(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記回転体が羽根車、歯車又はスクリューのいずれかであり、
前記回転体及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記回転体が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする流体機械。
【請求項２】
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板での第１受圧面積が、前記段部側の側板での第２受圧面積よりも大きいように構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする流体機械。
【請求項３】
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板とケーシングの第１ランド部との間での第１間隙が、前記段部側の側板とケーシングの第２ランド部との間での第２間隙よりも広く構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする流体機械。
【請求項４】
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板での第１受圧面積が、前記段部側の側板での第２受圧面積よりも大きく構成され、且つ、前記反段部側の側板とケーシングの第１ランド部との間での第１間隙が、前記段部側の側板とケーシングの第２ランド部との間での第２間隙よりも広く構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする流体機械。
【請求項５】
前記回転体が逆回転したときに前記回転体が前記主軸から抜け出ることを防止するための抜け止め部材が、前記回転体を挟んで前記段部の反対側の前記主軸に配設されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の流体機械。
【請求項６】
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、円環体が前記羽根車の段部側の吸込口側の外周部だけに取り付けられることによって、前記反段部側の前記側板での前記第１受圧面積が、前記段部側の前記側板での前記第２受圧面積よりも大きいことを特徴とする、請求項２又は４に記載の流体機械。
【請求項７】
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、第１円環体及び第２円環体が前記羽根車の反段部側及び段部側の吸込口側の外周部にそれぞれ取り付けられて、第２円環体の径方向の肉厚が、前記第１円環体の径方向の肉厚よりも厚く構成されることによって、前記反段部側の前記側板での前記第１受圧面積が、前記段部側の前記側板での前記第２受圧面積よりも大きいことを特徴とする、請求項２又は４に記載の流体機械。
【請求項８】
前記羽根車の軸方向対称面が、前記ケーシングの軸方向対称面に対して前記段部の側の軸方向にシフトされた状態で、前記羽根車が前記ケーシング内に配設されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の流体機械。
【請求項９】
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、前記第１ランド部の突出量が前記第２ランド部の突出量よりも少なく構成されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体機械における、主軸に対する回転体の固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、両吸込型の遠心ポンプにおいて、羽根車が主軸に嵌挿された後、スリーブやロックナットを用いて羽根車を主軸に固定することを開示している。さらに、特許文献１は、羽根車の周方向の回り止めとして、羽根車及び主軸にキー溝を形成するとともに、当該キー溝にキーを嵌入することを開示している。また、特許文献２は、羽根車を主軸に対して焼き嵌めによって固定することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９１８６２号公報
【特許文献２】特開２０００−３３７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された羽根車の固定方法は、ロックナットを緩めることで、羽根車を主軸から容易に取り外すことができるという特長を有している。しかしながら、特許文献１の固定方法では、ロックナットが螺合するためのネジを主軸に加工する必要があるため、主軸へのネジ加工という工数の増加やロックナット等の固定用部品の増加を招くことに加えて、主軸にネジ加工を施すと主軸の機械的強度低下を引き起こすという問題がある。
【０００５】
特許文献２に開示された羽根車の固定方法は、羽根車を主軸に対して強固に固定して取り付けることができるという特長を有している。しかしながら、特許文献２の固定方法では、羽根車を主軸から取り外すための特殊な治具を必要とし、一度固定してしまうと、羽根車を主軸から取り外すのが困難であり、メイテナンス性が良くないという問題がある。
【０００６】
したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、羽根車を主軸に対して着脱可能に固定して取り付けることができる、流体機械における回転体の固定構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下の流体機械が提供される。
【０００８】
すなわち、この発明の請求項１に係る流体機械では、
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記回転体が羽根車、歯車又はスクリューのいずれかであり、
前記回転体及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記回転体が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
この発明の請求項２に係る流体機械では、
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板での第１受圧面積が、前記段部側の側板での第２受圧面積よりも大きいように構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする。
【００１３】
この発明の請求項３に係る流体機械では、
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板とケーシングの第１ランド部との間での第１間隙が、前記段部側の側板とケーシングの第２ランド部との間での第２間隙よりも広く構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
この発明の請求項４に係る流体機械では、
流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体と、
前記回転体のボス部に挿通される主軸と、
前記主軸に設けられた段部と、を備える流体機械において、
前記回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストは、前記回転体を前記段部に押圧して、前記回転体を前記主軸に固定する前記回転体の固定力として働くように構成されていて、
前記流体機械が両吸込型遠心流体機械であって、
前記回転体が、反段部側の側板及び段部側の側板を有する羽根車であり、
前記羽根車及び前記主軸が、軸方向に対して角度を持って傾斜した軸方向傾斜部を有する斜めキーによって結合される斜めキー結合固定構造を有し、
前記羽根車が正回転するとき、前記軸方向傾斜部に働く軸トルクの軸方向分力として、前記軸方向スラストが発生するとともに、
前記反段部側の側板での第１受圧面積が、前記段部側の側板での第２受圧面積よりも大きく構成され、且つ、前記反段部側の側板とケーシングの第１ランド部との間での第１間隙が、前記段部側の側板とケーシングの第２ランド部との間での第２間隙よりも広く構成されており、当該構成により、前記軸方向スラストが発生することを特徴とする。
【００１６】
この発明の請求項５に係る流体機械では、
前記回転体が逆回転したときに前記回転体が前記主軸から抜け出ることを防止するための抜け止め部材が、前記回転体を挟んで前記段部の反対側の前記主軸に配設されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明の請求項６に係る流体機械では、
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、円環体が前記羽根車の段部側の吸込口側の外周部だけに取り付けられることによって、前記反段部側の前記側板での前記第１受圧面積が、前記段部側の前記側板での前記第２受圧面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
この発明の請求項７に係る流体機械では、
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、第１円環体及び第２円環体が前記羽根車の反段部側及び段部側の吸込口側の外周部にそれぞれ取り付けられて、第２円環体の径方向の肉厚が、前記第１円環体の径方向の肉厚よりも厚く構成されることによって、前記反段部側の前記側板での前記第１受圧面積が、前記段部側の前記側板での前記第２受圧面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
この発明の請求項８に係る流体機械では、
前記羽根車の軸方向対称面が、前記ケーシングの軸方向対称面に対して前記段部の側の軸方向にシフトされた状態で、前記羽根車が前記ケーシング内に配設されることを特徴とする。
【００２０】
この発明の請求項９に係る流体機械では、
前記羽根車における前記反段部側の側板及び前記段部側の側板が前記羽根車の軸方向対称面に対して対称であり、且つ、前記第１ランド部の突出量が前記第２ランド部の突出量よりも少なく構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明では、回転体の回転で軸方向スラストが発生し、当該軸方向スラストによって、回転体が段部に対して押圧され、回転体が主軸に対して固定される。したがって、軸方向スラストが回転板の固定力として働くので、主軸に対して回転体を固定して取り付けることができるという効果を奏する。それとともに、回転体の回転が止まると、軸方向スラストが作用しなくなって、回転体を主軸から取り外すことができるので、主軸に対して回転体を着脱可能にすることができるという効果を奏する。そして、回転体を主軸に連結固定するために斜めキー結合固定構造が用いられ、正回転時に発生する軸トルクの軸方向分力が軸方向スラストとして利用される。したがって、回転体と主軸との連結において斜めキー結合固定構造が利用可能なものであれば、この発明を用いることができるので、流体機械における適用範囲が広いという効果を奏する。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
回転体としての羽根車を構成する反段部側の側板での第１受圧面積が段部側の側板での第２受圧面積よりも大きいという受圧面積差固定構造により、反段部側での流体力が段部側での流体力よりも大きくなり、反段部側から段部側すなわち段部に向けての軸スラストが発生する。当該軸スラストは、両吸込型遠心流体機械において、羽根車を主軸に固定するための固定力として働くという効果を奏する。したがって、請求項２に係る発明では、上述の斜めキー結合固定構造と、上述の受圧面積差固定構造との組み合わせにより、さらに強い固定力が得られるという効果を奏する。
【００２６】
回転体としての羽根車を構成する反段部側の側板とケーシングの第１ランド部との間での第１間隙が段部側の側板とケーシングの第２ランド部との間での第２間隙よりも広いという間隙差固定構造により、反段部側での流体力が段部側での流体力よりも大きくなり、反段部側から段部側すなわち段部に向けての軸スラストが発生する。当該軸スラストは、両吸込型遠心流体機械において、羽根車を主軸に固定するための固定力として働くという効果を奏する。したがって、請求項３に係る発明では、上述の斜めキー結合固定構造と、上述の間隙差固定構造との組み合わせにより、さらに強い固定力が得られるという効果を奏する。
【００２７】
【００２８】
請求項４に係る発明では、上述の斜めキー結合固定構造と、上述の受圧面積差固定構造と、上述の間隙差固定構造との組み合わせにより、さらに強い固定力が得られるという効果を奏する。
【００２９】
請求項５に係る発明では、回転体が逆回転した場合であっても、抜け止め部材により、回転体が主軸から抜け出ることが防止されるという効果を奏する。
【００３０】
請求項６に係る発明では、対称性を有する羽根車の製造及びその工程管理が容易であるとともに、部品点数の増加を極力抑えることができ、また、使用する円環体の肉厚により流体力の調整も容易であるという効果を奏する。
【００３１】
請求項７に係る発明では、対称性を有する羽根車の製造及びその工程管理が容易であり、また、第１円環体及び第２円環体における径方向の肉厚差により流体力の調整も容易であるという効果を奏する。
【００３２】
請求項８に係る発明では、主軸における段部の取り付け位置をシフトさせるだけで済むので、新規の部品を別途に必要とせず、また、羽根車のシフト量の大きさに基づいて流体力の調整ができるという効果を奏する。
【００３３】
請求項９に係る発明では、例えば、羽根車とケーシングのランド部とをあらかじめ左右対称に作っておき、第１ランド部の突出量を調整するだけで済むので、新規の部品を別途に必要とせず、また、削り代の大きさに基づいて流体力の調整ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図２】第２実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図３】第３実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図４】第４実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図５】第５実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図６】第６実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図７】第７実施形態に係る両吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【図８】斜めキー結合固定構造の一例を説明する図である。（Ａ）は斜めキー結合の要部を拡大した断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線での断面図である。
【図９】図８に示した斜めキー結合固定構造において用いられるキーを説明する図である。（Ａ）はキーの平面図であり、（Ｂ）はキーの側面図である。
【図１０】図８に示した斜めキー結合固定構造において用いられるキースリーブを説明する図である。（Ａ）はキースリーブの平面図であり、（Ｂ）はキースリーブの側面図である。
【図１１】斜めキー結合固定構造の変形例を説明する図である。（Ａ）は斜めキー結合の要部を拡大した断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸＩ−ＸＩ線での断面図である。
【図１２】図１１に示した斜めキー結合固定構造において用いられるキーを説明する図である。（Ａ）はキーの平面図であり、（Ｂ）はキーの側面図である。
【図１３】第８実施形態に係る片吸込型遠心ポンプの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
まず、第１実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１（以下、単にポンプ１ということがある。）について、図１、８乃至１０を参照しながら詳細に説明する。なお、この明細書における上下左右は、図示されたポンプ１の主軸３の上下左右を基準にしている。また、実施形態の説明において、段部側及び反段部側というのは、それぞれ、図示したポンプ１の主軸３の右側及び左側を指している。
【００３６】
図１に示したポンプ１は、羽根車４と、該羽根車４を収容するケーシング２と、該ケーシング２を貫通するとともに水平方向（図の左右方向）に延びる主軸３と、を備える横軸の両吸込型遠心ポンプ１である。主軸３の略中央部分において、羽根車４のボス部１３が後述する斜めキー結合３０によって主軸３に対して固定されている。主軸３が貫通するケーシング２の左側端部及び右側端部には、それぞれ、軸封用のメカニカルシール５が取り付けられている。また、ケーシング２に固定されたブラケットに保持されたスラスト軸受７及びラジアル軸受８により、主軸３が回転自在に支持されている。
【００３７】
羽根車４が収容されているケーシング２内に形成された渦巻室は、吸込側渦巻室及び吐出側渦巻室を備えている。ケーシング２の内部構造は、全体として、軸方向対称面Ｃに対して略左右対称であるように構成されている。羽根車４の後述する左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂは、吸込側渦巻室に開口している。また、羽根車４の後述する左右の吐出口２２Ａ，２２Ｂは、吐出側渦巻室に開口し、吐出口２２を構成する。図１の右側には原動機（図示せず）が配設されており、原動機の駆動軸が、図示しないジョイントを介して、主軸３の右側端部に連結されている。原動機が作動すると、主軸３が軸心Ｏの周りで正回転方向Ｒに回転する。主軸３の回転により羽根車４が回転し、ポンプ１の吸込口（図示せず）から吸込側渦巻室に流入した流体（例えば、水）が、左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂから羽根車４に吸い込まれる。そして、吸い込まれた流体は、吐出口２２から吐出側渦巻室へ吐出され、ポンプ１の吐出口（図示せず）から排出される。
【００３８】
羽根車４は、流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体として機能する。羽根車４は、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂを備え、左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとが左右対称であるように構成されている。羽根車４は、主軸３に対して後述する固定構造で固定されるボス部１３と、ボス部１３から主軸３の径方向外向きに延びる主板１４と、を備える。主板１４には、複数の両吸込型の羽根１８の基端側が固定されている。左右の羽根部１８Ａ，１８Ｂの各先端部分は、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂにそれぞれ連結されている。主板１４の外周は円形形状をしている。また、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂの外周部分が円形であり、中央の開口が吸込口２１Ａ，２１Ｂを構成している。互いに対向する左側板１７Ａ及び右側板１７Ｂの各外周部分で挟まれる部分によって吐出口２２Ａ，２２Ｂが構成され、吐出口２２Ａ，２２Ｂの集合により吐出口２２を形成している。主板１４及び左側板１７Ａ，右側板１７Ｂは、主軸３の軸心Ｏと同軸に配置されている。
【００３９】
そして、ケーシング２及び羽根車４は、以下に説明する点を除き、軸方向対称面Ｃに対して実質的に左右対称であるように構成されている。すなわち、第１実施形態では、主として、右上がりの斜めキー結合３０を用いている点が非対称となっている。
【００４０】
図１に示した第１実施形態に係るポンプ１は、主軸３及び羽根車４のボス部１３を一体的に連結固定するための構造として、右上がりの斜めキー結合３０を用いている。左側のスラスト軸受７の側から右側のラジアル軸受８を見たときに、すなわち段部１６の反対側から段部１６の側を見たときに、主軸３が時計回りに回転する方向を正回転方向Ｒとする。主軸３が正回転するとき、図１の左から右に向かって上向きに傾斜し、その傾斜角度が主軸３の軸心Ｏに対して角度αをなすように右上がりの斜めキー結合３０が構成されている。傾斜角度αは、例えば、約０．０２度乃至約５度である。
【００４１】
羽根車４のボス部１３は、主軸３の左側に配設した抜け止めナット９と、主軸３の右側に配設した段部１６との間で挟持されている。段部１６は、主軸３の右側のラジアル軸受８の側に設けられていて、羽根車４に対して右向きに働く力を受け止めるためのストッパーとして機能する。段部１６は、例えば、図示しない円筒体を主軸３に対して焼き嵌めすること、図示しない円筒体を主軸３に対して溶接すること、大きめの主軸３を削り出しすること等の様々な方法で主軸３と一体に構成されている。抜け止め部材としての抜け止めナット９は、羽根車４を主軸３に装着したあと、主軸３に形成されたねじ部（図示せず）に対して着脱可能に螺合している。抜け止めナット９は、万が一、主軸３及び羽根車４が逆回転したとき、あくまでも羽根車４が主軸３から抜け出ることを防止するためのものである。したがって、抜け止めナット９は、従来技術において使用されているインペラナットのように、ネジの螺合作用によって羽根車４を主軸３に強く押圧して固定するものとは明らかに相違している。抜け止めナット９によって羽根車４に加えられる力は、フレッチングが発生しないような非常に弱い当接力で十分である。
【００４２】
次に、図８乃至１０を参照しながら、羽根車４を主軸３に連結固定するための斜めキー結合３０の構造について詳細に説明する。
【００４３】
図８（Ａ）に示すように、斜めキー結合３０の固定構造は、羽根車４のボス部１３及び主軸３のそれぞれに形成されたボス側キー溝４１及び主軸側キー溝４２に対してキー３１が嵌入される沈みキーである。ボス側キー溝４１及び主軸側キー溝４２は、主軸３の軸心Ｏに対して平行であるように形成されている。
【００４４】
図９に示すように、斜めキー溝４８及び主軸側キー溝４２のそれぞれに挿入されるキー３１は、上側部分３３と、上側部分３３よりも横方向（周方向）に幅広である下側部分３２と、を備えてなる段差構造をしている。下側部分３２は、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖ（２点鎖線で示す。）に対して平行に延びる四角柱形状をしている。これに対して、上側部分３３は、図９（Ａ）に示すように、平面視で、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで傾斜しながら延びる平行四辺形の形状をしていて、全体としては、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる大略斜角柱形状をしている。したがって、図９（Ａ）に示すように、上側部分３３における左傾斜側面３４Ａ及び右傾斜側面３４Ｂは、それぞれ、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して傾斜角度αで傾斜しながら延びているとともに、図９（Ｂ）に示すように、下側部分３２の上面から垂直に立ち上がっている。このように、キー３１の上側部分３３は、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜したキー部分を構成し、軸方向傾斜部として作用する。
【００４５】
他方、図８に示すように、キー３１の傾斜した上側部分３３を受け入れるためのキースリーブ３５は、ボス側キー溝４１に嵌入されている。図１０に示すように、キースリーブ３５は、ベース部分３６と、ベース部分３６の左右の両端部から下向きに突出するガイド部分３７と、を備えている。ベース部分３６は、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる板状形状をしている。左右のガイド部分３７は、図１０（Ａ）に示すように、平面視で、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで傾斜しながら延びる台形形状をしていて、全体としては、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる大略四角柱形状をしている。したがって、左のガイド部分３７の傾斜内側面３９Ａ及び右のガイド部分３７の傾斜内側面３９Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、それぞれ、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して傾斜角度αで傾斜しながら延びているとともに、図１０（Ｂ）に示すように、ベース部分３６の下面から垂直に突出している。また、左のガイド部分３７の外側面及び右のガイド部分３７の外側面は、それぞれ、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びている。このように、ベース部分３６の下面と左のガイド部分３７の傾斜内側面３９Ａと右のガイド部分３７の傾斜内側面３９Ｂとは、キー３１の傾斜したキー部分（すなわち、上側部分３３）を受け入れる、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで傾斜したキー溝３８を形成している。したがって、キースリーブ３５の右上がりに傾斜したキー溝３８は、キー３１の右上がりに傾斜した上側部分３３について相補的に嵌合するように構成されている。
【００４６】
上記構成によれば、別体に構成されたキースリーブ３５をボス側キー溝４１に嵌入することで、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜したキー溝３８を羽根車４のボス部１３に作成することができる。ボス側キー溝４１及び主軸側キー溝４２が、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びるように加工するだけでよいので、ボス側キー溝４１及び主軸側キー溝４２の加工が容易である。
【００４７】
上述した斜めキー結合３０によって連結された主軸３及び羽根車４が、正回転方向Ｒに回転するとき、軸方向スラストＦが発生することについて簡単に説明する。
【００４８】
主軸３及び羽根車４が正回転方向Ｒに回転するとき、主軸３及び羽根車４を連結する斜めキー結合３０では遠心力が作用し、当該遠心力が軸トルクとして斜めキー結合３０に働く。このとき、キー結合が単に主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる平行キー結合では、軸トルクは主軸３の軸心Ｏの方向において中立的に作用する。これに対して、上記の斜めキー結合３０では、右上がりに傾斜した上側部分３３（軸方向傾斜部）によって、正回転時に発生する軸トルクを軸方向に分力することができ、当該軸方向分力が主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向分力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００４９】
ところで、小流量領域や締切点では、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂによって吸い込まれる流量が時間的に不均一になるため、左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとにおいて時間的に変動する圧力差が生じ、その結果、時間的に変動する変動軸スラストが発生する。したがって、発生した軸方向スラストＦが変動軸スラストよりも大きければ、羽根車４が段部１６に対して安定して押圧され、羽根車４が主軸３に固定されるので、軸方向スラストＦが、主軸３への羽根車４の固定力として働く。したがって、斜めキー結合３０によって連結された主軸３及び羽根車４が、正回転方向Ｒに回転するとき、羽根車４が主軸３に対して固定して取り付けられる。
【００５０】
また、主軸３及び羽根車４が正回転方向Ｒに回転するときに、段部１６の側への軸方向スラストＦが発生するように構成されているので、主軸３及び羽根車４が回転を停止したときには、軸方向スラストＦが発生しないため、羽根車４を主軸３から容易に取り外すことができる。すなわち、羽根車４が主軸３に対して着脱可能である。なお、主軸３及び羽根車４が逆回転すると、羽根車４を段部１６から離間させるような逆向きの軸方向スラストが発生する。逆回転する場合には、羽根車４が主軸３から抜け出ることを防止するための抜け止め部材を、羽根車４の左側（すなわち段部１６の軸方向反対側）に配設しておくことが必要且つ十分である。
【００５１】
次に、図２を参照しながら、第２実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第２実施形態は、羽根車４における左側板１７Ａでの第１受圧面積Ｓ１と右側板１７Ｂでの第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差に起因した流体力を軸スラストＦとして用いることを特徴としている。
【００５２】
図２に示したポンプ１は、羽根車４と、該羽根車４を収容するケーシング２と、該ケーシング２を貫通するとともに水平方向（図の左右方向）に延びる主軸３と、を備える横軸の両吸込型遠心ポンプ１である。主軸３が貫通するケーシング２の左側端部及び右側端部のそれぞれには、軸封用のメカニカルシール５が取り付けられている。また、ケーシング２に固定されたブラケットに保持されたスラスト軸受７及びラジアル軸受８により、主軸３が回転自在に支持されている。
【００５３】
羽根車４が収容されているケーシング２内に形成された渦巻室は、吸込側渦巻室及び吐出側渦巻室を備えている。ケーシング２の内部構造は、全体として、軸方向対称面Ｃに対して略左右対称であるように構成されている。羽根車４の後述する左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂは、吸込側渦巻室に開口している。また、羽根車４の後述する左右の吐出口２２Ａ，２２Ｂは、吐出側渦巻室に開口し、吐出口２２を構成する。図２の右側には原動機（図示せず）が配設されており、原動機の駆動軸が、図示しないジョイントを介して、主軸３の右側端部に連結されている。原動機が作動すると、主軸３が軸心Ｏの周りで正回転方向Ｒに回転する。主軸３の回転により羽根車４が回転し、ポンプ１の吸込口（図示せず）から吸込側渦巻室に流入した流体（例えば、水）が、左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂから羽根車４に吸い込まれる。そして、吸い込まれた流体は、吐出口２２から吐出側渦巻室へ吐出され、ポンプ１の吐出口（図示せず）から排出される。
【００５４】
羽根車４は、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂを備え、左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとが左右対称であるように構成されている。羽根車４は、主軸３に挿通されるボス部１３と、ボス部１３から主軸３の径方向外向きに延びる主板１４と、を備える。主板１４には、複数の両吸込型の羽根１８の基端側が固定されている。左右の羽根部１８Ａ，１８Ｂの各先端部分は、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂにそれぞれ連結されている。主板１４の外周は円形形状をしている。また、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂの外周部分が円形であり、中央の開口が吸込口２１Ａ，２１Ｂを構成している。互いに対向する左側板１７Ａ，右側板１７Ｂの各外周部分で挟まれる部分によって吐出口２２Ａ，２２Ｂが構成され、吐出口２２Ａ，２２Ｂの集合により吐出口２２を形成している。主板１４及び左側板１７Ａ，右側板１７Ｂは、主軸３の軸心Ｏと同軸に配置されている。
【００５５】
そして、ケーシング２及び羽根車４は、以下に説明する点を除き、軸方向対称面Ｃに対して実質的に左右対称であるように構成されている。すなわち、第２実施形態では、主として、左側板１７Ａでの第１受圧面積Ｓ１と右側板１７Ｂでの第２受圧面積Ｓ２との間に受圧面積差を設けるための構成が非対称となっている。
【００５６】
図２に示した第２実施形態に係るポンプ１は、主軸３及び羽根車４のボス部１３を一体的に連結固定するための構造として、左側板１７Ａでの第１受圧面積Ｓ１と右側板１７Ｂでの第２受圧面積Ｓ２と間での受圧面積差に起因した流体力を軸スラストＦとして用いている。左側のスラスト軸受７の側から右側のラジアル軸受８を見たときに、すなわち段部１６の反対側から段部１６の側を見たときに、主軸３が時計回りに回転する方向を正回転方向Ｒとする。
【００５７】
羽根車４のボス部１３は、その右側に配設した段部１６によって、主軸３の軸心Ｏの右向きの動きが規制されている。段部１６は、主軸３の右側のラジアル軸受８の側に設けられていて、羽根車４に対して右向きに働く力を受け止めるためのストッパーとして機能する。段部１６は、例えば、図示しないリング体を主軸３に対して焼き嵌めすること、図示しないリング体を主軸３に対して溶接すること、大きめの主軸３を削り出しすること等の様々な方法で主軸３と一体的に構成されている。
【００５８】
次に、羽根車４における左側板１７Ａの第１受圧面積Ｓ１と右側板１７Ｂの第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差に起因した流体力を軸スラストＦとして用いた固定構造について詳細に説明する。
【００５９】
右羽根車部１５Ｂの吸込口２１Ｂ側の外周部には、ケーシング２における吐出側渦巻室での流れが吸込側渦巻室に漏れて再循環するのを防止する右羽根車リング２５Ｂが取り付けられている。この右羽根車リング２５Ｂに対向して、ケーシング２には右ケーシングリング２６Ｂが取り付けられている。右羽根車リング２５Ｂの外周面及びケーシングリング２６Ｂの内周面により、右側の（段部１６の側の）摺接シール面が形成されている。
【００６０】
これに対して、左羽根車部１５Ａの吸込口２１Ａ側の外周部には、上記のような羽根車リングが取り付けられていない。左羽根車部１５Ａの吸込口２１Ａ側の外周部に対向して、ケーシング２には左ケーシングリング２６Ａが取り付けられている。左羽根車部１５Ａの外周部の外周面及び左ケーシングリング２６Ａの内周面が、左側の（段部１６と反対側である反段部側の）摺接シール面を形成している。
【００６１】
そして、左側板１７Ａにおける摺接シール面から吐出口２２Ａに至るまでの第１受圧面積Ｓ１と、右側板１７Ｂにおける摺接シール面から吐出口２２Ｂに至るまでの第２受圧面積Ｓ２とを比較すると、図２に示すように、左側板１７Ａの第１受圧面積Ｓ１が、右側板１７Ｂの第２受圧面積Ｓ２よりも大きい。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２の受圧面積差に基づく流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２の受圧面積差に基づく流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００６２】
小流量領域や締切点では、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂによって吸い込まれる流量が時間的に不均一になるため、左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとにおいて時間的に変動する圧力差が生じ、その結果、時間的に変動する変動軸スラストが発生する。したがって、発生した軸方向スラストＦが変動軸スラストよりも大きければ、羽根車４が段部１６に対して安定して押圧され、羽根車４が主軸３に固定されるので、軸方向スラストＦが、主軸３への羽根車４の固定力として働く。したがって、主軸３及び羽根車４の回転によって、羽根車４を主軸３に対して固定して取り付けることができる。また、主軸３及び羽根車４の回転が停止すると、羽根車４を主軸３から取り外すことができる。すなわち、羽根車４が主軸３に対して着脱可能である。
【００６３】
また、上記固定力は、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２での受圧面積差に基づくものであるので、主軸３及び羽根車４の回転方向に関係無く作用する。すなわち、主軸３及び羽根車４が逆回転したとしても、羽根車４を段部１６に向けて押圧する流体力が作用する。したがって、逆回転した場合に備えて、羽根車４が主軸３から抜け出ることを防止するための抜け止め部材を基本的には必要としないが、念のために抜け止め部材を配設しておいてもよい。
【００６４】
なお、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差を得るために、上記実施形態では、左ケーシングリング２６Ａ及び右ケーシングリング２６Ｂに加えて、段部１６の側の吸込口２１Ｂの外周部だけに右羽根車リング（第２円環体）２５Ｂを取り付ける構成としているが、他の構成にすることも可能である。例えば、左ケーシングリング２６Ａ及び右ケーシングリング２６Ｂのそれぞれに対向するように、左羽根車リング（第１円環体）２５Ａ及び右羽根車リング（第２円環体）２５Ｂを、段部１６の反対側（反段部側）の吸込口２１Ａの外周部及び段部１６の側の吸込口２１Ｂの外周部にそれぞれ取り付けることができる。このとき、右羽根車リング（第２円環体）２５Ｂの径方向の厚みが左羽根車リング（第１円環体）２５Ａの径方向の厚みよりも肉厚であって、第１受圧面積Ｓ１が第２受圧面積Ｓ２よりも大きくなるように構成されている。さらに、上記のような円環体２５Ａ，２５Ｂを介在させる代わりに、右羽根車リング（第２円環体）２５Ｂの肉厚に相当する径方向の厚みを持ったリブを、段部１６の側の吸込口２１Ｂの外周部にあらかじめ設けておいて、第１受圧面積Ｓ１が第２受圧面積Ｓ２よりも大きくなるように構成することもできる。
【００６５】
次に、図３を参照しながら、第３実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第３実施形態は、左側板１７Ａとケーシング２の第１ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１が、右側板１７Ｂとケーシング２の第２ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２よりも広くすることに起因した流体力を軸スラストＦとして用いることを特徴としている。
【００６６】
図３に示したポンプ１は、羽根車４と、該羽根車４を収容するケーシング２と、該ケーシング２を貫通するとともに水平方向（図の左右方向）に延びる主軸３と、を備える横軸の両吸込型遠心ポンプ１である。主軸３が貫通するケーシング２の左側端部及び右側端部には、それぞれ、軸封用のメカニカルシール５が取り付けられている。また、ケーシング２に固定されたブラケットに保持されたスラスト軸受７及びラジアル軸受８により、主軸３が回転自在に支持されている。
【００６７】
羽根車４が収容されているケーシング２内に形成された渦巻室は、吸込側渦巻室及び吐出側渦巻室を備えている。ケーシング２の内部構造は、全体として、軸方向対称面Ｃ（１点鎖線で示す。）に対して略左右対称であるように構成されている。羽根車４の後述する左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂは、吸込側渦巻室に開口している。また、羽根車４の後述する左右の吐出口２２Ａ，２２Ｂは、吐出側渦巻室に開口し、吐出口２２を構成する。図３の右側には原動機（図示せず）が配設されており、原動機の駆動軸が、図示しないジョイントを介して、主軸３の右側端部に連結されている。原動機が作動すると、主軸３が軸心Ｏの周りで正回転方向Ｒに回転する。主軸３の回転により羽根車４が回転し、両吸込型遠心ポンプ１の吸込口（図示せず）から吸込側渦巻室に流入した流体（例えば、水）が、左右の吸込口２１Ａ，２１Ｂから羽根車４に吸い込まれる。そして、吸い込まれた流体は、吐出口２２から吐出側渦巻室へ吐出され、ポンプ１の吐出口（図示せず）から排出される。
【００６８】
羽根車４は、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂを備える。左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとが、羽根車４の軸方向対称面Ｃ’ （２点鎖線で示す。）に対して左右対称であるように構成されている。羽根車４は、主軸３に挿通されるボス部１３と、ボス部１３から主軸３の径方向外向きに延びる主板１４と、を備える。主板１４には、複数の両吸込型の羽根１８の基端側が固定されている。左右の羽根部１８Ａ，１８Ｂの各先端部分は、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂにそれぞれ連結されている。主板１４の外周は円形形状をしている。また、左側板１７Ａ，右側板１７Ｂの外周部分が円形であり、中央の開口が吸込口２１Ａ，２１Ｂを構成している。互いに対向する左側板１７Ａ，右側板１７Ｂの各外周部分で挟まれる部分によって吐出口２２Ａ，２２Ｂが構成され、吐出口２２Ａ，２２Ｂの集合により吐出口２２を形成している。主板１４及び左側板１７Ａ，右側板１７Ｂは、主軸３の軸心Ｏと同軸に配置されている。
【００６９】
そして、ケーシング２及び羽根車４は、以下に説明する点を除き、軸方向対称面Ｃ，Ｃ’に対して実質的に左右対称であるように構成されている。すなわち、第３実施形態では、主として、羽根車４の軸方向対称面Ｃ’をケーシング２の軸方向対称面Ｃに対して段部１６の側の軸方向にシフトさせている構成が軸方向に左右非対称となっている。
【００７０】
図３に示した第３実施形態に係るポンプ１は、主軸３及び羽根車４のボス部１３を一体的に連結固定するための構造として、左側板１７Ａと第１ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１と、右側板１７Ｂと第２ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２との間での間隙差に起因した流体力を軸スラストＦとして用いている。左側のスラスト軸受７側から右側のラジアル軸受８を見たときに、すなわち段部１６の反対側から段部１６の側を見たときに、主軸３が時計回りに回転する方向を正回転方向Ｒとする。
【００７１】
羽根車４のボス部１３は、その右側に配設した段部１６によって、主軸３の軸心Ｏの右向きの動きが規制されている。段部１６は、主軸３の右側のラジアル軸受８の側に設けられていて、羽根車４に対して右向きに働く力を受け止めるためのストッパーとして機能する。段部１６は、例えば、図示しないリング体を主軸３に対して焼き嵌めすること、図示しないリング体を主軸３に対して溶接すること、大きめの主軸３を削り出しすること等の様々な方法で主軸３と一体的に構成されている。
【００７２】
次に、左側板１７Ａと第１ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１と、右側板１７Ｂと第２ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２との間での間隙差に起因した流体力を軸スラストＦとして用いた固定構造について詳細に説明する。
【００７３】
ケーシング２の吐出側渦巻室を構成する左部分の内面において、左羽根車部１５Ａの左側板１７Ａの外面であって外周（左吐出口２２Ａ）に近い部分に向けて突出する環状の左ランド部２８Ａが設けられている。また、ケーシング２の吐出側渦巻室を構成する右部分の内面において、右羽根車部１５Ｂの右側板１７Ｂの外面であって外周（右吐出口２２Ｂ）に近い部分に向けて突出する環状の右ランド部２８Ｂが設けられている。左ランド部２８Ａ及び右ランド部２８Ｂの各突出量は同じである。左ランド部２８Ａ及び右ランド部２８Ｂの各先端は平坦面である。したがって、ケーシング２の内面部分は、左右で実質的に同じであるように構成されている。
【００７４】
羽根車４の軸方向対称面Ｃ’をケーシング２の軸方向対称面Ｃに対して段部１６の側の軸方向に変位量Δでシフトさせた状態で、羽根車４がケーシング２内に配設されている。羽根車４を段部１６の側の軸方向にシフト配置することにより、左側板１７Ａと左ランド部２８Ａとの間に形成される第１間隙ｇ１は、右側板１７Ｂと右ランド部２８Ｂとの間に形成される第２間隙ｇ２よりも広くなっている。側板とランド部との間での間隙が広くなるほど、吐出口から流出した流体が間隙に流入する量が多くなるため、広い間隙の側での流体圧が高くなる。したがって、第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広く構成されているので、第１間隙ｇ１の流体圧が第２間隙ｇ２の流体圧よりも大きくなる。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、間隙差（第１間隙ｇ１−第２間隙ｇ２）の半分に相当する変位量Δに起因した流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差に基づく流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００７５】
小流量領域や締切点では、左羽根車部１５Ａ及び右羽根車部１５Ｂによって吸い込まれる流量が時間的に不均一になるため、左羽根車部１５Ａと右羽根車部１５Ｂとにおいて時間的に変動する圧力差が生じ、その結果、時間的に変動する変動軸スラストが発生する。したがって、発生した軸方向スラストＦが変動軸スラストよりも大きければ、羽根車４が段部１６に対して安定して押圧され、羽根車４が主軸３に固定されるので、軸方向スラストＦが、主軸３への羽根車４の固定力として働く。したがって、主軸３及び羽根車４の回転によって、羽根車４を主軸３に対して固定して取り付けることができる。また、主軸３及び羽根車４の回転が停止すると、羽根車４を主軸３から取り外すことができる。すなわち、羽根車４が主軸３に対して着脱可能である。
【００７６】
また、上記固定力は、第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差に基づくものであるので、主軸３及び羽根車４の回転方向に関係無く作用する。すなわち、主軸３及び羽根車４が逆回転したとしても、羽根車４を段部１６に向けて押圧する流体力が作用する。したがって、逆回転した場合に備えて、羽根車４が主軸３から抜け出ることを防止するための抜け止め部材を基本的には必要としないが、念のために抜け止め部材を配設しておいてもよい。
【００７７】
なお、第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差を得るために、上記実施形態では、羽根車４の軸方向対称面Ｃ’をケーシング２の軸方向対称面Ｃに対して段部１６の側の軸方向にシフトさせている構成としているが、他の構成にすることも可能である。例えば、羽根車４の軸方向対称面Ｃ’とケーシング２の軸方向対称面Ｃとを一致させて上で、左ランド部２８Ａの突出量を右ランド部２８Ｂの突出量よりも少なくすることによって、第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広くなるように構成することができる。さらに、例えば、右ランド部２８Ｂだけに薄肉の円環シート体（図示せず）を固着させることによって、第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広くなるように構成することができる。
【００７８】
次に、図４を参照しながら、第４実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第４実施形態は、第１実施形態で説明した斜めキー結合３０による軸方向分力と、第２実施形態で説明した第１受圧面積Ｓ１と第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差に起因した流体力と、を軸スラストＦとして用いることを特徴とするものである。第４実施形態における基本的な構成は、上記第１実施形態及び第２実施形態のものと同じであるので、同等の部分には同一の符号を付し、両実施形態での相違点を中心に説明する。
【００７９】
第４実施形態は、上記第１実施形態で説明した斜めキー結合３０を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、上記第２実施形態で説明した受圧面積差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、を備えている。
【００８０】
斜めキー結合３０において、キーが主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜している。主軸３及び羽根車４が正回転方向Ｒに回転するとき、主軸３及び羽根車４を連結する斜めキー結合３０では遠心力が作用し、当該遠心力が軸トルクとして斜めキー結合３０に働く。斜めキー結合３０では、正回転時に発生する軸トルクを軸方向に分力することができ、当該軸方向分力が主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向分力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００８１】
また、左側板１７Ａにおける摺接シール面から吐出口２２Ａに至るまでの第１受圧面積Ｓ１が、右側板１７Ｂにおける摺接シール面から吐出口２２Ｂに至るまでの第２受圧面積Ｓ２よりも大きく構成されている。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２の受圧面積差に基づく流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向の流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００８２】
したがって、上記２つの固定構造を備える第４実施形態では、２つの軸方向スラストＦが重畳されるので、羽根車４を主軸３に対してより強固に固定することができる。
【００８３】
次に、図５を参照しながら、第５実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第５実施形態は、第１実施形態で説明した斜めキー結合３０による軸方向分力と、第３実施形態で説明した第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広いことに起因した流体力と、を軸スラストＦとして用いることを特徴とするものである。第５実施形態における基本的な構成は、上記第１実施形態及び第３実施形態のものと同じであるので、同等の部分には同一の符号を付し、両実施形態での相違点を中心に説明する。
【００８４】
第５実施形態は、上記第１実施形態で説明した斜めキー結合３０を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、上記第３実施形態で説明した第１間隙Ｓ１と第２間隙Ｓ２との間隙差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、を備えている。
【００８５】
斜めキー結合３０において、キーが主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜している。主軸３及び羽根車４が正回転方向Ｒに回転するとき、主軸３及び羽根車４を連結する斜めキー結合３０では遠心力が作用し、当該遠心力が軸トルクとして斜めキー結合３０に働く。斜めキー結合３０では、正回転時に発生する軸トルクを軸方向に分力することができ、当該軸方向分力が主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向分力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００８６】
また、左側板１７Ａと左ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１は、右側板１７Ｂと右ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２よりも広く構成されている。側板とランド部との間での間隙が広いほど、吐出口から流出した流体が間隙に流入する量が多くなるため、広い間隙の側での流体圧が高くなる。したがって、第１間隙ｇ１の流体圧が第２間隙ｇ２の流体圧よりも大きくなる。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間隙差に起因した流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差に基づく流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００８７】
したがって、上記２つの固定構造を備える第５実施形態では、２つの軸方向スラストＦが重畳されるので、羽根車４を主軸３に対してより強固に固定することができる。
【００８８】
次に、図６を参照しながら、第６実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第６実施形態は、第２実施形態で説明した第１受圧面積Ｓ１と第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差に起因した流体力と、第３実施形態で説明した第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広いことに起因した流体力と、を軸スラストＦとして用いることを特徴とするものである。第６実施形態における基本的な構成は、上記第２実施形態及び第３実施形態のものと同じであるので、同等の部分には同一の符号を付し、両実施形態での相違点を中心に説明する。
【００８９】
第６実施形態は、上記第２実施形態で説明した受圧面積差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、上記第３実施形態で説明した第１間隙Ｓ１と第２間隙Ｓ２との間隙差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、を備えている。
【００９０】
左側板１７Ａにおける摺接シール面から吐出口２２Ａに至るまでの第１受圧面積Ｓ１が、右側板１７Ｂにおける摺接シール面から吐出口２２Ｂに至るまでの第２受圧面積Ｓ２よりも大きく構成されている。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２の受圧面積差に基づく流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向の流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００９１】
また、左側板１７Ａと左ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１は、右側板１７Ｂと右ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２よりも広く構成されている。側板とランド部との間での間隙が広いほど、吐出口から流出した流体が間隙に流入する量が多くなるため、広い間隙の側での流体圧が高くなる。したがって、第１間隙ｇ１での流体圧が第２間隙ｇ２での流体圧よりも大きくなる。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間隙差に起因した流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差に基づく流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００９２】
したがって、上記２つの固定構造を備える第６実施形態では、２つの軸方向スラストＦが重畳されるので、羽根車４を主軸３に対してより強固に固定することができる。
【００９３】
次に、図７を参照しながら、第７実施形態に係る両吸込型遠心ポンプ１について詳細に説明する。なお、第７実施形態は、第１実施形態で説明した斜めキー結合３０による軸方向分力と、第２実施形態で説明した第１受圧面積Ｓ１と第２受圧面積Ｓ２との間での受圧面積差に起因した流体力と、第３実施形態で説明した第１間隙ｇ１が第２間隙ｇ２よりも広いことに起因した流体力と、を軸スラストＦとして用いることを特徴とするものである。第７実施形態における基本的な構成は、上記第１実施形態、上記第２実施形態及び第３実施形態のものと同じであるので、同等の部分には同一の符号を付し、両実施形態での相違点を中心に説明する。
【００９４】
第７実施形態は、上記第１実施形態で説明した斜めキー結合３０を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、上記第２実施形態で説明した受圧面積差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、上記第３実施形態で説明した第１間隙Ｓ１と第２間隙Ｓ２との間隙差に起因した流体力を用いて羽根車４を主軸３に対して固定する構造と、を備えている。
【００９５】
斜めキー結合３０において、キーが主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜している。主軸３及び羽根車４が正回転方向Ｒに回転するとき、主軸３及び羽根車４を連結する斜めキー結合３０では遠心力が作用し、当該遠心力が軸トルクとして斜めキー結合３０に働く。斜めキー結合３０では、正回転時に発生する軸トルクを軸方向に分力することができ、当該軸方向分力が主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向分力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００９６】
また、左側板１７Ａにおける摺接シール面から吐出口２２Ａに至るまでの第１受圧面積Ｓ１が、右側板１７Ｂにおける摺接シール面から吐出口２２Ｂに至るまでの第２受圧面積Ｓ２よりも大きく構成されている。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１受圧面積Ｓ１及び第２受圧面積Ｓ２の受圧面積差に基づく流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような軸方向の流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００９７】
さらに、左側板１７Ａと左ランド部２８Ａとの間での第１間隙ｇ１は、右側板１７Ｂと右ランド部２８Ｂとの間での第２間隙ｇ２よりも広く構成されている。側板とランド部との間での間隙が広いほど、吐出口から流出した流体が間隙に流入する量が多くなるため、広い間隙の側での流体圧が高くなる。したがって、第１間隙ｇ１の流体圧が第２間隙ｇ２の流体圧よりも大きくなる。その結果、左側板１７Ａが右側板１７Ｂよりも大きな圧力を受け、第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間隙差に起因した流体力が、羽根車４に対して主軸３の軸心Ｏの段部１６の方向に作用する。このような第１間隙ｇ１と第２間隙ｇ２との間での間隙差に基づく流体力は、軸方向スラストＦとして、羽根車４を段部１６に押圧する。
【００９８】
したがって、上記３つの固定構造を備える第７実施形態では、３つの軸方向スラストＦが重畳されるので、羽根車４を主軸３に対してより強固に固定することができる。
【００９９】
次に、図１１及び１２を参照しながら、上記第１実施形態等で説明した斜めキー結合３０の変形例について説明する。
【０１００】
図１１及び１２に示した変形例では、羽根車４を主軸３に連結固定するための斜めキー結合３０が、右上がりに傾斜した上側部分３３を有する斜めキー３１と、上側部分３３と嵌合する斜めキー溝４８を有するボス側キー溝４１と、を備えている。
【０１０１】
図１１（Ａ）に示すように、斜めキー結合３０は、羽根車４のボス部１３及び主軸３のそれぞれに形成されたボス側キー溝４１及び主軸側キー溝４２にキー３１が嵌入される沈みキーである。主軸側キー溝４２は、主軸３の軸心Ｏに対して平行であるように形成されているが、ボス側キー溝４１は、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜するように形成されている。
【０１０２】
図１２に示すように、斜めキー溝４８及び主軸側キー溝４２にそれぞれ挿入されるキー３１は、上側部分３３と、上側部分３３よりも横方向（周方向）に幅広である下側部分３２と、を備えてなる段差構造をしている。下側部分３２は、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる四角柱形状をしている。これに対して、上側部分３３は、図１２（Ａ）に示すように、平面視で、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで傾斜しながら延びる平行四辺形の形状をしていて、全体としては、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して平行に延びる大略斜角柱形状をしている。したがって、上側部分３３の左傾斜側面３４Ａ及び右傾斜側面３４Ｂは、図１２（Ａ）に示すように、それぞれ、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜しながら延びているとともに、図１２（Ｂ）に示すように、下側部分３２の上面から垂直に立ち上がっている。このように、キー３１の上側部分３３は、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜したキー部分を構成し、軸方向傾斜部として作用する。
【０１０３】
他方、図１１に示すように、キー３１の傾斜した上側部分３３を受け入れるための斜めキー溝４８は、羽根車４のボス部１３に形成されている。図１１に示すように、斜めキー溝４８は、左傾斜内側面４９Ａと右傾斜内側面４９Ｂとを備えている。左傾斜内側面４９Ａ及び右傾斜内側面４９Ｂは、それぞれ、垂直下向きに延びるとともに、主軸３の軸心Ｏを含む軸断面と平行な軸平行面Ｖに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜しながら延びている。主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜した斜めキー溝４８は、キー３１の傾斜したキー部分（すなわち、上側部分３３）を受け入れる。したがって、右上がりに傾斜したキー溝４８は、キー３１の右上がりに傾斜した上側部分３３について相補的に嵌合するように構成されている。
【０１０４】
上記構成によれば、主軸３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで傾斜した斜めキー溝４８を羽根車４のボス部１３にあらかじめ形成しておくことで、斜めキー結合３０に係る部品点数の削減を図ることができる。
【０１０５】
次に、図１３を参照しながら、第８実施形態に係る片吸込型遠心ポンプ１０１について詳細に説明する。
【０１０６】
第８実施形態は、横軸の片吸込型遠心ポンプ１０１における主軸１０３及び羽根車１０４のボス部１１３を一体的に連結固定するための構造として、斜めキー結合１３０を用いている。
【０１０７】
図１３において、ケーシング１０２の中に形成された渦巻室内に羽根車１０４が収容されている。羽根車１０４は、右上がりの斜めキー結合１３０を介して、水平方向に延びる主軸１０３に固定されている。主軸１０３は、ケーシング１０２を貫通して延びている。ケーシング１０２の右側には２つの軸受１０８が離間して配置されている。これらの軸受１０８により、主軸１０３の右側が回転自在に支持されている。また、主軸１０３がケーシング１０２を貫通する部分にはメカニカルシール１０５が配設されている。図１３における主軸１０３の右端部は原動機（図示せず）に接続されている。
【０１０８】
片吸込型の羽根車１０４は、流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体として機能する。羽根車１０４は、主軸１０３に対して固定されるボス部１１３と、このボス部１１３から主軸１０３の径方向に延びる主板（側壁板）１１４と、を備える。複数の片吸込型の羽根部１１８の基端側が主板１１４に固定されている。また、これら複数の羽根部１１８の先端側は、側板（側壁板）１１７に連結されている。主板１１４及び側板１１７の各外周部は、円形である。側板１１７における中央の開口が、吸込口１２１を構成している。また、主板１１４及び側板１１７の外周部で挟まれた部分が、吐出口１２２を構成している。主板１１４及び側板１１７は、主軸１０３と同軸に配置されており、主軸１０３の軸心Ｏは、主板１１４及び側板１１７の回転中心でもある。羽根部１１８は、側板１１７に対して翼列状に配置されている。
【０１０９】
原動機により主軸１０３が回転駆動されると、渦巻室内で羽根車１０４が回転する。図示しない吸込口から渦巻室に流入した流体（例えば、水）は、吸込口１２１を通じて羽根車１０４内に流入し、羽根車１０４の吐出口１２２を通じて図示しない吐出口を経て吐出される。
【０１１０】
羽根車１０４を主軸１０３に一体的に連結固定するための斜めキー結合１３０は、実質的に、第１実施形態で説明した図８乃至１０に示したのと同じ構成のものを用いている。すなわち、斜めキー結合１３０は、羽根車１０４のボス部１１３及び主軸１０３のそれぞれに形成されたボス側キー溝及び主軸側キー溝に対して、右上がりの斜めキーが嵌入される沈みキーである。ボス側キー溝及び主軸側キー溝は、主軸１０３の軸心Ｏに対して平行であるように形成されている。斜めキーの傾斜した上側部分を受け入れるためのキースリーブが、ボス側キー溝に嵌入されている。キースリーブには、主軸１０３の軸心Ｏに対して傾斜角度αで右上がりに傾斜したキー溝が形成されている。このような斜めキー結合１３０を用いることによって、主軸１０３及び羽根車１０４が正回転方向Ｒに回転するとき、軸方向スラストＦが発生する。
【０１１１】
主軸１０３は、羽根車１０４が挿入・嵌合される左嵌挿部と、左嵌挿部の右側に位置して左嵌挿部よりも少し大きな径を有する段部１１６と、を備える段差構造になっている。当該段部１１６は、羽根車１０４に対して右向きに（軸受１０８の側に）働く力を受け止めるためのストッパーとして機能する。
【０１１２】
主軸１０３の左側に配置された羽根車１０４の側から主軸１０３の右側に配置された軸受１０８を見たときに、すなわち段部１１６の反対側から段部１１６の側を見たときに、主軸１０３が時計回りに回転する方向を正回転方向Ｒとする。主軸１０３が正回転する場合、図１３の左から右に向かって上向きに傾斜し、その傾斜角度が主軸１０３の軸心Ｏに対して角度αをなすように、右上がりの斜めキー結合１３０が構成されている。傾斜角度αは、例えば、約０．０２度乃至約５度である。
【０１１３】
主軸１０３における左嵌挿部の左側には、円環状の溝９Ｂが形成されていて、抜け止め用のスナップリング９Ａが溝９Ｂに係合するように構成されている。羽根車１０４のボス部１１３は、羽根車１０４の左側に配設したスナップリング９Ａと、羽根車１０４の右側に配設した段部１１６との間で挟持されている。スナップリング９Ａは、万が一、主軸１０３及び羽根車１０４が逆回転したとき、あくまでも羽根車１０４が主軸１０３から抜け出ることを防止するためのものである。したがって、スナップリング９Ａは、従来技術において使用されているインペラナットのように、ネジの螺合作用により羽根車１０４を主軸１０３に強く押圧して固定するものではない。スナップリング９Ａによって羽根車１０４に加えられる力は、フレッチングが発生しないような非常に弱い当接力で十分である。
【０１１４】
主軸１０３及び羽根車１０４が正回転方向Ｒに回転するとき、主軸１０３及び羽根車１０４を連結する右上がりの斜めキー結合１３０では遠心力が作用し、当該遠心力が軸トルクとして斜めキー結合１３０に働く。正回転によって発生した軸トルクは、斜めキー結合１３０によって、軸方向に分力される。そして、当該軸方向分力が主軸１０３の軸心Ｏの段部１１６の方向に作用し、軸方向分力が、軸方向スラストＦとして、羽根車１０４を段部１１６に押圧するので、羽根車１０４が主軸１０３に一体的に連結固定される。したがって、主軸１０３及び羽根車１０４の回転によって、羽根車１０４を主軸１０３に対して固定して取り付けることができる。また、主軸１０３及び羽根車１０４の回転が停止すると、羽根車１０４を主軸１０３から取り外すことができる。すなわち、羽根車１０４が主軸１０３に対して着脱可能である。
【０１１５】
なお、この発明は、上述した各実施形態の具体的な構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱しない範囲で考えられる各種の変形例を含むことができる。
【０１１６】
斜めキー結合を用いる固定構造は、上述した遠心ポンプ以外に、他方式のポンプや、水車、ポンプ逆転水車、コンプレッサ、ガスタービン等の流体機械における、回転体と主軸との間での連結固定にも適用することができる。斜めキー結合を用いる固定構造では、回転体が、上述した羽根車に限られず、歯車又はスクリューであってもよい。また、斜めキー結合を用いる固定構造では、ケーシング及び回転体が必ずしも軸方向対称面に対して左右対称である必要がなく、ケーシング及び回転体が左右非対称であってもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１  両吸込型遠心ポンプ（流体機械）
２  ケーシング
３  主軸
４  羽根車（インペラ）
９  抜け止め部材
１３  ボス部
１４  主板
１５Ａ  左羽根車部
１５Ｂ  右羽根車部
１６  段部
１７Ａ  左側板
１７Ｂ  右側板
１８  羽根
１８Ａ  左羽根部
１８Ｂ  右羽根部
２１Ａ，２１Ｂ  吸込口
２２  吐出口
２５Ｂ  右羽根車リング（第２円環体）
２６Ａ  左ケーシングリング
２６Ｂ  右ケーシングリング
２８Ａ  左ランド部
２８Ｂ  右ランド部
３０  斜めキー結合
３１  キー
３３  上側部分（軸方向傾斜部）
３５  キースリーブ
３８  キー溝
４１  ボス側キー溝
４２  主軸側キー溝
Ｃ  ケーシングの軸方向対称面
Ｃ’  羽根車の軸方向対称面
Ｏ  軸心
Ｆ  軸スラスト
Ｒ  正回転方向
Ｖ  軸平行面
α  傾斜角度
【要約】
【課題】羽根車を主軸に対して着脱可能に固定して取り付けることができる、流体機械における回転体の固定構造を提供する。
【解決手段】流体の持つ運動エネルギーと回転体の持つ回転エネルギーとの間での相互のエネルギー変換を可能にする回転体４と、回転体のボス部１３に挿通される主軸３と、主軸に設けられた段部１６と、を備える流体機械１において、回転体の回転で軸方向スラストＦが発生し、軸方向スラストは、回転体を前記段部に押圧して、回転体を主軸に固定する回転板の固定力として働くように構成されている。
【選択図】図１【図１】
0005607783.tif 000002
【図２】
0005607783.tif 000003
【図３】
0005607783.tif 000004
【図４】
0005607783.tif 000005
【図５】
0005607783.tif 000006
【図６】
0005607783.tif 000007
【図７】
0005607783.tif 000008
【図８】
0005607783.tif 000009
【図９】
0005607783.tif 000010
【図１０】
0005607783.tif 000011
【図１１】
0005607783.tif 000012
【図１２】
0005607783.tif 000013
【図１３】
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