(57)【要約】  【課題】  マグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプにおいて、許容可能なラジアル荷重を従来の片持ち支持構造に比べて増大し、同時に従来の両端支持構造に比べて構造を単純化し、小型軽量化を図る。  【解決手段】  後端が従動内側マグネット部１３とシャフト１４の空間部Ｓ１に延設された円筒部１８ｄを備えたベアリングハウジング１８を、シャフト１４の周囲を囲繞するようにポンプハウジング８・９に一体に固設し、先端に外向きフランジ部２０ａを備えた前部スリーブベアリング２０をベアリングハウジング１８の内周面とシャフト１４の外周面間に、先端に外向きフランジ部２１ａを備えた後部スリーブベアリング２１をベアリングハウジング１８の後部外周面と従動内側マグネット部２１の前部内周面間に、それぞれ介設している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ出力軸と一体回転する駆動外側マグネット部から磁力を介して隔壁部材により仕切られたポンプハウジング内の従動内側マグネット部へ回転力を伝達し、該従動内側マグネット部と一体回転するシャフトに接続されるロータやインペラや羽根車などの回転体を回転させることにより搬送力を発生するカップリング型ポンプにおいて、
後端が前記従動内側マグネット部とシャフトの空間部に延設された円筒部を備えたベアリングハウジングを、前記シャフトの周囲を囲繞するように前記ポンプハウジングに一体に固設し、先端に外向きフランジ部を備えた前部スリーブベアリングを前記ベアリングハウジングの内周面と前記シャフト外周面間に、先端に外向きフランジ部を備えた後部スリーブベアリングを前記ベアリングハウジングの後部外周面と前記従動内側マグネット部の前部内周面間に、それぞれ介設したことを特徴とするマグネットカップリング型ポンプ。
【請求項２】
前記ポンプが、モータ出力軸と一体回転する駆動外側マグネット部から磁力を介して回転力を伝達する従動内側マグネット部を備え、吐出口または吸込口を備えたフロントハウジングと前記内外のマグネット部間を仕切る有底円筒状リアハウジングとからなるポンプハウジングと、前記フロントハウジングの先端開口に連結され、回転可能に嵌挿された雄ねじロータを備えたステータと、ステータ先端開口に連結され、吸込口または吐出口をなすエンドスタットと、前記従動内側マグネット部に一体回転可能に連結され、先端に外向きのフランジを備えたシャフトと、このシャフトと前記ロータとをロータの偏心回転を許容する継手を介して一体回転可能に連結するカップリングロッドとを備えたマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプである請求項１記載のマグネットカップリング型ポンプ。
【請求項３】
前記前部スリーブベアリングを充填材入りＰＴＦＥまたは充填材入りＰＥＥＫで形成し、前記シャフトの外周面上で前記前部スリーブベアリングとの摺接部に、炭化珪素で形成した円筒状スリーブを一体回転可能に取り付けた請求項２記載のマグネットカップリング型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータの回転力をマグネットカップリングを介してローターやインペラなどの回転体に伝達する方式のマグネットカップリング型ポンプに関する。詳しくは、駆動外側マグネット部から磁力を介してモータ側出力（回転力）が伝達される従動内側マグネット部の従動軸（回転軸）を回転自在に支持するための軸受構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば一軸偏心ねじポンプのうちでも、マグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプは、モータ側出力軸とロータ側従動軸との間に軸封部がなく、隔壁部材９（図４・図５参照）により完全に遮断されるため、液漏れの心配が全くないことから、主として薬液の移送に使用されている。
【０００３】
従来は、例えば図４に示すように、上記従動軸１４を支持する軸受２０・２３を内輪側マグネット１３ａを挟んで前後に配置した、両端支持構造が採用されている。この構造の場合、前後の軸受２０・２３は移送液に接触することから、軸受２０・２３にはスリーブベアリングが一般的に用いられている。この構造は、両端支持とすることから、許容できる従動軸１４へのラジアル荷重が大きくなる。
【０００４】
また、図５に示すように、上記従動軸１４を支持する軸受２０を内輪側マグネット１３ａの前方にのみ配置した、片持ち支持構造が採用されている。この構造の場合も軸受２０は移送液が接触することから、スリーブベアリングが用いられている。また、この構造は構造が単純化され小型化が可能であるが、サイズが同程度では両端支持構造に比べて、許容できるラジアル荷重が大幅に低下する。このため、両端支持構造と同レベルの負荷に対応するには、大型化せざるを得ない。なお、図４・図５中の符号９は隔壁部材、１１は駆動軸、１２ａは外輪側マグネットである。
【０００５】
先行技術に、スピンドルの軸端面に対向して軸方向に沿ってリアスラスト軸受部材をそのスピンドルの軸端面に摺接可能に配置し、前記リアスラスト軸受部材を支持する支持部をインペラのリア側または従動回転体のフロント側に設けたマグネットポンプにおけるリアスラスト軸受の構造が提案されている。このポンプのスピンドルの突出部上には、スリーブベアリングを介してマグネット従動回転体が回転自在に片持ち支持されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１２０８４号公報（段落番号０００８、００１０、００１３および図１・図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来のマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプでは、次のような構造的課題および材質上の課題がある。
【０００７】
１．構造的課題
ラジアル荷重が大きい場合に、マグネットカップリングの軸受部であるスリーブベアリング部が大型化するため、マグネットカップリング自体の大型化を招き、ポンプ全体の小型化・省スペース化を妨げる大きな要因になっている。
【０００８】
a)  上記したように、ラジアル荷重が大きい場合に両端支持構造を採用すると、通常、ポンプ後部の隔壁部材にスリーブベアリングが設置され、構造的に大型化し、重量が重い。しかも、隔壁部材およびその関連部品の同心度を確保するために、極めて高い加工精度が要求され、加工に熟練を要し作業に手間がかかり、部品コストの増大を招いている。
【０００９】
b)  一方、片持ち支持構造を採用した場合には、構造は単純化されるが、サイズが両端支持と同等であれば、スリーブベアリングの許容負荷が低下するので、結果的にシャフトをはじめ各部品の大型化を招き、部品コストが増大する。
【００１０】
２．材質上の課題
スリーブベアリングの摺動部における回転側部品および固定側部品の各材質は、耐食性（化学的性質）、摺動特性（機械的特性）並びに強度（機械的特性）を満たすものを選定する必要がある。上記のようにスリーブベアリングが特に薬液と接触する状態で使用される場合には、その材質にステンレス鋼、チタン合金、ハステロイなどの耐食性金属材料を使用するのが一般的である。
【００１１】
a)  薬液と接触状態で耐食性金属材料を使用する場合、選定が間違っていなければ、常温で腐食することはないが、スリーブベアリング摺動部の局部的な発熱などの物理・化学的作用によって薬液の局部的な腐食性（化学的攻撃性）が増大し、摺動部が腐食劣化したり摩耗劣化したりするおそれがある。
【００１２】
b)  耐食性金属材料の表面に溶射、メッキ、拡散硬化などの処理を施す場合にも、薬液の局部的腐食性が増大することに変わりはなく、スリーブベアリングの摩耗、表面剥離の問題を回避できない。
【００１３】
c)  マグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプは薬液注入ポンプとして、浄水場等の水処理過程での消毒、ｐＨ調整等で使用されることが多く、ポンプのトラブルがすぐに住民の浄水（飲料水）に影響を与える。このため、この種のポンプの寿命および信頼性には絶対的なものが求められている。
【００１４】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、上記の構造的課題および材質上の課題をそれぞれ解決することができ、構造が両端支持構造に比べて簡素化されしかもマグネットカップリング型ポンプを提供しようとするもので、とくに薬液注入ポンプとして使用する場合の、長寿命化と信頼性の向上が図れるマグネットカップリング型ポンプを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を解決するために本発明にかかるマグネットカップリング型ポンプは、モータ出力軸と一体回転する駆動外側マグネット部から磁力を介して隔壁部材により仕切られたポンプハウジング内の従動内側マグネット部へ回転力を伝達し、該従動内側マグネット部と一体回転するシャフトに接続されるロータやインペラや羽根車などの回転体を回転させることにより搬送力を発生するカップリング型ポンプにおいて、
後端が前記従動内側マグネット部とシャフトの空間部に延設された円筒部を備えたベアリングハウジングを、前記シャフトの周囲を囲繞するように前記ポンプハウジングに一体に固設し、先端に外向きフランジ部を備えた前部スリーブベアリングを前記ベアリングハウジングの内周面と前記シャフト外周面間に、先端に外向きフランジ部を備えた後部スリーブベアリングを前記ベアリングハウジングの後部外周面と前記従動内側マグネット部の前部内周面間に、それぞれ介設したことを特徴とする。
【００１６】
上記構成を有する本発明のマグネットカップリング型ポンプによれば、前記シャフトお
よびこのシャフトと一体回転する従動内側マグネット部と、前記ベアリングハウジングとの相対回転摺接部との間に、スリーブベアリングをそれぞれ介設し、従動内側マグネット部（のマグネット）を挟んで前方内側と後方外側との２箇所で二重のスリーブベアリングにより前記シャフトと前記従動内側マグネット部とを回転自在に支持し、基本的には従来の隔壁部材（有底円筒状リアハウジング）のスリーブベアリングを省いて片持ち支持構造にしたので、許容可能なラジアル荷重を従来の片持ち支持構造に比べて増大して耐久性を向上し、同時に従来の両端支持構造に比べて構造を単純化して簡略にでき、小型軽量化が図れる。
【００１７】
また、設計思想次第では、前方内側摺動部だけで負荷に耐えられるようにし、後方外側摺動部は、前方内側摺動部にトラブル等が生じたときの非常用（緊急用）摺動部としての役割を担わせることができる。そして、非常用摺動部を備えることは信頼性を向上することになる。
【００１８】
請求項２に記載のように、前記ポンプが、モータ出力軸と一体回転する駆動外側マグネット部から磁力を介して回転力を伝達する従動内側マグネット部を備え、吐出口または吸込口を備えたフロントハウジングと前記内外のマグネット部間を仕切る有底円筒状リアハウジングとからなるポンプハウジングと、前記フロントハウジングの先端開口に連結され、回転可能に嵌挿された雄ねじロータを備えたステータと、ステータ先端開口に連結され、吸込口または吐出口をなすエンドスタットと、前記従動内側マグネット部に一体回転可能に連結され、先端に外向きのフランジを備えたシャフトと、このシャフトと前記ロータとをロータの偏心回転を許容する継手を介して一体回転可能に連結するカップリングロッドとを備えたマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプであってもよい。
【００１９】
請求項２記載のマグネットカップリング型ポンプによれば、一軸偏心ねじポンプが容積形ポンプであることから、ポンプの回転数に基づいて移送量が制御されるために、とくに薬液注入ポンプとしての用途に好適であり、浄水場等の水処理過程での薬液注入に極めて有効である。
【００２０】
請求項３に記載のように、前記前部スリーブベアリングを充填材入りＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）または充填材入りＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）で形成し、前記シャフトの外周面上で前記前部スリーブベアリングとの摺接部に、炭化珪素（ＳｉＣ）で形成した円筒状スリーブを一体回転可能に取り付けることが好ましい。なお、上記充填材とは、炭素繊維、ガラス繊維、グラファイト、金属粉末、プラスチック等の高分子有機材料などをいう。
【００２１】
請求項３記載のマグネットカップリング型ポンプによれば、炭化珪素スリーブがシャフトを構成する耐食性金属材料、例えばオーステナイト系ステンレスの４倍以上の熱伝導率を有することから、負荷が同一で同程度の発熱量がある場合に摺動部の温度上昇が大幅に低減される。この結果、薬液の腐食性が増大するのが防止される。また、耐食性金属材料に比べて直接摺動する炭化珪素スリーブは、物性上劣化しにくいので、寿命が延びる。さらに、相手側の摺動材であるスリーブベアリングに充填剤入りＰＴＦＥまたは充填剤入りＰＥＥＫを用いたことから、耐食性金属材料のシャフトと摺動する場合に比べて、局部的な腐食劣化や摩耗劣化が著しく低減される。具体的には次亜塩素酸ナトリウム中の摩耗試験では、シャフトにチタン合金ＪＩＳ６０種を用いた場合に比べて１５倍以上の長寿命化が達成された。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のマグネットカップリング型ポンプは上記したように、内輪側マグネットを挟んで前方内側と後方外側との２箇所で二重のスリーブベアリングにより前記シャフトと前記
従動内側マグネットカップリングとを回転自在に支持し、従来の隔壁部材側のスリーブベアリングを省いて片持ち支持構造にしたので、許容可能なラジアル荷重を従来の片持ち支持構造に比べて増大でき、同時に従来の両端支持構造に比べて構造を単純化して簡略にでき、小型軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明にかかるマグネットカップリング型ポンプの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明をマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプに適用した実施例を示す断面図で、一部を省略して表している。図２は図１のマグネットカップリング部の拡大断面図である。
【００２５】
図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１のポンプ本体部分２は、断面真円形の雄ねじ形ロータ３とこのロータ３の２倍のピッチをもつ開口断面長円形の雌ねじ孔４を備えたステータ５とから構成されており、ロータ３は雌ねじ孔４内でその中心軸線Ｎを中心に偏心して回転する。ロータ３は雌ねじ孔４内で、一方向に自転しながら中心軸線Ｎを中心とする自転と逆の方向へ公転し、雌ねじ孔４の任意位置における断面ではロータ３は自転しながら長円形開口の長軸方向に往復移動する。
【００２６】
ステータ５の先端にはエンドスタット６が装着され、吸込口（本例）あるいは吐出口になる。一方、ステータ５の基端はポンプハウジング７のフロントハウジング８に接続されている。ステータ５およびエンドスタッド６は緊締ボルト１０によりフロントハウジング８に一体に結合されている。フロントハウジング８の先端寄りに本例では吐出口８ａが上向きに設けられている。
【００２７】
電動モータ（図示せず）に接続される駆動軸１１の先端に、先端側を開口した円筒状駆動外側マグネット部１２が一体に形成され、外側マグネット部１２の内周面先端側に円筒状の駆動外輪側マグネット１２ａが一体に設けられている。駆動外輪側マグネット１２ａに対向して内方に円筒状の従動内輪側マグネット１３ａを一体に備えた円筒状従動内側マグネット部１３が配置され、この内側マグネット部１３の基端側軸心部に従動軸としてのシャフト１４の基端側突出部１４ａが一体に結合されている。シャフト１４は先端側外周に、外向きのフランジ１４ｂを一体に備えている。そして、シャフト１４の先端にユニバーサルジョイントなどの自在継手１６を介してカップリングロッド１５が接続されている。また、このカップリングロッド１５はユニバーサルジョイントなどの自在継手１７を介してロータ３に接続されている。
【００２８】
外側マグネット部１２と内側マグネット部１３とを仕切る隔壁部材としての有底円筒状のリアハウジング９をポンプハウジング７の後部側に備え、フロントハウジング８とともにポンプハウジング７を構成する。フロントハウジング８の基端外周とリアハウジング９の先端外周に、それぞれ外向きのフランジ８ｂと９ｂとが形成され、ベアリングハウジング１８の外向きフランジ１８ｂを両方のフランジ８ｂと９ｂとで挟むようにし、一対のＯリング１９を介して一体に組み付けられている。
【００２９】
ベアリングハウジング１８は略円筒形で、本体１８ａの前部外側１８ｃが円筒体状に前方にわずかに突出し、本体１８ａの後部内側１８ｄが円筒形スリーブ状に本体１８ａの長さよりやや長く後方へ延設されている。
【００３０】
上記のように構成することにより、シャフト１４とベアリングハウジング１８の間、およびベアリングハウジング１８と内側マグネット部１３の間に、それぞれ空間部Ｓ１・Ｓ
２が形成される。これらの空間部Ｓ１・Ｓ２のうちの前方内側の空間部Ｓ１において、先端に外向きフランジ部２０ａを一体に備えた前部スリーブベアリング２０が、ベアリングハウジング１８の内周面に一体に装着されている。また後方外側空間部Ｓ２において、先端に外向きフランジ部２１ａを一体に備えた前部スリーブベアリング２１が、内側マグネット部１３の前部内周面に一体に装着されている。
【００３１】
本例の一軸偏心ねじポンプ１は次亜塩素酸ナトリウムなどの薬液移送に使用するため、シャフト１４とベアリングハウジング１８をそれぞれチタン合金ＪＩＳ６０種により製作しており、前後部のスリーブベアリング２０・２１はそれぞれ充填材（ガラス繊維）入りＰＥＥＫにより成形している。
【００３２】
ところで、上記前後の空間部Ｓ１・Ｓ２はいずれも狭い空間部で、特に後方外側の空間部Ｓ２は非常に狭い。したがって、両空間部Ｓ１・Ｓ２に配置されるスリーブベアリング２０・２１が、相手方部材であるシャフト１４およびベアリングハウジング１８の両方に初期状態から接触して摺動するように製作するには、極めて高い精度が要求されることになる。しかし、スリーブベアリング２０・２１の内側あるいは外側摺動部の双方が初期状態から接触している必要はないので、初期状態では例えばスリーブベアリング２０だけがシャフト１４に接触し、時間の経過に伴ってスリーブベアリング２０が若干摩耗した状態で、スリーブベアリング２１がベアリングハウジング１８に接触し始めるように設計することができる。このようにすることにより、制作時の加工精度を下げることができ、製作が容易になる。
【００３３】
図３は一軸偏心ねじポンプの別の実施例を示す一部を拡大した断面図である。本例は硫酸や塩酸、次亜塩素酸ナトリウムや水酸化ナトリウムなどの強酸、強塩基などの腐食性の強い薬液移送用の一軸偏心ねじポンプ１’で、上記実施例とは下記の点が相違する。内側マグネット部１３にシャフト１４の突出部１４ａを一体に連結する前に、図３に示すように、シャフト１４の本体部分の外周面に炭化珪素（ＳｉＣ）で形成した円筒状スリーブ３１を前後にＯリング３２・３２を介設して接着剤により接着して被装する。つまり、ステンレス鋼、チタン合金、ハステロイなどの耐食性金属材料製のシャフト１４を強度部材としてのみ使用し、その表面に取り付けた円筒状スリーブ３１を摺動部材として使用する。
【００３４】
本例の場合、円筒状スリーブ３１の相手方部材になるスリーブベアリング２０は、充填材入りのＰＥＥＫにより成形する。図示は省略しているが、後部外側の空間部Ｓ２には充填材入りのＰＥＥＫ製のスリーブベアリング２１を、例えばチタン合金ＪＩＳ６０種製のベアリングハウジング１８の後部内側１８ｄの外周面に直接に接触させることができる。しかし、構造的には複雑になるが、ベアリングハウジング１８の後部内側１８ｄの外周面に炭化珪素（ＳｉＣ）の円筒状スリーブ（図示せず）を一体に接着して被装し、充填材入りのＰＥＥＫ製のスリーブベアリング２１に摺接させてもよい。
【００３５】
下記の表１は、上記実施例１（組合せＢ）、上記実施例２（組合せＡ）および比較例（組合せＣ）について、本願の発明者が薬液としての次亜塩素酸ナトリウム中で摩耗試験を行った結果を示すものである。なお、表１の摺動材質１は、組合せＡでは円筒状スリーブ３１（図３）、組合せＢおよび組合せＣではシャフト１４の材質で、摺動材料２は組合せＡ、組合せＢおよび組合せＣではスリーブベアリング２０の材質を指す。
【００３６】
【表１】
2005315188.tif 000003
【００３７】
上記表１に示す摩耗試験結果から、上記実施例２の摺動材質１・２の組合せにより、上記実施例１に比べて１５倍以上の寿命（耐用年数）になることを確認できた。つまり、上記実施例１のポンプ１におけるスリーブベアリングの寿命が２年程度と推定されることから、上記実施例２のポンプ２のスリーブベアリングでは３０年以上の寿命を期待できる。言い換えれば、ポンプの寿命がくるまで、シャフト１４やスリーブベアリング２０・２１の取り替えが不要になる。
【００３８】
さらに、上記実施例１に示すように、基本的に片持ち構造で前後二つのスリーブベアリング２０・２１により回転自在に二重に支持すると同時に、上記実施例２のように各摺動部で組合せＡによる摺動材質１・２を選択することによって、従来の両端支持構造（図４参照）と同等以上の許容負荷を有する小型のマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプとなる。同マグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプの具体的な効果として、伝達可能なトルクが４．０Ｎｍのマグネットカップリング（スリーブベアリングを含む）について、図４に示す従来構造に比べて重量比で約４０％（約６０％の重量を低減）の省力化が達成される。この効果は、隔壁部材としてのリアハウジング９の小型軽量化および前後部のマグネット部１２・１３の小型軽量化が図られたことによるものである。
【００３９】
以上に本発明のマグネットカップリング型ポンプのうち一軸偏心ねじポンプについて複数の実施例を挙げたが、下記のように実施することもできる。
【００４０】
a)  上記実施例の一軸偏心ねじポンプにおいて、ロータ３を逆方向に回転することにより、吐出口８ａ側から移送液を吸い込み、エンドスタット６から吐出させられる。
【００４１】
b)  ポンプハウジング７の全体形状については、任意に変更できる。
【００４２】
c)  一軸偏心ねじポンプ以外のマグネットポンプ、斜板式ポンプ、遠心式ポンプ、軸流ポンプなどにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明をマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプに適用した実施例を示す断面図で、一部を省略して表している。
【図２】図１のマグネットカップリング部の拡大断面図である。
【図３】本発明にかかる一軸偏心ねじポンプの別の実施例を示す一部を拡大した断面図で、一部を省略して表している。
【図４】従来の一般的なマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプの両端支持構造を示す、図２に対応する拡大断面図である。
【図５】従来の一般的なマグネットカップリング型一軸偏心ねじポンプの片持ち支持構造を示す、図２に対応する拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・１’一軸偏心ねじポンプ
２  ポンプ本体部分
３  雄ねじ形ロータ
４  雌ねじ孔
５  ステータ
６  エンドスタット
７  ポンプハウジング
８  フロントハウジング
８ａ吐出口
９  リアハウジング（隔壁部材）
１１  駆動軸
１２  外側マグネット部
１２ａ駆動外輪側マグネット
１３  内側マグネット部
１３ａ従動内輪側マグネット
１４  シャフト（従動軸）
１５  カップリングロッド
１６・１７  自在継手
１８  ベアリングハウジング
１９・３２  Ｏリング
２０・２１  スリーブベアリング
３１  円筒状スリーブ
【図１】
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【図２】
2005315188.tif 000005
【図３】
2005315188.tif 000006
【図４】
2005315188.tif 000007
【図５】
2005315188.tif 000008