JPS63295893A

JPS63295893A - 遠心ポンプ

Info

Publication number: JPS63295893A
Application number: JP12580887A
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: 1987-05-25
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1988-12-02

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）本発明は液体用の遠心ポンプに関するものである。

［従来技術〕第９図は特公昭４９−３８６４１号公報に示された従来
の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。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ｌとの中間及びローター１側
の末端において主軸３は、ラジアル軸受４５．４６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
る軸スラストはロータ１の両側のスラスト軸受４７によ
って支承されている。ポンプの吐出口４８からモータの
末端に接続された導通バイブ４９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９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
ラー４、モータのロータ１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、
長期間に亘ってフラッシングを行な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にしなければならないな
ど多大な費用と人手を強いられるものであった。

このような現状に鑑み本発明は、耐久性に優れた摺動部
を備えたポンプを提供し、また、ＩＩ耗粉の発生によっ
て搬送液を汚染することがないポンプを提供するもので
あり、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ものであり、そして、上記
の利点を有するポンプを安価に提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、セラミックス焼結体によって形成されたイン
ペラを備え、該インペラの入口側及び背面側に主軸に対
して直角な平滑な平面を形成して夫々回転側スラスト受
面となし、ケーシングの内面にあって該回転側スラスト
受面と対向する位置に夫々主軸に対して直角な平滑な平
面を有するセラミ、７クス焼結体で構成した固定側スラ
スト受面を備え、夫々対向する回転側スラスト受面と固
定側スラスト受面とのいづれか一方の面に動圧発生用の
スパイラル溝が形成されていると共に、前記インペラを
保持する主軸が軸方向に関して移動可能なラジアル軸受
によって支承されていることを特徴とする遠心ポンプで
ある。

〔作　用〕

本発明の遠心ポンプは、セラミックス焼結体からなるイ
ンペラの前面の入口側及び背面側に直接回転側スラスト
受面を形成し、さらにこの回転側スラスト受面と対向す
るケーシング内面にセラミックス部材からなる固定側ス
ラスト受面を形成し、夫々互いに向きあう回転側スラス
ト受面と固定側スラスト受面のいづれか一方の面に動圧
発生用のスパイラル溝を形成したものであるから、ポン
プにスラスト荷重が作用した場合インペラの前面又は背
面のいづれかにおいてスパイラル溝による動圧が発生し
スラスト荷重を支える。

インペラ自体がセラミックスなので耐摩性が大であり、
回転側スラスト受面が一体に形成されているので剛性が
大であり、精度が高く、円滑かつ発熱を伴わない安定し
た高速回転を行うことができる。

また、流体力によるスラストを受けるのはインペラであ
るので、このインペラに直接回転側スラスト受面を設け
たことにより、主軸にはスラストは伝わらず、インペラ
と主軸との間のスラスト伝達の構造は簡単になり、また
主軸のたわみも少なくなる。

さらに、主軸が軸方向に関して移動可能なラジアル軸受
によって支承されているためスラスト荷重の方向が変化
してもインペラーは軸方向に移動することが可能であり
、結果として、ポンプのスラストはインペラの前面又は
背面のいづれかを、これと対向するケーシング内壁との
間で流体膜によって支えられる。

〔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１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は硬質のセラミックス焼結体からなるもので
あって、主板５及び側板６は夫々軸方向蔓面５’、６’
が主軸３と直角な平滑な平面に仕上げられ回転側スラス
ト受面となっている。

また、インペラの外側を覆うケーシングは前面側の前ケ
ーシング７と背面側の後ケーシング８とに分割され、２
つのケーシング７．８の接合部には０−リング９が介在
され、搬送液と外気とが接しないようになっている。そ
して、前ケーシング７の内壁でインペラ４の前面に形成
された回転側スラスト受面６′と対向する位置に環状の
セラミックス焼結体１０からなる固定側スラスト受面１
０′が備えられ、またインペラ４の背面に対向する後ケ
ーシング８のポンプ室１１側内壁には同様に環状のセラ
ミックス焼結体１２からなる°固定側スラスト受面１２
′が形成されている。

この２つの固定側スラスト受面１０’、１２’は主軸３
と直角な面であり、平滑な平面に対して動圧発生用の深
さ５〜３０μｍのスパイラル溝が形成されている。ロー
タｌの反インペラ側において矢印１３によってこのポン
プの正規の回転方向を示したが、インペラ４が矢印１３
の方向に回転した場合において、回転側スラスト受面５
’、６’と固定側スラスト受面１０’、１２’との間に
動圧が発生して流体膜が形成される。

ロータ１とインペラ４との間の主軸３にはセラミックス
焼結体からなる軸スリーブ１８が装着され、この軸スリ
ーブ１８に対応して、外周にセラミックス焼結体からな
るラジアル軸受１４が後ケーシング８に装着されている
。この軸スリーブ１８とインペラ４との間にはスペーサ
３５が介在され、さらにインペラ４は前面において締込
みナツト１５によってキー３６、金属スリーブ１６、樹
脂板１７を介して後述の如く主軸３と一体に回転可能に
締結されている。他方、ロータ１の反インペラ側におい
ては、同様に主軸３にセラミックス焼結体からなる軸ス
リーブ１９が装着されて止めナツト２０で脱落が防止さ
れている。

さらに、軸スリーブ１９の外周にはモーターのエンドケ
ーシング２１にセラミックス焼結体からなるラジアル軸
受２２が固定され、前記ラジアル軸受１４とによってラ
ジアル荷重を支承する。

第２図は第１図の１−１断面図であり、後ケーシング８
に装着された環状のセラミックス焼結体からなる固定側
スラスト受板１２のインペラ４の背面に対向する面１２
’は固定側スラスト受面としての機能を具備するもので
あって、平滑な平面に？Ｒ？ａさ５〜３０μｍの動圧発
生用のスパイラル／Ｒ２３が全周に亘って等間隔で形成
され、この固定側スラスト受面の他の部分は平滑な平面
がそのまま残されたランド２４となっている。スパイラ
ル溝２３の形成方法としては、固定側スラスト受板１２
の受面１２’を全面のうねりが３μｍ以下で且つ、平均
面粗さＲａが０．１μｍ以下の平滑な平面としたのち、
ランド２４に相当する表面を樹脂マスクで覆い、ショツ
トブラストによって所定の溝環さとなるべくスパイラル
溝を形成し、樹脂マスクを除去する手法が最も簡便であ
るが、他の方法によって形成してもよい。

なお、第２図中矢印１３は正規のポンプの回転方向を示
している。

第３図は、ロータ１の反インペラ側の主軸３端部に位置
するラジアル軸受部の拡大断面図である。

エンドケーシング２１に固定された円筒状のセラミック
ス焼結体からなるラジアル軸受２２の内周面２２′は主
軸３と平行な円筒形状であって、且つ、平滑な円筒面に
ランプ仕上げされている。

他方、主軸３に装着されたセラミックス焼結体からなる
軸スリーブ１９の外周面も主軸３と平行な円筒形状であ
って、且つ平滑な円筒面にランプ仕上げされている。そ
して、この軸スリーブ１９の外周面１９′にはへリング
ボーン状のスパイラル１ＩＧ２５が全周に亘って形成さ
れ、さらに、スパイラル溝２５と隣接してランド２６が
形成されている。２７は軸スリーブ１９を押える座金で
あり、止めナンド２０によって軸スリーブ１９の脱落は
防止されている。

ここで、主軸３が矢印１３の方向へ回転した場合、スパ
イラル溝２５の作用によってラジアル軸受２２の内周面
２２′と軸スリーブ１９の外周面１９′との間には動圧
を伴う搬送液の流体膜が形成されて、回転部分は流体膜
に支承されて回転する。

また、モータのロータ１の発熱によって主軸３が延びた
場合にはラジアル軸受２２の内周面２２′も軸スリーブ
１の外周面１９′も夫々主軸３に平行な円筒形状である
ため、単に軸スリーブ１９とラジアル軸受２２の軸方向
の位置が熱膨張差に応じた寸法だけずれるだけで、ラジ
アル軸受の負荷容量にはさほど影響は与えない。

なお、図示しないが、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の原理的な構造も、第３図に示し
たラジアル軸受部と全く同様のものであるから、ポンプ
のスラスト荷重の方向が変化しても、回転体は、インペ
ラ４とケーシング７゜８との位置関係を基点として任意
の位置へ移動するだけであり、ポンプの性能に直接悪影
容を及ぼすことはない。

さらに、インペラ４と前ケーシング７との間のスラスト
受は部の構造は前記第２図と原理は共通するものである
。

２８は吸入口、３７は吐出管、３８は冷却兼潤滑液の導
入口、３９．４０はエア抜き穴、４１゜４２．４３は冷
却兼潤滑液の貫通口、４４は端子箱との連絡管である。

インペラ４の主軸３への取り付は構造につき説明すれば
、第４図に示す如く、主軸３に嵌装された金属スリーブ
１６の外周には、弾性を有するデルリンプラスチックな
どの樹脂板２０とインペラ４の主板５とが重ねられて配
備されている。金属スリーブ１６はキー３６により主軸
３に拘束され、かつ、締込みナツト１５により主板５、
樹脂板１７を挟んで軸方向に固定している。

インペラ４（主板５）はセラミックス焼結体なので、金
属スリーブ１６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、間に挟んだ樹脂板１７を利用して
トルクを伝えるようにする。

即も、樹脂板１７には第６図に示す突起５０を両面に設
け、樹脂板１７を挟む金属スリーブ１６、主板５の面に
は、突起５０が嵌入する凹部５１及び５２を設け、第８
図の如く嵌合してトルクを伝達する。このようにして主
板５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。

樹脂板１７は、その弾性変形により主板５、金属スリー
ブ１６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主板５
　（インペラ４）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。

第１図乃至第８図に説明した本発明の実施例に係るポン
プに対し端子箱側から電源が投入された場合、インペラ
４は吸入口２日から流入する搬送液によってインペラ４
からロータｌへ向う方向のスラスト力を受はセラミック
ス製のインペラ４の主板５の背面に形成された軸直角で
平滑な平面である回転側スラスト受面５′と後ケーシン
グ８に固定された固定側スラスト受面１２′との間にス
パイラル溝２３及びランド２４の作用によって動圧を伴
う流体膜が形成されインペラ４、軸スリーブ１９，１８
、主軸３及びロータｌからなる回転部分は、いづれも固
定側の部材と固体接触することなく回転する。ポンプの
吐出圧が上昇した場合にはインペラ４の背面の圧力が上
昇するため、ロータｌからインペラ４へ向う方向のスラ
スト力が作用し、インペラ４の前面に形成された回転側
スラスト受面６′が前ケーシング７の内壁に形成された
固定側スラスト受面１０′に接近し、この時、固定側ス
ラスト受面１０’に形成されたスパイラル溝とランドと
の作用によって流体膜が形成され同様にスラスト力を支
える。

従って、ポンプが正規の回転方向へ回転している場合に
は固体摺動が生ずることはなく軸受部が損傷することは
ない。

以上の説明のおいて用いたセラミックス焼結体としては
、硬質で化学的に安定なものが望ましく、ＳｉＣ焼結体
、５ｉＪａ焼結体、Ａ　１　ｚｏｉ焼結体、ＺｒＯ。

焼結体などが用いられる。

また、インペラに形成される回転側スラスト受面とケー
シングの内壁に形成される固定側スラスト受面とのいづ
れの面にも動圧発生用スパイラル溝を形成することは可
能であるが、ショツトブラストによって溝を加工する場
合、樹脂マスクによって保護する部分が少ない固定側ス
ラスト受面にショツトブラストを施す方がより容易であ
ることから後者の方が経済的に有利となる。

さらに、本発明において用いられるインペラの形状とし
ては回転軸方向に関して、もっとも端部に位置する部分
に夫々軸と直角な、回転側スラスト受面を形成すること
が望ましい。

このようにすれば、回転側スラスト受面を平滑な平面に
仕上げるラップ作業が極めて容易となる。

しかし、精密研削盤によって上記受面を平滑な平面に仕
上げる場合には形状の制約はうけることが少ない。

なお、本発明のポンプにおいてはインペラにバランスホ
ールを設けるか否かは任意である。インペラとケーシン
グとの間のスラスト受部のスラスト荷重を支える能力が
大きいので格別バランスホールを設けることはないが、
例えば第１図の実施例のポンプで熱劣化の激しい液体を
移送する場合には、液体がモータの冷却と軸受の潤滑の
ために吐出部からエンドケーシング２１に形成された循
環口３０へ返送されるものであるから、その液温を所望
の値に維持するため後ケーシング８及び主板５の適当な
位置に貫通孔を形成し、循環液量を増すことも可能であ
る。

また、本発明のポンプにおいてインペラに裏羽根を設け
ることも可能であり、裏羽根と、後ケーシング８に設け
た貫通孔４２によって、例えば、第１図の実施例の如き
キャンドモータポンプの循環液量を確保することができ
る。このとき固定側スラスト受面１２′のスパイラル溝
は、主軸の回転によって液が外向きに流れるように設け
られ、外周部にランドを備える。

インペラ４がスーラストにより一方に片寄ったとき、片
寄った側の回転側スラスト受面と固定側スラスト受面と
の距離は動圧がスラストとバランスするに必要な僅かの
隙間が保たれるが、離れる側の回転側スラスト受面と固
定側スラスト受面との距離は、互に動圧が発生しない程
度の十分な隙間を有するようにするのが好ましい。離れ
る側の隙間が狭いとハンティングを起こし易い。

なお本発明は、上記の実施例に示したものに限らず、カ
ンチレバ支持でない両側のもの、単段でないもの、電動
でないもの、にも適用できる。

〔発明の効果〕本発明の遠心ポンプは、セラミックス焼結体によって形
成されたインペラを備え、該インペラの入口側及び背面
側に主軸に対して直角な平滑な平面を形成して夫々回転
側スラスト受面となし、ケーシングの内面にあって該回
転側スラスト受面と対向する位置に夫々主軸に対して直
角な平滑な平面を有するセラミックス焼結体で構成した
固定側スラスト受面を備え、夫々対向する回転側スラス
ト受面と固定側スラスト受面とのいづれか一方の面に動
圧発生用のスパイラル溝が形成されていると共に、前記
インペラを保持する主軸が軸方向に関して移動可能なラ
ジアル軸受によって支承されているものであるから、セ
ラミックス焼結体は硬度が高くインペラの翼部の摩耗が
極めて少ないか、実質的に皆無となり、さらに、セラミ
ックス焼結体同士で構成される動圧軸受部分の流体膜の
剛性が大きいことから大きなスラスト力に対しても非固
体接触状態で荷重を支えるものであり、このことから摺
動部分の摩耗損傷は実質的に解消され、さらに、流体膜
を形成して行われる摺動の抵抗は極めて小さく、ポンプ
の全体としての効率の向上に寄与し、さらに、局部的な
固体摺動が解消されるため局部発熱による搬送液の変質
を防止し、また、１ｆ！耗扮が搬送液に混入することが
ないので超々純水や医薬品であっても何ら搬送液を汚染
することなく移送することができる。

また、流動力によるスラストを受けるインペラ自体にス
ラスト受面を形成してスラストを支承するので、主軸に
スラストがかからず、インペラと主軸との間のスラスト
伝達構造が簡単となり、主軸のたわみも少なく、円滑な
運転ができる。

そして、インペラに接続された主軸が軸方向に移動可能
なラジアル軸受によって支承されているため、スラスト
力の方向の変化によってインペラが軸方向に移動したり
、主軸が熱膨張・熱収縮しても障害を受けることはなく
、安定して運転を維持できると言う利点ががあり、実用
上極めて有益と曾える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るポンプの断面図、第２Ｍは第１図
のＩ−１断面図、第３図は第１図の拡大断面図、第４図
は主板取付部付近の縦断面図、第５．６，７．８図はそ
れぞれ第４図のｎ、　　ＩＩＩ、　■。、■線の断面図、第９図は従来例の縦断面図である。 ■・・・ロータ、２・・・ステータ、３・・・主軸、４
・・・インペラ、５・・・主板、６・・・側板、７・・
・前ケーシング、８・・・後ケーシング、９・・・Ｏ−
リング、ＩＯ・・・固定側スラスト受板、１１・・・ポ
ンプ室、１２・・・固定側スラスト受板、１３・・・矢
印（回転方向）、１４・・・ラジアル軸受、１５・・・
締込みナンド、１６・・・全屈スリーブ、１７・・・樹
脂板、１８・・・軸スリーブ、１９・・・軸スリーブ、
２０・・・止めナンド、２１・・・エンドケーシング、
２２・・・ラジアル軸受、２３・・・スパイラル溝、２
４・・・ランド、２５・・・スパイラル溝、２６・・・
ランド、２７・・・座金、２８・・・吸込口、２９・・
・コイル、３０・・・循環口、３１・・・吐出管、３２
・・・ロータキャン、３３・・・ステータキャン、３４
・・・ラジアル軸受、３５・・・スペーサ、３６・・・
キー、３７・・・吐出管、３８・・・導入口、３９．４
０・・・エア抜き穴、４１，４２．４３・・・貫通口、
４４・・・連絡管、４５．４６・・・ラジアル軸受、５
０・・・突起、５１．５２・・・凹部、４７・・・スラ
スト軸受、４８・・・吐出口、４９・・・導通パイプ、
５′・・・回転側スラスト受面、６′・・・回転側スラ
スト受面、１０’・・・固定側スラスト受面、１２’・
・・固定側スラスト受面、２２′・・・内周面、１９′
・・・外周面。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス焼結体によって形成されたインペラ
を備え、該インペラの入口側及び背面側に主軸に対して
直角な平滑な平面を形成して夫々回転側スラスト受面と
なし、ケーシングの内面にあって該回転側スラスト受面
と対向する位置に夫々主軸に対して直角な平滑な平面を
有するセラミックス焼結体で構成した固定側スラスト受
面を備え、夫々対向する回転側スラスト受面と固定側ス
ラスト受面とのいづれか一方の面に動圧発生用のスパイ
ラル溝が形成されていると共に、前記インペラを保持す
る主軸が軸方向に関して移動可能なラジアル軸受によっ
て支承されていることを特徴とする遠心ポンプ。
（２）前記スパイラル溝がケーシング内側に備えられた
固定側スラスト受面に形成されている特許請求の範囲第
１項記載の遠心ポンプ。