JP4986909B2

JP4986909B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP4986909B2
Application number: JP2008088990A
Authority: JP
Inventors: 俊寛下永; 弘樹細見; 太輔中野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009243315A

Description

本発明は、ケーシング内に、回転軸に取り付けられた羽根車と、ライナーリングとが設けられ、羽根車とライナーリングとの間に微小な間隙が形成されているポンプに関する。

従来、この種のポンプとしては、例えば図１７〜図２０に示すように、両吸込み渦巻きポンプ１があり、そのケーシング１１内には、吐出口２に連通する吐出側室３と、吸込口４に連通する吸込側室５と、回転軸１２に取り付けられた羽根車１３と、ライナーリング１４とが設けられ、羽根車１３とライナーリング１４との間に所定の間隙２２が形成され、ケーシング１１が下部のケーシング体１１ａと上部のケーシング体（図示省略）とに上下２分割された構成を有するものがある。

ライナーリング１４は、ケーシング１１内に形成された円形の嵌込み孔１５に嵌め込まれている。各ライナーリング１４はそれぞれ円筒状に形成されており、ライナーリング１４の外周面には、止水用鍔１６が全周にわたって形成されている。回転軸１２の軸心１２ａに直交する止水用鍔１６の一対の面のうち、吸込側室５の側の面を止水面１７としている。

嵌込み孔１５の内周面には、止水用溝１９が全周にわたって形成されている。上記軸心１２ａに直交する止水用溝１９の一対の面のうち、吸込側室５の側の面を止水面２０としている。

これによると、電動機等で回転軸１２を回転することにより、回転軸１２と一体に羽根車１３が回転し、水が吸込口４から吸込まれ、両吸込側室５から吐出側室３を通過し、吐出口２から吐出される。この際、吐出側室３内は吸込側室５内よりも高圧になるが、羽根車１３とライナーリング１４との間の間隙２２は微小であるため、吐出側室３内から上記間隙２２を通り抜けて吸込側室５内へ逆流する水の量が低減される。

また、止水用鍔１６を止水用溝１９に嵌入することによって、ライナーリング１４が軸心１２ａの方向において位置決め固定される。羽根車１３が回転して水を圧送している際、吐出側室３内の圧力は吸込側室５内の圧力よりも高圧であるため、この圧力差によってライナーリング１４には吐出側室３の側から吸込側室５の側への押圧力が作用し、これにより、図１９に示すように、ライナーリング１４の止水用鍔１６の止水面１７が止水用溝１９の止水面２０に面接触し、水がライナーリング１４の外周面と嵌込み孔１５の内周面との間の隙間Ｓを通り抜けるのを防止することができる。

尚、上記のような構成を有する両吸込み渦巻きポンプについては、例えば下記特許文献１に記載されている。
特開２００７−１４６７８９

上記の従来形式では、図１９に示すように、水が隙間Ｓを通り抜けるのを防止するために、ライナーリング１４の止水面１７を止水用溝１９の止水面２０に面接触させており、これにより、両止水面１７，２０を高い加工精度で加工する必要があり、加工精度が低いと、両止水面１７，２０間のシール性能が低下した。しかしながら、両止水面１７，２０を高い加工精度で加工するには、加工に手間を要するといった問題がある。

また、ライナーリング１４の位置を径方向Ａおよび回転軸１２の軸心１２ａの方向Ｂに決定するために、図２０（ａ）に示すように、ライナーリング１４の止水用鍔１６には相直交する３つの面１７，２３，２４を形成し、図２０（ｂ）に示すように、止水用溝１９には相直交する３つの面２０，２５，２６を形成しているため、さらに加工に手間を要した。

また、特許文献１には、ライナーリングの径方向の位置を決定するために、円形の嵌込み孔に突部を設け、この突部の内周面を加工して、ライナーリングの径方向の位置を決定しているものも記載されている。

本発明は、ライナーリングの外周面とケーシングの嵌込み孔の内周面との間のシール性能を十分に確保することができ、ライナーリングと嵌込み孔との加工を容易にすることが可能なポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、ケーシング内に、回転軸に取り付けられた羽根車と、ライナーリングとが設けられ、
ケーシングは回転軸に平行な平面で第１のケーシング体と第２のケーシング体とに分割され、
羽根車とライナーリングとの間に所定の間隙が形成されているポンプであって、
ライナーリングはケーシング内に形成された嵌込み孔に嵌め込まれ、
ライナーリングの外周面とこの外周面に対向する嵌込み孔の内周面とのいずれか一方に凸部を形成し、他方に、凸部が入り込む凹部を形成し、
凸部は凹部に線接触するシール部を有しているものである。

これによると、ライナーリングを嵌込み孔に嵌め込むことによって、ライナーリングをケーシング内に取り付けることができる。このとき、ライナーリングと嵌込み孔とのいずれか一方の凸部のシール部が他方の凹部に線接触する。これにより、ライナーリングの外周面と嵌込み孔の内周面との間のシール性能を十分に確保することができる。また、従来のように面同士の接触（面接触）によってシールするのではなく、線接触によってシールするため、面接触ほどの高い加工精度は必要とせず、ライナーリングと嵌込み孔との加工を容易に行うことができる。

本第２発明は、凸部はライナーリングの外周面に形成され、
凹部は嵌込み孔の内周面に形成されているものである。
本第３発明は、嵌込み孔の凹部は円弧状に形成されているものである。

本第４発明は、ライナーリングの凸部は円弧状に形成され、
ライナーリングの周方向を中心とする凸部の半径が嵌込み孔の周方向を中心とする凹部の半径よりも小さいものである。

本第５発明は、凸部は多角形状に形成されているものである。
本第６発明は、嵌込み孔に対してライナーリングが回るのを阻止する回り止め手段が設けられているものである。

以上のように、本発明によると、ライナーリングと嵌込み孔とのいずれか一方の凸部のシール部が他方の凹部に線接触することにより、ライナーリングの外周面と嵌込み孔の内周面との間のシール性能を十分に確保することができる。また、従来のように面同士の接触（面接触）によってシールするのではなく、線接触によってシールするため、面接触ほどの高い加工精度や仕上面の広さは必要とせず、ライナーリングと嵌込み孔との加工を容易に行うことができる。

さらに、凹部を円弧状に形成したり或いは凸部を円弧状に形成することにより、ライナーリングを径方向および回転軸の軸心方向に位置決めするために凹部や凸部に形成しなければならない面の数を従来よりも少なくすることができる。これにより、加工の手間をさらに削減することができる。

以下、本発明における第１の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、３１は両吸込み渦巻きポンプであり、ケーシング３２には吸込口３３と吐出口３４とが形成されている。ケーシング３２内には、吐出口３４に連通する吐出側室３５（渦形室）と、吐出側室３５の左右両側に位置して吸込口３３に連通する吸込側室３６ａ，３６ｂとが形成されている。

ケーシング３２には回転軸３８が軸受（図示省略）によって軸支されており、パッキン３９によってシールされている。回転軸３８には左右一体の羽根車４０ａ，４０ｂが設けられており、この羽根車４０ａ，４０ｂは吐出側室３５内に収納されている。

ケーシング３２内には、左右一対のライナーリング４１ａ，４１ｂが設けられている。図３，図４に示すように、両ライナーリング４１ａ，４１ｂはそれぞれケーシング３２内に形成された嵌込み孔４２に嵌め込まれている。このうち一方のライナーリング４１ａは一方の吸込側室３６ａと吐出側室３５との間に配置され、他方のライナーリング４１ｂは他方の吸込側室３６ｂと吐出側室３５との間に配置されている。

一方の羽根車４０ａと一方のライナーリング４１ａとの間および他方の羽根車４０ｂと他方のライナーリング４１ｂとの間にはそれぞれ、所定の間隙４３が形成されている。また、図２，図７に示すように、ケーシング３２は回転軸３８を含む平行な平面で下部ケーシング体３２ａ（第一のケーシング体の一例）と上部ケーシング体３２ｂ（第二のケーシング体の一例）とに分割されている。下部ケーシング体３２ａと上部ケーシング体３２ｂとは、薄いパッキン（図示省略）を介して接合面４４ａ，４４ｂ同士が接合され、複数のボルト，ナット（図示せず）によって連結されている。これにより、嵌込み孔４２は、下部ケーシング体３２ａに形成された略半円状の下部嵌込み孔４２ａ（第一の嵌込み孔）と、上部ケーシング体３２ｂに形成された略半円状の上部嵌込み孔４２ｂ（第二の嵌込み孔）とに分割されている。尚、下部および上部ケーシング体３２ａ，３２ｂは鋳鉄や鋳鋼などの鋳造品である。

図５に示すように、各ライナーリング４１ａ，４１ｂは、薄い円筒状のリング本体部４６と、リング本体部４６の外周面に全周にわたり設けられ且つ径方向外向きに突出する凸部４７とを有している。回転軸３８の軸心３８ａを中心とした径方向Ａにおける凸部４７の断面形状は円弧状に形成されている。

図４に示すように、各嵌込み孔４２の内周面には、上記凸部４７が入り込む凹部４９が全周にわたり形成されており、上記軸心３８ａを中心とした径方向Ａの凹部４９の断面形状は円弧状に形成されている。尚、図６に示すようにライナーリング４１ａ，４１ｂの周方向を中心とする凸部４７の半径ｒは、図４に示すように嵌込み孔４２の周方向を中心とする凹部４９の半径Ｒよりも小さい。また、凸部４７は凹部４９に周方向において線接触する頂部５０（シール部の一例）を有している。

尚、ここで言う上記線接触とは、純粋な幾何学的な線接触のみならず、弾性変形や微小な塑性変形に伴うやや幅を持った線接触も含む概念である。
図５，図７に示すように、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの一箇所には、外周面から径方向外向きに突出する回り止め用ねじ５４が設けられている。

また、図３，図７に示すように、嵌込み孔４２の下部嵌込み孔４２ａには、回り止め用ねじ５４が嵌り込む回り止め用孔５５が形成されている。この回り止め用孔５５は下部ケーシング体３２ａの接合面４４ａに開口している。尚、回り止め用ねじ５４と回り止め用孔５５とで回り止め手段５６が構成されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
電動機等で回転軸３８を回転することにより、回転軸３８と一体に羽根車４０ａ，４０ｂが回転し、水（流体の一例）が吸込口３３から吸込まれ、両吸込側室３６ａ，３６ｂから吐出側室３５を通過し、吐出口３４から吐出される。この際、吐出側室３５内は吸込側室３６ａ，３６ｂ内よりも高圧になるが、図３に示すように、羽根車４０ａ，４０ｂとライナーリング４１ａ，４１ｂとの間の間隙４３は微小であるため、吐出側室３５内から上記間隙４３を通り抜けて吸込側室３６ａ，３６ｂ内へ逆流する水の量が低減される。

また、図７に示すように、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの下半分を下部ケーシング体３２ａの下部嵌込み孔４２ａに嵌め込むとともに、回り止め用ねじ５４を回り止め用孔５５に嵌め込み、下部ケーシング体３２ａと上部ケーシング体３２ｂとを連結することによって、各ライナーリング４１ａ，４１ｂがそれぞれの嵌込み孔４２に嵌め込まれてケーシング３２内に取り付けられるとともに、回り止め用ねじ５４が回り止め用孔５５に嵌り込む。

このとき、図３に示すように、ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７の頂部５０が嵌込み孔４２の凹部４９に線接触する。これにより、水が各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間を通り抜けるのを防止することができ、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間のシール性能を十分に確保することができる。また、従来のように面同士の接触（面接触）によってシールするのではなく、ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と嵌込み孔４２の内周面との間を線接触によってシールするため、面接触ほどの高い加工精度や仕上面の広さは必要とせず、ライナーリング４１ａ，４１ｂと嵌込み孔４２との加工を容易に行うことができる。

また、図６に示すように、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７に円弧状の１つの外周面４７ａを形成し、図４に示すように、嵌込み孔４２の凹部４９に円弧状の１つの内周面４９ａを形成するだけで、各ライナーリング４１ａ，４１ｂを径方向Ａおよび軸心３８ａの方向Ｂに位置決めすることができるため、加工の手間をさらに削減することができる。

尚、凸部４７と凹部４９との加工状況によって、凸部４７の外径が正規の寸法よりもやや小さめに出来上がった場合には、ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７の頂部５０が凹部４９と線接触しないが、吐出側室３５の圧力が吸込側室３６ａ，３６ｂの圧力よりも高いので、ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７の頂部５０よりも吸込側室３６ａ，３６ｂ側の部分が凹部４９と線接触し、シールすることができる。

また、回り止め用ねじ５４が回り止め用孔５５に嵌り込んでいるため、各嵌込み孔４２に対してライナーリング４１ａ，４１ｂが回るのを阻止することができる。尚、この際、周方向において、回り止め用ねじ５４が設けられている１箇所を除いた全範囲で、図３に示すように、凸部４７の頂部５０は凹部４９に線接触している。

上記第１の実施の形態では、凸部４７の断面形状と凹部４９の断面形状とを円弧状に形成しているが、放物面状の曲面であってもよく、また、下記の他の実施の形態で示すように、円弧状に限定されるものではない。

本発明における第２の実施の形態を図８〜図１０を参照して説明する。
凹部４９の断面形状は円弧状であり、凸部４７の断面形状は三角形状（多角形状の一例）に形成されており、凸部４７は凹部４９に周方向において線接触する頂部５０（シール部の一例）を全周にわたり有している。尚、頂部５０の先端を微小な円弧状（アール状）等の曲面に加工してもよい。

これによると、先述した第１の実施の形態と同様な作用・効果が得られる。
また、図１０に示すように、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７に山形状の２つの外周面４７ａ，４７ｂを形成し、嵌込み孔４２の凹部４９に円弧状の１つの内周面４９ａを形成するだけで、各ライナーリング４１ａ，４１ｂを径方向Ａおよび軸心３８ａの方向Ｂに位置決めすることができるため、加工の手間をさらに削減することができる。

本発明における第３の実施の形態を図１１を参照して説明する。
凹部４９の断面形状は円弧状であり、凸部４７の断面形状は四角台形状（多角形状の一例）に形成されており、凸部４７は凹部４９に周方向において線接触する２つの頂部５０ａ，５０ｂ（シール部の一例）を有している。

これによると、凸部４７の２つの頂部５０ａ，５０ｂが嵌込み孔４２の凹部４９に線接触するため、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間のシール性能がより一段と向上する。

また、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７に３つの外周面４７ａ〜４７ｃを形成し、嵌込み孔４２の凹部４９に円弧状の１つの内周面４９ａを形成するだけで、各ライナーリング４１ａ，４１ｂを径方向Ａおよび軸心３８ａの方向Ｂに位置決めすることができるため、加工の手間をさらに削減することができる。

本発明における第４の実施の形態を図１２を参照して説明する。
凹部４９の断面形状は円弧状であり、凸部４７の断面形状はＵ形状（又はＶ形状でもよい）に形成されており、凸部４７は凹部４９に周方向において線接触する２つの頂部５０ａ，５０ｂ（シール部の一例）を有している。

本発明における第５の実施の形態を図１３を参照して説明する。
凹部４９の断面形状は、内周側ほど回転軸３８の軸心３８ａの方向Ｂに拡大するＶ形状に形成されている。また、凸部４７は、断面形状が円弧状であり、凹部４９に周方向において線接触する２つのシール部６０ａ，６０ｂを有している。

これによると、凸部４７の２つのシール部６０ａ，６０ｂが嵌込み孔４２の凹部４９に線接触するため、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間のシール性能がより一段と向上する。

また、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凸部４７に円弧状の１つの外周面４７ａを形成し、嵌込み孔４２の凹部４９にＶ形状の２つの内周面４９ａ，４９ｂを形成するだけで、各ライナーリング４１ａ，４１ｂを径方向Ａおよび軸心３８ａの方向Ｂに位置決めすることができるため、加工の手間をさらに削減することができる。

本発明における第６の実施の形態を図１４〜図１６を参照して説明する。
嵌込み孔４２の内周面には、径方向内向きに突出する突部４７が全周にわたり形成されている。回転軸３８の軸心３８ａを中心とした径方向Ａにおける凸部４７の断面形状は円弧状に形成されている。

各ライナーリング４１ａ，４１ｂは、薄い円筒状のリング本体部４６と、リング本体部４６の外周面に全周にわたり形成され且つ凸部４７が入り込む凹部４９とを有している。回転軸３８の軸心３８ａを中心とした径方向Ａにおける凹部４９の断面形状は円弧状に形成されている。

尚、嵌込み孔４２の周方向を中心とする凸部４７の半径ｒはライナーリング４１ａ，４１ｂの周方向を中心とする凹部４９の半径Ｒよりも小さい。また、凸部４７は凹部４９に周方向において線接触する頂部５０（シール部の一例）を有している。

以下、上記構成における作用を説明する。
嵌込み孔４２の凸部４７の頂部５０が各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凹部４９に線接触することにより、水が各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間を通り抜けるのを防止することができ、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と各嵌込み孔４２の内周面との間のシール性能を十分に確保することができる。また、従来のように面同士の接触（面接触）によってシールするのではなく、ライナーリング４１ａ，４１ｂの外周面と嵌込み孔４２の内周面との間を線接触によってシールするため、面接触ほどの高い加工精度は必要とせず、ライナーリング４１ａ，４１ｂと嵌込み孔４２との加工を容易に行うことができる。

また、各ライナーリング４１ａ，４１ｂの凹部４９に円弧状の１つの外周面４９ａを形成し、嵌込み孔４２の凸部４７に円弧状の１つの内周面４７ａを形成するだけで、各ライナーリング４１ａ，４１ｂを径方向Ａおよび軸心３８ａの方向Ｂに位置決めすることができるため、加工の手間をさらに削減することができる。

尚、凸部４７と凹部４９との加工状況によって、凹部４９の外径が正規の寸法よりもやや小さめに出来上がった場合には、嵌込み孔４２の凸部４７の頂部５０が凹部４９と線接触しないが、吐出側室３５の圧力が吸込側室３６ａ，３６ｂの圧力よりも高いので、嵌込み孔４２の凸部４７の頂部５０よりも吐出側室３５側の部分が凹部４９と線接触し、シールすることができる。

上記各実施の形態では、ポンプの一例として、両吸込み渦巻きポンプ３１を挙げたが、この形式以外のポンプであってもよい。

本発明の第１の実施の形態におけるポンプの上部ケーシング体を取り外した平面図である。同、ポンプの側面図である。同、ポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。同、ポンプの嵌込み孔の凹部の断面図である。同、ポンプのライナーリングの図であり、（ａ）はライナーリングの一部切欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視図である。同、ポンプのライナーリングの一部拡大断面図である。同、ポンプのケーシングを下部ケーシング体と上部ケーシング体とに分離し、下部ケーシング体の下部嵌込み孔にライナーリングを嵌め込んだ図である。本発明の第２の実施の形態におけるポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。同、ポンプのライナーリングの図であり、（ａ）はライナーリングの一部切欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視図である。同、ポンプのライナーリングの一部拡大断面図である。本発明の第３の実施の形態におけるポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。本発明の第４の実施の形態におけるポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。本発明の第５の実施の形態におけるポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。本発明の第６の実施の形態におけるポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。同、ポンプの嵌込み孔の凸部の断面図である。同、ポンプのライナーリングの一部切欠き側面図である。従来におけるポンプの上部ケーシング体を取り外した平面図である。同、ポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の断面図である。同、ポンプのライナーリングと嵌込み孔との嵌め込み部分の拡大断面図である。同、ポンプのライナーリングを嵌込み孔から取り外した図であり、（ａ）はライナーリングの一部拡大断面図であり、（ｂ）は嵌込み孔の一部拡大断面図である。

符号の説明

３１ポンプ
３２ケーシング
３２ａ下部ケーシング体（第１のケーシング体）
３２ｂ上部ケーシング体（第２のケーシング体）
３８回転軸
４０ａ，４０ｂ羽根車
４１ａ，４１ｂライナーリング
４２嵌込み孔
４３所定の間隙
４７凸部
４９凹部
５０，５０ａ，５０ｂ頂部（シール部）
５６回り止め手段
６０ａ，６０ｂシール部
ｒ凸部の半径
Ｒ凹部の半径

Claims

ケーシング内に、回転軸に取り付けられた羽根車と、ライナーリングとが設けられ、
ケーシングは回転軸に平行な平面で第１のケーシング体と第２のケーシング体とに分割され、
羽根車とライナーリングとの間に所定の間隙が形成されているポンプであって、
ライナーリングはケーシング内に形成された嵌込み孔に嵌め込まれ、
ライナーリングの外周面とこの外周面に対向する嵌込み孔の内周面とのいずれか一方に凸部を形成し、他方に、凸部が入り込む凹部を形成し、
凸部は凹部に線接触するシール部を有していることを特徴とするポンプ。
凸部はライナーリングの外周面に形成され、
凹部は嵌込み孔の内周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
嵌込み孔の凹部は円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のポンプ。
ライナーリングの凸部は円弧状に形成され、
ライナーリングの周方向を中心とする凸部の半径が嵌込み孔の周方向を中心とする凹部の半径よりも小さいことを特徴とする請求項３記載のポンプ。
凸部は多角形状に形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のポンプ。
嵌込み孔に対してライナーリングが回るのを阻止する回り止め手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のポンプ。