(57)【要約】【課題】圧縮機の故障を検出するための振動検出手段を、熱の影響を受けにくい箇所に設けることにより、信頼性の高い故障検出を行う。【解決手段】圧縮機本体５０の振動を検出する振動検出手段としての圧電素子２２を、圧縮運転することにより高温になる圧縮機本体５０自体ではなく、圧縮機本体５０が載置されるエアタンク１に支持される電源スイッチ収納箱３３内に圧電素子２２を取り付け、圧縮機本体５０の振動をエアタンク１等を通じて検出する。これにより、圧電素子２２が熱による影響を受けることがなくなり、正確に振動検出を行うことができ、故障診断装置としての信頼性を高めることができる。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、
該圧縮機本体の振動を検出する振動検出手段と、
該振動検出手段の検出信号により故障判定をする故障判定手段と、
を備えた圧縮機において、
前記振動検出手段を前記圧縮機本体が載置される載置台に前記圧縮機本体とは離間して設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記振動検出手段と前記故障判定手段とを近づけて配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
収納箱を前記載置台に取り付け、前記収納箱内に前記振動検出手段と前記故障判定手段とを配置したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、故障診断機能を設けた往復動圧縮機やスクロール圧縮機、スクリュー圧縮機等の圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気等の気体を圧縮する圧縮機としては、シリンダ内でピストンを往復動させて圧縮空気を生成する往復動圧縮機や、その他スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機等が知られている。これらの圧縮機には、圧縮機本体が異常状態であることを検出する故障診断装置を設け、早期に異常を検出し、作業者に警告または圧縮機を自動停止することが検討されている。その方法として、振動を検出して故障か否かを判定する故障診断装置が開発されている。例えば、往復動圧縮機の場合、圧縮機本体内部で異常が生じると、シリンダ内でピストンのガタ付きが発生し、正常時と比して振動が大きくなる。この異常時の振動を、圧縮機本体のシリンダヘッド部に取り付けた振動検出手段により検出し、正常時の振動と比較することで故障診断を行う（例えば、特許文献１）。
このように、圧縮機に故障を検出する故障診断装置を設けたことにより、もしも異常動作が起こっても早期に検出することが可能なため、部品交換によって容易に再使用可能に修復できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−１５３５８３号公報（第３頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、例えば振動検出手段として用いている加速度センサ等の振動センサを、シリンダヘッドに設ける構成としているため、次のような問題が生じる。
【０００５】
圧縮機本体、特にシリンダヘッドは、圧縮工程で加熱された高温の圧縮空気により熱せられるので、圧縮機本体の中で最も高温になる部材である。その高温のシリンダヘッドに振動センサを取り付けると、振動センサが熱により特性変化を起こし、正確な値を出力できなくなるという問題が起こる。また、シリンダヘッドは運転中高温になり、運転を停止すると雰囲気温度まで下がるため、温度振幅が大きく、振動センサも熱疲労により寿命が低下するという問題も起こる。
【０００６】
そのため、シリンダヘッドの熱を振動センサへ伝えないように、断熱材を介して振動センサを取りつけているが、断熱材を設けたとしても、運転中はその周辺が高温であるため、熱の影響を回避することは難しい。
【０００７】
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、圧縮機本体の故障を検出するための振動検出手段を、熱の影響を受けにくい箇所に設けることにより、信頼性の高い故障検出を行う圧縮機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機本体の振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段の検出信号により故障判定をする故障判定手段と、を備えた圧縮機において、前記振動検出手段を前記圧縮機本体が載置される載置台に前記圧縮機本体とは離間して設けたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成することにより、圧縮運転により高温になる圧縮機本体に振動検出手段を取りつけることなく、この圧縮機本体が載置される載置台を通じて、圧縮機本体の振動を振動検出手段により検出することができる。よって、振動検出手段が圧縮機本体による熱の影響を受けにくいため、信頼性の高い故障診断を行うことができる。
【００１０】
請求項２の発明によると、前記振動検出手段と前記故障判定手段とを近づけて配置したので、振動検出手段と故障判定手段とをつなぐ信号ケーブルにのるノイズの影響を最小に抑えることができる。
【００１１】
請求項３の発明によると、収納箱を前記載置台に取り付け、前記収納箱内に前記振動検出手段と前記故障判定手段とを配置した。これにより、振動検出手段および故障判定手段に埃や水分などが付着することを防止でき、振動検出手段および故障判定手段の信頼性を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態による圧縮機を、添付図面の図１ないし図５に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態による３気筒型の空気圧縮機１００を示す正面図で、図２は図１の空気圧縮機１００の圧縮機本体５０の拡大断面図である。１は圧縮空気を貯蔵するタンクとしてのエアタンクで、本実施の形態では、後述の圧縮機本体および振動検出手段、故障判定手段を載置する載置台としての役割を成している。エアタンク１の上部側には、後述のクランク軸６を回転駆動する動力源としての電動モータ２が設けられ、該電動モータ２の回転は、プーリー３、ベルト４を介してクランク軸６に伝達される。
【００１４】
５はエアタンク１上に設置台４０を介して設けられたクランクケースで、該クランクケース５は金属ケース等からなり、その上部側には、シリンダ７、８、９が搭載されている。そして、これらクランクケース５、シリンダ７、８、９及び後述の往復動機構により、圧縮機本体５０が構成されている。
【００１５】
６はクランクケース５に軸受等を介して回転可能に設けられたクランク軸で、該クランク軸６は、その端部側がクランクケース５から突出してプーリー３と連結されている。そして、クランク軸６は、プーリー３を介して電動モータ２により図２中の軸線Ｏ−Ｏを中心として回転駆動されるものである。
【００１６】
７、８、９はクランクケース５上に設けられた３個のシリンダで、該シリンダ７、８、９は、クランク軸６の回転方向（周方向）に間隔をもって配置され、これらの間隔は例えば６０°程度の角度に設定されている。
【００１７】
ここで、シリンダ７〜９のうち第１シリンダ７を例に挙げて説明すると、該第１シリンダ７の上部側には、図２に示す如く、弁板１０を介してシリンダヘッド１１が搭載されている。また、シリンダヘッド１１内には、弁板１０との間に位置して吸込室１２、吐出室１３が画成され、弁板１０には、吸込室１２と後述の圧縮室１７との間を連通、遮断する吸込弁１４と、吐出室１３と圧縮室１７との間を連通、遮断する吐出弁１５とが取付けられている。一方、第２、第３シリンダ８、９も、第１シリンダ７と同様に構成されているものである。
【００１８】
１６はシリンダ７〜９内にそれぞれ往復動可能に設けられたピストンで、該各ピストン１６は、ピストンピン１６Ａを介して連接棒１８と連結され、シリンダ７〜９内にそれぞれ圧縮室１７を画成している。
【００１９】
１８はクランク軸６とピストン１６との間を連結する連接棒で、該連接棒１８は、図２に示す如く、その大端部側が軸受１８Ａを介してクランク軸６に回転可能に連結され、その小端部側が他の軸受１８Ｂを介してピストン１６のピストンピン１６Ａに揺動可能に連結されている。このように、往復動機構は、クランク軸６、ピストン１６、ピストンピン１６Ａ、連接棒１８、軸受１８Ａ、１８Ｂ、ピストンリング等により大略構成されている。
【００２０】
１９は吸気時の騒音を低減するためにシリンダ７〜９の吸込室１２側に設けられた吸込サイレンサ、２０はシリンダ７〜９の吐出室１３側をエアタンク１に対して並列に接続する吐出配管である。
【００２１】
上述したように構成される圧縮機本体５０は、電動モータ２によりクランク軸６が回転駆動されると、クランク軸６の回転が連接棒１８等を介してピストン１６の往復動に変換され、シリンダ７〜９内で各ピストン１６がそれぞれ往復動する。これにより、シリンダ７〜９は、吸込サイレンサ１９、吸込室１２、吸込弁１４等を介して圧縮室１７内に空気を吸込んで圧縮し、この圧縮空気を吐出弁１５を介して吐出室１３側に吐出すると共に、吐出配管２０を介してエアタンク１に貯留するものである。
【００２２】
次に、空気圧縮機１００の故障診断装置２１について説明する。故障診断装置２１は、シリンダ７〜９内でピストン１６が往復動するときの振動を圧電素子２２を用いて検出し、クランク軸６、ピストン１６、ピストンピン１６Ａ、連接棒１８、軸受１８Ａ、１８Ｂ、ピストンリング等を含む往復動機構の摩耗や連接棒１８の折損等による異常振動を判定し、故障を診断するものである。
【００２３】
故障診断装置２１は振動検出手段としての圧電素子２２と故障判定手段としての診断処理回路２３とより構成されている。該故障診断装置２１の出力側には異常の際に警報を発する警報ランプ３０と、空気圧縮機１００を自動停止できるよう、電源スイッチ３２とが接続されている。本実施例では、電源スイッチ３２と共に、故障診断装置２１を、埃や水分が圧電素子２２や診断処理回路２３の電子部品に付着しないよう電源スイッチ収納箱３３内に納め、該電源スイッチ収納箱３３は、エアタンク１に固定された支持プレート３４によりエアタンク１に支持される。
【００２４】
振動検出手段である圧電素子２２は、例えば歪み変形することにより変形量に応じた電圧を発生する汎用的な圧電材料を用いて構成されている。そして、圧電素子２２は、診断処理回路２３の回路基板２３ａ上に固定して設けられており、シリンダ７〜９内でピストン１６が往復動するときに発生する圧縮機本体５０の振動をエアタンク１、支持プレート３４、電源スイッチ収納箱３３を通じて検出し、この振動波形に対応する電圧信号を検出信号Ｓとして診断処理回路２３に出力する。
【００２５】
次に図３を参照しつつ、診断処理回路２３の回路構成を説明する。診断処理回路２３は圧電素子２２の出力側に接続され、圧電素子２２の検出信号Ｓを増幅する増幅器２４と、検出信号Ｓのノイズを除去するフィルタ２５と、検出信号Ｓの信号波形の包絡線とほぼ等しい波形の包絡線信号Ｓ′（図４、図５中に点線で図示）を出力する包絡線検波器２６と、比較器２７、ＣＰＵ２８及び記憶部２９とより構成されている。
【００２６】
２７は包絡線検波器２６の出力側に接続された故障診断用の比較器で、該故障診断用の比較器２７には、例えば一定の電圧値として予め定められた故障判定値Ｖｅと、周期的に増大する包絡線信号Ｓ′とが入力される。
【００２７】
ここで、シリンダ７〜９は、上死点の近傍では、例えばピストン１６により空気が圧縮、吐出されることによって振動レベルが大きくなる。このため、圧電素子２２の検出信号Ｓと包絡線信号Ｓ′の信号波形は、図４および図５に示す如く、シリンダ７〜９が順次上死点の近傍となる毎に周期的に増大する。
【００２８】
そして、比較器２７は、故障判定値Ｖｅと包絡線信号Ｓ′との大小関係を比較することにより、もし、包絡線信号Ｓ′が故障判定値Ｖｅを越えた場合、図５に示す如く、パルス状の故障信号ＥをＣＰＵ２８に出力するものである。故障信号Ｅは、包絡線信号Ｓ′が判定値Ｖｅを超えたときに低レベルＬから高レベルＨへと立上り、包絡線信号Ｓ′が判定値Ｖｅ以下となったときに高レベルＨから低レベルＬへと立下がる。
【００２９】
２８は電動モータ２と一緒に電源回路（図示せず）によって給電されるＣＰＵで、該ＣＰＵ２８は、その入力側に比較器２７が接続され、その出力側に警報器としての警報ランプ３０、スイッチ駆動回路３１等が接続されている。また、ＣＰＵ２８は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部２９を有し、この記憶部には、故障診断制御のプログラムと、カウンタ、故障判定用カウンタ値等が記憶されている。
【００３０】
ＣＰＵ２８は、比較器２７から故障信号Ｅが入力されたか否かを一定の間隔で読み取り、故障信号Ｅを読み取った回数が故障判定用カウンタ値を超えたときに、シリンダ７〜９のいずれかの異常等によって圧縮機本体５０が故障したと診断する。
【００３１】
ここで、空気圧縮機１００における故障時の動作について説明する。圧縮機本体５０の例えばピストンリング等の摩耗が進むと、ピストン１６とシリンダ７との間に隙間が生じ、シリンダ７へのピストン１６の接触に変化が生じる。このため、正常時に比べて圧縮機本体５０の振動が大きくなり、圧縮機本体５０が発生するこの振動を、エアタンク１、支持プレート３４、電源スイッチ収納箱３３を通じて圧電素子２２が検出する。そして、圧電素子２２の検出信号は、圧電素子２２が設けられている回路基板２３ａの診断処理回路２３に伝えられる。例えばシリンダ７で往復動機構の各部品に異常が生じた場合には、圧電素子２２に伝わる振動レベルが異常に大きくなり、その検出信号Ｓが増大する。そして、図５に示す如く周期的に増大する３連の検出信号Ｓ（包絡線信号Ｓ′）のうちの１番最初の信号が判定値Ｖｅを超えるようになり、故障信号Ｅが出力される。また、シリンダ７で連接棒１８が折損した場合等にも、故障信号Ｅが出力される。そして、ＣＰＵ２８は、故障信号Ｅを読み取った回数が故障判定用カウンタ値を超えると、圧縮機本体５０が故障したと診断し、スイッチ駆動回路３１を介して電源スイッチ３２（リレー）を開成（ＯＦＦ）し、電動モータ２を停止すると共に、警報ランプ３０を点灯して警報を発生する。
【００３２】
また、シリンダ８、９でも同様に、往復動機構に異常が生じると、それぞれの上死点の近傍で周期的に増大する３連の検出信号Ｓ（包絡線信号Ｓ′）のうちの２番目又は３番目の信号が判定値Ｖｅを越えて故障信号Ｅが出力され、これを受けてＣＰＵ２８は圧縮機５０が故障したと判断する。
【００３３】
かくして、本実施の形態では、圧電素子２２を載置台となるエアタンク１に支持される電源スイッチ収納箱３３内に納め、雰囲気温度に対し温度上昇が著しい圧縮機本体５０から離間した位置に圧電素子２２を設けたので、圧縮運転により高温になる圧縮機本体５０に圧電素子２２を取り付けることなく、圧縮機本体５０の振動をエアタンク１等を通じて圧電素子２２により検出することができる。よって、圧縮機本体５０の熱により、圧電素子２２が特性変化を起こし、正確な値を出力できなくなるという問題を無くすことができる。
【００３４】
また、電源スイッチ収納箱３３は電源スイッチ３２自信の温度上昇が殆どないので、温度振幅による圧電素子２２の熱疲労を軽減することができ、圧電素子２２の寿命が損なわれることを回避することができる。
【００３５】
さらに、電源スイッチ収納箱３３内に圧電素子２２、および診断処理回路２３を設けたので、圧電素子２２を外部に露出させることにより、作業者が作業中に誤って圧電素子２２に触れてしまい、圧電素子２２が取り付け箇所から脱落するといった問題を無くすことができる。また、既存の電源スイッチ収納箱３３内に収納したことにより、圧電素子２２や信号ケーブルを埃や水分等から保護するためのカバーが不要となり、組み付けを容易にすることができる。
【００３６】
さらに、圧電素子２２を診断処理回路２３の回路基板２３ａ上に固定して設け、圧電素子２２と診断処理装置２３とを近づけて配置したので、圧電素子２２と診断処理回路２３との間の信号ケーブルを無くす、もしくは短く配線することができ、信号ケーブルにのるノイズの影響を受けにくくなり、圧電素子２２による検出信号を正確に診断処理回路２３に伝えることができる。
【００３７】
尚、本実施の形態では振動検出手段としての圧電素子２２を電源スイッチ収納箱３３内に収納する場合について説明したが、それに限らず、例えばエアタンク１上の支持プレート３４やエアタンク１に、また、圧縮機本体５０直下の設置台４０（載置台）に取り付ける等、圧縮機本体５０と同じ載置台に圧縮機本体５０から離間して取り付けるようにすればよい。支持プレート３４に取り付けた場合、本実施の形態で説明したのと同様に圧縮機本体５０から最も離間しているため、熱の影響を受けることなく、振動を検出することができると共に、圧電素子２２と診断処理回路２３とが近づけて配置されるので、信号ケーブルにのるノイズの影響を受けにくくできる。設置台４０に取り付ける場合には、圧縮機本体５０と離間してはいるので、熱の影響を受けにくく、しかも振動源である圧縮機本体５０の近傍であるため、圧縮機本体５０の振動を精度よく検出することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では圧縮機本体５０がエアタンク１上に載置されているものについて説明したが、エアタンク１を有しない構成の空気圧縮機の場合や、エアタンク１と圧縮機本体５０とを並べて使用する場合には、エアタンクに代えて圧縮機本体５０が載置される台やフレーム等を載置台として、この載置台に圧電素子２２を設けるようにしてもよい。このようにしても、熱の影響を受けることなく、振動を検出することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態では振動検出手段として、圧電素子２２を用いて説明したが、これに限らず、例えば振動を音で検出するマイクロホンセンサ等を用いてもよく、要は圧縮機本体５０の振動を検出できるものであれば、他のセンサであってもよい。マイクロホンセンサの場合には、音をひろいやすいように電源スイッチ収納箱３３内に収納するのではなく、圧縮機本体５０とは離間してその近傍に設けるようにすると良い。
【００４０】
また、本実施の形態では圧電素子２２及び診断処理回路２３を電源スイッチ収納箱３３に収納しているものとして説明したが、これに限るものでなく、圧電素子２２及び診断処理回路２３が収納される収納箱としては、空気圧縮機１００の運転制御を行う制御基板が収納される収納箱でもよく、載置台に取り付けられて圧縮機本体の振動が伝達されるものであればいずれの収納箱であってもよい。
【００４１】
また、本実施例では警報手段として警報ランプを用いたが、それに限らず警報ブザーを用いてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では、３気筒型の空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明は多気筒型の圧縮機に限るものではなく、例えば１個のシリンダを有する単気筒型の圧縮機に適用してもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では圧縮機として往復動圧縮機を例にあげて説明したが、それに限らず例えば回転式の圧縮機であるスクロール圧縮機やスクリュー圧縮機に適用してもよいのはもちろんである。
【００４４】
さらに、本発明は、空気以外の気体を圧縮する各種の往復動圧縮機、またそれ以外の圧縮機にも適用できるのは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、気体を圧縮して圧縮気体を生成する圧縮機本体と、該圧縮機の振動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段の検出信号により故障判定をする故障判定手段と、を備えた圧縮機において、前記振動検出手段を前記圧縮機本体が載置される載置台に前記圧縮機本体とは離間して設けた。
【００４６】
このように構成することにより、圧縮運転により高温になる圧縮機本体に振動検出手段を取りつけることなく、この圧縮機本体が載置される載置台を通じて、圧縮機本体の振動を振動検出手段により検出することができる。よって、振動検出手段が圧縮機本体による熱の影響を受けにくいため、信頼性の高い故障診断を行うことができる。
【００４７】
請求項２の発明によれば、前記振動検出手段と前記故障判定手段とを近づけて配置したので、振動検出手段と故障判定手段とをつなぐ信号ケーブルにのるノイズの影響を最小に抑えることができる。
【００４８】
請求項３の発明によれば、収納箱を前記載置台に設け、前記収納箱内に前記振動検出手段と前記故障判定手段とを配置した。これにより、振動検出手段および故障判定手段に埃や水分などが付着することを防止でき、振動検出手段および故障判定手段の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による３気筒型の空気圧縮機を示す正面図である。
【図２】図１の空気圧縮機の圧縮機本体の拡大断面図である。
【図３】圧縮機の故障診断装置を示す回路構成図である。
【図４】圧縮機本体が正常なときの圧電素子の検出信号及び故障信号を示す特性線図である。
【図５】圧縮機本体に故障が生じたときの圧電素子の検出信号、及び故障信号を示す特性線図である。
【符号の説明】
１　エアタンク（載置台）
２２　圧電素子（振動検出手段）
２３　診断処理回路（故障判定手段）
３３　電源スイッチ収納箱
５０　圧縮機本体
１００　空気圧縮機
【図１】
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【図２】
2004124725.tif 000004
【図３】
2004124725.tif 000005
【図４】
2004124725.tif 000006
【図５】
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