(57)【要約】  【課題】  、流量効率の良い高回転で動作させることのできるコンパクトな軸流ポンプを提供する。  【解決手段】  インペラ部１ａを備えるシャフト１を支持する穴２ｂを有する支持部材２，２を、ハウジング１０の内周に長手方向に距離を開けて配設し、これらの支持部材２，２の間に、モータ１１のロータ部１１ａとステータ部１１ｂを配置するとともに、前記シャフト１の回転を支持する支持部材２の穴２ｂの内周面に、動圧発生用の溝（動圧溝）２ｖ，２ｖをそれぞれ形成する。この構成により、シャフト１と支持部材２の穴２ｂとの間のすき間に入り込んだ流体に動圧が発生し、前記シャフト１の回転が非接触に支持される。従って、この軸流ポンプは、流量効率の高い適切な回転速度でポンプを運転することが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のハウジングと、インペラを備える主軸と、このハウジング内面の長手方向に離間した位置に配置された複数の支持部材とを備えるとともに、前記主軸が、その端部を前記支持部材に設けられた穴に嵌め入れることよって、前記ハウジングと平行にかつ回転自在に支持されてなる軸流ポンプにおいて、
前記支持部材の穴の内周面あるいは前記主軸の表面における支持部材の穴に対向する領域のどちらか一方に、動圧発生溝が形成されていることを特徴とする軸流ポンプ。
【請求項２】
前記複数の支持部材の間に、前記主軸と一体に形成されたモータのロータ部が配置されているとともに、このロータ部に対向する前記ハウジングの外側に、前記モータのステータ部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ポンプ。
【請求項３】
前記インペラが、前記複数の支持部材の間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の通路を構成する管体の内部に配置される軸流ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流ポンプは、流体の通路となる管路の中にプロペラ型の羽根車（インペラ）を配置したもので、うず巻殻がなく、高い比較回転度で流体を軸方向に送り出すことができる。また、うず巻ポンプに比べると、その容積は１／２程度ですむうえ、構造が簡単かつ高効率であるという特徴を有する。
【０００３】
しかしながら、従来の軸流ポンプは、インペラを備える主軸を駆動するために、この主軸をポンプハウジングとなる管体の外まで延出せねばならず、この延出部のシール構造が複雑化してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、この主軸をすべてハウジング内に納める手段として、モータのロータ部を主軸と一体に形成し、管体の外側に配置されたモータのステータ部によって、この主軸を駆動する方法が提案されている（例えば、特許文献１等を参照。）。
【０００５】
また、主軸と一体に回転するインナーマグネットと、管体の外側で回転するアウターマグネットとのカップリングによって、この主軸を正逆両方向に回転させる方法も提案されている（特許文献２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３７０７９号公報
【特許文献２】特開平６−３０７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、以上のようなインペラを備える主軸をすべて管内に納めた軸流ポンプは、インペラの振れ回りを防止するために、この主軸を軸方向に離間した２つ以上の滑り軸受で支持しており、ポンプ効率の良い高回転域での運転が難しいという問題があった。
【０００８】
そこで、この回転数を上げるべく、転がり軸受を使用して主軸を支持することも考えられるが、これらの軸受は管体の内部（すなわち流体内）に配置されることから密封せねばならず、ポンプの構造が複雑・大型化するとともに、この密封部での摩擦損失が生じてしまう場合もある。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、流量効率の良い高回転で動作させることのできるコンパクトな軸流ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、円筒状のハウジングと、インペラを備える主軸と、このハウジング内面の長手方向に離間した位置に配置された複数の支持部材とを備えるとともに、前記主軸が、その端部を前記支持部材に設けられた穴に嵌め入れることよって、前記ハウジングと平行にかつ回転自在に支持されてなる軸流ポンプにおいて、前記支持部材の穴の内周面あるいは前記主軸の表面における支持部材の穴に対向する領域のどちらか一方に、動圧発生溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、流体内で主軸を支持する軸受に動圧軸受を用いることによって、簡素な構造で高回転型の軸流ポンプを実現しようとするものである。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、軸流ポンプにおける滑り軸受部の対向面のどちらか一方に、動圧発生溝を形成することによって、ポンプの作動時に、この軸受部を構成する部材どうしのすき間に動圧が発生する。従って、本発明の軸流ポンプは、インペラを備える主軸の回転が非接触の状態で支持され、従来の軸流ポンプに比して、高回転で動作させることができる。また、この支持方法は、高回転域においても主軸の振れ回り防止効果が高く、流量効率の高い適切な回転速度域でのポンプの運転を可能にする。
【００１３】
更にまた、この軸流ポンプは、運転時に主軸が非接触で支持されるために摩耗粉等の発生が少なく、ポンプに流れる流体に不純物が混入する恐れも少ない。
【００１４】
ここで、この軸流ポンプを駆動するモータの配置として、前記複数の支持部材の間に、前記主軸と一体に形成されたモータのロータ部を配置するとともに、このロータ部に対向する前記ハウジングの外側に、モータのステータ部を配置する構成が好ましい。（請求項２）
【００１５】
このように、ハウジングの長手方向に離間した支持部材の間にモータ部を配置することによって、主軸をポンプハウジングの外まで延出することなく駆動することが可能になり、もって軸流ポンプ全体をコンパクトに構成することができる。また、メカニカルシール等のメンテナンスの必要な部位がないうえ、作動流体の漏れ等によるトラブルも防止されることから、従来の構造に比べポンプ寿命が向上するというメリットもある。
【００１６】
次に、請求項３に記載の発明は、前記主軸に備わるインペラを、前記複数の支持部材の間に配置したことを特徴とする。
【００１７】
この発明は、軸流ポンプの更なるコンパクト化を目指したものであって、インペラを支持部材の間に配置することにより、軸流ポンプの軸方向寸法を短縮することができる。特に、請求項２のように、同じ支持部材の間にモータのロータ部も同時に配置されている場合は、このロータ部の内周側にインペラを配置しても良いし、あるいは、更に構造を簡略化するために、このロータ部を主軸に連結する支柱をプロペラ状に形成しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の軸流ポンプによれば、インペラを備える主軸の回転が非接触の状態で支持され、従来の軸流ポンプに比して、高回転で動作させることができるようになるとともに、流量効率の高い適切な回転速度域での運転が可能になる。
【００１９】
また、この軸流ポンプは、運転時に主軸が非接触で支持されるために摩耗粉の発生が少なく、ポンプに流れる流体に対する不純物等の混入を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における軸流ポンプの構成を示す軸方向断面図である。この軸流ポンプは、例えば水やクーラント等を圧送するために用いられるものであり、その構成は、従来の軸流ポンプと同様、流体の通路となる円筒状のハウジング１０内に、インペラ部（羽根車）１ａを備えるシャフト１が収容されている。
【００２１】
シャフト１は、その軸方向略中央部に、プロペラ状の前記インペラ部１ａが配置されているとともに、このインペラ部１ａの外周には、シャフト１を駆動するモータ１１のロータ部１１ａが形成されている。このロータ部１１ａは、多数の永久磁石片からなるもので、モータの効率を考慮して、ハウジング１０の内周面近傍に円周状に配置されている。また、このロータ部１１ａに対向するハウジング１０の外周面側には、このロータ部１１ａと対になるステータ部１１ｂが配置されており、これらステータ部１１ｂとロータ部１１ａとで、シャフト１を駆動するブラシレスモータ１１を構成している。
【００２２】
また、ハウジング１０の内周には、このハウジングの長手方向に距離を開けて、シャフト１をハウジング１０の軸線に平行に支持する２つの支持部材２，２が配置されている。これらの支持部材２は、軸方向からみた場合、多数の穴を有する円板形状であり、その外周を前記ハウジング１０の内周に嵌め入れて固定されている。また、この支持部材２の径方向略中央には、シャフト１の直径より若干大きな口径の穴２ｂが設けられており、前記シャフト１をこの穴２ｂに挿通させた場合、シャフト１は、この穴２ｂと間に僅かのすき間をもって回転自在に支持されることとなる。
【００２３】
なお、この支持部材２の穴２ｂの周囲の径方向外側の領域には、流体が通過することのできる多数の貫通孔２ａ，２ａ，・・・が形成されており、軸流ポンプにおけるインペラ上流の整流効果とインペラ下流の静翼効果を兼ね備えるものである。
【００２４】
また、シャフト１は、その両端部１ｂ，１ｂが半球状に形成されており、この端部１ｂが、支持部材２，２の長手方向外側に配置された当て板３，３の一方に当接することにより、インペラ部１ａの回転時に加わるスラスト（アキシアル）荷重が支持される。更に、この当て板３にも、支持部材２と同様、流体を通過させる多数の貫通孔３ａ，３ａ，・・・が形成されている。
【００２５】
本実施の形態における軸流ポンプの特徴は、シャフト１の回転を支持する支持部材２の穴２ｂの内周面に、動圧発生用の溝（動圧溝）２ｖが設けられている点である。この動圧発生溝２ｖは、この穴２ｂの内周面の周方向に、ヘリングボーン状あるいはＶ字状に形成されている。
【００２６】
以上の構成の軸流ポンプにおいて、ハウジング１０の内部に水等の流体が満たされ、モータ１１の駆動によりインペラ部１ａを備えるシャフト１が回転した場合、このハウジング１０内の流体は、シャフト１と支持部材２の穴２ｂとの間のすき間に入り込み、これらの間の潤滑性を向上させる。また、穴２ｂの内周面に形成された動圧発生溝２ｖにより、このすき間に入り込んだ流体に動圧が発生し、前記シャフト１の回転を非接触に支持することができる。
【００２７】
従って、本実施形態における軸流ポンプは、シャフトをすべり軸受あるいは転がり軸受で支持した従来の軸流ポンプに比して、高回転で動作させることが可能になる。また、動圧による回転支持は、高回転域においてもシャフト１の振れ回り防止効果が高く、流量効率の高い適切な回転速度でポンプを運転することができる。
【００２８】
また、この軸流ポンプには、運転時にシャフト１が非接触で支持されるために、摩耗粉等の発生が少なく、ポンプに流れる流体に不純物が混入する恐れが少ないというメリットもある。
【００２９】
なお、動圧発生溝は、対向する面のどちらに形成しても同様の効果を奏することができるため、シャフト１の外周面における支持部材２の穴２ｂに対向する領域に形成しても良い。
【００３０】
また、以上の実施形態で示した、インペラ部１ａの形状や配置、あるいはモータ１１の構造や配置等は、この例に限定されるものではなく、例えばインペラ部１ａやモータ１１を支持部材２の軸方向外側に配置しても良い。しかしながら、これらインペラ部１ａやモータ１１を支持部材２の間に一体に配置することは、軸流ポンプのコンパクト化を進めるうえで有利である。
【００３１】
また、シャフト１を支持する支持部材２の数や形状も、この実施形態での例に限定されることなく、種々の変形例が考えられる。例えば、円柱状のシャフト１を支持するためには、略筒状あるいは略カップ状等のシャフト支持部を備えていれば良く、例えば図２のように、筒状部４ａと底部４ｂとからなるカップ状シャフト支持部４ｃを、板状部材４ｄ，４ｄ，・・・でハウジング１０内周面に固定する方法を用いることもできる。この場合、動圧発生溝４ｖは、前記シャフト支持部４ｃの筒状部４ａ内周面に形成すれば良い。
【００３２】
また更に、シャフト１の端部１ｂを半球状に形成する代わりに、端部１ｂを平面に形成し、この平面かあるいはカップ状シャフト支持部４ｃの底部４ｂのどちらか一方の面に、動圧発生溝を設けても良い。この構成により形成されるスラスト動圧軸受によって、インペラ部１ａの回転で生じるスラスト（アキシアル）方向の荷重を負荷することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態における軸流ポンプの構造を示す軸方向断面図である。
【図２】本発明の実施形態における軸流ポンプの別の構造を示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      シャフト
１ａ    インペラ部
１ｂ    半球状端部
２      支持部材
２ａ    貫通孔
２ｂ    穴
２ｖ    動圧発生溝
３      当て板
３ａ    貫通孔
４ａ    筒状部
４ｂ    底部
４ｃ    シャフト支持部
４ｄ    板状部材
４ｖ    動圧発生溝
１０    ハウジング
１１    モータ
１１ａ  ロータ部
１１ｂ  ステータ部
【図１】
2005146899.tif 000003
【図２】
2005146899.tif 000004