(57)【要約】【課題】簡素な構成で確実なシールを行なうことのできるポンプ装置を提供すること。【解決手段】ポンプ装置１では、ロータ４を回転可能に支持する固定部材３に固定側円筒部３２を設け、かかる固定側円筒部３２、および可動側円筒部４１に設けた第１開口部３８および第２開口部４８をポンプ室１０への流体流入路１１として利用する。固定側円筒部３２の外周面３２９にはヘリングボーン状の動圧発生溝５１が形成されており、固定側円筒部３２の外周面３２９と可動側円筒部４１の内周面４１９との間には動圧軸受が構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室と、該ポンプ室内に配置されたロータと、該ロータを回転可能に支持する固定部材と、前記ロータと一体に回転するインペラと、前記ロータを回転駆動するためのステータと、を有し、
前記ポンプ室では流出口が開口し、
前記固定部材は、ラジアル方向で貫通する第１開口部が形成された固定側円筒部を備え、
前記ロータは、内周面が前記固定側円筒部の外周面との間に軸受を構成する可動側円筒部を備え、
当該可動側円筒部では、前記第１開口部に連通し、当該第１開口部および前記固定側円筒部の内部とともに前記ポンプ室への流体流入路を構成する第２開口部がラジアル方向で貫通していることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記固定側円筒部は、軸線方向の一方端が閉塞している一方、他方端は開放状態にあり、
前記固定側円筒部の内部のうち、前記他方端での開口部分から前記一方端の閉塞部分までが前記流体流入路の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記流出口は、前記インペラに対してラジアル方向外側で対向する位置で開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記軸受は、前記固定側円筒部の外周面および前記可動側円筒部の内周面のうちの少なくとも一方に動圧発生溝が形成された動圧軸受であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記動圧発生溝は、ヘリングボーン状の溝であることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記ヘリングボーン状の溝は、前記固定側円筒部の外周面において前記第１開口部の開口位置を回転軸線方向で挟む両側に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記固定部材と前記ロータとの間、または前記ポンプ室を区画するケース部材と前記ロータとの間には、マグネット間に発生する磁気力あるいはマグネットと磁性体との間に発生した磁気力を利用した非接触式のスラスト軸受が構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記ポンプ室内には前記流体流入路を介して気体が流入することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ室内の固定部材にロータが回転可能に支持されたポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ装置は、ハウジングによって区画されたポンプ室内でインペラを回転させて、ポンプ室内に流体を流入させるとともに、ポンプ室内から流体を吐出する。かかるポンプ装置のうち、遠心式ポンプ装置では、固定部材の軸線上で流体流入口が開口し、インペラに対してラジアル方向外側で対向する位置で流出口が開口している。その際、ポンプ室から外部に流体が漏れるような流れが発生すると、十分な吐出圧を確保できない。
【０００３】
そこで、モータ底部に形成した孔からポンプ室内にモータ軸を突出させるとともに、ハウジングとロータとの間にラビリングシールを設けて気密を保持した構成が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５４３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、モータ底部でのモータ軸周辺でのシールを保持する必要と、流体流入口に向かう流体の流れを阻止する必要とがあるため、ポンプ装置の構成が複雑になってしまう。また、特許文献１に記載の構成では、流体流入口に向かう流体の流れについてはラビリングシールによってシールしてあるが、モータ軸周辺では、シールが行なわれていないため、吐出圧の向上を図ることができないという問題点がある。さらに、ラビリングシールでは、確実なシールが不可能であるため、吐出圧の向上を図ることができないという問題点がある。さらにまた、ラビリングシールでは、曲がりくねった狭い隙間を形成するのに遮蔽板やリブを設ける必要があるなど、複雑な構造になってしまうという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、簡素な構成で確実なシールを行なうことのできるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るポンプ装置は、ポンプ室と、該ポンプ室内に配置されたロータと、該ロータを回転可能に支持する固定部材と、前記ロータと一体に回転するインペラと、前記ロータを回転駆動するためのステータと、を有し、ポンプ室と、該ポンプ室内に配置された固定部材と、該固定部材に対して回転可能に支持されたロータと、該ロータと一体に回転するインペラと、前記ロータを回転駆動するためのステータと、を有し、前記ポンプ室には流出口が開口し、前記固定部材は、ラジアル方向で貫通する第１開口部が形成された固定側円筒部を備え、前記ロータは、内周面が前記固定側円筒部の外周面との間に軸受を構成する可動側円筒部を備え、当該可動側円筒部では、前記第１開口部に連通し、当該第１開口部および前記固定側円筒部の内部とともに前記ポンプ室への流体流入路を構成する第２開口部がラジアル方向で貫通していることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、ロータを回転可能に支持する固定部材に固定側円筒部を設け、かかる固定側円筒部、およびロータに設けた可動側円筒部に設けた第１開口部および第２開口部をポンプ室への流体流入路として利用するという新たな構造を有している。かかる構成のポンプ装置では、シールを必要とする箇所は軸受部分だけであり、かかる軸受部分では、固定側円筒部と可動側円筒部との間に狭い隙間が介在するだけである。また、軸受部分に形成された第１開口部および第２開口部を介して流体がポンプ室に流入するため、固定側円筒部と可動側円筒部との間の狭い隙間から流体が漏れることもない。それ故、格別のシール構造を設ける必要がないので、構成な簡素で高い吐出圧を実現することができる。
【０００９】
本発明において、前記固定側円筒部は、例えば、軸線方向の一方端が閉塞している一方、他方端は開放状態にあり、前記固定側円筒部の内部のうち、前記他方端での開口部分から前記一方端の閉塞部分までが前記流体流入路の一部を構成している。
【００１０】
本発明に係るポンプ装置は、例えば遠心ポンプ装置として構成され、この場合、前記流出口は、前記インペラに対してラジアル方向外側で対向する位置で開口している構成を有する。
【００１１】
本発明において、前記軸受は、前記固定側円筒部の外周面および前記可動側円筒部の内周面のうちの少なくとも一方に動圧発生溝が形成された動圧軸受であることが好ましい。動圧軸受であれば、ロータが高速回転した場合でも損失が小さく、かつ、固定側円筒部と可動側円筒部との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。
【００１２】
本発明において、前記動圧発生溝は、ヘリングボーン状の溝であることが好ましい。かかる構成であれば特に、ロータが高速回転した場合でも損失が小さく、かつ、固定側円筒部と可動側円筒部との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。
【００１３】
本発明において、前記ヘリングボーン状の溝は、前記固定側円筒部の外周面において前記第１開口部の開口位置を回転軸線方向で挟む両側に形成されていることが好ましい。かかる構成によれば特に、前記第１開口部の両側で固定側円筒部と可動側円筒部との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。
【００１４】
本発明において、前記固定部材と前記ロータとの間には、マグネット間に発生する磁気力あるいはマグネットと磁性体との間に発生した磁気力を利用した非接触式のスラスト軸受が構成されていることが好ましい。また、本発明において、前記ポンプ室が前記固定部材とは別体のケース部材に区画されている場合、当該ケース部材と前記ロータとの間に、マグネット間に発生する磁気力あるいはマグネットと磁性体との間に発生した磁気力を利用した非接触式のスラスト軸受を構成してもよい。かかる構成によれば、ロータが高速回転した場合でも損失が小さい。
【００１５】
本発明を適用したポンプ装置は、前記ポンプ室内に前記流体流入路を介して気体が流入する送風機などとして構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、ロータを回転可能に支持する固定部材に固定側円筒部を設け、かかる固定側円筒部、およびロータに設けた可動側円筒部に設けた第１開口部および第２開口部をポンプ室への流体流入路として利用する。かかる構成のポンプ装置では、シールを必要とする箇所は軸受部分だけであり、かかる軸受部分では、固定側円筒部と可動側円筒部との間に狭い隙間が介在するだけである。また、軸受部分に形成された第１開口部および第２開口部を介して流体がポンプ室に流入するため、固定側円筒部と可動側円筒部との間の狭い隙間から流体が漏れることもない。それ故、格別のシール構造を設ける必要がないので、構成な簡素で高い吐出圧を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用したポンプ装置の外観図である。
【図２】本発明を適用したポンプ装置を斜め下方からみたときの分解斜視図である。
【図３】本発明を適用したポンプ装置を斜め上方からみたときの分解斜視図である。
【図４】本発明を適用したポンプ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明では、気体を圧送する遠心ポンプ装置に適用した例を中心に説明する。
【００１９】
（全体構成）
図１は、本発明を適用したポンプ装置の外観図である。図２および図３は各々、本発明を適用したポンプ装置を斜め上方からみたときの分解斜視図、および斜め下方からみたときの分解斜視図である。図４は、本発明を適用したポンプ装置の断面図である。なお、図１〜図３では駆動コイルやスラスト軸受などの図示を省略してある。
【００２０】
図１〜図４において、本形態のポンプ装置１は、気体を圧送する遠心ポンプ装置１であり、ポンプ室１０を区画するケース２（ケース部材）を備えている。本形態において、ケース２は、円筒状の下ケース２１と、この下ケース２１の上面に被さる有底円筒状の上ケース２２とを備えている。上ケース２２には、ポンプ室１０に連通する流出口２５が形成されており、上ケース２２には流出口２５に連通する流出管１８が接続されている。ここで、下ケース２１は、下面が開口しており、かかる下面は、固定部材３の円盤状の底板部３１で封鎖されている。
【００２１】
図２〜図４に示すように、本形態のポンプ装置１において、ポンプ室１０内にはロータ４が配置されており、かかるロータ４にはインペラ６が固定されている。本形態において、ロータ４は、回転軸線Ｌ方向に延在する可動側円筒部４１と、可動側円筒部４１の高さ方向の途中位置からラジアル方向外側に広がるフランジ状の円板部４２と、円板部４２の外周縁から下方に延在する円筒状側壁部４３とを備えており、インペラ６は、円板部４２の上面に固定されている。ここで、インペラ６は、円板部６１１の上面に複数の羽根状突起６３が形成された下プレート６１と、羽根状突起６３の上端面に当接するように下プレート６１との上面に重なるように下プレート６１に固定された上プレート６２とからなる。かかるインペラ６では、下プレート６１と上プレート６２との間において周方向で隣り合う羽根状突起６３で囲まれた空間によって個別の流路が構成されている。
【００２２】
（軸受の構成）
ロータ４は、以下に説明する固定部材３によって回転可能に支持されている。固定部材３は、ポンプ室１０の下面を構成する円盤状の底板部３１と、底板部３１の中央で上方に突出する固定側円筒部３２とを備えている。本形態では、固定部材３の固定側円筒部３２に対して、インペラ６の可動側円筒部４１が嵌っており、固定側円筒部３２の外周面３２９と可動側円筒部４１の内周面４１９との間に軸受５（ラジアル軸受）が構成されている。ここで、固定側円筒部３２の外周面３２９には、固定側円筒部３２の高さ方向の途中部分を回転軸線Ｌ方向で挟む両側にヘリングボーン状の動圧発生溝５１が形成されており、固定側円筒部３２の外周面３２９と可動側円筒部４１の内周面４１９との間に構成された軸受５は動圧軸受である。本形態では、ヘリングボーン状の動圧発生溝５１は、軸線方向の上下いずれにおいても、上下の中央部分からみたとき、軸線方向から時計周りＣＷの方向に傾いた形状になっている。また、動圧発生溝５１は上下で離間するように構成されており、固定側円筒部３２の外周面３２９において、上下の動圧発生溝５１で挟まれた領域は、動圧発生溝５１が途切れた帯状の浅い凹部３２７になっている。なお、可動側円筒部４１の内周面４１９は動圧発生溝が形成されていない平坦面になっている。
【００２３】
（流体流入路１１の構成）
固定部材３において、固定側円筒部３２は、上端側（軸線方向の一方端）は上底部３２３によって閉塞面になっている一方、下端側（軸線方向の他方端）は、底板部３１の中央に形成された穴３１０を介して開放状態にある。また、固定側円筒部３２では、上下の動圧発生溝５１で挟まれた帯状の凹部３２７（動圧発生溝５１の途切れ部分）に、固定側円筒部３２をラジアル方向で貫通する第１開口部３８が周方向の複数個所に形成されており、かかる第１開口部３８は、固定側円筒部３２の内部３２０に対して上底部３２２の下側近傍で連通している。
【００２４】
また、ロータ４の可動側円筒部４１には、可動側円筒部４１をラジアル方向で貫通する第２開口部４８が形成されている。第２開口部４８は、固定側円筒部３２での第１開口部３８の開口位置と回転軸線Ｌ方向の同じ高さ位置において周方向の複数個所に形成されている。ここで、第１開口部３８と第２開口部４８とは、可動側円筒部４１が回転した際にいずれの角度位置にあっても、少なくも１つが連通するように数や大きさが設定されている。本形態において、第１開口部３８および第２開口部４８は各々、３箇所に形成されている。
【００２５】
このようにして、本形態では、固定側円筒部３２の内部３２０、第１開口部３８および第２開口部４８によって、ポンプ室１０への流体流入路１１が構成されている。ここで、固定側円筒部３２の内部は、上端側が上底部３２３によって閉塞している一方、下端側は、底板部３１の中央に形成された穴３１０を介して開放状態にある。従って、本形態では、固定側円筒部３２の内部３２０のうち、底板部３１の中央での穴３１０の開口部分から上底部３２３によって閉塞されている部分に到る空間が、第１開口部３８および第２開口部４８とともにポンプ室１０への流体流入路１１を構成している。なお、本形態では、固定部材３の底板部３１の中央には、底板部３１に形成した穴３１０を介して固定側円筒部３２の内部３２０に連通する流入管１９が接続されている。
【００２６】
（スラスト軸受８の構成）
固定部材３において、固定側円筒部３２の上端部には、段付きの凹部３２４が形成されており、かかる凹部３２４の段部３２５を利用して円筒状の第１マグネット８１が固定されている。また、ロータ４において、可動側円筒部４１の上端部には端板４５が取り付けられており、かかる端板４５から下方に突出する突部４５１には円筒状の第２マグネット８２が固定されている。ここで、第１マグネット８１および第２マグネット８２はいずれも軸線方向で着磁されているが、第１マグネット８１と第２マグネット８２とでは、着磁方向が逆である。このため、第１マグネット８１と第２マグネット８２とは、マグネット間に発生する磁気吸引力によってロータ４を軸線方向で支持する非接触式のスラスト軸受８を構成している。
【００２７】
（モータ機構７の構成）
本形態では、ロータ４を回転させるための機構として周対向のモータ機構７が構成されている。本形態では、かかるモータ機構７のステータ７５を構成するにあたって、ポンプ室１０の内部では、固定部材３の底板部３１の上面に配線基板７０が固定され、かかる配線基板７０の中央には円形の穴７０１が形成されている。また、ポンプ室１０の内部では、配線基板７０の円形の穴７０１に嵌るように円筒状のコアホルダ７１が固定されており、かかるコアホルダ７１は、直接あるいは配線基板７０を介して固定部材３の底板部３１に固定されている。この状態で、コアホルダ７１は、可動側円筒部４１を外側で囲むように配置されている。コアホルダ７１にはステータコア７２が固定されており、かかるステータコア７２においてラジアル方向外側に突出する突極部分には駆動コイル７３が巻回されている。
【００２８】
一方、ロータ４では、円筒状側壁部４３の内周面に円筒状のヨーク７６が固定されている。ヨーク７６の内周面には円筒状の駆動用マグネット７７が固定されており、駆動用マグネット７７は、ステータコア７２の外周面に対してラジアル方向外側で対向している。かかる駆動用マグネット７７には、周方向に複数の磁極が形成されている。
【００２９】
かかるモータ機構７は、ポンプ室１０の下半部に構成され、かかるモータ機構７の上方位置にインペラ６が位置する。
【００３０】
（動作）
本形態のポンプ装置１では、配線基板７０を介して駆動コイル７３に給電してロータ４を反時計周りＣＣＷ（図２および図３参照）に回転させると、ロータ４と一体に形成されているインペラ６が回転し、ポンプ室１０が負圧となる。このため、流入管１９および流体流入路１１（固定側円筒部３２の内部３２０、第１開口部３８、第２開口部４８）を介してポンプ室１０に流体が吸い込まれる。そして、ポンプ室１０において、流体はインペラ６によってポンプ室１０内で回転し、その際に受けた遠心力で流出口２５および流出管１８を介して吐出される。ここで、軸受５は動圧軸受として構成されているため、固定側円筒部３２と可動側円筒部４１との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。このため、流入管１９および流体流入路１１を介して流体をインペラ６に効率よく吸い込むことができるとともに、ポンプ室１０に吸い込んだ流体をインペラ６の回転によって効率よく吐出することができる。
【００３１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のポンプ装置１では、ロータ４を回転可能に支持する固定部材３に固定側円筒部３２を設け、かかる固定側円筒部３２および可動側円筒部４１に設けた第１開口部３８および第２開口部４８をポンプ室１０への流体流入路１１として利用するという新たな構造を有している。かかる構成のポンプ装置１では、シールを必要とする箇所は軸受５の部分だけであり、かかる軸受５の部分では、固定側円筒部３２と可動側円筒部４１との間に狭い隙間が介在するだけである。また、軸受５の部分に形成された第１開口部３８および第２開口部４８を介して流体がポンプ室１０に流入するため、固定側円筒部３２と可動側円筒部４１との間の狭い隙間から流体が漏れることもない。それ故、格別のシール構造を設ける必要がないので、構成な簡素で高い吐出圧を実現することができる。
【００３２】
また、本形態において、軸受５は動圧軸受として構成されているため、ロータ４が高速回転した場合でも損失が小さく、かつ、固定側円筒部３２と可動側円筒部４１との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。しかも、動圧発生溝５１は、ヘリングボーン状の溝であって、固定側円筒部３２の外周面３２９において第１開口部３８の開口位置を回転軸線Ｌ方向で挟む両側に形成されている。このため、第１開口部３８に対する軸線方向の両側で固定側円筒部３２と可動側円筒部４１との間に動圧が発生するので流体が漏れることがない。
【００３３】
また、本形態では、固定部材３とロータ４との間には、第１マグネット８１と第２マグネット８２との間に発生する磁気力を利用した非接触式のスラスト軸受８が構成されており、かかるスラスト軸受８によって、ロータ４の軸線方向の位置を規定している。このため、ロータ４が高速回転した場合でも損失が小さく、かつ、ロータ４が軸線方向に動いた際に周辺部分と干渉することに起因する衝突音が発生しない。
【００３４】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、ポンプ室１０をケース２（上ケース２２および下ケース２１）と固定部材３とによって区画したが、下ケース２１と固定部材３とについては一体に形成してもよい。
【００３５】
上記実施の形態では、固定部材３とロータ４との間に第１マグネット８１と第２マグネット８２との間に発生する磁気力を利用した非接触式のスラスト軸受８を構成したが、かかるスラスト軸受８は、例えば上ケース２２とロータ４との間に構成してもよい。また、上記実施の形態では、第１マグネット８１と第２マグネット８２との間に発生する磁気吸引力を利用して非接触式のスラスト軸受８を構成したが、第１マグネット８１と第２マグネット８２との間に発生する磁気反発力を利用して非接触式のスラスト軸受８を構成してもよい。さらに、上記実施の形態では、第１マグネット８１と第２マグネット８２との間に発生する磁気吸引力を利用して非接触式のスラスト軸受８を構成したが、第１マグネット８１および第２マグネット８２のうちの一方を磁性片とし、マグネットと磁性片との間に発生する磁気力（磁気吸引力）を利用して非接触式のスラスト軸受８を構成してもよい。また、非接触式のスラスト軸受として面対向の動圧軸受を利用してもよい。
【００３６】
上記実施の形態では、固定側円筒部３２の外周面３２９に動圧発生溝５１を形成したが、可動側円筒部４１の内周面４１９、あるいは固定側円筒部３２の外周面３２９および可動側円筒部４１の内周面４１９の双方に動圧発生溝を形成してもよい。
【００３７】
上記実施の形態では、気体を圧送する遠心ポンプ装置に本発明を適用したが、液体を圧送する遠心ポンプ装置など、その他のポンプ装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  ポンプ装置
２  ケース（ケース部材）
３  固定部材
４  ロータ
５  軸受
６  インペラ
７  モータ機構
８  スラスト軸受
１０  ポンプ室
１１  流体流入路
３２  固定側円筒部
３８  第１開口部
４１  可動側円筒部
４８  第２開口部
５１  動圧発生溝
７５  ステータ
８１  第１マグネット
８２  第２マグネット
３２０  固定側円筒部の内部
【図１】
2010236420.tif 000003
【図２】
2010236420.tif 000004
【図３】
2010236420.tif 000005
【図４】
2010236420.tif 000006