JP2011032909A - ポンプ装置の圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のポンプ装置の圧力センサ調整ネジの調整部は簡単に動かすことができる構造であり、市場にて動かされ調整がくるい異常運転する事象がある。これらを防止するために、特殊な形状とすることにより信頼性を向上させたポンプ装置を提供する。
【解決手段】調整ネジ７４の調整部７４（ａ）の形状を六角状で凹ませた形状とし、その形状をポンプ装置１００に使用しているボルトやナットに合わせて構成することにより、緊急時の対応は問題なく行える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ポンプ装置の圧力センサに関するものである。

圧力センサはダイヤフラムを介し水圧を受け、フェライトコアが上下に動く、そして、フェライトコアとコイルが重なり合う事でインダクタンスが変化する。読取ったインダクタンスは、周波数に変換されポンプ装置の印加圧力を読取り運転を制御している。

調整ネジにより周波数を調整し製品出荷しているが、顧客が使用中のポンプ装置に何か異常が発生した時に圧力センサの調整ネジを動かしてしまい、正確な圧力値を読取ることができなくなる事象が発生している。

特開２００８−２５５９１１号公報によれば圧力センサは、使い勝手の良いポンプ装置を提供するために圧力値を正確に読取る重要な役割を担っているが、前述のように顧客が簡単に動かすことができるため、正確な圧力値を読取ることができなくなる事象が市場で発生している。

また、調整ネジをカバーで覆えば調整部は隠されて簡単に動かすことは防げるが部品点数が増え、固定が複雑になり安価に製作できなくなり効果はない。

特開２００８−２５５９１１号公報

上記従来の圧力センサでは、簡単に調整ネジを動かせてしまい、ポンプ装置に印加されている正確な圧力値を読取ることができなくなるという恐れがあった。

本発明は上記課題を解決する事を目的とする。

本発明は、圧力センサを有するポンプ装置において、前記圧力センサは、略円筒状のセンサケースを有し、前記センサケースは大径部と小径部の２段階で構成されており、前記小径部内側にはネジを設けており、前記センサケース内部には、前記小径部内径と同径以下の貫通穴を有したダイヤフラムオサエが装着され、前記貫通穴外径側にはコイル収納溝を設けており、前記貫通穴には、圧力調整バネとフェライトコアが、ダイヤフラムウケを軸に、センサケース小径部内側に設けられたネジと螺着された調整ネジにより収納されており、前記調整ネジの調整部形状は、前記ポンプ装置で使用している部品を用いて調整することを可能とした。

本発明によれば、圧力センサの調整ネジを簡単に動かせてしまう事象は防げる。また、特殊な構造としてあるが、異常発生時にはポンプ装置の部品に使用しているボルトやナットを一時取外し、六角状の凹み部へ嵌め込めば問題なく対応する事が可能である。

本発明の一実施例に係るもので、ポンプ装置の縦断面図である。 図１の右側面図である。 図１のポンプカバーを外した状態の平面図である。 本発明の一実施例の概略ブロック図である。 ポンプ動作を時系列的に示したチャート図である。 従来の実施例に係るもので、圧力センサである。 本発明の一実施例に係るもので、圧力センサである。

以下に、本発明の実施形態に係るポンプ装置について図を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態のポンプ装置について図１から図４を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係るポンプ装置の部分縦断面図であり、図２は、図１の右側面図であり、図３は、図１のポンプカバーを外した状態の平面図である。

図１に示すようにポンプ装置１００は、そのベース部上に配置された圧力タンク１と、この圧力タンク１の上側に配置されたモータ（図２参照）２と、モータ２の回転軸に直結されたポンプ１５，モータ２の回転速度を制御するマイクロコンピュータ３６，マイクロコンピュータ３６（図４参照）に制御されてモータ２へ電力を供給する駆動回路３７（図４参照等）を含む制御部（制御手段）３５（図４参照）が搭載された制御基板３（図２参照）と、モータ２の上側に配置され、ポンプの吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切替え操作できる操作基板４（図３参照）と、それらを覆うポンプカバー１０等を含んでいる。

以下、本発明を図面に基づき詳述する。まず、本発明のポンプ装置の概要について図１から図３を引用して説明する。

ポンプ装置は、圧力タンク１と、この圧力タンク１の上に配置されたモータ２と、モータ２の回転速度を変速させる速度制御装置が搭載された制御基板３と、モータ２の上に配置されポンプ装置の吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切替操作でき通信線で制御基板３（制御手段）と接続される操作基板４と、それらを覆うポンプカバー１０とからなる構造である。

図１に示すようにポンプ（ポンプ部）１５は、羽根車１６と、この羽根車１６を内置するモータ２側に配置されたケーシング１７と、ケーシング１７の前面（モータ２と反対方向の側）を閉じるケーシングカバー１８を有する。このポンプ１５は、ウェスコポンプと称するタイプのもので、ケーシング１７に吸込み口１７ａと吐出口１７ｂを有する。なお、本実施形態では、代表的ポンプであるウェスコポンプを用いて説明しているが、本発明はウェスコポンプに限定されるものではない。

ポンプ部１５は、羽根車１６と、この羽根車１６を内置するケーシング１７と、ケーシング１７の前面を閉じるケーシングカバー１８を有する。このポンプ装置は、ウェスコポンプと称するもので、ケーシング１７に吸込口１７（ａ）と吐出口１７（ｂ）を有する。なお、本発明の説明は、代表的ポンプであるウェスコポンプを例示するが、本発明はウェスコポンプに限定されるものでない。

ポンプ１５の吐出口１７ｂには分離板１９ａが設けられ、上部に連なる気水分離室１９に連なっている。気水分離室１９は、吐出配管２４に接続し、圧力タンク１の流入口１ａに連通し、ねじ等でポンプ１５に固定される。吐出配管２４の途中から枝分かれした管に圧力センサ（圧力検知手段）５が設けられている。

ポンプ部１５の上部には、気水分離室１９が備わる。気水分離室１９は圧力タンク１の流入口に連通するように配置され、ネジ等でポンプ部１５に固定される。

また、吸込み配管２５（図２参照）に連通する吸込み室２０には逆止弁２１が設けられている。この逆止弁２１は吸込みフランジ７側からケーシング１７側への水の流れを許すが、逆向きの流れを阻止するよう作動する。矢印Ｚで吸込みフランジ７側からケーシング１７側への吸込み流路を示す。圧力タンク１の上部からは、吸込み継手２２が立ち上がり、吸込み配管２５と接続するための吸込みフランジ７を支持している。

また吸込流路に連通する吸込室２０には逆止弁２１が備わる。この逆止弁２１は吸込口１７（ａ）側からケーシング１７側への水の流れを許すが、逆向きの流れを阻止するよう作動する。吸込流路の吸込継手２２は、圧力タンク１に取り付けられる。一方、圧力タンク１の側面には揚水されて加圧された水を水栓へ送水するために設けた配管接続用の吐出フランジ６が接続されている。フランジ６と圧力タンク１はボルト２５により固定されている。

図２に示す吸込み配管２５、つまり、揚水管は、通常塩ビ管が用いられ、吸込みフランジ７に接続され、水源かポンプ装置１００に水を供給する。

図１に戻って、気水分離室１９の上部にはねじ込み式の呼び水給水用栓２３が設けられている。この呼び水給水用栓２３を外して呼び水を給水することにより、ポンプ装置１００を設置後の初めてポンプ１５を回転させる前に、ポンプ１５を格納するケーシング１７内に水を充満させ、ポンプ１５が吸込み可能な状態にする。

一方、圧力タンク１の側面には、揚水されて加圧された水を、例えば、家庭内の蛇口等の水栓へ送水するために設けられる配管２７と接続するために、吐出口６ａ（図２参照）に吐出フランジ６が接続されている。

気水分離室１９の上部にはねじ込み式の呼び水給水用栓２３が備わる。この呼び水給水用栓２３を外して呼び水を給水する。

図３に示すように、ポンプカバー１０を取り外すと、操作基板４が最上部に露出するように設けられ、ＬＥＤ等で構成された表示部４ａと、複数の操作ボタンを備えた操作部４ｂが一体化した形態となっている。

操作基板４は、制御基板３と、通信線および電力供給線で接続され、操作部４ｂの操作によってマイクロコンピュータ３６の動作を設定したり、制御基板３に搭載されたマイクロコンピュータ３６を介して表示部４ａの表示を切替えたり、設定値を変更したりすることができる。制御基板３およびモータ２に電力を供給する電源コード２９がポンプカバー１０の外に伸びている。

（ポンプ装置の運転の概要）
ポンプ装置１００の運転はモータ２を作動させることにより行われる。先ず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行する。自吸運転では、ケーシング１７の吐出口１７ｂから気水分離室１９内に貯留されている水が呼び水として羽根車１６を還流して、吸込み室２０内に溜まっていた空気が排出され、ポンプ１５のケーシング１７の吸込み口１７ａから上流側の空気が徐々に抜けて水が満たされて行く。そして、水が全部に満たされると、自吸運転が終了し、揚水運転に移行する。

次にポンプ装置の動作について説明する。ポンプ装置の運転はモータ２を運転することにより行われる。まず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行するのである。

揚水運転では、吸い上げられた水が吐出フランジ６を介して配管２７から送り出される。揚水運転で、配管２７につながる流路が閉じられると、配管２７から下流側の圧力が上がる。通常は、この圧力を圧力センサ５が検知してモータ２の運転が止まる。

揚水運転では、吸い上げられた水が吐出フランジ６を介して吐出管から送り出されるのである。かかる揚水運転で、吐出管につながる流路が閉じられると、吐出管から下流側の圧力が上がる。通常は、圧力センサ５が作動してモータ２の運転が止まる。

（制御部の構成）
次に、図４を参照しながら、適宜、図３を参照してポンプ装置１００の制御部の構成について説明する。図４は、ポンプ装置のモータの回転速度の制御をする制御装置のブロック図である。

制御基板３（図３参照）に搭載される制御部３５は、マイクロコンピュータ３６，不揮発メモリ，モータ２を駆動する駆動回路３７，モータ２に給電される電流を検出する電流センサ３８，電流センサ３８の検出信号をマイクロコンピュータ３６に入力する電流検出回路３２、およびマイクロコンピュータ３６に信号を入出力するための周辺回路（図示省略），カレンダー機能および時計機能を有するクロック部（図示省略）を含んで構成されている。

ポンプ装置１００の制御プログラムは、マイクロコンピュータ３６のＲＯＭ（図示省略）に格納されている。

図４は、本発明のポンプ装置の制御ブロック図を示す。制御基板３に搭載される制御部３５は、マイクロコンピュータ３６，モータ２を駆動する駆動回路３７，モータ２に流れる電流を検出する電流センサ３８の検出結果をマイクロコンピュータ３６に入力する電流検出回路３２、及び周辺回路から構成される。ポンプ装置の制御内容はプログラムデータとして、マイクロコンピュータ３６のＲＯＭへ格納されている。

マイクロコンピュータ３６には、圧力センサ５からの圧力タンク１の圧力Ｐを示す信号と、前記した電流検出回路３２からのモータ電流値（運転電流値）Ｉｍ（以下、「ポンプ運転電流値Ｉｍ」と称する）を示す信号，モータ２に取り付けられたホールＩＣ３３からの信号が入力される。

ホールＩＣ３３は、モータ２の回転子の位置検出に用いられ、マイクロコンピュータ３６が単位時間当たりの出力信号のエッジをカウントすることにより、モータ２の回転速度Ｎｍ（以下、「モータ回転速度Ｎｍ」と称する）が得られる。

マイクロコンピュータ３６は、モータ回転速度Ｎｍが最適な回転速度となるよう駆動回路３７を介し、モータ２を制御する。

ちなみに、マイクロコンピュータ３６は、圧力（圧力値）Ｐの変化に応じて自動的に駆動回路３７を介してモータ２の回転速度を変化させ、圧力Ｐを所定の目標圧力Ｐmax一定になるように制御することを基本とする。

圧力センサ５は吐出側の水圧を検出する手段であり、検出結果は電気信号として制御部３５へ入力され、制御部３５は、圧力変化に応じて自動的に駆動回路３７を介してモータ２の回転速度を変化させ、吐出圧力を所定の圧力に制御する。

電流検出回路３２は、電流センサ３８で検出したポンプ運転電流値Ｉｍを検知し、マイクロコンピュータ３６は、このポンプ運転電流値Ｉｍを監視し、所定の電流値以上となるとモータ２を保護するため、モータ回転速度Ｎｍを抑えたり、後記するキャビテーションの検出を行ったり、キャビテーションの検出後のキャビテーション速度Ｎ_CRの登録や、キャビテーション速度Ｎ_CRの登録がなされている場合に、モータ回転速度Ｎｍをキャビテーション速度Ｎ_CR以下に抑制する運転制御を行う。

ちなみに、モータ回転速度Ｎｍの制御は、マイクロコンピュータ３６が駆動回路３７をインバータ制御により、予め設定された目標圧力Ｐmaxと、圧力センサ５で検出された圧力Ｐとの偏差が大きいほどモータ回転速度Ｎｍを、後記するモータ回転速度上限Ｎ_Lim内で増加させて目標圧力Ｐmax一定に保つように制御する。

電流検出回路３２は、電流センサ３８で検出したモータ２に流れる電流を検知し、検出結果は電気信号として制御部３５へ入力される。制御部３５はこの電流を監視し、所定の電流値以上となるとモータ２を保護するためモータ２の回転速度を抑える。次にホールＩＣ３３はモータ２の回転子の位置検出に用いられ、制御部３５が単位時間当たりの出力信号のエッジをカウントすることにより、回転速度が得られる。制御部３５は最適な回転速度となるよう駆動回路３７を介し、モータ２を制御する。

（操作部および表示部）
次に、操作基板４の機能について説明する。マイクロコンピュータ３６からの信号に応じて、表示部４ａへポンプ装置１００の状態を表示したり、操作部４ｂに設けられた各種操作ボタンを操作者が操作することにより、マイクロコンピュータ３６が、操作ボタンの状態を検知し、運転状態の設定や変更，キャビテンション速度登録有効期間の設定変更等を、行ったりすることができる。

操作部４ｂに設けられた操作ボタンとしては、例えば、ポンプ装置１００の自動運転／停止をＯＮ／ＯＦＦで切替える「自動運転／停止ボタン」、圧力センサ５が検出する圧力Ｐの値に基づき、予め操作ボタンを操作して表示部４ａに表示させて設定した圧力を目標圧力として、圧力一定にポンプ装置１００の運転を制御する「圧力一定モード設定ボタン」、後記するキャビテンション速度登録有効期間を設定する「効期間設定ボタン」、圧力値等の設定値をリセットするための「リセットボタン」等が用意されている。

次に操作基板４では、表示手段であるＬＥＤと操作手段であるボタンが一体化した形態となっており、制御部３５からの信号に応じて、ポンプ装置へ印加されている圧力などの状態を表示する。また、操作手段であるボタンを押すことにより制御部３５へ入力される信号レベルが変化し、制御部３５はボタンの状態を検知し、運転状態の設定や変更などが行われる。

次に圧力センサ検出圧力とポンプ装置の動作について図５により説明する。（ｄ）圧力センサ検出圧力にてポンプ装置の動作は示され、ポンプ装置が停止している時の圧力は時点Ｔ１の停止圧力であり、時点Ｔ１の停止圧力はポンプ装置の機種ごとに設定しているため、１００ｋＰａ〜６００ｋＰａまで幅広い。時点Ｔ１から水栓を開き、水を使用するとΔＰ圧力が低下する、ΔＰ低下した時の圧力値を時点Ｔ２の運転圧力とする。圧力の低下が水を使用していることとなり、この時点Ｔ２の運転圧力に達するとモータが動作する。時点Ｔ２の運転圧力も出力別・機種ごとに設定されている。使用する水量に応じ、圧力センサが圧力を検知し時点Ｔ３から時点Ｔ６までモータ回転速度を制御している。水の使用を止め水栓を閉じると時点Ｔ７で圧力は高くなり時点Ｔ８の停止圧力に達しポンプ装置は停止する。時点Ｔ１の停止圧力と時点Ｔ８の停止圧力は同一である。

図６は従来の圧力センサ５の断面図であり、圧力センサ５の下部より圧力Ｐ１を受ける事でバネ６１が撓み、それによりフェライトコア６２が押上げられコイル６３と重なり合う事でインダクタンスが変化する。インダクタンスは周波数に変換することができ、周波数を圧力値として読取っている。製品出荷時はポンプ装置に印加された圧力と圧力センサが検知する圧力が同じになるように調整ネジ６４により調整されている。従来の圧力センサの調整ネジ６４の調整部形状は６４（ａ）である。また、調整ネジ６４には通気穴６４（ｂ）を設けている。

従来の圧力センサの調整ネジ６４の調整部形状６４（ａ）は、一般的なマイナスドライバーにより簡単に動かすことができる形状であるために、使用中のポンプ装置に何らかの異常が発生した際に、顧客がマイナスドライバーを使用して動かしてしまう事象が発生している。調整ネジ６４を動かしてしまうと前述した通り、ポンプ装置に印加される圧力値を正確に読取ることができなくなり、正常に動作しなくなる。

次に図７により本開発による構造の説明をする。調整ネジ７４の調整部形状７４（ａ）は六角状で凹ませた形状を有している。通常、六角状で凹ませてあれば一般的な工具として六角レンチを用いることで調整が可能である。しかし、ポンプ装置の部品に使用しているボルトやナットのネジ頭と同程度の大きさを持つ六角レンチで、例えばボルト２５はＭ８でありこのネジ頭と同程度の六角レンチであれば一般家庭で所持している可能性は少ない。従って、調整ネジ７４の調整部形状７４（ａ）をポンプ装置の部品に使用しているボルトやナットのネジ頭と同程度の大きさの六角状で凹んだ形状とすることで、調整ネジ６４を顧客が動かしてしまう事象は低減可能である。

ポンプ装置の製品出荷時の調整は専用工具により生産するために支障はないが、市場で圧力センサの調整が必要となった時には専用工具の代替品としてポンプ装置に使用しているボルト２５を一時外し、そのネジ頭を調整部７４（ａ）に嵌め込むことで調整ネジ７４を動かすことが可能である。また、調整ネジ７４には通気穴７４（ｂ）を設けている。

圧力センサでは他に歪ゲージを使用した歪式、及び、油圧式による物が採用されている。歪式では精密な部品と精度により運搬中や据付け時の衝撃、または凍結による膨張など使用環境や使用状況により、くるいが生じる可能性が大きく、かつ、高価であり安価で信頼性の高い製品を目指すには適しない。油圧式では、ダイヤフラムを介して油が充填されており、ダイヤフラムが破損した場合、井戸や住宅内配管などが油で汚染さる可能性がある。バネ式の圧力センサでは前記歪式，油圧式のような不具合は発生しないが、前述のように調整がくるう可能性がある。家庭用の井戸ポンプ装置では使用環境や使用状況に影響されず、故障しても影響の少ない安価で信頼性の高い製品を目指すためにバネ式の圧力センサが適しており使用している。

本発明によれば、圧力センサの調整ネジの調整部形状を六角状で凹ませた形状とすることにより、市場で顧客が調整ネジを動かすことによる事象の低減ができる効果は大きく、かつ、その形状はポンプ装置に使用しているボルトやナットに合わせて構成することにより緊急時の対応は問題なく行える。

従って安価でかつ、信頼性が高いポンプ装置を提供し、容易に市場対応が可能となる本発明の効果は大きい。

１ 圧力タンク
２ モータ
３ 制御基板
４ 操作基板
４ａ 表示部
４ｂ 操作部
５ 圧力センサ（圧力検知手段）
１５ ポンプ（ポンプ部）
１６ 羽根車
１７ａ 吸込み口
１７ｂ 吐出口
１８ ケーシングカバー
１９ 気水分離室
１９ａ 分離板
２０ 吸込み室
２１ 逆止弁
２２ 継手
２３ 水給水用栓
２４ 吐出配管
２５ 吸込み配管
２７ 配管
３２ 電流検出回路
３３ ホールＩＣ
３５ 制御部（制御手段，キャビテーション速度記憶手段）
３６ マイクロコンピュータ
３７ 駆動回路
３８ 電流センサ（電流検出手段）
１００ ポンプ装置
７４ 調整ネジ
７４（ａ） 調整部

Claims (3)

1. ポンプ装置に設けられた圧力センサにおいて、
   前記圧力センサは、略円筒状のセンサケースを有し、
   前記センサケースは大径部と小径部の２段階で構成されており、
   前記小径部内側にはネジを設けており、
   前記センサケース内部には、前記小径部内径と同径以下の貫通穴を有したダイヤフラムオサエが装着され、
   前記貫通穴外径側にはコイル収納溝を設けており、
   前記貫通穴には、圧力調整バネとフェライトコアが、ダイヤフラムウケを軸に、センサケース小径部内側に設けられたネジと螺着された調整ネジにより収納されており、
   前記調整ネジの調整部形状は、前記ポンプ装置で使用している部品を用いて調整することを可能としたことを特徴とするポンプ装置の圧力センサ。
2. 請求項１記載の圧力センサにおいて、
   前記調整ネジの調整部形状は、前記ポンプ装置で使用している部品を用いて調整することを可能とした構造であり、その構造は六角状の凹みとしたことを特徴とするポンプ装置の圧力センサ。
3. 請求項２記載の圧力センサにおいて、
   前記調整ネジの調整部形状は、六角状の凹みとしており、その形状はポンプ装置の部品に使用しているボルトのネジ頭やナットの形状と同一にしていることを特徴とするポンプ装置の圧力センサ。

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