JP3550098B2 - 回転式空気圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等に用いられる回転式空気圧縮機に係り、詳しくは、空気を吸い込む空気吸入路と、油を取入れる油取入路と、空気吸入路から吸込まれた空気を、油取入路から取入れた油を伴って圧縮する回転体を有する圧縮部と、圧縮部に吸込まれる方向の空気の流れを許容し、かつ、圧縮部から押出される方向の空気の流れを阻止する状態で空気吸入路に設けられた逆流防止弁とを備えた回転式空気圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転式空気圧縮機は、図４に示すような構成であった。即ち、油を伴って空気を圧縮する圧縮部（圧縮機本体）１、カップリング２を介して圧縮部１を駆動する電動モータ３、空気圧縮機本体１から排出される圧縮空気と油との混合物から油を回収する油回収器４、圧縮空気から油を分離する油分離器５、油の除去された圧縮空気を保圧逆止弁６を介してから冷却するアフタークーラー７、圧縮空気を排気可能な電磁排気弁８、油温調整弁９、オイルクーラー１０、油クリーナー１１、吸入用のエアクリーナー１２、逆流防止弁（吸込弁）１３、及び油温スイッチ１４等から回転式空気圧縮機が構成されていた。
【０００３】
エアクリーナー１２と圧縮部１との間に配備される逆流防止弁１３は、圧縮部１によって生じた高圧の空気が空気吸入路、即ち、エアクリーナ１２へ逆流しないようにするための弁であり、負圧により円滑に動作して、圧縮部１への空気の流れ込みのみを許容する機能を有している。即ち、先端に弁が形成されたロッドを有するピストンと、シリンダ筒と、これら両者間に配置された戻しバネとによるピストン構造とすることにより、正確に作動し、かつ、耐久性に優れたものとなるように構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この逆流防止弁は、圧縮部で生じる負圧により、戻しバネに抗して弁が開いて空気を吸い込み、負圧が無くなると戻しバネによって弁が閉じるものであり、この弁の開動作は圧縮部が動いている間は保持される。ところが、経年の繰り返し動作により、ピストンとシリンダ間の摺動抵抗が低下することなどにより、圧縮部の駆動周期（例えば、一対のスクリューの回転周期）と、逆流防止弁の戻しバネの固有振動数とが同期し、戻しバネのサージングが発生してピストンに伝達され、弁のハンチングを誘発することがあった。特に、鉄道車両用の回転式空気圧縮機は床面の下に取り付けられるため、鉄道車両の停車時などにハンチングが生じると車内まで騒音が伝わる。
【０００５】
本発明の目的は、逆流防止弁の構造工夫により、騒音や故障の原因になるハンチング現象を解消し、耐久性があって円滑に作動する回転式空気圧縮機を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、空気を吸い込む空気吸入路と、油を取入れる油取入路と、空気吸入路から吸込まれた空気を、油取入路から取入れた油を伴って圧縮する回転体を有する圧縮部と、圧縮部に吸込まれる方向の空気の流れを許容し、かつ、圧縮部から押出される方向の空気の流れを阻止する状態で空気吸入路に設けられた逆流防止弁とを備えてなる回転式空気圧縮機において、
逆流防止弁を、空気吸入路を遮断自在な弁体と、この弁体を支持する弁棒と、この弁棒の一端に取付けられたピストンと、このピストンをスライド自在に支持するシリンダ筒と、このシリンダ筒内の一端とピストンとの間に介装されたバネとを備えて構成し、
シリンダ筒に、ピストンのスライド移動に伴う空気の流入及び流出を許容するための一対の空気逃がし路を形成するとともに、これら両逃がし路のうちの少なくとも一方に空気の流れを制限する絞りを設けてあることを特徴とする。
【０００７】
請求項１の構成によれば、シリンダ筒に形成された一対の空気逃がし路により、ピストンが突出方向及び退入方向のいずれに移動しても、シリンダ内における断熱圧縮作用が生じないようになり、不要な抵抗や発熱無く円滑で軽快にピストンが往復スライド移動できる。そして、一方の空気逃がし路に絞りを設けたので、その絞りの設けられたシリンダ室への空気の流入及び流出が制限されるので、逆流防止弁としての良好な動きを阻害しないようにしながら、ピストンのスライド移動に抵抗を付与できるようになる。
【０００８】
つまり、戻しバネの固有振動数はその機能上から決まるものの、絞りにおける抵抗の付与により、前述のサージングが生じないように設定することができて、ハンチングが生じないようにすることが可能になる。
【０００９】
請求項２の構成は、請求項１の構成において、絞りを、ピストンによって二分されたシリンダ筒内のシリンダ室のうち、弁棒が存在しないヘッド側のシリンダ室に連通される逃がし路に設けてあることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の構成によれば、絞りによる作用が効率良く発揮されるようになる。ピストンにより、シリンダ内空間は、弁棒が存在するスカート側シリンダ室と、弁棒が存在しないヘッド側シリンダ室とに区分されるので、一対の空気逃がし路はこれら両シリンダ室毎に１個所設けられるようになる。この場合、スカート側シリンダ室には弁棒をスライド自在に貫通させるブッシュやシール部が存在するに対して、ヘッド側シリンダ室にはこうしたシール部が存在しない。これにより、ヘッド側シリンダ室は、スカート側シリンダ室に比べて、前記逃がし路以外からの室内空気の漏れが少ない。したがって、前記絞りは、ヘッド側シリンダ室の逃がし路に設ける方が、より有効な絞り作用を得ることができる。
【００１１】
請求項３の構成は、請求項１又は２の構成において、シリンダ筒の端壁のうち、ヘッド側の端壁に、逆流防止弁を圧縮部に螺装するための回し部となるボルトを端壁を貫通する状態で螺着するとともに、そのボルトに絞りを形成してあることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の構成によれば、次のような作用が得られる。一般に逆流防止弁は、予備組付けされた部品として圧縮部に組み込まれるようになるため、予備組付けされた部品の締付け操作用として、或いは逆流防止弁を圧縮部に螺装するための回し部としての操作ボルトを、シリンダ筒の頂部に装着自在とする構造が採られる。具体例としては、シリンダ筒上壁に貫通形成されたナット孔に操作ボルトを螺装することになる。（図２参照）。又、そのナット孔は、シリンダ筒内のメンテナンス用として使用されることもある。
【００１３】
従って、前記理由によって本来的に装備されているボルトに小孔等の絞りを設けるようにすれば、逆流防止弁に新たな加工を行う必要が無くなるとともに、予めボルト自体を絞り付きの部品として作成することができるので、生産性や加工費の点で有利なものとすることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に鉄道車両用の回転式空気圧縮機Ａが示されている。この回転式空気圧縮機Ａの基本構造は公知のものであり、１は圧縮部、２はカップリング、３は電動モータ、４は油回収器、５は油分離器、６は保圧逆止弁、７はアフタークーラー、８は電磁排気弁、９は油温調整弁、１０はオイルクーラー、１１は油クリーナー、１２はエアクリーナー、１３は逆流防止弁、１４は油温スイッチ、１５は冷却ファン、１６は安全弁、１７はドレンダメである。尚、図４に示す回転式空気圧縮機と同じ符号が付されたものは、互いに同じ機能を有したものである。
【００１５】
ここで、回転式空気圧縮機Ａの概略作用を説明すると、エアクリーナー１２から送られてくる空気を、油取入路１８から送られてくる油を伴って、互いに咬合する一対の回転スクリュー（回転体の一例）１ａ，１ｂを備えた圧縮部１にて圧縮し、高圧空気（圧搾空気）を油回収器４に排出する。油回収器４にて回収された油は、油温調整弁９、又はこれとオイルクーラー１０とを経て温度調整されてから、油クリーナー１１で濾過されて油取入路１８を通って圧縮部１に還元される。
【００１６】
一方、油回収器４にて油分の除去された高圧空気は、油分離器５にて再度油分を取り除いてから保圧逆止弁６、及びアフタークーラー７を通って冷却された後、除湿装置等の然るべき装置に送られる。油分離器５には、ここで回収された油を圧縮部１に戻す油戻し路１９や、空気圧縮機としての作動停止時のエア抜きを行うための電磁排気弁８等が接続されている。
【００１７】
圧縮部１は、電動モータ３によって回転駆動される一対のスクリュー１ａ，１ｂにより、途中に逆流防止弁１３を備えた空気吸入路２０からの空気を、油取入路１８や油戻し路１９からの油を伴って圧縮するところである。一対のスクリュー１ａ，１ｂによる圧縮部１には機械的隙間が存在しており、油によるシール作用があって空気圧縮ができる。この圧縮部１の停止したときなどに、一対のスクリュー１ａ，１ｂを経て高圧空気が逆流する。この油入り空気の吹き上げを防止するため、逆流防止弁１３を設けて空気吸入路２０を逆方流れに対して遮断するようにしてある。次に、逆流防止弁１３について詳述する。
【００１８】
図２、図３に示すように、圧縮部１に吸込まれる方向の空気の流れを許容し、かつ、圧縮部１から押出される方向の空気の流れを阻止する状態で空気吸入路２０に設けられた逆流防止弁１３は、空気吸入路２０を遮断自在な弁体２１と、この弁体２１を先端部にて支持する弁棒２２と、この弁棒２２の一端に取付けられたピストン２３と、このピストン２３をスライド自在に支持するシリンダ筒２４と、このシリンダ筒２４内の一端とピストン２３との間に介装された戻しバネ２５とを備えて構成されている。
【００１９】
シリンダ筒２４は、ピストン２３を直接内嵌するヘッド側筒部２４Ａと、弁棒２２を貫通支持するスカート側筒部２４Ｂとを３本のボルト４３で連結一体化して構成されるとともに、スカート側筒部２４Ｂは、ヘッド側筒部２４Ａに内嵌されるシリンダケース部２６と、弁体２１によって開閉される吸入路２７を形成する流路ケース部２８とを有した鋳造一体品に構成されている。つまり、スカート側筒部２４Ｂは、ヘッド側筒部２４Ａにボルト連結される３個所のナット部分４３以外どうしの間は開放されており、それによって吸入路２７としてある。
【００２０】
弁体２１は、弁棒２２先端側に緩衝バネ２２ａを介して固定された弁本体２９と、これを弁棒２２に対してバネ受け３０を介して固定するスナップリング３４と、シール用の蓋部材３１と、弁座３２とを備えた複合部材に構成されている。弁座３２は、流路ケース部２８のリング状下端２８ａと弁本体２９とのシール性を改善するべく弁本体２９に陥没状態で嵌合装備されており、スナップリング３３によって抜け止め処理がなされている。
【００２１】
３４は、バネ受け３０の弁棒２２に対する抜け止めを行うスナップリングであり、３５は、蓋部材３１の弁本体２９に対する抜け止めを行うスナップリングである。４４は蓋部材３１の装脱を行うための流通孔、４５はブッシュ、４６は弁棒２２とブッシュ４５との間のグリースの溜まり部である。
【００２２】
ピストン２３は、弁棒２２の上端にネジ止め連結されており、このピストン２３の下面側とシリンダケース部２６の上面側とに亘って弁棒２２を囲繞する状態の戻しバネ２５が装備されている。この戻しバネ２５がシリンダケース部２６に対してピストン２３を上昇付勢させており、逆流防止弁１３の単体状態では、弁体２１によって流路ケース部の下端２８ａを閉じた吸入路２７の断絶状態が維持されている。
【００２３】
流路ケース部２８の上下中間部分には、逆流防止弁１３として圧縮部１に装着するためのネジ部２８ｂが周設してあるとともに、ヘッド側筒部２４Ａの頂壁（ヘッド側の端壁）２４ａにおける弁中心Ｐに相当する位置に、操作ボルト３７を螺着するための貫通ナット部３６を形成してある。操作ボルト３７は、ネジ部２８ｂを用いてシリンダ筒２４を圧縮部１の装着ケース部３８に内嵌螺着するときの回し部として用いられるものであり、この操作ボルト３７を外せば、シリンダ筒２４の内部の清掃、点検等のメンテナンス用孔として貫通ナット部３６を用いることもできる。
【００２４】
図２、図３に示すように、操作ボルト３７には、ヘッド側筒部２４Ａとピストン２３とで囲まれたヘッド側シリンダ室４０に対する空気逃がし路となる貫通孔３９を形成してある。この貫通孔３９の直径を小径として絞りＳとなるようにしてあり、その径寸法は、圧縮部１の作動停止時において、ピストン２３の戻り動作遅れが生じない程度の抵抗力を付加できるものに設定されている。そして、シリンダケース部２６とピストン２３とで囲まれたスカート側シリンダ室４１に対する空気逃がし路４２を、十分な直径を有した孔としてシリンダケース部２６に横向きに形成してある。
【００２５】
以上のように構成された逆流防止弁１３は、図２に示す状態のＡＳＳＹ部品として予め組付けられており、圧縮部１へ組付けるには、操作ボルト３７をレンチやスパナ等の工具を用いて回して、流路ケース部２８の雄ネジ部２８ｂを装着ケース部３８の雌ネジ部３８ａに螺着することでなされる。
【００２６】
図３に示すように、逆流防止弁１３が圧縮部１に組み込まれた状態では、空気吸入路２０と圧縮部１の空気入口１ｒとが吸入路２７を介して接続されるようになっている。しかして、一対の回転スクリュー１ａ，１ｂが回転して空気入口１ｒに負圧が発生すると、それによって戻しバネ２５の付勢力に抗してピストン２３が突出移動して弁体２１が下端２８ａから離れて弁が開通し、空気を取込むようになる。又、２個所の空気逃がし路３９，４２は、共に空気吸入路２０に開放されるようになっている。
【００２７】
２個所の空気逃がし路３９，４２の存在により、ピストン２３が軽快に往復スライド移動できるとともに、ヘッド側シリンダ室４０の空気逃がし路３９を小径とすることで形成された絞りＳの存在により、戻しバネ２５の動きに対する抵抗が発生する。
【００２８】
従って、電動モータ３の回転速度が変動する場合など系としての固有振動数が自由状態時の戻しバネ２５の固有振動数が一致することがあっても、戻しバネ２５はサージングを起こすことがなく、それに起因した振動や騒音、或いは故障等の不都合が生じないようになっている。
【００２９】
〔別実施形態〕
ヘッド側シリンダ室４０に対する空気逃がし路３９を、操作ボルトではなく、頂壁２４ａに直接形成しても良い。スカート側シリンダ室４１に対する空気逃がし路４２を小径として絞りとする構造でも良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に記載の回転式空気圧縮機では、空気吸入路に設置されるシリンダ・ピストン構造の逆流防止弁を、一対の空気逃がし路を設けて軽快で円滑に作動するようにしながら、一方の空気逃がし路に形成した絞りにより、騒音や振動、故障等の不都合原因となるハンチングの生じない良好なものにできた。
【００３１】
請求項２に記載の回転式空気圧縮機では、一対の空気逃がし路のうちのヘッド側シリンダ室に形成される逃がし路に絞りを設ける工夫により、請求項１の構成による前記効果をより有効に、かつ、効率良く発揮できる利点がある。
【００３２】
請求項３に記載の回転式空気圧縮機では、逆流防止弁を圧縮部に装備するための部品である操作ボルトに絞りを設けることにより、加工費の節減や生産効率の向上を図りながら、請求項１又は２の構成による前記いずれかの効果を奏することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転式空気圧縮機の概略の全体構成を示す機能系統図である。
【図２】逆流防止弁の構造を示す断面図である。
【図３】逆流防止弁の圧縮部への組付け状態を示す一部切欠き側面図である。
【図４】従来の回転式空気圧縮機を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 圧縮部
１ａ，１ｂ 回転体
１３ 逆流防止弁
１８ 油取入路
２０ 空気吸入路
２１ 弁体
２２ 弁棒
２３ ピストン
２４ シリンダ筒
２４ａ ヘッド側の端壁
２５ バネ
３７ ボルト
３９，４２ 空気逃がし路
４０ ヘッド側のシリンダ室
Ｓ 絞り

Claims (3)

1. 空気を吸い込む空気吸入路と、油を取入れる油取入路と、前記空気吸入路から吸込まれた空気を、前記油取入路から取入れた油を伴って圧縮する回転体を有する圧縮部と、前記圧縮部に吸込まれる方向の空気の流れを許容し、かつ、前記圧縮部から押出される方向の空気の流れを阻止する状態で前記空気吸入路に設けられた逆流防止弁とを備えてなる回転式空気圧縮機であって、
   前記逆流防止弁を、前記空気吸入路を遮断自在な弁体と、この弁体を支持する弁棒と、この弁棒の一端に取付けられたピストンと、このピストンをスライド自在に支持するシリンダ筒と、このシリンダ筒内の一端と前記ピストンとの間に介装されたバネとを備えて構成し、
   前記シリンダ筒に、前記ピストンのスライド移動に伴う空気の流入及び流出を許容するための一対の空気逃がし路を形成するとともに、これら両逃がし路のうちの少なくとも一方に空気の流れを制限する絞りを設けてある回転式空気圧縮機。
2. 前記絞りを、前記ピストンによって二分された前記シリンダ筒内のシリンダ室のうち、前記弁棒が存在しないヘッド側のシリンダ室に連通される逃がし路に設けてある請求項１に記載の回転式空気圧縮機。
3. 前記シリンダ筒の端壁のうち、前記ヘッド側の端壁に、前記逆流防止弁を前記圧縮部に螺装するための回し部となるボルトを前記端壁を貫通する状態で螺着するとともに、そのボルトに前記絞りを形成してある請求項１又は２に記載の回転式空気圧縮機。

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