(57)【要約】【課題】  圧電素子を駆動源とし、吐出側に逆止弁に代えて管路要素を設けたポンプにおいては、呼び水動作で完全に気泡を排除しないと動作困難であった。【解決手段】  吸入と吐出双方が可能なポンプと、ポンプ室内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの情報に基づきポンプの吸入と吐出を制御する制御装置とを備えた。また、被呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置と呼び水終了報知装置を備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入と吐出双方が可能なポンプと、ポンプ室内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの情報に基づきポンプの吸入と吐出を制御する制御装置とを備えた、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプ呼び水装置において、
前記ポンプの吐出時の圧力がゲージ圧で１〜５気圧である、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のポンプ呼び水装置において、
前記ポンプがモータで駆動されるピストンポンプである、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のポンプ呼び水装置において、
被呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置を具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプ呼び水装置において、
被呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置の信号を出力するコネクタを具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のポンプ呼び水装置において、
呼び水終了報知装置を具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５に記載のポンプ呼び水装置において、
方向切替弁装置を具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６に記載のポンプ呼び水装置において、
廃液タンクを具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項７に記載のポンプ呼び水装置において、
被呼び水ポンプの吐出管を挿入する挿入口と、前記挿入口と前記被呼び水ポンプ吐出管をシールするシール部材を具備する、ことを特徴とするポンプ呼び水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自吸が困難なポンプの呼び水装置に関し、特にダイアフラムによりポンプ室内の容積を変更して動作流体の移動を行うポンプであって、吸い込み側逆止弁を有する一方、吐出側には逆止弁が無いポンプに呼び水動作を行うポンプ呼び水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、呼び水装置は遠心ポンプ等、気体が内部にある状態では自吸が困難なポンプの起動時にポンプ室に液体を導入する目的で用いられている。（例えば、特許文献１参照）また、吸い込み側逆止弁を有する一方、吐出側には逆止弁の代わりに流体の慣性効果を発生する管路要素をポンプ室の直後に設けた高出力マイクロポンプが開発されている。（非特許文献１参照）
【特許文献１】実開昭６４−４７９９３号公報（第２頁、第１図）
【非特許文献１】「流体の慣性効果を用いた高出力マイクロポンプ」  日本機械学会誌  ２００３．１０  ＶＯＬ．１０６  Ｎｏ．１０１９  （第８２３頁、図１〜図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような特許文献１では、ポンプ内部に動作流体が入っていない起動時に、まず、真空ポンプを用いて呼び水を行う。その際、吸引動作のみで行うためポンプ室の隅部等に気泡が残留するが、被呼び水ポンプが遠心ポンプ等の多少気泡があっても運転に影響が出ないポンプの場合は問題にならない。一方、非特許文献１のようにポンプ室の容積変化によって吐出動作を行うポンプのうち、特に変位量の小さい圧電素子を駆動源としたような場合には、微小な気泡がポンプ室内に残ることで、ポンプ室の容積変化が残留した気体の圧縮に費やされて起動を行うことができないという課題がある。
【０００４】
本発明の目的は、呼び水を吸引後、適正な加圧動作を行うことで残留した気体を圧縮し、ポンプ室の容積変化の小さい被呼び水ポンプを起動することが可能なポンプの呼び水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のポンプ呼び水装置は、吸入と吐出双方が可能なポンプと、ポンプ室内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの情報に基づきポンプの吸入と吐出を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、ポンプ呼び水装置によって被呼び水ポンプに液体を吸引した後、圧力センサの情報に基づいて適正な加圧動作を行い、被呼び水ポンプ内に残留した気泡を予め圧縮することで、被呼び水ポンプのポンプ室の容積変化量が小さい場合においても、吐出動作が可能となり被呼び水ポンプを起動することが可能となる。さらに起動後は、ポンプの呼び水装置によって一定の負荷圧力を制御しながら、被呼び水ポンプを一定時間動作させることで、被呼び水ポンプ内部の気泡を完全に排除することが可能となるのである。
【０００７】
前述の構造では、呼び水を行うために具備されるポンプの吐出時の圧力がゲージ圧で１〜５気圧であることが望ましい。
【０００８】
このような構成によれば、被呼び水ポンプの吸引時に残留した気泡を十分に圧縮することが可能で、被呼び水ポンプの起動を容易にできる。
【０００９】
また、本発明のポンプ呼び水装置は、呼び水を行うために具備されるポンプがモータで駆動されるピストンポンプであることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、簡単にポンプ呼び水装置のポンプを構成でき、また、十分な吐出時の圧力も容易に達成でき、制御も容易となる効果がある。
【００１１】
また、本発明のポンプ呼び水装置は、被呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置を具備することが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、ポンプ呼び水装置の吸引動作で被呼び水ポンプ内に液体が満たされた後、ポンプ呼び水装置のポンプが吐出動作を行い、被呼び水ポンプのポンプ室内に残留している気泡が十分に圧縮された状態で、被呼び水ポンプのポンプ駆動指示が行われるため、この指示に基づいて被呼び水ポンプを駆動することで効率的に被呼び水ポンプを起動できる。
【００１３】
さらに、前述の構造では、呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置の信号を出力するコネクタを具備することが好ましい。このコネクタを通じてポンプ駆動指示装置の信号を被呼び水ポンプの駆動装置に伝達することで呼び水動作が自動化できる。
【００１４】
前述のポンプ呼び水装置は、呼び水終了報知装置を具備することが望ましい。
【００１５】
このような構成によれば、呼び水動作が終了しポンプが使用可能な状態になったこと使用者に確実に知らせることができる。特に呼び水動作が自動化されている場合には効率的な作業ができるという効果がある。
【００１６】
本発明のポンプ呼び水装置は、方向切替弁装置を具備することが望ましい。
【００１７】
このような構成によれば、例えば前述の構成のように呼び水を行うために具備されるポンプがモータで駆動されるピストンポンプである場合において、小さな容量のピストンでも繰り返し吸入動作を行うことで確実な呼び水動作を可能にし、ポンプ呼び水装置を小型化できるという効果がある。
【００１８】
さらに、前述の構造では廃液タンクを具備することが好ましい。
【００１９】
ポンプ呼び水装置が繰り返し吸入動作を行う場合、吐出時に気体と同時に動作流体が吐出されるが、廃液タンクを設けることで場所の制限無しに呼び水作業を行うことができるという効果がある。
【００２０】
さらに、本発明のポンプ呼び水装置においては、被呼び水ポンプの吐出管を挿入する挿入口と、前記挿入口と前記被呼び水ポンプ吐出管をシールするシール部材を具備することが望ましい。
【００２１】
このような構成によれば、被呼び水ポンプが吐出ノズルを有する場合、吐出ノズルを挿入口に差し込むだけでポンプの呼び水動作を開始することが可能で操作性を向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は実施例１のポンプ呼び水装置１００が示され、図２は実施例１のポンプ呼び水装置を用いた被呼び水ポンプ３００の呼び水動作を示している。
【００２４】
図１は、本実施例１のポンプ呼び水装置１００の断面図が示されている。図１において、このポンプ呼び水装置１００は、シリンダ１２０とその内部を摺動するピストン１１０が備えられる。
【００２５】
ピストン１１０は、プランジャー部１１１とガスケット１１２で構成される。ガスケット１１２はゴム等の柔軟な材質で形成されプランジャー部１１１の先端に契合するとともにピストン１１０の摺動時にシリンダ１２０の内面とのシールを行う。
【００２６】
プランジャー部１１１の外面には図示しないリブがあり、シリンダ１２０の内面に固定された回転止め１２３によって、ピストン１１０が回転せずにシリンダ内を直動する構造となっている。
【００２７】
シリンダ１２０の端部には、吸入吐出ノズル１２１が設けられ、被呼び水ポンプと呼び水動作時にチューブ等で簡単に接続が可能である。
【００２８】
シリンダ１２０の吐出吸入ノズル１２１の逆側の端部にはモータ１３１とモータと直接組み合わされた減速装置１３２が備えられている。減速装置１３２からはリードスクリュー１３３が突出し、前記リードスクリュー１３３は前述したプランジャー部１１１の内側に備えられたネジ部と契合している。従って、モータ１３１及び減速装置１３２によってリードスクリュー１３３が回転すると、プランジャー部１１１のネジ部と前述した回転止め１２３の効果によってピストン１１０が回転せずに移動する。
【００２９】
モータ１３１の駆動は、制御装置１４１の指令に基づいてモータ１３１に内蔵されたモータ駆動装置によって行われる。制御装置は圧力センサ１４２の信号をもとに制御を行う。
【００３０】
次に、本実施例のポンプ呼び水装置の呼び水動作について図２（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００３１】
被呼び水ポンプ３００の流路は、吸入管３２１、ポンプ室３２３、吐出管３２５で構成されている。吸入管３２１からポンプ室３２３の間には、吸入側への逆流を防ぐ逆止弁が設けられている。一方、吐出側は逆止弁の代わりに流体の慣性効果を発生するように、吐出管３２５の長さは十分長く断面積が小さく形成されている。ポンプ室３２３は、圧電素子３１３の伸縮によって駆動されるダイアフラム３２４によって容積変化し、ポンプの吸入と吐出が行われる。本構成の被呼び水ポンプは小型で高出力を発生可能であるが、気泡がポンプ室に残留すると、圧電素子３１３の変異量が小さいため、ポンプ室３２３の容積変化が残留した気体の圧縮に費やされて起動を行うことができない。従って、呼び水動作では完全に気泡を排出することが必要となる。
【００３２】
図２（ａ）は呼び水動作前の状態で、被呼び水ポンプ３００の吸入管３２１は図示しないチューブによって動作流体の入ったタンクに接続し、吐出管３２５はチューブ４１１によって本実施例のポンプ呼び水装置１００の吸入吐出ノズル１２１に接続されている。
【００３３】
呼び水動作が開始されると、モータ１３１の回転によってシリンダ室１２２の容積が大きくなるようにピストン１１０が駆動されるため、シリンダ室１２２内は負圧になり、チューブや被呼び水ポンプ３００内の流路の気体が吸引され、その後、動作流体が吸引される。
【００３４】
図２（ｂ）は吸引後の状態を示し、シリンダ室１２２内は動作流体の上部に気体がある状態となる。動作流体が十分にシリンダ室１２２内に吸引された後、モータ１３１は逆転しシリンダ室１２２の容積を減少させる。このとき、被呼び水ポンプ３００の逆止弁３２２が閉鎖するため、シリンダ室１２２内部から被呼び水ポンプ３００のポンプ室３２３までの間は圧力が等しく上昇する。
【００３５】
この圧力は、圧力センサ１４２によって検出され、所定の圧力に達した時点でモータ１３２はいったん停止し一定圧制御モードに移行する。この圧力をゲージ圧で１気圧以上にすることで、被呼び水ポンプ内のポンプ室３２３の隅部等に残留している気泡が十分に圧縮され被呼び水ポンプの起動が容易になる。一方、この圧力が５気圧以上であると、被呼び水ポンプとポンプ呼び水装置間の接続構造を高耐圧にする必要があり大型化を招く。
【００３６】
一定圧制御モードにおいては、制御装置１４１は圧力センサ１４２の信号に基づいてシリンダ室１２２の圧力を所定の圧力保つようにモータ１３２の回転を制御する。一定圧制御モードに移行したとき、制御装置１４１内に備えられた被呼び水ポンプのポンプ駆動指示装置からブザー等によって作業者に報知がなされる。この報知によって、作業者は被呼び水ポンプ３００のポンプ駆動を行う。この時点で被呼び水ポンプ３００のポンプ室３２３内の気泡は十分に圧縮されているため圧電素子３１３の伸縮によりポンプ室３２３内では大きな圧力変動が発生し、逆止弁３２２と吐出管３２５内の管路の慣性効果によって被呼び水ポンプ３００は吐出を開始する。この吐出によって、動作流体は、ポンプ呼び水装置１００のシリンダ室１２２の送り込まれるため、ピストン１１０は後退しながらシリンダ室内の圧力を一定に保つ。
【００３７】
所定の時間、被呼び水ポンプ３００を一定圧負荷で動作させることによって、被呼び水ポンプ３００内の流路に残留した気泡も流され、完全に気泡を排除できるのである。気泡が完全に排除されると、被呼び水ポンプの吐出流量は増加するため、シリンダ室１２２を一定圧に保つためのピストン１１０の後退速度が速くなるため、制御装置１４１により気泡の排除が検出できる。その時点で、制御装置１４１内の呼び水終了報知装置からブザー等で作業者に呼び水動作終了が報知されるため、作業者は被呼び水ポンプの駆動を停止し、チューブ４１１を吐出管３２５から外し被呼び水ポンプを目的の用途に用いることが可能となる。このとき、本実施例で説明した被呼び水ポンプは吐出管が十分に長いため、チューブ４１１を外してもポンプ室３２３内へ空気が入ることは無く自由に目的用途に用いることができるのである。
【実施例２】
【００３８】
本発明の別の実施例について、図３から５を用いて説明する。図３は本実施例のポンプ呼び水装置及び被呼び水ポンプの断面図、図４は本実施例のポンプ呼び水装置の制御ブロック図、図５は本実施例の各部の制御状態図である。なお、前述の実施例１と同一機能部分には同番号を割り振ってある。
【００３９】
本実施例のポンプ呼び水装置は、被呼び水ポンプの吐出管を挿入する挿入口２１１、シリンダ室１２２、廃液タンク１２０が、それぞれ、方向切替弁装置２２１のポートＡ、ポートＢ、ポートＣに接続されている。
【００４０】
挿入口２１１の内部には、被呼び水ポンプ３０１の吐出管３２５が嵌合し、シールされるシール部材２１２が設置され、被呼び水ポンプの吐出管を差し込むだけで気密が保たれるようになっている。
【００４１】
本実施例における被呼び水ポンプ３０１は先端に細いノズル部３２６が形成され、ジェット噴流を吐出することが可能である。また、ポンプ呼び水装置１０１のポンプ駆動指示装置の信号を出力するコネクタ２３１と接続されるポンプ駆動指示コネクタ３３１を備える他は実施例１の被呼び水ポンプと同様の構造となっている。また、本実施例のポンプ呼び水装置３０１のピストン１１０、モータ１３１周辺部も実施例１とほぼ同様の構造となっている。
【００４２】
次に図４に基づいて、本実施例のポンプ呼び水装置の制御ブロックについて説明する。制御装置１４１は、モータ１３１、圧力センサ１４２、方向切替弁装置２２１が接続されている。また制御装置１４１内部には、ポンプ駆動指示装置と呼び水終了報知装置が内蔵され、ポンプ駆動指示装置の信号はコネクタ２３１を介して被呼び水ポンプに伝達されるようになっている。
【００４３】
次に、本実施例のポンプ呼び水装置の動作について図５の各部の制御状態図を用いて説明する。図中の区間番号は時系列順の動作状態である。
【００４４】
まず、第１の区間では、電磁弁の連通方向はポートＡとポートＢであり、挿入口２１１とシリンダ室１２２が連通している。この状態でシリンダ室１２２の容積が拡大されると、シリンダ室１２２内と連通する挿入口２１１及び被呼び水ポンプ３０１のポンプ室３２３が負圧になり、被呼び水ポンプ内の流路に動作流体が導入される。ただし、この状態においては、シリンダ室１２２の最大容積が小さい場合には途中までしか動作流体が導入できない。
【００４５】
第２の区間では、電磁弁の連通方向はポートＢとポートＣであり、シリンダ室１２２と廃液タンク１２０が連通する。シリンダ室１２２の容積を縮小することで廃液タンクに流路の気体と場合によっては若干の動作流体が排出される。
【００４６】
第３の区間では、第１の区間と同様、電磁弁の連通方向はポートＡとポートＢであり、挿入口２１１とシリンダ室１２２が連通している。第一の区間と同様の動作を行うことで途中まで吸入していた動作流体を完全に流路中に導入できる。以上の動作を繰り返すことによって、流路が長い場合においても小さなシリンダ室最大容積で流路中に流体を導入することができるのである。流路中の流体が完全に導入できたことを検出するためにシリンダ室内に液位センサを設けても良い。
【００４７】
第４の区間では、第３の区間と同様、電磁弁の連通方向はポートＡとポートＢであり、挿入口２１１とシリンダ室１２２が連通している。この状態でシリンダ室容積を減じることで、被呼び水ポンプ３０１の逆止弁が閉じ、被呼び水ポンプ３０１のポンプ室３２３の圧力が上昇しこれと連通するシリンダ室１２２の圧力も上昇する。このときの圧力変化はシリンダ室１２２内の圧力センサ１４２で検出される。シリンダ室１２２内の圧力が所定の値に達すると、第５の区間に移行する。この段階では被呼び水ポンプのポンプ室内等に残留している気泡は、被呼び水ポンプが動作可能な状態まで圧縮されている。
【００４８】
第５の区間では、第４の区間と同様、電磁弁の連通方向はポートＡとポートＢであり、挿入口２１１とシリンダ室１２２が連通している。まず、制御装置１４１内部のポンプ駆動指示装置制御装置からコネクタ２３１を介して被呼び水ポンプ３０１のポンプ駆動指示信号が伝達され、被呼び水ポンプ３０１は駆動を開始する。制御装置１４１はモータ駆動装置１３１を介してシリンダ室１２２容積を制御しているが、第５の区間においては一定圧制御モードとなるため、被呼び水ポンプ３０１の吐出量に応じて容積が拡大される。当初は被呼び水ポンプの流路内に残留する気泡の影響で吐出量が少なく、シリンダ室容積変化率は小さいが、被呼び水ポンプの動作によって残留気泡が排出されると容積変化率が増大する。この容積変化率によってポンプ室内の気泡の排除を検出することができる。
【００４９】
第６の区間では、電磁弁の連通方向はポートＡとポートＣであり、挿入口２１１と廃液タンク１２０が連通する。その結果、被呼び水ポンプは無負荷で吐出動作を行うことになり流量が最大になる。従って、第５の区間で排出しきれない微細な気泡も流路内の流速が高くなるため完全に排出が可能となるのである。第６の区間は所定の時間経過後終了し、被呼び水ポンプ３０１の動作を終了すると同時に、呼び水終了報知装置により終了表示を行うため作業者は、時間の無駄なく被呼び水ポンプをポンプ呼び水装置から抜いて目的用途に使用できるのである。
【００５０】
このように、本発明のポンプ呼び水装置は、被呼び水ポンプを挿入口に挿入するだけという簡単な操作で、気泡の排除を完全に行うことが可能で、小型高出力ポンプを容易に使用できるようになるという効果がある。
【００５１】
なお、本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５２】
例えば、前述した実施例１および実施例２では、それぞれに最適な構造を示しているが、実施例の構造を組み合わせて採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のポンプ呼び水装置は、高出力マイクロポンプやその応用機器である超小型ウォータージェット装置等の呼び水動作に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係るポンプ呼び水装置の断面図。
【図２】本発明の実施例１に係るポンプの呼び水動作説明図。
【図３】本発明の実施例２に係るポンプ呼び水装置及び被呼び水ポンプの断面図。
【図４】本発明の実施例２に係るポンプ呼び水装置の制御ブロック図。
【図５】本発明の実施例２に係るポンプ呼び水装置各部の制御状態図。
【符号の説明】
【００５５】
１００，１０１…ポンプ呼び水装置、１１０…ピストン、１１１…プランジャー部、１１２…ガスケット、１２０…シリンダ、１２１…吐出吸入ノズル、１２２…シリンダ室、１３１…モータ、１３２…減速装置、１３３…リードスクリュー、１４１…制御装置、１４２…圧力センサ、２１１…挿入口、２１２、シール部材、２２１…方向切替弁装置、２３１…コネクタ、２４１…廃液タンク、３００，３０１…被呼び水ポンプ、３１３…圧電素子、３２１…吸入管、３２３…ポンプ室、３２５…吐出管、３２４…ダイアフラム。
【図１】
2005307743.tif 000003
【図２】
2005307743.tif 000004
【図３】
2005307743.tif 000005
【図４】
2005307743.tif 000006
【図５】
2005307743.tif 000007