JP2009275639A

JP2009275639A - ポンプ

Info

Publication number: JP2009275639A
Application number: JP2008128946A
Authority: JP
Inventors: Ryota Sugiyama; 良太杉山
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】切換弁を備えるポンプの小型化を図ること。
【解決手段】二つの吐出口を有するポンプ２であって、正転及び反転することができると共に、水を軸線方向に吸水しかつ半径方向に吐出するインペラ４と、インペラ４を収容するポンプ室６と、ポンプ室６外部から内部へ、その水を案内する吸水口１０と、ポンプ室６の水を、ポンプ室６外部へ案内する第一及び第二吐出口１２，１４と、第一吐出口１２を開放または閉塞することにより、その水が第一吐出口１２を通過するかどうかを切り換える切換弁２０と、を備え、切換弁２０は、インペラ４とインペラ４の周囲に対向するポンプ室周壁面７１ａとの間に略円環状に形成される環状流路６３に配置されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの吐出口から選択的に切り換えて液体を吐出するために切換弁を備えたポンプに関する。

ポンプには、２つの吐出口を有するものがあり、インペラを正転または反転させることにより、吐出する吐出口を選択的に切り換えることができるものがある（特許文献１乃至６参照）。このタイプのポンプは、一方の吐出口を開閉する切換弁が備わっている。切換弁の駆動方式は、ポンプ室を流れる液流の液圧を利用する方式のもの、電磁アクチュエータにより駆動させるものなどが知られている。

特開平１１−１１３８２８号公報（図１乃至３）実開平１−１４５３６４号公報（図３）特開２００５−３０７８２３号公報（図３）特開２００６−２２００３４号公報（図２）特開２００３−２９０１１６号公報（図２）特開２０００−３３３８９６号公報（図２）

これら従来のポンプは、切換弁が、インペラ周囲に形成された環状の流路よりもさらに外方に位置する空間に設けられている。そのため、切換弁を配置するための収容空間の分だけ、切換弁がないポンプよりも、ポンプ室が大きくなってしまう。その結果、その従来のポンプを小型化しようとしても、その切換弁用の収容空間が必要となるため小型化できないという課題があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、切換弁を備えるポンプの小型化を図ることにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１のポンプは、二つの吐出口を有するポンプであって、正転及び反転することができると共に、液体を軸線方向に吸水しかつ半径方向に吐出するインペラと、前記インペラを収容するポンプ室と、前記ポンプ室外部から内部へ、前記液体を案内する吸水口と、前記ポンプ室の液体を、前記ポンプ室外部へ案内する第一及び第二吐出口と、前記第一吐出口を開放または閉塞することにより、前記液体が前記第一吐出口を通過するかどうかを切り換える切換弁と、を備え、前記切換弁は、前記インペラと前記インペラの周囲に対向するポンプ室周壁面との間に略円環状に形成される環状流路に配置されることを特徴とする。

このポンプでは、切換弁がインペラ周囲の環状流路に配置されることから、従来のように切換弁用の収容空間をその環状流路よりも外方に配置する必要がないため、ポンプ室を小さくでき、その結果、ポンプの小型化を実現できる。

本発明の請求項２のポンプは、前記切換弁は、前記第一吐出口を閉塞する弁本体部と、前記インペラに対向し前記液体の流れを受ける受動部と、当該切換弁を前記ポンプ室に対して揺動自在に支持する支持軸部とを備え、前記支持軸部が前記環状流路に設けられてなり、前記切換弁は、前記インペラの正転時に流れる液流に押圧されて前記第一吐出口を閉塞し、前記インペラの反転時に流れる液流に押圧されて前記第一吐出口を開放することを特徴とする。

このポンプでは、切換弁がポンプ室を流れる液流を利用して駆動することができる。

本発明の請求項３のポンプは、前記切換弁の前記支持軸部と前記インペラの回転中心との距離は、前記インペラ半径の約２倍以下であることを特徴とする。

このポンプは、インペラの回転中心に垂直な方向をより小型化できる。

本発明の請求項４のポンプは、前記切換弁の前記受動部と前記インペラとの間には、前記インペラから前記受動部へ流れる液流を妨げるガードが設けられていることを特徴とする。

このポンプでは、インペラから切換弁に向かって吐出される液流が、ガードにより受動部へ流れるのを妨げることができる。これにより、切換弁に対してその方向に流れる液流の影響を少なくできるため、切換弁の動作の信頼性が向上する。

本発明の請求項５のポンプは、前記ガードは、前記インペラの外周縁に沿って湾曲する湾曲面を有することを特徴とする。

このポンプは、ガードの平坦面に沿って流れる液流に対する抵抗が小さくなるため、液流が円滑に流れる。

本発明の請求項６のポンプは、前記切換弁は、前記受動部が、前記ガードを越えて前記インペラに接近するように切欠き部を有していることを特徴とする。

このポンプは、切換弁がガードを越えることにより、切換弁とガードとを距離を詰めることができ、一層のポンプ室の小径化が図れる。

本発明の請求項７のポンプは、前記切換弁は、前記受動部が前記インペラの外周縁を越えて前記インペラの上方または下方を移動することを特徴とする。

このポンプは、インペラから切換弁に向かって吐出される液流が、受動部へ流れるのを妨げることができる。これにより、切換弁に対してその方向に流れる液流の影響を少なくできるため、切換弁の動作の信頼性が一層向上する。

本発明のポンプは、切換弁を備えながら小型化を図ることができる。

本発明に係るポンプの一実施形態について説明する。

このポンプは、食器洗浄機や洗濯機などに搭載され、機内に水を循環させたり、機外へ水を排出させたりするのに使用されるもので、２つの吐出口から選択的に切り換えて水を吐出するために切換弁を備えている。例えば、機内に水を循環させる場合には、ポンプの一方の吐出口から水を吐出し、機外へ水を排出する場合には、ポンプの他方の吐出口から水を吐出するといった、吐出する側を選択的に切り換えて使用される。

具体的には、図１，２に示すように、ポンプ２は、正転及び反転することができると共に、水を軸線方向に吸水しかつ半径方向に吐出するインペラ４と、そのインペラ４を収容するポンプ室６と、このポンプ室６の外部から内部へその水を案内する吸水口１０と、そのポンプ室６の水を、ポンプ室６の外部へ案内する第一及び第二吐出口１２、１４と、この第一吐出口１２を開放または閉塞することにより、水がその第一吐出口１２を通過するかどうかを切り換える切換弁２０と、を備えている。インペラ４は、ポンプ室６に収容されたモータ１６によって回転駆動する。なお、ここでの軸線方向とは、インペラ４やモータの回転により回転中心に定義される軸線Ｌが伸びる方向であり、半径方向とはその軸線Ｌを中心にして垂直な方向である。また、図１は、図２に示すポンプ２の切断線Ｂ−Ｂにて切断した横断面図であり、図２は、図１の切断線Ａ−Ａにて切断したポンプ２の縦断面図である。

インペラ４は、中央が開口する円形の底板部４１と、この底板部４１の上面の軸線Ｌの周りに、半径方向に幾分の角度を付けて配列される複数の羽根部４２と、これら羽根部４２の上部を連結しつつ、中央が開口する円環状の連結部４３とからなる。

ポンプ室６は、上側ケース７１と下側ケース７２とを組み合わせた内部空間に形成されるもので、インペラ４が収容される平面視が略円形のインペラ室６１と、このインペラ室６１の下方にて連通するモータ室６２とからなる。上側ケース７１は、浅い円形のカップ形状であって、吸水口１０がこのカップ形状の底面を通過する軸線の周りに円筒状に形成され、第一吐出口１２が上側ケース７１の側壁部７１ａに軸線Ｌに垂直な方向に円筒状に形成され、第二吐出口１４が同じ側壁部７１ａの第一吐出口１２とは反対の方向に円筒状に形成されている。下側ケース７２は、モータ室６２を形成する有底円筒部６２ａと、有底円筒部６２ａの開口端から外方に拡がりかつ上側ケース７１の開口を閉塞する上壁部７２ｂと、を備えている。

インペラ室６１におけるインペラ４と上側ケース７１の側壁部７１ａとの間には、図１に示すように略円環状の環状流路６３が形成されている。この環状流路６３は、図１に示すように、流路断面積が符号Ｓの始点領域を最小にして矢印Ｒ１の方向に次第に大きくなり、かつその始点領域Ｓにつながった終点領域Ｅを最大にして構成されている。第一吐出口１２は始点領域Ｓと終点領域Ｅとのほぼ中間点にておいて接続され、第二吐出口１４は終点領域Ｅにて接続されている。そして、側壁部７１ａに開口する第一吐出口１２の周囲は、切換弁２０が閉塞しやすいように幾分外方に窪んでいる。これにより、環状流路６３は、切換弁６３が配置された領域の流路断面積は部分的に大きくなっているが、側壁部７１ａの肉厚を小さくしただけで、上側ケース７１のサイズを大きくするものではない。

モータ１６は、モータ室６２に収容されるロータ部１６１と、モータ室６２の外部に配置されるステータ部１６２とからなる。ロータ部１６１は、円筒状の駆動用マグネット１６１ａを備えると共に上方にインペラ４が取り付けられている。ステータ部１６２は、鉄心コアにコイル線が巻回されてなるステータ本体１６２ａが樹脂材によってモールドされてなり、駆動用マグネット１６１ａと半径方向にその有底円筒部６２ａを介して対向している。ロータ部１６１は、その有底円筒部６２ａの内部に軸線Ｌに沿って固定された固定軸１６３と、固定軸１６３の上下に固定された一対のスラスト軸受１６４とによって、ロータ部１６１に設けられたスリーブ軸受１６１ｂを介して回転自在に支持されている。

固定軸１６３は、下側ケース７２の支持部と上側ケース７１の支持部とに一対のスラスト軸受１６４を介して挟持されている。ステータ本体１６２ａのコイル線が通電されると、ステータ本体１６２ａの内周面から回転磁界が発生し、駆動用マグネット１６１ａの磁界と磁気的な相互作用により生じる回転トルクに基づいてロータ部１６１が回転するが、このモータ１６の制御回路には回転磁界を反転させる回路が含まれており、通電方式を切り換えることにより、ロータ部１６１が正転又は反転する。

切換弁２０は、樹脂材にて一体成型されてなるもので、第一吐出口１２の近傍に位置する環状流路６３に配置されている。切換弁２０は、図３に示すように、平板状で第一吐出口１２を開閉する弁本体部２１と、平板状でインペラ４に対向し水の流れを受ける受動部２２と、当該切換弁２０をポンプ室６に対して揺動自在に支持する支持軸部２３とを備え、弁本体部２１及び受動部２２は、平面視で鋭角を形成するように支持軸部２３を中心として異なる半径方向に設けられている。弁本体部２１と受動部２２とは、扇状の接続部２５を介して接続されている。弁本体部２１は、第一吐出口１２側の面には第一吐出口１２に対する密閉性を上げるためにパッキン２１ａが設けられている。弁本体部２１と受動部２２との軸線方向の長さはほぼ同じであるが、受動部２２が弁本体部２１よりも上方に設けられているため、受動部２２をインペラ４側から眺めると、弁本体部２１の下部が見える。そのため、この受動部２２の下方の空隙は、受動部２２の下部が切欠かれたように見えることから切欠き部２４と称する。

このような切換弁２０は、図２に示すように、軸線Ｌに平行となるように支持軸部２３の両端部が上側ケース７１の凹部と下側ケース７２の凹部に摺動可能に収容されることによって、両ケース７１，７２（またはポンプ室６）に対して揺動自在に支持されている。

その切換弁２０とインペラ４との間には、下側ケース７２の上壁部７２ｂにガード部７２１が一体的に設けられている。ガード部７２１は、軸線Ｌに平行であってインペラ４の外周縁に沿って湾曲する湾曲面を有する板状で、上端部が受動部２２の下端部に接触しない長さに設定されている。そのため、切換弁２０がインペラ４に向かって揺動すると、受動部２２がそのガード部７２１を越えることができる。つまり、切換弁２０はガード部７２１に接触することなく揺動することができる。

また、切換弁２０の受動部２２の下端部は、インペラ４の連結部４３に接触しないように設定されている。そのため、切換弁２０がインペラ４に向かって揺動すると、受動部２２がそのインペラ４の外周縁を越えることができる。つまり、切換弁２０は、ガード部７２１に加えて、インペラ４にも接触することなく揺動することができる。

このように、このポンプ２では、切換弁２０が環状流路６３に配置され、従来のようにその環状流路６３からさらに外方に専用の収容空間が不要となるため、その分だけポンプ室６のサイズが小さくなり、それによりポンプ全体の小型化が実現されている。

なお、切換弁２０が環状流路６３に配置されるとは、図１に示すように、切換弁２０の支持軸部２３とインペラ４の回転中心との距離ｄ１が、好ましくはインペラ半径ｄ２の約２倍以下、より好ましくは約１．５倍以下にある構成に相当し、この範囲にあると、ポンプ室６の小型化が顕著となる。

次に、ポンプ２の動作について説明する。インペラ４は、モータ１６の正転時に、図１の矢印Ｒ１の方向に正転し、モータ１６の反転時に矢印Ｒ２の方向に反転する。インペラ４の正転時、水は、インペラ４の吸水作用によって、吸水口１０からインペラ４の上側の開口部を介して各羽根部４２へ吸水される。インペラ４に吸水された水は、各羽根部４２によって、底壁部４１と連結部４３との間を通り、羽根部４２から受ける押圧力と遠心力とを合成した方向に吐出される。インペラ４から吐出された水は、側壁部７１ａに当たって環状流路６３を矢印Ｒ１の方向に流れる水流Ｆ１となり、第二吐出口１４から排出される。このとき、切換弁２０は、受動部２２が水流Ｆ１に押圧されるため、矢印Ｒ３の方向に揺動し、弁本体部２１が第一吐出口１２を閉塞する。これにより、インペラ正転時、水は第二吐出口１４からのみ排水される。

反対に、インペラ反転時、水は、正転時と同様にインペラ４によって軸線方向に吸水されて、羽根部４２から受ける押圧力と遠心力とを合成した方向に吐出されるが、矢印Ｒ２の方向の水流Ｆ２となる。このとき、切換弁２０は、受動部２２が水流Ｆ２に押圧されるため、矢印Ｒ４の方向に揺動し、弁本体部２１が第一吐出口１２を開放する。これにより、インペラ反転時は、水は主として第一吐出口１２から排出されるが、第二吐出口１４は開放されたままのため、ここからも少量の水が排出される。

ところで、インペラ正転時の切換弁２０は、より詳しくは、図４に示すように、水流Ｆ１と共に、インペラ４から吐出されたほぼ半径方向の水流Ｆ３も受動部２２を押圧する。水流Ｆ１と水流Ｆ３とは、共に受動部２２のインペラ４側の面を押圧するため、弁本体部２１が第一吐出口１２を閉塞する押圧力が十分に確保され、確実に閉塞することができる。

反対に、インペラ反転時の切換弁２０においては、図５に示すように、水流Ｆ２と支流Ｆ３とが受動部２２を押圧し、水流Ｆ３は、受動部２２のインペラ側の面を押圧するのに対して、水流Ｆ２は受動部２２の反対側の面を押圧する。そのため、一見すると、これら水流Ｆ２の水圧と水流Ｆ３の水圧とが相殺されて第一吐出口１２が十分に開放されず不安定な挙動となるように見受けられるが、本例では、ガード部７２１によって水流Ｆ３が減衰されているため、水流Ｆ３と水流Ｆ２との水圧が釣り合ったり、水流Ｆ３の水圧が水流Ｆ２の水圧よりも大きくなることはない。そのため、インペラ反転時に、切換弁２０は、矢印Ｒ４の方向に確実に揺動して、第一吐出口１２を開放することができる。

また、水流Ｆ３の水圧が水流Ｆ２の水圧と同等かもしくは大きくならないのは、受動部２２がインペラ４の真横に位置するのではなくインペラ４の上方に位置することで、水流Ｆ３が真面に受動部２２に作用しないことも起因している。

このように、このポンプ２は、切換弁２０の開閉動作の信頼性を損なうことなく、上述のように小型化を実現している。

ところで、切換弁２０およびガード部７２１が環状流路６３に配置されることにより、水流Ｆ１及び水流Ｆ２の抵抗となるが、環状流路６３の流路断面積に対して切換弁２０及びガード部７２１が十分に小さいことや、ガード部７２１がインペラ外周縁に沿って湾曲する湾曲面を有すること等から、その流水抵抗によってポンプ特性には実質的に影響しない。また、ガード部７２１は、開放時に弁本体部２１が当接することで、切換弁２０の揺動を規制するストッパーの役割も果たしているが、このストッパーに関しては、ガード部７２１に限定されるものではなくバネ等の他の手段によっても実現できる。

次に、上述した実施形態の変形例について説明する。上述したポンプ２は、切換弁２０の受動部２２がインペラ４の上方を揺動するが、インペラ４の下方を揺動するようにしても同様の効果が得られる。この場合、図６に示すように、切換弁２０の受動部２２と切欠き部２４とを上下反対にして、インペラ４と上壁部７２ａとの間にその受動部２２が入る程度の隙間をあけ、ガード部７２１を上側ケース側に設けることで実現できる。さらに、これら受動部２２がインペラ４の上方又は下方を揺動する位置関係に代えて、図７に示すように、インペラ４の真横に位置するようにすることもできる。この場合、切換弁２０の揺動角度を小さく設定するか、もしくは切換弁２０とインペラ４とを離して切換弁２０の最大開放時にインペラ４に接触しないようにするとよい。

上述したポンプ２は、切換弁２０に切欠き部２４を有しているが、図示省略するが、切欠き部２４を省略することもできる。この場合、受動部２２がガード部７２１を越えることができないので、切換弁２０の揺動角度を小さく設定するか、もしくは切換弁２０とガード部７２１とを十分に離して切換弁２０の最大開放時に受動部２２がガード部７２１に接触しないようにするとよい。

上述したポンプ２はガード部７２１を設けているが、これを省略して受動部２２がインペラ４の上方又は下方を揺動するだけの構成としてもよい。この場合、ガード部７２１によって水流Ｆ３を減衰させることができないが、水流Ｆ３が真面に受動部２２に作用しないことに起因して、水流Ｆ３の水圧が水流Ｆ２の水圧と同等かもしくは大きくならない関係を実現している。それでも水流Ｆ３の影響が大きい場合は、インペラ４の回転数を下げたり、インペラ４と受動部２２との距離を大きくする等により調整するとよい。

上述したポンプ２は、切換弁２０に対する水流Ｆ３の影響を小さくするために、ガード部７２１を設ける構成と、インペラ４の上方又は下方を揺動する構成の少なくとも一方を採用しているが、何れの構成とも設けないようにすることもできる。この場合も、水流Ｆ３の水圧が小さくなるように、インペラの回転数を下げたり、できるだけ切換弁２０とインペラ４との距離を大きくすることで実現できる。

上述のポンプ２の切換弁２０の駆動方式は、水流の水圧を利用した方式であるが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁アクチュエータを用いた方式でもよい。

以上、本発明に係るポンプの実施形態について説明したが、これらは一例であって、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、種々変更することができる。

本発明の一実施形態に係るポンプであって、図２に示すポンプを切断線Ｂ−Ｂにて切断した縦断面図。図１のポンプを切断線Ａ−Ａにて切断した横断面図。図１に示すポンプにおける切換弁を要部とする斜視図。図１に示すポンプにおける切換弁の一動作形態を示す要部平面図。図１に示すポンプにおける切換弁の他の動作形態を示す要部平面図。図１に示すポンプにおける切換弁及びガード部を変形させた第一変形例を示す要部縦断面図。図１に示すポンプにおける切換弁及びガード部を変形させた第二変形例を示す要部縦断面図。

符号の説明

２ポンプ
４インペラ
６ポンプ室
６１インペラ室
６２モータ室
１０吸水口
１２第一吐出口
１４第二吐出口
２０切換弁
２１弁本体部
２２受動部
２４切欠き部
７１上側ケース
７２下側ケース
７２１ガード部

Claims

二つの吐出口を有するポンプであって、
正転及び反転することができると共に、液体を軸線方向に吸水しかつ半径方向に吐出するインペラと、
前記インペラを収容するポンプ室と、
前記ポンプ室外部から内部へ、前記液体を案内する吸水口と、
前記ポンプ室の液体を、前記ポンプ室外部へ案内する第一及び第二吐出口と、
前記第一吐出口を開放または閉塞することにより、前記液体が前記第一吐出口を通過するかどうかを切り換える切換弁と、
を備え、
前記切換弁は、前記インペラと前記インペラの周囲に対向するポンプ室周壁面との間に略円環状に形成される環状流路に配置されることを特徴とするポンプ。
前記切換弁は、前記第一吐出口を閉塞する弁本体部と、前記インペラに対向し前記液体の流れを受ける受動部と、当該切換弁を前記ポンプ室に対して揺動自在に支持する支持軸部とを備え、前記支持軸部が前記環状流路に設けられてなり、
前記切換弁は、前記インペラの正転時に流れる液流に押圧されて前記第一吐出口を閉塞し、前記インペラの反転時に流れる液流に押圧されて前記第一吐出口を開放することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
前記切換弁の前記支持軸部と前記インペラの回転中心との距離は、前記インペラ半径の約２倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
前記切換弁の前記受動部と前記インペラとの間には、前記インペラから前記受動部へ流れる液流を妨げるガードが設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のポンプ。
前記ガードは、前記インペラの外周縁に沿って湾曲する湾曲面を有することを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
前記切換弁は、前記受動部が、前記ガードを越えて前記インペラに接近するように切欠き部を有していることを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ。
前記切換弁は、前記受動部が前記インペラの外周縁を越えて前記インペラの上方または下方を移動することを特徴とする請求項２または６に記載のポンプ。