JP2009299628A - ポンプおよびこれを備えたポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】始動時における自吸性能の向上を図ることができるポンプおよびポンプユニットを提供する。
【解決手段】モータ部とポンプ部が一体化され、吸込流路を介して流体を導入するとともに当該流体を所定の高圧状態で吐出流路へ吐出するポンプであって、上記モータ部は、キャンド型に構成され、上記ポンプ部は、ポンプ室と、このポンプ室内において、シャフトの一端に支持されたカスケードインペラ２２４とを備えて構成され、連通路２２７を介して上記ポンプ室（周辺部環状空間２２１Ｂ）の上位に配置される補助タンク２３をさらに備え、補助タンク２３には、略水平方向に向けて流体を吐出する吐出ポート２３１が設けられているとともに、連通路２２７は、周辺部環状空間２２１Ｂから補助タンク２３へ流体を送り出すための送出通路２２７Ａと、補助タンク２３内の流体を周辺部環状空間２２１Ｂに戻すための戻り通路２２７Ｂとを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ポンプおよびポンプユニットに関し、空気が溶解した液体を比較的高圧で吐出することができるように構成されたものに関する。

水中に微細な気泡を大量に発生させると、この気泡が汚れ等、周囲のものを吸着しながらゆっくりと浮上するという、洗浄作用を発揮することが知られている。また、温湯中にこのような、微細な気泡を発生させると、温浴作用を発揮することも知られている。このような作用を効果的に発揮させるためには、発生させる気泡の大きさを、１０〜５０μｍ径、あるいはそれ以下の微細なものとする必要がある。このような微細な気泡を、特にマイクロバブルと呼ぶことがある。

たとえば、犬等のペットをマイクロバブルを発生させた水中に浸漬すると、体毛や皮膚の洗浄のほか、アトピー性皮膚炎の治癒に効果があることが知られている。この場合、マイクロバブルであるが故に効果があるのは、１０〜５０μｍの微細な気泡があるからこそ、この気泡が水に混じって皮膚に到達することができるからである。

上記のようなマイクロバブルを発生する装置自体は、たとえば、特許文献１に開示されているが、今後、このようなマイクロバブル発生装置を家庭用として用いることが期待されている。すなわち、家庭での効果的な温浴、美容、健康促進、あるいはペット等の洗浄に供することが期待される。このようなマイクロバブル発生装置を構成するためには、空気が溶解した液体を、たとえば、４ｋｇ／ｃｍ²以上の比較的高圧で吐出することができるポンプが必要である。また、このような装置を家庭用に構成するためには、水漏れ等に対する安全性や小型化が求められる。

一方、マイクロバブル発生装置を浴室で使用する場合には、たとえば、あらかじめポンプの吸込側の流路を介してポンプ内に呼び水を注入し、ポンプないし吸込流路内を充水しておくと、ポンプの始動時には、浴槽内の風呂水などをスムーズに吸込むことができる。また、たとえば吸込流路に接続される取水ホースに逆止弁を設けるなどの措置を施しておけば、ポンプを停止して浴槽内の風呂水を空にしても吸込流路ないし取水ホース内の水が抜けることはなく、次回のポンプの始動時にも、風呂水を自吸することができる。

しかしながら、たとえば浴室の清掃時などにおいて、マイクロバブル発生装置を移動させ、あるいは取水ホースを抜いたりすると、吸込流路ないし取水ホース内の水が抜けてしまう。そうすると、ポンプの始動時において、ポンプ内の水がポンプ外へ送り出されるとともに、吸込流路から吸込まれた空気がポンプ内の大部分を占めることになり、自吸することができなくなるといった不都合が生じ得た。

特開２００４−２６１３１４号公報

本発明は上記の事情によって考え出されたものであり、始動時における自吸性能の向上を図ることができるマイクロバブル発生装置用のポンプおよびポンプユニットを提供することをその課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明の第１の側面によって提供されるポンプは、モータ部とポンプ部が一体化され、吸込流路を介して流体を導入するとともに当該流体を所定の高圧状態で吐出流路へ吐出するポンプであって、上記モータ部は、モータケースと、このモータケースの内側に配置されたステータと、このステータの内側に配置された筒状のキャンと、このキャンの内側において回転可能に支持され、シャフトを備えた回転子と、を備えたキャンド型に構成されており、上記ポンプ部は、上記キャンの一端側に配置された隔壁に隣接して形成されたポンプ室と、このポンプ室内において、上記シャフトの一端に支持されたカスケードインペラとを備えて構成されており、連通路を介して上記ポンプ室の上位に配置される補助タンクをさらに備え、上記補助タンクには、上記吐出流路につなげられ、略水平方向に向けて流体を吐出するための吐出口が設けられているとともに、上記連通路は、上記ポンプ室から上記補助タンクへ流体を送り出すための送出通路と、上記補助タンク内の流体を上記ポンプ室に戻すための戻り通路とを含んで構成されていることを特徴としている。

本発明のポンプにおいては、補助タンクとポンプ室とをつなげる連通路は、送出通路および戻り通路が個別に設けられた構成とされている。このため、ポンプの始動時には、カスケードインペラが回転させられると、空気による気泡が混じった水が、動圧を有する状態でポンプ室から送出通路を通じて補助タンク内へと送り出される。補助タンク内では気液分離がなされ、主として気泡（空気）は、吐出口を通じてポンプ外へ排出される一方、主として水は、自重によって戻り通路を通じてポンプ室内へと戻される。すなわち、ポンプ室内は、もとの水の量がほとんど変化しない状態が維持される。これにより、ポンプの始動時に吸込流路内が空気で満たされていたとしても、この空気はポンプ室、送出通路、補助タンク、吐出口を通じてポンプ外へと順次排出されていき、やがて吸込流路の気液境界面が上昇する。そして、吸込流路ないしポンプ室内が水で満たされる状態が生まれ、その後の揚水が可能となる。このようにして、本発明のポンプによれば、始動時における自吸性能を向上させることができ、安定したポンプの運転が実現される。

好ましい実施の形態においては、上記送出通路および戻り通路は、上記カスケードインペラの回転方向に沿って並んで配置され、かつ、上記送出通路は、上記戻り通路に対して上記回転方向の下流側に位置しており、上記吐出口は、上記回転方向の下流側に向けられている。

好ましい実施の形態においては、上記補助タンクと上記送出通路との間には、上記ポンプ室から上記補助タンクへ送り出される流体を上記回転方向の上流側に向かうように方向付けるための送出方向規制部材が介装されている。

好ましい実施の形態においては、上記補助タンクの上部内側には、上記カスケードインペラの軸方向に沿うようにして下方に向かって突出する邪魔板が設けられている。

本発明の第２の側面によって提供されるポンプユニットは、外部に開放する吸込流路および吐出流路を有するベース体と、このベース体に設けられる本発明の第１の側面によって提供されるポンプと、上記ベース体に設けられ、上記ポンプの上記吐出口から吐出された流体を通流させることにより、当該流体に混合する非溶解性の空気を分離して空気抜き弁から排出しつつ空気が溶解した液体を上記吐出流路を介して上記ベース体の外部に排出するように構成された気液分離タンクと、上記ポンプおよび上記気液分離タンクを覆うように上記ベース体に取付けられたカバーと、を備えた、ポンプユニットであって、上記吸込流路には空気取り入れ弁が接続されており、この空気取り入れ弁およびこれにつながる第１の空気流路を介して、上記ベース体と上記カバーとで囲まれた収容空間の外部から上記吸込流路に空気が導入されるように構成されているとともに、上記空気抜き弁から排出された空気が当該空気抜き弁につながる第２の空気流路を介して上記収容空間の外部に排出されるように構成されていることを特徴としている。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図９は、本発明に係るポンプユニットの一例を表す。図１は、ポンプユニットＸの正面図であり、図２は、ポンプユニットＸの平面図である。

図１、図２および図９に示すように、ポンプユニットＸは、ベース体１と、ポンプ２と、気液分離タンク３と、カバー４と、制御電源部５とを備え、例えば家庭の浴室などに設置するのに適したマイクロバブル発生装置を構成するものである。なお、ポンプユニットＸの内部構造を示すために、図１においてはカバー４を仮想線で表し、図２においてはカバー４の記載を省略している。また、図１および図２において、制御電源部５の記載を省略している。

ベース体１は、ポンプユニットＸの他の構成部材を載置するための土台となる部材であり、たとえばＡＢＳ樹脂の金型成形により形成されたものである。ベース体１には、吸込流路および吐出流路としての配管Ｌ１，Ｌ２が取り付けられている。配管Ｌ１は、その一端Ｌ１ａがベース体１の外部に開放するとともに他端がポンプ２の流入ポート２２６に接続されており、風呂水などをポンプ２に導くためのものである。配管Ｌ２は、図８によく表れているように、その一端Ｌ２ａがベース体１の外部に開放しており、他端が気液分離タンク３に接続されている。

ポンプ２は、たとえば防振性能を有する支持部材１１を介して、ベース体１上に固定状態で設けられている。ポンプ２は、図３または図４によく表れているように、モータ部２１と、ポンプ部２２と、補助タンク２３とを一体に備える。モータ部２１は、キャンド型に形成されており、モータケース２１１と、このモータケース２１１の内側に配置されたステータ２１２と、このステータ２１２の内側に配置されたキャン２１３と、このキャン２１３の内側において、回転可能に支持された回転子２１４とを有する。

モータケース２１１は、有底円筒状に形成されており、たとえば、アルミニウム等の金属製である。キャン２１３は、筒部２１３Ａと、この筒部２１３Ａの一端を塞ぐように形成された底部２１３Ｂと、筒部２１３Ａの他端に形成された外向フランジ部２１３Ｃとを備えて大略構成されており、外向フランジ部２１３Ｃの外周部をモータケース２１１の開口部に芯合わせ嵌合させられて、モータケース２１１に組み付けられる。ステータ２１２は、モータケース２１１の内壁と、キャン２１３の筒部２１３Ａとの間の空間に配置された電磁コイルからなる。回転子２１４は、シャフト２１４Ａと、このシャフト２１４Ａに対してブラケット２１４Ｂを介して支持されたマグネット２１４Ｃとを備える。これにより、モータ部２１には、ブラシレスＤＣモータが形成される。マグネット２１４Ｃは、プラスチックマグネットを採用することがモータ部の軽量化に寄与するために好適であり、図に示す実施形態では、シャフト２１４Ａを取り囲む環状に配置されている。ポンプ２の運転時においては、ステータ２１２には、制御電源部５から駆動電力が供給される。この駆動電力は、たとえば回転子２１４の回転位置を検出可能なホールＩＣなどのセンサ（図示略）からの出力信号に応じて、制御電源部５の駆動制御回路により向きおよび強さが制御される。これにより、ステータ２１２においては、回転子２１４を回転駆動するための磁界を発生させることが可能となっている。

キャン２１３の筒部２１３Ａの他端には、ケーシング２２２が芯合わせ状に嵌合させられている。シャフト２１４Ａは、その一端部がキャン２１３の底部２１３Ｂに支持された第１のベアリング２５１により、他端部がケーシング２２２に設けた第２のベアリング２５２により、それぞれ回転可能に支持されている。なお、このシャフト２１４Ａの一端部の端面には、たとえばマイナスドライバ等の工具と係合する工具係合手段２１４ｇが形成されている。

第１のベアリング２５１は、シャフト２１４Ａの軸方向の相対移動を許容するすべり軸受によって構成されており、キャン２１３の底部２１３Ｂにねじ手段によって取り付けられた筒状支持部材２１５の内面に嵌合保持されている。また、この筒状支持部材２１５ないし第１のベアリング２５１は、シャフト２１４Ａと環状に配置されたマグネット２１４Ｃとの間の空間に配置されている。これにより、モータ部２１の軸方向のコンパクト化を図ることができる。また、第２のベアリング２５２は、第１のベアリング２５１と同じく、シャフト２１４Ａの軸方向の相対移動を許容するすべり軸受によって構成されており、ケーシング２２２に貫通状に形成された筒状ホルダ２２２Ａの内面に嵌合保持されている。このような構成により、回転子２１４は、そのシャフト２１４Ａが第１および第２のベアリング２５１，２５２により、回転可能かつ軸方向移動可能に支持される。なお、第１のベアリング２５１を支持する筒状支持部材２１５には、直径方向に貫通する複数の流通孔２１５ａが形成されているとともに、回転子２１４におけるマグネット２１４Ｃの一端部には、攪拌羽根２１４Ｄが設けられている。これら、流通孔２１５ａと攪拌羽根２１４Ｄの意義については、後述する。

筒状支持部材２１５は、キャン２１３の底部２１３Ｂを貫通するようにしてねじ手段によって取り付けられているとともに、軸方向の貫通孔２１５ｂを備える。この軸方向貫通孔２１５ｂはまた、着脱可能なプラグ２１６によって封鎖されている。これにより、たとえば、カスケードインペラ２２４がポンプ室２２１内でロック状態となったとしても、ポンプ部２２やモータ部２１を分解するまでもなく、プラグ２１６を外し、筒状支持部材２１５の軸方向貫通孔２１５ｂから挿入したマイナスドライバ等の工具をシャフト２１４Ａの一端に形成した工具係合手段２１４ｇに係合してシャフト２１４Ａを強制的に回転させることにより、上記のロック状態を容易に解除することができる。

ポンプ室２２１は、ケーシング２２２と、このケーシング２２２に対して芯合わせ嵌合されたポンプ室カバー２２３とによって囲まれた空間によって形成されている。このポンプ室２２１には、回転子２１４のシャフト２１４Ａの他端部が延入させられている。シャフト２１４Ａの延入部２１４ｅには、カスケードインペラ２２４が相対回転不能かつ軸方向相対移動可能に支持されている。すなわち、シャフト２１４Ａの延入部２１４ｅは、先端部にわたって一定の外径を有しているとともに、カスケードインペラ２２４の中心ボス部２２４Ａの中心孔２２４ｄもまた、シャフト２１４Ａの延入部２１４ｅの外径に対してわずかに大きい、軸方向について一定内径を有している。そうして、シャフト２１４Ａの外周には、軸方向の端壁を有するキー溝２１４ｆが形成されているとともに、カスケードインペラ２２４の中心ボス部２２４Ａの中心孔２２４ｄには、その軸方向の端部に開放するキー溝２２４ｅが形成されており、これらのキー溝２１４ｆ，２２４ｅの双方に嵌合するキー２２５が装着されている。ただし、このキー２２５の軸方向長さは、シャフト２１４Ａに設けたキー溝２１４ｆよりも短くなっている。これにより、カスケードインペラ２２４は、シャフト２１４Ａに対して相対回転不能であり、かつ、シャフト２１４Ａに設けたキー溝２１４ｆの長さとキー２２５の長さの差が許容する範囲内で、シャフト２１４Ａに対して軸方向に相対移動可能となる。

カスケードインペラ２２４は、中心ボス部２２４Ａと、この中心ボス部２２４Ａから半径方向外方に延出するディスク部２２４Ｂと、このディスク部２２４Ｂの外周に形成されたインペラ部２２４Ｃとを備えている。一方、ポンプ室２２１は、カスケードインペラ２２４における中心ボス部２２４Ａを収容する中心部空間２２１Ａと、インペラ部２２４Ｃを収容する周辺部環状空間２２１Ｂとを備える。カスケードインペラ２２４におけるディスク部２２４Ｂは、ケーシング２２２とポンプ室カバー２２３とに形成された規制壁２２２ｂ，２２３ａによって僅かなすきまを介して挟まれている。上記したように、このカスケードインペラ２２４は、シャフト２１４Ａに対して軸方向に相対移動可能であるが、上記の規制壁２２２ｂ，２２３ａによって、シャフト２１４Ａの軸方向への絶対的な移動が規制される。

ポンプ室２２１における中心部空間２２１Ａと、周辺部環状空間２２１Ｂとは、カスケードインペラ２２４のディスク部２２４Ｂとこれを挟む規制壁２２２ｂ，２２３ａとの間のすきまを介して連通させられている。また、カスケードインペラ２２４のディスク部２２４Ｂには、これを厚み方向に貫通する循環孔２２４ｆが形成されている。ケーシング２２２には、キャン２１３の内部空間とポンプ室２２１とを連通させる貫通孔２２２ｃが形成されている。

図４に表れているように、周辺部環状空間２２１Ｂには、流入ポート２２６と、連通路２２７とが連通させられている。図１に表れているように、流入ポート２２６には、上記した配管Ｌ１の他端部が接続されており、この配管Ｌ１には、分岐部を介して、第１の空気流路としての配管Ｌ３と空気取り入れ弁６とが接続されている。配管Ｌ３は、空気をポンプ２に導入するためのものであり、その端部はベース体１の下方において外部に開放している。空気取り入れ弁６は、配管Ｌ３の途中に設けられ、ポンプ２の運転時に外部の空気を調整可能に設定された所定の流量で配管Ｌ１側に取り入れる一方、その逆流を防止するように構成されている。このような空気取り入れ弁６は、たとえばニードルバルブ６１と逆止弁６２とを含む構成とすることができる。

連通路２２７は、図４および図５に表れているように、周辺部環状空間２２１Ｂと、この周辺部環状空間２２１Ｂの上位に配置された補助タンク２３とをつなぐためのものであり、周辺部環状空間２２１Ｂから補助タンク２３へ流体を送り出すための送出通路２２７Ａと、補助タンク２３内の流体を周辺部環状空間２２１Ｂに戻すための戻り通路２２７Ｂとを有している。送出通路２２７Ａおよび戻り通路２２７Ｂは、カスケードインペラ２２４の回転方向に沿って並ぶように配置されている。送出通路２２７Ａと戻り通路２２７Ｂとは、垂直方向に延びる仕切壁２２７Ｃによって仕切られており、送出通路２２７Ａは、戻り通路２２７Ｂに対して上記回転方向の下流側Ｙ１に位置している。送出通路２２７Ａおよび戻り通路２２７Ｂは、それぞれ、水平方向の断面積が、周辺部環状空間２２１Ｂから補助タンク２３に向かうにつれて大きくなるように形成されている。このような構成の連通路２２７は、たとえば合成樹脂によりケーシング２２２と一体成形される。

このような構成により、ポンプ２の定常運転時には、流入ポート２２６に水と空気とが適切な割合で混じり合った気液混相流体が流入させられる。流入ポート２２６からポンプ室２２１内に導入された気液混相流体は、インペラ部２２４Ｃの回転にともなって周辺部環状空間２２１Ｂを移動する間に圧力を付与され、連通路２２７から補助タンク２３へ送出させられる。

補助タンク２３は、略直方体状の内部空間を有し、かつ下部に開口２３ａを有する箱体とされており、その適部をボルトによって連通路２２７の上部に連結されている。補助タンク２３は、吐出ポート２３１と、邪魔板２３２とを備えている。

吐出ポート２３１は、補助タンク２３内の流体を略水平方向に向けて吐出するためのものであり、補助タンク２３の側壁からカスケードインペラ２２４の回転方向の下流側Ｙ１に向けて設けられている。

邪魔板２３２は、補助タンク２３の上部内側において、下方に向かって突出するように設けられている。また、邪魔板２３２は、図４、図５および図７から理解できるように、カスケードインペラ２２４の軸方向に沿って形成されており、邪魔板２３２と側壁との間には、流体の通過を許容する溝部２３３が設けられている。補助タンク２３の上部にはまた、呼び水注入口２３４が設けられ、この呼び水注入口２３４は、キャップ２３５によって閉止されている。

補助タンク２３と連通路２２７の上部との間には、Ｏリングが介装されており、連通路２２７ないし補助タンク２３の内部空間と外部との水密シールがなされている。

図５および図６に表れているように、補助タンク２３と連通路２２７の上部との間にはまた、網目プレート２４が介装されている。網目プレート２４は、たとえばエキスパンドメタルによって構成されており、網を構成する部分２４１が、垂直上向きに向かうほどカスケードインペラ２２４の回転方向の上流側Ｙ２へ変位するように傾斜させられている。これにより、周辺部環状空間２２１Ｂ（ポンプ室２２１）から送出通路２２７Ａ（連通路２２７）を通じて補助タンク２３へ送り出される流体は、網目プレート２４の網目の隙間２４２を通過することにより、カスケードインペラ２２４の回転方向の上流側Ｙ２に向かうように方向付けられる。このような構成の網目プレート２４は、本発明でいう送出方向規制部材に相当するものである。網目プレート２４は、補助タンク２３の内側に突出形成された押さえ部２３６によって連通路２２７の上部に押さえ付けられており、水流による補助タンク２３内への移動が防止されている。

上記したように、キャン２１３は、モータケース２１１に対して芯合わせ状態に嵌合させられ、ケーシング２２２は、キャン２１３に対して芯合わせ状態に嵌合させられ、ポンプ室カバー２２３は、ケーシング２２２に対し芯合わせ状態に嵌合させられている。これらモータケース２１１、キャン２１３、ケーシング２２２およびポンプ室カバー２２３の相互の固定は、樹脂製の連結部材２６１を介して行われている。すなわち、図３に表れているように、連結部材２６１は、概して筒状をしており、その適部をボルト２７１によってモータケース２１１の端部に固定される一方、その適部をボルト２７２によってポンプ室カバー２２３に連結されている。この連結部材２６１とキャン２１３との間、この連結部材２６１とケーシング２２２との間、およびこの連結部材２６１とポンプ室カバー２２３との間には、それぞれ、Ｏリングが介装され、ポンプ室２２１ないしキャン２１３の内部空間と外部との間の水密シールがなされている。このような構成により、モータケース２１１に対して連結された連結部材２６１に重ねるようにして、ケーシング２２２を嵌め込み、シャフト２１４Ａの延入部２１４ｅにカスケードインペラ２２４を取り付け、最後にポンプ室カバー２２３をはめ込んだ後、このポンプ室カバー２２３と連結部材２６１とを連結することにより、簡便に組み付けることができる。また、連結部材２６１は樹脂製であることから、ポンプ２全体の軽量化にも大きく寄与する。

気液分離タンク３は、ベース体１上に固定状態で設けられており、より具体的には、図１および図８に表れているように、ベース体１のうちポンプ２が載せられた面１ａよりも低位にある面１ｂ上に設けられている。気液分離タンク３は、大略円筒形の密閉容器状とされており、その円筒形の軸心が上下方向に沿う姿勢（いわゆる縦置き）で配置されている。気液分離タンク３において、上部側面には配管Ｌ４が接続され、下部側面には配管Ｌ２が接続され、上端面には空気抜き弁７が接続されている。配管Ｌ４の端部は、ポンプ２の吐出ポート２３１に接続されている。また、配管Ｌ４には、この配管Ｌ４内を通過する流体の圧力（静圧）を検出しこれを電気信号として取り出す圧力センサ８が接続されている。圧力センサ８としては、たとえば機械式や薄膜式のものを採用することができる。圧力センサ８からの出力信号は、制御ケーブル（図示略）を介して制御電源部５に伝送されるように構成されている。空気抜き弁７には、第２の空気流路としての配管Ｌ５が接続されており、この配管Ｌ５の端部は、ベース体１の下方において外部に開放している。

ポンプ２から気液混相流体が吐出されると、当該流体は、配管Ｌ４を介して気液分離タンク３に導入される。この気液混相流体は、圧力が高められているため、その圧力下で空気が飽和状態に溶解した液体（たとえば風呂水）と、この液体に溶けきれない非溶解性の空気とが混ざり合うものとなっている。気液分離タンク３においては、流入した気液混相流体は下降するが、その過程で非溶解性の空気が気液分離タンク３内の上部に溜まり、空気が溶解した液体のみが配管Ｌ２に導出される。そして、当該液体は、高圧状態を維持したままポンプユニットＸの外部に排出される。一方、気液分離タンク３の上部に溜まる空気は、一定量に達すると空気抜き弁７が開き、配管Ｌ５を介してポンプユニットＸの外部に放出される。

カバー４は、ポンプ２、気液分離タンク３、およびこれらにつながる配管類を覆うようにして、ベース体１に取り付けられている。具体的には、カバー４とベース体１との間には、図示しないシール機構が介装され、また、ベース体１とベース体１の外部において開放される配管類との間はポティング処理により封止されている。これにより、ベース体１とカバー４とによって囲まれた収容空間は気密状態とされている。

上記ベース体１とカバー４とで囲まれた収容空間の適所には、図示しない温度センサが設けられている。温度センサとしては、たとえばサーミスタを採用することができる。温度センサからの出力信号は、図示しない制御ケーブルを介して制御電源部５に伝送される。

制御電源部５は、ポンプ２に駆動電力を供給するためのものであり、センサ類からの電気信号に応じて駆動電力を制御する駆動制御回路を備える。制御電源部５とポンプ２ないしセンサ類とは、キャブタイヤケーブル９を介して接続されており（図９参照）、このキャブタイヤケーブル９は、ポンプ２への電力供給用の給電ケーブル、およびセンサ類との電気信号伝送用の制御ケーブルを内装している。駆動制御回路は、ポンプ２の回転数制御や異常時の運転停止などを含む駆動制御全般を担うものである。本実施形態においては、ポンプ２の回転数は、たとえばポンプ２の仕様に応じて設定された略一定値となるように制御される。ポンプ２の運転停止については、たとえば、温度センサによる検出値が所定範囲から外れた場合に、ポンプ２への給電を停止する構成とされている。

また、ポンプユニットＸには、転倒スイッチやフロートスイッチを適宜設けてもよい。転倒スイッチは、たとえば、ポンプユニットＸが所定の角度傾いた場合に、上記収容空間に設けられたポテンショメータなどの位置センサ（図示略）の検知によりポンプ２への給電を停止するように構成される。フロートスイッチは、たとえば、ポンプユニットＸが水没するなどして上記収容空間に水が浸入して所定の水位に達した場合に、上記収容空間に設けられたフロート機構（図示略）の検知によりポンプ２への給電を停止するように構成される。

ベース体１の下部側面には、ポンプの運転のＯＮ−ＯＦＦを切り替えるための運転スイッチ１２と、ポンプの運転状態を表示するための表示ランプ１３とが設けられている。表示ランプ１３は、たとえば、正常運転時には点灯させられる一方、運転状態が異常であると検出された場合には、その異常状態に応じて、異なった回数で間欠的に点滅させるなどして異なった表示を行うように構成されている。このような表示ランプ１３としては、２色発光型のＬＥＤランプを用いることができる。これによれば、種々な運転状態に応じて、色分けによっても異なった表示を行うことができ、種々の運転状態、あるいは異常状態を素早く認識することができる。

次に、上記構成のポンプ２およびポンプユニットＸの作用について、説明する。

ポンプユニットＸは、家庭用のマイクロバブル発生装置として使用するに際し、たとえば、配管Ｌ１には風呂水などを取り込むための図示しない取水ホースが接続され、配管Ｌ２には高圧状態の液体を浴槽内に導くための図示しない導出ホースが接続される。また、概して、上記取水ホースないし配管Ｌ１にはポンプ２内への異物の混入を防止するためのフィルターが設けられ、上記導出ホースの先端にはノズルが設けられる。ポンプユニットＸの使用に際しては、たとえば上記取水ホースおよび配管Ｌ１を介して、ポンプ２のポンプ室２２１内にあらかじめ呼び水を注入しておく。なお、ポンプユニットＸは、浴室内の浴槽近傍に設置されるが、制御電源部５については、安全面から浴室外に設置される。

ポンプユニットＸの運転時には、運転スイッチ１２をＯＮにすると、ポンプ２においては、ステータ２１２にＤＣ電流が流れ、これによって生じる電磁力により回転子２１４が回転させられ、カスケードインペラ２２４が回転させられる。

本実施形態においては、ポンプ２には補助タンク２３が設けられており、周辺部環状空間２２１Ｂ（ポンプ室２２１）と補助タンク２３とをつなげる連通路２２７は、送出通路２２７Ａおよび戻り通路２２７Ｂが個別に設けられた構成とされている。このため、ポンプ２の始動時には、カスケードインペラ２２４が回転させられると、空気による気泡が混じった水が、動圧を有する状態でポンプ室２２１から送出通路２２７Ａを通じて補助タンク２３内へと送り出される。補助タンク２３内では気液分離がなされ、主として気泡（空気）は、吐出ポート２３１を通じてポンプ２外へ排出される一方、主として水は、自重によって戻り通路２２７Ｂを通じてポンプ室２２１内へと戻される。すなわち、ポンプ室２２１内は、もとの水の量がほとんど変化しない状態が維持される。これにより、ポンプ２の始動時に配管Ｌ１内が空気で満たされていたとしても、この空気はポンプ室２２１、送出通路２２７Ａ、補助タンク２３、吐出ポート２３１を通じてポンプ２外へと順次排出されていき、やがて配管Ｌ１の気液界面が上昇する。そして、配管Ｌ１ないしポンプ室２２１内が水で満たされる状態が生まれ、その後の揚水が可能となる。このようにして、本実施形態によれば、始動時における自吸性能を向上させることができ、安定したポンプ２の運転が実現される。

本実施形態においては、図５を参照して上述したように、送出通路２２７Ａおよび戻り通路２２７Ｂは、カスケードインペラ２２４の回転方向に沿って並んで配置されており、送出通路２２７Ａは、戻り通路２２７Ｂに対して上記回転方向の下流側Ｙ１に位置している。これにより、ポンプ２の始動時には、慣性力を有する水と空気の混合流体が送出通路２２７Ａから効率よく上位の補助タンク２３へと送出されるとともに、水については、自重により戻り通路２２７Ｂを介してポンプ室２２１へと戻される。すなわち、送出通路２２７Ａおよび戻り通路２２７Ｂを上記配置とすることにより、ポンプ室２２１から送り出された流体が補助タンク２３を経由して、再びポンプ室２２１に効率よく戻るための循環路が形成されることになる。したがって、ポンプ２の始動時には、この循環路によって、ポンプ室２２１から補助タンク２３に到達した水については、ほぼ確実にポンプ室２２１に戻される。一方、吐出ポート２３１は、上記回転方向の下流側Ｙ１に向けられている。このため、補助タンク２３内へ送出された混合流体は、一気に吐出ポート２３１側に流れ込むことはなく、補助タンク２３内において短時間滞留し、効率よく気液分離がなされる。したがって、かかる構成は、ポンプ２の自吸性能を向上させるうえで好適である。

また、吐出ポート２３１は、補助タンク２３の側壁から略水平方向に向けて設けられている。これにより、補助タンク２３を具備する構成を採用しつつ、高さ方向の寸法を比較的低く抑えることができ、ポンプ２の小型化に寄与する。

本実施形態においては、図５および図６を参照して上述したように、補助タンク２３と送出通路２２７Ａとの間には、網目プレート２４が介装されており、網目プレート２４を通過して補助タンク２３へ送り出される流体は、上記回転方向の上流側Ｙ２に方向付けられる。したがって、送出通路２２７Ａから吐出ポート２３１までの流体の移動経路を長くとることができ、ポンプ２の始動時においては、補助タンク２３内での混合流体の気液分離の効率向上に寄与する。

本実施形態においては、補助タンク２３の上部内側には、カスケードインペラ２２４の軸方向に沿うようにして下方に向かって突出する邪魔板２３２が設けられている。これにより、ポンプ２の始動時においては、補助タンク２３内へ送り出された混合流体が邪魔板２３２に衝突することによって流速が減少し、その結果、混合流体の気液分離の効率向上に寄与する。また、たとえば吐出ポート２３１の先端が下がるよう若干傾斜させられた場合には、補助タンク２３内へ送出される混合流体は吐出ポート２３１に向かいやすくなる。このような場合でも、邪魔板２３２の作用によって混合流体の気液分離が適切になされ、水については、戻り通路２２７Ｂ側へ下降させられ、空気については、邪魔板２３２と補助タンク２３の側壁との間の溝部２３３を通過して吐出ポート２３１へ吐出させられる。

ポンプ２の定常運転時においては、回転子２１４のシャフト２１４Ａは、上記したように、第１および第２のベアリング２５１，２５２に対し、軸方向相対移動可能であるが、ステータ２１２とマグネット２１４Ｃとの間に作用する電磁力により、常に、軸方向の定位置をとろうとする。また、シャフト２１４Ａが軸方向に移動できることにより、回転子２１４におけるマグネット２１４Ｃやその他の部材の質量偏りに起因して、回転子２１４の回転中に軸方向の振動が生じても、この振動がなんらキャン２１３やケーシング２２２に作用することがない。したがって、モータ部２１の動作中、不要な振動が発生したり、また、これに起因して回転子２１４の回転を阻害する抵抗が発生することもなく、回転子２１４のスムーズな回転を維持することができる。

また、シャフト２１４Ａに対し、カスケードインペラ２２４が軸方向相対移動可能となっているので、回転中、かりにシャフト２１４Ａに軸方向の振動が生じたとしても、この振動がカスケードインペラ２２４に伝達されることもない。したがって、シャフト２１４Ａの軸方向の振動に起因して、カスケードインペラ２２４のディスク部２２４Ｂがこれを挟む規制壁２２２ｂ，２２３ａにスラスト力を作用させることもない。したがって、カスケードインペラ２２４の回転を阻害する抵抗が発生することもない。

このようなことから、上記構成のポンプ２においては、ポンプ部２２におけるカスケードインペラ２２４の高速かつ円滑な回転が実現され、その結果、吐出ポート２３１から、気液混相流体を比較的高圧で吐出させることができる。このようなカスケードインペラ２２４の高速かつ円滑な回転が可能な構成によれば、ポンプ２の小型化を図ることができ、延いてはこのポンプ２を備えるポンプユニットＸの小型化が達成される。

加えて、カスケードインペラ２２４のディスク部２２４Ｂに循環孔２２４ｆが形成され、かつ、ケーシング２２２に貫通孔２２２ｃが形成されて、ポンプ室２２１とキャン２１３の内部空間が連通させられているので、つねにポンプ室２２１の流体がキャン２１３の内部を循環させられる。これにより、動作中、モータケース２１１内が適度に冷却させられ、長時間の連続運転が可能となる。なお、このような冷却作用は、上記したように、回転子２１４のマグネット２１４Ｃの端部に攪拌羽根２１４Ｄが設けられており、かつ、第１のベアリング２５１を保持するための筒状支持部材２１５にも直径方向に貫通する流通孔２１５ａが形成されていることにより、キャン２１３の内部の流体が強制循環させられることから、より効率的に行われる。

もとより、ポンプ２のモータ部２１は、キャンド型となっているので、水濡れに対して安全である。

ポンプ２の定常運転時には、吐出ポート２３１から高圧で吐出された気液混相流体は、配管Ｌ４を介して気液分離タンク３を通過することにより、非溶解性の空気が除去され、空気が飽和状態に溶解した液体のみが、高圧状態を維持したまま配管Ｌ２を介してポンプユニットＸの外部に吐出される。ここで、上記空気が飽和状態に溶解した液体の最終的な圧力は、たとえば４ｋｇ／ｃｍ²程度である。この場合、ポンプ２における回転子２１４の回転数は、たとえば２，９００ｒｐｍ程度とほぼ一定に維持され、配管Ｌ２からの上記液体の吐出量（流量）は８．５ｌ／ｍｉｎ、配管Ｌ３を介してポンプ２に吸入される空気の量は０．５ｌ／ｍｉｎである。

ポンプユニットＸの外部に吐出された上記液体は、上記導出ホースおよびノズルを介して浴槽の風呂水中に放出される。この放出の際に上記液体は急激に減圧し、この液体に溶け込んでいた空気が一気に乳白色のマイクロバブル（平均径１０〜５０μｍまたはそれ以下の微細な気泡）となって出現する。

また、ポンプユニットＸにおいて、気液混相流体を形成するべくポンプ２に導入される空気については、ベース体１とカバー４とで囲まれた収容空間の外部から配管Ｌ３を介してポンプ２に導入され、余分な空気が気液分離タンク３から空気抜き弁７および配管Ｌ５を介して上記収容空間の外部に排出される。したがって、上記収容空間が気密状態とされていても、ポンプ２へ送るための空気の採取や気液分離タンク３からの空気の放出が上記収容空間の外部において行われるので、上記収容空間の圧力を略一定に保つことができる。

ポンプユニットＸを含むマイクロバブル発生装置の使用にともなって、ポンプ２の吸込側（たとえば上記取水ホースないし配管Ｌ１に設けられたフィルター）あるいは吐出側（たとえば上記導出ホースに設けられたノズル）にゴミ等の異物が詰まる場合がある。ポンプ２の吸込側において流路の一部が詰まった場合には、ポンプ２の回転数が一定であると、ポンプ室２２１ないし配管Ｌ１内の絶対圧力が小さくなり、配管Ｌ３を介してポンプ２に吸入される空気の量が増加する。そうすると、圧力センサ８による検出圧力が低下し、たとえば適正値として設定された３．５〜４．２ｋｇ／ｃｍ²の範囲を下回る事態が生じ得る。この場合、気液混相流体の圧力が適正値を下回っていることを表示ランプ１３によって表示するようにしておけば、ニードルバルブ６１の開度を下げて取り込む空気の量を減らすことにより、気液混相流体の圧力を適正値の範囲内におさめることができる。一方、ポンプ２の吐出側において流路の一部が詰まった場合には、ポンプ２の回転数が一定であると、ポンプ室２２１ないし配管Ｌ１内の絶対圧力が大きくなり、配管Ｌ３を介してポンプ２に吸入される空気の量が減少する。そうすると、圧力センサ８による検出圧力が上昇し、たとえば適正値として設定された３．５〜４．２ｋｇ／ｃｍ²の範囲を超える事態が生じ得る。この場合、気液混相流体の圧力が適正値を超えていることを表示ランプ１３によって表示するようにしておけば、ニードルバルブ６１の開度を上げて取り込む空気の量を増やすことにより、気液混相流体の圧力を適正値の範囲内におさめることができる。

このようにして、ポンプ２の吸込側あるいは吐出側において部分的に異物が詰まるなどして多少の圧力変動が生じても、ポンプ２から吐出される気液混相流体の圧力は、ニードルバルブ６１の開度調整によって適正値の範囲内に維持することができる。したがって、ポンプ２を含めたポンプユニットＸにおいて、安定した運転状態を維持することができる。

一方、たとえば上記フィルターに毛髪が詰まるなどして吸込側の流路が極端に狭まった場合には、ニードルバルブ６１の開度を極力小さくしても吐出側の流体の圧力が適正値の範囲におさまらなくなることが表示ランプ１３によって示されるので、ポンプ２の運転を停止してフィルターの交換あるいは清掃を行えばよい。すなわち、このような構成によれば、フィルターの交換等の時期を知ることができ、ポンプ２に不当な負荷がかかるといった不都合を回避することができる。

また、ポンプユニットＸにおいては、上記温度センサの検出値が設定値以上（たとえば７０℃以上）となった場合にはポンプ２の運転が停止される。したがって、ポンプ２において空運転などによりモータ部２１が過熱状態になってカバー４内の温度が上昇した場合には、ポンプ２が停止する。したがって、空運転などの異常が生じても、ポンプ２の過熱状態が継続することはなく、当該異常に起因してポンプ２が破損するといった不具合を回避するができる。

加えて、ポンプユニットＸにおいては、ポンプ２の運転状態に異常等が生じた場合、ユーザは、異常等の原因を表示ランプ１３によっていち早く知ることできるので、異常状態等を解消するための対策を速やかに講じることができる。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

本発明に係るポンプユニットの一例を示す正面図である。 図１に示すポンプユニットの平面図である。 本発明に係るポンプの一例を示す断面図である。 図３に示すポンプのポンプ室カバーを取り外した状態の正面図である。 図４の要部拡大断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図１に示すポンプユニットの要部拡大縦断面図である。 図１に示すポンプユニットの概略構成図である。

符号の説明

Ｘ ポンプユニット
Ｙ１ （カスケードインペラの回転方向の）下流側
Ｙ２ （カスケードインペラの回転方向の）上流側
１ ベース体
２ ポンプ
３ 気液分離タンク
４ カバー
６ 空気取り入れ弁
７ 空気抜き弁
２１ モータ部
２２ ポンプ部
２３ 補助タンク
２４ 網目プレート（送出方向規制部材）
２１１ モータケース
２１２ ステータ
２１３ キャン
２１４ 回転子
２１４Ａ シャフト
２２１ ポンプ室
２２２ ケーシング（隔壁）
２２４ カスケードインペラ
２２７ 連通路
２２７Ａ 送出通路
２２７Ｂ 戻り通路
２３１ 吐出ポート（吐出口）
２３２ 邪魔板
Ｌ１ 配管（吸込流路）
Ｌ２ 配管（吐出流路）
Ｌ３ 配管（第１の空気流路）
Ｌ５ 配管（第２の空気流路）

Claims (5)

1. モータ部とポンプ部が一体化され、吸込流路を介して流体を導入するとともに当該流体を所定の高圧状態で吐出流路へ吐出するポンプであって、
   上記モータ部は、モータケースと、このモータケースの内側に配置されたステータと、このステータの内側に配置された筒状のキャンと、このキャンの内側において回転可能に支持され、シャフトを備えた回転子と、を備えたキャンド型に構成されており、
   上記ポンプ部は、上記キャンの一端側に配置された隔壁に隣接して形成されたポンプ室と、このポンプ室内において、上記シャフトの一端に支持されたカスケードインペラとを備えて構成されており、
   連通路を介して上記ポンプ室の上位に配置される補助タンクをさらに備え、
   上記補助タンクには、上記吐出流路につなげられ、略水平方向に向けて流体を吐出するための吐出口が設けられているとともに、
   上記連通路は、上記ポンプ室から上記補助タンクへ流体を送り出すための送出通路と、上記補助タンク内の流体を上記ポンプ室に戻すための戻り通路とを含んで構成されていることを特徴とする、ポンプ。
2. 上記送出通路および戻り通路は、上記カスケードインペラの回転方向に沿って並んで配置され、かつ、上記送出通路は、上記戻り通路に対して上記回転方向の下流側に位置しており、
   上記吐出口は、上記回転方向の下流側に向けられている、請求項１に記載のポンプ。
3. 上記補助タンクと上記送出通路との間には、上記ポンプ室から上記補助タンクへ送り出される流体を上記回転方向の上流側に向かうように方向付けるための送出方向規制部材が介装されている、請求項２に記載のポンプ。
4. 上記補助タンクの上部内側には、上記カスケードインペラの軸方向に沿うようにして下方に向かって突出する邪魔板が設けられている、請求項３に記載のポンプ。
5. 外部に開放する吸込流路および吐出流路を有するベース体と、
   このベース体に設けられる請求項１ないし４のいずれかに記載のポンプと、
   上記ベース体に設けられ、上記ポンプの上記吐出口から吐出された流体を通流させることにより、当該流体に混合する非溶解性の空気を分離して空気抜き弁から排出しつつ空気が溶解した液体を上記吐出流路を介して上記ベース体の外部に排出するように構成された気液分離タンクと、
   上記ポンプおよび上記気液分離タンクを覆うように上記ベース体に取付けられたカバーと、を備えた、ポンプユニットであって、
   上記吸込流路には空気取り入れ弁が接続されており、この空気取り入れ弁およびこれにつながる第１の空気流路を介して、上記ベース体と上記カバーとで囲まれた収容空間の外部から上記吸込流路に空気が導入されるように構成されているとともに、
   上記空気抜き弁から排出された空気が当該空気抜き弁につながる第２の空気流路を介して上記収容空間の外部に排出されるように構成されていることを特徴とする、ポンプユニット。

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