(57)【要約】【課題】  低コストでありながら圧縮熱による本体温度上昇を防止可能であり、かつ電動機や電子部品の寿命を確保することができる圧縮機を提供する。【解決手段】  圧縮機であって、気体を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体で圧縮された気体を貯留するタンクと、圧縮機本体の駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、圧縮機本体の連続負荷運転時間が所定の時間Ｔ１に達した場合、運転を停止するか、アンロード状態とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体で圧縮された気体を貯留するタンクと、
前記圧縮機本体の駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記圧縮機本体の連続負荷運転時間が所定の時間Ｔ１に達した場合、運転を停止するか、アンロード状態とすることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記制御部は、前記アンロード状態での運転が所定の時間Ｔ２に達した場合、運転を停止することを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮機であって、
前記タンクは、内部の圧力を検出する圧力検出手段を有し、
前記制御部は、前記タンク内の圧力が所定の基準圧力以上の場合、前記連続負荷運転時間の計測を開始することを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の圧縮機であって、
前記制御部は、前記圧縮機本体が前回停止あるいはアンロード状態での運転をしていた時間が所定の時間Ｔ３に達していた場合、前記圧縮機本体の連続負荷運転時間が所定の時間Ｔ１に達したのち運転を停止し、
前記圧縮機本体が前回停止あるいはアンロード状態での運転をしていた時間が所定の時間Ｔ３に達していなかった場合、前記圧縮機本体の連続負荷運転時間が所定の時間Ｔ１に達したのち運転をアンロード状態にすることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の圧縮機であって、
前記制御部は、前記圧縮機本体が前回停止あるいはアンロード状態での運転をしていた時間に応じて、前記圧縮機本体を連続負荷運転させる所定の時間Ｔ１を変更することを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体を圧縮して吐出する圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気等の気体を吸込み、圧縮機構によって圧縮空気等の高圧気体を吐き出す圧縮機が知られている。特に、空気圧縮は、工作機やプレス機、エアーブロー等のエア―源として工場ラインや作業現場で使用される。
【０００３】
この圧縮機においては、圧縮機の圧力を所定値に維持するために、タンクの圧力が上限値に達した場合に電動機を停止させる断続運転制御モードと、電動機を停止させることなく圧縮機を無負荷状態にする連続運転制御モードが知られている。
【０００４】
本技術分野に関連する背景技術として特許文献１がある。特許文献１には、空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体で圧縮された空気を貯留するタンクと、圧縮機本体の駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、圧縮機が停止してから、起動して、次に停止するまでの運転サイクル時間が所定時間以上になるように圧縮機本体を制御する空気圧縮機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１９０７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１における空気圧縮機は、圧縮機を停止させる基準となるタンクの圧力の上限値を、運転サイクル時間が所定時間以上になるようにすることで決定しているため、消費空気量が急激に増加した際には、高い圧力での連続運転が長時間続く場合があり、圧縮熱により圧縮機本体の温度上昇を生じさせ、グリース封入軸受など摺動部の潤滑寿命を確保することができない、という点について考慮していない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、低コストでありながら圧縮熱による圧縮機本体の温度上昇を防止可能であり、かつ電動機や電子部品の寿命を確保することができる圧縮機を提供することを目的とする。   
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その一例を挙げるならば、圧縮機であって、気体を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体で圧縮された気体を貯留するタンクと、圧縮機本体の駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、圧縮機本体の連続負荷運転時間が所定の時間Ｔ１に達した場合、運転を停止するか、アンロード状態とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低コストでありながら圧縮熱による圧縮機本体の温度上昇を防ぎつつ、電動機や電子部品の寿命を確保することができる圧縮機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における圧縮機の全体断面図である。
【図２】実施例１におけるアンロード状態を示す説明図である。
【図３】実施例１における主要部分の配線図である。
【図４】実施例１における運転制御の動作説明図である。
【図５】実施例２における課題を説明するための運転制御の動作説明図である。
【図６】実施例２における運転制御の動作説明図である。
【図７】実施例３における運転制御の動作説明図である。
【図８】従来の断続運転制御方式の動作説明図である。
【図９】従来の連続運転制御方式の動作説明図である。
【図１０】空気圧縮機における圧力比と圧縮温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を、図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１２】
まず、本実施例の前提である、従来の圧縮機の運転制御方式について説明する。従来の圧縮機の運転制御方式には、断続運転制御方式と連続運転制御方式があり、気体として空気を圧縮する空気圧縮機を例に、図８、９を用いて説明する。
【００１３】
図８に示す断続運転制御方式は、タンクの圧力が上限圧力に達すると圧力開閉器がＯＦＦし、電動機を停止させ、下限圧力に達すると圧力開閉器がＯＮし、電動機が起動する制御方式である。この方式は、タンク内の圧力が上限圧力に達すると電動機を停止させるため、無駄な電力を消費しない。しかし下限圧力で改めて電動機を起動するため、電動機が頻繁に運転・停止を繰り返すと、電動機が過熱し易い、電気部品の寿命が短くなるという問題がある。
【００１４】
図９に示す連続運転制御方式は、タンクの圧力が上限圧力に達すると、例えば吸込み弁を開放して電動機の負荷を軽減した無負荷（アンロード）運転を行い、下限圧力に達すると吸込み弁を閉じて通常の負荷運転に戻す制御方式である。この方式は、タンク内の圧力が上限圧力に達した場合でも電動機は停止させず空気弁を開放するなどして負荷を軽減させるので、空気を吐出しないアンロード動力、すなわち無駄な電力を消費している。しかし電動機はアンロード運転しているため、電動機や電気部品への負荷は軽くなるほか、例えば圧縮機本体の冷却を主軸に直結したプーリファンで行うような場合、アンロード運転中の回転によって圧縮機本体を冷却することが可能である。
【００１５】
そのため、空気圧縮機において、圧縮機本体の温度上昇を抑えるためには、上記で述べた連続運転制御方式として、極力無負荷状態にてプーリファンによる冷却を行い、さらに制御圧力の上限値が低いほど効果的である。これは図１０に示すように、圧縮機の吐出し圧力Ｐｄと吸込み圧力Ｐｓの比に比例して圧縮後の空気の温度が指数関数的に上昇するためである。
【００１６】
そこで、本実施例においては、圧縮機の連続負荷運転時間に応じて運転制御を行い、圧縮機本体の温度を低減する点について、以下説明する。
【００１７】
図１は、本実施例における圧縮機の全体断面図である。図１においては、気体として空気を圧縮する空気圧縮機を例として、往復動圧縮機の全体構成を示している。
【００１８】
図１において、空気を吸込み圧縮する圧縮機本体２において圧縮された空気はタンク１に貯留される。圧縮機本体２にはシリンダヘッド１５が組み付けられており、シリンダヘッド１５には、図２に示す吸込み弁１２およびアンローダピストン１３が組み付けられている。タンク１と圧縮機本体２との間には３方電磁弁３を有するアンローダ配管４が設けられている。
【００１９】
ロード状態とアンロード状態について図２を用いて説明する。図２において、３方電磁弁３を通電することにより、圧縮機本体２の吸込み弁１２を操作するアンローダピストン１３にタンク１内の圧力を加えて強制的に図２に示すようなアンロード（吸込み弁１２の開放）状態にする。これにより、圧縮機本体２が起動しても吸込み弁１２が開放されているため、圧縮機本体２で圧縮された空気は、タンク１に貯留されず、空気取入れ口１６から大気に開放される。
【００２０】
一方、３方電磁弁３の通電を断つことでアンローダピストン１３に圧力が加わらない状態（ロード状態）として、吸込み弁１２に通常の開閉動作を行わせるようになっている。これにより、ロード状態においては、圧縮機本体２が起動すると、吸込み弁１２が開となり空気取入れ口１６から空気を取入れ、吸込み弁１２が閉となって圧縮後の圧縮空気はタンク１に貯留される。
【００２１】
図３に本実施例における主要部分の配線図を示す。図３において、電磁接触器５は、３方電磁弁３とともに制御部としての制御基板６に接続され、３方電磁弁３とともに制御基板６により制御される。制御基板６は、圧力センサ１１によりタンク１の圧力を検知し、その圧力により電磁接触器５を作動させる信号を電子回路から流すことで電動機９の運転、停止の制御を行なう。また、制御基板６は、３方電磁弁３に信号を流すことでアンローダピストン１３の作動を行い、アンロード状態、ロード状態の制御を行う。制御基板６にはディスプレイ７が組みつけられており、設定圧力などを表示させる。
【００２２】
図１〜３を参照して、本実施例における制御部としての制御基板６による圧縮機の制御の内容を説明する。
【００２３】
運転スイッチ８を操作しない状態では、電動機９の電源１７が断たれているため、圧縮機が停止状態となっている。タンク１は大気圧またはタンク１内に残った空気の圧力となり、３方電磁弁３が通電されていない状態では、アンローダ配管４が大気圧状態となって、アンロード状態から開放されるため、吸込み弁１２がロード状態（圧縮運転しうる状態）となっている。
【００２４】
運転スイッチ８を押すと、制御基板６からの信号により、電磁接触器５が作動し接点１０が閉じられて電動機９が起動する。電動機９の起動により圧縮機本体２が運転されてタンク１内の圧力が上昇していく。圧力が予め決められた停止圧力Ｐoff（任意に設定）に達し、圧力センサ１１に検知されると、この検出信号が制御基板６に入力され、制御基板６からの信号により、電磁接触器５の通電が断たれ、電動機９は停止し、圧縮機本体２も停止する。
【００２５】
圧縮機本体２の停止後、止め弁１４に接続された顧客の機器の作動により空気が消費され、タンク１内の圧力が低下する。タンク１の圧力が所定の基準圧力（復帰圧力Ｐon）を下回り、圧力センサ１１により検知されると、制御基板６からの信号により、電磁接触器５に通電され接点が閉じて、電動機９が再度起動し、圧縮機本体２が運転を再開する。
【００２６】
断続運転制御方式では、このような制御により圧縮機本体２の運転・停止を制御する。ここで、本実施例では、上述の断続運転制御に加え、ロード状態・アンロード状態を制御する連続運転制御を行う。
【００２７】
運転制御方式に関わらず、圧縮機本体２の負荷運転時間Ｔload（圧縮機本体２が起動してから停止するまでの時間）は、使用空気量比（圧縮機本体２が生成する空気量に対する使用空気量の比）が高いほど長くなる。これは、使用空気量が多い場合は、タンク１の圧力が上昇しにくく、圧縮機本体２が運転している時間が長くなり、使用空気量が少ない場合は、タンク１の圧力が低下しにくく、圧縮機本体２が停止している時間が長くなるためである。
【００２８】
負荷運転時間Ｔloadが長いと、圧縮熱により圧縮機本体２の温度が上昇し、軸受封入グリース等の熱劣化が進行してしまう。
【００２９】
そこで、本実施例では、タンク１の圧力Ｐが所定の基準圧力（復帰圧力Ｐon）より高い圧力（復帰圧力Ｐon＋ΔＰ）以上の状態で、圧縮機本体２の負荷運転時間Ｔが所定の時間Ｔ１を経過すると、強制的に運転を停止する。この動作により、運転圧力が高い状態での長時間の連続負荷運転を防止し、圧縮機本体２の温度上昇を防止することが可能となる。
【００３０】
本実施例における制御および圧縮機本体２の温度状態について、図４を用いて詳細に説明する。
【００３１】
図４において、上段はタンク１内の圧力変化を示し、中段は圧縮機の運転状態、下段は圧縮機の本体温度を示している。まず、圧縮機本体２の運転開始後、タンク１内の圧力が上昇していく。
【００３２】
圧力が予め決められた基準圧力（復帰圧力Ｐon＋ΔＰ）以上になると、電動機９は運転したまま、制御基板６内のタイマー２１（図示せず）が負荷運転時間Ｔloadの計測を開始する。
【００３３】
タイマー２１が許容連続負荷運転時間Ｔ１（軸受封入グリース等、熱劣化する部品が寿命を確保できる上限温度に到達する時間として予め決められた運転時間：図示せず）になると、タンク１の圧力Ｐが停止圧力Ｐoffに達していなくても電動機９を停止させ、圧縮機本体２の運転を停止させる。
【００３４】
停止後、止め弁１４に接続された顧客の機器の作動により空気が消費され、タンク１内の圧力が復帰圧力Ｐonを下回り、圧力センサ１１に検知されると、電動機９が再度起動し、圧縮機本体２が運転を再開する。ここで、タイマー２１の計測をリセットし、負荷運転時間Ｔの計測を再開し、同様の制御を繰り返す。
【００３５】
もし、負荷運転時間Ｔの計測開始の後、空気が消費されず、許容連続負荷運転時間Ｔ１に到達するよりも前にタンク１内の圧力が停止圧力Ｐoffを上回り、圧力センサ１１に検知されると、電動機９が停止し、圧縮機本体２が運転を停止する。
【００３６】
以上の動作により、運転圧力が高い状態での長時間の連続負荷運転を防止し、圧縮機本体２の温度上昇を防止することができる。したがって、軸受封入グリース等の熱劣化を防止し、寿命を延長することが可能となる。
【００３７】
また、本実施例は、圧縮機本体２の温度上昇を防止するものであるが、温度自体を計測する手段などを使用せず、軸受封入グリース等、熱劣化する部品が寿命を確保できる上限温度に到達する時間として予め決められた運転時間をもとに、運転・停止の制御を行うものである。このため、製品の製造コスト低減が可能となる。
【００３８】
このように、本実施例によれば、低コストでありながら圧縮熱による圧縮機本体の温度上昇を防ぎつつ、電動機や電子部品の寿命を確保することができる圧縮機を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３９】
本実施例では、圧縮機本体の運転を停止させてからの圧力降下速度が早い場合について説明する。
【００４０】
図５は、本実施例における課題を説明するための運転制御の動作説明図である。図５においては、図４と同様の、圧力、運転状態、温度変化を示している。
【００４１】
使用空気量比が高い場合や、タンク１の容積が小さい場合など、図５に示すように、圧縮機本体２の運転を停止させてからの圧力降下速度が早すぎるようなケースにおいては、タンク１内の圧力が短時間で復帰圧力Ｐonを下回るため、過頻度発停による電動機９やほかの電子部品の寿命低下を招く可能性がある。また、圧縮機本体２の停止時間が短いため、自然放熱による冷却では十分に圧縮機本体２各部の温度が低下せず、復帰圧力Ｐonに達した後の再起動によって温度が上昇し、以降同じ動作の繰り返しによって熱が登り階段状に蓄積されていき、軸受封入グリース等、熱劣化する部品が寿命を確保可能な温度を超過する可能性がある。
【００４２】
そこで、本実施例では、タンク１の圧力Ｐが所定の基準圧力（復帰圧力Ｐon＋ΔＰ）以上であり、かつ圧縮機本体２の負荷運転時間Ｔloadが所定の時間Ｔ１以上になると、強制的に運転を停止するのではなく、アンロード状態への切替えを行う。
【００４３】
本実施例における制御について図６を用いて詳細を説明する。なお、図６においては、図４と同様の、圧力、運転状態、温度変化を示している。
【００４４】
図６において、まず、圧縮機本体２の運転開始後、タンク１内の圧力が上昇していく。圧力が予め決められた復帰圧力Ｐon＋ΔＰになると、電動機９は運転したまま、制御基板６内のタイマー２１（図示せず）が負荷運転時間Ｔloadの計測を開始させる。
【００４５】
タイマー２１が許容連続負荷運転時間Ｔ１（軸受封入グリース等、熱劣化する部品が寿命を確保できる上限温度に到達する時間として予め決められた運転時間：図示せず）になると、停止圧力Ｐoffに達していなくても圧縮機本体２の運転をアンロード状態に切り替える。
【００４６】
アンロード状態への切替え後、止め弁１４に接続された顧客の機器の作動により空気が消費され、タンク１内の圧力が復帰圧力Ｐonを下回り、圧力センサ１１に検知されると、圧縮機本体２の運転をロード状態に切り替える。ここで、タイマー２１の計測をリセットし、負荷運転時間Ｔloadの計測を再開し、同様の制御を繰り返す。
【００４７】
もし、負荷運転時間Ｔの計測開始の後、空気が消費されず、許容連続負荷運転時間Ｔ１に到達するよりも前にタンク１内の圧力が停止圧力Ｐoffを上回り、圧力センサ１１に検知されると、圧縮機本体２の運転をアンロード状態に切り替える。
【００４８】
また、圧縮機本体２の運転がアンロード状態に切替わった後、空気が消費されず、タンク１内の圧力が復帰圧力Ｐonを下回らず、一定時間Ｔ２（圧縮機本体２を十分に冷却可能な時間として予め決められた運転時間：図示せず）が経過すると、電動機９を停止させ、圧縮機本体２の運転を停止させる。
【００４９】
以上の動作により、運転圧力が高い状態での長時間の連続負荷運転を防止し、復帰圧力Ｐonに達するまでの時間が短くともアンロード運転時の圧縮機プーリの冷却風によって圧縮機本体２を効率的に冷却し、温度上昇を防止することができる。さらに、過頻度発停による電動機９やほかの電子部品の寿命低下を防止することができる。
【００５０】
また、圧縮機本体２の温度がアンロード状態の運転によって充分に冷却されたのちは、運転を停止させることで無駄な消費電力を抑制することができる。
【実施例３】
【００５１】
本実施例では、圧縮機本体の運転をアンロード状態としてからの圧力降下速度が非常に遅い場合について説明する。
【００５２】
すなわち、使用空気量比が低い場合など、圧縮機本体２の運転をアンロード状態としてからの圧力降下が非常に遅く、タンク１内の圧力が復帰圧力Ｐonを下回るまでに経過する時間が非常に長くなった際に、圧縮機本体２の自然放熱に充分な時間が確保できるにも関わらず、実施例２に従ってアンロード状態への切替えを行うと、無駄な電力を消費する、という問題がある。
【００５３】
そこで、本実施例では、前回のアンロード運転時間と停止時間の合計である前回アンロード・停止時間Ｔｓｔｏｐが所定の時間Ｔ３以下であった場合のみ、タンク１の圧力Ｐが所定の基準圧力（復帰圧力Ｐon＋ΔＰ）以上であり、かつ圧縮機本体２の負荷運転時間Ｔが所定の時間Ｔ１を経過すると、実施例２と同様にアンロード状態への切替えを行い、そうでなければ実施例１と同様に強制的に運転を停止する。
【００５４】
本実施例における制御について図７を用いて詳細を説明する。なお、図７においては、図４と同様の、圧力、運転状態、温度変化を示している。
【００５５】
図７において、圧縮機本体２の運転停止あるいはアンロード状態への切替えが生じたときに、制御基板６内のタイマー２２（図示せず）がアンロード・停止時間Ｔstopの計測を開始させる。
【００５６】
アンロード・停止時間Ｔstopの計測開始の後、止め弁１４に接続された顧客の機器の作動により空気が消費され、タンク１内の圧力が復帰圧力Ｐonを下回り、圧力センサ１１に検知されると、圧縮機本体２の運転をロード状態に切り替える。
【００５７】
ここで、アンロード・停止時間Ｔstopが所定の時間Ｔ３以上であれば、次のサイクル（次にＴload＞Ｔ１の時）は実施例１と同様の制御を行い、タイマー２２の計測をリセットする。また、アンロード・停止時間Ｔstopが所定の時間Ｔ３以下であれば、次のサイクルは実施例２と同様の制御を行い、タイマー２２の計測をリセットする。
【実施例４】
【００５８】
本実施例では、上記動作中でのＴ１を、前回停止時間Ｔstopによって変化させても良い手例について説明する。
【００５９】
すなわち、前回アンロード・停止時間が長い場合には、圧縮機本体２の冷却が十分に行われているため、許容連続負荷運転時間Ｔ１を長くすることができる。これにより、過頻度発停による電動機９やほかの電子部品の寿命低下を防止することができる。
【００６０】
さらに、実施例１と実施例２の制御方法のどちらをとるか、あるいは許容連続負荷運転時間Ｔ１をいくつにするかの判定については、本実施例に示したアンロード・停止時間Ｔstopによって行う以外にも、前回負荷運転時間と前回アンロード・停止時間との比（前回運転サイクルにおける使用空気量比）によって行っても良いし、運転・停止数サイクル分の平均をとるなどを行っても良い。
【００６１】
以上、実施例について説明したが、これらの実施例は、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。例えば、上記実施例では、圧縮機として、往復動圧縮機で説明したが、これに限定されるものでなく、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機や、外部から１次圧を供給され再圧縮するブースタ圧縮機等でもよい。また、圧縮する気体を空気として説明したが、これに限定されるものでなく、窒素等でもよい。
【００６２】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の制御部は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することによりソフトウェアで実現してもよいし、例えば集積回路で設計することによるハードウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１：タンク、２：圧縮機本体、３：３方電磁弁、４：アンローダ配管、５：電磁接触器、６：制御基板、７：ディスプレイ、８：運転スイッチ、９：電動機、１０：接点、１１：圧力センサ、１２：吸込み弁、１３：アンローダピストン、１４：止め弁、１５：シリンダヘッド、１６：空気取入れ口 、１７：電源 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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