(57)【要約】【課題】モータ一体型内接歯車式ポンプとしての小型、安価な機能を維持しつつ、さらに安価で信頼性の高いものとすること。【解決手段】モータ一体型内接歯車式ポンプ８０は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部８１と、ポンプ部８１を駆動するモータ部８２とを備える。ポンプ部８１は、外周に歯を形成した内ロータ１と、内ロータ１の歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータ２と、内ロータ１及び外ロータ２を収納するポンプケーシング３，４とを備える。モータ部８２は、回転子１１と、回転子１１を回転させる固定子１２とを備える。回転子１１と外ロータ２とは、樹脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材１１２でを共用して形成されている。【選択図】図１
2007009787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液を吸込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、
前記ポンプ部は、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングとを備え、
前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、
樹脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材で前記回転子と前記外ロータとを共用して形成した
ことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、前記ポンプ部に吸込んで吐出する作動液として水または水を成分として含む液体を用いると共に、フェライト磁石粉末を含有したフェライトボンド磁石で前記回転子と前記外ロータとの共用部材を形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項３】
請求項１記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、前記回転子と前記外ロータとの共用部材をその外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱い部材で形成すると共に、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項４】
請求項２記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、前記作動液として水及び有機物を含む不凍液を用いたことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項５】
請求項２記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にフェライト磁石粉末を含有したＰＰＳ／フェライトボンド磁石で前記共用部材を形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項６】
請求項２記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、前記ポンプケーシングを第１のケーシング及び第２のケーシングからなる２つのケーシングを接合して構成し、前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングに互いに対向するように内向きに突起した肩部をそれぞれ形成し、前記共用部材の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部を形成し、前記環状張り出し部を前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングのそれぞれの肩部の外周面に嵌合し、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項７】
請求項２記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂またはＰＰＳ樹脂にグラスファイバを含有したＰＰＳグラスファイバ樹脂で前記ポンプケーシングを形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項８】
請求項２記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂またはＰＯＭ樹脂で前記内ロータを形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項９】
請求項６記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングを形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項１０】
請求項９記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングの何れかの外周部を軸方向に延ばして前記回転子と前記固定子との間を封止する封止部を形成し、前記封止部の外側に前記固定子を装着したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項１１】
作動液を吸込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、
前記ポンプ部は、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングとを備え、
前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、
ＰＰＳ樹脂にフェライト磁石粉末を含有したＰＰＳ樹脂／フェライトボンド磁石で前記回転子を形成した
ことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項１２】
請求項１１記載のモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記ポンプケーシングを形成し、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記内ロータを形成したことを特徴とするモータ一体型内接歯車式ポンプ。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載のモータ一体型内接歯車ポンプを液循環源として搭載すると共に前記作動液として水及び有機物からなる不凍液を用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ一体型内接歯車式ポンプ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内接歯車式ポンプは、吸い込んだ液体を圧力に抗して送り出すポンプとして古くから知られており、特に油圧源ポンプや給油用ポンプとして普及している。
【０００３】
内接歯車式ポンプは、外周に歯を形成した平歯車形状の内ロータと、内周に歯を形成して幅を内ロータとほぼ同じとした環状の外ロータと、を主要な能動部品として構成されている。それらロータの両側面に対してわずかな隙間を介して面する平坦な内面を有するポンプケーシングが両ロータを収納するように設けられている。内ロータの歯数は、外ロータの歯数よりも通常１枚だけ少なく、それらを互いに噛み合わせた状態で動力伝達用歯車と同様に回転する。この回転に伴う歯溝面積の変化で、歯溝に閉じ込めた液体を吸入し、吐出することにより、ポンプとして機能する。内外いずれか一方のロータを駆動すれば、噛み合いにより他方も回転する。両ロータの回転中心はずれており、ロータ毎に回転自在に軸支する必要がある。ポンプケーシングには、吸入ポートならびに吐出ポートと呼ぶ外部に連通する流路への開口部が設けられている。吸入ポートは容積が拡大する歯溝に連通するように設けられ、吐出ポートは容積が縮小する歯溝に連通するように設けられる。ロータの歯形として、外ロータ歯形の一部に円弧を、内ロータの歯形にトロコイド曲線を適用したものが一般的である。
【０００４】
内接歯車式ポンプは内ロータと外ロータとが噛み合って回転するので、一方のロータを回転駆動すれば他方のロータも回転する。ポンプ部の外周側にモータ部を一体化し、外ロータにモータ部の回転子を一体化し、モータ部で外ロータを駆動する方式は軸方向にポンプ部とモータ部を連ねた構造よりも短くできるので小型化に適した形態といえる。
【０００５】
そのような構造の内接歯車式ポンプとしては、特開平２−２７７９８３号公報（特許文献１）に示された内接ギヤポンプがある。この特許文献１では、モータケーシング内部に装着されたステータ（固定子）に対し、その内側に半径方向に所定の間隔をもってこれと対接すべく外周にロータ（回転子）を装着したアウターギヤ（外ロータ）とこのアウターギヤ内で噛み合わせするインナーギヤ（内ロータに相当）とを組み合わせてなる内接ギヤを配設し、さらにこの内接ギヤの両端面を閉塞板で液密に閉塞し、この閉塞板の何れか一方に内接ギヤと連通する吸入ポート、吐出ポートを設けた内接ギヤポンプからなっている。そして、閉塞板（ポンプケーシング）はフロントケーシング（正面ケーシング）とリヤケーシング（背面ケーシング）とを備え、両ケーシングと内接ギヤポンプの両側面間に円盤状のスラスト軸受を配設し、アウターギヤの両側をこのスラスト軸受で支承し、さらに両ケーシングに支持軸の両端を固定すると共にこの支持軸にラジアル軸受を介してインナーギヤを回転可能に支承し、昇圧された吐出側の取扱液の一部をロータ、ステータ間を流過すると共に各軸受部を潤滑して吸入側に戻す給液路を設けるよう構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２７７９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の内接ギヤポンプでは、アウターギヤと回転子とを別の部材で形成しているため、大型化を招くと共にコスト高になってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献１には、内接ギヤポンプを構成するロータ、アウターギヤ、インナーギヤ及び閉塞板の材料については開示されておらず、電子機器に用いることも開示されていない。仮に、この内接ギヤポンプを電子機器、例えばパソコンやサーバなどに用いる場合には、量産性に向くこと、長寿命、高精度維持、摺動部摩擦が小さいこと、コストが安いこと、軽量であることが要求される。また、電子機器に用いる場合のポンプ部内を流動する作動液としては、電子機器の保管温度を考慮して、エチレングリコール等の不凍液が用いられるため、内接ギヤポンプと不凍液との相性も考慮する必要があることが分かった。
【０００９】
本発明の目的は、高揚程に向く内接歯車式の機能を利用しつつ、小型、安価でしかも信頼性の高いモータ一体型内接歯車式ポンプ及び電子機器を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、前記ポンプ部は、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングとを備え、前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、樹脂に磁石粉末を含有した永久磁石部材で前記回転子と前記外ロータとを共用して形成したことにある。
【００１１】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記ポンプ部に吸込んで吐出する作動液として水または水を成分として含む液体を用いると共に、フェライト磁石粉末を含有したフェライトボンド磁石で前記回転子と前記外ロータとの共用部材を形成したこと。
（２）前記回転子と前記外ロータとの共用部材をその外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱い部材で形成すると共に、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したこと。
（３）前記（１）において、前記作動液として水及び有機物を含む不凍液を用いたこと。
（４）前記（１）において、ＰＰＳ樹脂にフェライト磁石粉末を含有したＰＰＳ／フェライトボンド磁石で前記共用部材を形成したこと。
（５）前記（１）において、前記ポンプケーシングを第１のケーシング及び第２のケーシングからなる２つのケーシングを接合して構成し、前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングに互いに対向するように内向きに突起した肩部をそれぞれ形成し、前記共用部材の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部を形成し、前記環状張り出し部を前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングのそれぞれの肩部の外周面に嵌合し、前記共用部材の外周外方に前記固定子を設置したこと。
（６）前記（１）において、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂またはＰＰＳ樹脂にグラスファイバを含有したＰＰＳグラスファイバ樹脂で前記ポンプケーシングを形成したこと。
（７）前記（１）において、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂またはＰＯＭ樹脂で前記内ロータを形成したこと。
（８）前記（５）において、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングを形成したこと。
（９）前記（８）において、前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングの何れかの外周部を軸方向に延ばして前記回転子と前記固定子との間を封止する封止部を形成し、前記封止部の外側に前記固定子を装着したこと。
【００１２】
また、本発明の第２の態様は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部と、前記ポンプ部を駆動するモータ部とを備え、前記ポンプ部は、外周に歯を形成した内ロータと、前記内ロータの歯と噛み合う歯を内周に形成した外ロータと、前記内ロータ及び前記外ロータを収納するポンプケーシングとを備え、前記モータ部は、回転子と、前記回転子を回転させる固定子とを備えて構成されているモータ一体型内接歯車式ポンプにおいて、ＰＰＳ樹脂にフェライト磁石粉末を含有したＰＰＳ樹脂／フェライトボンド磁石で前記回転子を形成したことにある。
【００１３】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記ポンプケーシングを形成し、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有したＰＰＳカーボンファイバ樹脂で前記内ロータを形成したこと。
【００１４】
また、本発明の第３の態様は、上述した何れかに記載のモータ一体型内接歯車ポンプを液循環源として搭載すると共に作動液として水及び有機物からなる不凍液を用いた電子機器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高揚程に向く内接歯車式の機能を利用しつつ、小型、安価でしかも信頼性の高いモータ一体型内接歯車式ポンプ及び電子機器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態のモータ一体型内接歯車式ポンプ及びその製造方法並びに電子機器について図１から図６を用いて説明する。
【００１７】
まず、本実施形態のモータ一体型内接歯車式ポンプの全体に関して図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態のモータ一体型内接歯車式ポンプ８０の縦断面図、図２は図１のポンプ８０の左半面を断面して示す正面図、図３は図１のポンプ８０におけるポンプ部の分解斜視図、図４は図１のポンプ８０のケーシングの接合方法を示す断面図である。
【００１８】
ポンプ８０は、作動液を吸込んで吐出するポンプ部８１と、このポンプ部８１を駆動するモータ部８２と、このモータ部８２を制御する制御部８３とを備えて構成されたモータ一体型内接歯車式ポンプである。
【００１９】
ポンプ部８１は、樹脂製の内ロータ１、樹脂製の外ロータ２、樹脂製の正面ケーシング（第１のケーシング）３、樹脂製の背面ケーシング（第２のケーシング）４、金属製の内軸５を備えて構成されている。正面ケーシング３及び背面ケーシング４はポンプケーシングを形成する部材であり、換言すれば、ポンプケーシング部材は２つの別部材のポンプケーシング部材で構成されている。なお、背面ケーシング４には封止部６、フランジ部１８及びカバー１３が含まれる。内軸５は、内ロータ支持軸を構成するものであり、本実施形態では正面ケーシング３または背面ケーシング４と別部材で構成されている。
【００２０】
モータ部８２は、永久磁石よりなる回転子１１、固定子１２、及び封止部６を備えて構成されている。封止部６はポンプ部８１とモータ部８２とに共用される。
【００２１】
ポンプ部８１の内ロータ１は、平歯車と類似した形状をしており、外周にトロコイド曲線を輪郭とする歯１ａを形成している。この歯面は、厳密には軸方向に若干の勾配を有し、射出成形時の抜きを助ける、いわゆる「抜き勾配」と呼ばれる勾配を成している。また、内ロータ１は中心に軸方向に貫通した内面が滑らかな軸穴１ｂを有している。内ロータ１の両端面１ｃは、平坦かつ滑らかに仕上げられ、正面ケーシング３及び背面ケーシング４から内向きに突起した肩部２２の端面である平坦内面２５，２６との間で、摺動する面を形成している。
【００２２】
この内ロータ１は、自己潤滑性を有し、水あるいは水を成分とする溶液による膨潤変形や腐食が無視できるレベルである性質の合成樹脂で形成されている。具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂にカーボンファイバを含有するＰＰＳカーボンファイバ樹脂で形成されている。これによって、内ロータ１としての十分な強度及び耐摩耗性を有すると共に、安価な内ロータ１とすることができる。ＰＰＳカーボンファイバ樹脂の代わりにＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂を用いてもよい。ＰＯＭは、摩擦抵抗が小さく、摺動抵抗が小さいので、ポンプ効率を向上することができる。また、材料として柔らかいので、衝撃荷重を緩和することができ、ロータの動きによる振動騒音が抑制される。なお、これらの材料は、吸水性や水分透過はあるものの、内ロータ１として使用するので、問題はない。また、高温吸水による変形を生ずるが、その分を補償した歯形としておけば変形を吸収することができる。低温時には両ロータ１，２間の隙間が拡大してしまうが、作動液として水及び有機物からなる不凍液を用いる場合には、その不凍液の粘度も上昇するため、ポンプ効率が向上し、性能低下を防止すことができる。
【００２３】
外ロータ２は、内ロータ１とほぼ同じ歯幅の環形状の内歯車形状をしており、円弧等で形成した歯形を持つ歯を内ロータ１よりも１枚だけ多く形成している。外ロータ２の歯２ａは、平歯車として軸方向にほぼ同一断面形状となっているが、軸方向に僅かの勾配を有し、射出成形時の抜きを助ける、いわゆる「抜き勾配」と呼ばれる勾配を有してもよい。この場合は内ロータ１にも同様の抜き勾配を与え、内ロータ１と外ロータ２との勾配の方向は逆向きとし、内ロータ１の外歯の径が大きくなる方向で、外ロータ２の内歯の径も大きくなるように両者１、２は噛み合わせる。これにより、両者１、２の噛み合い面は軸方向の位置による片当たりを防止することができる。外ロータ２の歯部の両端面２ｂは、平坦かつ滑らかに仕上げられ、正面ケーシング３及び背面ケーシング４の平坦内面２５，２６との間で摺動する面を形成し、スラスト軸受として作用する。
【００２４】
外ロータ２は外周部を除いて内ロータ１とほぼ同じ幅を有し、内ロータ１及び外ロータ２の両側端面がほぼ一致するように内ロータ１の外側に外ロータ２が配置されている。この外ロータ２の外周部には、歯部(内側に位置する内ロータ１とほぼ同じ歯幅の部分)よりも軸方向に張り出した環状の張り出し部２１が形成されている。張り出し部２１の内周は、滑らかな面に形成され、肩部２２の外周面２７、２８との間で摺動する面を構成する。
【００２５】
外ロータ２と内ロータ１は、噛み合った状態で、正面ケーシング３と背面ケーシング４に挟まれて回転するよう構成する。内ロータ１の中心軸穴には、滑らかな外周を有する内軸５の軸受部がわずかな隙間を持って嵌合され、これによって内ロータ１は内軸５に回転自在で軸支されている。なお、内軸５は正面ケーシング３及び背面ケーシング４に密着嵌合するため回転しない。
【００２６】
外ロータ２の外側にはモータ部８２の回転子１１として永久磁石が一体化されている。本実施形態では、磁石粉を混入した樹脂により外ロータ２と回転子１１を一体の部材として成形されている。換言すれば、モータ部８２の回転子１１とポンプ部８１の外ロータ２とは磁石粉末を含有する永久磁石部材で製作された１つの部材である共用部材１１２で構成されている。これによって、回転子１１と外ロータ２とを小型で安価に製作することができる。回転子１１は、半径方向に交互の極性を与え、外周側から見ると周に沿ってＮＳ極が交互に並ぶように構成されている。
【００２７】
本実施形態では、共用部材１１２はフェライト磁石粉末を含有するフェライトボンド磁石で形成されている。これによって、作動液として水または水を成分として含む液体を用いても、磁石が腐食したり錆びたりすることがなく、しかも安価に製作することができる。また、この共用部材１１２はＰＰＳ樹脂にフェライト磁石粉末を含有するＰＰＳ／フェライトボンド磁石で形成されている。これによって、モータ部８２の回転子１１としての磁気特性が向上し、ポンプ部８１としての高精度な歯形が成形可能となると共に、軸受部として機能する部分における低摩擦、低摩耗摺動特性が得られ、しかも成形性が良好で、水中での耐腐食安定性も良好なものとすることができる。
【００２８】
そして、本実施形態では、共用部材１１２の外周側の磁力が強くその内周側の磁力が弱くなるように円筒状に形成すると共に、共用部材１１２の外周外方に固定子１２を設置しているので、外周から容易に磁化することができると共に、ネオジ磁石などと比べて一般的に安価で磁力の弱いフェライトボンド磁石を用いても回転子１１としての機能を十分に発揮することができる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、正面ケーシング３及び背面ケーシング４に互いに対向するように内向きに突起した肩部２２をそれぞれ形成し、共用部材１１２の外周部の両側に内周の歯部よりも軸方向に張り出した環状張り出し部２１を形成し、環状張り出し部２１を正面ケーシング３及び背面ケーシング４のそれぞれの肩部２２の外周面２７、２８に嵌合するように形成しているので、回転子１１として機能する部分を軸方向に増大することができ、この点からも安価で磁力の弱いフェライトボンド磁石を用いることを助けている。
【００３０】
なお、外ロータ２の張り出し部を含む外周部がＰＰＳ／フェライトボンド磁石で、歯部がＰＰＳカーボンファイバの複合構造として外ロータ２と回転子１１とを共用することも考えられる。その場合には、複雑な成形が難しいＰＰＳ／フェライトボンド磁石を単純な円筒形とし、精度が必要な歯部をＰＰＳ樹脂とすることにより、内ロータ１との噛み合わせ面に硬いフェライト粒が無く、低損失かつ低摩耗な歯形となる。
【００３１】
内軸５は、内ロータ１の軸穴１ｂ内径よりも僅かに外径が小さく且つ内ロータ１の歯幅よりも軸方向に僅かに長い円柱形状の軸受部５１と、軸受部５１の両端面から軸方向両側に延び且つ軸受部５１の外径よりも小さい外径を有する嵌合部５３とを備えている。具体的には、内軸５の中央に位置する軸受部５１の軸方向長さは、両ロータの歯幅よりも僅かに（例えば０.０５〜０.１mm）長い。その軸受部５１の両側には円柱形状の嵌合部５３があり軸受部５１と同心を成す。なお、軸受部５１と嵌合部５３は全て同一の金属素材から製作された内軸５の部分の名称であり、一体のものである。内軸５は、金属素材で製作されているので、合成樹脂で製作されている内ロータ１、外ロータ２、正面ケーシング３及び背面ケーシング４と比較して、強度及び寸法精度などの面で優れている。
【００３２】
内軸５は、正面ケーシング３と背面ケーシング４とを連結する構造材としての機能も有している。その嵌合部５３は、両ケーシング３，４の平坦内面２５，２６に形成した嵌合穴２７ａ、２８ａに挿入されて固定されている。この状態で、軸受部５１と嵌合部５３との境界となる段差面（軸受部５１の両端面）５１ａがケーシングの平坦内面２５，２６に密着している。したがって、軸受部５１の長さが双方の平坦内面２５，２６間の距離（間隔）に一致し、両ロータ１，２は正面ケーシング３と背面ケーシング４の軸方向の端面である平坦内面２５，２６に僅かな隙間をもって内蔵されることとなる。正面ケーシング３と背面ケーシング４の嵌合穴は、両ロータ１，２の噛合いに則して、肩部２２の外周面２７、２８に対して偏心させてある。
【００３３】
正面ケーシング３及び背面ケーシング４の肩部２２は、互いに対向するように内向きに突起して形成されている。この肩部２２の外周面２７、２８が外ロータ２の張り出し部２１の内周面にわずかな隙間を持って嵌合され、正面ケーシング３及び背面ケーシング４の肩部２２によって外ロータ２の両側が回転自在に軸支されラジアル軸受として作用する。正面ケーシング３及び背面ケーシング４の肩部２２は、同一の円柱の一部から切り出したような位置関係にある。
【００３４】
２つのポンプケーシング部材の１つを構成する正面ケーシング３は、その平坦内面２５に吸入ポート８及び吐出ポート１０と呼ぶ開口部を形成している。吸入ポート８と吐出ポート１０は、内ロータ１の歯底円よりも内側と外ロータ２の歯底円（外ロータ２は内歯車なので、歯先円径よりも歯底円径が大きい）よりも外側に輪郭を持つ開口部で形成されている。吸入ポート８は容積が拡大する作動室２３に面し、吐出ポート１０は容積が縮小する作動室２３に面するように設けられている。また、最大容積となる瞬間の作動室２３には、どちらのポート８，９も面しないか、あるいは、わずかな断面積による連通に留めるように構成されている。
【００３５】
吸入ポート８ならびに吐出ポート１０は、ポート溝の奥からＬ形流路を介して外部に開いた吸入口７と吐出口９にそれぞれ連通されている。吐出ポート１０から吐出口９に至る流路の途中には分岐して外ロータ２の外周が面する内部空間２４と連通する連通路９ａが設けられている。この内部空間２４は、正面ケーシング３と、封止部６を含む背面ケーシングとで囲まれた空間である。
【００３６】
薄肉筒状の封止部６は回転子１１の外周との間に微小な隙間（例えば、１ｍｍ以下の隙間）を介して設けられ、回転子１１は外ロータ２と共に回転可能となっている。
【００３７】
前記２つのケーシング部材の１つを構成する背面ケーシング４は、その平坦内面２６を構成する部分より外周の部分から外ロータ２の外側を覆って軸方向に延びる筒状の封止部６を形成して前記平坦内面２６側よりも封止部６側の軸方向剛性を柔軟とし、封止部６の先端側で前記２つのケーシング部材の一方を構成する正面ケーシング３と接合されている。すなわち、封止部６は、背面ケーシング４の一部であり、平坦内面や肩部を形成した部分より外周の部分から筒形状に正面方向に延長した薄板部分を指す。
【００３８】
正面ケーシング３と背面ケーシング４は嵌合面１６と呼ぶ円筒面で接し、互いに径方向を拘束しながら軸方向に動ける自由度を持って嵌合されている。嵌合面１６は、封止部６の先端部分の内周と、正面ケーシング３の内面側に形成された外側環状部２９の外周との嵌合面で構成されている。嵌合面１６に隣接した封止部６の先端部分の内周には凹部が設けられ、この凹部内Ｏリング１４が挿入されることにより、正面ケーシング３と背面ケーシング４との機密性が保たれる。係る構成によって、正面ケーシング３と背面ケーシング４とが軸方向の自由度が保たれつつ、機密性が保持された組み合せ構造とすることができる。
【００３９】
正面ケーシング３及び背面ケーシング４は、ＰＰＳ樹脂にカーボンファイバを含有するＰＰＳカーボンファイバ樹脂で形成されている。ＰＰＳカーボンファイバ樹脂を用いた正面ケーシング３及び背面ケーシング４は、吸水性が小さく、吸水による変形も小さいと共に、熱変形も小さく、不凍液に対して耐腐食性があり、さらには耐熱性がある。ＰＰＳカーボンファイバ樹脂は、絶縁材であるので、漏電防止に効果があると共に、水分透過が少なく、軸受部での摺動性も良いので、摩耗は少なく、長寿命、高信頼性が期待でき、しかも高精度で成形ができる。
【００４０】
正面ケーシング３の外周近くには背面側に向けて溶着突起４１が環状に複数設けられ、それと相対する背面ケーシング４のフランジ部１８には溶着突起４１を挿入する溶着溝４２が環状に形成されている。本実施形態では、図４に示すように、溶着突起４１の先端部を傾斜面に形成するとともに、溶着溝４２の底部を前記傾斜面に合致する傾斜面を有する構成とし、溶着工具４３、４４を正面ケーシング３の外周部及び背面ケーシング４のフランジ部１８に両側から押し付け、溶着工具４３、４４に力を加えながら微小振動を与える。具体的には、溶着工具４３、４４を超音波溶接機に取付けて超音波振動を与える。これにより、両ケーシング３，４の接触面が微小振動摩擦で発熱し溶解して互いに溶け合い、振動停止後に温度低下すると再固化して一体となる。したがって、正面ケーシング３の溶着突起４１の裏側となる面と背面ケーシング４の溶着溝４２の裏側になる面とは平坦かつ開放した状態として、溶着工具４３ならびに４４を密着できる形状にしておく。
【００４１】
背面ケーシング４側の溶着工具４４を挿入する溝は、溶着後に固定子１２を挿入するための円環状溝であり、溶着のためだけの溝等の構造を設けた場合に比較して小形で単純な形状にすることができる。
【００４２】
溶着完了までに、溶着突起４１と溶着溝４２の接触ならびに内軸５の段差と平坦内面２５，２６の接触の２箇所の接触以外で軸方向移動を拘束する接触を無くしておく。また、封止部６は薄肉でありその近傍の構造を含めて、平坦内面や肩部や溶着部近傍に比較して柔軟である。そうすることにより、溶着時には、次のような順序で各部材の位置関係が確定する。
【００４３】
まず、背面ケーシング４に内軸５の嵌合部５３を挿入し、内ロータ１と外ロータ２とを内軸５に嵌合し、Ｏリング１４を嵌めた正面ケーシング３を背面ケーシング４に嵌合する。この状態で、溶着治具４３、４４を両ケーシング４，５の両側から当て、所定の力で押し付けながら超音波振動を与える。これによって、溶着突起４１と溶着溝４２との接触部が溶解して、正面ケーシング３と背面ケーシング４とは互いに近づく方向に変位する。この過程で内軸５の段差面５１ａは平坦内面２５、２６に密着する。更に溶着を進めると、背面ケーシング４の封止部６ならびにその周辺が弾性変形し溶着は深くまで進行する。溶着治具４３，４４に力を作用させたままで、加振を停止すると溶解していた溶着部は温度低下して固化し、その状態で形が定まる。その後に溶着治具を外しても、内軸５の段差面５１ａは平坦内面２５，２６に密着したままで、その密着させる力が封止部６周辺の弾性変形の反力として加えられたままとなる。
【００４４】
内軸５は金属製であり、樹脂製のケーシング部材３，４よりも軸方向寸法精度が出しやすい。また、ロータ１，２の歯部に対して直近の中央部で歯幅方向の寸法を確保できる利点がある。内軸５の精度に頼らずに、封止部６等の外周を経由してケーシング３，４の寸法精度だけで両平坦内面２５，２６相互間の距離の精度を出す方法に比較して、格段に精度維持が容易である。したがって、本実施形態の構成によれば、ポンプ性能や信頼性に大きな影響を持つ歯部端面の隙間を適正に維持する効果が高い。
【００４５】
溶着突起４１は環状に形成するが、一周して連続して設けるのではなく、図２に示すように円周から一部を欠いた形状とする。その理由は、一周よりも面積を限定して溶着時の押圧力を集中して高め、溶着を確実にするためであり、また、欠いた部分に吸入流路と吐出流路を配置することにより、溶着工具４３とこれらの流路との干渉を避けるためである。
【００４６】
嵌合面１６の作用で、２つのケーシングの径方向の位置決め精度を良く結合でき、軸方向位置は内軸５と平坦内面２５，２６との密着で精度を維持できる。また、内部空間２４の密閉性はＯリング１４によってなされ、吸入口８と吐出口１０を除けば、他に外界と連通する穴や合わせ面が無い単純な構造なので密閉性も良い。したがって液漏れも確実に防止できる。
【００４７】
背面ケーシング４から連なる封止部６の正面側フランジ１８の更に外周から背面側に折り返す形状で、カバー１３が一体成型で形成されている。カバー１３はモータ部８２の固定子１２の外周を覆い、感電防止や美観の維持、騒音防止に役立てている。
【００４８】
封止部６の外側で且つ回転子１１と面する位置には、櫛歯状の鉄心に巻線した固定子１２が封止部６の外周に圧入して設置されている。固定子１２は、封止部６とカバー１３との間に形成された円環状溝に嵌合される。回転子１１及び固定子１２からなるモータ部８２は、内ロータ１及び外ロータ２からなるポンプ部８１の外周側に配置され、軸方向に並ばないため、ポンプ８０の薄型化及び小型化が図られている。
【００４９】
制御部８３は、モータ部８２を制御するためのものであり、直流ブラシレスモータ駆動用インバータ電子回路を備えている。上述したようにモータ部８２をポンプ部８１の外周側に設けることにより、ポンプ部８１の吸入口７や吐出口９が設けない背面側に制御部８３を設置することが可能となる。
【００５０】
回路基板３１には、主たる電子部品であるパワー素子３２を搭載して直流ブラシレスモータ駆動用インバータ回路を構成している。回路基板３１は、その中央に設けた穴に背面ケーシング３の背面側に設けた突起４５を通してかしめることにより、背面ケーシング４に固定される。パワー素子３２は回路基板３１を介して背面ケーシング４に接触している。これにより、インバータ回路で発生する熱を背面ケーシング４を通してポンプ部８１内の作動液に放熱することができる。回路基板３１には、固定子１２の巻線の一端が接続されるとともに、外部から電力を供給する電力線３３と回転速度をパルスで情報発信する回転出力線３４ならびにそれらの共通グランド線が接続される。
【００５１】
永久磁石よりなる回転子１１及び固定子１２を有するモータ部８２と、インバータ電子回路を有する制御部８３とから直流ブラシレスモータが構成される。回転子１１が薄肉の封止部６の内側にあり、固定子１２が封止部６の外側にある構造はキャンドモータと呼ばれる。キャンドモータは、軸シール等を必要とせずに磁力を利用して回転動力をキャンと呼ばれる封止部６内部に伝えられるので、作動液を外部から隔離しながら作動室２３の容積変化で送り出す容積形ポンプの構造に適している。
【００５２】
ポンプ８０の形状について、図５に示す寸法関係にすることにより、本発明の目的をよりよく達成できる。内ロータ１の幅と外ロータ２の歯幅を１としたときに、内ロータの外径を１．７〜３．４、外ロータの張り出し部内径を２．５〜５、外ロータの張り出し部の軸方向長さを０．４〜０．８の寸法とする。
【００５３】
内ロータ１の外径は、この範囲よりも大きいと端面隙間での内部漏洩（圧力の高い吐出ポートに連通する側から吸入ポートに連通する側に逆流で、ポンプ性能を低下させる）の比率が増加しポンプ性能を低下させる。また、この範囲よりも小さいと、作動室と吸入あるいは吐出ポートと連通する開口部面積での流速が増して圧損を増加させ、やはりポンプ性能を低下させる。
【００５４】
外ロータ２の張り出し部２１の内径は、幾何的に内ロータ１の外径よりも大きい必要がある。同時にこの範囲よりも大きいと摩擦力や軸受面からの内部漏洩を増すためポンプ性能が低下する。
【００５５】
外ロータ張り出し部２１の軸方向長さは、この範囲よりも小さいと軸受面圧が増加し、摩擦摩耗が増加する可能性があり、ポンプの寿命や信頼性が低下する懸念がある。また、この範囲よりも大きい場合には、軸受面の円筒度や同心度などの誤差から片当たりを生じやすくなり得策ではない。
【００５６】
内ロータの回転速度は、毎分２５００から５０００回転の範囲内とするとよい。この範囲よりも回転速度が遅いと、運搬流量に対する内部漏洩量の比率が増してポンプ効率が低下してしまう。また、この範囲よりも速いとポンプの発する振動騒音が増加してしまう。
【００５７】
次に、かかるポンプ８０の動作を図１から図５を参照しながら説明する。
【００５８】
電力線３３に直流１２Ｖを与えることで制御部８３のモータ駆動回路に電流を供給することにより、パワー素子３２を通して固定子１２の巻線に電流が送られる。これにより、モータ部８２が起動され、設定された回転速度でモータ部８２を回転するように制御する。パワー素子３２は回転子１１の回転情報をパルスとして回転出力線３４より出力するので、その信号を受け取る上位の制御機器はポンプ８０の動作状態を確認できる。
【００５９】
モータ部８２の回転子１１が回転すると、これに一体化した外ロータ２が回転し、それと噛み合った内ロータ１も一般の内接歯車と同様に回転伝達され一緒に回転する。２つのロータ１、２の歯溝に形成された作動室２３は、両ロータ１、２の回転により容積を拡大、縮小する。内ロータ１と外ロータ２との歯が一番深くまで噛み合う図２中の下端で、作動室２３の容積が最小となり、上端で最大となる。したがって、図２中で反時計回りにロータが回転すると、右半分の作動室は上方に移動しながら容積を拡大し、左半分の作動室は下方に移動しながら容積を縮小する。両方のロータ１、２を軸支する摺動部はすべて作動液に浸かっているため、摩擦が小さく異常摩耗も防止できる。
【００６０】
作動液は、吸入口７から吸入ポート８を経て、容積拡大中の作動室２３に吸い込まれる。容積が最大となる作動室２３は、ロータの回転により吸入ポート８の輪郭からずれて吸入を完了し、次いで吐出ポート１０に連通される。そこから作動室２３の容積は縮小に転じ、作動室２３内にある作動液は吐出ポート１０から送り出される。送り出された作動液は吐出口９から外部に送り出される。吐出流路の途中に分岐した連通路９ａがあるため、内部空間２４の内圧は吐出圧に保たれる。
【００６１】
本実施形態においては、吸入流路が短いので、吸入負圧が小さくキャビテーション発生が防止できる。また、比較的高い吐出圧力が封止部６内面に作用し、外側に押し広げる方向に作用するので、薄肉の封止部６であっても、内側に変形して回転子１１と接触することが回避できる。同時に外ロータ２の張り出し部２１に形成したラジアル軸受としての隙間からの漏洩を低減できる。その理由は、この隙間からの漏洩は遠心力の作用で外に向かう力が増強されるが、外周である内部空間２４の内圧が高いと、それを押し戻す作用が働くからである。
【００６２】
運転による発熱のため冷却が必要となるパワー素子３２の熱は、回路基板３１と経由して接触している背面ケーシング４の壁面を通過し、内部空間２４を流れる作動液に移り、外部に放出される。内部空間２４の作動液は常に攪拌され、ラジアル軸受面からの微小な漏洩により順次入れ替わるため、効率的に熱を持ち去ることができる。このように効率的にポンプ８０内部を冷却するため、パワー素子３２を冷却するためのヒートシンクや冷却ファンを必要としない。また、回転子１１や固定子１２に発生するモータ損失での発熱も同様に効率的に持ち去り、異常な温度上昇を防止できる。
【００６３】
次に、上述したポンプ８０を有する電子機器について図６を参照しながら説明する。図６はパソコン本体を縦に置いた状態のパソコン全体構成を示す斜視図であり、図４に示す電子機器はデスクトップ型パソコンの例である。
【００６４】
パソコン６０は、パソコン本体６１Ａ、ディスプレイ装置６１Ｂ、及びキーボード６１Ｃを備えて構成されている。液冷システム６９は、パソコン本体６１ＡにＣＰＵ（中央演算装置）６２とともに内蔵され、液溜まり６３、ポンプ８０、熱交換器６５、放熱板Ａ６６、放熱板Ｂ６７の各要素をこの順に管路でつないだ閉ループのシステムで構成されている。この液冷システム６９の設置目的は、主として、パソコン本体６１Ａに内蔵するＣＰＵ６２で発する熱を外部に運搬し、ＣＰＵ６２の温度上昇を規定値以下に維持することである。熱媒体として水あるいは水を主体とする液体、例えば水及び有機物（エチレングリコール等）からなる不凍液を使う液冷システム６９は、空冷方式に比較して、熱運搬能力が高く、騒音が小さいため、発熱量の多いＣＰＵ６２の冷却に好適である。
【００６５】
液溜まり６３内部には被送液（作動液）と空気が封入されている。液溜まり６３とポンプ８０とは並置されており、液溜まり６３の出口とポンプ８０の吸入口とが管路により連通されている。ＣＰＵ６２の放熱面には熱伝導性グリースを介して熱交換器６５が密着されて設置されている。ポンプ８０の吐出口と熱交換器６５の入口とが管路により連通されている。熱交換器６５は放熱板Ａ６６に管路により連通され、放熱板Ａ６６は放熱板Ｂ６７に管路を介して連通され、放熱板Ｂ６７は液溜まり６３に管路を介して連通されている。放熱板Ａ６６と放熱板Ｂ６７はパソコン本体６１Ａの異なる面から外部に放熱されるように設置されている。
【００６６】
ポンプ８０にはパソコン６０内部に通常備えている直流１２Ｖ電源から電力線３３が引かれ、回転出力線３４が上位制御機器であるパソコン６０の電子回路に接続されている。
【００６７】
この液冷システム６９の動作を説明する。パソコン６０の起動に伴って電力が送られることにより、ポンプ８０が起動し、被送液が循環を始める。被送液は、液溜まり６３からポンプ８０に吸い込まれ、ポンプ８０で加圧されて熱交換器６５に送り出される。ポンプ８０から熱交換器６５に送られた被送液は、ＣＰＵ６２で発する熱を吸収し液温が上昇する。さらに、その被送液は次の放熱板Ａ６６と放熱板Ｂ６７で外気と熱交換し（外気に放熱し）、液温が下げられてから液溜まり６３に戻る。以下、これを繰返してＣＰＵ６２の冷却が継続して行なわれる。
【００６８】
ポンプ８０は容積形ポンプの一種である内接歯車式であるため、乾燥状態(液無し条件)で起動しても吸入口を負圧にする能力がある。そのため、液溜まり６３内部の液面より高い管路を経ても、あるいは、ポンプ８０が液面より高い位置にあっても呼び水無しに液を吸い込む自吸能力がある。また、遠心式ポンプ等に比較して内接歯車式ポンプ８０は加圧能力が高いので、熱交換器６５や放熱板６６、６７を通過する圧損が増える条件にも適用可能である。特にＣＰＵ６２の発熱密度が高い場合には、熱交換面積を拡大するために熱交換器６５内部の流路を折り曲げて細く長くすることが必要となり、遠心式ポンプ等を用いた液冷システムでは通過圧損が増えて適用が難しくなるが、本実施形態の液冷システム６９ではこれに対応可能である。
【００６９】
本実施形態の液冷システム６９においては、被送液が最も高温となる熱交換器６５の出口の直後で放熱板６６、６７を経由して液温が下げられるので、液溜り６３やポンプ８０の温度は比較的低く保たれる。そのため、ポンプ８０の内部部品などは、高温環境よりも信頼性を確保しやすい。
【００７０】
液冷システム６９の動作の結果として液が循環する各部の温度が決まるが、それらは温度センサ(図示せず)によって監視される。規定以上の温度上昇により冷却能力の不足が確認された場合には、ポンプ８０の回転速度上昇が指令され、過剰な温度を事前に防止する。また、逆に冷却が過剰な場合には回転速度を抑制する。ポンプ８０の発信する回転出力は常に監視され、回転出力が途切れて、なおかつ液温変化が異常な場合には、ポンプ８０が故障であると判断なされ、パソコン６０は緊急動作に移行する。緊急動作ではＣＰＵ速度の低下や動作中プログラムの保存など、最小限の動作をした上でハードウェアの致命的損傷を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態のモータ一体型内接歯車式ポンプの縦断面図である。
【図２】図１のポンプの左半面を断面して示す正面図である。
【図３】図１のポンプのポンプ部の分解斜視図である。
【図４】図１のポンプのケーシングの接合方法を示す断面図である。
【図５】図１のポンプの内ロータと外ロータの寸法図である。
【図６】図１のポンプを有する冷却システムを備えた電子機器の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…内ロータ、１ａ…歯、１ｂ…軸穴、１ｃ…端面、２…外ロータ、２ａ…歯、２ｂ…端面、３…正面ケーシング、４…背面ケーシング、５…内軸、６…封止部、７…吸入口、８…吸入ポート、９…吐出口、９ａ…連通路、１０…吐出ポート、１１…回転子、１２…固定子、１３…カバー、１４…Ｏリング、１６…嵌合面、１８…フランジ部、２１…張り出し部、２２…肩部、２３…作動室、２４…内部空間、２５…正面ケーシングの平坦内面、２６…背面ケーシングの平坦内面、２７，２８…肩部の外周面、２７ａ・２８ａ…嵌合穴、２９…外側環状部、３１…回路基板、３２…パワー素子、３３…電力線、３４…回転出力線、４１…溶着突起、４２…溶着溝、４３…溶着工具、４４…溶着工具、５１…軸受部、５１ａ…段差面、５３…嵌合部、６０…パソコン、６１Ａ…パソコン本体、６１Ｂ…ディスプレイ装置、６１Ｃ…キーボード、６２…ＣＰＵ、６３…液溜まり、６５…熱交換器、６６…放熱板Ａ、６７…放熱板Ｂ、６９…液冷システム（冷却システム）、８０…モータ一体型内接歯車式ポンプ、８１…ポンプ部、８２…モータ部、８３…制御部、１１２…共用部材。
【図１】
2007009787.tif 000003
【図２】
2007009787.tif 000004
【図３】
2007009787.tif 000005
【図４】
2007009787.tif 000006
【図５】
2007009787.tif 000007
【図６】
2007009787.tif 000008