(57)【要約】【課題】            本発明は圧縮機において、アンロードシリンダ、アンロードピストンなどからなる従来のアンロード機構をなくし、磁力を用いて吸込弁を強制動作させる。【解決手段】        吸込弁５を磁性体で形成し、該吸込弁５と対向する位置にある弁座板３および係合段部６に電磁石７を設け、タンク内圧力に応じて吸込弁５を制御手段１８により強制動作させる構成とした。これにより、吸込口の上方にアンロードピストンを配していた従来と比して吸込流路を邪魔するものがなくなったので、吸込抵抗を無くすことができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の流体を圧縮する圧縮室と、
該圧縮室に吸込室を介して流体を吸込む吸込口と、
該吸込口を前記圧縮室と前記吸込室との圧力差により開閉する吸込弁と、
前記圧縮室の流体を吐出する吐出口と、
からなる圧縮機において、
前記吸込弁の少なくとも一部を磁性体で構成し、
前記吸込弁と対向する位置に電磁石を設け、
該電磁石への通電を制御し、前記吸込弁を動作させる制御手段とから構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記吸込弁を磁性体と換えて少なくとも一部を永久磁石で構成したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記電磁石の前記吸込弁を挟んで反対側に第2電磁石を設けたことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮室内に、該圧縮室内の容積を変える移動体を設け、該移動体の位置に対する位置信号を検出する位置検出手段を設け、さらに  前記制御手段は前記位置信号に基づいて前記電磁石への通電を制御することを特徴とする請求項１乃至3に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は往復動圧縮機や斜板式圧縮機等の圧縮機に関し、特に吸込弁を有する往復動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機として、シリンダ内をピストンが往復動することにより吸込弁を動作させ、吸込口から吸込んだ流体を吐出口より吐出する往復動圧縮機は知られている。また、往復動圧縮機は無圧縮運転状態とする際、吸込弁を該吸込弁の上方に設けられたアンロードピストンにより強制的に動作させるアンロード機構を有するものが一般的である。
【０００３】
例えば特許文献１に示すように、アンロード機構はアンロードシリンダと該アンロードシリンダの内部に摺動可能に設けられたアンロードピストン等からなり、吸込口および吸込弁の上方に配されている。そして、無圧縮運転が必要な起動時などに、エアタンク内のエア圧によりアンロードピストンを下動させ、無圧縮運転させるものである。
【０００４】
また、吸込弁は、圧縮運転中、圧縮室と吸込室との差圧により開閉する圧力開閉弁を採用している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５９４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１においては、アンロードピストンを吸込口の上方に配しているため、アンロードピストンが吸込口への流体の吸込通路の一部を塞ぎ、吸込抵抗になるという問題がある。
【０００７】
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、本発明の目的は、強制的に吸込弁を開閉できる機構において、吸込口への流体の吸込通路を邪魔することなく、圧縮機としての効率を改善することが可能な往復動圧縮機等の圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために本発明にあっては、内部の流体を圧縮する圧縮室と、該圧縮室に吸込室を介して流体を吸込む吸込口と、該吸込口を前記圧縮室と前記吸込室との圧力差により開閉する吸込弁と、前記圧縮室の流体を吐出する吐出口と、からなる圧縮機において、前記吸込弁の少なくとも一部を磁性体で構成し、前記吸込弁と対向する位置に電磁石を設け、該電磁石への通電を制御し、前記吸込弁を動作させる制御手段とから構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の圧縮機において、前記吸込弁を磁性体と換えて少なくとも一部を永久磁石で構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明にあっては、請求項２に記載の圧縮機において、前記電磁石の前記吸込弁を挟んで反対側に第2電磁石を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明にあっては、請求項１乃至３に記載の圧縮機において、前記圧縮室内に、該圧縮室内の容積を変える移動体を設け、該移動体の位置に対する位置信号を検出する位置検出手段を設け、さらに  前記制御手段は前記位置信号に基づいて前記電磁石への通電を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明にあっては、電磁石により吸込弁を強制的に開弁または閉弁させるので、吸込口の上方にアンロードピストンを配していた従来と比して吸込流路を邪魔するものがない構成が可能となり、吸込抵抗を無くすことができる。
また、圧縮運転中、吸込室と圧縮室の差圧による吸込弁の動作に加え、吸込弁の動作が切り替わるとき強制的に吸込弁を動作させることができるため、その場合、吸込量を確保でき、効率を向上させることができる。
また、請求項２に記載の発明にあっては、吸込弁の一部を永久磁石で構成したので、吸込弁と対向する一側にのみ電磁石を設けるだけで、吸込弁の開閉動作を行うことができる。
また、請求項３に記載の発明にあっては、吸込弁を挟んで両側に電磁石を設けたので、吸込弁は電磁石に引き寄せられる材質で形成されていれば足りる。よって、吸込弁の材質の自由度を拡げることができる。
また、請求項4の発明にあっては、移動体の位置を検出して、吸込弁の動作が切り替わるときに、吸込弁を強制動作させるようにしているので、吸込量を確保でき、効率を向上させることができる。また、無圧縮運転状態とする際、吸込抵抗を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態では、圧縮機として往復動圧縮機を例に挙げて説明する。
【００１４】
図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す。図１および図２は、本発明の第１の実施の形態による往復動圧縮機を示す要部断面図であり、図１は圧縮行程から吸込行程に変わるとき、図２は吸込行程をそれぞれ示している。また、図３は、制御手段１８の詳細を示している。
【００１５】
図１乃至図２に示す往復動圧縮機は、シリンダ１と該シリンダ１の上端面を覆うように設けられたシリンダヘッド２と、該シリンダヘッド２に設けられた吸込口３Ａと、該吸込口３Ａを閉塞または開口するため前記シリンダヘッド２に固着され、少なくとも一部が磁性材料で形成された吸込弁５と、該吸込弁５の開弁方向に設けられ、電磁石７が埋め込まれた係合段部６と、前記シリンダ１内に摺動可能に挿嵌されたピストン１０と、前記シリンダ１内に面し、吐出弁８を有する吐出口３Ｂとから大略構成されている。以下、個々の構成について詳細に述べる。
【００１６】
図１中、１は図示せぬクランクケース上に搭載されたシリンダを示し、該シリンダ１は図１中上下方向に伸長する筒状体として形成されている。
【００１７】
２はシリンダ１の上端面を覆うように設けられたシリンダヘッドを示し、該シリンダヘッド２は吸込口３Ａ、吐出口３Ｂを有し、吸込室４Ａ、吐出室４Ｂを形成する吸込・吐出室形成部材４とから構成されている。また、吸込・吐出室形成部材４には、その外壁に外気を取り込むための吸込ポート４Ｃと、生成した圧縮空気を貯留する図示せぬタンク２３等に吐出するための吐出ポート４Ｄが穿設されている。
【００１８】
５は弁座板３とピストン１０頂部との間に設けられた吸込弁を示し、該吸込弁５は、シリンダ１内のピストン１０の往復動に応じて弁座板３の下面側に離着座することにより吸込口３Ａを開閉し、吸込室４Ａからシリンダ１内への空気の流通のみを許すものである。また、吸込弁５の形状は長細い長方形で、バネ性を有する可撓性の薄板形状とし、幅方向は吸込口３Ａよりもやや大きく、厚みは吸込口３Ａから吸込まれる空気量や寿命を考慮した強度などから算出する。さらに、吸込弁５は、鉄、コバルト、ニッケルなどの磁性体、つまりは磁石に引き寄せられる物質にて形成する。また、吸込弁５は、圧縮空気生成時、圧縮室１７と吸込室４Ａとの圧力差により開閉可能な弁で、かつタンク２３内圧力を一定に保つため、上限圧力になると開弁させて無圧縮運転とするためにも用いられるものである。
【００１９】
６は吸込弁５が吸込口３Ａから離間しているときに前記吸込弁５が当接する係合段部で、該係合段部６はシリンダ１の内壁に形成され、吸込弁５の一端側５Ａを格納できる上下方向に窪んだ溝形状となっている。そして、係合段部６には、吸込弁５を強制的に開弁させるための電磁石７が埋め込まれている。また、係合段部６と径方向に対向する位置には吸込弁５の他端側５Ｂを収納する収納部６Ａが設けられている。
【００２０】
７は係合段部６に埋め込まれた電磁石で、該電磁石７は、外部から電流を供給したときのみ磁力を発生し、磁性体である吸込弁５を強制的に引き寄せるよう作用する。
【００２１】
８は吐出室４Ｂ内に位置して弁座板３と吐出弁受け９との間に設けられた吐出弁を示し、該吐出弁８は、長細い薄板状に形成されている。また該吐出弁８は、シリンダ１内でのピストン１０の往復動に応じて弁座板３の上面側に離着座することにより吐出口３Ｂを開閉し、圧縮室１７から吐出室４Ｂへの空気の流通のみを許すよう作動する。そして、開弁時の吐出弁８のリフト量が吐出弁受け９によって規制される構成となっている
１０はシリンダ１内に摺動可能に嵌挿され、移動して圧縮室１７の容積を変える移動体としてのピストンを示し、該ピストン１０の外周側にはピストンリング１２、ライダーリング１３が嵌着されており、それぞれのリングの外周面がシリンダ１の内周面に摺接するような構成としている。そして、ピストン１０は、連接棒１４、ピストンピン１５、小端部軸受１６を介してクランク軸（図示せず）に連結され、該クランク軸を回転駆動することによりシリンダ１内を図１中上下方向に往復動する。
【００２２】
１７はシリンダ１とピストン１０と弁座板３および吸込弁５、吐出弁８とにより閉塞された圧縮室で、該圧縮室１７はピストン１０が下動するときには吸込口３Ａを介して大気圧の空気を吸込み、ピストン１０が上動するときには圧縮室１７の容積を小さくしていくことにより圧力が高くなり、圧縮空気を生成するよう構成されている。
【００２３】
１８は、電磁石７への通電を制御する制御手段で、該制御手段は、図３に示すように電磁石７に電気を供給するための電源１９と、電磁石７への電気の供給をＯＮ、ＯＦＦするためのスイッチ２０とからなる制御回路２１と、タンク２３に取り付けられた圧力センサ２４とから構成され、スイッチ２０のＯＮ、ＯＦＦ制御は、圧力センサ２４の信号により制御される。
【００２４】
本実施の形態による往復動圧縮機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。
【００２５】
モータ等によってクランク軸（いずれも図示せず）が回転駆動されると、ピストン１０がシリンダ１内で上下方向に往復動する。まず吸込行程では、ピストン１０が下動を開始することにより、吸込室４Ａ内の圧力と比して圧縮室１７内の圧力が低くなるので吸込弁５が開弁し、吸込ポート４Ｃ、吸込室４Ａ、吸込口３Ａの順に外部の空気がシリンダ１内に吸込まれる。その後、圧縮行程ではピストン１０が上動することにより、シリンダ１内の空気が圧縮される。そして、吐出室４Ｂと比して圧縮室１７内の圧力が高くなると、吸込弁５が弁座板３に着座され、吐出室４Ａに接続された図示せぬタンク２３内の圧力を超えると吐出弁８が開弁し、この圧縮された空気が吐出口３Ｂ、吐出室４Ｂおよび吐出ポート４Ｄを介してタンク２３内に吐出される。
【００２６】
以下、タンク２３内の圧力が上限圧力に達してから負荷側の消費により下限圧力に達するまでの間の無圧縮運転動作を詳細に説明する。
タンク２３内の圧力が上限圧力に達したことを圧力センサ２４により検出すると、その信号はスイッチ２０に伝えられ、スイッチ２０をＯＮすることにより、電源１９から電磁石７への通電が開始される。電磁石７への通電が開始されると、電磁石７に磁力が発生するため、吸込弁５は圧縮室１７と吸込室４Ａとの圧力差によらず、係合段部６に引き寄せられ、強制的に開弁される。吸込弁５が強制的に開弁されたことにより、圧縮機は、モータの回転を継続するものの、無圧縮状態となる。その後、タンク２３内の圧力が負荷側に消費され下限圧力に達するまでの間、電磁石７への通電は継続され、無圧縮状態は続く。
【００２７】
タンク２３内の圧力が下限圧力に達したことを圧力センサ２４により検出すると、スイッチ２０をＯＦＦに切り替え、電源１９から電磁石８への電流の供給を遮断する。よって、電磁石８への通電がなくなり、吸込弁５はバネ力により弁座板３へと着座され、吸込口３Ａを閉塞する。
【００２８】
このように、吸込弁５を磁性体で形成し、吸込弁５が開弁する際に当接する係合段部６に電磁石７を設け、タンク２３内圧力が上限圧力に達してから下限圧力に達するまでの間、電磁石７に電気を供給し、磁力を発生させることにより、強制的に吸込弁５を開弁させることができる。これにより、従来のアンロード機構のように吸込流路を邪魔するものがなくなったので、吸込抵抗を無くすことができる。また、従来のようにアンロードピストンにより吸込弁５を直接押すのではなく、非接触で吸込弁５を開弁可能なため、吸込弁５の寿命延長を図ることができる。また、吸込弁５は特に加工することなく、磁性体で形成すれば足りるので、簡易な構成とすることができる。また、従来のアンロード機構と比して部品点数を少なくすることができたので、生産性も向上し、コストも低減させることができる。
【００２９】
次に、本発明による第２の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は本発明の第２の実施の形態による往復動圧縮機の要部断面図である。本発明の実施の形態の特徴は、吸込弁５を磁石で形成、もしくは磁石２６を吸込弁５に取り付け、また弁座板３もしくは係合段部６に電磁石７を取り付け、吸込弁２５を強制開弁させる構成としたことにある。なお、本発明の実施の形態では、前記第１の発明の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３０】
２５は第１の実施の形態で説明した吸込弁５と形状や大きさ等は同一の吸込弁で、該吸込弁２５は、その上面または下面に磁石２６を取り付け、極性を持たせるよう構成する。そして、電磁石７を弁座板３に取り付け、また電磁石７の極は電磁石７と対向する吸込弁２５の上面と同じ極となるよう制御回路２１を配線する。
【００３１】
これにより、タンク２３内の圧力が上限圧力に達してから下限圧力に達するまでの間、電磁石７への通電を行うと、電磁石７の上面と吸込弁２５とは同じ極性を持っているので、反発力が生じ、吸込弁２５を開弁させ続けることができる。
【００３２】
または、第１の実施の形態と同様係合段部６に電磁石７を取り付け、また電磁石７の極は電磁石７と対向する吸込弁２５の下面と異なる極となるよう制御回路２１を配線する。このように構成した場合には、電磁石７への通電を行うと、電磁石７の上面と吸込弁２５とは異なる極性を持っているので、吸込弁２５が係合段部６に引き寄せられ、吸込弁２５を開弁させ続けることができる。
【００３３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の発明の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。さらに、本発明の実施の形態では、圧縮機の形状などを考慮し、弁座板３もしくは係合段部６の何れか取付けやすいほうに電磁石７を取り付ければよく、第１の実施の形態と比して電磁石７の取り付けの自由度を高めることができる。
【００３４】
次に、本発明による第３の実施の形態を図５，６を用いて説明する。図５，６は本発明の第３の実施の形態による往復動圧縮機の弁座板３、係合段部６、吸込口３Ａ、吸込弁３５を模式的に示した模式図である。本発明の実施の形態の特徴は、無圧縮運転時に吸込弁３５を動作させるためだけに用いるのではなく、圧縮行程から吸込行程に切り替わるとき、吸込弁３５を強制的に開弁、吸込弁３５の開き遅れをなくし、圧縮機の効率を向上させる構成としたことにある。なお、本発明の実施の形態では、前記第１の発明の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３５】
３５は第１の実施の形態で説明した吸込弁５と形状や大きさ等は同一の吸込弁で、該吸込弁３５は、その上面または下面に磁石２６を取り付け、極性を持たせるよう構成する。そして、電磁石７を弁座板３に取り付けた場合には、吸込弁３５の上面の極が弁座板３に取り付けられた電磁石７の極と同じになるよう制御回路２１を配線し、また係合段部６に電磁石７を取り付けた場合には、吸込弁３５の下面の極が係合段部６に取り付けられた電磁石７と異なる極となるよう制御回路２１を配線する。
【００３６】
３６（図示せぬ）はピストン１０が最上死点に達した際にその位置を検出する位置検出センサで、該位置検出センサは、図示せぬプーリに接続された磁気センサと、前記プーリと対向する位置にあるクランクケースに取り付けられた受信機とにより構成される。
【００３７】
これにより、圧縮行程から吸込行程に切り替わるとき、つまり、ピストン１０が最上死点に達したことをプーリーの回転を介して位置検出センサ３６により検出し、その信号を制御回路２１のスイッチ２０に伝えることにより、電磁石７は通電され、磁力を発生する。電磁石７は吸込弁３５が開弁するように作用するため、吸込室３Ａと圧縮室１７の圧力差によらず、吸込弁３５を強制的に開弁させることができる。また、その後は、吸込室３Ａの圧力と比して圧縮室１７の圧力のほうが低くなるため、通電をやめ、差圧により吸込弁３５を制御する。
【００３８】
かくして、このように構成される本実施の形態では、吸込弁３５の開き遅れを無くすことができ、理想圧縮機サイクルに近づけることができるので、全断熱効率、体積効率を高めることができる。
【００３９】
次に、本発明による第４の実施の形態を図７，８を用いて説明する。図７，８は本発明の第４の実施の形態による往復動圧縮機の弁座板３、係合段部６、吸込口３Ａ、吸込弁４５を模式的に示した模式図である。本発明の実施の形態の特徴は、無圧縮運転時に吸込弁３５を動作させるためだけに用いるのではなく、吸込行程から圧縮行程に切り替わるときに吸込弁４５を強制的に閉弁させ、吸込弁４５の閉じ遅れをなくし、圧縮機の効率を向上させる構成としたことにある。なお、本発明の実施の形態では、前記第１の発明の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４０】
４５は第１の実施の形態で説明した吸込弁５と形状や大きさ等は同一の吸込弁で、該吸込弁４５は、その上面または下面に磁石２６を取り付け、極性を持たせるよう構成する。そして、電磁石７を弁座板３に取り付けた場合には、吸込弁４５の上面の極が弁座板３に取り付けられた電磁石７の極と異なるよう制御回路２１を配線し、また係合段部６に電磁石７を取り付けた場合には、吸込弁４５の下面の極が係合段部６に取り付けられた電磁石７と同じ極となるよう制御回路２１を配線する。
【００４１】
これにより、吸込行程から圧縮行程に切り替わるとき、つまり、ピストン１０が最下死点に達したことをプーリーの回転を介して位置検出センサ３６により検出し、その信号を制御回路２１のスイッチ２０に伝えることにより、電磁石７は通電され、磁力を発生する。電磁石７は吸込弁４５が閉弁するように作用するため、吸込室３Ａと圧縮室１７の圧力差によらず、吸込弁４５を強制的に閉弁させることができる。また、その後は、吸込室３Ａの圧力と比して圧縮室１７の圧力のほうが高くなるため、通電をやめ、差圧により吸込弁４５を制御する。
【００４２】
かくして、このように構成される本実施の形態では、吸込弁４５の閉じ遅れを無くすことができ、理想圧縮機サイクルに近づけることができるので、全断熱効率、体積効率を高めることができる。
【００４３】
尚、前記の発明の実施の形態では、圧縮機として往復動圧縮機を例に挙げて説明したが、それに限らず斜板式圧縮機等に適用してもよい。
【００４４】
また、本発明の実施の形態では、流体として空気を例に挙げて説明したが、それに限らず窒素や酸素等の気体や水、油などの液体を圧縮する際に適用してもよい。
【００４５】
また、本発明の実施の形態では、無圧縮運転とするときに用いる場合と、理想圧縮機サイクルに近づけるよう動作させる場合とを別に示したが、各々組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
また、本発明の実施の形態では、圧縮行程から吸込行程に切り替える場合と、吸込行程から圧縮行程に切り替える場合とを別の構成で説明したが、それに限らず、制御回路２１の電流の流れの方向を切り替えることにより、どちらをも実現できるよう用いてもよい。
【００４７】
また、実施例では磁石２６を吸込弁に取り付ける構成を示したが、それに限らず吸込弁の一部または全てを磁石で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による往復動圧縮機の圧縮行程を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による往復動圧縮機の吸込行程を示す要部断面図である。
【図３】本発明の第１、第２の実施の形態による制御手段１８の詳細ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による往復動圧縮機の圧縮行程を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による往復動圧縮機の要部を模式的に示した模式図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による往復動圧縮機の要部を模式的に示した模式図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態による往復動圧縮機の要部を模式的に示した模式図である。
【００４９】
【図８】本発明の第４の実施の形態による往復動圧縮機の要部を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  シリンダ
３  弁座板
３Ａ  吸込口
３Ｂ  吐出口
４  吸込・吐出室形成部材
４Ａ  吸込室
４Ｂ  吐出室
４Ｃ  吸込ポート
４Ｄ  吐出ポート
５、２５、３５、４５  吸込弁
６  係合段部
７  電磁石
８  吐出弁
９  吐出弁受け
１０  ピストン（移動体）
１７  圧縮室
１８  制御手段
１９  電源
２０  スイッチ
２１  制御回路
２６  磁石
【図１】
2006097592.tif 000003
【図２】
2006097592.tif 000004
【図３】
2006097592.tif 000005
【図４】
2006097592.tif 000006
【図５】
2006097592.tif 000007
【図６】
2006097592.tif 000008
【図７】
2006097592.tif 000009
【図８】
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