(57)【要約】【課題】羽根車に設けた円筒状の軸受を回転および摺動自在に支承する軸、軸受の端部と分離板およびケーシング間に配置する軸受板の回転防止構造としては、軸にＤカットを施しているが、組立のばらつきでケーシングと分離板間が広がると、軸のＤカットエッジ部が軸受内周の摺動面にかかるため、エッジにより軸受内周面が異常摩耗し、異常音を発生する場合があった。【解決手段】軸９の回転防止機構として、軸９の端面にキー溝を形成し、分離板６とケーシング７の軸支え部６ａおよびケーシング軸支え７ａのいずれか、または双方に前記キー溝に噛み合う凸部６ｂを設けて構成する。これにより、軸９にＤカットエッジが形成されないため、軸受１１内周の異常摩耗がなく、異常音の発生が抑えられる。【選択図】　図１
2004144057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機部とポンプ室が完全に分離シールされ、前記ポンプ室を分離板とケーシングで形成し、前記電動機部の駆動用マグネットに磁気的結合するための従動用マグネットを保持した羽根車が、前記分離板と前記ケーシングに固定された軸に円筒状の軸受を介して回転および摺動自在に支承され、前記羽根車に固定された前記軸受のスラスト方向の受けとして軸受の両端部と前記分離板およびケーシングとの間隙にそれぞれ軸受板を配置した構成であって、前記軸の一方の端面にキー溝を形成し、分離板またはケーシングの軸支え側に前記キー溝に噛み合う凸部を設けて軸回転防止機構を構成したことを特徴とした水中すべり軸受ポンプ。
【請求項２】
軸受端面とケーシングとの間隙に配置された第一の軸受板の回転防止機構を、前記ケーシングの軸支え端面部に形成した突起と、前記第一の軸受板の反摺動面に形成した突起とを噛み合わせることで構成したことを特徴とする請求項１記載の水中すべり軸受ポンプ。
【請求項３】
軸受端面と分離板との間隙に配置された第二の軸受板の回転防止機構を、前記分離板と前記第二の軸受板を一体成形することで構成したことを特徴とする請求項１記載の水中すべり軸受ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸を中心に羽根車が、中央に固定された軸受を介して回転自在に支承され、かつ、循環水の潤滑を利用して摺動する水中すべり軸受ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、水中すべり軸受構造を有したマグネットポンプやＤＣブラシレスポンプは、シールレスであり、ライフエンドでも水漏れの発生がないことから、暖房用など長時間運転するポンプとして必要不可欠のポンプである。
【０００３】
従来、この種の水中すべり軸受ポンプは、図９の従来の水中すべり軸受ポンプの断面図に示すような構成となっていた。以下、その構成について図面を参照しながら説明する。また、水中すべり軸受構造を有した代表例として、マグネットポンプで説明する。
【０００４】
図９において、１は電動機であり、その片側にモータシャフト２が突出しており、このモータシャフト２の先端に、駆動用マグネット３がハウジング４を介在させて取付けられている。ポンプ室５は分離板６とケーシング７によって構成され、電動機１とポンプ室５は分離板６で完全に分離され、分離板６とケーシング７はブラケット１６に保持されている。なお、分離板６とケーシング７とはＯリング８によりシールされている。
【０００５】
軸９は、分離板６に形成した凹状の軸支え部６ａと、ケーシング７に形成したケーシング軸支え７ａに、両端を挿入してポンプ室５の中心に位置するように配置されている。この軸９は一般的材質としてセラミックを使用している。そして図１０の従来の水中すべり軸受ポンプの軸と軸受板の断面図に示すように、軸９の両端面部には同一形状のＤカット９ａが施されており、また、軸支え部６ａおよびケーシング軸支え７ａにも対応したＤ形状の穴が施してあり、それぞれＤカット９ａが軸支え部６ａとケーシング軸支え７ａに挿入され、軸９は軸支え部６ａとケーシング軸支え７ａに対して回転しない構造となっている。
【０００６】
軸９には、駆動用マグネット３と磁気結合状態にある従動用マグネット１０、および円筒状の軸受１１を保持した羽根車１２が、円筒状の軸受１１を用いて回転および摺動するように設けている。羽根車１２に固定された軸受１１の材質としては一般的にカーボンが使用されている。この軸受１１の一端面とケーシング軸支え７ａとの間隙には第一の軸受板１３が配置され、また、軸受１１の他端面と軸支え部６ａとの間隙には第二の軸受板１４が配置されている。第一の軸受板１３と第二の軸受板１４の内周形状も軸９のＤカット９ａに対応したＤ形状とし、回転防止を行なっている。第一の軸受板１３は軸受のポンプ側端面１１ａとの回転摺動によるＰＶ値が高いため、材質はセラミックが一般的である。また、第二の軸受板１４は、軸受の反ポンプ側端面１１ｂとは常に摺動することはないため、材質はセラミック、もしくはステンレスなどが一般的である。
【０００７】
前記のように軸９は、軸支え部６ａとケーシング軸支え７ａとの間に配置されているが、図１１の水中すべり軸受ポンプにおける正規状態の軸と軸受周り部の断面図に示すように組立時の寸法ばらつき吸収のため、軸９の端部とケーシング軸支え７ａの凹部の内底間には僅かな空隙ｆを持たせている。この空隙ｆにはパッキン１５が挿入されており、軸９により圧縮されている。また、羽根車１２の中央に固定された軸受１１の端部と第二の軸受板１４間には、組立時の寸法ばらつき吸収のため僅かに空隙ｇを設けている。図中の７ｂは吸込継手、７ｃは吐出継手である。
【０００８】
つぎに、上記のように構成されたポンプの動作を説明する。
【０００９】
電動機１を運転すると、モータシャフト２の先端に取付けられたハウジング４を介し駆動用マグネット３が回転する。駆動用マグネット３と磁気結合状態にある従動用マグネット１０は回転を始め、軸９を中心に軸受１１が羽根車１２と共に回転する。これにより循環水が揚水され、ポンプ室５の吸込側と吐出側に圧力差を生じ、循環水は吸込継手７ｂから吸込まれ、吐出継手７ｃより吐出される。
【００１０】
上記運転により差圧を生じることで、羽根車１２は第一の軸受板１３側に引かれ、軸受のポンプ側端面１１ａと第一の軸受板１３が高い圧力で回転摺動する。このとき、第一の軸受板１３は軸受のポンプ側端面１１ａとのみ回転摺動し、第一の軸受板１３そのものは回転してはならないので、前述したＤカット形状により回転防止が施されている。同様な理由により、第二の軸受板１４も回転防止が施されている。
【００１１】
また、電動機１の運転停止の繰り返しに伴う差圧の変化により、羽根車１２は空隙ｇ分だけ前後に移動する。このとき、空隙ｇだけ軸受１１がケーシング７側に移動したとき、軸９のＤカット９ａのエッジ部９ｃが軸受のポンプ側端面１１ａより内周側に位置しないように設定している。
【００１２】
このとき軸９にも前後に力が加わる。仮にパッキン１５がないと、軸９は空隙ｆ分だけ移動することになり、第二の軸受板１４のアキシャル方向の押さえがなくなることで、第二の軸受板１４は水流により踊りだし、軸受の反ポンプ側端面１１ｂあるいは軸支え部６ａ端面とたたき音を生じ異常音を発生する。以上の理由からパッキン１５が挿入されている。
【００１３】
なお、かかる先行技術は、文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献はない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の構成において、ケーシング７と分離板６を組立たて場合、図１１で示す距離ｋの中に第一の軸受板１３、第二の軸受板１４、および軸受１１が収まり、空隙ｇを設けることで、軸受１１は回転自在に支承されている。しかし、ケーシング７、分離板６は成形品であるため寸法のばらつきがあり、空隙ｇが大きくなる場合があった。
【００１５】
ここで図１２に示すように、空隙ｇがαだけ大きくなると、軸９のＤカット９ａのエッジ部９ｃが軸受１１の内周面にかかる。軸受１１が回転するとＤカット９ａのエッジ部９ｃにより軸受１１内周面に異常摩耗が発生し、軸受１１の内径偏摩耗による異常音を発生する場合があった。また、空隙ｆもαだけ広がるため、パッキン１５の押さえが効かなくなり、軸９が移動することで第二の軸受板１４が踊りだし異常音を発生する場合があった。
【００１６】
さらにＤカット９ａのエッジ部９ｃは研磨による後加工を行なうため、かけが生じ易い。かけが発生すると、軸受１１の摺動部にエッジを形成するため、異常摩耗の原因となる。
【００１７】
本発明は前記従来のポンプの問題に留意し、組立ばらつきにより軸受部の空隙が大きくなっても軸受内径の異常摩耗が発生せず、すなわち、運転時の異常音が発生しない水中すべり軸受ポンプを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の水中すべり軸受ポンプは、羽根車の筒状の軸受を回転および摺動支承する軸のＤカット形状を廃止した単純な円柱形状とし、軸の一端面にキー溝を形成するとともに、ケーシングと分離板のいずれか一方または双方の軸支え部側に前記キー溝に噛み合う凸部を形成して軸の回転防止機構を構成し、また、第一の軸受板とケーシング軸支え部間に凹凸を設けることで第一の軸受板の回転防止機構を構成し、さらに分離板に第二の軸受板を一体成形して第二の軸受板の踊り、回転を防止する機構を構成する。
【００１９】
本発明によれば、羽根車の筒状の軸受を回転および摺動支承する軸にＤカット加工を施す必要がないため、摺動部近傍に軸によるエッジ部を形成しない。したがって、組立ばらつきにより軸受の端部と、ケーシングおよび分離板のいずれか一方または双方間の空隙が大きくなっても、軸受内径の異常摩耗が発生せず、すなわち運転時の異常音が発生しない。また、分離板に第二の軸受板を一体成形して第二の軸受板を分離板に固定することで、パッキンの圧縮による第二の軸受板の固定を行なっていないため、組立ばらつきにより分離板と軸受端部との空隙が大きくなっても、第二の軸受板からの異常音の発生はない。さらに、後加工による軸のＤカットが不要であることから、摺動部にかけを生じないため、信頼性の高い軸を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、電動機部とポンプ室が完全に分離シールされ、ポンプ室を分離板とケーシングで形成し、電動機部の駆動用マグネットに磁気的結合するための従動用マグネットを保持した羽根車が、分離板とケーシングに固定された軸に円筒状の軸受を介して回転および摺動自在に支承され、羽根車に固定された軸受のスラスト方向の受けとして軸受の両端部と分離板およびケーシングの間隙にそれぞれ軸受板を配置した構成であって、軸の一方の端面にキー溝を形成し、分離板またはケーシングの軸支え側にキー溝に噛み合う凸部を設けて軸回転防止機構を構成した水中すべり軸受ポンプであり、軸のＤカットが廃止可能となり、摺動部近傍に軸によるエッジ部を形成しない。したがって組立ばらつきにより軸受の端部と分離板またはケーシング間の空隙が大きくなっても、軸受内径の異常摩耗が発生せず、すなわち運転時の異常音が発生しないという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水中すべり軸受ポンプにおいて、軸受端面とケーシングとの間隙に配置された第一の軸受板の回転防止機構を、ケーシングの軸支え端面部に形成した突起と、第一の軸受板の反摺動面に形成した突起とを噛み合わせることで構成したものであり、軸のＤカット形状なしでも第一の軸受板の回転防止が可能となるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の水中すべり軸受ポンプにおいて、軸受端面と分離板との間隙に配置された第二の軸受板の回転防止機構を、分離板と第二の軸受板を一体成形することで構成したものであり、軸のＤカット形状は不要であり、第二の軸受板は完全に固定されているので、水流による踊りで生ずる異常音も発生しないため、パッキンが不要となるという作用を有する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水中すべり軸受ポンプのうち、代表例であるマグネットポンプの断面図、図２は、同マグネットポンプにおける羽根車を回転および摺動支承する軸の側面および正面図である。
【００２４】
この実施の形態１のマグネットポンプは図１および図２に示すように構成され、すなわち、図９の従来例に対し羽根車を回転および摺動支承する軸およびその軸受部に特徴を有している。したがって、羽根車を回転および摺動支承する軸およびその軸受部ならびに軸受板、軸支えを除く他の構成は従来例と同じであるので、その説明は省略する。
【００２５】
図１および図２に示すように、ポンプ室５内に設けられ、かつ、羽根車１２を円筒状の軸受１１を介在させて回転および摺動支承する軸９は、単純な円柱状であって、一方の端面には金型で形成したキー溝９ｂを有している。分離板６に形成されて軸９の一端を固定する軸支え部６ａは、凹部の内底に軸９のキー溝９ｂに対応した凸部６ｂを有しており、キー溝９ｂと凸部６ｂが噛み合うことで軸９の回転が防止されるようになっている。
【００２６】
従来、軸の回転防止のためのＤカット形状は、研磨による後加工を施していたのに対し、本実施の形態１における軸であれば、キー溝形成であることから金型で対応できる形状であり、したかってコストも大きく削減できる。
【００２７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるマグネットポンプの第一の軸受板の平面および断面図、図４は、同マグネットポンプにおけるケーシング軸支えの平面および断面図である。
【００２８】
図示のように、このマグネットポンプにおける軸９とケーシング軸支え７ａ間に設けられる第一の軸受板１３は、その内径が真円であり、軸９とは自由に回転できる。そして第一の軸受板１３の反摺動面には、外周の一部に第一の軸受板１３の突起１３ａを設けている。また、ケーシング軸支え７ａの端面の一部にもケーシング軸支えの突起７ｄを形成している。
【００２９】
この実施の形態２においては、ケーシング軸支え７ａのケーシング軸支えの突起７ｄが上側に施されているので、ポンプ組立の際、第一の軸受板１３の突起１３ａが下側になるように挿入する。羽根車１２が回転すると第一の軸受板１３も追従して回転するが、第一の軸受板１３の突起１３ａとケーシング軸支え７ａに施された突起７ｄが当たり、第一の軸受板１３の回転が防止される。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示す第一の軸受板とケーシング軸支えの平面図である。
【００３１】
このものは、図示のように第一の軸受板１３の反摺動面の外周に複数の突起１３ａを設け、また、ケーシング軸支え７ａの端面にも複数の突起７ｄを形成している。
【００３２】
このものも前記と同様に第一の軸受板１３の回転を防止することができる。ただし、ケーシング軸支えの突起７ｄとの関係で自由度が低くなり、組立性は若干悪くなる。
【００３３】
図６は、本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示す第一の軸受板の平面および断面図、図７は本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示すケーシング軸支えの平面および断面図である。
【００３４】
このものも、図示のように第一の軸受板１３における反摺動面の内周に突起１３ａを設け、また、ケーシング軸支え７ａの端面の内周にも突起７ｄを形成している。
【００３５】
このものも前記と同様に第一の軸受板１３の回転を防止することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３におけるマグネットポンプの第二の軸受板の断面および平面図である。
【００３７】
このマグネットポンプにおける第二の軸受板１４は、図には現れていないが分離板６と一体成形により固定されている。そして第二の軸受板１４はラジアル方向の力を受けるため、外周に複数の凸部を形成して回転を防止する形状にしている。
【００３８】
上記の構成によれば、軸のＤカット形状は不要であり、第二の軸受板は完全に固定されているので、水流による踊りで生ずる異常音も発生しないため、パッキンが不要となる。
【００３９】
なお、この実施の形態では、一例として第二の軸受板１４が分離板６と一体成形されているものを挙げたが、第二の軸受板１４を分離板６に対しスナップフィット構造などによる固定も可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の水中すべり軸受ポンプは、羽根車の円筒状の軸受を回転および摺動支承する軸のＤカット形状が不要になるため、摺動部近傍に前記軸によるエッジ部を形成しない。したがって組立ばらつきにより軸受の端部と分離板あるいはケーシング間の空隙が大きくなっても軸受内径の異常摩耗が発生せず、すなわち、運転時の異常音が発生しない。また、一体成形により第二の軸受板を分離板に固定することで、パッキンの圧縮による第二の軸受板の固定を行なっていないため、組立ばらつきにより軸受の端部と分離板間の空隙が大きくなっても、軸受の端部と分離板間に設けられる第二の軸受板からの異常音の発生はない。さらに、後加工による軸のＤカットが不要であることから、摺動部にかけを生じないため、信頼性の高い軸を実現できる。
【００４１】
さらに、セラミック製の軸の後加工工程が大幅に削減できること、パッキンを廃止できること、また、パッキンをケーシングに挿入する工数が削減できることから、コストも大幅に削減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における水中すべり軸受ポンプのうち、代表例であるマグネットポンプの断面図
【図２】（ａ）同マグネットポンプにおける羽根車を回転および摺動支承する軸の側面図
（ｂ）同マグネットポンプにおける羽根車を回転および摺動支承する軸の正面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマグネットポンプの第一の軸受板の平面図
（ｂ）同第一の軸受板の断面図
【図４】（ａ）同マグネットポンプにおけるケーシング軸支えの平面図
（ｂ）同ケーシング軸支えの断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示す第一の軸受板の平面図
（ｂ）同第一の軸受板の回転防止機構の別例を示すケーシング軸支えの平面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示す第一の軸受板の平面図
（ｂ）同第一の軸受板の断面図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態２における第一の軸受板の回転防止機構の別例を示すケーシング軸支えの平面図
（ｂ）同ケーシング軸支えの断面図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３におけるマグネットポンプの第二の軸受板の断面図
（ｂ）同第二の軸受板の平面図
【図９】従来の水中すべり軸受ポンプの断面図
【図１０】（ａ）従来の水中すべり軸受ポンプにおける軸の側面図
（ｂ）従来の水中すべり軸受ポンプにおける軸の正面図
（ｃ）従来の水中すべり軸受ポンプにおける軸受板の平面図及び断面図
【図１１】従来の水中すべり軸受ポンプにおける正規状態の軸と軸受周り部の断面図
【図１２】従来の水中すべり軸受ポンプにおける組み立てばらつきが大きい状態の軸と軸受周り部の断面図
【符号の説明】
１　電動機
２　モータシャフト
３　駆動用マグネット
４　ハウジング
５　ポンプ室
６　分離板
６ａ　軸支え部
６ｂ　凸部
７　ケーシング
７ａ　ケーシング軸支え
７ｂ　吸込継手
７ｃ　吐出継手
７ｄ　ケーシング軸支えの突起
８　Ｏリング
９　軸
９ａ　Ｄカット
９ｂ　キー溝
９ｃ　エッジ部
１０　従動用マグネット
１１　軸受
１１ａ　軸受のポンプ側端面
１１ｂ　軸受の反ポンプ側端面
１２　羽根車
１３　第一の軸受板
１３ａ　第一の軸受板の突起
１４　第二の軸受板
１５　パッキン
１６　ブラケット
【図１】
2004144057.tif 000003
【図２】
2004144057.tif 000004
【図３】
2004144057.tif 000005
【図４】
2004144057.tif 000006
【図５】
2004144057.tif 000007
【図６】
2004144057.tif 000008
【図７】
2004144057.tif 000009
【図８】
2004144057.tif 000010
【図９】
2004144057.tif 000011
【図１０】
2004144057.tif 000012
【図１１】
2004144057.tif 000013
【図１２】
2004144057.tif 000014