード１５と第２の位置決め部１２との間には、複数のブレース１６が放射状に配列され、これにより螺旋状に気流が導入されて軸受２９の放熱を行い、ピストン本体２５がシリンダー３内で往復運動を行う際に発生する熱エネルギーを速やかに減らすことができるため、使用の安全性が非常に高く、非金属材料からなるため製造コストが少なく、経済性が高い。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１メインハウジング
３シリンダー
５空気貯蔵ユニット
６圧力計
７安全バルブ
８空気圧縮機
１１第１の位置決め部
１２第２の位置決め部
１３導流孔
１４導流孔
１５集風フード
１６ブレース
２１モータ
２２小ギア
２３大ギア
２４クランクピン
２５ピストン本体
２６ピストンヘッド
２７放熱ファン
２８重量回転盤
２９軸受
３０内周壁面
３１頂壁
３２開口縁
３４圧縮チャンバ
４１弁体
４２スプリング
５１マニホールド
５２マニホールド
５３マニホールド
５４マニホールド
８１ベース
８２圧縮筒
８３モータ
８４ピストン
８５歯車機構
１５１弧状壁
１５２縦壁
１５３短壁
１５４Ｃ字状弧状壁
２８１クランクシャフト
３１０通気孔
３２１斜面筒壁
３２２傾斜面
８１０軸孔
８１１軸受
８３１心軸
８４１ロッド部
８４２末端部
８４３円孔
８５１第１のギア
８５２第２のギア
８６１カウンターウエイト
８６２シャフト
８６３クランクピン

Claims

メインハウジングと、前記メインハウジングに接続されてピストンを作動させるシリンダーと、前記メインハウジングにより固定されるとともにモータを含む動力機構と、小ギアと噛合される大ギアとを備える減量型空気圧縮機であって、
前記大ギア上には、重量回転盤が接続され、
前記重量回転盤上には、クランクピンが設けられ、
前記クランクピンは、前記ピストンに枢着され、前記モータが作動すると前記クランクピンが円周運動を行い、ピストン本体のピストンヘッドがシリンダーの圧縮チャンバ内で往復運動を行い、前記シリンダー内の圧縮空気が押し出されて空気圧縮機の空気貯蔵ユニット内に進入され、
前記動力機構を固定する前記メインハウジングは、軸受と一体成形され、前記空気圧縮機の前記ピストンが前記シリンダー内で高速度で往復運動すると、前記軸受が前記メインハウジング上に固定されて空転したり外れたりすることを防ぐことを特徴とする減量型空気圧縮機。
前記メインハウジングは、それぞれ分離された第１の位置決め部及び第２の位置決め部を有し、
前記第１の位置決め部は、前記モータに固定され、
前記重量回転盤上には、シャフトが設けられ、
前記シャフトの一端は、前記大ギアに挿通されて前記メインハウジングの前記第２の位置決め部と一体成形された前記軸受に枢着されることを特徴とする請求項１に記載の減量型空気圧縮機。
前記メインハウジング上には導流孔が形成され、前記導流孔を介して前記モータの後端に設けた放熱ファンからの気流を軸方向で導入し、前記メインハウジングの左右辺の上側縁部から側縁にかけて形成された弧状壁及び縦壁の側壁が逆Ｕ字状に形成され、前記逆Ｕ字状の２つの縦壁の末端には、内方へ水平に延びた短壁がそれぞれ形成され、前記２つの短壁の他端は、Ｃ字状弧状壁に接続されて集風フードが形成され、前記集風フードと前記第２の位置決め部との間には、複数のブレースが放射状に配列され、これにより気流が螺旋状に導入されて前記ピストンが前記シリンダー内で往復運動する際に発生する熱エネルギーを速やかに排出して安全性を高めることを特徴とする請求項２に記載の減量型空気圧縮機。
前記シリンダーは、一体形成方式又は接続技術により前記メインハウジング上に結合されてプラスチック材料構造に一体成形されることを特徴とする請求項３に記載の減量型空気圧縮機。
前記シリンダーの前記圧縮チャンバの頂端には、頂壁が形成され、
前記頂壁は、前記シリンダーの上方に設けられた前記空気貯蔵ユニットに貫通した通気孔と、前記空気貯蔵ユニット内の前記通気孔に設けた弁体と、前記弁体上に当接されたスプリングとを有し、前記モータは、前記空気圧縮機の前記動力機構を駆動し、前記ピストン本体の前記ピストンヘッドが前記シリンダーの前記圧縮チャンバ内で往復式の圧縮動作を行い、圧縮された空気が前記通気孔を介して前記弁体を押圧移動させて前記スプリングを圧縮すると、圧縮された空気が前記空気貯蔵ユニット内に進入し、前記空気貯蔵ユニット上には、前記空気貯蔵ユニットと連通する複数のマニホールドが設けられ、前記マニホールドは、異なる性質、機能を有するオブジェクトにそれぞれ接続されることを特徴とする請求項４に記載の減量型空気圧縮機。
前記シリンダーは、下方に開口端を有する円形開口縁を有し、前記円形開口縁は、前記シリンダーの中心垂直軸線により分けられ、前記シリンダーの開口縁は、前記シリンダーの前記中心垂直軸線により分けられた一方の側辺が水平面に対して平行であり、前記シリンダーの前記中心垂直軸線により分けられた他方の側辺の開口縁が下方へ延びて形成された斜面筒壁を有し、前記斜面筒壁の末端面と水平面とは、互いに平行に形成されずに傾斜面に形成され、前記シリンダーの前記開口縁の前記傾斜面の最端部の端点と、前記シリンダーの前記開口縁の水平面とにより長さ距離が形成され、前記ピストン本体の下動行程では、前記ピストンヘッドの頂端面と前記シリンダーの斜面筒壁の傾斜面とが互いに平行に形成され、前記ピストンヘッドが下死点に達するとき、前記シリンダー内に完全に収容されるため、摺動して外れることはなく、前記ピストンヘッドが前記シリンダー内で往復式の上下直線運動を行うとき、前記ピストンヘッド全体と前記シリンダー内の円柱状の内周壁面とは気密性が良好に保たれるため、空気圧縮効果が高くて安全に使用できることを特徴とする請求項５に記載の減量型空気圧縮機。