特許 6875447 ポンプ装置及びポンプの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6875447

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】ポンプ装置及びポンプの運転方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/10 20060101AFI20210517BHJP

【ＦＩ】

   F04B49/10 311

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-76986(P2019-76986)

(22)【出願日】2019年4月15日

(65)【公開番号】特開2020-176522(P2020-176522A)

(43)【公開日】2020年10月29日

【審査請求日】2020年7月30日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000165

【氏名又は名称】グローバル・アイピー東京特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山内 豊大

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９０８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１８３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０００２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１４２２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５１２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２５０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２３９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５１１４６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４９／１０

Ｆ１６Ｐ ３／１８

Ｂ０８Ｂ ３／０２

Ａ４７Ｌ １５／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルが配置された噴射室の扉を閉じ、
前記扉を閉じたまま、洗浄を行う間、前記ノズルと接続され、安全圧力を超える圧力で液体を吐出するポンプを駆動するモータを回転し、
前記ポンプの回転速度を検出し、
前記扉を閉じたまま、洗浄を終了する際に、前記モータを停止し、
前記ポンプの回転速度が、前記ポンプの吐出圧が前記安全圧力となる回転速度である閾値以下である場合に前記扉を開け、
前記扉が開いている間、前記ポンプの回転速度が前記閾値以下であることの監視を継続し、
前記扉が開いている間に前記ポンプの回転速度が前記閾値を超える場合に前記ポンプを緊急停止する、
ポンプの運転方法。

【請求項2】

更に、
前記扉が開いている間、前記モータの駆動電力を遮断する、
請求項１に記載のポンプの運転方法。

【請求項3】

前記扉を閉じたまま、洗浄を行う間、前記ポンプは５〜２００ＭＰａの液体を吐出する、
請求項１又は２に記載のポンプの運転方法。

【請求項4】

前記安全圧力は、人体に危害を加えない圧力である、
請求項１〜３のいずれかに記載のポンプの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はポンプ装置及びポンプの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フレームと、ノズルが配置されたタレット台と、液体加圧手段と、タンクバルブ及び供給バルブ１４３を持つ高圧シフトバルブと、を有する工作機械が提案されている（特許第３０６５９０５号公報、以下、特許文献１）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

特許文献１の工作機械では、ノズルから高圧液体の噴射を開始する際、タンクバルブを閉じて供給バルブを開ける。また、ノズルからの高圧液体の噴射を停止する際、タンクバルブを開けて供給バルブを閉じる。液体加圧手段は、ノズルが液体を噴射するか否かに関わらず、運転されている。そのため、高圧シフトバルブの異常動作により、不意にノズルから高圧液体が噴射する可能性があった。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の側面は、ポンプ装置であって、
扉を有する噴射室と、
前記噴射室内に配置されたノズルと、
前記ノズルと接続され、液体を吐出するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記扉が閉じていることを検出する扉センサと、
前記扉センサと通信可能な制御装置であって、前記扉が閉じていることを前記扉センサが検出したときにのみ、前記モータに駆動電力を供給するモータ回転部、を有する制御装置と、を有する。
本発明の第２の側面は、ポンプの運転方法であって、
ノズルが配置された噴射室の扉を閉じ、
前記扉を閉じたまま、ポンプを駆動するモータを回転し、
前記扉を閉じたまま、前記モータを停止し、
前記ポンプの回転速度を検出し、
前記ポンプを停止している間、前記回転速度が、前記ポンプの吐出圧が安全圧力以下となる前記モータの回転速度である閾値以下であることを監視し、
前記回転速度が前記閾値以下である場合に前記扉を開け、
前記回転速度が前記閾値を超える場合に緊急停止する。

【0005】

本発明は、例えば、洗浄機や工作機械に適用される。洗浄機は、高圧液体噴流を利用したバリ取り機を含む。噴射室は、例えば、洗浄室や加工室である。ノズルは、工作機械の刃物を含んで良い。

【0006】

１つ又は複数のノズルが、噴射室に配置されてよい。ノズルは、ノズルを切り替える選択装置に配置されてよい。選択装置は、例えば、タレット、ノズル切替弁や自動工具交換装置である。

【0007】

モータは、望ましくは、永久磁石式同期モータ（ＰＭＳＭ）である。ポンプの運転サイクルが１０秒〜５分（両端含む）の場合には、ＰＭＳＭが特に好適である。モータは、誘導型モータでもよい。

【0008】

ポンプは、例えば、ピストンポンプ、ギヤードポンプ、渦巻きポンプである。ポンプの吐出圧は、例えば、５〜２００ＭＰａである。永久磁石式同期モータや誘導型モータは、いずれのポンプと組み合わせても良い。

【0009】

回転速度計は、例えば、エンコーダやレゾルバである。回転速度計は、ポンプに配置して良い。回転速度計は、モータに内蔵しても良い。例えば、エンコーダを内蔵したサーボモータを利用できる。
モータ回転部は、例えば、インバータ、サーボアンプである。

【0010】

扉は、例えば、自動扉や点検扉である。扉は、例えば、対象物の搬入出扉を含む。

【0011】

ポンプの吐出圧に応じた流速及び流量で、ノズルから液体が噴出する。安全圧力は、ノズルから発生した噴流が、人体に危害を加えない圧力として設定される。好ましくは、回転速度の閾値は、ポンプの休止状態の回転速度よりも僅かに大きい。

【0012】

ポンプ回転部が噴射時にのみモータを回転させる場合、ポンプをノズル又は選択装置へ直接接続してよい。つまり、ポンプとノズル又は選択装置との間に洗浄弁及び戻し弁を設けなくても良い。
ポンプ回転部が噴射時にのみモータを回転させる場合、好ましくは、ポンプ装置は、給液ポンプ及び給液弁を更に備える。給液ポンプは、ポンプを回転させる前にあらかじめ回転させておく。ポンプを停止した後に、給液弁を閉じる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、不意にノズルから高圧液体が噴射されることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１のポンプ装置

【図2】実施形態１の制御装置

【図3】実施形態１のポンプの運転方法を示すフローチャート

【図4】実施形態２のポンプ装置

【図5】実施形態２のポンプの運転方法を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0015】

（実施形態１）
図１に示すように、実施形態１のポンプ装置１０は、タンク１１、洗浄室（噴射室）３１、扉３３、扉センサ３４、洗浄弁２４、戻し弁２２、洗浄配管１９、ポンプ（主ポンプ）１３、モータ１６、ノズル２７及び制御装置５１を有する。ポンプ装置１０は、回転速度計１７、移動装置３２、タレット（選択装置）２５、圧力センサ２１及び安全弁２３を有しても良い。

【0016】

洗浄室３１は、複数の開口３６を有する。各開口３６には、扉３３が配置される。各扉３３には、扉センサ３４が配置される。扉センサ３４は、電子錠でも良い。扉センサ３４は、扉３３が閉まっていることを検出し、制御装置５１へ通信する。

【0017】

対象物３５は、開口３６から洗浄室３１内に搬入され、搬出される。対象物３５は、一つ又は複数の洗浄対象部位を持つ。洗浄対象部位は洗浄されるべき部位であり、例えば、雌ねじ、油穴、水穴、取り付け面やピン穴である。対象物３５は、例えば燃料噴射ノズル、ＡＢＳボディ、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクシャフト、ケーストランスアクスル、自動車用バルブボディである。

【0018】

ノズル２７は、洗浄室３１の内部に配置される。ノズル２７は、選択装置であるタレット２５に配置されても良い。一つ又は複数のノズル２７が、洗浄室３１の内部に配置される。ポンプ装置１０がタレット２５を有する場合、複数の種類のノズル２７が洗浄室３１の内部に配置される。ノズル２７は、例えば、ストレートノズル、アングルノズルやランスである。
タレット２５は、移動装置３２に配置される。タレット２５は、入口２６、複数の出口１８、複数の選択弁２８及びローラフォロア２９を有し、旋回モータ３０を有しても良い。ノズル２７は、選択弁２８に接続する。選択弁２８は、入口２６と接続する。例えば、タレットの旋回に伴い、ローラフォロア２９により割り出されたタレット面に配置されたノズル２７に対応する選択弁だけが開く。その他の選択弁２８は閉じている。そして、タレット２５が選択したノズル２７のみが入口２６と接続し、その他のノズル２７は入口２６と接続しない。タレット２５は、特定の位相に割出された一つのノズル２７をローラフォロア２９により開き、洗浄液１２を噴射できるようにする。入口２６は、吐出口１５と洗浄配管１９で接続される。旋回モータ３０は、タレット２５を旋回する。タレット２５は、例えば、特許第６１４７６２３号や特許第５７０４９９７号に示される。

【0019】

移動装置３２は、例えば、コラムトラバース機構である。移動装置３２は数値制御されて、ノズル２７やタレット２５を移動する。

【0020】

タンク１１は、例えば、２槽式のタンクである。タンク１１は、洗浄液１２を貯留する。洗浄液１２は、例えば、塩基性や中性洗浄液などの水系洗浄液である。

【0021】

ポンプ１３は、給液口１４と吐出口１５を有する。給液口１４は、タンク１１に接続する。吐出口１５は、洗浄配管１９、洗浄弁２４及びタレット２５を介してノズル２７に接続する。モータ１６は、ポンプ１３に接続し、ポンプ１３を回転する。モータ１６は、制御装置５１によって運転される。ポンプ１３の回転によって、吐出圧Ｐが生じる。モータ１６は、回転速度計１７を有して良い。

【0022】

洗浄配管１９は、分岐２０を有する。分岐２０は、洗浄弁２４と吐出口１５の間に配置される。分岐２０は、戻し弁２２と接続され、タンク１１に接続する。洗浄弁２４及び戻し弁２２は、２方弁である。洗浄弁２４は、常時閉の電磁弁である。戻し弁２２は、常時開の電磁弁である。

【0023】

圧力センサ２１は、洗浄弁２４とノズル２７の間に配置される。圧力センサ２１は、洗浄配管１９内の圧力を検出し、検出した圧力を制御装置５１へ送る。

【0024】

図２に示すように、制御装置５１は、演算装置５２、記憶装置５３、入出力ポート５４、入力部５５、出力部５６及びバス５７を有する。バス５７は、演算装置５２、記憶装置５３、入出力ポート５４、入力部５５及び出力部５６を通信可能に接続する。

【0025】

記憶装置５３は、主記憶装置や外部記憶装置を有しても良い。記憶装置５３は、閾値５３ａを記憶する。記憶装置５３は、設定速度５３ｂを記憶しても良い。設定速度５３ｂは、ポンプ又はモータの設定速度である。設定速度５３ｂは、ノズル毎に定められて良い。設定速度５３ｂは、例えば回転速度、加速度、ＰＩＤパラメータである。

【0026】

入出力ポート５４は、扉センサ３４、圧力センサ２１、洗浄弁２４、戻し弁２２、モータ１６、移動装置３２及びタレット２５と接続する。

【0027】

入力部５５は、例えば、キーボードやポインティングデバイスである。入力部５５は、ソフトウェアキーボードやタッチパネルでも良い。出力部５６は、例えば、モニターである。

【0028】

演算装置５２は、数値制御部５２ａ、モータ回転部５２ｂ、速度監視部５２ｃを有する。演算装置５２は、動力遮断部（モータ動力遮断部）５２ｄ、施錠部５２ｅ及びフィードバック制御部５２ｆを有しても良い。

【0029】

数値制御部５２ａは、移動装置３２を数値制御する。数値制御部５２ａは、洗浄プログラムに沿って、ポンプ１３、洗浄弁２４、戻し弁２２、扉センサ３４、旋回モータ３０を制御する。

【0030】

モータ回転部５２ｂは、インバータやサーボアンプを有する。モータ回転部５２ｂは、モータ１６を回転又は停止する。また、モータ回転部５２ｂは、モータ１６の回転速度を決定する。モータ回転部５２ｂは、扉３３が閉じていることを扉センサ３４が検出したときにのみ、モータ（１６）へ駆動電力を供給してもよい。モータ回転部５２ｂは、設定速度５３ｂに従って、モータ１６を回転させる。モータ回転部５２ｂは、速度監視部５２ｃ、動力遮断部５２ｄ及びフィードバック制御部５２ｆを内蔵して良い。

【0031】

速度監視部５２ｃは、ポンプ１３の回転速度が閾値以下か否かを監視する。扉３３が閉じていることを検知されず、かつ、ポンプ１３が閾値を超えて回転した場合、速度監視部５２ｃは、ポンプ装置１０を緊急停止させる。速度監視部５２ｃは、ポンプ１３の速度に代えて、ポンプ１３が回転しているか否かを監視しても良い。

【0032】

動力遮断部５２ｄは、モータ回転部５２ｂがモータ１６への駆動電力の供給を遮断する。例えば、動力遮断部５２ｄは、モータ１６とモータ回転部５２ｂとを接続する電力線に配置された接点（不図示）を遮断する。接点は、例えば、電磁接触器や電磁開閉器である。動力遮断部５２ｄは、ノズル２７が噴射しないときに、モータ１６への駆動電力を遮断する。

【0033】

フィードバック制御部５２ｆは、圧力センサ２１が検出した圧力Ｐをフィードバックして、圧力Ｐと設定圧力との差異が０に近づくように、モータ１６の回転速度を制御する。例えば、フィードバック制御部５２ｆは、ＰＩＤ制御によりモータ１６を制御する。このとき、フィードバック制御部５２ｆは、圧力Ｐの移動平均を設定圧力と比較して良い。

【0034】

施錠部５２ｅは、扉センサ３４によって、扉３３を施錠し、又は開錠する。施錠部５２ｅは、モータ１６へ駆動電力が供給される間、電子錠により扉３３を施錠する。

【0035】

図３に従って、ポンプの制御方法を順に説明する。
搬送装置（不図示）又は作業者により、対象物３５が洗浄室３１に搬入される。制御装置５１又は作業者により、扉３３が閉まる（Ｓ１）。
施錠部５２ｅにより、扉センサ３４が扉３３を施錠する（Ｓ２）。
モータ回転部５２ｂは、モータ１６を回転させる（Ｓ３）。
回転速度計１７は、モータ１６又はポンプ１３の回転速度を検出する（Ｓ４）。
数値制御部５２ａは、旋回モータ３０を回転し、タレット２５を旋回させる。そして、一つのノズル２７が割り出され、割り出されたノズル２７に対応する選択弁２８を開く（Ｓ５）。
数値制御部５２ａは、洗浄弁２４を開き、戻し弁２２を閉じる（Ｓ６）。洗浄液１２は、洗浄弁２４、洗浄配管１９及びタレット２５を通ってノズル２７に流れ、ノズル２７から噴流が噴出する。数値制御部５２ａは、移動装置３２によって、ノズル２７を対象物３５に対して相対的に移動させ、洗浄液１２の噴流を対象物３５に当てる。
数値制御部５２ａは、洗浄弁２４を閉じ、戻し弁２２を開ける（Ｓ７）。洗浄液１２は分岐２０を通ってタンク１１へ戻る。ノズル２７からの洗浄液１２の噴射が停止する。そして、洗浄弁２４からノズル２７までの圧力が大気圧まで低下する。
数値制御部５２ａは洗浄が終了するまで、ステップＳ５〜Ｓ７を繰り返す（Ｓ８）。
洗浄が終わった後、モータ回転部５２ｂは、モータ１６を回転できる状態で制御停止する（Ｓ９）。結果として、モータ１６は休止状態にある。
速度監視部５２ｃは、回転速度が閾値以下であることを監視する（Ｓ１０）。
速度監視部５２ｃは、回転速度が閾値を超えた場合、ポンプ装置１０を緊急停止する（Ｓ１１）。
速度監視部５２ｃが、回転速度が閾値以下であることを確認した後、施錠部５２ｅは扉３３を開錠する（Ｓ１２）。
制御装置５１又は作業者により、扉３３が開く（Ｓ１３）。ロボット又は作業者により、対象物３５を洗浄室３１から搬出する。
動力遮断部５２ｄは、モータ回転部５２ｂがモータ１６に供給する駆動電力を遮断する（Ｓ１４）。駆動電力の遮断は、例えば、電磁接触器の制御レベルで行われる。
制御装置５１又は作業者により、扉３３が閉まる（Ｓ１５）。

【0036】

ステップＳ１０は、ステップＳ１１〜Ｓ１５を実行している間、継続して実行される。つまり、扉３３が閉まっていることを扉センサ３４が検出しない間、速度監視部５２ｃは回転速度が閾値以下であることを常に監視する。

【0037】

さらに、扉３３が閉まっていることを扉センサ３４が検出しない間、動力遮断部５２ｄは、モータ１６の駆動電力を遮断する。

【0038】

ポンプ装置１０がタレット２５を有さない場合、ステップＳ５は省く。ポンプ装置１０が動力遮断部５２ｄを有さない場合、ステップＳ１４は省く。ポンプ装置１０が施錠部５２ｅを有さない場合、ステップＳ２、Ｓ１２は省く。

【0039】

扉３３が開いている間、速度監視部５２ｃは閾値以下であることを監視する。そのため、たとえ洗浄弁２４が完全に洗浄液１２を封止できない場合であっても、ノズル２７からの高圧噴流の噴出を抑制できる。

【0040】

更に、動力遮断部５２ｄを設けた場合には、扉３３が開いている間、モータ１６への駆動電力が供給されない。したがって、安全監視レベルが向上する。

【0041】

（実施形態２）
図４に示すように、実施形態２のポンプ装置１００は、給液ポンプ６６及び給液弁７０を有し、洗浄弁２４、戻し弁２２及び分岐２０を有さない。その他は、実施形態１のポンプ装置１０と実質的に同じである。

【0042】

給液ポンプ６６は、例えば、渦巻きポンプである。給液ポンプ６６は、吸入口６７、吐出口６８及びモータ６９を有する。吸入口６７は、タンク１１と接続される。

【0043】

給液弁７０は、常時閉の２方電磁弁である。給液弁７０は、吐出口６８と給液口１４の間に配置される。

【0044】

吐出口１５は、洗浄配管１９によって、ノズル又は選択装置へ直接接続される。

【0045】

図５に従って、本実施形態の洗浄方法を説明する。
ステップＳ２実行後に、制御装置５１は、給液ポンプ６６を運転する（Ｓ２１）。
制御装置５１は、給液弁７０を開く（Ｓ２２）。洗浄液１２は、ポンプ１３に供給される。
ステップＳ５を実行する。
数値制御部５２ａは、モータ回転部５２ｂにモータ１６を回転させる（Ｓ２３）。ポンプ１３が回転し、洗浄液１２が給液ポンプ６６、ポンプ１３、洗浄弁２４、洗浄配管１９及びタレット２５を通って給液弁７０、ノズル２７から噴出する。
ステップＳ３を実行する。
数値制御部５２ａは、モータ回転部５２ｂにモータ１６を回転できる状態で制御停止させる（Ｓ２４）。ポンプ１３が休止する。ノズル２７から噴出する噴流は、給液ポンプ６６の吐出圧力に低下する。
洗浄が終了するまで、ステップＳ５、Ｓ２３、Ｓ３、Ｓ２４を繰り返す（Ｓ２５）。
洗浄終了後、給液弁７０を閉じる（Ｓ２６）。ノズル２７が噴出を停止する。

【0046】

本実施形態のポンプ装置１００は、ポンプ１３がノズル２７に直結しているため、ノズル２７が洗浄液１２を噴射する時間のみ、ポンプ１３を運転する。本実施形態によれば、ポンプ１３の余剰な運転時間がないため、電力消費量を削減できる。また、洗浄弁２４及び戻し弁２２の操作時間が不要になる。そのため、噴射を開始するときの圧力の立ち上がり時間が短くなる。

【0047】

本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１０、１００ ポンプ装置
１２ 洗浄液
１３ ポンプ
１６ モータ
１７ 回転速度計
２７ ノズル
３１ 洗浄室（噴射室）
３３ 扉
３４ 扉センサ
３５ 対象物
５１ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】