JPWO2012108475A1 - ポンプ構造 - Google Patents

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Abstract

簡単で確実な位置決め及び固定が可能な着脱機構を備えているマグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造を提供する。ポンプユニット(10)の凸部(11)を駆動モータユニット(30)の凹部(31)の所定位置まで挿入した状態での面接触によりスラスト方向の位置決めをし、かつ、凸部(11)の外周面と凹部(31)の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをし、ポンプユニット(10)の外周面に突設した爪部(15)と、凸部(11)を凹部(31)の所定位置まで挿入した状態でポンプユニット(10)を回転させると係合して爪部(15)の上方移動を規制するように駆動モータユニット(30)の上面外周部から上方に突設された係止部(32)と、爪部(15)と係止部(32)との係合位置にポンプユニット(10)を保持するロック機構(50)とを備えている。

Description

本発明は、ポンプユニット及び駆動モータユニットに分割可能なマグネット駆動方式のポンプ構造に係り、特に、羽根車が非接触軸受により支持されているポンプユニットを駆動モータユニットに挿入して組み立てるカップリング型のポンプ構造に関する。
従来、羽根車を磁力により回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造が知られている。
このようなマグネット駆動方式のポンプ構造では、インナー磁石(従動側磁石)を備えた羽根車がポンプユニット内に収納され、磁気軸受や動圧軸受のような非接触軸受を介して回転自在に支持されている。また、ポンプユニット内に収納された羽根車は、駆動モータとの間を連結する軸により駆動されるのではなく、磁力(磁石の吸着力)を利用することにより、駆動源から離間した状態で間接的に駆動されるようになっている。
このため、駆動モータとともに回転するアウター磁石(駆動側磁石)が収納されている駆動モータユニットは、アウター磁石と吸着するインナー磁石を取り付けた羽根車が収納されているポンプユニットとは別体構造になる。すなわち、上述したポンプユニット及び駆動モータユニットは、互いに独立したケーシングを備えており、羽根車を回転させる動力の伝達を行う駆動機構には、例えば駆動軸等のような連結部が存在しないポンプ構造となっている。
そして、上述したマグネット駆動の採用は、ポンプユニットを駆動モータユニットの凹部に挿入し、ねじや回り止めにより両者を一体化する組立構造が可能となり、このような一体化構造は、カップリング型のポンプ構造と呼ばれている。この場合、駆動モータユニットに形成された凹部のケーシング内にアウター磁石が配設され、ポンプユニットに形成された凸部のケーシング内にインナー磁石が配設されている。
なお、ポンプユニットと駆動モータユニットとの間には、ポンプユニットを駆動モータユニット内に引き込む方向の磁力が作用している。
また、下記の特許文献1には、ポンプ室とマグネット収容室とに分離してポンプ室を焼却処分可能なため、ほとんど灰分のでない血液ポンプが開示されている。この場合、マグネット収容室内の回転体及び駆動軸が回転すると、駆動軸は継手によって回転軸と結合されているので、駆動軸及び回転軸一体に羽根車も回転する。すなわち、特許文献1に開示されたポンプ構造では、ポンプ室内の羽根車がマグネット収容室内の駆動部と軸により連結されている。
特開2001−90687号公報
ところで、上述したマグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造は、ポンプユニットと駆動モータユニットとの間がねじや回り止め及び磁力を用いて一体化されているので、使用中のポンプユニットは、意図せず駆動モータユニットから外れることが懸念される。すなわち、従来の一体化構造は、確実性が低いという問題を有している。
また、上述したマグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造は、ポンプの用途によってはポンプユニットを素早く駆動モータユニットに装着して使用可能とすることが求められる。このため、ポンプユニットを素早く装着した場合でも、駆動モータユニットに対してポンプユニットを確実かつ正確に固定されるポンプ構造が望まれる。
また、ねじや回り止め及び磁力を用いて一体化する従来構造では、ポンプユニットと駆動モータユニットとの位置関係にばらつきが生じやすいため不正確となり、この結果、ポンプ特性(羽根車の回転精度)、羽根車の動圧浮上性能や磁気浮上性能、さらに、羽根車の回転支持にピボット軸受を使用した場合の耐久性に問題があった。
このような背景から、マグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造においては、ポンプユニットと駆動モータユニットとの一体化構造として、簡単で確実な位置決め及び固定を可能にした着脱機構が求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単で確実な位置決め及び固定が可能な着脱機構を備えているマグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るポンプ構造は、ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記ポンプユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備えていることを特徴とするものである。
このような本発明のポンプ構造によれば、凸部を凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触するポンプユニットの下面と駆動モータユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、凸部の外周面と凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、凸部を凹部の所定位置まで挿入した状態でポンプユニットを回転させると係合して爪部の上方移動を規制するように駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、爪部と係止部との係合位置にポンプユニットを保持するロック機構とを備えているので、ポンプユニットの凸部を駆動モータユニットの凹部に挿入した後、ポンプユニットを回転させるという組立操作をすれば、ポンプユニットは、爪部と係止部との係合により上方移動が規制され、さらに、ロック機構により係合位置に保持される。この結果、ポンプユニットの凸部を駆動モータユニットの凹部に挿入してから回転させるという簡単な組立操作により、モータ駆動ユニットの所定位置に対して、ポンプユニットを確実かつ迅速に位置決めして固定することが可能になる。
上記の発明において、前記ロック機構は、前記ポンプユニットから外向きに突出する外周側端面に、装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面から段差部となるガイド係止面が形成されている係止用突起部材と、前記駆動モータユニットの外周面に中間部付近を支持されて鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の上端部側に設けられて前記係止用突起部材と係合する凹部と、前記傾斜面との接触により前記アーム本体を揺動させるとともに、前記段差部との係合により前記ポンプユニットの回り止めとなるガイド壁とを具備してなる可動アームと、を備えていることが好ましい。
このようなロック機構を備えたポンプ構造とすれば、駆動モータユニットの凹部に凸部を挿入したポンプユニットを装着回転方向へ回転させることにより、ガイド壁が傾斜面と接するアーム本体は、ガイド壁が傾斜面に沿って外向きに押し出されることとなる。この結果、可動アームは、弾性部材の付勢に打ち勝って鉛直面上を外向きに開いていき、そして、ガイド壁が傾斜面を通り過ぎて段差部に到達すると、可動アームは弾性部材の付勢により内向きに閉じる。
このようなポンプユニットの回転操作及び可動アームの動作により、ロック機構は、爪部と係止部とが係合した位置において、駆動モータユニット側に支持された可動アームの段差部とポンプユニット側の係止用突起部材に形成されたガイド壁とが係合して回り止めとなり、ポンプユニットを所定の組立位置に保持するロック状態となる。このロック状態では、可動アームが弾性部材によりポンプ半径方向内向き付勢され、さらに、係止用突起部材が凹部に係合しているので、作業者が意図して可動アームのロック状態を解除しない限り、ポンプユニットが駆動モータユニットから取り外されることはない。
この場合、前記ロック機構が、前記ポンプユニットの回転を装着回転方向で規制するストッパを備えていることが好ましく、これにより、装着時にストッパがポンプユニットの回転を所定位置で止め、しかも、ロック状態においてポンプユニットの両方向を回り止めすることができる。
上記の発明において、前記ロック機構は、前記駆動モータユニットの外周面から突設された台座に中間部付近を支持されて水平面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の係止先端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の前記係止先端部側に設けられて前記ポンプユニットの装着回転方向逆向きの回り止めとなる係止面と、前記ポンプユニットの装着回転時に前記爪部との接触により前記アーム本体の前記係止先端部側をポンプ半径方向外向きに移動させるガイド面と、を備えていることが好ましい。
このようなロック機構を備えたポンプ構造とすれば、駆動モータユニットの凹部に凸部を挿入したポンプユニットを装着回転方向へ回転させることにより、ガイド面が爪部と接触(係合)するアーム本体は、ガイド面が外向きに押し出されるようにして係止先端部側がポンプ半径方向外向きに移動することとなる。この結果、アーム本体は、弾性部材の付勢に打ち勝って水平面上を外向きに開いていき、そして、爪部がガイド面を通り過ぎて係止面に到達することにより、アーム本体は弾性部材の付勢により内向きに閉じる。
なお、この場合のガイド面は、好適には曲面または平面の傾斜面とされるが、ポンプユニットの装着回転方向へ連続的に、あるいは段階的に、内向きの突出量を増すものであればよい。
このようなポンプユニットの回転操作及びアーム本体の動作により、ロック機構は、爪部と係止部とが係合した位置において、駆動モータユニット側に支持されたアーム本体の係止面とポンプユニット側の爪部とが係合して回り止めとなり、ポンプユニットを所定の組立位置に保持するロック状態となる。このロック状態では、アーム本体が弾性部材によりポンプ半径方向内向き付勢されているので、作業者が意図してアーム本体のロック状態を解除しない限り、ポンプユニットが駆動モータユニットから取り外されることはない。
この場合においても、前記ロック機構が、前記ポンプユニットの回転を装着回転方向で規制するストッパを備えていることが好ましく、これにより、装着時にストッパがポンプユニットの回転を所定位置で止め、しかも、ロック状態においてポンプユニットの両方向を回り止めすることができる。
上記の発明において、前記ポンプユニットの下面に設けた凸部と前記駆動モータユニットの上面に設けた凹部との間には、着脱時に空気を流通させる流路が設けられていることが好ましく、これにより、着脱時に流路を通って空気抜きが行われるので、駆動モータユニットに対してポンプユニットをスムーズに着脱することが可能になる。
上記の発明において、前記ポンプユニットの凸部及び前記駆動モータユニットの凹部間に許容される嵌合寸法公差は、前記ポンプユニット内に収納されている前記非接触軸受の嵌合寸法公差より小さく設定されていることが好ましく、これにより、非接触軸受の軸ずれを防止して羽根車のスムーズな回転が可能になる。
上述した本発明のポンプ構造によれば、ポンプユニットの凸部を駆動モータユニットの凹部に挿入して回転させれば、ポンプユニット及び駆動モータユニットのスラスト方向及びラジアル方向の位置決めがなされるとともに、ロック機構が自動的に動作してポンプユニットの回り止め及び固定をするので、マグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造は、簡単で確実な位置決め及び固定を迅速に実施可能な着脱機構を備えたものとなる。
本発明に係るポンプ構造の一実施形態(第1実施例)を示す図で、ポンプユニット及び駆動モータユニットを一体化する組立前(紙面左側)と一体化した組立後(紙面右側)の状態を示す斜視図である。 図1の紙面右側に示した組立後のポンプ構造を示す正面図である。 駆動モータユニットの凹部に挿入したポンプユニットを回転させて一体化する動作を示す説明図であり、紙面左側が組立完了前の状態、紙面右側が組立完了後の状態(図2の平面図)である。 図2の底面図である。 図3のB−B断面図である。 ポンプユニットを駆動モータユニットの凹部に挿入する前の状態を示す断面図である。 駆動モータユニットの凹部に挿入したポンプユニットを回転させることによる留め具の固定動作を示す説明図で、留め具により固定される前の状態(紙面左側)と固定完了後の状態(紙面右側)を示す斜視図である。 本発明に係るポンプ構造の一実施形態(第2実施例)を示す図で、ポンプユニットの回転に伴ってロック機構がロック状態に至る動作順序を示す平面図である。 第2実施例のポンプ構造について、ポンプユニット及び駆動モータユニットを一体化する組立前の状態から一体化した組立後の状態までを順に示す斜視図である。 図8に示すポンプ構造のロック機構において、ポンプユニットを逆方向に回転させた場合に可動アームが内側に入り込む作用を説明する平面図である。 第2実施例に係る変形例を示す図である。
以下、本発明に係るポンプ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1〜7に示す実施形態(第1実施例)のポンプ構造は、遠心ポンプのポンプ構造である。図示の遠心ポンプ1は、ポンプユニット10の下面に設けた凸部11を駆動モータユニット30の上面に設けた凹部31に挿入して一体化するカップリング型と呼ばれている。この場合、凸部11及び凹部31の断面形状は、実質的に略同径の真円となっている。
また、上述した遠心ポンプ1は、例えば図5及び図6に示すように、ポンプユニット10内で非接触軸受である動圧軸受20を介して回転する羽根車21に取り付けた従動側磁石のインナー磁石22と、駆動モータユニット30内でモータ40により回転する駆動側磁石のアウター磁石41との間に生じる磁力が羽根車21を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造である。すなわち、マグネット駆動方式の遠心ポンプ1は、モータ40と羽根車21との間が連結されておらず、ポンプユニット10と駆動モータユニット30との間を完全に分離可能な構造となっている。
ポンプユニット10は、樹脂製のケーシング12に形成された流体入口13及び流体出口14を備えている。図示のケーシング12は、羽根車21を収納設置するため、主要な2部品を組み合わせた構成となっている。
羽根車21を回転自在に支持する動圧軸受20は、ケーシング12の凸部11内に形成された中空円筒部内に羽根車21の下面に突設した軸部21aを嵌合させた構造とされ、互いの嵌合寸法公差を適切に設定することにより、流体の動圧により羽根車21が浮上して非接触の状態で回転する。なお、上述したインナー磁石22は、羽根車21の軸部21a内に固定して収納設置されている。
ポンプユニット10の外周面には、具体的にはケーシング12の側壁面12aには、後述する駆動モータユニット30側の係止部32と係合する複数の爪部15が外向きに突設されている。この爪部15は平面視が略矩形の水平板状部であり、図示の構成例では周方向に120度ピッチで3箇所設けられているが、これに限定されることはない。
また、ポンプユニット10の外周面である側壁面12aには、後述するロック機構50の構成部材である係止用突起部材51が係止部32と干渉しない位置に突設されている。この係止用突起部材51は、ポンプユニット10から、すなわち、ケーシング12の側壁面12aから外向きに突設する水平板状部材である。そして、係止用突起部材51の外周側端面には、ガイド係止面52が形成されている。このガイド係止面52は、図1に矢印Rで示す装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面52aと、この傾斜面52aから急激に内側へ向かう段差部52bとを備えている。
駆動モータユニット30は、略有底円筒形状としたアルミまたは樹脂製のケーシング33の内部に、駆動用のモータ40を備えている。このモータ40は、ケーシング33の底部に収納設置されている。そして、上方に向けて突出するモータ軸42には、アウター磁石41を取り付けた駆動ロータ43が設けられている。
駆動ロータ43は、底面にモータ軸42が連結された略有底円筒形状の部材である。駆動ロータ43の内周面43aには、アウター磁石41が取り付けられている。
アウター磁石41の内周側には、ポンプユニット10の凸部11を挿入する凹部31を形成するようにして、モータ40を設置するための上部開口を封止するとともに、ケーシング33を構成する樹脂製の封止部材34が取り付けられている。なお、図中の符号35は、ポンプユニットの装着回転方向Rを所定位置で規制する回転止めのストッパ、36はケーブル穴である。
この結果、駆動モータユニット30の凹部31内にポンプユニット10の凸部11を所定位置まで挿入すると、封止部材34及びケーシング11等の樹脂部材を挟んで、アウター磁石41の内周側にインナー磁石22が対向配置されることとなる。
上述した駆動モータユニット30の上面外周部には、ポンプユニット10を装着回転方向Rに回転させて所定の組立位置で爪部15と係合するように、周方向へ120度ピッチに3箇所配設した係止部32が設けられている。
この係止部32は、上下方向に延びる柱部32aの上端部を内向きに折曲して係止面32bを形成する断面を略コ字状の部材である。従って、ポンプユニット10とともに爪部15が回転すると、爪部15の板厚部分が係止部32の断面コ字状内に入り込むことにより、爪部15及びポンプユニット10の上方移動が規制される。この場合、樹脂製の爪部15が樹脂製の係止部32に圧入されてガタがでないようにするため、爪部15の板厚tは、係止部32の高さhと略等しいかやや大きい値に設定されている。
また、上述した遠心ポンプ1は、爪部15と係止部32との係合位置にポンプユニット10を保持するロック機構50を備えている。
このロック機構50は、ポンプユニット10から外向きに突出する外周側端面に、上述した係止用突起部材51を備えている。この係止用突起部材51には、装着回転方向Rと逆向きに突出量を増す傾斜面52aから段差部52bとなるガイド係止面52が形成されている。
さらに、ロック機構50は、駆動モータユニット30の外周面に取り付けられた可動アーム53を備えている。
この可動アーム53は、ケーシング33の外周面に中間部付近を支持されてポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体54と、アーム本体54の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する図示しない弾性部材と、アーム本体54の上端部側に設けられて係止用突起部材51と係合する凹部55と、傾斜面52aとの接触によりアーム本体54を揺動させるとともに、段差部52bとの係合によりポンプユニット10の回り止めとなるガイド壁56とを備えている。すなわち、可動アーム53は、ピン57に支持されて鉛直面上でポンプ半径方向に揺動可能であり、通常は弾性部材の付勢を受けることにより、凹部55の内周側先端がポンプユニット10の側壁面12aに向かう方向の押圧力が作用している。
このようなロック機構50を設けることにより、駆動モータユニット30の凹部31に凸部11を挿入したポンプユニット10を装着回転方向Rへ回転させれば、ガイド壁56が傾斜面52aと接するアーム本体54は、装着回転方向Rと逆向きに突出量を増す傾斜面52aに沿って移動することになる。このため、ガイド壁56は、弾性部材の付勢に打ち勝って外向きに押し出されることとなる。
この結果、可動アーム53は、弾性部材の付勢に打ち勝って外向きに開いていき、ガイド壁56が傾斜面52aを通り過ぎて段差部52bに到達すると、可動アーム53は弾性部材の付勢により自動的に内向きに閉じる。このため、凹部55内には係止用突起部材51が入り込み、かつ、段差部52bとガイド壁56とが係合する。すなわち、ポンプユニット10を駆動モータユニット30に組み付ける際には、可動アーム53を操作しなくても自動的にロック機構50が動作し、ポンプユニット10が装着回転方向Rと逆向きに回転することを規制した状態になる。
なお、例えば図1に示すように、必要に応じて装着回転方向Rの回転を規制するストッパ35を設けておけば、ロック機構50が動作した状態では、ポンプユニット10が装着回転方向R及びその逆方向のどちらにも回転できなくなる。
上述した構成の遠心ポンプ1は、凸部11を凹部31の所定位置まで挿入した状態において、ポンプユニット10の下面(ケーシング12の下面12b)と、駆動モータユニット30の上面(ケーシング33を構成する封止部材34の上面34a)とが面接触するので、スラスト方向の位置決めがなされる。同時に、互いに真円の断面形状を有する凸部11の外周面と凹部31の内周面とが接触することにより、ラジアル方向の位置決めがなされる。
この場合、ポンプユニット10の凸部11と駆動モータユニット30の凹部31との間に許容される嵌合寸法公差は、動圧軸受20に軸ずれが生じないようにするため、ポンプユニット10内に収納されている動圧軸受20の嵌合寸法公差よりも小さく(厳しく)なるように設定されている。すなわち、凸部11と凹部31との嵌合寸法公差が動圧軸受20側よりも小さいと、羽根車21の回転は動圧軸受20側の嵌合寸法公差に規定されるため、ユニット間の嵌合により羽根車21のスムーズな回転が妨げられることはない。
そして、ポンプユニット10の凸部11とモータ駆動ユニット30の凹部31との嵌合状態からポンプユニット10を装着回転方向Rへ回転させると、すなわち、いずれか一つの爪部15がストッパ35に当接するまで回転させると、3箇所の爪部15は各々対応する係止部32の凹部31に入り込んで上方移動が規制される。この結果、ポンプユニット10は、モータ駆動ユニット30に対して、スラスト方向の抜け止めがなされたことになる。
そして、このような抜け止めと同時に、ロック機構50が自動的に動作してポンプユニット10の回転を規制する。このロック状態では、可動アーム53が弾性部材によりポンプ半径方向内向き付勢され、さらに、係止用突起部材51が凹部55に係合しているので、作業者が意図して可動アーム53のロック状態を解除しない限り、ポンプユニット10が駆動モータユニット30から取り外されることはない。なお、ロック機構50を解除する際には、弾性部材の付勢に抗してアーム本体54の下端部側を内向きに押圧して、ピン57を支点にしてアーム本体54の上端部側が外向きに移動させて開けばよい。
ここで、ポンプユニット10を駆動モータユニット30に取り付けて一体化する組立手順を具体的に説明する。
最初に、駆動モータユニット30の凹部31に対し、ポンプユニット10の凸部11を垂直に挿入して装着する。このとき、ロック機構50を開放しておけば、すなわち、アーム本体54の下端部側を内向きに押し込んで係止用突起部材51との係合を解除しておくことにより、可動アーム54がポンプユニット10と干渉することはない。
次に、ポンプユニット10を装着回転方向Rへ回し、ポンプユニット10の爪部15を係止部32に合わせる。この結果、爪部15が係止部32のコ字断面部分に入り込み、係止面32bにより上方移動が阻止される。こうしてポンプユニット10を所定位置まで、例えばストッパ35と当接するまで回すことで、ポンプユニット10と駆動モータユニット30とはスラスト方向及びラジアル方向の位置決めがなされる。
この位置決めと同時に、ロック機構50のガイド壁56が傾斜面52aに沿って移動することで自動的に動作するので、ポンプユニット10は廻り止めされた状態となる。
この結果、ポンプユニット10は、駆動モータユニット30に対し、スラスト方向、ラジアル方向及び回転方向の全方向について、位置決め及び固定がなされたことになる。
一方、ポンプユニット10を取り外す場合には、すなわち、操作者が意図してポンプユニット10を駆動モータユニット30から分離させる場合には、可動アーム53を押し込む操作をしなければならず、従って、誤動作が生じにくい構造となっている。
なお、流体出口14とケーブル穴36との位置関係については、係止爪15及び係止部32の配置やロック機構50の配置により、適宜調整することができる。
また、駆動モータユニット30の凹部31に対してポンプユニット10の凸部11を垂直に挿入または引き抜く脱着操作時の操作性をよくするため、すなわち、スムーズな脱着操作を可能にするため、凸部11と凹部31との間には、着脱時に空気を流通させる空気流路を設けておくことが望ましい。この空気流路は、例えば凸部11または凹部31の壁面に設けた挿入方向の溝等が有効である。換言すれば、ポンプユニット10の装着時に凹部31内の空気をスムーズに排出させ、あるいは、ポンプユニット10の脱着時に凹部31内に空気をスムーズに流入させることができる流路が形成されていれば、特に限定されることはない。
また、図6に示すように、凹部31の側壁上部だけを開口径を小さくし、側壁下部の開口径を上部より広げておけば、駆動モータユニットの動圧軸受が機能しなくなるという作動不良は発生しなくなる。
このように、上述した実施形態のポンプ構造によれば、ポンプユニット10の凸部11を駆動モータユニット30の凹部31に挿入して回転させれば、ポンプユニット10及び駆動モータユニット30のスラスト方向及びラジアル方向の位置決めがなされ、さらに、ロック機構50が自動的に動作してポンプユニット10の回り止め及び固定をするので、マグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造は、簡単で確実な位置決め及び固定を迅速に実施可能な着脱機構を備えたものとなる。
また、上述した実施形態のポンプ構造は、簡単な構造により部品点数を低減して安価にできるという利点もある。
そして、スラスト方向及びラジアル方向の両方向を正確な位置決めすることで、羽根車21の回転精度が向上し、動圧軸受20や磁気軸受のような非接触軸受の性能向上にも有効であり、製造・品質管理も極めて容易になる。また、ピボット軸受やシール軸受を使用する場合には、その耐久性向上にも有効である。
さらに、ポンプユニット10の確実な固定が可能であるから、ポンプ運転中の振動等で位置決め精度が狂うことはなく、ポンプユニット10の予期せぬ離脱や故障が生じにくくなるとともに、操作者の誤使用や不注意によるポンプユニット10の離脱についても防止できるため、固定不良のリスク低減が可能となる。
また、素早いポンプ交換が要求されるような状況でも、迅速かつ確実にポンプユニット10を装着して組み立てることができるので、例えば緊急を要する人工心肺装置等に適用することも可能になる。
また、本実施形態のポンプユニット10においては、例えば人工心肺装置に使用するような場合、使用前にオートクレープで殺菌することなく、手術室ですぐに使用可能なように80℃のエチレンオキサイトガスで殺菌し、その後、減圧や温度上昇により溶残酸素がゼロの生理食塩水を満たすとともに、ポンプユニット10の液体入口13,液体出口14に、シールやカップリングユニットを接続して封をしておくことが好ましい。
さらに、生理食塩水をポンプユニット10に満たすときは、動圧軸受20や軸下空間には空気が溜まりやすいので、軸部21aを回転させながら生理食塩水を注入すれば、残存空気溜まりは皆無となるので、生理食塩水は軸部21aを回転させながら注入することが好ましい。
同様に、エチレンオキサイトガスを排出するときも、軸部21aを回転させながらガスと空気を入れ替えると、交換時間が短くなるという効果を奏する。
プレプライミング工程において、ポンプユニット10を80℃エチレンオキサイトガスで殺菌する場合、Nd系磁石は80℃程度の高温により減磁するので、Dyを1%程度添加して減磁温度を上昇させるか、予め減磁する値を考慮した着磁量にするか、または減磁温度がNd系磁石より高いSmCo系磁石を使用することが好ましい。
また、Nd系磁石の主成分はFeであり錆を発生しやすいので、Ni系金属のメッキが施されることが多いが、信頼性を高める目的で、高密度ポリエチレン等の樹脂で全面覆うことが好ましい。
続いて、本発明に係るポンプ構造について、他の実施形態(第2実施例)を図8〜10に基づいて説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第2実施例の遠心ポンプ1Aは、鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なロック機構50に代えて、係止先端部側が水平面上をポンプ半径方向に揺動可能に構成されたロック機構60を採用している。
ロック機構60は、水平面上で揺動可能なアーム本体61と、アーム本体61を付勢する弾性部材(不図示)と、アーム本体61の係止先端部側に設けられた係止面62と、アーム本体の前記係止先端部側をポンプ半径方向外向きに揺動させるガイド面63と、を備えている。
アーム本体61は、平面視が略く字状に折曲された部材である。このアーム本体61は、駆動モータユニット30Aの外周面から突設された台座37に、中間(折曲)部付近をピン64で支持され、ピン64を回転中心として水平面上で揺動可能な可動アームである。
また、アーム部材61は、たとえばねじりコイルバネのような弾性部材により、揺動の一方向へ向けて付勢されている。すなわち、アーム部材61の一端がポンプ半径方向内向きの付勢を受けて、ポンプユニット10Aの外周面に向けて押圧されている。
係止面62は、アーム本体61の一端を幅広にして段差部を設けたものである。すなわち、弾性部材によってポンプ半径方向内向きに付勢され、ポンプユニット10Aの外周面に向けて押圧されるアーム本体61の先端部側には、ポンプユニット10Aの装着回転方向Rと逆向きの回り止めとなる係止面62が設けられている。この係止面62は、ポンプユニット10Aの半径方向と略一致する面であり、駆動モータユニット30Aの凹部31にポンプユニット10Aの凸部11を挿入した状態で、爪部15及び係止部32と同一高さとなる。
以下の説明では、係止面62が設けられたアーム本体61の先端部側を係止先端部側と呼び、アーム本体61の他端側を解除レバー側と呼ぶ。
ガイド面63は、アーム本体61の内周面(ポンプユニット10Aの外周面と対向する面)に形成された曲面であり、ポンプユニット10Aの装着回転時に爪部15と接触し、アーム本体61の係止先端部側をポンプ半径方向外向きに移動(揺動)させる傾斜面である。このガイド面63は、ピン64と係止面62との間に形成されている。図示の構成例では、係止先端部側がポンプユニット10Aの外周面側へ向けて突出する幅広とされ、ポンプユニット10Aの装着回転方向Rと反対方向へ、幅広の値(突出量)が連続的に(徐々に)減少する曲面のガイド面63となっている。
すなわち、アーム本体61の内周面側には、揺動中心となるピン64側から係止面62の方向へアーム幅を増すように曲面のガイド面63が形成されており、係止先端部側に形成された係止面62において、アーム幅が急激に減少してポンプ半径方向の段差を形成している。
このようなロック機構60を備えた遠心ポンプ1Aは、駆動モータユニット30Aの凹部31に凸部11を挿入したポンプユニット10Aを時計周りの装着回転方向Rへ回転させて組み立てる。このとき、ガイド面63が爪部15と接触するアーム本体61は、ガイド面63が外向きに押し出されるようにして、係止先端部側がポンプ半径方向外向きに移動する。
この結果、アーム本体61は、弾性部材の付勢に打ち勝って水平面上を外向きに開いていく。換言すれば、アーム本体61は、弾性部材の付勢より強い爪部15の押圧力を受けて水平面上を外向きに開いていく。
こうしてポンプユニット10Aが所定位置まで回転すると、他の爪部15がストッパ35に当接するとともに、爪部15がガイド面63を通り過ぎて係止面62に到達する。従って、アーム本体61は、爪部15との係合から開放され、弾性部材の付勢を受けて内向きに閉じる。
このようなポンプユニット10Aの回転操作及びアーム本体61の動作により、ロック機構60は、爪部15と係止部32とが係合した所定の組立位置において、駆動モータユニット30A側に支持されたアーム本体61の係止面62と、ポンプユニット10A側の爪部15とが係合して回り止めとなる。この結果、ポンプユニット10Aは、装着回転方向Rの回転がストッパ35により阻止されるとともに、装着回転方向Rと反対側への回転が係止面62により阻止されるため、両方向の回転ができない状態で所定の組立位置に保持するロック状態となる。
そして、このロック状態では、上述した実施形態と同様に、アーム本体61の係止先端部側が弾性部材によりポンプ半径方向内向き付勢され、かつ、爪部15と係止部32との係合により、ポンプユニット10Aの上方移動も規制されているので、作業者が意図してアーム本体61のロック状態を解除しない限り、ポンプユニット10Aが駆動モータユニット30Aから取り外されることはない。
なお、ロック解除の動作は、アーム本体61の解除レバー側外周面をポンプ半径方向内向きに押圧し、係止先端部側をポンプ半径方向外向きに回転させればよい。
また、たとえば図10に示すように、アーム本体61における曲げ変形の支点であるヒンジHが接線力Fの外側にあれば、所定の組立状態でポンプユニット10Aを装着回転方向Rと反対側へ回転させようとした場合、係止先端部側にはポンプ半径方向内向きの力が作用する。このため、ポンプユニット10Aを単に装着回転方向Rの逆側へ回転させるだけでは、ロック機構60の解除と逆向きの動作となるため、上述したロック解除の動作をしないとロック解除されることはない。
また、上述したガイド面63は、アーム本体61の内周面に形成された曲面としたが、たとえば図11に示す変形例のように、アーム本体61Aが直線的な傾斜面のガイド面63Aを備えたものでもよい。なお、図示のガイド面63Aは、係止面62との間に平坦面65を備えているが、係止面62からすぐに直線的に傾斜するガイド面としてもよい。
このような変形例の構成とすれば、ポンプユニット10Aを装着回転方向Rへ回転させることにより、爪部15がガイド面63Aに接触することでアーム本体61Aが外向きに押し出される。このため、ポンプユニット10Aは、装着回転方向Rへの回転が許容される。そして、ポンプユニット10Aが所定位置まで回転すると、他の爪部15がストッパ35に当接するとともに、爪部15がガイド面63を通り過ぎて係止面62に到達する。
従って、アーム本体61Aは、爪部15との係合から開放されることにより、弾性部材の付勢を受けて内向きに閉じ、この結果、ポンプユニット10Aは、係止面62及びストッパ35により両方向の回転を阻止される。
このように、上述した第2実施例のポンプ構造によれば、ポンプユニット10Aの凸部11を駆動モータユニット30Aの凹部31に挿入して回転させれば、ポンプユニット10A及び駆動モータユニット30Aのスラスト方向及びラジアル方向の位置決めがなされ、さらに、ロック機構60が自動的に動作してポンプユニット10Aの回り止め及び固定をするので、マグネット駆動方式を採用したカップリング型のポンプ構造は、簡単で確実な位置決め及び固定を迅速に実施可能な着脱機構を備えたものとなる。
また、上述した第2実施例のポンプ構造も、簡単な構造により部品点数を低減して安価にできるという利点を有している。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、例えば取り扱う流体が限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
1,1A 遠心ポンプ
10,10A ポンプユニット
11 凸部
12,33 ケーシング
12a 側壁面
13 流体入口
14 流体出口
15 爪部
20 動圧軸受(非接触軸受)
21 羽根車
21a 軸部
22 インナー磁石(従動側磁石)
30,30A 駆動モータユニット
31 凹部
32 係止部
34 封止部材
35 ストッパ
37 台座
40 モータ
41 アウター磁石(駆動側磁石)
42 モータ軸
43 駆動ロータ
43a 内周面
50,60 ロック機構
51 係止用突起部材
52 ガイド係止面
52a 傾斜面
52b 段差部
53 可動アーム
54,61,61A アーム本体
55 凹部
56 ガイド壁
57,64 ピン
62 係止面
63,63A ガイド面
65 平坦面
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項1に係るポンプ構造は、ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記ポンプユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記ポンプユニットから外向きに突出する外周側端面に、装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面から段差部となるガイド係止面が形成されている係止用突起部材と、前記駆動モータユニットの外周面に中間部付近を支持されて鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の上端部側に設けられて前記係止用突起部材と係合する凹部と、前記傾斜面との接触により前記アーム本体を揺動させるとともに、前記段差部との係合により前記ポンプユニットの回り止めとなるガイド壁とを具備してなる可動アームと、を備えていることを特徴とするものである。
特に、本発明のロック機構は、ポンプユニットから外向きに突出する外周側端面に、装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面から段差部となるガイド係止面が形成されている係止用突起部材と、駆動モータユニットの外周面に中間部付近を支持されて鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、アーム本体の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、アーム本体の上端部側に設けられて係止用突起部材と係合する凹部と、傾斜面との接触によりアーム本体を揺動させるとともに、段差部との係合によりポンプユニットの回り止めとなるガイド壁とを具備してなる可動アームと、を備えているので、駆動モータユニットの凹部に凸部を挿入したポンプユニットを装着回転方向へ回転させることにより、ガイド壁が傾斜面と接するアーム本体は、ガイド壁が傾斜面に沿って外向きに押し出されることとなる。この結果、可動アームは、弾性部材の付勢に打ち勝って鉛直面上を外向きに開いていき、そして、ガイド壁が傾斜面を通り過ぎて段差部に到達すると、可動アームは弾性部材の付勢により内向きに閉じる。
本発明の請求項2に係るポンプ構造は、ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記ポンプユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記駆動モータユニットの外周面から突設された台座に中間部付近を支持されて水平面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の係止先端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の前記係止先端部側に設けられて前記ポンプユニットの装着回転方向逆向きの回り止めとなる係止面と、前記ポンプユニットの装着回転時に前記爪部との接触により前記アーム本体の前記係止先端部側をポンプ半径方向外向きに揺動させるガイド面と、を備えていることを特徴とするものである。
このような本発明のポンプ構造によれば、凸部を凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触するポンプユニットの下面と駆動モータユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、凸部の外周面と凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、凸部を凹部の所定位置まで挿入した状態でポンプユニットを回転させると係合して爪部の上方移動を規制するように駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、爪部と係止部との係合位置にポンプユニットを保持するロック機構とを備えているので、ポンプユニットの凸部を駆動モータユニットの凹部に挿入した後、ポンプユニットを回転させるという組立操作をすれば、ポンプユニットは、爪部と係止部との係合により上方移動が規制され、さらに、ロック機構により係合位置に保持される。この結果、ポンプユニットの凸部を駆動モータユニットの凹部に挿入してから回転させるという簡単な組立操作により、モータ駆動ユニットの所定位置に対して、ポンプユニットを確実かつ迅速に位置決めして固定することが可能になる。
特に、本発明のロック機構は、駆動モータユニットの凹部に凸部を挿入したポンプユニットを装着回転方向へ回転させることにより、ガイド面が爪部と接触(係合)するアーム本体は、ガイド面が外向きに押し出されるようにして係止先端部側がポンプ半径方向外向きに移動することとなる。この結果、アーム本体は、弾性部材の付勢に打ち勝って水平面上を外向きに開いていき、そして、爪部がガイド面を通り過ぎて係止面に到達することにより、アーム本体は弾性部材の付勢により内向きに閉じる。
なお、この場合のガイド面は、好適には曲面または平面の傾斜面とされるが、ポンプユニットの装着回転方向へ連続的に、あるいは段階的に、内向きの突出量を増すものであればよい。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項1に係るポンプ構造は、ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記駆動モータユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記ポンプユニットから外向きに突出する外周側端面に、装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面から段差部となるガイド係止面が形成されている係止用突起部材と、前記駆動モータユニットの外周面に中間部付近を支持されて鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の上端部側に設けられて前記係止用突起部材と係合する凹部と、前記傾斜面との接触により前記アーム本体を揺動させるとともに、前記段差部との係合により前記ポンプユニットの回り止めとなるガイド壁とを具備してなる可動アームと、を備えていることを特徴とするものである。
本発明の請求項2に係るポンプ構造は、ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記駆動モータユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備え、前記ロック機構は、前記駆動モータユニットの外周面から突設された台座に中間部付近を支持されて水平面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の係止先端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の前記係止先端部側に設けられて前記ポンプユニットの装着回転方向逆向きの回り止めとなる係止面と、前記ポンプユニットの装着回転時に前記爪部との接触により前記アーム本体の前記係止先端部側をポンプ半径方向外向きに揺動させるガイド面と、を備えていることを特徴とするものである。

Claims (6)

  1. ポンプユニットの下面に設けた凸部を駆動モータユニットの上面に設けた凹部に挿入して一体化するカップリング型とされ、かつ、前記ポンプユニット内で非接触軸受を介して回転する羽根車に取り付けた従動側磁石と、前記駆動モータユニット内でモータにより回転する駆動側磁石との間に生じる磁力が前記羽根車を回転させて液体に圧力を与えるマグネット駆動方式のポンプ構造であって、
    前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で面接触する前記ポンプユニットの下面と前記ポンプユニットの上面とによりスラスト方向の位置決めをし、かつ、前記凸部の外周面と前記凹部の内周面との接触によりラジアル方向の位置決めをするとともに、
    前記ポンプユニットの外周面に突設した複数の爪部と、前記凸部を前記凹部の所定位置まで挿入した状態で前記ポンプユニットを回転させると係合して前記爪部の上方移動を規制するように前記駆動モータユニットの上面外周部から上方に突設された複数の係止部と、前記爪部と前記係止部との係合位置に前記ポンプユニットを保持するロック機構とを備えていることを特徴とするポンプ構造。
  2. 前記ロック機構は、
    前記ポンプユニットから外向きに突出する外周側端面に、装着回転方向と逆向きに突出量を増す傾斜面から段差部となるガイド係止面が形成されている係止用突起部材と、
    前記駆動モータユニットの外周面に中間部付近を支持されて鉛直面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、該アーム本体の上端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、前記アーム本体の上端部側に設けられて前記係止用突起部材と係合する凹部と、前記傾斜面との接触により前記アーム本体を揺動させるとともに、前記段差部との係合により前記ポンプユニットの回り止めとなるガイド壁とを具備してなる可動アームと、
    を備えていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ構造。
  3. 前記ロック機構は、
    前記駆動モータユニットの外周面から突設された台座に中間部付近を支持されて水平面上をポンプ半径方向に揺動可能なアーム本体と、
    該アーム本体の係止先端部側をポンプ半径方向内向きに付勢する弾性部材と、
    前記アーム本体の前記係止先端部側に設けられて前記ポンプユニットの装着回転方向逆向きの回り止めとなる係止面と、
    前記ポンプユニットの装着回転時に前記爪部との接触により前記アーム本体の前記係止先端部側をポンプ半径方向外向きに揺動させるガイド面と、
    を備えていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ構造。
  4. 前記ロック機構は、前記ポンプユニットの回転を装着回転方向で規制するストッパを備えていることを特徴とする請求項2または3に記載のポンプ構造。
  5. 前記ポンプユニットの下面に設けた凸部と前記駆動モータユニットの上面に設けた凹部との間には、着脱時に空気を流通させる流路が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のポンプ構造。
  6. 前記ポンプユニットの凸部及び前記駆動モータユニットの凹部間に許容される嵌合寸法公差は、前記ポンプユニット内に収納されている前記非接触軸受の嵌合寸法公差より小さく設定されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のポンプ構造。
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