ポンプ装置
【課題】吸入口あるいは吐出口に向かう流路と円弧状のポンプ流路との接続部における圧力損失を低減させること。
【解決手段】ポンプ装置１は、円弧状の渦流室４１の一方の端部と直線状流路（吸入流路５０）との接続部において、直線状流路を構成する平行な内壁面５１、５２の一方（内壁面５１）を、渦流室４１の外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂまで直線状に延ばしている。他方の内壁面５２は、渦流室４１の内周側内壁面４３よりも外周側の位置において、直線状の接続壁面４５の一端に接続されている。接続壁面４５の他端は、内周側内壁面４３の端部に対し、接線方向に接続されている。内壁面５１と外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂを通って径方向に延びており渦流室４１の中心軸線Ｌと交差する仮想線Ｌ１に対し、接続壁面４５の一端（接続位置Ｑａ１）と他端（接続位置Ｑａ２）が逆の位置となるように構成されている。
【解決手段】ポンプ装置１は、円弧状の渦流室４１の一方の端部と直線状流路（吸入流路５０）との接続部において、直線状流路を構成する平行な内壁面５１、５２の一方（内壁面５１）を、渦流室４１の外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂまで直線状に延ばしている。他方の内壁面５２は、渦流室４１の内周側内壁面４３よりも外周側の位置において、直線状の接続壁面４５の一端に接続されている。接続壁面４５の他端は、内周側内壁面４３の端部に対し、接線方向に接続されている。内壁面５１と外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂを通って径方向に延びており渦流室４１の中心軸線Ｌと交差する仮想線Ｌ１に対し、接続壁面４５の一端（接続位置Ｑａ１）と他端（接続位置Ｑａ２）が逆の位置となるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を吸入口から流体通路内に吸入し、加圧して吐出口から吐出するポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプケース内に設けた円弧状の流体通路にインペラの羽根を配置すると共に、この流体通路に外部に連通する吸引用通路と吐出用通路を接続しておき、インペラを回転させることによって流体通路に液体を吸引し、加圧して吐出するポンプ装置が用いられている。特許文献１、２にはこの種のポンプ装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載のポンプ装置（渦流ポンプ）は、ケーシングに円弧状に延びるポンプ流路を形成しており、ポンプ流路に円板状のインペラの外周部分に設けられた羽根部分が配置されている。ポンプ流路の一端には、ケーシングの側面に開口している吐出口にポンプ流路を連通させるための接続通路部および出口通路部が接続されている。一方、ポンプ流路の他端はケーシングの下面に開口する吸入口に向かって下向きに延びる通路に接続されている。特許文献１では、ポンプ流路から吐出口に向かう通路部における圧力損失を低減させてポンプ効率を向上させるため、接続通路部を、流路断面積が急激に変化しない断面形状にしている。具体的には、ケーシングの軸線方向に切断したときの接続通路部の内壁の断面形状を曲線状にすると共に、ケーシングの軸線方向に垂直な面で切断したときの径方向外側の内壁の断面形状を曲線状にしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載のポンプ装置（キャンドポンプ）は、円弧状に延びるポンプ流路（加圧室）を形成したモータケースの側面に吸入口および吐出口を設け、吸入口および吐出口からポンプ流路に向かって２本の平行な流路が延びている。特許文献２の図３には、この平行流路とポンプ流路との接続部（流路が曲がる部分）が曲線状になっていることが図示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６２４８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３２９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のポンプ装置は、出口通路部がポンプ流路の接線方向に延びており、ポンプ流路と出口通路部の流路方向が元々一致している構成において、出口通路部とポンプ流路との接続部において流路断面積を急激に変化させないことを目的としており、ポンプ流路に対して出口通路部が接線方向とは異なる角度で接続されたことに起因する圧力損失、言い換えれば、流路が屈曲していることに起因する圧力損失を低減させることを目的とするものではない。また、曲線状にする部分を吐出口への流路に限定しており、吸入口への流路における圧力損失を低減させることができない。更に、曲線状にする範囲を規定していないため、十分に圧力損失を低減させることができないおそれがある。
【０００７】
一方、特許文献２のポンプ装置は、モータケースの側面に吸入口および吐出口を設けており、吸入口および吐出口に連通している平行流路がいずれもポンプ流路と曲線状に接続されている。従って、吐出口側だけでなく、吸入口側の圧力損失についても同様に低減させることができる。しかしながら、特許文献２の流路形状は、吸入口あるいは吐出口に向かう直線状流路とポンプ流路との接続部が滑らかに繋がってはいるものの、曲線状になっている流路の範囲が小さく、短い区間を流れる間に流体を大きく方向転換させなければならず、流路形状が十分になだらかになっているとはいえない。従って、十分に圧力損失を低減させることができず、ポンプ効率を十分に向上させることができないおそれがある。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、吸入口あるいは吐出口に向かう流路と円弧状のポンプ流路との接続部における圧力損失を従来よりも大きく低減させることができるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、円弧状の渦流室が形成されたポンプケースと、前記渦流室と同軸に配置され当該渦流室に挿入された円環状の羽根車と、当該羽根車を回転させるためのモータとを有するポンプ装置であって、前記ポンプケースには、前記渦流室の周方向の一端に連通する吸入流路と、前記渦流室の周方向の他端に連通する吐出流路が設けられ、前記吸入流路と前記吐出流路の少なくとも一方は、前記渦流室に対して外周側から接続される直線状流路であり、当該直線状流路の流路方向は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線に対して垂直であり、且つ、前記渦流室の端部における接線方向とは異なる方向であり、前記渦流室と前記直線状流路の接続部を前記中心軸線の方向から見た場合に、前記渦流室における円弧状の外周側内壁面の端部に、前記直線状流路における一方の内壁面が接続されており、前記渦流室における円弧状の内周側内壁面の端部に、当該内周側内壁面の延長線よりも外周側に配置された接続壁面の一端が接続され、当該接続壁面の他端が、前記直線状流路における他方の内壁面に接続されており、前記接続壁面と前記内周側内壁面との接続位置が、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線に対し、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置とは逆の側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、このような構成により、渦流室と吐出流路あるいは吸引流路との接続部を、渦流室の外周側については、両流路（渦流室および直線状流路）の流路壁をその交点で接続する一方、渦流室の内周側については、両流路の流路壁が交差する角部を、渦流室の内周側内壁面よりも外周側に配置された流路壁（接続壁面）によってなだらかに面取りした形状としている。特に、本発明では、内周側の角部を面取りする範囲を、渦流室の外周側内壁面と直線状流路の一方の内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線を基準として、接続壁面の一端と他端が逆の側に位置するように（言い換えれば、接続壁面がこの仮想線と交差するように）設定している。このようにすると、渦流室と直線状流路との接続部における内周側の角部が広い範囲にわたって面取りされた形状となり、全体として緩やかに曲がる流路形状となる。従って、流路抵抗を従来よりも小さくすることができ、圧力損失を従来よりも大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を従来よりも向上させることができる。
【００１１】
本発明において、前記接続壁面は、前記内周側内壁面に対し、その接線方向に接続されていることが望ましい。このようにすると、両流路の接続部が渦流室に対して最もなだらかに接続される。従って、圧力損失をより大きく低減させることができ、ポンプ効率をより向上させることができる。
【００１２】
本発明において、前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、前記外周側内壁面と前記内周側内壁面の半径差を直径とする円弧形状を、前記接続壁面の位置を通る直線で切断した形状となっている。このようにすると、接続部における流路方向に沿った断面積の変化が緩やかになり、接続壁面を設けたことに起因する流路断面積の減少を最小限にすることができる。従って、流路断面積の減少に起因する圧力損失を低減できる。
【００１３】
この場合に、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線と前記接続壁面との交差位置が、前記外周側内壁面よりも前記内周側内壁面に近いことが望ましい。このようにすると、直線状流路との接続位置における流路の断面積を、渦流室における流路の断面積の１／２よりも大きくすることができると共に、直線状流路との接続位置における流路の高さを渦流室と同じにすることができ、接続部における流路の高さを全く変化させないようにすることができる。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１４】
本発明において、前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、当該切断面内における前記外周側内壁面と前記接続壁面との距離を直径とする円弧形状となっている。このようにすると、渦流室の内周側と外周側が滑らかな円弧曲線で接続された断面形状となる。また、接続部における渦流室の高さの変化も滑らかである。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１５】
本発明において、前記吐出流路は前記直線状流路であり、当該吐出流路の流路中心線の延長線が、前記羽根車の外周面における前記中心軸線方向の中央位置を通ることが望ましい。このようにすると、羽根車の外周面の中央部分と対向させるように吐出流路を開口させることができるため、羽根車の表面（外周面）に沿って遠心力で外周側に流れる流体をスムーズに吐出流路に流入させることができる。よって、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１６】
本発明において、前記吐出流路と前記吸入流路はいずれも前記直線状流路であり、前記吐出流路と前記吸入流路は、前記中心軸線を含む平面に対して対称に形成されていることが望ましい。このようにすると、流体の吐出口および吸入口をポンプ装置の側面に形成できるため、ポンプ装置の軸線方向の寸法を小さくでき、薄型化に有利である。また、吐出流路および吸入流路と渦流室との両接続位置において圧力損失を低減できるため、ポンプ効率を大きく向上させることができる。また、ポンプを逆回転させても同じ効果が得られるという利点もある。
【００１７】
本発明において、前記ポンプケースは、複数のケース体を組み立てて構成されており、前記吐出流路と前記吸入流路は平行であり、且つ、同一のケース体に形成されていることが望ましい。このようにすると、吸入流路と吐出流路を同一スライドコアで構成することができる。従って、金型を単純な構成にすることができる。
【００１８】
本発明において、前記渦流室、および、当該渦流室の周方向の一端および他端に設けられた前記吐出流路および前記吸入流路との接続部に囲まれるシール面を有し、当該シール面は、前記渦流室の周方向の一端および他端から延びる各接続部の間に形成されている封鎖用シール面部分が、前記渦流室の周方向の中央位置の内周側に設けられている内側シール面部分と面一に形成されていることが望ましい。このようにすると、吐出流路と吸引流路との接続部におけるシール性能を高めることができる。
【００１９】
本発明において、前記直線状流路は、その断面積が一定であることが望ましい。このようにすると、吐出流路あるいは吸引流路を流れる間の圧力損失を低減できる。
【００２０】
本発明において、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置を、前記外周側内壁面の延長線上あるいはその外周側に設定することができる。このようにすると、接続部を更に緩やかに曲がる形状にすることができるため、流路の屈曲形状に起因する流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のポンプ装置によれば、渦流室と直線状流路（吐出流路あるいは吸入流路）との接続部における流路抵抗を従来よりも小さくすることができ、圧力損失を従来よりも大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用したポンプ装置の斜視図である。
【図２】本発明を適用したポンプ装置の分解斜視図である。
【図３】上ケースおよび下ケースの断面図（図２のＸ−Ｘ方向断面図）および分解図である。
【図４】上ケースを下側から見た平面図（図３の矢印Ｙ方向から見た平面図）である。
【図５】渦流室に対する吸入流路および吐出流路の接続形状を示す説明図である。
【図６】渦流室に対する吸入流路あるいは吐出流路の接続部の断面形状を示す説明図である。
【図７】本発明の流路接続形状によるポンプ効率の向上効果を示すグラフである。
【図８】他の実施形態の流路接続形状を示す説明図である。
【図９】接続部における流路の断面形状の他の形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態のポンプ装置を説明する。なお、以下の説明において、説明の便宜上、図１〜図３に図示した上下方向（下から上へ向かう方向を矢印Ｙで示す）に従ってポンプ装置の上下を説明する。
【００２４】
（全体構成）
図１は本発明を適用したポンプ装置を前方の斜め上から見た斜視図であり、図２はポンプ装置の分解斜視図である。本形態のポンプ装置１は水や空気等の流体を圧送する渦流ポンプである。図１に示すように、ポンプ装置１は、全体として略四角柱形状をしており、ポンプケース２の下側にモータカバー３を固定した構成をしている。ポンプケース２は、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂから構成されている。上ケース２Ａ、下ケース２Ｂ、およびモータカバー３は、上下に積層して各ケースの四隅に設けられた固定用のネジ孔にネジ部材を螺合することにより、ポンプ装置１の形状に組み立てられている。上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂは、いずれも樹脂製であり、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等からなる。上ケース２Ａの前面４からは吸入管５および吐出管６が前方に向かって平行に突出している。ポンプ装置１は、吸入管５の先端に開口する吸入口５ａから吸い込んだ流体を吐出管６の先端に開口する吐出口６ａから吐出するようになっている。
【００２５】
図３（ａ）は上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂの概略断面構成を示す断面図（図２のＸ−Ｘ方向断面図）であり、図３（ｂ）はその分解図である。上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂは上下に積層されており、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂを組み立てると、その間には区画室７が構成されるようになっている。区画室７を形成する際には、両ケースの間に図示しないＯリングを介在させることにより、区画室７を密閉状態とする。下ケース２Ｂは、図２、図３に示すように、矩形板状のフランジ部２１と、フランジ部２１の上面中央から上向きに突出する円形隆起部２２と、フランジ部２１の下面側から円形隆起部２２と同軸状に下向きに突出する下側突出部２３を備えている。下側突出部２３は有底筒状に形成され、その内側には円形凹部２４が同軸状に形成されている。円形凹部２４の上端は円形隆起部２２の上端面２２ａの中央部に開口しており、円形凹部２４の底面中央には支軸固定用凹部２４ａが形成されている。下側突出部２３の下端面中央には下向きに突出する円形凸部２３ａが設けられている。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、上ケース２Ａには、上ケース２Ａの下面に開口する円形の区画室形成用凹部２５が設けられている。区画室形成用凹部２５は、下ケース２Ｂの円形隆起部２２と同軸状に形成されており、その内周面は、区画室形成用凹部２５の開口縁から上向きに延びる下側円筒部２５ａと、下側円筒部の上端縁に接続された円環状段面２５ｂと、円環状段面２５ｂの内周縁から下側円筒部２５ａよりも一回り小さい径寸法で上向きに延びる上側円筒部２５ｃによって構成されている。下側円筒部２５ａは、円形隆起部２２をその内周側に嵌合可能な径寸法および高さとなっている。区画室形成用凹部２５の底面２５ｄの中央には一段凹んだ円形の中央凹部２６が形成され、その中央に支軸固定用凹部２６ａが形成されている。
【００２７】
上ケース２Ａと下ケース２Ｂの間の区画室７には、円板状のインペラ部１１が上端に設けられ下端に駆動マグネット１２が設けられたロータ１０（図２参照）と、このロータ１０を回転可能に支持する支軸８（図２参照）が配置される。インペラ部１１とその下側に延びるロータ本体部１０ａはＰＰＳ等からなる樹脂製である。ロータ本体部１０ａの外周面には図示しないヨークが設けられ、このヨークを介してロータ本体部１０ａに駆動マグネット１２が接着固定されている。支軸８は、ロータ１０の中央を貫通するように装着され、その下端が下ケース２Ｂ側に設けられた支軸固定用凹部２４ａに固定されている。支軸８の上端は上ケース２Ａ側に設けられた支軸固定用凹部２６ａに固定されている。インペラ部１１の上面中央には支軸８を突出させるための軸孔１１ａが開口している。また、インペラ部１１の外周部分には羽根車１３が設けられている。
【００２８】
図２に示すように、インペラ部１１の外周部分には上下２段に形成された凹部１４が周方向に等角度間隔で形成されている。凹部１４はインペラ部１１の上面の周縁を円弧形状に切り欠いて形成された上側凹部１４ａと、インペラ部１１の下面の周縁を円弧形状に切り欠いて形成された下側凹部１４ｂを備えており、周方向で隣接する凹部１４ａ、１４ｂの間はそれぞれ半径方向に延びる羽根１５ａ、１５ｂとなっている。上下方向で隣接する上側凹部１４ａと下側凹部１４ｂの間は、周方向に延びて上側凹部１４ａと下側凹部１４ｂの間を上下に区画するリブ１６となっている。本例の羽根車１３は、上段側の凹部１４ａと下段側の凹部１４ｂを周方向にずらして形成しており、そのずれ量は各凹部の周方向の配列ピッチの１／２の寸法となっている。このため、上段側の羽根１５ａと下段側の羽根１５ｂは、周方向にその配列ピッチの１／２の寸法ずつずらされて千鳥状に配置されている。
【００２９】
下ケース２Ｂの下側、すなわち、区画室７とは反対側には、駆動コイル３１と、この駆動コイル３１を搭載するステータコア３２を備えるステータ３０が配置されている。ステータ３０は、下ケース２Ｂにおける下側突出部２３の外周側に装着され、その外側を覆うようにモータカバー３が装着される。ステータコア３２は円筒状部材３３の内周側に保持されており、径方向を向いた複数の突極３２ａを備えている。駆動コイル３１は複数の突極３２ａのそれぞれに巻き回されている。複数の突極３２ａは、ロータ１０およびステータ３０の中心軸線Ｌ回りに等角度間隔で配置されている。各突極３２ａは、中心軸線Ｌと直交する方向で、下ケース２Ｂを介して、円形凹部２４内に配置された駆動マグネット１２と対向している。このような配置により、駆動マグネット１２と駆動コイル３１が羽根車１３を回転駆動するための磁気駆動機構を構成している。下ケース２Ｂは、ロータ１０とステータ３０の間に配置されて、区画室７とステータ３０を隔てる隔壁として機能している。
【００３０】
モータカバー３の上面には円形のモータ収納室３ａが開口している。モータ収納室３ａ内には、ステータ３０を下側から覆うように円板状の基板９が配置されている。基板９には電源回路や配線接続用の端子部等が設けられており、ステータ３０の駆動コイル３１から引き出した巻き線の端部（図示省略）が接続されている。基板９の中央には円形開口９ａが形成されている。基板９は、円形開口９ａの中心と、ロータ１０およびステータ３０の中心軸線Ｌとを一致させるように配置されている。基板９を介して駆動コイル３１に励磁電流が供給されると、ロータ１０は中心軸線Ｌ回りに回転する。これにより、吸入口５ａから後述する渦流室４１内に流体が吸い込まれ、渦流室４１内で加圧されて、吐出口６ａから吐出される。このように、ロータ１０、ステータ３０、および基板９によって、ポンプ装置１を駆動するモータが構成されている。基板９の駆動制御装置から駆動コイル３１に供給される励磁電流の順序を逆にすることにより、ロータ１０を逆方向に回転させることができる。この場合には、流体を吐出口６ａから吸入して吸入口５ａから吐出することができる。
【００３１】
（渦流室）
図３（ａ）に示すように、上ケース２Ａと下ケース２Ｂの間に形成された区画室７の上部には、上ケース２Ａにおける区画室形成用凹部２５の底面２５ｄと、下ケース２Ｂにおける円形隆起部２２の上端面２２ａがインペラ部１１の厚みよりもわずかに大きい間隔で対向しており、この間にポンプ室４０が形成されている。ポンプ室４０の外周部分には、中心軸線Ｌ回りの所定の角度範囲（本例では、２７０°を超える角度範囲）にわたって円弧状の渦流室４１が形成されている。インペラ部１１はポンプ室４０に収容されており、インペラ部１１の外周に設けられた羽根車１３は渦流室４１と同軸に配置され、渦流室４１に挿入されている。
【００３２】
図２、図３に示すように、下ケース２Ｂには、ポンプ室４０の底面を規定している円形隆起部２２の上端面２２ａの外周部分には円弧溝４２Ｂが形成されている。円弧溝４２Ｂは、その両端を除く大部分の断面形状が半円形になっている。一方、図４は上ケース２Ａを下側（図３の矢印Ｙ方向／ポンプ室４０側）から見た平面図であるが、図３、図４に示すように、ポンプ室４０の天井面を規定している区画室形成用凹部２５の底面２５ｄの外周部分には、円弧溝４２Ｂと同一の断面形状の円弧溝４２Ａが形成されている。円弧溝４２Ａと円弧溝４２Ｂは、中心軸線Ｌ方向から見たときに重なる位置に形成されており、且つ、中心軸線Ｌに対して垂直な面を基準として上下に対称な形状となるように形成されている。
【００３３】
図２、図３に示すように、下ケース２Ｂにおいてポンプ室４０の底面を構成している上端面２２ａは、円弧溝４２Ｂよりも外周側の円環状領域が、上ケース２Ａの円環状段面２５ｂに密着する外側シール面部分２２ｂとなっている。また、上端面２２ａにおける円弧溝４２Ｂの内周側の領域は、インペラ部１１との間に微小なギャップを隔てて対向する内側シール面部分２２ｃとなっている。更に、上端面２２ａにおける円弧溝４２Ｂの一端と他端の間の領域は、内側シール面部分２２ｃと面一な封鎖用シール面部分２２ｄとなっている。また、図３、図４に示すように、上ケース２Ａにおいてポンプ室４０の天井面を形成している底面２５ｄは、円弧溝４２Ａの内周側の領域がインペラ部１１との間に微小なギャップを隔てて対向する内側シール面部分２５ｅとなっている。そして、底面２５ｄにおける円弧溝４２Ａの一端と他端の間の領域は、内側シール面部分２５ｅと面一な封鎖用シール面部分２５ｆとなっている。ポンプ室４０の底面および天井面にこのようなシール面（上端面２２ａおよび底面２５ｄの各部）を形成することにより、ポンプ室４０内において渦流室４１が密閉された流路を構成している。
【００３４】
上ケース２Ａにおいて、円弧溝４２Ａの外周縁は上側円筒部２５ｃの上端縁に接続されており、上側円筒部２５ｃの下端縁には下ケース２Ｂ側の円弧溝４２Ｂの外周縁が接続されている。上側円筒部２５ｃは、羽根車１３を外周側から囲むように配置されている。
【００３５】
（渦流室と吸入流路および吐出流路との接続形状）
図４に示すように、渦流室４１を規定している円弧溝４２Ａの一方の端が位置する上ケース２Ａの部位には、吸入口５ａに連通する吸入流路５０が設けられている。また、渦流室４１の他方の端が位置する上ケース２Ａの部位には、吐出口６ａに連通する吐出流路６０が設けられている。吸入流路５０および吐出流路６０は、流路方向に対して垂直な断面で切断した断面形状が一定な円筒状流路であり、両流路の断面形状は同一となっている。吸入流路５０と吐出流路６０は平行に配置されており、且つ、ポンプ装置１の中心軸線Ｌに対して垂直な方向を向いており、更に、ポンプ装置１の中心軸線Ｌを含み、且つ、渦流室４１の流路方向の中央位置Ｃを通る対称面Ｐに対して対称に配置されている。このため、渦流室４１の一端および他端の流路方向に対し、吸入流路５０と吐出流路６０の各流路方向のなす角度（図４に示す角度θ１、θ２）が同一となっている。本例では、渦流室４１の一端および他端に対し、吸入流路５０と吐出流路６０を同一の接続形状で接続している。
【００３６】
図５は、渦流室４１に対する吸入流路５０および吐出流路６０の接続形状を示す説明図であり、これらの流路を中心軸線Ｌの方向から見た形状を示している。なお、図５において、インペラ部１１は図示を省略している。また、図４と図５において、図４は上ケース２Ａを下側（図３の矢印Ｙ方向）から見た平面構成であり、図５は吸入管５および吐出管６の流路中心を通る断面を上側から見た平面構成であるため、吸入管５と吐出管６の位置が左右逆になっている。以下に、渦流室４１の一方の端部４１ａに対する吸入流路５０の接続形状について説明し、渦流室４１の他方の端部４１ｂに対する吐出流路６０の接続形状については、吸入流路５０の場合と同一であるため説明を省略する。図５に示すように、吸入流路５０は、渦流室４１の端部４１ａに対して外周側から接続されており、吸入流路５０の流路方向は、渦流室４１の端部の接線方向とは異なる方向となっている。渦流室４１の内周側内壁面４３および外周側内壁面４４は同軸状の円弧形状であり、両内壁面の間には一定幅の円弧状流路が形成されている。一方、吸入流路５０は直線状流路であり、その内壁面５１、５２は平行となっている。内壁面５１、５２のうち、渦流室４１との接続時に流路の入り隅部となる側の内壁面５１は、外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂまで直線状に延びている。一方、流路の出隅部となる側の内壁面５２は、内周側内壁面４３よりも外周側までしか延びておらず、内周側内壁面４３よりも外周側の位置において、直線状の接続壁面４５の一端に接続されている。接続壁面４５の他端は、内周側内壁面４３の端部に対し、接線方向に接続されている。つまり、接続壁面４５は、全体として、内周側内壁面４３よりも外周側に配置されている。
【００３７】
ここで、接続壁面４５と内周側内壁面４３との接続位置Ｑａ１と、接続壁面４５と内壁面５２との接続位置Ｑａ２の位置関係は、内壁面５１と外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂを通って径方向に延びており渦流室４１の中心軸線Ｌと交差する仮想線Ｌ１に対し、接続位置Ｑａ１と接続位置Ｑａ２が逆の側に配置されるように設定されている。このようにすると、接続位置Ｑａ２は、仮想線Ｌ１と内周側内壁面４３との交点Ｑｃよりも渦流室４１の中央位置Ｃの側に後退した位置となるため、吸入流路５０と渦流室４１との接続部が、その出隅側の角部を広い範囲にわたって切り欠いた形状となっている。
【００３８】
このような接続壁面４５を設けると、内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた場合に比べて壁面の接続形状をなだらかにすることができ、流体の経路を全体として緩やかに曲がる形状にすることができる。具体的には、内壁面５２を内周側内壁面４３の延長線との交点Ｑａ３まで延ばした場合（すなわち、接続壁面４５によって流路形状を調整しなかった場合）の流路の屈曲角度と、本例における流路の屈曲角度とを比較すると、図５に示すように、接続壁面４５を設けた場合の流路の接続角度θαと、接続壁面４５を設けない場合の接続角度θβの大小関係が、θα＞θβとなっている。
【００３９】
次に、渦流室４１に対する吸入流路５０の接続部の断面形状（中心軸線Ｌを含む切断面で切断した断面形状）について説明する。図６は渦流室４１に対する吸入流路５０あるいは吐出流路６０の接続部の断面形状を示す説明図であり、図６（ａ）は断面位置を示す説明図、図６（ｂ）〜（ｄ）は図６（ａ）に示す各断面位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３における断面図である。断面位置Ｘ１は渦流室４１と吸入流路５０の接続部を含まない断面位置であり、吸入流路５０の流路方向と直交する断面方向となっている。これに対し、断面位置Ｘ２、Ｘ３は接続部を含む断面位置であり、断面位置Ｘ２は断面位置Ｘ１に対して４５度傾いており、断面位置Ｘ３は断面位置Ｘ１に対して６０度傾いている。本例では、接続壁面４５を、中心軸線Ｌと平行な方向に延びる平面状の内壁面としている。上述したように、渦流室４１の内壁面は、吸入流路５０あるいは吐出流路６０との接続部を除き、半円形の断面形状の円弧溝４２Ａ、４２Ｂの内周面によって規定されている。すなわち、図６（ｂ）に示すように、内周側内壁面４３は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの内周面における内周側の縁部分であり、外周側内壁面４４は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの外周側の縁部分である。このため、渦流室４１の断面形状は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの溝幅Ｄ０（すなわち、内周側内壁面４３と外周側内壁面４４の半径差）を直径とする半円形状となっている。
【００４０】
接続壁面４５は、この半円形断面の円弧溝４２Ａ、４２Ｂと斜めに交差するように配置されている。このため、渦流室４１に対する吸入流路５０の接続部では、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、溝幅Ｄ０の半円形を、中心軸線Ｌと平行な直線によって内周側からカットした形状となっている。接続壁面４５は、接続位置Ｑａ１から接続位置Ｑａ２に向かうに従って外周側に移動するため、吸入流路５０の側へ向かうに従って切り欠き面積は大きくなり、流路断面積は減少してゆく。しかしながら、接続壁面４５の断面形状をこのように設定すると、流路の平面形状をなだらかにしながらも、断面積の変化については極力小さくできるため、流路断面積の変化に起因する圧力損失を低減できる。
【００４１】
ここで、図５に示すように、接続壁面４５は、仮想線Ｌ１との交点Ｑｄの位置が、内周側内壁面４３よりも外周側内壁面４４に近い位置となるように設定されている。言い換えれば、交点Ｑｄと接続位置Ｑｂとの距離が、交点Ｑｄと交点Ｑｃとの距離よりも大きくなるように、交点Ｑｄの位置が設定されている。このようにすると、図６に示すように、半円形の流路断面形状を端から切り欠いてゆく場合には、仮想線Ｌ１の位置（すなわち、吸入流路５０と渦流室４１の外周側の壁面同士の接続位置）での流路の断面積を、渦流室４１における流路の断面積の１／２よりも大きくすることができる。また、仮想線Ｌ１の位置での流路の高さ（渦流室４１の中心軸線Ｌ方向の寸法）が渦流室４１における流路の高さと同一の寸法に維持されており、接続部において流路の高さが全く変化しない構成となっている。従って、流路抵抗が少なく、圧力損失を低減できる。
【００４２】
図７は、本発明の流路接続形状によるポンプ効率の向上効果を示すグラフであり、横軸は流量、縦軸は吐出圧を示している。実線Ａ１、Ａ２、Ａ３は本例のポンプ装置、破線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は従来例のポンプ装置（すなわち、接続壁面４５を設けずに直線状流路の壁面を円弧状流路の内周側の壁面まで延ばして交差させた形状）によるものであり、Ａ１とＢ１、Ａ２とＢ２、Ａ３とＢ３は、それぞれ、同一回転数の場合である。このグラフに示すように、本例の流路接続形状では、従来例の流路接続形状の場合と比較して圧力損失が低減されており、ポンプ効率が向上している。
【００４３】
（作用効果）
以上のように、本例のポンプ装置１は、渦流室４１と直線状流路（吸入流路５０および吐出流路６０）との接続部における内周側の角部を接続壁面４５によって広い範囲にわたってなだらかに接続した形状にして、流路の接続部を全体として緩やかに曲がる流路形状にしている。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を大きく向上させることができる。
【００４４】
また、本例では、このような流路接続形状にしながらも、接続部における流路方向に沿った断面積の変化が緩やかであり、接続壁面４５を設けたことに起因する流路断面積の減少が最小限になっている。従って、流路断面積の減少に起因する圧力損失を低減できる。
【００４５】
更に、本例では、吸入流路５０および吐出流路６０の両方を渦流室４１に対して上記のような形状に接続しているため、吐出側と吸引側の両方の接続部において圧力損失の低減効果が得られる。よって、ポンプ効率を大きく向上させることができる。さらに、渦流室４１が対称面Ｐに対して対称に配置されているため、ポンプを逆回転（インペラ部１１を逆方向に回転）させても同じ効果が得られるという利点もある。
【００４６】
加えて、本例では、吸入流路５０および吐出流路６０が直線状の平行流路となっており、両流路が共に上ケース２Ａに形成されている。従って、両流路を同一スライドコアで構成することができ、上ケース２Ａを樹脂成形する場合の金型を単純な構成にすることができる。
【００４７】
また、本発明では、吸入流路５０および吐出流路６０の流路方向をポンプ装置１の中心軸線Ｌ方向に対して垂直にして、流体の吐出口６ａおよび吸入口５ａをポンプ装置の前面４（側面）に形成している。このため、ポンプ装置１の軸線方向の寸法を小さくでき、薄型化に有利である。
【００４８】
更に、本発明では、接続壁面４５が内周側内壁面４３よりも外周側に設けられているため、渦流室４１の内周側に設けられたシール面の部分（内側シール面部分２２ｃ、内側シール面部分２５ｅ）を内周側に切り欠くことのない形状となっている。このため、シール性の低下を抑制できる。更に、ポンプ室４０の底面側において、前記渦流室４１の周方向の一端および他端から延びる各接続部の間に形成されている封鎖用シール面部分２２ｄが、渦流室４１の周方向の中央位置Ｃの内周側に設けられている内側シール面部分２２ｃと面一に形成されている。また、ポンプ室４０の天井面側において、封鎖用シール面部分２５ｆが内側シール面部分２５ｅと面一に形成されている。このため、吐出流路６０および吸入流路５０との接続部におけるシール性能が十分に高いという利点もある。
【００４９】
また、本発明では、吸入流路５０および吐出流路６０の流路中心線Ｌ２（図６（ｄ）参照）が、ポンプ室４０の中心軸線Ｌ方向の高さ寸法の中央の位置、言い換えれば、羽根車１３の外周面における中心軸線Ｌ方向の中央位置を通るように構成されている。このような構成では、羽根車１３の外周面の中央部分と対向するように吐出流路６０を開口させることができるため、羽根車１３の表面（外周面）に沿って遠心力で外周側に流れる流体をスムーズに吐出流路６０に流入させることができる。よって、流路抵抗が少なく、圧力損失を低減できるという効果が得られる。
【００５０】
（他の実施形態）
図８は、他の実施形態の流路接続形状を示す説明図である。上記実施形態では、接続壁面４５と内壁面５２との接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４の延長線上に設定しているが、図８（ａ）に示す接続壁面４５Ａのように、接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４よりも外周側に設定することもできる。このようにすると、接続角度θαを大きな角度にすることができ、流路の接続部の屈曲角度を緩やかにすることができる。従って、圧力損失の低減効果を高めることができる。また、図８（ｂ）に示す接続壁面４５Ｂのように、接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４の延長線の内周側に設定することもできる。この場合には、図５、図８（ａ）の接続形状よりも効果は低いものの、従来のように内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた場合に比べて壁面の接続形状をなだらかにすることができる。従って、圧力損失の低減効果が得られる。
【００５１】
このように、接続位置Ｑａ１、Ｑａ２の位置を図５の位置から変更した接続壁面４５の形状を決定するにあたっては、例えば、接続位置Ｑａ２を設定し、接続位置Ｑａ２を通る内周側内壁面４３の接線を決定して、この接線と内周側内壁面４３との接点の位置を接続位置Ｑａ１に設定することができる。このとき、上述したように、接続位置Ｑａ１が仮想線Ｌ１に対して接続位置Ｑａ２とは逆の側に位置するという条件を満たすように、接続位置Ｑａ２を設定する。このようにすると、接続壁面４５と内周側内壁面４３が直線状に接続され、最もなだらかな接続形状となる。あるいは、最初に、仮想線Ｌ１（図５参照）に対して渦流室４１の流路方向の中央位置Ｃの側に接続位置Ｑａ１を設定し、この点を通る内周側内壁面４３の接線を延ばして、この接線と内壁面５２との交点を接続位置Ｑａ２に設定することもできる。
【００５２】
図８（ｃ）に示す接続壁面４５Ｃのように、直線状ではなく曲線状に接続することもできる。例えば、接続壁面４５Ｃは、接続位置Ｑａ２における接続壁面４５の接線方向を内壁面５１の方向と一致させた湾曲状となっている。また、曲線状にする場合においては、曲線の両端を結ぶ直線よりも内周側内壁面４３の側に湾曲させることが望ましい。このようにすると、よりなだらかに接続できる。また、流路断面積の減少を少なくすることができるため、流路断面積の変化に起因する圧力損失を低減させることができる。
【００５３】
図８（ｄ）に示す接続壁面４５Ｄの形状は、接続位置Ｑａ１の位置を更に後退させ、全体を湾曲させた形状である。このような形状にすると、流路断面積の変化をより緩やかにすることができる。
【００５４】
図８（ｅ）に示すように、渦流室４１に対する直線状流路（吸入流路５０あるいは吐出流路６０）の接続方向を変更した場合にも、上記各形態と同じ接続形状にして流路の接続形状をなだらかにすることができる。すなわち、本発明は、吸入流路５０と吐出流路６０が平行でない構成にも適用可能である。また、吸入流路５０と吐出流路６０を、渦流室４１の一端および他端に対し、それぞれ異なる接続角度で接続させるようにしてもよい。また、吸入流路５０と吐出流路６０のいずれか一方のみを、上記各形態のようになだらかな接続形状とし、他方については従来のような接続形状（すなわち、接続壁面４５を設けることなく、内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた形状）としてもよい。
【００５５】
図９は、接続部における流路の断面形状の他の形態を示す説明図であり、図９（ａ１）（ａ２）（ａ３）はそれぞれ、図６における各断面位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３で切断した場合の断面形状を示している。なお、比較のため、図９（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）には図６に示した上記の形態における断面形状を示す。図９（ａ）に示す断面形状は、半円形を直線でカットする代わりに、カット位置に応じて半円形断面の直径を変化させ、全体として縮小した半円形にするものである。すなわち、この場合には、中心軸線Ｌを含む切断面で切断した流路断面形状が、当該切断面内における外周側内壁面４４と前記接続壁面４５Ｅとの距離を直径とする円弧形状となっている。このようにすると、内周側と外周側が滑らかな円弧曲線で接続された断面形状となるため、流路の内壁に沿って流路中心線を中心とする周方向に流体が流れる場合の流路抵抗を低減できる。また、接続部における流路の高さの変化も滑らかである。従って、流路抵抗を少なくすることができ、圧力損失の低減効果が得られる。
【００５６】
なお、上記形態では、接続壁面４５を中心軸線Ｌと平行な面にしていたが、図９（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、接続壁面４５の代わりに、中心軸線Ｌに対して傾いた接続壁面４５Ｆを設けた構成にすることもできる。この場合、接続壁面４５Ｆを渦流室４１の開口側（すなわち、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの開口側）に広がる方向に傾けることが望ましい。このようにすると、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂを樹脂成型で構成した場合に、渦流室４１を形成する金型の構成を簡単にできる。
【００５７】
また、上記各形態は、ポンプ室４０がモータ部（ロータ１０およびステータ３０）の上方に１室のみ設けられたポンプ装置１についての形態であったが、本発明を、モータ部を挟み、上下に２つのポンプ室を配置したポンプ装置に適用することもできる。
【００５８】
さらに、上記各形態は、吸入流路５０および吐出流路６０を共に上ケース２Ａに形成したが、吸入流路５０および吐出流路６０を、ポンプ室４０の流路中心線Ｌ２を通り中心軸線Ｌに垂直な面で２分割し、上ケース２Ａと下ケース２Ｂの２部材で構成することもできる。この場合、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂにおいて内壁面５１、５２が表面に露出するため、内壁面５１と外周側内壁面４４を滑らかに接続することが容易になる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・ポンプ装置
２・・・ポンプケース
２Ａ・・上ケース
２Ｂ・・下ケース
３・・・モータカバー
３ａ・・モータ収納室
４・・・前面
５・・・吸入管
５ａ・・吸入口
６・・・吐出管
６ａ・・吐出口
７・・・区画室
８・・・支軸
９・・・基板
９ａ・・円形開口
１０・・ロータ
１０ａ・ロータ本体部
１１・・インペラ部
１１ａ・軸孔
１２・・駆動マグネット
１３・・羽根車
１４・・凹部
１４ａ・上側凹部
１４ｂ・下側凹部
１５ａ・羽根
１５ｂ・羽根
１６・・リブ
２１・・フランジ部
２２・・円形隆起部
２２ａ・上端面
２２ｂ・外側シール面部分
２２ｃ・内側シール面部分
２２ｄ・封鎖用シール面部分
２３・・下側突出部
２３ａ・円形凸部
２４・・円形凹部
２４ａ・支軸固定用凹部
２５・・区画室形成用凹部
２５ａ・下側円筒部
２５ｂ・円環状段面
２５ｃ・上側円筒部
２５ｄ・底面
２５ｅ・内側シール面部分
２５ｆ・封鎖用シール面部分
２６・・中央凹部
２６ａ・支軸固定用凹部
３０・・ステータ
３１・・駆動コイル
３２・・ステータコア
３２ａ・突極
３３・・円筒状部材
４０・・ポンプ室
４１・・渦流室
４１ａ・端部
４１ｂ・端部
４２Ａ・円弧溝
４２Ｂ・円弧溝
４３・・内周側内壁面
４４・・外周側内壁面
４５・・接続壁面
４５Ａ〜４５Ｆ・接続壁面
５０・・吸入流路
５１・・内壁面
５２・・内壁面
６０・・吐出流路
Ｃ・・・中央位置
Ｄ０・・溝幅
Ｌ・・・中心軸線
Ｌ１・・仮想線
Ｌ２・・流路中心線
Ｐ・・・対称面
Ｑａ１・接続位置
Ｑａ２・接続位置
Ｑａ３・交点
Ｑｂ・・接続位置
Ｑｃ・・交点
Ｑｄ・・交点
θα・・接続角度
θβ・・接続角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を吸入口から流体通路内に吸入し、加圧して吐出口から吐出するポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ポンプケース内に設けた円弧状の流体通路にインペラの羽根を配置すると共に、この流体通路に外部に連通する吸引用通路と吐出用通路を接続しておき、インペラを回転させることによって流体通路に液体を吸引し、加圧して吐出するポンプ装置が用いられている。特許文献１、２にはこの種のポンプ装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載のポンプ装置（渦流ポンプ）は、ケーシングに円弧状に延びるポンプ流路を形成しており、ポンプ流路に円板状のインペラの外周部分に設けられた羽根部分が配置されている。ポンプ流路の一端には、ケーシングの側面に開口している吐出口にポンプ流路を連通させるための接続通路部および出口通路部が接続されている。一方、ポンプ流路の他端はケーシングの下面に開口する吸入口に向かって下向きに延びる通路に接続されている。特許文献１では、ポンプ流路から吐出口に向かう通路部における圧力損失を低減させてポンプ効率を向上させるため、接続通路部を、流路断面積が急激に変化しない断面形状にしている。具体的には、ケーシングの軸線方向に切断したときの接続通路部の内壁の断面形状を曲線状にすると共に、ケーシングの軸線方向に垂直な面で切断したときの径方向外側の内壁の断面形状を曲線状にしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載のポンプ装置（キャンドポンプ）は、円弧状に延びるポンプ流路（加圧室）を形成したモータケースの側面に吸入口および吐出口を設け、吸入口および吐出口からポンプ流路に向かって２本の平行な流路が延びている。特許文献２の図３には、この平行流路とポンプ流路との接続部（流路が曲がる部分）が曲線状になっていることが図示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６２４８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３２９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のポンプ装置は、出口通路部がポンプ流路の接線方向に延びており、ポンプ流路と出口通路部の流路方向が元々一致している構成において、出口通路部とポンプ流路との接続部において流路断面積を急激に変化させないことを目的としており、ポンプ流路に対して出口通路部が接線方向とは異なる角度で接続されたことに起因する圧力損失、言い換えれば、流路が屈曲していることに起因する圧力損失を低減させることを目的とするものではない。また、曲線状にする部分を吐出口への流路に限定しており、吸入口への流路における圧力損失を低減させることができない。更に、曲線状にする範囲を規定していないため、十分に圧力損失を低減させることができないおそれがある。
【０００７】
一方、特許文献２のポンプ装置は、モータケースの側面に吸入口および吐出口を設けており、吸入口および吐出口に連通している平行流路がいずれもポンプ流路と曲線状に接続されている。従って、吐出口側だけでなく、吸入口側の圧力損失についても同様に低減させることができる。しかしながら、特許文献２の流路形状は、吸入口あるいは吐出口に向かう直線状流路とポンプ流路との接続部が滑らかに繋がってはいるものの、曲線状になっている流路の範囲が小さく、短い区間を流れる間に流体を大きく方向転換させなければならず、流路形状が十分になだらかになっているとはいえない。従って、十分に圧力損失を低減させることができず、ポンプ効率を十分に向上させることができないおそれがある。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、吸入口あるいは吐出口に向かう流路と円弧状のポンプ流路との接続部における圧力損失を従来よりも大きく低減させることができるポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、円弧状の渦流室が形成されたポンプケースと、前記渦流室と同軸に配置され当該渦流室に挿入された円環状の羽根車と、当該羽根車を回転させるためのモータとを有するポンプ装置であって、前記ポンプケースには、前記渦流室の周方向の一端に連通する吸入流路と、前記渦流室の周方向の他端に連通する吐出流路が設けられ、前記吸入流路と前記吐出流路の少なくとも一方は、前記渦流室に対して外周側から接続される直線状流路であり、当該直線状流路の流路方向は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線に対して垂直であり、且つ、前記渦流室の端部における接線方向とは異なる方向であり、前記渦流室と前記直線状流路の接続部を前記中心軸線の方向から見た場合に、前記渦流室における円弧状の外周側内壁面の端部に、前記直線状流路における一方の内壁面が接続されており、前記渦流室における円弧状の内周側内壁面の端部に、当該内周側内壁面の延長線よりも外周側に配置された接続壁面の一端が接続され、当該接続壁面の他端が、前記直線状流路における他方の内壁面に接続されており、前記接続壁面と前記内周側内壁面との接続位置が、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線に対し、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置とは逆の側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、このような構成により、渦流室と吐出流路あるいは吸引流路との接続部を、渦流室の外周側については、両流路（渦流室および直線状流路）の流路壁をその交点で接続する一方、渦流室の内周側については、両流路の流路壁が交差する角部を、渦流室の内周側内壁面よりも外周側に配置された流路壁（接続壁面）によってなだらかに面取りした形状としている。特に、本発明では、内周側の角部を面取りする範囲を、渦流室の外周側内壁面と直線状流路の一方の内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線を基準として、接続壁面の一端と他端が逆の側に位置するように（言い換えれば、接続壁面がこの仮想線と交差するように）設定している。このようにすると、渦流室と直線状流路との接続部における内周側の角部が広い範囲にわたって面取りされた形状となり、全体として緩やかに曲がる流路形状となる。従って、流路抵抗を従来よりも小さくすることができ、圧力損失を従来よりも大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を従来よりも向上させることができる。
【００１１】
本発明において、前記接続壁面は、前記内周側内壁面に対し、その接線方向に接続されていることが望ましい。このようにすると、両流路の接続部が渦流室に対して最もなだらかに接続される。従って、圧力損失をより大きく低減させることができ、ポンプ効率をより向上させることができる。
【００１２】
本発明において、前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、前記外周側内壁面と前記内周側内壁面の半径差を直径とする円弧形状を、前記接続壁面の位置を通る直線で切断した形状となっている。このようにすると、接続部における流路方向に沿った断面積の変化が緩やかになり、接続壁面を設けたことに起因する流路断面積の減少を最小限にすることができる。従って、流路断面積の減少に起因する圧力損失を低減できる。
【００１３】
この場合に、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線と前記接続壁面との交差位置が、前記外周側内壁面よりも前記内周側内壁面に近いことが望ましい。このようにすると、直線状流路との接続位置における流路の断面積を、渦流室における流路の断面積の１／２よりも大きくすることができると共に、直線状流路との接続位置における流路の高さを渦流室と同じにすることができ、接続部における流路の高さを全く変化させないようにすることができる。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１４】
本発明において、前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、当該切断面内における前記外周側内壁面と前記接続壁面との距離を直径とする円弧形状となっている。このようにすると、渦流室の内周側と外周側が滑らかな円弧曲線で接続された断面形状となる。また、接続部における渦流室の高さの変化も滑らかである。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１５】
本発明において、前記吐出流路は前記直線状流路であり、当該吐出流路の流路中心線の延長線が、前記羽根車の外周面における前記中心軸線方向の中央位置を通ることが望ましい。このようにすると、羽根車の外周面の中央部分と対向させるように吐出流路を開口させることができるため、羽根車の表面（外周面）に沿って遠心力で外周側に流れる流体をスムーズに吐出流路に流入させることができる。よって、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【００１６】
本発明において、前記吐出流路と前記吸入流路はいずれも前記直線状流路であり、前記吐出流路と前記吸入流路は、前記中心軸線を含む平面に対して対称に形成されていることが望ましい。このようにすると、流体の吐出口および吸入口をポンプ装置の側面に形成できるため、ポンプ装置の軸線方向の寸法を小さくでき、薄型化に有利である。また、吐出流路および吸入流路と渦流室との両接続位置において圧力損失を低減できるため、ポンプ効率を大きく向上させることができる。また、ポンプを逆回転させても同じ効果が得られるという利点もある。
【００１７】
本発明において、前記ポンプケースは、複数のケース体を組み立てて構成されており、前記吐出流路と前記吸入流路は平行であり、且つ、同一のケース体に形成されていることが望ましい。このようにすると、吸入流路と吐出流路を同一スライドコアで構成することができる。従って、金型を単純な構成にすることができる。
【００１８】
本発明において、前記渦流室、および、当該渦流室の周方向の一端および他端に設けられた前記吐出流路および前記吸入流路との接続部に囲まれるシール面を有し、当該シール面は、前記渦流室の周方向の一端および他端から延びる各接続部の間に形成されている封鎖用シール面部分が、前記渦流室の周方向の中央位置の内周側に設けられている内側シール面部分と面一に形成されていることが望ましい。このようにすると、吐出流路と吸引流路との接続部におけるシール性能を高めることができる。
【００１９】
本発明において、前記直線状流路は、その断面積が一定であることが望ましい。このようにすると、吐出流路あるいは吸引流路を流れる間の圧力損失を低減できる。
【００２０】
本発明において、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置を、前記外周側内壁面の延長線上あるいはその外周側に設定することができる。このようにすると、接続部を更に緩やかに曲がる形状にすることができるため、流路の屈曲形状に起因する流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のポンプ装置によれば、渦流室と直線状流路（吐出流路あるいは吸入流路）との接続部における流路抵抗を従来よりも小さくすることができ、圧力損失を従来よりも大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用したポンプ装置の斜視図である。
【図２】本発明を適用したポンプ装置の分解斜視図である。
【図３】上ケースおよび下ケースの断面図（図２のＸ−Ｘ方向断面図）および分解図である。
【図４】上ケースを下側から見た平面図（図３の矢印Ｙ方向から見た平面図）である。
【図５】渦流室に対する吸入流路および吐出流路の接続形状を示す説明図である。
【図６】渦流室に対する吸入流路あるいは吐出流路の接続部の断面形状を示す説明図である。
【図７】本発明の流路接続形状によるポンプ効率の向上効果を示すグラフである。
【図８】他の実施形態の流路接続形状を示す説明図である。
【図９】接続部における流路の断面形状の他の形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態のポンプ装置を説明する。なお、以下の説明において、説明の便宜上、図１〜図３に図示した上下方向（下から上へ向かう方向を矢印Ｙで示す）に従ってポンプ装置の上下を説明する。
【００２４】
（全体構成）
図１は本発明を適用したポンプ装置を前方の斜め上から見た斜視図であり、図２はポンプ装置の分解斜視図である。本形態のポンプ装置１は水や空気等の流体を圧送する渦流ポンプである。図１に示すように、ポンプ装置１は、全体として略四角柱形状をしており、ポンプケース２の下側にモータカバー３を固定した構成をしている。ポンプケース２は、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂから構成されている。上ケース２Ａ、下ケース２Ｂ、およびモータカバー３は、上下に積層して各ケースの四隅に設けられた固定用のネジ孔にネジ部材を螺合することにより、ポンプ装置１の形状に組み立てられている。上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂは、いずれも樹脂製であり、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等からなる。上ケース２Ａの前面４からは吸入管５および吐出管６が前方に向かって平行に突出している。ポンプ装置１は、吸入管５の先端に開口する吸入口５ａから吸い込んだ流体を吐出管６の先端に開口する吐出口６ａから吐出するようになっている。
【００２５】
図３（ａ）は上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂの概略断面構成を示す断面図（図２のＸ−Ｘ方向断面図）であり、図３（ｂ）はその分解図である。上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂは上下に積層されており、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂを組み立てると、その間には区画室７が構成されるようになっている。区画室７を形成する際には、両ケースの間に図示しないＯリングを介在させることにより、区画室７を密閉状態とする。下ケース２Ｂは、図２、図３に示すように、矩形板状のフランジ部２１と、フランジ部２１の上面中央から上向きに突出する円形隆起部２２と、フランジ部２１の下面側から円形隆起部２２と同軸状に下向きに突出する下側突出部２３を備えている。下側突出部２３は有底筒状に形成され、その内側には円形凹部２４が同軸状に形成されている。円形凹部２４の上端は円形隆起部２２の上端面２２ａの中央部に開口しており、円形凹部２４の底面中央には支軸固定用凹部２４ａが形成されている。下側突出部２３の下端面中央には下向きに突出する円形凸部２３ａが設けられている。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、上ケース２Ａには、上ケース２Ａの下面に開口する円形の区画室形成用凹部２５が設けられている。区画室形成用凹部２５は、下ケース２Ｂの円形隆起部２２と同軸状に形成されており、その内周面は、区画室形成用凹部２５の開口縁から上向きに延びる下側円筒部２５ａと、下側円筒部の上端縁に接続された円環状段面２５ｂと、円環状段面２５ｂの内周縁から下側円筒部２５ａよりも一回り小さい径寸法で上向きに延びる上側円筒部２５ｃによって構成されている。下側円筒部２５ａは、円形隆起部２２をその内周側に嵌合可能な径寸法および高さとなっている。区画室形成用凹部２５の底面２５ｄの中央には一段凹んだ円形の中央凹部２６が形成され、その中央に支軸固定用凹部２６ａが形成されている。
【００２７】
上ケース２Ａと下ケース２Ｂの間の区画室７には、円板状のインペラ部１１が上端に設けられ下端に駆動マグネット１２が設けられたロータ１０（図２参照）と、このロータ１０を回転可能に支持する支軸８（図２参照）が配置される。インペラ部１１とその下側に延びるロータ本体部１０ａはＰＰＳ等からなる樹脂製である。ロータ本体部１０ａの外周面には図示しないヨークが設けられ、このヨークを介してロータ本体部１０ａに駆動マグネット１２が接着固定されている。支軸８は、ロータ１０の中央を貫通するように装着され、その下端が下ケース２Ｂ側に設けられた支軸固定用凹部２４ａに固定されている。支軸８の上端は上ケース２Ａ側に設けられた支軸固定用凹部２６ａに固定されている。インペラ部１１の上面中央には支軸８を突出させるための軸孔１１ａが開口している。また、インペラ部１１の外周部分には羽根車１３が設けられている。
【００２８】
図２に示すように、インペラ部１１の外周部分には上下２段に形成された凹部１４が周方向に等角度間隔で形成されている。凹部１４はインペラ部１１の上面の周縁を円弧形状に切り欠いて形成された上側凹部１４ａと、インペラ部１１の下面の周縁を円弧形状に切り欠いて形成された下側凹部１４ｂを備えており、周方向で隣接する凹部１４ａ、１４ｂの間はそれぞれ半径方向に延びる羽根１５ａ、１５ｂとなっている。上下方向で隣接する上側凹部１４ａと下側凹部１４ｂの間は、周方向に延びて上側凹部１４ａと下側凹部１４ｂの間を上下に区画するリブ１６となっている。本例の羽根車１３は、上段側の凹部１４ａと下段側の凹部１４ｂを周方向にずらして形成しており、そのずれ量は各凹部の周方向の配列ピッチの１／２の寸法となっている。このため、上段側の羽根１５ａと下段側の羽根１５ｂは、周方向にその配列ピッチの１／２の寸法ずつずらされて千鳥状に配置されている。
【００２９】
下ケース２Ｂの下側、すなわち、区画室７とは反対側には、駆動コイル３１と、この駆動コイル３１を搭載するステータコア３２を備えるステータ３０が配置されている。ステータ３０は、下ケース２Ｂにおける下側突出部２３の外周側に装着され、その外側を覆うようにモータカバー３が装着される。ステータコア３２は円筒状部材３３の内周側に保持されており、径方向を向いた複数の突極３２ａを備えている。駆動コイル３１は複数の突極３２ａのそれぞれに巻き回されている。複数の突極３２ａは、ロータ１０およびステータ３０の中心軸線Ｌ回りに等角度間隔で配置されている。各突極３２ａは、中心軸線Ｌと直交する方向で、下ケース２Ｂを介して、円形凹部２４内に配置された駆動マグネット１２と対向している。このような配置により、駆動マグネット１２と駆動コイル３１が羽根車１３を回転駆動するための磁気駆動機構を構成している。下ケース２Ｂは、ロータ１０とステータ３０の間に配置されて、区画室７とステータ３０を隔てる隔壁として機能している。
【００３０】
モータカバー３の上面には円形のモータ収納室３ａが開口している。モータ収納室３ａ内には、ステータ３０を下側から覆うように円板状の基板９が配置されている。基板９には電源回路や配線接続用の端子部等が設けられており、ステータ３０の駆動コイル３１から引き出した巻き線の端部（図示省略）が接続されている。基板９の中央には円形開口９ａが形成されている。基板９は、円形開口９ａの中心と、ロータ１０およびステータ３０の中心軸線Ｌとを一致させるように配置されている。基板９を介して駆動コイル３１に励磁電流が供給されると、ロータ１０は中心軸線Ｌ回りに回転する。これにより、吸入口５ａから後述する渦流室４１内に流体が吸い込まれ、渦流室４１内で加圧されて、吐出口６ａから吐出される。このように、ロータ１０、ステータ３０、および基板９によって、ポンプ装置１を駆動するモータが構成されている。基板９の駆動制御装置から駆動コイル３１に供給される励磁電流の順序を逆にすることにより、ロータ１０を逆方向に回転させることができる。この場合には、流体を吐出口６ａから吸入して吸入口５ａから吐出することができる。
【００３１】
（渦流室）
図３（ａ）に示すように、上ケース２Ａと下ケース２Ｂの間に形成された区画室７の上部には、上ケース２Ａにおける区画室形成用凹部２５の底面２５ｄと、下ケース２Ｂにおける円形隆起部２２の上端面２２ａがインペラ部１１の厚みよりもわずかに大きい間隔で対向しており、この間にポンプ室４０が形成されている。ポンプ室４０の外周部分には、中心軸線Ｌ回りの所定の角度範囲（本例では、２７０°を超える角度範囲）にわたって円弧状の渦流室４１が形成されている。インペラ部１１はポンプ室４０に収容されており、インペラ部１１の外周に設けられた羽根車１３は渦流室４１と同軸に配置され、渦流室４１に挿入されている。
【００３２】
図２、図３に示すように、下ケース２Ｂには、ポンプ室４０の底面を規定している円形隆起部２２の上端面２２ａの外周部分には円弧溝４２Ｂが形成されている。円弧溝４２Ｂは、その両端を除く大部分の断面形状が半円形になっている。一方、図４は上ケース２Ａを下側（図３の矢印Ｙ方向／ポンプ室４０側）から見た平面図であるが、図３、図４に示すように、ポンプ室４０の天井面を規定している区画室形成用凹部２５の底面２５ｄの外周部分には、円弧溝４２Ｂと同一の断面形状の円弧溝４２Ａが形成されている。円弧溝４２Ａと円弧溝４２Ｂは、中心軸線Ｌ方向から見たときに重なる位置に形成されており、且つ、中心軸線Ｌに対して垂直な面を基準として上下に対称な形状となるように形成されている。
【００３３】
図２、図３に示すように、下ケース２Ｂにおいてポンプ室４０の底面を構成している上端面２２ａは、円弧溝４２Ｂよりも外周側の円環状領域が、上ケース２Ａの円環状段面２５ｂに密着する外側シール面部分２２ｂとなっている。また、上端面２２ａにおける円弧溝４２Ｂの内周側の領域は、インペラ部１１との間に微小なギャップを隔てて対向する内側シール面部分２２ｃとなっている。更に、上端面２２ａにおける円弧溝４２Ｂの一端と他端の間の領域は、内側シール面部分２２ｃと面一な封鎖用シール面部分２２ｄとなっている。また、図３、図４に示すように、上ケース２Ａにおいてポンプ室４０の天井面を形成している底面２５ｄは、円弧溝４２Ａの内周側の領域がインペラ部１１との間に微小なギャップを隔てて対向する内側シール面部分２５ｅとなっている。そして、底面２５ｄにおける円弧溝４２Ａの一端と他端の間の領域は、内側シール面部分２５ｅと面一な封鎖用シール面部分２５ｆとなっている。ポンプ室４０の底面および天井面にこのようなシール面（上端面２２ａおよび底面２５ｄの各部）を形成することにより、ポンプ室４０内において渦流室４１が密閉された流路を構成している。
【００３４】
上ケース２Ａにおいて、円弧溝４２Ａの外周縁は上側円筒部２５ｃの上端縁に接続されており、上側円筒部２５ｃの下端縁には下ケース２Ｂ側の円弧溝４２Ｂの外周縁が接続されている。上側円筒部２５ｃは、羽根車１３を外周側から囲むように配置されている。
【００３５】
（渦流室と吸入流路および吐出流路との接続形状）
図４に示すように、渦流室４１を規定している円弧溝４２Ａの一方の端が位置する上ケース２Ａの部位には、吸入口５ａに連通する吸入流路５０が設けられている。また、渦流室４１の他方の端が位置する上ケース２Ａの部位には、吐出口６ａに連通する吐出流路６０が設けられている。吸入流路５０および吐出流路６０は、流路方向に対して垂直な断面で切断した断面形状が一定な円筒状流路であり、両流路の断面形状は同一となっている。吸入流路５０と吐出流路６０は平行に配置されており、且つ、ポンプ装置１の中心軸線Ｌに対して垂直な方向を向いており、更に、ポンプ装置１の中心軸線Ｌを含み、且つ、渦流室４１の流路方向の中央位置Ｃを通る対称面Ｐに対して対称に配置されている。このため、渦流室４１の一端および他端の流路方向に対し、吸入流路５０と吐出流路６０の各流路方向のなす角度（図４に示す角度θ１、θ２）が同一となっている。本例では、渦流室４１の一端および他端に対し、吸入流路５０と吐出流路６０を同一の接続形状で接続している。
【００３６】
図５は、渦流室４１に対する吸入流路５０および吐出流路６０の接続形状を示す説明図であり、これらの流路を中心軸線Ｌの方向から見た形状を示している。なお、図５において、インペラ部１１は図示を省略している。また、図４と図５において、図４は上ケース２Ａを下側（図３の矢印Ｙ方向）から見た平面構成であり、図５は吸入管５および吐出管６の流路中心を通る断面を上側から見た平面構成であるため、吸入管５と吐出管６の位置が左右逆になっている。以下に、渦流室４１の一方の端部４１ａに対する吸入流路５０の接続形状について説明し、渦流室４１の他方の端部４１ｂに対する吐出流路６０の接続形状については、吸入流路５０の場合と同一であるため説明を省略する。図５に示すように、吸入流路５０は、渦流室４１の端部４１ａに対して外周側から接続されており、吸入流路５０の流路方向は、渦流室４１の端部の接線方向とは異なる方向となっている。渦流室４１の内周側内壁面４３および外周側内壁面４４は同軸状の円弧形状であり、両内壁面の間には一定幅の円弧状流路が形成されている。一方、吸入流路５０は直線状流路であり、その内壁面５１、５２は平行となっている。内壁面５１、５２のうち、渦流室４１との接続時に流路の入り隅部となる側の内壁面５１は、外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂまで直線状に延びている。一方、流路の出隅部となる側の内壁面５２は、内周側内壁面４３よりも外周側までしか延びておらず、内周側内壁面４３よりも外周側の位置において、直線状の接続壁面４５の一端に接続されている。接続壁面４５の他端は、内周側内壁面４３の端部に対し、接線方向に接続されている。つまり、接続壁面４５は、全体として、内周側内壁面４３よりも外周側に配置されている。
【００３７】
ここで、接続壁面４５と内周側内壁面４３との接続位置Ｑａ１と、接続壁面４５と内壁面５２との接続位置Ｑａ２の位置関係は、内壁面５１と外周側内壁面４４との接続位置Ｑｂを通って径方向に延びており渦流室４１の中心軸線Ｌと交差する仮想線Ｌ１に対し、接続位置Ｑａ１と接続位置Ｑａ２が逆の側に配置されるように設定されている。このようにすると、接続位置Ｑａ２は、仮想線Ｌ１と内周側内壁面４３との交点Ｑｃよりも渦流室４１の中央位置Ｃの側に後退した位置となるため、吸入流路５０と渦流室４１との接続部が、その出隅側の角部を広い範囲にわたって切り欠いた形状となっている。
【００３８】
このような接続壁面４５を設けると、内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた場合に比べて壁面の接続形状をなだらかにすることができ、流体の経路を全体として緩やかに曲がる形状にすることができる。具体的には、内壁面５２を内周側内壁面４３の延長線との交点Ｑａ３まで延ばした場合（すなわち、接続壁面４５によって流路形状を調整しなかった場合）の流路の屈曲角度と、本例における流路の屈曲角度とを比較すると、図５に示すように、接続壁面４５を設けた場合の流路の接続角度θαと、接続壁面４５を設けない場合の接続角度θβの大小関係が、θα＞θβとなっている。
【００３９】
次に、渦流室４１に対する吸入流路５０の接続部の断面形状（中心軸線Ｌを含む切断面で切断した断面形状）について説明する。図６は渦流室４１に対する吸入流路５０あるいは吐出流路６０の接続部の断面形状を示す説明図であり、図６（ａ）は断面位置を示す説明図、図６（ｂ）〜（ｄ）は図６（ａ）に示す各断面位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３における断面図である。断面位置Ｘ１は渦流室４１と吸入流路５０の接続部を含まない断面位置であり、吸入流路５０の流路方向と直交する断面方向となっている。これに対し、断面位置Ｘ２、Ｘ３は接続部を含む断面位置であり、断面位置Ｘ２は断面位置Ｘ１に対して４５度傾いており、断面位置Ｘ３は断面位置Ｘ１に対して６０度傾いている。本例では、接続壁面４５を、中心軸線Ｌと平行な方向に延びる平面状の内壁面としている。上述したように、渦流室４１の内壁面は、吸入流路５０あるいは吐出流路６０との接続部を除き、半円形の断面形状の円弧溝４２Ａ、４２Ｂの内周面によって規定されている。すなわち、図６（ｂ）に示すように、内周側内壁面４３は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの内周面における内周側の縁部分であり、外周側内壁面４４は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの外周側の縁部分である。このため、渦流室４１の断面形状は、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの溝幅Ｄ０（すなわち、内周側内壁面４３と外周側内壁面４４の半径差）を直径とする半円形状となっている。
【００４０】
接続壁面４５は、この半円形断面の円弧溝４２Ａ、４２Ｂと斜めに交差するように配置されている。このため、渦流室４１に対する吸入流路５０の接続部では、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、溝幅Ｄ０の半円形を、中心軸線Ｌと平行な直線によって内周側からカットした形状となっている。接続壁面４５は、接続位置Ｑａ１から接続位置Ｑａ２に向かうに従って外周側に移動するため、吸入流路５０の側へ向かうに従って切り欠き面積は大きくなり、流路断面積は減少してゆく。しかしながら、接続壁面４５の断面形状をこのように設定すると、流路の平面形状をなだらかにしながらも、断面積の変化については極力小さくできるため、流路断面積の変化に起因する圧力損失を低減できる。
【００４１】
ここで、図５に示すように、接続壁面４５は、仮想線Ｌ１との交点Ｑｄの位置が、内周側内壁面４３よりも外周側内壁面４４に近い位置となるように設定されている。言い換えれば、交点Ｑｄと接続位置Ｑｂとの距離が、交点Ｑｄと交点Ｑｃとの距離よりも大きくなるように、交点Ｑｄの位置が設定されている。このようにすると、図６に示すように、半円形の流路断面形状を端から切り欠いてゆく場合には、仮想線Ｌ１の位置（すなわち、吸入流路５０と渦流室４１の外周側の壁面同士の接続位置）での流路の断面積を、渦流室４１における流路の断面積の１／２よりも大きくすることができる。また、仮想線Ｌ１の位置での流路の高さ（渦流室４１の中心軸線Ｌ方向の寸法）が渦流室４１における流路の高さと同一の寸法に維持されており、接続部において流路の高さが全く変化しない構成となっている。従って、流路抵抗が少なく、圧力損失を低減できる。
【００４２】
図７は、本発明の流路接続形状によるポンプ効率の向上効果を示すグラフであり、横軸は流量、縦軸は吐出圧を示している。実線Ａ１、Ａ２、Ａ３は本例のポンプ装置、破線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は従来例のポンプ装置（すなわち、接続壁面４５を設けずに直線状流路の壁面を円弧状流路の内周側の壁面まで延ばして交差させた形状）によるものであり、Ａ１とＢ１、Ａ２とＢ２、Ａ３とＢ３は、それぞれ、同一回転数の場合である。このグラフに示すように、本例の流路接続形状では、従来例の流路接続形状の場合と比較して圧力損失が低減されており、ポンプ効率が向上している。
【００４３】
（作用効果）
以上のように、本例のポンプ装置１は、渦流室４１と直線状流路（吸入流路５０および吐出流路６０）との接続部における内周側の角部を接続壁面４５によって広い範囲にわたってなだらかに接続した形状にして、流路の接続部を全体として緩やかに曲がる流路形状にしている。従って、流路抵抗を小さくすることができ、圧力損失を大きく低減させることができる。よって、ポンプ効率を大きく向上させることができる。
【００４４】
また、本例では、このような流路接続形状にしながらも、接続部における流路方向に沿った断面積の変化が緩やかであり、接続壁面４５を設けたことに起因する流路断面積の減少が最小限になっている。従って、流路断面積の減少に起因する圧力損失を低減できる。
【００４５】
更に、本例では、吸入流路５０および吐出流路６０の両方を渦流室４１に対して上記のような形状に接続しているため、吐出側と吸引側の両方の接続部において圧力損失の低減効果が得られる。よって、ポンプ効率を大きく向上させることができる。さらに、渦流室４１が対称面Ｐに対して対称に配置されているため、ポンプを逆回転（インペラ部１１を逆方向に回転）させても同じ効果が得られるという利点もある。
【００４６】
加えて、本例では、吸入流路５０および吐出流路６０が直線状の平行流路となっており、両流路が共に上ケース２Ａに形成されている。従って、両流路を同一スライドコアで構成することができ、上ケース２Ａを樹脂成形する場合の金型を単純な構成にすることができる。
【００４７】
また、本発明では、吸入流路５０および吐出流路６０の流路方向をポンプ装置１の中心軸線Ｌ方向に対して垂直にして、流体の吐出口６ａおよび吸入口５ａをポンプ装置の前面４（側面）に形成している。このため、ポンプ装置１の軸線方向の寸法を小さくでき、薄型化に有利である。
【００４８】
更に、本発明では、接続壁面４５が内周側内壁面４３よりも外周側に設けられているため、渦流室４１の内周側に設けられたシール面の部分（内側シール面部分２２ｃ、内側シール面部分２５ｅ）を内周側に切り欠くことのない形状となっている。このため、シール性の低下を抑制できる。更に、ポンプ室４０の底面側において、前記渦流室４１の周方向の一端および他端から延びる各接続部の間に形成されている封鎖用シール面部分２２ｄが、渦流室４１の周方向の中央位置Ｃの内周側に設けられている内側シール面部分２２ｃと面一に形成されている。また、ポンプ室４０の天井面側において、封鎖用シール面部分２５ｆが内側シール面部分２５ｅと面一に形成されている。このため、吐出流路６０および吸入流路５０との接続部におけるシール性能が十分に高いという利点もある。
【００４９】
また、本発明では、吸入流路５０および吐出流路６０の流路中心線Ｌ２（図６（ｄ）参照）が、ポンプ室４０の中心軸線Ｌ方向の高さ寸法の中央の位置、言い換えれば、羽根車１３の外周面における中心軸線Ｌ方向の中央位置を通るように構成されている。このような構成では、羽根車１３の外周面の中央部分と対向するように吐出流路６０を開口させることができるため、羽根車１３の表面（外周面）に沿って遠心力で外周側に流れる流体をスムーズに吐出流路６０に流入させることができる。よって、流路抵抗が少なく、圧力損失を低減できるという効果が得られる。
【００５０】
（他の実施形態）
図８は、他の実施形態の流路接続形状を示す説明図である。上記実施形態では、接続壁面４５と内壁面５２との接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４の延長線上に設定しているが、図８（ａ）に示す接続壁面４５Ａのように、接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４よりも外周側に設定することもできる。このようにすると、接続角度θαを大きな角度にすることができ、流路の接続部の屈曲角度を緩やかにすることができる。従って、圧力損失の低減効果を高めることができる。また、図８（ｂ）に示す接続壁面４５Ｂのように、接続位置Ｑａ２を外周側内壁面４４の延長線の内周側に設定することもできる。この場合には、図５、図８（ａ）の接続形状よりも効果は低いものの、従来のように内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた場合に比べて壁面の接続形状をなだらかにすることができる。従って、圧力損失の低減効果が得られる。
【００５１】
このように、接続位置Ｑａ１、Ｑａ２の位置を図５の位置から変更した接続壁面４５の形状を決定するにあたっては、例えば、接続位置Ｑａ２を設定し、接続位置Ｑａ２を通る内周側内壁面４３の接線を決定して、この接線と内周側内壁面４３との接点の位置を接続位置Ｑａ１に設定することができる。このとき、上述したように、接続位置Ｑａ１が仮想線Ｌ１に対して接続位置Ｑａ２とは逆の側に位置するという条件を満たすように、接続位置Ｑａ２を設定する。このようにすると、接続壁面４５と内周側内壁面４３が直線状に接続され、最もなだらかな接続形状となる。あるいは、最初に、仮想線Ｌ１（図５参照）に対して渦流室４１の流路方向の中央位置Ｃの側に接続位置Ｑａ１を設定し、この点を通る内周側内壁面４３の接線を延ばして、この接線と内壁面５２との交点を接続位置Ｑａ２に設定することもできる。
【００５２】
図８（ｃ）に示す接続壁面４５Ｃのように、直線状ではなく曲線状に接続することもできる。例えば、接続壁面４５Ｃは、接続位置Ｑａ２における接続壁面４５の接線方向を内壁面５１の方向と一致させた湾曲状となっている。また、曲線状にする場合においては、曲線の両端を結ぶ直線よりも内周側内壁面４３の側に湾曲させることが望ましい。このようにすると、よりなだらかに接続できる。また、流路断面積の減少を少なくすることができるため、流路断面積の変化に起因する圧力損失を低減させることができる。
【００５３】
図８（ｄ）に示す接続壁面４５Ｄの形状は、接続位置Ｑａ１の位置を更に後退させ、全体を湾曲させた形状である。このような形状にすると、流路断面積の変化をより緩やかにすることができる。
【００５４】
図８（ｅ）に示すように、渦流室４１に対する直線状流路（吸入流路５０あるいは吐出流路６０）の接続方向を変更した場合にも、上記各形態と同じ接続形状にして流路の接続形状をなだらかにすることができる。すなわち、本発明は、吸入流路５０と吐出流路６０が平行でない構成にも適用可能である。また、吸入流路５０と吐出流路６０を、渦流室４１の一端および他端に対し、それぞれ異なる接続角度で接続させるようにしてもよい。また、吸入流路５０と吐出流路６０のいずれか一方のみを、上記各形態のようになだらかな接続形状とし、他方については従来のような接続形状（すなわち、接続壁面４５を設けることなく、内壁面５２と内周側内壁面４３を単に交差させた形状）としてもよい。
【００５５】
図９は、接続部における流路の断面形状の他の形態を示す説明図であり、図９（ａ１）（ａ２）（ａ３）はそれぞれ、図６における各断面位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３で切断した場合の断面形状を示している。なお、比較のため、図９（ｂ１）（ｂ２）（ｂ３）には図６に示した上記の形態における断面形状を示す。図９（ａ）に示す断面形状は、半円形を直線でカットする代わりに、カット位置に応じて半円形断面の直径を変化させ、全体として縮小した半円形にするものである。すなわち、この場合には、中心軸線Ｌを含む切断面で切断した流路断面形状が、当該切断面内における外周側内壁面４４と前記接続壁面４５Ｅとの距離を直径とする円弧形状となっている。このようにすると、内周側と外周側が滑らかな円弧曲線で接続された断面形状となるため、流路の内壁に沿って流路中心線を中心とする周方向に流体が流れる場合の流路抵抗を低減できる。また、接続部における流路の高さの変化も滑らかである。従って、流路抵抗を少なくすることができ、圧力損失の低減効果が得られる。
【００５６】
なお、上記形態では、接続壁面４５を中心軸線Ｌと平行な面にしていたが、図９（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、接続壁面４５の代わりに、中心軸線Ｌに対して傾いた接続壁面４５Ｆを設けた構成にすることもできる。この場合、接続壁面４５Ｆを渦流室４１の開口側（すなわち、円弧溝４２Ａ、４２Ｂの開口側）に広がる方向に傾けることが望ましい。このようにすると、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂを樹脂成型で構成した場合に、渦流室４１を形成する金型の構成を簡単にできる。
【００５７】
また、上記各形態は、ポンプ室４０がモータ部（ロータ１０およびステータ３０）の上方に１室のみ設けられたポンプ装置１についての形態であったが、本発明を、モータ部を挟み、上下に２つのポンプ室を配置したポンプ装置に適用することもできる。
【００５８】
さらに、上記各形態は、吸入流路５０および吐出流路６０を共に上ケース２Ａに形成したが、吸入流路５０および吐出流路６０を、ポンプ室４０の流路中心線Ｌ２を通り中心軸線Ｌに垂直な面で２分割し、上ケース２Ａと下ケース２Ｂの２部材で構成することもできる。この場合、上ケース２Ａおよび下ケース２Ｂにおいて内壁面５１、５２が表面に露出するため、内壁面５１と外周側内壁面４４を滑らかに接続することが容易になる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・ポンプ装置
２・・・ポンプケース
２Ａ・・上ケース
２Ｂ・・下ケース
３・・・モータカバー
３ａ・・モータ収納室
４・・・前面
５・・・吸入管
５ａ・・吸入口
６・・・吐出管
６ａ・・吐出口
７・・・区画室
８・・・支軸
９・・・基板
９ａ・・円形開口
１０・・ロータ
１０ａ・ロータ本体部
１１・・インペラ部
１１ａ・軸孔
１２・・駆動マグネット
１３・・羽根車
１４・・凹部
１４ａ・上側凹部
１４ｂ・下側凹部
１５ａ・羽根
１５ｂ・羽根
１６・・リブ
２１・・フランジ部
２２・・円形隆起部
２２ａ・上端面
２２ｂ・外側シール面部分
２２ｃ・内側シール面部分
２２ｄ・封鎖用シール面部分
２３・・下側突出部
２３ａ・円形凸部
２４・・円形凹部
２４ａ・支軸固定用凹部
２５・・区画室形成用凹部
２５ａ・下側円筒部
２５ｂ・円環状段面
２５ｃ・上側円筒部
２５ｄ・底面
２５ｅ・内側シール面部分
２５ｆ・封鎖用シール面部分
２６・・中央凹部
２６ａ・支軸固定用凹部
３０・・ステータ
３１・・駆動コイル
３２・・ステータコア
３２ａ・突極
３３・・円筒状部材
４０・・ポンプ室
４１・・渦流室
４１ａ・端部
４１ｂ・端部
４２Ａ・円弧溝
４２Ｂ・円弧溝
４３・・内周側内壁面
４４・・外周側内壁面
４５・・接続壁面
４５Ａ〜４５Ｆ・接続壁面
５０・・吸入流路
５１・・内壁面
５２・・内壁面
６０・・吐出流路
Ｃ・・・中央位置
Ｄ０・・溝幅
Ｌ・・・中心軸線
Ｌ１・・仮想線
Ｌ２・・流路中心線
Ｐ・・・対称面
Ｑａ１・接続位置
Ｑａ２・接続位置
Ｑａ３・交点
Ｑｂ・・接続位置
Ｑｃ・・交点
Ｑｄ・・交点
θα・・接続角度
θβ・・接続角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の渦流室が形成されたポンプケースと、
前記渦流室と同軸に配置され当該渦流室に挿入された円環状の羽根車と、
当該羽根車を回転させるためのモータとを有するポンプ装置であって、
前記ポンプケースには、前記渦流室の周方向の一端に連通する吸入流路と、前記渦流室の周方向の他端に連通する吐出流路が設けられ、
前記吸入流路と前記吐出流路の少なくとも一方は、前記渦流室に対して外周側から接続される直線状流路であり、
当該直線状流路の流路方向は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線に対して垂直であり、且つ、前記渦流室の端部における接線方向とは異なる方向であり、
前記渦流室と前記直線状流路の接続部を前記中心軸線の方向から見た場合に、
前記渦流室における円弧状の外周側内壁面の端部に、前記直線状流路における一方の内壁面が接続されており、
前記渦流室における円弧状の内周側内壁面の端部に、当該内周側内壁面の延長線よりも外周側に配置された接続壁面の一端が接続され、当該接続壁面の他端が、前記直線状流路における他方の内壁面に接続されており、
前記接続壁面と前記内周側内壁面との接続位置が、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線に対し、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置とは逆の側に配置されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記接続壁面は、前記内周側内壁面に対し、その接線方向に接続されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、
前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、前記外周側内壁面と前記内周側内壁面の半径差を直径とする円弧形状を、前記接続壁面の位置を通る直線で切断した形状となっていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線と前記接続壁面との交差位置が、前記外周側内壁面よりも前記内周側内壁面に近いことを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、
前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、当該切断面内における前記外周側内壁面と前記接続壁面との距離を直径とする円弧形状となっていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの項において、
前記吐出流路は前記直線状流路であり、
当該吐出流路の流路中心線の延長線が、前記羽根車の外周面における前記中心軸線方向の中央位置を通ることを特徴とするポンプ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項において、
前記吐出流路と前記吸入流路はいずれも前記直線状流路であり、
前記吐出流路と前記吸入流路は、前記中心軸線を含む平面に対して対称に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記ポンプケースは、複数のケース体を組み立てて構成されており、
前記吐出流路と前記吸入流路は平行であり、且つ、同一のケース体に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記渦流室の内周側、および、当該渦流室の周方向の一端および他端の間に設けられたシール面を有し、
当該シール面は、前記渦流室の周方向の一端および他端の間に形成されている封鎖用シール面部分が、前記渦流室の周方向の中央位置の内周側に設けられている内側シール面部分と面一に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかの項において、
前記直線状流路は、その断面積が一定であることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかの項において、
前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置が、前記外周側内壁面の延長線上あるいはその外周側に設定されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１】
円弧状の渦流室が形成されたポンプケースと、
前記渦流室と同軸に配置され当該渦流室に挿入された円環状の羽根車と、
当該羽根車を回転させるためのモータとを有するポンプ装置であって、
前記ポンプケースには、前記渦流室の周方向の一端に連通する吸入流路と、前記渦流室の周方向の他端に連通する吐出流路が設けられ、
前記吸入流路と前記吐出流路の少なくとも一方は、前記渦流室に対して外周側から接続される直線状流路であり、
当該直線状流路の流路方向は、前記渦流室および前記羽根車の中心軸線に対して垂直であり、且つ、前記渦流室の端部における接線方向とは異なる方向であり、
前記渦流室と前記直線状流路の接続部を前記中心軸線の方向から見た場合に、
前記渦流室における円弧状の外周側内壁面の端部に、前記直線状流路における一方の内壁面が接続されており、
前記渦流室における円弧状の内周側内壁面の端部に、当該内周側内壁面の延長線よりも外周側に配置された接続壁面の一端が接続され、当該接続壁面の他端が、前記直線状流路における他方の内壁面に接続されており、
前記接続壁面と前記内周側内壁面との接続位置が、前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線に対し、前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置とは逆の側に配置されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記接続壁面は、前記内周側内壁面に対し、その接線方向に接続されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、
前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、前記外周側内壁面と前記内周側内壁面の半径差を直径とする円弧形状を、前記接続壁面の位置を通る直線で切断した形状となっていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記一方の内壁面と前記外周側内壁面との接続位置を通って径方向に延びる仮想線と前記接続壁面との交差位置が、前記外周側内壁面よりも前記内周側内壁面に近いことを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記渦流室と前記直線状流路との接続部は、
前記渦流室および前記羽根車の中心軸線を含む切断面で切断した断面形状が、当該切断面内における前記外周側内壁面と前記接続壁面との距離を直径とする円弧形状となっていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの項において、
前記吐出流路は前記直線状流路であり、
当該吐出流路の流路中心線の延長線が、前記羽根車の外周面における前記中心軸線方向の中央位置を通ることを特徴とするポンプ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項において、
前記吐出流路と前記吸入流路はいずれも前記直線状流路であり、
前記吐出流路と前記吸入流路は、前記中心軸線を含む平面に対して対称に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記ポンプケースは、複数のケース体を組み立てて構成されており、
前記吐出流路と前記吸入流路は平行であり、且つ、同一のケース体に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記渦流室の内周側、および、当該渦流室の周方向の一端および他端の間に設けられたシール面を有し、
当該シール面は、前記渦流室の周方向の一端および他端の間に形成されている封鎖用シール面部分が、前記渦流室の周方向の中央位置の内周側に設けられている内側シール面部分と面一に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかの項において、
前記直線状流路は、その断面積が一定であることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかの項において、
前記接続壁面と前記他方の内壁面との接続位置が、前記外周側内壁面の延長線上あるいはその外周側に設定されていることを特徴とするポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７９６１５（Ｐ２０１３−７９６１５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０４４５（Ｐ２０１１−２２０４４５）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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