JPH05557B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁往復動圧縮機に関するものであ
り、特に高い圧縮度の流体を短時間で得るに好適
な電磁往復動圧縮機に関するものである。

（従来の技術） 第４図は、従来の電磁往復動圧縮機の一例を示
す概略断面図である。

図において、ピストン１、ピストンロツド３、
およびアーマチユア４は、各々一体となるように
固着されている。

シリンダ２は、圧縮室２Ｃならびに吸込口２Ａ
および吐出口２Ｂを具備している。前記ピストン
１は、前記圧縮室２Ｃ内に摺動可能に挿入され、
かつ、圧縮コイルスプリング５によりシリンダ２
方向に向けて付勢されている。

前記アーマチユア４の回りには、対称位置に磁
極を具え、コイル７が巻回された固定鉄心６が配
置されている。

以上の構成を有する電磁往復動圧縮機におい
て、コイル７に、半波交流またはパルス電流を印
加すると、ピストン１が矢印Ａ，Ｂ方向に振動
し、ピストン１がＡ方向に動くと、流体は吸込口
２Ａから圧縮室２Ｃへ吸入され、ピストン１がＢ
方向に動くと吐出口２Ｂから排出される。

さて、この種の圧縮機はピストンヘツドをシリ
ンダヘツドの近くまで運動させることにより、ま
た、低圧吐出時の流量を増すことによつて、吐出
性能を向上させることができるが、高圧吐出型の
圧縮機では、ピストン径を小さくすると共に、低
圧吐出型のものよりもピストンヘツドをシリンダ
ヘツドに一層近づけることが必要である。

第４図に示す上記圧縮機は、吐出口２Ｂをシリ
ンダ２の側面（圧縮室２Ｃの側面）に設けること
によつて、ピストンヘツド１′がシリンダヘツド
２′に向つて摺動する過程で、ピストンヘツドが、
前記吐出口２Ｂを閉鎖し、圧縮室２Ｃを密封し
て、該圧縮室２Ｃ内の流体圧力を上昇させ、流体
クツシヨン作用によつて前記ピストンヘツド１′
とシリンダヘツド２′との衝突を防止することが
できる。

しかし、起動時には、流体圧力が低いので流体
スプリング作用は充分ではなく、したがつて、ピ
ストンヘツドがシリンダヘツドを打撃することは
避けられない。また、低圧駆動時には、ピストン
が充分な共振状態に入れないために満足な吐出流
量が得られず、吐出性能は必ずしも良好とはいい
難い。

ちなみに、電磁往復動圧縮機は、ピストンの固
有振動数と、固定鉄心のコイルに供給される電源
の周波数とがほぼ一致するように設計され、その
運転時に、ピストンが、前記電源の周波数と共振
して振動するようにはなつているが、電気的エネ
ルギの機械的エネルギへの変換を効率良く行なう
にはまだ不充分な点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有
していた。

従来の電磁往復動圧縮機を用いて、流体を高圧
縮するには、一般に多段圧縮方式が採られている
が、各シリンダごとに具える圧縮室はすべてが独
立しているために、低圧駆動時には上記のような
ピストンヘツドによるシリンダヘツドの打撃は避
けられない。

また、流体の圧縮比を大きくすると、自ら流量
が減少するために、従来の多段圧縮方式の圧縮機
は、吐出性能を向上させる要因であるピストンの
ヘツド打撃を防止し、かつ、低圧吐出時の流量を
増すことが充分になしえなかつた。

（目的） 本発明は、従来の電磁往復動圧縮機では、低圧
駆動時における流体スプリング作用の不足とピス
トンが充分な共振状態になり得ないために生ずる
吐出性能の低下を、共に補い、低圧駆動時におけ
る吐出流量を増大させ、かつ、設定圧力に到達後
は所要の吐出流量を維持させると共に、シリンダ
ヘツドに対するピストンヘツドの打撃を防止する
ことを解決すしようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するために、本発明は、流
体の吸入タイミングと吐出タイミングとが同一
の、少なくとも２つの圧縮室を有するように、ピ
ストンおよびシリンダ等による圧縮手段を形成
し、そして起動時等のように、圧縮室から吐出さ
れる流体の圧力が低い時には、所定の圧力に到達
するまで前記各圧縮室を並列接続すると共に、前
記圧力が所定圧まで高くなつたときに、圧力セン
サの信号に応じて切換弁を制御し、順次前記圧縮
室を切離すという手段を講じたものである。

（作用） 起動時等、吐出される流体の圧力が低い時には
複数の圧縮室が流体管路により並列に接続された
状態で、流体の吸入と吐出を同時に反復して、１
の圧縮室のみでは不足する吐出流量を別の圧縮室
から吐出される加圧流体で補いつつ、次第に圧縮
比を高め、圧力センサで所定圧を感知すると、一
部または１の圧縮室に通じる流体管路を閉鎖し
て、所要の吐出流量で流体の加圧を継続し、その
間、加圧流体が消費されて、圧力が設定圧力以下
になると、閉鎖状態の流体管路を再び開いて当初
の状態に復帰し、以下この作用を繰り返すもので
ある。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の構成を示す概略図
である。

第１図において、本発明に係る電磁往復力圧縮
機のピストンは、第１ピストン１２と第２ピスト
ン１３とにより構成されている。前記第１ピスト
ン１２は第２ピストン１３に比べて直径が小さ
く、それぞれ中心軸を共有するようにピストンロ
ツド３の同じ側に互いに固着され、一体化されて
いて、第２ピストン１３の受圧面積は第１ピスト
ン１２のそれよりも大きく形成されている。

シリンダ２１は、前記第１ピストン１２および
第２ピスト１３により、流体の圧縮が個別に行な
われるように、直径の異なる第１シリンダ２６お
よび第２シリンダ２７を備えている。前記第１シ
リンダ２６および第２シリンダ２７は、それぞ
れ、バルブ付の吸入口２２，２４および吐出口２
３，２５を備えているが、少なくとも吐出口２
３，２５はシリンダ壁面部に設ける。

なお、吸入口２３はシリンダヘツド２６′，２
７′に設けてもシリンダ壁に設けても、あるいは
ピストンヘツド１２′，１３′に設けてもよい。

上記バルブ付の吐出口２３，２５は個別に流体
管路５１，５２で接続され、当該流体管路５１，
５２は圧力タンクまたは加圧空気消費源（いずれ
も図示せず）に通ずる流体管路５０によつて統合
されている。

切換弁３１は、上記流体管路５２の途中に設け
たものであり、例えば入力ポート３１Ａ、出力ポ
ート３１Ｂ、および排出ポート３１Ｃを備えた３
ポート電磁弁である。

前記切換弁３１は、第１図においては、常時は
入力ポート３１Ａおよび出力ポート３１Ｂが接続
状態であり、その電磁石へ通電されることによ
り、前記入力ポート３１Ａおよび排出ポート３１
Ｃが接続状態となる。

前記入力ポー３１Ａは、前記シリンダ２１の吐
出口２５に接続され、出力ポート３１Ｂは、前記
流体管路５０，５１，５２によりシリンダ２１の
吐出口２３、および圧力タンク等に接続されてい
る。

圧力センサ３２は、流体管路５０に設けられ、
吐出口２３および出力ポート３１Ｂから圧力タン
ク等に至る流体管路５０内の流体の圧力が、あら
かじめ設定された圧力P1（P1＜P3、ここで圧力
P3は、前記吐出口２３および２５を並列接続し
たときに得られる最大圧力である）に達したか否
かを検知する。

制御装置３３は、前記圧力センサ３２が、前記
設定圧力P1を検知すると、切換弁３１の電磁石
を付勢し、入力ポート３１Ａが排出ポート３１Ｃ
の側に接続されるように切換える。

以上の構成を有する本発明の一実施例におい
て、固定鉄心６に巻装されたコイル７に、半波交
流またはパルス電流を印加すると、固定鉄心６の
励磁によりピストンは矢印Ａ方向に動き（第１図
に示す状態）、固定熱心６が消磁すると圧縮コイ
ルスプリング５の弾発力で矢印Ｂ方向に動き、こ
れを反復することによりピストンは振動する。

そして、第１ピスト１２および第２ピストン１
３の上記動きによつて、流体を吸入口２２，２４
から第１シリンダ２６および第２シリンダ２７内
へ吸い込んでは圧縮して吐出口２３，２５から吐
出する。

切換弁３１は、前述したように、常時、入力ポ
ート３１Ａと出力ポート３１Ｂとが接続状態とな
つているので、前記第１シリンダ２６および第２
シリンダ２７はいわゆる並列接続となり、両シリ
ンダの吐出口２３，２５から吐出される加圧流体
は流体管路５１，５２および５０を通り、圧力タ
ンクまたは直接加圧流体消費源に向つて流出す
る。

したがつて、例えば圧力タンクに向つて流れる
流体の吐出量は第１、第２シリンダ２６，２７の
圧縮室ａ，ｂ内で個別に加圧されて吐出される流
体量の和である。

次に、前記流体管路５０内の圧力が、設定圧力
P1に達すると、それを圧力センサ３２が該圧力
P1を感知して制御装置３３は切換弁３１の電磁
石を付勢し、入力ポート３１Ａと排出ポート３１
Ｃとが接続状態となるように切換える。

これにより、第２シリンダ２７の圧縮室ｂは開
放され、第１シリンダ２６の圧縮室ａのみが引き
続き圧力タンクまたは加圧流体消費源に接続され
ることになる。

つぎに、本発明の一実施例の特性を、第２図お
よび第３図を用いて説明する。

第２図は本発明の一実施例における、吐出流量
および圧力の関係を示す特性曲線である。

第２図において、破線Ｌと曲線Ｍが第１シリン
ダ２６の特性曲線、曲線Ｑと破線曲線Ｒは第１、
第２シリンダ２６，２７を並列に接続した場合の
特性曲線を示し、たとえば、この曲線Ｌ−Ｍと曲
線Ｑ−Ｒとの交点の圧力P1が、圧力センサ３２
によつて検出される設定圧力となる。

したがつて、第２図に示す曲線Ｌ−Ｍと曲線Ｑ
−Ｒの交点における圧力P1で切換弁３１が切換
わると、その後の特性曲線は第１シリンダ２６に
よる特性曲線Ｍを採り、吐出流量は吐出圧力が
P1からP2に上昇しても曲線Ｒのように急激には
減少しない。

なお、設定圧力を上記P1より小さくなると、
第２図に示すQ₀→L₀にしたがつて急激に吐出流
量を減少した後に、曲線Ｌ−Ｍに沿つて圧力、流
量が変化し、P1より大きくとると、同図R₀→M₀
にしたがつて急激に吐出流量を増大させた後に曲
線Ｍに沿つて圧力、流量が変化する。

このように、本発明の一実施例は、低圧時には
流量が多く、そのために起動時にはピストンシヨ
ツクが起らず、また設定圧力P1に到達後は急激
な流量減少が起らず、従来の電磁往復動圧縮機に
比べると、流体を短時間で高圧縮することができ
る。

第３図は、本発明の一実施例における吐出圧力
と運転時間の関係を示す特性曲線である。

第３図において、曲線Q′は本発明の一実施例
の特性、破線曲線Ｕは第１シリンダ２６および第
２シリンダ２７が並列に接続されているときの特
性を示し、また破線曲線L′は、第１シリンダ２６
のみが作用しているときの特性を示している。

そこで、曲線Q′とL′とを比較すると、本発明に
より特性曲線Q′の方が高圧流体に達する時間が
T₂−T₁（＝T₂′−T₁′）に短縮され、設定圧力を短
時間で圧力を上げることができる。

（変形例） (1) 前述の説明においては、第１シリンダ２６お
よび第２シリンダ２７から圧力タンクまたは加
圧流体消費源に至る流体管路５０内の圧力が、
設定圧力P1に達したところで、第２シリンダ
２７の圧縮室ｂが開放し、第１シリンダ２６の
圧縮室ａのみが引き続き圧力タンクまたは加圧
流体消費源に接続されるものとして説明した
が、本発明は特にこれにのみ限定されず、ロツ
ク圧を低めに抑える場合には、第１シリンダ２
６の圧縮室ａが開放し、第２シリンダ２７の圧
縮室ｂのみが引き続き圧力タンクまたは加圧流
体消費源に接続されるものであつても良い。

(2) 当該電磁往復動圧縮機は２つのシリンダ２
６，２７を同じ側に有するように構成されるも
のとして説明したが、本発明は特にこれにのみ
限定されず、吸引、圧縮を同時に行なう流体圧
縮手段であれば３つ以上シリンダを有するよう
に構成されても良い。すなわち、個々のシリン
ダヘツドが異なる受圧面積を有するか同一面積
を有するように形成されても良い。

また、ピストン１２，１３は、異なる直径の
ものが段付形状に連設されるものとして説明し
たが、通常用られる円柱形の同径または異径の
複数のピストンヘツド、および該ピストンを収
納する複数のシリンダ、ならびに吸入口および
吐出口から成る流体圧縮手段を独立させて設
け、該流体圧縮手段の各々のピストンを１個の
アーマチユアで駆動するように構成しても良
い。

この場合でも、前記実施例と同様に、流体の
圧力が設定圧力まで高くなるごとに、順次圧縮
室を切離し、加圧流体の消費に伴つて流体圧力
が設定圧力まで低くなるごとに、順次圧縮室を
接続していけば良い。

(3) 前記圧力センサ３２は、吐出口２３および２
５から、圧力タンクまたは加圧流体源に接続さ
れる流体管路５０内の流体の圧力を検知するも
のとして説明したが、前記圧力タンク内に導入
された流体の圧力を検知しても良い。

(4) 前記吐出口２３および２５は、各圧縮室の側
面に設けられるものとして説明したが、本発明
は特にれのみに限定されることはなく、各シリ
ンダヘツド２６′，２７′に設けても良い。

(5) 前記吸入口２２および２４も、各圧縮室の側
面に設けられるものとして説明したが、前記吐
出口２３および２５と同様に、各シリンダヘツ
ド２６′，２７′に設けても良いし、またピスト
ンヘツドに設けても良い。

（発明の効果） 本発明によれば、つぎのような効果が達成され
る。

すなわち、同時に吸引、圧縮を反復する少なく
とも２つの流体圧縮手段を有する本発明の電磁往
復動圧縮機は、流体の圧力が低いときに、前記各
圧縮室を並列接続して作動するので、設定圧力が
早く得られ、その後は、順次前記圧縮室を切離す
ようにしたので、吐出流体の圧力が高くなつて
も、該流体の吐出量が急激に減少することがな
い。したがつて、 (1) 吐出流体を高圧縮してもロツク圧が高くなる
ので、安定した吐出量が得られる。

(2) 吐出流体の圧力が低い時に、吐出流量が多い
ので、該ピストンヘツドがシリンダヘツドを打
撃することがなくなり、エネルギの損失および
騒音を防止することができる。

また、この時、該圧縮室内の流体による流体ス
プリングのばね定数の減小の度合が小さくなるの
で、本発明の電磁往復動圧縮機の振動系の固有振
動数の変化の度合も小さくなる。したがつて、電
磁往復動圧縮機の振動系が、比較的短時間のうち
に共振状態に入ることができるので、固定鉄心の
コイルに供給される電気的エネルギを有効に利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す概略
図、第２図は本発明の一実施例における吐出流量
および圧力の関係を示す特性曲線、第３図は本発
明の一実施例における吐出圧力および運転時間の
関係を示す特性曲線、第４図は従来の電磁往復動
圧縮機の一例を示す概略断面図である。 ４……アーマチユア、５……圧縮コイルスプリ
ング、６……固定鉄心、７……コイル、１２……
第１ピストン、１２′……ピストンヘツド、１３
……第２ピストン、１３′……ピストンヘツド、
２１……シリンダ、２２，２４……吸入口、２
３，２５……吐出口、２６……第１シリンダ、２
６′……シリンダヘツド、２７……第２シリンダ、
２７′……シリンダヘツド、３１……切換弁、３
２……圧力センサ、３３……制御装置、５０，５
１，５２……流体管路、ａ，ｂ……圧縮室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピストン、前記ピストンを収容する圧縮室を
   有するシリンダ、前記圧縮室に流体を導入する吸
   入口、および前記圧縮室から流体を吐出する吐出
   口を有する流体圧縮手段と、 前記ピストンに機械的に一体に固着されたアー
   マチユアと、 前記アーマチユアを付勢する電磁石装置とを具
   備した電磁往復動圧縮機であつて、 前記流体圧縮手段は流体の吸入タイミングと圧
   縮タイミングの同一のものが少なくとも２組であ
   り、 前記流体圧縮手段の各圧縮室の吐出口を並列接
   続して圧力タンクもしくは加圧流体消費源に接続
   する流体管路と、 前記流体管路内の流体の圧力を検知する圧力セ
   ンサと、 前記流体管路内の圧力測定点および少なくとも
   １つの圧縮室の間の流体管路に配置された切換弁
   と、 前記圧力センサの信号に応じて、前記切換弁を
   制御する制御装置とをさらに具備し、 前記制御装置は、前記圧力が上昇するにつれ
   て、前記各圧縮室を順次切離すように、また流体
   圧上昇後はその圧力が下降するにつれて、前記各
   圧縮室を順次接続するように前記切換弁を制御す
   ることを特徴とする電磁往復動圧縮機。