JPWO2012108475A1 - ポンプ構造 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
Claims (6)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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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