JP4015219B2 - Air compressor load reducing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエアモータやエアシリンダ等の空気圧機器に圧縮空気を供給するのに好適に用いられる空気圧縮機の負荷軽減装置に関し、特に、圧縮空気の圧力が大きく上昇したときに無負荷運転を行いうるようにした空気圧縮機の負荷軽減装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、クランク軸が回転可能に設けられるクランクケースと、該クランクケースに搭載されたシリンダと、該シリンダ上に設けられ該シリンダ内のピストンとの間で圧縮室を画成するシリンダヘッドと、該シリンダヘッド内に互いに独立して設けられた吸込室および吐出室と、前記クランクケースに設けられ前記クランク軸を回転駆動する駆動源としての電動モータと、前記吸込室側に設けられ常時は前記ピストンの往復動に応じて吸込弁が開,閉するのを許し、無負荷運転時には前記吸込弁を開弁状態に保持するアンロード機構とからなる往復動式の空気圧縮機は、例えば特開平8−61235号公報等によって知られている。
【0003】
この種の従来技術による空気圧縮機では、電動モータによりクランク軸を回転駆動してピストンをシリンダ内で往復動させることにより、吸込室側から吸込んだ空気を圧縮室内で圧縮しつつ、圧縮空気を吐出室から外部の空気タンク等に吐出させる所謂圧縮運転を行うようにしている。
【0004】
そして、この圧縮運転により空気タンク内の圧力が予め決められた最高の設定圧まで上昇したときには、アンロード機構を作動させて吸込弁を強制開弁し、前記圧縮室を吸込弁および吸込室を介して大気と連通させることにより、前記電動モータの回転を続行させたままの状態で無負荷運転を行わせる。
【0005】
ここで、前記アンロード機構は、吸込室側に位置してシリンダヘッドに設けられた電磁アクチュエータと、該電磁アクチュエータで駆動されることにより前記吸込弁を押動するアンロードピストン等とから構成され、通常の圧縮運転時にはアンロードピストンを吸込弁から離間させることにより、この吸込弁がピストンの往復動に応じて開,閉されるのを許すようになっている。
【0006】
そして、前記圧縮運転により空気タンク内の圧力が最高の設定圧まで上昇すると、前記電磁アクチュエータでアンロードピストンを吸込弁側に向けて駆動することにより、該アンロードピストンで吸込弁を押動して強制開弁させ、無負荷運転としてのアンロード運転を開始させる。
【0007】
この結果、吸込弁を開弁状態に保持している間は、前記電動モータでピストンの往復動を続行させても圧縮室内の圧力は大気圧状態に保たれ、電動モータにかかる負荷を軽減した無負荷運転を行うことができる。
【0008】
また、これにより空気タンク内の圧力変動に対応させて、前記電動モータを起動,停止させる必要がなくなり、省力化を図ることが可能となる。なお、圧縮運転を開始するため電動モータを起動するときにも、このモータが定格回転となるまではアンロード機構によって吸込弁を所定時間だけ開弁させ、起動負荷を軽減できるようにしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、無負荷運転時に電磁アクチュエータによってアンロードピストンを駆動し、このときに該アンロードピストンで吸込弁を押動することにより吸込弁を強制開弁させる構成としているから、下記のような問題が生じる。
【0010】
即ち、従来技術にあっては、例えばピストンの往復動に伴って吸込弁が開,閉弁している圧縮運転の途中でアンロード機構を作動させると、電磁アクチュエータで駆動されたアンロードピストンが開,閉弁動作中の吸込弁に強く衝突し、このときの衝撃により吸込弁が早期に摩耗、損傷される虞れがある。
【0011】
また、シリンダ内のピストンが吐出(圧縮)行程にあるときに、吸込弁は閉弁することにより、シリンダ内の圧縮室を圧縮空気で高い圧力状態に昇圧させるから、吐出行程の瞬間にアンロード機構を作動させるときには、圧縮室内の高い圧力に抗してアンロードピストンで吸込弁を強制開弁させるために、電磁アクチュエータによりアンロードピストンに大きな駆動力を与えることが必要となる。特に、高圧の圧縮空気を発生させる大型の圧縮機にあっては、電磁アクチュエータによるアンロードピストンの駆動力を大きくするために、電磁アクチュエータ等を大型化せざるをえなくなる。
【0012】
一方、圧縮機本体のクランクケースに複数のシリンダ(気筒)を設けた多段式の空気圧縮機にあっては、アンロード運転時に各気筒毎の吸込弁をそれぞれのアンロード機構により強制開弁させる構成としたものが知られている。しかし、この場合には各気筒毎にそれぞれアンロード機構を設けるようにしているから、部品点数が増加して組立時の作業性が低下する上に、各アンロード機構の制御回路等が複雑化し、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【0013】
さらに、別の従来技術として、例えば空気タンクとシリンダヘッドの吐出室との間にチェック弁を設け、空気タンク内の圧縮空気が吐出室側に逆流するのを防止すると共に、前記シリンダヘッドの吐出室側には該吐出室内を大気に開放させるアンロード機構を設ける構成としたものも知られている。
【0014】
しかし、この場合には通常の圧縮運転時に、高圧の圧縮空気が吐出室側からチェック弁を介して空気タンクへと吐出されるから、このチェック弁は高温状態となった圧縮空気の熱影響に常にさらされ、早期に熱劣化し易くなる。そして、これを防止するためには高温、高圧または高荷重等に耐えられる高品質のチェック弁を採用する必要が生じ、これによってコストアップを招くばかりでなく、高品質のものであってもチェック弁としての動作安定性(信頼性)を必ずしも長期に亘って確保することは難しいという問題がある。
【0015】
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、本発明はチェック弁等を用いることなく、吐出室側を大気に開放することによって無負荷運転を容易に行うことができ、耐久性や信頼性等を向上できるようにした空気圧縮機の負荷軽減装置を提供することを目的としている。
【0016】
また、本発明の他の目的は、例えば多段式の空気圧縮機に適用する場合でも、各気筒毎にアンロード機構等を設ける必要をなくして、部品点数を削減することができ、組立時の作業性を向上できると共に、全体の構造を簡略化でき、耐久性や寿命を延ばすことができるようにした空気圧縮機の負荷軽減装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、請求項1に記載の如く、少なくとも圧縮室と第1,第2の吐出室とを有し、該第1,第2の吐出室と圧縮室との間には互いに独立して開,閉される第1,第2の吐出弁を設けてなる圧縮機本体と、該圧縮機本体に設けられ、前記圧縮室内で圧縮空気を発生させるため該圧縮機本体を駆動する駆動源と、前記圧縮機本体の各吐出室のうち一方の吐出室に接続され、前記圧縮室から一方の吐出室を介して吐出される圧縮空気を貯留する空気タンクと、前記圧縮機本体の他方の吐出室に対し導管を介して離れた位置で接続され、常時は閉弁することにより他方の吐出室を高圧状態に保ち、無負荷運転時には開弁して前記他方の吐出室を大気に開放する弁手段と、該弁手段を開,閉駆動する弁駆動手段とからなる構成を採用している。
また、請求項2に記載の発明によると、前記圧縮機本体は、低圧側の圧縮室と高圧側の圧縮室とを有する多段式の圧縮機本体であり、前記弁手段は、当該圧縮機本体のうち高圧側の圧縮室側に配設する構成としている。
【0018】
上記構成によれば、請求項1に記載の発明は、圧縮機本体に設けた第1,第2の吐出室のうち、一方の吐出室を空気タンクに接続し、他方の吐出室は、離れた位置に設けた弁手段に導管を介して接続しているから、無負荷運転時に弁駆動手段によって弁手段を開弁させたときには、前記他方の吐出室を大気に開放でき、圧縮室内の圧力を大気圧状態まで下げることにより圧縮機本体および駆動源の負荷を自動的に軽減できる。そして、前記一方の吐出室側では吐出弁に空気タンクからの圧力が作用するから、この吐出弁が閉弁状態を保つことにより一方の吐出室側を高圧状態に保持でき、空気タンク内に貯留した圧縮空気が無負荷運転時に外部に漏れるのを防止することができる。
また、請求項2に記載の発明によると、低圧側の圧縮室と高圧側の圧縮室とを有する多段式の圧縮機本体のうち、高圧側の圧縮室側に弁手段を配設することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って詳述する。
【0020】
ここで、図1ないし図4は本発明の実施例による空気圧縮機の負荷軽減装置を往復動型の2段式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて示している。
【0021】
図において、1は当該圧縮機の本体部を構成する圧縮機本体で、該圧縮機本体1はクランクケース2および後述のシリンダ5,10等により水平対向型の2段式圧縮機として構成されている。そして、圧縮機本体1のクランクケース2内にはクランク軸3が回転可能に設けられ、該クランク軸3は後述の電動モータ18により回転駆動される。また、クランクケース2から外部に突出したクランク軸3の先端側には冷却ファン4が設けられ、該冷却ファン4はクランク軸3と共に回転駆動されることにより、クランクケース2やシリンダ5,10等に向けた冷却風を発生させる構成となっている。
【0022】
5はクランクケース2に設けられた第1の気筒を構成する低圧側シリンダ、6は該低圧側シリンダ5内に摺動可能に挿嵌されたピストンを示し、該ピストン6はクランク軸3に連接棒7を介して連結され、電動モータ18によりクランク軸3が回転駆動されるに伴って低圧側シリンダ5内を往復動する。そして、低圧側シリンダ5内にはピストン6と後述のシリンダヘッド8との間に低圧側の圧縮室Aが画成されている。
【0023】
8は低圧側シリンダ5の先端側に設けられ、該低圧側シリンダ5と共に第1の気筒を構成するシリンダヘッドで、該シリンダヘッド8内には低圧側シリンダ5の圧縮室Aに対し吸込弁と吐出弁を介して連通,遮断される吸込室と吐出室(いずれも図示せず)が形成されている。そして、シリンダヘッド8の吸込室は吸込サイレンサ(図示せず)等を介して外気と連通し、吸込弁の開弁時に外部の空気を低圧側シリンダ5の圧縮室A内に吸込ませるようになっている。また、シリンダヘッド8の吐出室側には吐出口8Aが設けられ、該吐出口8Aは連通配管9を介して後述する高圧側の吸込室Cに接続されている。
【0024】
10は低圧側シリンダ5の反対側に位置してクランクケース2に設けられた第2の気筒を構成する高圧側シリンダで、該高圧側シリンダ10は低圧側シリンダ5よりも小さいシリンダ径をもって形成され、高圧の圧縮空気を発生させるようになっている。11は高圧側シリンダ10内に摺動可能に挿嵌されたピストンを示し、該ピストン11はクランク軸3に連接棒12を介して連結され、クランク軸3の回転に伴って高圧側シリンダ10内を往復動する。
【0025】
13は高圧側シリンダ10の先端側に設けられ、該高圧側シリンダ10と共に第2の気筒を構成するシリンダヘッドで、該シリンダヘッド13はピストン11との間で高圧側シリンダ10内に圧縮室Bを形成している。また、シリンダヘッド13には高圧側シリンダ10との間に弁板14が設けられ、該弁板14は図2に示すようにシリンダヘッド13内に、吸込室Cと第1,第2の吐出室D,Eとを画成している。
【0026】
そして、これらの吐出室D,Eのうち一方の吐出室Dは後述の空気タンク19に空気配管20を介して接続され、他方の吐出室Eは後述のリリースバルブ21にアンロード用の導管22を介して接続されている。また、弁板14には高圧側シリンダ10の圧縮室B内を吸込室C内に連通,遮断させる吸込弁15が設けられると共に、圧縮室Bを吐出室D,Eに連通,遮断させる第1,第2の吐出弁16,17が設けられている。
【0027】
ここで、該吐出弁16,17はリード弁等からなり、吐出室D,Eを圧縮室B内に対し独立して開,閉させる構成となっている。また、シリンダヘッド13には吸込室C内に常時連通する吸込口13Aが設けられ、該吸込口13Aは連通配管9を介して低圧側の吐出口8Aに接続されている。
【0028】
18は圧縮機本体1のクランクケース2に一体に設けられた駆動源としての電動モータで、該電動モータ18のモータケース18Aは図1に示す如く、クランクケース2の一部を構成するようにクランクケース2の一側に一体に設けられている。そして、電動モータ18の回転軸18Bはクランクケース2内のクランク軸3と一体的に連結され、クランク軸3を回転駆動する構成となっている。
【0029】
19は圧縮空気を貯留する空気タンクで、該空気タンク19は図2に示すように略円筒状の密閉容器として形成され、例えば空気タンク19の上部側には圧縮空気を空気タンク19内に導入,出させるための接続管部19Aが一体に設けられている。そして、空気タンク19は高圧側のシリンダヘッド13内に形成した吐出室Dと空気配管20を介して接続され、高圧側シリンダ10の圧縮室B内で発生した高圧の圧縮空気は、吐出室Dから空気配管20を介して空気タンク19内に貯留される。
【0030】
21はシリンダヘッド13の吐出室Eにアンロード用の導管22を介して接続された弁手段としてのリリースバルブで、該リリースバルブ21は、図2に示すように、流入ポート23Bがシリンダヘッド13の吐出室Eから離れた位置で導管22に接続されている。そして、リリースバルブ21は図3および図4に示す如く、ピストン摺動穴23Aが軸方向の段付き穴として形成されると共に、流入ポート23Bおよびパイロットポート23Cがピストン摺動穴23Aの軸方向に離間して形成された弁ハウジング23と、ピストン摺動穴23Aの一端側を閉塞するように弁ハウジング23の一端側に螺着され、後述の段付きピストン29との間でパイロットポート23Cに常時連通するパイロット圧室24を画成した栓体25と、後述の弁体30等とから構成されている。
【0031】
ここで、弁ハウジング23の他端側には、ピストン摺動穴23Aの他端側端面との間に環状弁座23Dを形成する拡径穴23Eが設けられ、この拡径穴23Eは弁ハウジング23の一部を構成するカバー筒26によって覆われている。そして、該カバー筒26は拡径穴23Eとの間に大気開放室27を画成し、この大気開放室27は多孔質の焼結金属等からなる消音フィルタ28を介して外気に常時連通する構成となっている。
【0032】
29は弁ハウジング23のピストン摺動穴23A内に挿嵌された段付きピストンで、該段付きピストン29は拡径穴23E側に向けて同軸に延びる小径軸部29Aを有し、該小径軸部29Aの先端側には短尺の筒状に形成された弁体30がナット31を介して一体に固着されている。そして、弁体30の一端側には環状のバルブシート32が設けられ、該バルブシート32は弁体30と共に弁ハウジング23の環状弁座23Dに離着座するようになっている。
【0033】
ここで、段付きピストン29は流入ポート23Bからの圧力を端面29B側で受圧することにより、パイロット圧室24側が大気圧状態にある間は図3中の矢示F方向に押圧される。これにより、段付きピストン29は弁体30を環状弁座23Dにバルブシート32を介して着座させ、流入ポート23Bを大気開放室27に対して遮断する。
【0034】
一方、パイロット圧室24内に後述の配管35を介して高圧の圧縮空気が供給されたときには、段付きピストン29が端面29C側でこの圧力を受圧する。そして、段付きピストン29は端面29B側よりも端面29C側で大なる受圧面積を有しているから、流入ポート23Bとパイロットポート23Cとの間がほぼ等しい圧力状態になった場合でも、段付きピストン29は端面29B,29Cの受圧面積差により矢示G方向に押圧される。
【0035】
この結果、弁体30がバルブシート32と共に弁ハウジング23の環状弁座23Dから離座することにより、弁体30が開弁して流入ポート23Bは大気開放室27に連通する。そして、流入ポート23B側から大気開放室27へと流れてくる圧縮空気は消音フィルタ28を介して外部に排出される。これにより、図2に示すシリンダヘッド13の吐出室Eはアンロード用の導管22を介してリリースバルブ21により大気に開放され、吐出室Eに吐出弁17を介して連通される高圧側シリンダ10内の圧縮室Bは、リリースバルブ21の開弁によって大気圧に近い状態まで自動的に圧力が低下するようになる。
【0036】
また、消音フィルタ28はこのときに大気開放室27からカバー筒26の外部に向けて排出される圧縮空気の排気音を低減させ、騒音の発生を抑えると共に、外部のダスト等が大気開放室27内へと侵入するのを防止し、バルブシート32や段付きピストン29の摺動面等がダストによって早期に摩耗、損傷されるのを抑えるようになっている。
【0037】
さらに、消音フィルタ28は多孔質構造をなすことにより、大気開放室27から外部にへと排出される圧縮空気に絞り抵抗を与え、大気開放室27側に大気圧よりも一定圧分だけ僅かに高い圧力を生じさせる。これにより、例えば無負荷運転(アンロード運転)から圧縮運転に切換えるときに、パイロット圧室24側が大気圧状態に設定されると、大気開放室27側は少なくとも大気圧よりも高い圧力に設定されているから、段付きピストン29の端面29B側は端面29C側よりも高い圧力を受圧することによって、段付きピストン29は図3中の矢示F方向に押圧され、弁体30をバルブシート32と共に弁ハウジング23の環状弁座23Dに着座させ、リリースバルブ21を自動的に閉弁させる。
【0038】
33はリリースバルブ21を開,閉駆動する弁駆動手段としての電磁弁で、該電磁弁33は流入口33A、流出口33Bおよび流出入口33Cを有する3方向電磁弁等によって構成され、流入口33Aは配管34を介して空気タンク19の接続管部19Aに接続されている。また、電磁弁33は流出口33Bが大気開放口となり、流出入口33Cは配管35を介してリリースバルブ21のパイロットポート23Cに接続されている。
【0039】
ここで、電磁弁33は後述の制御装置36からの制御信号により、常時は流出入口33Cを流出口33Bに連通させ、流入口33Aを流出口33Bおよび流出入口33Cに対して遮断させる。そして、このときにはリリースバルブ21のパイロットポート23Cが配管35および電磁弁33の流出入口33C、流出口33Bを介して大気に開放されるから、リリースバルブ21のパイロット圧室24は図3に示す如く大気圧状態となり、段付きピストン29は弁体30を流入ポート23B側の圧力によって閉弁状態に保持する。
【0040】
また、制御装置36からの制御信号により電磁弁33が切換制御されたときには、電磁弁33の流入口33Aが流出入口33Cに連通し、流出口33Bは流入口33Aおよび流出入口33Cに対して遮断される。これにより、空気タンク19内の圧縮空気が配管34、電磁弁33の流入口33A、流出入口33Cおよび配管35を介してリリースバルブ21のパイロット圧室24に供給され、このパイロット圧室24は空気タンク19内とほぼ同圧となることによって、リリースバルブ21の段付きピストン29は図4に示す如く矢示G方向に押圧され、弁体30を流入ポート23B側の圧力に抗して強制的に開弁させる。
【0041】
さらに、36は電磁弁33を切換制御する制御装置で、該制御装置36は入力側が電圧検出器となって電動モータ18の給電線等に接続され、出力側は電磁弁33に接続されている。ここで、電動モータ18は給電線の先端側がコンセント37を介して商用電源(図示せず)等に接続され、この電源から電動モータ18に給電される電圧値は、電動モータ18の負荷状態に応じて変動することが知られている。
【0042】
そこで、制御装置36は前記電動モータ18に電源から給電される電圧値を前記電圧検出器で検出し、これにより電動モータ18の負荷状態をモニタ(監視)する。そして、前記電圧値が通常の電圧レベルにあるときには、電動モータ18が通常の圧縮運転状態にあると判断できるから、制御装置36は電磁弁33を制御信号により励磁し、電磁弁33の流出入口33Cを流出口33Bに連通させ、流入口33Aを流出口33Bおよび流出入口33Cに対して遮断させる。
【0043】
一方、高圧側シリンダ10内で発生させる圧縮空気の圧力が空気タンク19側の設定圧よりも高くなると、圧縮機本体1の圧縮室A,B(図1参照)は相対的に高い圧力状態となり、高い圧力がピストン6,11に作用することによってクランク軸3の回転負荷が増大し、電動モータ18は大きな回転負荷を受けることになる。そして、この場合には前記電圧値が電動モータ18の負荷に応じて低下することにより、制御装置36は電磁弁33を消磁させて該電磁弁33の切換制御を行い、該電磁弁33の流入口33Aを流出入口33Cに連通させ、流出口33Bを流入口33Aおよび流出入口33Cに対して遮断させる。
【0044】
本実施例による2段式空気圧縮機の負荷軽減装置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。
【0045】
まず、電動モータ18の回転軸18Bによりクランク軸3を回転駆動すると、各シリンダ5,10内で各ピストン6,11が往復動され、それぞれの圧縮室A,Bにおいて圧縮空気を発生させる圧縮運転が行われる。そして、この圧縮運転により低圧側シリンダ5の圧縮室A内で発生した圧縮空気は、シリンダヘッド8の吐出口8Aから連通配管9を介して高圧側シリンダ10の吸込室C内に吐出される。
【0046】
そして、高圧側シリンダ10の圧縮室B内ではピストン11の往復動に応じて吸込室Cから前記圧縮空気を吸込みつつ、これをより高い圧力レベルまで圧縮することによって、高圧の圧縮空気を吐出弁16,17を介してそれぞれの吐出室D,Eへと吐出させる。
【0047】
この場合、通常の圧縮運転状態ではリリースバルブ21が閉弁状態を保っているため、リリースバルブ21の流入ポート23Bにアンロード用の導管22を介して接続された吐出室E側は、圧力が空気タンク19よりも早く昇圧するようになる。そして、吐出室E内の圧力が高圧側シリンダ10の圧縮室Bよりも高い圧力状態になったときには、吐出弁17がピストン11の往復動時にも閉弁状態を保つことになる。
【0048】
一方、空気タンク19に空気配管20を介して接続された吐出室D側では、ピストン11の往復動時に応じて吐出弁16が開,閉弁を続けることにより、高圧側シリンダ10の圧縮室B内で発生した高圧の圧縮空気が吐出弁16の開弁時に吐出室D内に吐出され、この圧縮空気は空気配管20を介して空気タンク19へと順次貯留されることになる。
【0049】
そして、この圧縮運転の間は前記電源から電動モータ18に給電される電圧値が通常の電圧レベルを保つから、制御装置36は電磁弁33を励磁し続け、電磁弁33の流出入口33Cを流出口33Bに連通させると共に、流入口33Aを流出口33Bおよび流出入口33Cに対して遮断させることにより、リリースバルブ21のパイロット圧室24を大気圧状態に設定する。
【0050】
次に、前述の如く圧縮運転を行っている途中で空気タンク19内の圧力が設定圧レベルまで上昇してくると、圧縮機本体1の圧縮室A,B(図1参照)は相対的に高い圧力状態となるので、電動モータ18は大きな回転負荷を受けることになる。そして、電動モータ18の負荷に応じて前記電圧値が予め決められた電圧値まで低下したときには、制御装置36が電磁弁33を自動的に消磁させるように電磁弁33の切換制御を行い、該電磁弁33は流入口33Aを流出入口33Cに連通させ、流出口33Bを遮断させる。
【0051】
これにより、空気タンク19内の圧縮空気が配管34、電磁弁33および配管35を介してリリースバルブ21のパイロット圧室24に供給され、このパイロット圧室24内は空気タンク19とほぼ等しい圧力まで上昇する。そして、リリースバルブ21の段付きピストン29はパイロット圧室24からの圧力を端面29C側で受圧し、この端面29C側は端面29B側より段付きピストン29の小径軸部29A分だけ受圧面積が大きくなっているから、段付きピストン29は図4に示す如く矢示G方向に押圧され、弁体30を流入ポート23B側の圧力に抗して強制的に開弁させる。
【0052】
この結果、リリースバルブ21の弁体30はバルブシート32と共に弁ハウジング23の環状弁座23Dから離座し、流入ポート23Bを大気開放室27に連通させることによって、図2に示すシリンダヘッド13の吐出室Eをアンロード用の導管22等を介して大気に開放させる。そして、吐出室Eに吐出弁17を介して連通される高圧側シリンダ10内の圧縮室Bは、リリースバルブ21の開弁により大気圧状態まで圧力降下されるから、低圧側シリンダ5内の圧縮室A内も大気圧レベルまで圧力が低下し、圧縮機本体1はアンロード(無負荷)運転されるようになり、電動モータ18にかかる負荷を自動的に軽減できる。
【0053】
また、空気タンク19内に圧縮空気を予め貯留した状態で、例えば一旦は停止させた状態の電動モータ18を再び起動するような場合には、電動モータ18に起動負荷が作用することにより、前記電源から電動モータ18に給電される電圧値が大きく低下することがある。そして、この場合にも制御装置36は電磁弁33を切換制御することにより、空気タンク19内の圧力をリリースバルブ21のパイロット圧室24に導入させ、リリースバルブ21を開弁させることによって起動時の負荷を軽減させる。
【0054】
次に、この状態で電動モータ18に給電される前記電圧値が正規の電圧レベルまで上昇してくると、制御装置36は電磁弁33を励磁することによって該電磁弁33の流入口33Aを遮断すると共に、流出入口33Cを流出口33Bに連通させ、リリースバルブ21のパイロット圧室24を大気圧状態に設定する。これによりリリースバルブ21は再び閉弁状態となり、圧縮機本体1は電動モータ18によって圧縮運転されるようになる。
【0055】
かくして、本実施例によれば、高圧側シリンダ10に設けたシリンダヘッド13に第1,第2の吐出室D,Eを形成し、一方の吐出室Dを空気配管20を介して空気タンク19に接続すると共に、他方の吐出室Eをアンロード用の導管22を介してリリースバルブ21の流入ポート23Bに接続し、リリースバルブ21のパイロットポート23C(パイロット圧室24)側を配管35、電磁弁33および配管34を介して空気タンク19に接続する構成としたから、下記のような作用効果をうることができる。
【0056】
即ち、電磁弁33を切換制御する制御装置36側では電動モータ18の負荷状態をモニタしつつ、電動モータ18の負荷が過大となるまでは電磁弁33を励磁し続けることにより、リリースバルブ21を閉弁状態に保持でき、前記吐出室Eを高圧状態に保って圧縮機本体1を電動モータ18で駆動しつつ、圧縮運転を続けることができる。
【0057】
そして、このような圧縮運転により空気タンク19内に十分な圧縮空気を貯留させ、この空気タンク19内の圧力が設定圧を越えるレベルまで上昇したときには、電動モータ18にかかる負荷が増大してくるから、制御装置36からの制御信号で電磁弁33を消磁させ、空気タンク19からの圧力でリリースバルブ21を強制開弁することができる。
【0058】
この結果、吐出室Eをアンロード用の導管22を介して大気に開放でき、圧縮機本体1の圧縮室B,Aを共に大気圧状態まで圧力降下させることができると共に、圧縮機本体1をアンロード運転でき、電動モータ18にかかる負荷を自動的に軽減することができる。
【0059】
また、シリンダヘッド13内に形成した第1,第2の吐出室D,Eを、圧縮室Bに対し第1,第2の吐出弁16,17を介して個別に連通,遮断させる構成としたから、吐出室D,Eをそれぞれの吐出弁16,17により圧縮室Bに対し独立して開,閉することができ、例えば無負荷運転を行うために吐出室E側をリリースバルブ21を介して大気に開放した場合でも、空気タンク19内の圧縮空気が吐出室Dから圧縮室B側に逆流するのを吐出弁16によって阻止することができる。
【0060】
従って、本実施例によれば、シリンダヘッド13内に2つの吐出室D,Eを形成し、該吐出室D,Eをそれぞれの吐出弁16,17により圧縮室Bに対し独立して開,閉する構成とすることにより、例えば一方の吐出室Dを空気タンク19に接続する空気配管20の途中等にチェック弁等を設けることなく、空気タンク19内が十分に高い圧力となったときには、他方の吐出室E側をリリースバルブ21を介して大気に開放することにより無負荷運転を容易に行うことができ、電動モータ18にかかる負荷を自動的に軽減できる。
【0061】
また、圧縮室Bと吐出室D,Eとの間に設けた吐出弁16,17は弁板14上で開,閉するリード弁等により構成されているから、吐出弁16,17等が高温で高圧の圧縮空気にさらされても早期に熱劣化するのを防止でき、当該圧縮機の耐久性や寿命を確実に向上できると共に、長期間に亘って圧縮運転を続ける場合でも適宜に無負荷運転に切換えることにより圧縮機としての作動を安定させ、信頼性を高めることができる。
【0062】
さらに、高圧側のシリンダヘッド13に形成した吐出室Eをアンロード用の導管22を介してリリースバルブ21に接続することにより、無負荷運転時には高圧側と低圧側の圧縮室B,Aを共に大気圧レベルまで圧力を下げて電動モータ18の負荷を軽減できるから、従来技術の多段式空気圧縮機のように、各気筒毎にアンロード機構等を設ける必要をなくすことができ、部品点数を削減できると共に、組立時の作業性を向上させることができる。
【0063】
さらにまた、アンロード機構となるリリースバルブ21を弁ハウジング23、段付きピストン29および弁体30等により構成し、空気タンク19からの空気圧を利用して弁体30を強制開弁させるようにしているから、従来技術のアンロード機構のようにプッシュロッド等を用いて吸込弁等を強制開弁する必要がなくなり、例えば圧縮空気の圧力を高めるようにした場合でも、リリースバルブ21等を大型化することなく対処でき、全体の構造を簡略化して耐久性や寿命を延ばすことができる。
【0064】
なお、前記各実施例では、低圧側シリンダ5と高圧側シリンダ10とからなる2段式の空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば単一の気筒からなる1段式の空気圧縮機に適用してもよく、3段式以上の空気圧縮機に適用してもよい。また、往復動型の空気圧縮機にも限るものではなく、例えばロッキングピストン式、ロータリ式またはスクロール式の空気圧縮機等にも適用できる。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述した通り本発明によれば、請求項1に記載の如く、第1,第2の吐出室および圧縮室を圧縮機本体に設け、これらの吐出室を圧縮室に対し第1,第2の吐出弁により互いに独立して開,閉させる構成にすると共に、これらの吐出室のうち一方の吐出室を空気タンクに接続し、他方の吐出室を導管を介して離れた位置の弁手段に接続する構成としたから、無負荷運転時には弁駆動手段で弁手段を開弁させることにより、前記他方の吐出室を大気に開放して、圧縮室内の圧力を大気圧状態まで下げることができ、圧縮機本体および駆動源の負荷を自動的に軽減できる。そして、前記一方の吐出室側では吐出弁に空気タンクからの圧力が作用することよって、この吐出弁を閉弁状態に保持することができ、空気タンク内に貯留した圧縮空気が無負荷運転時に外部に漏れるのを確実に防止できる。
【0066】
従って、チェック弁等を用いることなく、例えば第2の吐出室側を大気に開放することにより無負荷運転を容易に行うことができ、耐久性や信頼性等の向上化を図ることができる。また、例えば多段式の空気圧縮機に適用する場合でも、各気筒毎にアンロード機構等を設ける必要がなく、部品点数を削減して組立時の作業性を向上できると共に、全体の構造を簡略化でき、耐久性や寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による2段式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図2】図1中の高圧側シリンダおよびシリンダヘッドをリリースバルブ等と共に示す負荷軽減装置の全体構成図である。
【図3】図2中のリリースバルブを拡大して示す縦断面図である。
【図4】リリースバルブの開弁時を示す図3と同様の縦断面図である。
【符号の説明】
1 圧縮機本体
2 クランクケース
3 クランク軸
5 低圧側シリンダ
6,11 ピストン
8,13 シリンダヘッド
9 連通配管
10 高圧側シリンダ
15 吸込弁
16 第1の吐出弁
17 第2の吐出弁
18 電動モータ(駆動源)
19 空気タンク
21 リリースバルブ(弁手段)
22 アンロード用の導管
23 弁ハウジング
24 パイロット圧室
27 大気開放室
28 消音フィルタ
29 段付きピストン
30 弁体
33 電磁弁(弁駆動手段)
A,B 圧縮室
C 吸込室
D 第1の吐出室
E 第2の吐出室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load reducing device for an air compressor that is preferably used for supplying compressed air to pneumatic equipment such as an air motor and an air cylinder, and more particularly, to perform no-load operation when the pressure of the compressed air increases greatly. The present invention relates to a load reducing device for an air compressor that can be performed.
[0002]
[Prior art]
Generally, a crankcase in which a crankshaft is rotatably provided, a cylinder mounted on the crankcase, a cylinder head provided on the cylinder and defining a compression chamber, and a cylinder head, A suction chamber and a discharge chamber provided in the cylinder head independently of each other, an electric motor provided in the crankcase as a drive source for rotationally driving the crankshaft, and provided on the suction chamber side at all times. A reciprocating air compressor comprising an unloading mechanism that allows the suction valve to open and close in accordance with the reciprocating motion of the valve and keeps the suction valve open during no-load operation is disclosed in, for example, -61235 and the like.
[0003]
In this type of conventional air compressor, the crankshaft is driven to rotate by an electric motor and the piston is reciprocated in the cylinder to compress the air sucked from the suction chamber side while compressing the compressed air. A so-called compression operation is performed in which discharge is performed from the discharge chamber to an external air tank or the like.
[0004]
Then, when the pressure in the air tank rises to a predetermined maximum set pressure by this compression operation, the unload mechanism is operated to forcibly open the suction valve, and the compression chamber is opened to the suction valve and the suction chamber. By communicating with the atmosphere through the no-load operation, no-load operation is performed while the electric motor continues to rotate.
[0005]
Here, the unload mechanism includes an electromagnetic actuator that is located on the suction chamber side and provided in the cylinder head, and an unload piston that pushes the suction valve by being driven by the electromagnetic actuator. In the normal compression operation, the unloading piston is separated from the suction valve to allow the suction valve to be opened and closed in accordance with the reciprocation of the piston.
[0006]
Then, when the pressure in the air tank rises to the maximum set pressure by the compression operation, the unloading piston is driven by the unloading piston by driving the unloading piston toward the suction valve side by the electromagnetic actuator. To forcibly open the valve and start unload operation as no-load operation.
[0007]
As a result, while the suction valve is kept open, the pressure in the compression chamber is maintained at the atmospheric pressure state even if the reciprocation of the piston is continued by the electric motor, thereby reducing the load on the electric motor. No-load operation can be performed.
[0008]
This also eliminates the need to start and stop the electric motor in response to pressure fluctuations in the air tank, thereby saving labor. Even when the electric motor is started to start the compression operation, the suction valve is opened for a predetermined time by the unload mechanism until the motor reaches the rated rotation so that the starting load can be reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described conventional technology, the unload piston is driven by the electromagnetic actuator during no-load operation, and at this time, the suction valve is forced to open by pushing the suction valve with the unload piston. The following problems occur.
[0010]
That is, in the prior art, for example, when the unloading mechanism is operated during the compression operation in which the suction valve is opened and closed as the piston reciprocates, the unloading piston driven by the electromagnetic actuator is The suction valve may collide strongly with the opening and closing operation, and the suction valve may be worn and damaged early due to the impact.
[0011]
In addition, when the piston in the cylinder is in the discharge (compression) stroke, the suction valve is closed to boost the compression chamber in the cylinder to a high pressure state with compressed air. When operating the mechanism, it is necessary to apply a large driving force to the unload piston by the electromagnetic actuator in order to forcibly open the suction valve with the unload piston against high pressure in the compression chamber. In particular, in a large compressor that generates high-pressure compressed air, the electromagnetic actuator or the like must be enlarged in order to increase the driving force of the unload piston by the electromagnetic actuator.
[0012]
On the other hand, in a multi-stage air compressor in which a plurality of cylinders (cylinders) are provided in the crankcase of the compressor body, the suction valve for each cylinder is forcibly opened by each unload mechanism during unload operation. What is configured is known. However, in this case, since an unload mechanism is provided for each cylinder, the number of parts increases, workability at the time of assembly decreases, and the control circuit of each unload mechanism becomes complicated. There is a problem that the manufacturing cost increases.
[0013]
Furthermore, as another conventional technique, for example, a check valve is provided between the air tank and the discharge chamber of the cylinder head to prevent the compressed air in the air tank from flowing back to the discharge chamber side and to discharge the cylinder head. Also known is a configuration in which an unloading mechanism for opening the discharge chamber to the atmosphere is provided on the chamber side.
[0014]
However, in this case, during normal compression operation, high-pressure compressed air is discharged from the discharge chamber side to the air tank via the check valve. Always exposed and prone to thermal degradation early. In order to prevent this, it is necessary to use a high-quality check valve that can withstand high temperatures, high pressures, high loads, etc., which not only increases costs but also checks high-quality ones. There is a problem that it is difficult to ensure operation stability (reliability) as a valve over a long period of time.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the present invention can easily perform no-load operation by opening the discharge chamber side to the atmosphere without using a check valve or the like, and has durability. Another object of the present invention is to provide an air compressor load reducing device that can improve reliability and the like.
[0016]
Another object of the present invention is to eliminate the need to provide an unload mechanism or the like for each cylinder even when applied to, for example, a multistage air compressor. An object of the present invention is to provide an air compressor load reducing device that can improve workability, simplify the overall structure, and extend durability and life.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention has at least a compression chamber and first and second discharge chambers, and includes the first and second discharge chambers and the compression chamber. A compressor main body provided with first and second discharge valves that are opened and closed independently of each other, and the compressor main body provided in the compressor main body for generating compressed air in the compression chamber A drive source for driving the machine main body, an air tank connected to one of the discharge chambers of the compressor main body, and storing compressed air discharged from the compression chamber through the one discharge chamber; In the other discharge chamber of the compressor bodyAt a distance through the conduitConnected and normally closed to keep the other discharge chamber in a high-pressure state and open during the no-load operation to open the other discharge chamber to the atmosphere, and to open and close the valve means The structure which consists of a valve drive means to adopt is adopted.
According to the invention of claim 2, the compressor body is a multistage compressor body having a low pressure side compression chamber and a high pressure side compression chamber, and the valve means is the compressor body. Among these, it is set as the structure arrange | positioned in the compression chamber side of a high voltage | pressure side.
[0018]
According to the above configuration,The invention described in claim 1Of the first and second discharge chambers provided in the compressor body, one discharge chamber is connected to the air tank, and the other discharge chamberProvided at a remote locationFor valve meansThrough the conduitWhen the valve means is opened by the valve driving means during no-load operation, the other discharge chamber can be opened to the atmosphere, and the compressor main body and The load on the drive source can be automatically reduced. Since the pressure from the air tank acts on the discharge valve on the one discharge chamber side, the discharge valve can be kept in a high pressure state by keeping the discharge valve closed, and stored in the air tank. It is possible to prevent the compressed air from leaking outside during no-load operation.
According to the second aspect of the present invention, the valve means may be disposed on the high pressure side compression chamber side of the multistage compressor body having the low pressure side compression chamber and the high pressure side compression chamber. it can.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
1 to 4 show an example in which the load reducing device for an air compressor according to an embodiment of the present invention is applied to a reciprocating two-stage air compressor.
[0021]
In the figure, reference numeral 1 denotes a compressor main body constituting the main body of the compressor. The compressor main body 1 is configured as a horizontally opposed two-stage compressor by a crankcase 2 and
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
A
[0026]
One of the discharge chambers D and E is connected to an air tank 19 (described later) via an
[0027]
Here, the
[0028]
[0029]
[0030]
21 is a release valve as a valve means connected to the discharge chamber E of the
[0031]
Here, on the other end side of the
[0032]
29 is a stepped piston inserted into the
[0033]
Here, the stepped
[0034]
On the other hand, when high-pressure compressed air is supplied into the
[0035]
As a result, when the
[0036]
In addition, the
[0037]
Further, the silencing
[0038]
33 is an electromagnetic valve as a valve driving means for opening and closing the
[0039]
Here, the electromagnetic valve 33 normally connects the outflow port 33C to the outflow port 33B and blocks the
[0040]
When the solenoid valve 33 is controlled to be switched by a control signal from the
[0041]
Further,
[0042]
Therefore, the
[0043]
On the other hand, when the pressure of the compressed air generated in the high
[0044]
The load reducing device for a two-stage air compressor according to this embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
[0045]
First, when the crankshaft 3 is rotationally driven by the rotary shaft 18B of the
[0046]
Then, in the compression chamber B of the high
[0047]
In this case, since the
[0048]
On the other hand, on the discharge chamber D side connected to the
[0049]
During this compression operation, the voltage value supplied to the
[0050]
Next, when the pressure in the
[0051]
Thereby, the compressed air in the
[0052]
As a result, the
[0053]
Further, when the
[0054]
Next, when the voltage value supplied to the
[0055]
Thus, according to the present embodiment, the first and second discharge chambers D and E are formed in the
[0056]
That is, the
[0057]
When sufficient compressed air is stored in the
[0058]
As a result, the discharge chamber E can be opened to the atmosphere via the unloading
[0059]
In addition, the first and second discharge chambers D and E formed in the
[0060]
Therefore, according to the present embodiment, two discharge chambers D and E are formed in the
[0061]
Further, since the
[0062]
Furthermore, by connecting the discharge chamber E formed in the high-pressure
[0063]
Furthermore, the
[0064]
In each of the above embodiments, a two-stage air compressor including the low
[0065]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, as described in claim 1, the first and second discharge chambers and the compression chamber are provided in the compressor body, and these discharge chambers are provided in the first and first chambers with respect to the compression chamber. The two discharge valves are opened and closed independently of each other, and one of the discharge chambers is connected to an air tank, and the other discharge chamber isAway from the conduitSince it is configured to connect to the valve means, the valve means is opened by the valve drive means during no-load operation, thereby opening the other discharge chamber to the atmosphere and reducing the pressure in the compression chamber to atmospheric pressure. The load on the compressor body and the drive source can be automatically reduced. Then, the pressure from the air tank acts on the discharge valve on the one discharge chamber side, so that the discharge valve can be held in a closed state, and the compressed air stored in the air tank is not in a no-load operation. It can be surely prevented from leaking outside.
[0066]
Therefore, without using a check valve or the like, for example, by opening the second discharge chamber side to the atmosphere, no-load operation can be easily performed, and durability and reliability can be improved. For example, even when applied to a multi-stage air compressor, there is no need to provide an unload mechanism for each cylinder, the number of parts can be reduced and workability during assembly can be improved, and the overall structure can be simplified. And can extend durability and life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a two-stage air compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a load reducing device showing a high pressure side cylinder and a cylinder head in FIG.
FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view showing a release valve in FIG. 2;
4 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 3, showing the release valve when it is opened. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Compressor body
2 Crankcase
3 Crankshaft
5 Low pressure side cylinder
6,11 piston
8,13 Cylinder head
9 Communication piping
10 High pressure side cylinder
15 Suction valve
16 First discharge valve
17 Second discharge valve
18 Electric motor (drive source)
19 Air tank
21 Release valve (valve means)
22 Unloading conduit
23 Valve housing
24 Pilot pressure chamber
27 Open air room
28 Silencer filter
29 Stepped piston
30 Disc
33 Solenoid valve (valve drive means)
A, B compression chamber
C Suction chamber
D First discharge chamber
E Second discharge chamber
Claims (2)
該圧縮機本体に設けられ、前記圧縮室内で圧縮空気を発生させるため該圧縮機本体を駆動する駆動源と、
前記圧縮機本体の各吐出室のうち一方の吐出室に接続され、前記圧縮室から一方の吐出室を介して吐出される圧縮空気を貯留する空気タンクと、
前記圧縮機本体の他方の吐出室に対し導管を介して離れた位置で接続され、常時は閉弁することにより前記他方の吐出室を高圧状態に保ち、無負荷運転時には開弁して前記他方の吐出室を大気に開放する弁手段と、
該弁手段を開,閉駆動する弁駆動手段とから構成してなる空気圧縮機の負荷軽減装置。First and second discharge chambers having at least a compression chamber and first and second discharge chambers, and opened and closed independently from each other between the first and second discharge chambers and the compression chamber. A compressor body provided with a valve;
A drive source provided in the compressor body for driving the compressor body to generate compressed air in the compression chamber;
An air tank that is connected to one of the discharge chambers of the compressor body and stores compressed air discharged from the compression chamber through the one discharge chamber;
Said compressor being connected with the other discharge chamber position away through the conduit against the body, normally keeping the other discharge chamber by closing the high pressure, the other to open at the time of no-load operation Valve means for opening the discharge chamber to the atmosphere;
An air compressor load reducing device comprising valve driving means for opening and closing the valve means.
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