JP3325744B2

JP3325744B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP3325744B2
Application number: JP11740095A
Authority: JP
Inventors: 亀谷裕敬; 内田利一; 青木優和
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JPH08312564A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般産業用に供される空
気圧縮機に係り、起動時や放気アンロード時や停止時に
おける放気動作と吸入路閉塞動作を確実に実行しなが
ら、構成する流量制御部品の数を従来より減じても従来
と同等以上の機能を持つ、安価で信頼性の高い容量制御
装置を備えた空気圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮機は一般産業用を中心に広く普
及している。その基本動作は大気中から空気を吸い込
み、圧縮後に外部配管に送り出すものであり、送られた
圧縮空気は動力源や噴射媒体などとして使われる。空気
圧縮機は使用者が容易に使用可能でかつ安全確実な動作
が必要とされるため、圧縮機本体に加え幾つかの補機を
伴い、一体として実用に供されている。

【０００３】圧縮機の補機は多種多様あるが、空気清浄
器、吸入絞り弁、圧縮空気冷却器、空気槽、そして動力
源となる電動機あるいは内燃機関などが主要なものであ
る。空気清浄器は空気清浄手段として、吸い込む空気に
含まれる塵埃を除去する。吸入絞り弁は吸入量制限手段
として吸い込む空気の量を制限したり、あるいは吸入を
止める働きを持つ。圧縮空気冷却器は圧縮空気冷却手段
として、圧縮されて高温となった空気を冷却する。空気
槽は圧縮した空気を一旦溜めて、吐出圧の変動を抑制す
る。

【０００４】圧縮機本体が圧縮室に給油しながら圧縮を
行う油冷式圧縮機である場合には、圧縮機本体に給油機
能を持たせ、圧縮室に連続的な給油を可能とするほか、
いくつかの油関係の補機が必要となる。一例として空気
に混入した油を圧縮後に空気から分離する油分離手段と
しての油分離器や、圧縮に伴い発熱した空気から熱を吸
収し高温となった油を冷却し再度の注油に備える油冷却
器などである。また、圧縮機本体の圧縮室、油分離器、
油冷却器を循環する油も圧縮機の性能や信頼性に係る重
要な要素である。

【０００５】空気圧縮機に求められる重要な機能の一つ
に吐出圧力の制御がある。使用者にとり、吐出圧力は一
定であることが望ましい。しかし、使用者の空気使用量
は一定しないことが多い。空気圧縮機を一定の能力で運
転したままで、空気使用量が減少すると吐出圧力は上昇
し、逆に空気使用量が増加すると吐出圧力は低下してし
まう。そこで、空気圧縮機には容量制御の機能が備えら
れ、空気使用量に応じて空気吐出量を制御し、吐出圧力
を一定の範囲に維持するのが普通である。

【０００６】空気圧縮機の容量制御の方法はいくつかの
種類が実用化されている。小型の圧縮機では、空気槽内
圧により電動機の起動、停止を繰り返す制御が一般的で
ある。中型以上の圧縮機では電動機の頻繁な起動、停止
が困難であり、再起動にも時間がかかることから電動機
の回転を持続させたまま、圧縮機本体の吸入量を吸入絞
り弁で抑制する吸入絞り式容量制御（別名：サクション
アンロード）が広く使われている。また、空気使用量が
極めて少ない場合や他の圧縮機と共に運転される場合に
は、一定時間、圧縮空気を吐出する必要無いことがあ
る。その場合には、吸入をほぼ全閉すると同時に空気槽
内の圧縮空気を放気し、内圧を下げる。すると、電動機
の回転は持続しながら、圧縮機本体を回転するのに必要
なトルクが減少し消費電力が節約される。この状態を放
気アンロードと呼び、中形以上の空気圧縮機で広く使わ
れている。

【０００７】中形以上の空気圧縮機において、容量制御
とともに考慮すべきことは起動方法である。電動機の起
動を容易にするため、圧縮機の回転に必要なトルクを通
常の運転時よりも小さくしておく必要がある。そのた
め、吸入絞り弁で吸入量を制限する。これは先の放気ア
ンロードと近い状態であるが、空気槽の内圧が上昇する
以前に吸入を絞るため、空気槽圧力は放気アンロード時
に比較し低い。

【０００８】以上述べた圧力の関係とそれを実現するた
めの構造は特許公開６０ー２５６５９１号公報などに示
されており、複数の電磁弁や圧力調整のための弁が必要
で配管系が複雑となる。

【０００９】従来用いられている容量制御装置の例を図
２と図３を用いて説明する。図２は容量制御を実施する
ための機構を備えた油冷式空気圧縮機の系統図である。
なお、本発明に直接関与しない吸入絞り式容量制御専用
の部分については省略してある。図３は圧縮機の運転時
の空気槽の内圧変化を時間を追って示したもので、縦軸
は大気圧を１気圧として絶対圧で示している。

【００１０】定常運転中、空気は大気から空気清浄器１
４を経て吸入絞り弁２と吸入路１９を通過する。続い
て、空気は圧縮機本体１に吸入口１１から吸い込まれ圧
縮後に吐出口１２から吐出される。圧縮過程では給油口
１３から連続的に油が入れられ、油は潤滑、冷却、シー
ル材として働く。圧縮空気と油は混じった状態で油分離
器１５に入り、分離後に圧縮空気は吐出弁１６を経て外
部に導かれる。吐出弁１６は逆止弁と調圧弁より成り、
逆流を防止すると同時に下流の圧力が極端に低い場合に
は流量を制限し空気槽内圧を一定圧以上に維持する。一
方、油分離器１５から出た油は油冷却器１７を経て、再
び圧縮機本体に給油口１３から注入される。油冷却器１
７はファン１８によって冷却風を送られ油と熱交換す
る。

【００１１】油分離器１５は内部に十分な容積を備えて
おり、下部には分離された油が溜り、残った上部の空間
はオイルミストの浮遊する圧縮空気で満たされる。した
がって、油分離器１５は圧縮空気と油を分離する機能の
他に、空気槽と油溜めの機能を合わせ持つ。そこで油分
離器の上部を空気槽２０として取扱う。

【００１２】吸入絞り弁２は弁ケース２１に弁板２２、
ピストン２３、それらをつなぐロッド２４を備える。弁
ケース２１の一部はピストン２３の往復するシリンダ２
５を形成し、ピストン２３によって区切られたロッド２
４側を副室２７、その反対側を主室２６と呼ぶことにす
る。副室２７には圧縮ばね２８が備えられる。

【００１３】油分離器１５の下流の圧縮空気流路に分岐
３７を設け、電磁弁３１と調圧弁３２を途中に備えた上
流放気路３３が接続され、主室２６に至る。電磁弁３１
は通電すると閉塞し電圧をかけないと全開となる機能を
有し、調圧弁３２は上流側圧力がいくら高くても規定値
（本例では約３気圧、以下すべての圧力は大気圧を単位
とした絶対圧力で表記する。）以上の圧力を下流に伝え
ない自立型の制御弁である。放気の経路は主室２６から
さらに下流放気路３４が接続され、放気絞り３５を経て
末端のサイレンサ３６に至り、大気に開放される。

【００１４】電磁弁３１下流の分岐から真空緩和弁３８
を経て吸入路１９に至る真空緩和流路が設けられてい
る。真空緩和弁３８は上流側圧力がある範囲（本例では
約４から６気圧）の時のみ開かれる機能を有する。吸入
絞り弁２の副室２７に連通する流路は電磁三方弁３９の
共通口に至る。電磁三方弁３９は通電時は共通口を吸入
路１９側に連通させ、それ以外の時は共通口を大気開放
側に連通させる機能を有する。

【００１５】圧縮機本体１を駆動する電動機３は誘導電
動機であり、始動盤４１を介して商用交流電力４２が送
られて回転する。始動盤４１は起動時の電流を制限し、
起動を確実にするためにスターデルタ起動を行う機能を
有する。

【００１６】制御装置４はマイコンを中心とした電子回
路で構成され、電磁弁３１と電磁三方弁３９さらに、始
動盤４１に対し指令を出す機能を有する。また、スイッ
チ４３と吐出弁１６の下流に設けた圧力センサ４４から
情報を受け取る機能を有する。

【００１７】空気圧縮機の一般的な動作の一例を図３の
時間軸に沿って示す。空気圧縮機の起動前には空気槽２
０内圧は大気圧である１気圧に等しい。時刻Ａに使用者
がスイッチ３１を入れる。制御装置４はそれを認識し、
始動盤４１にスター回路での駆動を指令する。同時に電
磁弁３１に開放を、電磁三方弁３９に副室２７と吸入路
１９の連通を指令する。

【００１８】電動機３は停止状態から次第に加速し、そ
れにつれて、圧縮機本体１も空気の圧縮を開始し、空気
槽２０に空気が送られ内圧が次第に上昇する。この間、
空気槽２０内圧は規定値に達しないため吐出弁１６は開
かれていない。空気槽に少しだけ溜った圧縮空気は開か
れた電磁弁３１と調圧弁３２を経由して主室２６に導か
れる。空気槽２０内圧が規定圧に達しないため、調圧弁
３２は全開のままで大きな流路抵抗とならない。主室２
６に空気槽２０内圧をかけた圧縮空気は放気絞り３５を
通過し、圧力を下げた後にサイレンサ３６から大気に放
出される。したがって、主室２６の内圧は空気槽２０と
主室２６の間の流路抵抗と放気絞り３５の流路抵抗によ
り定まり、空気槽２０内圧と大気圧の間となる。通常は
放気絞り３５の流路抵抗を大きくするので、主室２６内
圧は空気槽２０内圧に近い。

【００１９】副室２７は吸入路１９と連通するため、圧
縮機本体に吸われて内圧が大気圧以下の負圧となる。主
室２６と副室２７の差圧からピストンは図中左方向へ移
動し、遂には弁板２２が流路を完全に塞ぐ。この状態で
は空気が送られないので、空気槽２０内圧は大気圧より
僅か０. ５気圧程度上昇するだけで、ほぼ一定のまま推
移し、その間、圧縮機本体１の駆動トルクは小さくな
る。必要なトルクが小さいため、電動機４は容易に加速
し、起動電流も抑制される。

【００２０】時刻Ｂとなり電動機４ならびに圧縮機本体
１の回転速度が十分な値に達すると、制御装置４の指令
により始動盤４１は回路をスター回路からデルタ回路に
よる駆動に切り換える。続いて、制御装置４は電磁弁３
１の閉塞ならびに電磁三方弁３９を切り換えて副室２７
と大気との連通を指令する。

【００２１】主室２６は空気槽２０からの圧縮空気の供
給が止まるので、内部の空気がサイレンサ３６から出尽
くし、内圧が大気圧となる。一方、副室２７も電磁三方
弁２９を経て大気と連通するため内圧が大気圧となる。
ピストン２３へは両側圧力が等しくなるのでガス圧は働
かず、ばね２８の反力と弁板２２の両面の圧力差で弁板
２２は全開まで開かれる。

【００２２】吸入絞り弁２が全開となり、圧縮機本体１
も通常の運転回転数なので、能力最大で圧縮空気を空気
槽２０に送りこむ。空気槽２０内圧は次第に上昇し時刻
Ｃにおいて７気圧に至る。吐出弁１６も規定圧を越えた
ので開放され圧縮空気を外部に送り出し、通常の運転状
態となる。

【００２３】圧縮空気の使用量に応じて空気槽２０内圧
が変化するが、吸入絞り制御を行い、内圧を７気圧から
８気圧の間に維持する。この機構は空気槽２０内圧を減
圧して主室２６にかけることによって実現されるが、本
発明には直接関与しないので機構の構造と動作に関する
説明は割愛する。

【００２４】ある時間の間、空気の消費が無く、吐出圧
が下がらないことを制御装置４が圧力センサ４４により
判断すると、電力節約のため放気アンロード状態へ移行
することを判断する。時刻Ｄにおいて制御装置４は電磁
弁３１に開放を指令する。空気槽２０内の圧縮空気は電
磁弁３１を通過し調圧弁３２で規定圧まで減圧され、主
室２６に入り、放気絞り３５とサイレンサ３６を経て放
気される。主室２６内圧が上昇するため、ピストン２３
はロッド２４を押して弁板２２を全閉にさせる。吸入が
無くなり、同時に放気が行われるので、空気槽２０内圧
は次第に低下し約３気圧に漸近する。この圧力より下回
ると吸入絞り弁２が開かれ空気が流入し、この圧力より
上回ると吸入が無いまま放気されるので、３気圧で安定
となる。安定圧がこれより高いと消費動力が多くなり、
電力節約の効果が小さくなり、また、安定圧がこれより
低いと、油に混入していた空気が膨張して泡となるフォ
ーミングを起こし問題となってしまう。

【００２５】放気アンロードによる空気槽内圧の安定圧
が起動時の安定圧よりも高い理由は起動時には負圧であ
った副室２７の内圧が大気圧と高いため、その分だけ弁
板２２を締め切るのに高い圧力を必要とするからであ
る。

【００２６】調圧弁３２は安定状態では不用ともいえる
が、放気アンロードへの移行時に必要とされる。その理
由は主室２６圧力が急激に上昇してピストン２３を高速
で動かし、弁板２２を弁ケース２１の受座に強い衝撃で
の衝突を防止し、耐久性や信頼性を確保するためであ
る。

【００２７】放気アンロードへの移行が開始される時刻
Ｄから放気アンロード状態に成りきるまでの間で、空気
槽２０内圧がおよそ４から６気圧の範囲にある時には真
空緩和弁３８が開かれ、吸入路１９に少量の空気が注入
される。この注入の目的は過渡状態における圧縮機本体
１の振動防止である。ロータは吸入圧と吐出圧の相互関
係で大きな振動を発生することがあり、その条件は吸入
圧がある値以下の負圧で、吐出圧がおよそ５気圧近くの
場合である。そこで、吸入圧の負圧を空気の注入により
緩和することで振動発生を防止することができる。放気
アンロード中、空気槽２０内圧は下流側外部配管よりも
低圧になるが、吐出弁１６があるので、逆流は防止され
る。

【００２８】放気アンロード状態の時刻Ｅにおいて、圧
縮空気の使用が再開されると、吐出圧が低下する。その
ことを圧力センサ４４により制御装置４が判断すると、
電磁弁３１に閉塞を指令する。圧縮空気の供給が止まる
ため主室２６内圧が大気圧となり、空気の吸込と圧縮が
再開され、空気槽２０内圧が上昇する。

【００２９】時刻Ｆにおいて使用者がスイッチ４３を切
ると、制御装置４は始動盤４１に電流の遮断と、電磁弁
３１に開放を指令する。圧縮機本体１は停止し、空気槽
２０に残留した圧縮空気は放気経路３３、３４を通じて
放気される。その過程において吸入絞り弁２を全閉にす
るため、圧縮機本体１からの吸入路１９を通じての逆流
を防止する。放気のため空気槽２０の内圧は大気圧とな
る時刻Ｇまで次第に下降する。この時も調圧弁３２の働
きにより弁板２２の弁座への衝突が緩和される。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例による容量
制御機構を備えた空気圧縮機は機能的にはそれ程問題は
無く、広く使われている。しかし、空気槽内圧が異なる
始動時のアンロードと放気アンロードの両方に対応する
ため、制御系が複雑である。また、放気アンロードの開
始時においては、吸入絞り弁の弁板が弁座に激しく衝突
するのを防止するため機構も必要である。このため、部
品数や組立個所、調整個所が多くなり、製造に多くの時
間と労力とコストを要するという問題があった。

【００３１】本発明は上記問題点を鑑み、同じ機能を簡
潔な構造で少ない部品数により可能とする容量制御装置
を実現した空気圧縮機を提供することを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するため以下に示す第１の手段を用いる。

【００３３】上記第１の手段は、スクリュー式もしくは
スクロール式による回転式容積形の圧縮機本体と、該圧
縮機本体の吸入口の上流側に連なる吸入量制限手段と、
該圧縮機本体の吐出口の下流側に連なる空気槽と、該空
気槽内部に蓄えられた圧縮空気を外部に放気するための
放気流路を含む放気手段と、前記空気槽から放気手段へ
の空気の流れを開閉する開閉手段と、圧縮機の運転を管
理する制御手段と、前記圧縮機本体の駆動手段とを備え
た空気圧縮機において、前記吸入量制限手段は、最大に
流量を制限した場合においても順方向であれば微少流量
を許すパージ機能を備えたものであり、前記開閉手段
は、圧縮機の起動時におけるアンロード運転時には開、
通常運転時には閉及び通常運転後における放気アンロー
ド運転時には開となるように前記制御手段により開閉制
御されるものであり、前記放気手段は、前記開閉手段の
下流側にあって流路抵抗を可変にする流路抵抗調節手段
を備えており、該流路抵抗調節手段は、前記空気槽内圧
に応じて流路抵抗が調節されるものであって、空気槽内
圧が大気圧から一定圧力に上昇するまでは流路抵抗が最
も小さい一定状態に維持される第１過程と、引続き空気
槽内圧が上昇して次の一定圧力になるまでは圧力上昇と
共に流路抵抗が増加する第２過程とを経て、その後圧力
上昇と共に流路抵抗が減少する第３過程を経た後、更な
る圧力上昇と共に流路抵抗が再び増加する第４過程を経
るように変化するものであることを特徴とする。

【００３４】なお、従来例において説明した電磁三方弁
を含む副室に連通する流路は必要とされず、吸入絞り弁
内シリンダの副室は吸入路あるいは大気へ連通させてお
くのみでよい。

【００３５】上記目的は第１の手段に加えて以下に示す
第２の手段を用いることにより、より確実に達成するこ
とができる。

【００３６】上記第２の手段は、請求項１記載の空気圧
縮機において、前記流量抵抗調節手段を通過する放気量
は、前記第１過程では圧力上昇と共に増加してパージ流
量Ｑ _P より多い放気量まで増加し、その後前記第２過程
に入ると放気量は圧力上昇と共に減少してパージ流量Ｑ
_P よりも減少し、引続き前記第３過程に入ると圧力上昇
と共に再び放気量が上昇してパージ流量Ｑ _P よりも多い
放気量になるように変化するものであることを特徴とす
る。

【００３７】上記目的は第１ならびに第２の手段に加え
て以下に示す第３の手段を用いることにより達成が容易
となる。

【００３８】上記第３の手段は、請求項３に記載の特徴
を有するものであり、圧縮機本体の吸入量制限手段であ
る吸入絞り弁を次の構造とする。吸入絞り弁にはシリン
ダとその内容を往復動作可能なピストンを備える。シリ
ンダの一方の端面には第１の手段で述べた放気流路が連
通する。その連通路と共に、大気へもある程度の流路抵
抗を持ちながら放気流路は端部が大気へ開放する。吸入
絞り弁にはピストンに連動した弁板を備え、弁板は吸入
流路を塞ぐ位置と塞がず障害とならない位置の間を可動
範囲とする。ピストンと弁板との構造は放気流路に連通
した側のシリンダ室の圧力上昇により、ピストンを弁板
が吸入流路を塞ぐ方向に移動させる構造とする。

【００３９】上記目的は第２、第３の手段の一部を以下
に示す第４の手段のように代えても同様に達成すること
ができる。

【００４０】上記第４の手段は、請求項４に記載の特徴
を有するものであり、放気流路上に備えた開閉手段と流
路抵抗調節手段に代えて、それら二者を一体となす開度
可変形電動弁を備える。開度可変形電動弁は外部からの
指令にもとづいて全開および全閉のみならず指令された
開度の半開状態で停止することが可能な弁である。ま
た、空気槽内圧を感知するセンサを備え、その出力値は
制御装置に入力される。この制御装置は圧縮機全体を管
理する制御装置であっても、あるいは別の制御装置、例
えば開度可変形電動弁専用の制御装置であってもよい。
この制御装置は、空気槽の内圧により、予めプログラム
された内容に基づいて、第１の手段で述べた空気槽内圧
との関係となるような流路抵抗を開度可変形電磁弁に指
示する。また、その結果の空気流量は第２の手段で述べ
たような、空気槽内圧による関数になる。

【００４１】上記目的を達成するための第２、第３の手
段において、流路抵抗調節手段を以下に示す第５の手段
のように構成すると、実現が容易となる。

【００４２】上記第５の手段は、請求項５に記載の特徴
を有するものであり、流路抵抗調節手段は少なくとも、
圧縮ばねと移動部材とそれらを内部に備える移動室より
形成する。移動室の内部は移動部材の移動を１つの軸方
向のみに限定し、なおかつ軸方向移動を一定の範囲に制
限する構造とする。このとき、移動部材の軸方向を回転
軸とする自転に関しては許してもよい。また、移動室は
移動部材によって仕切られ、その両側は連通しない構造
とする。移動部材の一方の端面は空気槽から直接あるい
は開閉手段を介して連通し、空気槽の内圧が作用でき
る。また、移動部材の他端面には大気圧が作用する連通
路が移動室に設けられる。移動部材の大気圧の作用する
端面に軸方向向きに圧縮ばねを作用させるので、移動部
材がばねのある側に移動するに従いばねの反力が大きく
なる。移動部材が移動範囲の各端部にある時を除き、若
干の摩擦力を無視すれば、即ち実質的に、前記移動部材
の両端面の圧力差に軸直角断面積を乗じた力と、変形の
結果によるばねの反力が釣り合う位置にて移動部材は安
定する機能を持つ。移動室の内壁と、その面と対面する
移動部材外周の側面とのすきまは放気流路の一部を形成
する。移動部材の位置により、そのすきまを通る流路長
さが変化するよう、流路の入口を移動部材側面と移動室
内壁のいずれかに設け、流路の出口を他方に設ける。

【００４３】上記目的を達成するための第５の手段にお
いて、流路抵抗調節手段を以下に示す第６の手段によっ
て構成することにより、簡単な構成で目的をより容易に
達成することができる。

【００４４】上記第６の手段は、請求項６に記載の特徴
を有するものであり、移動部材外形を円筒形とし、それ
に合わせて、移動室は移動部材外径と僅かなすきまのあ
る内径の円筒穴とする。移動部材は両端部近くに移動室
内面とのすきまを塞ぐＯリングなどの環状のシール部材
を備える。移動部材の内部に空気槽圧力の作用する端面
に入口を、前記２つのシール部材にはさまれた側面に出
口を持つ流路穴を設ける。この流路穴の出口は少なくと
も２つ以上で、各出口は軸方向にずれた位置に開けられ
る。各々の流路穴の出口の位置には移動部材の外周に沿
った環状溝を設けて出口溝を形成する。この出口や出口
溝は第６の手段で延べたすきま流路の始点となる。空気
槽内圧が大気圧近くの低い時における移動部材の停止位
置において、大気圧作用端面に最も近い出口溝と対面す
る位置に、移動室内面から外部に対して流出穴が開けら
れる。この流出穴は第６の手段で述べたすきま流路の終
点となる。２つの出口溝の間隔は該流出穴の直径よりも
広くする。また、空気槽内圧の作用する端面側の前記シ
ール部材から最も近い出口溝までの距離は少なくとも該
流出穴の直径よりも十分に大きくする。

【００４５】上記目的を達成するための第６の手段にお
いて、さらに次に述べる第７の手段を用いることによ
り、放気アンロ−ドに至る過渡状態に生ずるロ−タ振動
を防止する真空緩和弁の機能を、流路抵抗調節手段に兼
ね備えることができる。

【００４６】上記第７の手段は、請求項７に記載の特徴
を有するものであり、第５の手段において、移動室の内
面から外に向けて開けた出口穴に加え、同様に移動室の
側面の別な位置に第２出口穴を設ける。第２出口穴の下
流は吸入量制限手段から圧縮機本体の吸入口に至る吸入
路に連通する。第２出口穴は空気層圧力が低圧側および
高圧側のいずれにあっても移動部材の移動により流路を
塞がれる位置に設ける。そして、その位置はそれらの圧
力状態の中間の場合にのみ、流路が開かれる位置とな
る。

【００４７】

【作用】上記第１の手段ならびに第２の手段による空気
圧縮機は以下に示すように作用する。

【００４８】圧縮機の始動時は放気流路上の開閉手段が
開かれた状態で圧縮機本体が起動される。最初の回転で
圧縮され圧力が僅かに上昇した空気が空気槽から流路抵
抗調節手段を経由して、放気される。流路抵抗調節手段
は空気槽内圧が高くないので、抵抗が小さく、放気が活
発に行われる。放気と同時に吸入量制限手段において吸
入量の制限が行われる。吸入量制限手段に設けられたパ
−ジ流路から少量の空気が流入するが、放気量とのバラ
ンスにより、空気槽内圧は大気圧より若干高いだけに留
まる。以上の起動時の状態においては、圧縮機本体の吸
入圧と吐出圧の両者が低いままに抑制されるので、駆動
トルクが小さく、起動と通常運転速度までの加速を確実
に行うことができる。

【００４９】通常運転時においては開閉手段が閉じら
れ、圧縮機本体から吐出した空気は空気槽、吐出弁を経
て外部に送り出される。ある程度以上の空気使用量があ
れば、吸入絞り制御により、吐出圧が一定の範囲に維持
される。

【００５０】圧縮空気の使用が無くなり、吸入量制限手
段がほぼ全閉となり、空気槽内圧が吸込絞り制御での上
限近くの高い状態が続くと、制御装置が放気アンロ−ド
にすることを判断する。そして、開閉手段の開放と吸入
絞り弁の閉塞を指令する。

【００５１】吸入は僅かなパ−ジ分を残して止められ、
空気槽から圧縮空気が開閉手段と流路抵抗調節手段を経
て放気される。放気開始直後は空気槽内圧が高いので流
路抵抗調節手段の流路抵抗が大きく、放気量は抑制され
る。放気が進むにつれて、空気槽内圧が低くなり流路抵
抗が小さくなるので、放気が進む。吸入絞り弁のパ−ジ
量とバランスする圧力で空気槽内圧が安定する。その時
の圧力は始動時よりも高い。

【００５２】始動時と放気アンロ−ド時の空気槽内圧が
異なる２つの条件での放気量が、同一のパ−ジ量とバラ
ンスするということは、各々のバランス状態での放気流
路の流路抵抗が異なることを意味する。また、放気量と
バランスしても、その状態が安定している必要がある。
安定するための条件は、バランスした時の空気槽内圧の
近傍において、空気槽内圧の上昇に対し、放気量の増加
率が正であることである。なぜなら、この条件の下で
は、たとえ、空気槽内圧が何らかの原因で僅かに高くな
ったとしても、放気量が増加して空気槽内圧を低い方向
へ誘導し、逆に、空気槽内圧が僅かに低くなった場合に
も放気量が減少して、空気槽内圧を高い方向へ誘導する
からである。

【００５３】上記第３の手段は以下のように作用する。

【００５４】開閉手段が開かれ放気する場合、放気はシ
リンダ室内圧を上昇させ、ピストンを押しやり連動する
弁板を動かし、吸入流路を塞ぐ。したがって、放気と吸
入量制限を別々に実行する必要が無く、開閉手段の開放
により二者が同時に実行される。

【００５５】また、上記第３の手段は安定な系を構成す
る。例えば、何らかの事情で空気槽内圧が低下したとし
ても、弁板が後退し不完全な閉塞となった吸入量制限手
段の弁のすきまから空気が流入し、空気槽内圧が上昇
し、元の圧力に戻されるため圧力が維持される。

【００５６】上記第４の手段は第１ないし第２の手段に
おける機械構造と同一の機能を制御装置がソフト的に実
行し、同じように機能する。その実行は制御装置が空気
槽内圧をセンサにより感知し、その値によって定めてあ
る流路抵抗に開度可変形電動弁の開度を指示することに
よる。

【００５７】上記第５ならびに第６のの手段における流
路抵抗調節手段は以下のように作用する。

【００５８】空気槽内圧と大気圧が移動部材の各々の端
面に作用し、その差圧に移動部材の断面積を乗じた力が
ガス力として働く。この力が移動部材を押し、それと対
抗するばねが同じ反力を作用するまで動かし、若干の摩
擦力を無視すれば静的に釣り合う。したがって、空気槽
内圧が高いときほど移動部材を押し込む距離が長くな
る。ここでは空気槽内圧作用面を手前、大気圧作用面側
を奥と表現する。

【００５９】放気流路は空気槽内圧が作用する端面の入
口から流路穴に入り、各出口に通じる。各出口の周囲に
は出口溝が形成されており、流路穴を出た放気は出口溝
に満たされる。

【００６０】起動時において、空気槽内圧が低く、移動
部材が最も手前側にある時は、最も大気圧端面側の出口
溝が流出口と対面するので、流路は直結し、抵抗は小さ
い。移動部材が円筒状の場合には、出口溝は環状を成す
ので、移動部材が自転し、流路穴出口と流出口が対面せ
ず角度位相がずれたとしても、流路が確保され問題無
い。開閉手段が開かれており、流路抵抗が小さいため活
発に放気される。起動時には空気槽内圧が若干だけ上昇
するが、移動部材はばねに手前側の移動範囲を限定する
ストッパに押し付けられたままで動かないので、起動加
速中はこの状態が維持される。

【００６１】開閉手段が閉じられて通常の運転状態に移
行すると、空気槽内圧が次第に上昇し、移動部材は奥に
動く。通常運転時の範囲に吐出圧力がある時には移動部
材は最も奥の移動範囲を限定するストッパに押し付けら
れる位置にある。移動部材が最奥まで動いたので、動か
ない移動室壁面の流出口はいずれの出口溝とも対面せ
ず、軸方向にずれた位置関係にある。

【００６２】放気アンロ−ドが開始され、流路穴入口か
ら空気が流れ込み、出口溝に至る。流出口に近い手前側
の出口溝から、移動部材の外表面と移動室の内壁面には
さまれたすきまを通り流出口までが流路となる。断面積
の小さいすきまを長く通過するため流路抵抗が大きい。
したがって、空気槽内圧が高くとも放気流量が制限さ
れ、主室の急激な圧力上昇が抑制され、ピストンならび
に弁板の急加速と弁座への弁板の激しい衝突が防止され
る。弁板は適度な速度で閉じられ、吸入が少量のパ−ジ
分を除き止められる。

【００６３】放気により、空気槽内圧が次第に低下する
ので移動部材もばねに押し戻され手前側に徐々に移動す
る。すると、放気流路のうち最も抵抗が大きい移動部材
と移動室内壁にはさまれたすきまの距離が短くなり、徐
々に流路抵抗が減少する。空気槽内圧が低下すると、流
路抵抗が一定ならば放気量が減少するが、流路抵抗が減
るため、その減少は小さく、放気時間の短縮が図られ
る。また、同じ理由により吸入量制限手段のシリンダ主
室の内圧の低下が抑制され、弁の閉塞に十分な主室圧力
も維持される。

【００６４】放気が進み移動部材が手前に動き、移動部
材の手前側の出口溝と流出口が対面すると、流路抵抗は
極小となる。さらに放気されると、流出口は２つの出口
溝の間の外表面に塞がれ始めるので、流路抵抗は増加に
転じ、放気量が急激に減少する。そして、その過程にお
いて放気量とパ−ジ量が一致し、空気槽に出入りする空
気量が等しくバランスして、内圧が変化しなくなり安定
する。この圧力が放気アンロ−ドでの空気槽内圧であ
り、始動時の空気槽内圧よりも高い。

【００６５】流路抵抗調節手段と開閉手段は直列に配管
接続され、その順序は機能に大きな隔たりは無い。ここ
では流路調節手段が上流側にある場合について作用を述
べた。しかし、次に示すように特性に若干の差異はあ
る。例えば、流路抵抗調節手段が上流側にあると、開閉
手段の状態によらず、移動部材は空気槽内圧により定ま
る所定の位置に常にある。そのため、急な放気があった
としても最初から適切な流路抵抗が設定されている。一
方、開閉手段が上流側にあると、開閉手段の開放による
放気の圧力がかかってから、移動部材が動くので、設定
した流路抵抗となるのに時間がかかる。しかし、他の弁
関係部材に比較してシ−ルが不完全となりやすい流路抵
抗調節手段から、通常の運転中に圧縮空気が漏れが無
く、無駄の無い運転ができる。

【００６６】上記第７の手段は以下のように動作する。

【００６７】空気圧縮機が放気アンロ−ドへの過渡状態
にある時、移動部材の位置もその時の空気槽内圧により
最奥から手前までの中間位置にある。この位置において
出口溝が第２流出口と面し、放気流路から分岐した空気
の流れが第２流出口より吸入路に注入される。この注入
とパ−ジにより圧縮機本体の吸入圧力は負圧のある値以
下とならず、振動の発生が防止される。放気が完了し移
動部材が所定の位置に安定した状態では第２流出口は移
動部材の外表面によって塞がれるため、流れが止めら
れ、無駄に漏れない。また、放気アンロ−ドの開始以前
においても空気槽内圧が十分に高く移動部材が最手前位
置にあるので、第２流出口は移動部材の外表面により塞
がれ、無駄に漏れない。

【００６８】

【実施例】

（実施例１）以下、図１、図４、図５、図６を用いて、
本出願に係る請求項１〜３、５、６に係る第１の実施例
である空気圧縮機の構成と動作を説明する。図１は本実
施例の空気圧縮機を、主たる空気と油の流れを中心に模
式化した系統図である。図４は本実施例に用いられる流
路抵抗調節手段である流量調節弁の断面図である。図５
は同じ流量調節弁の動作を説明する図である。図６は同
じ流量調節弁の動作の結果生じる現象を示す図で、入力
となる空気槽圧力と、それにより定まる移動部材の位
置、出力となる流路抵抗ならびにその結果生ずる放気量
の関係を示すグラフである。なお、「従来の技術」で述
べた従来の空気圧縮機と共通する構成や動作については
説明を省略する。

【００６９】本実施例による油冷式空気圧縮機は図２に
示した従来例による空気圧縮機に比較して、次の点の構
成が異なる。まず、調圧弁に代えて流路抵抗調節手段で
ある流量抵抗調節弁５を同じ位置に備える。次に、吸入
絞り弁２の弁ケ−ス２１内部にパ−ジ流路７を設ける。
パ−ジ流路７上には逆止弁７１を備える。パ−ジ流路７
の断面積は吸入路１９と比較して小さい。また、電磁三
方弁とそこから副室２７、吸入路１９、大気へ伸びる流
路が不用となる。シリンダの副室２７は背室３０と小径
穴の連通路２９により連通させる。

【００７０】流路抵抗調節弁５の構造を図４により説明
する。ケ−ス５１は内部に行止りで内面の滑らかな円筒
穴を備え、移動室であるシリンダ５３となる。シリンダ
５３の開口端はフタ５２によって塞がれるが、フタ５２
には流入路５４が開けられ、開閉弁３１からの上流放気
路３３が接続される。シリンダ５３の側面には内面から
外面へ流出路５５が開けられる。流出路５５の軸方向位
置は後で述べるように重要な意味を持つが円周方向に対
してはどの位置でもかまわない。シリンダ５３の底５８
には大気口５６が開けられ、外部と連通する。

【００７１】シリンダ５３の内部にはボア径より僅かに
小さい外径の移動部材６を備える。移動部材６はおよそ
円筒形状であるがいくつかの凹凸と穴を持つ。その１つ
は図４中で下側の第１の端面（図において下側の端面）
６８に入口６２があり、側面に２つの出口６３と６５が
ある流路穴６１が開けられる。２種類の出口のうち上側
を第１の出口６３とし、下側を第２の出口６５とする。
第１の出口６３は第２の出口６５より穴径が大きく、か
つ、第２の出口６５が１つに対し２つ開けられる。各々
の出口６３、６５を囲む部分には外周に沿い環状の溝が
掘られ、第１の出口溝６４、第２の出口溝６６と称す
る。これらの溝幅は出口穴６３、６５の直径より少し広
く、深さは出口穴径と同程度とする。第１の出口溝６
４、第２の出口溝６６の間隔７０は流出口５５の穴径よ
りも広い。設計上の制約から出口溝相互の間隔７０を大
きくできず、流出口５５の断面積を大きく確保したい場
合には、流出口５５を長穴にしたり、数を増やすことに
より、断面積を大きくしながら軸方向の長さを小さくす
ることができる。なお本発明における流路抵抗調節弁５
は、便宜上縦置きで説明したが横置きや倒立で使用でき
ることは勿論である。

【００７２】移動部材６の側面の両端部近くには外周に
沿う溝を形成し、各々にＯリング６７を嵌める。よっ
て、シリンダ５３は移動部材６により２つの室に区切ら
れ、下側が圧力室５９、上側が大気圧室６０となる。ま
た、移動部材６には上側に移動部材６外径より小さい径
の突起６９が設けられる。この突起６９に嵌めるように
圧縮ばね５７が備えられ、移動部材６とシリンダの底５
８の両面を離す方向に力を及ぼす。突起６９は移動部材
６側でなく、ケ−ス５１側に設けてもよい。

【００７３】この流量調節弁５は圧力室５９の内圧によ
り移動部材６の位置が決まり、流入口５４から流出口５
５までの流路抵抗と放気量となる流量が定まる。この関
係を図５と図６を用いて説明する。なお、移動部材６の
移動速度は圧力や流量の変化に対して十分に速いので、
圧力と流量と移動部材６の位置の関係は準静的なものと
して取扱うことにする。また、設定された各圧力や流量
は一例としての数値であり、各部の寸法やばね定数など
の諸元値を選ぶことにより、圧縮機の特性を目的に合っ
た選択とすることができる。

【００７４】移動部材６に働く力は、圧力室５９と大気
圧室６０の差圧に移動部材６の断面積を乗じたガス力
と、圧縮ばね５７による反力と、Ｏリングの摩擦力と重
力の４種類である。この内、摩擦力と重力は前２者より
も小さくほぼ一定なので、とりあえず考慮からはずして
おく。移動部材６は圧力室５９内圧が高くなるにつれ、
図４中で上向きの力が増加し、圧縮ばね５７の反力と釣
り合うまで、上方へ移動することになる。また、移動部
材６の移動範囲は限られており、下限は端面６８がフタ
５２に止められ、上限は突起６９がシリンダの底５８に
止められるまでである。よって、上限あるいは下限にお
いては、これらの接触面からの力も受けることになる。

【００７５】図５の( ａ) に示すように、圧力室５９の
内圧が大気圧の時にはガス力は働かず、移動部材６は下
限の位置にある。圧縮ばね５７は自由長よりもやや圧縮
した状態にあり、反力を移動部材６に及ぼす。この反力
と釣り合う力がフタ５２から端面６８に働いている。こ
の状態での流路は圧力室５９から入口６２、流路穴６
１、第１の出口６３、第１の出口溝６４を経由し、流出
口５５に至る。流路穴６１も第１の出口６３も第１の出
口溝６４の幅や深さも第２の出口の経路における断面積
に比較して大きいので、流路抵抗が最も小さい状態（図
６でのＲ0 ）にある。第１の出口溝６４は環状なので、
移動部材６が自転し、第１の出口６３と流出口５５の角
度位相がずれて対面しなくなったとしても、流路抵抗に
大きな変化は無い。ただし、この状態では流入口５４と
流出口５５の両端共に大気圧状態にあり圧力差が無いた
め流れは生じず、放気量は０である。

【００７６】圧力室５９の内圧が１. ７気圧までは、圧
縮ばね５７の反力がガス力を上まわっており、移動部材
６は動かない。したがって、流路抵抗はＲ0 のままで変
化しないが、圧力差は０から次第に大きくなり、放気量
が０から徐々に多くなる。

【００７７】圧力室５９内圧が１. ７気圧を越えるとガ
ス力がばねの反力の初期値に勝り、移動部材６は上方に
動き始める。対面していた第１の出口溝６４と流出口５
５は軸方向にずれ出すため流路断面積が縮小し流路抵抗
が増してくる。圧力室５９内圧が２. ７気圧の時、２つ
の出口溝６４と６６の中央に流出口５５が位置し、流出
口５５は移動部材６の外表面に塞がれた形となり、流路
抵抗が極大値R2となる。圧力室５９内圧が１. ７気圧か
ら２. ７気圧の間では、流路抵抗の増大による流量抑制
効果は圧力差の増大による効果を上回り、放気量は次第
に低下する。

【００７８】圧力室５９内圧が２. ７気圧を越えると、
第２の出口溝６６と流出口５５の距離が次第に近くな
り、流路抵抗は再び減少する。そして、圧力室５９内圧
が３．７気圧で第２の出口溝６６と流出口５５が図５
（ｂ) に示すように対面し、流路抵抗が極小値Ｒ1 と
なる。この時の流路抵抗は第２の出口６５の断面積や第
２の出口溝６６の幅や深さが第１の出口の経路よりも小
さいので、圧力室５９内圧が１. ７気圧以下の時のＲ0
よりも大きい。圧力室５９内圧が２. ７気圧から３.７
気圧までの間、圧力差が増加し、流路抵抗が減少するこ
とから放気量は急激に増加する。

【００７９】圧力室５９内圧が３. ７気圧を越えると第
２の出口溝６６と流出口５５がずれ出すので流路抵抗は
再び増加する。そして、４. ７気圧で第２の出口溝６６
と流出口５５は完全にずれて、それ以降はすきまを通る
距離が長くなることによる流路抵抗増大なので、増加率
は小さくなる。この間、放気量は圧力差の増加と流路抵
抗の増加によって、ほぼ一定で推移するが、４. ７気圧
まではやや減少、それ以降はやや増加となる。

【００８０】圧力室５９内圧が７気圧になると、移動部
材６の突起６９がシリンダの底５８に接触し、図５の
（ｃ）に示すように、それ以上は上方に動かない。放気
流路はこの時が最大の流路抵抗Ｒ3 となり、これ以上の
圧力をかけても一定となる。したがって、本圧縮機にお
ける最大圧力の８気圧までの間、放気量は増加する。

【００８１】なお、圧力室５９内圧が３. ７気圧から
４. ７気圧までの区間における流路抵抗の増加率は移動
部材６の第２の出口溝６６から下側のＯリングまでの外
表面形状をテ−パにする等の外径のアレンジにより比較
的自由に設定することができる。また、外周に細い溝や
凹凸を付けるなどの加工により流路抵抗の調整も可能で
ある。

【００８２】以上のすべての圧力室５９内圧の範囲にお
いて、放気量は上限流量Ｑu を越えずに調節されるた
め、急激な流れによる配管部材などの破壊や寿命短縮は
起こらない。また、吸入絞り弁２の主室２６への空気の
流入速度が抑制されるため、弁板２２は過剰な速度で動
くことは無く、弁座との激しい衝突も防止される。な
お、上記上限流量Ｑu は、主室２６の圧力が急激に上昇
してピストン２３を高速で動かし、弁板２２を弁ケース
２１の受座に強い衝撃での衝突を生じさせない略最大限
の流量である。

【００８３】吸入絞り弁２の主弁２２が閉じられた時に
パ−ジ流路７の入口は大気圧で出口が負圧となり、差圧
はほぼ一定している。そのため、そこを流れるパ−ジ量
Ｑpも少量でほぼ一定している。これを図６の放気量の
グラフに重ねて示した。パ−ジ量Ｑp と放気量の変化は
３点で交差するように、放気量とパ−ジ量が選定され
る。したがって、１. ７気圧での放気量の極大値はパ−
ジ量Ｑp よりも多く、２. ７気圧での放気量の極小値は
パ−ジ量Ｑp よりも少ない。

【００８４】放気量のパ−ジ量に対する３回の交差の
内、０. ５気圧と３気圧の時は空気槽２０へのパ−ジに
よる流入量と放気量が一致する上に安定した状態とな
る。なぜなら、放気量グラフのこれら圧力での増加率が
正だからである。例えば、空気槽２０内圧が３気圧で安
定している時に、何らかの事情により少しだけ内圧が高
くなったと仮定する。すると、移動部材６が上方へ少し
だけ移動するため流路抵抗が減少し、放気量が増加す
る。空気槽２０への流入量はパ−ジ量Ｑp で一定のため
流出量である放気量の増加で内圧は下がり、３気圧に戻
される。逆に空気槽２０内圧が少しだけ低くなった場合
も同様の作用により、３気圧に戻される。空気槽内圧が
０. ５気圧となった場合にも同様の働きにより安定とな
る。これら０.５気圧と３気圧を安定圧と呼ぶことにす
る。

【００８５】空気槽２０内圧が２. ２気圧の時にも空気
槽２０へのパ−ジによる流入量と放気量が一致するが、
不安定であり、先の安定と逆の作用により、２. ２気圧
に落ち着くことは無い。この圧力を境界にいずれかの安
定圧へ移行する性質がある。

【００８６】上記安定状態において、吸入絞り弁２は閉
塞状態を維持せねばならない。そのため、放気量Ｑu に
おいて主室２６内圧がピストン２３を押し切るに十分な
値となるように放気絞り３５の大きさが決められる。

【００８７】本実施例による圧縮機は以下のように作用
する。

【００８８】圧縮機の起動時には、空気槽２０内圧は大
気圧であり、圧縮機本体１の運転開始により圧縮空気が
空気槽２０に送られる。電磁弁３１が開かれているた
め、空気は流量調節弁５と主室２６と放気絞り３５を通
り、サイレンサ３６から放気される。空気槽２０の内圧
が低いため、最初は流量調節弁５の流路抵抗は小さい。
次第に空気槽２０内圧が上昇し放気量も増えると、主室
２６の内圧も上がり、放気途中の空気がピストン２３を
押し弁板２２を閉鎖する。弁板２２を閉じても、パ−ジ
流路７からパ−ジ量Ｑp だけ空気が吸入路１９に入れら
れる。

【００８９】この状態で空気槽２０内圧は先に述べた原
理により０. ５気圧で安定する。圧縮機本体１にとって
吸入圧と吐出圧が共に低いため、起動トルクが小さくて
すみ、電動機３による起動と加速が容易に行われる。

【００９０】通常運転中に圧縮空気の使用量が減少し、
放気アンロ−ド状態に移行すべきと制御装置４が判断す
ると、電磁弁３１に開放を指令する。放気は電磁弁３１
から流量調整弁５に流れる。空気槽２０内圧は７気圧よ
りも高いので、流量調整弁５は流路抵抗が最大のＲ3 の
状態にあり、放気量を制限する。しかし、その流量はパ
−ジ量Ｑp よりも多く、主室２６内圧は弁板２２を締め
切るに十分である。また、その流量は弁板２２を過剰な
速度で動かす流量Ｑu より多くはなく、弁板２２が激し
い衝突をせず閉じられる。弁板２２が全閉されるため圧
縮機本体１により送られる空気の流入量はパ−ジ流路７
を通る少量のパ−ジ量Ｑp のみとなり、空気槽２０内圧
は次第に低下する。空気槽２０内圧は流量調整弁５の働
きにより、所定の３気圧まで低下し安定状態となり、放
気アンロ−ドが完了する。

【００９１】放気アンロ−ドに移行する過程において、
真空緩和弁３８は従来例と同様に機能するので圧縮機本
体１のロ−タ振動は防止される。

【００９２】空気使用量が増加し吐出圧力が低下する
と、圧力センサ４４により制御装置４が圧力低下を感知
し、放気アンロ−ドから通常運転への復帰を判断する。
そして、電磁弁３１を閉塞する。放気が停止されるの
で、主室２６内圧が大気圧となり、弁板２２を閉じる力
が弱くなり、遂には開かれて、大気が流入する。圧縮空
気の流入が増加し空気槽２０内圧が高くなり、通常の運
転状態となる。

【００９３】圧縮機の運転を中止する時には使用者がス
イッチ４３により指示する。圧縮機本体１の運転停止と
ともに電磁弁３１は開放される。空気槽２０内圧は電磁
弁３１から放気流路３３、３４を通じて放気される。流
量調節弁５の働きにより流量の上限が定まり、急激な放
気による障害が避けられる。また、放気の過程で流量は
制御され増減するが、空気槽２０への流入が無いため、
放気による内圧低下は持続し大気圧に至り完了する。圧
縮機本体１の運転停止後、空気槽２０内圧が残留してい
る間は吸入路１９を空気と圧縮機本体１に注入した油が
逆流する。これらが外部へ出ないよう吸入絞り弁２は閉
じられる。主流路は弁板２２が放気によるピストン２２
の力と逆流の圧力で閉じられる。パ−ジ流路７は逆止弁
７１があるため、逆流することは無い。

【００９４】本圧縮機の停止後の再起動に際しては直前
の運転終了による放気が完了し、空気槽２０内圧が十分
に低くなるまでは、制御装置４が起動を受け付けない。
なぜなら、起動時の空気槽２０内圧が高い方の安定圧
（３気圧）となり、起動が困難となるのを防止するため
である。

【００９５】本実施例によれば、従来の油冷式圧縮機の
構成を大きく変えることなく、部品数を減らし簡潔な構
成にしたにもかかわらず、２つのアンロ−ド圧力状態を
作り出し、同時に弁板の衝突緩和も実現できる。

【００９６】なお、放気アンロ−ドへの移行過程におけ
る吸入路１９の内圧の真空緩和のための空気の注入がパ
−ジ流路７によるパ−ジ量のみで十分である場合もあ
る。その場合には真空緩和弁３８ならびにその前後の流
路が不用である。

【００９７】（実施例２）以下、図７、図８と図９を用
いて、本出願の請求項７に係る第２の実施例である空気
圧縮機の構成と動作を説明する。図７は本実施例の空気
圧縮機を、主たる空気と油の流れを中心に模式化した系
統図である。図８は本実施例に用いられる流量調節弁の
断面図である。図９は本実施例の流路調節弁一体形吸入
絞り弁の断面斜視図である。なお、本実施例において第
１の実施例と共通する構成や動作については説明を省略
する。

【００９８】第１の実施例よりも機能を追加した流量調
節弁８は吸入絞り弁２と一体構造を成し、ケ−ス８１は
弁ケ−ス２１と共通部材である。流出口５５は弁ケ−ス
２１に開けられた穴を通じて主室２６と連通する。真空
緩和弁ならびにその前後の流路は設けない。

【００９９】移動部材６は奥側のＯリング６７と第１の
出口溝６４との間隔８２を第一の実施例より長くする。
シリンダ５３側面には第２流出口８３を開け、その口の
周囲に合成樹脂製の口輪８４を設ける。第２流出口８３
の下流は弁ケ−ス２１に開けられた注入穴８５を通じて
吸入路１９に連通する。

【０１００】流量調節弁８の流路となる穴の位置関係を
図８を用いて説明する。空気槽２０内圧が最高圧力近く
で移動部材６の位置が上限にある時には移動部材６の下
方の外表面によって第２流出口８３は塞がれる。また、
空気槽２０内圧が大気圧近くと低く移動部材６が下限付
近にある時には移動部材６の上方の外表面である長さ８
２の範囲によって第２流出口８３は塞がれる。そして、
空気槽２０内圧がおよそ４気圧から６気圧の範囲にある
時に第１の出口溝６４もしくは第２の出口溝６６と連通
する大きさと位置である。第２流出口８３は塞がれてい
る時にも、すきまからの漏れが僅かにあるが、口輪８４
によって防止される。

【０１０１】次に流路調節弁８を一体化した吸入絞り弁
２の具体的な構造の一例を図９を用いて説明する。吸入
絞り弁の弁ケ−ス２１の側面に流量調節弁８が一体化さ
れ、ケ−ス８１は弁ケ−ス２１と共通の部材となってい
る。

【０１０２】空気の主流路は空気取入口８６から弁板２
２の開いたすきまを通り、吸入路１９へ向かう。弁板２
２はピストン２３とロッド２４で接続し、圧縮ばね２８
はロッド２４を通してある。圧縮ばねのある副室２７は
壁面に開けられた穴である連通路２９によって背室３０
と連通する。したがって、ロッド２４を支持する弁ケ−
スの受座はシ−ル構造が不用である。逆に受座に意図的
なすきまを形成し、連通路２９に代えることができる。
主室２６からは放気絞り３５を兼ねる下流側放気路３４
が開けられ弁ケ−ス２１に固定されたサイレンサ３６に
至る。

【０１０３】放気路は空気槽２０の圧縮空気出口から分
岐し伸びた放気路が放気入口８７に接続される。ここか
ら弁ケ−ス２１内に開けられた穴の流路を通り、弁ケ−
ス２１に固定された電磁弁３１を経て流量調節弁８の流
入口５４に通じる。流入口５４のあるシリンダ５３の中
には移動部材６と圧縮ばね５７を備える。シリンダ５３
の最奥付近には大気口５６が外から開けられ外部大気と
連通する。シリンダ５３の所定の位置には流出口５５が
開けられ主室２６に連通し、また、第２流出口８３は注
入路８５を経て吸入路１９に連通する。

【０１０４】空気取入口８６付近には弁板２２で塞がれ
る上流からパ−ジ流路７が分岐し、逆止弁７１を経て吸
入路１９で主空気流路と合流する。パ−ジ流路７は弁ケ
−ス２１に開けられた穴もしくは溝によって形成され、
逆止弁７１は流路を拡げて逆止用玉７２を入れた構造で
ある。逆流時には逆止用玉７２が流路を塞ぎ、逆流を防
止する。

【０１０５】なお、以上の図９を用いた構造説明におい
ては弁ケ−ス２１等の分割構造や各部材相互の結合方法
に関しては、本実施例の本質に係らないので、図示なら
びに説明を省略した。

【０１０６】本実施例は第１の実施例と同様に機能し、
流量調節弁８の働きにより、起動アンロ−ドと放気アン
ロ−ドの各々の状態に最適な空気槽２０内圧に制御でき
る。さらに、放気アンロ−ド移行過程においては、流量
調節弁８が真空緩和弁の働きもする。その詳細を次に述
べる。

【０１０７】放気アンロ−ドへの移行が開始されると、
制御装置４の指令で電磁弁３１が開かれ、流入口５４か
ら圧縮空気がシリンダ５３に流入する。空気の圧力が高
いので移動部材６は最奥まで移動する。移動途中に流出
口５５と第２流出口８３から若干の流出があるが、極め
て短時間のため問題とならない。移動部材６が最奥にあ
るため流路抵抗が最も大きい状態にあり、流入口５４か
ら流出口５５へは差圧が大きいにもかかわらず流量が抑
制された状態で放気される。

【０１０８】放気と吸入絞りにより、流入量が減少し流
出が起こるので空気槽２０内圧は次第に下降し、移動部
材６が図８中下方に移動してくる。放気流路は第１の実
施例と同様に流入口５４から流路穴６１、流出口５５を
経て主室２６へ送り出される。第１の出口溝６４と第２
流出口８３が連通すると、流路穴６１を通り流れる放気
の一部が第１の出口溝６４から第２流出口８３に流れ、
注入路８５を通り、吸入路１９に戻される。さらに放気
が進み移動部材６が動くと第２流出口８３は次に第２の
出口溝６６と連通し、吸入路１９へのパ−ジ流れは持続
する。遂には、第２流出口８３は再び移動部材の外表面
に塞がれて、流れが止められる。

【０１０９】したがって、放気アンロ−ドに移行する過
程の途中において放気路から吸入路１９へ空気が注入さ
れる。これは従来例における真空緩和弁とその前後の流
路と同じ働きである。圧縮機本体１にとっての吸入圧力
が負圧となるのが緩和されるためロ−タ振動が防止され
る。

【０１１０】本実施例によれば、僅かな加工の追加によ
り真空緩和弁の機能も持ち、真空緩和弁と前後の配管を
省略することができる。また、ケ−スを共通化し、配管
を内部に開けた穴に置き換えたことにより配管部品数や
製造の手間を削減することが可能である。このことは製
造費の低減のみならず、小形化や信頼性向上の効果も大
きい。

【０１１１】（実施例３）以下、図１０を用いて、本出
願の請求項７に係る第３の実施例である空気圧縮機の構
成と動作を説明する。図１０は本実施例の空気圧縮機
を、主たる空気と油の流れを中心に模式化した系統図で
ある。なお、本実施例において第２の実施例と共通する
構成や動作については説明を省略する。

【０１１２】電磁弁３１を流量調節弁８の下流で主室２
６の手前に設ける。

【０１１３】空気槽２０内圧は常に流量調整弁８のシリ
ンダにかかっている。内部の移動部材は空気槽２０内圧
により位置を変え、圧力が高い時には奥へ、低い時には
手前へ移動する。但し、通常の運転状態における空気槽
２０内圧は、吐出弁１６の働きで一定以上に制御され、
吸入絞り弁２の働きで一定以下に制御されるため、移動
部材の位置も最奥付近の狭い範囲に限定される。したが
って第２流出口からの真空緩和用の吸入路１９への空気
の注入は行われない。

【０１１４】放気アンロ−ドへの移行が制御装置４によ
り判断されると、電磁弁３１の開放が指令される。流量
調節弁８の流出口から電磁弁３１を経て圧縮空気が主室
２６に入り、後は第２の実施例と同様に、大気への放
気、弁板による閉塞や真空緩和のための空気注入が行わ
れる。

【０１１５】本実施例によれば、電磁弁３１が開放され
た時点において、既に流量調節弁８内部の移動部材が所
定の位置にあるため、最初から適切な放気量を確保する
ことができる。このため、過渡状態で生じる過剰な放気
や空気注入が防止され、同時に移動部材の急速な移動に
伴う衝突衝撃や系の構成によっては起こりえる不安定現
象を回避することができる。

【０１１６】上記各実施例における流量調整弁は、その
移動部材が軸方向に運動する縦動型の例で説明したが、
本発明では、移動部材に回転トルクを付与するように空
気圧を作用させ、該トルクに抗するように前記ばね５７
に相当するばねを設け、また前記溝６４、６６に相当す
る溝を移動部材の周方向に間隔をおいて設け、シリンダ
に前記流出路５５に相当する流出路を設けた回転型とし
て実施することができる。

【０１１７】（実施例４）以下、図１１を用いて、本出
願の請求項４に係る第４の実施例である空気圧縮機の構
成と動作を説明する。図１１は本実施例の空気圧縮機
を、主たる空気と油の流れを中心に模式化した系統図で
ある。なお、本実施例において第１の実施例と共通する
構成や動作については説明を省略する。

【０１１８】空気槽２０上部に圧力検出手段である圧力
センサ９１を備える。この出力が入力される流量制御器
９はマイコンと記憶回路などの周辺回路で構成されてお
り、図６に示した空気槽内圧に対する流路抵抗の関係が
半導体記憶素子に蓄えられている。放気路９３に備えら
れた電動弁９２は流量制御器９の指示に従いステッピン
グモータ等の電動手段により駆動され開閉する開度可変
形電動弁であり、その開度と流路抵抗の関係は予め流量
制御器９の記憶内容に考慮しておく。該弁の機械的構成
は、ケーシング内を弁体が軸方向に運動可能としてもよ
く、若しくは回転運動可能としてもよい。流量制御器９
は上位の制御装置４の指令を受ける機能を有するが、そ
の指令は電動弁９２を開閉いずれにするかの指令のみ
で、開度情報は含まれない。

【０１１９】放気路９３の下流には分岐９４が設けら
れ、一方は放気絞り３５を経てサイレンサ３６に至り、
他方は吸入絞り弁２の主室２６に連通する。

【０１２０】本実施例は以下のように作用する。

【０１２１】起動時には制御装置４は電動弁９２の開放
を流量制御器９に指令してから、圧縮機本体１の起動を
行う。流量制御器９は空気槽２０内圧を圧力センサ９１
により読み取るが、起動時なので通常大気圧であり、記
憶している関数から電動弁９２の開度を全開と決定す
る。その決定は指令となり電動弁９２を全開する。放気
は放気路９３を通りサイレンサ３６から大気へ放出され
るが、放気絞り３５で堰き止められて、ある程度の圧力
を持ち、分岐９４から主室２６にも入り、弁板２２を閉
じる働きをする。起動中に空気槽２０内圧は大気圧より
若干高くなるが、電動弁９２は全開のままで、低い方の
安定圧で推移する。放気が活発に行われ、空気槽２０内
圧が低く維持されるため、圧縮機本体１の起動と加速が
確実に行われる。

【０１２２】起動が完了すると、制御装置４が電動弁９
２の閉塞を指令し流量制御器９は空気槽２０内圧にかか
わらず、電動弁９２を締め切る。放気が中止されるため
主室２６内圧はサイレンサ３６と連通しているので、大
気圧に低下し、主弁２２が開かれ、通常の運転に移行す
る。

【０１２３】圧縮機の運転中に使用空気量が少ない状態
が続き、放気アンロ−ドに移行すべきと制御装置４が判
断した場合には、流量制御器９に電動弁９２を開くよう
指令する。流量制御器９はその時の空気槽２０内圧を圧
力センサ９１により読み取り、記憶している関数から電
動弁９２の開度を決定する。その決定は指令として、電
動弁９２を所定の開度で開く。放気アンロ−ドへの移行
開始時は通常、空気槽２０内圧が高いので、電動弁９２
開度は小さく、放気量が抑制される。そのため、主室２
６の圧力上昇速度も緩和され弁板２２の激しい衝突が防
止される。

【０１２４】放気が進み空気槽２０内圧が低下すると、
圧力センサ９１により流量制御器９が感知し、その指令
で電動弁９２は次第に開かれ図６に示した放気量に従い
放気され、放気アンロ−ドに適した安定圧まで低下し完
了する。この過程においても分岐９４と主室２６が連通
しているので、弁板２２の閉塞が維持される。

【０１２５】放気アンロ−ドの終了時にも起動アンロ−
ドと同様の動作により通常の運転に復帰する。

【０１２６】本実施例によれば、流量制御器９の記憶内
容の変更により、大きさや能力、構成の異なる圧縮機に
も同じ制御系を採用することができる。また、放気路９
３上に流量検出手段あるいは主室に圧力検出手段を追加
し、放気量のモニタが可能である。その場合、放気量の
フィ−ドバック制御が可能となり、温度や大気圧条件が
変化しても安定した放気制御を行うことができる。ま
た、本実施例おいて、流量制御器９の機能を制御装置４
が兼ね備えてることにより、流量制御器９を省略するこ
ともできる。

【０１２７】なお以上説明した本発明の各実施例におけ
る空気槽２０及びモータ３には、圧力容器安全規則に基
づき、空気槽内が一定圧以上になると作動する安全弁及
び自動停止装置がそれぞれ付設されるので、万一流量抵
抗調節弁等が作動不良をきたすことがあっても、空気槽
内が過度に昇圧されることはない。

【０１２８】

【発明の効果】本発明によれば、流量調節弁を中心とし
た簡潔な構造で少ない部品数により、アンロ−ド制御系
を構成することができる。この制御系は電磁弁などの切
り換え無しで最適な空気槽内圧が異なる始動時のアンロ
−ドと放気アンロ−ドの両方に対応可能である。同時
に、放気アンロ−ドへの移行開始時においては、吸入絞
り弁の弁板が弁座に激しく衝突するのを防止し、高い信
頼性や長い寿命も維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による空気圧縮機の系統
図である。

【図２】従来例の油冷式空気圧縮機の系統図である。

【図３】空気圧縮機の各種使用状態による吐出圧力の時
間変化グラフである。

【図４】本発明の第１の実施例による空気圧縮機の流路
抵抗調整弁の断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例による空気圧縮機の流路
抵抗調整弁の動作図である。

【図６】本発明の第１の実施例による空気圧縮機の空気
槽内圧による流路抵抗と放気量の関係を示すグラフであ
る。

【図７】本発明の第２の実施例による空気圧縮機の系統
図である。

【図８】本発明の第２の実施例による空気圧縮機の流路
抵抗調整弁の断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例による空気圧縮機の流路
抵抗調整弁一体形吸入絞り弁の斜視断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施例による空気圧縮機の系
統図である。

【図１１】本発明の第４の実施例による空気圧縮機の系
統図である。

【符号の説明】

１………圧縮機本体２………吸入絞り弁３………電動機４………制御装置５………流量調節弁６………移動部材７………パ−ジ流路８………流量調節弁９………流量制御器１１……吸入口１２……吐出口１３……給油口１４……空気清浄器１５……油分離器１６……吐出弁１７……油冷却器１８……ファン１９……吸入路２０……空気槽２１……弁ケ−ス２２……弁板２３……ピストン２４……ロッド２５……シリンダ２６……主室２７……副室２８……圧縮ばね２９……連通路３０……背室３１……電磁弁３２……調圧弁３３……上流放気路３４……下流放気路３５……放気絞り３６……サイレンサ３７……分岐３８……真空緩和弁３９……電磁三方弁４０……共通口４１……始動盤４２……商用交流電
力４３……スイッチ４４……圧力センサ５１……ケ−ス５２……フタ５３……シリンダ５４……流入口５５……流出口５６……大気口５７……圧縮ばね５８……シリンダの
底５９……圧力室６０……大気圧室６１……流路穴６２……流路穴の入
口６３……流路穴の第１の出口６４……第１の出口
溝６５……流路穴の第２の出口６６……第２の出口
溝６７……Ｏリング６８……空気槽側端
面６９……大気側突起７０……出口溝の間
隔７１……逆止弁７２……逆止用玉８１……ケ−ス８２……Ｏリング溝
間隔８３……第２流出口８４……口輪８５……注入穴８６……空気取入口８７……放気入口９１……圧力センサ９２……電動弁９３……放気路９４……分岐

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木優和東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式社日立製作所空調システム事業部内 (56)参考文献特開昭53−144011（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−256591（ＪＰ，Ａ) 実開昭48−57704（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−202769（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−181174（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 29/00 - 29/10 F04C 18/02 F04C 18/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スクリュー式もしくはスクロール式によ
る回転式容積形の圧縮機本体と、該圧縮機本体の吸入口
の上流側に連なる吸入量制限手段と、該圧縮機本体の吐
出口の下流側に連なる空気槽と、該空気槽内部に蓄えら
れた圧縮空気を外部に放気するための放気流路を含む放
気手段と、前記空気槽から放気手段への空気の流れを開
閉する開閉手段と、圧縮機の運転を管理する制御手段
と、前記圧縮機本体の駆動手段とを備えた空気圧縮機に
おいて、前記吸入量制限手段は、最大に流量を制限した場合にお
いても順方向であれば微少流量を許すパージ機能を備え
たものであり、前記開閉手段は、圧縮機の起動時におけ
るアンロード運転時には開、通常運転時には閉及び通常
運転後における放気アンロード運転時には開となるよう
に前記制御手段により開閉制御されるものであり、前記
放気手段は、前記開閉手段の下流側にあって流路抵抗を
可変にする流路抵抗調節手段を備えており、該流路抵抗
調節手段は、前記空気槽内圧に応じて流路抵抗が調節さ
れるものであって、空気槽内圧が大気圧から一定圧力に
上昇するまでは流路抵抗が最も小さい一定状態に維持さ
れる第１過程と、引続き空気槽内圧が上昇して次の一定
圧力になるまでは圧力上昇と共に流路抵抗が増加する第
２過程とを経て、その後圧力上昇と共に流路抵抗が減少
する第３過程を経た後、更なる圧力上昇と共に流路抵抗
が再び増加する第４過程を経るように変化するものであ
ることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】請求項１記載の空気圧縮機において、前
記流量抵抗調節手段を通過する放気量は、前記第１過程
では圧力上昇と共に増加してパージ流量Ｑ _P より多い放
気量まで増加し、その後前記第２過程に入ると放気量は
圧力上昇と共に減少してパージ流量Ｑ _P よりも減少し、
引続き前記第３過程に入ると圧力上昇と共に再び放気量
が上昇してパージ流量Ｑ _P よりも多い放気量になるよう
に変化するものであることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項３】請求項２記載の空気圧縮機において、前
記吸入量制限手段は、シリンダと該シリンダ内部を往復
動作可能なピストンを備え、前記放気手段の放気流路は
該シリンダの一室に連通すると共に大気へもある程度の
流路抵抗を持ちつつ端部が開放され、また、前記吸入量
制限手段には該ピストンに連動した弁板が備えられ、該
弁板は吸入流路を塞ぐ位置と塞がない位置の間を可動範
囲とし、前記ピストンと該弁板とは前記放気流路に連通
したシリンダ室の圧力上昇により、ピストンが弁板を吸
入流路を塞ぐ方向に動かすよう結合されていることを特
徴とする空気圧縮機。
【請求項４】請求項２又は３記載の空気圧縮機におい
て、前記放気流路上に備えられた前記開閉手段ならびに
前記流路抵抗調節手段に代えて、二者を一体となす、全
開および全閉のみならず半開状態可能な開度可変形電動
弁を備え、また、空気槽内圧の感知手段を備え、該感知
手段の出力値を前記制御装置あるいは別の制御装置が判
断材料とすることにより、空気槽内圧に対して前記関数
関係に流量を制御するよう前記開度可変形電動弁に指示
する機能を該制御装置に備えたことを特徴とする空気圧
縮機。
【請求項５】請求項２又は３記載の空気圧縮機におい
て、前記流路抵抗調節手段は、少なくともばねと移動部
材との両者を内部に備える移動室より成り、該移動室の
内部には該移動部材の移動を１つの軸方向のみに限定
し、なおかつ軸方向移動を一定の範囲に制限する手段が
備えられ、かつ、該移動室は前記移動部材により２室に
仕切られ、その内の一方の室には前記空気槽の内圧が流
路を通じて作用することが可能で、他端方の室には大気
圧が作用する連通路が該移動室の壁を貫通して具備さ
れ、また、前記移動部材の大気圧作用面から空気槽内圧
作用面の向きに力が作用する位置に前記ばねが備えら
れ、該移動部材が移動範囲の各端部にある時を除き、前
記移動部材の両端面の圧力差に軸直角断面積を乗じた力
と、変形の結果によるばねの反力が実質的に釣り合う位
置にて該移動部材は安定する機能を持ち、また、該移動
室はその内壁と前記移動部材の外周面とのすきまを前記
放気流路の一部となし、該移動部材の位置により、該す
きまを通る流路長さが変化するよう、該すきま流路の始
点を該移動部材側面と移動室内壁のいずれかに設け、該
すきま流路の終点を他方に設けたことを特徴とする空気
圧縮機。
【請求項６】請求項５記載の空気圧縮機において、前
記移動部材は円筒形を成し、前記移動室は該移動部材と
僅かなすきまを有する径の円筒穴を成し、該移動部材は
両端部近くに前記移動室内面とのすきまを塞ぐ環状のシ
ール部材を備え、該移動部材の内部に空気槽圧力の作用
する端面に入口を、前記シール部材にはさまれた側面に
軸方向にずれた少なくとも２つの出口を持つ流路穴が開
けられ、各々の流路穴出口の位置に移動部材の外周に沿
った環状溝が設けられて出口溝を形成し、該出口と該出
口溝は前記すきま流路の始点となり、空気槽圧力がおよ
そ大気圧程度の低い圧力である時の前記移動部材の停止
位置における大気圧作用面に最も近い出口溝と対面する
位置に移動室内面から外部に対して、前記すきま流路の
終点となる流出穴が開けられ、２つの出口溝の間隔は該
流出穴の直径よりも大きく、空気槽圧力の作用する端面
側の前記シール部材から最も近い出口溝までの距離は少
なくとも該流出穴の直径よりも大きいことを特徴とする
空気圧縮機。
【請求項７】請求項６記載の空気圧縮機において、前
記流出穴に加え同様に移動室の側面に第２流出穴を設
け、第２流出穴の下流は前記吸入量制限手段と前記圧縮
機本体の吸入口の間の吸入路に連通し、第２流出穴は前
記空気槽圧力が低圧側および高圧側のいずれにおいても
前記移動部材によって流路を塞がれ、圧力状態がそれら
の中間の場合にのみ流路が開かれる位置にあることを特
徴とする空気圧縮機。