JP5988802B2

JP5988802B2 - 空気圧縮機

Info

Publication number: JP5988802B2
Application number: JP2012209092A
Authority: JP
Inventors: 永敏小林; 瑛人大畠; 田代　耕一; 耕一田代
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP2014062520A

Description

本発明は空気圧縮機に関する。

特許文献１には、目標圧力範囲を通常目標圧力範囲とすると共に駆動部の回転速度を通常回転速度とする通常モードと、目標圧力範囲を低圧圧力範囲とすると共に駆動部の回転速度を低速回転速度とする静音モードとする切り替え可能な空気圧縮機が記載されている。

特開２００４−１１６４６２号公報

タンク内の圧力が上昇すると、モータの負荷が大きくなり、電力消費や騒音が大きくなる。特許文献１の空気圧縮機の場合、空気を貯留する貯留タンク内の圧力が上昇した場合に静音モードから通常モードに切り替えて、駆動部の回転速度を増加させているため、電力消費や騒音を抑えることができなかった。

上記問題点に鑑み、本発明は貯留タンク内の圧力が上昇した場合に電力消費や騒音を抑えることができる空気圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動するモータと、前記圧縮部により圧縮された空気を貯留するタンクと、前記モータの回転数を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記タンク内の第１の圧力範囲で前記圧縮部が駆動する第１の運転モードと前記第１の圧力範囲よりも高い第２の圧力範囲で駆動する第２の運転モードとを切り替え、前記第１の運転モードでは、前記モータに供給する電流値を前記第２の運転モードよりも高くし、前記第１の圧力範囲と前記第２の圧力範囲との間の圧力閾値を使用する工具の必要取り出し圧力に応じて変更可能としたことを特徴とする空気圧縮機を提供する。

本発明によれば、本発明は貯留タンク内の圧力が上昇した場合に電力消費や騒音を抑えることができる空気圧縮機を提供することができる。

本発明の実施例１における空気圧縮機の斜視図である。本発明の実施例１における空気圧縮機のカバー２２を外した状態を示す斜視図である。本発明の実施例１における空気圧縮機の側面図である。本発明の実施例１における空気圧縮機の平面図である。本発明の実施例１における空気圧縮機の正面図である。本発明の実施例１における空気圧縮機の背面図である。本発明の実施例１における圧縮部１８及び駆動部２０の内部構成を示す横断面図である。本発明の比較例に係る空気圧縮機の運転パターンを示す図である。本発明の実施例１に係る空気圧縮機の運転パターンを示す図である。本発明の実施例２に係る空気圧縮機の運転パターンを示す図である。

以下、本発明に係る空気圧縮機について、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明になる空気圧縮機の一実施例を示す斜視図である。図２はカバー２２を外した状態を示す斜視図である。図３は空気圧縮機の側面図である。図４は空気圧縮機の平面図である。図５は空気圧縮機の正面図である。図６は空気圧縮機の背面図である。

図１乃至図６に示されるように、空気圧縮機１０は、例えば、建築現場などの屋外において、空圧式の釘打ち機（図示せず）に圧縮空気を供給するように構成された小型コンプレッサである。

また、空気圧縮機１０は、フレーム１２に円筒形状に形成された一対のタンク１４，１６が平行に支持されており、タンク１４，１６の上部には圧縮空気を生成する空気圧縮部１８と、空気圧縮部１８を駆動する駆動部２０とが搭載されている。さらに、タンク１４，１６の上部には、空気圧縮部１８及び駆動部２０を覆うように一体成型された樹脂製のカバー２２が取り付けられている。タンク１４、１６は空気圧縮部１８で生成された圧縮空気を貯留するものである。

また、タンク１４，１６の両端下部には、脚部２４〜２７が設けられている。さらに、フレーム１２の両端部には、コ字状に形成された把持部２８，３０が固着されている。空気圧縮機１０は、把持部２８，３０を把持されて搬送される。

また、空気圧縮機１０は、空気圧縮部１８の両側に空気吐出部３２，３４が設けられている。空気吐出部３２，３４は、タンク１４，１６の取り出し管路（図示せず）に接続された圧力調整弁３６，３８と、圧力調整弁３６，３８により調整された吐出圧力値を表示する圧力計４０，４２と、圧力調整弁３６，３８により調整された圧力の圧縮空気を吐出する吐出口４４〜４７とを有する。

圧力調整弁３６，３８は、ハンドル３６ａ，３８ａが回わされて吐出圧力を調整する。また、吐出口４４〜４７は、釘打ち機に接続されたホース（図示せず）が接続されるクイックカプラが設けられている。

この圧力調整弁３６は、０〜０．８ＭＰａまでの間の任意の値に調整可能であり、低圧吐出口４４、４５には、一般的に０．７ＭＰａ程度で使用される低圧工具が接続される。

また、圧力調整弁３８は、０〜２．５ＭＰａまでの間の任意の値に調整可能であり、高圧吐出口４６、４７には、一般的に１〜２．５ＭＰａで使用される高圧工具が接続される。

さらに、カバー２２の上部には、操作パネル４８が設けられている。この操作パネル４８には、電源スイッチ及び各種表示ランプが設けられているが、物が置かれても電源オフにならないようにカバー２２の凹部２３内に設けられている。

図２に示されるように、カバー２２は、着脱自在に取り付けられており、空気圧縮部１８及び駆動部２０のメンテナンス時にはフレーム１２から外される。このように、カバー２２が外されると、タンク１４，１６の上部に設けられた空気圧縮部１８及び駆動部２０の他に圧力調整弁３６，３８、圧力計４０，４２、吐出口４４〜４７が露出された状態になる。

ここで、圧縮部１８及び駆動部２０の構成について説明する。

図７は圧縮部１８及び駆動部２０の内部構成を示す横断面図である。図７に示されるように、圧縮部１８は、ケーシング６０の両側に配置されたピストン・シリンダ機構６２，６４を有する。このピストン・シリンダ機構６２，６４は、１８０°異なる向きに形成されている。

ピストン・シリンダ機構６２，６４は、ピストン６２ａ，６４ａと、シリンダ６２ｂ，６４ｂと、連接棒６２ｃ，６４ｃと、シリンダヘッド６２ｄ，６４ｄとを有する。尚、図７において、ピストン６４ａは、隠れて見えない。

また、ケーシング６０は、圧縮部１８の回転部分を収納する第１の部屋６０ａと、圧縮用空気の導入経路に設けられたフィルタ６６を収納する第２の部屋６０ｂと、駆動部２０のモータ６８を収納する第３の部屋６０ｃとを有する。

この圧縮部１８は、２段圧縮方式で空気を高圧（例えば、高圧力値＝２〜３ＭＰａ)に圧縮しており、第１段のピストン・シリンダ機構６２で空気導入口２２ｍから導入された空気を圧縮した後、第２段のピストン・シリンダ機構６４でさらに圧縮してタンク１４，１６に貯留する。尚、タンク１４，１６は、互いに連通されているので、同じ圧力に保持されている。

また、第１段のピストン・シリンダ機構６２と第２段のピストン・シリンダ機構６４との間は、連通管（図示せず）を介して接続されている。

一方の連接棒６２ｃは、一端がピストン６２ａと一体に形成されており、他端が軸受７０を介して回転軸７４に支持されている。他方の連接棒６４ｃは、一端がピストン（図示せず）と一体に形成されており、他端が軸受７２を介して回転軸７４に支持されている。この回転軸７４は、ケーシング６０の隔壁６０ｄに保持された軸受７６と、モータカバー７９の内部に保持された軸受７８とにより回転自在に軸承されている。

回転軸７４の一端７４ａには、外気を第１の空気導入口２２ｍから吸い込むための第１のファン（羽根車）８０が固着されている。また、回転軸７４の他端７４ｂには、モータ冷却用の空気を空気導入口２２ｎから吸い込むための第２のファン（羽根車）８２が固着されている。

第１のファン８０により空気導入口２２ｍから吸い込まれた空気は、ケーシング６０及びピストン・シリンダ機構６２，６４の表面に吹き付けられて冷却すると共に、その一部がフィルタ６６を通過してろ過された後に第１段のシリンダ６２ｂで圧縮された後、第２段のシリンダ６４ｂに供給されて更に圧縮される。

また、第２のファン８２は、モータカバー７９の入り口７９ａに設けられており、モータ６８を冷却するための空気を吸い込んでモータ６８の周囲に送風する。モータ６８は、回転軸７４に固定されたマグネット（ロータ）６８ａと、マグネット６８ａの外周に配置されたステータ６８ｂと、ステータ６８ｂの内部に巻回されたコイル６８ｃから構成されている。このモータ６８は、小型化及び軽量化されており、回転軸７４を介してピストン６２ａ，６４ａを往復動させると共に、ファン８０，８２を回転駆動する。

また、駆動部２０は、円筒状のモータカバー７８の内部にファン８２とモータ６８が収納されているので、このファン８２の回転によって空気導入口２２ｎから外部の空気を吸い込み、モータカバー７９の内部を通過して複数の排気孔２２ｓから排気される。モータカバー７９の内部では、図７中矢印で示すように、ファン８２の回転によって生じた空気流の流速が高まり、この空気流がモータ６８の発熱を効率良く奪ってモータ６８を冷却される。

本実施例における空気圧縮機は上記のように構成されるが、ここで、本実施例における空気圧縮機の動作について説明する。

本実施例における空気圧縮機は主に建築現場にて使用され、制御部によってモータ６８の回転数をインバータ制御する。具体的には、ブレーカ落ちを防止するために入力電流値の上限を制限する制御を行っている。また、駆動部２０を構成するモータ６８の回転速度についてもある上限値を設け、回転速度制限も行っている。

図８を用いて、本実施例の比較例における制御部によるモータ６８の回転速度の制御について説明する。図８はタンク１４、１６内の圧力とモータ６８に供給される電流値および回転速度との関係を示したものである。空気圧縮機１０の運転を開始すると、タンク１４、１６内圧力が低い範囲（ここでは仮に圧力P0未満）では回転速度制限によって回転速度N1一定で運転を行う。タンク１４、１６内の圧力（圧縮機の負荷）の上昇に伴い徐々にモータ６８に供給される電流値が増加する。入力電流が制限値I1に達した後は制限値I1を超えないように回転速度を徐々に低下させて運転を行い、最高圧力P1に達すると運転を停止させる。

図９を用いて本実施例における制御部によるモータ６８の回転速度の制御について説明する。図９はタンク１４、１６内の圧力とモータ６８に供給される電流値およびモータ６８の回転速度との関係を示した図である。本実施例では、まず空気圧縮機１０を停止させる基準となる最高圧力P1未満に圧力閾値P2を設ける。タンク１４、１６内の圧力がP2未満（第１の圧力範囲）の場合、電流値及び回転速度をそれぞれ比較例のI1、N1よりも高いI2、N2に設定する（第１の運転モード）。なお、タンク１４、１６内圧力が低い範囲（圧力P0未満）では比較例と同様に回転速度を制限し、本実施例では回転速度N2一定で運転を行う。これにより、タンク１４、１６内圧力が低い場合に必要以上に回転速度を増加させるのを抑制でき、消費電力の低減を図ることができる。タンク１４、１６内の圧力がP2以上P1未満（第１の運転モードにおける圧力範囲よりも高い第２の圧力範囲）の場合、電流値及び回転速度をそれぞれ比較例のI1、N1よりも低いI3、N3に設定する（第２の運転モード）。圧力閾値P2は使用するエアー工具の必要取り出し圧力に応じて変更可能とした。これにより、必要な圧力の圧縮空気の充填量の低下を抑制することができる。なお、タンク１４、１６内の圧力が最高圧力P1に達すると運転を停止させるのは比較例と同様である。

以上より、本実施例によれば、タンク１４、１６内の圧力がP2未満である作業開始時においては、モータ６８に供給する電流値及びモータ６８の回転速度を高く設定し、圧縮空気量を増加させることで充填時間を短縮させることができる。また、タンク内の圧力がP2に達したらモータ６８に供給する電流値及びモータ６８の回転速度を低く設定し、モータ６８の負荷が大きくなることによる電力消費や騒音を低減することができる。

本発明の実施例２における空気圧縮機について図１０を用いて説明する。実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、タンク１４、１６内の圧力がP2以上P1未満の場合に、タンク１４、１６内の圧力の変化または空気の消費量を検出して、圧力の変化する速度に合わせてモータ６８に供給する電流値およびモータ６８の回転速度をN3以上の範囲にて電流値および回転速度を変更するようにした点に特徴がある。

図１０を用いて本実施例における制御部によるモータ６８の回転速度の制御について説明する。なお、図１０には、タンク内の圧力とその圧力を充填するまでにかかる時間の関係を示したグラフも併せて載せた。

タンク１４、１６内の圧力がP2以上P1未満で、空気を使用していない場合は実施例１と同様に回モータ６８に供給する電流値およびモータ６８の回転速度をそれぞれ、I3、N3に設定して、省エネ、低騒音を図る。一方、空気を使用している場合は、圧力の上昇する速度（ΔP/Δt）がある決められた値となるように電流値及び回転速度をそれぞれ比較例のI1、N1よりも低い範囲内において変化させて最高圧力P1まで運転させる。即ち、空気の使用量が多い場合には、電流値および回転速度を空気の使用量が少ない場合よりも増加させる。尚、電流値及び回転速度を任意または予め決められた設定値から選択できるようにしてもよい。

本実施例によれば、電力消費や騒音を低減しつつ、空気の消費量の増加に対応してモータ６８の回転数を変えることができ、圧縮空気の充填量の低下を抑制することができる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０空気圧縮機
１２フレーム
１４，１６タンク
１８空気圧縮部
２０駆動部
２２カバー
２４〜２７脚部
２８，３０把持部
３２，３４空気吐出部
３６，３８圧力調整弁
４０，４２圧力計
４４〜４７吐出口
４８操作パネル
６０ケーシング
６２，６４ピストン・シリンダ機構
６６フィルタ
６８モータ
７９モータカバー
８０第１のファン
８２第２のファン

Claims

空気を圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動するモータと、
前記圧縮部により圧縮された空気を貯留するタンクと、
前記モータの回転数を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記タンク内の第1の圧力範囲で前記圧縮部が駆動する第１の運転モードと前記第１の圧力範囲よりも高い第２の圧力範囲で駆動する第２の運転モードとを切り替え、前記第１の運転モードでは、前記モータに供給する電流値を前記第２の運転モードよりも高くし、前記第１の圧力範囲と前記第２の圧力範囲との間の圧力閾値を使用する工具の必要取り出し圧力に応じて変更可能としたことを特徴とする空気圧縮機。
前記制御部は、前記タンク内の圧力が最高圧力なると、前記モータを停止させることを
特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
前記制御部は、前記第２の運転モードにおいて、空気を消費している場合は空気を消費
していない場合よりも前記モータに供給する電流値を増加させることを特徴とする請求項
１に記載の空気圧縮機。
前記制御部は、前記第２の運転モードにおいて、空気の使用量が多い場合は少ない場合
よりも前記モータに供給する電流値を増加させることを特徴とする請求項３に記載の空気
圧縮機。
前記制御部は、前記第１の運転モードにおいて、前記タンク内の圧力が所定の圧力より
も低い場合は、前記タンク内の圧力の上昇に応じて前記モータに供給する電流値を増加さ
せることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。