JP2015007423A - 循環ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に製造できるケーシングを有するポンプを提供する。
【解決手段】電動ポンプが、ポンプケーシング、密閉板、インペラ、及びインペラを駆動するためのモータを有する。ポンプケーシングは、本体を有する。凹部が、本体内に形成され、密閉板と共にポンプチャンバを定める。吸込みポートが、吸込みチャネルと、本体内に形成された吸込み流路とを介して、ポンプチャンバに接続される。吐出ポートが、吐出チャネルによりポンプチャンバに接続される。吸込み流路が、凹部から軸方向に延びる。凹部、吸込み流路、吸込みチャネル及び吐出チャネルは全て、ポンプケーシングを、単一の射出成形プロセスにおいて一体構造体として成形できるような形状にされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ポンプに関し、具体的には、単一プロセスのプラスチック射出成形によって作ることができるポンプケーシングに関する。

図７には既存のプラスチックポンプが示されているがモータは示されない。ポンプケーシングの水入口配管１は、連続して４つの部分、即ち、開始部分２、第１の中間部分３、第２の中間部分４、及び終端部分５を含む。開始部分２は、モータの軸に対して傾斜している。第１の中間部分３は、略台形であり、モータの軸に対して略直角であり、より小さい直径の開口部が開始部分２に接続される。第２の中間部分４は、概ね９０度曲がる。終端部分５は第２の中間部分４に接続され、モータの軸に略平行である。水は、開始部分２に入り、第１の中間部分３及び第２の中間部分４を通過し、終端部分５を経てインペラに流入する。

大直径の第１の中間部分３の開口部が開始部分２から離間配置されているので、第１の中間部分３を作るための金型は、開始部分２から取り出すことができない。つまり、開始部分２及び第１の中間部分３は、単一の射出プロセスで一体的に形成することができない。同様に、第２の中間端部５は大きな角度で曲がるので、第１の中間部分３と第２の中間部分４は、単一の射出プロセスで一体形成することができない。従って、ポンプケーシング全体は、単一のプラスチック射出成形品として作ることができない。

従って、簡単に製造できるケーシングを有するポンプに対する需要が存在する。

従って、本発明は、その一態様において、ポンプケーシングと、ポンプケーシング内に形成されたポンプチャンバと、ポンプチャンバ内に配置され、入口及び出口を形成する複数の羽根を有するインペラと、ポンプチャンバの一方の側面を形成する密閉板と、インペラを駆動するためのモータとを備え、ポンプケーシングは、第１の表面、第１の表面内の凹部、吸込みポート、吸込みチャネル、吸込み流路、吐出ポート及び吐出チャネルを有する本体を備えた一体物であり、凹部は第１の表面内に第１の開口部を形成し、第１の開口部は密閉ポンプにより閉じられてポンプチャンバを形成し、凹部は、第１の表面と対向する第２の表面内の第２の開口部と、第１の表面を第２の表面に接続する壁とを有し、吸込み流路は、第２の開口部を介して凹部と連通し、インペラの入口と位置合せされ、吸込みポートは、吸込みチャネルにより吸込み流路に接続され、吐出ポートは、凹部の壁内に形成された第３の開口部から延びる吐出チャネルにより凹部に接続され、凹部の壁の直径は、第１の表面から第２の表面への方向に沿って同じままであるか又は減少し、吸込み流路の内面の直径は、凹部から離れる方向に沿って同じままであるか又は減少し、吸込みチャネルの内径は、吸込み流路に向かう方向に沿って同じままであるか又は減少し、吐出チャネルの内径は、凹部に向かう方向に沿って同じままであるか又は減少する、ポンプを提供する。

好ましくは、吸込みチャネルは、上部円弧壁と、上部円弧壁よりも凹部に近い底部円弧壁とを有する内側表面を備え、上部円弧壁の曲率は、０．００６ｍｍ^-1乃至０．０１ｍｍ^-1であり、底部円弧壁の曲率は、０．００６ｍｍ^-1乃至０．００８５ｍｍ^-1であり、吸込みポートにおける上部円弧壁の端部の接線方向と第１の表面が延びる方向との間の挟角α、及び、吸込みポートにおける底部円弧壁端部の接線方向と第１の表面が延びる方向との間の挟角βは、ともに５度乃至１２度である。

曲率は、１／Ｒとして定義され、ここで、Ｒは、ミリメートル（ｍｍ）単位で測定された曲線の半径である。

上部円弧壁の曲率は約０．００７１ｍｍ^-1であり、挟角αは約５度であり、底部円弧壁の曲率は約０．００７０ｍｍ^-1であり、挟角βは約８度であることが好ましい。

本体は、凹部の境界内に、第２の開口部から第３の開口部まで延びる、らせん状吐出溝をさらに備えることが好ましい。
本体は、その中心から外周まで延びる多数のリブをさらに備えることが好ましい。

本体は、第２の開口部から凹部内に突出する第１のリングをさらに備え、インペラは、入口を囲むリング状端部表面と、端部表面から突出して第１のリングを囲む第２のリングとをさらに備え、第２のリングは、半径方向空隙をはさんで第１のリングと対向することが好ましい。

第２のリングの半径方向内側表面は、インペラの軸方向に対して、角度θだけ傾斜されることが好ましい。
１０°≦θ≦２０°であることが好ましい。

インペラの端面の半径方向内側の端部は、第１のリングの半径方向内側の端部と比べて、インペラの軸に対してより近くまで延びることが好ましい。

端部表面が半径方向平面に対して角度λだけ傾斜され、端部表面の内側縁部が吸込み流路に向かってずれるようにすることが好ましい。
５°≦λ≦４０°であることが好ましい。

ポンプケーシングは、単一のプラスチック射出成形品であることが好ましい。

本発明の実施形態において、上述のポンプケーシングの詳細な構造により、単一のプラスチック射出成形プロセスにより単一部品として作ることができるポンプケーシングは、製造プロセスを簡単にする。幾つかの実施形態において、第２のリングが第１のリングを囲むように配置されるので、水は完全にインペラに導かれる。これは、ポンプの効率を高める。

次に本発明の好ましい実施形態を、例示のみの方法により、添付の図面を参照しながら説明する。図面において、１つ以上の図に現れる同一の構造体、要素又は部分は、それらが現れる全ての図において、一般に同じ参照数字でラベル付けされる。図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、一般に便宜のため及び提示を明確にするために選択され、必ずしも尺度通りに示されない。図面を以下に挙げる。

本発明の一実施形態によるポンプを示す。 図１のポンプを下から見た図である。 図１のポンプのポンプケーシングを下から見た図である。 図１の線ＩＶ-ＩＶに沿って取られたポンプの部分の断面図である。 図４の囲みＶＩの拡大図である。 本発明の別の実施形態による変形の、図５に類似した図である。 従来技術のポンプの断面図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態によれば、電動ポンプ１０が、ポンプケーシング２０と、ポンプケーシング２０の開口部を密閉するための密閉板４０とを含む。インペラ５０（図４に示す）が、ポンプケーシング２０と密閉板４０によって定められるポンプチャンバ内に収容される。電動モータ６０が、密閉板４０に接続され、インペラを駆動するように配置される。図２において、モータが永久磁石回転子６１を有することを明示するために、モータの一部分が取り除かれている。

図３及び図４を参照すると、ポンプケーシング２０は、本体２１と、吸込みポート３４と、吐出ポート３３とを含む。本体２１は、略円錐形である。本体２１の第１の側面２２は、概ね平坦であり、本実施形態においては略正方形である。第１の側面２２と対向する第２の側面２３は、凸形である。凹部２４は、第１の側面２２内に形成され、モータ６０の軸に直角の平面において円形の断面を有する。凹部２４は、第１の側面２２上に第１の開口部２４ａを生成し、第２の表面２５、及び第１の側面２２を第２の表面２５に接続する壁２６によって境界付けられる。第１の側面２２から第２の表面２５に向かう方向に、凹部２４の内径は小さくなる。吸込みチャネル２７は、本体２１内に形成される。吸込みチャネルは、軸方向に延び、第２の表面２５内の第２の開口部２７ａを介して凹部と連通する。本実施形態において、吸込みチャネル２７の断面は略円形であり、その内径は、第２の表面２５から離れるにつれて小さくなる。吐出溝２８は、凹部の境界、概ね第２の表面２５内に形成される。吐出溝２８は、らせん状であり、吸込みチャネル２７から凹部の壁内の第３の開口部３６まで延びる。上記の説明によると、凹部２４及び吸込みチャネル２７を形成するための金型は、損傷することなく、第１の側面２２から取り出すことができる。他の実施形態においては、吸込み流路２７の内径は一定であってもよいことを理解されたい。これもまた上記の目的を達成することができる。

本実施形態において、内径が小さくなることは、必ずしも徐々に小さくなることに限定されず、単に一般的な傾向を説明することに留意されたい。例えば、図４を参照すると、第１の側面２２から第２の表面２５に向かう方向に沿って、ブロックＡ内に示す部分のように凹部２４の一部分の内径は概ね同一であり、ブロックＢ内に示す部分のように凹部２４の一部分の内径は急激に小さくなり、又は、ブロックＣ内に示す部分のように凹部２４の一部分の内径は、徐々に小さくなることが可能である。このように、凹部２４の一部分の内径は、インペラ５０及び密閉板４０の形状と合致するよう設計され、同時に成形金型の容易な取外しを可能にする。

入口管３１は、本体２１と一体形成され、吸込みポート３４、吸込みチャネル３２及び吸込み流路開口部３５を含む。吸込み流路開口部３５は、吸込み流路２７の側面内に形成され、吸込みチャネルを吸込み流路２７と連通又は接続させる。吸込みチャネルの内径は、吸込み流路２７に近づくにつれて小さくなる。吸込みチャネルは、本実施形態においては円弧形である。吐出チャネル３７は、第３の開口部３６を吐出ポート３３に接続する。吐出チャネル３７は、本体２１内に一体形成され、入口管３１と対向する。第３の開口部３６は、凹部２４の壁２６内に形成され、凹部２４が吐出ポート３３と連通するのを可能にする。吐出ポートから凹部２４に向かう方向に沿って、吐出チャネル３７の内径は小さくなる。

上記の説明によると、入口管３１の内側表面３２を形成するための金型は、吸入ポート３４から取り外すことができ、吐出チャネル３７を形成するための金型は、吐出ポート３３から取り外すことができる。他の実施形態において、吸込みチャネル３２の内径が一定のままであり、その形状が依然として円弧形であるか、又は、吸込みチャネル３２が直線的に延び、その内径が吸込み流路２７に近づくにつれて小さくなる場合は、入口チャネル３２を形成するための金型は、吸込みポート３４から取り外すことができることを理解されたい。

図２及び図４を参照すると、密閉板４０は円形であり、中心に孔４２が形成される。密閉板４０は、第１の表面２２上の凹部２４の第１の開口部２４ａ内に固定されて、第１の開口部２４ａを密閉する。モータ６０の軸６２は、孔４２内に固定された軸受６４を貫通する。シール（図示せず）は、軸受／軸界面を経てポンプチャンバから水が漏れるのを防止する。インペラ５０は、凹部２４と密閉板４０によって形成されるポンプチャンバ内に収容され、軸６２に接続される。インペラ５０は、第１のカバー５２と、第１のカバー５２から延びる多数の羽根５４と、羽根５４に接続された第２のカバー５６とを含む。第２のカバー５６は、インペラの入口５８を形成する開口部を含む。吸込み流路２７は、水がインペラに流入できるように、入口５８と軸方向に位置合わせされる。第２のカバー５６の外径は、第１のカバー５２から離れる方向に沿って小さくなる。第２のカバーの外面と凹部２４の壁２６との間の間隔は、概ね同じままである。

動作中、インペラ５０は、モータ６０によって駆動される。インペラ５０に流入する水は、第１のカバー５２、第２のカバー５６及び隣接する羽根５４によって定められる出口（ラベル付けせず）を通って、遠心力により吐出される。インペラ５０を通った水は、凹部２４の壁２６に向かって流れ、吐出溝２８の案内により、図３の破線で示すように、吐出ポート３３に向かってらせん状に流れる。

ポンプケーシング２０が形成されていると、凹部２４及び吸込み流路２７、吸込みチャネル３２、及び吐出チャネル３７を生成するための金型は、全てポンプケーシング２０から損傷なしに取り出すことができるので、ポンプケーシング２０全体を単一のプラスチック射出成形プロセスによって作成することができ、それにより、ポンプケーシングの製造効率が向上する。

図１の平面ＩＶ-ＩＶに沿って取られた図４に示すように、吸込みチャネル３２の内面は、上部円弧壁３２ａ及び底部円弧壁３２ｂを含み、モータの軸と吸込みチャネル３２の中心線３９が突出するモータの半径方向とによって定められることが好ましい。上部円弧壁３２ａの曲率は、０．００６ｍｍ^-1乃至０．０１ｍｍ^-1であり、吸込みポート３４における吸込みチャネル３２の上部円弧壁３２ａの端部の接線方向と、モータの軸に直角の方向（水平方向）との間の挟角αは、５度乃至１２度である。底部円弧壁３２ｂの曲率は、０．００６ｍｍ^-1乃至０．００８５ｍｍ^-1であり、吸込みポート３４における吸込みチャネル３２の底部円弧壁３２ｂの端部の接線方向と、水平方向との間の挟角βは、５度乃至１２度である。上部円弧壁３２ａの曲率は約０．００７１ｍｍ^-1であり、挟角αは約５度であり、底部円弧壁３２ｂの曲率は約０．００７０ｍｍ^-1であり、挟角βは約８度であることが好ましい。このように、ポンプケーシング２０全体の軸方向の高さが削減される。

図５に示すように、本体２１は、第２の表面２５から突出して凹部２４の第２の開口部２７ａを囲む第１のリング７１をさらに含むことが好ましい。第２のカバー５６は、モータの軸に略直角の軸方向端面に、入口５８を囲む、第２のリング７２をさらに含む。第１のリング７１と第２のリング７２とは、モータの半径方向に互いに離間配置され、モータの軸方向において互いに少なくとも部分的に重なる。従って、第２のリング７２は、第１のリング７１を囲み、半径方向の空隙をはさんで第１のリングと対向する。このように、水はインペラ５０の入口５８に完全に導かれる。

図４を参照すると、動作中、インペラ５０から吐出される水の一部は、第２のカバー５６の外面と凹部２４の壁２６との間の空隙５９を経て、インペラ５０の入口５８に還流する場合がある。これはポンプの効率を低下させかねない。従って、図５を参照すると、第２のリング７２の半径方向内面は、インペラの軸方向に向かって角度θだけ傾斜させることが好ましい。第１のリング７１の半径方向外面は、第２のリング７２の半径方向内面と平行である。この構造は、インペラ５０の入口の水が、インペラ５０、本体２１、又はそれ自体に衝突した後に、空隙５９に流れ込みやすくする。水のこの部分は、空隙５９を経てインペラ５０に逆流する傾向に対する抵抗を形成し、従って、ポンプの効率が向上する。１０°≦θ≦２０°であることが好ましい。

図６を参照すると、第１のリング７１の半径方向内側端部（軸方向の破線で示される）に比べて、第２のカバー５６の半径方向内側端部は、インペラ５０（又は、モータとインペラは同軸上に位置合わせされているのでモータ６０）の軸により近くまで延びることが好ましい。従って、水がインペラ５０の入口５８に流入すると、第２のカバー５６の半径方向内側端部付近の水の一部は、第２のカバー５６の端部表面５７によって妨げられ、これが空隙５９に流入する水量に寄与するので、ポンプの効率を向上させる助けとなる。

図６に示すように、第２のリング７２がそこから突出する第２のカバー５６の端部表面５７は、モータの軸方向に直角の方向に角度λだけ傾けられ、端部表面５７の半径方向内側縁部は、吸込み流路２７の方向にずれることが好ましい。このようにして、インペラに入る水は、より容易に空隙５９に流入することができる。５°≦λ≦４０°であることが好ましい。

図１を参照すると、本体２１は、本体２１の強度を増すために、第２の側面２３上に、概ねモータの半径方向に延びる多数のリブをさらに含むことが好ましい。

本出願の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える」、「含む」、「含有する」及び「有する」の各々、並びにそれらの変形は、包括的意味で用いられ、記述された項目の存在を指定するが、付加的な項目の存在を排除するものではない。

本発明が１つ又はそれ以上の好ましい実施形態に関連して説明されたが、当業者であれば、様々な変形が可能であることを認識するであろう。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することにより決定される。

１：入口管
２：開始部分
３：第１の中間部分
４：第２の中間部分
５：終端部分
６：インペラ
１０：電動ポンプ
２０：ポンプケーシング
２１：本体
２２：第１の側面
２３：第２の側面
２４：凹部
２４ａ：第１の開口部
２５：第２の表面
２６：壁
２７：吸込み流路
２７ａ：第２の開口部
２８：吐出溝
２９：リブ
３１：入口管
３２：吸込みチャネル
３２ａ：上部円弧壁
３２ｂ：底部円弧壁
３３：吐出ポート
３４：吸込みポート
３５：吸込み流路開口部
３６：第３の開口部
３７：吐出チャネル
３９：中心線
４０：密閉板
４２：孔
５０：インペラ
５２：第１のカバー
５４：羽根
５６：第２のカバー
５７：端部表面
５８：入口
５９：空隙
６０：電動モータ
６１：永久磁石回転子
６２：軸
６４：軸受け
７１：第１のリング
７２：第２のリング

Claims (12)

1. ポンプケーシング（２０）と、
   前記ポンプケーシング（２０）内に形成されたポンプチャンバと、
   前記ポンプチャンバ内に配置され、入口（５８）及び出口を形成する複数の羽根（５４）を有する、インペラ（５０）と、
   前記ポンプチャンバの一方の側面を形成する密閉板（４０）と、
   前記インペラを駆動するためのモータ（６０）と、
   を備え、
   前記ポンプケーシング（２０）は、第１の表面（２２）、前記第１の表面内の凹部（２４）、吸込みポート（３４）、吸込みチャネル（３２）、吸込み流路（２７）、吐出ポート（３３）及び吐出チャネル（３７）を有する本体（２１）を備えた一体物であり、
   前記凹部（２４）は、前記第１の表面内に第１の開口部（２４ａ）を形成し、前記第１の開口部は、前記密閉板（４０）により閉じられて前記ポンプチャンバを形成し、前記凹部は、前記第１の表面と対向する第２の表面（２５）内の第２の開口部（２７ａ）と、前記第１の表面を前記第２の表面に接続する壁（２６）とを有し、
   前記吸込み流路（２７）は、前記第２の開口部（２７ａ）を介して前記凹部（２４）と連通し、前記インペラの前記入口（５８）と位置合せされ、
   前記吸込みポート（３４）は、前記吸込みチャネル（３２）により前記吸込み流路（２７）に接続され、
   前記吐出ポート（３３）は、前記凹部の前記壁（２６）内に形成された第３の開口部（３６）から延びる前記吐出チャネル（３７）により前記凹部（２４）に接続され、
   前記凹部の前記壁（２６）の直径は、前記第１の表面から前記第２の表面への方向に沿って同じままであるか又は減少し、
   前記吸込み流路（２７）の内側表面の直径は、前記凹部（２４）から離れる方向に沿って同じままであるか又は減少し、
   前記吸込みチャネル（３２）の内径は、前記吸込み流路（２７）に向かう方向に沿って同じままであるか又は減少し、
   前記吐出チャネル（３７）の内径は、前記凹部（２４）に向かう方向に沿って同じままであるか又は減少する、
   ことを特徴とするポンプ。
2. 前記吸込みチャネル（３２）は、上部円弧壁（３２ａ）と、前記上部円弧壁よりも前記凹部（２４）に近い底部円弧壁（３２ｂ）とを有する内側表面を備え、前記上部円弧壁の曲率は０．００６ｍｍ^-1乃至０．０１ｍｍ^-1であり、前記底部円弧壁の曲率は０．００６ｍｍ^-1乃至０．００８５ｍｍ^-1であり、前記吸込みポートにおける前記上部円弧壁の端部の接線方向と前記第１の表面が延びる方向との間の挟角α、及び、前記吸込みポートにおける前記底部円弧壁の端部の接線方向と前記第１の表面が延びる方向との間の挟角βはともに５度乃至１２度であることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記上部円弧壁（３２ａ）の曲率は約０．００７１ｍｍ^-1であり、前記挟角αは約５度であり、前記底部円弧壁（３２ｂ）の曲率は０．００７０ｍｍ^-1であり、前記挟角βは約８度であることを特徴とする、請求項２に記載のポンプ。
4. 前記本体（２１）は、前記凹部（２４）の境界内に、前記第２の開口部（２７ａ）から前記第３の開口部（３６）まで延びる、らせん状吐出溝（２８）をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のポンプ。
5. 前記本体（２１）は、その中心から周縁部まで延びる多数のリブ（２９）をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のポンプ。
6. 前記本体（２１）は、前記第２の開口部（２７ａ）から前記凹部（２４）内に突出する第１のリング（７１）をさらに備え、前記インペラ（５０）は、前記入口（５８）を囲むリング状端部表面（５７）と、前記端部表面から突出して前記第１のリングを囲む第２のリング（７２）とをさらに備え、前記第２のリングは、半径方向空隙をはさんで前記第１のリングと対向することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のポンプ。
7. 前記第２のリング（７２）の半径方向内側表面は、前記インペラの軸方向に対して角度θだけ傾斜されることを特徴とする、請求項６に記載のポンプ。
8. １０°≦θ≦２０°であることを特徴とする、請求項７に記載のポンプ。
9. 前記インペラ（５０）の前記端部表面（５７）の半径方向内側端部は、前記第１のリング（７１）の半径方向内側端部と比べて、前記インペラの軸のより近くまで延びることを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれかに記載のポンプ。
10. 前記端部表面（５７）が半径方向平面に対して角度λだけ傾斜され、前記端部表面の内側縁部は前記吸込み流路（２７）に向かってずれるようにすることを特徴とする、請求項９に記載のポンプ。
11. ５°≦λ≦４０°であることを特徴とする、請求項１０に記載のポンプ。
12. 前記ポンプケーシング（２０）は、単一のプラスチック射出成形品であることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のポンプ。