JP2005201054A

JP2005201054A - ポンプ

Info

Publication number: JP2005201054A
Application number: JP2004004988A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　毅; Yasuo Takamura; 康雄高村
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】インペラと一体構造とした軸部材の構造を簡素化し小型化しやすく且つ析出物の堆積や摺動による異常な発熱を防止し、寿命の長いポンプを提供しコストアップや寿命低下の問題を解決する。
【解決手段】インペラ２と一体として一体回転する軸部材３を、ケーシング１の一部を円筒部１ａとした内部に配置する。前記円筒部１ａの内周面または前記軸部材３表面に動圧溝３ａを形成する。また、軸部材３内の周方向にはマグネットロータ４を樹脂モールドして配置し、該軸部材３の円筒部１ａを介して外側の前記マグネットロータ４の対向部にステータ５を配置した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、送液用のポンプ、特にシールレスポンプであって、内部構造を簡素化したポンプに関する。

例えば半導体製造装置において、純水を給水するためのポンプ、或いは特殊な薬品の溶解している液体等を送液する場合、送液の過程で外部からの異物の侵入や外部への漏洩を防止しながら処理される。シールレスポンプとしては、マグネットドライブ方式（磁力による駆動方式やキャンドロータ方式等）の渦巻きポンプや遠心式ポンプがある。このようなシールレスポンプは、例えば図３に示すような渦巻きポンプが使用される。このタイプのポンプは、ポンプケーシング１２とケーシングカバー１３と円筒状のポンプブラケット１４とで構成されるケーシング１１内に、インペラ１５とロータ２１６がポンプ軸１７にキー２１，２２により一体回転するよう固定した状態で配置される。そして、該ロータ１６の周囲には円筒状のシェル１８を配置して外側とは液漏れしないように該シェル１８のフランジ部１８ａを前記ケーシングカバー１３にシールリングでシールして固定する。また、前記ロータ１６の周囲には従動マグネット２３を配置し、前記シェル１８の側壁を介して外側にはその内周面に駆動マグネット２４を周方向に配置した円筒状ケース２５が配置される。該円筒ケース２５は、モータ２６の駆動軸２７にキー２８により固定され一体回転するように構成してある。こうして、ケーシング１１内で円筒ケース２５が回転駆動されると、磁力によってロータ１６およびインペラ１５が一体回転してその遠心力で液体を吐出させるように構成してある。前記インペラ１５と一体回転するロータ１６の周方向に配置された従動マグネット２３は、防水構造としてある。また、ポンプ軸１７は自己潤滑性を有する摺動部材２９、３０と固定軸受３１で支持され回転時にドライ状となることを防止している（特許文献１）。

上記するように、マグネットを利用して回転構造とするシールレスポンプの他、ロータとステータとを利用する回転構造、特に回転軸と該回転軸を支持（保持）する円筒部材（スリーブやハウジング等）では動圧軸受（ラジアル動圧軸受、スラスト動圧軸受）が利用される例も多い。この場合、軸の回転に伴うラジアル動圧軸受の発熱を抑え、該ラジアル動圧軸受の軸受隙間の変動を可及的に防止することにより、高い負荷能力及び剛性を備えた動圧スピンドル装置として、ハウジングと、モータに連結されて回転するスピンドル主軸と、所定の軸受隙間を介して該スピンドル主軸に遊嵌する外輪を有し、上記スピンドル主軸をハウジングに対して回転自在に支承するラジアル動圧軸受とを備え、上記ラジアル動圧軸受の外輪には該軸受の軸受隙間に対して潤滑流体を供給する供給流路を開設する一方、上記スピンドル主軸のシャーナル部には上記供給流路の開設位置を挟んで一対のポンプアウト型の動圧発生用溝を形成し、スピンドル主軸の回転に伴いラジアル動圧軸受の軸受隙間に介在する潤滑流体を該軸受の軸方向の両端へ向けて排出するように構成した例えばポンプ用の動圧スピンドル装置が提案されている（特許文献２）。

なお、ファンモータには、ステータとロータを組み合わせて電磁モータとして、軸体とスリーブとを相対回転させる組み合わせのものも知られている。そして、これら軸体とスリーブのいずれかの表面に動圧溝を形成し、軸受を動圧軸受として構成したものも提案されている（特許文献３、特許文献４）。

特開平１０−２３１７９７号特開平１０−０９６４１７号特開２０００−８１０２８特開２０００−６００６３

図３に示すように、インペラと一体構造とし且つマグネットロータを樹脂モールドしたロータ１６は、摺動部材２９、３０や固定軸３１等を配置して回転させるため構造が複雑となる。従って、組立作業工程も複雑で作業時間が長くなりコストも高くなりやすい。また、近年特殊な用途のポンプはより一層小型化を図る必要のあるものもあるが、構造が複雑であると小型化が困難となる。特に、すべり軸受としてガラス繊維やカーボン等よって強化したポリテトラフルオロエチレン材を使用する場合でも隙間に粒状物や析出物が溜まると摺動発熱が発生し、軸受寿命も短くなる。

この発明は上記する課題に対処するためになされたものであり、インペラと一体構造とした軸部材の構造を簡素化し小型化しやすく且つ析出物の堆積や摺動による異常な発熱を防止し、寿命の長いポンプを提供しコストアップや寿命低下の問題を解決しようとするものである。

即ち、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ポンプが、インペラと、該インペラが配置され該インペラの側面からみて片側の一部が円筒部であるケーシングと、該円筒部内に配置した前記インペラと一体回転する軸部材と、前記円筒部内周面または前記軸部材表面に形成された動圧溝と、該軸部材内の周方向に配置されたマグネットロータと、前記円筒部の側壁を介して前記マグネットロータの対向部の外側に配置されたステータと、を備えたものであることを特徴としている。

本発明は、具体的には、上記手段において、インペラと一体に形成した軸部材は、マグネットロータが樹脂モールドされているのみであり、他の部品は一切不要となる。回転部材において、部品点数が少ないこと、特にすべり軸受不要なものは、それだけ析出物の堆積による目詰まりや摺動発熱、それらに起因する故障の防止等、多くのメリットが生じる。更に、回転部材の構成が簡単であることは、ポンプを小型化する必要のある場合、微細な部品の精密加工が不要となる。

請求項１の発明によれば、軸部材の内部構造がきわめて簡単な構造となるので、部品点数も少なく且つ作業工程も短くなり、製作コストを大幅に低減することができる。また、ポンプの小型化がしやすくなる。更に、すべり軸受を使用しないで済むので構造が簡単になり析出物による摺動発熱の心配もなくなる。ポンプ寿命も大幅に長くすることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について説明する。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の軸方向の縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ部拡大図である。また、図２は、図１（Ａ）のＡーＡ矢視正面の略図である。本発明のポンプはシールレスタイプのポンプであり、渦巻きポンプである。このポンプは、多くの羽根２ａ，２ａ，・・・を渦巻き状に配置して構成した樹脂製インペラ２と、該インペラ２の側面からみて片側の一部が円筒部１ａであるケーシング１と、該一部円筒部１ａ内で前記インペラ２と一体に形成され該インペラ２と一体回転し前記一部円筒部１ａ内に配置された軸部材３と、該軸部材３内部の周方向に樹脂モールドされたマグネットロータ４と、円筒部１ａの側壁を介して外側の該マグネットロータ４の対向部に配置されたステータ５と、より構成される。また、前記軸部材３の外表面には、ヘリングボーン状あるいはＶ字状あるいは螺旋状の動圧溝３ａが形成されている。即ち、前記ケーシング１の一部の円筒部１ａと、軸部材３とは動圧軸受を構成することになる。なお、軸部材３の外表面に動圧溝３ａを形成する変わりにケーシング１の円筒部１ａの内周面に動圧溝を形成してもよい。なお、軸部材３の円筒部１ａの内周底面との接触部Ｑは、なるべく少ない接触面積となるように曲率を設けてある。

図１においては、軸部材３とケーシング１の一部の円筒部１ａとの間の隙間Ｓは、判りやすくするためかなり大きく表現してあるが、実際は数μ〜１０数μである。この場合、ポンプで吐出させる液体が動圧軸受の作動流体となる。また、図１（Ｂ）に示すように、軸部材３は樹脂で製作されるのが軽量化を図る上で好ましいが必ずしも樹脂製でなくてもよい。上記するように、コイル６，６に通電することにより、軸部材３の外側に円筒体を介して配置されたマグネットロータ４とステータ５とは電磁モータとなり、軸部材３が回転する。そして動圧溝３ａは、送液すべき液体を作動流体として軸部材３の回転時のポンピング作用による圧力上昇でラジアル動圧軸受となる。

上記するように、前記樹脂モールドされたマグネットロータ４とステータ５は、モーターとて軸部材３および該軸部材３と一体のインペラ２を回転させる。この場合、液体はインペラ２の旋回による遠心力で渦巻きケーシング１の吐出口から送液される。

本発明の構成は以上のようであるが、上記構成において、従来軸部材の内部には、図２にも示すように、すべり軸受や該すべり軸受と嵌合させる固定軸等部品点数が多かった。しかし、本発明ではインペラと一体に形成した軸部材３には、マグネットロータ４が樹脂モールドされているのみであり、他の部品は一切不要となる。特に、回転部材において、部品点数が少ないことは、それだけ故障や析出物の堆積による目詰まりのようなトラブルがなくなり、また摺動発熱の防止等、多くのメリットが生じる。更に、回転部材（軸部材）の構成が簡単であることは、小型化する必要のあるポンプにとっても有利である。即ち、回転部材の構成が単純であれば、ポンプをより一層小型化する必要である場合、従来のポンプなら部品の微細な精密加工が要求されるが、これら微細な部品の加工が不要となるため小型化しやすくなる。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の軸方向の縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＰ部拡大図である。図１（Ａ）のＡーＡ矢視正面の略図である。従来のシールレスポンプの軸方向断面図である。

符号の説明

１渦巻きケーシング
１ａ円筒部
２インペラ
３軸部材
３ａ動圧溝
４マグネットロータ
５ステータ
６コイル

Claims

インペラと、該インペラが配置され該インペラの側面からみて片側の一部が円筒部であるケーシングと、該円筒部内に配置した前記インペラと一体回転する軸部材と、前記円筒部内周面または前記軸部材表面に形成された動圧溝と、該軸部材内の周方向に配置されたマグネットロータと、前記円筒部の側壁を介して前記マグネットロータの対向部の外側に配置されたステータと、を備えたポンプ。