JP5790026B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、釘打機等の空気工具へ圧縮空気を供給する空気圧縮機に関する。

建築現場などでは、圧縮空気の圧力で釘やネジを木材等に打ち込む携帯型の空気工具が使用されている。このような空気工具の動力源となる圧縮空気は多くの場合、作業を行う建築現場に設けられた仮設電源からの電力により駆動する空気圧縮機により供給される。このような空気圧縮機として、例えば特許文献１には、双胴形の空気タンクを備える空気圧縮機が開示されている。

また、仮設電源を設置できないといった電源環境が悪い場所での作業を可能にするため、例えば特許文献２には、モータを駆動するためのバッテリーを備えた携帯型の空気圧縮機が開示されている。

特開２００６−１８８９５４号公報 米国特許出願公開第２００８／０１８１７９４号明細書

しかし、特許文献１記載の空気圧縮機において、その消費電力は１．０ｋｗ以上となる場合が多い。そのため、屋外や１階のフロア上などに設置された仮設電源から離れた環境で使用する場合に延長コードなどで電力線を延長した状態で運転すると電力線の電圧降下が大きくなり、本体に供給できる電力が低下し、運転性能が低下する問題が生じる。

また、特許文献２に記載のバッテリーを備えた空気圧縮機は、その空気タンクが小型であるため、大量の圧縮空気を必要とする作業に使用することはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、電源環境の悪い場所でも大量の圧縮空気を供給可能な空気圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空気圧縮機は、
圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、
前記圧縮空気生成部を駆動する電動モータを有する駆動部と、
前記圧縮空気生成部の下方に配置され、長手方向の軸が略平行となるようにそれぞれ位置し、前記圧縮空気生成部で生成された圧縮空気を貯留する円筒状の一対の空気タンクと、
前記一対の空気タンクの間に配置され、前記駆動部に電源を供給する１または複数のバッテリーと、
を備えることを特徴とする。

前記電動モータの出力軸に直結するファンをさらに備え、
前記バッテリーは、前記電動モータの下方に、前記ファンにより発生する冷却風が流れる空間を介して設けられてもよい。

前記ファンとともに前記圧縮空気生成部及び前記電動モータを挟むように位置し、前記電動モータを制御する制御回路部をさらに備えてもよい。

前記一対の空気タンクの間に設けられたフレームをさらに備え、
前記バッテリーは、前記フレームに着脱可能に装着されてもよい。

前記フレームに装着されたバッテリーの数を検出する検出部と、
前記検出部により検出されたバッテリーの個数に基づいて、前記駆動部に供給する電源電圧を制御する制御部と、
をさらに備えてもよい。

前記フレームに装着されたバッテリーから、該バッテリーの状態を示すバッテリー情報を取得するバッテリー情報取得部と、
前記バッテリー情報取得部により取得したバッテリー情報が、前記バッテリーの異常を示す場合、前記バッテリーが異常である旨を報知する報知部と、
をさらに備えてもよい。

本発明によれば、電源環境の悪い場所でも大量の圧縮空気を供給可能な空気圧縮機を提供できる。

本発明の実施形態１に係る空気圧縮機の正面図である。 本発明の実施形態１に係る空気圧縮機の側面図である。 本発明の実施形態２に係る空気圧縮機の側面図である。 本発明の実施形態２に係るバッテリーの正面図である。 本発明の実施形態２に係るバッテリーが装着されていない状態における固定フレームの下面図である。 本発明の実施形態２の変形例に係る空気圧縮機の回路構成図の一例である。 本発明の実施形態２に係る報知部の正面図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る空気圧縮機について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態１に係る空気圧縮機１の正面図及び側面図である。

図１及び図２に示すように、空気圧縮機１は、圧縮空気生成部１１０と、駆動部１２０と、空気タンク１３０ａ、１３０ｂと、制御回路部１４０と、バッテリー１５０とから構成されている。そして、空気圧縮機１の各部は、カバー１６０により覆われている。また、空気圧縮機１は、運搬する際に把持されるハンドル１６１を備える。

圧縮空気生成部１１０は、シリンダ内のピストンを駆動部１２０により往復運動させ、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。また、圧縮空気生成部１１０は、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの上方に、ピストンの摺動方向と空気タンク１３０ａ、１３０ｂの長手方向とが略直交するように設けられる。そして、圧縮空気生成部１１０は、固定フレーム１３１の上部にボルト１１４を用いて固定される。

圧縮空気生成部１１０は、具体的には、１段目圧縮装置１１１と、２段目圧縮装置１１２とから構成される。１段目圧縮装置１１１と２段目圧縮装置１１２はクランクケース１１３を介し、対向するように配置される。１段目圧縮装置１１１は、クランクケース１１３の内部を経由して流入した外部空気（大気圧）を圧縮し、２段目圧縮装置１１２に圧縮空気を供給する。２段目圧縮装置１１２は、１段目圧縮装置１１１から供給される圧縮空気を、例えば３．０〜４．５ＭＰａの許容最高圧力まで圧縮し、空気タンク１３０ａ、１３０ｂに圧縮空気を供給する。

駆動部１２０は、圧縮空気生成部１１０を駆動する電動モータ１２１と、電動モータ１２１の回転軸に取り付けられた冷却ファン１２２とから構成される。電動モータ１２１は、その回転軸に取り付けられたクランクシャフト１２３を介して圧縮空気生成部１１０のピストンを往復運動させる。冷却ファン１２２は、圧縮空気生成部１１０及び電動モータ１２１を挟むように位置し、後述するように圧縮空気生成部１１０、電動モータ１２１、制御回路部１４０等を通風冷却する。また、駆動部１２０は、制御回路部１４０により、その運転の開始・停止等を制御される。

空気タンク１３０ａ、１３０ｂは、圧縮空気生成部１１０で生成された圧縮空気を貯留する一対の円筒状のタンクである。空気タンク１３０ａ、１３０ｂは、圧縮空気生成部１１０の下方に設けられ、互いに所定の間隔を空けた状態で長手方向に略平行に位置するように、固定フレーム１３１に溶接固定されている。この所定の間隔は、図２に示すように、圧縮空気生成部１１０のピストンの摺動方向において、空気タンク１３０ａ、１３０ｂを合わせた長さが、圧縮空気生成部１１０の長さとほぼ等しくなるように、空気タンク１３０ａ、１３０ｂを配置した際に、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に形成される隙間の間隔であり、例えば１００ｍｍ程度である。空気タンク１３０ａと空気タンク１３０ｂとは連結管により連通しており、空気タンク１３０ａと空気タンク１３０ｂ内の圧力は、略同一に保たれ、例えば３．０〜４．５ＭＰａの圧力を有する。そして、空気タンク１３０ａ、１３０ｂ内の圧縮空気は、減圧弁により減圧され、空気工具（図示せず）に圧縮空気を供給するための圧縮空気の取り出し口であるカプラ１３２に供給される。カプラ１３２は、減圧弁により減圧された圧縮空気をエアホースを介して接続する空気工具に供給する。

また、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの下部には、空気圧縮機１を床に載置するための脚部１３３が設けられている。脚部１３３は、例えば、ゴムといった樹脂材料から円柱状に形成されている。脚部１３３は、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの４つの角部に設けられ、圧縮空気生成部１１０を支持する空気タンク１３０ａ、１３０ｂが圧縮空気生成部１１０から受ける振動を吸収する。

制御回路部１４０は、電源スイッチ１４１と、バッテリー１５０からの電源を電動モータ１２１を駆動させるための電源に変換する電源回路や駆動回路等の各種回路が構成される基板１４２と、基板１４２を収納するケース１４３とから構成され、電源スイッチ１４１からの操作信号等に基づいて、駆動部１２０の運転を制御する。基板１４２は、発熱量が大きい電源回路や駆動回路を構成する回路素子が下方に位置するように設けられる。ケース１４３はアルミ等の熱伝導性の高い金属材料から形成され、回路素子から発生する熱を放散する。

バッテリー１５０は、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に設けられ、駆動部１２０及び制御回路部１４０に電源を供給する。バッテリー１５０は、複数の電池セル１５１と、バッテリーカバー１５２と、接続用コネクタ１５３と、固定フレーム１５４から構成される。

複数の電池セル１５１は、例えばリチウムイオン電池からなり、充放電可能な電池である。複数の電池セル１５１は、直列または並列に接続されて、例えば、直流電圧１００Ｖを出力可能である。バッテリーカバー１５２は、電池セル１５１を覆い、固定フレーム１５５に着脱可能に装着される。接続用コネクタ１５３は、接続ケーブル１５５を介して制御回路部１４０に接続される。なお、リチウムイオン電池に限られず、空気圧縮機１の駆動電源として使用可能な電池容量であれば、例えばニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の電池でもよい。

固定フレーム１５４は、バッテリー１５０を空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に固定するためのフレームである。固定フレーム１５４は、枠部材１５４ａと、板部材１５４ｂとから構成される。枠部材１５４ａは、空気タンク１３０ａ、１３０ｂとの間に位置するように、例えば溶接等により、空気タンク１３０ａ、１３０ｂに固定される。板部材１５４ｂは、枠部材１５４ａにネジ１５４ｃにより固定される。板部材１５４ｂの上面には、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの長手方向に沿って延び、上方向に突出する複数の突出部１５４ｄを備える。突出部１５４ｄにより、冷却ファン１２２からの冷却風は突出部１５４ｄに沿って流れて制御回路部１４０へ案内され、制御回路部１４０を効率的に冷却することができる。また、突出部１５４ｄにより、バッテリー１５０から発生する熱を効率的に放散することができる。

次に、以上のように構成される空気圧縮機１における冷却風の流れについて説明する。図２において、実太線の矢印は冷却風の流れを示す。冷却ファン１２２は、カバー１６０の冷却ファン１２２と対向する位置に形成された流入口（図示せず）から外部の空気を冷却風として取り込む。取り込まれた冷却風は圧縮空気生成部１１０、駆動部１２０を冷却する。また、冷却風は、圧縮空気生成部１１０、駆動部１２０とバッテリー１５０の固定フレーム１５４との間に形成された空間を流れて、突出部１５４ｄ及び制御回路部１４０を冷却する。そして冷却風は、流出口（図示せず）から排出される。

以上説明したように、本実施形態に係る空気圧縮機１において、駆動部１２０に電源を供給するバッテリー１５０が、一対の空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に設けられている。そのため、電源環境の悪い場所でも大量の圧縮空気を供給することができる。

また、圧縮空気生成部１１０が、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの上方に、ピストンの摺動方向と空気タンク１３０ａ、１３０ｂの長手方向とが略直交するように設けられる。そして、圧縮空気生成部１１０のピストンの摺動方向の長さに合わせて空気タンク１３０ａ、１３０ｂが配置されると、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に隙間が形成される。この隙間にバッテリー１５０を設けることにより、デッドスペースを有効に活用することができ、小型化、運搬の容易化を図ることができる。

また、バッテリー１５０は、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に設けられるため、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの上など、空気圧縮機１の上部に設ける場合に比べて、空気圧縮機１の重心の位置が低くなる。そのため、空気圧縮機１の重心の位置と脚部１３３との距離が短くなり、圧縮空気生成部１１０の振動による空気圧縮機１の振動の騒音を低減することができる。

（実施形態２）
上記の実施形態１においては１つのバッテリー１５０が駆動部１２０に電源を供給する構成について説明した。しかし、本発明において、複数のバッテリーが駆動部１２０に電源を供給してもよい。以下、実施形態２として、複数のバッテリーの一例として、３つのバッテリー１７０ａ〜１７０ｃを装着可能な空気圧縮機１ａについて説明する。なお、実施形態１に係る空気圧縮機１と同様の構成については、同一に符号を用い、その詳細な説明を省略する。

図３に、本発明の実施形態２に係る空気圧縮機１ａの側面図を示す。図３に示すように、空気圧縮機１ａは、圧縮空気生成部１１０と、駆動部１２０と、空気タンク１３０ａ、１３０ｂ（ただし、図３では空気タンク１３０ｂのみ図示）と、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃと、制御回路部１８０と、報知部１９０とから構成されている。

バッテリー１７０ａ〜１７０ｃは、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に設けられ、駆動部１２０に電源を供給する。バッテリー１７０ａ〜１７０ｃは、例えば、直列に接続されて直流電圧１００Ｖを出力可能な構成である。図４にバッテリー１７０ａの正面図を示す。図３及び図４に示すように、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃは、それぞれ、複数の電池セル１７１ａ〜１７１ｃと、バッテリーカバー１７２ａ〜１７２ｃと、電源用端子１７３ａと、信号用端子１７４ａと、固定フレーム１７５とから構成される。なお、バッテリー１７０ｂ、１７０ｃは、バッテリー１７０ａと同様に構成されているものとする。バッテリー１７０ａ〜１７０ｃはバッテリーケース１７６内に収納される。バッテリーケース１７６は固定フレーム１７５にネジ１７７により固定される。

複数の電池セル１７１ａ〜１７１ｃは、例えばリチウムイオン電池からなり、充放電可能な電池である。バッテリーカバー１７２ａ〜１７２ｃは、電池セル１７１ａ〜１７１ｃを覆い、固定フレーム１７５に着脱可能に装着される。なお、リチウムイオン電池に限られず、空気圧縮機の駆動電源として使用可能な電池容量であればニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池でもよい。

信号用端子１７４ａは、複数の電池セル１７１ａ〜１７１ｃの内部抵抗や温度など、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの状態を検出し、バッテリー情報として出力するための端子である。

このようなバッテリー１７０ａ〜１７０ｃとして、例えば、電動工具等の電源として使用される電圧３６Ｖ、電池容量２．６Ａｈのリチウムイオン電池を用いることができる。

固定フレーム１７５は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃを空気タンク１３０ａ、１３０ｂの間に固定するためのフレームである。固定フレーム１７５は、枠部材１７５ａと、板部材１７５ｂとから構成される。枠部材１７５ａは、空気タンク１３０ａ、１３０ｂとの間に位置するように、例えば溶接等により、空気タンク１３０ａ、１３０ｂに固定される。板部材１７５ｂは、枠部材１７５ａにネジ１７５ｃにより固定される。板部材１７５ｂの上面には、空気タンク１３０ａ、１３０ｂの長手方向に沿って延び、上方向に突出する複数の突出部１７５ｄを備える。突出部１７５ｄにより、冷却ファン１２２からの冷却風は突出部１７５ｄに沿って流れて制御回路部１４０へ案内され、制御回路部１４０を効率的に冷却することができる。

図５に、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃが装着されていない状態における、固定フレーム１７５の下面図を示す。図５に示すように、板部材１７５ｂは、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃが差し込まれる開口部１７５ｅと、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの電源用端子１７３ａと接続される電源用端子１７５ｆと、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの信号用端子１７３ａと接続される信号用端子１７５ｇとを有する。電源用端子１７５ｆと信号用端子１７５ｇは、接続用コネクタ１５３に接続され、接続ケーブル１５５を介して制御回路部１４０に接続される。

制御回路部１８０は、図３に示すように、電源スイッチ１４１と、後述する各種回路が構成される基板１８２と、基板１８２を収納するケース１４３とから構成され、電源スイッチ１４１からの操作信号等に基づいて、駆動部１２０の運転を制御する。また、本実施形態の制御回路部１８０は、装着されているバッテリー１７０ａ〜１７０ｃの個数に基づいて、前記駆動部に供給する電源電圧を制御する。また、制御回路部１８０は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃから取得したバッテリー情報がバッテリーの異常を示す場合、報知部１９０によりその旨を報知する。

図６に、空気圧縮機１ａの制御回路部１８０の回路構成図の一例を示す。制御回路部１８０は、図６に示すように、電源スイッチ１４１と、電源回路１８４と、駆動回路１８５と、制御部１８６と、電源切替スイッチ１８７とを備える。制御部１８６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ワークエリアとなるＲＡＭ（Random Access Memory）と、空気圧縮機１ａの各部を制御するためのプログラム等を格納するＲＯＭ（Read-Only Memory）と、から構成される。制御部１８６は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃから取得したバッテリー情報に基づいて、電源切替スイッチ１８７を切り替える。また、制御部１８６は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃから取得したバッテリー情報がバッテリーの異常を示す場合、報知部１９０によりその旨を報知する。

具体的には、制御部１８６は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃから取得した信号に基づいて、固定フレーム１７５に装着されているバッテリー１７０ａ〜１７０ｃの個数を判別する。そして判別結果に基づいて、電源切替スイッチ１８７のＳ０端子がＳ１〜Ｓ３のいずれかに接続するように切り替える。例えば、制御部１８６は、２つのバッテリー１７０ａ、１７０ｂが装着されていると判別した場合、電源切替スイッチ１８７のＳ０端子がＳ２端子と接続するように切り替える。

また、制御部１８６は、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃからバッテリー情報として、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの内部抵抗や温度を取得する。そして、例えば、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの内部抵抗や温度が所定の閾値を超えた場合、制御部１８６は、所定の閾値を超えたバッテリー情報を出力したバッテリー１７０ａ〜１７０ｃが異常である判別し、そのバッテリー１７０ａ〜１７０ｃの異常を報知する旨の信号を報知部１９０に出力する。

報知部１９０は、制御部１８６からの出力信号に基づいて、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの異常を報知するものである。報知部１９０は、例えば図７に示すように、複数のＬＥＤ（Light-Emitting Diode）１９１ａ〜１９１ｃから構成され、電源スイッチ１４１とともに空気圧縮機１ａの上面に配置される。具体的には、報知部１９０は、制御部１８６からの出力信号に基づいて、制御部１８６が異常ありと判別したバッテリー１７０ａ〜１７０ｃに対応するＬＥＤ１９１ａ〜１９１ｃを点灯させることにより、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの異常を報知する。例えば、取得したバッテリー情報に基づいて、バッテリー１７０ｂが異常であると判別した場合、制御部１８６は、報知部１９０にバッテリー１７０ｂに対応するＬＥＤ１９１ｂを点灯させる旨の制御信号を出力する。そして、報知部１９０は、制御部１８６ｂの制御信号に基づいて、ＬＥＤ１９１ｂを点灯させる。

以上説明したように、本実施形態に係る空気圧縮機１ａにおいて、複数のバッテリー１７０ａ〜１７０ｃが装着可能であるため、電動工具等に用いられている汎用性の高いバッテリーを組み合わせて使用することができる。また、作業内容に合わせてバッテリーの種類や個数を変えることにより、電源電圧を変えることができる。そのため、例えば、作業量が少ない場合や空気消費量が少ない空気工具を使用する場合、装着するバッテリー１７０ａ〜１７０ｃの数を少なくすることにより、電源電圧を低下させ、電動モータ１２１の回転数を低下させた状態で空気圧縮機１ａを運転させることができ、必要以上の電池の使用を防ぐことができる。

また、本実施形態に係る空気圧縮機１ａにおいて、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃから取得したバッテリー情報が異常をしめす場合、ＬＥＤ１９１ａ〜１９１ｃを点灯させることによりバッテリー１７０ａ〜１７０ｃが異常である旨を報知する。従って、作業者は、点灯しているＬＥＤ１９１ａ〜１９１ｃから、異常のあるバッテリー１７０ａ〜１７０ｃを知ることができ、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃの交換等の対応を即座に行うことができる。また、バッテリー１７０ａ〜１７０ｃのメンテナンスや交換コストの低減を図ることができる。

１、１ａ 空気圧縮機
１１０ 圧縮空気生成部
１１１ １段目圧縮装置
１１２ ２段目圧縮装置
１１３ クランクケース
１２０ 駆動部
１２１ 電動モータ
１２２ 冷却ファン
１２３ クランクシャフト
１３０ａ、１３０ｂ 空気タンク
１３１ 固定フレーム
１３２ カプラ
１４０ 制御回路部
１４１ 電源スイッチ
１４２ 基板
１４３ ケース
１５０ バッテリー
１５１ 電池セル
１５２ バッテリーカバー
１５３ 接続用コネクタ
１５４ 固定フレーム
１５４ａ 枠部材
１５４ｂ 板部材
１５４ｃ ネジ
１５４ｄ 突出部
１６０ カバー
１６１ ハンドル
１７０ａ〜１７０ｃ バッテリー
１７１ａ〜１７１ｂ 電池セル
１７２ａ〜１７２ｃ バッテリーカバー
１７３ａ 電源用端子
１７４ａ 信号用端子
１７５ 固定フレーム
１７５ａ 枠部材
１７５ｂ 板部材
１７５ｃ ネジ
１７５ｄ 突出部
１７５ｅ 開口部
１７５ｆ 電源用端子
１７５ｇ 信号用端子
１７６ バッテリーケース
１７７ ネジ
１８０ 制御回路部
１８２ 基板
１８４ 電源回路
１８５ 駆動回路
１８６ 制御部
１８７ 電源切替スイッチ
１９０ 報知部
１９１ａ〜１９１ｃ ＬＥＤ

Claims (6)

1. 圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、
   前記圧縮空気生成部を駆動する電動モータを有する駆動部と、
   前記圧縮空気生成部の下方に配置され、長手方向の軸が略平行となるようにそれぞれ位置し、前記圧縮空気生成部で生成された圧縮空気を貯留する円筒状の一対の空気タンクと、
   前記一対の空気タンクの間に設けられ、前記駆動部に電源を供給する１または複数のバッテリーと、
   を備えることを特徴とする空気圧縮機。
   
2. 前記電動モータの出力軸に直結するファンをさらに備え、
   前記バッテリーは、前記電動モータの下方に、前記ファンにより発生する冷却風が流れる空間を介して設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
3. 前記ファンとともに前記圧縮空気生成部及び前記電動モータを挟むように位置し、前記電動モータを制御する制御回路部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機。
4. 前記一対の空気タンクの間に設けられたフレームをさらに備え、
   前記バッテリーは、前記フレームに着脱可能に装着される、
   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。
5. 前記フレームに装着されたバッテリーの数を検出する検出部と、
   前記検出部により検出されたバッテリーの個数に基づいて、前記駆動部に供給する電源電圧を制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機。
6. 前記フレームに装着されたバッテリーから、該バッテリーの状態を示すバッテリー情報を取得するバッテリー情報取得部と、
   前記バッテリー情報取得部により取得したバッテリー情報が、前記バッテリーの異常を示す場合、前記バッテリーが異常である旨を報知する報知部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の空気圧縮機。

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