JP2020148169A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根の数を減らすことなく入口面積を広く確保し、ポンプ効率の向上を図る。【解決手段】インペラ１４０は、円板状の基部１４４と、前記基部１４４の、前記吸入通路と対向する面である正面上に、前記基部１４４の径方向内方から外方に向かって延在する第１羽根１４６と、前記径方向内方から外方に向かって延在する第２羽根１４８と、を備え、前記第２羽根１４８は、前記径方向において前記第１羽根１４６と同じ長さを有し、前記径方向内側に、前記基部１４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記第１羽根１４６よりも前記基部１４４からの高さが低く形成されている低羽根部１５６と、前記径方向外側に、前記第１羽根１４６と前記基部１４４からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部１５８と、を有する。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、遠心ポンプに関する。

一般的な遠心ポンプでは、吸入口（吸入通路）から吸入された流体は、まずインペラの中央部に導かれる。そして、インペラの、モータと反対側に位置する正面上に複数形成されている羽根の回転によって圧送され、吐出口（吐出通路）より吐出される。

ところで、遠心ポンプのポンプ効率の向上を図るために、インペラの遠心羽根の形状の各種の改良がおこなわれている。例えば、インペラの径方向において、中央部から外方の端部にかけて延在する第１羽根と、第１羽根よりも長さが短く、径方向外方の端部近傍に形成されている第２羽根を有するインペラを備えた遠心ポンプがある。すなわち、第２羽根の、インペラ中央部近傍の部位を欠如させた構成のものがある。このような構成により、羽根の数を減らすことなく入口面積を広く確保し、ポンプ効率の向上を図っている。

特開平１１−２１８０９７号公報

上述した技術のように第２羽根のインペラ中央部近傍の部位を欠如させた構成のものにあっては、インペラの入口面積を広く確保することができる。しかし、当該インペラ中央部に吸入された流体は、第２羽根のインペラ中央部近傍の部位が欠如されていることから、遠心ポンプの回転により主として第１羽根で受けることになり、第１羽根と第２羽根との間で圧送量の不均衡が生じている。すなわち、第２羽根による圧送量が第１羽根による圧送量に比べ少なくなっていた。

而して、本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、上述した点に鑑みて、第２羽根の形状の改良を図ることにより、圧送量の不均衡の改善を図り、ポンプ効率の一層の向上を図ることにある。

上記課題を解決するために、本明細書に開示の遠心ポンプは次の手段をとる。

第１の手段は、吐出通路及び吸入通路が形成されたケーシングと、前記吸入通路と同軸となるよう前記ケーシング内に配設されたインペラと、を備える遠心ポンプであって、前記インペラは、円板状の基部と、前記基部の、前記吸入通路と対向する面である正面上に、前記基部の径方向内方から外方に向かって延在する第１羽根と、同じく前記正面上に、前記基部の前記径方向内方から外方に向かって延在する第２羽根と、を備え、前記第２羽根は、前記径方向において前記第１羽根と同じ長さを有し、前記径方向内側に、前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記第１羽根よりも前記基部からの高さが低く形成されている低羽根部と、前記径方向外側に、同じく前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記第１羽根と前記基部からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部と、を有する遠心ポンプである。

上記第１の手段によれば、インペラの入口面積を広く確保しつつ、第１羽根と第２羽根とが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。したがって、従来の遠心ポンプと比して、ポンプ効率を改善することができる。

第２の手段は、上述した第１の手段の遠心ポンプであって、前記低羽根部の前記基部からの高さは、前記径方向内方から外方に向かって漸増している、遠心ポンプである。

上記第２の手段によれば、インペラの成型を容易にすることができる。

第３の手段は、上述した第１の手段の遠心ポンプであって、前記第２羽根は、前記基部からの高さが、前記低羽根部と前記高羽根部との境界部においてステップ状に増加する、遠心ポンプである。

上記第３の手段によれば、低羽根部の高さを、その径方向長さにわたって、十分に低くすることができる。そのため、上記第１の手段に比して、更にポンプ効率を改善することができる。

第４の手段は、上述した第１〜第３の手段のいずれかの遠心ポンプであって、前記基部の、前記径方向外側に形成される平坦な平板部と、前記平板部の内側の端部から前記径方向内方へと連続的に形成された面であって、前記径方向内方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を有する突出部と、を有し、前記低羽根部は、前記突出部内のみに形成されている、遠心ポンプである。

上記第４の手段によれば、突出部内に位置する第２羽根の一部であって、径方向内側に位置する部分は、高さが第１羽根よりも低い低羽根部であるため、インペラの入口面積を広く確保することができる。また、流体の圧力が高くなる平板部においては、第２羽根は第１羽根と同じ高さを有するため、流体を十分に圧送することができる。そのため、インペラの基部が突出部を有する遠心ポンプにおいても、ポンプ効率を改善することができる。

第５の手段は、上述した第４の手段の遠心ポンプであって、前記第１羽根及び前記第２羽根の一方は、前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記径方向内側に他方よりもその厚さが薄く形成されている薄羽根部と、同じく前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記径方向外側に前記他方と同じ厚さに形成されている厚羽根部と、を有する遠心ポンプである。

上記第５の手段によれば、第１羽根及び第２羽根の一方が薄羽根部を有するため、インペラの入口面積を、上記第４の手段に比して更に広く確保することができる。そのため、第４の手段に比して、更にポンプ効率を改善することができる。

第６の手段は、上述した第５の手段の遠心ポンプであって、前記薄羽根部は、前記突出部内のみに形成されている、遠心ポンプである。

上記第６の手段によれば、突出部内に位置する第１羽根及び第２羽根の一方の羽根の一部であって、径方向内側に位置する部分は、厚さが他方の羽根よりも薄い薄羽根部であるため、インペラの入口面積を広く確保することができる。また、流体の圧力が高くなる平板部においては、一方の羽根は他方の羽根と同じ厚さを有する。このため、インペラの基部が突出部を有する遠心ポンプにおいても、羽根の強度低下を抑えつつ、ポンプ効率を改善することができる。

第７の手段は、上述した第１〜第６の手段のいずれかの遠心ポンプであって、複数の前記第１羽根及び複数の前記第２羽根は、規則的に配設されている、遠心ポンプである。

上記第７の手段によれば、複数の第１羽根及び複数の第２羽根が規則的に基部の正面上に形成されているため、流体を均一に圧送することができる。

第８の手段は、上述した第７の手段の遠心ポンプであって、複数の前記第１羽根及び複数の前記第２羽根は、交互に配設されている、遠心ポンプである。

上記第８の手段によれば、複数の第１羽根及び複数の第２羽根が交互に基部の正面上に形成されているため、流体を上記第７の手段の遠心ポンプに比して、さらに均一に圧送することができる。

本明細書に開示の遠心ポンプは、上述の手段をとることにより、ポンプ効率を改善することができる。

第１の実施形態に係る遠心ポンプを示す断面図である。 図１に示す遠心ポンプのインペラの斜視図である。 図１に示す遠心ポンプのインペラの上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 比較例に係るインペラの上面図である。 第２の実施形態に係るインペラの斜視図である。 図７に示すインペラの上面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。 図８のＸ−Ｘ線矢視断面図である。 第３の実施形態に係るインペラの斜視図である。 図１１に示すインペラの上面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。 図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。 図１２の矢印ＸＶ方向から見た側面図である。 図１２の矢印ＸＶＩ方向から見た側面図である。

以下、各種実施形態に係る遠心ポンプを、図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態では、例えば、自動車等の車両に搭載され、キャニスタから内燃機関（エンジン）の吸気通路へのパージ量を補填するためのパージポンプとして用いられる遠心ポンプを例示する。

（遠心ポンプ１０の概要）
図１は遠心ポンプ１０を示す断面図である。説明の便宜上、右手系ＸＹＺ直交座標系を導入して、遠心ポンプ１０の方向を定める。Ｚ軸方向を鉛直方向として、上方を＋方向、下方を−方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向が水平方向である。そのうち、Ｘ軸方向を左右方向として、右方を＋方向、左方を−方向とする。そして、Ｙ軸方向を前後方向として、前方を＋方向、後方を−方向とする。但しこれらの方向は、遠心ポンプ１０の配置方向を特定するものではない。

図１に示すように、遠心ポンプ１０は、モータ１２と、モータ１２で発生したトルクにより回転するインペラ１４０と、モータ１２及びインペラ１４０を収容するケーシング１６とを備える。モータ１２は、一般的なブラシレスモータであり、中空円筒状のロータ１８と、下端がロータ１８の中空部分に同軸に挿入されたシャフト２０と、ロータ１８の外周を取り囲むステータ２２とを備える。ロータ１８は、シャフト２０の軸線に対して周方向に複数の磁極を有する永久磁石によって構成されている。ステータ２２は、ロータ１８の外周を、ロータ１８から所定の距離だけ離間した位置において取り囲む複数のコイル（図示せず）を備える。

シャフト２０の上端は、インペラ１４０の中心孔１４２（インペラ１４０の詳細は後述）に同軸に挿入されている。これにより、シャフト２０は、ロータ１８と、ステータ２２との間で生じたトルクをインペラ１４０へと伝える。ケーシング１６は、いずれも樹脂製の第１ケーシング部２４と、第２ケーシング部２６とを備える。第１ケーシング部２４と、第２ケーシング部２６とにより、インペラ１４０を収容するためのポンプ室２８が形成されている。ポンプ室２８は、インペラ１４０がポンプ室２８の内壁に干渉することなく回転可能な空間である。第１ケーシング部２４には、上方向に突出する円筒状の吸入部３０が形成されている。吸入部３０内には吸入通路３２が形成されている。吸入通路３２の、ポンプ室２８と反対側の端には、吸入口３４が設けられている。吸入通路３２はこの吸入口３４を介してポンプ室２８内外を連通している。更に、第１ケーシング部２４には、インペラ１４０の外周の接線方向（図１において右方）に突出する吐出部３６が形成されている。吐出部３６内には吐出通路３８が形成されている。吐出通路３８の、ポンプ室２８と反対側の端には、吐出口４０が設けられている。吐出通路３８はこの吐出口４０を介してポンプ室２８内外を連通している。

軸受４２，４４は、周知のボールベアリングからなり、外輪が圧入によって第２ケーシング部２６内に固定されており、内輪がシャフト２０に固定されている。すなわち、軸受４２，４４はシャフト２０を回転可能に支持している。

第２ケーシング部２６の下端部には、制御部４６が収容されている。制御部４６は、リード線を介して外部電源（例えば、車両に搭載されているバッテリ）に接続された外部コネクタに接続されている（リード線、外部電源、外部コネクタは図示を省略）。制御部４６は、外部電源から供給される電力をステータ２２に供給する。

（インペラ１４０の構造）
次に、インペラ１４０の構造を詳細に説明する。図２はインペラ１４０の斜視図、図３は同インペラ１４０の上面図、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図、図５はＶ−Ｖ線矢視断面図である。図２、３中、矢印Ｒによって示すように、インペラ１４０の回転方向は、上面視において時計回り方向とする。インペラ１４０は、略円板状の主板１４４と、該主板１４４の吸入通路３２と対向する側の面である正面（すなわち上面）上に形成された、それぞれ複数の第１羽根１４６及び第２羽根１４８を備える。主板１４４は、その径方向外側に、平坦な平板部１５０と、該平板部１５０の内側に、上方に向かって突出した突出部１５２と、を備える。突出部１５２の径方向外側の端部は、平板部１５０の内側の端部から連続している。また、突出部１５２は、径方向内方に向かうにつれてその高さが連続的に増加する傾斜面１５４を有する（図４及び５参照）。なお、主板は、本明細書における基部に対応する。

第１羽根１４６及び第２羽根１４８は、それぞれ、平板部１５０と突出部１５２に跨っており、主板１４４の径方向内方から径方向外方に向かって延在している。第１羽根１４６と第２羽根１４８は、上面視において（図３参照）同一の形状を有しており、径方向長さも同一である。なお、羽根の径方向長さとは、例えば、上面視において、主板１４４の回転中心Ｃ（図３、４及び５中、点又は線によって示す）から、最も距離が長くなる点までの距離から中心孔１４２の半径を減じた長さを指す。第１羽根１４６及び第２羽根１４８は、互いに等間隔になるよう交互に配設されている。また、第１羽根１４６及び第２羽根１４８は、主板１４４に対して垂直に立設している。

インペラ１４０の上面視において、第１羽根１４６及び第２羽根１４８の、径方向内側の端部は、それぞれインペラ１４０の回転方向前側（矢印Ｒが指す側）にずらすように形成されている。一方、第１羽根１４６及び第２羽根１４８は、径方向外側の端部がインペラ回転方向の前後いずれにもずれていない。径方向中央部は回転方向前方から後方に向かって緩やかに傾斜している。

図４、５に良く示すように、第２羽根１４８は、低羽根部１５６と高羽根部１５８とを有する。低羽根部１５６は、主板１４４の径方向内側に位置し、主板１４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、第１羽根１４６よりも主板１４４からの高さが低くなるよう形成されている。高羽根部１５８は、低羽根部１５６の径方向外側に位置し、主板１４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、主板１４４からの高さが第１羽根１４６と同じとなるよう形成されている。低羽根部１５６は主板１４４の突出部１５２にのみ位置し、高羽根部１５８は主板１４４の突出部１５２と平板部１５０に跨って形成されている。すなわち、低羽根部１５６と高羽根部１５８の境界部（図５に示す境界線Ｂ近傍）は、突出部１５２に位置している。第１の実施形態では、低羽根部１５６の高さは、高羽根部１５８との境界部に向かって漸増している。なお、本明細書において「漸増」とは、直線的な増加、滑らかな曲線的な増加の両方を含む。また、本明細書において、第１羽根、第２羽根の「主板からの高さ」というときの高さ方向とは、各羽根を回転中心Ｃと平行な所定の面で切断した場合に表れる断面において、傾斜面に対応する曲線上の各点での該曲線の接線に対して垂直な方向を意味する。

（遠心ポンプ１０の動作）
続いて、図１に基づき遠心ポンプ１０の動作について説明する。ステータ２２は、制御部４６から電力を供給されると、磁界を発生させる。するとロータ１８が回転し、その回転に伴って、シャフト２０、軸受４２，４４の内輪及びインペラ１４０が一体的に回転する。インペラ１４０が回転されることで、流体（パージガス）は、吸入口３４から吸入され（図１中、矢印Ｙ１参照）、吸入通路３２内を経由して、インペラ１４０の中央部に向かって送られる。インペラ１４０の中央部に向かって送られた流体は、主板１４４の上面を径方向外方に向かって流れつつ、回転する第１羽根１４６及び第２羽根１４８によって、時計回り方向に圧送される。第１羽根１４６及び第２羽根１４８によって昇圧された流体は、吐出通路３８を経由して、吐出口４０より吐出される（図１中、矢印Ｙ２参照）。

（第１の実施形態の利点）
遠心ポンプ１０を稼働させると、上述のように、インペラ１４０の主板１４４の上面に設けられた羽根によって、流体が圧送される。所定の時間でより多くの流体を圧送できるほどポンプ効率は高くなるので、ポンプ効率を高くするためにインペラ１４０の主板１４４の上面に、より多くの羽根を形成することが考えられる。しかし、羽根には体積があるため、羽根の数を多くするほど、ポンプ室２８内において、インペラ１４０の中央部の空間が羽根によって占有されて狭くなる。すなわち、インペラ１４０の入口面積（開口面積ともいう）が減少する。その結果、インペラ１４０の中央部において、流体と羽根との界面で生じる摩擦抵抗が増加するので、単に羽根の数を増やすことでポンプ効率が高くなるとは言えない。

そこで、入口面積を広く保ちつつ、より多くの数の羽根をインペラ１４０の主板１４４の上面に設けるために、径方向長さの異なる２種類の羽根を上面に形成することが考えられる。より詳細には、例えば、図６に示す比較例において、一方の羽根（説明の便宜上短羽根と称する）は、他方の羽根（説明の便宜上長羽根と称する）よりも、その径方向内側の端部が径方向外方に位置している。このような構成のインペラでは同じ数の羽根を形成した場合に、より広い入口面積を確保することができる。

しかし本発明者らは、比較例においても、さらにポンプ効率を改善する余地があることを知見した。すなわち比較例の構成では、短羽根は、内側の端部が、長羽根に比べて、径方向外方に位置しているため、インペラの中央部近傍において、該短羽根の回転方向前側にある流体を短羽根に沿って径方向外方へと導くことができない（図６中、一点鎖線矢印Ｙ３参照）。短羽根の回転方向前側にある流体は、該短羽根の回転方向後ろ側の隣に位置する長羽根に到達してから、ようやく長羽根によって圧送される（図６中、矢印Ｙ４参照）。一方、インペラの中央部近傍において長羽根の回転方向前側にある流体は、該長羽根によって圧送される（図６中、矢印Ｙ５参照）。すなわち、短羽根が圧送する流体の量は長羽根よりも少なくなる。このような、長羽根と短羽根間の圧送量の不均衡を解消することが、さらなるポンプ効率改善に寄与し得る。

本発明者らは更に、インペラ１４０の中央部近傍においては、図４、５に示すように、流体の多くは傾斜面１５４に沿って流れるため、中央部近傍においては、羽根の高さを低めに形成しても、中央部近傍において羽根の高さがより高い場合と比較しても、わずかに少ない量の流体を圧送できることを見出した。すなわち、第１の実施形態に係るインペラ１４０において、第１羽根１４６と第２羽根１４８は同一の径方向長さを有している。そして、第２羽根１４８は、径方向内側に位置し、主板１４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根１４６よりも主板１４４からの高さが低く形成されている低羽根部１５６と、径方向外側に位置し、同じく主板１４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根１４６と主板１４４からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部１５８とを有している。このような構成を有することにより、インペラ１４０は、入口面積を広く確保しつつ、第１羽根１４６と第２羽根１４８とが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。ひいては、遠心ポンプのポンプ効率を向上させることができる。

また、第２羽根１４８の低羽根部１５６は、主板１４４からの高さが径方向内方から外方に向かって漸増している。これにより、インペラ１４０の成型を容易にすることができる。

また、主板１４４が平板部１５０と突出部１５２を有する場合、流体は突出部１５２においては十分に昇圧されておらず、傾斜面１５４に沿って流れる一方、突出部１５２より外方においてはインペラ１４０の回転方向の速度を有し、圧力が高くなっている。そのため、低羽根部１５６は突出部１５２内のみに形成し、平板部１５０には高羽根部１５８を配設することにより、平板部１５０上を流れる流体を十分に圧送することができる。

また、第１羽根１４６及び第２羽根１４８は、交互に配設されている。そのためインペラ１４０の入口面積を周方向に関して均一に確保することができ、第１羽根１４６及び第２羽根１４８のそれぞれが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る遠心ポンプ１０は、インペラ１４０と形状が異なるインペラ２４０を備えること以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。そのため、第２の実施形態では、インペラ２４０以外の詳細な説明は省略する。

（インペラ２４０の構造）
インペラ２４０の構造を詳細に説明する。図７はインペラ２４０の斜視図、図８は同インペラ２４０の上面図、図９は図８におけるＩＸ−ＩＸ線矢視断面図、図１０は図８におけるＸ−Ｘ線矢視断面図である。図７、８中、矢印Ｒによって示すように、インペラ２４０の回転方向は、上面視において時計回り方向とする。インペラ２４０は、略円板状の主板２４４と、該主板２４４の正面（すなわち上面）上に形成された、それぞれ複数の第１羽根２４６及び第２羽根２４８を備える。主板２４４は、第１の実施形態に係るインペラ１４０と同様に、その径方向外側に、平坦な平板部２５０と、該平板部２５０の内側に、上方に向かって突出した突出部２５２と、を備える。突出部２５２は、径方向内方に向かうにつれてその高さが連続的に増加する傾斜面２５４（図７、９、１０参照）を有する。

第１羽根２４６及び第２羽根２４８は、それぞれ、平板部２５０と突出部２５２に跨っており、主板２４４の径方向内方から径方向外方に向かって放射状に延在している。第１羽根２４６と第２羽根２４８は、上面視において同一の径方向長さを有する。第１羽根２４６及び第２羽根２４８は、互いに等間隔になるよう交互に配設されている。また、第１羽根２４６及び第２羽根２４８は、主板２４４に対して垂直に立設している。

図８に良く示されるように、インペラ２４０の上面視において、第１羽根２４６及び第２羽根２４８の、主板２４４の径方向内側の端部は、それぞれインペラ回転方向（矢印Ｒが指す側）の前後のいずれにもずれずに形成されている。すなわち、第１羽根２４６及び第２羽根２４８の入口角は９０度である。また、第１羽根２４６及び第２羽根２４８は、主板３４４の径方向の外端部がインペラ回転方向（矢印Ｒが指す側）の前後のいずれにもずれずに形成されている。すなわち、第１羽根２４６及び第２羽根２４８の出口角は９０度である。

図７、８によく示されるように、第１羽根２４６は、薄羽根部２６０と厚羽根部２６２とを有する。薄羽根部２６０は、主板２４４の径方向内側に位置し、主板２４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、第２羽根２４８よりもその厚さが薄く形成されている。厚羽根部２６２は、薄羽根部２６０の径方向外側に位置し、主板２４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、第２羽根２４８と同じ厚さとなるよう形成されている。薄羽根部２６０は主板２４４の突出部２５２にのみ位置し、厚羽根部２６２は主板２４４の突出部２５２と平板部２５０に跨って形成されている。すなわち、薄羽根部２６０と厚羽根部２６２の境界部（図１０に示す境界線Ｂ近傍）は、突出部２５２に位置している。なお、第２の実施形態に係るインペラ２４０では、第２羽根２４８の厚さは、径方向の全長にわたって均一であり、例えば、１ｍｍである。一方、第１羽根２４６の薄羽根部２６０の厚さは、厚羽根部２６２の半分程度が好ましく、例えば、０．５ｍｍである。

図７、１０によく示されるように、第２羽根２４８は、低羽根部２５６と高羽根部２５８とを有する。低羽根部２５６は、主板２４４の径方向内側に位置し、主板２４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、第１羽根２４６よりも主板２４４からの高さが低くなるよう形成されている。高羽根部２５８は、低羽根部２５６の径方向外側に位置し、主板２４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、主板２４４からの高さが第１羽根２４６と同じとなるよう形成されている。低羽根部２５６は主板２４４の突出部２５２にのみ位置し、高羽根部２５８は主板２４４の突出部２５２と平板部２５０に跨って形成されている。すなわち、低羽根部２５６と高羽根部２５８の境界部は、突出部２５２に位置している。第２羽根２４８の主板２４４からの高さは、低羽根部２５６と高羽根部２５８との境界部においてステップ状に増加している。なお、「ステップ状に増加」とは、例えば、第２羽根２４８を回転中心Ｃと平行な所定の面で切断した場合に表れる断面において、低羽根部２５６と高羽根部２５８の境界線Ｂと、該境界線Ｂが傾斜面２５４と交差する点における傾斜面２５４の接線と、がなす角がおよそ９０度、例えば８５度〜９５度であることを意味する。第２の実施形態では、回転中心Ｃに平行であり、かつ第２羽根２４８の厚さ方向の中心を通る面でインペラ２４０を切断した際に表れる断面、すなわち図１０に示す断面において、境界線Ｂと、該境界線Ｂが傾斜面２５４と交差する点における傾斜面２５４の接線と、がなす角は９０度である。

（第２の実施形態の利点）
第２の実施形態に係るインペラ２４０では、第１羽根２４６と第２羽根２４８は同一の径方向長さを有している。そして、第２羽根２４８は、径方向内側に位置し、主板２４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根２４６よりも主板２４４からの高さが低く形成されている低羽根部２５６と、径方向外側に位置し、同じく主板２４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根２４６と主板２４４からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部２５８とを有している。このような構成を有することにより、インペラ２４０は、入口面積を広く確保しつつ、第１羽根２４６と第２羽根２４８とが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。ひいては、遠心ポンプ１０のポンプ効率を向上させることができる。

また、第２羽根２４８は、主板２４４からの高さが、低羽根部２５６と高羽根部２５８との境界部においてステップ状に増加している。そのため、低羽根部２５６の高さを、該低羽根部２５６の径方向長さにわたって、十分に低くすることができる。

また、低羽根部２５６は、突出部２５２内のみに形成されている。そのため平板部２５０上を流れる流体を十分に昇圧することができる。

また、第１羽根２４６は、薄羽根部２６０と厚羽根部２６２とを有する。薄羽根部２６０は、主板２４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、径方向内側に第２羽根２４８よりもその厚さが薄く形成されている。厚羽根部２６２は、同じく主板２４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、径方向外側に第２羽根２４８と同じ厚さに形成されている。そのため、第１羽根２４６の厚さがその径方向の全長にわたって第２羽根２４８と等しい場合と比して、インペラ２４０の入口面積をさらに広く確保することができる。

また、薄羽根部２６０は、突出部２５２内のみに形成されている。そのため、径方向の全長にわたって羽根の厚さを薄く形成する場合と比して、該羽根の強度を高く保つことができる。

また、第１羽根２４６及び第２羽根２４８は、交互に配設されている。そのためインペラ２４０の入口面積を周方向に関して均一に確保することができ、第１羽根２４６及び第２羽根２４８のそれぞれが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る遠心ポンプ１０は、第１の実施形態に係るインペラ１４０と形状が異なるインペラ３４０を備えること以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。そのため、第３の実施形態では、インペラ３４０以外の詳細な説明は省略する。

（インペラ３４０の構造）
インペラ３４０の構造を詳細に説明する。図１１はインペラ３４０の斜視図、図１２は同インペラ３４０の上面図、図１３は図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図、図１４はＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図、図１５は矢印ＸＶ方向から見た側面図、図１６は矢印ＸＶＩ方向から見た側面図である。

図１１、１２中、矢印Ｒによって示すように、インペラ３４０の回転方向は、上面視において時計回り方向とする。インペラ３４０は、略円板状の主板３４４と、該主板３４４の正面（すなわち上面）上に形成された、それぞれ複数の第１羽根３４６及び第２羽根３４８を備える。主板３４４は、第１の実施形態に係るインペラ１４０と同様に、その径方向外側に、平坦な平板部３５０と、該平板部３５０の内側に、上方に向かって突出した突出部３５２と、を備える。突出部３５２は、径方向内方に向かうにつれてその高さが連続的に増加する傾斜面３５４（図１１参照）を有する。

第１羽根３４６及び第２羽根３４８は、それぞれ、平板部３５０と突出部３５２に跨っており、主板３４４の径方向内方から径方向外方に向かって延在している。第１羽根３４６と第２羽根３４８は、上面視において同一の径方向長さを有する。第１羽根３４６及び第２羽根３４８は、互いに等間隔になるよう交互に配設されている。

図１２に示すように、第１羽根３４６及び第２羽根３４８の、主板３４４の径方向内側の端部は、インペラ３４０の回転方向前側（矢印Ｒが指す方向）にずらすように形成されている。また、インペラ３４０の上面視において、第１羽根３４６及び第２羽根３４８（詳しくは上端部）は、径方向外側の端部がインペラ回転方向後側（矢印Ｒが指す向きとは反対側）に位置するように緩やかに傾斜されている。以下の説明において、第１羽根３４６と第２羽根３４８との間で同様の構成である部分については、第１羽根３４６の部分と第２羽根３４８の部分をスラッシュ「／」で区切り、同時に説明する。

第１羽根３４６／第２羽根３４８のうち、主板３４４の径方向内側に形成された部分を第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８といい、径方向外側に形成された部分を第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０という。インペラ３４０の上面視において、第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８と第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０との接続部分は、インペラ３４０の回転中心Ｃを通りかつ主板３４４の径方向に延びる直線である法線Ｎ１／法線Ｎ２上に配置されている。

第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８は、法線Ｎ１／法線Ｎ２に対してインペラ回転方向前側に配置されている。第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８と第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０との接続部分は、第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の、主板３４４の径方向内側の端部に相当する。第１羽根３４６／第２羽根３４８のインペラ回転方向前側の面を前側面といい、その回転方向後側の面を後側面という。

第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８の前側面３６４Ｆ／前側面３６８Ｆ及び後側面３６４Ｒ／後側面３６８Ｒは、主板３４４の上面と、およそ９０度の角をなす。およそ９０度とは、例えば８５〜９５度、好ましくは９０度である。

第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆは、主板３４４からの高さが低くなるにつれてインペラ回転方向前方に張り出す傾斜面に形成されている。その前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆは、第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８の前側面３６４Ｆ／前側面３６８Ｆと連続的に形成されている。第３の実施形態では、傾斜面は、第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の長手方向に直交する断面において前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの上端部から下端部まで直線状に延びているが、緩やかな凸型円弧状あるいは凹型円弧状に形成してもよい。

第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの傾斜角度θ（図１３、図１４中にて、第１外側羽根部３６６について示す）は、インペラ径方向内側から外側に向けて漸増している。傾斜角度θは、主板３４４の表面に直交しかつ前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの上端部を通る直線Ｌに対する前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの角度である。

図１２に示すインペラ３４０の上面視において、法線Ｎ１／法線Ｎ２に対して、第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の少なくともインペラ径方向外側の端部の前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの下半部はインペラ回転方向前側に配置されかつ前側面３６６Ｆ／前側面３７０Ｆの上半部はインペラ回転方向後側に配置されている（図１３、１４参照）。第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０のインペラ径方向外側の端面は、主板３４４の外周面と同一面をなしている。

図１３、１４に示すように、第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の前後方向の厚さＴは、第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０において上端部から下端部に向けて漸増している。第１外側羽根部３６６／第２外側羽根部３７０の後側面３６６Ｒ／後側面３７０Ｒは、主板３４４の上面に直交するよう形成されている。その後側面３６６Ｒ／後側面３７０Ｒは、第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８の後側面３６４Ｒ／後側面３６８Ｒと連続的に形成されている（図１１参照）。第１内側羽根部３６４／第２内側羽根部３６８の前後方向の厚さは、上端部から下端部にわたって一定である。

図１５、図１６にて比較して示すように、第２羽根３４８は、低羽根部３５６と高羽根部３５８とを有する。低羽根部３５６は、主板３４４の径方向内側に位置し、主板３４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、第１羽根３４６よりも主板３４４からの高さが低くなるよう形成されている。高羽根部３５８は、低羽根部３５６の径方向外側に位置し、主板３４４の中心からの距離が等しい部分同士を比較した場合に、主板３４４からの高さが第１羽根３４６と同じとなるよう形成されている。低羽根部３５６は主板３４４の突出部３５２にのみ位置し、高羽根部３５８は主板３４４の突出部３５２と平板部３５０に跨って形成されている。すなわち、低羽根部３５６と高羽根部３５８の境界部（図１５に示す境界線Ｂ近傍）は、突出部３５２に位置している。第３の実施形態では、低羽根部３５６の高さは、高羽根部３５８との境界部に向かって漸増している。

（第３の実施形態の利点）
第３の実施形態に係るインペラ３４０において、第１羽根３４６と第２羽根３４８は同一の径方向長さを有している。そして、第２羽根３４８は、径方向内側に位置し、主板２４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根３４６よりも主板３４４からの高さが低く形成されている低羽根部３５６と、径方向外側に位置し、同じく主板３４４の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根３４６と主板３４４からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部３５８とを有している。このような構成を有することにより、インペラ３４０は、入口面積を広く確保しつつ、第１羽根３４６と第２羽根３４８とが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。ひいては、遠心ポンプのポンプ効率を向上させることができる。

また、第２羽根３４８の低羽根部３５６は、主板３４４からの高さが径方向内方から外方に向かって漸増している。これにより、インペラ３４０の成型を容易にすることができる。

また、低羽根部３５６は突出部３５２内のみに形成されており、平板部３５０には高羽根部３５８が配設されている。このため、平板部３５０上を流れる流体を十分に昇圧することができる。

また、第１羽根３４６及び第２羽根３４８は、交互に配設されている。そのためインペラ３４０の入口面積を周方向に関して均一に確保することができ、第１羽根３４６及び第２羽根３４８のそれぞれが圧送する流体の量が不均一になることを抑制することができる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の遠心ポンプは、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、遠心ポンプ１０は、パージガス以外の空気等の気体、あるいは、液体等の流体の圧送に用いるポンプに適用してもよい。また、モータとして、ブラシレスモータに代えて、ブラシ付きモータを採用してもよい。平板部は上面が平坦であればよい。主板の下面には、適宜他の羽根等を設ける、溝を形成する等が可能である。主板は、突出部を有さず、平板部のみによって構成されていてもよい。

低羽根部の高さは、主板の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第１羽根より高さが低くなっていれば、径方向内方に向かって高さが増加する部分を含んでいてもよい。

第２の実施形態では、第２羽根２４８の薄羽根部２６０の厚さは、径方向の全長にわたって均一であったが、径方向外方に向かうにつれて徐々に厚くなるよう形成されていてもよい。また、第１羽根２４６が薄羽根部２６０及び厚羽根部２６２を有する構成に代えて、第２羽根２４８が薄羽根部２６０及び厚羽根部２６２を有する構成としてもよい。

第１〜第３の実施形態において、インペラは第１羽根と第２羽根を有していたが、更に第３羽根を有してもよい。その場合、第３羽根は、第２羽根と同じく低羽根部及び高羽根部を有するが、低羽根部の形状が第２羽根の低羽根部とは異なっている。例えば、第３羽根の低羽根部は、主板の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、第２羽根よりも高さが低く又は高く形成されている。インペラは、第１羽根、第２羽根及び存在する場合は第３羽根を、同じ本数有していなくてもよい。しかし、所定の規則に従い配置されていることが好ましい。例えば、第１羽根、第２羽根、第１羽根、第２羽根、第３羽根の配列を繰り返し単位として、主板上に配置されていてもよい。

第１羽根、第２羽根及び存在する場合第３羽根は、必ずしも等間隔に配置されていなくてもよい。ただし、所定の規則があることが好ましい。例えば、第１羽根、第２羽根、第３羽根の配列を繰り返し単位とする場合、第１羽根と第２羽根の間隔、第２羽根と第３羽根の間隔、及び第３羽根と第１羽根の間隔をそれぞれ独立に設定することが挙げられる。

１０ 遠心ポンプ
１２ モータ
１６ ケーシング
３２ 吸入通路
３４ 吸入口
３８ 吐出通路
１４０，２４０，３４０ インペラ
１４４，２４４，３４４ 主板（基部）
１４６，２４６，３４６ 第１羽根
１４８，２４８，３４８ 第２羽根
１５０，２５０，３５０ 平板部
１５２，２５２，３５２ 突出部
１５４，２５４，３５４ 傾斜面
１５６，２５６，３５６ 低羽根部
１５８，２５８，３５８ 高羽根部
２６０ 薄羽根部
２６２ 厚羽根部

Claims (8)

1. 吐出通路及び吸入通路が形成されたケーシングと、前記吸入通路と同軸となるよう前記ケーシング内に配設されたインペラと、を備える遠心ポンプであって、
   前記インペラは、
   円板状の基部と、
   前記基部の、前記吸入通路と対向する面である正面上に、前記基部の径方向内方から外方に向かって延在する第１羽根と、
   同じく前記正面上に、前記基部の前記径方向内方から外方に向かって延在する第２羽根と、を備え、
   前記第２羽根は、
   前記径方向において前記第１羽根と同じ長さを有し、
   前記径方向内側に、前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記第１羽根よりも前記基部からの高さが低く形成されている低羽根部と、前記径方向外側に、同じく前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記第１羽根と前記基部からの高さが等しくなるように形成されている高羽根部と、を有する遠心ポンプ。
2. 請求項１に記載の遠心ポンプであって、前記低羽根部の前記基部からの高さは、前記径方向内方から外方に向かって漸増している、遠心ポンプ。
3. 請求項１に記載の遠心ポンプであって、前記第２羽根は、前記基部からの高さが、前記低羽根部と前記高羽根部との境界部においてステップ状に増加する、遠心ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心ポンプであって、
   前記基部の、前記径方向外側に形成される平坦な平板部と、前記平板部の内側の端部から前記径方向内方へと連続的に形成された面であって、前記径方向内方に向かうにつれて高さが高くなる傾斜面を有する突出部と、を有し、
   前記低羽根部は、前記突出部内のみに形成されている、遠心ポンプ。
5. 請求項４に記載の遠心ポンプであって、
   前記第１羽根及び前記第２羽根の一方は、前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記径方向内側に他方よりもその厚さが薄く形成されている薄羽根部と、同じく前記基部の中心から等距離の部分同士を比較した場合に、前記径方向外側に前記他方と同じ厚さに形成されている厚羽根部と、を有する遠心ポンプ。
6. 請求項５に記載の遠心ポンプであって、
   前記薄羽根部は、前記突出部内のみに形成されている、遠心ポンプ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心ポンプであって、
   複数の前記第１羽根及び複数の前記第２羽根は、規則的に配設されている、遠心ポンプ。
8. 請求項７に記載の遠心ポンプであって、
   複数の前記第１羽根及び複数の前記第２羽根は、交互に配設されている、遠心ポンプ。

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