JP5163607B2 - コンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサに関し、より詳細には、互いに対向するようにして設置される第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とを、モータ手段の回転駆動に基づいて駆動させることにより圧縮空気を生成して、貯留タンクに貯蔵させるコンプレッサに関する。

圧縮空気を利用する釘打機等の駆動工具を建築現場で用いる場合には、駆動工具に対して圧縮空気を供給するためにエアコンプレッサを設置する必要がある。エアコンプレッサは、モータ部を駆動させることによって圧縮空気生成部で圧縮空気を生成し、生成させた圧縮空気をタンク部に貯留することによって、駆動工具に圧縮空気を供給する構造となっている。

このようなコンプレッサを用いて駆動工具を使用する場合には、コンプレッサの駆動時に騒音（駆動音）が発生する傾向があった。このため、夜間などに作業者が作業を行う場合を考慮して、駆動音を低減させるため「静音モード」という運転モードを備えたコンプレッサが存在する（例えば、特許文献１参照）。

静音モードを備えたコンプレッサでは、モータの回転数を通常運転時の回転数に比べて低減させて一定の回転数に維持することにより、駆動音の低減を図っている。

特許第４２０３２９２号明細書

ところで、近時利用されるコンプレッサでは、複数の駆動工具を同時に使用できるように、あるいは、高い圧力を利用する駆動工具の使用を考慮して、タンク内の圧力状態を高圧に維持し、さらに、タンク容量を大型化する傾向がある。このようにタンク内の圧力を高圧に維持するコンプレッサでは、駆動音が大きくなる傾向があり、より一層の駆動音低減が求められている。また、上述したように、タンク容量が大型化したコンプレッサにおいて、駆動音の低減を目的としてモータの回転数を低く制限する制御を行うと、回転数の低減に伴ってコンプレッサの性能が低下してしまう場合があるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、従来の静音モードと同程度以上の性能を維持しつつ、従来の静音モードに比べて駆動音を低減させることが可能な、コンプレッサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るコンプレッサは、互いに対向するようにして設置される第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とを、モータ手段の回転駆動に基づいて駆動させることにより圧縮空気を生成して、貯留タンクに貯蔵させるコンプレッサであって、前記モータ手段の回転駆動量を制御する回転駆動量制御手段と、前記貯留タンク内の圧力状態を検出する圧力状態検出手段とを備え、前記第１圧縮空気生成手段と前記第２圧縮空気生成手段とは、前記貯留タンクの圧力状態に応じて負荷されるそれぞれの荷重の荷重値変化状態が相違し、前記回転駆動量制御手段は、前記圧力状態検出手段により検出された圧力状態が、前記第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と前記第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときの前記貯留タンクの圧力状態における所定範囲に該当する場合に、前記モータ手段の回転駆動量を低減させることを特徴とする。

このように本発明に係るコンプレッサでは、互いに対向するようにして第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とが設置され、さらに、第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とは、貯留タンクの圧力状態に応じて負荷されるそれぞれの荷重の荷重値変化状態が相違するものである。このように、荷重の荷重値変化状態がそれぞれ相違する理由は、貯留タンクに対して効率的に所定圧力の圧縮空気を蓄積させるために、第１圧縮空気生成手段の圧縮能力と第２圧縮空気生成手段の圧縮能力とに差を持たせたことに起因し、一般的なコンプレッサにおいて多く採用されている構成である。

このような構成からなるコンプレッサにおいて、第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときには、第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とが対向するようにして設置されているため、第１圧縮空気生成手段における圧縮運動と第２圧縮空気生成手段における圧縮運動とが互いに影響しあって、コンプレッサの駆動音の音圧を顕著に増大させてしまう恐れがある。

このため、本発明に係るコンプレッサの回転駆動量制御手段では、第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときの貯留タンクの圧力状態を予め求めておき、圧力状態検出手段により検出された圧力状態が荷重値が一致するときの圧力状態に一致する場合において、積極的にモータ手段の回転駆動量を低減させることにより、モータ手段の回転駆動、第１圧縮空気生成手段の圧縮運動および第２圧縮空気生成手段の圧縮運動などに起因するコンプレッサの駆動音の音圧の増大を抑制することが可能となる。

また上述したコンプレッサにおいて、前記回転駆動量制御手段において低減される前記モータ手段の前記回転駆動量は、当該低減を行った後のコンプレッサにおける駆動音の音圧が、低減を行う前のコンプレッサにおける駆動音の音圧を維持する程度に設定されるものであってもよい。

このように、低減を行った後のコンプレッサにおける駆動音の音圧が、低減を行う前のコンプレッサにおける駆動音の音圧を維持する程度に、モータ手段の回転駆動量を低減させることにより、第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときに上昇し得る駆動音を、積極的に低減させることができるだけでなく、モータ手段の回転駆動量を低減させた前後における駆動音の音圧変化を、作業者などに意識させ難くすることができる。このため、音圧変化などにより作業者が駆動音を意識してしまうことを低減することができ、駆動音を聞いた作業者がうるさいと感じてしまうことを抑制することが可能となる。

本発明に係るコンプレッサの回転駆動量制御手段では、圧力状態検出手段により検出された圧力状態が、第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときの貯留タンクの圧力状態における所定範囲に該当する場合において、積極的にモータ手段の回転駆動量を低減させることにより、コンプレッサの駆動音の音圧の増大を抑制することが可能となる。

本実施の形態に係るエアコンプレッサの概略構成を示したブロック図である。 本実施の形態に係る空気圧縮機構部およびモータ部の構成を示した断面図である。 本実施の形態に係る第１空気圧縮機構部および第２空気圧縮機構部に関するピストン荷重の荷重値変化を、タンク部内の圧力変化に応じて示した図である。 本実施の形態に係るエアコンプレッサの制御回路部を示すブロック図である。 本実施の形態に係るモータ部の回転数が１０００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍの場合におけるエアコンプレッサの駆動音の音圧と、通常モード用の回転数でモータ部を駆動させた場合におけるエアコンプレッサの駆動音の音圧との変化を、タンク部の圧力値に応じて示した図である。 本実施の形態に係るモータ部における回転数が１５００ｒｐｍ、１８００ｒｐ〜２２００ｒｐｍの場合におけるエアコンプレッサの駆動音の音圧の変化を、タンク部の圧力値に応じて示した図である。 本実施の形態に係る制御回路部のマイクロプロセッサにおける処理を示したフローチャートである。 本実施の形態に係るエアコンプレッサにおいて、モータ部の回転数が１５００ｒｐｍに達するタンク部内の圧力値を２．０ＭＰａに設定する場合と、２．２５ＭＰａに設定する場合と、２．５ＭＰａに設定する場合とを比較して駆動音の変化状態を示した図である。 本実施の形態に係るエアコンプレッサの通常モードと、静音モードと、超静音モードとにおけるモータ部の回転数を、タンク部内の圧力値に応じて示した図である。 本実施の形態に係るエアコンプレッサの通常モードと、静音モードと、超静音モードとにおけるエアコンプレッサの駆動音の音圧を、タンク部内の圧力値に応じて示した図である。

以下、本発明に係るコンプレッサの一例であるエアコンプレッサについて、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、実施の形態に係るエアコンプレッサの概略構成を示したブロック図である。エアコンプレッサ１は、タンク部２と、モータ部（モータ手段）３と、圧縮空気生成部（第１圧縮空気生成手段、第２圧縮空気生成手段）４と、制御回路部（回転駆動量制御手段）５とによって概略構成されている。

タンク部２は、圧縮空気を貯留するための貯留タンク８を有している。貯留タンク８には、圧縮空気生成部４により生成された一定圧力の圧縮空気が蓄えられており、通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されている。

貯留タンク８には、複数の圧縮空気取出口９が設けられている。本実施の形態に係るエアコンプレッサ１には、高圧の圧縮空気を取り出すための高圧取出口９ａと、常圧の圧縮空気を取り出すための常圧取出口９ｂとが設けられており、高圧取出口９ａでは、減圧弁１０ａによって取り出される圧縮空気の圧力が１．５ＭＰａ〜２．５０ＭＰａ程度に減圧され、常圧取出口９ｂでは、減圧弁１０ｂによって取り出される圧縮空気の圧力が０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度に減圧される。また、各取出口９ａ、９ｂには、減圧弁１０ａ、１０ｂにより減圧された圧縮空気を釘打機等の駆動工具に供給するために、エアホース（図示省略）を着脱することが可能となっている。

また、貯留タンク８には貯留タンク８内の圧力を検出するための圧力センサ（圧力状態検出手段）１２が設けられている。圧力センサ１２は、貯留タンク８内の圧力変化を内部の感圧素子によって電気信号に変換する機能を有しており、検出した電気信号は制御回路部５に伝達される。

モータ部３は、圧縮空気生成部４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役割を有している。モータ部３には、駆動力を発生させるためのステータ１６とロータ１７とが設けられている。ステータ１６には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線が形成されており、これらの巻線に対して電流を流すことによって回転磁界が形成される。ロータ１７は、永久磁石によって構成されており、ステータ１６の巻線を流れる電流によって形成される回転磁界により、ロータ１７の回転が行われる。

圧縮空気生成部４は、ピストンおよびシリンダにより概略構成される空気圧縮機構部１３を有しており、シリンダ内に設けられる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って圧縮空気を生成する構造となっている。

一般的な圧縮空気生成部（本実施の形態に係る圧縮空気生成部４を含む）では、図２に示すように、ピストンおよびシリンダによって概略構成される空気圧縮機構部１３が２つ設けられている。一方の空気圧縮機構部１３をなす第１空気圧縮機構部（第１圧縮空気生成手段）１３ａは、シリンダ径が６０ｍｍでありストロークが２５ｍｍに規定された第１シリンダ１４ａおよび第１ピストン１５ａによって構成され、他方の空気圧縮機構部１３をなす第２空気圧縮機構部（第２圧縮空気生成手段）１３ｂは、シリンダ径が４０ｍｍでありストロークが１０ｍｍに規定された第２シリンダ１４ｂおよび第２ピストン１５ｂによって構成されている。

また、モータ部３は、図２に示すように圧縮空気生成部４に隣接して設けられており、モータ部３のロータ１７が上述したように回転すると、モータ部３の回転軸１９が回転される構造となっている。モータ部３の回転軸１９は、回転軸用ベアリング２０ａ、２０ｂにより回転可能に支持されており、回転軸１９には、第１ピストン１５ａの連接棒２１ａが軸受部（クランク用ベアリング）２２ａを介して連結され、また、第２ピストン１５ｂの連接棒２１ｂが軸受部（クランク用ベアリング）２２ｂを介して連結されている。さらに、回転軸１９の端部には、外気を導入するためのファン２３が設置されている。

モータ部３の回転軸１９が回転を開始すると、第１空気圧縮機構部１３ａの第１ピストン１５ａが、回転軸１９の回転に伴って第１シリンダ１４ａ内を進退動（ピストン運動）し、第１シリンダ１４ａ内の空気の圧縮を行い、また、第２空気圧縮機構部１３ｂの第２ピストン１５ｂが、回転軸１９の回転に伴って第２シリンダ１４ｂ内を進退動（ピストン運動）し、第２シリンダ１４ｂ内の空気の圧縮を行う。

ここで、第１空気圧縮機構部１３ａの第１シリンダ１４ａは、シリンダ径が６０ｍｍ、ストロークが２５ｍｍに規定されているのに対して、第２空気圧縮機構部１３ｂの第１ピストン１５ａは、シリンダ径が４０ｍｍ、ストロークが１０ｍｍに規定されており、第１空気圧縮機構部１３ａにおいて圧縮される空気の圧力状態と、第２空気圧縮機構部１３ｂにおいて圧縮される空気の圧縮状態は異なったものとなる。このため、エアコンプレッサ１の圧縮空気生成部４では、第１空気圧縮機構部１３ａにおいて空気を圧縮した後に、第１空気圧縮機構部１３ａにおいて圧縮された空気を、さらに第２空気圧縮機構部１３ｂで高圧にする圧縮処理を行うことによって、効率的にタンク部２内の圧力制御を行うことが可能となっている。

なお、上述したように、第１シリンダ１４ａと第２シリンダ１４ｂとは、シリンダ径およびストロークが異なっており、第１ピストン１５ａおよび第２ピストン１５ｂのそれぞれに加えられるピストン荷重も異なった値となる。図３は、第１空気圧縮機構部１３ａと第２空気圧縮機構部１３ｂとに関するピストン荷重の荷重値変化（荷重値変化状態）を、タンク部２内の圧力変化に応じて示した図である。

図３に示すように、貯留タンク８内の圧力値が低い場合（例えば、０ＭＰａ〜０．６ＭＰａ程度まで）には、第１空気圧縮機構部１３ａに対して積極的な荷重が加えられてタンク部２内の圧力が上昇するが、第１空気圧縮機構部１３ａに加えられる荷重は、第１空気圧縮機構部１３ａの能力により所定値（本実施の形態では、約１６０ｋｇｆ程度）で頭打ち状態となる。

第１空気圧縮機構部１３ａの荷重が所定値に達した後には、第１空気圧縮機構部１３ａにおいて圧縮された空気を第２空気圧縮機構部１３ｂで圧縮することにより、タンク部２内の圧力が高められることになる。このため、第２空気圧縮機構部１３ｂに付加される荷重は、第１空気圧縮機構部１３ａに比べて緩やかに増加し、第１空気圧縮機構部１３ａの所定値（約１６０ｋｇｆ）を超えて、タンク部２内の圧力上昇に比例して上昇することになる。

第２空気圧縮機構部１３ｂにおいて圧縮された空気は、連結パイプ１４（図１参照）を介してタンク部２の貯留タンク８へと供給される。

制御回路部５は、図４に示すように、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）２５と、コンバータ回路２６と、インバータ回路２７とによって概略構成されている。

コンバータ回路２６は、整流回路２８と昇圧回路２９と平滑回路３０とにより概略構成されており、このコンバータ回路２６によっていわゆるＰＡＭ制御が実行される。ここで、ＰＡＭ制御とは、コンバータ回路２６によって出力電圧のパルスの高さを変化させることにより、モータ部３の回転数を制御する方法である。一方で、インバータ回路２７では、いわゆるＰＷＭ制御が実行される。ＰＷＭ制御とは、出力電圧のパルス幅を変化させてモータ部３の回転数を制御させる方法である。マイクロプロセッサ２５は、エアコンプレッサ１の運転状態に応じて、コンバータ回路２６によるＰＡＭ制御とインバータ回路２７によるＰＷＭ制御とを好適に切り替えて制御を実行する。

コンバータ回路２６の整流回路２８および平滑回路３０は、エアコンプレッサ１の駆動源となる交流電源３１を整流・平滑することによって直流電圧に変換する役割を有している。昇圧回路２９の内部には、スイッチング素子２９ａが設けられており、マイクロプロセッサ２５の制御命令に応じて直流電圧の振幅制御を行う役割を有している。昇圧回路２９は、マイクロプロセッサ２５のＰＡＭ命令を受けた昇圧コントローラ３２を介して制御されている。

インバータ回路２７は、コンバータ回路２６によって変換された直流電圧のパルスを一定周期で正負変換させるとともに、パルス幅を変換させることによって直流電圧を擬似的な正弦波を備える交流電圧に変換する役割を有している。このパルス幅を調整することによって、上述したようにモータ部３の回転数制御を行うことが可能となる。マイクロプロセッサ２５は、インバータ回路２７に対する出力値の調整を行うことによって、モータ部３の駆動量を制御する。

マイクロプロセッサ２５は、コンバータ回路２６およびインバータ回路２７の駆動制御を行うことによって、タンク部２の圧縮空気の圧力を安定させるための制御手段である。マイクロプロセッサ２５は、演算処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ワークメモリ等の一時記憶領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、後述する制御処理プログラム等（図７に示す処理内容のプログラムなど）が記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）等の機能が、１チップのＬＳＩにより実現されたものである。

マイクロプロセッサ２５には、タンク部２の圧力センサ１２において検出された圧力値情報が入力される。また、マイクロプロセッサ２５は、制御情報（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）をコンバータ回路２６およびインバータ回路２７に対して出力することが可能な構成となっている。

コンバータ回路２６およびインバータ回路２７では、マイクロプロセッサ２５によって出力された制御情報に基づいて、モータ部３の駆動制御を実行する。具体的に、マイクロプロセッサ２５は、昇圧コントローラ３２にＰＡＭ命令を出力することによって、昇圧コントローラ３２を介して昇圧回路２９のスイッチング素子２９ａを制御して、コンバータ回路２６の駆動制御を行う。また、同様に、マイクロプロセッサ２５は、インバータ回路２７に対してＰＷＭ命令を出力することによってインバータ回路２７の制御を行う。

次に、モータ部３の回転数に応じて求められるエアコンプレッサ１の駆動音の音圧変化について説明する。

図５は、モータ部３の回転数が１０００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１３００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、１６００ｒｐｍ、１７００ｒｐｍおよび１８００ｒｐｍの場合におけるエアコンプレッサ１の駆動音の音圧と、通常モード用の回転数でモータ部３を駆動させた場合におけるエアコンプレッサ１の駆動音の音圧との変化を、タンク部２の圧力値に応じて示した図である。

なお、モータ部３における回転数が１８００ｒｐｍに維持された状態は、エアコンプレッサ１の静音モードでの駆動状態に該当する。また、図５は、駆動電圧が１００Ｖに設定・維持された状態であって、モータ部３のファン２３側の位置で駆動音の音圧測定を行った場合のデータを示している。

図５に示すように、１０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍまでのそれぞれの回転数でモータ部３を駆動させたときの方が、通常モードでモータ部３を駆動されるときに比べて、音圧が低減されている。また、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａ程度に達するまでの間では、１０００ｒｐｍから１８００ｒｐｍまでの全ての回転数において、駆動音の音圧変化が緩やか（変化が少ない状態）になっている。

しかしながら、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａから２．５ＭＰａまで増加するときにおいて、回転数が１６００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍに設定された場合には、それまで（１．５ＭＰａ程度に達するまで）の駆動音の音圧増加傾向に比べて、急激に音圧が上昇している。そして、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａを超えた当たりから、回転数が１６００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍに設定されたモータ部３では、音圧が維持又は僅かに低減される傾向を示している。

一方で、回転数が１５００ｒｐｍ以下に設定され場合には、図５に示すように、タンク部２内の圧力値に拘わらず（１．５ＭＰａから２．５ＭＰａまでの状況においても）緩やかに駆動音の音圧が増加する傾向が示されており、回転数が１６００ｒｐｍ以上に設定された場合のように駆動音の音圧が急激に上昇する状況には陥らない。

このため、従来の静音モード（モータ部３の回転数が約１８００ｒｐｍ）を用いても比較的駆動音が大きくなる傾向があった１．５ＭＰａ以上の圧力値の範囲において、急激な駆動音の上昇が発生しない回転数までモータ部３の回転を低減させることが、駆動音の音圧低減に対して効果的であるといえる。具体的には、図５に示したように、急激な駆動音の上昇が発生しない回転数であって、そのうちで最も高い回転数を示す１５００ｒｐｍまで、モータ部３の回転数を低減させることによって、駆動音の音圧低減を図ることが可能になると判断することができる。

また、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａになるまでの間では、１０００ｒｐｍから１７００ｒｐｍまでの全ての回転数において、駆動音が、タンク部２内の圧力値に比例して緩やかに増加する傾向を示している。このような緩やかな増加を考慮すると、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍよりも高い回転数に設定することにより、タンク部２内の圧力値が変動しても駆動音の音圧変動が生じにくくなり、聴覚上の駆動音変化を低減させることが可能となる。

図６は、モータ部３の回転数が１５００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍ、１９００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、２１００ｒｐｍおよび２２００ｒｐｍの場合におけるエアコンプレッサ１の駆動音の音圧の変化を、タンク部２の圧力値に応じて示した図である。なお、図６も図５と同様に、駆動電圧が１００Ｖに設定・維持された状態であって、モータ部３のファン２３側の位置で駆動音の音圧測定を行った場合のデータを示している。

図６より明らかなように、１８００ｒｐｍから２２００ｒｐｍまでの回転数が別々に設定されたモータ部３では、図５と同様に、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａから２．５ＭＰａまで増加する状況において、それまで（１．５ＭＰａ程度以下の）の音圧の増加傾向に比べて、急激に音圧が上昇する傾向が示されている。なお、図６に示すように、回転数が１５００ｒｐｍのモータ部３では、１８００ｒｐｍ以上のモータ部３に比べて、駆動音の音圧が比較的低減された状態を維持している。

一方で、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでの間、１５００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍ、１９００ｒｐｍの回転数に設定される各モータ部３の音圧は、比較的近似した音圧値を示している。従って、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでの間は、静音モードにおけるモータ部３の回転数１８００ｒｐｍを１５００ｒｐｍ等に下げても、音圧の低減効果を積極的に得ることができず、反対に、１９００ｒｐｍまで回転数を上昇させても、駆動音が著しく増大することがない。

特に、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでの間のエアコンプレッサ１の駆動音の音圧は、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａ以上の場合においてモータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに設定する場合のエアコンプレッサ１の駆動音の音圧と同程度に維持されることが好ましい。このように、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでの間の駆動音の音圧と、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａ以上の場合における駆動音の音圧と同程度に維持されることにより、モータ部の回転駆動量を低減させた前後における駆動音の音圧変化を、作業者などに意識させ難くすることができる。このため、音圧変化などにより作業者が駆動音を意識してしまうことを低減することができ、駆動音を聞いた作業者がうるさいと感じてしまうことを抑制することが可能となる。

これらの点を考慮し、また、タンク部２の性能維持・向上のことを考慮して、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでの間のモータ部３の回転数を決定すると、回転数を１９００ｒｐｍに設定することが好ましいと判断することができる。

このように、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１において、タンク部２の圧力値に応じて変化するエアコンプレッサ１の駆動音状態をモータ部３の回転数毎に求めると、タンク部２の内圧が約１．５ＭＰａから約２．５ＭＰａまで一時的に増大する傾向が存在する。この理由として、互いに対向するようにして水平に設置される第１空気圧縮機構部１３ａの圧縮運動と第２空気圧縮機構部１３ｂの圧縮運動とが互いに影響を及ぼして振動等が発生することが原因と考えられる。

一般的なコンプレッサは、上述したような水平対向に配置された２気筒の空気圧縮機構部を備えている。この２つの空気圧縮機構部は、それぞれタンク部２内の圧力を効率的に低減させるために、一方の空気圧縮機構部において一定値まで外気の圧力を低減し、その後、他方の空気圧縮機構部において、一方の空気圧縮機構部により圧縮された空気をさらに圧縮することにより、タンク部２内の圧力を所望の圧力値に高めて維持することになる。

本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、初めに外気の圧縮を行う第１空気圧縮機構部１３ａの方が、第１空気圧縮機構部１３ａにより圧縮された空気をさらに圧縮処理する第２空気圧縮機構部１３ｂよりもシリンダ径およびストローク量が大きく、第１空気圧縮機構部１３ａと第２空気圧縮機構部１３ｂとはその圧縮性能（圧縮能力）が異なっている。この性能差を一例として示した図が、上述した図３である。

図３に示すように、タンク部２内の圧力を上昇させる場合において、第１空気圧縮機構部１３ａにおけるピストン荷重の荷重値変化と、第２空気圧縮機構部１３ｂにおけるピストン荷重の荷重値変化とはそれぞれ異なっている。それぞれの空気圧縮機構部におけるピストン荷重の荷重値に着目すると、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１の第１空気圧縮機構部１３ａと第２空気圧縮機構部１３ｂとでは、エアコンプレッサ１の起動直後に第１空気圧縮機構部１３ａのピストン荷重の荷重値が、第２空気圧縮機構部１３ｂよりも急激に上昇し、タンク部２内の内圧が０．６ＭＰａに達する頃に、荷重値が約１６０ｋｇｆに達して頭打ち状態（約１６０ｋｇｆを維持する状態）となる。

一方で、第２空気圧縮機構部１３ｂに関しては、第１空気圧縮機構部１３ａの荷重値の上昇よりも緩やかにピストン荷重の荷重値が上昇する。本実施形態に係るエアコンプレッサ１の第２空気圧縮機構部１３ｂは、タンク部２内の圧力上昇に応じて、ピストン荷重が上昇する傾向を示している。この第１空気圧縮機構部１３ａの荷重値上昇特性（荷重値変化状態）と、第２空気圧縮機構部１３ｂの荷重値上昇特性との相違により、エアコンプレッサ１では、エアコンプレッサ１の起動時においては、第１空気圧縮機構部１３ａにおける圧縮処理を急速に実行し、ある程度、タンク部２内の内圧が上昇した状態において、圧縮処理の主体を第１空気圧縮機構部１３ａから第２空気圧縮機構部１３ｂへと移行することにより、その後のタンク部２内の内圧上昇を円滑に行う構成となっている。

この第１空気圧縮機構部１３ａと第２空気圧縮機構部１３ｂとのピストン荷重の変化において、それぞれの荷重値が一致するときのタンク部２の圧力値が、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、１．５ＭＰａであり、この圧力値の前後の値（例えば、１．０ＭＰａ〜２．０ＭＰａ）が、モータ部３の音圧が上昇し始めるタンク部２内の圧力値の所定範囲に該当する。

これは、第１空気圧縮機構部１３ａと第２空気圧縮機構部１３ｂとのピストン荷重の荷重値が一致する状態において、第１空気圧縮機構部１３ａのピストン運動と第２空気圧縮機構部１３ｂのピストン運動とが影響しあって、モータ部３、第１空気圧縮機構部１３ａおよび第２空気圧縮機構部１３ｂを支持するベアリングや支持部材などの隙間の影響が最大となり、振動などが大きくなるためであると判断できる。このため、このピストン運動による影響が生じうるタンク部２内の圧力値において、エアコンプレッサ１の駆動音が顕在化される傾向があると判断することができる。

従って、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、制御回路部５において、第１空気圧縮機構部１３ａのピストン荷重と第２空気圧縮機構部１３ｂのピストン荷重とが一致するタンク部２内の内圧を予め求めて、このタンク部２の圧力値に基づいて、モータ部３の回転状態を変更させる制御を行うことにより、エアコンプレッサ１の駆動音の低減を図る処理を行う。

図７は、制御回路部５のマイクロプロセッサ２５における処理を示したフローチャートである。マイクロプロセッサ２５は、ＲＯＭ等に記録される制御プログラムに従って、図７に示すフローチャートの処理を実行する。

マイクロプロセッサ２５は、まず、モータ部３の回転数を１９００ｒｐｍに設定し（ステップＳ．１）、設定された回転数でロータ１７が回転されるように、モータ部３の駆動制御を行う（ステップＳ．２）。具体的に、マイクロプロセッサ２５は、モータ部３におけるロータ１７の回転が設定された回転数（例えば１９００ｒｐｍ）となるように、昇圧コントローラ３２にＰＡＭ命令を出力し、インバータ回路２７にＰＷＭ命令を出力して、モータ部３のロータ１７の回転状態を１９００ｒｐｍに制御する。

続いて、マイクロプロセッサ２５は、圧力センサ１２を介してタンク部２内の圧力値を取得する（ステップＳ．３）。そして、マイクロプロセッサ２５は、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａより大きい値であるか否かを判断する（ステップＳ．４）。タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａより大きい値でない場合（つまり、０Ｐａ以上であって、１．５ＭＰａ以下である場合、ステップＳ．４においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２５は、モータ部３の回転数を１９００ｒｐｍに維持して（ステップＳ．１）モータ部３の駆動制御を行い（ステップＳ．２）、再度、タンク部２内の圧力値を取得して（ステップＳ．３）、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａより大きい値であるか否かを判断する（ステップＳ．４）。

タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａより大きい値である場合（ステップＳ．４においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２５は、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａより小さい値であるか否かを判断する（ステップＳ．５）。タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａより小さい値でない場合（つまり、２．５ＭＰａ以上である場合、ステップＳ．５においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２５は、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに設定する（ステップＳ．６）。そして、マイクロプロセッサ２５は、モータ部３の回転数が１５００ｒｐｍになるように、モータ部３の駆動制御を行う（ステップＳ．２）。そして、マイクロプロセッサ２５は、上述したように、タンク部２内の圧力値を取得して（ステップＳ．３）、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａより大きい値であるか否かの判断を繰り返し実行する（ステップＳ．４）。

一方で、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａより小さい値の場合（つまり、タンク部２内の圧力値が、１．５ＭＰａより大きい値であり、かつ、２．５ＭＰａより小さい値の場合、ステップＳ．５においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２５は、モータ部３の回転数をタンク部２内の圧力値に応じて設定する（ステップＳ．７）。

具体的に、マイクロプロセッサ２５は、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａである場合には、モータ部３の回転数が１９００ｒｐｍとなり、その後タンク部２内の圧力値が上昇するに従って線形的にモータ部３の回転数を低減させて、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａとなる場合に、モータ部３の回転数が１５００ｒｐｍとなるように、モータ部３における回転数を設定する。つまり、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、モータ部３の回転数がタンク部２内の内圧に応じて線形的に低減される構成となっている。タンク部２内の圧力値に対応するモータ部３の回転数は、マイクロプロセッサ２５のＲＯＭ等に予めテーブルデータとして記憶されるものであってもよく、また、マイクロプロセッサ２５がタンク部２内の圧力値に基づいて算出するものであってもよい。

また、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａである場合には、モータ部３の回転数を１９００ｒｐｍに設定し、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａとなる場合には、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに設定することにより、モータ部３における回転数を線形的に決定する方法を採用するが、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに設定変更するタンク部２内の圧力値は、必ずしも２．５ＭＰａに限定されるものでなく、２．０ＭＰａであってもよく、２．２５ＭＰａであってもよい。このようなタンク部２内における圧力値は、第１空気圧縮機構部１３ａおよび第２空気圧縮機構部１３ｂにおけるシリンダ径やストローク量により好適に変更することができる。

図８は、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１において、モータ部３の回転数が１５００ｒｐｍに達するタンク部２内の圧力値を２．０ＭＰａに設定する場合と、２．２５ＭＰａに設定する場合と、２．５ＭＰａに設定する場合とを比較して駆動音の変化状態を示した図である。なお、図８は、タンク部２内に圧縮空気を充填する処理におけるモータ部３の音圧をファン２３側で測定した値を示したグラフである。

本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図８に示すように、タンク部２内の圧力値を２．５ＭＰａに設定する場合が最も駆動音の音圧変化が小さくなるため、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに低減させる場合のタンク部２内の圧力値を２．５ＭＰａに設定して、駆動音の変動低減を図っている。なお、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、タンク部２内の圧力値を２．５ＭＰａに設定する場合が最も駆動音の音圧変化が小さくなったが、最も駆動音の音圧変化が小さくなるタンク部２内の圧力値が、常に２．５ＭＰａとなるわけではないので、設定される圧力値は、２．５ＭＰａには限定されない。

上述したようにして、マイクロプロセッサ２５は、タンク部２内の圧力値に応じてモータ部３における回転数（ロータ１７の回転数）を設定した（ステップＳ．７）後に、設定された回転数でモータ部３が回転駆動されるように、モータ部３の駆動制御を行う（ステップＳ．２）。以後、マイクロプロセッサ２５は、上述した処理内容を繰り返し実行することにより、タンク部２内の圧力値に応じてモータ部３の回転数の設定を変更して、エアコンプレッサ１の駆動制御を行う。

図９は、エアコンプレッサ１の通常の運転モードと、従来から使用されている静音モードと、本実施の形態において提案した超静音モードとにおけるモータ部３の回転数を、タンク部２内の圧力値に応じて示したグラフであり、図１０は、上述した３つのモードにおけるエアコンプレッサ１の駆動音の音圧を、タンク部２内の圧力値に応じて示したグラフである。

図９に示すように、エアコンプレッサ１における通常の運転モードでは、モータ部３の回転数がタンク部２内の圧力値に応じて変化しているが、この回転数変化は、マイクロプロセッサ２５がタンク部２内の圧力値に応じて制御しているのではなく、交流電源３１の電力値に応じてモータ部３の回転数を制御しているためであり、積極的にタンク部２内の圧力値に基づいた制御を行っているわけではない。通常の運転モードでは、エアコンプレッサ１の起動時にできるだけ早くタンク部２内の圧力値を高めることができるように、モータ部３の回転数を電力値の許容量を考慮して高めに設定する制御を行っている。このため、モータ部３の音圧を低減させるための配慮は積極的になされていない。

静音モードでは、エアコンプレッサ１の駆動音を低減することを第１の目標としているため、モータ部３の回転数をタンク部２内の圧力値に拘わらず常に１８００ｒｐｍに設定して運転している。一方で、本実施の形態において提案した超静音モードでは、モータ部３の回転数を、１．５ＭＰａまでは１９００ｒｐｍに設定し、１．５ＭＰａ〜２．５ＭＰａの間では、モータ部３の回転数を線形的に減少させ、２．５ＭＰａ以降においてモータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに設定して運転を行っている。

このように３つのそれぞれの運転モードにおいて、モータ部３の回転数を上述したように設定して運転を行う場合の駆動音を比較すると、図１０に示すように、通常モードで駆動される場合の駆動音が最も高い値を示している。一方で、静音モードで駆動される場合の駆動音は、通常モードで駆動される場合に比べて音圧が低減されているが、タンク部２内の圧力が１．５ＭＰａから２．５ＭＰａになるまでの間で音圧が急激に上昇するため、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａ以下の場合に発生する駆動音と、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａ以上の場合に発生する駆動音との音圧差などにより、作業者がエアコンプレッサ１の騒音を意識してしまい、うるさいと感じてしまうおそれがあった。

しかしながら、超静音モードでは、図１０に示すように、タンク部２内の圧力が１．５ＭＰａから２．５ＭＰａになるまでの間を含めて、音圧がほとんど一定のレベルに維持されているため、静音モードのような音圧差が生じにくい。そのため、作業者がエアコンプレッサ１の使用時に騒音を意識し難くなり、駆動音に伴う不快感を実際の音圧値以上に低減させることが可能となる。

また、従来の静音モードで駆動されるモータ部３の回転数は、１８００ｒｐｍで一定に維持されるのに対し、超静音モードで駆動されるモータ部３の回転数は、タンク部２内の圧力が２．５ＭＰａに達した以降に１５００ｒｐｍへ低減されてしまうため、静音モードよりも性能が劣ってしまうようにも思われる。しかしながら、タンク部２内の圧力が１．５ＭＰａに達するまでは、モータ部３の回転数が１９００ｒｐｍに維持されるため、結果として、エアコンプレッサ１は、超静音モードで駆動する場合であっても、静音モードで駆動する場合と同等の性能を維持することが可能となる。

以上、本発明に係るコンプレッサを、図面を用いて説明したが、本発明に係るコンプレッサは、上述した実施の形態で示した構成には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、マイクロプロセッサ２５において、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａに達するまでは、モータ部３の回転数を１９００ｒｐｍに維持し、タンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａから２．５ＭＰａまでの間には、モータ部３の回転数を線形的に低減させ、タンク部２内の圧力値が２．５ＭＰａ以上になった後は、モータ部３の回転数を１５００ｒｐｍに維持する制御を行う場合について説明したが、この設定例は一例であり、設定されるモータ部３の回転数およびタンク部２内の圧力値は、それぞれ、タンク部２の容量や、第１空気圧縮機構部１３ａおよび第２空気圧縮機構部１３ｂのシリンダ荷重の変化特性に応じて、それぞれ適正に設定値を変更することが可能である。

また、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、第１空気圧縮機構部１３ａにおけるピストン荷重の変化と第２空気圧縮機構部１３ｂにおけるピストン荷重の変化とにより、互いの荷重値が一致して影響し得るタンク部２内の圧力値が１．５ＭＰａであったため、上述したように１．５ＭＰａを基準としてモータ部３の回転数を変更する制御を行ったが、第１空気圧縮機構部および第２空気圧縮機構部におけるピストン荷重の変化が本実施の形態に係るエアコンプレッサ１の第１空気圧縮機構部１３ａおよび第２空気圧縮機構部１３ｂと異なる場合には、モータ部の回転数を変更する基準となるタンク部の圧力値を、本実施の形態と異なる値にすることも可能である。

１ …エアコンプレッサ（コンプレッサ）
２ …タンク部
３ …モータ部（モータ手段）
４ …圧縮空気生成部（第１圧縮空気生成手段、第２圧縮空気生成手段）
５ …制御回路部（回転駆動量制御手段）
８ …貯留タンク
９ …圧縮空気取出口
９ａ …高圧取出口
９ｂ …常圧取出口
１０ａ、１０ｂ …減圧弁
１２ …圧力センサ（圧力状態検出手段）
１３ …空気圧縮機構部
１３ａ …第１空気圧縮機構部（第１圧縮空気生成手段）
１３ｂ …第２空気圧縮機構部（第２圧縮空気生成手段）
１４ …連結パイプ
１４ａ …（第１空気圧縮機構部の）第１シリンダ
１４ｂ …（第２空気圧縮機構部の）第２シリンダ
１５ａ …（第１空気圧縮機構部の）第１ピストン
１５ｂ …（第２空気圧縮機構部の）第２ピストン
１６ …ステータ
１７ …ロータ
１９ …回転軸
２０ａ …回転軸用ベアリング
２１ａ …（第１空気圧縮機構部の）連接棒
２１ｂ …（第２空気圧縮機構部の）連接棒
２２ａ …（第１空気圧縮機構部の）軸受部
２２ｂ …（第２空気圧縮機構部の）軸受部
２３ …ファン
２５ …マイクロプロセッサ
２６ …コンバータ回路
２７ …インバータ回路
２８ …整流回路
２９ …昇圧回路
２９ａ …スイッチング素子
３０ …平滑回路
３１ …交流電源
３２ …昇圧コントローラ

Claims (2)

1. 互いに対向するようにして設置される第１圧縮空気生成手段と第２圧縮空気生成手段とを、モータ手段の回転駆動に基づいて駆動させることにより圧縮空気を生成して、貯留タンクに貯蔵させるコンプレッサであって、
   前記モータ手段の回転駆動量を制御する回転駆動量制御手段と、
   前記貯留タンク内の圧力状態を検出する圧力状態検出手段とを備え、
   前記第１圧縮空気生成手段と前記第２圧縮空気生成手段とは、前記貯留タンクの圧力状態に応じて負荷されるそれぞれの荷重の荷重値変化状態が相違し、
   前記回転駆動量制御手段は、前記圧力状態検出手段により検出された圧力状態が、前記第１圧縮空気生成手段に負荷される荷重値と前記第２圧縮空気生成手段に負荷される荷重値とが一致するときの前記貯留タンクの圧力状態における所定範囲に該当する場合に、前記モータ手段の回転駆動量を低減させること
   を特徴とするコンプレッサ。
2. 前記回転駆動量制御手段において低減される前記モータ手段の前記回転駆動量は、当該低減を行った後のコンプレッサにおける駆動音の音圧が、低減を行う前のコンプレッサにおける駆動音の音圧を維持する程度に設定されること
   を特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。

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