(57)【要約】【課題】スクリュー圧縮機の吸込絞り弁において、逆止機能を持たせつつ、圧力損失の低減を図ること。【解決手段】スクリュー圧縮機の吸込絞り弁において、作動気体の流路及びシリンダを形成するアンローダボディーと、シリンダ内部を摺動可能に設けられたピストンボデー及びシリンダの内外を連通するピストンシャフトを形成するピストンと、シリンダ内に収納されたスプリングと、ピストンシャフトに対して摺動可能に設けられたラックと、このラックとピニオンを介して接続されたバルブシャフトと、このバルブシャフトに接続されたバルブシートを備え、シリンダ内部をピストンボデーによって隔てられた複数の操作室内の圧力およびスプリングの復元力の合力により、バルブシートを開閉する。【選択図】図１
2012041981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動気体の流入口から流出口までの流路及びシリンダとを形成したアンローダボディーと、前記シリンダの内部を摺動するように設けられたピストンボデーと、前記シリンダの内外を連通するピストンシャフトを形成するピストンと、前記シリンダ内に収納されたスプリングと、前記ピストンシャフトに対して摺動可能に設けられたラックと、このラックとピニオンを介して接続されたバルブシャフトと、このバルブシャフトに接続されたバルブシートとを備え、前記ピストンの動作によって前記バルブシートは前記流入口を開閉する吸込絞り弁において、
前記シリンダの内部を前記ピストンボデーによって複数の操作室が形成されてなり、
前記バルブシートは前記複数の操作室の圧力と前記スプリングの復元力の合力とによって開閉することを特徴とする吸込絞り弁。
【請求項２】
請求項１記載の吸込絞り弁において、
前記ラックは前記スプリングを介して前記ピストンシャフトに接続されていることを特徴とする吸込絞り弁。
【請求項３】
請求項１記載の吸込絞り弁において、
前記作動気体の流路は流れ方向に対して開弁時におけるバルブシートの位置とは反対方向に湾曲してなり、
前記バルブシートが全開時に前記流路の外周側壁面と弁板との間に隙間が形成されるようにしたことを特徴とする吸込絞り弁。
【請求項４】
請求項１記載の吸込絞り弁において、
前記バルブシートは円弧状に形成されてなり、
この円弧形状によって前記流路はＬ字状であることを特徴とする吸込絞り弁。
【請求項５】
請求項１記載の吸込絞り弁において、
前記バルブシートの裏面に空間を設けたことを特徴とする吸込絞り弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュー圧縮機の吸込絞り弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機は、負荷の増減に応じて吸気量を調整するための容量制御機能や、運転停止時において圧縮された流体の一部が逆流し大気中に放出することを防ぐため逆止機能が必要である。そのためスクリュー圧縮機の上流側には吸込絞り弁を設けるのが一般的である。
【０００３】
この吸込絞り弁の一般的な構造としては、例えば特許文献１があげられる。  
この特許文献１に記載された吸込絞り弁は、アンローダピストンを軸方向に移動可能に指示する第１の軸受と、この第１の軸受が延在し２個の操作室が形成されたピストンボデーとを備えている。このピストンボデー内にはばねが収納され、アンローダピストンの先端部にはアンローダピストンの軸方向に移動可能な第２の軸受を有するバルブシートが備えられている。２個の操作室内のガス圧とばねの力により大気側に連通する流路をバルブシートで開閉するようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１においてはボデー内の吸込流路が湾曲しており、その湾曲部の上流側にバルブシートが配置された構造となっている。そのため、吸込流路の圧縮機に近い方（流路湾曲部の内側）の流量が多くなり、流路全体の面積に対して大きな圧力損失を生じていた。
【０００５】
一方、特許文献２においては吸入曲げ流路及びシリンダを形成するハウジングと、このシリンダ内に摺動可能に設けられたピストンとを備えている。このピストンには吸入曲げ流路の下流側に向かって延在する軸が接続されている。吸入曲げ流路の下流側には弁座が形成されている。
【０００６】
この弁座の下流側に位置し且つ軸に対してスライド可能に弁板が挿通され、前記弁座を開閉するようになっている。軸の先端部にはストッパ部が形成され、弁板の下流側へのスライドを制限している。軸のストッパ部を下流側に移動させるための付勢力をピストンに付与するためにバネが取り付けられている。このバネの付勢力に対抗して軸のストッパ部を上流側に移動させるための圧力をピストンに付与する操作圧力系統を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３００９２５５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６４２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２では、弁板を軸に対してスライド可能に挿通することにより、吸込絞り弁に逆止機能を備えさせている。また、弁座および弁板を吸入曲げ流路の下流側に配置した構造とすることにより、弁座と弁板との間で形成される流路に偏流が発生することを抑えることができるので圧力損失を低減することが出来る。
【０００９】
しかし、上記特許文献２では、特許文献１と同様にバルブシートまたは弁板が吸込流路中央に位置し、有効な流路の幅を著しく小さくしているため、依然として圧力損失は大きい。
【００１０】
本発明の目的は、逆止機能を持たせつつ、圧力損失の低減を図ることのできるスクリュー圧縮機の吸込絞り弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、作動気体の流入口から流出口までの流路及びシリンダとを形成したアンローダボディーと、前記シリンダの内部を摺動するように設けられたピストンボデーと、前記シリンダの内外を連通するピストンシャフトを形成するピストンと、前記シリンダ内に収納されたスプリングと、前記ピストンシャフトに対して摺動可能に設けられたラックと、このラックとピニオンを介して接続されたバルブシャフトと、このバルブシャフトに接続されたバルブシートとを備え、前記ピストンの動作によって前記バルブシートは前記流入口を開閉する吸込絞り弁において、前記シリンダの内部を前記ピストンボデーによって複数の操作室が形成されてなり、前記バルブシートは前記複数の操作室の圧力と前記スプリングの復元力の合力とによって開閉することにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、前記ラックは前記スプリングを介して前記ピストンシャフトに接続されていることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、前記作動気体の流路は流れ方向に対して開弁時におけるバルブシートの位置とは反対方向に湾曲してなり、前記バルブシートが全開時に前記流路の外周側壁面と弁板との間に隙間が形成されるようにしたことにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記バルブシートは円弧状に形成されてなり、この円弧形状によって前記流路はＬ字状であることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記バルブシートの裏面に空間を設けたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、逆止機能を持たせつつ、圧力損失の低減を図ることのできるスクリュー圧縮機の吸込絞り弁を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例を備えた吸込絞り弁の全開時における構成を表す断面概観図である。
【図２】本発明の第１実施例を備えた圧縮機の始動前における吸込絞り弁の断面概観図である。
【図３】本発明の第１実施例を備えた圧縮機の運転停止後における吸込絞り弁の断面概観図である。
【図４】従来の吸込絞り弁を備えた圧縮空気サイクルの配管構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施例を説明する前に、スクリュー圧縮機と一般的な吸込絞り弁を用いた圧縮空気サイクルの配管構成を図４で説明する。  
図４は一般的な吸込絞り弁を備えた圧縮空気サイクルの配管構成図である。
【００１９】
図４において、スクリュー圧縮機１０２の上流側に吸込絞り弁１０１が接続されている。スクリュー圧縮機１０２の下流側にはオイルセパレータ１０３とアフタークーラー１０４が配管を介して接続されている。オイルセパレータ１０３の下流側でアフタークーラー１０４の上流側には逆止弁１０６と調圧弁１０７とが接続されている。オイルセパレータ１０３に接続された操作空気取出口１１０から電磁弁１０８と調圧弁１０９とが分岐して接続されている。電磁弁１０８と調圧弁１０９はその後合流してス吸込絞り弁１０１の操作圧力室に接続されている。アフタークーラー１０４を通過した圧縮空気は各圧縮空気消費機器１０５へと分配される。
【００２０】
ところで、スクリュー圧縮機は上述したように、負荷の増減に応じて吸気量を調整するための容量制御機能や、運転停止時において圧縮された流体の一部が逆流し大気中に放出することを防ぐため逆止機能が必要である。この逆流は圧縮空気とともに配管系に溜まっていた油までが逆流してしまう場合がある。その場合、スクリュー圧縮機の上流側にあるフィルタが油で使用不能になってしまう可能性がる。そのため、この種の圧縮空気サイクルの配管系ではスクリュー圧縮機の上流側に吸込絞り弁が取り付け、弁で吸入口を閉めて油の戻りを止めるようになっている。
【００２１】
この吸込絞り弁は図４に示すように、アンローダボディーによって形成された流路中に取り付けられたピストン１ａの先端にバルブシート１ｂが取り付けられ、このバルブシート１ｂがピストン１ａの動作で吸入口を開閉している。しかしながら、油の流入を短時間で止めるためピストン１ａとバルブシート１ｂのストロークを短くなっている。そのためピストン１ａとバブルシート１ｂが吸入口の近傍（流路の途中）に取り付けられていた。したがって、通常運転時にはピストン１ａとバブルシート１ｂが圧縮空気の流れを阻害する抵抗となっていた。
【００２２】
そこで本発明の発明者らはピストンのストロークが短いまま流体の抵抗とならない吸込絞り弁を検討した結果、以下のごとき実施例を得た。
【００２３】
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の第１の実施例を図１、図２および図３により説明する。  
なお、本実施例は作動気体として空気を圧縮し、その運転中の圧縮機内に外部から潤滑油を供給するスクリュー型油冷式空気圧縮機の上流側に設置される吸込絞り弁に関するものである。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例を備えた吸込絞り弁の全開時における構成を表す断面概観図である。  
図１において、吸込絞り弁１を構成するアンローダボディー２は空気の流路２ａ及びシリンダ２ｂを形成している。前記シリンダ２ｂの内部にはピストンボデー３ａが摺動可能に設けられている。ピストンシャフト３ｂを形成するピストン３（３ａ、３ｂ）は前記シリンダ２ｂの内外を連通するように設けられている。前記シリンダ２ｂ内にはスプリング４が収納されている。前記ピストンシャフト３ｂに対してドライベアリング５およびスプリング６を介してラック７が摺動可能に設けられている。このラック７とギア８を介してピニオンを備えるバルブシャフト９が接続されている。このバルブシャフト９にはバルブシート１０が接続されている。前記ラック７と前記ピストンシャフト３ｂとで形成される空間と外部とを連通する通路１４が前記ピストンシャフト３ｂ内に設けられている。
【００２６】
前記シリンダ２ｂと前記ピストンボデー３ａとによって形成される操作室１１内の圧力および前記スプリング４と前記スプリング６の復元力の合力により、前記バルブシート１０が開閉する構造となっている。このバルブシート１０は後述する弁座１５に設けられたパッキン１６に押しつけられることになる。またこのバルブシート１０が開状態のきは流路２ａの内壁とバルブシート１０先端との間に隙間１７が形成される。
【００２７】
前記操作室１１内の圧力は、アンローダボディー外部から前記操作室１１内に連通する圧力操作系統によって制御する。圧力操作系統は、例えば、前記吸込絞り弁１が設置されている圧縮機（図示せず）の吐出側の圧縮空気系統から抽出した圧縮空気の一部を前記操作室１１に導入する２つの系統を有している。
【００２８】
一方の系統には電磁弁１２が設けられ、他方の系統には圧力調整弁１３が設けられている。そして、例えば、圧縮機が運転中には全閉である前記電磁弁１２が運転停止と同時に全開に切り替わり、また吐出側圧力が予め設定された圧力より低い場合には全閉状態の前記圧力調整弁１３が所定の圧力を超えた際にはその圧力の超過量に応じて連続的に開度を増加する制御系を備えている。
【００２９】
図２は本発明の第１実施例を備えた圧縮機の始動前における吸込絞り弁の断面概観図である。なお、図１と同一番号は同一物であるので、その説明は省略する。  
図２において、圧縮機の始動前においては、前記電磁弁１２および前記圧力調整弁１３は全閉状態である。  
これにより、前記ピストン３（３ａ、３ｂ）に前記スプリング４の付勢力が作用するため、ピストン３は前記シリンダ２ｂ内において左端に位置する。一方、前記ラック７に前記スプリング６の付勢力が作用するため、前記ラック７は右側に移動し、前記バルブシート１０は弁座１５に設けられたパッキン１６に押しつけられて吸込絞り弁１は閉塞状態となる。
【００３０】
圧縮機の始動後、前記流路２ａの圧力が下がり始める。そして、前記バルブシート１０の前面と背面の圧力差により前記バルブシート１０に働く開弁方向の力が、前記スプリング６の復元力より大きくなったところで、前記バルブシート１０が開弁し始める。その後、前記流路２ａ内を流れる空気の圧力によって前記バルブシート１０の開弁量が増加し、圧縮機は負荷運転の状態になる（図１の状態）。このとき、前記バルブシート１０の形状を、全開時において前記流路２ａの壁面と滑らかに形成することにより、負荷運転時において流入する空気の圧力損失の低減が可能となる。
【００３１】
圧縮機の吐出側圧力が、予め設定された所定の圧力を超えた場合には、前記圧力調整弁１３が開弁し始め、これにより操作室１１に圧縮空気が導入される。所定の圧力に対する吐出側圧力の超過量の増加に伴い前記圧力調整弁１３の開弁量は増加するため、前記操作室１１内の圧力が増大する。前記操作室１１内の圧力が、前記スプリング４の付勢力及び流入する空気によって前記バルブシート１０に対して働く力の合力より大きくなると、前記ピストン３が右側に移動する。これにより、前記バルブシート１０の開度が小さくなり、吸気量が制限されることになる。このように容量制御運転を行うことによって、圧縮空気の消費量の変化に応じて吸気量を制御する。
【００３２】
図３は本発明の第１実施例を備えた圧縮機の運転停止後における吸込絞り弁の断面概観図である。なお、図１、図２と同一番号は同一物であるので、その説明は省略する。  
図３において、圧縮機の運転を停止した場合には、同時に前記電磁弁１２が全開に切り替わり、前記操作室１１内の圧力が最大となるため、前記ピストン３（３ａ、３ｂ）が完全に右側に移動し、前記バルブシート１０が完全に閉塞した状態となる。これにより、圧縮空気及びこれに含まれる潤滑油の逆流を事前に防止することが可能となる。
【００３３】
また、例えば何らかの異常が生じて圧縮機が停止した場合、前記吸込絞り弁１内に空気が流入しなくなる。これにより、前記バルブシャフト９には前記バルブシート１０の質量による閉弁方向のトルクが働き、さらに前記スプリング６に閉弁方向の復元力が働いているため前記ラック５が右側に移動し、前記バルブシート１０は閉弁し始める。なお、前記ラック７と前記ピストンシャフト３ｂとで形成される空間と外部とを連通する通路１４を前記ピストンシャフト３ｂ内に設ける。
【００３４】
これにより、前記ラック７と前記ピストンシャフト３ｂとで形成される空間内の空気が円滑に外部と出入りするため、緊急時においても前記ラック７の移動動作が円滑になる。前記バルブシート１０の開度がある程度小さくなれば、圧縮機内の圧縮空気の逆流作用によって、さらに前記バルブシート１０の閉弁速度が増大する。従って、圧縮空気及びこれに含まれる潤滑油の逆流を防止することが可能となる。
【００３５】
なお、前記バルブシート１０の全開時において、前記バルブシート１０と前記流路２ａの壁面との間に隙間１７が設けられるよう、前記流路２ａの壁面を形成する。これにより、万が一、前記バルブシート１０の全開時において圧縮機が停止し、圧縮空気及びこれに含まれる潤滑油が逆流した場合においても、圧縮空気に較べて比重が大きい潤滑油は湾曲した流路の外周側に沿って流れるため、前記隙間１７から前記バルブシート１０背面の空間に流入し、大気中への潤滑油の逆流を防ぐことが可能となる。
【００３６】
換言すると、本実施例ではアンローダボディー２によって形成される流路２ａは図１〜図３でも分かるように円弧状となったＬ字状の流路２ａが形成されている。そのため、逆流してきた潤滑油は円弧部分で９０度の角を曲がるとき遠心力が働く。この遠心力によって潤滑油は隙間７を通ってバルシート１０裏側の空間に流入するので、流入した分潤滑油の逆流量を減らすことができる。またバルブシート１０は流路２ａの形状に沿うように円弧状となっているため遠心力効果が効果的に作用して潤滑油が隙間７に導きられやすくなっている。
【００３７】
以上ごとく本発明は、
１．作動気体の流入口から流出口までの流路及びシリンダとを形成したアンローダボディーと、前記シリンダの内部を摺動するように設けられたピストンボデーと、前記シリンダの内外を連通するピストンシャフトを形成するピストンと、前記シリンダ内に収納されたスプリングと、前記ピストンシャフトに対して摺動可能に設けられたラックと、このラックとピニオンを介して接続されたバルブシャフトと、このバルブシャフトに接続されたバルブシートとを備え、前記ピストンの動作によって前記バルブシートは前記流入口を開閉する吸込絞り弁において、前記シリンダの内部を前記ピストンボデーによって複数の操作室が形成されてなり、前記バルブシートは前記複数の操作室の圧力と前記スプリングの復元力の合力とによって開閉するようにしたものである。
２．また前記ラックは前記スプリングを介して前記ピストンシャフトに接続するようにしたものである。
３．また前記作動気体の流路は流れ方向に対して開弁時におけるバルブシートの位置とは反対方向に湾曲してなり、前記バルブシートが全開時に前記流路の外周側壁面と弁板との間に隙間が形成されるようにしたものである。
４．また前記バルブシートは円弧状に形成されてなり、この円弧形状によって前記流路はＬ字状にしたものである。
５．また前記バルブシートの裏面に空間を設けたものである。
【００３８】
これにより本発明においては、バルブシートの自重によってバルブシャフトに働く閉弁方向のトルクと、自由に摺動可能に設置されたラックとピストンとの間に設けたスプリングの閉弁方向の復元力を利用することによって、吸込絞り弁に逆止機能を備えることができる。また、吸込絞り弁の全開時において、バルブシートと流路壁面との間に隙間を設けることにより、圧縮機の異常停止時においても、潤滑油が大気中に逆流することを防ぐことが可能となる。さらには、バルブシートの開閉構造をバタフライ機構とし、吸込絞り弁の全開時においては流路壁面の一部を形成する形状としたことにより、負荷運転時においては流入する空気の圧力損失が低減され、圧縮機の圧縮動力を低減することが可能となる。
【００３９】
なお、本実施例においては、前記バルブシート１０と前記弁座１５との間の封止を前記パッキン１５で行ったが、Ｏリングにより封止した場合においても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４０】
１…吸込絞り弁、２ａ…流路、２ｂ…シリンダ、２…アンローダボディー、３ａ…ピストンボデー、３ｂ…ピストンシャフト、３…ピストン、４…スプリング、５…ドライベアリング、６…スプリング、７…ラック、８…ギア、９…バルブシャフト、１０…バルブシート、１１…操作室、１２…電磁弁、１３…圧力調整弁、１４…通路、１５…弁座、１６…パッキン、１７…隙間。
【図１】
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【図２】
2012041981.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012041981.tif 000006