JP2006097493A - シャフトレスポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの内部構造を合理的手段によりシンプルにすること。
【解決手段】 駆動源の駆動力により回転する回転羽と、この回転羽を軸受け手段を介して回転自在に支持する筒状の支持部材とを備えたシャフトレスポンプであって、前記回転羽は、該回転羽の外部に設けられた駆動源の駆動力により回転し、かつ、一端面から他端面に至るまで流体を一方向へと案内する中空部を有する筒状体と、この筒状体の内周面に螺旋状外周端が気密状に固定された幅広の羽本体とから成ることを特徴とするシャフトレスポンプ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配管中を流れる流体を圧送するのに適合するシャフトレスポンプに関する。なお、本発明は、動産、不動産を問わず、また、気体、液体を問わず、流体の配管ラインに設けられるシャフトレスポンプに関する。

特許文献１乃至３には、ポンプケースの中に回転軸（シャフト、或いは主軸）を有する回転軸型ポンプが記載されている。すなわち、回転軸型循環ポンプ装置は、流体の入口及び出口を有するポンプケースと、このポンプケースの中に軸受け手段を介して回転自在に設けられ、かつ、一端部に回転羽根車を有する回転軸とから成り、前記ポンプケースの内壁面には巻線を有する筒状のステータコアが配設され、一方、前記回転軸の外周面には、前記ステータコアと対向するようにロータベースを介して永久磁石が環状に配設されている。

上記構成の循環ポンプ装置は、ステータコアに発生する磁界によって回転軸が回転すると、回転軸と一体の羽根車も回転する。その結果、羽根車の回転で発生する圧力によって流体（水）が配管を介して被供給物へと圧送される。

次に特許文献４に記載の発明は、本願発明と同様の「シャフトレスポンプ」といえる。しかしながら、特許文献４に記載の回転羽の羽本体は、回転筒の内周壁にそれぞれ周方向に所定間隔離間して放射状に配設されていると共に、その内端部は半径方向内側（軸なし中心部）に延設するにしたがって次第に細幅に形成されていることから、羽本体が破損し易い、十分な加速力を得ることができない、組み立てが面倒である等の問題点がある。
実公昭４９−１１８５５号公報 特開平２−９１４９８号公報 特開平９−３１７６８２号公報 特開平９−１７５４８６号公報

特許文献１乃至３に記載の回転軸型ポンプは、ポンプケースの中に回転軸を内装しなければならないので、流体用の流路をストレートにするのが困難であると共に、流路内に回転軸を支承する軸受け、ロータ、ステータコアに対する永久磁石等を設けなければならないので、ポンプの内部を簡単な構成にすることができないという問題点があった。また、キャビテーションに起因するエロージョンが生じやすいという問題点も指摘されている。

本発明の第１の目的は、ポンプの内部構造を合理的手段によりシンプルにすることである。第２の目的は、流体の抵抗率が少ない回転羽を備えたシャフトレスポンプを提供することである。第３の目的は、羽本体のエロージョン（破食）の低減化を図ることである。第４の目的は、各構成部材を合理的に組み合わせ、流体用の配管ラインに３６０度方向に対応して配設することができることである。

本発明のシャフトレスポンプは、駆動源の駆動力により回転する回転羽と、この回転羽を軸受け手段を介して回転自在に支持する筒状の支持部材とを備えたシャフトレスポンプであって、前記回転羽は、該回転羽の外部に設けられた駆動源の駆動力により回転し、かつ、一端面から他端面に至るまで流体を一方向へと案内する中空部を有する筒状体と、この筒状体の内周面に螺旋状外周端が気密状に固定された幅広の羽本体とから成ることを特徴とする。

（１）主軸のない回転羽は、一端面から他端面に至るまで流体を一方向へと案内する中空部を有する筒状体と、この筒状体の内周面に螺旋状外周端が気密状に固定され、かつ、一端面から中空部に流れ込んだ流体を螺旋面に沿って流すように全体が螺旋状（例えば螺旋状の滑り台形状）に形成された羽本体とから構成されているので、回転羽の外部に駆動源を配設することが可能となった。その結果、ポンプの内部構造をシンプルにすることができると共に、流体用の流路をストレートにすることもできる。
（２）また、羽本体が幅広螺旋状に形成されていると共に、その中心部が軸なしなので、流体に対する抵抗面積が増える反面、旋回時のキャビテーションに起因するスリップも発生率が少ないので、結果として流体の抵抗率が少なくなり、流体の加速力を高めることができると共に、低騒音、低振動、駆動源の省エネ化等を図ることができる。
（３）前項と同様の理由から、羽本体のエロージョン（破食）の低減化を図るができる。
（４）左右の支持部材内に軸受け手段を介して回転羽を支持し、かつ、左右の支持部材を適宜に固定すれば良いので、流体用の配管ラインに簡単に配設することができる。なお、軸受け部材用保持手段１５を構成要件とする実施例は、回転羽が安定状態に回転すると共に振動を吸収する。
（５）部品点数が少ないので、安価に製作することができると共に、用途に応じて駆動モータの位置を変え、或いは支持部材を適宜に設計変更し、容易に実施化できる。

以下、図１乃至図６に示す本発明を実施するための最良の形態（第１実施例）により説明する。

（１）発明の実施の環境
図１は発明の実施の環境を示す概略説明図である。図１に於いて、Ｘはシャフトレスポンプ、２はタンク、容器等の供給源１側に図示しない継手を介して連結される供給管、３は被供給物４側に同様に図示しない継手を介して連結される排出管である。本発明のシャフトレスポンプＸは、動産又は不動産の配管ラインを構成する前記供給管２と排出管３の間に図示しない継手、固着手段を介して配設される。

図１は流体５の流れを概念的に示してあるが、流体５は、供給管２側から回転羽２１内に流れ込み、かつ、該回転羽２１によって正面視流路の中心部分を有する流体案内部分（軸なし螺旋面）によって排出管３側に圧送される。また、符号Ｆは、地面、床面等の平な面である。以下、本発明の特定要件について順次説明するが、細部的な事項は図面及びその説明を割愛する。なお、シャフトレスポンプＸが、例えば自動車、船舶等の移動する物に応用された場合には、前記平な面Ｆは、適宜な箇所となる。

（２）支持部材
図２を参照にして筒状の支持部材１１を説明する。第１実施例の支持部材１１は、駆動源６が駆動モータであることから、駆動モータ６の配設箇所、該駆動モータ６の駆動力の伝達手段の位置、駆動力によって回転される回転羽の支持構造等を考慮して適宜に設計されている。

しかして、１２は床面Ｆに載置される矩形状のベース板で、このベース板１２は長板状に形成されている。ベース板１２は左右の対向板１３，１３に対して分離可能である。またベース板１２は固定部材に相当し、図示しない固定手段を介して床面Ｆに固定される。

１３はベース板１２の両端部（図２では左右の端部）に設けられた左右一対の対向板である。左右の対向板１３，１３は、所定間隔を有して離間している。本実施例のベース板１２と左右の対向板１３，１３は、実施例如何によっては、金属又は合成樹脂材により一体成形することも可能である。本実施例では、左右の対向板１３，１３は、図示しない固着手段を介してベース板１２に分解可能に固定されている。

さて、対向板１３は、ベース板１２に連設する立ち上がり部分１３ａと、この立ち上がり部分１３ａに連設する環状部分１３ｂと、この環状部分１３ｂの内壁面から突出する筒状嵌合部１３ｃとを有する。本実施例の筒状嵌合部１３ｃは、対向板１３の中心部に突設され、後述する回転羽２１の筒状体２２の両端部にそれぞれ内嵌合（嵌挿）する。

ところで、前記筒状嵌合部１３ｃの外周壁の適宜個所には周溝が形成され、該周溝にはリング状のシール部材１４が嵌め込まれる。また、本実施例では、左右の筒状嵌合部１３ｃ，１３ｃの外周壁には、左右一対の軸受け部材用保持手段１５，１５がそれぞれ固定的に設けられている。該保持手段１５はゴムなどの弾性力（ダンパー性）がある材質で形成され、前記環状部分１３ｂの内壁面に密着状態に添設される環状の添設部分１５ａと、この添設部分１５ａの周端部に環状に突設された保持部分１５ｂとから成り、前記保持部分１５ｂに内輪、外輪、玉等から成る軸受け手段１６が保持されている。

したがって、軸受け手段１６の内輪を備え回転羽２１は、支持部材１１の筒状嵌合部１３ｃと保持手段１５の保持部分１５ｂの両方によってサンドイッチ状に支持された状態で回転自在に回転する。なお、回転羽２１は、設計如何により、二重筒、三重筒等にすることも可能であるが、極力シンプルな構造であることが望ましい。また、ベース部材１２、駆動源６は、用途如何によっては上方に配設される。

（３）回転羽
回転羽２１は、その両端部が筒状支持部材１１の筒状嵌合部１３ｃ及び筒状保持手段１５に挟持状態に保持された状態で、かつ、駆動源６の駆動力により、例えば反時計方向に回転する（図４）。本実施例では、回転羽２１は、前述したように軸受け部材１６を介して回転自在に回転し、流体５を供給管２側からねじ込むようにして受け入れ、かつ、排出管３側に圧送する（図１）。供給管２や排出管３は用途如何によってその名称が変わる。

図３乃至図５は回転羽２１の一例を示す。これらの図から明らかなように、回転羽２１は、一端面２２ａから他端面２２ｂに至るまで流体を一方向へと案内する中空部２３を有する筒状体２２と、この筒状体２２の内周面２２ｃに外端部２４ａが固定され、かつ、一端面２２ａから中空部２３に流れ込んだ流体５を螺旋面に沿って流すように全体が螺旋状に形成された幅広の曲面部分２４ｂを有する羽本体２４とから成る。

ところで、一般に羽本体２４は中心部を有するが、本発明の羽本体は、その中心部に中心軸が存在しないので、「シャフトレス（軸なし）」である。

前記筒状体２２は、外周面は多角形でも良いが、その内周面は、望ましくは円筒形状である。また、図３では短筒状に図示しているが、望ましくは長筒状に設計される。さらに、筒状体２２は用途如何により、半径を大きく、又は小さく設計される。筒状体２２の材質は、羽本体２４と同様に鋼材又は合成樹脂材である。

一方、前記羽本体２４の螺旋状外端部（外周端）２４ａは、筒状体２２の内周面２２ｃに気密状に固定（例えば溶着）されている。

しかして、図４は回転羽２１の正面視の概略説明図であるが、この回転羽２１の一端面２２ａ側を基準にして回転羽２１の構成を説明すると、回転羽２１は、仮想線で示した筒状体の環状部分２２と、この環状部分の内周面２２ｃに外周端２４ａが気密状に固定された羽本体２４の螺旋形状の幅広曲面部分２４ｂと、この幅広曲面部分２４ｂの非接続内端２４ｃで形成された流体の流路部分２４ｄから成る。

ここで、羽本体２４の形状について付言すると、例えば図３に於いて、回転羽２１の一端面２２ａを上方にし、一方、その他端面２２ｂを下方にした場合（図３を９０度回転した場合）には、羽本体２４は「螺旋式滑り台」の一部分を取り出した形状と同様である。
したがって、例えば図５を参照にして羽本体２４を説明すると、前方の断面幅広曲面部分２４ｂは上方に位置し、次にこれに連続する後方の断面幅広曲面部分２４ｂは下方に位置し、さらにこれに連続する後方の断面幅広曲面部分２４ｂは上方に位置するという具体に幅広曲面部分２４ｂが流体５の流れる方向に螺旋状に続いている。

そして、本発明の羽本体２４は主軸を有しないことから、羽本体２４の非接続内端２４ｃは、螺旋方向に流体の流路部分２４ｄを形成し、帯状の螺旋曲面部分２４ｂは流体５を掬うようにして流体の流路部分２４ｄに案内する機能を有する。図６は、駆動源の駆動力により回転羽２１が１８０度回転した状態を示している。

（４）駆動源とその駆動損失の減少化
回転羽２１を回転する駆動源６は、駆動モータ又は電源である。駆動モータ６は、出力軸、歯車等を構成要件とし、一方、電源６Ａは、固定巻線を有する固定子、永久磁石を有する回転子を構成要件とする。

本実施例では、ポンプ全体をコンパクト化することができるように、支持部材１１のベース板１２の上面に固定的に設けた駆動モータ６を用いている。しかして、駆動モータ６の駆動力は、その出力軸７に固定された駆動歯車８、該駆動歯車８と噛合する筒状体２２の外周壁に周設された従動歯車９を介して回転羽２１に伝達される。

そこで、回転羽２１が駆動源６の駆動力により回転すると、その羽本体２４は筒状体２２と共に所定位置にて回転する。その結果、流体５は、帯状の螺旋状曲面部分２４ｂによって流体の流路部分２４ｄに案内されながら、筒状体２２の一端面２２ａからその他端面２２ｂへと流れる。この時、羽本体２４の外周端２４ａは、筒状体２２の内周壁２２ｃに気密状態に接続していることから、キャビテーションによるスリップ現象が少ない共に、羽本体２４の非接続内端２４ｃ側の流体の流路部分２４ｄに流体５が流れ込むから、流体の抵抗力が低減化する。換言すれば、普通一般の軸を有する回転羽に比して、旋回流によって発生する無駄なエネルギーが半減する。

（５）流体
供給源（タンク、容器など）１に収納される流体５を列挙すると、液体水素、気体水素、電解溶液、高圧ガス、メタンガス、アンモニア、塩素ガス、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、水、油、食料に適する液体・流動体・半流動体、塗料やインクなど配管２，３を利用して被供給源４まで圧送することができる気体又は液体である。

この欄では、本発明の第２実施例について説明する。第１実施例と同一の部分には、同一の符号又は同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７及び図８に示す第２実施例の誘導電動機型のシャフトレスポンプＸ１に於いて、第１実施例と主に異なる点は、駆動源である。その余の構成（軸受け部材の位置、公知事項の付加等の設計変更）は本発明の本質的事項ではない。

このシャフトレスポンプＸ１の支持部材１１には、複数個の固定巻線３１を有する固定子（電機子鉄心）３２が設けられ、一方、回転羽２１Ａの筒状体２２の外周壁には、直接又は間接的に前記固定子３２に対して、空間部分３３を介して対向する環状永久磁石３４が配備されている。なお、永久磁石３４は「Ｎ極」と「Ｓ極」が交互に設けられている。
したがって、第２実施例の駆動源６Ａは、磁界を発生させるために前記固定巻線３１に給電をする電源である。固定巻線３１により回転磁界が発生すると、回転羽２１Ａは、例えば時計方向（図８）に回転する。

それ故に、駆動源６Ａ、回転羽２１Ａを回転する駆動力は、それ自体新規な事項ではなく、特許文献１乃至３に記載の発明と同様である。

ところで、本発明は、少なくとも回転羽（２１，２１Ａ）が新規事項であるから、回転羽２１，２１Ａの羽本体２４の螺旋回数を、少なくとも一捲き（一回転）にした実施例のみならず、二捲き（二回転）、三捲き（三回転）、四捲き（四回転）等にように所要の長さまで複数回連続的に設計した実施例、回転羽２１の羽本体２４を複数個（例えば、２個、３個、４個など）離間して長筒状体内にそれぞれ固定的に配設した実施例も本発明の請求項に含まれる。

本発明は、主に配管用のポンプ業界で製造販売される。

図１乃至図６は本発明の第１実施例を示す各説明図。図７及び図８は本発明の第２実施例を示す各説明図。
本発明の実施形態の一例を示す概略説明図。 本発明の主要部を示す概略説明図。 本発明の回転羽の一例を示す概略説明図。 回転羽の正面視（一端面）側から見た説明図。 図４の５−５線に基づく羽本体の説明図。 回転羽の回転状態を示す説明図。 第２実施例の図２と同様の概略説明図。 第２実施例を要部を示す概略説明図。

符号の説明

Ｘ，Ｘ１…シャフトレスポンプ、1…供給源、２…供給管、３…排出管、４…被供給物、５…流体、６，６Ａ…駆動源、７…出力軸、８…駆動歯車、９…従動歯車、１１…支持部材、１２…ベース板、１３…対向板、１３ａ…立ち上がり部分、１３ｂ…環状部分、１３ｃ…筒状嵌合部、１４…シール部材、１５…軸受け部材用保持手段、１５ａ…添設部分、１５ｂ…保持部分、１６…軸受け手段、２１，２１Ａ…回転羽、２２…筒状体、２２ａ…一端面、２２ｂ…他端面、２２ｃ…内周面、２３…中空部、２４…羽本体、２４ａ…外端部（外周端）、２４ｂ…幅広曲面部分、２４ｃ…非接続内端、２４ｄ…流体の流路部分、３１…固定巻線、３２…固定子、３３…空間部分、３４…永久磁石。

Claims (5)

1. 駆動源の駆動力により回転する回転羽と、この回転羽を軸受け手段を介して回転自在に支持する筒状の支持部材とを備えたシャフトレスポンプであって、前記回転羽は、該回転羽の外部に設けられた駆動源の駆動力により回転し、かつ、一端面から他端面に至るまで流体を一方向へと案内する中空部を有する筒状体と、この筒状体の内周面に螺旋状外周端が気密状に固定された幅広の羽本体とから成ることを特徴とするシャフトレスポンプ。
2. 請求項１に於いて、回転羽は、該回転羽の一端面側を基準にすると、筒状体の環状部分と、この環状部分の内周面に外周端が気密状に固定された羽本体の螺旋状の幅広曲面部分と、この幅広曲面部分の非接続内端で形成された軸なし流体の流路部分から成ることを特徴とするシャフトレスポンプ。
3. 請求項１に於いて、支持部材には、複数個の固定巻線を有する固定子が設けられ、一方、回転羽の筒状体の外周壁には、前記固定子に対して空間部分を介して対向する環状永久磁石が配備され、駆動源は、磁界を発生させるために前記固定巻線に給電をする電源であることを特徴とするシャフトレスポンプ。
4. 請求項１に於いて、筒状の支持部材は、ベース板と、該ベース板に設けられた左右の対向板と、これらの対向板の中心部に突設され、かつ、回転羽の筒状体の両端部にそれぞれ嵌合する筒状嵌合部とを有し、前記筒状嵌合部に支持された回転羽は、前記筒状嵌合部の外周壁に固定的に設けられた軸受け部材用保持手段を介して回転自在に保持されていることを特徴とするシャフトレスポンプ。
5. 請求項４に於いて、ベース板に駆動源としての駆動モータが配設され、該駆動モータの駆動力は、出力軸に固定された駆動歯車、該駆動歯車と噛合する筒状体の外周壁側の従動歯車を介して回転羽に伝達されることを特徴とするシャフトレスポンプ。

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