(57)【要約】【課題】ポンプ室の耐水性を向上させたポンプ及びこれを備えた液体搬送装置を提供する。【解決手段】本発明のポンプは、液体を給排するための羽根５１及び当該羽根５１に固定された磁気従動部５２を有する羽根車５と、前記磁気従動部５２に磁気を作用させて前記羽根車５を回転させる磁気駆動部１１と、羽根車５と磁気駆動部１１との間に配置されて前記磁気駆動部１１と前記羽根車５とを分離させ、且つ補強材を含有した合成樹脂からなる分離板２と、補強材を含有した合成樹脂からなると共に前記分離板２に対し接合部２４，３２を介して溶着されることでポンプ室６を形成するケーシング３とを備えたポンプである。前記接合部２４，３２における前記補強材の含有量が、当該接合部２４，３２以外の箇所よりも少なくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を給排するための羽根及び当該羽根に固定された磁気従動部を有する羽根車と、
前記磁気従動部に磁気を作用させて前記羽根車を回転させる磁気駆動部と、
前記羽根車を内部に収容すると共に当該羽根車と磁気駆動部との間に配置されて前記磁気駆動部と前記羽根車とを分離させ、且つ補強材を含有した合成樹脂からなる分離板と、
補強材を含有した合成樹脂からなると共に前記分離板に対し接合部を介して溶着されることでポンプ室を形成するケーシングと
を備えたポンプであって、
前記接合部における前記補強材の含有量が、当該接合部以外の箇所よりも少なくなっている
ことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記接合部が、分離板本体とケーシング本体とのそれぞれに、二色成形により設けられたものである
ことを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記接合部と前記分離板本体との界面及び前記接合部と前記ケーシング本体との界面が、ラビリンス形状となっている
ことを特徴とする請求項２記載のポンプ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のポンプが取り付けられている
ことを特徴とする液体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及びこれを備えた液体搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁力を利用してポンプ内の羽根車を回転させ、この回転する羽根車により液体の給排を行なうよう構成されたブラシレスモータポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載のポンプは、羽根車を内部に収容する合成樹脂製の分離板と、この分離板に溶着されることでポンプ室を形成する合成樹脂製のケーシングとを備えている。このポンプは、ポンプ室内の羽根車を回転駆動することで、液体を給水口から吸込むと共に吐出口から外部へ送り出す。
【０００３】
ところで近年、使用環境の多様性に対応するため、ポンプは、ポンプ室の耐水性を向上させることが望まれるようになった。ポンプ室の耐水性を向上させるため、ポンプ室を形成する分離板及びケーシングの強度を向上させることが考えられる。具体的には成形前の合成樹脂材料に補強材を充填し、これを用いて分離板とケーシングとを成形するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０７２４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、この補強材を含有する分離板及びケーシングを溶着して接合する場合、次のような問題があった。分離板９０とケーシング９１は上記の通り補強材９３を含有しているため、この補強材９３は、図６（ｂ）に示されるように、分離板９０とケーシング９１との接合部９２にも含まれた状態となる。このとき補強材９３は、分離板９０とケーシング９１との境界面９４に存在するうえに、当該境界面９４と略同方向に配向されているため、分離板９０とケーシング９１との樹脂同士の溶融結合する面積を小さくしてしまう。つまり、補強材９３の含有量が多いほど、樹脂同士の溶融結合を妨げてしまうため、単に、補強材９３を合成樹脂に充填して成形しただけの分離板９０及びケーシング９１では、接合強度が低下し、結局、所望の耐水性が得られない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ室の耐水性を向上させたポンプ及びこれを備えた液体搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のポンプは、液体を給排するための羽根及び当該羽根に固定された磁気従動部を有する羽根車と、前記磁気従動部に磁気を作用させて前記羽根車を回転させる磁気駆動部と、前記羽根車を内部に収容すると共に当該羽根車と磁気駆動部との間に配置されて前記磁気駆動部と前記羽根車とを分離させ、且つ補強材を含有した合成樹脂からなる分離板と、補強材を含有した合成樹脂からなると共に前記分離板に対し接合部を介して溶着されることでポンプ室を形成するケーシングとを備えたポンプであって、前記接合部における前記補強材の含有量が、当該接合部以外の箇所よりも少なくなっていることを特徴とする。
【０００８】
またこのポンプにおいて、前記接合部が、分離板本体とケーシング本体とのそれぞれに、二色成形により設けられたものであることが好ましい。
【０００９】
またこのポンプにおいて、前記接合部と前記分離板本体との界面及び前記接合部と前記ケーシング本体との界面が、ラビリンス形状となっていることが好ましい。
【００１０】
また前記ポンプを液体搬送装置に取り付けることも好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポンプ及びこれを備えた液体搬送装置によれば、ポンプ室の耐水性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態のポンプの断面図である。
【図２】同上の実施形態の接合部を示す要部断面図であり、（ａ）は溶着された状態を示し（ｂ）は溶着される直前の状態を示している。
【図３】同上の実施形態のケーシングにおける二色成形の成形方法を説明するための側断面図である。
【図４】同上の実施形態の溶着方法を説明するための側断面図である。
【図５】本発明のポンプの一使用例を説明するための概略図である。
【図６】従来のポンプを説明するための図であり（ａ）は側断面図であり（ｂ）は図６（ａ）中の部分Ａの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。なお説明の便宜上、吸込み口部３３側を前方とし、分離板２側を後方と定義する。
【００１４】
本実施形態のポンプは、図１に示されるように、ポンプ本体１と、ポンプ本体１の内部に配設された分離板２と、分離板２の前方開口を閉塞してポンプ室６を形成すると共にポンプ本体１の前方に配置されるケーシング３とを備えている。ポンプは、回転自在な羽根車５がポンプ室６内に収容されている。
【００１５】
羽根車５は、液体を給排するための羽根５１と、この羽根５１の背部（後方）に固定された磁気従動部５２とを備えている。本実施形態の磁気従動部５２は永久磁石により構成されている。羽根車５は、ポンプ室６の中央に、その長手方向が前後方向に向くよう固定された軸５４により軸支されている。羽根車５は、磁気従動部５２の回転中央に、軸５４が挿通される軸受５３を有している。この軸受５３は、アキシャル方向に離間して設けられた第１の軸受板５５と第２の軸受板５６との間に配設される。なお、この一対の軸受板５５，５６の対向間の寸法は、軸受５３のアキシャル方向の長さよりもわずかに長くなっており（隙間５７だけ長い）、これにより、組み立て時のばらつきが原因で軸受板５５，５６間に軸受５３がロックされてしまうのを防止する。なおこれら軸受板５５，５６は、例えば、ステンレスやセラミックスが好適に用いられる。また軸受５３は、カーボンや摺動性を有する樹脂が好適に用いられる。
【００１６】
軸５４は、分離板２の底面中央から前方に向けて突出する分離板軸支部２１と、ケーシング３の中央から後方に向けて突出するケーシング軸支部３１とに架設されている。軸５４は、アキシャル方向の両端が共に断面略Ｄ字状となっている。分離板軸支部２１はＤ字状の凹所にて構成されている。軸５４は、その一端が分離板軸支部２１に嵌入されることで、軸回りに回転しないようになっている。さらに軸５４は、断面略Ｄ字状に形成された部分に軸受板５５，５６が装着されているため、軸受板５５，５６の回転やガタつきを防止する。なお軸５４は、ステンレスやセラミックスが好適に用いられる。
【００１７】
分離板２は、合成樹脂により構成されている。分離板２は、有底円筒状の筒体部２２の開口周縁から径外方向に向けてフランジ部２３が突設された分離板本体２０と、この分離板本体２０のフランジ部２３の周方向全長に亘って設けられた第１の接合部２４とを備えている。筒体部２２は、上述のように、その底面中央に軸５４を支持する分離板軸支部２１が突設されている。筒体部２２は、その内部に羽根車５の磁気従動部５２を収容する。
【００１８】
分離板２は、ポンプ本体１内に固設されている。ポンプ本体１は、この分離板２の外方に磁気駆動部１１を有している。磁気駆動部１１は、ステータコア１５にコイル１３を巻回したステータ部１２と、このステータ部１２に通電させて磁界を発生させると共にその磁界を制御する制御部１４を有している。分離板２は、この磁気駆動部１１と羽根車５の磁気従動部５２との間に配置されており、磁気駆動部１１と羽根車５とを分離させる。ポンプ本体１は、樹脂により主体が構成されており、図１に示されるように、樹脂によって制御部１４とステータ部１２と分離板２とが一体成形された構成となっている。
【００１９】
ケーシング３は、後方に開口した有底筒形状のケーシング本体３０と、このケーシング本体３０の開口周縁に設けられた第２の接合部３２とを有している。ケーシング３は合成樹脂により構成されている。ケーシング３は、その開口周縁を分離板２のフランジ部２３と対向させるよう配置され、第２の接合部３２が分離板２のフランジ部２３の第１の接合部２４に溶着される。ケーシング３は分離板２とでポンプ室６を形成するようになっており、具体的にはケーシング３と分離板２とで囲む部分がポンプ室６となる。ケーシング３は、その底面にポンプ室６内と外部とを連通する吸込み口部３３が設けられており、その側面にポンプ室６内と外部とを連通する吐出口部３４が設けられている。またケーシング３は、上述の通り、軸５４を支持するケーシング軸支部３１が固設されている。
【００２０】
このような構成のポンプは、次のように動作する。
【００２１】
制御部１４は、ステータ部１２に通電して磁界を発生させる。するとステータ部１２は、磁気従動部５２に磁気を作用させ、当該磁気従動部５２に対し吸引・反発を繰り返すことで、羽根車５を回転させる。羽根車５が回転すると、ポンプは、その負圧により吸込み口部３３を介してポンプ室６内に液体を引き込み、加圧されたポンプ室６内の液体を吐出口部３４を介して外部に送出する。
【００２２】
このとき吸込みと吐出との差圧により、羽根車５は軸５４に沿ってケーシング３側に移動し、第１の軸受板５５に押し当てられた状態で回転する。つまり軸５４におけるアキシャル方向においては、軸受５３の前方側の端面と、第１の軸受板５５との間で摺動する。ポンプ性能が大きくなるほど、この押し当てられる力は大きくなり、その摩擦抵抗は高くなる。したがってポンプ性能が大きい場合、第１の軸受板５５はセラッミックスで構成されているのが好ましい。第１の軸受板５５がセラミックスで構成されていると、摺動部分に形成された水膜により、軸受５３と第１の軸受板５５との摺動性が向上するからである。
【００２３】
ところで本実施形態のポンプは、ポンプ室６の耐水性を高めるため分離板２及びケーシング３の機械的強度を向上させている。具体的に、分離板本体２０及びケーシング本体３０は、成形前の樹脂材料に補強材が充填され、その補強材の充填された樹脂材料を用いて金型により成形される。さらに本実施形態のポンプは、分離板２とケーシング３との接合部（第１の接合部２４と第２の接合部３２）における補強材の含有量が、分離板本体２０及びケーシング本体３０よりも少なくなるよう構成されている。
【００２４】
分離板本体２０及びケーシング本体３０の成形前の樹脂材料は、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ），変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ），ポリアミド（ＰＡ）などが用いられる。補強材としては、ガラス繊維などの繊維補強材が好適に用いられる。補強材は、樹脂材料に対し、３０〜５０％程度含有されていることが好ましい。
【００２５】
本実施形態のポンプは、第１の接合部２４が、分離板本体２０に対し二色成形により設けられている。第１の接合部２４は、図２（ｂ）に示されるように、ケーシング３の第２の接合部３２に対向する部分にエッジ部２５を有しており、第２の接合部３２に対して溶融しやすい形状となっている。本実施形態の第１の接合部２４は、補強材が樹脂材料に対し０〜２０％程度含有されただけであり、とりわけ０％であればより好ましい。
【００２６】
しかも第１の接合部２４は、分離板本体２０との境界２６がラビリンス形状となっており、分離板本体２０に対して強固に固着されている。このラビリンス形状が施された境界面２６は、図２（ａ）（ｂ）に示されるように、分離板本体２０のフランジ部２３において、径方向に並ぶ複数の環状の突起部２７により構成されている。
【００２７】
ケーシング本体３０は、図２に示されるように、その開口周縁に、分離板２のフランジ部２３に当接する断面Ｌ字状の当接部３５を有している。この当接部３５は、ケーシング本体３０を分離板２側に押圧させるため押圧方向（前後方向）に対して直交する押圧面３６と、その押圧面３６の外周端から後方に向けて突設されたリング状の側片３７とを有している。ケーシング本体３０は、その当接部３５の内側に第２の接合部３２が二色成形により設けられている。第２の接合部３２は、分離板２の第１の接合部２４に対向する部分に、当該第１の接合部２４のエッジ部２５に当接するテーパ部３８が設けられている。ケーシング本体３０と分離板２とは、このテーパ部３８がエッジ部２５に押し付けられながら振動されることで接合部２４，３２同士が溶融し、溶着される。この第２の接合部３２は、補強材が樹脂材料に対し０〜２０％程度含有されただけであり、とりわけ０％であればより好ましい。
【００２８】
しかも第２の接合部３２は、ケーシング本体３０との境界３９がラビリンス形状となっており、ケーシング本体３０に対して強固に固着されている。このラビリンス形状が施された境界面３９は、図２に示されるように、ケーシング本体３０の開口周縁において、径外方向に並ぶ複数の環状の突起部４０により構成されている。
【００２９】
これらの接合部２４，３２は、例えば次のように成形される。なお以下、ケーシング３における接合部３２の成形方法に基づいて説明するが、分離板２における成形方法も同様の方法にて成形することができるため、説明は省略する。
【００３０】
本製造方法は、一次工程と二次工程とを含んでいる。本製造方法には共通金型７０と一次金型７１と二次金型７２とが用いられる。この共通金型７０は、図３に示されるように、回転軸７４上に固定された回転テーブル７３の上に載設されており、一次金型７１の下方と二次金型７２の下方とを順に移動するようになっている。
【００３１】
一次工程は次のようにして行なう。まず共通金型７０上に一次金型７１を型閉めする。この状態で、共通金型７０と一次金型７１との間に形成されたキャビティ内に、第２の接合部３２用の樹脂材料を充填する。この後、この樹脂材料が硬化するが、高温状態のうちに一次金型７１を離型する。これにより第２の接合部３２が成形される。
【００３２】
次いで二次工程を行なう。一次工程後の樹脂成形品が高温状態のまま、回転テーブル７３を回転させて共通金型７０を二次金型７２の下方に位置させ、共通金型７０上に二次金型７２を載設して型閉めする。そしてこの状態で、共通金型７０と二次金型７２との間に形成されたキャビティ内に、補強材が充填された樹脂材料を充填する。そしてこの樹脂材料が硬化した後に二次金型７２を離型し、成形されたケーシング３を取り出す。
【００３３】
本製造方法によると、第２の接合部３２が高温状態のうちに、二次工程によりケーシング本体３０を成形するため、第２の接合部３２とケーシング本体３０との境界は溶融して結合しやすい。しかも本実施形態の第２の接合部３２とケーシング本体３０との境界３９は、ラビリンス形状となっている。したがってケーシング３は、第２の接合部３２とケーシング本体３０との密着力が高く、この部分におけるシール性も高い。
【００３４】
また、先に第２の接合部３２を成形し、その後にケーシング本体３０を成形するため、成形終了直後はケーシング本体３０のほうが温度が高い。このためその後ケーシング３が冷却されて熱収縮すると、その変化量は、第２の接合部３２よりもケーシング本体３０のほうが大きくなる。このとき第２の接合部３２及びケーシング本体３０は、特に径方向に収縮する。したがって、第２の接合部３２よりも、この第２の接合部３２のすぐ外側に位置する側片３７を有するケーシング本体３０のほうが縮径しようとするため、第２の接合部３２がケーシング本体３０から剥離しにくくなる。
【００３５】
このような構成のケーシング３と分離板２とは，例えば、次にようにして溶着される。
【００３６】
本実施形態のポンプにおける分離板２とケーシング３との溶着に用いられる溶着機８は、図４に示されるように、ポンプ本体１を固定するための受治具８１と、超音波振動を生じさせると共に受治具８１に対し接離自在なホーン８２とを備えている。ホーン８２は、受治具８１に対向する部分がケーシング３の押圧面３６に当接するよう構成されている。
【００３７】
溶着に当たり、分離板２のフランジ部２３が上方に臨むよう受治具８１上にポンプ本体１を装着する。第１の接合部２４と第２の接合部３２とが当接した状態となるようポンプ本体１上にケーシング３を載置し、この状態でホーン８２を下降させる。するとホーン８２の下端部がケーシング３の押圧面３６に当接する。その後ホーン８２は、超音波振動を発生させ下降を続ける。このとき超音波振動による振動エネルギーが、ケーシング本体３０を伝播し、第１の接合部２４と第２の接合部３２にまで到達する。この振動エネルギーは、接合部２４，３２に集中することで熱エネルギーに変換される。すると第１の接合部２４と第２の接合部３２とは、その接触部分から溶融し始め、両者は結合する。
【００３８】
このように本実施形態のポンプは、接合部２４，３２における補強材の含有量が、接合部２４，３２以外の箇所よりも少なくなっている。すなわち、分離板２とケーシング３とが溶着により接合されていても、両者の界面に介在する補強材は少なくなっているから、溶着強度の低下を防ぐことができる。
【００３９】
本実施形態のポンプは、第１の接合部２４及び第２の接合部３２が各本体２０，３０に二色成形により設けられているため、各本体２０，３０に補強材を含ませつつ、接合部２４，３２の補強材を減らしたり又は無くしたりすることが可能となる。これにより分離板本体２０及びケーシング本体３０の機械的強度を向上させ、且つ溶着強度の低下を防ぐことができる。
【００４０】
しかも、分離板本体２０及びケーシング本体３０の機械的強度が向上すると、溶着時、ホーン８２によって発せられた超音波振動による振動エネルギーが、効率よく接合部２４，３２に伝播する。分離板本体２０及びケーシング本体３０の強度が弱い場合、ホーン８２から発せられる振動エネルギーの減衰が大きくなって、接合部２４，３２に伝播する振動エネルギーが小さくなる。この場合、溶着に必要な振動エネルギーが大きくなってしまい、また長時間の溶着時間を要することになる。しかし、本実施形態のポンプは分離板本体２０及びケーシング本体３０に補強材を含ませているため、溶着に必要な振動エネルギーが小さくて済み、また短時間で溶着を行なうことも可能となる。
【００４１】
また本実施形態のポンプは、接合部２４，３２における補強材の含有量が僅か又はゼロであり、これにより溶融結合する面積が極力大きくなっているため、溶着代が小さくても十分な溶着強度が得られる。この点、通常、超音波溶着における溶着代の大きさには制約があるが（幅方向０．５ｍｍ、押圧方向３ｍｍの溶着代よりも小さくする必要がある）、本実施形態のポンプではこの制約の範囲内でも十分な溶着強度を得ることができる。
【００４２】
また本実施形態のポンプは、分離板本体２０及びケーシング本体３０と、接合部２４，３２とのそれぞれの界面２６，３９がラビリンス形状となっているため、当該界面２６，３９において十分な密着性を発揮する。これにより当該界面２６，３９におけるシール性を向上させることができる。
【００４３】
なお、本発明におけるケーシング３及び分離板２は、本実施形態で例示した材質に限定されるものではない。例えば、次のようなものであってもよい。
【００４４】
樹脂材料として少量のエラストマーを含有した樹脂材料を用いると、材料の伸びが大きくなり、急激な冷熱の繰り返しにも耐えることができるようになる。ただしこのエラストマーを含有した樹脂材料は、振動エネルギーを大きく減衰させるため、超音波溶着を行なうには、過大なエネルギーが必要となる。そのため、このエラストマーを含有した樹脂材料を分離板本体２０やケーシング本体３０に用いる場合には、この樹脂材料に補強材を４０〜５０％程度充填するとよい。これにより減衰率を低下させることが可能となる。
【００４５】
次に、本実施形態のポンプを使用した使用例を図５に基づいて説明する。
【００４６】
本使用例はハイブリッド自動車である。このハイブリッド自動車は、上記実施形態と同じ構成のポンプ８７が組み込まれた液体搬送装置としてのインバータ冷却装置８３を備えている。本使用例のハイブリッド自動車は、エンジン８４と駆動モータ８５とを組み合わせてタイヤを駆動させるハイブリッドシステムが搭載されている。
【００４７】
ハイブリッドシステムは、エンジン８４と、ブラシレスＤＣモータにより構成された駆動モータ８５と、駆動モータ８５を制御するインバータ８６と、このインバータ８６を冷却するインバータ冷却装置８３とを備えている。
【００４８】
インバータ８６はパワー半導体素子により構成されている。インバータ８６は、駆動モータ８５の駆動制御を行なうが、当該駆動モータ８５が発電機として機能した場合には、バッテリー８９に充電を行なうための整流回路としても機能する。
【００４９】
インバータ冷却装置８３は、主にパワー半導体による発熱を冷却するためのものであり、エンジン冷却装置（図示せず）とは別に設けられている。インバータ冷却装置８３は、内部に冷却水が流通する循環路８８と、この循環路８８に接続された上記実施形態と同じ構成のポンプ８７とを備えている。このポンプ８７は、循環路８８内の冷却水を循環させる。
【００５０】
このように本実施形態のポンプ８７は、車に搭載可能な大きさであったとしても、ケーシング３と分離板２とを十分に溶着することができ、十分な耐水性を発揮できる。しかも、過酷な環境に対応すべく、ケーシング本体３０や分離板本体２０を形成する樹脂材料にエラストマーや補強材などを含有させたとしても、溶着強度の低下を防ぐことができる。
【００５１】
上記実施形態のポンプの使用例としてハイブリッド自動車を例示したが、本発明のポンプは、燃料電池装置，給湯装置，シャワーポンプやヒートポンプ等、液体搬送装置であれば広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１      ポンプ本体
１１    磁気駆動部
１２    ステータ部
１３    コイル
１４    制御部
１５    ステータコア
２      分離板
２０    分離板本体
２１    分離板軸支部
２２    筒体部
２３    フランジ部
２４    第１の接合部
３      ケーシング
３０    ケーシング本体
３１    ケーシング軸支部
３２    第２の接合部
３３    吸込み口部
３４    吐出口部
３５    当接部
３６    押圧面
３７    側片
５      羽根車
５１    羽根
５２    磁気従動部
５３    軸受
５４    軸
５５    第１の軸受板
５６    第２の軸受板
５７    隙間
６      ポンプ室
【図１】
2012092726.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012092726.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012092726.tif 000007
【図６】
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