JP5111358B2 - 保圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えばスクロール式流体圧縮機等に用いて好適な保圧弁に関する。

一般に、空気等の流体を圧縮する圧縮機械としては、固定スクロールに対して旋回スクロールを相対的に旋回動作させることにより、外周側の吸込口から吸込んだ空気を各圧縮室で圧縮し、中央の吐出口から吐出するスクロール式空気圧縮機が知られている。そして、スクロール式空気圧縮機は、その吐出口が外部の貯留タンクに接続され、圧縮した空気を貯留タンクに貯えるようになっている。

また、スクロール式空気圧縮機には、回転軸を起動したときのショックが旋回スクロールに作用するのを防止するために、回転軸と旋回スクロールとの間に捩じりコイルばねを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２７９８６４号公報

一般的に、スクロール式空気圧縮機は、各圧縮室内が規定の圧力になった定常運転状態で旋回スクロールの挙動が安定するように設計されている。これに対し、特許文献１は、回転軸と旋回スクロールとの間に設けた捩じりコイルばねによって旋回スクロールの起動ショックを緩和しているだけである。このために、起動から定常運転状態になるまでの間は、通常の空気圧縮機と同様に、旋回スクロールの挙動が不安定になってしまうという問題がある。

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、流体圧縮機を起動したときに圧縮流体の圧力を速やかに定常運転状態とすることにより、動作部分の挙動を安定させるようにした保圧弁を提供することにある。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明による保圧弁は、圧縮流体供給側に開口した凹部を有する第１の弁体と、該第１の弁体の凹部に進退可能に挿嵌された第２の弁体とからなり、前記第２の弁体は、圧縮流体供給側から圧縮流体の供給が開始されたら直ちに前記凹部内で変位して開弁し、前記第１の弁体は、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときに前記第２の弁体を伴って開弁し、前記第２の弁体は、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときに直ちに閉弁する構成としている。
請求項２の発明による保圧弁は、前記連通路に設けられ、圧縮流体の通路となる連通孔が形成された弁ポートを有し、該弁ポートを挟んで圧縮流体供給側に位置して前記連通孔を開閉する第１の弁体と、圧縮流体排出側に位置して前記連通孔を開閉する第２の弁体とからなり、前記第１の弁体は、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときに開弁すると共に、第２の弁体は第１の弁体の開弁に伴って直ちに開弁し、前記第２の弁体は、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときに直ちに閉弁する構成としている。

本発明によれば、起動時に圧力が逃げるのを防止する機能と、圧縮流体の逆流を防止する機能との２つの機能を１つの保圧弁に持たせることができ、組立作業性の向上、コストの低減等を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態による保圧弁を流体圧縮機としてのスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図７は本発明による第１の実施の形態を示している。この第１の実施の形態では、固定スクロールの一部を弁ケースとして保圧弁を一体的に設ける構成としている。

図１において、１は第１の実施の形態によるスクロール式流体圧縮機としてのスクロール式空気圧縮機を示している。このスクロール式空気圧縮機１は、空気を吸込んで圧縮し、この圧縮空気を後述の貯留タンク１８に供給するものである。そして、スクロール式空気圧縮機１は、図２に示す如く、後述のケーシング２、固定スクロール３、旋回スクロール５、電動モータ７、回転軸８、偏心ブッシュ１１、自転防止機構１４等により構成されている。

２はスクロール式空気圧縮機１の外殻を構成するケーシングで、該ケーシング２は、軸方向の一側に電動モータ７が取付けられ、軸方向の他側が開口した有底筒状体として形成されている。そして、ケーシング２は、軸方向の他側（固定スクロール３側）が開口した筒部２Ａと、該筒部２Ａの軸方向一側に一体形成され径方向内向きに延びた環状の底部２Ｂと、該底部２Ｂの内周側から軸方向の他側に向けて突出した筒状の軸受取付部２Ｃとから大略構成されている。

また、ケーシング２の筒部２Ａ内には、後述の旋回スクロール５、偏心ブッシュ１１、自転防止機構１４等が収容されている。また、ケーシング２の底部２Ｂ側には、旋回スクロール５に付加されるスラスト荷重を自転防止機構１４を介して受承する複数の台座部２Ｄ（図２中に１個のみ図示）が設けられ、これらの台座部２Ｄは、ケーシング２の周方向に所定の間隔をもって配設されている。

３はケーシング２（筒部２Ａ）の開口端側に固定して設けられた固定スクロールである。この固定スクロール３は、円板状に形成された鏡板と呼ばれる板体３Ａと、該板体３Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部３Ｂと、該ラップ部３Ｂを径方向外側から取囲むように板体３Ａの外周側に設けられ、複数本のボルト４（１本のみ図示）によりケーシング２（筒部２Ａ）の開口端側に締結された筒状の支持部３Ｃとにより大略構成されている。

また、固定スクロール３には、板体３Ａの裏面側中央に位置して後述する保圧弁２１の外形をなす弁ケース３Ｄが設けられている。この弁ケース３Ｄは、内部が後述の収容凹部２２となる有底筒状に形成され、例えば後述の供給口１６と同軸に配置されている。

５は固定スクロール３と軸方向で対向してケーシング２内に旋回可能に設けられた旋回スクロールを示している。この旋回スクロール５は、鏡板と呼ばれる円板状の板体５Ａと、該板体５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部５Ｂと、板体５Ａの背面（ラップ部５Ｂと反対側の面）側に突設され、後述の偏心ブッシュ１１に旋回軸受１３を介して取付けられる筒状のボス部５Ｃとにより大略構成されている。

また、旋回スクロール５の背面部の外径側には、後述する自転防止機構１４のスラスト受け１４Ｂが嵌合して取付けられる複数の取付部５Ｄ（図２中に１個のみ図示）が、旋回スクロール５の周方向に間隔をもって設けられ、これらの取付部５Ｄは、ケーシング２の各台座部２Ｄと対応する位置に配置されている。

一方、旋回スクロール５のボス部５Ｃは、その中心が固定スクロール３の中心に対して予め決められた所定の寸法（旋回半径）分だけ径方向に偏心して配置されている。この状態で、旋回スクロール５のラップ部５Ｂは、固定スクロール３のラップ部３Ｂと重なり合うように配置され、これらのラップ部３Ｂ，５Ｂの間には、圧縮室６，６，…が複数形成されている。

そして、旋回スクロール５は、後述の電動モータ７により回転軸８、偏心ブッシュ１１を介して駆動され、自転防止機構１４によって自転が規制された状態で固定スクロール３に対し旋回動作を行う。これにより、複数形成された圧縮室６のうち外径側の圧縮室６は、後述の吸込口１５から空気を吸込み、この空気を各圧縮室６内で連続的に圧縮する。そして、中央側の圧縮室６は、後述の供給口１６から圧縮空気を外部に向けて吐出するものである。

ここで、旋回スクロール５は、固定スクロール３と相対的に旋回動作するもので、固定スクロール３と自転防止機構１４の転動部分により狭持される構成となっている。よって、固定スクロール３と旋回スクロール５との摺接部分には例えば小さな隙間（クリアランス）を設けている。この場合、スクロール式空気圧縮機１は、圧縮運転を開始して各スクロール３，５間に形成される各圧縮室６内の圧力が規定の圧力になり、この規定の圧力で旋回スクロール５を一側に押圧したときに、旋回スクロール５と自転防止機構１４の転動部分の隙間が０になり、前述した固定スクロール３と旋回スクロール５との隙間が最大となって旋回スクロール５の挙動が安定するように設計されている。そして、旋回スクロール５の挙動が安定した運転状態が、空気圧縮機１の定常運転状態となる。

７は旋回スクロール５を旋回駆動する駆動源としての電動モータで、該電動モータ７は、その軸方向に伸長した駆動軸７Ａを回転駆動する。ここで、電動モータ７の駆動軸７Ａは、その先端側（軸方向の他側）がケーシング２の底部２Ｂ側に向けて突出し、後述の回転軸８に一体的に連結されている。

８はケーシング２の軸受取付部２Ｃ内に軸受９等を介して回転可能に設けられた回転軸で、該回転軸８は、基端側（軸方向の一側）が電動モータ７の駆動軸７Ａに連結され、電動モータ７によって回転駆動されるものである。また、回転軸８の先端側（軸方向の他側）には、旋回スクロール５のボス部５Ｃが後述の偏心ブッシュ１１と旋回軸受１３とを介して旋回可能に連結されている。

また、回転軸８の基端側には、径方向外向きに延びるサブウェイト１０が一体形成され、このサブウェイト１０は、後述のバランスウェイト１２と旋回スクロール５とが回転するときにそれぞれ生じる遠心力が回転軸８等を傾ける方向の外力（モーメント力）となって作用するのを打消す機能を有している。

１１は回転軸８の先端側に設けられた段付筒状の偏心ブッシュで、該偏心ブッシュ１１は、旋回スクロール５のボス部５Ｃ側を回転軸８に後述の旋回軸受１３を介して偏心状態で連結している。そして、偏心ブッシュ１１は、回転軸８と一体に回転し、その回転を旋回スクロール５の旋回動作に変換するものである。また、偏心ブッシュ１１の外周側には、旋回スクロール５の旋回動作を安定させるためにバランスウェイト１２が一体に形成されている。

１３は旋回スクロール５のボス部５Ｃと偏心ブッシュ１１との間に配設された旋回軸受を示し、該旋回軸受１３は、旋回スクロール５のボス部５Ｃを偏心ブッシュ１１に対して旋回可能に支持し、旋回スクロール５が回転軸８の軸線に対し所定の旋回半径をもって旋回動作するのを補償するものである。

１４はケーシング２の底部２Ｂと旋回スクロール５の背面側との間に設けられた複数の自転防止機構で、該各自転防止機構１４は、所謂ボールカップリング機構により構成されている。そして、自転防止機構１４は、後述のスラスト受け１４Ａ，１４Ｂとボール１４Ｃ等とを介して旋回スクロール５の自転を防止し、かつスラスト荷重を受承するものである。そして、これらの自転防止機構１４は、ケーシング２の各台座部２Ｄと旋回スクロール５の各取付部５Ｄとの間にそれぞれ配設されている。

即ち、ボールカップリングからなる自転防止機構１４は、ケーシング２の台座部２Ｄ側に固定して設けられた第１のスラスト受け１４Ａと、該第１のスラスト受け１４Ａと軸方向で対向して旋回スクロール５の取付部５Ｄ側に設けられた第２のスラスト受け１４Ｂと、第１，第２のスラスト受け１４Ａ，１４Ｂ間に転動可能に設けられた球状のボール１４Ｃとを含んで構成されている。

また、自転防止機構１４のボール１４Ｃは、例えば鋼球等の高い剛性をもった材料により球体として形成され、旋回スクロール５の板体５Ａ等に付加されるスラスト荷重を、スラスト受け１４Ａ，１４Ｂと共にケーシング２の台座部２Ｄ側で受承するものである。

１５は固定スクロール３の外周側に設けられた吸込口である。また、吸込口１５は、例えば吸気フィルタ（図示せず）等を介して外部から空気を吸込むもので、この吸込んだ空気は、各圧縮室６内で旋回スクロール５の旋回動作に伴って連続的に圧縮される。

１６は固定スクロール３の中心側に設けられた供給口で、該供給口１６は、保圧弁２１への圧縮流体供給側開口部を構成している。また、供給口１６は、複数の圧縮室６のうち最内径側の圧縮室６からの圧縮空気を、後述の保圧弁２１を介して貯留タンク１８側に向けて吐出するもので、スクロール式空気圧縮機１から見れば吐出口でもある。

また、１７は固定スクロール３を半径方向に延びて設けられた圧縮空気排出側開口部となる排出口である。この排出口１７は、固定スクロール３の中心側に位置する上流側が収容凹部２２の底部２２Ａ寄りに接続されている。一方、排出口１７は、径方向の外側に位置する下流側が後述の貯留タンク１８に接続されている。これにより、排出口１７からは、保圧弁２１が開弁状態のときに、空気圧縮機１から吐出された圧縮空気が後述の貯留タンク１８に向けて吐出される。

１８は圧縮流体としての圧縮空気を貯留する外部の貯留タンク（図１参照）で、該貯留タンク１８は、後述する保圧弁２１の排出口１７に導管１９等を介して接続されている。そして、貯留タンク１８は、スクロール式空気圧縮機１の圧縮室６から供給口１６、保圧弁２１を介して吐出される圧縮空気を一時的に貯留し、これを空圧機器（図示せず）等に動力源として供給するものである。

次に、スクロール式空気圧縮機１と貯留タンク１８との間に設けられた第１の実施の形態による保圧弁２１について説明する。この保圧弁２１は、圧縮運転を開始した直後（起動直後）に圧縮した空気が外部の貯留タンク１８に逃げるのを防止する機能と、運転停止時に貯留タンク１８、導管１９内の圧縮空気が圧縮室６側に逆流するのを阻止する機能とを有している。また、本実施の形態の保圧弁２１は、固定スクロール３に一体的に設けられている。

即ち、２１は第１の実施の形態による保圧弁で、該保圧弁２１は、固定スクロール３の弁ケース３Ｄに配設されている。そして、保圧弁２１は、図３に示す如く、後述の収容凹部２２、連通路２３、第１の弁体２５、第１のばね部材２７、第２の弁体２８、第２のばね部材２９等により構成されている。

２２は固定スクロール３の弁ケース３Ｄ内に設けられた保圧弁２１の収容凹部である。この収容凹部２２は、軸方向の他側に向けて開口した有底穴として形成されている。また、収容凹部２２には、底部２２Ａの中央に供給口１６が連通し、内周面２２Ｂの底部２２Ａ寄りに排出口１７が連通している。さらに、底部２２Ａには、外周側を縮径して第１の弁座２２Ｃが形成され、供給口１６の周囲に位置して第２の弁座２２Ｄが形成されている。

２３は供給口１６と排出口１７との間を連通する連通路（図３ないし図６参照）である。この連通路２３は、後述する第１の弁体２５によって画成された底部２２Ａから収容凹部２２を介して排出口１７に至る空間として形成され、第１の弁体２５が開弁したときに供給口１６から流入する空気を排出口１７側に流通させるものである。

２４は収容凹部２２の開口側を閉塞するように取付けられた蓋状のばね受けで、該ばね受け２４は、第１のばね部材２７の付勢力を受承するものである。また、ばね受け２４の中央には、後述のばね室２６を大気に開放する大気通路２４Ａが形成されている。

２５は収容凹部２２内に設けられた第１の弁体である。この第１の弁体２５は、底部２２Ａとばね受け２４との間に軸方向に変位可能に挿嵌されている。また、第１の弁体２５は、底部２２Ａと対面する底面部２５Ａと、該底面部２５Ａの外周から内周面２２Ｂに沿って延びた筒部２５Ｂとにより有底筒状に形成されている。また、底面部２５Ａの中心位置には、第２の弁体２８の軸部２８Ａと第２のばね部材２９とを取付けるための弁体取付凹部２５Ｃが形成され、外周側には、収容凹部２２の第１の弁座２２Ｃに離着座する環状の弁部２５Ｄが形成されている。さらに、筒部２５Ｂの外周側には、内周面２２Ｂとの間を気密に保持するためのシール部材２５Ｅが装着されている。また、第１の弁体２５とばね受け２４との間には、大気に開放されたばね室２６が形成され、該ばね室２６には後述する第１のばね部材２７が配設されている。

そして、第１の弁体２５は、常時は、底面部２５Ａの外周側に設けた弁部２５Ｄを収容凹部２２の第１の弁座２２Ｃに着座させて閉弁し、連通路２３を遮断している。一方、連通路２３の圧力が設定した圧力よりも高くなったとき、即ち、連通路２３の圧力とばね室２６の圧力（大気圧）との差圧による押圧力が後述する第１のばね部材２７の付勢力よりも大きくなったときに開弁し、連通路２３で圧縮空気を流通させる。このように、第１の弁体２５は、起動時に圧縮室６の圧力が設定圧力に達するまで逃げないように保持する保圧機能を有している。

２７はばね室２６内に位置して第１の弁体２５とばね受け２４との間に設けられた第１のばね部材である。このばね部材２７は、第１の弁体２５を閉弁方向に付勢するものである。

ここで、第１のばね部材２７の付勢力は、スクロール式空気圧縮機１の供給口１６から連通路２３に流入する圧縮空気の圧力が設定圧力に達するまでは第１の弁体２５を収容凹部２２の第１の弁座２２Ｃに着座させ、設定圧力を超えたときには第１の弁体２５を第１の弁座２２Ｃから離座させるように設定されている。また、このときの設定圧力とは、圧縮室６の圧力によって旋回スクロール５が押圧され、該旋回スクロール５が安定状態で旋回動作できる圧力となっている。

２８は第１の弁体２５の弁体取付凹部２５Ｃに取付けられた第２の弁体である。この第２の弁体２８は、弁体取付凹部２５Ｃに進退可能に挿嵌された軸部２８Ａと、該軸部２８Ａの先端部に設けられた円板状の弁部２８Ｂとにより構成されている。

そして、第２の弁体２８は、常時は、後述する第２のばね部材２９の付勢力で弁部２８Ｂを収容凹部２２の第２の弁座２２Ｄに着座させて閉弁し、供給口１６と連通路２３との間を遮断している。一方、供給口１６から圧縮空気が吐出されたときには、直ちに開弁して供給口１６から連通路２３に圧縮空気を流通させる。さらに、供給口１６からの圧縮空気の供給が停止したときには、第２のばね部材２９の付勢力で直ちに弁部２８Ｂを第２の弁座２２Ｄに着座させて閉弁し、貯留タンク１８、導管１９内の圧縮空気が圧縮室６側に逆流するのを阻止する。このように、第２の弁体２８は、圧縮空気の逆流防止機能を有している。

２９は第１の弁体２５の弁体取付凹部２５Ｃ内に収容された第２のばね部材である。このばね部材２９は、第２の弁体２８を閉弁方向に付勢するもので、弁体取付凹部２５Ｃと第２の弁体２８の弁部２８Ｂとの間に設けられている。また、第２のばね部材２９の付勢力は、圧縮室６からの吐出圧力が弱い場合でも第２の弁体２８が容易に開弁する値、例えば第１のばね部材２７よりも弱いばね力に設定されている。

第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機１は、上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機１の動作について説明する。

まず、スクロール式空気圧縮機１は、電動モータ７によって回転軸８と偏心ブッシュ１１を軸線を中心として回転駆動すると、旋回スクロール５は、自転防止機構１４により自転を規制された状態で、所定の旋回半径をもって旋回動作を行う。

これにより、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール５のラップ部５Ｂとの間に画成された各圧縮室６は、外径側から内径側に向けて連続的に縮小される。そして、これらの圧縮室６のうち外径側の圧縮室６は、吸込口１５から流体としての空気を吸込み、この空気を各圧縮室６内で連続的に圧縮しつつ、内径側の圧縮室６から供給口１６を介して保圧弁２１に向け圧縮空気を供給する。

次に、第１の実施の形態による保圧弁２１の働きと旋回スクロール５の旋回動作との関係について述べる。

まず、電動モータ７によって旋回スクロール５を起動（旋回動作を開始）したときには、各圧縮室６はほぼ大気圧となっているため、該各圧縮室６の圧力によって旋回スクロール５を押圧することができない。このため、起動してから圧縮室６の圧力が高くなるまで旋回スクロール５の挙動が不安定になることがある。

このときに、保圧弁２１は、図４に示す如く、圧縮空気の供給と共に第２の弁体２８が開弁するが、第１の弁体２５の弁部２５Ｄが収容凹部２２の第１の弁座２２Ｃに着座して閉弁した状態を維持し、連通路２３を遮断している。従って、各圧縮室６で圧縮された空気は外部に排出されないため、各圧縮室６内の圧力は設定した圧力まで速やかに昇圧させることができる。これにより、スクロール式空気圧縮機１を起動してから短時間で旋回スクロール５の挙動を安定させることができる。

また、圧縮室６（連通路２３）の圧力が設定した値を超えると、図５に示すように、第１のばね部材２７に抗して第１の弁体２５が第２の弁体２８を伴って開弁し、排出口１７、導管１９を介して貯留タンク１８に向け圧縮空気を排出させる。このときには、第１の弁体２５は、全開とならず小さく開くだけであるから、圧縮室６の圧力低下を防止することができる。

次に、圧縮室６の圧力が設定値を超えて定常運転状態まで達すると、第１の弁体２５は、図６に示すように、ばね受け２４に当接して全開となるから、連通路２３を通じて大量の圧縮空気を貯留タンク１８に供給することができる。

一方、スクロール式空気圧縮機１の運転を停止させると、貯留タンク１８や導管１９内の圧縮空気が圧縮室６に逆流して旋回スクロール５を逆回転させる虞がある。しかし、保圧弁２１は、図７に示す如く、圧縮空気が連通路２３を排出側から供給側に逆流するときに、連通路２３の圧力に関係なく、第２のばね部材２９の付勢力によって第２の弁体２８を直ちに閉弁するから、連通路２３（供給口１６）を遮断することができ、圧縮空気の逆流を防止することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、保圧弁２１は、供給口１６と排出口１７とを連通する連通路２３と、該連通路２３に供給される圧縮空気の圧力が設定圧力に達するまでは連通路２３を遮断し、設定圧力を超えたときに連通路２３を開放する第１の弁体２５と、空気圧縮機１からの圧縮空気の供給が停止したときに連通路２３を遮断して排出側から供給側に圧縮空気が逆流するのを阻止する第２の弁体２８とにより構成している。

これにより、スクロール式空気圧縮機１を起動したときには、圧縮室６内の圧力が上昇するまで該圧縮室６内に圧力を保持することにより、この起動から短時間で旋回スクロール５の旋回動作を安定させることができ、がたつきによる摩耗や損傷を防止することができる。また、スクロール式空気圧縮機１を停止させたときには、逆流しようとする圧縮空気を直ちに遮断して旋回スクロール５の逆回転を防止することができる。そして、これら圧力の保持機能と圧縮空気の逆流防止機能とを１つの保圧弁２１によって得ることができる。

この結果、スクロール式空気圧縮機１には、保圧弁２１を１つだけ取付ければよいから、既存の圧縮機にも容易に対応することができ、組立作業性の向上、コストの低減等を図ることができる。

また、保圧弁２１は、圧縮室６の圧力が設定圧力を超えた定常運転状態では、連通路２３を全開にすることができるから、該連通路２３を通じて大量の圧縮空気を貯留タンク１８に供給することができ、貯留タンク１８に圧縮空気を効率よく貯えることができる。

次に、図８ないし図１１は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、保圧弁を、圧縮流体の通路となる連通孔が形成された弁ポートを有し、この弁ポートを挟んで圧縮流体供給側に位置して連通孔を開閉する第１の弁体を設け、圧縮流体排出側に位置して連通孔を開閉する第２の弁体を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１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。

図８において、３１は第１の実施の形態による保圧弁２１に代えて用いられた第２の実施の形態による保圧弁を示している。この保圧弁３１は、固定スクロール３′の弁ケース３Ｄ′に一体的に取付けられている。そして、保圧弁３１は、図９に示す如く、後述の収容凹部３２、連通路３３、弁ポート３５、第１の弁体３６、第１のばね部材３８、第２の弁体３９、第２のばね部材４０等により構成されている。

３２は固定スクロール３′の弁ケース３Ｄ′に設けられた収容凹部で、該収容凹部３２は、軸方向の他側に向けて開口した有底穴として形成されている。この収容凹部３２には、底部３２Ａ側の内周面３２Ｂに供給口１６′が連通し、開口側の内周面３２Ｂに排出口１７′が連通している。また、底部３２Ａには、第２の弁体３９を変位可能に取付ける取付筒部３２Ｃが軸方向に突設され、内周面３２Ｂの軸方向の中間位置には、弁ポート３５を取付けるための取付段部３２Ｄが縮径して形成されている。なお、第２の弁体３９は、取付筒部３２Ｃに隙間を形成して変移可能に取付けられているため、取付筒部３２の内部と外部とは同じ圧力となっている。

３３は供給口１６′と排出口１７′との間を連通する連通路で、該連通路３３は、収容凹部３２の軸方向の中間部から底部３２Ａに亘って設けられている。この連通路３３は、第１の弁体３６と第２の弁体３９とが開弁したときに、後述する弁ポート３５の連通孔３５Ａを通して供給口１６′から排出口１７′に圧縮空気を流通させるものである。

３４は収容凹部３２の開口側を閉塞するように取付けられた蓋状のばね受けで、該ばね受け３４は、第１のばね部材３８の付勢力を受承するものである。また、ばね受け３４の中央には、後述のばね室３７を大気に開放する大気通路３４Ａが形成されている。

３５は収容凹部３２内の取付段部３２Ｄに取付けられた円板状の弁ポートで、該弁ポート３５の中心位置には、連通路３３の一部をなし圧縮空気の通路となる連通孔３５Ａが形成されている。また、弁ポート３５には、前記連通孔３５Ａの他側に位置して第１の弁座３５Ｂが形成され、該第１の弁座３５Ｂは第１の弁体３６の弁部３６Ｂが離着座するものである。一方、連通孔３５Ａの反対側には、第２の弁体３９が離着座する第２の弁座３５Ｃが形成されている。

３６は収容凹部３２内に設けられた第１の弁体で、該第１の弁体３６は、弁ポート３５とばね受け３４との間に軸方向に変位可能に挿嵌されている。また、第１の弁体３６は、円柱状のピストン部３６Ａと、該ピストン部３６Ａから軸方向に突出し弁ポート３５の第１の弁座３５Ｂに離着座する弁部３６Ｂとからなり、前記ピストン部３６Ａの外周側には、内周面３２Ｂとの間を気密に保持するためのシール部材３６Ｃが装着されている。また、第１の弁体３６のピストン部３６Ａは、ばね受け３４との間に連通路３３と隔絶されたばね室３７を形成し、該ばね室３７は、ばね受け３４の大気通路３４Ａを介して大気に開放されている。

そして、第１の弁体３６は、常時は、弁部３６Ｂを弁ポート３５の第１の弁座３５Ｂに着座させて閉弁し、連通路３３を遮断している。一方、連通路３３の圧力が設定した圧力よりも高くなったとき、即ち、連通路３３の圧力とばね室３７の圧力（大気圧）との差圧による押圧力が後述する第１のばね部材３８の付勢力よりも大きくなったときに開弁し、連通路３３で圧縮空気を流通させる。このように、第１の弁体３６は、起動時に圧縮室６の圧力が設定圧力に達するまで逃げないように保持する保圧機能を有している。

３８はばね室３７内に位置して第１の弁体３６とばね受け３４との間に設けられた第１のばね部材である。このばね部材３８は、第１の弁体３６を閉弁方向に付勢するものである。

ここで、第１のばね部材３８の付勢力は、スクロール式空気圧縮機１の供給口１６′から連通路３３に流入する圧縮空気の圧力が設定圧力に達するまでは第１の弁体３６を弁ポート３５の第１の弁座３５Ｂに着座させ、設定圧力を超えたときには第１の弁体３６を第１の弁座３５Ｂから離座させるように設定されている。また、このときの設定圧力とは、圧縮室６の圧力によって旋回スクロール５が押圧され、該旋回スクロール５が安定状態で旋回動作できる圧力となっている。

３９は弁ポート３５を挟んで第１の弁体３６に対向して配設された第２の弁体である。この第２の弁体３９は、常時は、後述する第２のばね部材４０の付勢力で弁ポート３５の第２の弁座３５Ｃに着座させて閉弁し、連通路３３を遮断している。一方、第１の弁体３６が開弁したときには、この開弁に伴ってほぼ同時に開弁して連通路３３で圧縮空気を流通させる。さらに、供給口１６′からの圧縮空気の供給が停止したときには、第２のばね部材４０の付勢力で弁ポート３５の第２の弁座３５Ｃに直ちに着座して閉弁し、貯留タンク１８、導管１９内の圧縮空気が圧縮室６側に逆流するのを阻止する。このように、第２の弁体３９は、圧縮空気の逆流防止機能を有している。

４０は収容凹部３２の取付筒部３２Ｃ内に収容された第２のばね部材で、該ばね部材４０は、第２の弁体３９を閉弁方向に付勢するものである。また、第２のばね部材４０の付勢力は、圧縮室６からの吐出圧力が弱い場合でも第２の弁体３９が容易に開弁する値、例えば第１のばね部材３８よりも弱いばね力に設定されている。

次に、第２の実施の形態による保圧弁３１の動作について、図９ないし図１１に従って述べる。

まず、スクロール式空気圧縮機１を起動したときには、図９に示すように、第１の弁体３６の弁部３６Ｂが弁ポート３５の第１の弁座３５Ｂに着座して閉弁し、連通路３３を遮断している。従って、各圧縮室６で圧縮された空気は外部に排出されないため、各圧縮室６内の圧力は設定した圧力まで速やかに高めることができる。これにより、スクロール式空気圧縮機１を起動してから短時間で旋回スクロール５の挙動を安定させることができる。

また、圧縮室６（連通路３３）の圧力が設定した値を超えると、図１０に示すように、第１のばね部材３８に抗して第１の弁体３６が開弁すると共に、この第１の弁体３６の開弁に伴ってほぼ同時に第２の弁体３９が開弁するから、連通路３３、排出口１７、導管１９を介して貯留タンク１８に圧縮空気を供給することができる。このときには、第１の弁体３６は、全開とならず小さく開くだけであるから、圧縮室６の圧力低下を防止することができる。

次に、圧縮室６の圧力が設定値を超えて定常運転状態まで達すると、第１の弁体３６は、図１１に示すように、ばね受け３４に当接して全開となるから、連通路３３を通じて大量の圧縮空気を貯留タンク１８に供給することができる。

一方、スクロール式空気圧縮機１の運転を停止させると、貯留タンク１８や導管１９内の圧縮空気が圧縮室６に逆流して旋回スクロール５を逆回転させる虞がある。しかし、保圧弁３１は、図９に示す如く、圧縮空気が連通路３３を排出側から供給側に逆流するときに、連通路３３の圧力に関係なく、第２のばね部材４０の付勢力によって第２の弁体３９を閉弁することができ、連通路３３を遮断して圧縮空気の逆流を防止することができる。

かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１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。

次に、図１２および図１３は本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、保圧弁を、流体圧縮機と独立して設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１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。

図１２において、４１は第１の実施の形態による保圧弁２１に代えて用いられた第３の実施の形態による保圧弁を示している。この保圧弁４１は、スクロール式空気圧縮機１と独立して該圧縮機１と貯留タンク１８との間に設けられている。そして、スクロール式空気圧縮機１と別個に設けられた第３の実施の形態による保圧弁４１は、図１３に示す如く、後述の弁ケース４２、連通路４３、第１の弁体４５、第１のばね部材４７、第２の弁体４８、第２のばね部材４９等により構成されている。そして、保圧弁４１は、スクロール式空気圧縮機１の吐出口５０と別個の導管５１を介して接続されている。

４２は保圧弁３１の外形をなす弁ケースで、該弁ケース４２は、底部４２Ａと筒部４２Ｂとにより有底筒状に形成され、底部４２Ａには圧縮流体供給側開口部となる供給口４２Ｃが設けられ、筒部４２Ｂには圧縮流体排出側開口部となる排出口４２Ｄが設けられている。また、底部４２Ａの内側端面は後述する第１の弁体４５が離着座する平坦な第１の弁座４２Ｅとなり、その内周端となる供給口４２Ｃの端部は、第２の弁体４８が離着座する第２の弁座４２Ｆとなっている。さらに、筒部４２Ｂの内周側には、第１の弁体４５との間を気密に保持するためのシール部材４２Ｇが装着されている。

４３は供給口４２Ｃと排出口４２Ｄとの間を連通する連通路（遮断した状態でのみ図示）である。この連通路４３は、第１の弁体４５と第２の弁体４８とが開弁したときに、供給口４２Ｃから排出口４２Ｄに圧縮空気を流通させるものである。

４４は弁ケース４２の開口側を閉塞するように取付けられた蓋状のばね受けで、該ばね受け４４は、第１のばね部材４７の付勢力を受承するものである。また、ばね受け４４の中央には、後述のばね室４６を大気に開放する大気通路４４Ａが形成されている。

４５は弁ケース４２の筒部４２Ｂ内に設けられた第１の弁体で、該第１の弁体４５は、底部４２Ａとばね受け４４との間に位置して軸方向に変位可能に挿嵌されている。また、第１の弁体４５は、筒部４２Ｂに摺接するピストン部４５Ａと、該ピストン部４５Ａの一端から縮径して軸方向に突出し第１の弁座４２Ｅに離着座する弁部４５Ｂと、該弁部４５Ｂからピストン部４５Ａに亘って形成された段付状の弁収容穴４５Ｃとからなり、前記ピストン部４５Ａの外周面は、弁ケース４２に設けたシール部材４２Ｇに気密に摺接する。また、第１の弁体４５のピストン部４５Ａは、ばね受け４４との間に連通路４３と隔絶されたばね室４６を形成し、該ばね室４６は、ばね受け４４の大気通路４４Ａを介して大気に開放されている。

そして、第１の弁体４５は、常時は、弁部４５Ｂを弁ケース４２の第１の弁座４２Ｅに着座させて閉弁し、連通路４３を遮断している。一方、連通路４３の圧力が設定した圧力よりも高くなったとき、即ち、連通路４３の圧力とばね室４６の圧力（大気圧）との差圧による押圧力が後述する第１のばね部材４７の付勢力よりも大きくなったときに開弁し、連通路４３で圧縮空気を流通させる。このように、第１の弁体４５は、起動時に圧縮室６の圧力が設定圧力に達するまで逃げないように保持する保圧機能を有している。

４７はばね室４６内に位置して第１の弁体４５とばね受け４４との間に設けられた第１のばね部材である。このばね部材４７は、第１の弁体４５を閉弁方向に付勢するものである。

ここで、第１のばね部材４７の付勢力は、スクロール式空気圧縮機１から吐出されて連通路４３に流入する圧縮空気の圧力が設定圧力に達するまでは第１の弁体４５を弁ケース４２の第１の弁座４２Ｅに着座させ、設定圧力を超えたときには第１の弁体４５を第１の弁座４２Ｅから離座させるように設定されている。また、このときの設定圧力とは、圧縮室６の圧力によって旋回スクロール５が押圧され、該旋回スクロール５が安定状態で旋回動作できる圧力となっている。

４８は第１の弁体４５の弁収容穴４５Ｃ内に設けられた第２の弁体で、該第２の弁体４８はボール弁体として構成されている。また、第２の弁体４８は、常時は、後述する第２のばね部材４９の付勢力で弁ケース４２の第２の弁座４２Ｆに着座させて閉弁し、連通路４３を遮断している。一方、供給口４２Ｃから圧縮空気が供給されたときには、開弁して供給口４２Ｃから連通路４３で圧縮空気を流通させる。さらに、供給口４２Ｃからの圧縮空気の供給が停止したときには、第２のばね部材４９の付勢力で弁ケース４２の第２の弁座４２Ｆに直ちに着座して閉弁し、貯留タンク１８、導管１９内の圧縮空気が導管５０を介して圧縮室６側に逆流するのを防止する。このように、第２の弁体４８は、圧縮空気の逆流防止機能を有している。

４９は収容凹部３２の取付筒部３２Ｃ内に収容された第２のばね部材で、該ばね部材４９は、第２の弁体４８を閉弁方向に付勢するものである。また、第２のばね部材４９の付勢力は、圧縮室６からの吐出圧力が弱い場合でも第２の弁体４８が容易に開弁する値、例えば第１のばね部材４７よりも弱いばね力に設定されている。

なお、第３の実施の形態による保圧弁４１の各弁体４５，４８等の動作は、前述した第１の実施の形態とほぼ同様であるので、その説明は省略するものとする。

かくして、このように構成された第３の実施の形態においても、前述した各実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態によれば、保圧弁４１をスクロール式空気圧縮機１と別個に設けることができるから、既存の圧縮機に対しても特別な加工を施すことなく簡単に取付けることができる。

なお、各実施の形態では、スクロール式流体圧縮機として電動モータ７が一体的に設けられたスクロール式空気圧縮機１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば電動モータが別体に設けられ、ベルト等を介して旋回スクロールを駆動する形式のスクロール式空気圧縮機に適用してもよく、また真空ポンプ等にも広く適用できるものである。

以上の各実施の形態で述べたように、保圧弁は、流体圧縮機を起動して圧縮流体が供給されたときに、圧縮流体の圧力が設定圧力に達するまでは、圧縮流体を外部に排出しないようにすることができる。

従って、保圧弁は、流体圧縮機を起動したときに、供給される圧縮流体の圧力を短時間で設定した圧力まで高めることができるから、例えば流体圧縮機がスクロール式流体圧縮機の場合、動作部分である旋回スクロールの挙動を安定させることができる。また、保圧弁は、設定圧力を超えたときに開弁することで多くの圧縮流体を効率よく外部に排出することができる。さらに、保圧弁は、圧縮流体の供給が停止したときには、圧縮流体排出側から圧縮流体が逆流するのを直ちに止めることができる。

この結果、保圧弁は、流体圧縮機に対して１つだけ取付けることで、起動時の圧力を保持する機能と、圧縮流体の逆流を防止する機能とを得ることができるから、既存の圧縮機にも容易に対応することができ、組立作業性の向上、コストの低減等を図ることができる。

請求項１の発明によれば、圧縮流体供給側から圧縮流体の供給が開始されたときには、第２の弁体が直ちに凹部内で変位して開弁する。また、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときには、第１の弁体が第２の弁体を伴って開弁する。さらに、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときには、第２の弁体が直ちに閉弁することにより、圧縮流体の逆流を阻止する。

請求項２の発明によれば、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときには、第１の弁体が開弁すると共に、第２の弁体が第１の弁体の開弁に伴って直ちに開弁する。また、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときには、第２の弁体が直ちに閉弁することにより、圧縮流体の逆流を阻止する。

請求項３の発明によれば、スクロール式流体圧縮機の吐出口に保圧弁の圧縮流体供給側を接続した場合には、運転起動から短時間で各スクロール間の圧縮室の圧力を上昇させることができ、スクロールの挙動を安定させることができる。

本発明の第１の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機と貯留タンクと一緒に示す全体構成図である。 第１の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機に組付けた状態で示す縦断面図である。 第１の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機の運転停止状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁をスクロール式空気圧縮機の起動直後の状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁を連通路の圧力が設定値を越えたときの状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁をスクロール式空気圧縮機の定常運転状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁をスクロール式空気圧縮機の運転を停止した直後の状態で示す要部拡大の縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機に組付けた状態で示す縦断面図である。 第２の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機の運転停止状態または起動直後の状態または運転停止直後の状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁を連通路の圧力が設定値を越えたときの状態で示す要部拡大の縦断面図である。 保圧弁をスクロール式空気圧縮機の定常運転状態で示す要部拡大の縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態による保圧弁をスクロール式空気圧縮機と導管と貯留タンクと一緒に示す全体構成図である。 第３の実施の形態による保圧弁を拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１ スクロール式空気圧縮機（スクロール式流体圧縮機）
３，３′，３″ 固定スクロール
３Ｄ，３Ｄ′，４２ 弁ケース
５ 旋回スクロール
６ 圧縮室
１５ 吸込口
１６，１６′，４２Ｃ 供給口（圧縮流体供給側開口部）
１７，１７′，４２Ｄ 排出口（圧縮流体排出側開口部）
１８ 貯留タンク
１９，５１ 導管
２１，３１，４１ 保圧弁
２２，３２ 収容凹部
２３，３３，４３ 連通路
２５，３６，４５ 第１の弁体
２７，３８，４７ 第１のばね部材
２８，３９，４８ 第２の弁体
２９，４０，４９ 第２のばね部材
３５ 弁ポート
３５Ａ 連通孔

Claims (3)

1. 圧縮流体供給側と圧縮流体排出側とに開口部を有し、該供給側の開口部と該排出側の開口部とを連通する連通路が設けられ、前記圧縮流体排出側から圧縮流体供給側への逆流を阻止する保圧弁であって、
   圧縮流体供給側に開口した凹部を有する第１の弁体と、該第１の弁体の凹部に進退可能に挿嵌された第２の弁体とからなり、
   前記第２の弁体は、圧縮流体供給側から圧縮流体の供給が開始されたら直ちに前記凹部内で変位して開弁し、
   前記第１の弁体は、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときに前記第２の弁体を伴って開弁し、
   前記第２の弁体は、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときに直ちに閉弁する構成としてなる保圧弁。
2. 圧縮流体供給側と圧縮流体排出側とに開口部を有し、該供給側の開口部と該排出側の開口部とを連通する連通路が設けられ、前記圧縮流体排出側から圧縮流体供給側への逆流を阻止する保圧弁であって、
   前記連通路に設けられ、圧縮流体の通路となる連通孔が形成された弁ポートを有し、該弁ポートを挟んで圧縮流体供給側に位置して前記連通孔を開閉する第１の弁体と、圧縮流体排出側に位置して前記連通孔を開閉する第２の弁体とからなり、
   前記第１の弁体は、圧縮流体供給側から供給される圧縮流体の圧力が設定圧力を超えたときに開弁すると共に、第２の弁体は第１の弁体の開弁に伴って直ちに開弁し、
   前記第２の弁体は、圧縮流体供給側からの圧縮流体の供給が停止したときに直ちに閉弁する構成としてなる保圧弁。
3. 前記圧縮流体供給側には、２つのスクロールが相対的に旋回動作する間に流体を圧縮するスクロール式流体圧縮機の吐出口を接続する構成としてなる請求項１または２に記載の保圧弁。

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