JPH0643295U - ポンプ用インペラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案は、ボス部を円盤と共に合成樹脂材料で
一体成形したにも拘らず、キー溝を含めたボス部の変形
や亀裂の発生を防止でき、回転軸からのトルク伝達を確
実に行えるとともに、構造簡単で加工も容易に行え、安
価なポンプ用インペラの提供を目的とする。 【構成】複数の羽根２２を有する円盤２０と、この円盤
の中心部に突設され、回転軸が通される挿通孔２６を有
するボス部２５とを、合成樹脂材料にて一体成形すると
ともに、上記ボス部に挿通孔の内面に開口するキー溝２
７を形成し、このキー溝にキー１７を嵌合することによ
り、ボス部を回転軸の外周に取り付けるインペラにおい
て、円盤から突出するボス部の付け根部分２５ａに、こ
のボス部よりも剛性の高い材料にて構成された補強材３
５を、ボス部の外周面を覆うように一体に埋め込んだこ
とを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、複数の羽根を有する円盤や回転軸が挿通されるボス部を、合成樹脂 材料にて一体成形したポンプ用インペラに関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば深井戸用水中ポンプにおいては、細長いポンプケーシングの内部に複数 のインペラが収容されており、これらインペラは、モータにより回転駆動される 回転軸上に取り付けられている。

【０００３】 各インペラは、二枚の円盤の間に複数の羽根を備えており、一方の円盤の中心 部から水を吸い上げて外周面から吐き出すようになっている。そして、この円盤 の中心部には、回転軸が通されるボス部が形成されており、このボス部は回転軸 に対しキーを介して結合されている。このため、ボス部は、回転軸が挿通される 挿通孔と、この挿通孔に開口されるキー溝とを備えており、このキー溝にキーを 嵌合することで、インペラが回転軸の外周に固定されるようになっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来のインペラは、鋳鉄やステンレス鋼のような金属材料にて構成 されているが、特に防錆、軽量化およびコストダウンが要求される場合には、イ ンペラ全体をポリアミド樹脂のような合成樹脂材料で成形することがあり得る。 インペラを合成樹脂製とした場合、この合成樹脂材料は、金属材料に比較して剛 性や機械的強度が劣るので、キーによる動力伝達では、ボス部に亀裂が生じる等 して、回転軸の回転トルクがインペラにうまく伝わらなくなるといった問題が生 じてくる。

【０００５】 すなわち、キーが嵌合されるキー溝は、挿通孔の内面に連なる一対の側面と、 これら側面間を結ぶ底面とで構成されるので、回転軸が回転した時、キーはキー 溝の一方の側面に押圧される。このため、回転軸の回転トルクは、キー溝の側面 からボス部を通じてインペラに伝えられることになり、この際、キー溝の側面と 底面とがなす角部に引張応力が発生する。すると、インペラのボス部は、キー溝 の部分の肉厚が他の部分に比べて局部的に薄くなっており、特にキー溝の角部に 相当する部分の機械的強度が不足する傾向にあるので、上記引張応力が繰り返し 加わった場合には、強度的に弱い合成樹脂材料が変形することがあり得る。

【０００６】 そして、本考案者が行った応力解析によると、この引張応力はボス部のなかで も円盤から突出されたボス部の付け根部分に集中して発生することが明らかとな り、このボス部の付け根部分において、キー溝の角部を起点としてボス部に亀裂 が発生し、キーからボス部へのトルク伝達が妨げられてしまう。

【０００７】 なお、合成樹脂製のボス部の破損を防止する手立てとしては、ボス部にキー溝 を有する金属部品をインサートしたり、あるいはキー溝を省略して挿通孔の内面 の互いに対向する二箇所に平面部を形成し、回転軸とボス部との嵌合部分に回り 止め用の、いわゆる二面幅部を形成することが考えられる。

【０００８】 しかしながら、金属部品をインサートする方法では、金属部品の加工に手間を 要するとともに、組み立て工数が増大し、コストが非常に高くなる問題がある。 また、二面幅部を形成する方法では、回転軸の外周面にも加工を施す必要がある ので、例えば深井戸用水中ポンプのように、回転軸の軸長が長いものでは、加工 が多大な手間と労力を要することになり、かつコストも高くなるといった問題が 残る。

【０００９】 本考案は、このような事情にもとづいてなされたもので、キー溝を有するボス 部を円盤と共に合成樹脂材料で一体成形したにも拘らず、キー溝を含めたボス部 の変形や亀裂の発生を防止でき、回転軸からのトルク伝達を確実に行えるととも に、構造簡単で加工も容易に行え、安価なポンプ用インペラの提供を目的とする 。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案のインペラは、複数の羽根を有する円盤と、 この円盤の中心部に突設され、回転軸が通される挿通孔を有するボス部とを、合 成樹脂材料にて一体に成形するとともに、上記ボス部に、上記挿通孔の内面に開 口するキー溝を形成し、このキー溝にキーを嵌合することにより、上記ボス部を 回転軸上に取り付ける構成を前提としている。

【００１１】 そして、上記円盤から突出するボス部の付け根部分に、このボス部よりも剛性 の高い材料にて構成された補強材を、上記ボス部の外周面を覆うように一体に埋 め込んだことを特徴としている。

【００１２】

【作用】

このような構成によれば、引張応力が集中し易いボス部の付け根部分が高剛性 の補強材によって外側から押え込まれるので、キー溝の角部に引張応力が集中し て加わったとしても、このキー溝を含めたボス部の変形を抑えることができる。 しかも、補強材の存在によって、キー溝の角部に生じる引張力を圧縮力として受 け止めることができ、上記ボス部の変形を抑えることができることと合わせて、 キー溝の角部からの亀裂の発生を未然に防止することができる。

【００１３】 また、補強材は、ボス部を覆うような単純な形状であるので、例えば板金材を プレス成形することで製造が可能であり、加工に手間を要しない。このため、イ ンペラへの埋め込みを容易に行うことができ、製造コストを低減できる。

【００１４】

【実施例】

以下本考案の第１実施例を、深井戸用水中ポンプに適用した図１ないし図６に もとづいて説明する。

【００１５】 図６は深井戸用水中ポンプ１を示しており、このポンプ１は、下端部に吸込フ レーム２を備えている。吸込フレーム２は吸込口３を有し、この吸込口３はスト レーナ４によって覆われている。

【００１６】 吸込フレーム２上には、細長い管状のポンプケーシング５が連結されている。 ポンプケーシング５は、吸込ケーシング６、第１ないし第５の中間ケーシング７ ａ〜７ｅおよび吐出ケーシング８とに分割されている。吸込ケーシング６は、吸 込フレーム２に連なっており、この吸込ケーシング６と吐出ケーシング８との間 に中間ケーシング７ａ〜７ｅが同軸状に積み重ねられている。そして、これら吸 込ケーシング６、中間ケーシング７ａ〜７ｅおよび吐出ケーシング８は、バンド ９を介して軸方向に締め付けられており、この締め付けにより、中間ケーシング ７ａ〜７ｅが吸込ケーシング６と吐出ケーシング８との間で挾み込まれている。 なお、ポンプケーシング５の上端部に位置された吐出ケーシング８には、連結 管１０を介して弁ケーシング１１が連結されている。

【００１７】 ポンプケーシング５の内部には、回転軸１４が同軸状に挿通されている。回転 軸１４は、複数の軸受１３を介してポンプケーシング５に回転自在に支持されて いる。回転軸１４の下端部は、継手１５を介してモータ１６に連結されている。 モータ１６は、吸込フレーム２の下端部に支持されており、このモータ１６によ って回転軸１４が矢印Ａ方向に回転駆動される。そして、この回転軸１４の外周 面には、その全長に亘ってキー１７が固定されている。

【００１８】 回転軸１４上には、４個のインペラ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが直列に 並べて取り付けられている。インペラ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、中間 ケーシング７ａ〜７ｅの内側に位置されている。各インペラ１８ａ，１８ｂ，１ ８ｃ，１８ｄは、例えばポリアミド樹脂のような合成樹脂材料にて一体に型成形 されている。そして、これらインペラ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの構造お よび寸法は、全く同一となっているため、ここでは四段目のインペラ１８ｄを代 表して説明する。

【００１９】 図１および図２に示すように、インペラ１８ｄは、第１の円盤２０と第２の円 盤２１とを備えている。円盤２０，２１は、回転軸１４の軸方向に離間して配置 されており、これら円盤２０，２１の間に、円弧状に彎曲された複数枚の羽根２ ２が挾み込まれている。羽根２２は、図２に示すように、円盤２０，２１の周方 向に間隔を存して配置されており、円盤２０，２１の中心部から外周部に向って 延びている。第１の円盤２０は、インペラ１８ａの軸方向に開口する吸込口２３ を備えている。この吸込口２３は、羽根２２の一端部に連なっており、これら羽 根２２の他端部間には、インペラ１８ａの外周面に開口する複数の吐出口２４が 形成されている。

【００２０】 円盤２０，２１の回転中心部には、ボス部２５が設けられている。ボス部２５ の一端部は、上記吸込口２３の内側にまで延びているとともに、他端部は、第２ の円盤２１から軸方向に所定長さ突出されている。このボス部２５は、上記回転 軸１４が挿通される挿通孔２６と、この挿通孔２６に開口するキー溝２７とを備 えている。

【００２１】 キー溝２７は、図１の（ｂ）や図２に示すように、挿通孔２６の内面に連なる 一対の互いに対向し合う側面２８ａ，２８ｂと、これら側面２８ａ，２８ｂの間 を連結する底面２９とを有し、これら側面２８ａ，２８ｂと底面２９とは直角に 交わっている。このため、ボス部２５の肉厚ｔは、キー溝２７の部分でこのキー 溝２７の深さに応じた分だけ減小されている。そして、このキー溝２７に上記キ ー１７が嵌合されており、この嵌合により、インペラ１８ｄと回転軸１４とが一 体に回転するように結合されている。

【００２２】 図６に示すように、各インペラ１８ａ〜１８ｄの吸込口２３の外周面は、ライ ナリング３１を介して中間ケーシング７ａ〜７ｅの内面に回転自在に支持されて いる。また、一段目と三段目のインペラ１８ａ，１８ｃのボス部２５の外周面は 、リング状のブッシュ３２を介して中間ケーシング７ａおよび７ｄの内側の支持 部３３ａ，３３ｄに回転自在に支持されている。

【００２３】 ところで、第２の円盤２１から突出するボス部２５の付け根部分２５ａには、 補強材３５が一体に埋め込まれている。補強材３５は、中空筒状の主部３６と、 この主部３６の一端に連なるリング状のフランジ部３７とを備えている。この補 強材３５は、インペラ１８ａを構成する合成樹脂材料よりも高剛性な金属材料、 例えばステンレス板をプレスすることにより一体成形されている。そして、補強 材３５の主部３６は、ボス部２５の付け根部分２５ａの外周面に埋め込まれてい るとともに、フランジ部３７は、ボス部２５に連なる第２の円盤２１の端面に埋 め込まれている。このことから、補強材３５は、特に引張応力が集中する傾向に あるボス部２５の付け根部分２５ａを周方向に連続して包囲している。

【００２４】 なお、この補強材３５は、インペラ１８ｄの型成形時に成形型４０に一体にイ ンサートされるようになっている。すなわち、図３に示すように、成形型４０は 、ボス部２５を成形するための凹部４１を備えており、この凹部４１の開口端部 に補強材３５の主部３６が挿入保持されている。そして、本実施例の補強材３５ は、フランジ部３７を備えているため、補強材３５を成形型４０にセットする際 に、このフランジ部３７を掴んで作業することができ、作業性が良好となる。そ れとともに、フランジ部３７の端面を成形型４０に突き当てた状態でインペラ１ ８ｄの成形を行えるために、ボス部２５に対する補強材３５の軸方向の位置決め を確実かつ容易に行うことができるものである。

【００２５】 また、本実施例の場合、複数のインペラ１８ａ〜１８ｄのうち、そのボス部２ ５がブッシュ３２を介して中間ケーシング７ａ，７ｅに支持されている一段目と 三段目のインペラ１８ａ，１８ｃでは、図４や図５に示すように、補強材３５の 主部３６がボス部２５の上端にまで延長されている。この主部３６の延長部３６ ａは、ブッシュ３２に接するボス部２５の外周面を覆っており、この延長部３６ ａがブッシュ３２に回転自在に接している。

【００２６】 このような構成の水中ポンプ１において、モータ１６を介して回転軸１４が回 転駆動されると、インペラ１８ａ〜１８ｄが回転し、吸込口３からポンプケーシ ング５内に地下水が吸入される。この吸入された地下水は、インペラ１８ａ〜１ ８ｄで四段階に加圧された後、吐出ケーシング８に吐き出され、この吐出ケーシ ング８から連結管１０や弁ケーシング１１を介して図示しない揚水管に導かれる 。

【００２７】 ところで、地下水を加圧する合成樹脂製のインペラ１８ａ〜１８ｄは、そのボ ス部２５がキー１７を介して回転軸１４に固定されているので、回転軸１４の回 転トルクは、キー１７からキー溝２７の一方の側面２８ａを介してボス部２５に 伝えられる。このため、キー溝２７の側面２８ａと底面２９とがなす角部に引張 応力が発生する。特にこの引張応力は、円盤２１から突出されたボス部２５の付 け根部分２５ａに集中して発生するので、このボス部２５の付け根部分２５ａに おいてキー溝２７の角部から亀裂が発生する傾向にある。

【００２８】 しかるに、上記構成においては、引張応力が集中し易いボス部２５の付け根部 分２５ａの外周面から第２の円盤２１の端面に至る部分に、合成樹脂材料よりも 高剛性の補強材３５が一体にインサートされているので、この補強材３５によっ てボス部２５の付け根部分２５ａを外側から押え込むことができ、キー溝２７を 含めたボス部２５の変形を防止することができる。

【００２９】 また、ボス部２５を補強材３５で覆って、このボス部２５の変形を抑えたこと により、インペラ１８ａ〜１８ｄの回転時にキー溝２７の角部に加わる引張力を 圧縮力として受け止めることができる。このことから、キー溝２７の角部からボ ス部２５に亀裂が生じるのを防止することができ、ボス部２５の破損やこれにも とづく伝達トルクの低下を解消することができる。

【００３０】 しかも、本実施例の補強材３５は、円盤２１の端面に埋め込まれるリング状の フランジ部３７を一体に備えているので、このフランジ部３７が補強材３５の主 部３６の変形を抑える補強機能を発揮する。したがって、補強材３５自体の剛性 を充分に確保することができ、ボス部２５の変形を確実に防止することができる 。

【００３１】 その上、補強材３５は、ボス部２５を覆うような単純な筒形状であるから、ス テンレス製の板金材をプレスすることで製造が可能であり、加工に手間を要しな いとともに、量産する上でも好都合となる。このため、インペラ１８ａ〜１８ｄ に容易に組み込むことができ、その分、製造コストを低減して安価に提供するこ とができる。

【００３２】 また、一段目と三段目のインペラ１８ａ，１８ｃは、その合成樹脂製のボス部 ２５がブッシュ３２を介して中間ケーシング７ａ，７ｄに支持されているが、本 実施例では、ボス部２５の付け根部分２５ａを覆う補強材３５の主部３６を軸方 向に延長し、この延長部３６ａでボス部２５全体を覆っているので、ポンプケー シング５内に吸い込まれる地下水中に砂等の異物が含まれているような場合でも 、この異物の噛み込みによるボス部２５の摩耗を防止することができる。したが って、特にこの構成の場合は、補強材３５そのものを耐摩耗性に優れた材料で構 成することが望ましいものとなる。 なお、本考案に係るインペラは、上記第１実施例に特定されるものではなく、 図７に本考案の第２実施例を示す。

【００３３】 この第２実施例において上記第１実施例と相違する点は、補強材３５のフラン ジ部３７の径方向に対向する二箇所に、互いに平行をなすように直線状に切り欠 かれた切り欠き５１ａ，５１ｂを設け、これら切り欠き５１ａ，５１ｂをボス部 ２５に対する補強材３５の回り止めとした点にあり、それ以外の構成は上記第１ 実施例と同様である。

【００３４】 また、図８に示す本考案の第３実施例のように、補強材３５のフランジ部３７ の径方向に対向する二箇所に、円弧状に切り欠かれた凹部６１ａ，６１ｂを形成 し、これら凹部６１ａ，６１ｂをボス部２５に対する補強材３５の回り止めとし ても良い。 さらに、図９には、本考案の第４実施例が開示されている。 この第４実施例は、主に補強材３５の形状が上記第１実施例と相違しており、 それ以外の構成は第１実施例と同様である。

【００３５】 図９に示すように、補強材３５の主部３６は、フランジ部３７よりもインペラ １８ａ〜１８ｄの吸込口２３側に延びる筒状の突部７１を備えている。この突部 ７１は、ボス部２５と第１の円盤２０との連続部分の内部に一体に埋め込まれて おり、この連続部分を内側から補強している。 また、本考案に係るインペラは、深井戸用水中ポンプに用いるものに特定され るものではなく、その他の種々の遠心ポンプに適用可能なことは勿論である。

【００３６】

【考案の効果】

以上詳述した本考案によれば、引張応力が集中し易いボス部の付け根部分の外 周面に、合成樹脂材料よりも高剛性の補強材を一体にインサートしたので、この ボス部の付け根部分を外側から押え込むことができ、キー溝を含めたボス部の変 形を防止できとともに、インペラの回転時にキー溝の角部に加わる引張力を圧縮 力として受け止めることができる。したがって、キー溝の角部からボス部に亀裂 が生じるのを防止することができ、このボス部の破損を解消して、回転軸からの トルク伝達を確実に行うことができる。

【００３７】 しかも、補強材は、ボス部を覆うような単純な筒形状であるから、板金材をプ レスすることで製造が可能であり、加工に手間を要しないとともに、量産する上 でも好都合となる。このことから、補強材をインペラに容易に組み込むことがで き、その分、製造コストを低減して安価に提供できるといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本考案の第１実施例におけるインペ
ラの断面図。（ｂ）は、図１の（ａ）のＢ線方向から見
たインペラの平面図。

【図２】図１の（ａ）のＣーＣ線に沿う断面図。

【図３】インペラを成形する型と、その型に補強材を取
り付けた状態を示す断面図。

【図４】中間ケーシングにブッシュを介して支持される
インペラの断面図。

【図５】三段目のインペラ回りを拡大して示す深井戸用
水中ポンプの断面図。

【図６】深井戸用水中ポンプの断面図。

【図７】（ａ）は、本考案の第２実施例におけるインペ
ラの断面図。（ｂ）は、図７の（ａ）のＤ線方向から見
たボス部と補強材の平面図。

【図８】（ａ）は、本考案の第３実施例におけるインペ
ラの断面図。（ｂ）は、図８の（ａ）のＥ線方向から見
たボス部と補強材の平面図。

【図９】本考案の第４実施例におけるインペラの断面
図。

【符号の説明】

１４…回転軸、 １７…キー、 １８ａ
〜１８ｄ…インペラ、２１…円盤（第２の円盤）、
２２…羽根、２５…ボス部、 ２
６…挿通孔、 ２７…キー溝、３５…補強材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の羽根を有する円盤と、 この円盤の中心部から突出され、回転軸が挿通される挿
   通孔を有するボス部と、を備えており、 これら円盤とボス部とを合成樹脂材料にて一体に成形す
   るとともに、 上記ボス部に、上記挿通孔の内面に開口するキー溝を形
   成し、 このキー溝にキーを嵌合することにより、上記ボス部と
   回転軸とを一体に結合してなるポンプ用インペラにおい
   て、 上記円盤から突出するボス部の付け根部分に、このボス
   部よりも剛性の高い材料にて構成された補強材を、上記
   ボス部の外周面を覆うように一体に埋め込んだことを特
   徴とするポンプ用インペラ。