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(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】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】作業機
(51)【国際特許分類】
F04B 49/02 20060101AFI20240618BHJP
F04B 27/02 20060101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
F04B49/02 331D
F04B27/02 M
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020196938
(22)【出願日】2020-11-27
(65)【公開番号】P2022085319
(43)【公開日】2022-06-08
【審査請求日】2023-05-31
(73)【特許権者】
【識別番号】000005094
【氏名又は名称】工機ホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野田 貴史
(72)【発明者】
【氏名】古田土 誠一
(72)【発明者】
【氏名】圷 康輔
(72)【発明者】
【氏名】保科 壮希
(72)【発明者】
【氏名】近藤 なつ美
(72)【発明者】
【氏名】池上 哲生
【審査官】中村 大輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２２７８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５３－１３７４０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－００２８５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｂ ４９／０２
Ｆ０４Ｂ ２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動源と、筒状であり、内部と外部とを連通可能な第１吸気通路および第１排気通路を有する第１シリンダと、
筒状であり、内部と外部とを連通可能な第２吸気通路および第２排気通路を有する第２シリンダと、
前記駆動源の駆動力で回転する回転軸と、
前記回転軸の回転により前記第１シリンダ内を第１の方向に往復動可能に収容され、前記第１シリンダ内における前記第１の方向の上死点側に第１空気室を形成する第１ピストンと、
前記回転軸の回転により前記第２シリンダ内を第２の方向に往復動可能に収容され、前記第２シリンダ内における前記第２の方向の上死点側に第２空気室を形成し、前記第１ピストンが上死点側に移動する時に前記第１ピストンと連動して下死点側に移動する第２ピストンと、
前記第１排気通路と前記第２吸気通路とを接続し、前記第１空気室から流出された空気を前記第２空気室へ流入させる接続通路と、
を有し、
前記第１シリンダは、前記第１シリンダの内部と外部とを連通可能な第１空気通路を備え、
前記第２シリンダは、前記第２シリンダの内部と外部とを連通可能な第２空気通路を備え、
前記第２空気通路は、前記第２ピストンが所定位置より下死点側に位置する時には前記第２空気室と連通し、かつ、前記第２ピストンが前記所定位置より上死点側に位置する時には前記第２ピストンによって前記第２空気室との連通が遮断され、
前記第１空気通路は、少なくとも前記第２ピストンが前記所定位置より上死点側に位置する時に、前記第１空気室と連通する、作業機。
【請求項2】
前記所定位置は、前記第２の方向における前記第２空気室の中央部である、請求項１記載の作業機。
【請求項3】
前記第２空気通路は、前記第２ピストンが下死点に到達した時に前記第２シリンダの内部と外部とが連通する状態となる位置に設けられている、請求項２記載の作業機。
【請求項4】
前記第２シリンダにおいて前記第２ピストンが下死点と上死点との間を一往復する際に、該一往復に掛かる時間の少なくとも半分の時間は、前記第２シリンダの内部と外部との連通が前記第２ピストンによって遮断された状態で前記第２ピストンは移動する、請求項１乃至３の何れか１項記載の作業機。
【請求項5】
前記第１空気通路は、前記第１の方向における前記第１空気室の中央部より上死点側に設けられている、請求項１記載の作業機。
【請求項6】
前記第１空気通路は、前記第１ピストンが上死点に到達した時にも前記第１シリンダの内部と外部とが連通する状態となる位置に設けられている、請求項５記載の作業機。
【請求項7】
前記第２空気室で前記第２ピストンによって圧縮された空気の圧力は、前記第１空気室で前記第１ピストンによって圧縮された空気の圧力より大きい、請求項１乃至６の何れか１項記載の作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気圧縮機などの作業機に関する。
【背景技術】
【0002】
作業機の一例として、空気を圧縮し、この圧縮空気をタンクに貯留することが可能な空気圧縮機が知られている。さらに、上記空気圧縮機の中には、低圧側のシリンダと高圧側のシリンダを有することで、２段階で空気の圧縮を行う空気圧縮機がある。
【0003】
上記のような２段階で空気の圧縮を行う空気圧縮機の一例として、高圧側のシリンダに空気抜きのための通路が設けられた空気圧縮機が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
空気圧縮機において、シリンダから吐出される空気の圧力を確保するためには、ピストンが上死点に近づく過程で、シリンダに設けられた空気抜きのための通路が閉塞されることが望ましい。一方で、通路がピストンによって閉塞された状態でモータが停止すると、空気圧縮室に残った空気の圧力によりモータが再始動できなくなってしまう虞がある。
【0006】
特許文献１に記載された空気圧縮機では、高圧側のシリンダには空気抜きのための通路が設けられているものの、低圧側のシリンダには空気抜きのための通路が設けられていない。
【0007】
したがって、モータを停止させてピストンを止めた際、低圧側の空気圧縮室の圧力が高くなっていると、モータを再始動させてピストンを動かそうとしても低圧側の空気圧縮室の空気の圧力に負けてピストンが動き出せず、モータを再始動できなくなる虞がある。
【0008】
本発明の目的は、駆動源の停止後の再始動性を確保しつつ性能の向上が図られた作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
一実施の形態の作業機は、駆動源と、筒状であり、内部と外部とを連通可能な第１吸気通路および第１排気通路を有する第１シリンダと、筒状であり、内部と外部とを連通可能な第２吸気通路および第２排気通路を有する第２シリンダと、前記駆動源の駆動力で回転する回転軸と、前記回転軸の回転により前記第１シリンダ内を第１の方向に往復動可能に収容され、前記第１シリンダ内における前記第１の方向の上死点側に第１空気室を形成する第１ピストンと、前記回転軸の回転により前記第２シリンダ内を第２の方向に往復動可能に収容され、前記第２シリンダ内における前記第２の方向の上死点側に第２空気室を形成し、前記第１ピストンが上死点側に移動する時に前記第１ピストンと連動して下死点側に移動する第２ピストンと、前記第１排気通路と前記第２吸気通路とを接続し、前記第１空気室から流出された空気を前記第２空気室へ流入させる接続通路と、を有し、前記第１シリンダは、前記第１シリンダの内部と外部とを連通可能な第１空気通路を備え、前記第２シリンダは、前記第２シリンダの内部と外部とを連通可能な第２空気通路を備え、前記第２空気通路は、前記第２ピストンが所定位置より下死点側に位置する時には前記第２空気室と連通し、かつ、前記第２ピストンが前記所定位置より上死点側に位置する時には前記第２ピストンによって前記第２空気室との連通が遮断され、前記第１空気通路は、少なくとも前記第２ピストンが前記所定位置より上死点側に位置する時に、前記第１空気室と連通する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、作業機の駆動源の停止後の再始動性を確保しつつ作業機の性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施の形態の作業機の一例である空気圧縮機を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本実施の形態の作業機について図面を参照して説明する。
【0013】
本実施の形態では、作業機の一例として、空気圧縮機１０を取り上げて説明する。空気圧縮機１０の一例が、図１、図２、図３および図４に示されている。なお、各図に示される同一の要素、または同等の要素には、それぞれ同一の符号を付してある。
【0014】
空気圧縮機１０は、低圧側（一次側）のシリンダと高圧側（二次側）のシリンダを有しており、空気を２段階で圧縮可能な圧縮機である。したがって、空気圧縮機１０は、低圧側の第１圧縮部１４と高圧側の第２圧縮部１５とを備えている。そして、低圧側の第１圧縮部１４で圧縮された空気を高圧側の第２圧縮部１５に送り、第２圧縮部１５でさらに高圧に圧縮された空気を空気タンク１７，１８に貯留する構造となっている。
【0015】
なお、空気タンク１７，１８は、金属製であるとともに、接続アーム７０によって接続されている。また、空気タンク１７，１８は、共に筒形状であり、かつ、空気タンク１７の中心線Ａ１と、空気タンク１８の中心線Ａ２とが、略平行になるように配置されている。そして、空気タンク１７，１８には複数の脚部１９がそれぞれ取り付けられており、これら複数の脚部１９は、空気圧縮機１０の設置場所２０に接触する。
【0016】
また、空気圧縮機１０は、フレーム１１、カバー１２、電動モータ１３および制御部１６を有している。フレーム１１は、金属製であり、かつ、空気タンク１７と空気タンク１８とに跨って取り付けられている。フレーム１１は、電動モータ１３、第１圧縮部１４、第２圧縮部１５を支持している。
【0017】
カバー１２は、一例として合成樹脂製である。カバー１２は、重力の作用方向である鉛直方向において、空気タンク１７，１８の上部に取り付けられている。具体的には、空気タンク１７，１８のそれぞれには、複数のブラケット７１が中心線Ａ１，Ａ２に沿った方向に間隔をおいて設けられており、カバー１２は、複数のブラケット７１に対して固定要素、例えば、ねじ部材９３によって固定されている。
【0018】
グリップ２２，２３が、カバー１２の外部に露出して設けられている。グリップ２２，２３は、中心線Ａ１，Ａ２に沿った方向に間隔をおいて設けられ、グリップ２２，２３は、接続アーム７０にそれぞれ固定されている。空気圧縮機１０は可搬式であり、作業者はグリップ２２，２３を両手で掴んで空気圧縮機１０を持ち上げ、かつ、運搬することができる。
【0019】
電動モータ１３、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５は、カバー１２の内部に設けられている。つまり、電動モータ１３、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５は、カバー１２によって覆われている。
【0020】
さらに、回転軸であるシャフト２５を収容する容器として、クランクケース２４がカバー１２の内部に設けられている。すなわち、クランクケース２４もカバー１２によって覆われており、クランクケース２４はフレーム１１に固定されている。図３に示すように、クランクケース２４は、中心線Ａ１，Ａ２に沿った方向で第１圧縮部１４と第２圧縮部１５との間に設けられている。
【0021】
クランクケース２４は金属製であり、シャフト２５がクランクケース２４の内部から外部に亘って配置されている。中心線Ｂ１は、シャフト２５の回転中心を表す仮想線である。空気圧縮機１０を平面視すると、中心線Ｂ１は、中心線Ａ１，Ａ２に対して所定角度で交差、例えば、略９０度の角度で交差している。クランクケース２４の外部に空気タンク１７，１８が設けられている。
【0022】
また、駆動源である電動モータ１３は、固定子２６および回転子２７を有する。固定子２６はクランクケース２４に対して回転しないように設けられている。回転子２７は、シャフト２５に取り付けられている。電動モータ１３は、例えば、３相交流型の電動ブラシレスモータである。電動モータ１３は、電力が供給されると回転子２７が回転し、これによってシャフト２５が回転する。
【0023】
また、冷却ファン２８がシャフト２５に取り付けられている。冷却ファン２８は、カバー１２の内部に設けられている。冷却ファン２８は、例えば、軸流ファンである。冷却ファン２８は、複数の羽根２８ａを有する。複数の羽根２８ａは、中心線Ｂ１を中心として冷却ファン２８の回転方向に間隔をおいて設けられており、中心線Ｂ１を中心とする径方向で内側から外側に沿って延ばされている。冷却ファン２８は、電動モータ１３の駆動力により回転し、風を生成する。つまり、冷却ファン２８が回転されると、カバー１２の外の空気は、図１および図２に示す複数の通気路３４を通って内部へ吸い込まれ、内部に空気の流れが生成される。
【0024】
図３に示すように、冷却ファン２８、電動モータ１３、クランクケース２４および制御部１６は、中心線Ｂ１に沿った方向で互いに異なる位置に配置されている。
【0025】
空気圧縮機１０が設置場所２０に置かれた状態、つまり、図２のように複数の脚部１９が設置場所２０に接触した状態において、設置場所２０の表面が略水平であると、中心線Ａ１，Ｂ１は、略水平である。また、冷却ファン２８、電動モータ１３、クランクケース２４、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５は、重力の作用方向、つまり、鉛直方向で空気タンク１７，１８より上方に位置する。
【0026】
図３に示すように、中心線Ａ１，Ａ２に沿った方向で、グリップ２２とグリップ２３との間に、カバー１２（図２参照）、冷却ファン２８、電動モータ１３、クランクケース２４、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５が配置されている。
【0027】
第１圧縮部１４は、低圧で空気の圧縮が行われる一次側の圧縮部であり、第１シリンダ３６、第１シリンダヘッド３７、第１コネクティングロッド３９、第１ピストン４０、第１圧縮室４１および第１排気室４２を有している。第１ピストン４０は、電動モータ１３の駆動力により回転するシャフト２５の回転によって往復動する。そして、筒状の第１シリンダ３６は、第１ピストン４０を中心軸Ｃ１方向に往復動可能な状態で収容する。言い換えると、第１ピストン４０は、図５に示すように、シャフト２５の回転により第１シリンダ３６内を第１の方向３１に往復動可能に収容され、第１シリンダ３６内における第１の方向３１の上死点Ｊ１側に第１圧縮室（第１空気室）４１を形成する。また、第１シリンダ３６および第１シリンダヘッド３７は、クランクケース２４に固定されている。第１コネクティングロッド３９の一方の端部は、シャフト２５に回転可能に連結されている。第１ピストン４０は、第１コネクティングロッド３９の他方の端部に設けられている。第１ピストン４０は、第１シリンダ３６内で作動可能である。
【0028】
第２圧縮部１５は、一次側の第１圧縮部１４で圧縮された空気をさらに高圧で圧縮する二次側の圧縮部であり、第２シリンダ４５、第２シリンダヘッド４６、第２コネクティングロッド４８、第２ピストン４９、第２圧縮室５０および第２排気室５１を有している。第２ピストン４９は、電動モータ１３の駆動力により回転するシャフト２５の回転によって往復動する。そして、筒状の第２シリンダ４５は、第２ピストン４９を図４に示す中心軸Ｃ１方向に往復動可能な状態で収容する。言い換えると、第２ピストン４９は、シャフト２５の回転により、第１ピストン４０と連動して第２シリンダ４５内を第２の方向３２に往復動可能に収容され、第２シリンダ４５内における第２の方向３２の上死点Ｊ２側に第２圧縮室（第２空気室）５０を形成する。また、第２シリンダ４５および第２シリンダヘッド４６は、クランクケース２４に固定されている。第２ピストン４９は、第２シリンダ４５内に作動可能に設けられている。第２コネクティングロッド４８の一方の端部は、シャフト２５に対して回転可能に連結されている。第２コネクティングロッド４８の他方の端部は、第２ピストン４９に連結されている。
【0029】
つまり、第１圧縮部１４においては、電動モータ１３のシャフト２５の回転運動を第１ピストン４０の往復運動に変換するために、第１ピストン４０には、第１コネクティングロッド３９の一方の端部が結合されており、第１コネクティングロッド３９の他方の端部は、シャフト２５上に設けられた偏心カム３８にベアリング４３を介して回転可能に結合されている。言い換えると、第１コネクティングロッド３９は、クランクケース２４と第１シリンダ３６とに跨り、シャフト２５と第１ピストン４０とを連結している。
【0030】
また、第２圧縮部１５においては、電動モータ１３のシャフト２５の回転運動を第２ピストン４９の往復運動に変換するために、第２ピストン４９には、第２コネクティングロッド４８の一方の端部が結合されており、第２コネクティングロッド４８の他方の端部は、シャフト２５上に設けられた偏心カム３８にベアリング４３を介して回転可能に結合されている。言い換えると、第２コネクティングロッド４８は、クランクケース２４と第２シリンダ４５とに跨り、シャフト２５と第２ピストン４９とを連結している。
【0031】
以上により、電動モータ１３のシャフト２５の回転運動は、偏心カム３８や第１コネクティングロッド３９などからなる運動変換機構３９ａ、および偏心カム３８や第２コネクティングロッド４８などからなる運動変換機構４８ａによって往復運動に変換されて第１ピストン４０および第２ピストン４９に伝達される。言い換えれば、電動モータ１３から出力される回転駆動力は、運動変換機構３９ａおよび運動変換機構４８ａによって往復駆動力に変換され、第１ピストン４０および第２ピストン４９に入力される。この結果、図４に示すように、第１ピストン４０および第２ピストン４９は、シャフト２５の延在方向（図３に示す中心線Ｂ１の方向）と交差する各シリンダの中心軸Ｃ１に沿った方向に往復動する。
【0032】
なお、図４に示すように、クランクケース２４は、第１シリンダ３６および第２シリンダ４５に接続されており、内部にシャフト２５、運動変換機構３９ａおよび運動変換機構４８ａを収容する容器である。すなわち、第１シリンダ３６および第２シリンダ４５の中心軸Ｃ１に沿った方向において、クランクケース２４の一端に第１シリンダ３６が接続され、クランクケース２４の反対側の他端に第２シリンダ４５が接続されている。これにより、クランクケース２４の内部となるクランク室２９は、一端が第１シリンダ３６の内部と連通し、反対側の他端が第２シリンダ４５と連通している。
【0033】
また、図３および図４に示すように、第１シリンダ３６から排出される空気を第２シリンダ４５に供給する接続通路として、接続管６０が設けられている。言い換えると、接続管６０は、第１シリンダ３６と第２シリンダ４５とを接続し、かつ、第１圧縮室（第１空気室）４１から流出された空気を第２圧縮室（第２空気室）５０へ流入させる接続通路である。具体的には、接続管６０の一方の端部が第１圧縮部１４の第１排気室４２に接続され、接続管６０の他方の端部が第２圧縮部１５の第２圧縮室５０に接続されている。接続管６０は、一例として金属製である。接続管６０は湾曲されており、電動モータ１３および冷却ファン２８の上方を迂回するように配置されている。
【0034】
また、第２圧縮部１５における第２排気室５１は、空気タンク１７，１８と連通している。具体的には、第２シリンダ４５の第２圧縮室５０に排出口５２（第２排気通路）を介して連通する第２排気室５１は、排出口５３に設けられた連結管３５に接続された接続管３３を介して空気タンク１７と連通し、さらに，空気タンク１７が空気タンク１８と連通している。これにより、第２シリンダ４５の第２圧縮室５０で圧縮された空気は、第２排気室５１を経由し、かつ、接続管３３を介して空気タンク１７，１８に送られて貯留される。なお、空気タンク１７と空気タンク１８とを接続する接続管７３，８７が設けられている。排出口５２は、二次側弁座４５ａ（図５参照）に設けられ、排出口５３は、第２シリンダヘッド４６に設けられている。尚、排出口５２には排出弁５２ａが設けられている。排出弁５２ａは、第２圧縮室５０から排出口５２を介して第２排気室５１へ空気が排出されることを許容するが、第２排気室５１から排出口５２を介して第２圧縮室５０へ空気が逆流することを抑制する。また、二次側弁座４５ａには吸入口５４も設けられ、接続管６０を流れる空気は、吸入口５４を介して、第２シリンダ４５の第２圧縮室５０へ吸入される。吸入口５４には吸入弁５４ａが設けられている。吸入弁５４ａは、接続管６０から吸入口５４を介して第２圧縮室５０へ空気が吸入されることを許容するが、第２圧縮室５０から吸入口５４を介して接続管６０へ空気が逆流することが抑制される。
【0035】
また、空気タンク１７，１８内の圧力を検出して信号を出力する圧力センサ７４が設けられている。圧力センサ７４は、空気タンク１７の上端から上に向けて突出されている。空気タンク１７は、減圧バルブ７５を介して供給管７６に接続されている。減圧バルブ７５は、空気タンク１７の上端から上に向けて突出されている。操作ノブ７５ａが減圧バルブ７５に取り付けられており、作業者は、操作ノブ７５ａを操作可能である。減圧バルブ７５は、空気タンク１７から供給管７６へ送られる空気の圧力を調整、具体的には、減圧する。
【0036】
また、供給管７６内の空気圧を表示する圧力計７７が設けられている。カプラ７８が供給管７６に取り付けられている。カプラ７８には、エアホースの取り付けおよび取り外しが可能である。エアホースの一端がカプラ７８に接続され、エアホースの他端が他の作業機に接続される。
【0037】
空気タンク１８は、減圧バルブ７９を介して供給管８０に接続されている。操作ノブ７９ａが減圧バルブ７９に取り付けられており、作業者は、操作ノブ７９ａを操作可能である。減圧バルブ７９は、空気タンク１８から供給管８０へ送られる空気の圧力を調整、具体的には、減圧する。また、供給管８０内の空気圧を表示する圧力計８１が設けられている。操作ノブ７５ａ，７９ａおよび圧力計７７，８１は、カバー１２（図１参照）の外部に露出して配置されている。カプラ８２が供給管８０に取り付けられている。カプラ８２には、エアホースの取り付けおよび取り外しが可能である。エアホースの一端がカプラ８２に接続され、エアホースの他端が他の作業機に接続される。
【0038】
また、リリーフバルブ９０が空気タンク１７に取り付けられている。リリーフバルブ９０は、空気タンク１７の上端から上に向けて突出されている。リリーフバルブ９０は、空気タンク１７，１８内の空気圧が所定圧以上になることを抑制する。リリーフバルブ９０は、空気タンク１７，１８内の空気圧が所定圧未満では閉じられている。リリーフバルブ９０は、空気タンク１７，１８内の空気圧が所定圧以上であると開き、空気タンク１７，１８内の圧縮空気を排出させる。
【0039】
図１に示すように、カバー１２の天板８６に操作部８３が設けられており、操作部８３は、電源スイッチ、表示パネル等を有する。図３に示すように、制御部１６は、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５の作動および停止を制御する機構である。制御部１６は、入力インタフェース、出力インタフェース、中央演算処理部および記憶部を有するマイクロコンピュータである。
【0040】
インバータ回路がカバー１２の内部に設けられている。制御部１６はインバータ回路を制御する。カバー１２の内部に、電動モータ１３の回転方向の位相を検出するセンサ、電動モータ１３の回転数を検出するセンサが設けられている。図３に示す圧力センサ７４、電源スイッチおよび各種のセンサの信号は制御部１６に入力される。なお、制御部１６がインバータ回路を含む構成でもよい。
【0041】
次に、作業者が空気圧縮機１０の使用する例を説明する。作業者が操作部８３の電源スイッチをオンすると、制御部１６はインバータ回路を制御し、電動モータ１３の回転子２７が回転する。回転子２７およびシャフト２５が一体回転すると、シャフト２５のトルクで第１ピストン４０および第２ピストン４９が、それぞれ往復動される。
【0042】
第１ピストン４０が作動されると、カバー１２の外部の空気は、第１圧縮部１４の第１圧縮室４１に吸入され、第１圧縮室４１で空気が圧縮される。第１圧縮室４１で圧縮された空気は、一次側弁座３６ａに設けられた排出口３６ｆ（第１排気通路）を介して第１排気室４２へ排出される。第２ピストン４９が作動されると、第１排気室４２の空気は、接続管６０を通って第２圧縮部１５の第２圧縮室５０に吸い込まれる。第２圧縮室５０は、空気を更に圧縮し、第２圧縮室５０で圧縮された空気は、第２排気室５１を経由して空気タンク１７，１８に送られる。尚、排出口３６ｆには排出弁３６ｈが設けられている。排出弁３６ｈは、第１圧縮室４１から排出口３６ｆを介して第１排気室４２へ空気が排出されることを許容するが、第１排気室４２から排出口３６ｆを介して第１圧縮室４１へ空気が逆流することを抑制する。
【0043】
ここで、本実施の形態の空気圧縮機１０では、図５に示すように、第１シリンダ３６は、第１シリンダ３６の内部と外部とを連通可能な第１空気通路３０を備えており、一方、第２シリンダ４５は、第２シリンダ４５の内部と外部とを連通可能な第２空気通路４４を備えている。そして、空気圧縮機１０では、少なくとも第１空気通路３０と第２空気通路４４の何れか一方は、第１ピストン４０および第２ピストン４９が何れの位置にあっても、第１圧縮室４１または第２圧縮室５０に連通するようになっている。すなわち、２つの空気通路の圧縮室との連通状態としては、第１ピストン４０および第２ピストン４９が何れの位置に配置されていても、第１空気通路３０が第１圧縮室４１と連通しているか、または、第２空気通路４４が第２圧縮室５０と連通しているか、あるいは、第１空気通路３０が第１圧縮室４１と連通し、かつ、第２空気通路４４も第２圧縮室５０と連通している状態の何れかである。具体的には、第１空気通路３０は、少なくとも第２ピストン４９によって第２空気通路４４と第２圧縮室５０との連通が遮断されている時に、第１圧縮室４１と連通する。尚、「第１空気通路３０が第１圧縮室４１と連通する」とは、第１空気通路３０を介して少なくとも第１圧縮室４１内の空気が外部へ排出可能であることを指し、例えば第１空気通路３０を介して第１圧縮室４１内へと空気が流入することを抑制する逆止弁を第１空気通路３０に設けた構成も含む。また、「第２空気通路４４が第２圧縮室５０と連通する」とは、第２空気通路４４を介して少なくとも第２圧縮室５０内の空気が外部へ排出可能であることを指し、例えば第２空気通路４４を介して第２圧縮室５０内へと空気が流入することを抑制する逆止弁を第２空気通路４４に設けた構成も含む。第１空気通路３０および第２空気通路４４は、直径０．１ｍｍ以上２．０ｍｍとすることが望ましい。
【0044】
それぞれの空気通路が設けられる具体的な位置について説明すると、第１空気通路３０は、図６（ａ）,（ｂ）に示すように、第１の方向３１において第１圧縮室４１の中央部（中心）４１ａより第１シリンダ３６の円筒部３６ｃの上死点Ｊ１側に設けられていることが好ましい。図６（ｂ）に示す構造では、第１空気通路３０は、第１シリンダ３６の円筒部３６ｃの上死点Ｊ１側の端部に第１シリンダ３６の径方向に沿って設けられている。そして、第１空気通路３０が第１シリンダ３６の上死点Ｊ１側の端部に設けられた場合にも、第１シリンダ３６内で第１ピストン４０が上死点Ｊ１に到達した時、第１空気通路３０は、第１シリンダ３６の内部と外部とを連通している。すなわち、第１空気通路３０は、第１ピストン４０が何れの位置に配置されていても第１シリンダ３６の内部と外部とを連通させる状態となっている。
【0045】
一方、第２空気通路４４は、図７（ａ）,（ｂ）に示すように、第２の方向３２において第２圧縮室５０の中央部（中心）５０ａより第２シリンダ４５の円筒部４５ｂの下死点Ｋ２側に設けられていることが好ましい。第２空気通路４４は、図７（ａ）,（ｂ）に示すように、第２シリンダ４５の径方向に沿って設けられた第２空気通路４４ａと、該第２空気通路４４ａと連通し、かつ、第２シリンダ４５の径方向と交差する方向（第２の方向３２）に沿って延びる第２空気通路４４ｂと、からなる。したがって、第２空気通路４４は、該第２空気通路４４における第２空気通路４４ａが、第２圧縮室５０の中央部（中心）５０ａより第２シリンダ４５の円筒部４５ｂの下死点Ｋ２側に設けられていることが好ましい。このように第２圧縮室５０に連通する第２空気通路４４が、第２空気通路４４ａと第２空気通路４４ｂとからなることで、第２空気通路４４はＬ字型となる。その結果、第２圧縮室５０からグリスが漏れることを抑制できる。
【0046】
なお、第２空気通路４４の第２空気通路４４ａは、第２ピストン４９が下死点Ｋ２に位置する時に第２シリンダ４５の内部と外部とを連通するように設けられていることが好ましい。さらには、第２空気通路４４は、第２ピストン４９の先端が所定位置より下死点Ｋ２側に位置する時には第２圧縮室５０と連通し、かつ、第２ピストン４９の先端が上記所定位置より上死点Ｊ２側に位置する時には第２ピストン４９によって第２圧縮室５０との連通が遮断されるような位置に設けられていることが好ましい。上記所定位置は、第２の方向３２における第２圧縮室５０の中央部（中心）５０ａである。
【0047】
すなわち、本実施の形態の空気圧縮機１０では、二次側（高圧側）の第２シリンダ４５の下死点Ｋ２付近に第２空気通路４４が設けられ、一方、一次側（低圧側）の第１シリンダ３６の上死点Ｊ１付近に第１空気通路３０が設けられている。これにより、二次側では、第２シリンダ４５の下死点Ｋ２付近に第２空気通路４４が設けられているため、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に向かって移動すると第２圧縮室５０との連通が遮断される。そして、第２圧縮室５０との連通が遮断されると、二次側で圧縮された空気は、第２空気通路４４から抜けることなく第２圧縮室５０から排出されて空気タンク１７に送られる。
【0048】
一方、一次側では、第１シリンダ３６の上死点Ｊ１付近に第１空気通路３０が設けられているため、第１空気通路３０は、第１ピストン４０が何れの位置に配置されていても第１シリンダ３６の内部と外部とが連通した状態となっている。つまり、第１ピストン４０の位置に関わらず第１空気通路３０は第１シリンダ３６の内部と外部とに連通しているため、第１圧縮室４１に残っている空気は、第１ピストン４０の位置に関わらず常に上死点Ｊ１付近に設けられた第１空気通路３０から抜けていく。尚、第１空気通路３０は、より詳細には第１シリンダ３６の外部において吸気路３６ｄ（図６参照）を介してクランク室２９と連通する。クランク室２９は図示しない吸気口を介して空気圧縮機１０の外部と連通しており、その内圧は大気圧と略等しい。つまり、「第１空気通路３０は第１シリンダ３６の内部と外部とに連通する」とは、「第１空気通路３０は第１圧縮室４１と空気圧縮機１０の外部とを連通する」あるいは「第１空気通路３０は第１圧縮室４１とクランク室２９とを連通する」ともいえる。また、第２空気通路４４はより詳細には第２シリンダ４５の外部においてクランク室２９と連通する。つまり、「第２空気通路４４は第２シリンダ４５の内部と外部とに連通する」とは、「第２空気通路４４は第２圧縮室５０と空気圧縮機１０の外部とを連通する」あるいは「第２空気通路４４は第２圧縮室５０とクランク室２９とを連通する」ともいえる。
【0049】
次に、図８を用いて、第１ピストン４０と第２ピストン４９の位置による各圧縮室での空気の状態について説明する。
【0050】
図８（ａ）に示すように、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に到達し、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に到達すると、第１圧縮室４１内の空気は第１空気通路３０から抜けるとともに、第２圧縮室５０内では、第２空気通路４４の連通が第２ピストン４９によって遮断されているため、第２圧縮室５０内の空気は高圧に圧縮される。そして、この高圧に圧縮された空気は、第２圧縮室５０から排出され、第２排気室５１を経由して空気タンク１７，１８に送られる。
【0051】
その後、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に向け、かつ、第２ピストン４９が下死点Ｋ２に向けて動こうとする時、第１空気通路３０は、第１シリンダ３６の内部と外部とが連通した状態となっているため、第１圧縮室４１内の空気は低圧の状態となっている。そして、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に向けて動き出そうとする時、第１圧縮室４１内の空気は低圧の状態となっているため、第１ピストン４０が第１圧縮室４１の空気の圧力に負けることなく滑らかに動きだすことができる。
【0052】
次に、図８（ｂ）に示すように、第１ピストン４０が第１圧縮室４１の中央部付近を上死点Ｊ１に向けて通過し、第２ピストン４９が第２圧縮室５０の中央部付近を下死点Ｋ２に向けて通過する。この時、第１圧縮室４１では、第１空気通路３０から空気が微量に抜けつつも低圧で空気の圧縮が行われており、低圧で圧縮された空気は接続管６０を介して第２圧縮室５０に送られる。
【0053】
次に、図８（ｃ）に示すように、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に到達し、第２ピストン４９が下死点Ｋ２に到達すると、第１圧縮室４１では、低圧で圧縮された空気が接続管６０を介して第２圧縮室５０に送られるとともに、残った空気は第１空気通路３０から抜ける。一方、第２圧縮室５０では、第２空気通路４４が第２シリンダ４５の内部と外部とに連通しているため、第２圧縮室５０に残っている空気は、第２空気通路４４から抜けていく。
【0054】
その後、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に向け、かつ、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に向けて動こうとする時、第２圧縮室５０に残っていた空気は、第２空気通路４４から抜けるため、第２圧縮室５０内の空気の圧力は低い状態となっている。したがって、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に向けて動き出そうとする時、第２ピストン４９が第２圧縮室５０の空気の圧力に負けることなく滑らかに動きだすことができる。
【0055】
ここで、図９を用いて第１圧縮室４１で行われる吸気について説明すると、第１圧縮室４１で行われる吸気は、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に向けて移動する際、吸気の流れＰのように空気が流れて吸気が行われる。すなわち、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に向けて移動する際に、第１シリンダ３６の外周部に設けられた吸気路３６ｄ，３６ｅ、および一次側弁座３６ａに設けられた吸入口３６ｂ（第１吸気通路）を介して第１圧縮室４１に空気が取り込まれる。尚、吸入口３６ｂには吸入弁３６ｇが設けられている。吸入弁３６ｇは、吸気路３６ｄから吸入口３６ｂを介して第１圧縮室４１へ空気が吸入されることを許容するが、第１圧縮室４１から吸入口３６ｂを介して吸気路３６ｄへ空気が逆流することが抑制される。
【0056】
また、二次側の第２シリンダ４５の第２圧縮室５０では、第２ピストン４９が下死点Ｋ２と上死点Ｊ２との間を一往復する際に、該一往復に掛かる時間の少なくとも半分の時間は、第２シリンダ４５の内部と外部との連通が第２ピストン４９によって遮断された状態で第２ピストン４９は移動する。これにより、第２圧縮室５０では、第１圧縮室４１から送られた圧縮空気をさらに十分圧縮することが可能になり、空気圧縮機１０の吐出性能を高めることができる。
【0057】
本実施の形態の空気圧縮機１０は、一次側（低圧側）と二次側（高圧側）とで２段階で空気の圧縮が行われる圧縮機であるため、一次側で第１ピストン４０が下死点Ｋ１に向けて移動して吸気を行う際、二次側の第２ピストン４９は上死点Ｊ２に向けて移動して排気を行う（図８（ａ）の状態）。例えば、この状態で電動モータ１３を停止させると、上死点Ｊ１付近に第１空気通路３０が設けられた一次側の第１圧縮室４１では、第１空気通路３０から空気が抜けていく。一方、二次側の第２圧縮室５０内に空気が残留している場合には、空気の圧力によって第２ピストン４９が押され、第２ピストン４９は下死点Ｋ２側に向けて移動する（一次側の第１ピストン４０は上死点Ｊ１側に移動する）。二次側の第２圧縮室５０では、第２ピストン４９が下死点Ｋ２側に向けて移動すると、第２空気通路４４の遮断が解放され、第２圧縮室５０においても残っていた圧縮空気を第２空気通路４４から抜くことができる（図８（ｂ）,（ｃ）の状態）。例えば、二次側にしか空気穴が設けられていない空気圧縮機の場合、モータを停止させると、一次側と二次側とで空気の圧力が釣り合った位置でピストンが停止する。この場合、一次側の圧縮室に空気が残るため、空気圧縮機のモータの再始動が困難となる。また、第２空気通路４４が遮断された状態で一次側と二次側との空気の圧力が釣り合ってしまった場合、一次側と二次側の両方の圧縮室に空気が残るため、空気圧縮機のモータの再始動はさらに困難となる。
【0058】
しかしながら、本実施の形態の空気圧縮機１０では、一次側の第１圧縮室４１では、常に第１空気通路３０から空気が抜けているとともに、二次側の第２圧縮室５０においても残っていた圧縮空気を第２空気通路４４から抜くことができる。その結果、空気圧縮機１０の電動モータ１３の再始動を容易に行うことができる。すなわち、電動モータ１３を停止させた後の空気圧縮機１０の電動モータ１３の再始動性を確保することができる。
【0059】
また、二次側の第２空気通路４４を下死点Ｋ２付近に設けることで、上死点Ｊ２付近に設ける場合と比較して、二次側において空気圧縮機１０の動作中に空気を抜けにくくすることができる。一次側の第１圧縮室４１では、常に第１空気通路３０から空気が抜けているが、第１圧縮室４１内の空気圧が低いため、空気の抜ける量は少なくて済む。二次側では、下死点Ｋ２付近に第２空気通路４４が設けられているため、空気圧縮機１０の動作中に空気が抜けにくい。その結果、空気圧縮機１０全体でみると空気圧縮機１０の吐出性能を高めることができる。言い換えると、空気圧縮機１０の電動モータ１３の再始動性を確保しつつ、空気圧縮機１０の性能の向上を図ることができる。
【0060】
また、空気圧縮機１０では、二次側の下死点Ｋ２付近に第２空気通路４４が設けられたことで、第２圧縮室５０にある程度空気を残すことができる。これにより、第２ピストン４９を上死点Ｊ２側から下死点Ｋ２側に移動させる際に、残った空気によって第２ピストン４９を押すことが可能になる。空気圧縮機１０では、電動モータ１３の回転速度を速度センサで検知しているため、第２ピストン４９が空気によって押されて加速すると、電動モータ１３の回転速度を抑えることができ、空気圧縮機１０における消費電力を低下させることができる。
【0061】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。図１０に示す第１変形例は、図１０（ｂ）に示すように、第１空気通路３０が、第１シリンダ３６の径方向に沿って設けられた第１空気通路３０ａと、該第１空気通路３０ａと連通し、かつ、第１シリンダ３６の径方向と交差する方向（第１の方向３１）に沿って延びる第１空気通路３０ｂと、からなる。第１空気通路３０が、第１空気通路３０ａと第１空気通路３０ｂとからなることで、第１空気通路３０はＬ字型となる。その結果、図１に示す実施の形態と比較して第１空気通路３０の長さを長く形成できるため、第１圧縮室４１内で生じて第１シリンダ３６外部に漏れる第１ピストン４０等の動作音を低減することができる。また、第１圧縮室４１内にグリスを充填した構成とした場合に、グリスが漏れることを抑制できる。尚、吸入弁３６ｇは吸入口３６ｂを覆うように取り付けられる。吸入弁３６ｇは一次側弁座３６ａに固定される固定端と、一次側弁座３６ａに固定されず吸入口３６ｂから第１圧縮室４１に空気が取り込まれるときに一次側弁座３６ａから離間する自由端を有する。この自由端は第１空気通路３０ａ内に挿通されており、自由端が一次側弁座３６ａから離間するときに第１空気通路３０ｂの入口と接触する。このような位置関係としたため、第１空気通路３０ｂの入口に塵埃等が付着しても、吸入弁３６ｇによって除去される。
【0062】
また、図１１に示す第２変形例は、一次側の第１シリンダ３６に設けられた第１空気通路３０が、第１の方向３１における第１圧縮室４１の中央部４１ａ（図６参照）寄りの位置に設けられた構造となっている。図１１に示す構造によれば、第１ピストン４０の位置によっては、第１空気通路３０が遮断されて第１圧縮室４１の空気が抜けない状態があるため、一次側の空気の圧力を高めることができる。
【0063】
【0064】
図１２（ａ）に示すように、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に到達し、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に到達すると、第１圧縮室４１内の空気は第１空気通路３０から抜けるとともに、第２圧縮室５０内では、第２空気通路４４の連通が第２ピストン４９によって遮断されているため、第２圧縮室５０内の空気は高圧に圧縮される。そして、この高圧に圧縮された空気は、第２圧縮室５０から排出され、第２排気室５１を経由して空気タンク１７，１８に送られる。
【0065】
その後、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に向け、かつ、第２ピストン４９が下死点Ｋ２に向けて動こうとする時、第１空気通路３０は、第１シリンダ３６の内部と外部とが連通した状態となっているため、第１圧縮室４１内の空気は低圧の状態となっている。そして、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に向けて動き出そうとする時、第１圧縮室４１内の空気は低圧の状態となっているため、第１ピストン４０が第１圧縮室４１の空気の圧力に負けることなく滑らかに動きだすことができる。
【0066】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第１ピストン４０が第１圧縮室４１の中央部付近を上死点Ｊ１に向けて通過し、第２ピストン４９が第２圧縮室５０の中央部付近を下死点Ｋ２に向けて通過する。この時、第１圧縮室４１では、第１空気通路３０から空気が微量に抜けつつも低圧で空気の圧縮が行われており、低圧で圧縮された空気は接続管６０を介して第２圧縮室５０に送られる。
【0067】
次に、図１２（ｃ）に示すように、第１ピストン４０が上死点Ｊ１に到達し、第２ピストン４９が下死点Ｋ２に到達すると、第１圧縮室４１では、第１ピストン４０によって第１空気通路３０の連通が遮断されているため、第１圧縮室４１では、図８（ｃ）に示す状態に比べて高い圧力で空気が圧縮される。したがって、図１２に示す構造では、一次側（低圧側）において比較的高い圧力で空気を圧縮することが可能である。
【0068】
その後、第１ピストン４０が下死点Ｋ１に向け、かつ、第２ピストン４９が上死点Ｊ２に向けて動こうとする時、第２圧縮室５０に残っていた空気は、第２空気通路４４から抜けるため、第２圧縮室５０内の空気の圧力は低い状態となっている。さらに、第１圧縮室４１では、第１空気通路３０の連通が遮断されているため、第１圧縮室４１にある程度空気を残すことができる。これにより、第１ピストン４０を上死点Ｊ１側から下死点Ｋ１側に移動させる際に、第１圧縮室４１に残った空気によって第１ピストン４０を押すことが可能になる。その結果、図８に示す構造と同様に、空気圧縮機１０における消費電力を低下させることができる。
【0069】
次に、図１３に示す第３変形例は、一次側の第１圧縮室４１に連通する第１空気通路３０ｃが、第１シリンダ３６ではなく、第１シリンダ３６の端部に接続された一次側弁座３６ａに設けられた構造となっている。このように第１空気通路３０ｃが第１シリンダ３６ではなく、一次側弁座３６ａに設けられていることにより、第１シリンダ３６の構造を容易な構造にすることができる。
【0070】
本発明は上記実施の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で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、作業機が空気圧縮機の場合を説明したが、上記作業機は、ピストンの往復運動によって空気室の空気を圧縮するものであれば、空気圧縮機以外の作業機であってもよい。
【符号の説明】
【0071】
１０…空気圧縮機（作業機）、１１…フレーム、１２…カバー、１３…電動モータ（駆動源）、１４…第１圧縮部、１５…第２圧縮部、１６…制御部、１７，１８…空気タンク、１９…脚部、２０…設置場所、２２，２３…グリップ、２４…クランクケース、２５…シャフト（回転軸）、２６…固定子、２７…回転子、２８…冷却ファン、２８ａ…羽根、２９…クランク室、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…第１空気通路、３１…第１の方向、３２…第２の方向、３３…接続管、３４…通気路、３５…連結管、３６…第１シリンダ、３６ａ…一次側弁座、３６ｂ…吸入口、３６ｃ…円筒部、３６ｄ，３６ｅ…吸気路、３７…第１シリンダヘッド、３８…偏心カム、３９…第１コネクティングロッド、３９ａ…運動変換機構、４０…第１ピストン、４１…第１圧縮室（第１空気室）、４１ａ…中央部、４２…第１排気室、４３…ベアリング、４４，４４ａ，４４ｂ…第２空気通路、４５…第２シリンダ、４５ａ…二次側弁座、４５ｂ…円筒部、４６…第２シリンダヘッド、４８…第２コネクティングロッド、４８ａ…運動変換機構、４９…第２ピストン、５０…第２圧縮室（第２空気室）、５０ａ…中央部、５１…第２排気室、５２，５３…排出口、６０…接続管（接続通路）、７０…接続アーム、７１…ブラケット、７３…接続管、７４…圧力センサ、７５…減圧バルブ、７５ａ…操作ノブ、７６…供給管、７７…圧力計、７８…カプラ、７９…減圧バルブ、７９ａ…操作ノブ、８０…供給管、８１…圧力計、８２…カプラ、８３…操作部、８６…天板、８７…接続管、９０…リリーフバルブ、９３…ねじ部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】