JP2008082210A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てや保守点検が容易で、かつ利便性の高い低コストのポンプを提供する。
【解決手段】液体を吸排する２枚の羽根車２０、２１を直列に内蔵したポンプ部１１と、ポンプ部１１が収納され液体の吸入口９と吐出口１０が配置されたポンプケース１２と、ポンプ部１１を駆動するモータ部１３と、前記羽根車２０、２１の中心部に所定の内径と長さをもつ中空状の突起２７、２８と、突起２７、２８と羽根車２０、２１を貫通して該羽根車２０、２１を回転自在に支持する軸２５とを備え、一方の羽根車２１の突起２７に凸型片部３１を設け、他方の羽根車２０の突起２８に前記凸型片部３１を嵌合させる凹型溝部３２を形成し、これら凸型片部３１と凹型溝部３２を嵌合させて２枚の羽根車２０、２１を連結し一体に回転させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータにより駆動され、液体を吸入して吐出するポンプに関する。

常時満水状態を維持し循環して使用されることが多いポンプでは、軸シール部分から液漏れが発生する場合があり、このため羽根車が存在する通水部分とモーターが存在する駆動機構部分とを分離して、軸シール構造が設けられていない例えばキャンドモーターポンプが使用されている。

キャンドモーターポンプにおいては、隔壁内に羽根車と一体となったロータを収納し、これを軸シールせずに隔壁で密閉し、外部に設けたステータで発生する回転磁力を隔壁を介してロータのマグネットに作用させて駆動する構造となっている。

この他にも、モーターで円盤状や筒状のマグネットを回転させ、隔壁を介して内部のロータのマグネットと磁気結合させて回転駆動するマグネットカップリング式の電磁駆動ポンプが利用されている。

これらのキャンドモーターポンプやマグネットカップリング式の電磁駆動ポンプは、ポンプケース内の羽根車に対して電磁力で動力伝達して軸シール構造を有しないことからシールレスポンプと呼ばれている。

このようなシールレスポンプのなかで、近年、市場からは、高揚程、長寿命の小型ポンプが要望されている。

これを実現するためのポンプとして、軸が隔壁に固定され、その回りを永久磁石を配したロータと一体に形成された羽根車が回転する構造となっている軸が回転しない多段シールレスポンプが考えられるが、軸が回転しないために吐出側の羽根車の動力を吸入口側の羽根車に伝え、一体に回転するような構造にする必要が生じていた。

しかしながら、軸の構造により組立性、加工性等を考慮した様々な構造が採用されており、羽根車の伝達が軸によって行われるような軸回転タイプのマグネット駆動ポンプの場合は、羽根車の中心穴に平坦部を形成し、軸の外周面にはこの平坦部に沿った面取り部を設けており、羽根車の中心穴に３分割した軸を差込んで一体に回転するようになっている（例えば特許文献１参照）。

これにより比較的短い軸を直列に連結することにより長尺状の軸を形成でき、ひいてはポンプ自体のコストダウンを図ることができる。

一方、軸が回転しないポンプの場合は、ネジ付キャップにより２つの羽根車を中間部で嵌脱自在に結合するようになっている（例えば特許文献２参照）。

これにより、解体をし易くし、保守点検時の利便性を向上させることができる。
特開平１０−２３１７９３号公報 特開昭５２−１４９６０２号公報

しかしながら、前記従来技術の特許文献１に記載のケースでは、軸に直接負荷がかかり、かつ大きな回転トルクが必要であった。

また、前記従来技術の特許文献２に記載のケースでは、比較的大型のポンプのみに適用される場合が多く、小型ポンプに採用するには、構造が複雑になってしまいコストアップにつながっていた。

そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、軸に直接負荷は掛からずかつ大きな回転トルクを必要としない、また、組み立てが容易で、利便性の高い低コストのポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るポンプは、上記目的を達成するために、液体を吸排する少なくとも２枚の羽根車を直列に内蔵したポンプ部と、ポンプ部が収納され液体の吸入口と吐出口が配置されたポンプケースと、ポンプ部を駆動するモータ部と、前記羽根車の互いに対向する側の中心部に所定の内径と長さをもつ中空状の突起と、該突起と羽根車を貫通して該羽根車を回転自在に支持する軸とを備え、一方の羽根車の突起に係合部を設け、他方の羽根車の突起に前記係合部と係合する被係合部を形成し、これら係合部と被係合部を係合させて２枚の前記羽根車を連結し一体に回転させることを特徴とする。

この構成により、軸に直接負荷をかけることなく、ポンプ部に内蔵された２枚の羽根車が一体に回転するために、吐出口側の羽根車の動力を吸入口側の羽根車に確実に伝えることができ、他の部品（連結用の専用部品）を必要としないで一体化が達成できる。

本発明は、軸に直接負荷は掛からずかつ大きな回転トルクを必要とせず、また、組み立てが容易で、利便性の高い低コストのポンプを提供できるという効果を奏する。

本実施の形態のポンプは、液体を吸排する少なくとも２枚の羽根車を直列に内蔵したポンプ部と、ポンプ部が収納され液体の吸入口と吐出口が配置されたポンプケースと、ポンプ部を駆動するモータ部と、前記羽根車の互いに対向する側の中心部に所定の内径と長さをもつ中空状の突起と、該突起と羽根車を貫通して該羽根車を回転自在に支持する軸とを備え、一方の羽根車の突起に係合部を設け、他方の羽根車の突起に前記係合部と係合する被係合部を形成し、これら係合部と被係合部を係合させて２枚の前記羽根車を連結し一体に回転させることを特徴としている。

これにより、ポンプ部に内蔵された２枚の羽根車が一体に回転するために、吐出口側の羽根車の動力を吸入口側の羽根車に確実に伝えることができ、他の部品を必要としないで一体化が達成でき、その結果として、軸に直接負荷は掛からずかつ大きな回転トルクを必要としない。また、組み立てが容易で、軸に対する芯出しが容易で、利便性の高い低コストのポンプを提供できる。そして、上記ポンプを給水装置等の液体供給装置に組み込むようにすれば、液体供給装置の使い勝手を大いに高めることができる。

２枚の羽根車を連結する係合部と被係合部としては、例えば次のような形態が採用できる。第１形態として、前記係合部は、一方の羽根車の突起外表面に突出して形成され、所定の幅と長さをもつ凸型片部とし、前記被係合部は、他方の羽根車の突起外壁の一部を切り欠いて形成され、前記凸型片部を嵌合させる凹型溝部とする。

第２形態として、前記係合部は、一方の前記羽根車の突起外表面に突起長さ方向に沿って形成され、所定の幅と長さと高さをもつ細長いリブとし、前記被係合部は、一方の前記羽根車の突起を他方の前記羽根車の突起内に挿入させたときに前記リブを圧入させる内壁面とする。

第３形態として、前記係合部は、一方の前記羽根車の突起外表面に突起長さ方向に沿って形成され、所定の幅と長さと高さをもつ細長いリブとし、前記被係合部は、他方の前記羽根車の突起内表面に突起長さ方向に沿って形成され、前記リブを挿入係合させる細長い溝部とする。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面を用いて詳細に説明する。

（実施例１）
図１に示すように、発熱部品１が基板２に実装されており、発熱部品１と冷媒とで熱交換を行ない発熱部品１を冷却するヒートスプレッター等の冷却器３が配置されている。

また、冷媒から熱を取り除くラジエータ等の放熱器４と、冷媒を貯めておくリザーブタンク５と、さらに冷媒を循環させるポンプ６が配置されていて、前記冷却器３と放熱器４とリザーブタンク５、およびポンプ６を接続する配管７が取り付けられている。

リザーブタンク５内の冷媒は、ポンプ６から吐出され、配管７を通って冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことでその温度が上昇し、温度上昇した冷媒が放熱器４に送られ、放熱器４で冷されてその温度が降下してリザーブタンク５へ戻る。このように、ポンプ６で冷媒を循環させて発熱部品１を冷却するものである。

図２および図３に示すように、ポンプ６の本体８の上側には冷媒の吸入口９と吐出口１０が設けられ冷媒を吸排するポンプ部１１を内蔵したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のプラスチックやステンレス等の金属からなるポンプケース１２が配置されている。

下側にはポンプ６の駆動源となるモータ部１３を収納し、モータ部１３とポンプ部１１を隔離してポンプ部１１からモータ部１３への冷媒の浸入を防止するためのアルミ等の金属や耐熱性プラスチック等からなる防水隔壁１４が設置されている。

モータ部１３は、磁界を発生させる円筒形状のステータ１５と、そのステータ１５を制御する制御部１６と、ステータ１５および制御部１６の露出を防ぐ蓋１７とから構成されていて、ステータ１５は防水隔壁１４の凹状になった凹状部１４Ａの内側に取り付けられている。

ステータ１５の下側には、例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えた制御部１６が取り付けられている。

一方、ポンプ部１１は、ステータ１５が発生させた磁界により回転駆動され永久磁石が外周部に固定された円筒形状のロータ１８を備えており、そのロータ１８と一体に表面に取り付けられた複数の羽根１９を有している。

また、ポンプ部１１は、その複数の羽根１９により冷媒を吸排するＰＰＳ等のプラスチック等からなる同じく円筒形状の吐出側羽根車２０と、同じくＰＰＳ等のプラスチック等からなる円筒形状の吸込側羽根車２１と、を有している。吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１の互いに対向する側の中心部には、図４に示すように、所定の内径と長さをもつ中空状（円筒形状）の突起２７、２８が設けられている。吸込側羽根車２１に形成された突起２７は、吐出側羽根車２０に形成された突起２８よりも外形寸法が小さく、その内部に挿入嵌合される。これら突起２７、２８には、上下に配置された２枚の羽根車２０、２１を連結させる連結手段であるところの係合部である凸型片部３１と、被係合部である凹型溝部３２とが形成されている。

ポンプ部１１には、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１を仕切るステンレス等の金属からなる円盤形状の仕切板２２があり、吸込側羽根車２１から周囲方向に排出された水を吐出側羽根車２０の中央吸込み口へ導水するＰＰＳ等のプラスチック等からなる案内羽根２３が配置されている。

吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１の回転中心には、焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる軸受２４が取り付けられていて、ロータ１８と、吐出側羽根車２０および吸込側羽根車２１を回転自在に支持するステンレス等の金属からなる円柱形状の軸２５が配置されている。

そして、軸２５の両側には、軸受２４と摺接するセラミック等からなる中空円板形状の軸受板２６が取り付けられている。

さらに、ロータ１８は、防水隔壁１４を介してステータ１５と対向するように設置されている。

ここで、図４に示すように、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１の連結は、吸込側羽根車２１の前記突起２７に形成された凸型片部３１と、吐出側羽根車２０の前記突起２８に形成された凹型溝部３２とを、嵌合させることにより行う。

凸型片部３１は、吸込側羽根車２１の中心部に設けられた円筒形状の突起２７の突起外表面２７ａに、所定の幅と長さをもつ矩形状の突片とされている。詳細には、凸型片部３１は、前記突起２７の基端側から先端側に亘りその長さ方向（軸方向）に、突起長さの約半分の位置まで延在し係合するに十分な幅として形成されている。本実施例では、前記突起２７の外周面を約４等分する位置に各凸型片部３１を設けた。

凹型溝部３２は、吐出側羽根車２０の中心部に設けられた円筒形状の突起２８の突起外壁２８ａの一部を先端側から基端側に向かって切り欠いて形成されている。詳細には、凹型溝部３２は、前記突起２８の先端から基端側に向かって前記凸型片部３１の長さよりも少し長い該凸型片部３１と同形状の切り欠きとして形成されている。本実施例では、各凸型片部３１と対応した位置に前記凹型溝部３２をそれぞれ形成している。

これら凸型片部３１と凹型溝部３２とは、それらの間に隙間がある嵌合でもよいし、圧入でもよい。隙間がある嵌合の場合、無回転時、凸型片部３１の長さ方向の両側縁３１ａ、３１ｂと凹型溝部３２の長さ方向の両側縁３２ａ、３２ｂとの間にはそれぞれ隙間があるが、吐出側羽根車２０が回転すると、凸型片部３１の一方の側縁３１ａがこれと対向する凹型溝部３２の側縁３２ａと接触する。したがって、凸型片部３１と凹型溝部３２との間に隙間があってもこれら凸型片部３１と凹型溝部３２が嵌合して吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１とを連結させることができる。

次に、実施例１におけるポンプ及びそのポンプを備えた冷却装置の動作を図１から図３を用いて説明する。

制御部１６により制御されたステータ１５が磁界を発生させると、その磁界によりロータ１８が回転駆動される。ロータ１８が回転駆動されると、ロータ１８と一体に形成された吐出側羽根車２０が同じく回転駆動され、さらにこの吐出側羽根車２０と一体化された吸込側羽根車２１が回転駆動されることでポンプ６が駆動される。

ポンプ６が駆動されると、冷媒はポンプ６の上部側面に設置された吸入口９よりポンプ６内の吸込側羽根車２１に吸入される。吸入された冷媒は、回転する吸込側羽根車２１の表面に形成された複数の羽根１９により周囲方向へ圧送され、案内羽根２３の周囲に設けられた羽根により周囲切欠き口に導水され、この切欠き口より案内羽根２３と仕切り板２２により区切られた吐出側羽根車２０の吸込み室へ導水され、案内羽根２３の吐出口側に設けられた戻り羽根２３ａにより吐出側羽根車２０の中央吸込み口に導水され、この吐出側羽根車２０に吸入される。

吸入された冷媒は、回転する吐出側羽根車２０の表面に形成された複数の羽根１９により周囲方向へ圧送され、側面に配置された吐出口１０よりポンプ６外へ吐出される。そして、吐出された冷媒は、吐出口１０に接続された配管７を通って、冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことで冷媒の温度が上昇し、その温度上昇した冷媒が放熱器４に送られ、該放熱器４で冷されて冷媒の温度が降下し、再び冷媒がリザーブタンク５に戻る。

このように、冷却装置は、冷媒をポンプ６を用いることにより循環させ、その冷媒により発熱部品１を冷却するものである。なお、冷却器３内の流路は受熱性能を高めるために特に配管抵抗が高くなっている。

以上のように、本実施例のポンプによれば、連結のための専用部品を使用することなく、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１に設けた前記凸型片部３１と前記凹型溝部３２との係合によりこれら吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１を連結させることができ、前記吐出側羽根車２０の動力を前記吸込側羽根車２１に伝達させることができる。

このように、本実施例のポンプによれば、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１の一体化を容易にすることができ、軸２５に直接負荷は掛からずかつ大きな回転トルクを必要としない。

また、本実施例によれば、組み立て及び軸に対する芯出しが容易で、利便性の高い低コストのポンプを提供できる。

なお、実施例１では、凸型片部３１と凹型溝部３２を突起２７、２８の周面を４等分する位置に形成することで平面視十字としたが、これら凸型片部３１と凹型溝部３２の数を３つとし平面視Ｙ字、または凸型片部３１と凹型溝部３２の数を２つとし平面視Ｉ字、或いは３つ以上の凸型片部３１と凹型溝部３２を設けても同様の効果が得られる。

なお、本実施例においては、液体供給装置の一実施例として冷却装置を示しているが、例えば井戸ポンプ装置や給湯装置または排水供給装置等、どのような液体供給装置であっても良い。

（実施例２）
実施例２のポンプでは、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１を連結する連結手段として、図５に示すように、吸込側羽根車２１に形成した突起２７の突起外表面２７ａにその突起長さ方向に細長いリブ３３を係合部として形成し、そのリブ３３を吐出側羽根車２０に形成した突起２８の内壁面２８ｂに圧入させることで、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１とを連結する。

リブ３３は、突起外表面２７ａにその基端部から先端部に亘り連続して形成されると共に、所定の幅と長さと高さをもつ細長いレール状の突起として形成される。かかるリブ３３の幅と高さは、吐出側羽根車２０に形成された突起２８の内壁面２８ｂに圧入された状態で該吐出側羽根車２０からの回転力を吸込側羽根車２１に確実に伝達し得る強度を満足できる幅と高さに設定される。なお、本実施例では、突起２７の外周面を約４等分する位置に前記リブ３３を４つ設けた。

吐出側羽根車２０に形成された突起２８の内壁面２８ｂは、前記吸込側羽根車２０の突起２７の外径寸法よりも大きく、且つ前記リブ３３を圧入させる程度の内径寸法とされている。吸込側羽根車２１の突起２７を吐出側羽根車２０の突起２８の内部に挿入させると、リブ３３が前記突起２８の内壁面２８ｂに圧入されて、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１とが連結される。

（実施例３）
実施例３のポンプでは、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１を連結する連結手段として、図６に示すように、吸込側羽根車２１に形成した突起２７の突起外表面２７ａにその突起長さ方向に細長いリブ３３を係合部として形成し、吐出側羽根車２１に形成した突起２８の突起内表面２８ｂに前記リブ３３を挿入係合させる細長い溝部３４を被係合部として形成し、そのリブ３３を前記細長い溝部３４に挿入係合させることで、吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１とを連結する。

リブ３３は、実施例２と同じであるが、この実施例３では、そのリブ３３を挿入係合させる細長い溝部３４を、前記吐出側羽根車２０に形成した突起２８の突起内表面２８ｂに形成している点が異なる。この細長い溝部３４は、突起内表面２８ｂにその軸方向に沿って先端部から基端部に連続して形成されており、前記リブ３３をその溝内部に挿入係合させることで、前記突起２７、２８同士が互いに滑って相対的に回転せずに一体となって回転させるように機能する。

リブ３３を細長い溝部３４に挿入係合させた方が、互いの突起２７、２８の係合状態を実施例２のものに比べてより強くすることができ、更なる吐出側羽根車２０と吸込側羽根車２１との結合力を高めることができる。

本発明のポンプは、例えば燃料電池装置やヒートポンプ装置等に使用される様々なポンプへの応用が期待できる。

実施例１に示すポンプを使用した冷却装置の全体概要図である。 実施例１に示すポンプの断面図である。 実施例１に示すポンプの分解斜視図である。 実施例１に示す吐出側羽根車と吸込側羽根車の斜視図である。 実施例２に示す吐出側羽根車と吸込側羽根車の斜視図である。 実施例３に示す吐出側羽根車と吸込側羽根車の斜視図である。

符号の説明

１ 発熱部品
３ 冷却器
４ 放熱器
５ リザーブタンク
６ ポンプ
９ ポンプケース
１１ ポンプ部
１３ モーター部
１５ ステータ
１６ 制御部
１８ ロータ
２０ 吐出側羽根車
２１ 吸込側羽根車
２２ 仕切り板
２３ 案内羽根
２５ 軸
２７ 吸込側羽根車に形成された突起
２８ 吐出側羽根車に形成された突起
２８ａ 内壁面
３１ 凸型片部（係合部）
３２ 凹型溝部（被係合部）
３３ リブ
３４ 細長い溝部

Claims (4)

1. 液体を吸排する少なくとも２枚の羽根車を直列に内蔵したポンプ部と、ポンプ部が収納され液体の吸入口と吐出口が配置されたポンプケースと、ポンプ部を駆動するモータ部と、前記羽根車の互いに対向する側の中心部に所定の内径と長さをもつ中空状の突起と、該突起と羽根車を貫通して該羽根車を回転自在に支持する軸とを備え、
   一方の羽根車の突起に係合部を設け、他方の羽根車の突起に前記係合部と係合する被係合部を形成し、これら係合部と被係合部を係合させて２枚の前記羽根車を連結し一体に回転させる
   ことを特徴とするポンプ。
2. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記係合部は、一方の前記羽根車の突起外表面に突出して形成され、所定の幅と長さをもつ凸型片部とされ、
   前記被係合部は、他方の前記羽根車の突起外壁の一部を切り欠いて形成され、前記凸型片部を嵌合させる凹型溝部である
   ことを特徴とするポンプ。
3. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記係合部は、一方の前記羽根車の突起外表面に突起長さ方向に沿って形成され、所定の幅と長さと高さをもつ細長いリブとされ、
   前記被係合部は、一方の前記羽根車の突起を他方の前記羽根車の突起内に挿入させたときに前記リブを圧入させる内壁面とされた
   ことを特徴とするポンプ。
4. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記係合部は、一方の前記羽根車の突起外表面に突起長さ方向に沿って形成され、所定の幅と長さと高さをもつ細長いリブとされ、
   前記被係合部は、他方の前記羽根車の突起内表面に突起長さ方向に沿って形成され、前記リブを挿入係合させる細長い溝部とされた
   ことを特徴とするポンプ。

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