エアコンプレッサーの種類と選び方｜レシプロ・スクリュー・スクロールの判断表

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エアコンプレッサー(空気圧縮機)は、モーターで空気を押し縮めて工場の機械に送る「大きな空気入れ」です。小さくて使う時間が短いならレシプロ、一日中たくさん使うならスクリュー、静かで油の混じらない空気ならオイルフリーのスクロールが候補です。

選ぶ順番は、使う空気の量(L/min)の足し算 → 一番高い圧力に配管の損失を足す → 方式と給油式かオイルフリーか → 運転の時間と電気代・電源・置き場所、です。

この記事では、コンプレッサーを自転車の空気入れにたとえて、最後までその話で説明します。選ぶ4つの順番の判断表と、空気の量と電気代の計算もあります。

コンプレッサーとは?電気で動く大きな「空気入れ」

左の言葉が出てきたら、右の本物に読みかえてください

空気入れのたとえ	コンプレッサーでは
ハンドルを押す人の腕	モーター(電気で回る)
筒とピストン	圧縮機本体(空気を押し縮める所)
タイヤ	空気タンク(押し縮めた空気をためておく)
タイヤのかたさ	圧力(MPa。タンクの圧力計で見る)
タイヤがかたくなったら押すのをやめる	圧力開閉器(圧力スイッチ)がモーターを止める

押し縮められた空気を圧縮空気と呼びます。圧縮空気は、使う場所で元の大きさに戻ろうとする力で、機械を押したり、ほこりを吹き飛ばしたりします。

工場では何に使う?電気と並ぶ「もう1つの動力」

圧縮空気の使いみちは、大きく3つです。

• エアシリンダ:空気で押し出す棒(ピストン)で、部品を押す・持ち上げる・つかむ。電磁弁(電気で開け閉めする空気の弁)で、PLC から動かします
• エアブロー:ノズルから空気を吹いて、切りくずや水を飛ばす・部品を乾かす
• エアの工具:ねじを締めるドライバー、塗装のスプレーガンなど

身近で便利なぶん、電気もたくさん使います。省エネルギーセンターの資料では、国内の製造工場で使う電力のうち、コンプレッサーの電力は平均で20〜25%といわれる、としています。だから、選び方ひとつで工場の電気代が大きく変わります。

コンプレッサーの種類:レシプロ・スクリュー・スクロール・ターボ

左の方式ごとに、縮め方・特長・向いている使い方を並べました。特長はメーカーのカタログと公的機関の資料に書かれている範囲です

方式	押し縮め方	メーカーの資料にある特長	向いている使い方の例
レシプロ(往復動)	ピストンが筒の中を行ったり来たりする	手ごろな定番の形(タンク一体形が多い)	小さな工場・作業場で、使う時間が短い・とぎれとぎれ
スクリュー	かみ合う2本のねじが回り、すき間の部屋を小さくする	振動が少ない。大きな容量まで品ぞろえ	一日中たくさん使う工場の主力
スクロール	渦巻きの板が回るように動き、部屋を小さくする	低騒音・低振動。オイルフリーが多い	静かさが要る場所、油の混じらない空気が要る所
ターボ(遠心)	羽根車で空気に勢いをつけ、その勢いを圧力に変える	容積形とは性質が違う(圧力を下げたときの効き方など)	大きな工場の大容量

省エネルギーセンターの資料も、コンプレッサーを「レシプロ形・スクリュー形・スクロール形等の容積式」と「ターボ形等の遠心式」に分けて説明しています。工場で多く見るのは容積形の3つなので、この記事ではその3つを中心にします。

レシプロ式のしくみ:空気入れのピストンそのもの

レシプロ(reciprocating)は「行ったり来たり」という意味です。モーターの回転を、クランク(自転車のペダルのような回る腕)でピストンの往復に変えます。

• 吸いこむ:ピストンが下がり、吸いこみ弁から外の空気が入る
• 押し縮める:ピストンが上がり、筒の中の空気がぎゅっと縮む
• 吐き出す:タンクより圧力が高くなると吐き出し弁が開き、タンクへ送る
• 戻る:ピストンが下がり、次の空気を吸いこむ

1回ごとに「吸う・吐く」をくり返すので、空気が脈を打つように出ます。音や振動が出やすいのはこのためです。小さな機種はタンクの上にのった形(タンクマウント)が多く、圧力がたまったらモーターを止め、下がったらまた動かす(⑫)使い方が基本です。

スクリュー式とスクロール式:部屋をだんだん小さくする

左の比べる所ごとに、2つの方式を並べました。数値の範囲は機種によるので、カタログで確かめます

比べる所	スクリュー式	スクロール式
縮め方	かみ合う2本のねじが回る	渦巻きの板が、もう1枚の渦巻きのまわりを回るように動く
空気の出方	なめらか	なめらか(吸いこみ・吐き出しの弁がない形が多い)
よく見る大きさ	数 kW から数十 kW 以上まで	小さめの機種を何台か組み合わせる形もある
メーカーの資料の特長	振動が少ない高性能タイプ	低騒音・低振動。潤滑油を使わない形は研究・歯科・食品などクリーンな用途に多い

スクリュー式は、一日中動かす工場の主力として、インバーターで回る速さを変えて空気の量を合わせる機種も多くあります(⑫)。

給油式とオイルフリーの違い:空気に油が混じってよいか

左の条件に当てはまる行を、上から探します。最後の行は、どれにも当てはまらないときの決め方です

条件	選ぶもの	理由
食品・医薬・研究・塗装など、空気が製品にふれる	オイルフリー	空気に油が混じると製品を汚すおそれがある
エアシリンダ・エアの工具が中心の一般の工場	給油式(+フィルタ)	手ごろで、同じ出力でも選べる機種が多い
給油式を使うが、ある機械だけきれいな空気が要る	その手前にフィルタ・ドライヤを足す	全体をオイルフリーにしなくてよい場合がある
迷ったら	空気を使う機器のメーカーが求める空気の質	機器の取扱説明書に、油分・水分の条件が書かれていることがある

メーカーのカタログでも、同じ方式に給油式とオイルフリーの両方の品ぞろえがあります。給油式のドレン(空気から出る水)には油が混じるため、そのまま下水へ流さず、分離してから流すよう注意書きがあります。

カタログの読み方:kW・制御圧力・吐き出し空気量

コンプレッサーのカタログの仕様表には、たくさんの数字が並びます。最初に見るのは次の4つです。

• 電動機の定格出力(kW):モーターの大きさ。電気代と、電源・ブレーカーの大きさにかかわる
• 制御圧力(MPa):タンクの圧力をこの範囲に保つ、という設定。「0.8〜1.0 MPa」なら、0.8 で動き出し 1.0 で止まる(圧力開閉器式の場合)
• 吐き出し空気量(L/min・m³/min):1分間に送り出せる空気の量。大気圧の状態に直した量で書かれる
• 空気タンクの容量(L):ためておける空気の器の大きさ

あるメーカーのカタログでは、「吐き出し空気量は最高圧力時に吐き出す空気量を吸込状態(大気圧)に換算した値」と注記しています。圧力の単位はふつうゲージ圧(まわりの大気圧をゼロとした圧力)です。

同じカタログから、方式の違う例を並べてみます(値はカタログの仕様表の例。機種と圧力で変わります)。

右の列は、吐き出し空気量を出力で割った自作の目安です。圧力の条件がそろっていないので、方式どうしの優劣ではなく「桁の感覚」として見てください

方式(カタログの例)	出力	圧力	吐き出し空気量	1 kW あたり
給油式レシプロ・タンク 100 L	3.7 kW	0.8〜1.0 MPa	400 L/min	約108 L/min
給油式レシプロ・タンク 180 L	7.5 kW	0.8〜1.0 MPa	855 L/min	約114 L/min
オイルフリースクロール	3.7 kW	0.65〜0.8 MPa	425 L/min	約115 L/min
給油式スクリュー	7.5 kW	1.0 MPa 時	900 L/min	約120 L/min
給油式スクリュー	37 kW	最高 0.7 MPa	7000 L/min	約189 L/min

ざっくり言うと、出力1 kW あたり 0.1〜0.2 m³/min(100〜200 L/min)が、このカタログの例での目安です。大きな機種や低い圧力ほど、1 kW あたりの空気は多くなる傾向が見えます。

計算してみよう①:必要な空気の量を、エアシリンダから足し算する

コンプレッサーが小さすぎると、空気が足りずに機械の動きが遅くなったり止まったりします。大きすぎると、高い買い物と電気のむだになります。大きさを決める出発点が、使う空気の量です。

式の出どころ:エアシリンダは、筒の中に空気を入れてピストンを押す部品です。1往復で使う空気は、まず「押す側と戻す側の、動いた部屋の体積」です。ただし中の空気は押し縮められているので、大気圧に直すと体積が大きくなります。その倍率が「絶対圧 ÷ 大気圧」=(使う圧力 + 0.1013)÷ 0.1013 です。ミスミの技術資料には、コンプレッサーの選定に使う式として、次の形が載っています。

1往復の空気[L] =(押す側の面積 + 戻す側の面積)× ストローク ×(圧力 + 0.1013)÷ 0.1013 ÷ 1,000,000

• 面積[mm²]:押す側は筒の内側の円の面積。戻す側は、そこからピストンの棒(ロッド)の分を引く
• ストローク[mm]:ピストンが動く長さ
• 圧力[MPa]:使う圧力(ゲージ圧)。0.1013 は大気圧[MPa]
• ÷ 1,000,000:mm³ を L(リットル)に直す(1 L = 1,000,000 mm³)

例として、内径 40 mm・ロッド 16 mm・ストローク 100 mm のシリンダを、0.5 MPa で1分に10往復、4本動かす機械を考えます(値は例)。

答えの意味を確かめます。⑧のカタログの例では、0.75 kW の小さなレシプロが 75 L/min、1.5 kW が 170 L/min です。82 L/min なら 0.75 kW では足りず、1.5 kW クラスが候補になります。シリンダと電磁弁のあいだの配管の中の空気も毎回使われるので、配管が長い機械では、その分も同じ考え方で足します。

桁の感覚もつかんでおきます。内径 40 mm のシリンダ1本が1往復で使う空気は、約1.4 L(1.5 L のペットボトル1本分くらい)。それが1分に10回なら、1本で約14 L/min です。

計算してみよう②:コンプレッサーの電気代を、モーターの kW から出す

コンプレッサーは買う値段より、何年も払い続ける電気代のほうが大きくなりがちです。選ぶ段階で電気代の桁をつかんでおくと、方式やインバーター機を比べる物差しになります。ここは電気の設計者の側から見た計算です。

式の出どころ:電力量(kWh)は「電力(kW)× 時間(h)」です。カタログの kW はモーターが軸から出す力(出力)なので、電気から取る力(入力)は、効率で割って大きくなります。さらに、空気を使わない時間は止まったり軽く回ったりするので、平均の負荷率を掛けます。

年間の電気代[円] = 出力[kW] ÷ 効率 × 平均の負荷率 × 運転時間[h] × 単価[円/kWh]

運転時間 4000 時間・負荷率 60% は、あるメーカーのカタログが省エネ効果を試算するときに使っている条件の例にそろえました。効率と単価は例なので、実際はモーターの銘板と電気の契約で置きかえます。

次に、圧力を下げるとなぜ電気が減るのかを、空気を押し縮める仕事の理論式で確かめます。熱が逃げないと考えたときの理論の動力は、「(絶対圧 ÷ 大気圧)の 0.2857 乗 − 1」に比例します(0.2857 は空気の性質から決まる数)。ここでも絶対圧を使います。

つまり、⑨で出した「本当に要る圧力」より高く設定しているぶんは、毎年の電気代として払い続けることになります。ただし、機種ごとに設定できる下限があり、遠心式(ターボ)では効き方が違います。圧力を下げる手順や、エア漏れを止める省エネは、別の記事でくわしく扱う予定です。

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エアコンプレッサーの選び方:4つの順番と判断表

空気入れでいえば、「何台の自転車に、どれくらいの頻度で入れるか(量)」「どれくらいかたくするか(圧力)」「どんな空気入れか(方式)」「どこに置いて、どう動かすか」の順です。最初に量を出さないと、方式を決めても大きさが決まりません。

左の条件に当てはまる行を探します。複数に当てはまるときは、上の STEP の順で優先します

条件	候補	理由
使う量が少なく、使う時間が短い・とぎれとぎれ	レシプロ(タンク一体形)	手ごろ。圧力開閉器で止めておける
一日中、たくさん使う	スクリュー(使う量が変わるならインバーター機)	連続運転に向き、量の変化に合わせやすい
静かさが要る・事務所や住宅の近く	スクロール	低騒音・低振動の特長
空気が製品にふれる(食品・医薬など)	オイルフリー	空気に油が混じらない
使う量が大きく変わる・将来増える	小さめの機種を複数台、または回転数を変えられる機種	少ない量のときにむだに回さない
迷ったら	使う量と圧力の一覧を持って、メーカーか販売店に相談	保証値や設置の条件は機種ごとに違う

電気・制御の設計者から見た注意点:電源・動き出す回数・法令

コンプレッサーは、空気の機械であると同時に、大きなモーターをもつ電気の機械です。電気の設計の側から見ると、次の点を先に確かめておくのがおすすめです。

左の項目ごとに、理由と確かめる場所を並べました。数値は機種で違うので、右の列の資料で確かめます

確かめること	なぜ要るか	どこで確かめるか
電源の電圧と周波数(50/60 Hz)	50 Hz 用と 60 Hz 用を分けている機種があり、周波数の違う地域では使えないことがある	カタログの仕様の注記・銘板
配線の太さと漏電遮断器の定格	モーターは動き出す瞬間に大きな電流が流れる。機種ごとにメーカーの指定がある	カタログの「電気容量・配線表」・取扱説明書
モーターの余裕度(サービスファクタ)	定格出力より15〜30%大きく出せる機種があり、銘板の kW より電力が大きくなることがある	カタログの注記。実際の電力は測って確かめる
動き出し方(直入れ・スターデルタ・インバーター)	動き出すときの電流の大きさが変わり、電源やほかの機械への影響が変わる	機種の仕様・取扱説明書
1時間に動き出す回数	圧力開閉器で入/切する機種は、使い方とタンクの大きさで回数が変わる	下の動く図・取扱説明書の制限

モーターの動き出し方(直入れ・スターデルタ始動など)のしくみは、同じ筆者が運営する電気と品質管理のブログ shirasusolo.net の誘導電動機の始動法の記事で解説しています。

次の動く図で、使う空気の量とタンクの大きさを変えたとき、モーターが1時間に何回動き出すかを確かめてみましょう。

見てほしいのは、使う量が吐き出し量の半分くらいのときに回数が一番多くなり、タンクを2倍にすると回数が半分になることです。モーターは動き出すたびに大きな電流が流れるので、回数が多すぎると、モーターや電磁開閉器(モーターの電気を入れ切りする部品)に負担がかかります。許される回数は機種の取扱説明書で確かめます。

7.5 kW や 0.2 MPa・0.04 m³ は、法令に書かれている区切りです。くわしい義務は、カタログの法規の頁と所管の役所で確かめてください

法令	対象になるもの	することの例
騒音規制法(と振動規制法)	原動機の定格出力 7.5 kW 以上の空気圧縮機(指定地域にある工場)	設置の前に、市町村を通じて都道府県知事へ届け出る。規制の中身は地域で違う
労働安全衛生法(第二種圧力容器)	ゲージ圧 0.2 MPa 以上の空気をためる容器で、内容積 0.04 m³ 以上など	定期自主検査と記録など。タンクの大きさと圧力で当てはまるかを確かめる

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空気入れでいえば、タイヤがかたくならない原因は、空気入れが弱いとは限りません。タイヤに穴があいている、ホースが細い、口金がゆるい、のほうが多いこともあります。

上の行から順に確かめます。左の列が今の症状に近い行を探してください。

症状・いつ出るか	まず疑う原因	確かめる場所・測るもの	直し方
タンクの圧力が上がりきらない・コンプレッサーが止まらない	使う量が吐き出し空気量を超えた/配管・継手からの漏れ	使う機器が増えていないか、休み時間に機械を止めて圧力が下がるか(漏れの目安)	使う量を見直す。漏れを直す。足りなければ増設
タンクの圧力は十分なのに、機械の動きが遅い	フィルタの詰まり・配管が細い・ドライヤなどでの圧力の下がり	機械の近くの圧力計と、タンクの圧力計の差	フィルタの交換、配管を太く・短く
モーターがひんぱんに動き出し、止まりをくり返す	タンクが小さい・使う量が吐き出し量の半分前後(⑫の動く図)	1時間の動き出しの回数、タンクの容量	タンクを足す。制御のしかたが違う機種を検討
電源を入れるとブレーカーが落ちる	配線・ブレーカーが機種の指定と合っていない/タンクに圧力が残ったまま動き出す	カタログの電気容量・配線表と、実際のブレーカーの定格	メーカー指定の配線と定格に合わせる。取扱説明書の手順で点検

左の失敗の多くは、⑪の4つの順番を守れば防げます

よくある失敗	起きること	防ぎ方
今の使う量だけで、ぎりぎりの大きさを選ぶ	機械を1台足しただけで空気が足りなくなる	⑨で余裕の倍率を決め、将来の増設を一覧に入れておく
「念のため」圧力を高く設定する	電気代が増える(0.1 MPa で約8%)	⑪の STEP 2 で、要る圧力から決める
タンクの中の縮んだ空気の体積と、吐き出し空気量を比べる	必要な量を大きく見誤る	どちらも大気圧の状態に直してから比べる(⑧⑨)
周波数の違う地域へ機械ごと移す	性能が変わる・使えない機種がある	50/60 Hz の仕様を銘板で確かめる

よくある質問

まとめ:コンプレッサーは、量 → 圧力 → 方式 → 電気の順で選ぶ

コンプレッサーが決まったら、そのモーターを回すインバーターや、電源を守るブレーカーの選び方へ進みましょう。