JP6446853B2

JP6446853B2 - 液体吐出装置

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Publication number: JP6446853B2
Application number: JP2014127548A
Authority: JP
Inventors: 智明須藤; 一彦船橋; 和隆岩田
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: JP2016008507A

Description

本発明は、液体を吐出するポンプを備えた液体吐出装置に関する。

従来、液体を吐出するポンプを備えた液体吐出装置が知られており、その液体吐出装置が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された液体吐出装置は、液体を対象物に吹き付けて対象物を洗浄する高圧洗浄機である。この高圧洗浄機は、装置本体と、装置本体に設けられたポンプと、ポンプを駆動するモータと、モータの電源をオンオフする主電源スイッチと、ポンプから吐出される洗浄液の吐出圧を設定する圧力設定ダイヤルと、が設けられている。また、ポンプの吸水口はホースを介して水道の蛇口に接続され、ポンプの吐出口は、ホースを介して洗浄ガンに接続されている。さらに、ポンプの吐出口に、圧力制御機構としてのリリーフバルブが設けられている。

特許文献１に記載された高圧洗浄機は、圧力設定ダイヤルを操作して洗浄液の吐出圧力が設定されると、モータの実回転数が、設定された吐出圧力に応じた回転数となるように制御される。したがって、ノズルから噴射される高圧水の圧力を制御できる。また、吐出口の圧力が高圧になると、リリーフバルブが開き、吐出口の圧力が上昇することを抑制する。

特開２００５−００７３６６号公報

しかし、特許文献１に記載された液体吐出装置は、ポンプの吐出口の圧力上昇を防止するために、圧力制御機構を設けなければならず、液体吐出装置が大型化していた。

本発明の目的は、液体吐出装置を小型化することにある。

一実施形態の液体吐出装置は、液体を吸入及び吐出するポンプと、前記ポンプを駆動する電動モータと、を備えた液体吐出装置であって、前記電動モータへの電力の供給及び停止を行う電力供給部を有し、前記電力供給部は、停止している前記電動モータに電流を供給した場合における前記電動モータの負荷が所定値以上であると、前記電動モータへの電力の供給と停止とを繰り返す第１処理と、停止している前記電動モータに電流を供給した場合における前記負荷が所定値未満であると、前記電動モータへの電力の供給を継続する第２処理と、を行い、前記電動モータが回転している場合に、前記ポンプから前記液体が吐出される流路の圧力が第１の所定圧以上になると、前記電動モータを停止する制御部が設けられ、前記電力供給部は、前記流路の圧力が、前記第１の所定圧よりも低い第２の所定圧以下であり、かつ、前記第２の所定圧よりも低い第３の所定圧以上であると前記第１処理を行い、前記電力供給部は、前記流路の圧力が前記第３の所定圧未満であると前記第２処理を行う。

本発明によれば、流路の圧力上昇を抑制でき、流路の圧力を制御する圧力制御機構を設ける必要がなく、液体吐出装置を小型化できる。

本発明の液体吐出装置の実施形態である高圧洗浄機と、洗浄ガンとを示す模式図である。図１に示す高圧洗浄機の制御系統を示すブロック図である。図２の高圧洗浄機で実行可能な制御例１を示すフローチャートである。図３のフローチャートに対応するタイムチャートである。図２の高圧洗浄機で実行可能な制御例２を示すフローチャートである。図５のフローチャートに対応するタイムチャートである。

以下、本発明の液体吐出装置を高圧洗浄機に適用した実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る高圧洗浄機１０は、洗浄機本体１１と、洗浄機本体１１に設けられたポンプ１２と、ポンプ１２に供給する洗浄液を貯留するタンク１３と、ポンプ１２を駆動するブラシレスモータ１４と、ブラシレスモータ１４を制御する制御部１５と、ブラシレスモータ１４に電力を供給する電池パック１６と、を有する。また、ポンプ１２から吐出された洗浄液を洗浄ガン１７に供給するホース１８が設けられている。

タンク１３は、洗浄機本体１１の上部に配置されており、タンク１３は、洗浄機本体１１に対して着脱可能である。タンク１３に注入される洗浄液は、水、界面活性剤を含む水のいずれでもよい。ポンプ１２は、ブラシレスモータ１４の回転力で動作する動作部材と、タンク１３に接続された吸入口１２ａと、流路１２ｃに接続された吐出口１２ｂと、を備えている。流路１２ｃはホース１８に接続される。ポンプ１２は、例えばプランジャポンプを用いることが可能である。ポンプ１２は、プランジャが往復動作して洗浄液の吸入及び吐出を行う。

洗浄ガン１７は、ポンプ１２から吐出された洗浄液を噴射する噴射装置である。洗浄ガン１７は、ガン本体１９と、ガン本体１９に取り付けられたノズル２０と、ガン本体１９内に設けられ、かつ、ホース１８とノズル２０とを接続する流路２１と、流路２１に設けたバルブ２２と、バルブ２２を開閉するトリガ２３と、を備えている。トリガ２３は、作業者により操作される。トリガ２３に操作力が加えられていない場合は、バルブ２２は流路２１を遮断し、洗浄液はノズル２０から吐出されない。トリガ２３に操作力が加えられるとバルブ２２は流路２１を開放し、洗浄液がノズル２０から吐出される。トリガ２３に操作力が加えられていない場合を、トリガ２３のオフと呼ぶ。トリガ２３に操作力が加えられている場合を、トリガ２３のオンと呼ぶ。

電池パック１６は、洗浄機本体１１に対して着脱可能であり、電池パック１６は、収容ケース内に電池セルを複数収容したものである。電池セルは、充電及び放電を繰り返し行える二次電池、例えば、リチウムイオン電池を含む。

ブラシレスモータ１４は、直流モータの一種であり、ブラシレスモータ１４は、ステータ１４ａとロータ１４ｂとを備えている。ステータ１４ａは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する３本のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１を備えており、ステータ１４ａは回転しない。ステータ１４ａは環状に配置されており、ロータ１４ｂは、ステータ１４ａの内側に回転可能に配置されている。ロータ１４ｂの外周面に、円周方向に間隔をおいて、複数の永久磁石１４ｃが取り付けられている。複数の永久磁石１４ｃは、極性が異なる複数種類の永久磁石１４ｃを含み、極性が異なる永久磁石１４ｃ同士が交互に配置されている。さらに、ロータ１４ｂの回転力をプランジャに伝達する動力伝達機構が設けられている。

図２は、高圧洗浄機１０の制御系統を示すブロック図である。洗浄機本体１１に操作パネル２４が設けられており、操作パネル２４は、圧力設定ダイヤル２５と残量表示部２６と主電源スイッチ２７とを備えている。作業者は、圧力設定ダイヤル２５を操作し、洗浄液の吐出圧力を設定することができる。残量表示部２６は、電池パック１６の残量、つまり電圧を表示する。作業者は、主電源スイッチ２７のオンとオフとを切り替え操作して、高圧洗浄機１０の起動及び停止を選択する。主電源スイッチ２７は、公知のタクタイルスイッチを用いることができる。

また、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転位置を検出するホールＩＣ２８ａ〜２８ｃが設けられている。ホールＩＣ２８ａ〜２８ｃは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応させて、ロータ１４ｂの回転方向で異なる位置に３個設けられている。ホールＩＣ２８ａ〜２８ｃは、ロータ１４ｂに接触しない非接触式のセンサであり、ホールＩＣ２８ａ〜２８ｃは、ロータ１４ｂに取り付けた永久磁石１４ｃが形成する磁界を検出し、かつ、磁界の大きさに応じた信号を出力する磁気センサである。

制御部１５は、ステータ１４ａを構成する３本のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給する駆動電流を制御するためのインバータ回路２９を有する。インバータ回路２９は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給する駆動電流を制御する。インバータ回路５１は、３相フルブリッジインバータ回路であり、直列に接続された２つのスイッチング素子２９ａ，２９ｂと、直列に接続された２つのスイッチング素子２９ｃ，２９ｄと、直列に接続された２つのスイッチング素子２９ｅ，２９ｆとを有する。３つのスイッチング素子２９ａ，２９ｃ，２９ｅは、電池パック１６の正極１６ａに接続され、３つのスイッチング素子２９ｂ，２９ｄ，２９ｆは、電池パック１６の負極１６ｂに接続される。電池パック１６の正極１６ａに接続される３つのスイッチング素子２９ａ，２９ｃ，２９ｅは、ハイサイド側となっており、電池パック１６の負極１６ｂに接続される３つのスイッチング素子２９ｂ，２９ｄ，２９ｆは、ロウサイド側となっている。

スイッチング素子２９ａとスイッチング素子２９ｂとの間には、コイルＵ１の一方の接続端子が接続される。スイッチング素子２９ｃとスイッチング素子２９ｄとの間には、コイルＶ１の一方の接続端子が接続される。スイッチング素子２９ｅとスイッチング素子２９ｆとの間には、コイルＷ１の一方の接続端子が接続される。それぞれのコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の他方の接続端子は、相互に接続されており、各コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１はスター結線となっている。なお、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の結線方式は、デルタ結線でもよい。例えば、ハイサイド側のスイッチング素子２９ａと、ロウサイド側のスイッチング素子２９ｄとにゲート信号がオンされると、コイルＵ１，Ｖ１に電流が供給される。それぞれのスイッチング素子２９ａ〜２９ｆに通電されるゲート信号のタイミングを調整することにより、各コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給する電流値が制御される。

また、制御部１５は、ドライバ回路３０を有し、ドライバ回路３０は、インバータ回路２９のスイッチング素子２９ａ〜２９ｆをそれぞれオンオフするゲート信号を出力する。さらに、制御部１５は、マイクロコンピュータ３１を備えている。マイクロコンピュータ３１は、入力ポート及び出力ポート、記憶部、演算部を備えており、圧力設定ダイヤル２５から出力された信号、ホールＩＣ２８ａ，２８ｂ，２８ｃから出力された信号が、マイクロコンピュータ３１に入力される。

さらに、流路１２ｃの圧力を検出する圧力検出スイッチ３２が設けられている。流路２１は、流路１２ｃに接続されており、流路２１の圧力は、流路１２ｃの圧力と同じである。圧力検出スイッチ３２は、洗浄機本体１１に設けられている。圧力検出スイッチ３２は、例えば、ダイヤフラムを備えたスイッチであり、圧力検出スイッチ３２は、流路１２ｃの圧力が第１の所定圧未満ではオンされ、流路１２ｃの圧力が上昇して第１の所定圧以上になると、オンからオフに切り替わる。第１の所定圧は、圧力検出スイッチ３２がオンからオフに切り替わる圧力範囲の上限値である。

これに対して、圧力検出スイッチ３２は、流路１２ｃの圧力が低下して第２の所定圧以下になると、オフからオンに切り替わる。第２の所定圧は、圧力検出スイッチ３２がオフからオンに切り替わる圧力範囲の下限値である。第１の所定圧は第２の所定圧よりも高圧であり、例えば、第１の所定圧は５．０［ＭＰａ］であり、第２の所定圧は３．５［ＭＰａ］である。第１の所定圧と第２の所定圧との差は、ヒステリシスである。圧力検出スイッチ３２は、オンとオフとが切り替わる特性にヒステリシスがある理由は、流路１２ｃの圧力が微小量変動して、オンとオフとで頻繁に切り替わることを防止するためである。圧力検出スイッチ３２はオンまたはオフに対応する検出信号を出力し、圧力検出スイッチ３２から出力された信号は、マイクロコンピュータ３１に入力される。

制御部１５は、電池パック１６からインバータ回路２９に電力を供給する電気回路Ｅ１に設けた電流検出抵抗３３を有する。制御部１５は電流検出回路３４を有し、電流検出回路３４は、電流検出抵抗３３の電圧降下から、ステータ１４ａのコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値を検出し、検出結果に応じた信号をマイクロコンピュータ３１へ出力する。さらに、制御部１５は、電池パック１６とインバータ回路２９との間に接続した制御系電源回路３５を備え、制御系電源回路３５は、電池パック１６の電圧をマイクロコンピュータ３１の駆動電圧に変換して供給する。

さらに、制御部１５は、主電源スイッチ２７から出力された信号が入力される電源オンオフ回路３６を備え、電源オンオフ回路３６は、入力された信号に基づいて制御系電源回路３５を制御する。また、マイクロコンピュータ３１からは、電源オンオフ回路３６から制御系電源回路３５に入力される信号を維持する信号が入力される。マイクロコンピュータ３１は、電池パック１６の電圧を検出し、電池パック１６の電圧を検出した結果を示す信号を残量表示部２６に出力する。

さらに、制御部１５は、電気回路Ｅ１において電池パック１６からインバータ回路２９に至る経路に設けたモータ動作停止回路３７を備えている。モータ動作停止回路３７は半導体スイッチを有し、モータ動作停止回路３７は、制御系電源回路３５から入力される信号により、電池パック１６の電力をブラシレスモータ１４に供給する電気回路Ｅ１をオンまたはオフする。モータ動作停止回路３７は、制御系電源回路３５から入力される信号の他、圧力検出スイッチ３２からマイクロコンピュータ３１を介さずに入力される信号により、オン及びオフが切り替えられる。モータ動作停止回路３７は、圧力検出スイッチ３２から入力されるオフ信号でオフされ、モータ動作停止回路３７は、圧力検出スイッチ３２から入力されるオン信号でオンされる。

さらに、電池パック１６とブラシレスモータ１４とを接続する電気回路Ｅ１であって、モータ動作停止回路３７と電池パック１６との間にヒューズ３８が設けられている。ヒューズ３８は、定格以上の大電流から電気回路Ｅ１を保護する電子部品である。なお、マイクロコンピュータ３１の記憶部には、各種のデータが記憶されている。記憶部に記憶されるデータは、圧力設定ダイヤル２５の操作で設定される目標圧とブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転数との関係を表すマップを含む。圧力設定ダイヤル２５の操作で設定される目標圧は、第２の所定圧である３．５［ＭＰａ］よりも低く、目標圧は、例えば、０．５〜２．０［ＭＰａ］の範囲内に設定可能である。

また、記憶部に記憶されるデータは、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転数と、スイッチング素子２９ａ〜２９ｆのオン割合であるデューティ比と、の関係を表すマップを含む。さらに、記憶部に記憶されるデータは、圧力設定ダイヤル２５の操作で設定される目標圧と、ブラシレスモータ１４に供給される電流値との関係を表すマップを含む。

なお、図１のように洗浄ガン１７にトリガスイッチ３９を設け、トリガスイッチ３９の信号がマイクロコンピュータ３１に入力されるように構成してもよい。この場合、トリガ２３に操作力が加えられると、トリガスイッチ３９はオンされ、トリガ２３に操作力が加えられていなければトリガスイッチ３９はオフされるようにする。この場合、トリガスイッチ３９の信号は、無線によりマイクロコンピュータ３１に送られる。また、トリガスイッチ３９の信号を送るケーブルをホース１８に設けてもよい。そして、ホース１８を吐出口１２ｂに接続すると、ケーブルがマイクロコンピュータ３１に接続される。

（制御例１）
上記構成の高圧洗浄機１０で実行される制御例１を、図３のフローチャートを参照して説明する。制御部１５は、ステップＳ１で作業者が主電源スイッチ２７がオンしたことを検出すると、電池パック１６の電力が制御系電源回路３５を経由してマイクロコンピュータ３１に供給され、マイクロコンピュータ３１が起動する。また、制御系電源回路３５からモータ動作停止回路３７に信号が入力され、モータ動作停止回路３７が電気回路Ｅ１をオンする。

さらに、制御部１５は、ステップＳ２において、圧力設定ダイヤル２５の操作により設定された目標圧、あるいはモータ回転数を検出する。また、制御部１５は、ステップＳ３において、圧力検出スイッチ３２がオフされているか否かを判断する。制御部１５は、ステップＳ３でＮｏと判断すると、ステップＳ４でブラシレスモータ１４を駆動する制御を実行する。マイクロコンピュータ３１からドライバ回路３０に信号が入力され、ドライバ回路３０から出力される信号により、インバータ回路２９のスイッチング素子２９ａ〜２９ｆがそれぞれオンオフされ、電池パック１６の電力がインバータ回路２９を介してステータ１４ａのコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給されて回転磁界が形成され、ロータ１４ｂが回転する。このように、ブラシレスモータ１４が駆動される。

その後、制御部１５は、ステップＳ５でノズル２０から洗浄液が吐出されているか否かを判断する。トリガ２３を操作している場合、制御部１５は、ステップＳ５でＹｅｓと判断し、ステップＳ１０において、流路１２ｃの圧力が目標の圧力を維持するように、ブラシレスモータ１４を制御し、ステップＳ２に戻る。

制御部１５は、流路１２ｃの圧力を目標の圧力とするためにロータ１４ｂの目標回転数を求め、ロータ１４ｂの実回転数を目標回転数に近づけるように、ロータ１４ｂの実回転数をフィードバック制御する。具体的には、インバータ回路２９を構成する複数のスイッチング素子２９ａ〜２９ｆをオンする割合であるデューティ比を制御する。デューティ比を高めると、ロータ１４ｂの実回転数が上昇する。デューティ比を低下させると、ロータ１４ｂの実回転数が低下する。また、制御部１５は、ロータ１４ｂの回転位置に基づいて、スイッチング素子２９ａ〜２９ｆをオンするタイミングを決定する。このように、制御部１５は、流路１２ｃの圧力が、一旦５．０［ＭＰａ］となるように、ブラシレスモータ１４に供給される電流値を制御する。

一方、ノズル２０から洗浄液が吐出されていない場合、つまり、トリガ２３を操作していない場合、制御部１５は、ステップＳ５でＮｏと判断し、ステップＳ６の処理を実行し、ステップＳ２に戻る。ステップＳ６では、ブラシレスモータ１４が駆動されており、流路１２ｃの圧力が上昇する。そして、制御部１５がブラシレスモータ１４を駆動して流路１２ｃの圧力が上昇すると、再度、ステップＳ２を経てステップＳ３に進み、圧力が第１の所定圧５．０［ＭＰａ］を超えるとステップＳ３でＹｅｓと判断する。

すると、ステップＳ７で圧力検出スイッチ３２のオフ信号がモータ動作停止回路３７に送られ、モータ動作停止回路３７が電気回路Ｅ１をオフし、ブラシレスモータ１４が停止する。ブラシレスモータ１４が停止されると、ステップＳ８に進み、流路１２ｃの圧力は５．０［ＭＰａ］以下に保持される。そして、制御部１５は、ステップＳ９に進み、ステップＳ７でブラシレスモータ１４が停止してから、所定時間、例えば、１０分が経過したか否かを判断する。制御部１５は、ステップＳ９でＮｏと判断すると、ステップＳ２を経てステップＳ３に進む。

ブラシレスモータ１４の停止後、トリガ２３がオフされていても、洗浄液が漏れて流路１２ｃの圧力が第２の所定圧３．５［ＭＰａ］まで低下すると、第３回目のステップＳ３でＮｏと判断される。すると、再度、ステップＳ４を経由してステップＳ５に進む。ステップＳ５でトリガ２３はオフであり洗浄液は吐出されていないためＮｏと判断されステップＳ６に進む。ステップＳ４でブラシレスモータ１４が駆動されているためステップＳ６では圧力が上昇する。その後、再度、ステップＳ２を経由してステップＳ３に進む。ステップＳ６にて圧力が直ぐに第１の所定圧５．０［ＭＰａ］まで上昇するため、圧力検出スイッチ３２はオンからオフに切り替わり、Ｙｅｓと判断されてステップＳ７に進む。

さらに、制御部１５は、ステップＳ９でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１１に進み、オートパワーオフ制御を実行する。オートパワーオフ制御は、制御系電源回路３５を経由してマイクロコンピュータ３１に供給される電流を遮断する制御である。なお、制御部１５は、作業者が主電源スイッチ２７をオフした場合も、制御系電源回路３５がモータ動作停止回路３７をオフし、かつ、マイクロコンピュータ３１への供給電圧を遮断する。なお、トリガスイッチ３９を設けた場合には、ステップＳ５においてノズル２０から洗浄液が吐出されているか否かを制御部１５がトリガスイッチ３９の信号から間接的に判断するように構成してもよい。また、マイクロコンピュータ３１への供給電圧を遮断しなくてもよく、この場合は、電池パック１６の電池セルの残量、つまり、電圧を検出し、その電圧を残量表示部２６で表示する。

図３のフローチャートに対応するタイムチャートの例を、図４を参照して説明する。

まず、時刻ｔ１以前において、主電源スイッチ２７はオフされ、ブラシレスモータ１４に供給される電流値のデューティ比は０％であり、トリガ２３はオフされ、流路１２ｃの圧力は０［ＭＰａ］であり、圧力検出スイッチはオフされ、ノズル２０から洗浄液は吐出されていない。

時刻ｔ１において、主電源スイッチ２７がオンされ、流路１２ｃの圧力が変化して圧力検出スイッチ３２がオフからオンに切り替わり、かつ、デューティ比が０％から上昇してブラシレスモータ１４が回転を開始し、ポンプ１２が駆動する。トリガ２３はオフされているため、流路１２ｃの圧力は、時刻ｔ１以降に上昇する。時刻ｔ２でデューティ比は１００％になり、時刻ｔ２以降、デューティ比は１００％に維持される。

時刻ｔ３で、流路１２ｃの圧力が５．０［ＭＰａ］になると、圧力検出スイッチ３２がオンからオフに切り替わり、モータ動作停止回路３７がオフされて、デューティ比が０％となる。つまり、ブラシレスモータ１４は停止する。

時刻ｔ３以降、トリガ２３はオフされているが、洗浄液が漏れて流路１２ｃの圧力が低下している。時刻ｔ４でトリガ２３がオンされて洗浄液がノズル２０から吐出されると、流路１２ｃの圧力が急激に低下して３．５［ＭＰａ］以下になり、圧力検出スイッチ３２がオフからオンに切り替わる。このため、時刻ｔ４でモータ動作停止回路３７がオンされ、かつ、時刻ｔ４以降、デューティ比が上昇している。また、時刻ｔ４以降、ノズル２０から洗浄液が吐出されている間、ブラシレスモータ１４に供給される電流値は一定に制御され、流路１２ｃの圧力は目標圧、例えば２．０［ＭＰａ］に保持される。

時刻ｔ５でトリガ２３がオフされてノズル２０から洗浄液が吐出されなくなると、流路１２ｃの圧力は上昇する。流路１２ｃの圧力が、時刻ｔ６で５．０［ＭＰａ］まで上昇すると、圧力検出スイッチ３２がオンからオフに切り替わり、モータ動作停止回路３７がオフされて、デューティ比が１００％から０％に切り替わる。

時刻ｔ６以降は、トリガ２３がオフされているが、洗浄液が漏れて流路１２ｃの圧力が低下している。時刻ｔ７で流路１２ｃの圧力が３．５［ＭＰａ］まで低下すると、圧力検出スイッチ３２がオフからオンに切り替わる。このため、時刻ｔ７でモータ動作停止回路３７がオンされ、かつ、時刻ｔ７以降、デューティ比が上昇している。また、時刻ｔ７以降、トリガ２３はオフされており、流路１２ｃの圧力は上昇する。

さらに、流路１２ｃの圧力が、時刻ｔ８で５．０［ＭＰａ］まで上昇すると、圧力検出スイッチ３２がオンからオフに切り替わり、モータ動作停止回路３７がオフされて、デューティ比が１００％から０％に切り替わる。時刻ｔ８以降は、洗浄液が漏れて流路１２ｃの圧力が低下している。そして、流路１２ｃの圧力が３．５［ＭＰａ］を超えている時刻ｔ９で主電源スイッチ２７がオフされている。

上記のように、本実施形態の高圧洗浄機１０は、圧力検出スイッチ３２の信号を、マイクロコンピュータ３１を迂回させてモータ動作停止回路３７に入力し、モータ動作停止回路３７のオンとオフとを切り替えることができる。したがって、制御部１５は、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂが回転され、かつ、マイクロコンピュータ３１によりロータ１４ｂの回転数が制御されている場合に、モータ動作停止回路３７をオフしてブラシレスモータ１４のロータ１４ｂを停止できる。

このため、高圧洗浄機１０は、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂが回転している場合に、マイクロコンピュータ３１がノイズ、熱暴走等で正常に動作しなくなると、モータ動作停止回路３７をオフして、ロータ１４ｂを停止できる。つまり、マイクロコンピュータ３１またはインバータ回路２９がフェールした場合に、ブラシレスモータ１４を停止させるためのフェールセーフとして、モータ動作停止回路３７を用いることができる。

さらに、高圧洗浄機１０は、ブラシレスモータ１４の回転数を制御することにより、ノズル２０から吐出される洗浄液の吐出圧を制御できる。このため、流路１２ｃの圧力を制御する圧力制御機構、例えば、リリーフバルブを設けずに済む。したがって、高圧洗浄機１０の構造の簡易化、高圧洗浄機１０の小型化を図ることができ、製造コストを低減できる。

（制御例２）
次に、高圧洗浄機１０で実行可能な制御例２を、図５に基づいて説明する。図５のフローチャートは、圧力が第２の所定圧３．５［ＭＰａ］まで低下しブラシレスモータ１４が起動する際に行われる制御例である。制御例２の趣旨は、停止しているブラシレスモータ１４のロータ１４ｂを回転するにあたり、ロータ１４ｂの負荷に応じて、ブラシレスモータ１４に供給する電流値を制御する。

まず、制御部１５は、ステップＳ２１において主電源スイッチ２７がオンされていることを検出し、ステップＳ２２において、「ウェイトフラグ＝０」とする処理を実行する。ウェイトフラグは、ブラシレスモータ１４の停止条件が成立しているか否か、すなわちブラシレスモータ１４に電流を流してもよいか否かを判断する変数である。「ウェイトフラグ＝０」は、ブラシレスモータ１４の停止条件が不成立であることを意味する。これは、ブラシレスモータ１４に電流を流してもよいことを意味する。

圧力検出スイッチ３２がオフされ、かつ、トリガ２３がオフされた状態で時間が経過すると、洗浄液の漏れにより、圧力検出スイッチ３２で検出される圧力が低下する。制御部１５は、ステップＳ２２の処理に次ぐステップＳ２３において、圧力検出スイッチ３２がオンされているか否かを判断する。

制御部１５は、ステップＳ２３でＮｏと判断すると、ステップＳ２４に進み、インバータ回路２９のスイッチング素子２９ａ〜２９ｆを制御するゲート信号をオフする処理を実行し、ステップＳ２３に戻る。このため、ブラシレスモータ１４は停止した状態に維持される。

制御部１５は、ステップＳ２３でＹｅｓと判断すると、ステップＳ１５において、「ウェイトフラグ＝１」であるか否かを判断する。「ウェイトフラグ＝１」は、ブラシレスモータ１４の停止条件が成立していることを意味する。つまり、ブラシレスモータ１４に電流が流れていないことを意味する。前記ステップＳ２２で「ウェイトフラグ＝０」とする処理が行われているため、制御部１５はステップＳ２５でＮｏと判断し、ステップＳ２６に進み、ドライバ回路３０から、インバータ回路２９のスイッチング素子２９ａ〜２９ｆに入力されるゲート信号をオンする。

つまり、制御部１５は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電圧を印加し、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂで回転力を発生させる。なお、ステップＳ２６の制御により、ロータ１４ｂで発生する回転力は、流路１２ｃの圧力が２．０［ＭＰａ］を超えていると、ロータ１４ｂが回転しない低い値である。

制御部１５は、ステップＳ２６に次ぐステップＳ２７において、ホールＩＣ２８ａ，２８ｂ，２８ｃから出力される信号が、５０［ｍｓ］以上の時間に亘り変化していないか否かを判断する。制御部１５は、ステップＳ２７でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２８に進み、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値が、所定値以上であるか否かを判断する。ステップＳ２８で用いられる所定値は、例えば、ブラシレスモータ１４の耐久性、耐熱性等の条件に基づき、実験、シミュレーションを行って求めた値である。具体的に説明すると、所定値は、流路１２ｃが開かれている状態で、流路１２ｃの実際の圧力を、圧力設定ダイヤル２５の操作により設定される目標圧の最大値２．０［ＭＰａ］に維持するために、ブラシレスモータ１４に供給される電流値以上の値である。

制御部１５は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値から、ブラシレスモータ１４の負荷を判断する。ブラシレスモータ１４の負荷は、ロータ１４ｂの回転を妨げようとする抵抗であり、本実施形態では、流路１２ｃの圧力を、ブラシレスモータ１４の負荷として把握する。つまり、流路１２ｃの圧力が高いほど、ブラシレスモータ１４の負荷が大きいことになる。コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値は、電流検出回路３４で検出される。制御部１５は、ステップＳ２８の判断を行い、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値から、流路１２ｃの圧力を間接的に検出できる。

制御部１５は、ステップＳ２８でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２９に進み、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂが回転していないと判断する。また、制御部１５は、ステップＳ２９に次ぐステップＳ３０において、ドライバ回路３０からスイッチング素子２９ａ〜２９ｆに入力されるゲート信号をオフする処理を実行する。制御部１５は、ステップＳ３０に次ぐステップＳ３１において、「ウェイトフラグ＝１」とする処理を実行する。

制御部１５は、ステップＳ３１に次ぐステップＳ３２において、ゲート信号をオフしてから、連続で所定時間１［ｓ］が経過したか否かを判断する。制御部１５は、ステップＳ３２でＹｅｓと判断すると、ステップＳ３３に進み、「ウェイトフラグ＝０」とする処理を実行し、ステップＳ２３に戻る。

制御部１５は、ステップＳ２７またはステップＳ２８またはステップＳ３２でＮｏと判断した場合は、ステップＳ２３に戻る。なお、制御部１５は、ステップＳ３２でＮｏと判断してから再度ステップＳ２５に進み、そのステップＳ２５でＹｅｓと判断すると、ステップＳ２９に進む。

さらに、制御部１５は、ステップＳ２７でＮｏと判断し、かつ、トリガ２３がオンされていると、ステップＳ２３〜ステップＳ２７を繰り返す処理を実行する。つまり、流路１２ｃの圧力が目標圧となるように、ブラシレスモータ１４に供給する電流値をフィードバック制御する。

制御例２に対応するタイムチャートを図６に基づいて説明する。図６に示すタイムチャートは、圧力検出スイッチがオンからオフに切り替わり、かつ、ブラシレスモータ１４が停止された時点以降において、制御部１５の制御に関連するパラメータの経時変化を示す。

時刻ｔ１１では、トリガ２３はオフされており、流路１２ｃ内の圧力が５．０［ＭＰａ］であるため、圧力検出スイッチ３２はオフされ、モータ動作停止回路３７は電気回路Ｅ１をオフしている。このため、時刻ｔ１１では、ブラシレスモータ１４に電流は供給されず、ブラシレスモータ１４は停止している。

時刻ｔ１１以降、トリガ２３はオフされているが、洗浄液が漏れて流路１２ｃ内の圧力は低下している。流路１２ｃ内の圧力が３．５［ＭＰａ］を超えている間は、圧力検出スイッチ３２がオフされている。このため、モータ動作停止回路３７はオフされており、ブラシレスモータ１４に電流は供給されない。

その後、流路１２ｃ内の圧力が、時刻ｔ１２で３．５［ＭＰａ］以下になると、圧力検出スイッチ３２がオンされ、かつ、モータ動作停止回路３７がオンされる。また、時刻ｔ１２以降は、制御部１５がゲート信号をオンし、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給される。つまり、ロータ１４ｂに回転力が生じる。ロータ１４ｂの負荷が大きいと、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値は閾値以上となる。この閾値は、ステップＳ２８の判断で用いる所定値に相当する。所定値に相当する電流値は、流路１２ｃを目標圧とするためにブラシレスモータ１４に供給する電流値以上である。

しかし、時刻ｔ１２から時間が５０［ｍｓ］経過した時刻ｔ１３までの間、ホールＩＣ２８，２８ｂ，２８ｃの信号は変化していない。つまり、ロータ１４ｂで回転力は発生するが、その回転力は、流路１２ｃの圧力が２．０［ＭＰａ］以上であるとロータ１４ｂが回転できない値であるため、ロータ１４ｂは回転しない。このため、時刻ｔ１３以降は、ゲート信号がオフされ、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されなくなる。

また、時刻ｔ１３から時間が１［ｓ］経過した時刻ｔ１４において、ゲート信号がオンされ、再度、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給される。コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値は、所定値以上となる。しかし、時刻ｔ１４から時間が５０［ｍｓ］経過した時刻ｔ１５までの間、ホールＩＣ２８，２８ｂ，２８ｃの信号は変化していない。つまり、ロータ１４ｂは回転していない。このため、時刻ｔ１５以降は、ゲート信号がオフされ、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されない。

さらに、時刻ｔ１５から時間が１［ｓ］経過した時刻ｔ１６において、ゲート信号がオンされ、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給される。コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値は、所定値以上である。しかし、時刻ｔ１６から時間が５０［ｍｓ］経過した時刻ｔ１７までの間、ホールＩＣ２８，２８ｂ，２８ｃの信号は変化していない。つまり、ロータ１４ｂは回転していない。このため、時刻ｔ１７以降は、ゲート信号がオフされ、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されない。

上記の時刻ｔ１２から時刻ｔ１７までの間、トリガ２３はオフされているが、洗浄液が漏れて流路１２ｃの圧力は低下している。そして、作業者が時刻ｔ１８でトリガ２３がオンされている。図６のタイムチャートでは、時刻ｔ１２〜時刻ｔ１８の間、図５のステップＳ２３〜ステップＳ３３を繰り返していることになる。つまり、制御部１５は、時刻ｔ１８以前のように、トリガ２３が操作されていない場合において流路１２ｃの圧力が２．０［ＭＰａ］以上であると、ブラシレスモータ１４の回転を禁止する。すなわち、ブラシレスモータ１４が回転できない程度の回転力を発生させる。

時刻ｔ１８でトリガ２３がオンされると、洗浄液はノズル２０から噴射され、流路１２ｃの圧力が急激に低下する。このため、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されてブラシレスモータ１４のロータ１４ｂが回転し、流路１２ｃの圧力が上昇する。流路１２ｃの圧力は、圧力設定ダイヤル２５で設定された目標圧、例えば、２．０［ＭＰａ］に制御される。また、時刻ｔ１８以降、流路１２ｃの圧力は２．０［ＭＰａ］に制御されるため、ロータ１４ｂの負荷は所定値未満である。つまり、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値は閾値未満である。このように、制御部１５は、流路１２ｃの圧力が目標圧未満であると、ブラシレスモータ１４の回転を許容する。

トリガ２３が時刻ｔ１９でオフされ、バルブ２２が閉じられてノズル２０から洗浄液が噴射されなくなる。つまり、ブラシレスモータ１４は回転を継続しているため、流路１２ｃの圧力は、時刻ｔ１９以降上昇し、流路１２ｃの圧力が時刻ｔ２０で５．０［ＭＰａ］に到達すると、圧力検出スイッチ３２がオフされ、かつ、モータ動作停止回路３７もオフされる。このため、時刻ｔ２０以降は、コイルＵ１，Ｖ２，Ｗ１に電流が供給されず、ブラシレスモータ１４は停止する。したがって、ホールＩＣ２８ａ，２８ｂ，２８ｃの信号は、時刻ｔ２０以降において変化しない。

以上のように、制御部１５が制御例２を実行すると、圧力検出スイッチ３２がオフされてブラシレスモータ１４を停止した後、流路１２ｃの圧力が３．５［ＭＰａ］以下になると、圧力検出スイッチ３２がオンされ、かつ、インバータ回路２９の制御により、一旦、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給される。

ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されてロータ１４ｂに回転力が発生した状態で、ロータ１４ｂの負荷が大きい場合、例えば、流路１２ｃの圧力が目標圧以上、つまり、２．０［ＭＰａ］以上である場合は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流を流すことを止める。つまり、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転を禁止する。

これに対して、ブラシレスモータ１４のコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流が供給されてロータ１４ｂに回転力が発生した状態で、流路１２ｃの圧力が２．０［ＭＰａ］未満でありロータ１４ｂの負荷が小さい場合は、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転を許容する。つまり、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流を継続して供給し、ロータ１４ｂを回転させる。このため、停止しているブラシレスモータ１４を回転させる場合に、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に大電流が供給されることを防止できる。したがって、ブラシレスモータ１４の耐久性、耐熱性が低下することを防止できる。さらに、制御部１５は、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に供給される電流値に基づいて、ロータ１４ｂの回転を許容するか停止させておくかを判断する。このため、圧力検出スイッチ３２の信号の有無に関わらず、ブラシレスモータ１４のロータ１４ｂの回転数を制御できる。

つまり、制御部１５が実行する制御例２は、流路１２ｃの圧力が、圧力検出スイッチ３２がオンされる圧力である３．５［ＭＰａ］以下であっても、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流を供給した場合にロータ１４ｂの負荷が相対的に高いと、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対する電流の供給を遮断する。これに対して、制御部１５が実行する制御例２は、流路１２ｃの圧力が、圧力検出スイッチ３２がオンされる圧力である３．５［ＭＰａ］以下であり、かつ、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に電流を供給した場合のロータ１４ｂの負荷が相対的に低いと、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対する電流の供給を継続する。

また、制御部１５が制御例２を実行する場合も、マイクロコンピュータ３１の機能によらず、圧力検出スイッチ３２のオフにより、モータ動作停止回路３７をオフすることができる。なお、制御部１５は、制御例１と制御例２とを、別々に実行してもよいし、制御例１と制御例２とを組み合わせて実行してもよい。制御部１５は、制御例１と制御例２とを組み合わせて実行する場合、制御例１のステップＳ７でブラシレスモータ１４が停止され、その後、ステップＳ３を経てステップＳ４に進む場合に、制御例２をサブルーチンとして実行することが可能である。また、制御部１５は、ステップＳ２８において、ブラシレスモータ１４に流れる電流値ではなくブラシレスモータ１４の回転数から負荷状態を判別するように構成することも可能である。

本実施形態で説明した構成と、本発明の構成との対応関係を説明する。５．０［ＭＰａ］が、本発明における第１の所定圧に相当し、３．５［ＭＰａ］が、第２の所定圧に相当し、２．０［ＭＰａ］が、本発明における第３の所定圧に相当する。制御部１５が、図６のタイムチャートの時刻ｔ１２〜時刻ｔ１８の間において、ブラシレスモータ１４の回転を禁止することが、本発明における第１処理に相当する。制御部１５が、図６のタイムチャートの時刻１８以降でブラシレスモータ１４の回転を許容する処理が、本発明における第２処理に相当する。

制御部１５が、本発明における制御部、電力供給部、負荷検出部に相当し、圧力検出スイッチ３２が、本発明における圧力検出部に相当し、ホールＩＣ２８ａ〜２８ｃが、本発明における回転位置検出部に相当し、電流検出回路３４が、本発明における電流検出部に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明の液体吐出装置は、ポンプに吸入された液体を加圧して吐出する装置であり、本発明の液体吐出装置は、対象物の汚れを除去する高圧洗浄機の他、水を霧状にして畑に散布する噴霧装置、薬液を霧状にして、野菜または植木に散布して害虫を駆除する噴霧装置を含む。つまり、本発明において、ポンプから吐出される液体は、水、洗浄液、薬液を含む。

本発明において、電動モータに電流を供給する電源としての二次電池を備えている。すなわち、実施形態に係る洗浄機は携帯型である。二次電池は、リチウムイオン電池以外の電池、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池であってもよい。本発明の液体吐出装置は、二次電池および交流電源の双方から、電動モータに電流を供給可能な構造を含む。また、本発明の液体吐出装置は、交流電源のみから電動モータに電流を供給可能な構造を含む。

さらに、本発明の液体吐出装置は、タンク内の液体をポンプで吸入する構造の他、水道の蛇口から供給された水をポンプで吸い込む構造を含む。さらに、電動モータは、直流ブラシレスモータ、交流ブラシレスモータのいずれでもよい。電動モータに交流電源の電力を供給する電力供給機構を設けることも可能である。圧力検出スイッチは、洗浄ガンに設けられていてもよい。この場合、洗浄ガンに設けられた圧力検出スイッチと、洗浄機本体に設けた制御部との間で信号を行き来させる信号ケーブルが設けられる。信号ケーブルは、例えば、ホースと一緒に束ねてもよい。さらに、無線で信号を送る構成を採用してもよい。吐出圧設定部は、ダイヤル、タッチパネル、レバーを含む。圧力検出部は、ダイヤフラムを備えた圧力センサの他、ブルドン管を備えた圧力センサ、ベローズを備えた圧力センサを含む。また、圧力検出部は、洗浄液の圧力が第１の所定圧以上でオンされ、第２の所定圧以下でオフされる構成であってもよい。第１の所定圧は第２の所定圧よりも高い。つまり、圧力検出部は、洗浄液の圧力が第１の所定圧以上である場合と、第２の所定圧以下である場合とで、異なる信号を出力し、かつ、モータ動作停止回路をオンオフできればよい。

１０…高圧洗浄機、１１…洗浄機本体、１２…ポンプ、１２ｃ，２１…流路、１４…ブラシレスモータ、１４ｂ…ロータ、１５…制御部、１６…電池パック、２５…圧力設定ダイヤル、２７…主電源スイッチ、２９…インバータ回路、２９ａ，２９ｃ，２９ｅ…スイッチング素子、３２…圧力検出スイッチ、３７…モータ動作停止回路。

Claims

液体を吸入及び吐出するポンプと、前記ポンプを駆動する電動モータと、を備えた液体吐出装置であって、
前記電動モータへの電力の供給及び停止を行う電力供給部を有し、
前記電力供給部は、
停止している前記電動モータに電流を供給した場合における前記電動モータの負荷が所定値以上であると、前記電動モータへの電力の供給と停止とを繰り返す第１処理と、
停止している前記電動モータに電流を供給した場合における前記負荷が所定値未満であると、前記電動モータへの電力の供給を継続する第２処理と、
を行い、
前記電動モータが回転している場合に、前記ポンプから前記液体が吐出される流路の圧力が第１の所定圧以上になると、前記電動モータを停止する制御部が設けられ、
前記電力供給部は、前記流路の圧力が、前記第１の所定圧よりも低い第２の所定圧以下であり、かつ、前記第２の所定圧よりも低い第３の所定圧以上であると前記第１処理を行い、
前記電力供給部は、前記流路の圧力が前記第３の所定圧未満であると前記第２処理を行う、液体吐出装置。
前記ポンプから前記液体が吐出される流路の圧力を検出する圧力検出部と、
前記負荷の大きさを検出する負荷検出部と、
が設けられている、請求項１に記載の液体吐出装置。
前記電動モータのロータの回転位置を検出する回転位置検出部が設けられ、
前記負荷検出部は、前記回転位置検出部の検出値から前記負荷の大きさを検出する、請求項１に記載の液体吐出装置。
前記電動モータに供給される電流を検出する電流検出部が設けられ、
前記負荷検出部は、前記電流検出部の検出値から前記負荷の大きさを検出する、請求項１に記載の液体吐出装置。