特許 6634725 空気圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6634725

(24)【登録日】2019年12月27日

(45)【発行日】2020年1月22日

(54)【発明の名称】空気圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/00 20060101AFI20200109BHJP

【ＦＩ】

   F04B39/00 101W

   F04B39/00 103J

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-157560(P2015-157560)

(22)【出願日】2015年8月7日

(65)【公開番号】特開2017-36690(P2017-36690A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006301

【氏名又は名称】マックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100157912

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 健

(74)【代理人】

【識別番号】100074918

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬川 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】吉田 力

(72)【発明者】

【氏名】大澤 拓也

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０６３８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９６３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０４１２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ３９／００

Ｆ１６Ｃ ３５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータによって作動する圧縮機構と、
前記モータの回転軸を回転可能に支持するベアリングと、
前記ベアリングの外輪を支持する支持部材と、
前記支持部材が固定された取付部と、
を備え、
前記取付部は、前記支持部材の外周部を受ける外周支持部と、前記支持部材の軸方向の片側端部を受ける突当部と、を備え、
前記支持部材は、外周部に螺旋状の係合部を備え、
前記係合部は、前記支持部材が前記モータの回転軸の回転方向に回転したときに、前記突当部の方向に進行するネジ形状であり、
前記取付部の線膨張率よりも、前記支持部材の線膨張率の方が前記ベアリングの外輪の線膨張率に近いことを特徴とする、空気圧縮機。

【請求項2】

前記支持部材は前記取付部にインサート成型されてい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】

前記ベアリング及び前記支持部材は、前記圧縮機構を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の空気圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、空気圧縮機に関し、特に、ベアリングが発生する音を抑制できる空気圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の空気圧縮機は、モータによって圧縮機構を作動させ、空気を圧縮する。モータの回転軸は、例えば特許文献１に示すように、クランクケースに固定されたベアリングによって回転可能に支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開平４−５２５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の空気圧縮機では一般的に、クランクケースはアルミニウムなどの材料で形成され、ベアリングは鋼材などの材料で形成される。このため、クランクケースにベアリングを固定した構造では、クランクケースとベアリングとの線膨張率の違いからベアリング固定部のすきまが変化する。例えば、機械の温度が上昇することでベアリングとクランクケースのすきまが大きくなったり、逆に機械の温度が低下することでクランクケースがベアリングよりも収縮して、ベアリングの内部すきまが小さくなったりする場合がある。

【0005】

このように温度によってベアリングのすきまが変化する構造では、温度変化によってベアリングのがたが大きくなったり、もしくは温度変化を見越してベアリングの内部すきまの初期寸法を大きくしたりすることで、振動や騒音が発生するという問題があった。具体的には、圧縮機構のピストン運動により生じる負荷がベアリングにかかるが、この負荷はピストンの動きに応じて変化するため、ベアリングにがたがあると負荷の変動によって振動が発生し、騒音を発生させるという問題があった。

【0006】

ベアリングと固定部との間に弾性部材を配置することで寸法変化を吸収するように構成した場合、大きな荷重を受けることができず、振動を抑えることが出来ないという問題もあった。

【0007】

そこで、本発明は、温度変化によるベアリングのすきまへの影響を低減することで、振動や騒音の発生を抑制することができる空気圧縮機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

【0009】

請求項１記載の発明は、モータと、前記モータによって作動する圧縮機構と、前記モータの回転軸を回転可能に支持するベアリングと、前記ベアリングの外輪を支持する支持部材と、前記支持部材が固定された取付部と、を備え、前記取付部は、前記支持部材の外周部を受ける外周支持部と、前記支持部材の軸方向の片側端部を受ける突当部と、を備え、前記支持部材は、外周部に螺旋状の係合部を備え、前記係合部は、前記支持部材が前記モータの回転軸の回転方向に回転したときに、前記突当部の方向に進行するネジ形状であり、前記取付部の線膨張率よりも、前記支持部材の線膨張率の方が前記ベアリングの外輪の線膨張率に近いことを特徴とする。

【0010】

請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の特徴点に加え、前記支持部材は前記取付部にインサート成型されていることを特徴とする。

【0011】

【0012】

請求項３に記載の発明は、上記した請求項１又は２記載の発明の特徴点に加え、前記ベアリング及び前記支持部材は、前記圧縮機構を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、前記取付部の線膨張率よりも、前記支持部材の線膨張率の方が前記ベアリングの外輪の線膨張率に近い。このような構成によれば、取付部（クランクケース）とベアリングとの線膨張率の差を支持部材によって緩和し、温度変化がベアリングのはめあいに与える影響を小さくすることができる。温度が変化したときでもベアリングのしめしろが大きく変化することがないので、取付部とベアリングの間にガタが生じることも、ベアリングの内部すきまが大きく変化することもない。よって、がたつきによる振動や騒音の発生を抑制することができる。

【0014】

また、ベアリングの内部すきまが大きく変化しないので、内部すきまの初期寸法を従来よりも小さく設定することができる。よって、振動や騒音の発生を抑制することができる。

【0015】

また、請求項２に記載の発明は上記の通りであり、前記支持部材は前記取付部にインサート成型されている。このような構成によれば、支持部材が取付部から外れることを防止できる。

【0016】

また、請求項１に記載の発明は上記の通りであり、前記取付部は、前記支持部材の外周部を受ける外周支持部と、前記支持部材の軸方向の片側端部を受ける突当部と、を備え、前記支持部材は、外周部に螺旋状の係合部を備え、前記係合部は、前記支持部材が前記モータの回転軸の回転方向に回転したときに、前記突当部の方向に進行するネジ形状である。このような構成によれば、温度変化などにより支持部材と取付部の間の隙間が生じ、モータによって回転力が加えられた場合であっても、支持部材には、取付部にねじ込まれるような作用が生じるので、支持部材は突当部に押し付けられる。これにより、ねじ込み方向の移動だけでなく回転も規制される。このため、支持部材と取付部との間で空転が発生することを防止できる。また、空転による摩耗を防止することもできる。

【0017】

また、請求項３に記載の発明は上記の通りであり、前記ベアリング及び前記支持部材は、前記圧縮機構を挟んだ両側に配置されている。このような構成によれば、振動の原因となる圧縮機構の両側において回転軸を支持することができるので、がたつきの抑制効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】空気圧縮機の内部構造を示すために一部を断面で表示した平面図である。

【図2】カバーを取り外した空気圧縮機の側面図である。

【図3】空気圧縮機の内部構造を示す一部断面図である。

【図4】（ａ）支持部材の正面図、（ｂ）支持部材の上部を断面で示した側面図、（ｃ）支持部材の取付箇所を拡大した図である。

【図5】従来の空気圧縮機の内部構造を示す一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

【0020】

本実施形態に係る空気圧縮機１０は、可搬型コンプレッサであり、図１及び図２に示すように、クランクケース１１と、クランクケース１１に取り付けられる圧縮機構４０と、圧縮機構４０を作動させるためのモータ３０と、圧縮機構４０によって生成した圧縮空気を貯留するためのタンク４５と、を備えている。
クランクケース１１は、圧縮機構４０を収容するためのものであり、ケース本体１４と、ケース本体１４の開口を覆うケースキャップ２０と、を備えている。

【0021】

ケース本体１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなる中空容器として形成されている。ケース本体１４の前部には、開口が設けられ、この開口をケースキャップ２０が覆っている。また、このケース本体１４の両側には、圧縮機構４０のシリンダ４１ｃ，４２ｃが取り付けられている。また、このケース本体１４の後部には、圧縮機構４０の駆動源となるモータ３０が取付けられている。具体的には、ケース本体１４の後部には、周壁部１５が突出して設けられており、この周壁部１５の端部にモータ３０のステータ３５が取り付けられている。

【0022】

ケースキャップ２０は、例えばアルミニウム等の金属材料からなる円盤状の部材である。本実施形態においてはクランクケース１１と同じ材料で形成されている。このケースキャップ２０には、外部に開口した吸気口が設けられている。

【0023】

上記したクランクケース１１の内部は圧縮機構４０に圧縮用の空気を供給するための給気室Ｓとなっている。この給気室Ｓは圧縮機構４０のシリンダ４１ｃの内部と連通しており、給気室Ｓの空気を使用して圧縮空気が生成される。具体的には、圧縮機構４０の圧縮行程において、ピストン４１ｂが上死点側に移動することで給気室Ｓ内に負圧が発生し、ケースキャップ２０に設けられた吸気口を通じて外部の空気が給気室Ｓに取り込まれる。続く吸気工程において、ピストン４１ｂが下死点側に移動し、シリンダ４１ｃの圧縮室が負圧となって給気室Ｓ内の空気がシリンダ４１ｃ内に導入されて圧縮されるようになっている。

【0024】

モータ３０は、ロータ３２を環状のステータ３５の内側に配置したインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。ロータ３２及びステータ３５は、例えば鋼板を積層して形成されている。

【0025】

なお、モータ３０の回転軸３１は、ケース本体１４に取り付けられた第１ベアリング１２と、ケースキャップ２０に取り付けられた第２ベアリング１３とにより回転自在に支持されている。回転軸３１にはロータ３２が固定されており、モータ３０が作動してロータ３２が回転したときに、ロータ３２と一体的に回転軸３１が回転する。

【0026】

本実施形態に係る空気圧縮機１０は、モータ３０を大径化することにより、トルクアップと、低回転化が図られている。具体的には、従来の同等の機種においては、モータ３０のサイズ（ロータ３２の外径、厚さ）が約φ７０×３０ｍｍであったのに対し、本実施形態に係る空気圧縮機１０においては、モータ３０のサイズを約φ９０×２０ｍｍとしている。このようにモータ３０を大径化したことにより、モータ３０が薄型になっている。

【0027】

圧縮機構４０は、上記したモータ３０によって作動するものであり、ピストン４１ｂ，４２ｂを往復動させることでシリンダ４１ｃ，４２ｃ内に導入された空気を圧縮する。本実施形態に係る圧縮機構４０は、低圧用圧縮機構４１と高圧用圧縮機構４２とを備えた多段圧縮機構である。すなわち、給気室Ｓ内の空気は、まず低圧用圧縮機構４１によって圧縮される。低圧用圧縮機構４１によって圧縮された空気は、高圧用圧縮機構４２に導入され、高圧用圧縮機構４２によって更に圧縮される。このように二段階で圧縮された空気がタンク４５に送られて貯留される。

【0028】

上記した低圧用圧縮機構４１及び高圧用圧縮機構４２は、図１及び図２に示すように、クランクケース１１の両側に対向配置されている。すなわち、クランクケース１１の片側に低圧用圧縮機構４１が突出して取り付けられており、この低圧用圧縮機構４１の反対側に高圧用圧縮機構４２が突出して取り付けられている。

【0029】

低圧用圧縮機構４１及び高圧用圧縮機構４２は、それぞれモータ３０の回転軸３１に接続されたコンロッド４１ａ，４２ａを備えている。このコンロッド４１ａ，４２ａは、回転軸３１に固定された偏心板を介して回転軸３１に接続されており、回転軸３１の回転運動を往復動に変換する。このコンロッド４１ａ，４２ａの先端にはピストン４１ｂ，４２ｂが取り付けられているため、モータ３０の回転に伴いピストン４１ｂ，４２ｂがシリンダ４１ｃ，４２ｃ内で往復動し、シリンダ４１ｃ，４２ｃ内の空気を圧縮する。

【0030】

ところで、モータ３０の回転軸３１を支持する第１ベアリング１２及び第２ベアリング１３は、特に図示しないが、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間を転がる転動体と、を備えた転がり軸受であり、外輪がクランクケース１１に取り付けられている。このとき、外輪がクランクケース１１に直接固定されているのではなく、図３に示すように、支持部材２５，２６を介してクランクケース１１に取り付けられている。

【0031】

すなわち、第１ベアリング１２の外輪は、リング状の第１支持部材２５に内嵌されて支持されている。そして、この第１支持部材２５は、ケース本体１４に設けられた第１取付部１６に固定されている。これにより、第１ベアリング１２の外輪は、第１支持部材２５を介してケース本体１４に取り付けられている。

【0032】

また、第２ベアリング１３の外輪は、リング状の第２支持部材２６に内嵌されて支持されている。そして、この第２支持部材２６は、ケースキャップ２０に設けられた第２取付部２１に固定されている。これにより、第２ベアリング１３の外輪は、第２支持部材２６を介してケースキャップ２０に取り付けられている。

【0033】

このように第１ベアリング１２及び第２ベアリング１３を、支持部材を介してクランクケース１１に取り付けることで、ベアリングとクランクケース１１との線膨張率の差を支持部材で吸収できるようにしている。すなわち、本実施形態に係る第１支持部材２５及び第２支持部材２６は、第１ベアリング１２及び第２ベアリング１３の外輪と同じ材料で形成されている。例えば第１ベアリング１２及び第２ベアリング１３の外輪が軸受鋼で形成されている場合には、第１支持部材２５及び第２支持部材２６も同じ軸受鋼で形成される。このように第１支持部材２５及び第２支持部材２６を第１ベアリング１２及び第２ベアリング１３の外輪と同じ材料で形成すれば、温度が変化した場合でもベアリングのはめあいが変化しないので、ベアリングの内部すきまが変化しない。

【0034】

一方、図５に示すように、ベアリングの外輪がクランクケース１１に直接固定されているような従来の構造では、温度が変化したときにベアリングのはめあいが変化してしまい、ベアリングの内部すきまが変化したり、嵌め合い部に隙間ができてしまう。例えば、機械の温度が低下すると、鉄系材料で形成されたベアリングよりもアルミニウムで形成されたクランクケース１１の収縮が大きくなるため、ベアリングの外輪が第１取付部１６及び第２取付部２１によって締め付けられ、ベアリングのはめあいがきつくなる。ベアリングのはめあいがきつくなることで、ベアリングの内部すきまも小さくなる。

【0035】

このような構造においては、ベアリングの内部すきまが小さくなることを見越して、内部すきまの初期寸法に余裕を持たせる必要がある。また、温度変化によって内部すきまが大きくなる場合もある。このため、ベアリングの内部すきまを小さく保つことができず、ベアリングのがたつきの原因となっていた。がたつきの大きいベアリングを空気圧縮機１０で使用すると、圧縮機構４０のピストン運動によりベアリングが振動し、騒音を発生させる。また、クランクケース１１からベアリングが脱落することもあるため、ベアリング固定しておくための部材を設ける必要があった。

【0036】

この点、本実施形態によれば、温度が変化した場合でもベアリングの内部すきまが変化しにくい。また、ベアリングの内部すきまが変化しにくいので、内部すきまの初期寸法を従来よりも小さく設定することができる。よって、振動を抑え、騒音の発生を抑制することができる。

【0037】

しかも、本実施形態においては、第１ベアリング１２及び第１支持部材２５を、圧縮機構４０よりもモータ３０側に配置し、第２ベアリング１３及び第２支持部材２６を、圧縮機構４０よりも反モータ３０側に配置している。このようにベアリング及び支持部材を圧縮機構４０を挟んだ両側に配置しているので、振動の発生源となる圧縮機構４０の両側において回転軸３１を支持することができる。

【0038】

なお、上記した実施形態では、支持部材をベアリングの外輪と同じ材料で形成する例について説明したが、支持部材はベアリングの外輪とまったく同じ材料で形成されていなくてもよい。少なくとも、取付部（クランクケース１１）の線膨張率と支持部材の線膨張率とを比較したときに、支持部材の線膨張率の方がベアリングの外輪の線膨張率に近ければよい。このように構成すれば、支持部材によってベアリングとクランクケース１１との線膨張率の差を吸収する効果を得ることができる。

【0039】

ところで、上記した第１支持部材２５及び第２支持部材２６は、第１取付部１６及び第２取付部２１とは異なる金属で形成されているため、両者の線膨張率の違いも問題となる。すなわち、温度変化によって第１支持部材２５及び第２支持部材２６が第１取付部１６及び第２取付部２１から外れてしまう（取付けが緩んでしまう）ことを防止しなければならない。

【0040】

この点、本実施形態においては、第１支持部材２５及び第２支持部材２６を第１取付部１６及び第２取付部２１にインサート成型することで、支持部材の脱落を防止している。具体的には、ケース本体１４をダイキャストで成型するときに第１支持部材２５を一体成型し、ケースキャップ２０をダイキャストで成型するときに第２支持部材２６を一体成型している。このように第１支持部材２５及び第２支持部材２６をケース本体１４やケースキャップ２０に一体成型することで、第１支持部材２５及び第２支持部材２６の脱落を防止している。

【0041】

また、本実施形態においては、図４（ｂ）に示すように、第１支持部材２５の外周表面にネジ形状の係合部２５ａを設けることで、第１支持部材２５の脱落を防止している。

【0042】

具体的には、第１取付部１６は、図３及び図４（ｃ）に示すように、第１支持部材２５の外周部を受ける外周支持部１６ａと、第１支持部材２５の軸方向の片側端部を受ける突当部１６ｂと、を有する。突当部１６ｂの中心にはモータ３０の回転軸３１を貫通させるための孔が設けられており、これにより突当部１６ｂは内向きのフランジ形状となっている。そして、第１支持部材２５の外周部には、螺旋状の係合部２５ａが設けられている。この係合部２５ａは、第１支持部材２５がモータ３０の回転軸３１の回転方向に回転したときに、言い換えると圧縮機構４０の作動時の回転軸３１の回転方向に第１支持部材２５を回転させたときに、第１支持部材２５が突当部１６ｂの方向に進行するようなネジ形状で形成されている。このネジ形状の係合部２５ａを第１取付部１６の外周支持部１６ａに一体成型することで、更に第１支持部材２５の脱落が防止される。すなわち、回転軸３１の回転の影響を受けて第１支持部材２５が回転しようとしたときに、第１支持部材２５が突当部１６ｂに押し付けられるような力が働くため、第１支持部材２５の回転が防止されて、脱落が防止される。

【0043】

また、特に図示しないが、第２支持部材２６の外周表面にも第１支持部材２５と同様のネジ形状の係合部が設けられている。この第２支持部材２６が取り付けられる第２取付部２１は、図３に示すように、第２支持部材２６の外周部を受ける外周支持部２１ａと、第２支持部材２６の軸方向の片側端部を受ける突当部２１ｂと、を有する。突当部２１ｂの中心にはモータ３０の回転軸３１を貫通させるための孔が設けられており、これにより突当部２１ｂは内向きのフランジ形状となっている。そして、第２支持部材２６の外周部には、螺旋状の係合部が設けられている。この係合部は、第２支持部材２６がモータ３０の回転軸３１の回転方向に回転したときに、言い換えると圧縮機構４０の作動時の回転軸３１の回転方向に第２支持部材２６を回転させたときに、第２支持部材２６が突当部２１ｂの方向に進行するようなネジ形状で形成されている。このネジ形状の係合部を第２取付部２１の外周支持部２１ａに一体成型することで、更に第２支持部材２６の回転が防止されて、脱落が防止される。すなわち、回転軸３１の回転の影響を受けて第２支持部材２６が回転しようとしたときに、第２支持部材２６が突当部２１ｂに押し付けられるような力が働くため、第２支持部材２６の脱落が防止される。

【0044】

なお、第１支持部材２５及び第２支持部材２６に設けるネジ形状の係合部２５ａは、圧縮機構４０の作動時に第１支持部材２５及び第２支持部材２６を抜け落ちない方向に進行させる形状であればよく、例えば溝で形成してもよいし、突条で形成してもよい。

【0045】

以上説明したように、本実施形態によれば、ベアリングの外輪を支持するリング状の支持部材と、前記支持部材が固定された取付部と、を備え、前記支持部材は、前記取付部よりも前記ベアリングの外輪に近い線膨張率を有する材質が用いられている。このような構成によれば、取付部（ハウジング）とベアリングとの線膨張率の差を支持部材によって緩和し、温度変化がベアリングのはめあいに与える影響を小さくすることができる。よって、温度が変化したときでもベアリングのしめしろが大きく変化せず、言い換えると、ベアリングの内部すきまが大きく変化しない。よって、がたつきによる振動や騒音の発生を抑制することができる。

【0046】

また、ベアリングの内部すきまが大きく変化しないので、内部すきまの初期寸法を従来よりも小さく設定することができる。よって、振動や騒音の発生を抑制することができる。
また、前記支持部材は前記取付部にインサート成型されている。このような構成によれば、支持部材が取付部から外れることを防止できる。

【0047】

また、前記取付部は、前記支持部材の外周部を受ける外周支持部１６ａ，２１ａと、前記支持部材の軸方向の片側端部を受ける突当部１６ｂ，２１ｂと、を備え、前記支持部材は、外周部に螺旋状の係合部２５ａを備え、前記係合部２５ａは、前記支持部材が前記モータ３０の回転軸３１の回転方向に回転したときに、前記突当部１６ｂ，２１ｂの方向に進行するネジ形状である。このような構成によれば、モータ３０が回転したときに支持部材が取付部にねじ込まれるような作用が生じる。このため、支持部材が取付部から外れたり、空転することを防止できる。

【0048】

また、前記ベアリング及び前記支持部材は、前記圧縮機構４０を挟んだ両側に配置されている。このような構成によれば、振動の原因となる圧縮機構４０の両側において回転軸３１を支持することができるので、がたつきの抑制効果を高めることができる。

【0049】

なお、上記した実施形態においては支持部材の外周部にネジ形状の係合部２５ａを設けたが、本発明の実施形態としてはこれに限らず、異なる形状の係合部を設けてもよい。例えば、

【0050】

支持部材の外周部の少なくとも一部を非円形（楕円形など）としたり、支持部材の外周部に突起を設けたり、支持部材の外周部にギア状に凹凸を設けりしてもよい。このようにネジ形状以外の係合部を設け、この係合部が支持部材の回り止めとして機能することにより、クランクケース１１との間で緩んで空転することを防止するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１０ 空気圧縮機
１１ クランクケース
１２ 第１ベアリング
１３ 第２ベアリング
１４ ケース本体
１５ 周壁部
１６ 第１取付部
１６ａ 外周支持部
１６ｂ 突当部
２０ ケースキャップ
２１ 第２取付部
２１ａ 外周支持部
２１ｂ 突当部
２５ 第１支持部材
２５ａ 係合部
２６ 第２支持部材
３０ モータ
３１ 回転軸
３２ ロータ
３５ ステータ
４０ 圧縮機構
４１ 低圧用圧縮機構
４１ａ コンロッド
４１ｂ ピストン
４１ｃ シリンダ
４２ 高圧用圧縮機構
４２ａ コンロッド
４２ｂ ピストン
４２ｃ シリンダ
４５ タンク
Ｓ 給気室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】