JP3993730B2

JP3993730B2 - ポンプ装置用のインペラ及びポンプ装置

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Publication number: JP3993730B2
Application number: JP2000056596A
Authority: JP
Inventors: 行宣弓田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP2001248592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機用のバスポンプ等のポンプ装置に用いられるインペラ及びポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機、たとえば全自動洗濯機において、洗濯部位に洗浄用の流体を汲み上げる流体ポンプとして、たとえばお風呂の湯水を汲み上げて洗濯機の槽内に供給するバスポンプを備えたものがある。このようなバスポンプは、従来、ＤＣモータにポンプ部品を組み付けることによってポンプ装置を構成している。
【０００３】
なお、このタイプのポンプは、洗濯機と浴槽とをつなぐホース内に溜まった空気を吸い出した後に風呂水を吸い上げる必要があり、通常、この動作（自吸過程）が可能な自吸式ポンプとなっている。このような従来構造のポンプ装置は、たとえば、特開平８−１３５５９０号、特開平８−３０３３７９号、特開平１０−１９６５８２号公報等に開示されている。
【０００４】
上述したようなポンプ装置は、ケースに設けられた吐出口及び吸引口に連通されたインペラ室内でインペラを回転させることにより液体を吸引口から吸い上げ、吸い上げた液体を吐出口から吐出させるように構成されている。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、このようなポンプ装置に用いられるインペラの一例を示したものである。
【０００５】
インペラ１０１は、円板形状の平面部１０２ａを有する保持部材１０２と、保持部材１０２の一側の面に中心部を空けて放射状に立設された複数の羽根部材１０３から主に構成されている。保持部材１０２は、羽根部材１０３が立設された側とは反対側の面に筒状部１０２ｂを備えており、この筒状部１０２ｂがモータ駆動により回転する回転軸（図示省略）にはめ込まれるようになっている。これにより、インペラ１０１がモータ駆動によりインペラ室（図示省略）内で回転するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
なお、上述したように構成されたポンプ装置においては、インペラ１０１が回転すると羽根部材１０３が設けられた側の中心部から気体及び液体が取り込まれ、その液体等が遠心力によってインペラ１０１の外側へ飛ばされる。この動作が行われる際、すなわち自吸動作及び吸水動作が行われる際、その回転中心には負圧が発生する。そして、この負圧の発生によりインペラ室内で回転するインペラ１０１及びインペラ１０１を支持している軸（図示省略）に対して軸方向への推力がかかる。より具体的には、インペラ１０１がモータの駆動部から離れる方向（図６において矢示Ｘ方向）に推力が働く。
【０００７】
加えて、遠心力によりインペラ１０１の外側へ飛ばされた液体等が回転により吸い込まれた気体や液体が保持部材１０２の裏側、すなわち平面部１０２ａのモータ駆動部側へ入り込む、この入り込んだ液体等の圧力を保持部材１０２の平面部１０２ａが受けるため、上述した推力がより強力なものとなる（図６の１点鎖線参照）。このため、回転軸を支持する軸受け、特にスラスト軸受けに多大な荷重がかかり軸受けを破損するおそれがある。また、多大な荷重を受けながら回転軸が回転するため、軸受け部分に発生する熱が異常に高くなり、軸受けを格納している軸受けホルダーがその摩擦熱によって溶けてしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑みて、吸水時や自吸過程時における回転駆動軸のスラスト方向への荷重を軽減することが可能なポンプ装置用のインペラ及びポンプ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的に鑑みて、本発明は、回転中心に配置される保持部材と、その保持部材の平面部に保持された羽根部材とを有し、駆動源によりインペラ室内で回転し、その回転の遠心力によりその外側へ飛ばされた液体等が平面部の裏側へ入り込み、平面部の裏から羽根部材が設置されている面側に向かって推力が働くポンプ装置用インペラにおいて、回転中心に配置される保持部材と、この保持部材の回転中心部から半径方向に所定寸法離れた位置において保持部材の半径方向外側及び軸方向に突出するように保持部材に保持された複数の羽根部材を設け、羽根部材の外径より平面部の外径を小さくし、保持部材が受ける上記推力を小さくすると共に、これら複数の羽根部材の軸方向に突出した側の端部の外周側部分を連結し当該外周側部分を軸方向において閉塞する連結部を設け、上記推力とは逆方向の推力を得、保持部材の外径寸法を連結部の内径寸法より小さく設定し、保持部材と連結部とが軸方向において重ならないように構成し、かつ、保持部材と複数の羽根部材と連結部とを樹脂で一体成形したものとしている。
【００１０】
上述したインペラは、保持部材の半径方向外側へ各羽根部材が突出するように構成されている。すなわち、吸水動作や自吸動作のためにインペラが回転した際にインペラの裏側へ回り込む液体等の圧力を受ける保持部材が羽根部材の外径より小さく形成されている。このため、本発明のインペラは、従来のインペラに比して、保持部材の面積が小さいものとなっており、インペラの回転を支持する軸の自吸動作時等におけるスラスト荷重を軽減することが可能となる。
【００１１】
加えて、各羽根部材を連結するように形成された連結部がインペラの一部として回転することによって、インペラに逆方向への推力を与える。この逆方向への推力の発生により、上述した軸の自吸動作時等におけるスラスト荷重を相殺し、スラスト荷重による軸受け等への負担をさらに軽減することができる。また、保持部材の外径寸法を連結部の内径寸法より小さく設定し、保持部材と連結部とが軸方向において重ならないように構成すると共に保持部材と複数の羽根部材と連結部とを樹脂で一体成形している。そのため、各部材を別々に成型して超音波溶着等を用いた後加工により一体化させる等、複雑な工法を用いることなく、軸方向の上下にストレートに抜く簡単な金型構成により、上述した保持部材、複数の羽根部材及び連結部を一体成型することが可能となる。この結果、インペラの製造が容易となる。
【００１２】
また、他の発明は、上述したポンプ装置用のインペラに加えて、保持部材と複数の羽根部材と連結部とを、保持部材の回転中心部に立設された筒状部から平面部まで伸びる金属製の枠を骨部として樹脂で一体成形している。そのため、各部材を別々に成型して超音波溶着等を用いた後加工により一体化させる等、複雑な工法を用いることなく、保持部材、複数の羽根部材及び連結部を一体成型することが可能となる。この結果、インペラの製造が容易となる。
【００１４】
また、本発明のポンプ装置は、上述のポンプ装置用のインペラと、インペラの上部に配置されたモータと、インペラと液体を収容するケースとを有し、モータの下部に配置されたインペラ室内で回転するインペラの回転水平面が、モータの非駆動時におけるケース内の液面に対して平行になるように設けられている。
【００１５】
このため、インペラの回転によって形成される流体の流れが、ケース内を旋回しながら上昇するいわゆる「縦渦」となり、流体が気液分離室内でゆっくりと上昇することとなる。この結果、気液分離室内で十分に気液が分離され呼び水のみが効率よくインペラの回転中心に戻る。また、流体の流れの勢いが強くなり過ぎないため、流体の水位が必要以上に高くならず、吐出口を上部に設けておけば液体が吐出口から吐出されにくい。このことから、高い自吸性能を発揮することができる。
【００１６】
このような要素に加え、このポンプ装置では自吸動作や吸水動作時において、インペラのスラスト方向への推力が弱いものとなる。すなわち、インペラは、保持部材の半径方向外側へ各羽根部材が突出するように構成されており、保持部材が羽根部材の外径に対して小さく形成されている。このため、保持部材は、自吸動作時等にインペラの裏側へ回り込む液体の圧力をそれ程強く受けず、軸の自吸動作時等におけるスラスト荷重が軽減される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポンプ装置用のインペラの実施の形態について図１から図３を参照しながら説明する。なお、図１は、本発明のポンプ装置用のインペラの縦断面図、図２は平面図、図３は底面図である。
【００１８】
インペラ１は、後述する自吸式ポンプ装置３の一部品として駆動モータ４の駆動力によりインペラ室６内で回転する。このインペラ１は、回転中心に配置される保持部材１１と、この保持部材１１に保持された複数の羽根部材１４と、各羽根部材１４を連結する連結部１７から主に構成されている。
【００１９】
保持部材１１は、各羽根部材１４を保持すると共に後述する回転軸４１ａへの取付部となっている。保持部材１１は、円板形状の平面部１１ａと、この平面部１１ａの一側の面の回転中心部に立設された筒状部１１ｂとを備えている。また、保持部材１１は、筒状部１１ｂが備えられた側と反対側の回転中心部に円錐形状に突出された凸部１１ｃを有している。円板形状の平面部１１ａは、複数の羽根部材１４を保持するための部位となっている。筒状部１１ｂの内側の穴は、インペラ１を後述する回転軸４１ａにはめ込むためのものとなっており、筒状部１１ｂを回転軸４１ａにはめ込むことによりインペラ１は回転軸４１ａと一体的に回転するようになっている。
【００２０】
なお、インペラ１を構成する各部材、すなわち保持部材１１、複数の羽根部材１４及び連結部１７は、金属製の枠１８を骨部とし樹脂で一体成形されたものとなっている。枠１８は、筒状部１１ｂの外周面を覆い外面に露出される露出部１８ａと、平面部１１ａ内に埋め込まれた埋設部１８ｂとからなり、露出部１８ａの端部に爪部１８ｃが形成されこの爪部１８ｃが筒状部１１ｂの外周面に形成された段部１１ｄに食い込むようになっている。枠１８の露出部１８ａは、後述するオイルシール１５に滑らかに摺動するための部位となっている。なお、保持部材１１の筒状部１１ｂが形成された面と反対側の面に形成された凸部１１ｃは、インペラ１内部に取り込んだ流体をインペラ１の外側へ拡散させるための部位となっている。
【００２１】
各羽根部材１４は、流体を攪拌するための部材となっており、保持部材１１の平面部１１ａの筒状部１１ｂが形成された面とは反対側の面の外周端縁に保持されている。各羽根部材１４は、所定の肉厚を備えた平板状部材（多少湾曲されていても良い）で構成されており、各平面が保持部材１１の平面部１１ａに対して垂直で筒状部１１ｂ及び回転軸４１ａに対して平行となるように取り付けられている。これらの羽根部材１４は、保持部材１１の回転中心から半径方向に所定寸法Ｌ１（図２参照）離れた位置において保持部材１１の半径方向（図１において矢示Ｒ１）及び軸方向（図１において矢示Ｒ２）に突出するように保持されている。
【００２２】
本発明のインペラ１は、このように各羽根部材１４の外周径に比して保持部材１１の平面部１１ａの面積が小さいものとなっている。このため、ポンプ動作時においてインペラ１の平面部１１ａの裏側（図１において平面部１１ａの上側）に入り込む流体の圧力が平面部１１ａにかかりにくくなり、ポンプ駆動時にインペラ１にかかる推力（図１において矢示Ｘ２参照）を軽減するものとなっている。
【００２３】
なお、各羽根部材１４と保持部材１１との関係をさらに詳述すると、各羽根部材１４は保持部材１１に取り付けられた根本部分から外周端側にかけて半径方向に延びるようには取り付けられておらず、外周端側が回転軸４１ａ側（図２で示した方向）から見て周方向左周り側へいくように延設されている。また、各羽根部材１４の軸方向における保持部材１１側の端部（平面部１１ａから半径方向外側に突出している部分）には、段部１４ａがそれぞれ形成されている。この段部１４は、上述した矢示Ｘ２方向への推力をさらに弱めるものとなっている。なお、本実施の形態では、羽根部材１４は８枚で構成されているが、枚数に関しては特にこれに限定されるものではない。また、上述のような段部１４ａを形成せず、この羽根部材１４の保持部材１１側の端部を平坦な面としても良い。
【００２４】
連結部１７は、各羽根部材１４の剛性を保つと共にポンプ駆動時にインペラ１にかかる推力（図１において矢示Ｘ２参照）を相殺するための推力（駆動モータ４から離れる方向へかかる推力に抗して逆方向に発生する推力＝図１において矢示Ｘ１参照）を起こすための部材となっている。連結部１７は、ドーナツ形状の円板部材で形成されている。この連結部材１７は、各羽根部材１４の軸方向に突出した側の端部（保持部材１１に保持されている側とは反対側の端部）の外周側部分を連結し、この外周側部分を軸方向において閉塞するように配置されている。
【００２６】
なお、本実施の形態のインペラ１は、上述したように保持部材１１、各羽根部材１４及び連結部材１７を枠１８を骨部として樹脂で一体成形したものとしているが、各部材は別体で形成された後、超音波溶着等で一体化させても良い。また、保持部材１１と各羽根部材１４のみ、あるいは保持部材１１と８枚の羽根部材１４のうちの一部、各羽根部材１４と連結部１７、８枚の羽根部材１４のうちの一部と連結部１７等を一体成形とし、残りの部材を超音波溶着等で一体化させるようにしても良い。
【００２７】
なお、上述したように構成されたインペラ１は、保持部材１１の平面部１１ａの外径寸法Ｗ１が、ドーナツ形状の連結部１７の内径寸法Ｗ２より小さく設定されている。このため、保持部材１１の平面部１１ａと連結部１７とは、軸方向において重ならないものとなる。この結果、本実施の形態のインペラ１は、軸方向（図１において上下方向）に分割された２つの金型の隙間に枠１８となる金属材料と樹脂とを充填し、２つの金型をストレートに上下に抜くことにより、インサート成型による一体成形で形成される。なお、図１の矢示Ｃ１は上側の金型、矢示Ｃ２は下側の金型のそれぞれの進入位置を示している。
【００２８】
次に、上述したインペラ１を用いた自吸式のポンプ装置３の実施の形態について図４及び図５を参照しながら説明する。なお、図４は、自吸式ポンプ装置の平面図、図５は図４のＶ−Ｏ−Ｖ断面図である。
【００２９】
本発明の自吸式ポンプ装置３は、図４及び図５に示すように、内部に流体を吸引するための吸込口２ａと吸引した流体を外部に吐出するための吐出口２ｂとを有するケース２と、ケース２内部に回転自在に配置されたインペラ１を回転駆動する駆動モータ４とを有している。インペラ１の構成は、上述したとおりである。
【００３０】
ケース２は、上下方向の上側略半分でかつ図５において左右方向左側半分を占める駆動モータ４を配置させるための駆動モータ取り付け用凹部５を有し、この凹部５内の空間と壁によって空間的に隔てられた内部空間をこの凹部５の右隣り及び下部に備えた本体部２１と、この本体部２１の最下部に形成された開放部分を塞いで内部空間を封止する底蓋部２２から構成されている。すなわち、底蓋部２２は、このケース２全体の底面を形成するものとなっており、本体部２１の開放端に形成された段部２１ａ内にＯリング２３を嵌め込んだ状態で本体部２１にボルト２４によって固定される。これによって、ケース２内部の流体が、本体部２１と底蓋部２２の合わせ面から外部に漏れ出るのを防止するようになっている。
【００３１】
駆動モータ取り付け用凹部５は、駆動モータ４を取り付けるための凹部となっている。また、この駆動モータ取り付け用凹部５の上端には、駆動モータ４の上面側を覆う駆動モータ収納用蓋５ａが被せられている。なお、駆動モータ取り付け用凹部５は、中心部には駆動モータ４のアウターロータ部４１の回転軸４１ａを回転自在に挿通支持すると共に、駆動モータ４のステータ部４２を支持固定する支持筒部５１が形成されている。この支持筒部５１は、駆動モータ取り付け用凹部５の底面の中心位置に形成された円形の凸面部５２の中心部分に立設されたものとなっている。そして、この支持筒部５１の孔内両端には、回転軸４１ａを回転自在に支承する軸受け５１ａ，５１ｂが嵌め込まれている。また、軸受け５１ａの上部にはスラスト受け用ワッシャー５１ｄが、軸受け５１ｂの下部にはスラスト受け用ワッシャー５１ｅがそれぞれ配置されている。また、支持筒部５１の外周部分には、ステータ部４２を載置固定するための段部５１ｃが形成されている。
【００３２】
また、上述したように構成されたケース２の内部空間は、上述した吸込口２ａ及び吐出口２ｂと、さらに呼び水供給口２ｃとによって外部と連通するようになっている。ケース２内部には、インペラ１を回転自在に配置したインペラ室６と、自吸過程時にインペラ１の回転により気液混合させた流体を気液分離するための気液分離室７とが備えられている。
【００３３】
インペラ室６は、駆動モータ４の下部となるスペースの一部に形成されている。また、気液分離室７は、ケース２の内部空間のうちのインペラ室６以外の大部分のスペースを占めている。具体的には、気液分離室７は、駆動モータ取り付け用凹部５の下部のスペースのインペラ室６以外の部分（以下、（気液分離室７の）狭いスペース７ａという）とケース２の左側半分のうちの後述する中継パイプ８等によって仕切られた空間以外の部分（以下、（気液分離室７の）広いスペース７ｂという）とからなり、これらの両スペース７ａ，７ｂは一連のものとなっている。
【００３４】
インペラ室６は、駆動モータ４の取り付けられる駆動モータ取り付け用凹部５の下部のスペースの一部に形成されており、内部にはインペラ１が回転自在に配置されている。このインペラ室６は、インペラ１の周囲を囲繞するボリュート部９と、インペラ１の軸方向（図５において上下方向）両側に配置される上面部１０ａ及び下面部１０ｂとによって画成された内部空間となっている。
【００３５】
インペラ１の上方に位置する上面部１０ａは、インペラ室６と駆動モータ４との間に配置された壁となっており、このインペラ室６の上方部分の密封をオイルシール１５と協働して行うようになっている。この上面部１０ａは、ケース２の壁、すなわち駆動モータ取り付け凹部５の底面を利用したものとなっている。したがって、インペラ１のケース２を隔てた上部は、駆動モータ取り付け用凹部５となっており、ここに駆動モータ４が装填されている。なお、この上面部１０ａは、インペラ１の上面と近接するようになっている。
【００３６】
上面部１０ａには、上述した凸面部５２が設けられており、この凸面部５２の内部（ケース２側から見て内部）は空洞となっており、この空洞部分にインペラ室６内の流体の駆動モータ４側への侵入を防止するためのオイルシール１５が嵌め込まれている。この構成により、ステータ部４２へ液体が浸入するのを防止する。
【００３７】
なお、インペラ室６を画成する下面部１０ｂの中央部分には、インペラ室６内へ流体を取り込むための取り込み口１６が設けられている。この取り込み口１６は、後述する中継パイプ８を介して吸込口２ａと連結されている。下面部１０ｂは、中継パイプ８の構成部品となる第２パイプ部材８２の平坦面８２ａを利用したものとなっており、この平坦面をボリュート部９の先端部分に当接させることにより、上述した上面部１０ａとボリュート部９と協働してインペラ室６を形成するものとなっている。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ボリュート部９は、この上面部１０ａから下方に延設されたものとなっており、上面部１０ａと共にケース２の本体部２１に一体的に形成したものとなっている。さらに、本実施の形態では、第２パイプ部材８２の平坦面８２ａに立設されたカバー部８２ｄが、本体部２１側に形成されたボリュート部９の周囲を囲むようになっている。なお、このカバー部８２ｄは、第２パイプ部材８２のボリュート部９に対する位置決めとしての要素が強い部材であり、特に無くても支障はないものとなっている。
【００３９】
ボリュート部９は、インペラ１の回転遠心力によりインペラ１外方へ押しやられる流体をインペラ室６から気液分離室７側へ排出させる２つの出口部（図示省略）及び、自吸過程時に気体と分離された液体を気液分離室７からインペラ室６内へ戻すための戻し孔（図示省略）を備えている。
【００４０】
吸込口２ａは、駆動モータ取り付け用凹部５の右隣となるケース２の上面の略中央に設けられている。この部分は、気液分離室７の広いスペース７ｂの上面７ｃとなっており、吸込口２ａは気液分離室７の上面７ｃの中央位置に形成されていることとなる。
【００４１】
この吸込口２ａは、ケース２の内外にそれぞれ突出された筒形状で形成されており、外側に突出された部分は風呂等の貯水源に一端を浸したホースの他端の接続部となっている。この吸込口２ａは、ケース２の本体部２１と一体的に形成されている。このように形成された吸込口２ａのケース２の内部に突出された部分は、気液分離室７内を貫く中継パイプ８を介してインペラ室６に連結されており、吸込口２ａから侵入してくる流体がインペラ室６へ入るようになっている。
【００４２】
吐出口２ｂは、ケース２の右側のスペース、すなわち広いスペース７ｂを形成する側面上部に形成されている。本実施の形態では、自吸過程時にインペラ１の回転によってインペラ室６から吐き出される気液混合体が、中継パイプ８のストレート部分（吸込口２ａから真っ直ぐに下方に延出されている部分）の周囲を回転しながら上昇していく。吐出口２ｂは、自吸過程時においてこのように上昇する気液混合体が吐出しない位置に設けられている。
【００４３】
なお、吐出口２ｂは、ケース２の側面に形成された挿通孔と、この挿通孔の縁から外部側に突出する筒状部とから構成されている。また、呼び水供給口２ｃは、自吸過程時に予めケース２の内部空間内に水を供給するためのものとなっており、吐出口２ｂのと並列的に設けられている。この呼び水供給口２ｃも、吐出口２ｂと同様、ケース２の側面に形成された挿通孔と、この挿通孔の縁から外部側に突出する筒状部とから構成されているが、この筒状部の径は吐出口２ｂの筒状部よりも細いものとなっている。
【００４４】
中継パイプ８は、吸込口２ａの下端に接続された第１パイプ部材８１と、この第１パイプ部材８１に連結されると共に上述したインペラ室６の下面部１０ｂを構成している第２パイプ部材８２から構成されている。
【００４５】
第１パイプ部材８１は、気液分離室７の上面７ｃに形成された吸込口２ａに連続するストレート部８１ａとこのストレート部８１ａの下端部分から直角に湾曲した湾曲部８１ｂとを有するＬ字状パイプ部８１ｃと、このＬ字状パイプ部８１ｃの湾曲部８１ｂの開放部分を取り囲むように形成された逆流防止部８１ｄとから構成される。なお、逆流防止部８１ｄは、Ｌ字状パイプ部８１ｃの径より大きな内径を有する空洞部となっている。この逆流防止部８１ｄは、第２パイプ部材８２を接続する際に、逆止弁８３を第２パイプ部材８２と協働して挟持するものとなっている。
【００４６】
逆止弁８３は、ゴム製の部材で形成されており、吸込口２ａ側から流体が吸い込まれてくると、その流体の勢いで図５に示すような状態にＬ字状パイプ部８１ｃの端部を開放するものとなっている。また、逆止弁８３は、それ以外の場合、すなわちポンプ動作をしていない場合や万が一液体が逆流するような場合は、Ｌ字状パイプ部８１ｃの端部を閉塞するものとなっている。
【００４７】
第２パイプ部材８２は、上述したようにインペラ室６の下面部１０ｂを構成する平坦面８２ａと、この平坦面８２のごく一部を利用して形成したＬ字状パイプ部８２ｂと、第１パイプ部材８１との接続部８２ｃとから構成されている。Ｌ字状パイプ部８２ｂは、第１パイプ部８１の形状に合わせて形成される液体の流れ、すなわち上から下、そして約９０度湾曲して横方向へ流れる流体の流れ（図５において矢示Ｂ１）を、上方向へ持っていき、インペラ室６の下面部１０ｂの中央に形成された取り込み口１６から流体をインペラ室６内へ送り込むためのものとなっている。
【００４８】
また、上述したように構成されたインペラ１は、駆動モータ４の回転軸４１ａの下端部分に回転中心軸となる保持部材１１の筒状部１１ｂが挿入固定され、回転水平面Ｙが自吸過程時にケース２内に予め溜められる呼び水の液面Ｙ１に対して平行となるようにインペラ室６内に配置されている。インペラ１の回転中心は、上述した取り込み口１６と重なる位置に配置される。インペラ１が駆動モータ４によって回転すると、インペラ１の回転中心部分付近に負圧が発生し吸込口２ａ側の流体がインペラ室６内に取り込まれ、インペラ１によって攪拌されながら、インペラ１の外周側に押しやられることとなる。
【００４９】
駆動モータ４は、ステータ部４２の外周部分に対向するマグネット４１ｂを備えたアウターロータ部４１と、通電部となるステータ部４２とから構成されており、ステータ部４２に電力が入力されると、マグネット４１ｂとステータ部４２との間に磁界が発生し、アウターロータ部４１が回転軸４１ａを回転中心としてインペラ１と共に回転するようになっている。この駆動モータ４は、インペラ室６の上部にいわゆる「縦置き」に設けられており、液体がステータ部４２に浸入しにくいという効果を有している。
【００５０】
このように構成された駆動モータ４のマグネット４１ｂを固定したアウターロータ部４１は、駆動モータ取り付け用凹部５の内壁から所定距離の隙間を持たせて回転自在なものとなっており、マグネット４１ｂが駆動モータ取り付け用凹部５の内壁にぶつからないような配置となっている。
【００５１】
なお、駆動モータ４をインペラ１の上部に「縦置き」に配置すると、アウターロータ部４１のスラスト荷重及びインペラ１の裏側（図５において上側）に入り込む流体の圧力により、スラスト方向下側への荷重が相当大きくなるが、本実施の形態では、上述したようにインペラ１がスラスト方向下側への推力をうち消すように作用するためそれ程スラスト荷重が大きくないものとなっている。このため、荷重を受けながら回転することによる軸受け５１ａ，５１ｂ及びスラスト受け用ワッシャー５１ｄ，５１ｅの損傷や異常に高い摩擦熱の発生による焼損等の不具合が生じない。そのため、軸受け５１ａ，５１ｂ及びスラスト受け用ワッシャー５１ｄ，５１ｅを、それ程耐熱性の高くない部材で構成することも可能となり、材料コストを低減することができる。
【００５２】
上述したように構成された本実施の形態の自吸式ポンプ装置３の動作について説明する。
【００５３】
ケース２の内部空間には、予め少なくともインペラ１が浸かる程度の呼び水が溜められる。この呼び水の液面Ｙ１は、回転軸４１ａに対して垂直な面、すなわち、インペラ１の回転水平面Ｙと平行な面となる。この程度の量の呼び水がケース２内に供給された後、駆動モータ４のステータ部４２に電力を供給する。すると、アウターロータ部４１が、回転軸４１を回転中心として回転し、これによってインペラ１がに回転する。
【００５４】
インペラ１の回転により、インペラ室６内は負圧になり、逆止弁８３が開いて吸込口２ａに接続されているホース（図示しない）よりまず空気が吸い込まれる。続いて混合した空気と水、または空気が取り込み口１６からインペラ室６に吸い込まれ、インペラ１の回転によって攪拌されながら混合し、インペラ室６のボリュート部９に形成された２つの出口部から気液分離室７側へ吐き出される。このときの気液分離室７の広いスペース７ｂ内での流路は、気液分離室７内を貫く中継パイプ８のストレート部分を周回しながら「縦渦」状態で上昇するものとなる。
【００５５】
このため、流体の流れによって形成された「縦渦」の中心位置が真空となり、呼び水がその真空部分に引き寄せられる。この結果、気液分離室７内で形成される「縦渦」では、空気と水とが容易に分離される。すなわち、この自吸動作中、気液分離室７内では、激しく気液混合体がかき回された状態で移動するが、液体の流れが「縦渦」を形成しているため、「横渦」と比べると気液混合体が上部に達するまでに時間がかかる。この結果、気液混合体が気液分離室７の上部に達するまでに空気と水とが確実に分離され、液体が上部に形成された吐出口２ｂから吐出されにくい。このようにして気液分離されると、質量の軽い空気は気液分離室７の上部へ溜まり、その後吐出口２ｂから排出され、質量の重い水は気液分離室７の下部へ落ちてきて、主に広いスペース７ｂ側に形成された戻し孔からインペラ室６内に戻り、再び空気とかき混ぜられた後、気液分離室７側に吐き出される。
【００５６】
この動作を繰り返すことにより、インペラ１によって気液分離室７へ吐き出された呼び水と空気のうち、空気のみが吐出口２ｂから排出されていく。空気が排出されると、徐々に水がホース内を上昇してくる。
【００５７】
なお、上述のような動作を継続し、ホース内の空気が全て排出され、ホース内が水で満たされると、自吸運転状態から定常の給水運転状態になり、吸込口２ａからの水が連続的に吐出口２ｂから排出される。
【００５８】
上述のように、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の変形、応用が可能である。例えば、上述の実施の形態では、自吸式ポンプ装置の例を説明したが、上述したインペラ１は自吸式ではない種々のポンプ装置にも適用可能である。加えて、上述の実施の形態では、駆動モータ４がインペラ１の上部に配置され、回転軸４１ａがケース２内の液面に対して垂直となる「縦置き」型のポンプ装置の例を説明したが、インペラ１は「横置き」のポンプ装置にも適用可能である。
【００５９】
また、上述の実施の形態では、インペラ１の保持部材１１の平面部１１ａの外径寸法１を連結部１７の内径寸法Ｗ２より小さい寸法としたが、外径寸法Ｗ１＝内径寸法Ｗ２としても良い。この場合は、上述した外径寸法Ｗ１＜内径寸法Ｗ２の場合と同様、軸方向に２分割された金型を軸方向上下にストレートに抜く単純な工法により、インペラ１を構成する各部材を一体成形することができる。なお、このようなストレート抜きによる一体成形としない場合は、上述の寸法に拘らず、外径寸法１＞内径寸法Ｗ２としてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のインペラは、羽根部材を保持部材の回転中心部から半径方向に所定寸法離れた位置において保持部材の半径方向外側及び軸方向に突出するように保持部材に保持させることにより、羽根部材の外径に対して保持部材の外径を小さいものとし、さらに羽根部材の軸方向端部（保持部材側とは逆側の端部）に羽根部材の外周側を軸方向において塞ぐ連結部を設けている。このため、吸水動作や自吸動作のためにインペラが回転した際にインペラの裏側へ回り込む液体等の圧力を保持部材が受けにくくなると共に、連結部の回転によってインペラに逆方向への推力を与える。この結果、上述のインペラをポンプ装置に取り付けた場合、従来に比してインペラの回転を支持する軸の自吸動作時等におけるスラスト荷重を軽減することが可能となり、スラスト荷重による軸受け等の摩耗や摩擦熱の発生による部材の焼損等の不具合を解消することができる。
【００６１】
また、保持部材の外径寸法を連結部の内径寸法より小さくし、保持部材と連結部とが軸方向において重ならないように構成しているので、各部材を別々に成型して超音波溶着等を用いた後加工により一体化させる等、複雑な工法を用いることなく、軸方向にストレートに抜く簡単な金型構成により、上述した保持部材、複数の羽根部材及び連結部を一体成型することが可能となる。この結果、製造コストを低減することができる。
【００６２】
また、本発明のポンプ装置は、羽根部材を保持部材の回転中心部から半径方向に所定寸法離れた位置において保持部材の半径方向外側及び軸方向に突出するように保持部材に保持し、モータの下部に配置されるインペラの回転水平面が液面に対して平行に配置されている。すなわち、モータを上部、インペラを下部に配置したいわゆる「縦置き」配置となっている。このため、従来の「横置き」のものに比して自吸効率が向上する。加えて、「縦置き」配置とすると、スラスト荷重が多大となりがちであるが、本発明はインペラの裏側に入り込む液体を逃がす構成となっており（従来に比して羽根部材を保持する保持部材の面積が小さいため）、このスラスト荷重を軽減することが可能となる。この結果、多大なスラスト荷重による不具合、具体的には、軸受け等の摩耗や摩擦熱の発生による部材の焼損等を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のインペラを示す縦断面図である。
【図２】図１のインペラを矢示ＩＩ方向から見た平面図である。
【図３】図１のインペラを矢示ＩＩＩ方向から見た底面図である。
【図４】本発明の実施の形態のインペラを用いた自吸式ポンプ装置を示す平面図である。
【図５】図４の自吸式ポンプ装置のＶ−Ｏ−Ｖ断面図である。
【図６】従来技術のインペラを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢示ＶＩ方向から見た底面図である。
【符号の説明】
１インペラ
２ケース
３ポンプ装置
４駆動モータ
６インペラ室
１１保持部材
１４羽根部材
１７連結部
Ｙ（インペラの）回転水平面
Ｙ１（非駆動時のおけるケース内の）液面

Claims

回転中心に配置される保持部材と、その保持部材の平面部に保持された羽根部材とを有し、駆動源によりインペラ室内で回転し、その回転の遠心力によりその外側へ飛ばされた液体等が上記平面部の裏側へ入り込み、上記平面部の裏から上記羽根部材が設置されている面側に向かって推力が働くポンプ装置用インペラにおいて、
上記保持部材の回転中心部から半径方向に所定寸法離れた位置において上記保持部材の半径方向外側及び軸方向に突出するように上記保持部材に保持された複数の上記羽根部材を設け、上記羽根部材の外径より上記平面部の外径を小さくし、上記保持部材が受ける上記推力を小さくすると共に、これら複数の羽根部材の軸方向に突出した側の端部の外周側部分を連結し当該外周側部分を軸方向において閉塞する連結部を設け、上記推力とは逆方向の推力を得、上記保持部材の外径寸法を上記連結部の内径寸法より小さく設定し、上記保持部材と上記連結部とが軸方向において重ならないように構成し、かつ、上記保持部材と上記複数の羽根部材と上記連結部とを樹脂で一体成形したことを特徴とするポンプ装置用のインペラ。
前記保持部材と前記複数の羽根部材と前記連結部とを、前記保持部材の回転中心部に立設された筒状部から前記平面部まで伸びる金属製の枠を骨部として樹脂で一体成形したことを特徴とする請求項１記載のポンプ装置用のインペラ。
請求項１または２記載のポンプ装置用のインペラと、上記インペラの上部に配置されたモータと、上記インペラと液体を収容するケースとを有し、上記モータの下部に配置されたインペラ室内で回転する上記インペラの回転水平面が、上記モータの非駆動時における上記ケース内の液面に対して平行になるように設けられていることを特徴とするポンプ装置。