(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ロータと雌ロータの対を１対または２対有する圧縮機本体と、この圧縮機本体の吸込み側に接続され、圧縮機本体に流入する吸込み空気量を調整する容量調整装置を有する吸込み配管と、前記圧縮機本体の吐出側に連通する吐出配管とを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、
前記吸込み配管と前記吐出配管とは前記容量調整装置において隣接しており、この隣接部に吐出配管から吐出される圧縮空気を吸込み配管系に導く連通路を形成し、さらに前記吸込み配管に圧縮機本体に流入する吸込み空気の流入を制限する開口を形成し、前記容量調整装置は往復動可能な軸を有し、この軸の一端側に前記連通路を開閉可能な連通口開閉弁とこの連通口開閉弁と一体的に形成された吸入口開閉弁とを設け、この軸の他端側に油圧ピストンを設け、前記軸の中間部を軸封機能を有する２個の軸受で軸方向に離して支承し、この２個の軸受間に形成される空間が大気開放構造であることを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項２】
負荷運転時には前記容量調整装置に形成した前記開口を開放するとともにこの容量調整装置に形成した前記連通路を閉止し、無負荷運転時には前記開口を閉止するとともに前記連通路を開放して負荷運転と無負荷運転とを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項３】
前記油圧ピストンが位置する油圧ピストン部、前記２個の軸間に形成される大気開放部、前記吸込配管および前記吐出配管とを前記軸の軸方向に順に配置し、前記吸込配管と前記吐出配管との間に空気取入流路を設けたことを特徴とする請求項２に記載のオイルフリースクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷運転と無負荷運転とを切換えて運転される空気圧縮機に係り、特に容量調整するオイルフリースクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気圧縮機の容量調整装置は、例えば特開平5-10285号公報に記載のように、吸入通路と吐出放風通路を別個に設け、それぞれの通路に弁体を設けていた。そして、この2つの弁体を同時に作動させるために、ラック・アンド・ピニオン等を用いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平5-10285号公報に記載のものは、吸入通路と吐出放風通路を別個に設けているので、それぞれに弁体やそれを支持する軸、軸封、軸受などの部品が必要となり、また、吸入通路から空気取入口までの配管と消音装置、吐出放風通路から空気取入口までの配管と消音装置も別個に必要になるなど部品点数が増加し、原価が増大したり信頼性が低下する不具合があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、安価で信頼性の高いスクリュー型の空気圧縮機を実現することにある。本発明の他の目的は、スクリュー型空気圧縮機の容量調整装置の信頼性を高めることにより、信頼性の高い空気圧縮機を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、雄ロータと雌ロータの対を１対または２対有する圧縮機本体と、この圧縮機本体の吸込み側に接続され、圧縮機本体に流入する吸込み空気量を調整する容量調整装置を有する吸込み配管と、前記圧縮機本体の吐出側に連通する吐出配管とを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、前記吸込み配管と前記吐出配管とは前記容量調整装置において隣接しており、この隣接部に吐出配管から吐出される圧縮空気を吸込み配管系に導く連通路を形成し、さらに前記吸込み配管に圧縮機本体に流入する吸込み空気の流入を制限する開口を形成し、前記容量調整装置は往復動可能な軸を有し、この軸の一端側に前記連通路を開閉可能な連通口開閉弁とこの連通口開閉弁と一体的に形成された吸入口開閉弁とを設け、この軸の他端側に油圧ピストンを設け、前記軸の中間部を軸封機能を有する２個の軸受で軸方向に離して支承し、この２個の軸受間に形成される空間が大気開放構造としたことにある。
【０００６】
そして好ましくは、負荷運転時には前記容量調整装置に形成した前記開口を開放するとともにこの容量調整装置に形成した前記連通路を閉止し、無負荷運転時には前記開口を閉止するとともに前記連通路を開放して負荷運転と無負荷運転とを繰り返すものである。
【０００７】
また好ましくは、油圧ピストンが位置する油圧ピストン部、前記２個の軸間に形成される大気開放部、前記吸込配管および前記吐出配管とを前記軸の軸方向に順に配置し、前記吸込配管と前記吐出配管との間に空気取入流路を設けるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。図1は、単段のオイルフリースクリュー圧縮機の空気系統フローと容量調整装置の概略を示す図である。本実施例に係るオイルフリースクリュー圧縮機本体１５は、図示しない雄ロータと雌ロータとが噛合っており、図示しないインバータで駆動される電動機３６が回転すると、この電動機に連結された圧縮機本体１５が吸込み側から吸込まれた空気を圧縮し、高圧空気として吐出する。なお、本実施例では単段のオイルフリースクリュー圧縮機を示しているが、以下の記載は雄ロータと雌ロータの対を2組有する2段のオイルフリースクリュー圧縮機にも適用できる。
【００１３】
オイルフリースクリュー圧縮機では、圧縮機の周囲空気が空気取入口11から取込まれ、消音器12、吸入フィルター13及び吸入配管14の順に経過して、圧縮機本体１５の吸込み側に設けられた容量調整装置1に導かれる。容量調整装置１では、油圧ピストン部９、大気開放部８、圧縮機吸入口連通部７、空気取入れ口連通部６及び空気吐出口連通部３２を、この順に左から右に配置されている。油圧ピストン部９は、ケーシング３１と、このケーシング31に蓋をする開口9ｄを有する板部材９ｃと、板部材９ｃとケーシング３１により形成された空間９a内に配置された油圧ピストン５とを備えている。
【００１４】
油圧ピストン５は、後述する往復動する軸4の一端に接続されている。この油圧ピストンは、軸4が往復動する際にケーシング31の内壁面を摺動する。その摺動の際に、左右の空間9ａ、９ｂを仕切るために、ピストンリング９ｆが油圧ピストン5の外周部に取付けられている。右側の空間９ｂにも開口９eが形成されており、オイルタンク２１から作動油を供給するまたはオイルタンク２１へ作動油を戻す配管３５aが開口9ｅ部に接続されている。一方、左側の空間9ａに作動油を供給するまたは作動油をオイルタンク２１に戻す配管３５ｂが、開口９ｄ部に接続されている。
【００１５】
油圧ピストン部９の右側には、大気開放部８が形成されている。この大気開放部８は、空間８aと、この空間8ａの両側に配置されケーシング３１に保持された軸封機能を有する軸受１０a、１０ｂと、これらを囲むケーシング３１と、軸受１０a、１０ｂの内周面を往復動する軸4とを有している。そして、空間8ａに対応したケーシング３１部分には、大気に連通する開口８ｂが複数個形成されている。
【００１６】
大気開放部8の右側には、圧縮機本体１５部にフランジ７aでフランジ接続される圧縮機吸入口連通部７が配置されており、この圧縮機吸入口連通部７のさらに右側には吸入配管１４にフランジ６aでフランジ接続される空気取入れ口連通部６が配置されている。圧縮機吸入口連通部７と空気取入れ口連通部６とは、開口部３３を介して連通されており、フランジ６a側から流入した吸込み空気は、空気取入れ口連通部６の空間６ｂから開口３３を経て、圧縮機吸入口連通部7の空間7bに導かれるようになっている。
【００１７】
空気取入れ口連通部６のさらに右側には、圧縮機本体１５で圧縮された圧縮空気が流通する吐出空気流路２２が配置されている。そして、本実施例では、空気取入れ口連通部６と吐出空気流路２２とを一体化しており、これらの間には、空気吐出口連通部３２及び吸入口開閉弁２を収納する収納部６ｃが形成されている。往復動可能な軸４の油圧ピストン５取付け端とは反対端には、端部側から順に、吐出放風口開閉弁３および吸入口開閉弁２が取付けられている。これら油圧ピストン５、軸４、吸入口開閉弁２及び吐出放風開閉弁３は、開閉手段の一部を成している。
【００１８】
ここで、吸入口開閉弁２の直径は、吐出放風口開閉弁３の直径より大きいか、または吸入口開閉弁２の軸直角方向面積は、吐出放風口開閉弁３の同方向の面積より広い。さらに、吸入口開閉弁２は、軸端側にいくにつれ外径が減少するテーパー形状になっている。一方、空気吐出口連通部３２の空気取入れ口連通部６側ケーシング３１形状は、吐出放風口開閉弁３のテーパーとほぼ同じ傾きのテーパ形状になっている。そして、収納部６ｃの内径は、吸入口開閉弁２の外径より僅かに大きい。なお、吸入口開閉弁２の外径は、開口３３の内径より僅かに小さい。
【００１９】
圧縮機本体１５を出た圧縮ガスは、冷却器１６で冷却された後、配管２２bを経て吐出空気流路２２に導かれる。そして、逆止弁１７を経て、図示しない需要元に接続された吐出配管２２aに導かれる。吐出配管２２aには、圧力センサー１８が取付けられており、圧縮機本体１５の下流の圧力が計測されている。圧力センサー１８が計測した圧縮機本体１５の吐出側の圧力信号は、制御装置３４に送られ、油圧ピストン５を制御する電磁弁１９の切換えに使用される。
【００２０】
電磁弁１９は、油圧ピストン部９の左側の空間９aに給油する配管３５ｂおよび油圧ピストン部９の右側の空間9bに給油する配管３５aの双方の油の流量を制御する。オイルタンク２１と電磁弁１９とを連通する配管の一方３５ｄには、オイルポンプ２０が介装されており、オイルタンク２１内の油を油圧ピストン部９の左側の空間９aに供給可能にしている。オイルタンク２１と電磁弁１９間には、他の配管３５cが取付けられており、下記するように専ら排油用に使用される。
【００２１】
電磁弁１９は、オイルポンプ２０が発生した油圧の付与方向を変えることができるようになっている。つまり、オイルポンプ２０で発生した油圧力を電磁弁１９内の回路を切換えることにより、例えば配管３５a側に付与する。このとき、油圧ピストン部９の右側の空間9bの油圧が高くなる。一方、油圧ピストン部９の左側の空間９aは、電磁弁19内の回路が切換えられているので、配管35cに連通しており、大気圧程度となる。この結果、空間9b内の圧力が空間9a内の圧力を上回り、油圧ピストン5が左側に移動する。同様に、電磁弁19内の回路を切換えることにより、配管35bを油圧ポンプに連通するようにし、配管３５aを排油用配管35cに接続すれば、左側の空間9aの圧力が右側の空間9bの圧力を上回り、油圧ピストン5は右側に移動する。
【００２２】
次に、このように構成した本実施例におけるスクリュー圧縮機の負荷運転と無負荷運転動作について説明する。起動時または負荷側の需要が大であるとき、圧縮機は負荷運転状態になる。負荷側の需要が大になり、無負荷運転から負荷運転に切換えたときの動作を例に取る。
【００２３】
この場合、負荷側の圧力を検出する圧力センサー18が検出した圧力が、予め設定されている運転切換え下限圧力になったので、制御装置34は、電磁弁１９内の回路を次のように変更する指令を電磁弁１９に送る。つまり、配管35bと配管35ｄとを連通し、配管35aと配管35cとを連通する指令を出す。この結果、油圧ピストン部9の空間9a内の圧力が空間9b内の圧力を上回り、油圧ピストン5が右側に移動し、図1に示した状態となる。油圧ピストン５が右側に移動すると、油圧ピストン5が取付けられた軸4及びこの軸４の端部に設けられた吸入口開閉弁２と吐出放風口開閉弁３も右側に移動する。なお、油圧ピストン5に加わる油圧は、空気吐出口連通部３２を閉じている吐出放風口開閉弁3に加わる吐出空気の圧力に十分対抗できるだけの圧力となっている。
【００２４】
軸4の移動が進み、その移動ストロークがL2に達すると、空気吐出口連通部３２の空気取入れ口連通部6に形成したテーパー部と吐出放風口開閉弁3のテーパー部とが接触し、圧縮機本体１５の吸込み側流路である空気取入れ口連通部６と圧縮機本体１５の吐出側流路である吐出空気通路22とを完全に仕切る。
【００２５】
このとき、吐出放風口開閉弁３は、空気取入れ口連通部６と吐出空気流路２２部との間に設けた収納部６ｃに収納されるので、空気取入れ口連通部6から吸込まれた吸い込み空気の流れを邪魔する恐れがなく、吸込み空気は開口33から圧縮機吸入口連通部７を通って圧縮機本体１５に滑らかに導かれる。一方、圧縮機本体１５から吐出された圧縮空気は、吐出空気流路２２に入ると、空気吐出口連通部32が吐出放風口開閉弁3により閉じられているので、圧縮機本体15の吸込み側に流入することなく、吐出配管22から需要元へ圧縮空気が供給される。
【００２６】
需要元の圧縮空気の使用量が減少し、圧力センサー18が検出する圧力が上昇し、設定上限圧力になると、インバータは電動機36の回転を低下させる。電動機の36の回転速度が設定下限圧力になっても、まだ圧力センサー18が検出した圧力が設定上限圧力を超えるときは、制御装置３４は無負荷運転に切換えるために、電磁弁19内の回路を切換える。この様子を図2に示す。図2は、図1と同様の図であり、無負荷運転状態を示す図である。
【００２７】
電磁弁１９内の回路が切換えられたことにより、油圧ピストン部9の左側の空間9aに連通した配管35bが配管35cに連通し、排油側になる。一方、右側の空間９ｂに連通する配管35aは、オイルポンプ２０側の配管35dに連通する。この結果、右側の空間9aの圧力が、左側の空間9bの圧力を上回り、油圧ピストン5、この油圧ピストン5に接続された軸4、軸4の端部に設けられた吸入口開閉弁2および吐出放風口開閉弁3は、一斉に左側に移動する。このストロークがL2に達すると、油圧ピストン5は停止する。なお、油圧ピストンの移動量を左側の空間9bの板部材9c内壁面までの距離L2としてもよい。その場合、ストロークＬ１と距離L2を同じにすることが望ましい。
【００２８】
軸4が、左側限界まで移動すると、空気吐出口連通部３２を閉じていた吐出放風口開閉弁3との間に隙間を生じ、圧縮機本体15を出た高圧の吐出ガスは、その隙間から圧力の低い側である空気取入れ口連通部6へ流れる。一方、空気取入れ口連通部6と圧縮機吸入口連通部７との境界に設けられた開口33は、吸入口開閉弁2によりほぼ締め切られるので、圧縮機本体１５の吸入側には僅かな空気だけが流れる。僅かに空気を圧縮機本体側に流すのは、圧縮機本体１５の吸込み側の圧力が低下しすぎると、圧縮機の圧力比が大きくなり、吐出空気温度が異常に上昇するおそれがあるが、これを防止できる。なお、吸入口開閉弁2と開口33との間に僅かに隙間を設ければ、吸入口開閉弁の摩擦抵抗や摩耗を防止できるという効果もある。
【００２９】
空気取入れ口連通部６に流入した圧縮機本体１５から吐出された吐出空気の大部分は、吸入配管14、吸入フィルター13および消音器12の順に、負荷運転の吸込み空気とは逆方向に流れ、最終的に空気取入口11から大気中に放気される。上述したように、吸入フィルター13には負荷運転時と無負荷運転時では逆方向の空気が流れるので、逆方向に流れる際にフィルターを洗浄する効果もある。また放風時の騒音を消音器12で低減することが可能であり、吸入用と放風用の消音器を共用できる。
【００３０】
なお、無負荷運転では、油圧ピストン部9の油圧ピストン5の右側には油圧が掛かり、また、圧縮機吸入口連通部7は真空状態になる。しかし、本実施例では、油圧ピストン部と圧縮機吸入口連通部間に大気開放部8を設けたので、軸受が兼用する軸封部に付加される圧力差を低限できる。また、油圧ピストン部から万一大気開放部に油が漏れ出ても、この大気開放部に設けた開口から大気側に吐き出されるので、圧縮機15に油が流入して吐出空気を汚染することを防止できる。大気側に吐出される油は、図示しない油回収装置が当然回収するので、環境に対する汚染の恐れもない。
【００３１】
以上述べたように、本実施例によれば放風配管や消音器を省くことが可能なので、少ない部品点数で容量調整装置を実現できる。その結果、安価で信頼性の高い容量調整装置を実現できる。
【００３２】
なお、上記実施例では、油圧ピストン部、大気開放部、圧縮機吸入口連通部、空気取入れ口連通部、および空気吐出通路部配管を一体形状としているが、それぞれ別個のものをフランジ構造等にしてボルト締めして一体化してもよいことは言うまでもない。また、油圧ピストン部と大気開放部、圧縮機吸入口連通部と空気取入れ口連通部とをそれぞれ一体化し、空気吐出通路部配管とともに、ボルト締めや溶接等で一体化してもよい。これらの方法によれば、複雑な構造をパーツ毎に分けることにより、加工工数が全体的に低減できるという効果を有する。
【００３３】
さらにまた、容量調整装置が、油圧ピストン部、大気開放部、圧縮機吸入口連通部、空気取入れ口連通部、および空気吐出通路部配管とをすべて備えた例を取り上げたが、当然これらは容量調整装置のみが備えなくともよく、1つの軸が往復動するだけで、負荷運転時の大気吸込みと無負荷運転時の放気を切換えることが可能なものは、この発明の範疇に属するものである。
【００３４】
さらに、圧縮機本体をインバータ駆動電動機で回転させるようにしているが、インバータを有しない電動機の場合にも本発明は適用できる。その場合、さらに圧縮機を安価に提供できる。
【００３５】
また、本実施例によれば、放風配管や放風消音器を設ける必要がないので、圧縮機が安価になる。さらに、油が圧縮機吸入口に侵入しないので、良質な空気を供給できる。容量調整装置の各部を効率良く配置できるので、容量調整装置を小型軽量化できるという効果も奏する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷運転時の作動空気の吸込みと無負荷運転時の放気とを、同一の軸が備える複数のバルブを往復動させるだけで切換えることができるので、オイルフリースクリュー圧縮機装置の部品点数を低減でき、安価で信頼性の高いオイルフリースクリュー圧縮機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧縮機の一実施例を、負荷運転したときの状態を示す系統図である。
【図２】図1に示した圧縮機の無負荷運転したときの状態を示す系統図である。
【符号の説明】
1…容量調整装置、2…吸入口開閉弁、
3…吐出放風口開閉弁、4…軸、5…油圧ピストン、
6…空気取入口連通部、7…圧縮機吸入口連通部、
9…油圧ピストン部、３２…空気吐出口連通部。
【図１】
0004411753.tif 000002
【図２】
0004411753.tif 000003