WO2007004503A1

WO2007004503A1 - モータ一体型内接歯車式ポンプ及び電子機器

Info

Publication number: WO2007004503A1
Application number: PCT/JP2006/312975
Authority: WO
Inventors: Masato Nakanishi; Hirotaka Kameya; Yuuichi Yanagase; Eiji Sato; Kouji Aizawa
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2007-01-11
Also published as: CN101137845A; EP1933033A1; JP2007009787A; KR100865196B1; US20080159884A1; KR20070100791A; TW200714804A

Abstract

　モータ一体型内接歯車式ポンプ８０は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部８１と、ポンプ部８１を駆動するモータ部８２とを備える。ポンプ部８１は、外周に歯を形成した内ロータ１と、内ロータ１の歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータ２と、内ロータ１及び外ロータ２を収納するポンプケーシング３，４とを備える。モータ部８２は、回転子１１と、回転子１１を回転させる固定子１２とを備える。回転子１１と外ロータ２とは、樹脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材１１２を共用して形成されている。係る構成によって、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ができる。

Description

モーター体型内接歯車式ポンプ及び電子機器

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ポンプ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。ポンプケーシングには、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] 内接歯車式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化し、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歯車式ポンプとしては、特開平 2— 277983号公報 (特許文献 1)に示された内接ギヤポンプがある。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）を装着したアウターギヤ (外ロータ）とこのァウタ一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（ポンプケーシング）はフロントケーシング（正面ケーシング）とリャケ一シング (背面ケーシング）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、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] しかし、特許文献 1の内接ギヤポンプでは、アウターギヤと回転子とを別の部材で形成しているため、大型化を招くと共にコスト高になってしまうという問題があった。

[0008] また、特許文献 1には、内接ギヤポンプを構成するロータ、アウターギヤ、インナーギヤ及び閉塞板の材料については開示されておらず、電子機器に用いることも開示されていない。仮に、この内接ギヤポンプを電子機器、例えばパソコンやサーバなどに用いる場合には、量産性に向くこと、長寿命、高精度維持、摺動部摩擦が小さいこと、コストが安いこと、軽量であることが要求される。また、電子機器に用いる場合のポンプ部内を流動する作動液としては、電子機器の保管温度を考慮して、エチレンダリコール等の不凍液が用いられるため、内接ギヤポンプと不凍液との相性も考慮する必要があることが分力つた。

[0009] 本発明の目的は、高揚程に向く内接歯車式の機能を利用しつつ、小型、安価でし力も信頼性の高いモーター体型内接歯車式ポンプ及び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] 前述の目的を達成するための本発明の第 1の態様は、作動液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、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内周に形成した外ロータと、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を備え、前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモーター体型内接歯車式ポンプにおヽて、榭脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材で前記回転子と前記外ロータとを共用して形成したことにある。

[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通りである。

(1)前記ポンプ部に吸込んで吐出する作動液として水または水を成分として含む液体を用いると共に、フェライト磁石粉末を含有したフェライトボンド磁石で前記回転子と前記外ロータとの共用部材を形成したこと。

(2)前記回転子と前記外ロータとの共用部材をその外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱い部材で形成すると共に、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したこと。

(3)前記（1)において、前記作動液として水及び有機物を含む不凍液を用いたこと。

(4)前記（1)において、 PPS榭脂にフェライト磁石粉末を含有した PPSZフェライトボンド磁石で前記共用部材を形成したこと。

(5)前記（1)において、前記ポンプケーシングを第 1のケーシング及び第 2のケーシングカもなる 2つのケーシングを接合して構成し、前記第 1のケーシング及び前記第 2 のケーシングに互いに対向するように内向きに突起した肩部をそれぞれ形成し、前記共用部材の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部を形成し、前記環状張り出し部を前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングのそれぞれの肩部の外周面に嵌合し、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したこと。

(6)前記（1)において、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンフアイバ榭脂または PPS榭脂にグラスファイバを含有した PPSグラスファイバ榭脂で前記ポンプケ一シングを形成したこと。

(7)前記（1)において、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンフアイバ榭脂または POM榭脂で前記内ロータを形成したこと。

(8)前記（5)において、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンフアイバ榭脂で前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングを形成したこと。

(9)前記（8)において、前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングの何れかの外周部を軸方向に延ばして前記回転子と前記固定子との間を封止する封止部を形成し、前記封止部の外側に前記固定子を装着したこと。

[0012] また、本発明の第 2の態様は、作動液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、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内周に形成した外ロータと、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を備え、前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、 PPS榭脂にフェライト磁石粉末を含有した PPS榭脂/フエライトボンド磁石で前記回転子を形成したことにある。

[0013] 係る本発明の第 2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。

(l) PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂で前記ポンプケーシングを形成し、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂で前記内ロータを形成したこと。

[0014] また、本発明の第 3の態様は、上述した何れかに記載のモーター体型内接歯車ポンプを液循環源として搭載すると共に作動液として水及び有機物力なる不凍液を用いた電子機器である。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、高揚程に向く内接歯車式の機能を利用しつつ、小型、安価でし力も信頼性の高いモーター体型内接歯車式ポンプ及び電子機器を得ることができる発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の一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。

[0017] 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ポンプ 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。

[0018] ポンプ 80は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部 81と、このポンプ部 81を駆動するモータ部 82と、このモータ部 82を制御する制御部 83と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。

[0019] ポンプ部 81は、榭脂製の内ロータ 1、榭脂製の外ロータ 2、榭脂製の正面ケーシング (第 1のケーシング） 3、榭脂製の背面ケーシング (第 2のケーシング) 4、金属製の内軸 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はポンプケ一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ー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。

[0020] 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。

[0021] ポンプ部 81の内ロータ 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から内向きに突起した肩部 22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] この内ロータ 1は、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で形成されて、る。具体的には、 PPS (ポリフエ-レンサルファイド）榭脂にカーボンファイバを含有する PPSカーボンファイバ榭脂で形成されている。これによつて、内ロータ 1としての十分な強度及び耐摩耗性を有すると共に、安価な内ロータ 1とすることができる。 PPSカーボンファイバ榭脂の代わりに POM (ポリアセタール)榭脂を用いてもよい。 POMは、摩擦抵抗が小さぐ摺動抵抗が小さいので、ポンプ効率を向上することができる。また、材料として柔らかいので、衝撃荷重を緩和することができ、ロータの動きによる振動騒音が抑制される。なお、これらの材料は、吸水性や水分透過はあるものの、内ロータ 1として使用するので、問題はない。また、高温吸水による変形を生ずるが、その分を補償した歯形としておけば変形を吸収することができる。低温時には両ロータ 1, 2間の隙間が拡大してしまうが、作動液として水及び有機物力なる不凍液を用いる場合には、その不凍液の粘度も上昇するため、ポンプ効率が向上し、性能低下を防止すことができる。

[0023] 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。

[0024] 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。この外ロータ 2の外周部には、歯部 (内側に位置する内ロータ 1とほぼ同じ歯幅の部分)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 2 1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。

[0025] 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。

[0026] 外ロータ 2の外側にはモータ部 82の回転子 11として永久磁石が一体ィ匕されている。本実施形態では、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されている。換言すれば、モータ部 82の回転子 11とポンプ部 81の外口ータ 2とは磁石粉末を含有する永久磁石部材で製作された 1つの部材である共用部材 112で構成されている。これによつて、回転子 11と外ロータ 2とを小型で安価に製作することができる。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、る。

[0027] 本実施形態では、共用部材 112はフェライト磁石粉末を含有するフェライトボンド磁石で形成されている。これによつて、作動液として水または水を成分として含む液体を用いても、磁石が腐食したり鲭びたりすることがなぐしかも安価に製作することができる。また、この共用部材 112は PPS榭脂にフェライト磁石粉末を含有する PPSZフエライトボンド磁石で形成されている。これによつて、モータ部 82の回転子 11としての磁気特性が向上し、ポンプ部 81としての高精度な歯形が成形可能となると共に、軸受部として機能する部分における低摩擦、低摩耗摺動特性が得られ、しかも成形性が良好で、水中での耐腐食安定性も良好なものとすることができる。

[0028] そして、本実施形態では、共用部材 112の外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱くなるように円筒状に形成すると共に、共用部材 112の外周外方に固定子 12を設置しているので、外周から容易に磁ィ匕することができると共に、ネオジ磁石などと比ベて一般的に安価で磁力の弱いフェライトボンド磁石を用いても回転子 11としての機能を十分に発揮することができる。

[0029] さらに、本実施形態では、正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4に互いに対向するように内向きに突起した肩部 22をそれぞれ形成し、共用部材 112の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部 21を形成し、環状張り出し部 21を正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4のそれぞれの肩部 22の外周面 27、 28 に嵌合するように形成して、るので、回転子 11として機能する部分を軸方向に増大することができ、この点からも安価で磁力の弱いフェライトボンド磁石を用いることを助けている。

[0030] なお、外ロータ 2の張り出し部を含む外周部が PPSZフェライトボンド磁石で、歯部力 SPPSカーボンファイバの複合構造として外ロータ 2と回転子 11とを共用することも考えられる。その場合には、複雑な成形が難しい PPSZフェライトボンド磁石を単純な円筒形とし、精度が必要な歯部を PPS榭脂とすることにより、内ロータ 1との嚙み合わせ面に硬いフェライト粒が無ぐ低損失かつ低摩耗な歯形となる。

[0031] 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。

[0032] 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の軸方向の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 22の外周面 27 、 28に対して偏心させてある。

[0033] 正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4の肩部 22は、互いに対向するように内向きに突起して形成されている。この肩部 22の外周面 27、 28が外ロータ 2の張り出し部 2 1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、同一の円柱の一部から切り出したような位置関係にある。

[0034] 2つのポンプケーシング部材の 1つ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。

[0035] 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。

[0036] 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。

[0037] 前記 2つのケーシング部材の 1つを構成する背面ケーシング 4は、その平坦内面 26 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より外周の部分力筒形状に正面方向に延長した薄板部分を指す。

[0038] 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。

[0039] 正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4は、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有する PPSカーボンファイバ榭脂で形成されている。 PPSカーボンファイバ榭脂を用いた正面ケーシング 3及び背面ケーシング 4は、吸水性が小さぐ吸水による変形も小さいと共に、熱変形も小さぐ不凍液に対して耐腐食性があり、さらには耐熱性がある。 P PSカーボンファイバ榭脂は、絶縁材であるので、漏電防止に効果があると共に、水分透過が少なぐ軸受部での摺動性も良いので、摩耗は少なぐ長寿命、高信頼性が期待でき、しかも高精度で成形ができる。

[0040] 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。

[0041] 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。 [0042] 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。

[0043] 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。

[0044] 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

[0045] 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。 [0046] 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。

[0047] 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。

[0048] 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。

[0049] 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。

[0050] 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内の作動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。

[0051] 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、作動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。

[0052] 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。

[0053] 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。

[0054] 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。

[0055] 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!/、。

[0056] 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。

[0057] 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。

[0058] 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。

[0059] 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作動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。

[0060] 作動液は、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内にある作動液は吐出ポート 10から送り出される。送り出された作動液は吐出口 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。

[0061] 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。

[0062] 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を流れる作動液に移り、外部に放出される。内部空間 24の作動液は常に攪拌され、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。

[0063] 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。

[0064] 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液体、例えば水及び有機物（エチレングリコール等)からなる不凍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。

[0065] 液溜まり 63内部には被送液 (作動液）と空気が封入されている。液溜まり 63とボンプ 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!/、る。 CPU62の放熱面には熱伝導性グリースを介して熱交換器 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いる。熱交 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 61A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。

[0066] 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。

[0067] 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。

[0068] 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。

[0069] 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。

[0070] 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

[0071] [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

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、 112…共用部材。

Claims

請求の範囲

[1] 作動液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、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内周に形成した外ロータと、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を備え、

前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、

榭脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材で前記回転子と前記外ロータとを共用して形成した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、前記ポンプ部に吸込んで吐出する作動液として水または水を成分として含む液体を用いると共に、フェライト磁石粉末を含有したフェライトボンド磁石で前記回転子と前記外ロータとの共用部材を形成した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 1記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記回転子と前記外口ータとの共用部材をその外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱い部材で形成すると共に、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置した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 2記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記作動液として水及び有機物を含む不凍液を用いた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 2記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、 PPS榭脂にフェライト磁石粉末を含有した PPSZフェライトボンド磁石で前記共用部材を形成した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 2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を第 1のケーシング及び第 2のケーシンダカなる 2つのケーシングを接合して構成し、前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングに互いに対向するように内向きに突起した肩部をそれぞれ形成し、前記共用部材の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部を形成し、前記環状張り出し部を前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングのそれぞれの肩部の外周面に嵌合し、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[7] 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、 PPS榭脂にカーボンフアイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂または PPS榭脂にグラスファイバを含有した PPSグラスファイバ榭脂で前記ポンプケーシングを形成したことを特徴とするモ一ター体型内接歯車式ポンプ。

[8] 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、 PPS榭脂にカーボンフアイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂または POM榭脂で前記内ロータを形成したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[9] 請求項 6記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、 PPS榭脂にカーボンフアイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂で前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングを形成したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[10] 請求項 9記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、前記第 1のケーシング及び前記第 2のケーシングの何れかの外周部を軸方向に延ばして前記回転子と前記固定子との間を封止する封止部を形成し、前記封止部の外側に前記固定子を装着したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[11] 作動液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、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と嚙み合う歯を内周に形成した外ロータと、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を備え、

PPS榭脂にフェライト磁石粉末を含有した PPS榭脂/フェライトボンド磁石で前記回転子を形成したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

[12] 請求項 11記載のモーター体型内接歯車式ポンプにおいて、 PPS榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂で前記ポンプケーシングを形成し、 PP S榭脂にカーボンファイバを含有した PPSカーボンファイバ榭脂で前記内ロータを形成したことを特徴とするモーター体型内接歯車式ポンプ。

請求項 1〜12の何れか〖こ記載のモーター体型内接歯車ポンプを液循環源として搭載すると共に前記作動液として水及び有機物力なる不凍液を用いたことを特徴とする電子機器。