JP5276951B2

JP5276951B2 - 気体圧縮装置

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Publication number: JP5276951B2
Application number: JP2008282251A
Authority: JP
Inventors: 貴久平澤; 典之内海; 裕介赤見
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP2010106815A

Description

本発明は、例えば空気、窒素等の気体を圧縮する圧縮機を備え、該圧縮機による圧縮運転を制御する気体圧縮装置に関する。

一般に、気体圧縮装置として、例えば圧縮機から吐出された圧縮気体を貯留するタンクと、該タンク内の圧力に応じて圧縮機の駆動、停止を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような圧縮機の制御手段として、以下の２種類の構成がある。

第１の制御手段は、機械式の圧力スイッチを用いる構成である。この場合、圧力スイッチは、タンク内の圧力に応じてオン状態とオフ状態とが切換わる。このとき、圧力スイッチは、タンク内の圧力が例えば所定の上限圧力値よりも上昇するとオン状態となり、所定の下限圧力値よりも低下するとオフ状態となる。このため、圧縮機の駆動、停止を切換える電磁開閉器を設けると共に、該電磁開閉器を圧力スイッチのオン状態、オフ状態に応じて切換え動作させることによって、圧縮機の駆動、停止を制御する。

第２の制御手段は、圧力センサを用いてタンク内の圧力を検出すると共に、マイクロコンピュータ等を搭載した制御基板を用いて圧力センサからの信号に基づいて圧縮機を制御する構成である。この場合、制御基板は、圧力センサによる圧力検出値が圧力上限値よりも上昇したときに圧縮機を停止し、圧力検出値が圧力下限値よりも低下したときに圧縮機の駆動を再開する構成となっていた。

圧力センサと制御基板を用いる方式では、タンク内の圧力に応じて圧縮機の駆動、停止を細かく制御することができ、例えば圧縮機の電力消費量を低下させることが可能となる。このため、近年では、圧力スイッチを用いる方式に比べて、制御基板を用いる方式を採用する機種が増えている。

特開２００５−１６３３０号公報

ところで、圧縮機の用途は、例えば顧客設備に圧縮空気等を供給するエア源である。これに対し、圧力センサと制御基板を用いる場合、制御基板に不具合が発生したときには、圧縮機自体は正常に動作可能な状態であっても、圧縮機を停止しなければならない。このとき、圧縮機の停止によって顧客設備に対する圧縮空気の供給が停止するから、圧縮空気を使用する設備全体が使用できなくなる。即ち、高機能化のために設けた制御基板の不具合によって、圧縮機の基本性能である気体を圧縮する動作ができなくなってしまうという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、制御基板に不具合が発生した場合でも、継続して圧縮気体を供給することができる気体圧縮装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、気体を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された圧縮気体を貯留するタンクと、前記圧縮機による圧縮運転を制御する制御基板を有する制御部とからなる気体圧縮装置において、前記タンクには、当該タンク内の圧力を検出する圧力センサと、当該タンク内の圧力に応じてオン状態とオフ状態とが切換わる圧力スイッチとを設け、前記制御部は、前記制御基板に設けられた演算処理装置を用いて前記圧力センサからの信号に基づいて前記圧縮機による圧縮運転の起動と停止を制御する演算処理制御手段と、前記圧力スイッチを用いて前記圧縮機による圧縮運転の起動と停止を制御するスイッチ制御手段と、前記演算処理制御手段と前記スイッチ制御手段とを自動的にまたは強制的に切換えるための切換スイッチ機構とを備える構成としたことを特徴としている。

本発明によれば、制御部は演算処理制御手段とスイッチ制御手段とを備えるから、演算処理制御手段の制御基板に不具合が発生した場合でも、スイッチ制御手段を用いて圧縮機による圧縮運転を制御することができる。このため、演算処理制御手段に不具合が生じても、継続して圧縮気体を供給することができる。

以下、本発明の実施の形態による気体圧縮装置として、空気圧縮装置を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１ないし図３は第１の実施の形態を示している。図１において、１は第１の実施の形態による空気圧縮装置を示している。空気圧縮装置１は、駆動源としての電動モータ２と、該電動モータ２によって駆動される圧縮機３とを備えている。ここで、圧縮機３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。そして、圧縮機３は、外部から吸込んだ空気を圧縮し、圧縮空気を後述のタンク５に向けて吐出するものである。また、電動モータ２は、例えば三相誘導電動機によって構成され、３本の電源配線４を用いて三相交流電源ＰＳのＲ相、Ｓ相、Ｔ相にそれぞれ接続されている。

５は圧縮機３の吐出側に接続されたタンクで、該タンク５は、圧縮機３から吐出された圧縮空気を貯留する。また、タンク５には、安全弁６を備えた出力配管（図示せず）が取付けられている。これにより、タンク５は、出力配管を介して各種の空圧機器等からなる外部の顧客設備（図示せず）に接続されると共に、該顧客設備に向けて圧縮空気を供給するものである。

７はタンク５に接続された圧力センサで、該圧力センサ７は、タンク５内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた電圧、電流等からなる圧力信号を出力する。

８は電動モータ２と外部の電源ＰＳとの間に開，閉可能に設けられた電磁開閉器で、該電磁開閉器８は、電源配線４の途中に取付けられている。また、電磁開閉器８は、例えば励磁コイル８Ａと、該励磁コイル８Ａによってオン状態（ＯＮ）とオフ状態（ＯＦＦ）が切換わる接点８Ｂとによって構成されている。

このとき、励磁コイル８Ａは、その両端が配線９，１０にそれぞれ接続されると共に、該配線９，１０を用いて３本の電源配線４のうち例えばＲ相とＳ相の電源配線４の間に接続されている。また、接点８Ｂは、常開型のリレーを構成し、常時は電源配線４を切断するオフ状態となっている。さらに、接点８Ｂは、励磁コイル８Ａが通電されたときに、電源配線４を接続するオン状態に切換わる。

そして、電磁開閉器８は、そのオン状態とオフ状態に応じて、電動モータ２に対する電力の供給／停止を切換える。これにより、電動モータ２は、電磁開閉器８によって、運転と停止とが切換わる構成となっている。

１１は電動モータ２と電源ＰＳとの間に開，閉可能に設けられたサーマルリレーで、該サーマルリレー１１は、電磁開閉器８と同様に、電源配線４の途中に取付けられている。そして、サーマルリレー１１は、例えば温度ヒューズ等として機能するものである。具体的には、サーマルリレー１１は、電磁開閉器８の励磁コイル８Ａに直列接続された接点１１Ａを備え、接点１１Ａは、通常時はオン状態となる常閉型のリレーを構成している。そして、サーマルリレー１１は、過電流等によって電源配線の温度が上昇したときに、接点１１Ａがオフ状態となる。このとき、励磁コイル８Ａへの通電が停止して、電動モータ２を電源ＰＳから遮断する。これにより、サーマルリレー１１は、電動モータ２等に過電流が流れるのを阻止し、これらを保護する構成となっている。

１２は圧縮機３の圧縮運転を制御する制御部で、該制御部１２は、後述の演算処理制御部１３、スイッチ制御部１９および切換スイッチ機構３０によって構成されている。

まず、演算処理制御手段を構成する演算処理制御部１３について説明する。演算処理制御部１３は、圧力センサ７からの圧力信号に基づいて圧縮機３による圧縮運転の起動と停止を制御する。そして、演算処理制御部１３は、制御基板１４、演算処理装置１５（以下、ＣＰＵ１５という）、制御用リレー１６等によって構成されている。

ここで、ＣＰＵ１５は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されると共に、制御基板１４に搭載されている。そして、ＣＰＵ１５は、圧力センサ７からの圧力信号に基づいて制御用リレー１６を開，閉するものである。

また、ＣＰＵ１５の入力側は、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）を用いて圧力センサ７に接続されている。これにより、ＣＰＵ１５には、圧力センサ７による圧力信号がディジタル信号に変換された状態で入力されている。

一方、ＣＰＵ１５の出力側には、警報出力部１７が接続されている。このとき、警報出力部１７は、例えばブザー、ランプ等の警報機器や、ディスプレイ、音声発生装置等の警告機器、またはこれらを組合わせた機器によって構成されている。そして、警報出力部１７は、ＣＰＵ１５からの信号を受けることにより、圧縮機３等に異常が生じたことを顧客に報知する。

また、ＣＰＵ１５は、記憶部１５Ａが接続され、該記憶部１５Ａには、例えば圧力センサ７による圧力信号に基づいて圧縮機３を制御する圧力開閉制御プログラムおよび該プログラムで用いる第１の圧力下限値Ｐ1min（ＭＰａ）、第１の圧力上限値Ｐ1max（ＭＰａ）等が予め記憶されている。このとき、第１の圧力下限値Ｐ1minは、圧縮運転を再開するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。一方、第１の圧力上限値Ｐ1maxは、圧縮運転を停止するために予め設定されたタンク５内の圧力値である。

また、ＣＰＵ１５は、タンク５内の圧力Ｐと圧力上限値Ｐ1maxおよび圧力下限値Ｐ1minとを比較して、制御用リレー１６に対して制御信号を出力し、制御用リレー１６のオン状態、オフ状態を制御する。このとき、制御用リレー１６は、配線９，１０の間に位置して励磁コイル８Ａに直列接続された接点１６Ａを備えている。また、接点１６Ａは、常時はオン状態となる常閉型のリレーを構成している。このため、常時には、接点１６Ａを通じて励磁コイル８Ａへの通電を行うことができる。一方、接点１６Ａは、ＣＰＵ１５から制御信号が出力されると、オフ状態に切換わる。これにより、接点１６Ａは、励磁コイル８Ａへの通電を停止することができる。

そして、ＣＰＵ１５は、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxを超えて上昇したときには、制御用リレー１６をオフ状態にする。これにより、励磁コイル８Ａに対する通電が停止して、電磁開閉器８がオフ状態に切換わるから、圧縮機３は停止する。

一方、ＣＰＵ１５は、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下したときには、制御用リレー１６をオン状態にする。これにより、励磁コイル８Ａが通電され、電磁開閉器８がオン状態に切換わるから、圧縮機３は起動する。

１８はＣＰＵ１５に駆動電圧を供給する電源部で、該電源部１８は、制御基板１４に搭載されている。そして、電源部１８は、配線９，１０を通じて電源ＰＳのＲ相、Ｓ相に接続され、電源ＰＳの交流電圧から駆動電圧となる直流電圧を生成している。

ここで、演算処理制御部１３が圧力センサ７からの圧力信号に応じて圧縮機３の駆動と停止を制御する圧力開閉制御について、図１および図３を参照しつつ詳細に説明する。

まず、演算処理制御部１３が駆動すると、ＣＰＵ１５は記憶部１５Ａから図３に示す圧力開閉制御プログラムを読込む。そして、ＣＰＵ１５は、このプログラムに従って、予め決められたサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）毎に以下の処理を行う。

まず、ステップ１では、圧力センサ７からの圧力信号を用いて、タンク５内の圧力Ｐを計測する。次に、ステップ２では、圧縮機３が圧縮運転中か否か、即ち電磁開閉器８がオン状態となって電動モータ２が駆動しているか否かを判定する。そして、ステップ２で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は停止し、圧縮機３は圧縮空気の吐出を停止している。

このため、ステップ３に移って、圧力Ｐが復帰圧としての第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下したか否かを判定する。そして、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐは圧力下限値Ｐ1minよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ７に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐは第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ４に移って、制御用リレー１６をオン状態に切換える。これにより、電磁開閉器８がオン状態に切換わるから、電動モータ２が駆動し、圧縮機３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ４が終了すると、ステップ７に移ってリターンする。

また、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は駆動し、圧縮機３は圧縮運転を行っている。このため、ステップ５に移ってタンク５内の圧力Ｐが停止圧としての第１の圧力上限値Ｐ1max以上が否かを判定する。

そして、ステップ５で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが圧力上限値Ｐ1maxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、ステップ７に移ってリターンする。

一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐ1max以上に高圧になっており、圧縮機３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ６に移って、制御用リレー１６をオフ状態に切換える。これにより、電磁開閉器８がオフ状態に切換わるから、電動モータ２が停止すると共に、圧縮機３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。そして、ステップ６が終了すると、ステップ７に移ってリターンする。

なお、本実施の形態では、演算処理制御部１３は、圧力Ｐと圧力下限値Ｐ1min、圧力上限値Ｐ1maxとだけを比較することによって、圧縮機３の運転を制御する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、演算処理制御部１３は、例えば電動モータ２等の消費電力を低減するために、電動モータ２の駆動時間等を考慮して、圧縮機３の運転を制御する構成としてもよい。即ち、演算処理制御部は、圧力下限値Ｐ1minと圧力上限値Ｐ1maxとの間の範囲内にタンク５内の圧力Ｐを保持するものであればどのような制御を行ってもよいものである。

次に、スイッチ制御手段を構成するスイッチ制御部１９について説明する。スイッチ制御部１９は、後述の圧力スイッチ２０を用いて圧縮機３による圧縮運転の起動と停止を制御するものである。

２０はタンク５に設けられた圧力スイッチで、該圧力スイッチ２０は、図２に示すように、タンク５内の圧力に応じてオン状態とオフ状態とが切換わる接点２０Ａを備えている。また、圧力スイッチ２０は、後述するケーシング２１、ダイヤフラム２４、可動電極２６、固定電極２７，２８、圧力調整ばね２９等によって構成されている。

２１は圧力スイッチ２０の外形をなすケーシングで、該ケーシング２１は、軸方向に延びる筒状（箱状）に形成され、内部に空間が形成されている。また、ケーシング２１の軸方向の一側には、圧力スイッチ２０をタンク５に取付けるための小径筒状の取付部２２が形成されている。そして、取付部２２には、ケーシング２１の内部にタンク５内の圧力Ｐを導くために、圧力導入口２２Ａが貫通して設けられている。

また、ケーシング２１の軸方向の中間位置には、内部を２つの部屋に分ける平板状の隔壁２３が設けられている。これにより、ケーシング２１の内部には、隔壁２３よりも軸方向一側に位置して圧力室２１Ａが形成されている。そして、圧力室２１Ａには、圧力導入口２２Ａを通じてタンク５内の圧力が導入される。

一方、ケーシング２１の内部には、隔壁２３よりも軸方向他側に位置して接点収容室２１Ｂが形成されている。そして、接点収容室２１Ｂには、後述の可動電極２６および固定電極２７，２８からなる接点２０Ａが収容されている。

２４は圧力室２１Ａ内に設けられたダイヤフラムで、該ダイヤフラム２４は、例えば略半球状に形成され、外周縁部分が隔壁２３に取付けられると共に、中心部分が軸方向一側に向けて突出している。また、ダイヤフラム２４の中心部分には、軸方向他側に向けて突出した支持部材２５が取付けられている。このとき、支持部材２５は、隔壁２３の中心部分に設けられた貫通孔２３Ａを通じて接点収容室２１Ｂ内に突出している。そして、ダイヤフラム２４は、タンク５内の圧力に応じて、軸方向一側に突出した突出位置と、軸方向他側に窪んだ凹陥位置とに切換わる。

２６は支持部材２５の先端に取付けられた可動電極で、該可動電極２６は、固定電極２７，２８と一緒に常閉型のリレーをなす接点２０Ａを構成している。また、可動電極２６は、導電性金属材料を用いて例えば略円板状に形成されると共に、後述する固定電極２７，２８の接触部２７Ａ，２８Ａを覆っている。そして、可動電極２６は、ダイヤフラム２４の突出位置と凹陥位置とに応じて、隔壁２３に接近または離間させるものである。

２７，２８はケーシング２１に固定された固定電極で、これらの固定電極２７，２８は、導電性金属材料によって構成され、可動電極２６と接触可能に設けられている。ここで、固定電極２７，２８の基端側は、可動電極２６と隔壁２３とに挟まれた位置に配置されると共に、可動電極２６に接触する接触部２７Ａ，２８Ａとなって隔壁２３に取付けられている。一方、固定電極２７，２８の先端側は、軸方向他側に向けて延びると共に、ケーシング２１の接点収容室２１Ｂの外側に向けて突出している。

そして、可動電極２６は、ダイヤフラム２４が突出位置となったときに、接触部２７Ａ，２８Ａに接触し、接点２０Ａはオン状態となる。一方、可動電極２６は、ダイヤフラム２４が凹陥位置となったときに、接触部２７Ａ，２８Ａから離間し、接点２０Ａはオフ状態となる。

また、固定電極２７はサーマルリレー１１の接点１１Ａに接続され、固定電極２８は制御用リレー１６の接点１６Ａに接続されている。これにより、接点２０Ａは、励磁コイル８Ａおよび制御用リレー１６に直列接続されている。

２９はケーシング２１の接点収容室２１Ｂ内に設けられた圧力調整ばねで、該圧力調整ばね２９は、例えばコイルばね等によって形成され、ケーシング２１の軸方向他側の壁面と可動電極２６との間に設けられている。ここで、圧力調整ばね２９は、可動電極２６を接触部２７Ａ，２８Ａに向けて付勢する。これにより、圧力調整ばね２９は、そのばね力によって、ダイヤフラム２４が突出位置から凹陥位置に切換わる圧力を調整している。

そして、圧力スイッチ２０は、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも上昇したときに接点２０Ａをオフ状態に切換える。これにより、接点２０Ａは、励磁コイル８Ａへの給電を停止することができる。一方、圧力スイッチ２０は、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下したときに接点２０Ａをオン状態に切換える。これにより、接点２０Ａを通じて励磁コイル８Ａへの通電を行うことができる。

また、第２の圧力上限値Ｐ2maxは、第２の圧力下限値Ｐ2minよりも高い値に設定されるのに加えて、第１の圧力上限値Ｐ1maxよりも高い値に設定されている。即ち、第２の圧力上限値Ｐ2maxは、圧力下限値Ｐ1min，Ｐ2minおよび圧力上限値Ｐ1maxのいずれの値よりも高い値に設定されている。

一方、第２の圧力下限値Ｐ2minは、第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも低い値に設定されるのに加えて、第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低い値に設定されている。即ち、第２の圧力下限値Ｐ2minは、圧力下限値Ｐ1minおよび圧力上限値Ｐ1max，Ｐ2maxのいずれの値よりも低い値に設定されている。

これにより、第１の圧力上限値Ｐ1maxおよび第１の圧力下限値Ｐ1minは、第２の圧力上限値Ｐ2maxと第２の圧力下限値Ｐ2minとの間の範囲となる値に設定される。この結果、演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９を一緒に動作させた場合、タンク５内の圧力Ｐが圧力上限値Ｐ1maxと圧力下限値Ｐ1minとの間の値となるときには、圧力スイッチ２０は常にオン状態となる。この結果、演算処理制御部１３が正常に動作する場合は、演算処理制御部１３による制御が優先的に処理されて、タンク５内の圧力Ｐは圧力上限値Ｐ1maxと圧力下限値Ｐ1minとの間の値に保持される。

一方、演算処理制御部１３に不具合が生じて、接点１６Ａがオン状態に固定された場合には、タンク５内の圧力が圧力上限値Ｐ1maxを超えて上昇する。この場合には、スイッチ制御部１９による制御に自動的に切換わり、タンク５内の圧力Ｐを圧力上限値Ｐ2maxと圧力下限値Ｐ2minとの間の値に保持することができる。

３０は演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９とを切換える切換スイッチ機構で、該切換スイッチ機構３０は、図１に示すように、例えば制御用リレー１６の接点１６Ａに並列接続されると共に、通常時はオフ状態となる常開型のリレーによって構成されている。

ここで、制御用リレー１６の接点１６Ａと圧力スイッチ２０の接点２０Ａとが励磁コイル８Ａに対して直列接続されている。このため、切換スイッチ機構３０がオフ状態となったときには、接点１６Ａ，２０Ａのうち少なくともいずれか一方がオフ状態となることによって、励磁コイル８Ａに対する通電が停止する。一方、切換スイッチ機構３０がオン状態となったときには、接点１６Ａのオン状態、オフ状態に関係なく、接点２０Ａがオフ状態となったときだけ励磁コイル８Ａに対する通電が停止する。

このため、通常は演算処理制御部１３による制御が優先的に処理されているのに対し、切換スイッチ機構３０をオン状態に切換えることによって、スイッチ制御部１９による制御に切換えることができる。

３１は励磁コイル８Ａに直列接続された駆動用スイッチで、該駆動用スイッチ３１をオン状態に切換えることによって、励磁コイル８Ａに対する通電が可能となる。これにより、制御部１２に設けられた接点１６Ａ，２０Ａのオン状態、オフ状態に応じて、励磁コイル８Ａに対する通電を制御することができる。一方、駆動用スイッチ３１をオフ状態に切換えたときには、励磁コイル８Ａに対する通電が停止するから、電磁開閉器８はオフ状態となり、電動モータ２および圧縮機３が停止する。

本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図５を参照しつつ、その制御動作について説明する。

まず、駆動用スイッチ３１をオン状態にすると、電磁開閉器８の励磁コイル８Ａが通電可能な状態となる。このとき、演算処理制御部１３のＣＰＵ１５は、圧力センサ７からの圧力信号を用いてタンク５内の圧力Ｐを検出すると共に、この圧力Ｐに応じて制御用リレー１６に制御信号を出力し、接点１６Ａのオン状態、オフ状態を制御する。具体的には、ＣＰＵ１５は、圧力Ｐが第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下したときに接点１６Ａをオン状態にし、圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxよりも上昇したときに接点１６Ａをオフ状態にする。

一方、スイッチ制御部１９の圧力スイッチ２０は、タンク５内の圧力Ｐに応じて接点２０Ａのオン状態、オフ状態を制御する。具体的には、圧力スイッチ２０は、圧力Ｐが第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下したときに接点２０Ａをオン状態にし、圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも上昇したときに接点２０Ａをオフ状態にする。

ここで、第１の圧力下限値Ｐ1minおよび第１の圧力上限値Ｐ1maxは、以下の数１に示すように、第２の圧力下限値Ｐ2minと第２の圧力上限値Ｐ2maxとの間の範囲内となる値に設定されている。

このため、演算処理制御部１３が正常に動作する正常時には、演算処理制御部１３による制御が優先的に処理される。即ち、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxを超えて上昇することがなく、第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも上昇することがない。同様に、一旦タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力下限値Ｐ1minよりも上昇してしまうと、圧力Ｐが第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下することはなく、第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下することはない。

この結果、圧力スイッチ２０の接点２０Ａは常にオン状態となり、制御用リレー１６の接点１６Ａだけがオン状態とオフ状態とで切換わる。これにより、図４に示すように、演算処理制御部１３によって、タンク５内の圧力Ｐは、第１の圧力下限値Ｐ1minと第１の圧力上限値Ｐ1maxとの間の値に保持される。

次に、演算処理制御部１３に不具合が生じた異常時について説明する。例えばプログラムの暴走等によってＣＰＵ１５から常に制御信号が出力されたときには、制御用リレー１６の接点１６Ａはオン状態に固定される。この場合、従来技術では、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxを超えて上昇しても、圧縮機３を自動的に停止することができなかった。このため、演算処理制御部１３に不具合が生じたときには、駆動用スイッチ３１を用いて圧縮機３を停止するしかなく、演算処理制御部１３を修理するまで、顧客設備に圧縮空気を供給することができないという問題があった。

これに対し、本実施の形態では、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxを超えて上昇すると、圧力スイッチ２０の接点２０Ａがオフ状態に切換わる。また、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下すると、圧力スイッチ２０の接点２０Ａがオン状態に切換わる。これにより、演算処理制御部１３による制御からスイッチ制御部１９による制御に自動的に切換えることができ、スイッチ制御部１９はタンク５内の圧力Ｐを第２の圧力下限値Ｐ2minと第２の圧力上限値Ｐ2maxとの間の値に保持する。この結果、演算処理制御部１３に不具合が生じたときでも、バックアップとなるスイッチ制御部１９による制御に自動的に切換わり、圧縮機３の運転を継続することができる。

一方、例えば電源部１８の故障等によってＣＰＵ１５から常に制御信号が出力されないときには、図５に示すように、制御用リレー１６の接点１６Ａはオフ状態に固定される。これにより、励磁コイル８Ａは通電されないから、電磁開閉器８がオフ状態となり、圧縮機３は停止する。このとき、顧客は切換スイッチ機構３０をオン状態に切換えることによって、接点１６Ａを励磁コイル８Ａの制御から切り離すことができる。これにより、スイッチ制御部１９による制御に強制的に切換わるから、スイッチ制御部１９を用いて圧縮機３による圧縮運転を制御することができ、タンク５内の圧力Ｐを第２の圧力下限値Ｐ2minと第２の圧力上限値Ｐ2maxとの間の値に保持することができる。

かくして、本実施の形態によれば、制御部１２は演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９とを備えるから、演算処理制御部１３の制御基板１４に不具合が発生した場合でも、スイッチ制御部１９を用いて圧縮機３による圧縮運転を制御することができる。このため、演算処理制御部１３に不具合が生じても、顧客設備に対して継続して圧縮空気を供給することができる。

また、演算処理制御部１３による第１の圧力上限値Ｐ1maxはスイッチ制御部１９による第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも低い値に設定し、演算処理制御部１３による第１の圧力下限値Ｐ1minはスイッチ制御部１９による第２の圧力下限値Ｐ2minよりも高い値に設定した。このとき、第１の圧力上限値Ｐ1maxと第１の圧力下限値Ｐ1minは、第２の圧力上限値Ｐ2maxと第２の圧力下限値Ｐ2minとの間の値となる。

このため、演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９とを一緒に動作させた場合には、正常時は演算処理制御部１３が優先的に動作して、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxと第１の圧力下限値Ｐ1minとの間の値となるように、圧縮機３を制御することができる。一方、演算処理制御部１３に不具合が生じた異常時には、自動的にスイッチ制御部１９による制御に切換えることができ、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxと第２の圧力下限値Ｐ2minとの間の値となるように、圧縮機３を制御することができる。

さらに、制御部１２には演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９とを切換えるための切換スイッチ機構３０を設けた。このため、例えば演算処理制御部１３に不具合が生じてスイッチ制御部１９による制御に自動的に切換らないときでも、切換スイッチ機構３０を用いてスイッチ制御部１３を用いた制御に強制的に切換えることができる。

次に、図６および図７は第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、演算処理制御部の制御用リレーおよびスイッチ制御部の圧力スイッチをいずれも常開型のリレーを用いて構成すると共に、制御用リレーの接点と圧力スイッチの接点とを互いに並列接続する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は第２の実施の形態による空気圧縮装置を示し、該空気圧縮装置４１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機３、タンク５、圧力センサ７、電磁開閉器４２、制御部４４等によって構成されている。

ここで、電磁開閉器４２は、第１の実施の形態による電磁開閉器８と同様に、電動モータ２と外部の電源ＰＳとの間に開，閉可能に設けられ、電源配線４の途中に取付けられている。また、電磁開閉器４２は、例えば両端が配線９，１０に接続された励磁コイル４２Ａと、該励磁コイル４２Ａによってオン状態とオフ状態が切換わる接点４２Ｂとによって構成されている。

但し、接点４２Ｂは、第１の実施の形態による接点８Ｂと異なり、常閉型のリレーを構成し、常時は電源配線４を接続するオン状態となっている。そして、接点４２Ｂは、励磁コイル４２Ａが通電されたときに、電源配線４を切断するオフ状態に切換わる。

また、電動モータ２と電源ＰＳとの間には、電源配線４の途中に位置して、サーマルリレー４３が取付けられている。このとき、サーマルリレー４３は、第１の実施の形態によるサーマルリレー１１とほぼ同様に、電磁開閉器４２の励磁コイル４２Ａに直列接続された接点４３Ａを備えている。但し、接点４３Ａは、常時はオフ状態となる常開型のリレーを構成している点で、第１の実施の形態によるサーマルリレー１１とは異なっている。

このため、サーマルリレー４３は、過電流等によって電源配線の温度が上昇したときに、接点４３Ａがオン状態となる。このとき、励磁コイル４２Ａが通電されるから、接点４２Ｂがオフ状態となって電動モータ２を電源ＰＳから遮断することができる。

制御部４４は、第１の実施の形態による制御部１２と同様に、圧縮機３の圧縮運転を制御するもので、後述の演算処理制御部４５、スイッチ制御部４７および切換スイッチ機構５１によって構成されている。

４５は第２の実施の形態による演算処理制御部を示し、該演算処理制御部４５は、圧力センサ７からの圧力信号に基づいて圧縮機３による圧縮運転の起動と停止を制御する。そして、演算処理制御部４５は、第１の実施の形態による演算処理制御部１３とほぼ同様に、制御基板１４、ＣＰＵ１５、制御用リレー４６等によって構成されている。

ここで、制御用リレー４６は、配線９，１０の間に位置して励磁コイル４２Ａに直列接続された接点４６Ａを備えている。但し、接点４６Ａは、サーマルリレー４３の接点４３Ａに並列接続されている。また、接点４６Ａは、常時はオフ状態となる常開型のリレーを構成している。この点で、制御用リレー４６と第１の実施の形態による制御用リレー１６とは異なっている。

このため、常時には、接点４６Ａがオフ状態となっているから、励磁コイル４２Ａに対する通電は停止される。一方、接点４６Ａは、ＣＰＵ１５から制御信号が出力されると、オン状態に切換わる。これにより、接点４６Ａを通じて、励磁コイル４２Ａへの通電を行うことができる。

４７は第２の実施の形態によるスイッチ制御部を示し、該スイッチ制御部４７は、後述の圧力スイッチ４８を用いて圧縮機３による圧縮運転の起動と停止を制御するものである。

４８はタンク５に設けられた圧力スイッチで、該圧力スイッチ４８は、図７に示すように、タンク５内の圧力に応じてオン状態とオフ状態とが切換わる接点４８Ａを備えている。また、圧力スイッチ４８は、第１の実施の形態による圧力スイッチ２０と同様に、ケーシング２１、ダイヤフラム２４、可動電極２６、固定電極４９，５０、圧力調整ばね２９等によって構成されている。

但し、固定電極４９，５０は、その接触部４９Ａ，５０Ａが可動電極２６よりもケーシング２１の軸方向他側に設けられている点で、第１の実施の形態による固定電極２７，２８とは異なっている。そして、固定電極４９，５０は、可動電極２６と一緒に常開型のリレーをなす接点４８Ａを構成している。

このため、可動電極２６は、ダイヤフラム２４が突出位置となったときに、接触部４９Ａ，５０Ａから離間し、接点４８Ａはオフ状態となる。一方、可動電極２６は、ダイヤフラム２４が凹陥位置となったときに、接触部４９Ａ，５０Ａに接触し、接点４８Ａはオン状態となる。

また、固定電極４９は電磁開閉器４２の励磁コイル４２Ａに接続され、固定電極５０は配線１０に接続されている。これにより、接点４８Ａは、励磁コイル８Ａに直列接続されると共に、制御用リレー４６の接点４６Ａおよびサーマルリレー４３の接点４３Ａに並列接続されている。

５１は演算処理制御部４５とスイッチ制御部４７とを切換える切換スイッチ機構で、該切換スイッチ機構５１は、図６に示すように、例えば制御用リレー４６の接点４６Ａに直列接続されると共に、常時はオン状態となる常閉型のリレーによって構成されている。

ここで、制御用リレー４６の接点４６Ａと圧力スイッチ４８の接点４８Ａとが励磁コイル４２Ａに対して直列接続されるのに加え、接点４６Ａ，４８Ａは互いに並列接続されている。このため、切換スイッチ機構５１がオン状態となったときには、接点４６Ａ，４８Ａのうちいずれか一方がオン状態となることによって、励磁コイル４２Ａが通電される。一方、切換スイッチ機構５１がオフ状態となったときには、接点４６Ａのオン状態、オフ状態に関係なく、接点４８Ａがオン状態となったときだけ励磁コイル４２Ａが通電される。

このため、通常は演算処理制御部４５による制御が優先的に処理されているのに対し、切換スイッチ機構５１をオフ状態に切換えることによって、スイッチ制御部４７による制御に切換えることができる。

５２は励磁コイル４２Ａに直列接続されると共に、接点４３Ａ，４６Ａ，４８Ａに並列接続された駆動用スイッチで、常時はオフ状態となる常開型のリレーによって構成されている。そして、駆動用スイッチ５２がオン状態となったときには、励磁コイル４２Ａが常に通電されるから、電磁開閉器４２はオフ状態となり、電動モータ２および圧縮機３が停止する。

一方、駆動用スイッチ５２をオフ状態に切換えたときには、制御部４４に設けられた接点４６Ａ，４８Ａのオン状態、オフ状態に応じて、励磁コイル４２Ａに対する通電を制御することができる。

本実施の形態による空気圧縮装置４１は上述の如き構成を有するもので、次に、その制御動作について説明する。

まず、駆動用スイッチ５２をオフ状態にすると、電磁開閉器４２の励磁コイル４２Ａへの通電が停止可能な状態となる。このとき、演算処理制御部４５のＣＰＵ１５は、圧力センサ７からの圧力信号を用いてタンク５内の圧力Ｐを検出すると共に、この圧力Ｐに応じて制御用リレー４６に制御信号を出力し、接点４６Ａのオン状態、オフ状態を制御する。具体的には、ＣＰＵ１５は、圧力Ｐが第１の圧力下限値Ｐ1minよりも低下したときに接点４６Ａをオフ状態にし、圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxよりも上昇したときに接点４６Ａをオン状態にする。

一方、スイッチ制御部４７の圧力スイッチ４８は、タンク５内の圧力Ｐに応じて接点４８Ａのオン状態、オフ状態を制御する。具体的には、圧力スイッチ４８は、圧力Ｐが第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下したときに接点４８Ａをオフ状態にし、圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxよりも上昇したときに接点４８Ａをオン状態にする。

そして、演算処理制御部４５が正常に動作する正常時には、演算処理制御部４５による制御が優先的に処理される。このため、圧力スイッチ４８の接点４８Ａは常にオフ状態となり、制御用リレー４６の接点４６Ａだけがオン状態とオフ状態とで切換わる。このとき、接点４６Ａがオン状態となったときに、電磁開閉器４２はオフ状態となると共に、接点４６Ａがオフ状態となったときに、電磁開閉器４２はオン状態となる。これにより、演算処理制御部４５によって、タンク５内の圧力Ｐは、第１の圧力下限値Ｐ1minと第１の圧力上限値Ｐ1maxとの間の値に保持される。

次に、演算処理制御部４５に不具合が生じた異常時について説明する。例えば制御用リレー４６の接点４６Ａはオフ状態に固定された場合には、タンク５内の圧力Ｐが第１の圧力上限値Ｐ1maxを超えて上昇する。しかし、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力上限値Ｐ2maxを超えて上昇すると、圧力スイッチ４８の接点４８Ａがオン状態に切換わる。これにより、電磁開閉器４２はオフ状態となり、圧縮機３は停止する。

また、タンク５内の圧力Ｐが第２の圧力下限値Ｐ2minよりも低下すると、圧力スイッチ４８の接点４８Ａがオフ状態に切換わる。これにより、電磁開閉器４２はオン状態となり、圧縮機３は起動する。

このように、演算処理制御部４５による制御からスイッチ制御部４７による制御に自動的に切換わるから、スイッチ制御部４７は、タンク５内の圧力Ｐを第２の圧力下限値Ｐ2minと第２の圧力上限値Ｐ2maxとの間の値に保持する。この結果、演算処理制御部４５に不具合が生じたときでも、バックアップとなるスイッチ制御部４７による制御に自動的に切換わり、圧縮機３の運転を継続することができる。

一方、例えば制御用リレー４６の接点４６Ａはオン状態に固定された場合には、励磁コイル４２Ａは常に通電されるから、電磁開閉器８がオフ状態となり、圧縮機３は停止する。このとき、顧客は切換スイッチ機構５１をオフ状態に切換えることによって、接点４６Ａを励磁コイル４２Ａの制御から切り離すことができる。これにより、スイッチ制御部４７による制御に強制的に切換わるから、スイッチ制御部４７を用いて圧縮機３による圧縮運転を制御することができ、タンク５内の圧力Ｐを第２の圧力下限値Ｐ2minと第２の圧力上限値Ｐ2maxとの間の値に保持することができる。

かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図８は第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、制御基板に不具合が生じたことを知らせる他の警報出力部を設ける構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

６１は電源部１８と並列に配線９，１０の間に設けられた他の警報出力部で、該警報出力部６１は、互いに直列接続された警報用リレー６２と警報ランプ６３とによって構成されている。ここで、警報用リレー６２は、常時はオフ状態となる常開型のリレーを構成している。また、警報ランプ６３は、ＬＥＤ等の発光素子によって構成されている。

そして、制御基板１４が正常動作している間は、警報用リレー６２はオフ状態に保持されている。このため、警報ランプ６３は消灯した状態となっている。一方、制御基板１４に不具合が発生した場合には、ＣＰＵ１５からの信号によって警報用リレー６２はオン状態に切換わる。これにより、警報ランプ６３が点灯するから、警報ランプ６３によって顧客に異常を知らせることができる。

かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、制御基板１４の不具合を専門に報知する警報出力部６１を設けた。このため、例えば演算処理制御部１３に不具合が生じて、自動的にスイッチ制御部１９による制御に切換わったときでも、顧客は制御基板１４に不具合が生じていることを確実に認識することができる。これにより、制御基板１４の不具合を放置せず、点検や修理を速やかに行うことができる。

なお、第３の実施の形態では、警報出力部６１は警報ランプ６３を用いて顧客に異常を報知する構成としたが、警報出力部１７と同様に、例えばブザー、ランプ等の警報機器や、ディスプレイ、音声発生装置等の警告機器、またはこれらを組合わせた機器によって構成してもよい。

また、前記各実施の形態では、圧力スイッチ２０，４８と圧力センサ７とは別個に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばタンク５内の圧力が導入される圧力スイッチの一次側（ダイヤフラム２４、圧力室２１Ａ、圧力導入口２２Ａ等）に、タンク圧の変動を歪みや温度等で検出するセンサを一体で形成する構成としてもよい。この場合、圧力スイッチと圧力センサとを別個に設けた場合に比べて、製造コストを削減できると共に、取付けるための空間を小さくすることができる。

また、前記各実施の形態では、制御部１２，４４の演算処理制御部１３，４５とスイッチ制御部１９，４７とは一緒に動作するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、図９に示す変形例による空気圧縮装置７１のように、例えば切換スイッチ機構７２を挟んで制御用リレー１６の接点１６Ａと圧力スイッチ２０の接点２０Ａとを並列に設け、切換スイッチ機構７２によって接点１６Ａ，２０Ａのうちいずれか一方を選択的に励磁コイル８Ａに接続する構成としてもよい。これにより、演算処理制御部１３とスイッチ制御部１９とのうちいずれか一方だけを動作させることができる。

また、前記各実施の形態では、圧縮機３（電動モータ２）を駆動して圧縮運転を起動し、圧縮機３を停止して圧縮運転を停止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばレシプロ型等でアンロード運転が可能な圧縮機においては、ロード運転を行って圧縮運転を起動し、アンロード運転を行って圧縮運転を停止する構成としてもよい。

さらに、前記各実施の形態では、気体圧縮装置として空気圧縮装置１，４１を例に挙げて説明したが、例えば窒素等の他の気体を圧縮する圧縮装置にも広く適用できるものである。

以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、制御部は演算処理制御手段とスイッチ制御手段とを備えるから、演算処理制御手段の制御基板に不具合が発生した場合でも、スイッチ制御手段を用いて圧縮機による圧縮運転を制御することができる。このため、演算処理制御手段に不具合が生じても、継続して圧縮気体を供給することができる。また、制御部には演算処理制御手段とスイッチ制御手段とを切換えるための切換スイッチ機構を設けたから、例えば演算処理制御手段に不具合が生じたときには、切換スイッチ機構を用いてスイッチ制御手段を用いた制御に強制的に切換えることができる。

請求項２の発明によれば、演算処理制御手段は、タンク内の圧力が第１の圧力上限値よりも上昇したときに圧縮機による圧縮運転を停止し、タンク内の圧力が第１の圧力下限値よりも低下したときに圧縮機による圧縮運転を起動する。このため、演算処理制御手段は、タンク内の圧力が第１の圧力上限値と第１の圧力下限値との間の値となるように、圧縮機を制御することができる。

また、スイッチ制御手段は、タンク内の圧力が第２の圧力上限値よりも上昇したときに圧縮機による圧縮運転を停止し、タンク内の圧力が第２の圧力下限値よりも低下したときに圧縮機による圧縮運転を起動する。このため、スイッチ制御手段は、タンク内の圧力が第２の圧力上限値と第２の圧力下限値との間の値となるように、圧縮機を制御することができる。

請求項３の発明によれば、演算処理制御手段による第１の圧力上限値はスイッチ制御手段による第２の圧力上限値よりも低い値に設定し、演算処理制御手段による第１の圧力下限値はスイッチ制御手段による第２の圧力下限値よりも高い値に設定した。このとき、第１の圧力上限値と第１の圧力下限値は、第２の圧力上限値と第２の圧力下限値との間の値となる。

このため、例えば演算処理制御手段とスイッチ制御手段とを一緒に動作させた場合には、正常時は演算処理制御手段が優先的に動作して、タンク内の圧力が第１の圧力上限値と第１の圧力下限値との間の値となるように、圧縮機を制御することができる。一方、演算処理制御手段に不具合が生じた異常時には、自動的にスイッチ制御手段による制御に切換えることができ、タンク内の圧力が第２の圧力上限値と第２の圧力下限値との間の値となるように、圧縮機を制御することができる。

請求項４の発明によれば、圧力センサと圧力スイッチとは一体として形成したから、これらを別個に設けた場合に比べて、製造コストを低下することができると共に、取付けるための空間を小さくすることができる。

第１の実施の形態による空気制御装置を示す構成図である。図１中の圧力スイッチを示す縦断面図である。図１中の演算処理制御部による圧力開閉処理を示す流れ図である。図１中の制御用リレーがオン状態で固定された場合の圧力スイッチの動作状態およびタンク内の圧力の時間変化を示す特性線図である。図１中の制御用リレーがオフ状態で固定された場合の圧力スイッチの動作状態およびタンク内の圧力の時間変化を示す特性線図である。第２の実施の形態による空気制御装置を示す構成図である。図５中の圧力スイッチを示す縦断面図である。第３の実施の形態による空気制御装置を示す構成図である。変形例による空気制御装置を示す構成図である。

符号の説明

１，４１，７１空気圧縮装置（気体圧縮装置）
３圧縮機
５タンク
７圧力センサ
１２，４４制御部
１３演算処理制御部（演算処理制御手段）
１９スイッチ制御部（スイッチ制御手段）
２０，４８圧力スイッチ
３０，５１，７２切換スイッチ機構

Claims

気体を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された圧縮気体を貯留するタンクと、前記圧縮機による圧縮運転を制御する制御基板を有する制御部とからなる気体圧縮装置において、
前記タンクには、当該タンク内の圧力を検出する圧力センサと、当該タンク内の圧力に応じてオン状態とオフ状態とが切換わる圧力スイッチとを設け、
前記制御部は、前記制御基板に設けられた演算処理装置を用いて前記圧力センサからの信号に基づいて前記圧縮機による圧縮運転の起動と停止を制御する演算処理制御手段と、
前記圧力スイッチを用いて前記圧縮機による圧縮運転の起動と停止を制御するスイッチ制御手段と、
前記演算処理制御手段と前記スイッチ制御手段とを自動的にまたは強制的に切換えるための切換スイッチ機構とを備える構成としたことを特徴とする気体圧縮装置。
前記演算処理制御手段は、前記圧力センサによって検出した圧力が予め決められた第１の圧力上限値よりも上昇したときに前記圧縮機による圧縮運転を停止し、前記圧力センサによって検出した圧力が前記第１の圧力上限値に比べて低圧の第１の圧力下限値よりも低下したときに前記圧縮機による圧縮運転を起動する構成とし、
前記スイッチ制御手段は、前記タンク内の圧力が予め決められた第２の圧力上限値よりも上昇して前記圧力スイッチがオン状態とオフ状態とのうちいずれか一方の状態となったときに前記圧縮機による圧縮運転を停止し、前記タンク内の圧力が前記第２の圧力上限値に比べて低圧の第２の圧力下限値よりも低下して前記圧力スイッチがオン状態とオフ状態とのうち他方の状態となったときに前記圧縮機による圧縮運転を起動する構成としてなる請求項１に記載の気体圧縮装置。
前記演算処理制御手段によって圧縮運転を停止する第１の圧力上限値は、前記スイッチ制御手段によって圧縮運転を停止する第２の圧力上限値よりも低い値に設定し、
前記演算処理制御手段によって圧縮運転を起動する第１の圧力下限値は、前記スイッチ制御手段によって圧縮運転を起動する第２の圧力下限値よりも高い値に設定してなる請求項２に記載の気体圧縮装置。
前記圧力センサと前記圧力スイッチとは一体として形成してなる請求項１，２または３に記載の気体圧縮装置。