JP2011208555A

JP2011208555A - クーラントポンプ

Info

Publication number: JP2011208555A
Application number: JP2010076091A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Hayakawa; 巳治裕早川
Original assignee: Teral Inc
Current assignee: Teral Inc
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5550414B2

Abstract

【課題】大幅なコストダウンとポンプケーシング内に切粉などの異物が堆積し難いクーラントポンプを提供する。
【解決手段】クーラント液を吸い上げるクーラントポンプ１００であって、ポンプケーシング１の内方に、自身の回転中心線ａ３を上下向きに配置され該ポンプの全揚程を生成させる単一のインデューサ羽根車２を備え、該インデューサ羽根車２はボス部１１の外周囲にヘリカル翼１２を固設された構成となっている。各ヘリカル翼１２は出口角度を入口角度よりも２度以上大きく設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械などにおいて潤滑用のクーラント液をクーラント液タンクから金属などの加工箇所に供給する場合に使用されるクーラントポンプに関する。

遠心羽根車を使用する上で、ポンプ使用環境の有効ＮＰＳＨ（絶対吸込揚程）が低い、または使用しているポンプの必要ＮＰＳＨが高いなどの要因からキャビテーションが発生し易い環境において、エロージョンによって羽根車が浸食され羽根車の破損が起きることはよく知られている。

このエロージョンの対策として、遠心ポンプの吸込口にインデューサ羽根車を配置して昇圧させることで、遠心羽根車でのキャビテーション発生を抑制させる方法が採られている。インデューサ羽根車自身にもキャビテーションが発生するのであるが、その羽根形状と流体特性から、遠心羽根車と異なり、揚水不能となりにくいし、エロージョンが起きにくいなどの特徴を有している。遠心ポンプの吸込口に配置されるインデューサ羽根車の設計は、エロージョン対策として耐久性を重視するか、逆流渦によるサージングなどの不安定現象の解消に主眼が置かれている。

このようなインデューサ羽根車はその一般的な形状を斜流ポンプのそれに近似したものであって、ボスの周囲に複数枚（２枚〜３枚）のヘリカル翼が軸対称に螺旋状に配置されている。

インデューサ羽根車は上記したように本来的には遠心ポンプの羽根車などの吸込側に配置されて使用されるものであるが、この出願において、インデューサ羽根車と言うときは、特に限定のない場合には、自身の中心線回りに回転されるボス部の外周面に、ヘリカル翼が螺旋状に固設され、水力効率が最高近傍点での後述の比速度が斜流ポンプの範疇に属するようなものを言うもので、必ずしも他の羽根車の入口側に設置されるものでないものであっても差し支えないものである。

特許文献１は典型的なクーラントポンプを記載しており、ポンプ内部のケーシングに切粉などの異物が堆積することを防止するために、セミオープン型のインペラを備え、ケーシングはクーラント液の流路面積を低減して内側を通過するクーラント液の流速が増大さする構造となっている。したがってケーシング内における切り粉などの異物の残留が抑制されるようになる。

しかし、このポンプでは、ケーシング内に吸い上げられたクーラント液は、インペラ部を通過して渦巻室へ流れ込み、この後、渦巻室の側壁に押し付けられつつ、渦巻室に案内されて吐出口へ向け圧送されるという、依然として複雑な経路を流れるのであり、したがって切り粉などの異物の堆積は十分には抑制されない。

一方、単一のインデューサを利用したポンプとして、水平線回りへ回転されるインデューサ羽根車を備えたポンプが特許文献２に記載されている。このポンプは用水路内の水を水平方向への圧送することを目的としているため、そのインデューサ羽根車は必然的に、処理水量が多く、揚程の低い仕様となる。

しかしクーラントポンプでは、より少ない処理液量が要求される一方、揚程の高い仕様が要求され、特許文献２に開示されたポンプはクーラントポンプとしては使用できない。

特開２００９−２９９５９６号公報特開２００３−２３９８９８号公報

インデューサ羽根車はボス部の外周面にヘリカル翼を固設されており、羽根車形状が軸流ポンプのそれに近似するため、インデューサ羽根車で揚程を生成させるポンプは軸流ポンプとしての特徴を引き継ぐものであり、キャビテーションが発生しても、遠心ポンプのように揚水不能になりにくいなどの性質を有している。
本発明は、インデューサ羽根車ポンプの上記のような性質を引き継ぐと共に、従来の遠心ポンプに較べて構造の簡易化を図って大幅なコストダウンを可能とし、さらにはポンプケーシング内に切り粉などの異物が堆積し難いものとすることのできるクーラントポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るクーラントポンプは、クーラント液を吸い上げるクーラントポンプであって、上部にクーラント液出口が形成され下端にクーラント液の吸込口が形成された筒状の内部空間を備えたポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に該ポンプの全揚程を生成させる単一のインデューサ羽根車を備え、前記インデューサ羽根車はボス部の外周囲に複数のヘリカル翼を固設され、かつ各ヘリカル翼について出口角度を入口角度よりも２度以上大きく設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、クーラントポンプとして必要とされる通常の揚程を発生させることができる。またインデューサ羽根車が翼作用により揚程を発現させるようになるため、遠心羽根車による従来のクーラントポンプに較べて揚水不能などの性能低下が起こり難いものとなる。クーラント液の流動状況は斜流ポンプの羽根車に近似した状態となって、ポンプケーシング内でのクーラントの流路を遠心ポンプの場合に較べて広くて曲がりの少ない状態にすることができ、これによりクーラント液に混じってポンプケーシング内に流入した切粉などの異物がポンプケーシング内に堆積する現象を抑制することができる。さらにはポンプケーシングの構造を、遠心羽根車の使用された従来のクーラントポンプに較べて単純化することができて製造コストを大幅に低減させることができる。

また、インデューサ羽根車と前記ポンプケーシングの内周壁面との半径上の隙間が前記インデューサ羽根車部の外径の1％よりも大きく設定することにより、インデューサ羽根車の回転エネルギーによりポンプケーシングの内方空間のインデューサ羽根車より下方の領域に存在するクーラント液を旋回させ、この旋回をさらに前記液吸込口を通じてポンプケーシング外側に存在するクーラント液に伝播させる作用を効率的に行わせることができる。これにより、クーラント液に含まれる切粉などの異物をインデューサ羽根車まで浮遊流動させ、クーラント液に含まれる異物がポンプケーシングを取り囲むクーラント液の容器の内方に沈殿し堆積するのを防止することができる。

本発明の一実施例であるクーラントポンプを示し大部分を断面で表した側面視全体図である。上記クーラントポンプの要部を詳細に示した側面視断面図である。上記クーラントポンプのインデューサ羽根車の斜視図である。上記インデューサ羽根車の側面図である。上記クーラントポンプの使用例を示す系統図である。上記クーラントポンプの特性曲線を示す図である。上記クーラントポンプについて、キャビテーション係数と揚程係数との関係を表す図である。従来のクーラントポンプについて、キャビテーション係数と揚程係数との関係を表す図である。従来のクーラントポンプの流路を説明するための断面図である。図２に示すクーラントポンプについて、出口角度と揚程係数との関係を示す図である。図２に示すクーラントポンプについて、ポンプケーシングとインデューサ羽根車との隙間と、該隙間からの漏れ量や揚程係数との関係を示す図である。

発明の実施の形態

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

《本実施例のクーラントポンプの構造》
本実施例であるクーラントポンプは、図１及び図２に示すように、ポンプケーシング１、インデューサ羽根車２、回転軸３及び駆動部４を備えている。
各部について詳述すると、ポンプケーシング１は、上部ケーシング１ａと下部ケーシング１ｂとで形成されている。上部ケーシング１ａは、中心線ａ１を縦向きとされた直管部材５と、この直管部材５の上端面を閉鎖した頂板６と、直管部材５の周壁部５ａの下端に固着されたフランジ部材７ａと、周壁部５ａの上端近傍に形成された円形のクーラント出口５ｂに連通され直管部材５の半径方向外側へ延長された吐出管８を具備している。そして頂板６は回転軸３を回転自在且つ液密状に貫通させるための軸封部９を有している。

一方、下部ケーシング１ｂは中心線ａ２を縦向きの直管部材１０と、この直管部材１０の周壁部１０ａの上端に固着されたフランジ部材７ｂとを具備し、周壁部１０ａの下端の内側領域の全体をクーラント液の吸込口１０ｂとして開口されている。

上部ケーシング１ａと下部ケーシング１ｂとはそれぞれの中心線ａ１、ａ２が縦向きの一線状の配列となるようにボルトｂ１やパッキンｂ２などを介して気密状に結合されている。これにより、ポンプケーシング１の内方には直管部材５の内方領域ｃ１と直管部材１０の内方領域ｃ２とからなる筒状の内部空間ｃ０が形成される。直管部材５、１０は既存のスケジュール管を必要長さに切断したものを用いて作成するのが製造コストを低減する上で好ましい。

図２において、ポンプケーシング１の下端からクーラント液出口５ｂの中心までの高さｃ１０は３５０．５ｍｍであり、直管部材５及び直管部材１０については何れも外径が１３９．８ｍｍで、内径ｄ１が１３０．５ｍｍである。

インデューサ羽根車２は、ボス部１１と３枚のヘリカル翼１２とを備えている（図３及び図４参照）。ボス部１１は羽根保持部１１ａとこれの下側に配置される単独の先端部１１ｂとを備えている。羽根保持部１１ａは先細りのテーパ状とされた外周面ｃ０１を有し、この外周面ｃ０１に３枚のヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの翼元縁ｃ０２を一体状に結合され、中心部に段付の軸挿入孔ｃ０３を有している。先端部１１ｂは先細り状の半楕円回転体形状とされた外面を有すると共に中心部に回転軸３の先端雄ねじ部３ａに螺着されるナット部ｃ０４を有している。先端部１１ｂは回転軸３に羽根保持部１１ａを固定させ、インデューサ羽根車２の外面に沿って流れるクーラント液の流れを円滑化させる整流作用を奏する。

ヘリカル翼１２の枚数は図示のように３枚とするのが実際上好ましいが、２枚であっても或いは４枚以上であっても差し支えない。但し、ヘリカル翼１２を１枚のみにすることはインデューサ羽根車２の回転時のバランスや効率を確保する上で好ましくない。

この実施例では、インデューサ羽根車２におけるヘリカル翼１２は３枚であって、羽根保持部１１ａの外周面にこれの中心線ａ３周りの等角度間隔に固定されている。各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃは帯板を羽根保持部１１の外周面にこれの中心線ａ３回りの例えば２５０度〜３６０度の範囲に渡って螺旋状に巻き付けた状態に固定されている。各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃは中心線ａ３を含む平面（半径面）で切断したときの羽根切断面の中心線方向長さ中央点を連ねた線（羽根厚さ中央線）ａ４が中心線ａ３に直交する直線となるように位置決めされている。このさい、羽根厚さ中央線ａ４は強度的或いは水力的な性能の向上を図る上で、必ずしも中心線ａ３に直交していなくてもよく、またヘリカル翼１２の前面（正圧面）や後面（負圧面）が僅かな円弧状に屈曲したものであってもよい。また各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃは回転半径方向高さを入口部ｆ１の先端から出口部ｆ２の後端まで均一にしてもよく、或いは入口部ｆ１近傍や出口部ｆ２近傍で水力損失や応力集中を少なくするように変化させてもよいのであり、この実施例では入口部ｆ１近傍において先端に近づくほど高さが小さくなるように設計されている。

また図３に示すようにインデューサ羽根車２の各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの入口部ｆ１の角度（入口角度）θ１は７度に設定されている。ここに、入口角度θ１とは各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの代表位置（例えばヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの翼元縁ｃ０２）の入口部ｆ１での微少長さ部分と、中心線ａ３に直交する平面との交叉角を言う。

一方、インデューサ羽根車２の各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出口部ｆ２の角度（出口角度）θ２は９度に設定されている。ここに、出口角度θ２とは各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの代表位置（例えばヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの翼元縁ｃ０２）の出口部ｆ２での微少長さ部分と、中心線ａ３に直交する平面との交叉角を言う。
そして各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの入口部ｆ１の先端から出口部ｆ２の後端までは該ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの翼元縁ｃ０２上の任意点の微少長さ部分と、中心線ａ３に直交する平面に対するとの交叉角が漸増するように円滑に結合されている。

さらにインデューサ羽根車２は、図４に示すようにヘリカル翼１２の外径ｄ２を１２９．６ｍｍに、ハブ部１１の入口側の径（入口ハブ径）を５１．９１ｍｍに、ハブ部１１の入口側の外径を７７．４８ｍｍに、ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの厚さを３．８７ｍｍに、ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの中心線ａ３方向の長さをヘリカル翼１２の外径ｄ２の７０％に、回転数を３５００ｒｐｍに、入口流量係数を０．００４６に設定されている。

図１、図２及び図４に示すように、回転軸３は駆動部４の出力軸であり下部に第１段部３ｂを介して第１細径部３ｃが形成されている。さらにその下側に第２段部３ｄを介して第２細径部３ｅを形成され、この第２細径部３ｅの下側に第３段部３ｆを介して雄ネジ部３ａが形成されている。そして、第１細径部３ｃは羽根保持部１１ａの軸挿入孔ｃ０３の大径部に内挿され、第２細径部３ｅは軸挿入孔ｃ０３の小径部に内挿されており、第２段部３ｄが軸挿入孔ｃ０３の段部に衝接して羽根保持部１１ａの上方変位を規制している。雄ネジ部３ａは羽根保持部１１ａの軸挿入孔ｃ０３の下方へ突出し、ナット部ｃ０４を介して先端部１１ｂを締結状に螺着され、羽根保持部１１ａを回転軸３の下端に固定状態に位置決めされている。第２細径部３ｅの外周面と羽根保持部１１ａの軸挿入孔ｃ０３の小径部の内周面とのそれぞれにキー溝が形成されており、これらキー溝間にキーｃ０５が嵌合されて羽根保持部１１ａと回転軸３との相対回転を規制している。ポンプケーシング１の下端からインデューサ羽根車２のヘリカル翼１２の入口部ｆ１の先端までの高さｃ２０（図２）は、５７．３ｍｍである。

駆動部４は電動モータで形成されている。電動モータ４は上部ケーシング１ａに介材ブロック部１３やボルトｂ２を介して結合され、ポンプケーシング１と一体化されている。

《本実施例のクーラントポンプの使用例》
次に本実施例のクーラントポンプの使用例を示す。
図５に示すように、ポンプケーシング１のクーラント液出口５ｂよりも下方部分は、工作機械などのクーラント液タンク１４の内側に位置するよう固定される。クーラント液タンク１４内にはクーラント液ｇがインデューサ羽根車２よりも上方まで貯溜される。
吐出管８を延長されて供給ライン１５が形成され、その先端が工作機械の金属加工箇所１６などに導かれる。供給ライン１５の途中にはクーラントポンプ１００から圧送されたクーラント液ｇに混入した切粉などの異物を漉し取るための濾過装置１７が設けられる。金属加工箇所１６などの下部とクーラント液タンク１４の間には金属加工箇所１６などに供給されて落下したクーラント液ｇが自然に流下してクーラント液タンク１４内に帰還するための排出ライン１８が形成される。

この状態の下で、クーラントポンプ１００が作動されると、クーラント液タンク１４内のクーラント液ｇが、駆動部４により回転されるインデューサ羽根車２の送液作用により送り出され、金属加工箇所１６などに供給され、この後、排出ライン１８を通じることにより、切粉などと一緒になってクーラント液タンク１４内に帰還する。

このように帰還するクーラント液ｇは排出ライン１８に流れ込む過程で粒径が２ｍｍ以上の切粉などの異物を除去することが可能であり、これによりクーラント液タンク１４内に２ｍｍ以下の粒径の切粉などが侵入することは回避される。

本実施例のクーラントポンプ１００においてはその作動中、単一のインデューサ羽根車２がポンプの全揚程を生じさせる。

《実施例のクーラントポンプ１００の性能試験結果と、その特性に関連した作用》
クーラントポンプ１００の性能試験結果について図６を参照して以下に説明する。
図６において、横軸は流量係数φで、次の式（１）で算出されるものである。
φ＝Ｑ／Ｄｔ^２・Ｕｔ・・・・式（１）
ここに、Ｑは流量（ｍ^３／ｓ）、Ｄｔはヘリカル翼１２の外径（ｍ）、Ｕｔはヘリカル翼１２の周速度（ｍ／ｓ）である。

縦軸は揚程係数ψとポンプ効率η（％）を表しており、このさい揚程係数ψは次の式（２）で算出されるものである。
ψ＝ｇＨ／Ｕｔ^２・・・・式（２）
ここに、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）、Ｕｔはヘリカル翼１２の周速度（ｍ／ｓ）である。

図６において、流量係数φとポンプ効率ηとの関係は曲線ｅ１で表され、流量係数φと揚程係数ψとの関係は曲線ｅ２で表される。
この図６において、基準の使用状態（通常使用状態の意味で、一般に設計点とされる状態）での流量を表す流量係数φの大きさは０．０２〜０．０３の範囲内の数値であって縦線ｅ３の位置に対応する大きさである。この基準の使用状態では比速度Ｎｓ（ｍ^３、ｍｉｎ、ｍ）は凡そ５５０程度となる。比速度が５５０の位置における揚程係数ψの大きさは０．２０〜０．２５の範囲内程度で、揚程は約８．５ｍ程度である。

このとき、インデューサ羽根車２は回転数が凡そ３５００ｒｐｍであり、流量は０．６ｍ^３であるが、これらの数値は遠心羽根車を備えた既存のクーラントポンプの対応する数値にほぼ合致している。

また曲線ｅ１によれば、比速度Ｎｓが５５０となる点でのポンプ効率ηは３０％程度となっている。この３０％の数値は、従来の遠心羽根車を備えた既存のクーラントポンプの効率が５０％であるのに較べ低いものとなっているが、このことはクーラント液出口５ｂ近傍に図２中に仮想線で示すようにクーラント液ｇの旋回規制板１９を設けたりポンプケーシング１内の流路形状を改善することにより解消される。ここに旋回規制板１９は平板状のもので上下方向に沿ったものであり、流路を９０度以上に曲げるようなものとはされない。

また曲線ｅ２は流量係数φが小さくなるに伴って、揚程係数ψが大きくなることを示しているが、これは流量係数φが数値「０．０４」の位置から最小の数値「０」までの任意点で使用されても、サージングを誘発することなく作動することを示している。
一方、遠心羽根車を備えた従来のクーラントポンプでは、流量係数φが小さいときには、流量係数φが小さくなるに伴って、揚程係数ψが小さくなる性質を有するが、これに起因して、従来のものは本実施例のクーラントポンプ１００に較べてサージングが発生し易いものとなる。

図６中、ｅ０１は羽根車形状が同一の場合で周囲環境の異なる状態での効率を表す曲線であり、ｅ０２は羽根車形状が同一の場合で周囲環境の異なる状態での揚程係数を表す曲線である。ここで、ｅ１やｅ２の曲線と対比すると差が生じているが、これは吸込側でクーラント液ｇに旋回が発生し、それによりポンプ１００の液送りに対して逆流が促進されるためであり、またこの逆流したクーラント液ｇが再度、ポンプ１００に吸い込まれて揚程が上昇するためのである。

《本実施例のクーラントポンプ１００が奏する他の作用》
本実施例のクーラントポンプ１００において、キャビテーション係数と揚程係数との関係を流量係数φの異なる複数の状態で試験したところ、図７に曲線ｅ４で示すように、揚程が３％低下した点ｈ１を過ぎても、揚程係数ψが急落するものとならない。ここに、ｅ４（１）からｅ４（６）までのそれぞれの曲線ｅ４はそれぞれ異なる流量係数φに対応するものである。一方、遠心羽根車を備えた従来のクーラントポンプについて、同様の試験をしたところ、図８に曲線ｅ５で示すように、キャビテーションが発生して揚程が低下し始めると、直ぐに、揚程係数ψが急落し、揚液不能になってしまう。ここに、ｅ５（１）からｅ５（６）までのそれぞれの曲線ｅ５はそれぞれ異なる流量と羽根車回転数に対応するものである。このように本実施例のクーラントポンプ１００においては、キャビテーションが発生しても、遠心羽根車を備えた従来のクーラントポンプに較べ揚程係数ψが低下し難い。その理由は、遠心羽根車が遠心力で流体に力を付与するのに対して、インデューサ羽根車２は流体に力を付与する手段が翼理論によるからである。クーラントポンプ１００の特性は図５に示すような使用において、クーラント液タンク１４内のクーラント液ｇが低レベルになってもクーラント液ｇを吸引し、吐出側へ送り出すことを可能としている。これにより、インデューサ羽根車２はヘリカル翼１２の先部が少しでもクーラント液ｇに浸っておれば、揚水することできる。

またクーラントポンプ１００はポンプケーシング１が直管部材５、１０で形成され、且つ、インデューサ羽根車２が斜流ポンプの羽根車に属する形態であるため、クーラント液ｇの流れる流路が大きく屈曲するものとならず、また流路の断面積も比較的広く確保されることから、クーラント液ｇの圧送中、これに混入した切粉などの異物がポンプケーシング１内に堆積し難く、クーラント液ｇ中に浮遊状態で混入し流動され易い。その結果、異物が流路を閉塞するような事態は防止される。

これに対し、従来の遠心羽根車を備えたクーラントポンプは、図９に示すように、吸込口２０からポンプケーシング２１内に矢印ｉ１で示すように入ったクーラント液は９０度に折れ曲がりつつ遠心羽根車２２の狭隘な流路２２ａに流れ込み、遠心羽根車２２から流出した後のクーラント液は吸込口２０の外側に環状に配置された渦巻室２３内に矢印ｉ２で示すように流入し、その後、矢印ｉ３で示すように上方へ向け９０度に折れ曲がりつつ吐出管２４内に流入し上方へ移動し吐出口２５から矢印ｉ４で示すように流出する。このように従来のクーラントポンプではクーラント液は狭隘な流路や全体としてＳ字状に折れ曲がった流路を経て流動することから、クーラントポンプ１００に較べると、ポンプケーシング１内に切粉などの異物が堆積し易く、流路が閉塞され易いのである。

またクーラントポンプ１００は、インデューサ羽根車２の入口角度θ１を、入口部ｆ１に流入するクーラント液ｇのインデューサ羽根車２に対する相対角度に対し意図的に非合致状態としているという第１の理由と、インデューサ羽根車２とポンプケーシング１の内方空間ｃ０の内周壁面の半径上の隙間ｃ３を従来の遠心羽根車を備えたクーラントポンプの場合よりも大きく設定されているという第２の理由とにより、インデューサ羽根車２の下方のポンプケーシング１内のクーラント液ｇは従来のクーラントポンプに較べ積極的に旋回力を付与されるものとなる。これをさらに詳細に説明すると、第１の理由に基づいて、インデューサ羽根車２の下側のクーラント液ｇが駆動部４で回転されるインデューサ羽根車２のヘリカル翼１２の入口部ｆ１に衝突して旋回力を付与されるようになる。また第２の理由に基づいて、ヘリカル翼１２の昇圧させたクーラント液ｇが半径上の隙間ｃ３を通じて従来のクーラントポンプの場合よりも多量に下向きへ漏れ出し、この漏れ出しによりインデューサ羽根車２の下方のポンプケーシング１内のクーラント液ｇが旋回力を付与されるようになる。このようにしてポンプケーシング１内にて旋回されるクーラント液ｇは吸込口１０ｂを通じてポンプケーシング１の外側のクーラント液ｇに旋回のためのエネルギを付与し、やがてクーラント液タンク１４内のクーラント液ｇの全体が旋回されるようになる。なお、クーラントポンプ１００は、クーラント液タンク１４内のクーラント液ｇ全体の旋回を促進するため、インデューサ羽根車２の下側はクーラント液タンク１４に開放されており、旋回防止板のような旋回を阻害するものは付加していない。

このようなクーラント液ｇの旋回はクーラント液ｇに混入している粒径が２ｍｍ以下の切粉などの異物をクーラント液ｇ中に浮遊流動させてクーラント液ｇと共にポンプケーシング１の吸込口１０ｂ内に流動させる。したがって、クーラント液タンク１４内の底面上に切粉などの異物が沈殿して堆積することは抑制され、清掃の手間が省ける。

《本実施例に係るクーラントポンプ１００の全揚程の増大化のための第１の処理》
従来のインデューサ羽根車は、３５００ｒｐｍ以下で回転される場合において、一般的な工作機械などに使用されるクーラントポンプとして必要とされる数ｍ（例えば６ｍ程度〜２０ｍ程度）を超えるような揚程を発生させるものとはなっていない。クーラントポンプ１００において、インデューサ羽根車２の形態は固定的であるため、流量係数φと揚程係数ψとの関係は任意に変更することはできないのであり、これを種々の全揚程のクーラントポンプに適合するように変更するにはインデューサ羽根車２の各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出口角度θ２を変化させなければならない。

このように出口角度θ２を変化させた場合の、出口角度θ２と揚程係数ψとの関係について図１０を参照して説明する。
図１０において、横軸は羽根車の出口角度θ２（度）であり、縦軸は揚程係数ψである。曲線ｅ６はコンピュータによるシミュレーションや簡易な実験により確認した出口角度θ２と揚程係数ψとの関係を表すものである。

この図１０から判断されるように出口角度θ２が増大していくとき、出口角度θ２が７度近傍では曲線の傾斜角度は緩やかに増大していき、９度を超えると、これよりも小さい出口角度θ２における曲線ｅ６の傾斜角度よりも大きな傾斜角度となっている。

これを言い換えると、インデューサ羽根車２の出口角度θ２を９度以上に設定すると、各ヘリカル翼１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出口部ｆ２における揚程は比較的大きく変化させることができるのであり、また出口角度θ２を例えば３０度程度まで増大させると、本実施例のクーラントポンプ１００の揚程は大幅に増大させることができ、一般にクーラントポンプとして要求される広い範囲の揚程に対応させることが可能となる。

曲線ｅ６のデータを取得したインデューサ羽根車２の入口角度θ１は７度であるから、出口角度θ２は、入口角度θ１と比較したとき、これよりも２度以上大きい任意な大きさに設定されることにより、クーラントポンプ１００は比較的広い範囲における任意な大きさの揚程を生じるものとなる。これをさらに言い換えれば、出口角度θ２が入口角度θ１よりも２度以上大きい任意な大きさに設定されることにより、インデューサ羽根車２の基準の使用状態における比速度を比較的広い範囲で大小に変化させることができ、インデューサ羽根車２を備えた本発明に係るクーラントポンプ１００を、比較的広い揚程範囲における任意な大きさの揚程を発生するものとすることができる。

このように形成される本実施例に係るインデューサ羽根車２（前者）と従来におけるインデューサ羽根車２（後者）との相違点は次のとおりである。
ａ：前者はポンプ１００の全揚程を生成するものであるのに対し、後者は主体をなす別の羽根車のキャビテーションなどを防止するために液吸引側に付加的に設けられるものである。
ｂ：前者は出口角度θ２が２度以上であるのに対し、後者はこれよりも小さい。
ｃ：前者は基準の使用状態における比速度が最小で２５０程度とされることがあるが、後者は基準の使用状態における比速度が最低でも８００程度を超えるものとされる。
ｄ：前者は３５００ｒｐｍ以下で使用されることがあるが、後者は一般に７０００ｒｐｍ以上で使用される。

このような相違を有する前者のインデューサ羽根車２を備えた本実施例のクーラントポンプ１００は、単に、従来のインデューサ羽根車２を新規な用途に使用したに留まらず、従来と相違した構造及び概念を有するインデューサ羽根車２を備えるものであり、実用性に優れたものである。

《本実施例に係るクーラントポンプ１００の全揚程の増大化のための第２処理》
本実施例のクーラントポンプ１００においては、作動中に、インデューサ羽根車２とポンプケーシング１の内方空間ｃ０の周壁面との半径上の隙間ｃ３からクーラント液ｇが漏れ出て、この漏れ出たクーラント液ｇがインデューサ羽根車２より下側のポンプケーシング１内のクーラント液ｇやクーラント液タンク１４内のクーラント液ｇを旋回させる上で寄与することは既に説明したが、このように旋回しているクーラント液ｇはこれを吸引するクーラントポンプ１００の揚程を上昇させるように作用するのである。

そこで、ポンプケーシング１の形状は変化させないでインデューサ羽根車２の径を小さくすることでインデューサ羽根車２とポンプケーシング１の内方空間ｃ０の内周壁面との半径上の隙間ｃ３を変化させた場合の、該隙間ｃ３と、該隙間ｃ３からの漏れ量及びクーラントポンプ１００の揚程係数との関係について、図１１を参照して説明する。

図１１において、横軸は半径上の隙間ｃ３（ｍｍ）の大きさを表示するものであり、縦軸は漏れ量（ｍ^３）及び揚程係数ψを表すものである。曲線ｅ７はコンピュータによるシミュレーションや簡易な実験により確認した隙間ｃ３と揚程係数ψとの関係を表すものであり、その形状はサインカーブに近似したものとなっている。曲線ｅ７のデータを取得するときにおいて、半径上の隙間ｃ３が１．５ｍｍのとき、クーラントポンプ１００の揚程は６．４ｍでクーラント液ｇの流量は０．２ｍ^３／ｍｉｎである。

この図１１から判断されるように半径上の隙間ｃ３が増大していくとき、半径上の隙間ｃ３の大きさが１．３ｍｍ（インデューサ羽根車２の外径に対する割合で表示すると１％の大きさ）近傍では漏れ量及びクーラントポンプ１００の揚程係数との関係を表す曲線ｅ７の傾斜角度は小さく、その後、次第に大きくなり、半径上の隙間ｃ３が或る大きさを過ぎると、その後は次第に小さくなり、半径上の隙間ｃ３の大きさが４．３ｍｍ（インデューサ羽根車２の外径に対する割合で表示すると３．３％の大きさ）近傍では再び小さくなり、やがて正負の反転する極点ｋ１（半径上の隙間ｃ３の大きさが約４．８ｍｍの点）に到達し、その後は負の値となってその絶対値が次第に増大するように変化していく。

したがって半径上の隙間ｃ３は、該隙間ｃ３の大きさと、該隙間ｃ３を通じて前記ポンプケーシング１の吸込口１０ｂ側へ漏れ出る流量とが比例して増大する範囲内の大きさに設定することが、極点に対応した隙間より大きい範囲上で設定するよりも、この隙間ｃ３から漏れるクーラント液ｇによるクーラントポンプ１００の全揚程を効果的或いは効率的に増大させる上で有効であり、その数値の範囲をインデューサ羽根車２の半径に対する割合で表すと、1％以上である。この割合としてさらに好ましくは、曲線ｅ８の傾斜角度の大きい範囲の隙間ｃ３の数値、２％〜５％の範囲が良い。

この隙間ｃ３から漏れ出るクーラント液ｇによるクーラントポンプ１００の揚程の上昇分を揚程係数ψで示すと、図６から判断して最大で０．１５程度であり、その大きさは特に流量が極めて小さいときは基準の使用状態におけるクーラントポンプ１００の全揚程の約５０％程度を超えるようにもなり、その有効性が理解される。

一般的にはポンプケーシング１とインデューサ羽根車２との半径上の隙間ｃ３は流体が出来るだけ漏れでないように設定されるのであり、その大きさはインデューサ羽根車２の外径の０．５％以下程度とされる。
したがって本実施例に係る半径上の隙間ｃ３はポンプケーシング１内の流体が出来るだけ漏れ出ないように配慮される従来の羽根車とポンプケーシングとの隙間と較べ、その存在理由及び大きさにおいて明確に区別されるものである。

《本実施例に係るクーラントポンプ１００の特徴的構成及び作用〉
次に本実施例に係るクーラントポンプ１００の特徴的構成について補足的な説明をする。
（１）インデューサ羽根車２が２９００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍで回転される構成をされているが、該構成はインデューサ羽根車２を回転させるための駆動部４である電動モータが汎用的に使用されるもので済むようになる上で寄与する。これにより、クーラントポンプ１００の製造コストが低減される。
ここに、２９００ｒｐｍの回転速度は周波数が５０サイクルの商用電源で駆動される２極の電動モータ４の回転速度であり、３５００ｒｐｍの回転速度は周波数が６０サイクルの商用電源で駆動される２極の電動モータ４の回転速度である。これらの回転速度には、電動モータの出力軸の回転に伴うスリップが見込まれている。

（２）基準の使用状態での比速度Ｎｓ（ｍ^３、ｍｉｎ，ｍ）が２５０〜６５０の範囲内とされ、このさいインデューサ羽根車２の回転速度は２９００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍとされる。そして、比速度Ｎｓが２５０のときの、クーラントポンプ１００の揚程は例えば２０ｍ程度であり、その流量は例えば１５０リットル／ｍｉｎ程度となる。一方、比速度Ｎｓが６５０のときの、クーラントポンプ１００の揚程は例えば１０ｍ程度であり、その流量は例えば５００リットル／ｍｉｎ程度となる。これにより、本実施例のクーラントポンプ１００は実際上必要とされる種々の揚程と流量の得られるものとなる。

（３）ポンプケーシング１が上部にクーラント液出口５ｂを形成され下端をクーラント液ｇの吸込口１０ｂとされ自身の中心線ａ１、ａ２が縦向きとされ外径がインデューサ羽根車の外径よりも大きく直線状の円筒内部の空間である内部空間ｃ０を備え、またインデューサ羽根車２がポンプケーシング１の前記内部空間ｃ０内のクーラント液出口５ｂよりも下側範囲内に同心状に配置され入口部ｆ１を下位に且つ出口部ｆ２を上位に位置されている。このような構成のポンプケーシング１は直状管鋼管やフランジなどの既存の部材の活用により安価に形成することができる。またポンプケーシング１やインデューサ羽根車２は吸込口１０ｂを通じてクーラント液タンク１４内のクーラント液ｇに旋回力を効率的に付与するものとなり、且つ、旋回状態のクーラント液ｇの運動エネルギを無駄に消失させることなく、これを吸い上げるものとなる。

（４）駆動部４がポンプケーシング１の内部空間ｃ０内のインデューサ羽根車２の上側範囲の中心位置に配置される回転軸３を介してインデューサ羽根車２を回転させるようにしている。この構成によれば回転軸３はポンプケーシング１で包囲されて他物と接触することのないものとなり、また内部空間ｃ０内のインデューサ羽根車２の上側範囲で中心部の回転軸３を除いた筒状の領域はインデューサ羽根車２の送り出したクーラント液ｇの流出路として活用され、クーラント液ｇ中に含まれる切粉などの異物の堆積を従来のクーラントポンプに較べ抑制することができる。

（５）ポンプケーシング１の内部空間ｃ０内におけるインデューサ羽根車２の下端から吸込口１０ｂまでの範囲の全体が真っ直ぐでインデューサ羽根車よりも大きな外径の完全な空所とされている。この構成によれば、インデューサ羽根車２は障害物に邪魔されることなくクーラント液タンク１４内のクーラント液ｇに旋回力を効率的に付与することができ、また旋回状態のクーラント液ｇをその運動エネルギを無駄に消失させることなく吸い上げることができる。

（６）ポンプケーシング１の内部空間ｃ０内におけるインデューサ羽根車２の上端からクーラント液出口５ｂまでの範囲のうち回転軸３を除いた領域は空所であるか、或いは該空所内に旋回規制板１９を固設された構成である。これによれば、インデューサ羽根車２が送り出したクーラント液ｇはクーラント液出口５ｂまで流動する。旋回規制板１９が設けられていると、インデューサ羽根車２が送り出したクーラント液ｇの旋回を旋回規制板１９が規制して旋回エネルギを圧力に変換しクーラント液出口５ｂから流出するクーラント液ｇの圧力を上昇させる。

（７）ポンプケーシング１の内部空間ｃ０内におけるインデューサ羽根車２の上端からクーラント液出口５ｂまでの範囲の上下長さがインデューサ羽根車２の外径の２倍〜３倍程度にされている。これにより、ポンプケーシング１の内部空間ｃ０内におけるインデューサ羽根車２の上端からクーラント液出口５ｂまでの範囲内にたとえ旋回規制板１９が存在しなくても、インデューサ羽根車２が送り出したクーラント液ｇの旋回はポンプケーシング１の内面との摩擦や、クーラント液の粘性抵抗などで抑制されるようになる。

１００クーラントポンプ
１ポンプケーシング
２インデューサ羽根車
３回転軸
４駆動部
５ｂクーラント液出口
１１ボス部
１０ｂ吸込口
１２ａヘリカル翼
１２ｂヘリカル翼
１２ｃヘリカル翼
Ｎｓ比速度
θ２出口角度
θ１入口角度
ａ１中心線
ａ２中心線
ｃ０内部空間
ｃ３隙間
ｄ２ヘリカル翼１２の外径
ｆ１入口部
ｆ２出口部
ｇクーラント液

Claims

クーラント液を吸い上げるクーラントポンプであって、上部にクーラント液出口が形成され下端にクーラント液の吸込口が形成された筒状の内部空間を備えたポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に該ポンプの全揚程を生成させる単一のインデューサ羽根車を備え、前記インデューサ羽根車はボス部の外周囲に複数のヘリカル翼を固設され、かつ各ヘリカル翼について出口角度を入口角度よりも２度以上大きく設定されていることを特徴とするクーラントポンプ。
前記インデューサ羽根車と前記ポンプケーシングの内周壁面との半径上の隙間が前記インデューサ羽根車部の外径の１％以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載のクーラントポンプ。
前記インデューサ羽根車と前記ポンプケーシングの内周壁面との半径上の隙間が前記インデューサ羽根車部の外径の５％以下に設定されていることを特徴とする請求項２記載のクーラントポンプ。
前記内部空間内における前記インデューサ羽根車の下端から前記吸込口までの範囲の全体は前記インディーサ羽根車の外径よりも大きな径の空所とされていることを特徴とする請求項２記載のクーラントポンプ。
前記内部空間内における前記インデューサ羽根車の上端から前記液出口までの範囲に旋回規制板が上下方向に沿わせで配置されていることを特徴とする請求項１記載のクーラントポンプ。