JP2006233903A - 乾燥圧縮空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気弁を省いて製造コストを低減できると共に、圧縮機内部の磨耗粉等を排出することができる乾燥圧縮空気供給装置を提供する。
【解決手段】 空気圧縮機１１は、その吸込口２７に吸込フィルタ２８を取付けると共に、吐出口２９にはドライヤ１と給排弁３とを介してエアシリンダ５を接続する。また、空気圧縮機１１の電動モータ１５と給排弁３とは制御装置３１を用いて制御する。そして、エアシリンダ５に圧縮空気を供給するときには、給排弁３を開弁した状態で、電動モータ１５に給電し、旋回スクロール２４を順方向に回転させる。一方、エアシリンダ５内の圧縮空気を排気するときには、給排弁３を開弁した状態で、電動モータ１５への給電を停止し、旋回スクロール２４を逆回転可能な状態にする。これにより、空気圧縮機１１の内部を通って圧縮空気を排出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばエアシリンダ等の対象物に対して乾燥した圧縮空気を給，排するのに好適に用いられる乾燥圧縮空気供給装置に関する。

一般に、乾燥圧縮空気供給装置として例えば自動車等の車高を調整するエアシリンダに対して乾燥した圧縮空気を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような乾燥圧縮空気供給装置は、圧縮空気を吐出する往復動圧縮機と、該往復動圧縮機から吐出される圧縮空気を乾燥させるドライヤと、該ドライヤとエアシリンダとの間に設けられ乾燥した圧縮空気を供給、排気する給排弁とを備えている。

特開平８−４８１２７号公報

そして、従来技術では、例えば車高を高くするときには、往復動圧縮機から吐出した圧縮空気をドライヤで乾燥させた後にエアシリンダに供給し、車高を低くするときには、エアシリンダ内の圧縮空気をドライヤを介して排気している。また、エアシリンダ内の圧縮空気を排気するときには、乾燥した圧縮空気がドライヤ内を通過するから、圧縮空気の排気に伴ってドライヤ内の乾燥剤を再生させる構成となっている。

しかし、上述した従来技術では、往復動圧縮機を用いて圧縮空気を供給するから、エアシリンダ内の圧縮空気を排気するときには往復動圧縮機内を圧縮空気が通過できない。このため、従来技術では、往復動圧縮機に排気弁を並列接続し、圧縮空気の排気時に該排気弁を開弁する構成となっていた。この結果、圧縮空気の供給には不要な排気弁やその開弁、閉弁を制御する構成を設ける必要があり、製造コストの上昇を招くという問題があった。また、従来技術では、往復動圧縮機の内部に磨耗紛、水滴等が侵入したときでも、これらの磨耗紛等を排出することができず、腐食等の原因になる虞があった。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、排気弁を省いて製造コストを低減できると共に、圧縮機内部の磨耗粉等を排出することができる乾燥圧縮空気供給装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、圧縮空気を吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出される圧縮空気を乾燥させるドライヤと、該ドライヤと対象物との間に設けられ乾燥した圧縮空気を供給、排気する給排弁とからなる乾燥圧縮空気供給装置に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記圧縮機は、前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは吸込口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出し、前記対象物から圧縮空気を排気するときは吐出口から逆流した圧縮空気を吸込口から排出するスクロール式圧縮機によって構成したことにある。

請求項２の発明では、前記スクロール式圧縮機は、前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは順方向に回転し、対象物から圧縮空気を排気するときは逆方向に回転するスクロールを備える構成としている。

請求項３の発明では、前記スクロール式圧縮機は、固定スクロールと、該固定スクロールと対向して旋回可能に設けられ該固定スクロールとの間に圧縮室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールに回転軸が連結され該旋回スクロールを回転駆動させる電動モータとを備え、前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは、前記電動モータに給電して前記旋回スクロールを順方向に回転駆動し、前記対象物から圧縮空気を排気するときは、前記電動モータへの給電を停止して前記回転軸を自由回転可能とし、前記圧縮空気によって前記旋回スクロールを逆方向に回転させる構成としている。

請求項１の発明によれば、圧縮機として２つのスクロール間に吸込口から吐出口に向けて連続的に容積が変化する圧縮室をもったスクロール式圧縮機を用いる構成としたから、対象物に向けて圧縮空気を供給するときは、圧縮室を縮小させて吸込口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出することができる。一方、対象物から圧縮空気を排気するときは、圧縮室を拡大させて吐出口から逆流した圧縮空気を吸込口から排出することができる。これにより、スクロール式圧縮機の内部を通じて圧縮空気を逆流させることができるから、当該圧縮機に排気弁を並列接続する必要がなく、製造コストを低減できる。また、スクロール式圧縮機の内部を圧縮空気が逆流するから、内部に磨耗紛、水滴等が侵入したときでも、対象物から逆流した圧縮空気を用いてこれらの磨耗紛等を排出することができ、圧縮機の耐久性、信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、スクロール式圧縮機は順方向または逆方向に回転可能なスクロールを備える構成としたから、対象物に圧縮空気を供給するときには、スクロールを順方向に回転させて圧縮室を連続的に縮小し、吸込口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出することができる。一方、対象物から圧縮空気を排気するときには、スクロールを逆方向に回転させて圧縮室を連続的に拡大し、吐出口から逆流した圧縮空気を吸込口から排出することができる。

請求項３の発明によれば、スクロール式圧縮機は互いに対向した固定スクロールおよび旋回スクロールと、該旋回スクロールを回転駆動する電動モータとを備える構成としたから、対象物に圧縮空気を供給するときには、電動モータに給電して旋回スクロールを順方向に回転させ、圧縮室を連続的に縮小させて吸込口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出することができる。一方、対象物から圧縮空気を排気するときには、電動モータへの給電を停止して旋回スクロールの自由回転が可能な状態にする。これにより、吐出口から逆流した圧縮空気の圧力によって旋回スクロールが逆方向に回転するから、圧縮室を連続的に拡大させて吐出口から逆流した圧縮空気を吸込口から排出することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る乾燥圧縮空気供給装置をエアサスペンション装置に適用した場合を例に挙げて、図１ないし図３を参照しつつ詳細に説明する。

図において、１は管路２を介して後述する空気圧縮機１１に接続されたドライヤで、該ドライヤ１は、例えば内部にシリカゲル等の乾燥剤（図示せず）が充填されたドライヤ本体１Ａと、該ドライヤ本体１Ａの下流側に設けられた逆止弁１Ｂと、該逆止弁１Ｂに並列接続された絞り１Ｃとによって構成されている。そして、ドライヤ１は、空気圧縮機１１から吐出された圧縮空気中の水分を乾燥剤に吸着させることによって、乾燥状態の圧縮空気を後述のエアシリンダ５に供給する。一方、ドライヤ１は、エアシリンダ５から排気される圧縮空気が絞り１Ｃを介してドライヤ本体１Ａ内に逆流することにより、乾燥した圧縮空気を用いて乾燥剤に付着した水分を離脱させ、該乾燥剤を再生するものである。

３はドライヤ１とエアシリンダ５との間を接続する管路４の途中に設けられた給排弁で、該給排弁３は、例えば２ポート２位置の電磁式切換弁によって構成され、後述する制御装置３１によって切換え制御されている。そして、給排弁３は、常時は管路４を遮断する閉弁位置（イ）に配置され、制御装置３１から切換信号が出力されたときに圧縮空気を供給、排気する開弁位置（ロ）に切換えられる。

５は管路４を介してドライヤ１に接続された対象物（空圧機器）としてのエアシリンダで、該エアシリンダ５は、後述の空気圧縮機１１から空気室５Ａ内に圧縮空気を供給することによって伸長し、空気室５Ａ内の圧縮空気を排気することによって縮小する。これにより、エアシリンダ５は、圧縮空気の供給、排気に応じて車高を調整するエアサスペンションを構成している。また、エアシリンダ５は、車高の調整後に給排弁３を閉弁する（閉弁位置（イ）に配置する）ことによって、車両の積載重量が変化しない限り、車高を一定に保持する。なお、エアシリンダ５は、車両の各車輪毎にそれぞれ配設され、例えば残りの３本のエアシリンダ（図示せず）も配管４に接続されている。

１１は圧縮空気を吐出するスクロール式の空気圧縮機で、該空気圧縮機１１は、後述する電動モータ１５、固定スクロール２３、旋回スクロール２４等によって構成されている。

１２は空気圧縮機１１の外枠を形成し後述の駆動軸１８を案内するケーシングで、該ケーシング１２は、一端側が開口した有底筒状をなすモータケース１３と、該モータケース１３の開口端側に設けられたスラスト受１４とによって構成されている。また、スラスト受１４は、モータケース１３の開口端側を閉塞する環状板部１４Ａと、該環状板部１４Ａの外周側からモータケース１３から離間する方向に向けて延設された筒部１４Ｂとにより構成されている。そして、スラスト受１４は、旋回スクロール２４に作用するスラスト荷重を後述のスラスト軸受機構３０を介して受承する構成となっている。

１５はモータケース１３内に収容して設けられた駆動装置としての電動モータで、該電動モータ１５は、モータケース１３内に固定して設けられた固定子１６と、該固定子１６の内周側に設けられた回転子１７と、該回転子１７に一体に設けられた駆動軸１８（回転軸）とにより構成されている。また、駆動軸１８は、ケーシング１２に軸受１９，１９を介して回転可能に設けられ、回転子１７と一緒に回転駆動する。さらに、駆動軸１８の先端側は、円筒状をなすクランク部１８Ａとなり、該クランク部１８Ａは、円筒の中心軸線が駆動軸１８の中心軸線に対して寸法δだけ偏心している。

そして、駆動軸１８の軸方向途中位置には、旋回スクロール２４との回転バランスをとるためのバランスウエイト２０が設けられ、クランク部１８Ａの外周側には、旋回スクロール２４の背面側に位置して旋回スクロール２４等に向けて冷却風を送風するファン２１が設けられている。

２２は電動モータ１５によって駆動する圧縮機本体で、該圧縮機本体２２は、後述する固定スクロール２３、旋回スクロール２４等によって概略構成されている。

２３はケーシング１２のスラスト受１４に取付けられた固定スクロールで、該固定スクロール２３は、駆動軸１８の軸線と一致するように配設された円板状の鏡板２３Ａと、該鏡板２３Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２３Ｂと、前記鏡板２３Ａの外縁側からスラスト受１４に向けて突出した筒部２３Ｃとにより構成されている。そして、固定スクロール２３は固定ボルト２３Ｄを用いてスラスト受１４に取付けられている。

２４は固定スクロール２３と対向して駆動軸１８の先端側に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール２４は、円板状に形成された鏡板２４Ａと、該鏡板２４Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部２４Ｂとにより大略構成されている。また、鏡板２４Ａの背面側には、複数のフィン２４Ｃが列設されると共に、その中央部位には円柱状のボス部２４Ｄが突設されている。

ここで、ボス部２４Ｄは、駆動軸１８のクランク部１８Ａ内に挿入されると共に、旋回軸受２５を介してクランク部１８Ａに回転可能に取付けられている。また、鏡板２４Ａの背面側には、円柱状をなした４個の台座部２４Ｅが突設されると共に、該台座部２４Ｅには、後述するスラスト軸受機構３０が取付けられている。そして、旋回スクロール２４は、固定スクロール２３のラップ部２３Ｂに対し例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部２３Ｂ，２４Ｂ間には複数の圧縮室２６，２６…が画成されている。

そして、旋回スクロール２４が順方向（図３中の矢示Ａ方向）に回転したときには、最外周側の圧縮室２６の最内周側に向けて順次移送すると共に、圧縮室２６の容積を連続的に縮小し、圧縮室２６内の空気を圧縮して後述の吐出口２９から吐出する。

一方、旋回スクロール２４が逆方向（図３中の矢示Ｂ方向）に回転したときには、最内周側の圧縮室２６を最外周側に向けて順次移送すると共に、圧縮室２６の容積を連続的に拡大し、圧縮室２６内の空気を後述の吸込口２７から排出する。

２７は固定スクロール２３の外周側に設けられた吸込口で、該吸込口２７には吸込フィルタ２８が取付けられている。そして、吸込口２７は、最外周側（低圧側）の圧縮室２６に連通し、吸込フィルタ２８を介して吸込んだ外気を最外周側の圧縮室２６内に導いている。

２９は固定スクロール２３の中心側に設けられた吐出口で、該吐出口２９は、管路２を通じてドライヤ１に接続されている。そして、吐出口２９は、最内周側（高圧側）の圧縮室２６に連通し、空気圧縮機１１から吐出された圧縮空気をドライヤ１に導いている。

３０は旋回スクロール２４の台座部２４Ｅとケーシング１２のスラスト受け１４との間に設けられた例えば４個のスラスト軸受機構で、該スラスト軸受機構３０は、旋回スクロール２４に作用するスラスト荷重を支持すると共に、旋回スクロール２４の自転を防止している。

３１は車両の高さ位置等を制御する制御装置で、該制御装置３１は、給排弁３と空気圧縮機１１の電動モータ１５とにそれぞれ接続されている。そして、制御装置３１は、車高を上昇させるときには、給排弁３を開弁位置（ロ）に切換えた状態で、電動モータ１５に対する給電を行い、空気圧縮機１１による圧縮空気をエアシリンダ５に対して供給する。これにより、エアシリンダ５は圧縮空気によって伸長し、車高が上昇する。

一方、制御装置３１は、車高を低下させるときには、給排弁３を開弁位置（ロ）に切換えた状態で、電動モータ１５に対する給電を停止し、旋回スクロール２４を自由回転可能（逆回転可能）な状態にする。これにより、エアシリンダ５内の圧縮空気は空気圧縮機１１内を逆流して排出されるから、エアシリンダ５は縮小し、車高が低下する。

本実施の形態による空気圧縮機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、車高を上昇させる場合には、制御装置３１は、給排弁３を開弁位置（ロ）に切換えた状態で、電動モータ１５に対する給電を行い、旋回スクロール２４を順方向に回転駆動する。これにより、空気圧縮機１１は吸込口２７から吸込んだ空気を圧縮室２６内で圧縮して吐出口２９から吐出するから、ドライヤ１は、空気圧縮機１１から吐出された圧縮空気を乾燥させた後に、エアシリンダ５に供給する。この結果、エアシリンダ５は空気圧縮機１１から供給された圧縮空気によって伸長するから、車高が上昇する。そして、制御装置３１は、例えばセンサ（図示せず）によって車両の車高が所望の位置まで上昇したことを検出すると、給排弁３を閉弁位置（イ）に切換えてこのときの車高を保持する。

一方、車高を低下させる場合には、制御装置３１は、給排弁３を開弁位置（ロ）に切換えた状態で、電動モータ１５に対する給電を停止し、旋回スクロール２４を自由回転可能（逆回転可能）な状態にする。これにより、エアシリンダ５内の圧縮空気は管路４およびドライヤ１内を逆流するから、ドライヤ１内の乾燥剤を再生させる。そして、ドライヤ１内を逆流した圧縮空気は空気圧縮機１１の吐出口２９に供給されるから、最内周側の圧縮室２６に進入して旋回スクロール２４を逆方向に回転させる。この結果、圧縮空気は空気圧縮機１１内を逆流して吸込フィルタ２８から排出され、車高が低下する。そして、制御装置３１は、例えばセンサ（図示せず）によって車両の車高が所望の位置まで低下したことを検出すると、給排弁３を閉弁位置（イ）に切換えてこのときの車高を保持する。

かくして、本実施の形態によれば、固定スクロール２３と旋回スクロール２４との間に吸込口２７から吐出口２９に向けて連続的に容積が変化する圧縮室２６をもったスクロール式の空気圧縮機１１を用いる構成としたから、エアシリンダ５に向けて圧縮空気を供給するときは、圧縮室２６を縮小させて吸込口２７から吸入した空気を圧縮して吐出口２９から吐出することができる。一方、エアシリンダ５から圧縮空気を排気するときは、圧縮室２６を拡大させて吐出口２９から逆流した圧縮空気を吸込口２７から排出することができる。即ち、スクロール式の空気圧縮機１１は、往復動圧縮機と異なり、吸込口２７や吐出口２９には逆流を防止する弁（逆止弁）を設ける必要がない。このため、空気圧縮機１１の内部を通じて圧縮空気を逆流させることができるから、空気圧縮機１１に排気弁を並列接続する必要がなく、製造コストを低減することができる。また、スクロール式空気圧縮機１１の内部を圧縮空気が逆流するから、空気圧縮機１１の内部に磨耗紛、水滴等が侵入したときでも、エアシリンダ５から逆流した圧縮空気を用いてこれらの磨耗紛等を排出することができ、空気圧縮機１１の耐久性、信頼性を向上することができる。

また、スクロール式空気圧縮機１１は順方向または逆方向に回転可能な旋回スクロール２４を備える構成としたから、エアシリンダ５に圧縮空気を供給するときには、旋回スクロール２４を順方向に回転させて圧縮室２６を連続的に縮小し、吸込口２７から吸入した空気を圧縮して吐出口２９から吐出することができる。一方、エアシリンダ５から圧縮空気を排気するときには、旋回スクロール２４を逆方向に回転させて圧縮室２６を連続的に拡大し、吐出口２９から逆流した圧縮空気を吸込口２７から排出することができる。

特に、本実施の形態では、空気圧縮機１１は旋回スクロール２４を回転駆動する電動モータ１５とを備える構成としたから、エアシリンダ５に圧縮空気を供給するときには、電動モータ１５に給電して旋回スクロール２４を順方向に回転させることができる。一方、エアシリンダ５から圧縮空気を排気するときには、電動モータ１５への給電を停止して旋回スクロール２４の自由回転が可能な状態にする。これにより、吐出口２９から逆流した圧縮空気の圧力によって旋回スクロール２４を逆方向に回転させることができるから、圧縮空気を排気するための駆動力を加える必要がなく、消費電力を低減することができる。

なお、前記実施の形態では、空気圧縮機１１の旋回スクロール２４は電動モータ１５の駆動軸１８に直接接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば旋回スクロールと電動モータの駆動軸との間は締結、離脱が可能なクラッチを用いて接続する構成としてもよい。この場合、圧縮空気を供給するときには、クラッチを締結し、電動モータを用いて旋回スクロールを順方向に回転駆動する。一方、圧縮空気を逆流させるときには、クラッチを離脱する。これにより、旋回スクロールには電動モータの駆動軸、回転子等が接続されない状態となるから、旋回スクロールの負荷を低減することができ、旋回スクロールを容易に逆回転させることができる。

また、前記実施の形態では、圧縮空気を排気するときには電動モータ１５への給電を停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、圧縮空気を排気するときには、例えば電動モータ１５に対して逆極性の給電を行い、旋回スクロール２４を強制的に逆方向に回転させる構成としてもよい。これにより、エアシリンダ５内の圧縮空気を早期かつ強制的に排気することができ、ドライヤ１の再生を促進することができる。

また、前記実施の形態では、空気圧縮機１１は、旋回スクロール２４を回転駆動する駆動装置としての電動モータ１５を備える構成とした。しかし、空気圧縮機には必ずしも駆動装置を備える必要はなく、例えば外部の駆動装置と旋回スクロールとをプーリ、ベルト等を用いて連結し、旋回スクロールを回転駆動する構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、空気圧縮機１１の吸込口２７には吸込フィルタ２８を設けるものとしたが、該吸込フィルタ２８に加えて消音器を取付ける構成としてもよい。これにより、例えば逆流した圧縮空気の排気音を低減することができる。

また、前記実施の形態では、圧縮空気を供給する対象物としてエアシリンダ５を用いるものとしたが、エアタンク等の他の空圧機器を対象物としてもよい。

本発明の実施の形態による乾燥圧縮空気供給装置を示す空気圧回路図である。 図１中の空気圧縮機を示す縦断面図である。 図２中の旋回スクロールおよび固定スクロールを矢示III−III方向からみた横断面図である。

符号の説明

１ ドライヤ
３ 給排弁
５ エアシリンダ（対象物）
１１ 空気圧縮機（スクロール式圧縮機）
１５ 電動モータ
１８ 駆動軸（回転軸）
２３ 固定スクロール
２４ 旋回スクロール
２６ 圧縮室
２７ 吸込口
２９ 吐出口
３１ 制御装置

Claims (3)

1. 圧縮空気を吐出する圧縮機と、該圧縮機から吐出される圧縮空気を乾燥させるドライヤと、該ドライヤと対象物との間に設けられ乾燥した圧縮空気を供給、排気する給排弁とからなる乾燥圧縮空気供給装置において、
   前記圧縮機は、前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは吸込口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出し、前記対象物から圧縮空気を排気するときは吐出口から逆流した圧縮空気を吸込口から排出するスクロール式圧縮機によって構成したことを特徴とする乾燥圧縮空気供給装置。
2. 前記スクロール式圧縮機は、前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは順方向に回転し、対象物から圧縮空気を排気するときは逆方向に回転するスクロールを備えてなる請求項１に記載の乾燥圧縮空気供給装置。
3. 前記スクロール式圧縮機は、固定スクロールと、該固定スクロールと対向して旋回可能に設けられ該固定スクロールとの間に圧縮室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールに回転軸が連結され該旋回スクロールを回転駆動させる電動モータとを備え、
   前記対象物に向けて圧縮空気を供給するときは、前記電動モータに給電して前記旋回スクロールを順方向に回転駆動し、
   前記対象物から圧縮空気を排気するときは、前記電動モータへの給電を停止して前記回転軸を自由回転可能とし、前記圧縮空気によって前記旋回スクロールを逆方向に回転させる構成としてなる請求項１に記載の乾燥圧縮空気供給装置。

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