JPH0979166A - 空気圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】吸入絞り弁５は弁ケース５１に設けた外シリン
ダ７１に移動体６１が嵌合し、内シリンダ６２にピスト
ン５８が嵌合し、それに弁板５５が付く。弁板５５は往
復動作し、弁座５６に密着し吸気路５３を閉塞し空気圧
縮機の吸気を止める。各シリンダの弁板５５側の室には
圧縮ばねを備え、反対側の室は、外主室７２には電磁弁
３１を介し、内主室６３には直接に空気槽内圧を連通さ
せる。起動時や放気アンロード時は電磁弁３１を開き外
主室７２にかける比較的弱い圧力で弁板５５を閉じ、ア
ンロード時は内主室６３にかける比較的強い圧力で弁板
を開閉し、吸気量を制御する。 【効果】圧力調整部品や配管類を削減し容量制御系を単
純化し起動時の負荷低減，吐出空気量の制御，放気アン
ロードなど多くの負荷状態に対応することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧縮機は一般産業用を中心に広く普
及している。その基本動作は大気中から空気を吸い込
み、圧縮後に外部配管に送り出すものであり、送られた
圧縮空気は動力源や噴射媒体などとして使われる。空気
圧縮機は使用者が容易に使用可能でかつ安全確実な動作
が必要とされるため、圧縮機本体に加え幾つかの補機を
伴い、一体として実用に供されている。

【０００３】圧縮機の補機は多種多様あるが、空気清浄
器，吸入絞り弁，圧縮空気冷却器，空気槽、そして動力
源となる電動機あるいは内燃機関などが主要なものであ
る。空気清浄器は空気清浄手段として、吸い込む空気に
含まれる塵埃を除去する。吸入絞り弁は吸入量制限手段
として吸い込む空気の量を制限したり、あるいは吸入を
止める働きを持つ。圧縮空気冷却器は圧縮空気冷却手段
として、圧縮されて高温となった空気を冷却する。空気
槽は圧縮した空気を一旦溜めて、吐出圧の変動を抑制す
る。

【０００４】圧縮機本体が圧縮室に給油しながら圧縮を
行う油冷式圧縮機である場合には、圧縮機本体に給油機
能を持たせ、圧縮室に連続的な給油を可能とするほか、
いくつかの油関係の補機が必要となる。一例として空気
に混入した油を圧縮後に空気から分離する油分離手段と
しての油分離器や、圧縮により発熱した空気から熱を吸
収し温度上昇した油を冷却し再度の注油に備える油冷却
器などである。また、圧縮機本体の圧縮室，油分離器，
油冷却器を循環する油も圧縮機の性能や信頼性に係る重
要な要素である。

【０００５】空気圧縮機に求められる重要な機能の一つ
が吐出圧力の制御である。使用者にとり、吐出圧力は一
定であることが望ましい。しかし、使用者の空気使用量
は一定しないことが多い。空気圧縮機を一定の能力で運
転したままで、空気使用量が減少すると、余剰となった
圧縮空気により吐出圧力は上昇し、逆に空気使用量が増
加すると吐出圧力は低下してしまう。そこで、空気圧縮
機には容量制御機能が備えられ、空気使用量に応じて吐
出量を制御し、吐出圧力を一定の範囲に維持するのが普
通である。

【０００６】空気圧縮機の容量制御の方法はいくつかの
種類が実用化されている。小型の圧縮機では、空気槽内
圧により電動機の起動，停止を繰り返すオン・オフ制御
が一般的である。中型以上の圧縮機では電動機の頻繁な
起動，停止が困難であり、再起動にも時間がかかるため
電動機の回転を持続させたまま、圧縮機本体の吸入量を
吸入絞り弁で抑制する吸入絞り式容量制御（別名：サク
ションアンロード）が広く使われている。また、圧縮機
本体をインバータにより可変速駆動し、容量制御する方
法も実用化されている。

【０００７】空気使用量が極めて少ない場合や他の圧縮
機と協調して運転する場合には、一定時間、圧縮空気を
吐出する必要がないことがある。その場合には、吸入を
ほぼ全閉にすると同時に空気槽内の圧縮空気を放気し、
吐出圧を下げる。すると、電動機の回転は持続しなが
ら、圧縮機本体を回転するのに必要なトルクが減少し消
費電力が節約される。この状態を放気アンロードと呼
び、中形以上の空気圧縮機で広く使われている。

【０００８】中形以上の空気圧縮機で、容量制御ととも
に考慮すべきことは起動方法である。中形以上の電動機
は起動を容易にするため、電源投入直後は圧縮機の回転
に必要なトルクを通常の運転時よりも小さくしておく必
要がある。そのため、吸入絞り弁により吸入量を制限
し、圧縮機本体の吸入圧力と吐出圧である空気槽内圧を
低いままで維持する。これは先の放気アンロードに近い
状態であるが、空気槽の内圧が上昇する前に吸入を絞る
ため、空気槽圧力は放気アンロード時に比較し低く保た
れる。

【０００９】複数の吸入圧力や吐出圧力の状態とそれを
実現するための吐出量を制御する構造は特開昭60−2565
91号公報に示されている。公知例では複数の電磁弁や圧
力調整のための弁が必要で、それらを繋ぐ配管系も複雑
となっている。

【００１０】従来用いられている容量制御装置の例を図
２と図３と図４を用いて説明する。図２は容量制御を実
施するための機構を備えた油冷式空気圧縮機の系統図で
ある。なお、本発明に直接関与しない部分については省
略した。図３は圧縮機の運転時の空気槽の内圧変化の一
例を時間を追って示したもので、縦軸は大気圧を１気圧
として絶対圧で示している。図４は本機構に用いられて
いる圧力調整弁の入出力圧力特性を示すグラフである。

【００１１】定常運転中、空気は大気から取り入れら
れ、空気清浄器１４により塵埃を除去した後に、吸入絞
り弁２と吸入路１９を通過する。続いて、空気は圧縮機
本体１に吸入口１１から吸い込まれ圧縮後に吐出口１２
から吐出される。圧縮過程では給油口１３から連続的に
入れられた油が空気に混入され、油は潤滑，冷却，シー
ル材として働く。圧縮空気と油は混じった状態で油分離
器１５に入り、分離後に圧縮空気は吐出弁１６を経て外
部に導かれる。吐出弁１６は直列に配置された逆止弁と
調圧弁より成り、逆流を防止すると同時に下流の圧力が
極端に低い場合には閉塞して空気槽内圧を一定圧以上に
維持する。一方、油分離器１５から出た油は油冷却器１
７を経て、再び圧縮機本体に給油口１３から注入され
る。油冷却器１７はファン１８によって送られる冷却風
が熱交換し、油温が下げられる。

【００１２】油分離器１５は内部に十分な容積を備えて
おり、下部には分離された油が溜り、残った上部の空間
は若干のオイルミストが浮遊するものの圧縮空気で満た
される。したがって、油分離器１５は圧縮空気と油を分
離する機能の他に、空気槽と油溜めの機能を合わせ持
つ。そこで油分離器の上部を空気槽２０として取扱う。

【００１３】吸入絞り弁２は弁ケース２１に弁板２２，
ピストン２３、それらを繋ぐロッド２４を内蔵する。弁
ケース２１の一部はピストン２３の往復するシリンダ２
５を形成し、ピストン２３によって区切られた弁板２２
側を副室２７、その反対側を主室２６と呼ぶことにす
る。副室２６には圧縮ばね２８が備えられる。

【００１４】油分離器１５の下流の圧縮空気の吐出管３
３からは、電磁弁３１と圧力調整弁３２の二つの弁が並
列して分岐し両者共に放気路３４に連通する。電磁弁３
１は通電すると閉塞し電圧をかけないと全開となる機能
を有する。放気路３４の一端は吸入絞り弁２の主室２６
に連通し、他端は放気絞り３５を経て末端のサイレンサ
３６に至り、大気に開放される。

【００１５】圧力調整弁３２にとり、上流側の空気槽２
０内圧が入力圧力，下流側の放気路３４や主室２６内圧
が出力圧力となる。図４に示すように、入力圧力が設定
圧力(図４では７気圧と仮定した。)を越えるまでは、圧
力調整弁３２は閉塞したままである。設定圧力以上の入
力圧力に対しては設定圧力を越えた分の圧力、すなわち
入力圧力から設定圧力を引いた差圧を出力する機能を備
える。ただし、実際の圧力調整弁は図４に示す線から若
干逸脱した特性を示し、圧力上昇と減少の過程では入出
力特性の経路が異なるヒステリシスを持つこともある
が、本質にかかわる量ではない。また、設定圧力は圧力
調整弁３２に付随した調整ハンドルにより変更すること
が可能である。

【００１６】吸入絞り弁２の副室２７に連通する流路は
電磁三方弁３７の共通口に至る。電磁三方弁３７は通電
時は共通口を吸入路１９側に連通させ、それ以外の時は
共通口を大気側に連通させる機能を有する。

【００１７】圧縮機本体１を駆動する電動機３は誘導電
動機であり、始動盤４１を介して商用交流電力４２が送
られて回転する。始動盤４１は起動時にみられる過大電
流を抑制するために給電回路を切り換え、スターデルタ
起動を行う機能を有する。

【００１８】制御装置４はマイコンを中心とした電子回
路で構成され、電磁弁３１と電磁三方弁３９さらに、始
動盤４１に対し指令を出す機能を有する。さらに、スイ
ッチ４３と吐出弁１６の下流に設けた圧力センサ４４か
ら情報を受け取る機能を有する。

【００１９】空気圧縮機の一般的な動作の一例を図３の
時間軸に沿って示す。空気圧縮機の起動前には空気槽２
０内圧は大気圧である１気圧に等しい。時刻Ａに使用者
がスイッチ４３を入れる。制御装置４はそれを認識し、
始動盤４１にスター回路での駆動を指令する。同時に電
磁弁３１に開放を、電磁三方弁３７に副室２７と吸入路
１９の連通を指令する。

【００２０】電動機４は停止状態から次第に加速し、そ
れにつれて、圧縮機本体１も空気の圧縮を開始し、空気
槽２０に空気が送られ内圧が次第に上昇する。この間、
空気槽２０内圧は規定値に達しないため吐出弁１６は開
かれていない。空気槽２０に少しだけ溜った圧縮空気は
開かれた電磁弁３１を経由して主室２６に導かれる。空
気槽２０内圧が設定圧に達しないため、圧力調整弁３２
は閉じたままである。主室２６に空気槽２０内圧をかけ
た圧縮空気は放気絞り３５を通過し、圧力を下げた後に
サイレンサ３６から大気に放出される。したがって、主
室２６の内圧は電磁弁３１や途中の管路の流路抵抗と放
気絞り３５の流路抵抗により定まり、空気槽２０内圧と
大気圧の間となる。通常は放気絞り３５の流路抵抗を大
きくするので、主室２６内圧は空気槽２０内圧に近い。

【００２１】副室２７は吸入路１９と連通するため、圧
縮機本体１に吸われて内圧が大気圧以下の負圧となる。
主室２６と副室２７の差圧からピストン２３は図中左方
向へ移動し、遂には弁板２２が流路を完全に塞ぐ。この
状態では圧縮機本体１へ空気が送られないので、空気槽
２０内圧は大気圧より僅か０.５ 気圧程度上昇するだけ
で、ほぼ一定のまま推移し、その間、圧縮機本体１の駆
動トルクは小さくなる。必要なトルクが小さいため、電
動機４は容易に加速し、起動電流も抑制される。

【００２２】時刻Ｂとなり電動機４ならびに圧縮機本体
１の回転速度が十分な値に達すると、制御回路４の指令
により始動盤４１は回路をスター回路からデルタ回路に
よる駆動に切り換える。続いて、制御装置４は電磁弁３
１の閉塞ならびに電磁三方弁３７を切り換えて副室２７
と大気側３８との連通を指令する。

【００２３】空気槽２０からの圧縮空気の供給が止まる
ので、主室２６や放気路３４内部の空気がサイレンサ３
６から出尽くし、内圧が大気圧まで降下する。一方、副
室２７も電磁三方弁３７を経て大気側３８と連通するた
め内圧が大気圧となる。ピストン２３へは両側圧力が等
しくなるので弁板２２を閉じる方向のガス圧は働かず、
圧縮ばね２８の反力と弁板２２の両面の圧力差で弁板２
２は全開まで開かれる。

【００２４】吸入絞り弁２が全開となり、圧縮機本体１
も通常運転の回転速度なので、能力最大で圧縮空気を空
気槽２０に送り込む。空気槽２０内圧は次第に上昇し時
刻Ｃに７気圧に至る。吐出弁１６も規定圧を越えてから
開放され圧縮空気を外部に送り出し、通常の運転状態と
なる。

【００２５】通常運転中には圧縮空気の使用量に応じて
空気槽２０内圧が変化するが、吸入絞り制御を行い、吐
出圧を７気圧から８気圧の間に維持する。この機構の動
作を説明する。空気槽２０内圧は常に圧力調整弁３２の
入力側に作用するが、内圧が設定圧力である７気圧に達
するまで圧力調整弁３２は開かれない。空気槽２０内圧
が増加し、設定圧力に達すると、圧力調整弁３２は自動
的に開かれ、圧縮空気が弁を通過し流れ出る。この時、
弁通過後の空気の圧力は入力である空気槽２０内圧から
設定圧力を差し引いた値に圧力調整弁３２によって自動
制御される。

【００２６】圧力調整弁３２を通過した空気は吸込絞り
弁２の主室２６に流れ込み、ピストンを押して、弁板２
２を閉じさせる。弁板２２が閉じることにより、吸入空
気の圧損が増え吸入量が減少するため空気槽２０内圧が
低下する。以上の働きにより吐出圧力が自動制御され、
過大な圧力となることはなく、最大で８気圧に抑制され
る。この時、設定圧力７気圧を差し引いた１気圧がピス
トンに作用し、吸入絞り弁を全閉にする。吸入絞り中に
は放気絞り３５とサイレンサ３６を経て若干の放気があ
る。

【００２７】ある時間、空気の消費がないため、吐出圧
が下がらないことを制御装置４が圧力センサ４４により
感知すると、電力節約のため放気アンロード状態へ移行
することを判断する。放気アンロードへは以下に示す動
作により移行する。時刻Ｄで制御装置４は電磁弁３１に
開放を指令する。空気槽２０内の圧縮空気は電磁弁３１
を通過し、主室２６に入り、放気絞り３５とサイレンサ
３６を経て放気される。主室２６内圧が上昇するため、
ピストン２３はロッド２４を押して弁板２２を全閉にす
る。吸入がなくなると同時に放気が行われるので、空気
槽２０内圧は次第に低下し約３気圧に漸近する。この圧
力より下回ると吸入絞り弁２が開かれ空気が流入し、こ
の圧力より上回ると吸入がないまま放気されるので、３
気圧で安定となる。安定圧がこれより高いと消費動力が
多くなり、電力節約の効果が小さくなり、また、安定圧
がこれより低いと、油に混入していた空気が膨張して泡
となるフォーミング現象を起こすことがある。

【００２８】放気アンロードによる空気槽内圧の安定圧
が起動時の安定圧よりも高い理由は起動時には負圧であ
った副室２７の内圧が大気圧と高いため、その分だけ弁
板２２を締め切るため主室２６にかける圧力を高くする
必要があるためである。

【００２９】放気アンロード中、空気槽２０内圧は下流
側外部配管よりも低圧になるが、吐出弁１６があるの
で、圧縮空気の逆流は防止される。

【００３０】放気アンロード状態の時刻Ｅで、圧縮空気
の使用が再開されると、吐出圧が低下する。そのことを
圧力センサ４４により制御装置４が感知すると、電磁弁
３１への通電を止めて閉塞を指令する。圧縮空気の供給
が止まるため主室２６内圧が大気圧まで低下し、空気の
吸込と圧縮が再開され、空気槽２０内圧が上昇する。

【００３１】時刻Ｆで使用者がスイッチ４３を切ると、
制御装置４は始動盤４１に電流の遮断と、電磁弁３１に
開放を指令する。圧縮機本体１は停止し、空気槽２０に
残留した圧縮空気は電磁弁３１，放気絞り３５，サイレ
ンサ３６を通じて放気される。その過程で吸入絞り弁２
を全閉にするため、圧縮機本体１からの吸入路１９を通
じての逆流を防止する。放気のため空気槽２０の内圧は
大気圧となる時刻Ｇまで次第に下降する。また、停電時
でも、停止時と同様の動作により運転の停止ならびに放
気が行われる。

【００３２】なお、本実施例で用いた圧力値は説明のた
めの仮の値であり、実際には圧縮機の使用条件や使用目
的により若干異なる。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】従来例による容量制御
機構を備えた空気圧縮機は機能的には要求を満たし、広
く使われている。しかし、起動アンロード，放気アンロ
ード，吸入絞り式の容量制御に対応し、停止後の吸入流
路逆流防止や残留空気の放気まで行うため制御系が複雑
で必要な部品の数も多い。そのため、部品購入や製作，
組立，調整に多くの費用と手間，時間を要し、圧縮機全
体の費用が高くなってしまうという問題があった。ま
た、同じ理由により、圧縮機全体の信頼性確保のための
維持管理に手間がかかるという問題もあった。

【００３４】本発明の目的は、同じ機能を簡潔な構造で
少ない部品数により可能とする容量制御装置を実現した
空気圧縮機を提供することにある。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するため以下に示す第１の手段を用いる。

【００３６】吸入量制限手段である吸入絞り弁は空気清
浄機と圧縮機本体の吸入口を繋ぐ吸入流路ならびに外シ
リンダを内部に形成したケースを主体に他の部材を組み
合わせて構成する。吸入流路の途中に設けられる弁板は
可動支持され、弁板はその位置により吸入流路を部分的
に、あるいは完全に塞ぐ機能を有する。吸入絞り弁に
は、弁板と連結部材であるロッドにより結合したピスト
ン内が備えられ、ピストンは往復運動可能に内シリンダ
に嵌合する。内シリンダはピストンにより複数の室に区
切られる。内シリンダは移動部材である移動体の内部に
形成され、移動体はケースに設けた外シリンダに往復運
動可能に内蔵される。移動体により外シリンダは複数の
室に区切られる。また、ピストンの移動方向と移動体の
移動方向は一致し、各々必要に応じて移動範囲を制限す
る手段も設けることもできる。

【００３７】上記本発明の目的をより効率的に達成する
ため、上記第１の手段に加えて、以下に示す第２の手段
を用いる。

【００３８】ピストンにより内シリンダが区切られて形
成された室のうち弁板の反対側に位置する室(内主室と
呼ぶ)には圧縮機吐出口下流の空気槽から流路を連通さ
せる。移動体により外シリンダが区切られて形成された
室のうちの一方の室は空気槽から開閉手段を経て連通さ
せる。ここで、開閉手段とは電磁弁に代表される制御装
置の指令により電線を介した遠隔操作で開閉制御可能な
弁である。

【００３９】また、内副室内部に圧縮ばね、あるいは、
内主室に引張ばねを備え、そのばね定数の加減により、
圧縮機の吐出圧力設定値を選択することができる。

【００４０】なお、第１，第２の手段共に、従来例で説
明した電磁三方弁を含む副室に連通する流路は必要とさ
れず、吸入絞り弁の内シリンダの弁板側の室は吸入路あ
るいは大気へ連通させておくのみでよい。従来例で述べ
た圧力調整弁とその前後の流路も不要となる。

【００４１】

【作用】上記課題解決の手段による吸入絞り弁と、それ
を用いて構成された空気圧縮機は以下に示すように作用
する。なお、開閉手段を経て空気槽内圧が連通する外シ
リンダ室は、移動体により区切られた弁板と反対側の室
として説明する。弁板側の室の場合は、開閉手段の開閉
を逆に考えれば同様の作用となる。

【００４２】空気圧縮機の起動時は開閉手段が開かれ、
外主室に空気槽から圧縮空気が送られる。外シリンダの
断面積は比較的大きいので、空気槽内圧が吐出圧に満た
ない例えば２気圧程度でも外シリンダに嵌合したピスト
ンに相当する移動体を押すに十分な値となる。移動体が
弁板方向に移動すると、移動体内部のピストンも一体と
なって移動し弁板を閉じ、吸入路を塞ぐ。この時、内主
室圧力はピストンを動かすに十分な圧力に満たず、ピス
トンは内シリンダの内部で動かず一体となっている。吸
入路が塞がれるため吸入圧が大気圧よりも低くなり、吐
出圧も通常運転時に比較して十分に低いので、圧縮機本
体を動かす必要トルクは小さく、電動機にとり起動が容
易になる。

【００４３】電動機ならびに圧縮機本体が通常運転の回
転速度まで加速されると制御装置の指令により起動回路
がデルタ回路となり、開閉手段が閉じられる。外主室は
作動室と切り離されるので、圧力の高い空気の供給が途
絶え内圧が低下し、移動体が外主室側に後退し弁板が開
かれる。この時、作動室内圧はまだ低いので、弁板とピ
ストンは移動体と一体となったままである。弁板が開か
れるので、空気が圧縮機本体に流入し、空気を圧縮し吐
出する通常の運転が開始される。

【００４４】通常の運転状態で、以下に示すように吸入
絞り式の容量制御がなされる。圧縮空気使用量が圧縮機
能力よりも少ないと、空気槽内圧が上昇してくる。内主
室は空気槽に連通しているので、次第に内圧が上昇し、
遂には設定圧力を越える。すると、内主室内圧がピスト
ンを弁板方向に押す力が内シリンダに備えたばねの反力
を越え、ピストンが動きだす。内主室内圧が高いほど、
その力が大きく、ばねをより変形させ、弁板を閉じる。
ピストンの位置はピストン両側の差圧とばね定数と弁板
の両側の差圧と若干の摩擦力の釣合いによって決まり、
通常は空気槽内圧が設定圧力から約１気圧高い圧力まで
上昇すると弁板が完全に閉じられる。なお、この時、外
主室内圧はほぼ大気圧と低いので、移動体は外主室側に
停止したままで動かない。

【００４５】圧縮空気使用量が皆無か極めて少ないなど
の条件により放気アンロード運転にすることが判断され
ると、制御装置は開閉手段に開放を支持する。空気槽内
圧が開閉手段を通過し外主室にかかるので、移動体は弁
板方向に動き始める。放気アンロードに移行する時点
で、ピストンが内副室側端にあり弁板が閉じられていて
も、弁板が閉じられたままで移動体のみが弁板方向に移
動するので、吸入路が開かれることはない。また、放気
により、空気槽内圧が低下し、内主室内圧がピストンを
押すに足りなくなっても、外主室内圧で移動体ごとピス
トンや弁板を押して、弁板の全閉を維持する。

【００４６】放気アンロードから通常運転への復帰は開
閉手段が閉じられることにより、起動時と同様の動作が
なされ、空気槽内圧の上昇と、それに続く吐出再開が実
行される。

【００４７】圧縮機停止時では開閉手段が開放となり弁
板を閉じ、続いて、圧縮機本体の運転が停止する。弁板
が閉じることにより圧縮機本体からの空気や油冷式圧縮
機では作動室内部の油の逆流が防止される。また、空気
槽内圧が開閉手段を通じて放気され、圧縮機内部も大気
圧となる。よって、整備や分解調整時の安全を確保し、
あるいは油漏れ等の障害が防止される。

【００４８】

【実施例】以下、図１，図５，図６，図７を用いて、第
１の実施例である油冷式空気圧縮機の構成と動作を説明
する。図１は本実施例の空気圧縮機に用いる吸入絞り弁
の断面図であり、全負荷運転中における全開の様子を示
している。図５は本実施例の空気圧縮機の系統図であ
る。図６は本実施例の空気圧縮機に用いる吸入絞り弁が
起動時あるいは放気アンロード時で全閉となっている状
態の断面図である。図７は同じ放気絞り弁の圧縮空気使
用量が極めて少なく、ほぼ完全に吸入を絞った状態であ
る全閉アンロード時の断面図である。

【００４９】本実施例の空気圧縮機に用いる吸入絞り弁
５の構造を図１を用いて説明する。吸入絞り弁５は弁ケ
ース５１に吸入路５３，５４ならびに後述する各種部材
を内蔵し構成される。図中で左方向を正面側，右方向を
背面側として表現する。吸入路は弁板５５が弁座５６に
押し付けられ吸入路を塞ぐ面を境に、上流側を上吸入路
５３，下流側を下吸入路５４と分けて考える。上吸入路
５３は空気清浄器１４から連通し、下吸入路５４は圧縮
機本体１の吸入口１１へと連通する。

【００５０】弁板５５の弁座５６に当たる部分である面
パッキン９４は弾性材で密着密閉性のよいゴム等の材質
で構成する。弁板５５の背面側にはロッド５７が伸び、
その先にピストン５８が固定される。弁板５５とロッド
５７とピストン５８は一体となって往復運動する。ピス
トン５８は移動体６１の内部に形成された、内面の滑ら
かな円筒形孔である内シリンダ６２に嵌合する。したが
って、往復運動ならびに自転は許されるが他の自由度は
拘束される。また、内シリンダ６２の端部に形成した凸
部あるいは段差にピストン５８が接触することにより、
往復運動も一定の範囲に限定される。ピストン５８の外
周と内シリンダ６２内面は接触せず、僅かなすきまを保
ち、ピストン５８の外周に刻まれた溝に外周すきまを塞
ぐ環形状の内パッキン５９が嵌められる。内パッキン５
９や他のパッキン類は弾性を持ちすきまの両面に密着す
る一方、摩擦力の小さい材質や断面形状や表面処理を選
定する。内シリンダ６２はピストン５８により、二つの
部屋に区切られ、そのうち背面側の部屋を内主室６３，
正面側の部屋を内副室６４と呼ぶ。

【００５１】内副室６４には圧縮ばね６５が備えられ、
内副室６４の正面側端面である移動体６１の内壁とピス
トン５８の間を引き離す方向に力を与える。ばねの自由
長は両者間が最も離れた時よりも長く、したがって、両
者間が最も離れた時でも、ある値の初期力を働かせる。
この力の大きさにより圧縮機の吐出の設定圧が決まる。

【００５２】移動体６１はそれ自身がピストンとして、
弁ケース５１に内蔵した外シリンダ７１に嵌合し、ピス
トン５８と同一の方向に往復運動可能である。およそ円
筒形状をした移動体６１は軸方向に長く、その両端近く
に設けられた各々の外周溝には外周すきまを塞ぐ環形状
の外パッキン６０が嵌められる。外シリンダ７１は移動
体６１の二つの外パッキン６０を境にして三つの部屋に
区切られる。そのうち背面側の部屋を外主室７２，正面
側の部屋を外副室７３，二つの外パッキン６０にはさま
れる移動体６１外周と取り巻く薄い円環状空間を外側室
７４とする。

【００５３】外副室７３には圧縮ばね７５が備えられ、
外副室７３の正面側端面と移動体６１の間を引き離す方
向に力を与える。ばねの自由長は両者間が最も離れた時
よりも長い。したがって、両者が最も離れた時でも、あ
る値の初期力を働かせる。圧縮ばね７５は内副室６４内
の圧縮ばね６５よりもばね定数が小さく、初期力も小さ
く設定する。

【００５４】移動体６１の正面側端面には内副室６４と
外副室７３を結ぶ連通孔６６を貫通させる。また、弁ケ
ース５１には外副室７３と下吸入路５４を結ぶ連通孔７
６が設けられる。したがって、連通する内副室６４と外
副室７３の内圧は下吸入路５４の内圧に追従する。ロッ
ド５７が通る弁ケース５１や移動体６１に明けた孔に
は、両側の室がほぼ同圧となるため、軸シールは不要で
ある。但し、滑らかな動きを確保するための摺動性は必
要となる。移動体６１にはまた、側面に内主室６３と外
側室７４を結ぶ連通路６７も設けられる。

【００５５】移動体６１の背面側端面中央に内主室６３
と外主室７２を繋ぐ過大圧放気弁６８を備える、過大圧
放気弁６８は移動体６１端面に開けた、径を途中で変え
た貫通孔に弁玉６９と弁ばね７０を組み構成する。外主
室７２内圧が内主室６３内圧より高い時は弁玉６９が差
圧で押されて孔を塞ぎ、過大圧放気弁６８は閉じられ
る。逆に、内主室６３内圧が外主室７２内圧より高い時
は、ある値の差圧までは弁ばね７０の力で弁玉６９が押
され孔が塞がれたままで、その差圧以上では弁玉６９が
背面方向に動かされ、すきまが生じ、過大圧放気弁６８
は開く。外主室７２内圧が大気圧の時の過大圧放気弁６
８が開く時の内主室６３内圧を過大圧と呼ぶことにし、
吐出圧の設定値よりも通常は１気圧程度高くしておく。
なお、本実施例では過大圧放気弁６８は移動体６１の背
面側端部に設けたが、入力が吐出圧管７７，出力が制御
圧管７８と連通する関係を維持し、また同じ機能を持て
ば位置や構造を選ばない。

【００５６】上吸入路５３と下吸入路５４の他に、本吸
入絞り弁５へ外部から制御用の２本の配管が接続され
る。１本は吐出流路３３から分岐した吐出圧管７７で、
外側室７４に弁ケース５１を貫通して連通する。その貫
通位置は移動体６１が動作範囲のいかなる位置にあって
も、外側室７４と連通する位置とする。もう１本は吐出
圧管７７から電磁弁３１を経由して外主室７２に連通す
る制御圧管７８である。制御圧管７８から分岐した放気
路３４は放気絞り３５とサイレンサ３６を経て外気に連
通する。

【００５７】吸入絞り弁５の弁ケース５１，弁板５５，
ロッド５７，ピストン５８や移動体６１などの構造体は
一個の部材である必要はなく、複数の部材を組み立てた
ものであってもよい。その場合の構造体の分割位置や、
密閉のためのパッキンやシールの配置に関しては本発明
の本質にかかわらない。

【００５８】本吸入絞り弁５を備えた空気圧縮機の構成
を図５を用い、従来例である図２と比較して説明する。

【００５９】吐出路３３と放気路３４を結ぶ２本の経路
のうち、圧力調整弁３２を経由する管路が圧力調整弁３
２とともに不要となる。新たに吐出圧管７７を必要とす
るが、電磁弁３１を吸入絞り弁５上に一体化し配管類を
弁ケース５１に開けた孔に代えることにより、部品数が
増えることはない。また、以上のような構成とすること
により機器類をコンパクトにまとめられる。

【００６０】従来例で設けられていた電磁三方弁３７な
らびに電磁三方弁３７から伸びる３本の配管が不要とな
る。また、制御装置４の電磁三方弁３７への出力機能も
不要となる。

【００６１】本実施例による空気圧縮機は以下のように
作用する。

【００６２】圧縮機の起動前には、空気槽２０をはじめ
機器や配管の内圧はすべて大気圧である。吸入絞り弁５
は内部の各室間に差圧がなく、ばね力により弁板５５は
背面側位置にあり、全開状態となっている。

【００６３】スイッチ４３により使用者の運転開始の指
示が感知されると、制御装置４は開閉手段３１を開放の
まま、始動盤４１にスター回路による起動を指令する。
始動盤４１から電動機３に電力が送られ、圧縮機本体１
が駆動されて運転開始する。空気が全開の吸入絞り弁５
を通過し吸入口１１から圧縮機本体１に吸い込まれ、圧
縮されて空気槽２０に送られる。この時まで吸入絞り弁
５の内外各シリンダ室の内圧はほぼ大気圧であり、圧縮
ばね６５，７５の反力で弁板５５は全開となっている。
したがって、空気の圧縮は障害なく実行される。また、
空気槽２０内圧も低いため駆動トルクも小さく、起動が
スムーズに行われる。

【００６４】以上の起動直後の短時間の運転により、空
気槽２０内圧が若干上昇してくると、圧縮空気は電磁弁
３１と制御圧管７８を経て外主室７２に作用する。外シ
リンダ７１の圧縮ばね７５は比較的軟らかく、移動体６
１の正面面積が比較的広いので、大気圧から若干上昇し
た程度の圧力で押された移動体６１が正面方向に動きだ
す。外副室７３内圧は圧縮機本体１の吸入により大気圧
より低い負圧となっているため、移動体６１の動きを助
ける。

【００６５】この起動過程で、内主室６３内圧も外主室
７２と同じ圧力が作用するが、圧縮ばね６５の反力が大
きく、さらにピストン５８断面積が移動体６１断面積に
比較して小さいため、ばねの反力に勝るガス力は生じな
い。したがって、ピストン５８は内シリンダ６２の背面
側端部に圧縮ばね６５で押し付けられたままである。そ
のため、ピストン５８はロッド５７や弁板５５も含め
て、移動体６１と一体となっており、移動体６１の正面
方向への移動は弁板５５の移動となる。

【００６６】期間が経過し空気槽２０内圧がさらに上昇
すると、遂には弁板５５が弁座５６に密着し、吸入路が
閉塞し、吸入が停止される。この状態を図６に示す。こ
の時の空気槽２９内圧は高々１.５ から２気圧程度であ
り、通常運転の吐出圧に比較すれば十分に低い。吸入が
閉塞されたために、吸入圧も負圧と低く、圧縮機本体１
を起動ならびに加速するトルクが抑制され、起動や回転
速度の加速が容易となる。

【００６７】以上の起動状態では、空気槽２０内の圧縮
空気は放気路３４から放気絞り３５とサイレンサ３６を
経て、大気へ放出され続ける。放気は放気絞り３５に制
限され量的には少ないが継続するので、空気槽２０内圧
に連動して外主室７２内圧も次第に不足する。外主室７
２内圧の低下により移動体６１が圧縮ばね７５に押し戻
され背面方向へ後退する。移動体６１に連動した弁板５
５も僅かに後退し、弁板５５と弁座５６の間にすきまが
生じる。そのすきまから空気が吸い込まれ、空気槽２０
内圧は再び上昇する。この一連の働きにより起動時の空
気槽２０内圧はほぼ一定に自動制御される。また、弁板
５５と弁座５６の間に形成するすきまに代えて、吸入絞
り弁５の吸入路と並行に、弁板５５で閉塞しない意図的
な漏れ流路(パージ流路)を備えておくことも可能であ
る。その場合には、漏れ流路に逆止弁を備え、圧縮機停
止直後の逆流を防止する必要がある。

【００６８】電動機３と圧縮機本体１の回転速度が通常
の運転回転速度に達すると、制御装置４の判断により、
始動盤４１がデルタ回路に切り換えられ、続いて、電磁
弁３１が閉じられる。電磁弁３１下流の放気路３４や外
主室７２内への圧縮空気は供給を絶たれるため、サイレ
ンサ３６から出尽くしてしまい、外主室７２内圧は低下
し大気圧となる。弁板５５両側の差圧と圧縮ばね７５の
反力による移動体６１に働く背面方向の力が、大気圧の
外主室７２と負圧の外副室７３の差圧による正面方向の
力を上回る。移動体６１は弁板５５とともに背面方向に
移動限度まで移動し、吸入絞り弁５は図１に示す全開状
態となる。

【００６９】電動機が通常運転のデルタ回路で給電さ
れ、吸入絞り弁５が全開となったので、圧縮機は全負荷
運転となり、空気の圧縮，吐出量は最大となる。空気槽
２０内圧は上昇し、規定圧力を越えた圧縮空気は吐出弁
１６を経て外部に送られ、使用される。

【００７０】通常運転中に圧縮機の吐出能力よりも圧縮
空気の使用量が少ない場合には、圧縮空気が余剰となる
ので、空気槽２０内圧が次第に上昇し設定値を越える。
空気槽２０内圧は常に吐出圧管７７，外側室７４，連通
路６７を経由して内主室６３に作用している。そのた
め、空気槽２０内圧が設定値を越えると、ピストン５８
両側の差圧による正面方向の力が圧縮ばね６５の初期力
を越え、ピストン５８を正面方向に動かす。圧縮ばね６
５の反力はピストン５８の移動量に比例して増加するの
で、差圧が大きくなるほど、移動量も大きくなる。ピス
トン５８の移動は一体である弁板５５の移動となり、吸
入路を次第に閉塞し吸入量を制限する。吸入量の制限は
圧縮空気の吐出量の制限であり、空気槽２０内圧を低減
する作用がある。したがって、圧縮空気の使用量と吐出
量がつりあう位置にピストン５８は安定し、吐出圧が設
定値かそれより僅かに高い値に維持される。以上の制御
を吸入絞り制御と呼び、その状態をアンロードと呼ぶ。

【００７１】圧縮空気使用量が極端に少なく空気槽２０
内圧がある値（通常は吐出圧設定値より約１気圧程度高
い値）まで上昇すると、弁板５５が弁座５６に接触する
まで移動し、吸入絞り弁５は全閉となり、圧縮空気の吐
出は中断される。図７に示すこの状態を全閉アンロード
と呼ぶ。

【００７２】アンロードや全閉アンロード状態で、外主
室７２内圧は大気圧、外副室７３は負圧であり、差圧は
正面方向の力を生じるが、圧縮ばね７５の背面方向の初
期力が勝り、移動体６１は内シリンダ７１の背面側端に
押し付けられたままである。したがって、移動体６１は
弁ケース５１と一体となったまま動かない。

【００７３】経年変化や組立誤差による面パッキン９４
の劣化で発生する弁板５５と弁座５６の間の僅かなすき
まからの漏れや、意図的な僅かな吸入空気であるパージ
などにより、全閉アンロード時にも僅かながら空気が吸
入絞り弁５を通過することがある。その空気は圧縮され
空気槽２０に送られる。圧縮空気の使用がなく、行き先
がないため、空気槽２０内圧は通常の吐出圧を越えたま
ま上昇を続ける。過大な圧力は危険であるので、次に述
べる過大圧放気の機能が動作し、安全が確保される。

【００７４】過大圧放気弁６８の両側の圧力は内主室６
３は空気槽２０内圧、外主室７２は大気圧であり、差圧
は空気槽２０内圧によって定まる。空気槽２０内圧があ
る値に設定された過大圧力に達すると、過大圧放気弁６
８が開く。空気槽２０内に溜った圧縮空気を吐出圧管７
７から連通路６７を経由し、過大圧放気弁６８を通り、
制御圧管７８やサイレンサ３６を経て大気へ放出され
る。放気により空気槽２０内圧が過大圧力を下回ると、
過大圧放気弁６８は閉じて、無意味な圧力低下は防止さ
れる。以上の動作により無制限な圧力上昇や圧力低下は
起こらない。なお、本機構の故障や他の予期せぬ事態に
より空気層２０内圧が過大圧力を越える場合に備え、空
気槽２０には安全弁が備えられ、万一の際には強制的に
放気し内圧を下げることができる。

【００７５】圧縮空気の使用がないか、あるいは複数の
空気圧縮機の協調運転がなされている場合に圧縮空気使
用量が少なく１台分以上の休止が可能である場合があ
る。これらの状況は全閉アンロード状態が長く続くなど
の条件から感知され、放気アンロードに移行すべきと、
制御装置４が判断する。制御装置４の指示で電磁弁３１
が開放され放気アンロードへの移行が開始される。

【００７６】開かれた電磁弁３１から空気槽２０内の圧
縮空気が制御圧管７８を経て外主室７２に導かれる。外
主室７２内圧が十分に高くなり、ガス力が移動体６１を
正面方向に移動させる。この時、弁板５５は弁座５６に
密着したままであり、弁板５５やピストン５８の弁ケー
ス５１との相対位置はそのままで、移動体６１のみが正
面方向に動く。移動体６１の移動開始とともに電磁弁３
１が開かれるため、放気路３４から放気絞り３５，サイ
レンサ３６を経て、空気槽２０内部の圧縮空気が次第に
放気される。

【００７７】放気が進行し、空気槽２０内圧が低下して
くると、内主室６３内圧によりピストン５８を正面方向
に押している力が不足してくる。しかし、ピストン５８
が内シリンダ６２の背面側端に接触し、その接触力でピ
ストン５８を正面方向に押し、移動体６１ごと外主室６
３の圧力で弁板５５を弁座５６に押し付ける状態にな
る。したがって、吸入絞り弁５の閉塞は放気アンロード
への移行過程の間や移行完了後も維持される。放気完了
時の吸入絞り弁５は図６に示す起動アンロード時と同じ
状態となる。

【００７８】放気が完了し、空気槽２０内圧が放気アン
ロード状態の定常値まで低下すると、起動アンロード状
態と同様の安定状態になる。この時の空気槽２０内圧を
起動アンロード時よりも高くする必要のある場合には次
に示すような手段を用いる。一例として、電磁弁３１の
開度に起動アンロードと放気アンロードで差を付ける。
あるいは、電磁弁３１か制御圧管７８に起動アンロード
と放気アンロードで流路抵抗を変える部材を挿入する。
または放気絞り３５の絞りの大きさを起動アンロードと
放気アンロードで変える。

【００７９】放気アンロード状態にある時に、圧縮空気
の使用再開などによる下流圧力の低下を圧力センサ４４
により制御装置４が感知すると、通常運転への復帰を判
断し、電磁弁３１の閉塞を指示する。電磁弁３１の閉塞
により外主室７２にかかる圧力が大気圧まで低下し、起
動アンロードから通常運転への移行と同様に動作し、吸
入絞り弁５が開かれる。放気アンロード中も電動機３の
回転は維持されたままであるので、通常運転への復帰も
瞬時に可能である。

【００８０】圧縮機の運転を停止する時にはスイッチ４
３を使用者が押し、それを感知した制御装置４が電磁弁
３１の開放と始動盤４１による電動機３への電流遮断を
指示する。電磁弁３１を通過した圧縮空気は制御圧管７
８から外主室７２に至り、移動体６１を正面方向に押し
て弁板５５を弁座５６に押し付ける。この時、圧縮機が
通常運転中で弁板５５が開いていても、全閉アンロード
や放気アンロード状態で弁板５５が既に閉じられていて
も、同様に動作する。吸入路が閉じられたため、圧縮機
本体１が停止しても吸入口１１からの空気や油の逆流が
防止できる。また、逆流しようとする下吸気路５４内圧
の一時的上昇で、弁板５５の両側差圧は大きくなり、弁
板５５を閉じる力は増大する。

【００８１】以上の吸入路閉塞動作と同時に放気路３４
から放気絞り３５とサイレンサ３６を経て空気槽２０内
部に残留した圧縮空気が放気される。放気は油分離機１
５を通過した空気なので油の混入は極めて少なく、大気
への放出も問題ない。圧縮機内部に高圧の空気が残留し
ないため、運転停止完了後には圧縮機の点検や油の補給
などのメインテナンスを安全に行うことができる。ま
た、再度の起動でも、残留圧力がないため、先に述べた
起動動作が確実に実行できる。

【００８２】本実施例では、従来の油冷式空気圧縮機に
対して、大きな設計変更を加えることなく、本発明を実
施することができる。本実施例の吸入絞り弁５は従来の
吸入絞り弁に比較して若干の部材の追加はあるものの、
単純な構造であり安価かつ高信頼性を実現することがで
きる。

【００８３】以下、図８，図９と図５を用いて、第２の
実施例である空気圧縮機の構成と動作を説明する。図８
は本実施例に用いられる吸入絞り弁の断面図である。図
９は本実施例の吸入絞り弁の非常停止時における動作中
の断面図である。本実施例における空気圧縮機は吸入絞
り弁の構成のみ第１の実施例と異なり、配管の系統は図
５に示した第１の実施例と共通するので新たな系統図の
図示は省略し図５を用いて説明する。

【００８４】吸入絞り弁６は第１の実施例における吸入
絞り弁５に近いと基本構造を持つが以降で述べる幾つか
の点が異なる。

【００８５】弁ケース５１に外副室７３と下吸入路５４
を繋ぐ連通路は設けず、ロッド５７の周囲はパッキン８
１でシールし、空気の漏れを防止する。移動体６１にも
内副室６４と外副室７３を繋ぐ連通路は設けず、ロッド
５７の周囲はパッキン８１でシールする。外シリンダ７
１内に設ける圧縮ばね７９は外副室７３ではなく外主室
７２に設ける。圧縮ばね７９の自由長は移動体６１が最
も正面側にある時の圧縮ばね７９長さよりも長く、ある
程度の初期力を及ぼすよう設定する。

【００８６】吐出管３３から分岐した空気槽２０と連通
する管路８３は、ケース５１の背面側に接続する。管路
８３の先は弁ケース５１内部で分岐し、一方は吐出圧管
８４として外副室７３に至リ、他方は電磁弁３１を経て
制御圧管８５と放気路８６に繋ぐ。制御圧管８５は外主
室７２に連通し、放気路８６は放気絞り８７とサイレン
サ３６を経て大気へ開放される。吐出圧管８４や制御圧
管８５や放気路８６は弁ケース５１に形成した孔であ
り、管材や配管接続部品を必要としないので、構造が簡
素となる。放気絞り８７も専用の部品ではなく、孔径を
他の部分に比較して細くして実現する。

【００８７】移動体６１には内主室６３から外副室７３
に繋がる連通路８８を設ける。本実施例では連通路８８
を移動体６１側壁の内部に軸方向に長く設定したが、吐
出圧管８４から外副室７３を経由せず、第１の実施例の
ように吐出圧管８４から外側室７４を経由し、連通して
もよい。

【００８８】内シリンダ６２内面の正面寄りには軸方向
に長さを持つ過大圧放気溝９３を設ける。移動体６１が
最も背面側にあり、弁板５５が弁座５６に接触した時の
内パッキン５９の位置を過大圧放気溝９３の背面側端と
する。過大圧放気溝９３の軸方向長さはパッキン５９の
軸方向幅よりも余分に長くする。

【００８９】弁板５５の正面側中央からロッド５７内部
中心を通り、ロッド５７の背面側端部近くで側面に開口
し、内副室６４に連通する大気連通路８９を設ける。ま
た、弁板５５とロッド５７は一体の部材であるが、ピス
トン５８は別部材とする。ロッド５７の背面側端部がピ
ストン５８の正面側中央に設けた凹部に嵌合させ、通常
はロッド５７とピストン５８を一体化する。ピストン５
８の凹部の底には緊急放気路９０が内主室６３と内副室
６４を繋ぐように開けられるが、通常はロッド６４の背
面側端面が内副室６４側の口を塞いでいる。

【００９０】弁ケース５１には上吸入路５３から下吸入
路５４に至るパージ流路９１を設ける。パージ流路９１
は弁板５５により塞がれないが、流路断面積が小さく抵
抗が大きいため僅かな流量しか流れない。また、途中に
は逆止弁９２が設けられ、圧縮機本体１へ向かう順方向
のみ流れ得る。吸入絞り弁６の吸入流路の主たる経路
で、パージ流路９１によらず弁板５５と弁座５６の密着
で塞がれる部分を主弁と呼ぶことにする。

【００９１】本実施例は以下のように作用する。

【００９２】圧縮機の起動前には、吸入絞り弁６内部の
各室内圧はすべて大気圧であり圧縮ばね６５，７９の初
期力のみ作用している。そのため、ピストン８８は内シ
リンダ６２の背面側端にあり、移動体６１は外シリンダ
７１の正面方向に押し、弁板５５を弁座５６に押し付け
ている。したがって、吸入絞り弁６の主弁は閉じてい
る。

【００９３】使用者がスイッチ４３を押したことを制御
装置４が感知し、起動動作が開始する。制御装置４は電
磁弁３１を閉じ、同時に始動盤４１により電動機３に電
力を送り圧縮機本体１が起動，加速する。圧縮機本体１
の運転で下吸入路５４内が負圧となり、パージ流路９１
経由で吸入された少量の空気が圧縮される。圧縮が少量
ずつであるので空気槽２０内圧の上昇は遅く、圧縮機本
体１の駆動トルクが増加する以前に回転速度の加速が完
了する。

【００９４】空気槽２０内圧は吐出圧管８４を通じて常
に外副室７３に作用しており、加速が完了した後に、徐
々に上昇した圧力によって移動体６１は背面側へ動かさ
れる。電磁弁３１は閉じており、外主室７２に連通する
放気路８６が放気絞り８７とサイレンサ３６を経て大気
に連通しているため、外主室７２内圧は大気圧のままで
あり、移動体６１の動きを妨げない。移動体６１の動き
により主弁が若干開かれると、空気の吸込量がさらに増
し、それにより空気槽２０内圧の上昇が加速され、さら
に移動体６１が動く。この一連の作用により主弁は一気
に開かれ通常の運転状態に移行する。

【００９５】なお、内主室６３にも常に空気槽２０内圧
が作用しているが、内シリンダ６２断面積が比較的小さ
く、圧縮ばね６５の反力が強いため、ピストン５８は内
シリンダ６２の背面側端面に押し付けられたままであ
る。したがって、起動時には弁板５５はピストン５８や
移動体６１と一体となったままである。

【００９６】通常の運転状態で、圧縮空気の使用量が本
圧縮機の吐出能力よりも少ないと、余剰となった圧縮空
気が空気槽２０に溜り、内圧が次第に上昇する。その圧
力は連通する内主室６３に及び、吐出の設定圧力を越え
た時点で、ピストン５８を動かし始める。内副室６４内
圧は大気連通路８９の働きでほぼ大気圧に維持される。
ピストン５８は両側の差圧によるガス力が圧縮ばね６５
の初期力に等しい時の内主室６３内圧が設定圧となる。

【００９７】ピストン５８が正面方向に動かされるため
連動した弁板５５が閉じる方向に動き、吸入量を制限す
るアンロード状態となる。吸入量の制限により圧縮空気
の吐出量は減少し、空気槽２０の内圧を下げる方向に作
用する。以上の吐出空気量を制御する働きにより、圧縮
空気使用量と等しい吐出量となる位置で弁板５５は安定
し、吐出圧は設定圧かそれより僅か高い程度に維持され
る。

【００９８】アンロード時の吐出圧は起動時の空気槽２
０内圧に比較して十分に高いため、外副室７３の圧力は
移動体６１を背面側端部に押し付けたままであり、移動
体６１は弁ケース５１と一体として考えることができ
る。

【００９９】圧縮空気の使用量が皆無の時などでは、弁
板５５は弁座５６に密着し、全閉アンロードとなる。全
閉アンロード時にもパージ路９１を通る僅かな吸入はあ
り、圧縮されて空気槽２０に送られる。圧縮空気の使用
もなく、圧縮空気の行き先がなくなり、空気槽２０内圧
は通常の吐出圧を越えたまま上昇を続ける。過大な圧力
は危険であるので、次に述べる過大圧放気が動作し安全
が確保される。

【０１００】空気槽２０内圧が過大圧力に達すると、内
主室６３にかかるガス力がピストン５８を押し、弁板５
５を強く弁座５６に押し付ける。面パッキン９４は弾性
変形し、ピストン５８が全閉アンロードとなった時より
も正面方向に移動し、パッキン５９が過大圧放気溝９３
を跨ぐ位置に来る。すると、内主室６３から過大圧放気
溝９３を通り内副室６４への連通路ができる。過大圧の
圧縮空気はその経路を通り、さらに大気連通路８９から
大気に連通する上吸入路５３に放気される。この放気に
より空気槽２０内圧が危険なほど上昇することは防止さ
れる。

【０１０１】圧縮空気の使用がないなど全閉アンロード
状態が長く続くことが感知されると、放気アンロードに
移行すべきと、制御装置４は判断する。制御装置４の指
示で電磁弁３１が開放され放気アンロードへの移行が開
始される。

【０１０２】圧縮空気は電磁弁３１から外主室６３に流
れ込むと同時に、放気路８６から放気絞り８７，サイレ
ンサ３６を経て大気に放気される。移動室６１は両側の
圧力が等しくなるため圧縮ばね７９の力で正面方向に移
動するが、主弁の閉塞は放気アンロードへの移行過程の
間や移行完了後も維持される。放気完了時の吸入絞り弁
６内部の各部材の位置関係は起動開始直後とほぼ同じ状
態となるが、移動体６１両側の圧力が大気圧レベルより
も高くなる。

【０１０３】放気アンロード中もパージ流路９１からの
流入があるが、放気量とバランスし、圧縮機本体１の吸
入圧，吐出圧は低く保たれる。また、その時の各部の圧
力はパージ流路９１の流路抵抗と放気絞り８７などによ
る放気系の流路抵抗に依存し、ある程度の範囲で選択す
ることができる。

【０１０４】放気アンロードから通常運転への復帰が判
断されると、制御装置４が電磁弁３１を閉塞する。外主
室７２内圧は大気圧まで低下し、起動アンロードと同様
の作用により吐出が再開される。起動時に比較し、外主
室７２内圧の低下と外副室７３内圧の上昇の両者による
ため、吐出再開に至る移動室６１の移動速度は速く、通
常運転への復帰が速い。

【０１０５】圧縮機停止時は電磁弁３１が閉じられ、放
気アンロードへの移行と同様に作用し、主弁が閉じられ
同時に空気槽２０の放気がなされる。パージ流路９１も
逆止弁９２があるため、停止直後の逆流が防止される。

【０１０６】電動機３から圧縮機本体１に回転を伝達す
る機械要素はベルトが用いられることが多いが、寿命な
どにより破断することがある。ベルト破断により、電動
機３は空転を続け、圧縮機本体１は停止してしまう。こ
の場合、緊急に吸入絞り弁６を閉塞し、空気槽２０内圧
を放気しないと、停止直後と同様の作用で吸入口１１か
ら圧縮空気に混入した油が逆流するなど障害が発生す
る。ベルト破断を電動機３の消費電流の変化で検出し制
御装置４にて電磁弁３１を開き、通常の停止と同じ状態
にする方法もあるが、応答が遅くコストなどの問題があ
る。そこで、吸入絞り弁６自身にベルト破断時の主弁か
らの逆流防止機能と、空気槽２０に残留した圧縮空気を
放気する機能があると望ましい。

【０１０７】圧縮機本体１が急停止すると吐出側に溜っ
た油を含む圧縮空気が圧力の低い吸入側に逆流する。下
吸入路５４内圧が上吸入路５３内圧に比較して高くなる
ため、弁板５５は正面方向の力を受ける。弁板５５と一
体であるロッド５７はピストン５８の凹部から引き抜か
れ、弁板５５が閉じて逆流が防止される。ロッド５７の
端部によって塞がれていた緊急放気路９０が開かれ、内
主室６３と内副室６４が連通する。この状態を図９に示
す。空気槽２０に残留する圧縮空気は吐出圧管８４，外
副室７３，連通路８８，内主室６３，内副室６４，大気
連通路８９を経由して上放気路５３から大気に放気され
る。この経路による放気は油分離器１５を通過した空気
なので、放気中に含まれる油は極めて少なく問題となら
ない。

【０１０８】放気が完了し、内部各室が大気圧になる
と、ピストン８８を内蔵した移動体６１は圧縮ばね７１
に正面方向に押されて端まで移動する。ピストン８８の
凹部にロッド８７の端部が再び嵌まり込み、ベルト交換
後の次の運転開始時には通常と同様に起動可能となる。

【０１０９】本実施例によれば、各流路抵抗の設定によ
り、起動アンロードと放気アンロード時の空気槽２０内
圧を別々に設定することができる。また、放気アンロー
ドから通常の吐出運転への復帰が迅速で応答性のよい空
気圧縮機を実現することができる。さらには動力伝達部
材であるベルト破断による圧縮機本体停止時にも逆流防
止と放気を同時に対応可能である。

【０１１０】

【発明の効果】本発明による吸入絞り弁を空気圧縮機に
適用することにより、付属する圧力調整弁や電磁三方弁
などの部材やそれらを繋ぐ配管類を不要とし、簡潔な構
成で吸入絞り式容量制御系を実現することができる。制
御系を単純化したため安価に高信頼性を実現できる。こ
の制御系は圧縮空気使用量に応じた吐出圧制御はもちろ
んのこと、起動時のトルク低減や放気アンロード時の吸
気閉塞ならびに放気動作も行い、停止時にも対応するた
め、空気圧縮機のすべての運転状況を満足できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例で用いる吸入絞り弁のフルロード
による全開時の断面図。

【図２】従来例の油冷式空気圧縮機の系統図。

【図３】空気圧縮機の吐出圧力の時間変化の一例を示す
説明図。

【図４】従来例で用いられる圧力調整弁の入出力圧力特
性図。

【図５】第１の実施例による空気圧縮機の系統図。

【図６】第１の実施例で用いる吸入絞り弁の起動時ある
いは放気アンロード時の断面図。

【図７】第１の実施例で用いる吸入絞り弁の全閉アンロ
ード時の断面図。

【図８】第２の実施例で用いる吸入絞り弁の断面図。

【図９】第２の実施例で用いる吸入絞り弁の緊急動作時
の断面図。

【符号の説明】

５…吸入絞り弁、５１…弁ケース、５３…上吸入路、５
５…弁板、５６…弁座、５７…ロッド、５８…ピスト
ン、５９…内パッキン、６０…外パッキン、６１…移動
体、６２…内シリンダ、６３…内主室、６４…内副室、
６５，７５，７９…圧縮ばね、６６，６７，７６…連通
路、６８…過大圧放気弁、６９…弁玉、７０…弁ばね、
７１…外シリンダ、７２…外主室、７３…外副室、７４
…外側室、７７…吐出圧管、７８…制御圧管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリュー式あるいはスクロール式などの
   回転式容積形の圧縮機と、前記圧縮機本体の吸入口の上
   流側に連なる吸入量制限手段と、前記圧縮機の吐出口の
   下流側に連なる空気槽と、前記圧縮機の運転を管理する
   制御装置と、前記圧縮機の駆動手段である電動機を備え
   た空気圧縮機において、 前記吸入量制限手段は吸入流路ならびに外シリンダを内
   部に形成した弁ケースと、前記吸入流路を閉塞する機能
   を有する弁板と、前記弁板と連結部材により結合したピ
   ストンと、前記ピストンを往復運動可能に嵌合しつつ前
   記ピストンにより複数の室に区切られる内シリンダを内
   部に形成した移動部材を備え、前記移動部材は前記外シ
   リンダに往復運動可能に内蔵されつつ前記外シリンダを
   複数の室に区切り、前記ピストンの往復運動の方向と前
   記移動部材の往復運動の方向を一致させたことを特徴と
   する空気圧縮機。
2. 【請求項２】請求項１において、前記内シリンダが区切
   られ形成された室のうち前記弁板と反対側に位置する室
   へ前記空気槽から流路が連通し、前記外シリンダが区切
   られ形成された室のうちの一方の室へ前記空気槽から開
   閉手段を経て連通する流路を形成し、前記開閉手段は電
   磁弁に代表される前記制御装置の指令により開閉操作可
   能である機能を有する空気圧縮機。