JP2003343449A

JP2003343449A - 往復動型圧縮機

Info

Publication number: JP2003343449A
Application number: JP2002154120A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Hirasawa; 貴久平澤; Hiroshi Mihashi; 博三橋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電素子を用いて振動を検出することによ
り、往復動機構の故障を簡単な構造で診断し、信頼性を
向上させる。【解決手段】多気筒型圧縮機の故障診断装置２１を、
シリンダ７，８，９の振動を検出する圧電素子２２と、
診断処理回路２３とにより構成する。また、診断処理回
路２３は、圧電素子２２の検出信号Ｓを用いて気筒判別
信号Ｋを発生すると共に、クランク軸６、ピストン１
６、連接棒１８等を含む往復動機構の故障により検出信
号Ｓが異常に大きくなったときには、故障信号Ｅを発生
する。そして、圧縮機の運転中には、シリンダ７〜９の
故障を故障信号Ｅの有無によって診断し、故障したシリ
ンダを気筒判別信号Ｋによって判別する。これにより、
簡単で低コストな構造によって往復動機構の故障をシリ
ンダ７〜９毎に確実に診断することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばシリンダ内
でピストンを往復動させることにより空気等の気体を圧
縮するのに好適に用いられる往復動型圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、往復動型圧縮機は、シリンダ内
でピストンを往復動させることにより空気等の圧縮を行
うものである。

【０００３】この種の従来技術による空気圧縮機は、ク
ランクケースと、該クランクケースに回転可能に設けら
れたクランク軸と、前記クランクケースに設けられたシ
リンダと、前記クランク軸に連接棒を介して連結され該
シリンダ内で往復動することにより気体を圧縮するピス
トンとを備えている。

【０００４】そして、空気圧縮機の運転時には、電動モ
ータ等の駆動源によってクランク軸を回転駆動すると、
その回転が連接棒を介してピストンの往復動に変換さ
れ、ピストンがシリンダ内で摺動する。これにより、空
気圧縮機は、ピストンの往復動に応じてシリンダ内に空
気を吸込んで圧縮し、この圧縮空気を外部のエアタンク
等に向けて吐出するものである。

【０００５】また、従来技術の空気圧縮機としては、複
数個のシリンダをクランクケース等に搭載し、これらの
シリンダの吐出側をエアタンク等に対して並列に接続す
る構成とした多気筒型の空気圧縮機もある。また、例え
ば複数個のシリンダを直列に接続し、１段目のシリンダ
から最終段のシリンダに向けて空気を複数段階で順次高
圧に圧縮する構成とした多段式の空気圧縮機も知られて
いる。

【０００６】ここで、圧縮機の運転中に、例えばクラン
ク軸、連接棒、ピストン等の部品に異常が生じた場合に
は、これらの部品が高温となって劣化したり、他の部品
が連鎖的に損傷することがある。特に、ピストンの連接
棒が折損した場合には、圧縮機を正常に運転できないば
かりでなく、折れた連接棒によってシリンダ、ピストン
等を損傷する虞れがあるため、運転を速やかに停止する
必要がある。

【０００７】このため、従来技術では、例えば加速度セ
ンサ等を用いて圧縮機の運転中に発生する振動を検出
し、検出した振動波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等
の手段を用いて周波数分析する構成とした圧縮機があ
る。そして、例えば連接棒の折損等が生じた場合には、
圧縮機から発生する振動のうち連接棒の折損等による異
常な振動波形を周波数分析によって判別し、圧縮機の異
常を検出するものである。

【０００８】また、従来技術の圧縮機には、例えばシリ
ンダの異常な温度上昇を検出する温度センサ等を取付け
たり、ピストンの連接棒に導電性の検知線を取付ける構
成としたものもある。この場合、検知線は、連接棒が折
損したときに一緒に断線することにより、外部から折損
を検知可能とするものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、例えば加速度センサを用いて圧縮機の振動
を検出し、ＦＦＴ等の手段によって周波数分析を行うこ
とにより、連接棒の折損等を検出する構成としている。

【００１０】しかし、この場合には、比較的高価な加速
度センサやＦＦＴ用の信号処理回路等を圧縮機に付設す
る必要があるため、これらの構造が複雑となり、圧縮機
全体のコストアップや大型化を招くという問題がある。

【００１１】また、例えば温度センサ等により異常を検
出する場合には、折損等の異常検出が難しいばかりでな
く、圧縮機を使用する温度環境等によって異常発生時の
温度が異なるため、異常の検出動作にばらつきが生じる
という問題がある。

【００１２】また、例えば検知線等により連接棒の折損
を検出する場合には、クランクケース内の連接棒から外
部に検知線を引出す必要があり、その配線構造が複雑化
するという問題がある。しかも、多気筒型や多段式の圧
縮機にあっては、各シリンダの連接棒に検知線を取付け
るため、配線構造がさらに複雑化する。また、連接棒が
折損したときには、これと一緒に検知線も新品に交換し
なければならない。

【００１３】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、簡単で低コストな構造
によって連接棒の折損等を確実に検出でき、圧縮機の他
の部品等を保護できると共に、耐久性、信頼性を向上で
きるようにした往復動型圧縮機を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明は、クランクケースと、該クラン
クケースに回転可能に設けられたクランク軸と、クラン
クケースに設けられたシリンダと、クランク軸に連接棒
を介して連結され該シリンダ内で往復動することにより
気体を圧縮するピストンとを備えた往復動型圧縮機にお
いて、シリンダ内でピストンが往復動するときの振動を
振動検出手段を用いて検出し検出結果に応じて前記クラ
ンク軸、連接棒及びピストンを含む往復動機構の故障診
断を行う故障診断装置を設けてなる構成を採用してい
る。

【００１５】このように構成することにより、圧縮機の
運転時には、例えば汎用的な圧電素子等からなる振動検
出手段を用いて比較的簡単な構造で圧縮機の振動を検出
でき、検出した振動を正常運転時の振動レベル等と比較
することができる。これにより、例えばクランク軸、連
接棒、ピストン等を含む往復動機構の故障、特に連接棒
の折損等によって振動が異常に大きくなった場合には、
この異常な振動を検出して圧縮機が故障したことを診断
することができる。

【００１６】また、請求項２の発明によると、クランク
ケースと、該クランクケースに回転可能に設けられたク
ランク軸と、前記クランクケースに設けられた複数個の
シリンダと、前記クランク軸に連接棒を介して連結され
該シリンダ内で往復動することにより気体を圧縮するピ
ストンとを備えた往復動型圧縮機において、シリンダ内
でピストンが往復動するときの振動を振動検出手段を用
いて検出し検出結果に応じて前記クランク軸、連接棒及
びピストンを含む往復動機構の故障診断を行う故障診断
装置を設け、振動検出手段は複数個のシリンダに対する
距離が互いにほぼ等しくなる位置でクランクケースに取
付ける構成としている。

【００１７】これにより、多気筒型や多段式の圧縮機等
においては、例えば振動検出手段をクランク軸の軸線上
となる位置でクランクケースに取付けることができ、圧
縮機の各シリンダからクランクケースを介して振動検出
手段に伝わる振動の伝達状態（振動レベル）を各シリン
ダ間でほぼ等しくすることができる。従って、いずれの
シリンダが故障した場合でも、故障による振動レベルの
変化を振動検出手段によって均等に検出でき、その故障
診断を安定的に行うことができる。

【００１８】また、請求項３の発明によると、故障診断
装置はシリンダから正常運転時に発生する振動レベルよ
りも大きな振動に対応して予め設定された故障判定値を
有し、振動検出手段の検出信号が該故障判定値よりも大
きくなったことを判定したときに故障と診断する構成と
している。

【００１９】これにより、故障判定値は、例えば圧縮機
の正常運転時に振動検出手段から出力される検出信号の
信号値よりも大きな値として予め設定しておくことがで
きる。そして、圧縮機の運転中に検出信号が故障判定値
よりも大きいと判定した場合には、例えば判定を複数回
行うことによって故障を確実に診断でき、ノイズ等によ
って誤診断が生じるのを防止することができる。

【００２０】また、請求項４の発明によると、複数個の
シリンダはクランク軸の回転角に対して互いに位相差を
もって駆動し、故障診断装置は振動検出手段の検出信号
が周期的に増減するときの周期を計測することにより前
記各シリンダのうち故障したシリンダを判別する構成と
している。

【００２１】この場合、多気筒型や多段式の圧縮機等で
は、例えば各シリンダが上死点の近傍で気体を圧縮、吐
出するときに振動レベルが大きくなるため、振動検出手
段の検出信号は、各シリンダの位相差に応じて周期的に
増減するようになる。このため、故障診断装置は、検出
信号の周期を計測することによって上死点の近傍にある
シリンダを判別でき、例えば個々のシリンダが上死点の
近傍となるタイミングで振動レベルを判定することによ
り、各シリンダ毎に故障を診断することができる。

【００２２】さらに、請求項５の発明によると、故障診
断装置はシリンダが故障したときにクランク軸を駆動す
る動力源を停止して警報を発生する構成としている。

【００２３】これにより、シリンダが往復動機構の異常
等により故障したときには、圧縮機を直ちに停止させる
ことができ、他の部品が連鎖的に損傷するのを防止でき
ると共に、オペレータ等に故障を警報することができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
往復動型圧縮機として、３気筒型の空気圧縮機を例に挙
げ、添付図面に従って詳細に説明する。

【００２５】１は圧縮空気を貯蔵するタンクとしてのエ
アタンクで、該エアタンク１の上部側には、後述のクラ
ンク軸６を回転駆動する動力源としての電動モータ２が
設けられ、該電動モータ２の出力側は、プーリ３、ベル
ト４等を介してクランク軸６と連結されている。

【００２６】５はエアタンク１上に設けられたクランク
ケースで、該クランクケース５は金属ケース等からな
り、その上部側には、図２、図３に示す如く、後述のシ
リンダ７，８，９が搭載されている。

【００２７】６はクランクケース５に軸受等を介して回
転可能に設けられたクランク軸で、該クランク軸６は、
その端部側がクランクケース５から突出して電動モータ
２と連結されている。そして、クランク軸６は、電動モ
ータ２により図３中の軸線Ｏ−Ｏを中心として回転駆動
されるものである。

【００２８】７はクランクケース５上に設けられた例え
ば３個のシリンダで、該シリンダ７，８，９は、図２に
示す如く、クランク軸６の回転方向（周方向）に間隔を
もって配置され、これらの間隔はクランク軸６の中心Ｏ
（軸線Ｏ−Ｏ）を基準として例えば６０°程度の角度θ
1に設定されている。また、シリンダ７〜９を左側から
順番に第１シリンダ７、第２シリンダ８、第３シリンダ
９とした場合に、第１シリンダ７と第３シリンダ９との
間には、角度θ1と径方向の反対側に位置して例えば２
４０°程度の角度θ2をもつ間隔が設けられている。

【００２９】ここで、シリンダ７〜９のうち第１シリン
ダ７を例に挙げて説明すると、該第１シリンダ７の上部
側には、図３に示す如く、弁板１０を介してシリンダヘ
ッド１１が搭載されている。また、シリンダヘッド１１
内には、弁板１０との間に位置して吸込室１２、吐出室
１３が画成され、弁板１０には、吸込室１２と後述の圧
縮室１７との間を連通，遮断する吸込弁１４と、吐出室
１３と圧縮室１７との間を連通，遮断する吐出弁１５と
が取付けられている。一方、第２，第３シリンダ８，９
も、第１シリンダ７とほぼ同様に構成されているもので
ある。

【００３０】１６はシリンダ７〜９内にそれぞれ往復動
可能に設けられたピストンで、該各ピストン１６は、ピ
ストンピン１６Ａを介して後述の連接棒１８と連結さ
れ、シリンダ７〜９内に圧縮室１７を画成している。

【００３１】ここで、シリンダ７〜９内の各ピストン１
６が上死点に達するタイミングは、クランク軸６の回転
角に対して角度θ1分だけ互いに位相差をもって設定さ
れている。このため、圧縮機の運転時には、クランク軸
６が角度θ1だけ回転する毎に第１，第２及び第３シリ
ンダ７，８，９が順次上死点となる。また、第３シリン
ダ９が上死点となった後には、クランク軸６が角度θ2
だけ回転したときに第１シリンダ７が上死点となる。

【００３２】１８はクランク軸６とピストン１６との間
を連結する連接棒で、該連接棒１８は、図３に示す如
く、その大端部側が軸受１８Ａを介してクランク軸６に
回転可能に連結され、その小端部側が他の軸受１８Ｂを
介してピストン１６のピストンピン１６Ａに揺動可能に
連結されている。

【００３３】１９は吸気時の騒音を低減するためにシリ
ンダ７〜９の吸込室１２側に設けられた吸込サイレン
サ、２０はシリンダ７〜９の吐出室１３側をエアタンク
１に対して並列に接続する吐出配管である。

【００３４】そして、圧縮機は、電動モータ２によりク
ランク軸６が回転駆動されると、クランク軸６の回転が
連接棒１８等を介してピストン１６の往復動に変換さ
れ、シリンダ７〜９内で各ピストン１６がそれぞれ往復
動する。これにより、シリンダ７〜９は、吸込サイレン
サ１９、吸込室１２、吸込弁１４等を介して圧縮室１７
内に空気を吸込んで圧縮し、この圧縮空気を吐出弁１５
を介して吐出室１３側に吐出すると共に、吐出配管２０
を介してエアタンク１に貯留するものである。

【００３５】次に、図４を参照しつつ、圧縮機の故障診
断装置について説明する。２１はエアタンク１に取付け
られた故障診断装置で、該故障診断装置２１は、後述の
振動検出手段としての圧電素子２２と診断処理回路２３
とを含んで構成されている。

【００３６】そして、シリンダ７〜９内でピストン１６
が往復動するときの振動を圧電素子２２を用いて検出
し、例えばクランク軸６、ピストン１６、ピストンピン
１６Ａ、連接棒１８、軸受１８Ａ，１８Ｂ、ピストンリ
ング等を含む往復動機構の故障診断を行い、特に連接棒
１８の折損等による故障を診断するものである。

【００３７】２２は圧縮機の振動を検出する振動センサ
としての圧電素子で、該圧電素子２２は、例えば歪み変
形することにより変形量に応じた電圧を発生する汎用的
な圧電材料を用いて構成されている。また、圧電素子２
２は、図３に示す如く、クランク軸６の軸線Ｏ−Ｏ上と
なる位置でクランクケース５の外面側に取付けられ、リ
ード線等の配線２２Ａを用いて診断処理回路２３と接続
されている。

【００３８】そして、圧電素子２２は、シリンダ７〜９
内でピストン１６が往復動するときに発生する振動を検
出し、この振動波形に対応する電圧信号を検出信号Ｓと
して診断処理回路２３に出力する。この場合、圧電素子
２２はクランク軸６の軸線Ｏ−Ｏ上に配置され、３個の
シリンダ７〜９に対する圧電素子２２の距離が互いにほ
ぼ等しくなっている。これにより、個々のシリンダ７〜
９からクランクケース５を介して圧電素子２２に振動が
伝わるときには、振動の伝達状態（振動レベル）がシリ
ンダ７〜９間でほぼ均等となるように構成されている。

【００３９】２３は圧電素子２２の出力側に接続された
診断処理回路で、該診断処理回路２３は、圧電素子２２
の検出信号Ｓを増幅する増幅器２４と、検出信号Ｓのノ
イズを除去するフィルタ２５と、検出信号Ｓの信号波形
の包絡線とほぼ等しい波形の包絡線信号Ｓ′（図５中に
点線で図示）を出力する包絡線検波器２６と、後述の比
較器２７，２８、ＣＰＵ２９、警報器３１等を含んで構
成されている。

【００４０】２７は包絡線検波器２６の出力側に接続さ
れた気筒判別用比較器で、該気筒判別用比較器２７に
は、例えば一定の電圧値として予め定められた気筒判別
用判定値Ｖkと、周期的に増大する包絡線信号Ｓ′とが
入力されている。

【００４１】ここで、シリンダ７〜９は、クランク軸６
の回転方向に対して角度θ1だけ互いにずれたタイミン
グで上死点となり、この上死点の近傍では、例えばピス
トン１６により空気が圧縮、吐出されることによって振
動レベルが大きくなる。このため、圧電素子２２の検出
信号Ｓと包絡線信号Ｓ′の信号波形は、例えば図５に示
す如く、シリンダ７〜９が順次上死点の近傍となる毎に
周期的に増大する。

【００４２】そして、比較器２７は、気筒判別用判定値
Ｖkと包絡線信号Ｓ′との大小関係を比較することによ
り、シリンダ７〜９の上死点近傍に対応するタイミング
でパルス状の気筒判別信号ＫをＣＰＵ２９に出力するも
のである。この場合、気筒判別信号Ｋは、例えば第１な
いし第３シリンダ７，８，９に対応する信号パルスＫ
1，Ｋ2，Ｋ3として出力され、これらの信号パルスＫ1〜
Ｋ3は、包絡線信号Ｓ′が判定値Ｖkを超えたときに低レ
ベルＬから高レベルＨへと立上り、包絡線信号Ｓ′が判
定値Ｖk以下となったときに高レベルＨから低レベルＬ
へと立下がる。

【００４３】２８は包絡線検波器２６とＣＰＵ２９との
間に比較器２７と並列に接続された故障診断用比較器
で、該故障診断用比較器２８は、図６に示す如く、例え
ば圧縮機の正常運転時に発生する振動レベルよりも大き
な振動レベルに対応する電圧値として予め定められた故
障判定値Ｖeと、包絡線信号Ｓ′との大小関係を比較
し、包絡線信号Ｓ′が故障判定値Ｖeを超えたときに
は、パルス状の故障信号ＥをＣＰＵ２９に出力するもの
である。

【００４４】ここで、例えばシリンダ７で往復動機構の
各部品に異常が生じた場合には、圧電素子２２に伝わる
振動レベルが異常に大きくなり、その検出信号Ｓが増大
する。即ち、例えばピストンリング等の摩耗が進んだ場
合には、ピストン１６とシリンダ７との間に隙間が生
じ、シリンダ７へのピストン１６の接触に変化が生じ
る。そして、この状態でシリンダ７が上死点の近傍とな
ったときには、図６に示す如く検出信号Ｓ（包絡線信号
Ｓ′）が判定値Ｖeを超えるようになり、故障信号Ｅが
出力される。また、シリンダ７で連接棒１８が折損した
場合等にも、故障信号Ｅが出力される。さらに、シリン
ダ８，９でも同様に、往復動機構に異常が生じると、上
死点の近傍で故障信号Ｅが出力される。

【００４５】２９は電動モータ２と一緒に電源回路３０
によって給電されるＣＰＵで、該ＣＰＵ２９は、その入
力側に比較器２７，２８が接続され、その出力側に後述
の警報器３１、リレー駆動回路３２等が接続されてい
る。また、ＣＰＵ２９は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記
憶部（図示せず）を有し、この記憶部には、後述の図７
ないし図９に示す故障診断制御のプログラムと、カウン
タＣ1，Ｃ2，Ｃ3、故障判定用カウンタ値Ｃe、気筒判別
用の周期判定値Ｔk等が記憶されている。

【００４６】そして、ＣＰＵ２９は、後述の如く比較器
２７から入力される気筒判別信号Ｋの信号パルスＫ1〜
Ｋ3間の周期を個別に計測することにより、シリンダ７
〜９のうち上死点の近傍にあるシリンダを判別する。

【００４７】また、ＣＰＵ２９は、比較器２８から故障
信号Ｅが入力されたか否かをほぼ一定の間隔で判定し、
入力と判定した回数が故障判定用カウンタ値Ｃeを超え
たときに、シリンダ７〜９のいずれかが往復動機構の異
常等によって故障したと診断し、故障したシリンダを気
筒判別信号Ｋによって判別する。

【００４８】さらに、ＣＰＵ２９は、シリンダ７〜９の
いずれかを故障と診断したときに、後述のリレー駆動回
路３２を介して電源リレー３３を開成（ＯＦＦ）し、電
動モータ２を停止すると共に、警報ランプ３１Ａ，３１
Ｂ，３１Ｃのうち故障したシリンダに対応するランプを
点灯して警報を発生するものである。

【００４９】３１は圧縮機が故障したときに警報を発生
する警報器で、該警報器３１は、例えばシリンダ７〜９
に対応する３個の警報ランプ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを
含んで構成されている。

【００５０】３２はＣＰＵ２９の出力側に接続されたリ
レー駆動回路で、該リレー駆動回路３２は、電動モータ
２と電源回路３０との間に設けられた電源リレー３３を
開，閉するものである。

【００５１】本実施の形態による空気圧縮機は上述の如
き構成を有するもので、次に図７ないし図９を参照しつ
つ、故障診断装置２１による診断制御について説明す
る。

【００５２】まず、圧縮機が運転を開始すると、ＣＰＵ
２９に気筒判別信号Ｋが入力されるようになるため、ス
テップ１では、後述の図８に示す気筒判別処理を行う。
そして、この気筒判別処理では、気筒判別信号Ｋのうち
第１シリンダ７の上死点の近傍に対応する信号パルスＫ
1が判別され、この信号パルスＫ1が出力されるタイミン
グでステップ２に移る。

【００５３】これにより、ステップ２では、第１シリン
ダ７の信号パルスＫ1が出力されているときに、後述の
第１シリンダ診断処理（図９に示す第ｎシリンダ診断処
理でｎ＝１とした場合）を行う。

【００５４】この場合、シリンダ７〜９のうちいずれか
１個のシリンダ（第ｎシリンダ）で連接棒１８が折損し
た場合には、このシリンダが上死点の近傍に達して第ｎ
シリンダ診断処理を実行しているときに、大きな振動が
発生して故障信号Ｅが出力されるようになる。従って、
後述の如くステップ２，６，１０によってシリンダ７〜
９が上死点となる毎に故障診断を行うことにより、故障
したシリンダを判別することができる。

【００５５】次に、ステップ３では、第１シリンダ診断
処理の診断結果に基づいてシリンダ７が正常であるか否
かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、第１シリ
ンダ７が正常に作動しているので、後述のステップ５に
移る。

【００５６】また、ステップ３で「ＮＯ」と判定したと
きには、第１シリンダ７が故障したと診断できるので、
ステップ４でシリンダ７用の警報ランプ３１Ａを点灯
し、後述のステップ１４で電源リレー３３を開成して圧
縮機を停止した後に、ステップ１５で故障診断制御を終
了する。

【００５７】次に、ステップ５では、第２シリンダ８の
信号パルスＫ2が出力されたか否かをパルスの立上りに
よって判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、第２シ
リンダ８の信号パルスＫ2が出力されているときに、ス
テップ６で第２シリンダ診断処理（第ｎシリンダ診断処
理でｎ＝２とした場合）を行う。

【００５８】また、ステップ５で「ＮＯ」と判定したと
きには、まだ第２シリンダ８が上死点の近傍となってい
ないので、信号パルスＫ2が出力されるまで待機した後
に、ステップ６で第２シリンダ診断処理を行う。

【００５９】次に、ステップ７では、第２シリンダ診断
処理の診断結果に基づいてシリンダ８が正常であるか否
かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、後述のス
テップ９に移る。

【００６０】また、ステップ７で「ＮＯ」と判定したと
きには、第２シリンダ８が故障したと診断できるので、
ステップ８でシリンダ８用の警報ランプ３１Ｂを点灯
し、ステップ１４で圧縮機を停止して故障診断制御を終
了する。

【００６１】次に、ステップ９では、第３シリンダ９の
信号パルスＫ3が出力されたか否かを判定し、「ＹＥ
Ｓ」と判定したときには、第３シリンダ９の信号パルス
Ｋ3が出力されているときに、ステップ１０で第３シリ
ンダ診断処理（第ｎシリンダ診断処理でｎ＝３とした場
合）を行う。また、ステップ９で「ＮＯ」と判定したと
きには、信号パルスＫ3が出力されるまで待機する。

【００６２】そして、ステップ１１では、第３シリンダ
診断処理の診断結果に基づいてシリンダ９が正常である
か否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、後述
のステップ１３に移る。

【００６３】また、ステップ１１で「ＮＯ」と判定した
ときには、第３シリンダ９が故障したと診断できるの
で、ステップ１２でシリンダ９用の警報ランプ３１Ｃを
点灯し、ステップ１４で圧縮機を停止して故障診断制御
を終了する。

【００６４】次に、ステップ１３では、シリンダ７〜９
の診断処理を繰返し実行するため、気筒判別信号Ｋの信
号パルスＫ1が出力されたか否かを判定し、「ＹＥＳ」
と判定したときには、ステップ２〜１３を行うことによ
り、電源スイッチが開成されるまで第１ないし第３シリ
ンダ７〜９の診断処理を繰返し実行する。また、ステッ
プ１３で「ＮＯ」と判定したときには、シリンダ７の信
号パルスが出力されるまで待機する。

【００６５】また、ステップ１４では、ステップ３，
７，１１のいずれかで「ＮＯ」と判定したときに、電源
リレー３３を開成して圧縮機を停止し、ステップ１５で
故障診断制御を終了する。なお、ステップ１〜１３のう
ちいずれの処理が実行途中であっても、圧縮機の電源ス
イッチ（図示せず）が開成された場合には、処理を中止
し、ステップ１４，１５で圧縮機を停止する。

【００６６】次に、図８を参照しつつ、第１ないし第３
シリンダ７〜９を判別する気筒判別処理について述べ
る。

【００６７】まず、ステップ２１では、気筒判別信号Ｋ
のパルス周期を計測するためのメモリである時間ｔ0，
ｔ1を零にクリアし、ステップ２２では、気筒判別信号
Ｋの信号パルスが出力されたか否かをパルスの立上りに
よって判定する。

【００６８】そして、ステップ２２で「ＹＥＳ」と判定
したときには、ステップ２３でパルスの立上り時間を時
間ｔ1として記憶する。また、ステップ２２で「ＮＯ」
と判定したときには、信号パルスの立上りまで待機す
る。

【００６９】次に、ステップ２４では、ステップ２３で
記憶した最新の信号パルスの立上り時間ｔ1と、この信
号パルスの直前に出力された信号パルスの立上り時間ｔ
0とを用いて、時間ｔ0，ｔ1の差の絶対値をパルス周期
Ｔとして演算する。

【００７０】ここで、気筒判別信号Ｋの信号パルスＫ1
〜Ｋ3が順次立上るときには、例えば最初のパルスの立
上り時間がステップ２３で時間ｔ1として記憶される
と、次のパルスの立上り時間が後述のステップ２９で時
間ｔ0として記憶され、これらの記憶処理は交互に行わ
れる。このため、時間ｔ0，ｔ1の差であるパルス周期Ｔ
は、互いに隣接する２つの信号パルス間の間隔となる。

【００７１】次に、ステップ２５では、パルス周期Ｔが
気筒判別用の周期判定値Ｔkよりも大きくなったか否か
を判定する。この場合、例えば圧縮機を一定の回転数で
運転しているときに、信号パルスＫ1，Ｋ2間のパルス周
期は、図５に示す如く、シリンダ７,８の位相差（角度
θ1）に対応した周期Ｔ1となり、信号パルスＫ2，Ｋ3間
のパルス周期もシリンダ８,９の位相差に対応した周期
Ｔ1となる。これに対し、信号パルスＫ3が出力されてか
ら信号パルスＫ1が出力されるまでのパルス周期は、シ
リンダ９，７間の角度θ2に対応しているため、周期Ｔ1
よりも大きな周期Ｔ2となる。また、周期判定値Ｔkは、
周期Ｔ2を判別するために、例えば周期Ｔ1よりも大きく
周期Ｔ2よりも小さな所定値として設定されている。

【００７２】そして、ステップ２５で「ＹＥＳ」と判定
したときには、パルス周期Ｔが周期Ｔ2となったので、
最新の出力パルスが第１シリンダ７の信号パルスＫ1で
あると判別することができる。このため、後述のステッ
プ３４で気筒判別処理を終了してリターンし、図７中の
ステップ２で第１シリンダ７の診断処理を行う。

【００７３】また、ステップ２５で「ＮＯ」と判定した
ときには、パルス周期Ｔが周期Ｔ1であり、最新の出力
パルスが信号パルスＫ1ではないので、ステップ２６で
パルスの立下りまで待機した後に、ステップ２７でパル
ス周期Ｔを零にクリアする。

【００７４】次に、ステップ２８では、次の信号パルス
が出力されたか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したと
きには、ステップ２９でパルスの立上り時間を時間ｔ0
として記憶する。また、ステップ２８で「ＮＯ」と判定
したときには、信号パルスの立上りまで待機する。

【００７５】次に、ステップ３０では、ステップ２４と
同様にパルス周期Ｔを演算し、ステップ３１では、パル
ス周期Ｔが周期判定値Ｔkよりも大きくなったか否かを
判定する。そして、ステップ３１で「ＮＯ」と判定した
ときには、ステップ３２で信号パルスの立下りまで待機
し、ステップ３３でパルス周期Ｔを零にクリアした後
に、ステップ２２に戻って次なる信号パルスに対してパ
ルス周期の判定を行う。

【００７６】また、ステップ３１で「ＹＥＳ」と判定し
たときには、第１シリンダ７の信号パルスＫ1が判別さ
れたので、ステップ３４で気筒判別処理を終了してリタ
ーンし、第１シリンダ７の診断処理を行う。

【００７７】次に、図７中のステップ２，６，１０でｎ
＝１，２，３として実行される第ｎシリンダ診断処理に
ついて、図９を参照しつつ述べる。

【００７８】まず、ステップ４１では、故障診断用比較
器２８から故障信号Ｅが入力されたか否かを判定し、
「ＹＥＳ」と判定したときには、第ｎシリンダが故障し
ている虞れがあるので、ステップ４２で気筒判別信号Ｋ
の信号パルスの立下りまで待機した後に、後述のステッ
プ４４に移る。

【００７９】また、ステップ４１で「ＮＯ」と判定した
ときには、ステップ４３で気筒判別信号Ｋが立下りか否
かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、第ｎシリ
ンダを正常と診断できるので、後述のステップ４７に移
る。また、ステップ４３で「ＮＯ」と判定したときに
は、故障信号Ｅが出力されるか、または気筒判別信号Ｋ
の立下りまでステップ４１,４３の処理を繰返す。

【００８０】次に、ステップ４４では、第ｎシリンダ用
のカウンタＣn（Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3のうちいずれか１個のカウ
ンタ）を１だけ加算し、ステップ４５では、このカウン
タＣnが予め設定された故障判定用カウンタ値Ｃeを越え
たか否かを判定する。

【００８１】そして、ステップ４５で「ＹＥＳ」と判定
したときには、複数回にわたって故障信号Ｅが出力され
たので、ステップ４６で第ｎシリンダを故障と判定し、
後述のステップ４８でリターンする。

【００８２】また、ステップ４５で「ＮＯ」と判定した
ときには、第ｎシリンダが正常であるか、または故障と
診断するまでに至っていないので、これを正常と診断
し、ステップ４８でリターンする。

【００８３】かくして、本実施の形態では、圧電素子２
２を用いて振動を検出し、例えばクランク軸６、ピスト
ン１６、ピストンピン１６Ａ、連接棒１８、軸受１８
Ａ，１８Ｂ等を含む往復動機構の故障診断を行う故障診
断装置２１を設ける構成としたので、圧縮機の運転時に
は、例えば汎用的な圧電材料等からなる圧電素子２２を
用いて比較的簡単な構造でシリンダ７〜９の振動を検出
でき、検出した振動を正常運転時の振動レベル等と比較
することができる。

【００８４】これにより、シリンダ７〜９のいずれかに
おいて、例えば連接棒１８の折損等によって振動が異常
に大きくなった場合には、この異常な振動を検出して圧
縮機が故障したことを確実に診断でき、連接棒１８の周
囲に位置する他の部品等を保護できると共に、圧縮機の
耐久性、信頼性を向上させることができる。また、従来
技術のように高価な加速度センサやＦＦＴ用の信号処理
回路等を用いる必要がなくなり、診断装置の簡略化やコ
ストダウンを促進することができる。

【００８５】この場合、圧電素子２２をクランク軸６の
軸線Ｏ−Ｏ上となる位置でクランクケース５に取付けた
ので、３個のシリンダ７〜９からクランクケース５を介
して圧電素子２２に伝わる振動レベルをシリンダ７〜９
間でほぼ等しくすることができる。これにより、シリン
ダ７〜９のうちいずれのシリンダが故障した場合でも、
故障による振動レベルの変化を圧電素子２２によって均
等に検出でき、その故障診断を安定的に行うことができ
る。

【００８６】また、圧電素子２２の検出信号Ｓ（包絡線
信号Ｓ′）が故障判定値Ｖeを超えたと判定したときに
は、この判定が故障判定用カウンタ値Ｃeよりも大きな
複数回だけ行われたときに故障と診断する構成としたの
で、複数回の判定を行うことによって故障を確実に診断
でき、ノイズ等による誤診断を防止して診断精度を高め
ることができる。

【００８７】また、３個のシリンダ７〜９をクランク軸
６の回転角に対して角度θ1の位相差をもって駆動する
ことにより、圧電素子２２の検出信号Ｓを用いてパルス
状の気筒判別信号Ｋを発生し、この気筒判別信号Ｋのパ
ルス周期Ｔを計測することにより、シリンダ７〜９のう
ち故障したシリンダを判別する構成としたので、例えば
多気筒型や多段式の圧縮機等においても、気筒判別用の
特別な機構等を設けることなく、圧電素子２２の検出信
号Ｓを用いてシリンダ７〜９のうち上死点の近傍にある
シリンダを容易に判別でき、この上死点近傍での振動レ
ベルを検出することによってシリンダ７〜９毎に故障の
有無を正確に判定することができる。これにより、故障
したシリンダに対する往復動機構の部品交換、シリンダ
の点検等を容易に行うことができ、圧縮機のメンテナン
ス性を高めることができる。

【００８８】また、故障診断装置２１は、シリンダ７〜
９のいずれかが故障したときに電源リレー３３を用いて
電動モータ２を停止し、警報器３１により警報を発生す
る構成としたので、シリンダ７〜９で往復動機構が故障
したときには、圧縮機を直ちに停止させることができ、
例えば折損した連接棒１８の周囲等で他の部品が連鎖的
に損傷するのを防止できると共に、警報ランプ３１Ａ〜
３１Ｃのいずれかを点灯してオペレータ等に故障したシ
リンダを警報することができる。

【００８９】なお、前記実施の形態では、比較器２７，
２８をＣＰＵ２９と別個に設ける構成とした。しかし、
本発明はこれに限らず、例えば比較器２７，２８を廃止
して検出信号Ｓ（包絡線信号Ｓ′）をＣＰＵ２９に直接
入力し、判定値Ｖk，Ｖeとの比較判定処理をソフトウェ
アによって行う構成としてもよい。

【００９０】また、実施の形態では、シリンダ７〜９が
故障したときに警報ランプ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ等を
点灯させる構成とした。しかし、本発明はこれに限ら
ず、例えばブザー等の警報音や音声ガイド、画面の表示
等によって警報を発生する構成としてもよい。

【００９１】また、実施の形態では、３気筒型の空気圧
縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明は多気筒型
の圧縮機に限るものではなく、例えば１個のシリンダを
有する単気筒型の圧縮機に適用してもよい。

【００９２】また、本発明は、例えば２個のシリンダま
たは４個以上のシリンダがエアタンク１に対して並列に
接続された多気筒型の圧縮機や、例えば複数個のシリン
ダが直列に接続され、低圧側のシリンダから高圧側のシ
リンダに向けて空気を複数段階で順次高圧に圧縮する構
成とした多段式の圧縮機に適用してもよい。さらに、本
発明は、空気以外の気体を圧縮する各種の往復動型圧縮
機にも適用できるのは勿論である。

【００９３】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、振動検出手段を用いてシリンダの振動を検出し往
復動機構の故障診断を行う故障診断装置を設ける構成と
したので、圧縮機の運転時には、例えば汎用的な圧電材
料等からなる振動検出手段を用いて比較的簡単な構造で
シリンダの振動を検出でき、例えば連接棒の折損等によ
る異常な振動を検出して圧縮機が故障したことを確実に
診断することができる。これにより、診断装置の簡略化
やコストダウンを促進でき、圧縮機の耐久性、信頼性を
向上させることができる。

【００９４】また、請求項２の発明によれば、振動検出
手段は、複数個のシリンダに対する距離が互いにほぼ等
しくなる位置でクランクケースに取付ける構成としたの
で、多気筒型や多段式の圧縮機等においては、各シリン
ダからクランクケースを介して振動検出手段に伝わる振
動レベルを各シリンダ間でほぼ等しくすることができ
る。従って、いずれのシリンダが故障した場合でも、故
障による振動レベルの変化を振動検出手段によって均等
に検出でき、その故障診断を安定的に行うことができ
る。

【００９５】また、請求項３の発明によれば、故障診断
装置は、振動検出手段の検出信号が故障判定値よりも大
きいと判定したときに故障と診断する構成としたので、
例えばこの判定を複数回行うことによって故障を確実に
診断でき、ノイズ等による誤診断を防止して診断精度を
高めることができる。

【００９６】また、請求項４の発明によれば、複数個の
シリンダが位相差をもって駆動している場合、故障診断
装置は、振動検出手段の検出信号の周期を計測すること
により故障したシリンダを判別する構成としたので、多
気筒型や多段式の圧縮機等において、気筒判別用の特別
な機構等を設けることなく、振動検出手段の検出信号を
用いて各シリンダのうち上死点の近傍にあるシリンダを
容易に判別でき、この上死点近傍での振動レベルを検出
することによってシリンダ毎に故障の有無を正確に判定
することができる。これにより、故障したシリンダに対
する往復動機構の部品交換、シリンダの点検等を容易に
行うことができ、メンテナンス性を高めることができ
る。

【００９７】さらに、請求項５の発明によれば、故障診
断装置は、シリンダが故障したときに動力源を停止して
警報を発生する構成としたので、シリンダが故障したと
きには、圧縮機を直ちに停止させることができ、例えば
折損した連接棒の周囲等で他の部品が連鎖的に損傷する
のを防止できると共に、オペレータ等に故障を警報する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による３気筒型の空気圧縮
機を示す正面図である。

【図２】図１中のクランクケース、各シリンダ等を拡大
して示す空気圧縮機の部分拡大正面図である。

【図３】図２中の矢示III-III方向からみたシリンダ等
の拡大断面図である。

【図４】圧縮機の故障診断装置を示す回路構成図であ
る。

【図５】全てのシリンダが正常なときの圧電素子の検出
信号、気筒判別信号及び故障信号を示す特性線図であ
る。

【図６】第１シリンダが故障したときの圧電素子の検出
信号、気筒判別信号及び故障信号を示す特性線図であ
る。

【図７】圧縮機の故障診断制御を示す流れ図である。

【図８】図７中の気筒判別処理を示す流れ図である。

【図９】図７中の第１ないし第３シリンダ診断処理を示
す流れ図である。

【符号の説明】

２電動モータ（動力源）５クランクケース６クランク軸７，８，９シリンダ１６ピストン１８連接棒２１故障診断装置２２圧電素子（振動検出手段）２３診断処理回路３１警報器３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ警報ランプＳ検出信号Ｖe 故障判定値 θ1，θ2 角度（位相差）

フロントページの続きＦターム(参考） 3H003 AA02 AC02 CF00 3H045 AA03 AA13 AA26 BA38 CA22 DA02 EA12 EA26 EA50 3H076 AA03 BB01 BB36 CC98

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクケースと、該クランクケースに
回転可能に設けられたクランク軸と、前記クランクケー
スに設けられたシリンダと、前記クランク軸に連接棒を
介して連結され該シリンダ内で往復動することにより気
体を圧縮するピストンとを備えた往復動型圧縮機におい
て、前記シリンダ内でピストンが往復動するときの振動を振
動検出手段を用いて検出し検出結果に応じて前記クラン
ク軸、連接棒及びピストンを含む往復動機構の故障診断
を行う故障診断装置を設ける構成としたことを特徴とす
る往復動型圧縮機。
【請求項２】クランクケースと、該クランクケースに
回転可能に設けられたクランク軸と、前記クランクケー
スに設けられた複数個のシリンダと、前記クランク軸に
連接棒を介して連結され該シリンダ内で往復動すること
により気体を圧縮するピストンとを備えた往復動型圧縮
機において、前記シリンダ内でピストンが往復動するときの振動を振
動検出手段を用いて検出し検出結果に応じて前記クラン
ク軸、連接棒及びピストンを含む往復動機構の故障診断
を行う故障診断装置を設け、前記振動検出手段は前記複
数個のシリンダに対する距離が互いにほぼ等しくなる位
置で前記クランクケースに取付ける構成としたことを特
徴とする往復動型圧縮機。
【請求項３】前記故障診断装置は前記シリンダから正
常運転時に発生する振動レベルよりも大きな振動に対応
して予め設定された故障判定値を有し、前記振動検出手
段の検出信号が該故障判定値よりも大きくなったことを
判定したときに故障と診断する構成としてなる請求項１
または２に記載の往復動型圧縮機。
【請求項４】前記複数個のシリンダは前記クランク軸
の回転角に対して互いに位相差をもって駆動し、前記故
障診断装置は前記振動検出手段の検出信号が周期的に増
減するときの周期を計測することにより前記各シリンダ
のうち故障したシリンダを判別する構成としてなる請求
項２または３に記載の往復動型圧縮機。
【請求項５】前記故障診断装置は前記シリンダが故障
したときに前記クランク軸を駆動する動力源を停止して
警報を発生する構成としてなる請求項１，２，３または
４に記載の往復動型圧縮機。