JPH10246201A - 空気圧供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギ効率の高効率化が実現できる空気圧
供給システムの提供。騒音の減少、システムの小型化、
汚染の減少が実現できる空気圧供給システムの提供。 【解決手段】 空気圧供給システムにおいて、サーボア
クチュエータ５を作動するための圧縮空気圧を生成する
コンプレッサ１と、圧縮空気をサーボアクチュエータ５
に供給する空気供給ライン２と、サーボアクチュエータ
５で使用した空気をコンプレッサ１に帰還する空気帰還
ライン３とを備える。サーボアクチュエータ５で使用さ
れた空気はコンプレッサ１に帰還し、帰還された空気は
再度コンプレッサ１で圧縮され、空気を循環して使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧供給システ
ムに関し、特にアクチュエータを作動するために圧縮空
気圧を供給するコンプレッサを備えた空気圧供給システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械、組立機械、試験装置、列車、
自動車等には駆動ユニットとしてサーボアクチュエータ
が組み込まれ、このサーボアクチュエータは圧縮空気圧
により作動する。サーボアクチュエータは簡易な構造の
駆動ユニットであり、駆動媒体として無公害で無尽蔵に
存在する空気が使用できる利点がある。サーボアクチュ
エータに圧縮空気圧を供給する空気圧供給システムはコ
ンプレッサ（空気圧縮機）、空気供給ライン及びドライ
ヤ（空気乾燥機）を備える。コンプレッサはサーボアク
チュエータに供給するための圧縮空気を生成する。空気
を圧縮する、例えば７気圧程度に断熱して空気を圧縮す
ると圧縮空気の温度は約数百℃に達する。高温高圧の圧
縮空気は扱いずらく、またサーボアクチュエータの寿命
を短くする。従って、冷却を行いながら空気圧を圧縮す
るコンプレッサが一般的に使用される。空気圧供給ライ
ンは、コンプレッサとサーボアクチュエータとの間を連
接し、コンプレッサで生成された圧縮空気圧をサーボア
クチュエータに供給する。ドライヤは空気圧供給ライン
に介設され、このドライヤは圧縮空気圧の温度を冷却す
るとともにこの冷却により発生した水分を排出し圧縮空
気をドライ化する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の空気圧供給シス
テムにおいては、以下の点の配慮がなされていない。 （１）空気圧供給システムにおいては、常に新たな空気
がコンプレッサ内に取り込まれ、このコンプレッサで空
気が冷却されつつ圧縮され、再びドライヤで冷却及びド
ライ化が行われる。そして、このドライヤで冷却された
圧縮空気はサーボアクチュエータを作動させ、作動に使
用された空気は外部（大気中）に排気される。このた
め、サーボアクチュエータで使用された後の空気は単に
排気されるだけなので、空気圧供給システムのエネルギ
効率が非常に悪いという問題があった。 （２）空気圧供給システムにおいて、コンプレッサで圧
縮された圧縮空気は高温度になり、この高温度の圧縮空
気がドライヤで冷却される。ドライヤはコンプレッサで
圧縮された直後の高温高圧の圧縮空気を低温度まで冷却
するので、冷却能力が高いドライヤが必要になる。この
ような冷却能力が高いドライヤにおいては電力消費が多
く、空気圧供給システムのエネルギ効率が非常に悪いと
いう問題があった。 （３）さらに、冷却能力が高いドライヤは大型になり、
空気圧供給システムのシステム構成が大型になるという
問題があった。 （４）サーボアクチュエータにおいては圧縮空気のエネ
ルギをすべて使いきることができないので、排気される
空気にはまだ充分に圧力が残っている。この圧力が残っ
ている空気を大気中に排気した場合には騒音が激しいと
いう問題があった。 （５）空気圧供給システムにおいては、常に新たな空気
が取り入れられ、この空気がコンプレッサで圧縮される
が、新たに取り入れられる空気にはゴミ、オイル等の汚
染源が浮遊している。このため、新たに取り入れられ圧
縮された圧縮空気は常に汚染されており、サーボアクチ
ュエータが汚染され寿命が短くなるばかりか、汚染され
た圧縮空気が大気中に排気され大気汚染が生じるという
問題があった。

【０００４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、従って本発明の目的は以下の通りであ
る。 （１）本発明の目的は、エネルギ効率の高効率化を実現
する空気圧供給システムの提供にある。 （２）本発明の目的は、騒音の減少が実現できる空気圧
供給システムの提供にある。 （３）本発明の目的は、システムの小型化が実現できる
空気圧供給システムの提供にある。 （４）本発明の目的は、圧縮空気の汚染を減少しアクチ
ュエータの汚染及び寿命の長期化を実現しかつ大気汚染
の緩和が実現できる空気圧供給システムの提供にある。 （５）本発明の目的は、上記少なくとも２以上の目的を
同時に達成できる空気圧供給システムの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、請求項１に記載された発明は、空気圧供給
システムにおいて、アクチュエータを作動させる圧縮空
気圧を供給するためのコンプレッサと、前記コンプレッ
サから前記アクチュエータに圧縮空気を供給する空気供
給ラインと、前記アクチュエータの作動で使用された空
気を前記コンプレッサに帰還させる空気帰還ラインと、
を備え、前記アクチュエータで使用された空気をコンプ
レッサに帰還し、空気を循環使用することを特徴とす
る。請求項１に記載された発明においては、（１）前記
アクチュエータで使用された後の空気にはエネルギが残
っており、このエネルギが残っている空気を断熱状態で
コンプレッサに帰還し循環することにより、空気圧供給
システムのエネルギ効率が向上できる。また、前記アク
チュエータで使用された後の空気が圧縮空気である場合
にはコンプレッサにおいて空気の圧縮比率が減少できる
ので、空気圧供給システムのエネルギ効率が向上でき
る。さらに、アクチュエータで使用された後の空気をコ
ンプレッサに帰還し空気を循環するとともにこの空気の
循環を繰り返すことにより、空気の循環経路中にドレイ
ン（ドライヤのドレイン、空気だめタンクのドレイン
等）が配置されていれば循環空気はドライ化される。こ
の結果、ドライヤの性能を小さく、又はドライヤ自体を
なくすことができるので、ドライヤの電力消費が減少で
き、空気圧供給システムのエネルギ効率を向上できる。
このように、空気圧供給システムのエネルギ効率が向上
できる結果、空気圧供給システムの運転コストが削減で
きる。（２）アクチュエータで使用された後の空気は基
本的にコンプレッサに帰還し空気圧供給システムの外部
に排気しないので、排気による騒音が減少できる。
（３）前述のように、ドライヤの性能が小さくでき、ド
ライヤが小型化できるので、空気圧供給システムの小型
化が実現できる。また、ドライヤ自体をなくすことがで
きるので、空気圧供給システムの小型化が実現できる。
（４）アクチュエータで使用された後の空気がコンプレ
ッサに帰還され、新たな空気を取り入れることなく空気
が循環され、この空気の循環が繰り返されることによ
り、空気の循環経路中にドレインが配置されていれば循
環空気のごみ等が水滴とともに排出され、循環空気はク
リーン化できる。この結果、循環空気に含まれるごみ等
によるアクチュエータの汚染が減少できるので、アクチ
ュエータの寿命が長くできる。さらに、循環空気を大気
中に放出した場合でも大気汚染が減少できる。（５）こ
のように、空気圧供給システムにおいては、エネルギ効
率が向上でき、騒音が減少でき、システム構成が小型化
できるとともに、アクチュエータの寿命が長くできる。

【０００６】請求項２に記載された発明は、前記請求項
１に記載された空気圧供給システムにおいて、前記空気
供給ラインと空気帰還ラインとの間を連接し、空気の循
環を行う初期の段階に空気をドライ化するショートパス
ラインを備えたことを特徴とする。請求項２に記載され
た発明においては、空気の循環を行う初期の段階におい
て、コンプレッサで圧縮した空気をショートパスライン
を通してコンプレッサに帰還し空気の循環を繰り返し行
うことにより、空気のドライ化が行える。この結果、ド
ライヤが小型化でき、又ドライヤをなくすことができる
ので、空気圧供給システムのシステム構成が小型化でき
る。請求項３に記載された発明においては、前記請求項
１又は請求項２に記載された空気圧供給システムにおい
て、前記空気供給ラインには循環空気をドライ化しかつ
冷却するドライヤが介設されたことを特徴とする。請求
項３に記載された発明においては、所定の湿度以下にな
ればドライヤを停止しドライ化された空気を循環させる
ことができるので、電力消費が節約できる。さらに、ア
クチュエータで使用された空気が低温のままコンプレッ
サに帰還されるので、特にコンプレッサにタービン式な
どの流量型が使用される場合には、コンプレッサの圧縮
効率が向上できる。この結果、空気圧供給システムのエ
ネルギ効率が向上できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の実施の形態に係る空気圧供
給システムのシステム構成図である。同図に示すよう
に、空気圧供給システムは、コンプレッサ（空気圧縮
機）１、空気供給ライン２、空気帰還ライン３を備え
る。コンプレッサ１で圧縮された圧縮空気は空気供給ラ
イン２を通してサーボアクチュエータ５に供給される。
サーボアクチュエータ５においては、圧縮空気がサーボ
弁５０に取り入れられ、この取り入れられた圧縮空気圧
によりシリンダ５１が作動する。サーボアクチュエータ
５に使用された空気は空気帰還ライン３を通して再びコ
ンプレッサ１に帰還し、この帰還された空気は基本的に
は繰り返し循環させる。

【０００８】前記空気圧供給システムのコンプレッサ１
はサーボアクチュエータ５を作動させるための圧縮空気
を生成する。例えば、工作機械、組立機械等の装置を駆
動するサーボアクチュエータ５が使用される場合、７気
圧程度の圧縮空気を生成するコンプレッサ１が使用され
る。さらに、７気圧程度の圧縮空気は約数百℃の高温に
達してしまうので、扱い易さを図り、サーボアクチュエ
ータ５の寿命を長くするなどの目的で、例えば８０℃ま
で圧縮空気の温度を冷却する冷却機構を備えたコンプレ
ッサ１が使用される。コンプレッサ１としては、レシプ
ロ形式、スクリュウ形式等の容量型コンプレッサ、ター
ビン形式等の流量型コンプレッサのいずれも使用でき
る。

【０００９】前記空気供給ライン２は、コンプレッサ１
とサーボアクチュエータ５との間を連接し、コンプレッ
サ１からサーボアクチュエータ５に圧縮空気を供給する
供給ラインとして構成される。空気供給ライン２は、コ
ンプレッサ１で圧縮された圧縮空気のエネルギ損失を抑
制するために、断熱保温構造で構成される。空気供給ラ
イン２には、コンプレッサ１からサーボアクチュエータ
５に向かって、空気だめタンク２０、ドライヤ２６、３
方向ライン切り換え弁２１、排気ポート付減圧弁２２、
フィルタ２３、圧力計２４のそれぞれが順次配設され
る。空気だめタンク２０はコンプレッサ１で生成された
圧縮空気を貯蔵する。この空気だめタンク２０はドレイ
ンが設けられ、ドレインは空気だめタンク２０内部で断
熱膨張により圧縮空気に含まれる水分が結露したものを
排出する。この水分の排出とともに圧縮空気中に含まれ
るゴミ、オイル等の汚染源が包まれ、この汚染源が排出
される。前記ドライヤ２６は、空気供給ライン２に介設
され、空気をドラフト化する。ドライヤ２６はドライヤ
コントロール２７により動作を制御され、このドライヤ
２６は空気帰還ライン３側に配設された湿度計３２によ
り所定の湿度以下になればドライヤコントロール２７に
より機能を停止するよう調整されている。３方向ライン
切り換え弁２１は、空気供給ライン２中に介設されると
ともに、ショートパスライン４の連接、非連接を制御す
る。ショートパスライン４は、空気供給ライン２と空気
帰還ライン３との間を連接し、コンプレッサ１で生成さ
れた圧縮空気をサーボアクチュエータ５に供給せずに直
接空気帰還ライン３に供給しコンプレッサ１に帰還させ
る。つまり、ショートパスライン４は、サーボアクチュ
エータ５を作動させる前段階において、圧縮空気を強制
的に循環し、初期に圧縮空気のドライ化を促進する。排
気ポート付減圧弁２２は空気供給ライン２でサーボアク
チュエータ５に供給する圧縮空気圧の調節を行う。排気
ポート付減圧弁２２の排気ポートは空気帰還ライン３に
連接され、この排気ポートは圧縮空気圧が設定値よりも
高い場合に空気帰還ライン３に圧縮空気を排出すること
により圧縮空気圧を調節する。フィルタ２３は、主にミ
ストセパレータとして使用され、圧縮空気中に含まれる
水分、ごみ等を除去する。圧力計２４は空気供給ライン
２で供給される圧縮空気圧を計測する。

【００１０】前記空気帰還ライン３は、サーボアクチュ
エータ５とコンプレッサ１との間を連接し、サーボアク
チュエータ５で使用された空気をコンプレッサ１に帰還
する帰還ラインとして使用される。空気供給ライン２と
同様に、空気帰還ライン３はサーボアクチュエータ５で
使用されエネルギが残っている、又は圧力が残っている
空気のエネルギ損失を抑制するために、断熱保温構造で
構成される。空気帰還ライン３には、サーボアクチュエ
ータ５からコンプレッサ１に向かって、逆流防止弁（チ
ェック弁）３０、空気だめタンク３１、湿度計３２、圧
力調節弁３５、圧力計３６のそれぞれが順次配設され
る。逆流防止弁３０はサーボアクチュエータ５からコン
プレッサ１に帰還する空気の逆流を防止する。空気だめ
タンク３１は直接帰還される空気を貯蔵する。空気だめ
タンク３１には前述の空気だめタンク２０と同様にドレ
インが設けられ、ドレインは空気だめタンク３１内部で
結露した水分を排出するとともに圧縮空気中に含まれる
ごみ等を排出する。圧力調節弁３５は高圧排気弁３５Ａ
及び低圧吸気弁３５Ｂで構成される。高圧排気弁３５Ａ
はサーボアクチュエータ５からコンプレッサ１に帰還す
る空気圧が設定圧力よりも高くなった場合に排気する。
低圧吸気弁３５Ｂは同様に帰還する空気圧が設定圧力よ
りも低くなった場合に吸気する。圧力計３６は空気帰還
ライン３で帰還される空気圧を計測する。

【００１１】次に、このように構築される空気圧供給シ
ステムの動作について説明する。まず、初期の段階にお
いて、空気圧供給システムのコンプレッサ１で冷却しな
がら圧縮空気が生成され、この圧縮空気は空気供給ライ
ン２を通して空気だめタンク２０に貯蔵される。空気だ
めタンク２０においては、断熱膨張により圧縮空気が冷
却され、かつ圧縮空気中に含まれる水分及び汚染源がド
レインから排出される。空気供給ライン２に配設された
３方向ライン切り換え弁２１においては、予めサーボア
クチュエータ５側が閉められ、ショートパスライン４が
開いた状態に設定される。従って、空気だめタンク２０
に貯蔵された圧縮空気は３方向ライン切り換え弁２１を
通して空気帰還ライン３に流れる。ドライヤ２６、空気
だめタンク３１のそれぞれを通過した空気は冷却され、
水分が除去されてドライ化されるとともに、汚染源が排
出されクリーン化される。コンプレッサ１に帰還された
空気は再び圧縮され、同様の経路で空気の循環が繰り返
し行われる。コンプレッサ１で生成された圧縮空気は、
空気供給ライン２、ショートパスライン４、空気帰還ラ
イン３で構築される閉回路を通して帰還し、コンプレッ
サ１に帰還される空気が設定圧力値を逸脱しない限り圧
力調節弁３５は作動しないので、空気圧供給システムの
外部から新たな空気の吸入及び外部への排気がない。従
って、空気の循環を繰り返し行うことにより、圧縮空気
のドライ化及びクリーン化が促進される。

【００１２】圧縮空気のドライ化、クリーン化が行われ
た後は、空気供給ライン２に配設された３方向ライン切
り換え弁２１を切り換え、サーボアクチュエータ５側が
開かれ、ショートパスライン４側が閉められた状態に設
定される。さらに、ドライヤコントロール２７によりド
ライヤ２６の動作が停止される。この３方向ライン切り
換え弁２１の切り換えにより、コンプレッサ１で生成さ
れた圧縮空気圧は排気ポート付減圧弁２２、フィルタ２
３、圧力計２４のそれぞれを通してサーボアクチュエー
タ５に供給される。サーボアクチュエータ５において
は、圧縮空気がサーボ弁５０を通してシリンダ５１に供
給され、このシリンダ５１を駆動する。

【００１３】サーボアクチュエータ５で使用された空気
は逆流防止弁３０、空気だめタンク３１のそれぞれを通
してコンプレッサ１に帰還される。この空気は空気供給
ライン２、空気帰還ライン３で構築される閉回路を通し
て帰還され、同様にコンプレッサ１に帰還される空気が
設定圧力値を逸脱しない限り圧力調節弁３５は作動しな
いので、空気圧供給システムの外部から新たな空気の吸
入がない。従って、コンプレッサ１で生成された圧縮空
気をサーボアクチュエータ５で使用し、この使用された
後の空気をコンプレッサ１に帰還し、空気の循環を繰り
返し行うことにより、循環空気のドライ化、クリーン化
が促進される。

【００１４】このように構成される空気圧供給システム
においては、サーボアクチュエータ５で使用された後の
空気にはエネルギが残っており、このエネルギが残って
いる空気を断熱状態でコンプレッサ１に帰還し循環する
ことにより、空気圧供給システムのエネルギ効率が向上
できる。また、前記サーボアクチュエータ５で使用され
た後の空気が圧縮空気である場合にはコンプレッサ１に
おいて空気の圧縮比率が減少できるので、空気圧供給シ
ステムのエネルギ効率が向上できる。さらに、サーボア
クチュエータ５で使用された後の空気をコンプレッサ１
に帰還し空気を循環するとともにこの空気の循環を繰り
返すことにより、空気の循環経路中に配設された空気だ
めタンク２０、３１、ドライヤ２６のそれぞれのドレイ
ンで循環空気はドライ化される。この結果、ドライヤの
性能が小さくできる。また、空気の循環経路中に配設さ
れた空気だめタンク２０、３１のそれぞれで充分にドラ
イ化が行える場合にはドライヤ２６自体を空気圧供給シ
ステムからなくすことができる。さらに、サーボアクチ
ュエータ５で使用された後の空気は基本的にコンプレッ
サ１に帰還し空気圧供給システムの外部に排気しないの
で、排気による騒音が減少できる。さらに、ドライヤ２
６の性能が小さくでき、ドライヤ２６が小型化できるの
で、空気圧供給システムのシステム構成の小型化が実現
できる。また、ドライヤ２６自体をなくすことができる
ので、空気圧供給システムのシステム構成の小型化が実
現できる。さらに、サーボアクチュエータ５で使用され
た後の空気がコンプレッサ１に帰還され、新たな空気を
取り入れることなく空気が循環され、この空気の循環が
繰り返されることにより、空気の循環経路中のドレイン
で循環空気のごみ等が水滴とともに排出されるので、循
環空気がクリーン化できる。さらに、空気圧供給システ
ムにおいては、空気の循環を行う初期の段階において、
コンプレッサ１で圧縮した空気をショートパスライン４
を通してコンプレッサ１に帰還し空気の循環を繰り返し
行うことにより、空気のドライ化が行える。この結果、
ドライヤ２６が小型化でき、又ドライヤ２６をなくすこ
とができる。さらに、サーボアクチュエータ５で使用さ
れた断熱膨張し低温になった空気がコンプレッサ１に帰
還されるので、特にコンプレッサ１にタービン形式の流
量型が使用される場合には、コンプレッサ１の圧縮効率
が向上できる。

【００１５】なお、本発明は前述の実施の形態に限定さ
れない。例えば、本発明は、複数のサーボアクチュエー
タ５に並列的に圧縮空気圧を供給する空気圧供給システ
ムであってもよい。さらに、本発明は、空気供給ライン
２に配設されたドライヤ２６、ドライヤコントロール２
７，湿度計３２、がない空気圧供給システムであっても
よい。さらに、空気帰還ライン３側にドライヤを設けて
もよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明においては以下の効果が得られ
る。 （１）エネルギ効率の高効率化が実現できる空気圧供給
システムが提供できる。 （２）騒音の減少が実現できる空気圧供給システムが提
供できる。 （３）システムの小型化が実現できる空気圧供給システ
ムが提供できる。 （４）圧縮空気の汚染が減少できアクチュエータの汚染
及び寿命の長期化が実現でき、かつ大気汚染の緩和が実
現できる空気圧供給システムが提供できる。 （５）上記少なくとも２以上の効果が同時に得られる空
気圧供給システムが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る空気圧供給システ
ムのシステム構成図である。

【符号の説明】

１ コンプレッサ、２ 空気供給ライン、３ 空気帰還
ライン、４ ショートパスライン、５ サーボアクチュ
エータ、２０，３１ 空気だめタンク、２１３方向ライ
ン切り換え弁、２２ 排気ポート付減圧弁、２３ フィ
ルタ、２４，３６ 圧力計、２６ ドライヤ、２７ ド
ライヤコントロール、３０ 逆流防止弁、３２ 湿度
計、３５ 圧力調節弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータを作動させる圧縮空気圧
   を供給するためのコンプレッサと、 前記コンプレッサから前記アクチュエータに圧縮空気を
   供給する空気供給ラインと、 前記アクチュエータの作動で使用された空気を前記コン
   プレッサに帰還させる空気帰還ラインと、 を備え、 前記アクチュエータで使用された空気をコンプレッサに
   帰還し、空気を循環使用することを特徴とする空気圧供
   給システム。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載された空気圧供給シ
   ステムにおいて、 前記空気供給ラインと空気帰還ラインとの間を連接し、
   空気の循環を行う初期の段階に空気をドライ化するショ
   ートパスラインを備えたことを特徴とする空気圧供給シ
   ステム。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は請求項２に記載された
   空気圧供給システムにおいて、 前記空気供給ラインには空気をドライ化しかつ冷却する
   ドライヤが介設されたことを特徴とする空気圧供給シス
   テム。