JP5245613B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、本体カバーと操作パネルとを備えた空気圧縮機に関する。

例えば、建築現場では、圧縮空気の圧力で釘やネジを木材等に打ち込む空気工具が使用されている。空気工具の動力となる圧縮空気は、通常、空気圧縮機からエアホースを介して空気工具に供給され、空気工具は、供給された圧縮空気を動力へ変換し、釘やネジを打ち込む。

この種の空気圧縮機は、例えば特許文献１に開示されているように、電動モータと、電動モータにより駆動され、外気を吸引して圧縮する圧縮装置と、生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、電動モータを駆動する駆動制御装置、運転により発熱する電動モータ及び圧縮装置を冷却するファン、これらを覆うための本体カバーと、から構成されている。

一般に、この種の空気圧縮機は、空気タンク内に圧力センサを備え、この圧力センサの出力信号（検出圧力）を基に、その運転状態を制御している。例えば、空気圧縮機の駆動制御装置は、空気タンク内の圧縮空気が作業による空気消費により減少し、検出圧力が所定の基準値（再起動圧力）以下になると、電動モータを再起動して圧縮空気を再充填し、空気タンク内の圧力が基準値（停止圧力）以上に復帰すると、電動モータを停止する、という制御を行って、適切な量の圧縮空気を確保している。

また、空気圧縮機の運転状態の制御は他に、圧力センサの検出値に応じて、電動モータの回転数を変化させて騒音を低減したり、空気タンク内の圧力変化を監視することで空気工具の作業状態を推測し、再起動圧力の設定値及び回転数を自動的に変更することも行われている。

更に、正常運転状態の電源電圧、電流、回転数及び／又は空気タンク内の圧力変動の条件等を駆動制御部に予め記憶させておき、各種センサの検出値に基づいて、異常状態を判別し、操作パネルから異常を報知することも行われている。

このように、操作パネルは、ユーザインタフェースとして、重要な役割を果たす。図７に示すように、操作パネル９は、操作性と視認性を向上するため、本体カバー１１上面に直接固定されている。本体カバー１１は、発熱する圧縮装置４及び電動モータ３に作業者が直接触れることを防止するため、及び、冷却ファン６ａ，６ｂにより生成される冷却風の風路を形成するために設けられている。そのため、熱を伝え難く成形性が良い樹脂材料が用いられる。
特開２００４−３００９９６号公報

図７に例示した従来の空気圧縮機１の本体カバー１１は、樹脂材料で成形されているため剛性が低く、更に剛性体との固定部が少ないため、振動し易い。このため、圧縮装置４の運転時に発生する振動によって、本体カバー１１も振動し、騒音となり、作業環境を悪化させる要因の一つとなる。更に、操作パネル９が配置されている本体カバー１１の最上部付近で、大きな振動となることがあり、この振動によって、本体カバー１１に一体的に取り付けられた操作パネル９上のスイッチと、電源コード５０に接続された電源ケーブル９０１との接続部、及び駆動制御回路２の相互間で信号伝達を行うための信号ケーブル９０２との接続部が、経年劣化により断線する場合がある。

更には、生産組立時又はオーバーホール時等において、本体へ本体カバー１１を取り付ける際に、操作パネル９から延びた電源ケーブル９０１及び信号ケーブル９０２を引張ることでコネクタ部の接触不良が生じるおそれがある。これを発生しないようにするためには、十分な長さの電源ケーブル９０１及び信号ケーブル９０２を確保しなければならず、余分な長さのケーブルが必要になる。更に、本体カバー１１取付後に行われる最終動作確認時に、動作不良が確認された場合には、本体カバー１１を取り外す必要が生じる。このような材料費及び管理工程の増加が生産コストを引き上げる要因になっている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、信頼性と環境性に優れた空気圧縮機を提供することを目的とする。また、本発明は、振動・騒音が少なく、振動に起因するコネクタ・ケーブルの接触不良等が少ない空気圧縮機を提供することを他の目的とする。また、本発明は、生産性及び経済性に優れた空気圧縮機を提供することを他の目的とする。

本発明に係る空気圧縮機は、圧縮空気を生成する圧縮装置と、前記圧縮装置を駆動するモータと、前記圧縮装置によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、該空気タンク内の空気圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力信号と予め設定されている運転条件とに基づいて、前記モータを駆動制御する駆動制御手段と、前記駆動制御手段に連結されたスイッチと、前記圧縮装置と前記モータとを覆う本体カバーと、を備えた空気圧縮機において、前記本体カバーには、開口が形成されており、前記空気タンクには、前記開口に向かって延びる金属製のフレームが立設されており、前記スイッチは、前記開口によって前記本体カバー外側から操作可能なように、前記フレームの上端に固定されており、前記駆動制御手段は、前記スイッチが固定された前記フレームに配置されている、ことを特徴とする。

例えば、前記フレームは、少なくとも一箇所が前記本体カバーと接するように配置されていることが好ましい。

例えば、前記本体カバーは、前記フレームに嵌合又は固定されていることが好ましい。

また、前記モータにより駆動され、前記圧縮装置と前記モータとを冷却する冷却ファンを更に備え、前記駆動制御手段は、インバータ制御装置から構成され、前記モータの運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、前記圧力センサの前記出力信号を基に、前記インバータ制御装置に、前記モータの運転条件を設定・指示するための前記複数のスイッチと、前記運転状況検出手段が検出した運転状況を報知する手段と、を有する操作パネルを備えるようにしてもよい。

本発明によれば、空気タンクに固定されたフレームに、スイッチを固定したことにより、スイッチの振動レベルが抑制され、スイッチの操作性を向上させることができる。また、スイッチに接続されたケーブル等の断線対策の簡易化と信頼性向上を図ることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機１について図面を参照しながら説明する。

まず、本実施形態に係る空気圧縮機１の構成について説明する。図１、及び図１のＡ−Ａ矢視図である図２に示すように空気圧縮機１は、電動モータ３、圧縮装置４、空気タンク５（５ａ，５ｂ）、圧力センサ７、圧縮空気取出部８ａ，８ｂ、冷却ファン６ａ，６ｂ、操作パネル９、フレーム１０、駆動制御回路２と、本体カバー１１により構成される。

電動モータ３は、空気圧縮機１の動力源であり、この空気圧縮機１の中央部に、図示せぬ水平フレームに固定されて載置されており、駆動制御回路２にインバータ駆動される。

空気タンク５は、圧縮空気を蓄圧するために長胴型に形成された一対の空気タンク５ａ，５ｂを備える。一対の空気タンク５ａ，５ｂを総称する際に、空気タンク５と呼ぶ。一対の空気タンク５ａ，５ｂは、図示せぬ連結管により連通されている。

圧縮装置４は、空気タンク５ａ，５ｂの上端に渡された水平フレーム４２上に載置され、電動モータ３の回転軸に取り付けられたクランク軸（図示せず）にピストン（図示せず）が接続されたピストン・シリンダ部（図示せず）を備える。

圧縮空気取出部８ａ，８ｂは、本体カバー１１に固定され、減圧弁を介して、空気タンク５に接続される。空気工具に圧縮空気を供給する際には、空気工具に空気ホース等を介して接続される。

圧力センサ７は、空気タンク５ａと５ｂの一方に配置され、空気タンク５内の圧縮空気の圧力を検出し、検出信号を駆動制御回路２に供給する。

冷却ファン６ａと６ｂは、電動モータ３と圧縮装置４とを挟んで配置され、電動モータ３の回転軸に連結されている。

駆動制御回路２は、半導体スイッチングＩＣ（集積回路）等が配置された回路基板及び、図示せぬ各種センサ（電源電圧センサ、温度センサ）から構成され、駆動制御回路２の回路基板は、電動モータ３、圧力センサ７及び操作パネル９と信号ケーブル９０２を介して接続されている。記憶素子には、圧力センサ７の検出値及び操作パネル９の操作による設定値に従って、電動モータ３を駆動する動作プログラムが予め記憶されている。

操作パネル９は、ユーザインタフェースの機能を有し、図３に例示するように、オン・オフスイッチ（ボタン）９１、モード（機能）選択スイッチ９２、ＵＰスイッチ９３、ＤＯＷＮスイッチ９４、確定スイッチ９５、表示部９６及びブザー９７等を備え、駆動制御回路２とケーブル・コネクタ等を介して接続されている。

フレーム１０は、操作パネル９を配置すると共に本体カバー１１を支持するためのものであり、この空気圧縮機１の前方部に空気タンク５から立設して配置されている。フレーム１０は、空気タンク５ａ，５ｂに固定された固定部１０ａと、固定部１０ａに固定された支持部１０ｂとから構成されている。

固定部１０ａは、厚さ３〜１０ｍｍ、例えば、５ｍｍ程度のアルミ板、鋼板、ステンレス鋼板等から構成され、図４（ａ）、（ｂ）に拡大して示すように、一対の空気タンク５ａ，５ｂに溶接されて固定されている。

支持部１０ｂは、厚さ３〜１０ｍｍ、例えば、５ｍｍ程度のアルミ板、鋼板、ステンレス鋼板等から構成される。平板よりも剛性を高める構造として、水平断面形状は、開放部を圧縮装置４方向へ向け、図５（ａ）に示すように、コの字状に形成され、固定部１０ａにボルト１２２にて締結されている。支持部１０ｂの上端部は、水平に折り曲げられて上板１０２を構成している。上板１０２の４隅には、ネジ穴が形成され、操作パネル９は、図１乃至３に示すネジ９８によりフレーム１０の上板１０２に固定されている。

本体カバー１１は、絶縁性樹脂等から構成され、全体、特に、電動モータ３、圧縮装置４、冷却ファン６ａ，６ｂ、駆動制御回路２等をカバーして、運転により加熱した部分、可動部、電源部に作業者が直接触れることを防止する。また、本体カバー１１は、電動モータ３及び圧縮装置４を冷却ファン６ａ，６ｂの通風により効率よく冷却するための風路を形成する。

本体カバー１１の内面のフレーム１０と対向する部分には、図２に示すように、開口１１ａを有する凹部１１２が形成されている。凹部１１２の幅は、フレーム１０の支持部１０ｂの幅寸法Ｗより若干小さく形成されている。本体カバー１１を、金属材料からなるフレーム１０に取り付けた状態においては、凹部１１２が、その弾性によりフレーム１０の幅寸法Ｗよりも密着するように拡開している。このため、本体カバー１１の上面が、凹部１１２によってフレーム１０に固定される。更に、凹部１１２に設けられた開口１１ａから操作パネル９が露出するように取り付けられているため、作業者は、操作パネル９を操作可能である。

また、本体カバー１１の側面は、圧縮空気取出部８ａ，８ｂの突出部１８ａ，１８ｂにネジ１１３ａ，１１３ｂによって固定され、本体カバー１１の正面、後面は空気タンク５ａ，５ｂの前後に溶接固定したフレーム１３ａ，１３ｂにネジ１１３ｃ，１１３ｄによって固定される。

次に、上記構成の空気圧縮機１の動作を説明する。

（通常動作）
操作パネル９上のオン・オフスイッチ９１がオンされると、駆動制御回路２に電源電力が供給され、駆動制御回路２は、インバータ制御を開始し、電動モータ３に電力の供給を開始する。これにより電動モータ３が回転し、電動モータ３の駆動により圧縮装置４が動作する。圧縮装置４は、電動モータ３の駆動に伴って圧縮装置４内部のピストン及びバルブが連動し、外気を吸い込んで圧縮し、空気タンク５に蓄積する。蓄積された圧縮空気は、必要に応じて、減圧弁により所定の圧力に減圧され、圧縮空気取出部８ａ，８ｂから空気工具に供給され、例えば、釘やネジの打ち込みの動力となる。

圧力センサ７の検出圧力が、空気タンク５内に圧縮空気を蓄積する予定量として、予め設定されている第１の基準圧力（停止圧力）より高くなると、駆動制御回路２は、電動モータ３への電力の供給を停止し、圧縮装置４も圧縮空気の生成を停止する。

圧縮空気が空気工具で消費され、圧力センサ７により検出された空気タンク５内の圧力が第１の基準値よりも低い第２の基準値（再起動圧力）よりも低くなると、駆動制御回路２は、電動モータ３を起動して、圧縮空気の生成を再開する。電動モータ３が回転している間、電動モータ３の回転軸に連結された冷却ファン６ａ，６ｂも回転し、本体カバー１１が形成する風路に冷却風を通し、駆動制御回路２、電動モータ３、圧縮装置４等の発熱部分を冷却する。

駆動制御回路２は、記憶素子に予め記憶されたプログラムに従って動作し、ｉ）圧力センサ７の検出値及び操作パネル９の操作による設定値に従って、電動モータ３をインバータ駆動し、ii）操作パネル９の操作に従って、設定値を更新し、iii）図示せぬ各種センサ（電源電圧センサ、温度センサ等）の出力及び運転履歴等により、この空気圧縮機１の動作状態を判別し、運転状態、例えば、正常・異常の別を操作パネル９の表示部９６に表示し、また、ブザー９７から警報音を出力して作業者に報知する。また、必要に応じて、電動モータ３への動力の供給を停止する等の必要な処理を行う。

操作パネル９は、駆動制御回路２とケーブル・コネクタ等を介して接続されており、各スイッチの操作に応答して、駆動制御回路２に作業者の指示・入力データを供給し、また、駆動制御回路２からの指示に応答して、表示部９６に任意の表示を行い、また、ブザー９７から各種報知音を出力する。操作パネル９上のオン・オフスイッチ９１がオフされると、駆動制御回路２への電源電力の供給が停止し、駆動制御回路２の動作も停止、全体の動作が停止する。

動作状態においては、電動モータ３の回転、圧縮装置４内のピストン運動、冷却ファン６ａ，６ｂの回転、冷却風の流通により、種々の振動が発生する。このような動作状態において、操作パネル９は、フレーム１０に固定されている。フレーム１０は、その固定部１０ａが、空気タンク５ａ，５ｂに溶接により強固に固定されており、全体として剛性のフレームを構成している。このため、フレーム１０の上板１０２は、振動を抑制される。従って、これにネジ９８によって固定された操作パネル９も、振動が少なくできる。このため、操作パネル９と駆動制御回路２とを接続する信号線との接続部分の振動も少なく、断線等が起こりにくいため、経年劣化が相対的に小さく、信頼性が高い。また、振動が抑えられているため、操作パネル９のボタン・スイッチ操作が容易で、表示部９６も見やすい。

更に、合成樹脂で成形された本体カバー１１の凹部１１２は、フレーム１０に嵌合されている。これにより、本体カバー１１の振動も抑制され、騒音も抑制される。

（設定動作）
上述の第１と第２基準圧力は、作業者の必要に応じて適宜設定される。例えば、圧縮空気の使用量が多い場合には、第２の基準圧力（再起動圧力）は高く設定され、圧縮空気の予備を用意しておき、圧縮空気の使用量が少ない場合には、第２の基準圧力（再起動圧力）を相対的に低く設定して、無駄な駆動を抑える。

作業者は、再起動圧力の設定値を変更するときには、例えば、操作パネル９のモード選択スイッチ９２を操作して、「再起動圧力の設定」を選択し、ＵＰスイッチ９３とＤＯＷＮスイッチ９４を操作して、設定値を変更する。この間、駆動制御回路２は、例えば、表示部９６に設定値を表示する。

作業者が、確定スイッチ９５を操作すると、駆動制御回路２は、その時点で、表示部９６に表示されていた値の圧力を第２の基準圧力（再起動圧力）として取り込み、記憶素子に記憶させる。以後、新たな基準値に従って動作する。

（製造・メンテナンス）
この構成の空気圧縮機１を製造する際には、フレーム１０が取り付けられた状態で、操作パネル９を配置し、必要な配線を施す。その後、本体カバー１１の上面を、フレーム１０に本体カバー１１の凹部１１２を圧入することで固定する。更に、本体カバー１１の側面を、圧縮空気取出部８ａ，８ｂの突出部１８ａ，１８ｂにネジ１１３ａ，１１３ｂを用いて、本体カバー１１の正面及び後面を、空気タンク部の前後に溶接固定されたフレーム１３ａ，１３ｂにネジ１１３ｃ，１１３ｄを用いて固定する。このようにして本体カバー１１を装着する。また、メンテナンス時には、操作パネル９と、電源コード５０との間の電源ケーブル９０１、及び操作パネル９と、駆動制御回路２との間の信号ケーブル９０２の接続に影響を与えることなく、本体カバー１１を取り外すことが可能である。

また、本体カバー１１を外すことなく、操作パネル９からネジ９８の締結を解除し、単体でチェックするようにしてもよい。このための構成の一例として、開口１１ａをネジ９８の締結解除が可能な程度まで大きく形成し、更に、フレーム１０の上板１０２に貫通孔を設けるようにする。このようにすることで、本体カバー１１を嵌合させた状態で操作パネル９をフレーム１０から分離し、更に貫通孔から電源ケーブル９０１、信号ケーブル９０２等に触れ、メンテナンスを行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気圧縮機１によれば、剛性体である空気タンク５ａ、５ｂに金属等から構成される剛性体のフレーム１０を配置し、フレーム１０に操作パネル９を配置したことにより、操作パネル９の振動レベルを低減し、ワイヤ、ケーブルの接続部分の劣化を抑え、信頼性を高めることができる。
また、操作パネル９の振動が抑制されることにより、運転状態の確認や、スイッチ操作による設定が容易となる。

また、本体カバー１１の凹部１１２が、フレーム１０に圧入され、嵌合しているので、本体カバー１１の振動・騒音も抑えられる。

更に、本体カバー１１と操作パネル９とを別体に構成したことにより、本体組立時の電源ケーブル９０１、信号ケーブル９０２及びコネクタの断線・接触不良を本体カバー１１取付前に事前に確認することができ、量産性及び信頼性の向上を図ることができる。更に、本体カバー１１にケーブルが接続されていないため、本体カバー１１の取り外しが容易であり、各種メンテナンスを効率的に行うことができる。

上記実施の形態では、平板よりも剛性を高める構造として、フレーム１０の水平断面を、図５（ａ）に示すように、コの字状として説明したが、図５（ｂ），（ｃ）に夫々示すように三角形状フレーム１０ｃ、コの字型波状フレーム１０ｄ等とする構造でもよく、更に、振動を抑制するのに十分な剛性を有する材質であれば、単に平板としてもよい。

（第２実施形態）
上記第１実施形態においては、駆動制御回路２を水平フレーム上に配置した。この構成であると、操作パネル９と駆動制御回路２とを接続するケーブル９０１，９０２等が比較的長くなってしまい、ノイズを拾う等の問題が発生することがある。この問題を解決するためには、例えば、図６に示すように、フレーム１０に駆動制御回路２を配置すればよい。

この構造によれば、フレーム１０に取り付けられた操作パネル９と駆動制御回路２間の信号ケーブル９０２を短縮化することができる。一般に、駆動制御回路２と操作パネル９との間の配線は、電源ライン等と比較して、本数が多く、しかも、細線であることが多いため、断線等が起こりやすい。本実施の形態によれば、この信号線が短くて済むので、信号線や接続部分（コネクタや半田付け部分）にかかるストレスが小さく、断線等を起こりにくく、信頼性が高い。また、外乱ノイズの影響を受けづらくなり、信頼性が上がる。しかも、第１実施形態と同様に、振動・操作性等に優れた特性は維持している。

以上、発明の第１及び第２実施形態を説明したが、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更及び応用が可能である。

例えば、フレーム１０の構造は、操作パネル９及び本体カバー１１の振動の抑制に寄与できるならば、任意である。例えば、上述の例では、フレーム１０を固定部１０ａと支持部１０ｂとに分離して構成する例を示した。このような構成とすると、フレーム１０全体を一体形成する場合よりも、空気タンク５ａ、５ｂへの固定（溶接）を容易に行うことができる。しかし、これに限定されず、フレーム１０全体を一体形成してもよい。また、操作パネル９を取り付ける部分の構造も、任意である。例えば、フレーム１０の両側板の上端部を水平に曲げ、ここに操作パネル９を固定してもよい。

更に、操作パネル９を水平に固定する例を示したが、本体カバー１１から分離し、フレーム１０に固定されていれば良く、操作パネル９の向きや傾きは任意である。また、操作パネル９のサイズ、材質、形状、配置するスイッチや素子の種類・数・内容は任意である。

また、駆動制御回路２として、電動モータ３をインバータ駆動するものを例示したが、電動モータ３を適切に回転制御できるならばその構成や運転手法は任意である。また、駆動制御回路２を、電源部分、制御部分、モータの駆動部分等に分割し、別々に配置してもよい。

上記実施の形態においては、本体カバー１１の凹部１１２とフレーム１０の上端部を圧入、嵌合することにより、本体カバー１１の少なくとも一箇所に接触・支持したが、接触・支持の手法は任意である。例えば、フレーム１０に圧入用の開口部分を形成し、本体カバー１１の内面に形成した凸部をこの開口に圧入したり、フレーム１０に本体カバー１１の内面を支持する支持部を形成し、ここにネジ穴を形成し、本体カバー１１の上面部をフレーム１０にネジ止めしたりしても良い。この際、本体カバー１１を、振動を抑えるように弾性変形させて固定することが望ましい。

上記実施の形態においては、空気タンク５ｂに圧力センサ７を配置したが、空気タンク５内の圧力検出できれば、その配置位置等は任意である。

本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の側面図（一部断面図）である。 本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の正面図（一部断面図）であり、図１のＡ−Ａ矢視図である。 操作パネルを示す上面図である。 （ａ）は図１，２に示す空気圧縮機の固定部の拡大正面図（一部断面図）、（ｂ）は拡大側面図であり、（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。 フレームの変形例を示す図である。 本発明に係る空気圧縮機の第２実施形態を示す側面図（一部断面図）である。 従来の空気圧縮機の実施形態を示す側面図（一部断面図）である。

符号の説明

１：空気圧縮機
２：駆動制御回路（駆動制御手段）
３：電動モータ
４：圧縮装置
５ａ，５ｂ：空気タンク
６ａ，６ｂ：冷却ファン
７：圧力センサ
８ａ，８ｂ：圧縮空気取出部
９：操作パネル
１０：フレーム
１１：本体カバー
９１：オン・オフスイッチ（ボタン）
９２：モード（機能）選択スイッチ
９３：ＵＰスイッチ
９４：ＤＯＷＮスイッチ
９５：確定スイッチ

Claims (4)

1. 圧縮空気を生成する圧縮装置と、
   前記圧縮装置を駆動するモータと、
   前記圧縮装置によって生成された圧縮空気を貯留する空気タンクと、
   該空気タンク内の空気圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの出力信号と予め設定されている運転条件とに基づいて、前記モータを駆動制御する駆動制御手段と、
   前記駆動制御手段に連結されたスイッチと、
   前記圧縮装置と前記モータとを覆う本体カバーと、
   を備えた空気圧縮機において、
   前記本体カバーには、開口が形成されており、
   前記空気タンクには、前記開口に向かって延びる金属製のフレームが立設されており、
   前記スイッチは、前記開口によって前記本体カバー外側から操作可能なように、前記フレームの上端に固定されており、
   前記駆動制御手段は、前記スイッチが固定された前記フレームに配置されている、
   ことを特徴とする空気圧縮機。
2. 前記フレームは、少なくとも一箇所が前記本体カバーと接するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記本体カバーは、前記フレームに嵌合又は固定されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気圧縮機。
4. 前記モータにより駆動され、前記圧縮装置と前記モータとを冷却する冷却ファンを更に備え、
   前記駆動制御手段は、インバータ制御装置から構成され、前記モータの運転状況を検出する運転状況検出手段を備え、
   前記圧力センサの前記出力信号を基に、前記インバータ制御装置に、前記モータの運転条件を設定・指示するための前記複数のスイッチと、前記運転状況検出手段が検出した運転状況を報知する手段と、を有する操作パネルを備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気圧縮機。

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