JP4036948B2 - スクリューポンプ及びそのスクリュー - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ及びそのスクリューに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動ポンプにおいては、給湯用の電動ポンプには遠心ポンプが一般に用いられていた。また最近では電動ポンプとしてスクリューポンプが用いられることもある。
【0003】
図1は縦型のスクリューポンプ1を用いた電動ポットの一例を示している(図1は、従来例の説明と、後述する実施形態の説明の両方に用いられる。)。
【0004】
上記のスクリューポンプ1は、容器2の下端に連通された給液通路3の立上がり部に介在され、その排出側は吐出口4に連通されている。
【0005】
上記のスクリューポンプ1の従来例は図5に示すように、ストレートパイプ11の上端に設けられた駆動部ケース12と、下端に継手7を介して接続されたスクリュー収納部としてのスクリューケース5とによりポンプケース6が形成される。上記スクリューケース5の下端の軸受8のまわりに吸込み口9が設けられ、またストレートパイプ11は水位管を兼ねる。上記の駆動部ケース12に排出口13が設けられ、その排出口13が安全弁装置14を介して前記の吐出口4に連通される。
【0006】
駆動部ケース12に遠心ポンプを設ける場合と設けない場合とがあり、いずれの場合も駆動モーター15がその上端外部に設けられ、その駆動モーター15に直接又は上記の遠心ポンプを介して間接的にポンプ軸16が連結される。ポンプ軸16はストレートパイプ11内に挿通され、スクリューケース5内に収納されたスクリュー17に同芯状態に連結される。
【0007】
スクリュー17は、そのボス軸18の下端が前記の軸受8に回転自在に支持される。このスクリュー17はボス軸18のまわりに一定のリードをもったスクリュー羽根19を設けたものである。
【0008】
上記スクリュー羽根19の外径はその全長にわたり一定であり、かつスクリューケース5の内径も一定であるから、スクリュー17とスクリューケース5との間の径方向のギャップ21はスクリュー17の全長にわたり略一定である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなスクリューポンプ1を用いた電動ポットにおいては、湯を沸騰させた直後に該スクリューポンプ1を駆動して湯を吐出させると、スクリュー17の部分でキャビテーション現象が発生し、スクリュー17に泡を巻き込み、またスクリュー17の吐出側端部付近で発生した泡が気泡となって溜まり、ついには吐出ができなくなる問題が生じる。
【0010】
また、スクリューポンプ1においては、スクリュー17とスクリューケース5との間のギャップ21が小さければ小さいほど吐出量および吐出圧(又は揚程)が大きくなるが(後述の実施例参照)、ギャップ21が小さくなると、スクリュー17とスクリューケース5の製作と組立てに高い寸法精度が要求されるので、あまりに小さいギャップ21は実現困難であるか、仮りに実現できたとしてもコストアップの要因となる問題があった。
【0011】
また、ギャップ21が小さいと、芯振れによる干渉が生じ騒音発生の原因となると共に、異物による目詰りの原因となる問題もある。このため、ギャップ21はある程度以上大きく設定する必要があった。
【0012】
また、従来のスクリュー17は合成樹脂の成形条件に起因して、抜きテーパーとして、3度を越える大きさが必要であったことから、スクリュー羽根19の圧力角も3度を越える大きさとなり、このことがポンプ能力を一定以上に向上させることができない一つの原因となっていた。
【0013】
そこで、この発明の第1の課題は、スクリューとスクリューケースとの間の径方向のギャップを小さくすることによりポンプ能力を高める一方、干渉や目詰りの生じ難いスクリューポンプを提供することである。また、第2の課題は、成形方法を改善して圧力角の小さいスクリュー羽根をもったスクリューポンプのスクリューを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の第1の課題を径決するために、この発明はポンプケースの一部にスクリュー収納部を設け、そのスクリュー収納部に吸込口を設けると共に、上記ポンプケースの一部に排出口を設け、上記ポンプケースの外部に取付けたモーターの駆動軸に連結したポンプ軸を上記ポンプケース内に挿通し、上記スクリュー収納部の内部において軸受により回転自在に支持したスクリューに上記ポンプ軸を連結してなるスクリューポンプにおいて、上記スクリューとスクリュー収納部との径方向のギャップの大きさが該スクリューの一部分において他の大部分におけるよりも小さくなるように、上記ギャップの大きさに差を設けた構成とした。
【0015】
なお、上記ギャップの大きさの相対的に小さい部分を上記吸込み口側に片寄らせて設けた構成、上記ギャップの大きさの相対的に小さい部分を上記軸受側に片寄らせて設けた構成、上記スクリューの外径又はスクリュー収納部の内径のいずれか一方又は双方を軸方向にテーパーを付けて形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けた構成、上記スクリューの一部分の外径を他の部分の外径より大きく形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けた構成、上記スクリュー収納部の一部分の内径を他の部分の内径より小さく形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けた構成をとることができる。
【0016】
また、上記の第2の課題を解決するために、この発明はボス軸のまわりに、一定のリードをもってスクリュー羽根を形成してなるスクリューポンプのスクリューにおいて、上記ボス軸の中心線を含む1つの面で2分割された割型により成形し、上記スクリュー羽根を3度以下の正の圧力角をもつテーパー状に形成したものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のスクリューポンプに係る実施の形態を図2(a)から図2(e)に基づいて説明する。これらの実施形態に係るスクリューポンプを用いた電動ポットの構成及びスクリューポンプの基本的構造は前述した従来の場合(図1及び図5参照)と同様であるので、ここでは従来の場合と相違する点、即ちスクリューポンプ1におけるスクリュー17とスクリュー収納部としてのスクリューケース5との間の径方向のギャップ21の大きさに差を設ける構造について説明する。
【0018】
図2(a)から図2(e)に示すように、この発明においては、スクリュー17の一部分におけるギャップ21の大きさaが、他の大部分におけるギャップ21の大きさbよりも小さくなるよう、即ち、a<bとなるようにギャップ21の大きさに差を設けている。
【0019】
大きさaをもつギャップ21、即ち相対的に小さいギャップ21の部分を吸込み口9側に片寄って設けることにより、スクリュー17の全長にわたりギャップ21を小さくすることなくポンプ能力を高めることができ、また、上記の相対的に小さいギャップ21を軸受8側に片寄って設けることにより、スクリュー17の芯振れによる騒音の発生や、目詰りの生じにくい構造とすることができる。以下、更に具体的に説明する。
【0020】
図2(a)の場合は、スクリュー17の外径が吸込み側端部において最も大きく、吐出側端部に至るに従い、次第に小さくなるようにテーパーが付けられている。スクリューケース5の内径は一定であるので、スクリュー17の吸込み側端部におけるギャップ21の大きさaが最小であり、それ以外の部分のギャップ21の大きさbはaより大であり、排出側端部において最大となる。この場合、大きさaは0.3mm〜0.25mm程度である。また、大きさbは最大値で0.5mm〜0.4mm程度である。これらのギャップ21の大きさa、bは以下の場合も同様である。
【0021】
図2(b)は前記とは逆にスクリュー17の外径が一定であり、スクリューケース5の内径が吸込み側が最も小さく、排出側が大きくなるようにテーパーが付けられたものである。この場合もスクリュー17の吸込み側端部のギャップ21の大きさaが最小であり、他はこれより大きいbであり、排出側端部において最大となる。
【0022】
なお、スクリュー17の外径とスクリューケース5の内径の両方にテーパーを付けて、a<bの関係を実現することもできる。
【0023】
図2(c)は、スクリュー17の吸込み側端部の1段分又は複数段分の外径が、他の段部の外径より大きく形成されると共に、他の段部の外径を一定の大きさに形成したものである。スクリューケース5の内径は一定である。従って、スクリュー17の吸込み側端部のギャップ21の大きさaが最小となり、それ以外のギャップ21の大きさbはaよりも大きい一定の大きさとなる。
【0024】
図2(d)はスクリュー17の外径が一定であり、スクリューケース5の内径面において、吸込み側に片寄った部分に突条22を全周にわたり設けたものである。その突条22以外の部分のスクリューケース5の内径は同一である。従って、突条22の部分のギャップ21の大きさaが最小となり、それ以外のギャップ21の大きさbは、aよりも大きい一定の大きさとなる。
【0025】
図2(e)の場合も、スクリュー17の外径が一定であるが、スクリューケース5の内径面において吸込み側に片寄った部分の肉厚が最大となった頂部23が存在し、その頂部23から吸込み側及び排出側に至るに従い次第に内径が増大するテーパーが付いている。従って、頂部23の部分のギャップ21の大きさaが最小となり、それ以外の部分のギャップ21の大きさbがaより次第に大きくなり、吸込み側端部及び排出側端部において最大となる。
【0026】
次に、図3は前述した第2の課題を解決するためのスクリュー17の実施形態である。このスクリュー17は、ボス軸18のまわりに複数のスクリュー羽根19を一体に設けたものであり、PPS等の合成樹脂により一体成形される。この場合の成形金型はボス軸18の中心を通る一つの面24で両側に分割された分割型を用いる。このような分割型を用いると、その抜きテーパーは3度以下の正のテーパーがあれば型抜きが出来る。このため、スクリュー羽根19の圧力角θを3°≧θ>0°に設定することができる。これにより、従来に比較して圧力角の小さいスクリュー17を製作することができる。
【0027】
【実施例】
まず、スクリュー17とスクリューケース5との間の径方向のギャップ21の大きさがポンプの吐出能力に与える影響を調べるために、図4(a)に示すごとき外径が一定のスクリュー17を内径が一定のスクリューケース5内に収納し、両者間のギャップ21の大きさを片側で0.05mm〜0.6mmの範囲で変えた場合の吐出能力を測定した。測定対象となったスクリューポンプの大きさはφ18×L30であり、駆動電圧は11Vであった。
【0028】
なお、この場合の吐出能力は、ギャップ21よりの水落ちがないと仮定した場合の計算上の吐出量(有効羽根面積×移動量)に対する実吐出量の割合、即ち実吐出割合で示した測定結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
Figure 0004036948
【0030】
ギャップ21の大きさは、小さければ小さい程ポンプ能力が大きいことがわかる。
【0031】
次に前記の実施形態の図2(c)に示したもの(但し、スクリュー羽根9の全5ピッチのうち、下側の3ピッチのギャップ21の大きさを0.25mm、上側の2ピッチを0.4mmとしたもの。図4(b)参照)を実施例とし、5ピッチ全部が0.4mm一定としたものを比較例として、満水量5lの電気ポンプに組込んで比較試験した結果を表2に示す。
【0032】
【表2】
Figure 0004036948
【0033】
【発明の効果】
以上のように、スクリューとスクリュー収納部との間の径方向のギャップの一部を他の部分のギャップよりも小さく形成することにより、騒音の発生や目詰りの可能性が小さくなり、かつポンプ能力の高いスクリューポンプを実現することができる。また、ギャップを小さくする箇所をポンプの吸込み側に片寄った位置とすることにより、一部分のギャップ変更のみでありながら、より能力の高いスクリューポンプを実現することができる。
【0034】
また、ギャップを小さくする箇所をスクリューの軸受に片寄った位置とすることにより、スクリューの芯振れの影響が少なくなり、騒音や目詰りの発生の生じにくいスクリューポンプを実現することができる。
【0035】
なお、上記のスクリューに係る発明においては、スクリューの樹脂成形の際の抜きテーパーを小さくすることにより、スクリュー羽根の圧力角が小さくなり、結果的に能力が高いスクリューポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例及び実施形態の電動ポットの概略図
【図2】(a)〜(e) スクリューポンプの実施形態の一部拡大断面図
【図3】スクリューの実施形態の拡大断面図
【図4】(a) 実験に用いたスクリューポンプの拡大断面図
(b) 実験に用いた実施例のスクリューポンプの拡大断面図
【図5】従来例のスクリューポンプの一部拡大断面図
【符号の説明】
1 スクリューポンプ
2 容器
3 給液通路
4 吐出口
5 スクリューケース
6 ポンプケース
7 継手
8 軸受
9 吸込み口
11 ストレートパイプ
12 駆動部ケース
13 排出口
14 安全弁装置
15 駆動モータ
16 ポンプ軸
17 スクリュー
18 ボス軸
19 スクリュー羽根
21 ギャップ
22 突条
23 頂部

Claims (6)

  1. ポンプケースの一部にスクリュー収納部を設け、そのスクリュー収納部に吸込口を設けると共に、上記ポンプケースの一部に排出口を設け、上記ポンプケースの外部に取付けたモーターの駆動軸に連結したポンプ軸を上記ポンプケース内に挿通し、上記スクリュー収納部の内部において軸受により回転自在に支持したスクリューに上記ポンプ軸を連結してなるスクリューポンプにおいて、上記スクリューとスクリュー収納部との径方向のギャップの大きさが該スクリューの一部分において他の大部分におけるよりも小さくなるように、上記ギャップの大きさに差を設けたことを特徴とする電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
  2. 上記ギャップの大きさの相対的に小さい部分を上記吸込み口側に片寄らせて設けたことを特徴とする請求項1に記載の電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
  3. 上記ギャップの大きさの相対的に小さい部分を上記軸受側に片寄らせて設けたことを特徴とする請求項1に記載の電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
  4. 上記スクリューの外径又はスクリュー収納部の内径のいずれか一方又は双方を軸方向にテーパーを付けて形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
  5. 上記スクリューの一部分の外径を他の部分の外径より大きく形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
  6. 上記スクリュー収納部の一部分の内径を他の部分の内径より小さく形成することにより、上記ギャップの大きさに差を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電気ポットの給湯用などに用いられるスクリューポンプ。
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