(57)【要約】【課題】高効率で、耐久性が高く、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好な螺旋溝ポンプを提供する。【解決手段】取扱液中で回転する回転円板１６と、回転円板１６と摺動するドーナツ状の固定円板１７と、回転円板１６と固定円板１７のいずれか一方の摺動面に設けられた螺旋溝１７ａとを備え、螺旋溝１７ａは回転円板１６の回転に伴って外径側に高圧が発生するように設けられ、ポンプ部の吸込口１７ｏが固定円板１７の内径部に設けられる。【選択図】    図１
2004332636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取扱液中で回転する回転円板と、該回転円板と摺動するドーナツ状の固定円板と、回転円板と固定円板のいずれか一方の摺動面に設けられた螺旋溝とを備え、前記螺旋溝は回転円板の回転に伴って外径側に高圧が発生するように設けられ、ポンプ部の吸込口が固定円板の内径部に設けられることを特徴とする螺旋溝ポンプ。
【請求項２】
前記螺旋溝ポンプの吐出圧が回転円板の反摺動面側に作用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の螺旋溝ポンプ。
【請求項３】
前記回転円板の反摺動面側に永久磁石モータを設け、該モータの永久磁石の磁力が、回転円板を固定円板側に押付ける方向に作用するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の螺旋溝ポンプ。
【請求項４】
前記螺旋溝は固定円板に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の螺旋溝ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、螺旋溝ポンプに係り、特に回転円板と固定円板のいずれか一方に螺旋溝を形成した螺旋溝ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、毎分数ミリリットルから数十ミリリットルの極小流量で圧力が１００ｋＰａ程度の比較的高揚程の領域のポンプには、ダイアフラムポンプなどの容積式ポンプが主に使用されている。しかしながら、ダイアフラムポンプは、極小流量で比較的高揚程の領域で効率の良いポンプではあるが、非金属性のフレキシブルなダイアフラムを繰返し変形させて送液する構成になっているので、圧力脈動を生じることや、ダイアフラムの耐久性が比較的短いためにメンテナンス頻度が高いなどの弱点を有する。他方、前記のような極小流量で比較的高揚程の領域で遠心式ポンプを運転すると、一般に効率面で著しく不利になることが知られている。この主たる要因は、羽根車の本来の仕事量に比較して、羽根車の主板及び側板の回転に伴って生じる円板摩擦損失の値が著しく大きくなることによるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、極小流量で一般に用いられる容積式ポンプは圧力脈動が生ずるという機能面における欠点と耐久性に劣るという欠点があり、また遠心式ポンプを極小流量で用いると効率が著しく低下するという欠点があり、極小水量で比較的高揚程の領域で用いられる従来のポンプは、いずれの形式のものも満足がいくものではなかった。このため、極小流量で比較的高揚程の領域での使用に適した新たなポンプの開発が強く求められていた。
【０００４】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、高効率で、耐久性が高く、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好な螺旋溝ポンプを提供することを技術的課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は、取扱液中で回転する回転円板と、該回転円板と摺動するドーナツ状の固定円板と、回転円板と固定円板のいずれか一方の摺動面に設けられた螺旋溝とを備え、前記螺旋溝は回転円板の回転に伴って外径側に高圧が発生するように設けられ、ポンプ部の吸込口が固定円板の内径部に設けられることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、回転円板が回転すると、粘性によって取扱液にせん断力が作用し、回転円板と固定円板のいずれか一方に設けられた螺旋溝に沿って取扱液が内周側から外周側に向って移動する。螺旋溝は円板の外周側で閉じられているため、外周側ほど圧力が高くなる。圧力が高まった取扱液は二つの円板の外周部から外側へ吐出される。この技術は一般に動圧軸受として知られたものであるが、本発明はこれをポンプとして積極的に応用したものである。
【０００７】
本発明の１態様によれば、前記螺旋溝ポンプの吐出圧が回転円板の反摺動面側に作用するようにしたことを特徴とする。このように構成することで、回転円板は、摺動面側と反摺動面側の両平面に加わる圧力の大小関係によって、固定円板側に押付けられることになる。その結果、両円板間の隙間は狭くなる方向に作用するため、取扱液の粘性によるせん断力が増加し、円板外周に発生する圧力も増す。このことから、回転円板の両平面に働く荷重がバランスするポイントでポンプが安定して運転されることになる。なお、両円板の材料には例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの耐摩耗性の高い材料を使用する。
【０００８】
本発明の１態様によれば、前記回転円板の反摺動面側に永久磁石モータを設け、該モータの永久磁石の磁力が、回転円板を固定円板側に押付ける方向に作用するように構成したことを特徴とする。前述のように回転円板の両面の荷重がバランスするため、運転中は構造的に安定している。しかしながら、停止時・始動時においては、回転円板には荷重が作用しないため不安定な状態である。そこで、モータの磁力によって回転円板が固定円板側にわずかに押付けられるように構成する。具体的には、モータ固定子鉄心とモータ回転子の軸方向の位置をわずかにずらして組立てることで回転円板を押付けることが可能である。このようにすることで、回転円板と固定円板は停止時・始動時においても接触状態にあるため、モータを始動すると円板外周部に所定の圧力が発生し、ポンプとして機能することができる。
本発明の１態様によれば、前記螺旋溝は固定円板に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る螺旋溝ポンプの一実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本発明の螺旋溝ポンプの全体構成を示す縦断面図であり、図２は螺旋溝ポンプの固定円板の平面図である。
図１に示すように、本発明の螺旋溝ポンプはモータ一体型のモータポンプであり、このモータポンプは、ステンレス合金等の円筒状の金属フレームからなるモータケーシング１と、モータケーシング１の一端に設けられた負荷側軸受ブラケット２と、モータケーシング１の他端に設けられた反負荷側軸受ブラケット３と、負荷側軸受ブラケット２と対向して設けられたポンプケーシング４とを備えている。ポンプケーシング４と反負荷側軸受ブラケット３との間には複数のボルト５が架け渡されており、ボルト５を締め付けることによりポンプケーシング４、負荷側軸受ブラケット２、モータケーシング１および反負荷側軸受ブラケット３が一体に連結されている。ポンプケーシング４には流体をポンプケーシング内に吸込む吸込口４ａが形成され、反負荷側軸受ブラケット３には流体をモータケーシング１内から吐き出す吐出口３ａが形成されている。
【００１０】
モータケーシング１の内周側には、モータ固定子６が配置されており、モータ固定子６の内周側には、樹脂製の固定子キャン７が設けられている。そして、固定子キャン７の内周側には、樹脂製の回転子キャン９で覆われた永久磁石製のモータ回転子８が設けられている。モータ回転子８はモータ固定子６が発生する回転磁界によって回転する。モータ固定子６と永久磁石製のモータ回転子８はＤＣブラシレスモータを構成しており、またこのモータは、モータ固定子６の回転磁界に対応してモータ回転子８が液中で回転する所謂キャンドモータの形式になっている。前記反負荷側軸受ブラケット３は、モータケーシング１に連結されるリング状部材３Ａとリング状部材３Ａを保持するブラケット本体３Ｂとから構成されている。固定子キャン７の両軸端部と、負荷側軸受ブラケット２および反負荷側軸受ブラケット３との間にはＯリング１２，１３が設けられ、取扱液がモータ固定子６の巻線部６ａに浸入しないように配慮されている。
【００１１】
モータ回転子８は、金属製の磁性体ヨーク１０の外周にネオジウム製の永久磁石１１が設けられて構成されており、永久磁石１１を取り囲むように回転子キャン９が設けられている。モータ回転子８の軸方向の両側にはＯリングなどのシール部品が設けられているため、永久磁石１１及び磁性体ヨーク１０は取扱液と完全に遮断され、錆びを発生するようなことがない。
【００１２】
モータ回転子８を支持するモータ軸１５は、負荷側軸受ブラケット２および反負荷側軸受ブラケット３に固定されたラジアル軸受１８，１９により回転可能に支持されている。そして、モータ軸１５の一端にはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＳｉＣ製の回転円板１６が固定されている。吸込口４ａが設けられたポンプケーシング４にはＳｉＣ製のドーナツ形状（環状）の固定円板１７が固定され、固定円板１７の摺動面には深さ１０μｍ程度の螺旋溝１７ａが設けられている。回転円板１６と螺旋溝１７ａを有した固定円板１７とは対面するように配置されており、両者は流体を昇圧するポンプ部を構成している。なお、螺旋溝１７ａは例えばレ−ザ加工によって製作される。
【００１３】
図２は螺旋溝１７ａを有した固定円板１７の詳細を示す平面図である。図２に示すように、固定円板１７は、所定の外径（２ｒ２）および所定の内径（２ｒ１）を有するドーナツ形状（環状）の円板からなる。複数の螺旋溝１７ａは、ドーナツ形状（環状）の固定円板１７の内周端から外周側に向かって螺旋状に延びる外向き螺旋溝から構成されている。そして、螺旋溝１７ａの外周側の端部は、半径ｒｂの位置にあり、固定円板１７の外周縁より所定距離だけ内方に位置している。固定円板１７の内径部の開口１７ｏは、ポンプ部の吸込口を構成している。
【００１４】
モータ軸１５は、モータの磁力によって回転円板１６が固定円板１７側にわずかに押付けられるように構成されている。具体的には、モータ固定子６の鉄心とモータ回転子８の軸方向の位置をわずかにずらして組立てることで回転円板１６を固定円板１７に押付けるように工夫されている。このようにすることで、回転円板１６と固定円板１７は停止時・始動時においても接触状態にあるため、モータを始動すると円板外周部に所定の圧力が発生し、ポンプとして機能することができる。
【００１５】
次に、図１および図２に示すように構成された螺旋溝ポンプの作用について説明する。ポンプケーシング４の吸込口４ａからポンプケーシング内に吸込まれた取扱液は、固定円板１７の開口１７ｏを通過して固定円板１７と回転円板１６との間に流入する。回転円板１６が回転すると、粘性によって取扱液にせん断力が作用し、固定円板１７の螺旋溝１７ａに沿って取扱液が内周側から外周側に向って移動する。螺旋溝１７ａは固定円板１７の外周側で閉じられているため、外周側ほど圧力が高くなる。圧力が高まった取扱液は二つの円板１６，１７の外周部から外側へ吐出される。回転円板１６および固定円板１７の外側に吐出された取扱液は、回転円板１６の背面側に沿って流れ、さらに負荷側軸受ブラケット２の内周側に形成された流路２ａを通過してモータの回転子室２０に流入する。
【００１６】
上述したように、取扱液は、回転円板１６の背面側に流入するため、螺旋溝ポンプの吐出圧が回転円板１６の反摺動面側に作用する。そのため、回転円板１６は、摺動面側と反摺動面側の両平面に加わる圧力の大小関係によって、固定円板１７側に押付けられることになる。その結果、両円板１６，１７間の隙間は狭くなる方向に作用するため、取扱液の粘性によるせん断力が増加し、円板外周に発生する圧力も増す。このことから、回転円板１６の両平面に働く荷重がバランスするポイントでポンプが安定して運転されることになる。
【００１７】
図３は回転円板１６と固定円板１７に加わる圧力の圧力分布を示す模式図である。図３に示すように、螺旋溝１７ａの外周側に向かうにつれて圧力は高くなり、螺旋溝１７ａが閉じられた外周端（図２において半径ｒｂの位置）で圧力は最大となり、その後、固定円板１７の外周に向かうにつれて圧力は低下していき、両円板１６，１７から吐出圧ｐで取扱液が吐出される。そして、図３に示すように、回転円板１６の反摺動面側にポンプ部の吐出圧ｐが加わり、回転円板１６は固定円板１７側に押付けられる。
【００１８】
一方、ポンプ部から吐出されて回転子室２０に流入した取扱液は、固定子キャン７と回転子キャン９との間隙を通過して反負荷側軸受ブラケット３に形成された吐出口３ａから吐出される。取扱液は、モータのラジアル軸受１８，１９の潤滑を行なうとともに、同時にモータの冷却にも使用される。
図１乃至図３に示す実施形態においては、螺旋溝を固定円板に設けたが、螺旋溝は回転円板に設けても上述と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、回転円板と固定円板のいずれか一方に螺旋溝を設け、回転円板と固定円板によりポンプ作用を生じさせるように構成したため、高効率で、耐久性が高く、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産性の良好な螺旋溝ポンプとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の螺旋溝ポンプの全体構成を示す縦断面図である。
【図２】螺旋溝を有した固定円板の詳細を示す平面図である。
【図３】回転円板と固定円板に加わる圧力の圧力分布を示す模式図である。
【符号の説明】
１    モータケーシング
２    負荷側軸受ブラケット
２ａ    流路
３    反負荷側軸受ブラケット
３ａ    吐出口
３Ａ    リング状部材
３Ｂ    ブラケット本体
４    ポンプケーシング
４ａ    吸込口
５    ボルト
６    モータ固定子
６ａ    巻線部
７    固定子キャン
８    モータ回転子
９    回転子キャン
１０    磁性体ヨーク
１１    永久磁石
１２，１３    Ｏリング
１５    モータ軸
１６    回転円板
１７    固定円板
１７ａ    螺旋溝
１７ｏ    開口
１８，１９    ラジアル軸受
２０    回転子室
ｐ    吐出圧
【図１】
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【図２】
2004332636.tif 000004
【図３】
2004332636.tif 000005