(57)【要約】【課題】本発明の課題は、吐出量の少ない空気圧縮機で駆動される空気工具の連続作業可能時間を飛躍的に延ばすことである。【解決手段】圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し、上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータと、前記タンク部の一部に圧力センサを有し該圧力センサの出力に応じて前記モータをオン・オフ制御する圧力スイッチ機構とを有する空気圧縮機において、空気タンク内の圧力の時間変化率が所定値よりも大きいときは、圧力下降時スイッチオン点まで圧力が降下するのを待たずにモータを再起動するように構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内の圧力を検出する圧力センサと、電源と負荷との間に接続された開閉器と、上記圧力センサの信号に応じて上記開閉器を制御する制御手段とを有し、上記制御手段は、上記圧力容器の圧力が第１の値のときに上記開閉器をオンし、上記第１の値より大きい第２の値のときに上記開閉器をオフすると共に、上記圧力容器の圧力変化率が所定値以上のときは上記第１と第２の値の間にある第３の圧力値において上記開閉器をオンとするように制御することを特徴とする圧力スイッチ機構。
【請求項２】
圧縮空気を貯留するタンク部と、該タンク部に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータと、該モータに電圧を供給するための電源とモータとの間に接続された開閉器と、上記タンク部の圧力を検出するための圧力センサと、該圧力センサの信号に応じて上記開閉器のオン・オフを制御する制御手段とを有し、上記制御手段は上記圧力容器の圧力が第１の値のときに上記開閉器をオンし、第２の値のときに上記開閉器をオフすると共に、上記圧力容器の圧力変化率が所定値以上のときは第１及び第２の値とは異なる第３の値で上記開閉器をオンさせるように制御することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項３】
請求項２において上記第２の値は第１の値より大きく、第３の値は第１と第２の値の間の大きさを有することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項４】
請求項２において上記圧力センサはタンク部の圧力を所定時間間隔で検出するセンサであることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項５】
請求項４において空気圧縮機には空気工具が接続され、該空気工具の使用に伴うタンク部の圧力の脈動が検出できる時間間隔で圧力を検出することを特徴とする空気圧縮機。
【請求項６】
圧縮空気を貯留するタンク部と、該タンク部に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータと、該モータに電圧を供給するための電源とモータとの間に接続された開閉器と、上記タンク部の圧力を検出するための圧力センサと、該圧力センサの信号に応じて上記開閉器のオン・オフを制御する制御手段を有する空気圧縮機の制御方法において、上記タンク部の圧力Ｐ（ｉ）を検出し、第１の所定値より大きいときは上記モータを停止するステップと、一定時間ΔＴ１後の上記タンク部の圧力Ｐ（ｉ＋１）を検出するステップと、上記圧力Ｐ（ｉ＋１）とＰ（ｉ）の差ΔＰ１と上記一定時間ΔＴ１から圧力変化率を算出するステップと、上記圧力変化率が所定値より大きく、上記Ｐ（ｉ）が第１の所定値より小さいときはモータを駆動するステップとを有することを特徴とする空気圧縮機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気釘打機等の空気工具に用いられる圧縮空気を生成する空気圧縮機に係り、特に作業限界圧力に達するまでの連続作業時間の長い空気圧縮機及びこれに用いられる圧力スイッチ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に空気工具に用いられる空気圧縮機は、モータによって圧縮機本体のクランク軸を回転駆動し、このクランク軸の回転に応じてシリンダ内でピストンを往復動させることにより、吸気弁から吸い込んだ空気を圧縮するように構成されている。そして圧縮機本体で形成された圧縮空気は排気弁からパイプを通して空気タンクに吐出され、このタンク内に貯留される。空気工具はこのタンクに貯留された圧縮空気を用いて釘打等の作業を行うものである。
【０００３】
このように構成された空気工具用の空気圧縮機はまれに据置型として用いられるものもあるが、殆どは可搬型であり建築現場等に持ち込んで使用される。従って吐出量、つまり圧縮空気生成能力の比較的少ないものが多い。また、できるだけ小型で可搬性に優れていることが要求される。
【０００４】
また、圧縮機は安全上の理由からタンク内圧力が規定値に達するとモータを停止させると共に、空気工具の使用によりタンク内圧力が規定値よりも下がったときモータを再起動させるような機能をもっている。この機能を実現するのが圧力スイッチである。即ち圧力スイッチは、空気タンク内圧力を圧力センサで検出し、そのセンサからの信号に応じてモータをオン・オフ制御する。
【０００５】
図６は従来の圧力スイッチの動作を示すもので、縦軸は空気タンク内圧力（ｋｇ／ｃｍ２）、横軸は時間（ｍｉｎ）、ＰＨは圧力上昇時圧力スイッチオフ点、ＰＢは圧力下降時圧力スイッチオン点、ＰＬは作業限界圧力である。
【０００６】
従来技術において、ＰＢはＰＨに対しＰＢ＝（０．８〜０．８５）＊ＰＨなる値に設定している。この理由は、ＰＨ点でモータが停止した後、タンク内温度の下降及びエア漏れ等によりタンク内圧力は緩やかに低下するので、ＰＨとＰＢの差が小さいと空気工具を使わない状態でモータは頻繁に起動・停止を繰り返す発振状態になるので、これを防ぐためである。
【０００７】
図６において、空気消費が無く、タンク内圧力がゼロの状態でモータを起動すると、タンク内圧力は上昇しＰＨに達したａ点でモータは停止する。モータが停止した直後から空気消費量の少ない空気工具を連続的に使用すると、タンク内圧力は比較的緩やかに下降しＰＢに達したｂ点でモータは再起動する。そしてタンク内圧力は再び上昇しＰＨに達したｃ点でモータは停止する。ｃ点でのモータ停止直後から空気消費量の大きい空気工具を連続的に使用すると、タンク内圧力は急激に下降しＰＢに達したｄ点でモータは再起動する。しかしながら空気消費量に空気生成量が追いつかずタンク内圧力は下降し続け、遂にはｅ点で作業限界圧力ＰＬに達し作業の継続はできなくなる。この場合、作業を中断しタンク内圧力が上昇するのを待って次の作業をしなければならない。
【０００８】
従って、従来技術においては空気消費量の大きい空気工具を使用する場合、連続使用可能時間が短いという欠点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点をなくし、空気消費量の大きい空気工具を使用した場合にも連続使用可能時間の長い空気圧縮機及びこれに使用する圧力スイッチ機構を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、圧力スイッチ機構を、圧力容器内の圧力を検出する圧力センサと、電源と負荷との間に接続された開閉器と、上記圧力センサの信号に応じて上記開閉器を制御する制御手段とより構成し、上記圧力容器の圧力が第１の値のときに上記開閉器をオンし、上記第１の値より大きい第２の値のときに上記開閉器をオフすると共に、上記圧力容器の圧力変化率が所定値以上のときは上記第１と第２の値の間にある第３の圧力値において上記開閉器をオンとするように制御することに一つの特徴がある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、空気圧縮機を、圧縮空気を貯留するタンク部と、該タンク部に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータと、該モータに電圧を供給するための電源とモータとの間に接続された開閉器と、上記タンク部の圧力を検出するための圧力センサと、該圧力センサの信号に応じて上記開閉器のオン・オフを制御する制御手段とより構成し、上記圧力容器の圧力が第１の値のときに上記開閉器をオンし、第２の値のときに上記開閉器をオフすると共に、上記圧力容器の圧力変化率が所定値以上のときは第１及び第２の値とは異なる第３の値で上記開閉器をオンさせるように制御することにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、上記第２の値は第１の値より大きく、第３の値は第１と第２の値の間の大きさに設定し、上記圧力センサはタンク部の圧力を所定時間間隔で検出するセンサとしたことにある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、空気圧縮機には空気工具が接続され、該空気工具の使用に伴うタンク部の圧力の脈動が検出できる時間間隔で圧力を検出することにある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、圧縮空気を貯留するタンク部と、該タンク部に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータと、該モータに電圧を供給するための電源とモータとの間に接続された開閉器と、上記タンク部の圧力を検出するための圧力センサと、該圧力センサの信号に応じて上記開閉器のオン・オフを制御する制御手段を有する空気圧縮機の制御方法において、上記タンク部の圧力Ｐ（ｉ）を検出し、第１の所定値より大きいときは上記モータを停止するステップと、一定時間ΔＴ１後の上記タンク部の圧力Ｐ（ｉ＋１）を検出するステップと、上記圧力Ｐ（ｉ＋１）とＰ（ｉ）の差ΔＰ１と上記一定時間ΔＴ１から圧力変化率を算出するステップと、上記圧力変化率が所定値より大きく、上記Ｐ（ｉ）が第１の所定値より小さいときはモータを駆動するステップとを有することにある。
本発明の他の特徴及び利点は以下の説明により一層明瞭に理解される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明にかかる空気圧縮機は図４に示すように圧縮空気を貯留するタンク部１０、圧縮空気を生成する圧縮空気生成部２０、該圧縮空気生成部２０を駆動するためのモータ３０及び該モータ３０をオン・オフ制御するための圧力スイッチ３３等より構成されている。
【００１６】
タンク部１０は圧縮空気を貯留するための空気タンク１０Ａを有し、圧縮部２０の吐出口に連結されたパイプ２１を通して例えば６〜１０ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気が供給される。空気タンク１０Ａには通常複数個の圧縮空気取出口１８、１９が設けられており、圧縮空気取出口１８、１９は減圧弁１２、１３を介してカプラ１４、１５に接続されている。減圧弁１２、１３はその入口側の圧縮空気の圧力に拘らず出口側の圧縮空気の最高圧力が定められており、本実施形態ではその最高圧力が６〜８ｋｇ／ｃｍ２の範囲の所定値に選定されている。従って減圧弁１２、１３の出口側からは空気タンク１０Ａの圧力に拘らず上記の最高圧力以下の圧力の圧縮空気が得られる。
【００１７】
減圧弁１２及び１３には圧力計１６及び圧力計１７が取り付けられており、減圧弁１２及び１３の出口側の圧縮空気の圧力をモニタできるように構成されている。上記空気タンク１０Ａの一部には圧力センサ１１が取り付けられており、タンク１０Ａ内の圧縮空気の圧力が検出される。この検出信号は後述の圧力スイッチ３３に送られる。また空気タンク１０Ａの一部には安全弁１０Ｂが取り付けられており、空気タンク１０Ａ内の圧力が異常に高くなったときにその空気の一部を外部に逃がして安全を確保している。
【００１８】
圧縮空気生成部２０はシリンダ内にピストンを往復運動させ、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もので、このような圧縮機自体の構成は既に公知である。例えば本願発明と同一の出願人により出願されている特開平１１−２８０６５３にはモータの回転を、ロータ軸の先端に設けたピニオン及びこれとかみ合うギアを介して出力軸に伝達し、出力軸の運動によりピストンを往復動させる機構が開示されている。
【００１９】
ピストンがシリンダ内を往復動するとシリンダヘッドに設けられた吸気弁より引き込まれた空気が圧縮加工され、所定の圧力に達するとシリンダヘッドに設けられた排気弁から圧縮空気が得られる。この圧縮空気は図４のパイプ２１を通して前述の空気タンク１０Ａに供給される。
【００２０】
図５は本発明にかかる空気圧縮機の電気回路を示し、主スイッチ３２と圧力スイッチ３３を介して電源３１からモータ３へ電力が供給される。
【００２１】
圧力スイッチ３３は開閉器３３ｂと制御部３３ａからなり、上記タンク１０Ａに取り付けられた圧力センサ１１の検出信号により、制御部３３ａに内蔵された制御プログラムにより開閉器３３ｂを適宜オン・オフさせる構造となっている。
【００２２】
次に、制御部３３ａに内蔵された制御プログラムを図３を用いて説明する。
主スイッチ３２をオンさせた後、まずステップ１０１において初期設定を行い、開閉器３３ｂをオフにしモータ３０を停止状態にする。また、圧力タンク１０Ａの圧力センサ１１により検出された信号を制御部３３ａに取り込むためのサンプリング周期ΔＴ１を例えば０．０５秒に設定する。即ち圧力タンク１０Ａ内の圧力をＰ（ｉ）、但しｉ＝０、１、２、３…で表すと、Ｐ（ｉ）とＰ（ｉ＋１）の時間的間隔を０．０５秒に設定する。本実施形態では０．０５秒に１回タンク内圧力の変化を検出することとしているが、これは１回に大量の空気を消費する釘打機等が作動したときに生ずるタンク内圧力のリップルを検出可能にするために設定された周期である。即ち空気工具の使用に伴い、タンク内の平均的な圧力が低下するが、この平均値を検出するのではなく例えば釘打ちの動作による圧力の脈動を検出できるようΔＴ１が設定される。勿論この値は使用される空気工具にも依存するので本発明が必ずしも０．０５秒という数値に限定されるものでないことは明らかである。
【００２３】
次にステップ１０２に進みタンク１０Ａの圧縮空気の圧力Ｐ（ｉ）を測定し、これを制御部３３ａ内のメモリ（図示省略）に記憶する。ステップ１０３においては測定した圧力Ｐ（ｉ）が１０ｋｇ／ｃｍ２より大きいか否かを判定し、その判定が肯定（ＹＥＳ）のときはステップ１１１に進みモータ３０をオフに設定する。即ち本実施形態ではタンク１０Ａの圧力を８ｋｇ／ｃｍ２〜１０ｋｇ／ｃｍ２に維持するように制御する例を示しており、従ってタンク内圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２を超えるとモータ３０の回転が止められる。
【００２４】
ステップ１０３における判定が否定（ＮＯ）のときはステップ１０４に進み、（ｉ＋１）を（ｉ）と代入して、ステップ１０５においてタンク内圧力Ｐ（ｉ＋１）が測定され、その値が上述のメモリに記憶される。更にステップ１０６において周期ΔＴ１における圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１（＝（Ｐ（ｉ＋１）−Ｐ（ｉ））／０．０５）が算出される。この演算も上述の制御部３３ａによって行われる。
【００２５】
更にステップ１０７では上述の圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１が所定値より小さいか否かが判定される。この判定は圧力タンク１０Ａに接続された空気工具が連続釘打ちなどのように短時間に多量の空気を消費する態様で作動しているか否かを判定するもので、本実施形態では所定値を−１として設定されている。連続釘打ちをすると、タンク内圧力が脈動し、圧力変化のリップルが大きくなる。そしてΔＴ１におけるΔＰ１の減少が（−１）より大きい（つまりΔＰ１／ΔＴ１＜−１）ときにはそのリップルの大きさより判断して連続釘打ち等の態様で空気工具が使用されていると判定してステップ１０９に進む。
【００２６】
一方、前述のステップ１０７における判定が否定（ＮＯ）の場合、つまり短時間（０．０５秒）におけるタンク内の圧力変化率が所定値より小さい場合はステップ１０８に進み、タンク内圧力が８ｋｇ／ｃｍ２以上か否か判定される。この判定が肯定（ＹＥＳ）の場合はステップ１０２に戻るが、否定（ＮＯ）の場合はステップ１０９に進み、モータ３０をオンに設定する。
【００２７】
次にステップ１１０でタンク１０Ａの内圧Ｐ（ｉ）が１０ｋｇ／ｃｍ２より大きいか否かが判定される。この判定が肯定（ＹＥＳ）の場合はステップ１１１に戻ってモータ３０の回転を止める。ステップ１１０の判定が否定（ＮＯ）の場合は判定が肯定（ＹＥＳ）になるまでモータ３０がオンし続ける。
【００２８】
次に本発明装置の動作を図１、図２を用いて説明する。
図１において、縦軸は空気タンク内圧力（ｋｇ／ｃｍ２）、横軸は時間（ｍｉｎ）、ＰＨは圧力上昇時圧力スイッチオフ点、ＰＢは圧力下降時圧力スイッチオン点、ＰＬは作業限界圧力である。折れ線ａｂｃｄは従来のようにタンク内圧力の時間変化率検出をしない場合、折れ線ａｂｅは本発明のようにタンク内圧力の時間変化率検出を行った場合のタンク内圧力変化を示す。
【００２９】
ａｂ間はタンク内圧力がＰＨ＝１０ｋｇ／ｃｍ２に達しモータ３０が停止している状態である。時間Ｔ＝０までは空気消費はタンクのエア漏れのみであるので空気消費量は少なく、タンク内圧力は緩やかに、例えば９．７ｋｇ／ｃｍ２まで低下する。時間Ｔ＝０より例えば釘打機による連続釘打ちが始まると、大量に空気が消費されるためタンク内圧力は急速に低下する。
【００３０】
タンク内圧力の変化率検出をしない場合、タンク内圧力はｂ点からｃ点まで急速に低下し、ｃ点で圧力下降時圧力スイッチオン点ＰＢに達するとモータ３０が再起動する。従ってタンク内圧力低下は緩和されるものの圧力低下の現象は依然として継続し、ｄ点で作業限界圧力ＰＬに達し、空気工具の使用ができなくなる。従ってこの場合の連続作業時間はＴ１で示される。
【００３１】
一方、本発明のようにタンク内圧力の変化率検出をする場合の動作は図２に示されている。
【００３２】
図２は図１のＡ部拡大図であり、横軸の時間の単位は（ｓｅｃ）である。曲線（ａ）（ａ´）は、時間Ｔ＝０まではモータ３０は停止し、Ｔ＝０におけるタンク内の圧力Ｐが９．７ｋｇ／ｃｍ２であることを示している。時間Ｔ＝０より例えば釘打機による連続釘打ちが始まると、大量に空気が消費されるためタンク内圧力は脈動しながら急速に低下する。しかしながら本発明の場合は、ΔＴ１＝０．０５秒後にはタンク内の圧力変化率（＝ΔＰ１／ΔＴ１）が算出され、ΔＰ１／ΔＴ１＝−４＜−１であるためステップ１０７で変化率大と判断し、ΔＴ１＝０．０５秒後からモータ３０が再起動する。このためにモータ３０の起動時期が早まるので、曲線（ａ´）のようにタンク内圧力の低下は緩和される。
【００３３】
即ちタンクに大きな圧力変化が検出されると０．０５秒後にはモータ３０が再起動するので、その時点からタンク内の圧力の低下は緩和される。従ってその後、圧力の低下傾向が持続し、遂には作業限界圧力ＰＬに達するものの、従来の曲線（ａ）に比べて連続作業時間Ｔ２は大幅に長くなる。図１に示す実施例の場合、Ｔ２はＴ１の約１．５倍になる。
【００３４】
なお、上記の説明から分かるように本発明においては圧力変化率ΔＰ１／ΔＴ１が継続して大きい必要はなく、ＰＨ〜ＰＢ間でΔＰ１／ΔＴ１の大きな個所があればそれが引き金となってＰＢラインまでタンク内圧力が低下する前にモータ３０が再起動する。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように本発明にかかる空気圧縮機は、空気タンク内の圧力の時間変化率を検出し、時間変化率が大きいときは圧力下降時圧力スイッチオン点まで圧力が降下するのを待たずに、直ちにモータを再起動するので、作業限界圧力に達するまでの連続作業時間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図２】本発明空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図３】本発明空気圧縮機の制御に用いられるプログラムの一実施形態を示すフローチャート。
【図４】本発明空気圧縮機を示す上面図。
【図５】本発明空気圧縮機に用いられる電気回路図。
【図６】従来の空気圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【符号の説明】
１０：タンク部
１０Ａ：圧力タンク
１０Ｂ：安全弁
１１：圧力センサ
１２、１３：減圧弁
１４、１５：カプラ
１６、１７：圧力計
１８、１９：取出口
２０：圧縮空気生成部
２１：パイプ
３０：モータ
３１：電源
３２：主スイッチ
３３：圧力スイッチ
【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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