JP2012097651A

JP2012097651A - ポンプ

Info

Publication number: JP2012097651A
Application number: JP2010245399A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Kuroki; 恒二黒木; Makoto Asanishi; 誠朝西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】支持軸の振動に伴う緩衝材の軸方向移動を抑制したポンプを提供する。
【解決手段】この課題を解決するために、ポンプ１を、コイルを有したステータ１７と、複数の磁極を有したロータ１８と、前記ロータ１８と共に回転して液体を流動させる羽根車３と、前記ロータ１８及び前記羽根車３が軸回りに回転する支持軸２３と、前記ロータ１８及び前記羽根車３を内部に収納したポンプ室２と、前記ポンプ室２を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ前記ケーシングに前記支持軸２３の軸方向の端部２４を固定保持する軸支え部１２と、前記支持軸２３の前記端部２４の外周面２５と前記軸支え部１２の間に介在して配置した緩衝材３０と、を備え、前記緩衝材３０を前記支持軸２３の軸方向の端面２７も覆う有底筒状とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ、殊に振動や騒音の低減技術に関するものである。

従来から、流体を流動させる羽根車と、羽根車を収容したポンプ室と、羽根車を回転させるモータと、を備えたポンプがある。そして、該ポンプのモータは、コイルを有したステータと、ステータによって磁力回転するロータと、ロータを回転自在に支持する回転支持部と、を備えている。更に、該ポンプとして、例えば、ロータ及び回転支持部がポンプ室内に配置されると共に、ロータに羽根車が一体で取り付けられたロータ一体型のものがある。

該ロータ一体型のポンプは回転支持部が、回転中心となる支持軸と、支持軸の軸回りに回転自在な軸受部と、ポンプ室を形成するケーシングに支持軸の端部を固定する軸支え部と、を有している。そして、軸受部は外周にロータが一体で取り付けられており、ロータと軸受部と羽根車は一体で支持軸の軸回りに回転するものとなっている。更に、軸支え部はポンプ室側に開口を有した筒状となっており、筒の内周空間に支持軸の端部を差し込み、筒の内周面に支持軸の軸方向の端部の外周面を当接することで、支持軸をケーシングに固定保持している。

また、ロータ一体型のポンプは、羽根車の回転に伴って支持軸にラジアル方向に沿った振動（軸ぶれ）を生じることがあると共に、該振動によって支持軸の端部の外周面が軸支え部の内周面に接触衝突して、騒音を生じることがある。そのため、特許文献１等のポンプでは、支持軸の端部の外周面を緩衝材で覆うと共に、支持軸の端部の外周面と軸支え部の筒の内周面のラジアル方向の間に上記緩衝材を配置して、支持軸に生じたラジアル方向の振動や該振動に伴う騒音を吸収させている。

特開平０４−３５３２９０号公報

しかしながら、羽根車回転時に発生する支持軸の振動は、軸方向に沿った力成分を含むことがあり、該軸方向の力成分を含む振動が生じると、緩衝材が軸方向に移動してポンプ室内にはみ出すことがある。そして、緩衝材がポンプ室内にはみ出すと、軸受部に接触する等でロータや羽根車の回転抵抗が増加すると共に、緩衝材が振動や騒音を吸収し難くなり、支持軸の振動や該振動に伴う騒音が生じ易く（大きく）なるという問題がある。更に、回転抵抗が著しく増加すると、羽根車（軸受部）が回転し難くなり、モータロックを生じることもある。

そこで、この事情を鑑み、支持軸の振動に伴う緩衝材の軸方向移動（位置ずれ）を抑制したポンプを提供することを課題とした。

上記課題を解決するために、本発明のポンプは、コイルを有したステータと、複数の磁極を有したロータと、前記ロータと共に回転して液体を流動させる羽根車と、前記ロータ及び前記羽根車が軸回りに回転する支持軸と、前記ロータ及び前記羽根車を内部に収納したポンプ室と、前記ポンプ室を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ前記ケーシングに前記支持軸の軸方向の端部を固定保持する軸支え部と、前記支持軸の前記端部の外周面と前記軸支え部の間に介在して配置した緩衝材と、を備え、前記緩衝材を前記支持軸の軸方向の端面も覆う有底筒状としたものであることを特徴とする。

このポンプとして、前記支持軸がラジアル方向に交差した軸回転防止用の平面を前記端部の前記外周面に備え、前記緩衝材が前記支持軸の前記平面の周方向の端辺に沿って筒の周面の内外を貫通して切り欠いた切欠き部を前記筒の周面に備えて、前記支持軸の前記端辺を前記切欠き部内に配置したものであることが好ましい。

このポンプとして、前記支持軸がラジアル方向に交差した軸回転防止用の平面を前記端部の前記外周面に備え、前記緩衝材が前記支持軸の前記平面の周方向の端辺に沿って筒の内周側に開口した溝部を前記筒の周面に備えて、前記支持軸の前記端辺を前記溝部内に配置したものであることが好ましい。

このような構成としたことで、支持軸の振動に伴う緩衝材の軸方向移動（位置ずれ）を抑制することができる。

実施形態の一例のポンプの軸方向に切断した断面図である。同上の分解斜視図である。（ａ）が同上の分離板のポンプ室内側から視た分解斜視図であり、（ｂ）が同上のポンプケースのポンプ室内側から視た分解斜視図である。（ａ）が同上の緩衝材の斜視図であり、（ｂ）が該緩衝材の平面図であり、（ｃ）が該緩衝材のＡ方向に視た側面図である。（ａ）が切欠きを設けた例の斜視図であり、（ｂ）が該例の平面図であり、（ｃ）が該例をＡ方向に視た側面図である。（ａ）が溝部を設けた例の斜視図であり、（ｂ）が該例の平面図であり、（ｃ）が該例のＡ方向に視た側面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を例示して説明する。

実施形態の一例のポンプ１は、図１や図２に示すように、液体が流動するポンプ室２と、液体が流動しないモータ部１５と、に区画されている。そして、ポンプ室２は外殻及び内面をケーシングが形成すると共に、ケーシングがポンプ室２をモータ部１５から隔離している。更に、ケーシングは、液体をポンプ室２内に吸入する吸入管５と、液体をポンプ室２外に吐出する吐出管６と、を備え、吸入管５及び吐出管６は夫々内部がポンプ室２内に連通している。

また、ポンプ１は、駆動源であるモータと、ポンプ室２に配置されモータに駆動される作用部である羽根車３と、で構成されている。そして、羽根車３は回転中心がモータの回転中心と略同芯に位置すると共に、ポンプ室２内に配置されている。そのため、モータによる羽根車３回転時には、吸入管５を介して外部の液体がポンプ室２内に吸入されると共に、ポンプ室２内の液体が吐出管６を介して外部に吐出される。以下、特に規定しない限り、モータの回転中心の軸方向を単に軸方向と記載し、回転中心のラジアル方向を単にラジアル方向と記載し、軸方向に視た形状を平面視の形状と記載する。

詳しくは、図１や図２に示すように、ケーシングが、ポンプ室２の外殻を形成するポンプケース４と、ポンプ室２とモータ部１５を区画する分離板７と、からなり、ポンプケース４及び分離板７に囲まれた空間がポンプ室２となっている。

分離板７は、円形状の底部９を一端に備えた円筒部８と、円筒部８の他端から外周に延設されたフランジ部１０と、からなる。そして、図３に示すように、円筒部８の底部９には支持軸２３（詳細は後述する）の端部２４を保持する第１軸支え部１３が設けられており、第１軸支え部１３は底部９から円筒部８の内周側の空間（ポンプ室２内）に突出している。更に、第１軸支え部１３は円状の外周面とＤ字状の内周面を有した筒状となっており、Ｄ字状の内周側の空間に支持軸２３の一方の端部２４を嵌め込むことで、支持軸２３を回転不能で分離板７に保持するものとなっている。

また、ポンプケース４は、図１や図３に示すように、分離板７の第１軸支え部１３と軸方向に対向する部位に、支持軸２３の他方の端部２４を保持する第２軸支え部１４が設けられており、第２軸支え部１４はポンプ室２内に突出している。そして、第２軸支え部１４は第１軸支え部１３と略同形のＤ字状の内周面を有した筒状となっており、第２軸支え部１４は筒の開口が第１軸支え部１３の筒の開口と軸方向に沿って互いに向かい合っている。該第２軸支え部１４はＤ字状の内周側の空間に支持軸２３の他方の端部２４を嵌め込むことで、支持軸２３を回転不能でポンプケース４に保持するものとなっている。以下、第１軸支え部１３と第２軸支え部１４を、特に区別しない際には、単に軸支え部１２と記載する。

更に、ポンプケース４は外殻から軸方向に吸入管５が突出して、ラジアル方向に吐出管６が突出しており、吸入管５及び吐出管６は夫々ポンプ室２に連通しており、例えば、吸入管５や吐出管６を容易に成形できる樹脂製となっている。なお、符号１１はＯリング等のシール部材であり、シール部材１１はフランジ部１０とポンプケース４の軸方向の間に圧縮されて配置されており、ポンプ室２内の流体の外部への漏れを抑制している。

また、モータは、図１や図２に示すように、コイルを有した環状のステータ１７と、モータ駆動を制御する制御部１６と、複数の磁極を有した円筒状のロータ１８と、ロータ１８を回転自在で支持した回転支持部と、を備えている。ステータ１７及び制御部１６はモータ部１５内に配置されており、ロータ１８及び回転支持部はポンプ室２内に配置されている。

そして、制御部１６はステータ１７のコイルに流れる電流を制御することで、モータ駆動を制御しており、ステータ１７は制御部１６に通電制御されることで、ロータ１８を磁気回転させている。更に、制御部１６及びステータ１７はモータ部１５内に充填されたモールド材１９を介して分離板７に固定されている。

該モールド材１９はステータ１７や制御部１６等のモータ部１５内の部材を外部の水分や埃等の付着から保護すると共に、モータ部１５の外殻を形成している。なお、符号２０はフランジ部１０を介してモータ部１５（モールド材１９）とポンプケース４を固定するねじやビス等の固定具である。

一方、ロータ１８及び回転支持部は、図１や図２に示すように、回転中心をステータ１７と略同芯に位置して、ステータ１７の内周側に配置されている。そして、ロータ１８はステータ１７との間に分離板７の円筒部８が介在しており、回転支持部はロータ１８の内周に配置されている。更に、ロータ１８は円筒の軸方向の一端に羽根車３が略同芯で且つ一体で設けられており、ロータ１８は羽根車３を伴って回転するものとなっている。

該羽根車３は一方の板面がロータ１８に接続された環状の回転板を主体とし、該回転板の他方の板面に複数の羽根を有すると共に、該羽根の軸方向の先端側が環状のシュラウドで覆われている。そのため、羽根車３は液体の流れる流路を回転板とシュラウドの軸方向の間に有しており、回転時に該流路内の液体が羽根に沿って流動するものとなっている。

また、回転支持部は、図１に示すように、ロータ１８の回転中心に位置した円柱状の支持軸２３と、支持軸２３の軸回りに回転自在で取り付けられた軸受部２１と、軸受部２１と軸支え部１２の接触を抑制する受板２２と、を有している。

軸受部２１は内周面が支持軸２３の円柱の周面（円周面）に当接されると共に、外周にロータ１８が一体で取り付けられており、支持軸２３の円周面に沿って摺り動きながらロータ１８と共に回転するものとなっている。そして、軸受部２１は、例えば、樹脂に比べて磨耗し難い金属製となっている。

受板２２は第２軸支え部１４と軸受部２１の軸方向に沿った間に配置されると共に、支持軸２３に対して回転不能で支持軸２３或いはポンプケース４（第２軸支え部１４）に固定されている。そのため、羽根車３回転時に、該回転に伴って軸受部２１が羽根車３側に引き寄せられても、受板２２が金属製の軸受部２１と樹脂製のケーシング（第２軸支え部１４）の接触を妨げ、回転する軸受部２１によるポンプケース４の磨耗や破損等を抑制している。

また、支持軸２３は回転中心に軸芯が位置する円柱を主体とし、円柱の軸方向の両端部２４は夫々円周の一部が切欠加工されており、各端部２４は夫々軸方向に沿って略平らな矩形状の切欠面２６を有した平面視略Ｄ字状（Ｄ字型）となっている。そして、支持軸２３は一方の端部２４が第１軸支え部１３の内周に嵌まり込み保持され、他方の端部２４が第２軸支え部１４の内周に嵌まり込み保持されている。

更に、各端部２４は夫々Ｄ字の直線部位の平面（切欠面２６）が緩衝材３０を間に介在して軸支え部１２の内周面に当接されており、支持軸２３は該切欠面２６の当接によって回転不能でケーシングに固定保持されている。

また、緩衝材３０は支持軸２３の端部２２の外周面２５及び軸方向の端面２７を覆う有底筒状となっており、緩衝材３０はロータ１８の回転時にロータ１８や支持軸２３に生じた振動が支持軸２３の端部２４を介してケーシングに伝達されることを抑制している。

詳しくは、該緩衝材３０が、図４に示すように、支持軸２３の端部２４の外周面２５に沿った平面視略Ｄ字の筒形状の本体部３１と、本体部３１の筒の一端を封止する平面視略Ｄ字の底面部３５と、からなる。

該本体部３１は、支持軸２３の回転防止用の切欠面２６に当接される平面部３２と、支持軸２３の切欠加工されてない曲面に当接される曲面部３３と、からなり、平面部３２と曲面部３３がＤ字の角部３４で連続している。

そして、本体部３１は内面（筒の内周面）が支持軸２３の端部２４の外周面２５に当接されると共に端部２４の外周面２５を覆っており、外面（筒の外周面）が第１軸支え部１３の内周面或いは第２軸支え部１４の内周面に当接されている。更に、角部３４は支持軸２３の端部２４の角２８である切欠面２６の周方向の端辺に当接されている。そのため、本体部３１は圧縮された状態で支持軸２３と各軸支え部１２のラジアル方向の間に介在して配置されている。

底面部３５は平面視Ｄ字の板状のものとなっており、板の外周端に本体部３１の軸方向の端辺が接続されており、本体部３１側を向く板面が、支持軸２３の端部２４の軸方向の平面視略Ｄ字状の端面２７に当接される当接面となっている。そのため、底面部３５は当接面を支持軸２３の端部２４の端面２７に当接すると共に、該端部２４の端面２７を覆っており、本体部３１の軸方向移動を規制して、緩衝材３０を支持軸２３上に位置決めしている。

また、緩衝材３０は、例えば、ゴム等の振動吸収性（防振性）を有した弾性体からなり、本体部３１は弾性変形した状態で支持軸２３と軸支え部１２の間に介在している。そして、緩衝材３０は、弾性変形時に、本体部３１の他端が軸方向に延びても軸支え部１２の軸方向の開口より内周空間側に位置して、軸支え部１２の外部に露出することがない上記開口との間に隙間を有した寸法形状となっている。なお、緩衝材３０は防振性及び弾性に加えて、粘性を有する粘弾性体が軸支え部１２の支持軸２３に対する支持力を向上することができて好ましい。

このように、緩衝材３０を配置したことで、羽根車３の回転に伴う支持軸２３の振動が緩衝材３０に吸収低減されて、支持軸２３の振動がケーシングに伝達され難くなり、該振動に起因するポンプ１の振動や騒音の発生を抑制することができる。

そして、緩衝材３０を支持軸２３上に位置決めすると共に本体部３１の軸方向における位置ずれを抑制したことで、支持軸２３の振動等に伴う緩衝材３０のポンプ室２内への露出（はみ出し）を抑制することができる。

そのため、緩衝材３０が受板２２や軸受部２１に接触し難くなり、接触に伴うロータ１８の回転抵抗の増加を生じ難くすると共に、接触に伴う緩衝材３０や回転支持部の破損の発生や磨耗の進行等の劣化を抑えることができる。そして、緩衝材３０の軸方向移動に伴う回転抵抗の増加を生じ難くすると共に劣化を抑制したことで、緩衝材３０が軸方向に移動する従来のものに比べて、騒音や振動等の吸収（抑制）等の緩衝材３０の機能を低下し難くする（長持ちさせる）ことができる。

更に、緩衝材３０との接触に伴う回転支持部の劣化を抑制したことで、回転支持部の劣化に伴う騒音や振動が生じ難くなり、従来のものに比べて、騒音や振動を低減することができる。

また、緩衝材３０は、図５や図６に示すように、支持軸２３との接触面圧が最も大きくかかるＤ字の角部３４に、圧力緩和部を軸方向に沿って設けることで、本体部３１にかかる支持軸２３との接触面圧を低減することができる。

例えば、図５に示す圧力緩和部は、軸方向に沿って本体部３１（筒の周面）を切り欠いた切欠き部４０からなり、切欠き部４０は本体部３１をラジアル方向に貫通すると共に、Ｄ字の角部３４である平面部３２と曲面部３３の接続部位に夫々形成されている。

そのため、本体部３１は平面部３２と曲面部３３がＤ字の角部３４で周方向に分割されており、平面部３２と曲面部３３は底面部３５を介して一体となっている。そして、緩衝材３０は支持軸２３に取り付けた状態で切欠き部４０に端部２４の角２８が位置するため、緩衝材３０が支持軸２３の端部２４のＤ字の角２８に接触しない形状となっている。

このように、角部３４を切り欠いて、接触圧の最も高くなる（集中する）角２８との接触を回避したことで、緩衝材３０にかかる接触圧を低減することができると共に、角２８との接触に伴う緩衝材３０の磨耗や破損等を生じ難くすることができる。そして、角部３４の角２８への接触を廃止したことで、本体部３１が支持軸２３の端部２４の外周面２５に略面のみで接触するものとなり、支持軸２３との接触圧を略均一に本体部３１にかけることができる。そのため、緩衝材３０が劣化し難くなり、従来のものに比べて、緩衝材３０の機能低下を抑制することができる。

また、例えば、図６に示す圧力緩和部では、軸方向に沿って本体部３１（筒の周面）に形成された溝部４１からなり、該溝部４１はラジアル方向に沿って内周側から外周側へ凹むと共に、角部３４に夫々形成されている。

そして、溝部４１は、本体部３１で支持軸２３の端部２４を覆った際に溝内に支持軸２３の端部２４の角２８が配置されると共に、溝部４１の軸方向に沿った底面４２より内周側に角２８が位置して、支持軸２３の角２８との接触が抑制されている。

このように、角部３４に溝部４１を形成して、接触圧の最も高くなる角２８との接触を回避したことで、緩衝材３０にかかる接触圧を低減することができると共に、角２８との接触に伴う緩衝材３０の磨耗や破損等を生じ難くすることができる。そして、角部３４の角２８への接触を回避したことで、本体部３１が支持軸２３の端部２４の外周面２５に略面のみで接触するものとなり、支持軸２３との接触圧を略均一に本体部３１にかけることができる。

そのため、緩衝材３０が劣化し難くなり、従来のものに比べて、緩衝材３０の機能低下を抑制することができる。そして、溝部４１の底面４２（本体部３１の外面側）で平面部３２と曲面部３３が周方向に連続するため、圧力緩和部の形成に伴う本体部３１の周方向の強度低下を軽減することができる。

なお、支持軸２３の端部２４はＤ字型に限らず、回転防止用に軸方向に沿って平らな切欠面２６を有した形状であれば、平面視矩形状等の切欠面２６を複数備えたものであってもよい。そして、緩衝材３０は本体部３１の内面及び底面部３５を平面視Ｄ字形状としたものに限らず、支持軸２３の端部２４の形状に沿って内面及び底面部３５が当接されるものであればよい。もちろん、緩衝材３０は、本体部３１の軸方向移動を規定可能な形状であれば、底面部３５が網状や格子状、或いは環状等の支持軸２３との軸方向に穴の空いた形状であってもよい。

１ポンプ
２ポンプ室
３羽根車
１２軸支え部
１７ステータ
１８ロータ
２３支持軸
２４端部（支持軸）
２５外周面（支持軸）
３０緩衝材
４０切欠き部
４１溝部

Claims

コイルを有したステータと、複数の磁極を有したロータと、前記ロータと共に回転して液体を流動させる羽根車と、前記ロータ及び前記羽根車が軸回りに回転する支持軸と、前記ロータ及び前記羽根車を内部に収納したポンプ室と、前記ポンプ室を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ前記ケーシングに前記支持軸の軸方向の端部を固定保持する軸支え部と、前記支持軸の前記端部の外周面と前記軸支え部の間に介在して配置した緩衝材と、を備え、
前記緩衝材を前記支持軸の軸方向の端面も覆う有底筒状としたものであることを特徴とするポンプ。
前記支持軸がラジアル方向に交差した軸回転防止用の平面を前記端部の前記外周面に備え、前記緩衝材が前記支持軸の前記平面の周方向の端辺に沿って筒の周面の内外を貫通して切り欠いた切欠き部を前記筒の周面に備えて、前記支持軸の前記端辺を前記切欠き部内に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
前記支持軸がラジアル方向に交差した軸回転防止用の平面を前記端部の前記外周面に備え、前記緩衝材が前記支持軸の前記平面の周方向の端辺に沿って筒の内周側に開口した溝部を前記筒の周面に備えて、前記支持軸の前記端辺を前記溝部内に配置したものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。