JP6170382B2

JP6170382B2 - 往復動圧縮機

Info

Publication number: JP6170382B2
Application number: JP2013180269A
Authority: JP
Inventors: 大福留
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP2015048762A

Description

本発明は、例えば４輪自動車等の車両に搭載されたエアサスペンション等に車高調整用の圧縮空気を給排するのに好適に用いられる往復動圧縮機に関する。

一般に、車高調整装置として車両に搭載されるエアサスペンションは、例えば積載重量の変化等に応じて車両高さ（車高）が変わるのを抑えると共に、運転者の好み等に応じて車高を適宜に調整するために、車載の空気圧縮機（エアコンプレッサ）から圧縮空気が給排されるものである。

そして、エアサスペンションに圧縮空気を供給する車載用の空気圧縮機は、電動モータによって往復動式の圧縮機を駆動することにより、該往復動圧縮機に吸込んだ空気を圧縮してエアサスペンションに供給するものである。

ここで、往復動圧縮機は、筒状のシリンダと、該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に非圧縮室と圧縮室を画成するピストンと、環状の平板部と該平板部から立ち上がった筒状のリップ部とからなり、該リップ部によって前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするリップリングと、前記ピストンに形成され、前記非圧縮室と前記圧縮室とを連通させる連通路と、前記ピストンに設けられ、吸込み行程時に前記連通路を開弁する吸込み弁と、圧縮行程時に前記圧縮室内に吸込んだ気体を吐出する吐出弁とにより大略構成されている。

吸込み弁は、ばね性を有する薄板からなり、連通路を閉塞するようにピストンの先端面に設けられている。この場合、吸込み弁は、ねじ、リベット等を用いてピストンに固定する構成が知られている（特許文献１参照）。

特開平８−１８９４６８号公報

特許文献１の往復動圧縮機では、吸込み弁をピストンに対し、ねじ、リベット等を用いて固定する構成としているので、部品点数が多くなる上にピストンに穴加工（ねじ加工）を施さなくてはならない。このために、組立作業性の低下、製造コストの上昇を招くという問題がある。

本発明の目的は、吸込み弁を簡単な構成でピストンに固定できるようにした往復動圧縮機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明が採用する構成の特徴は、前記ピストンは、前記リップリングの平板部が載置される外周環状部と、該外周環状部よりも小径であって該外周環状部から突出して形成され前記吸込み弁が載置される突出部とからなり、前記吸込み弁は、前記突出部に載置される基部と、一端が該基部と一体的に設けられ他端が前記連通路を開閉する弁部となった板状体であって、前記基部の外周側には、切り起し部が複数設けられ、前記突出部の外周面には、前記リップリングの平板部と前記吸込み弁の切り起し部とを前記ピストンに対し挟持するリング部材を設ける構成としたことにある。

本発明によれば、リップリングと吸込み弁とをリング部材によってピストンに固定することができるので、部品点数を削減でき、作業性や生産性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態による往復動圧縮機を示す縦断面図である。図１中の圧縮構造部を拡大して示す縦断面図である。ピストンとリップリングと吸込み弁とリング部材とを分解した状態で示す分解斜視図である。吸込み弁を単体で拡大して示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態による往復動圧縮機として揺動型の空気圧縮機を例に挙げ、図１ないし図４に従って詳細に説明する。

図１において、揺動型の空気圧縮機１は、後述のクランクケース２、クランク軸３、電動モータ４、シリンダ６、シリンダヘッド９、ピストン１０、リップリング１３、吸込み弁１５、リング部材１７、吐出弁１８を含んで構成されている。

空気圧縮機１のクランクケース２は、例えばアルミニウム材料等の金属材料からなる中空容器として形成されている。クランクケース２は、前側が開口した筒部２Ａと、該筒部２Ａの後側を縮径して設けられた軸受取付部２Ｂと、筒部２Ａの径方向、例えば上側に開口して設けられたシリンダ取付部２Ｃと、筒部２Ａの開口を閉塞して設けられた蓋２Ｄとから構成されている。また、このクランクケース２内は、クランク軸３を回転可能に収容するためのクランク室２Ｅとなっている。

具体的には、クランクケース２の後側には、空気圧縮機１の駆動源となる電動モータ４が取付けられている。一方、クランク軸３は、軸受取付部２Ｂ内の軸受２Ｆに支持された電動モータ４の駆動軸４Ａの先端に一体回転するように連結されている。このクランク軸３には、駆動軸４Ａの回転中心から偏心した位置に支持ボルト３Ａが設けられている。これにより、クランク軸３は、電動モータ４によって回転駆動することにより、支持ボルト３Ａを周回動作させ、後述のピストン１０を往復動させる。クランクケース２の側面には、外部に開口した吸込み口５が設けられ、該吸込み口５を通じて外部の空気が吸い込まれる。

シリンダ６は、クランクケース２上に設けられている。このシリンダ６は、例えばアルミニウム材料を用いて円筒状に形成され、その内部には後述のピストン１０が往復動可能に挿嵌されている。また、シリンダ６は、基端側がクランクケース２のシリンダ取付部２Ｃに取付けられ、先端側には、後述のシリンダヘッド９が取付けられている。さらに、シリンダ６内は、後述のピストン１０によってクランクケース２内のクランク室２Ｅと連通する非圧縮室７とシリンダヘッド９側の圧縮室８（図１参照）とに画成されている。シリンダ６は、シリンダヘッド９と共にクランクケース２のシリンダ取付部２Ｃにボルト止めされている。

シリンダヘッド９は、シリンダ６の先端側を閉塞するように該シリンダ６の先端側に取付けられている。このシリンダヘッド９は、シリンダ６の先端側を閉塞してピストン１０との間に圧縮室８を形成する弁板部９Ａと、該弁板部９Ａを貫通して設けられ圧縮室８に連通する吐出口９Ｂと、後述の吐出弁１８が取付けられる筒状の吐出弁取付部９Ｃとを有している。吐出口９Ｂは、吐出弁１８を介して流出通路９Ｄに連通し、該流出通路９Ｄは外部の空気タンク（図示せず）に接続されている。

ピストン１０は、シリンダ６内を揺動しつつ往復動可能に挿嵌されている。この揺動型のピストン１０は、シリンダ６内に非圧縮室７と圧縮室８を画成するものである。ピストン１０は、図２に示す如く、シリンダ６の内径寸法よりも僅かに小さな直径寸法をもった円板体として形成されている。ここで、ピストン１０は、大径な外周環状部１０Ａと小径な突出部１０Ｂとにより扁平な段付円柱体として形成されている。

これにより、外周環状部１０Ａの先端面は、後述するリップリング１３の平板部１３Ａを載置するため平坦に加工された円環状先端面１０Ｃとなっている。一方、突出部１０Ｂは外周環状部１０Ａよりも小径な円柱状をなし、該外周環状部１０Ａから突出して形成されている。この突出部１０Ｂの外周面１０Ｄには、リップリング１３の平板部１３Ａが外嵌するように取付けられる。さらに、突出部１０Ｂの先端面は、後述する吸込み弁１５を載置するために平坦な円形状の円形先端面１０Ｅとなっている。

このように形成されたピストン１０は、後述のコンロッド１１を介してクランク軸３に接続され、このクランク軸３の回転駆動によってシリンダ６内を揺動しつつ往復動するものである。

コンロッド１１は、ピストン１０の下面側（クランク軸３側）に設けられ、該コンロッド１１は、クランク軸３とピストン１０とを接続するものである。コンロッド１１の長さ方向の一端１１Ａはピストン１０の下面中央部位に一体的に取付けられている。一方、コンロッド１１の他端側は、クランクケース２内のクランク室２Ｅに位置して円筒状の軸受支持部１１Ｂとなり、この軸受支持部１１Ｂは、軸受１２を介してクランク軸３の支持ボルト３Ａに回転可能に取付けられている。従って、コンロッド１１は、電動モータ４によりクランク軸３が回転駆動されることにより、軸受支持部１１Ｂを旋回動作させ、ピストン１０をシリンダ６内で往復動させることができる。

リップリング１３は、ピストン１０の外周側に設けられている。このリップリング１３は、ピストン１０とシリンダ６との間をシールするものである。リップリング１３は、例えば耐摩耗性、自己潤滑性を有する樹脂材料からなる断面Ｌ字状のシール部材として形成されている。即ち、リップリング１３は、円環状の平板部１３Ａと該平板部１３Ａの外周から立ち上がった筒状のリップ部１３Ｂとからなり、該リップ部１３Ｂによってピストン１０とシリンダ６との間をシールしている。

具体的には、リップリング１３の平板部１３Ａは、ピストン１０の突出部１０Ｂ（外周面１０Ｄ）に外嵌して円環状先端面１０Ｃ上に載置されている。一方、リップ部１３Ｂは、シリンダ６の内周面に気密に摺接するものである。ここで、リップリング１３は、その平板部１３Ａがピストン１０の外周環状部１０Ａと後述するリング部材１７との間に挟持されることにより、ピストン１０の外周側に固定されている。

連通路１４は、ピストン１０に設けられ、該連通路１４は非圧縮室７と圧縮室８との間を連通するものである。この連通路１４は、ピストン１０を軸方向（コンロッド１１の長さ方向）に貫通した略半円形状の通路として形成されている。

吸込み弁１５は、吸込み行程時に連通路１４を開弁し、圧縮行程時に連通路１４を閉塞するものである。この吸込み弁１５は弾性（ばね性）を有する円形状の薄板からなり、図２、図４に示すように、突出部１０Ｂの円形先端面１０Ｅに載置される円形状の基部１５Ａと、一端が該基部１５Ａと一体的に設けられ、他端が連通路１４を開閉する弁部１５Ｂからなり、全体として板状体として構成されている。ここで、吸込み弁１５の基部１５Ａは、ピストン１０の突出部１０Ｂの円形先端面１０Ｅに載置されるもので、該円形先端面１０Ｅと同等または僅かに小さな円板として形成されている。また、弁部１５Ｂは、円形状の基部１５Ａに対してΩ形に溝加工を施して切欠くことにより舌片状に形成され、連通路１４を閉塞する位置に配置されている。

これにより、弁部１５Ｂは、図２中に二点鎖線で示すように、吸込み行程時に開弁して非圧縮室７と圧縮室８とを連通させる。一方、圧縮行程時には、実線で示すように閉弁し、非圧縮室７と圧縮室８とを遮断することができる。さらに、弁部１５Ｂの外周側には後述する切り起し部１６が設けられている。そして、吸込み弁１５は、その基部１５Ａの外周側が、後述のリング部材１７とピストン１０の突出部１０Ｂ（円形先端面１０Ｅ）との間で挟持される構造となっている。

切り起し部１６は、吸込み弁１５の基部１５Ａの外周側に複数個、例えば３個設けられている。各切り起し部１６は、基部１５Ａの外周側から中心に向けてコ字状に切欠くことにより四角形状に切り離されている。この状態で切り起し部１６の先端側を立ち上げるように斜めに折曲げることにより形成されている。ここで、各切り起し部１６は、自由状態での高さ寸法が、ピストン１０の円形先端面１０Ｅと後述するリング部材１７の内鍔部１７Ｃとの間の高さ（隙間）寸法Ｈよりも公差を含めて十分に大きくなるように形成されている。

これにより、後述のリング部材１７をピストン１０の突出部１０Ｂに嵌合させたときには、リング部材１７の内鍔部１７Ｃで各切り起し部１６を押圧することにより、これらの切り起し部１６を弾性変形させつつ、吸込み弁１５をピストン１０の円形先端面１０Ｅに密着させることができる。

リング部材１７は、ピストン１０を形成する突出部１０Ｂの外周面１０Ｄに設けられている。このリング部材１７は、リップリング１３の平板部１３Ａと吸込み弁１５の各切り起し部１６とをピストン１０に対し挟持するものである。リング部材１７は、例えばアルミニウム材料を用い、円環状体として形成されている。

リング部材１７は、図２に示すように、リップリング１３の平板部１３Ａを押圧する円環状の押圧面１７Ａを有している。また、リング部材１７の内周面は、ピストン１０の外周面１０Ｄに嵌合する嵌合面１７Ｂとなっている。この嵌合面１７Ｂは、外周面１０Ｄに対し、締め代をもって圧入され、これによりリング部材１７は、ピストン１０の突出部１０Ｂに一体的に取付けられている。さらに、リング部材１７には、嵌合面１７Ｂの押圧面１７Ａと反対側を縮径することにより環状の内鍔部１７Ｃが設けられている。

リング部材１７は、嵌合面１７Ｂがピストン１０の突出部１０Ｂの外周面１０Ｄに圧入されることにより、押圧面１７Ａによってリップリング１３の平板部１３Ａをピストン１０の円環状先端面１０Ｃとの間に挟んで固定することができる。この時には、内鍔部１７Ｃは、円形先端面１０Ｅとの隙間（高さ）寸法を寸法Ｈまで小さくすることにより、吸込み弁１５の周囲を挟んで固定することができる。この場合、リング部材１７は圧入により固定しているから、ねじ加工、穴加工等を必要とせず、簡単に固定できる。

吐出弁１８は、シリンダヘッド９に設けられ、該吐出弁１８は、圧縮行程時に圧縮室８内に吸込んだ空気を吐出するものである。この吐出弁１８は、吐出弁取付部９Ｃ内に往復動可能に設けられ吐出口９Ｂを連通，遮断する弁体１８Ａと、該弁体１８Ａを弁板部９Ａに向けて付勢する弁ばね１８Ｂと、該弁ばね１８Ｂを押えるキャップ１８Ｃとから構成されている。この場合、圧縮室８内の圧力が流出通路９Ｄ側の圧力および弁ばね１８Ｂの付勢力よりも高くなると、弁体１８Ａが開弁し、圧縮室８内の圧縮空気を、吐出口９Ｂ、流出通路９Ｄを介して空気タンク（図示せず）側に供給する。

ここで、ピストン１０に対し、リップリング１３、吸込み弁１５、リング部材１７を組付けるときの手順について述べる。

まず、リップリング１３の平板部１３Ａをピストン１０の突出部１０Ｂに外嵌状態で取付ける。次に、弁部１５Ｂで連通路１４を閉塞するように吸込み弁１５を突出部１０Ｂの円形先端面１０Ｅに配置する。この状態で、突出部１０Ｂの外周面１０Ｄにリング部材１７の嵌合面１７Ｂを圧入嵌合させる。これにより、リップリング１３は、その平板部１３Ａをピストン１０の円環状先端面１０Ｃ（外周環状部１０Ａ）とリップリング１３の押圧面１７Ａとの間に挟んで固定することができる。これと同時に吸込み弁１５は、その基部１５Ａの周囲、即ち、各切り起し部１６を突出部１０Ｂの円形先端面１０Ｅとリング部材１７の内鍔部１７Ｃとの間に挟んで固定することができる。

本実施の形態による揺動型の空気圧縮機１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、電動モータ４により駆動軸４Ａを回転駆動させると、駆動軸４Ａおよびクランク軸３の回転が、コンロッド１１を介してピストン１０に伝えられる。そして、ピストン１０はシリンダ６内を揺動しつつ往復動し、ピストン１０がシリンダヘッド９から離れる吸込み行程と、ピストン１０がシリンダヘッド９に近づく圧縮行程とを交互に繰り返す。

この場合、ピストン１０の吸込み行程では、圧縮室８内に負圧が生じると、吸込み弁１５は、この負圧によって弁部１５Ｂを開弁する。これにより、非圧縮室７と圧縮室８とはピストン１０に設けられた連通路１４を介して連通するから、吸込み口５からクランク室２Ｅを介して非圧縮室７に流入した外部の空気が、連通路１４を経由して圧縮室８内に吸込まれる。なお、吸込み弁１５の基部１５Ａと切り起し部１６は、リング部材１７の内鍔部１７Ｃに確実に挟持されているため、吸込み行程時に吸込み弁１５がガタつくことはなく、安定的に弁部１５Ｂを開弁させることができる。

一方、ピストン１０が下死点から上死点へと達する圧縮行程では、圧縮室８内の圧力が上昇し、圧縮室８内の圧力が吐出弁１８側の設定圧力よりも高くなると、吐出弁１８の弁体１８Ａが開弁する。これにより、圧縮室８内の圧縮空気は、吐出口９Ｂ、流出通路９Ｄを介して外部の空気タンク（図示せず）等に貯留することができる。

ここで、ピストン１０の圧縮行程では、ピストン１０の外周環状部１０Ａに載置されたリップリング１３のリップ部１３Ｂは、シリンダ６の内周面に摺接することにより、シリンダ６とピストン１０との間を気密にシールし、圧縮室８内で圧縮された空気が非圧縮室７に漏洩するのを防止する。

かくして、本実施の形態によれば、ピストン１０は、リップリング１３の平板部１３Ａが載置される外周環状部１０Ａと、該外周環状部１０Ａよりも小径であって該外周環状部１０Ａから突出して形成され吸込み弁１５が載置される突出部１０Ｂとにより構成し、前記吸込み弁１５は、突出部１０Ｂに載置される基部１５Ａと、一端が該基部１５Ａと一体的に設けられ他端が連通路１４を開閉する弁部１５Ｂとなった板状体として形成し、前記基部１５Ａの外周側には、切り起し部１６を複数設ける。この上で、突出部１０Ｂの外周面１０Ｄには、前記リップリング１３の平板部１３Ａと前記吸込み弁１５の切り起し部１６とを前記ピストン１０に対し挟持するリング部材１７を設ける構成としている。

従って、ピストン１０に対してリング部材１７を取付けるだけで、リング部材１７は、ピストン１０に対してリップリング１３と吸込み弁１５の２部材を同時に取付けることができる。

この結果、リング部材１７を用いてピストン１０にリップリング１３を取付ける作業を行うだけで、これと同時にピストン１０に吸込み弁１５を取付けることができ、組立作業を向上することができる。

しかも、吸込み弁１５には、基部１５Ａの外周側をコ字状に切欠くことにより複数の切り起し部１６を設ける構成としている。従って、吸込み弁１５の基部１５Ａ（切り起し部１６）を切り起し部１６の弾性力を利用してリング部材１７の内鍔部１７Ｃとピストン１０の突出部１０Ｂとの間に安定的に挟持することができる。また、弾性をもった切り起し部１６は、公差による寸法誤差を許容することができ、容易に加工することができる。

このように、空気圧縮機１の組立時には、例えば、ねじ、リベット、ピン等からなる吸込み弁取付用の部品を用いたり、これを固定する工具等を使用しなくても、吸込み弁１５を、リング部材１７により確実にピストン１０に固定することができる。また、吸込み弁取付用の部品点数を削減できるので製造コストを削減し、生産性を向上させることも可能となる。

なお、本実施の形態では、吸込み弁１５をΩ形に切欠くことにより、基部１５Ａと弁部１５Ｂとを設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、Ｃ字状やＵ字状、コ字状に切欠くことにより、基部と弁部を設ける構成としてもよい。

また、本実施の形態では、リング部材１７はピストン１０の突出部１０Ｂに対して、圧入して嵌合する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、リング部材１７の嵌合面１７Ｂとピストン１０の外周面１０Ｄにねじ溝を切り、リング部材１７を突出部１０Ｂに対して締め付けることで、嵌合する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、吐出弁１８は、弁ばね１８Ｂによって弁体１８Ａを吐出口９Ｂに対して開弁、閉塞する構成を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、吐出弁１８を、吸込み弁１５と同様に、弾性を有する薄板からなるリード弁を用いて形成し、このリード弁により、吐出口９Ｂを連通，遮断する構成としてもよい。

さらに、本実施の形態では、往復動型の空気圧縮機１を例に挙げて説明したが、本発明は空気圧縮機に限らず、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用することができる。

次に、上記実施の形態に含まれる発明について述べる。即ち、本発明では、ピストンの突出部は先端面が平坦な円形状に形成され、吸込み弁の基部は、前記突出部の先端面に載置される円形状に形成し、吸込み弁の弁部は、前記基部に対してΩ形に切欠くことにより舌片状の弁部として形成し、切り起し部は、前記基部の外周側をコ字状に切欠いて斜めに傾斜させるように立ち上げる構成としている。これにより、円柱状に形成した突出部の先端面に円形状の吸込み弁を載置することができる。この場合、切り起し部は、斜めに立ち上げるように形成しているから、弾性をもって吸込み弁の基部を突出部の先端面に密着させることができる。

１空気圧縮機（往復動圧縮機）
６シリンダ
７非圧縮室
８圧縮室
１０ピストン
１０Ａ外周環状部
１０Ｂ突出部
１３リップリング
１３Ａ平板部
１３Ｂリップ部
１４連通路
１５吸込み弁
１５Ａ基部
１５Ｂ弁部
１６切り起し部
１７リング部材
１８吐出弁

Claims

筒状のシリンダと、
該シリンダ内を揺動しつつ往復動し該シリンダ内に非圧縮室と圧縮室を画成するピストンと、
環状の平板部と該平板部から立ち上がった筒状のリップ部とからなり、該リップ部によって前記ピストンと前記シリンダとの間をシールするリップリングと、
前記ピストンに形成され、前記非圧縮室と前記圧縮室とを連通させる連通路と、
前記ピストンに設けられ、吸込み行程時に前記連通路を開弁する吸込み弁と、
圧縮行程時に前記圧縮室内に吸込んだ気体を吐出する吐出弁と、
を備えた往復動圧縮機において、
前記ピストンは、前記リップリングの平板部が載置される外周環状部と、該外周環状部よりも小径であって該外周環状部から突出して形成され前記吸込み弁が載置される突出部とからなり、
前記吸込み弁は、前記突出部に載置される基部と、一端が該基部と一体的に設けられ他端が前記連通路を開閉する弁部となった板状体であって、前記基部の外周側には、切り起し部が複数設けられ、
前記突出部の外周面には、前記リップリングの平板部と前記吸込み弁の切り起し部とを前記ピストンに対し挟持するリング部材を設けることを特徴とする往復動圧縮機。
前記ピストンの突出部は先端面が平坦な円形状に形成され、
前記吸込み弁の基部は、前記突出部の先端面に載置される円形状に形成し、
前記吸込み弁の弁部は、前記基部に対してΩ形に切欠くことにより舌片状の弁部として形成し、
前記切り起し部は、前記基部の外周側をコ字状に切欠いて斜めに傾斜させるように立ち上げる構成としてなる請求項１に記載の往復動圧縮機。