JP3985718B2

JP3985718B2 - 空気圧縮機及びその制御方法

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Publication number: JP3985718B2
Application number: JP2003109888A
Authority: JP
Inventors: 良雄飯村; 博明折笠; 俊明内田; 光広砂押; 和宏瀬川
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: JP2004316507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
また空気圧縮機は通常、空気タンクに２６〜３０ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気を貯留しているが、この圧縮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まれ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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた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。
【０００７】
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圧縮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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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、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を設け、上記圧力センサの検出信号より、相対的に短い時間ΔＴ１におけるタンク部内の圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１と、上記ΔＴ１より長い時間ΔＴ２におけるタンク部内の圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２を求め、上記両圧力変化率の少なくとも一方に応じて上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がある。
【０００９】
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設け、上記両圧力変化率及び温度センサ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ようにしたことにある。
【００１０】
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設け、該センサの検出信号と上記両圧力変化率に応じて上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ある。
本発明の他の特徴は以下の説明により一層明瞭に理解される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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が設けられており、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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、及びリードオンリメモリ（以下ＲＯＭと略す）４３を含む。
【００３０】
前述の圧力センサ１１の検出信号及び電圧検出回路３１１、電流検出回路３１２及び温度検出回路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。またＣＰＵ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。
【００３１】
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。
【００３２】
（５）制御用のプログラム
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フローチャートを示す。
【００３３】
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は二種類として短周期ΔＴ１は０．０５秒、長周期ΔＴ２は５秒とする。すなわちｉ＝０、１、２、３…１００としてＰ（ｉ−１）とＰ（ｉ）との差から０．０５秒に１回タンク内圧力の変化を検出すると共に、Ｐ（ｉ＝０）とＰ（ｉ＝１００）との差から５秒間に１回圧力変化を検出する。本実施例では短時間の周期を０．０５秒としたが、これは１回に大量の空気を消費する釘打機等が作動したときに生ずるタンク内圧力のリップルを検出するために設定された周期であり、使用される空気工具等にも依存する値であるから本発明が必ずしもこの数値に限定されるものでないことはもちろんである。同様に長時間の周期の５秒は、空気工具の使用状態によるタンク内圧力変化を検出するために設定された周期であるから一つの例示であってこの数値に限定される訳ではない。
【００３４】
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。
【００３５】
次にステップ１０５に進みタンク１０Ａの圧縮空気の圧力Ｐ（ｉ）を測定し、これを記憶する。ステップ１０６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１０７に進みモータ３３の回転数ＮをＮ０（０ｒｐｍ）に設定する。すなわち本実施例ではタンク１０Ａの圧力を２０ｋｇ／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。
【００３６】
ステップ１０６における判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１０８に進み、（ｉ＋１）を（ｉ）と代入され、ステップ１０９においてタンク内圧力Ｐ（ｉ）が測定され、その値が先のＰ（ｉ−１）と共に記憶される。更にステップ１１０においてＣＰＵ４１により短時間周期ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１（＝（Ｐ（ｉ）−Ｐ（ｉ−１）／０．０５）が算出される。
【００３７】
更にステップ１１１では上述の短周期の圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１が所定値より小さいか否かが判定される。この判定は圧力タンク１０Ａに接続された空気工具が連続釘打ちなどのように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、本実施例では所定値を−１として設定されている。連続釘打ちをすると、タンク内圧力が脈動し、圧力変化のリップルが大きくなる。そしてΔＴ１におけるΔＰ１の減少が（−１）より大きい（つまりΔＰ１／ΔＴ１＜−１）ときにはそのリップルの大きさより判断して連続釘打ち等の態様で空気工具が使用されていると判定してステップ１２５に進む。
【００３８】
ステップ１２５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１２６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。すなわ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、例えばタンク１０Ａに他の空気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回路３１（図３）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１２６で判定しているのである。このステップ１２６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、他の空気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モータ３３の回転数ＮをＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。
【００３９】
電源３１０の電圧が９０Ｖ以上あるときは次にステップ１２７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１２８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、やはりステップ１３２に進みモータ３３の回転数をＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。
【００４０】
ステップ１２８の判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１２９に進みモータ３３におけるステータ３３１の巻線温度ｔが測定され、更にステップ１３０においてこの巻線温度ｔ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ｔ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ｔ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１３０の判定が肯定（ＹＥＳ）のときはやはりステップ１３２に進み、モータ３３の回転数ＮをＮ２（＝２４００ｒｐｍ）に維持する。
【００４１】
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の回転数ＮがＮ３（＝３６００ｒｐｍ）に設定される。
【００４２】
次にステップ１３３では再びｉ＝０としてステップ１３４でタンク１０Ａの内圧Ｐ（ｉ）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１０７に戻ってモータ３３の回転を止める。ステップ１３４の判定が否定（ＮＯ）の場合はステップ１３５でｉ＋１をｉに置き換える演算を行い、ステップ１３６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１３４〜１３６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。
【００４３】
一方、前述のステップ１１１における判定が否定（ＮＯ）の場合、つまり短時間（０．０５秒）におけるタンク内の圧力変化率が所定値より小さい場合はステップ１１２に進み、時間がΔＴ２秒（＝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１０６に戻るが、肯定（ＹＥＳ）の場合はステップ１１３に進み、長時間（５秒）における圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２（＝（Ｐ（ｉ＝１００）−Ｐ（ｉ＝０））／５）の算出が行われる。
【００４４】
次にステップ１１４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Ｐ、横軸にタンク内圧力の圧力変化率ΔＰ／ΔＴ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。
【００４５】
図６を例にとって説明すると、まずタンク内の圧力Ｐが３０ｋｇ／ｃｍ^２を超えた場合はΔＰ／ΔＴの値にかかわらず回転数を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。
【００４６】
圧力変化率ΔＰ／ΔＴ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ΔＰ／ΔＴが−１ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以上のときはタンク内の圧力Ｐが３０ｋｇ／ｃｍ^２にあれば直ちに回転数をＮ３に切換える。但し圧力変化率ΔＰ／ΔＴが０〜−１ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃと比較的小さい場合は、タンク１０Ａの圧力Ｐ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ΔＰ／ΔＴ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Ｐ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。
【００４７】
ΔＰ／ΔＴ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Ｐ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。ΔＰ／ΔＴが＋０．１５〜＋０．３ｋｇ／ｃｍ^２／ｓｅｃと大きくなると、急速にタンク内圧力Ｐ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。
【００４８】
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。
【００４９】
次にステップ１１５において５秒経過後のタンク内圧力Ｐ（ｉ＝１００）及び５秒間における圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２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。この結果、選択された回転数ＮがＮ３（＝３６００ｒｐｍ）の場合は（ステップ１１６）、直ちにＮ３に切換えるのではなく次のステップ１１７〜１２２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１１７〜１２２の機能は前述のステップ１２５〜１３０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。
【００５０】
これらのステップ１１７〜１２２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１２３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１２４に進みモータ３３の回転数ＮはＮ２に維持される。すなわち本発明においては短時間（０．０５秒）の圧力変化率が大きい場合及び長時間（５秒）の圧力変化率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の負荷がすでに相当重く、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。
（６）動作
次に本発明装置の動作を図５を用いて説明する。
【００５１】
図は横軸に時間、縦軸にタンク内の圧縮空気の圧力をとったもので曲線ａ及びｂはタンク内圧力のリップル検出をしなかった場合、つまり長時間（５秒間）毎の圧力変化率に応じて制御はするが短時間（０・０５秒）毎の圧力変化率に応じた制御を行わない場合、曲線ａ´、ｂ´はタンク内圧力のリップル検出を行い、上記の両圧力変化率に応じて制御を行った場合を示す。
【００５２】
曲線ａは、時間Ｔ＝０まではタンク内の圧力Ｐ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５秒間の圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２の算出を行い、この値ΔＰ２／ΔＴ２が−１．７であるために回転数遷移判定テーブルから中速回転Ｎ２＝２４００ｒｐｍを選択する。したがってＴ＝０秒からＴ＝５秒まではＮ０、Ｔ＝５秒以降はＮ２で回転する。
【００５３】
曲線ａ´はリップル検出（ΔＰ１／ΔＴ１）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ΔＴ１＝０．０５秒後にはリップルの圧力変化率（＝ΔＰ１／ΔＴ１）が算出されΔＰ１／ΔＴ１＝−５＜−１であるためリップル大と判断される。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℃以下なので直ちに高速回転Ｎ３＝３６００ｒｐｍに移行する。従ってΔＴ１＝０．０５秒後は、モータ３３はＮ３＝３６００ｒｐｍの高速で回転するために曲線ａ´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。
【００５４】
一方曲線ｂは、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を示しており、タンク内圧力Ｐ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Ｐは脈動しながら低下する。そして５秒後にΔＰ２／ΔＴ２の圧力変化率が算出されΔＰ２／ΔＴ２＝−０．９であるため回転数遷移テーブルから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。
【００５５】
一方、曲線ｂ´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った場合を示している。ここではリップル検出（ΔＰ１／ΔＴ１）を行うのでΔＴ１＝０．０５秒後に圧力変化率の算出が行われる。そしてΔＰ１／ΔＴ１＝−４＜−１であるからリップル大と判断される。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ΔＴ１＝０・０５秒後は直ちにＮ３＝３６００ｒｐｍの高速回転に移行する。したがって曲線ｂ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。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように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から例えば０．０５秒間隔程度の短時間の圧力変化率と、例えば５秒間隔程度の長時間の圧力変化率を求め、両圧力変化率から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。
【００５７】
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。
【００５８】
更にタンク内圧力のリップルが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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる空気圧縮機の一実施例を示す概念図。
【図２】本発明にかかる空気圧縮機の一実施例を示す上面図。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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

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、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を有し、上記制御回路部は上記圧力センサの検出信号より、相対的に短い時間ΔＴ１におけるタンク部内圧力の圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１と、上記ΔＴ１より長い時間ΔＴ２におけるタンク部内圧力の圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２を求め、上記両圧力変化率の少なくとも一方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、上記制御回路部は上記両圧力変化率及び温度センサ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ことを特徴とする空気圧縮機。
請求項１において、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、該電圧センサ及び／又は電流センサの検出信号と上記両圧力変化率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。
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Ｐを検出するステップと、検出された圧力Ｐより相対的に短い時間ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１を求めるステップと、検出された圧力Ｐより、上記ΔＴ１より長い時間ΔＴ２における圧力変化率ΔＰ２／ΔＴ２を求めるステップと、上記両圧力変化率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、上記モータの温度Ｔを検出するステップと、上記両圧力変化率及び温度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／又は負荷電流Ｉと上記両圧力変化率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。