JP6746277B2

JP6746277B2 - ポンプ

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Publication number: JP6746277B2
Application number: JP2015069504A
Authority: JP
Inventors: 英男星
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016188619A

Description

本発明は、ポンプに関する。

動圧軸受を使ってロータを回転可能に支持するポンプが知られている（特許文献１参照）。動圧軸受は、ロータとステータとの間の軸受隙間に潤滑液体の膜を形成する。

特開２０１３−０６４３２７号公報

動圧軸受は、ロータの単位時間当たりの回転数、軸受隙間の寸法、潤滑液体の粘度、及び軸受面積等のような様々な条件が満たされることによって成立する。すなわち、これらの条件の制約の下、動圧軸受が成立することとなる。そのため、例えばポンプの立ち上げ時においてロータの回転数が低い場合など、動圧軸受が成立しない条件ではロータとステータとが接触してしまう。

本発明は、動圧軸受が成立しない条件においてもロータとステータとの接触を抑制してロータを回転可能に支持することができるポンプを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸の周囲に配置される外面を有する第１部材と、前記第１部材の周囲に配置される第２部材と、を備え、前記第１部材と前記第２部材とは相対回転可能であり、前記第２部材は、前記外面との間で軸受隙間を形成する第１内面と、潤滑液体が流入する前記軸受隙間の入口側において前記外面との間に前記軸受隙間の第１寸法よりも大きい第２寸法の入口側流路を形成する第２内面と、前記潤滑液体が流出する前記軸受隙間の出口側において前記外面との間に前記第１寸法よりも大きい第３寸法の出口側流路を形成する第３内面と、を有し、前記軸受隙間において前記回転軸と平行な軸方向に前記潤滑液体が流れるように、前記入口側流路の圧力を前記出口側流路の圧力よりも高くする、ポンプを提供する。

本発明によれば、第１部材及び第２部材の一方がロータであり他方がステータである場合において、軸受隙間の入口側流路と出口側流路とに圧力差を設けて、軸受隙間において軸方向に潤滑液体を流すことにより、第１部材と第２部材とが回転軸と直交する径方向に相対移動したとき、軸受隙間を元の第１寸法に戻そうとする復元力が発生する。復元力が発生することにより、第１部材と第２部材との接触が抑制される。この復元力は、第１部材と第２部材との相対的な回転数が低くても発生する。また、この復元力は、軸受隙間の第１寸法が大きくても発生する。また、この復元力は、潤滑液体の粘度に依存せずに発生する。このように、軸受隙間において軸方向に潤滑液体が流れるように入口側流路の圧力を出口側流路の圧力よりも高くすることによって、動圧軸受が成立しない条件（回転数、軸受隙間の寸法、及び粘度）においても、相対回転する第１部材と第２部材との接触が抑制される。

また、動圧軸受が成立する条件に比べて軸受隙間の第１寸法は大きくてよいので、第１部材の外面及び第２部材の内面に高い平滑度又は高い加工精度は要求されない。これにより、第１部材及び第２部材の加工上の制約が緩和される。

本発明において、前記回転軸と直交する面内において前記外面及び前記第１内面は円形であり、前記第１寸法をＣｄ、前記第１部材の直径をｄとしたとき、
０．００２ ≦ Ｃｄ／ｄ ≦ ０．０２
の条件を満足することが好ましい。

第１部材を円柱状又は円筒状とし、第２部材と円筒状とすることにより、第１部材と第２部材とが径方向のどの方向に相対移動しても、一定の復元力を得ることができる。また、復元力を得るための要素としてＣｄ／ｄがある。Ｃｄ／ｄは、第１部材の直径に対する軸受隙間の第１寸法の比率を意味する。Ｃｄ／ｄが０．００２よりも小さい場合、軸受隙間が狭すぎてしまい、軸受隙間において軸方向に潤滑液体が円滑に流れなくなる可能性がある。その結果、復元力を十分に得られない可能性がある。一方、Ｃｄ／ｄが０．０２よりも大きい場合、軸受隙間が広すぎてしまい、入口側流路と出口側流路との圧力差が十分に得られず、この場合においても、復元力を十分に得られない可能性がある。上述の条件を満足することにより、動圧軸受が成立しない条件においても、復元力が得られ、相対回転する第１部材と第２部材との接触が抑制される。

本発明において、前記潤滑液体として、搬送する作動液体を使用することが好ましい。潤滑液体としてポンプの作動液体を使用することにより、作動液体の供給系と潤滑液体の供給系とを別々に設けなくてよく、入口側流路と出口側流路との潤滑液体の圧力差を得るための外部高圧ポンプ又は配管類も不要となり、ポンプをシンプルな構造にすることができる。

本発明によれば、動圧軸受が成立しない条件においてもロータとステータとの接触を抑制してロータを回転可能に支持することができるポンプが提供される。

図１は、第１実施形態に係るポンプを示す断面図である。図２は、第１実施形態に係るポンプを示す模式図である。図３は、第１実施形態に係るポンプを示す模式図である。図４は、第１実施形態に係るポンプの作用を示す図である。図５は、第２実施形態に係るポンプを示す模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜第１実施形態＞
図１は、ポンプ１００を示す断面図である。ポンプ１００は、作動液体を搬送する磁気カップリングポンプである。ポンプ１００は、密閉型の羽根車１０と、回転軸ＡＸを中心に羽根車１０を回転可能に支持するポンプケーシング６０とを備える。羽根車１０はロータであり、ポンプケーシング６０はステータである。羽根車１０とポンプケーシング６０との間に液体軸受１Ａ，１Ｂが形成される。液体軸受１Ａと液体軸受１Ｂとは、回転軸ＡＸと平行な軸方向の異なる位置に形成される。液体軸受１Ａ，１Ｂは、羽根車１０とポンプケーシング６０との間の軸受隙間２に潤滑液体の膜を形成する。液体軸受１Ａ，１Ｂの潤滑液体として、ポンプ１００の作動液体が使用される。

ポンプケーシング６０は、作動液体を吸い込む吸込口６と、作動液体を吐出する吐出口７とを有する。吸込口６は、吸込ホースが接続される吸込ホース接続管部６２に設けられる。吐出口７は、吐出ホースが接続される吐出ホース接続管部９に設けられる。

なお、以下の説明では、回転軸ＡＸと平行な軸方向の吸込口６側を前側とし、その反対側を後側とする。また、回転軸ＡＸと直交する径方向の回転軸ＡＸ側を内側とし、その反対側を外側とする。

羽根車１０は、吸込口６と対向し作動液体が流入する羽根車入口１２と、吐出口７と対向し作動液体が流出する羽根車出口１３と、羽根車入口１２と羽根車出口１３とを接続する羽根車内部流路Ｐｒとを有する。

羽根車１０は、複数の羽根１１と、羽根１１の前側を覆う前シュラウド２０と、羽根１１の後側を覆う後シュラウド４０とを有する。羽根１１の前後が前シュラウド２０及び後シュラウド４０で覆われることにより密閉型の羽根車１０が形成される。

前シュラウド２０は、入口筒部２１と、羽根１１の前側を覆う前側板部３１とを有する。後シュラウド４０は、羽根１１の後側を覆う後側板部４１と、複数の従動磁石１９が設けられた軸部５１とを有する。羽根車入口１２は、入口筒部２１に設けられる。羽根車出口１３は、前側板部３１と後側板部４１との間に設けられる。複数の羽根１１は、前側板部３１と後側板部４１との間に配置される。

羽根車内部流路Ｐｒは、入口筒部２１の内側の空間、及び前側板部３１と後側板部４１との間の空間を含む。

軸部５１に、羽根車内部流路Ｐｒと接続される貫通孔５６が形成される。貫通孔５６の後端部は、軸部５１の後端面５３とポンプケーシング６０との間の空間と接続される。

入口筒部２１の前端部に入口テーパ面２４が形成される。入口筒部２１の外周面２２と入口テーパ面２４との境界部に円弧面２３が形成される。前側板部３１の前面３２の外側に前側板テーパ面３３が形成される。後側板部４１の後面４２の外側に後側板テーパ面４３が形成される。軸部５１の後端面５３の内側に軸テーパ面５５が形成される。軸部５１の外周面５２と軸テーパ面５５の境界部に円弧面５４が形成される。

ポンプケーシング６０は、前シュラウド２０を覆うポンプ前ケーシング６１と、後シュラウド４０を覆うポンプ後ケーシング８１とを有する。

ポンプ前ケーシング６１は、吸込ホース接続管部６２と、吸込ホース接続管部６２の後端部と接続された拡径管部６５と、拡径管部６５の後端部と接続され、入口筒部２１の周囲に配置される前軸受形成部６７と、前軸受形成部６７の後端部と接続され、前側板部３１を覆う前ケーシング本体部７１とを有する。

前ケーシング本体部７１は、前軸受形成部６７の後端部と接続され、前側板部３１と対向する前面対向部７２と、前面対向部７２の外縁部と接続される前本体筒部７５とを有する。

前軸受形成部６７の内周面６８と前面対向部７２の内面７３とは、前ケース本体テーパ面７４を介して接続される。入口筒部２１の外周面２２と前軸受形成部６７の内周面６８とは間隙Ｇｃ１を介して対向する。前側板部３１の前面３２と前面対向部７２の内面７３とは間隙Ｇａ１を介して対向する。入口筒部２１の外周面２２と前面対向部７２の前ケース本体テーパ面７４とは間隙Ｇａ１を介して対向する。拡径管部６５の内面と入口筒部２１の円弧面２３とは間隙Ｇｂ１を介して対向する。前本体筒部７５の内周面７６と前側板部３１の外周面とは間隙Ｇｒを介して対向する。

ポンプ後ケーシング８１は、前ケーシング本体部７１の後端部と接続され、後側板部４１を覆う後ケーシング本体部９１と、後ケーシング本体部９１と接続され、軸部５１の周囲に配置される後軸受形成部８２と、後軸受形成部８２の後端部と接続され、軸部５１と対向する後壁板部８５とを有する。

後ケーシング本体部９１は、前ケーシング本体部７１の後端部と接続された後本体筒部９２と、後本体筒部９２の後端部と接続され、後側板部４１と対向する後面対向部９５とを有する。

後側板部４１の後面４２と後面対向部９５の内面９６とは間隙Ｇａ２を介して対向する。軸部５１の外周面５２と後軸受形成部８２の内周面８３とは間隙Ｇｃ２を介して対向する。後壁板部８５の内面８６と軸部５１の後端面５３とは間隙Ｇｂ２を介して対向する。

ポンプ駆動装置２００は、出力軸２１１を有するモータ２１０と、カップ２２０と、カップ２２０に固定されている複数の駆動磁石２１９と、モータ２１０及びカップ２２０を覆う駆動装置ケーシング２３０とを備える。

カップ２２０は、炭素鋼で形成され、駆動磁石２１９のヨークとして機能する。カップ２２０は、カップ円筒部２２１と、カップ円筒部２２１と接続されるモータ接続部２２５とを有する。モータ２１０の出力軸２１１はモータ接続部２２５に固定される。カップ円筒部２２１に複数の駆動磁石２１９が固定される。駆動磁石２１９は永久磁石であり、Ｎｄ（ネオジウム）磁石である。

駆動装置ケーシング２３０は、ケーシング本体２３１と、ケーシング本体２３１と接続されるキャップ２４１とを有する。ケーシング本体２３１は、ケーシング円筒部２３２と、ケーシング円筒部２３２と接続されるケーシング底部２３５とを有する。モータ２１０は、ケーシング本体２３１の内側に配置され、ケーシング底部２３５に固定される。

キャップ２４１は、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２及び後壁板部８５が嵌まり込むポンプ嵌合部２４２と、ポンプ嵌合部２４２と接続されるポンプ受け部２４４と、ポンプ受け部２４４と接続され、ケーシング本体２３１の開口縁部と係合する係合部２４６とを有する。

次に、ポンプ１００の動作について説明する。モータ２１０が作動し、出力軸２１１が回転すると、カップ２２０及び複数の駆動磁石２１９が回転する。駆動磁石２１９が回転すると、駆動磁石２１９と磁気結合されている従動磁石１９は、駆動磁石２１９と一緒に回転軸ＡＸを中心に回転する。駆動磁石２１９が回転すると、羽根車１０は、従動磁石１９と一緒に、ポンプケーシング６０の内部で回転軸ＡＸを中心に回転する。

羽根車１０が回転すると、吸込口６からポンプケーシング６０の内部に作動液体が吸い込まれる。ポンプケーシング６０の内部に吸い込まれた作動液体は、羽根車入口１２から羽根車１０の羽根車内部流路Ｐｒに流入する。羽根車内部流路Ｐｒに流入した作動液体は、回転する複数の羽根１１から遠心力を受けて、羽根車出口１３から流出した後、吐出口７から吐出される。

羽根車出口１３から流出した作動液体の一部は、前面対向部７２の内面７３及び前ケース本体テーパ面７４と前側板部３１の前面３２との間隙Ｇａ１に流入する。間隙Ｇａ１に流入した作動液体は、前軸受形成部６７の内周面６８と入口筒部２１の外周面２２との間隙Ｇｃ１を流れた後、拡径管部６５の内面６６で規定される間隙Ｇｂ１を流れる。間隙Ｇｂ１の作動液体は、羽根車入口１２から羽根車内部流路Ｐｒに流入する。

また、羽根車出口１３から流出した作動液体の他の一部は、後面対向部９５の内面９６と後側板部４１の後面４２との間隙Ｇａ２に流入する。間隙Ｇａ２に流入した作動液体は、後軸受形成部８２の内周面８３と軸部５１の外周面５２との間隙Ｇｃ２を流れた後、後壁板部８５の内面８６と軸部５１の後端面５３との間隙Ｇｂ２を流れる。間隙Ｇｂ２の作動液体は、貫通孔５６を介して羽根車内部流路Ｐｒに流入する。

外周面２２と内周面６８とは平行である。また、回転軸ＡＸと直交する面内において、外周面２２及び内周面６８は円形である。外周面２２及び内周面６８は液体軸受面であり、外周面２２と内周面６８との間に液体軸受１Ａが形成される。外周面２２と内周面６８との間隙Ｇｃ１は、軸受隙間２である。外周面２２と内周面６８との間の軸受隙間２を流れる作動液体は、液体軸受１Ａの潤滑液体として機能する。

外周面５２と内周面８３とは平行である。また、回転軸ＡＸと直交する面内において、外周面５２及び内周面８３は円形である。外周面５２及び内周面８３は液体軸受面であり、外周面５２と内周面８３との間に液体軸受１Ｂが形成される。外周面５２と内周面８３との間隙Ｇｃ２は、軸受隙間２である。外周面５２と内周面８３との間の軸受隙間２を流れる作動液体は、液体軸受１Ｂの潤滑液体として機能する。

本実施形態においては、液体軸受１Ａ，１Ｂにおいて動圧軸受が成立しない条件でも、羽根車１０とポンプケーシング６０との接触が抑制され、羽根車１０がポンプケーシング６０で非接触支持されるように、液体軸受１Ａ，１Ｂが最適化される。以下、最適化された液体軸受１Ａについて説明する。なお、液体軸受１Ｂについても、液体軸受１Ａと同様に最適化される。

図２は、液体軸受１Ａを示す模式図である。液体軸受１Ａは、回転軸ＡＸの周囲に配置される外面である外周面２２を有する羽根車１０と、羽根車１０の周囲に配置されるポンプケーシング６０とを有する。羽根車１０とポンプケーシング６０とは相対回転可能である。羽根車１０はロータとして機能する第１部材であり、ポンプケーシング６０はステータとして機能する第２部材である。

ポンプケーシング６０は、外周面２２との間で軸受隙間２を形成する第１内面である内周面６８と、潤滑液体が流入する軸受隙間２の入口側において外周面２２との間に軸受隙間２の第１寸法Ｃｄよりも大きい第２寸法Ｉｄの間隙Ｇａ１を形成する第２内面である内面７３と、潤滑液体が流出する軸受隙間２の出口側において外周面２２との間に第１寸法Ｃｄよりも大きい第３寸法Ｏｄの間隙Ｇｂ１を形成する第３内面である内面６６とを有する。間隙Ｇａ１は軸受隙間２の入口と接続される入口側流路であり、間隙Ｇｂ１は軸受隙間２の出口と接続される出口側流路である。

軸受隙間２を流れる潤滑液体として、ポンプ１の作動液体が使用される。作動液体として、気温２０［℃］における粘度が１［ｃＰ］以上５［ｃＰ］以下の作動液体が使用される。作動液体として水が使用されてもよい。気温２０［℃］における水の粘度は、１．００２［ｃＰ］である。

軸受隙間２において回転軸ＡＸと平行な軸方向に潤滑液体が流れるように、間隙Ｇａ１の圧力Ｐａが間隙Ｇｂ１の圧力Ｐｂよりも高くなっている。間隙Ｇａ１には羽根車出口１３からの圧力が高められた潤滑液体（作動液体）が流れ込み、間隙Ｇａ１の圧力Ｐａは間隙Ｇｂ１の圧力Ｐｂよりも高くなる。また、間隙Ｇａ１の第２寸法Ｉｄは、軸受隙間２の第１寸法Ｃｄよりも大きいので、間隙Ｇａ１の圧力Ｐａを高めることができる。

外周面２２の断面は円形であり、内周面６８は円筒面である。図２は、羽根車１０の入口筒部２１の回転軸ＡＸとポンプケーシング６０の前軸受形成部６７の中心軸ＢＸとが一致している状態を示す。また、内周面６８との間で軸受隙間２を形成する入口筒部２１は、直径が一定であるストレート部材である。

軸受隙間２の第１寸法をＣｄ、羽根車１０の入口円筒部２１の直径をｄとしたとき、
０．００２ ≦ Ｃｄ／ｄ ≦ ０．０２ …（１）
の条件を満足する。

図２に示す状態では、回転軸ＡＸと中心軸ＢＸとは一致しており、外周面２２の周囲の軸受隙間２の第１寸法Ｃｄは一定である。また、図２に示すように、入口側から出口側までの軸受隙間２の圧力勾配は、外周面２２の周方向において一様である。

図３は、羽根車１０の動作を示す模式図である。圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも大きく、軸受隙間２において軸方向に潤滑液体が流れている状態において、ポンプケーシング６０に対して羽根車１０が径方向に動いた場合、羽根車１０を元の位置に戻そうとする復元力が発生する。

例えば、図３に示すように、羽根車１０が上方に移動し、ポンプケーシング６０の中心軸ＢＸと羽根車１０の回転軸ＡＸとがずれた場合、羽根車１０の上側の軸受隙間２の第１寸法Ｃｄは、羽根車１０の下側の軸受隙間２の第１寸法Ｃｄよりも小さくなる。その結果、羽根車１０の下側の軸受隙間２における潤滑液体の流量が増し、図３に示すように、羽根車１０の上側の軸受隙間２の圧力が、羽根車１０の上側の軸受隙間２の圧力よりも大きくなる。羽根車１０の上側の軸受隙間２と下側の軸受隙間２との圧力差が生じると、羽根車１０を下方に移動させようとする力、すなわち、羽根車１０を元の位置に戻そうとする復元力（回転軸ＡＸを中心軸ＢＸに一致させようとする力）が羽根車１０に作用する。これにより、軸受隙間２の第１寸法Ｃｄは元の値に戻り、外周面２２の周囲において軸受隙間２の第１寸法Ｃｄは一定となる。そのため、羽根車１０とポンプケーシング６０との接触が抑制される。

この復元力は、羽根車１０の回転数が低くても発生する。例えば、直径ｄが２５ｍｍで、第１寸法Ｃｄが０．２５ｍｍであり、Ｃｄ／ｄが０．０１である場合、動圧軸受を成立させてポンプケーシング６０で羽根車１０を非接触支持するためには、羽根車１０を約１５０００［ｒｐｍ］で回転させなければならない。本実施形態においては、軸受隙間２の入口側と出口側とに圧力差を設けて、軸受隙間２の軸方向に潤滑液体を流すことによって、Ｃｄ／ｄが０．０１である場合、設計点の５８％の回転数程度で羽根車１０を回転すれば、上述の復元力により、ポンプケーシング６０で羽根車１０を非接触支持することができる。

つまり、あるＣｄ／ｄの関係を有するロータをステータで非接触支持しようとする場合、本実施形態に係る復元力を使えば、動圧軸受を使う場合に比べて、半分以下の回転数で回転させれば済む。

また、この復元力は、軸受隙間２の第１寸法Ｃｄが大きくても発生する。例えば、直径ｄが２５［ｍｍ］の羽根車１０を設計点の５８％の回転数で回転させた状態で動圧軸受を成立させるために、従来は、第１寸法Ｃｄを０．０２５［ｍｍ］程度とし、Ｃｄ／ｄを０．００１程度にしないと成立しない。本実施形態においては、直径ｄが２５［ｍｍ］のときに第１寸法Ｃｄを０．２５［ｍｍ］としても、羽根車１０を設計点の５８％の回転数で回転させることにより、ポンプケーシング６０で羽根車１０を非接触支持することができる。

つまり、ある直径ｄを有するロータをステータで非接触支持しようとする場合、本実施形態に係る復元力を使えば、動圧軸受を使う場合に比べて、軸受隙間２の第１寸法Ｃｄを約１０倍大きくすることができる。

また、この復元力は、潤滑液体の粘度に依存せずに発生する。潤滑液体としてポンプ１００の作動液体を使用する場合、その潤滑液体（作動液体）の粘度では動圧軸受を成立させることが困難な状況が発生する可能性がある。本実施形態に係る復元力を使えば、どのような粘度の作動液体を搬送しようとする場合でも、その作動液体を潤滑液体として使用することができる。

図４は、ポンプ１００の評価試験の結果を示す図である。評価試験では、直径ｄが２５［ｍｍ］、Ｃｄ／ｄが０．０１であるロータ（羽根車１０）及びステータ（ポンプケーシング６０）を有するポンプ１００を使用した。

評価試験では、ロータの回転数、潤滑液体の流量、及び圧力を変えつつ、ステータに対してロータを回転させた状態でレーザ変位計を使ってロータの位置を計測し、ステータとロータとが接触したか否かを計測した。図４は、ロータの各回転数における流量−揚程特性を示す。横軸は、軸受隙間２に流入する潤滑液体の流量である。縦軸は、ポンプ１００の揚程であり、軸受隙間２の入口側と出口側との圧力差に相当する。

ポンプ１００の設計点における流量及び揚程は１００［％］である。ポンプ１００の設計点における回転数を１００［％］として、回転数を７８［％］、６８［％］、５８［％］と変化させたときの、各回転数における流量−揚程特性を評価した。

図４において、白丸「○」は、ロータがステータに非接触で支持されている運転点を示し、黒丸「●」は、ロータがステータに接触した運転点を示す。

回転数５８［％］は設計最低回転数であり、設計点流量１００［％］以下の流量において、ロータとステータとの接触は確認されなかった。一方、流量が上昇し、揚程（圧力差）が低下すると、ロータとステータとの接触が確認される。これより、入口側と出口側との圧力差が小さくなると、軸受隙間２における潤滑液体の軸方向の流れが弱まり、上述の復元力が得られないことが確認できる。

また、回転数６８［％］、７８［％］、及び１００［％］においては、入口側と出口側との圧力差が十分であり、回転数の上昇に伴って動圧効果も得られてくるため、ロータとステータとの接触は確認されなかった。

このように、ロータの回転数に依存することなく、（１）式の条件を満たすように軸受隙間２の第１寸法Ｃｄが規定されれば、復元力を得ることが確認できた。

また、Ｃｄ／ｄが０．０１の場合のみならず、０．００２の場合、及び０．０２の場合においても、同様の傾向が得られることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態によれば、軸受隙間２の入口側と出口側とに圧力差を設けて、軸受隙間２において軸方向に潤滑液体を流すことにより、動圧軸受が成立しない条件（ロータの回転数、軸受隙間の寸法、及び潤滑液体の粘度）においても、復元力を発生させることができ、この復元力により、ロータとステータとの接触を抑制することができる。

この復元力により、ロータの回転数が低い状態でも、ロータとステータとの接触が抑制されるので、ポンプ１００の立ち上げ時など、ロータの回転数が所定値よりも低い第１回転数範囲でも、ロータとステータとの接触が抑制される。また、ロータの回転数が所定値よりも高い第２回転数範囲になれば、ロータとステータとの間に働く潤滑液体の動圧により動圧軸受が成立し、ステータでロータを非接触で支持することができる。

また、復元力を発生させる場合、動圧軸受が成立する条件に比べて軸受隙間２の第１寸法Ｃｄは大きくてよいので、ロータの外面及びステータの内面に高い平滑度又は高い加工精度は要求されない。また、一般的な動圧軸受においてはロータに溝が設けられることがあるが、本実施形態においては、溝は不要である。これにより、ロータ及びステータの加工上の制約が緩和される。また、第１寸法Ｃｄが大きくてもよいので、潤滑液体に異物が混入していても、軸受隙間２に異物が詰まることが抑制される。

また、本実施形態によれば、ポンプ１００自身の発生圧を液体軸受１Ａ，１Ｂに誘導し、２次流れを利用して静圧効果も得ている。従来の静圧軸受のようなリセル又はランドは不要である。また、液体軸受１Ａ，１Ｂの潤滑液体としてポンプ１００の作動液体を使用することにより、作動液体の供給系と潤滑液体の供給系とを別々に設ける構造に比べてシンプルな構造となり、入口側流路と出口側流路との潤滑液体の圧力差を得るための外部高圧ポンプ又は配管類も不要となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。図５は、ポンプ３００の一例を示す模式図である。第１実施形態で説明したポンプ１００は、円筒状のステータ（ポンプケーシング６０）の内側にロータ（羽根車１０）が設けられている構成であった。図５に示すポンプ３００は、ステータ４００の周囲に円筒状のロータ５００が設けられている構造である。

図５に示すポンプ３００は、作動液体を搬送する軸流ポンプである。ポンプ３００は、回転軸ＡＸの周囲に配置される外面４０１を有する第１部材であるステータ４００と、ステータ４００の周囲に配置される第２部材であるロータ５００とを備えている。ステータ４００及びロータ５００は、羽根を有する。ステータ４００とロータ５００とは相対回転可能である。

ロータ５００は、外面４０１との間で軸受隙間３１０を形成する第１内面５０１と、潤滑液体が流入する軸受隙間３０１の入口側において外面４０１との間に軸受隙間２の第１寸法Ｃｄよりも大きい第２寸法Ｉｄの入口側流路Ｇａ３を形成する第２内面５０２と、潤滑液体が流出する軸受隙間３１０の出口側において外面４０１との間に第１寸法Ｃｄよりも大きい第３寸法Ｏｄの出口側流路Ｇｂ３を形成する第３内面５０３とを有する。潤滑液体としてポンプ３００の作動液体が使用される。

ポンプ３００は、軸受隙間３１０において回転軸ＡＸと平行な軸方向に潤滑液体が流れるように、入口側流路Ｇａ３の圧力Ｐａを出口側流路Ｇｂ３の圧力Ｐｂよりも高くする。

回転軸ＡＸと直交する面内において外面４０１及び第１内面５０１は円形であり、軸受隙間３１０の第１寸法をＣｄ、ステータ４００の直径をｄとしたとき、上述の（１）式の条件を満足する。

ロータ５００にはマグネット５１９が配置され、ポンプ３００のハウジング３６０の外側にはモータコイル３１９が設けられている。モータコイル３１９に電流が流れると、マグネット５１９を有するロータ５００が回転する。

また、ロータ５００の軸方向端部には磁石５２０が設けられ、ステータ４００には磁石５０３と対向する位置に磁石４２０が設けられる。磁石５２０と磁石４２０との吸引力又は反発力のバランスにより、ステータ４００に対するロータ５００の軸方向の相対位置が維持される。

このように、ステータ４００の周囲にロータ５００が配置されているタイプのポンプ３００であっても、復元力により、ステータ４００とロータ５００との接触を抑制することができる。

なお、上述の各実施形態においては、ポンプは、磁気カップリングポンプでもよいし、キャンドモータポンプでもよいし、シールレスポンプでもよい。

１Ａ，１Ｂ液体軸受、２軸受隙間、６吸込口、７吐出口、９吐出ホース接続管部、１０羽根車（第１部材）、１１羽根、１２羽根車入口、１３羽根車出口、１９従動磁石、２０前シュラウド、２１入口筒部、２２外周面（外面）、２３円弧面、２４入口テーパ面、３１前側板部、３２前面、３３前側板テーパ面、４０後シュラウド、４１後側板部、４２後面、４３後側板テーパ面、５１軸部、５２外周面、５３後端部、５４円弧面、５５軸テーパ面、５６貫通孔、６０ポンプケーシング（第２部材）、６１ポンプ前ケーシング、６２吸込ホース接続管部、６５拡径管部、６６内面（第３内面）、６７前軸受形成部、６８内周面（第１内面）、７１前ケーシング本体部、７２前面対向部、７３内面（第２内面）、７４前ケース本体テーパ面、７５前本体筒部、７６内周面、８１ポンプ後ケーシング、８２後軸受形成部、８３内周面（第１内面）、８５後壁板部、８６内面（第３内面）、９１後ケーシング本体部、９２後本体筒部、９５後面対向部、９６内面（第２内面）、１００ポンプ、２００ポンプ駆動装置、２１０モータ、２１１出力軸、２１９駆動磁石、２２０カップ、２２１カップ円筒部、２２５モータ接続部、２３０駆動装置ケーシング、２３１ケーシング本体、２３２ケーシング円筒部、２３５ケーシング底部、２４１キャップ、２４２ポンプ嵌合部、２４４ポンプ受け部、２４６係合部、３００ポンプ、３１０軸受隙間、４００ステータ、４２０磁石、５００ロータ、５０１第１内面、５０２第２内面、５０３第３内面、５１９マグネット、５２０磁石、ＡＸ回転軸、ＢＸ中心軸、Ｃｄ第１寸法、Ｉｄ第２寸法、Ｏｄ第３寸法、Ｇａ１，Ｇａ２間隙（入口側流路）、Ｇｂ１，Ｇｂ２間隙（出口側流路）、Ｇｃ１，Ｇｃ２間隙、Ｐｒ羽根車内部流路。

Claims

潤滑液体が流入する入口と、前記潤滑液体が流出する出口と、前記入口と前記出口とを接続する内部流路とを有する羽根車からなる第１部材と、
前記第１部材の周囲に配置されるポンプケーシングからなる第２部材と、
を備え、
前記第１部材は前記第２部材に対して回転軸を中心に回転可能であり、
前記第２部材は、前記第１部材の外面との間で軸受隙間を形成する第１内面と、前記出口から流出した前記潤滑液体が流入する前記軸受隙間の入口側において前記外面との間に前記軸受隙間の第１寸法よりも大きい第２寸法の入口側流路を形成する第２内面と、前記潤滑液体が流出する前記軸受隙間の出口側において前記外面との間に前記第１寸法よりも大きい第３寸法の出口側流路を形成する第３内面と、を有し、
前記入口側流路と前記軸受隙間と前記出口側流路とは、前記潤滑液体の流路方向に配置され、
前記軸受隙間において前記回転軸と平行な軸方向に前記潤滑液体が流れるように、前記入口側流路の圧力を前記出口側流路の圧力よりも高くし、
前記回転軸と直交する面内において前記外面及び前記第１内面は円形であり、
前記第１寸法をＣｄ、前記第１部材の直径をｄとしたとき、
０．００２ ≦ Ｃｄ／ｄ ≦ ０．０２
の条件を満足し、
前記入口側流路の圧量が前記出口側流路の圧力よりも高く、前記軸受隙間において前記軸方向に前記潤滑液体が流れている状態において、前記第２部材に対して前記第１部材が径方向に動いた場合、前記第１部材を元の位置に戻そうとする復元力が発生する、
ポンプ。
前記潤滑液体として、搬送する作動液体を使用する、
請求項１に記載のポンプ。