JPS6291692A - 回転機器用マグネツト駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、駆動モータの回転をマグネットカップリング
によってインペラに伝え、流体の移動および攪拌をする
ための回転機器用マグネット駆動装置に関するもので、
特にマグネットカップリングに於ける隔壁の新規構成を
備えた回転機器用マグネット駆動装置に関する。

（従来の技術） 従来、化学工業において、化学物質の輸送、撹拌あるい
は混合のため、種々の回転機器が使用されている。これ
らの装置の中で、マグネ、ト駆動式ポンプは、ポンプと
モータがマグネットカップリングにより隔壁を介して、
磁気的に結合されて回転トルクが伝達されるため、ポン
プに軸封部がなく、圧送される流体がリークすることが
ないため、化学薬品、石油、飲食品等の流体輸送用ポン
プとして広く使用されている。

ここで、マグネットカップリングは、インペラーに設け
た環状の従動マグネットの外側に駆動マグネットを同心
的に配置する外駆動タイプ、従動マグネットの内側に駆
動マグネットを配置する内駆動タイプ、あるいは、従動
マグネットと駆動マグネットとをそれぞれ回転軸に直角
な面に配置するディスクタイプ等によって達成されてい
る。

また、流体と接触する部分である、インペラ、ロータお
よびケーシングは、化学的耐蝕性のある高級金属、プラ
スチック、セラミックあるいは、プラスチックをコーテ
ィングあるいはライニングした金属により構成されてい
る。

このようなポンプに使われるマグネット駆動装置は、該
装置に接続される回転機器の仕様例えば耐蝕性２．耐圧
性、耐熱性等を満足させると共に、マグネット駆動装置
を小型化し、かつ伝達トルクを大きくすることが求めら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、回転機器の出力、例えば、ポンプ圧を大きく
するため、そのポンプ圧に耐えるように隔壁の厚さを大
きくすると、小型化が達成できないばかりか、次のよう
な問題を発生させることになる。

すなわち、隔壁の厚さを増加させた分、マグネットカッ
プリングにおける渦電流がより多く誘導（誘発）され、
その結果発熱損失が生ずることである。この発熱損失は
、マグネットのトルク伝達効率を悪くする一方、処理さ
れる流体に影響をもたらしたり、隔壁自身の熱変形ある
いは熱ストレスおよび耐蝕性の劣化をもたらすことにな
る。発熱損失による処理される流体の上昇温度は、５度
以上なることがあり、この上昇温度で化学変化等を生ず
る流体には、従来のポンプは使用できなかっ　ブこ　。

この発熱の影響を除くために、隔壁に冷却手段、例えは
、ロータと隔壁と間の流体の流量を増したり、隔壁自体
に冷却水を流すようにすると、駆動マグネットと従動マ
グネット間の距離が大きくなり、伝達トルクを小さくす
ることになる。

以上に記載したように、従来の回転機器用のマグネット
駆動装置は、回転機器の要求仕様を満足させると共に、
小型化を達成したものはなかった。

（問題点を解決するための手段） 従って、本発明の目的は上述の欠点を解決し化学耐蝕性
およびマグネ；／［・カップリングのトルク伝達効率が
すくれた回転機器用マグネット駆動装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、処理される流体の温度を上昇さセ
ることがない、発熱損失が少ない回転機器用マグネット
駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、小型（コンパクト）の回転機器用
マグネット駆動装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、マグネットカップリングの隔
壁材料を提供することにある。

本発明は駆動モータとマグネットカップリングにより駆
動回転するロータとを備え該マグネットカップリングは
、前記駆動モータに連結されるマグネットホルダーに設
けられた駆動マグネットと磁気的に結合する従動マグネ
ットにより構成された回転機器用マグネット駆動装置に
おいて、前記ロータを収容する容器を設け、該容器の前
記駆動マグネットと前記従動マグネットとがマグネット
カップリングする隔壁の厚みは、１　、５ｍ１ｌｌ〜３
ｍｍであり、前記隅壁の材料は、比砥抗が１０３Ω・ｃ
ｍ以上のセラミック材料で構成される回転機器用マグネ
ット駆動装置にある。

本発明のマグネット駆動装置に使用して好ましい材料は
ジルコニアであり、特に２．３〜３．５モル％のｙ２０
．で部分安定化されたジルコニアが好ましい。

またこのジルコニアはアルミナ（＾１２０３）　、シリ
カ（ＳｉＯｚ）およびアルカリ土類金属酸化物が１〜１
．５％を含有するものであることが好ましい。

本発明のマグネット駆動装置は隔壁の比抵抗および厚み
を規定したものであるので、トルク伝達効率がすぐれ、
処理される流体の温度上昇を小さくし、かつ小型化を達
成したものである。

（実施例） 本発明の実施の一例態様を図面につき詳細に説明する。

第１図において、ポンプは主軸１に軸受５を介して取付
けられたインペラ２．インペラと一体のロータ３、及び
これらを収納したポンプケーシング４．ローター３に取
り付けられた従動マグネット６、従動マクネットに対向
してこれと同心的にマグネットホルダ７に保持された駆
動マグネｙ　Ｉ−８、マグネットホルダ７を駆動する駆
動軸９、及び駆動モータ１０とより主として構成される
。

インペラ２及びロータ３は、セラミック材料で一体的構
成されることが好ましい。セラミック材料としては、化
学耐蝕性および機械的強度にすぐれた、アルミナ、ジル
コニア、ムライト、シリコンカーバイド、シリコーンナ
イトライドが用いられる。

ポンプケーシング４は、主としてインペラ２を収容し、
吸込部１３および吐出部１４を形成するフロントケーシ
ング１１と、ロータ３を収容するリアケーシング１２に
より構成されている。

フロントケーシング１１の材料は、ロータ３および、リ
アケーシング１２（本発明において最も重要であり後で
詳細説明する。）に較べて、機械的強度は必要としない
ので、耐食性のある材料、例えば、プラスチック材をラ
イニングした金属、アルミナ質耐酸セラミック等のセラ
ミ・ツクが用いられる。

リアケーシング１２の外側には、従動マグネット６と同
心的に駆動マグネット８が配置される。

駆動マグネット８は、マグネットホルダ７に取りつけら
れている。

前記従動マグネット６および駆動マグネット８の材質は
、保磁力及び残留磁束密度が大きい金属あるいは金属酸
化物で構成される。

マグネットホルダ７は、マグネットハウジング１５内に
収容されており、駆動モータ１０の駆動軸９上に°取り
つけられて、回転されるよう構成する。

前記ポンプケーシング４、マグネットハウジング１５及
び駆動モータ１０は、ヘッド１６上に載置される。

１７はマグネットカバー、１８は締付ボルト、１９は冷
却水排水路、２０はインペラーの裏面に設けた裏羽根、
２１は裏羽根間隙を示す。

次に、本発明の要旨とするリアケーシング１２について
、第２図を参照して説明する。

第２図において、リアケーシング１２は、フランジ部１
２Ａ、側壁１２Ｂ及び底部１２Ｃとから構成される。

フランジ部１２Ａは、リアケーシング１２がフロントケ
ーシングと結合されて、インペラを収容する役目をする
。

底部１２Ｃの中央には、主軸を支承するための凹部１２
Ｄが設けられる。側壁１２Ｂは、従動マグネット６およ
び駆動マグネット８とのマグネットカップリングの隔壁
となっている。

リアケーシング１２全体が、セラミック材料で一体的に
構成されていることが、機械的強度および化学的耐蝕性
の点から好ましいが、少なくとも側壁１２Ｂは、セラミ
ック材料で構成される。

側壁１２Ｂの厚み（ｔｌ）は、１．５〜８ｍｍの範囲が
よい。

側壁１２Ｂの厚みが１．５ｎｒｍ以下であると、マグネ
ットカップリングによる駆動トルクにより生ずる隔壁が
圧力に耐えられないからである。さらに、ロータ３を支
承する主軸■をリアケーシング１２の底部１２Ｃで支持
する場合には、ロータ３の荷重および回転によるラジア
ル荷重により、側壁１２Ｂが撓み、破損し易いからであ
る。また、製造時に、研磨圧力により破損したり、変形
して加工精度が維持できなかったり、組立時の機械的衝
撃により破損しやすいからである。運転時においては、
流体の衝撃力により破損したり、振動による捩れが生じ
て、その結果、ロータあるいは駆動マグネット８と接触
して破損を生じることがあり好ましくない。また厚みが
８ｍｍ以上であると、マグネノトカップリングによる発
熱損失が大きくなり、しかもマグネットカップリングの
伝達トルクが小さくなるから好−ましくない。

すなわち、厚みの増加した分だけ、マグネットカップリ
ングの伝達トルクを保持するためにマグネットサイズを
大きくする必要があり、従ってマグネット間に位置する
隔壁の表面積が大きくなり、隔壁の表面に発生する渦電
流を大きくする一方、渦電流の流れる隔壁の電気抵抗が
小さくなって、−ｍ渦電流の発生を促進することになる
ため、発熱損失が大きくなる。発熱損失は、単にマグネ
ットカツプリングの効率を劣化させるだけでなく、発生
した熱が、処理される流体の温度を上昇させるので好ま
しくない。

また、厚みの増加した分だけ、駆動マグネットと従動マ
グネット間の距離を大きくすることになるため、マグネ
ットカップリングの伝達トルクが小さくなり、回転＠器
の仕様に合わないからである。

さらに、単に厚みの増加分だけ小型化できないばかりで
な（、重量が増すことになり、この重量対策が必要とな
る。特に隔壁にジルコニアセラミ・７クスを用いた場合
、ジルコニアセラミックスはその他のセラミックスと較
べて、比重が大きいので、特に問題となる。さらに、熱
衝撃抵抗も小さくなる欠点もある。

側壁１２Ｂのセラミック材料の比抵抗は、１０３Ω・０
１１１以上である必要がある。この理由は、１０″　Ω
・ｃｍ未満では、側壁１２Ｂがマグネットカップリング
の隔壁となっているため、渦電流による発熱が大きく、
しかも伝達トルク効率を小さくするためである。

セラミック材料としては、機械的強度および比抵抗の点
から、部分安定化ジルコニアが好ましい。

ジルコニアセラミックスとしては、２．３〜３．５モル
％のＹ、０３で部分安定化されたものが好ましい。

この理由は、２〜４モル％のＹ２Ｏ３で比抵抗が最高と
なり、２〜３．５モル％のＹ２Ｏ，で曲げ強度が最高と
なり２〜３モル％のＹ２Ｏ３で破壊靭性（Ｆｒａｃｔｒ
ｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）および熱衝撃温度がそれぞれ最
高となり、２．３〜４．０モル％のＹ２Ｏ，で曲げ強度
のニージン°グ劣化が最低になるからである。

さらに、ジルコニアセラミックスとしては、焼結助剤と
してのアルミナ（Ａｌ２Ｏ２）　、シリカ（ＳｉＯｚ）
およびアルカリ酸化物が１〜５％含有していることが好
ましい。

この理由は、ジルコニアセラミックスの製造時において
、成形強度および成形性を向上させ、焼結温度を低くで
きるばかりか、比抵抗が大きくなるからである。含有量
が１％未満では、比抵抗の増加が小さく、５％を越える
と曲げ強度が低下するからである。

このような、焼結助剤は、安定化ジルコニアセラミック
スの高温における結晶変態に伴う、異常熱膨張のため、
高温熱衝撃性を劣化するものであるが、化学工業で扱う
流体は２００℃以下であるので問題にならない。

リアケーシング１２のフランジ部１２Ａの厚み（ｔ、）
および底部１２Ｃの厚み（Ｌ２）は側壁１２Ｂの厚み（
１＋）より大きく構成されることが好ましい。フランジ
部１２Ａの厚み（ｔ、）および底部１２Ｃの厚み（ｔ２
）を、それぞれ、側壁１２Ｂの厚み（ｔｌ）の３倍以上
に構成されるこが、特に好ましい。

この理由は、マグネット駆動装置が取りつけられる回転
機器仕様を満足し、かつ側壁１２Ｂを最も薄くするため
には、底部１２Ｃやフランジ部１２Ａの撓みによる側壁
との境界に発生する応力を極力小さくする必要がある。

このためには、フランジ部１２Ａおよび底部１２Ｃのそ
れぞれの厚み（ｔ３．　ｔｚ）は側壁１２Ｂの厚み（ｔ
ｌ）の３倍以上が好ましいからである。

以上の説明は、本発明の一実施例として、マグネット駆
動式ポンプについて説明したが、ポンプ以外の回転機器
にも応用できる。

例えば、第３図に示すように、ロータ３が設けられた主
軸１の一端に流体攪拌用の羽根２２を設ければ、マグネ
ットカップリングによってモータの駆動力が、羽根２２
に伝達されて、気体あるいは流体の撹拌あるいは混合が
効率よくなされることになる。

以上の説明から明らかなように、本発明の構成は、マグ
ネットカップリングの隔壁を薄くかつその比抵抗を規定
したセラミック材料で構成されているので、渦電流によ
る発熱が少いためマグネットのトルク伝達効率がよく、
しかも発熱の影響を少くするため特別の手段が不要であ
る。さらに、隔壁を薄＜シたことにより、マグネットの
トルク伝達効率をさらに向上させる共に、小型化が達成
される。

実施例１ 第１図に示すような、マグネット駆動式ポンプを製作し
た。

直径１５０ｎｕ＋＋、ブレード数５のインペラと外径１
０２ｍｍ。

長さ１３０ｍｍのロータとを、アルミナで一体構成とし
た。従動マグネットは、主軸と同心の直径８１１ｔｕ＋
＋の位置に、幅２２ｍｍの永久磁石を、ロータ中に配置
した。駆動マグネットは、主軸と同心の直径１３２ｎ＋
ｎ＋の位置に、幅２５ｍｍの永久磁石をマグネットホル
ダに取りつけた。マグネットの長さは従動マグネット及
び駆動マグネットとも第１表に示すように５５〜１６０
　ｍｍである。

これらの永久磁石は、保磁力６５０００ｅ、残留磁束密
度９．５ＫＧの希土類系のものを用いた。

ポンプケーシングのリアケーシングは、第２図に示すよ
うな、外径１４０ｎｕｏ、内径１０８ｍｍ、厚さ１２Ｉ
ＩＩ１１のフランジ部を有し、側壁は、内径１１０８ａ
Ｉで、深さ１１Ｑｍｍで、第２表に示す材質から所定の
比抵抗のものを、第１表に示す隔壁の厚さのものに製作
した。

駆動モータ１７は、３相交流電動モータで、回転数３．
５０ＯＲＰＭ、出力５．５に−のものを準備した。

これらのポンプについて、それぞれ、ポンプの軸動力、
リアケーシングの内圧強度、リアケーシングの熱衝撃破
壊温度および処理液の温度上昇を測定した。

ポンプの軸動力は、ポンプの全揚程が３０１Ｉｌ、流量
が０．２ｍ’／ｗｉｎの場合のモータ入力電流、電圧及
びモータの出力効率の積より求めた。

リアケーシングの内圧強度器↓、リアケーシングの内側
から油圧により圧力を負荷し、その破壊強度により算出
した。

リアケーシングの熱衝撃破壊温度は、リアケーシングを
炉中で所定温度で加熱後、炉から取り出した直後、２０
℃の水を１０！／ｍｉｎの流速でリアケーシング中に注
入し、破壊したときの温度から２０°Ｃを差し引いた温
度差を以て表示した。

処理液の温度上昇は、リアケーシングのフランジ部側の
内周面近傍の液体の温度を測定する一方、リアケーシン
グの底部側の内周面近傍の液体の温度を測定し、その温
度差をもって測定した。

測定結果を第１表に示す。表から、本発明のマグネット
駆動装置を装着したポンプは、従来の構成のものに較べ
て、トルク伝達に優れ、処理温度の上昇が小さく、その
他強度および熱衝撃にすぐれていることがわかる。

天財１生ｌ 第２表に示す、ジルコニアと酸化イントリュムを主成分
に、第３表に示す成分をもつ添加成分を組合せた組成の
ジルコニアセラミックスを作成した。比較例として、ア
ルミナおよび炭化ケイ素セラミックスとポリテトラフル
オロエチレンをライニングした鋼製のものを準備した。

これらの材料で測定試験片を作成し、曲げ強度、比抵抗
、破壊靭性、耐熱衝撃温度、および曲げ強度のエージン
グを測定した。その結果を第２表に示す。第３表はその
組成を示す。

第　　３　　表 宰ＲＯ：　アルカリ酸化物 この結果、２．３〜３．ｈモルχのＹ２Ｏ３で部分安定
化されたジルコニアセラミックスは、機械的強度が良く
かつ比抵抗もマグネットカップリングの隔壁として満足
するものであることがわかる。

また、アルミナ（八１２０３）　、シリカ（ＳｉＯ２）
およびアルカリ酸化物が１〜５％含有するジルコニアセ
ラミックスは、比抵抗が高く、機械的強度も満足される
ものであることもわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すマグネット駆動式ポ
ンプの断面図、 第２図は、第１図のロータを収容するリアケーシングの
拡大断面図、 第３図は、本発明の他の実施例を示すマグネット駆動式
撹拌機の要部断面図である。 １−　主軸　　　　　　　　２−　　インペラ３・−・
ロータ４−　ポンプケーシング５、軸受　　　　　　　
６−従動マグネット７・・・マグネットホルダー ８・・・駆動マグネット　　９・・・駆動軸１０・・・
駆動モータ １１・・フロントケーシング １２−・リアゲージング　　１３−吸込部１４１．−吐
出部　　　　　　１５−マグネットハウジング１６−・
ヘノ）−１７−マクネットカッ＼−１８−締付ボルｌ−
１９−冷却水排水路２〇−裏羽根　　　　　　２１−裏
羽根間隙２２−　羽↑艮 手恥Ｉεネ甫正四 昭和６０年１１月　８日 特許庁長官　宇　　賀　　道　　部　殿１、事件の表示
　　　　　　　　／ター２３ρンツ・″昭和６０年１０
月１６日付提出の特許用２、発明の名称 カイテン　キキョウ　　　　　　　　　　　　クトウソ
ウ予回転機器用マグネット駆動装置 ３、補正をする者 １］ｒ件との関係　特許出願人 すｊｔ　　　ノ　ミズネク　スタチ３り愛知県名古屋市
瑞穂区須田町２＠５６号ニフ　　ギン　　カイ　　ノ （４０６）日本碍子株式会社 ４、代理人 ６、！＋ｌｉ正の＠象 １、明細書第１頁第２行〜第９行間を下記の通り訂正す
る。 「２、特許請求の範囲 １、　駆動モータとマグネットカップリングにより駆動
回転するロータとを備え該マグネットカップリングは、
前記駆動モータに連結されるマグネットホルダーに設け
られた駆動マグネットと前記ロータに設けられ前記駆動
マグネットと磁気的結合する従動マグネットにより構成
された回転機器用マグネット駆動装置において、 前記ロータを収容する容器を設け、 該容器の前記駆動マグネットと前記従動マグネットとが
マグネットカップリングする隔壁の厚みは１．５〜８０
であり、 前記隔壁の材料は比抵抗が１０３Ω・ｃｍ以上のセラミ
ック材料で構成されることを特徴とする回転機器用マグ
ネット駆動装置。 ２、　前記セラミック材料はジルコニアである特許３１
′？求の範囲第１項記載の回転機器用マグネソト駆動装
置。 ３．　前記ジルコニアは２．３〜３．５モルχのＹｚＯ
：１で部分安定化された部分安定化ジルコニアである特
許請求の範囲第２項記載の回転機器用マグネット駆ｖＪ
装置。 ４、　　ｉｉｊ記ジルコニアはアルミナ（ＡＩ、０３）
、シリカ（Ｓ１０２）およびアルカリ＆　＠　ｉｆ　（
Ｗ　ｌｉが１〜５％である特許請求の範囲第３項記載の
回転機器用マグネット駆動装置。」 ２、明細書第６頁第２０行〜第７頁第１行中「アルカリ
土類金属酸化物が１〜１．５％」を「アルカリ金属酸化
物が１〜５％」と訂正する。 ３、同第７頁第２０行中「シリコーンナイトライド」を
「シリコンナイトライド」と訂正する。 ４、同第１０頁第９行中「隔壁が圧力に耐えられないか
らである。」を「圧力に隔壁が耐えられないからである
。」と訂正する。 ５、同第１０真第１７行中「捩れ」を「振れ」と訂正す
る。 ６、同第１６頁第１０行中「駆動モータ１７は、」を「
駆動モータ１０は、」と訂正する。 ７、同第１８頁第１表、第２表を別紙の通り訂正する。 ８、図面中第１図を別紙訂正図の通り訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動モータとマグネットカップリングにより駆動回
   転するロータとを備え該マグネットカップリングは、前
   記駆動モータに連結されるマグネットホルダーに設けら
   れた駆動マグネットと前記ロータに設けられ前記駆動マ
   グネットと磁気的結合する従動マグネットにより構成さ
   れた回転機器用マグネット駆動装置において、 前記ロータを収容する容器を設け、 該容器の前記駆動マグネットと前記従動マ グネットとがマグネットカップリングする隔壁の厚みは
   １．５〜８ｍｍであり、 前記隔壁の材料は比抵抗が１０＾３Ω・ｃｍ以上のセラ
   ミック材料で構成されることを特徴とする回転機器用マ
   グネット駆動装置。 ２、前記セラミック材料はジルコニアである特許請求の
   範囲第１項記載の回転機器用マグネット駆動装置。 ３、前記ジルコニアは２．３〜３．５モル％のＹ＿２Ｏ
   ＿３で部分安定化された部分安定化ジルコニアである特
   許請求の範囲第２項記載の回転機器用マグネット駆動装
   置。 ４、前記ジルコニアはアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）、シ
   リカ（ＳｉＯ＿２）およびアルカリ土類金属酸化物が１
   〜５％である特許請求の範囲第３項記載の回転機器用マ
   グネット駆動装置。