JP5772720B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、液体を循環させるポンプに関する。特に、ポンプ自体が液体を循環させる動作を行うが、ポンプが停止している場合に、別のポンプ等によって循環される流体が当該ポンプを通過する液体循環装置に使用されるポンプに関する。

このポンプの使用例としては、第１に、車両における暖房装置の補助用電動ウォータポンプであって、特に、車両が無用なアイドリングを行わないアイドリングストップ車両向けの暖房装置の補助用電動ウォータポンプに使用される。

第２に、重要機器の液冷式循環冷却装置のポンプで、信頼性向上のための非常用ポンプ（バックアップ用ポンプ）として使用される。この用途は、複数のポンプを直列に接続した場合に、片方のポンプのみが通常作動し、バックアップ時に他方のポンプが使用される。

先ず、一般的な技術的知見について述べる。遠心型ポンプの効率向上策として、一般的に知られているのは、羽根形状を渦巻き形のターボ羽根とし、目的とする流量、揚程に対して最適な羽根枚数と羽根角度を設定することである。

この場合、高効率化された羽根形状では、流れる流体とインペラ部位が接触する面積が増大することになる。接触面積の増加により、同一径のインペラにおいて、より多くの流体に力を伝達することになるので、高効率となるが、ポンプ停止時に他の流体圧送装置から流体が流入する通水時のような場合を考えると、流路の接触面積が大きい方が、抵抗が大きくなることも明白である。

一般的に言って、作動時に高効率なポンプは、そのポンプが停止したときに、流体が当該ポンプを通過する通水時のような場合の通水抵抗が高くなる。ここで従来、特許文献１に記載の内燃機関の冷却装置が知られている。この装置に使用されるポンプは、ポンプ停止時の通水抵抗を低減させるために、インペラ部の羽根の部位を形状記憶合金で成型し、通水抵抗低減が必要な場合に、電気的手段を用いて羽根を加熱している。このように加熱することで、羽根形状をコの字に折り曲げ、流路断面における羽根面積の低減による通水抵抗の低減を図っている。

特開平４−４３８１４号公報

上記特許文献１の構成を採用する場合には、インペラの羽根枚数に応じた形状記憶合金の部品が必要である。また、形状記憶合金の部品を組み付けるための工数が発生する。そのため、大幅なコスト増加が避けられない。

更に、羽根形状を変形させるための加熱装置を追加する必要があるため、重量の増加やさらなるコスト増加の問題を生じる。また、加熱装置が電力を消費することにより、無駄なエネルギーの消費を伴う。加えて、多数の部品でインペラを構成することから、組み付け公差の積み重ねで羽根部のアンバランスが発生しやすく、回転時の振動発生に繋がる。

また、市場に流通しているポンプのうち、アイドリングストップ時の暖房装置用の補助ウォータポンプでは、ポンプ停止時の通水抵抗悪化を避けるため、羽根形状をストレート化することで、通水抵抗を下げる対策が施してあるものが存在する。しかし、この場合、羽根形状がストレートであるがゆえに、流体の圧送機能は果たせるが、その効率は高いとは言えず、無駄に電力を消費している結果となっている。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、構成部品の少ない構造を採用すると共に、可動インペラを動かす動力源を別途追加すること無く、インペラ形状を変形させることを可能とし、ポンプ作動時にはインペラ部の羽根効率が高くなる形状となり、また、ポンプ停止時はポンプを通過する流体の妨げになりにくいインペラ形状になることで、作動時は高効率、停止時は低通水抵抗という、相反した特性を持つポンプを提供することにある。

従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。

本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、遠心型のポンプ（１００）であって、駆動源（４）からの駆動力を得て回転する駆動源側インペラ（１）と、駆動源側インペラ（１）がその周りを回転する軸（７）上に配置される可動インペラ（２）とを有し、可動インペラ（２）は、駆動源側インペラ（１）および駆動源（４）に対して可動可能であり、駆動源側インペラ（１）と可動インペラ（２）とからなるインペラ部（１、２）の回転により流体を圧送する際には、流体からの力により可動インペラ（２）の羽根が駆動源側インペラ（１）の羽根から離間するように変位して作動基本状態を成し、インペラ部（１、２）が流体を圧送しない場合において、流体がインペラ部（１、２）を流れる場合には、可動インペラ（２）の羽根が駆動源側インペラ（１）の羽根に隣接して停止基本状態を成すことを特徴としている。

この発明によれば、流体の力と駆動源（４）の駆動力とのバランスで可動インペラ（２）をアクチュエータ無しで駆動することができ、ポンプ作動時には、駆動源側インペラ（１）と可動インペラ（２）とから成るインペラ部（１、２）の羽根形状が、ポンプ吐出効率が高くなる形状となる。また、ポンプ停止時はポンプを通過する流体の妨げになりにくいインペラ部（１、２）の羽根形状になることで、作動時は高効率、停止時は低流体抵抗という、相反した特性を持つポンプ（１００）を得ることができる。

なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の第１実施形態におけるポンプにおけるインペラ部の分解平面図である。 図１のインペラ部を組み合わせた状態において、ポンプが作動しているときの作動基本状態を示す平面図である。 図１のインペラ部を組み合わせた状態において、ポンプが停止しているときの停止基本状態を示す平面図である。 上記第１実施形態を成すポンプの縦断面図である。 図３のポンプにおけるインペラ部およびロータの縦断面部分の分解図である。 図３の停止基本状態の一部拡大説明図である。 図５における上記第１実施形態のインペラ部の寸法関係を説明する分解図である。 本発明の第２実施形態を示すポンプに使用されるインペラ部の平面図である。 本発明の第３実施形態を示すポンプに使用されるインペラ部の平面図である。 本発明の第４実施形態を示すポンプに使用されるインペラ部の平面図である。 本発明の第５実施形態を示すポンプにおける可動インペラの縦断面図である。 本発明の第６実施形態のポンプの可動インペラとロータ固定インペラとの結合状態をしめす縦断面図である。 図１２の矢印XIII方向から見たインペラ部の平面図である。 本発明の第７実施形態のポンプに使用するインペラ部の平面図である。 図１４の矢印XV方向から見たインペラ部の羽根の立面図である。 本発明の第８実施形態のポンプに使用するインペラ部の平面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明したこと項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図７を用いて詳細に説明する。このポンプの用途は上記特許文献１と同様である。先ず第１実施形態におけるポンプの原理について説明する。図１にインペラ部を分解して示す。図２はポンプが作動しているときの作動基本状態を示す。図３は停止基本状態を示す。

遠心型ポンプの効率を上げる手段として、一般的には、渦巻き形状のインペラが知られている。インペラを渦巻き形状にすることで、効率よく流体を圧送することが可能になる。図１においてインペラ部１、２は、駆動源側インペラを構成するロータ一体インペラ１と可動インペラ２とから成る。ロータ一体インペラ１に上に可動インペラ２を積み重ねることによりインペラ部１、２が構成されている。

図２の作動基本状態では、流体内を矢印R方向に回転するインペラ部１、２に作用する流体の圧力で、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈとが離間して羽根枚数が多くなったインペラ部１、２として作用する。可動インペラ２は、ロータ一体インペラ１に、図２のストッパ部Ｓ１からＳ４で当接した状態で回転する。可動インペラ２は放射状に延在する（十字状に延在する）羽根保持部３５を複数有し、羽根保持部３５の先端に羽根２ｈが設けられている。

図３の停止基本状態では、インペラ部１、２内を流れる流体の力で、流体抵抗が少なくなる方向に可動インペラ２がロータ一体インペラ１に対して動く。図４および図５において、モータ４のロータ３は、基盤部３ａと、ロータ首部３ｂと、磁石保持部３ｃと、ロータ一体インペラ１とから構成される。ロータ一体インペラ１は、ロータ３の基盤部３ａと一体に形成されている。

磁石保持部３ｃには永久磁石３ｊが取り付けられ、永久磁石３ｊはギャップを介してステータ５０の一部を成すステータコイル５に対向している。ステータコイル５はモータハウジング６内に設けられている。モータハウジング６にはロータ一体インペラ１の軸を成す固定軸７が固定されている。

固定軸７の周りに軸受部８を介してロータ３が回転可能に保持されている。そのロータ３の図４の上部にはガイド部３ｅが形成されている。ガイド部３ｅの周囲に、可動インペラ２が回転可能に取り付けられている。固定軸７は断面Ｔ字形に形成され、平坦部３ｅ１により可動インペラ２がロータ一体インペラ１から抜けないようにされている。固定軸７の平坦部３ｅ１と反対側にモータハウジング７への固定部３ｅ２を構成している。

インペラ部１、２は、ポンプケーシング９に覆われている。ポンプケーシング９の中央部には、吸入側パイプ１０が設けられている。インペラ部１、２の回転軸と直角方向には吐出側パイプ１１が設けられている。図４において流体の流れは矢印Ｗ１、Ｗ２で示している。

図４および図５のように、ロータ３と一体構造のロータ一体インペラ１に隣接して可動インペラ２を重ねる。図２において、作動基本状態では、ターボ羽根形状と同等のインペラ部１、２の形状となり、図３において、停止基本状態では、ターボ羽根形状であるが、図２の作動基本状態と比較して、羽根枚数が半減した形状となる。

可動インペラ２のロータ一体インペラ１に対する変位は、ポンプ１００のモータ４から受ける力、及びポンプケーシング９内の流体から受ける力によって生み出される。よって、特別な変位用のアクチュエータは不要である。

図４の軸受部８は、樹脂材または軸受け材料から成る。ロータ３はロータ一体インペラ１を含めて樹脂材料により一体成型品として形成されている。可動インペラ２の材質も樹脂である。また、固定軸７の材質は、ＳＵＳ材等の金属材料からなる。ポンプケーシング９の材質は樹脂である。

永久磁石３ｊは、一般的なフェライト材等の磁性体から構成しても良く、ロータ部樹脂材に磁性体を混ぜ込んでプラスチック磁石として構成する場合は、ロータ３と一体構造としても良い。ステータ５０はステータコイル５と、電磁鉄鋼等で作られた図示されないステータコアとから成る。吸入側パイプ１０と吐出側パイプ１１とはポンプケーシング９の材質と同じ樹脂である。

図６は、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈとが重なった状態を示す。図６において、ロータ一体インペラ１の回転中心Ｃ１からロータ一体インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈの先端に向けて直線Ｃ１Ｃ２が説明のために描かれている。

この直線Ｃ１Ｃ２と交わる、回転中心Ｃ１を中心とした２つの円弧の夫々の接線と、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈの夫々の傾斜直線とのなす角度θ１およびθ２は、羽根１ｈと羽根２ｈの入口角である。そして、入口角θ１とθ２とは、共に同じ角度とされている。

図６において、第１実施形態では、羽根１ｈに対して羽根２ｈの形状は、夫々の入口角θ１とθ２とを同等に設定するが、羽根１ｈおよび羽根２ｈの２枚を重ね合わせる場合、羽根１ｈと羽根２ｈとの入り口側にクリアランス３１（図３）を持たせるように各羽根の曲率を設定している。つまり、羽根１ｈの曲率に対して羽根２ｈの曲率が大きな値になる羽根形状としている。クリアランス３１によって羽根１ｈ、２ｈ相互間に隙間部３３が形成される。

この場合、少なくとも羽根１ｈ、２ｈの入口側にクリアランス３１（インペラ部１、２の回転方向前側のクリアランス３１とも言う）が設けられている。一方、出口側のクリアランス３２（インペラ部１、２の回転方向後側のクリアランス３２とも言う）が入り口側のクリアランス３１より小さい値で設けられている。

このような羽根１ｈ、２ｈの入口側にクリアランス３１を設ける必要性は、完全にクリアランスが無い状態で羽根１ｈおよび羽根２ｈが当接する場合、２枚の羽根の間に流体の流れが生じることが無く、ポンプが作動した場合においても羽根１ｈおよび羽根２ｈが当接した状態のまま（停止基本状態のまま）で作動してしまい、本来の性能を発揮できなくなるおそれがあるためである。

ポンプが作動（インペラが回転）を開始すると、遠心力の発生により、クリアランス間に淀んでいる流体は、インペラ出口方向へ流れ出るような力を受けるため、羽根１ｈおよび羽根２ｈを引き離すような力が発生する。

なお、第１実施形態の変形例として、停止基本状態における羽根１ｈ、２ｈの入口側に、駆動源側インペラ１の後面と可動インペラ２の前面との間にクリアランス３１が設定され、インペラ部１、２の羽根１ｈ，２ｈの出口側にはクリアランス（３２）が無い隙間部３３としてもよい。

図７でインペラ部１、２の寸法関係を説明する。図７において、ガイド部を成すロータ軸部３ｅにガイドされて可動インペラ２がロータ一体インペラ１に対して回転する。可動インペラ２の軸穴２ａ内径φｍは、ガイド部を成すロータ軸部３ｅの外径φｓよりも大きい値であり、例えばφｓ＋０．１ｍｍ程度である。

ロータ軸部３ｅは、図４の固定軸７に対して高速回転するため、軸受部（ベアリング）８を間に入れる必要がある。しかし、可動インペラ２はロータ一体インペラ１に対して高速な相対運動をすることは無く、かつ定常の作動基本状態では相対運動を行わない。このことから、可動インペラ２をロータ一体インペラ１に設けたロータ軸部３ｅに余裕を持たせて嵌め込むことで、ロータ一体インペラ１のガイド部３ｅ周囲には軸受け材を付け加えなくても良い。このことは材料原価の低減や組み付けコスト低減に繋がる。

ロータ３のロータ首部３ｂ内には、軸受部（ベアリング）８が圧入、接着、溶着、および嵌合のいずれかで取付けられている。軸受部８の内径は．固定軸７の外形とは微小なクリアランスが保てる程度の大きさ（クリアランス値はμｍ単位で、例えば５０μｍ）で設計される。

このように微小なクリアランスを設けることで、固定軸７と軸受部８との間に流体が入り込むことが可能となり、その流体が潤滑剤の役割を果たし、固定軸７と軸受部８との当接面の磨耗を抑制することができる。

ロータ３の磁石保持部３ｃには永久磁石３ｊが嵌合、接着、およびインサート成型のいずれかにより保持されているが、磁石保持部３ｃの樹脂材にフェライト粉末等の磁性体を混ぜ込んだ素材を使用し、形状成型後に永久磁石が必要な部分に強力な磁力を印加して着磁させることで、その部分を永久磁石化してもよい。

ロータ３と一体構造のロータ一体インペラ１は、永久磁石３ｊを内包する構造であり、ステータコイル５への通電により発生する回転磁界を受けて固定軸７を中心軸として回転する構造である。可動インペラ２およびロータ一体インペラ１は、それぞれ４枚（偶数枚であれば任意）の羽根を持っている。

可動インペラ２は、ロータ一体インペラ１と同軸上に積み重ねられるように配置され、ロータ一体インペラ１とは固定されず、ロータ一体インペラ１の羽根と羽根の間で可動インペラ２を可動可能な領域内において自由に動かすことが可能である。

この際、図２の可動インペラ２のストッパ部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がロータ一体インペラ１の羽根の回転方向前側に接触することで、可動インペラ２の回転方向とは逆方向への動きを制限する。

ステータコイル５に通電を開始すると、可動インペラ２が回転を開始し、図６の羽根１ｈと羽根２ｈとのインペラ入口側から始まるクリアランスの部分に留まっている流体が回転による遠心力を受け、入口側からインペラ出口側への流れが発生し、その流れにより、可動インペラ２がロータ一体インペラ１と羽根１ｈ、２ｈ同士で接触していてもそれを引き剥がす方向の力が生じる。また、ロータ一体インペラ１はステータコイル５が発生させる回転磁界による回転力を得るが、可動インペラ２にはそのような回転力が発生しないため、ロータ一体インペラ１の方が可動インペラ２に対して先行して回転を始めることになる。

やがて、可動インペラ２のストッパ部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈの回転方向前側に接触することで、可動インペラ２の可動状態が制限され、流体を掻き分ける際に流体から受けるロータ一体インペラ１の回転方向とは逆方向のトルクが加わり続けることで、以降の作動中は、常に図２の作動基本状態をキープする。この作動基本状態における全体的な羽根の形状は、公知の高効率なインペラ形状と同等形状であるため、一般的な高効率ポンプと同等な働きを行う。

ステータコイル５への通電を停止すると、短期的には可動インペラ２およびロータ一体インペラ１が共に慣性で回る状態が続くが、その際に、ロータ一体インペラ１は永久磁石３ｊを内包するため、ステータコイル５内の磁性体である図示しないステータコアを引き付け、回転を妨げる方向に力を受ける。

一方、可動インペラ２の材質は非磁性体であることから、ステータコイル５との間で磁力による吸着力をうけることはない。そのため、可動インペラ２は、ロータ一体インペラ１に比べて慣性による回転が停止するまでの時間が短く、ロータ一体インペラ１の羽根と可動インペラ２の羽根が重なり合った状態となる図３の停止基本状態に移行する。

また、停止後に、このインペラ部１、２に、他のポンプから圧送されてきた流体が通過する場合、可動インペラ２およびロータ一体インペラ１共に、ターボ羽根形状の場合は正回転方向に回転するような力を流体から受けることになる。しかし、ロータ一体インペラ１は永久磁石３ｊを内包していることで、ステータコイル５との磁力による固定力が働くため、トータルのトルクで考えると、非磁性体の可動インペラ２は、ロータ一体インペラ１に比べて、より大きな正回転方向のトルクを受けることになるため、停止基本状態を常にキープすることになる。

流体がインペラ部１、２を通過する際に受ける抵抗は、流路となるインペラ部１、２の表面積が大きいほど大きくなる関係がある。つまり、流体の圧損は流体が持つ粘性抵抗に起因しているために、流体との接触面積が多い方が粘性抵抗を大きく受ける。

作動基本状態と比較して停止基本状態は、見かけ上、インペラ部１、２の羽根枚数が２分の１となり、流路のインペラ部１、２に関わる部分の表面積が、およそ半減することになるため、停止時の通水抵抗を大幅に低減させることが可能になる。

一方、作動基本状態は、一般的な高効率ポンプのインペラ形状と同等のため、ポンプとして従来と同等の機能と効果を発揮できる。また、この第１実施形態の構成は、一般的なポンプと比較して、実質的に可動インペラ２のみの追加で実現可能であるため、コストの増加がほとんど発生しないため、従来の技術と比較して大幅なコスト低減と体格低減が実現できる。
（第１実施形態の作動）
作動基本状態においては、インペラ部（１、２）はターボ羽根を形成するものであって、停止基本状態においては、インペラ部（１、２）が作動基本状態のターボ羽根の形状に対して、羽根枚数の少ないターボ羽根を形成する。

これによれば、ポンプ１００として流体を圧送するときは、高効率で流体を圧送できる。また、ポンプ１００の停止時は、作動時基本状態のターボ羽根よりも羽根枚数の少ないターボ羽根を形成するから、インペラ部を介して流れる流体の流れを妨げることが少ない。

更に、図３の停止基本状態において駆動源側インペラ１と可動インペラ２とから成るインペラ部１、２の羽根形状は駆動源側インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈとの間に隙間部３３が設定される。この隙間部３３に作用する流体の力で駆動源（モータ）４によるインペラ部１、２の駆動時にインペラ部１、２を図２の作動基本状態に変位させることができる。

次に、ポンプ１００作動時の羽根１ｈ、２ｈが、渦巻き形のターボ羽根形状を有し、駆動源側インペラ１の羽根１ｈの曲率が可動インペラの羽根２ｈの曲率よりも小さい。これによれば、容易に隙間部３３を形成でき、インペラ部１、２の回転時に隙間部３３に作用する流体の力でインペラ部１、２の羽根１ｈ，２ｈ相互間の離間を円滑に行うことができる。

また、隙間部３３はインペラ部１、２の回転方向前側のクリアランス３１のほうがインペラ部１、２の回転方向後側のクリアランス３２よりも大きく設定されている。これによれば、前側のクリアランス３１が大きく後側のクリアランス３２が小さく設定された隙間部３３に作用する流体の力で、インペラ部１、２を図２の作動基本状態に容易に変位させることができる。

なお、停止基本状態における羽根１ｈ、２ｈの入口側において、駆動源側インペラ１の後面と可動インペラ２の前面との間にクリアランス３１が設定され、インペラ部１、２の羽根１ｈ、２ｈの出口側にはクリアランスが無い隙間部３３としてもよい。

これによれば、インペラ部の羽根の出口側にはクリアランスが無いから、インペラ部回転時に隙間部に作用する流体の力でインペラ部の羽根相互間の離間を円滑に行うことができる。

加えて、可動インペラ２にはストッパ部Ｓ１〜Ｓ４があり、該ストッパ部Ｓ１〜Ｓ４と駆動源側インペラ１の羽根１ｈとが図２の作動基本状態において当接し、図３の停止基本状態においては可動インペラ２の羽根２ｈの前面と駆動源側インペラ１の羽根１ｈの後面が直接または間接的に当接する（図３では直接当接するが、間に緩衝材を介在させてもよい）。

これによれば、可動インペラ２のストッパ部Ｓ１〜Ｓ４と駆動源側インペラ１の羽根１ｈとがポンプ１００の作動時に当接して作動基本状態を画定することができ、ポンプ１００の停止時には可動インペラ２の羽根２ｈ前面（回転側の面）と駆動源側インペラ１の羽根後面（反回転側の面）が直接または間接的に当接する。

従って、インペラ部１、２の羽根１ｈ、２ｈ相互間に適度なクリアランスの隙間部３３を設定でき、ポンプ作動時の羽根相互の離間を容易にしながら、実質的な羽根枚数を削減して流体の流れをできるだけ妨げないようにすることができる。

次に、可動インペラ２は、複数の羽根２ｈが放射状に延在する羽根保持部３５の先端に設けられている。そして、作動基本状態を成した場合に、駆動源側インペラ１の各羽根１ｈの回転方向先頭部が可動インペラ２の羽根保持部３５のストッパ部Ｓ１〜Ｓ４を受けて可動インペラ２の動きを規制することができる。従って、ストッパ部Ｓ１〜Ｓ４の位置を設定して効率の良い作動基本状態の形態を形成することができる。

また、可動インペラ２は、駆動源側インペラ１に重ねて配置され、可動インペラ２は駆動源側インペラ１に設けたガイド部３ｅ（図５）を中心に、インペラ回転方向平面内で可動可能である。これによれば、インペラ部１、２が、容易に停止基本状態と作動基本状態との位置をとることができる。

更に、駆動源側インペラ１は円盤状の基盤部３ａに羽根１ｈが複数一体に形成されている。そして、可動インペラ２は基盤部３ａ上に置かれ、駆動源側インペラ１と可動インペラ２とは軸受部８内の軸（固定軸）７の周囲を回転する。従って、可動インペラ２は、基盤部３ａの少なくとも一部に摺動しながら支持されて駆動源側インペラ１と共に効率の良いインペラ部１、２を形成することができる。

次に、駆動源側インペラ１と可動インペラ２とが連結された駆動源（モータ）４の回転部分は、ロータ３で構成されている。そして、駆動源４の固定部分は、モータ４のステータ５０で構成されている。従って、モータのロータ３の回転により、可動インペラ２と駆動源側インペラ１とがお互いに連結されて回転することができる。

また、駆動源側インペラ１の羽根１ｈの曲率と可動インペラ２の羽根２ｈの曲率とが互いに異なり、駆動源側インペラ１の羽根１ｈの入口角θ１と可動インペラ２の羽根２ｈの入口角θ２とが同一に設定されている。これによれば、入口角θ１、θ２を同一の理想状態に設定できるから、効率の良いポンプを形成できる。

更に、軸７は、駆動源４の固定部分に固定された固定軸７からなり、該固定軸７の周囲を駆動源４の回転部分に連結された駆動源側インペラ１が回転し、可動インペラ２は駆動源側インペラ１の一部に設けたガイド部３ｅを中心に回転する。これによれば、駆動源側インペラ１に対して可動インペラ２がポンプの回転方向またはポンプの反回転方向に変位しながら、インペラ部１、２の作動基本状態と停止基本状態とを形成することができる。

加えて、モータ４のロータ３は永久磁石３ｊ部分を有する磁石保持部３ｃと、この磁石保持部３ｃと基盤部３ａとを連結するロータ首部３ｂとが同一材料で連続して一体に形成されている。従って、部品点数が少なく製造が容易である。

次に、インペラ部１、２は、ポンプケーシング９内に収納されて回転し、このポンプケーシング９の中心に吸入側パイプ１０が設けられ、ポンプケーシング９の半径方向に延在して吐出側パイプ１１が設けられている。

これによれば、インペラ部１、２の駆動源４による駆動時に吸入側パイプ１０から吐出側パイプ１１に流れる流体を圧送する遠心型のポンプ１００を形成できる。また、作動基本状態から停止基本状態への変位により、インペラ部１、２の駆動源４による駆動がなされないポンプ停止時には、吸入側パイプ１０から吐出側パイプ１１に流れる流体の流れを妨げにくいインペラ部１、２を形成できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。

図８において、可動インペラ２の可動範囲を決定するためのる当接部Ｓ５〜Ｓ８を、ロータ一体インペラ１の基盤部３ａと一体に設置し、当接部Ｓ５〜Ｓ８を、可動インペラ２の出口側後面に当接させることで、可動インペラ２の回転方向（矢印R方向）とは逆方向の可動域を制限している。

回転方向の可動制限は、図３の第１実施形態と同様に、可動インペラ２の羽根２ｈとロータ一体インペラ１の羽根を重ねて当接することで実現する。また、羽根保持部３５は円盤状であり、この羽根保持部３５と一体に樹脂成形された可動インペラ２の４枚の羽根２ｈが放射状に配列されている。

（第２実施形態の作用）
図８の当接部Ｓ５〜Ｓ８は、作動基本状態におけるインペラ部１、２の形態を画定するために、可動インペラ２の羽根２ｈに当接する突起部となる。これによれば、駆動源側インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈとの作動基本状態における位置を画定できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図９の停止基本状態において、可動インペラ２とロータ一体インペラ１の隙間部３３の確保のために、ロータ一体インペラ１の羽根、基盤部３ａ、および可動インペラ２の羽根のいずれかに介在部Ｓ５１〜Ｓ８１を設けている。これによれば、駆動源側インペラ１の羽根１ｈと可動インペラ２の羽根２ｈとの間に介在する介在部Ｓ５１〜Ｓ８１によって、隙間部３３の大きさを確実に設定することができる。また、ロータ一体インペラ１の羽根および可動インペラ２の羽根の羽根形状の曲率を同等に設定できるメリットがある。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。第４実施形態では、図１０のように、羽根１ｈ、２ｈの入口側端面と出口側端面との両方に介在部Ｓ５１〜Ｓ８１、Ｓ５２〜Ｓ８２を設けたものである。

羽根１ｈ、２ｈの入口側端面と出口側端面との両方に設けられた介在部Ｓ５１〜Ｓ８１、Ｓ５２〜Ｓ８２は、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈ、基盤部３ａ、および可動インペラ２の羽根２ｈのいずれかと一体に形成される。この図１０においては、ロータ一体インペラ１の羽根および可動インペラ２の羽根の羽根形状の曲率を略同等に設定できる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１１において、可動インペラ２の中心の孔内にも軸受（ベアリング）２ｂを設け、可動インペラ２が、ロータ一体インペラ１と同様に固定軸７（図４）を軸として回転できる構成としたものである。この第５実施形態は、第１実施形態に対して軸受材料の追加によるコスト増があるが、ロータ一体インペラ１に対する可動インペラ２の可動性に対しての信頼性が向上する。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１２および図１３において、可動インペラ２の一部をロータ一体インペラ１の下部に隣接して配置している。可動インペラ２の可動域制限は、ロータ固定インペラ１の基盤部３ａに設けた羽根貫通孔３６の形状にて設定している。すなわち、可動インペラ２の羽根２ｈは、ロータ固定インペラ１の基盤部３ａに設けた羽根貫通孔３６内を貫通して伸長しているため、可動インペラ２の羽根２ｈは、羽根貫通孔３６の範囲内でしか動くことができない。

図１３は、可動インペラ２の羽根２ｈがロータ固定インペラ１の羽根１ｈから離れて回転している作動基本状態を示している。可動インペラ２の羽根２ｈをロータ固定インペラ１の基盤部３ａに設けた羽根貫通孔３６に嵌め込むため、図１２の基盤部３ａおよびロータ首部３ｂは、磁石保持部３ｃとは分離して別体で形成されている。組付けに当たっては、ロータ一体インペラ１に可動インペラ２を嵌め込んでから、ロータ首部３ｂと磁石保持部３ｃとを結合する。

ロータ一体インペラ１は、ロータ３の基盤部３ａと一体に形成されている。磁石保持部３ｃには永久磁石３ｊが取り付けられ、永久磁石３ｊはギャップを介して図示しないステータに対向する。

軸受部８内に挿入される図示しない固定軸の周りに軸受部８を介してロータ３の基盤部３ａ、ロータ首部３ｂ、および磁石保持部３ｃが回転可能に保持されている。図１３において、作動基本状態では、羽根枚数が８枚のターボ羽根形状と同等のインペラ部１、２の形状となり、停止基本状態でのターボ羽根形状は、図１３の作動基本状態と比較して、羽根枚数が半減した形状となる。

可動インペラ２のロータ一体インペラ１に対する変位は、ポンプ１００のモータ４から受ける力、及びポンプケーシング９内の流体から受ける力によって生み出される。よって、特別な変位用のアクチュエータは不要である。

（第６実施形態の作用）
図１３の基盤部３ａに複数の羽根貫通孔３６が設けられ、可動インペラ２の羽根２ｈが羽根貫通孔３６内を貫通して設けられ、羽根貫通孔３６の回転方向（図１３の矢印Ｒ方向）前側の基盤部３ａに駆動源側インペラ１の羽根１ｈが固定されている。そして、可動インペラ２の羽根２ｈが羽根貫通孔３６内を可動範囲としている。

これによれば、基盤部３ａに形成した羽根貫通孔３６によって、駆動源側インペラ１と可動インペラ２とを連結して共に回転させることができ、かつ、可動インペラ２の回転方向および反回転方向の可動範囲を規制することができる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１５において、可動インペラ２の羽根２ｈの回転平面内での長さＬ２をロータ一体インペラ１の羽根１ｈの回転平面内での長さＬ１よりも大きくしている。

この第７実施形態では、インペラ部１、２の回転により、可動インペラ２の羽根２ｈのほうがロータ一体インペラ１の羽根１ｈに比べてポンプ回転時の流体から大きな力を受けるため、羽根相互間の隙間部を廃止しても、停止基本状態において重なっている可動インペラ２の羽根２ｈとロータ一体インペラ１の羽根１ｈとを互いに離すことができる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１６において、ロータ一体１の羽根１ｈのほうが可動インペラ２の羽根２ｈに比べて大きく曲げている。つまり、ロータ一体インペラ１の羽根１ｈの曲率を可動インペラ２の羽根２ｈの曲率に比べて大きくすることで、インペラ部１、２の羽根相互間の入口側にクリアランス３１を設定し、隙間部３３を形成している。

このクリアランス３１により、停止基本状態において重なっている可動インペラ２とロータ一体インペラ１とがインペラ部１、２の回転に伴い互いに離れることができる。なお、図１６においては、図６にて説明したインペラ部の入口角θ１、θ２を互いに等しくしている。しかし、この入口角θ１、θ２が同等ではない構成としても良い。この場合、効率は若干低下するが、総じて高効率を維持できる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第１実施形態では、駆動源側インペラ１をロータ一体インペラ１で構成したが、ロータと同一材料で連続して一体成形されている必要は無く、機械的に連結されていれば良い。

４ 駆動源（モータ）
７ 軸（固定軸）
１ 駆動源側インペラ（ロータ一体インペラ）
２ 可動インペラ
３３ 隙間部
１ｈ、２ｈ インペラ部１、２の羽根
Ｓ１〜Ｓ４ ストッパ部
３５ 羽根保持部
３ｅ ガイド部
３ａ 円盤状の基盤部

Claims (15)

1. 遠心型のポンプ（１００）であって、
   駆動源（４）からの駆動力を得て回転する駆動源側インペラ（１）と、
   前記駆動源側インペラ（１）がその周りを回転する軸（７）上に配置される可動インペラ（２）と、を有し、
   前記可動インペラ（２）は、前記駆動源側インペラ（１）および前記駆動源（４）に対して可動可能であり、
   前記駆動源側インペラ（１）と前記可動インペラ（２）とからなるインペラ部（１、２）の回転により流体を圧送する際には、前記流体からの力により前記可動インペラ（２）の羽根が前記駆動源側インペラ（１）の羽根から離間するように変位して作動基本状態を成し、
   前記インペラ部（１、２）が前記流体を圧送しない場合において、前記流体が前記インペラ部（１、２）を流れる場合には、前記可動インペラ（２）の羽根が前記駆動源側インペラ（１）の羽根に隣接して停止基本状態を成すことを特徴とするポンプ。
2. 前記作動基本状態においては、前記インペラ部（１、２）は、ターボ羽根を形成するものであって、前記停止基本状態においては、前記インペラ部（１、２）が前記作動基本状態のターボ羽根の形状に対して、羽根枚数の少ないターボ羽根を形成することを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記停止基本状態において、前記駆動源側インペラ（１）と前記可動インペラ（２）とから成る前記インペラ部（１、２）の羽根形状は、駆動源側インペラ（１）の羽根と前記可動インペラ（２）の羽根との間に隙間部（３３）が設定され、該隙間部（３３）に作用する前記流体の力で前記駆動源（４）による前記インペラ部（１、２）の駆動時に前記インペラ部（１、２）を前記作動基本状態に変位させることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
4. 前記駆動源側インペラ（１）の羽根形状の曲率と前記可動インペラ（２）の羽根形状の曲率とが異なることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
5. 前記隙間部（３３）は、前記インペラ部（１、２）の回転方向前側のクリアランス（３１）のほうが前記インペラ部（１、２）の回転方向後側のクリアランス（３２）よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
6. 前記停止基本状態における前記インペラ部（１、２）の羽根の入口側において、前記駆動源側インペラ（１）の回転方向と反対側の面である後面と前記可動インペラ（２）の前面との間にクリアランス（３１）が設定され、前記インペラ部（１、２）の羽根の出口側にはクリアランスが無い前記隙間部（３３）とされていることを特徴とする請求項４に記載のポンプ。
7. 前記可動インペラ（２）にはストッパ部（Ｓ１〜Ｓ４）があり、該ストッパ部（Ｓ１〜Ｓ４）と前記駆動源側インペラ（１）側の羽根または当接部（Ｓ５〜Ｓ８）が前記作動基本状態において当接し、
   前記停止基本状態においては前記可動インペラ（２）の羽根の回転側の面である前面と前記駆動源側インペラ（１）の羽根の後面が直接または間接的に当接することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のポンプ。
8. 前記可動インペラ（２）の羽根は、放射状に延在する羽根保持部（３５）の先端に設けられており、
   前記作動基本状態を成した場合に、前記駆動源側インペラ（１）の各羽根の回転方向先頭部が前記可動インペラ（２）の前記羽根保持部（３５）の前記ストッパ部（Ｓ１〜Ｓ４）を受けて前記可動インペラ（２）の動きを規制することを特徴とする請求項７に記載のポンプ。
9. 前記可動インペラ（２）は、前記駆動源側インペラ（１）に重ねて配置され、前記可動インペラ（２）は前記駆動源側インペラ（１）に設けたガイド部（３ｅ）を中心に、前記インペラ部（１、２）の回転方向平面内で可動可能であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のポンプ。
10. 前記駆動源側インペラ（１）は、円盤状の基盤部（３ａ）に羽根が複数一体に形成されており、
    前記可動インペラ（２）は前記基盤部（３ａ）に隣接し、前記駆動源側インペラ（１）と前記可動インペラ（２）とは前記軸（７）の周囲を回転することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のポンプ。
11. 前記駆動源側インペラ（１）が連結された前記駆動源（４）の回転部分は、モータ（４）のロータ（３）と一体に形成され、前記駆動源（４）の固定部分は、前記モータ（４）のステータ（５０）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のポンプ。
12. 前記隙間部（３３）における前記隙間部（３３）の大きさを規定するために前記停止基本状態における前記インペラ部（１、２）の前記隙間部（３３）に前記駆動原側インペラ（１）の羽根と前記可動インペラ（２）の羽根との間に介在する介在部（Ｓ５１〜Ｓ８１）が設けられていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか一項に記載のポンプ。
13. 前記駆動源側インペラ（１）の羽根の入口角（θ１）と前記可動インペラ（２）の羽根の入口角（θ２）とが同一に設定されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載のポンプ。
14. 前記インペラ部（１、２）の停止基本状態から前記インペラ部（１、２）が回転するときに、前記可動インペラ（２）の羽根が前記流体から受ける力のほうが、前記駆動源側インペラ（１）の羽根が前記流体から受ける力よりも大きくなるように、前記可動インペラ（２）の羽根の回転平面内での長さのほうが前記駆動源側インペラ（１）の羽根の回転平面内での長さより長く設定されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載のポンプ。
15. 前記基盤部（３ａ）に複数の羽根貫通孔（３６）が設けられ、前記可動インペラ（２）の羽根が前記羽根貫通孔（３６）内を貫通して設けられ、
    前記羽根貫通孔（３６）の回転方向前側の前記基盤部（３ａ）に前記駆動源側インペラ（１）の羽根が固定され、
    前記可動インペラ（２）の羽根が前記羽根貫通孔（３６）内を可動範囲としていることを特徴とする請求項１０に記載のポンプ。

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