JP5789631B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を収容するタンク内に設置され、タンク内の液体を増圧して吐出するポンプ装置に関する。

現在、工作機械の加工部位や、製造装置の発熱部等を冷却する冷却装置が知られている。このような冷却装置は、クーラント液を貯留させる貯留タンクと、貯留タンクのクーラント液を増圧するポンプ装置と、発熱部等にクーラント液を供給するとともに、供給されたクーラント液を貯留タンクに戻す配管とを備え、クーラント液を循環させるものが知られている。ポンプ装置は様々なタイプのものが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

冷却装置に用いられるポンプ装置は、貯留タンクの外部に固定されたモータ部と、貯留タンクの内部に配置されたポンプ部とを備えている。ポンプ部には、モータ部の回転軸に固定されたインペラと、当該インペラを収容するケーシング（筐体）とが配置されている。

インペラが回転することで、貯留タンクのクーラント液はケーシング内に吸い込まれ、ケーシング内壁により案内されつつ増圧される。増圧されたクーラント液は、ケーシング上部の吐出口から、吐出配管を介して工作機械の加工部位等に送られる。

工作機械に送られたクーラント液は、加工部位の冷却に用いられた後、貯留タンクに配管を介して再度供給される。

図５は、一般的な冷却装置に設けられるポンプ装置２００の要部を示す横断面図である。ポンプ装置２００は、クーラント液のタンクに浸漬されたケーシング２１０と、このケーシング２１０に同軸的に設けられた回転軸２２０とを備えている。ケーシング２１０は、複数の中間ケーシング２１１が軸方向に沿って組み合わせられて設けられている。なお、中間ケーシング２１１には、水中軸受が設けられていないものと（図２参照）、水中軸受２３０が設けられているものがある。水中軸受２３０は、回転軸２２０の外周面に取り付けられた円環状の回転部２３１と、その外周に配置され、中間ケーシング２１１に取り付けられた円環状の固定部２３２とがすべり接触して回転することで軸心線の振れを防止している。なお、図５中２１１ａは中間ケーシング２１１に設けられたシール取付台を示している。

回転軸２２０には、各中間ケーシング２１１にそれぞれ収容されたステンレス鋼板製のインペラ２１３がスリーブ（図２参照）を介して位置決めされて設けられている。回転軸２２０が外部のモータ等により回転駆動されると、インペラ２１３と中間ケーシング２１１との間の作用により増圧されたクーラント液が外部に吐出されることになる。

なお、吸い上げられるクーラント液は、水中軸受２３０が設けられていない中間ケーシング２１１においては、回転軸２２０の外周面とインペラ２１３の内周面との間を通流し（図２参照）、水中軸受２３０が設けられている中間ケーシング２１１においては、水中軸受２３０の回転部２３２との間を通流することとなる（図５参照）。すなわち、水中軸受２３０が設けられていない中間ケーシング２１１に比べて、水中軸受２３０が設けられている中間ケーシング２１１では、流路断面積が小さくなる（領域Ｐ）。

特開２００４−０６８６２９号公報 特開２００５−１２０８６２号公報

上述したポンプ装置では、次のような問題があった。すなわち、ポンプ装置から吐出されたクーラント液は、配管を介して工作機械等に供給される。配管の途中には電磁弁が設けられており、電磁弁を開閉することでクーラント液の吐出開始・停止を行っている。

上述したように、水中軸受２３０が設けられていない中間ケーシング２１１に比べて、水中軸受２３０が設けられている中間ケーシング２１１では、流路断面積が小さくなることから、電磁弁を急閉すると、水撃作用が生じ、インペラ２１３に大きな衝撃力が加わる。加わる衝撃力は流路断面積が小さい部分に集中的に影響し、インペラのボスが破損する虞がある。

そこで本発明は、弁の開閉によって水撃作用が生じても、インペラに衝撃力が作用することを抑えることができる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。

軸方向に積層配置された筒状の複数のケーシングと、これらのケーシング内に挿通される回転軸と、前記複数のケーシングのうち少なくとも１つに収容され、前記回転軸にスリーブを介して取り付けられる第１インペラと、前記複数のケーシングのうち少なくとも１つに収容され、前記回転軸に水中軸受を介して取り付けられる第２インペラとを備え、前記水中軸受は、前記回転軸の外周面に取り付けられた円環状の回転部と、この回転部に対し、前記回転軸の径方向に離間して設けられ、前記ケーシングに取り付けられた円環状の固定部と、この固定部から前記回転部側に突出し、前記回転部の外周面に当接して形成されると共に、周方向に間隙をもって配置された複数の凸部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、弁の開閉によって水撃作用が生じても、インペラに衝撃力が作用することを抑えることができる。

本発明の一実施の形態に係るポンプ装置が組み込まれた冷却装置の構成を模式的に示す断面図。 同ポンプ装置の要部を示す断面図。 同ポンプ装置を図１Ａ及び図１ＢにおけるＩ−Ｉ線で切断し、矢印方向に見た断面図。 同ポンプ装置を図１Ａ及び図１ＢにおけるＩＩ−ＩＩ線で切断し、矢印方向に見た断面図。 同ポンプ装置に組み込まれた水中軸受を示す断面図。 一般的なポンプ装置の要部を示す横断面図。

図１Ａは本発明の一実施の形態に係るポンプ装置３０が組み込まれた冷却装置１０の構成を模式的に示す断面図、図１Ｂはポンプ装置３０の要部を示す断面図、図２はポンプ装置３０を図１Ａ及び図１ＢにおけるＩ−Ｉ線で切断し、矢印方向に見た断面図、図３はポンプ装置３０を図１Ａ及び図１ＢにおけるＩＩ−ＩＩ線で切断し、矢印方向に見た断面図、図４はポンプ装置３０に組み込まれた水中軸受を示す断面図。なお、図１Ａ中Ｗはクーラント液を示している。

冷却装置１０は図１Ａに示すように、クーラント液Ｗを貯留する貯留タンク２０と、貯留タンク２０に取り付けられ、貯留タンク２０内のクーラント液Ｗを増圧して外部に吐出するポンプ装置３０とを備えている。なお、図１Ａ中１００はポンプ装置３０の後述する吐出案内管６１の吐出口に取り付けられた吐出配管、１１０は電磁弁（ソレノイドバルブ）を示している。

ポンプ装置３０は、貯留タンク２０の天板に取り付けられたモータ部４０と、ポンプ部５０と、ポンプ部５０を貯留タンク２０内部に固定するためのブラケット９０とを備えている。

モータ部４０は、モータケーシング４１と、モータケーシング４１内部の回転子に固定されて鉛直方向の軸を有する回転軸４２とを備え、回転軸４２は後述する各中間ケーシング７０，８０内部に挿通している。回転軸４２の一部には水中軸受４３及びスリーブ４８が設けられている。水中軸受４３は、回転軸４２の外周面に取り付けられた円環状の回転部４４と、この回転部４４に対し、回転軸４２の径方向に離間して設けられ、後述する第２ケーシング８０に取り付けられた円環状の固定部４５とを備えている。さらに、固定部４５の内周面側には、回転部４４側に突出し、回転部４４の外周面に当接して形成されると共に、周方向に間隙をもって配置された３つの凸部４６とが設けられている。

ポンプ部５０は、ケーシング６０と、このケーシング６０の上部に取り付けられた吐出案内管６１とを備えている。ケーシング６０は複数の第１の中間ケーシング７０と、第２の中間ケーシング８０とを積層配置して構成されている。

第１の中間ケーシング７０は、有底筒状に形成され、底部には第１のシール取付台７０ａが設けられている。また、第１の中間ケーシング７０内部には第１インペラ７１が回転軸４２にスリーブ４８を介して取り付けられている。図２に示すように、クーラント液Ｗが通流する部分はスリーブ４８の外周面と第１インペラ７１の内周面との間の領域Ｋとなり、十分な流路断面積が確保されている。

第２の中間ケーシング８０は、有底筒状に形成され、底部には第２のシール取付台８０ａが設けられている。また、第２の中間ケーシング８０内部には第２インペラ８１が回転軸４２に取り付けられている。図３に示すように、クーラント液Ｗが通流する部分は水中軸受４３の固定部４５の外周面と第２インペラ８１の内周面との間の領域Ｓ１と、水中軸受４３における回転部４４と固定部４５と凸部４６とに囲まれた３つの領域Ｓ２となる。このため、上述した領域Ｋよりは狭いが、十分な流路断面積が確保される。

このように構成された冷却装置１０は、次のように動作する。すなわち、モータ部４０に電力が供給されることで回転軸４２が回転し、回転軸４２に固定された第１インペラ７１及び第２インペラ８１が回転する。第１インペラ７１及び第２インペラ８１が回転することで、貯留タンク２０内に貯留されたクーラント液Ｗが、ケーシング６０内に吸込まれて増圧され、吐出案内管６１から吐出配管１００へと移動し、外部の工作機械等へと供給される。

この時、必要に応じて電磁弁１１０が開閉される。電磁弁１１０が急閉されると水撃作用が生じ、衝撃がケーシング６０内部まで伝わる。この時、流路断面積が小さい部分に衝撃力が集中するが、第１の中間ケーシング７０における領域Ｋの大きさに比べて、第２の中間ケーシング８０における領域Ｓ１及びＳ２の大きさは小さいものの、その差はあまりない。したがって、衝撃力は各第１の中間ケーシング７０及び第２の中間ケーシング８０に分散され、第１インペラ７１、第２インペラ８１共に破損することを防止することができる。

例えば、ケーシング６０の外径を同径とした場合、各領域の断面積の比は、Ｋ：（Ｓ１＋Ｓ２）：Ｐ＝５：３：２程度となり、改善が認められる。

上述したように、本発明に係るポンプ装置によれば、水中軸受が設けられた中間ケーシング内の流路断面積を十分に確保するようにしているため、弁の開閉によって水撃作用が生じても、インペラに衝撃力が作用することを抑えることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、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のは勿論である。

１０…冷却装置、２０…貯留タンク、３０…ポンプ装置、４０…モータ部、４１…モータケーシング、４２…回転軸、４３…水中軸受、４４…回転部、４５…固定部、４６…凸部、４８…スリーブ、５０…ポンプ部、６０…ケーシング、６１…吐出案内管、７０…第１の中間ケーシング、７０ａ…第１のシール取付台、８０ａ…第２のシール取付台、７１…第１インペラ、８０…第２の中間ケーシング、８１…第２インペラ、９０…ブラケット、１００…吐出配管、１１０…電磁弁。

Claims (1)

1. 液体を収容するタンク内に配置されたポンプ装置において、
   軸方向に積層配置された筒状の複数のケーシングと、
   これらのケーシング内に挿通される回転軸と、
   前記複数のケーシングのうち少なくとも１つに収容され、前記回転軸にスリーブを介して取り付けられる第１インペラと、
   前記複数のケーシングのうち少なくとも１つに収容され、前記回転軸に水中軸受を介して取り付けられる第２インペラとを備え、
   前記水中軸受は、前記回転軸の外周面に取り付けられた円環状の回転部と、この回転部に対し、前記回転軸の径方向に離間して設けられ、前記ケーシングに取り付けられた円環状の固定部と、この固定部から前記回転部側に突出し、前記回転部の外周面に当接して形成されると共に、周方向に間隙をもって配置された複数の凸部とを具備し、前記第１インペラと前記スリーブとの間の流路断面積と、前記第２インペラと前記固定部との間の流路断面積及び前記凸部相互間の流路断面積の合計の比が、５：３であることを特徴とするポンプ装置。

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