(57)【要約】【課題】低コストでしかも簡単なシュラウド粗面加工によって、流体に対する羽根車の回転抵抗を低減でき、羽根車の回転数を大幅に増加してポンプ効率を良好にすること。【解決手段】前面シュラウド２０又は後面シュラウド２１の少なくとも一方の羽根１３，１３……が設けられる面とは反対側のシュラウド表面に、多数の小さな凸凹からなる粗面形状部４０を設けたポンプの羽根車構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納すると共に流体の吸込口と吐出口とを備えたポンプケースと、羽根車を回転駆動するモータ部とを備え、上記羽根車は、前面シュラウドと、前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記前面シュラウド又は後面シュラウドの少なくとも一方の羽根が設けられる面とは反対側のシュラウド表面に、多数の小さな凸凹からなる粗面形状部を設けたことを特徴とするポンプの羽根車構造。
【請求項２】
上記シュラウド表面に複数個のディンプルを分散して凹設したことを特徴とする請求項１記載のポンプの羽根車構造。
【請求項３】
上記複数個のディンプルを異なる大きさに形成すると共に、シュラウド表面の中心側から外周側にいくほどディンプルの大きさが大きくなるように配列したことを特徴とする請求項２記載のポンプの羽根車構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプの羽根車構造に関し、詳しくは羽根車と流体間の摩擦を低減させるための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水を吸い込むための吸込口と、水を排出する吐出口とを有するポンプケースと、本体ケースと、ポンプケースと本体ケースとの間に設けられた防水隔壁とを有し、羽根車から突出する吸入口マウス部をポンプケースの吸込口側に遊嵌状態で嵌入し、モータによって羽根車を回転させて、吸入口マウス部から羽根車内部に水を吸い込み、羽根車の外周方向に設けた吐出口から排出するようにした遠心ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが上記特許文献１に見られる遠心ポンプでは、羽根車と防水隔壁との間の水路部や、前面シュラウドとケーシング壁面との間の水路部に存在する水は、本来のポンプ作用には関係しないが、羽根車が高速で回転するため水の摩擦抵抗となり、羽根車の回転を妨げる要因となっている。
【０００４】
そこで、従来より、流体に対する摩擦抵抗が小さいフッ素樹脂などの樹脂層をシュラウド表面にコーティングすることにより、流体に対する羽根車の摩擦抵抗（回転抵抗）を小さくして、ポンプ効率を高めることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが特許文献２の従来例では、シュラウド表面にフッ素樹脂などの樹脂層をコーティングする必要があるため、コストが高くつくという問題がある。
【特許文献１】特開２００５−４８６７５号公報
【特許文献２】特開昭６４−８３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、低コストでしかも簡単なシュラウド粗面加工によって、流体に対する羽根車の回転抵抗を低減でき、羽根車の回転数を大幅に増加してポンプ効率を良好にできるポンプの羽根車構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明は、流体を吸排する羽根車１４を内蔵したポンプ部５と、ポンプ部５を収納すると共に流体の吸込口３と吐出口４とを備えたポンプケース６と、羽根車１４を回転駆動するモータ部７とを備え、上記羽根車１４は、前面シュラウド２０と、前面シュラウド２０に対向する後面シュラウド２１と、両シュラウド２０，２１間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根１３，１３……とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記前面シュラウド２０又は後面シュラウド２１の少なくとも一方の羽根１３，１３……が設けられる面とは反対側のシュラウド表面に、多数の小さな凸凹からなる粗面形状部４０を設けたことを特徴としている。
【０００８】
このような構成とすることで、羽根車１４の回転時にシュラウド表面の粗面形状部４０が回転することにより、粗面形状部４０を構成する多数の小さな凸凹によってシュラウド表面を過ぎる流体の流れに小さな乱れを導入し、シュラウド表面との境界層が層流から乱流に変えられて剥離層が生起される結果、流体に対するシュラウド表面の摩擦抵抗が低減する。このような粗面による乱流の発生は、流体に対する羽根車１４の回転抵抗の低減に極めて有効となる。
【０００９】
また、上記シュラウド表面に複数個のディンプル４１を分散して凹設するのが好ましく、この場合、シュラウド表面に凹設したディンプル４１によって乱流が発生することで流体に対する羽根車１４の回転抵抗の低減に有効となり、粗面形状部４０による摩擦低減効果とあいまって、羽根車１４の回転数を大幅に増加可能となる。
【００１０】
また、上記複数個のディンプル４１を異なる大きさに形成すると共に、シュラウド表面の中心側から外周側にいくほどディンプル４１の大きさが大きくなるように配列するのが好ましく、この場合、周速度の大きいシュラウド外周側でディンプル４１の大きさが大きくなっているので、シュラウド外周側で効率よく乱流を発生させることができるものであり、その一方で、周速度の小さいシュラウド内周側ではディンプル４１を小さくしているので、この小さなディンプル４１が回転抵抗となりにくくなる。従って、流体に対する羽根車１４の回転抵抗の低減効果をより高めることができるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、シュラウド表面に小さな凹凸からなる粗面形状部を形成することにより、シュラウド表面との境界層に乱流が発生して剥離層が形成され、流体に対するシュラウド表面の摩擦抵抗が低減する結果、流体に対する羽根車の回転抵抗の低減効果による羽根車の回転数が大幅に増加可能となり、ポンプ効率が良くなる。しかも従来のように高価な樹脂層によるコーティングを行なう必要がなく、簡易なシュラウド粗面加工で済むので、コスト低減を図ると共に生産性能を高めることができ、そのうえ羽根車に乱流発生のための専用の部品を追加する必要もないため、単一樹脂部材で構成できて、安価でポンプ効率の向上を図ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
【００１３】
図４は、遠心ポンプ１を利用した冷却循環装置の一例であり、リザーブタンク５０内の流体（冷媒）は遠心ポンプ１によって冷却器５２へ送られて、発熱部品５３の熱を奪うことで温度が上昇し、その後、放熱器５４へ送られて冷やされ、温度が低下した状態で配管５１を通ってリザーブタンク５０へ戻される。このような冷却循環装置は遠心ポンプ１により流体を循環させて発熱部品５３を冷却するものである。
【００１４】
図１は本実施形態の遠心ポンプ１の一例を示しており、本体ケース２の上端には、流体を吸排するポンプ部５を内蔵するポンプケース６が配置されている。ポンプケース６には、吸込口３と吐出口４とが設けられ、吸込口３は図５のリザーブタンク５０の出側に配管接続され、吐出口４は図５の冷却器５２の入側に配管接続されている。ポンプケース６は例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のプラスチックやステンレス等の金属で構成されている。
【００１５】
本体ケース２内には、ポンプ部５の駆動源となるモータ部７が収納されている。本体ケース２内には防水隔壁８が設けられ、例えばアルミニウム等の金属や耐熱性プラスチック等で構成される。
【００１６】
上記モータ部７は、磁界を発生させる円筒形状のステータ１０と、そのステータ１０を制御する制御部１１と、ステータ１０及び制御部１１の露出を防ぐ蓋１２とを備えている。ステータ１０及び制御部１１は防水隔壁８の外側に配置されており、制御部１１は例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えている。
【００１７】
一方、ポンプ部５には、流体を吸排するための羽根車１４が内蔵されている。
【００１８】
羽根車１４は、例えばＰＰＳ等のプラスチック等で構成され、円板状の前面シュラウド２０と後面シュラウド２１とが複数の羽根（インペラ）１３，１３……を介して溶着されたものであり、羽根１３，１３……間の空間が流体通路７０となっている。
【００１９】
上記複数の羽根１３，１３……は、後面シュラウド２１の中心側から外周側に向けて放射状に延設されている。本例の各羽根１３，１３……は、中心側から外周側に向かうほど羽根車１４の回転方向Ｅに対して後傾するように湾曲している。
【００２０】
後面シュラウド２１の中心側には小径筒部２１ｂが突設され、この小径筒部２１ｂの内側に焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる円筒状の軸受１５が嵌入されており、軸受１５の内側に円柱形状の軸１６が挿入されている。この軸１６は例えばステンレス等の金属で構成され、軸１６の先端部がポンプケース６の軸支持部６ｂに回動自在に遊挿され、軸１６の後端部が防水隔壁８の底部中央側に嵌着されており、この軸１６が羽根車１４が回転中心となっている。
【００２１】
上記羽根車１４の軸受１５の両端には、セラミック等からなる中空円板形状の軸受板１７，１８が摺接しており、羽根車１４の回転により生じるスラスト荷重を軸受板１７，１８にて受け止めるようにしている。
【００２２】
上記後面シュラウド２１の外周側には、羽根車１４の中心と同心円状の大径筒部２１ａが突設され、大径筒部２１ａの外周側に円筒形状のロータ９が一体に取り付けられている。このロータ９は防水隔壁８を挟んでモータ部７のステータ１０と対向配置されている。ロータ９の外面には永久磁石が固定されており、上記ステータ１０が発生させた磁界によりロータ９が回転駆動され、ロータ９と一体の後面シュラウド２１が回転することで、羽根車１４全体が回転駆動する仕組みとなっている。なお図中の６１は後面シュラウド２１の内周側に設けた通水口であり、羽根車１４と防水隔壁８間の水路部６０の水を羽根車１４の流体通路７０に戻すようにしている。
【００２３】
上記羽根車１４の前面シュラウド２０の中心側には、ポンプケース６の吸込口３側に向けて突出する円筒状の吸入口マウス部２２が設けられている。この吸入口マウス部２２はポンプケース６に設けた環状凹部２３内に遊嵌自在に嵌入されている。
【００２４】
ここで、本発明においては、図１に示すように、前面シュラウド２０及び後面シュラウド２１における羽根１３，１３……が設けられる面とは反対側のシュラウド表面に、それぞれ、多数の小さな凸凹からなる粗面形状部４０が形成されている。この粗面形状部４０は、シュラウド表面を過ぎる流体の流れに小さな乱れを導入して、シュラウド表面との境界層を層流から乱流に変えることで剥離層を生起させる機能を有する。なお図１の例では、前面シュラウド２０と後面シュラウド２１の両方のシュラウド表面に粗面形状部４０を形成しているが、前面シュラウド２０と後面シュラウド２１のいずれか一方のシュラウド表面のみに粗面形状部４０を形成してもよいものである。このことは後述する図３の実施形態においても同様である。
【００２５】
また、粗面形状部４０の形成方法として、粗面形成用の粒子をシュラウド表面に吹き付け処理する方法が挙げられる。なお粗面の具体的な形状は適宜設計変更自在であり、例えば図２に示す凹凸形状に限らず、例えば、鋸刃状突起を有する鮫肌形状などが考えられる。要は、乱流を発生させて境界に剥離層を生じさせることができる形状であればよい。
【００２６】
次に動作を説明する。制御部１１によりステータ１０に制御電流が印加されると、ステータ１０が磁界を発生させ、この磁界によりロータ９が回転駆動する。ロータ９が回転駆動すると、ロータ９と一体化された羽根車１４が回転駆動する。これにより吸込口３から流体が吸い込まれて、吸入口マウス部２２を通って羽根車１４内の流体通路７０に吸入されると共に回転する複数の羽根１３，１３……により外周方向Ａに向かう遠心力が付与されて、吐出口４から吐出される。
【００２７】
しかして、羽根車１４の回転時に、シュラウド表面に形成した小さな凹凸からなる粗面形状部４０が回転することにより、粗面形状部４０を構成する多数の小さな凸凹によってシュラウド表面を過ぎる流体の流れに小さな乱れを導入し、シュラウド表面との境界層が層流から乱流に変えられて、剥離層が生起される結果、流体に対するシュラウド表面の摩擦抵抗が低減する。このような粗面による乱流の発生は、流体に対する羽根車１４の回転抵抗の低減に極めて有効となり、羽根車１４の回転数を大幅に増加可能となる。これにより、ポンプ効率が良くなるとともに、剥離層の形成によってシュラウド表面への水の不純物の付着等も少なくなり、羽根車１４の回転抵抗の低減効果をより高めることができる。
【００２８】
しかも従来のように高価な樹脂層によるコーティングを行なう必要がなく、簡易なシュラウド表面を粗面加工するだけで済むので、コスト低減を図ると共に生産性能を高めることができると共に、羽根車１４に乱流発生のための専用の部品を追加する必要もないため、単一樹脂部材で羽根車を構成できるので、安価でポンプ効率の向上を図ることができる利点もある。
【００２９】
図３は、他の実施形態であり、粗面形状部４０が形成されたシュラウド表面に、複数個のディンプル４１を分散して凹設したものである。本例では、複数個のディンプル４１が異なる大きさを有しており、シュラウド表面の中心側から外周側に向かうほどディンプル４１の大きさが大きくなるように配列してある。なお、粗面形状部４０については図２と同様である。本例のディンプル４１は、乱流を発生させてシュラウド表面の境界に剥離層を生起しやすくすることで、流体に対するシュラウド表面の摩擦抵抗を低減する機能を有している。これにより、粗面形状部４０とあいまって、流体に対するシュラウド表面の摩擦低減効果がより高められ、結果、羽根車１４の回転数を大幅に増加可能となる。さらに図３（ｂ）の例では、大きさの異なる５種類のディンプル４１をシュラウド表面の中心側から外周側にいくほどディンプル４１の大きさが大きくなるように配列している。しかして、周速度の大きいシュラウド外周側に向かってディンプル４１の大きさが大きくなっているので、シュラウド外周側で効率よく乱流を発生させることができるものであり、その一方で、周速度の小さいシュラウド内周側ではディンプル４１を小さくしているので、この小さなディンプル４１が回転抵抗となりにくくなる。従って、流体に対する羽根車１４の回転抵抗の低減効果をより一層高めることができるものである。なお、図３（ｂ）の例では、５種類の異なる大きさのディンプル４１を例示しているが、大きさの種類は勿論これに限らない。またディンプル４１は同じ大きさに揃えることも可能である。
【００３０】
本発明の羽根車は、遠心ポンプに限らず、遠心送風機の分野にも広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に用いる遠心ポンプの羽根車のシュラウド表面に粗面形状部を設けた場合の断面図である。
【図２】（ａ）は同上のシュラウド表面に粗面形状部が形成された前面シュラウド及び後面シュラウドの拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）の上方から見た平面図である。
【図３】（ａ）は他例の拡大断面図であり、（ｂ）は同上のシュラウド表面に粗面形状部及びディンプルが形成された前面シュラウドの上方から見た平面図である。
【図４】同上の遠心ポンプを利用した冷却循環装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  遠心ポンプ
３  吸込口
４  吐出口
５  ポンプ部
６  ポンプケース
７  モータ部
１３  羽根
１４  羽根車
２０  前面シュラウド
２１  後面シュラウド
４０  粗面形状部
４１  ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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