(57)【要約】【課題】軸をラジアル方向に回転自在にすることができると共に、動圧軸受けは流体のポンピング圧力を確実に発生することができ、小型化を図れる動圧軸受型ポンプを提供すること。【解決手段】本体内の流体の流体通路内に配置され流入口１１から流体を流入させて流出口１２から流出させる動圧を発生する回転部１２１と、を備え、回転部１２１は、軸１４と、軸を回転すると流入口から流体を流入させて流出口から流出させる動圧を発生させる動圧軸受け１３と、本体内に配置され、通電することで軸を回転させる回転力発生部１３３を有し、動圧軸受けは、流入口側寄りに形成された第１動圧発生溝１５と、流出口側寄りに形成された第２動圧発生溝１６を有し、第１動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第１動圧は、第２動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第２動圧よりも小さい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸が回転することにより動圧を発生して流体を流出させるための動圧軸受型ポンプであり、
一端部は流体の流入口を有し、他端部には前記流体の流出口を有する本体と、前記本体内の前記流体の流体通路内に配置されて前記流体の流入口から前記流体を流入させて前記流体の流出口から流出させるための動圧を発生する回転部と、を備え、
前記回転部は、
軸と、
前記軸を回転すると前記流体の流入口から前記流体を流入させて前記流体の流出口から流出させるための動圧を発生させる動圧軸受けと、
前記本体内に配置され、通電することで前記軸を回転させるための回転力発生部と、を有し、
前記動圧軸受けは、
前記流体の流入口側寄りに形成された第１動圧発生溝と、
前記流体の流出口側寄りに形成された第２動圧発生溝と、
を有し、
前記軸が回転する際に、前記第１動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第１動圧は、前記第２動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第２動圧よりも小さいことを特徴とする動圧軸受型ポンプ。
【請求項２】
前記軸の端部は、前記本体内のスラスト軸受けに対してスラスト方向に回転可能に支持されている請求項１に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項３】
前記第１動圧発生溝の前記軸の軸方向に関する幅は、前記第２動圧発生溝の前記軸の軸方向に関する幅に比べて小さい請求項２に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項４】
前記軸の前記流体の流入口側寄りの部分の直径は、前記軸の前記流体の流出口側寄りの部分の直径よりも小さい請求項２に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項５】
前記第１動圧発生溝の溝深さは、前記第２動圧発生溝の溝深さよりも浅い請求項２に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項６】
前記第１動圧発生溝と前記第２動圧発生溝は、へリングボーン溝であり、前記第１動圧発生溝の流入角は、前記第２動圧発生溝の流入角に比べて大きい請求項２に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項７】
前記本体内には、隔壁が配置されており、
前記回転力発生部は、電気子コイルと、前記電気子コイルに通電することで前記軸を回転させるためのマグネットと、を有し、
前記電気子コイルは、前記本体内であって前記隔壁の外部に配置されており、前記マグネットは前記軸の外周面に固定されている請求項１に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項８】
前記マグネットの表面には、前記マグネットを前記流体から被覆するための被覆部材が配置されている請求項７に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項９】
前記本体は、前記隔壁の周囲を覆う別の隔壁である請求項７に記載の動圧軸受型ポンプ。
【請求項１０】
前記動圧軸受けの円筒部材は、焼結金属からなり、前記流体は潤滑油である請求項１に記載の動圧軸受型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を流出させるための動力源としての動圧軸受型ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体を流出させるためのポンプは、たとえば人工心臓に使われている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−１０２０８７号公報（第３頁乃至第５頁、図５参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のポンプは、図６に図示しており、図７は、図６の従来のポンプの動圧軸受けを示している。
図６において、従来のポンプ３２０は、ラジアル、スラスト方向の動圧発生溝を備えた動圧軸３２１とローターマグネット３２２を有している。動圧軸３２１とローターマグネット３２２は一体回転し、さらにローターマグネット３２２を駆動するための電気子コイル３２３もポンプ隔壁３２４内に配置されている。
従来のポンプ３２０は、動圧軸受け３２１に、ポンピングするための圧力発生手段とローターマグネット３２２をラジアル方向、スラスト方向に回転自在に支持する手段を併せ持たせている。
また、電気子コイル３２３とローターマグネット３２２が、ポンプ隔壁３２４内に配置されているので、一見、流体の漏洩はなく、信頼性に優れるように見える。
【０００５】
しかし、従来のポンプ３２０には、以下のような欠点がある。
搭載されている動圧軸受け３２１は、ローターマグネット３２２と一体となり、スリーブ３３１により、回転自在に支持されている。図７に示すように動圧軸受け３２１は、ラジアル方向を支持する１つの動圧発生溝３３２と、スラスト方向を支持する動圧発生溝３３３を備えており、ラジアル方向、スラスト方向共に保持する構成である。
【０００６】
ローターマグネット３２２はスラスト方向の動圧軸受け３３３により支持しているので、小径化が困難であるという欠点がある。
ここで、動圧軸受け３２１が回転して動圧を発生し、流体をポンプの外部へ図７の矢印Ａへ送り出すためには、流入側のスラスト方向の動圧発生溝３３３の動圧Ｐｄ３３３が、流出側のラジアル方向の動圧発生溝３３２の動圧Ｐｄ３３２よりも、常に小さくなければならない。
たとえば、同じ動圧を発生してしまえば、動圧軸受け３２１は、ただ単に、流体を動圧軸受け３２１内部へと引き込むだけで、移動させることはできないし、もし、逆に流出側の動圧Ｐｄ３３２が小さくなってしまえば、流体は逆に流れてしまうことになる。
しかし、従来のポンプ３２０では、動圧発生の大小関係の規定と、動圧の調整方法について何ら工夫されていない。
【０００７】
また、偶然に流入側の動圧発生溝３３３側の動圧Ｐｄ３３３が、小さく設定され、流体が流出側矢印Ａ方向に流れた場合には、スリーブ３３１は、動圧の低い側から高い側へと移動してしまうので、結果として動圧軸受け３２１は、定位置に支持されることが困難であるという欠点がある。
すなわち実際に使用するためには、たとえば、ピヴォット軸受けを配置することや、動圧発生溝３３３の背面にも動圧発生溝を設けるなど、動圧軸受け３２１を軸方向に固定する何らかの手段が必要になる。しかし従来のポンプには、これらの手段を設けることは不可能である。
【０００８】
上記述べたごとく、従来の動圧軸受型ポンプ内に設けられた動圧軸受けは、実際の使用に耐えないという欠点を持っている。
また、従来ではローターマグネット３３３、電気子コイル３２３が共に、ポンプ内部に配置されていることを特徴としているが、ケイ素鋼板などにより形成されることの多い電気子コイル３２３は当然通電が必要であり、錆びやすく、液体内に配置するのは適当ではない。
またローターマグネット３２２も金属であることが多く、錆びる可能性が高く、単に液体内に配置するのは適当でない。
さらに、従来では、モータを内部に配置するために、ポンプの外壁は、円筒部３２５と隔壁３２４らの複数の部材を組み合せてなり、液体が漏洩しないように、円筒部３２５と隔壁３２４との締結部を完全に密閉することは困難であり、信頼性に乏しくなってしまう。
【０００９】
そこで本発明は上記課題を解消し、軸が回転することにより動圧を発生することで、軸をラジアル方向に回転自在にすることができると共に、動圧軸受けは流体のポンピング圧力を確実に発生することができ、小型化を図れる動圧軸受型ポンプを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、軸が回転することにより動圧を発生して流体を流出させるための動圧軸受型ポンプであり、一端部は流体の流入口を有し、他端部には前記流体の流出口を有する本体と、前記本体内の前記流体の流体通路内に配置されて前記流体の流入口から前記流体を流入させて前記流体の流出口から流出させるための動圧を発生する回転部と、を備え、前記回転部は、軸と、前記軸を回転すると前記流体の流入口から前記流体を流入させて前記流体の流出口から流出させるための動圧を発生させる動圧軸受けと、前記本体内に配置され、通電することで前記軸を回転させるための回転力発生部と、を有し、前記動圧軸受けは、前記流体の流入口側寄りに形成された第１動圧発生溝と、前記流体の流出口側寄りに形成された第２動圧発生溝と、を有し、前記軸が回転する際に前記第１動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第１動圧は、前記第２動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第２動圧よりも小さいことを特徴とする動圧軸受型ポンプである。
【００１１】
請求項１では、本体の一端部は液体の流入口を有している。本体の他端部には液体の流出口を有している。
回転部は、本体内の流体の流体通路内に配置されている。この回転部は、流体の流入口から流体を流入させて流体を流出口から流出させるための動圧を発生させる。
回転部の動圧軸受けは、回転部の軸を回転すると流体の流入口から流体を流入させて流体を流出口から流出させるための動圧を発生させる。回転力発生部は、本体内に配置されていて、通電することで軸を回転させる駆動部である。
【００１２】
動圧軸受けは第１動圧発生溝と第２動圧発生溝を有している。第１動圧発生溝は、流体の流入口側寄りに形成されている。動圧軸受けの第２動圧発生溝は、流体の流出口側寄りに形成されている。
第１動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第１動圧は、第２動圧発生溝がラジアル方向に関して発生する第２動圧よりも小さくなっている。
これにより、動圧軸受けは、軸をラジアル方向に回転自在に支持する役割と、流体のポンピング圧力を発生する役割を兼ねている。すなわち、第１動圧が第２動圧よりも小さいことから、ポンピング圧力を確実に発生して流体が流体の流入口から流体の流出口を抜けて流体通路を通って確実に流体を一方向に移動させて流出させることができる。
動圧軸受けが軸をラジアル方向に回転自在に支持する役割と、流体のポンピング圧力を発生する役割を兼ねているので、動圧軸受型ポンプの小型化が図れる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記軸の端部は、前記本体内のスラスト軸受けに対してスラスト方向に回転可能に支持されている。
【００１４】
請求項２では、軸の端部は、本体内のスラスト軸受けに対してスラスト方向の回転可能に支持されている。
これにより、軸はその軸方向に関して確実に回転することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記第１動圧発生溝の前記軸の軸方向に関する幅は、前記第２動圧発生溝の前記軸の軸方向に関する幅に比べて小さい。
【００１６】
請求項３では、第１動圧発生溝の軸の軸方向に関する幅は、第２動圧発生溝の軸の軸方向に関する幅に比べて小さく設定されている。
このようにすることで、第１動圧は、第２動圧よりも小さくすることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記軸の前記流体の流入口側寄りの部分の直径は、前記軸の前記流体の流出口側寄りの部分の直径よりも小さい。
【００１８】
請求項４では、軸の流体の流入口側寄りの部分の直径は、軸の流体の流出口側寄りの部分の直径よりも小さく設定されている。
これにより、第１動圧は第２動圧よりもさらに小さくすることができる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記第１動圧発生溝の溝深さは、前記第２動圧発生溝の溝深さよりも浅い。
【００２０】
請求項５では、第１動圧発生溝の溝深さは、第２動圧発生溝の溝深さよりも浅くなっている。
これにより、第１動圧は、第２動圧よりもさらに小さくすることができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項２に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記第１動圧発生溝と前記第２動圧発生溝は、へリングボーン溝であり、前記第１動圧発生溝の流入角は、前記第２動圧発生溝の流入角に比べて大きい。
【００２２】
請求項６では、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝はともにへリングボーン溝である。第１動圧発生溝の流入角は、第２動圧発生溝の流入角に比べて大きくなっている。
これにより、第１動圧は、第２動圧に比べてさらに小さくすることができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記本体内には、隔壁が配置されており、前記回転力発生部は、電気子コイルと、前記電気子コイルに通電することで前記軸を回転させるためのマグネットと、を有し、前記電気子コイルは、前記本体内であって前記隔壁の外部に配置されており、前記マグネットは前記軸の外周面に固定されている。
【００２４】
請求項７では、回転力発生部のマグネットは、回転力発生部の電気子コイルに通電することで磁気的な相互作用により軸を回転させるようになっている。電気子コイルは、本体内であって隔壁の外部に配置されている。マグネットは軸の外周面に固定されている。
これにより、電気子コイルは、隔壁により流体から隔離されているので、電気子コイルが流体に曝されることがない。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項７に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記マグネットの表面には、前記マグネットを前記流体から被覆するための被覆部材が配置されている。
【００２６】
請求項８では、マグネットの表面には、マグネットを流体から被覆するための被覆材が配置されている。これにより、マグネットは流体から守ることができる。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項７に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記本体は、前記隔壁の周囲を覆う別の隔壁である。
【００２８】
請求項９では、本体は、隔壁の周囲を覆う別の隔壁で構成されている。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項１に記載の動圧軸受型ポンプにおいて、前記動圧軸受けの円筒部材は、焼結金属からなり、前記流体は潤滑油である。
【００３０】
請求項１０では、動圧軸受けの円筒部材は、焼結金属製であり、流体は潤滑油である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３２】
図１は、本発明の動圧軸受型ポンプ（以下ポンプと呼ぶ）の好ましい実施の形態を示している。
このポンプ１０は、流体供給対象物１００に対して流体Ｌを供給するためのポンプである。
このポンプ１０は、軸１４の回転を支持する手段と、流体Ｌに対してポンピング圧力を発生させるための圧力発生手段を兼ねている。
【００３３】
ポンプ１０は、本体１２０、回転部１２１を備えている。
本体１２０は、第１の隔壁１０２と、空間形成部材１９および最外壁１０３を有している。最外壁１０３は第２の隔壁である。最外壁１０３は、第１の隔壁１０２と空間形成部材１９を内部に収容している。
本体１２０の最外壁１０３の一端部１２３には、流体の流入口１１が形成されている。最外壁１０３の他端部１２４には、流体の流出口１２が形成されている。流体の流入口１１と流体の流出口１２の軸方向は、相互にややずれている。流体の流入口１１は、本体１２０の軸方向の中心部を通っているが、流体の流出口１２は、その中心部からややずれた位置にある。
【００３４】
第１の隔壁１０２は、たとえばほぼ円筒状の部材である。第１の隔壁１０２は、スラスト軸受け１７を有している。第１の隔壁１０２は、流体の流出口１２に繋がる穴１２Ａを有している。
第１の隔壁１０２の流体の流入口１１側の部分１０２Ａの外径は、第１の隔壁１０２の流体の流出口１２側の部分１０２Ｂの外径に比べてやや小さくなっている。第１の隔壁１０２は、ポンプ１０内の流体通路１３０を形成している。この流体通路１３０は、流体の流体の流入口１１と流体の流体の流出口１２に繋がっている。
【００３５】
第１の隔壁１０２は、たとえば真ちゅう、ステンレス等の金属や、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリアミド、ポリイミド、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等からなる高分子材料により作ることができる。
空間形成部材１９は、流体の流体の流入口１１側に設けられたリング状の部材である。空間形成部材１９の中央には、流体の流体の流入口１１と流体通路１３０を繋げる穴１９Ａが形成されている。空間形成部材１９は、流体の漏洩を確実に防止するためのものであり、最外壁１０３と部分１０２Ａの端部を連結している。
【００３６】
次に、回転部１２１の構造について説明する。
回転部１２１は、本体１２０の中に封入された形で配置されている。
回転部１２１は、軸１４と、動圧軸受け１３および回転力発生部１３３を有している。
軸１３は、たとえばステンレス等の金属や上述したようなＬＣＰ、ＰＰＳ、ポリアミド、ポリイミド、ＰＣ等の高分子材料から形成されている。軸１４の端部には半球面の端部１４Ｈが形成されている。この端部１４Ｈは、スラスト軸受け１７に対してスラスト方向に回転可能に支持されている。この端部１４Ｈは、流体の流出口１２側に位置している。
【００３７】
軸１４は、第１部分１４Ａと第２部分１４Ｂおよび第３部分１４Ｃを有している。
第１部分１４Ａは、第３部分１４Ｃと第２部分１４Ｂの間に形成されている。第１部分１４Ａの直径は、第２部分１４Ｂの直径および第３部分１４Ｃの直径よりも小さくなっている。つまり流体の流入口１１寄り側の第１部分１４Ａの直径は、流体の流出口１２側の第２部分１４Ｂの直径に比べて小さく設定されている。
【００３８】
図１に示す動圧軸受け１３は、円筒部材１３Ａを有している。
円筒部材１３Ａは、第１の隔壁１０２の内周面に対してたとえば圧入により固定されている。円筒部材１３Ａは、たとえば真ちゅう、ステンレス等の金属や、焼結金属あるいはＬＣＰ、ＰＰＳ、ポリアミド、ポリイミド、ＰＣ等の高分子材料から形成されている部材である。この円筒部材１３Ａは、特に好ましくは焼結金属により作ることができ、流体はたとえば潤滑油や水である。
【００３９】
第１動圧発生溝１５と第２動圧発生溝１６は、図２と図３（Ａ）と図３（Ｂ）にその形状を示している。
第１動圧発生溝１５と第２動圧発生溝１６は、円筒部材１３Ａの内周面１３Ｂにおいて円周方向に形成されている。
図２では、第１動圧発生溝１５と第２動圧発生溝１６が円筒部材１３Ａの内周面１３Ｂに間隔をおいて形成されている状態を示している。
図２において、軸１４の第２部分１４Ｂの外周面は、第２動圧発生溝１６に対面している。軸１４の第２部分１４Ｂと第１部分１４Ａの間には段差部１４Ｅが設けられているが、この段差部１４Ｅが第１動圧発生溝１５に対面している。
図２と図３（Ａ）に示す第１動圧発生溝１５と、図２と図３（Ｂ）に示す第２動圧発生溝１６は、ともに好ましくはへリングボーン溝である。
図３に示すように、第１動圧発生溝１５の流体の流入角θ１５は、第２動圧発生溝１６の流体の流入角θ１６に比べて大きく設定されている。しかも、好ましくは第１動圧発生溝１５の軸方向の幅Ｌ１５が、第２動圧発生溝１６の軸方向の幅Ｌ１６に比べて小さく設定されている。
【００４０】
次に、図１に示す回転力発生部１３３について説明する。
回転力発生部１３３は、コイル３００とローターマグネット１８を有している。ローターマグネット１８は、軸１４の第３部分１４Ｃの外周面に対して固定されている。
ローターマグネット１８の外周面には、流体が被覆するための被覆部材１０１が設けられている。この被覆部材１０１は、たとえばＬＣＰ、ポリアミド、ポリイミド等の高分子材料をコーティングしたり、あるいはアウトサート成形で設けられている。
ローターマグネット１８が、たとえばＮｄ−Ｆｅ−ＢがＳｍ−Ｃｏ等の焼結金属や、フェライト等から形成されていて流体に対して錆びやすいものであっても、この被覆部材１０１がローターマグネット１８の表面に形成されているので、たとえば流体が水などの場合にローターマグネット１８が直接水に触れることがない。このために、ローターマグネット１８が錆びることはない。
【００４１】
コイル３００は、第１の隔壁１０２の部分１０２Ａの外側に対して固定されている。このコイル３００は、最外壁１０３の中に封入されている。コイル３００のリード線１９Ｌは、最外壁１０３を通じて外部に導かれている。このようにコイル３００が第１の隔壁１０２と最外壁１０３の間において配置されているので、コイル３００が流体に曝されることはない。したがって、コイル３００が錆びたりすることはなく信頼性に優れたものである。
【００４２】
ローターマグネット１８は、円周方向に沿ってＳ極とＮ極が多極着磁されたマグネットである。コイル３００に対して外部から所定の通電パターンで通電することにより、ローターマグネット１８が発生する磁界とコイル３００が発生する磁界の相互作用により、軸１４は、中心軸ＣＬを中心として流体通路１３０内で連続回転するようになっている。この中心軸ＣＬは、流体をポンピングしようとする方向Ｚに沿った方向である。
【００４３】
次に、図１に示す動圧軸受け１３についてさらに詳しく説明する。
動圧軸受け１３は、軸１４を回転すると流体の流入口１１から流体Ｌを流入させて流体の流出口１２から流出させるためのポンピング圧力を発生させる。
この動圧軸受け１３は、このように流体の流入口１１から流体の流出口１２側へポンピングする作用を行う。しかもこの動圧軸受け１３が、軸１４を回転可能にラジアル方向に関して支持する機能も併せ持っている。
この動圧軸受け１３により流体のポンピング作用を発揮させるためには、次のような特徴的な工夫を施している。
【００４４】
図２と図３に示す第１動圧発生溝１５が発生する第１動圧Ｐｄ１５が、第２動圧発生溝１６が発生する第２動圧Ｐｄ１６よりも小さくなるように設定されている。すなわち、流体の流入口１１側の第１動圧Ｐｄ１５が、流体の流出口１２側の第２動圧Ｐｄ１６よりも確実に小さくなるように設定してある。
これによって、値の小さな第１動圧（静圧の高い方）から値の高い第２動圧（静圧の低い方）に向かって、図１に示す流体のポンピング方向Ｚに沿って流体が確実に移動できる。
また、流体の流入口１１の第１動圧Ｐｄ１５が、流体の流出口１２側の第２動圧Ｐｄ１６よりも確実に低くなるように設定するために、次のような方式を１つ又は組み合せて採用することもできる。
【００４５】
図１に示すポンプ１０では、確実に第１動圧発生溝１５の第１動圧Ｐｄ１５が第２動圧発生溝１６の第２動圧Ｐｄ１６よりも小さくなるように、次の工夫をする。
（１）図３に示すように、第１動圧発生溝１５の図３における軸方向の幅Ｌ１５が、第２動圧発生溝１６の軸方向の幅Ｌ１６よりも狭く設定する。
（２）図３に示すように、第１動圧発生溝１５の流入角θ１５が、第２動圧発生溝１６の流入角θ１６よりも大きく設定する。
（３）第１動圧発生溝１５と第２動圧発生溝１６の深さを違えて設定する。この場合には、一概に深くするとか浅くするとの関係ではなく、軸１４と動圧軸受け１３の円筒部材１３Ａのクリアランスと、動圧発生溝の深さとの比が関わり、ピーク値を持つ非線型になっている。
（４）軸１４に対して流体の流入口１１に向けて直径が小さくなるような第１部分１４Ａが、直径の大きい第２部分１４Ｂに対して設けられている。これによって軸１４の第１部分１４Ａと円筒部材１３Ａの間のクリアランスが、第２部分１４Ｂと円筒部材１３Ａの間のクリアランスに比べて圧倒的に大きくなるので、第１部分１４Ａ側が第２部分１４Ｂに比べて発生する動圧が減少する。
【００４６】
本発明の実施の形態のポンプ１０は、動圧軸受け１３と軸１４の形状に特別な工夫を施している。したがって、確実に図１の流体Ｌが流体の流入口１１から流体の流出口１２へのポンピング方向Ｚに沿って流れるようになる。しかもスラスト軸受け１７が、流体の流出口１２側に設けられている。
すなわち、スラスト軸受け１７が、動圧の低い方つまり第１動圧発生溝１５側から、動圧の高いほうである第２動圧発生溝１６側へ移動してしまおうとする軸１４の移動動作を防止する役割を果たしている。したがって、ポンプ１０は確実に使用に耐えることができる。
上述したような流体Ｌを流体通路１３０においてポンピング方向Ｚに沿ってポンピングするやり方は、１つまたは複数組み合せることにより自由に行える。
【００４７】
図１に示すコイル３００は、流体の通過する流体通路１３０から外部に引き出すことは容易ではない。もしコイル３００の引き出した部分のパッキングが不完全であれば、流体の漏洩が生じてしまう。
しかし、本発明の図１に示すポンプ１０は、コイル３００が第１の隔壁１０２の外部に配置されていて、しかも最外壁１０３内に封入されている。このことから、コイル３００のリード線１９Ｌは、最外壁１０３を通じて確実にかつ容易に外部に引き出すことができる。
【００４８】
第１の隔壁１０２に対して空間形成部材１９を設けた後に、その第１の隔壁１０２と空間形成部材１９の周囲には、最外壁１０３が形成される。この最外壁１０３は、上述したように高分子材料からなっている。この最外壁１０３は、シームレス構造により第１の隔壁１０２と空間形成部材１９を覆っている。したがって、流体の流入口１１および流体の流出口１２以外は、回転部１２１は外部から確実に隔てられており、流体の漏洩等の不都合がなくなる。
【００４９】
第１の隔壁１０２は、真ちゅう、ステンレス等の金属や、ＬＣＰ、ポリアミド、ポリイミド、ＰＣ、ＰＯＭ等の高分子材料からなる。この場合には、最外壁１０３の成形時の温度は、第１の隔壁１０２を形成する高分子材料を使用温度範囲内に設定できる高分子材料を用いれば、第１の隔壁１０２と最外壁１０３は、いわゆる２段成形で形成することができる。
空間形成部材１９は、もちろん真ちゅうやステンレス等の金属でもよいし、上述したような高分子材料で作ってもよい。
【００５０】
本発明のポンプ１０は、図４に示す燃料電池７０や、図５に示すようなＣＰＵ（中央処理装置）冷却装置８０に適用することができる。
図４の燃料電池７０は、本発明のポンプ１０を搭載している。燃料電池７０は、液体水素燃料を注入するためのポンプの役割を持っている。
水素貯蔵タンク２４１から、ポンプ１０を用いて、反応槽２４２へ水素を送り込み、ファンモータ２４３に空気を送り込むことで、水素を空気中の酸素と反応させて、発電をさせるシステムである。
【００５１】
また、水素の量の制御回路や、反応熱、湿度を管理するセンサーなどの電気回路なども搭載し、反応熱による温度の上昇を抑えるために、反応槽２４２にはヒートシンク２４４が設けられ、さらにヒートシンク２４４を冷却用ファンモータ２４５で送風し、冷却効果を高めることもできる。
【００５２】
燃料電池４０は、本発明のポンプを搭載しているので、小型化が可能である。言い換えれば、その分水素貯蔵タンクを大きくできるので、反応時間を長くすることもできる。
発電時には、発熱量や湿度を感知しつつ、水素の送り量を制御する必要があるが、回転式の本発明のポンプ１０は、制御が簡素で都合がよい。
【００５３】
また図５は、本発明のポンプ１０を適用したＣＰＵ冷却装置８０を示している。このＣＰＵ冷却装置８０には、水などの冷却液が充填されている。ポンプ１０を駆動すれば、ＣＰＵ冷却装置８０は、経路２５１を経て、ＣＰＵ２５２上を経て冷却板２５３上を経て、ポンプ１０に戻る循環型の冷却装置である。
【００５４】
たとえばＣＰＵ冷却装置８０をノート型パーソナルコンピュータに搭載すれば、小型で冷却性能のよいものとなり、結果ＣＰＵ２５２の消費電流も低減できる。
このように、本発明のポンプ１０は、流体として、水や液体水素燃料、不凍液、冷却油等、多様なものを採用することができる。本発明のポンプが、燃料電池のポンプとして用いられる場合には、液体水素やメタノールをポンピングするために用いられるので、流体がいずれも金属を腐食させるものである場合が多い。したがって、液体に直接触れる部材は、表面が極力高分子材料で構成されていることが望ましい。
【００５５】
本発明の実施の形態では、動圧軸受型ポンプは、ラジアル方向の動圧発生溝を２つ以上備えた動圧軸受けを有している。この動圧軸受けは、軸をラジアル方向に関して回転可能に支持する役割と、流体をポンピングするポンピング圧力を発生する役割を兼ねている。したがって、動圧軸受型ポンプは小型化が図れる。
動圧軸受けの形状には上述したような各種の工夫を施しているので、確実に流体をポンピング方向Ｚに沿って一方向へ移動させることができる。軸１４がスラスト方向に関してスラスト軸受けにより回転自在に支持されているので、軸が流体通路内で移動しない実用性の高いものである。
【００５６】
流体中に配置されているローターマグネットには、高分子材料がアウトサート成形やコーティングにより形成されている。しかも、コイルは第１の隔壁の外に配置されている。したがってローターマグネットおよびコイルともに流体に直接触れることがないことから、ローターマグネットやコイルが錆びにくくコイルからの配線をポンプの内部から外部へ引き出す必要もなくなる。
ポンプの周囲は、最外壁によりシームレスにより封入されているので、流体の漏洩のない信頼性の優れた動圧軸受型ポンプが提供できる。
【００５７】
ところで本発明の上記実施の形態に限定されるものではない。
本発明の動圧軸受型ポンプは、上述したようなＣＰＵ冷却装置や燃料電池の流体ポンピング用に用いるだけでなく、他の種類の装置に用いても勿論構わない。上述した実施の形態では、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝は、円筒部材の内周面に形成されている。しかしこれに限らず、第１動圧発生溝と第２動圧発生溝は、軸の外周面に設けても勿論よい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸が回転することにより動圧を発生することで、軸をラジアル方向に回転自在にすることができると共に、動圧軸受けは流体のポンピング圧力を確実に発生することができ、小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動圧発生軸受け型ポンプの好ましい実施の形態を示す断面図。
【図２】図１のポンプの軸受けの一部分を拡大して示す図。
【図３】図２の軸の第１動圧発生溝と第２動圧発生溝の形状例を示す図。
【図４】本発明のポンプが適用されている燃料電池の例を示す斜視図。
【図５】本発明のポンプが適用されているＣＰＵ冷却装置の例を示す斜視図。
【図６】従来のポンプの断面構造を示す図。
【図７】図６の従来のポンプの動圧発生部を示す斜視図。
【符号の説明】
１０・・・動圧軸受型ポンプ（ポンプともいう）、１１・・・流体の流入口、１２・・・流体の流出口、１３・・・動圧軸受け、１４・・・軸、１５・・・第１動圧発生溝、１６・・・第２動圧発生溝、１７・・・スラスト軸受け、１８・・・ローターマグネット、１２０・・・本体、１２１・・・回転部、１３０・・・流体通路、１３３・・・回転力発生部、３００・・・コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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