JP2023004058A - インペラ及び水中ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】羽根とシュラウドの溶着強度を向上できるインペラ及び水中ポンプを提供すること。【解決手段】インペラ４２は、樹脂材料で形成され、回転軸２４に固定される裏シュラウド５２及び裏シュラウド５２に一体成形される羽根５４を有する主板１０１と、吸込口５８を有する表シュラウド５３、表シュラウド５３の裏面に設けられ、羽根５４の先端が挿入される、羽根５４の先端形状に窪む溶着溝１０５及び溶着溝１０５の幅方向で溶着溝１０５の少なくとも一部と隣接して配置され、羽根５４に沿った外面を溶着溝１０５側に有するガイド壁１０７を有する、羽根５４が溶着溝１０５に配置された状態で、羽根５４の表裏面が表シュラウド５３に溶着される側板１０２と、を備える。【選択図】 図７

Description

本発明は、汚水等を送水するインペラ及び水中ポンプに関する。

汚水等の送水に用いる水中ポンプは、渦巻形のケーシング内にインペラが収容された渦巻ポンプが用いられる。このような水中ポンプは、例えば、インペラが回転することで、ケーシングの下面に設けられた吸込口から汚水を吸い込み、ケーシングの側面に設けられた吐出口から吐出する。

このような汚水等の送水に用いられる水中ポンプは、汚水中に含まれた異物が回転軸やインペラ等に巻き込まれることによる故障等を防止するために、汚水中に含まれる汚物を確実に排出できる構成が要求される。

このため、例えば、インペラとして、一枚のシュラウドに羽根が複数設けられた所謂セミオープンインペラと呼ばれるものが用いられる。しかし、このようなインペラは、ポンプ効率が悪いことから、高効率が要求される場合において用いられるクローズドインペラが知られている。

このようなクローズドインペラは、二枚のシュラウド間に羽根が設けられる構成であり、セミオープンインペラに比べて、インペラ内に異物が巻き込まれる虞が高い。

このため、異物の巻き込みを防止するために、クローズドノンクロッグインペラとしてシュラウド間に一枚の羽根を設けたインペラが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなインペラは、鋳造により、ねずみ鋳鉄又はステンレス鋳鋼にて製造される。

しかしながら、上述したインペラは、鋳造により製造されているため、表面粗さが粗くなり、ポンプ効率を低下させる虞がある。また、ねずみ鋳鉄で製造したインペラは、錆び防止のために、塗装が必要であり、製造コストが増加する。

ステンレス鋳鋼で製造したインペラは、製造に時間を要するために、調達上の問題となることがある。また、このようなインペラは、比重が大きい材料で形成されることから、インペラ回転時の機械的バランスを取る必要があるという問題もある。

そこで、クローズドノンクロッグインペラを樹脂材料で成形することも考えられる。例えば、樹脂材料でインペラを製造する方法として、表シュラウド及び複数の羽根が形成された裏シュラウドを別々に成形する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２－７７６７１号公報 特許第６００６９８７号公報

上述した特許文献２のインペラは、羽根中心に設けた溶着リブとカシメ用のリブをそれぞれ異なる超音波溶着が求められることから、工程が増加し、コストアップの要因となり得る。また、特許文献２のインペラは、羽根の中心に溶着リブを設け、そして、羽根が複数等間隔に設けられる構成であることから、溶着強度としては十分確保できるものである。

しかしながら、クローズドノンクロッグインペラは、羽根が１枚、多くても２枚と、羽根枚数が少ない。羽根が少ないと、シュラウドとの溶着面が少なくなるため、溶着したインペラの強度が不足する虞がある。

また、成形した羽根が所定の形状に対して傾斜していると、シュラウドの所定の位置に配置されない虞があり、規定の溶着強度が得られない虞がある。

そこで本発明は、羽根とシュラウドの溶着強度を向上できるインペラ及び水中ポンプを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、インペラは、樹脂材料で形成され、回転軸に固定される裏シュラウド及び前記裏シュラウドに一体成形される羽根を有する主板と、吸込口を有する表シュラウド、前記表シュラウドの裏面に設けられ、前記羽根の先端が挿入される、前記羽根の先端形状に窪む溶着溝及び前記溶着溝の幅方向で前記溶着溝の少なくとも一部と隣接して配置され、前記羽根に沿った外面を前記溶着溝側に有するガイド壁を有する、前記羽根が前記溶着溝に配置された状態で、前記羽根の表裏面が前記表シュラウドに溶着される側板と、を備える。

本発明の一態様によれば、水中ポンプは、モータと、ポンプケーシングと、一端が前記モータに接続され、他端が前記ポンプケーシング内に配置される回転軸と、樹脂材料で形成され、前記回転軸に固定される裏シュラウド及び前記裏シュラウドに一体成形される羽根を有する主板、並びに、吸込口を有する表シュラウド、前記表シュラウドの裏面に設けられ、前記羽根の先端が挿入される、前記羽根の先端形状に窪む溶着溝及び前記溶着溝の幅方向で前記溶着溝の少なくとも一部と隣接して配置され、前記羽根に沿った外面を前記溶着溝側に有するガイド壁を有する側板を有し、前記羽根が前記溶着溝に配置された状態で、前記羽根の表裏面が前記表シュラウドに溶着されるインペラと、を備える。

本発明によれば、羽根とシュラウドの溶着強度を向上できるインペラ及び水中ポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る水中ポンプの構成を一部断面で示す説明図。 同水中ポンプのインペラの構成を示す断面図。 同インペラの主板の構成を示す斜視図。 同インペラの側板の構成を示す斜視図。 同側板に設けられる突起部の構成を示す斜視図。 同インペラの要部構成を示すとともに、インペラの製造の一例を示す説明図。 同インペラを構成する主板及び側板の構成を分解して示すとともに、インペラの製造の一例を示す説明図。 同インペラの主板及び側板の要部構成を示すとともに、インペラの製造の一例を示す説明図。

以下、本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１及びインペラ４２を、図１乃至図８を用いて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ１の構成を一部断面で示す説明図、図２は、水中ポンプ１のインペラ４２の構成を、図１中ＩＩ－ＩＩ線断面で示す断面図、図３は、インペラ４２の主板１０１の構成を示す斜視図、図４は、インペラ４２の側板１０２の構成を示す斜視図、図５は側板１０２に設けられる突起部１０６の構成を示す斜視図である。

図６は、水中ポンプ１に用いられるインペラ４２の羽根５４の端部及び表シュラウド５３の溶着溝１０５の構成を示すとともに、インペラ４２の製造の一例を示す説明図、図７は、インペラ４２を構成する主板１０１及び側板１０２の構成を分解して示すとともに、インペラ４２の製造の一例を示す説明図、図８は、インペラ４２の主板１０１及び側板１０２の要部構成を示すとともに、インペラ４２の製造の一例を示す説明図である。
である。

図１に示すように、水中ポンプ１は、モータ１０と、軸封装置１１と、ポンプ１２と、連結管１３と、を備える。このような水中ポンプ１は、汚水槽及び下水道等に設置され、異物（汚物等）を含む汚水を送水する所謂水中汚水ポンプと呼ばれるものである。

モータ１０は、モータケーシング２１と、固定子２２と、回転子２３と、回転軸２４と、を備える。またモータ１０は、回転軸２４を回転可能に支持する複数の軸受２５と、固定子２２を外部電源等に接続する電源ケーブル２６と、を有する。モータケーシング２１は、両端が閉塞する円筒形状に形成され、一方の端面が軸封装置１１にボルト等により固定される。

固定子２２は、モータケーシング２１の内面に固定される。固定子２２は、電源ケーブル２６を介して供給された電力により、回転子２３を回転可能に形成される。回転子２３は、その回転に追従して回転軸２４を回転可能に、回転軸２４と固定される。

回転軸２４は、モータケーシング２１の一端側から突出し、且つ、モータケーシング２１にベアリング等の軸受２５を介して回転自在に軸支される。なお、回転軸２４は、水中ポンプ１を設置面に設置した姿勢において、モータケーシング２１から重力方向に延設される。

軸封装置１１は、シールケーシング３０と、メカニカルシール３１と、を備える。軸封装置１１は、モータ１０、ポンプ１２及び回転軸２４間を液密に仕切る。

シールケーシング３０は、内部にメカニカルシール３１を収納可能に形成されている。このようなシールケーシング３０は、両端が閉塞する円筒状に形成され、その両端面に回転軸２４を挿入する挿入孔３３が形成される。また、シールケーシング３０は、その内部に、メカニカルシール３１の潤滑油を充満可能な油室３４を形成する。例えば、シールケーシング３０は、軸方向で分割される二つの構成部品で構成され、一体に組み立てることで、内部に油室３４を形成する。

メカニカルシール３１は、シールケーシング３０と回転軸２４との間を密閉することで、ポンプ１２からの汚水の浸入及びモータ１０への潤滑油の浸入を防止する。

ポンプ１２は、ケーシング４１と、インペラ４２と、を備える。ケーシング４１は、その内部にインペラ４２を収納する渦巻ケーシングであり、その内部にポンプ室４３を形成する。ケーシング４１は、複数の構成部品で構成され、組み立てることでその内部にポンプ室４３を形成する。

ケーシング４１は、水中ポンプ１を据付面に据付ける複数の脚部４８を備える。また、ケーシング４１は、底面であって、且つ、複数の脚部４８間に設けられた吸込開口４９と、側面の一部に設けられた吐出開口５０と、を備える。

吸込開口４９は、インペラ４２の後述する吸込口５８と略同一の口径に形成されている。なお、吸込開口４９は、インペラ４２を回動可能に支持するライナリングを有する構成であってもよい。

吐出開口５０は、その口径（吐出径）がインペラ４２を通過可能な粒径の異物を通過可能に形成される。具体的には、吐出開口５０の口径は、インペラ４２を通過可能な所定の粒径の異物と略同一径に形成される。ここで、インペラ４２を通過可能な所定の粒径の異物とは、例えば、水中ポンプ１の吐出開口５０の口径（吐出径）と同直径（所定の粒径）の球形固形物である。

図１乃至図４、及び、図７に示すように、インペラ４２は、クローズドノンクロッグインペラであって、所定の粒径の異物を通過可能に形成される。このようなインペラ４２は、軸封装置１１側に配置される裏シュラウド５２と、裏シュラウド５２と対向して設けられ、吸込開口４９側に配置される表シュラウド５３と、これらシュラウド５２、５３間に設けられた羽根５４と、を備える。

また、インペラ４２は、表シュラウド５３に設けられた流体を吸込む吸込口５８と、裏シュラウド５２、表シュラウド５３及び羽根５４により形成され、吸込んだ流体を吐出する吐出口５９を有する。このようなインペラ４２は、裏シュラウド５２、表シュラウド５３及び羽根５４が樹脂材料により成形される。

インペラ４２を構成する樹脂材料は、例えば、ポリアミド樹脂である。ポリアミド樹脂は、１ユニット内の炭素数が６を超える低吸水性のポリアミド樹脂であることが好ましい。また、ポリアミド樹脂は、半芳香族ポリアミド樹脂であることが好ましい。

裏シュラウド５２は、円板状に形成されている。裏シュラウド５２は、その中央側に、回転軸２４が挿入可能であって、キー溝を有する挿入孔５２ａが形成される。なお、挿入孔５２ａは、例えば、回転軸２４を強固に固定可能、且つ、強度向上のために、キー溝が形成され、回転軸２４を固定可能なインサート部材が裏シュラウド５２にインサートされることで形成されていてもよい。裏シュラウド５２は、インペラ４２が回転軸２４に固定された際に、重力方向に対して表シュラウド５３の上方に位置する。

表シュラウド５３は、円環状に形成されている。表シュラウド５３は、その中心に吸込口５８が形成される。吸込口５８は、例えば、表シュラウド５３の表面側から円筒状に突出する。

羽根５４は、裏シュラウド５２及び表シュラウド５３間に一体に設けられる。図２及び図３に示すように、羽根５４は、第１羽根６１と、第２羽根６２と、第３羽根６３と、を備えている。また、羽根５４は、第１羽根６１の一端側が、及び第２羽根６２の吸込口５８側の端部並びに第３羽根６３の吸込口５８側の端部を連結する連結壁６４を構成する。

例えば、第１羽根６１、第２羽根６２及び第３羽根６３は、それぞれ異なる曲率半径で長手方向に湾曲してシュラウド５２、５３の径方向から外周縁に向かって延びる。また、例えば、第１羽根６１、第２羽根６２及び第３羽根６３は、同じ厚さに形成される。

第１羽根６１は、一方の端部（連結壁６４）側が、シュラウド５２、５３の中心側であって、且つ、表シュラウド５３の吸込口５８の周縁に配置され、他方の端部がシュラウド５２、５３の外周縁に配置される。より具体的には、第１羽根６１は、一方の端部から中央側に向かって吸込口５８の周縁に配置され、そして、中央側から他方の端部までが、吸込口５８から離れ、所定の曲率半径で湾曲してシュラウド５２、５３の外周縁まで延びる。第１羽根６１は、一方側の端部によって構成する連結壁６４により、第２羽根６２及び第３羽根６３と一体に形成される。

第２羽根６２は、吸込口５８側の一方の端部が第１羽根６１の吸込口５８側において一体に形成される。第２羽根６２は、吸込口５８及び第１羽根６１の間に第１羽根６１との間に隙間を有して設けられ、吸込口５８からシュラウド５２、５３の外周縁側に向かって延びる。また、第２羽根６２は、シュラウド５２、５３の外周縁側の端部がシュラウド５２、５３の外周縁と離間する。具体例として、第２羽根６２は、連結壁６４の内周面から、換言すると、第１羽根６１の一方の端部側のうち中央側の内周面から分岐して設けられる。第２羽根６２は、第１羽根６１側の端部が吸込口５８の周縁に配置され、中央側から他方の端部側が吸込口５８から離れ、所定の曲率半径で湾曲する。第２羽根６２は、第１羽根６１の一部と、第１羽根６１の内周面と所定の距離を開けて対向して配置され、一端が第１羽根６１と一体に、他端が第１羽根６１と離間して配置される。第２羽根６２は、吸込口５８からインペラ４２内の内部流路が一定に変化するように、第１羽根６１と対向して設けられる。

第３羽根６３は、第１羽根６１及び第２羽根６２のそれぞれと、非対称形状に形成される。第３羽根６３は、連結壁６４の端部、換言すると、第１羽根６１の吸込口５８側の端部の外周面側から分岐して設けられる。第３羽根６３は、吸込口５８からシュラウド５２、５３の外周縁側に向かって延びるとともに、シュラウド５２、５３の外周縁側の端部がシュラウド５２、５３の外周縁と離間する。第３羽根６３は、第１羽根６１とシュラウド５２、５３の軸心周りで対称位置に設けられる。ここで、対称位置とは、実質的な対称位置を含む。

連結壁６４は、裏シュラウド５２及び表シュラウド５３間であって、且つ、第３羽根６３と径方向で対向して設けられ、第１羽根６１の吸込口５８側の端部側により構成される。連結壁６４は、第１羽根６１と、第２羽根６２の吸込口５８側の端部及び第３羽根６３の吸込口５８側の端部を、吸込口５８の縁部に沿って連結する。即ち、連結壁６４は、吸込口５８から吸い込まれた水を、第２羽根６２及び第３羽根６３の吸込口５８側の端部間からシュラウド５２、５３の外周縁に向かう１つの流路を形成する。

このように構成されたインペラ４２は、吸込口５８側の第３羽根６３の端部、並びに、吸込口５８側の第２羽根６２の端部が第１羽根６１の端部側（連結壁６４）で一体に形成される。この構成により、インペラ４２は、吸込口５８から第１羽根６１の一端側（連結壁６４）の内周面及び第３羽根６３の端部間を通って吐出口５９へ向かう位置の流路を形成するとともに、回転時に第１羽根６１の外周面及び第３羽根６３の外周面で水を圧送する。即ち、インペラ４２は、第１羽根６１及び第３羽根６３により所謂１．５枚羽根のノンクロッグインペラを構成する。加えて、インペラ４２は、第２羽根６２によって、吸込口５８から吐出口５９への流路の流路断面積の変化量をおおよそ一定とし、過度な流路断面積の変化を抑制する。

また、吸込口５８側の第１羽根６１（連結壁６４）及び第３羽根６３の端部、並びに、吸込口５８側の第１羽根６１（連結壁６４）及び吸込口５８側の第２羽根６２の端部が一体に形成された部位の肉厚は、第１羽根６１、第２羽根６２及び第３羽根６３の肉厚よりも厚肉に形成される。即ち、羽根５４は、一部に肉厚部５４ａを有する。本実施形態において、羽根５４は、第１羽根６１及び第３羽根６３、並びに、第１羽根６１及び第２羽根６２の連続する２箇所の部位に、他の部位よりも肉厚に構成された肉厚部５４ａを有する。

このようなインペラ４２は、具体例として、図３、図４、図６乃至図８に示すように、裏シュラウド５２及び羽根５４が、射出成形によって樹脂材料で一体に成形された主板１０１と、表シュラウド５３が射出成形によって樹脂材料で成形された側板１０２とを溶着で一体化することで形成される。

図３に示すように、主板１０１は、裏シュラウド５２と、羽根５４と、羽根５４の端面に形成された少なくとも１つの穴１０４と、を有する形状に形成される。

穴１０４は、羽根５４の端面から所定の深さに設定される。穴１０４は、主板１０１及び側板１０２の周方向の位置合わせに用いられる。例えば、穴１０４は、複数設けられる。複数の穴１０４のうち、少なくとも一部は、羽根５４の肉厚部５４ａの端面に設けられる。本実施形態において、羽根５４は肉厚部５４ａを２箇所に有する。また、本実施形態において、複数の穴１０４は、羽根５４の端面の３箇所に設けられる構成である。

このため、本実施形態の例においては、３つの穴１０４の内、２つの穴１０４は、羽根５４の肉厚部５４ａに配置される。具体例を説明すると、２つの穴１０４は、吸込口５８側の第１羽根６１及び第３羽根６３の端部、並びに、吸込口５８側の第２羽根６２の端部が第１羽根６１の端部側（連結壁６４）で一体に形成された２箇所の肉厚部５４ａの端面に形成される。また、残り１つの穴１０４は、他の２つの穴１０４と極力等間隔となる位置に設けられ、よって、具体例を説明すると、第２羽根６２の延設方向で肉厚部５４ａとは反対側の端部側の端面に設けられる。

図４に示すように、側板１０２は、表シュラウド５３と、表シュラウド５３の裏シュラウド５２と対向する裏面に形成された溶着溝１０５と、溶着溝１０５に設けられ、穴１０４と同数の突起部１０６と、溶着溝１０５の幅方向で溶着溝１０５の一部に隣接して設けられた単数又は複数のガイド壁１０７と、を有する。

溶着溝１０５は、羽根５４の端部を挿入して配置できる形状に形成される。即ち、溶着溝１０５の表シュラウド５３の裏面側の幅は、羽根５４を挿入して配置可能に、羽根５４の幅と同じか、又は、羽根５４の幅よりも若干大きい幅に設定される。換言すると、溶着溝１０５は、表シュラウド５３の裏面側に、羽根５４の端面と同形状、又は、羽根５４の端面よりも若干大きい形状に形成される。具体例として、溶着溝１０５は、第１溝１０５ａと、第１溝１０５ａの底面に形成され、第１溝１０５ａよりも幅が狭い第２溝１０５ｂを有する。

ここで、羽根５４の幅及び溶着溝１０５（第１溝１０５ａ、第２溝１０５ｂ）の幅とは、羽根５４及び溶着溝１０５の延び方向に直交する方向であり、羽根５４の表面及び裏面の対向する方向である。

ここで、羽根５４の裏面とは、羽根５４の延設方向に沿う径方向で中心側の主面であり、羽根５４の表面とは、径方向で外方側の主面である。換言すると、羽根５４の裏面は、インペラ４２の回転方向で一次側の面であり、羽根５４の表面は、インペラ４２の回転方向で二次側の面である。よって、羽根５４の表面は、インペラ４２の回転時に羽根５４の水を押圧する面である。

そして、好適な例としては、図６に示すように、羽根５４の幅（厚さ）をＴ１、第１溝１０５ａの幅をＴ２、第２溝１０５ｂの幅をＴ３としたときに、Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３の関係に設定される。即ち、溶着溝１０５への羽根５４の挿入（嵌合）や寸法精度等を考慮すると、羽根５４の幅Ｔ１よりも第１溝１０５ａの幅Ｔ２が大きく設定されていることが好ましい。

なお、羽根５４の幅Ｔ１と第１溝１０５ａの幅Ｔ２との寸法差（隙間）は、羽根５４が溶着溝１０５へ位置合わせが可能であって、且つ、生じる隙間によってインペラ４２の性能が低下しない寸法差に設定される。さらに好ましくは、羽根５４の幅Ｔ１と第１溝１０５ａの幅Ｔ２との寸法差（隙間）は、汚水中に含まれる異物や汚物の引っ掛かりを防止できる寸法差に設定される。なお、該寸法差は、成形技術（射出成形）の精度、水中ポンプ１（インペラ４２）を使用する環境、求められる性能等によって適宜設定される。ここで、水中ポンプ１を使用する環境による設定とは、異物や汚物が含まれる水を揚水する汚水ポンプである場合には、羽根５４と第１溝１０５ａとの隙間に異物や汚物の引っ掛りや、堆積等を抑制できる寸法差に設定することを含む。

第１溝１０５ａは、羽根５４の軸方向の端面の形状に形成される。第１溝１０５ａは、羽根５４の端部が挿入されることで、羽根５４の位置合わせを可能とする。このため、第１溝１０５ａの幅は、羽根５４の幅と同じ幅か、又は、羽根５４よりも若干大きい幅に設定される。

第２溝１０５ｂは、第１溝１０５ａに挿入された羽根５４と側板１０２（表シュラウド５３）を溶着したときに、主板１０１の羽根５４及び側板１０２（表シュラウド５３）が溶融した一部が流れ込む溶込のための空間を構成する。第２溝１０５ｂは、羽根５４の幅よりも小さい幅に設定される。

突起部１０６は、溶着溝１０５内に設けられる。複数の突起部１０６は、溶着溝１０５の溶着溝１０５に羽根５４が配置されたときに、羽根５４に設けられた複数の穴１０４にそれぞれ挿入して配置できる位置に設けられる。具体例として、突起部１０６は、第２溝１０５ｂの底面に設けられる。なお、第２溝１０５ｂの幅が突起部１０６の外径よりも小さい場合には、突起部１０６は、第１溝１０５ａ及び第２溝１０５ｂに渡って設けられる。

突起部１０６は、穴１０４の内径と同径又は若干小径の円柱状に形成される。また、突起部１０６は、穴１０４の挿入の案内のために、先端が小径に形成される。具体例として、図５に示すように、突起部１０６は、先端は半円状に形成された円柱状に形成される。また、図５に示すように、突起部１０６は、外周面の複数箇所、例えば、周方向で４箇所にリブ１０６ａを有する。リブ１０６ａは、第２溝１０５ｂの底面と突起部１０６の外周面との隅部に設けられた三角形の板状に形成される。

実施形態において、ガイド壁１０７は、少なくとも、溶着溝１０５の幅方向で溶着溝１０５の少なくとも一部と隣接して配置され、羽根５４の外面に沿った外面を溶着溝１０５側に有する。ガイド壁１０７は、羽根５４の外面の一部と当接する。ガイド壁１０７の羽根５４と当接する外面は、羽根５４の曲率と同じ曲率の曲面状に形成される。また、ガイド壁１０７の羽根５４と当接する外面は、インペラ４２の所定の形状の羽根５４の延設方向と同方向に延設する。インペラ４２の羽根５４がインペラ４２の軸方向に沿って延びる形状である場合には、ガイド壁１０７の羽根５４と当接する外面は、インペラ４２（表シュラウド５３）の軸方向に沿って延びる。

ガイド壁１０７の幅は、表シュラウド５３の裏面側から先端に向かって漸次狭くなる。例えば、ガイド壁１０７の羽根５４と当接する外面と相対する（幅方向で反対側の）外面は、曲面状に形成される。具体例として、ガイド壁１０７の羽根５４と当接する外面と相対する外面は、溶着溝１０５の延設方向に沿って湾曲するとともに、長手方向に直交する断面形状で軸方向に対して接線が傾斜する所定の曲率の円弧状又は四半円状に湾曲する。ガイド壁１０７の表シュラウド５３の裏面からの高さは、羽根５４の軸方向の長さ（高さ）の半分よりも小さい高さに設定される。これは、インペラ４２の損失を低減するとともに、インペラ４２のインペラ４２を通過可能な異物の異物通過径（粒径）に影響を与えることを防止するためである。

ガイド壁１０７は、溶着溝１０５の幅方向であって、且つ、溶着溝１０５の延設方向の少なくとも一部、好ましくは溶着溝１０５の延設方向の端部側の少なくとも一部に隣接して設けられる。例えば、ガイド壁１０７は、溶着溝１０５の幅方向であって、且つ、羽根５４の裏面側であって、且つ、溶着溝１０５の端部側に設けられる。

具体例として、図８に示すように、例えば、ガイド壁１０７は、２つ設けられる。ガイド壁１０７の一方は、第１溝１０５ａの、第１羽根６１の裏面側であって、且つ、表シュラウド５３の外周縁側に位置する端部に設けられる。ガイド壁１０７の他方は、第１溝１０５ａの、第３羽根６３の裏面側であって、且つ、表シュラウド５３の該主面側に位置する端部に設けられる。

連結管１３は、吐出開口５０に接続される。連結管１３は、例えば、吐出開口５０から９０°ベントして上方へ向かうベント管である。連結管１３は、例えば、脚部１３ａを有する。

次に、このように構成されたインペラ４２の製造方法を、図６を用いて説明する。
先ず、図６に示すステップＳＴ１のように、裏シュラウド５２及び羽根５４が一体に成形された主板１０１及び表シュラウド５３である側板１０２を射出成形で成形する。そして、図６のステップＳＴ１及び図７に示すように、羽根５４を表シュラウド５３に形成された溶着溝１０５に対向配置する。

そして、図６に示すステップＳＴ２のように、主板１０１の羽根５４を側板１０２の第１溝１０５ａに配置する。このとき、羽根５４の表面及び裏面を第１溝１０５ａに合わせて羽根５４を第１溝１０５ａに挿入（嵌合）し、そして、各穴１０４に対向する突起部１０６を挿入する。なお、このとき、羽根５４の先端が所定の形状から径方向内方に位置している（変形している）と、ガイド壁１０７が羽根５４を所定の形状となるようにガイドする。これにより、所定の形状から変形している羽根５４が案内されて所定の形状となり、所定の形状で第１溝１０５ａに嵌合される。

次に、図６に示すステップＳＴ３のように、超音波振動によって摩擦熱を生じさせる超音波溶着等によって、羽根５４を表シュラウド５３（側板１０２）に溶着する。このとき、羽根５４の先端の表面及び裏面と、第１溝１０５ａの幅方向の両面とを溶着する。このとき、図６に示すように、第１溝１０５ａの内側面及び底面及び羽根５４の表裏面と端面が溶け込む。なお、羽根５４及びガイド壁１０７をさらに溶着してもよい。

なお、図６に示すように、例えば、軸方向の溶込量は、例えば、第１溝１０５ａの深さよりも浅い範囲に設定される。これらの工程によって、インペラ４２が形成される。

なお、インペラ４２は、裏シュラウド５２及び羽根５４を射出成形で一体に成形する例を説明したが、例えば、裏シュラウド５２及び羽根５４を別体でそれぞれ射出成形によって成形する構成であってもよい。この場合、裏シュラウド５２にも第１溝１０５ａ及び第２溝１０５ｂを設ける構成とし、裏シュラウド５２と羽根５４とを溶着する構成とすれば良い。加えて、インペラ４２は、羽根５４の裏シュラウド５２と対向する端部に穴１０４を設け、そして、裏シュラウド５２の第２溝１０５ｂの底面に突起部１０６を設ける構成としてもよい。加えて、インペラ４２は、裏シュラウド５２の溶着溝１０５の幅方向で溶着溝１０５の一部に隣接して設けられた単数又は複数のガイド壁１０７を設ける構成としてもよい。また、表シュラウド５３及び羽根５４を射出成形で一体に成形してもよい。但し、インペラ４２の形状、及び、製造工程の低減の観点から、上述したように主板１０１及び側板１０２の２つの構成部品を溶着して一体のインペラ４２とすることが好ましい。

このように構成されたインペラ４２及び水中ポンプ１によれば、インペラ４２を樹脂材料で形成することから、金属材料で形成したインペラよりも表面粗さを低減することができるため、インペラ４２の表面を滑らかにすることができる。このため、水中ポンプ１の駆動時に、水の抵抗や摩擦を低減でき、ポンプ効率を向上することが可能となる。

また、インペラ４２は、主板１０１及び側板１０２を溶着によって一体に成形する構成であることから、容易に製造することができる。また、インペラ４２は、側板１０２の表シュラウド５３の一方の主面（裏面）に第１溝１０５ａ及び第２溝１０５ｂを有する溶着溝１０５を設け、第１溝１０５ａに隣接する一部に羽根５４の先端を案内するガイド壁１０７を有する。そして、第１溝１０５ａに羽根５４の先端を挿入するとともに、羽根５４が所定の形状から変形している場合には、該挿入時にガイド壁１０７が羽根５４を所定の形状に押圧して、第１溝１０５ａに羽根５４を案内する。そして、インペラ４２は、羽根５４及び第１溝１０５ａを溶着することで一体に成形される。また、表シュラウド５３及び羽根５４は、羽根５４の表裏面と第１溝１０５ａの内側面を溶着することで固定される。

このように、羽根５４が所定の形状から変形しているとき、本実施形態の例においては、径方向内方に変形しているときに、ガイド壁１０７が羽根５４を押圧してインペラ４２の先端を付勢することで、インペラ４２の形状を所定の形状に復元する。即ち、ガイド壁１０７は、所定の形状から変形したインペラ４２を所定の形状に矯正できる。このため、ガイド壁１０７にガイドされた羽根５４は第１溝１０５ａと好適に嵌合することから、表シュラウド５３及び羽根５４を好適に溶着することができる。このため、表シュラウド５３及び羽根５４を確実に溶着することから、溶着強度を向上できるとともに、製造における溶着強度のバラツキが生じることを抑制し、製造品の品質を安定させることが可能となる。

また、インペラ４２は、ガイド壁１０７を羽根５４の裏面側に設けることで、羽根５４の表面から裏面に向かう力に対する強度を向上することができる。即ち、インペラ４２が回転して羽根５４の表面が水を押圧したときや、羽根５４とケーシング４１のポンプ室４３（ボリュート）との間に異物が入り込んで異物によって羽根５４が押圧されたときに、羽根５４に印加される表面側から裏面側の力による羽根５４の変形をガイド壁１０７が支持することができるため、羽根５４の強度を向上し、羽根５４が破損すること防止できる。

また、ガイド壁１０７の高さを羽根５４の高さの半分よりも小さくし、且つ、ガイド壁１０７を曲面状とすることで、インペラ４２内の水の流路抵抗が増加することを抑制するとともに、異物通過径を確保することができる。なお、インペラ４２内の水の流路抵抗の増加を抑制する場合に、例えば、ガイド壁１０７の一端は、第２羽根６２と対向する位置まで設けることが好ましい。即ち、第２羽根６２を通過した水がガイド壁１０７の端面に衝突することを防止できる位置にガイド壁１０７の端部が位置することが好ましい。

また、第１溝１０５ａの底面に第２溝１０５ｂが形成されていることから、羽根５４の先端の表裏面及び第１溝１０５ａの幅方向の内面が溶着したときに、溶けた樹脂が第２溝１０５ｂに充填される。よって、羽根５４の表裏面及び第１溝１０５ａの内面の溶融した樹脂材料が第１溝１０５ａから羽根５４側に溢れ出て羽根５４にバリが生じることを第２溝１０５ｂが抑制できる。加えて、ガイド壁１０７は羽根５４と当接することから、ガイド壁１０７が設けられた箇所の溶融した樹脂材料は、ガイド壁１０７によって漏出することが防止されることから、ガイド壁１０７もバリの発生を抑制する。このため、羽根５４にバリが生じることによるインペラ４２の性能の低下を防止できる。

また、羽根５４の表面及び裏面を表シュラウド５３の溶着溝１０５に溶着する構成とすることで、羽根５４の端面のみを溶着させる構成に比べて溶着面積を向上することが可能となることから、表シュラウド５３及び羽根５４の溶着強度を向上させることが可能となる。特に、羽根枚数の少ないクローズドノンクロッグインペラであるインペラ４２であっても、溶着面積の向上によって溶着強度を向上できるため、使用に十分な強度を得ることができる。

また、インペラ４２は、主板１０１及び側板１０２の位置決め用として、羽根５４に単数又は複数の穴１０４と、表シュラウド５３に穴１０４と同数の突起部１０６と、を有することから、主板１０１及び側板１０２の周方向の位置合わせが容易となる。また、突起部１０６が穴１０４に挿入されることで、溶着時に、主板１０１及び側板１０２がずれることを防止できることから、溶着後のインペラ４２の精度を向上することもできる。また、軸に直交する方向で突起部１０６及び穴１０４が係合することから、溶着した表シュラウド５３及び羽根５４の溶着部の強度向上に加えて、穴１０４及び突起部１０６の機械的な係合による強度の向上が可能となる。よって、穴１０４及び突起部１０６は、溶着により一体に組み立てられたインペラ４２の強度を向上することができる。

また、複数の穴１０４のうち、少なくとも一部の穴１０４を肉厚部５４ａに設けることで、射出成形等による主板１０１の樹脂成形において、羽根５４の肉厚部５４ａのヒケを抑制できる。また、強度が高い肉厚部５４ａに少なくともいずれかの穴１０４が設けられることで、強度が高い部位に突起部１０６が係合することになる。

また、突起部１０６に複数のリブ１０６ａを設けることで、表シュラウド５３及び羽根５４の溶着時に、リブ１０６ａが溶融する。そして、溶融したリブ１０６ａによって穴１０４及び突起部１０６が溶着するため、穴１０４に突起部１０６を強固に固定することができる。

また、樹脂材料でインペラ４２が形成されることで、インペラ４２が腐食する虞が無いことから、金属材料としてネズミ鋳鉄等でインペラを成形したときに要していた腐食性を向上させるための塗装等を行う必要がない。よって、インペラ４２の製造が容易となり、インペラ４２の製造コストを低減することができる。

また、樹脂材料をポリアミド樹脂とすることで、高い耐摩耗性を得ることができる。特に、クローズドノンクロッグのインペラ４２は、汚水の揚水に用いられることが多く、汚水内の不純物によるインペラ４２の摩耗を抑制できる。

また、ポリアミド樹脂は、樹脂材料の中で比較的剛性が高い。また、熱可塑性樹脂材料であることから、射出成形で成形可能であり、上述した例のように、裏シュラウド５２及び羽根５４を一体成形し、表シュラウド５３を溶着することで、インペラ４２を一体に組み立てることが可能となる。このように、製造方法が容易であるとともに、座屈強度や圧縮強度野等の強度が比較的高いインペラ４２とすることができるため、水中ポンプ１の駆動による変形や破損を防止することができる。

また、インペラ４２を１ユニット内の炭素数が６を超えるポリアミド樹脂、より具体的には、半芳香族ポリアミド樹脂とすることで、低吸水性を有することになる。これにより、インペラ４２が吸水することを抑制できる。特に、インペラ４２が吸水すると、加水分解による強度低下や、吸水による寸法の変化が生じる虞があり、これは、破損やポンプ効率の低下等の要因となる。これに対し、本実施形態のインペラ４２は、低吸水性の樹脂材料を用いることから、破損やポンプ効率の低下を抑制することができる。

また、インペラ４２は、樹脂材料とすることで、金属材料で成形するよりも重量を小さくすることができる。特に、インペラ４２は、ノンクロッグインペラであるところ、羽根５４を一枚用いる構成とすると、非対称形状となり、機械的バランスが回転中心からずれた位置となる。しかし、樹脂材料は、金属材料よりも比重が小さくなるため、インペラ回転時の機械的バランスの影響を低減できる。このため、インペラ４２は、機械的バランスを得る為の加工を要さないため、製造工程及び製造コストを低減できる。また、インペラ回転時の機械的バランスが向上することで、アンバランスによって軸受２５に加わる荷重、例えばラジアル荷重が低減することから、軸受２５の寿命を向上させることが可能となる。

これらのように、射出成形によって樹脂材料でインペラ４２を成形することで、ネズミ鋳鉄やステンレス鋳鋼を用いた鋳造によってインペラを製造するよりも、品質面では表面粗さ、腐食性及び軽量性を向上することができ、コストとしては、塗装やバランス加工を要さないことから低減でき、また、鋳造では例えば１ヶ月程度を要していた調達期間も１日程度と短縮することができる。

また、インペラ４２を樹脂材料で成形するときに、裏シュラウド５２及び羽根５４を一体成形することで、裏シュラウド５２の強度を向上することも可能となる。

上述したように本発明の一実施形態に係るインペラ４２及びインペラ４２を用いた水中ポンプ１によれば、羽根５４と表シュラウド５３の溶着強度を向上することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した例では、ガイド壁１０７を第１羽根６１の端部の裏面、及び、第３羽根６３の端部の裏面にそれぞれ設ける構成を説明したがこれに限定されない。例えば、他の箇所にガイド壁１０７をさらに設ける構成であってもよく、また、例えば、羽根５４の裏面の全てに対向する位置にガイド壁１０７を設ける構成であってもよい。また、例えば、ガイド壁１０７は、羽根５４の裏面側に加えて表面側にも設ける構成であってもよい。また、例えば、第１羽根６１の端部側に、複数のガイド壁１０７を間欠的に設ける構成であってもよい。

また、例えば、上述した例では、羽根５４に形成された穴１０４及び表シュラウド５３に設けられた突起部１０６をそれぞれ３つ有するインペラ４２の例を説明したがこれに限定されない。例えば、穴１０４及び突起部１０６は、単数であってもよく、３つ以外の複数であってもよい。また、第１溝１０５ａによって羽根５４の位置を案内できることから、穴１０４及び突起部１０６を有さない構成としてもよい。但し、インペラ４２は、穴１０４及び突起部１０６を有するほうが、位置決めや強度等の観点から好ましい。また、突起部１０６は、複数のリブ１０６ａを有する構成としたがこれに限定されず、リブ１０６ａを有さない構成としてもよい。

また、羽根５４が第１羽根６１、第２羽根６２及び第３羽根６３を有するインペラ４２の例を説明したがこれに限定されない。例えば、羽根５４は、第１羽根６１及び第２羽根６２により形成されていてもよく、また、所定の曲率で湾曲する一枚の羽根であってもよい。また、羽根５４の厚さ（幅）は強度等によって適宜設定でき、厚さが一様に形成されていてもよく、また、位置によって異なる厚さに設定されていてもよい。

即ち、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…水中ポンプ、１０…モータ、１１…軸封装置、１２…ポンプ、１３…連結管、１３ａ…脚部、２１…モータケーシング、２２…固定子、２３…回転子、２４…回転軸、２５…軸受、２６…電源ケーブル、３０…シールケーシング、３１…メカニカルシール、３３…挿入孔、３４…油室、４１…ケーシング、４２…インペラ、４３…ポンプ室、４８…脚部、４９…吸込開口、５０…吐出開口、５２…裏シュラウド、５２ａ…挿入孔、５３…表シュラウド、５４…羽根、５４ａ…肉厚部、５８…吸込口、５９…吐出口、６１…第１羽根、６２…第２羽根、６３…第３羽根、６４…連結壁、１０１…主板、１０２…側板、１０４…穴、１０５…溶着溝、１０５ａ…第１溝、１０５ｂ…第２溝、１０６…突起部、１０６ａ…リブ、１０７…ガイド壁。

Claims (8)

1. 樹脂材料で形成され、回転軸に固定される裏シュラウド及び前記裏シュラウドに一体成形される羽根を有する主板と、
   吸込口を有する表シュラウド、前記表シュラウドの裏面に設けられ、前記羽根の先端が挿入される、前記羽根の先端形状に窪む溶着溝及び前記溶着溝の幅方向で前記溶着溝の少なくとも一部と隣接して配置され、前記羽根に沿った外面を前記溶着溝側に有するガイド壁を有する、前記羽根が前記溶着溝に配置された状態で、前記羽根の表裏面が前記表シュラウドに溶着される側板と、
   を備えるインペラ。
2. 前記羽根は、軸方向に沿って延び、
   前記ガイド壁の前記溶着溝側の外面は前記軸方向に沿って延びるとともに、前記羽根の対向する外面と同形状に形成され、
   前記ガイド壁の前記溶着溝側の外面と幅方向で反対側の外面は曲面状に形成される、請求項１に記載のインペラ。
3. 前記ガイド壁は、前記裏シュラウドの外周縁側の前記羽根の端部と対向して少なくとも設けられる、請求項１又は請求項２に記載のインペラ。
4. 前記溶着溝は、前記羽根の厚さと同じか、又は、前記羽根の厚さよりも大きい幅の第１溝、及び、前記第１溝の底面に形成され、前記第１溝の幅及び前記羽根の厚さよりも小さい幅の第２溝を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のインペラ。
5. モータと、
   ポンプケーシングと、
   一端が前記モータに接続され、他端が前記ポンプケーシング内に配置される回転軸と、
   樹脂材料で形成され、前記回転軸に固定される裏シュラウド及び前記裏シュラウドに一体成形される羽根を有する主板、並びに、吸込口を有する表シュラウド、前記表シュラウドの裏面に設けられ、前記羽根の先端が挿入される、前記羽根の先端形状に窪む溶着溝及び前記溶着溝の幅方向で前記溶着溝の少なくとも一部と隣接して配置され、前記羽根に沿った外面を前記溶着溝側に有するガイド壁を有する側板を有し、前記羽根が前記溶着溝に配置された状態で、前記羽根の表裏面が前記表シュラウドに溶着されるインペラと、
   を備える水中ポンプ。
6. 前記羽根は、軸方向に沿って延び、
   前記ガイド壁の前記溶着溝側の外面は前記軸方向に沿って延びるとともに、前記羽根の対向する外面と同形状に形成され、
   前記ガイド壁の前記溶着溝側の外面と幅方向で反対側の外面は曲面状に形成される、請求項５に記載の水中ポンプ。
7. 前記ガイド壁は、前記裏シュラウドの外周縁側の前記羽根の端部と対向して少なくとも設けられる、請求項５又は請求項６に記載の水中ポンプ。
8. 前記溶着溝は、前記羽根の厚さと同じか、又は、前記羽根の厚さよりも大きい幅の第１溝、及び、前記第１溝の底面に形成され、前記第１溝の幅及び前記羽根の厚さよりも小さい幅の第２溝を有する、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の水中ポンプ。

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