JP5890056B1 - スクリューポンプの羽根外径調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリュー羽根の軸芯とスクリュー軸の軸芯とを一致させ易く、且つスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法に容易に調整することができる、スクリューポンプの羽根外径調整方法を提供すること。【解決手段】横にされたスクリュー軸６をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、両端支持されたスクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つスクリュー軸６の長手方向に対して平行に配置されたレール４５の上を切断機４６を走行させながら、スクリュー羽根７の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように切断機４６にて切断加工する羽根先端部切断工程とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法とするためのスクリューポンプの羽根外径調整方法に関する。

スクリューポンプは、回転するスクリューで揚水する開放形のポンプであり、例えば雨水ポンプ場、下水処理場の中のポンプ設備などにおける揚水機として用いられる。このスクリューポンプは、水平方向に対して斜めに傾斜する断面凹形状のトラフ内に設置される。ここで、スクリューポンプの本体（主要部）は、外周面に螺旋状のスクリュー羽根が取り付けられたスクリュー軸であり、トラフ内に設置された状態で、上記スクリュー羽根の先端部（外周縁部）とトラフとの隙間は、所望の揚水量（ポンプ性能）を確保するために、規定の隙間とされなければならない。したがって、トラフの内面仕上げも重要ではあるが、スクリュー羽根の外径寸法はできるだけ寸法精度が高いことが望ましく、且つ、スクリュー羽根の軸芯とスクリュー軸の軸芯とは可能な限り一致していることが望ましい。別の観点では、スクリュー羽根の外径寸法の精度、およびスクリュー羽根の軸芯とスクリュー軸の軸芯との一致精度を高めると、揚水効率が向上する。

スクリューポンプの製作に関する技術が記載された従来文献として、下記の特許文献１がある。スクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法とすることに関しては、その段落００４８に、「羽根外径が回転軸心方向の全長において許容差内にあることを確認、調整する。」とあるが、これ以上の具体的な記載は無い。スクリューポンプの羽根外径を調整することに関して、スクリューポンプという技術分野でどのような従来技術があるかを調査したが、これ以上のものを見つけることはできなかった。

スクリューポンプに関するものではなく、且つ、スクリュー羽根の羽根外径を調整するというものでもないが、スクリューコンベアのリボン羽根製造装置という発明が下記の特許文献２に記載されている。この従来技術は、円柱状素材を定速で回転させると同時に、当該円柱状素材の長手方向と平行にガス切断器を定速で移動させて、円柱状素材から螺旋状のリボン羽根をガス切断により製作するというものである。

特開２０１５−４０５２９号公報 実開昭６４−３３３７６号公報

前記したように、スクリューポンプのスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法とすることに関し、特許文献１には、「羽根外径が回転軸心方向の全長において許容差内にあることを確認、調整する。」との記載があるのみであり、これ以上の具体的な記載は無い。

また、前記したように、円柱状素材を定速で回転させると同時に、当該円柱状素材の長手方向と平行にガス切断器を定速で移動させて、円柱状素材から螺旋状のリボン羽根をガス切断により製作するという技術はある。しかしながら、この技術は、スクリューコンベアの羽根そのものを製作するための技術であり、スクリューポンプに関する技術でもなければ、スクリュー羽根の羽根外径を調整するための技術でもない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スクリュー羽根の軸芯とスクリュー軸の軸芯とを一致させ易く、且つスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法に容易に調整することができる、スクリューポンプの羽根外径調整方法を提供することである。

本発明は、スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法とするためのスクリューポンプの羽根外径調整方法である。この調整方法は、横にされた前記スクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記スクリュー軸の長手方向に対して平行に配置されたレールの上を切断機を走行させながら、前記スクリュー羽根の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように前記切断機にて切断加工する羽根先端部切断工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ、スクリュー軸の長手方向に対して平行に切断機を走行させながら、スクリュー羽根の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように切断加工することにより、スクリュー羽根の軸芯とスクリュー軸の軸芯とを一致させ易く、且つスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法に容易に調整することができる。

スクリューポンプの側面図である。 スクリュー本体の製作工程のうちの羽根取付工程を示す図である。 スクリュー本体の製作工程のうちの上下エンドプレート取付工程を示す図である。 スクリュー本体の製作工程のうちの羽根外径調整工程を示す図である。 図４のＤ部の詳細構造図である。 図４のＥ部の詳細構造図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（スクリューポンプの構成）
図１に示すように、スクリューポンプ１００は、水平方向に対して斜めに傾斜するトラフ５０内に設置されるスクリュー本体１と、スクリュー本体１を支持する上部軸受４および下部軸受２とを備えている。スクリュー本体１の上端には上スピンドル３が取り付けられており、スクリュー本体１はこの上スピンドル３を介して上部軸受４にて吊り下げられるようにして支持される。スクリュー本体１を回転させるエンジン、電動機などの駆動装置（不図示）は、ギヤカップリング５を介してスクリュー本体１に回転駆動力を伝達する。

スクリュー本体１は、筒状のスクリュー軸６と、その外周面に取り付けられた螺旋状のスクリュー羽根７とを有し、一方（下側）の端部には円錐胴８が取り付けられ、その末端には下エンドプレート９が取り付けられる。他方（上側）の端部には上エンドプレート１０が取り付けられる。

トラフ５０の内面は、回転するスクリュー羽根７に沿う円弧形状に仕上げられ、所望の揚水量を確保するために、スクリュー羽根７の先端部（外周縁部）とトラフ５０の内面との隙間Ｓは、例えば、７ｍｍ〜１３ｍｍに調整される。スクリュー軸６は、例えばＳＴＰＹ（アーク溶接鋼管）製であり、スクリュー羽根７は、例えばＳＳ製である。スクリュー軸６の全長は、ポンプの揚程、傾斜角度等から決定されるものであり、例えば６ｍ〜１２ｍ程度である。また、その軸径は、例えば０．６ｍ〜１．８ｍ程度である。スクリュー羽根７の外径は、例えば１．２ｍ〜３．６ｍ程度であり、その羽根の厚みは、例えば、６ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

（スクリュー本体の製作手順）
図２から図６を適宜参照しつつスクリュー本体１の製作手順について説明する。

＜スクリュー軸形成工程＞
まず、鋼板を曲げ加工および溶接してなる管６ａ〜６ｆ（円筒部材）を溶接にて繋ぎ合わせてスクリュー軸６を形成する。繋ぎ合わせる管の本数は、製作するスクリュー軸の長さ等により決める。

＜羽根取付工程＞
次に、図２に示したように、鋼板が曲げ加工されてなるスクリュー羽根７をスクリュー軸６の外周面に溶接固定していく。このとき、ローラ４０ａが上端部に配置された架台４０の上にスクリュー軸６を載せて、適時スクリュー軸６を回転させながらスクリュー羽根７を溶接により取り付けていく。

＜上下エンドプレート取付工程＞
その後、図３に示したように、スクリュー軸６の一方の端部に円錐胴８を取り付け、且つ円錐胴８の末端に下エンドプレート９を取り付ける。また、スクリュー軸６の他方の端部に上エンドプレート１０を取り付ける。これにより、スクリュー本体１が形成される。

＜羽根外径調整工程＞
次いで、スクリュー羽根７の外径寸法を所定の寸法とするための羽根の外径調整を行う。羽根の外径調整は、横にされた（水平にされた）スクリュー軸６をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、その後の羽根先端部切断工程と、さらにその後の羽根外径仕上げ工程とに分かれている。

［スクリュー軸支持工程］
図４に示したように、スクリュー本体１を支持する架台を、架台４０から架台４１に変更する。この架台４１に設けられた回転治具４７，４８でスクリュー軸６の両端を挟むようにして、スクリュー軸６（スクリュー本体１）を支持する。なお、回転治具４７，４８は架台４１に対して回転可能に取り付けられている。

スクリュー軸６の上端部の支持構造（図４のＤ部）について図５を参照しつつ説明する。上エンドプレート１０の中央部には孔１０ａがあけられており、円盤状の治具プレート１１がこの孔１０ａに印ろうの構造で嵌め込まれる。印ろうの構造としているのは、上エンドプレート１０の軸芯と治具プレート１１の軸芯とを一致させるためである。治具プレート１１の軸芯部分には、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔１１ａが設けられている。本実施形態の治具挿入孔１１ａは円錐台の形状とされている。

回転治具４７は、先端部４７ａが先細り形状とされた治具である。本実施形態の回転治具４７の先端部４７ａは円錐形状とされている。なお、上記した治具挿入孔１１ａは、回転治具４７の先端部４７ａに対応する円錐台の形状とされる。

スクリュー軸６の下端部の支持構造（図４のＥ部）について図６を参照しつつ説明する。下エンドプレート９の中央部（軸芯部分）には、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔９ａが設けられている。本実施形態の治具挿入孔９ａは円錐台の形状とされている。

回転治具４８は、回転治具４７と同じく先端部４８ａが先細り形状とされた治具である。本実施形態の回転治具４８の先端部４８ａは円錐形状とされている。なお、上記した治具挿入孔９ａは、回転治具４８の先端部４８ａに対応する円錐台の形状とされる。

回転治具４７の先端部４７ａを上記治具挿入孔１１ａに挿入して、治具挿入孔１１ａの傾斜内周面に先端部４７ａの外周面を面接触させるとともに、回転治具４８の先端部４８ａを上記治具挿入孔９ａに挿入して、治具挿入孔９ａの傾斜内周面に先端部４８ａの外周面を面接触させる。これにより、スクリュー軸６（スクリュー本体１）は、その両端支持で１組の架台４１により回転可能に支持される。

［羽根先端部切断工程］
スクリュー軸６の外周面にベルト４２を掛け、ベルト駆動装置４３にてベルト４２を回転させることでスクリュー本体１はその軸芯まわりに回転させられる。また、スクリュー本体１の側方には複数の脚４４で支持されたレール４５がスクリュー軸６（スクリュー本体１）の長手方向に対して平行に配置されており、このレール４５の上を切断機４６（例えばガストーチを有するガス切断機）が走行するようになっている。

スクリュー軸６（スクリュー本体１）をその軸芯回りに回転させながら切断機４６を走行させて、スクリュー羽根７の先端部を切断機４６にて切断加工し、スクリュー羽根７の外径寸法を所定の寸法にするとともに外径寸法を揃える。

ここで、スクリュー羽根７の先端部（外周縁部）の周速が、例えば２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下となるようにスクリュー軸６を回転させる。切断機４６に関しては、回転するスクリュー羽根７の先端部を当該切断機４６にて連続的に切断するように、スクリュー羽根７先端部の周速およびスクリュー羽根７のリードから決定した走行速度で切断機４６を走行させる（スクリュー羽根７の先端部の回転速度（周速）と、切断機４６の走行速度とを同期させる）。

なお、図４に示すように、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐを切断機４６にて切断加工することが好ましい。

［羽根外径仕上げ工程］
図示を省略するが、その後、スクリュー軸６（スクリュー本体１）の長手方向に対して平行にピアノ線（糸状部材）を張り、当該ピアノ線を基準にして、スクリュー羽根７の外径寸法が±６ｍｍの寸法公差内となるように、グラインダ等で羽根先を仕上げる。
なお、ピアノ線の代わりに針金、糸などの糸状部材を用いてもよい。また、糸状部材の代わりにレーザー光を用いてもよい。

＜塗装工程＞
最後に、スクリュー本体１に塗装を施す。

（変形例）

治具挿入孔９ａ、１１ａの形状を円錐台とすることに代えて、角錐台としてもよい。すなわち、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の孔であればよい。同様に、回転治具４７、４８の先端部４７ａ、４８ａの形状を円錐とすることに代えて、角錐としてもよい。すなわち、回転治具の先端部の形状は、治具挿入孔に対応する（治具挿入孔の傾斜内周面に面接触する外周面を有する）先細りの形状であればよい。

治具プレート１１を上エンドプレート１０と別体とすることに代えて、治具プレート１１を上エンドプレート１０と一体にしてもよい。

スクリュー羽根７の先端部（外周縁部）の周速を、２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下とするのは好ましい一例であり、上記以外の周速でスクリュー羽根７（スクリュー軸６）を回転させてもよい。

ガストーチを有するガス切断機以外の切断機４６としては、例えばプラズマトーチを有する切断機を挙げることができる。

回転するスクリュー羽根７先端部の切断機４６による切断箇所は、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐに限られることはない。

スクリュー羽根７の先端部を切断機４６にて粗面なく所定の寸法に切断できた場合などは、上記した羽根外径仕上げ工程を省略してもよい。

（作用・効果）
本発明によると、スクリュー軸６をその軸芯回りに回転させながら、且つ、スクリュー軸６の長手方向に対して平行に切断機４６を走行させながら、スクリュー羽根７の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように切断加工することにより、スクリュー羽根７の軸芯とスクリュー軸６の軸芯とを一致させ易く、且つスクリュー羽根７の外径寸法を所定の寸法に容易に調整することができる。

本発明において、スクリュー羽根７の先端部の周速が、２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下となるようにスクリュー軸６を回転させることが好ましい。２ｍｍ／秒以上の周速でスクリュー羽根７を回転させることで、スクリュー羽根７の先端部が溶断により粗くなることを防止することができる。また、周速を５ｍｍ／秒以下とすることで、スクリュー羽根７の先端部を切断残し無くより確実に切断することができる。

また本発明において、スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐを切断機４６にて切断加工することが好ましい。横にされたスクリュー軸６はその自重で少なからず撓む。その撓み量は計算により予測することはできるが、計算と実際とでどうしても撓み量に差がでる。ここで、スクリュー軸６が撓む方向は鉛直下方である。スクリュー軸６の中心部から水平方向に延ばした仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分Ｐを切断機４６にて切断するようにしていれば、スクリュー軸６が少し撓んだとしても、他の部分を切断する場合に比べて、切断部分（切断箇所）はずれにくい。すなわち、この構成によると、スクリュー羽根７の外径寸法をより正確なものとすることができる。

また本発明において、スクリュー軸６の両端の軸芯部分には、それぞれ、スクリュー軸６の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔１１ａ、９ａが設けられており、スクリュー軸支持工程において、先端部４７ａ、４８ａが先細りの回転可能な回転治具４７、４８を、治具挿入孔１１ａ、９ａの傾斜内周面に外周面が面接触するように、治具挿入孔１１ａ、９ａに先端部４７ａ、４８ａから挿入して、スクリュー軸６の両端を挟むような形態でスクリュー軸６をその両端支持で回転可能に支持することが好ましい。

この構成によると、スクリュー軸６は、その軸方向両側から回転治具４７、４８の先端部４７ａ、４８ａで押圧される。長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔１１ａ、９ａに、先細りの先端部４７ａ、４８ａ挿入することで両側からスクリュー軸６の軸芯部分を軸方向に押圧すると、押圧力で軸芯の自動調整がなされ、スクリュー軸６の軸芯とスクリュー軸６の実際の回転中心との間に生じ得る僅かな誤差を容易に矯正することができる。
また、スクリュー軸６と治具とをボルト等により連結することでスクリュー軸６を両端支持する場合、この連結部分での軸芯のずれが生じ易いが、上記構成では、スクリュー軸６の両端に設けられた孔の傾斜内周面と回転治具４７、４８の先端部４７ａ、４８ａとの面接触によりスクリュー軸６を両端支持するため軸芯のずれが生じにくい。
さらには、上記面接触は、スクリュー軸６の押圧方向（軸方向）に対する斜めの面で生じるので、いわゆる楔効果による、面接触部分で生じる摩擦力による強固な結合力が得られ、スクリュー軸６と回転治具４７、４８とは一体的に回転しやすくなり、相互に擦れあうことにより治具挿入孔１１ａ、９ａが摩耗したり回転治具４７、４８の先端部４７ａ、４８ａが摩耗したりすることが防止される。これらにより、上記構成によると、スクリュー軸６をその軸芯で回転させやすい。

また本発明において、治具プレート１１を上エンドプレート１０と別体とすることが好ましい。治具プレート１１を上エンドプレート１０と一体にすると、径が大きい一体の上エンドプレートに治具挿入孔１１ａを機械加工により設けることとなるので加工しづらいが、別体とすると加工が容易である。また、治具挿入孔１１ａには比較的大きな軸方向の押圧力が作用するので、押圧力が大きい場合には、治具プレート１１を上エンドプレート１０と別体としていれば、上エンドプレート１０のみの厚みを少し大きくするなどして対応することができる。なお、下エンドプレート９側に関しては、水流の抵抗を軽減するために先細りの円錐胴８が設けられ、この末端に下エンドプレート９が取り付けられている。そのため、下エンドプレート９の径は、上エンドプレート１０の径よりも小さくされるので、加工に関しても強度に関しても、下エンドプレート９に治具挿入孔９ａを直接設けることにより問題が生じることは無い。

また本発明において、スクリュー軸６の長手方向に対して平行に糸状部材を張り、あるいはレーザー光を照射し、当該糸状部材あるいはレーザー光を基準にして、スクリュー羽根７の外径寸法が±６ｍｍの寸法公差内となるように仕上げる羽根外径仕上げ工程をさらに備えることが好ましい。
この構成によると、スクリュー羽根７の外径寸法を所定の寸法により精度よく合わせることができ、スクリューポンプ１００の揚水効率をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

１：スクリュー本体
２：下部軸受
３：上スピンドル
４：上部軸受
５：ギヤカップリング
６：スクリュー軸
７：スクリュー羽根
８：円錐胴
９：下エンドプレート
９ａ：治具挿入孔
１０：上エンドプレート
１１： 治具プレート
１１ａ：治具挿入孔
４５：レール
４６：切断機
４７、４８：回転治具
４７ａ、４８ａ：回転治具の先端部
１００：スクリューポンプ
Ｌ：仮想線
Ｐ：仮想線Ｌとスクリュー羽根７の先端部とが交差する部分

Claims (5)

1. スクリュー軸の外周面に取り付けられたスクリュー羽根の外径寸法を所定の寸法とするためのスクリューポンプの羽根外径調整方法であって、
   横にされた前記スクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持するスクリュー軸支持工程と、
   両端支持された前記スクリュー軸をその軸芯回りに回転させながら、且つ前記スクリュー軸の長手方向に対して平行に配置されたレールの上を切断機を走行させながら、前記スクリュー羽根の先端部をその外径寸法が所定の寸法となるように前記切断機にて切断加工する羽根先端部切断工程と、
   を備えることを特徴とする、スクリューポンプの羽根外径調整方法。
2. 請求項１に記載のスクリューポンプの羽根外径調整方法において、
   前記羽根先端部切断工程において、前記スクリュー羽根の先端部の周速が、２ｍｍ／秒以上、且つ５ｍｍ／秒以下となるように前記スクリュー軸を回転させることを特徴とする、スクリューポンプの羽根外径調整方法。
3. 請求項１または２に記載のスクリューポンプの羽根外径調整方法において、
   前記羽根先端部切断工程において、前記スクリュー軸の中心部から水平方向に延ばした仮想線と前記スクリュー羽根の先端部とが交差する部分を前記切断機にて切断加工することを特徴とする、スクリューポンプの羽根外径調整方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のスクリューポンプの羽根外径調整方法において、
   前記スクリュー軸の両端の軸芯部分には、それぞれ、前記スクリュー軸の長手方向外方へ向かって拡がる形状の治具挿入孔が設けられており、
   前記スクリュー軸支持工程において、先端部が先細りの回転可能な回転治具を、前記治具挿入孔の傾斜内周面に外周面が面接触するように、前記治具挿入孔に先端部から挿入して、前記スクリュー軸の両端を挟むような形態で前記スクリュー軸をその両端支持で回転可能に支持することを特徴とする、スクリューポンプの羽根外径調整方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のスクリューポンプの羽根外径調整方法において、
   前記スクリュー軸の長手方向に対して平行に糸状部材を張り、あるいはレーザー光を照射し、当該糸状部材あるいはレーザー光を基準にして、前記スクリュー羽根の外径寸法が±６ｍｍの寸法公差内となるように仕上げる羽根外径仕上げ工程をさらに備えることを特徴とする、スクリューポンプの羽根外径調整方法。

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