JP2008008222A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を低減でき、かつ、ステータと駆動マグネットとの間の磁気的結合を高めることにより、磁気回路の効率を高めることのできるポンプ装置を提供すること。
【解決手段】ポンプ装置１００において、モータ１のステータ３を覆うハウジングは、熱硬化性樹脂からなるモールド樹脂体５１により構成され、このモールド樹脂体５１の壁面が、ケース５３との間にポンプ室６を区画形成する隔壁面５２を構成している。このようなポンプ装置１００では、部品点数を減らすことができる。また、ステータ３と駆動マグネット４２との間に介在するモールド樹脂体５１の側面壁５２ｆが薄いため、ステータ３と駆動マグネット４２とを近接させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ装置に関するものである。より詳しくは、ポンプ装置のハウジング構造に関するものである。

ポンプ装置としては、従来、カップ状の下ケースと上ケースとの間に隔壁を配置することにより、ステータ室とポンプ室とを区画形成し、ステータ室にステータを配置する一方、インペラおよび駆動マグネットが一体に形成されたロータをポンプ室に配置した構成が提案されている（特許文献１参照）。

また、ステータをモールド樹脂体で封止する際、隔壁も一体化した後、隔壁にケースを重ねて、隔壁とケースとの間にポンプ室を区画形成するとともに、ポンプ室に、インペラおよび駆動マグネットが一体に形成されたロータを配置した構成が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−７３３２５号公報 特開２００５−４８６７５号公報

しかしながら、特許文献１、２のいずれの構成を採用した場合でも、隔壁を１つの部品として準備する必要があるため、部品点数が多い分、コスト高になってしまう。また、特許文献１、２のいずれの構成を採用した場合でも、隔壁としては、ＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂の成形品が用いられるが、このような樹脂成形品は、成型時の制約により、かなり厚く形成する必要がある。このため、ステータと駆動マグネットとの間には、少なくとも隔壁の厚さ分に相当する広い隙間が介在することになり、磁気回路の効率が低いという問題点がある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、部品点数を低減でき、かつ、ステータと駆動マグネットとの間の磁気的結合を高めることにより、磁気回路の効率を高めることのできるポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、駆動コイルおよび該駆動コイルが巻回されたステータコアを備えたステータと、該ステータを覆うハウジングと、該ハウジングとの間にポンプ室を区画形成するケースと、前記ポンプ室に配置され、前記ステータコアに対向配置された駆動マグネット、および該駆動マグネットと一体に回転するインペラを備えたロータとを有するポンプ装置において、前記ハウジングは、前記駆動コイルおよび前記ステータコアを覆うモールド樹脂体により構成され、当該モールド樹脂体の壁面が、前記ケースとの間に前記ポンプ室を区画形成する隔壁面を構成していることを特徴とする。

本発明では、ステータを覆うモールド樹脂体と、ケースとの間にポンプ室が区画形成されており、モールド樹脂体の壁面自身が、ケースとの間にポンプ室を区画形成する隔壁面を構成している。このため、隔壁を別部材で構成する必要がないので、部品点数を減らすことができる分、低コスト化を図ることができる。また、ステータと駆動マグネットとの間にはモールド樹脂体の一部が介在するが、かかる部分については、樹脂成形で別部品として形成した隔壁と違って、かなり薄い。このため、ステータと駆動マグネットとを近接させることができるので、磁気回路の効率を高めることができる。

本発明において、前記モールド樹脂体には前記隔壁面側に第１の軸穴が形成されているとともに、前記ケースには前記第１の軸穴と対向する位置に第２の軸穴が形成され、前記ポンプ室には前記第１の軸穴および前記第２の軸穴に両端部が保持された固定軸が配置され、前記ロータは、前記固定軸に対して回転可能に支持されていることが好ましい。このように構成すると、軸回転型と違って、モールド樹脂体にラジアル軸受などを形成する必要がないので、モールド樹脂体の構造を簡素化することができる。

本発明において、前記モールド樹脂体は、前記隔壁面側で前記ポンプ室とは反対側に凹む凹部を備え、前記ステータは、前記凹部の周りを囲むように環状に形成され、前記ロータは、前記駆動マグネットが前記凹部内で前記ステータに対向するように配置されている構成を採用することができる。

本発明において、前記モールド樹脂体では、熱硬化性樹脂材料が用いられていることが好ましい。このように構成すると、熱可塑性樹脂と違って、モールド樹脂体においてステータと駆動マグネットとの間に介在する部分を薄く形成できるので、磁気回路の効率を高めることができる。また、熱硬化性樹脂材料であれば、不飽和ポリエステル樹脂を主成分としたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）など、耐熱性、耐候性、耐薬品性、絶縁性などに優れた樹脂材料でモールド樹脂体を構成することができる。また、ＢＭＣなどの熱硬化性樹脂材料は、成型時の収縮がほとんどない（収縮率がほぼゼロである）ため、高い寸法精度でモールド樹脂体を構成することができる。さらに、高温・高湿環境においても、ＢＭＣからなるモールド樹脂体は寸法安定性に優れている。したがって、例えばポンプ室内に高温の流体を流したとしても、ポンプ室を構成するモールド樹脂体の寸法に変化が生じ難いため、ポンプ室の寸法も変化が生じ難い。それ故、ポンプ室の寸法の変化によるポンプ装置の特性の変化を抑えることが可能なため、ポンプ装置の特性を損なうことがない。

本発明では、ケースとの間にポンプ室を区画形成するにあたって、別部材の隔壁を用いる必要がないので、部品点数を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。また、ステータと駆動マグネットとの間にはモールド樹脂体の一部が介在するが、かかる部分については、樹脂成形で形成した隔壁と違って、かなり薄いため、ステータと駆動マグネットとを近接させることができるので、磁気回路の効率を高めることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したポンプ装置、およびその製造方法について説明する。

（ポンプ装置の全体構成）
図１および図２は、本発明を適用したモータを搭載したポンプ装置の断面構成を示す説明図、およびその分解図である。

図１および図２に示すポンプ装置１００は、一般にキャンドポンプと呼ばれるタイプのポンプ装置であり、給電用基板内蔵型ブラシレスモータ（以降、モータ１という）を内蔵している。

本形態に係るポンプ装置１００の外郭は、後述するステータ３を覆うハウジングとしてのカップ状のモールド樹脂体５１と、モールド樹脂体５１の上部を覆うケース５３とによって形成されている。モールド樹脂体５１およびケース５３には各々、穴５１１、５３１が形成されており、これらの穴５１１、５３１を利用して共通のボルト１５を止めることにより、モールド樹脂体５１およびケース５３が一体化されている。

ここで、モールド樹脂体５１とケース５３との間にはポンプ室６が区画形成されている。すなわち、本形態では、モールド樹脂体５１の壁面自身が、ケース５３との間にポンプ室６を区画形成する隔壁面５２を構成している。

モールド樹脂体５１には、その隔壁面５２の中央部に、ポンプ室６とは反対側に凹む凹部５２ｅが形成されており、モールド樹脂体５１において凹部５２ｅを囲む上端面５２ｇには、凹部５２ｅに対して同心状に溝部５２ｈが形成されている。溝部５２ｈの内部にはＯリング１２が配置されており、このＯリング１２によって、ケース５３とモールド樹脂体５１との間の密閉性、すなわちポンプ室６の密閉性が確保されている。

ケース５３は、下面が開口するカップ状であり、上方に開口する導入口部５５、および側方に開口する排出口部５６が形成されている。従って、ポンプ室６内には、流体が導入口部５５から排出口部５６へと到る流路５７が形成されており、流路５７には、羽根車としての樹脂製のインペラ４０が配置されている。このインペラ４０を高速回転させることによりポンプ室６内は負圧となり、これにより、導入口部５５からポンプ室６内へと温水などの流体を吸引し、その流体を排出口部５６から排出することができる。

（モータの構成）
本形態のモータ１は、ステータ３と、ロータ４と、給電用基板２とを備えている。このモータ１では、モールド樹脂体５１の凹部５２ｅの底面５２ａに形成された第１の軸穴５２ｂと、ケース５３において第１の軸穴５２ｂに対向する位置に形成された第２の軸穴５３ａとによって固定軸３５の両軸端が支持され、固定軸３５は、導入口部５５に対して同軸状に配置されている。後述するロータ４は、固定軸３５に対して回転可能に支持されており、固定軸３５には、ロータ４に対するスラスト軸受３７、３８が保持されている。

ステータ３は、環状の積層コアからなるステータコア３０と、ステータコア３０に巻回された駆動コイル３３とを備えている。駆動コイル３３は、コイル巻線３１を樹脂製のコイルボビン３２に巻回することにより構成されている。コイルボビン３２からモータ軸線方向Ｌに向けては２本の端子ピン３４が突出しており、駆動コイル３３の巻始めおよび巻き終わりの各巻線端部（コイル巻線３１の端部）が接続されている。なお、ステータ３の近傍には、駆動コイル３３の内側に複数の磁気検出素子４５が３０°間隔で配置され、これらの磁気検出素子４５は、駆動マグネット４２の回転位置を検知する。

給電用基板２には、端子ピン３４を貫通させる穴あるいはスリットからなる貫通部が形成されているとともに、複数の配線パターンおよびランド部が形成されている。従って、給電用基板２をコイルボビン３２に対向配置した際、端子ピン３４は、給電用基板２を貫通するので、端子ピン３４とランド部とを接続することができる。また、給電用基板２には、磁気検出素子４５から延びたリード線４６を通すための貫通穴や、リード線４６に対するランド部や配線パターンが形成されている。さらに、給電用基板２上には、ステータ３を駆動制御する駆動回路（図示せず）が実装されているとともに、電源（図示せず）からの電力を受ける電源コネクタ７２が実装されている。

このように構成したステータ３および給電用基板２は、インサート成形により樹脂モールドされてモールド樹脂体５１の内部に封止されており、このモールド樹脂体５１に形成された凹部５２ｅの周りを囲むようにステータ３が配置されている。ここで、ステータ３の内周側には、凹部５２ｅの側面壁５２ｆが位置しているが、かかる側面壁５２ｆは極めて薄い。

ロータ４は、ポンプ室６内に配置されており、固定軸３５に対して回転可能に支持されたスリーブ状のラジアル軸受４１と、ステータコア３０と対向配置された駆動マグネット４２とを有している。ラジアル軸受４１と駆動マグネット４２は、樹脂製のインペラ４０を介して連結され、一体に回転可能である。駆動マグネット４２は、Ｎ極およびＳ極が円周方向で交互に着磁された円筒状の永久磁石であり、モールド樹脂体５１の凹部５２ｅの内側において、ステータ３に対して半径方向内側でモールド樹脂体５１の側面壁５２ｆを介して対向している。

（ステータおよびコイルボビンの詳細な構成）
図３（Ａ）、（Ｂ）は各々、本発明を適用したモータに用いたステータの横断面図、およびコイルボビンとステータコアの構成を示す斜視図である。

ステータ３に用いたステータコア３０は、強磁性板の積層体であり、図３（Ａ）に示すように、リング状のステータコアの環状部分３０ｃから内側（中心）に向かって突出する１２個の突極３０ａが周方向に等間隔に形成されている。従って、図３（Ｂ）に示すように、コイル巻線３１が巻回されたコイルボビン３２のボビン穴３２ａに各突極３０ａを挿入することにより、ステータコア３０の各突極３０ａに駆動コイル３３が各々実装される。コイルボビン３２では、モータ軸線方向Ｌに向かって２本の端子ピン３４が突出しており、コイル巻線３１をコイルボビン３２に巻回する工程では、コイル巻線３１の巻始めおよび巻き終わりの巻線端部３９ａ、３９ｂを端子ピン３４の根元側に絡げておき、後述するモータ１の組み立て工程に回送される。

ここで、駆動コイル３３は、例えば、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）のいずれかの相に属しており、図３（Ａ）には、４つの駆動コイル３３Ｕａ、３３Ｕｂ、３３Ｕｃ、３３Ｕｄからなる駆動コイル群３３ＵがＵ相を、４つの駆動コイル３３Ｖａ、３３Ｖｂ、３３Ｖｃ、３３Ｖｄからなる駆動コイル群３３ＶがＶ相を、４つの駆動コイル３３Ｗａ、３３Ｗｂ、３３Ｗｃ、３３Ｗｄからなる駆動コイル群３３ＷがＷ相をそれぞれ構成している様子を示してある。Ｕ、Ｖ、Ｗ相を構成するそれぞれの駆動コイル３３は、ステータコア３０の円周方向において順番に繰り返し配置される。また、駆動コイル群３３Ｕを構成する駆動コイル３３Ｕａ、３３Ｕｂ、３３Ｕｃ、３３Ｕｄに通電したとき、これらの駆動コイル３３Ｕａ、３３Ｕｂ、３３Ｕｃ、３３Ｕｄが各突極３０ａに発生させる磁極が同極となるよう、同じ方向に巻かれて接続されている。同様に、駆動コイル群３３Ｖを構成する駆動コイル３３Ｖａ、３３Ｖｂ、３３Ｖｃ、３３Ｖｄ、および駆動コイル群３３Ｗを構成する駆動コイル３３Ｗａ、３３Ｗｂ、３３Ｗｃ、３３Ｗｄも同じ方向に巻かれて接続されている。これらのコイル群に対し通電する相を順次切り換えて回転磁界を発生させることで、ロータ４を固定軸３５周りに回転させることが可能である。

（モータおよびポンプ装置の製造方法の概略説明）
このようなポンプ装置１００を製造するにあたっては、まず、図３（Ｂ）に示すように、コイルボビン３２に対してコイル巻線３１を巻回して駆動コイル３３を構成する。その際、コイル巻線３１の巻始めおよび巻き終わりの巻線端部３９ａ、３９ｂを端子ピン３４の根元側に絡げておく。その際、コイル巻線３１の巻線端部３９ａ、３９ｂを端子ピン３４にハンダにより固定しておくこともある。

次に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ステータコア３０の突極３０ａに対してコイルボビン３２を装着する。

次に、図１および図２に示すように、給電用基板２をステータコア３０およびコイルボビン３２に対向配置する。その結果、端子ピン３４は、給電用基板２に形成された貫通部を貫通して突出した状態となる。次に、端子ピン３４に絡げられた駆動コイル３３の巻線端部３９ａ、３９ｂを給電用基板２の上方に引き出した後、巻線端部３９ａ、３９ｂをハンダにより給電用基板２のランド部に接続する。その際、端子ピン３４において、給電用基板２から上方に突出している部分もハンダ付けされ、給電用基板２は端子ピン３４に保持された状態となる。それまでに、磁気検出素子４５の配置などを終えておく。このようにして、ステータ３の組み立て、および配線が完了する。

次に、ステータ３および給電用基板２をインサート成形し、ステータ３および給電用基板２をモールド樹脂体５１により封止する。より具体的には、ステータ３を金型内に配置し、熱硬化性樹脂材料であるＢＭＣを用いてインサート成形を行う。その結果、ステータ３および給電用基板２はモールド樹脂体５１の内部に封止される。ＢＭＣは、不飽和ポリエステル樹脂を主成分とし、それにガラス繊維を短く切断したものを、補強剤や充填剤、触媒などと一緒に混練した樹脂材料である。

次に、固定軸３５の基端側にスラスト軸受３７を装着した状態で、固定軸３５の基端側を、凹部５２ｅの底面５２ａに形成された第１の軸穴５２ｂに嵌める。次に、固定軸３５に対して、インペラ４０を介してラジアル軸受４１および駆動マグネット４２が一体化されたロータ４を装着した後、スラスト軸受３８を装着する。

次に、溝部５２ｈにＯリング１２を装着した後、ケース５３に形成された第２の軸穴５３ａに固定軸３５の先端部が嵌るように、ケース５３をモールド樹脂体５１に重ねる。次に、ボルト１５により、モールド樹脂体５１およびケース５３を一体化する。それにより、ポンプ装置１００が完成する。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ステータ３を覆うハウジングは、モールド樹脂体５１により構成され、このモールド樹脂体５１の壁面自身が、ケース５３との間にポンプ室６を区画形成する隔壁面５２を構成している。このため、隔壁を別部材で構成する必要がないので、部品点数を減らすことができる分、低コスト化を図ることができる。また、ステータ３と駆動マグネット４２との間にはモールド樹脂体５１の一部（凹部５２ｅの側面壁５２ｆ）が介在するが、かかる部分については、樹脂成形で別品として形成した隔壁と違って、かなり薄い。このため、ステータ３と駆動マグネット４２とを近接させることができるので、磁気回路の効率を高めることができる。

また、本形態では、ロータ４が固定軸３５に対して回転可能に支持された軸固定側のモータ１を用いているため、軸回転型のモータと違って、モールド樹脂体５１にラジアル軸受などを形成する必要がないので、モールド樹脂体５１の構造を簡素化することができる。

さらに、本形態では、モールド樹脂体５１を構成する樹脂材料として熱硬化性樹脂材料を用いたため、熱可塑性樹脂と違って、モールド樹脂体５１においてステータ３と駆動マグネット４２との間に介在する側面壁５２ｆを薄く形成できるので、磁気回路の効率を高めることができる。特に本形態では、熱硬化性樹脂材料のうち、不飽和ポリエステル樹脂を主成分としたＢＭＣを用いたので、耐熱性、耐候性、耐薬品性、絶縁性などに優れた樹脂材料でモールド樹脂体５１を構成することができる。また、ＢＭＣなどの熱硬化性樹脂材料は、成型時の収縮がほとんどない（収縮率がほぼゼロである）ため、高い寸法精度でモールド樹脂体５１を構成することができる。さらに、高温・高湿環境においても、ＢＭＣからなるモールド樹脂体５１は寸法安定性に優れている。したがって、例えばポンプ室６内に高温の流体を流したとしても、ポンプ室６を構成するモールド樹脂体５１の寸法に変化が生じ難いため、ポンプ室６の寸法も変化が生じ難い。それ故、ポンプ室６の寸法の変化によるポンプ装置１００の特性の変化を抑えることが可能なため、ポンプ装置１００の特性を損なうことがない。

本発明を適用したポンプ装置の断面構成を示す説明図である。 図１に示すポンプ装置の分解図である。 （Ａ）、（Ｂ）は各々、図１に示すステータの横断面図、およびコイルボビンとステータコアの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ モータ
３ ステータ
４ ロータ
６ ポンプ室
１００ ポンプ装置
３０ ステータコア
３３ 駆動コイル
３５ 固定軸
４０ インペラ
５１ モールド樹脂体（ハウジング）
５２ 隔壁面
５２ｅ 凹部
５２ｆ 凹部の側面壁
５３ ケース

Claims (4)

1. 駆動コイルおよび該駆動コイルが巻回されたステータコアを備えたステータと、
   該ステータを覆うハウジングと、
   該ハウジングとの間にポンプ室を区画形成するケースと、
   前記ポンプ室に配置され、前記ステータコアに対向配置された駆動マグネット、および該駆動マグネットと一体に回転するインペラを備えたロータとを有するポンプ装置において、
   前記ハウジングは、前記駆動コイルおよび前記ステータコアを覆うモールド樹脂体により構成され、
   当該モールド樹脂体の壁面が、前記ケースとの間に前記ポンプ室を区画形成する隔壁面を構成していることを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１において、
   前記モールド樹脂体には、前記隔壁面側に第１の軸穴が形成されているとともに、前記ケースには前記第１の軸穴と対向する位置に第２の軸穴が形成され、
   前記ポンプ室には前記第１の軸穴および前記第２の軸穴に両端部が保持された固定軸が配置され、
   前記ロータは、前記固定軸に対して回転可能に支持されていることを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記モールド樹脂体は、前記隔壁面側で前記ポンプ室とは反対側に凹む凹部を備え、
   前記ステータは、前記凹部の周りを囲むように環状に形成され、
   前記ロータは、前記駆動マグネットが前記凹部内で前記ステータに対向するように配置されていることを特徴とするポンプ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記モールド樹脂体には、熱硬化性樹脂材料が用いられていることを特徴とするポンプ装置。

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