JP2541942Y2 - ガス増圧器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、圧縮空気等の圧力流体
によって往復駆動される大径のピストンとプランジャ室
に挿入した小径のプランジャとを直列に連結して、その
プランジャ室内に導入した低圧ガスを上記ピストンとプ
ランジャとの断面積比に応じて増圧する形式のガス増圧
器に関する。

【０００２】(考案の背景) 一般に、射出成形機等の固定台に金型を固定する流体圧
クランプには、油圧クランプが採用されている。この油
圧クランプは、圧力が約250kgf/cm²の高圧油によって強
力なクランプ力が得られるのでクランプ装置を小形化で
きる点で優れるが、高圧油封止用パッキンから極微少量
ながらも油がリークすることから、そのリーク油によっ
て雰囲気が汚染されてしまうのが現状である。このた
め、最近になって特に高まってきた超クリーン化の要求
を油圧クランプによって達成することには限度があっ
た。

【０００３】本考案者は、上記のクリーン化の要求と流
体圧クランプの小形化とを両立させるために、次のクラ
ンピングシステムを先に考えた。そのシステムとは、空
気コンプレッサから供給されてきた約５kgf/cm²の圧縮
空気をガス増圧器によって約４０kgf/cm²にまで増圧し
て、この高圧空気を流体圧クランプの作動流体として使
用する技術である。

【０００４】上記ガス増圧器は、本考案者が先に提案し
た特公昭55-40761号公報または特開昭63-130904号公報
に記載した空圧ピストン発動機によってガスポンプを駆
動するように構成したものである。

【０００５】即ち、空圧ピストンの上側に発動室を設
け、その発動室に対して圧縮空気を給排切換手段によっ
て供給・排出させるように構成し、その空圧ピストンよ
りも小径のプランジャを空圧ピストンから下向きに突設
して、そのプランジャの下側にプランジャ室を設け、そ
のプランジャ室の下部にガス受入用の第１逆止弁とガス
吐出用の第２逆止弁とを接続してある。

【０００６】

【従来の技術】本考案者が知っている従来のガス増圧器
は、上記と同様に構成されるだけにとどまっていた。即
ち、第１ピストンを上昇復帰行程から下降駆動行程へ切
換える時には、給排切換手段によって発動室へ圧縮空気
を供給し、その圧力によって第１ピストンを下降駆動し
て、プランジャをプランジャ室内へ進出させる。これと
は逆に、その第１ピストンを下降駆動行程から上昇復帰
行程へ切換える時には、発動室を給排切換手段によって
大気側へ連通するとともに、プランジャ室に受け入れた
低圧ガスの圧力によってプランジャを上向きに押圧し
て、その圧力で第１ピストンを上昇復帰させて発動室内
の圧縮空気を大気側へ追い出すのである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】上記の従来構造では次
の問題がある。ガス増圧器は発動室から第１ピストンへ
作用する下降駆動力とプランジャ室からプランジャへ作
用する吐出反力との釣り合いによって作動するので、出
口圧力の増加につれて発動室の圧力は高まっていく。

【０００８】このため、その出口圧力が高い高負荷時に
は、発動室の圧力が高くて、その発動室内の圧縮空気の
排気に要する時間が長いので、その発動室内の背圧抵抗
によって第１ピストンの上昇復帰時間も長い。

【０００９】 これに対して、出口圧力の低い低負荷時
には、発動室の圧力が低くて、その発動室内の圧縮空気
が短時間のうちに排出されるので、背圧抵抗が小さくて
第１ピストンの上昇復帰時間も短い。このため、プラン
ジャ室へのガス受け入れが不十分となって、次の吐出量
が少なくなるのである。その結果、ガス増圧器は、平均
吐出量が少なくなって昇圧時間が長くなる。本発明は、
低負荷時のガス吐出量を増加させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記の目的を
達成するために、ガス増圧器を次のように構成した。

【００１１】(請求項１の考案) 例えば図１と図２に示すように、第１シリンダ孔７に挿
入した第１ピストン８の上側に発動室９を設けて、その
発動室９に圧力流体を供給・排出させる給排切換手段５
を設ける。上記の第１シリンダ孔７よりも小径のプラン
ジャ孔２０をその第１シリンダ孔７の下側に設ける。上
記プランジャ孔２０にプランジャ２１を上下方向へ移動
自在に挿入して、そのプランジャ２１を上記の第１ピス
トン８に連結する。上記プランジャ２１の下側にプラン
ジャ室２３を設けて、そのプランジャ室２３の下部にガ
ス受入用の第１逆止弁２４とガス吐出用の第２逆止弁２
５とを接続する。上記の第１シリンダ孔７の上壁７ａに
上記の発動室９に対面する第３シリンダ孔７６を設け
る。上記の第１ピストン８の上昇移動の終期に上記の第
３シリンダ孔７６に絞り隙間９３を空けて嵌合する第３
ピストン７７を、同上の第１ピストン８の上部に固定す
る。その第３ピストン７７の上側に制動室７９を設け
て、その制動室７９を上記の絞り隙間９３を通って前記
の発動室９に連通させる。

【００１２】(請求項２の考案) 例えば図３に示すように、上記の請求項１の構成におい
て、前記の絞り隙間９３を設けることに代えて、第３シ
リンダ孔７６に前記の第３ピストン７７をパッキン９５
で気密状に嵌合させる。前記の第１シリンダ孔７の上壁
７ａに前記の制動室７９に連通する排気路９６を設け
て、その排気路９６に絞り弁９７を設ける。

【００１３】

【作用】(請求項１の考案) 主として図２に示すように、次のように作用する。図中
の右半図において、第１ピストン８が実線図に示す下死
点から一点鎖線図の位置へ上昇していくと、第３ピスト
ン７７も実線図の位置から一点鎖線図の位置へ上昇して
いく。

【００１４】上記の第１ピストン８の上昇移動の初期か
ら中期には、二点鎖線矢印で示すように、発動室９内の
圧力流体(ここでは圧縮空気)が外部へ排出されており、
制動室７９が発動室９に直接に連通されている

【００１５】一点鎖線図で示すように、上記の第１ピス
トン８が上死点の近くにまで上昇していくと、第３ピス
トン７７が第３シリンダ孔７６に嵌合して、絞り隙間９
３の絞り作用によって制動室７９の内圧を高めていく。

【００１６】 この制動室７９の内圧が第３ピストン７
７の上面に背圧として加わるので、第１ピストン８及び
プランジャ２１の上昇速度が減速され、第１逆止弁２４
の出口２４ｂの低圧ガス（ここでは低圧の圧縮空気）が
プランジャ室２３へ緩やかに導入される。その結果、プ
ランジャ室２３の受け入れ圧力が高まって、その分、次
の吐出量が増加する。

【００１７】 （請求項２の考案） 図３に示すように、次のように作用する。第１ピストン
８が上死点の近くにまで上昇して、第３ピストン７７が
第３シリンダ孔７６に気密状に嵌合すると、絞り弁９７
の絞り作用によって制動室７９の内圧を高めて、第１ピ
ストン８及びプランジャ２１の上昇速度を減速させる。
その結果、上記の請求項１の考案と同様に、プランジャ
室２３の受け入れ圧力が高まり、その分、次の吐出量が
増加するのである。

【００１８】

【考案の効果】本考案は、上記のように構成され作用す
ることから次の効果を奏する。 （請求項１の考案） 第１ピストン及びプランジャの復帰時間が短い低負荷時
であっても、プランジャ室の受け入れ圧力を高めて次の
吐出量を増加できる。このため、ガス増圧器は、平均吐
出量が多くなり、昇圧時間を短縮できる。しかも、上記
の効果を得るにあたり、第３シリンダ孔に第３ピストン
を嵌合させるだけですむので、構成が簡素ですむ。

【００１９】 （請求項２の考案） 上記の請求項１の考案と同様に、低負荷時の吐出量を増
加できるので、昇圧時間を短縮できる。しかも、排気路
に設けた絞り弁によって制動室からの排気速度を調節で
きるので、第１ピストンへ加えるブレーキ力を微調節で
きるという効果がある。

【００２０】

【実施例】(第１実施例) 図１と図２は第１実施例を示している。図１において、
符号１はガス増圧器で、これは、圧縮空気を利用して往
復直線運動を発生する空圧ピストン発動機２と、この発
動機２で駆動されてガスを増圧するプランジャ式ガスポ
ンプ３とで構成されている。

【００２１】上記の発動機２は、圧縮空気の圧力エネル
ギーを動力に変換する発動機本体４を有し、この発動機
本体４に対して給排切換手段５によって圧縮空気が供給
・排出される。これら発動機本体４および給排切換手段
５が複数のタイロッド６でガスポンプ３に締結されてい
る。

【００２２】発動機本体４は次のように構成されてい
る。第１シリンダ孔７に第１ピストン８がパッキン１０
を介して上下方向へ気密摺動自在に挿入される。その第
１シリンダ孔７の上壁７ａと第１ピストン８との間に発
動室９が形成される。その発動室９に圧縮縮空気を供給
すると、第１ピストン８が下死点側へ駆動される。これ
に対して、その発動室９から圧縮空気を排出すると、第
１ピストン８が上死点側へ復帰可能とされる。

【００２３】前記の給排切換手段５は給排弁１３を有
し、上記の発動室９が給排弁１３を介して給圧口１４と
排圧口１５とに選択的に接続される。給圧口１４は、減
圧弁１６を介して空気コンプレッサ１７に接続される。
このコンプレッサ１７の吐出圧力は、5.0から9.9kgf/cm
²の範囲に設定できるようになっている。また、排圧口
１５は大気側へ開放されている。また、上記の給排弁１
３はパイロット弁１８によって圧縮空気の給圧位置Ｘと
排圧位置Ｙ(図２参照)とに切換え可能に構成されてい
る。

【００２４】前記プランジャ式ガスポンプ３は次のよう
に構成される。第１シリンダ孔７よりも小径のプランジ
ャ孔２０がその第１シリンダ孔７の下側に直列に形成さ
れる。そのプランジャ孔２０にプランジャ２１がパッキ
ン２２を介して上下方向へ気密移動自在に挿入され、そ
のプランジャ２１の上部が第１ピストン８に連結され
る。上記プランジャ２１の下端２１ａの下側にプランジ
ャ室２３を形成してある。その室２３の下部に、ガス受
入用の第１逆止弁２４の出口２４ｂとガス吐出用の第２
逆止弁２５の入口２５ａを接続してある。また、第１逆
止弁２４の入口２４ａに前記のコンプレッサ１７を接続
してある。

【００２５】 上記の第１ピストン８を下降駆動する
と、プランジャ下端２１ａがプランジャ室２３内に進出
してその内圧を高めて、第１逆止弁２４の弁体２６を押
し閉じるとともに第２逆止弁２５の弁体２７を押し開い
て出口２５ｂから増圧した圧縮空気を吐出する。これと
は逆に、上昇復帰行程では、第１逆止弁２４の入口２４
ａの圧力によって弁体２６が押し開かれて約５ｋｇｆ／
ｃｍ^２の圧縮空気がプランジャ室２３へ導入されて、そ
の圧力によってプランジャ２１が第１ピストン８を上昇
復帰させる。以上の行程を繰り返すことにより、吐出さ
れた圧縮空気が最終的には４０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の圧
力に到達する。

【００２６】前記の給排切換手段５の具体的な構成を上
記の図１と図２で説明する。図２中の左半図および図１
は第１ピストン８の下降駆動行程の初期状態を示し、そ
の図２中の右半図は同上の第１ピストン８の上昇復帰行
程の初期状態を示している。

【００２７】給排弁１３は、シリンダ孔７の上端壁７ａ
の上部に固定した給排弁箱２９内に筒状の給排弁体３０
を挿入してなる。この弁体３０は、押し上げられると図
２中の左半図の給圧位置Ｘに切換わり、押し下げられる
と同図２中の右半図の排圧位置Ｙに切換わる。

【００２８】前記の給圧口１４が、フィルタ３７・給圧
用作動室３３・給圧側弁座２９ａ内・作業用室３２・排
圧側弁座２９ｂ内・排圧室３４・排圧孔３８・出口室３
９の順で前記の排圧口１５に連通される。出口室３９に
は消音器４０が内装されている。さらに、給圧用作動室
３３は、弁体３０の筒孔３０ｄを経て排圧用作動室３５
に連通される。その排圧用作動室３５はＯリング４２に
よって排圧室３４と区画されている。

【００２９】図２中の左半図に示すように、給排弁体３
０を押し上げて給圧位置Ｘに切換えると、その弁体３０
の下部に設けた給圧作動用受圧面３０ａが給圧側弁座２
９ａから離間して、給圧用作動室３３と作業用室３２と
が連通されるとともに、同上の弁体３０の途中高さ部に
設けた排圧側受圧面３０ｂが排圧側弁座２９ｂに座着し
て作業用室３２と排圧室３４との間が封止される。

【００３０】これとは逆に、同図２中の右半図に示すよ
うに、給排弁体３０を押し下げて排圧位置Ｙに切換える
と、給圧作動用受圧面３０ａが給圧側弁座２９ａに座着
して給圧用作動室３３と作業用室３２との間が封止され
るとともに、排圧側受圧面３０ｂが排圧側弁座２９ｂか
ら離間して作業用室３２と排圧室３４とが連通されるの
である。

【００３１】前記のパイロット弁１８は、上記の給排弁
体３０を給圧位置Ｘと排圧位置Ｙとに切換えるものであ
って、ピストン式のパイロット弁箱７１と前記の第１ピ
ストン８に固定したスプール４６とＯリング製の導圧弁
座４８と圧抜き弁体５３と圧抜き弁座５２とからなる。
給排弁箱２９の上部内には、パイロット用シリンダ７０
のシリンダ室７０ａを形成して、そのシリンダ室７０ａ
にパイロット弁箱７１をＯリング７２で上下方向へ気密
移動自在に挿入してある。

【００３２】第１ピストン８の移動に同行して下降する
スプール４６が、図２中の左半図の実線で示す上死点に
ある状態から同左半図中の二点鎖線で示す下死点にある
状態に切換えられる場合には、まず、圧抜き弁体５３が
圧抜き弁座５２に座着して圧抜き口５１が閉じられ、次
いで、スプール４６の外周面と導圧弁座４８の内周面と
が離間し始める。すると、給圧用作動室３３内の圧縮空
気が、上記のスプール４６と弁座４８との間の開弁隙間
とパイロット弁室４５と支持筒３１の貫通孔３１ａとを
順に通って排圧用作動室３５および受圧作動室７０ｂへ
導入される。

【００３３】 その受圧作動室７０ｂの内圧力により、
右半図中の実線で示すように、パイロット弁箱７１を両
ばね７３・５４の弾圧力に抗して上昇させて、導圧弁座
４８をスプール４６から急速に離間させる。これによ
り、排圧用作動室３５に圧縮空気が急速に導入されて、
その圧縮空気が、給排弁体３０を強力に押し下げて右半
図の排圧位置Ｙに切換える。その結果、発動室９は、給
排気孔３６・作業用室３２・排圧室３４・排圧孔３８の
経路で排圧口１５に連通され、第１ピストン８の上昇復
帰行程が可能とされる。

【００３４】上記とは逆に、第１ピストン８の上昇に同
行してスプール４６が右半図中の実線で示す下死点位置
から左半図中の実線で示す上死点位置に切換えられる場
合には、まず、スプール４６の外周面が弁座４８の内周
面に封止接触し、次いで、圧抜き弁体５３を閉弁ばね５
４に抗して圧抜き弁座５２から離間させ、排圧用作動室
３５を支持筒３１の貫通孔３１ａ・弁座５２と弁体５３
との間の開弁隙間・圧抜き口５１の経路で排圧口１５に
連通させる。これにより、給排弁体３０が上下の差圧力
で押し上げられ左半図の給圧位置Ｘに切換わる。する
と、発動室９は、給排気孔３６・作業用室３２・給圧用
作動室３３の経路で給圧口１４に連通されて、第１ピス
トン８の下降駆動行程が開始されるのである。

【００３５】前記のガスポンプ３は、さらに次のように
構成されている。図１に示すように、プランジャ孔２０
の下側には、その孔２０と同径の第２シリンダ孔５７が
設けられる。その第２シリンダ孔５７に、プランジャ２
１の下端２１ａに対面する第２ピストン５８がＯリング
５９を介して上下方向へ気密移動自在に挿入される。そ
の第２ピストン５８と蓋ボルト６０との間にクッション
室６１が設けられる。このクッション室６１と前記の第
２逆止弁２５の出口２５ｂとが連通路６２によって接続
される。

【００３６】また、上記の第２ピストン５８は、クッシ
ョン室６１に装着した戻しバネ６３によって上向きに弾
圧される。その第２ピストン５８下部のフランジ６６を
第２シリンダ孔５７の周壁のストッパー部６４に下側か
ら接当させることによって、その第２ピストン５８が所
定量以上に上向き移動することを阻止してある。上記フ
ランジ６６の切り欠き溝によって、前記の連通路６２の
絞り部６８を構成してある。

【００３７】上記プランジャ２１が下降駆動されるとき
には、その下端２１ａが第２ピストン５８に接当し、引
き続いて、クッション室６１の圧力と戻しバネ６３とに
抗して第２ピストン５８を押し下げていく。このため、
負荷の変化につれて第１ピストン８及びプランジャ２１
の下降ストロークが変化しても、そのプランジャ下端２
１ａと第２ピストン５８との間の隙間を無くすことがで
きる。その結果、プランジャ室２３の圧縮率が大きくな
り、ガスポンプ３の吐出量が多くなる。

【００３８】また、第１ピストン８が上死点の近くにま
で上昇した時にその第１ピストン８の上昇速度を減速さ
せるブレーキ手段７５が設けられる。即ち、第１シリン
ダ孔７の上壁７ａに、前記の発動室９に対面する第３シ
リンダ孔７６が設けられる。この第３シリンダ孔７６は
上記のプランジャ孔２０よりも大径に形成されており、
その第３シリンダ孔７６に第３ピストン７７が絞り隙間
９３を空けて上下方向へ移動自在に挿入される。この第
３ピストン７７は、第１ピストン８の上部から上向きに
突設してある。

【００３９】上記第３ピストン７７の上側に制動室７９
が設けられる。この制動室７９は、前記スプール４６と
シリンダ上壁７ａとの嵌合隙間をパッキン９２で封止す
ることによって、前記の給圧用作動室３３から区画され
ている。一方、その制動室７９は、前記の絞り隙間９３
を通って前記の発動室９に連通されている。

【００４０】上記の制動室７９と絞り隙間９３は次のよ
うに作動する。前記の図２中の右半図において、第１ピ
ストン８が実線図に示す下死点から一点鎖線図の位置へ
上昇していくと、第３ピストン７７も実線図の位置から
一点鎖線図の位置へ上昇していく。

【００４１】上記の第１ピストン８の上昇移動の初期か
ら中期には、発動室９内の圧縮空気が、二点鎖線矢印で
示すように、給排気孔３６・作業用室３２・排圧室３４
・排圧孔３８の経路で外部へ排出されている。また、制
動室７９が発動室９に開放されている。

【００４２】その第１ピストン８が上死点の近くにまで
上昇すると、第３ピストン７７が第３シリンダ孔７６に
嵌合して、絞り隙間９３の絞り作用によって制動室７９
の内圧を高めていく。これにより、第１ピストン８の上
昇速度が減速され、第１逆止弁２４の出口２４ｂの圧縮
空気がプランジャ室２３へ緩やかに導入されて、プラン
ジャ室２３の受け入れ圧力が高まっていく。すると、プ
ランジャ室２３からプランジャ２１へ作用する押し上げ
力が制動室７９からの押下げ力に打ち勝って、第１ピス
トン８を上死点へ移動させていく。

【００４３】 従って、低負荷時であっても、プランジ
ャ室２３に十分なガスを受け入れてその室２３の圧力を
高められるので次の吐出量が増加する。その結果、ガス
増圧器は、平均吐出量が多くなって、設定圧力（ここで
は約４０ｋｇｆ／ｃｍ^２）に到達するまでの昇圧時間を
短縮できるのである。

【００４４】(第２実施例) 図３に示すように、上記のブレーキ手段７５が次のよう
に変更される。第３シリンダ孔７６と第３ピストン７７
とをパッキン９５によって封止し、制動室７９と発動室
９とを排気路９６によって連通させ、その排気路９６に
ニードル弁からなる絞り弁９７を設けてある。そして、
第１ピストン８が上死点の近くにまで上昇してきたとき
に、絞り弁９７の絞り作用によって制動室７９の内圧を
高めて第１ピストン８を減速させるのである。

【００４５】なお、上記の排気路９６は、発動室９に連
通させることに代えて、給排気孔３６に連通させてもよ
く、又は、大気側へ直接に連通させてもよい。

【００４６】上記の各実施例は次のように変更すること
が可能である。ガス増圧器１は、縦向き姿勢に配置する
ことに代えて、横向き姿勢または斜め向き姿勢もしくは
上下逆の姿勢であってもよい。給排切換手段５は、前記
の従来例の項で述べた特公昭55-40761号公報または特開
昭63-130904号公報などに記載されたものであってもよ
い。第１ピストン８の下側には、その第１ピストン８を
上昇復帰させる戻しバネを追加してもよい。

【００４７】ガスポンプ３の作動流体は、圧縮空気に代
えて、窒素ガスやヘリウムガスであってもよい。また、
ガスポンプ３によって増圧されるガスは、発動機２へ供
給されるガスとは別の種類のガスであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示し、ガス増圧器の縦断面図であ
る。

【図２】上記の増圧器のピストン発動機の作動説明図で
ある。

【図３】第２実施例を示し、第１ピストンのブレーキ手
段を示す部分図である。

【符号の説明】

４…発動機本体、５…給排切換手段、７…第１シリンダ
孔、７ａ…上壁、８…第１ピストン、９…発動室、２０
…プランジャ孔、２１…プランジャ、２３…プランジャ
室、２４…第１逆止弁、２５…第２逆止弁、７６…第３
シリンダ孔、７７…第３ピストン、７９…制動室、９３
…絞り隙間、９５…パッキン、９６…排気路、９７…絞
り弁(ニードル弁)。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発動機本体(４)の第１シリンダ孔(７)に
   挿入した第１ピストン(８)が上下方向へ移動する状態で
   見て、 その第１ピストン(８)の上側に発動室(９)を設け、 その発動室(９)に圧力流体を供給・排出させる給排切換
   手段(５)を設け、 上記の第１シリンダ孔(７)よりも小径のプランジャ孔
   (２０)をその第１シリンダ孔(７)の下側に設け、 上記のプランジャ孔(２０)にプランジャ(２１)を上下方
   向へ移動自在に挿入して、そのプランジャ(２１)を上記
   の第１ピストン(８)に連結し、 上記プランジャ(２１)の下側にプランジャ室(２３)を設
   け、 そのプランジャ室(２３)の下部にガス受入用の第１逆止
   弁(２４)とガス吐出用の第２逆止弁(２５)とを接続し
   た、ガス増圧器において、 第１シリンダ孔(７)の上壁(７ａ)に上記の発動室(９)に
   対面する第３シリンダ孔(７６)を設け、 上記の第１ピストン(８)の上昇移動の終期に上記の第３
   シリンダ孔(７６)に絞り隙間(９３)を空けて嵌合する第
   ３ピストン(７７)を、同上の第１ピストン(８)の上部に
   固定し、 その第３ピストン(７７)の上側に制動室(７９)を設け、
   その制動室(７９)を上記の絞り隙間(９３)を通って前記
   の発動室(９)に連通させて構成した、 ことを特徴とするガス増圧器。
2. 【請求項２】 請求項１のガス増圧器において、 前記の絞り隙間(９３)を設けることに代えて、 前記の第３シリンダ孔(７６)に前記の第３ピストン(７
   ７)をパッキン(９５)で気密状に嵌合させ、 前記の第１シリンダ孔(７)の上壁(７ａ)に前記の制動室
   (７９)に連通する排気路(９６)を設け、 上記の排気路(９６)に絞り弁(９７)を設けた、 ことを特徴とするガス増圧器。