JPH07103866B2 - クリーンポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子部品、IC部品等の精密部品の表面処理
装置内で使用される高純度薬品、純水等の循環、圧送用
ポンプに関するものである。

［従来技術］ 電子部分、IC部品等の製造工程では使用薬品の純度が製
品の品質に大きく影響するため、高耐食性材料を使用し
て異物の内部発生が少ないポンプを使用している。この
ため第５図に示すマグネットポンプや第６図に示すベロ
ーズポンプが多く使用されている。

然し、第５図に示すマグネットポンプ50ではケーシング
51内に設けたインペラ52の主軸53を支持する軸受54が必
要であり、この軸受54の部位から発生するごみが問題に
なっている。又材質的にも機械の構成上の制限があり、
充分な耐食性が得られない場合がある等の問題がある。
なお、第５図において、55は吸入口、56は吐出口、57は
アウタマグネット、58はインナマグネットを示す。

又第６図のベローズポンプ60はシリンダ61内のベローズ
62の弾性変形により液体を給送する方式であるため、逆
止弁63、64を除いてごみの発生する部位がなく、その点
では好都合である。然し液体の給送がベローズ62の弾性
変形により行なわれるため吐出量がマグネットポンプの
1/10程度で少なく、又コストも高い欠点がある。なお、
第６図において、65はポンプヘッド、66は吸入、吐出
管、67はボデー、68は駆動軸70のスリッパーリング、69
はセンターハウジングである。

［発明が解決しようとする課題］ この発明はごみの発生がなく、簡単な構造で多量の液体
を給送することができ、優れた耐食性を有するクリーン
ポンプの提供を課題とする。

［課題を解決するための技術的手段］ 上記の課題を解決するためこの発明は、 ポンプ室と、該ポンプ室に配置されて公転可能なインペ
ラと、該インペラを公転可能に保持する公転可能保持機
構と、駆動源を用いて前記インペラを公転させる駆動機
構と、を備えたクリーンポンプにおいて、 前記インペラの軸を駆動する前記駆動機構の軸の軸心と
前記ポンプ室の中心線とが、整合されて配置され、 且つ、前記インペラの軸の一端は、前記ポンプ室の中心
線から所定距離だけ偏心して、前記駆動機構の軸に回転
可能に固定されるとともに、 前記インペラの軸の一部は、前記ポンプ室側と前記駆動
機構側とを隔離する隔離部材に、揺動中心として揺動可
能な状態で取り付けられ、 更に、前記インペラの軸に支持部を介して取り付けられ
た作用部材は、自身の内側面にて液体を加速するように
前記インペラの軸を囲む筒状とされ、 前記駆動源により、前記インペラの軸の一端が、偏心し
て前記駆動機構の軸心の周りを回転する場合には、前記
インペラの軸自体が自転することなく、前記ポンプ室の
中心線に対して傾斜角を保持して安定に公転することに
より、前記インペラの筒状の作用部材を偏心して回動さ
せて、前記ポンプ室の軸方向から吸引された液体を前記
ポンプ室の周壁側に追いやって吐出する構成としたこと
を特徴とするクリーンポンプを要旨とする。

［作用］ インペラは公転可能保持機構と駆動機構とによりポンプ
室内でその中心線に対しみそすり運動する。このため吸
入口からポンプ室内に吸入された液体はポンプ室内でイ
ンペラによりポンプ室の周壁の方に追いやられ吐出口か
ら排出される。ポンプ室内にはインペラの回転による摩
擦部分がなく、又インペラ軸は摺動しないのでごみの発
生がなく、液体はクリーンの状態で吐出口から排出され
る。更に排出される液量はインペラの回転数を上げるこ
とにより増加させることができる。また、本発明では、
筒状の作用部材を有するインペラは、インペラの軸が公
転することにより、ポンプ室内にて作用部材が偏心して
回動し、それによって、あたかも、インペラの内径が変
化する様に作用する。

従って、本発明では、ポンプ室の軸方向から流入した液
体は、インペラの内部で、即ち筒状の作用部材の内側面
に沿って回転し、作用部材の内側面の端部から外周方向
に飛び出す速度が得られるまで十分に加速され、大きな
遠心力を付与されてインペラから飛び出する（第１の作
用と称す）。そのため、ポンプ室内の圧力は、ポンプ室
の外周部（周壁側）に行くほど高くなり、例えば外周部
に設けられた吐出口から吐出される。

また、上述した第２の作用によって、液体に吐出する力
を加えるだけでなく、インペラの軸の公転によって液体
を回転させるという動作（第２の作用と称す）、及びイ
ンペラの作用部材の回転によってその外側面にて液体を
押し出すという動作（第３の作用と称す）によっても、
液体を吐出させる力を一層増大することができる。

特に、第２の作用によつてまず加速された液体を、次に
作用部材の回転によって一層加速するので、その点から
も、効率よく吐出旅を増大させることができる。

つまり、本発明では、前記第１〜第３の作用を総合的に
利用して、極めて効率よくポンプを作用させることがで
きる。

［実施例］ 以下一実施例を示す第１〜４図によりこの発明を説明す
る。クリーンポンプ１においては、ケーシング５にヘッ
ドカバー６がパッキング７を介してねじ21により取り付
けられており、又ケーシング５にはダイヤフラム８がキ
ャップに押圧されてねじ着されている。上記の部材、即
ちケーシング５、ヘッドカバー６、パッキング７、ダイ
ヤフラム８及びキャップ９によりポンプ室10が形成さ
れ、ポンプ室10内ではインペラ11の軸11aがダイヤフラ
ム８の中心8aを貫通してポンプ室10の中心線10aに対し
傾斜角θを保持している。

インペラ11の軸11aは前述のようにダイヤフラム８の中
心8aを貫通してポンプ室10の外側に位置する駆動室12内
に突出しており、駆動室12内でダイヤフラム８の中心部
はインペラ11の軸11aに嵌め込んだリンクナット13及び
ナット14により軸11aのフランジ部11cに締め付けられて
いる。

インペラ11の軸11aは偏心量ｅを有するカップリング16
内に設けたボールジョイント15の内輪15aに固定されて
いる。カップリング16は駆動モータ17に取り付けられて
おり、駆動モータ17の軸心17aとカップリング16の軸心1
6aとポンプ室10の中心線10aとは整合している。モータ1
7の回転によりボールジョイント15の内輪15aは偏心量ｅ
を保持してモータ17の軸心17aのまわりに回転し、これ
によりインペラ11の軸11aをポンプ室10の中心線10aのま
わりに傾斜角θを保持したまま公転させる。リンクナッ
ト13は第３図に示すようにベースリンク19とポンプベー
ス18とにより構成されたユニバーサルジョイント20によ
りダイヤフラム８の中心8aを揺動中心として揺動する。
このユニバーサルジョイント20はダイヤフラム８の中心
8aにおいて直交する直線上に設けたポンプベース18上の
リンクピン19a及びベースリンク19上のリングピン13aと
による公知の構成を有し、全方位への回動を可能にして
いる。

第２図に示すようにポンプ室10及びインペラ11は円形で
あり、吸入口6aはポンプ室10の中心線10a上で開口し、
吐出口5aはポンプ室10の接線上で開口している。詳しく
は、インペラ11の軸11aには、軸11aから周方向に円盤状
に張り出す支持部11eが設けられており、この支持部11e
の周端には、軸11aを中心として軸11aの周りを囲む様
に、円筒状の作用部材11fが（支持部11eと垂直に）設け
られている。また、この作用部材11fは、ポンプ室10に
設けられた略ドーナッツ状の管状部10b内に配置されて
いる。従って、軸11aが公転すると、作用部材11fは管状
部10b内で揺動しながら公転することになる。

上記の構成において、揚液される流体（純水、めっき液
等）は吸入口6aからポンプ室10に導入され、インペラ11
内に満たされる。インペラ11は、ポンプ室10内で駆動モ
ータ17の回転によりポンプ室10の中心線10aに対し傾斜
角θを保持して公転する。この際ダイヤフラム８の中心
8aをリンクナット13等により構成されるユニバーサルジ
ョイント20が支持しているのでインペラ11は自転しな
い。従ってポンプ室10と駆動室12とを仕切るダイヤフラ
ム８はインペラ11が自転しないのでこじられることがな
くインペラ11の公転による変形のみを受ける。そして駆
動モータ17の駆動により公転するインペラ11はポンプ室
10内においてダイヤフラム８の中心8aを支点としていわ
ゆるみそすり運動をすることになる。第４図に示すよう
にインペラ11が（イ）の位置から角度θ_ｔ分回転して
（ロ）の位置に来るとインペラ11の最大周速ｖの方向が
変わるのでインペラ11は流体に遠心力を付与してインペ
ラ11外へ流体を送り出す。このためポンプ室10内の圧力
はポンプ室10の外周部に行く程高くなり、流体は吐出口
5aから吐出される。

上記の説明はインペラ11内の流体に対するインペラ11の
作用効果に就いて述べたが第４図に示すようにインペラ
11の軸心11bがケーシング５、ヘッドカバー６の喉部6b
及びケーシング５の喉部5bに対しても偏心量e_tを保持し
ているためインペラ11の軸11aと各喉部5b、6bで、又ケ
ーシング５とインペラ11の外周部とで流体を回転させる
作用が生じる。そしてそのいずれによっても流体をポン
プ室10の外周方向に追いやる遠心力が発生する。従って
本実施例では流体は３段階に増圧されて圧送される。

上記実施例ではポンプ室10と駆動室12とをダイヤフラム
８により区画しているが他にベローズを使用しても同様
の効果を期待することができる。またこの場合はユニバ
ーサルジョイント20の揺動中心をダイヤフラム８の中心
としなくてもよいが、ベローズに対して最も変形量の少
ない点を選ぶ必要がある。

又ユニバーサルジョイント20を直交するピンを有する構
成したが他の方式（例えば球面軸受等）でもインペラ11
の自転を防止することができ、かつ公転のみを行なわせ
る軸受けであれば本実施例と同様な効果を期待すること
ができる。

更に駆動源としてモータ10を使用したがインペラ11をポ
ンプ室10内で安定的に公転させる駆動源であればモータ
に限定するものではない。

上記実施例ではインペラ11内に４ケのバランスホール11
dを設けたが、このバランスホール11dは第１図において
インペラ11の左右の室（吸入口6a側とダイヤフラム８
側）の圧力のバランスを保つために設けられており、そ
の大きさ及び数については特に規制はないが、ポンプ室
10の中心線10aに対し傾斜したインペラ軸11aを中心線10
aに対し公転させるためにインペラの質量全体のバラン
スを考慮して決定する必要がある。

なお、インペラ11の回転を円滑にするためカップリング
16にバランスウェートを付加してもよい。

更にポンプ室10の内面形状、インペラ11の内外面の形状
について特に規制していないが、インペラ11の表面や、
ケーシング５の内面に液体の流線を考慮した溝等を設け
るとポンプの効率を向上させることができる。また、上
記実施例では、駆動源である駆動モータ17の軸心17aと
カップリング16の軸心16aとポンプ室10の中心線10aとが
整合性を保つ様に配置されているが、本発明の作動原理
からすれば、例えばカップリング16の軸心16aとポンプ
室10の中心線10aとが整合性を保つ様に配置されていれ
ば十分である。つまり、インペラ11を駆動する駆動機構
の軸心とポンプ室10の中心線10aとが整合性を保って配
置されていればよい。従って、例えば駆動機構の軸とし
ては、駆動モータ17の軸やカップリング16の軸が挙げら
れる（本実施例では、それが同軸の場合である。）。

［効果］ この発明は上記の構成を有するので次のような優れた効
果を有する。

（イ）ポンプ室内でインペラをポンプ室中心線に対し公
転させ、流体に遠心力を付加して圧送するので、従来の
マグネット方式（渦巻きポンプ方式）に匹敵する吐出性
能を実現することができる。

（ロ）ポンプ室内にインペラの駆動部や軸受がなく、可
動部はポンプ室外のインペラ軸の公転保持機構のみであ
るので、ベローズポンプ方式のような逆止弁がなく、ベ
ローズポンプ以上のクリーン度が得られる。

（ハ）ポンプ部はパッキングを含めて僅かに５点の部品
で構成されているのでコストが安い。又各部品は固定接
合のため潤滑の必要がない。更に材質上の制限を受けな
いので耐食性の優れた材料を使用することが可能とな
り、ポンプの寿命を伸ばすことができる。

（ニ）特に本発明では、まず、インペラの軸の公転によ
って液体を回転させて加速し、次いで、その液体をイン
ペラの筒状の作用部材の内側面に沿って回転させて十分
に加速するので、極めて効率よくポンプを作動させるこ
とができるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は一実施例の正断面図を示す。第２図は一部を破
断して示した第１図の側面図を示す。第３図はインペラ
軸の公転保持機構の斜視図を示す。第４図はポンプ室の
断面図を示す。第５図はマグネットポンプの正面図を示
す。第６図はベローズポンプの正面図を示す。 10……ポンプ室 10a……ポンプ室中心線 11……インペラ 11a……インペラ軸 ８……ダイヤフラム（インペラ軸を公転可能に保持する
機構） 20……ユニバーサルジョイント（インペラ軸を公転可能
に保持する機構） 15……ボールジョイント（インペラ軸の駆動機構） 16……カップリング（インペラ軸の駆動機構） 17……駆動モータ（インペラ軸の駆動機構）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ室と、該ポンプ室に配置されて公転
   可能なインペラと、該インペラを公転可能に保持する公
   転可能保持機構と、駆動源を用いて前記インペラを公転
   させる駆動機構と、を備えたクリーンポンプにおいて、 前記インペラの軸を駆動する前記駆動機構の軸の軸心と
   前記ポンプ室の中心線とが、整合されて配置され、 且つ、前記インペラの軸の一端は、前記ポンプ室の中心
   線から所定距離だけ偏心して、前記駆動機構の軸に回転
   可能に固定されるとともに、 前記インペラの軸の一部は、前記ポンプ室側と前記駆動
   機構側とを隔離する隔離部材に、揺動中心として揺動可
   能な状態で取り付けられ、 更に、前記インペラの軸に支持部を介して取り付けられ
   た作用部材は、自身の内側面にて液体を加速するように
   前記インペラの軸を囲む筒状とされ、 前記駆動源により、前記インペラの軸の一端が、偏心し
   て前記駆動機構の軸心の周りを回転する場合には、前記
   インペラの軸自体が自転することなく、前記ポンプ室の
   中心線に対して傾斜角を保持して安定に公転することに
   より、前記インペラの筒状の作用部材を偏心して回動さ
   せて、前記ポンプ室の軸方向から吸引された液体を前記
   ポンプ室の周壁側に追いやって吐出する構成としたこと
   を特徴とするクリーンポンプ。