JP6715499B2

JP6715499B2 - シリンダー型エアーコンプレッサー

Info

Publication number: JP6715499B2
Application number: JP2018170416A
Authority: JP
Inventors: 政章田村
Original assignee: 政章田村
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: JP2020041501A

Description

本発明は、近隣への騒音公害を無くし、省エネで、クリーンな圧縮空気が取り出せるシリンダー型エアーコンプレッサーに関するものである。

従来から、圧縮空気を作り出すコンプレッサーに関して、往復式のレシプロタイプや回転式のツインスクリュータイプなどが知られている。既存のレシプロタイプのものでは、シリンダー内部を往復するピストンの作用で、圧縮室の空間容積を変化させることにより圧縮するため、振動・騒音が大きいという短所がある。また、既存のツインスクリュータイプのものでは、高精度で高度な技術を用いて製造されるため、機構の精密さからメンテナンスが重要で、ランニングコストがかかるなどの難点がある。

一方、近年における大型の工作機械、成形装置、組立装置等では、非圧縮性流体である油圧と圧縮性流体である空気の各々の特性を利用して、油圧作動部と空気圧作動部の両者を組み込んだものが考えられている。ところが、このように油圧と空気圧を共用する装置やシステムにおいても、油圧機構と空気圧機構は互いに独立した系統として設備されるのが一般的である。
このような技術背景をもとに、油圧及び空気圧機構を稼働させるためのエネルギー効率を高めることを目的として、例えば、以下に示す先行技術が提案されている。

特開２００１−３１７４６４号公報（特許文献１）には、油圧と空気圧を共用する装置において、油圧機構側の余力を利用して空気圧機構の圧縮エアー源を造り出すエアー圧縮装置を提供することを目的として、圧縮エアー使用部位へ送給するための圧縮エアーを貯留するエアータンクと、導入した外気を圧縮してエアータンクへ送る圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する油圧モーターと、該油圧モーターを作動させるために該油圧モーターに作動油を供給する油圧ユニットとからなる「エアー圧縮装置」が提案されている。

また、特開平７−３５１０１号公報（特許文献２）には、単一のモーターで油圧供給源と空気圧供給源とを駆動するようにユニット化し経済性と信頼性を向上させた油空圧複合供給ユニットを提供すること目的として、油圧タンク及び空気圧用アキュムレータを備える本体と、本体に固定され設けられた単一のモーターと、前記本体に固定されて設けられ、前記モーターの出力軸に連結された油圧ポンプ用駆動軸により駆動される油圧ポンプと、前記本体に固定されて設けられ、前記モーターの出力軸に連結されたコンプレッサー用駆動軸により駆動されるコンプレッサーと、からなることを特徴とする「油空圧複合供給ユニット」が提案されている。

特開２００１−３１７４６４号公報特開平７−３５１０１号公報

本発明は、本願発明者が鋭意開発したものであり、油圧力によりオイルシリンダーを稼働させると同時にエアーシリンダーを連動させる独自構造を導入することにより、大きな振動・騒音が発生せず、エネルギー効率を高め，クリーンな圧縮空気が取り出せるシリンダー型エアーコンプレッサーを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、導入した外気を圧縮してエアータンクへ送る圧縮機本体と、モーターを動力源にしてオイルポンプを回してオイルタンクに貯蔵されたオイルに流量と圧力を作り出す油圧回路とを備え、前記圧縮機本体は、前記油圧回路による油圧力によって稼動するオイルシリンダーの周りにエアーシリンダーが配置されており、前記オイルシリンダー及び前記エアーシリンダーの下端及び上端は底板及び天板に固定され、前記オイルシリンダーは前記圧縮機本体の稼動部中央に設置されており、前記オイルシリンダーの周囲に複数本の前記エアーシリンダーが配置され、前記オイルシリンダーの往復ストロークに前記エアーシリンダーの動きを連動させて圧縮空気を作り出し、前記エアーシリンダーのロッド側及びピストン側に連通する２箇所にエアーフィルターに接続し外気をシリンダー内に吸入する第１チェックバルブ及びシリンダー内の圧縮空気をエアータンクへ吐出する第２チェックバルブが設けられ、前記エアーシリンダーのロッド側を圧縮しているときは、ピストン側内部は第１チェックバルブを通して空気を吸い込むと同時にロッド側内部の圧縮空気が第２チェックバルブを通してエアータンクへ送られ、一方前記エアーシリンダーのピストン側を圧縮しているときは、ロッド側内部は第１チェックバルブを通して空気を吸い込むと同時にピストン側内部の圧縮空気が第２チェックバルブを通してエアータンクへ送られることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記オイルシリンダー及び前記エアーシリンダーの稼動を停止する際に、ピストンの位置又は圧力検知手段を設けることによりシリンダー内を摺動するピストンの停止位置をシリンダー上端側又は下端側に制御することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、油圧力によりオイルシリンダーを稼働させると同時にエアーシリンダーを連動させるというシンプルな構造を採用することにより、下記に示す格別の効果を奏する。
（１）低騒音・低振動
・騒音が１／２０に軽減でき住宅でも使用可能となる。
・地域により夜間の運転も可能となる。
（２）消費エネ
・シンプル構造により電力が１／１０以下となる見込み。
（３）小規模システムから大規模システムまで容易に作成可能
・小型軽量、コンパクトなシステムタイプから制作が可能で、形状もスペースに合わせたタイプに対応でき様々な現場での配置が簡単にできる。
・エアーシリンダーの本数増減でエアー流量の調整が容易である。
・既設設備の配管に割り込ませることができる。
（４）クリーンな圧縮空気
・オイルレスなので、クリーンな圧縮空気を供給でき、医療・食品関係にも使用可能である。
（５）長寿命
・機器の消耗が無く、メンテナンス頻度の減少長寿命経費節減できる。
これまでは空気圧縮のためピストンを高速稼働させてきた。高速で空気圧縮されると次第に熱を持つようになる。次に、コンプレッサーを停止すると熱せられた空気が急激に冷やされ水滴が発生、コンプレッサーに徐々に溜まっていくため定期的に水抜きをしたり、部品の摩耗が速かったり定期メンテナンスの必要があった。本発明では高速稼働せずにゆっくりと圧縮することで、空気に熱を持たせにくくし、部品の摩耗を最低限で済むように設計されているため長寿命が見込める。

本発明にかかるシリンダー型エアーコンプレッサーの流体回路図の一例である。本発明にかかるシリンダー型エアーコンプレッサーの第一実施形態において（ａ）短くなった状態、（ｂ）伸びた状態を示す正面図である。図２に示すシリンダー型エアーコンプレッサーの平面図である。図２に示すシリンダー型エアーコンプレッサーの断面図（ｘ−ｘ、ｙ−ｙ、ｚ−ｚ）である。他の実施形態を示す断面図（ａ）（ｂ）である。

以下、本発明の実施の一形態について図面を参酌しながら説明する。なお、本発明にかかるシリンダー型エアーコンプレッサーの各構成については、以下の実施例に限定されるものではなく、使用状況によって適宜変更することができる。

図１に示すように、本発明にかかるシリンダー型エアーコンプレッサーは、圧縮機本体１０と、油圧回路２０とから構成される。
油圧回路２０は、モーター２１を動力源にしてオイルポンプ２２を回してオイルタンク２３に貯蔵されたオイルに流量と圧力を作り出し、ソレノイドバルブ２４を作動させて流路を切り換える。
ソレノイドＡから流出したオイルは、オイルシリンダー１１のロッド１１１側に入りオイルシリンダー１１が短くなる。ソレノイドＢから流出したオイルは、オイルシリンダー１１のピストン１１２側に入りオイルシリンダー１１が長くなる。（図２参照、矢印が往復ストロークを示す）

図１乃至図４に示すように、圧縮機本体１０は、稼動部中央に設置されるオイルシリンダー１１と、そのオイルシリンダー１１の周りに４本のエアーシリンダー１２が配置される。オイルシリンダー１１の下端及び上端は、底板１１３及び天板１１４に固定され、エアーシリンダー１２の下端及び上端は、底板１２３及び天板１１４に固定される。このため、図２に示すように、オイルシリンダー１１の往復ストロークにエアーシリンダー１２の動きが連動して圧縮空気を作り出し、エアータンク３０へ送る。従来のレシプロ式では一方向にしか圧力が掛からなかったが、本発明ではオイルシリンダー１１と同時にエアーシリンダー１２自身を上下に動かすので２方向に圧力をかけることができ、圧縮効率が良く内部にクランクやスクリューを用いないので、騒音の発生源はモーター音のみとなり大きな振動・騒音も発生せず夜間での使用も可能となる。

オイルシリンダー１１の周りに配置するエアーシリンダー１２の本数は、図示する４本のタイプに限定されるものではなく、使用状況に応じて１本又は複数本のタイプを選択でき、例えば、図５（ａ）に示す３本のタイプ、図５（ｂ）に示す８本のタイプなどに変更してもよい。なお、オイルシリンダー１１の強力な力は、オイルシリンダー１１の同サイズのエアーシリンダーを１０本〜２０本同時に上下に動かすことができる。また、スムーズな上下運動により静かで、大容量の圧縮空気を作ることができる。

図１に示すように、エアーシリンダー１２のロッド１２１側及びピストン１２２側に連通する２箇所に、エアーフィルター１５に接続し外気をシリンダー内に吸入する第１チェックバルブ１３ａ、１３ｂ及びシリンダー内の圧縮空気をエアータンクへ吐出する第２チェックバルブ１４ａ、１４ｂが設けられる。
エアーシリンダー１２のロッド１２１側を圧縮しているときは、ピストン１２２側内部は第１チェックバルブ１３ａを通して空気を吸い込むと同時にロッド１２１側内部の圧縮空気が第２チェックバルブ１４ｂを通してエアータンク３０へ送られる。一方、エアーシリンダー１２のピストン１２２側を圧縮しているときは、ロッド１２１側内部は第１チェックバルブ１３ｂを通して空気を吸い込むと同時にピストン１２２側内部の圧縮空気が第２チェックバルブ１４ａを通してエアータンク３０へ送られる。

また、シリンダー内を摺動するピストン１１２、１２２の位置又は圧力検知手段（図示省略）を設けることにより、オイルシリンダー１１及びエアーシリンダー１２の稼動を停止する際に、シリンダー上端側又は下端側に停止位置を制御する構成を付加してもよい。

本発明は、エアーシリンダーの本数増減でエアー流量の調整が容易となり、また、既存設備のコンプレッサーの配管に割り込ませることができ、エアータンクもそのまま流用できる。また、シンプルな構造になっているので、量産も容易である。さらに、オイルレスなのでクリーンな圧縮空気を供給でき、医療・食品関係にも使用可能である。

１０圧縮機本体
１１オイルシリンダー
１１１ロッド
１１２ピストン
１１３底板
１１４天板
１２エアーシリンダー
１２１ロッド
１２２ピストン
１２３底板
１３ａ、１３ｂ第１チェックバルブ
１４ａ、１４ｂ第２チェックバルブ
１５エアーフィルター
２０油圧回路
２１モーター
２２オイルポンプ
２３オイルタンク
２４ソレノイドバルブ
３０エアータンク

Claims

導入した外気を圧縮してエアータンクへ送る圧縮機本体と、モーターを動力源にしてオイルポンプを回してオイルタンクに貯蔵されたオイルに流量と圧力を作り出す油圧回路とを備え、前記圧縮機本体は、前記油圧回路による油圧力によって稼動するオイルシリンダーの周りにエアーシリンダーが配置されており、前記オイルシリンダー及び前記エアーシリンダーの下端及び上端は底板及び天板に固定され、前記オイルシリンダーは前記圧縮機本体の稼動部中央に設置されており、前記オイルシリンダーの周囲に複数本の前記エアーシリンダーが配置され、前記オイルシリンダーの往復ストロークに前記エアーシリンダーの動きを連動させて圧縮空気を作り出し、前記エアーシリンダーのロッド側及びピストン側に連通する２箇所にエアーフィルターに接続し外気をシリンダー内に吸入する第１チェックバルブ及びシリンダー内の圧縮空気をエアータンクへ吐出する第２チェックバルブが設けられ、前記エアーシリンダーのロッド側を圧縮しているときは、ピストン側内部は第１チェックバルブを通して空気を吸い込むと同時にロッド側内部の圧縮空気が第２チェックバルブを通してエアータンクへ送られ、一方前記エアーシリンダーのピストン側を圧縮しているときは、ロッド側内部は第１チェックバルブを通して空気を吸い込むと同時にピストン側内部の圧縮空気が第２チェックバルブを通してエアータンクへ送られることを特徴とするシリンダー型エアーコンプレッサー。
前記オイルシリンダー及び前記エアーシリンダーの稼動を停止する際に、ピストンの位置又は圧力検知手段を設けることによりシリンダー内を摺動するピストンの停止位置をシリンダー上端側又は下端側に制御することを特徴とする請求項１に記載のシリンダー型エアーコンプレッサー。