JP5785733B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を圧送するポンプ装置に関する。

流体を圧送させるポンプ装置は、主軸を介してポンプ内のインペラにモータの回転を伝達させることで当該インペラを回転させ、流体を増圧させる。このようなポンプ装置は、ポンプで増圧させた流体がモータに浸入することを防止するために、モータ及びポンプの主軸が挿通する部位にメカニカルシールが用いられる。

このようなポンプ装置の主軸は、モータの駆動軸に直接インペラを固定させて主軸とする構成や、モータの駆動軸に継手部材を介してインペラを固定させる主軸を接続して主軸とする構成（例えば、特許文献１参照）が知られている。

特開２００９−２２１９８７号公報

上述した主軸及びポンプ装置では、以下の問題があった。即ち、同様の性能を有するポンプ装置であっても、インペラの数やポンプケーシングの形状等の詳細形状によっては、主軸の長さ、径又は形状等の構成が異なる。また、使用する流体によっても、主軸の材質を変更する必要がある。これらのことから、同様の性能を有するポンプ装置であっても、主軸又はモータの共有化が困難であった。

また、主軸は、ポンプ及びモータの双方に位置する構成、換言すると、モータ側からポンプケーシングを介してポンプ内部に挿通される構成である。このため、流体に接しない部位においても耐腐食性を有する材料を用いる必要があり、各仕様流体によって、異なるモータとする必要があり、製造コストが増大する、という問題もある。

さらには、主軸の外径及びメカニカルシールの内径、又は、インペラの内径及びメカニカルシールの内径が異なるには、異なる径を有する主軸となる必要がある。このため、主軸の製造においては、大径の棒材の削りだしや、圧接加工による異径棒材の接合等の加工が必要となり、追加工や、加工精度の維持のために製造コストが増大する、という問題もある。

そこで本発明は、製造コストの低減が可能なポンプ装置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、本発明のポンプ装置は次のように構成されている。

本発明の一態様として、回転子を有するモータと、インペラ及びポンプケーシングを有するポンプと、前記ポンプケーシング外に配置される前記回転子又は前記回転子に接続される駆動軸に接続され、前記ポンプケーシングに挿入される、第１係合部を有する第１主軸、前記ポンプケーシング内に配置され、前記インペラが固定されるとともに、前記第１係合部と係合する第２係合部を有する第２主軸、及び、互いに係合した前記第１係合部及び前記第２係合部を固定する固定部材、を具備し、前記回転子及び前記インペラ、又は、前記駆動軸及び前記インペラを接続する主軸と、前記ポンプケーシング及び前記第１主軸間に設けられ、前記ポンプケーシング及び前記第１主軸間を液密に封止する封止部材と、
を備え、前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記第１主軸及び前記第２主軸の軸心方向に沿ってそれら一方が他方に挿入可能に形成されており、前記固定部材は、ピンであり、前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記軸心方向に対して直交する方向に前記ピンを嵌入可能な孔部を有する。

本発明によれば、製造コストの低減が可能なポンプ装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係るポンプ装置の構成を模式的に示す断面図。 同ポンプ装置の要部構成を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係るポンプ装置の構成を模式的に示す断面図。 同ポンプ装置の要部構成を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係るポンプ装置１を、図１及び図２を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るポンプ装置１の構成を一部外観で模式的に示す説明図、図２はポンプ装置１の要部である主軸５を図１中のＩＩ部において拡大して示す断面図である。

図１に示すように、ポンプ装置１は、駆動軸３ａを有するモータ３と、ポンプ４と、主軸５と、駆動軸３ａと主軸５とを接続する継手部材６と、封止部材７と、を備えている。ポンプ装置１は、例えば縦型の多段ポンプである。

モータ３は、第１外郭部材１０と、第１外郭部材１０の内部に設けられた図示しない固定子及び回転子と、回転子に固定された駆動軸３ａと、駆動軸３ａを回転自在に支持する軸受１１と、を備えている。

ポンプ４は、第２外郭部材１６と、第２外郭部材１６内に設けられる複数のポンプケーシング１７と、ポンプケーシング１７内に設けられる複数のインペラ１８と、を備えている。第２外郭部材１６は、主軸５を挿通可能に形成される。

第２外郭部材１６は、主軸５を挿通させる挿通孔１９と、主軸５及び挿通孔１９との隙間を封止（密閉）する封止部材７を収納する収納部２０を備えている。第２外郭部材１６及びポンプケーシング１７は、その間に、図１中、流体の流れＦに示すように、インペラ１８で増圧した流体の流路を形成する。インペラ１８は、主軸５に回転自在に固定されている。

主軸５は、駆動軸３ａとインペラ１８とを接続する。主軸５は、複数に分割されて形成されている。具体的には、主軸５は、第１主軸２１と、第２主軸２２と、固定部材２３と、を備えている。第１主軸２１は、第２外郭部材１６の挿通孔１９に挿通されると共に、その外面に封止部材７の一部が設けられる。第１主軸２１は、その一端が継手部材６により駆動軸３ａに接続されている。

第１主軸２１は、その他端に第１係合部２５が設けられている。第１係合部２５は、スリーブ形状、例えば、その内部に第２主軸２２の一方を挿入可能に形成されるとともに、固定部材２３により第２主軸２２を固定可能に形成されている。具体的には、第１係合部２５は、その内部に第２主軸２２の一方を挿入可能に形成された円筒状又は方体状に形成されるとともに、その一部に固定部材２３の取付部２６を備えている。

第２主軸２２は、インペラ１８を固定可能に形成されている。また、第２主軸２２は、その一端に第２係合部２８が形成されている。第２係合部２８は、第１係合部２５と係合可能、且つ、固定部材２３により第１主軸２１に固定可能に形成されている。

具体的には、第２係合部２８は、その先端を第１係合部２５に挿入可能に形成されるとともに、固定部材２３の取付部２９を備えている。

固定部材２３は、第１主軸２１及び第２主軸２２の軸方向及び径方向に固定可能に形成されている。例えば、固定部材２３は、固定ピンが用いられ、取付部２６，２９は、当該固定ピン２３を嵌入可能な孔部である。なお、固定部材２３は、例えば、ピンを圧入により設けたり、スプリングピンを用いることで、取付部２６，２９からの脱離が防止される。

継手部材６は、一対の半円筒部材３１，３１により構成されている。継手部材６は、ボルト等の締結部材により一対の半円筒部材３１，３１を一体に結合することで円筒状に組立可能に形成されている。また、継手部材６は、半円筒部材３１，３１を円筒状に組立てることで、駆動軸３ａ及び主軸５を固定可能に形成されている。なお、ここで、継手部材６による駆動軸３ａ及び主軸５の固定方法は、例えば、キー３３及びスナップリング３４により固定する方法や、ピン３５による固定方法を用いればよい。なお、継手部材６と駆動軸３ａ及び主軸５の固定方法は適宜設定可能である。

封止部材７は、所謂メカニカルシールであり、第２外郭部材１６に設けられた固定環３８と、第１主軸２１に固定された回転環３９と、を備えている。封止部材７は、第２外郭部材１６の収納部２０に収納される。固定環３８は、第２外郭部材１６の挿通孔１９に固定され、回転環３９と摺動可能に形成されている。

回転環３９は、固定環３８に対して付勢されるとともに、第１主軸２１に従動可能に設けられている。このような封止部材７は、固定環３８に付勢されて当接した回転環３９が回転することで、固定環３８及び回転環３９との当接部が摺動し、当該摺動により、封止可能に形成されている。

このように構成されたポンプ装置１は、モータ３の固定子に電力が供給されることで回転子が回転し、当該回転子の回転により、駆動軸３ａが回転することとなる。駆動軸３ａの回転は、継手部材６を介して主軸５に伝達され、主軸５が回転する。

主軸５は、第１主軸２１及び第２主軸２２が、固定ピン２３により固定されているため、当該回転により、第１主軸２１及び第２主軸２２が回転することで、インペラ１８が回転する。当該インペラ１８が回転することで、図１の矢印Ｆに示すように、流体が増圧され移動する（圧送される）。なお、回転環３９が回転して固定環３８と摺動することで、増圧された流体は封止部材７により封止される。このため、増圧された流体は、第２外郭部材１６と主軸５との隙間から漏洩することなく、ポンプ４の二次側に圧送されることとなる。

このようなポンプ装置１において、主軸５は、第１主軸２１及び第２主軸２２に分割されており、第１主軸２１に封止部材７の回転環３９を嵌合させ、第２主軸２２にインペラ１８を固定し、これら第１主軸２１及び第２主軸２を固定部材２３で固定する構成である。このため、第１主軸２１と第２主軸２２とが、径や形状が異なる外形状及び異なる材料で形成されていても、第１係合部２５及び第２係合部２８で第１主軸２１及び第２主軸２２を係合させて固定部材２３により固定することで、一体の主軸５とすることが可能となる。

具体的には、第１主軸２１は、封止部材７の回転環３９を、第２主軸２２は、インペラ１８を、それぞれ固定させる構成であり、第１主軸２１及び第２主軸２２は、その外径及び形状が異なる。即ち、第１主軸２１は、回転環３９を固定可能な外径及び形状である必要があり、同様に、第２主軸２２は、インペラ１８を固定可能な外径及び形状である必要がある。

ここで、従来の技術のように第１主軸２１及び第２主軸２２を分割せずに一本で形成した主軸すると、その外形状の加工や異なる外径の棒材の圧接等の追加工が必要となり、製造コストが増大するとともに、主軸の加工精度が低下する、という問題がある。

しかし、本願発明は、第１主軸２１及び第２主軸２２で必要な形状や材料を適宜設定し、これら第１主軸２１及び第２主軸２２を第１係合部２５、第２係合部２８及び固定部材２３により連結し、固定することで主軸５を構成する。

このため、第１主軸２１及び第２主軸２２は、異なる材料及び形状、即ち、流体の液質や用途に応じた適切な材料、表面処理、表面粗さ、長さ、形状及び径を適宜設定することが可能となる。また、一体とするための追加工を行う必要もない。

また、ポンプ４の能力、寸法又は形状の異なる複数のポンプ装置１に例えば同一のモータ３を用いたとしても、主軸５は、第１主軸２１及び第２主軸２２を適宜交換することで、当該モータ３と、各能力、寸法又は形状のポンプ４と接続することが可能となる。このように、分割された複数の構成要素２１，２２，２３からなる主軸５を用いることで、異なる複数のポンプ装置１においてモータ３又はポンプ４を共用化することが可能となり、汎用性の向上が可能となる。

また、このような組み合わせが可能となることで、必要な形状、寸法及び加工は、必要な部位にのみすればよい。即ち、例えば、第１主軸２１には、回転環３９を固定するための外径を形成し、第２主軸２２には、インペラ１８を固定するための外径を形成すればよい。また、薬液等が混入された流体にポンプ装置１が用いられる場合には、当該流体に接触する主軸５の構成要素の材料のみを、チタンやＳＵＳ３１６のような耐食性の高い材料とし、飲料用等の水を給水するポンプ装置には、ＳＵＳ３０４の材料で形成すればよい。このように、必要な形状、材料及び加工を最小限とすることが可能となる。

さらに、第１主軸２１及び第２主軸２２は、第１係合部２５及び第２係合部２８の形状を同一の形状としておけば、第１主軸２１及び第２主軸２２の長さ、径及び材料が異なったとしても、固定部材２３を用いて連結することが可能となる。このため、必要に応じて適宜異なる形状及び材料の第１主軸２１及び第２主軸２２を組み合わせることで主軸５を構成することが可能となり、汎用性の向上及び製造コストの低減が可能となる。

上述したように、本実施の形態に係るポンプ装置１によれば、異なる材料、形状又は寸法の第１主軸２１及び第２主軸２２を固定部材２３により連結する主軸５を用いることで、製造コストの低減及び汎用性の向上が可能となる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係るポンプ装置１Ａを、図３及び図４を用いて説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態に係るポンプ装置１Ａの構成を一部外観で模式的に示す断面図、図４は、ポンプ装置１Ａの要部である主軸５Ａを図３中のＩＶ部において拡大して示す断面図である。なお、第２の実施形態に係るポンプ装置１Ａのうち、上述した第１の実施形態に係るポンプ装置１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３に示すように、ポンプ装置１Ａは、モータ３Ａと、ポンプ４と、主軸５Ａと、封止部材７と、を備えている。ポンプ装置１Ａは、例えば横型の多段ポンプである。

モータ３Ａは、第１外郭部材１０と、第１外郭部材１０の内部に設けられた図示しない固定子及び回転子と、回転子に固定された駆動軸５１と、駆動軸５１を回転自在に支持する軸受と、を備えている。

ポンプ４は、第２外郭部材１６Ａと、複数のポンプケーシング１７と、複数のインペラ１８と、を備えている。第２外郭部材１６Ａは、主軸５Ａを挿通可能に形成される。

第２外郭部材１６Ａは、主軸５Ａを挿通する挿通孔１９を備え、主軸５Ａ及び挿通孔１９との隙間を封止（密閉）する封止部材７を配置可能に形成されている。第２外郭部材１６Ａ及びポンプケーシング１７は、その間に、インペラ１８で増圧した流体の流路を形成する。インペラ１８は、主軸５Ａに回転自在に固定されている。

主軸５Ａは、回転子とインペラ１８とを接続する。具体的には、主軸５Ａは、駆動軸（第１主軸）５１と、第２主軸５２と、固定部材２３と、を備えている。駆動軸５１は、モータ３Ａの回転子に接続されている。駆動軸５１は、モータ３Ａから突出した端部に第１係合部２５を有している。第１係合部２５は、スリーブ形状、具体的には、その内部に第２主軸５２の一方を挿入可能に形成されるとともに、固定部材２３により第２主軸５２と固定される。

第２主軸５２は、第２外郭部材１６Ａに挿通されると共に、その外面に封止部材７の一部を固定可能、且つ、インペラ１８を固定可能に形成されている。また、第２主軸５２は、その一端に第１係合部２５と係合可能、且つ、固定部材２３を取り付け可能な第２係合部２８が形成されている。

封止部材７は、所謂メカニカルシールであり、第２外郭部材１６Ａに設けられた固定環３８と、第２主軸５２に固定された回転環３９と、を備えている。回転環３９は、固定環３８に対して付勢されるとともに、第２主軸５２に従動可能に設けられている。

このように構成されたポンプ装置１Ａは、上述したポンプ装置１と同様に、モータ３Ａにより主軸５Ａに固定されたインペラ１８を回転させて、ポンプ４内の流体を圧送させる。なお、回転環３９が回転して固定環３８と摺動することで、増圧された流体は封止部材７により封止される。このため、増圧された流体は、第２外郭部材１６Ａと主軸５Ａとの隙間から漏洩することなく、ポンプ４の二次側に圧送されることとなる。

このようなポンプ装置１において、主軸５Ａは、駆動軸５１及び第２主軸５２に分割されており、第２主軸５２に封止部材７の回転環３９及びインペラ１８を固定し、駆動軸５１及び第２主軸５２を固定部材２３により連結させる。このため、駆動軸５１と第２主軸５２とが異なる径であったとしても、第１係合部２５及び第２係合部２８で駆動軸５１及び第２主軸５２を係合させて固定部材２３により固定することで、一体の主軸５Ａとすることが可能となる。

このため、上述したポンプ装置１の主軸５と同様に、主軸５Ａは、駆動軸５１及び第２主軸５２を、適宜必要な形状及び材料に設定することが可能となる。即ち、ポンプ装置１Ａの能力、寸法又は形状に応じて、適宜主軸５Ａの一部、例えば第２主軸５２の形状及び材料を変更すれば、モータ３Ａの共用化や、異なる寸法の封止部材７を使用可能等の効果を得ることが可能となる。

このように構成されたポンプ装置１Ａによれば、上述したポンプ装置１と同様に、異なる材料、形状又は寸法の駆動軸５１及び第２主軸５２を固定部材２３により連結する主軸５Ａを用いることで、製造コストの低減及び汎用性の向上が可能となる。

また、ポンプ装置１Ａは、従来の技術に用いられている継手部材（例えば、図１に示す継手部材６）を用いることなく、モータ３Ａの駆動軸５１及びポンプ４の第２主軸５２を接続可能となることから、部品点数の低減となる。このため、製造コストや管理コストを低減することが可能となる。また、ポンプ装置１Ａは、継手部材の組立作業が不要となることから、組立作業の作業性の向上となる。

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、上述した例では、ポンプ装置１，１Ａのポンプ４は多段ポンプを用いる構成を説明したが、これに限定されない。インペラ１８が一枚だけ設けられた単段のポンプであってもよい。

また、上述した例では、主軸５，５Ａは、２つに分割する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、３つに分割する構成であってもよい。即ち、主軸は、複数に分割可能であって、互いに連結可能であれば適宜設定可能である。

また、上述した例では、第１係合部２５に第２係合部２８を挿入して固定部材２３により固定する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、第２主軸２２（第２主軸５２）の第２係合部２８をスリーブ形状とし、第１係合部２５を挿入可能な構成としてもよい。即ち、第１主軸２２（駆動軸５１）及び第２主軸２８（第２主軸５２）の軸心方向に沿って第１係合部２５及び第２係合部２８の一方が他方に挿入可能に形成されていればよい。また、一方をスリーブ形状としなくても、第１主軸２１（駆動軸５１）及び第２主軸２２（第２主軸５２）を連結して主軸５（５Ａ）を構成可能であれば、他の構成であっても適宜設定可能である。

さらに、上述した例では、ポンプ装置１は、駆動軸３ａと主軸５とを、継手部材６により接続する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、ポンプ装置１Ａと同様に、駆動軸３ａ及び主軸５に、第１係合部２５及び第２係合部２８を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、部品点数を削減することが可能となる。このため、製造コストの低減及び組立作業の作業性を向上することが可能となる。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] モータと、ポンプのインペラとを接続する主軸において、
前記モータの回転子又は前記モータの駆動軸に接続され、第１係合部を有する第１主軸と、
前記第１係合部と係合する第２係合部を有する第２主軸と、
互いに係合した前記第１係合部及び前記第２係合部を固定する固定部材と、
を備えることを特徴とする主軸。
[２] 前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記第１主軸及び前記第２主軸の軸心方向に沿ってそれら一方が他方に挿入可能に形成されていることを特徴とする[１]に記載の主軸。
[３] 前記固定部材は、ピンであって、
前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記軸心方向に対して直交する方向に前記ピンを嵌入可能な孔部を有することを特徴とする[２]に記載の主軸。
[４] 回転子を有するモータと、
インペラを有するポンプと、
前記回転子又は前記回転子に接続される駆動軸に接続され、第１係合部を有する第１主軸、前記第１係合部と係合する第２係合部を有する第２主軸、及び、互いに係合した前記第１係合部及び前記第２係合部を固定する固定部材、を具備し、前記回転子及び前記インペラ、又は、前記駆動軸及び前記インペラを接続する主軸と、
を備えることを特徴とするポンプ装置。
[５] 前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記第１主軸及び前記第２主軸の軸心方向に沿ってそれら一方が他方に挿入可能に形成されていることを特徴とする[４]に記載のポンプ装置。
[６] 前記固定部材は、ピンであって、
前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記軸心方向に対して直交する方向に前記ピンを嵌入可能な孔部を有することを特徴とする[５]に記載のポンプ装置。

１，１Ａ…ポンプ装置、２…主軸、３，３Ａ…モータ、３ａ…駆動軸、４…ポンプ、５，５Ａ…主軸、６…継手部材、７…封止部材、１０…第１外郭部材、１１…軸受、１６，１６Ａ…第２外郭部材、１７…ポンプケーシング、１８…インペラ、１９…挿通孔、２０…収納部、２１…第１主軸、２２…第１主軸、２３…固定部材、２５…第１係合部、２６…取付部、２８…第２係合部、２９…取付部、３１…半円筒部材、３３…キー、３４…スナップリング、３５…ピン、３８…固定環、３９…回転環、５１…駆動軸（第１主軸）、５２…第２主軸、Ｆ…水の流れ。

Claims (2)

1. 回転子を有するモータと、
   インペラ及び外郭部材を有するポンプと、
   前記外郭部材外に配置される前記回転子又は前記回転子に接続される駆動軸に接続され、前記外郭部材に挿入される、第１係合部を有する第１主軸、前記外郭部材内に配置され、前記インペラが固定されるとともに、前記第１係合部と係合する第２係合部を有する第２主軸、及び、互いに係合した前記第１係合部及び前記第２係合部を固定する固定部材、を具備し、前記回転子及び前記インペラ、又は、前記駆動軸及び前記インペラを接続する主軸と、
   前記外郭部材及び前記第１主軸間に設けられ、前記外郭部材及び前記第１主軸間を液密に封止する封止部材と、
   を備え、
   前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記第１主軸及び前記第２主軸の軸心方向に沿ってそれら一方が他方に挿入可能に形成されており、
   前記固定部材は、ピンであり、
   前記第１係合部及び前記第２係合部は、前記軸心方向に対して直交する方向に前記ピンを嵌入可能な孔部を有することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ピンは前記孔部内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。

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