JP2013257030A - リリーフバルブ、及びそれを取り付けたコンプレッサー - Google Patents

Abstract

【課題】調整キャップによる調整作業を不要とし、リリーフバルブの作動精度を高く確保しながら生産性を向上させる。
【解決手段】リリーフバルブは、コンプレッサー本体の空気室に前端部が取り付く筒状のバルブケース２０と、その中心孔２１内に配される弁体２２と、弁体を閉じる向きに付勢するバネ手段２３と、バルブケースの後端に固着される固定キャップ２４とを具える。弁体作動圧力Ｐｖはリリーフ圧Ｐ０よりも小、固定キャップに設ける排気孔は、直径ｄが２．０ｍｍ以下の小孔状のオリフィスとすることにより、中心孔と外気との間に圧力差ＰＤを発生させる。作動圧力Ｐｖと圧力差ＰＤとの和（ＰＶ＋ＰＤ）を、リリーフ圧Ｐ０とした。
【選択図】図４

Description

本発明は、パンクしたタイヤにシーリング剤と圧縮空気とを順次送り込んでパンク修理を応急的に行うパンク応急修理用として好適であり、リリーフバルブを組み立てる際のリリーフ圧の調整作業を不要として、生産性を向上させたリリーフバルブ、及びそれを取り付けたコンプレッサーに関する。

パンク応急修理用のコンプレッサーに用いられるリリーフバルブとして、下記の特許文献１に記載のものが知られている。このリリーフバルブａは、図６に示すように、圧縮空気を生成するコンプレッサー本体ｂの空気室ｂ１に前端部が取り付く筒状のバルブケースｃを具える。前記バルブケースｃには、その前端に前記空気室ｂ１に通じる空気流入口ｈ１が設けられかつ後端を開口させた中心孔ｈが形成される。叉中心孔ｈ内には、前記空気流入口ｈ１を開閉させる弁体ｅと、この弁体ｅを前記空気流入口ｈ１に向かって付勢するバネ手段ｆとが配されるとともに、前記中心孔ｈの後端には、排気孔ｇ１を有しかつ前後に螺進退自在に螺着される調整キャップｇが取り付けられる。

そしてこのリリーフバルブａを組み立てる際には、予め設定されたリリーフ圧にてリリーフバルブａが作動するように、前記調整キャップｇを螺進退してバネ手段ｆの付勢力を調節することが行われている。その理由としては、構造上、空気流入口ｈ１の弁座部ｄ１ａからの弁体ｅの離／接がリリーフ圧を決定するが、この離／接は、弁体ｅのゴム材ｅ１の形状や変形によってバラ付き易いためであり、そのため、調整キャップｇによる調節が必要となる。

しかしながら、リリーフバルブａの全数に対して前記調節作業を行うには、多くの時間と労力が必要となり、生産性を著しく低下させるという問題がある。

特開２０１２−１０１４５０号公報

そこで本発明は、調整キャップによる調整作業を不要とし、リリーフバルブの作動精度を高く確保しながら生産性を向上させたリリーフバルブ、及びそれを取り付けたコンプレッサーを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、コンプレッサー本体の空気室に取り付き、前記空気室内の圧縮空気の圧力がリリーフ圧Ｐ０を超えたとき過圧を逃がすリリーフバルブであって、
前記空気室に前端部が取り付く筒状をなし、前端に前記空気室に通じる空気流入口を有しかつ後端を開口させた中心孔を具えたバルブケースと、
前記中心孔内に配され前記空気流入口を開閉させる弁体と、
前記中心孔内に配され前記弁体を空気流入口に向かって付勢するバネ手段と、
前記バルブケースの後端に固着され、かつ前記中心孔と外気とを導通する排気孔を有する固定キャップとを具え、
しかも前記弁体が後退して前記空気流入口を開く弁体作動圧力Ｐｖを、前記リリーフ圧Ｐ０よりも小とし、
かつ前記排気孔を、直径ｄが２．０ｍｍ以下の小孔状のオリフィスとすることにより、圧縮空気が前記排気孔を通るときの抵抗により前記中心孔と外気との間に圧力差Ｐｄを発生させるとともに、
前記弁体作動圧力Ｐｖと圧力差Ｐｄとの和（Ｐｖ＋Ｐｄ）を、前記リリーフ圧Ｐ０としたことを特徴している。

また請求項２では、前記排気孔の直径ｄは、前記コンプレッサー本体の排気流量、リリーフ圧Ｐ０、及び弁体作動圧力Ｐｖに基づき設定されることを特徴としている。

また請求項３では、前記排気孔は、長さが１〜５ｍｍであることを特徴としている。

また請求項４は、コンプレッサーであって、請求項１〜３の何れかに記載のリリーフバルブをコンプレッサー本体の空気室に取り付けたことを特徴としている。

本発明は叙上の如く、弁体作動圧力Ｐｖをリリーフ圧Ｐ０に一致させるのではなく、リリーフ圧Ｐ０よりも小に設定することで、リリーフ圧Ｐ０よりも低い圧力にて弁体を作動可能に構成している。他方、固定キャップに設ける排気孔を、直径ｄが２．０ｍｍ以下の小孔状のオリフィスとすることで、前記空気流入口から流入する圧縮空気が、排気孔を通過するときの抵抗により、バルブケース内と外気との間に圧力差Ｐｄを発生させる。

この時、前記圧力差Ｐｄは、弁体を閉じる向きの力として機能する。従って空気室内の圧力Ｐが、前記圧力の和（Ｐｖ＋Ｐｄ）よりも小さい場合には、弁体が閉じて圧縮空気のリリーフバルブからの流出を阻止する。叉空気室内の圧力Ｐが、前記和（Ｐｖ＋Ｐｄ）を超えて上昇すると、弁体が開いて圧縮空気を流出せしめ、圧力Ｐを減少させうる。即ち、リリーフ圧Ｐ０＝（Ｐｖ＋Ｐｄ）のリリーフバルブとして機能させることができる。

このようなリリーフバルブは、排気孔の直径ｄによって、圧力差Ｐｄ、即ちリリーフ圧Ｐ０を定めることができるため、従来の如き調整キャップの螺進退による調整作業が不要となり、リリーフバルブの作動精度を高く確保しながら生産性を向上させることが可能となる。

本発明のリリーフバルブを取り付けたコンプレッサーの一例を示す分解斜視図である。 コンプレッサー本体の主要部を示す斜視図である。 コンプレッサー本体の主要部を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はリリーフバルブの弁閉状態、弁開状態を示す断面図である。 コンプレッサーの使用状態の一例を示す斜視図である。 従来のリリーフバルブを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のコンプレッサー１は、空気室２を有するコンプレッサ本体３と、前記空気室２に取り付き、この空気室２内の圧縮空気の過圧を逃がすリリーフバルブ４とを具える。

本例では、前記コンプレッサー１が、例えば図５に示す如きパンク修理用のコンプレッサーである場合が示されており、図中の符号４０は、パンク修理液を収容したボトル容器４１の口部にキャップ４２を取り付けたボトルユニットである。前記キャップ４２には、前記コンプレッサー１からの圧縮空気をボトル容器４１内へ送り込む空気取入れ口部４２ａ、及びこの圧縮空気の送り込みにより前記ボトル容器４１からパンク修理液と圧縮空気とを順次取り出す取出し口部４２ｂが設けられる。本例では、前記コンプレッサー１と空気取入れ口部４２ａとの間、及び取出し口部４２ｂとタイヤＴとの間がそれぞれホース４３ａ、４３ｂにて接続される場合が例示されるが、前記コンプレッサー１と空気取入れ口部４２ａとの間をホース４３ａを介することなく直接接続可能に構成することもできる。

次に、前記コンプレッサ本体３は、モータＭ、該モータＭに連結されるピストン５、このピストン５との間で空気を圧縮するポンプ室６を形成するシリンダ７を含んで構成され、これらは収納ケース９内に一体可搬に収納される。

前記収納ケース９は、小高さの偏平略直方体状の箱体をなし、上下のケース部９Ｕ、９Ｌに分解可能に形成されている。前記モータＭとしては、自動車の１２Ｖ直流電源で作動する市販の種々のＤＣモータが採用できる。このモータＭには、自動車のシガーライターソケットに接続可能な電源プラグ１０を先端に設けた電源コードが、前記収納ケース９の上板部に取り付く電源スイッチＳＷを介して接続される。

図２、３に示すように、前記ピストン５は、前記モータＭに周知のクランク機構１１を介して連結され、ポンプ室６内に往復運動可能に配される。このピストン５には、このピストン５をその軸芯方向に貫通してのびる吸気孔１２Ａと、この吸気孔１２Ａをポンプ室側からバネ性を有して閉じる、例えばゴム、合成樹脂、金属等の弾性体などの弁１２Ｂとを用いた吸気弁１２が形成される。

叉前記シリンダ７は、前記ポンプ室６を形成する円筒状のシリンダ本体７Ａと、その端部に連設され前記ポンプ室６からの圧縮空気を受け取る空気室２を形成するシリンダ副部７Ｂとを一体に具える。前記ポンプ室６と空気室２とは、小孔１３を介して導通される。なおこの小孔１３には、前記空気室２内の圧縮空気がポンプ室６側に逆流するのを防止する周知構造の一方弁（図示しない。）が設けられる。

そして前記空気室２には、この空気室２内の圧縮空気の圧力Ｐがリリーフ圧Ｐ０を超えたときにその過圧を逃がすリリーフバルブ４が取り付きく。なお本例の空気室２には、この空気室２内の圧縮空気をボトルユニット４０側に送り出す空気送給部１４と、圧縮空気の圧力Ｐを測定する圧力計１５に接続する接続部１６とがさらに接続される。

次に、前記リリーフバルブ４は、図４（Ａ）に示すように、前端部が前記空気室２に取り付く筒状のバルブケース２０と、このバルブケース２０の中心孔２１内に配される弁体２２と、前記弁体２２を付勢するバネ手段２３と、前記バルブケース２０の後端に固着される固定キャップ２４とを具える。

具体的には、本例のバルブケース２０は、前記空気室２をなすシリンダ副部７Ｂから後方に向かって突出する円筒状をなす。そしてその内部には、前記空気室２に通じる空気流入口２５を前端に有しかつ後端を開口させた前記中心孔２１が配される。本例の中心孔２１は、前記空気流入口２５から後方側に延びる小径な第１の中心孔部２１Ａと、この第１の中心孔部２１Ａに、先細コーン状の弁座部２１Ｂを介して同心に連なる大径な第２の中心孔部２１Ｃとを具える。なお本例では、第２の中心孔部２１Ｃの後方側に、段差２１Ｄを介して、大径な固定キャップ取付け孔部２１Ｆをさらに連設している。

前記弁体２２は、本例では前記第２の中心孔部２１Ｃ内に配され、前記弁座部２１Ｂと離接することにより前記空気流入口２５を開閉させる。本例の弁体２２は、全体がゴム弾性材から形成されたゴム栓状をなし、前記弁座部２１Ｂに密に当接可能な例えば凸曲面状の頭部２２Ａの後端に、前記バネ手段２３の前端部を係止する円柱状のバネ係止部２２Ｂを突出させている。

叉前記固定キャップ２４は、前記バルブケースの後端に固着されるとともに、前記中心孔２１と外気２６とを導通する排気孔２７を具える。本例では、前記固定キャップ２４は、前記固定キャップ取付け孔部２１Ｆに嵌合する円柱状の基部２４Ａの前端に、前記バネ手段２３の後端部を係止する円柱状のバネ係止部２４Ｂを突出させている。叉本例の固定キャップ２４は、前記段差２１Ｄと当接することにより位置決めされるとともに、バルブケース２０後端のカシメ部２０ａによって、位置ずれすることなく強固に固定される。

叉前記バネ手段２３は、本例ではコイルバネであって、前記第２の中心孔部２１Ｃ内、かつ弁体２２と固定キャップ２４との間に配されることによって、前記弁体２２を空気流入口２５に向かって付勢する。

そして本実施形態のリリーフバルブ４では、前記弁体２２が後退して前記空気流入口２５を開く時の弁体作動圧力Ｐｖを、前記リリーフ圧Ｐ０よりも小に設定している。叉リリーフバルブ４では、前記排気孔２７は、その直径ｄが２．０ｍｍ以下の小孔状のオリフィス３０として形成される。これにより、図４（Ｂ）に示すように、前記空気流入口２５から流入した圧縮空気が前記排気孔２７を通るとき、抵抗が生じ、バルブケース２０内と外気２６との間に圧力差Ｐｄを発生させることができる。そして、前記弁体作動圧力Ｐｖと圧力差Ｐｄとの和（Ｐｖ＋Ｐｄ）を、前記リリーフ圧Ｐ０として設定している。

以下に、リリーフ圧Ｐ０が３５０ｋＰａのリリーフバルブ４を形成する場合を具体的に説明する。

まず弁体２２の弁体作動圧力Ｐｖを、前記リリーフ圧Ｐ０よりも小な値、例えば３２０ｋＰａに設定する場合について考える。例えば圧縮空気の圧力Ｐが３２０ｋＰａの時、弁体２２を押し上げる力Ｆは、下記式（１）で示される。式中の記号「Ｄａ」は、弁体２２が圧力Ｐを受ける受圧面の直径である。例えば、前記直径Ｄａが６mmの時、式（１）より、Ｆ≒９．０４Ｎとなる。
Ｆ＝（π×Ｄａ^２／４）×３２０ −−−（１）

従って、図４（Ａ）の弁閉状態におけるバネ圧縮力が９．０４Ｎとなるバネ手段２３を用いることで、弁体２２の弁体作動圧力Ｐｖを３２０ｋＰａに設定することができる。

次に、前記弁体作動圧力Ｐｖと圧力差Ｐｄとの和（Ｐｖ＋Ｐｄ）が、リリーフ圧Ｐ０となる。本例では、リリーフ圧Ｐ０＝３５０ｋＰａ、弁体作動圧力Ｐｖ＝３２０ｋＰａであるので、前記圧力差Ｐｄは３０ｋｐａである。そして、前記圧力差Ｐｄを３０ｋＰａとするための排気孔２７の直径ｄを、下記に計算して求める。

図４（Ｂ）の弁開状態において、リリーフバルブ４内を流れる空気の流量Ｑは、下記式（２）で示される。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√（２×Ｐｄ／ρ）−−−（２）
式中の記号
Ｃ−−−流出係数であり、おおよそ０．７±０．１である。
Ａ−−−排気孔２７の断面積であって、Ａ＝π×ｄ^２／４（単位m^２）である。
Ｐｄ−−−外気２６との圧力差で、本例では３０ｋＰａ（＝３０×１０^３Ｐａ^）に設定。
ρ−−−空気の密度（単位ｋｇ／m^３）であって、温度２０℃、外気圧の時１．２０５ｋｇ／ｍ^３である。
そして、前記リリーフバルブ４を、排気流量Ｑが７リッタ／分（＝０．１１７×１０^−３m^３／sec）のコンプレッサー１に使用したと考えると、
Ａ＝Ｑ／｛Ｃ×√（２×Ｐｄ／ρ）｝
≒０．１１７×１０^−３／｛０．７×√（２×３０×１０^３／１．２０５）
≒０．７４９×１０^−６ （単位ｍ^２）
となる。

叉、ｄ＝√（４×Ａ／π）
≒√（４×０．７４９×１０^−６／３．１４）
≒０．９８×１０^−３（単位ｍ）
従って、排気孔２７の直径ｄを０．９８mm、かつ弁体２２の弁体作動圧力Ｐｖを３２０ｋＰａとすることで、排気流量Ｑが７リッタ／分のコンプレッサにおいて、リリーフバルブ４のリリーフ圧Ｐ０を３５０ｋＰａに設定することができる。

このように設定されたリリーフバルブ４は、空気室２の内圧Ｐが、弁体作動圧力Ｐｖ（例えば３２０ｋＰａ）を超えたとき、弁体２２が一旦開き、圧縮空気が中心孔２１内に流入する。この時、前記排気孔２７の直径が充分大の場合には、中心孔２１内の圧力と外気との圧力差ΔＰは略０であるため、弁体２２は開きっぱなしとなる。しかし本発明では、排気孔２７が小径状のオリフィス３０をなすため、中心孔２１内の圧力と外気２６との間に圧力差ΔＰが生まれ、（Ｐｖ＋ΔＰ）＞Ｐとなって、弁体２２は瞬時に閉じられる。

ここで、前記中心孔２１内に残った圧縮空気は、前記排気孔２７を通って徐々に流出し前記圧力差ΔＰは減少する。これに対して空気室２の内圧Ｐは、ポンプの作動によって上昇し、（ΔＰ＋Ｐｖ）＜Ｐとなった時、弁体２２が一旦開き、圧縮空気が中心孔２１内に流入する。このように弁体２２の開／閉が繰り返されながら、空気室２の内圧Ｐが上昇していく。そして空気室２の内圧Ｐが、リリーフ圧Ｐ０を超えた状態においては、ΔＰ＝Ｐｂ、Ｐ＞（Ｐｖ＋ΔＰ）となって、弁体２２が開放状態となり、内圧Ｐがリリーフ圧Ｐ０となるまで排気孔２７から圧縮空気は排出される。

前記排気孔２７による上記機能を安定して発揮させるためには、排気孔２７の長さＬを１〜５ｍｍとするのが好ましい。前記長さＬが１ｍｍを下回ると排気の流れが不安定となり、逆に５ｍｍを超えると流過抵抗が大きくなって、何れもリリーフ圧での作動精度が低下する傾向となる。

叉リリーフバルブ４では、前記弁体作動圧力Ｐｖが低すぎると、リリーフ圧Ｐ０に至るまでの間に弁体２２が開く回数が増えるため、圧力の上昇速度が減じる傾向があり、従って、弁体作動圧力Ｐｖは、リリーフ圧Ｐ０との差（Ｐ０−Ｐｖ）が５０ｋＰａ以下であるのが好ましい。叉前記差（Ｐ０−Ｐｖ）が小さすぎると、リリーフ圧Ｐ０での作動精度が低下する傾向となり、従って差（Ｐ０−Ｐｖ）は１０ｋＰａ以上が好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、図４に示す構造をなすリリーフバルブを、下記の仕様に基づき１００個試作し、排気流量Ｑが７リッタ／分のコンプレッサーに取り付けた時の各リリーフバルブの実際のリリーフ圧力Ｐ０のバラツキを測定した。
＜共通仕様＞
バネ手段による弁体作動圧力Ｐｖ：３２０ｋＰａ
排気孔の直径ｄ ：０．９８ｍｍ
排気孔２７の長さＬ ：３ｍｍ
リリーフ圧Ｐ０の目標値 ：３５０ｋＰａ

各リリーフバルブのリリーフ圧力Ｐ０の平均値は３５０．７ｋＰａ、標準偏差８．４ｋＰａであり、製造時の調整作業を不要としながら、リリーフバルブの作動精度を高く確保しうるのが確認できた。

１ コンプレッサー
２ 空気室
３ コンプレッサー本体
４ リリーフバルブ
２０ バルブケース
２１ 中心孔
２２ 弁体
２３ バネ手段
２４ 固定キャップ
２５ 空気流入口
２７ 排気孔
３０ オリフィス

Claims (4)

1. コンプレッサー本体の空気室に取り付き、前記空気室内の圧縮空気の圧力がリリーフ圧Ｐ０を超えたとき過圧を逃がすリリーフバルブであって、
   前記空気室に前端部が取り付く筒状をなし、前端に前記空気室に通じる空気流入口を有しかつ後端を開口させた中心孔を具えたバルブケースと、
   前記中心孔内に配され前記空気流入口を開閉させる弁体と、
   前記中心孔内に配され前記弁体を空気流入口に向かって付勢するバネ手段と、
   前記バルブケースの後端に固着され、かつ前記中心孔と外気とを導通する排気孔を有する固定キャップとを具え、
   しかも前記弁体が後退して前記空気流入口を開く弁体作動圧力Ｐｖを、前記リリーフ圧Ｐ０よりも小とし、
   かつ前記排気孔を、直径ｄが２．０ｍｍ以下の小孔状のオリフィスとすることにより、圧縮空気が前記排気孔を通るときの抵抗により前記中心孔と外気との間に圧力差Ｐｄを発生させるとともに、
   前記弁体作動圧力Ｐｖと圧力差Ｐｄとの和（Ｐｖ＋Ｐｄ）を、前記リリーフ圧Ｐ０としたことを特徴とするリリーフバルブ。
2. 前記排気孔の直径ｄは、前記コンプレッサー本体の排気流量、リリーフ圧Ｐ０、及び弁体作動圧力Ｐｖに基づき設定されることを特徴とする請求項１記載のリリーフバルブ。
3. 前記排気孔は、長さが１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１叉は２記載のリリーフバルブ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のリリーフバルブをコンプレッサー本体の空気室に取り付けたコンプレッサー。
   

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