(57)【要約】【課題】軸受と軸との間の磨耗を最小限に抑制しながら高速回転化を図れるようにする。【解決手段】円筒部１Ａの外周に多数の羽根２を有すると共に円筒部１Ａの内周にローターマグネット３を有する羽根車１と、ローターマグネット３の内周側に設けられ、羽根車１を回転駆動させるモーターステーター４と、羽根車１とモーターステーター４を気密に仕切る分離板６と、液体を吸排する吸込口９と吐水口１０とを有するポンプケーシング５とを備え、羽根車１の軸受８の外周面８ａと、これに対面する分離板６の円筒面６ａ及びポンプケーシング５の円筒面５ａとの少なくとも一方に、羽根車１の回転により動圧を発生する動圧発生溝１２を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部の外周に多数の羽根を有すると共に円筒部の内周にローターマグネットを有する羽根車と、前記ローターマグネットの内周側に設けられ、前記羽根車を回転駆動させるモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターを気密に仕切る分離板と、液体を吸排する吸込口と吐水口とを有したポンプケーシングと、を備え、
前記羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面する前記分離板の円筒面との少なくとも一方に、前記羽根車の回転により動圧を発生する抵抗体を設けた
ことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面する前記ポンプケーシングの円筒面との少なくとも一方に、前記羽根車の回転により動圧を発生する抵抗体を設けた
ことを特徴とするポンプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のポンプであって、
前記抵抗体が、複数の溝により構成されている
ことを特徴とするポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプであって、
前記複数の溝が、所定の同じ形状に形成され且つ互いに所定の同じ間隔で配置されている
ことを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより駆動され、例えば冷媒やメタノールあるいは水などの液体を吸入して吐出する小型のポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばＣＰＵ等の電子部品の冷媒を循環させて冷却する冷媒式冷却システムや小型機器用の燃料電池が注目されてきている。このような冷媒式冷却システムに使用される冷媒循環用ポンプや燃料電池に使用されるメタノール搬送用ポンプは、搭載すべきスペースに制約が多いことから、小型薄型化に対する要求、さらには高性能化に対する要求が高まってきている。
【０００３】
図４は従来のこの種のポンプの一例（例えば、特許文献１参照）を示す断面図、図５はそのポンプケーシングの底面図である。
【０００４】
図４及び図５に示すポンプにおいて、１０１は羽根車であり、外周上側に多数の羽根１０２が形成され、内周にローターマグネット１０３が設けられている。１０４はローターマグネット１０３の内周側に設けられたモーターステータ−、１０５は羽根車１０１を収容すると同時に羽根車１０１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くためのポンプ室を有するポンプケーシング、１０６はポンプケーシング１０５の一部をなしてモーターステーター１０４と羽根車１０１を気密に仕切る分離板であり、この分離板１０６の隔壁１０６Ａを挟んで、ローターマグネット１０３とモーターステーター１０４とが対向している。１１１はポンプケーシング１０５の本体部分と分離板１０６との合わせ目を封止するパッキンである。なお、ポンプケーシング１０５には、流体の吸込口１０９と吐出口１１０とが設けられている。
【０００５】
また、ポンプの中心部には、羽根車１０１の回転中心となる軸１０７が配置されている。この軸１０７は、分離板１０６に固定されており、羽根車１０１は、この軸１０７の周囲に円筒形の軸受１０８を介して回転可能に支持されている。なお軸受１０８は、羽根車１０１の中心部に固定されている。
【０００６】
この構成のポンプにおいては、外部電源から電力を供給されると、ポンプに設けられた電気回路により制御された電流が、モーターステーター１０４のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がローターマグネット１０３に作用すると、ローターマグネット１０３に物理力が発生し、このローターマグネット１０３と一体化してある羽根車１０１が回転する。
【０００７】
そして、羽根車１０１の外周上側に設けられた羽根１０２は、羽根車１０１の回転によって吸込口１０９から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング１０５内の流体の圧力が徐々に高められて吐出口１１０から吐き出される。
【０００８】
このように従来の小型ポンプでは、羽根１０２とローターマグネット１０３を一体化して形成し、その中にモーターステーター１０４を挿入することで、ポンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくして小型化・薄型化を図っている。
【特許文献１】特開２００４−１９０５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、機器の小型化と共にＣＰＵ等の電子部品の発熱量も増大してきており、それに伴い、冷却性能を向上させるためのポンプの更なる高性能化や長寿命化が求められるようになってきている。
【００１０】
しかし、これらの要求に応えるために、羽根車１０１を高速回転させると、羽根車１０１と一体化した軸受１０８が軸１０７の外周を摺動する際の磨耗が加速してしまい、その結果、ポンプの寿命が短くなってしまうという問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、上記事情を考慮し、軸受と軸との間の磨耗を最小限に抑制しながら高速回転化を図れるようにし、それにより高性能化及び長寿命化を図れるようにしたポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために、円筒部の外周に多数の羽根を有すると共に円筒部の内周にローターマグネットを有する羽根車と、前記ローターマグネットの内周側に設けられ、前記羽根車を回転駆動させるモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターを気密に仕切る分離板と、液体を吸排する吸込口と吐水口とを有したポンプケーシングと、を備え、前記羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面する前記分離板の円筒面との少なくとも一方に、前記羽根車の回転により動圧を発生する抵抗体を設けたことを特徴としている。
【００１３】
この構成により、羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面する分離板の円筒面間に、動圧が発生することにより、軸と非接触で羽根車を高速回転させることができるという作用が達成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、軸受を磨耗させることなく、羽根車を高速回転させることが可能な、高性能かつ長寿命のポンプを提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態は、円筒部の外周に多数の羽根を有すると共に円筒部の内周にローターマグネットを有する羽根車と、前記ローターマグネットの内周側に設けられ、前記羽根車を回転駆動させるモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターを気密に仕切る分離板と、液体を吸排する吸込口と吐水口とを有したポンプケーシングと、を備え、前記羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面する前記分離板の円筒面との少なくとも一方に、前記羽根車の回転により動圧を発生する抵抗体（動圧発生部）を設けるようにしたものである。ここで、前記羽根車の中心円筒部は、ポンプケーシングまたは分離板に固定される軸を回転可能に支持する軸受に相当する。
【００１６】
この構成により、分離板と羽根車との間に羽根車の回転に応じて動圧を発生させることができ、それにより、軸と非接触で羽根車を高速回転させることができる。従って、軸受を磨耗させることなく、羽根車を高速回転させることが可能であり、高性能かつ長寿命のポンプを提供できる。なお、軸は、羽根車の回転起動時の偏芯を抑える役目をすることになる。
【００１７】
ここで、前記抵抗体は、複数の溝により構成するのがよい。
【００１８】
この場合は、抵抗体の形成時の加工を容易に行うことができるために、ポンプのコストを低減することができる。
【００１９】
また、前記溝は、互いに所定の同じ形状に形成し且つ所定の同じ間隔に配置するのがよい。
【００２０】
この場合は、羽根車が回転したときに動圧を均一に発生させることができるために、羽根車の回転を安定させてポンプの振動や騒音を防止することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記抵抗体を、羽根車の中心円筒部の外周面と、これに対面するポンプケーシングの円筒面との少なくとも一方に設けるようにしてもよい。或いは、羽根車の中心円筒部の外周面と、これと対面する分離板の円筒面及びポンプケーシングの円筒面との少なくとも一方に、前記した抵抗体を設けるようにする。
【００２２】
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２３】
図１は本実施例におけるポンプの構造、図２はそのポンプの底面図、図３はそのポンプにおける羽根車の斜視図である。
【００２４】
これらの図において、１は円筒部１Ａと上面壁１Ｂとを有する羽根車であり、この羽根車１は、円筒部１Ａの外周上側に多数の羽根２を有すると共に、円筒部１Ａの内周部にローターマグネット３を有している。また、上面壁１Ｂの中心部に、例えばカーボンで構成された中心円筒部である軸受８を有している。この軸受８は、円筒形をなしており、その内径は、後述の軸７の外周との間に僅かな（例えば０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度）クリアランスを確保する寸法に設定されている。
【００２５】
ここで羽根車１は、羽根２とローターマグネット３とを違う材料で形成し、それを嵌め合わせて一体化して構成してもよいし、羽根２とローターマグネット３とを同一の磁性樹脂材料で一体的に構成してもよい。
【００２６】
また、軸受８は、羽根２やローターマグネット３と違う潤滑性の良い材料で形成した後に、それらと嵌め合わせて一体化してもよいし、羽根２やローターマグネット３と同一材料で形成して一体化してもよい。
【００２７】
また、図１において、４はローターマグネット３の内周側に設けられたモーターステーター、５は羽根車１を収容すると同時に羽根車１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口１０へと導くためのポンプ室を有するポンプケーシング、６はモーターステーター４と羽根車１との間を気密に仕切る分離板であり、この分離板６の隔壁６Ａを挟んでローターマグネット３とモーターステーター４とが対向している。
【００２８】
また、１１はポンプケーシング５の本体部分と分離板６との合わせ目を封止して外部大気とのシール構造なすパッキンである。このパッキンとしては、Ｏリングを採用してもよいが、ポンプケーシング５の本体部分と分離板６との溶着によるシール構造を採用してもよい。なお、ポンプケーシング５には、羽根車１の回転半径方向から流体を吸排（流入・流出）させる吸込口９と吐出口１０とが設けられている。
【００２９】
前記分離板６には、環状溝部６Ｂが形成されており、その環状溝部６Ｂ内にローターマグネット３を有した羽根車１の円筒部１Ａの下側部分が収容されている。また、この分離板６の中心部には、前記軸受８の下端部を収容配置させる円筒凹部６Ｃが形成されている。
【００３０】
そして、この円筒凹部６Ｃの内側における内筒面６ａと対面する前記羽根車１の軸受下端部の外周面８ａには、羽根車１の回転により動圧を発生する抵抗体（動圧発生部）としての動圧発生溝１２が形成されている。また、ポンプケーシング５の中心部に前記軸受８の上端部を収容配置させる円筒凹部５Ａが形成され、その円筒凹部５Ａの内側における円筒面５ａと対面する前記羽根車１の軸受上端部の外周面８ａにも同様の動圧発生溝１２が形成されている。
【００３１】
動圧発生溝１２の形状は、図３に示す平面視略Ｖ字形状のヘリングボーン配列やスパイラル状の溝パターンを用いるが、ウエーブ形状、または格子形状、または丸、三角、四角、楕円、多角形等のエンボス形状としても、動圧が発生し同様の効果が得られる。また、動圧発生溝１２のピッチ及び幅及び深さは０．０２〜１０ｍｍとするのが好ましい。本実施の形態では、動力発生溝１２を、平面視略Ｖ字形状の溝として、同じ形状で且つ同一ピッチで、前記軸受８の外周面８ａに沿ってその円周方向に複数形成している。
【００３２】
前記抵抗体は、溝形状である動圧発生溝１２の他に、翼を構成する突起であってもよい。例えば、軸受８の外周面８ａに翼を構成する突起をその円周方向に沿って複数設けるようにする。この場合、前記突起は、軸受８と違う材料で形成してその外周面８ａに嵌め合わせて当該軸受８と一体化してもよいし、或いは接着してもよい。また、この突起は、磁力を低下させないために、ローターマグネット３と同一材料で嵌め合わせて一体化してもよいし、或いは接着してもよい。さらには、この突起は、羽根２とローターマグネット３と同一の磁性材料にて前記軸受８と一体化してもよい。
【００３３】
なお、図１及び図３では、軸受８の外周面８ａに動圧発生溝１２（突起でもよい）を形成したが、その外周面８ａには何も形成せず、その外周面８ａと対面するポンプケーシング５の円筒面５ａと分離板６の円筒面６ａに動圧発生溝１２（または突起）を形成してもよい。或いは、軸受８の外周面８ａと、これに対面するポンプケーシング５の円筒面５ａ及び／又は分離板６の円筒面６ａの両方に動圧発生溝１２（または突起）を形成するようにしてもよい。
【００３４】
また、７はポンプケーシング５に固定された軸であり、羽根車１の中心部に設けた軸受８の中心孔８Ａに挿入され、羽根車１の軸受８がその軸７の外周に摺動可能な構成となっている。この軸７は、別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング５または分離板６に固定されていてもよく、また、ポンプケーシング５または分離板６と同一材料による一体成形で形成されていてもよい。また、軸７は、羽根車１、ポンプケーシング５、分離板６のそれぞれの間で回転自在に摺動できるようにしてあってもよい。
【００３５】
なお、羽根車１、ポンプケーシング５、分離板６は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの耐薬品性、特に耐メタノール性に優れた樹脂で主に構成されている。
【００３６】
次に、前記したポンプの作用を説明すると、外部電源から電力が供給されると、ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がモーターステーター４のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がローターマグネット３に作用すると、ローターマグネット３に物理力が発生する。このローターマグネット３は、羽根車１と一体化されているため、羽根車１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１が回転を始める。羽根車１の外周上側に設けられた羽根２は、羽根車１の回転によって吸込口９から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング５内の流体の圧力が徐々に高められ、吐出口１０から吐き出される。
【００３７】
そのとき、羽根車１の軸受８の外周面８ａに設けられた動圧発生溝１２と、それに対面している分離板６の内筒面６ａ及びポンプケーシング５の円筒面５ａとの間で動圧が発生するので、一定のクリアランスを設けた軸受８と軸７は非接触回転となる。その結果、軸受８を磨耗させることなく、羽根車１を高速回転させることができ、高性能かつ長寿命、小型のポンプを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のポンプは、ＣＰＵ等の電子部品の冷媒を循環させて冷却する冷媒式冷却システムや小型機器用の燃料電池等に使用される様々なポンプへの応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施例におけるポンプの側断面図である。
【図２】そのポンプの底面図である。
【図３】そのポンプにおける羽根車の斜視図である。
【図４】従来のポンプの側断面図である。
【図５】同ポンプの底面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…羽根車
２…羽根
３…ローターマグネット
４…モーターステーター
５…ポンプケーシング
５ａ…ポンプケーシングの円筒面
６…分離板
６ａ…分離板の円筒面
７…軸
８…軸受（羽根車の中心円筒部）
９…吸込口
１０…吐出口
１１…パッキン
１２…動圧発生溝
【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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