特許第5767911号(P5767911)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社川本製作所の特許一覧

<>
  • 特許5767911-羽根車及び水中ポンプ 図000002
  • 特許5767911-羽根車及び水中ポンプ 図000003
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5767911
(24)【登録日】2015年6月26日
(45)【発行日】2015年8月26日
(54)【発明の名称】羽根車及び水中ポンプ
(51)【国際特許分類】
   F04D 7/04 20060101AFI20150806BHJP
   F04D 29/22 20060101ALI20150806BHJP
   F04D 29/24 20060101ALI20150806BHJP
【FI】
   F04D7/04 J
   F04D29/22 B
   F04D29/24 B
【請求項の数】6
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2011-189539(P2011-189539)
(22)【出願日】2011年8月31日
(65)【公開番号】特開2013-50094(P2013-50094A)
(43)【公開日】2013年3月14日
【審査請求日】2014年7月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】000148209
【氏名又は名称】株式会社川本製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100159651
【弁理士】
【氏名又は名称】高倉 成男
(74)【代理人】
【識別番号】100091351
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 哲
(74)【代理人】
【識別番号】100088683
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100109830
【弁理士】
【氏名又は名称】福原 淑弘
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100095441
【弁理士】
【氏名又は名称】白根 俊郎
(74)【代理人】
【識別番号】100084618
【弁理士】
【氏名又は名称】村松 貞男
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100119976
【弁理士】
【氏名又は名称】幸長 保次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140176
【弁理士】
【氏名又は名称】砂川 克
(74)【代理人】
【識別番号】100158805
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 守三
(74)【代理人】
【識別番号】100124394
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 立志
(74)【代理人】
【識別番号】100112807
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 貴志
(74)【代理人】
【識別番号】100111073
【弁理士】
【氏名又は名称】堀内 美保子
(74)【代理人】
【識別番号】100134290
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 将訓
(72)【発明者】
【氏名】飯盛 央隆
(72)【発明者】
【氏名】藤田 泰孝
(72)【発明者】
【氏名】岩田 健二
【審査官】 尾崎 和寛
(56)【参考文献】
【文献】 実公昭46−002846(JP,Y1)
【文献】 特開平11−006496(JP,A)
【文献】 特開2009−255172(JP,A)
【文献】 実開昭50−091101(JP,U)
【文献】 特開昭59−090794(JP,A)
【文献】 特開昭59−068599(JP,A)
【文献】 特開2010−229894(JP,A)
【文献】 国際公開第89/07715(WO,A1)
【文献】 米国特許第6152689(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F04D 7/04
F04D 29/22
F04D 29/24
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車であって、
第1シュラウドと、
前記第1シュラウドに対向して設けられた第2シュラウドと、
前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根と、
を備えることを特徴とする羽根車。
【請求項2】
前記羽根は、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方と、溶接により接合されることを特徴とする請求項1に記載の羽根車。
【請求項3】
前記羽根は、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方と、締結部材により結合されることを特徴とする請求項1に記載の羽根車。
【請求項4】
モータと、
前記モータに接続された回転軸と、
第1シュラウド、前記第1シュラウドに対向して設けられた第2シュラウド、及び、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根を具備する羽根車と、
前記羽根車を収納するポンプケーシングと、
を備えることを特徴とする水中ポンプ。
【請求項5】
前記羽根は、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方と、溶接により接合されることを特徴とする請求項4に記載の羽根車。
【請求項6】
前記羽根は、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方と、鋳造により一体に成型されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方と、締結部材により結合されることを特徴とする請求項4に記載の羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、汚水等を送水する羽根車及び羽根車を用いた水中ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
汚水等の送水に用いる水中ポンプは、渦巻形のケーシング内に羽根車が収容された渦巻ポンプが用いられる。水中ポンプは、羽根車が回転することで、ケーシングの下面に設けられた吸込口から吸い込まれた汚水をケーシングの側面に設けられた吐出口から吐出する構成が知られている。
【0003】
このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に含まれた異物が回転軸や羽根車等に巻き込まれることによる故障等を防止するために、汚水中に含まれる汚物を確実に排出できる構成が要求される。
【0004】
このため、例えば、羽根車として、一枚のシュラウドに所謂セミオープン羽根と呼ばれる複数の羽根が設けられたものが用いられる。しかし、このような羽根車は、ポンプ効率が悪いことから、高効率が要求される場合においては、所謂クローズド羽根と呼ばれる羽根を用いた羽根車が用いられたものも知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
クローズド羽根を用いた羽根車は、二枚のシュラウド間に羽根が設けられる構成であり、セミオープン羽根を用いた羽根車に比べて、羽根車内に異物が巻き込まれる虞が高い。このため、異物の巻き込みを防止するために、クローズド羽根としてシュラウド間に一枚の羽根を設けた羽根車も知られている。
【0006】
一枚羽根の羽根車は、ポンプ効率を向上させるために、羽根の厚みを厚くする技術が知られている。具体的には、一枚羽根の羽根車は、その羽根の厚みが一端側、中央側及び他端側で異なる構成、例えば、羽根車の中心側に位置する一端側から中央側に向かって漸次その厚みが厚くなり、当該中央側から羽根車の外周側に位置する他端側に向かって漸次その厚みが薄くなる構成である。
【0007】
このような一枚羽根の羽根車は、シュラウド間に羽根が一枚だけ設けられる構成であるとともに、その羽根の厚みが異なることから、配置や重量等の機械的バランスが悪く、振動や騒音の増大となる虞がある。
【0008】
このため、水中ポンプを配置した場合に上方側に位置するシュラウドから羽根の内部を中空とする凹部を設け、他の部位との重量の差を極力低減することで、機械的バランスを向上させる技術が知られている。
【0009】
しかし、羽根車に凹部が設けられていると、汚水中の異物等が当該凹部に蓄積されるため、振動や騒音の発生の原因となる。また、凹部は、羽根車の回転時に流体抵抗の増大の原因となり、水中ポンプの軸動力が増加する、という問題もある。
【0010】
そこで、凹部を含めたシュラウドの上面を蓋体で覆い、さらに凹部の侵入物の排出口を設け、振動や騒音の発生を防止する技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2002−202092号公報
【特許文献2】特開2006−90279号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
上述した羽根車及び水中ポンプでは、以下の問題があった。即ち、一枚羽根に凹部を設け蓋体で凹部を設ける羽根車では、蓋体が必要であるため、製造コストが増大する、という問題がある。特に、羽根車の外径が大きくなるにしたがって、蓋体の外径も増大することから、製造コストも増大する。
【0013】
また、異物等の通過径を大きくとるために、羽根車の出口幅とポンプの吐出口径を同一にすることが望まれる。しかし、このような羽根車は、一対のシュラウドと羽根車とが鋳造等により製造されるため、所定の異物通過径を確保するために、吐出径よりも出口幅のほうが若干大に成形されていた。このため、出口幅が目標寸法よりも大となり、性能の低下の虞があった。
【0014】
そこで本発明は、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止可能、且つ、製造コストを低減可能な羽根車及び水中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】
【0015】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の羽根車及び水中ポンプは次のように構成されている。
【0016】
本発明の一態様として、水中ポンプのケーシング内に収納され、回転軸により回転することで、流体を圧送する羽根車は、第1シュラウドと、前記第1シュラウドに対向して設けられた第2シュラウドと、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根と、を備える。
【0017】
本発明の一態様として、水中ポンプは、モータと、前記モータに接続された回転軸と、第1シュラウド、前記第1シュラウドに対向して設けられた第2シュラウド、及び、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの一方に一体に成形され、且つ、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定されるとともに、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの他方に固定される主面が開口する中空の凹部が形成された、前記第1シュラウド及び前記第2シュラウドの中心側から外周側まで連続する一枚の羽根を具備する羽根車と、前記羽根車を収納するポンプケーシングと、を備える。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止可能、且つ、製造コストを低減可能な羽根車及び水中ポンプを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】本発明の一実施の形態に係る水中ポンプの構成を断面で示す説明図。
図2】同水中ポンプに用いられる羽根車の構成を示す上面図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ1を、図1及び図2を用いて説明する。
図1は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ1の構成を断面で示す説明図、図2は水中ポンプ1に用いられる羽根車42の構成を示す上面図である。なお、図1中、Bはボルトを、Fは水の流れを、Kは電源ケーブル、Lはライナリングをそれぞれ示す。
【0021】
図1に示すように、水中ポンプ1は、モータ10と、軸封装置11と、ポンプ12と、を備えている。このような水中ポンプ1は、汚水槽及び下水道等に設置され、異物(汚物等)を含む汚水を送水する所謂水中汚水ポンプと呼ばれるものである。
【0022】
モータ10は、モータケーシング21と、固定子22と、回転子23と、回転軸24と、を備えている。またモータ10は、外部電源等に接続される電源ケーブルKを有している。モータケーシング21は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置11にボルトB等により固定される。
【0023】
固定子22は、モータケーシング21の内面に固定されている。また固定子22は、電源ケーブルKを介して供給された電力により、回転子23を回転可能に形成されている。回転子23は、その回転に追従して回転軸24を回転可能に、回転軸24と固定されている。
【0024】
回転軸24は、モータケーシング21の一端側から突出し、且つ、モータケーシング21にベアリング等の軸受25を介して回転自在に軸支されている。なお、回転軸24は、モータケーシング21から重力方向に延設される。
【0025】
軸封装置11は、シールケーシング30と、メカニカルシール31と、を備えている。軸封装置11は、モータ10、ポンプ12及び回転軸24間を液密に仕切る。
【0026】
シールケーシング30は、内部にメカニカルシール31を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング30は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸24を挿通する挿通孔33を備えている。また、シールケーシング30は、その内部に、メカニカルシール31の潤滑油を充満可能な油室34を形成する。
【0027】
メカニカルシール31は、シールケーシング30と回転軸24との間を密閉することで、ポンプ12からの汚水の浸入及びモータ10への潤滑油の浸入を防止可能に形成されている。このように、軸封装置11は、潤滑油が充満したシールケーシング30内にメカニカルシール31を設けることで、モータ10への異物混入を防止する所謂二段構造が用いられる。
【0028】
ポンプ12は、ケーシング41と、羽根車42と、を備えている。ケーシング41は、その内部に羽根車42を収納する渦巻ケーシングであり、その内部にポンプ室43を形成する。ケーシング41は、組み立てることでその内部にポンプ室43を形成する上部材44及び下部材45を有し、羽根車42を回転軸24に固定した状態で分解可能に形成されている。
【0029】
上部材44は、本実施の形態では、シールケーシング30の一部に一体に形成されている。上部材44は、上述した挿通孔33の下方に、羽根車42を回動可能に指示する第1支持部47を有している。
【0030】
下部材45は、水中ポンプ1を据付面に据付ける複数の脚部48を備えている。また、下部材45は、その底面であって、複数の脚部48間に設けられた吸込開口49と、その側面に設けられた吐出開口50と、を備えている。
【0031】
なお、吐出開口50は、その口径(吐出径)が羽根車42を通過可能な粒径の異物を通過可能に形成されている。具体的には、吐出開口50の口径は、羽根車42を通過可能な所定の粒径の異物と略同一径であって、且つ、後述する羽根車42の吐出口63の開口幅と略同一に形成されている。ここで、羽根車42を通過可能な所定の粒径の異物とは、水中ポンプ1の吐出開口50の口径(吐出径)と同直径(所定の粒径)の球形固形物である。
【0032】
吸込開口49は、羽根車42の後述する吸込口58と略同一の口径に形成されている。吸込開口49は、羽根車42を回動可能に支持する第2支持部49aを有している。なお、挿通孔33、第1支持部47及び第2支持部49aには、回転軸24及び羽根車42と摺動可能なライナリングLが設けられる。第1支持部47及び第2支持部49aは、これらライナリングLの内面により形成される。
【0033】
羽根車42は、ノンクロッグのクローズド羽根車であって、所定の粒径の異物を通過可能に形成されている。このような羽根車42は、軸封装置11側に配置される上シュラウド(第1シュラウド)52と、吸込開口49側に配置される下シュラウド(第2シュラウド)53と、これらシュラウド52,53間に設けられた羽根54と、を備えている。また、羽根車42は、下シュラウド53に設けられた流体を吸込む吸込口58と、上シュラウド52、下シュラウド53及び羽根54により形成され、吸込んだ流体を吐出する吐出口63を有している。
【0034】
上シュラウド52は、円板状に形成されている。上シュラウド52は、その中央側に、回転軸24が挿通可能であって、キー溝56aを有する挿通孔56が形成された第1被支持部57が形成されている。なお、上シュラウド52は、羽根車42が回転軸24に固定された際に、重力方向に対して下シュラウド53の上方に位置する。
【0035】
下シュラウド53は、円環状に形成されている。下シュラウド53は、その中央に吸込口58が形成されている。また、下シュラウド53は、その中央側が円環状に突起し、当該突起の外周側に第2被支持部59が形成されている。
【0036】
第1被支持部57は、ライナリングLを介して第1支持部47に回転及び摺動自在に支持される。第2被支持部59は、ライナリングLを介して第2支持部49aに回転及び摺動自在に支持される。
【0037】
羽根54は、上下シュラウド52,53間に1枚設けられている。具体的には、羽根54は、下シュラウド53に一体に成形されるとともに、上シュラウド52にボルトによる締結、又は、溶接により固定される。
【0038】
図2に示すように、羽根54は、その一方の端部が、シュラウド52,53の中心側に、その他方の端部がシュラウド52,53の外周縁に配置される。羽根54は、シュラウド52、53の中心(インペラ54の回転中心)からの径が各位置で異なる形状、例えば渦巻形状やインボリュート形状に形成されている。なお、その詳細な形状は、羽根車42が、汚水を所定のポンプ効率で圧送(移送)可能な形状であれば、適宜設定可能である。
【0039】
羽根54は、その厚さがその両端側で薄く、中央側に向かって漸次肉厚となる。羽根54は、その内部に中空を形成する凹部55が形成されている。凹部55は、上シュラウド52が固定される主面に設けられた羽根54の外形状に沿って窪む凹部であり、上シュラウド52によって閉塞される。
【0040】
羽根54は、シュラウド52,53及び端部間であって、そのシュラウド52,53の外周側に位置する端部と中途部との間に、シュラウド53の吸込口58から吸い込まれた汚水をポンプ室43内へと移動させる吐出口63を形成する。
【0041】
この吐出口63は、吸込口58から吸込んだ汚水をポンプ室43へと吐出する開口である。吐出口63は、所定の粒径、即ち、羽根車42内を通過可能な異物の最大粒径の異物が吐出可能に形成されている。
【0042】
次に、このような羽根車42の製造方法について説明する。先ず、鋳造により、上シュラウド52、並びに、一体の下シュラウド53及び羽根54をそれぞれ成型する。このとき、羽根54は、羽根車42の吐出口63の所定の上下シュラウド52,53間の開口幅と同一又はそれ以上の高さに成型する。
【0043】
次に、羽根54の高さを吐出口63の目標とする(所定の)高さ寸法(開口幅)と同一に加工する。なお、成型された羽根54の高さは、当該開口幅と同一の場合には、加工は不要である。ただし、羽根54の上シュラウド52と当接する面の平坦度が悪い又は表面粗さが低い等の場合には、追加工を行っても良い。
【0044】
次に、羽根54上に上シュラウド52を固定させる。例えば、当該固定は、羽根54の上面と上シュラウド52の下面とを溶接により接合する。これにより、羽根車42が形成される。
【0045】
このように構成された水中ポンプ1は、電源ケーブルKを介して電力が供給されることで、モータ10が駆動され、固定子22により回転子23が回転することで回転軸24が回転する。当該回転子23の回転により、羽根車42も回転する。
【0046】
図1の水の流れFに示すように、羽根車42の回転により、吸込口58から吸い込まれた汚水がケーシング41及び羽根車42で増圧されて、吐出口63から吐出される。これらのことにより、水中ポンプ1は、汚水をその二次側へ送水可能に構成される。
【0047】
このように構成された水中ポンプ1によれば、羽根54に中空部である凹部55を設けることで、羽根54による重量バランスの偏りを極力低減することが可能となる。これにより、配置や重量等の機械的バランスを向上させることが可能となり、回転時における振動や騒音を極力防止することが可能となる。
【0048】
また、羽根54に上シュラウド52を溶接することで、凹部55内に汚水が浸入することが防止可能となり、汚水による重量の増加を防止可能となる。羽根54が凹部55を有することから、その重量が軽減され、結果、羽根車42の重量の低減となり、スラスト方向に加わる荷重を低減させることが可能となり、スラスト寿命が向上することとなる。また、水中ポンプ1の軽量化となる。
【0049】
また、羽根車42は、羽根54に上シュラウド52を固定するだけでよく、製造工程を増大させることがない。このため、従来の技術の蓋体等で凹部55を閉塞する技術に比べ、製造コストを低減することが可能となる。
【0050】
さらに、羽根車42は、下シュラウド53及び羽根54を鋳造により一体に成型後、別体の上シュラウド52を固定する構成であることから、羽根車42の吐出口63の開口幅、即ち羽根54の高さを、鋳造で製造後に加工することが可能となる。これにより、鋳造により成型された羽根54の高さにばらつきがあっても、吐出口63の所定の開口幅に合わせて羽根54の高さの寸法精度を向上させることが可能となる。また、吐出口63を所定の開口幅(目標寸法)とすることで、確実に所定の異物通過径を確保しつつ、性能の低下を防止可能となる。これにより、水中ポンプ1のポンプ性能のばらつきを防止し、信頼性の向上が可能となる。
【0051】
上述したように本実施の形態に係る水中ポンプ1によれば、下シュラウド53及び軽量化のための凹部55を有する羽根54を一体で成型しても、羽根54に上シュラウド52を固定することで、羽根車42の出口幅の寸法のばらつきを防止し、且つ、製造コストの低減が可能となる。また、水中ポンプ1は、羽根54の高さを加工することで、羽根54(吐出口63)の高さ寸法を目標寸法に設定可能となり、所定の異物通過径を確保及び性能の低下を防止することが可能となる。
【0052】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、羽根54上に上シュラウド52を固定させる方法として、羽根54の上面と上シュラウド52の下面とを溶接により接合する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、羽根54に雌ねじ孔を設け、上シュラウド52にボルト孔を設けて、ボルト等の締結部材で羽根54に上シュラウド52を結合し、羽根車42を構成してもよい。また、このように締結部材で上シュラウド52及び羽根54を結合した場合には、凹部55に異物が侵入することを防止できるが、汚水が浸入する虞があることから、例えば、パッキンや接着剤等のシーリング部材を上シュラウド52及び羽根54間に介在させてもよい。
【0053】
また、上述した例では、羽根54と下シュラウド53を一体に鋳造により成型する構成を説明したが、これに限定されない。例えば、上シュラウド52と羽根54を一体に成型し、下シュラウド53と対向する面に凹部55の開口を設け、羽根54と下シュラウド53を固定する構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【0054】
1…水中ポンプ、10…モータ、11…軸封装置、12…ポンプ、21…モータケーシング、22…固定子、23…回転子、24…回転軸、25…軸受、30…シールケーシング、31…メカニカルシール、33…挿通孔、34…油室、41…ケーシング、42…羽根車、43…ポンプ室、44…上部材、45…下部材、47…支持部、48…脚部、49…吸込開口、49a…支持部、50…吐出開口、52…上シュラウド(第1シュラウド)、53…下シュラウド(第2シュラウド)、54…羽根、55…凹部、56a…キー溝、56…挿通孔、57…被支持部、58…吸込口、59…被支持部、63…吐出口、B…ボルト、K…電源ケーブル、L…ライナリング。
図1
図2