(57)【要約】      （修正有）【課題】省エネに役立つ増圧弁を使用しながら、この増圧弁が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサーの耐久性を高め、圧力気体供給源での省エネをも果たすことのできる圧力気体供給補助装置を提供すること。【解決手段】圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置とを備えたこと。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力気体供給源と、この圧力気体供給源からの圧力気体によって作動される圧力気体機器との間に、配管を介して接続される圧力気体補助供給装置であって、
前記圧力気体供給源からの圧力気体を吸気ポートから受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポートから排気することにより、前記圧力気体供給源からの圧力気体を加圧する増圧弁と、
この増圧弁の前記排気ポートからの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を前記増圧弁の吸気ポートに供給される圧力に加圧してから、前記吸気ポート側に供給するコンプレッサーと、
前記増圧弁で加圧された加圧気体を一旦貯めてから前記圧力気体機器に向けて供給し得るようにしたタンク装置とを備えたことを特徴とする圧力気体補助供給装置。
【請求項２】
前記タンク装置に、前記増圧弁、コンプレッサー、及びこれらに必要な逆止弁等の機器を一体化したことを特徴とする請求項１に記載の圧力気体補助供給装置。
【請求項３】
一つの圧力気体供給源に、この圧力気体供給源からの圧力気体によって作動される複数の圧力気体機器を配管を介して並列的に接続し、各圧力気体機器の直前に位置する前記配管に各圧力気体補助供給装置を介装した圧力気体供給システムであって、
前記各圧力気体補助供給装置を、前記圧力気体供給源からの圧力気体を吸気ポートから受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポートから排気することにより、前記圧力気体供給源からの圧力気体を加圧する増圧弁と、この増圧弁の前記排気ポートからの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を前記増圧弁の吸気ポートに供給される圧力に加圧してから、前記吸気ポート側に供給するコンプレッサーと、前記増圧弁で加圧された加圧気体を一旦貯めてから前記圧力気体機器に向けて供給し得るようにしたタンク装置とを備えたものとしたことを特徴とする圧力気体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増圧弁での排気を完全に回収する形式の、圧力気体供給補助装置、及びこれを使用した圧力気体供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、プリント配線板を製造する場合、その加工、搬送、清掃等の各工程において、圧縮空気を使用した各種機器が使用され、各機器には圧縮空気、つまり加圧空気または加圧気体がそれぞれ供給されている。また、包装処理装置では、ライン型であってもロータリー型であっても、処理工程毎に加圧気体が使用され供給されている。
【０００３】
上記の代表的装置においては、何れの場合も、気体供給装置のエアー源から送り込まれた圧力気体の圧力は、配管を通されることによる「減圧ロス」が必ずあり、配管から取り出されたままの圧力気体では機能を果たさないことが多い。このため、各機器に送り込まれる圧力気体は、その各機器の手前に配置される、例えば特許文献１または特許文献２にて提案されているような「増圧弁」によって「増圧」または「昇圧」されて、最終的に機器側に供給されるのが一般的である。
【０００４】
また、圧縮または圧力気体を使用する複数の気体機器への気体の供給を、一カ所のメイン供給装置からの長い配管によって行うと、当然、上述した「配管減圧ロス」が大きくなるため、気体圧力を「増圧弁」によって「増圧」または「昇圧」してから、各機器に送らなければならない。
【０００５】
以上のような、圧力気体の増圧または昇圧を行う「増圧弁」は、上記の特許文献１等においても説明されている通り、例えばエアー源から配管を通して送られてきて減圧ロスした気体の残留圧力と大気圧との圧力差を利用して作動するものであり、特別な動力源を必要としないものであるから、省エネ機器としては優れたものである。
【０００６】
ところで、圧力気体を動力源として作動する一般的な圧力気体機器（例えば、産業用ロボット）で、その作動のために必要な圧力気体の圧力が、０．７〜０．９ＭＰａ（以下同じであるため、この圧力単位は単にＭと記載する）であるとすると、大元の圧力気体供給装置（メインコンプレッサー）で作成すべき圧力気体の圧力も、同程度の０．７〜０．９Ｍとする必要がある。これ以上大きくしても、メインコンプレッサーで余分なエネルギーを掛けなければならず無駄であるだけでなく、圧力気体機器が損傷する恐れがあるからである。
【０００７】
一方で、圧力気体供給装置から対象機器まで圧力気体を送るとなると「配管」を使用しなければならないが、この配管では、上述した「配管減圧ロス」が生じ、その具体的数値は、配管の長さにもよるが、本例の場合０．３〜０．５Ｍ程度ある。そこで、この「配管減圧ロス」を無くして、圧力気体機器が必要とする０．７〜０．９Ｍ程度にまでエネルギーを掛けることなく昇圧するために、省エネに優れた「増圧弁」が使用されているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３９１０５号公報、要約、代表図、０００７
【特許文献２】特許第３７０５７３０号掲載公報
【特許文献３】特許第５４５３１３６号掲載公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に提案されている「増圧装置」は、図７に示すように、「第1の増圧弁１０および第２の増圧弁２０を有し、第1の増圧弁１０にエアー源Ｐが接続され、第1の増圧弁１０と第２の増圧弁２０とは直列に接続されている」もので、第２の増圧弁２０からの最終的な排気空気は、排気ポート１ｄから大気中に排出されるものである。
【００１０】
また、特許文献２にて提案されている「空気圧シリンダの排気回収装置」は、その特許請求の範囲等に記載されているように「空気圧シリンダから排出される排気空気のうち、所定圧より低圧の排気空気を大気中に放出し、所定圧より高圧の排気空気を出力する３ポート弁」を有しているものである。
【００１１】
要するに、特許文献１の「増圧装置」も、特許文献２の「空気圧シリンダの排気回収装置」も、減圧ロスした気体の残留圧力と大気圧との圧力差を利用して作動するものであり、特別な動力源を必要としないから、省エネ機器としては優れたものではあるが、「増圧弁」としての機能を発揮するためには、「最終的な排気空気は、排気ポート１ｄから大気中に排出される」か、「空気圧シリンダから排出される排気空気のうち、所定圧より低圧の排気空気を大気中に放出」しなければならないものである。
【００１２】
しかしながら、これらの特許文献１及び２で大気中に放出される排気中にも、大気中に排出できるだけの圧力、つまりエネルギーが残留しているものであり、この残留圧力またはエネルギーは、エアー供給源で付加されたものであるから、「最終的な排気空気は、排気ポート１ｄから大気中に排出」するか、「空気圧シリンダから排出される排気空気のうち、所定圧より低圧の排気空気を大気中に放出」することは、エアー供給源で付加されたエネルギーを捨てているようなものである。
【００１３】
そこで、本発明者は、「最終的な排気空気は、排気ポート１ｄから大気中に排出」されるか、「空気圧シリンダから排出される排気空気のうち、所定圧より低圧の排気空気を大気中に放出」された排気中に残存するエネルギーをも有効に利用するにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本出願人が既に提案している特許文献３等のコンプレッサー技術を組み合わせることによって良い結果が得られること新たに知見して、本発明を完成したのである。
【００１４】
すなわち、本発明が第一目的とするところは、省エネに役立つ増圧弁を使用しながら、この増圧弁が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサーの耐久性を高め、圧力気体供給源での省エネをも果たすことのできる圧力気体供給補助装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明が第二目的とするところは、省エネに役立つ増圧弁を使用しながら、この増圧弁が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサーの耐久性を高め、圧力気体供給源での省エネをも果たすことのできる圧力気体供給補助装置を使用した圧力気体供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する最良形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「圧力気体供給源２００と、この圧力気体供給源２００からの圧力気体によって作動される圧力気体機器３００との間に、配管２１０を介して接続される圧力気体補助供給装置１００であって、
圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、
この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、
増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置３０とを備えたことを特徴とする圧力気体補助供給装置１００」
である。
【００１７】
この請求項１に係る圧力気体補助供給装置１００は、図１及び図２に示すような形態を有するものであるが、その基本構成は、圧力気体供給源２００から供給されながら、配管２１０にて減圧ロスを生じている圧力気体を加圧する増圧弁１０と、この増圧弁１０が加圧する際に排出する排気を全量取り込んで加圧してから再び増圧弁１０に送り込むコンプレッサー２０と、上記増圧弁１０にて加圧された圧力気体を一旦溜めておいて、圧力気体機器３００が必要とするときにこの圧力気体を供給するタンク装置３０とからなっていることである。
【００１８】
圧力気体供給源２００としては、圧力気体機器３００で使用される気体、例えば、空気、窒素ガス、あるいは「リーク検査」に必要な水素ガスやヘリウムガスを圧力気体とするものであれば何であってもよいが、後述する実施形態では、圧力気体機器３００が必要とする０．８Ｍ〜０．９Ｍの圧力気体を供給できるものである。なお、この圧力気体供給源２００から供給された圧力気体は、圧力気体供給源２００や圧力気体機器３００等の機器の大きさ、及び配管２１０の長さにもよるが、配管２１０にて前述した減圧ロスを生ずるが、後述する実施形態では、減圧後の圧力気体の圧力が０．４Ｍ〜０．６Ｍとなることを想定している。
【００１９】
増圧弁１０は、圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から取り込み、この圧力気体自体が有する０．４Ｍ〜０．６Ｍの圧力エネルギーだけを使用して、圧力気体の圧力０．４Ｍ〜０．６Ｍを圧力気体機器３００が必要とする０．８Ｍ〜０．９Ｍまで増加して、その吐出ポート１３から後述するタンク装置３０に吐出するものである。増圧弁１０としては、このような圧力増加が行えるのであればどのようなものであってよく、例えば特許文献１や２にて提案されているようなものであってもよい。ただし、この増圧弁１０が排気ポート１２から排出する排気の全量を、後述するコンプレッサー２０に確実に送れるようにするため、増圧弁１０の排気ポート１２には、図１及び図２に示す配管６４のような、一本のパイプに纏めて排出できるようにしておく必要はある。
【００２０】
なお、この増圧弁１０の排気ポート１２から排出される排気の圧力は、上記の例の場合、圧力気体を圧力気体機器３００が必要とする０．８Ｍ〜０．９Ｍまで増加した結果、０．２Ｍ〜０．４Ｍまで圧力低下している。
【００２１】
以上のような増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０は、特許文献３にて出願人が提案しているようなタイプものであってもよいが、増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気するという条件を満たせば、どのようなタイプのものであってもよい。
【００２２】
そして、このコンプレッサー２０は、増圧弁１０にて、０．２Ｍ〜０．４Ｍまで圧力低下した排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この排気をモーター２１の作動によって、増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、例えば配管６５を介して増圧弁１０の吸気ポート１１側に供給するものである。
【００２３】
この圧力気体補助供給装置１００を構成しているコンプレッサー２０において重要なことは、排気ポート１２からの排気の全てを吸気するようにすることである。増圧弁１０の排気ポート１２からの排気には、最初の圧力気体供給源２００からみれば圧力低下はしているけれども、０．２Ｍ〜０．４Ｍの圧力があり、例えば大気圧（０．０Ｐａ）と比較してもまだ十分な圧力エネルギーを内在しているものである。そして、この圧力気体補助供給装置１００の場合、コンプレッサー２０に供給される０．２Ｍ〜０．４Ｍの排気を、増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される０．４Ｍ〜０．６Ｍ程度に加圧するのがコンプレッサー２０の仕事であるから、このコンプレッサー２０には殆ど過激な負荷は掛からない。
【００２４】
このコンプレッサー２０に圧力気体による過激な負荷が掛からない、ということは、コンプレッサー２０の各部材にも負荷は殆んど掛からないということを意味するから、当該コンプレッサー２０は、故障も少なくかつメンテナンスも少なくて済むことになる。結果として、このコンプレッサー２０は耐久性がよくなるのである。
【００２５】
さて、以上のコンプレッサー２０にて昇圧された圧力気体は、図２に示すように、配管６５を通して上記増圧弁１０の吸気ポート１１側に再び供給される。この増圧弁１０の吸気ポート１１には、上述したように、圧力気体供給源２００からの圧力気体が配管２１０を介して０．４Ｍ〜０．６Ｍ程度の減圧ロスした状態で送り込まれているが、これに追加される形でコンプレッサー２０から圧力気体が送り込まれることになるので、圧力気体供給源２００が必要とされる圧力気体の供給量は軽減される。つまり、圧力気体供給源２００側の省エネが果たされるのである。
【００２６】
一方で、増圧弁１０にて作られた圧力気体は、上述したように、圧力気体機器３００が必要とする０．８Ｍ〜０．９Ｍまで加圧された状態で、図２中の配管６２を介してタンク装置３０に給送されるが、このタンク装置３０と圧力気体機器３００との間にはバルブ３１が介装してあって、このバルブ３１の開閉によって圧力気体機器３００への圧力気体の供給が制御される。また、タンク装置３０には、圧力気体機器３００に圧力気体が供給されるまでの間、あるいは増圧弁１０から圧力気体が送られる間、圧力気体の貯留がなされるから、増圧弁１０からの圧力気体の脈動を消去した状態で、圧力気体機器３００への圧力気体の給送がなされるのである。
【００２７】
従って、この請求項１に係る圧力気体補助供給装置１００は、省エネに役立つ増圧弁１０を使用しながら、この増圧弁１０が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサー３０の耐久性を高め、圧力気体供給源２００での省エネをも果たすことのできるものとなっているのである。
【００２８】
また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の圧力気体補助供給装置１００について、
「タンク装置３０に、増圧弁１０、コンプレッサー２０、及びこれらに必要な逆止弁等の機器を一体化したこと」
である。
【００２９】
この請求項２に係る発明は、当該発明に係る圧力気体補助供給装置１００を図１に示すようなものとしたことをいうもので、図２に示す部品の全てをタンク装置３０上に搭載したことを特徴とするものである。図１に示すように、増圧弁１０、コンプレッサー２０、及びこれらに必要な逆止弁等の機器をタンク装置３０に一体化しておけば、当該圧力気体補助供給装置１００の新規の設置や運搬を容易に行えることは当然として、圧力気体供給源２００からの配管２１０と圧力気体機器３００からの配管６３とを当該圧力気体補助供給装置１００にに連結または接続するだけで、圧力気体供給源２００での省エネがより効果的に達成できるのである。
【００３０】
また、タンク装置３０に増圧弁１０やコンプレッサー２０を一体化することにより、圧力気体補助供給装置１００として必要な配管６１〜配管６７を非常に少なくすることができるだけでなく、増圧弁１０やコンプレッサー２０、さらにはタンク装置３０等の操作、メンテナンスを、タンク装置３０の近傍で直ちに行える。
【００３１】
従って、この請求項２に係る圧力気体補助供給装置１００は、上記請求項１のそれと同様な機能を発揮する他、その設置、運搬、操作及びメンテナンスが容易に行えるものとなっているのである。
【００３２】
さらに、上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、後述する実施形態において使用する符号を付して説明すると、
「一つの圧力気体供給源２００に、この圧力気体供給源２００からの圧力気体によって作動される複数の圧力気体機器３００を配管２１０を介して並列的に接続し、各圧力気体機器３００の直前に位置する配管２１０に各圧力気体補助供給装置１００を介装した圧力気体供給システムであって、
各圧力気体補助供給装置１００を、圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置３０とを備えたものとしたことを特徴とする圧力気体供給システム」
である。
【００３３】
この請求項３に係る圧力気体供給システムは、図６に示すように、上記請求項１または請求項２に係る圧力気体補助供給装置１００の複数を、一つの圧力気体供給源２００に配管２１０を介して並列的に接続したものであり、各圧力気体補助供給装置１００による省エネ効果を、システム全体で効果的に発揮させるようにしたものである。
【００３４】
各圧力気体補助供給装置１００を構成している増圧弁１０、コンプレッサー２０あるいはタンク装置３０の構成は、上記請求項１の説明において詳述しているので、この説明や図１及び図２を援用するとともに、図６中の圧力気体補助供給装置１００、圧力気体供給源２００、及び圧力気体機器３００の各符号を図２中のそれと一致させることで、圧力気体供給システム自体の説明は省略する。
【００３５】
従って、この請求項３のシステムでは、省エネに役立つ増圧弁１０を複数使用しながら、この増圧弁１０が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサー３０の耐久性を高め、圧力気体供給源２００での省エネをも果たせるものとなっているのである。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明した通り、請求項１または請求項２の発明においては、
「圧力気体供給源２００と、この圧力気体供給源２００からの圧力気体によって作動される圧力気体機器３００との間に、配管２１０を介して接続される圧力気体補助供給装置１００であって、
圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、
この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、
増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置３０とを備えたこと」
にその構成上の主た特徴があり、これにより、省エネに役立つ増圧弁１０を使用しながら、この増圧弁１０が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、コンプレッサー３０の耐久性を高めることもでき、圧力気体供給源での省エネをも果たすことのできる圧力気体供給補助装置１００を提供することができるのである。
【００３７】
また、請求項３に係る発明においては、
「一つの圧力気体供給源２００に、この圧力気体供給源２００からの圧力気体によって作動される複数の圧力気体機器３００を配管２１０を介して並列的に接続し、各圧力気体機器３００の直前に位置する配管２１０に各圧力気体補助供給装置１００を介装した圧力気体供給システムであって、
各圧力気体補助供給装置１００を、圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置３０とを備えたものとしたこと」
にその構成上の特徴があり、これにより、省エネに役立つ増圧弁１０の複数を使用しながら、この増圧弁１０が排出する気体エネルギーの全てを再利用することができて、各コンプレッサー３０の耐久性を高めることができ、圧力気体供給源２００での省エネをも果たすことのできる圧力気体供給システムを提供することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る圧力気体補助供給装置１００の斜視図である。
【図２】同圧力気体補助供給装置１００を構成している各部材と、これら各部材と圧力気体供給源２００や圧力気体機器３００との配管６１等による接続状態を示す配管図である。
【図３】同圧力気体補助供給装置１００を構成しているコンプレッサー２０の正面図である。
【図４】同コンプレッサー２０を示すもので、（ａ）はモーター２１を除く拡大縦断面図、（ｂ）は（ａ）中の圧力気体供給源２００―圧力気体供給源２００線に沿ってみた断面図である。
【図５】同コンプレッサー２０を分解して示すもので、（ａ）はモーター２１を除く縦分解図、（ｂ）は（ａ）中の圧力気体補助供給装置１００―圧力気体補助供給装置１００線に沿ってみた断面図である。
【図６】本発明の圧力気体供給システムを示す配管図である。
【図７】特許文献１に示された技術を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した実施の形態に係る圧力気体補助供給装置１００について説明する。この実施形態に係る圧力気体補助供給装置１００は、図１〜図５に示したようなものであるが、この圧力気体補助供給装置１００の複数を使用した圧力気体供給システムから先に、図６を参照して説明することとする。なお、この実施形態中で説明している圧力気体の圧力単位はＭＰａ（メガパスカル）であるが、説明の冗長を避けるために、この単位を以下では単に「Ｍ」として表記する。
【００４０】
さて、図６には、主として圧力気体のエネルギーで作動する産業用ロボットのような圧力気体機器３００を複数設置して、これら各圧力気体機器３００に一つの圧力気体供給源２００から配管２１０を介して圧力気体が供給できるようにした工場内、つまり本発明に係る圧力気体供給システムの概略平面図が示してある。各圧力気体機器３００は、配管２１０を介して圧力気体供給源２００に対して並列的に接続されており、各圧力気体機器３００の直前には、本発明に係る圧力気体補助供給装置１００が直列的に配置される。
【００４１】
本実施形態では、各圧力気体機器３００にて使用される圧力気体の圧力は、０．８Ｍ〜０．９Ｍを想定しており、このような圧力気体を創出するために、圧力気体供給源２００でも０．８Ｍ〜０．９Ｍの圧力気体を創出できるようにしている。そして、このような圧力気体は配管２１０を介して各圧力気体機器３００に供給されるが、その際に、配管２１０による減圧ロスが発生し、本発明に係る圧力気体補助供給装置１００に至る頃には、０．２Ｍ〜０．４Ｍ程度まで圧力低下をきたしている。
【００４２】
そこで、この図６に示した圧力気体供給システムでは、本発明に係る圧力気体補助供給装置１００において、これを構成している増圧弁１０によって減圧ロスした圧力気体の圧力を０．８Ｍ〜０．９Ｍまで上げるとともに、この増圧弁１０が排出した排気の全量をコンプレッサー２０によって取り込んで昇圧してから、再び増圧弁１０側の吸気ポート１１に送るようにしているのである。勿論、増圧弁１０の吐出ポート１３からは、圧力気体補助供給装置１００を構成しているタンク装置３０を通して、０．８Ｍ〜０．９Ｍの圧力気体を対応する圧力気体機器３００に向けて送り込むようにしている。
【００４３】
さて、圧力気体補助供給装置１００は、図１及び図２に示したように、圧力気体供給源２００からの圧力気体を吸気ポート１１から受けて、シリンダ内のピストンを往復動させる際に、排気ポート１２から排気することにより、圧力気体供給源２００からの圧力気体を加圧する増圧弁１０と、この増圧弁１０の排気ポート１２からの排気の全てを吸気して、この吸気した排気を増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力に加圧してから、吸気ポート１１側に供給するコンプレッサー２０と、増圧弁１０で加圧された加圧気体を一旦貯めてから圧力気体機器３００に向けて供給し得るようにしたタンク装置３０とを備えたものである。
【００４４】
増圧弁１０は、図２に概略的に示したように、吸気ポート１１、排気ポート１２、及び吐出ポート１３を有している一般的なものであり、吸気ポート１１は、配管６１を介して電磁弁４１に接続され、この電磁弁４１には圧力気体供給源２００側からの配管２１０に接続してある。この増圧弁１０にて昇圧された圧力気体は吐出ポート１３から配管６２を介して、圧力気体補助供給装置１００を構成しているタンク装置３０側に逆止弁５１を介して接続してある。そして、増圧弁１０内にて圧力気体の増圧がなされる際には、増圧弁１０の排気ポート１２からの排気が配管６４を介して圧力気体補助供給装置１００を構成しているコンプレッサー２０側に送られる。なお、本実施例において、増圧弁１０の吸気ポート１１に送られてくる圧力気体の圧力は、０．４Ｍ〜０．６Ｍ程度であり、当該増圧弁１０にて増圧されてタンク装置３０側に送られるときは、圧力気体機器３００で必要な０．８Ｍ〜０．９Ｍとなっている。また、増圧弁１０の排気ポート１２から排出される排気の圧力は、０．２Ｍ〜０．４Ｍ程度となっている。
【００４５】
増圧弁１０の排気ポート１２から排出される、圧力０．２Ｍ〜０．４Ｍ程度の排気は、配管６４を通して図３〜図５に示したコンプレッサー２０側に送られる。本実施形態におけるコンプレッサー２０は、特許文献３で出願人が提案しているものであるが、このコンプレッサー２０としてはこれに限られるものではなく、圧力０．２Ｍ〜０．４Ｍ程度の増圧弁１０からの排気を、上記増圧弁１０の吸気ポート１１に供給される圧力０．４Ｍ〜０．６Ｍ程度の圧力に加圧できるのであれば何であってもよい。
【００４６】
本実施形態における図３〜図５に示したコンプレッサー２０は、種々の特殊送気ガスに対して、ダイヤフラム式ポンプと同等の優れた密封性を有しながらも、従来のコンプレッサーでは達成し得なかった高圧化が可能で、しかも耐久性にも優れたコンパクトなレシプロ式の２段圧縮式のものとすることを目的となされたもので、次のような構成を有したものである。
【００４７】
以上の増圧弁１０の排気ポート１２に配管６４を介して接続されているコンプレッサー２０は、本実施形態の場合、図３〜図５に示したように、コモンベース２２と、モーター２１と、カップリング２３と、コンプレッサー本体２４とから成り、コンプレッサー本体２４がモーター２１によりカップリング２３を介して駆動されるようになっている。
【００４８】
コンプレッサー本体２４は、コモンベース２２上に固定された内部が空洞のケーシング２５と、ケーシング２５内に内蔵された駆動部２６と、ケーシング２５上部に固定されたシリンダヘッド部２７とから成っている。
【００４９】
次に、コンプレッサー本体２４の各部の構成を図４〜図５に基づいて、詳細に説明すると、図４は、図５のコンプレッサー本体２４の部分断面図であり、このうち図４（ａ）は駆動部２６及びシリンダヘッド部２７の縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のコンプレッサー本体２４の圧力気体供給源２００−圧力気体供給源２００矢視の横断面図である。なお、図４（ｂ）では、ピストン２８以外の部分は図示を省略している。また、図３、図４とも、ピストン２８が下死点状態にある場合を示している。
【００５０】
図５（ａ）は、図４（ａ）の駆動部２６及びシリンダヘッド部２７の分解図、図５（ｂ）は、そのピストンピン案内ガイド２８部分の分解図である。図４（ａ）において、ケーシング２５は、コンプレッサー本体２４のベース的役割を成すもので、内部が空洞の強固な筐体となっている。そして、その側面は、吸気室に連通する、図示しない目的機器からのガス吸込口２５ａと、上記吸気室に開口する給気孔２５ｂとが設けられている。
【００５１】
また、ケーシング２５の上面の吸気室内には、後述する異径ピストン２８が上下運動をするごとに給気孔２５ｂを開弁及び閉弁する開閉弁２５ｃがビス５ｄで固定されている。この開閉弁２５ｃは、銅製の舌状片であり、他端部が給気孔２５ｂを覆う片持ち梁となっている。
【００５２】
駆動部２６は、後述するピストン２８にクランク運動を起こさせる部分であり、クランク軸の右端部には、カップリング２３からの駆動力を受けるキー溝１１が設けられ、ケーシング２５に装着されたボールベアリングにより回転可能に水平に支持されている。このクランク軸は、図４（ｂ）の横断面図に示すように、回転中心に対して変位中心までの変位距離だけ偏心している。
【００５３】
クランク軸の長手方向には、所定間隔を隔ててボールベアリング２２が装着され、また、このボールベアリング２２の外輪には、変位中心を中心として遥動する二枚のプレート状のコンロッドが嵌め込まれている。そして、二枚のコンロッドのさらに両側には、バランスウェイトが固定されている。このバランスウェイトの側面視形状は、図示は省略するが、コンロッドのピストンピン側に変位した変位質量及びクランク軸の偏心距離によって発生する回転中心からの変位質量を打ち消す形状に形成されている。
【００５４】
そして、二枚のコンロッドの上部には、ピストン２８から垂下したピストンシャフト２９とピン結合するためのピストンピンが、円筒形の軸受けメタルを介して回動可能に水平に挿入されている。ピストンピンの軸受け構造は、本実施形態では軸受けメタルを用いているが、高吐出圧タイプのコンプレッサーにはニードルベアリング（不図示）をピストンピンとコンロッドとの間に装着してもよい。
【００５５】
ピストンピンの軸方向の中央部には、ピストンピンを上下動可能に案内するためのピストンピン保持ブロックがピストンシャフト２９の下端にボルトで固定されている。すなわち、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、ピストンピン保持ブロックは、その縦断面が横長形状をしたブロックであり、中央部にはピストンピン保持ブロック固定用のボルト貫通孔と、このボルト貫通孔の両側にピストンピン案内棒を上下方向に摺動案内させるための２本のガイド孔とが垂直に設けられている。
【００５６】
従ってピストンピン保持ブロックの下方から差し入れたピストンピン保持ブロック固定用ボルトがピストンシャフト２９の下部に設けられた雌ネジ９ａに捻じ込まれることにより、ピストンシャフト２９の下端にピストンピン保持ブロックが一体に固定できる。また、図４（ａ）に示すように、ピストンピン保持ブロックの両側面からは、ピストンピンが水平方向に片持ち状に突出して形成され、軸受けメタルを介してコンロッドとピン結合されている。
【００５７】
図４（ｂ）及び図５（ｂ）が示すように、ピストンシャフト案内棒は、ケーシング２５の裏面に中心線を跨いで支持間隔で穿設した２つの凹部２３内に挿入される所定長さのパイプと、このパイプ内に下方から挿通され、その先端部をケーシング２５の凹部先端に螺設した雌螺子ｃにねじ込んでパイプを固定するためのパイプ固定用ボルトｂとで構成されている。なお、ピストンシャフト案内棒は、パイプを省略した単なる案内ボルト（不図示）であってもよい。
【００５８】
また、ピストンシャフト２９のケーシング２５貫通部は、コンロッド側に位置するオイルシール２０と、ピストン２８側に位置するガスシール２１とで軸シールされている。従って、以上に説明した駆動部２６によれば、クランク軸がモーター２１により駆動されてクランク運動をすると、コンロッドが図の上下方向に遥動運動をする。これにより２本のピストンピンが上下運動をし、同時にピストンピン保持ブロックも上下方向に往復駆動する。
【００５９】
この場合、ピストンピン保持ブロックは、ピストンピン案内棒を案内ガイドとして、図の上下方向に摺動運動し、変位距離の２倍のストロークで上下動する。ピストンピン保持ブロックが上下動すると、ピストンシャフト２９がピストン２８の下部にピストン２８と一体に固定されているので、同時にピストン２８もストローク範囲内で上下動することになる。
【００６０】
この際、前述したケーシング２５を密閉式のクランクケースとしておくと、その内部に給油溜め（不図示）を設けることができ、駆動部２６の全体を跳ねかけ給油方式の潤滑構造にすることができる。
【００６１】
次に、図４を参照して、シリンダヘッド部２７の構成について詳細に説明する。図５にも示したように、本発明のコンプレッサーに用いられているシリンダヘッド部２７は、異径ピストン２８と、大径部２８ａを外周面から包囲する大径シリンダと、小径部２８ｂを同様に外周面から包囲する小径シリンダと、小径部２８ｂの上面に固定されている弁体と、最上部のシリンダヘッドとから成る。
【００６２】
このうち、異径ピストン２８は、図４に示したように、外径が大きく形成されている大径部２８ａと、大径部２８ａよりも外径が小さく形成されている最上部の小径部２８ｂと、両者を接続し、小径部２８ｂよりも外径が小さく形成されている冷却接続部とから成り、大径部２８ａと大径部２８ａの外周面には、それぞれピストンシール溝が形成されている。すなわち、これら部位の外径関係により、異径ピストン２８は、異径の二段ピストンとなっている。
【００６３】
また、大径部２８ａと小径部２８ｂの外周には、ピストンリングの装着溝がそれぞれ複数条形成されており、内部の中心線上には、前述したピストンシャフト固定用ボルト２９（図４（ｂ）参照）の貫通孔と、その上部にそのボルト頭部の収容穴と、下部にピストンシャフト２９の上部挿入穴とが穿設されている。
【００６４】
また、貫通孔から偏心した位置には、異径ピストン２８が下降することで、大径部２８ａ下方に形成される吸気室（図５（ｃ）参照）に形成されるガスに第一段圧縮を加え、その圧縮ガスを小径部２８ｂ上方に形成される圧縮室まで供給するための第一段圧縮ガスの供給孔とが穿設されている。
【００６５】
また、異径ピストン２８の小径部２８ｂ上面には、異径ピストン２８が上下運動をするごとに第一段圧縮ガスの供給孔を開弁及び閉弁する、前述の開閉弁と同様構成の開閉弁（図５（ａ）参照）が不図示のビスで固定されている。
【００６６】
小径シリンダの上部外周面には、冷却フィンが複数条形成され、下部には、冷却室のガスを外部に導くリサイクルガス吐出口が設けられている。
【００６７】
シリンダヘッド２７は、弁体を介して小径シリンダの開口部を閉塞する部材であり、内部には圧縮ガス溜め室と、圧縮ガスの吐出口とが設けられている。図４（ａ）に示すように、以上の各部材がケーシング２５上に積み上げられ、シリンダヘッド２７、弁体ケーシング２５上に、小径シリンダ及び大径シリンダを貫通する固定ボルトで固定されている。
【００６８】
以上の構成により、異径ピストン２８と、大径シリンダ及び小径シリンダとの間には、前述した吸気室と圧縮室の他、異径ピストン２８の大径部２８ａから小径部２８ｂに至る外周面と、大径シリンダ及び小径シリンダの内周面とで画成される冷却室も形成される。
【００６９】
以上のように構成したコンプレッサー２０は、これに配管６４を介して供給されてきた排気を、増圧弁１０の吸気ポート１１に供給されている圧力、つまり０．４Ｍ〜０．６Ｍに加圧して、その排気ポート（不図示）から配管６５及び配管６６を通して増圧弁１０の吸気ポート１１側に給送するのである。
【００７０】
このコンプレッサー２０の排気ポートと増圧弁１０の吸気ポート１１とを接続している配管６５及び配管６６の間には逆止弁５２が設けてあって、もし、圧力気体供給源２００からの増圧弁１０への圧力気体の圧力が高い場合には、その圧力気体がコンプレッサー２０側に入らないようにしてある。また、配管６５には逆止弁５２と並列的な電磁弁４２と、その後流側となる配管６７にマフラー２２が設けてある。これらのマフラー２２及び電磁弁４２は、もしコンプレッサー２０の排気側の配管６５内の圧力が０．４Ｍ〜０．５Ｍより高い場合に、これを排気して、コンプレッサー２０が定格範囲で作動できるようにするためのものである。
【００７１】
一方で、増圧弁１０にて作られた圧力気体は、上述したように、圧力気体機器３００が必要とする０．８Ｍ〜０．９Ｍまで加圧された状態で、図２中の配管６２を介してタンク装置３０に給送されるが、このタンク装置３０と圧力気体機器３００との間にはバルブ３１が介装してあって、このバルブ３１の開閉によって圧力気体機器３００への圧力気体の供給が制御される。また、タンク装置３０には、圧力気体機器３００に圧力気体が供給されるまでの間、あるいは増圧弁１０から圧力気体が送られる間、圧力気体の貯留がなされるから、増圧弁１０からの圧力気体の脈動を消去した状態で、圧力気体機器３００への圧力気体の給送がなされるのである。
【００７２】
なお、本実施形態のタンク装置３０では、図２に示したバルブ３１を解放することにより圧力気体機器３００への圧力気体供給がなされるが、当該タンク装置３０内の圧力が所定以下になると圧力スイッチ３２が作動し、この圧力スイッチ３２からの信号によって増圧弁１０及びコンプレッサー２０の作動がなされるようになっているものである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように構成した圧力気体補助供給装置１００は、例えば圧力気体機器３００が「リーク検査機」である場合も適用できる可能性がある。リーク検査では、窒素ガスやヘリウムガス等の検出し易い気体が使用されるが、これらのガスを有効的に使用するために、窒素ガスやヘリウムガス等の検出し易い気体の圧力気体機器３００からの排気を上述したコンプレッサー２０に送り込むようにするとともに、ボンベ等の圧力気体供給源２００からの気体を増圧弁１０にて増圧するようにしておくのである。これらの気体圧力がリーク検査機で必要な圧力以下になった場合や、ボンベ内の気体が少なくなってきた場合に、上記増圧弁１０やコンプレッサー２０を作動させれば、窒素ガスやヘリウムガス等のリーク検出ガスの使用量を少なくすることができるからである。
【符号の説明】
【００７４】
１００    圧力気体補助供給装置
１０    増圧弁
１１    吸気ポート
１２    排気ポート
１３    吐出ポート
２０    コンプレッサー
２１    モーター
２２    マフラー
３０    タンク装置
３１    バルブ
３２    圧力スイッチ
４１・４２  電磁弁
５１・５２  逆止弁
６１〜６７  配管
２００    圧力気体供給源
３００    圧力気体機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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