JP2009299471A - マグネットカップリング機構を有するギアポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的小さい伝達トルクを有するマグネットカップリングを用いて、ポンプ側が必要とする大きな伝達トルクを発生させることができるマグネットカップリング機構を有するポンプを提供する。
【解決手段】 マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネット５とアウターマグネット６との磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するポンプであって、前記ポンプの駆動体３１，３２と、外部駆動源によって駆動されるマグネットカップリング機構との間に減速機構４を介在させ、前記ポンプの駆動体３１，３２と、減速機構４と、前記マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネット６とを、一つの密閉型のケーシング２内に配置してマグネットカップリング機構を有するポンプ１とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、低粘度から高粘度までの流体や高粘度・高圧流体の移送に際し、二つのマグネットの磁気作用によって、流体を外部に漏らすことなく、効率的に送液することが可能なポンプ、特に、マグネットカップリング機構（無軸封機構）を有するポンプに関するものである。

磁気作用によってギアなどの駆動体を駆動させる、マグネットカップリング機構を有するポンプの市場ニーズは、近年、さらに高まる傾向にある。
最近の動向としては、根幹技術である磁石業界において、ネオジム系磁石を始めとしたマグネットの高性能化により、数十年前に比べ、ハイパフォーマンスなポンプの提供が可能になりつつある。

このようなマグネットカップリング機構を有したポンプ業界において、殆どの機種は、遠心式ポンプである。
この遠心式ポンプは、他の様式のポンプに比べ低揚程、大容量、低粘度の流体を移送する目的に適し、マグネットカップリングに大きな伝達能力を要求されない。
そのため、ポンプのサイズに対し、マグネットカップリングの大きさを比較的小さく設計できる。このことは、コストの面でも大きく寄与している。

この遠心式ポンプに対し、ギアポンプにおいては、マグネットカップリングに使用される磁石の高性能化により、最近、漸く実用化され市場にも受け入れられつつある。

かかるマグネットカップリング機構を有するギアポンプとしては、例えば、特開２００６− ５２６５２号公報（特許文献１）に示されるギアポンプがある。
このギアポンプは、ギアへの回転力伝達機構や、収納体の外部への液漏れ防止構造を簡素化でき、かつ小型化を達成しようとするものである。
具体的には、連動する複数のギアと、外部と隔離した状態で該ギアを密閉収納する収納体と、この収納体内に流体を流入する流入経路と、前記収納体内から流体を吐出する吐出経路とを備えるギアポンプにおいて、前記複数のギアのうち少なくとも一つ以上が転位平歯車であって、前記ギアのうち少なくとも一つに磁性体が取り付けられ、前記外部に駆動源が配置され、前記駆動源の通電により、前記磁性体が取り付けられたギアに回転駆動力を与える構成としたものである。

また、特開２００７−２８５２７０号公報（特許文献２）においては、低速回転時においても、駆動軸からポンプ駆動回転体（又は駆動ギア）への動力伝達ロスが、殆ど生じない可変容量ポンプが提案されている。
この可変容量ポンプは、ポンプハウジングと、外部駆動源によって回転駆動される駆動軸及び、前記ポンプハウジング内に回転可能に設けられたポンプ駆動回転体を備えたものであって、前記ポンプ駆動回転体の中央には、前記駆動軸を挿通するための軸孔が設けられ、前記ポンプ駆動回転体の軸孔を区画している内周壁部、及び前記軸孔の内周壁部に対向する前記駆動軸の、外周部のうちの一方が永久磁石で形成され、他方が磁性材料で形成されたものである。

また、特表２００７−５３１８４４号公報（特許文献３）においては、磁気駆動型ギアポンプが提案されている。
この磁気駆動型ギアポンプは、ハウジングと、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリに磁気結合されているが、それから間隔をおいて配置され、それらの間に配置された環状キャニスタが備わった回転可能な環状磁気駆動アセンブリとを有し、環状磁気駆動アセンブリが回転すると、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリが、偏位状静止シャフトの第１シャフト部分において回転するとともに、ロータギアが、偏位状静止シャフトの第２シャフト部分において回転するアイドラーギアを駆動するというものである。
特開２００６− ５２６５２号公報（特許請求の範囲） 特開２００７−２８５２７０号公報（特許請求の範囲） 特表２００７−５３１８４４号公報（特許請求の範囲）

これらのギアポンプは様々な流体に採用されており、特に、高粘度流体の定量移送や計量移送や油圧動力伝達装置においては、高圧力発生器として様々な回転速度域において使用されている。
しかしながら、これら高粘度・高圧流体の移送等には、必然的に大きな伝達トルクを有する大型のマグネットカップリングが必要となる。
すなわち、ギアポンプで高粘度又は高圧流体を移送しようとする場合、ギアポンプに大きな負荷が作用するため、マグネットカップリング機構部において、いわゆるスリップ現象が発生し、外部駆動源のトルクがそのままギアポンプに反映されなくなって、定量移送や計量移送が望まれるギアポンプにおいては、致命的な問題が生じる。
そのため、マグネットカップリングに高いトルク伝達能力を要求する仕様のものについては、マグネットカップリングの性能を向上させるため、マグネット自体の表面積を大きくする必要があるので、装置を大型化せざるを得ない。

一方、マグネットカップリングの性能は、磁石の性能に大きく影響されるため、高性能なマグネットカップリングは、前記理由で装置自体を大型化せざるを得ないので、より効率の良いネオジウム磁石の利用が試みられている。
しかしながら、ネオジウム磁石のようなレアメタルは、きわめて高価であるとともに、近年入手が困難になりつつあるため、小さなマグネットカップリングで、大きな伝達トルクの得られるギアポンプの提供が求められている。

この発明はかかる現状に鑑み、ポンプの駆動部における流体漏出のおそれがなく、比較的小さい伝達トルクを有するマグネットカップリングを用いて、ポンプ側が必要とする大きな伝達トルクを発生させることができ、かつ機構が簡単で、レアメタルなどの高価な材料を必要としない、コストパフォーマンスの高いマグネットカップリング機構を有するポンプを提供せんとするものである。

前記目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の発明は、
マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットとアウターマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するポンプであって、
前記ポンプの駆動体と、外部駆動源によって駆動されるマグネットカップリング機構との間に減速機構を介在させるとともに、
前記ポンプの駆動体と減速機構、および少なくとも前記マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットが、一つの密閉型のケーシング内に配置されていること
を特徴とするマグネットカップリング機構を有するポンプである。

また、この発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のマグネットカップリング機構を有するポンプにおいて、
前記マグネットカップリング機構は、
外周部に前記インナーマグネットが設けられ、中心部に減速機構を駆動させるための駆動シャフトの一端部が連結されたローターが内部に回転自在に配置された、前記密閉型のケーシングを構成する有底筒状のマグネット部と、内周部に前記インナーマグネットと相対するようアウターマグネットが設けられ、前記マグネット部の外周部との間に所要の間隔を存して配置され、かつ外部駆動源によって回転する円筒状の回転部材とからなること
を特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載のマグネットカップリング機構を有するポンプにおいて、
前記ポンプは、
ギアポンプであること
を特徴とするものである。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプは、ポンプを駆動させる駆動体の回転を、マグネットカップリング機構を使用して行なうに際し、前記ポンプの駆動体とマグネットカップリング機構との間に減速機構を介在させて行なうように構成されているので、小さな外部動力でも効率的に前記ポンプの駆動体を駆動させることができ、高粘度又は高圧力の流体であっても、マグネットカップリング機構部で、いわゆるスリップ現象を発生させることなく、ポンプを効率的に駆動させることができる。

また、ポンプの駆動体と減速機構およびマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットが、一つの密閉型のケーシング内に設けられているので、ポンプの駆動部における流体漏出のおそれがない。

また、このマグネットカップリング機構を有するポンプは、高粘度や高圧力の流体であっても、ケーシングに内蔵する減速機構の減速比を適宜選択することによって、マグネットカップリング機構を構成するマグネットを大型化させることなく、小型で制作が容易なポンプを得ることができる。
その結果、ポンプの汎用化、量産化、標準化がきわめて容易となる。
さらに、価格の高いレアメタル製のマグネットを使用する必要もないので、ポンプの省資源化になるとともに、安価に提供できるものである。

以下、この発明にかかるマグネットカップリング機構を有するポンプの好ましい実施の一形態を、ギアポンプの場合を例として、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
なお、この発明は後述する実施例にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々改良することが可能なものである。

好適な実施例としてのギアポンプ１は、一つの密閉型のケーシング２と、前記ケーシング２内に装着されるポンプ駆動体としてのギア機構３と、このギア機構３を駆動させるための減速機構４、および前記減速機構４を駆動させるためのマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネット５と、アウターマグネット６で構成されるものである。

このギアポンプ１の一つの筐体となる密閉型のケーシング２は、少なくとも一つの吸入口１Ａおよび吐出口（図示せず）を有するものである。
この実施例においては、密閉型のケーシング２は、ヘッド部２１、駆動体保持部２２、ベース部２３およびマグネット部２４の、４つの構成体から構成されている。

前記ヘッド部２１は、ギアポンプ１の駆動体を構成する駆動ギア３１の駆動シャフト３２の一端部を支承するもので、有底円柱体の開口部に接続用のフランジが一体的に形成され、その内部には、前記駆動ギア３１の一端部を支承する円筒状の軸受け部２１ａが軸方向に沿って偏倚させて形成されている。

前記駆動体保持部２２は、内部に駆動ギア３１と従動ギア３３が配置可能な空隙部を有する円筒状部材から形成されたもので、一方の開口部には前記ヘッド部２１が、他方の開口部には、後述するベース部２３がボルトによって一体的に連設されるものである。

この駆動体保持部２２内には、前記ギア機構３を構成する駆動ギア３１と従動ギア３３とが、互いに噛合った状態で保持されるものである。
その際、前記駆動シャフト３２の一端部は、前記ヘッド部２１に偏倚形成された前記軸受け部２１ａにリング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に保持されている。

前記ベース部材２３は、異形の円柱体の所要部位に、軸と直交させて、減速機構４を装着するための所要の径と幅を有する空隙部Ｓが形成されたものである。
この空隙部Ｓに対し、駆動体保持部２２側の端面からは、軸と平行に前記駆動シャフト３２の他端部を挿通させるための挿通孔Ｈが、また、反対側の端面からは、前記減速機構４を構成する一方のギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔Ｈが、いずれも前記空隙部Ｓと連通するように形成されている。
また、駆動体保持部２２側の端面には、軸と平行に前記従動ギア３３の駆動シャフト３４を、リング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に支承するための軸受け部３５が偏倚形成されている。

この空隙部Ｓ内に装置される減速機構４は、所望の変速比を有する径の異なる一対のギアｇ，Ｇとから構成されている。
他方のギアＧの中心部には、前記駆動ギア３１の駆動シャフト３２の先端部が、キーとキー溝とによって一体的に回転できるよう設けられている。
なお、変速比は使用する液体によって異なるので、適宜設定することができるが、１：３〜４０程度が実用的に好ましいものである。

なお、この減速機構４は、図示した実施例においては、一般的な平歯車を使用する歯車減速機を使用しているが、ポンプの用途に応じて適宜変更が可能なもので、歯車の種類に特段の限定はないものである。
また、例えば、内接式遊星歯車と円弧系歯車で構成されるサイクロ減速機（住友重機工業の登録商標）など、特殊な構成の減速機構を使用することもでき、その種類にも特段の制限はないものである。

前記マグネット部２４は、開口部にフランジを有する有底円筒体からなるもので、内部には、前記ギアｇの駆動シャフト４１の他端部に設けられたローター５１が回転自在に配置されたものである。

このローター５１は、円柱状のローター主体の中心部に前記ギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔を有し、外周部には所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する一方のインナーマグネット５を固定したもので、前記挿通孔にはギアｇの駆動シャフト４１が、キーとキー溝によって固定されたものである。

前記マグネット部２４の外周部には、所要間隔を存して有底円筒状の回転部材６１が、前記マグネット部２４の外周部を覆うようにして回転自在に配置されている。

この回転部材６１の内周部の、前記マグネット部２４に固定されたインナーマグネット５と相対する部位には、所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する他方のアウターマグネット６が固定され、その底部の中心部には、先端部がモータなどの外部駆動源と連結する駆動シャフト２６の基端部が固定されている。

なお、前記駆動シャフト２６の基端部側は、前記ケーシング２を構成するベース部２３に接して配置された、円筒状のカバー部材２５に連設して設けられたベアリング部２７のベアリングによって回転自在に支承されている。

これら記ヘッド部２１，駆動体保持部２２，ベース部２３およびマグネット部２４は、いずれも隣接する部材同士がＯリングを介して相互に連結され、ギアポンプ1内を流出入する流体が外部に漏れ出すことを防止するよう構成されている。

かかる構成からなるギアポンプ１は、モータなどの外部駆動力を作動させると、駆動シャフト２６が同時に回転し、この駆動シャフト２６と一体の回転部材６１も同時に回転することになる。
この回転部材６１の内周面には、前記したリング状のアウターマグネット６が配置されているので、アウターマグネット６も同時に回転する。

このアウターマグネット６の回転によって、有底筒状のマグネット部２４を介して相対配置されたインナーマグネット５が磁気結合作用によって作動すると、ローター５１も回転し始め、その回転は、駆動シャフト４１を介して減速機構４を構成するギアｇに伝えられる。

このギヤｇの回転によってギアＧが回転すると、ギアＧと連結するギア機構３の駆動シャフト３２が回転するので、駆動ギア３１と従動ギア３３も同時に回転し、流体が吸入口１Ａからギアポンプ１内に吸い込まれ、吐出口から定量排出されるものである。

したがって、ギアポンプ１内に流入する流体の抵抗によってギア機構３に大きな負荷が作用しても、あらかじめ設定された減速比で対応できる場合には、インナーマグネット５とアウターマグネット６との間でスリップ現象が発生することがなく、円滑に流体を処理することができるものである。

前記ギア機構３は、インナーマグネット５とアウターマグネット６との磁気結合作用で直接駆動されず、減速機構４を介して駆動されるよう構成されているので、外部動力としてのモータの小型化と、マグネットカップリングを構成するインナーマグネット５とアウターマグネット６の大型化をさせることなく、低粘度から高粘度の流体まで、ギアポンプの特性を最大限に利用しながら、効果的に処理することができる。

上記実施例では、ポンプとしてギアポンプを示したが、うずまきポンプ、ねじポンプ、ベーンポンプ、ロータリーポンプ、ピストンポンプなど各種のポンプにも利用可能なものである。
また、こられポンプは、「動力源→仕事」として利用するが基本的なメカニズムとなっているが、油圧モータのように仕事（エネルギー）→動力源としても利用可能である。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプは、ポンプの駆動体を小さな外部動力によって効率的に駆動させることができ、マグネットカップリング機構の構成のためにネオジウム系磁石などの高価なものを使用する必要がないので、多くのポンプに利用することができる。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプの実施例としての、ギアポンプの一例の一部切欠き断面図である。

符号の説明

１ ギアポンプ
２ ケーシング
２１ ヘッド部
２２ 駆動体保持部
２３ ベース部
２４ マグネット部
２５ カバー部材
２６ 駆動シャフト
２７ ベアリング部
３ ギア機構
３１ 駆動ギア
３２ 駆動シャフト
３３ 従動ギア
３４ 駆動シャフト
Ｂ 軸受け部材
４ 減速機構
４１ 駆動シャフト
Ｓ 空隙部
ｇ，Ｇ ギア
５ インナーマグネット
５１ ローター
６ アウターマグネット
６１ 回転部材
Ｂ 軸受け部材
Ｈ 挿通孔

この発明は、低粘度から高粘度までの流体や高粘度・高圧流体の移送に際し、二つのマグネットの磁気作用によって、流体を外部に漏らすことなく、効率的に送液することが可能なポンプ、特に、マグネットカップリング機構（無軸封機構）を有するポンプに関するものである。

磁気作用によってギアなどの駆動体を駆動させる、マグネットカップリング機構を有するポンプの市場ニーズは、近年、さらに高まる傾向にある。
最近の動向としては、根幹技術である磁石業界において、ネオジム系磁石を始めとしたマグネットの高性能化により、数十年前に比べ、ハイパフォーマンスなポンプの提供が可能になりつつある。

このようなマグネットカップリング機構を有したポンプ業界において、殆どの機種は、遠心式ポンプである。
この遠心式ポンプは、他の様式のポンプに比べ低揚程、大容量、低粘度の流体を移送する目的に適し、マグネットカップリングに大きな伝達能力を要求されない。
そのため、ポンプのサイズに対し、マグネットカップリングの大きさを比較的小さく設計できる。このことは、コストの面でも大きく寄与している。

この遠心式ポンプに対し、ギアポンプにおいては、マグネットカップリングに使用される磁石の高性能化により、最近、漸く実用化され、市場にも受け入れられつつある。

かかるマグネットカップリング機構を有するギアポンプとしては、例えば、特開２００６− ５２６５２号公報（特許文献１）に示されるギアポンプがある。
このギアポンプは、ギアへの回転力伝達機構や、収納体の外部への液漏れ防止構造を簡素化でき、かつ小型化を達成しようとするものである。
具体的には、連動する複数のギアと、外部と隔離した状態で該ギアを密閉収納する収納体と、この収納体内に流体を流入する流入経路と、前記収納体内から流体を吐出する吐出経路とを備えるギアポンプにおいて、前記複数のギアのうち少なくとも一つ以上が転位平歯車であって、前記ギアのうち少なくとも一つに磁性体が取り付けられ、前記外部に駆動源が配置され、前記駆動源の通電により、前記磁性体が取り付けられたギアに回転駆動力を与える構成としたものである。

また、特開２００７−２８５２７０号公報（特許文献２）においては、低速回転時においても、駆動軸からポンプ駆動回転体（又は駆動ギア）への動力伝達ロスが、殆ど生じない可変容量ポンプが提案されている。
この可変容量ポンプは、ポンプハウジングと、外部駆動源によって回転駆動される駆動軸及び、前記ポンプハウジング内に回転可能に設けられたポンプ駆動回転体を備えたものであって、前記ポンプ駆動回転体の中央には、前記駆動軸を挿通するための軸孔が設けられ、前記ポンプ駆動回転体の軸孔を区画している内周壁部、及び前記軸孔の内周壁部に対向する前記駆動軸の、外周部のうちの一方が永久磁石で形成され、他方が磁性材料で形成されたものである。

また、特表２００７−５３１８４４号公報（特許文献３）においては、磁気駆動型ギアポンプが提案されている。
この磁気駆動型ギアポンプは、ハウジングと、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリに磁気結合されているが、それから間隔をおいて配置され、それらの間に配置された環状キャニスタが備わった回転可能な環状磁気駆動アセンブリとを有し、環状磁気駆動アセンブリが回転すると、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリが、偏位状静止シャフトの第１シャフト部分において回転するとともに、ロータギアが、偏位状静止シャフトの第２シャフト部分において回転するアイドラーギアを駆動するというものである。
特開２００６− ５２６５２号公報（特許請求の範囲） 特開２００７−２８５２７０号公報（特許請求の範囲） 特表２００７−５３１８４４号公報（特許請求の範囲）

これらのギアポンプは様々な流体に採用されており、特に、高粘度流体の定量移送や計量移送や油圧動力伝達装置においては、高圧力発生器として様々な回転速度域において使用されている。
しかしながら、これら高粘度・高圧流体の移送等には、必然的に大きな伝達トルクを有する大型のマグネットカップリングが必要となる。
すなわち、ギアポンプで高粘度又は高圧流体を移送しようとする場合、ギアポンプに大きな負荷が作用するため、マグネットカップリング機構部において、いわゆるスリップ現象が発生し、外部駆動源のトルクがそのままギアポンプに反映されなくなって、定量移送や計量移送が望まれるギアポンプにおいては、致命的な問題が生じる。
そのため、マグネットカップリングに高いトルク伝達能力を要求する仕様のものについては、マグネットカップリングの性能を向上させるため、マグネット自体の表面積を大きくする必要があるので、装置を大型化せざるを得ない。

一方、マグネットカップリングの性能は、磁石の性能に大きく影響されるため、高性能なマグネットカップリングは、前記理由で装置自体を大型化せざるを得ないので、より効率の良いネオジウム磁石の利用が試みられている。
しかしながら、ネオジウム磁石のようなレアメタルは、きわめて高価であるとともに、近年入手が困難になりつつあるため、小さなマグネットカップリングで、大きな伝達トルクの得られるギアポンプの提供が求められている。

この発明はかかる現状に鑑み、ポンプの駆動部における流体漏出のおそれがなく、比較的小さい伝達トルクを有するマグネットカップリングを用いて、ポンプ側が必要とする大きな伝達トルクを発生させることができ、かつ機構が簡単で、レアメタルなどの高価な材料を必要としない、コストパフォーマンスの高いマグネットカップリング機構を有するポンプを提供せんとするものである。

前記目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の発明は、
少なくとも一つの吸入口および吐出口を有する一つの密閉型のケーシング内に、ポンプ駆動体としてのギア機構と、このギア機構を駆動させるための減速機構と、この減速機構を駆動させるマグネットカップリング機構を配置したものであって、
前記マグネットカップリング機構は、
外周部に円筒状のインナーマグネットが設けられ、中心部に減速機構を駆動させるための駆動シャフトの一端部が連結されたローターが内部に回転自在に配置された有底筒状のマグネット部と、内周部に前記インナーマグネットと相対する円筒状のアウターマグネットが設けられ、前記マグネット部の外周部との間に所要の間隔を存して配置され、かつ外部駆動源によって回転する円筒状の回転部材とからなること
を特徴とするマグネットカップリング機構を有するポンプである。

また、この発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のマグネットカップリング機構を有するポンプにおいて、
前記ポンプは、
ギアポンプであること
を特徴とするものである。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプは、ポンプを駆動させる駆動体の回転を、マグネットカップリング機構を使用して行なうに際し、前記ポンプの駆動体とマグネットカップリング機構との間に減速機構を介在させて行なうように構成されているので、小さな外部動力でも効率的に前記ポンプの駆動体を駆動させることができ、高粘度又は高圧力の流体であっても、マグネットカップリング機構部で、いわゆるスリップ現象を発生させることなく、ポンプを効率的に駆動させることができる。

また、ポンプの駆動体と減速機構およびマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットが、一つの密閉型のケーシング内に設けられているので、ポンプの駆動部における流体漏出のおそれがない。

また、このマグネットカップリング機構を有するポンプは、高粘度や高圧力の流体であっても、ケーシングに内蔵する減速機構の減速比を適宜選択することによって、マグネットカップリング機構を構成するマグネットを大型化させることなく、小型で制作が容易なポンプを得ることができる。
その結果、ポンプの汎用化、量産化、標準化がきわめて容易となる。
さらに、価格の高いレアメタル製のマグネットを使用する必要もないので、ポンプの省資源化になるとともに、安価に提供できるものである。

以下、この発明にかかるマグネットカップリング機構を有するポンプの好ましい実施の一形態を、ギアポンプの場合を例として、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
なお、この発明は後述する実施例にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々改良することが可能なものである。

好適な実施例としてのギアポンプ１は、一つの密閉型のケーシング２と、前記ケーシング２内に装着されるポンプ駆動体としてのギア機構３と、このギア機構３を駆動させるための減速機構４、および前記減速機構４を駆動させるためのマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネット５と、アウターマグネット６で構成されるものである。

このギアポンプ１の一つの筐体となる密閉型のケーシング２は、少なくとも一つの吸入口１Ａおよび吐出口（図示せず）を有するものである。
この実施例においては、密閉型のケーシング２は、ヘッド部２１、駆動体保持部２２、ベース部２３およびマグネット部２４の、４つの構成体から構成されている。

前記ヘッド部２１は、ギアポンプ１の駆動体を構成する駆動ギア３１の駆動シャフト３２の一端部を支承するもので、有底円柱体の開口部に接続用のフランジが一体的に形成され、その内部には、前記駆動ギア３１の一端部を支承する円筒状の軸受け部２１ａが軸方向に沿って偏倚させて形成されている。

前記駆動体保持部２２は、内部に駆動ギア３１と従動ギア３３が配置可能な空隙部を有する円筒状部材から形成されたもので、一方の開口部には前記ヘッド部２１が、他方の開口部には、後述するベース部２３がボルトによって一体的に連設されるものである。

この駆動体保持部２２内には、前記ギア機構３を構成する駆動ギア３１と従動ギア３３とが、互いに噛合った状態で保持されるものである。
その際、前記駆動シャフト３２の一端部は、前記ヘッド部２１に偏倚形成された前記軸受け部２１ａにリング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に保持されている。

前記ベース部材２３は、異形の円柱体の所要部位に、軸と直交させて、減速機構４を装着するための所要の径と幅を有する空隙部Ｓが形成されたものである。
この空隙部Ｓに対し、駆動体保持部２２側の端面からは、軸と平行に前記駆動シャフト３２の他端部を挿通させるための挿通孔Ｈが、また、反対側の端面からは、前記減速機構４を構成する一方のギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔Ｈが、いずれも前記空隙部Ｓと連通するように形成されている。
また、駆動体保持部２２側の端面には、軸と平行に前記従動ギア３３の駆動シャフト３４を、リング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に支承するための軸受け部３５が偏倚形成されている。

この空隙部Ｓ内に装置される減速機構４は、所望の変速比を有する径の異なる一対のギアｇ，Ｇとから構成されている。
他方のギアＧの中心部には、前記駆動ギア３１の駆動シャフト３２の先端部が、キーとキー溝とによって一体的に回転できるよう設けられている。
なお、変速比は使用する液体によって異なるので、適宜設定することができるが、１：３〜４０程度が実用的に好ましいものである。

なお、この減速機構４は、図示した実施例においては、一般的な平歯車を使用する歯車減速機を使用しているが、ポンプの用途に応じて適宜変更が可能なもので、歯車の種類に特段の限定はないものである。
また、例えば、内接式遊星歯車と円弧系歯車で構成されるサイクロ減速機（住友重機工業の登録商標）など、特殊な構成の減速機構を使用することもでき、その種類にも特段の制限はないものである。

前記マグネット部２４は、開口部にフランジを有する有底円筒体からなるもので、内部には、前記ギアｇの駆動シャフト４１の他端部に設けられたローター５１が回転自在に配置されたものである。

このローター５１は、円柱状のローター主体の中心部に前記ギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔を有し、外周部には所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する一方のインナーマグネット５を固定したもので、前記挿通孔にはギアｇの駆動シャフト４１が、キーとキー溝によって固定されたものである。

前記マグネット部２４の外周部には、所要間隔を存して有底円筒状の回転部材６１が、前記マグネット部２４の外周部を覆うようにして回転自在に配置されている。

この回転部材６１の内周部の、前記マグネット部２４に固定されたインナーマグネット５と相対する部位には、所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する他方のアウターマグネット６が固定され、その底部の中心部には、先端部がモータなどの外部駆動源と連結する駆動シャフト２６の基端部が固定されている。

なお、前記駆動シャフト２６の基端部側は、前記ケーシング２を構成するベース部２３に接して配置された、円筒状のカバー部材２５に連設して設けられたベアリング部２７のベアリングによって回転自在に支承されている。

これら記ヘッド部２１，駆動体保持部２２，ベース部２３およびマグネット部２４は、いずれも隣接する部材同士がＯリングを介して相互に連結され、ギアポンプ1内を流出入する流体が外部に漏れ出すことを防止するよう構成されている。

かかる構成からなるギアポンプ１は、モータなどの外部駆動力を作動させると、駆動シャフト２６が同時に回転し、この駆動シャフト２６と一体の回転部材６１も同時に回転することになる。
この回転部材６１の内周面には、前記したリング状のアウターマグネット６が配置されているので、アウターマグネット６も同時に回転する。

このアウターマグネット６の回転によって、有底筒状のマグネット部２４を介して相対配置されたインナーマグネット５が磁気結合作用によって作動すると、ローター５１も回転し始め、その回転は、駆動シャフト４１を介して減速機構４を構成するギアｇに伝えられる。

このギヤｇの回転によってギアＧが回転すると、ギアＧと連結するギア機構３の駆動シャフト３２が回転するので、駆動ギア３１と従動ギア３３も同時に回転し、流体が吸入口１Ａからギアポンプ１内に吸い込まれ、吐出口から定量排出されるものである。

したがって、ギアポンプ１内に流入する流体の抵抗によってギア機構３に大きな負荷が作用しても、あらかじめ設定された減速比で対応できる場合には、インナーマグネット５とアウターマグネット６との間でスリップ現象が発生することがなく、円滑に流体を処理することができるものである。

前記ギア機構３は、インナーマグネット５とアウターマグネット６との磁気結合作用で直接駆動されず、減速機構４を介して駆動されるよう構成されているので、外部動力としてのモータの小型化と、マグネットカップリングを構成するインナーマグネット５とアウターマグネット６の大型化をさせることなく、低粘度から高粘度の流体まで、ギアポンプの特性を最大限に利用しながら、効果的に処理することができる。

上記実施例では、ポンプとしてギアポンプを示したが、うずまきポンプ、ねじポンプ、ベーンポンプ、ロータリーポンプ、ピストンポンプなど各種のポンプにも利用可能なものである。
また、こられポンプは、「動力源→仕事」として利用するが基本的なメカニズムとなっているが、油圧モータのように仕事（エネルギー）→動力源としても利用可能である。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプは、ポンプの駆動体を小さな外部動力によって効率的に駆動させることができ、マグネットカップリング機構の構成のためにネオジウム系磁石などの高価なものを使用する必要がないので、多くのポンプに利用することができる。

この発明のマグネットカップリング機構を有するポンプの実施例としての、ギアポンプの一例の一部切欠き断面図である。

１ ギアポンプ
２ ケーシング
２１ ヘッド部
２２ 駆動体保持部
２３ ベース部
２４ マグネット部
２５ カバー部材
２６ 駆動シャフト
２７ ベアリング部
３ ギア機構
３１ 駆動ギア
３２ 駆動シャフト
３３ 従動ギア
３４ 駆動シャフト
Ｂ 軸受け部材
４ 減速機構
４１ 駆動シャフト
Ｓ 空隙部
ｇ，Ｇ ギア
５ インナーマグネット
５１ ローター
６ アウターマグネット
６１ 回転部材
Ｂ 軸受け部材
Ｈ 挿通孔

この発明は、低粘度から高粘度までの流体や高粘度・高圧流体の移送に際し、二つのマグネットの磁気作用によって、流体を外部に漏らすことなく、効率的に送液することが可能な、マグネットカップリング機構（無軸封機構）を有するギアポンプに関するものである。

磁気作用によってギアなどの駆動体を駆動させる、マグネットカップリング機構を有するポンプの市場ニーズは、近年、さらに高まる傾向にある。
最近の動向としては、根幹技術である磁石業界において、ネオジム系磁石を始めとしたマグネットの高性能化により、数十年前に比べ、ハイパフォーマンスなポンプの提供が可能になりつつある。

このようなマグネットカップリング機構を有したポンプ業界において、殆どの機種は、遠心式ポンプである。
この遠心式ポンプは、他の様式のポンプに比べ低揚程、大容量、低粘度の流体を移送する目的に適し、マグネットカップリングに大きな伝達能力を要求されない。
そのため、ポンプのサイズに対し、マグネットカップリングの大きさを比較的小さく設計できる。このことは、コストの面でも大きく寄与している。

この遠心式ポンプに対し、ギアポンプにおいては、マグネットカップリングに使用される磁石の高性能化により、最近、漸く実用化され、市場にも受け入れられつつある。

かかるマグネットカップリング機構を有するギアポンプとしては、例えば、特開２００６− ５２６５２号公報（特許文献１）に示されるギアポンプがある。
このギアポンプは、ギアへの回転力伝達機構や、収納体の外部への液漏れ防止構造を簡素化でき、かつ小型化を達成しようとするものである。
具体的には、連動する複数のギアと、外部と隔離した状態で該ギアを密閉収納する収納体と、この収納体内に流体を流入する流入経路と、前記収納体内から流体を吐出する吐出経路とを備えるギアポンプにおいて、前記複数のギアのうち少なくとも一つ以上が転位平歯車であって、前記ギアのうち少なくとも一つに磁性体が取り付けられ、前記外部に駆動源が配置され、前記駆動源の通電により、前記磁性体が取り付けられたギアに回転駆動力を与える構成としたものである。

また、特開２００７−２８５２７０号公報（特許文献２）においては、低速回転時においても、駆動軸からポンプ駆動回転体（又は駆動ギア）への動力伝達ロスが、殆ど生じない可変容量ポンプが提案されている。
この可変容量ポンプは、ポンプハウジングと、外部駆動源によって回転駆動される駆動軸及び、前記ポンプハウジング内に回転可能に設けられたポンプ駆動回転体を備えたものであって、前記ポンプ駆動回転体の中央には、前記駆動軸を挿通するための軸孔が設けられ、前記ポンプ駆動回転体の軸孔を区画している内周壁部、及び前記軸孔の内周壁部に対向する前記駆動軸の、外周部のうちの一方が永久磁石で形成され、他方が磁性材料で形成されたものである。

また、特表２００７−５３１８４４号公報（特許文献３）においては、磁気駆動型ギアポンプが提案されている。
この磁気駆動型ギアポンプは、ハウジングと、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリに磁気結合されているが、それから間隔をおいて配置され、それらの間に配置された環状キャニスタが備わった回転可能な環状磁気駆動アセンブリとを有し、環状磁気駆動アセンブリが回転すると、環状従動マグネット・ロータギアアセンブリが、偏位状静止シャフトの第１シャフト部分において回転するとともに、ロータギアが、偏位状静止シャフトの第２シャフト部分において回転するアイドラーギアを駆動するというものである。
特開２００６− ５２６５２号公報（特許請求の範囲） 特開２００７−２８５２７０号公報（特許請求の範囲） 特表２００７−５３１８４４号公報（特許請求の範囲）

これらのギアポンプは様々な流体に採用されており、特に、高粘度流体の定量移送や計量移送や油圧動力伝達装置においては、高圧力発生器として様々な回転速度域において使用されている。
しかしながら、これら高粘度・高圧流体の移送等には、必然的に大きな伝達トルクを有する大型のマグネットカップリングが必要となる。
すなわち、ギアポンプで高粘度又は高圧流体を移送しようとする場合、ギアポンプに大きな負荷が作用するため、マグネットカップリング機構部において、いわゆるスリップ現象が発生し、外部駆動源のトルクがそのままギアポンプに反映されなくなって、定量移送や計量移送が望まれるギアポンプにおいては、致命的な問題が生じる。
そのため、マグネットカップリングに高いトルク伝達能力を要求する仕様のものについては、マグネットカップリングの性能を向上させるため、マグネット自体の表面積を大きくする必要があるので、装置を大型化せざるを得ない。

一方、マグネットカップリングの性能は、磁石の性能に大きく影響されるため、高性能なマグネットカップリングは、前記理由で装置自体を大型化せざるを得ないので、より効率の良いネオジウム磁石の利用が試みられている。
しかしながら、ネオジウム磁石のようなレアメタルは、きわめて高価であるとともに、近年入手が困難になりつつあるため、小さなマグネットカップリングで、大きな伝達トルクの得られるギアポンプの提供が求められている。

この発明はかかる現状に鑑み、ポンプの駆動部における流体漏出のおそれがなく、比較的小さい伝達トルクを有するマグネットカップリングを用いて、ポンプ側が必要とする大きな伝達トルクを発生させることができ、かつ機構が簡単で、レアメタルなどの高価な材料を必要としない、コストパフォーマンスの高いマグネットカップリング機構を有するギアポンプを提供せんとするものである。

前記目的を達成するため、この発明の請求項１に記載の発明は、
少なくとも一つの吸入口および吐出口を有する一つの密封型のケーシング内に、ポンプ駆動体としてのギア機構と、このギア機構を駆動させるための減速機構と、この減速機構を駆動させるマグネットカップリング機構を配置したものであって、
前記マグネットカップリング機構は、
外周部に円筒状のインナーマグネットが設けられ、中心部に減速機構を駆動させるための駆動シャフトの一端部が連結されたローターが内部に回転自在に配置された有底筒状のマグネット部と、内周部に前記インナーマグネットと相対する円筒状のアウターマグネットが設けられ、前記マグネット部の外周部との間に所要の間隔を存して配置され、かつ外部駆動源によって回転する円筒状の回転部材とからなること
を特徴とするマグネットカップリング機構を有するギアポンプである。

この発明のマグネットカップリング機構を有するギアポンプは、ギアポンプを駆動させる駆動体の回転を、マグネットカップリング機構を使用して行なうに際し、前記ギアポンプの駆動体とマグネットカップリング機構との間に減速機構を介在させて行なうように構成されているので、小さな外部動力でも効率的に前記ギアポンプの駆動体を駆動させることができ、高粘度又は高圧力の流体であっても、マグネットカップリング機構部で、いわゆるスリップ現象を発生させることなく、ギアポンプを効率的に駆動させることができる。

また、ギアポンプの駆動体と減速機構およびマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットが、一つの密封型のケーシング内に設けられているので、ギアポンプの駆動部における流体漏出のおそれがない。

また、このマグネットカップリング機構を有するギアポンプは、高粘度や高圧力の流体であっても、ケーシングに内蔵する減速機構の減速比を適宜選択することによって、マグネットカップリング機構を構成するマグネットを大型化させることなく、小型で制作が容易なギアポンプを得ることができる。
その結果、ギアポンプの汎用化、量産化、標準化がきわめて容易となる。
さらに、価格の高いレアメタル製のマグネットを使用する必要もないので、ギアポンプの省資源化になるとともに、安価に提供できるものである。

以下、この発明にかかるマグネットカップリング機構を有するギアポンプの好ましい実施の一形態を、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
なお、この発明は後述する実施例にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々改良することが可能なものである。

好適な実施例としてのギアポンプ１は、一つの密封型のケーシング２と、前記ケーシング２内に装着されるポンプ駆動体としてのギア機構３と、このギア機構３を駆動させるための減速機構４、および前記減速機構４を駆動させるためのマグネットカップリング機構を構成するインナーマグネット５と、アウターマグネット６で構成されるものである。

このギアポンプ１の一つの筐体となる密封型のケーシング２は、少なくとも一つの吸入口１Ａおよび吐出口（図示せず）を有するものである。
この実施例においては、密閉型のケーシング２は、ヘッド部２１、駆動体保持部２２、ベース部２３およびマグネット部２４の、４つの構成体から構成されている。

前記ヘッド部２１は、ギアポンプ１の駆動体を構成する駆動ギア３１の駆動シャフト３２の一端部を支承するもので、有底円柱体の開口部に接続用のフランジが一体的に形成され、その内部には、前記駆動ギア３１の一端部を支承する円筒状の軸受け部２１ａが軸方向に沿って偏倚させて形成されている。

前記駆動体保持部２２は、内部に駆動ギア３１と従動ギア３３が配置可能な空隙部を有する円筒状部材から形成されたもので、一方の開口部には前記ヘッド部２１が、他方の開口部には、後述するベース部２３がボルトによって一体的に連設されるものである。

この駆動体保持部２２内には、前記ギア機構３を構成する駆動ギア３１と従動ギア３３とが、互いに噛合った状態で保持されるものである。
その際、前記駆動シャフト３２の一端部は、前記ヘッド部２１に偏倚形成された前記軸受け部２１ａにリング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に保持されている。

前記ベース部材２３は、異形の円柱体の所要部位に、軸と直交させて、減速機構４を装着するための所要の径と幅を有する空隙部Ｓが形成されたものである。
この空隙部Ｓに対し、駆動体保持部２２側の端面からは、軸と平行に前記駆動シャフト３２の他端部を挿通させるための挿通孔Ｈが、また、反対側の端面からは、前記減速機構４を構成する一方のギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔Ｈが、いずれも前記空隙部Ｓと連通するように形成されている。
また、駆動体保持部２２側の端面には、軸と平行に前記従動ギア３３の駆動シャフト３４を、リング状の軸受け部材Ｂを介して回転自在に支承するための軸受け部３５が偏倚形成されている。

この空隙部Ｓ内に装置される減速機構４は、所望の変速比を有する径の異なる一対のギアｇ，Ｇとから構成されている。
他方のギアＧの中心部には、前記駆動ギア３１の駆動シャフト３２の先端部が、キーとキー溝とによって一体的に回転できるよう設けられている。
なお、変速比は使用する液体によって異なるので、適宜設定することができるが、１：３〜４０程度が実用的に好ましいものである。

なお、この減速機構４は、図示した実施例においては、一般的な平歯車を使用する歯車減速機を使用しているが、ポンプの用途に応じて適宜変更が可能なもので、歯車の種類に特段の限定はないものである。
また、例えば、内接式遊星歯車と円弧系歯車で構成されるサイクロ減速機（住友重機工業の登録商標）など、特殊な構成の減速機構を使用することもでき、その種類にも特段の制限はないものである。

前記マグネット部２４は、開口部にフランジを有する有底円筒体からなるもので、内部には、前記ギアｇの駆動シャフト４１の他端部に設けられたローター５１が回転自在に配置されたものである。

このローター５１は、円柱状のローター主体の中心部に前記ギアｇの駆動シャフト４１を挿通させるための挿通孔を有し、外周部には所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する一方のインナーマグネット５を固定したもので、前記挿通孔にはギアｇの駆動シャフト４１が、キーとキー溝によって固定されたものである。

前記マグネット部２４の外周部には、所要間隔を存して有底円筒状の回転部材６１が、前記マグネット部２４の外周部を覆うようにして回転自在に配置されている。

この回転部材６１の内周部の、前記マグネット部２４に固定されたインナーマグネット５と相対する部位には、所要の幅でリング状に凹状部が形成され、この凹状部内に前記マグネットカップリング機構を構成する他方のアウターマグネット６が固定され、その底部の中心部には、先端部がモータなどの外部駆動源と連結する駆動シャフト２６の基端部が固定されている。

なお、前記駆動シャフト２６の基端部側は、前記ケーシング２を構成するベース部２３に接して配置された、円筒状のカバー部材２５に連設して設けられたベアリング部２７のベアリングによって回転自在に支承されている。

これら記ヘッド部２１，駆動体保持部２２，ベース部２３およびマグネット部２４は、いずれも隣接する部材同士がＯリングを介して相互に連結され、ギアポンプ1内を流出入する流体が外部に漏れ出すことを防止するよう構成されている。

かかる構成からなるギアポンプ１は、モータなどの外部駆動力を作動させると、駆動シャフト２６が同時に回転し、この駆動シャフト２６と一体の回転部材６１も同時に回転することになる。
この回転部材６１の内周面には、前記したリング状のアウターマグネット６が配置されているので、アウターマグネット６も同時に回転する。

このアウターマグネット６の回転によって、有底筒状のマグネット部２４を介して相対配置されたインナーマグネット５が磁気結合作用によって作動すると、ローター５１も回転し始め、その回転は、駆動シャフト４１を介して減速機構４を構成するギアｇに伝えられる。

このギヤｇの回転によってギアＧが回転すると、ギアＧと連結するギア機構３の駆動シャフト３２が回転するので、駆動ギア３１と従動ギア３３も同時に回転し、流体が吸入口１Ａからギアポンプ１内に吸い込まれ、吐出口から定量排出されるものである。

したがって、ギアポンプ１内に流入する流体の抵抗によってギア機構３に大きな負荷が作用しても、あらかじめ設定された減速比で対応できる場合には、インナーマグネット５とアウターマグネット６との間でスリップ現象が発生することがなく、円滑に流体を処理することができるものである。

前記ギア機構３は、インナーマグネット５とアウターマグネット６との磁気結合作用で直接駆動されず、減速機構４を介して駆動されるよう構成されているので、外部動力としてのモータの小型化と、マグネットカップリングを構成するインナーマグネット５とアウターマグネット６の大型化をさせることなく、低粘度から高粘度の流体まで、ギアポンプの特性を最大限に利用しながら、効果的に処理することができる。

上記実施例では、ポンプとしてギアポンプを示したが、うずまきポンプ、ねじポンプ、ベーンポンプ、ロータリーポンプ、ピストンポンプなど各種のポンプにも利用可能なものである。
また、こられポンプは、「動力源→仕事」として利用するが基本的なメカニズムとなっているが、油圧モータのように仕事（エネルギー）→動力源としても利用可能である。

この発明のマグネットカップリング機構を有するギアポンプは、ポンプの駆動体を小さな外部動力によって効率的に駆動させることができ、マグネットカップリング機構の構成のためにネオジウム系磁石などの高価なものを使用する必要がないので、多くのポンプに利用することができる。

この発明のマグネットカップリング機構を有するギアポンプの一例を示す一部切欠き断面図である。

１ ギアポンプ
２ ケーシング
２１ ヘッド部
２２ 駆動体保持部
２３ ベース部
２４ マグネット部
２５ カバー部材
２６ 駆動シャフト
２７ ベアリング部
３ ギア機構
３１ 駆動ギア
３２ 駆動シャフト
３３ 従動ギア
３４ 駆動シャフト
Ｂ 軸受け部材
４ 減速機構
４１ 駆動シャフト
Ｓ 空隙部
ｇ，Ｇ ギア
５ インナーマグネット
５１ ローター
６ アウターマグネット
６１ 回転部材
Ｂ 軸受け部材
Ｈ 挿通孔

Claims (3)

1. マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットとアウターマグネットとの磁気結合によって、ポンプの駆動体を駆動させるマグネットカップリング機構を有するポンプであって、
   前記ポンプの駆動体と、外部駆動源によって駆動されるマグネットカップリング機構との間に減速機構を介在させるとともに、
   前記ポンプの駆動体と減速機構、および少なくとも前記マグネットカップリング機構を構成するインナーマグネットが、一つの密閉型のケーシング内に配置されていること
   を特徴とするマグネットカップリング機構を有するポンプ。
2. 前記マグネットカップリング機構は、
   外周部に前記インナーマグネットが設けられ、中心部に減速機構を駆動させるための駆動シャフトの一端部が連結されたローターが内部に回転自在に配置された、前記密閉型のケーシングを構成する有底筒状のマグネット部と、内周部に前記インナーマグネットと相対するようアウターマグネットが設けられ、前記マグネット部の外周部との間に所要の間隔を存して配置され、かつ外部駆動源によって回転する円筒状の回転部材とからなること
   を特徴とする請求項１に記載のマグネットカップリング機構を有するポンプ。
3. 前記ポンプは、
   ギアポンプであること
   を特徴とする請求項１に記載のマグネットカップリング機構を有するポンプ。

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