(57)【要約】  少なくとも一つの回転部材を封入するハウジングを有するポンプヘッドを製造するために、様々な方法が開示される。代表的な方法において、集団で組み立てられた際に回転部材を収納するポンプキャビティを形成する第１ハウジング部及び第２ハウジング部が提供される。回転部材は、ポンプキャビティに関係する回転部材の所望の隙間により決められる特定の厚さの少なくとも１つの溶解性スペーサーと共に、ポンプキャビティに取り付けられる。スペーサーは、ハウジング部の対応する表面に対向する回転部材の表面に接触する。第１及び第２ハウジング部は、回転部材を有するポンプキャビティを形成するために互いに接合される。溶解性スペーサーは、ポンプキャビティ内で回転部材の所望の隙間を提供するために溶解される。ハウジング部が例えば接着剤によって互いに接合される際に、スペーサーは、ポンプキャビティ内で回転部材の所望の隙間を形成する。
2010538206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの回転部材を封入したハウジングを含むポンプヘッドの製造方法であって、
組み立てられた際に集合体として前記回転部材を収納するポンプキャビティを規定する第１ハウジング部及び第２ハウジング部を提供する工程と；
少なくとも１つの前記回転部材を前記ハウジング部に取り付ける工程と；
少なくとも１つのハウジング部に面する少なくとも１つの前記回転部材の表面に接触し、所望の隙間に対応して規定される厚さを有する溶解性スペーサーを配置する工程と、
少なくとも１つの前記回転部材を有する前記ポンプキャビティを形成するように前記第１及び前記第２ハウジング部を接合する工程と；
少なくとも１つの前記回転部材の前記所望の隙間を提供するように前記ポンプキャビティにおいて溶解性スペーサーを溶解する工程と；
を備えるポンプヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記接合工程は、前記溶解性スペーサーによって止められるまで、ハウジングに対して特定の前負荷を形成するために前記第１及び第２ハウジング部を互いに押し合う工程を含む、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項３】
少なくとも一つの前記回転部材は複数のポンプギアを含み、
前記取り付け工程は、前記第１及び第２ハウジング部が互いに接合される前に、前記ポンプキャビティ内に前記ポンプギアを実装する工程を含む、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記所望の隙間は、前記ポンプキャビティの内表面の対応する場所に関連する少なくとも１つの前記回転部材の所望の端部の隙間である、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記回転部材は、前記ポンプキャビティにおいて互いに噛み合う第１及び第２ギアを含み、
前記所望の隙間は、前記ポンプキャビティ内の内表面に対する場所の前記ギアの所望の端部の隙間である、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記溶解性スペーサーの配置は、前記ギアの側面と前記ポンプキャビティの対応する内表面との間に所望の端部の隙間を形成するように、各ギアに同軸上に溶解性ワッシャを配置する請求項５に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記接合する工程は、前記第１ハウジング部と第２ハウジング部とを接着する工程を含む、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記接着工程は、
前記第１及び第２ハウジング部の表面を一対にするように接着剤を塗布する工程と、
前記第１及び第２ハウジング部の接続後、前記接着剤を硬化する工程と、を含む、請求項７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記接着剤の硬化前に、前記第１及び第２ハウジング部に前負荷を加える工程を更に備える、請求項８に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１０】
回転装置が少なくとも一つの前記回転部材に接続するように前記ポンプヘッドに回転装置を実装する方法を更に含み、前記回転装置は、前記ポンプキャビティにおいて少なくとも一つの前記回転部材の回転を引き起こすように電圧が加えられる、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記回転装置は、少なくとも一つの回転部材に接続される回転磁石と、前記回転磁石に磁気的に接続される磁石ドライバと、を含み、
前記取り付け工程は、前記磁石をマグネットカップに封入する工程と、前記マグネットカップが前記ポンプキャビティに流体連結されるように接続されるように前記マグネットカップを少なくとも一つの前記ハウジング部に取り付ける工程と、を含む、請求項１０に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記溶解工程は、前記スペーサーを溶解するために前記ポンプキャビティ内で溶液を循環する工程を含む、請求項１に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記溶液を循環する間、少なくとも一つの前記回転部材を回転する工程を更に含む、請求項１２に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１４】
組み立てられた際に集合体としてギアキャビティを形成する第１ハウジング部及び第２ハウジング部を提供する工程と、
前記ハウジング部に駆動ギア及び被動ギアを取り付ける工程と；
所望の端部の隙間に対応する厚みを有し、前記ギアキャビティ内において少なくとも１つの前記ハウジング部に面する前記ギアの少なくとも１つの表面に接触する溶解性スペーサーを配置する工程と、
前記第１及び第２ハウジング部を前記溶解性スペーサーによって止められるまで互いに押し合う工程を含み、前記ギアを含む前記ギアキャビティを形成するように前記第１及び第２ハウジング部を接合する工程と、
前記ギアキャビティにおいて、前記ギアの前記所望の端部の隙間を提供するように前記溶解性スペーサーを溶解する工程と、
を備える、ギアポンプヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２ハウジング部の一対の表面に接着剤を塗布する工程と、
前記第１及び第２ハウジング部の接合後、前記接着剤を硬化する工程と、を更に備える、請求項１４に記載のギアポンプヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記駆動ギアに回転磁石を取り付ける工程と、
前記ハウジング部の少なくとも１つに取り付けられたマグネットカップに前記磁石を封入する工程と、を更に備える請求項１４に記載のギアポンプヘッドの製造方法。
【請求項１７】
ハウジングに封入された少なくとも１つの回転部材を含むポンプヘッドの製造方法であって、
組み立てられた際に集合体としてポンプキャビティを形成する第１ハウジング部及び第２ハウジング部を提供する工程と、
前記ポンプキャビティ内で回転可能なように前記ハウジング部に少なくとも１つの回転部材を取り付ける工程と、
少なくとも１つの回転部材を含む前記ポンプキャビティを形成し、前記少なくとも１つの回転部材は、前記ポンプキャビティの対応する表面に接触する前記第１及び第２ハウジング部を接合する工程と、
少なくとも１つの前記回転部材と前記ポンプキャビティの少なくとも１つの対応する表面との間の内部障害を軽減するために前記ポンプキャビティ内の少なくとも１つの前記回転部材を駆動する工程と、
を備える、ポンプヘッドの製造方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記回転部材は、被動ギアと噛み合う駆動ギアを含み、
前記駆動工程は、前記ポンプキャビティ内で所望の各端部の隙間を提供するように、前記ギア及び前記ハウジング部の各表面の間の内部障害を軽減する、請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記取り付け工程は、前記ギアの各対向表面に対してハウジング部の接触により止められるまで前記第１及び第２ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項１８に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記取り付け工程は、特定の前負荷を加えながら前記第１及び第２ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記取り付け工程は、少なくとも１つの前記回転部材の各対向表面に対してハウジング部の接触により止められるまで、前記第１及び第２ハウジング部を互いに押し合う工程を更に含む、請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２ハウジング部の表面を一対にするために接着剤を塗布する工程と、
前記第１及び第２ハウジング部の取り付け後、前記接着剤を硬化させる工程と、を更に含む請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２３】
回転磁石を少なくとも１つの前記回転部材に接続する工程と；
少なくとも１つの前記ハウジング部に実装され前記ポンプキャビティと流体連結するマグネットカップに前記磁石を封入する工程と；
を更に含む請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２４】
前記取り付け工程中に、少なくとも１つの前記回転部材と前記ポンプキャビティの対応する表面との間に、前記ポンプキャビティの対応する表面に関連した少なくとも１つの前記回転部材の特定の隙間に対応した厚みを有する溶解性スペーサーを追加する工程と、
前記取り付け工程後に、前記特定の隙間を形成するために前記スペーサーを溶解する工程と、
を更に含む請求項１７に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２５】
前記特定された隙間は、端部の隙間である、請求項２４に記載のポンプヘッドの製造方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の方法で製造されたポンプヘッド。
【請求項２７】
請求項１４に記載された方法で製造されたポンプヘッド。
【請求項２８】
請求項１７に記載された方法で製造されたポンプヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体システム内にギアポンプ、及びハウジングの中に１つ以上の回転部材が配置され、液体をポンピングするために使用されるその他のポンプに関する。本開示の実施例は、磁気的に駆動され、ハウジングが密封されたギアポンプについて説明している。
【背景技術】
【０００２】
液体及びその他の流体をポンピングするために、ギアポンプ及び同様のポンプは、比較的小さなサイズ、低騒音駆動、信頼性、及びポンピングされる流体に対して汚れることなく操作できることにより、多く用いられている。またギアポンプは、外部環境から流体を隔離しながらポンピングするのに有利である。この後者の有益な特徴は、漏れが起きやすく信頼性の低いシャフトシールすなわち回転ポンプドライブシャフトの周りの液体シールを排除した、磁気的に接続されたポンプドライブメカニズムの出現により更に改善されている。
【０００３】
ギアポンプは、流体を使用する場所に極めて正確に流体を送らなければならない場合を含む様々なアプリケーションに使用されている。このようなアプリケーションは、例えば医療や科学機器における流体の輸送を含んでいる。その他のアプリケーションには、能動冷却や物体の温度調節のために冷却液が使用される場所への冷却液の輸送がある。
【０００４】
冷却システムに関して、ギアポンプ及び同様のポンプの新しいアプリケーションは、マイクロ電子デバイスの循環液体冷却である。特にこのアプリケーションの要求が厳しい点は、ポンプを含む液体冷却装置のためのとても厳しい空間的な制約、極めて高い信頼性、最小限のコスト、ポンプの駆動に必要な低エネルギー収支、である。
【０００５】
これらの継続的努力と、その他の要求されているアプリケーションは、小型化され、より信頼性が増し、低価格になり、よりエネルギー効率の良いギアポンプの発展の利益を促進させている。ギアポンプがこれらの基準を満たすために小型化されてきたため、ある技術的な課題が浮上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第２００７−００７１６１６号
【特許文献２】特開昭５４−１２２６４６号
【特許文献３】米国特許第４３７０１１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
１つ目の技術的課題は、軽量で耐久性のある素材で形成され、本質的に低価格であり容易に低価格で形成することができ、寸法が長期間変わらないポンプヘッドのハウジングの製造に関することである。この点に関して、ステンレスや従来型の大型なポンプヘッドのハウジングに使用されてきた他の金属は、多くの場合、強化熱可塑性｛きょうか ねつ かそせい｝プラスチックに置き換えられてきている。プラスチックの使用は、重量を大幅に減らし、従来型の金属のポンプヘッドのハウジングの機械加工工程の全てではないが大部分を排除する。この強化（例えばファイバー）は、寸法や構造の安定性や耐久性をもたらす。また金属と比較して、プラスチックは本質的に低価格であり、有利に形成することができ、さらに製造コストを下げることができる。
【０００８】
プラスチック又は他の適材は、小型のポンプヘッドのハウジングの製造への使用に加えて、ギアポンプヘッドのハウジングの中の“ギアキャビティ”又は“ポンプキャビティ”に配置されるギアセットを製造するためにも使用される。プラスチック製の極小ギアでさえ、特定のアプリケーションに対して高い信頼性及び耐久性を示す。また、従来の磁気駆動ギアポンプヘッドのように、プラスチックは、小型のポンプヘッドのマグネットカップの加工にも使用されている。マグネットカップは、ギア（駆動ギア）の１つに磁気的に接続され、マグネットカップの外側に配置されるドライバ（通常、同軸性固定子として構成される）に磁気的に接続される、軸方向に回転可能なマグネットを封入することができる。ドライバによって作られる回転磁場は、マグネットカップの壁を突き抜け、マグネットを回転させる。マグネットカップの内部（マグネットを含む）は通常、ポンプヘッドにより汲み上げられている液体によって浸水しており、ギアキャビティと流体連結している。
【０００９】
その他の技術的課題は、累積公差（tolerance stack-up）に関する。ポンプヘッドの部品のサイズが縮小されているので各部品の寸法公差は狭くなり、寸法公差の達成及び調整が更に難しくなってきている。また、複数の部品として累積する個々の部品の公差は、ポンプヘッドの中に集められる。例えば、従来のポンプヘッドに対応する個々のハウジング部材や回転部材の寸法公差は、５倍から１０倍小さい小型ポンプヘッドでは耐えることができない。部品が型で作る加工又は機械加工であろうと、または部品が加工される特別な部材に関係なく、累積公差の問題は発生する。また、型で作る加工を含む精密製造工程において、コストは大幅に上昇する。
【００１０】
公差問題は、小型部品の寸法の全般において発生する。例えば、ポンプヘッドのハウジングは通常、とても精密に互いにおよび他の部品（例えばギアとマグネットカップ）と位置合わせされる少なくても幾つかのハウジングの部分により構成される。従来の位置合わせ器具は、位置合わせピン、機械留め具、又は同様の器具など、特に費用の点から許容されるもの使用を含む。しかし、ポンプヘッドの大幅な小型化により、位置合わせピンは多くの場合、効果的で使うのに便利であるには小さすぎる（そしてピン自身の厳しい公差を保持する必要からピンの製造価格がとても高くなる）。従って、従来の方法により組み立てられた小型部品の公差の厳密さ、そして部品が組み立てられた時の個々の公差の累積公差に対する実用限界がある。これらの限界（及びこれらの解決に係る費用）には、小型化目標として継続して取り組まなければならない。
【００１１】
小型ポンプヘッドの更に他の技術的課題は、ハウジングの部分間への適切な固定シールの形成及び維持である。従来の大型のポンプヘッドのハウジングでは、Ｏリングまたは同様のものが、対になっているハウジングの部分間の固定シールを形成するために用いられる。ポンプヘッドのハウジングの小型化では、使用されるＯリングの大きさを小さくし、厚さを薄くすることが必要である。同様に、Ｏリングの形成及びＯリングが固定シールの形成用に配置されるグランドの形成においても公差問題が発生する。
【００１２】
小型ポンプヘッドにおいて、ハウジング内に形成されるキャビティに対するギア又は他の回転部材の隙間もまた重大な課題である。例えば、ハウジングに対するギアの隙間は、ギアとギアキャビティを規定するハウジングの部品とに関わる累積公差に直接関係してくる。この隙間の課題は、ギアキャビティにおけるギアの半径方向の隙間だけでなく、ギアキャビティの壁の端に対するギアの軸方向（先端）の隙間にも関係している。小型のポンプヘッドにおいて、これらの隙間の間隔は、数十ミクロン又はそれ以下である。必要以上の隙間（半径方向、軸方向）は、ポンプヘッドが必要以上の逆流（バックフロー）を示す原因となる場合がある。負の隙間（例えば、隙間が全くない）は、ギアがハウジングの中で動かなくなり、ポンプヘッドを操作不能にする。従って、広すぎる隙間と不十分（又はネガティブ）な隙間との差は極めて小さく、従来の方法で隙間を制御することは難しい。製造公差のため全く同じ寸法を持つ２つの部品は存在せず、またポンプヘッドの各構成部品がそれぞれの公差を持つため、小型ポンプヘッドを製造するために従来の方法を使用する場合、製造ライン上におけるポンプヘッドごとの累積公差が、毎回正しい隙間を形成することはほとんど不可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の観点から、本開示は、少なくとも１つの回転部材を内包するハウジングを含むポンプヘッドを製造する方法を提供する。この具体的な方法は、以下の要約された工程を含んでいる。組み立てられたときに第１及び第２ハウジングの部分は集合体となり、回転部材を収容するポンプキャビティを形成する。回転部材は、ハウジングの部分の中に配置され、ポンプキャビティ内で回転可能なように組み立てられる。ポンプキャビティに配置されるのは、ポンプキャビティに対して回転部材の所望の隙間に一致した厚さの少なくとも１つの溶解性のスペーサーである。スペーサーは、ハウジング部の対応する表面に対向する回転部材の表面に接触して配置される。第１及び第２ハウジング部は、その後、回転部材を含んだポンプキャビティを形成するように互いに接合される。その後、溶解性スペーサーは、ポンプキャビティにおいて回転部材の所望の隙間を提供するために溶解される。例えば接着剤などでハウジング部が互いに接合されると、スペーサーは、ポンプキャビティにおいて回転部材の所望の隙間を形成する。例として、スペーサーは水溶解性の物質で形成されてもよい。
【００１４】
ハウジング部は、形状、サイズが同一である必要は無い。通常、ハウジング部には少なくとも２つの部材により形成され、ハウジング部がまだ接合されていない時には、各部材は少なくとも１つの回転部材とあらゆる付属部材（例えば、ブッシング、車軸）が配置される場所が規定される。ハウジング部が互いに接合された時、少なくとも１つの回転部材及び付属部材を含んだポンプキャビティが規定される。
【００１５】
対象となる方法の主要となるアプリケーションは、回転部材が個別のギアであるギアポンプヘッドの製造に対するものである。しかしながら、この方法は、ギアポンプヘッドの製造に対するものに制限されるものではない。例えば、少なくとも１つの回転部材は、２つのポンプギア、すなわち被動ギアと互いにかみ合う駆動ギア、を含む。このようなポンプヘッドの組立工程は、第１及び第２ハウジング部を一つに接合する前に、ポンプギアをポンプキャビティに実装する工程を含む。ポンプギアが所望する典型的な（しかし限定的ではない）隙間は、ポンプキャビティの内表面の場所に対応するギアが所望する端部の隙間である。端部の隙間は、ギアの両側面とそれに対応するポンプキャビティの内表面との間に所望の端部隙間が作られている各ギアの同軸上に配置される溶解性ワッシャとしてのスペーサーを形成することによって作られる。
【００１６】
ハウジング部は互いに接合されるときに、所定の前負荷（ハウジング部同士を接合するための力）を受ける。特定の前負荷は、スペーサーが各回転部材とそれに対応するポンプキャビティの表面との間に配置されることを確実にする手助けをする。スペーサーが規定の厚さに製造されるならば、スペーサーを正確に配置することによりスペーサーが溶解した後に所望の隙間（スペーサーの厚さに一致する）を得ることができる。仮にそうだとしても、少なくともハウジング部を互いに接合するために使われる技術の実行中は、前負荷が一般的には加えられる。例えば、ハウジング部が互いに接着剤で接合される場合、所望の前負荷は少なくとも接着剤の塗布後に加えられ、そして接着剤の硬化中に継続して加えられる。
【００１７】
ハウジング部を互いに接合は、接着剤による接合に限られることなく、他のいくつかの技術を使用して行っても良い。これらの代替技術としては、例えば、熱接合、ソニック接合、機械接合の使用、などがある。これらの技術（及び接着剤技術）は、ハウジング部がプラスチック素材である場合に特に有用であるが、金属ハウジングに使用されてもよい。ハウジング部が金属製である場合、はんだ付けまたはろう付けなどの技術が使用されてもよい。ハウジング部は十分な剛性を有していることが望ましく、また接合技術は、スペーサーが溶解した後もスペーサーによって形成された所定の隙間が一定に保たれることを確実にする十分に安定した技術であることが望ましい。
【００１８】
この方法は更に、回転装置が少なくとも１つの回転部材に接続されるように回転装置をポンプヘッドに実装する方法を含む。回転装置は通常、ポンプキャビティ内で回転部材を回転させることによりエネルギーを与えることができる。例えば、回転装置は、少なくとも１つの回転部材に接続される回転可能な磁石と、回転可能な磁石に磁気的に接続される磁石ドライバとを含む。そのような時には、組立工程は、磁石をマグネットカップに封入し、マグネットカップがポンプキャビティに流体連結するように少なくとも一つのハウジング部にマグネットカップを実装する工程を含むことができる。
【００１９】
スペーサーは通常、組立られたポンプヘッドの中で溶媒を循環させることにより溶解される。具体的に手頃な溶媒は水であるので、スペーサーは水溶解性である必要がある。その間、回転部材はスペーサーの溶解を促すために回転されてもよい。
【００２０】
その他の方法の実施例は、ギアポンプヘッドの製造方法を対象とする。この方法は、組み立てられた際にギアキャビティを形成する第１ハウジング部と第２ハウジング部を集合的に提供する工程を含む。少なくとも２つのギア（駆動ギア及び被動ギア）がハウジング部、より明確にはギアキャビティ内に組み立てられる。所望された端部の隙間に対応するように決められた厚みを有する少なくとも１つの溶解性スペーサーは、ギアキャビティ内の少なくとも１つのハウジング部に面したギアの少なくとも一つの表面に接触して配置される。これら及び他の必要な部材をギアキャビティ内に組み立てた後、第１及び第２ハウジング部は、ギア及び他の部材を含んでいるギアキャビティを形成するように互いに接合される。この接合工程は、第１及び第２ハウジング部を溶解性スペーサーによって止められるまで互いに押し合わせる工程を含む。溶解性スペーサーはその後、各ギアの所望された端部の隙間を提供するためにギアキャビティ内で溶解される。
【００２１】
ハウジング部を互いに接合するために、接着剤が使用されてもよい。このような時は、その方法は、第１及び第２ハウジング部の一対の表面に接着剤を塗布し、第１及び第２ハウジング部を接合した後に接着剤を硬化する工程を含むことができる。
【００２２】
その方法は、回転可能な磁石を駆動ギアに実装し、少なくとも１つのハウジング部に実装され、ギアキャビティと流体連結するマグネットカップ内の磁石を封入する工程を更に含むことができる。
【００２３】
方法の更に他の実施例、第１及び第２ハウジング部が上述されたように提供される。少なくとも１つの回転部材は、回転部材がポンプキャビティ内で回転可能なようにハウジング部に組み立てられる。各回転部材がポンプキャビティの対応する表面に接触するように、回転部材を含むポンプキャビティを形成するために第１及び第２ハウジング部は互いに接合される。ポンプキャビティ内の回転部材は、回転部材とポンプキャビティの対応する表面との間の内部障害を減らすために作動（回転）される。
ポンプキャビティの表面に関する回転部材を動かすことにより、回転部材の表面及びポンプキャビティの表面の高くなっているところや他の微小な凹凸が徐々に破壊され取り除かれる。その結果、組立ラインで回転部材とポンプキャビティの表面との間に一定の基準でとても精密な公差隙間が形成される。
【００２４】
上述されたように、回転部材は、少なくとも一つの被動ギアと噛み合う駆動ギアであってもよい。そのような時は、作動工程は、ギア及びハウジング部の各表面の間の内部障害を減らし、ポンプキャビティ内のギアの各所望の端部の隙間を提供する。
【００２５】
この接合工程は、望ましくは、ギアの各表面の向きに対して、ハウジング部が接触によって止まるまで第１及び第２ハウジング部を互いに押し合わせることが含まれる。この押し合わせは、明確になれた前負荷の下に行われることが望ましい。ハウジング部は接着または互いに連結される。ここで、少なくとも接着または同様の事が行われている間に前負荷が加えられることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
この方法の実施例は、上述された第１実施例と組み合わされてもよく、組み立て工程の間に、溶解性スペーサーは回転部材及びポンプキャビティの対応する表面の間に配置される。接合工程の後、スペーサーは溶解する。
【００２７】
本発明の上述の事及び他の物体、特性、及び有利な点は、添付図を参照した後述の明細書によりさらに明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】第一実施例に従ったギアポンプヘッドの同軸上に展開した斜視図である。
【図１Ｂ】第一実施例に従った組み立てられたギアポンプヘッドの立面図（左右対称に分けるサジタル面（正中矢状面）に沿った）である。
【図２Ａ】第二実施例に従ったギアポンプヘッドの同軸上に展開した斜視図である。
【図２Ｂ】第二実施例に従った組み立てられたギアポンプヘッドの立面図（正中矢状面に沿った）である。
【図２Ｃ】第二実施例に従った組立位置に配置された二つのハウジング部の斜視図である。
【図２Ｄ】第二実施例に従った組み立てられたハウジングの立面図（正中矢状面に沿った）である。
【図３】ここに説明されたようなポンプヘッドが使用されてもよい代表的な流体回路の概略ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、上述された問題、特に小型ポンプヘッド及び１つ以上の回転部材を含むその他のポンプヘッドに関する問題に対処し解消する。すなわち、とりわけこのような問題を解決するための方法が提供される。
【００３０】
本開示は、代表的な実施形態の内容に説明されるが、いかなる方法においてもこれに限定されるわけではない。
【００３１】
本明細書で使用される、単数形の“一つの（ａ）”又は“その（ｔｈｅ）”は、その他に明確に指示しない限り複数の形を含む。また、“含む”という表現は“有する”を意味する。更に、“接続される”という表現は、機械的及びその他の方法で物体を接続又は繋げることを含み、接続される物体の間に他の物体が配置されることを排除するものではない。
【００３２】
本明細書で説明される事柄及び方法は、何かを制限するものではない。代わりに、本開示は、新しい事柄で明らかになっていない特徴や開示される様々な具体例の特徴を示す。開示された事柄及び方法は特定の観点や特性、或いはそれらの組み合わせに限定するものではなく、また開示された事柄及び方法は、１つ以上の特有の利点や問題が解決されることが要求されているわけではない。
【００３３】
いくつかの開示された方法の実施に関しては、説明の都合で特定且つ順序立てて説明している。しかし、以下に説明される特別な手法のために特定の順序にする必要が無い限りは、説明の順番はどのような順番でも良い。例えば、順番に記述された実施例の実施は、幾つかの場合、実施の順番が変えられるか、実施を同時に行ってもよい。さらに、開示された物及び方法は他の物及び方法と併せて使用されてもよいが、簡略化のために添付の図面は様々な方法を示していない場合がある。また、明細書において“生成する”及び“提供する”という表現が、開示された方法を説明するために度々使用される。これらの表現は、実際に行われる実施を高度に抽象化したものである。これらの表現に対応する実際の実施は、実施方法によって変わり、また当業者によって容易に認識される。
【００３４】
後述の明細書において、特定の表現、例えば“上”、“下”、“上部”、“下部”、“横の”、“縦の”、“左”、“右”、及びこれらに似たような表現が使用されるかもしれない。これらの表現は、これらの表現が当てはまる所で、相対的な関係を扱う時に、記述を明瞭にするために使用される。しかし、これらの表現は絶対的な関係、位置、方向を表わすものではない。例えば、物体の“上面”は、単純に物体を上下に反転した場合に“下面”になる。それにもかかわらず物体は変わらない。
【００３５】
本方法の様々な実施形態は、次の特徴を１つ以上持っている。（ａ）部品の数とそれによる費用の削減のための、ネジやネジのようなもの等の機械的留め具の実質的な排除及び個別の位置合わせピンの実質的な排除する；（ｂ）個別のアライメント機能や部品を使用することなく、部品間のアライメントを正確に行うための１つ以上のアライメント機能の特定の部材への取り込む；（ｃ）ハウジングの中の回転部材が所望される端部の隙間を得るために、ハウジングの組み立て中に回転部材とハウジングの内表面との間に、薄くて溶解性で一時的なスペーサーが配置、そしてこのスペーサーはその後、回転部材とハウジングとの間に所望の隙間を形成するために溶解する。；（ｄ）ハウジング内に回転部材の所望された端部の隙間を得るために、回転部材はポンプキャビティに組み立てられる。そしてハウジング部は軸方向に互いに押し合わされながら組み立てられる。続いて、ハウジング部が互いに押し合わされた状態で回転部材を回転させて回転部材とハウジングの内表面との間の邪魔になる凹凸を取り除き、所望された端部の隙間を形成する。；そして（ｅ）部品同士を接合し液体封止を行うために、ハウジングの接合部分が、適切な接着剤またはハウジングを形成している物質に適切な他の接合技術を用いて接合される。対象となっている方法は、小型化され密閉された磁気駆動のポンプの所望のレベルの信頼性と耐久性を満たすと同時に、小型化されたポンプヘッドの大量生産に特に適している。
【００３６】
平行軸に対して回転する互いにかみ合わされたギアである回転部材（通常はハウジングに少なくても２つある）を有するギアポンプヘッドの関連として、様々な実施例が説明される。ここに記述される方式は、遠心ロータ、ローブロータ、ロータリーピストン等の他の型の回転部材を有するポンプヘッドにも用いることができる。
【００３７】
様々な実施例は、少なくとも適切なプラスチック材により形成されたハウジングに関して記述される。しかしながら、ここに記述される方式は、セラミック、金属、半導体、グラス素材などに限定されない他のどのような素材により形成されたハウジングにも適用できる。
【００３８】
＜第一実施例＞
第１実施例は、ポンプヘッドの製造方法に関して示している。ここで、ハウジングにおける回転部材の所望の端部の隙間は製造中に形成される。ギアポンプヘッドの製造に適用される実施例は、図１Ａ及び図１Ｂに示される。図１Ａは、対象となるポンプヘッド組立部１０の展開図である。本実施例のポンプヘッド組立部１０は、第１ハウジング部（エンドプレート）１２と、第２ハウジング部（空洞プレート）１４と、軸Ａに沿って配置されるマグネットカップ１６とを含む磁気的駆動ギアポンプである。エンドプレート１２は、インレットポート１８及びアウトレットポート２０を含む。エンドプレート１２は、ギアブッシング２２ａ、２２ｂと、ギアブッシング２２ａ、２２ｂに挿入されるギア軸２４ａ、２４ｂが装備される。各ギア２６ａ、２６ｂはギア軸２４ａ、２４ｂに取り付けられる。ギア２６ａは被動ギアであり、ギア２６ｂは駆動ギアである。ギア２６ａ、２６ｂは互いにかみ合っており、駆動ギア２６ｂの回転は被動ギア２６ｂを逆回転させる。互いに噛み合ったギア２６ａ、２６ｂは、空洞プレート１４の、全体が“８の字状”の壁２９によって形成されるギアキャビティ２８の中に配置される。ギア軸２４ａ、２４ｂは、空洞プレート１４に搭載される各ブッシング３０ａ、３０ｂに挿入される。ギア軸２４ｂは、空洞プレート１４を通ってマグネットカップ１６まで伸びている。エンドプレート１２と、空洞プレート１４と、空洞プレート１４に搭載されたギア２６ａ、２６ｂとを含む組立部は、“ギアポンプヘッド”と呼ばれる。
【００３９】
本実施例のマグネットカップ１６は、空洞プレート１４の後方対向面３２が取り付けられる対向面３６を有している。固定シール３４は、面３２と３６との間に配置される。マグネットカップ１６は、ギア軸２４ｂが挿入される軸挿入開口４０を有する磁石３８を搭載する。従って、軸Ａに対する磁石３８の回転は、対応するギア軸２４ｂの回転を引き起こし、それにより駆動ギア２６ｂもまた回転する。一体位置決めピン４２を含むマグネットカップ１６は、組み立て工程の中で後方対向面３２に形成され一体位置決めピン４２に対応する孔４４に挿入される。そのため、マグネットカップ１６は空洞プレート１４に正確に取り付けられる。本実施例の磁石３８は、流体がマグネットカップ１６を循環する際にポンプヘッド組立部１０によって汲み上げられる流体に浸かっている。
【００４０】
本実施例のエンドプレート１２は、組み立て中にギアキャビティ２８の中に挿入される“８の字状”の隆起面４６が形成され（図１Ｂ）、プレート１２、１４を互いに整列させる。磁石３８は、マグネットカップ１６の底部のブッシング５０に挿入される軸部４８を含む。マグネットカップ１６と、ハウジング部１２、１４とは、ネジ、クリップ、又は取り付け孔５２まで伸びるその他の機械的留め具（図示せず）を用いて互いに固定される。他の方法としては、マグネットカップ１６は、ハウジング部１２、１４を互いに接着すると同時に、機械的留め具を使用してハウジング部１４に固定されてもよい（以下参照）。さらに他の方法としては、これらの３つの部材１２、１４、及び１６を互いに接着してもよい。また、これらの部材を互いに接着し、その後に固定してもよい。
【００４１】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ブッシング２２ａ、２２ｂ、３０ａ、３０ｂは、プレート１２、１３にそれぞれ取り付けられる個別の部材であり、これらはプレート１２、１４とは異なる素材で形成されている。あるいは、ブッシングは、各プレートと一体になっていてもよく、各プレートと同じ素材であってもよい。
【００４２】
部品の素材を限定するものではないが、プレート１２、１４及びマグネットカップ１６に使用される典型的な物質は繊維強化ポリエーテルイミドであり、ギア２６ａ、２６ｂ及びブッシング２２ａ、２２ｂ、３０ａ、３０ｂに使用される典型的な物質は熱可塑性ポリイミドであり、軸２４ａ、２４ｂに使用される典型的な物質はイットリア安定化｛あんていか｝ジルコニアである。
【００４３】
本実施例の方法を用いたギアポンプヘッドの組立中に、薄肉スペーサー５４ａ、５４ｂは各ギア２６ａ、２６ｂに面してそれぞれ配置される（図１Ａ参照）。スペーサー５４ａ、５４ｂは、ギア２６ａ、２６ｂの間に所望される端部の隙間を形成するために使用される。このためには、スペーサー５４ａ、５４ｂはフィルム状であり、所望の端部の隙間の大きさに等しい厚さ（例えば２０ミクロン）を有する。形成したい所望される端部の隙間に応じて、スペーサー５４ａ、５４ｂのそれぞれの厚さは同じである必要はない。スペーサー５４ａ、５４ｂは、溶媒（例えば冷水）に溶解可能な物質（例えばポリビニルアルコール）で作られる。（スペーサー５４ａ、５４ｂは、個別のユニットとして示されているが、特にそれぞれの厚さが同じである場合は、１つのユニットであってもよい）。そしてギア軸２４ａ、２４ｂはブッシング３０ａ、３０ｂに挿入され、ギア２６ａ、２６ｂはギアキャビティ２８に挿入され、ギア軸２４ａ、２４ｂは、ブッシング２２ａ、２２ｂに挿入される。マグネットカップ１６はまだハウジングに取り付けられていないが、ハウジング部１２、１４は、接着剤により（下記参照）、または１つ以上のネジ、クリップ又は同様の機械的留め具を使用することにより（上記参照）、またはこれらの技術の組み合わせによって、互いに接合される。
【００４４】
ハウジング部１２、１４が、互いに接着することにより組み立てられる場合、インレット１８及びアウトレット２０は、接着剤に接着しない物質又はエポキシ接着の使用のために用いられるほかの接着物質（例えばテフロン（登録商標）プラグ）を使用して、一時的に栓をされることが望ましい。一時的に栓をすることは、接着剤、物質の流出、変形、またはこれらの接着の結果として、インレット１８及びアウトレット２０が塞がれることを防ぐ。接着に接着剤が使用された場合、接着剤（例えばエポキシ接着剤）は、壁２９とエンドプレート１２との間のゾーン５６（図１Ｂ参照）に塗布される。隆起面４６はギアキャビティ２８に挿入され、そしてプレート１２、１４は、隆起面４６がフィルム５４ａ、５４ｂに接触するまで互いに（通常、“前負荷”と呼ばれる特定の力で）押し合わされる。組立を妨げることなく、接着剤は特定の接着剤に対して適切な時間（例えば１３分）で、適切な硬化温度（たとえば１９５℃）で硬化される。接着剤が完全に硬化した後、スペーサー５４ａ、５４ｂを溶解するために、ポンプヘッド（ギアを回転しながら）を介して溶液が循環され、ギアキャビティ２８のギア２６ａ、２６ｂとハウジング部１２、１４との間に所望の端部の隙間が形成される。その後、インレット１８及びアウトレット２０は抜栓される。
【００４５】
前負荷を加えた結果として、ハウジング部１２、１４は互いに接触した後、接着される。または、接着に接着剤が使用された場合特に、前負荷が印加された後、残されたハウジング部１２、１４の間のキャビティを埋めるように十分な接着剤が塗布されてもよい。
【００４６】
上述されたようにハウジング部を組み立てた後、磁石３８とマグネットカップ１６とがポンプヘッドに組み立てられる。完成したポンプヘッド組立部１０において、プレート１２、１４を互いに接着するための接着剤は、フィルム５４ａ、５４ｂがプレート１２、１４に関連したギア２６ａ、２６ｂに所望された端部の隙間を提供するとともに、壁２９とエンドプレート１２との間のゾーン５６における公差を埋めるようにどのような厚み（軸方向）も想定する。
【００４７】
その他の構成では、ハウジング部１２、１４は、真ちゅう又はステンレススチールのような金属から形成される。ギア２６ａ、２６ｂをギアキャビティ２８の中に組み立てた後、ハウジング部１２、１４は、ろう付け又は半田付け、機械的留め具の使用、又はこれらの技術の組み合わせのような金属に適した接合技術を使用して接着される。
【００４８】
その他の取りうる構成としては、プレート１２、１４は、限定するわけではないが、プラスチックのような熱接着可能物質で形成することもできる。ギア２６ａ、２６ｂをギアキャビティ２８の中に組立てた後、プレート１２、１４は、熱圧着、ソニック接合、または同種類の方法などの熱接着技術を使用して接着される。熱接着は、接着剤を硬化させるため、又はプレート同士を接着させるために局所的に過熱をするような接着の接着方法と組み合わせて使用したり補強したりしてもよい。
【００４９】
上述のハウジング部１２、１４の具体的な構成は、構成を制限することを意図していない。ギア（又は回転部材）、ブッシング、及び他の部材がキャビティ２８の内部で組み立てられる限りは、ハウジングは、ハウジング部の様々な組み合わせや構成を使用することができる。大抵の場合は、ハウジングは、回転部材が組み立てられた後に組み立てられる複数の部材から構成されている。例えば、ハウジング部１２、１４は、大体は同じサイズ及び形状である（が、互いに鏡像である）
【００５０】
汲み上げられた液体が循環するキャビティ内に配置される回転部材である磁石３８は、マグネットカップ１６の中で磁石３８の所望された端部の隙間を形成するためにスペーサーを備えていてもよい。このようなスペーサーは、ギア用に上述されたスペーサー５４ａ、５４ｂに類似している場合がある。
【００５１】
＜第２実施例＞
図２Ａ及び図２Ｂにおいて示される第２実施例は、所望された端部の隙間を形成するための溶解性スペーサー５４ａ、５４ｂを使用していない以外は、いくつかの点で第１実施例と類似している。むしろ、第２実施例は、ハウジングにおける回転部材の所望された端部の隙間を形成する方法により構成される。この方法は、回転部材がポンプキャビティの中で組み立てられ、ハウジング部が互いに軸上に押し合わされながら組み立てられる。続いてハウジング部は互いに押し合わされながら回転部材を回転させ、ハウジング内の凹凸を取り除き、所望された端部の隙間を形成する。
【００５２】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、図１Ａ及び図１Ｂに示される対応する部品と同じ部品は、同じそれぞれの参照番号を有しており、今後説明はされない。第２実施例のハウジング部（エンドプレート１１２及び空洞プレート１１４）は第１実施例のものとは多少異なるため、第１実施例とは異なる参照番号が付されている。
【００５３】
第２実施例に従った方法でポンプヘッド組立部１００を製造するために、ギア軸２４ａ、２４ｂはブッシング３０ａ、３０ｂに挿入され、ギア２６ａ、２６ｂはギアキャビティ２８に挿入され、そしてギア軸２４ａ、２４はポンプヘッドを形成するようにブッシング２２ａ、２２ｂに挿入される。（マグネットカップ１６はまだ接続されていない）。インレット１８及びアウトレット２０は、一時的に栓がされ、壁１２９とエンドプレート１１２との間のゾーン５６（図１Ａ）に接着剤５８（例えばエポキシ接着剤）が塗布される。詳細は、エンドプレート１１２及び空洞プレート１１４が記載されている図２Ｃに示される。空洞プレート１１４は空洞壁１２９を明確にし、エンドプレート１１２は、“８の字型”隆起部１３１（図２Ｂの“隆起面”４６を参照）を定義し、それはプレート１１２、１１４の組み立て中、ギアキャビティ２８に挿入される。隆起部１３１を囲むのは、接着剤５８が塗布される接着ゾーン１３３である。隆起部１３１は、“上”表面１３５を含む。
【００５４】
隆起部１３１（隆起面４６）をギアキャビティ２８に挿入した後、プレート１１２、１１４は、隆起部１３１の上表面１３５がギア２６ａ、２６ｂ（図２Ｄを参照）の対向表面１３７に接触するまで、互いに押し合わされる。結果として得られるポンプヘッドは、プレス又は同種類のものの中に配置され、部材を互いに固定するために適切な時間（例えば５秒）だけ軸方向の圧縮負荷（“前負荷”と呼ばれ例えば４０ポンド・スクエア・インチ（２７０ｋパスカル））を受ける。接着剤５８は、適当な硬化温度（例えば１９５℃）で適当な時間（例えば１３分）曝されることにより硬化される。接着剤５８が完全に硬化された後、ポンプヘッドは、挿入の間、ポンプヘッドに所望された背圧（例えば４０psi（２７０ｋパスカル）背圧）を作るために特別な開口部を有する挿入デバイスの中に配置される。駆動メカニズムは、空洞プレート１１４から突き出ているギア軸２４ｂに接続され、駆動ギア２６ａを回転するために適当な時間（例えば１分）の間作動される。プレート１１２、１１４の横表面に対するギア２６ａ、２６ｂの反転回転の結果、ギア、エンドプレート１１２、及び空洞プレート１１４の間の内部障害を取り除き、ポンプキャビティ２８内に所望の端部の隙間を形成する。挿入後、マグネットカップ１６及び磁石３８は、ポンプヘッドに組み立てられる。
【００５５】
従って、完成したポンプヘッド組立部１００において、挿入工程がプレート１１２、１１４に関するギアのために所望された端部の間隔を与えることにより、接着剤５８は壁１２９とエンドプレート１１２との間のゾーン５６に、どのような厚さ（軸方向）の隙間が形成されることをも想定できる。
【００５６】
ここに使用される“ギア”は、互いに逆回転させた時に流体の流れを作るために互いにかみ合うローブ、歯、又は同様なものを有する様々な回転部材と同様に、従来のポンプギアのように形成された回転部材を含む。
【００５７】
磁石３８は、固定子３９または類似の装置により駆動される。固定子３９は、マグネットカップ１６（及び磁石３８）を同軸上で囲むようにマグネットカップ１６の外側に配置される。一般的な固定子は、鉄心に付随する巻線（詳述せず）を含み、鉄心はマグネットカップを囲む。巻線は電子装置により選択的に電圧が加えられる。固定子３９に電圧を加えるために電力が電子装置に加えられ、結果として磁石３８が軸回転する。磁石３８の回転は、駆動ギア２６ｂを回転し、被動ギア２６ａを反対に回転させる。ギア２６ａ、２６ｂの反対回転は、ポンプキャビティ２８を介して液体の流れを促す。
【００５８】
第２実施例は、望まれるか又は必要な場合、第１実施例と組み合わされてもよい。ポンプヘッドの製造方法は、第２実施例で上述される特性を含むだけでなく、ハウジング内で回転部材の所望された端部の隙間を形成するための器具として溶解性スペーサーを使用することも含む。
【００５９】
第１実施例及び第２実施例のいずれかは、オフセット駆動、磁気駆動、特許文献１に開示されるギアポンプヘッドの製造に使用されてもよく、特許文献１では特に段落７から段落１３、及び図１から図６を参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００６０】
第１及び第２実施例に関連した上述された方法は、小型のポンプヘッドへ有利に利用されるが、このようなポンプヘッドへの利用に限定されるわけではない。“小型”より大きいポンプヘッドでも、ポンプヘッドの製造における共通した原則において、特定の端部の隙間を形成することは重要な目的である。“小型”ポンプヘッドとは、一般的に１in３（約１６．４cm3）またはそれ以下の体積である。
【００６１】
ハウジング内の回転または他の駆動ポンプ部材のための隙間を形成するための溶解性スペーサーの使用は、端部の隙間の形成に制限されない。溶解性スペーサーは、例えば所望の放射状隙間又は端部の隙間ではない他の隙間を形成するための製造過程で構成し、使用することができる。
【００６２】
＜流体回路＞
上述されたような実施例の方法によって製造されたポンプヘッドは、様々な種類のあらゆる流体回路に連結され使用することができる。図３に示されるような回路２００の例では、インレット２０４及びアウトレット２０６を有するポンプ２０２が含まれる。アウトレット２０６は圧力センサー２０５を含むことができる。インレット２０４は、フィルタ２０８の下流に位置していて、ポンプ２０２によって汲み上げられる液体の貯水タンクの役目を果たすタンク２１０の下流に位置する。アウトレット２０６は、汲み上げられた液体が回路又は他に使用されるところから排出される下流目的地２１２に流体が通るように連結している。もし必要ならば、回路２１０は、実際に目的地２１２で排出されないタンク２１０に液体を戻すための回帰ライン２１４を有していてもよい。
【００６３】
開示された発明の方法を適用することができる多くの実施例を考慮すると、描かれた実施例は発明の好ましい例であるだけであり、本発明の観点を制限するものではないことが認識される。むしろ、本発明の観点は、添付の特許請求の範囲により定義される。従って、これらの特許請求の範囲の精神において我々の発明として主張する。
【図１Ａ】
2010538206.tif 000003
【図１Ｂ】
2010538206.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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