JP4922492B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧縮機に係り、特にシリンダ内をピストンが往復運動して圧縮空気を生成する空気圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
空気圧縮機としては、ピストンの往復運動により空気の吸い込み、圧縮、吐出を行う往復動圧縮機がある。
図4は従来の往復動圧縮機の一例を示す縦断面図である。図5は従来の往復動圧縮機の要部を拡大した縦断面図である。図6は従来の弁座部材に吸込弁板及び吐出弁板が取り付けられた状態を示す平面図である。図7は従来の弁座部材の平面図である。
図4乃至図7に示されるように、従来の往復動圧縮機は、ピストン1が往復動するシリンダ2と、吸込通路3及び吐出通路4を有するシリンダヘッド5と、シリンダ2とシリンダヘッド5との間に介在する弁座部材8とを有する。そして、ピストン1は、ピストンピン14を介して連接棒15の小端部15aに連結されており、連接棒15の大端部15bが軸受16を介してクランク17の偏心軸17aに連結されている。
【0003】
クランク17は、モータ18の回転軸18aが貫通した状態で連結されており、回転軸18aの一端はステータ18bの内側で回転するロータ18cに結合されている。さらに、回転軸18aの他端には、シリンダ2及びモータ18を冷却するためのファン18dが取り付けられている。そして、ファン18dに対向するクランクケース20には、吸い込み口20aが設けられており、ピストン1がシリンダ2内を下降することにより、吸い込み口20aから吸い込まれた空気がクランクケース20とシリンダヘッド5とを連通する連通パイプ21を通ってシリンダヘッド5に供給される。また、ピストン1がシリンダ2内を上昇することにより、シリンダ2内の空気が圧縮され、吐出通路4及び吐出管4aを介して圧縮空気が吐出される。
【0004】
従って、往復動圧縮機は、モータ18へ通電されると、ロータ18cの回転がクランク17に伝達されて連接棒15の揺動によりピストン1が往復運動する。このように、ピストン1がシリンダ2内を往復運動するため、ピストン1が下動する過程で空気がシリンダ2内に吸い込まれ、ピストン1が上動する過程でシリンダ2内の空気が圧縮されて圧縮空気が吐出される。
【0005】
また、弁座部材8は、吸込通路3に連通される吸込ポート6及び吐出通路4に連通される吐出ポート7が設けられている。尚、吸込ポート6は、弁座部材8の中心線に沿うように設けられ、その両側に位置するように一対の吐出ポート7が設けられている。
【0006】
また、弁座部材8の下面には、ピストン1の下動に連動して吸込ポート6の弁座6aを開とする吸込弁板9が取り付けられている。吸込弁板9は、吸込ポート6に対向して開閉する部分が自由端で、他端がパーカ鋲9aにより弁座部材8に固定される。
【0007】
さらに、弁座部材8の上面には、ピストン1の上動に連動して吐出ポート7の弁座7aを開とする吐出弁板10が「ハ」字状に取り付けられている。また、吐出弁板10の上方には、吐出弁板10の開弁動作位置を規制するための吐出弁板規制部材10aが取付ボルト12により弁座部材8に固定されている。
【0008】
また、吐出弁板10は、一端が取付ボルト12により弁座部材8に固定されており、他端が自由端となっている。そのため、往復動圧縮機では、ピストン1の往復動に伴う圧力差により吸込弁板9及び吐出弁板10の自由端側が閉弁位置あるいは開弁位置に変位することにより、空気の吸い込み、圧縮、吐出を行って圧縮空気を生成するようになっている。
【0009】
上記のように構成された従来の往復動型の空気圧縮機では、ピストン1の往復運動に伴って発生する圧力差により固定端を支点として吸込弁板9及び吐出弁板10の自由端側が閉弁位置あるいは開弁位置に変位する構成であるので、ピストン1が上死点に達する直前の位置にあるときシリンダ2の圧力が最大になるが、この状態が運転停止のときに起きると、次回の再始動時にピストン1の負荷が増大してピストン1を駆動できないおそれがある。
【0010】
そのため、従来の空気圧縮機では、始動時の負荷を軽減するため、シリンダヘッド5に吸込弁板9を開弁させるためのソレノイド22が設けられている。この構成のものは、始動時にソレノイド22を作動させて吸込弁板9を開弁させるものであり、シリンダ2の圧力を大気圧に減圧してピストン1の始動時の負荷を軽減することができるようになっている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにソレノイド22を作動させて吸込弁板9を強制的に開弁させる構成のものでは、ソレノイド22の電磁力で駆動されたプランジャ22aの先端がシリンダ2内の圧力に抗して吸込弁板9を押圧するため、長期間の使用により吸込弁板9が次第に磨耗あるいは損傷して吸込弁板9の寿命が短くなるという問題があった。
【0012】
また、ソレノイド22を制御するための基板、配線等の電圧変動、電源ノイズ等による電気部品の信頼性、耐久性及び部品点数の増加やコストや取付スペースなどの問題があった。
【0013】
従って、従来は、吸込弁板9が磨耗あるいは損傷していないかどうかを点検する必要があり、メンテナンス作業が面倒であった。さらに、従来のものは、シリンダヘッド5にソレノイド22を設けなければならず、シリンダヘッド5の高さ寸法を大きくする必要あり、その分小型化を図ることが難しかった。また、従来は、メンテナンス作業時にプランジャ及びソレノイド22の点検も必要であり、メンテナンス作業が面倒であった。
そこで、本発明は上記問題を解決した空気圧縮機を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、前記シリンダ内に連通される圧力排出室と、前記圧力排出室の空気を大気中に排出する排出孔と、前記圧力排出室の圧力が上昇すると、前記排出孔から排出される単位時間当たりの空気量を絞る流量調整部材と、前記流量調整部材を付勢するコイルバネと、を備えている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明になる空気圧縮機の一実施例に適用されたシリンダヘッドの構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。図2は本発明になる空気圧縮機の縦断面図である。尚、図1及び図2において、前述した従来構成と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【0016】
図1(A)〜(C)に示されるように、本発明のシリンダヘッド30は、空気を吸い込むための吸込通路3と、圧縮された空気を吐出するための吐出通路4と、始動時の圧力を逃がすための圧力排出通路32とを有する。この圧力排出通路32には、シリンダ2に連通された圧力排出室34と、圧力排出室34の空気を大気中に排出する排出孔36と、運転停止後、シリンダ2内に溜まった圧力を弁座部材8に設けられた排出ポート37を開放して圧力排出室34に導入するための排出用弁板38とが設けられている。
【0017】
さらに、圧力排出室34の凹部44には、運転停止後、圧力排出室34の圧力を外部に逃がすための弁部39が設けられている。この弁部39は、排出孔36から排出される空気流量を調整するための流量調整部材40と、流量調整部材40を付勢するコイルバネ42とからなる。そして、凹部44の壁面には、大気に連通された排出孔36が設けられている。
【0018】
また、流量調整部材40には、排出孔36と圧力排出室34とを連通するための連通孔40aが軸方向に貫通している。この連通孔40aは、排出孔36よりも小径な小孔であり、空気の排出流量を絞ることができるように設けられている。
【0019】
圧力排出室34の圧力がコイルバネ42のバネ力よりも大であるときは、流量調整部材40は、コイルバネ42のバネ力に抗して連通孔40aを排出孔36に直接連通させる位置に移動する。このような圧力導入状態では、圧力排出室34の空気は、流量調整部材40の連通孔40aから排出孔36へ排出される。また、圧力排出室34の空気が排出孔36へ排出されて圧力排出室34の圧力が減圧されると、流量調整部材40は、コイルバネ42のバネ力により排出孔36から離間する位置へ移動する。
【0020】
ここで、上記のように構成されたシリンダヘッド30を有する往復動圧縮機では、ピストン1の下動により吸込弁板9が開弁して吸込通路3からシリンダ2内に空気が導入され、ピストン1の上動により吐出弁板10が開弁してシリンダ2内で圧縮された圧縮空気が吐出通路4及び吐出管4aへ吐出される。
【0021】
圧縮空気が吐出される圧縮行程では、吐出弁板10が開弁すると共に、排出用弁板38が開弁動作するため、圧縮空気が排出ポート37を介して圧力排出室34に導入される。この場合、圧力排出室34の圧力上昇に伴って流量調整部材40がコイルバネ42のバネ力に抗して移動するため、流量調整部材40の連通孔40aが排出孔36に直接連通した状態となる。
【0022】
これにより、排出孔36から大気中に排出される空気の流量が連通孔40aによって絞られる。そのため、ピストン1の上動により圧縮された圧縮空気は、その殆どが吐出通路4及び吐出管4aへ吐出される。
【0023】
次に往復動圧縮機の運転を停止した場合の動作について説明する。
ピストン1が下動している場合、吸い込み完了で吸込通路3及びシリンダ2内が大気圧となる。また、吐出通路4は、高圧であるため、モータ18による始動は難しい。
【0024】
また、ピストン1が上動している場合、圧縮行程であるので、吸込通路3が大気圧でシリンダ2内及び吐出通路4は、高圧である。そのため、モータ18による始動はさらに難しい。
【0025】
しかしながら、本発明の往復動圧縮機においては、シリンダヘッド30の圧力排出通路32に設けられた排出孔36が大気に連通されているので、シリンダ2内の圧力が大気圧以上に加圧された状態で運転が停止されると、排出用弁板38が開弁動作するため、圧縮空気が排出ポート37を介して圧力排出室34に導入される。
【0026】
このとき、流量調整部材40は、コイルバネ42のバネ力により排出孔36から離間した位置にある。そのため、圧力排出室34の空気は、流量調整部材40の周囲から排出孔36へ至り、連通孔40aによって絞られることなく大気中へ排出される。これにより、シリンダ2内の圧力は、ほぼ大気圧に減圧されることになり、再始動時にピストン1が圧縮動作しても負荷増大を軽減することができる。よって、ピストン1が圧縮行程で停止した場合でも、モータ18の駆動力で始動させることができる。
【0027】
そのため、図2に示されるように、シリンダヘッド5には、従来のような再始動時に作動して吸い込み弁を開弁させるためのソレノイドが設けられていない。従って、本発明の往復動圧縮機においては、吸い込み弁を開弁させるためのソレノイドを不要にできると共に、吸込弁板9が磨耗したり損傷することがなく、吸込弁板9及びソレノイドのメンテナンスを行う必要がなくなり、メンテナンス作業の手間を簡略化することができる。また、吸込弁板9の磨耗や損傷を減少させることができるので、吸込弁板9の寿命を延ばすことができ、往復動圧縮機の信頼性を高めることができる。さらに、ソレノイドを制御するための基板、配線等が必要なので、電圧変動、電源ノイズ等による電気部品の信頼性、耐久性、及び部品点数の増加、コスト等の問題を無くすことができる。
【0028】
次に本発明の変形例について説明する。
図3は本発明の変形例を説明するための横断面図である。
図3に示されるように、シリンダヘッド30の排出孔36に連通された排出経路50には、電磁弁52が設けられている。この電磁弁52は、往復動圧縮機が運転中であるときは閉弁されており、運転停止時に制御回路(図示せず)からの制御信号により開弁動作して排出孔36を大気に連通させる。
【0029】
従って、排出孔36は、往復動圧縮機が運転中は空気を排出せず、運転停止時のみ電磁弁52の開弁により大気連通状態に切り替わって圧縮空気を大気中に排出することができる。よって、変形例の構成では、運転中に排出孔36から空気が漏れることが防止できる。
【0030】
尚、上記実施例では、排出孔36から排出される空気流量をコイルバネ42に付勢された流量調整部材40の移動位置により調整する構成としたが、これに限らず、他の構成(例えば、圧力差を利用してスプールを移動させる構成等)としても良いのは勿論である。
【0031】
また、本実施例では、シリンダヘッドに圧力排出弁を設けているが、例えばシリンダ部に圧力排出室を設けても良い。
【0032】
上述の如く、本発明によれば、記シリンダ内に連通される圧力排出室と、前記圧力排出室の空気を大気中に排出する排出孔と、前記圧力排出室の圧力が上昇すると、前記排出孔から排出される単位時間当たりの空気量を絞る流量調整部材と、前記流量調整部材を付勢するコイルバネと、を備えてなるため、吸込弁板が損傷することを防止して寿命を延ばすことができると共に、始動時の負荷を軽減して始動性を向上させることができる。さらに、従来、始動時に作動させていたプランジャ及びソレノイドを不要にしてメンテナンスを容易に行えると共に、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる空気圧縮機の一実施例に適用されたシリンダヘッドの構成を示す図であり、(A)は横断面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。
【図2】本発明になる空気圧縮機の縦断面図である。
【図3】本発明の変形例を説明するための横断面図である。
【図4】従来の往復動圧縮機の一例を示す縦断面図である。
【図5】従来の往復動圧縮機の要部を拡大した縦断面図である。
【図6】従来の弁座部材に吸込弁板及び吐出弁板が取り付けられた状態を示す平面図である。
【図7】従来の弁座部材の平面図である。
【符号の説明】
1 ピストン
2 シリンダ
3 吸込通路
4 吐出通路
8 弁座部材
9 吸込弁板
10 吐出弁板
30 シリンダヘッド
32 圧力排出通路
34 圧力排出室
36 排出孔
37 排出ポート
38 排出用弁板
39 弁部
40 流量調整部材
40a 連通孔
42 コイルバネ
44 凹部
50 排出経路
52 電磁弁

Claims (1)

  1. ピストンが往復動するシリンダと、
    吸込通路及び吐出通路を有するシリンダヘッドと、
    前記シリンダと前記シリンダヘッドとの間に介在し、前記吸込通路に連通される吸込ポート及び前記吐出通路に連通される吐出ポートが設けられた弁座部材と、
    該弁座部材に設けられ前記ピストンの下動に連動して前記吸込ポートを開とする吸込弁と、
    前記弁座部材に設けられピストンの上動に連動して前記吐出ポートを開とする吐出弁と、
    を有する空気圧縮機において、
    前記シリンダ内に連通される圧力排出室と、
    前記圧力排出室の空気を大気中に排出する排出孔と、
    前記圧力排出室の圧力が上昇すると、前記排出孔から排出される単位時間当たりの空気量を絞る流量調整部材と、
    前記流量調整部材を付勢するコイルバネと、
    を備えることを特徴とする空気圧縮機。
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