JP2024072504A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーロスを抑制することができるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置は、塗布液を吐出可能なポンプ部と、電力によって駆動するモータと、外部の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気の圧力を調整して吐出する圧力調整部と、を有し、ポンプ部に駆動力を供給する駆動装置と、モータを駆動させる第１方式と、圧力調整部を駆動させる第２方式と、に駆動方式を切り替えることでポンプ部からの塗布液の吐出を制御する制御部と、を備え、制御部は、ポンプ部から塗布液が吐出される場合に駆動方式を第１方式に設定し、ポンプ部から塗布液が吐出されない場合に駆動方式を第２方式に設定する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ポンプ装置に関する。

例えばポンプ装置として用いられるプランジャポンプは、圧縮空気を駆動源とする空気動式と電動機を駆動源とする電動式のものが知られている。近年、二酸化炭素の排出量削減を目的として、空気動式から稼働時のエネルギー効率が優位である電動式への置き換えが注目されている。ところで、例えばワークの搬入又は搬送や養生等の段取り作業等による作業状況によっては、プランジャポンプを一定に加圧した状態で長時間待機される場合がある。空気動式は、電動式に比べて稼働時のエネルギー効率が劣るが、一方、待機時のエネルギー効率が優位である。そのため、プランジャポンプの駆動状況によっては、空気動式及び電動式ともに、エネルギー効率を低下させてしまう場合があった。

特開２０２２－２９１８４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギーロスを抑制することができるポンプ装置を提供することにある。

実施形態のポンプ装置は、塗布液を吐出可能なポンプ部と、電力によって駆動するモータと、外部の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気の圧力を調整して吐出する圧力調整部と、を有し、前記ポンプ部に駆動力を供給する駆動装置と、前記モータを駆動させる第１方式と、前記圧力調整部を駆動させる第２方式と、に駆動方式を切り替えることで前記ポンプ部からの塗布液の吐出を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ポンプ部から塗布液が吐出される場合に前記駆動方式を前記第１方式に設定し、前記ポンプ部から塗布液が吐出されない場合に前記駆動方式を前記第２方式に設定する。

一実施形態によるプランジャポンプを適用したポンプ装置の電気的構成の一例を模式的に示す図 一実施形態による塗布工程における制御部の制御内容の一例を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態において、構成要素等に付された「第１」、「第２」との語句は、類似した構成要素を単に区別するためのものであり、構成要素間の優劣や時間的要素を意味するものではない。

本実施形態のポンプ装置としてのプランジャポンプ１０は、プランジャポンプで構成されている。ポンプ装置の適用対象としては、プランジャポンプに限られず、ダイヤフラムポンプやベローズポンプ等であっても良い。プランジャポンプ１０は、例えば塗料等の比較的高粘度の塗布液を加圧して霧化させるエアレス塗装等に用いることができる。プランジャポンプ１０は、図示しない台車に固定されることによって、工場等の作業現場内を移動可能に構成されている。プランジャポンプ１０は、台車に固定される構成に限らず、鋼製のフレームや壁等に固定される構成であっても良い。

プランジャポンプ１０は、図１に示すように、駆動装置２０、ポンプ部３０、及び制御部４０を備えている。駆動装置２０及び制御部４０は、例えば防爆仕様の筐体１１内に収容されている。駆動装置２０は、プランジャポンプ１０の駆動源としての機能つまりポンプ部３０に駆動力を供給する機能を有する。駆動装置２０は、エア駆動部２１、電動駆動部２２、ケース２３、ピストン２４、及びロッド２５を有している。エア駆動部２１は、例えばコンプレッサ等の圧縮空気供給源５１に接続されており、圧縮空気供給源５１で圧縮された空気によって駆動力を発生させる。

エア駆動部２１は、圧力調整部２１１、圧力計測部２１２、及び制御弁２１３を有している。圧力調整部２１１は、圧縮空気供給源５１と制御弁２１３との間に設けられている。圧力調整部２１１は、例えば電空レギュレータで構成されており、圧縮空気供給源５１から供給される圧縮空気の圧力を調整して吐出する機能を有する。圧力計測部２１２は、例えば圧力センサで構成されており、圧力調整部２１１に内蔵されている。圧力計測部２１２は、圧力調整部２１１から吐出される圧縮空気の圧力を計測する機能を有する。

制御弁２１３は、圧力調整部２１１とケース２３との間に設けられている。制御弁２１３は、例えば５方電磁弁で構成されており、ケース２３に対する圧縮空気の供給及び排出を制御するためのものである。制御弁２１３の下流側は、ケース２３の上部の図示しない上部ポート及びケース２３の下部の図示しない下部ポートに接続されている。

電動駆動部２２は、モータ２２１及び電流検知部２２２を含んで構成されている。モータ２２１は、例えば商用電源やバッテリ電力等の外部の電力供給源から供給される電力によって駆動する。モータ２２１は、例えばステッピングモータやブラシレスモータ等で構成されており、図示しないギア等を介してロッド２５に接続されている。電流検知部２２２は、モータ２２１に流れる電流を検知する。電流検知部２２２は、例えば電流センサで構成されている。

ケース２３は、例えば鋼製で円筒形状に形成されている。ピストン２４及びロッド２５の一部は、ケース２３内に収容されている。ピストン２４は、例えば円盤状で構成されている。ピストン２４は、ケース２３の上部ポート及び下部ポートを介して、ピストン２４の上下の空間に対して圧縮空気の供給及び排出が交互に行われることによって、ケース２３内を上下方向に往復移動可能である。ロッド２５は、ピストン２４に接続されており、ピストン２４と一体的に上下方向に往復移動可能である。ロッド２５は、例えば電動駆動部２２に接続されており、電動駆動部２２から供給される駆動力を受けてケース２３内を上下方向に往復移動可能である。ロッド２５の下端部は、ケース２３から下方へ突出している。

ポンプ部３０は、例えばタンク５２に貯留された塗布液を吸引し、その吸引した塗布液を所定の吐出圧で吐出する機能を有する。所定の吐出圧とは、例えば５～１５МＰａ程度の高圧を意味する。ポンプ部３０は、ポンプケース３１及びプランジャ３２を有して構成することができる。ポンプケース３１は、例えば鋼製で円筒形状に形成されており、ポンプ部３０の外殻を構成している。

ポンプケース３１は、吸引口３１１及び吐出口３１２を有している。吸引口３１１は、タンク５２に貯留された塗布液をポンプケース３１内に吸引する機能を有する。吸引口３１１は、ポンプケース３１の下部に設けられており、例えば可撓性を有するサクションホース５３を介してタンク５２に接続されている。吸引口３１１には、図示しない吸引弁が設けられている。吸引弁は、ポンプケース３１の外部からポンプケース３１の内部へ向かう塗布液は通すが、ポンプケース３１の内部からポンプケース３１の外部へ向かう塗布液は遮断する逆止機能を有している。

吐出口３１２は、ポンプケース３１内に供給された塗布液をポンプケース３１外へ吐出する機能を有する。吐出口３１２は、ポンプケース３１の側面に設けられており、例えば耐圧性を有する塗料ホース５４を介してスプレーガン９１に接続されている。作業者は、スプレーガン９１を操作してポンプケース３１内に供給された塗布液を被塗物に対して塗布する。また、吐出口３１２の下流側には図示しない逆止弁が設けられており、吐出口３１２から吐出された塗布液が吐出口３１２からポンプケース３１内部の空間に逆流することが防止されている。

プランジャ３２は、下側部分がポンプケース３１内に収容され、上側部分がポンプケース３１内から突出しており、直線方向つまり上下方向に往復移動可能に構成されている。プランジャ３２の上端部分は、例えばナット等で構成された図示しない接合部材を介してロッド２５の下端部に着脱可能に接続されている。この場合、プランジャ３２の上端部分及びロッド２５の下端部には、例えば雄ねじ加工が施されている。このようにして、プランジャ３２は、エア駆動部２１及び電動駆動部２２によって駆動つまりロッド２５の往復移動に連動して上下方向に往復移動する。そして、ポンプ部３０は、プランジャ３２の上下方向への往復移動に伴い、塗布液の吸引及び吐出が繰り返し連続して行われる。

制御部４０は、例えば図示しないＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリ等の記憶領域を有するマイクロコンピュータを主体に構成されており、プランジャポンプ１０全体の制御を司る。制御部４０は、圧力調整部２１１、圧力計測部２１２、制御弁２１３、モータ２２１、及び電流検知部２２２と電気的に接続されている。制御部４０は、記憶領域に記憶されているプログラムを実行することによりプランジャポンプ１０に関する様々な制御や処理を実行する。

制御部４０は、圧力計測部２１２によって計測された圧力及び電流検知部２２２によって検知された電流に基づいて、圧力調整部２１１、制御弁２１３、及びモータ２２１の駆動を制御することで、ポンプ部３０からの塗布液の吐出を制御する。本実施形態では、制御部４０は、複数の駆動方式を切り替え可能に構成されている。つまり、制御部４０は、モータ２２１を駆動させる第１方式と、圧力調整部２１１を駆動させる第２方式と、に駆動方式を切り替えることができる。

制御部４０は、ポンプ部３０から塗布液が吐出される場合に、駆動方式を第１方式に設定できる。一方、制御部４０は、ポンプ部３０から塗布液が吐出されない場合に、駆動方式を第２方式に設定できる。制御部４０は、ポンプ部３０つまりプランジャポンプ１０の稼働状況によって駆動方式を切り替えることができる。また、制御部４０は、駆動方式が第１方式に設定された状態で、所定期間ポンプ部３０から塗布液が吐出されない場合に、駆動方式を第１方式から第２方式に切り替えることができる。更に、制御部４０は、駆動方式が第２方式に設定された状態で、圧力計測部２１２によって計測された圧縮空気の圧力が変化した場合に、駆動方式を第２方式から第１方式に切り替えることができる。

次に、図２を参照して、塗布工程において制御部４０で実行される制御内容の一例を説明する。図２のグラフ（ａ）は、塗布工程におけるスプレーガン９１に対する操作つまりスプレーのＯＮ－ＯＦＦの推移を示すものである。図２のグラフ（ｂ）は、モータ２２１における電流の出力値つまり電流検知部２２２の計測値の推移を示すものである。図２のグラフ（ｃ）は、圧力調整部２１１における圧力の出力値つまり圧力計測部２１２の計測値の推移を示すものである。また、塗布工程は、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２が交互に推移する。第１期間Ｔ１は、制御部４０によって駆動方式が第１方式に設定されている期間である。第２期間Ｔ２は、制御部４０によって駆動方式が第２方式に設定されている期間である。

図２の例の場合、制御部４０は、プランジャポンプ１０に電源が投入されると、待機電流Ｉ０をモータ２２１に出力する。待機電流Ｉ０は、ピストン２４の位置を維持させる程度の液圧に相当する。このように、待機電流Ｉ０を供給することによって、ポンプ部３０内の液圧によってモータ２２１が逆回転してしまうことを防止できる。次に、制御部４０は、図２の矢印Ａ１部分に示すように、スプレーがＯＮされると、待機電流Ｉ０を切り替えて駆動電流Ｉ１をモータ２２１に出力する。

その後、制御部４０は、図２の矢印Ａ２部分に示すように、スプレーがＯＦＦされると、駆動電流Ｉ１の供給を停止して、待機電流Ｉ０をモータ２２１に出力する。そして、制御部４０は、スプレーのＯＮ－ＯＦＦの切り替えに応じて待機電流Ｉ０と駆動電流Ｉ１とを切り替えて出力する。なお、スプレーのＯＮ－ＯＦＦの判断は、例えば電流検知部２２２の計測値の変化に基づいて行うことができる。

制御部４０は、図２の矢印Ａ３部分に示すように、スプレーがＯＦＦされてから所定期間ｔ例えば５分間スプレーがＯＮされない場合、モータ２２１への電流の供給を停止するとともに、エア駆動部２１を制御して、待機電流Ｉ０の大きさに相当する待機圧力Ｐをケース２３内に供給する。このようにして、スプレーがＯＦＦされてから所定期間ｔが経過してポンプ部３０が待機状態となっている場合に、制御部４０は、駆動方式を第１方式から第２方式に切り替える。これにより、電動駆動部２２の駆動を停止して電力消費を抑えつつ、エア駆動部２１から供給される空気圧によってポンプ部３０の待機状態を維持することができる。

その後、制御部４０は、図２の矢印Ａ４に示すように、スプレーがＯＮされて、ポンプ部３０を再稼働する場合、エア駆動部２１を制御してケース２３内から待機時に使用していた圧縮空気を排出するとともに、モータ２２１に駆動電流Ｉ１を出力する。このとき、ケース２３内にエア駆動部２１から圧縮空気が供給された状態で、スプレーがＯＮされると、図２の矢印Ｂ１に示すように、圧力計測部２１２によって計測される圧縮空気の圧力が下がる。つまり、制御部４０は、圧力計測部２１２の計測結果に基づいて、ポンプ部３０が待機状態から再稼働したことを判断することができる。制御部４０は、ポンプ部３０が待機状態から再稼働した場合に、駆動方式を第２方式から第１方式に切り替える。このようにして、制御部４０は、ポンプ部３０つまりプランジャポンプ１０の駆動状況に応じて駆動方式を第１方式と第２方式とに切り替えることで、塗布工程を実行できる。

ここで、例えばプランジャポンプ１０がエア駆動部２１と電動駆動部２２のうち、エア駆動部２１のみを備える構成とした場合、スプレーがＯＮされると、ケース２３とポンプ部３０との圧力のバランスが崩れ、それを補填するためにエア駆動部２１によって圧縮空気が補填されることが考えられる。しかしながら、エア駆動部２１による圧縮空気の供給は時間を要するため、ポンプ部３０内の液圧が低下する場合がある。

一方、電動駆動部２２のみを備える構成とした場合、スプレーがＯＮされると、モータ２２１の負荷電流が低減するため、その電流を補填するようにモータ２２１に電流を供給し、ポンプ部３０内の液圧低下を抑えることが考えられる。しかしながら、モータ２２１に供給する電流は、モータ２２１の焼損等のリスク回避の観点から制限する必要があり、結果的にスプレーＯＮ時のモータ２２１に補填する電流が制限されるため、ポンプ部３０内の液圧低下を招く場合がある。

そこで、本実施形態のプランジャポンプ１０は、エア駆動部２１と電動駆動部２２とを備える構成とすることで、ポンプ部３０の再稼働の瞬間にエア駆動部２１による圧縮空気を利用してモータ２２１に対して制限されている電流を当該圧縮空気で補填することができる。これにより、プランジャポンプ１０がエア駆動部２１と電動駆動部２２のうちいずれ一方のみを備える構成に比べて、スプレーＯＮ時のポンプ部３０内の液圧低下を抑制することができる。

以上説明した実施形態によれば、プランジャポンプ１０は、ポンプ部３０と、駆動装置２０と、制御部４０と、を備える。ポンプ部３０は、塗布液を吐出可能である。駆動装置２０は、ポンプ部３０に駆動力を供給する。駆動装置２０は、モータ２２１及び圧力調整部２１１を有する。モータ２２１は、電力によって駆動する。圧力調整部２１１は、外部の圧縮空気供給源５１から供給される圧縮空気の圧力を調整して吐出する。制御部４０は、モータ２２１を駆動させる第１方式と、圧力調整部２１１を駆動させる第２方式と、に駆動方式を切り替えることで、ポンプ部３０からの塗布液の吐出を制御する。そして、制御部４０は、ポンプ部３０から塗布液が吐出される場合に駆動方式を第１方式に設定し、ポンプ部３０から塗布液が吐出されない場合に駆動方式を前記第２方式に設定する。

ここで、例えばモータ２２１のみによってポンプ部３０からの塗布液の吐出を制御する場合、ポンプ部３０から塗布液が吐出されないつまりプランジャポンプ１０の待機時にもポンプ部３０に一定の駆動力を供給するための待機電流を流しておく必要がある。そのため、プランジャポンプ１０の待機時に電力が消費される。そこで、ポンプ部３０から塗布液が吐出されない待機時には、駆動方式を第１方式から第２方式に切り替えて、モータ２２１を停止させるとともに圧力調整部２１１を駆動して待機電流に相当する空気圧をポンプ部３０に対して供給することで、電力の消費を抑えることができる。これにより、エネルギーロスを抑制できる。結果として、二酸化炭素の排出量の削減を図り、環境負荷の低減を実現することができる。

また、制御部４０は、駆動方式が第１方式に設定された状態で所定期間tポンプ部３０から塗布液が吐出されない場合に、駆動方式を第１方式から第２方式に切り替える。これによれば、例えば断続してポンプ部３０が稼働される場合には、駆動方式を第１方式に維持してエネルギー効率が優位であるモータ２２１を動作させることで、エネルギーロスをより一層抑制できる。

更に、プランジャポンプ１０は、圧力計測部２１２を更に備える。圧力計測部２１２は、圧力調整部２１１から吐出される圧縮空気の圧力を計測する。そして、制御部４０は、駆動方式が第２方式に設定された状態で、圧力計測部２１２によって計測された圧縮空気の圧力が変化した場合に、駆動方式を第２方式から第１方式に切り替える。

これによれば、圧力計測部２１２が計測する圧縮空気の圧力が変化した場合に、ポンプ部３０が待機状態から再稼働したと判断して、駆動方式を第２方式から第１方式に切り替えることができる。これにより、円滑にプランジャポンプ１０を稼働させることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

１０…プランジャポンプ（ポンプ装置）、２０…駆動装置、２１１…圧力調整部、２１２…圧力計測部、２２１…モータ、３０…ポンプ部、４０…制御部

Claims (3)

1. 塗布液を吐出可能なポンプ部と、
   電力によって駆動するモータと、外部の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気の圧力を調整して吐出する圧力調整部と、を有し、前記ポンプ部に駆動力を供給する駆動装置と、
   前記モータを駆動させる第１方式と、前記圧力調整部を駆動させる第２方式と、に駆動方式を切り替えることで前記ポンプ部からの塗布液の吐出を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ポンプ部から塗布液が吐出される場合に前記駆動方式を前記第１方式に設定し、前記ポンプ部から塗布液が吐出されない場合に前記駆動方式を前記第２方式に設定する、
   ポンプ装置。
2. 前記制御部は、前記駆動方式が前記第１方式に設定された状態で所定期間前記ポンプ部から塗布液が吐出されない場合に前記駆動方式を前記第１方式から前記第２方式に切り替える、
   請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記圧力調整部から吐出される前記圧縮空気の圧力を計測する圧力計測部を更に備え、
   前記制御部は、前記駆動方式が前記第２方式に設定された状態で前記圧力計測部によって計測された前記圧縮空気の圧力が変化した場合に前記駆動方式を前記第２方式から前記第１方式に切り替える、
   請求項２に記載のポンプ装置。

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