JP5464399B2 - 空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、釘打機等の空気工具を駆動する圧縮空気を生成するための空気圧縮機に関し、特に、空気工具に必要な作業限界圧力以上の圧縮空気を効率的に生成するための圧縮空気の生成技術に関する。

一般に、空気工具に使用される空気圧縮機は、下記特許文献１に開示されているように、電動モータの回転運動を、クランク軸を介して、シリンダ内のピストンの往復運動に変換し、該ピストン往復運動によってシリンダ内へ吸気弁から吸い込んだ空気を圧縮し、その圧縮空気をシリンダの排気弁から空気タンク部内に貯留させるものである。この空気圧縮機は、建築現場等の作業現場へ携帯型空気工具と共に搬入し、空気圧縮機の空気タンク部内に貯留させた圧縮空気を、エアホースを介して空気工具（例えば、釘打機）へ供給することにより、釘やネジを木材等の加工部材に打込むための駆動源として使用している。

この空気圧縮機は、屋内外の作業現場に空気工具と共に搬入し、エアホースを介して空気タンク部内の圧縮空気を空気工具へ供給することから、比較的小型の空気タンクを持った可搬型のものが一般的である。このため、空気タンクへ貯留する圧縮空気の生成能力が据置型の空気圧縮機に対して比較的少ないもので、出来る限り小型の空気タンクで可搬性に優れたものが要求されている。

従来の空気圧縮機において、特許文献１に開示されているように、シリンダ内に吸い込まれた空気は、ピストンの往復運動によって圧縮され、圧縮空気が生成される。また、ピストンの往復運動は、電動モータの回転運動によって駆動され、電動モータの回転運動を制御する制御回路によって電動モータの回転数をより高い回転数に設定することにより、より高い空気圧力を空気タンク内に貯留する。この場合、空気タンク内には空気圧力を電圧信号に変換するための圧力センサを設置し、制御回路は該圧力センサの検出信号によりタンク部内の圧力（Ｐ）を求める。

制御回路は、圧力センサが空気タンク部内の圧力（Ｐ）が安全上の理由から上限である最大設定圧力値に達したものと感知すると、電動モータの運転を停止させる。空気タンクに空気工具の使用限界圧力以上の空気圧力を貯留することによって、接続される空気工具が空気圧縮機の生成能力以上の圧縮空気量を要求しても、所定時間内であれば、空気タンク内の圧縮空気を放出することにより対応することができる。

一方、空気タンク内の圧縮空気の消費により空気タンク内の圧力が所定の再起動設定圧力値以下に低下すると、上記制御回路は、電動モータを再起動させ、圧縮空気を生成し、空気タンク内へ貯留する。さらに、上記制御回路は、圧力センサの検出信号に基づき所定経過時間（ΔＴ）当りの空気圧力の低下（ΔＰ）を検出し、タンク内空気の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）を求め、空気工具の作業による空気消費量の大小を判定し、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）に対応した電動モータの回転数および再起動圧力の設定値を再設定することにより、空気タンク内の空気圧力を空気工具が使用できる圧力に維持し、効率的な空気工具の使用が可能となるように制御している。

例えば、図８に示すような従来の空気圧縮機の制御動作に基づく圧力変化曲線図において、電動モータの初期再起動設定圧力値（第２再起動設定圧力値）を、３．２ＭＰａとすると、作業時の空気の消費量が多い場合、すなわち、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が大きい場合には、圧縮空気の生成を行うための第１再起動設定圧力値を４．０ＭＰａと高く設定し、空気タンク内の圧力が４．０ＭＰａ以下に低下した時点ｃで、電動モータの回転数Ｎを２６００ｒｐｍの比較的高速で運転することによって早期に空気タンク内への圧縮空気の貯留を開始して大きな空気消費量に対応する。これによって、空気圧縮機の能力限界圧力（強制運転設定圧力）以下に低下する時点ｄまでの空気工具の使用時間を確保する。

また、空気タンク内の空気消費量が比較的少ない場合、すなわち、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が比較的小さい場合、再起動圧力の設定値を、上記設定値４．０ＭＰａより小さい３．２ＭＰａに選択し、空気圧力が上記設定値４．０ＭＰａより低下して３．２ＭＰａに達する時点ｈまでは再起動を行わずに待機し、３．２ＭＰａ以下に低下した時点ｈで、モータの回転数Ｎを低速回転数Ｎ３＝１６００ｒｐｍの低速回転になるように制御し、圧縮空気の充填運転を行う。

このように、制御回路によって空気タンク内の空気消費量の圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）の大小に対応して再起動設定圧力値およびモータ回転数を切替えて電動モータおよび空気圧縮部を動作させることによって、電動モータ部およびピストン部の無駄な運転を省略することができるので、無駄な消費電力を削減し、かつ空気圧縮機の摩耗または故障を防止することができる。

従来の空気圧縮機の別の制御方式として、空気タンク内の空気消費量に関係なく、電動モータの回転数を高速回転または低速回転のいずれか一方の回転数に設定可能な切替えスイッチを具備せしめ、空気工具の使用者が予め切替えスイッチを選択することにより、運転条件を設定するように構成したものも周知である。

特開２００４−３００９９６号公報

近時、釘打機等の空気工具には、長時間の連続作業が要求され、また駆動力が高出力化された製品が出現されつつある。このため、空気工具の圧縮空気の消費量が増加しつつあり、使用される空気圧縮機の圧縮空気の生成能力に優れた空気圧縮機が要求されている。

しかるに、上述したような従来の空気圧縮機を使用して空気工具の連続作業を行うと、図８に示されるように、空気圧縮機の圧縮空気の生成能力が不足するため、空気タンク内の空気圧力が空気工具の使用限界圧力以下に低下してしまうので、作業者は空気工具の作業を中断せざるを得ない状態となる。このような状態が発生した場合、作業者は空気工具による加工作業を中断し、段取り作業等の他の作業を行うことになるので、空気工具による作業効率が著しく低下するという問題を生ずる。

この問題を改善するために、従来の制御技術によれば、図８に示されるように、空気タンクの空気圧力が空気工具の使用限界圧力値以下に低下した場合、空気工具による作業を中断し、空気圧縮機を比較的高速回転で強制運転を行うが、空気タンク内の空気圧力が所定の空気圧力値に充填されるまで待たなければならない。それにも関わらず、図８に示されるような従来技術によれば、空気タンク内の空気圧力が運転可能な判定領域に回復すると、空気圧縮機には圧縮空気の消費量が全く無いものと判断し、強制運転を自動的に低速回転に切り替えてしまうので、圧縮空気を最大設定圧力値まで上昇させるための充填時間を長くしてしまうという欠点があった。

また、空気圧縮機の電動モータの回転数を高速または低速に切替える上記従来の別の制御方式では、省エネルギー化の運転のために低速運転を選択すると、常に充填時間が長くなるため、釘打機等の作業可能本数に対して充填時間が長くなって、作業効率が著しく悪化するという問題が生じる。このため、空気消費量が多い空気工具を使用する場合は、空気圧縮機の運転回転数を常に高速回転に切替えることになって、実質的な省エネルギー化の運転が不可能となる。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、圧縮空気の消費量が比較的多い空気工具の使用に適した可搬型の空気圧縮機を提供することにある。

本発明の他の目的は、所定空気圧力値の圧縮空気を空気タンク内に充填するための充填時間を短縮させ、空気工具の作業効率を向上させると共に、省エネルギー化の運転が可能な空気圧縮機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下のとおりである。

本発明の一つの特徴は、空気工具に供給する圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し前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モータを備える駆動部と、前記タンク部内の空気圧力を検出するための圧力センサと、該圧力センサの検出信号に基づき前記駆動部のモータを制御するための制御回路部とを有し、前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の空気圧力が最大設定圧力値と最小設定圧力値との範囲に維持されるように前記モータの運転を制御する空気圧縮機であって、前記制御回路部は、前記圧力センサにより空気消費量の大きさを計測し、該空気消費量が所定値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より大きい場合と、小さい場合とで異なる再起動圧力値を設定し、該再起動圧力値に達したときは、それぞれ異なる回転数で前記モータを駆動すると共に、前記モータの駆動にかかわらず前記タンク内圧力が最小設定圧力値以下に低下したときには、タンク内圧力が最大設定圧力値に上昇するまで、前記空気消費量の大きさにかかわらず前記モータを強制的に予め設定された回転数Ｎｘで駆動するように制御するようにしたことにある。

本発明の他の特徴は、前記制御回路部は、前記再起動圧力値として、第１再起動圧力値（Ａ２）と、該第１再起動圧力値より低い第２再起動圧力値（Ａ３）とを設定し、前記制御回路部は、前記空気消費量が所定値より大きい場合は、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値から前記第１再起動圧力値（Ａ２）以下に低下したときに、前記モータを第１所定回転数で再起動するように制御し、前記空気消費量が前記所定値より小さい場合は、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値から前記第２再起動圧力値（Ａ３）以下に低下したときに、前記モータを前記第１所定回転数より低い第２所定回転数で再起動するように制御することにある。

本発明の他の特徴は、前記タンク部内の空気圧力が前記第１および第２再起動圧力値より低い前記最小設定圧力値までさらに低下した場合、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値まで上昇するように、前記モータを前記第１所定回転数によって強制運転させることにある。

本発明の他の特徴は、前記タンク部内の空気圧力が前記再起動圧力値より低い前記最小設定圧力値までさらに低下した場合、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値まで上昇するように、前記タンク部の空気圧力により駆動される前記空気工具の使用を中止した上で、前記モータを前記第１所定回転数によって強制運転させることにある。

上記本発明の特徴によれば、空気タンク内における圧縮空気の空気消費量の大小を感知し、空気消費量の大小に対応して圧縮空気の充填のための電動モータの回転数を設定するので、省エネルギー化の運転が可能となる。

上記本発明の他の特徴によれば、空気タンク部内の空気圧力の低下が空気工具の使用限界圧力に対応する最小設定圧力値まで低下したとき電動モータを一定回転数により強制運転させるので、圧縮空気の充填を待つ時間を常に一定時間とすることができる。これにより、空気工具を使用する作業効率を向上させることができる。

本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかにされる。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図７を参照して説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一機能または要素を有する部材には、共通の符号を付してその繰り返しの説明を省略する。

［空気圧縮機の全体構成について］
図１および図２は実施形態に係る空気圧縮機１の外観図、図３は空気圧縮機１のシステムブロック図を示す。

図１に示すように、空気圧縮機１は、圧縮空気を貯留するために長胴型に形成された一対のタンク５ａ、５ｂを含むタンク部５と、上記タンク５ａ、５ｂ内の空気圧力を検出するための圧力センサ７（図３参照）と、圧縮空気を生成し、上記タンク部５に圧縮空気を供給する圧縮空気生成部４と、該圧縮空気生成部４を駆動するための電動モータ３ｂを含む駆動部３と、カバー１１内に構成され、駆動部３の電動モータ３ｂの起動・停止（オン・オフ）および回転数を制御する制御回路部２と、電動モータ３ｂおよび圧縮空気生成部４を通風冷却するために電動モータ３ｂの回転軸に取付けられた冷却ファン６と、を具備し、空気圧縮機１は、電源コード５０ｂを介して供給される商用交流電源（例えば、１００Ｖ、５０／６０Ｈｚの単相交流電源）５０ａ（図３参照）により駆動される。

タンク部５は、並行に配置された一対の円筒状タンク５ａ、５ｂにより圧縮空気を貯留あるいは貯圧する。圧縮空気は圧縮空気生成部２０で生成され、その吐出口より、図示されない連結パイプを通してタンク５ａ、５ｂに供給される。供給された圧縮空気は、タンク５内で、例えば２．０〜４．４ＭＰａの圧力を有する。
タンク部５の一部には、一対の圧縮空気取出口８ａおよび８ｂが設けられている。それら圧縮空気取出口８ａおよび８ｂは、減圧弁８ｅおよび８ｆ（図２参照）を介してカプラ（流体継手）に接続され、カプラによって釘打機等の空気工具３０ａおよび３０ｂ（図３参照）のエアホースと結合される。

減圧弁８ｅおよび８ｆは、タンク５ａ、５ｂ内の圧縮空気の圧力の大きさにかかわらず、出口側（カプラ側）の圧縮空気の最高圧力を一定に抑える機能を持つ。例えば、減圧弁８ｅ、８ｆが最高圧力２．０ＭＰａのものを使用した場合、タンク５ａ、５ｂ内の圧縮空気の圧力が２．０ＭＰａ以上であっても、減圧弁８ｅ、８ｆからは２．０ＭＰａ以下の圧縮空気しか出力されない。従って、減圧弁８ｅおよび８ｆの出口側からは、タンク５ａ、５ｂ内の圧力にかかわらず、上記の最高圧力以下の圧力を持つ圧縮空気が得られる。

減圧弁８ｅおよび８ｆには圧力計８ｃおよび８ｄが取り付けられており、減圧弁８ｅおよび８ｆの出口側の圧力をモニタできるように構成されている。

圧力センサ７は、タンク５の一部に取り付けられ、タンク５内の圧縮空気の圧力を検出する。この検出信号は、後述する制御回路部２に送られ、図３に示した駆動部３の電動モータ３ｂを起動または停止させるためのインバータ回路３ａを制御する。

圧縮空気生成部４は、駆動部３のモータ３ｂの回転運動を往復運動に変換し、図示しないシリンダ内のピストンを往復運動させることによって、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して圧縮空気に生成する。生成された圧縮空気はシリンダヘッドに設けられた排気弁から連結パイプ（図示なし）に吐出されて、タンク５内に貯留さる。このような圧縮空気生成部（圧縮機本体）４は、周知の技術によって構成できる。

商用交流電源５０ａ（図３参照）は主スイッチ５０ｃを介して電源回路５０ｄに供給される。電源回路５０ｄは、交流電源を整流するための全波整流回路（図示なし）を含み、後述の電動モータの駆動電圧Ｖｍおよび制御回路部２の直流電源Ｖｃｃを供給する。

駆動部３は、例えばブラシレスモータの電動モータ３ｂにより構成され、ステータ３ｃと、永久磁石より構成されたロータ３ｄと、図示されていない６つのパワーＴＲＳ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）から構成されたインバータ回路３ａとを具備し、インバータ回路３ａによってＹ結線されたステータ３ｃの巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに３相の駆動電流を流通させて、回転磁界を形成する。ロータ３ｄの回転数Ｎは、ホールＩＣ等から構成された回転数センサ３ｅによって検出されて制御回路部２に入力される。

制御回路部２は、インバータ回路３ａを駆動するためのパルス制御信号を形成する。制御回路部２よりインバータ回路３ａにパルス制御信号が供給されればモータ３ｂは起動し、逆に、インバータ回路３ａがオフされれば、モータ３ｂは停止するように制御される。さらに、パルス制御信号をＰＷＭ変調信号とし、パルス制御信号のパルス幅を設定することにより、モータ３ｂのロータ３ｄの回転数Ｎを制御する。ロータ３ｄの回転数Ｎは、回転数センサ３ｅの検出信号に基づいて、制御回路部２がインバータ回路３ａに出力する駆動信号によって制御される。本実施形態では、ロータ３ｄの回転数Ｎを、例えば、低速回転数Ｎ３（例えば、１６００ｒｐｍ）または高速回転数Ｎ２（例えば、２６００ｒｐｍ）に設定できる。

制御回路部２は、演算、制御プログラムを実行する中央処理装置ＣＰＵ２ａ、ＣＰＵ２ａの制御プログラム等を格納するリードオンリメモリＲＯＭ２ｂ、ＣＰＵの作業領域やデータの一時記憶領域などとして利用されるランダムアクセスメモリＲＡＭ２ｃ等を含むマイクロコンピュータにより構成される。本実施形態では、ＲＯＭ２ｂとして、格納されるプログラムを書き換えることが可能なＥＥＰＲＯＭ（電気的書換え可能なＲＯＭ）を使用している。このマイクロコンピュータは、周知の半導体集積回路（ＩＣ）技術によって回路基板上に形成できる。

タンク５に取り付けられた圧力センサ７の検出信号は、制御回路部２に入力され、ＲＯＭに内蔵された制御プログラムおよびＲＡＭに記憶されたデータに基づいて、ＣＰＵにより上記インバータ回路３ａを制御するための制御信号を出力する。

操作パネル９は、制御回路部２に回転数等の設定情報を入力するために設けられ、取付用ネジ９ａによってフレーム１０に取付けられている。この操作パネル９は、駆動部３のモータ３ｂに起動信号を出力するための入力スイッチ（ＯＮスイッチ）９ｂ（図３参照）を含んでいる。

本体カバー１１は、空気タンク５の上に配置された電動モータ３ｂと圧縮空気生成部４を保護するように覆っている。

以上の構成において、後述する、時間（Ｔ）に対する空気タンク内圧力Ｐ（ＭＰａ）の圧力変化曲線である図５〜図７に示されるように、制御回路部２のＲＯＭ２ｂには、空気タンク５内に貯留可能な最大圧力値を示す停止設定圧力値（最大設定圧力値）Ａ１（例えば、４．４ＭＰａ）が設定され、また、空気工具の使用限界に対応する空気タンク５内の最小圧力値を示す強制運転設定圧力値（最小設定圧力値）Ｘ（例えば、２．０ＭＰａ）が設定される。さらに、上記最大圧力値Ａ１と上記最小圧力値Ｘ間には、第１再起動設定圧力値（第１中間設定圧力値）Ａ２（例えば、４．０）、および前記第１再起動設定圧力値（第１中間設定圧力値）Ａ２より小さい第２再起動設定圧力値（第２中間設定圧力値）Ａ３（例えば、３．２）、が設定される。

制御回路部２（ＣＰＵ）は、これらの圧力設定値に基づき、空気タンク５内の空気圧力Ｐが最大圧力Ａ１より所定値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）以上の圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）で第１再起動設定圧力値Ａ２へ低下した場合（空気消費量が大きい場合）は、第１再起動設定圧力値Ａ２を基準にしてモータ３ｂの回転数Ｎを高速回転数Ｎ２（例えば、２６００ｒｐｍ）で再起動させる。また、空気タンク５内の空気圧力Ｐが最大圧力Ａ１より所定値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より低い圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）で第２再起動設定圧力値Ａ３へ低下した場合（空気消費量が小さい場合）は、第２再起動設定圧力値Ａ３を基準にしてモータ３ｂの回転数Ｎを低速回転数Ｎ３（例えば、１６００ｒｐｍ）で再起動させる。つまり、空気タンク５内の空気消費量に対応して圧縮空気生成部４を駆動部３で高速運転させ、または低速運転させる。これによって、空気消費量に対応して空気タンク内に圧縮空気を充填するので、省エネルギー化を可能とする。

さらに、制御回路部２（ＣＰＵ）は、上記第１再起動設定圧力値Ａ２または第２再起動設定圧力値Ａ３を基準に高速運転または低速運転を行っても、空気タンク５内の空気圧力が上記強制運転設定圧力値（最小設定圧力値）Ｘ以下に低下する場合は、空気タンク５から空気工具３０への圧縮空気の供給を中断し、電動モータ３ｂを、上記高速運転時の回転数またはそれ以上の回転数Ｎｘの定速回転に設定して強制運転させる。以下に述べる実施形態では、上記第１再起動設定圧力値Ａ２に低下した場合に高速運転させる回転数Ｎ２（２６００ｒｐｍ）と同一回転数２６００ｒｐｍで強制運転を実行するが、この強制運転の回転数Ｎｘは、高速再起動時の回転数Ｎ２（２６００ｒｐｍ）より更に高い回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）に設定してもよい。このような強制運転によって、空気タンク５内に最大圧力Ａ１の圧縮空気が充填されるまでの待ち時間を短縮し、空気工具３０による作業効率を向上させることができる。

［空気圧縮機の動作プログラムについて］
次に、上記空気圧縮機１の制御回路部２のＲＯＭ２ｂに格納された動作プログラムに基づく動作フローチャートについて、図４を参照して説明する。

（起動動作フローＦ１について）
主スイッチ５０ｃ（図３参照）をオンさせてスタートさせ（ステップ１００）、空気タンク５の空気圧力を圧力センサ７によって検出し（ステップ１０１）、空気タンク５内の空気圧力Ｐが、空気工具の使用限界圧力に対応して設定された強制運転設定圧力（最小設定圧力値）Ｘである２．０ＭＰａを超えた値にあるか否か検出する（ステップ１０２）。

ステップ１０２おいて空気タンク５内の空気圧力が使用限界圧力値２．０ＭＰａを超えた圧力値と判断された場合、次のステップに進み、空気タンク５内の空気圧力Ｐが安全性を考慮した、モータの運転を停止すべき停止設定圧力（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに達しているか否かを判断する（ステップ１０３）。

ステップ１０３で、空気タンク５内の空気圧力Ｐが安全性を考慮した最高設定圧力値Ａ１である４．４ＭＰａに達していれば（Ｙｅｓの場合）、空気タンク内の空気圧力Ｐが低下するまで電動モータ３ｂの運転をオフして再起動待ちを行う（スッテップＦ３）。

一方、ステップ１０２において、空気タンク５内の空気圧力Ｐが空気工具の使用限界圧力である最小設定圧力値Ｘ＝２．０ＭＰａ以下に低下している場合（Ｎｏの場合）、ステップ１０５に進み、モータ３ｂの強制運転を設定して圧縮空気生成部４によって圧縮空気を生成して空気タンク５内に供給するための準備をする。強制運転の電動モータ３ｂの回転数Ｎｘは、本実施形態では、２６００ｒｐｍ（２６００／ｍｉｎ）に設定されているが、この強制運転の回転数Ｎｘは、２６００ｒｐｍ以上の回転数を選択してもよい。また、強制運転時の空気タンク５内の設定圧力Ｐは、上記停止設定圧力値（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに設定し、運転を開始する（ステップ１０６）。

ステップ１０６でモータ３ｂの運転開始後、制御回路部２は、圧力センサ７の検出信号を０．５ｓｅｃ毎にサンプリングし（ステップ１０７）、強制運転開始時に設定したモータ停止設定圧力（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに達したか否かを検出する（ステップ１０８）。すなわち、強制運転を開始した場合、最高設定圧力値Ａ１である４．４ＭＰａに速く到達するように、モータ３ｂを一定の高速回転数（２６００ｒｐｍ）に保持して運転させる。最高設定圧力値Ａ１に達すれば、モータ３ｂを停止させ、再起動待ちとする（ステップＦ３）。もし、最高設定圧力値Ａ１（４．４ＭＰａ）に達しない場合は、到達するまで連続運転を行う。

他方、上記ステップ１０３において、空気タンク５内の空気圧力Ｐが、空気工具の使用限界圧力値Ｘである２．０ＭＰａを超えているが、最高設定圧力値Ａ１（４．４ＭＰａ）に達していない場合（Ｎｏの場合）、運転中動作フローＦ２に移行する（ステップＦ２）。

（運転中動作フローＦ２について）
まず、ステップ１１０において、操作パネル９のＯＮスイッチ９ｂ（図３参照）を押すか、または空気圧力Ｐが２．０ＭＰａ以上による再起動を行い、モータの回転数Ｎを高速回転数２６００ｒｐｍに設定し、運転開始を行う（ステップ１１１）。すなわち、ステップ１１０における処理工程は、空気圧力Ｐが２．０ＭＰａ以上で４．４ＭＰａ未満の範囲にある空気圧力を対象としている。

次に、圧力センサ７により空気タンク５内の空気圧力Ｐを０．５ｓｅｃ毎にサンプリングし（ステップ１１２）、空気タンク５内の空気圧力Ｐが、最小設定圧力値Ｘ（２．０ＭＰａ）と最大設定圧力値Ａ１（４．４ＭＰａ）の中間値である、第２再起動設定圧力（第２中間設定圧力値）Ａ３（３．２ＭＰａ）を超えているか否かを判断する（ステップ１１３）。ステップ１１３で３．２ＭＰａを超えていない場合（Ｎｏの場合）、ステップ１１２に戻り、３．２ＭＰａを超えるまで運転を継続する。

ステップ１１３で空気タンク５内の空気圧力Ｐが第２再起動設定圧力Ａ３である３．２ＭＰａを超えている場合（Ｙｅｓの場合）、ステップ１１４に進み、３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａ以上か否かを判断する。ステップ１１４で空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａ以上であると判断されれば（Ｙｅｓの場合）、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が小さく、もしくは、圧力上昇があって、圧縮空気の消費が無いものと判断する。そして、空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに達したか否かを判断する（ステップ１１５）。

ステップ１１５で空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力Ａ１である４．４ＭＰａに到達すれば（Ｙｅｓの場合）、モータ３ｂの運転を停止して再起動待ちとする（ステップＦ３）。

上記ステップ１１４において、３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより小さい場合、すなわち、圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）が大きい場合、空気タンク５内の圧力上昇がなく、空気消費量が多いものと判断され（Ｎｏの場合）、上記ステップ１０２に戻り、起動動作フローＦ１に従って再起動待ちステップＦ３まで運転する。

また、上記ステップ１１５で空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力Ａ１である４．４ＭＰａに到達しない場合（Ｎｏの場合）、運転中動作フローＡにおけるステップ１１７以降のフローへ移行する。すなわち、空気圧力Ｐは、３．２ＭＰ〜４．４ＭＰａの範囲内にあって、圧縮空気の消費量が有ると判断されるので、モータ３ｂの回転数Ｎを低速回転数Ｎ３＝１６００ｒｐｍに切換えて低速運転とする（ステップ１１７）。

ステップ１１７で低速運転に切換えた後、圧力センサ７の検出信号を０．５ｓｅｃ毎にサンプリングし（ステップ１１８）、３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより大きいか否かを判断する（ステップ１１９）。

ステップ１１９で空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより大きいと判断されれば（Ｙｅｓの場合）、上記ステップ１１４と同様に、圧力上昇があり、圧縮空気の消費が無いものと判断する。そして、空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力値（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに達したか否かを判断する（ステップ１２０）。

ステップ１２０で空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力値（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに到達すれば（Ｙｅｓの場合）、モータ３ｂの運転を停止して再起動待ちとする（ステップＦ３）。

上記ステップ１１９において、３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより小さく、空気タンク５内の圧力上昇がなく、空気消費量が多いと判断される場合（Ｎｏの場合）、上記ステップ１１４と同様に、上記ステップ１０２に戻り、起動動作フローＦ１に従って再起動待ちステップＦ３まで運転する。

また、上記ステップ１２０で、空気圧力Ｐの上昇がモータ停止設定圧力Ａ１である４．４ＭＰａに到達しない場合（Ｎｏの場合）、大きな圧縮空気の消費量が無いと判断し、モータ３ｂの回転数Ｎを低速回転数Ｎ３＝１６００ｒｐｍに運転した状態でステップ１１８に戻り、圧縮空気圧力のサンプリングを継続する（ステップ１１８）。

（再起動運転待ち動作フローＦ３について）
ステップ１０３、ステップ１０８、ステップ１１５、およびステップ１２０で空気タンク５内の空気圧力Ｐがモータ停止設定圧力値（最高設定圧力値）Ａ１である４．４ＭＰａに達した場合、再起動待ちフローＦ３に従って動作する。

ステップ１４０で空気タンク５内の空気圧力Ｐがモータ停止設定圧力Ａ１である４．４ＭＰａに達すると、制御回路部２は、インバータ回路３ａを制御してモータ３ｂの運転を停止する。

その後、制御回路部２は、圧力センサ７の検出信号によって空気タンク５内の空気圧力Ｐを０．５ｓｅｃ毎にサンプリングし（ステップ１４１）、タンク５内の空気圧力Ｐを検出し、タンク５内の空気圧力Ｐが第１再起動設定圧力（第１中間設定圧力）Ａ２である４．０ＭＰａより低い値に低下したか否かを判断する（ステップ１４２）。

ステップ１４２で空気圧力Ｐが第１再起動設定圧力４．０ＭＰａより低い値に低下したと判断された場合（Ｙｅｓの場合）、ステップ１１４と同様に、３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａ以上か否かを判断する（ステップ１４３）。

ステップ１４３で空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより大きいと判断されれば（Ｙｅｓの場合）、空気消費量が小さいと判断する。そして空気圧力Ｐが第２再起動設定圧力（第２中間設定圧力値）Ａ３である３．２ＭＰａに達したか否かを判断する（ステップ１４４）。

ステップ１４４において空気圧力Ｐが第２再起動設定圧力Ａ３である３．２ＭＰａに達したものと判断された場合（Ｙｅｓの場合）、上記運転中動作フローＦ２に移行し、ステップ１１７で、モータの回転数Ｎを低速回転数Ｎ３＝１６００ｒｐｍで運転（再起動）を行う（ステップ１４５）。

ステップ１４３において３秒経過後（Δ３ｓｅｃ）の空気圧力Ｐの圧力変化（ΔＰ）が−０．０５ＭＰａより小さく、空気消費量が多いものと判断される場合（Ｎｏの場合）、ステップＦ２に進み、運転中動作フローＦ２に従って再起動する。すなわち、モータ３ｂを高速回転で運転し、モータ停止設定圧力Ａ１である４．４ＭＰａまで運転させる。

また、ステップ１４４でタンク５内の空気圧力Ｐが３．２ＭＰａに低下しない場合（Ｎｏの場合）、ステップ１４１に戻り、空気タンク５内の空気圧力Ｐを０．５ｓｅｃ毎にサンプリングし、空気圧力の低下を監視する。

［空気圧縮機の動作例］
次に、上記図４の制御フローチャートに従った空気圧縮機１の動作例について図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７は、動作例に基づく、時間（Ｔ）に対する空気タンク内圧力Ｐ（ＭＰａ）の圧力変化曲線を示したものである。

（運転パターンＡ）
図５に示されるように、空気圧縮機１を起動すると、空気タンク５内の圧力値が強制運転を必要とする最小設定圧力値Ｘ＝２．０ＭＰａより低い値であれば、時点ａ１から時点ｂ１に示されるように、モータ３ｂの回転数を強制運転回転数Ｎｘである２６００ｒｐｍに設定して定速運転を行い、停止設定圧力値Ａ１＝４．４ＭＰａである最大圧力値に達すると運転を停止し、空気タンク内の圧力Ｐを最大圧力値Ａ１に保持する。

空気タンク５内の圧力Ｐが所定圧力Ａ１以上になると、空気工具３０（例えば、釘打機）を使用する作業者は、減圧弁８ｅまたは８ｆを操作し、空気タンク５の２次側の空気取り出し口８ａまたは８ｂの圧力値が、空気工具３０の使用圧力範囲（例えば、２．０ＭＰａ）になるように調整して空気工具３０を使用する。

作業者が空気工具３０を使用し始めると、空気の消費量に合わせて空気タンク５内の圧力値Ｐが、時点ｂ１〜時点ｃ１で、最大圧力値４．４ＭＰａより低下する。この圧力低下の過程で、一回の空気工具の空気消費量または空気工具の使用回数が多く、圧縮空気の消費量（圧力低下率＝ΔＰ１／ΔＴ１）が、ＲＯＭ（２ｂ）に設定した基準値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より大きい場合、時点ｃ１において、再起動設定圧力値を第１再起動設定圧力値Ａ２＝４．０ＭＰａを選択し、モータ３ｂを設定圧力値Ａ２に対応する回転数Ｎ２＝２６００ｒｐｍに設定して運転を行う。この高速回転数２６００ｒｐｍによって、時点ｃ１〜時点ｄ１の時間において、空気タンク５内の圧力値Ｐを停止設定圧力値Ａ１＝４．４ＭＰａに充填することができる。なお、図５の圧力変化曲線図において、時点ｃ１〜時点ｄ１の時間では、時点ｃ１において、空気工具３０による作業が完了している前提として空気圧力Ｐの上昇を示している。

（運転パターンＢ）
図６に示されるように、運転パターンＡと同様に時点ｂ１で停止設定圧力値Ａ１＝４．４ＭＰａに到達した後、時点ｂ１以後にける空気工具３０の使用において１回作業当りの空気消費量が少ない場合、または空気工具３０の使用回数が少ない場合、その圧縮空気の消費量（圧力低下率＝ΔＰ２／ΔＴ２）が、基準値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より少ないとき、すなわち、（ΔＰ２／ΔＴ２）＜（ΔＰｒ／ΔＴｒ）のとき、空気タンク５内の空気圧力Ｐの圧力低下率（ΔＰ２／ΔＴ２）が上記運転パターンＡの圧力低下率（ΔＰ１／ΔＴ１）より小さくなるので、制御回路部２は再起動運転の設定圧力値をＡ３＝３．２ＭＰａに変更する。

時点ｂ１〜時点ｃ２の時間経過で空気タンク５内の空気圧力Ｐの圧力低下率が、運転パターンＡの設定圧力値Ａ２＝４．０ＭＰａより更に低い設定圧力値Ａ３＝３．２ＭＰａ以下に低下すれば、モータ３ｂの回転数Ｎを設定圧力値Ａ３に対応する低速回転数Ｎ３＝１６００ｒｐｍに設定し、低速運転を行う。これによって、モータ３ｂの運転頻度を少なくし、空気圧縮機１の消費電力量を削減できる。また、空気圧縮機１の摩耗または故障を少なくできる。なお、図６の圧力変化曲線図において、時点ｃ２〜時点ｄ２の時間では、時点ｃ２において、空気工具３０による作業が完了している前提として空気圧力Ｐの上昇を示している。

（運転パターンＣ）
図７に示されるように、運転パターンＡと同様に時点ｂ１で停止設定圧力値Ａ１＝４．４ＭＰａに到達した後、空気工具３０（釘打機）の空気消費量（ΔＰ１／ΔＴ１）が基準値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より多い使用状況で、圧縮空気生成部４による圧縮空気生成能力以上の空気を連続的に消費する場合、空気タンク５内の空気圧力Ｐが第１再起動設定圧力Ａ２以下となる時点ｃ３で、電動モータ３ｂを高速回転数Ｎ２＝２６００ｒｐｍで再起動したにも関わらず、空気タンク５内の空気圧力Ｐはさらに低下して、時点ｄ３において、空気工具５の使用限界圧力である最小設定圧力値Ｘ＝２．０ＭＰａ以下に低下する。

最小設定圧力値Ｘ＝２．０ＭＰａ以下に低下すると、空気工具３０を使用して釘打ち作業が不可能となるので、作業者は空気工具３０の使用を中断する。この中断によって電動モータ３ｂの回転数Ｎｘを上記高速回転数Ｎ２＝２６００ｒｐｍに設定して圧縮空気生成部４を強制運転し、空気タンク５内の空気圧力Ｐが、停止設定圧力Ａ１である最大設定圧力値４．４ＭＰａになるまで運転するか、または空気工具３０が使用できる運転条件判定範囲ΔＡ（３．２ＭＰａ〜４．４ＭＰａ）になるまで運転する。

このとき予め使用限界圧力を判定する最小設定圧力値Ｘを設定しているので、最小設定圧力値Ｘ以下に圧力値Ｐが低下した場合は、これまでの時間当たりの空気消費量の大小に関わらず、電動モータ３ｂを最小設定圧力値Ｘに対応する回転数Ｎｘ（上記Ｎ２以上の高速回転数）である２６００ｒｐｍで強制運転し、空気タンク５内の空気圧力Ｐが停止設定圧力Ａ１（４．４ＭＰａ）に達するまで運転する。このため、作業者は、タンク内の空気圧力低下による作業中断から充填完了までの時間を予測することが可能となるので、次の作業の段取り等を円滑に行うことができる。従って、作業時間を効率的に活用することができる。

以上の実施形態から明らかにされるように、本発明によれば、空気タンク内に空気圧力が強制運転設定圧力値Ｘ以下に低下した場合は、高速回転数Ｎ２以上の回転数Ｎｘで強制運転を行い、また、強制運転による圧縮空気の充填を完了した場合は上記運転モードＡ、または運転モードＢに従って省エネルギーモードの運転となるので、作業効率向上に加えて、消費電力を低減することができる。

さらに、強制運転モード（上記運転モードＣ）を判断するための強制運転設定圧力（最小設定圧力値）Ｘを可変できるように構成したので、作業者は空気工具の作業内容、すなわち、空気消費量に合わせた強制運転設定圧力値Ｘの設定ができるので、作業時の空気消費量を予め予測することによって、作業内容に応じて強制運転設定圧力値Ｘを上記２．０ＭＰａ以外の圧力値に設定できる。これにより、作業効率をさらに向上させることができる。また、上記実施形態では、強制運転時の電動モータの回転数Ｎｘを、第１再起動設定圧力Ａ２時に再起動させる高速回転数Ｎ２（２６００ｒｐｍ）に設定したが、強制運転の回転数Ｎｘは、前記高速回転数Ｎ２を超える他の回転数に設定してもよい。

なお、上記実施形態では、圧力センサによる空気タンク内の空気圧力のサンプリングを０．５ｓｅｃ毎に行ったが、他のサンプリング時間に設定してもよい。また圧力低下率（ΔＰ／ΔＴ）の検出時間は、３秒以外の他の時間に設定することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明に係る空気圧縮機の一実施形態の外観を示す部分断面側面図。 図１に示した空気圧縮機の外観を一示す部分断面正面図。 図１に示した空気圧縮機の構成を示すプロック図。 図２に示した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。 本発明に係る空気圧縮機の一動作例を説明するための圧力変化曲線図。 本発明に係る空気圧縮機の他の動作例を説明するための圧力変化曲線図。 本発明に係る空気圧縮機のさらに他の動作例を説明するための圧力変化曲線図。 従来例に係る空気圧縮機の動作例を説明するための圧力変化曲線図。

符号の説明

１：空気圧縮機 ２：制御回路部 ３：駆動部 ３ａ：インバータ回路
３ｂ：電動モータ ３ｃ：ステータ ３ｄ：ロータ ４：圧縮空気生成部
５：タンク部 ５ａ、５ｂ：一対のタンク ６：冷却用ファン
７：圧力センサ ８：圧縮空気取出部 ８ａ、８ｂ：圧縮空気取出口（カプラ）
８ｃ、８ｄ：圧力計 ８ｅ、８ｆ：減圧弁 ９：操作パネル
９ａ：取付用ネジ ９ｂ：入力用スイッチ １０：フレーム
１１：本体カバー １２：固定用フレーム ３０ａ、３０ｂ：空気工具
５０ａ：商用交流電源 ５０ｂ：電源コード ５０ｃ：主スイッチ
Ａ１：最大設定圧力値 Ａ２：第１中間設定圧力値 Ａ３：第２中間設定圧力値
Ｘ：最小設定圧力値

Claims (4)

1. 空気工具に供給する圧縮空気を貯留するタンク部と、
   圧縮空気を生成し前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モータを備える駆動部と、
   前記タンク部内の空気圧力を検出するための圧力センサと、
   該圧力センサの検出信号に基づき前記駆動部のモータを制御するための制御回路部とを有し、
   前記制御回路部は、前記圧力センサの検出信号に基づき、前記タンク部内の空気圧力が最大設定圧力値と最小設定圧力値との範囲に維持されるように前記モータの運転を制御する空気圧縮機であって、
   
   前記制御回路部は、前記圧力センサにより空気消費量の大きさを計測し、該空気消費量が所定値（ΔＰｒ／ΔＴｒ）より大きい場合と、小さい場合とで異なる再起動圧力値を設定し、該再起動圧力値に達したときは、それぞれ異なる回転数で前記モータを駆動すると共に、前記モータの駆動にかかわらず前記タンク内圧力が最小設定圧力値以下に低下したときには、タンク内圧力が最大設定圧力値に上昇するまで、前記空気消費量の大きさにかかわらず前記モータを強制的に予め設定された回転数Ｎｘで駆動するように制御する
   ことを特徴とする空気圧縮機。
2. 前記制御回路部は、前記再起動圧力値として、第１再起動圧力値（Ａ２）と、該第１再起動圧力値より低い第２再起動圧力値（Ａ３）とを設定し、
   前記制御回路部は、前記空気消費量が所定値より大きい場合は、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値から前記第１再起動圧力値（Ａ２）以下に低下したときに、前記モータを第１所定回転数で再起動するように制御し、
   前記空気消費量が前記所定値より小さい場合は、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値から前記第２再起動圧力値（Ａ３）以下に低下したときに、前記モータを前記第１所定回転数より低い第２所定回転数で再起動するように制御することを特徴とする請求項１に記載された空気圧縮機。
3. 前記タンク部内の空気圧力が前記第１および第２再起動圧力値より低い前記最小設定圧力値までさらに低下した場合、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値まで上昇するように、前記モータを前記第１所定回転数によって強制運転させることを特徴とする請求項２に記載された空気圧縮機。
4. 前記タンク部内の空気圧力が前記再起動圧力値より低い前記最小設定圧力値までさらに低下した場合、前記タンク部内の空気圧力が前記最大設定圧力値まで上昇するように、前記タンク部の空気圧力により駆動される空気工具の使用を中止した上で、前記モータを前記第１所定回転数によって強制運転させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載された空気圧縮機。

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