(57)【要約】【課題】  相対回転する軸と支承部材とを改良することにより、軸受隙間に析出物の堆積や摺動による異常な発熱を防止し、寿命の長い軸と支承部材との組み合わせを提供して寿命低下の問題を解決する。【解決手段】  ケーシングとなる略円筒体２と、該略円筒体２内に設けられ、該略円筒体２外からの駆動手段により、前記略円筒体２と一体としたケーシング内でインペラ４と一体回転し軸５により支持された回転体３と、該回転体３の内周部に嵌合され前記軸５と相対回転する円環状の支承部材（６，８）と、を備えたポンプであって、前記軸５と支承部材（６，８）とは、これらの相対回転によりいずれか一方に、液体の流れを発生させる動圧溝（６ａ，８ａ）や一方向溝（６ｂ，８ｂ）を形成する。【選択図】図１
2005207333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングとなる円筒体と、該円筒体内に設けられ該円筒体外からの駆動手段によりインペラと一体回転し軸により支持された回転体と、該回転体の内周部に嵌合され前記軸と相対回転する円環状の支承部材と、を備えたポンプにおいて、
前記軸と支承部材とは、これらの相対回転によりいずれか一方に、液体の流れを発生させる動圧溝を形成した動圧軸受としたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記軸は、中空軸とすると共に該中空軸内に動圧軸受で発生した液体の流れの一部が流入し且つ排出される流通経路が形成されてあることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
動圧溝は、その頂部が一方にオフセットさせてあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
動圧溝は、一方向溝である請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送液用のポンプ、特にインペラを回転させるために、相対回転する軸と支承部材の組み合わせにおいて、これらの軸または支承部材の一方に、液体の流れを作り出すように動圧溝が形成されたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
メッキ液等の有毒な化学物質を含む液体や薬品の溶融する液体等は、送液の過程で外部への漏洩を防止しながら処理される。このようなポンプとしてシールレスポンプの一種であるマグネットドライブ方式（磁力による駆動方式やキャンドロータ方式等）の渦巻きポンプや遠心式ポンプがある。例えば、シールレスポンプは、図６に示すように、略円筒体状のケーシング２とポンプケーシング１とを連結してハウジングとして、内部にマグネット７を周方向に適宜配置した回転体３と、該回転体３と一体回転するようボス部４ｂをスプライン等により嵌合させたインペラ４と、前記回転体３を支持する軸５と、前記回転体３の内周部に嵌合され前記軸５と相対回転する円環状の支承部材２６，２８とで構成される。そして、前記略円筒体２の外側を囲繞するように配置し、マグネット１２を内周面の周方向に配置した円筒状の回転体１０をモータ９の回転軸９ａをキー１１で固定して回転させ、磁力で同時に前記回転体３を回転させる構成としてある。
【０００３】
上記するようなシールレスポンプとしては従来、ドライ状態であっても、破損や摺動発熱を防止して安定した動作を行うことのできる水中軸受を備えたマグネット駆動式ポンプとして、一端にフランジ部を設けた略円筒状の回転軸受と、この回転軸受の周囲を同心状に囲繞するとともに、一方の端面を前記フランジ部と摺動する摺動端面とした略円筒状の固定軸受と、を有するマグネット駆動ポンプであって、前記固定軸受の前記摺動端面の内周縁部または外周縁部の少なくとも一方に、自己潤滑性を有する２つのリング状の潤滑部材を嵌着したマグネット駆動ポンプが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３１７９７号
【０００５】
図６に示すようなシールレスポンプでは、軸５と相対回転する円環状の支承部材２６，２８は、エンジニアリングセラミック製のすべり軸受が使用されているが、インペラ４の後部は、流れのない作動流体中にすべり軸受（２６，２８）が使用されている。そのため、これらのすべり軸受（２６，２８）と軸５との間には作動流体からの析出物が堆積して隙間を埋め、摺動発熱の発生により場合によっては回転不能状態に陥り、これらのすべり軸受（２６，２８）の寿命が尽き、これらのすべり軸受（２６，２８）はポンプの機能部品としては最も寿命が短い、という問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は上記する問題点に対処するためになされたものであり、軸と支承部材とを改良することにより、軸受隙間に析出物の堆積や摺動による異常な発熱を防止し、寿命の長い軸と支承部材との組み合わせを提供して寿命低下の問題を解決したポンプを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ケーシングとなる円筒体と、該円筒体内に設けられ該円筒体外からの駆動手段によりインペラと一体回転し軸により支持された回転体と、該回転体の内周部に嵌合され前記軸と相対回転する円環状の支承部材と、を備えたポンプにおいて、
前記軸と支承部材とは、これらの相対回転によりいずれか一方に、液体の流れを発生させる動圧溝を形成した動圧軸受としたことを特徴とする。
【０００８】
具体的には、動圧軸受として形成される動圧溝を、相対回転時に動圧と共に軸と支承部材との隙間に液体の流れが発生するよう圧力差が生じるような動圧溝を形成する。このように、液体に流れが生じると、析出物も絶えず流出して行くので、軸と支承部材との間に析出物が堆積することはなくなる。そして、堆積による磨耗や熱の発生が抑えられ支承部材としての機能も良好となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記軸は、中空軸とすると共に該中空軸内に動圧軸受で発生した液体の流れの一部が流入し且つ排出される流通経路が形成されてあることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記動圧溝が、その頂部が一方にオフセットさせてあることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記動圧溝が、一方向溝であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、相対回転する軸と支承部材との間（軸受隙間）にある液体に動圧溝により圧力差のある流れが発生するため、析出物が堆積することが無くなる。また、異常な摺動発熱が発生することもない。従って、支承部材の寿命が向上し長寿命のポンプとなる。また、請求項２に記載の発明によれば、動圧軸受で発生した液体の流れが一層良くなり、析出物の堆積を無くすることができると共に、摺動発熱の発生を抑え冷却効果も大きくなる。更に、請求項３に記載の発明によれば、動圧支持と流れの発生とを同時に行うことができる。また、請求項４に記載の発明によれば、液体の流れが一層効率的となり、堆積物の発生も無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態の軸方向の縦断面図であり、図２は図１のＰ部拡大図、図３は、その要部の縦断面図であって一部拡大した図である。尚、同一構成要素には、従来技術で説明した符号と同一の符号を用いる。
本発明のポンプもシールレスポンプであり、略円筒体２と、該略円筒体２の内部に配置される回転体３と、該回転体３と一体回転するようボス部４ｂをスプライン等により嵌合させたインペラ４と、前記回転体３を支持する軸５と、前記回転体３の内周部に嵌合され前記軸５と相対回転する円環状の（或いはスリーブ状の）支承部材６，８とが配置される。前記回転体３の周方向には適宜マグネット７が配置される。また、ケーシングとなる前記略円筒体２は、外側周囲から該略円筒体２を囲繞するように円筒状の回転体１０が配置されている。該回転体１０の内周面には周方向にマグネット１２が配置され且つモータ９の駆動軸９ａがキー１１により直結されている。なお、前記回転体３のインペラ４のボス部４ｂには、支持部材６の内周面に達する孔４ｃが穿設されている。上記構成としたこのポンプの前記回転体３は、相互に引き合う磁石７と１２の磁力により駆動されて回転し、同時にインペラ４も回転駆動されて液体を送液する。なお、インペラ４はケーシング１内に配置されているが、該ケーシング１は略円筒体２と一体に組み合わせてハウジングを形成している。
【００１５】
前記軸５は、この実施の形態では固定軸であり、ポンプケーシング１のボス部１ｂと略円筒体２の端部中心部との間に固定配置されている。該軸５は回転体３の内周部には、支持部材６，８が一体に固定されているが、これら軸５と支持部材６，８との間には所定の隙間Ｓ（数μから１０μ程度）が形成されている。そして、これらの支持部材６，８の内周面には、深さが数μ〜１０μ程度のヘリングボーン或いはＶ字状や一部らせん状の動圧溝６ａ，８ａが形成されている。但し、これらの動圧溝６ａ，８ａの中心線Ｌは、ヘリングボーン等の溝中心ではなく、一部いずれかにオフセットされている。このように、動圧溝６ａ，８ａの中心線Ｌをオフセットさせると支持部材６，８の回転時にポンピング作用により発生する動圧はいずれかに偏って発生するので隙間Ｓ内及び略円筒体２と回転体３との間の空間Ｗの液体に流れが発生する。
【００１６】
上記構成により、回転体３が回転すると、該回転体３に一体に嵌め入れた支持部材６，８と軸５との間の隙間Ｓ及び略円筒体２と回転体３との間の空間Ｗの液体に流れが発生すると、これらの隙間Ｓや空間Ｗには、全体的に流れが発生する。従って、発生した析出物は隙間Ｓに堆積することなく、空間Ｗや他方へ流れて排出されることになり、常に一定の隙間が維持される。よって、軸５と支持部材６，８との間に摺動による摩擦熱も低く抑えられこれら軸５も支持部材６，８も長寿命となる。
【００１７】
次に、図４は、本発明の第２の実施の形態の軸方向の縦断面図である。本実施の形態では、軸５は固定軸であるが、回転体３の内周部には、支持部材６，８が一体に固定されているが、これら軸５と支持部材６，８との間には所定の隙間Ｓ（数μから１０μ程度）が形成されている。そして、これらの支持部材６，８の内周面には、深さが数μ〜１０μ程度のヘリングボーン或いはＶ字状や一部らせん状の動圧溝６ａ，８ａが形成されている。これらの動圧溝６ａ，８ａの中心線Ｌ（図３参照）は、ヘリングボーン等の溝中心ではなく、一部いずれかにオフセットされている点は第１の実施の形態と同様である。また、前記軸５は、内部に空間５ａのある軸とし且つ端部（モータ９側）には内部空間５ａに通じるよう小孔５ｂが穿設され、更に該内部空間５ａに流入した液体が排出されるようインペラ４寄りに小孔５ｃが穿設され、流通経路が形成されているなお、この実施の形態でも、前記回転体３のインペラ４のボス部４ｂには、支持部材６の内周面に達する孔４ｃが穿設されている。
【００１８】
上記構成としたこの発明のポンプでは、回転体３が回転すると、該回転体３に一体に嵌め入れた支持部材６，８と軸５との間の隙間Ｓ及び略円筒体２と回転体３との間の空間Ｗの液体に流れが発生する。そしてこれらの隙間Ｓや空間Ｗには、全体的に流れが発生する。従って、発生した析出物は隙間Ｓに堆積することなく、空間Ｗや他方へ流れて排出されることになり、常に一定の隙間が維持される。よって、軸５と支持部材６，８との間に摺動による摩擦熱も低く抑えられこれら軸５も支持部材６，８も長寿命となる。
【００１９】
図５は、本発明のポンプの第３の実施の形態である。本実施の形態では、軸５と支持部材６，８とは動圧軸受を形成するものであるが、第２の実施の形態の場合、支持部材６，８の内周面には、一方向溝６ｂ，８ｂが形成されている。この場合、軸５と支持部材６，８とが相対回転すると（本実施の形態の場合、支持部材６，８が回転）、軸５と支持部材６，８との間の隙間Ｓ及び動圧が発生すると共に一方向に液体が流れ、また、略円筒体２と回転体３との間の空間Ｗにも流れが生じる。従って、発生した析出物は隙間Ｓに堆積することなく、空間Ｗや他方へ流れて排出されることになり、常に一定の隙間が維持される。よってこの場合も、軸５と支持部材６，８との間に摺動による摩擦熱も低く抑えられこれら軸５も支持部材６，８も長寿命となる。
【００２０】
以上詳述したように、本発明は、軸５と該軸５の支持部材６，８とを一種の動圧軸受として、これらの間の隙間Ｓにある液体に流れを発生させ、隙間Ｓから析出物を排出させる点に特徴がある。また、広くは軸５と支持部材６，８との間の隙間Ｓを起点として液体に流れを発生させ、従来流れのなかった回転体３と略円筒部材２との間の空間Ｗに液体の流れを生じさせる点に特徴がある。従って、動圧軸受だけでなく、回転体３の回転により軸と支持部材との間の隙間Ｓ及び回転体３と略円筒部材２との間の空間Ｗに液体の流れを生じさせる手段であれば、動圧軸受に限らず、他の手段、例えば回転体３の回転により軸５と支持部材６，８との隙間Ｓに圧力変化を生じさせるよう隙間Ｓを変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のポンプの第１の実施の形態の軸方向の縦断面図である。
【図２】本発明のポンプの第１の実施の形態の軸方向の縦断面図であって、図１のＰ部拡大図である。
【図３】本発明のポンプの第１の実施の形態の軸方向の一部を拡大した縦断面図である。
【図４】本発明のポンプの第２の実施の形態の軸方向の縦断面図である。
【図５】本発明のポンプの第３の実施の形態の軸方向の縦断面図である。
【図６】従来のポンプの軸方向の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１      ケーシング
２      略円筒体
３      回転体
４      インペラ
４ｂ    インペラボス部
５      軸
６      支持部材
６ａ    動圧溝
６ｂ    一方向溝
７      マグネット
８      支持部材
８ａ    動圧溝
８ｂ    一方向溝
９      モータ
１０    回転体
１２    マグネット
【図１】
2005207333.tif 000003
【図２】
2005207333.tif 000004
【図３】
2005207333.tif 000005
【図４】
2005207333.tif 000006
【図５】
2005207333.tif 000007
【図６】
2005207333.tif 000008