JP7132624B2 - 遠心ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、遠心ポンプに関する。

ステータと回路基板とがモールドされたモールド部と、インペラに組付けたマグネットとでモータ部を構成し、樹脂ケーシングからなるポンプ部に収容されたインペラを回転させる構成の遠心ポンプが普及している。遠心ポンプは、一例として、給湯器に適用されており、給湯器用の遠心ポンプは、小型軽量としつつ、高圧の湯水を送出できる堅牢な構造が求められている。

従来、樹脂ケーシングを補強用の金属カバーにて両側から挟持し固定した構造のポンプが知られている（特許文献１：特開２００７－２９７９７１号公報、特許文献２：特開２０１３－１３９８２６号公報参照）。

特開２００７－２９７９７１号公報 特開２０１３－１３９８２６号公報

現行の小型サイズで、吐出圧力を高くして流量を増大したい場合、例えばモータ回転数を上げる方法がある。しかし、モータ回転数を上げると、取付部を介してステータに取付けられてモールドされたモータ制御用の回路基板、特に回路基板に実装した能動素子の温度が上昇し、発熱量によっては動作しなくなることがある。

そこで例えば、従来技術における補強用の金属カバーを利用して、モールド部における回路基板からの熱を放熱させる方法が考えられる。しかし、モールド部の底面は平坦でないので、モールド部と金属カバーとは密着しておらず、隙間（空間）がある。つまり、モールド部からの熱は、隙間によって断熱されて金属カバーに伝熱され難いので、モールド部の温度が上昇し、能動素子の発熱に起因してポンプ動作が不安定になってポンプ性能が低下するという問題がある。また、特許文献１や特許文献２等の従来技術のように、二つの金属カバーによって樹脂ケーシングを挟持し固定した構造は、サイズが大きくなって質量が大きくなってしまい、材料費等のコストアップとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、小型軽量化を図りつつ、回路基板から効率的に外部に放熱できることでモータ能力を高めることができる構造の遠心ポンプを提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明の遠心ポンプは、軸方向に流入管が配設されているとともに径方向に放射状に延びる複数のリブが形成された樹脂製の第１ケーシングと、シャフトを組付けた樹脂製の第２ケーシングと、軸受を介して前記シャフトに軸支されたインペラと、前記インペラに組付けたマグネットと、ステータと回路基板とがモールドされたモールド部と、前記モールド部を挟んで前記第１ケーシングに固定された金属カバーとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを組み合わせたポンプ部に前記インペラが収容されている構成であって、前記モールド部と前記金属カバーとの間に、熱伝導性の樹脂硬化物が配設されており、前記金属カバーは、前記樹脂硬化物を視認可能な貫通穴が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、金属カバーを片側配置として小型軽量化を図り、リブ構造を採用して水圧によるケーシングの変形を防止するとともに、小型軽量構造に伴って吐出圧力を高くして流量を増大する要求に応えるために、外部への放熱性能を高めるための熱伝導性の樹脂硬化物を、モールド部６と金属カバーとの隙間に配置したので、モールド部からの熱は樹脂硬化物及び金属カバーを伝わって外部に放熱されることとなり、その結果、例えばＭＯＳＦＥＴやドライバＩＣなどの能動素子の温度上昇が抑えられて、モータ回転数を上げるなどモータ能力を高めることができる。

この構成によれば、樹脂硬化物を外部から視認できるので、組立時に樹脂硬化物の取付け忘れ等のポカミスが防止できる。

前記樹脂硬化物は、一例として、樹脂シート、樹脂接着剤、弾性ゴム、エラストマ、その他既知の熱伝導性の樹脂硬化物が挙げられる。能動素子は、一例として、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ドライバＩＣ、その他既知の能動素子が挙げられる。

前記樹脂硬化物は、矩形状の樹脂シートであり、軸方向に視て前記回路基板に実装された能動素子に重なる位置に配設されていることが好ましい。この構成によれば、能動素子、例えばＭＯＳＦＥＴやドライバＩＣなどＩＣからの熱が、当該ＩＣの形状に合わせた矩形状の樹脂シートに熱伝導して金属カバーから外部に放射状に放熱さられて、さらに放熱性能が高くなる。また、矩形状とすることで取個数を多くして材料費を抑えつつ生産性を上げることが容易にできる。

本発明の遠心ポンプは、軸方向に流入管が配設されているとともに径方向に放射状に延びる複数のリブが形成された樹脂製の第１ケーシングと、シャフトを組付けた樹脂製の第２ケーシングと、軸受を介して前記シャフトに軸支されたインペラと、前記インペラに組付けたマグネットと、ステータと回路基板とがモールドされたモールド部と、前記モールド部を挟んで前記第１ケーシングに固定された金属カバーとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを組み合わせたポンプ部に前記インペラが収容されている構成であって、前記モールド部と前記金属カバーとの間に、熱伝導性の樹脂硬化物が配設されており、前記金属カバーは、前記樹脂硬化物または前記樹脂硬化物になる前段階の材料を配設する凹部が形成されているとともに、前記凹部の外周に沿って窪み形状の逃がし部が複数形成されていることを特徴とする。この構成によれば、凹部によって樹脂硬化物の位置ずれが防止できるとともに、複数の逃がし部によって樹脂硬化物、例えば樹脂シートの位置決めが容易にできる。または、凹部によって樹脂硬化物になる前段階の材料を所望の位置に充填、塗布または滴下できるとともに、複数の逃がし部によって樹脂硬化物になる前段階の材料、例えば樹脂接着剤を凹部に充填する充填量の調節が容易にできる。

一例として、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングと前記モールド部とは、複数の第１固定部材によって連結固定されており、且つ、前記第１ケーシングと前記金属カバーとは、複数の第２固定部材によって前記モールド部を挟持しつつ連結固定されている。この構成により、高圧の湯水を送出できる堅牢な構造にできる。

本発明によれば、小型軽量化を図り、水圧によるケーシングの変形を防止するとともに、外部への放熱性能を高めるための熱伝導性の樹脂硬化物を、モールド部と金属カバーとの隙間に配置したので、能動素子の温度上昇が抑えられて、モータ回転数を上げるなどモータ能力を高めることができる。

図１は本発明の実施形態に係る遠心ポンプの例を示す概略の斜視図である。 図２は図１の向きを変更した概略の斜視図である。 図３は図１の概略の左側面図である。 図４は図１の概略の右側面図である。 図５は図１を正面側から視た概略の片側断面図である。 図６は図１の概略の構造展開図である。 図７Ａは本実施形態に係る樹脂硬化物（樹脂シート）の配置例を示す概略の図であり、図７Ｂはモールド部と樹脂シートと金属カバーを組み合わせた状態を示す概略の図であり、図７Ｃはモールド部と金属カバーとを固定した状態を示す概略の図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態の遠心ポンプ１は、一例として、直流モータで作動する給湯器用のポンプである。図１～図６に示すように、遠心ポンプ１は、ポンプ部４とモータ部１１とを組み合わせた構成となっている。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

ここで、遠心ポンプ１の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にＸ，Ｙ，Ｚの矢印で向きを示している。遠心ポンプ１は、通常、軸線Ｐ１が水平方向となるように配置して使用される。なお、上記以外の配置で使用される場合がある。軸線Ｐ１は、シャフト１４の軸方向の中心線を通っている。本明細書では、シャフト１４の軸方向を、単に軸方向と表記する場合がある。

ポンプ部４は、軸方向に流入管１８が配設されているとともに径方向に放射状に延びる複数のリブ２０が形成された樹脂製の第１ケーシング２と、インペラ５が収容される樹脂製の第２ケーシング３と、第１ケーシング２と第２ケーシング３との組み合わせによって形成されたポンプ室４ａに収容されたインペラ５とを有する。第１ケーシング２は、一例として、流入管１８に対して約９０[度]の角度で流出管１９が配設されている。

モータ部１１は、シャフト１４と、軸受２５を介してシャフト１４に軸支されたインペラ５に組付けられているリング状のマグネット１５と、マグネット１５を囲むように配されたステータ１２と、ステータ１２及び回路基板９がモールドされたモールド部６とから構成される。モールド部６は、一例として、外部接続用のコネクタ２３が配設されている。マグネット１５は、一例として、フェライト、ニッケル合金、コバルト合金、その他既知の永久磁石である。

図５の例では、第１ケーシング２と第２ケーシング３とモールド部６とは、ポンプ室４ａの径方向の外側で複数の第１固定部材２１によって連結固定されている。ここでは、第２ケーシング３における周回溝にパッキン２４が付設されている。パッキン２４は、Ｏリングなど既知のシール部材が適用できる。第１固定部材２１は、一例として、固定ネジである。モールド部６は、外周に沿って複数の凸部６ａが形成されている。図１および図２の例では、金属カバー８の支柱８ｂに隣接する４箇所にそれぞれ凸部６ａが配設されている。そして、凸部６ａは、第１固定部材２１（固定ネジ）が嵌合される雌ネジが形成されている。

金属カバー８は、補強機能及び放熱機能を兼ねており、一例として、厚板形状の基部８ａと、基部８ａの四隅にそれぞれ配設された支柱８ｂとを有する。そして、第１ケーシング２と金属カバー８とは、モールド部６の径方向の外側で複数の第２固定部材２２によって連結固定されている。第１固定部材２１は、一例として、固定ネジである。第１ケーシング２は、外周に沿って複数の凸部２ａが形成されている。

第１ケーシング２と金属カバー８とが連結固定されると、モールド部６の凸部６ａは、第１ケーシング２の凸部２ａと、金属カバー８の支柱８ｂとに挟まれた状態となる。これにより、モールド部６の回動が防止できる。本実施形態によれば、金属カバー８を片側配置として、小型軽量化を図ることができる。尚且つ、第１ケーシング２、第２ケーシング３、モールド部６、及び金属カバー８の組み合わせによって堅牢な連結固定構造にできる。

インペラ５は、軸受２５が付設されており、軸受２５にシャフト１４が挿通されており、スラストワッシャ２６が配されている。そして、軸受２５を介してシャフト１４に軸支されたインペラ５が回転する構成である。軸受２５は、一例として、スラスト軸受である。

第１ケーシング２、第２ケーシング３、インペラ５は各々、一例として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ－ＰＰＥ）、その他既知の耐熱性樹脂からなり、例えば、樹脂成型用の金型によって製造される。

ステータ１２はインシュレータに巻線を巻付けて構成されており、ＭＯＳＦＥＴやドライバＩＣなどのＩＣ９ａを含む能動部品と、コンデンサや抵抗などの受動部品とが実装された回路基板９とを組み合わせた状態で樹脂モールドされてモールド部６が構成される。モールド樹脂は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ、ＳＭＣ）が適用される。

金属カバー８は、一例として、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、その他既知の硬質金属からなる。金属カバー８は、一例として、鍛造、鋳造、プレス成形、切削、その他既知の加工方法にて製造される。

本実施形態は、ステータ１２と回路基板９とがモールドされたモールド部６と、インペラ５における軸受２５側に組付けたリング状のマグネット１５とでモータ部１１を構成し、第１ケーシング２と第２ケーシング３とを組み合わせたポンプ部４に収容されたインペラ５を軸受２５に軸支された状態で回転させる構成である。

本実施形態は、モールド部６と金属カバー８との間に、熱伝導性の樹脂シート７が配設される。樹脂シート７は矩形状であり、シリコーン、またはアクリルが適用される。金属カバー８は、基部８ａに、樹脂シート７を外部から視認可能な貫通穴１７が軸線Ｐ１上に形成されている。貫通穴１７の直径は、一例として、０．２[ｍｍ]以上２．５[ｍｍ]以下に設定される。基部８ａの板厚は、一例として、１[ｍｍ]以上１０[ｍｍ]以下に設定される。基部８ａには、樹脂シート７を配設する凹部１６が形成されている。凹部１６の深さ寸法Ｔ１は、樹脂シート７の厚み寸法Ｔ２よりも小さくなっている（Ｔ１＜Ｔ２）。好ましくは、凹部１６の深さ寸法Ｔ１は、樹脂シート７の厚み寸法Ｔ２の０．２倍以上０．７倍以下に設定される。凹部１６の深さ寸法Ｔ１は、一例として、０．２[ｍｍ]以上２．５[ｍｍ]以下に設定される。樹脂シート７の厚み寸法Ｔ２は、一例として、０．５[ｍｍ]以上５[ｍｍ]以下に設定される。

基部８ａに形成された凹部１６は、外周に沿って、窪み形状の逃がし部１６ａが複数形成されている。逃がし部１６ａは、軸線Ｐ１に対して対称となる配置で形成されており、図６の例では、半円形状の逃がし部１６ａが４箇所に形成されている。これにより、樹脂シート７を、作業者、治具、ロボット等によって凹部１６に配置する際に、手指や治具などが基部８ａに当接して樹脂シート７の位置がずれるなどの作業エラーが防止できる。

図４および図５に示すように、樹脂シート７は、軸線Ｐ１方向に視て回路基板９に実装されたＩＣ９ａに重なる位置に配設されている。ここで、樹脂シート７の表面積は、ＩＣ９ａの表面積よりも大きくなるように設定される。図４における、破線で囲んだ部分が樹脂シート７であり、二点鎖線で囲んだ部分がＩＣ９ａである。

図７Ａ～図７Ｃは、樹脂シート７の組み付け状態を示す概略の図である。図７Ａと図７Ｂに示すように、金属カバー８の凹部１６の長さ寸法及び幅寸法は、樹脂シート７の長さ寸法及び幅寸法よりも一回り大きくなっている。そして、図７Ｃに示すように、第１ケーシング２と金属カバー８とが連結固定されると、樹脂シート７は圧縮された状態となり、モールド部６と樹脂シート７とが密着するとともに、金属カバー８と樹脂シート７とが密着する。

本実施形態の遠心ポンプ１によれば、金属カバー８を片側配置として小型軽量化を図り、第１ケーシング２にリブ構造を採用して水圧によるケーシングの変形を防止するとともに、小型軽量構造に伴って吐出圧力を高くして流量を増大する要求に応えるために、外部への放熱性能を高めるための熱伝導性の樹脂硬化物７（例えば樹脂シート７）を、モールド部６と金属カバー８との隙間に配置したので、モールド部６からの熱は樹脂硬化物７及び金属カバー８を伝わって外部に放熱されることとなり、その結果、能動素子９ａ（例えばＭＯＳＦＥＴやドライバＩＣ）の温度上昇が抑えられて、モータ回転数を上げるなどモータ能力を高めることができる。

上述の遠心ポンプ１は、仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

１ 遠心ポンプ
２ 第１ケーシング、２ａ 凸部
３ 第２ケーシング
４ ポンプ部、４ａ ポンプ室
５ インペラ
６ モールド部、６ａ 凸部
７ 樹脂硬化物（樹脂シート）
８ 金属カバー、８ａ 基部、８ｂ 支柱
９ 回路基板、９ａ 能動素子
１１ モータ部
１２ ステータ
１４ シャフト
１５ マグネット
１６ 凹部、１６ａ 逃がし部
１７ 貫通穴
１８ 流入管
１９ 流出管
２０ リブ
２１ 第１固定部材（固定ネジ）
２２ 第２固定部材（固定ネジ）
２３ コネクタ
２４ パッキン
２５ 軸受
２６ スラストワッシャ

Claims (4)

1. 軸方向に流入管が配設されているとともに径方向に放射状に延びる複数のリブが形成された樹脂製の第１ケーシングと、シャフトを組付けた樹脂製の第２ケーシングと、軸受を介して前記シャフトに軸支されたインペラと、前記インペラに組付けたマグネットと、ステータと回路基板とがモールドされたモールド部と、前記モールド部を挟んで前記第１ケーシングに固定された金属カバーとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを組み合わせたポンプ部に前記インペラが収容されている構成であって、
   前記モールド部と前記金属カバーとの間に、熱伝導性の樹脂硬化物が配設されており、
   前記金属カバーは、前記樹脂硬化物を視認可能な貫通穴が形成されていること
   を特徴とする遠心ポンプ。
2. 軸方向に流入管が配設されているとともに径方向に放射状に延びる複数のリブが形成された樹脂製の第１ケーシングと、シャフトを組付けた樹脂製の第２ケーシングと、軸受を介して前記シャフトに軸支されたインペラと、前記インペラに組付けたマグネットと、ステータと回路基板とがモールドされたモールド部と、前記モールド部を挟んで前記第１ケーシングに固定された金属カバーとを備え、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとを組み合わせたポンプ部に前記インペラが収容されている構成であって、
   前記モールド部と前記金属カバーとの間に、熱伝導性の樹脂硬化物が配設されており、
   前記金属カバーは、前記樹脂硬化物または前記樹脂硬化物になる前段階の材料を配設する凹部が形成されているとともに、前記凹部の外周に沿って窪み形状の逃がし部が複数形成されていること
   を特徴とする遠心ポンプ。
3. 前記樹脂硬化物は、矩形状の樹脂シートであり、軸方向に視て前記回路基板に実装された能動素子に重なる位置に配設されていること
   を特徴とする請求項１または２記載の遠心ポンプ。
4. 前記第１ケーシングと前記第２ケーシングと前記モールド部とは、複数の第１固定部材によって連結固定されており、且つ、前記第１ケーシングと前記金属カバーとは、複数の第２固定部材によって前記モールド部を挟持しつつ連結固定されていること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか一項記載の遠心ポンプ。

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