JP2021120567A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ室内で流体が凍結した場合でも、ケーシングの破損を抑制できるとともに、ポンプ性能の低下を抑制できるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置１は、インペラ１１、インペラ１１と同軸に延びる軸部１２、および軸部１２に固定され当該軸部１２の軸線方向Ｌでインペラ１１と離間するマグネット１３、を備えるロータ２と、インペラ１１を収容する凹部４１を備えるケース１５、および軸線方向Ｌからケース１５に被せられて当該ケース１５とともにロータ２を収容するポンプ室３を区画する隔壁部材１６、を備えるケーシング４と、凹部４１の底面４１ａに配置される弾性部材２５と、弾性部材２５とインペラ１１との間に配置され、ケース１５に固定される仕切り部材２６と、を有する。仕切り部材２６は、軸線方向Ｌから見て弾性部材２５の一部と重なる開口部２６０を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ケーシング内に設けたポンプ室内でインペラを回転させるポンプ装置に関する。

ケーシング内に設けたポンプ室内でインペラを回転させるポンプ装置は、特許文献１に記載されている。同文献のポンプ装置は、インペラおよびマグネットを備えるロータと、ロータを収容するポンプ室と、ポンプ室を区画するケーシングと、ケーシングを挟んでマグネットと対向するコイルと、を備える。マグネットは、インペラの軸線方向でインペラと離間する位置に固定されている。また、ポンプ装置は、凍結時にケーシングが破損することを防止するために、ポンプ室内に配置された弾性部材を備える。弾性部材は、軸線方向で、マグネットに対してインペラとは反対側に配置されている。

特開２００２−２２７７９１号公報

ポンプ室は、インペラを収容する凹部を備えたケースと、ロータとステータとの間に配置されて軸線方向からケースに被せられる隔壁部材によって区画される。特許文献１のポンプ装置は、ポンプ室において、インペラを収容する凹部の底面に弾性部材を配置したので、インペラの周辺で当該ポンプ室の容量を拡大させてケーシングの破損を抑制することができる。

しかしながら、インペラを収容する凹部の底面に弾性部材を配置した場合、ポンプ装置が作動する際の圧力によって弾性部材が変形して弾性部材とインペラとのギャップが拡大する。弾性部材とインペラとのギャップが変化すると、流体が流れる隙間の寸法が変化する。そのため、揚程が低下してしまうことが懸念され、ポンプ性能の低下が懸念される。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、ポンプ室内で流体が凍結した場合でも、ケーシングの破損を抑制できるとともに、ポンプ性能の低下を抑制することが可能なポンプ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のポンプ装置は、インペラ、前記インペラと同軸に延びる軸部、および前記軸部に固定され当該軸部の軸線方向で前記インペラと離間するマグネット、を備えるロータと、前記インペラを収容する凹部を備えるケース、および前記軸線方向から前記ケースに被せられて当該ケースとともに前記ロータを収容するポンプ室を区画する隔壁部材、を備えるケーシングと、前記凹部の底面に配置される弾性部材と、前記弾性部材と前記インペラとの間に配置され、前記ケースに固定される仕切り部材と、を有し、前記仕切り部材は、前記軸線方向から見て前記弾性部材の一部と重なる開口部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプ室を区画するケースは、インペラを収容する凹部を備えており、凹部の底面に弾性部材が配置される。また、弾性部材とインペラとの間に配置される仕切り部材は、弾性部材の一部と重なる開口部を備える。従って、開口部を通じて、ポンプ
室内に弾性部材の一部が露出するので、凍結によりポンプ室内に残留した流体の体積が増加した場合には、ポンプ室内において流体が存在する空間が大きいインペラの周辺において弾性部材が圧縮されて当該ポンプ室の容量が拡大する。これにより、流体の凍結時にポンプ室の内壁面にかかる圧力を低減できるので、ケーシングの破損を抑制できる。また、仕切り部材によって弾性部材を位置決めできるので、ポンプ装置が作動している際に流体の圧力によって弾性部材が変形してインペラと弾性部材の間隔が拡がることを抑制できる。従って、ポンプ室に弾性部材を配置したことに起因して揚程が低下することを抑制できるので、流体の凍結時にケーシングの破損を抑制できるとともに、ポンプ性能の低下を抑制できる。

本発明において、前記仕切り部材と前記弾性部材との間に配置されるシート部材を備え、前記シート部材は、前記軸線方向から見て前記開口部の一部と重なることが好ましい。このように、ケーシングに固定される仕切り部材とは別部材のシート部材によって開口部に配置される弾性部材の一部を覆うことにより、流体の凍結時にケーシングの破損を抑制できる効果を維持しながら、ポンプ装置が作動している際には、弾性部材の変形を適度に抑制できる。従って、ポンプ室に弾性部材を配置したことに起因して揚程が低下することを抑制できるので、ポンプ性能の低下を抑制できる。

本発明において、前記弾性部材は環状であり、前記仕切り部材は、外側環状部と、前記外側環状部の内周側に配置される内側環状部と、前記外側環状部と前記内側環状部とを接続する複数の接続部と、を備え、周方向で隣り合う前記接続部の間に前記開口部が設けられていることが好ましい。このようにすると、弾性部材の内周縁および外周縁を仕切り部材によって位置決めできるので、弾性部材の変形によってインペラと弾性部材の間隔が拡がることを抑制できる。

本発明において、前記ケースは、前記凹部の底面中央から前記軸線方向に突出する突出部を備え、前記内側環状部は、前記突出部に嵌まる金属製の止め輪によって前記軸線方向に位置決めされることが好ましい。このように、止め輪を用いることにより、仕切り部材を容易に固定できる。また、内側環状部を容易に位置決めできる。

本発明において、前記突出部の外周面から突出する突起部を備え、前記止め輪は、前記軸線方向から見て前記突起部と重なることが好ましい。このようにすると、止め輪と突起部との間に内側環状部を保持できる。従って、内側環状部の位置精度を高めることができる。また、止め輪と突起部とが軸線方向に重なるので、止め輪と弾性部材との重なり面積を小さくすることができる。従って、弾性部材の変形を適度に抑制できる。

本発明において、前記止め輪は、内周縁に歯部が形成されたスナップリングであることが好ましい。このようにすると、止め輪の固定が容易である。また、取り付け後に止め輪が外れることを抑制できる。

本発明において、前記外側環状部は、前記凹部の内周面に設けられた溶着部に溶着されることが好ましい。このようにすると、外側環状部の固定強度を高めることができる。また、固定部材が不要である。

本発明において、前記弾性部材は、独立気泡発泡体であることが好ましい。独立気泡発泡体を用いることにより、凍結時に弾性部材が圧縮されることによってポンプ室の容量を拡大させることができる。

本発明において、前記弾性部材は、前記底面全体に配置されることが好ましい。このようにすると、弾性部材の体積を大きくできるので、弾性部材の圧縮変形によってポンプ室
の容量を大きく拡大させることができる。よって、流体の凍結時にポンプ室の内壁面に加わる圧力を大きく低減させることができる。

本発明によれば、仕切り部材の開口部を通じて、ポンプ室内に弾性部材の一部が露出するので、凍結によりポンプ室内に残留した流体の体積が増加した場合には、ポンプ室内において流体が存在する空間が大きいインペラの周辺において弾性部材が圧縮されて当該ポンプ室の容量が拡大する。これにより、流体の凍結時にポンプ室の内壁面にかかる圧力を低減できるので、ケーシングの破損を抑制できる。また、仕切り部材によって弾性部材を位置決めできるので、ポンプ装置が作動している際に流体の圧力によって弾性部材が変形してインペラと弾性部材の間隔が拡がることを抑制できる。従って、ポンプ室に弾性部材を配置したことに起因して揚程が低下することを抑制できるので、流体の凍結時にケーシングの破損を抑制できるとともに、ポンプ性能の低下を抑制できる。

本発明を適用したポンプ装置の外観斜視図である。 図１のポンプ装置の断面図である。 図１のポンプ装置を軸線方向の一方側から見た分解斜視図である。 図１のポンプ装置を軸線方向の他方側から見た分解斜視図である。 ケースを軸線方向の他方側から見た斜視図である。 ケースおよび凍結破壊防止部を軸線方向の他方側から見た斜視図である。 弾性部材、仕切り部材、シート部材、および止め輪の斜視図である。 凍結破壊防止部の部分断面図（図２の領域Ａの部分断面図）である。 凍結破壊防止部のポンプ特性への影響を示すグラフである。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したポンプ装置の実施形態を説明する。

（全体構成）
図１は、本発明を適用したポンプ装置１の外観斜視図である。図２は、図１のポンプ装置１の断面図である。図３は、図１のポンプ装置１を軸線方向Ｌの一方側Ｌ１から見た分解斜視図であり、図４は、図１のポンプ装置１を軸線方向Ｌの他方側Ｌ２から見た分解斜視図である。本形態のポンプ装置１は、給湯器、洗濯機、食洗機等の装置に搭載される。ポンプ装置１は、水道水などの流体を装置に供給する。

図２に示すように、ポンプ装置１は、ロータ２と、ロータ２を収容するポンプ室３を備える。また、ポンプ装置１は、ポンプ室３を区画するケーシング４を備える。さらに、ポンプ装置１は、ロータ２を回転させるモータ機構部５を備える。本明細書において、ロータ２の回転軸線に沿う方向を軸線方向Ｌとする。また、軸線方向Ｌの一方側をＬ１とし、軸線方向Ｌの他方側をＬ２とする。

図２〜図４に示すように、ロータ２は、インペラ１１、インペラ１１から同軸に延びる軸部１２、および軸部１２に固定された環状のマグネット１３を備える。インペラ１１とマグネット１３とは、軸線方向Ｌで離間する位置に設けられている。インペラ１１は軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に位置し、マグネット１３は軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に位置する。

図２に示すように、ケーシング４は、ケース１５と、隔壁部材１６とを備える。ケース１５および隔壁部材１６は、軸線方向Ｌで重ね合されている。ポンプ室３は、ケース１５と隔壁部材１６との間に形成される。ケース１５は、ポンプ室３に連通する給水管４３および吐出管４４を備える。給水管４３は軸線方向Ｌの一方側Ｌ１へ突出し、吐出管４４は
ケース１５の外周側へ延びている。ポンプ装置１は、給水管４３からポンプ室３へ吸い込んだ流体を吐出管４４から送出する。

図２に示すように、モータ機構部５は、隔壁部材１６に対してポンプ室３とは反対側で、マグネット１３を径方向外側から囲むステータ１７を備える。ステータ１７は、ステータコア１８と複数のコイル１９とを備える。ステータコア１８およびコイル１９は、ロータ２のマグネット１３とともにモータ機構部５を構成する。

また、ポンプ装置１は、コイル１９の巻線の端部が接続された回路基板２１と、ステータ１７および回路基板２１を覆う樹脂封止部材２２と、樹脂封止部材２２に固定された金属製のベース部材２３を備える。樹脂封止部材２２は、ポンプ装置１の外装の一部分を構成する。

さらに、ポンプ装置１は、ポンプ室３に配置された弾性部材２５と、弾性部材２５を位置決めする仕切り部材２６と、弾性部材２５と仕切り部材２６との間に配置されるシート部材２７と、仕切り部材２６を固定する止め輪２８を備える。弾性部材２５は、ポンプ室３に残留した流体が凍結した際に圧縮されてポンプ室３の容積を増大させる。これにより、ポンプ室３に残留した流体が凍結した際にケーシング４およびインペラ１１に加わる圧力が低減される。従って、弾性部材２５、仕切り部材２６、およびシート部材２７は、ケーシング４およびインペラ１１の破損を防止するための凍結破壊防止部２９を構成している。

（ロータ）
図２〜図４に示すように、インペラ１１は、軸線方向Ｌから見た場合の形状が円環状の第１環状板部３１と、第１環状板部３１の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に位置する円環状の第２環状板部３２と、第１環状板部３１と第２環状板部３２との間に設けられた複数本の羽根３３と、を備える。第１環状板部３１は、内周側から外周側に向かって僅かに軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に傾斜する。また、第１環状板部３１は、内周側の縁から軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に突出する環状突部３１ａを備える。第２環状板部３２は、軸線方向Ｌから見た場合に、第１環状板部３１と重なる。複数本の羽根３３は、それぞれ、第１環状板部３１と第２環状板部３２との間を、内周側から外周側に向かって回転方向Ｒの前方に湾曲して延びている。本形態では、各羽根３３は、第１環状板部３１から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に突出するリブである。第２環状板部３２は、各羽根３３の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端部に、超音波溶着によって接続される。

軸部１２は筒状であり、軸線方向Ｌに貫通する軸孔１２ａを備える。軸部１２は、インペラ１１における第２環状板部３２の内周側の端縁から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に延びている。図２に示すように、軸孔１２ａの内部には、スベリ軸受であるスリーブ３５が固定される。スリーブ３５の中心穴には、ロータ２を回転可能に支持する支軸４０が挿入される。支軸４０は、ステンレス製であり、軸線方向Ｌに延びている。支軸４０の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端部は、ケース１５によって支持され、軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端部は、隔壁部材１６によって支持される。

軸部１２は、軸線方向Ｌの途中から外周側に突出する鍔部３６を備える。図２〜図４に示すように、軸部１２の外周面において、鍔部３６の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の領域には、マグネット１３が固定される。マグネット１３は環状であり、周方向にＳ極とＮ極とが交互に着磁されている。

（ケーシング）
図５は、ケース１５を軸線方向Ｌの他方側Ｌ２から見た斜視図である。図２、図５に示
すように、ケース１５は、インペラ１１を収容する凹部４１を備えるケース本体４２、凹部４１に連通する給水流路が設けられた給水管４３、および凹部４１に連通する吐出流路が設けられた吐出管４４を備える。

凹部４１は、環状の底面４１ａと、底面４１ａの外周縁から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に延びる円筒状の内周面４１ｂを備える。給水管４３は、底面４１ａの中央から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に突出する円筒状の突出部４５を備える。突出部４５は、凹部４１の内周面４１ｂと同軸に配置される。突出部４５の先端に給水管４３のポンプ室側開口４３ａが設けられている。また、内周面４１ｂの周方向の一部分には、吐出管４４のポンプ室側開口４４ａが設けられている。吐出管４４は、内周面４１ｂの接線方向に延びている。

ケース１５は、凹部４１の径方向の中心において軸線方向Ｌに延びるケース側ロータ支持部４７を備える。ケース側ロータ支持部４７は、突出部４５の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に配置され、給水管４３のポンプ室側開口４３ａから流入する流体の流入方向の前方に位置する。ケース側ロータ支持部４７は、突出部４５の内壁面から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に突出する三本の脚部４８によって支持される。

図２に示すように、ケース側ロータ支持部４７には、ロータ２のスリーブ３５からケース１５の側に突出する支軸４０の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端部が挿入される。スリーブ３５とケース側ロータ支持部４７との間には、ワッシャ５０が配置される。スリーブ３５とケース側ロータ支持部４７とは、ワッシャ５０を介して軸線方向Ｌに当接する。

図２に示すように、隔壁部材１６は、インペラ１１の軸線方向Ｌの他方側にロータ２の軸部１２およびマグネット１３を収容する凹部空間を形成するとともに、マグネット１３の外周側に配置されるステータ１７から流体を遮蔽する。隔壁部材１６は、軸線方向Ｌの他方側Ｌ２からインペラ１１に対向する環状の対向部５１、対向部５１の内周側の端縁から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に延びてマグネット１３を外周側から囲む筒部５２、および筒部５２の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端部を封鎖する封鎖部５３を備える。対向部５１は、インペラ１１を介して、ケース本体４２の凹部４１の底面４１ａと対向する。

図２、図３に示すように、隔壁部材１６は、対向部５１の外周側の端縁から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に延びる外側筒部５４、および外側筒部５４から径方向外側に広がる環状のフランジ部５５を備える。図２に示すように、外側筒部５４は、ケース本体４２の凹部４１の内側に嵌まっており、フランジ部５５は、ケース本体４２の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端面に当接する。凹部４１の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の開口縁には、内周面４１ｂから径方向外側に凹む環状の段部５７が設けられている。段部５７には、Ｏリング５８が配置される。Ｏリング５８は、ケース本体４２と外側筒部５４との間で径方向に圧縮された状態で、ケース本体４２と隔壁部材１６との間を封止する。

図２に示すように、隔壁部材１６は、封鎖部５３の中央部分から軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に突出する隔壁部材側ロータ支持部６２を備える。隔壁部材側ロータ支持部６２は、軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端面に開口する支軸固定用凹部６３を備える。支軸固定用凹部６３には、支軸４０の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端部が挿入される。

隔壁部材側ロータ支持部６２は、ロータ２の軸部１２の軸孔１２ａに軸線方向Ｌの他方側Ｌ２から挿入される。隔壁部材側ロータ支持部６２の外周面と軸孔１２ａの内壁面との間には、隙間がある。隔壁部材側ロータ支持部６２の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１には、スリーブ３５が位置する。ポンプ装置１が動作してインペラ１１が回転すると、ロータ２は、軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に変位して、隔壁部材側ロータ支持部６２の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端面とスリーブ３５との間に隙間が形成される。

ケース本体４２の凹部４１の内周面（底面４１ａおよび内周面４１ｂ）、隔壁部材１６の対向部５１の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の面、筒部５２の内周面、および封鎖部５３の軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端面は、ポンプ室３の内壁面を構成する。

（ステータ）
図２に示すように、ステータ１７は、隔壁部材１６の筒部５２の外周側に配置されている。ステータ１７は、環状に配置された複数のコアを備えるステータコア１８と、各コアに設けられた突極６６にインシュレータ６７を介して巻回された複数のコイル１９を備える。各突極６６の内周側の端面は、筒部５２を介して、ロータ２のマグネット１３と径方向で対向する。

本形態では、モータ機構部５は、三相ブラシレスモータである。すなわち、本形態では、９本の突極６６を備えており、各突極６６に巻き回された九つのコイル１９は、三個のＵ相コイル１９と三個のＶ相コイル１９と三個のＷ相コイル１９を構成する。また、これら９つのコイル１９は、Ｕ相コイル１９、Ｖ相コイル１９、Ｗ相コイル１９が、この順番で繰り返し並ぶように配置される。

図２に示すように、隔壁部材１６の封鎖部５３の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２には、回路基板２１が配置される。回路基板２１には、ステータ１７のコイル１９から引き出された巻線の端が電気的に接続される。また、回路基板２１には、コネクタ６８が取り付けられている。ステータ１７および回路基板２１は、樹脂封止部材２２により封止される。樹脂封止部材２２は、熱硬化性樹脂材料であるＢＭＣ(Bulk Molding Compound)である。

樹脂封止部材２２の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端面には、ベース部材２３が固定される。ベース部材２３は、樹脂封止部材２２を補強する補強部材である。ベース部材２３は、円盤形状であり、外周縁における軸線回りの４か所にネジ孔２３ａを備える。

図１に示すように、樹脂封止部材２２は、ポンプ装置１の外装の一部分を構成する。図３、図４に示すように、ケース１５は、周方向の４か所に、軸線方向Ｌに貫通するケース側貫通孔１５ａを備える。また、隔壁部材１６は、周方向の４か所に、軸線方向Ｌに貫通する隔壁部材側貫通孔１６ａを備える。さらに、樹脂封止部材２２は、周方向の４か所に、軸線方向Ｌに貫通する樹脂封止部材側貫通孔２２ａを備える。ケース１５は、ケース側貫通孔１５ａ、樹脂封止部材２２側貫通孔、および樹脂封止部材側貫通孔２２ａを軸線方向Ｌに貫通して、ベース部材２３のネジ孔２３ａに捩じ込まれる有頭のネジ６９（図１参照）により、隔壁部材１６に固定される。

ポンプ装置１を駆動する際には、ステータ１７の各コイル１９に所定の順番で電力を供給して、ロータ２を回転させる。これにより、インペラ１１が所定の回転方向Ｒに回転するので、ポンプ室３内において、流体が周回方向に流動する。よって、給水管４３からポンプ室３内に流体が吸入され、吐出管４４から流体が吐出される。

（弾性部材）
図６は、ケース１５および凍結破壊防止部２９を軸線方向Ｌの他方側から見た斜視図である。図７は、弾性部材２５、仕切り部材２６、シート部材２７、および止め輪２８の斜視図である。図８は、凍結破壊防止部２９の部分断面図であり、図２の領域Ａの部分断面図である。本形態のポンプ装置１には、凍結破壊防止部２９が設けられている。凍結破壊防止部２９は、ポンプ室３に配置されて流体の凍結時に圧縮される弾性部材２５を備える。図２、図８に示すように、弾性部材２５は、インペラ１１が収容される凹部４１の底面４１ａに配置される。凹部４１の底面４１ａは、ポンプ室３の内壁面において、インペラ
１１と軸線方向Ｌで対向する内壁面部分である。

図７に示すように、弾性部材２５は環状である。図２に示すように、本形態では、弾性部材２５の配置領域は、凹部４１の中央に配置される突出部４５から、凹部４１の内周面４１ｂまでの範囲全体である。従って、凹部４１の底面４１ａ全体に弾性部材２５が配置される。凹部４１は、インペラ１１を収容するため、弾性部材２５の配置領域は、インペラ１１の外周側まで拡がっている。

弾性部材２５の軸線方向Ｌの高さ（厚さ）は、凹部４１の中央に設けられた突出部４５の軸線方向Ｌの高さよりも低い。従って、図２、図６に示すように、突出部４５は、弾性部材２５から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に突出している。図６に示すように、突出部４５の先端に設けられた給水管４３のポンプ室側開口４３ａ、および、凹部４１の内周面４１ｂに開口する吐出管４４のポンプ室側開口４４ａは、いずれも、弾性部材２５よりも軸線方向Ｌの他方側に位置する。給水管４３のポンプ室側開口４３ａ、および、吐出管４４のポンプ室側開口４４ａは、外部環境の影響を受けやすく、低温時には、凍結しやすい。従って、本形態では、ポンプ室３において凍結しやすい箇所に弾性部材２５が配置される。

弾性部材２５は、独立気泡発泡体である。本形態では、弾性部材２５は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）である。例えば、弾性部材２５としては、テフロン（登録商標）、ニトリルゴムなどを例示することができる。弾性部材２５は、少なくとも、インペラ１１と対向する面に、気泡が露出しない平滑面を備える。弾性部材２５は、ポンプ室３内に残留する流体が凍結した場合に、凍結によって増加する流体の体積分を、弾性部材２５の弾性変形によって吸収可能な大きさを備える。本形態では、弾性部材２５は、自然状態から圧縮状態に変化したときに、ポンプ室３の容積の１０％に相当する体積分以上の弾性変形が可能な大きさである。

（仕切り部材）
仕切り部材２６は、弾性部材２５とインペラとの間に配置され、ケース１５に固定される。図６、図７に示すように、仕切り部材２６は、軸線方向Ｌから見て弾性部材２５の一部と重なる開口部２６０を備える。仕切り部材２６は、外側環状部２６１と、外側環状部２６１の内周側に配置される内側環状部２６２と、外側環状部２６１と内側環状部２６２とを接続する複数の接続部２６３を備える。各接続部２６３は径方向に延びており、複数の接続部２６３は周方向に等間隔で放射状に配置される。周方向で隣り合う接続部２６３の間に扇形の開口部２６０が設けられている。外側環状部２６１は、凹部４１の内周面に設けられた溶着部４９に溶着される。また、内側環状部２６２は突出部４５に嵌まっている。突出部４５には、内側環状部２６２の軸線方向Ｌの他方側Ｌ２から止め輪２８が嵌まっている。内側環状部２６２は、止め輪２８によって軸線方向Ｌに位置決めされる。

図５に示すように、凹部４１の内周面４１ｂには、底面４１ａの外周縁から軸線方向Ｌの他方側Ｌ２に延びる突起部４９ａが形成されている。溶着部４９は、突起部４９ａの軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の端面４９ｂから突出する凸部である。突起部４９ａは、内周面４１ｂから径方向内側に突出しており、外側環状部２６１は、突起部４９ａの端面４９ｂに当接する。本形態では、突起部４９ａおよび溶着部４９は、５か所に形成され、周方向に等間隔で配置される。各溶着部４９は、外側環状部２６１の外周縁に設けられた溶着用切欠き部２６４に配置される。図７に示すように、仕切り部材２６には接続部２６３が５か所に設けられ、各接続部２６３の外周側に、それぞれ、溶着用切欠き部２６４が形成されている。各溶着部４９を加熱して潰すことにより、外側環状部２６１がケース１５に熱溶着される。

（シート部材）
シート部材２７は、環状であり、弾性部材２５と仕切り部材２６との間に配置される。上記のように、仕切り部材２６は、外周縁がケース１５に溶着されているが、シート部材２７はケース１５に固定されておらず、弾性部材２５と仕切り部材２６のいずれにも固定されていない。シート部材２７は、弾性部材２５と仕切り部材２６との間に配置されることにより、軸線方向Ｌに位置決めされている。

シート部材２７は、軸線方向Ｌから見て仕切り部材２６の開口部２６０の一部と重なる。図８に示すように、本形態では、シート部材２７の外径は、仕切り部材２６の外側環状部２６１の内径と略同一であり、シート部材２７の内径は、内側環状部２６２の外径よりも大きい。従って、仕切り部材２６の開口部２６０は、シート部材２７よりも径方向内側で、且つ、止め輪２８の外周縁よりも径方向外側の第１領域２６０ａがシート部材２７と重なっておらず、シート部材２７の内周縁よりも径方向外側の第２領域２６０ｂがシート部材２７と重なっている。従って、弾性部材２５は、開口部２６０の第１領域２６０ａと重なる部分がポンプ室３に露出する。

仕切り部材２６およびシート部材２７は、ポリエチレン製フィルム（ＰＥＴフィルム）などの可撓性のシート部材である。例えば、仕切り部材２６およびシート部材２７として、東レ株式会社製のルミラー（登録商標）を例示することができる。なお、仕切り部材２６およびシート部材２７は、他の素材からなるシート部材を用いることもできる。また、仕切り部材２６およびシート部材２７は、同じ部材でなくても良く、異なる部材であってもよい。例えば、シート部材２７としてポリエチレン製フィルムを用いる一方、仕切り部材２６として板金部材を用いることもできる。

（止め輪）
図６、図７に示すように、止め輪２８は、環状部２８１と、環状部２８１の内周縁に形成された複数の歯部２８２を備えたスナップリングである。止め輪２８は金属製であり、突出部４５の先端部分に固定される。図５、図８に示すように、突出部４５の先端部分は、環状の段部４５２と、段部４５２の内周側において軸線方向Ｌの他方側Ｌ２へ突出する小径部４５３を備える。図５に示すように、突出部４５の外周面４５１には、軸線方向Ｌに延びる突起部４５４が複数形成されている。本形態では、突起部４５４は３か所に形成されており、周方向に等間隔で配置される。弾性部材２５を凹部４１に取り付ける際、弾性部材２５の内周面は突起部４５４の形状に沿うように変形する。

止め輪２８は軸線方向Ｌの一方側から小径部４５３に取り付けられる。図２に示すように、止め輪２８の歯部２８２は、径方向内側に向かうに従って軸線方向Ｌの一方側に向かう方向に傾斜し、小径部４５３の外周面に弾性接触する。これにより、小径部４５３から止め輪２８が抜けないように固定される。

止め輪２８の環状部２８１は、軸線方向Ｌから見て突起部４５４の先端面と重なる。また、仕切り部材２６の内側環状部２６２は、軸線方向Ｌから見て突起部４５４の先端面と重なる。従って、止め輪２８を小径部４５３に固定することにより、内側環状部２６２が軸線方向Ｌに位置決めされるとともに、仕切り部材２６を介して弾性部材２５が軸線方向に位置決めされる。

図９は、凍結破壊防止部２９のポンプ特性への影響を示すグラフである。図９の横軸は単位時間当たりの流量であり、縦軸は揚程である。実線のデータは、凹部４１に弾性部材２５を配置していないポンプ装置のポンプ特性を示す。●のデータは、本形態の凍結破壊防止部２９を備えたポンプ装置１のポンプ特性であり、凹部４１に弾性部材２５、仕切り部材２６、およびシート部材２７を配置した構成のポンプ特性である。▲のデータは、本形態の凍結破壊防止部２９からシート部材２７を省略した構成のポンプ特性であり、凹部
４１に弾性部材２５および仕切り部材２６を配置した構成のポンプ特性である。なお、破線のデータは、凹部４１に弾性部材２５のみを配置した構成のポンプ特性である。

本形態の凍結破壊防止部２９を備えたポンプ装置１、および、本形態の凍結破壊防止部２９からシート部材２７を省略した構成のポンプ装置は、凍結試験においてケーシング４の割れが発生せず、インペラ１１の破損も発生しないことが確認された。また、図９に示すように、凍結破壊防止用の弾性部材２５を配置することにより揚程が低下するが、弾性部材２５の一部を仕切り部材２６およびシート部材２７によって覆うことにより、揚程の低下が抑制され、ポンプ特性の低下が抑制されることが確認された。なお、シート部材２７を省略し、仕切り部材２６のみを配置した構成は、本形態の構成よりも揚程が低下するものの、弾性部材２５のみを配置した構成よりは揚程の低下が抑制され、ポンプ特性の低下が抑制されることが確認された。

（本形態の主な作用効果）
以上のように、本形態のポンプ装置１は、インペラ１１、インペラ１１と同軸に延びる軸部１２、および軸部１２に固定され当該軸部１２の軸線方向Ｌでインペラ１１と離間するマグネット１３、を備えるロータ２と、インペラ１１を収容する凹部４１を備えるケース１５、および軸線方向Ｌからケース１５に被せられて当該ケース１５とともにロータ２を収容するポンプ室３を区画する隔壁部材１６、を備えるケーシング４と、凹部４１の底面４１ａに配置される弾性部材２５と、弾性部材２５とインペラ１１との間に配置され、ケース１５に固定される仕切り部材２６と、を有する。仕切り部材２６は、軸線方向Ｌから見て弾性部材２５の一部と重なる開口部２６０を備える。

本形態によれば、ポンプ室３を区画するケース１５は、インペラ１１を収容する凹部４１を備えており、凹部４１の底面４１ａに弾性部材２５が配置される。また、弾性部材２５とインペラ１１との間に配置される仕切り部材２６は、弾性部材２５の一部と重なる開口部２６０を備える。従って、開口部２６０通じて、ポンプ室３内に弾性部材２５の一部が露出するので、凍結によりポンプ室３内に残留した流体の体積が増加した場合には、ポンプ室３内において流体が存在する空間が大きいインペラ１１の周辺において弾性部材２５が圧縮されて当該ポンプ室３の容量が拡大する。これにより、流体の凍結時にポンプ室３の内壁面にかかる圧力を低減できるので、ケーシング４の破損を抑制できる。また、仕切り部材２６によって弾性部材２５を位置決めできるので、ポンプ装置が作動している際に流体の圧力によって弾性部材２５が変形してインペラ１１と弾性部材２５の間隔が拡がることを抑制できる。従って、ポンプ室３に弾性部材２５を配置したことに起因して揚程が低下することを抑制できるので、流体の凍結時にケーシング４の破損を抑制できるとともに、ポンプ性能の低下を抑制できる。

本形態のポンプ装置１を提案するにあたって、以下の事項を考慮している。寒冷等によりポンプ装置内のポンプ室、給水管、吐出管に接続された接続管内に残存した流体が凍結した場合、ポンプ室は、接続管に近いインペラ周辺の空間に流体が残存しやすいため、インペラ周辺で凍結による流体の体積膨張が発生しやすい。従来、弾性部材がインペラから離間する位置に配置されているポンプ装置が提案されている。しかしながら、このような構成では、インペラ周辺から流体の凍結が始まった場合には、インペラ周辺でポンプ室の容量を拡大させて流体の体積膨張を吸収することができず、ケーシングが破損するおそれがあった。本形態のポンプ装置１は、上記のように、インペラ１１の周辺において弾性部材２５が圧縮されてポンプ室３の容量が拡大するように構成されているので、ケーシング４の破損を抑制できる。

本形態のポンプ装置１は、仕切り部材２６と弾性部材２５との間に配置されるシート部材２７を備え、シート部材２７は、軸線方向Ｌから見て開口部２６０の一部と重なる。こ
のように、ケーシング４に固定される仕切り部材２６とは別部材のシート部材２７によって開口部２６０に配置される弾性部材２５の一部を覆うことにより、流体の凍結時にケーシング４の破損を抑制できる効果を維持しながら、ポンプ装置が作動している際には、弾性部材２５の変形を適度に抑制でき、ポンプ室３に弾性部材２５を配置したことに起因して揚程が低下することを抑制できる。従って、ポンプ性能の低下を抑制できる。例えば、シート部材２７としてポリエチレン製フィルムを用いることで、凍結時には弾性部材２５を圧縮でき、且つ、ポンプ装置１の作動時には流体の圧力によって弾性部材２５が軸線方向Ｌに圧縮されることを適度に抑制できる。

本形態では、弾性部材２５は環状であり、仕切り部材２６は、外側環状部２６１と、外側環状部２６１の内周側に配置される内側環状部２６２と、外側環状部２６１と内側環状部２６２とを接続する複数の接続部２６３と、を備え、周方向で隣り合う接続部２６３の間に開口部２６０が設けられている。このようにすると、弾性部材２５の内周縁および外周縁を仕切り部材２６によって位置決めできるので、弾性部材２５の変形によってインペラ１１と弾性部材２５の間隔が拡がることを抑制しやすい。

本形態では、ケース１５は、凹部４１の底面４１ａ中央からインペラ１１に向けて軸線方向Ｌに突出する突出部４５を備える。また。内側環状部２６２は、突出部４５に嵌まる金属製の止め輪２８によって軸線方向Ｌに位置決めされる。このように、止め輪２８を用いることにより、仕切り部材２６を容易に固定でき、内側環状部２６２を容易に位置決めできる。また、止め輪２８を用いて固定することにより、内側環状部２６２の軸線方向Ｌの位置精度を高めることができる。従って、インペラ１１と弾性部材２５とのギャップを狭く設定することが可能になるので、インペラ１１と軸線方向Ｌに対向する内壁面部分に弾性部材２５を配置したことによるポンプ性能の低下を抑制できる。

本形態では、ケース１５は、突出部４５の外周面から突出する突起部４５４を備え、止め輪２８は、軸線方向Ｌから見て突起部４５４と重なる。このようにすると、止め輪２８と突起部４５４の先端面との間に内側環状部２６２を保持できる。従って、内側環状部２６２の位置精度を高めることができる。また、止め輪２８と突起部４５４とが軸線方向Ｌに重なるので、止め輪２８と弾性部材２５との重なり面積を小さくすることができる。従って、弾性部材２５の変形を適度に抑制できる。

本形態の止め輪２８は、内周縁に歯部が形成されたスナップリングであるため、止め輪２８の固定が容易である。また、取り付け後に止め輪２８が外れることを抑制できる。

また、本形態では、凹部４１の底面４１ａ全体に弾性部材２５を配置しているので、インペラ１１が発生させる水流を弾性部材２５が乱すことを抑制できる。

本形態において、外側環状部２６１は、凹部４１の内周面４１ｂに設けられた溶着部４９に溶着されるため、外側環状部２６１を強固に固定できる。また、止め輪２８のような固定部品を用いる必要がないので、部品点数の増加を抑制でき、ケーシング４の構成を簡素化することができる。

本形態において、弾性部材２５は、独立気泡発泡体である。独立気泡発泡体を用いることにより、凍結時に弾性部材２５が圧縮されることによってポンプ室３の容量を拡大させることができる。

本形態では、弾性部材２５が凹部４１の底面４１ａ全体に配置されており、弾性部材２５の体積が大きい。従って、弾性部材２５の圧縮変形によってポンプ室３の容量を大きく拡大させることができる。本形態では、弾性部材２５は、自然状態から圧縮状態に変化し
たときに、ポンプ室３の容積の１０％に相当する体積分以上の弾性変形が可能な大きさである。このようにすると、凍結時にポンプ室３の内壁面にかかる圧力を低減させることができ、ケーシング４の破損を防止できる。

（他の実施形態）
上記形態では、弾性部材２５とインペラ１１との間に仕切り部材２６とシート部材２７を配置し、仕切り部材２６を溶着および止め輪２８によりケース１５に固定することによって凍結破壊防止部２９を構成しているが、上記のように、シート部材２７を省略した構成であっても、凍結試験においてケーシング４の割れが発生しないことが確認されている。また、シート部材２７を省略した構成であっても、凹部４１に弾性部材２５のみを配置した構成よりも揚程の低下が抑制され、ポンプ特性の低下が抑制されることが確認されている。従って、シート部材２７を省略し、仕切り部材２６のみによって弾性部材２５を位置決めする構成を採用してもよい。この場合に、仕切り部材２６としては、上記構成と同様に、ポリエチレン製フィルムなどの可撓性のシート部材を用いてもよいし、板金部材を用いてもよい。

１…ポンプ装置、２…ロータ、３…ポンプ室、４…ケーシング、５…モータ機構部、１１…インペラ、１２ａ…軸孔、１２…軸部、１３…マグネット、１５…ケース、１５ａ…ケース側貫通孔、１６…隔壁部材、１６ａ…隔壁部材側貫通孔、１７…ステータ、１８…ステータコア、１９…コイル、２１…回路基板、２２…樹脂封止部材、２２ａ…樹脂封止部材側貫通孔、２３…ベース部材、２３ａ…ネジ孔、２５…弾性部材、２６…仕切り部材、２７…シート部材、２８…止め輪、２９…凍結破壊防止部、３１…第１環状板部、３１ａ…環状突部、３２…第２環状板部、３３…羽根、３５…スリーブ、３６…鍔部、４０…支軸、４１…凹部、４１ａ…底面、４１ｂ…内周面、４２…ケース本体、４３…給水管、４３ａ…ポンプ室側開口、４４…吐出管、４４ａ…ポンプ室側開口、４５…突出部、４７…ケース側ロータ支持部、４８…脚部、４９…溶着部、４９ａ…突起部、４９ｂ…突起部の端面、５０…ワッシャ、５１…対向部、５２…筒部、５３…封鎖部、５４…外側筒部、５５…フランジ部、５７…段部、５８…Ｏリング、６２…隔壁部材側ロータ支持部、６３…支軸固定用凹部、６６…突極、６７…インシュレータ、６８…コネクタ、６９…ネジ、２６０…開口部、２６０ａ…第１領域、２６０ｂ…第２領域、２６１…外側環状部、２６２…内側環状部、２６３…接続部、２６４…溶着用切欠き部、２８１…環状部、２８２…歯部、４５１…外周面、４５２…段部、４５３…小径部、４５４…突起部、Ｌ…軸線方向、Ｌ１…一方側、Ｌ２…他方側、Ｒ…回転方向

Claims (9)

1. インペラ、前記インペラと同軸に延びる軸部、および前記軸部に固定され当該軸部の軸線方向で前記インペラと離間するマグネット、を備えるロータと、
   前記インペラを収容する凹部を備えるケース、および前記軸線方向から前記ケースに被せられて当該ケースとともに前記ロータを収容するポンプ室を区画する隔壁部材、を備えるケーシングと、
   前記凹部の底面に配置される弾性部材と、
   前記弾性部材と前記インペラとの間に配置され、前記ケースに固定される仕切り部材と、を有し、
   前記仕切り部材は、前記軸線方向から見て前記弾性部材の一部と重なる開口部を備えることを特徴とするポンプ装置。
2. 前記仕切り部材と前記弾性部材との間に配置されるシート部材を備え、
   前記シート部材は、前記軸線方向から見て前記開口部の一部と重なることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記弾性部材は環状であり、
   前記仕切り部材は、外側環状部と、前記外側環状部の内周側に配置される内側環状部と、前記外側環状部と前記内側環状部とを接続する複数の接続部と、を備え、
   周方向で隣り合う前記接続部の間に前記開口部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。
4. 前記ケースは、前記凹部の底面中央から前記軸線方向に突出する突出部を備え、
   前記内側環状部は、前記突出部に嵌まる金属製の止め輪によって前記軸線方向に位置決めされることを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記突出部の外周面から突出する突起部を備え、
   前記止め輪は、前記軸線方向から見て前記突起部と重なることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記止め輪は、内周縁に歯部が形成されたスナップリングであることを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
7. 前記外側環状部は、前記凹部の内周面に設けられた溶着部に溶着されることを特徴とする請求項３から６の何れか一項に記載のポンプ装置。
8. 前記弾性部材は、独立気泡発泡体であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載のポンプ装置。
9. 前記弾性部材は、前記底面全体に配置されることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載のポンプ装置。
   

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