JP2010538206A - 回転部材のための所望の内部隙間を有するポンプヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
少なくとも一つの回転部材を封入するハウジングを有するポンプヘッドを製造するために、様々な方法が開示される。代表的な方法において、集団で組み立てられた際に回転部材を収納するポンプキャビティを形成する第1ハウジング部及び第2ハウジング部が提供される。回転部材は、ポンプキャビティに関係する回転部材の所望の隙間により決められる特定の厚さの少なくとも1つの溶解性スペーサーと共に、ポンプキャビティに取り付けられる。スペーサーは、ハウジング部の対応する表面に対向する回転部材の表面に接触する。第1及び第2ハウジング部は、回転部材を有するポンプキャビティを形成するために互いに接合される。溶解性スペーサーは、ポンプキャビティ内で回転部材の所望の隙間を提供するために溶解される。ハウジング部が例えば接着剤によって互いに接合される際に、スペーサーは、ポンプキャビティ内で回転部材の所望の隙間を形成する。
Description
本開示は、流体システム内にギアポンプ、及びハウジングの中に1つ以上の回転部材が配置され、液体をポンピングするために使用されるその他のポンプに関する。本開示の実施例は、磁気的に駆動され、ハウジングが密封されたギアポンプについて説明している。
液体及びその他の流体をポンピングするために、ギアポンプ及び同様のポンプは、比較的小さなサイズ、低騒音駆動、信頼性、及びポンピングされる流体に対して汚れることなく操作できることにより、多く用いられている。またギアポンプは、外部環境から流体を隔離しながらポンピングするのに有利である。この後者の有益な特徴は、漏れが起きやすく信頼性の低いシャフトシールすなわち回転ポンプドライブシャフトの周りの液体シールを排除した、磁気的に接続されたポンプドライブメカニズムの出現により更に改善されている。
ギアポンプは、流体を使用する場所に極めて正確に流体を送らなければならない場合を含む様々なアプリケーションに使用されている。このようなアプリケーションは、例えば医療や科学機器における流体の輸送を含んでいる。その他のアプリケーションには、能動冷却や物体の温度調節のために冷却液が使用される場所への冷却液の輸送がある。
冷却システムに関して、ギアポンプ及び同様のポンプの新しいアプリケーションは、マイクロ電子デバイスの循環液体冷却である。特にこのアプリケーションの要求が厳しい点は、ポンプを含む液体冷却装置のためのとても厳しい空間的な制約、極めて高い信頼性、最小限のコスト、ポンプの駆動に必要な低エネルギー収支、である。
これらの継続的努力と、その他の要求されているアプリケーションは、小型化され、より信頼性が増し、低価格になり、よりエネルギー効率の良いギアポンプの発展の利益を促進させている。ギアポンプがこれらの基準を満たすために小型化されてきたため、ある技術的な課題が浮上している。
1つ目の技術的課題は、軽量で耐久性のある素材で形成され、本質的に低価格であり容易に低価格で形成することができ、寸法が長期間変わらないポンプヘッドのハウジングの製造に関することである。この点に関して、ステンレスや従来型の大型なポンプヘッドのハウジングに使用されてきた他の金属は、多くの場合、強化熱可塑性{きょうか ねつ かそせい}プラスチックに置き換えられてきている。プラスチックの使用は、重量を大幅に減らし、従来型の金属のポンプヘッドのハウジングの機械加工工程の全てではないが大部分を排除する。この強化(例えばファイバー)は、寸法や構造の安定性や耐久性をもたらす。また金属と比較して、プラスチックは本質的に低価格であり、有利に形成することができ、さらに製造コストを下げることができる。
プラスチック又は他の適材は、小型のポンプヘッドのハウジングの製造への使用に加えて、ギアポンプヘッドのハウジングの中の“ギアキャビティ”又は“ポンプキャビティ”に配置されるギアセットを製造するためにも使用される。プラスチック製の極小ギアでさえ、特定のアプリケーションに対して高い信頼性及び耐久性を示す。また、従来の磁気駆動ギアポンプヘッドのように、プラスチックは、小型のポンプヘッドのマグネットカップの加工にも使用されている。マグネットカップは、ギア(駆動ギア)の1つに磁気的に接続され、マグネットカップの外側に配置されるドライバ(通常、同軸性固定子として構成される)に磁気的に接続される、軸方向に回転可能なマグネットを封入することができる。ドライバによって作られる回転磁場は、マグネットカップの壁を突き抜け、マグネットを回転させる。マグネットカップの内部(マグネットを含む)は通常、ポンプヘッドにより汲み上げられている液体によって浸水しており、ギアキャビティと流体連結している。
その他の技術的課題は、累積公差(tolerance stack-up)に関する。ポンプヘッドの部品のサイズが縮小されているので各部品の寸法公差は狭くなり、寸法公差の達成及び調整が更に難しくなってきている。また、複数の部品として累積する個々の部品の公差は、ポンプヘッドの中に集められる。例えば、従来のポンプヘッドに対応する個々のハウジング部材や回転部材の寸法公差は、5倍から10倍小さい小型ポンプヘッドでは耐えることができない。部品が型で作る加工又は機械加工であろうと、または部品が加工される特別な部材に関係なく、累積公差の問題は発生する。また、型で作る加工を含む精密製造工程において、コストは大幅に上昇する。
公差問題は、小型部品の寸法の全般において発生する。例えば、ポンプヘッドのハウジングは通常、とても精密に互いにおよび他の部品(例えばギアとマグネットカップ)と位置合わせされる少なくても幾つかのハウジングの部分により構成される。従来の位置合わせ器具は、位置合わせピン、機械留め具、又は同様の器具など、特に費用の点から許容されるもの使用を含む。しかし、ポンプヘッドの大幅な小型化により、位置合わせピンは多くの場合、効果的で使うのに便利であるには小さすぎる(そしてピン自身の厳しい公差を保持する必要からピンの製造価格がとても高くなる)。従って、従来の方法により組み立てられた小型部品の公差の厳密さ、そして部品が組み立てられた時の個々の公差の累積公差に対する実用限界がある。これらの限界(及びこれらの解決に係る費用)には、小型化目標として継続して取り組まなければならない。
小型ポンプヘッドの更に他の技術的課題は、ハウジングの部分間への適切な固定シールの形成及び維持である。従来の大型のポンプヘッドのハウジングでは、Oリングまたは同様のものが、対になっているハウジングの部分間の固定シールを形成するために用いられる。ポンプヘッドのハウジングの小型化では、使用されるOリングの大きさを小さくし、厚さを薄くすることが必要である。同様に、Oリングの形成及びOリングが固定シールの形成用に配置されるグランドの形成においても公差問題が発生する。
小型ポンプヘッドにおいて、ハウジング内に形成されるキャビティに対するギア又は他の回転部材の隙間もまた重大な課題である。例えば、ハウジングに対するギアの隙間は、ギアとギアキャビティを規定するハウジングの部品とに関わる累積公差に直接関係してくる。この隙間の課題は、ギアキャビティにおけるギアの半径方向の隙間だけでなく、ギアキャビティの壁の端に対するギアの軸方向(先端)の隙間にも関係している。小型のポンプヘッドにおいて、これらの隙間の間隔は、数十ミクロン又はそれ以下である。必要以上の隙間(半径方向、軸方向)は、ポンプヘッドが必要以上の逆流(バックフロー)を示す原因となる場合がある。負の隙間(例えば、隙間が全くない)は、ギアがハウジングの中で動かなくなり、ポンプヘッドを操作不能にする。従って、広すぎる隙間と不十分(又はネガティブ)な隙間との差は極めて小さく、従来の方法で隙間を制御することは難しい。製造公差のため全く同じ寸法を持つ2つの部品は存在せず、またポンプヘッドの各構成部品がそれぞれの公差を持つため、小型ポンプヘッドを製造するために従来の方法を使用する場合、製造ライン上におけるポンプヘッドごとの累積公差が、毎回正しい隙間を形成することはほとんど不可能である。
上述の観点から、本開示は、少なくとも1つの回転部材を内包するハウジングを含むポンプヘッドを製造する方法を提供する。この具体的な方法は、以下の要約された工程を含んでいる。組み立てられたときに第1及び第2ハウジングの部分は集合体となり、回転部材を収容するポンプキャビティを形成する。回転部材は、ハウジングの部分の中に配置され、ポンプキャビティ内で回転可能なように組み立てられる。ポンプキャビティに配置されるのは、ポンプキャビティに対して回転部材の所望の隙間に一致した厚さの少なくとも1つの溶解性のスペーサーである。スペーサーは、ハウジング部の対応する表面に対向する回転部材の表面に接触して配置される。第1及び第2ハウジング部は、その後、回転部材を含んだポンプキャビティを形成するように互いに接合される。その後、溶解性スペーサーは、ポンプキャビティにおいて回転部材の所望の隙間を提供するために溶解される。例えば接着剤などでハウジング部が互いに接合されると、スペーサーは、ポンプキャビティにおいて回転部材の所望の隙間を形成する。例として、スペーサーは水溶解性の物質で形成されてもよい。
ハウジング部は、形状、サイズが同一である必要は無い。通常、ハウジング部には少なくとも2つの部材により形成され、ハウジング部がまだ接合されていない時には、各部材は少なくとも1つの回転部材とあらゆる付属部材(例えば、ブッシング、車軸)が配置される場所が規定される。ハウジング部が互いに接合された時、少なくとも1つの回転部材及び付属部材を含んだポンプキャビティが規定される。
対象となる方法の主要となるアプリケーションは、回転部材が個別のギアであるギアポンプヘッドの製造に対するものである。しかしながら、この方法は、ギアポンプヘッドの製造に対するものに制限されるものではない。例えば、少なくとも1つの回転部材は、2つのポンプギア、すなわち被動ギアと互いにかみ合う駆動ギア、を含む。このようなポンプヘッドの組立工程は、第1及び第2ハウジング部を一つに接合する前に、ポンプギアをポンプキャビティに実装する工程を含む。ポンプギアが所望する典型的な(しかし限定的ではない)隙間は、ポンプキャビティの内表面の場所に対応するギアが所望する端部の隙間である。端部の隙間は、ギアの両側面とそれに対応するポンプキャビティの内表面との間に所望の端部隙間が作られている各ギアの同軸上に配置される溶解性ワッシャとしてのスペーサーを形成することによって作られる。
ハウジング部は互いに接合されるときに、所定の前負荷(ハウジング部同士を接合するための力)を受ける。特定の前負荷は、スペーサーが各回転部材とそれに対応するポンプキャビティの表面との間に配置されることを確実にする手助けをする。スペーサーが規定の厚さに製造されるならば、スペーサーを正確に配置することによりスペーサーが溶解した後に所望の隙間(スペーサーの厚さに一致する)を得ることができる。仮にそうだとしても、少なくともハウジング部を互いに接合するために使われる技術の実行中は、前負荷が一般的には加えられる。例えば、ハウジング部が互いに接着剤で接合される場合、所望の前負荷は少なくとも接着剤の塗布後に加えられ、そして接着剤の硬化中に継続して加えられる。
ハウジング部を互いに接合は、接着剤による接合に限られることなく、他のいくつかの技術を使用して行っても良い。これらの代替技術としては、例えば、熱接合、ソニック接合、機械接合の使用、などがある。これらの技術(及び接着剤技術)は、ハウジング部がプラスチック素材である場合に特に有用であるが、金属ハウジングに使用されてもよい。ハウジング部が金属製である場合、はんだ付けまたはろう付けなどの技術が使用されてもよい。ハウジング部は十分な剛性を有していることが望ましく、また接合技術は、スペーサーが溶解した後もスペーサーによって形成された所定の隙間が一定に保たれることを確実にする十分に安定した技術であることが望ましい。
この方法は更に、回転装置が少なくとも1つの回転部材に接続されるように回転装置をポンプヘッドに実装する方法を含む。回転装置は通常、ポンプキャビティ内で回転部材を回転させることによりエネルギーを与えることができる。例えば、回転装置は、少なくとも1つの回転部材に接続される回転可能な磁石と、回転可能な磁石に磁気的に接続される磁石ドライバとを含む。そのような時には、組立工程は、磁石をマグネットカップに封入し、マグネットカップがポンプキャビティに流体連結するように少なくとも一つのハウジング部にマグネットカップを実装する工程を含むことができる。
スペーサーは通常、組立られたポンプヘッドの中で溶媒を循環させることにより溶解される。具体的に手頃な溶媒は水であるので、スペーサーは水溶解性である必要がある。その間、回転部材はスペーサーの溶解を促すために回転されてもよい。
その他の方法の実施例は、ギアポンプヘッドの製造方法を対象とする。この方法は、組み立てられた際にギアキャビティを形成する第1ハウジング部と第2ハウジング部を集合的に提供する工程を含む。少なくとも2つのギア(駆動ギア及び被動ギア)がハウジング部、より明確にはギアキャビティ内に組み立てられる。所望された端部の隙間に対応するように決められた厚みを有する少なくとも1つの溶解性スペーサーは、ギアキャビティ内の少なくとも1つのハウジング部に面したギアの少なくとも一つの表面に接触して配置される。これら及び他の必要な部材をギアキャビティ内に組み立てた後、第1及び第2ハウジング部は、ギア及び他の部材を含んでいるギアキャビティを形成するように互いに接合される。この接合工程は、第1及び第2ハウジング部を溶解性スペーサーによって止められるまで互いに押し合わせる工程を含む。溶解性スペーサーはその後、各ギアの所望された端部の隙間を提供するためにギアキャビティ内で溶解される。
ハウジング部を互いに接合するために、接着剤が使用されてもよい。このような時は、その方法は、第1及び第2ハウジング部の一対の表面に接着剤を塗布し、第1及び第2ハウジング部を接合した後に接着剤を硬化する工程を含むことができる。
その方法は、回転可能な磁石を駆動ギアに実装し、少なくとも1つのハウジング部に実装され、ギアキャビティと流体連結するマグネットカップ内の磁石を封入する工程を更に含むことができる。
方法の更に他の実施例、第1及び第2ハウジング部が上述されたように提供される。少なくとも1つの回転部材は、回転部材がポンプキャビティ内で回転可能なようにハウジング部に組み立てられる。各回転部材がポンプキャビティの対応する表面に接触するように、回転部材を含むポンプキャビティを形成するために第1及び第2ハウジング部は互いに接合される。ポンプキャビティ内の回転部材は、回転部材とポンプキャビティの対応する表面との間の内部障害を減らすために作動(回転)される。
ポンプキャビティの表面に関する回転部材を動かすことにより、回転部材の表面及びポンプキャビティの表面の高くなっているところや他の微小な凹凸が徐々に破壊され取り除かれる。その結果、組立ラインで回転部材とポンプキャビティの表面との間に一定の基準でとても精密な公差隙間が形成される。
ポンプキャビティの表面に関する回転部材を動かすことにより、回転部材の表面及びポンプキャビティの表面の高くなっているところや他の微小な凹凸が徐々に破壊され取り除かれる。その結果、組立ラインで回転部材とポンプキャビティの表面との間に一定の基準でとても精密な公差隙間が形成される。
上述されたように、回転部材は、少なくとも一つの被動ギアと噛み合う駆動ギアであってもよい。そのような時は、作動工程は、ギア及びハウジング部の各表面の間の内部障害を減らし、ポンプキャビティ内のギアの各所望の端部の隙間を提供する。
この接合工程は、望ましくは、ギアの各表面の向きに対して、ハウジング部が接触によって止まるまで第1及び第2ハウジング部を互いに押し合わせることが含まれる。この押し合わせは、明確になれた前負荷の下に行われることが望ましい。ハウジング部は接着または互いに連結される。ここで、少なくとも接着または同様の事が行われている間に前負荷が加えられることが望ましい。
この方法の実施例は、上述された第1実施例と組み合わされてもよく、組み立て工程の間に、溶解性スペーサーは回転部材及びポンプキャビティの対応する表面の間に配置される。接合工程の後、スペーサーは溶解する。
本発明の上述の事及び他の物体、特性、及び有利な点は、添付図を参照した後述の明細書によりさらに明確になる。
本発明は、上述された問題、特に小型ポンプヘッド及び1つ以上の回転部材を含むその他のポンプヘッドに関する問題に対処し解消する。すなわち、とりわけこのような問題を解決するための方法が提供される。
本開示は、代表的な実施形態の内容に説明されるが、いかなる方法においてもこれに限定されるわけではない。
本明細書で使用される、単数形の“一つの(a)”又は“その(the)”は、その他に明確に指示しない限り複数の形を含む。また、“含む”という表現は“有する”を意味する。更に、“接続される”という表現は、機械的及びその他の方法で物体を接続又は繋げることを含み、接続される物体の間に他の物体が配置されることを排除するものではない。
本明細書で説明される事柄及び方法は、何かを制限するものではない。代わりに、本開示は、新しい事柄で明らかになっていない特徴や開示される様々な具体例の特徴を示す。開示された事柄及び方法は特定の観点や特性、或いはそれらの組み合わせに限定するものではなく、また開示された事柄及び方法は、1つ以上の特有の利点や問題が解決されることが要求されているわけではない。
いくつかの開示された方法の実施に関しては、説明の都合で特定且つ順序立てて説明している。しかし、以下に説明される特別な手法のために特定の順序にする必要が無い限りは、説明の順番はどのような順番でも良い。例えば、順番に記述された実施例の実施は、幾つかの場合、実施の順番が変えられるか、実施を同時に行ってもよい。さらに、開示された物及び方法は他の物及び方法と併せて使用されてもよいが、簡略化のために添付の図面は様々な方法を示していない場合がある。また、明細書において“生成する”及び“提供する”という表現が、開示された方法を説明するために度々使用される。これらの表現は、実際に行われる実施を高度に抽象化したものである。これらの表現に対応する実際の実施は、実施方法によって変わり、また当業者によって容易に認識される。
後述の明細書において、特定の表現、例えば“上”、“下”、“上部”、“下部”、“横の”、“縦の”、“左”、“右”、及びこれらに似たような表現が使用されるかもしれない。これらの表現は、これらの表現が当てはまる所で、相対的な関係を扱う時に、記述を明瞭にするために使用される。しかし、これらの表現は絶対的な関係、位置、方向を表わすものではない。例えば、物体の“上面”は、単純に物体を上下に反転した場合に“下面”になる。それにもかかわらず物体は変わらない。
本方法の様々な実施形態は、次の特徴を1つ以上持っている。(a)部品の数とそれによる費用の削減のための、ネジやネジのようなもの等の機械的留め具の実質的な排除及び個別の位置合わせピンの実質的な排除する;(b)個別のアライメント機能や部品を使用することなく、部品間のアライメントを正確に行うための1つ以上のアライメント機能の特定の部材への取り込む;(c)ハウジングの中の回転部材が所望される端部の隙間を得るために、ハウジングの組み立て中に回転部材とハウジングの内表面との間に、薄くて溶解性で一時的なスペーサーが配置、そしてこのスペーサーはその後、回転部材とハウジングとの間に所望の隙間を形成するために溶解する。;(d)ハウジング内に回転部材の所望された端部の隙間を得るために、回転部材はポンプキャビティに組み立てられる。そしてハウジング部は軸方向に互いに押し合わされながら組み立てられる。続いて、ハウジング部が互いに押し合わされた状態で回転部材を回転させて回転部材とハウジングの内表面との間の邪魔になる凹凸を取り除き、所望された端部の隙間を形成する。;そして(e)部品同士を接合し液体封止を行うために、ハウジングの接合部分が、適切な接着剤またはハウジングを形成している物質に適切な他の接合技術を用いて接合される。対象となっている方法は、小型化され密閉された磁気駆動のポンプの所望のレベルの信頼性と耐久性を満たすと同時に、小型化されたポンプヘッドの大量生産に特に適している。
平行軸に対して回転する互いにかみ合わされたギアである回転部材(通常はハウジングに少なくても2つある)を有するギアポンプヘッドの関連として、様々な実施例が説明される。ここに記述される方式は、遠心ロータ、ローブロータ、ロータリーピストン等の他の型の回転部材を有するポンプヘッドにも用いることができる。
様々な実施例は、少なくとも適切なプラスチック材により形成されたハウジングに関して記述される。しかしながら、ここに記述される方式は、セラミック、金属、半導体、グラス素材などに限定されない他のどのような素材により形成されたハウジングにも適用できる。
<第一実施例>
第1実施例は、ポンプヘッドの製造方法に関して示している。ここで、ハウジングにおける回転部材の所望の端部の隙間は製造中に形成される。ギアポンプヘッドの製造に適用される実施例は、図1A及び図1Bに示される。図1Aは、対象となるポンプヘッド組立部10の展開図である。本実施例のポンプヘッド組立部10は、第1ハウジング部(エンドプレート)12と、第2ハウジング部(空洞プレート)14と、軸Aに沿って配置されるマグネットカップ16とを含む磁気的駆動ギアポンプである。エンドプレート12は、インレットポート18及びアウトレットポート20を含む。エンドプレート12は、ギアブッシング22a、22bと、ギアブッシング22a、22bに挿入されるギア軸24a、24bが装備される。各ギア26a、26bはギア軸24a、24bに取り付けられる。ギア26aは被動ギアであり、ギア26bは駆動ギアである。ギア26a、26bは互いにかみ合っており、駆動ギア26bの回転は被動ギア26bを逆回転させる。互いに噛み合ったギア26a、26bは、空洞プレート14の、全体が“8の字状”の壁29によって形成されるギアキャビティ28の中に配置される。ギア軸24a、24bは、空洞プレート14に搭載される各ブッシング30a、30bに挿入される。ギア軸24bは、空洞プレート14を通ってマグネットカップ16まで伸びている。エンドプレート12と、空洞プレート14と、空洞プレート14に搭載されたギア26a、26bとを含む組立部は、“ギアポンプヘッド”と呼ばれる。
第1実施例は、ポンプヘッドの製造方法に関して示している。ここで、ハウジングにおける回転部材の所望の端部の隙間は製造中に形成される。ギアポンプヘッドの製造に適用される実施例は、図1A及び図1Bに示される。図1Aは、対象となるポンプヘッド組立部10の展開図である。本実施例のポンプヘッド組立部10は、第1ハウジング部(エンドプレート)12と、第2ハウジング部(空洞プレート)14と、軸Aに沿って配置されるマグネットカップ16とを含む磁気的駆動ギアポンプである。エンドプレート12は、インレットポート18及びアウトレットポート20を含む。エンドプレート12は、ギアブッシング22a、22bと、ギアブッシング22a、22bに挿入されるギア軸24a、24bが装備される。各ギア26a、26bはギア軸24a、24bに取り付けられる。ギア26aは被動ギアであり、ギア26bは駆動ギアである。ギア26a、26bは互いにかみ合っており、駆動ギア26bの回転は被動ギア26bを逆回転させる。互いに噛み合ったギア26a、26bは、空洞プレート14の、全体が“8の字状”の壁29によって形成されるギアキャビティ28の中に配置される。ギア軸24a、24bは、空洞プレート14に搭載される各ブッシング30a、30bに挿入される。ギア軸24bは、空洞プレート14を通ってマグネットカップ16まで伸びている。エンドプレート12と、空洞プレート14と、空洞プレート14に搭載されたギア26a、26bとを含む組立部は、“ギアポンプヘッド”と呼ばれる。
本実施例のマグネットカップ16は、空洞プレート14の後方対向面32が取り付けられる対向面36を有している。固定シール34は、面32と36との間に配置される。マグネットカップ16は、ギア軸24bが挿入される軸挿入開口40を有する磁石38を搭載する。従って、軸Aに対する磁石38の回転は、対応するギア軸24bの回転を引き起こし、それにより駆動ギア26bもまた回転する。一体位置決めピン42を含むマグネットカップ16は、組み立て工程の中で後方対向面32に形成され一体位置決めピン42に対応する孔44に挿入される。そのため、マグネットカップ16は空洞プレート14に正確に取り付けられる。本実施例の磁石38は、流体がマグネットカップ16を循環する際にポンプヘッド組立部10によって汲み上げられる流体に浸かっている。
本実施例のエンドプレート12は、組み立て中にギアキャビティ28の中に挿入される“8の字状”の隆起面46が形成され(図1B)、プレート12、14を互いに整列させる。磁石38は、マグネットカップ16の底部のブッシング50に挿入される軸部48を含む。マグネットカップ16と、ハウジング部12、14とは、ネジ、クリップ、又は取り付け孔52まで伸びるその他の機械的留め具(図示せず)を用いて互いに固定される。他の方法としては、マグネットカップ16は、ハウジング部12、14を互いに接着すると同時に、機械的留め具を使用してハウジング部14に固定されてもよい(以下参照)。さらに他の方法としては、これらの3つの部材12、14、及び16を互いに接着してもよい。また、これらの部材を互いに接着し、その後に固定してもよい。
図1A及び図1Bに示すように、ブッシング22a、22b、30a、30bは、プレート12、13にそれぞれ取り付けられる個別の部材であり、これらはプレート12、14とは異なる素材で形成されている。あるいは、ブッシングは、各プレートと一体になっていてもよく、各プレートと同じ素材であってもよい。
部品の素材を限定するものではないが、プレート12、14及びマグネットカップ16に使用される典型的な物質は繊維強化ポリエーテルイミドであり、ギア26a、26b及びブッシング22a、22b、30a、30bに使用される典型的な物質は熱可塑性ポリイミドであり、軸24a、24bに使用される典型的な物質はイットリア安定化{あんていか}ジルコニアである。
本実施例の方法を用いたギアポンプヘッドの組立中に、薄肉スペーサー54a、54bは各ギア26a、26bに面してそれぞれ配置される(図1A参照)。スペーサー54a、54bは、ギア26a、26bの間に所望される端部の隙間を形成するために使用される。このためには、スペーサー54a、54bはフィルム状であり、所望の端部の隙間の大きさに等しい厚さ(例えば20ミクロン)を有する。形成したい所望される端部の隙間に応じて、スペーサー54a、54bのそれぞれの厚さは同じである必要はない。スペーサー54a、54bは、溶媒(例えば冷水)に溶解可能な物質(例えばポリビニルアルコール)で作られる。(スペーサー54a、54bは、個別のユニットとして示されているが、特にそれぞれの厚さが同じである場合は、1つのユニットであってもよい)。そしてギア軸24a、24bはブッシング30a、30bに挿入され、ギア26a、26bはギアキャビティ28に挿入され、ギア軸24a、24bは、ブッシング22a、22bに挿入される。マグネットカップ16はまだハウジングに取り付けられていないが、ハウジング部12、14は、接着剤により(下記参照)、または1つ以上のネジ、クリップ又は同様の機械的留め具を使用することにより(上記参照)、またはこれらの技術の組み合わせによって、互いに接合される。
ハウジング部12、14が、互いに接着することにより組み立てられる場合、インレット18及びアウトレット20は、接着剤に接着しない物質又はエポキシ接着の使用のために用いられるほかの接着物質(例えばテフロン(登録商標)プラグ)を使用して、一時的に栓をされることが望ましい。一時的に栓をすることは、接着剤、物質の流出、変形、またはこれらの接着の結果として、インレット18及びアウトレット20が塞がれることを防ぐ。接着に接着剤が使用された場合、接着剤(例えばエポキシ接着剤)は、壁29とエンドプレート12との間のゾーン56(図1B参照)に塗布される。隆起面46はギアキャビティ28に挿入され、そしてプレート12、14は、隆起面46がフィルム54a、54bに接触するまで互いに(通常、“前負荷”と呼ばれる特定の力で)押し合わされる。組立を妨げることなく、接着剤は特定の接着剤に対して適切な時間(例えば13分)で、適切な硬化温度(たとえば195℃)で硬化される。接着剤が完全に硬化した後、スペーサー54a、54bを溶解するために、ポンプヘッド(ギアを回転しながら)を介して溶液が循環され、ギアキャビティ28のギア26a、26bとハウジング部12、14との間に所望の端部の隙間が形成される。その後、インレット18及びアウトレット20は抜栓される。
前負荷を加えた結果として、ハウジング部12、14は互いに接触した後、接着される。または、接着に接着剤が使用された場合特に、前負荷が印加された後、残されたハウジング部12、14の間のキャビティを埋めるように十分な接着剤が塗布されてもよい。
上述されたようにハウジング部を組み立てた後、磁石38とマグネットカップ16とがポンプヘッドに組み立てられる。完成したポンプヘッド組立部10において、プレート12、14を互いに接着するための接着剤は、フィルム54a、54bがプレート12、14に関連したギア26a、26bに所望された端部の隙間を提供するとともに、壁29とエンドプレート12との間のゾーン56における公差を埋めるようにどのような厚み(軸方向)も想定する。
その他の構成では、ハウジング部12、14は、真ちゅう又はステンレススチールのような金属から形成される。ギア26a、26bをギアキャビティ28の中に組み立てた後、ハウジング部12、14は、ろう付け又は半田付け、機械的留め具の使用、又はこれらの技術の組み合わせのような金属に適した接合技術を使用して接着される。
その他の取りうる構成としては、プレート12、14は、限定するわけではないが、プラスチックのような熱接着可能物質で形成することもできる。ギア26a、26bをギアキャビティ28の中に組立てた後、プレート12、14は、熱圧着、ソニック接合、または同種類の方法などの熱接着技術を使用して接着される。熱接着は、接着剤を硬化させるため、又はプレート同士を接着させるために局所的に過熱をするような接着の接着方法と組み合わせて使用したり補強したりしてもよい。
上述のハウジング部12、14の具体的な構成は、構成を制限することを意図していない。ギア(又は回転部材)、ブッシング、及び他の部材がキャビティ28の内部で組み立てられる限りは、ハウジングは、ハウジング部の様々な組み合わせや構成を使用することができる。大抵の場合は、ハウジングは、回転部材が組み立てられた後に組み立てられる複数の部材から構成されている。例えば、ハウジング部12、14は、大体は同じサイズ及び形状である(が、互いに鏡像である)
汲み上げられた液体が循環するキャビティ内に配置される回転部材である磁石38は、マグネットカップ16の中で磁石38の所望された端部の隙間を形成するためにスペーサーを備えていてもよい。このようなスペーサーは、ギア用に上述されたスペーサー54a、54bに類似している場合がある。
<第2実施例>
図2A及び図2Bにおいて示される第2実施例は、所望された端部の隙間を形成するための溶解性スペーサー54a、54bを使用していない以外は、いくつかの点で第1実施例と類似している。むしろ、第2実施例は、ハウジングにおける回転部材の所望された端部の隙間を形成する方法により構成される。この方法は、回転部材がポンプキャビティの中で組み立てられ、ハウジング部が互いに軸上に押し合わされながら組み立てられる。続いてハウジング部は互いに押し合わされながら回転部材を回転させ、ハウジング内の凹凸を取り除き、所望された端部の隙間を形成する。
図2A及び図2Bにおいて示される第2実施例は、所望された端部の隙間を形成するための溶解性スペーサー54a、54bを使用していない以外は、いくつかの点で第1実施例と類似している。むしろ、第2実施例は、ハウジングにおける回転部材の所望された端部の隙間を形成する方法により構成される。この方法は、回転部材がポンプキャビティの中で組み立てられ、ハウジング部が互いに軸上に押し合わされながら組み立てられる。続いてハウジング部は互いに押し合わされながら回転部材を回転させ、ハウジング内の凹凸を取り除き、所望された端部の隙間を形成する。
図2A及び図2Bにおいて、図1A及び図1Bに示される対応する部品と同じ部品は、同じそれぞれの参照番号を有しており、今後説明はされない。第2実施例のハウジング部(エンドプレート112及び空洞プレート114)は第1実施例のものとは多少異なるため、第1実施例とは異なる参照番号が付されている。
第2実施例に従った方法でポンプヘッド組立部100を製造するために、ギア軸24a、24bはブッシング30a、30bに挿入され、ギア26a、26bはギアキャビティ28に挿入され、そしてギア軸24a、24はポンプヘッドを形成するようにブッシング22a、22bに挿入される。(マグネットカップ16はまだ接続されていない)。インレット18及びアウトレット20は、一時的に栓がされ、壁129とエンドプレート112との間のゾーン56(図1A)に接着剤58(例えばエポキシ接着剤)が塗布される。詳細は、エンドプレート112及び空洞プレート114が記載されている図2Cに示される。空洞プレート114は空洞壁129を明確にし、エンドプレート112は、“8の字型”隆起部131(図2Bの“隆起面”46を参照)を定義し、それはプレート112、114の組み立て中、ギアキャビティ28に挿入される。隆起部131を囲むのは、接着剤58が塗布される接着ゾーン133である。隆起部131は、“上”表面135を含む。
隆起部131(隆起面46)をギアキャビティ28に挿入した後、プレート112、114は、隆起部131の上表面135がギア26a、26b(図2Dを参照)の対向表面137に接触するまで、互いに押し合わされる。結果として得られるポンプヘッドは、プレス又は同種類のものの中に配置され、部材を互いに固定するために適切な時間(例えば5秒)だけ軸方向の圧縮負荷(“前負荷”と呼ばれ例えば40ポンド・スクエア・インチ(270kパスカル))を受ける。接着剤58は、適当な硬化温度(例えば195℃)で適当な時間(例えば13分)曝されることにより硬化される。接着剤58が完全に硬化された後、ポンプヘッドは、挿入の間、ポンプヘッドに所望された背圧(例えば40psi(270kパスカル)背圧)を作るために特別な開口部を有する挿入デバイスの中に配置される。駆動メカニズムは、空洞プレート114から突き出ているギア軸24bに接続され、駆動ギア26aを回転するために適当な時間(例えば1分)の間作動される。プレート112、114の横表面に対するギア26a、26bの反転回転の結果、ギア、エンドプレート112、及び空洞プレート114の間の内部障害を取り除き、ポンプキャビティ28内に所望の端部の隙間を形成する。挿入後、マグネットカップ16及び磁石38は、ポンプヘッドに組み立てられる。
従って、完成したポンプヘッド組立部100において、挿入工程がプレート112、114に関するギアのために所望された端部の間隔を与えることにより、接着剤58は壁129とエンドプレート112との間のゾーン56に、どのような厚さ(軸方向)の隙間が形成されることをも想定できる。
ここに使用される“ギア”は、互いに逆回転させた時に流体の流れを作るために互いにかみ合うローブ、歯、又は同様なものを有する様々な回転部材と同様に、従来のポンプギアのように形成された回転部材を含む。
磁石38は、固定子39または類似の装置により駆動される。固定子39は、マグネットカップ16(及び磁石38)を同軸上で囲むようにマグネットカップ16の外側に配置される。一般的な固定子は、鉄心に付随する巻線(詳述せず)を含み、鉄心はマグネットカップを囲む。巻線は電子装置により選択的に電圧が加えられる。固定子39に電圧を加えるために電力が電子装置に加えられ、結果として磁石38が軸回転する。磁石38の回転は、駆動ギア26bを回転し、被動ギア26aを反対に回転させる。ギア26a、26bの反対回転は、ポンプキャビティ28を介して液体の流れを促す。
第2実施例は、望まれるか又は必要な場合、第1実施例と組み合わされてもよい。ポンプヘッドの製造方法は、第2実施例で上述される特性を含むだけでなく、ハウジング内で回転部材の所望された端部の隙間を形成するための器具として溶解性スペーサーを使用することも含む。
第1実施例及び第2実施例のいずれかは、オフセット駆動、磁気駆動、特許文献1に開示されるギアポンプヘッドの製造に使用されてもよく、特許文献1では特に段落7から段落13、及び図1から図6を参照することにより本明細書に組み込まれる。
第1及び第2実施例に関連した上述された方法は、小型のポンプヘッドへ有利に利用されるが、このようなポンプヘッドへの利用に限定されるわけではない。“小型”より大きいポンプヘッドでも、ポンプヘッドの製造における共通した原則において、特定の端部の隙間を形成することは重要な目的である。“小型”ポンプヘッドとは、一般的に1in3(約16.4cm3)またはそれ以下の体積である。
ハウジング内の回転または他の駆動ポンプ部材のための隙間を形成するための溶解性スペーサーの使用は、端部の隙間の形成に制限されない。溶解性スペーサーは、例えば所望の放射状隙間又は端部の隙間ではない他の隙間を形成するための製造過程で構成し、使用することができる。
<流体回路>
上述されたような実施例の方法によって製造されたポンプヘッドは、様々な種類のあらゆる流体回路に連結され使用することができる。図3に示されるような回路200の例では、インレット204及びアウトレット206を有するポンプ202が含まれる。アウトレット206は圧力センサー205を含むことができる。インレット204は、フィルタ208の下流に位置していて、ポンプ202によって汲み上げられる液体の貯水タンクの役目を果たすタンク210の下流に位置する。アウトレット206は、汲み上げられた液体が回路又は他に使用されるところから排出される下流目的地212に流体が通るように連結している。もし必要ならば、回路210は、実際に目的地212で排出されないタンク210に液体を戻すための回帰ライン214を有していてもよい。
上述されたような実施例の方法によって製造されたポンプヘッドは、様々な種類のあらゆる流体回路に連結され使用することができる。図3に示されるような回路200の例では、インレット204及びアウトレット206を有するポンプ202が含まれる。アウトレット206は圧力センサー205を含むことができる。インレット204は、フィルタ208の下流に位置していて、ポンプ202によって汲み上げられる液体の貯水タンクの役目を果たすタンク210の下流に位置する。アウトレット206は、汲み上げられた液体が回路又は他に使用されるところから排出される下流目的地212に流体が通るように連結している。もし必要ならば、回路210は、実際に目的地212で排出されないタンク210に液体を戻すための回帰ライン214を有していてもよい。
開示された発明の方法を適用することができる多くの実施例を考慮すると、描かれた実施例は発明の好ましい例であるだけであり、本発明の観点を制限するものではないことが認識される。むしろ、本発明の観点は、添付の特許請求の範囲により定義される。従って、これらの特許請求の範囲の精神において我々の発明として主張する。
Claims (28)
- 少なくとも一つの回転部材を封入したハウジングを含むポンプヘッドの製造方法であって、
組み立てられた際に集合体として前記回転部材を収納するポンプキャビティを規定する第1ハウジング部及び第2ハウジング部を提供する工程と;
少なくとも1つの前記回転部材を前記ハウジング部に取り付ける工程と;
少なくとも1つのハウジング部に面する少なくとも1つの前記回転部材の表面に接触し、所望の隙間に対応して規定される厚さを有する溶解性スペーサーを配置する工程と、
少なくとも1つの前記回転部材を有する前記ポンプキャビティを形成するように前記第1及び前記第2ハウジング部を接合する工程と;
少なくとも1つの前記回転部材の前記所望の隙間を提供するように前記ポンプキャビティにおいて溶解性スペーサーを溶解する工程と;
を備えるポンプヘッドの製造方法。 - 前記接合工程は、前記溶解性スペーサーによって止められるまで、ハウジングに対して特定の前負荷を形成するために前記第1及び第2ハウジング部を互いに押し合う工程を含む、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 少なくとも一つの前記回転部材は複数のポンプギアを含み、
前記取り付け工程は、前記第1及び第2ハウジング部が互いに接合される前に、前記ポンプキャビティ内に前記ポンプギアを実装する工程を含む、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記所望の隙間は、前記ポンプキャビティの内表面の対応する場所に関連する少なくとも1つの前記回転部材の所望の端部の隙間である、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 少なくとも1つの前記回転部材は、前記ポンプキャビティにおいて互いに噛み合う第1及び第2ギアを含み、
前記所望の隙間は、前記ポンプキャビティ内の内表面に対する場所の前記ギアの所望の端部の隙間である、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記溶解性スペーサーの配置は、前記ギアの側面と前記ポンプキャビティの対応する内表面との間に所望の端部の隙間を形成するように、各ギアに同軸上に溶解性ワッシャを配置する請求項5に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記接合する工程は、前記第1ハウジング部と第2ハウジング部とを接着する工程を含む、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記接着工程は、
前記第1及び第2ハウジング部の表面を一対にするように接着剤を塗布する工程と、
前記第1及び第2ハウジング部の接続後、前記接着剤を硬化する工程と、を含む、請求項7に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記接着剤の硬化前に、前記第1及び第2ハウジング部に前負荷を加える工程を更に備える、請求項8に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 回転装置が少なくとも一つの前記回転部材に接続するように前記ポンプヘッドに回転装置を実装する方法を更に含み、前記回転装置は、前記ポンプキャビティにおいて少なくとも一つの前記回転部材の回転を引き起こすように電圧が加えられる、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記回転装置は、少なくとも一つの回転部材に接続される回転磁石と、前記回転磁石に磁気的に接続される磁石ドライバと、を含み、
前記取り付け工程は、前記磁石をマグネットカップに封入する工程と、前記マグネットカップが前記ポンプキャビティに流体連結されるように接続されるように前記マグネットカップを少なくとも一つの前記ハウジング部に取り付ける工程と、を含む、請求項10に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記溶解工程は、前記スペーサーを溶解するために前記ポンプキャビティ内で溶液を循環する工程を含む、請求項1に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記溶液を循環する間、少なくとも一つの前記回転部材を回転する工程を更に含む、請求項12に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 組み立てられた際に集合体としてギアキャビティを形成する第1ハウジング部及び第2ハウジング部を提供する工程と、
前記ハウジング部に駆動ギア及び被動ギアを取り付ける工程と;
所望の端部の隙間に対応する厚みを有し、前記ギアキャビティ内において少なくとも1つの前記ハウジング部に面する前記ギアの少なくとも1つの表面に接触する溶解性スペーサーを配置する工程と、
前記第1及び第2ハウジング部を前記溶解性スペーサーによって止められるまで互いに押し合う工程を含み、前記ギアを含む前記ギアキャビティを形成するように前記第1及び第2ハウジング部を接合する工程と、
前記ギアキャビティにおいて、前記ギアの前記所望の端部の隙間を提供するように前記溶解性スペーサーを溶解する工程と、
を備える、ギアポンプヘッドの製造方法。 - 前記第1及び第2ハウジング部の一対の表面に接着剤を塗布する工程と、
前記第1及び第2ハウジング部の接合後、前記接着剤を硬化する工程と、を更に備える、請求項14に記載のギアポンプヘッドの製造方法。 - 前記駆動ギアに回転磁石を取り付ける工程と、
前記ハウジング部の少なくとも1つに取り付けられたマグネットカップに前記磁石を封入する工程と、を更に備える請求項14に記載のギアポンプヘッドの製造方法。 - ハウジングに封入された少なくとも1つの回転部材を含むポンプヘッドの製造方法であって、
組み立てられた際に集合体としてポンプキャビティを形成する第1ハウジング部及び第2ハウジング部を提供する工程と、
前記ポンプキャビティ内で回転可能なように前記ハウジング部に少なくとも1つの回転部材を取り付ける工程と、
少なくとも1つの回転部材を含む前記ポンプキャビティを形成し、前記少なくとも1つの回転部材は、前記ポンプキャビティの対応する表面に接触する前記第1及び第2ハウジング部を接合する工程と、
少なくとも1つの前記回転部材と前記ポンプキャビティの少なくとも1つの対応する表面との間の内部障害を軽減するために前記ポンプキャビティ内の少なくとも1つの前記回転部材を駆動する工程と、
を備える、ポンプヘッドの製造方法。 - 少なくとも1つの前記回転部材は、被動ギアと噛み合う駆動ギアを含み、
前記駆動工程は、前記ポンプキャビティ内で所望の各端部の隙間を提供するように、前記ギア及び前記ハウジング部の各表面の間の内部障害を軽減する、請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記取り付け工程は、前記ギアの各対向表面に対してハウジング部の接触により止められるまで前記第1及び第2ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項18に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記取り付け工程は、特定の前負荷を加えながら前記第1及び第2ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記取り付け工程は、少なくとも1つの前記回転部材の各対向表面に対してハウジング部の接触により止められるまで、前記第1及び第2ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 前記第1及び第2ハウジング部の表面を一対にするために接着剤を塗布する工程と、
前記第1及び第2ハウジング部の取り付け後、前記接着剤を硬化させる工程と、を更に含む請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 回転磁石を少なくとも1つの前記回転部材に接続する工程と;
少なくとも1つの前記ハウジング部に実装され前記ポンプキャビティと流体連結するマグネットカップに前記磁石を封入する工程と;
を更に含む請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記取り付け工程中に、少なくとも1つの前記回転部材と前記ポンプキャビティの対応する表面との間に、前記ポンプキャビティの対応する表面に関連した少なくとも1つの前記回転部材の特定の隙間に対応した厚みを有する溶解性スペーサーを追加する工程と、
前記取り付け工程後に、前記特定の隙間を形成するために前記スペーサーを溶解する工程と、
を更に含む請求項17に記載のポンプヘッドの製造方法。 - 前記特定された隙間は、端部の隙間である、請求項24に記載のポンプヘッドの製造方法。
- 請求項1に記載の方法で製造されたポンプヘッド。
- 請求項14に記載された方法で製造されたポンプヘッド。
- 請求項17に記載された方法で製造されたポンプヘッド。
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