(57)【要約】【課題】シール信頼性に優れたポンプを得ることを目的とする。【解決手段】吸込通路２および吐出通路３がシール室４を介して相互に連なって形成されたポンプハウジング１と、モータのシャフト６に取り付けられてシール室４に配置された羽根車５と、シャフト６の回転により回転する第１のシール部材７と、シール室４の内壁に取り付けられ、第１のシール部材７との間にシール摺動面を形成するとともにシール室４を大気と隔絶する第２のシール部材８と、シール室４と吐出通路３とを連通し、吐出通路３を流れる一部の流体をシール室４に導入する送給流体通路１３と、シール摺動面の外周近傍に配置されるとともに外周壁側に送給流体通路１３が連通する空間を形成し、外周壁から内周壁へと貫通してシール室４に導入された流体をシール摺動面に向けて噴出する噴出孔１７が複数箇所に形成された流体分散噴出部材１５とを有する構造とする。【選択図】図１
2005256659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込通路および吐出通路がシール室を介して相互に連なって形成されたポンプハウジングと、
モータのシャフトに取り付けられて前記シール室に配置された羽根車と、
前記シール室内の前記シャフトに取り付けられて前記シャフトの回転により回転する第１のシール部材と、
前記シール室の内壁に取り付けられ、前記第１のシール部材との間にシール摺動面を形成するとともに前記シール室を大気と隔絶する第２のシール部材と、
前記シール室と前記吐出通路とを連通し、前記吐出通路を流れる一部の流体を前記シール室に導入する送給流体通路と、
前記シール摺動面の外周近傍に配置されるとともに外周壁側に前記送給流体通路が連通する空間を形成し、前記外周壁から内周壁へと貫通して前記シール室に導入された流体を前記シール摺動面に向けて噴出する噴出孔が複数箇所に形成された流体分散噴出部材とを有することを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記噴出孔は、前記シャフトの径方向に対して所定の角度傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記噴出孔は、噴出方向に向かって径が拡がっていることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプに関し、特に、流体に圧力を与えるポンプのシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のポンプにおいては、モータの回転シャフトに固定された羽根車を吸入通路および吐出通路に連なるポンプ室内に配し、且つこのポンプ室をメカニカルシールによって大気と仕切った構成としている。メカニカルシールは、パッキンを介してハウジングに取り付けられた静止側摺動環と、スプリングにより静止側摺動環に圧接されて羽根車の回転とともに回転する回転側摺動環とからなり、回転側摺動環は、羽根車を回転するモータの回転シャフトにパッキンを介して固定されている。そして、静止側摺動環と回転側摺動環とを圧接摺動させて水漏れを防止する構成となっている。さらに、ハウジングの吐出通路からメカニカルシール摺動部へ圧力差により送給流体の一部を１箇所導入する流体経路を設けた構成とするのが一般的である。
【０００３】
以下、従来のポンプについて図５および図６を用いて説明する。
【０００４】
ここで、図５は従来のポンプにおける通水運転中の状態を示す断面図、図６は図５のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口を示す断面図である。
【０００５】
図５および図６に示すように、第１のハウジング部１−ａと第２のハウジング部１−ｂとが合わさってポンプハウジング１を構成している。ポンプハウジング１内には、吸込通路２および吐出通路３がメカニカルシール室４を介して相互に連なって形成されている。メカニカルシール室４には、モータのシャフト６に取り付けられるとともに吸込通路２と吐出通路３とを連通する連通路５ａが形成された羽根車５が配置されている。
【０００６】
メカニカルシール室４内には、メカニカルシール室４を大気と隔絶するためのメカニカルシール回転側摺動環７およびメカニカルシール静止側摺動環８が相互に隣接して取り付けられている。ここで、メカニカルシール回転側摺動環７はシャフト６にはめ込まれたメカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン１０に保持されており、メカニカルシール静止側摺動環８はシャフト６の周囲に位置するメカニカルシール室４の内壁に取り付けられたメカニカルシール静止側摺動環固定用パッキン９に保持されている。シャフト６の羽根車５側にはワッシャ１８が固定されている。そして、ワッシャ１８とメカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン１０との間にはめ込まれた押圧スプリング１４の押圧力によりメカニカルシール回転側摺動環７とメカニカルシール静止側摺動環８とが圧接摺動される。したがって、メカニカルシール回転側摺動環７とメカニカルシール静止側摺動環８との接触面がシール摺動面となる。
【０００７】
ポンプハウジング１内には、メカニカルシール室４のメカニカルシール静止側摺動環８の近傍と吐出通路３の出口近傍とを連通する送給流体通路１３が形成されており、吐出通路３側が送給流体入り口１１、メカニカルシール室４側が送給流体噴出口１２となっている。
【０００８】
次に、このような構成を有するポンプにおける動作について説明する。
【０００９】
これらの図面に示すように、シャフト６が回転すると、シャフト６に固定された羽根車
５も回転する。すると、吸込通路２より入った水がメカニカルシール室４内の羽根車５によって撹拌され、羽根車５周辺の水はその中心から外側に向かって移動する。
【００１０】
このとき、羽根車５の回転は水に遠心力を与え、羽根車５内へ導水された水流が昇圧されて羽根車５の外側に圧力の高いエリアを生じ、吐出通路３への水の流れを発生させる。また、羽根車５の外側に圧力の高いエリアが発生するためにメカニカルシール室４に負圧が生じる。したがって、吐出通路３への水の一部は吐出通路３の送給流体入り口１１から送給流体通路１３を通り、送給流体噴出口１２からメカニカルシール室４に導水される。
【００１１】
そして、送給流体噴出口１２から流入した水によりメカニカルシール７，８のシール摺動面における回転摩擦により発生する熱が冷却されて当該摺動面が安定する。
【００１２】
さらに、メカニカルシール室４に生じる負圧が減って圧力差による羽根車５の震動が低減される。
【００１３】
なお、このようなポンプについては、たとえば実開昭６２−３８４９７号公報や実開昭６２−１１１９９４号公報に記載がある。
【特許文献１】実開昭６２−３８４９７号公報
【特許文献２】実開昭６２−１１１９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前述した従来の技術によれば、吐出通路からメカニカルシール室のシール摺動部へ圧力差を利用して送給流体の一部を導入しているので、シール摺動部の潤滑性はよくなり、このシール摺動部の磨耗や発熱等の不具合を低減除去できるものの、シール摺動部への送給流体の導入位置が１箇所であるため、シール摺動面の全体およびシール全周に均一な圧力がかからず、偏磨耗したり、送給流体の一方向からの水圧によりメカニカルシール回転側摺動環がずれて摺動性が悪くなり、メカニカルシールの寿命を短くするという問題が生じる。
【００１５】
また、通常は、羽根車は、吸入通路側へ引っ張られる力により吸入通路側に引き寄せられた状態で回転している。しかしながら、吸入通路より気泡が進入した場合などには羽根車が吸入通路側へ引っ張られる力が弱くなり、メカニカルシール側へ引き寄せられる力との釣り合いが崩れて異常振動が起こり、メカニカルシールのシール摺動面に異常な振動負荷がかかり摺動面の磨耗が促進してしまう。また、吸入通路より気泡が進入した後に給水した場合には、シール摺動面への送給流体の噴出口が１箇所と偏っているためにシール摺動面が１方向からの水流によりずれるという不具合が発生し、シール摺動面の偏摩耗が発生してシール摺動面の荒れが発生し、メカニカルシールの短寿命化や水漏れの原因となる。
【００１６】
この場合において羽根車が高速回転の場合には、メカニカルシール側へ引き寄せられる力が非常に大きくなり、これらの問題は加速的に生ずることになる。
【００１７】
そこで、本発明は、シール信頼性に優れたポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この課題を解決するために、本発明のポンプは、吸込通路および吐出通路がシール室を介して相互に連なって形成されたポンプハウジングと、モータのシャフトに取り付けられてシール室に配置された羽根車と、シール室内のシャフトに取り付けられてシャフトの回転により回転する第１のシール部材と、シール室の内壁に取り付けられ、第１のシール部
材との間にシール摺動面を形成するとともにシール室を大気と隔絶する第２のシール部材と、シール室と吐出通路とを連通し、吐出通路を流れる一部の流体をシール室に導入する送給流体通路と、シール摺動面の外周近傍に配置されるとともに外周壁側に送給流体通路が連通する空間を形成し、外周壁から内周壁へと貫通してシール室に導入された流体をシール摺動面に向けて噴出する噴出孔が複数箇所に形成された流体分散噴出部材とを有する構成としたものである。
【００１９】
本発明の好ましい形態において、噴出孔は、シャフトの径方向に対して所定の角度傾斜して形成されている。
【００２０】
本発明のさらに好ましい形態において、噴出孔は、噴出方向に向かって径が拡がっている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、シール室に導入された水は、流体分散噴出部材に形成された複数の噴出孔からシール摺動面の全周囲に均一な力で流出するので、第１のシール部材と第２のシール部材との摺動を安定に保つことができるという有効な効果が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、また、シール摺動面が偏った水流によりずれるという不具合は発生しないので、シール部材の偏摩耗やずれによる摺動面の荒れが発生しにくく、シール部材の短寿命化や水漏れの原因が抑制されるという有効な効果が得られる。
【００２３】
これにより、ポンプのシール信頼性が向上するという有効な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の請求項１に記載の発明は、吸込通路および吐出通路がシール室を介して相互に連なって形成されたポンプハウジングと、モータのシャフトに取り付けられてシール室に配置された羽根車と、シール室内のシャフトに取り付けられてシャフトの回転により回転する第１のシール部材と、シール室の内壁に取り付けられ、第１のシール部材との間にシール摺動面を形成するとともにシール室を大気と隔絶する第２のシール部材と、シール室と吐出通路とを連通し、吐出通路を流れる一部の流体をシール室に導入する送給流体通路と、シール摺動面の外周近傍に配置されるとともに外周壁側に送給流体通路が連通する空間を形成し、外周壁から内周壁へと貫通してシール室に導入された流体をシール摺動面に向けて噴出する噴出孔が複数箇所に形成された流体分散噴出部材とを有するポンプであり、第１のシール部材と第２のシール部材との摺動を安定に保つことができ、これらシール部材の偏摩耗やずれによる摺動面の荒れが発生しにくくなるので、シール信頼性に優れたポンプが得られるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、噴出孔は、シャフトの径方向に対して所定の角度傾斜して形成されているポンプであり、シール摺動面側への噴出水流が直接シール摺動面に当たらなくなり、この噴出水流が第１および第２のシール部材の周囲で回転するため、さらにシール摺動面のずれの発生を抑えることができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、噴出孔は、噴出方向に向かって径が拡がっているポンプであり、噴出孔からの吐出流速が遅くなるので、より一層シール摺動面のずれの発生を抑えることができるという作用を有する。
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明す
る。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２８】
図１は本発明の一実施の形態であるポンプにおける通水運転中の状態を示す断面図、図２は図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口の一例を示す断面図、図３は図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口の他の一例を示す断面図、図４は図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口のさらに他の一例を示す断面図である。
【００２９】
図１および図２に示すように、本実施の形態のポンプは、第１のハウジング部１−ａと第２のハウジング部１−ｂとが溶着またはネジ止めにより圧着嵌合されてポンプハウジング１を構成している。ポンプハウジング１内には、吸込通路２および吐出通路３がメカニカルシール室（シール室）４を介して相互に連なって形成されている。メカニカルシール室４には、モータのシャフト６に取り付けられるとともに吸込通路２と吐出通路３とを連通する連通路５ａが形成された羽根車５が配置されている。
【００３０】
なお、吸込通路２から水（流体）が羽根車５に入り込む入り口は、羽根車５の水の入り口形状に合わせた形状となっている。また、第１のハウジング部１−ａと第２のハウジング部１−ｂとの嵌合部は、水漏れの発生を防ぐためにゴムパッキンを介して嵌合されている。
【００３１】
メカニカルシール室４内には、メカニカルシール室４を大気と隔絶するための２枚のメカニカルシール７，８、つまりメカニカルシール回転側摺動環（第１のシール部材）７およびメカニカルシール静止側摺動環（第２のシール部材）８が、相互に接触した面をシール摺動面として摺動可能に取り付けられている。ここで、メカニカルシール回転側摺動環７はシャフト６にはめ込まれたメカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン１０に弾性固定されている。また、メカニカルシール静止側摺動環８はシャフト６の周囲に位置するメカニカルシール室４の内壁に取り付けられたメカニカルシール静止側摺動環固定用パッキン９に圧入固定され、水漏れが防止されている。
【００３２】
シャフト６の羽根車５側にはワッシャ１８が固定されている。そして、ワッシャ１８とメカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン１０との間にはめ込まれた押圧スプリング１４の押圧力によりメカニカルシール回転側摺動環７とメカニカルシール静止側摺動環８とが圧接摺動される。したがって、メカニカルシール回転側摺動環７とメカニカルシール静止側摺動環８との接触面が前述のようにシール摺動面となる。そして、メカニカルシール回転側摺動環７は、押圧スプリング１４によりシール摺動面でメカニカルシール静止側摺動環８に圧接されながらシャフト６、押圧スプリング１４および羽根車５とともに回転する。
【００３３】
なお、シャフト６には、羽根車５および押圧スプリング１４の片方を固定する平面を有しており、前述した羽根車５はボルトで締め付け固定されている。但し、押圧スプリング１４を固定する平面はワッシャ挿入で実現してもよい。
【００３４】
以上の構成により、シャフト６、羽根車５、押圧スプリング１４、メカニカルシール回転側摺動環７およびメカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン１０はシャフト６の回転により回転し、メカニカルシール静止側摺動環固定用パッキン９および押圧スプリング１４の押圧によりメカニカルシール回転側摺動環７との間がシールされたメカニカルシール静止側摺動環８により各圧接接合部からの水漏れを防止している。
【００３５】
ポンプハウジング１内には、メカニカルシール室４のメカニカルシール静止側摺動環８の近傍と吐出通路３の出口近傍とを連通する送給流体通路１３が形成されており、吐出通路３側が送給流体入り口１１、メカニカルシール室４側が送給流体噴出口１２となっている。
【００３６】
図２に詳しく示すように、メカニカルシール７，８におけるシール摺動面の外周近傍には、外周壁から内周壁へと貫通した噴出孔１７が複数箇所（ここでは、周方向に等間隔で４カ所）に形成された流体分散噴出部材１５が、その外周壁側に送給流体通路１３の送給流体噴出口１２が連通する環状の空間を形成して圧入またはねじ止めで固定されている。
【００３７】
次に、このような構成を有するポンプにおける動作について説明する。
【００３８】
シャフト６の回転によりシャフト６に固定された羽根車５が回転する。すると、羽根車５の回転は流入した水に遠心力を与え、羽根車５内へ導水された水流が羽根車５により昇圧され、羽根車５の外周に放射状の高い圧力エリアを発生させる。すると、羽根車５とポンプハウジング１および流体分散噴出部材１５近傍の水が羽根車５の外周に向かう流出水に引かれ、羽根車５と流体分散噴出部材１５との隙間を通って羽根車５の外周部へ流出する流れが発生する。これにより、メカニカルシール室４の水は、流体分散噴出部材１５と羽根車５との間を通過して流出する。
【００３９】
したがって、吐出通路３への水の一部は吐出通路３の送給流体入り口１１から送給流体通路１３を通り、送給流体噴出口１２から流体分散噴出部材１５の外周壁側に形成されたメカニカルシール室４の環状の空間に流入する。そして、この流体分散噴出部材１５に形成された噴出孔１７からメカニカルシール７，８に向けて噴出される。
【００４０】
流体分散噴出部材１５の噴出孔１７より噴出した水は、メカニカルシール静止側摺動環８とメカニカルシール回転側摺動環７の側面、およびメカニカルシール静止側摺動環８とメカニカルシール回転側摺動環７とが圧接しているシール摺動面へと流入する。流入した水は、シール摺動面に発生した摩擦熱により暖められたメカニカルシール室４内の水を冷却しつつ、メカニカルシール静止側摺動環８とメカニカルシール回転側摺動環７の側面、およびメカニカルシール静止側摺動環８とメカニカルシール回転側摺動環７が圧接しているシール摺動面を冷却して当該摺動面を安定させ、同時にこのシール摺動面を潤滑する。また、メカニカルシール室４に生じる負圧が減って圧力差による羽根車５の震動が低減される。
【００４１】
そして、メカニカルシール室４に流入した水は流体分散噴出部材１５の羽根車５側へ移動し、流体分散噴出部材１５と羽根車５のメカニカルシール室４側との隙間を通って、再度吸込通路２から吐出通路３への水の流れに到達し、吐出通路３へ流出する。
【００４２】
なお、吐出水の一部を全くメカニカルシール７，８へ流入供給させないようにすると、シール摺動面への潤滑材および冷却材としての水がなくなるため、シール摺動面の摩擦熱などによりメカニカルシール７，８の寿命を極端に損ねてしまう。
【００４３】
ここで、図２に示すように、送給流体噴出口１２からメカニカルシール室４に導入された水は、流体分散噴出部材１５に形成された４個所の噴出孔１７からメカニカルシール７，８のシール摺動面の全周囲に均一な力で流出するため、メカニカルシール回転側摺動環７を横ずれさせるような一方向から水流は発生せず、メカニカルシール静止側摺動環８とメニカルシール回転側摺動環７との摺動を安定に保つことができる。
【００４４】
また、シール摺動面が偏った水流によりずれるという不具合は発生せず、メカニカルシール７，８の摺動面偏摩耗やずれによる摺動面の荒れが発生しにくく、メカニカルシール７，８の短寿命化および水漏れの原因が抑制される。
【００４５】
したがって、羽根車５が高速回転の場合してメカニカルシール７，８側へ引き寄せられる力が非常に大きくなっても、前述した問題の発生が抑制される。
【００４６】
このように、本実施の形態によれば、メカニカルシール７，８のシール摺動面へ複数箇所から水を供給しているので、メカニカルシール７，８によるシール信頼性に優れたポンプを得ることができる。
【００４７】
ここで、図３に示すように、環状の流体分散噴出部材１５に形成された噴出孔１７は、シャフト６の径方向に対してたとえば３０度傾斜して形成されている。なお、この角度は９０度を限度に大きいほうが望ましいが、製造の容易性も考慮して２０〜６０度の範囲が実用的である。但し、傾斜角は自由に設定することができる。
【００４８】
このように噴出孔１７を傾斜して形成することにより、シール摺動面側への噴出水流が直接シール摺動面に当たらなくなり、この噴出水流がメカニカルシール７，８の周囲で回転するため、さらにシール摺動面のずれの発生を抑えることができる。
【００４９】
さらに、図４にように、環状の流体分散噴出部材１５に形成された噴出孔１７を、径方向に対してたとえば３０度傾斜して形成され、さらに噴出方向に向かって径が拡がっている。
【００５０】
このようにすれば、図３に示す場合に加えて、噴出孔１７からの吐出流速が遅くなるので、より一層シール摺動面のずれの発生を抑えることができる。
【００５１】
なお、流体分散噴出部材１５における噴出孔１７の開口倍率が大きいほど水の流れをゆるやかにすることができるが、送給流体通路１３の経路、大きさ、形状との関連性も大きい。本実施の形態では、送給流体通路１３の径を２ｍｍ、流体分散噴出部材１５に形成された噴出孔１７の断面形状を２ｍｍ×４ｍｍの直方体、噴出孔１７の入り口を１ｍｍの円管、噴出口を３ｍｍとした。これにより、メカニカルシール７，８のシール摺動面近傍への水流による衝撃が軽減され、このシール摺動面のずれの発生を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、流体に圧力を与えるポンプのシール部材に適用して有効な技術に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態であるポンプにおける通水運転中の状態を示す断面図
【図２】図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口の一例を示す断面図
【図３】図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口の他の一例を示す断面図
【図４】図１のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口のさらに他の一例を示す断面図
【図５】従来のポンプにおける通水運転中の状態を示す断面図
【図６】図５のポンプにおいてメカニカルシール静止側摺動環のシャフトの軸方向から見た噴出口を示す断面図
【符号の説明】
【００５４】
１    ポンプハウジング
１−ａ    第１のハウジング部
１−ｂ    第２のハウジング部
２    吸込通路
３    吐出通路
４    メカニカルシール室（シール）
５    羽根車
６    シャフト
７    メカニカルシール回転側摺動環（第１のシール部材）
８    メカニカルシール静止側摺動環（第２のシール部材）
９    メカニカルシール静止側摺動環固定用パッキン
１０    メカニカルシール回転側摺動環固定用パッキン
１１    送給流体入り口
１２    送給流体噴出口
１３    送給流体通路
１４    押圧スプリング
１５    流体分散噴出部材
１７    噴出孔
１８    ワッシャ
【図１】
2005256659.tif 000003
【図２】
2005256659.tif 000004
【図３】
2005256659.tif 000005
【図４】
2005256659.tif 000006
【図５】
2005256659.tif 000007
【図６】
2005256659.tif 000008