ダイヤフラムポンプ、ダイヤフラムポンプの制御方法、及び除菌器
【課題】個々の装置の条件に対応した適切な通電電流を設定できるソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプ及びソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の一形態にかかるソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法は、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する。
【解決手段】本発明の一形態にかかるソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法は、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムポンプ、ダイヤフラムポンプの制御方法、及び除菌器に関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸水を生活用水や飲用水として利用する際には、井戸水に含まれる鉄マンガンイオンなどをろ過槽により除去するとともに除菌を行っている。
【０００３】
ろ過槽は内部にセラミック製ろ過砂や、その表面に二酸化マンガンをコーティングした除マンガン用ろ過材などを充填している。また、ろ過槽１次側には、除菌・酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムを注入する除菌器が設置されている。
【０００４】
除菌器は、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用流量検出部を備えている。さらに、除菌器は、ろ過流量に比例した一定量の次亜塩素酸ナトリウムを注入するダイヤフラムポンプと、井戸水が通過する連結管及び薬液注入部を備えている。
【０００５】
除菌器に使用されるダイヤフラムポンプは、小型で装置内に組込み易く、そのポンプ特性は精密注入に適している。また、ダイヤフラムポンプでは、ダイヤフラムを駆動するために往復動作が必要なので、アクチュエータとして、安価で構造が簡単な電磁ソレノイドが多用されている。
【０００６】
ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプは、薬液を吐出する時には、ソレノイドコイルに電流を流してプランジャを注入圧力に抗して押し出す。この押し出し完了時には、金属製のプランジャが金属製の固定鉄心に衝突し、不快な衝突騒音を発生する。この衝突音は周囲の環境によって大きく左右される。例えば大型ポンプなどが設置された機械室内、また使用流量が多く時間当たりのストローク回数が多い場合には、衝突音の大きさや回数が増し、不快感を与えるものとなる。
【０００７】
一方、ダイヤフラムポンプの製品仕様には、注入可能な最高圧力があり、この最高圧力にダイヤフラムの受圧面積を乗じた力に、戻しばねの最大圧縮力とダイヤフラムが押し出されたときの弾性力を加算した推力を発生する電流をソレノイドに流す必要がある。また、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつきや温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動も考慮し、余裕のある通電電流と通電時間を設定しなければならない。このため、プランジャが固定鉄心に衝突する直前の移動速度は過大になり、大きな衝突音を発生する原因となる。
【０００８】
ソレノイドの特性として、一定の電圧を印加した場合、プランジャが移動を始めて固定鉄心との距離が短くなると、ストローク距離に反比例して推力が増大する。加えてインダクタンスの低下により電流値が増大し、推力がさらに増大し、固定鉄心への衝突音が極めて大きくなる。
【０００９】
固定鉄心への衝突音を緩和するために、消音ソレノイドと称して固定鉄心とプランジャの間にゴム等の弾性体（＝緩衝材）を挟みこんだ製品も製造されているが、弾性体を介しても金属製のプランジャと固定鉄心が衝突する衝突音を無くすことは出来ない。また、ソレノイドの特性として、プランジャが固定鉄心から最も遠い「押し出し直前」の位置が最も発生推力が小さいため、弾性体の厚みを厚くしすぎると、ストローク距離を加えた押し出し直前の位置がさらに遠くなり、推力低下、所要電流増加、及び温度上昇を招き、弾性体の永久歪みも大きくなるため弾性体の変形によるストローク距離が変動してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１７７６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した技術では以下のような問題がある。ソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプは例えば温度、配管圧力等の周辺環境や装置のばらつき等の各種条件によって適切な通電電流が変化するが、上記技術では、ソレノイドコイルの温度上昇を考慮して大きな推力を発生するソレノイドを選択し、さらに温度上昇による抵抗アップ及び電流低下を見込んで、定格通電電流を高く設定している。したがって、ソレノイド自体のコストアップは逃れず、寒冷時や低ストローク運転時にも高い通電電流をソレノイドコイルに与えているため、無駄な電力を消費しており、固定鉄心の衝突時の騒音も大きくなる傾向にある。
【００１２】
そこで本発明は、個々の装置の条件に対応した適切な通電電流を設定できるダイヤフラムポンプ、ダイヤフラムポンプの制御方法、及び除菌器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一形態にかかるダイヤフラムポンプの制御方法は、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の一形態にかかるダイヤフラムポンプは、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の一形態にかかる除菌器は、前記ダイヤフラムポンプを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、個々の装置の条件に対応した適切な通電電流を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるダイヤフラムポンプを示す説明図。
【図２】同ダイヤフラムポンプを示す説明図。
【図３】同ダイヤフラムポンプの制御装置の構成を示す説明図。
【図４】同ダイヤフラムポンプの制御方法を示すフローチャート。
【図５】同ダイヤフラムポンプの電流波形を説明するグラフ。
【図６】同ダイヤフラムポンプの第１の状態における電流波形を示すグラフ。
【図７】同ダイヤフラムポンプの第２の状態における電流波形を示すグラフ。
【図８】同ダイヤフラムポンプの第３の状態における電流波形を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態にかかるソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプについて、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１９】
図１及び図２に、ダイヤフラムポンプ１０を示す。図１は、ダイヤフラム１８が後退している状態であり、図２は、ダイヤフラム１８が前進している状態である。
【００２０】
ダイヤフラムポンプ１０は、ケース本体１２と、筒形コイルであるソレノイドコイル１４と、プランジャ１６と、ダイヤフラム１８と、裏蓋２０と、裏蓋２０にねじ込まれた調整ねじ２２と、ポンプ本体２４などから構成されている。以下基本的に、ソレノイドコイル１４側から見て、ポンプ本体２４側を前方とし、その逆を後方として説明する。
【００２１】
ケース本体１２は、円筒状で、金属材料、あるいは樹脂材などから形成されている。ケース本体１２の内部には、ソレノイドコイル１４がねじ２６により固定されている。ケース本体１２の後方には、裏蓋２０がねじ２８により固定されている。ケース本体１２の前方には、ポンプ本体２４が、ねじ３０等により液密に取り付けられている。
【００２２】
ソレノイドコイル１４は円筒状のコイルで、中心にはプランジャ１６が前後方向に沿って移動自在に設けられている。ソレノイドコイル１４の入力端子には、制御装置６０からの電力線８６が接続されている。
【００２３】
プランジャ１６は、軸部３２と、軸部３２に取り付けられた可動鉄心３４と、軸部３２の後方に設けられた補助磁極板３６などから構成されている。軸部３２は、ソレノイドコイル１４の中心に設けられた孔１５内に、軸受１７を介して摺動自在に設けられている。可動鉄心３４は、軸部３２に一体に固定してあり、ソレノイドコイル１４の後方に形成された凹部４０内に摺動自在に収納されている。可動鉄心３４は、プランジャ１６が所定位置まで前進すると、ソレノイドコイル１４の後面４６に当接し、プランジャ１６の前進を停止させる。
【００２４】
可動鉄心３４とソレノイドコイル１４の間には、戻しばね４４が設けられている。戻しばね４４は、コイルばねで、プランジャ１６を所定のばね力で後方に付勢している。
【００２５】
補助磁極板３６は、金属板で、軸部３２に一体に取り付けられている。補助磁極板３６は、プランジャ１６を前進させるときに磁気回路を形成し、プランジャ１６の推力を増加させる。補助磁極板３６は、プランジャ１６が後退すると、調整ねじ２２の前端部５２に当接し、プランジャ１６の後退を停止させる。調整ねじ２２は、裏蓋２０にねじで組み付けられており、調整ねじ２２を裏蓋２０に対して左右に回すことにより、前端部５２を任意の位置に設定できる。
【００２６】
ダイヤフラム１８は、板状で、弾性材料からなり、ポンプ本体２４に形成された圧送室５４に臨ませて取り付けられている。ダイヤフラム１８は、中心部分が軸部３２の先端に組み付けられ、外周部分がケース本体１２の前端縁とポンプ本体２４との間に液密に固定されている。ダイヤフラム１８の形状、材質は特に問わない。
【００２７】
ポンプ本体２４には、上述した圧送室５４がほぼ中央に形成してあり、図の下方に流入口９６が、図の上方に流出口９８が設けられている。圧送室５４の流入口９６側には流入用一方向ボール弁５６が、また流出口９８側には流出用一方向ボール弁５８がそれぞれ設けられている。ポンプ本体２４の流入口９６には、貯留槽１００（図３参照）からの送液管１０２がソケット１０４により連結している。またポンプ本体２４の流出口９８には、送液管１０６がソケット１０８により連結している。
【００２８】
送液管１０６の他端は、通水管１１０（図３参照）の混入部に延びている。混入部は、送液管１０６から送られた液体、例えば除菌剤を、通水管１１０内を流れる流体、例えば井戸水内に流出させ、除菌剤を井戸水に混入させる。混入部の下流側の通水管１１０は、例えばろ過装置などを介して家庭用の蛇口などに接続されている。またダイヤフラムポンプ１０には、図３に示す制御装置６０が接続されている。
【００２９】
制御装置６０は、図３に示すように電源装置６２と、記憶装置６４と、入力装置６６と、表示装置６８と、コントロール部７０と、制御部７２などから構成されている。
【００３０】
電源装置６２は、整流・平滑回路７４と、可変直流電圧生成部７６と、制御電源部７８などから構成されている。電源装置６２には、商用電源２００が接続されている。ダイヤフラムポンプ１０のメインスイッチがオンされると、商用電源２００から整流・平滑回路７４に電力が送られる。
【００３１】
整流・平滑回路７４は、例えばダイオードブリッジとコンデンサなどからなり、商用電源２００からの電力を整流し、かつ平滑にする。整流・平滑回路７４は、電力線９０で可変直流電圧生成部７６と、また電力線９２で制御電源部７８に接続し、整流・平滑回路７４で、整流、平滑された電力は、電力線９０を通って可変直流電圧生成部７６に、また電力線９２を通って制御電源部７８に送り出される。
【００３２】
可変直流電圧生成部７６は、例えばＦＥＴスイッチング回路であり、電力線９４でコントロール部７０に、また信号線１３０で制御部７２に接続している。可変直流電圧生成部７６は、整流・平滑回路７４で整流された電力を受けると、制御部７２からの指示に従い、所定の電圧の直流電圧を生成する。生成された電圧は、コントロール部７０に印加される。
【００３３】
制御電源部７８は、電力線１３２で制御部７２に接続しており、整流・平滑回路７４からの電力を制御部７２に必要な電圧に変換し、安定した電力を制御部７２に供給する。
【００３４】
制御部７２には、制御電源部７８からの電力線１３２の他、信号線６５で記憶装置６４と、信号線６７で入力装置６６と、信号線６９で表示装置６８と接続している。
【００３５】
また制御部７２には、貯留槽１００の水位センサ１１２、通水管１１０に設けられた流量センサ１１４からの信号線１２０、１２２が接続されている。
【００３６】
水位センサ１１２は、貯留槽１００に貯留されている薬剤の量を計測し、その値を制御部７２に送り出す。流量センサ１１４は、通水管１１０内を流れる流体の単位時間当たりの流量を計測し、その値を制御部７２に送り出す。
【００３７】
記憶装置６４には、予め各種設定条件や閾値、設定値テーブルなどが記憶されている。また記憶装置６４は、制御部７２からの指示に従い各種情報を記憶するとともに、制御部７２からの要求に従い各種情報を読み出し送出する。記憶装置６４は、磁気装置であっても、固体メモリであっても、その他の手段を用いたものでもよく、種類は特に限定しない。
【００３８】
入力装置６６は、例えばタッチパネル式の入力装置であり、作業者が例えば薬液の設定濃度や圧力値、圧力・注入比率、口径など各種の情報を入力する。入力装置６６は、入力された各種の情報を制御部７２に送出する。
【００３９】
表示装置６８は、例えば液晶パネルなどであり、ダイヤフラムポンプ１０の運転状態や、通水管１１０内の通水状況、薬液の圧力・注入比率、入力された各種設定条件などを、制御部７２からの指示に従い表示する。
【００４０】
更に制御部７２は、コントロール部７０と、各信号線を介して接続されている。コントロール部７０は、電圧計測部８０と、電流計測部８２と、ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４などから構成されている。制御部７２と電圧計測部８０は信号線８１で、電流計測部８２とは信号線８３で、ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４とは信号線８５で接続されている。
【００４１】
電圧計測部８０は、可変直流電圧生成部７６からソレノイドコイル１４に印加されている電圧の値を計測し、その値を制御部７２に送り出す。電流計測部８２は、ソレノイドコイル１４を流れている電流の値を計測し、その値を制御部７２に送り出す。
【００４２】
ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４は、電力線８６を介してダイヤフラムポンプ１０のソレノイドコイル１４に接続し、制御部７２からの指示に従い、可変直流電圧生成部７６からの通電をオンオフ操作し、所定電圧の直流電圧をソレノイドコイル１４に印加する。
【００４３】
ソレノイドコイル１４には、入力端子が設けられている。入力端子には、上述したようにコントロール部７０（ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４）から延びる電力線８６が接続してあり、電力線８６を介して電力が供給されるとソレノイドコイル１４が励磁される。
【００４４】
以上のように構成されたダイヤフラムポンプは、例えばろ過槽の一次側に設置されて除菌・酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムを注入する除菌器に用いられる。除菌器は、上記ダイヤフラムポンプのほか、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用流量検出部と、井戸水が通過する連結管及び薬液注入部などを備えて構成される。
【００４５】
以下、本実施形態に係るソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法及びダイヤフラムの動作について図４乃至図７を参照して説明する。図４は、調整電圧Ｖ２を決定するまでの制御手順を示すフローチャートである。制御部７２は、電源がＯＮにされると（ＳＴ１）、まずダイヤフラム１８を作動させるに要する基準電圧Ｖ１を求める（ＳＴ２）。基準電圧Ｖ１は、例えば入力装置６６にて手動で入力された設定値を検出してこの設定値に基づいて求めても良いし、予め制御部７２の記憶装置６４に記憶されている値を用いてもよい。基準電圧Ｖ１は、例えばダイヤフラムポンプの製品使用に注入可能な最高圧力にダイヤフラムの受圧面積を乗じた力に、戻しばねの最大圧縮力とダイヤフラムが押し出されたときの弾性力を加算した推力に基づいて決定される。
【００４６】
次に、制御部７２は、この基準電圧Ｖ１を用いて実際に印加する電圧値の調整を行う。図５は正常状態におけるソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの動作、通電電流、電圧値を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、移動距離（ｍｍ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示している。横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。運転の条件としては注入圧力３０ｍ、配管圧力３０ｍに設定した。
【００４７】
上述したように、ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプは、薬液を吐出するときに、その発生推力により、プランジャを注入圧力に抗して押し出している。ソレノイドは、プランジャが動くとその自己インダクタンスが変化する可変インダクタであり、自己インダクタンスは移動途中で最大となり、固定鉄心に接触して移動が終了するとゼロになる。
【００４８】
ソレノイドの通電電流は、コイルインダクタンスと直流抵抗によって決定され、通電初期は、インダクタの充電時定数（＝インダクタンス／コイル抵抗）に応じて電流値が増加していくが、通電途中で、プランジャの移動によりインダクタンス分が増加し、急激に電流値が減少する。さらに、プランジャが移動するとインダクタンスが減少し、再度通電が終了するまで電流値が増加する。
【００４９】
なお、通電時間が長い場合は静止したソレノイドは抵抗成分のみのため、印加電圧を直流抵抗で割った電流が流れるが、ダイヤフラムポンプの通電時間は１００ｍｓ以下の短時間であるため、通電終了時に上記の電流値まで到達することは無い。
【００５０】
プランジャの移動速度（移動距離／所要時間）は、ソレノイドがダイヤフラムポンプのケーシング内の薬液圧力に抗してプランジャを押し出す推力により決定されるため、正常に薬液が注入されている場合、通電電流値の変化状況を示す通電電流波形は最初の極大点の次に変曲点（ΔＩが正→負→正または０）を持った形状となる。
【００５１】
すなわち、ソレノイドの通電電流のΔＩは通電開始時より正→負に変化して、急激に減少し、その後、変曲点（ΔＩが負→０→正）以降は再度増加に転じている。また、ソレノイドの電流波形や変曲点発生時間は、ソレノイドコイル抵抗の変動やダイヤフラム移動距離の組み立て誤差など、ダイヤフラムポンプに起因する要因や、配管圧力や気温などの環境要因の影響を受ける。このため本実施形態ではこの電流の変化状況を示す電流波形や変曲点発生時間に基づいて印加電圧を調整する。
【００５２】
図６は第１の状態として通常状態の電流波形を示すグラフである。本実施形態にかかる制御方法では、例えば予め試運転調整する初期運転時に、通常状態における基準変曲点発生時間Ｔ０（図６の場合Ｔ０＝５０ｍｓ）を検出して記憶しておく。あるいは、基準となる通常状態において変曲点発生時間を複数回、例えば２０回検出し、複数の変曲点発生時間を平均化して基準変曲点発生時間Ｔ０を決定してもよい。
【００５３】
図７は第２の状態として通常状態よりも配管圧力が高い状態の電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示し、横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。例えば図７に示すように、設定された注入圧力値に比べて実際の配管圧力が高くなった場合（例：注入圧力＝３０ｍ、配管圧力＝４０ｍ）には、推力に対抗する薬液圧力が高くなるため、プランジャがインダクタンス最大となる位置に到達するまでの時間が遅延して、電流波形の変曲点は通電停止側に移動することになる。
【００５４】
本実施形態では、注入圧力の不足が一定値以上の状態を検出し調整することとした。なお、注入圧力の差が一定値以下の場合は推力不足に伴う注入量の低下は軽微であるため一定値を基準に判定することとした。
【００５５】
例えばここでは、図４に示すように、設定圧力等の入力設定によって予め決定された基準電圧Ｖ１にて試運転を行い（ＳＴ３）、この試運転における通電電流を検出する（ＳＴ４）。そして予め決定され制御部７２の記憶装置６４に記憶されている前記の基準変曲点発生時間Ｔ０を検出し（ＳＴ５）、通電電流値の変曲点発生時間Ｔと基準変曲点発生時間Ｔ０を比較する（ＳＴ６）。例えば基準電圧Ｖ１は通常状態に最適な値として設定され、基準変曲点発生時間Ｔ０に対応した値となっている。このため、試運転の結果得られた値Ｔが基準となる値Ｔ０より一定時間ｔ１以上長い場合には（ＳＴ６のｙｅｓ）、ソレノイドに印加する電圧を増加することにより通電電流すなわち推力を増加する（ＳＴ７）。
【００５６】
例えば、図７に示す例では、通電電流値の変曲点発生時間Ｔ＝約６０ｍｓが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０＝５０ｍｓより一定時間ｔ１（例６ｍｓ）以上長いため、ソレノイドに印加する電圧を増加することにより通電電流すなわち推力を増加する。
【００５７】
増加幅や全通電時間との比率は、例えば実験等により予め設定される。ここでは、変曲点発生時間の変動幅を圧力１０ｍアップに対して８ｍｓ程度とし、全通電時間（例：８０ｍｓ）との比率を、５〜１０％長い場合（７．５％＝６ｍｓ）とする。また、初期印加電圧（例：３0Ｖ）の適正な増加幅は、圧力１０ｍアップに対して２．０Ｖ程度とし、印加電圧の増加幅と初期通電電圧との比率を５〜１０％（例：１．５〜３．０Ｖ）とする。なお、これらの設定値は一例であって、これに限られるものではない。
【００５８】
図８は第３の状態として通常状態よりも配管圧力が低い状態の電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示し、横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。図８に示すように、設定された注入圧力値に比べて実際の配管圧力が低くなった場合（例：注入圧力＝３０ｍ、配管圧力＝２０ｍ）は、推力に対抗する薬液圧力が低いため、プランジャがインダクタンス最大となる位置に到達するまでの時間が短縮され、電流波形の変曲点は通電初期側に移動することになる。
【００５９】
そこで、図４に示すように本実施形態のＳＴ８では、試運転の結果得られた通電電流値の変曲点発生時間Ｔが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０より、一定時間ｔ２以上短いか否かを判定し、短い場合には（ＳＴ８のｙｅｓ）ソレノイドに印加する電圧を減少して通電電流すなわち推力を減少する（ＳＴ９）。
【００６０】
例えば、図８の例では、通電電流値の変曲点発生時間Ｔ＝４０ｍｓが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０＝５０ｍｓより、一定時間ｔ２＝６ｍｓ以上短いため（１０ｍｓ＝５０−４０）、ソレノイドに印加する電圧を減少して（例：２．０Ｖ）、通電電流＝推力を減少している。ここでは一定時間ｔ２は、全通電時間（例：８０ｍｓ）との比率の５〜１０％であり、ここでは７．５％＝６ｍｓとして決定した。
【００６１】
これらの数値は、例えば実験結果より決定される。ここでは、一例として初期印加電圧（例：３０Ｖ）の適正な減少幅は、圧力１０ｍｓダウンに対して２．０Ｖ程度とし、印加電圧の増加幅と初期通電電圧との比率を５〜１０％（１．5〜３．0Ｖ）とした。
【００６２】
以上ＳＴ３乃至ＳＴ９における印加電圧の調整により、ソレノイド式のダイヤフラムポンプにて、センサレスで注入圧力に適した推力を発生することが可能になる。このため、配管圧力が大きく変動するような現場においても、注入不良（配管圧力高）や騒音増大（配管圧力低）を招くことが無い。
【００６３】
さらに、制御部７２は、電装部の操作部にて手動設定した注入圧力範囲Ｔｒに対応した印加電圧内に収まるかどうかを判定し（ＳＴ１０）、注入圧力範囲外であった場合には（ＳＴ１０のＮｏ）、注入圧力範囲内となるように印加電圧を調整する（ＳＴ１１）。例えば注入圧力範囲Ｔｒは、ダイヤフラムポンプ１０の最高仕様圧力や最低必要圧力に基づいて設定される。これにより上記の推力補正が誤動作した場合も必要な印加電圧（通電電流）及び推力を発生するため、注入不足などの可能性を無くすことが出来る。
【００６４】
以上の調整を行い、実際に印加する調整電圧Ｖ２の値を決定する（ＳＴ１２）。
【００６５】
制御部７２は、求められた調整電圧Ｖ２に基づき、指示信号を可変直流電圧生成部７６に送り出す。求められた調整電圧Ｖ２の値は、ダイヤフラムポンプ１０から薬剤を通水管１１０内に注入するに十分な圧力、つまり始動時必要推力が形成される値である。
【００６６】
また制御部７２は、入力装置６６から所望の注入比率が入力されると、流量センサ１１４から送られてきた通水管１１０内の流量に基づき、単位時間当たりに注入する薬剤の注入量を算出し、オン信号を送出する基本時間間隔を算出する（ＳＴ１３）。尚、オン状態の長さは、設定された調整電圧Ｖ２でダイヤフラム１８が規定量移動する時間から設定する。
【００６７】
このようにして、設定された各種条件に基づき、制御部７２は各部にそれぞれの指示信号を送出する。可変直流電圧生成部７６は、制御部７２からの指示に従い所定の電圧の直流電圧をコントロール部７０に印加する。
【００６８】
制御部７２からＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４には、所定の時間間隔で電圧をオンさせる指示が送り出される。ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４は、制御部７２からの指示に従い、可変直流電圧生成部７６からの電圧を所定時間オンし、オン状態が終了して所定時間経過した後再びオンにする。ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４がオン状態となることにより、ダイヤフラムポンプ１０に所定の電圧が印加される。
【００６９】
ダイヤフラムポンプ１０は、所定の電圧が印加されると、ソレノイドコイル１４に電流が流れ、磁力が発生し、プランジャ１６が吸引される。プランジャ１６が吸引されると、ダイヤフラム１８が図２に示すように圧送室５４内で前進する。すると流入用一方向ボール弁５６が閉じ、流出用一方向ボール弁５８が開き、所定量の薬剤が所定の圧力でダイヤフラムポンプ１０から流出される。
【００７０】
ダイヤフラムポンプ１０から流出した薬剤は、送液管１０６を通り、通水管１１０の混入部に送られ、通水管１１０内を通過する流体（例えば井戸水のろ過水）に混入される。また可変直流電圧生成部７６から印加された電圧と、ダイヤフラムポンプ１０を流れる電流は、それぞれ電圧計測部８０および電流計測部８２で計測され、計測された値は制御部７２に送り出される。
【００７１】
一方ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４で通電が停止されると、ソレノイドコイル１４での磁力が消失し、プランジャ１６が戻しばね４４のばね力で後方に移動する。プランジャ１６は、補助磁極板３６が調整ねじ２２に当接するまで後退する。プランジャ１６が後退することにより、ダイヤフラム１８が圧送室５４内で後退し、流入用一方向ボール弁５６が開き、流出用一方向ボール弁５８が閉じ、所定量の薬剤が貯留槽１００からダイヤフラムポンプ１０内に流入される。
【００７２】
ダイヤフラムポンプ１０は、コントロール部７０からの電圧の印加に従って作動し、上記したダイヤフラム１８の進退が繰り返される毎に所定量の薬剤をその都度通水管１１０のろ過水に混入させる。またソレノイドコイル１４を流れる電流は、電流計測部８２で計測され、制御部７２に送り出される。
【００７３】
本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、通常、ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプでは、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつきや温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動も考慮し、余裕の通電電流と通電時間を設定しなければならないが、上記実施形態によれば実際に試運転して得られるダイヤフラムポンプの通電電流の波形に基づいて通電電流値と通電時間を設定できるため、製品仕様やばらつき及び使用状況を考慮した適切な電圧を設定できる。このため、印加電圧の過不足を防ぎ常に適切な数値を設定することが可能となるとともに、固定鉄心の衝突時の騒音も抑制できる。
【００７４】
ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧を調整することにより、容易に調整を行うことが可能となる。センサレスで注入圧力に適した推力を発生することが可能になるため、圧力センサ等の検出機構を省略することが可能となり構成を簡素化できる。
【００７５】
また、検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上長い場合には前本電圧値よりも印加電圧を増加して、一定値以上短い場合には前記基準電圧値よりも印加電圧を減少することとしたため、必要性の低い場合には調整しないようにした。さらに一定値を５〜１０％としたことにより、不要な調整を行わず、必要な場合にのみ調整をすることが可能となる。
【００７６】
さらに、ダイヤフラムポンプの仕様で決定される圧力に対応する基準範囲内になるように調整電圧の二次調整を行うことで、個々の製品により適した値を設定できる。
【００７７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や、各工程における具体的な制御手順等は、上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変功可能である。
【００７８】
上記実施形態においては一例として、配管圧力の高い場合と低い場合に電流波形を用いて調整を行うことを例示したが、配管圧力のみに限らず、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつき、温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動などを含めた各種条件の変動によっても同様に電流波形（電流値の変化状況）が変化するので、このような場合にも本発明を適用可能であり、上記と同様に電流波形を用いて調整を行うことで印加電圧を最適化することが可能である。
【００７９】
さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ダイヤフラムポンプ、１２…ケース本体、１４…ソレノイド、１５…孔、
１６…プランジャ、１７…軸受、１８…ダイヤフラム、２０…裏蓋、２４…ポンプ本体、３２…軸部、３４…可動鉄心、３６…補助磁極板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムポンプ、ダイヤフラムポンプの制御方法、及び除菌器に関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸水を生活用水や飲用水として利用する際には、井戸水に含まれる鉄マンガンイオンなどをろ過槽により除去するとともに除菌を行っている。
【０００３】
ろ過槽は内部にセラミック製ろ過砂や、その表面に二酸化マンガンをコーティングした除マンガン用ろ過材などを充填している。また、ろ過槽１次側には、除菌・酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムを注入する除菌器が設置されている。
【０００４】
除菌器は、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用流量検出部を備えている。さらに、除菌器は、ろ過流量に比例した一定量の次亜塩素酸ナトリウムを注入するダイヤフラムポンプと、井戸水が通過する連結管及び薬液注入部を備えている。
【０００５】
除菌器に使用されるダイヤフラムポンプは、小型で装置内に組込み易く、そのポンプ特性は精密注入に適している。また、ダイヤフラムポンプでは、ダイヤフラムを駆動するために往復動作が必要なので、アクチュエータとして、安価で構造が簡単な電磁ソレノイドが多用されている。
【０００６】
ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプは、薬液を吐出する時には、ソレノイドコイルに電流を流してプランジャを注入圧力に抗して押し出す。この押し出し完了時には、金属製のプランジャが金属製の固定鉄心に衝突し、不快な衝突騒音を発生する。この衝突音は周囲の環境によって大きく左右される。例えば大型ポンプなどが設置された機械室内、また使用流量が多く時間当たりのストローク回数が多い場合には、衝突音の大きさや回数が増し、不快感を与えるものとなる。
【０００７】
一方、ダイヤフラムポンプの製品仕様には、注入可能な最高圧力があり、この最高圧力にダイヤフラムの受圧面積を乗じた力に、戻しばねの最大圧縮力とダイヤフラムが押し出されたときの弾性力を加算した推力を発生する電流をソレノイドに流す必要がある。また、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつきや温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動も考慮し、余裕のある通電電流と通電時間を設定しなければならない。このため、プランジャが固定鉄心に衝突する直前の移動速度は過大になり、大きな衝突音を発生する原因となる。
【０００８】
ソレノイドの特性として、一定の電圧を印加した場合、プランジャが移動を始めて固定鉄心との距離が短くなると、ストローク距離に反比例して推力が増大する。加えてインダクタンスの低下により電流値が増大し、推力がさらに増大し、固定鉄心への衝突音が極めて大きくなる。
【０００９】
固定鉄心への衝突音を緩和するために、消音ソレノイドと称して固定鉄心とプランジャの間にゴム等の弾性体（＝緩衝材）を挟みこんだ製品も製造されているが、弾性体を介しても金属製のプランジャと固定鉄心が衝突する衝突音を無くすことは出来ない。また、ソレノイドの特性として、プランジャが固定鉄心から最も遠い「押し出し直前」の位置が最も発生推力が小さいため、弾性体の厚みを厚くしすぎると、ストローク距離を加えた押し出し直前の位置がさらに遠くなり、推力低下、所要電流増加、及び温度上昇を招き、弾性体の永久歪みも大きくなるため弾性体の変形によるストローク距離が変動してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１７７６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した技術では以下のような問題がある。ソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプは例えば温度、配管圧力等の周辺環境や装置のばらつき等の各種条件によって適切な通電電流が変化するが、上記技術では、ソレノイドコイルの温度上昇を考慮して大きな推力を発生するソレノイドを選択し、さらに温度上昇による抵抗アップ及び電流低下を見込んで、定格通電電流を高く設定している。したがって、ソレノイド自体のコストアップは逃れず、寒冷時や低ストローク運転時にも高い通電電流をソレノイドコイルに与えているため、無駄な電力を消費しており、固定鉄心の衝突時の騒音も大きくなる傾向にある。
【００１２】
そこで本発明は、個々の装置の条件に対応した適切な通電電流を設定できるダイヤフラムポンプ、ダイヤフラムポンプの制御方法、及び除菌器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一形態にかかるダイヤフラムポンプの制御方法は、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の一形態にかかるダイヤフラムポンプは、液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプであって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の一形態にかかる除菌器は、前記ダイヤフラムポンプを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、個々の装置の条件に対応した適切な通電電流を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるダイヤフラムポンプを示す説明図。
【図２】同ダイヤフラムポンプを示す説明図。
【図３】同ダイヤフラムポンプの制御装置の構成を示す説明図。
【図４】同ダイヤフラムポンプの制御方法を示すフローチャート。
【図５】同ダイヤフラムポンプの電流波形を説明するグラフ。
【図６】同ダイヤフラムポンプの第１の状態における電流波形を示すグラフ。
【図７】同ダイヤフラムポンプの第２の状態における電流波形を示すグラフ。
【図８】同ダイヤフラムポンプの第３の状態における電流波形を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態にかかるソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプについて、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１９】
図１及び図２に、ダイヤフラムポンプ１０を示す。図１は、ダイヤフラム１８が後退している状態であり、図２は、ダイヤフラム１８が前進している状態である。
【００２０】
ダイヤフラムポンプ１０は、ケース本体１２と、筒形コイルであるソレノイドコイル１４と、プランジャ１６と、ダイヤフラム１８と、裏蓋２０と、裏蓋２０にねじ込まれた調整ねじ２２と、ポンプ本体２４などから構成されている。以下基本的に、ソレノイドコイル１４側から見て、ポンプ本体２４側を前方とし、その逆を後方として説明する。
【００２１】
ケース本体１２は、円筒状で、金属材料、あるいは樹脂材などから形成されている。ケース本体１２の内部には、ソレノイドコイル１４がねじ２６により固定されている。ケース本体１２の後方には、裏蓋２０がねじ２８により固定されている。ケース本体１２の前方には、ポンプ本体２４が、ねじ３０等により液密に取り付けられている。
【００２２】
ソレノイドコイル１４は円筒状のコイルで、中心にはプランジャ１６が前後方向に沿って移動自在に設けられている。ソレノイドコイル１４の入力端子には、制御装置６０からの電力線８６が接続されている。
【００２３】
プランジャ１６は、軸部３２と、軸部３２に取り付けられた可動鉄心３４と、軸部３２の後方に設けられた補助磁極板３６などから構成されている。軸部３２は、ソレノイドコイル１４の中心に設けられた孔１５内に、軸受１７を介して摺動自在に設けられている。可動鉄心３４は、軸部３２に一体に固定してあり、ソレノイドコイル１４の後方に形成された凹部４０内に摺動自在に収納されている。可動鉄心３４は、プランジャ１６が所定位置まで前進すると、ソレノイドコイル１４の後面４６に当接し、プランジャ１６の前進を停止させる。
【００２４】
可動鉄心３４とソレノイドコイル１４の間には、戻しばね４４が設けられている。戻しばね４４は、コイルばねで、プランジャ１６を所定のばね力で後方に付勢している。
【００２５】
補助磁極板３６は、金属板で、軸部３２に一体に取り付けられている。補助磁極板３６は、プランジャ１６を前進させるときに磁気回路を形成し、プランジャ１６の推力を増加させる。補助磁極板３６は、プランジャ１６が後退すると、調整ねじ２２の前端部５２に当接し、プランジャ１６の後退を停止させる。調整ねじ２２は、裏蓋２０にねじで組み付けられており、調整ねじ２２を裏蓋２０に対して左右に回すことにより、前端部５２を任意の位置に設定できる。
【００２６】
ダイヤフラム１８は、板状で、弾性材料からなり、ポンプ本体２４に形成された圧送室５４に臨ませて取り付けられている。ダイヤフラム１８は、中心部分が軸部３２の先端に組み付けられ、外周部分がケース本体１２の前端縁とポンプ本体２４との間に液密に固定されている。ダイヤフラム１８の形状、材質は特に問わない。
【００２７】
ポンプ本体２４には、上述した圧送室５４がほぼ中央に形成してあり、図の下方に流入口９６が、図の上方に流出口９８が設けられている。圧送室５４の流入口９６側には流入用一方向ボール弁５６が、また流出口９８側には流出用一方向ボール弁５８がそれぞれ設けられている。ポンプ本体２４の流入口９６には、貯留槽１００（図３参照）からの送液管１０２がソケット１０４により連結している。またポンプ本体２４の流出口９８には、送液管１０６がソケット１０８により連結している。
【００２８】
送液管１０６の他端は、通水管１１０（図３参照）の混入部に延びている。混入部は、送液管１０６から送られた液体、例えば除菌剤を、通水管１１０内を流れる流体、例えば井戸水内に流出させ、除菌剤を井戸水に混入させる。混入部の下流側の通水管１１０は、例えばろ過装置などを介して家庭用の蛇口などに接続されている。またダイヤフラムポンプ１０には、図３に示す制御装置６０が接続されている。
【００２９】
制御装置６０は、図３に示すように電源装置６２と、記憶装置６４と、入力装置６６と、表示装置６８と、コントロール部７０と、制御部７２などから構成されている。
【００３０】
電源装置６２は、整流・平滑回路７４と、可変直流電圧生成部７６と、制御電源部７８などから構成されている。電源装置６２には、商用電源２００が接続されている。ダイヤフラムポンプ１０のメインスイッチがオンされると、商用電源２００から整流・平滑回路７４に電力が送られる。
【００３１】
整流・平滑回路７４は、例えばダイオードブリッジとコンデンサなどからなり、商用電源２００からの電力を整流し、かつ平滑にする。整流・平滑回路７４は、電力線９０で可変直流電圧生成部７６と、また電力線９２で制御電源部７８に接続し、整流・平滑回路７４で、整流、平滑された電力は、電力線９０を通って可変直流電圧生成部７６に、また電力線９２を通って制御電源部７８に送り出される。
【００３２】
可変直流電圧生成部７６は、例えばＦＥＴスイッチング回路であり、電力線９４でコントロール部７０に、また信号線１３０で制御部７２に接続している。可変直流電圧生成部７６は、整流・平滑回路７４で整流された電力を受けると、制御部７２からの指示に従い、所定の電圧の直流電圧を生成する。生成された電圧は、コントロール部７０に印加される。
【００３３】
制御電源部７８は、電力線１３２で制御部７２に接続しており、整流・平滑回路７４からの電力を制御部７２に必要な電圧に変換し、安定した電力を制御部７２に供給する。
【００３４】
制御部７２には、制御電源部７８からの電力線１３２の他、信号線６５で記憶装置６４と、信号線６７で入力装置６６と、信号線６９で表示装置６８と接続している。
【００３５】
また制御部７２には、貯留槽１００の水位センサ１１２、通水管１１０に設けられた流量センサ１１４からの信号線１２０、１２２が接続されている。
【００３６】
水位センサ１１２は、貯留槽１００に貯留されている薬剤の量を計測し、その値を制御部７２に送り出す。流量センサ１１４は、通水管１１０内を流れる流体の単位時間当たりの流量を計測し、その値を制御部７２に送り出す。
【００３７】
記憶装置６４には、予め各種設定条件や閾値、設定値テーブルなどが記憶されている。また記憶装置６４は、制御部７２からの指示に従い各種情報を記憶するとともに、制御部７２からの要求に従い各種情報を読み出し送出する。記憶装置６４は、磁気装置であっても、固体メモリであっても、その他の手段を用いたものでもよく、種類は特に限定しない。
【００３８】
入力装置６６は、例えばタッチパネル式の入力装置であり、作業者が例えば薬液の設定濃度や圧力値、圧力・注入比率、口径など各種の情報を入力する。入力装置６６は、入力された各種の情報を制御部７２に送出する。
【００３９】
表示装置６８は、例えば液晶パネルなどであり、ダイヤフラムポンプ１０の運転状態や、通水管１１０内の通水状況、薬液の圧力・注入比率、入力された各種設定条件などを、制御部７２からの指示に従い表示する。
【００４０】
更に制御部７２は、コントロール部７０と、各信号線を介して接続されている。コントロール部７０は、電圧計測部８０と、電流計測部８２と、ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４などから構成されている。制御部７２と電圧計測部８０は信号線８１で、電流計測部８２とは信号線８３で、ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４とは信号線８５で接続されている。
【００４１】
電圧計測部８０は、可変直流電圧生成部７６からソレノイドコイル１４に印加されている電圧の値を計測し、その値を制御部７２に送り出す。電流計測部８２は、ソレノイドコイル１４を流れている電流の値を計測し、その値を制御部７２に送り出す。
【００４２】
ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４は、電力線８６を介してダイヤフラムポンプ１０のソレノイドコイル１４に接続し、制御部７２からの指示に従い、可変直流電圧生成部７６からの通電をオンオフ操作し、所定電圧の直流電圧をソレノイドコイル１４に印加する。
【００４３】
ソレノイドコイル１４には、入力端子が設けられている。入力端子には、上述したようにコントロール部７０（ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４）から延びる電力線８６が接続してあり、電力線８６を介して電力が供給されるとソレノイドコイル１４が励磁される。
【００４４】
以上のように構成されたダイヤフラムポンプは、例えばろ過槽の一次側に設置されて除菌・酸化剤としての次亜塩素酸ナトリウムを注入する除菌器に用いられる。除菌器は、上記ダイヤフラムポンプのほか、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用流量検出部と、井戸水が通過する連結管及び薬液注入部などを備えて構成される。
【００４５】
以下、本実施形態に係るソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法及びダイヤフラムの動作について図４乃至図７を参照して説明する。図４は、調整電圧Ｖ２を決定するまでの制御手順を示すフローチャートである。制御部７２は、電源がＯＮにされると（ＳＴ１）、まずダイヤフラム１８を作動させるに要する基準電圧Ｖ１を求める（ＳＴ２）。基準電圧Ｖ１は、例えば入力装置６６にて手動で入力された設定値を検出してこの設定値に基づいて求めても良いし、予め制御部７２の記憶装置６４に記憶されている値を用いてもよい。基準電圧Ｖ１は、例えばダイヤフラムポンプの製品使用に注入可能な最高圧力にダイヤフラムの受圧面積を乗じた力に、戻しばねの最大圧縮力とダイヤフラムが押し出されたときの弾性力を加算した推力に基づいて決定される。
【００４６】
次に、制御部７２は、この基準電圧Ｖ１を用いて実際に印加する電圧値の調整を行う。図５は正常状態におけるソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの動作、通電電流、電圧値を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、移動距離（ｍｍ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示している。横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。運転の条件としては注入圧力３０ｍ、配管圧力３０ｍに設定した。
【００４７】
上述したように、ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプは、薬液を吐出するときに、その発生推力により、プランジャを注入圧力に抗して押し出している。ソレノイドは、プランジャが動くとその自己インダクタンスが変化する可変インダクタであり、自己インダクタンスは移動途中で最大となり、固定鉄心に接触して移動が終了するとゼロになる。
【００４８】
ソレノイドの通電電流は、コイルインダクタンスと直流抵抗によって決定され、通電初期は、インダクタの充電時定数（＝インダクタンス／コイル抵抗）に応じて電流値が増加していくが、通電途中で、プランジャの移動によりインダクタンス分が増加し、急激に電流値が減少する。さらに、プランジャが移動するとインダクタンスが減少し、再度通電が終了するまで電流値が増加する。
【００４９】
なお、通電時間が長い場合は静止したソレノイドは抵抗成分のみのため、印加電圧を直流抵抗で割った電流が流れるが、ダイヤフラムポンプの通電時間は１００ｍｓ以下の短時間であるため、通電終了時に上記の電流値まで到達することは無い。
【００５０】
プランジャの移動速度（移動距離／所要時間）は、ソレノイドがダイヤフラムポンプのケーシング内の薬液圧力に抗してプランジャを押し出す推力により決定されるため、正常に薬液が注入されている場合、通電電流値の変化状況を示す通電電流波形は最初の極大点の次に変曲点（ΔＩが正→負→正または０）を持った形状となる。
【００５１】
すなわち、ソレノイドの通電電流のΔＩは通電開始時より正→負に変化して、急激に減少し、その後、変曲点（ΔＩが負→０→正）以降は再度増加に転じている。また、ソレノイドの電流波形や変曲点発生時間は、ソレノイドコイル抵抗の変動やダイヤフラム移動距離の組み立て誤差など、ダイヤフラムポンプに起因する要因や、配管圧力や気温などの環境要因の影響を受ける。このため本実施形態ではこの電流の変化状況を示す電流波形や変曲点発生時間に基づいて印加電圧を調整する。
【００５２】
図６は第１の状態として通常状態の電流波形を示すグラフである。本実施形態にかかる制御方法では、例えば予め試運転調整する初期運転時に、通常状態における基準変曲点発生時間Ｔ０（図６の場合Ｔ０＝５０ｍｓ）を検出して記憶しておく。あるいは、基準となる通常状態において変曲点発生時間を複数回、例えば２０回検出し、複数の変曲点発生時間を平均化して基準変曲点発生時間Ｔ０を決定してもよい。
【００５３】
図７は第２の状態として通常状態よりも配管圧力が高い状態の電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示し、横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。例えば図７に示すように、設定された注入圧力値に比べて実際の配管圧力が高くなった場合（例：注入圧力＝３０ｍ、配管圧力＝４０ｍ）には、推力に対抗する薬液圧力が高くなるため、プランジャがインダクタンス最大となる位置に到達するまでの時間が遅延して、電流波形の変曲点は通電停止側に移動することになる。
【００５４】
本実施形態では、注入圧力の不足が一定値以上の状態を検出し調整することとした。なお、注入圧力の差が一定値以下の場合は推力不足に伴う注入量の低下は軽微であるため一定値を基準に判定することとした。
【００５５】
例えばここでは、図４に示すように、設定圧力等の入力設定によって予め決定された基準電圧Ｖ１にて試運転を行い（ＳＴ３）、この試運転における通電電流を検出する（ＳＴ４）。そして予め決定され制御部７２の記憶装置６４に記憶されている前記の基準変曲点発生時間Ｔ０を検出し（ＳＴ５）、通電電流値の変曲点発生時間Ｔと基準変曲点発生時間Ｔ０を比較する（ＳＴ６）。例えば基準電圧Ｖ１は通常状態に最適な値として設定され、基準変曲点発生時間Ｔ０に対応した値となっている。このため、試運転の結果得られた値Ｔが基準となる値Ｔ０より一定時間ｔ１以上長い場合には（ＳＴ６のｙｅｓ）、ソレノイドに印加する電圧を増加することにより通電電流すなわち推力を増加する（ＳＴ７）。
【００５６】
例えば、図７に示す例では、通電電流値の変曲点発生時間Ｔ＝約６０ｍｓが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０＝５０ｍｓより一定時間ｔ１（例６ｍｓ）以上長いため、ソレノイドに印加する電圧を増加することにより通電電流すなわち推力を増加する。
【００５７】
増加幅や全通電時間との比率は、例えば実験等により予め設定される。ここでは、変曲点発生時間の変動幅を圧力１０ｍアップに対して８ｍｓ程度とし、全通電時間（例：８０ｍｓ）との比率を、５〜１０％長い場合（７．５％＝６ｍｓ）とする。また、初期印加電圧（例：３0Ｖ）の適正な増加幅は、圧力１０ｍアップに対して２．０Ｖ程度とし、印加電圧の増加幅と初期通電電圧との比率を５〜１０％（例：１．５〜３．０Ｖ）とする。なお、これらの設定値は一例であって、これに限られるものではない。
【００５８】
図８は第３の状態として通常状態よりも配管圧力が低い状態の電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示し、横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。図８に示すように、設定された注入圧力値に比べて実際の配管圧力が低くなった場合（例：注入圧力＝３０ｍ、配管圧力＝２０ｍ）は、推力に対抗する薬液圧力が低いため、プランジャがインダクタンス最大となる位置に到達するまでの時間が短縮され、電流波形の変曲点は通電初期側に移動することになる。
【００５９】
そこで、図４に示すように本実施形態のＳＴ８では、試運転の結果得られた通電電流値の変曲点発生時間Ｔが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０より、一定時間ｔ２以上短いか否かを判定し、短い場合には（ＳＴ８のｙｅｓ）ソレノイドに印加する電圧を減少して通電電流すなわち推力を減少する（ＳＴ９）。
【００６０】
例えば、図８の例では、通電電流値の変曲点発生時間Ｔ＝４０ｍｓが、前記の基準変曲点発生時間Ｔ０＝５０ｍｓより、一定時間ｔ２＝６ｍｓ以上短いため（１０ｍｓ＝５０−４０）、ソレノイドに印加する電圧を減少して（例：２．０Ｖ）、通電電流＝推力を減少している。ここでは一定時間ｔ２は、全通電時間（例：８０ｍｓ）との比率の５〜１０％であり、ここでは７．５％＝６ｍｓとして決定した。
【００６１】
これらの数値は、例えば実験結果より決定される。ここでは、一例として初期印加電圧（例：３０Ｖ）の適正な減少幅は、圧力１０ｍｓダウンに対して２．０Ｖ程度とし、印加電圧の増加幅と初期通電電圧との比率を５〜１０％（１．5〜３．0Ｖ）とした。
【００６２】
以上ＳＴ３乃至ＳＴ９における印加電圧の調整により、ソレノイド式のダイヤフラムポンプにて、センサレスで注入圧力に適した推力を発生することが可能になる。このため、配管圧力が大きく変動するような現場においても、注入不良（配管圧力高）や騒音増大（配管圧力低）を招くことが無い。
【００６３】
さらに、制御部７２は、電装部の操作部にて手動設定した注入圧力範囲Ｔｒに対応した印加電圧内に収まるかどうかを判定し（ＳＴ１０）、注入圧力範囲外であった場合には（ＳＴ１０のＮｏ）、注入圧力範囲内となるように印加電圧を調整する（ＳＴ１１）。例えば注入圧力範囲Ｔｒは、ダイヤフラムポンプ１０の最高仕様圧力や最低必要圧力に基づいて設定される。これにより上記の推力補正が誤動作した場合も必要な印加電圧（通電電流）及び推力を発生するため、注入不足などの可能性を無くすことが出来る。
【００６４】
以上の調整を行い、実際に印加する調整電圧Ｖ２の値を決定する（ＳＴ１２）。
【００６５】
制御部７２は、求められた調整電圧Ｖ２に基づき、指示信号を可変直流電圧生成部７６に送り出す。求められた調整電圧Ｖ２の値は、ダイヤフラムポンプ１０から薬剤を通水管１１０内に注入するに十分な圧力、つまり始動時必要推力が形成される値である。
【００６６】
また制御部７２は、入力装置６６から所望の注入比率が入力されると、流量センサ１１４から送られてきた通水管１１０内の流量に基づき、単位時間当たりに注入する薬剤の注入量を算出し、オン信号を送出する基本時間間隔を算出する（ＳＴ１３）。尚、オン状態の長さは、設定された調整電圧Ｖ２でダイヤフラム１８が規定量移動する時間から設定する。
【００６７】
このようにして、設定された各種条件に基づき、制御部７２は各部にそれぞれの指示信号を送出する。可変直流電圧生成部７６は、制御部７２からの指示に従い所定の電圧の直流電圧をコントロール部７０に印加する。
【００６８】
制御部７２からＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４には、所定の時間間隔で電圧をオンさせる指示が送り出される。ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４は、制御部７２からの指示に従い、可変直流電圧生成部７６からの電圧を所定時間オンし、オン状態が終了して所定時間経過した後再びオンにする。ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４がオン状態となることにより、ダイヤフラムポンプ１０に所定の電圧が印加される。
【００６９】
ダイヤフラムポンプ１０は、所定の電圧が印加されると、ソレノイドコイル１４に電流が流れ、磁力が発生し、プランジャ１６が吸引される。プランジャ１６が吸引されると、ダイヤフラム１８が図２に示すように圧送室５４内で前進する。すると流入用一方向ボール弁５６が閉じ、流出用一方向ボール弁５８が開き、所定量の薬剤が所定の圧力でダイヤフラムポンプ１０から流出される。
【００７０】
ダイヤフラムポンプ１０から流出した薬剤は、送液管１０６を通り、通水管１１０の混入部に送られ、通水管１１０内を通過する流体（例えば井戸水のろ過水）に混入される。また可変直流電圧生成部７６から印加された電圧と、ダイヤフラムポンプ１０を流れる電流は、それぞれ電圧計測部８０および電流計測部８２で計測され、計測された値は制御部７２に送り出される。
【００７１】
一方ＯＮ／ＯＦＦスイッチング部８４で通電が停止されると、ソレノイドコイル１４での磁力が消失し、プランジャ１６が戻しばね４４のばね力で後方に移動する。プランジャ１６は、補助磁極板３６が調整ねじ２２に当接するまで後退する。プランジャ１６が後退することにより、ダイヤフラム１８が圧送室５４内で後退し、流入用一方向ボール弁５６が開き、流出用一方向ボール弁５８が閉じ、所定量の薬剤が貯留槽１００からダイヤフラムポンプ１０内に流入される。
【００７２】
ダイヤフラムポンプ１０は、コントロール部７０からの電圧の印加に従って作動し、上記したダイヤフラム１８の進退が繰り返される毎に所定量の薬剤をその都度通水管１１０のろ過水に混入させる。またソレノイドコイル１４を流れる電流は、電流計測部８２で計測され、制御部７２に送り出される。
【００７３】
本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、通常、ソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプでは、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつきや温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動も考慮し、余裕の通電電流と通電時間を設定しなければならないが、上記実施形態によれば実際に試運転して得られるダイヤフラムポンプの通電電流の波形に基づいて通電電流値と通電時間を設定できるため、製品仕様やばらつき及び使用状況を考慮した適切な電圧を設定できる。このため、印加電圧の過不足を防ぎ常に適切な数値を設定することが可能となるとともに、固定鉄心の衝突時の騒音も抑制できる。
【００７４】
ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧を調整することにより、容易に調整を行うことが可能となる。センサレスで注入圧力に適した推力を発生することが可能になるため、圧力センサ等の検出機構を省略することが可能となり構成を簡素化できる。
【００７５】
また、検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上長い場合には前本電圧値よりも印加電圧を増加して、一定値以上短い場合には前記基準電圧値よりも印加電圧を減少することとしたため、必要性の低い場合には調整しないようにした。さらに一定値を５〜１０％としたことにより、不要な調整を行わず、必要な場合にのみ調整をすることが可能となる。
【００７６】
さらに、ダイヤフラムポンプの仕様で決定される圧力に対応する基準範囲内になるように調整電圧の二次調整を行うことで、個々の製品により適した値を設定できる。
【００７７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や、各工程における具体的な制御手順等は、上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変功可能である。
【００７８】
上記実施形態においては一例として、配管圧力の高い場合と低い場合に電流波形を用いて調整を行うことを例示したが、配管圧力のみに限らず、ソレノイドコイル抵抗値の製品ばらつき、温度上昇による抵抗値上昇、電源電圧の変動などを含めた各種条件の変動によっても同様に電流波形（電流値の変化状況）が変化するので、このような場合にも本発明を適用可能であり、上記と同様に電流波形を用いて調整を行うことで印加電圧を最適化することが可能である。
【００７９】
さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ダイヤフラムポンプ、１２…ケース本体、１４…ソレノイド、１５…孔、
１６…プランジャ、１７…軸受、１８…ダイヤフラム、２０…裏蓋、２４…ポンプ本体、３２…軸部、３４…可動鉄心、３６…補助磁極板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整することを特徴とするソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項２】
前記ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項３】
前記検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上長い場合には基準電圧値よりも印加電圧を増加して印加電圧を調整し、
前記検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上短い場合には基準電圧値よりも印加電圧を減少して印加電圧を調整することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項４】
前記一定値は、全通電時間の５〜１０％であり、
前記調整により増加または減少する調整電圧は、初期印加電圧の５〜１０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項５】
前記調整により増加または減少する調整電圧が、前記ダイヤフラムポンプの仕様で決定される圧力に対応する基準範囲内になるように調整電圧の二次調整をさらに行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項６】
液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプであって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する制御部を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
【請求項７】
前記制御部は、前記ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする請求項６記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプ。
【請求項８】
ケース本体と、
前記ケース本体の一方側に取り付けられるポンプ本体と、
前記ケース本体の内部に固定されるとともに筒形コイルで構成されるソレノイドと、
前記ソレノイドの中心に設けられた孔に摺動可能に設けられた軸部と、前記軸部に取り付けられた可動鉄心と、前記軸部の他方側に設けられた補助磁極板と、を有するプランジャと、
その中心部分が前記プランジャの前記軸部の先端に組み付けられるとともに、その外周部分が前記ケース本体の前端縁と前記ポンプ本体との間に液密に固定されたダイヤフラムと、を備え、
前記可動鉄心は、前記プランジャが所定位置まで前進すると、前記ソレノイドの前記他方側の面に当接し、前記プランジャの移動を停止させることを特徴とする請求項６または７記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプ。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか記載のダイヤフラムポンプを備えたことを特徴とする除菌器。
【請求項１】
液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法であって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整することを特徴とするソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項２】
前記ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項３】
前記検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上長い場合には基準電圧値よりも印加電圧を増加して印加電圧を調整し、
前記検出した変曲点発生時間が基準変曲点発生時間よりも一定値以上短い場合には基準電圧値よりも印加電圧を減少して印加電圧を調整することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項４】
前記一定値は、全通電時間の５〜１０％であり、
前記調整により増加または減少する調整電圧は、初期印加電圧の５〜１０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項５】
前記調整により増加または減少する調整電圧が、前記ダイヤフラムポンプの仕様で決定される圧力に対応する基準範囲内になるように調整電圧の二次調整をさらに行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のソレノイド駆動式ダイヤフラムポンプの制御方法。
【請求項６】
液体を注入するソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプであって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における電流値の変化状況に基づいてソレノイドコイルに印加する印加電圧または通電電流を調整する制御部を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
【請求項７】
前記制御部は、前記ダイヤフラムポンプの通電電流の変曲点発生時間に基づいて印加電圧または通電電流を調整することを特徴とする請求項６記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプ。
【請求項８】
ケース本体と、
前記ケース本体の一方側に取り付けられるポンプ本体と、
前記ケース本体の内部に固定されるとともに筒形コイルで構成されるソレノイドと、
前記ソレノイドの中心に設けられた孔に摺動可能に設けられた軸部と、前記軸部に取り付けられた可動鉄心と、前記軸部の他方側に設けられた補助磁極板と、を有するプランジャと、
その中心部分が前記プランジャの前記軸部の先端に組み付けられるとともに、その外周部分が前記ケース本体の前端縁と前記ポンプ本体との間に液密に固定されたダイヤフラムと、を備え、
前記可動鉄心は、前記プランジャが所定位置まで前進すると、前記ソレノイドの前記他方側の面に当接し、前記プランジャの移動を停止させることを特徴とする請求項６または７記載のソレノイド駆動式のダイヤフラムポンプ。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか記載のダイヤフラムポンプを備えたことを特徴とする除菌器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０２２７４（Ｐ２０１２−２０２２７４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６５８２（Ｐ２０１１−６６５８２）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１４８２０９）株式会社川本製作所 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１４８２０９）株式会社川本製作所 (161)
【Ｆターム（参考）】
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