JP2010065528A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の羽根の形状等の仕様を容易に変更できるポンプ機構を提供する。
【解決手段】一対の円板部の間に複数の羽根が放射状に配列される羽根車と、羽根車と駆動軸を介して連結するモータ回転子とを有するポンプ機構を備える。ポンプ機構は、駆動軸と羽根車の一方の円板部とが一体的に成形される第１ユニットと、羽根車の他方の円板部と上記の羽根とが一体的に成形される第２ユニットとを有する。第１ユニットと第２ユニットとが組み合わされることで、ポンプ機構が構成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータによって回転駆動される羽根車を有して液体を搬送するポンプに関するものである。

従来より、モータによって羽根車を回転駆動することで液体を搬送するポンプ（遠心ポンプ）が知られている。遠心ポンプは、羽根車の軸方向に吸入した液体を、遠心力によって径方向外方へ吐出させる。また、この種のポンプとしては、液体の搬送方式の違いにより、いわゆる自吸式のポンプと非自吸式のポンプとがあり、例えば特許文献１には、自吸式のポンプが開示されている。

特許文献１に記載のポンプは、モータと、該モータによって駆動軸を介して回転駆動される羽根車と、ケーシングとを備えている。ケーシングには、羽根車が収容される渦室と、吸込口から吸入した水を渦室へ送るための吸込流路と、渦室で羽根車によって圧送された水が流出する排出流路とが形成されている。更に、ケーシングには、排出流路を流れる水をケーシングの外部へ排出するための排出口と、上記排出流路から分岐して上記渦室へ連通する環流流路とが形成されている。

このポンプの運転開始時には、ケーシング内に溜まった空気を水と共に排出する自吸動作が行われる。この自吸動作では、モータによって羽根車が駆動されることで、環流流路等に溜まった水が、渦室内へ導入される。渦室では、羽根車によって水と空気とが撹拌／混合され、気泡状の空気が水に混入した状態となる。このような混合流体は、渦室を流出して排出流路へ送られる。排出流路では、水中に含まれる比較的大きな気泡が水から分離する。分離後の気泡は上方へ流れ、排出口から水と共にケーシングの外部へ排出される。一方、排出流路を流れる水の一部は、上記環流流路へ返送されて再び渦室へ送られ、渦室内に残留する空気と再び撹拌／混合される。

以上のように、自吸動作では、渦室内で水と空気とを撹拌して混合することで、残留する空気を水と共にケーシングの外部へ排出するようにしている。その後、ケーシング内の流路に残留する空気が実質的に完全に排出されると、自吸動作が終了して揚水動作が行われる。この揚水動作では、吸込口から渦室内へ水を導入し、この水だけをケーシングの外部へ排出して搬送するようにしている。
特開２００２−１３０１７４号公報

ところで、特許文献１に開示されているような遠心式のポンプでは、例えばモータ回転子（ロータ）と駆動軸と羽根車とを一体的に成形してポンプ機構を構成することがあった。一方、羽根車の羽根の形状や仕様等は、その用途や運転条件等によって異なる。具体的には、例えば上記の自吸式ポンプと、非自吸式のポンプ（自吸動作をせずに液体のみを搬送するポンプ）とでは、その用途の違いから羽根形状等が異なることがある。従って、このようなポンプ機構において、その用途や運転条件等に併せて羽根車の羽根形状等を変更する場合には、ポンプ機構を一体成形するための金型等をその都度改めて準備する必要がある。その結果、多種に亘るポンプ機構を製造しようとする場合には、製造管理の煩雑化、製造時間の長期化、製造コストの増大等を招くという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、羽根車の羽根の形状等の仕様を容易に変更できるポンプ機構を提供することである。

第１の発明は、一対の円板部の間に複数の羽根が放射状に配列される羽根車と、該羽根車と駆動軸を介して連結するモータ回転子とを有するポンプ機構を備えたポンプを対象とする。そして、このポンプは、上記ポンプ機構が、上記駆動軸と上記羽根車の一方の円板部とが一体的に成形される第１ユニットと、上記羽根車の他方の円板部と上記複数の羽根とが一体的に成形される第２ユニットとを有し、上記第１ユニットと第２ユニットとが組み合わされて構成されることを特徴とする。

第１の発明では、羽根車を有するポンプ機構が、第１ユニットと第２ユニットとが組み合わされて構成される。第１ユニットは、駆動軸と羽根車の一方の円板部とが一体的に成形される。一方、第２ユニットは、羽根車の他方の円板部と複数の羽根とが一体的に成形される。つまり、羽根車の複数の羽根は、駆動軸と一体成形されない第２ユニット側に集約される。このため、本発明では、羽根車の複数の羽根の形状を変更する場合には、第２ユニットの仕様のみを変更すれば良い。即ち、本発明では、異なる種別のポンプ機構を製造する場合にも、第１ユニットの仕様を変更する必要がないので、複数種のポンプ機構の製造において、第１ユニットの共通化、更には第１ユニットの製造設備の共有化を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、上記第１ユニットには、上記モータ回転子も一体的に成形されていることを特徴とする。

第２の発明では、モータ回転子と、上記駆動軸と、上記羽根車の一方の円板部とが一体的に成形されて第１ユニットが構成される。このため、複数種のポンプ機構の製造においては、モータ回転子を含む第１ユニットの共通化を図ることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記ポンプ機構は、上記第１ユニットの円板部の軸方向端面に、上記第２ユニットの複数の羽根が固着されて構成されることを特徴とする。なお、ここでいう「固着」とは、熱による溶着や、所定の接着剤による接着、更には圧力による圧着等を含む意味である。

第３の発明では、第１ユニットの円板部の軸方向端面に第２ユニットの複数の羽根が固着されるので、両ユニットを互いに固着するための固着面の面積が比較的小さくなる。

第４の発明は、第３の発明において、上記第１ユニットの円板部と上記複数の羽根の固着面には、一方の面に凸部が形成されて、他方の面に該凸部が嵌合する凹部が形成されることを特徴とする。

第４の発明では、第１ユニットの円板部と第２ユニットの複数の羽根との固着面に、凸部及び凹部から成る嵌め合い構造が設けられる。このため、第１ユニットと第２ユニットとがより強固に固着される。

第５の発明は、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、上記複数の羽根は、上記第１ユニットの円板部の軸方向端面に固着される主羽根と、該第１ユニットの円板部の軸方向端面と離間するように上記主羽根よりも羽根の高さが低く設定される補助羽根とで構成されることを特徴とする。

第５の発明では、第２ユニットの複数の羽根が、主羽根と、この主羽根よりも羽根の高さが低い補助羽根とによって構成される。ポンプ機構は、第１ユニットの円板部と主羽根とが固着されることで組立てられるが、この状態では、第１ユニットの円板部と補助羽根との間に隙間が形成される。このため、本発明では、羽根車に補助羽根を付加した構成としても、補助羽根の高さ寸法についての成形誤差を上記の隙間で吸収できる。従って、羽根車の羽根の枚数を増加させても、ポンプ機構を比較的容易に製造することができる。

また、本発明の羽根車をいわゆる自吸式のポンプに適用する場合、上記の補助羽根を付加することで、残留する空気と搬送対象となる液体との撹拌効率が向上する。これにより、液体と空気とが効率良く混合するので、残留する空気を速やかに排出することができる。一方、このような空気の排出動作（自吸動作）が完了して通常の液体の搬送動作（揚水動作）が行われる場合、補助羽根の高さが主羽根よりも低いため、補助羽根の抵抗を低減できる。このため、本発明の補助羽根を付加しても、揚水動作におけるポンプ機構の性能が大幅に低下してしまうことを防止できる。

第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１つの発明において、上記複数の羽根は、上記第１ユニットと第２ユニットとのいずれか一方又は両方の円板部の外周縁部よりも径方向外方まで延出していることを特徴とする。

第６の発明では、複数の羽根が円板部の外方まで延出している。このため、羽根車では、円板部の周囲においても補助羽根の延出部を用いて流体を撹拌することができる。このため、特に、自吸式のポンプにおいて自吸動作を行う場合には、残留する空気と液体との撹拌効率が向上する。

第７の発明は、第１乃至第６のいずれか１つの発明において、上記複数の羽根は、主羽根と、該主羽根よりも径方向の羽根の長さが短い補助羽根とで構成されていることを特徴とする。

第７の発明では、主羽根よりも径方向の長さが短い補助羽根が付加される。このため、特に、自吸式のポンプにおいて自吸動作を行う場合には、空気と液体との撹拌効率が向上する。一方、上記揚水動作を行う場合には、補助羽根の長さが比較的短いため、補助羽根に作用する抵抗を低減できる。このため、本発明の補助羽根を付加しても、揚水動作におけるポンプ機構の性能が大幅に低下してしまうことを防止できる。

第８の発明は、第７の発明において、上記補助羽根は、第１ユニットの円板部の軸心と外周縁部との間の径方向の中間位置よりも外方に配置されることを特徴とする。

第８の発明では、補助羽根が、円板部の外周縁部寄りに配置される。このため、羽根車では、その外周縁部側においても流体を補助羽根によって撹拌できる。従って、上述の自吸動作を行う場合には、空気と液体との撹拌効率が向上する。

第９の発明は、第１乃至第８のいずれか１つの発明において、上記羽根車を収容する渦室と、一端が該渦室と連通して他端が排出口と連通する排出流路と、一端が該排出流路から分岐して他端が渦室と連通する環流流路とが形成されるケーシングを備え、上記ポンプ機構の運転開始時には、上記渦室へ導入した液体と該渦室内の空気とを上記羽根車で撹拌して混合すると共に、混合後の流体を上記排出流路を通じて排出口へ送る自吸動作を行うことを特徴とする。

第９の発明のポンプは、いわゆる自吸式のポンプで構成される。即ち、ポンプの運転開始時には、ケーシング内に残留する空気と渦室内の水とが撹拌／混合され、空気を含んだ水が排出流路を通じて排出口へ排出される。同時に、排出流路から環流通路へ分流した水は、渦室へ返送されて再び空気の搬送に利用される。以上のような自吸動作により、ケーシング内の流路に残存する空気が、ケーシングの外部へ排出される。

本発明では、駆動軸と羽根車の一方の円板部とを一体的に成形して第１ユニットを構成し、羽根車の他方の円板部と複数の羽根とを一体的に成形して第２ユニットを構成し、両ユニットとを組み合わせてポンプ機構を組立てるようにしている。このため、本発明によれば、羽根車の羽根の仕様を変更する場合にも、羽根が一体成形される第２ユニットだけを変更すれば良い。従って、第１ユニットをそのまま利用して異なる種別のポンプ機構を製造したり、複数種のポンプ機構の製造において、第１ユニットの製造設備を共有して使用できる。その結果、ポンプの用途や運転条件等に応じた多種のポンプ機構を容易に製造することができ、製造管理の簡素化、製造時間の短期化、製造コストの低減を図ることができる。特に第２の発明によれば、モータ回転子も第１ユニットに一体的に成形することで、複数種のポンプ機構でモータ回転子も共通化できる。

また、第３の発明では、第１ユニットの円板部と、第２ユニットの複数の羽根とを固着してポンプ機構を構成するようにしている。このため、本発明によれば、両ユニットの固着面が比較的小さくなり、ポンプ機構の組立てに要する作業時間やコストを低減できる。また、第４の発明によれば、第１ユニットと第２ユニットの固着面に、凸部及び凹部から成る嵌め合い構造を採用することで、両ユニットの組み付けの強度を向上でき、ポンプ機構の信頼性を確保できる。

第５の発明では、第１ユニットの円板部と離間するように補助羽根を付加している。このため、本発明によれば、補助羽根の高さ寸法の成形誤差を隙間によって吸収できるので、ポンプ機構の組立てが容易となる。また、第１ユニットの円板部と補助羽根とは固着されないので、補助羽根の枚数を多くしたとしても、組立て作業が繁雑となることはない。更に、第５の発明によれば、このようにして補助羽根の枚数を増やすことで、自吸動作を行う場合には、空気と液体との撹拌効率を向上させて、空気の排出性能（いわゆる自吸力）を向上できる。また、通常の揚水動作を行う場合にも、上記の隙間により補助羽根に作用する抵抗を低減できるので、ポンプ動力を抑えて充分なポンプ性能を得ることができる。加えて、第５の発明によれば、上記の隙間により補助羽根に液中の異物等が引っ掛かってしまうことも回避できる。

第６の発明によれば、円板部の外周縁部よりも外方まで複数の羽根を延出させているので、自吸動作を行う場合には、空気と液体との撹拌効率を向上させて、自吸力を向上できる。また、第７の発明では、補助羽根の径方向の長さを主羽根よりも短くすることで、揚水動作を行う場合には、補助羽根の抵抗を低減して充分なポンプ性能を得ることができる。特に第８の発明によれば、補助羽根を円板部の外周縁部寄りに配置しているので、自吸動作を行う場合には、空気と液体との撹拌効率を向上させて、自吸力を向上できる。また、第９の発明によれば、上記の作用効果を奏する自吸式のポンプを提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態に係るポンプ（1）は、水等の液体を搬送するものである。ポンプ（1）は、非容積式であって、遠心力によって液体を搬送する遠心式のポンプで構成されている。また、ポンプ（1）は、運転の開始時において、液体の流路に残存する空気を液体と共に排出する自吸動作を可能とする、いわゆる自吸式のポンプで構成されている。なお、本実施形態のポンプ（1）は、例えば蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うヒートポンプ式の給湯機に適用される。つまり、ポンプ（1）は、給湯機の放熱器（凝縮器）によって加熱された水を浴槽等へ供給する。

〈ポンプの全体構成〉
図１及び図２に示すように、ポンプ（1）は、樹脂製のケーシング（10）と、該ケーシング（10）の内部に収容されるポンプ機構（50）とを有している。ケーシング（10）は、第１本体ケース部（11）と第２本体ケース部（12）とモータケース部（13）とで構成されている。ポンプ（1）では、ポンプ機構（50）の羽根車（60）の軸方向に、第１本体ケース部（11）、第２本体ケース部（12）、及びモータケース部（13）が順に配置されている。ポンプ（1）では、これらのケース部（11,12,13）が、締結部材としての複数のビス（14,14,…）によって互いに固定されて組み合わされることで、ケーシング（10）が構成されている。

モータケース部（13）は、上記第２本体ケース部（12）側に臨む面が開放された箱状ないし筒状に形成されている。モータケース部（13）には、その周壁部（13a）にモータ固定子（15）が埋設され、その側壁部（13b）に回路基板（16）が埋設されている。即ち、モータ固定子（15）及び回路基板（16）は、モールド樹脂としてのモータケース部（13）によって封止されている。

モータ固定子（15）は、いわゆるモールドステータを構成している。モータ固定子（15）は、鉄心部（15a）とコイル部（15b）とインシュレータ部（15c）とを有している。鉄心部（15a）は、複数枚の鋼板が積層されて構成されている。コイル部（15b）は、鉄心部（15a）の所定部位にコイル線が巻回されることで構成されている。インシュレータ部（15c）は、鉄心部（15a）の積層方向の両端にそれぞれ形成され、鉄心部（15a）とコイル部（15b）とを絶縁する絶縁部材を構成している。

回路基板（16）は、コイル部（15b）のコイル線と電気的に接続している。回路基板（16）には、例えばポンプ機構（50）の回転速度を制御するためのインバータ回路や、モータ回転子（54）の回転位置を検出するためのセンサ等が実装されている。

第１本体ケース部（11）は、羽根車（60）の軸方向に扁平で、且つ第２本体ケース部（12）側に臨む面が開放される略箱状に形成されている。第１本体ケース部（11）の上面には、その幅方向に隣り合うようにして吸込部（11a）と排出部（11b）とが設けられている。吸込部（11a）及び排出部（11b）は、上方に延びる略筒状に形成されている。吸込部（11a）の内部には吸込口（31）が、排出部（11b）の内部には排出口（32）がそれぞれ形成されている。

図３に示すように、第１本体ケース部（11）の内部には、隔壁部（21）が形成されている。隔壁部（21）は、第１本体ケース部（11）の内部を概ね２つの空間に仕切っている。具体的には、隔壁部（21）は、鉛直に延びる第１壁部（21a）と、斜め下方に延びる第２壁部（21b）と、縦断面視が略半円筒状となる第３壁部（21c）と、水平方向に延びる第４壁部（21d）とが順に連接して形成されて構成されている。

上記隔壁部（21）に仕切られる２つの空間のうち、第３壁部（21c）の内側（図３における右側寄り）に形成される空間は、吸込流路（33）を構成している。吸込流路（33）の流入端は、上記吸込口（31）と連通している。

吸込流路（33）には、第３壁部（21c）の内部に第１軸支持部（22）が形成されている。第１軸支持部（22）は、円柱状に形成されて第２本体ケース部（12）側に向かって延出している。第１軸支持部（22）の先端には、詳細は後述するスピンドル（18）の端部が内嵌する嵌合溝（22a）が形成されている。

上記隔壁部（21）に仕切られる２つの空間のうち、第３壁部（21c）の外側（図３における左側寄り）に形成される空間は、排出流路（34）及び環流流路（35）によって構成されている。具体的には、排出流路（34）は、第１本体ケース部（11）の上部寄りに、第１壁部（21a）に沿うように形成されている。環流流路（35）は、第１本体ケース部（11）の中間部から下端部に亘って、第２壁部（21b）、第３壁部（21c）、及び第４壁部（21d）に沿うように形成されている。

環流流路（35）には、縦板部（23）とドレン液排出部（24）とが形成されている。縦板部（23）は、一端が第３壁部（21c）と連接して他端が第１本体ケース部（11）の底部と連接している。縦板部（23）の下端には、切り欠き部（23a）が形成され、この切り欠き部（23a）によって形成される開口を通じて環流流路（35）の上流側と下流側とが互いに連通している。以上のようにして、環流流路（35）では、縦板部（23）によって流路断面が縮小されている。

ドレン液排出部（24）は、環流流路（35）の底部に形成されている。ドレン液排出部（24）には、環流流路（35）と第１本体ケース部（11）の外部とを連通させるドレン液排出口（24a）が形成されている。これにより、ケーシング（10）では、その内部の流路に溜まった水をケーシング（10）の外部へ排出することが可能となっている。なお、ドレン液排出部（24）には、ドレン液排出口（24a）を開閉可能とする閉塞部材（図示省略）が取り付けられる。従って、ポンプ（1）の運転時等には、環流流路（35）の水がケーシング（10）の外部へ漏れてしまうことはない。

第２本体ケース部（12）は、主ケース部（12a）と膨出部（12b）とが一体的に形成されて構成されている（図２を参照）。主ケース部（12a）は、軸方向に扁平で、且つ第１本体ケース部（11）側に臨む面が開放される箱状に形成されている。膨出部（12b）は、主ケース部（12a）の下部から上記モータケース部（13）の内部に嵌合するように膨出した略円筒状に形成されている。第２本体ケース部（12）では、膨出部（12b）から主ケース部（12a）に亘って、上記ポンプ機構（50）が収容される。

また、膨出部（12b）の先端側の内壁には、第１本体ケース部（11）側に向かって突出する第２軸支持部（25）が形成されている。第２軸支持部（25）の先端には、スピンドル（18）の端部が内嵌する嵌合溝（25a）が形成されている。以上のようにして、上述の第１軸支持部（22）及び第２軸支持部（25）は、スピンドル（18）の回転を禁止するように該スピンドル（18）を固定支持している。

図４に示すように、第２本体ケース部（12）の主ケース部（12a）の内部には、円弧壁部（26）が形成されている。円弧壁部（26）は、縦断面視が円弧状に形成されており、第２本体ケース部（12）の内部を上下に概ね２つの空間に仕切っている。これらの２つの空間のうち、円弧壁部（26）の下側の空間が渦室（36）を構成し、該円弧壁部（26）の上側の空間が排出中継流路（37）を構成している。渦室（36）は、軸方向に扁平な円柱状に形成され、羽根車（60）の収容室を構成している。

第２本体ケース部（12）の内部には、２つのガイド部（27,28）も形成されている。これらのガイド部（27,28）は、渦室（36）から流出した水を排出中継流路（37）へ案内するための案内板を構成している。上記２つのガイド部（27,28）は、上記円弧壁部（26）の端部と連接する第１ガイド部（27）と、該第１ガイド部（27）よりも長手方向（上下方向）の長さが大きな第２ガイド部（28）とで構成されている。第１ガイド部（28）と円弧壁部（26）との連接部の近傍には、第１本体ケース部（11）に向かって突出するピン部（29）が形成されている。第２ガイド部（28）は、上端が第２本体ケース部（12）の上部内壁と連接して下端が第２本体ケース部（12）の側部内壁と連接している。これにより、第２本体ケース部（12）の内部には、第２ガイド部（28）を挟んで排出中継流路（37）と反対側に、液貯留室（38）が区画されている。

第１本体ケース部（11）と第２本体ケース部（12）との間には、両ケース部（11,12）の内部を仕切るようにして、仕切部材（40）が設けられている（図３及び図４を参照）。なお、仕切部材（40）の表面には、シール部材としてのパッキン（図示省略）が取り付けられており、ケーシング（10）の外部や各流路間での水の漏洩が禁止されている。仕切部材（40）には、第１から第５までの流通口（41,42,43,44,45）と、位置決め開口（46）とが形成されている。位置決め開口（46）には、第２本体ケース部（12）のピン部（29）が挿入される。

第１流通口（41）は、円形状に形成され、仕切部材（40）の下部寄りに位置している。第１流通口（41）には、上述した第１軸支持部（22）、及び羽根車（60）の吸入部（62a）が貫通する。第１流通口（41）は、吸込流路（33）と羽根車（60）の吸入部（62a）内とを連通させている。

第２流通口（42）及び第３流通口（43）は、仕切部材（40）の上部に形成されている。第２流通口（42）は、排出流路（34）と排出中継流路（37）とを連通させている。第３流通口（43）は、排出流路（34）と液貯留室（38）とを連通させている。

第４流通口（44）及び第５流通口（45）は、仕切部材（40）の下部に形成されている。第４流通口（44）及び第５流通口（45）は、第１流通口（41）よりも小径となる円形状に形成されている。第４流通口（44）及び第５流通口（45）は、環流流路（35）と渦室（36）とを連通させている。

〈ポンプ機構の全体構成〉
図５〜図７に示すように、ポンプ機構（50）は、第１ユニット（51）と第２ユニット（52）とが組み合わされて構成されている。第１ユニット（51）は、筒状樹脂部材（53）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とを備えている。

筒状樹脂部材（53）は、軸方向に延びる略筒状の駆動軸部（53a）と、該駆動軸部（53a）の一端に形成されて該駆動軸部（53a）と連結する第１円板部（61）と、駆動軸部（53a）の他端から径方向外側に拡径された第１拡径部（53b）と、駆動軸部（53a）の胴部から径方向外側に拡径された第２拡径部（53c）とを有している。筒状樹脂部材（53）では、第１円板部（61）の外径よりも第２拡径部（53c）の外径が小さくなり、この第２拡径部（53c）の外径よりも第１拡径部（53b）の外径が小さくなっている。

モータ回転子（54）は、磁性材料から成り上記駆動軸部（53a）の周囲に固定される円筒状の磁石である。モータ回転子（54）の一端は、上記第２拡径部（53c）に当接している。一方、モータ回転子（54）の他端には、その内径を拡大させる環状溝（54a）が形成されており、この環状溝（54a）に上記第１拡径部（53b）が嵌り込んでいる。モータ回転子（54）と上述したモータ固定子（15）とは、互いに対向するように配置されて電動機（モータ）を構成している（図２を参照）。

ベアリング（55）は、上述したスピンドル（18）と駆動軸部（53a）との間に介設される滑り軸受け部材を構成している。駆動軸部（53a）の内周面には、径方向内側に縮径する第１縮径部（53d）と、該第１縮径部（53d）から更に径方向内側に縮径する第２縮径部（53e）とが形成されている。ベアリング（55）は、上記第１縮径部（53d）及び第２縮径部（53e）に内嵌するようにして駆動軸部（53a）の内部に固定されている。以上のような構成のベアリング（55）は、一対の環状のスペーサ（56,56）に挟み込まれる状態で、スピンドル（18）に対して回転自在となっている（図２を参照）。

第１ユニット（51）では、筒状樹脂部材（53）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とがインサート成形により一体化されている。具体的には、モータ回転子（54）及びベアリング（55）を予め金型内に設置した後、射出成形により熱可塑性樹脂材料から成る筒状樹脂部材（53）を成形することで、第１ユニット（51）を得ることができる。以上のようにして、本実施形態の第１ユニット（51）では、第１円板部（61）と駆動軸部（53a）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とが一体的に成形されている。

これに対し、上記の第２ユニット（52）では、第２円板部（62）と複数の羽根（63）とが射出成形等によって一体的に形成されている。そして、ポンプ機構（50）では、第１ユニット（51）の第１円板部（61）と、第２ユニットとによって羽根車（60）が構成されている。

〈羽根車の詳細構造〉
図５〜図８に示すように、羽根車（60）は、熱可塑性樹脂材料から成り、上述した第１円板部（61）と第２円板部（62）と複数の羽根（63）とが組み合わされて構成されている。羽根車（60）では、上記２つの円板部（61,62）の間に複数の羽根（63）が介設される。

第１円板部（61）は、駆動軸部（53a）と同軸となる環状に形成され、その内径が駆動軸部（53a）の内径と概ね等しくなっている。第２円板部（62）は、その外径が第１円板部（61）の外径よりも小さい環状に形成されている。第２円板部（62）の内周縁部からは、羽根車（60）の内部に水を導入するための上述の吸入部（62a）が軸方向に延出している。つまり、羽根車（60）では、吸入部（62a）から軸方向に吸い込まれた水が、一対の円板部（61,62）の間を通り、遠心力によって径方向外方へ吐き出される。

上記複数の羽根（63）は、一対の円板部（61,62）のうち、第２ユニット（52）側の第２円板部（62）にのみ形成されている。複数の羽根（63）は、第２円板部（62）から第１円板部（61）側に突出するように形成されている。複数の羽根（63）は、第２円板部（62）の軸心側から径方向外側に延びており、略放射状に配列されている。また、これらの複数の羽根（63）は、第２円板部（62）の外周面よりも径方向外側まで延出している。これらの複数の羽根（63）の延出部は、軸方向断面視において、径方向外側に向かうに連れて先細となるような、先鋭な形状をしている。本実施形態では、複数の羽根（63）の延出部の先端を結ぶ仮想円が、第１円板部（61）の外周面と概ね一致している。

複数の羽根（63）は、主羽根（64）と補助羽根（65）とによって構成されている。第２円板部（62）では、主羽根（64）と補助羽根（65）とが、互いに等間隔となるように周方向に交互に配列されている。即ち、複数の主羽根（64）の間には、隣り合う主羽根（64）の間での周方向の中間位置に、上記補助羽根（65）がそれぞれ配置されている。

主羽根（64）と補助羽根（65）とでは、補助羽根（65）の方が径方向の長さが短くなっている。そして、補助羽根（65）は、第２円板部（62）の軸心と外周面との間の径方向の中間位置よりも外側に配置されている。また、主羽根（64）と補助羽根（65）とでは、補助羽根（65）の方が羽根の高さが低くなっている。これにより、第１ユニット（51）と第２ユニット（52）とを組み合わせて羽根車（60）を組立てた状態では、主羽根（64）の先端面と第１円板部（61）の軸方向端面とが当接する一方、補助羽根（65）の先端面と第１円板部（61）の軸方向端面とは離間している。即ち、羽根車（60）の内部では、第１円板部（61）と補助羽根（65）との間に隙間（60g）が形成されている。

各主羽根（64）の先端面には、第１円板部（61）側に向かって突出する凸部（64a）がそれぞれ形成されている。凸部（64a）は、主羽根（64）の先端面において、該主羽根（64）に沿うようにして径方向に延びている。凸部（64a）は、その縦断面が略三角形状ないし台形状に形成されている。また、複数の主羽根（64）のうちの所定の主羽根の先端面には、位置決めピン（64b）が形成されている。位置決めピン（64b）は、円柱状に形成され、第１円板部（61）側に突出している。一方、第１円板部（61）には、上記主羽根（64）の凸部（64a）に対応する凹部（61a）と、主羽根（64）の位置決めピン（64b）に対応する円柱溝（61b）とがそれぞれ形成されている。

羽根車（60）を組立てる際には、主羽根（64）の位置決めピン（64b）を第１円板部（61）の円柱溝（61b）に嵌合させ、第１ユニット（51）と第２ユニット（52）の位置決めを行う。同時に、主羽根（64）の凸部（64a）を第１円板部（61）の凹部（61a）に嵌合させる（図７を参照）。これにより、主羽根（64）の先端面と第１円板部（61）の軸方向端面とが当接した状態となる。この状態で、主羽根（64）の先端面と第１円板部（61）の軸方向端面との間の当接部、及び主羽根（64）の凸部（64a）と第１円板部（61）の凹部（61a）との間の当接部を、それぞれ超音波振動に伴う摩擦熱によって溶着させる。なお、この際、上記の位置決めピン（64b）と円柱溝（61b）の底部との間には、僅かな遊び（隙間）が形成されているため、位置決めピン（64b）と第１円板部（61）とが溶着されることはない。以上のようにして、第１ユニット（51）と第２ユニット（52）とが互いに固着されてポンプ機構（50）が組立てられる。

−ポンプの運転動作−
次に、ポンプ（1）の運転動作について図３、図４、図９を参照しながら説明する。なお、図９においては、ポンプ機構（50）の図示を省略している。

ポンプ（1）では、ケーシング（10）内の液体の流路に残存する空気を排出するための自吸動作と、この自吸動作が終了した後（即ち、空気が排出された後）の揚水動作とが行われる。ポンプ（1）は、吸入部（31）と排出部（32）とが鉛直上方を向くように設置される。

ポンプ（1）の運転を開始する際には、ケーシング（10）内に空気が残存しているため、上記の自吸動作が行われる。なお、自吸動作時には、ケーシング（10）内の流路にある程度の水が溜まっている必要がある。このため、ポンプ（1）を所定の機器に据え付けた後の初回の運転では、ケーシング（10）内の流路に水が補給される。また、この初回運転の後の運転では、通常、ケーシング（10）内の流路にある程度の水が残存するので、このような水の補給を要することはない。

外部電源からポンプ（1）のモータ固定子（15）側へ電流が供給されると、モータ回転子（54）が回転する。これにより、駆動軸部（53a）が回転駆動され、渦室（36）内で羽根車（60）が回転する。

羽根車（60）が回転すると、液貯留室（38）や排出中継流路（37）等に溜まっていた水が、環流流路（35）へ送られる。環流流路（35）では、その水が縦板部（23）の切り欠き部（23a）内を流れる際、水中に含まれる気泡が縦板部（23）によって分離される。気泡が分離された水は、仕切部材（40）の第４流通口（44）及び第５流通口（45）を通じて渦室（36）へ流入する。

渦室（36）では、環流流路（35）から送られた水と、残留する空気とが羽根車（60）によって撹拌／混合される。これにより、渦室（36）内の水は、気泡状の空気が混入された状態となる。

ここで、本実施形態の羽根車（60）では、上述のように、主羽根（64）に加えて補助羽根（65）が設けられている。この補助羽根（65）により、渦室（36）での水と空気との撹拌が促進される。また、補助羽根（65）は、第２円板部（62）の外周縁部寄りに形成されている。このため、羽根車（60）では、渦室（36）の径方向外側寄りに導入された水が補助羽根（65）によって撹拌され易くなり、空気と水との撹拌効率が向上する。加えて、主羽根（64）及び補助羽根（65）は、その外周端部が第２円板部（62）の外周面よりも径方向外側まで延出している。このため、羽根車（60）の周囲では、空気と水との撹拌が一層促進される。

以上のようにして、気泡を含んだ水（混同流体）は、一対のガイド部（27,28）の間から排出中継流路（37）へ流出する。排出中継流路（37）を流れる混合流体は、第２流通口（42）を通じて、排出流路（34）へ流入する。排出流路（34）では、混合流体中の空気と水とが分離し、比較的大きな気泡が形成される。このような大きな気泡（空気）を含む水は、排出口（32）を通じてケーシング（10）の外部へ排出される。一方、排出流路（34）で空気が分離された後の水の一部は、環流流路（35）を通じて渦室（36）へ再び送られ、同様にして残留する空気の搬送に利用される。以上のような自吸動作が継続して行われることで、ケーシング（10）内の流路に残存していた空気は、ケーシング（10）の外部へ排出される。残存した空気が実質的に排出されると、自吸動作が終了する。

自吸動作が終了すると、揚水動作が行われる。揚水動作では、吸込口（31）から吸入された水が、吸込流路（33）を流れる。この水は、第１流通口（41）を通じて羽根車（60）の吸入部（62a）内に吸入される。羽根車（60）の内部では、水が遠心力によって径方向外側へ圧送される。この際、水は、複数の羽根（63）の間を通過して渦室（36）へ流出することになる。

ここで、本実施形態の羽根車（60）では、主羽根（64）と比較して補助羽根（65）の羽根の高さが低くなっている。このため、補助羽根（65）に作用する抵抗が小さくなる。また、羽根車（60）では、主羽根（64）と比較して補助羽根（65）の径方向の長さも短い。このため、補助羽根（65）に作用する抵抗が更に小さくなる。その結果、揚水動作では、例えば複数の補助羽根（65）を全て主羽根（64）に置き換えた場合と比較して、羽根車（60）の動力が大幅に低減され、揚水動作時におけるポンプ性能を充分得ることができる。

以上のようにして、渦室（36）へ流出した水は、排出中継流路（37）、第２流通口（42）、排出流路（34）を順に流れ、排出口（32）よりケーシング（10）の外部へ搬送される。

−実施形態の効果−
上記実施形態では、駆動軸部（53a）と第１円板部（61）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とを一体的に成形して第１ユニット（51）を構成し、第２円板部（62）と複数の羽根（63）とを一体的に成形して第２ユニット（52）を構成し、両ユニット（51,52）を組み付けることで、羽根車（60）、ひいてはポンプ機構（50）を構成するようにしている。このため、本実施形態のポンプ機構（50）では、ポンプ（1）の用途や運転条件等に応じて、羽根車（60）の仕様を容易に変更することができる。

具体的には、仮に羽根車（60）と駆動軸部（53a）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とを一体的に成形してしまうと、羽根車（60）の羽根（63）の形状等を変更しようとする場合、ポンプ機構（50）全体を一体成形するための金型等をその都度準備する必要が生じ、製造コストの増大を招いてしまう。

これに対し、本実施形態では、羽根車（60）の羽根（63）の仕様を変更する場合には、羽根（63）が一体成形される第２ユニット（52）のみの仕様を変更すれば良い。従って、本実施形態のポンプ機構（50）では、第１ユニット（51）を大量生産し、この第１ユニット（51）に組み付けられる第２ユニット（52）の羽根（63）の形状等を変更することで、複数種のポンプ機構（50）を容易に製造することができる。即ち、本実施形態では、複数種のポンプ機構（50）において、第１ユニット（51）の共通化、更には第１ユニット（51）の製造設備の共有化を図ることができる。その結果、ポンプ（1）の用途や運転条件等に応じた多種のポンプ機構（50）を容易に製造することができ、製造管理の簡素化、製造時間の短期化、製造コストの低減を図ることができる。

また、上記実施形態では、第１ユニット（51）の第１円板部（61）と、第２ユニット（52）の複数の羽根（63）とを超音波溶着により固着してポンプ機構（50）を組立てるようにしている。このため、両ユニット（51,52）の固着面が比較的小さくなり、ポンプ機構（50）の組立てに要する作業時間やコストを低減できる。第１ユニット（51）と第２ユニット（52）の固着面に、凸部（64a）及び凹部（61a）から成る嵌め合い構造を採用することで、両ユニット（51,52）の組み付けの強度を向上でき、ポンプ機構（50）の信頼性を確保できる。

また、上記実施形態の羽根車（60）では、第１ユニット（51）の第１円板部（61）と離間するように補助羽根（65）を付加している（図７を参照）。このため、補助羽根（65）の高さ寸法の成形誤差を隙間（60g）によって吸収できるので、ポンプ機構（50）の組立てが容易となる。即ち、例えば主羽根（64）と補助羽根（65）の双方を円板部（61）に固着させる構成とすると、成形誤差等に起因して第１ユニット（51）と第２ユニット（52）の相対的な位置合わせが損なわれる可能性があるが、本実施形態の構成とすることでそのような可能性を小さくできる。

また、第１ユニット（51）の第１円板部（61）と補助羽根（65）とは固着されないので、補助羽根（65）の枚数を多くしたとしても、組立て作業が繁雑となることはない。更に、第１円板部（61）には、補助羽根（65）の位置決めのために凹部（凹部（61a）のような構成）を設ける必要がないため、第１ユニット（51）の汎用性が高まる。

また、上記のように補助羽根（65）の枚数を増やすことで、ポンプ（1）の自吸動作時に空気と水との撹拌効率を向上させて、空気の排出性能（いわゆる自吸力）を向上できる。また、ポンプ（1）の揚水動作時には、上記の隙間（60g）により補助羽根（65）に作用する抵抗を低減できるので、ポンプ動力を抑えて充分なポンプ性能を得ることができる。加えて、上記の隙間（60g）により補助羽根（65）に水中の異物等が引っ掛かってしまうことも回避できる。

更に、上記実施形態の羽根車（60）では、第２円板部（62）の外周縁部よりも外方まで複数の羽根（63）を延出させている。これにより、自吸動作時には、回転する羽根車（60）の複数の羽根（63）の延出部が、水又は空気と接触し易くなる。このため、空気と水との撹拌効率を更に向上できる。また、羽根車（60）では、補助羽根（65）の径方向の長さを主羽根（64）よりも短くすることで、揚水動作時には、補助羽根（65）の抵抗を低減して充分なポンプ性能を得ることができる。特に補助羽根（65）を第２円板部（62）の外周縁部寄りに配置しているので、自吸動作時には、空気と水との撹拌効率を更に向上させて、自吸力を向上できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、第１円板部（61）と駆動軸部（53a）とモータ回転子（54）とベアリング（55）とを一体的に成形して第１ユニット（51）を構成するようにしている。しかしながら、駆動軸部（53a）と第１円板部（61）を一体的に成形して第１ユニット（51）を構成した後、モータ回転子（54）やベアリング（55）を第１ユニット（51）に後付けするようにしても良い。特に、ポンプ（1）で比較的温度差の高い液体を搬送する場合、液温の変化に伴い第１ユニット（51）が熱膨張／収縮することがあるが、モータ回転子（54）又はベアリング（55）を一体化すると、上記熱膨張／収縮により、これらの部材間の固着面が剥がれてがたついたり、脱落する虞がある。しかしながら、このようにしてモータ回転子（54）やベアリング（55）を別体とすることで、上記のがたつきや脱落等の不具合を回避できる。

また、上記実施形態では、第１ユニット（51）の第１円板部（61）と、第２ユニット（52）の羽根（63）とを、超音波溶着によって固着するようにしている。しかしながら、バインダによって接着したり、圧入等により圧着したりすることで、両ユニットを固着するようにしても良い。

また、上記実施形態の羽根車（60）では、補助羽根（65）の径方向の長さが主羽根（64）よりも短くなっているが、補助羽根（65）の長さを主羽根（64）と同等の長さとしても良い。更に、上記実施形態では、複数の羽根（63）が、第２円板部（62）の外周縁部より外方へ延出しているが、第１円板部（61）又は両方の円板部（61,62）の外周縁部より外方へ延出させるようにしても良い。

また、上記実施形態のポンプ（1）は、いわゆる自吸式のポンプであるが、自吸動作を行わないポンプ（いわゆる非自吸式ポンプ）について、本発明を適用することもできる。即ち、非自吸式ポンプでは自吸動作がないため、上記の補助羽根（65）が不要になる等、自吸式のポンプと羽根形状等が異なる。この場合にも、非自吸式ポンプの主羽根（64）等を第２円板部（62）側へ集約させることで、このような非自吸式のポンプと上記自吸式のポンプとの間で、第１ユニット（51）を共通化でき、製造管理の簡素化、製造時間の短縮化、製造コストの低減等を実現できる。

以上説明したように、本発明は、モータによって回転駆動される羽根車を有して液体を搬送するポンプについて有用である。

図１は、実施形態に係るポンプの外観構成を示す斜視図である。 図２は、ポンプの内部構造の一部を表した断面図である。 図３は、第１本体ケース部の内部及び仕切部材を表した斜視図である。 図４は、第２本体ケース部の内部及び仕切部材を表した斜視図である。 図５は、ポンプ機構の全体構成を示す斜視図である。 図６は、ポンプ機構を第１ユニットと第２ユニットとに展開した状態における斜視図である。 図７は、ポンプ機構の縦断面図である。 図８(Ａ)は、第２ユニットの第２円板部及び羽根を表した平面図であり、図８(Ｂ)は、第１ユニットの第１円板部を表した平面図である。 図９は、第２本体ケース部の内部を表した平面図であり、ポンプに搬送される液体の流れを付加した説明図である。

符号の説明

1 ポンプ
50 ポンプ機構
51 第１ユニット
52 第２ユニット
60 羽根車
61 第１円板部
61a 凹部
62 第２円板部
63 羽根
64 主羽根
64a 凸部
65 補助羽根

Claims (9)

1. 一対の円板部の間に複数の羽根が放射状に配列される羽根車と、該羽根車と駆動軸を介して連結するモータ回転子とを有するポンプ機構を備えたポンプであって、
   上記ポンプ機構は、上記駆動軸と上記羽根車の一方の円板部とが一体的に成形される第１ユニットと、上記羽根車の他方の円板部と上記複数の羽根とが一体的に成形される第２ユニットとを有し、上記第１ユニットと第２ユニットとが組み合わされて構成されることを特徴とするポンプ。
2. 請求項１において、
   上記第１ユニットには、上記モータ回転子も一体的に成形されていることを特徴とするポンプ。
3. 請求項１又は２において、
   上記ポンプ機構は、上記第１ユニットの円板部の軸方向端面に、上記第２ユニットの複数の羽根が固着されて構成されることを特徴とするポンプ。
4. 請求項３において、
   上記第１ユニットの円板部と上記複数の羽根の固着面には、一方の面に凸部が形成されて、他方の面に該凸部が嵌合する凹部が形成されることを特徴とするポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
   上記複数の羽根は、上記第１ユニットの円板部の軸方向端面に固着される主羽根と、該第１ユニットの円板部の軸方向端面と離間するように上記主羽根よりも羽根の高さが低く設定される補助羽根とで構成されることを特徴とするポンプ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つにおいて、
   上記複数の羽根は、上記第１ユニットと第２ユニットとのいずれか一方又は両方の円板部の外周縁部よりも径方向外方まで延出していることを特徴とするポンプ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つにおいて、
   上記複数の羽根は、主羽根と、該主羽根よりも径方向の羽根の長さが短い補助羽根とで構成されていることを特徴とするポンプ。
8. 請求項７において、
   上記補助羽根は、上記第１ユニットの円板部の軸心と外周縁部との間の径方向の中間位置よりも外方に配置されることを特徴とするポンプ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つにおいて、
   上記羽根車を収容する渦室と、一端が該渦室と連通して他端が排出口と連通する排出流路と、一端が該排出流路から分岐して他端が渦室と連通する環流流路とが形成されるケーシングを備え、
   上記ポンプ機構の運転開始時には、上記渦室へ導入した液体と該渦室内の空気とを上記羽根車で撹拌して混合すると共に、混合後の流体を上記排出流路を通じて排出口へ送る自吸動作を行うことを特徴とするポンプ。

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