(57)【要約】【課題】高効率化を図ることができる遠心ポンプを提供すること。【解決手段】遠心ポンプは、その軸中心に回転シャフトが固定される取付孔を有する床部と、その軸中心に流体導入孔２４ａが設けられ床部と軸方向に対向するように設けられる傘部２４と、床部と傘部２４との間に設けられる流路構成部とを含む羽根車がポンプケースの内部に配置される。傘部２４のポンプケースとの対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部３１が周方向に沿って並設される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その軸中心に回転シャフトが固定される取付孔を有する床部と、その軸中心に流体導入孔が設けられ前記床部と軸方向に対向するように設けられる傘部と、前記床部と前記傘部との間に設けられる流路構成部とを含む羽根車がポンプケースの内部に配置された遠心ポンプであって、
前記傘部の前記ポンプケースとの対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部が周方向に沿って並設されたことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、前記傘部の同心円上に並設されたことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、軸方向から見て、前記羽根車の回転方向に開口した形状であることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、軸方向から見て、前記羽根車の回転方向に開口したＶ字形状であることを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部の深さは、前記傘部の厚さの半分以下に設定されたことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、前記流体導入孔の内径と前記傘部の外径との径方向の中央位置よりも径方向外側に設けられたことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、前記傘部の外縁よりも径方向内側に設けられたことを特徴とする遠心ポンプ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の遠心ポンプであって、
前記溝部は、全て同じ形状であることを特徴とする遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心ポンプとしては、その軸中心に回転シャフトが固定される取付孔を有する床部と、その軸中心に流体導入孔が設けられ床部と軸方向に対向するように設けられる傘部と、床部と傘部との間に設けられる流路構成部とを含む羽根車（所謂クローズドインペラ）がポンプケースの内部に配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような遠心ポンプでは、回転時に羽根車から径方向外側に導出された流体が傘部とポンプケースとの間の間隙部を介して径方向内側（流体導入孔側）に逆流してしまい、それによって効率が低下してしまうという虞があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高効率化を図ることができる遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する遠心ポンプは、その軸中心に回転シャフトが固定される取付孔を有する床部と、その軸中心に流体導入孔が設けられ前記床部と軸方向に対向するように設けられる傘部と、前記床部と前記傘部との間に設けられる流路構成部とを含む羽根車がポンプケースの内部に配置された遠心ポンプであって、前記傘部の前記ポンプケースとの対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部が周方向に沿って並設される。
【０００７】
同構成によれば、傘部のポンプケースとの対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部が周方向に沿って並設されるため、回転時に溝部の内側面に流体が衝突することで溝部（傘部）とポンプケースとの間の間隙部における圧力を高めることができる。よって、羽根車から径方向外側に導出された流体が前記間隙部を介して径方向内側（流体導入孔側）に逆流してしまうことを抑制することができ、逆流による出力の低下を抑えて、高効率化を図ることができる。
【０００８】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、前記傘部の同心円上に並設されることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、前記傘部の同心円上に並設されるため、回転時にポンプケースとの間の間隙部における圧力を一定の径方向位置で高めることができる。よって、流体の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。また、羽根車を含む回転体のバランスを良好とすることができる。
【０００９】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、軸方向から見て、前記羽根車の回転方向に開口した形状であることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、軸方向から見て、羽根車の回転方向に開口した形状であるため、回転時に溝部内に流体が導入され易くなり、溝部の内側面に流体が衝突し易くなることでポンプケースとの間の間隙部における圧力をより高めることができる。よって、流体の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００１０】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、軸方向から見て、前記羽根車の回転方向に開口したＶ字形状であることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、軸方向から見て、羽根車の回転方向に開口したＶ字形状であるため、回転時に溝部内に流体が導入され易くなるとともに、溝部の内側面の反回転方向側端部で局所的に流体が衝突し易くなることでポンプケースとの間の間隙部における圧力を径方向の一部で局所的により高めることができる。よって、流体の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００１１】
上記遠心ポンプであって、前記溝部の深さは、前記傘部の厚さの半分以下に設定されることが好ましい。
同構成によれば、溝部の深さは、傘部の厚さの半分以下に設定されるため、傘部の強度を保ちつつ、ポンプケースとの間の間隙部における圧力を高めることができる。
【００１２】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、前記流体導入孔の内径と前記傘部の外径との径方向の中央位置よりも径方向外側に設けられることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、流体導入孔の内径と傘部の外径との径方向の中央位置よりも径方向外側に設けられるため、径方向内側に設けられる場合に比べて、回転時に溝部の内側面に流体を高速で衝突させることができ、ポンプケースとの間の間隙部における圧力をより高めることができる。よって、流体の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００１３】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、前記傘部の外縁よりも径方向内側に設けられることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、傘部の外縁よりも径方向内側に設けられるため、溝部が回転時に羽根車の径方向外側の流体の流れに乱れを生じさせることが防止される。即ち、溝部が傘部の外縁まで達する構成とすると、その溝部の径方向外側の開口が回転時に羽根車の径方向外側の流体の流れに乱れを生じさせる虞があるが、これを回避することができる。
【００１４】
上記遠心ポンプであって、前記溝部は、全て同じ形状であることが好ましい。
同構成によれば、溝部は、全て同じ形状であるため、ポンプケースとの間の間隙部における圧力をバランス良く高めることができる。また、羽根車を含む回転体のバランスを良好とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の遠心ポンプでは、高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態における遠心ポンプの一部断面図。
【図２】一実施形態における羽根車の断面図。
【図３】一実施形態における第２羽根車部材の平面図。
【図４】一実施形態における遠心ポンプの一部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、遠心ポンプの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の遠心ポンプは、エアポンプであって、モータ１と、ポンプケース２と、羽根車３とを備えている。
【００１８】
本実施形態のモータ１は、ブラシレスモータであって、略有底筒状のモータケース４の内周面に固定されたステータ５ａと、該ステータ５ａの内側で回転可能に支持されたロータ５ｂとを有する。なお、本実施形態のモータ１は、ロータ５ｂの磁極数が４極で、ステータ５ａのティース間のスロット数が６スロットのモータとされている。
【００１９】
モータケース４の底部４ａ（図１中、上部）の中心には中心孔４ｂが形成され、その中心孔４ｂに軸受６を介してロータ５ｂの回転シャフト７の基端側（図１中、上端側（底部４ａ側））が支持されている。また、モータケース４の外部に突出した回転シャフト７の基端部（図１中、上端部（底部４ａ側の端部））には、樹脂製の固定リング８を介して環状のセンサマグネット９が固定されている。また、モータケース４の底部４ａには、固定部材１０を介して回路基板１１が固定されている。回路基板１１には、前記センサマグネット９と対向して回転シャフト７の回転（回転角度、回転速度等）を検出する回転センサ１２等の種々の素子が実装されている。
【００２０】
ポンプケース２は、モータケース４の開口端を略閉塞するように固定される第１ケース１３と、該第１ケース１３のモータ１（モータケース４）とは反対側に固定される第２ケース１４とを有する。
【００２１】
第１ケース１３の中心には中心孔１３ａが形成され、その中心孔１３ａの内周面に軸受１５を介して前記回転シャフト７の先端側（ポンプケース２側）が支持されている。また、第１ケース１３の第２ケース１４側の端面には、回転シャフト７の軸方向から見て円形の凹部１３ｂが形成されている。また、第１ケース１３の第２ケース１４側の端面における凹部１３ｂの外周側には、渦巻き室構成溝１３ｃが形成されている。
【００２２】
第２ケース１４の中心には空気導入孔１４ａが形成されている。この空気導入孔１４ａは、前記回転シャフト７の軸方向に沿って貫通し、その径がモータ１側（第１ケース１３側）に向かうほど小さくなるように形成されている。また、第２ケース１４の第１ケース１３側の端面には、回転シャフト７の軸方向から見て円形の凹部１４ｂが形成され、その凹部１４ｂは第１ケース１３の凹部１３ｂと共に羽根車収容部Ｈを構成している。また、第２ケース１４の第１ケース１３側の端面における凹部１４ｂの外周側には、渦巻き室構成溝１４ｃが形成され、その渦巻き室構成溝１４ｃは第１ケース１３の渦巻き室構成溝１３ｃと共に渦巻き室Ｕを構成している。また、第２ケース１４の周方向の一部には、前記羽根車収容部Ｈの径方向外側にある前記渦巻き室Ｕと連通した空気排出筒部１４ｄが形成されている。
【００２３】
なお、前記渦巻き室Ｕよりも径方向外側の位置において第１ケース１３の第２ケース１４との合わせ面には環状のシール溝１３ｄが形成され、該シール溝１３ｄには第２ケース１４の合わせ面によって潰されつつ挟持されるシールリングＳ１が収容されている。これにより、渦巻き室Ｕを通る流体の合わせ面からの漏れが防止されている。
【００２４】
また、第１ケース１３には、モータ１全体を覆う略有底筒状の密閉ケース１６が固定されている。密閉ケース１６は、その開口端部に径方向外側に延びるフランジ部１６ａを有し、該フランジ部１６ａの複数箇所（図１中、一箇所のみ図示）がフランジ部１６ａを貫通して第１ケース１３に螺合されるねじ１７によって固定されている。また、第１ケース１３におけるフランジ部１６ａとの合わせ面には環状のシール溝１３ｅが形成され、該シール溝１３ｅにはフランジ部１６ａの合わせ面によって潰されつつ挟持されるシールリングＳ２が収容されている。これにより、第１ケース１３とフランジ部１６ａとの合わせ面からの空気の漏れが防止されている。また、密閉ケース１６の底部１６ｂには、配線用孔１６ｃが形成されている。配線用孔１６ｃには、配線１８を通しつつ配線用孔１６ｃからの空気の漏れを防止するシールゴム部材１９が嵌着されている。なお、配線１８は、外部の制御装置や電源装置と回路基板１１やステータ５ａの巻線とを電気的に接続するものである。
【００２５】
羽根車３は、羽根車収容部Ｈ内に突出した前記回転シャフト７の先端部（ポンプケース２側端部）と一体回転可能に固定されて羽根車収容部Ｈ内に配置される。羽根車３は、その軸中心の内部空間と径方向外側の外部空間（渦巻き室Ｕ）とを連通する複数の流通路２０を有し、回転されることで空気導入孔１４ａから導入された流体としての空気を内部空間側から流通路２０を介して外部空間（渦巻き室Ｕ）側に導出させ、ひいては空気排出筒部１４ｄから空気を噴射させる。
【００２６】
詳しくは、図１及び図２に示すように、羽根車３は、その軸中心に回転シャフト７が固定される取付孔２１ａを有する略円盤状の床部２１と、その床部２１から軸方向に延びて設けられた周方向に複数（本実施形態では１１個）の中間羽根部２２とを有する第１羽根車部材２３を備える。なお、床部２１は、回転軸中心Ｘを中心として略円盤状に形成されている。
【００２７】
また、図１に示すように、羽根車３は、その軸中心に流体導入孔２４ａが設けられ、前記床部２１と軸方向に対向するように設けられる略円盤状の傘部２４と、その傘部２４から軸方向に延びて設けられた周方向に複数（本実施形態では１１個）の羽根部２５とを有する第２羽根車部材２６を備える。なお、本実施形態では、前記中間羽根部２２と羽根部２５とが流路構成部を構成している。本実施形態の傘部２４は、径方向内側（内部空間側）から径方向外側（外部空間側）に向かうにつれ、床部２１に近づくように形成されている。また、傘部２４は、回転軸中心Ｘを中心にして略円盤状に形成されている。
【００２８】
詳しくは、前記羽根部２５は、傘部２４から立設されて該傘部２４と床部２１との間に配置されている。また、羽根部２５は、径方向外側に向かって反回転方向側に湾曲しながら、傘部２４の流体導入孔２４ａから傘部２４の外縁まで径方向に延びて形成されている。また、羽根部２５は、径方向両端部のみ端部に向かうほど幅が小さくなるように形成され、その中間部位（径方向両端部以外）は幅が一定とされている。
【００２９】
また、前記中間羽根部２２は、床部２１から立設されて該床部２１と傘部２４との間における前記羽根部２５同士の間（図２参照）に配置され、羽根部２５と共に流通路２０を構成している。また、中間羽根部２２は、羽根部２５の径方向内側端部よりも径方向外側に自身の径方向内側端部を有することで、羽根部２５の径方向内側端部同士の間の流通路２０の通路断面積を減少させることなく設けられている。また、中間羽根部２２は、径方向外側に向かって反回転方向側に湾曲しながら床部２１の外縁まで径方向に延びるとともに、径方向外側に向かうほど幅が大きくなるようにその全体が形成されている。
【００３０】
また、図３及び図４に示すように、傘部２４のポンプケース２（第２ケース１４）との対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部３１が周方向に沿って並設されている。
【００３１】
詳しくは、図３に示すように、本実施形態の溝部３１は、傘部２４の同心円Ａ上（即ち回転軸中心Ｘからの径方向位置（距離）が等しい位置）に等角度（本実施形態では５°）間隔で７２個、並設されている。また、溝部３１は、軸方向から見て、全て同じ形状であるとともに、羽根車３の回転方向に開口した形状であって、本実施形態では、回転方向に開口したＶ字形状（所謂ヘリングボーン形状）とされている。なお、本実施形態では、溝部３１のＶ字形状がなす角度は９０°に設定されている。また、溝部３１は、前記流体導入孔２４ａの内径と傘部２４の外径との径方向の中央位置Ｂよりも径方向外側に設けられている。また、溝部３１は、傘部２４の外縁よりも径方向内側に設けられている。
【００３２】
また、図４に示すように、溝部３１の深さＣ１は、傘部２４の厚さＣ２の半分以下であって本実施形態では傘部２４の厚さＣ２の約１／３に設定されている。
次に、上記のように構成された遠心ポンプの作用について説明する。
【００３３】
モータ１に電源が供給されると、ロータ５ｂが回転駆動され、ロータ５ｂ（回転シャフト７）と共に羽根車３が回転軸中心Ｘを中心に一体回転される。すると、ポンプケース２の空気導入孔１４ａを介して羽根車３の軸中心の内部空間に空気が導入されるとともにその内部空間側から流通路２０を介して羽根車３の径方向外側の外部空間側であって渦巻き室Ｕに空気が導出される。すると、羽根車３の径方向外側の渦巻き室Ｕにおいて空気の圧力が高まり、ポンプケース２の空気排出筒部１４ｄから空気が噴射される。
【００３４】
次に、上記実施形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）傘部２４のポンプケース２との対向面には、軸方向から見て、周方向に対して交差する溝部３１が周方向に沿って並設されるため、回転時に溝部３１の内側面に流体としての空気が衝突することで溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２（図４参照）における圧力を高めることができる。よって、羽根車３から径方向外側の渦巻き室Ｕに導出された空気が前記間隙部３２を介して径方向内側（流体導入孔２４ａ側）に逆流してしまうことを抑制することができ、逆流による出力の低下を抑えて、高効率化を図ることができる。
【００３５】
（２）溝部３１は、傘部２４の同心円Ａ上に並設されるため、回転時に溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力を周方向全周において一定の径方向位置で高めることができ、空気の逆流をより抑制することができる。また、羽根車３を含む回転体のバランスを良好とすることができる。
【００３６】
（３）溝部３１は、軸方向から見て、羽根車３の回転方向に開口した形状であるため、回転時に溝部３１内に空気が導入され易くなり、溝部３１の内側面に空気が衝突し易くなることで溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力をより高めることができる。よって、空気の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００３７】
（４）溝部３１は、軸方向から見て、羽根車３の回転方向に開口したＶ字形状であるため、回転時に溝部３１内に空気が導入され易くなるとともに、溝部３１の内側面の反回転方向側端部（Ｖ字の角部）で局所的に空気が衝突し易くなることで溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力を径方向の一部で局所的により高めることができる。よって、空気の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００３８】
（５）溝部３１の深さＣ１は、傘部２４の厚さＣ２の半分以下（本実施形態では傘部２４の厚さＣ２の約１／３）に設定されるため、傘部２４の強度を保ちつつ、溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力を高めることができる。
【００３９】
（６）溝部３１は、流体導入孔２４ａの内径と傘部２４の外径との径方向の中央位置Ｂよりも径方向外側に設けられるため、径方向内側に設けられる場合に比べて、回転時に溝部３１の内側面に空気を高速で衝突させることができ、溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力をより高めることができる。よって、空気の逆流をより抑制することができ、逆流による出力の低下をより抑えて、より高効率化を図ることができる。
【００４０】
（７）溝部３１は、傘部２４の外縁よりも径方向内側に設けられる（径方向外側に開口していない）ため、溝部３１が回転時に羽根車３の径方向外側（渦巻き室Ｕ）の空気の流れに乱れを生じさせることが防止される。即ち、溝部３１が傘部２４の外縁まで達する（傘部２４の外縁と溝部３１とが連通する）構成とすると、その溝部の径方向外側の開口が回転時に羽根車３の径方向外側の空気の流れに乱れを生じさせる虞があるが、これを回避することができる。
【００４１】
（８）溝部３１は、全て同じ形状であるため、溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力をバランス良く高めることができる。また、羽根車３を含む回転体のバランスを良好とすることができる。
【００４２】
（９）溝部３１は、等角度（本実施形態では５°）間隔で並設されているため、羽根車３を含む回転体のバランスを保ちつつ、溝部３１（傘部２４）とポンプケース２との間の間隙部３２における圧力を高めることができる。
【００４３】
上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、溝部３１は、軸方向から見て、羽根車３の回転方向に開口した形状であって、回転方向に開口したＶ字形状であるとしたが、これに限定されず、周方向に対して交差しており、回転時にその内側面に空気が衝突して前記間隙部３２における圧力を高めることができれば、他の形状に変更してもよい。例えば、溝部は、羽根車３の回転方向に開口したＵ字形状としてもよい。また、例えば、溝部は、径方向に沿った形状等、周方向に対して傾斜した直線形状としてもよい。また、例えば、溝部は、周方向に対して傾斜した直線形状のものが周方向に沿ってジグザグに連続して（繋がって）並設されたものとしてもよい。また、上記実施形態では溝部３１のＶ字形状がなす角度は９０°に設定されるとしたが、９０°以外の角度のＶ字形状としてもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、溝部３１は、傘部２４の同心円Ａ上に並設されるとしたが、これに限定されず、複数の溝部は、径方向の異なる位置に設けてもよい。
・上記実施形態では、溝部３１の深さＣ１は、傘部２４の厚さＣ２の半分以下であって、傘部２４の厚さＣ２の約１／３に設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、傘部２４の厚さＣ２の半分より大きくしてもよい。
【００４５】
・上記実施形態では、溝部３１は、流体導入孔２４ａの内径と傘部２４の外径との径方向の中央位置Ｂよりも径方向外側に設けられるとしたが、これに限定されず、前記中央位置Ｂよりも径方向内側に設けてもよい。
【００４６】
・上記実施形態では、溝部３１は、傘部２４の外縁よりも径方向内側に設けられる（径方向外側に開口していない）としたが、これに限定されず、傘部２４の外縁まで達する（径方向外側に開口している）構成としてもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、溝部３１は、全て同じ形状であるとしたが、これに限定されず、異なる形状の溝部を周方向に沿って並設してもよい。
・上記実施形態では、床部２１と傘部２４との間に設けられて流通路２０を構成する流路構成部を羽根部２５及び中間羽根部２２としたが、流路構成部は、羽根車３の軸中心の内部空間と径方向外側の外部空間（渦巻き室Ｕ）とを連通し、回転時に渦巻き室Ｕに流体を導出できれば、他の形状のものに変更してもよい。
【００４８】
・上記実施形態では、溝部３１は、等角度（５°）間隔で７２個、並設されるとしたが、これに限定されず、不等角度間隔としてもよいし、他の数に変更してもよい。
・上記実施形態では、モータ１は、４極６スロットのモータであるとしたが、これに限定されず、例えば、８極１２スロット等、異なる磁極数やスロット数のモータとしてもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、傘部２４は、径方向内側から径方向外側に向かうにつれ、床部２１に近づくように形成されるとしたが、これに限定されず、例えば、傘部２４を床部２１と平行になるように形成してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、遠心ポンプを、エアポンプとしたが、これに限定されず、液体用等の他の流体用の遠心ポンプとして具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
２…ポンプケース、３…羽根車、７…回転シャフト、２１…床部、２１ａ…取付孔、２２…中間羽根部（流路構成部）、２４…傘部、２４ａ…流体導入孔、２５…羽根部（流路構成部）、３１…溝部、Ａ…同心円、Ｂ…径方向の中央位置、Ｃ１…溝部の深さ、Ｃ２…傘部の厚さ。
【図１】
2017172500.tif 000003
【図２】
2017172500.tif 000004
【図３】
2017172500.tif 000005
【図４】
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