JP4864611B2

JP4864611B2 - キャンドポンプ

Info

Publication number: JP4864611B2
Application number: JP2006238633A
Authority: JP
Inventors: 猛安嶋
Original assignee: ケーピーエス工業株式会社; 荏原テクノサーブ株式会社
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: JP2008057513A

Description

本発明は、キャンドポンプに関し、液体を比較的高圧で吐出することができるように構成されたものに関する。

水中に微細な気泡を大量に発生させると、この気泡が汚れ等、周囲のものを吸着しながらゆっくりと浮上するという、洗浄作用を発揮することが知られている。また、温湯中にこのような、微細な気泡を発生させると、温浴作用を発揮することも知られている。このような作用を効果的に発揮させるためには、発生させる気泡の大きさを、１０〜５０μｍ径、あるいはそれ以下の微細なものとする必要がある。このような微細な気泡を、特にマイクロバブルと呼ぶことがある。

たとえば、犬等のペットをマイクロバブルを発生させた水中に浸漬すると、体毛や皮膚の洗浄のほか、アトピー性皮膚炎の治癒に効果があることが知られている。この場合、マイクロバブルであるが故に効果があるのは、１０〜５０μｍの微細な気泡があるからこそ、この気泡が水に混じって皮膚に到達することができるからである。

上記のようなマイクロバブルを発生する装置自体は、たとえば、特許文献１に開示されているが、今後、このようなマイクロバブル発生装置を家庭用として用いることが期待されている。すなわち、家庭での効果的な温浴、美容、健康促進、あるいはペット等の洗浄に供することが期待される。

特開２００４−２６１３１４号公報

ところで、マイクロバブル発生装置を構成するためには、液体を、たとえば、４ｋｇ／ｃｍ²以上の比較的高圧で吐出することができるポンプが必要である。

また、逆浸透膜やフィルター等を使用する浄水器等には、比較的高圧のポンプが必要である。

さらに、上記のような装置や機器類を家庭用に構成するためには、水濡れ等に対する安全性が求められる。しかしながら、従来、このような要件を満足することができる適当なポンプは存在しなかった。

本発明は上記の事情によって考え出されたものであり、液体を比較的高圧で吐出することかでき、しかも安全性にも優れたポンプを提供することをその課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によれば、キャンドポンプが提供され、このキャンドポンプは、モータ部にポンプ部が一体化されたポンプであって、上記モータ部は、モータケースと、このモータケースの内側に配置されたステータと、このステータの内側に配置された筒状のキャンと、このキャンの内側において回転可能に支持され、シャフトを備えた回転子と、を備えたキャンド型に構成されており、上記ポンプ部は、上記キャンの一端側に配置された隔壁に隣接して形成されたポンプ室と、このポンプ室内において、上記シャフトの一端に支持されたカスケードインペラとを備えて構成されており、上記回転子は、上記シャフトに支持されたマグネットを備えているとともに、この回転子と上記ステータとにより、ブラシレスＤＣモータを構成しており、上記カスケードインペラは、これを厚み方向に挟む上記ポンプ室の内壁によって軸方向の移動が規制されているとともに、上記シャフトに対し、その軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に支持されており、上記シャフトは、その軸方向に隔てて配置された第１のベアリングと第２のベアリングとにより、回転可能に支持されており、上記キャンは、その他端部に底部を有しているとともに、上記第１のベアリングは、上記キャンの上記底部に固定された支持部材を介して支持されている一方、上記第２のベアリングは、上記隔壁に設けられており、かつ、上記マグネットは、上記シャフトを取り囲む環状に配置されており、上記第１のベアリングは、上記支持部材における上記マグネットの内周空間に延出する部位において上記シャフトを回転可能に支持していることを特徴としている。

このキャンドポンプは、モータ部がキャンド型であるが故に、キャンの内部で水中に浸漬された状態で回転する回転子に電流を供給する必要がなく、水濡れに対して安全性が高い。また、ポンプ部は、カスケードインペラを回転させて吐出圧を得るものであることから、液体を比較的高圧で吐出することができる。

このキャンドポンプでは、上記カスケードインペラは、これを厚み方向に挟む上記ポンプ室の内壁によって軸方向の移動が規制されているとともに、上記シャフトに対し、その軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に支持されているので、ポンプ室の内壁は、回転するカスケードインペラのみの軸方向の規制をし、シャフトないしこれに支持さるマグネットの回転による軸方向の振動の影響を受けないので、結果的にカスケードインペラの高速回転を達成することができる。その結果、ポンプ部は、比較的高圧の気液混相流体を吐出することができ、また、異音や騒音の発生が少なくなる。

好ましい実施の形態では、上記シャフトは、上記第１のベアリングと第２のベアリングに対し、軸方向に相対移動可能に支持されている。

このような構成によれば、シャフトないしこれに支持されるマグネットの回転に起因する軸方向の振動がポンプ室やキャンに伝達されることがないので、回転子をより高速で回転させることができ、上記のように、カスケードインペラに対してシャフトが軸方向に相対移動可能となっていることと相まって、上記カスケードインペラの高速回転を達成することができる。

好ましい実施の形態ではさらに、上記支持部材は、上記キャンの底部を貫通するようにして取り付けられているとともに、上記キャンの内外を貫通させる貫通孔を備えており、この貫通孔は、着脱可能なプラグによって封鎖されている一方、上記シャフトの端面には、工具係合手段が形成されている。

このような構成によれば、たとえば長期の運転停止によって、ポンプ室内のカスケードインペラがロック状態に陥っても、上記プラグを外し、上記支持部材の貫通孔からキャンの内部に挿入したドライバ等の工具をシャフトの工具係合手段に係合させてこのシャフトを強制的に回転させるという操作をすることにより、モータ部やポンプ部を分解する必要なく、カスケードインペラのロック状態を容易に解除することができる。

このキャンドポンプではまた、上記マグネットは、上記シャフトを取り囲む環状に配置されており、上記第１のベアリングは、上記支持部材における上記マグネットの内周空間に延出する部位において上記シャフトを回転可能に支持しているので、キャンの内部空間を有効利用して第１のベアリングを配置することができ、モータ部の軸方向長をコンパクト化し、このポンプをより小型化することができる。

好ましい実施の形態ではまた、上記隔壁には、上記キャンの内部空間と上記ポンプ室とを連通させる貫通孔が形成されている。

好ましい実施の形態ではさらに、上記カスケードインペラには、厚み方向に貫通する循環孔が形成されている。

このような構成によれば、ポンプ室の流体をキャンの内部に循環させることができ、モータ部を適度に冷却することができる。その結果、安定した長時間運転が可能となる。

好ましい実施の形態ではまた、上記隔壁は、上記キャンの一端に対して芯合わせ嵌合する隔壁部材によって形成されているとともに、上記ポンプ室は、上記隔壁部材と、この隔壁部材に対して芯合わせ嵌合するポンプ室カバーとによって形成されている一方、上記キャン、上記隔壁部材および上記ポンプ室カバーの相互の固定は、樹脂製連結部材の適部を上記キャンもしくはこのキャンを支持する上記モータケースに連結するとともに、上記樹脂製連結部材の他の適部を上記ポンプ室カバーに連結することにより行っている。

このような構成によれば、樹脂製連結部材が仲介となって、キャン、隔壁部材およびポンプ室カバーを、適正に相互芯合わせ状態で組み付けることができ、しかも、全体の軽量化を達成することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の１実施形態に係るキャンドポンプＸの縦断面図である。

このキャンドポンプＸは、モータ部１と、ポンプ部２とを一体に備える。モータ部１は、キャンド型に形成されており、モータケース１１と、このモータケース１１の内側に配置されたステータ１２と、このステータ１２の内側に配置されたキャン１３と、このキャン１３の内側において、回転可能に支持された回転子１４とを有する。

モータケース１１は、有底円筒状に形成されており、たとえば、アルミニウム等の金属製である。キャン１３は、筒部１３１と、この筒部１３１の一端を塞ぐように形成された底部１３２と、筒部１３１の他端に形成された外向フランジ部１３３とを備えて大略構成されており、外向フランジ部１３３の外周部をモータケース１１の開口部に芯合わせ嵌合させられて、モータケース１１に組み付けられる。ステータ１２は、モータケース１１の内壁と、キャン１３の筒部１３１との間の空間に配置された電磁コイルからなる。回転子１４は、シャフト１４１と、このシャフト１４１に対してブラケット１４２を介して支持されたマグネット１４３とを備える。これにより、モータ部１には、ブラシレスＤＣモータが形成される。マグネット１４３は、プラスチックマグネットを採用することがモータ部１の軽量化に寄与するために好適であり、図に示す実施形態では、シャフト１４１を取り囲む環状に配置されている。

キャン１３の筒部１３１の他端には、隔壁部材２２が芯合わせ状に嵌合させられている。シャフト１４１は、その一端部がキャン１３の底部１３２に支持された第１のベアリング３１により、他端部が隔壁部材２２に設けた第２のベアリング３２により、それぞれ回転可能に支持されている。なお、このシャフト１４１の一端部の端面には、たとえばマイナスドライバ等の工具と係合する工具係合手段１４１ｃが形成されている。

第１のベアリング３１は、シャフトの軸方向の相対移動を許容するすべり軸受によって構成されており、キャン１３の底部１３２にねじ手段によって取り付けられた筒状支持部材１５の内面に嵌合保持されている。また、この筒状支持部材１５ないし第１のベアリング３１は、シャフト１４１と環状に配置されたマグネット１４３との間の空間に配置されている。これにより、モータ部１の軸方向のコンパクト化を図ることができる。また、第２のベアリング３２は、第１のベアリング３１と同じく、シャフト１４１の軸方向の相対移動を許容するすべり軸受によって構成されており、隔壁部材２２に貫通状に形成された筒状ホルダ２２１の内面に嵌合保持されている。このような構成により、回転子１４は、そのシャフト１４１が第１および第２のベアリング３１，３２により、回転可能かつ軸方向移動可能に支持される。なお、第１のベアリング３１を支持する筒状支持部材１５には、直径方向に貫通する複数の流通孔１５ａが形成されているとともに、回転子１４におけるマグネット１４３の一端部には、攪拌羽根１４４が設けられている。これら、流通孔１５ａと攪拌羽根１４４の意義については、後述する。

上記筒状支持部材１５は、キャン１３の底部１３２を貫通するようにしてねじ手段によって取り付けられているとともに、軸方向の貫通孔１５ｂを備える。この軸方向貫通孔１５ｂはまた、着脱可能なプラグ１６によって封鎖されている。これにより、たとえば、カスケードインパラ２４がポンプ室２１内でロック状態となったとしても、ポンプ部２やモータ部１を分解するまでもなく、上記プラグ１６を外し、上記筒状支持部材１５の軸方向貫通孔１５ｂから挿入したマイナスドライバ等の工具をシャフト１４１の一端に形成した工具係合手段１４１ｃに係合してシャフト１４１を強制的に回転させることにより、上記のロック状態を容易に解除することができる。

ポンプ室２１は、隔壁部材２２と、この隔壁部材２２に対して芯合わせ嵌合されたポンプ室カバー２３とによって囲まれた空間によって形成されている。このポンプ室２１には、回転子１４のシャフト１４１の他端部が延入させられている。シャフト１４１の延入部１４１ａには、カスケードインペラ２４が相対回転不能かつ軸方向相対移動可能に支持されている。すなわち、シャフト１４１の延入部１４１ａは、先端部にわたって一定の外径を有しているとともに、カスケードインペラ２４の中心ボス部２４１の中心孔２４１ａもまた、シャフト１４１の延入部１４１ａの外径に対してわずかに大きい、軸方向について一定内径を有している。そうして、シャフト１４１の外周には、軸方向の端壁を有するキー溝１４１ｂが形成されているとともに、カスケードインペラ２４のボス部２４１の中心孔２４１ａには、その軸方向の端部に開放するキー溝２４１ｂが形成されており、これらのキー溝１４１ｂ，２４１ｂの双方に嵌合するキー２５が装着されている。ただし、このキー２５の軸方向長さは、シャフト１４１に設けたキー溝１４１ｂよりも短くなっている。これにより、カスケードインペラ２４は、シャフト１４１に対して相対回転不能であり、かつ、シャフト１４１に設けたキー溝１４１ｂの長さとキー２５の長さの差が許容する範囲内で、シャフト１４１に対して軸方向に相対移動可能となる。

カスケードインペラ２４は、中心ボス部２４１と、この中心ボス部２４１から半径方向外方に延出するディスク部２４２と、このディスク部２４２の外周に形成されたインペラ部２４３とを備えている。一方、ポンプ室２１は、カスケードインペラ２４における中心ボス部２４１を収容する中心部空間２１Ａと、インペラ部２４３を収容する周辺部環状空間２１Ｂとを備える。カスケードインペラ２４におけるディスク部２４２は、隔壁部材２２とポンプ室カバー２３とに形成された規制壁２２ａ，２３ａによって僅かなかなすきまを介して挟まれている。上記したように、このカスケードインペラ２４は、シャフト１４１に対して軸方向に相対移動可能であるが、上記の規制壁２２ａ，２３ａによって、シャフト１４１の軸方向への絶対的な移動が規制される。

カスケードインペラ２４をポンプ室２１に内蔵するポンプの構成自体は、公知のものであり、図２に表れているように、周辺部環状空間２１Ｂには、流入ポート２６と、吐出ポート２７とが連通させられている。このポンプＸをマイクロバブル発生装置のためのポンプとして使用する場合には、流入ポート２６には、図示しない気液混合装置から、水と空気とが適度な割合で混じり合った気液混相流体が流入させられる。流入ポート２６からポンプ室２１内に導入された気液混相流体は、インペラ部２４３の回転にともなって周辺部環状空間２１Ｂを移動する間に圧力を付与され、吐出ポート２７から、所定の圧力で吐出させられる。

ポンプ室２１における中心部空間２１Ａと、周辺部環状空間２１Ｂとは、カスケードインペラ２４のディスク部２４２とこれを挟む規制壁２２ａ，２３ａとの間のすきまを介して連通させられている。また、カスケードインペラ２４のディスク部２４２には、これを厚み方向に貫通する循環孔２４２ａが形成されている。隔壁部材２２には、キャン１３の内部空間とポンプ室２１とを連通させる貫通孔２２ｂが形成されている。

上記したように、キャン１３は、モータケース１１に対して芯合わせ状態に嵌合させられ、隔壁部材２２は、キャン１３に対して芯合わせ状態に嵌合させられ、ポンプ室カバー２３は、隔壁部材２２に対し芯合わせ状態に嵌合させられている。これらモータケース１１、キャン１３、隔壁部材２２およびポンプ室カバー２３の相互の固定は、樹脂製の連結部材４１を介して行われている。すなわち、図１に表れているように、連結部材４１は、概して筒状をしており、その適部をボルト５１によってモータケース１１の端部に固定される一方、その適部をボルト５２によってポンプ室カバー２３に連結されている。この連結部材４１とキャン１３との間、この連結部材４１と隔壁部材２２との間、およびこの連結部材４１とポンプ室カバー２３との間には、それぞれ、Ｏリングが介装され、ポンプ室２１ないしキャン１３の内部空間と外部との間の水密シールがなされている。このような構成により、モータケース１１に対して連結された連結部材４１に重ねるようにして、隔壁部材２２を嵌め込み、シャフト１４１の延入部１４１ａにカスケードインペラ２４を取り付け、最後にポンプ室カバー２３をはめ込んだ後、このポンプ室カバー２３と連結部材４１とを連結することにより、簡便に組み付けることができる。また、連結部材４１は樹脂製であることから、キャンドポンプＸ全体の軽量化にも大きく寄与する。

次に、上記構成のキャンドポンプＸの重要な作用について、説明する。

ステータ１２にＤＣ電流を通電すると、これによって生じる電磁力により、回転子１４が回転させられ、カスケードインペラ２４が回転させられる。回転子１４のシャフト１４１は、上記したように、第１および第２のベアリング３１，３２に対し、軸方向相対移動可能であるが、ステータ１２とマグネット１４３との間に作用する電磁力により、常に、軸方向の定位置をとろうとする。また、シャフト１４１が軸方向に移動できることにより、回転子１４におけるマグネット１４３やその他の部材の質量偏りに起因して、回転子１４の回転中に軸方向の振動が生じても、この振動がなんらキャン１３や隔壁部材２２に作用することがない。したがって、モータ部１の動作中、不要な振動が発生したり、また、これに起因して回転子１４の回転を阻害する抵抗が発生することもなく、回転子１４のスムースな回転を維持することができる。

また、シャフト１４１に対し、カスケードインペラ２４が軸方向相対移動可能となっているので、回転中、かりにシャフト１４１に軸方向の振動が生じたとしても、この振動がカスケードインペラ２４に伝達されることもない。したがって、シャフト１４１の軸方向の振動に起因して、カスケードインペラ２４のディスク部２４２がこれを挟む規制壁２２ａ，２３ａにスラスト力を作用させることもない。したがって、カスケードインペラ２４の回転を阻害する抵抗が発生することもない。

このようなことから、上記構成のキャンドポンプＸによれば、ポンプ部２におけるカスケードインペラ２４の高速かつ円滑な回転が実現され、その結果、吐出ポート２７から、液体を比較的高圧で吐出させることができる。

もとより、このポンプＸのモータ部１は、キャンド型となっているので、水濡れに対して安全である。

加えて、カスケードインペラ２４のディスク部２４２に循環孔２４２ａが形成され、かつ、隔壁部材２２に貫通孔２２ｂが形成されて、ポンプ室２１とキャン１３の内部空間が連通させられているので、つねにポンプ室２１の流体がキャン１３の内部を循環させられる。これにより、動作中、モータ部１が適度に冷却させられ、長時間の連続運転が可能となる。なお、このような冷却作用は、上記したように、回転子１４のマグネット１４３の端部に攪拌羽根１４４が設けられており、かつ、第１のベアリング３１のための筒状支持部材１５にも直径方向に貫通する流通孔１５ａが形成されていることにより、キャン１３の内部の流体が強制循環させられることから、より効率的に行われる。

このように、本発明によれば、液体を比較的高圧で吐出することかでき、しかも安全性にも優れたポンプが実現できるのであり、たとえば、このポンプを用いて、家庭用のマイクロバブル発生装置を構成したり、逆浸透膜やフィルターを用いた浄水器を構成するのに最適となる。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。また、本発明のポンプの使用目的も、問われない。

本発明に係るキャンドポンプの一例を示す縦断面図である。図１に示すキャンドポンプのポンプ室カバーを取り外した状態の右側面図である。

符号の説明

Ｘキャンドポンプ
１モータ部
２ポンプ部
１１モータケース
１２ステータ
１３キャン
１４回転子
１５支持部材
１５ｂ軸方向貫通孔
１６プラグ
２１ポンプ室
２２隔壁部材（隔壁）
２４カスケードインペラ
１４１シャフト
１４１ｃ工具係合手段
１４３マグネット

Claims

モータ部にポンプ部が一体化されたポンプであって、
上記モータ部は、モータケースと、このモータケースの内側に配置されたステータと、このステータの内側に配置された筒状のキャンと、このキャンの内側において回転可能に支持され、シャフトを備えた回転子と、を備えたキャンド型に構成されており、
上記ポンプ部は、上記キャンの一端側に配置された隔壁に隣接して形成されたポンプ室と、このポンプ室内において、上記シャフトの一端に支持されたカスケードインペラとを備えて構成されており、
上記回転子は、上記シャフトに支持されたマグネットを備えているとともに、この回転子と上記ステータとにより、ブラシレスＤＣモータを構成しており、
上記カスケードインペラは、これを厚み方向に挟む上記ポンプ室の内壁によって軸方向の移動が規制されているとともに、上記シャフトに対し、その軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に支持されており、
上記シャフトは、その軸方向に隔てて配置された第１のベアリングと第２のベアリングとにより、回転可能に支持されており、
上記キャンは、その他端部に底部を有しているとともに、上記第１のベアリングは、上記キャンの上記底部に固定された支持部材を介して支持されている一方、上記第２のベアリングは、上記隔壁に設けられており、かつ、
上記マグネットは、上記シャフトを取り囲む環状に配置されており、上記第１のベアリングは、上記支持部材における上記マグネットの内周空間に延出する部位において上記シャフトを回転可能に支持していることを特徴とする、キャンドポンプ。
上記シャフトは、上記第１のベアリングと第２のベアリングに対し、軸方向に相対移動可能に支持されている、請求項１に記載のキャンドポンプ。
上記支持部材は、上記キャンの底部を貫通するようにして取り付けられているとともに、上記キャンの内外を連通させる貫通孔を備えており、この貫通孔は、着脱可能なプラグによって封鎖されている一方、上記シャフトの端面には、工具係合手段が形成されている、請求項１または２に記載のキャンドポンプ。
上記隔壁には、上記キャンの内部空間と上記ポンプ室とを連通させる貫通孔が形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のキャンドポンプ。
上記カスケードインペラには、厚み方向に貫通する循環孔が形成されている、請求項４に記載のキャンドポンプ。
上記隔壁は、上記キャンの一端に対して芯合わせ嵌合する隔壁部材によって形成されているとともに、上記ポンプ室は、上記隔壁部材と、この隔壁部材に対して芯合わせ嵌合するポンプ室カバーとによって形成されている一方、上記キャン、上記隔壁部材および上記ポンプ室カバーの相互の固定は、樹脂製連結部材の適部を上記キャンもしくはこのキャンを支持する上記モータケースに連結するとともに、上記樹脂製連結部材の他の適部を上記ポンプ室カバーに連結することにより行っている、請求項１ないし５のいずれかに記載のキャンドポンプ。