特許 7043038 エアコンプレッサ

(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】

(24)【登録日】2022-03-18

(45)【発行日】2022-03-29

(54)【発明の名称】エアコンプレッサ

(51)【国際特許分類】

   F04B 39/04 20060101AFI20220322BHJP

   F04B 39/12 20060101ALI20220322BHJP

【ＦＩ】

F04B39/04 Z

F04B39/12 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018103529

(22)【出願日】2018-05-30

(65)【公開番号】P2019206954

(43)【公開日】2019-12-05

【審査請求日】2021-05-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000177276

【氏名又は名称】三輪精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085637

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 辰也

(72)【発明者】

【氏名】山田 哲也

【審査官】嘉村 泰光

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第５６２６１１３（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第４１８２２８３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平４－２３１６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ３９／００－３９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

潤滑油が収容されたクランクケースと、前記クランクケース内に支持されたクランクシャフトと、前記クランクケースに設けられたシリンダと、前記シリンダのライナに往復動自在に嵌入されて前記クランクシャフトによって往復動されるピストンと、前記シリンダの前記クランクケースと反対側に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた吸入弁および吐出弁と、を備えているエアコンプレッサであって、
前記ピストンにシリンダ穴が設けられており、前記シリンダヘッドの前記シリンダ穴に対向する位置にピストン柱が設けられており、前記ピストン柱が前記シリンダ穴に摺動自在に嵌入されており、前記ピストン柱の外周面と前記ライナの内周面との間に形成された間隙内外を連通する連通路が前記ライナに設けられている、
ことを特徴とするエアコンプレッサ。

【請求項2】

前記連通路に空気の流通のみを許容するフィルタが設置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のエアコンプレッサ。

【請求項3】

前記ライナの中間部内周面にオイルシールが設けられており、前記オイルシールの内周面は前記ピストンの外周面に摺接されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエアコンプレッサ。

【請求項4】

前記ピストンの外周面にオイルリングが設けられており、前記オイルリングの外周面は前記ライナの内周面に摺接されている、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のエアコンプレッサ。

【請求項5】

前記ライナにドレインが内外を連通するように開設されており、前記ドレインに前記潤滑油を前記クランクケースに戻すドレイン装置が接続されている、
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のエアコンプレッサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は往復動形のエアコンプレッサに関し、詳しくは、エアコンプレッサからの吐出エア中に潤滑油（オイル）が混入しないように改良するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のこの種の往復動形のエアコンプレッサにおいては、クランクケース内を潤滑室として、クランクシャフトの軸受部やコネクティングロッドとの連結部およびピストンとシリンダとの摺動面等に潤滑油を供給するように構成されている。
しかしながら、この潤滑構造においては、潤滑油が圧縮室へ上がってしまうことは回避することができないため、吐出エア中に潤滑油が混入して、後系統のエアドライヤのフィルタを汚染し、さらにはエアドライヤから外部へ排出されるエアにも油が含まれるため、周辺の環境に悪影響を与える。
そこで、吐出エア中への潤滑油の混入を阻止するために、クランクケースとシリンダとの間に仕切板を設け、該仕切板とコネクティングロッドとの間にオイルシールを設けることにより、ピストンの上方に形成される圧縮室への潤滑油の浸入を阻止するというエアコンプレッサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－１０３２４５号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記した特許文献１におけるエアコンプレッサにおいては、オイルシールに加わる横方向の荷重を軽減するため、クランク機構の大幅な改造が避けられないという問題点がある。

【0005】

本発明の目的は、クランク機構を改造することなく吐出エア中への潤滑油の混入を防止することができるエアコンプレッサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
潤滑油が収容されたクランクケースと、前記クランクケース内に支持されたクランクシャフトと、前記クランクケースに設けられたシリンダと、前記シリンダのライナに往復動自在に嵌入されて前記クランクシャフトによって往復動されるピストンと、前記シリンダの前記クランクケースと反対側に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた吸入弁および吐出弁と、を備えているエアコンプレッサであって、
前記ピストンにシリンダ穴が設けられており、前記シリンダヘッドの前記シリンダ穴に対向する位置にピストン柱が設けられており、前記ピストン柱が前記シリンダ穴に摺動自在に嵌入されており、前記ピストン柱の外周面と前記ライナの内周面との間に形成された間隙内外を連通する連通路が前記ライナに設けられている、
ことを特徴とするエアコンプレッサ。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、エアコンプレッサのクランク機構を改造することなく吐出エア中への潤滑油の混入を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第一実施形態であるエアコンプレッサの吸気終了状態を示す縦断面図である。

【図2】本発明の第一実施形態であるエアコンプレッサの排気終了状態を示す縦断面図である。

【図3】本発明の第二実施形態であるエアコンプレッサの吸気終了状態を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

【0010】

図１および図２は第一実施形態を示している。
本実施形態において、本発明に係るエアコンプレッサは車両に搭載されるものとして構成されている。
本実施形態に係るエアコンプレッサ１は、シリンダ１０と、シリンダ１０内に往復動可能に配設されたピストン２０と、シリンダ１０の上部に配設されたシリンダヘッド３０とを備えている。
シリンダ１０の一端部（以下、下端部とする）にはクランクケース１１が形成されており、クランクケース１１内にはクランクシャフト１２が一対の軸受１３、１３によって回転自在に支持されている。クランクシャフト１２の中間部にはコネクティングロッド１４の下端部が回転自在に連結されており、コネクティングロッド１４の上端部にはピストン２０のピストンピン１５が回転自在に連結されている。
クランクケース１１内には所定量の潤滑油が給油口（図示せず）から供給されて収容されており、クランクシャフト１２の軸受１３、１３、クランクシャフト１２とコネクティングロッド１４との連結部およびコネクティングロッド１４とピストンピン１５との連結部が油潤滑される。
クランクシャフト１２の一端部はクランクケース１１外に突出されており、該突出端部には接続部１６が形成されている。エンジン側の回転軸（図示せず）が接続部１６に例えばキーを介して接続されることにより、クランクシャフト１２は回転駆動される。

【0011】

シリンダ１０の上部にはライナ１７が円筒形状に形成されており、ライナ１７にはピストン２０が摺動自在に嵌入されている。ライナ１７の中間部内周面にはオイルシール１８が設けられており、オイルシール１８の内周面はピストン２０の上端部外周面に摺接されている。ピストン２０の下端部外周面にはオイルリング１９が設けられており、オイルリング１９の外周面はライナ１７の下端部内周面に摺接されている。

【0012】

ピストン２０の下端部にはピン孔２１がコネクティングロッド１４に直交するように開設されており、ピン孔２１にはピストンピン１５が嵌入されて一対のストッパリング２２、２２によって抜け止めされている。ピストンピン１５は円筒形状に形成されており、ピン孔２１およびピストンピン１５の中空部の両端はライナ１７内に連通している。
ピストンピン１５にはコネクティングロッド１４の連結部が回転自在に嵌合されている。ピン孔２１とピストンピン１５との接触面、ピストンピン１５とコネクティングロッド１４との接触面は、クランクケース１１の給油口（図示せず）から供給される潤滑油によって潤滑される。ライナ１７とピストン２０との摺動面にも潤滑油がクランクケース１１内およびピン孔２１から供給される。

【0013】

シリンダヘッド３０はシリンダ１０の上端開口に被せられて印籠結合部４０によって位置決めされており、ボルト等の締結手段（図示せず）によって締結されている。
シリンダヘッド３０には吸入路３１および吐出路３２がそれぞれ開設されている。吸入路３１はエンジン吸気管を介してエアクリーナに接続され、吐出路３２はチェック弁およ
びエアドライヤを介してリザーバに接続される。
シリンダヘッド３０の下端面にはバルブプレート（弁板）３３と吸入弁用リードバルブ３４とが重ね合わされてボルト等の締結手段（図示せず）によって締結されている。バルブプレート３３の吸入路３１に対向する位置には吸入口３６が開設されており、吸入口３６はリードバルブ３４に形成された吸入弁３７によって開閉されるようになっている。バルブプレート３３の吐出路３２に対向する位置には、吐出口３８が開設されており、吐出口３８は吐出弁３９によって開閉されるようになっている。

【0014】

ピストン２０の上端面にはシリンダ穴２５が円柱穴形状に没設されており、シリンダヘッド３０のシリンダ穴２５に対向する位置にはピストン柱４１が円柱形状に突設されている。ピストン柱４１はシリンダ穴２５に摺動自在に嵌入されており、ピストン２０の往復動に伴ってシリンダ穴２５内を相対的に往復動するようになっている。ピストン柱４１のシリンダ穴２５内での往復動によりエアの圧縮作用が行われるため、シリンダ穴２５およびピストン柱４１は圧縮室４２を構成する。
バルブプレート３３はピストン柱４１の下端に配置されて同一径に形成されており、その外周にはプレッシャリング４３が固定されている。プレッシャリング４３の外周面はシリンダ穴２５の上端部内周面に摺接されている。

【0015】

ピストン柱４１の外周面とライナ１７の上端部内周面との間には、シリンダ穴２５の側壁の厚さに対応する幅の間隙４４が形成されており、間隙４４にはシリンダ穴２５の側壁がピストン２０のライナ１７に対する往復動すなわちピストン柱４１のシリンダ穴２５に対する相対的な往復動に追従して往復動する。
ライナ１７の上端部には連通路４５が間隙４４の内外を連通するように開設されており、連通路４５はシリンダ穴２５の側壁の往復動に伴う間隙４４の容積変化を許容する。連通路４５には空気の流通のみを許容するフィルタ４６が設置されている。すなわち、フィルタ４６はエンジンルームからの塵埃や水滴の間隙４４内への侵入を阻止し、かつ、空気の間隙４４に対する出入りを許容する。

【0016】

次に、エアコンプレッサ１の作用を説明する。

【0017】

クランクシャフト１２がエンジン等によって回転駆動されると、コネクティングロッド１４を介してピストン２０がライナ１７内を往復動する。ピストン２０がライナ１７内を往復動すると、間隙４４の容積変化が連通路４５によって許容されているので、シリンダヘッド３０に突設されたピストン柱４１はピストン２０に没設されたシリンダ穴２５内を相対的に往復動する。
ピストン柱４１のシリンダ穴２５内での往復動に伴う吸入弁３７および吐出弁３９の作用により、圧縮室４２での圧縮作用が行われ、吐出口３８から所定圧に圧縮された吐出エアが吐出される。
ちなみに、プレッシャリング４３は圧縮室４２の圧力の漏洩を阻止する。
また、フィルタ４６はエンジンルームからの塵埃や水滴の間隙４４内への侵入を阻止する。

【0018】

このエアコンプレッサ１の圧縮運転中、クランクシャフト１２の軸受１３、１３およびライナ１７とピストン２０との摺動面は、クランクシャフト１２の回転に伴う潤滑油の跳ねかけ作用による油潤滑が行われる。また、ピン孔２１、ピストンピン１５およびコネクティングロッド１４の各接触面はクランクケース１１に設けられた給油口（図示せず）から供給される潤滑油によって潤滑される。これらの油潤滑はエアコンプレッサ１の運転中における焼きつき等の障害の発生を防止する。

【0019】

この際、シリンダ穴２５とピストン柱４１とで形成される圧縮室４２はライナ部１７と
ピストン柱４１との間の間隙４４を介してクランクケース１１内から隔離されているので、潤滑油およびクランクケース１１内で生成される所謂オイルミストが圧縮室４２に侵入する現象は抑止される。
したがって、吐出口３８から吐出される吐出エアに潤滑油やオイルミストが混入することは抑止される。
ちなみに、ピストン２０外周面に付着した潤滑油はオイルシール１８によって掻き落とされる。掻き落とされた潤滑油はライナ１７とピストン２０とのクリアランスを通ってクランクケース１１内に戻る。

【0020】

本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。

【0021】

（１）エアコンプレッサ１の圧縮運転中に、クランクシャフト１２の軸受１３、１３、ライナ１７とピストン２０との摺動面と、ピン孔２１やピストンピン１５およびコネクティングロッド１４の接触面とが油潤滑されるので、エアコンプレッサ１の運転中における焼きつき等の発生を防止することができる。

【0022】

（２）シリンダ穴２５とピストン柱４１とで形成される圧縮室４２はライナ部１７とピストン柱４１との間の間隙４４を介してクランクケース１１内から隔離されているので、潤滑油およびクランクケース１１内で生成される所謂オイルミストが圧縮室４２に侵入するのを防止することができる。

【0023】

（３）潤滑油およびクランクケース１１内で生成される所謂オイルミストが圧縮室４２に侵入するのを防止することにより、吐出口３８から吐出される吐出エアに潤滑油やオイルミストが混入するのを回避することができるばかりでなく、潤滑油やオイルミストが高温の圧縮空気に触れることによる炭化の発生を防止することができる。

【0024】

（４）シリンダヘッド３０をライナ１７に印籠結合することにより、シリンダ穴２５とピストン柱４１とのクリアランスを容易かつ適正に管理することができる。

【0025】

（５）ピストン２０の外周面にシリンダ穴２５の内周面に摺接するプレッシャリング４３を設けることにより、圧縮室４２の圧力の漏洩を防止することができる。

【0026】

（６）オイルシール１８によって掻き落とした潤滑油をライナ１７とピストン２０とのクリアランスを通してクランクケース１１内に戻すことにより、潤滑油が減少するのを防止することができる。

【0027】

（７）ピストン２０外周面のピストンリングを廃止することにより、潤滑油を掻き上げる要因を減少させることができるので、潤滑油およびオイルミストの圧縮室４２への侵入をより一層抑制することができる。

【0028】

（８）フィルタ４６を連通路４５に設置することにより、エンジンルームからの塵埃や水滴の間隙４４内への侵入を防止することができる。

【0029】

（９）油潤滑部と圧縮室とが分離されているので、圧縮室がライナとピストンとの摺動構造の設計問題から解放されるとともに、圧縮室おける摺動部（シリンダ穴とピストン柱との対向面）のオイルレス設計の自由度を増加させることができ、ライナ、ピストンおよびシリンダヘッドのような部品の樹脂化および摺動面のコーティング材の選択肢の拡大化を推進することができる。

【0030】

（１０）クランクケースとシリンダとの間の仕切板と、該仕切板とコネクティングロッド
との間にオイルシールを設ける必要がないので、エアコンプレッサのクランク機構の改造を回避することができる。

【0031】

図３は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態が第一実施形態と異なる点は、ライナ１７におけるオイルシール１８の上位置にドレイン５１が内外を連通するように開設されているとともに、ドレイン５１にはドレイン装置５２が接続されており、ドレイン装置５２にはドレイン５１とクランクケース１１内とを接続する排出路５３と、排出路５３に介設されたバッファ５４と、方向切換弁５５とが設けられている点、である。
方向切換弁５５は常時閉じられており、エンジン停止後予め設定された時間が経過した後にソレノイドによって開かれ、開いた後に予め設定された時間が経過したらソレノイドによって閉じられる。方向切換弁５５によって排出路５３が閉じられている間は潤滑油がバッファ５４に溜まり、方向切換弁５５が開かれた時に潤滑油がバッファ５４からクランクケース１１内に戻される。
本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、潤滑油の減少をより一層抑制することができるという効果を得ることができる。

【0032】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々に変更が可能であることはいうまでもない。

【0033】

ドレイン装置の排出路はクランクケース内に接続するに限らず、潤滑油を循環するための給油配管に接続してもよい。

【0034】

ドレイン装置の方向制御弁はソレノイド式に構成するに限らず、パイロット式や手動式等に構成してもよい。

【0035】

吸入弁および吐出弁はリードバルブによって構成するに限らず、ディスク弁等によって構成してもよい。

【0036】

前記実施形態においては、車両に搭載されるエアコンプレッサについて説明したが、本発明はこれに限らず、他の用途に使用されるエアコンプレッサ全般に適用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１…エアコンプレッサ、１０…シリンダ、１１…クランクケース、１２…クランクシャフト、１３…軸受、１４…コネクティングロッド、１５…ピストンピン、１６…接続部、１７…ライナ部、１８…オイルシール、１９…オイルリング、
２０…ピストン、２１…ピン孔、２２…ストッパリング、２５…シリンダ穴、
３０…シリンダヘッド、３１…吸入路、３２…吐出路、３３…バルブプレート（弁板）、３４…吸入弁用リードバルブ、３６…吸入口、３７…吸入弁、３８…吐出口、３９…吐出弁、
４０…印籠結合部、４１…ピストン柱、４２…圧縮室、４３…プレッシャリング、４４…間隙、４５…連通路、４６…フィルタ、
５１…ドレイン、５２…ドレイン装置、５３…排出路、５４…バッファ、５５…方向切換弁。

【図1】

【図2】

【図3】