JPH0735780B2 - 複数サイクルコンプレッサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小さい動力源を
用いて圧縮空気の供給を連続的に行う簡易な構成の複数
サイクルコンプレッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より圧縮した空気を噴出することに
より、種々の機器の動力源となり、あるいはポンプの機
能などを奏する種々のエアコンプレッサが開発されてい
る。例えば、ピストン運動により圧縮空気を噴出し、こ
の圧縮空気を貯蔵タンクに蓄え、連続的に圧縮空気の噴
出を行うことができるようにしたものやロータリー式の
圧縮部を有し、回転部の動作により連続的に圧縮空気を
供給するものなどが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような連続的に圧縮空気を供給する手段のうち、一旦貯
蔵タンクに圧縮空気を溜める構成のものについては、空
気の貯蔵に時間が掛り、始動後迅速に圧縮空気を供給す
る必要のある場合には不適当であった。また、圧縮空気
を一旦貯蔵する過程で高い気圧にするためには強力なエ
ネルギーを必要とし、強力な動力源を得ることができな
い場合には設置が困難であった。一方、ロータリー式の
コンプレッサなどについては、その構成が大掛りなもの
となり、また構造上の精度も極めて高いものが要求さ
れ、簡単な製造工程にて形成することは困難である。さ
らに、一旦空気貯蔵タンクに圧縮空気を溜めることなし
に非常に高い気圧の空気を供給することは困難であり、
また上述のように一旦貯蔵タンクに溜める形式を取ると
時間や強力なエネルギーが必要となるという問題があっ
た。

【０００４】また、一旦貯蔵タンクに圧縮空気を溜める
ことなしに、ピストン運動式のコンプレッサによって、
迅速に高い気圧の圧縮空気を供給するようにした場合、
圧縮空気の継続的な供給は困難であった。すなわち、ピ
ストン動作を行うことから、吸気動作（復動作）のとき
に圧縮空気の供給が途切れるという事情があった。本発
明は、上記種々の課題を解決するためになされたもので
あり、その目的は極めて簡単な構成で、かつ比較的小さ
い動力源で迅速に圧縮空気の供給開始を行うことがで
き、さらに途切れることなく継続的に空気供給を行うこ
とのできる複数サイクルコンプレッサを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る複数サイクルコンプレッサは、内部
に往復動作可能に摺接されたピストン部と、該ピストン
部の往動作時に圧縮された空気が排出される排気口と、
前記ピストンの復動作時にのみ開き外部から空気を導入
する吸気口と、をそれぞれ有する複数の筒体と、 前記
各筒体の排気口に連通して設けられそれぞれ内部に前記
ピストン部の往動作による排気時にのみ開となる開閉便
を有する排気管と、所定の動力源から伝達された駆動力
を前記各ピストン部への往復動作として伝達し、該伝達
は全てのピストン部のうち常に少なくとも１以上のピス
トン部が往動作状態（排気状態）となるように行う駆動
力伝達手段と、を含むことを特徴とする。

【０００６】一方、請求項２に係る複数サイクルコンプ
レッサは、請求項１に記載の複数サイクルコンプレッサ
において、前記動力源は、回転動力源とし、前記駆動力
伝達手段は、前記回転動力源からの回転動作を減速する
減速ギヤと、該回転動作を所定回転動作毎に反転させる
クラッチ機構と、前記各筒体内に筒体伸長方向に伸長す
るように設けられ、前記反転する回転動作によって所定
の回転数毎に反転する外周がねじ切りされたシャフト
と、該シャフトの外側に螺入されシャフトの前記回転動
作によって往復動作する移動体と、該移動体と前記ピス
トン部とを連結し、移動体の前記往復動作と共に前記ピ
ストン部を往復動作させるアーム部と、を含むことを特
徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成の複数サイクルコンプレッサによれ
ば、駆動力伝達手段によって各筒体のピストンが往復動
作するが、その往動作によって排気口からは圧縮空気が
噴出される。この圧縮空気の気圧は、ピストンの動作速
度によって調整することが可能であり、スピードを上げ
ることにより空気圧を上昇させることができる。そし
て、噴出された空気は、排気管に流れ、排気管内の開閉
弁を開け集束部に流れる。すなわち、各筒体から噴出さ
れた空気はそれぞれの排気管を通って集束部に流れ、所
定の場所に噴出される。ここで、駆動力伝達手段による
ピストンの動作は、全て同時に行われるのではなく、常
に少なくとも１以上のピストンが往動作しているように
行われる。例えば、２サイクルの場合には、一方のピス
トンが往動作し終った時に他方のピストンが復動作し終
わり往動作を開始するように調整している。従って、筒
体数を増やしサイクル数を増加させて行くに従って、圧
縮空気噴出の空気圧の脈動を少ないものとすることが可
能である。

【０００８】また、請求項２の発明では、駆動力伝達手
段は、回転動力源から伝達された回転駆動動作を減速ギ
ヤにて減速させて伝達するので、例えばトルクの小さい
モータなどの動力源であってもピストンを動作させるの
に十分な力を確保することができる。このように、比較
的小さいトルクの動力源により、迅速に圧縮空気の供給
を開始することができ、かつその供給をとぎれることな
く継続的に行うことが可能となる。また、動力源から得
た回転駆動動作を減速させて伝達するので、ピストンを
強い力で動作させることができ、高い気圧の圧縮空気の
供給も可能であり、さらにピストンの動作スピードを調
整することにより気圧調整も可能である。

【０００９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は実施例に係る複数サイクルコ
ンプレッサの構成を示す説明図である。本実施例は、最
も簡単な構成である２サイクルコンプレッサである。

【００１０】コンプレッサ１０は、２つのシリンダ１２
及び１４を有しており、各シリンダ１２、１４の内部に
はそれぞれピストン１６が設置されている。ピストン１
６は、各シリンダ１２及び１４内を摺動移動可能に設け
られている。各シリンダ１２及び１４の空気室１００側
の底部壁１８にはピストン１６の往動作（矢印２００方
向の動作）による空気圧縮作用に基づき圧縮空気が排出
される排気口２０が形成されている。さらに、底部壁１
８にはピストン１６が復動作（矢印３００方向の動作）
を行った時に外部の空気を空気室１００内に導入する吸
入口２２がそれぞれ２個ずつ形成されている。この吸入
口２２は、ピストン１６の復動作時にのみ開くようにす
るため、回動弁２４がそれぞれ設けられている。弁２４
はピストン１６の往動作時には吸気口２２を閉塞する。
また、吸入口２２の外部には、空気室１００内にごみが
吸入されることを防止するため、網状のフィルター２３
がそれぞれ取付けられている。

【００１１】排気口２０には、それぞれ排気管２６が取
り付けられており、空気室１００から連通された状態と
なっている。そして、２本の排気管２６は、空気排出の
さらに下流側で１本に合流され集束部２８が形成されて
いる。２本の排気管２６から集束部２８への移行部分に
は、回動弁３０が取り付けられており、その回動状態に
よっていずれかの排気管側を閉塞するように構成されて
いる。

【００１２】次に、ピストン１６を往復動作させるため
の駆動部について説明する。ピストン１６の裏面側（空
気室１００とは反対側）の面には２本の支持筒３２ａ、
３２ｂが往復動作方向に伸長するように固定されてい
る。また、各シリンダ１２及び１４の他方の底部３４に
は、支持柱３６ａ及び３６ｂが各シリンダ１２及び１４
内に伸長するように固定されている。各支持柱３６ａ、
３６ｂは、上記支持筒２ａ及び３２ｂに往復動可能に挿
通されている。

【００１３】また、各シリンダ１２、１４の底部３４の
ほぼ中心位置を貫通してシリンダ内の途中位置まで伸長
するようにシャフト３８が設けられている。シャフト３
８の外表面には雄ねじが切られている。シャフト３８の
シリンダ外方端部は、駆動源からの駆動力を受けるよう
に構成されている。シャフト３８のねじ部には内側に雌
ねじの切られた移動体４０が螺合されており、移動体４
０は固定アーム４２ａ及び４２ｂによってそれぞれ支持
筒３２ａ、３２ｂに固定結合され、非回転状態が保たれ
ている。なお、シャフト３８及び移動体４０はボールね
じ構造とされている。従って、シャフト３８を回転させ
ることにより、移動体４０はシャフト伸長方向にスムー
スに移動を行う。これにより、支持筒３２ａ、３２ｂさ
らにこれに固定されたピストン１６が移動動作を行うも
のである。なお、シャフト３８は、各シリンダ内に設け
られた支持部材３７及びその中央部に設けられた軸受け
３９によってシリンダに対してしっかりと固定されてい
る。

【００１４】本実施例では、回転動力源として１個のモ
ータ４２が用いられている。このモータ４２からの回転
駆動力の伝達を受けこの回転速度を減速させて伝達する
減速ギヤボックス４４がそれぞれ設けられており、さら
にこの減速ギヤボックス４４からの回転動作を所定回転
数毎に反転させるクラッチ手段４６が設けられその回転
動作がシャフト３８に伝達されるように構成されてい
る。すなわち、シャフト３８を所定回転数毎に反転させ
ることにより、移動体４０を往復運動させピストン１６
の往復運動が発生する。なお、このようなシャフト３８
の所定回転数毎の反転は、必ずしも上記のようなクラッ
チ手段４６を設ける必要はなく、モータ４２自体への電
力供給部において回転方向切替回路を設置することによ
り電流供給を調整し、モータ４２の回転自体を反転させ
るようにすることも可能である。

【００１５】また、本実施例では、ピストン１６の往復
運動を常に一方のピストン１６が往動作（矢印２００方
向の動作）を行うように調整しており、本実施例のよう
に２サイクルの場合には、シリンダ１２のピストン１６
が往動作し切った状態の時に、シリンダ１４のピストン
１６が復動作し切った状態となるように移動体４０の位
置設定を行ってモータ４２による動力伝達を行うように
している。従って、２つのピストン１６、１６は常に反
対方向の動作を行うので、一方が常に往動作しているこ
ととなり圧縮空気の供給が途切れることなく継続するこ
ととなる。例えば、シリンダ１２のピストン１６が往動
作を行い、シリンダ１４のピストン１６が復動作を行っ
ているときには、シリンダ１２側の排気口２０から圧縮
空気が噴出されさせらに排気管２６を通り回動弁３０を
押して回動させ、図示のようにシリンダ１４側の排気管
２６側を閉塞する状態として集束部２８側に空気が流入
されていく。 一方、シリンダ１４側では吸気口２２の
回動弁２４が開状態となっており、外部からの空気を空
気室１００内に導入しつつピストン１６が復動作する。

【００１６】上記のように、本実施例によれば動作開始
と同時に圧縮空気の供給が開始され、ピストン１６の動
作調整により、例えば３０気圧の圧縮空気を集束部２８
から噴出させることが可能である。そして、ピストン１
６の動作を交互に往動作させることから、気圧の脈動は
生じるものの圧縮空気の供給を連続的に途切れることな
く行うことが可能である。

【００１７】次に、図２は３サイクルのコンプレッサの
例が示されている。本実施例では、図示のように３つの
シリンダ５０、５２及び５４が設置されている。各シリ
ンダ５０、５２、５４の内部構造は図１に示した例と同
様であるので、その図示を省略し、ピストン１６の動作
位置のみを示している。また、本実施例では、３つの各
排気管２６から集束部２８への移行部分、すなわち各排
気管２６の最終部分にそれぞれ回動弁３０ａ、３０ｂ及
び３０ｃが取り付けられており、空気を噴出している排
気管２６の回動弁のみがその排気圧力により開くように
構成されている。

【００１８】更に、本実施例では、２つのシリンダ５０
及び５２についてのピストン１６の動作を図１の場合と
同様に１個のモータ４２を動力源として行うように設定
している。すなわち、シリンダ５０のピストン１６が往
動作し切った時にシリンダ５２のピストン１６が復動作
し切った状態となるように位置設定されている。一方、
シリンダ５４のピストン１６は独自の駆動源であるモー
タ４３により駆動するように構成されており、ピストン
１６の動作位置はシリンダ５０及び５２のそれぞれのピ
ストン１６の中間位置で動作するように位置設定されて
いる。

【００１９】次に、図３に基づいて各シリンダ５０、５
２及び５４のピストン動作について説明する。まず、同
図（Ａ）では、シリンダ５０のピストン１６が往動作し
終った状態が示されている。このとき、シリンダ５２の
ピストン１６は復動作し切った状態にある。さらに、シ
リンダ５４のピストン１６は往動作の中間位置にある。
従って、同図（Ａ）の状態では、この後シリンダ５２及
び５４の２つのシリンダによって圧縮空気の供給が行わ
れる状態にある。同図（Ｂ）はシリンダ５４のピストン
１６が往動作し切った状態を示しており、この後、シリ
ンダ５２のピストン１６による圧縮空気供給動作のみが
行われる状態である。

【００２０】次に、同図（Ｃ）はシリンダ５２のピスト
ン１６が往動作し切った状態を示している。従って、こ
の後の圧縮空気供給は、シリンダ５０のピストン１６の
動作のみによって行われる。さらに、同図（Ｄ）はシリ
ンダ５４の復動作し切った状態が示されている。この後
の圧縮空気供給動作は、シリンダ５０及び５４の２つの
ピストンの動作によって行われることとなる。

【００２１】このように、常に反対のピストン動作を行
うシリンダ５０及び５２に加えその中間動作を行うシリ
ンダ５４を加えたことにより、１個のシリンダによる圧
縮空気供給と２個のシリンダによる圧縮空気供給の各動
作を交互に連続的に行うことが可能となる。なお、さら
にサイクルを増加させ、例えば４個のシリンダを設定す
ることにより２個ずつの組合わせで圧縮空気の供給動作
を行うことが可能であり、その場合動力源であるモータ
４２を２個設け２個ずつのシリンダをそれぞれ反対方向
の動作とするように駆動させることが可能である。

【００２２】図４は、シリンダ１２内を異なる構成とし
た他の実施例を示している。本実施例では、ピストン１
６と支持部材３７との間に密閉された袋体４１（蛇腹状
部材でもよい）が設けられ、内部に潤滑用及び冷却用の
油４３が充填されている。そして、ピストン１６の往復
動作に追従でき、かつ油が漏れることのないように設置
されている。また、ピストン１６が復動作したときに袋
体４１が圧縮されないようシリンダ１２には大径部１２
ａが形成され、その大径部１２ａには空気抜き穴４５が
形成されている。

【００２３】図５は、シャフト３８の外周のねじ切りに
ついての他の構成を示している。すなわち、図示のよう
にそれぞれ逆方向のねじが交差するように形成されてお
り、移動体４０はこの往復ねじ４９の溝に従って移動す
るように構成されている。このような構成としたことに
よって、シャフト３８を常に一方向に回転動作させた状
態で移動体４０を往復運動させることができ、シャフト
反転のための機構が不要となる。すなわち、モータ４２
からジャッキギヤ４７などの減速手段を介してシャフト
３８にそのまま回転動作を伝達すれば良い。本実施例で
は、モータ４２の回転力をそのままベルト（ファンベル
ト等）によってジャッキギヤ４７に伝えている。

【００２４】次に、上記のような実施例の複数サイクル
コンプレッサを応用する例を以下に説明する。図６は、
本願人が提案した車両のエアワイパー（実用新案登録第
１５０１６７７号）について、エアの供給源として用い
た例が示されている。車両６０の内部に実施例に係る２
サイクルコンプレッサ１０を設置している。そして、本
例では動力源として車両６０のエンジン自体を用いてい
る。このように、エンジン６２から動力を得るようにし
た場合でも、減速ギヤボックス４４を設置していること
から大きな負担を掛けることはなく車両６０の運行に支
障は生じない。また、このようにエンジン６２から動力
を得るようにすることなく別途小型の駆動モータを設置
するようにすることも可能である。

【００２５】このように、本願の複数サイクルコンプレ
ッサをエアワイパーに用いると、ワイパー必要時に迅速
に圧縮空気の供給が可能で、かつ高圧力のエアーを噴出
することができる。また、大掛かりな空気貯留タンクを
設置する必要もなく、連続して圧縮空気の供給を行うこ
とができるので、エアワイパーの空気供給源として極め
て有用である。特に、電気自動車においては、その駆動
源であるモータの動力を利用して２サイクルコンプレッ
サ１０を可動させることが好適であり、その場合下記の
ような風車式の発電機を空気流路に設置し、動力源であ
るバッテリーに充電するようにすることもできる。

【００２６】次に、図７は発電機の動力として用いる場
合を示している。同図（Ａ）に示したように、集束部２
８の部分に複数の風車状の小型発電機を設置し、タービ
ン方式の発電装置とすることが可能である。本発明のコ
ンプレッサーは、強力な圧縮空気を供給することができ
るので、複数の発電機６４を回転動作させ、これによっ
て得られた電力をバッテリ６６に蓄電することが可能で
ある。このような発電装置として用いる場合、同図
（Ｂ）に示したように一般家庭における緊急時の発電装
置とすることが好適である。すなわち、ガソリンや灯油
により駆動可能な回転動力源６８（エンジン等）を設置
し、これから得られる回転駆動力を用いて本実施例に係
る２サイクルコンプレッサ１０を駆動させ複数の小型発
電機６４を可動させることができ、簡単な構成で室内の
電力源を得ることができる。

【００２７】なお、本発明は、上記各実施例の構成に限
定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形
が可能である。例えば、ピストンの往復運動のための駆
動力伝達手段については、上記のようなねじ切りシャフ
ト及び移動体ではなく油圧システムを用いることも可能
である。また、シリンダの数、すなわちサイクル数は大
型化を考慮する必要のない場所においてはさらに多くの
数とすることができ、それによりより脈動の少ない圧縮
空気の供給が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る複数
サイクルコンプレッサによれば、コンプレッサの始動後
直ちに所定の圧縮空気の供給を行うことができ、またそ
の供給動作を途絶えることなく連続して行うことができ
る。更に、簡単な構成で製造も容易であるだけでなく、
比較的トルクの小さい小型の動力源によっても差動する
ことができ、スペースの限られた場所、例えば車両内へ
の設置により有効に機能させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る２サイクルコンプレッサの構成説
明図である。

【図２】実施例に係る３サイクルコンプレッサの概略構
成図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、３サイ
クルコンプレッサの動作説明図である。

【図４】シリンダ内部を異なる構成とした他の実施例の
概略断面図である。

【図５】シャフトを異なる構成とした他の実施例の概略
断面図である。

【図６】実施例に係る２サイクルコンプレッサを車両用
のエアワイパーに応用した例を示す説明図である。

【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は家庭用の発電装置として応
用した場合の発電部分の構成図及び装置の設置状態説明
図である。

【符号の説明】

１０ ２サイクルコンプレッサ １２，１４，５０，５２，５４ シリンダ １６ ピストン ２０ 排気口 ２２ 吸気口 ３８ シャフト ４０ 移動体 ４２ 動力源としてのモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に往復動作可能に摺接されたピスト
   ン部と、該ピストン部の往動作時に圧縮された空気が排
   出される排気口と、前記ピストンの復動作時にのみ開き
   外部から空気を導入する吸気口と、をそれぞれ有する複
   数の筒体と、 前記各筒体の排気口に連通して設けられそれぞれ内部に
   前記ピストン部の往動作による排気時にのみ開となる開
   閉弁を有する排気管と、 所定の動力源から伝達された駆動力を前記各ピストン部
   への往復動作として伝達し、該伝達は全てのピストン部
   のうち常に少なくとも１以上のピストン部が往動作状態
   （排気状態）となるように行う駆動力伝達手段と、 を含むことを特徴とする複数サイクルコンプレッサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の複数サイクルコンプレ
   ッサにおいて、 前記動力源は、回転動力源とし、 前記駆動力伝達手段は、 前記回転動力源からの回転動作を減速する減速ギヤと、
   該回転動作を所定回転動作毎に反転させるクラッチ機構
   と、 前記各筒体内で筒体伸長方向に伸長するように設けら
   れ、前記反転する回転動作によって所定の回転数毎に反
   転する外周がねじ切りされたシャフトと、 該シャフトの外側に螺入されシャフトの前記回転動作に
   よって往復動作する移動体と、 該移動体と前記ピストン部とを連結し、移動体の前記往
   復動作と共に前記ピストン部を往復動作させるアーム部
   と、 を含むことを特徴とする複数サイクルコンプレッサ。