JP4690694B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、釘打機等の空気工具を駆動する圧縮空気を生成する空気圧縮機に関する。

一般に、空気工具を駆動する空気圧縮機は、モータの回転運動をクランク軸を介してシリンダ内のピストンの往復運動として変換し、ピストンの往復運動によりシリンダの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。シリンダ内で圧縮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。釘打機等の空気工具は、このタンク内に貯留された圧縮空気を利用して動作するものである。

このような従来の空気圧縮機には、まれに圧縮空気の生成能力が大きい大型の空気タンクを有する据置型のものがあるが、一般的には建築現場等に搬入して運転させることから、比較的小型の空気タンクを持った可搬型のものが多い。このため、空気タンクからの圧縮空気の吐出量が少ない、即ち圧縮空気の生成能力が比較的少ないもので、出来るだけ小型で可搬性に優れたものが要求されている。

また、空気圧縮機は、安全上の理由からタンク内の圧力が上限である所定値に達するとモータを停止させると共に、空気工具の使用によりタンク内の圧力が下限である所定値よりも下がったときモータを再起動させるような機能をもっている。この機能は空気タンク内の圧力を圧力センサで検出し、そのセンサからの信号に対応してモータの電源をオン・オフ制御することにより実現されている。

図５は、従来の空気圧縮機の動作中における圧縮空気を貯留するタンク内の圧力を示すもので、縦軸はタンク内の圧力Ｐ（ＭＰａ）を、横軸は時間Ｔ（ｍｉｎ）をそれぞれ示す。また、Ｐｏｆｆはモータ停止圧力を示し、Ｐｏｎはモータ再起動圧力を示す。更に、ＰＬは、タンク内の圧力の低下により釘打機等の空気工具の動作が不能となる作業限界圧力である。

このような従来技術において、モータ再起動圧力Ｐｏｎは、モータ停止圧力Ｐｏｆｆに対しある程度の差を持つように設定している。この値は、例えば、Ｐｏｎ＜（０．９×Ｐｏｆｆ）なる値に設定している。この理由は、モータ停止圧力Ｐｏｆｆ点でモータが停止した後、タンク内の温度の下降及び空気漏れ等によりタンク内の圧力は緩やかに低下するので、ＰｏｆｆとＰｏｎの差が小さい場合、空気工具を使わない状態でもモータは頻繁に起動と停止とを交互に繰り返す発振状態になるので、これを防止するためである。

図５において、圧縮空気の消費量が無く、タンク内の圧力がゼロの状態でモータを起動すると、タンク内の圧力は上昇し、モータ停止圧力Ｐｏｆｆに達したａ点でモータは停止する。モータが停止した直後から圧縮空気の消費量の少ない空気工具を連続的に使用すると、タンク内の圧力は比較的緩やかに下降し、モータ再起動圧力Ｐｏｎに達したｂ点でモータは再起動する。そしてタンク内の圧力が再び上昇し、モータ停止圧力Ｐｏｆｆに達したｃ点でモータは停止する。ｃ点でのモータ停止直後から、圧縮空気の消費量が大きい空気工具を連続的に使用すると、タンク内の圧力は急激に下降し、Ｐｏｎに達したｄ点でモータは再起動する。しかしながら、可搬型の小型圧縮機の場合、圧縮空気の生成量がその消費量に追いつかず、タンク内の圧力は下降し続け、遂にはｅ点で作業限界圧力ＰＬに達し、作業の継続はできなくなる。この場合、作業を中断し、タンク内の圧力が上昇するのを待って次の作業をしなければならない。

従来、この問題を解決するため、モータ停止圧力Ｐｏｆｆを高めに設定し、圧縮空気の利用可能空気量を多くする手法が採られている。

例えば、タンク容積が１０リットルの空気圧縮機において、作業限界圧力ＰＬが２．０ＭＰａとすると、モータ停止圧力Ｐｏｆｆを、３．０ＭＰａから３．５ＭＰａに増加したときの利用可能空気量（大気圧換算）の変化は、１００リットルから１５０リットルに増加する。即ち、モータ停止圧力Ｐｏｆｆを３．０ＭＰａから３．５ＭＰａに上げることにより、利用可能空気量は５０％増加することができる。

しかしながら、従来の小形な空気圧縮機で、モータ停止圧力Ｐｏｆｆを上げると、圧縮空気を生成するためのシリンダ内の圧力が高くなるので、シリンダ内壁とピストンリングとの摩擦力が増加する。また、圧縮空気を生成するピストンの駆動トルクが大きくなるので、モータ等に使用されるボールベアリング、ニードルベアリング等の軸受の受ける荷重が大きくなる。

このため、従来技術においては、タンク内圧力のモータ停止圧力Ｐｏｆｆを上げることによって利用可能空気量を増加させ、圧縮空気の消費量が大きい空気工具の連続使用可能時間を向上させようとすると、空気圧縮機の寿命が短くなってしまうという問題があった。

従って、本発明の一つの目的は、空気圧縮機の寿命及び性能を低下させない圧縮空気生成部を駆動するモータの制御技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、特に可搬型の空気圧縮機において、タンク内に貯留する圧縮空気のモータ停止圧力（Ｐｏｆｆ）を上げることによって、空気圧縮機に接続される空気工具の連続使用可能時間を長くすることにある。

本発明の上記及びその他の目的ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面から更に明らかにされる。

上記の目的を達成するために本発明は、圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し前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、前記タンク部内の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサとを有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の圧力が所定のモータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）まで上昇したとき前記モータを停止させ、該モータの停止後に前記タンク部内の圧力が所定のモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下したとき前記モータを起動させるように制御する空気圧縮機であって、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記モータの停止中の前記タンク部内の圧力（Ｐ）の所定時間（ΔＴ）に対する圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）を求め、該圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも大きいことが検出されたときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）がモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下する前に前記モータを再起動し、前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも小さいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）が前記モータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下してから、前記モータを再起動すると共に、前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも大きいことが検出されたときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を、予め設定した値よりも大きい圧力値に再設定し、その後、前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも小さいことが検出されたときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を再設定した値から予め設定した小さい値に戻すように再設定するように制御することに一つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し前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、前記タンク部内の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサとを有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の圧力が所定のモータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）まで上昇したとき前記モータを停止させ、該モータの停止後に前記タンク部内の圧力が所定のモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下したとき前記モータを起動させるように制御する空気圧縮機であって、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記モータの停止中の前記タンク部内の圧力（Ｐ）の第１の所定時間（ΔＴ１）に対する第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）と、第１の所定時間（ΔＴ１）よりも長い第２の所定時間（ΔＴ２）に対する第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）を求め、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）が第１の所定値より大きいとき、又は前記第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が第２の所定値よりも大きいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）がモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下する前に前記モータを再起動し、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が、それぞれ前記第１の所定値及び第２の所定値より小さいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）が前記モータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下してから前記モータを再起動するように制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）が第１の所定値よりも大きいとき、及び／又は第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が第２の所定値よりも大きいときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を設定された値よりも大きい圧力値に再設定し、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が、それぞれ前記第１の所定値及び第２の所定値より小さいときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を設定された値よりも小さい圧力値に再設定するようにしたことにある。

上述した本発明の特徴によれば、タンク部内の圧縮空気の圧力低下率が所定値より大きい場合、モータを直ちに起動させてタンク部内の圧力が所定のモータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）に上昇したときにそのモータを停止させ、一方、その圧力低下率が所定値以下の場合、タンク部内の圧縮空気の圧力が所定のモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）に下降したときにモータを起動させ、タンク部内の圧縮空気の圧力が前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）より低い所定圧力値に上昇した時点でモータを停止させるように制御する。従って、圧縮空気の消費量が少ないときは、モータ停止圧力を下げることにより、高圧でのモータ駆動を止め、その結果、駆動部のシリンダ内壁とピストンリングの摩耗及び軸受部の荷重を低減でき、空気圧縮機の寿命を長くできる。

上述した本発明の（３）項の特徴によれば、比較的短い時間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）によって、空気消費量の比較的多い状態を早い時期に検出できる。一方、比較的長い時間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）によって、空気工具を断続的に使用する場合など短い時間（ΔＴ１）では検出できない比較的大きい圧力低下（ΔＰ２）を、比較的長い時間（ΔＴ２）で検出できる。これによって、効率の良い圧力制御が可能となる。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図４を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。

図１は本発明の空気圧縮機の外観を示す正面図、図２は本発明の空気圧縮機に従う電気的系統及び機械的系統を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明にかかる空気圧縮機１は、圧縮空気を貯留するタンク部１０と、該タンク部１０内の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサ１１と、圧縮空気を生成する圧縮空気生成部２０と、該圧縮空気生成部２０を駆動するためのモータ３０ａ（図２参照）を有する駆動部３０と、筐体内に構成され、駆動部のモータ３０ａの起動・停止（オン・オフ）を制御する制御回路部３３を具備している。

タンク部１０は、紙面を横切る方向において並行に配置された一対の円筒状タンク１０Ａより構成され、圧縮空気を貯留する。圧縮空気は圧縮空気生成部２０で生成され、その吐出口よりパイプ（空気流通路）２１を通してタンク１０Ａに供給される。供給された圧縮空気は、タンク１０Ａ内で、例えば２．０〜３．５ ＭＰａの圧力を有する。

タンク１０Ａの一部には安全弁１０Ｂが取り付けられており、タンク１０Ａ内の圧力が異常に高くなったときに、その圧縮空気の一部を外部に吐出させて異常な圧力上昇を防止している。また、タンク１０Ａには、一対の圧縮空気取出口１８及び１９が設けられている。それら圧縮空気取出口１８及び１９は、減圧弁１２及び１３を介してカプラ（流体継手）１４及び１５に接続されている。カプラ１４及び１５には、釘打機等の空気工具４１及び４２（図２参照）がエアホースによって接続される。

減圧弁１２及び１３は、入口側（タンク側）の圧縮空気の圧力の大きさにかかわらず、出口側（カプラ側）の圧縮空気の最高圧力を一定に抑える機能を持つ。例えば、減圧弁１２、１３が最高圧力２．０ＭＰａのものを使用した場合、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力が２．０ＭＰａ以上であっても、減圧弁１２、１３からは２．０ＭＰａ以下の圧縮空気しか出力されない。従って、減圧弁１２及び１３の出口側からは、タンク１０Ａ内の圧力にかかわらず、上記の最高圧力以下の圧力を持つ圧縮空気が得られる。

減圧弁１２及び１３には圧力計１６及び１７が取り付けられており、減圧弁１２及び１３の出口側の圧力をモニタできるように構成されている。

圧力センサ１１は、タンク１０Ａの一部に取り付けられ、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力を検出する。この検出信号は後述の制御回路部３３に送られ、図２に示した駆動部３０のモータ３０ａを起動または停止させるためのモータ駆動回路３０ｂを制御する。

圧縮空気生成部２０は、モータ３０ａの回転運動を往復運動に変換し、図示しないピストンを往復させて圧縮空気を生成する構造となっている。即ち、シリンダ内で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加工し、その圧縮空気をシリンダヘッドに設けられた排気弁からパイプ２１に吐出させて、パイプ２１を通してタンク１０Ａに貯留させるものである。例えば、このような圧縮空気生成部（圧縮機本体）の構造は、本願と同一出願人により出願された、公開特許公報「特開平１１−２８０６５３号公報」に開示された技術を適用できる。

空気圧縮機１には、電源コード１ａを介して商用交流電源（例えば、１００Ｖ、５０／６０Ｈｚの単相交流電源）３１が供給される。

図２に示す空気圧縮機のブロック図において、商用電源３１は主スイッチ３２を介して電源回路３４に供給される。電源回路３４は、交流電源３１を整流するための整流回路を含み、制御回路部３３及び駆動部３０に直流電源を供給する。

駆動部３０に備えられたモータ３０ａは、例えば直流モータから成り、モータ駆動回路３０ｂにより、モータ３０ａが駆動される。モータ駆動回路３０ｂは制御回路部３３によって制御され、この制御回路部３３によってモータの駆動回路３０ｂがオンされればモータ３０ａは起動し、逆に、モータの駆動回路３０ｂがオフされればモータ３０ａは停止するように制御される。

制御回路部３３はマイクロコンピュータ３３ａから構成される。このマイクロコンピュータ３３ａは、演算、制御プログラムを実行する中央処理装置ＣＰＵ、ＣＰＵの制御プログラム等を格納するリードオンリメモリＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域やデータの一時記憶領域などとして利用されるランダムアクセスメモリＲＡＭ、タイマＴＩＭ、及び入出力ポートＩＯＰなどの機能ブロックから構成され、これらは内部バスＢＵＳによって相互に接続されている。このマイクロコンピュータ３３ａの機能ブロックの構成自体は半導体集積回路技術によって半導体基板上に形成された周知のＩＣ（集積回路装置）を適用できる。

タンク１０Ａに取り付けられた圧力センサ１１の検出信号はマイクロコンピュータ３３ａの入出力ポートＩＯＰに入力され、ＲＯＭに内蔵された制御プログラム及びＲＡＭに記憶されたデータに基づいて、ＣＰＵにより上記モータの駆動回路３０ｂを制御して、モータ３０ａを起動または停止（オンまたはオフ）させる。

次に、図３に示したフローチャートを参照して、制御回路部３３（マイクロコンピュータ３３ａ）に設定された空気圧縮機の動作プログラムについて説明する。

主スイッチ３２（図２参照）をオンさせてスタートさせた後、ステップ１００に進む。

まず、ステップ１００において初期設定を行い、モータの駆動回路３０ｂをオフにしてモータ３０ａを停止状態にし、タンク１０Ａ内圧力のモータ停止圧力であるモータ停止圧力Ｐｏｆｆ２を、Ｐｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定する。

次にステップ１０１において、圧力センサ１１によって検出された圧力データであって、１秒経過毎に順次６０秒まで変化する６０個の圧力データを記憶する６１個のＲＡＭの圧力データメモリ配列Ｐ（０）〜Ｐ（６０）を０（初期値）にクリアする。このＲＡＭのメモリ配列Ｐ（０）〜Ｐ（６０）は、後述する３秒間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）と、６０秒間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）とを１秒毎に算出するためのものである。即ち、モータ停止期間中に短時間にタンク１０Ａ内の大量の圧縮空気が消費される場合と、長時間に渡って比較的大量の圧縮空気が消費される場合と、圧縮空気の消費量が少ない場合との３者を識別するために使われる。ステップ１０１のデータ配列の初期化が完了したら、ステップ１０２で、モータが回転する。

ステップ１０３において、１秒周期でタンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力を検出し、新データを圧力データメモリ配列Ｐ（０）〜Ｐ（６０）に順次取り込む。

ステップ１０４において、直列接続されたデータメモリ配列Ｐ（０）〜Ｐ（６０）内で圧力データの移動を行う。即ち、データメモリ配列の最後のメモリＰ（６０）に格納されていたデータを廃棄し、メモリＰ（５９）に格納されていたデータをメモリＰ（６０）に移し、メモリＰ（５８）に格納されていたデータをメモリＰ（５９）に移し、同様にして、メモリＰ（０）に格納されていたデータをＰ（１）に移し、新しいデータをメモリＰ（０）に格納する。

ステップ１０５において、最新のタンク１０Ａ内の圧力が記憶されたメモリＰ（０）の圧力データが、モータ停止圧力Ｐｏｆｆより大きいか否かを判定し、ＹＥＳの場合、即ちＰ（０）＞Ｐｏｆｆの場合、ステップ１０６に進みモータ３０ａの停止の設定をしてステップ１０３に戻る。逆に、判定がＮＯの場合、即ち、Ｐ（０）≦Ｐｏｆｆの場合、ステップ１０７にてモータの運転状態を判定する。

ステップ１０７にて、モータ３０ａの回転がある場合（ＹＥＳの場合）、ステップ１０３に戻る。逆に判定がＮＯ（停止）の場合、ステップ１０８に進む。

ステップ１０８にて、短時間（３秒間）の圧力低下率の大小を判定し、判定がＹＥＳの場合、即ち、圧力低下率（Ｐ（３）−Ｐ（０））／３＞０．０１２５ＭＰａ／ｓｅｃとなる場合、タンク１０Ａ内の圧縮空気の消費量が多いと判断されるので、タンク１０Ａ内の蓄積空気量を多くするために、ステップ１０９にて、モータ停止圧力ＰｏｆｆをＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定し、ステップ１１４にてモータ３０ａを停止状態から回転状態に設定してステップ１０３に戻る。

ステップ１０８の判定がＮＯの場合、即ち、圧力低下率（Ｐ（３）−Ｐ（０））／３ ≦０．０１２５ＭＰａ／ｓｅｃの場合、短時間における圧縮空気の消費量は少ないと判断されるが、長時間に渡る消費量は多いかも知れないので、ステップ１１０にて長時間（６０秒間）の圧力低下率の大小を判定する。

ステップ１１０にて、判定がＹＥＳの場合、即ち、長時間の圧力低下率（Ｐ（６０）−Ｐ（０））／６０＞０．４ＭＰａ／ｍｉｎ（＝０．００６７ＭＰａ／ｓｅｃ）の場合、圧縮空気の消費量が多いと考えられるので、タンク１０Ａ内の蓄積空気量を多くするために、ステップ１１１にて、モータ停止圧力ＰｏｆｆをＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定し、ステップ１１４にてモータを停止状態から回転状態に設定してステップ１０３に戻る。

ステップ１１０の判定がＮＯの場合、即ち、長時間の圧力低下率（Ｐ（６０）−Ｐ（０））／６０≦０．４ＭＰａ／ｍｉｎ（＝０．００６７ＭＰａ／ｓｅｃ）の場合、空気消費量は少ないと考えられるので、ステップ１１２にてタンク１０Ａ内の圧力Ｐ（０）がモータ再起動圧力Ｐｏｎ＝２．６ＭＰａまで低下したかどうかを判定する。

ステップ１１２にて、判定がＹＥＳ、即ちタンク内の圧力がモータ再起動圧力Ｐｏｎ＝２．６ＭＰａより下回ったと判断されるので、ステップ１１３にてモータ停止圧力Ｐｏｆｆを上記モータ停止圧力値Ｐｏｆｆ２＝３．５ＭＰａより低い所定値Ｐｏｆｆ１＝３．０ＭＰａに設定して、ステップ１１４にてモータ３０ａを停止状態から回転状態に設定してステップ１０３に戻る。ここでモータ停止圧力Ｐｏｆｆを、Ｐｏｆｆ２＝３．５ＭＰａより低い所定値Ｐｏｆｆ１＝３．０ＭＰａに設定する理由は、圧縮空気の消費量の少ない場合は、タンク１０Ａ内の蓄積空気量が少なくても支障ないと判断し、モータ停止圧力Ｐｏｆｆを下げることによって、ピストンリング等への無駄な荷重を避けて空気圧縮機の寿命を延ばすためである。

ステップ１１０にて、判定がＮＯの場合、即ち、タンク内の圧力がモータ再起動圧力Ｐｏｎ＝２．６ＭＰａより大きいときは、圧縮空気量の過不足無しと判断されるので、何もせずにステップ１０３に戻る。

次に、上述したフローチャート（図３参照）に従った空気圧縮機の動作例について図４を参照して説明する。図４は、縦軸にタンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力（タンク内圧力）Ｐ（ＭＰａ）及びモータ３０ａに流れる駆動電流Ｉｄを示し、横軸に時間Ｔ（ｍｉｎ）を示したものである。

図４において、Ｐｏｆｆ１及びＰｏｆｆ２は、図３を参照して説明したモータ停止圧力を示す。即ち、上述したように、圧縮空気の消費量が比較的多く、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値より大きい値で減少した場合、モータ３０ａの回転（起動）によりその圧力を上昇させるが、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力が予定された所定値に達したときモータ３０ａを停止させなければならない。このモータを停止させるときの圧力の所定値が、モータ停止圧力Ｐｏｆｆ１及びＰｏｆｆ２である。モータ停止圧力Ｐｏｆｆ２は、３．５ＭＰａに設定され、モータ停止圧力Ｐｏｆｆ１は、Ｐｏｆｆ２＝３．５ＭＰａより低い値３．０ＭＰａに設定されている。

一方、Ｐｏｎは、モータ再起動圧力を示す。即ち、圧縮空気の消費量が比較的少なく、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値より小さい値で減少した場合、モータ３０ａを起動させることなく、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力がモータ再起動圧力である所定値に降下するのを待ってモータ３０ａを起動させるが、このモータを起動させるときの圧力の所定値が、モータ再起動圧力Ｐｏｎである。上述のとおり、Ｐｏｎ＝２．６ＭＰａに設定されている。

ＰＬは作業限界圧力である。即ち、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力が釘打機等の空気工具に利用できる限界値であることを示す。本実施形態の空気工具では、ＰＬ＝２．０ＭＰａに設定されている。

なお、図４において、点線で示したタンク内の圧力の経時変化は、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を検出しないで制御する従来方式による特性を示す。

図４において、ａ点の状態は、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力ＰがＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａまで上昇し、モータ３０ａが停止している状態である。

ａ点から、例えば短時間での圧縮空気の消費量が比較的多い釘打機による大径釘の連続釘打ちが始まる場合について見ると、大量に圧縮空気が消費されるため、タンク内の圧力は急速に低下する。この場合、図５に示したような従来の制御方式に従うとき、消費時のタンク内圧力の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）は無視されて制御されるので、タンク内の圧力はａ点からｂ´点まで急速に低下し、ｂ´点でモータ再起動圧力Ｐｏｎに達するとモータ３０ａが再起動する。従って、タンク内の圧力の低下は緩和されるものの、圧力低下の現象は依然として継続し、ｃ´点で作業限界圧力ＰＬに達し、釘打機の使用ができなくなる。従って短時間消費量が多い釘打機の連続作業時間はａ点からｃ´点となる。

一方、図３に示した本発明の制御方式に従って、タンク内圧力の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を検出して制御する場合は、ａ〜ｂ間で短時間（３秒間）における圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）（＝（Ｐ（３）−Ｐ（０））／３）を検出する。この短時間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）が所定値（０．０１２５ＭＰａ／ｓｅｃ）より大きい場合、即ち、（Ｐ（３）−Ｐ（０））／３＞０．０１２５ＭＰａ／ｓｅｃの場合、制御回路部３３は、モータ停止圧力ＰｏｆｆをＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定し、圧力低下率を検出した後、直ちにｂ点でモータ３０ａを再起動させる。このため、モータ３０ａの起動時期が早まるので、圧力低下率が緩和され、作業限界圧力ＰＬに降下するまでの時点がｃ点となり、実線ｂ〜ｃのようにタンク内の圧力の低下は緩和され、作業限界圧力ＰＬ（２．０ＭＰａ）に降下するまでの作業時間を長くできる。

このように、本発明に従えば、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力に大きな圧力低下が検出されると、直ちにモータ３０ａが再起動するので、その時点からタンク内の圧力の低下は緩和される。このため、実線ｂ〜ｃに沿ってタンク内の圧力が作業限界圧力ＰＬに達するものの、従来の点線ｂ´〜ｃ´に沿う圧力低下に比較して連続作業時間を大幅に長くできる。

次に、ｄ点において、長時間での圧縮空気の消費量が比較的多い釘打機による中径釘の連続釘打ちが始まると、上記ａ〜ｂ〜ｃに沿う消費量より少ないが、長時間大量に圧縮空気が消費されるためタンク内の圧力は急速に低下する。 図５に示す従来方式によれば、タンク内圧力の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を検出しないで制御するので、タンク内の圧力がｄ点からｅ´点まで急速に低下し、ｅ´点でモータ再起動圧力Ｐｏｎに達するとモータ３０ａが再起動する。従って、タンク内の圧力の低下は緩和されるものの圧力低下の現象は依然として継続し、ｆ´点で作業限界圧力ＰＬに達し、釘打機の使用ができなくなる。従って、この場合の連続作業時間はｄ点からｆ´点までである。

一方、図３に示した本発明の制御方式に従って、タンク内圧力の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を検出して制御する場合は、ｄ〜ｅ間で長時間（６０秒間）における圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）（＝（Ｐ（６０）−Ｐ（０））／６０）を検出する。この短時間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）が所定値０．４ＭＰａ／ｍｉｎ（＝０．００６７ＭＰａ／ｓｅｃ）より大きい場合、即ち、（ΔＰ２／ΔＴ２）＝（Ｐ（６０）−Ｐ（０））／６０＞０．４ＭＰａ／ｍｉｎ（＝０．００６７ＭＰａ／ｓｅｃ）の場合、制御回路部３３は、モータ停止圧力ＰｏｆｆをＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定し、直ちにｅ点でモータ３０ａを再起動させる。

このため、モータ３０ａの起動時期が早まるので、実線ｅ〜ｆに沿うようにタンク内の圧力の低下が緩和される。即ち、タンク内の圧縮空気の圧力に比較的大きな圧力低下が検出されると直ちにモータ３０ａが再起動するので、その時点からタンク内の圧力の低下は緩和される。従って、実線ｅ〜ｆに沿ってタンク内の圧力の低下が作業限界圧力ＰＬに達するものの、従来の点線ｅ´〜ｆ´に沿う圧力低下に比べて連続作業時間を長くできる。

次に、ｇ点において、例えば圧縮空気の連続消費量が比較的少ない釘打機による小径釘の連続釘打ちが始まると、圧縮空気の消費量が少ないためタンク内の圧力は緩やかに低下する。この場合、タンク内圧力の短時間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び長時間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）が所定値（０．０１２５ＭＰａ／ｓｅｃ及び０．４ＭＰａ／ｍｉｎ（＝０．００６７ＭＰａ／ｓｅｃ））より小さいので、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を検出しないで制御する従来方式と同様に、タンク内の圧力がｇ点からｈ点まで低下し、ｈ点でタンク内のモータ再起動圧力Ｐｏｎ＝２．６ＭＰａに達すると、モータ３０ａを再起動させる。これによってタンク内の圧力の低下は緩和され、ｉ点で釘打ち作業が終わるとタンク内の圧力は急激に上昇する。作業終了後、モータの再起動によりタンク内の圧力が上昇し、その圧力が所定値に達したとき、モータを停止させるが、本発明によれば、モータ３０ａを停止させるときのモータ停止圧力Ｐｏｆｆは、従来のＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａより低い値Ｐｏｆｆ１＝３．０ＭＰａに設定される。この値は、例えば、Ｐｏｆｆ２の０．８〜０．９倍に設定される。

即ち、ｇ〜ｈにおいて、タンク内圧力の圧力低下率（（ΔＰ／ΔＴ）を検出しない従来方式の場合、モータ停止圧力Ｐｏｆｆは圧力低下率の大小にかかわらず一義的にＰｏｆｆ２＝３．５ＭＰａに設定されるので、ｊ´点でタンク内の圧力が３．５ＭＰａに達したときにモータが停止する。一方、本発明に従えば、短時間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び長時間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）を検出し、その圧力低下率が所定値以下と判定した結果に基づいて、ｈ点でモータ３０ａを再起動させると共に、モータ停止圧力の再設定を行い、モータ停止圧力ＰｏｆｆをＰｏｆｆ１＝３．０ＭＰａと変更するので、タンク内の圧力が、ｊ点で３．０ＭＰａに達するとモータが停止する。このために、タンク１０Ａ内の圧縮空気の消費量が少ない場合は、空気圧縮機は低い圧力で運転されるので、シリンダの摩耗や軸受類の荷重が小さくなり、空気圧縮機の寿命を長くすることができる。

以上の本発明の実施形態より明らかなように、本発明の空気圧縮機によれば、制御回路部は、タンク内の圧縮空気の圧力低下率を検出し、圧縮空気の消費量が少ない場合、即ち圧力低下率が所定値より小さい場合、モータ停止圧力（Ｐｏｆｆ）をＰｏｆｆ２より低い値Ｐｏｆｆ１に自動的に設定し直すので、空気圧縮機の負荷を軽減させて、その寿命を長くすることができる。

更に、本発明に従えば、圧縮空気の消費量が多い場合、即ちタンク内の圧縮空気の圧力低下率が大きい場合、モータを直ちに再起動させると共に、モータ停止圧力（Ｐｏｆｆ）を、上記圧縮空気の消費量が少ない場合のＰｏｆｆ１より大きい値Ｐｏｆｆ２に再設定することによって、空気圧縮機に接続される釘打機等の空気工具の連続使用可能時間を長くすることができる。このようにして、本発明は特に小型で可搬型の空気圧縮機に適用して著しい効果を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

上述の実施形態では、短時間の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）の検出時間を３秒に設定したが、３秒以下の他の時間に設定しても良い。一方、長時間の圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）の検出時間は６０秒に設定したが、空気工具の圧縮空気の消費量や作業時間に応じて６０秒以上または６０秒以下の他の時間に設定しても良い。また、短時間と長時間の両者の圧力低下率を使用しないで、単一の圧力低下率に基づいて制御しても良い。

更に、検出した圧力低下率と比較するための所定値（基準値）は、空気圧縮機のタンク容積及び圧縮空気の生成能力、あるいは空気工具の圧縮空気の消費量及び作業時間等を考慮して他の所定値に設定しても良い。

本発明に係る空気圧縮機の一実施形態の外観を示す正面図。 本発明に係る空気圧縮機の一実施形態を示すブロック図。 本発明に係る空気圧縮機の制御に用いられるプログラムの一実施形態を示すフローチャート。 本発明に係る空気圧縮機の一実施例の動作を説明するための圧力変化曲線図。 従来例に係る空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。

符号の説明

１：空気圧縮機 １ａ：電源コード 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 ３０ａ：モータ
３０ｂ：モータ駆動回路 ３１：電源 ３２：主スイッチ
３３：制御回路部

Claims (3)

1. 圧縮空気を貯留するタンク部と、
   圧縮空気を生成し前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、
   前記タンク部内の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサとを有し、
   前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の圧力が所定のモータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）まで上昇したとき前記モータを停止させ、該モータの停止後に前記タンク部内の圧力が所定のモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下したとき前記モータを起動させるように制御する空気圧縮機であって、
   前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記モータの停止中の前記タンク部内の圧力（Ｐ）の所定時間（ΔＴ）に対する圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）を求め、
   該圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも大きいことが検出されたときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）がモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下する前に前記モータを再起動し、
   前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも小さいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）が前記モータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下してから、前記モータを再起動すると共に、前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも大きいことが検出されたときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を、予め設定した値よりも大きい圧力値に再設定し、その後、前記圧力変化率（ΔＰ／ΔＴ）が所定値よりも小さいことが検出されたときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を再設定した値から予め設定した小さい値に戻すように再設定するように制御することを特徴とする空気圧縮機。
2. 圧縮空気を貯留するタンク部と、
   圧縮空気を生成し前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、
   前記タンク部内の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサとを有し、
   前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の圧力が所定のモータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）まで上昇したとき前記モータを停止させ、該モータの停止後に前記タンク部内の圧力が所定のモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下したとき前記モータを起動させるように制御する空気圧縮機であって、
   前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記モータの停止中の前記タンク部内の圧力（Ｐ）の第１の所定時間（ΔＴ１）に対する第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）と、第１の所定時間（ΔＴ１）よりも長い第２の所定時間（ΔＴ２）に対する第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）を求め、
   前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）が第１の所定値より大きいとき、又は前記第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が第２の所定値よりも大きいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）がモータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下する前に前記モータを再起動し、
   前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が、それぞれ前記第１の所定値及び第２の所定値より小さいときは、前記タンク部内の圧力（Ｐ）が前記モータ再起動圧力値（Ｐｏｎ）まで低下してから前記モータを再起動するように制御することを特徴とする空気圧縮機。
3. 請求項２において、前記制御回路部は、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）が第１の所定値よりも大きいとき、及び／又は第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が第２の所定値よりも大きいときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を設定された値よりも大きい圧力値に再設定し、前記第１の圧力変化率（ΔＰ１／ΔＴ１）及び第２の圧力変化率（ΔＰ２／ΔＴ２）が、それぞれ前記第１の所定値及び第２の所定値より小さいときは、前記モータ停止圧力値（Ｐｏｆｆ）を設定された値よりも小さい圧力値に再設定することを特徴とする空気圧縮機。

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