(57)【要約】【課題】ポンプ効率を向上することが可能な軸流ポンプ、インペラ、金型、インペラの製造方法及び軸流ポンプの製造方法を提供すること。【解決手段】軸流ポンプ１は、回転軸２２を有するモータ１１と、回転軸２２に固定されるボス部５１、ボス部５１の外周面に設けられる複数の羽根５２、及び、羽根５２の外周面を羽根５２の軸方向に渡って覆う壁部５３を具備するインペラ３４と、壁部５３の周囲を所定の間隙を有して覆う吸込ケーシング３１と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するモータと、
前記回転軸に固定されるボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラと、
前記壁部の周囲を所定の間隙を有して覆う吸込ケーシングと、
を備えることを特徴とする軸流ポンプ。
【請求項２】
前記壁部は、円環状に形成され、前記複数の羽根を連続して覆うことを特徴とする請求項１に記載の軸流ポンプ。
【請求項３】
前記壁部は、円弧状に形成され、前記複数の羽根をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１に記載の軸流ポンプ。
【請求項４】
回転軸に固定されるボス部と、
ボス部の外周面に設けられる複数の羽根と、
前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部と、
を備えることを特徴とするインペラ。
【請求項５】
前記壁部は、円環状に形成され、前記複数の羽根を連続して覆うことを特徴とする請求項４に記載のインペラ。
【請求項６】
前記壁部は、円弧状に形成され、前記複数の羽根をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項４に記載のインペラ。
【請求項７】
ボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラの形状に形成されたキャビティと、
前記キャビティの前記壁部に少なくとも設けられたゲートと、
を備えることを特徴とする金型。
【請求項８】
前記壁部は、円環状に形成され、前記複数の羽根を連続して覆う形状であることを特徴とする請求項７に記載の金型。
【請求項９】
前記壁部は、円弧状に形成され、前記複数の羽根をそれぞれ覆う形状であることを特徴とする請求項７に記載の金型。
【請求項１０】
材料を溶融し、
ボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラの形状に形成されたキャビティ、並びに、前記キャビティの前記壁部に少なくとも設けられたゲートが形成された金型に溶融した前記材料を前記ゲートから供給し、
前記金型に供給した前記材料を冷却する、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項１１】
前記壁部は、円環状に形成され、前記複数の羽根を連続して覆う形状であることを特徴とする請求項１０に記載のインペラの製造方法。
【請求項１２】
前記壁部は、円弧状に形成され、前記複数の羽根をそれぞれ覆う形状であることを特徴とする請求項１０に記載のインペラの製造方法。
【請求項１３】
前記金型から冷却された成形品を取りだし、
前記成形品の前記壁部の外周面を切削加工する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のインペラの製造方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれかのインペラの製造方法によりインペラを成形し、
前記インペラをモータの回転軸に固定し、
前記壁部の周囲を所定の間隙を有して覆う吸込ケーシングを前記モータに固定する、
ことを特徴とする軸流ポンプの製造方法。
【請求項１５】
前記材料は、ステンレス材料又は鋳鉄であることを特徴とする請求項１０に記載のインペラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に設置される軸流ポンプ、インペラ、金型、インペラの製造方法及び軸流ポンプの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、低揚程、且つ、大水量の能力を有する水中ポンプとして、軸流ポンプが知られている（例えば特許文献１）。このような軸流ポンプは、吸込ケーシング内にインペラが、吸込ケーシングの内周面とインペラの羽根の径方向外周部とが所定の間隙を有して配置されることで構成される。
【０００３】
また、吸込ケーシングの内周面であって、且つ、インペラと対向する位置に溝を設けることで、異物の噛み込みを防止することが可能な軸流ポンプも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７１０６１３号公報
【特許文献２】特許第５１７６５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した軸流ポンプでは、以下の問題があった。即ち、吸込ケーシングの内周面とインペラの外周面との間に間隙ができる。このため、インペラの一次側と二次側の圧力差によって、増圧した水が当該間隙を通って二次側から一次側に漏れる。このため、ポンプ効率が低下する、という問題がある。
【０００６】
また、水に含まれる異物により吸込ケーシングの内周面が摩耗すると、当該間隙が増加することから、ポンプ効率がさらに低下する虞もある。
【０００７】
ポンプ効率の低下を防止するために吸込ケーシングの内周面とインペラの外周面との間の間隙を狭くすることも考えられるが、水に含まれる異物により、噛み込みが発生する虞がある。
【０００８】
また、ポンプ効率を向上するために、インペラの翼厚を薄くすることも考えられるが、鋳造や樹脂成形により製造する場合には、溶融材料が充填されにくい、という問題もある。
【０００９】
そこで本発明は、ポンプ効率を向上することが可能な軸流ポンプ、インペラ、金型、インペラの製造方法及び軸流ポンプの製造方法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】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の軸流ポンプ、インペラ、金型及び軸流ポンプの製造方法は、次のように構成されている。
【００１１】
本発明の一態様として、軸流ポンプは、回転軸を有するモータと、前記回転軸に固定されるボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラと、前記壁部の周囲を所定の間隙を有して覆う吸込ケーシングと、を備える。
【００１２】
本発明の一態様として、インペラは、回転軸に固定されるボス部と、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根と、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部と、を備える。
【００１３】
本発明の一態様として、金型は、ボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラの形状に形成されたキャビティと、前記キャビティの前記壁部に少なくとも設けられたゲートと、を備える。
【００１４】
本発明の一態様として、インペラの製造方法は、材料を溶融し、ボス部、ボス部の外周面に設けられる複数の羽根、及び、前記羽根の外周面を前記羽根の軸方向に渡って覆う壁部を具備するインペラの形状に形成されたキャビティ、並びに、前記キャビティの前記壁部に少なくとも設けられたゲートが形成された金型に溶融した前記材料を前記ゲートから供給し、前記金型に供給した前記材料を冷却する。
【００１５】
本発明の一態様として、軸流ポンプの製造方法は、上述のインペラの製造方法によりインペラを成形し、前記インペラをモータの回転軸に固定し、前記壁部の周囲を所定の間隙を有して覆う吸込ケーシングを前記モータに固定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ポンプ効率を向上することが可能な軸流ポンプ、インペラ、金型、インペラの製造方法及び軸流ポンプの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る軸流ポンプの構成を一部断面で示す斜視図。
【図２】同軸流ポンプの構成を示す断面図。
【図３】同軸流ポンプに用いられるインペラの構成を示す斜視図。
【図４】同インペラの製造に用いる金型の構成を示す断面図。
【図５】同軸流ポンプの機能曲線を示す説明図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る軸流ポンプに用いられるインペラの構成を示す斜視図。
【図７】同インペラの製造に用いる金型の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の第１の実施形態に係る軸流ポンプ１を、図１乃至図５を用いて説明する。  
図１は本発明の第１の実施形態に係る軸流ポンプ１の構成を一部断面で示す斜視図、図２は軸流ポンプ１の構成を示す断面図、図３は軸流ポンプ１に用いられるインペラ３４の構成を示す斜視図、図４はインペラ３４の構成を示す平面図及びインペラ３４の製造に用いる金型１００の構成を示す断面図、図５は軸流ポンプ１の性能曲線を示す説明図である。
【００１９】
軸流ポンプ１は、井戸等に用いられ、水中に配置されて用いられる。図１及び図２に示すように、軸流ポンプ１は、水中モータ１１と、ポンプ１２と、ストレーナ１３と、を備えている。
【００２０】
水中モータ１１は、電源ケーブルを介して外部電源に接続される。水中モータ１１は、液密に構成され、水中に配置可能に構成されたモータである。この水中モータ１１は、モータケーシング２１と、モータケーシング２１内に設けられた固定子と、モータケーシング２１内に設けられた回転子と、回転子に固定された回転軸２２と、を備えている。
【００２１】
ポンプ１２は、水中モータ１１を固定する吸込ケーシング３１と、吸込ケーシング３１に一方の端部が固定された管ケーシング３２と、管ケーシング３２の他方の端部に固定された吐出ケーシング３３と、吸込ケーシング３１内に収容され、回転軸２２に固定されたインペラ３４と、を備えている。
【００２２】
吸込ケーシング３１は、円筒状に形成された円筒状部４１と、円筒状部４１の一方の端部に一体に形成された椀状の支持部４２と、を備えている。
【００２３】
円筒状部４１は、回転軸２２と同軸上に配置される。円筒状部４１は、その内部に回転軸２２に固定されたインペラ３４を収容する。円筒状部４１は、その一方の端部の開口が吐出口を構成し、その他方の端部が吸込口を構成する。
【００２４】
支持部４２は、その外周縁の一方側にストレーナ１３が、他方側に管ケーシング３２が固定される。また、支持部４２は、その中心に円筒状部４１の一方の端部の開口から管ケーシング３２内へ連続する流路を構成するとともに、水中モータ１１のモータケーシング２１を固定する固定部４２ａを有する。
【００２５】
管ケーシング３２は、円筒状に形成され、一方の端部が吸込ケーシング３１に、他方の端部が吐出ケーシング３３に、それぞれ固定される。管ケーシング３２は、支持部４２に固定された水中モータ１１をその内部に収容する。
【００２６】
吐出ケーシング３３は、管ケーシング３２の他方の端部に固定される。吐出ケーシング３３は、水を二次側に供給する配管を接続可能な吐出孔３３ａを備える。
【００２７】
インペラ３４は、円筒状に構成され、回転軸２２に固定されるボス部５１と、ボス部５１の外周面に設けられた複数の羽根５２と、複数の羽根５２の外周面に一体に設けられた円環状の壁部５３と、を備えている。
【００２８】
ボス部５１は、円筒状に構成される。具体的には、ボス部５１は、回転軸２２を挿通させる孔部５１ａ及びキー溝５１ｂを有する。複数の羽根５２は、例えば３枚設けられる。
【００２９】
壁部５３は、軸方向の羽根５２の幅と略同一の高さを有する。壁部５３は、複数の羽根５２の外周面を少なくとも前記軸方向及び周方向に渡って覆う。壁部５３は、その外周面が円筒状部４１の内周面と所定の間隙を形成可能な外径に構成される。即ち、壁部５３の外径は、円筒状部４１の内径よりも小径に構成される。
【００３０】
ストレーナ１３は、有底円筒状に形成されるとともに、その外周面に多数の小孔１３ａが形成される。
【００３１】
次に、このように構成された軸流ポンプ１の製造方法について説明する。  
先ず、図４に示すように、インペラ３４の成形品１３４を金型１００により、樹脂材料を用いた射出成形、又は、ステンレス材料若しくは鋳鉄により鋳造等の成形技術により製造する。ここで、図４に示すように、金型１００は、例えば複数に分割された可動金型が用いられる。金型１００は、インペラ３４の形状に形成されたキャビティ１０１と、キャビティ１０１のインペラ３４の壁部５３に対応する部位に少なくとも設けられたゲート１０２と、を備えている。
【００３２】
まず、ヒータ又は溶解炉により、射出成形を行う場合には樹脂材料を、鋳造を行う場合には金属材料、例えばステンレス材料又は鋳鉄を溶融する。次に、溶融した溶融材料をゲート１０２からキャビティ１０１内に供給する。
【００３３】
次いで、キャビティ１０１内に供給された溶融材料を冷却し、成型又は鋳造により製造した成形品１３４を金型１００から取り出す。次いで、成形品１３４のボス部５１に、回転軸２２を挿通させる孔部５１ａ及びキー溝５１ｂ等を加工する。また、成形品１３４の壁部５３の外周面を切削加工し、所定の外径とする。これにより、インペラ３４が製造される。
【００３４】
次いで、水中モータ１１の回転軸２２にインペラ３４を固定し、水中モータ１１を吸込ケーシング３１に固定する。次いで、吸込ケーシング３１にストレーナ１３及び管ケーシング３２を固定する。次いで、管ケーシング３２に吐出ケーシング３３を固定するとともに、水中モータ１１の電源ケーブルを吐出ケーシング３３から外部に露出させる。これらの工程により軸流ポンプ１が製造される。
【００３５】
このように構成された軸流ポンプ１によれば、インペラ３４の羽根５２の外周面を、羽根５２を壁部５３により覆うことで、羽根５２の二次側の水が一次側へ移動することを防止できる。即ち、壁部５３は、当該二次側から一次側への移動を遮ることで、羽根５２の翼面の高圧面から低圧面への漏れを低減する。これにより、図５に示すように、壁部５３を設けることで、揚程が増加し、結果、ポンプ効率を向上することが可能となる。
【００３６】
また、壁部５３を円環状とし、各羽根５２を連続することで、インペラ３４と円筒状部４１との間の間隙が連続する円環状の隙間となることで、羽根５２の二次側から一次側への水の漏れをより低減することができる。
【００３７】
また、金型１００のゲート１０２を壁部５３に設けることで、溶融材料を細部に供給することが可能となり、製造不良を防止することが可能となる。
【００３８】
また、成型又は鋳造した成形品１３４の壁部５３を切削加工することで、高い精度のインペラ３４とすることが可能となる。このとき、壁部５３は円環状に構成されることから、連続面の加工となり、加工が容易となるとともに、不良率を低減することが可能となる。
【００３９】
また、成型又は鋳造により製造した成形品１３４の壁部５３を軸方向に切削加工することで、容易に動的不釣合いの取れたインペラ３４を製造することができポンプの信頼性を向上することが可能である。また、動的不釣り合いを解消するために削加工を行う箇所は、インペラ３４の中心から最も離れた壁部５３を加工することから、加工量を小さくすることが可能となる。
【００４０】
また、このようなインペラ３４は、壁部５３を各々の羽根５２に連続した面とすることで、インペラ３４と円筒状部４１の間隙に異物が移動することを極力防止可能となり、異物の噛み込みを低減することが可能となる。これにより、軸流ポンプ１の破損や機能低下を防止可能となり、信頼性を向上することが可能となる。
【００４１】
上述したように、本発明の第１の実施形態に係る軸流ポンプ１によれば、インペラ３４の羽根５２の外周面を壁部５３で覆うことで、ポンプ効率を向上することが可能となる。
【００４２】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図６及び図７に示す本発明の第２の実施形態に係る軸流ポンプ１に用いられるインペラ３４Ａ及び金型１００Ａに示すように、羽根５２の外周面を円弧状の壁部５３Ａでそれぞれ覆う構成であってもよい。即ち、インペラ３４Ａは、ボス部５１と、複数の羽根５２と、羽根５２の外周面を周方向全長に渡ってそれぞれ軸方向及び周方向に渡って覆う所定の曲率半径を有する円弧帯状の複数の壁部５３Ａと、を備える。
【００４３】
また、このようなインペラ３４Ａの成型又は鋳造に用いる金型１００Ａは、ゲート１０２を、壁部５３Ａを形成するキャビティ１０１Ａの部位にそれぞれ設ける構成とすることで、キャビティ１０１Ａの細部に溶融樹脂を供給することが可能となる。これにより、インペラ３４Ａに対応する成形品１３４Ａを製造可能となる。
【００４４】
このように構成されたインペラ３４Ａを備える軸流ポンプ１によれば、上述した軸流ポンプ１と同様の効果を奏する。
【００４５】
また、本発明は、これらの実施形態に限定されない。例えば、インペラ３４は、羽根５２及び壁部５３を鋼板で製作し、ボス部５１に複数の羽根５２を溶接するとともに、円環の壁部５３を複数の羽根５２に溶接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】
【００４６】
１…軸流ポンプ、１１…水中モータ、１２…ポンプ、１３…ストレーナ、１３ａ…小孔、２１…モータケーシング、２２…回転軸、３１…吸込ケーシング、３２…管ケーシング、３３…吐出ケーシング、３３ａ…吐出孔、３４、３４Ａ…インペラ、４１…円筒状部、４２…支持部、４２ａ…固定部、５１…ボス部、５２…羽根、５３、５３Ａ…壁部、１００、１００Ａ…金型、１０１…キャビティ、１０２…ゲート、１３４…成形品。
【図１】
2017072030.tif 000003
【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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