JP2005069116A

JP2005069116A - ポンプ

Info

Publication number: JP2005069116A
Application number: JP2003300524A
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】従来のポンプでは羽根車の吸込流路部に軸受が設けられているため、流路の面積確保や流体工学的な抵抗を抑えることが難しく、ポンプの高効率化や小型化という観点では不利である。本発明はこのような問題を解決し、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。
【解決手段】駆動モータのモータ固定子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、該モータ回転子の軸芯部に挿入される主軸２４と、主軸２４のモータ回転子１７と羽根車２７の間に位置する軸スリーブ２５と、モータ回転子１７の回転トルクを羽根車２７に伝えるために軸スリーブ２５の両端に設けられた廻り止め手段を備え、主軸２４の両軸端のいずれか一方の径を該主軸２４の他の部分よりも大きくした。
【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。

小出力のキャンドモータポンプやマグネットポンプなど、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は、回転子と羽根車を一体に樹脂成形したものが多い。即ち、永久磁石をポリプロピレン（ＰＰ）で覆うように成形すると共に、羽根車も回転子と一体にＰＰで成形する。そして、回転子の軸芯部にはアルミナなどのセラミック材料から成る主軸が圧入固定されているものが多い。

回転子周辺の液体を内包する回転子ケーシングと、羽根車周辺の液体を内包するポンプケーシングは、ポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂材料で製作されるものが多い。そして回転子ケーシングとポンプケーシングにカーボン製の滑り軸受を圧入固定して、主軸を支承している場合が多い。

特開平１１−１３６８１号公報

上記のように回転子ケーシングとポンプケーシングにカーボン製の滑り軸受を圧入固定した構成のポンプは羽根車の吸込流路部に軸受が設けられているため、流路の面積確保や流体工学的な抵抗を抑えることが難しく、ポンプの高効率化や小型化という観点では不利である。本発明はこのような問題を解決し、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、該回転子の軸芯部に挿入される主軸と、軸芯部を貫通する主軸の回転子と羽根車の間に位置する軸スリーブと、回転子の回転トルクを羽根車に伝えるために軸スリーブの両端に設けられた廻り止め手段を備え、主軸の両軸端のいずれか一方の径を該主軸の他の部分よりも大きくしたことを特徴とする。

上記構成のポンプにおいて、回転子のトルクを羽根車に伝える機能を主軸ではなく、軸スリーブが果たすため、主軸に加わる応力は「引張り応力」と「曲げ応力」だけとなる。このため、主軸径を小さく抑えることができる。また、回転子と羽根車の間に位置する軸スリーブの周辺が軸受を構成するため、羽根車の吸込流路部には軸受がなく、ポンプ設計の上で理想的な流路を確保することができる。

また、上記構成のポンプでは、主軸に羽根車、軸スリーブ、回転子、及びその他の部品を挿入し、各々が主軸から脱落しないように固定する必要がある。この時、主軸端部のいずれか一方の径を主軸の他の部分より大きくすることで、止め輪などの固定手段の個数を２個から１個にすることができ、組立時間の短縮などの面で生産性を改善できる。

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、主軸の羽根車側端部の径を該主軸の他の部分より大きくし、反羽根車側端部に止め輪を設けることで、羽根車が主軸から脱落しないようにしたことを特徴とする。

市販されているＥ形止め輪などの形状は、羽根車のボス部形状、特に羽根車の吸込部形状にとって必ずしも最適ではない。例えば止め輪の外径が大きすぎると羽根車への取扱液の滑らかな導入を阻害してしまう。そこで主軸を例えばオーステナイト系のステンレス鋼で製作し、その羽根車側端部を鍛造成形によって該主軸の他の部分より大きくし、例えば釘の頭状にすることで、羽根車・ポンプの機能・性能に都合の良い形状を与え、反羽根車側端部に止め輪を設けることにより、羽根車・ポンプの機能・性能に悪影響を与えることなく、羽根車の主軸からの脱落を防止できる。

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、羽根車側端部をＴ字形に形成し、該Ｔ字形の主軸端部が羽根車のボス部端面の溝に嵌るように構成し、羽根車と主軸を廻り止めすることを特徴とする。

上記構成のポンプにおいては、基本的に主軸にはトルク伝達の機能が不要である。しかしながら、ポンプの微細な振動などによって、例えば軸スリーブと主軸の間に「廻り」が生じると、主軸又は軸スリーブの磨耗につながる恐れがある。上記のような構成を採用することで、主軸は羽根車を介して軸スリーブや回転子と同期して回転するため、摩耗などによる不都合がない。

本発明によれば、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（ポリエーテル・エーテル・ケトン）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の一部を二面取り（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。

ポンプケーシング１４の吸込ノズル３２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３３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、主軸２４を支承する滑り軸受（軸スリーブ２６の外周に摺接する摺接面部）を回転子外カバー２０と一体部品とすることにより、ポンプ組立時の圧入作業を削除できる上、別途軸受部品を作成する必要もない。

ポンプケーシング１４の吸込ノズル３２の外周部には、大径の鍔部３４と該鍔部３４から突出する小径の突出部３５を設け、突出部３５の外周にはＯリング等のシール部材３６が装着されている。また、ポンプケーシング１４の吐出ノズル３３の外周部にも同様に、大径の鍔部３７と該鍔部３７から突出する小径の突出部３８を設け、突出部３８の外周にはＯリング等のシール部材３９が装着されている。

吸込ノズル３２を覆うようにソケット形状部材５０を設け、ソケット形状部材５０の先端外周部には大径の鍔部５１を設け、該鍔部５１と吸込ノズル３２の鍔部３４の軸方向の移動を防止するための止め具５２を設けている。止め具５２は、例えばステンレス等の金属からなり、吸込ノズル３２の半径方向から挿入され、鍔部５１と鍔部３４の両者を挟持する。このようにすることにより、ポンプとポンプ取扱液が流入する配管５３の接続を簡便、短時間に行うことができると、同時にソケット形状部材５０の内周面と吸込ノズル３２の突出部３５の外周面の間にはシール部材３６が介在するから、ポンプ取扱液の液漏れがなく信頼性が高いものとなる。

同様に、吐出ノズル３３を覆うようにソケット形状部材５４を設け、ソケット形状部材５４の先端外周部には大径の鍔部５７を設け、該鍔部５７と吐出ノズル３３の鍔部３７の軸方向の移動を防止するための止め具５５を設けている。このようにすることにより、ポンプとポンプ取扱液が流出する配管５６の接続を簡便、短時間に行うことができ、ポンプ取扱液の液漏れがなく信頼性が高いものととなる。

モータフレーム１２の外周を囲むようにモータフレームバンド４０を設け、該モータフレームバンド４０には平子ネジなどで装置に取り付けるための貫通穴を設けた。これにより、装置へのポンプの搭載が極めて高い自由度をもったものとなる。即ち、同一のポンプを床置き設置や壁掛け設置、或いは天井吊り設置など、取付け場所を自由に選択することができる。

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。

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吸込ノズル
３３吐出ノズル
３４鍔部
３５突出部
３６シール部材
３７鍔部
３８突出部
３９シール部材
４０モータフレームバンド
４１軸受
５０ソケット形状部材
５１鍔部
５２止め具
５３配管
５４ソケット形状部材
５５止め具
５６配管
５７鍔部

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、該回転子の軸芯部に挿入される主軸と、前記軸芯部を貫通する主軸の回転子と羽根車の間に位置する軸スリーブと、前記回転子の回転トルクを羽根車に伝えるために前記軸スリーブの両端に設けられた廻り止め手段を備え、主軸の両軸端のいずれか一方の径を該主軸の他の部分よりも大きくし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、
前記主軸の羽根車側端部の径を該主軸の他の部分より大きくし、反羽根車側端部に止め輪を設けることで、前記羽根車が主軸から脱落しないように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、
前記の羽根車側端部をＴ字形に形成し、該Ｔ字形の主軸端部が羽根車のボス部端面の溝に嵌るように構成し、前記羽根車と前記主軸を廻り止めすることを特徴とするポンプ。