(57)【要約】【課題】一枚羽根または一つの流路を持つ羽根車において、軸方向スラストの発生を抑制して振動を低減でき、空気中の機械的バランスと水中の水力的バランスの両方を調整でき、ポンプ効率の低下を生じることなく、異物等による詰りや絡みによる故障し難く、ポンプの大型化による製品価格上昇を生じない水ポンプ用羽根車を提供。【解決手段】水中モータ１下端のポンプケーシング７に内装の一枚羽根または一つの流路を持つ羽根車４の凹部４ｂ内に反力発生板９を設け、該水中モータ軸２の導下先端部に取付けるためのボス部４ｅを設け、該凹部４ｂ上端には主板上端面４ｄから突出しないように蓋５を締結具１２により蓋装し、該蓋５にボス部外側壁４ｈよりも大きい孔５ａを穿設し、凹部４ｂ内外を連通させて凹部４ｂ内に水を導入すると共に、蓋５と環状溝４ｇの接合部にシール材１１を用いて封止構成する。【選択図】          図１
2014047748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中モータの下端に装着されたポンプケーシングに内装され、水中モータ軸を中心として回転する異物の通過性を重視した一枚羽根または一つの流路を持つ水ポンプ用羽根車において、前記羽根車は水中で回転する際に、該羽根車から吐出される流れに対する流体反力を半径方向の内向きに受け、該羽根車の主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設けると共に、前記凹部を覆う蓋を備え、水中において該凹部内に水を導入する該凹部内外を連通する連通路が前記蓋に設けられていると共に、空気中においては該凹部内の水を排出するための水抜き孔が前記蓋に穿設されており、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させることによって半径方向の外向きまたは内向きのいずれか一方の反作用力を受ける反力発生板が該凹部内に設けられ、該羽根車は水中で回転する際に、前記反力発生板によって発生する前記反作用力によって前記流体反力と不均一な容積の該凹部内に導入された水に不均一に作用する遠心力との合力が減殺または相殺されるように構成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項２】
請求項１に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板が該凹部内に二つ以上設けられ、前記羽根車は水中で回転する際に、該反力発生板の内少なくとも一つによって発生する前記反作用力によって前記流体反力が減殺または相殺され、該反力発生板の他の少なくとも一つによって発生する該反作用力によって不均一な容積の該凹部内に導入された水に不均一に作用する遠心力が減殺または相殺されるように構成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板を設けることが可能な浅い部分と深い部分が軸対称位置に存在する前記凹部内において、該凹部の深さがより深い側に該反力発生板が設けられるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記流体反力を受ける該羽根車の周面に開口された水流出部の中央高さ位置に対抗するように、前記反力発生板が形成されるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板の水平断面形状は、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁の流れ方向長さに対して反対側の裏側側壁の方が長い翼断面形状に形成されるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板の該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁全面の取付角が、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して４５°の傾きをもって形成されるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記反力発生板の前記凹部底面または蓋背面の取付面から反取付面に向かって該羽根車回転方向の下流側に向かって傾斜されるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって、半径方向の外向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されるか、または、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記ボス部外側壁に接続されるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°位置に設けられるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°に振り分けて半径距離を異ならせて設けられるように構成したことを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板が該羽根車または前記蓋或いは双方に取り外して交換可能に構成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って前記凹部内を円周方向に移動する水の勢いを抑制する遮蔽板を該凹部外周壁より水中モータ軸の中心方向に向かって凸設されると共に、その内周側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる位置まで伸びて形成され、前記遮蔽板の該羽根車回転方向の上流側側壁は該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して直角に形成され、該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側９０°以下の範囲に該遮蔽板の該上流側側壁が位置するように形成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１３】
請求項１ないし４および６と１０のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受けることで前記流体反力または該凹部内に導入された水に作用する遠心力のいずれか一方または両方を減殺または相殺されるように構成されている前記反力発生板の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されると共に、その下流側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる位置まで伸びて形成され、該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側９０°以下の範囲に該反力発生板の前記下流側端部が位置するように形成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記反力発生板または前記遮蔽板のいずれか一方或いは双方が、該羽根車の空気中における静的または動的な機械的バランスを調整するためのバランスウエートと一体で形成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車であって、前記主板と前記蓋との接合部はシール材を用いて封止構成されていることを特徴とする、水ポンプ用羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水ポンプ用羽根車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水ポンプ用羽根車には様々な種類があり、汚水などを送水する羽根車においては、汚水に含まれる固形物を羽根車の通水路に詰ることなく通過排出させなければならないことから、ＪＩＳＢ０１３１の用語の番号１３２３に定義され付図２５に示されるような「ノンクロッグポンプ」や、前記用語の番号１３２５に定義される「ブレードレスポンプ」、または該用語の番号１３２４に定義され付図１２に示されるような「スクリューインペラ渦巻ポンプ」に用いられる汚水や汚物の排出に適している遠心ポンプ用の一枚羽根や一つの流路を持つ羽根車が知られている。
【０００３】
そして、前記のような羽根車は回転中心について非軸対称な形状をしているので、空気中で静的または動的な機械的バランスを調整してからポンプに組み込まれて運転されることから、空気中での前記機械的バランスは、ポンプ設置時の試運転確認の際や、水位センサや制御回路の故障などにより無負荷運転となってしまった際においてポンプが損傷することを防止する上で必要であり、例えば、機械的バランスの不釣合い質量の存在する部分を除肉して主板や側板に凹部を設けたり、不釣合い質量の存在する軸対称位置に不釣合い質量に釣合うバランスウエートを取付けるなどして調整される。
【０００４】
しかし、空気に比べて密度が約８００倍と大きな水中における運転状態では、非軸対称に羽根車から流出する水の反作用力として半径方向の内向きに受ける流体反力が大きいために水力的バランスが崩れて羽根車の回転に伴って激しい振動を生じる。
【０００５】
従って、前述のような問題を解決するため、ブレードレスポンプ用羽根車の主通路の吐出口の略軸対称位置において、羽根車の主板と側板の外側に、背面および前面補助羽根を取付け、その補助羽根の流体反力の合計と主通路の吐水作用の反動による流体反力とを釣合わせるようにした構造のものは公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
そして、主通路の吐水作用の反動による流体反力と釣合う遠心力を発生する不釣合い質量を前記流体反力が発生する円周方向位置に設けた羽根車も公知である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、機械的バランスを調整するため不釣合い質量の存在する部分を除肉して主板または側板に凹部を設ける場合、羽根車の軽量化や材料費の低減、鋳造時の各部の冷却速度差を小さくして鋳造精度を向上させるため肉厚を等しくしようとすれば、必然的に該凹部の形状は羽根または流路の形状を写し取ることになるため、該凹部も回転中心について非軸対称な形状となると共に、該凹部の所定の角度位置における体積も決定されることになり、該凹部の非軸対称な形状を開放したまま水中で羽根車を回転させると流体の乱れによる動力損失が発生するため、例えば特開２００６−２９１９３７公報に示されるように、該凹部は蓋で覆われているが、蓋を設けたことで該凹部内に侵入した水が該凹部内に閉じ込められることになり、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内の水に作用する非軸対称な遠心力によって振動が大きくなることから、該遠心力を有効に活用するべく、前記流体反力が発生する円周方向位置の羽根車内部に流体が充填される充填空間を形成し、前記充填空間が所定の角度範囲となるように区画壁で区画することで、羽根車が水中で駆動回転しているときには、前記充填空間内に充填されている流体に作用する遠心力によって、該流体反力が打ち消されるように構成された羽根車も公知である（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実公昭４４−３７０８号公報
【特許文献２】特開昭５７−８６５９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−３１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１ないし３の構成を用いて検証実験を行った結果、次の問題点があることが判明した。
【００１０】
先ず、前記特許文献１の構成においては、羽根車の主板と側板の外側にポンプの揚水機能としては作用しない、前記背面および前面補助羽根が凸設されていることで軸動力が増大されることにより、ポンプ効率を著しく低下させると共に、振動の低減効果も該背面および前面補助羽根の水中モータ軸導出方向の幅が大きくないと効果がほとんど無いため、該背面および前面補助羽根を大きくすることで結局ポンプ自体が大きなものとなってしまい余分な製造コストが生じてしまうことに加えて、異物等が混入し得る汚水の排出に上記発明を適用した場合、水中モータ軸を取付けるボス部と該背面補助羽根および該前面補助羽根と羽根車吸込口外側壁の間に異物が詰ったり、該背面および前面補助羽根に髪の毛などの軟弱異物が絡まったりして、羽根車の拘束（ロック）による過負荷やポンプ破損、性能低下、磨耗などによりポンプを引き上げてのメンテナンス作業が必要になるという問題を有している。
【００１１】
また、前記特許文献２の構成においては、主通路の吐水作用の反動による流体反力と釣合う遠心力を発生させる不釣合い質量を設けたため、今度は空気中における前記機械的バランスが崩れることになり、空気中の機械的バランスと水中の水力的バランスの両方を調整することが出来なくなり、前記不釣合い質量に作用する遠心力は、遠心力であるため半径方向の外方に向かう方向にしか作用しないため、前記流体反力を打ち消すためには該流体反力が作用する角度近傍にしか取付けることはできないので設計自由度が低くなり、該不釣合い質量の取付位置が前記機械的バランスを調整するためのバランスウエートと同じ位置となったときに取付けが出来ないと共に、異物の通過粒径がポンプ口径比の１００％である一枚羽根のノンクロッグポンプまたは一つの流路を持つブレードレスポンプでは、流量が少なくて揚程の高い運転範囲である部分流量域において、流路内の水の逆流によるポンプ性能の低下を最小限に抑えようとして羽根車内部の流路形状も異物の通過粒径とほぼ同じ形状となっているため、羽根車内部の流路に前記不釣合い質量を設けると異物の通過粒径が減少するという問題を有している。
【００１２】
更に、前記特許文献３の構成においては、前記充填空間内に充填されている流体に作用する遠心力は、遠心力であるため半径方向の外方に向かう方向にしか作用しないため、前記流体反力を打ち消すためには該流体反力が作用する角度近傍にしか取付けることはできないので設計自由度が低くなり、また前記充填空間内に充填されている流体に作用する遠心力を利用するため、主に金属である固体に作用する遠心力を利用している特許文献２と比べて大きな空間を必要とし、例えば、流体の比重を１（水）、固体の比重を７．８（ステンレス鋼鋳鋼）とすると特許文献３の形状は特許文献２の形状に対して約７．８倍の空間を必要とすると共に、回転中心について非軸対称な形状をしている羽根車において、機械的バランスを調整するため不釣合い質量の存在する部分を除肉して凹部を設ける場合、羽根の形状を写し取って非軸対称な形状の該充填空間となるため、前述の大きな空間を必要とすることと相まって、必要な角度に必要な空間を確保できないことに加えて、機械的バランスを調整するため不釣合い質量の存在する軸対称位置に不釣合い質量に釣合うバランスウエートを取付ける必要がある場合は、前記バランスウエートで該充填空間が圧迫されて該充填空間がより狭くなることから該流体反力の作用する角度に必要な遠心力を発生し得るだけの流体を充填させる空間を確保することは非常に困難であり、且つ充填空間の流体に作用する遠心力を利用するためには、充填空間として機能しない該凹部には流体が流入しないようにすることが必須であるが、充填空間として機能しない該凹部に空気が残留していると空気に比べて比重の大きな水との比重差によって該羽根車に浮力が作用してアンバランスを生じ、また他の方法として充填空間として機能しない該凹部を羽根車材質等の固体で埋め尽くすとそれが不釣合い質量となってアンバランスを生じて、結局、振動が大きくなるという問題を有している。
【００１３】
また、前述とは別に例えば特公昭２８−００５８４０号公報に示されるように、一つの流路で形成されるブレードレスポンプ用の羽根車では、該羽根車の下端面に開口された吸込口から該羽根車の周面に開口された吐出し口まで巻き上がるように流路が形成されるため、前記凹部は該羽根車の回転方向下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有することになり、動力損失を低減するために該凹部を蓋で覆った場合、本発明の図２および図２１と図２２に示されるように該羽根車の水中での回転に伴って該凹部に導入された水が移動し、前記連続的に浅くなる部位においては流路が楔状となっているため水が下流に向かって水中モータ軸導出方向の上向きに漸次変向されながら押し込まれて昇圧されると共に、前記急激に深くなる部位においては流路が楔状から急拡大されているため水の流れが拡大されて減圧されることに加えて、該図２２に示すように流れが拡大凹部の落込側壁面から剥離することで該凹部に低圧が発生する相乗の低圧作用によって、凹部深さの浅い昇圧部と凹部深さの深い低圧部の不均一な圧力分布状態で、該凹部内よりも圧力が高いポンプケーシングの揚水流路と連通する、蓋上端面の空間との圧力差によって、水中モータ軸導出方向の下向きに軸方向スラストが作用して振動が大きくなるという問題を有している。
【００１４】
そこで、本願発明は前記問題点に鑑み、回転中心について非軸対称な形状をしている一枚羽根または一つの流路を持つ羽根車においても、前記流体反力を減殺して確実に水力的バランスを調整すると共に、機械的バランスをとるために設けられた凹部内に導入された水に作用する遠心力を減殺して振動を低減することができ、更に、該羽根車の回転方向下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有する、例えばブレードレスポンプ用の羽根車においても、前記軸方向スラストの発生を抑制して振動を低減でき、空気中の機械的バランスと水中の水力的バランスの両方を調整でき、ポンプ効率の低下を生じることなく、汚水に混入した異物等による詰りや絡みによるトラブルが発生し難く、ポンプの大型化による余計な製造コストによる製品価格上昇を生じない水ポンプ用羽根車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を達成するために、先ず特許文献２のように前記機械的バランスを調整した前記羽根車の主通路の吐水作用の反動による流体反力が作用する円周方向位置に前記流体反力と釣合う遠心力を発生させる不釣合い質量を付加するという一般的な手法の適用の検討において、前記流体反力とその作用する円周方向位置は実測するか、あるいは３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ：コンピュータ支援による設計）にて羽根車と揚水流路をモデリングしてそのモデルを数値解析することにより求めることが可能であるが、異物の通過粒径がポンプ口径比の１００％である一枚羽根のノンクロッグポンプまたは一つの流路を持つブレードレスポンプでは、流量が少なくて揚程の高い運転範囲である部分流量域において、流路内の水の逆流によるポンプ性能の低下を最小限に抑えようとして羽根車内部の流路形状も異物の通過粒径とほぼ同じ形状となっているため、羽根車内部の流路に前記不釣合い質量を設けると異物の通過粒径が減少することになり、該不釣合い質量を主板や側板に設ける場合は、該不釣合い質量の取付位置が前記機械的バランスを調整するためのバランスウエートと同じ位置となったときに必要な量を取付けることが出来ないという不具合が判明した。
【００１６】
次に、特許文献１のように主通路の吐水作用の反動による流体反力と釣合う半径方向の内向きの反作用力を発生させるための補助的な羽根である補助羽根を羽根車の主板と側板の外側に該流体反力が作用する円周方向位置の略軸対称位置となるように設けることを考えたことで、該羽根車の水中での回転に伴って、円周方向に対して傾斜する前記補助羽根が水と衝突して水を半径方向の外向きに変向（吐出）させることによって該補助羽根が水から受ける力は、そのほとんどが本発明の図２６に模式的に示されるように該補助羽根に垂直方向に加わり、その水から受ける力Ｆｗは円周方向成分の力Ｆｕと半径方向成分の力である反作用力Ｆｈに分解して考えることができ、該反作用力Ｆｈが該流体反力Ｆｋを相殺する効果を有し、また前記特許文献１の補助羽根は主板と側板の２ヵ所にあるので、例えば、それぞれ該流体反力の半分の力と釣合う反作用力を発生させれば良いことになるが、羽根車の主板と側板の外側にポンプの揚水機能としては作用しない、前記背面および前面補助羽根が凸設されていることで軸動力が増大されることにより、ポンプ効率を著しく低下させると共に前記主板の外側の該背面補助羽根においては、本発明の図２８に模式的に示されるように水中モータ軸２を「梃子」、ベアリングＢｒを「支点」とする“てこ”と見立てると、「支点」から「作用点」となる該流体反力Ｆｋが作用する羽根車４の水流出部の中央高さ位置４ｋまでの距離Ａに比べて「支点」から「力点」となる該背面補助羽根までの距離Ｂは短いため距離Ａ＞距離Ｂとなり、例えば、該流体反力Ｆｋの半分の力と釣合うモーメントを得るためには該流体反力Ｆｋの半分の力×（距離Ａ÷距離Ｂ）倍の力が必要となることから、該背面補助羽根を大きくすることで発生する反作用力Ｆｈを増加しなければならないためポンプ自体が大きなものとなって余分な製造コストが生じてしまうことから、前記側板の外側の該前面補助羽根においては、本発明の図２８に示されるように「支点」から「力点」となる該前面補助羽根までの距離Ｃは距離Ａより長いため距離Ａ＜距離Ｃとなり、（距離Ａ÷距離Ｃ）＜１より、一見、該前面補助羽根を小さくできるように見えるが、該主板４ａ側にあるボス部４ｅより直径の大きな羽根車４の吸込口４ｌが側板側にあるため該前面補助羽根の半径方向の設置範囲が全周に亘って狭くなるので、水中モータ軸２導出方向の幅を大きくして反作用力Ｆｈを稼ぐ必要があると共に、該側板の外側壁とそれに対向するポンプケーシング７側壁で構成される側板側の環状隙間Ｇ３と側板の吸込口側端面とそれに対向するポンプケーシング７端面との隙間である側板側の軸方向隙間Ｇ４を通って圧力の高い揚水流路から圧力の低い吸込口に向かって発生する循環流れＲにより、該前面補助羽根への軟弱異物の絡まりや、該前面補助羽根の成す撹拌によって回転部と静止部の隙間への異物の詰りや揚水流路内の圧漏れによるポンプ揚程の低下が促進される結果となった。
【００１７】
そこで本願発明者は、前記の問題点を払拭するため、該主板の不要な肉厚部分を該羽根車の水中モータ軸導出方向外側より除肉して凹部を形成し、前記主板上端面より凸出しないように前記凹部内に反力発生板を設けるという新たな構成を創出するに至り、この構成にすれば、前記距離Ｂは前記距離Ａに必然的に近づくことになるので、該流体反力に釣合うために該反力発生板が発生させる反作用力を小さくすることができるので該反力発生板の水中モータ軸導出方向の幅も小さくできるという効果も相乗的に作用することになるが、必要な反作用力を発生させる該反力発生板を設けるために前記凹部をできる限り深くしようとすれば、必然的に該凹部の形状は羽根または羽根車内部流路の形状を写し取ることになるため、該凹部も回転中心について非軸対称な形状となり、また、前記除肉後の形状に合わせて機械的バランスを調整する場合、該凹部内には不釣合い質量の存在する軸対称位置に不釣合い質量に釣合うバランスウエートを取付ける必要があるが、該羽根車の形状および該バランスウエートのため該凹部の円周方向位置によっては、“浅い”、“深い”、“狭い”、“広い”、といった該凹部の形状の差が生じるため、該流体反力が作用する円周方向位置が必ずしも必要とする大きさの該反力発生板を設けるのに適した形状とはならないことが判明した。
【００１８】
そのために本願発明者は、羽根車が一枚の羽根または一つの流路を持つため前記凹部の形状は、“浅い”と“深い”が軸対称位置に存在すること、およびバランスウエートの取付けにより“狭い”と“広い”、が軸対称位置に存在することを見出すと共に、図２６に模式的に示されるように該反力発生板が水を半径方向の外向きに変向（吐出）することで半径方向の内向きに反作用力を発生させているのならば、図２７に模式的に示されるようにその逆である該反力発生板が水を半径方向の内向きに変向することで半径方向の外向きに反作用力を発生させることも可能であるとする新しい技術思想を創出するに至ったことにより、これを実証するために、該流体反力が作用する円周方向位置の軸対称位置における該凹部内の形状が該バランスウエートの存在により“狭い”ため、該流体反力が作用する円周方向位置の軸対称位置に水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力を受ける該反力発生板を設けることができない該羽根車において、図２７に模式的に示されるように該流体反力が作用する円周方向位置に水を半径方向の内向きに変向することで、半径方向の外向きに反作用力を発生させる該反力発生板を設けて試験を行い、その際には空気中における静的または動的な機械的バランスを調整し、振動が小さくなったかどうかは、ポンプの吐出し方向とその直角の水平方向および水中モータ軸導出方向の３軸方向に加速度計を取付けて振動値を測定することで判断した結果、ポンプの大型化や前記側板側の環状隙間Ｇ３と前記側板側の軸方向隙間Ｇ４への詰りも防止できると共に、前記形状にて振動の低減も問題なく行えることが確認されたが、該凹部の非軸対称な形状が開放されたまま水中で回転することによる流体の乱れによって動力損失が発生するためポンプ効率が悪く、また、該反力発生板への軟弱異物の絡み付きも改善されなかっため、流体の乱れによる動力損失の発生と該凹部内への異物の侵入を抑制することを意図して、該凹部を覆う蓋を該羽根車に取付けると共に、該凹部内へ水を供給して該反力発生板に該反作用力を発生させるため該凹部内外を連通する連通路を該蓋に設けたことにより、ポンプ効率と該反力発生板への軟弱異物の絡み付きは改善されたが、その反面、一度は低減できていた振動が再び大きくなるという新たな問題が発生したことで、該問題の原因は蓋を設けたことで非軸対称な形状である該凹部内に侵入した水が閉じ込められることになり、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内の非軸対称な水に作用する非軸対称な遠心力が原因となって発生していると推定した。
【００１９】
そこで、前記機械的バランスの調整された羽根車の凹部に水を入れて蓋およびシール材にて該凹部を封水した状態の羽根車を、バランシングマシンを用いて空気中での動的な不釣合い質量とその作用する位置を測定して、該測定値を基に凹部内の水に作用する遠心力を算出し、該凹部内に導入された水に作用する遠心力を相殺する位置にもう一つ反力発生板を取付けて再度試験を行った結果、前記流体反力のみを相殺する位置に該反力発生板を取付けた振動が再び大きくなった羽根車に比べて、実用上問題のないレベルまで振動値が低減され、また、該流体反力と該凹部内に導入された水に作用する遠心力との合力を相殺する位置に該反力発生板を一つ取付けても同様の結果が得られたことで、該バランシングマシンを使用した実機検証の測定値に基く該遠心力の算出と、前記３次元ＣＡＤにて羽根車をモデリングしてそのモデルを解析することで該凹部内の水に作用する遠心力の算出結果が略同様であったことから、時間的およびコスト的な点などから鑑みれば、該３次元ＣＡＤのモデル解析による検証方法が望ましい。
【００２０】
しかし、一般に水ポンプは、その性能や用途などに応じて複数のモータ出力や周波数違いのものがシリーズ化されて使い分けられており、その中にはモータ出力が小さいものや電源周波数が大きいまたは極数が小さいために羽根車の回転数の速いものがあることから、負荷を定格値に抑えるために羽根車の外径が小さくなっているので、必然、該凹部の外周径も小さくなって、一箇所に大きさの適正な反力発生板を取付けることが出来ない場合もあることから、本発明者は前述の発明を基にして、該反力発生板を２分割し、一方は該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける形状とし、他方を該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける形状として各々を水中モータ軸に対して１８０°に振り分けて設けることで、該反力発生板を２分割しても同じ方向の反作用力を発生させることができるので、該凹部外周径が小さくても必要な大きさの反作用力を発生させる該反力発生板を羽根車に設けることが可能となると共に、２分割後の該反力発生板を分割前と同じ大きさで形成することで、より大きな該流体反力や該凹部内に導入された水に作用する該遠心力を相殺することが可能となることに加えて、該反力発生板を該流体反力を相殺するものと該凹部内に導入された水に作用する該遠心力を相殺するものに分割すれば、大きな１つの該反力発生板を小さな４つの該反力発生板として該凹部内に分割配置することができるため、該凹部外周とボス部外周間の狭小な羽根車を用いる水ポンプにおいても、本発明の分割反力発生板の対応が可能であることを確認した。
【００２１】
また、前記流体反力は前記羽根車から吐出される流れに対するものであるから、必然、ポンプ吐出し量が変動すれば該流体反力の大きさ、および、作用する円周方向位置が変化することから、前記反力発生板は円周方向にある程度の角度範囲を有して形成されており、大小はあるが該反力発生板の存在する範囲においては半径方向の反作用力が発生しているので、ポンプ吐出し量の変動に伴って該流体反力の作用する円周方向位置が変化しても該反力発生板が存在している円周方向範囲またはその軸対称位置において該流体反力を減殺して振動を低減することが可能であるが、例えば図１８ないし図２０に示すように該反力発生板を前記蓋の下端面や凹部内の底面に取外し可能に設けるように構成しておけば、実際にポンプを設置する現場での実運転吐出し量に合わせた最適な形状および設置位置の該反力発生板に取り替えて該羽根車に装備させることで、該反力発生板による該流体反力の減殺量を大きくすることで相殺させることができるので、より振動を低減することが可能となる。
【００２２】
更にまた、図１０ないし図１２に示すように前記羽根車の水中での回転に伴って前記凹部内を円周方向に移動する水が前記反力発生板に最初に衝突する部位である該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部を、該反力発生板の取付面側から反取付面側に向かって該羽根車回転方向の下流側へ傾斜させれば、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水の水勢による押し流し作用により、水に含まれる軟弱異物が該反力発生板に絡まるのを抑制することができると共に、別の手段として図１３に示すように該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部を該凹部外周壁に接続させるか、或いは更に別の手段として図１４に示すように該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部をボス部外側壁に接続させておけば、水に含まれる軟弱異物が絡まり易い凸部および該異物が詰まりやすい隙間を該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部から無くすことができるので、該反力発生板への該軟弱異物の絡みおよび異物の詰りを抑制することができると共に、該凹部内を円周方向に移動する水を効率良く該反力発生板へ誘導することができるので発生する該反作用力を大きくすることが可能となる。
【００２３】
なお、前記蓋には前記反力発生板へ水を供給して反作用力を発生させるため前記凹部内外を連通させる連通路が設けられているが、前記主板と該蓋とで構成される隙間が封水されていないと該羽根車の回転に伴って該凹部内の水に作用する遠心力によって水が該凹部外へ漏れ出てしまい、その漏れ出た分を補填するため該連通路より該凹部内に水が導入されるため、ポンプ運転中は該凹部内に水が通水し続けることになり、汚水などのように異物が混入する可能性がある場合、該凹部内に異物がしだいに堆積してアンバランスを生じて振動が大きくなりポンプの破損に至る可能性があるため、該主板と該蓋との接合部にシール材を用いて封止構成とすれば、一度該凹部内が水で満たされると、それ以上水は浸入できないので、該凹部内への異物の堆積を防止することができることから振動を抑制することが可能となる。
【００２４】
次に、本発明者は更なる振動の低減を目指して、段落００１３に記載の「凹部深さの浅い昇圧部と凹部深さの深い低圧部の不均一な圧力分布状態で、該凹部内よりも圧力が高いポンプケーシングの揚水流路と連通する、蓋上端面の空間との圧力差によって、水中モータ軸導出方向の下向きに軸方向スラストが作用して振動が大きくなるという」課題を解決すべく、前記羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を遮蔽する遮蔽板を前記急激に深くなる部位またはその上流側近傍に設けるという新たな技術思想を創出したことで、これを検証するために図２９に示されるように位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃ，位置Ｄのような各円周方向の該当位置に、該遮蔽板を一ヶ所設けてそれぞれの構成における振動値を測定する際に、該遮蔽板を設ける各円周方向の該当位置は、図２９と図３０に示すように該急激に深くなる形状最深部の落込側壁面４ｏにおける凹部外周径φＤｏとボス部外径φＤｂ間の中間径φＤｍとの交点４ｍの位置Ａを基準として９０°毎に設置すると共に、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水が衝突する該遮蔽板の該羽根車回転方向の上流側側壁は、余計な反作用力が生じないように該凹部内を円周方向に移動する水に対して略直角に各位置毎に形成しながら、各々位置における振動値を計測した結果、位置Ａ＜位置Ｄ＜位置Ｂ＜位置Ｃの順に振動値が低減することが判明したことで、段落００１３および図２２に示すように急激に深くなる部位においては流路が楔状から急拡大されているため水の流れが拡大されて減圧されることに加えて、流れが拡大凹部の落込側壁面から剥離することで該凹部に低圧が発生する相乗の低圧作用を抑制させる、位置Ａから９０°上流側の位置Ｄの範囲に遮蔽板を設置することが好ましく、図２３に示すように遮蔽板と反力発生板を併設することで、反力発生板のみを設置した場合に比べて、該遮蔽板を併設した方が振動値が小さくなり、反力発生板と遮蔽板の振動低減効果が相乗的に作用することを確認した。
【００２５】
そして、前記反力発生板と前記遮蔽板を羽根車に設ける場合、空気中の前記機械的バランスを調整して水中の前記水力的バランスと両立させようとすれば、該反力発生板や該遮蔽板の軸対称位置に該反力発生板や該遮蔽板の質量に釣合うバランスウエートを設ける必要があり、その際には羽根車の軽量化や材料費の低減、鋳造時の各部の冷却速度差を小さくしてヒケや鋳巣の発生を抑制して鋳造精度を向上させる必要性からできる限りバランスウエートは少なくすることが望ましく、そのためには、該反力発生板と該遮蔽板を小さくする必要があり、小さくすることは本発明形状を外径が小さな羽根車に適用する際にも有効となることから、該反力発生板は、振動の低減に必要な反作用力を発生させなければならないが、例えば図２８の羽根車が流体反力Ｆｋおよび反作用力Ｆｈを受ける位置とベアリングＢｒとの位置関係を示す説明図を用いて説明すると、ベアリングＢｒ「支点」から距離Ａを隔てた「作用点」に作用する該流体反力Ｆｋと、それに対抗する「力点」となる抗力Ｆａの関係は、「支点」から「力点」までの距離が距離Ａと同一の場合はＦｋ＝Ｆａであり、距離Ａより短い場合はＦｋ＜Ｆａとなり、逆に距離Ａより長い場合はＦｋ＞Ｆａとなることから、図７に示すようにその水中モータ軸導出方向における設置位置が該流体反力Ｆｋの作用する羽根車の水流出部の中央高さ位置に近ければ近いほど、該流体反力Ｆｋと該凹部内に導入された水に作用する該遠心力Ｆｃの相殺に必要な該抗力Ｆａに相当する反作用力Ｆｈが小さくて済むことから、該反力発生板を小さくて軽量に構成することができるため、それと対抗させるバランスウエートも軽量化することができると共に、該凹部の各軸対称位置において、より“深い”方に該反力発生板を設置することで、支点から力点までの距離を長く確保することができるので、更に該抗力Ｆａに相当する反作用力Ｆｈを小さくすることができることから、可能な限り該反力発生板を小さく構成することができる。
【００２６】
また、該反力発生板を翼形状に形成することで、具体的には図８に示すように水中モータ軸に直角な水平断面における前記反力発生板の形状を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きに変向させる側の変向側側壁の流れ方向長さに比べて反対側の裏側側壁の方が長くなるように形成すれば、該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部から下流側端部へ流れる水の経路差により変向側側壁に比べて裏側側壁の流速が速くなるので裏側側壁の圧力が低下して該反力発生板の両側壁間に圧力差が生じて流入速度と流出速度との幾何平均速度の方向に垂直な分力であるＪＩＳＢ０１３１の用語の番号８１６２に定義される「揚力」が発生するため、その「揚力」の分だけ、該反力発生板によって発生する反作用力を大きくすることができるので、該反力発生板を小さくすることができる。
【００２７】
更に、前記反力発生板が該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きに変向させる際、図３１に示されるように該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対する前記反力発生板の取付角θが０°および９０°（遮蔽）の時は半径方向の反作用力Ｆｈは発生せず、前記取付角θが４５°のときに最大値をとるので、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水に対して前記取付角θを略４５°の傾きをもって形成すれば、該反力発生板を必要最小限の大きに形成することができる。
【００２８】
また、前記遮蔽板の小型化ついては、凹部内を移動する水の周速は中心から遠くなる、即ち凹部外周に向かう程水に作用する周速度は速くなることから、図２３および図２９に示されるボス部外周から凹部外周間の半径方向の凹部全幅遮蔽板の内周側から、該全幅の３０％、４０％そして前記中間径φＤｍ位置となる５０％に相当する長さだけ短くしながら順次試験を行った結果、凹部全幅遮蔽板の振動低減効果に対して該３０％、４０％内周側を短くしてもその効果には大差はなく、該中間径φＤｍ位置となる５０％内周側を短くしても若干振動が大きくなるが実用上問題のないレベルであることが判明したことに加えて、該遮蔽板の上端面は該凹部内を円周方向に移動する水を遮蔽するため該蓋取付面である環状溝底面と同一面とした方が振動低減効果は高いが、軽量化や加工逃しのため該蓋取付面より数ｍｍ程度下側に形成しても実用上問題の無いことも確認した。
【００２９】
更にまた、前記遮蔽板の内周側から全幅の３０％、４０％、５０％に相当する長さだけ短くした検証設置範囲内に前記羽根車の水中での回転に伴って凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受けることで前記流体反力または該凹部内に導入された水に作用する遠心力の何れか一方または相方を減殺または相殺されるように構成されている前記反力発生板を設置することで、その該反力発生板の上流側端部を前記凹部外周壁に接続させると共に、その下流側端部を該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径φＤｍ以下となる位置まで伸ばして形成すれば、該反力発生板に該遮蔽板の機能を付加することが可能となるので、該遮蔽板を別途設ける必要が無くなり、羽根車をより軽量化することができる。
【００３０】
また、前記反力発生板または前記遮蔽板の何れか一方または相方の取付位置が、前記バランスウエートの該羽根車回転方向の上流側側壁に近い前記反力発生板場合または前記バランスウエート範囲位置内の遮蔽板場合、該バランスウエート上流側側壁を該遮蔽板の機能を具備させた該反力発生板の形状とすれば、前記反力発生板または前記遮蔽板と該バランスウエートを一体化でき該凹部内をシンプルかつコンパクトに形成することが可能となるので、異物の詰りや絡みをさらに抑制すると共に、羽根車の軽量化および製作が容易となる。
【００３１】
以上このように、試行錯誤の末に辿り着いた構成に基づいた、具体的手段は以下の通りです。
【００３２】
本発明の請求項１に係る発明では、水中モータの下端に装着されたポンプケーシングに内装され、水中モータ軸を中心として回転する異物の通過性を重視した一枚羽根または一つの流路を持つ水ポンプ用羽根車において、前記羽根車は水中で回転する際に、該羽根車から吐出される流れに対する流体反力を半径方向の内向きに受け、該羽根車の主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設けると共に、前記凹部を覆う蓋を備え、水中において該凹部内に水を導入する該凹部内外を連通する連通路が前記蓋に設けられていると共に、空気中においては該凹部内の水を排出するための水抜き孔が前記蓋に穿設されており、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させることによって半径方向の外向きまたは内向きのいずれか一方の反作用力を受ける反力発生板が該凹部内に設けられ、該羽根車は水中で回転する際に、前記反力発生板によって発生する前記反作用力によって前記流体反力と該凹部内に導入された水に作用する遠心力との合力が減殺または相殺されるように構成されていることを最も主要な特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項１の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項２に係る発明は、前記反力発生板が該凹部内に二つ以上設けられ、前記羽根車は水中で回転する際に、該反力発生板の内少なくとも一つによって発生する前記反作用力によって前記流体反力が減殺または相殺され、該反力発生板の他の少なくとも一つによって発生する該反作用力によって該凹部内に導入された水に作用する遠心力が減殺または相殺されるように構成されている。
【００３４】
また、本発明の請求項１または２に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項３に係る発明は、前記反力発生板を設けることが可能な浅い部分と深い部分が軸対称位置に存在する前記凹部内において、該凹部の深さがより深い側に該反力発生板が設けられるように構成されている。
【００３５】
更に、本発明の請求項１ないし３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項４に係る発明は、前記流体反力を受ける該羽根車の周面に開口された水流出部の中央高さ位置に対抗するように、前記反力発生板が形成されるように構成されている。
【００３６】
また、本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項５に係る発明は、前記反力発生板の水平断面形状は、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁の流れ方向長さに対して反対側の裏側側壁の方が長い翼断面形状に形成されるように構成されている。
【００３７】
また、本発明の請求項１ないし５のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項６に係る発明は、前記反力発生板の該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁全面の取付角が、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して４５°の傾きをもって形成されるように構成されている。
【００３８】
また、本発明の請求項１ないし６のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項７に係る発明は、前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記反力発生板の前記凹部底面または蓋背面の取付面から反取付面に向かって該羽根車回転方向の下流側に向かって傾斜されるように構成されている。
【００３９】
更に、本発明の請求項１ないし７のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項８に係る発明は、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって、半径方向の外向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されるか、または、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記ボス部外側壁に接続されるように構成されている。
【００４０】
更にまた、本発明の請求項１ないし７のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項９に係る発明は、前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°位置に設けられるように構成されている。
【００４１】
次に、本発明の請求項１ないし８のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１０に係る発明は、前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°に振り分けて半径距離を異ならせて設けられるように構成されている。
【００４２】
そして、本発明の請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１１に係る発明は、前記反力発生板が該羽根車または前記蓋或いは双方に取り外して交換可能に構成されている。
【００４３】
また、本発明の請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１２に係る発明は、前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って前記凹部内を円周方向に移動する水の勢いを抑制する遮蔽板を該凹部外周壁より水中モータ軸の中心方向に向かって凸設されると共に、その内周側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる位置まで伸びて形成され、前記遮蔽板の該羽根車回転方向の上流側側壁は該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して直角に形成され、該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側に９０°以下の範囲に該遮蔽板の該上流側側壁が位置するように形成されている。
【００４４】
更に、請求項１ないし４および６と１０のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１３に係る発明は、前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受けることで前記流体反力または該凹部内に導入された水に作用する遠心力のいずれか一方または両方を減殺または相殺されるように構成されている前記反力発生板の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されると共に、その下流側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる直径位置まで伸びて形成され、該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側に９０°以下の範囲に該反力発生板の前記下流側端部が位置するように形成されている。
【００４５】
更にまた、本発明の請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１４に係る発明は、前記反力発生板または前記遮蔽板のいずれか一方或いは双方が、該羽根車の空気中における静的または動的な機械的バランスを調整するためのバランスウエートと一体で形成されている。
【００４６】
また、本発明の請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の水ポンプ用羽根車において、本発明の請求項１５に係る発明は、前記主板と前記蓋との接合部はシール材を用いて封止構成されている。
【発明の効果】
【００４７】
請求項１の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１ないし図４に示すように水中モータの下端に装着されたポンプケーシングに内装され、水中モータ軸を中心として回転する異物の通過性を重視した一枚羽根または一つの流路を持つ水ポンプ用羽根車において、前記羽根車は水中で回転する際に、該羽根車から吐出される流れに対する流体反力を半径方向の内向きに受け、該羽根車の主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設けると共に、前記凹部を覆う蓋を備え、水中において該凹部内に水を導入する該凹部内外を連通する連通路が前記蓋に設けられていると共に、空気中においては該凹部内の水を排出するための水抜き孔が前記蓋に穿設されており、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させることによって半径方向の外向きまたは内向きのいずれか一方の反作用力を受ける反力発生板が該凹部内に設けられ、該羽根車は水中で回転する際に、前記反力発生板によって発生する前記反作用力によって前記流体反力と不均一な容積の該凹部内に導入された水に不均一に作用する遠心力との合力が減殺または相殺されるように構成されていることで、該羽根車外周の一箇所に開口された水流出部から吐出されるため、該吐出反動の流体反力が羽根車の求心方向に作用することに加えて、該凹部内形状が“浅い”と“深い”の夫々容積の異なる部位が軸対称位置に存在することで、羽根車の旋回に伴い該凹部内の不均一な容積内の水には夫々不均一な遠心力と該流体反力の水力的な相乗作用による、該流体反力と該遠心力の水力的アンバランスを、蓋により蓋装された羽根車の凹部内に設けられた反力発生板の水力的な反作用力によって、減殺または相殺されることで振動が抑制されると共に、前記バランスウエートの取付による空気中での前記機械的バランスと水中運転で発生する前記水力的アンバランスの両方を抑制することができ、また特許文献１のような羽根車の外側に本発明の反力発生板に相当する背面および前面補助羽根が凸設露出することがないので、該補助羽根を収容するための不要な空間部を羽根車の上下部に設ける必要がないことから、水中モータ軸方向の寸法を小さく構成することができるので、特にポンプの大型化による余計な製造コストによる製品価格上昇を生じることなく、かつ、水中での羽根車の旋回に伴う軸動力の増加もないことからポンプ効率の低下を生じることもなく、更に汚水に混入した異物等による反力発生板への詰りや絡みによるトラブルが発生し難くなるという利点を有している。
【００４８】
本発明の請求項１に基づいた請求項２の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図５に示すように前記反力発生板が該凹部内に二つ以上設けられ、前記羽根車は水中で回転する際に、該反力発生板の内少なくとも一つによって発生する前記反作用力によって前記流体反力が減殺または相殺され、該反力発生板の他の少なくとも一つによって発生する該反作用力によって不均一な容積の該凹部内に導入された水に不均一に作用する遠心力が減殺または相殺されるように構成されていることで、該流体反力と該遠心力の夫々の水力的アンバランスに見合った最適な各反作用力が得られることで、振動の抑制効果が極めて大きい。
【００４９】
本発明の請求項１または２に基づいた請求項３と、本発明の請求項１ないし３のいずれか一項に基づいた請求項４の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図６および図７に示すように前記反力発生板を設けることが可能な浅い部分と深い部分が軸対称位置に存在する前記凹部内において、該凹部の深さがより深い側に該反力発生板が設けられ、また前記流体反力を受ける該羽根車の周面に開口された水流出部の中央高さ位置に対抗するように、前記反力発生板が形成されるように構成されていることで、段落００２５『・・図２８の羽根車が流体反力Ｆｋおよび反作用力Ｆｈを受ける位置とベアリングＢｒとの位置関係を示す説明図を用いて説明すると、ベアリングＢｒ「支点」から距離Ａを隔てた「作用点」に作用する該流体反力Ｆｋとそれに対抗する「力点」となる抗力Ｆａの関係は、「支点」から「力点」までの距離が距離Ａと同一の場合はＦｋ＝Ｆａであり、距離Ａより短い場合はＦｋ＜Ｆａとなり、逆に距離Ａより長い場合はＦｋ＞Ｆａとなることから、図７に示すようにその水中モータ軸導出方向における設置位置が該流体反力Ｆｋの作用する羽根車の水流出部の中央高さ位置に近ければ近いほど、該流体反力Ｆｋと該凹部内に導入された水に作用する該遠心力Ｆｃの相殺に必要な該抗力Ｆａに相当する反作用力Ｆｈが小さくて済む・・』に記載の如く、「支点」から該流体反力Ｆｋと該遠心力Ｆｃの「作用点」までの距離と同等若しくはそれを越える距離に抗力Ｆａに相当する反作用力Ｆｈを作用させることで、該反作用力Ｆｈを小さくすることができることから、該反力発生板自体を小さく軽量に構成することができるので、半径方向の凹部幅を大きく確保できない羽根車外径の小さな羽根車にも適用できるという効果を有している。
【００５０】
本発明の請求項１ないし４のいずれか一項に基づいた請求項５の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図８に示すように前記反力発生板の水平断面形状は、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁の流れ方向長さに対して反対側の裏側側壁の方が長い翼断面形状に形成されるように構成されていることで、段落００２６『・・該反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部から下流側端部へ流れる水の経路差により変向側側壁に比べて裏側側壁の流速が速くなるので裏側側壁の圧力が低下して該反力発生板の両側壁間に圧力差が生じて流入速度と流出速度との幾何平均速度の方向に垂直な分力であるＪＩＳＢ０１３１の用語の番号８１６２に定義される「揚力」が発生するため、その「揚力」の分だけ、該反力発生板によって発生する反作用力を大きくすることができる・・』の記載の如く、前記段落００４９の請求項３と４の発明と同様に、該反力発生板を小さく構成することができるので、半径方向の凹部幅を大きく確保できない羽根車外径の小さな羽根車にも適用できるという効果を有している。
【００５１】
本発明の請求項１ないし５のいずれか一項に基づいた請求項６の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図９に示すように前記反力発生板の該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁全面の取付角が、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して４５°の傾きをもって形成されるように構成されていることで、段落００２７『・・図３１に示されるように該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対する前記反力発生板の取付角θが０°および９０°（遮蔽）の時は半径方向の反作用力Ｆｈは発生せず、前記取付角θが４５°のときに最大値をとるので、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水に対して前記取付角θを４５°の傾きをもって形成すれば、該反力発生板を必要最小限の大きに形成することができる・・』の記載の如く、前記段落００４９と００５０の請求項３ないし５の発明と同様に、該反力発生板を小さく構成することができるので、半径方向の凹部幅を大きく確保できない羽根車外径の小さな羽根車にも適用できるという効果を有している。
【００５２】
本発明の請求項１ないし６のいずれか一項に基づいた請求項７の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１０ないし図１２に示すように前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記反力発生板の前記凹部底面または蓋背面の取付面から反取付面に向かって該羽根車回転方向の下流側に向かって傾斜されるように構成されていることで、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水の水勢による押し流し作用により、水に含まれる軟弱異物が前記反力発生板に絡まるのを抑制することができるので、異物の絡み付きや閉塞に起因した故障もなく、安定的に振動の低減が維持できるという効果を奏する。
【００５３】
本発明の請求項１ないし７のいずれか一項に基づいた請求項８の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１３および図１４に示すように  前記羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって、半径方向の外向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されるか、または、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力を受ける前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部が前記ボス部外側壁に接続されるように構成されていることで、水に含まれる軟弱異物が絡まり易い凸部および該軟弱異物が詰りやすい隙間を前記反力発生板の該羽根車回転方向の上流側端部から無くすことができるので、前記反力発生板への該軟弱異物の絡みおよび詰りを抑制することができるると共に、該凹部内を円周方向に移動する水を効率良く円滑に該反力発生板へ誘導することができるので、無駄なく大きな反作用力を発生することができるとから、該反力発生板を小さくすることができるので、前記段落００５２の請求項７発明の異物の絡み付きや閉塞に起因した故障もなく、安定的に振動の低減が維持できる効果に加えて、前記段落００４９ないし００５１の請求項３ないし６発明の、該反力発生板を小さく構成することができるので、半径方向の凹部幅を大きく確保できない羽根車外径の小さな羽根車にも適用できるという効果を有している。
【００５４】
本発明の請求項１ないし７に基づいた請求項９の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１５および図１６に示すように、前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°位置に設けられるように構成されていることで、該反力発生板を軸対称に２分割しても同じ方向の反作用力を発生させることが出来るので、該凹部外周径が小さくても必要な大きさの反作用力を発生させる該反力発生板を該羽根車に設けることが可能となるので、より外径の小さな該羽根車にも該反力発生板を設置することができると共に、２分割後の該反力発生板を分割前と同じ大きさで形成することで、より大きな該流体反力や該凹部内に導入された水に作用する該遠心力を相殺することが可能となることから、前記段落００５０ないし００５２と００５４の請求項３ないし６と８発明の、該反力発生板を小さく構成することができるので、半径方向の凹部幅を大きく確保できない羽根車外径の小さな羽根車にも適用できるという効果に加えて、大きな該流体反力や該遠心力の発生する例えばＪＩＳＢ０１３１の用語の番号１３２４に定義され付図１２に示されるような「スクリューインペラ渦巻ポンプ」のスクリュー形状の羽根車にも容易に対応できる利点を有している。
【００５５】
本発明の請求項１ないし８のいずれか一項に基づいた請求項１０の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１７に示すように前記反力発生板を、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受ける反力発生板と、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力を受ける反力発生板に２分割させた、各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°に振り分けて半径距離を異ならせて設けられるように構成されていることで、前記段落００５４の請求項９発明と同様の効果を奏する。
【００５６】
本発明の請求項１ないし１０のいずれか一項に基づいた請求項１１の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１８ないし図２０に示すように前記反力発生板が該羽根車または前記蓋或いは双方に取り外して交換可能に構成されていることで、実際にポンプを設置する現場での実運転吐出し量に合わせた最適な形状および設置位置の該反力発生板に取り替えて該羽根車に装備させることが可能となるので、該反力発生板による該流体反力の減殺量が大きくなって略相殺できるので、より振動を低減することができるという効果を有している。
【００５７】
本発明の請求項１ないし１１のいずれか一項に基づいた請求項１２の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２１ないし図２３に示すように示されるように前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って前記凹部内を円周方向に移動する水の勢いを抑制する遮蔽板を該凹部外周壁より水中モータ軸の中心方向に向かって凸設されると共に、その内周側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる位置まで伸びて形成され、前記遮蔽板の該羽根車回転方向の上流側側壁は該凹部内を円周方向に移動する水の流れに対して該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側９０°以下の範囲に該遮蔽板の該上流側側壁が位置するように形成されていることで、前記段落００２４『・・図２９に示されるように位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃ，位置Ｄのような円周方向位置に、該遮蔽板を一ヶ所設けてそれぞれの構成における振動値を測定する際に、該遮蔽板を設ける円周方向位置は、図２９と図３０に示すように該急激に深くなる形状最深部の落込側壁面４ｏにおける凹部外周径φＤｏとボス部外径φＤｂ間の中間径φＤｍとの交点４ｍ位置Ａを基準として９０°毎に設置すると共に、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水が衝突する該遮蔽板の該羽根車回転方向の上流側側壁は、余計な反作用力が生じないように該凹部内を円周方向に移動する水に対して略直角に各位置毎に形成しながら、各々位置における振動値を計測した結果、位置Ａ＜位置Ｄ＜位置Ｂ＜位置Ｃの順に振動値が低減することが判明したことで、段落００１３および図２２に示すように急激に深くなる部位においては流路が楔状から急拡大されているため水の流れが拡大されて減圧されることに加えて、流れが拡大凹部の落込側壁面から剥離することで該凹部に低圧が発生する相乗の低圧作用を抑制させる、位置Ａから９０°上流側の位置Ｄの範囲に遮蔽板を設置することが好ましく、図２３に示すように遮蔽板と反力発生板を併設することで、反力発生板のみを設置した場合に比べて、該遮蔽板を併設した方が振動値が小さくなり、反力発生板と遮蔽板の振動低減効果が相乗的に作用・・』の記載の如く、該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状を有する、例えばブレードレスポンプ用の羽根車においても、前記軸方向スラストの発生を効率良く抑制して振動を効果的に低減できると共に、前記反力発生板の効果を相乗的に作用させることができるので、振動を極めて低減し得るという効果を有している。
【００５８】
本発明の請求項１ないし４および６と１０のいずれか一項に基づいた請求項１３の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２４に示されるように前記凹部は該羽根車回転方向の下流に向かって該凹部の深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力を受けることで前記流体反力または該凹部内に導入された水に作用する遠心力のいずれか一方または両方を減殺または相殺されるように構成されている前記反力発生板の上流側端部が前記凹部外周壁に接続されると共に、その下流側端部が該凹部外周と前記ボス部外周間の中間径以下となる位置まで伸びて形成され、該中間径において該羽根車回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面における該中間径との交点位置を０°とし、該羽根車回転方向の上流側９０°以下の範囲に該反力発生板の前記下流側端部が位置するように形成されていることで、前記段落００５７の請求項１２発明と同様の効果を奏する。
【００５９】
本発明の請求項１ないし１３のいずれか一項に基づいた請求項１４の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図２５に示されるように前記反力発生板または前記遮蔽板のいずれか一方或いは双方が、該羽根車の空気中における静的または動的な機械的バランスを調整するためのバランスウエートと一体で形成されていることで、前記段落００３０に記載の如く、該凹部内をシンプルかつコンパクトに形成することが可能となるので、異物の詰りや絡みをさらに抑制すると共に、羽根車の軽量化および製作が容易となるという効果を有している。
【００６０】
本発明の請求項１ないし１４のいずれか一項に基づいた請求項１５の発明に係る水ポンプ用羽根車によれば、図１に示されるように前記主板と前記蓋との接合部はシール材を用いて封止構成されていることで、一度該凹部内が水で満たされると、それ以上水は浸入できないので、該凹部内への異物堆積などの異物に起因した故障がなくなることで、極めて安定的に振動防止が維持し得るとういう効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１ないし１５の水ポンプ用羽根車を備えた水中モータポンプの構成を示した縦断側面図である。
【図２】図１のＳ１−Ｓ１線における、本発明の実施例１ないし１５の水ポンプ用羽根車を示す断面矢視図である。
【図３】図２における、本発明の実施例１の凹部に反力発生板を設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図４】図３のＳ２−Ｓ２線における、本発明の実施例１の水ポンプ用羽根車の蓋を取付けた断面矢視図である。
【図５】図２における、本発明の実施例２の凹部に分割反力発生板を設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図６】図２における、本発明の実施例３の凹部の深さがより深い側に反力発生板を設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図７】図６のＳ３−Ｓ３線における、本発明の実施例４の羽根車の水流出部の中央高さ位置に対抗するように反力発生板を設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取付けた断面矢視図である。
【図８】図２における、本発明の実施例５の反力発生板を翼断面形状に形成した、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図９】図２における、本発明の実施例６の反力発生板の変向側側壁全面の取付角を水の流れに対して４５°の傾きをもって形成させた、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１０】図２における、本発明の実施例７の反力発生板の羽根車回転方向の上流側端部を下流側に傾斜させた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１１】図１０のＳ４−Ｓ４線における、本発明の実施例７の反力発生板を凹部底面に立設させた態様の、水ポンプ用羽根車の要部断面矢視図である。
【図１２】図１０のＳ４−Ｓ４線における、本発明の実施例７の反力発生板を蓋背面に垂設させた態様の、水ポンプ用羽根車の要部断面矢視図である。
【図１３】図２における、本発明の実施例８の反力発生板の羽根車回転方向の上流側端部を凹部外周壁に接続させた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１４】図２における、本発明の実施例８の他の事例の反力発生板の羽根車回転方向の上流側端部をボス部外側壁に接続させた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１５】図２における、本発明の実施例９の２分割させた各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°位置に設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１６】図２における、本発明の実施例９の他の事例の実施例２の分割反力発生板を更に水中モータ軸に対して１８０°位置に分割させた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１７】図２における、本発明の実施例１０の２分割させた各反力発生板を水中モータ軸に対して１８０°に振り分けて半径距離を異ならせて設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１８】図２における、本発明の実施例１１の反力発生板を取り外して交換可能に設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図１９】図１８のＳ５−Ｓ５線における、本発明の実施例１１の反力発生板を凹部底面に立設させた態様の、水ポンプ用羽根車の断面矢視図である。
【図２０】図１８のＳ５−Ｓ５線における、本発明の実施例１１の他の事例の反力発生板を蓋背面に垂設させた態様の、水ポンプ用羽根車の断面矢視図である。
【図２１】図２のＳ６−Ｓ６線における、本発明の水ポンプ用羽根車の凹部が羽根車回転方向の下流に向かって凹部の深さが連続的に浅くなる状態を説明する断面矢視図である。
【図２２】図２のＳ７−Ｓ７線における、本発明の水ポンプ用羽根車の凹部が羽根車回転方向の下流に向かって凹部の深さが連続的に浅くなる勾配から急激に深くなる状態を説明する断面矢視図と蓋を取り外した状態の平面図とによって、遮蔽板の取付範囲を説明するたの説明図である。
【図２３】図２における、本発明の実施例１２の遮蔽板と反力発生板を設けた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図２４】図２における、本発明の実施例１３の遮蔽板の機能を具備させた反力発生板を設けた、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図２５】図２における、本発明の実施例１４の反力発生板と遮蔽板の双方をバランスウエートと一体に形成させた態様の、水ポンプ用羽根車の蓋を取り外した状態を示す平面図である。
【図２６】本発明の反力発生板が該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力を受ける状態を示す説明図である。
【図２７】本発明の反力発生板が該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって、半径方向の外向きの反作用力を受ける状態を示す説明図である。
【図２８】先行技術である特許文献１における、羽根車が流体反力および反作用力を受ける位置とベアリングとの位置関係を示す説明図である。
【図２９】本発明の遮蔽板の検証を説明するための説明図である。
【図３０】図２９のＳ８−Ｓ８線における、本発明の遮蔽板と凹部形状との関係を示した断面矢視図である。
【図３１】本発明の反力発生板の取付角と発生する反作用力との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、本発明の水中モータの下端に装着されたポンプケーシングに内装され、水中モータ軸を中心として回転する異物の通過性を重視した一枚羽根または一つの流路を持つ水ポンプ用羽根車において、前記羽根車は水中で回転する際に、該羽根車から吐出される流れに対する流体反力を半径方向の内向きに受け、該羽根車の主板に形成された凹部の中心部分に、水中モータ軸の導下先端部に取付けるためのボス部を設けると共に、前記凹部を覆う蓋を備え、水中において該凹部内に水を導入する該凹部内外を連通する連通路が前記蓋に設けられていると共に、空気中においては該凹部内の水を排出するための水抜き孔が前記蓋に穿設されており、該羽根車の水中での回転に伴って該凹部内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させることによって半径方向の外向きまたは内向きのいずれか一方の反作用力を受ける反力発生板が該凹部内に設けられ、該羽根車は水中で回転する際に、前記反力発生板によって発生する前記反作用力によって前記流体反力と該凹部内に導入された水に作用する遠心力との合力が減殺または相殺されるように構成される実施形態として、以下の如く本願発明の実施例に基づき、図面を参照して詳細に説明するが、この実施例の形態により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００６３】
図１ないし４において、１は水中モータポンプのモータ部であり、２は該水中モータ１から導下されメカニカルシールを装着しながらオイル室３を貫通して水中モータポンプのポンプケーシング７内に導出された水中モータ軸であり、該ポンプケーシング７内に導下される水中モータ軸２の導下先端に、該水中モータ軸２を中心として回転する異物の通過性を重視した一枚羽根または一つの流路を持つ水ポンプ用羽根車４の主板４ａに形成された凹部４ｂの中心部分に設けられたボス部４ｅを装着し、該凹部４ｂの外周縁には該凹部４ｂを覆う蓋５を取付けるための環状溝４ｇが設けられ、該蓋５の中心部分にボス部外側壁４ｈよりも大きな孔５ａを形成し、該孔５ａはボス部外側壁４ｈよりも大きく形成されることで凹部４ｂ内に水を導入するための環状の隙間である連通路６を形成し、望ましくは該連通路６を水中モータ軸２の回転中心より偏心状に構成することで凹部４ｂ内への水の導入を積極的に行うことができ、該蓋上端面５ｃが主板上端面４ｄと略同一となるように環状溝４ｇの軸方向深さを形成することで、該連通路６への水の流入をよりスムーズに行え、該蓋５は環状溝４ｇと複数の蓋締結具１２にて固定され、該蓋締結具１２になべこねじを採用すれば頭部が半球状なので蓋締結具１２への長尺異物の絡み付きも抑制することができ、該蓋締結具１２の羽根車４回転方向に対する下流側には気中運転時に凹部４ｂ内の水を排出するための水抜き孔５ｂが穿設されており、該羽根車４は水中で回転する際に、該羽根車４から吐出される流れに対する流体反力Ｆｋを主に該羽根車４の周面に開口された水流出部の中央高さ位置４ｋにおいて半径方向の内向きに受け、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きの何れか一方に変向させることによって、半径方向の外向きまたは内向きの何れか一方の反作用力Ｆｈを受ける反力発生板９が該凹部４ｂ内に設けられ、図３に示すように該羽根車４は水中で回転する際に、前記反力発生板９によって発生する前記反作用力Ｆｈによって前記流体反力Ｆｋと不均一な容積の該凹部４ｂ内に導入された水に不均一に作用する遠心力Ｆｃとの合力Ｆｇが減殺または相殺されるように構成されている。
【実施例２】
【００６４】
前記実施例１に基づいて、例えば図５を用いて説明すると、前記反力発生板９が前記凹部４ｂ内に二つ以上設けられ、前記羽根車４は水中で回転する際に、該反力発生板９の内少なくとも一つによって発生する前記反作用力Ｆｈによって、前記流体反力Ｆｋが減殺または相殺され、該反力発生板９の他の少なくとも一つによって発生する該反作用力Ｆｈによって不均一な容積の該凹部４ｂ内に導入された水に不均一に作用する遠心力Ｆｃが減殺または相殺されるように構成する。
【実施例３】
【００６５】
前記実施例１または２に基づいて、例えば図６を用いて説明すると、前記反力発生板９を設けることが可能な浅い部分と深い部分が軸対称位置に存在する前記凹部４ｂ内において、該凹部４ｂの深さがより深い側に該反力発生板９が設けられるように構成する。
【実施例４】
【００６６】
前記実施例１ないし３のいずれかの実施例に基づいて、例えば図７を用いて説明すると、前記流体反力Ｆｈを受ける前記羽根車４の周面に開口された水流出部の中央高さ位置４ｋに対抗するように、前記反力発生板９が形成されるように構成する。
【実施例５】
【００６７】
前記実施例１ないし４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図８を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９の水平断面形状は、該羽根車４の水中での回転に伴って前記凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁９ａの流れ方向長さに対して反対側の裏側側壁９ｂの方が長い翼断面形状に形成したことで、前記反作用力Ｆｈに加えて揚力を発生するように構成する。
【実施例６】
【００６８】
前記実施例１ないし５のいずれかの実施例に基づいて、例えば図９を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９の該羽根車４の水中での回転に伴って前記凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きまたは外向きのいずれか一方に変向させる側である変向側側壁９ａ全面の取付角θが、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水の流れに対して４５°の傾きをもって形成したことで、該反力発生板９を必要最小限の大きさに構成する。
【実施例７】
【００６９】
前記実施例１ないし６のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１０ないし１２を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９の該羽根車４回転方向の上流側端部９ｃが前記反力発生板９の前記凹部４ｂ底面または蓋５背面の取付面９ｅから反取付面９ｆに向かって該羽根車４回転方向の下流側に向かって傾斜させたことで、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水の水勢による押し流し作用により、水に含まれる軟弱異物が、該反力発生板９に絡まることのないように緩やかな傾斜に構成することが望ましい。
【実施例８】
【００７０】
前記実施例1ないし７の実施例に基づいて、例えば図１３および１４を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって、半径方向の外向きの反作用力Ｆｈを受ける前記反力発生板９の該羽根車４回転方向の上流側端部９ｃが前記凹部外周壁４ｉに接続されるか、または、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって、半径方向の内向きの反作用力Ｆｈを受ける前記反力発生板９の該羽根車４回転方向の上流側端部９ｃが前記ボス部外側壁４ｈに接続したことで、該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を効率良く円滑に該反力発生板９へ誘導するよう、該上流側端部９ｃは該凹部外周壁４ｉまたはボス部外側壁４ｈ側壁に滑らかに接続するように構成する。
【実施例９】
【００７１】
前記実施例１ないし７のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１５および１６を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９を、該羽根車４の水中での回転に伴って前記凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力Ｆｈを受ける反力発生板９と、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力Ｆｈを受ける反力発生板９に２分割させた、各反力発生板９を水中モータ軸２に対して１８０°位置に設けられたことで、反力発生板９を小さくするか或るは大きな反作用力Ｆｈを発生するように構成する。
【実施例１０】
【００７２】
前記実施例１ないし８のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１７を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９を、該羽根車４の水中での回転に伴って前記凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力Ｆｈを受ける反力発生板９と、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の外向きに変向させることによって半径方向の内向きの反作用力Ｆｈを受ける反力発生板９に２分割させた、各反力発生板９を水中モータ軸２に対して１８０°に振り分けて半径距離を異ならせて設けられたことで、反力発生板９を小さくするか或るは大きな反作用力Ｆｈを発生するように構成する。
【実施例１１】
【００７３】
前記実施例１ないし１０のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１８ないし２０を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９が該羽根車４または前記蓋５或いは双方に取り外して交換可能に構成したことで、実際にポンプを設置する現場での実運転吐出し量に合わせた最適な形状および設置位置の該反力発生板９に取り替えて、現場の状況に容易に対応し得ると共に、該反力発生板９は該羽根車４または前記蓋５或いは双方と複数の締結具１３にて固定され、望ましくは該締結具１３になべこねじを採用すれば反力発生板９への水の流れを乱すことがないと共に、頭部が半球状なので該締結具１３への長尺異物の絡み付きも抑制することができるように構成する。
【実施例１２】
【００７４】
前記実施例１ないし１１のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２３を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記凹部４ｂは該羽根車４回転方向の下流に向かって該凹部４ｂの深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状を有し、該羽根車４の水中での回転に伴って前記凹部４ｂ内を円周方向に移動する水の勢いを抑制する遮蔽板１０を該凹部外周壁４ｉより水中モータ軸２の中心方向に向かって凸設されると共に、その内周側端部１０ａが該凹部４ｂ外周と前記ボス部４ｅ外周間の中間径φＤｍ以下となる位置まで伸びて形成され、詳しくは該中間径φＤｍは（凹部外周径φＤｏ＋ボス部外径φＤｂ）÷２で求められ、前記遮蔽板１０の該羽根車４回転方向の上流側側壁１０ｂは該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水の流れに対して直角に形成され、該中間径φＤｍにおいて該羽根車４回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面４ｏにおける該中間径φＤｍとの交点４ｍ位置を０°とし、該羽根車４回転方向の上流側９０°以下の範囲に該遮蔽板１０の該上流側側壁１０ｂが位置するように形成したことで、該羽根車４回転方向の下流に向かって該凹部４ｂの深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状を有する、水ポンプ用羽根車４においても、前記軸方向スラストの発生を効率良く抑制して振動を効果的に低減できると共に、前記反力発生板９の効果を相乗的に作用させることができ、望ましくは、該遮蔽板１０の上端面１０ｃを前記環状溝４ｇ底面まで形成させることで、その効果をより一層大きくすることができる。
【実施例１３】
【００７５】
前記実施例１ないし４および６と１０のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２４を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記凹部４ｂは該羽根車４回転方向の下流に向かって該凹部４ｂの深さが連続的に浅くなった後に、前記浅くなる勾配に比べて急激に深くなる形状を有し、該羽根車４の水中での回転に伴って該凹部４ｂ内を円周方向に移動する水を半径方向の内向きに変向させることによって半径方向の外向きの反作用力Ｆｈを受けることで前記流体反力Ｆｋまたは該凹部４ｂ内に導入された水に作用する遠心力Ｆｃのいずれか一方または両方を減殺または相殺されるように構成されている前記反力発生板９の上流側端部９ｃが前記凹部外周壁４ｉに接続されると共に、その下流側端部９ｄが該凹部４ｂ外周と前記ボス部４ｅ外周間の中間径φＤｍ以下となる位置まで伸びて形成され、詳しくは該中間径φＤｍは（凹部外周径φＤｏ＋ボス部外径φＤｂ）÷２で求められ、該中間径φＤｍにおいて該羽根車４回転方向に対して前記浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面４ｏにおける該中間径φＤｍとの交点４ｍ位置を０°とし、該羽根車４回転方向の上流側９０°以下の範囲に該反力発生板９の前記下流側端部９ｄが位置するように形成されるように構成する。
【実施例１４】
【００７６】
前記実施例１ないし１３のいずれかの実施例に基づいて、例えば図２５を用いて説明すると、図３に示す前記流体反力Ｆｋと前記遠心力Ｆｃおよびその合力Ｆｇは同様に前記羽根車４に作用し、前記反力発生板９または前記遮蔽板１０のいずれか一方或いは双方が、該羽根車４の空気中における静的または動的な機械的バランスを調整するためのバランスウエートＷｂと一体に形成したことで、前記凹部４ｂ内をシンプルかつコンパクトに形成できるので、異物の詰りや絡みをさらに抑制すると共に、羽根車４の軽量化および製作が容易なように構成する。
【実施例１５】
【００７７】
前記実施例１ないし１４のいずれかの実施例に基づいて、例えば図１を用いて説明すると、前記環状溝４ｇと前記蓋５との接合部をシール材１１を用いて封止構成したことで、一度該凹部４ｂ内が水で満たされると、それ以上水は浸入できないので、該凹部４ｂ内への異物堆積などの異物に起因した故障がなくなることで、極めて安定的に振動防止が維持されている。
【符号の説明】
【００７８】
１      水中モータ
２      水中モータ軸
３      オイル室
４      羽根車
４ａ    主板
４ｂ    凹部
４ｃ    主板外側壁
４ｄ    主板上端面
４ｅ    ボス部
４ｇ    環状溝
４ｈ    ボス部外側壁
４ｉ    凹部外周壁
４ｋ    水流出部の中央高さ位置
４ｌ    羽根車の吸込口
４ｍ    凹部の浅くなる勾配から急激に深くなる形状最深部の落込側壁面におけるφＤｍとの交点
４ｏ    落込側壁面
５      蓋
５ａ    孔
５ｂ    水抜き孔
５ｃ    蓋の上端面
６      連通路
７      ポンプケーシング
７ａ    揚水流路
７ｂ    伏鉢状部
７ｃ    内側壁
７ｄ    上端面
８      空間
９      反力発生板
９ａ    変向側側壁
９ｂ    裏側側壁
９ｃ    上流側端部
９ｄ    下流側端部
９ｅ    取付面
９ｆ    反取付面
１０      遮蔽板
１０ａ    内周側端部
１０ｂ    上流側側壁
１０ｃ    上端面
１１      シール材
１２      蓋の締結具
１３      反力発生板の締結具
Ｂｒ      ベアリング
φＤｂ    ボス部外径
φＤｍ    中間径
φＤｏ    凹部外周径
Ｇ１    環状隙間
Ｇ２    軸方向隙間
Ｇ３    側板側の環状隙間
Ｇ４    側板側の軸方向隙間
Ｒ      循環流れ
Ｗｂ    バランスウエート
θ      反力発生板の取付角
Ｆａ    抗力
Ｆｃ    遠心力
Ｆｇ    合力
Ｆｈ    反作用力
Ｆｋ    流体反力
Ｆｕ    円周方向成分の力
Ｆｗ    水から受ける力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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