特開 2025-28597 吸込スクリュ式ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025028597

(43)【公開日】2025-03-03

(54)【発明の名称】吸込スクリュ式ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/70 20060101AFI20250221BHJP

   F04D 1/04 20060101ALI20250221BHJP

   F04D 7/04 20060101ALI20250221BHJP

   F04D 29/18 20060101ALI20250221BHJP

   F04D 29/52 20060101ALI20250221BHJP

   F04D 29/22 20060101ALI20250221BHJP

【ＦＩ】

F04D29/70 G

F04D1/04

F04D7/04 M

F04D29/18 101

F04D29/52 A

F04D29/22 B

F04D29/22 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023133511

(22)【出願日】2023-08-18

(71)【出願人】

【識別番号】505328085

【氏名又は名称】古河産機システムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】種市 準

(72)【発明者】

【氏名】宇野 秀城

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA03

3H130AA27

3H130AB22

3H130AB42

3H130AB53

3H130AC07

3H130BA45A

3H130BA45C

3H130CA06

3H130CA21

3H130CB06

3H130DC16X

3H130EA07A

3H130EA07C

3H130EB01A

3H130EB01C

(57)【要約】

【課題】スクリュ作用部先端への夾雑物の引っ掛かり以外の機序で吸込スクリュの背面に夾雑物が回り込んでしまった場合であっても、吸込スクリュの背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を防止または抑制できる吸込スクリュ式ポンプを提供する。
【解決手段】この吸込スクリュ式ポンプ１０は、シャフト１２の先端に設けられてシャフト１２と一体で回転する吸込スクリュ２０と、吸込スクリュ２０を自身内部に収容するとともにシャフト１２の軸方向前方の中心に吸込口４６が設けられ側方に吐出口４７が設けられるケーシング４０と、ケーシング４０の背面に設けられてシャフト１２の周囲を軸封する軸封部１５と、を備え、吸込スクリュ２０の背面３８とケーシング４０の内面とが軸方向で対向する部分に、吸込スクリュ２０の背面３８に回り込んだ夾雑物Ｅを径方向外側に向けて導く排出溝７０を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトの軸方向前方から後方に向けて送液を移送する吸込スクリュ式ポンプであって、
前記シャフトの先端に設けられて該シャフトと一体で回転する吸込スクリュと、前記吸込スクリュを自身内部に収容するとともに前記シャフトの軸方向前方の中心に吸込口が設けられ側方に吐出口が設けられるケーシングと、前記ケーシングの背面に設けられて前記シャフトの周囲をメカニカルシールで軸封する軸封部と、を備え、
前記吸込スクリュは、前記シャフトの先端に同軸に設けられた円錐台状のコーン部と、該コーン部から径方向外側に螺旋状に延出する羽根と、を含むスクリュ本体と、該スクリュ本体の前記コーン部の背面に装着されるハブと、を有し、
前記吸込スクリュの前記ハブの背面と前記ケーシングの内面とが軸方向で対向する部分に、前記コーン部の背面に回り込んだ夾雑物を径方向外側に向けて導く排出溝を有することを特徴とする吸込スクリュ式ポンプ。

【請求項2】

前記排出溝は、前記コーン部の背面に対向する前記ケーシングのバックカバー前面に設けられている請求項１に記載の吸込スクリュ式ポンプ。

【請求項3】

前記排出溝は、前記シャフトの中心に対して、放射状に複数形成されている請求項１に記載の吸込スクリュ式ポンプ。

【請求項4】

前記排出溝は、前記シャフトの回転方向に対して所定の傾きθを有する請求項１に記載の吸込スクリュ式ポンプ。

【請求項5】

前記排出溝は、溝が径方向に連続する連通溝、若しくは、溝が径方向の途中部分で中断する非連通溝である請求項１に記載の吸込スクリュ式ポンプ。

【請求項6】

前記排出溝は、溝深さが次第に変わっている請求項１に記載の吸込スクリュ式ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸込スクリュ式ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

下水汚泥等を送液として移送するポンプの場合、送液中のし渣等の夾雑物が閉塞しないように、通過粒径の大きな吸込スクリュ（羽根車）を有する吸込スクリュ式ポンプが使用される（例えば特許文献１参照）。
この種の吸込スクリュ式ポンプは、例えば図５に示す吸込スクリュ式ポンプ１００のように、吸込スクリュ１２０がケーシング１４０内に収容される。ケーシング１４０の背面中央には軸封部１１５が設けられる。吸込スクリュ１２０は、シャフト１１２の先端に同軸に設けられた円錐台状のコーン部１３２と、コーン部１３２から径方向外側に螺旋状に延出する一枚の羽根１３４と、が一体形成されている。

【0003】

吸込スクリュ式ポンプ１００が駆動されると、モータ（図示略）からの回転力によりシャフト１１２および吸込スクリュ１２０が一体となって回転する。これにより、吸込スクリュ式ポンプ１００は、吸込スクリュ１２０が発生する旋回流の作用により、吸込口１４６からケーシング１４０内に送液を吸入するとともに、ケーシング１４０内の送液が加圧状態になって吐出口１４７から排出するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１１０３１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、この種の吸込スクリュ式ポンプ１００において、吸込スクリュ１２０に対して、コーン部１３２の背面１３８には、図６に示すように、バックカバー前面１４９に対向して、複数の裏羽根１３３が設けられる。
しかし、夾雑物Ｅによってはコーン部１３２の背面１３８にまで夾雑物Ｅが回り込んでバックカバー前面１４９との間に堆積する場合がある。そのため、その堆積した夾雑物Ｅが軸封部１１５への母液による潤滑を阻害して軸封部１１５のメカニカルシール等の損傷を招くという問題がある。なお、同図に示す白抜矢印は、吸込スクリュのコーン部背面に夾雑物Ｅが回り込むイメージを示している。

【0006】

このような問題点に対し、上記特許文献１記載の技術では、フロントカバー１４３の内周面に円環状段部を形成し、吸込口１４６の外側から見たときに、この円環状段部によって、羽根１３４のスクリュ作用部１３５の先端を覆い隠している。
これにより、同文献記載の技術では、吸込口１４６から吸いこまれた夾雑物Ｅの、吸込スクリュ羽根先端への引っ掛かりを防止または抑制し、コーン部背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を解決している。

【0007】

しかしながら、特許文献１記載の技術では、コーン部１３２よりも上流側の位置で夾雑物Ｅの羽根１３４との引っ掛かりを防止または抑制し得るものの、吸込口１４６から吸いこまれた夾雑物Ｅのうち、スクリュ作用部１３５先端への夾雑物Ｅの引っ掛かり以外の機序でコーン部背面に夾雑物Ｅが回り込んでしまった場合までは対処できない。
よって、この種の吸込スクリュ式ポンプにおいて、吸込スクリュのコーン部背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を解決する上で未だ改善の余地が残されている。

【0008】

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、吸込口から吸いこまれた夾雑物のうち、スクリュ作用部先端への夾雑物の引っ掛かり以外の機序で吸込スクリュのコーン部背面に夾雑物が回り込んでしまった場合であっても、コーン部背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を防止または抑制し得る吸込スクリュ式ポンプを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る吸込スクリュ式ポンプは、シャフトの軸方向前方から後方に向けて送液を移送する吸込スクリュ式ポンプであって、前記シャフトの先端に設けられて該シャフトと一体で回転する吸込スクリュと、前記吸込スクリュを自身内部に収容するとともに前記シャフトの軸方向前方の中心に吸込口が設けられ側方に吐出口が設けられるケーシングと、前記ケーシングの背面に設けられて前記シャフトの周囲をメカニカルシールで軸封する軸封部と、を備え、前記吸込スクリュは、前記シャフトの先端に同軸に設けられた円錐台状のコーン部と該コーン部から径方向外側に螺旋状に延出する羽根とを含むスクリュ本体と、該スクリュ本体の前記コーン部の背面に装着されるハブと、を有し、前記吸込スクリュの前記ハブの背面と前記ケーシングの内面とが軸方向で対向する部分に、前記コーン部の背面に回り込んだ夾雑物を径方向外側に向けて導く排出溝を有することを特徴とする。

【0010】

本発明によれば、吸込スクリュのコーン部背面とケーシングの内面とが軸方向で対向する部分に、コーン部背面に回り込んだ夾雑物を径方向外側に向けて導く排出溝を設けている。
そのため、吸込口から吸いこまれた夾雑物のうち、スクリュ作用部先端への夾雑物の引っ掛かり以外の機序で吸込スクリュのコーン部背面に夾雑物が回り込んでしまった場合であっても、コーン部の背面側に侵入する夾雑物を排出溝に沿って径方向外側に導くことによって排出性能を向上させることができる。そのため、コーン部背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を防止または抑制できる。

【発明の効果】

【0011】

上述のように、本発明によれば、吸込スクリュのコーン部背面に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を防止または抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一態様に係る吸込スクリュ式ポンプの一実施形態の説明図であり、同図では、軸線を含む断面を示している。

【図2】図１の要部拡大図である。

【図3】図１での要部を説明する模式図であり、同図（ａ）は図１のＡ矢視部分を示し、（ｂ）はＢ矢視部分を示している。

【図4】本発明の一態様に係る吸込スクリュ式ポンプの変形例の説明図であり、同図は、図３（ｂ）に対応する図を示している。

【図5】本発明の一態様に係る吸込スクリュ式ポンプに対する比較例の説明図であり、同図では、軸線を含む断面を示している。

【図6】図５での要部を説明する模式図であり、同図（ａ）は図５のＡ矢視部分を示し、（ｂ）はＢ矢視部分を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

【0014】

図１に示すように、本実施形態に係る吸込スクリュ式ポンプ１０は、シャフト（回転軸）１２を水平姿勢に支持するフレーム１４を備える。フレーム１４の前部にはケーシング４０が装備されている。ケーシング４０の背面中央には軸封部１５が設けられ、フレーム１４の後部には軸支部１６が設けられている。軸支部１６は、シャフト１２の軸方向の中間部を、軸方向前後の軸受１８および軸受１９を介して回転自在に支持している。

【0015】

本実施形態では、軸支部１６の前側（図１では左側）の端面は、ボルト２７で固定された軸受カバー５２により閉止されている。また、軸支部１６の後側（図１では右側）の端面は、ボルト２８で固定された軸受カバー５４により閉止されている。シャフト１２は、前後の軸受カバー５２、５４をそれぞれ貫通し、その先端側及び基端側が、それぞれ軸受カバー５２、５４から突出されている。

【0016】

ケーシング４０は、ボルト・ナットで相互に固定された、軸方向中央のケーシング本体４４と、ケーシング本体４４前方に設けられるフロントカバー４３と、ケーシング本体４４後方のバックカバー４５と、を有する。
ケーシング４０の内部に吸込スクリュ２０の収容空間が画成されている。シャフト１２の先端はケーシング４０内に突設している。シャフト１２の先端には羽根３４を有する吸込スクリュ２０が同軸に固定され、吸込スクリュ２０はケーシング４０の内部に片持ち支持される。シャフト１２の基端部には、不図示のモータの出力軸が駆動力を伝達可能に接続される。

【0017】

ケーシング本体４４の上部には、上方に開口する吐出口４７が形成され、フロントカバー４３には、中央に軸方向に沿って前方に張り出す吸込口４６が形成されるとともに、フロントカバー４３内面の円錐部が吸込スクリュ２０の羽根３４の周囲を覆っている。
バックカバー４５には、その背面４８の中央に、円筒状のホルダ部５０が後方のフレーム１４側に突出して一体形成されている。ホルダ部５０の後端面に、例えばメカニカルシールを内蔵した軸封部１５が同軸に装着され、この軸封部１５によって、バックカバー４５の背面中央の位置でシャフト１２の先端側の後部を軸封している。

【0018】

ここで、本実施形態の吸込スクリュ２０は、スクリュ本体２１と、スクリュ本体２１の後部に設けられるハブ３０と、を備える。
スクリュ本体２１は、シャフト１２の先端に同軸に設けられた円錐台状のコーン部３２と、コーン部３２から径方向外側に螺旋状に延出する一枚の羽根３４と、が一体形成されて構成されている。本実施形態では、上記シャフト１２の先端部には雄ねじ３９が形成され、雄ねじ３９が吸込スクリュ２０の基端側のコーン部３２の端面中央部に開口したねじ穴４１に螺合されている。
羽根２３の先端部は、コーン部３２の外周面の先端部よりも軸方向前方に張り出した非対称形状である。本実施形態の羽根３４は、コーン部３２の周囲に螺旋状に配設されるとともに、コーン部３２の先端３２ｓよりも先の吐出口４７の側に突出するスクリュ作用部３５を一体に有する。

【0019】

スクリュ本体２１は、図２に拡大図示するように、コーン部３２の内部に、後方に開口する空洞２２を有する（コーン部３２の内面が略円錐状の空洞２２になっている）。コーン部３２の先端部には、シャフト１２への装着用のボルト挿通穴２４が同軸に貫通形成されている。
スクリュ本体２１には、コーン部３２の基端部に、ハブ３０の外周面が嵌合されるインロー凹部であるハブ装着部２５が形成されている。ハブ装着部２５の軸方向後方を向く面にはハブ装着ピン穴２６が形成され、ハブ３０は、コーン部３２の空洞２２の開口部を覆うように自身軸方向前側から同軸に係合される。

【0020】

ハブ３０は、円盤部３７と、円盤部３７の中心に前方および後方に向けて張り出す円筒状複数の段部からなるボス部３６とを有する。ボス部３６の中心には、軸線に沿って装着用のねじ部３１が形成されている。円盤部３７は、スクリュ本体２１側のハブ装着部２５にインロー嵌合可能に凹の段部が適所に形成されている。

【0021】

ここで、本実施形態では、図２および図３に示すように、バックカバー４５の前面４９に、周方向に離隔して複数の排出溝７０が形成されている。また、円盤部３７の背面３８には、周方向で反対側に位置する二箇所に剪断刃８０がボルトによって着脱可能に付設されている（図３（ａ）参照）。
詳しくは、複数の排出溝７０は、吸込スクリュ２０のコーン部３２の背面３８とケーシング４０の内面（本実施形態ではケーシング４０を構成するバックカバー４５の前面４９）とが軸方向で対向する部分に、コーン部３２の背面３８に回り込んだ夾雑物Ｅを径方向外側に向けて導くように形成されている。つまり、本実施形態の排出溝７０は、コーン部３２の背面３８に対向するバックカバー４５の前面４９に設けられている。

【0022】

複数の排出溝７０は、図３（ｂ）に示すように、シャフト１２の中心１２ｃに対して放射状に複数（同図の例では８箇所）形成されている。本実施形態の例では、各排出溝７０は、シャフト１２の回転方向に対して所定の傾きθを有して直線状に伸びている。
なお、各排出溝７０は、溝が径方向に連続する連通溝、若しくは、溝が径方向の途中部分で中断する非連通溝とすることができる。また、各排出溝７０は、溝深さを一定としてもよいし、溝深さが次第に変わるように形成してもよい。

【0023】

次に、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０の動作及び作用効果を説明する。
本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０は、電動モータ（図示略）からの回転力によりシャフト１２及び吸込スクリュ２０が一体となって回転すると、吸込スクリュ２０が発生する旋回流の作用により、シャフト１２の軸方向前方の吸込口４６から後方に向けてケーシング４０内に送液が吸入されるとともに、ケーシング４０内の送液が加圧状態になって吐出口４７から排出される。

【0024】

ここで、下水汚泥等を送液として移送するポンプの場合、送液中の夾雑物が閉塞しないように、通過粒径の大きな吸込スクリュ（羽根車）が採用されるところ、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０の吸込スクリュ２０によれば、スクリュ作用部３５がコーン部３２よりも先の吸込口４６の側に突出する１枚の羽根３４を備えるので、無閉塞性を確保するポンプとして好適である。

【0025】

しかし、下水汚泥等を移送する吸込スクリュ付汚泥ポンプの場合、ポンプに流入してくる下水汚泥送液中に、輪ゴム類などの弾性・伸縮性の大きな夾雑物Ｅが混入するケースがある。この種の夾雑物Ｅが、吸込スクリュ２０の背面３８に回り込んで堆積し、その堆積した夾雑物Ｅが軸封部１５への母液による潤滑を阻害してメカニカルシールの損傷を招く場合がある。また、毛髪などの細長い夾雑物Eの場合、円盤部３７の背面３８と対向面であるバックカバー４５の前面４９の間で細長い夾雑物Ｅが回転方向に沿って流れてしまい、径方向外側に向けて排出されないことが考えられる。

【0026】

これに対し、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、上述したように、吸込スクリュ２０の背面３８とケーシング４０の内面（バックカバー４５の前面４９）とが軸方向で対向する部分に、吸込スクリュ２０の背面３８に回り込んだ夾雑物Ｅを径方向外側に向けて導く排出溝７０を設けている。
そのため、吸込口４６から吸いこまれた夾雑物Ｅのうち、スクリュ作用部先端３５への夾雑物Ｅの引っ掛かり以外の機序で吸込スクリュ２０の背面３８に夾雑物Ｅが回り込んでしまった場合であっても、吸込スクリュ２０の背面側に侵入する夾雑物Ｅを排出溝７０に沿って径方向外側に導くことによって排出性能を向上させることができる。また、排出溝７０があることにより細長い夾雑物Ｅが回転方向に沿って流れることを抑止できるため、径方向外側に向けて流れの指向性を持たせることができる。そのため、吸込スクリュ２０の背面３８に夾雑物Ｅが回り込んで堆積するという問題を防止または抑制できる［発明１］。

【0027】

また、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０では、排出溝７０は、図１から図３に示したように、吸込スクリュ２０の背面３８に対向する、ケーシング４０を構成するバックカバー４５の前面４９に設けられているので、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、排出溝７０の径方向での溝延在範囲を可及的に広い範囲に設定できる。そのため、例えば、図５に例示した裏羽根１３３と同様の作用効果を効果的に生じさせることができる［発明２］。

【0028】

また、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０では、排出溝７０は、図３に示したように、シャフト１２の中心１２ｃに対して、放射状に複数形成されているので、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、図５に例示した裏羽根１３３と同様の作用効果を効果的に生じさせることができる［発明３］。

【0029】

また、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０では、排出溝７０は、図３に示したように、シャフト１２の回転方向Ｒに対して、その回転方向Ｒに沿うように所定の傾きθを有する。
ここで、背面３８による夾雑物Ｅを排出しようとする流れは、円盤部３７が回転することにより生じるため、円盤部３７の中心を原点とした放射状の直線ではなく、円盤部３７の中心から外周へ進むにつれて回転方向に移動する流れになる。そこで、排出溝７０に傾きθを設けることにより、夾雑物Ｅが流れに沿って円滑に移動するため、排出溝７０の内部で夾雑物Eが詰まることをより効果的に予防できる。
そのため、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、夾雑物Ｅを排出溝７０に沿って径方向外側に導くことによって排出性能を向上させる上でより好適である［発明４］。

【0030】

また、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０では、排出溝７０は、溝が径方向に連続する連通溝、若しくは、溝が径方向の途中部分で中断する非連通溝とすることにより、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、夾雑物Ｅを排出溝７０に沿って径方向外側に導くことによって排出性能を向上させる上でより好適である［発明５］。

【0031】

また、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０では、排出溝７０は、溝深さが次第に変わっているので、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、夾雑物Ｅを排出溝７０に沿って径方向外側に導くことによって排出性能を向上させる上でより好適である［発明６］。

【0032】

以上説明したように、本実施形態の吸込スクリュ式ポンプ１０によれば、吸込スクリュ２０の背面３８に夾雑物が回り込んで堆積するという問題を防止または抑制できる。なお、本発明に係る吸込スクリュ式ポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。

【0033】

例えば、上記実施形態では、「ケーシング４０の内面」として、ケーシング４０を構成するバックカバー４５の前面４９が対応する例を示したが、ケーシング４０の構成によってはバックカバーの有無には限定されず、ケーシング４０の内壁の接液面において、吸込スクリュ２０の背面３８に対向する面を対応させることができる。

【0034】

また、例えば、上記実施形態では、各排出溝７０が、バックカバー４５の前面４９に、シャフト１２の回転方向に対して所定の傾きθを有して直線状に伸びる例を示したが、これに限定されない。例えば図４に変形例を示すように、各排出溝７０を、バックカバー４５の前面４９に円弧状に伸びる溝によって形成してもよい。

【符号の説明】

【0035】

１０ 吸込スクリュ式ポンプ
１２ シャフト（回転軸）
１４ フレーム
１５ 軸封部
１６ 軸支部
１８、１９ 軸受
２０ 吸込スクリュ
２１ スクリュ本体
２２ 空洞
２３ 羽根
２４ ボルト挿通穴
２５ ハブ装着部
２６ ハブ装着ピン穴
２７、２８ ボルト
３０ ハブ
３１ ねじ部
３２ コーン部
３２ｓ 先端
３４ 羽根
３５ スクリュ作用部
３６ ボス部
３７ 円盤部
３８ （円盤部の）背面
３９ 雄ねじ
４０ ケーシング
４１ ねじ穴
４３ フロントカバー
４４ ケーシング本体
４５ バックカバー
４６ 吸込口
４７ 吐出口
４８ 背面
４９ 前面
５０ ホルダ部
５２、５４ 軸受カバー
６０ 固定ピン
７０ 排出溝
８０ 剪断刃
１００ 吸込スクリュ式ポンプ
１１２ シャフト
１１５ 軸封部
１２０ 吸込スクリュ
１３２ コーン部
１３３ 裏羽根
１３４ 羽根
１３５ スクリュ作用部
１３８ 背面
１４０ ケーシング
１４３ フロントカバー
１４５ バックカバー
１４６ 吸込口
１４７ 吐出口
１４９ バックカバー前面
Ｅ 夾雑物
Ｒ 回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】