JPS63277887A - キヤンドモ−タポンプ - 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〕 本発明はキャンドモータポンプに関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は特公昭４９−３８６４１号公報に示された従来
のキャンドモータポンプの一例の断面図である。

図において、モータのロータｌ及びステーク２はステン
レス製のロータキャン３２、ステータキャン３３によっ
て被覆されて鉄心、コイル、二次導体が搬送液と接触し
ない構造となっている。

モータの主軸３の先端にインペラー４がネジ止めされイ
ンペラー４とロータ１との中間及びロータ１例の末端に
おいて主軸３はラジアル軸受５、６によって回転可能に
支承され、さらに、ポンプの回転時によって生ずる軸ス
ラストはロータｌの両側のスラスト軸受７によって支承
されている。

ポンプの吐出口８からモータの末端に接続された導通パ
イプ９によって搬送液が吐出口側からモータの末端側に
流入し、さらにインペラー４の背面に流出するのでこの
型式のポンプにおいては自液即ち搬送液によって軸受部
の潤滑とモータの冷却がなされ、そして搬送液は完全に
外気から遮断された状態で取扱われる。

〔発明が解決すべき問題点〕　　− キャンドモータポンプは、搬送液が食料品、薬品、有毒
液、ＬＰＧ　、超純水などのように外気と接触すること
が望ましくない場合において採用されている。

従って、全体の構造も一般のポンプに比べて密閉構造と
なり細部に亘る分解・点検ができないものが多い。　こ
の種のポンプの場合、正規の運転をしている限りケーシ
ング１０、インペラー４、モータのロータ１及びステー
タ２に由来する故障は少なく、軸受の摩耗による故障が
大半を占めている。

搬送液を外部へ漏洩しなければ良いと云う目的のためで
あれば軸受部の摩耗は単にポンプの寿命が短いというだ
けのことであるが、食料品や薬品或いは超純水を搬送す
る場合にあうでは、軸受の摩耗は搬送液を汚染或いは加
熱劣化することになり望ましいことではない。

又、キャンドモータポンプを採用する理由を考慮すれば
、単に軸受部の修理であったとしても、分解・組立をく
り返し行うことは望ましいことではない。

このような現状に鑑み本発明は、耐久性に優れたキャン
ドモータポンプを提供せんとするものであり、さらに、
本発明は実質的に搬送液を汚染することのないキャンド
モータポンプを提供せんとするものであり、また、本発
明においては軸受部の局所的な発熱を防止して、搬送液
の熱的劣化を未然に防ぐキャンドモータポンプを提供せ
んとするものである。

〔問題点の解決すべき手段〕

本発明はモータのロータ軸の一端にインペラを備え、ポ
ンプの搬送液自身によってモータの冷却と軸受の潤滑と
を行うキャンドモータポンプにおいて、　前記ロータと
前記インペラとの間において、前記ロータ軸に固定され
、軸直角の、互に対向するセラミックスの一対の回転側
スラスト受け面を有する回転側スラスト支承板と、該一
対の回転側スラスト受け面の間に配備され、両面にセラ
ミックスの固定側スラスト受け面を有する固定側スラス
ト支承板とを備え、対面する回転側スラスト受け面と固
定側スラスト受け面との何れか一方に、動圧発生用のス
パイラル溝が形成されて、互に逆向きのスラストを支承
するスパイラル動圧スラスト軸受が二組形成され、前記
固定側スラスト支承板の内周面と前記ロータ軸との間に
形成されたスパイラル溝動圧ラジアル軸受と、前記ロー
タ軸の反インペラ側の軸端に形成されたスパイラル溝動
圧軸受とを備えたことを特徴とするキャンドモータポン
プである。

〔作用〕

本発明のキャンドモータポンプにおいては、ロータ及び
インペラからなる回転体がセラミックス焼結体からなる
スパイラル溝軸受によって支承されているため、モータ
が回転すると極めて短い時間の間に流体膜が形成され、
回転体は固体接触することなく回転を継続する。

また、モータへの電源の投入によってステータ及びロー
タの温度が上昇し熱膨張が生じた場合、スラスト軸受が
ロータとインペラとの間に設けられまたロータの反イン
ペラ側はラジアル軸受により支承されているので熱膨張
差には自由に対応できる構造となっている。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例に係るキャンドモータポンプの
断面図である。

第１図において、モータのロータ１とステータ２とはそ
れぞれステンレス！１ｉｉｌ板であるロータキャン３２
とステータキャン３３とによって被覆され搬送液が汚染
しないようになっている。インペラ−４とロータ１との
間に、固定側スラスト支承板としてのスラスト軸受１１
が設けられている。スラスト軸受１１の内周面はラジア
ル軸受１２を形成しており、さらに、ロータ１の反イン
ペラー側の末端側にもラジアル軸受１３が設けられてい
る。

この軸受１１．１２．１３はいづれもセラミックス焼結
体に動圧発生用の溝を形成してなるスパイラル溝動圧軸
受の一部を形成し、モータが回転した場合、回転体は固
体接触することなく、動圧により支承される。ポンプの
吐出口８の流路の図示しない位置に導通パイプ（図示せ
ず）の接続部があり、モータのエンドケーシング１４に
形成されたネジ穴１５との間が連通されている。

従ってポンプの回転により吐出圧が上昇し、搬送液は吐
出口８から導出されると共にモータの内部に流入し、末
端のラジアル軸受１３、ロータ１、ステータ２、スラス
ト軸受１１及びラジアル軸受１２を通過して再び、ポン
プのケーシング１０の内部に循環され、軸受の潤滑及び
モータの冷却が行われる。

次に、本発明に特徴的な軸受の構造について述べる。図
において用いられている軸受１１．１２．１３は、全て
硬質のセラミックス焼結体の表面に動圧発生用のスパイ
ラル溝を形成したものを用いたスパイラル溝動圧軸受の
一部を形成している。

ラジアル軸受１３について述べれば、主軸３に焼バメ或
いはナツトなどにより固定されたセラミックス製の軸ス
リーブ１７の表面を平滑な円筒面に仕上げ、その表面に
ショツトブラストによって、スパイラル溝としてヘリン
グボーン状の動圧発生溝を形成し他方、固定側にも内面
を平滑に仕上げた円筒状のセラミックス製の軸受１３を
備えている。

従って、主軸３が回転すると軸受１３と軸スリーブ１７
との間には搬送液の流体膜が形成され、回転体は固体接
触することなく回転する。

第２図はロータ１の末端側に設け、られたスラスト軸受
１３の拡大断面図である。

セラミックス焼結体からなる軸受１３の内周面は平滑な
円筒形状に仕上げられ、他方、軸スリーブ１７も平滑な
円筒面に仕上げられたものに１０μｍ程度の深さの動圧
発生用のスパイラル溝としてのへリングボーン状の溝１
８がショツトブラストによって形成されている。軸スリ
ーブ１７の外径は軸受１３の内径よりも２０〜５０μｍ
小さな寸法となっており、軸受１３に対して軸受方向に
移動できるようになっている。即ち、モータへの電源の
投入によりロータ１とステータ２とが温度差が生じても
実質的な障害を受けないようにされている。

さらに、スラスト軸受１１について述べる。

２１．２３は、ロータ１とインペラ４との間において、
ロータ軸である主軸１に固定され、軸直角の、互に対向
する回転側スラスト受け面を有する回転側スラスト支承
板としてのセラミックス焼結体の回転円板であり、この
一対の回転円板２１．２３の間に、両面に固定側スラス
ト受け面を有する固定側スラスト支承板としての硬質の
セラミックス焼結体のスラスト軸受１１がアダプターリ
ング２６に対し背板２５により固定されて配備されスラ
スト軸受が形成されている。

本実施例においてはスラスト軸受１１の両面に動圧発生
用のスパイラル溝が設けられており、このスラスト軸受
１１と回転円板２１．２３とによりスパイラル溝動圧ス
ラスト軸受を形成している。

主軸３に固定された軸スリーブを兼ねた背面板１９に対
し、デルリンプラスチ７りの如き弾性体２０を介してセ
ラミックス焼結体からなる回転円板２１を備え、回転円
板２１とスラスト軸受１１との間で定常運転時に生ずる
ロータ１からインペラー４の方に向かうスラスト荷重を
支承する。また、反対方向からのスラスト荷重を支える
ために軸スリーブ１６、弾性体２０′、２０″１を介し
て所定寸法に位置決めされたセラミックス焼結体の回転
円板２３が金属製の背面板２４にて押圧固定されている
。従って、ポンプの起動時に生ずるインペラー４からロ
ータ１へ向うスラスト荷重に対しては固定側のスラスト
軸受１１と回転円板２３との間の流体膜によって対抗す
るようにしである。

第３図は、スラスト軸受１１のインペラ側の表面の動圧
発生用の溝の模様を示したもので、スラスト軸受１１の
表面には平滑な平面にスパイラル状の動圧発生用溝２８
が多数形成されており、溝２８の深さはおよそ３〜５０
μｍ程度であり、搬送液の粘性に応じて好適な溝深さが
決定される。２点鎖線２３は回転円板２３の外周縁の位
置を示し、矢印２７は回転円板２３　（即ち主軸３）の
回転方向を示す。スラスト軸受の中央は軸が貫通するた
めの開口部となっている。

ポンプが回転し、スラストにより、例えばスラスト軸受
１１と回転円板２３とが接近すると動圧発生用溝２８の
作用によって中央の流体が外周方向へ流れ、さらに動圧
発生用溝の外周端はランド２９となっているために、ス
ラスト軸受１１と回転円板２３との間に圧力が発生し、
回転体は固体接触することなく回転する。

第１図の実施例においてはスラスト軸受１１のロータｌ
側の面も第３図の如く動圧発生用の溝が形成されている
のでスラスト力の方向がロータ１からインペラー４へ向
う方向となった時においても、そのスラスト力を流体膜
によって支えるものである。従って、ポンプが運転され
ている間はスラスト軸受け実質的に固体接触することな
く回転体を支えることができる。

スラスト軸受１１の内周面に対向して、背面板１９の円
筒部の外側に軸スリーブ１６が嵌装されている。軸スリ
ーブ１６は硬質のセラミックス焼結体により形成され、
平滑な円筒面に仕上げられた表面に、ショツトブラスト
により１０μｍ程度の深さの動圧発生用の、スパイラル
溝としてのへリングボーン状の溝（第２図の１８の如き
）が形成されている。一方、セラミックス焼結体のスラ
スト軸受１１の内周面は平滑な円筒形状に仕上げられて
いる。軸スリーブ１６の外径はスラスト軸受１１の内径
よりも２０〜５０μｍ程度小さな寸法となっており、軸
スリーブ１６の外周面とスラスト軸受１１の内周面とで
スパイラル溝動圧ラジアル軸受を形成している。

スパイラル溝動圧スラスト軸受及び同ラジアル軸受を構
成する各部分の構造について述べれば、第１図に示す如
く、主軸３に嵌装された背面板１９の外周には、弾性体
２０、回転円板２１、弾性体２０°、軸スリーブ１６、
弾性体２０°１、回転円板２３、弾性体２０が重ねられ
て配備されている。３４はキー道３５に拘束されたキー
であり、背面板１９の円筒部のインペラ側の端に設けら
れた切り欠き（図示せず）に嵌入し、かつ背面板２４の
内周に設けられたキーｍ＜図示せず）に嵌入して、背面
板１９．２４にトルクを伝え、これらを主軸３と一体に
回転せしめるようになっている。背面板１９はインペラ
４を介して、背面板２４はキー３４、インペラ４を介し
て主軸３に対し軸方向に固定されている。

回転円板２１及び２３はセラミックス焼結体であるので
、背面板１９．２４からのトルクを受けるのに内周にキ
ー溝を用いると、亀裂を生じやすいので、これを避ける
ために第４図に示す如く、間に挟んだ弾性体２０を利用
してトルクを伝えるようにする。

即ち、弾性体２０には第６図に示す突起３６を両面に設
け、弾性体２０を挟む背面板１９、回転円板２１の面に
は、突起３６が嵌入する凹部３７及び３８を設け、第８
図の如く嵌合してトルクを伝達する０回転円板２３と背
面板２４との間も同様な構成である。また、回転円板２
１、軸スリーブ１６、回転円板２３の相互間も弾性体２
０′、２０゛を介して同様な構造で拘束されている。こ
のようにして回転円板１９．２３、軸スリーブ１６は主
軸３と一体に回転する。なお、これらの凹凸関係は逆で
もよい。

弾性体２０．２０’、２０′′は、その弾性変形により
背面板１９．２４、回転板２１．２３、軸スリーブ１６
及びスラスト軸受１１の製作誤差、組立誤差を緩和し、
スラスト軸受面の動作を円滑にする作用があるが、その
ほかに、上述の如く構成することにより、セラミックス
焼結体の回転円板２１．２３に対し、応力集中の起こり
にくい形状により組み合わせることができ、また、弾性
変形により衝撃を緩和しセラミックスの亀裂発生、破壊
を防止することができる。

硬質のセラミックス焼結体として好ましいものはＳｉＣ
焼結体、八り２０３焼結体、５ｉｘＮｓ焼結体などのも
のである。これらの材料を用いてスラスト軸受或いはラ
ジアル軸受を構成する場合先ず互いに摺擦を行う面を平
滑な平面或いは所定形状の円筒面とし、次いでランド部
分に相当する場所を樹脂で被い、ショツトブラストを行
うことによって所望の動圧発生用溝を形成する。

搬送液の粘度にもよるが、水を例にとると、スラスト軸
受１１及びこれと対向する回転円板２１．２３の面は面
全体のうねりが１μ鋼以下であることが望ましく、その
最大表面粗さもランド（平滑面）において０．３μｍ以
下であることが望ましい。

第２図の実施例において、動圧発生用の溝２８はスラス
ト軸受１１に形成されているが、回転円板２１．２３の
面に形成しても良く、その場合スラスト軸受の両面は平
滑面となり、動圧発生用の溝２８は形成しない。

またスパイラル溝に沿って外周側から中央に向って流体
が流入するようなスパイラル模様も用いることができ、
全く同様の作用効果を奏することが可能である。

主軸３が回転するとき、スラスト軸受１１の両面の流体
の流れが、一方は中心に向かう流れ、他方が外周に向か
う流れとなるようにスパイラル溝の向きを選べば、スパ
イラル溝動圧スラスト軸受を流れが円滑に貫流し、潤滑
作用、動圧発生作用の増大のほか、流量増大による各部
の冷却作用の増大がはかれる。

ラジアル軸受１２．１３においても、軸スリーブ１６．
１７外周を平滑にして、ラジアル軸受１２．１３内面に
ヘリングボーン溝を設けてもよい。

ヘリングボーン溝をラジアル軸受１２．１３或いは軸ス
リーブ１６．１７の何れの側に設ける場合でも、軸方向
に対して流れの方向性を持たせるように左右非対称とす
れば、冷却用としての流体の流れの向きを選ぶことがで
きる。例えば流れをラジアル軸受１３→ロータ１、ステ
ータ２−スラスト軸受１１→ラジアル軸受１２→スラス
ト軸受１１→インペラ４の向き、或いはステータ２とス
ラスト軸受１１との間に流体導出口を設けて、ラジアル
軸受１３−ロータ１、ステータ２−導出口なる流路及び
インペラ４背面→スラスト軸受１１→ラジアル軸受１２
−スラスト軸受１１−導出口なる流路を並列に設け、ラ
ジアル軸受１２、スラスト軸受１１に、ロータ１、ステ
ータ２を通った高温の流体を通さず、低温の流体を通す
ようにしてもよい。

スラスト軸受１１はセラミックス一体ではなく、金属製
の円板の両面及び内周面にセラミックス板を接着剤、ロ
ー付けなどで固定して形成してもよい。

なお、ラジアル軸受１３に設けられた貫通孔３８、スラ
スト軸受１１に形成された貫通孔３１は搬送液がモータ
内部を循環する流路であり、モータの冷却のために必要
な液の流量を確保するためのものである。

〔発明の効果〕

本発明のキャンドモータポンプは、モータのロータとイ
ンペラーとの間にセラミックス焼結体を用いたスパイラ
ル溝動圧スラスト軸受と同ラジアル軸受を組み合わせた
軸受を備え、該ロータの反インペラ側の主軸にも同様に
セラミックス焼結体を用いたスパイラル溝動圧ラジアル
軸受を備えているものであるから、ポンプが回転してい
る限りは回転体が流体膜によって支承されている。従っ
て、軸受部のロスは極めて小さいばかりでなく、実質的
に損傷することがないので、従来必要とされたキャンド
モータポンプの軸受部分の修理が不要となり、さらに、
軸受部分は固体摺動がないので発熱が極めて少な（、搬
送液が加熱によって変質されやすいものであっても安定
して輸送することができ、さらに、固体摺動かないので
ポンプ自体から摩耗粉を発生して搬送液を汚染すること
がなく、さらに、モータの熱膨張があっても軸端のラジ
アル軸受で逃げることができる構造であるため広範囲の
温度条件下で使用することができ、また、インペラ側の
ラジアル軸受けスラスト軸受と一体の構造であるから軸
方向の寸法が小さくなり装置がコンパクトとなり、実用
上極めて有用であ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図はスパイラ
ル溝動圧ラジアル軸受の縦断面図、第３図はスラスト軸
受のスパイラル溝の平面図、第４図は回転円板付近の縦
断面図、第５．６．７．８図は、それぞれ第４図の■、
■、■、■線の断面図、第９図は従来例の縦断面図であ
る。 １・・・・・・ロータ、２・・・・・・ステーク、３・
・・・・・主軸、４・・・・・・インペラー、５・・・
・・・ラジアル軸受、６・・・・・・ラジアル軸受、７
・・・・・・スラスト軸受、８・・・・・・吐出口、９
・・・・・・導通バイブ、１０・・・・・・ケーシング
、ｌｌ・・・・・・スラスト軸受、１２・・・・・・ラ
ジアル軸受、１３・・・・・・ラジアル軸受、１４・・
・・・・エンドケーシング、１５・・・・・・ネジ穴、
１６・・・・・・軸スリーブ、１７・・・・・・軸スリ
ーブ、１８・・・・・・溝、１９・・・・・・背面板、
２０・・・・・・弾性体、２１・・・・・・回転円板、
２３・・・・・・回転円板、２４・・・・・・背面板、
２５・・・・・・背板、２６・・・・・・アダプターリ
ング、２７・・・・・・回転方向、２８・・・・・・動
圧発生溝、２９・・・・・・ランド、３１・・・・・・
貫通孔、３２・・・・・・ロータキャン、３３・・・・
・・ステータキャン、３４・・・・・・キー、３５・・
・・・・キー道、３６・・・・・・突起、３７・・・・
・・凹部３８・・・・・・貫通孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータのロータ軸の一端にインペラを備え、ポン
   プの搬送液自身によってモータの冷却と軸受の潤滑とを
   行うキャンドモータポンプにおいて、前記ロータと前記
   インペラとの間において、前記ロータ軸に固定され、軸
   直角の、互に対向するセラミックスの一対の回転側スラ
   スト受け面を有する回転側スラスト支承板と、 該一対の回転側スラスト受け面の間に配備され、両面に
   セラミックスの固定側スラスト受け面を有する固定側ス
   ラスト支承板とを備え、 対面する回転側スラスト受け面と固定側スラスト受け面
   との何れか一方に、動圧発生用のスパイラル溝が形成さ
   れて、互に逆向きのスラストを支承するスパイラル動圧
   スラスト軸受が二組形成され、 前記固定側スラスト支承板の内周面と前記ロータ軸との
   間に形成されたスパイラル溝動圧ラジアル軸受と、 前記ロータ軸の反インペラ側の軸端に形成されたスパイ
   ラル溝動圧軸受とを備えた ことを特徴とするキャンドモータポンプ。