(57)【要約】【課題】  複数の羽根車の正常な回転駆動を確保して、高い作動効率や長い寿命を備えることのできる多段遠心ポンプを提供する。【解決手段】  ポンプ室２と、ポンプ室２に収納する複数の羽根車３と、複数の羽根車３を軸方向に連ねた状態で回転自在に支持する固定軸４と、複数の羽根車３を固定軸４の軸廻りに回転駆動させる駆動部５と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２内に作動流体を流入させる吸入口６と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２外に作動流体を排出する吐出口７とを備える。複数の羽根車３のうち一の羽根車３が駆動部５によって回転駆動される駆動羽根車３ａを構成すると共に、他の羽根車３が駆動羽根車３ａに連結されて供回りをすることで回転する従動羽根車３ｂを構成する。駆動羽根車３ａと従動羽根車３ｂとをラジアル方向の遊びを伴って連結する。【選択図】        図１
2009007963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室と、ポンプ室に収納する複数の羽根車と、複数の羽根車を軸方向に連ねた状態で回転自在に支持する固定軸と、複数の羽根車を固定軸の軸廻りに回転駆動させる駆動部と、羽根車の回転時の遠心力によりポンプ室内に作動流体を流入させる吸入口と、羽根車の回転時の遠心力によりポンプ室外に作動流体を排出する吐出口とを備え、複数の羽根車のうち一の羽根車が駆動部によって回転駆動される駆動羽根車を構成すると共に、他の羽根車が駆動羽根車に連結されて供回りをすることで回転する従動羽根車を構成し、駆動羽根車と従動羽根車とをラジアル方向の遊びを伴って連結したことを特徴とする多段遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段遠心ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体や気体の作動流体を高い出力のもと吐出可能にするポンプとして多段遠心ポンプが知られている（たとえば特許文献１参照）。多段遠心ポンプは、ポンプ室内に複数の羽根車を同軸上に配置し、この複数の羽根車を回転駆動させることでポンプ室の作動流体に遠心力を働かせて、作動流体を流入口からポンプ室に流入させると共に、吐出口からポンプ室内の作動流体を外部に吐出するようにしたポンプであるが、作動流体に遠心力を付与する各羽根車には同時に作動流体からの負荷もかかるものであり、この負荷によると羽根車にラジアル方向への振動が発生したり、複数の羽根車を軸支する軸に負荷が伝播されて撓みなどが生じたりして、羽根車の正常な回転駆動が確保できなくなることがある。これによると、羽根車とポンプ室内面や軸とが擦れたりし、ポンプの作動効率が低下するばかりかポンプが磨耗で劣化して寿命が短くなってしまう、という問題を発生させる。
【０００３】
特に同軸上に配置した複数の羽根車は、構造の簡略化を図って、一の羽根車を駆動手段により回転駆動させる駆動羽根車とし、他の羽根車を上記駆動羽根車に連結して一体に回転するようにした従動羽根車とするような構造が採られることも行われるが、このような場合に作動流体の負荷による支配を受けがちである従動羽根車において、振動発生に伴う磨耗などの上記問題が発生し易くなっている。
【０００４】
更に言うと、ポンプ室に設けた固定軸に対して駆動羽根車や従動羽根車で成る複数の羽根車を回転自在に軸支させた多段遠心ポンプにあっては、羽根車の製造誤差などによって一体に固定した複数の羽根車の間で軸心のズレが生じることもあり、これによると複数の羽根車（特に従動羽根車）が無理矢理に偏心回転され、上記磨耗などの問題の発生を助長させてしまうと共に、複数の羽根車の間に内部応力をも発生させることとなって、ポンプの耐久性を悪化させてしまうのであった。
【特許文献１】特開平１０−２３１７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の羽根車の正常な回転駆動を確保して、高い作動効率や長い寿命を備えることのできる多段遠心ポンプを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために請求項１に係る多段遠心ポンプにあっては、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納する複数の羽根車３と、複数の羽根車３を軸方向に連ねた状態で回転自在に支持する固定軸４と、複数の羽根車３を固定軸４の軸廻りに回転駆動させる駆動部５と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２内に作動流体を流入させる吸入口６と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２外に作動流体を排出する吐出口７とを備え、複数の羽根車３のうち一の羽根車３が駆動部５によって回転駆動される駆動羽根車３ａを構成すると共に、他の羽根車３が駆動羽根車３ａに連結されて供回りをすることで回転する従動羽根車３ｂを構成し、駆動羽根車３ａと従動羽根車３ｂとをラジアル方向の遊びを伴って連結したことを特徴とする。
【０００７】
これによると、従動羽根車３ｂは駆動部５による直接の回転駆動力がかかる部材ではないので、回転した従動羽根車３ｂが作動流体に遠心力を負荷したことで従動羽根車３ｂの外周側に形成される作動流体の高圧領域による負荷を受けてこの負荷の支配を強く受けるのであるが、従動羽根車３ｂは駆動羽根車３ａに対してラジアル方向の任意位置に軸心をずらして位置することができるのであるから、上記作動流体からの負荷の支配をそのまま受け入れて、従動羽根車３ｂの軸心位置をストレス無く回転可能なラジアル方向の任意位置に自然に決定させることができる。すなわち、駆動羽根車３ａに従動して共に回転する従動羽根車３ｂにあっては、ポンプ室２内の圧力分布に応じて自然に決定される位置で良好なバランスを保ちつつ回転することができるのであり、つまり複数の羽根車３の正常な回転駆動を確保できるから、多段遠心ポンプ１に高い作動効率や長い寿命を備えることができる。更に言うと、作動流体から従動羽根車３ｂにかかるラジアル方向の負荷はラジアル方向の遊びによって駆動羽根車３ａには負荷されないように逃すようにでき、複数の羽根車３の間で内部応力が発生しないようにでき、この点でも多段遠心ポンプ１に作動効率の向上や長寿命化に資することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にあっては、複数の羽根車の正常な回転駆動を確保し、多段遠心ポンプに高い作動効率や長い寿命を備える、という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
【００１０】
図１乃至３に本発明の実施の形態の例を示す。本例の多段遠心ポンプ１は、パソコン用部品などを水冷するために用いられる作動流体に水などの液体を用いた小型ポンプであり、図２のように、ケーシング１１内に設けたポンプ室２と、ポンプ室２に収納する複数の羽根車３と、複数の羽根車３を軸方向に連ねた状態で回転自在に支持する固定軸４と、複数の羽根車３を固定軸４の軸廻りに回転駆動させる駆動部５と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２内に作動流体を流入させる吸入口６と、羽根車３の回転時の遠心力によりポンプ室２外に作動流体を排出する吐出口７とを備えて構成されている。
【００１１】
ケーシング１１は上ケース１２と下ケース１３とをパッキン１４を介して合わせることで形成されている。上ケース１２には合わせ面から上方に凹没した上凹所１５が形成され、下ケース１３には合わせ面から下方に凹没した下凹所１６が形成され、この上凹所１５と下凹所１６を合わせることでポンプ室２が形成される。ポンプ室２の上面を構成する上凹所１５の内底面において、平面視中央部にはボス９が垂設されており、ボス９の周囲には、上ケース１２の側方から至る作動流体の供給路６ａの出口である吸入口６が下方に向けて開設されている。ポンプ室２の下面を構成する下凹所１６の内底面には周縁部を残して盛り上がる盛上部１７が立設されており、ポンプ室２の側面を構成する下凹所１６の内側面には、下ケース１３の側方に至る作動流体の吐出路７ａの入口である吐出口７がポンプ室２の平面視中央に向けて開設されている。下ケース１３には下凹所１６の内側面に隣接するようにステータ１８が配置されているが、吐出口７は下凹所１６の内側面におけるステータ１８の隣接部位の上方位置に設けられている。ポンプ室２の平面視中央部には、ボス９と盛上部１７との間に亙るように回転不能に固定された固定軸４が配設されている。なお本例の固定軸４はその長さ方向の一端（下端）のみがポンプ室２に固定されているが、長さ方向の両端（上端及び下端）をそれぞれポンプ室２に固定させてもよい。
【００１２】
固定軸４に軸支してポンプ室２内に配置される複数の羽根車３は、駆動部５によって回転駆動される一の駆動羽根車３ａと、この駆動羽根車３ａに一体にされて供回りをすることで回転する従動羽根車３ｂとで構成される。本例では従動羽根車３ｂの個数は１つであって駆動羽根車３ａの上方に連設されて２連の羽根車３となっている。詳しくは、各羽根車３は、図１のように、平面視中央部に筒状の中央ボス部２０を有すると共に、この中央ボス部２０の周囲に作動流体に遠心力を付与して外周側に圧送するための羽根部２１が形成されており、羽根部２１にはその中央部に流体取込部２２が形成されると共に外周部に流体吐出部２３が形成され、流体取込部２２と流体吐出部２３とを連通する内部圧送流路２４が形成されている。つまり、羽根車３を平面内で回転させることで作動流体は流体取込部２２から羽根部２１の内部圧送流路２４に取り込まれて流体吐出部２３から吐出されるようになっている。また、各中央ボス部２０にはその中央に上下に貫通する通孔１０が形成されており、各通孔１０には固定軸４を回転自在に挿通して軸支するための軸受部材２５がそれぞれ装着される。なお、この軸受部材２５はラジアル軸受として機能する。ここで、駆動羽根車３ａでは、羽根部２１の外周縁から垂下部２６が垂設され、この垂下部２６の外周面にはマグネットなどから成る磁性体１９が一体に装着されている。また、従動羽根車３ｂではその中央ボス部２０が羽根部２１よりも下方に延出されていてこの下端部位に、駆動羽根車３ａの中央ボス部２０の上端に設けた駆動側連結部２０ａに一体に連結する従動側連結部２０ｂが形成されている。
【００１３】
一体化した駆動羽根車３ａと従動羽根車３ｂにあって各羽根部２１の間には上下方向の隙間である羽根隙間が形成されており、これをポンプ室２に配置したときにはポンプ室２に固定した仕切部材２７が上記羽根隙間に収まるように配置される。仕切部材２７はポンプ室２を上下に２分するような部材であって、図３のように、外周部に上方側に開口した流体入口部２８が形成されると共に中央部に下方側に開口した流体出口部２９が形成され、流体入口部２８と流体出口部２９とを連通する内部流路３０が形成されている。なお、内部流路３０は主体部２７ａに底板２７ｂ（図２）を貼着することで形成されている。
【００１４】
上記複数の羽根車３は、軸受部材２５の軸受孔８に固定軸４を挿通させることで、ポンプ室２に回転自在に軸支された状態で配置される。なお固定軸４には羽根車３のスラスト軸受となる軸受板３１も挿通されている。このように羽根車３をポンプ室２に配置した際には、ポンプ室２の吸入口６と従動羽根車３ｂの流体取込部２２とが対向配置されると共に、仕切部材２７の流体吐出部２３と駆動羽根車３ａの流体取込部２２とが対向配置される。また、羽根車３をポンプ室２に配置した際には駆動羽根車３ａの磁性体１９とステータ１８とが隣接して配置されるのであるが、この隣接する磁性体１９とステータ１８とは駆動羽根車３ａを回転駆動させる駆動部５を構成する。つまり、この駆動部５は、図示しない電源部からステータ１８に電流を入力することで、ステータ１８と磁性体１９との間の磁気作用によって磁性体１９に回転トルクを発生させるものであり、この回転トルクにより磁性体１９、ひいては駆動羽根車３ａが回転駆動されるようになっている。なお、従動羽根車３ｂは一体化した駆動羽根車３ａと一緒に回転されるのであり、つまり複数の羽根車３は駆動羽根車３ａを基準にして一体に回転駆動されるのである。
【００１５】
このように複数の羽根車３が回転することによると、まず作動流体が供給路６ａを経て吸入口６からポンプ室２に流入し（矢印Ａ）、続けて従動羽根車３ｂの羽根部２１の内部圧送流路２４にその流体取込部２２から取り込まれ、次いで従動羽根車３ｂの羽根部２１の内部圧送流路２４で外周側に圧送されてその流体吐出部２３から吐出され（矢印Ｂ）、続けて仕切部材２７の内部流路３０に流体入口部２８から流入して流体出口部２９から流出され（矢印Ｃ）、また続けて駆動羽根車３ａの羽根部２１の内部圧送流路２４にその流体取込部２２から取り込まれ、次いで駆動羽根車３ａの羽根部２１の内部圧送流路２４で外周側に圧送されてその流体吐出部２３から吐出され（矢印Ｄ）、続けて吐出口７から吐出路７ａを経てポンプ室２外に吐出される（矢印Ｅ）、といったように作動流体は羽根車３ごとに（本例では２重に）圧送されて高い出力のもと吐出されるのであり、これによりポンプとして機能する。
【００１６】
ところで、本例の多段遠心ポンプ１では、複数の羽根車３の正常な回転駆動を確保して、高い作動効率や長い寿命を備える工夫が施されている。以下、詳述する。
【００１７】
すなわち、上記工夫として、従動羽根車３ｂと駆動羽根車３ａとの供回り動作を確保しつつ、従動側連結部２０ｂが駆動側連結部２０ａに遊嵌されている。すなわち、従動羽根車３ｂは、軸廻り方向には駆動羽根車３ａに対して位置決めを伴う嵌合が為されているが、ラジアル方向には駆動羽根車３ａに対して遊びを伴って連結されている。なお、固定軸４の従動羽根車３ｂへの挿通構造は、上記遊びに基づく従動羽根車３ｂの駆動羽根車３ａへのラジアル方向への移動を妨げないように、遊挿構造が採用されている。
【００１８】
詳しくは、図１（ａ）のように、駆動側連結部２０ａは、駆動羽根車３ａの中央ボス部２０の上端部に通孔１０ａに連通して上方に開口する嵌合孔３２を形成し、嵌合孔３２の周壁に上方から切込まれた切込み３３を周方向の所定間隔ごとの複数箇所に形成している。また、従動側連結部２０ｂは、従動羽根車３ｂの中央ボス部２０の下端部に嵌合孔３２の孔径ｄ１よりも外径ｄ２の小さい嵌合用筒部３４を備え（ｄ１＞ｄ２）、嵌合用筒部３４の周壁の上部に外周側に突出する廻り止め突起３５を周方向の所定間隔ごとの複数箇所に形成している。駆動側連結部２０ａと従動側連結部２０ｂとを連結するには、図１（ｂ）のように、廻り止め突起３５を切込み３３に挿入すると共に嵌合孔３２内に嵌合用筒部３４を遊嵌させることで行われるのであり、従動側連結部２０ｂは切込み３３に挿入した廻り止め突起３５によって、駆動羽根車３ａに対する軸廻り方向の位置決め係止が為されて駆動羽根車３ａとの供回り動作が確保されるのであり、また、嵌合孔３２内に嵌合用筒部３４を遊嵌したことで、ラジアル方向には駆動羽根車３ａに対し、嵌合孔３２の孔径ｄ１と嵌合用筒部３４の外径ｄ２とのギャップによる遊びを伴って連結されるのである。
【００１９】
従動羽根車３ｂは駆動部５による直接の回転駆動力がかかる部材ではないので、回転した従動羽根車３ｂが作動流体に遠心力を負荷したことで従動羽根車３ｂの外周側に形成される作動流体の高圧領域による負荷を受けてこの負荷の支配を強く受けるのであるが、本例の従動羽根車３ｂは駆動羽根車３ａとの遊びの範囲でラジアル方向の任意位置に軸心をずらして位置することができるのであるから、上記作動流体からの負荷の支配をそのまま受け入れて、従動羽根車３ｂの軸心位置をストレス無く回転可能なラジアル方向の任意位置に自然に決定させることができる。すなわち、駆動羽根車３ａに従動して共に回転する従動羽根車３ｂにあっては、ポンプ室２内の圧力分布に応じて自然に決定される位置で良好なバランスを保ちつつ回転することができるのである。これにより、複数の羽根車３の正常な回転駆動を確保できるから、多段遠心ポンプ１に高い作動効率や長い寿命を備えることができるのである。更に言うと、上記ポンプ室２内の圧力分布に応じて作動流体から従動羽根車３ｂにかかるラジアル方向の負荷は、ラジアル方向の遊びによって駆動羽根車３ａには伝播されないように逃すようにできるから、複数の羽根車３の間で内部応力が発生しないようにできると共に、複数の羽根車３の回転重心を駆動羽根車３ａに集中させることも可能にされているため、この点でも多段遠心ポンプ１の更なる作動効率の向上や長寿命化が図られているのである。更に言うと、複数の羽根車３を一体化するに当り、厳密に各羽根車３の軸心を合わせる必要も無く、製造性を向上できる利点も有する。
【００２０】
ここで、従動羽根車３ｂは固定軸４に挿通される一方で駆動羽根車３ａは固定軸４に軸支されており、換言すると、従動羽根車３ｂと固定軸４との間のクリアランスを駆動羽根車３ａと固定軸４との間のクリアランスに比べて大きく採るようにされている。具体的に言うと、本例では固定軸４における駆動羽根車３ａを挿通する部位４ａの軸径を、固定軸４における従動羽根車３ｂを挿通する部位４ｂの軸径に比べて、大きく形成したことで、上記のように従動羽根車３ｂの軸受孔８ｂと固定軸４との間のクリアランスを駆動羽根車３ａの軸受孔８ａと固定軸４との間のクリアランスに比べて大きく採るようにされている。なお、駆動羽根車３ａ及び従動羽根車３ｂに装着した各軸受部材２５の軸受孔８ａ，８ｂの孔径は一定に形成されている。
【００２１】
また、従動羽根車３ｂと固定軸４との間のクリアランスを駆動羽根車３ａと固定軸４との間のクリアランスに比べて大きく採るようにするには、図４や図５の構造によっても実現できる。図４の例では、駆動羽根車３ａに装着した軸受部材２５の軸受孔８ａの孔径を、従動羽根車３ｂに装着した軸受部材２５の軸受孔８ｂの孔径に比べて、小さく形成している。なお、本例では固定軸４はその軸径が一定に形成されている。また、図５の例では、従動羽根車３ｂの通孔１０ｂに軸受部材２５を装着せず、この従動羽根車３ｂの通孔１０ｂにポンプ室２の内底面から突設したボス９を遊挿し、ボス９の先端から垂下した固定軸４を駆動羽根車３ａの軸受部材２５の軸受孔８ａに挿通して複数の羽根車３を回転自在に軸支している。
【００２２】
このように従動羽根車３ｂと固定軸４との間のクリアランスを駆動羽根車３ａと固定軸４との間のクリアランスに比べて大きく採ることで、遊びに基づく従動羽根車３ｂの駆動羽根車３ａへのラジアル方向への移動を妨げないようにできるのであり、上述した複数の羽根車３のストレスの無い回転を確保できると共に、たとえ従動羽根車３ｂが作動流体からの負荷を受けて振動したとしても従動羽根車３ｂと固定軸４とが接触する恐れの低減も図ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態の例の多段遠心ポンプであり、（ａ）は複数の羽根車の分解斜視図であり、（ｂ）は多段遠心ポンプの要部の側断面図である。
【図２】同上の多段遠心ポンプ全体の側断面図である。
【図３】同上の底板を省いた状態の仕切部材であり、（ａ）は上方からみた斜視図であり、（ｂ）は下方から見た斜視図である。
【図４】実施の形態の他例の多段遠心ポンプの側断面図である。
【図５】実施の形態の更に他例の多段遠心ポンプの側断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  多段遠心ポンプ
２  ポンプ室
３  羽根車
３ａ  駆動羽根車
３ｂ  従動羽根車
４  固定軸
５  駆動部
６  吸入口
７  吐出口
２０ａ  駆動側連結部
２０ｂ  従動側連結部
３２  嵌合孔
３３  切込み
３４  嵌合用筒部
３５  廻り止め突起
ｄ１  孔径
ｄ２  外径
【図１】
2009007963.tif 000003
【図２】
2009007963.tif 000004
【図３】
2009007963.tif 000005
【図４】
2009007963.tif 000006
【図５】
2009007963.tif 000007