JP2007120373A - 遠心式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータと軸受けとの組立て体の組立て精度を容易に向上させること。
【解決手段】中心軸の方向へ延在する固定軸１１に、軸受け１３を介して回転可能に配置された、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータ１５Ａを備えた遠心式ポンプ１０Ａにおいて、羽根車一体型ロータ１５Ａと軸受け１３とがインサート成型により一体に構成されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、遠心式ポンプに関し、特に、軸受けとロータとを組み立てて構成される組立て体の構造およびその組立て方法に関する。

ポンプは、水などの液体を圧送する機械であって、液体を吸込口（流入口）から吸い込んで吐出口（流出口）から吐き出す機械である。ポンプには種々の種類があるが、その１つの種類として、遠心式ポンプが知られている。遠心式ポンプは、水などの液体をインペラーにより外周部の渦巻室へ急速に加速して送り出す機械である。換言すれば、遠心式ポンプは、羽根車を回転させることによって得られる遠心力で液体を圧送する機械である。このような遠心式ポンプは、高流量かつ高揚程を得ることが出来、効率も良いことから、ポンプの形式として広く採用されている。

一方、周知のように、種々のパーソナルコンピュータが発売されているが、パーソナルコンピュータは、ＣＰＵや、メモリ等を内蔵している。ＣＰＵはクロック周波数が高くなるに伴い、動作中に発生する熱が高くなる傾向にある。従って、ＣＰＵで発生した熱を外部へ排出する必要がある。

従来一般的にＣＰＵの排熱機構としては、ヒートシンクと空冷ファンとを組み合わせた空冷システムを採用している。しかしながら、この空冷システムを採用したパーソナルコンピュータでは、騒音の主な原因である「風切り音」が発生するという問題がある。このような「風切り音」を極力低減するために、ＣＰＵの冷却に水冷システムを採用したパーソナルコンピュータが開発され、注目されている。

上述した遠心式ポンプは、このような水冷システムにおいて、水を圧送するために使用される。このような遠心式ポンプは、筐体（ケーシング）の中央部に設けられた吸込口（流入口）から供給される水（液体）を、回転する羽根車の遠心力を利用して圧送し、筐体（ケーシング）の外周部に設けられた吐出口（流出口）から吐き出すような構成を持つ。

このような構成の遠心式ポンプにおいては、羽根車を回転させる必要があるため、羽根車をロータと一体にして構成している。ロータは、中心軸に沿って延在する固定軸に軸受けを介して回転自在に設けられている。また、ロータは、ステータから発生された磁界（磁束）によって回転駆動力が与えられる円環状の永久磁石を備えている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、ロータ（回転子）は、羽根車と永久磁石とから構成され、軸受けを介して固定軸の回りに回転可能に配設されている。

以下、図１及び図２を参照して、従来の遠心式ポンプ１０について説明する。図示の遠心式ポンプ１０では、後述する羽根車を回転駆動するモータとしてＤＣブラシレスモータを採用している。

図示の遠心式ポンプ１０は、筐体（後述する）の中心で、所定の中心軸Ｏ方向（図示の例では上下方向）に延在する固定軸１１を備え、この固定軸１１には軸受け１３を介してロータ１５が回転自在に取り付けられている。ロータ１５は、軸受け１３に回転自在に取り付けられた、中心軸Ｏ方向に延在する円筒部１５１と、この円筒部１５１の上端で、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）に延在する円環部１５３と、この円環部１５３の下面の外周端に固定された、固定軸１１と同心の円環状の永久磁石１５５とを有する。この永久磁石１５５は周方向に着磁されている。

固定軸１１の下端は、後述する下ケースの支持部を介して、中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向外側）へ延在する略円形平板状の基板１７に固定されている。この基板１７の主面（上面）１７ａ上に、ＤＣブラシレスモータのステータ１９が固定して取り付けられている。ステータ１９は、固定軸１１を中心として放射状に延びる複数の固定子コア１９１と、複数の固定子コア１９１のそれぞれに巻回した固定子コイル１９３と有する。

ステータ１９とロータ１５との間に下ケース２１が配置されている。詳述すると、下ケース２１は、固定軸１１の下端部を固定して支持する略円柱状の下支持部２１１と、ロータ１５の円筒部１５１の下面と所定の空間を空けて対向するように、下支持部２１１の上端部側から半径方向外側へ延在する第１の円環部２１２と、ロータ１５の円筒部１５１の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円環部２１２の外周端から上方へ延在する第１の円筒部２１３と、ロータ１５の円板部１５３の下面と所定の空間を空けて対向するように、第１の円筒部２１３の上端から半径方向外側へ延在する第２の円環部２１４と、ロータ１５の永久磁石１５５の内周面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円環部２１４の外周端から下方へ延在する第２の円筒部２１５と、ロータ１５の永久磁石１５５の下面と所定の空間を空けて対向するように、第２の円筒部２１５の外周下端から半径方向外側へ延在する第３の円環部２１６と、ロータ１５の永久磁石１５５の外周面と所定の空間を空けて対向するように、第３の円環部２１６の外周端から上方へ延在する第３の円筒部２１７と、この第３の円筒部２１７の上周端から半径方向外側へ延在する延在する第４の円環部２１８とを有する。

ステータ１９は、下ケース２１の第１の円筒部２１３と、第２の円環部２１４と、第２の円筒部２１５との間に形成された空間内に配置される。一方、ロータ１５の永久磁石１５５は、下ケース２１の第２の円筒部２１５と、第３の円環部２１６と、第３の円筒部２１７との間に形成された空間内に配置される。したがって、ロータ１５の永久磁石１５５とステータ１９とは、下ケース２１の第２の円筒部２１５を間に挟んで、互いに対向して配置される。

下ケース２１は、第４の円環部２１３の上面の内周縁近傍から上方へ、固定軸１１と同心に、突出する円環状突出部２１９を備えている。この円環状突出部２１９の外周壁にはリング状のシールゴム２３が配置されている。

ロータ１５の円環部１５３の上面には、固定軸１１を中心として、半径方向へ放射状に延在する複数枚の羽根１５７が固定されている。これら複数枚の羽根１５７と上記円環部１５３と上記円筒部１５１とによって、羽根車が構成されている。換言すれば、ロータ１５は、羽根車と永久磁石１５５とによって構成されている。

ロータ１５は、上述した下ケース２１と後述する上ケース２５との間に形成される空間内に配置される。

図１及び図２に加えて図３乃至図５をも参照して、上ケース２５の構造について詳細に説明する。上ケース２５は、固定軸１１の上端部を固定して支持する円筒状の上支持部２５１と、この上支持部２５１から所定距離だけ離れて、上支持部２５１との間で流路用の空間を形成する円筒管２５２と、上記複数枚の羽根１５７を覆うように、円筒管２５２から半径方向外側へ延在するカップ状部２５３と、下ケース２１の第４の円環部２１８の上面と対向するように、カップ状部２５３の外周下端から半径方向外側へ延在する円環部２５４とを備えている。

上ケース２５は、水などの液体を吸い込む（流入する）ための吸込管（流入管）２５６と、液体を吐き出す（流出する）ための吐出管（流出管）２５７とを更に備える。

吸込管（流入管）２５６は、カップ状部２５３の上面上に中心軸Ｏ方向と直交する方向（半径方向又は水平方向）に延在して配置されており、吸込口（流入口）２５６ａを介して上ケース２５の中央部で上記円筒管２５２と連結されている。従って、液体は、吸込管２５６中を半径方向外側から半径方向内側へ流れ、吸込口２５６ａで直角に中心軸Ｏ方向に曲げられて、円筒管２５２を通り、羽根車へ導出される。

吐出管（流出管）２５７は、円環部２５４の上面上に中心軸Ｏ方向と直交する面（水平面）内で延在して配置されており、吐出口（流出口）２５７ａを介して上ケース２５のカップ状部２５３と外周部で連結されている。従って、回転する羽根車によって圧送された液体は、カップ状部２５３の外周部から吐出口（流出口）２５７ａを介して、吐出管２５７中を流れて水平方向に沿って吐き出される。

尚、円筒管２５２の上端は、円板状のキャップ２５８によって閉じられている。また、円環部２５４は、その下面側に円環状の凹部２５４ａを有する。この円環状の凹部２５４ａに、下ケース２１の円環状突出部２１９とリング状のシールゴム２３とが挿入され、下ケース２１と上ケース２５との間に挟まれた空間を密閉している。とにかく、下ケース２１と上ケース２５との組み合わせによって、遠心式ポンプ１０のロータ１５を収容するためのケーシング（筐体）が構成されている。ケーシング（筐体）は樹脂製である。

図６に上ケース２５とロータ１５とを組み合わせた組立て体の断面図を示す。上ケース２５での吸込管（流入管）２５６から羽根車までの流路に関して、急激な管路拡大による圧力損失を避けるために、円筒管２５２を羽根車に近接する位置まで延在させている。

図７は、従来のロータ１５と軸受け１３との組立て体３０の分解斜視図である。上述したように、複数枚の羽根１５７と円環部１５３と円筒部１５１とによって、羽根車１５０が構成される。図示の例では、羽根車１５０は、４枚の羽根１５７を備えている。羽根車１５０と円環状の永久磁石１５５とによって、ロータ１５が構成される。軸受け１３は、羽根車１５０の円筒部１５１の内部に配設される。

図８は、羽根車１５０が６枚の羽根１５７を備えている場合の、従来のロータ１５と軸受け１３との組立て体３０の断面図である。

このように、従来のロータ１５は、動力を発生する永久磁石１５５と、液体を押し出す羽根車１５０とは別体で構成されている。したがって、従来のロータ１５では、永久磁石１５５と羽根車１５０とを貼り付ける時に組立誤差が大きくなるという問題がある。又、ロータ１５の部品点数が多いという問題もある。さらに、永久磁石１５５と羽根車１５０との間の接着強度も問題となる。

そこで、図９に示されるように、永久磁石１５５と羽根車１５５とを一体成型したロータ１５Ａが考えられる（例えば、特許文献２参照）。このようなロータ１５Ａを、以下において、羽根車一体型ロータと呼ぶことにする。このような羽根車一体型ロータ１５Ａの材質は、着磁可能な磁性材料から成る。換言すれば、羽根車一体型ロータ１５Ａは磁性樹脂製である。羽根車一体型ロータ１５Ａに軸受け１３を挿入し、両者を接着して組立て体３０Ａが組み立てられる。

特開２００１−１５３０８３号公報 特開２００４−６０５８５号公報

しかしながら、このような組立て体３０Ａにおいても、羽根車一体型ロータ１５Ａと軸付け１３とは別体で成型されるので、軸受け１３を羽根車一体型ロータ１５Ａに挿入する必要がある。そのため、軸受け１３の外径寸法と、羽根車一体型ロータ１５Ａの内径寸法との間の公差を厳しくする必要があり、精度の高い組立て体３０Ａを組み立てるのにコストがかかるという問題がある。また、軸受け１３と羽根車一体型ロータ１５Ａとを接着する工程も必要となる。

したがって、本発明の課題は、ロータと軸受けとの組立て体の組立て精度を容易に向上させることができる、遠心式ポンプを提供することにある。

本発明の他の課題は、ロータと軸受けとを組み立てる組立て工程を削減することができる、遠心式ポンプの製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、中心軸（Ｏ）の方向へ延在する固定軸（１１）に、軸受け（１３；１３Ａ；１３Ｂ）を介して回転可能に配置された、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータ（１５Ａ；１５Ｂ）を備えた遠心式ポンプ（１０Ａ）において、前記羽根車一体型ロータ（１５Ａ；１５Ｂ）と前記軸受け（１３；１３Ａ；１３Ｂ）とがインサート成型により一体に構成されていることを特徴とする遠心式ポンプ（１０Ａ）が得られる。

上記遠心式ポンプにおいて、前記軸受け（１３Ａ）は、その内面の円筒が部分的に切削された中空部（１３ａ）を有して良い。又、前記羽根車一体型ロータ（１５Ｂ）は、前記軸付けを受ける軸受け部に、１箇所以上の環状溝（１５ａ）を有して良い。

尚、前記遠心式ポンプ（１０Ａ）は、前記羽根車一体型ロータを収容するケーシング（２１，２５）と、該ケーシングを介して、前記羽根車一体型ロータを構成する円環状の永久磁石の対向面に配置されたステータ（１９）とを有するものであって良い。

本発明の第２の態様によれば、遠心式ポンプ（１０Ａ）に用いられる組立て体（３０Ｂ；３０Ｃ；３０Ｄ）を組立てる方法であって、前記組立て体は、中心軸（Ｏ）の方向へ延在する固定軸（１１）に取り付けられた軸受け（１３；１３Ａ；１３Ｂ）と、該軸受けを介して前記固定軸の回りに回転可能に配置された、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータ（１５Ａ；１５Ｂ）とを組み立てたものであり、前記羽根車一体型ロータ（１５Ａ；１５Ｂ）と前記軸受け（１３；１３Ａ；１３Ｂ）とをインサート成型により一体に組み立てることを特徴とする、組立て体の組立て方法が得られる。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、羽根車一体型ロータと軸受けとをインサート成型により一体に構成しているので、組立て体の組立て精度を容易に向上させることができ、組立て工程を削減することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１０乃至図１２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る遠心式ポンプ１０Ａについて説明する。図示の遠心式ポンプ１０Ａは、ロータと軸受けとの組立て体の構成（組立工程）が相違する点を除いて、図１及び図２を参照して説明した従来の遠心式ポンプ１０と同様の構成を有する。従って、組立て体に３０Ｂの参照符号を付してある。また、図１及び図２に示されたものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、以下においては、説明を簡略するために、従来の遠心式ポンプ１０と異なる点についてのみ説明する。

図示の遠心式ポンプ１０Ａにおいて、基板１７と下ケース２１とがカバー２７で覆われている。

本発明の実施の形態による、羽根車一体型ロータ１５Ａと軸受け１３との組立て体３０Ｂは、図９を参照して説明した先行技術の組立て体３０Ａとは、後述するように、組立て工程（組立て方法）が相違する。

すなわち、前述したように、図９に示す従来の組立て体３０Ａでは、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータ１５Ａに軸受け１３を挿入し、両者を接着剤を使用して接着することにより、組立て体３０Ａを組み立ていた。その為、前述したように、組立て体３０Ａの組立て精度を向上させることは困難であり、組立て精度を向上させようとするとコストがかかってしまう。

これに対して、本実施の形態による組立て体３０Ｂは、予め成型された磁性樹脂製の羽根車一体型ロータ１５Ａを、金型（図示せず）に組み込み、軸受け１３とインサート成型することによって、組み立てられる。

したがって、先行技術の組立て体３０Ａのように、軸受け１３の外径寸法と羽根車一体型ロータ１５Ａの内径寸法との間の公差を厳しくする必要がないので、組立て精度を容易に向上させることがきると共に、組立て体３０Ｂはコストがかからない。また、先行技術の組立て体３０Ａのように、軸受け１３と羽根車一体型ロータ１５Ａとを接着する工程が不要であるので、組立て工数も削減できる。その結果、高精度で安価な組立て体３０Ｂを提供できる。

図１３及び図１４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る遠心式ポンプに使用される組立て体３０Ｃについて説明する。図示の組立て体３０Ｃは、後述するように、軸受けの形状が、図１１及び図１２に示したものと相違する点を除いて、図１１及び図１２に示した組立て体３０Ｂと同様の構成を有する。従って、軸受けに１３Ａの参照符号を付してある。

インサート成型された羽根車一体型ロータ１５Ａの軸受け１３Ａに対して、軸受け１３Ａ内面の円筒を部分的に切削した中空部１３ａを設ける。このような構造とすることより、固定軸１１（図１及び図２参照）と軸受け１３Ａ内面の摺動面積が減少し、摺動抵抗が減少する。その結果、遠心式ポンプの消費電流を減少させ、モータの回転数が上がるので、遠心式ポンプの性能を向上させることができる。

図１５及び図１６を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る遠心式ポンプに使用される組立て体３０Ｄについて説明する。図示の組立て体３０Ｄは、後述するように、羽根車一体型ロータと軸受けとの形状が、図１１及び図１２に示したものと相違する点を除いて、図１１及び図１２に示した組立て体３０Ｂと同様の構成を有する。従って、羽根車一体型ロータと軸受けとに、それぞれ、１５Ｂと１３Ｂの参照符号を付してある。

インサート成型された羽根車一体型ロータ１５Ｂにおいて、羽根車一体型ロータ１５Ｂの軸受け１３Ｂを受ける軸受け部に１箇所以上の環状溝１５ａを設ける。この環状溝１５ａに軸受け１３Ｂの樹脂を流し込み、環状突起部１３ｂを形成することにより、インサート成型後に軸受け１３Ｂが抜けるのを防止する役割を果たす。この構造は、環状突起部１３ｂを持つ軸受け１３Ｂを羽根車一体型ロータ１５Ｂに挿入する事が不可能なため、別体では製造できす、インサート成型でのみ実現可能である。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。

従来の遠心式ポンプの外観構成を示す斜視図である。 図１の線II−IIについての断面図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される従来の上ケースを、底面側の一方向から見た斜視図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される従来の上ケースを、底面側の別方向から見た斜視図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される、上ケースの線Ｖ−Ｖについて断面図である。 図１に示した遠心式ポンプに使用される、上ケースとロータとを組み合わせた組立て体の拡大断面図である。 従来のロータと軸受けとの組立て体の分解斜視図である。 羽根車が６枚の羽根を備えている場合の、従来のロータと軸受けとの組立て体の断面図である。 永久磁石と羽根車とを一体成型した羽根車一体型ロータと軸受けとを組み立てて成る、先行技術の組立て体の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る遠心式ポンプを示す断面図である。 図１０に示した遠心式ポンプに使用される組立て体の断面図である。 図１１に示した組立て体の分解断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る遠心式ポンプに使用される組立て体の断面図である。 図１３に示した組立て体の分解断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る遠心式ポンプに使用される組立て体の断面図である。 図１５に示した組立て体の分解断面図である。

符号の説明

１０Ａ 遠心式ポンプ
１１ 固定軸
１３Ａ、１３Ｂ 軸受け
１３ａ 中空部
１３ｂ 環状突起部
１５Ａ、１５Ｂ 羽根車一体型ロータ
１５ａ 環状溝
１５０ 羽根車
１５５ 永久磁石
１７ 基板
１９ ステータ
２１ 下ケース
２３ シールゴム
２５ 上ケース
３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 組立て体

Claims (5)

1. 中心軸の方向へ延在する固定軸に、軸受けを介して回転可能に配置された、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータを備えた遠心式ポンプにおいて、
   前記羽根車一体型ロータと前記軸受けとがインサート成型により一体に構成されていることを特徴とする遠心式ポンプ。
2. 前記軸受けは、その内面の円筒が部分的に切削された中空部を有する、請求項１に記載の遠心式ポンプ。
3. 前記羽根車一体型ロータは、前記軸付けを受ける軸受け部に、１箇所以上の環状溝を有する、請求項１に記載の遠心式ポンプ。
4. 前記遠心式ポンプは、前記羽根車一体型ロータを収容するケーシングと、該ケーシングを介して、前記羽根車一体型ロータを構成する円環状の永久磁石の対向面に配置されたステータとを有する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の遠心式ポンプ。
5. 遠心式ポンプに用いられる組立て体を組立てる方法であって、前記組立て体は、中心軸の方向へ延在する固定軸に取り付けられた軸受けと、該軸受けを介して前記固定軸の回りに回転可能に配置された、磁性樹脂製の羽根車一体型ロータとを組み立てたものであり、
   前記羽根車一体型ロータと前記軸受けとをインサート成型により一体に組み立てることを特徴とする、組立て体の組立て方法。
   

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