WO2006129657A1

WO2006129657A1 - モータ一体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器

Info

Publication number: WO2006129657A1
Application number: PCT/JP2006/310767
Authority: WO
Inventors: Hirotaka Kameya; Masato Nakanishi; Yuuichi Yanagase; Eiji Sato; Kouji Aizawa
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-07
Also published as: JP4237731B2; KR20070100790A; US8033796B2; JP2006336469A; TW200705779A; CN101111681A; CN100510409C; TWI309908B; EP1892415A1; US20080159885A1; KR100910434B1

Abstract

　モータ一体型内接歯車式ポンプとしての小型、安価な機能を維持しつつ、さらに安価で信頼性の高いものとすること。　モータ一体型内接歯車式ポンプ８０は、内ロータ１、外ロータ２、ポンプケーシング及び内軸５を有するポンプ部８１を備える。ポンプケーシングは、内ロータ１及び外ロータ２の両端面に対向する平坦内面を備える。内軸５は、内ロータ１の軸穴内に挿入される軸受部５１と、その両端面から軸方向両側に延びる嵌合部５３とを備える。ポンプケーシングは、平坦内面２５、２６を各々別部材として形成する２つのポンプケーシング部材３、４から構成される。２つのポンプケーシング部材３、４の平坦内面に形成した嵌合穴２７ａ，２８ａに内軸５の嵌合部５３が嵌合され、軸受部５１の両端面に平坦内面２５，２６を接して２つのポンプケーシング部材３、４が外ロータの外径よりも外側で互いに接合されている。

Description

明細書

モーター体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器技術分野

[0001] 本発明は、モーター体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器に関する。

背景技術

[0002] 内接歯車式ポンプは、吸、込んだ液体を圧力に抗して送り出すポンプとして古くから知られており、特に油圧源ポンプや給油用ポンプとして普及している。

[0003] 内接歯車式ポンプは、外周に歯を形成した平歯車形状の内ロータと、内周に歯を形成して幅を内ロータとほぼ同じとした環状の外ロータとを主要な能動部品として構成されている。それらロータの両側面に対してわずかな隙間を介して面する平坦な内面を有するケーシングが両ロータを収納するように設けられて、る。内ロータの歯数は、外ロータの歯数よりも通常 1枚だけ少なぐそれらを互いに嚙み合わせた状態で動力伝達用歯車と同様に回転する。この回転に伴う歯溝面積の変化で、歯溝に閉じ込めた液体を吸入し、吐出することにより、ポンプとして機能する。内外いずれか一方のロータを駆動すれば、嚙み合いにより他方も回転する。両ロータの回転中心はずれており、ロータ毎に回転自在に軸支する必要がある。ケーシングには、少なくとも 1 つずつの吸入ポートならびに吐出ポートと呼ぶ外部に連通する流路への開口部が設けられている。吸入ポートは容積が拡大する歯溝に連通するように設けられ、吐出ポートは容積が縮小する歯溝に連通するように設けられる。ロータの歯形として、外ロータ歯形の一部に円弧を、内ロータの歯形にトロコイド曲線を適用したものが一般的である。

[0004] 内接歯車ポンプは内ロータと外ロータとが嚙み合って回転するので、一方のロータを回転駆動すれば他方のロータも回転する。ポンプ部の外周側にモータ部を一体ィ匕し、外ロータにモータ部の回転子を一体ィ匕し、モータ部で外ロータを駆動する方式は軸方向にポンプ部とモータ部を連ねた構造よりも短くできるので小型化に適した形態といえる。 [0005] そのような構造の内接ギヤポンプとしては、特開平 2— 277983号公報 (特許文献 1 )に示されたものがある。この特許文献 1では、モータケ一シング内部に装着されたステータ（固定子に相当）に対し、その内側に半径方向に所定の間隔をもってこれと対接すべく外周にロータ（回転子に相当）を装着したアウターギヤ (外ロータに相当）とこのアウターギヤ内で嚙み合わせするインナーギヤ（内ロータに相当）とを組み合わせてなる内接ギヤを配設し、さらにこの内接ギヤの両端面を閉塞板で液密に閉塞し、この閉塞板の何れか一方に内接ギヤと連通する吸入ポート、吐出ポートを設けた内接ギヤポンプからなっている。そして、閉塞板はフロントケーシングとリャケーシングとを備え、両ケーシングと内接ギヤポンプの両側面間に円盤状のスラスト軸受を配設し、アウターギヤの両側をこのスラスト軸受で支承し、さらに両ケーシングに支持軸の両端を固定すると共にこの支持軸にラジアル軸受を介してインナーギヤを回転可能に支承し、昇圧された吐出側の取扱液の一部をロータ、ステータ間を流過すると共に各軸受部を潤滑して吸入側に戻す給液路を設けるよう構成されている。

[0006] 特許文献 1 :特開平 2— 277983号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力し、特許文献 1では、ポンプケーシングが 2つのスラスト軸受、フロントケーシング、リャケ一シング及びステータキヤンカも構成されている。力かる構成の場合には、多数の部材の製作及びその組み合わせることによるコストアップ、漏れ防止シール箇所の増加による信頼性の低下などを招くという問題があった。

[0008] また、特許文献 1では、 2つのスラスト軸受の間隔がその両側のフロントケーシングとリャケ一シングとの間隔で規制され、フロントケーシングとリャケーシングとの間隔がステータキヤンの軸方向長さによって規制されている。力かる構成の場合には、 2つのスラスト軸受におけるインナーギヤ及びアウターギヤに対向する部分の間隔を精度よく規制することが難しぐインナーギヤ及びアウターギヤと 2つのスラスト軸受との回転時の摩擦抵抗が増し、極端な場合には回転が困難となるおそれが生ずる。

[0009] 本発明の目的は、モーター体型内接歯車式ポンプとしての小型、安価な機能を維持しつつ、さらに安価で信頼性の高いモーター体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器を得ることにある。

課題を解決するための手段

[0010] 上記の目的を達成するための本発明の第 1の態様は、液体を吸い込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、前記ポンプ部は、外周に歯を形成し且つ中心部に貫通する軸穴を有する内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内側に形成し且つその歯幅を当該内ロータと同程度とした外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングと、前記軸穴に挿入して前記内ロータを軸支する内軸とを備え、前記ポンプケーシングは、前記内ロータの歯を形成して!/ヽる部分の両端面及び前記外ロータの歯を形成してヽる部分の両端面に僅かな隙間を有して対向する平坦内面を備え、前記モータ部は、前記ポンプケーシングの内側に配置し且つ前記外ロータに一体化した回転子と、前記回転子に回転磁界を作用させて回転させる固定子とを備えているモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記内軸は、前記内ロータの軸穴内径よりも僅かに外径が小さく且つ前記内ロータの歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部と、前記軸受部の両端面から軸方向両側に延び且つ前記軸受部の外径よりも小さい外径を有する嵌合部とを備え、前記ポンプケーシングは、前記両側の平坦内面を各々別部材として形成する 2つのポンプケーシング部材から構成し、前記 2つのポンプケーシング部材の平坦内面に形成した嵌合穴に前記内軸の嵌合部を嵌合し、前記内軸の軸受部の両端面に前記平坦内面を接して前記 2つのポンプケーシング部材が前記外ロータの外径よりも外側で互いに接合されて、る構造としたものである。

[0011] 係る本発明の第 1の態様における、より好ましい具体的構成例は次のとうりである。

(1)前記 2つのケーシング部材は、合成樹脂で形成され、その一方の平坦内面部より外周外方の位置から軸方向に筒状に延びる封止部を形成して前記平坦内面部よりも前記封止部の軸方向剛性を柔軟とし、前記封止部の先端側で接合されていること

(2)前記（1)において、前記 2つのケーシング部材は軸方向に力が加えられた接合面で超音波溶着されてヽること。

(3)前記ポンプケーシングは、吸入ポート及び吐出ポートを形成した合成樹脂製ケーシング部材である正面ケーシングと、他方の合成樹脂製ケーシング部材である背面ケーシングとを超音波溶着により溶着して構成されていること。

(4)前記（3)において、前記背面ケーシングは、前記平坦内面の外周に連なる薄肉円筒状の封止部で前記外ロータの外周を囲い、該封止部の前記平坦内面と連なる側とは反対側の端面に径方向に拡大するフランジ部を有し、そのフランジ部の端面に前記溶着部を形成し、更に前記端部の外周にお、て軸方向に折り返して封止部の外側に同心円筒を成すカバー部が連なる構成とし、前記固定子は前記封止部と前記カバー部とに挟まれた円筒状空間に内蔵されていること。

(5)前記 (4)において、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとの溶着部は前記吸入ポート及び吐出ポートとともに流路を構成する部分を除く部分に形成されていること。

また、本発明の第 2の態様は、液体を吸い込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部と、前記モータ部を制御する制御部とを備え、

前記ポンプ部は、外周に歯を形成し且つ中心部に貫通する軸穴を有する内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内側に形成し且つ歯幅を当該内ロータと同程度とした外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングと、前記内ロータを軸支する内軸とを備えて構成され、

前記ポンプケーシングは、前記内ロータの歯を形成して、る部分の両側面及び前記外ロータの歯を形成している部分の両側面に僅かな隙間を有して対向する平坦内面を備え、

前記モータ部は、前記ポンプケーシングの内側に配置且つ前記外ロータに一体ィ匕した永久磁石である回転子と、前記回転子に回転磁界を作用させて回転させる固定子とを備え、

前記制御部は、制御素子を搭載した回路基板と、前記固定子へ電流を供給する供給電線と、外部から電流を供給される導入電線とを備えているモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、

前記外ロータは、外周部を軸方向両側に円環状に張り出した張り出し部を備え、その張り出し部の内面が前記ポンプケーシングに形成した円筒外面と微小な隙間を挟んで回転自在に嵌合しラジアル滑り軸受を形成し、前記内ロータ及び前記外ロータの歯幅を 1としたときに、内ロータの外径を 1. 7〜3. 4、外ロータの張り出し部内径を 2. 5〜5、外ロータの張り出し部の軸方向長さを 0. 4〜0. 8の寸法とし、内ロータの回転速度を毎分 2500から 5000回転範囲のうちのいずれかとした構造としたものである。

[0013] また、本発明の第 3の態様は、前記いずれかのモーター体型内接歯車ポンプを冷却液の循環源として搭載した電子機器である。

[0014] また、本発明の第 4の態様は、液体を吸!、込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、前記ポンプ部は、外周に歯を形成し且つ中心部に貫通する軸穴を有する内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内側に形成し且つその歯幅を当該内ロータと同程度とした外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングと、前記軸穴に挿入して前記内ロータを軸支する内軸とを備え、前記ポンプケーシングは、前記内ロータの歯を形成している部分の両端面及び前記外ロータの歯を形成している部分の両端面に僅かな隙間を有して対向する平坦内面を備え、前記モータ部は、前記ポンプケーシングの内側に配置し且つ前記外ロータに一体ィヒした回転子と、前記回転子に回転磁界を作用させて回転させる固定子とを備えるモーター体型内接歯車式ポンプの製造方法において、前記内ロータの軸穴内径よりも僅かに外径が小さく且つ前記内ロータの歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部と、前記軸受部の両端面から軸方向両側に延び且つ前記軸受部の外径よりも小さい外径を有する嵌合部とを備えて前記内軸を作製し、前記平坦内面及び嵌合穴を有する正面ケーシングを作製し、前記平坦内面、嵌合穴及び前記平坦内面部の外周から筒状に延びる封止部を有する背面ケーシングを作製し、前記内軸の両側の嵌合部を前記正面ケーシングの嵌合穴及び前記背面ケーシングの嵌合穴に嵌合するとともに前記正面ケーシングの平坦内面及び前記背面ケーシング平坦内面を前記内軸の軸受部の両端面に当接した状態で、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとを前記外ロータの外径よりも外側で互いに接合することである。

[0015] 係る本発明の第 4の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。 (1)前記内軸の両側の嵌合部を前記正面ケーシングの嵌合穴及び前記背面ケーシングの嵌合穴に嵌合するとともに前記正面ケーシングの平坦内面及び前記背面ケーシング平坦内面を前記内軸の軸受部の両端面に当接した状態で、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとの接合部に軸方向に近寄らせる方向に加えて超音波溶着すること。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、モーター体型内接歯車式ポンプとしての小型、安価な機能を維持しつつ、さらに安価で信頼性の高いモーター体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器が得られる。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施形態のモーター体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器について図 1から図 6を用いて説明する。

[0018] まず、本実施形態のモーター体型内接歯車式ポンプの全体構成に関して図 1から図 4を用いて説明する。図 1は本発明の一実施形態のモーター体型内接歯車式ボンプ 80の縦断面図、図 2は図 1のポンプ 80の左半面を断面して示す正面図、図 3は図 1のポンプ 80におけるポンプ部の分解斜視図、図 4は図 1のポンプ 80のケーシングの接合方法を示す断面図である。

[0019] ポンプ 80は、ポンプ部 81、モータ部 82、及び制御部 83を備えて構成されたモータ一体型内接歯車式ポンプである。

[0020] ポンプ部 81は、内ロータ 1、外ロータ 2、正面ケーシング 3、背面ケーシング 4、内軸 5を備えて構成されて、る。正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4はポンプケーシングを形成する部材であり、換言すれば、ポンプケーシング部材は 2つの別部材のポンプケ一シング部材で構成されている。なお、背面ケーシング 4には封止部 6、フランジ部 18及びカバー 13が含まれる。内軸 5は、内ロータ支持軸を構成するものであり、本実施形態では正面ケーシング 3または背面ケーシング 4と別部材で構成されている

[0021] 内ロータ 1は、平歯車と類似した形状をしており、外周にトロコイド曲線を輪郭とする歯 laを形成している。この歯面は、厳密には軸方向に若干の勾配を有し、射出成形時の抜きを助ける、いわゆる「抜き勾配」と呼ばれる勾配を成している。また、内ロータ

1は中心に軸方向に貫通した内面が滑らかな軸穴 lbを有している。内ロータ 1の両端面 lcは、平坦かつ滑らかに仕上げられ、正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4 力も内向きに突起した中央環状部 27、 28の端面である平坦内面 25, 26との間で、摺動する面を形成している。

[0022] 外ロータ 2は、内ロータ 1とほぼ同じ歯幅の環形状の内歯車形状をしており、円弧等で形成した歯形を持つ歯を内ロータ 1よりも 1枚だけ多く形成している。外ロータ 2の歯 2aは、平歯車として軸方向にほぼ同一断面形状となっているが、軸方向に僅かの勾配を有し、射出成形時の抜きを助ける、いわゆる「抜き勾配」と呼ばれる勾配を有してもよい。この場合は内ロータ 1にも同様の抜き勾配を与え、内ロータ 1と外ロータ 2との勾配の方向は逆向きとし、内ロータ 1の外歯の径が大きくなる方向で、外ロータ 2の内歯の径も大きくなるように両者 1、 2は嚙み合わせる。これにより、両者 1、 2の嚙み合い面は軸方向の位置による片当たりを防止することができる。外ロータ 2の歯部の両端面 2bは、平坦かつ滑らかに仕上げられ、正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4の平坦内面 25, 26との間で摺動する面を形成し、スラスト軸受として作用する。

[0023] 外ロータ 2は外周部を除いて内ロータ 1とほぼ同じ幅を有し、内ロータ 1及び外ロータ 2の両側端面がほぼ一致するように内ロータ 1の外側に外ロータ 2が配置されている。

[0024] 内ロータ 1および外ロータ 2は、ポリアセタール（POM)やポリフエ-レンサルファイド

(PPS)等の自己潤滑性を有し、水あるいは水を成分とする溶液による膨潤変形や腐食が無視できるレベルである性質の合成樹脂材を成形したものである。

[0025] 外ロータ 2の外周部には、歯部 (内側に位置する内ロータ 1と同じ歯幅の部分)よりも軸方向に張り出した環状の張り出し部 21が形成されて、る。張り出し部 21の内周は、滑らかな面に形成され、肩部 22の外周面 27、 28との間で摺動する面を構成する。

[0026] 外ロータ 2と内ロータ 1は、嚙み合った状態で、正面ケーシング 3と背面ケーシング 4 に挟まれて回転するよう構成する。内ロータ 1の中心軸穴には、滑らかな外周を有する内軸 5の軸受部がわずかな隙間を持って嵌合され、これによつて内ロータ 1は内軸 5に回転自在で軸支されている。なお、内軸 5は正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4に密着嵌合するため回転しない。

[0027] 内軸 5は、内ロータ 1の軸穴 lb内径よりも僅かに外径が小さく且つ内ロータ 1の歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部 51と、軸受部 51の両端面から軸方向両側に延び且つ軸受部 51の外径よりも小さい外径を有する嵌合部 53とを備えている。具体的には、内軸 5の中央に位置する軸受部 51の軸方向長さは、両ロータの歯幅よりも僅かに（例えば 0.05〜0.1mm)長い。その軸受部 51の両側には円柱形状の嵌合部 53があり軸受部 51と同心を成す。なお、軸受部 51と嵌合部 53は全て同一の金属素材力製作された内軸 5の部分の名称であり、一体のものである。内軸 5は、金属素材で製作されているので、合成樹脂で製作されている内ロータ 1、外ロータ 2、正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4と比較して、強度及び寸法精度などの面で優れている。

[0028] 内軸 5は、正面ケーシング 3と背面ケーシング 4とを連結する構造材としての機能も有している。その嵌合部 53は、両ケーシング 3, 4の平坦内面 25, 26に形成した嵌合穴 27a、 28aに挿入されて固定されている。この状態で、軸受部 51と嵌合部 53との境界となる段差面 (軸受部 51の両端面） 51aがケーシングの平坦内面 25, 26に密着している。したがって、軸受部 51の長さが双方の平坦内面 25, 26間の距離（間隔 )に一致し、両ロータ 1 , 2は正面ケーシング 3と背面ケーシング 4の軸方向である端面である平坦内面 25, 26に僅かな隙間をもって内蔵されることとなる。正面ケーシング 3と背面ケーシング 4の嵌合穴は、両ロータ 1, 2の嚙合いに則して、肩部に対して偏心させてある。

[0029] 正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4の肩部 22の外周面 27、 28が外ロータ 2の張り出し部 21の内周面にわずかな隙間を持って嵌合され、正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4の肩部 22によって外ロータ 2の両側が回転自在に軸支されラジアル軸受として作用する。正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4の肩部 22は、同一の円柱の一部力も切り出したような位置関係にある。

[0030] 2つのポンプケーシング部材の他方を構成する正面ケーシング 3は、その平坦内面 25に吸入ポート 8及び吐出ポート 10と呼ぶ開口部を形成している。吸入ポート 8と吐出ポート 10は、内ロータ 1の歯底円よりも内側と外ロータ 2の歯底円（外ロータ 2は内歯車なので、歯先円径よりも歯底円径が大きい)よりも外側に輪郭を持つ開口部で形成されている。吸入ポート 8は容積が拡大する作動室 23に面し、吐出ポート 10は容積が縮小する作動室 23に面するように設けられている。また、最大容積となる瞬間の作動室 23には、どちらのポート 8, 9も面しないか、あるいは、わずかな断面積による連通に留めるように構成されて、る。

[0031] 吸入ポート 8ならびに吐出ポート 10は、ポート溝の奥力も L形流路を介して外部に開、た吸入口 7と吐出口 9にそれぞれ連通されて、る。吐出ポート 10から吐出口 9に至る流路の途中には分岐して外ロータ 2の外周が面する内部空間 24と連通する連通路 9aが設けられている。この内部空間 24は、正面ケーシング 3と、封止部 6を含む背面ケーシングとで囲まれた空間である。

[0032] モータ部 82は、永久磁石よりなる回転子 11、固定子 12、及び封止部 6を備えて構成されている。封止部 6はポンプ部 81とモータ部 82とに共用される。

[0033] 外ロータ 2の外側にはモータ部 82の回転子 11として永久磁石を一体ィ匕する。これは、外ロータ 2と永久磁石を別部材として成形後に接着や圧入等、十分な強度と信頼性を有する方法で一体化してもよぐまた、磁石粉を混入した榭脂により外ロータ 2 と回転子 11を一体の部材として成形したものでもよい。回転子 11は、半径方向に交互の極性を与え、外周側力も見ると周に沿って NS極が交互に並ぶように構成されている。

[0034] 薄肉筒状の封止部 6は回転子 11の外周との間に微小な隙間（例えば、 1mm以下の隙間）を介して設けられ、回転子 11は外ロータ 2と共に回転可能となっている。

[0035] 前記 2つのケーシング部材の一方を構成する背面ケーシング 4は、その平坦内面 2 6を構成する部分より外周の部分力外ロータ 2の外側を覆って軸方向に延びる筒状の封止部 6を形成して前記平坦内面 26側よりも封止部 6側の軸方向剛性を柔軟とし、封止部 6の先端側で前記 2つのケーシング部材の一方を構成する正面ケーシング 3と接合されている。すなわち、封止部 6は、背面ケーシング 4の一部であり、平坦内面や肩部を形成した部分の外周から筒形状に正面方向に延長した薄板部分を指す

[0036] 正面ケーシング 3と背面ケーシング 4は嵌合面 16と呼ぶ円筒面で接し、互いに径方向を拘束しながら軸方向に動ける自由度を持って嵌合されている。嵌合面 16は、封止部 6の先端部分の内周と、正面ケーシング 3の内面側に形成された外側環状部 29 の外周との嵌合面で構成されて!、る。嵌合面 16に隣接した封止部 6の先端部分の内周には凹部が設けられ、この凹部内 Oリング 14が挿入されることにより、正面ケーシング 3と背面ケーシング 4との機密性が保たれる。係る構成によって、正面ケーシング 3と背面ケーシング 4とが軸方向の自由度が保たれつつ、機密性が保持された組み合せ構造とすることができる。

[0037] 正面ケーシング 3の外周近くには背面側に向けて溶着突起 41が環状に複数設けられ、それと相対する背面ケーシング 4のフランジ部 18には溶着突起 41を挿入する溶着溝 42が環状に形成されている。本実施形態では、図 4に示すように、溶着突起 41 の先端部を傾斜面に形成するとともに、溶着溝 42の底部を前記傾斜面に合致する傾斜面を有する構成とし、溶着工具 43、 44を正面ケーシング 3の外周部及び背面ケ一シング 4のフランジ部 18に両側カゝら押し付け、溶着工具 43、 44に力をカロえながら微小振動を与える。具体的には、溶着工具 43、 44を超音波溶接機に取付けて超音波振動を与える。これにより、両ケーシング 3, 4の接触面が微小振動摩擦で発熱し溶解して互いに溶け合い、振動停止後に温度低下すると再固化して一体となる。したがって、正面ケーシング 3の溶着突起 41の裏側となる面と背面ケーシング 4の溶着溝 42の裏側になる面とは平坦かつ開放した状態として、溶着工具 43ならびに 44を密着できる形状にしておく。

[0038] 背面ケーシング 4側の溶着工具 44を挿入する溝は、溶着後に固定子 12を挿入するための円環状溝であり、溶着のためだけの溝等の構造を設けた場合に比較して小形で単純な形状にすることができる。

[0039] 溶着完了までに、溶着突起 41と溶着溝 42の接触ならびに内軸 5の段差と平坦内面 25, 26の接触の 2箇所の接触以外で軸方向移動を拘束する接触を無くしておく。また、封止部 6は薄肉でありその近傍の構造を含めて、平坦内面や肩部や溶着部近傍に比較して柔軟である。そうすることにより、溶着時には、次のような順序で各部材の位置関係が確定する。

[0040] まず、背面ケーシング 4に内軸 5の嵌合部 53を挿入し、内ロータ 1と外ロータ 2とを内軸 5に嵌合し、 Oリング 14を嵌めた正面ケーシング 3を背面ケーシング 4に嵌合する。この状態で、溶着治具 43、 44を両ケーシング 4, 5の両側から当て、所定の力で押し付けながら超音波振動を与える。これによつて、溶着突起 41と溶着溝 42との接触部が溶解して、正面ケーシング 3と背面ケーシング 4とは互いに近づく方向に変位する。この過程で内軸 5の段差面 51aは平坦内面 25、 26に密着する。更に溶着を進めると、背面ケーシング 4の封止部 6ならびにその周辺が弾性変形し溶着は深くまで進行する。溶着治具 43, 44に力を作用させたままで、加振を停止すると溶解していた溶着部は温度低下して固化し、その状態で形が定まる。その後に溶着治具を外しても、内軸 5の段差面 51aは平坦内面 25, 26に密着したままで、その密着させる力が封止部 6周辺の弾性変形の反力としてカ卩えられたままとなる。

[0041] 内軸 5は金属製であり、榭脂製のケーシング部材 3, 4よりも軸方向寸法精度が出しやすい。また、ロータ 1, 2の歯部に対して直近の中央部で歯幅方向の寸法を確保できる利点がある。内軸 5の精度に頼らずに、封止部 6等の外周を経由してケーシング 3, 4の寸法精度だけで両平坦内面 25, 26相互間の距離の精度を出す方法に比較して、格段に精度維持が容易である。したがって、本実施形態の構成によれば、ボンプ性能や信頼性に大きな影響を持つ歯部端面の隙間を適正に維持する効果が高い

[0042] 溶着突起 41は環状に形成するが、一周して連続して設けるのではなぐ図 2に示すように円周から一部を欠いた形状とする。その理由は、一周よりも面積を限定して溶着時の押圧力を集中して高め、溶着を確実にするためであり、また、欠いた部分に吸入流路と吐出流路を配置することにより、溶着工具 43とこれらの流路との干渉を避けるためである。

[0043] 嵌合面 16の作用で、 2つのケーシングの径方向の位置決め精度を良く結合でき、軸方向位置は内軸 5と平坦内面 25, 26との密着で精度を維持できる。また、内部空間 24の密閉性は Oリング 14によってなされ、吸入口 8と吐出口 10を除けば、他に外界と連通する穴や合わせ面が無い単純な構造なので密閉性も良い。したがって液漏れも確実に防止できる。

[0044] 背面ケーシング 4力も連なる封止部 6の正面側フランジ 18の更に外周力背面側に折り返す形状で、カバー 13がー体成型で形成されている。カバー 13はモータ部 82 の固定子 12の外周を覆い、感電防止や美観の維持、騒音防止に役立てている。

[0045] 封止部 6の外側で且つ回転子 11と面する位置には、櫛歯状の鉄心に卷線した固定子 12が封止部 6の外周に圧入して設置されている。固定子 12は、封止部 6とカバ一 13との間に形成された円環状溝に嵌合される。回転子 11及び固定子 12からなるモータ部 82は、内ロータ 1及び外ロータ 2からなるポンプ部 81の外周側に配置され、軸方向に並ばな、ため、ポンプ 80の薄型化及び小型化が図られて、る。

[0046] 制御部 83は、モータ部 82を制御するためのものであり、直流ブラシレスモータ駆動用インバータ電子回路を備えている。上述したようにモータ部 82をポンプ部 81の外周側に設けることにより、ポンプ部 81の吸入口 7や吐出口 9が設けない背面側に制御部 83を設置することが可能となる。

[0047] 回路基板 31には、主たる電子部品であるパワー素子 32を搭載して直流ブラシレスモータ駆動用インバータ回路を構成している。回路基板 31は、その中央に設けた穴に背面ケーシング 3の背面側に設けた突起 45を通して力しめることにより、背面ケーシング 4に固定される。パワー素子 32は回路基板 31を介して背面ケーシング 4に接触している。これにより、インバータ回路で発生する熱を背面ケーシング 4を通してポンプ部 81内の被送液に放熱することができる。回路基板 31には、固定子 12の卷線の一端が接続されるとともに、外部力も電力を供給する電力線 33と回転速度をパルスで情報発信する回転出力線 34ならびにそれらの共通グランド線が接続される。

[0048] 永久磁石よりなる回転子 11及び固定子 12を有するモータ部 82と、インバータ電子回路を有する制御部 83とから直流ブラシレスモータが構成される。回転子 11が薄肉の封止部 6の内側にあり、固定子 12が封止部 6の外側にある構造はキャンドモータと呼ばれる。キャンドモータは、軸シール等を必要とせずに磁力を利用して回転動力をキャンと呼ばれる封止部 6内部に伝えられるので、被送液を外部から隔離しながら作動室 23の容積変化で送り出す容積形ポンプの構造に適して！/ヽる。

[0049] ポンプ 80の形状について、図 5に示す寸法関係にすることにより、本発明の目的をよりょく達成できる。内ロータ 1の幅と外ロータ 2の歯幅を 1としたときに、内ロータの外径を 1. 7〜3. 4、外ロータの張り出し部内径を 2. 5〜5、外ロータの張り出し部の軸方向長さを 0. 4〜0. 8の寸法とする。

[0050] 内ロータ 1の外径は、この範囲よりも大きいと端面隙間での内部漏洩 (圧力の高い吐出ポートに連通する側から吸入ポートに連通する側に逆流で、ポンプ性能を低下させる）の比率が増加しポンプ性能を低下させる。また、この範囲よりも小さいと、作動室と吸入あるいは吐出ポートと連通する開口部面積での流速が増して圧損を増加させ、やはりポンプ性能を低下させる。

[0051] 外ロータ 2の張り出し部 21の内径は、幾何的に内ロータ 1の外径よりも大きい必要がある。同時にこの範囲よりも大きいと摩擦力ゃ軸受面からの内部漏洩を増すためポンプ性能が低下する。

[0052] 外ロータ張り出し部 21の軸方向長さは、この範囲よりも小さ、と軸受面圧が増加し、摩擦摩耗が増加する可能性があり、ポンプの寿命や信頼性が低下する懸念がある。また、この範囲よりも大きい場合には、軸受面の円筒度や同心度などの誤差から片当たりを生じやすくなり得策ではな!/、。

[0053] 内ロータの回転速度は、毎分 2500力ら 5000回転の範囲内とするとよい。この範囲よりも回転速度が遅いと、運搬流量に対する内部漏洩量の比率が増してポンプ効率が低下してしまう。また、この範囲よりも速いとポンプの発する振動騒音が増加してしまつ。

[0054] 次に、力かるポンプ 80の動作を図 1から図 5を参照しながら説明する。

[0055] 電力線 33に直流 12Vを与えることで制御部 83のモータ駆動回路に電流を供給することにより、パワー素子 32を通して固定子 12の卷線に電流が送られる。これにより、モータ部 82が起動され、設定された回転速度でモータ部 82を回転するように制御する。パワー素子 32は回転子 11の回転情報をパルスとして回転出力線 34より出力するので、その信号を受け取る上位の制御機器はポンプ 80の動作状態を確認できる。

[0056] モータ部 82の回転子 11が回転すると、これに一体化した外ロータ 2が回転し、それと嚙み合った内ロータ 1も一般の内接歯車と同様に回転伝達され一緒に回転する。 2 つのロータ 1、 2の歯溝に形成された作動室 23は、両ロータ 1、 2の回転により容積を拡大、縮小する。内ロータ 1と外ロータ 2との歯が一番深くまで嚙み合う図 2中の下端で、作動室 23の容積が最小となり、上端で最大となる。したがって、図 2中で反時計回りにロータが回転すると、右半分の作動室は上方に移動しながら容積を拡大し、左半分の作動室は下方に移動しながら容積を縮小する。両方のロータ 1、 2を軸支する摺動部はすべて被送液に浸力つているため、摩擦が小さく異常摩耗も防止できる。

[0057] 被送液は、吸入口 7から吸入ポート 8を経て、容積拡大中の作動室 23に吸い込まれる。容積が最大となる作動室 23は、ロータの回転により吸入ポート 8の輪郭力もずれて吸入を完了し、次いで吐出ポート 10に連通される。そこ力も作動室 23の容積は縮小に転じ、作動室 23内にある被送液は吐出ポート 10から送り出される。送り出された被送液は吐出口 9から外部に送り出される。吐出流路の途中に分岐した連通路 9a があるため、内部空間 24の内圧は吐出圧に保たれる。

[0058] 本実施形態においては、吸入流路が短いので、吸入負圧が小さくキヤビテーシヨン発生が防止できる。また、比較的高い吐出圧力が封止部 6内面に作用し、外側に押し広げる方向に作用するので、薄肉の封止部 6であっても、内側に変形して回転子 1 1と接触することが回避できる。同時に外ロータ 2の張り出し部 21に形成したラジアル軸受としての隙間からの漏洩を低減できる。その理由は、この隙間からの漏洩は遠心力の作用で外に向力う力が増強されるが、外周である内部空間 24の内圧が高いと、それを押し戻す作用が働くからである。

[0059] 運転による発熱のため冷却が必要となるパワー素子 32の熱は、回路基板 31と経由して接触して、る背面ケーシング 4の壁面を通過し、内部空間 24を流れる被送液に移り、外部に放出される。内部空間 24の被送液は常に攪拌され、ラジアル軸受面からの微小な漏洩により順次入れ替わるため、効率的に熱を持ち去ることができる。このように効率的にポンプ 80内部を冷却するため、パワー素子 32を冷却するためのヒートシンクや冷却ファンを必要としない。また、回転子 11や固定子 12に発生するモータ損失での発熱も同様に効率的に持ち去り、異常な温度上昇を防止できる。

[0060] 次に、上述したポンプ 80を有する電子機器について図 6を参照しながら説明する。

図 6はパソコン本体を縦に置いた状態のパソコン全体構成を示す斜視図であり、図 4 に示す電子機器はデスクトップ型パソコンの例である。

[0061] パソコン 60は、パソコン本体 61A、ディスプレイ装置 61B、及びキーボード 61Cを備えて構成されている。液冷システム 69は、パソコン本体 61 Aに CPU (中央演算装置） 62とともに内蔵され、液溜まり 63、ポンプ 80、熱交 65、放熱板 Α66、放熱板 Β67の各要素をこの順に管路でつな、だ閉ループのシステムで構成されて、る。この液冷システム 69の設置目的は、主として、パソコン本体 61Aに内蔵する CPU62で発する熱を外部に運搬し、 CPU62の温度上昇を規定値以下に維持することである。熱媒体として水あるいは水を主体とする溶液を使う液冷システム 69は、空冷方式に比較して、熱運搬能力が高ぐ騒音が小さいため、発熱量の多い CPU62の冷却に好適である。

[0062] 液溜まり 63内部には被送液と空気が封入されている。液溜まり 63とポンプ 80とは並置されており、液溜まり 63の出口とポンプ 80の吸入口とが管路により連通されている。 CPU62の放熱面には熱伝導性グリースを介して熱交翻65が密着されて設置されて、る。ポンプ 80の吐出口と熱交^^ 65の入口とが管路により連通されて、る。熱交換器 65は放熱板 Α66に管路により連通され、放熱板 Α66は放熱板 Β67に管路を介して連通され、放熱板 Β67は液溜まり 63に管路を介して連通されている。放熱板 Α66と放熱板 Β67はパソコン本体 61 Αの異なる面力も外部に放熱されるように設置されている。

[0063] ポンプ 80にはパソコン 60内部に通常備えている直流 12V電源から電力線 33が引かれ、回転出力線 34が上位制御機器であるパソコン 60の電子回路に接続されてヽる。

[0064] この液冷システム 69の動作を説明する。パソコン 60の起動に伴って電力が送られることにより、ポンプ 80が起動し、被送液が循環を始める。被送液は、液溜まり 63からポンプ 80に吸い込まれ、ポンプ 80で加圧されて熱交^^ 65に送り出される。ポンプ 80から熱交^^ 65に送られた被送液は、 CPU62で発する熱を吸収し液温が上昇する。さらに、その被送液は次の放熱板 A66と放熱板 B67で外気と熱交換し (外気に放熱し）、液温が下げられて力も液溜まり 63に戻る。以下、これを繰返して CPU62の冷却が継続して行なわれる。

[0065] ポンプ 80は容積形ポンプの一種である内接歯車式であるため、乾燥状態 (液無し条件)で起動しても吸入口を負圧にする能力がある。そのため、液溜まり 63内部の液面より高い管路を経ても、あるいは、ポンプ 80が液面より高い位置にあっても呼び水無しに液を吸い込む自吸能力がある。また、遠心式ポンプ等に比較して内接歯車式ポンプ 80は加圧能力が高いので、熱交換器 65や放熱板 66、 67を通過する圧損が増える条件にも適用可能である。特に CPU62の発熱密度が高い場合には、熱交換面積を拡大するために熱交内部の流路を折り曲げて細く長くすることが必要となり、遠心式ポンプ等を用いた液冷システムでは通過圧損が増えて適用が難しくなる力本実施形態の液冷システム 69ではこれに対応可能である。

[0066] 本実施形態の液冷システム 69においては、被送液が最も高温となる熱交

の出口の直後で放熱板 66、 67を経由して液温が下げられるので、液溜り 63ゃポンプ 80の温度は比較的低く保たれる。そのため、ポンプ 80の内部部品などは、高温環境よりも信頼性を確保しやすヽ。

[0067] 液冷システム 69の動作の結果として液が循環する各部の温度が決まる力それらは温度センサ (図示せず)によって監視される。規定以上の温度上昇により冷却能力の不足が確認された場合には、ポンプ 80の回転速度上昇が指令され、過剰な温度を事前に防止する。また、逆に冷却が過剰な場合には回転速度を抑制する。ポンプ 80の発信する回転出力は常に監視され、回転出力が途切れて、なおかつ液温変化が異常な場合には、ポンプ 80が故障であると判断なされ、パソコン 60は緊急動作に移行する。緊急動作では CPU速度の低下や動作中プログラムの保存など、最小限の動作をした上でノヽードウエアの致命的損傷を防止する。

図面の簡単な説明

[0068] [図 1]本発明の一実施形態のモーター体型内接歯車式ポンプの縦断面図である。

[図 2]図 1のポンプの左半面を断面して示す正面図である。

[図 3]図 1のポンプのポンプ部の分解斜視図である。

[図 4]図 1のポンプのケーシングの接合方法を示す断面図である。

[図 5]図 1のポンプの内ロータと外ロータの寸法図である。

[図 6]図 1のポンプを有する冷却システムを備えた電子機器の説明図である。

符号の説明

[0069] 1· ··内ロータ、 la…歯、 lb…軸穴、 lc…端面、 2· ··外ロータ、 2a…歯、 2b…端面、 3…正面ケーシング、 4…背面ケーシング、 5· ··内軸、 6…封止部、 7· ··吸入口、 8〜吸入ポート、 9···吐出口、 9a…連通路、 10···吐出ポート、 11···回転子、 12···固定子、 13···カノ一、 14···0リング、 16···嵌合面、 18···フランジ部、 21···張り出し部、 22 …肩部、 23···作動室、 24···内部空間、 25···正面ケーシングの平坦内面、 26···背面ケーシングの平坦内面、 27, 28…肩部の外周面、 27a'28a…嵌合穴、 29···外側環状部、 31···回路基板、 32···パワー素子、 33···電力線、 34…回転出力線、 41··· 溶着突起、 42···溶着溝、 43···溶着工具、 44···溶着工具、 51···軸受部、 51a…段差面、 53···嵌合部、 60···ノソコン、 61A…パソコン本体、 61B…ディスプレイ装置、 61C…キーボード、 62---CPU, 63···液溜まり、 65···熱交^^、 66···放熱板 A、 67 …放熱板 B、 69···液冷システム (冷却システム）、 80…モーター体型内接歯車式ポンプ、 81···ポンプ部、 82···モータ部、 83···制御部。

Claims

請求の範囲

[1] 液体を吸い込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え前記ポンプ部は、外周に歯を形成し且つ中心部に貫通する軸穴を有する内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内側に形成し且つその歯幅を当該内ロータと同程度とした外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングと、前記軸穴に挿入して前記内ロータを軸支する内軸とを備え、

前記ポンプケーシングは、前記内ロータの歯を形成して、る部分の両端面及び前記外ロータの歯を形成している部分の両端面に僅かな隙間を有して対向する平坦内面を備え、

前記モータ部は、前記ポンプケーシングの内側に配置し且つ前記外ロータに一体化した回転子と、前記回転子に回転磁界を作用させて回転させる固定子とを備えているモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、

前記内軸は、前記内ロータの軸穴内径よりも僅かに外径が小さく且つ前記内ロータの歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部と、前記軸受部の両端面力軸方向両側に延び且つ前記軸受部の外径よりも小さい外径を有する嵌合部とを備え、前記ポンプケーシングは、

前記両側の平坦内面を各々別部材として形成する 2つのポンプケーシング部材から構成し、

前記 2つのポンプケーシング部材の平坦内面に形成した嵌合穴に前記内軸の嵌合部を嵌合し、

前記内軸の軸受部の両端面に前記平坦内面を接して前記 2つのポンプケーシング部材が前記外ロータの外径よりも外側で互いに接合されて、る

ことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[2] 請求項 1記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記 2つのケーシング部材は、合成樹脂で形成され、その一方の平坦内面部より外周外方の位置力軸方向に筒状に延びる封止部を形成して前記平坦内面部よりも前記封止部の軸方向剛性を柔軟とし、前記封止部の先端側で接合されて！ヽることを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[3] 請求項 2記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記 2つのケーシング部材は軸方向に力が加えられた接合面で超音波溶着されていることを特徴とするモ一ター体型内接歯車式ポンプ。

[4] 請求項 1記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記ポンプケーシングは、吸入ポート及び吐出ポートを形成した合成樹脂製ケーシング部材である正面ケ一シングと、他方の合成樹脂製ケーシング部材である背面ケーシングとを超音波溶着により溶着して構成されていることを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[5] 請求項 4記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記背面ケーシングは、前記平坦内面の外周に連なる薄肉円筒状の封止部で前記外ロータの外周を囲い、該封止部の前記平坦内面と連なる側とは反対側の端面に径方向に拡大するフランジ部を有し、そのフランジ部の端面に前記溶着部を形成し、更に前記端部の外周において軸方向に折り返して封止部の外側に同心円筒を成すカバー部が連なる構成とし、前記固定子は前記封止部と前記カバー部とに挟まれた円筒状空間に内蔵されて、ることを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[6] 請求項 4記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとの溶着部は円周の一部を欠いた環状に形成されていることを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[7] 液体を吸!、込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部と、前記モータ部を制御する制御部とを備え、

前記外ロータは、外周部を軸方向両側に円環状に張り出した張り出し部を備え、その張り出し部の内面が前記ポンプケーシングに形成した円筒外面と微小な隙間を挟んで回転自在に嵌合しラジアル滑り軸受を形成し、前記内ロータ及び前記外ロータの歯幅を 1としたときに、内ロータの外径を 1. 7〜3. 4、外ロータの張り出し部内径を 2. 5〜5、外ロータの張り出し部の軸方向長さを 0. 4〜0. 8の寸法とし、内ロータの回転速度を毎分 2500から 5000回転範囲のうちのいずれ力とした

ことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[8] 請求項 1〜7いずれかに記載のモーター体型内接歯車ポンプを冷却液の循環源として、搭載したことを特徴とする電子機器。

[9] 液体を吸い込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、前記ポンプ部は、外周に歯を形成し且つ中心部に貫通する軸穴を有する内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内側に形成し且つその歯幅を当該内ロータと同程度とした外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングと、前記軸穴に挿入して前記内ロータを軸支する内軸とを備え、前記ポンプケーシングは、前記内ロータの歯を形成している部分の両端面及び前記外ロータの歯を形成している部分の両端面に僅かな隙間を有して対向する平坦内面を備え、前記モータ部は、前記ポンプケーシングの内側に配置し且つ前記外ロータに一体ィヒした回転子と、前記回転子に回転磁界を作用させて回転させる固定子とを備えるモーター体型内接歯車式ポンプの製造方法にお、て、

前記内ロータの軸穴内径よりも僅かに外径が小さく且つ前記内ロータの歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部と、前記軸受部の両端面から軸方向両側に延び且つ前記軸受部の外径よりも小さい外径を有する嵌合部とを備えて前記内軸を作製し、前記平坦内面及び嵌合穴を有する正面ケーシングを作製し、前記平坦内面、嵌合穴及び前記平坦内面部の外周から筒状に延びる封止部を有する背面ケーシングを作製し、

前記内軸の両側の嵌合部を前記正面ケーシングの嵌合穴及び前記背面ケーシングの嵌合穴に嵌合するとともに前記正面ケーシングの平坦内面及び前記背面ケーシング平坦内面を前記内軸の軸受部の両端面に当接した状態で、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとを前記外ロータの外径よりも外側で互いに接合することを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプの製造方法。

請求項 9記載のモーター体型内接歯車式ポンプの製造方法にお、て、前記内軸の両側の嵌合部を前記正面ケーシングの嵌合穴及び前記背面ケーシングの嵌合穴に嵌合するとともに前記正面ケーシングの平坦内面及び前記背面ケーシング平坦内面を前記内軸の軸受部の両端面に当接した状態で、前記正面ケーシングと前記背面ケーシングとの接合部に軸方向に近寄らせる方向に力を加えて超音波溶着することを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプの製造方法。