JPS63289288A

JPS63289288A - 電動ポンプ

Info

Publication number: JPS63289288A
Application number: JP12390087A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Osada; 長田　憲幸; Minoru Iwata; 岩田　實; Isamu Ichiki; 勇市来; Kojiro Sasaki; 佐々木　幸次郎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-11-25

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、モータにより駆動される電動ポンプに関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４図は特公昭４９−３８６４１号公報に示された従来
の電動ポンプの一例の断面図である０図において、モー
タのロータ１及びステータ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。ロータ１が取り付けられているモータの主軸３の先
端にインペラ４がネジ止めされ、インペラ４とロータ１
との中間及びロータ１の反インペラ側の軸端部において
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、ポンプの回転時に生ずるスラストはロータ
１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、あにインペラ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
滑とモータの冷却とがなされ、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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図に示したポンプは、搬送液が食料品、薬品、有毒
液、冷媒、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。

また一般的に、ポンプの故障はケーシング、インペラ４
、モータのロータ】及びステータ２に由来することは少
なく、軸受の摩耗による故障が大半を占めている。

この軸受の摩耗によって生じた摩耗粉は搬送液に混入す
ることから、超純水や薬品を取扱う場合にはポンプの下
流にフィルタを設けて摩耗粉を除去することが行われて
いる。

さらに、軸受の損傷による事故を未然に防止するため、
定期的にポンプの分解・点検を行っているが、この分解
・点検のたびに流路が外気と接触するために汚染され、
長時間に亘ってフラッシングを行い内部を浄化したり、
或いは冷凍機の冷媒移送用ポンプにあっては缶内の真空
が破壊されるので再度高真空しなければならないなど極
めて時間を要していた。

このような現状に鑑み本発明は、耐久性に優れた摺動部
を備え、保守の手間を省き、摩耗粉の発生によって搬送
液を汚染することがなく、さらに局部的な発熱によって
液を変質させるおそれがないポンプを提供することを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

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
とを行う電動ポンプにおいて、前記ロータ軸を、ロータ
と前記インペラとの間、及び前記ロータの反インペラ側
において支承するスパイラル溝動圧ラジアル軸受を備え
ると共に、互に対向するセラミックス板の一方の表面に
動圧発生用のスパイラル溝を設けて形成したスパイラル
溝動圧スラスト軸受を、前記インペラの入口側及び背面
側で、それぞれ、固定ケーシング内面との間に配備した
ことを特徴とする電動ポンプである。

〔作　用〕

本発明のポンプは、インペラの入口側と背面側で、それ
ぞれ、固定ケーシングとの間に、セラミックス製のスパ
イラル溝動圧スラスト軸受を備えているので、起動時に
おけるインペラを押し込む向きのスラスト、および定常
運転時のインペラが抜は出る向きのスラストを支承する
ようになっている。これらのスラスト軸受はポンプの搬
送液或いは潤滑及び冷却用のためにモータの中に導かれ
た搬送液に接触しており、スパイラル溝の中に導入され
た液により、対向する平板の相対回転により動圧が発生
し、スラストを支承する。

このとき、流体の動圧により大きなスラストが支えられ
るので、対向する平板は固体接触をすることなく機械的
損失は殆んどなく摩耗を生ずることがなく、また、局部
的な発熱を生ずることがない。

また、スラストは、インペラが受ける流体圧のアンバラ
ンスによって生しるものであり、本発明においては、そ
の、スラストを発生せしめるもとであるインペラ自体を
直接スラスト軸受で支承するので、ロータ軸に、流体力
によるスラストが作用せず、インペラとロータ軸との間
のスラストの伝達の構造が簡単になり、また、ロータ軸
のたわみも減少し、回転が安定となる。また、スラスト
軸受の直径が比較的大となるので、ロータ軸心を安定に
保つことができ、回転が円滑かつ安定となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例に係るポンプの断面図である。

第１図において、モータのロータｌとステータ２とはそ
れぞれステンレス鋼板のロータキャン３２、ステータキ
ャン３３によって被覆され搬送液とコイル、二次導体、
鉄心との接触が断たれている。

インペラ４とロータ１との間の主軸３にはセラミ・２ク
ス製の軸スリーブ１１が装着され、さらにロータ１の反
インペラ側の主軸３の軸端部にもセラミックス製の軸ス
リーブ１２が装着されている。

この２つの軸スリーブ１１．１２は夫々硬質のセラミッ
クス焼結体からなるものであって、その材料としてはＳ
ｉＣ，ｓｉ、ＬＩ　ＡＩＺＯ３１Ｚｒ０ｚなどが用いら
れる。また、軸スリーブ１１．１２の外周面は夫々、軸
と並行な円筒面に一致し、その表面は平滑になっている
。

そして、さらに平滑な円筒面に動圧発生用のスパイラル
／ｓ（ヘリングボーン溝）が形成されており、インペラ
４が回転すると固定側のセラミックス製ラジアル軸受１
３．１４との間に動圧を伴う流体膜が形成されてラジア
ル荷重が非接触状態で支承される。

ここで、ラジアル軸受１３．１４の内周面も軸と並行な
円筒面に沿った平滑な円筒面に仕上げられている。

しかしてスリーブ１１とラジアル軸受１３との組み合わ
せ、及びスリーブ１２とラジアル軸受１４との組み合わ
せにより、二組のスパイラル溝動圧ラジアル軸受が形成
されている。

さらに、ロータ軸３の先端に固定されたインペラ４は入
口側の前面である吸込口１５側及び背面側であるロータ
１側にそれぞれ環状のセラミックス焼結体からなる回転
側スラスト受は板１６．１７を固定し、夫々の軸方向端
面を軸直角で平滑な平面に仕上げている。

そして、インペラ４に固定された前記回転側スラスト受
は板１６．１７に対応してポンプの前ケーシング１８及
び後ケーシング１９の内側に同様の環状のセラミックス
焼結体からなる固定側スラスト受けＦｉ２０．２１が固
定され、この固定側スラスト受は板２０．２１のインペ
ラ４側の端面も軸直角で平滑な平面であり、インペラ４
の前面側にあっては回転側スラスト受は板１６と固定側
スラスト受は板２０との夫々の対向面のいずれか一方の
面に動圧発生用のスパイラル溝が形成され、さらに、イ
ンペラ４の背面側にあっても同様に回転側スラスト受は
板１７と固定側スラスト受は板２１との夫々の対向面の
いずれか一方の面に動圧発生用のスパイラル面が形成さ
れている。

しかして、回転側スラスト受は板１６と固定側スラスト
受は板２０との組み合わせ、回転側スラスト受は板１７
と固定側スラスト受は板２１との組み合わせにより、二
組のスパイラル溝動圧スラスト軸受が形成されている。

図示しない締結ボルトによって互に固定された前ケーシ
ング１８後ケーシング１９及びブラケット２２の間には
夫々０リング２３．２４が介在されポンプの内部と外気
とが遮断されている。

一部分のみ図示されている吐出管２５には搬送液の抜出
し口（図示せず）が設けられ、抜出し口から導通バイブ
（図示せず）によって搬送液がエンドケーシング２６に
設けられた還流口２７へ流入し、ラジアル軸受１４の潤
滑を行い、また連通口３８を通ってモータ内に入すステ
ータ２及びロータｌの冷却とを行ったのち、ラジアル軸
受１３の潤滑を行い、或いは必要に応じて設けられた連
通口３９を通ってポンプ室２８内へ循環する。

インペラ４の主板２９に設けられた貫通孔３０は軸スラ
ストを相殺するためのバランスホールとして作用すると
共に、インペラ４内に戻る搬送液の量を確保してモータ
を所定の条件の下で冷却するために必要な液量を確保す
るために設けられたものである。搬送液が温度の上昇に
よって変質することがない場合やモータの耐熱温度に余
裕がある場合には冷却液潤滑量を減少せしめてもよく、
貫通孔３０の口径をより小さくしてモータの内部を循環
する液量を少なくし、ポンプの効率を高めることが望ま
しい。また、これとは反対に液温を上昇させることが望
ましくない時には、連通口３８゜３９を大きくすると共
に、貫通孔３０の口径を大きくして、モータ内部の搬送
液の圧力とインペラ４の背面の圧力差を大きくして循環
液量を大きくする。４２は端子接続箱の接続管、４３．
４４はエア抜き穴である。

第２図はロータ１の反インペラ側のラジアル軸受部の拡
大断面図である。

ロータ軸３の末端部に装着されたセラミックス類の軸ス
リーブ１２の外周面にはへリングボーン状の動圧発生用
の溝３１が形成されて、主軸３が正規の回転方向４０へ
回転した場合、固定側のラジアル軸受１４の内周面と軸
スリーブ１２の外周面との間に動圧を伴う流体膜が形成
され、ラジアル荷重を支承する。

３６及び３７は軸スリーブ１２の脱落を防止する座金と
止めナンドである。主軸３が適正な回転速度を維持して
いる場合にはラジアル荷重は動圧を伴う流体膜によって
支承されているのでラジアル軸受１４と軸スリーブ１２
とが互に接触することはない。またこの状態においてラ
ジアル軸受の摩擦損失は極めて小さく、従って、搬送液
の温度上昇も少なく局部発熱もない。

第２図と同様な現象はインペラ４とロータ１との間に位
置するラジアル軸受部についても云えることであり、い
ずれも摺動抵抗は橿めて小さい。

またモータの付勢によってモータのロータ１の温度が上
昇し、これに伴い主軸３が伸びることがあるが、この場
合前記第２図のラジアル軸受部の軸スリーブエ２が軸方
向へ移動することによって熱膨張を吸収する構造となっ
ている。

第３図は第１図の後ケーシング１９のポンプ室側に固定
されたセラミックス製の固定スラスト受板２１をインペ
ラ４側から見た正面図である。セラミックスとしてはＳ
ｉＣ，５ｉＪａ、　ＡＩＺＯ３１ＺｒＯ□など硬質のセ
ラミックス焼結が用いられ、平滑な平面に溝深さ５〜３
０μｍ程度の動圧発生用のスパイラル４ａ３４が形成さ
れ、スパイラル溝３４の内周端には環状の固定スラスト
受板のインペラ４側端面の全周に亘って動圧を保持する
ランド３５が形成されている。なお、この固定スラスト
受板２１と対向するインペラ４の背面に設けられた回転
側スラスト受板１７の対向面には第３図のようなスパイ
ラル溝は形成されていない。

ロータ軸３、即ち回転側スラスト受板１７が矢印４０に
示す正視の回転方向に回転すると動圧を発生し、スラス
トを支承する。

そして、インペラ４の前面即ち吸込口側のスラスト軸受
部においても、同様に軸スラストがモータ側からインペ
ラ側へ向う方向へ作用する場合に、固定スラスト受板２
０と回転側スラスト受板１６との間に動圧を伴う流体膜
が形成されるべくいずれかの受板°１６．２０側にスパ
イラル溝が形成されている。

従って、第１［ｉＪに示した本発明のポンプにおいては
ポンプが正規の方向へ回転された場合には、二つのスパ
イラル溝動圧ラジアル軸受及び二つのスパイラル溝動圧
スラスト軸受では、固体接触が生じることなく回転する
ものであるから回転に伴う摩擦抵抗は少なく摩耗粉が発
生しない。

なお、第１図において、４１はスペーサリングであり、
インペラ４と主軸３とは図示しない位置においてキーに
よって連結されている。

ラジアル軸受部及びスラスト受板部の動圧発生部の溝に
ついては、夫々溝の深さは５〜３０μｍ程度であり、平
滑な平面或いは平滑な円筒面にラップ仕上げされたセラ
ミックス焼結体の表面に溝部以外の部分を脂マスクで覆
い、ショツトブラストによって所望の溝深さにすること
が望ましい。

スパイラル溝動圧ラジアル軸受の材質は、セラミックス
に限らず、タングステンカーバイドを主体とする超硬合
金などの硬質金属を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明のポンプは、インペラの入口側と背面側で、それ
ぞれ、固定ケーシングとの間に、セラミックス製のスパ
イラル溝動圧スラスト軸受を備えているので、ポンプに
いずれの方向からスラスト力が作用しても、インペラと
ケーシングとの間で動圧を伴う流体膜によってスラスト
力を支持することができるものであり、その摩擦損失は
小さく、実質的にバランスホールを用いることがないの
でポンプ効率を向上することができ、さらに正規の運転
にあっては摺動部において固体摺動が生じないので局部
発熱がなく、搬送液を変質することもない。

また、運転中において固体摺動がないことから摺動部の
損傷を受けることがないので軸受の耐久性が飛躍的に向
上して、ポンプの点検・保守が著しく容易となる。

そして、軸受部から摩耗粉が発生しないので搬送液を汚
染することもなく、またスラスト軸受部はセラミックス
部材なので広範囲の液体に対して安定であるばかりでな
く、結晶や固体成分が含まれている液体に対しても軸受
部が正常に作動するものであるから実用上極めて有用な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図は第１図の軸
受部の拡大断面図、第３図は第１図のスラスト軸受板の
正面図、第４図は従来例の断面図である。１・・・ロータ、２・・・ステータ、３・・・主軸、４
・・・インペラ、５．６・・・ラジアル軸受、７・・・
スラスト軸受、８・・・吐出口、９・・・導通パイプ、
１０・・・吸込口、１１．１２・・・軸スリーブ、１３
．１４・・・ラジアル軸受、１５・・・吸込口、１６．
１７・・・回転側スラスト受は板、１８・・・前ケーシ
ング、１９・・・後ケーシング、２０．２１・・・固定
側スラスト受板、２２・・・ブラケット、２３．２４・
・・０リング、２５・・・吐出管、２６・・・エンドケ
ーシング、２７・・・還流口、２８・・・ポンプ室、３
０・・・貫通孔、３１・・・動圧発生用溝、３２・・・
ロータキャン、３３・・・ステータキャン、３４・・・
スパイラル溝、３５・・・ランド、３６・・・座金、３
７・・・止めナツト、３８．３９・・・連通口、４０・
・・回転方向、４１・・・スペーサリング、４２・・・
接続管、４３．４４・・・エア抜き穴。

Claims

【特許請求の範囲】

（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
行う電動ポンプにおいて、前記ロータ軸を、ロータと前記インペラとの間、及び前
記ロータの反インペラ側において支承するスパイラル溝
動圧ラジアル軸受を備えると共に、互に対向するセラミ
ックス板の一方の表面に動圧発生用のスパイラル溝を設
けて形成したスパイラル溝動圧スラスト軸受を、前記イ
ンペラの入口側及び背面側で、それぞれ、固定ケーシン
グ内面との間に配備したことを特徴とする電動ポンプ。