【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インペラを支持するシャフトを廃して成るシャフトレスポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排水管が設置されていない箇所や地下室或は下水排水管まで十分な導水勾配を取ることができない箇所に洗面流し台や風呂桶を設置する例が増えてきており、このような場合、生活排水の強制排出を行うための排水ポンプが必要になってくる。
【０００３】
斯かる排水ポンプは、出力が１００Ｗ程度の小型モータによって駆動されるが、従来から図８や図９に示す渦巻ケーシングを用いた遠心ポンプが用いられている。
【０００４】
即ち、図８及び図９は従来の排水ポンプの破断側面図であり、図８に示す排水ポンプにおいては、渦巻ケーシング１０７内に配置されたインペラ１０３をモータ１０２の出力軸１１１の端部に直結する構成が採用されている。
【０００５】
又、図９に示す排水ポンプ２０１は、マグネットカップリングを用いたものであって、モータ２０２の回転は隔壁２１０を介して周方向に対向配置されたマグネット２１５，２１６間に発生する吸引力によってインペラ２０３に伝達されて該インペラ２０３が回転駆動される。尚、マグネットカップリングを用いることによって、インペラを支持するシャフトを廃したシャフトレスポンプを実現することができるが、このシャフトレスポンプについては今までに種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−２４４３４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００３−２８０８６号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平８−２７７７９４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示す排水ポンプ１０１においては、インペラ１０３をモータ出力軸１１１の端部に直結する構成が採用されているため、生活排水に往々にして含まれる毛髪類や糸屑類等（以下、繊維類と総称する）がモータ出力軸１１１に絡み付き、それがインペラ背面側の渦巻ケーシング１０７の軸貫通シール部との間に入り込み、シール不全を引き起こしたり、過大な摩擦力を発生させて当該排水ポンプ１０１の駆動が不能となる事態を招いていた。これは、渦巻ケーシング１０７内のポンプ室Ｓ１では出力軸１１１が存在する中心部で回転による水の流速が低くて遠心力も弱いため、繊維類等の軽い物質が集まり易くなるためと考えられ、繊維類が一旦絡み付くと、その上に次から次へと繊維類が重なって絡まる傾向が強い。
【００１０】
又、図９に示す排水ポンプ２０１においては、インペラ２０３はその中心部が軸保持部２３０によって回転自在に支持されているが、軸保持部２３０の一端を支持する複数のリブ２３１がインペラ２０３の入口に配置されているため、これらのリブ２３１に繊維類が絡み付き、絡み付いた繊維類によってインペラ２０３の入口部が閉塞されて通水不能に至る場合があった。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、繊維類の絡み付きに伴う駆動不能や通水不能を防いで安定した作動を実現することができるシャフトレスポンプを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、隔壁によって画成されたポンプ室内にインペラを回転可能に配し、該インペラの背面側に固定されたマグネットと駆動源によって回転駆動されるマグネットとを前記隔壁を介して相対向せしめ、前記インペラをこれの背面側中心部に固定されたスラストパッドを介して前記隔壁に当接させるとともに、前記スラストパッドと前記隔壁の一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成し、これらの凹部と凸部とを隙間を介して嵌合せしめてシャフトレスポンプを構成したことを特徴とする。
【００１３】
従って、請求項１記載の発明によれば、インペラを支持してこれを回転駆動するシャフト（回転軸）や流水路に存在して流れを遮る突起やリブ等の遮蔽物が存在しないため、繊維類の絡み付きが防がれ、当該シャフトレスポンプの駆動不能や通水不能が防がれてその安定した作動が実現される。尚、スラストパッドと隔壁の凹部と凸部との嵌合によってインペラの径方向への振れ動きが規制され、該インペラの安定した回転が可能となる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記凹凸部を半球面状凹部と半球面状凸部又は円錐台状凹部と円錐台状凸部で構成したことを特徴とする。
【００１５】
従って、請求項２記載の発明によれば、スラストパッドと隔壁に形成された凹凸部を半球面状凹部と半球面状凸部又は円錐台状凹部と円錐台状凸部で構成したため、万一、繊維類が隙間に侵入しても、繊維類が半球面状凸部又は円錐台状凸部に絡み付きにくく、当該シャフトレスポンプのより安定した作動が実現される。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記スラストパッドをポリテトラフルオロエチレン又はポリエーテルエーテルケトンで構成したことを特徴とする。
【００１７】
従って、請求項３記載の発明によれば、スラストパッドを自己潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン又はポリエーテルエーテルケトンで構成したため、当該シャフトレスポンプは短時間の水無し運転に対しても耐えることができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記インペラと前記スラストパッドの軸中心に貫設された連通孔と前記隙間及びスラストパッドの摺動面に径方向に形成された連通溝を介して前記ポンプ室内のインペラ前面側空間とインペラ背面側空間とを連通させたことを特徴とする。
【００１９】
従って、請求項４記載の発明によれば、ポンプ室内のインペラ前面側空間とインペラ背面側空間の圧力がバランスするため、インペラの軸方向の振れ動き（チャタリング）が防がれ、該インペラの安定した回転が可能となる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記スラストパッド又は前記隔壁の摺動面に動圧発生用溝を形成したことを特徴とする。
【００２１】
従って、請求項５記載の発明によれば、スラストパッド又は隔壁の摺動面に形成された動圧発生用溝によって動圧軸受が構成され、この動圧軸受によってインペラがフローティング支持されるため、該インペラの回転抵抗が低く抑えられて円滑なインペラの回転が実現するとともに、スラストパッド及び隔壁の摩耗が抑制されてそれらの耐久性が高められる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は本発明に係るシャフトレスポンプの破断側面図、図２はインペラの正面図、図３はスラストパッドの背面図（摺動面側から見た図）、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【００２４】
図１に示すシャフトレスポンプ１は、駆動源としてのモータ２の回転をマグネットカップリングを介してインペラ３に伝達するものであって、モータ２には円筒状の軸継手ケース４がこれらのフランジ部に挿通する複数のボルト５と各ボルト５に螺合するナット６（図１には各１つのみ図示）によって取り付けられ、該軸継手ケース４には渦巻ケーシング７がこれらのフランジ部に挿通する複数のボルト８と各ボルト８に螺合するナット９（図１には各１つのみ図示）によって取り付けられている。
【００２５】
前記軸継手ケース４は非磁性金属（本実施の形態では、ＳＵＳ３０４）で構成され、これには薄い円板状の隔壁１０が形成されており、この隔壁１０によって前記渦巻ケーシング７内には密閉状のポンプ室Ｓ１が画成され、前記モータ２との間には同じく密閉状の軸継手室Ｓ２が形成されている。又、前記隔壁１０の中央部には、ポンプ室Ｓ１に向かって膨出する半球面状凸部１０ａが形成されている。
【００２６】
そして、前記モータ２の出力軸（ロータ）１１は、その端部が前記軸継手室Ｓ２内に臨み、この端部にはドラム状のマグネットケース１２がスプリングワッシャ１３とナット１４によって結着されており、マグネットケース１２にはリング状のマグネット（永久磁石）１５が前記隔壁１０との間に僅かな隙間を設けて嵌合保持されている。
【００２７】
他方、前記渦巻ケーシング７内のポンプ室Ｓ１には前記インペラ３が回転自在に配されており、渦巻ケーシング７の軸中心部には吸込口７ａが形成され、外周部には径方向外方に向かって開口する吐出口７ｂが接線方向に形成されている。
【００２８】
ここで、前記インペラ３は樹脂にて一体成形され、これには、図２に示すように、複数枚（図示例では、８枚）の直線羽根３ａが放射状に等角度ピッチで形成されている。このようにインペラ３にボルテックスポンプ用の直線羽根３ａを用いることによって、排水中の異物の通過性が高められるとともに、インペラ３に発生する軸スラスト力が小さく抑えられる。
【００２９】
又、インペラ３の背面側には、リング状のマグネット（永久磁石）１６がモールドによって固定され、該マグネット１６は前記隔壁１０を介して前記マグネット１５に対向配置されており、これら一対のマグネット１５，１６によってマグネットカップリングが構成されている。
【００３０】
更に、インペラ３の背面側の軸中心部には２段円板状のスラストパッド１７が固定されており、図３及び図４にも示すように、このスラストパッド１７の中心部には半球面状凹部１７ａが形成されている。ここで、スラストパッド１７は自己潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成されており、その端面の前記半球面状凹部１７ａの周囲にはリング状の摺動面１７ｂ（図３及び図４参照）が形成されている。
【００３１】
而して、インペラ３は、対向配置された一対の前記マグネット１５，１６間に発生する磁気的な吸引力によってモータ２側へと吸引され、これの背面側に固定された前記スラストパッド１７の摺動面１７ｂが前記隔壁１０の半球面状凸部１０ａの周囲の面に当接することによって軸方向の位置決めがなされている。又、インペラ３は、スラストパッド１７の半球面状凹部１７ａに隔壁１０の半球面状凸部１０ａが所定の隙間δを介して嵌合することによって径方向の位置決めがなされている。ここで、隙間δは０．１〜０．２ｍｍに設定されている。
【００３２】
尚、本実施の形態では、隔壁１０に半球面状凸部１０ａを形成し、スラストパッド１７に半球面状凹部１７ａを形成して両者を隙間δを介して嵌合せしめたが、逆に隔壁１０に半球面状凹部を形成し、スラストパッド１７に半球面状凸部を形成して両者を隙間δを介して嵌合せしめる構成を採用しても良い。
【００３３】
又、本実施の形態では、半球面状凹部１７ａと半球面状凸部１０ａとの嵌合によってインペラ３の径方向位置を規制したが、図５に示すように、スラストパッド１７に円錐台状凹部１７ａ’を形成し、隔壁１０に円錐台状凸部１０ａ’を形成して両者を隙間δを介して嵌合せしめることによって、インペラ３の径方向位置を規制する構成を採用しても良い。そして、この場合も、逆に隔壁１０に円錐台状凹部を形成し、スラストパッド１７に円錐台凸部を形成して両者を隙間δを介して嵌合せしめる構成を採用することができる。
【００３４】
而して、以上のようにスラストパッド１７に半球面状凹部１７ａ又は円錐台状凹部１７ａ’を形成し、隔壁１０に半球面状凸部１０ａ又は円錐台状凸部１０ａ’を形成し（或はその逆でも可）、両者を隙間δを介して嵌合させる構成を採用すれば、万一、繊維類が隙間δに侵入しても、繊維類が半球面状凸部１０ａ又は円錐台状凸部１０ａ’に絡み付きにくく、当該シャフトレスポンプ１のより安定した作動が実現される。
【００３５】
ところで、図１〜図４に示すように、インペラ３とスラストパッド１７の軸中心には小径の連通孔３ｂ，１７ｃがそれぞれ貫設されており、又、図３に示すように、スラストパッド１７の摺動面１７ｂには半球面状凹部１７ａから径方向外方に延びる３つの連通溝１７ｄが等角度ピッチ（１２０°ピッチ）で放射状に形成されている。従って、渦巻ケーシング７内のポンプ室Ｓ１のインペラ前面側空間とインペラ背面側空間とは、前記連通孔３ｂ，１７ｃと前記隙間δ及び前記連通溝１７ｄを介して相連通せしめられている。
【００３６】
而して、以上の構成を有するシャフトレスポンプ１において、モータ２が駆動されると、その回転は、マグネット１５，１６によって構成されるマグネットカップリングによってインペラ３に伝達されて該インペラ３が所定の速度で回転駆動される。即ち、モータ２の出力軸１１が回転駆動されると、これに結着されたマグネットケース１２に保持されたマグネット１５が回転し、該マグネット１５とこれに対向するインペラ３側のマグネット１６との間に存在する一般的な永久磁石の原理によって、両マグネット１５，１６間の円周方向にＮ・Ｓ極による吸引・反発力が発生し、この吸引・反発力によって出力軸１１の回転がインペラ３に伝達されて該インペラ３が所定の速度で回転駆動される。このとき、インペラ３は、これに固定されたスラストパッド１７の摺動面１７ｂが隔壁１０に当接して摺動することによって軸方向に位置決めされ、これに作用するスラスト力が隔壁１０によって受けられる。尚、本実施の形態では、前述のようにスラストパッド１７を自己潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成したため、当該シャフトレスポンプ１は短時間の水無し運転に対しても耐えることができる。
【００３７】
又、相対向するマグネット１５，１６が同相で回転し続ける限り、これらは半径方向にも互いに拘束し合い、自動調心作用によってインペラ３はモータ２の出力軸１１と同軸で回転するが、前述のように、インペラ３は、スラストパッド１７の半球面状凹部１７ａに隔壁１０の半球面状凸部１０ａが所定の隙間δを介して嵌合することによって径方向の位置決めがなされているため、その径方向の振れは隙間δの範囲内に抑えられる。この結果、インペラ３は、渦巻ケーシング７内のポンプ室Ｓ１で安定的に回転する。
【００３８】
上述のように、インペラ３が渦巻ケーシング７内のポンプ室Ｓ１で回転すると、該インペラ３の揚水作用によって例えば生活排水が図１に矢印にて示すように渦巻ケーシング７の吸込口７ａからポンプ室Ｓ１へと軸方向に吸引され、この吸引された生活排水は、インペラ３によって昇圧された後、渦巻ケーシング７の吐出口７ｂから接線方向に排出される。
【００３９】
ところで、渦巻ケーシング７内のポンプ室Ｓ１でインペラ３が回転すると、ポンプ室Ｓ１のインペラ背面側空間の圧力がインペラ前面側空間（特に、インペラ３の中心部付近の空間）の圧力よりも高くなるため、インペラ３は、前方への力を受けてマグネット１５，１６の吸引力に抗して隔壁１０から離脱し、マグネット１５，１６の吸引力によって再び隔壁１０に当接する作用を繰り返して軸方向に振れ動く可能性がある。
【００４０】
然るに、本実施の形態では、前述のようにインペラ３とスラストパッド１７の軸中心にそれぞれ貫設された連通孔３ｂ，１７ｃと隙間δ及びスラストパッド１７の摺動面１７ｂに径方向に形成された連通溝１７ｄを介してポンプ室Ｓ１のインペラ前面側空間とインペラ背面側空間とを連通させたため、インペラ前面側空間とインペラ背面側空間の圧力がバランスする。この結果、インペラ３を隔壁から離脱させようとする力が解消し、インペラ３は、スラストパッド１７を介して隔壁１０に摺接した状態で回転し、その軸方向の振れ動き（チャタリング）が防がれ、該インペラ３の安定した回転が可能となる。
【００４１】
以上において、本発明に係るシャフトレスポンプ１においては、インペラ３を支持してこれを回転駆動するシャフト（回転軸）や流水路に存在して流れを遮る突起やリブ等の遮蔽物が存在しないため、生活排水等に含まれる繊維類の絡み付きが防がれ、当該シャフトレスポンプ１の駆動不能や通水不能が防がれてその安定した作動が実現される。尚、排水中に含まれる固形物も、渦巻ケーシング７の吸引口７ａの断面積の略半分程度の断面積を有するものであれば、吸引口７ａを閉塞することなく通過することができる。
【００４２】
又、本発明に係るシャフトレスポンプ１においては、軸貫通部が存在しないため、軸貫通部をシールするシール手段が不要となり、所謂シールレスポンプとして機能し、作動流体として腐食性の高い薬液等も取り扱うことができる。
【００４３】
更に、本発明に係るシャフトレスポンプ１は、インペラ３を支持するシャフトを有さず、軸方向のスラスト力をマグネット１５，１６の吸引力によって受ける構成を採用しているため、本実施の形態にて示した横軸型のみならず、縦軸型としても使用することができる。
【００４４】
又、本発明に係るシャフトレスポンプ１は、生活排水を排出する排水ポンプとしてだけではなく、例えば床面に自然流下用の排水口が設けられていない移動式又は後付け式洗面台やトイレの排水、腐食性の高い薬液の移送や排水、繊維類を多量に含む液体の移送や排水等の用途に供するポンプとしても使用することができる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６はスラストパッドの背面図（摺動面側から見た図）、図７は隔壁の正面図である。
【００４６】
本実施の形態に係るシャフトレスポンプは、インペラのスラスト力を動圧軸受によって受けることを特徴とし、他の構成は前記実施の形態１に係るシャフトレスポンプのそれと同様である。従って、以下、図１〜図３に示したと同じ符号を用いて説明する。
【００４７】
本実施の形態では、図６に示すように、スラストパッド１７の摺動面１７ｂに円弧曲線状の多数の動圧発生用溝１７ｅをインペラ３の回転方向（図示矢印方向）に対して図示の角度を成して形成し、或は、図７に示すように、同様の動圧発生用溝１０ｂを隔壁１０の摺動面（スラストパッド１７が摺動する面）にインペラ３の回転方向（図示矢印方向）に対して図示の角度を成して形成している。
【００４８】
従って、本実施の形態に係るシャフトレスポンプにおいては、スラストパッド１７又は隔壁１０の摺動面に形成された動圧発生用溝１７ｅ又は１０ｂによって動圧軸受が構成され、この動圧軸受によってインペラ３がフローティング支持されるため、該インペラ３の回転抵抗が低く抑えられて円滑なインペラ３の回転が実現するとともに、スラストパッド１７及び隔壁１０の摩耗が抑制されてそれらの耐久性が高められる。
【００４９】
尚、本実施の形態に係るシャフトレスポンプにおいても、前記実施の形態１と同様の効果が得られることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、インペラを支持してこれを回転駆動するシャフト（回転軸）や流水路に存在して流れを遮る突起やリブ等の遮蔽物が存在しないため、繊維類の絡み付きが防がれ、当該シャフトレスポンプの駆動不能や通水不能が防がれてその安定した作動が実現される。尚、スラストパッドと隔壁の凹部と凸部との嵌合によってインペラの径方向への振れ動きが規制され、該インペラの安定した回転が可能となるという効果が得られる。
【００５１】
請求項２記載の発明によれば、スラストパッドと隔壁に形成された凹凸部を半球面状凹部と半球面状凸部又は円錐台状凹部と円錐台状凸部で構成したため、万一、繊維類が隙間に侵入しても、繊維類が半球面状凸部又は円錐台状凸部に絡み付きにくく、当該シャフトレスポンプのより安定した作動が実現されるという効果が得られる。
【００５２】
請求項３記載の発明によれば、スラストパッドを自己潤滑性の高いポリテトラフルオロエチレン又はポリエーテルエーテルケトンで構成したため、当該シャフトレスポンプは短時間の水無し運転に対しても耐えることができるという効果が得られる。
【００５３】
請求項４記載の発明によれば、ポンプ室内のインペラ前面側空間とインペラ背面側空間の圧力がバランスするため、インペラの軸方向の振れ動き（チャタリング）が防がれ、該インペラの安定した回転が可能になるという効果が得られる。
【００５４】
請求項５記載の発明によれば、スラストパッド又は隔壁の摺動面に形成された動圧発生用溝によって動圧軸受が構成され、この動圧軸受によってインペラがフローティング支持されるため、該インペラの回転抵抗が低く抑えられて円滑なインペラの回転が実現するとともに、スラストパッド及び隔壁の摩耗が抑制されてそれらの耐久性が高められるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシャフトレスポンプの破断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシャフトレスポンプのインペラの正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るシャフトレスポンプのスラストパッドの背面図（摺動面側から見た図）である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るシャフトレスポンプの変形例を示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るシャフトレスポンプのスラストパッドの背面図（摺動面側から見た図）である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るシャフトレスポンプの隔壁の正面図である。
【図８】従来の排水ポンプの破断側面図である。
【図９】従来の排水ポンプの破断側面図である。
【符号の説明】
１ シャフトレスポンプ
２ モータ（駆動源）
３ インペラ
３ａ 直線羽根
３ｂ 連通孔
４ 軸継手ケース
７ 渦巻ケーシング
１０ 隔壁
１０ａ 半球面状凸部（凸部）
１０ａ’ 円錐台状凸部（凸部）
１０ｂ 動圧発生用溝
１１ モータ出力軸
１２ マグネットケース
１５，１６ マグネット
１７ スラストパッド
１７ａ 半球面状凹部（凹部）
１７ａ’ 円錐台状凹部（凹部）
１７ｂ 摺動面
１７ｃ 連通孔
１７ｄ 連通溝
１７ｅ 動圧発生用溝
Ｓ１ ポンプ室
Ｓ２ 軸継手室
δ 隙間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shaftless pump that eliminates a shaft that supports an impeller.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there have been an increasing number of cases where sinks and bath tubs are installed in places where drainage pipes are not installed, or in areas where sufficient water gradients cannot be taken up to the basement or sewage drainage pipes. A drainage pump will be needed to force drainage.
[0003]
Such a drainage pump is driven by a small motor having an output of about 100 W. Conventionally, a centrifugal pump using a spiral casing shown in FIGS. 8 and 9 has been used.
[0004]
8 and 9 are broken side views of the conventional drainage pump. In the drainage pump shown in FIG. 8, the impeller 103 disposed in the spiral casing 107 is directly connected to the end of the output shaft 111 of the motor 102. The structure to be adopted is adopted.
[0005]
Further, the drain pump 201 shown in FIG. 9 uses a magnet coupling, and the rotation of the motor 202 is caused by the attractive force generated between the magnets 215 and 216 arranged opposite to each other in the circumferential direction via the partition wall 210. The impeller 203 is driven to rotate by being transmitted to the impeller 203. In addition, although a shaftless pump that eliminates the shaft that supports the impeller can be realized by using a magnet coupling, various proposals have been made for this shaftless pump (for example, patent documents). 1-3).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-24434
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-28086
[Patent Document 3]
JP-A-8-277794 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the drain pump 101 shown in FIG. 8 employs a configuration in which the impeller 103 is directly connected to the end of the motor output shaft 111, hair, lint, and the like (hereinafter referred to as the waste water) that are often included in domestic waste water. , Generally referred to as fibers) entangled with the motor output shaft 111, which enters between the shaft through seal portion of the spiral casing 107 on the back side of the impeller and causes a seal failure or generates excessive frictional force. This has caused a situation in which the drain pump 101 cannot be driven. This is thought to be because light substances such as fibers are likely to gather in the pump chamber S1 in the swirl casing 107 because the water flow rate due to rotation is low and the centrifugal force is weak at the center where the output shaft 111 is present. There is a strong tendency for fibers to be entangled with each other once they are entangled.
[0010]
Further, in the drainage pump 201 shown in FIG. 9, the impeller 203 is rotatably supported at the center by the shaft holding portion 230, but a plurality of ribs 231 that support one end of the shaft holding portion 230 are provided on the impeller 203. Since the fibers are entangled with these ribs 231 due to the arrangement at the inlet, the inlet portion of the impeller 203 may be blocked by the entangled fibers, thereby preventing water from passing therethrough.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a shaftless pump that can realize a stable operation by preventing the inability to drive and the inability to pass water due to the entanglement of fibers. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an impeller is rotatably arranged in a pump chamber defined by a partition wall, and is driven to rotate by a magnet and a drive source fixed to the back side of the impeller. The magnet is opposed to each other through the partition, and the impeller is brought into contact with the partition through a thrust pad fixed to the central portion on the back side of the magnet, and a recess is formed in one of the thrust pad and the partition. In addition, a convex portion is formed on the other side, and the shaft-less pump is configured by fitting the concave portion and the convex portion through a gap.
[0013]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, since there is no shielding such as a shaft (rotating shaft) that supports the impeller and rotationally drives it or a projection or rib that exists in the flow channel and blocks the flow, As a result, the shaft is prevented from being entangled and the shaftless pump can be prevented from being driven or passed through, and its stable operation can be realized. The thrust pad and the concave and convex portions of the partition wall are fitted to each other so that the impeller is prevented from swinging in the radial direction, and the impeller can be stably rotated.
[0014]
The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the concavo-convex portion is constituted by a hemispherical concave portion and a hemispherical convex portion or a truncated cone-shaped concave portion and a frustoconical convex portion.
[0015]
Therefore, according to the second aspect of the present invention, the uneven portions formed in the thrust pad and the partition are constituted by the hemispherical concave portion and the hemispherical convex portion or the truncated cone-shaped concave portion and the frustoconical convex portion. Even if the fibers enter the gap, the fibers are not easily entangled with the hemispherical convex portion or the truncated cone-shaped convex portion, and a more stable operation of the shaftless pump is realized.
[0016]
The invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein the thrust pad is made of polytetrafluoroethylene or polyetheretherketone.
[0017]
Therefore, according to the invention described in claim 3, since the thrust pad is made of polytetrafluoroethylene or polyether ether ketone having a high self-lubricating property, the shaftless pump can withstand a short waterless operation. Can do.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects of the present invention, a diameter is formed in the communication hole penetrating through the impeller and the axial center of the thrust pad, the clearance, and the sliding surface of the thrust pad. The impeller front side space and the impeller back side space in the pump chamber communicate with each other through a communication groove formed in a direction.
[0019]
Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, since the pressures in the impeller front side space and the impeller back side space in the pump chamber are balanced, the impeller axial movement (chattering) is prevented, and the impeller is stabilized. Rotation is possible.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, a dynamic pressure generating groove is formed on a sliding surface of the thrust pad or the partition wall.
[0021]
Therefore, according to the fifth aspect of the present invention, the dynamic pressure bearing is constituted by the dynamic pressure generating groove formed on the sliding surface of the thrust pad or the partition wall, and the impeller is supported floating by the dynamic pressure bearing. The rotation resistance of the impeller is suppressed to a low level and smooth rotation of the impeller is realized, and wear of the thrust pad and the partition wall is suppressed, and their durability is enhanced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0023]
<Embodiment 1>
1 is a cutaway side view of a shaftless pump according to the present invention, FIG. 2 is a front view of an impeller, FIG. 3 is a rear view of the thrust pad (viewed from the sliding surface side), and FIG. It is A sectional view.
[0024]
A shaftless pump 1 shown in FIG. 1 transmits rotation of a motor 2 as a drive source to an impeller 3 through a magnet coupling, and a cylindrical shaft coupling case 4 has flanges for the motor 2. A plurality of bolts 5 to be inserted into the parts and nuts 6 (only one of which is shown in FIG. 1) are screwed to each bolt 5, and a spiral casing 7 is inserted into the flange part of the shaft coupling case 4. And a plurality of bolts 8 and nuts 9 (only one is shown in FIG. 1).
[0025]
The shaft coupling case 4 is made of a nonmagnetic metal (SUS304 in the present embodiment), and a thin disk-shaped partition wall 10 is formed on the shaft coupling case 4, and the partition wall 10 is hermetically sealed in the spiral casing 7. A cylindrical pump chamber S1 is defined, and a sealed shaft coupling chamber S2 is formed between the pump chamber S1 and the motor 2. A hemispherical convex portion 10a that bulges toward the pump chamber S1 is formed at the center of the partition wall 10.
[0026]
An end of the output shaft (rotor) 11 of the motor 2 faces the shaft coupling chamber S2, and a drum-shaped magnet case 12 is bound to the end by a spring washer 13 and a nut 14. In the magnet case 12, a ring-shaped magnet (permanent magnet) 15 is fitted and held with a slight gap between the magnet case 12 and the partition wall 10.
[0027]
On the other hand, the impeller 3 is rotatably arranged in the pump chamber S1 in the spiral casing 7, a suction port 7a is formed in the axial center portion of the spiral casing 7, and the outer peripheral portion is radially outward. A discharge port 7b that opens toward the top is formed in a tangential direction.
[0028]
Here, the impeller 3 is integrally formed of resin, and as shown in FIG. 2, a plurality of (eight in the illustrated example) linear blades 3a are radially formed at equal angular pitches. . Thus, by using the linear blade 3a for a vortex pump for the impeller 3, the passage property of the foreign matter in waste water is improved, and the axial thrust force generated in the impeller 3 is suppressed to a small value.
[0029]
A ring-shaped magnet (permanent magnet) 16 is fixed to the back side of the impeller 3 by a mold, and the magnet 16 is disposed to face the magnet 15 with the partition wall 10 interposed therebetween. , 16 constitute a magnetic coupling.
[0030]
Further, a two-stage disc-shaped thrust pad 17 is fixed to the central portion of the shaft on the back side of the impeller 3, and as shown in FIGS. 3 and 4, the central portion of the thrust pad 17 is a hemispherical surface. A concave portion 17a is formed. Here, the thrust pad 17 is made of polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark)) or polyetheretherketone (PEEK) having high self-lubricating properties, and the end surface of the thrust pad 17 is surrounded by the hemispherical recess 17a. A ring-shaped sliding surface 17b (see FIGS. 3 and 4) is formed.
[0031]
Thus, the impeller 3 is attracted to the motor 2 side by a magnetic attraction force generated between the pair of magnets 15 and 16 arranged opposite to each other, and the thrust pad 17 fixed to the back side thereof is fixed. The sliding surface 17b is in contact with the surface around the hemispherical convex portion 10a of the partition wall 10, whereby the axial positioning is performed. The impeller 3 is positioned in the radial direction by fitting the hemispherical convex portion 10a of the partition wall 10 into the hemispherical concave portion 17a of the thrust pad 17 through a predetermined gap δ. Here, the gap δ is set to 0.1 to 0.2 mm.
[0032]
In the present embodiment, the hemispherical convex portion 10a is formed on the partition wall 10, and the hemispherical concave portion 17a is formed on the thrust pad 17, and both are fitted through the gap δ. A configuration may be adopted in which a hemispherical concave portion is formed in 10 and a hemispherical convex portion is formed in the thrust pad 17 so that the both are fitted via a gap δ.
[0033]
Further, in the present embodiment, the radial position of the impeller 3 is regulated by fitting the hemispherical concave portion 17a and the hemispherical convex portion 10a. However, as shown in FIG. A configuration in which the radial position of the impeller 3 is regulated by forming the concave portion 17a ′, forming the truncated cone-shaped convex portion 10a ′ in the partition wall 10 and fitting the both through the gap δ may be adopted. . Also in this case, it is possible to adopt a configuration in which a truncated cone-shaped recess is formed in the partition wall 10 and a truncated cone-shaped protrusion is formed in the thrust pad 17 so that both are fitted via the gap δ.
[0034]
Thus, as described above, the hemispherical concave portion 17a or the truncated cone-shaped concave portion 17a ′ is formed in the thrust pad 17, and the hemispherical convex portion 10a or the truncated cone-shaped convex portion 10a ′ is formed in the partition wall 10 (or If the configuration in which both are fitted through the gap δ is adopted, even if the fibers enter the gap δ, the fibers are hemispherical convex portion 10a or a truncated cone shape. The shaft 10 is less likely to be entangled with the convex portion 10a ′, and more stable operation of the shaftless pump 1 is realized.
[0035]
As shown in FIGS. 1 to 4, small diameter communication holes 3 b and 17 c are respectively provided through the shaft centers of the impeller 3 and the thrust pad 17, and as shown in FIG. 3, the thrust pad 17. On the sliding surface 17b, three communication grooves 17d extending radially outward from the hemispherical concave portion 17a are formed radially at an equiangular pitch (120 ° pitch). Therefore, the impeller front side space and the impeller back side space of the pump chamber S1 in the spiral casing 7 are communicated with each other through the communication holes 3b and 17c, the gap δ, and the communication groove 17d.
[0036]
Thus, in the shaftless pump 1 having the above configuration, when the motor 2 is driven, the rotation is transmitted to the impeller 3 by the magnet coupling constituted by the magnets 15 and 16, and the impeller 3 is predetermined. It is rotationally driven at a speed of That is, when the output shaft 11 of the motor 2 is driven to rotate, the magnet 15 held by the magnet case 12 attached thereto rotates, and the magnet 15 and the magnet 16 on the impeller 3 side facing the magnet 15 are rotated. Due to the principle of a general permanent magnet existing between the two magnets 15, 16, an attractive / repulsive force is generated by the N / S poles in the circumferential direction, and the rotation of the output shaft 11 is impeller driven by this attractive / repulsive force. 3 and the impeller 3 is rotationally driven at a predetermined speed. At this time, the impeller 3 is positioned in the axial direction by sliding the sliding surface 17b of the thrust pad 17 fixed to the impeller 3 in contact with the partition wall 10, and the thrust force acting on the impeller 3 is received by the partition wall 10. . In the present embodiment, the thrust pad 17 is made of polytetrafluoroethylene (Teflon (registered trademark)) or polyether ether ketone (PEEK) having a high self-lubricating property as described above. It can withstand short-time waterless operation.
[0037]
As long as the opposing magnets 15 and 16 continue to rotate in the same phase, they are also constrained to each other in the radial direction, and the impeller 3 rotates coaxially with the output shaft 11 of the motor 2 by the self-aligning action. As described above, the impeller 3 is positioned in the radial direction by fitting the hemispherical convex portion 10a of the partition wall 10 through the predetermined gap δ into the hemispherical concave portion 17a of the thrust pad 17. The deflection in the radial direction is suppressed within the range of the gap δ. As a result, the impeller 3 rotates stably in the pump chamber S1 in the spiral casing 7.
[0038]
As described above, when the impeller 3 rotates in the pump chamber S1 in the swirl casing 7, for example, domestic wastewater is pumped from the suction port 7a of the swirl casing 7 by the pumping action of the impeller 3 as indicated by an arrow in FIG. The domestic waste water sucked in the axial direction to S <b> 1 is boosted by the impeller 3 and then discharged from the discharge port 7 b of the spiral casing 7 in the tangential direction.
[0039]
By the way, when the impeller 3 rotates in the pump chamber S1 in the spiral casing 7, the pressure in the impeller rear side space of the pump chamber S1 becomes higher than the pressure in the impeller front side space (particularly, the space near the center of the impeller 3). Therefore, the impeller 3 receives a force in the forward direction and separates from the partition wall 10 against the attracting force of the magnets 15 and 16, and repeats the action of contacting the partition wall 10 again by the attracting force of the magnets 15 and 16. There is a possibility of swinging.
[0040]
However, in the present embodiment, as described above, the communication holes 3b and 17c are formed in the radial direction in the axial centers of the impeller 3 and the thrust pad 17, the clearance δ, and the sliding surface 17b of the thrust pad 17, respectively. Since the impeller front side space and the impeller back side space of the pump chamber S1 are communicated with each other via the communication groove 17d, the pressures of the impeller front side space and the impeller back side space are balanced. As a result, the force for separating the impeller 3 from the partition is eliminated, and the impeller 3 rotates while being in sliding contact with the partition 10 via the thrust pad 17 to prevent the axial movement (chattering) thereof. As a result, the impeller 3 can be rotated stably.
[0041]
In the above, in the shaftless pump 1 according to the present invention, there is no shielding object such as a shaft (rotary shaft) that supports the impeller 3 and rotationally drives it, or a projection or rib that exists in the flow channel and blocks the flow. Therefore, the tangling of the fibers contained in the domestic wastewater or the like is prevented, and the shaftless pump 1 is prevented from being unable to drive or flow through, thereby realizing its stable operation. In addition, if the solid substance contained in waste_water | drain has a cross-sectional area of about the half of the cross-sectional area of the suction port 7a of the spiral casing 7, it can pass through without blocking the suction port 7a.
[0042]
Further, in the shaftless pump 1 according to the present invention, since there is no shaft penetrating portion, there is no need for a sealing means for sealing the shaft penetrating portion, so that it functions as a so-called sealless pump and has a highly corrosive chemical liquid as a working fluid Can also be handled.
[0043]
Furthermore, the shaftless pump 1 according to the present invention does not have a shaft for supporting the impeller 3 and adopts a configuration in which axial thrust force is received by the attractive force of the magnets 15 and 16. In addition to the horizontal axis type shown in FIG.
[0044]
Further, the shaftless pump 1 according to the present invention is not only a drainage pump for discharging domestic wastewater, but also, for example, a mobile or retrofitted washbasin or a toilet drain which is not provided with a drainage port for natural flow on the floor surface. It can also be used as a pump for applications such as transfer and drainage of highly corrosive chemicals and transfer and drainage of liquids containing a large amount of fibers.
[0045]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is a rear view of the thrust pad (viewed from the sliding surface side), and FIG. 7 is a front view of the partition wall.
[0046]
The shaftless pump according to the present embodiment is characterized in that the thrust force of the impeller is received by a dynamic pressure bearing, and other configurations are the same as those of the shaftless pump according to the first embodiment. Accordingly, the following description will be made using the same reference numerals as those shown in FIGS.
[0047]
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, a large number of circularly curved dynamic pressure generating grooves 17 e are illustrated on the sliding surface 17 b of the thrust pad 17 with respect to the direction of rotation of the impeller 3 (arrow direction shown in the figure). As shown in FIG. 7, the same dynamic pressure generating groove 10b is formed on the sliding surface of the partition wall 10 (the surface on which the thrust pad 17 slides) as shown in FIG. It is formed at an angle shown in FIG.
[0048]
Therefore, in the shaftless pump according to the present embodiment, a dynamic pressure bearing is constituted by the dynamic pressure generating groove 17e or 10b formed on the sliding surface of the thrust pad 17 or the partition wall 10, and the impeller is constituted by this dynamic pressure bearing. Since 3 is supported in a floating manner, the rotational resistance of the impeller 3 is kept low, smooth rotation of the impeller 3 is realized, and wear of the thrust pad 17 and the partition wall 10 is suppressed, and their durability is enhanced.
[0049]
Of course, in the shaftless pump according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, the shaft (rotating shaft) that supports the impeller and rotationally drives it, and the shielding of projections and ribs that are present in the flow channel and block the flow. Since there is no object, the fibers are prevented from being entangled, and the shaftless pump can be prevented from being driven or prevented from passing water, thereby realizing stable operation. The thrust pad and the concave and convex portions of the partition wall are fitted to each other, so that the impeller can be prevented from swinging in the radial direction, and the impeller can be stably rotated.
[0051]
According to the second aspect of the present invention, the uneven portion formed on the thrust pad and the partition wall is constituted by the hemispherical concave portion and the hemispherical convex portion or the truncated cone-shaped concave portion and the truncated conical convex portion. Even if the fibers enter the gap, the fibers are not easily entangled with the hemispherical convex portion or the truncated cone-shaped convex portion, and an effect that a more stable operation of the shaftless pump is realized can be obtained.
[0052]
According to the invention described in claim 3, since the thrust pad is made of polytetrafluoroethylene or polyether ether ketone having high self-lubricating property, the shaftless pump can withstand short-time waterless operation. The effect is obtained.
[0053]
According to the fourth aspect of the present invention, since the pressures in the impeller front side space and the impeller back side space in the pump chamber balance, the axial movement (chattering) of the impeller is prevented, and the impeller can be rotated stably. Can be obtained.
[0054]
According to the fifth aspect of the present invention, the dynamic pressure bearing is constituted by the dynamic pressure generating groove formed on the sliding surface of the thrust pad or the partition wall, and the impeller is supported in a floating manner by the dynamic pressure bearing. As a result, the rotation resistance of the impeller is suppressed to a low level and smooth rotation of the impeller is realized, and wear of the thrust pad and the partition wall is suppressed, thereby improving the durability thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway side view of a shaftless pump according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the impeller of the shaftless pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a rear view (seen from the sliding surface side) of a thrust pad of the shaftless pump according to the first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a modification of the shaftless pump according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a rear view (viewed from the sliding surface side) of a thrust pad of a shaftless pump according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a front view of a partition wall of a shaftless pump according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cutaway side view of a conventional drainage pump.
FIG. 9 is a cutaway side view of a conventional drainage pump.
[Explanation of symbols]
1 Shaftless pump 2 Motor (drive source)
3 Impeller 3a Straight blade 3b Communication hole 4 Shaft joint case 7 Spiral casing 10 Bulkhead 10a Hemispherical convex part (convex part)
10a 'frustoconical convex part (convex part)
10b Dynamic pressure generating groove 11 Motor output shaft 12 Magnet case 15, 16 Magnet 17 Thrust pad 17a Hemispherical recess (recess)
17a 'frustoconical recess (recess)
17b Sliding surface 17c Communication hole 17d Communication groove 17e Dynamic pressure generating groove S1 Pump chamber S2 Shaft coupling chamber δ Clearance
