JP4104542B2 - マグネットポンプ - Google Patents

Description

［技術分野］
本発明は、インペラとマグネットキャンからなる回転体が支持手段に回転可能に支持されると共にマグネットキャンをリアケーシングの外側から回転駆動するマグネットポンプに関し、特にフロントケーシング及びリアケーシングが合成樹脂で形成されたマグネットポンプに関する。
［背景の技術］
合成樹脂製のフロントケーシング及びリアケーシングを用いたマグネットポンプは、腐食性の液体を移送する用途等に使用されている。この種のマグネットポンプは、フロントケーシングによってポンプ室が形成され、リアケーシングによって前記ポンプ室と連続する円筒状空間が形成される。リアケーシングの円筒状空間には、リアケーシングに一端が固定された支持軸によって回転可能に支持された筒状のマグネットキャンが配置される。マグネットキャンの外側にはリアケーシングを介してマグネットキャンと磁気結合された回転駆動部が配置され、この回転駆動部の駆動力によってマグネットキャンを回転させる。マグネットキャンには、ポンプ室内部に収容されるインペラが一体的に結合される。このインペラの回転によってフロントケーシングの正面に設けられた吸込口から移送流体がポンプ室の内部に導入され、フロントケーシングの側面に設けられた吐出口から移送流体が吐出される。
マグネットキャンとインペラからなる回転体の摺動部は、インペラ吸込口付近の内径側に配置される。従って、移送流体に気泡が混入すると、移送流体と気泡の比重差により気泡が内側に集中し、摺動部の移送流体による冷却作用が不完全になって摺動部が発熱し易い。また、摺動部近傍に配置されたスピンドルボスは、周辺部材との間隔が小さいため、放熱し難い。以上の点から、従来の合成樹脂ケーシングを用いたマグネットポンプでは、気泡混入による発熱及び放熱不良により、合成樹脂のケーシングが変形したり、溶融したりするという問題がある。
［発明の開示］
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、気泡混入時の発熱及び放熱不良を防止して信頼性の向上を図ったマグネットポンプを提供することを目的とする。
本発明に係るマグネットポンプは、フロントケーシングとリアケーシングとに分割されて内部に第１の収容空間とこれに連続する第２の収容空間と前記第１の収容空間の外周に沿う渦室とを形成し、前記第１の収容空間側に移送流体の吸込口を設けると共に前記渦室に吐出口を設けた合成樹脂製のケーシングと、このケーシングの第２の収容空間に収容された、全体が円筒状で外周部に従動マグネットが装着されたマグネットキャンと、このマグネットキャンを前記ケーシングに対して回転可能に支持する支持手段と、前記マグネットキャンの先端部に固定されて前記マグネットキャンと一体で回転すると共に、移送流体を中心部（例えばフロントケーシングの正面部）から吸入し径方向外側に向けて移送して外周部から吐出するための流路が内部に形成され、前記第１の収容空間に収容された円板状のインペラと、前記ケーシングを介して前記従動マグネットと磁気結合されて前記従動マグネットを介して前記インペラに回転駆動力を与える回転駆動手段とを備えたマグネットポンプにおいて、前記ケーシングの渦室は、前記フロントケーシングとリアケーシングとを分割する位置に前記インペラの外周部を取り囲むように形成してなり、前記渦室の入口には前記インペラの回転軸方向に両側から張り出す張り出し部が形成され、これら張り出し部の先端は、前記インペラが回転軸方向に最大限移動した場合であっても前記インペラの外周部に臨む流路の内壁面よりもそれぞれ回転軸方向の外側位置に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、ケーシングを構成するフロントケーシングとリアケーシングとを分割する位置に、第１の収容空間の外周に沿って、インペラの外周部を取り囲むように渦室を形成し、この渦室の入口に前記インペラの回転軸方向に両側から張り出し、その先端がインペラが回転軸方向に最大限移動した場合であってもこのインペラの外周部に臨む流路の内壁面よりもそれぞれ回転軸方向の外側位置に配置された張り出し部を形成するようにしている。このため、インペラの中心部から吸入されて外周部から吐出される移送流体に気泡が混入した場合でも、渦室の入口の張り出し部によって、インペラの外周部から排出された気泡がインペラの外側の面に沿って第１の収容空間側に戻るのを阻止することができる。このため、気泡は渦室を経て吐出口から効果的に排出され、回転体の摺動部付近に滞留する気泡が少なくなる。これにより、気泡混入時の回転体の摺動部での発熱を防止して、合成樹脂のケーシングの変形、溶融の発生を防止することができる。
インペラの外周と渦室の張り出し部との間隔は、インペラの径方向のガタによる移動量よりも僅かに大きく設定されていることが望ましい。また、対向する張り出し部の先端の間隔は、インペラの軸方向の軸受摩耗量を考慮して、インペラの軸方向の移動によってインペラの外周部が移動する距離よりも大きく設定して、インペラの外周部の吐出口が常に張り出し部で挟まれた間隙の内部に収まるようにすることが望ましい。張り出し部の間隔がこれよりも小さいと、インペラから排出された流体が張り出し部により干渉を受け、ポンプ性能上好ましくないからである。
本発明に係る他のマグネットポンプは、フロントケーシングとリアケーシングとに分割されて内部に第１の収容空間とこれに連続する第２の収容空間とを形成し、前記第１の収容空間側に移送流体の吸込口と吐出口とを設けた合成樹脂製のケーシングと、このケーシングの第２の収容空間に収容された、全体が円筒状で外周部に従動マグネットが装着されたマグネットキャンと、このマグネットキャンを前記ケーシングに対して回転可能に支持する支持手段と、前記マグネットキャンの先端部に固定されて前記マグネットキャンと一体で回転すると共に、移送流体を中心部（例えばフロントケーシングの正面部）から吸入し径方向外側に向けて移送して外周部から吐出するための流路が内部に形成され、前記第１の収容空間に収容された円板状のインペラと、前記ケーシングを介して前記従動マグネットと磁気結合されて前記従動マグネットを介して前記インペラに回転駆動力を与える回転駆動手段とを備えたマグネットポンプにおいて、前記マグネットキャンとインペラとの結合部に、これらの軸中心から径方向外側に向けて前記移送流体が流れる冷却穴を形成したことを特徴とする。
この発明によれば、マグネットキャンとインペラとの結合部に、これらの軸中心から径方向外側に向けて前記移送流体が流れる冷却穴を形成したので、移送流体への気泡混入等によって、支持手段の摺動部が発熱しても、摺動部近傍の流体や気泡が冷却穴を介して外側に放出及び攪拌され、摺動部から発生する熱を効果的に奪うため、摺動部近傍の温度上昇を防ぐことができる。
なお、ケーシングを構成するフロントケーシングとリアケーシングとを分割する位置に、第１の収容空間の外周に沿って、インペラの外周部を取り囲むように渦室を形成し、この渦室の入口に前記インペラの回転軸方向に両側から張り出す張り出し部を形成するようにすれば、前述した作用により、発熱及び放熱不良の発生をより一層防止することができる。
また、マグネットキャンとインペラとが、両者を径方向に貫通するピンによって結合されていると、締結部の締結力が、振動、経時変化又は熱によって低下したり、逆回転やポンプ停止時の慣性力によって低下するようなことが無い。このため、マグネットキャンとインペラの緩みによって摺動熱が発生する等の種々の不具合を防止でき、信頼性を向上させることができる。この場合、マグネットキャンとインペラの分解・組立も容易であり、部品毎の交換も可能になる。
なお、マグネットキャンとインペラとの結合面は、径方向に延びる回転動力伝達面を有することが望ましい。そのような構成とすると、インペラとマグネットキャンの回転方向（動力伝達方向）の固定は、主として回転動力伝達面によって行うことができるので、ピンに大きな負荷がかかることが無く、その分、ピンを細く、小さいものとすることができる。
マグネットキャンをケーシングに対して回転可能に支持する支持手段としては、第２の収容空間に配置されて後端部が前記リアケーシングの後端部に支持され先端部が第１の収容空間の中央部に向かって延びる軸支持体に支持されたスピンドルと、このスピンドルに回転可能に支持されてマグネットキャンの内周部に装着された円筒状の回転軸受とにより構成することができる。また、支持手段は、第２の収容空間に配置されて後端部がリアケーシングの後端部に回転可能に支持され先端部が第１の収容空間の中央部に向かって延びる軸支持体に回転可能に支持され、マグネットキャンの内周部に装着されたスピンドルと、このスピンドルの後端部をリアケーシングの後端部で回転自在に支持する後端軸受と、スピンドルの先端部を軸支持体で回転自在に支持する先端軸受とにより構成するようにしても良い。
［発明を実施するための最良の形態］
以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るマグネットポンプの要部を示す断面図である。
合成樹脂製のケーシング１は、フロントケーシング２とリアケーシング３とに分割され、内部に第１の収容空間であるインペラ収容室４と、それに続く第２の収容空間であるマグネットキャン収容室５とを形成している。フロントケーシング２の前面には移送流体の吸込口６が、また、側面上部には吐出口７がそれぞれ設けられている。吸込口６及び吐出口７は、それぞれインペラ収容室４に連通する。マグネットキャン収容室５には、その先端がインペラ収容室４に臨むようにスピンドル８が配置されている。スピンドル８は、その後端がリアケーシング３の後端部に固定され、その先端がフロントケーシング２の吸込口６側の内周面の例えば３方からインペラ収容室４の中心に向かって延びる軸支持体９に支持されている。
マグネットキャン収容室５には、円筒状のマグネットキャン１１が収容されている。マグネットキャン１１は、内周側に螺旋溝１２ａが形成された円筒状の回転軸受１２を介して、スピンドル８に回転可能に支持されている。マグネットキャン１１は、円筒体１３と、この円筒体１３の外周に装着されたリング状の従動マグネット１４とを有する。マグネットキャン１１の前端には、円板状のインペラ２１が固定されている。インペラ２１は、前面中央部を吸込口２２、外周部を吐出口２３とする流路２４を内部に有し、インペラ収容室４に収容され、回転によって移送流体を吸込口６，２２からインペラ２１の流路２４の内部に導入し、吐出口２３，７から吐出する。マグネットキャン１１とインペラ２１の嵌合部には、両者を径方向に貫通するピン３１が装着され、このピン３１によって両者が軸方向及び回転方向（但し、後述する回転動力伝達面６３，６４を有する場合には、軸方向のみで良い）に移動するのを規制している。また、マグネットキャン１１とインペラ２１の嵌合部には、両者を径方向に貫通する冷却穴３２が形成されている。
インペラ２１の外周部と対向するケーシング１の内壁には、インペラ２１を外周側から取り囲む渦室４１が形成されている。この渦室４１は、フロントケーシング２とリアケーシング３とを分割する位置に、インペラ収容室４の外周に沿って形成されている。渦室４１は、インペラ２１の回転方向に、その断面積が吸込側から吐出側にかけて、ポンプ性能に応じて徐々に拡大されている。渦室４１の入口、即ちインペラ２１の吐出口２３と対向する端部には、軸方向に両側から張り出す張り出し部４１ａ，４１ｂが形成されている。
インペラ２１の前面には、環状のマウスリング４２が装着されている。また、フロントケーシング２の内側の前記マウスリング４２と対向する部分には、環状のフロントスラスト軸受４３が装着されている。マウスリング４２とフロントスラスト軸受４３とは、通常運転時にマグネットキャン１１が前方へスライドしているときに接触する。また、リアスラスト軸受４４が、スピンドル８の、回転軸受１２の後端面と対向する位置に装着されている。回転軸受１２の後端面とリアスラスト軸受４４とは、異常運転時にマグネットキャン１１が後方にスライドしているときに接触する。
リアケーシング３を介してマグネットキャン１１の従動マグネット１４と対向する位置には、回転駆動手段を構成する駆動回転体５１のリング状駆動マグネット５２が従動マグネット１４と磁気結合されて配置されている。駆動回転体５１は、図示しない駆動軸を介してモータ等により駆動される。なお、駆動回転体５１は、インペラ収容室４及びマグネットキャン収容室５からは隔離され、リアケーシング３と駆動体ケーシング５３との間の空間に収容されている。
このマグネットポンプによれば、図示しないモータ等が回転軸を介して駆動回転体５１を回転駆動して駆動マグネット５２が回転すると、これと磁気結合された従動マグネット１４も回転する。これにより、回転軸受１２はスピンドル８の周りを摺動し、インペラ２１が回転して吸込口６，２２からインペラ２１の流路２４に移送流体が導入される。導入された移送流体は、吐出口２３，７を介して外部に吐出される。
ここで、図２に示すように、インペラ２１の中心の吸込口から吸入されて外周部の吐出口２３から吐出される移送流体に気泡５５が混入した場合、渦室４１の入口の張り出し部４１ａ，４１ｂは、インペラ２１から排出されて渦室４１に混入された気泡５５がインペラ２１の外側の面に沿ってインペラ収容室４に戻るのを阻止する。このため、気泡５５は渦室４１内を周方向に移動して吐出口７から排出される。これにより、摺動部であるマウスリング４２近傍に滞留する気泡が少なくなり、摺動部での発熱を防止して、合成樹脂のケーシング１の変形、溶融の発生を防止することができる。
図２において、インペラ２１の外周と渦室４１の張り出し部４１ａ，４１ｂとの間隔Ａは、インペラ２１の径方向のガタによる移動量よりも僅かに大きく設定されていることが望ましく、例えば１０ｍｍ以内、好ましくは２ｍｍ程度に設定すると良い。また、張り出し部４１ａの先端と、インペラ２１の吐出口２３の前側内壁面との軸方向間隔Ｂは、マウスリング４２とフロントスラスト軸受４３との摩耗限度を考慮して、インペラ２１が軸方向に最大限前に移動しても、吐出口２３の前側内壁面が張り出し部４１ａの先端よりも前に出ない間隔に設定するのが望ましい。同様に、張り出し部４１ｂの先端と、インペラ２１の吐出口２３の後側内壁面との軸方向間隔Ｃは、インペラ２１の軸方向許容変位量を考慮して、インペラ２１が軸方向に最大限後ろに移動しても、吐出口２３の後側内壁面が張り出し部４１ｂの先端よりも後ろに出ない間隔に設定するのが望ましい。張り出し部４１ａが吐出口２３の前側内壁面より後ろに突出したり、張り出し部４１ｂが吐出口２３の後側内壁面よりも前に突出したりすると、インペラ２１の吐出口２３から排出された流体が張り出し部４１ａ，４１ｂに当たって気泡がインペラ収容室４側に戻ってしまうからである。
なお、フロントケーシング２及びリアケーシング３は、渦室４１の中央で分割されるようになっているので、張り出し部４１ａ，４１ｂは、通常の樹脂成形金型によって容易に成形することができる。
図３は、マグネットキャン１１とインペラ２１との結合部の軸方向からマグネットキャン１１側に見た断面を示している。また、図４は、マグネットキャン１１とインペラ２１の結合前の状態を示す斜視図である。
図示のように、インペラ２１の後端部の外周部とマグネットキャン１１の先端部の内周部とで両者が軸方向に嵌合されている。インペラ２１の嵌合部の外周には周方向４個所に径方向に突出する突起６１が設けられ、これに対応するマグネットキャン１１の嵌合部の内周には、突起６１と嵌合する溝６２が形成されている。これら突起６１と溝６２の側面、即ち径方向に延びる面が回転動力伝達面６３，６４を形成している。一方、インペラ２１の嵌合部の外周の溝６５の部分及びマグネットキャン１１の突起６６の部分には、両者が嵌合後に径方向に貫通する穴６７，６８，６９及び切り欠き７０がそれぞれ設けられており、このうち、対向する一対の穴６７，６８がピン３１の嵌合用、他の穴６９及び切り欠き７０が図３に示すように冷却穴３２として使用される。
ピン３１は、マグネットキャン１１をインペラ２１に圧入嵌合させた後に、インペラ２１の嵌合部の内周側からマグネットキャン１１の嵌合部の外周側へ穴６７，６８を通じて径方向に両者が貫通するように装着される。ピン３１は、先端に回転用六角穴３１ａ、基端に回転用溝３１ｂが形成され、側面に突起３１ｃを有する。穴６７には、ピン３１の突起３１ｃが嵌合する溝６７ａが形成されている。ピン３１を穴６７に挿入してから、回転用六角穴３１ａを使用してピン３１を回転させ、突起３１ｃを穴６８の段部６８ａに係合させてピン３１の抜けを防止する。ピン３１を外す場合には、外周側からピン３１の溝３１ｂにドライバーの先端部を嵌合させて、ピン３１を回転させながら押し込めば良いし、内周側からピン３１を回転させた後、外周側からピン３１を押し込んでも良い。
冷却穴３２は、インペラ２１の中央の吸込口２２から吸入した流体を嵌合部の内側から外側へと排出する流路を形成する。このため、インペラ２１の中央部での流体の滞留がなく、スピンドル８を効果的に冷却することができる。
図５は、本発明の他の実施例に係るマグネットポンプの要部を示す断面図である。先の実施例では、マグネットキャン１１の支持手段を、固定のスピンドル８と、回転軸受１２とにより構成したが、この実施例では、マグネットキャン１１の中心部に固定された回転軸となるスピンドル８１と、このスピンドル８１の両端を回転可能に支持する軸受８２，８３とによって支持手段を構成している。軸受８２は、リアケーシング３の後端部に固定され、軸受８３はフロントケーシング２の内周面からインペラ収容室４の中心に向かって延びる軸支持体９に固定されている。また、この実施例では、マグネットキャン１１とインペラ２１とが一体で構成されているが、先の実施例と同様、別体で形成されてピン等により固定されていても良いことは言うまでもない。他の構成は、図１のマグネットポンプと同様であり、対応する部分には同一符号を付し、詳しい説明は割愛する。
この実施例によっても、基本的な動作は先の実施例と同様である。
以上述べたようにこの発明によれば、ケーシングを構成するフロントケーシングとリアケーシングとを分割する位置に第１の収容空間の外周に沿って、インペラの外周部を取り囲むように渦室を形成し、この渦室の入口に前記インペラの回転軸方向に両側から張り出し、その先端がインペラが回転軸方向に最大限移動した場合であってもこのインペラの外周部に臨む流路の内壁面よりもそれぞれ回転軸方向の外側位置に配置された張り出し部を形成するようにしているので、インペラの中心部から吸入されて外周部から吐出される移送流体に気泡が混入した場合でも、渦室の入口の張り出し部によって、インペラの外周部から排出された気泡がインペラの外側の面に沿って第１の収容空間側に戻るのを阻止することができ、気泡混入時の回転体の摺動部での発熱を防止して、合成樹脂のケーシングの変形、溶融の発生を防止することができる。
またこの発明によれば、マグネットキャンとインペラとの結合部に、これらの軸中心から径方向外側に向けて前記移送流体が流れる冷却穴を形成したので、移送流体への気泡混入等によって、支持手段の摺動部が発熱しても、摺動部近傍の高温の流体や気泡が冷却穴を介して外側に放出及び攪拌され、発生する熱を効果的に奪い、摺動部近傍の温度上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例に係るマグネットポンプの要部を示す断面図である。
図２は、同マグネットポンプの動作を説明するための要部拡大図である。
図３は、同マグネットポンプのインペラとマグネットキャンの結合部の軸方向断面図である。
図４は、同インペラとマグネットキャンの結合前の状態を示す斜視図である。
図５は、本発明の他の実施例に係るマグネットポンプの要部を示す断面図である。

Claims (3)

1. フロントケーシングとリアケーシングとに分割されて内部に第１の収容空間とこれに連続する第２の収容空間とを形成し、前記第１の収容空間側に移送流体の吸込口と吐出口とを設けた合成樹脂製のケーシングと、
   このケーシングの第２の収容空間に収容された、全体が円筒状で外周部に従動マグネットが装着されたマグネットキャンと、
   このマグネットキャンを内周側に螺旋溝が形成された円筒状の回転軸受を介して前記ケーシングに対して回転可能に支持する支持手段と、
   前記マグネットキャンの先端部に固定されて前記マグネットキャンと一体で回転すると共に、移送流体を中心部から吸入し径方向外側に向けて移送して外周部から吐出するための流路が内部に形成され、前記第１の収容空間に収容された円板状のインペラと、
   前記ケーシングを介して前記従動マグネットと磁気結合されて前記従動マグネットを介して前記インペラに回転駆動力を与える回転駆動手段と
   を備えたマグネットポンプにおいて、
   前記マグネットキャンとインペラとの結合部に、これらの軸中心から径方向外側に向けて前記移送流体が流れる冷却穴を形成したことを特徴とするマグネットポンプ。
2. 前記マグネットキャンとインペラは、軸方向に嵌合され且つ、両者を径方向に貫通するピンによって結合されている
   ことを特徴とする請求項１記載のマグネットポンプ。
3. フロントケーシングとリアケーシングとに分割されて内部に第１の収容空間とこれに連続する第２の収容空間とを形成し、前記第１の収容空間側に移送流体の吸込口と吐出口とを設けた合成樹脂製のケーシングと、
   このケーシングの第２の収容空間に収容された、全体が円筒状で外周部に従動マグネットが装着されたマグネットキャンと、
   このマグネットキャンを内周側に螺旋溝が形成された円筒状の回転軸受を介して前記ケーシングに対して回転可能に支持する支持手段と、
   前記マグネットキャンの先端部に固定されて前記マグネットキャンと一体で回転すると共に、移送流体を中心部から吸入し径方向外側に向けて移送して外周部から吐出するための流路が内部に形成され、前記第１の収容空間に収容された円板状のインペラと、
   前記ケーシングを介して前記従動マグネットと磁気結合されて前記従動マグネットを介して前記インペラに回転駆動力を与える回転駆動手段と
   を備えたマグネットポンプにおいて、
   前記ケーシングは、前記フロントケーシングとリアケーシングとを分割する位置に前記第１の収容空間の外周に沿って前記インペラの外周部を取り囲むように渦室を形成してなり、前記渦室の入口に前記インペラの回転軸方向に両側から張り出す張り出し部を形成し、これら張り出し部の先端は、前記インペラが回転軸方向に最大限移動した場合であっても前記インペラの外周部に臨む流路の内壁面よりもそれぞれ回転軸方向の外側位置に配置されてなるものであり、
   前記マグネットキャンとインペラとの結合部に、これらの軸中心から径方向外側に向けて前記移送流体が流れる冷却穴を形成したことを特徴とするマグネットポンプ。

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