JP2006152989A

JP2006152989A - 往復圧縮機

Info

Publication number: JP2006152989A
Application number: JP2004348941A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Kajitani; 義美梶谷; Keiichi Yamamoto; 圭一山本; Toshihiko Tsukada; 敏彦塚田; Kaname Ishikawa; 要石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】往復圧縮機において、シリンダ径が小さい場合でも、充分な吐出圧力が得られるようにする。
【解決手段】シリンダ２内をピストンロッド３が連結されたピストン４によって吸込室１８Ａと吐出室１８Ｂとの２室に画成する。吸込室１８Ａを吸込弁１９を介して大気に連通する。吐出室１８Ｂを吐出弁２１を介してエアタンク１０に接続する。吸込室１８Ａと吐出室１８Ｂとを管路２２によって接続し、管路２２に第１及び第２逆止弁２３、２４を設ける。モータ６によってピストン４を往復運動させ、吸込弁１９を介して吸込室１８Ａに導入した大気を第１及び第２逆止弁を介して吐出室１８Ｂに供給し、更に、吐出室１８Ｂから圧縮エアを吐出弁２１を介してエアタンク１０に供給する。吸込室１８Ａ及び吐出室１８Ｂによって多段圧縮することにより、高い吐出圧力を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ内のピストンの往復運動によって圧縮エアを吐出する往復圧縮機に関するものである。

従来の往復圧縮機の一例について、図５を参照して説明する。図５に示す往復圧縮機１は、複動式圧縮機であって、シリンダ２内に、ピストンロッド３が連結されたピストン４が摺動可能に嵌装されて、シリンダ２の内部が２つの室２Ａ、２Ｂに画成されており、ピストンロッド３は、ロッドシール５を通してシリンダ２の外部へ延出されて、クランク機構等を介してモータ６に連結されている。

シリンダ内の一方の室２Ａは、吸込弁７及び吸込フィルタ８を介して大気に連通され、また、吐出弁９を介してエアタンク１０に接続されている。同様に、シリンダ内の他方の室２Ｂは、吸込弁１１及び吸込フィルタ１２を介して大気に連通され、また、吐出弁１３を介してエアタンク１０に接続されている。エアタンク１０は、バルブ１４を介して、エアシリンダ等の空気圧機器に接続される。エアタンク１０には、圧力センサ１５が設けられ、その検出圧力に基づいてモータ６の作動を制御することによってエアタンク１０内の圧力を調整する。また、エアタンク１０には、内部圧力が所定圧力に達したとき開弁して、その圧力を外部へ逃がす安全弁１６が設けられている。

この構成により、ピストン４の前進（図５における右方への移動）時には、一方の室２Ａから吐出弁９を介して圧縮エアをエアタンク１０に供給すると共に、吸込フィルタ１２及び吸込弁１１を介して他方の室２Ｂに大気を導入する。また、ピストン４の後退（図５における左方への移動）時には、室２Ｂから吐出弁１３を介して圧縮エアをエアタンク１０に供給すると共に、吸込フィルタ８及び吸込弁７を介して室２Ａに大気を導入する。このようにして、ピストン４の前進時及び後退時の両行程において、圧縮エアをエアタンク１０に供給することができる。このように、ピストンがいずれの方向に移動する場合でも吸込及び吐出を行うことができる複動式圧縮機については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００３−２１０５３号公報

しかしながら、上記従来の往復圧縮機１では次のような問題がある。
往復圧縮機の吐出圧力は、主に行程容積とすきま容積及び吐出弁及び吸込弁までの管路内容積との比によって決定され、行程容積が大きい程、また、すきま容積及び管路内容積が小さい程、高い吐出圧力を得ることができる。一方、シリンダ径が小さく、行程容積が小さい場合には、管路内容積の影響が大きくなり、充分な吐出圧力を得ることが困難になる。更に、小さなシリンダによって大きな吐出流量を得ようとする場合、ピストン速度を高める必要があるが、このようにした場合、吸込弁、吸込フィルタ等の圧力損失が増大して、充填効率が低下することになる。

このため、例えば、自立型ロボットを駆動するエアシリンダのエア源として搭載される往復動圧縮機の場合、スペース上の制約から、シリンダ径を大きくすることができず、また、管路長が長くなるため、管路内容積の影響及びピストン速度の増大に伴う充填効率の低下による吐出圧力の不足が問題となる。

本発明の上記の点に鑑みて成されたものであり、行程容積が小さくても、充分高い吐出圧力を得ることができる往復圧縮機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る往復圧縮機は、シリンダ内にピストンを摺動可能に嵌装し、該ピストンによって前記シリンダ内を吐出室と吸込室との２室に画成し、前記吐出室に吐出弁を接続し、前記吸込室に吸込弁を接続し、前記吐出室と前記吸込室とを互いに接続する管路を設け、該管路に、前記吸込室側から前記吐出室側への流れのみを許容する逆止弁を設け、前記シリンダ内の前記ピストンの往復運動によって、前記吸込弁を介してガスを吸込んで前記吐出弁を介して吐出することを特徴とする。
請求項２の発明に係る往復圧縮機は、上記請求項１の構成において、前記ピストンには、ピストンロッドが連結されており、該ピストンロッドは、前記吐出室を通って前記シリンダの外部へ延出されていることを特徴とする。
請求項３の発明に係る往復圧縮機は、上記請求項１又は２の構成において、前記管路には、前記吐出室の近傍に配置された第１逆止弁及び前記吸込室の近傍に配置された第２逆止弁の２つの逆止弁が設けられていることを特徴とする

本発明に係る往復圧縮機によれば、ピストンの往復運動によって、吸込弁を介して吸込室に導入したガスを逆止弁を介して吐出室に供給し、更に、吐出室から吐出弁を介して吐出することにより、吐出圧力を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図５に示す従来例に対して、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る往復圧縮機１７は、シリンダ２内に摺動可能に嵌装されたピストン４によってシリンダ２内が吸込室１８Ａと吐出室１８Ｂの２室に画成されており、ピストン４に連結されたピストンロッド３が吐出室１８Ｂを通ってシリンダ２の外部へ延出されている。吐出室１８Ｂは、吸込室１８Ａに対して、ピストンロッド３が挿通された分だけ容積が小さくなっている。

吸込室１８Ａは、吸込弁１９及び吸込フィルタ２０を介して大気に連通されている。吸込弁１９は、大気側から吸込室１８Ａへのエア（ガス）の流れのみを許容する逆止弁である。吐出室１８Ｂは、吐出弁２１を介してエアタンク１０に接続されている。吐出弁２１は、吐出室１８Ｂからエアタンク１０へのエアの流通のみを許容する逆止弁である。また、吸込室１８Ａと吐出室１８Ｂとは、管路２２によって互いに接続されており、管路２２には、吸込室１８Ａから吐出室１８Ｂへのエアの流通のみを許容する第１及び第２逆止弁２３、２４（逆止弁）が直列に配置されている。ここで、シリンダ２に接続される管路容積をできるだけ小さくするため、吸込弁１９及び第１逆止弁２３は、可能な限り吸込室１８Ａの近傍に配置され、また、吐出弁２１及び第２逆止弁２４は、可能な限り吐出室１８Ｂの近傍に配置される。

以上のように構成した本実施形態の作用について、図２乃至図４を参照して、次に説明する。
図２に示すように、モータ６の駆動によってピストン４が後退（図２において左方へ移動）すると、吸込室１８Ａが負圧となり、吸込弁１９が開弁し、第２逆止弁２３が閉弁して、吸込室１８Ａ及び吸込弁１９と第２逆止弁２３との間の管路に大気が導入される。次いで、図３に示すように、ピストン４が前進（図３において右方へ移動）すると、吐出室１８Ｂが負圧となり、吸込室１８Ａが加圧されて、吸込弁１９が閉弁し、第１及び第２逆止弁２３、２４が開弁して、吸込室１８Ａから吐出室１８Ｂへエアが供給される。このとき、吐出室１８Ｂは、吸込室１８Ａに対して、ピストンロッド３の分だけ容積が小さいので、吐出室１８Ｂの圧力が大気圧よりも高くなる。次いで、図４に示すように、ピストン４が後退すると、吐出室１８Ｂが加圧されて、逆止弁２４が閉弁し、吐出弁２１が開弁して、吐出室１８Ｂからエアタンク１０に圧縮エアが供給され、同時に、上述のように、吸込室１８Ａに大気が導入される。

このようにして、ピストン４の往復運動によって、順次、エアを容積の大きな吸込室１８Ａから小さな吐出室１８Ｂへ強制的に送って圧縮することにより、シリンダ内に直接大気を導入して圧縮する上記従来例に対して、充填効率を大幅に高めて、高い吐出圧力を得ることができる。これにより、シリンダ２の径が小さく、ピストン速度が高い場合でも、充分高い吐出圧力を得ることができ、一例として、シリンダ２の直径１０ｍｍ、ピストン４のストローク５０ｍｍの場合、エアタンク１０を１０ＭＰａ程度まで昇圧することが可能となる。

なお、上記実施形態において、吸込室１８Ａと吐出室１８Ｂとの間を接続する管路２２には、第１及び第２逆止弁２３、２４の２つの逆止弁が設けられているが、これは、上述のように管路内容積を小さくするためであるから、必要に応じて第１及び第２逆止弁２２、２３の一方を省略することも可能である。また、上記実施形態では、一例として、空気圧縮機について説明しているが、本発明は、これに限らず、他の気体の圧縮機にも同様に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る往復圧縮機の概略構造を示す回路図である。図１に示す往復圧縮機において、ピストンが後退して、吸込室に大気が導入される状態を示す図である。１に示す往復圧縮機において、ピストンが前進して、吸込室から吐出室へエアが供給される状態を示す図である。図１に示す往復圧縮機において、ピストンが後退して、吐出室からエアタンクの圧縮エアが供給される状態を示す図である。従来の複動式往復圧縮機の概略構造を示す回路図である。

符号の説明

２シリンダ、３ピストンロッド、４ピストン、１７往復圧縮機、１８Ａ吸込室、１８Ｂ吐出室、１９吸込弁、２１吐出弁、２２管路、２３第１逆止弁（逆止弁）、２４第２逆止弁（逆止弁）

Claims

シリンダ内にピストンを摺動可能に嵌装し、該ピストンによって前記シリンダ内を吐出室と吸込室との２室に画成し、前記吐出室に吐出弁を接続し、前記吸込室に吸込弁を接続し、前記吐出室と前記吸込室とを互いに接続する管路を設け、該管路に、前記吸込室側から前記吐出室側への流れのみを許容する逆止弁を設け、前記シリンダ内の前記ピストンの往復運動によって、前記吸込弁を介してガスを吸込んで前記吐出弁を介して吐出することを特徴とする往復圧縮機。
前記ピストンには、ピストンロッドが連結されており、該ピストンロッドは、前記吐出室を通って前記シリンダの外部へ延出されていることを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
前記管路には、前記吐出室の近傍に配置された第１逆止弁及び前記吸込室の近傍に配置された第２逆止弁の２つの逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の往復圧縮機。