JPS62675A - 電磁往復動圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
面図でおる。

図において、ピストン１、ピストンロッド３、およびア
ーマチュア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Ｗ２Ｇ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
。

前記アーマチュア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方向に撮動し、ピストン１がへ方向に
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ッドをシリンダヘッ
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って、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ッ
ドをシリンダヘッ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）に設けることによって、ピス
トンヘッド１′がシリンダヘッド２′に向って摺動する
過程で、ピストンヘッドが、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、流体クッション作用によって前記ピストンヘッ
ド１′　とシリンダヘッド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、したがって、ピストンヘッドが
シリンダヘッ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（辰状態に入れな
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って
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ッドによるシリン
ダヘッドの打撃は避けられない。

また、流体の圧袖比を大きくすると、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ッド打撃を防止し、
かつ、低圧吐出時の流量を増すことが充分になしえなか
った。

（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、シリンダヘッドに対するピストンヘッドの打撃を防
止することを解決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ったときに、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、本発明の詳細な説明する。

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動圧縮機のピス
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に比べて直径が小ざく、それぞれ中心軸を共有する
ようにピストンロッド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ビス
（〜ン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２３．２５を備えているが、少なくとも吐
出口２３．２５はシリンダ壁面部に設ける。

なお、吸入口２３はシリンダヘッド２６′。

２７′　に設けてもシリンダ壁に設けても、あるいはピ
ストンヘッド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５
１．５２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くいずれも図示せず）に通ず
る流体管路５０によって統合されている。

切換弁３１は、上記流体管路５２の途中に設けたもので
おり、例えば入力ボート３１Ａ１出力ポート３１Ｂ、お
よび排出ボート３１Ｃを備えた３ボート電磁弁である。

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３１
Ａおよび排出ボート３’ＩＣが接続状態となる。

前記入カポ−１〜３１Ａ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５
０，５１．５２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５ｏに設けられ、吐出口２
３および出力ポート３１Ｂから圧力タンク等に至る流体
管路５ｏ内の流体の圧力が、必らかしめ設定された圧力
Ｐ１　（Ｐｌ＜Ｐ３、ここで圧力Ｐ３は、前記吐出口２
３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が排出ボート３１Ｇ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の励磁によりビスＩ〜ンは
矢印Ａ方向に動き（第１図に示す状ｇ）、固定鉄心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ピストン１２および第２ピストン１３の上
記動きによって、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３１
Ａと出力ボート３１Ｂとが接続状態となっているので、
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って流
出する。

したがって、例えば圧力タンクに向って流れる流体の吐
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と排出ボート３１Ｇ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ｉｂは開放され、
第１シリンダ２６の圧縮ｌａ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、破線りと曲線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２
６．２７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によって検出される設定圧力となる
。

したがって、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が切換ねると、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Ｐｌ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。

なあ、設定圧力を上記Ｐ１より小ざくとると、第２図に
示すＱｏ−Ｌｏにしたがって急激に吐出流量を減少した
後に、曲線Ｌ−Ｍに沿って圧力、流量が変化し、Ｐｌよ
り大きくとると、同図ＲＯ→Ｍｏにしたがって急激に吐
出流量を増大させた後に曲線Ｍに沿って圧力、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ョックが起らず、
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Ｔｚ　　Ｔ
ｌ（＝Ｔ２’　　ＴＩ’）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ｘｂ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、ロック圧を低めに
抑える場合には、第１シリンダ２６の圧縮室ａが開放し
、第２シリンダ２７の圧縮ｉｂ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っても良
い。

（２）当該電磁往復動圧縮機は２つのシリンダ２６゜２
７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おれば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
リンダヘッ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、ビス１〜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、通常用いら
れる円柱形の同径または異径の複数のピストンヘッド、
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
チュ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
体の消費に伴っ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２５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、本発明は待にれのみ
に限“定されることはなく、各シリンダヘッド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、各シリンダヘッド２６’　、２７’に
設けても良いし、またピストンヘッドに設けても良い。

（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
高くなっても、該流体の吐出量が急激に減少することが
ない。したがって、 （１）吐出流体を高圧縮してもロッ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
、該ピストンヘッドがシリンダヘッ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。したがって、電磁往復動圧縮機の撮動系が、
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・・・アーマチュア、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′・・・ピストンヘッド、１３・・・第
２ピストン、１３′・・・ピストンヘッド、２１・・・
シリンダ、２２．２４・・・吸入口、２３．２５・・・
吐出口、２６・・・第１シリンダ、２６′・・・シリン
ダヘッド、２７・・・第２シリンダ、２７′・・・シリ
ンダヘッド、３１・・・切換弁、３２・・・圧力センサ
、３３・・・制御装置、５０，５１，５２−・・流体管
路、ａ、ｂ−・・圧縮室 代理人弁理士　平木通人　外１名 第１図 り、、−−一＋−−−、、、−、−、−−Ｊ第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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ュア
   と、 前記アーマチュ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って、 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。