JPH10103247A - 二段圧縮機の負荷調整機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮機が使用する電源の状態を反映して最適な
負荷制御を行い、電動モータに生じる過負荷を軽減する
とともに、圧縮機の耐久性を格段に向上させることがで
きる二段圧縮機の負荷調整機構を提供すること。 【解決手段】二段の圧縮室２、３を連結する連結管６ａ
には排気口１５ａ、１５ｂを形成し、各排気口にはそれ
ぞれ電磁弁ＳＶ１、ＳＶ２を設け、電動モータ１の駆動
回路には圧縮気体貯蔵タンク７の内圧の最高圧力を検出
して駆動回路を遮断する第１の圧力スイッチＰＳ１と、
端末に供給する所定圧力を超えた時に駆動回路を遮断す
る第２の圧力スイッチＰＳ２と、上記圧力スイッチを選
択する選択スイッチ２２と、上記駆動回路を流れる電流
から電動モータの負荷を計測する計測手段２３とを設
け、上記計測手段２３の計測結果に基づいて電磁弁ＳＶ
１、ＳＶ２を制御して電動モータ１の負荷を軽減させる
とともに、選択スイッチ２２を制御して第２の圧力スイ
ッチＰＳ２により最高圧力に到達する前に駆動回路を遮
断し電動モータ１を停止させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共通のモータで気
体の圧縮作動を行う二段の圧縮室を備えた二段圧縮機に
おいて、運転中に電動モータに生じた過負荷を軽減して
運転効率の低下を防ぐ二段圧縮機の負荷調整機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、空気式釘打機等の空気式作業機
に圧縮空気を供給する二段圧縮機は、２つの圧縮室を備
え、前段の圧縮室の吐出口と後段の圧縮室の吸気口とを
接続させて配置し、前段の圧縮室で圧縮した気体を後段
の圧縮室でさらに圧縮し、後段の圧縮室の吐出口を圧縮
気体貯蔵タンクに接続させたものである。各圧縮室では
ピストン・シリンダ機構により吸気を圧縮するが、各ピ
ストンのピストンロッドは共通の電動モータの出力軸に
連結されて一体に構成されている。

【０００３】通常の圧縮機では、上記電動モータは最大
圧力での圧縮機構の吐出負荷に見合った出力の電動モー
タが選定されている。さらに、最大圧力値で作動する圧
力スイッチが設けられていて、タンク内圧力が所定値に
上昇すると、モータの電源を遮断して停止させたり、ア
ンロード機構を作動させて圧縮機を空転させたりしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】釘打機等の工具で使用
する空気圧力に近い中間圧力以下での圧縮機の運転状態
は、電動モータにとって充分余裕があるため、圧縮機構
を大きくして中間圧力以下での吐出量が大きくなるよう
に設定し、高圧領域では電動モータの負荷状態を検出し
て電磁弁などを作動させて電動モータの負荷を軽減させ
る負荷制御を採用し、全体として効率のよい運転をさせ
ることが行われている。

【０００５】しかしながら、圧縮機に電力を供給するた
めに長いケーブルを使用している場合や、同じ電源で他
の電動工具等へ同時に電力を供給している場合等、電源
事情がよくない環境で使用される場合は、上記負荷制御
が作動した後も電源電流の上昇等の電動モータの過負荷
が発生することがある。この場合さらに負荷制御を行っ
て圧縮機の負荷を軽減することも考えられるが、さらに
吐出量が低下し充填に時間がかかるため電動モータやピ
ストン・シリンダ機構を長時間作動させることになり、
圧縮機の耐久性の面で問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解消し、圧縮機が使
用する電源の状態を反映して最適な負荷制御を行い、電
動モータに生じる過負荷を軽減するとともに、圧縮機の
耐久性を格段に向上させることができる二段圧縮機の負
荷調整機構を提供することをその課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に係る二段圧縮機の負荷調整機構は、共通の
電動モータで作動するピストン・シリンダ機構により吸
気を圧縮して吐出する二段の圧縮室を備え、前段の圧縮
室の吐出口側と後段の圧縮室の吸気口側とを連結管によ
り接続させて配置するとともに、後段の圧縮室の吐出口
を圧縮気体貯蔵タンクに接続させ、圧縮気体貯蔵タンク
に接続された空気式釘打機等の端末に圧縮空気を供給す
る二段圧縮機において、上記連結管には少なくとも２つ
の排気口を形成し、各排気口にはそれぞれ電磁弁を設け
るとともに、上記電動モータの駆動回路には上記圧縮気
体貯蔵タンクの内圧の最高圧力を検出して駆動回路を遮
断する第１の圧力スイッチと、上記端末に供給する所定
圧力を超えた時に駆動回路を遮断する第２の圧力スイッ
チと、上記圧力スイッチを選択する選択スイッチと、上
記駆動回路を流れる電流から電動モータの負荷を計測す
る計測手段とを設け、上記計測手段の計測結果に基づい
て電動モータの負荷が大きくなったと判断した時には上
記電磁弁を制御して電動モータの負荷を軽減させるとと
もに、電源事情が悪いと判断した時には上記選択スイッ
チを制御して第２の圧力スイッチにより最高圧力に到達
する前に駆動回路を遮断し電動モータを停止させること
を特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は二段圧縮機を示すもので、
この二段圧縮機は、共通の電動モータ１で作動するピス
トン・シリンダ機構により吸気を圧縮して吐出する二段
の圧縮室２、３を前段の圧縮室２の吐出口４ｂと後段の
圧縮室３の吸気口５ａとを接続させた配置とするととも
に、後段の圧縮室３の吐出口５ｂを圧縮気体貯蔵タンク
７に接続させたものである。

【０００９】電動モータ１と圧縮室２、３とは互いに連
結された２個の圧縮気体貯蔵タンク７に架設されてい
る。電動モータ１はピストン・シリンダ機構を介して圧
縮室２、３に連結されている。電動モータの出力軸８は
その両端から突出し、出力軸８の両側の突出部８ａには
偏心円板９が固定されている。出力軸８の両端の偏心円
板９は互いに位相が１８０度異なるように取りつけられ
ている。各圧縮室２、３とピストン・シリンダ機構とは
電動モータ１の両側に配置されている。ピストン・シリ
ンダ機構は上記圧縮室２、３（シリンダ）内に摺動自在
に収容されたピストン１０と、一端がピストン１０に連
結されたピストンロッド１１とから成るとともに、ピス
トンロッド１１の他端は上記出力軸８の端部に固定され
た偏心円板９に連係している。

【００１０】各圧縮室２、３にはそれぞれ吸気口４ａ、
５ａと吐出口４ｂ、５ｂとが形成され、それぞれ圧縮室
に開口している。そして、吸気口４ａ、５ａと圧縮室
２、３及び吐出口４ｂ、５ｂとの間にはそれぞれ吸気弁
１３と吐出弁１４とが開閉自在に取りつけられている。
さらに、前段の圧縮室２の吐出口４ｂは連結管６ａを介
して後段の圧縮室３に接続している。後段の圧縮室３の
吐出口５ｂは連結管６ｂを介して圧縮気体貯蔵タンク
（以下、タンクという）７に接続している。

【００１１】そして、前段の圧縮室２と後段の圧縮室３
との間の連結管６ａには排気口１５ａと排気口１５ｂと
が形成され、排気口１５ａには第１の電磁弁ＳＶ１が、
排気口１５ｂには第２の電磁弁ＳＶ２がそれぞれ設けら
れている。

【００１２】また、上記電動モータ１の駆動回路には図
３のブロック図に示すように、第１の圧力スイッチＰＳ
１と第２の圧力スイッチＰＳ２とが並列に接続されると
ともに第１の圧力スイッチＰＳ１には選択スイッチ２２
が直列に接続されている。さらに、駆動回路を流れる電
流を計測しモータ１の負荷を計測する計測手段２３が設
けられ、この計測手段２３が計測した結果に基づいて上
記各電磁弁ＳＶ１、ＳＶ２及び選択スイッチ２２を制御
する制御回路２５が配置されている。なお、符号２６は
電源スイッチ、２７は空気式釘打機等の端末を示す。

【００１３】第１の圧力スイッチＰＳ１及び第２の圧力
スイッチＰＳ２はタンク７に配置され、第１の圧力スイ
ッチＰＳ１はタンク７の内圧が最高圧力に到達した時に
作動してモータの駆動回路を遮断し、第２の圧力スイッ
チＰＳ２はタンク７の内圧が圧縮空気を使用する空気式
釘打機等の端末２７が充分作動できる圧力を超えた時に
作動してモータの駆動回路を遮断し、それぞれ電動モー
タ１を停止するようにその計測圧力が設定されている。
なお、上記第１の圧力スイッチＰＳ１に直列に接続され
た選択スイッチ２２は、電源事情の良否（供給電圧の変
動）に対応してＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチで、ＯＮし
た状態では第２の圧力スイッチＰＳ２が先にＯＦＦして
も最高圧力に到達するまで第１の圧力スイッチＰＳ１が
ＯＮ状態を持続して電動電動モータ１の運転を継続し、
ＯＦＦした状態では最高圧力に到達しなくても端末２７
が作動する圧力を充分に超えた時には第２の圧力スイッ
チＰＳ２によりモータ駆動回路を遮断し、電動モータ１
を停止させるように構成されている。

【００１４】計測手段２３は、ＣＴ型電流センサ等の電
流センサで構成され、モータ駆動回路を流れる電流を計
測し、計測結果は上記制御回路２５に入力されるように
構成されている。

【００１５】制御回路２５はマイクロプロセッサで構成
すればよく、内蔵したメモリに予め記憶させた制御プロ
グラムに従って、上記計測手段２３の計測した電流値か
ら電動モータ１の負荷の状態及び電動モータ１の作動状
態を判断し、電磁弁ＳＶ１、ＳＶ２及び選択スイッチ２
２を制御して電動モータ１の負荷及び作動を制御するよ
うに構成されている。

【００１６】次に、二段圧縮機の負荷調整機構の作動態
様について図４の電流・圧力特性曲線図及び図５のフロ
ーチャート図により説明する。

【００１７】電源スイッチ２６をＯＮし、電動モータ１
を作動させて出力軸８を回転させることにより、両側の
偏心円板９の回転に応じてピストンロッド１１が往復作
動し、ピストン１０も圧縮室２、３の内部を往復運動す
る。前段の圧縮室２においてピストン１０が下動すると
圧縮室２内の容積が膨張するから、吸気口４ａと圧縮室
２内部のとの間の差圧により吸気弁が開き、圧縮室２内
に期待が供給される。この時吐出弁１４は閉じたままで
ある。同時に、後段の圧縮室３ではピストン１０が上動
し、圧縮室３内の容積が縮小するから圧縮室内部と吐出
口５ｂとの間の差圧により吐出弁１４が開いて圧縮室３
内の気体は吐出口５ｂから吐出される。この時吸気弁１
３は閉じたままである。前後段の圧縮室でピストンが逆
方向に移動する場合は、吸気弁１３と吐出弁１４とは逆
に作動する。したがって、各圧縮室２、３でピストン１
０が往復作動すると、各圧縮室内に吸気後に圧縮されて
吐出される。そして、前段の圧縮室２の吐出口４ｂから
吐出された圧縮気体は連結管６ａを介して後段の圧縮室
３の吸気口５ａに送られ、さらにこの圧縮室で圧縮され
て吐出口５ｂから吐出されて連結管６ｂを経てタンク７
に貯蔵される。

【００１８】ところで、電動モータ１が作動しタンク内
の圧力が高くなると電動モータ１の負荷が大きくなり、
負荷の増大（圧力の上昇）に伴って電動モータ１の駆動
電流が大きくなっていく。この電動モータ１の駆動電流
は電流センサ２３により計測され、計測した結果は制御
回路２５で常に監視されている。この駆動電流（図４の
実線）が負荷の増大に伴って大きくなっていくが、制御
回路２５は駆動電流が負荷制御電流値Ａ１を超えたかど
うか判断し（ステップＳＴ１）、負荷制御電流値Ａ１を
超えた場合は制御レベルを１段階上げる（ステップＳＴ
２）。この制御レベルは電磁弁の開放状態を示し、制御
レベルが０の場合は電磁弁ＳＶ１、ＳＶ２がＯＦＦ（閉
じた）状態、１の場合は電磁弁ＳＶ１がＯＮ（開放）状
態で電磁弁ＳＶ２がＯＦＦ状態、２の場合は電磁弁ＳＶ
１、ＳＶ２がＯＮ状態になるように制御回路２５が出力
する制御信号ｃ１、ｃ２により電磁弁ＳＶ１、ＳＶ２が
制御されている。

【００１９】初期状態では制御レベル０で電動モータ１
の運転が開始されるので、最初に駆動電流が負荷制御電
流値Ａ１を超えた時には（ａ点）、レベル１になりステ
ップＳＴ７、ＳＴ８で電磁弁ＳＶ１のみをＯＮして排気
口１５ａを開放する。排気口１５ａが開くと、前段の圧
縮室２で圧縮されて連結管６ａを通ってきた１次圧の気
体が開放されるから、吸気口５ａから後段の圧縮室３に
導入される吸気側の圧力は低減し、後段の圧縮室３内で
ピストン１０を駆動させる駆動力も小さくて済むので電
動モータ１の負荷が軽減される。この時、タンク７の内
圧が最高圧力に達していなければ（ステップＳＴ１
２）、ステップＳＴ１に戻って駆動電流が負荷制御電流
値Ａ１に到達しているかどうか判断する。負荷制御電流
値Ａ１に到達していれば（ｂ点）再びステップＳＴ２に
進んで制御レベルを１段上げる。この時は、レベルは２
になるのでステップＳＴ９、ＳＴ１０で電磁弁ＳＶ１、
ＳＶ２の両方を開放する。以下であればステップＳＴ３
で駆動電流が負荷解除電流値Ａ２以下かどうか判断す
る。

【００２０】この負荷解除電流は負荷制御で電磁弁を開
放した結果、吐出量が減少し、複数の端末が連続稼働し
ているような場合はタンク７内の圧力が急激に下がり電
動モータ１の負荷が大幅に減少することになるので、電
動モータ１は楽な運転状態になり回転数が上昇する結
果、大幅に低下した駆動電流である。

【００２１】駆動電流が負荷解除電流値Ａ２以下であれ
ば、その状態で圧縮運転を行うには無駄があるのでステ
ップＳＴ４で制御レベルを１段下げ、開放している電磁
弁を１つ閉じて吐出圧力を上昇させる。レベル１で圧縮
運転している場合はレベルが０になるのでステップＳＴ
５、ＳＴ６で電磁弁ＳＶ１を閉じて圧縮運転を行う。も
しレベル２で圧縮運転を行っている場合はレベルが１に
なるのでステップＳＴ７、ＳＴ８で電磁弁ＳＶ２を閉じ
て圧縮運転を行う。

【００２２】駆動電流が負荷解除電流値Ａ２以上であれ
ば制御変更することなくステップＳＴ１２でタンク７の
内圧が最高圧力に達しているかどうか判断し、到達して
いなければステップＳＴ１に再び戻り、駆動電流を監視
する。タンク７の内圧が最高圧力（Ｐ１）に達している
時は第１の圧力スイッチＰＳ１がＯＦＦになり駆動回路
を遮断して電動モータ１は停止する（ステップＳＴ１
４）。この時、制御回路２５は制御レベルを０に変更す
る。タンク７内の圧力が低下して第１の圧力スイッチＰ
Ｓ１が復帰（ＯＮ）すると電動モータ１７が再び回転を
始め、圧縮運転を再開する。

【００２３】このようにして、タンク７の内圧が最高圧
力Ｐ１に到達するまで駆動電流を監視しながら電磁弁Ｓ
Ｖ１、ＳＶ２の開閉を繰り返して電動モータ１の負荷を
制御し、電動モータ１を作動させてタンク７に圧縮空気
を吐出する。

【００２４】ところで、圧縮機に電力を供給する電源が
作業現場から離れているために長い電源ケーブルを使用
している場合や、電源容量があまり大きくない電源から
他の電動工具等に同時に電力を供給している場合等電源
事情がよくない（電圧が低い）環境で圧縮機を使用して
いる場合は、電動モータ１の駆動電流は図４の点線のよ
うになり、正常電圧で使用する場合に比べて低い圧力で
負荷制御電流値Ａ１（ａ１点）に到達してしまう。負荷
制御電流値Ａ１に到達した時は制御レベルを変更して電
動モータ１を作動させるが、制御レベル２（ｂ１点）の
状態で圧縮運転をさせて、再び負荷制御電流値Ａ１に到
達（ｃ点）してもすでにすべての電磁弁は開放している
ので負荷は軽減されることはない。この状態で電動モー
タ１が連続運転していくと第１の圧力スイッチＰＳ１が
作動する前に電動モータ過負荷電流値Ａ３を超えてしま
い、電動モータ１が焼損する等のトラブルや、長時間の
非効率運転を続けることになるので、選択スイッチ２２
の状態をチェックして（ステップＳＴ１１）、この選択
スイッチ２２がＯＦＦになっていればステップＳＴ１３
に進んで、タンク７の内圧が端末が利用する圧力を充分
に超えた圧力（Ｐ２）に到達していれば、最高圧力（Ｐ
１）に到達していなくても第２の圧力スイッチＰＳ２が
ＯＦＦになり駆動回路を遮断して電動モータ１に対する
電力供給を停止し（ステップＳＴ１４）、電動モータ１
を過負荷電流で作動させることを防止する。この時、制
御回路２５は制御レベルを０に変更する。タンク７内の
圧力が低下して第２の圧力スイッチＰＳ２が復帰（Ｏ
Ｎ）すると電動モータ１が再び回転を始め、圧縮運転を
再開する。

【００２５】選択スイッチ２２は初期状態ではＯＮ状態
にセットされるが、電源事情が悪い場合は電動モータ１
の駆動電流は図４の点線のように変化し、制御レベル２
の状態で負荷制御電流値Ａ１（ｃ点）を超えても負荷は
軽減されないので、制御回路２５は制御レベル２の状態
で負荷制御電流値Ａ１を計測した場合は電源状態がよく
ないと判断して選択スイッチ２２をＯＦＦする。この場
合の選択スイッチ２２はリレー（図示せず）の接点で構
成すればよく、制御回路２５はリレーを作動させて第２
の圧力スイッチＰＳ２によりモータの駆動回路を遮断す
るようにすればよい。

【００２６】上述のように、電源事情がよくない場合は
選択スイッチ２２をＯＦＦして圧力スイッチ第２の圧力
スイッチＰＳ２を作動させることにより、電動モータ１
に長時間非効率な運転をさせることを回避できるととも
に、電動モータ１を過負荷状態で運転させることがなく
なり電動モータ１の焼損等のトラブルを回避することが
できる。

【００２７】なお、上記選択スイッチのＯＮ／ＯＦＦは
手動で操作してもよい。手動操作の場合は、圧縮機に電
力を供給する電源が作業現場から離れているために長い
電源ケーブルを使用している場合や、電源容量があまり
大きくない電源から複数の圧縮機に電源を供給している
等、予め電源事情がよくないと予測される場合は選択ス
イッチ２２をＯＦＦ操作すればよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の二段圧縮機の負荷調整機構によ
れば、最適な負荷制御と電動モータの制御とを行うこと
ができ、空気式釘打機等の端末が使用する圧力を充分に
確保できるとともに、電源電圧の低い状態での圧縮機の
安定した運転が可能になり、電動モータに過負荷運転を
させることがなくなり、失速したり焼損したりするトラ
ブルを防止できるとともに、長時間非効率な運転をさせ
ることがなくなるので電動モータのみならずピストン・
シリンダ機構の寿命を延ばすことができ、二段圧縮機の
耐久性の向上を図ることができ、運転効率に加え経済効
率も格段に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二段圧縮機の斜視図

【図２】上記二段圧縮機の縦断面図

【図３】上記二段圧縮機の制御を示すブロック図

【図４】圧力対モータ駆動電流の特性曲線図

【図５】負荷制御の行程を示すフローチャート図

【符号の説明】

１ 電動モータ ２ 圧縮室 ３ 圧縮室 ６ａ 連結管 ７ 圧縮気体貯蔵タンク ２２ 選択スイッチ ２３ 計測手段（電流センサ） ＰＳ１ 第１の圧力スイッチ ＰＳ２ 第２の圧力スイッチ ＳＶ１、ＳＶ２ 電磁弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の電動モータで作動するピストン・
   シリンダ機構により吸気を圧縮して吐出する二段の圧縮
   室を備え、前段の圧縮室の吐出口側と後段の圧縮室の吸
   気口側とを連結管により接続させて配置するとともに、
   後段の圧縮室の吐出口を圧縮気体貯蔵タンクに接続さ
   せ、圧縮気体貯蔵タンクに接続された空気式釘打機等の
   端末に圧縮空気を供給する二段圧縮機において、 上記連結管には少なくとも２つの排気口を形成し、各排
   気口にはそれぞれ電磁弁を設けるとともに、上記電動モ
   ータの駆動回路には上記圧縮気体貯蔵タンクの内圧の最
   高圧力を検出して駆動回路を遮断する第１の圧力スイッ
   チと、上記端末に供給する所定圧力を超えた時に駆動回
   路を遮断する第２の圧力スイッチと、上記圧力スイッチ
   を選択する選択スイッチと、上記駆動回路を流れる電流
   から電動モータの負荷を計測する計測手段とを設け、 上記計測手段の計測結果に基づいて電動モータの負荷が
   大きくなったと判断した時には上記電磁弁を制御して電
   動モータの負荷を軽減させるとともに、電源事情が悪い
   と判断した時には上記選択スイッチを制御して第２の圧
   力スイッチにより最高圧力に到達する前に駆動回路を遮
   断し電動モータを停止させることを特徴とする二段圧縮
   機の負荷調整機構。