(57)【要約】【課題】本発明は空気圧縮機の異常発生の検出精度を高めることを課題とする。【解決手段】空気圧縮機の信号処理基板５０は、異常検出センサ３８で検出された検出信号を増幅するアンプ７４と、アンプ７４から出力された信号を波形整形する検波器７６と、検波器７６から出力された検出信号から異常発生の有無を判定する制御回路７８と、異常判定処理の閾値を記憶するメモリ８０と、異常発生と判断した場合に警報を発する警報機８２とを有する。制御回路７８は、閾値設定スイッチ４８がオンに操作されると、正常動作時に検波器７６から出力された検出信号をサンプリングし、サンプリング値の平均値Ｙに任意の係数αを掛けて閾値（上限値）を演算する。そして、演算値（Ｙ・α）を閾値としてメモリ８０に格納する。そのため、空気圧縮機では、設置された場所の環境（例えば、床面の硬さ等）に応じた閾値（上限値）を設定することが可能になる。【選択図】　　　　図３
2004092508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する空気圧縮部と、
該圧縮部の振動を検知するセンサと、
予め該センサの出力値に対する閾値が記憶された記憶部と、
前記センサにより検知された検知信号と前記記憶部に記憶された閾値とを比較結果に応じて異常の有無を判定する判定手段と、
を備えた空気圧縮機において、
設置後の閾値設定操作により前記空気圧縮部を起動して当該閾値を演算する閾値演算手段と、
該閾値演算手段により演算された前記閾値を記憶部に記憶させる記憶手段と、
を備えたことを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧縮機に係り、特に起動中の空気圧縮部で異常の有無を判定するよう構成された空気圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動モータの回転駆動力をクランク軸に伝達してピストンを往復動させて圧縮空気を生成する空気圧縮機では、シリンダヘッドに吸気弁、吐出弁が設けられており、ピストンの動作方向に応じて吸気弁、または吐出弁が開弁動作または閉弁動作するように構成されている。
【０００３】
この種の空気圧縮機では、ピストンの往復動、吸気弁、吐出弁の開閉動作などの動作音や振動が発生する。そして、上記のような各動作部分で折損などの異常が発生した場合には、通常の動作振動及び動作音と異なる異常振動及び異音が発生し、何らかの故障が発生したことが分かる。
【０００４】
このような空気圧縮機においては、例えば、特開平２−２０５７２８号により開示されているように、金属が破壊されるときに発生する弾性エネルギをＡＥ（ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサで検出して自動的に運転を停止させる故障診断機能を持たせた構成のものがある。そして、故障診断機能を有するコンピュータは、予めメモリに記憶された閾値とセンサで検出された検出値とを比較して異常の有無を判定する。
【０００５】
また、上記ＡＥセンサ以外にも加速度センサや圧電素子などのセンサを用いて空気圧縮機の異常の有無を判定する故障診断機能を有するものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の空気圧縮機では、工場で組立られた段階で閾値がメモリに記憶されるように操作されるため、例えばユーザに納入された後に設置される場所にゴムマットが敷いてある場合には、コンクリート面に設置した場合と比較して振動特性が変化してしまい、正確に異常発生を判定することができないおそれがある。
【０００７】
そのため、例えば、空気圧縮機がコンクリート面に設置した場合を基準にして閾値を設定すると、空気圧縮機がコンクリート面以外の場所に設置された場合の閾値に変更する必要があるが、設置現場では手間がかかるので、閾値の変更を行うことが難しい。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決した空気圧縮機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
本発明は、空気を圧縮する空気圧縮部と、圧縮部の振動を検知するセンサと、予めセンサの出力値に対する閾値が記憶された記憶部と、センサにより検知された検知信号と記憶部に記憶された閾値とを比較結果に応じて異常の有無を判定する判定手段と、を備えた空気圧縮機において、設置後の閾値設定操作により空気圧縮部を起動して当該閾値を演算する閾値演算手段と、閾値演算手段により演算された閾値を記憶部に記憶させる記憶手段と、を備えており、設置場所の環境に応じた閾値を設定することが可能になり、異常の有無の判定を正確に行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になる空気圧縮機の一実施例を示す正面図である。
図１に示されるように、空気圧縮機１０は、空気タンク１２の上部に空気圧縮部１４、電動モータ１６、操作部１８が設けられている。また、空気タンク１２の下部には、車輪２０が設けられている。
【００１１】
空気圧縮部１４は、第１乃至第３シリンダ２２，２４，２６を有し、段階的に圧縮空気を高圧化する多段式である。各シリンダ２２，２４，２６は、空気管路３０，３２，３４を介して連通されており、第１シリンダ２２で圧縮された空気が空気管路３０を介して第２シリンダ２４に導入され、第２シリンダ２４で圧縮された中圧空気が空気管路３２を介して第３シリンダ２６に導入され、第３シリンダ２６で圧縮された高圧空気が空気管路３４を介して空気タンク１２に導入される。
【００１２】
第１乃至第３シリンダ２２，２４，２６は、空気タンク１２の上部に取り付けられたクランクケース３６に設けられている。このクランクケース３６の壁面には、異常振動を検出する異常検出センサ３８が貼り付けられている。この異常検出センサ３８は、圧電素子等からなる振動検出センサであり、クランクケース３６の振動に応じた信号を出力する。
【００１３】
電動モータ１６の回転駆動力は、モータ回転軸（図示せず）に連結されたプーリ４０，Ｖベルト４２を介してクランクケース３６の背面側に設けられたプーリ４４に伝達される。
【００１４】
操作部１８には、電源スイッチ４６、閾値設定スイッチ４８、信号処理基板５０が設けられている。電源スイッチ４６は、操作部１８の前面に露出して設けられおり、いつでもオンまたはオフに操作することが可能である。
【００１５】
また、閾値設定スイッチ４８は、カバー５２により覆われており、空気圧縮機１０の設置直後にカバー５２を開いて操作される。そのため、閾値設定スイッチ４８は、通常、操作する必要がないので、カバー５２によって隠れており、誤って操作できないように設けられている。尚、信号処理基板５０については、後述する。
【００１６】
図２は図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
図２に示されるように、クランクケース３６の内部には、クランク軸５４が軸受５６，５８により回転可能に支持されており、クランク軸５４の一端５４ａにプーリ４４が連結されている。また、クランク軸５４の偏心軸５４ｂには、連接棒６０の下端部が連結され、連接棒６０の上端部にはピストンピン（図示せず）を介してピストン６２が連結されている。
【００１７】
従って、電動モータ１６の回転駆動力がＶベルト４２を介してプーリ４４に伝達されると、クランク軸５４が回転駆動されて連接棒６０が揺動しながらピストン６２を往復運動させる。また、各シリンダ２２，２４，２６の上部に設けられたシリンダヘッド６４は、空気を吸い込む吸気通路６６を開閉する吸気弁６８と、圧縮した空気を吐出する吐出通路７０を開閉する吐出弁７２とを有する。ピストン６２が降下する過程で吸気弁６８が開弁し、吐出弁７２が閉弁する。また、ピストン６２が上昇する過程で吸気弁６８が閉弁し、吐出弁７２が開弁する。
【００１８】
図３は信号処理基板５０の構成を示すブロック図である。
図３に示されるように、信号処理基板５０には、異常検出センサ３８で検出された検出信号を増幅するアンプ（増幅器）７４と、アンプ７４から出力された信号を波形整形する検波器７６と、検波器７６から入力された検出信号から異常発生の有無を判定する制御回路７８と、異常判定処理の閾値を記憶するメモリ８０と、異常発生と判断した場合に警報を発する警報機８２とを有する。さらに、信号処理基板５０には、モータ１６へ電源供給を行う電源回路８４と、電源回路８４から出力される電源をオンまたはオフにするモータスイッチ８６とが設けられている。
【００１９】
モータスイッチ８６は、制御回路７８からの制御信号に基づいてオンまたはオフに切り替わるスイッチであり、電源スイッチ４６のオン・オフに連動してオン・オフに切り替わると共に、制御回路７８において異常発生と判定された場合にオフに切り替わり、モータ１６を停止させる。
【００２０】
図４は正常時に検出される信号の波形図であり、（Ａ）はアンプ出力の波形図、（Ｂ）は検波器出力の波形図である。
図４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、空気圧縮機１０が正常に運転されている場合には、異常検出センサ３８により検出された信号は、比較的変動の小さい波形となる。
【００２１】
図５は異常時に検出される信号の波形図であり、（Ａ）はアンプ出力の波形図、（Ｂ）は検波器出力の波形図である。
空気圧縮機１０が異常運転（例えば、連接棒６０の折損や軸受５６，５８の摩耗等）されている場合には、クランクケース３６に異常な振動が発生する。その場合、異常検出センサ３８により検出された信号は、図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、比較的変動の大きい波形となる。そのため、制御回路７８は、検波器７６から出力された信号と予め設定された閾値とを比較して、検波器７６から出力された信号が予め設定された閾値を越える値に変化した場合に何らかの異常が発生したものと判断する。
【００２２】
ここで、工場で組み立てられた空気圧縮機１０がユーザに納品されて任意の場所に設置された後に制御回路７８が実行する制御処理について説明する。
【００２３】
図６は制御回路７８が実行する閾値設定処理を説明するためのフローチャートである。
図６に示されるように、制御回路７８は、ステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）で閾値設定スイッチ４８がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、モータスイッチ８６をオンにしてモータ１６を起動させて第１乃至第３シリンダ２２，２４，２６のピストン６２を往復運動させて圧縮空気を空気タンク１２に供給する。
【００２４】
次のＳ１３では、正常動作時に検波器７６から出力された検出信号を一定の周期でサンプリングし、サンプリングされた検出値をメモリ８０に格納する。続いて、Ｓ１４に進み、今回のサンプリング回数Ａ（＝Ａ＋１）をカウンタＫに格納する。
【００２５】
次のＳ１５では、今回のサンプリング回数Ａが予め設定された値Ｎ（例えば、Ｎ＝１０００）に達したかどうかをチェックする。Ｓ１５において、サンプリング回数Ａが予め設定された値Ｎに達するまで、上記Ｓ１３，Ｓ１４のサンプリング処理を繰り返す。そして、Ｓ１５において、サンプリング回数Ａが予め設定された値Ｎに達すると、Ｓ１６に進み、サンプリング値の合計値をサンプリング回数で割って正常動作時のサンプリング値の平均値Ｙを演算する。
【００２６】
次のＳ１７では、正常動作時サンプリング値の平均値Ｙに任意の係数αを掛けて閾値（上限値）を演算する（請求項１に記載された閾値演算手段に相当する）。尚、上記係数αは、正常時の最大値を超える値となるよう、正弦波である場合にはα≧２であることが望ましい。その理由は、正弦波である場合、正常動作時のサンプリング値の変動（最大値と最小値との振幅）が略平均値Ｙの２倍になるためである。本実施例では、上記係数αに余裕を持たせてα＝５とすることで、正常動作時の検出信号で異常と誤判定することが防止される。
【００２７】
次のＳ１８では、上記Ｓ１７で演算された値（Ｙ・α）を閾値としてメモリ８０に格納する（請求項１に記載された記憶手段に相当する）。その後、Ｓ１９でモータスイッチ８６をオフにしてモータ１６への通電を停止する。
【００２８】
このように、空気圧縮機１０では、閾値設定スイッチ４８がオンに操作されると、設置場所で正常運転した場合の振動状態を検出し、設置された場所の環境（例えば、床面の硬さ等）に応じた閾値（上限値）を設定することが可能になる。そのため、異常判定処理を行う場合の閾値が実際に空気圧縮機１０の設置場所の環境（例えば、床面の硬さ等）に応じた閾値となり、異常検出精度が高められる。
【００２９】
空気圧縮機１０は、上記のような閾値（上限値）の設定処理を終了した後、電源スイッチ４６がオンに操作されると、通常の運転モード（圧縮空気の生成動作）を開始する。
【００３０】
図７は空気圧縮機１０が設置された後のモータ制御処理を説明するためのフローチャートである。
図７に示されるように、制御回路７８は、Ｓ２１において、電源スイッチ４６がオンに操作されると、Ｓ２２に進み、モータスイッチ８６をオンにしてモータ１６を起動させて第１乃至第３シリンダ２２，２４，２６のピストン６２を往復運動させて圧縮空気を空気タンク１２に供給する。
【００３１】
次のＳ２３では、タイマがオンになっていることを確認する。Ｓ２３において、タイマがオンになっていないときは、Ｓ２４に進み、タイマをオンにセットする。また、Ｓ２３において、タイマがオンになっているときは、Ｓ２４の処理を省略してＳ２５に進む。
【００３２】
Ｓ２５では、タイマにより設定された所定時間が経過したかどうかをチェックする。Ｓ２５において、タイマにより設定された所定時間が経過したときは、Ｓ２６に進み、カウンタＥ１，Ｅ２及びタイマをリセットする。
【００３３】
また、Ｓ２５において、タイマにより設定された所定時間が経過していないときは、Ｓ２６の処理を省略してＳ２７に進む。
【００３４】
次のＳ２７では、検波器７６から出力された信号の出力値が下限値以下かどうかをチェックする。この下限値は、異常検出センサ３８がクランクケース３６から剥がれた場合の微小なセンサ出力を検出できるようにするため、ゼロよりも若干大きい値に設定される。
【００３５】
従って、Ｓ２７において、検波器７６から出力された信号の出力値が下限値以下のときは、Ｓ２８に進み、カウンタＥ１に１を加算する。次のＳ２９では、カウンタＥ１のカウント値が所定回数（例えば、１００回程度）以上であるか否かを確認する。
【００３６】
Ｓ２９において、カウンタＥ１のカウント値が所定回数以下であるときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の処理を繰り返す。しかしながら、Ｓ２９において、カウンタＥ１のカウント値が所定回数以上であるときは、異常検出センサ３８がクランクケース３６から剥がれているものと判断し、Ｓ３０に進み、警報機８２から警報を発して報知する。その後、Ｓ３１でモータスイッチ８６をオフにしてモータ１６への通電を停止する。
【００３７】
これにより、空気圧縮機１０の異常ではなく、異常検出センサ３８の不具合による異常であることが分かり、空気圧縮機１０そのものには何ら異常がないことが分かる。
【００３８】
また、上記Ｓ２７において、検波器７６から出力された信号の出力値が下限値以下でないときは、Ｓ３２に進み、検波器７６から出力された信号の出力値がメモリ８０に設定された閾値（上限値）以上かどうかをチェックする。このＳ３２において、検波器７６から出力された信号の出力値がメモリ８０に設定された閾値（上限値）以上でないときは、空気圧縮機１０が正常に運転されているので、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の処理を繰り返す。
【００３９】
しかしながら、Ｓ３２において、検波器７６から出力された信号の出力値がメモリ８０に設定された閾値（上限値）以上であるときは、空気圧縮機１０で何らかの異常が発生しているので、Ｓ３３に進み、カウンタＥ２に１を加算する。次のＳ３４では、カウンタＥ１のカウント値が所定回数（例えば、１００００回程度）以上であるか否かを確認する。
【００４０】
Ｓ３４において、カウンタＥ２のカウント値が所定回数以上でないときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の処理を繰り返す。しかしながら、Ｓ３４において、カウンタＥ２のカウント値が所定回数以上であるときは、空気圧縮機１０で何らかの異常（例えば、連接棒６０の折損や軸受５６，５８の摩耗等）が発生したものと判断し、Ｓ３５に進み、警報機８２から警報を発して報知する。その後、Ｓ３６でモータスイッチ８６をオフにしてモータ１６への通電を停止する。
【００４１】
このように、タイマによる所定時間内にＳ３４でカウンタＥ２のカウント値が所定回数以上であるときは、空気圧縮機１０で何らかの異常が発生したものと判定し、所定時間経過すると、カウンタをリセットするため、例えばクランクケース３６に工具が落下して衝撃が異常検出センサ３８で検出された場合に異常発生と判定せず、異常発生検出精度を高めることが可能になる。
【００４２】
尚、上記実施の形態では、往復動圧縮空気を一例として挙げたが、これに限らず、これ以外の方式で圧縮空気を生成する空気圧縮機にも適用できるのは勿論である。
【００４３】
また、上記実施の形態では、閾値設定スイッチ４８がオンに操作されると、設置場所で正常運転した場合の振動状態を検出し、設置された場所の環境（例えば、床面の硬さ等）に応じた閾値（上限値）を設定する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、空気圧縮機１０の電源ケーブルのプラグをコンセントに差し込んだときに、上記のような閾値設定処理を実行するようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、空気を圧縮する空気圧縮部と、圧縮部の振動を検知するセンサと、予めセンサの出力値に対する閾値が記憶された記憶部と、センサにより検知された検知信号と記憶部に記憶された閾値とを比較結果に応じて異常の有無を判定する判定手段と、を備えた空気圧縮機において、設置後の閾値設定操作により空気圧縮部を起動して当該閾値を演算する閾値演算手段と、閾値演算手段により演算された閾値を記憶部に記憶させる記憶手段と、を備えたため、設置場所の環境に応じた閾値を設定することができ、異常の有無の判定を正確に行うことができる。そのため、異常判定の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる空気圧縮機の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図３】信号処理基板５０の構成を示すブロック図である。
【図４】正常時に検出される信号の波形図であり、（Ａ）はアンプ出力の波形図、（Ｂ）は検波器出力の波形図である。
【図５】異常時に検出される信号の波形図であり、（Ａ）はアンプ出力の波形図、（Ｂ）は検波器出力の波形図である。
【図６】制御回路７８が実行する閾値設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】空気圧縮機１０が設置された後のモータ制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０　空気圧縮機
１２　空気タンク
１４　空気圧縮部
１６　電動モータ
１８　操作部
２２　第１シリンダ
２４　第２シリンダ
２６　第３シリンダ
３０，３２，３４　空気管路
３６　クランクケース
３８　異常検出センサ
４６　電源スイッチ
４８　閾値設定スイッチ
５０　信号処理基板
５２　カバー
５４　クランク軸
５６，５８　軸受
６０　連接棒
６２　ピストン
６８　吸気弁
７２　吐出弁
７４　アンプ
７６　検波器
７８　制御回路
８０　メモリ
８２　警報機
８４　電源回路
８６　モータスイッチ
【図１】
2004092508.tif 000003
【図２】
2004092508.tif 000004
【図３】
2004092508.tif 000005
【図４】
2004092508.tif 000006
【図５】
2004092508.tif 000007
【図６】
2004092508.tif 000008
【図７】
2004092508.tif 000009