JP2005069114A

JP2005069114A - ポンプ

Info

Publication number: JP2005069114A
Application number: JP2003300522A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Miyake; 良男三宅; Yasutaka Konishi; 康貴小西; Hiroshi Uchida; 博打田; Kazuhiro Kaneda; 一宏金田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】高効率で、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好なキャンドモータポンプやマグネットポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】モータ部１の固定子１１の回転磁界に対応して液中で回転するモータ回転子１７と、該回転子１７周辺の液体を内包する回転子ケーシング１３と、該回転子１７の回転力をポンプ部２に伝える主軸２４を備えたポンプにおいて、主軸２４を支承する滑り軸受を回転子ケーシング１３と一体に設けたことを特徴とする。このように滑り軸受を回転子ケーシング１３と一体に設けたことにより、滑り軸受と回転子ケーシング１３が一体部品となるため、ポンプ組立時の圧入作業を削除することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動モータの固定子の回転磁界に対応して液中で回転する回転子を備えたポンプに関し、高効率で、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好なキャンドモータポンプやマグネットポンプに関するものである。

キャンドモータポンプやマグネットポンプには、回転子周辺の液体を内包する回転子ケーシングをポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂材料で製作しているものが多い。この理由は、金属材料で構成すると運転時に渦電流が流れて効率を阻害すること、樹脂は比較的耐食性に優れること、などである。そして多くの場合、この回転子ケーシングにカーボン製の滑り軸受などを圧入固定して、例えばアルミナセラミック製の回転軸を支承している。

上記のように回転子ケーシングにカーボン製の滑り軸受などを圧入固定する構成では、回転子ケーシングと軸受の線膨張係数の違いによっても例えば液温が高い場合に圧入部の緩みが生じるという懸念があるため、圧入代を大きめにしたり、廻り止め形状を工夫する必要がある。しかし、圧入代を大きめにしても樹脂材料製の回転子ケーシングが所謂クリープして緩みを生じる可能性がある。また、廻り止め形状（キー＆キー溝など）を付与する圧入角度を調整しながら組立てる必要が生じて生産性が害されるという問題があった。

特開２００２−１３８９９０号公報

上記のように従来の回転子ケーシングと軸受の線膨張係数の違いによる圧入部の緩みを防止するために圧入代を大きくしたり、廻り止め形状（キー＆キー溝など）を付与する方法は、クリープして緩みを生じたり、生産性が害されるという問題があった。本発明はこのような問題点を解決し、高効率で、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好なキャンドモータポンプやマグネットポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、駆動モータの固定子の回転磁界に対応して液中で回転する回転子と、該回転子周辺の液体を内包する回転子ケーシングと、該回転子の回転力をポンプ部に伝える回転軸を備えたポンプにおいて、回転軸を支承する滑り軸受を回転子ケーシングと一体に設けたことを特徴とする。このように滑り軸受を回転子ケーシングと一体に設けたことにより、滑り軸受と回転子ケーシングが一体部品となるため、ポンプ組立時の圧入作業を削除することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のポンプにおいて、滑り軸受部を備えた回転子ケーシングを単一材料にて構成したことを特徴とする。このように滑り軸受部を備えた回転子ケーシングを単一材料、具体的には、樹脂であるＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）にテフロン（登録商標）を充填した材料などを使用すると、この材料は耐熱性もあり、強度的にも優れているため、圧力容器である回転子ケーシングの材料として好適であり、同時にテフロン（登録商標）を充填することで例えばステンレス製の回転軸に対して有効な滑り軸受を構成できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のポンプにおいて、滑り軸受を第１の樹脂材料で製作し、該滑り軸受を第１の樹脂材料よりも成形温度の低い第２の樹脂材料で覆うようにインサート成形したことを特徴とする。このように第１の樹脂材料で製作した滑り軸受を第１の樹脂材料よりも成形温度の低い第２の樹脂材料で覆うようにインサート成形する構成を採用することにより、圧力容器である回転子ケーシングの材料を、使用圧力・温度が低い場合などに比較的廉価な樹脂材料とし、滑り軸受部だけを前述のＰＥＥＫにテフロン（登録商標）を充填した材料とすることができるため、回転子ケーシング全体の製造コストを低減することが可能となる。

本発明のポンプは、高効率で、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好なキャンドモータポンプやマグネットポンプを提供できる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るポンプの構成例を示す断面図である。このポンプは、例えば最高効率点流量における比速度Ｎｓ（ｍ³／ｍｉｎ，ｍ，ｍｉｎ^-1）が１６０の単段の遠心式モータポンプであって、例えば羽根車の外径が２０ｍｍ、モータ回転子の濡れ縁最大径が１０ｍｍ、モータ回転子の濡れ縁最大外径の外側に形成される半径隙間δが１ｍｍ、モータ回転子の濡れ縁最大外径部の軸方向長さが２５ｍｍになっている。

本ポンプはモータ部１とポンプ部２からなる。モータ部１は所謂ＤＣブラシレスモータであり、構造的にはキャンドモータの範疇に入る。モータ固定子１１はカップ形状のアルミダイカスト製のモータフレーム１２に収容されている。モータ固定子１１の内周側にはカップ形状のＰＥＥＫ製の回転子ケーシング１３が設けられ、その鍔部１３ｂがモータフレーム１２と樹脂製のポンプケーシング１４によって挟持されている。また、ＰＥＥＫ製の軸受ブラケット１５が回転子ケーシング１３とポンプケーシング１４に挟持され、軸受ブラケット１５の一部は負荷側ラジアル軸受とスラスト軸受として機能している。

モータ回転子１７は、金属製の磁性体のヨーク１８の外周にネオジウム製の永久磁石１９が設けられ、該ヨーク１８と永久磁石１９を取囲むようにカップ状の回転子外カバー２０と回転子内カバー２１が設けられ、Ｏリングなどのシール部材２２、２３でシールしている。このような構成を採用することにより、永久磁石１９及び磁性体のヨーク１８が完全にポンプ取扱液から遮断されるため、錆びを発生することはない。モータ回転子１７の軸芯部には主軸２４が挿入されている。主軸２４はオーステナイト系ステンレス合金からなり、その直径は例えば１．５ｍｍ程度あり、両端部には軸スリーブ２５、２６が装着されている。なお、２８は回転子外カバー２０の軸方向の移動を止める止め輪である。

主軸２４の一端には遠心式のポンプ部２のクローズ型（フロントシュラウドを備えている）の羽根車２７が取り付けられている。羽根車２７は例えば直径２０ｍｍで、羽根車２７の主軸２４が貫通する穴（主軸貫通穴）は、羽根車２７の吸込マウス側が例えば１．５ｍｍ程度の真円であり、反吸込マウス側が直径３．５ｍｍ程度の軸スリーブ２５が挿入できるようになっている。羽根車２７に対する軸スリーブ２５の廻り止めは、例えば３．５ｍｍ程度の直径に対して、羽根車２７の主軸貫通穴と軸スリーブ２５の一部の二面取り（二面間距離３ｍｍ程度）することで行う。なお、羽根車２７は例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のような樹脂材料を射出成形して製作され、軸スリーブ２５、２６はアルミナなどのセラミック材料で製作される。

モータ回転子１７の主軸２４に対する軸スリーブ２５、２６の廻り止めは、例えば３．５ｍｍ程度の直径に対して、モータ回転子１７の主軸貫通穴と軸スリーブ２５、２６の一部を二面取り（二面間距離３ｍｍ程度）することで行う。軸スリーブ２６の外径部は軸受ブラケット１５の軸受部の内径との間で摺動面を構成する。また、モータ回転子１７の回転子内カバー２１と軸スリーブ２５の間、及び羽根車２７と軸スリーブ２５の間にはスラストディスク１６、１６が挟持されている。スラストディスク１６、１６は主軸２４に対する軸スリーブ２５、２６の廻り止めと同様な方法で軸スリーブ２５に廻り止めされ、軸受ブラケット１５の軸受部の軸方向端面との間で摺動して、アキシャルスラスト荷重を支承する。回転子ケーシング１３の反ポンプ側の主軸２４端部の軸スリーブ２６に対応する部分には、ラジアル方向の荷重を支えるための反負荷側軸受が回転子ケーシング１３と一体に設けられる。

主軸２４の羽根車２７側端部にはＴ字状に鍛造成形されたＴ字状鍛造成形部２４ａが形成されており、反羽根車端部にはＥ形止め輪２９を取付けることで羽根車２７などの部材が主軸２４から脱落しないようになっている。この固定手段は、ネジのように軸方向に部材を締め上げるものではなく、単に部材の軸方向の移動を制限するものである。本発明は部材間に軸方向の隙間・遊びが多少あっても支障が無い構造になっており、これらの簡便な構成の固定手段を使用できる。従って生産性も良好である。

また、上記固定手段（Ｅ形止め輪２９）と軸スリーブ２６の間に、コイルバネなどの要素（図示せず）を挟み込めば、主軸２４の両軸端部２４ａ、２４ｂの固定手段（Ｔ字状鍛造成形部２４ａ、Ｅ形止め輪２９）にて挟み込まれた部材がカタカタ音を発しながら移動することがないため、騒音が発生することもない。なお、主軸２４の羽根車２７側の端部のＴ字状鍛造成形部２４ａに対応して、羽根車２７のボス部端面に溝が設けられているため、軸スリーブ２５から羽根車２７に伝わった回転トルクは主軸２４にも伝えられる。

ポンプケーシング１４はカップ状を成し、ＰＰＳなどの樹脂材料にて成形される。ポンプケーシング１４のカップ形状の底部には吸込ノズル１４ａが設けられ、側面には吐出ノズル１４ｂが設けられる。また、ポンプケーシング１４のカップ形状の開放部内面は、Ｏリング等のシール部材３０を介して回転子ケーシング１３の外周部と固定され密封容器を構成する。また、ポンプケーシング１４のカップ形状の底部には、羽根車２７の吸込マウス外周部と微小隙間を形成するフッ素樹脂製のライナリング３１が設けられている。ポンプケーシング１４とモータフレーム１２は、間に回転子ケーシング１３を挟んでボルトで固定されている。

なお、ポンプケーシング１４の吸込ノズル１４ａにはソケット３４が止め具３２で接続され、該ソケット３４には取扱液が流入する流入配管３５が接続されている。また、ポンプケーシング１４とソケット３４の間にはＯリング等のシール部材３３が介在している。ポンプケーシング１４の吐出ノズル１４ｂにはソケット３８が止め具３６で接続され、該ソケット３８には取扱液が流出する流出配管３９が接続されている。ポンプケーシング１４とソケット３８の間にはＯリング等のシール部材３７が介在している。また、４０はモータフレームバンドである。

ポンプケーシング１４の吸込ノズル１４ａから吸込まれた取扱液は、羽根車２７の吸込マウスから羽根車２７内に導かれ、羽根車２７の回転に伴って昇圧され、ポンプケーシング１４の吐出流路を経て吐出ノズル１４ｂから吐出される。一部の取扱液は回転子ケーシング１３内に導かれ、軸受部の潤滑とモータ部１の冷却に使用される。前述の通り、本発明はモータ回転子１７の濡れ縁最大径の外側に形成される半径隙間δが１ｍｍと、一般のキャンドモータに比べてと大きいため、取扱液はモータ回転子１７の外周隙間から、取扱液の粘性による影響をあまり受けずに滞り無く軸受摺動面に供給される。この結果、主軸２４には貫通穴を設ける必要が無いため、主軸２４の太さをその強度限界まで細く設計することができる。

本発明に係るポンプは、上記のように主軸２４を支承する滑り軸受を軸スリーブ２５、２６を活用して構成したため、主軸２４は「ねじり」に対する強度の確保が実質的に不要となり、「曲げ」及び「引っ張り」に対してのみ強度を確保するだけでよいので、軸径を極めて小さな値にすることができる。その結果、羽根車２７のボス径は小さく抑えられ、羽根車２７の外径に対する羽根車２７の吸込マウス径の比率を適正化できるため、羽根車２７の流体力学的効率を良好な値にすることが可能となる。また、モータ回転子１７の直径を極めて小さい値に抑えることができるため、モータ回転子１７の回転に伴う攪拌ロスを低減できる。

また、上記のような小型ポンプにおいて、回転子ケーシング１３と回転軸である主軸２４を支承する滑り軸受を一体部品にすることにより、ポンプ組立時の圧入作業を削除できる上、別途軸受部品を製作する必要も無い。

図２は本発明に係るポンプの他の構成例を示す断面図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明は省略する。回転子ケーシング１３をＰＰ（ポリプロピレン）製とし、予め射出成形によって製作したＰＥＥＫ製の軸受４１をＰＰ製の回転子ケーシング１３で覆うようにインサート成形している。ＰＥＥＫは成形温度がＰＰに比べて高いため、インサート成形時に熱変形するような不都合がない。更に、圧入時の回り止め等との位置合わせを行う必要がなく手間が省ける。また、軸受ブラケット１５についても、ＰＥＥＫ製の軸受ブラケット１５をＰＰ製の回転子ケーシング１３で覆うようにインサート成形している。

なお、ＰＥＥＫ製の軸受４１の外周部には「廻り止め」と「軸方向への抜け止め」の形状が付与されている。このため、例えば高温液でポンプを使用する際にも、線膨張係数の違いによって軸受４１が回転子ケーシング１３や軸受ブラケット１５に対して廻ってしまう不都合や、軸方向に抜けてしまうという不都合がない。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

本発明に係るポンプの構成例を示す断面図である。（実施例１）本発明に係るポンプの構成例を示す断面図である。（実施例２）

符号の説明

１モータ部
２ポンプ部
１１モータ固定子
１２モータフレーム
１３回転子ケーシング
１４ポンプケーシング
１５軸受ブラケット
１６スラストディスク
１７モータ回転子
１８ヨーク
１９永久磁石
２０回転子外カバー
２１回転子内カバー
２２シール部材
２３シール部材
２４主軸
２５軸スリーブ
２６軸スリーブ
２７羽根車
２８止め輪
２９Ｅ形止め輪
３０シール部材
３１ライナリング
３２止め具
３３シール部材
３４ソケット
３５流入配管
３６止め具
３７シール部材
３８ソケット
３９流出配管
４０モータフレームバンド
４１軸受

Claims

駆動モータの固定子の回転磁界に対応して液中で回転する回転子と、該回転子周辺の液体を内包する回転子ケーシングと、該回転子の回転力をポンプ部に伝える回転軸を備えたポンプにおいて、
前記回転軸を支承する滑り軸受を回転子ケーシングと一体に設けたことを特徴とするポンプ。
請求項１に記載のポンプにおいて、
前記滑り軸受部を備えた回転子ケーシングを単一材料にて構成したことを特徴とするポンプ。
請求項１又は２に記載のポンプにおいて、
前記滑り軸受を第１の樹脂材料で製作し、該滑り軸受を第１の樹脂材料よりも成形温度の低い第２の樹脂材料で覆うようにインサート成形したことを特徴とするポンプ。