JP5101189B2 - ポンプの軸受 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプの軸受に関し、特に主軸の回転に対して供回りが防止できるものに関する。

現在、液体を供給するポンプ等には、回転軸やケースの磨耗や齧り付き等を防止するために回転軸の軸受けが設けられている。このような回転軸の軸受として、軸受を接着剤や充填剤を用いてケースに密着固定することで、回転軸との供回りを防止する軸受や、軸受の供回りを防止するために、ゴム剤等の樹脂（合成樹脂を含む）等によりモールドする軸受が知られている。このような充填剤を用いた軸受として、例えば摺動面をセラミックにより形成されたセラミック軸受が知られている（例えば特許文献１参照）。

このような軸受けは、例えば二分割された金属ケースの内周面それぞれに複数に分割（４分割等）したセラミックの部材を充填剤により固定されている。この金属ケースを合わせて一体のリング状とすることで、セラミック軸受が形成されている。充填剤は、金属ケースにセラミックを固着した後硬化することで、変形することなく、セラミックを固定可能なものとなっている。このようにセラミックを金属ケースに密着固定した後、摺動面を研削加工することで、摺動面が精度よく形成される。

このように形成されたセラミック軸受は、セラミックの外周面及び両端面の寸法制度が悪くても、金属ケースとの隙間が充填剤により満たされるため、製作コストが安価で製作されるとともに、充填剤で均一に衝撃荷重を受けるため、セラミックの破損が防止される。
特開平０５−０６５９２１号公報

上述したような軸受では、次のような問題があった。即ち、軸受を接着剤、充填剤又は樹脂等の固着剤を用いた軸受では、固着剤の塗布が不十分であると、回転軸の回転時に、軸受がケースから離脱する虞があった。軸受がケースから離脱すると、回転軸と供回りを起こし、回転軸、軸受又はケース等が回転軸心に対して偏磨耗することがある。偏磨耗が発生すると、偏心回転となり、最悪の場合、ポンプが破損する虞もあった。

また、固着剤を用いた場合、固着剤の経年劣化や、液温や液質により固着剤が劣化すると、固着剤の性質が変化することで、強度が低下する虞もあり、使用時に軸受がケースから脱離してしまう虞もあった。また、接着剤、充填剤及び樹脂は高価であるため、製造コストの増大にもなる。さらに、固着剤の種類によっては、使用できる環境が制限されてしまうため、汎用性も悪くなる虞があった。

そこで本発明は、供回りを防止可能なポンプの軸受に関し、特に、固着剤を用いなくても確実に供回りを防止可能なものを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のポンプの軸受は次のように構成されている。

回転軸の外周に嵌合したスリーブと、その一方の端面に軸方向に突出する凸部、及び、前記一方の端面と前記凸部との交差する角部に逃げ部を有し、その内周面が前記スリーブの外周面と摺接する円筒状の軸受部と、前記回転軸が貫通する開口部、及び、この開口部の内周縁部に前記凸部と係合する切欠部が形成された前記軸受部の取付部を有するケース部材と、を備える。

本発明によれば、供回りを防止可能なポンプの軸受に関し、特に、固着剤を用いなくても確実に供回りを防止可能なものを提供することが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係る軸受５０を用いたポンプ１の一部構成を示す断面図、図２は同軸受５０の組み付けを示す斜視図である。なお、図１中Ｆは水の流れを示している。

図１、２に示すように、ポンプ１は、モータに接続された回転軸１０と、この回転軸１０に固定された複数のインペラ２０と、インペラ２０をそれぞれ覆う複数のポンプカバー３０と、インペラ２０及びポンプカバー３０の間に設けられたライナリング４０と、回転軸１０及びポンプカバー３０の間に設けられた軸受５０とを備えている。

インペラ２０は、例えばステンレスや樹脂等で形成され、インペラ２０の外周側に吐出口２１を、インペラ２０の一方の主面側（図中、下面側）に吸込口２２を備えている。

ポンプカバー３０は、椀状に形成され、内部がインペラ２０を収納する収納部と収納部の中心側からポンプカバー３０の外周方向へ開口するよう形成された流水路と、下面の中心側に設けられ、軸受５０が設けられる貫通孔３１とを備えている。なお、この流路は、ポンプカバー３０を接続させた際に、他のポンプカバー３０の収納部と連続する水の流れＦを形成する。

ポンプカバー３０は、ポンプカバー３０の上面に設けられた凸状接続部３２と下面側外周部に設けられた凹状接続部３３とを備えており、凸状接続部３２と凹状接続部３３とを接続させることでポンプカバー３０を複数段接続可能に形成されている。また、ポンプカバー３０の凸状接続部３２の内周部には、シール溝３４が設けられており、このシール溝３４に樹脂製のＯリング３５が装着されている。

貫通孔３１は、ポンプカバー３０の下面を貫通しており、軸受５０が設けられる固定溝３６と、固定溝３６の一部に後述する凸部５４が嵌入する切欠部３７が設けられている。また、ポンプカバー３０は、インペラ２０と所定の隙間により離間する貫通口３８を備え、貫通口３８には、ライナリング４０が設けられる例えば嵌入溝３９が形成されている。

ライナリング４０は、例えば嵌入溝３９に配置され、樹脂やＣＡＣ系の銅合金等により形成された円環状のライナリング本体４１と、このライナリング本体４１を覆うカバー４２とを備えている。

軸受５０は、貫通孔３１に設けられ、回転軸１０に嵌合することで固定されるスリーブ５１と、固定溝３６に設けられスリーブ５１の外周面が所定の隙間を有して挿入された軸受部５２とを備えている。
スリーブ５１は、例えばＳｉＣ（炭化珪素）系のセラミックにより円筒状に成型されており、その内径は、回転軸の外径と略同一とすることで、回転軸１０に固定可能に形成されている。

軸受部５２は、その内周面がスリーブ５１と摺動可能に形成された円筒部５３と、円筒部５３の一方の主面に設けられた凸部５４と、円筒部５３の一方の主面と凸部５４とが交わる角部に設けられた逃げ部５５とを備えている。また、軸受部５２は、スリーブ５１と同一材料の、例えばＳｉＣ（炭化珪素）系セラミックにより成型されている。逃げ部５５は、軸受部５２の軸心方向に半円状に形成されている。

このように構成された軸受５０を用いたポンプ１では、モータにより回転軸１０が回転すると、回転軸１０に固定されているインペラ２０も追従して回転する。この回転により、インペラ２０の吸込口２２から水が吸込まれ、吐出口２１から水が吐出される。このように、水がインペラ２０内部を介することで、順次インペラ２０内を通過し、水の流れＦに示すように、揚水されることとなる。

このようなポンプ１の運転時には、モータにより回転軸１０は回転し、回転軸１０に設けられたスリーブ５１の外周面と軸受部５２の内周面とは摺動することとなる。しかし、スリーブ５１の外径と軸受部５２の内径とは、齧り付き防止のためであって、回転軸１０の回転時に偏心やぶれが生じないような所定の隙間が設けられている。このため、スリーブ５１と軸受部５２との摺動時に、軸受部５２には回転方向の回転モーメントが発生する、即ち、軸受部５２にスリーブ５１と供回りする回転力が加わることとなる。

このとき、軸受部５２は、軸受部５２の凸部５４も回転方向に回転力が印加される。しかし、凸部５４の側面は切欠部３７の側面に当接するため軸受部５２は係止することとなる。このため、軸受部５２に回転力が印加されたとしても、凸部５４と切欠部３７により、確実に係止される。

また、軸受部５２の下面と凸部５４との交差する角部には、逃げ部５５が形成されているため、凸部５４の側面と切欠部５５の側面とは、離間することなく当接する。

このような構成の軸受５０とすることで、軸受部５２の下面に凸部５４を設け、凸部５４の側面とポンプケース３０の切欠部３７に当接させることで、軸受部５２に回転力が印加されても、スリーブ５１との供回りが確実に防止される。

また、軸受部５２の下面と凸部５４との交差する角部に逃げ部５５を設けることで、軸受部５２の成型時に軸受部５２の下面と凸部５４の角部に角半径（角Ｒ）が発生しないため、凸部５４の側面と切欠部３７の側面とが隙間なく当接することとなる。このため、軸受部５２に供回りをする回転力が印加されたとしても、軸受部５２が隙間分回転し、凸部５４の側面と切欠部３７の側面とが接触することで発生する騒音を防止するとともに、接触時の衝撃による軸受部５２の破損を防止することができる。

また、凸部５４と切欠部３７との当接により軸受部５２の供回りを防止することができ、さらに供回りの防止に接着剤や、他構成部品を用いなくてよいため、製造コストの低減にもなる。また、軸受部５２の逃げ部５５は、軸受部５２を型により成型する際に、型に逃げ部５５の形状の突起を設ければ容易に形成することが可能となる。このため、軸受部５２の加工コストの低減にもなる。

特に、複数のインペラ２０及びポンプケース３０を有する多段構造のポンプ１では、回転軸１０が長くなるため、回転時の偏心等を防止するための軸受５０も多数必要となる。このため、軸受５０を用いることで、軸受部５２の凸部５４を切欠部３７に係合させるだけでよく、組立工程の低減となり、製造コストの低減となる。

上述したように、本実施の形態に係る軸受５０によれば、製造コストを低減するとともに、確実に回転軸１０の回転による供回りを防止することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した軸受部５２に設けられた凸部５４は、軸受部５２の下面に１つ設けるとしたが、これは１つに限定されるものではない。例えば凸部５４を複数、例えば２つ設けた場合には、切欠部３７も同様に２つ儲け、凸部５４と切欠部３７とを係止すれば適用できる。このように、凸部５４を複数設けることで、軸受部５２に回転力が掛かった際に、凸部５４と切欠部３７とに加わる回転力に対する応力が２箇所（複数個所）に分散されるため、単位面積当たりの回転力が低減することとなる。このため、凸部５４又は切欠部３７に印加する応力が低減し、軸受部５２が高強度である必要がなくなり、軸受部５２、凸部５４又は切欠部３７を小型化とすることが可能となる。また、単位面積当たりの回転力が低下することで、凸部５４及び切欠部３７の寿命の向上や信頼性の向上にもなる。

また、上述した例では、スリーブ５１及び軸受部５２がＳｉＣ系セラミックにより成型されているとしたが、これは他のセラミックにより成型されていても適用できる。また、セラミックでなく、他部品であっても適用可能となる。

さらに、上述した例では、ポンプ１は多段構造のポンプであると説明したが、これは多段構造でなく、回転軸を有するポンプであれば適用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］回転軸の外周に嵌合したスリーブと、
その一方の端面に軸方向に突出する凸部を有し、その内周面が前記スリーブの外周面と摺接する円筒状の軸受部と、
前記回転軸が貫通する開口部、及び、この開口部の内周縁部に前記凸部と係合する切欠部が形成された前記軸受部の取付部を有するケース部材と、
を備えることを特徴とするポンプの軸受。
［２］前記スリーブ及び前記軸受部はセラミックにより形成されていることを特徴とする［１］に記載のポンプの軸受。
［３］前記軸受部は、前記一方の端面と前記凸部との交差する角部に逃げ部を有することを特徴とする［１］に記載のポンプの軸受。
［４］前記セラミックはＳｉＣ系であることを特徴とする［２］に記載のポンプの軸受。
［５］ 前記凸部は前記軸方向であって、周方向に離間して複数設けられていることを特徴とする［１］に記載のポンプの軸受。
［６］ 前記ポンプは、前記ケース部材を複数有する多段構造であることを特徴とする［１］に記載のポンプの軸受。

本発明の一実施の形態に係る軸受を用いたポンプの一部構成を示す断面図。 同軸受の組み付けを示す斜視図。

符号の説明

１…ポンプ、１０…回転軸、２０…インペラ、２１…吐出口、２２…吸込口、３０…ポンプケース、３１…貫通孔、３２…凸状接続部、３３…凹状接続部。３４…シール溝、３５…Ｏリング、３６…固定溝、３７…切欠部、４０…ライナリング、４１…ライナリング本体、４２…カバー、５０…軸受、５１…スリーブ、５２…軸受部、Ｆ…水の流れ。

Claims (5)

1. 回転軸の外周に嵌合したスリーブと、
   その一方の端面に軸方向に突出する凸部、及び、前記一方の端面と前記凸部との交差する角部に逃げ部を有し、その内周面が前記スリーブの外周面と摺接する円筒状の軸受部と、
   前記回転軸が貫通する開口部、及び、この開口部の内周縁部に前記凸部と係合する切欠部が形成された前記軸受部の取付部を有するケース部材と、
   を備えることを特徴とするポンプの軸受。
2. 前記スリーブ及び前記軸受部はセラミックにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプの軸受。
3. 前記セラミックはＳｉＣ系であることを特徴とする請求項２に記載のポンプの軸受。
4. 前記凸部は前記軸方向であって、周方向に離間して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポンプの軸受。
5. 前記ポンプは、前記ケース部材を複数有する多段構造であることを特徴とする請求項１に記載のポンプの軸受。

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