JP6035160B2 - ポンプ装置のケーシング - Google Patents

Description

本発明は、インペラを収容し、流体を増圧するポンプ装置のケーシングに関する。

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（例えば、特許文献１参照。）。

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）とが複数段配置されている。

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。クーラント液は下流側のインペラ、ポンプケーシングにて更に増圧され、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。

貯留タンクに戻ったクーラント液には、切粉等の異物が混入する。このため、ポンプ装置には、例えばストレーナが設けられ、クーラント液中の切粉等がケーシング内、及び、工作機械に供給されるのを防止する。

特開２００９−２９９５９６号公報

上述したポンプ装置のケーシングでは、次のような問題があった。すなわち、ストレーナは貯留タンクに戻ったクーラント液中の全ての異物を除去することはできず、細かい切粉や砥粒等の異物はインペラの回転により、クーラント液と共にポンプケーシング内に供給される。

ポンプケーシング内のクーラント液は、インペラの回転方向に旋回する。この際、クーラント液中の異物はクーラント液に比べ比重が大きいことから、ポンプケーシング底面に沈殿する。これらの異物は、クーラント液の旋回に応じてポンプケーシング底面を旋回し、内壁を磨耗させる。この磨耗が進行すると、ポンプケーシング内壁に穴が開き、クーラントポンプのポンプ性能が低下する問題があった。

そこで本発明は、内壁の磨耗による穴あきを防止するポンプ装置のケーシング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のケーシングは次のように構成されている。

インペラを同軸的に収容可能な有底筒状のケーシング本体と、前記ケーシング本体の底部中央に設けられた吸入孔と、前記底部から、前記ケーシング本体の軸方向に沿って突出する突起部と、を備えることを特徴とする。前記突起部は、前記底部からの前記軸方向の高さが前記インペラの回転方向に沿って次第に高くなる登坂斜面、前記登坂斜面に連続する平坦面、及び、前記平坦面に連続し、前記底部からの前記軸方向の高さが前記インペラの回転方向に沿って次第に小さくなる下降斜面を有し、前記ケーシング本体の径方向の正面視で台形状に形成されている。

本発明によれば、内壁の磨耗によるケーシングの穴あきを防止することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るポンプ装置のケーシングが組み込まれた冷却装置の構成を模式的に示す断面図。 同ポンプ装置を一部破断して示す斜視図。 同ポンプ装置のケーシング部を一部破断して示す斜視図。 同ケーシング部を示す平面図。 同ケーシング部の内部に形成された突起部について、図４Ａにおける二点鎖線Ｓ１−Ｓ１線で切断し、矢印方向に見た形状を示す断面図。 同ケーシング部を示す底面図。 同ケーシング部を、図５における二点鎖線Ｓ２−Ｓ２線で切断し、矢印方向に見た断面図。 同ポンプ装置内部の異物の流れを模式的に示す説明図。 図７の比較例として、一般的なポンプ装置内部の異物の流れを模式的に示す説明図。

図１は本発明の一実施の形態に係るケーシング部（ポンプ装置のケーシング）２６が組み込まれた冷却装置１００の構成を模式的に示す断面図、図２はポンプ装置１を一部破断して示す斜視図、図３はポンプ装置１のケーシング部２６を一部破断して示す斜視図、図４Ａは第２ケーシング６０を示す平面図、図４Ｂは第２ケーシング６０の第２突起部６３について、図４Ａにおける二点鎖線Ｓ１−Ｓ１線で切断し、矢印方向に見た形状を示す断面図、図５は第１ケーシング５０を示す底面図、図６は第１ケーシング５０を、図５における二点鎖線Ｓ２−Ｓ２線で切断し、矢印方向に見た断面図、図７はポンプ装置１の内部の異物Ｅの流れを模式的に示す説明図、図８は図７の比較例として、一般的なポンプ装置２の内部の異物Ｅの流れを模式的に示す説明図である。

冷却装置１００は図１に示すように、クーラント液Ｗを貯留する貯留タンク１０１と、貯留タンク１０１から工作機械Ｍへの流路を形成する吐出配管１１４と、工作機械Ｍから貯留タンク１０１への流路を形成する吸込配管１１５と、貯留タンク１０１内のクーラント液Ｗを増圧するポンプ装置１とを備えている。

貯留タンク１０１は、工作機械Ｍの近傍に配置される。貯留タンク１０１は、その内部にクーラント液Ｗを貯留可能な貯留槽１１０と、後述するポンプケーシング２１を挿通可能な開口部１１２が形成された天板１１１とを有している。

吐出配管１１４はポンプ装置１に接続され、その端部が工作機械Ｍの加工部位に向かって開口する。吸込配管１１５は、工作機械Ｍに供給されたクーラント液Ｗを貯留タンク１０１内に引き戻し可能に形成されている。

ポンプ装置１は、モータ部１１と、ポンプ部１２と、軸封装置１３とを備えている。ポンプ装置１は、後述する第１フランジ部２７で貯留タンク１０１に固定される。

モータ部１１は、モータケーシング１５と、モータケーシング１５内部の回転子に固定された回転軸１６とを備えている。

回転軸１６は、モータ部１１から延出して設けられる。回転軸１６は、軸受１９を介してポンプ１２に軸支されつつ、ポンプ部１２内に挿通される。回転軸１６は、軸封装置１３の一部、及び、ポンプ部１２の一部を固定可能なキー１７を有する。回転軸１６は、その端部が、ボルト等の締結部材Ｂを螺合可能に形成されている。

ポンプ部１２は２段式のポンプである。ポンプ部１２は、ポンプケーシング２１と、複数のインペラ２２と、ストレーナ２３と、カバー２４とを備えている。ポンプ部１２は、少なくとも一段目のインペラ２２が貯留タンク１０１内のクーラント液Ｗ中に配置される。

ポンプケーシング２１は、複数のインペラ２２を収容するケーシング部２６と、貯留タンク１０１の開口部１１２に固定される第１フランジ部２７と、ケーシング部２６及び第１フランジ部２７を連結する第１連結部４１と、モータケーシング１５及び第１フランジ部２７を連結する第２連結部４２とを備えている。

ケーシング部２６は、その内部に、複数のインペラ２２を収容する複数のポンプ室３１が形成される。これらポンプ室３１は、複数のベーン３２により形成された流路により連続する。ケーシング部２６は、その下面に形成された吸込口３３を有する第１ケーシング５０と、第１ケーシング５０から第１連結部４１に連通する流路を形成する第２ケーシング６０とを有している。第１ケーシング５０、第２ケーシング６０は、後述するスタッドボルトＳＢにより第１連結部４１に固定されている。

第１ケーシング５０及び第２ケーシング６０には、それぞれにインペラ２２が収容されている。インペラ２２は、それぞれがキー１７によって、一部を回転軸１６に固定されている。また、インペラ２２は、回転軸１６の先端に設けられたボルトＢによって締結されている
第１ケーシング５０は、ダクタイル鋳鉄を材料として鋳造により製造される。ダクタイル鋳鉄は、ＪＩＳ規格の材料記号ＦＣＤ（Ferrum Casting Ductile）４５０〜５００の材料である。第１ケーシング５０は、有底筒状に形成され、インペラ２２を収容可能な第１ケーシング本体５１を有している。第１ケーシング本体５１の底部中央には吸入孔３３が形成されている。

第１ケーシング本体５１の外周部には、インペラの回転軸と平行な方向にスタッドボルトＳＢを挿通可能な固定孔５２を有する第２フランジ部５３が形成されている。スタッドボルトＳＢの先端は、第１連結部４１の第３フランジ部４３に挿通し、固定される。すなわち、スタッドボルトＳＢは、第１ケーシング５０、第２ケーシング６０を第１連結部４１に固定する機能を有している。

第１ケーシング本体５１の側壁は、その内周面がインペラ２２の外周面の吐出口を塞がず、かつ、外周面がスタッドボルトＳＢの外周面と干渉しない範囲で、十分な肉厚を有している。

すなわち、図６に示すように、第１ケーシング本体５１の外周面とスタッドボルトＳＢとの間の間隔Ｇ１は、第１ケーシング本体５１の外周面とスタッドボルトＳＢとが干渉しない寸法に形成されている。第１ケーシング本体５１の内周面とインペラ２２の外周面との間隔Ｇ２は、ポンプ装置１が十分なポンプ性能を有するための寸法に設定される。第１ケーシング本体５１の肉厚Ｋは、上述した間隔Ｇ１，Ｇ２の条件を満たしつつ、最大となる値である。

第１ケーシング本体５１の底部には、後述する第２突起部６３と同様の形状を有する第１突起部５５が形成されている。すなわち、第１突起部５５は、後述する第２登坂斜面６４、第２平坦面６５、第２下降斜面６６とそれぞれ同様の形状である第１登坂斜面５６、第１平坦面５７、第１下降斜面５８を有している。

また、第１ケーシング本体５１の内周面と底面の間には、インペラ２２の回転軸を通る断面視で、肉厚Ｋの１．２〜１．３倍の半径Ｒ２の円弧状に形成された第１底面隅部５９を有している。

第２ケーシング６０は、ダクタイル鋳鉄を材料として、鋳造により製造される。第２ケーシング６０は、有底筒状に形成され、インペラ２２を収容可能な第２ケーシング本体６１を有している。第２ケーシング本体６１の底部中央には案内路６２が形成されている。第２ケーシング本体６１の、第１ケーシング５０側には、複数のベーン３２が設けられている。

第２ケーシング６０の内径Ｒ１は第１ケーシング５０の内径と等しく形成され、その肉厚が、第１ケーシング５０の側壁肉厚Ｋと同様に形成されている。

第２ケーシング本体６１の底部には、第２ケーシング本体６１の内周面に沿って、底面から突出する第２突起部６３が形成されている。第２突起部６３は、図４Ａ、図４Ｂに示すよう、インペラの回転軸からの、第２ケーシング本体６１の径方向の正面視で、台形状に形成されている。第２突起部６３は、第２ケーシング本体６１の径方向の肉厚Ｓが第２ケーシング本体６１の内径Ｒ１の０．８５〜０．９倍に形成されている。第２突起部６３は、第２ケーシング本体６１の径方向に平行な第２登坂斜面６４、第２平坦面６５、第２下降斜面６６を有している。

第２登坂斜面６４は、インペラ２２の回転軸方向における底面からの高さが、インペラ２２の回転方向に沿って次第に高くなり、第２平坦面６５に連続している。第２平坦面６５は、第２ケーシング本体６１の内径Ｒ１の０．０３〜０．０５倍の高さＨに形成され、第２登坂斜面６４とは反対側の端部で第２下降斜面６６に連続する。第２下降斜面６６は、インペラ２２の回転軸方向における底面からの高さが、インペラ２２の回転方向に沿って次第に小さくなる。

第２登坂斜面６４、第２平坦面６５、第２下降斜面６６の、インペラ２２の回転方向の範囲は、図４Ａに示すように、インペラ２２の回転軸を中心とする角度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で規定される。本実施の形態では、角度Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、それぞれ１０度、２０度、１０度の範囲である。

また、第２ケーシング本体６１の内周面と底面の間には、第１底面隅部５９と同様に、インペラ２２の回転軸を通る断面視で半径Ｒ２の円弧状に形成された第２底面隅部６７を有している。

第１フランジ部２７は、その中心に回転軸１６を挿通可能な円盤状であって、天板１１１の開口部１１２の周囲の面に締結部材Ｂにより固定可能に形成されている。

第１連結部４１及び第２連結部４２には、回転軸１６を挿通可能である。また、第１連結部４１及び第２連結部４２は、内部に、ポンプケーシング２１と連通し、吐出口３６と連通する吐出流路３４が形成されている。

第１連結部４１はポンプケーシング２１を固定可能に形成されている。第１連結部４１の外部には、天板１１１の開口部１１２から貯留槽１１０側に延設するカバー２４が固定されている。また、第１連結部４１は、回転軸１６を挿通可能な挿通孔３５が形成されており、回転軸１６との間に軸封装置１３が設けられている。

第２連結部４２は、第１フランジ部２７の上部に設けられ、その一部に吐出流路部３４が配置された円筒状に形成されている。第２連結部４２は、モータケーシング１５を接続、支持し、その内部に回転軸１６を挿通可能、かつ、軸受１９を固定可能に形成されている。

軸封装置１３は、ケーシング部２６の挿通孔３５に固定される固定体７１と、回転軸１６に固定される回転体７２と、回転軸１６に固定される鍔部７３とを備えている。軸封装置１３は、回転軸１６及びケーシング部２６間の軸封が可能に形成されている。

このように構成された冷却装置１００は、ポンプ装置１のモータ部１１に電力が供給されることで回転軸１６が回転し、回転軸１６に固定されたインペラ２２が回転する。当該インペラ２２が回転することで、図１の矢印Ｆに示すように、貯留タンク１０１内に貯留されたクーラント液Ｗが、ストレーナ２３を介して最上流のポンプ室３１内に吸込まれて増圧され、二次側へと圧送される。クーラント液Ｗは、二次側のポンプ室３１内で、さらに増圧され、吐出流路部３４を介して吐出口３６から吐出配管１１４へと移動し、工作機械Ｍへと供給される。

工作機械Ｍへ供給されたクーラント液Ｗは、加工部位を冷却後、工作機械Ｍのクーラント液Ｗの受け部から、吸込配管１１５を介して貯留タンク１０１内に戻される。また、貯留タンク１０１内に戻されたクーラント液Ｗは、ポンプ部１２により増圧給水されて、工作機械Ｍへと供給される。図１に示すクーラント液Ｗの矢印Ｆのように、冷却装置１００において、クーラント液Ｗが循環して用いられる。

工作機械Ｍから引き戻されたクーラント液Ｗには、加工部位から脱落した切粉や、砥粒等の異物Ｅが含まれる。これらの異物Ｅの内、細かいものは、インペラ２２の回転により、クーラント液Ｗとともにストレーナ２３を通過して最上流のポンプ室３１に吸い込まれる。吸い込まれた異物Ｅは、クーラント液Ｗに比べて比重が大きいことから、第１ケーシング５０の底部に沈殿する。

第１ケーシング５０の底部に沈殿した異物Ｅは、インペラ２２の回転により、第１底面隅部５９を旋回し、図７中矢印Ｙ１に示すように、第１突起部５５の第１斜面５６によりポンプ室３１中に拡散される。

第１ケーシング５０内部のポンプ室３１中に拡散した異物Ｅはクーラント液Ｗと共に、第２ケーシング６０に案内される。異物Ｅは第２ケーシング６０内においても、第１ケーシング５０内と同様に、第２突起部６３によりポンプ室３１内に拡散される。

異物Ｅは第２ケーシング６０内のポンプ室３１に拡散された後、クーラント液Ｗと共に吐出配管１１４を通り、工作機械Ｍに案内される。

工作機械Ｍに送られた異物Ｅは、再び吸込配管１１５から貯留槽１１０に流入する。すなわち、異物Ｅは第１ケーシング５０及び第２ケーシング６０内に沈殿することなく、クーラント液Ｗと共に循環する。

図８に示すように、突起や円弧状の隅角が形成されていないケーシング２の場合、異物は矢印Ｙ２に示すように底面隅角に集中し、ケーシング内壁が磨耗し、ポンプとしての性能が低下する。一方、本実施の形態では、第１突起部５９、第２突起部６１、第１底面隅角５９、第２底面隅角６７により、異物を拡散させることが可能である。

また、円弧状の断面を有する第１底面隅角５９及び第２底面隅角６６を形成することで、製造の際に切削加工を必要としない。このため、ダクタイル鋳鉄のように、十分な耐摩耗性を有する一方、切削加工に不向きである材料を利用可能としている。

上述したように、本発明にかかるケーシング部２６によれば、第１ケーシング５０及び第２ケーシング６０に、第１突起部５５及び第２突起部６１を設けることで、異物Ｅをポンプ室３１に拡散させ、循環させることが可能である。これにより、異物Ｅによる内壁の磨耗を抑制し、ポンプ性能の低下を防止することが可能になる。

また、底面隅角には、断面形状が円弧状の第１底面隅部５９、第２底面隅部６７を設けることで、異物Ｅが局所に集中せず、異物Ｅによる内壁の磨耗を抑制することが可能となる。更に、第１底面隅部５９、第２底面隅部６２を円弧状に形成することで、鋳造により第１ケーシング５０、第２ケーシング６０を形成することが可能である。このため、切削に不向きである一方、高い強度を有するダクタイル鋳鉄を利用でき、第１ケーシング５０、及び、第２ケーシング６０が十分な強度を得ることが可能となっている。

上述したように、本発明に係るポンプ装置のケーシングによれば、異物をクーラント液中に拡散させることで、内壁の磨耗による穴あき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、上述した例では、２段式のポンプ装置について説明したが、３段以上に形成されている場合や、１段のみの場合であっても、本発明を同様に適用できるのは勿論である。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のは勿論である。
以下に、本願出願の当初の特許請求範囲に記載された発明を付する。
［１］
インペラを同軸的に収容可能な有底筒状のケーシング本体と、
前記ケーシング本体の底部中央に設けられた吸入孔と、
前記底部から、前記ケーシング本体の軸方向に沿って突出し、前記底部からの軸方向の高さが前記インペラの回転方向に沿って次第に高くなる斜面を有する突起部とを備えることを特徴とするポンプ装置のケーシング。
［２］
前記ケーシング本体は、前記ケーシング本体の外周部に設けられたフランジ部と、
前記フランジ部に設けられ、前記インペラの回転軸方向にボルトを挿脱可能に形成された固定孔と、
前記固定孔に挿入された際の前記ボルトの前記ケーシング本体の外周面に対向する部分と前記ケーシング本体の外周面との、前記ケーシング本体の径方向における間隔、及び、前記インペラの外周面と前記ケーシング本体の内周面との間の、前記ケーシング本体の径方向における間隔が最小となる肉厚の側壁とを備えることを特徴とする［１］に記載のポンプ装置のケーシング。
［３］
前記ケーシング本体は、前記内周面と前記底部の間に位置し、前記インペラの回転軸を通る断面形状が、前記内周面及び前記底部と連続し、前記ケーシング本体の側壁肉厚の１．２〜１．３倍の半径を有する円弧状である底面隅部を備えることを特徴とする［１］に記載のポンプ装置のケーシング。
［４］
前記ケーシング本体は、材料がダクタイル鋳鉄であることを特徴とする［１］に記載のポンプ装置のケーシング。

１００…冷却装置、１０１…貯留タンク、１…ポンプ装置、１１…モータ部、２６…ケーシング部、５０…第１ケーシング、６０…第２ケーシング。

Claims (4)

1. インペラを同軸的に収容可能な有底筒状のケーシング本体と、
   前記ケーシング本体の底部中央に設けられた吸入孔と、
   前記底部から、前記ケーシング本体の軸方向に沿って突出する突起部と、
   を具備し、
   前記突起部は、前記底部からの前記軸方向の高さが前記インペラの回転方向に沿って次第に高くなる登坂斜面、前記登坂斜面に連続する平坦面、及び、前記平坦面に連続し、前記底部からの前記軸方向の高さが前記インペラの回転方向に沿って次第に小さくなる下降斜面を有し、前記ケーシング本体の径方向の正面視で台形状に形成されている
   ことを特徴とするポンプ装置のケーシング。
2. 前記ケーシング本体は、前記ケーシング本体の外周部に設けられたフランジ部と、
   前記フランジ部に設けられ、前記インペラの回転軸方向にボルトを挿脱可能に形成された固定孔と、
   前記固定孔に挿入された際の前記ボルトの前記ケーシング本体の外周面に対向する部分と前記ケーシング本体の外周面との、前記ケーシング本体の径方向における間隔、及び、前記インペラの外周面と前記ケーシング本体の内周面との間の、前記ケーシング本体の径方向における間隔が最小となる肉厚の側壁とを備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置のケーシング。
3. 前記ケーシング本体は、内周面と前記底部の間に位置し、前記インペラの回転軸を通る断面形状が、前記内周面及び前記底部と連続し、前記ケーシング本体の側壁肉厚の１．２〜１．３倍の半径を有する円弧状である底面隅部を備えることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置のケーシング。
4. 前記ケーシング本体は、材料がダクタイル鋳鉄であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置のケーシング。

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