JP2005226538A

JP2005226538A - 空気圧縮機及びその制御方法

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Publication number: JP2005226538A
Application number: JP2004035848A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iimura; 良雄飯村; Hiroaki Origasa; 博明折笠; Mitsuhiro Sunaoshi; 光広砂押; Kazuhiro Segawa; 和宏瀬川
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: JP4395836B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、空気消費量が少ないときは騒音が小さく、短時間に多量の空気を消費する場合は迅速に高速回転に移行する空気圧縮機を提供することである。
【解決手段】空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部とを有する空気工具用空気圧縮機において、上記タンク部の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサと該圧力センサの検出信号の時間微分値を出力する微分器を有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号Ｐ１と、前記微分器出力の微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと、前記圧力センサの検出信号Ｐ１の所定時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１とにより前記モータの回転数を複数段階に制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は空気釘打機等の空気工具に用いられる圧縮空気を生成する空気圧縮機及びその制御方法に関するものである。

一般に空気工具に用いられる空気圧縮機は、モータによって圧縮機本体のクランク軸を回転駆動し、このクランク軸の回転に応じてシリンダ内でピストンを往復動させることにより、吸気弁から吸い込んだ空気を圧縮するように構成されている。そして圧縮機本体で形成された圧縮空気は排気弁からパイプを通して空気タンクに吐出され、このタンク内に貯留される。空気工具はこのタンクに貯留された圧縮空気を用いて釘打等の作業を行うものである。

このような空気圧縮機は建築現場に持ち運び、野外で用いられたり、人家の密集している場所で使用されることが多いため、いろいろな観点から改良を求められている。本発明者等が現場で使用されている状況を調査した結果、ユーザから求められている要求、技術課題は次のような項目に整理することができる。

（１）低騒音化
空気圧縮機はモータの回転をシリンダ内のピストンの往復動に変換する機構を有するためにモータの回転時にはかなりの騒音が発生するのを避けられない。またこの空気圧縮機からの圧縮空気を利用する釘打機なども作動時に作動音を出すため空気圧縮機自体の騒音と相まって建築現場の周囲にかなりの騒音を発生することとなる。特に人家の密集しているところで早朝や夕方以降に使用するときにはできるだけこの騒音を低減して欲しいという要求が大きい。

（２）高パワー高効率化
空気圧縮機が用いられる現場は、必ずしも十分な電力環境にあるとは限らず、むしろ長いコードを用いて別の場所から電源電圧を供給するために十分な大きさの電圧が確保できなかったり、多数の空気工具を同時に使用するために圧縮空気が大量に消費されるような環境で使用されることがある。

このため、空気圧縮機から高パワーの出力を発生できなくなることがあり、出力が不足した状態で例えば釘打機を使用するといわゆる釘浮き現象が生じ、十分に釘を加工材に打ち込むことができなくなるという問題を生ずる。

また空気圧縮機は通常、空気タンクに２６〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の空気を貯留しているが、この空気は工具を使用していない期間にも少しずつリークすることを避けられず、使い方によっては効率の低下を招くという問題もある。

（３）小型化可搬性の向上
空気工具用の空気圧縮機は稀に据置型として用いられるものもあるが、殆どは可搬型であり建築現場に持ち込んで使用される。従ってできるだけ小型で可搬性に優れていることも要求される。従って圧縮空気生成部及びこれを駆動する駆動部の構成を複雑にして可搬性を損なうことは極力避けなければならない。

（４）長寿命化
冷蔵庫や空調機等に用いられるコンプレッサに比べ空気工具に用いられる空気圧縮機は寿命が短いという問題がある。これは過酷な環境で用いられるため、一面においては止むを得ないところでもあるが、できるだけ負荷の変動を抑制したり、無駄な圧縮空気の生成を抑えることにより更に寿命の長期化を図ることが望まれている。

（５）温度上昇の抑制
シリンダ内のピストンの往復動及びピストンを駆動するモータに流れる電流により空気圧縮機はかなり高温になるのを避け難い。しかしながら空気圧縮機が高温になると損失が大きくなり高効率化を阻害する原因にもなる。従って空気圧縮機の温度上昇を可及的に抑制することも強く要望されている。

なお、特許文献１には空気調和機の室内ファンモータの断続運転によって発生する騒音差を抑えて不快感を低減する技術について開示されている。

また特許文献２には、圧縮機がタンクの圧力の低下によって負荷運転に入ったときの圧力変化状態に応じて、圧力上昇後の待機状態における運転モードを断続運転モード若しくは連続運転モードに切り替えるようにした空気圧縮機について開示されている。

特開２００２−２２８２３３

特公平６−６３５０５

前述のようないくつかの技術課題の中で本発明は特に上記（１）の低騒音化及び（２）の高パワー高効率化の問題を改善しようとするものである。

具体的には本発明は、空気工具による空気消費量が少ないときはより低速で回転させることにより騒音が低く、またコンクリート用釘や太径の木材釘の連続打ちなどのように短時間にかなり多くの空気を消費するときには直ちに高速回転に移行し、パワーが不足することのない空気圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部とを有する空気圧縮機において、前記タンク部の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサと該圧力センサの検出信号の時間微分値を出力する微分器を有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号Ｐ１と、前記微分器出力の微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと、前記圧力センサの検出信号Ｐ１の所定時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１とにより前記モータの回転数を複数段階に制御するようにしたことに一つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、上記モータの温度を検出するための温度センサを有し、前記制御回路は、上記温度センサの検出信号と、上記圧力センサの検出信号Ｐ１と、上記微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御することにある。

本発明の他の特徴は、上記駆動部の電源電圧と負荷電流を検出するセンサを有し、前記制御回路は、上記センサの検出信号と上記圧力センサの検出信号Ｐ１と上記微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御することにある。

本発明にかかる空気圧縮機は、モータの回転数を複数段階に設定し、圧力タンクの圧力センサ出力の微分値と、該圧力センサ出力の所定時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１によりモータの回転数を制御するように構成したので、空気圧縮機が待機中で空気消費がエア漏れのみの場合や、小型の空気タッカなどの使用により空気消費量が少ない場合は、より低速でモータを回転することができ、騒音を抑制することができる。

また大型の釘打ち機を用いて連続釘打ちをした場合のように短時間に多量の空気を消費することが予測される場合は、直ちにモータの回転を高速回転に移行し、タンクの圧力低下を抑制することができる。従ってコンクリート用釘や太径の木材用釘の連続打ちなどのときでも釘の頭浮きの頻度を少なくすることができ、また、たとえ一時的に頭浮き現象が発生してもその時間を極めて短くすることができる。

更にタンク内圧力のリップルが大きく頻度も大きいことを検出し、モータを高速回転に移行したときは、少なくとも所定時間（例えば５秒間）その回転数を維持させるようにしたのでモータの回転数が短時間に頻繁に切り替わることがなく、不快感を軽減することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。

本発明にかかる空気圧縮機は図１の概念図に示すように圧縮空気を貯留するタンク部１０、圧縮空気を生成する圧縮空気生成部２０、該圧縮空気生成部２０を駆動するための駆動部３０及び該駆動部３０を制御するための制御回路部４０より構成されている。

（１）タンク部１０
タンク部１０は図２に示すように高圧圧縮空気を貯留するための空気タンク１０Ａを有し、圧縮部２０Ａの吐出口に連結されたパイプ２１を通して例えば２０〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の高圧圧縮空気が供給される。

上記空気タンク１０Ａには通常複数個の圧縮空気取出口１８、１９が設けられており、本実施例では低圧の圧縮空気を取り出すための取出口１８と、高圧の圧縮空気を取り出すための取出口１９が取り付けられている例が示されている。勿論本発明がこれに限定されるものではない。

低圧用圧縮空気取出口１８は減圧弁１２を介して低圧用カプラ１４に接続されている。減圧弁１２はその入口側の圧縮空気の圧力に拘らず出口側の圧縮空気の最高圧力が定められており、本実施例ではその最高圧力が７〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲の所定値に選定されている。従って減圧弁１２の出口側からは空気タンク１０Ａの圧力に拘らず上記の最高圧力以下の圧力の圧縮空気が得られる。

減圧弁１２の出力側の圧縮空気は低圧用カプラ１４を介して図１に示した低圧用の空気工具５１に供給される。

一方高圧用圧縮空気取出口１９は減圧弁１３を介して高圧用カプラ１５に接続されている。減圧弁１３はその入口側の圧縮空気の圧力に拘らず出口側の圧縮空気の最高圧力が定められており、本実施例ではその最高圧力が１０〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲の所定値に選定されている。従って減圧弁１３の出口側からはこの最高圧力以下の圧力の圧縮空気が得られる。減圧弁１３の出力側の圧縮空気は高圧用カプラ１５を介して図１に示した高圧用の空気工具５２に供給される。

減圧弁１２及び１３には低圧用圧力計１６及び高圧用圧力計１７がそれぞれ取り付けられており、減圧弁１２及び１３の出口側の圧縮空気の圧力をモニタできるように構成されている。また低圧用カプラ１４と高圧用カプラ１５は寸法が異なり互換性がないので低圧用カプラ１４には高圧用の空気工具５２を接続することができず、また高圧用カプラ１５には低圧用の空気工具５１は接続することができないように構成されている。このような構成は既に本願発明と同一の出願人により特開平４−２９６５０５に出願されている。

上記空気タンク１０Ａの一部には圧力センサ１１が取り付けられており、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力が検出される。この検出信号は制御部４０に供給され、後述のモータの制御に用いられる。また空気タンク１０Ａの一部には安全弁１０Ｂが取り付けられており、空気タンク１０Ａ内の圧力が異常に高くなったときにその空気の一部を外部に逃がして安全を確保している。

（２）圧縮空気生成部２０
圧縮空気生成部２０はシリンダ内にピストンを往復運動させ、シリンダの吸気弁からシリンダ内に引き込まれた空気を圧縮することにより圧縮空気を生成するもので、このように圧縮機自体は既に公知である。例えば本願発明と同一の出願人により出願されている特開平１１−２８０６５３にはモータの回転を、ロータ軸の先端に設けたピニオン及びこれとかみ合うギアを介して出力軸に伝達し、出力軸の運動によりピストンを往復動される機構が開示されている。

ピストンがシリンダ内を往復動するとシリンダヘッドに設けられた吸気弁より引き込まれた空気が圧縮され、所定の圧力に達するとシリンダヘッドに設けられた排気弁から圧縮空気が得られる。この圧縮空気は図２のパイプ２１を通して前述の空気タンク１０Ａに供給される。

（３）駆動部３０
駆動部３０は上述のピストンを往復運動させるための駆動力を発生させるもので図３に示すようにモータ３３とモータ駆動回路３２及び電源回路３１より構成されている。電源回路３１は１００Ｖの交流電源３１０の電圧を整流するための整流回路３１３及び整流された電圧を平滑し、昇圧した後定電圧にするための平滑・昇圧・定電圧回路３１４を含んでいる。

また電源３１０の両端の電圧を検出するための電圧検出器３１１及び負荷電流を検出するための電流検出器３１２を設けられており、各検出器３１１及び３１２の出力信号が後述の制御部４０に供給される。これらの検出器３１１、３１２は例えば、電源３１０のブレーカ（図示せず）が切れない範囲で極めて短時間の間、モータ３３を超高速回転するような場合等の制御に用いられる。また定電圧回路３１４により一定の電圧を得るためにも制御部４０が関与するが定電圧回路の構成自体は公知であるのでここでは詳しく述べない。

モータ駆動回路３２は直流電圧からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のパルス電圧を発生するためのスイッチング用トランジスタ３２１〜３２６を含んでいる。各トランジスタ３２１〜３２６のオン・オフは制御部４０によって制御される。各トランジスタ３２１〜３２６に供給されるパルス信号の周波数を制御することによって、モータの回転数を制御している。

一例として、モータ３３の回転数Ｎは、０ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、２４００ｒｐｍ、３６００ｒｐｍのように、基準値Ｎの任意の数ｎ倍に多段階に設定され、この中から選択された回転数で駆動するように制御される。

各スイッチング用トランジスタ３２１〜３２６には並列にダイオードが接続されているが、これはモータ３３のステータ３３Ａに発生する逆起電力によりトランジスタ３２１〜３２６が破壊するのを防止するためのものである。

次にモータ３３はステータ３３Ａとロータ３３Ｂを含む。ステータ３３ＡにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線３３１、３３２、３３３が形成されており、これら巻線３３１〜３３３に流れる電流によって回転磁界が形成される。

ロータ３３Ｂは本実施例では永久磁石から構成され、ステータ３３Ａの巻線３３１〜３３３に流れる電流により形成される回転磁界により回転する。このロータ３３Ｂの回転力が前述の圧力空気生成部２０（図１）のピストンを動作させる駆動力になる。

モータ３３にはステータ３３Ａの巻線の温度を検出するための温度検出回路３３４が設けられ、その検出信号が制御部４０に供給される。また必要に応じてロータ３３Ｂの回転数を検出する回転数検出回路３３５が設けられ、その検出信号が制御部４０に供給される。

（４）制御回路部４０
制御回路部４０は図１に示すように中央処理ユニット（以下ＣＰＵと略す）４１、ランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭと略す）４２、リードオンリメモリ（以下ＲＯＭと略す）４３、微分器４６、４８及びローパスフィルタ４７を含む。

前述の圧力センサ１１の検出信号Ｐ１及び電圧検出回路３１１、電流検出回路３１２温度検出回路３３４の検出信号はインターフェース回路（以下Ｉ／Ｆ回路と略す）４４、及び４５を介してＣＰＵ４１に供給される。

本発明の実施形態においては、圧力センサ１１の検出信号Ｐ１が微分器４６に入力され、微分器４６の出力ｄ（Ｐ１）／ｄｔがＰ１と共にＣＰＵ４１に入力される。

ＣＰＵ４１からの指令信号はＩ／Ｆ回路４５を介して駆動部３０のモータ駆動回路
３２に供給され、スイッチング用トランジスタ３２１〜３２６（図３）の制御が行われる。ＲＯＭ４３には図４に示すようなモータの制御プログラムが格納されており、ＲＡＭ４２はそのプログラムの実行に必要なデータや演算結果を一時格納するために用いられる。

図４は本発明の制御回路部４０のＲＯＭ４３に格納されているプログラムの一実施例を示すフローチャートを示す。

まずステップ１０１において初期設定を行い、モータ３３の回転数ＮをＮ２＝２４００ｒｐｍに設定する。また、圧力タンク１０Ａの圧力センサ１１により検出された信号を制御回路部４０に取り込むためのサンプリング周期ΔＴは０．０５秒とする。即ちｉ＝０、１、２、３…１０としてＣＰＵ４１により０．０５秒間隔で圧力センサ１１の検出信号を読み取る。また、Ｐ（ｉ＝０）とＰ（ｉ＝１００）との差から５秒間（ΔＴ１）における圧力変化ΔＰ１、つまり、圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１を算出する。

次にステップ１０４に進み、本発明の空気圧縮機の制御に用いられる回転数のデータを記憶する。この実施例ではモータ３３の回転数ＮをＮ０（＝０ｒｐｍ）、Ｎ１（１２００ｒｐｍ）、Ｎ２（２４００ｒｐｍ）、Ｎ３（３６００ｒｐｍ）の４段階に制御するので、それぞれＮ０、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の値がＲＡＭ４２の適当な領域に記憶される。モータ３３の速度を更に多段階に設定することは容易であるが、少なくとも３段階以上であることが望ましい。

次にステップ１０５に進みタンク１０Ａの圧縮空気の圧力Ｐ１を測定し、これを記憶する。ステップ１０６においては圧力Ｐ１に大きなリップルがあった時その回数を数えるカウンタＣＮＴ１をゼロにリセットする。ステップ１０７においては測定した圧力Ｐ（ｉ）が３０ｋｇ／ｃｍ^２より大きいか否かを判定し、その判定が肯定（ＹＥＳ）のときはステップ１０８に進みモータ３３の回転数ＮをＮ０（０ｒｐｍ）に設定する。即ち本実施例ではタンク１０Ａの圧力を２６ｋｇ／ｃｍ^２〜３０ｋｇ／ｃｍ^２に維持するように制御する例を示しており、従ってタンク内圧力が３０ｋｇ／ｃｍ^２を超えるとモータ３３の回転が止められる。

ステップ１０７における判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１０９に進み、（ｉ＋１）を（ｉ）と代入され、ステップ１１０においてタンク内圧力Ｐ１が測定されタンク内圧Ｐ１及び微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔを読み取りこれらを記憶する。更にステップ１１１では微分値のｄ（Ｐ１）／ｄｔが基準値１＝−１より小さいか否かが判定される。微分値の絶対値が大きいことは短時間における圧力変化が大きい、即ちリップルが大きいことを意味する。この判定は圧力タンク１０Ａに大型の空気工具などが接続され、空気圧縮機が空気工具一回の使用で短時間に多量の空気を消費する態様で作動しているか否かを判定するもので、本実施例では基準値１を−１として設定されている。

リップルが大きくてもその頻度が少なければ、長時間で見た場合は空気消費量が多いとは限らない。そこで、ステップ１１２においてリップルの数をカウントし、そのカウントを更新する。ステップ１１３ではカウント値ＣＮＴ１が３回以上か否かを判定し、肯定（ＹＥＳ）のときにはステップ１２７に進み、否定（ＮＯ）のときはステップ１１４で所定時間、例えば５秒間経過したか否か判定する。ステップ１１４の判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１０７に戻る。即ち所定時間（５秒）経過するまでに３回大きなリップルをカウントしたとき、そのリップルの大きさと頻度から判断して大型の空気工具が連続釘打ち等の態様で使用されていると判定してステップ１２７に進む。

ステップ１２７では電源回路３１（図３）における電源３１０の電圧（Ｖ）が検出器３１１によって検出され、更にステップ１２８でその値が所定値より小さいか否かが判定される。本実施例では上記の所定値は９０Ｖに設定されている。即ち空気工具による空気消費量が大きいときには直ちにモータ３３の回転数を上昇して圧縮空気の生成量を増大することが望ましいが、例えば空気圧縮機と同じ電源に他の電動工具も接続され使用されているような場合は、負荷が大きくなり電源のブレーカ（図示せず）が作動してしまうことがあるので、これを避けるために空気圧縮機に印加される電源電圧Ｖの大きさが所定値（９０Ｖ）より小さいか否かをステップ１２８で判定しているのである。このステップ１２８の判定が肯定（ＹＥＳ）のとき、つまり通常１００Ｖである電源電圧が９０Ｖ以下に低下しているということは、空気圧縮機と同じ電源を使用する他の電動工具等の使用により電源３１０の負荷が相当大きいと判断してステップ１３４に進みモータ３３の回転数ＮをＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。

電源３１０の電圧が９０Ｖ以上あるときは次にステップ１２９に進み、電流検出器３１２によって電源回路３１に流れる負荷電流Ｉが検出される。そしてステップ１３０において測定された電流Ｉが所定値より大きいか否かが判定される。本実施例では上記の所定値が３０Ａに設定されている。この判定が肯定（ＹＥＳ）のときは、モータ３３の回転数Ｎを現状以上に上昇すると、モータ３３の巻線温度が過度に上昇したり、電源３１０のブレーカが切断する可能性があると判定して、ステップ１３４に進みモータ３３の回転数をＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。

ステップ１３０の判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１３１に進みモータ３３におけるステータ３３１の巻線温度が測定され、更にステップ１３２においてこの巻線温度が所定値より大きいか否かが判定される。本実施例では上記の所定値は１２０℃に設定されている。またこの実施例ではモータ３３の巻線温度を測定しているが、他の部所の温度を測定してもよい。モータ巻線の温度が１２０℃以上の状態でモータ３３の回転数を更に増加するとモータ３３の温度が過度に上昇し、モータの運転に支障をきたすおそれがあると共に、過度の温度上昇により圧縮空気生成部２０の圧縮空気生成効率を著しく低下させるおそれがあるのでステップ１３２の判定が肯定（ＹＥＳ）のときはやはりステップ１３４に進み、モータ３３の回転数ＮをＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。ステップ１３２の判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１３３に進み、モータ３３の回転数ＮがＮ３（＝３６００ｒｐｍ）に設定される。

次にステップ１３５では再びｉ＝０としてステップ１３６でタンク１０Ａの内圧Ｐ１が３０ｋｇ／ｃｍ^２より大きいか否かが判定される。この判定が肯定（ＹＥＳ）の場合はステップ１０８に戻ってモータ３３の回転を止める。ステップ１３６の判定が否定（ＮＯ）の場合はステップ１３７でｉ＋１をｉに置き換える演算を行い、ステップ１３８ではｉが１００になったか否か、つまり５秒経過したか否かが判定される。この判定が肯定（ＹＥＳ）の場合はｉ＝０と置き（ステップ１０２）、ステップ１０４に戻る。上記のステップ１３６〜１３８は、０．０５秒毎にモータ３３の回転数が切り替わると不快感を覚えるので５秒間は同一の回転数を維持するように制御するためである。

一方、前述のステップ１１３における判定が否定（ＮＯ）の場合、つまりリップル大の頻度が所定値より小さい場合はステップ１１４に進み、時間が５秒経過したか否か判定される。

この判定が否定（ＮＯ）の場合はステップ１０７に戻るが、肯定の場合はステップ１１５に進み、圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１が計算されＲＡＭ４２に記憶される。

次にステップ１１６では回転数遷移テーブルの選定が行われる。制御回路部４０のＲＡＭ４２には予め図６、図７、図８、図９に示すような４種類の回転数遷移判定テーブルが格納されている。モータ３３の現在の回転数Ｎが初期値のＮ２（＝２４００ｒｐｍ）のときは図６のテーブルが選択される。また現在の回転数ＮがＮ３（＝３６００ｒｐｍ）のときは図７のテーブルが選択される。同様にして回転数ＮがＮ１のときは図８のテーブルが、ＮがＮ０のときは図９のテーブルが選択される。これらのテーブルは何れも縦軸にタンク内の圧力Ｐ１、横軸に圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１をとってあり、それらの値からモータ３３の回転数を決定するために用いられる。

図６を例にとって説明すると、まずタンク内の圧力Ｐ１が３０ｋｇ／ｃｍ^２を超えた場合はΔＰ１／ΔＴ１の値に拘らず回転数をＮ０にする。つまりモータを停止する。これはタンク内の圧力を常に２６ｋｇ／ｃｍ^２から３０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲に保持するように制御しているのであるから当然である。

圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１の値が負であるということは、タンク１０Ａに供給される圧縮空気よりも消費される圧縮空気の方が多いことを意味するからモータ３３の現在の回転数Ｎ２（＝２４００ｒｐｍ）をこれよりも高い回転数Ｎ３（＝３６００ｒｐｍ）に切換える制御が行われる。特に、空気工具５１、５２（図１）がフル稼働しているような場合は圧縮空気の消費量が多くタンク１０Ａ内の圧力が急速に低下するおそれがあるので、この例ではΔＰ１／ΔＴ１が−１ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下のときはタンク内の圧力Ｐ１が３０ｋｇ／ｃｍ^２以下にあれば直ちに回転数をＮ３に切換える。但しΔＰ１／ΔＴ１が０〜−１ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃと比較的小さい場合は、タンク１０Ａの圧力Ｐ１が２６ｋｇ／ｃｍ^２以上あれば引き続きＮ２の回転数でモータ３３を運転し、タンク１０Ａの圧力Ｐが２６ｋｇ／ｃｍ^２より下がったときにＮ３に切換える。またΔＰ１／ΔＴ１が０〜＋０．１ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあるとき、即ち圧縮空気の消費よりも供給の方が若干多いときにはタンク１０Ａ内の圧力Ｐ１が２０ｋｇ／ｃｍ^２以上あれば引き続きＮ２で運転し、これより低下したときにＮ３に切換える。

ΔＰ１／ΔＴ１の値が＋０．１〜＋０．１５ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃの範囲にあるときは、タンク１０Ａ内の圧縮空気の量が増加しつつあることを示しているからタンク内圧力Ｐ１が１０ｋｇ／ｃｍ^２以上あればＮ２で回転し続け、１０ｋｇ／ｃｍ^２より低下したらＮ３に切換える。ΔＰ１／ΔＴ１が＋０．１５〜＋０．３ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃと大きくなると、急速にタンク内圧力Ｐ１の増加が予測されるのでタンク内の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ^２以上あればモータの回転数を現在のＮ２からＮ１に低下させるように制御する。

以上の説明は現在運転中のモータ３３の回転数をＮ２として、これからＮ０、Ｎ３、Ｎ１に遷移する場合であるが、現在の回転数がＮ３、Ｎ１、Ｎ０の場合には図７、図８、図９のように異なったパターンにより遷移するように制御される。

次に図４の説明に戻り、ステップ１１７において上述のタンク内圧力の検出信号Ｐ１及びΔＰ１／ΔＴ１からモータ３３の次の回転数を上記の選択されたテーブルから検索して決定する。検索の結果、選択された回転数ＮがＮ３（＝３６００ｒｐｍ）か否かがステップ１１８で判定される。この判定が肯定（ＹＥＳ）の場合は、直ちにＮ３に切換えるのではなく次のステップ１１９〜１２４の判定により電源電圧Ｖが９０Ｖ以上、且つ負荷電流Ｉが３０Ａ以下、且つモータ巻線温度大が１２０℃以下か否かが判定される。このステップ１１９〜１２４の機能は前述のステップ１２７〜１３２と同じであるので詳細な説明は省略するが、要するに電源ブレーカ（図示せず）の作動を防止し、且つモータ３３の過昇温防止のためのフローである。

これらのステップ１１９〜１２４の判定の結果、モータ３３の回転数Ｎを最高速の３６００ｒｐｍに切換えてもブレーカが切断したりモータ３３の温度が過度に上昇しないと判断された場合はステップ１２５に進みＮ＝Ｎ３（＝３６００ｒｐｍ）にモータ速度が設定される。しかしその条件を満たさない場合はステップ１２６に進みモータ３３の回転数ＮはＮ２に維持される。

即ち本発明においては微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔのマイナスの値が大きく且つ発生頻度が高い場合、及び圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１のマイナスの値が大きい場合には空気消費量が多くなると予測してモータ３３の回転数をＮ３に上昇させるが、モータ３３の負荷が既に相当重く、ブレーカが切断するおそれがあったりモータ巻線温度が過度に上昇するおそれがある場合はＮ２に維持するという制御が行われる。

次に本発明装置の動作を図５−１、図５−２を用いて説明する。

図５−１は横軸に時間、縦軸にタンク内の圧縮空気の圧力Ｐ１をとったもので曲線（ａ１）及び（ｂ１）はタンク内圧力のリップル検出を５秒以内に３回検出しなかった場合、つまり長時間の圧力変化に応じて制御はするが短時間の頻繁な圧力変化に応じた制御を行わない場合を示す。曲線（ａ１´）、（ｂ１´）はタンク内圧力のリップル検出を行い、大きなリップルを５秒以内に３回検出した時点でモータの回転数を上げる制御を行った場合を示す。

図５−２は横軸に時間、縦軸に図５−１の圧力信号Ｐ１の時間微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔ（微分値１）をとったもので曲線（ａ２）及び（ｂ２）は図５−１の曲線（ａ１）及び（ｂ１）に対応している。

図５−１において、曲線（ａ１）は、時間ｔ＝０まではタンク内の圧力Ｐ１が２９ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮空気の消費はなく、モータ３３が停止している状態を示している。時間ｔ＝０より例えば釘打機による連続釘打ちが始まると、大量に空気が消費されるためタンク内圧力は脈動しながら急速に低下する。ｔ＝５秒後に圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１の読み込みを行い、この値が図５−１において−１．７であるために回転数遷移判定テーブル（図９）から中速回転Ｎ２＝２４００ｒｐｍを選択する。従ってｔ＝０秒からｔ＝５秒まではＮ０、ｔ＝５秒以降はＮ２で回転する。

図５−１において、曲線（ａ１´）はリップル検出を行う場合であり、時間ｔ＝０まではタンク内圧力Ｐは２９ｋｇ／ｃｍ^２でモータ３３は停止している。時間ｔ＝０から連続釘打ちが始まると、上記と同様に最初はタンク内圧力は脈動しながら低下する。しかし図５−２において微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔが５秒以内に３回基準値１＝−１.０ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下になるため空気消費量大と判断される。そして電源電圧Ｖが９０Ｖ以上、負荷電流Ｉが３０Ａ以下で且つモータ巻線温度ｔが１２０℃以下なのでこの時点で高速回転Ｎ３＝３６００ｒｐｍに移行する。従ってｄ（Ｐ１）／ｄｔが５秒以内に３回基準値１以下になった後は、モータ３３はＮ３＝３６００ｒｐｍの高速で回転するために曲線（ａ１´）のようにタンク内圧力の低下は抑制され、２９ｋｇ／ｃｍ^２に近い状態が維持される。

図５−１において曲線（ｂ１）は、時間ｔ＝０まではタンク内圧力Ｐ１が２６ｋｇ／ｃｍ^２以下で空気の消費がなく、モータ３３は中速Ｎ２＝２４００ｒｐｍで回転している状態を示しており、タンク内圧力Ｐ１は徐々に上昇している。この状態でｔ＝０から連続釘打ちが始まると、タンク内圧力Ｐ１は脈動しながら低下する。そして５秒後に圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１の読み込みを行う。この図５−１に示すように−０．９であるため回転数遷移テーブル（図６）からＮ３＝３６００ｒｐｍが選択される。従ってモータ３３はｔ＝５秒までは中速Ｎ２＝２４００ｒｐｍで回転し、それ以降はＮ３＝３６００ｒｐｍの高速回転に切換えられるが５秒間のあいだにタンク内圧力が相当低下してしまう。

一方、曲線（ｂ１´）も同様に時間ｔ＝０まではタンク内圧力Ｐが２６ｋｇ／ｃｍ^２以下で、空気の消費がなくモータ３３は中速Ｎ２＝２４００ｒｐｍで回転している状態で、ｔ＝０から連続釘打ちが始まると、上記と同様に最初はタンク内圧力は脈動しながら低下する。しかし図５−２において微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔが５秒以内に３回基準値１＝−１.０ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下になるため空気消費量大と判断される。電源電圧Ｖは９０Ｖ以上、負荷電流Ｉは３０Ａ以下、モータ巻線温度ｔは１２０℃以下なので、ｄ（Ｐ１）／ｄｔが５秒以内に３回基準値１以下になった後は、この時点でＮ３＝３６００ｒｐｍの高速回転に移行する。従って曲線（ｂ１）に比較してタンク内の圧力の低下は抑制され、ｔ＝０のときのタンク内圧力とほぼ同じレベルを、連続釘打ち後も維持することができる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明の基本的な考え方を変更せずに種々の変形をすることは容易であり、これらも本発明の範囲に含まれる。例えば上記実施例ではタンクの圧力信号Ｐ１の微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔが５秒以内に３回、所定の基準値（−１.０ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ）以下になったとき高速回転に移行するように制御したが、５秒、３回及び（−１.０ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ）という値は一例であり、用途に応じて異なる値をとることができる。またこれらの値を固定せず、所望の値に変更できるようにすることも容易である。

本発明にかかる空気圧縮機は主として空気釘打機等の空気工具に用いられる。

本発明にかかる空気圧縮機の最良の実施形態を示す概念図。本発明にかかる空気圧縮機の一実施例を示す上面図。本発明空気圧縮機におけるモータ駆動回路の一実施例を示す回路図。本発明空気圧縮機の制御に用いられるプログラムの一実施例を示すフローチャート。本発明空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。本発明空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。本発明空気圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。本発明空気圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。本発明空気圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。本発明空気圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。

符号の説明

１０：タンク部、１０Ａ：圧力タンク、１０Ｂ：安全弁、１１：圧力センサ、１２、１３：減圧弁、１４、１５：カプラ、１６、１７：圧力計、１８、１９：取出口、２０：圧縮空気生成部、２１：パイプ、３０：駆動部、３１：電源回路、３２：モータ制御回路、３３：モータ、３３Ａ：ステータ、３３Ｂ：ロータ、３１１：電圧検出器、３１２：電流検出器、３３４：温度検出回路、３３５：回転数検出回路、４０：制御回路部、４１：ＣＰＵ、４２：ＲＡＭ、４３：ＲＯＭ、４４、４５：Ｉ／Ｆ回路、４６：微分器

Claims

空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部とを有する空気圧縮機において、前記タンク部の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサと該圧力センサの検出信号の時間微分値を出力する微分器を有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号Ｐ１と、前記微分器出力の微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと、前記圧力センサの検出信号Ｐ１の所定時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１とにより前記モータの回転数を複数段階に制御することを特徴とする空気圧縮機。
請求項１において、上記モータの温度を検出するための温度センサを有し、前記制御回路は、上記温度センサの検出信号と、上記圧力センサの検出信号Ｐ１と、上記微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御することを特徴とする空気圧縮機。
請求項１おいて、上記駆動部の電源電圧と負荷電流を検出するセンサを有し、前記制御回路は、上記センサの検出信号と上記圧力センサの検出信号Ｐ１と上記微分値ｄ（Ｐ１）／ｄｔと圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１応じて上記モータの回転数を複数段階に制御することを特徴とする空気圧縮機。
空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部とを有する空気圧縮機の制御方法において、上記タンク部の圧縮空気の圧力Ｐ１を読み取るステップと、圧力Ｐ１の微分器出力信号ｄ（Ｐ１）／ｄｔを読み取るステップと、上記圧力Ｐ１の所定時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１を読み取るステップと、上記Ｐ１、ｄ（Ｐ１）／ｄｔ、ΔＰ１／ΔＴ１に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御するステップとを有することを特徴とする空気圧縮機の制御方法。
請求項４において、所定時間内に発生する所定値以上の脈動をカウントするステップを有し、該カウント値が所定回数以上のとき上記モータの回転数を制御することを特徴とする空気圧縮機の制御方法。
請求項４において、上記モータの温度Ｔを検出するステップと、上記Ｐ１、ｄ（Ｐ１）／ｄｔ、ΔＰ１／ΔＴ１及び温度Ｔの検出信号に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御するステップとを有することを特徴とする空気圧縮機の制御方法。
請求項４において、上記駆動部の電源電圧Ｖと負荷電流Ｉを検出するステップと、検出された上記電源電圧Ｖ及び負荷電流Ｉと上記Ｐ１、ｄ（Ｐ１）／ｄｔ、ΔＰ１／ΔＴ１に応じて上記モータの回転数を複数段階に制御するステップとを有することを特徴とする空気圧縮機の制御方法。