JP6038501B2

JP6038501B2 - 水中ポンプ

Info

Publication number: JP6038501B2
Application number: JP2012139545A
Authority: JP
Inventors: 哲則坂谷; 修平山崎; 順平小川; 泰資嶋
Original assignee: 株式会社川本製作所
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP2014005730A

Description

本発明は、例えば汚水に含まれる固形物を細断して吐き出すカッター付きの水中ポンプに関する。

汚物・汚水用の水中ポンプが処理する液体の中には、ビニール袋や枯れ葉の他に例えば軍手、タオルのような布状の固形物が混入していることが多い。この種の固形物がポンプケーシングの流入口からインペラに吸い込まれてしまうと、固形物がインペラに絡み付いて羽根の間の流路を閉塞したり、インペラの回転を拘束することがある。

この問題を解決するため、従来、ポンプケーシングの流入口からインペラに向かう固形物を細断するカッター機構を備えた水中ポンプが提供されている。特許文献１に開示された汚水用の水中ポンプでは、ポンプケーシングの吸込口とインペラとの間にサクションカバーが取り付けられている。

前記特許文献１によると、インペラは、モータの駆動軸と一体に回転する円板と、円板の前面から吸込口に向けて突出された複数の羽根と、を備えている。羽根は、円板の中心部から放射状に延びているとともに、各羽根の中間部に段差部が形成されている。

前記サクションカバーは、インペラの円板と向かい合う円錐面を有している。円錐面の中央部に羽根の段差部が嵌り込む吸込穴と、吸込穴の内縁に開口された複数の切欠きと、が形成されている。吸込穴の内縁および切欠きの内縁は、夫々内刃を構成している。さらに、サクションカバーの円錐面に複数の円弧状凹部が形成されている。凹部は、吸込穴を取り囲むように吸込穴の周囲に間隔を存して配置されているとともに、各凹部の縁に渦形刃が形成されている。

前記円板の中心部に位置された前記羽根の前端部は、螺旋翼となってサクションカバーの吸込穴からポンプケーシングの吸込口に突出されている。さらに、各羽根の先端縁にサクションカバーの円錐面に接する側縁刃が形成されているとともに、各羽根の段差部の縁にサクションカバーの吸込穴の内縁に接する切刃が形成されている。

このような水中ポンプによると、インペラの回転に伴ってポンプケーシングの吸込口に汚水が吸い込まれると、汚水中に混入された固形物は、螺旋翼に巻き込まれながら螺旋翼とサクションカバーの切欠きとの間に導かれる。固形物は、羽根の段差部に形成された切刃と、吸込穴および切欠きに形成された内刃との間で挟み込まれて切断される。

さらに、羽根に形成された側縁刃は、インペラの回転中にサクションカバーの円錐面に接触しながら円錐面の上の凹部を横切る。これにより、サクションカバーの切欠きで切断された固形物は、サクションカバーの凹部に導かれた時点で側縁刃と凹部の渦形刃との間でさらに細かく切断されることになる。

一方、特許文献２に開示された水中曝気ポンプでは、ポンプケーシングに水量規制筒が固定されている。水量規制筒は、ポンプケーシングからインペラの内周部に向けて突出された円筒体を有し、この円筒体の吐出側端縁にカッターが形成されている。カッターは、円筒体の吐出側端縁に刻み込まれた複数の刃を有し、各刃の先端がインペラの上側基板の内面と向かい合っている。

このような水中曝気ポンプによると、ポンプケーシングに吸い込まれた汚水は、水量規制筒の円筒体によって水量が適正に規制された後、円筒体の突出側端縁からインペラの内周部に流入する。この際、汚水中に混入した固形物がカッターの刃によって切断される。

特許第２６３６９６６号公報特開平６−２７２６８６号公報

特許文献１に開示された水中ポンプでは、インペラの前端部に位置された螺旋翼が隣り合う羽根と円板との間に規定された通路に通じており、この通路の箇所に固形物に切断力を付与するための要素が存在しない。

このため、固形物の形状あるいは大きさによっては、螺旋翼に巻き込まれた固形物がサクションカバーの切欠きを通過してそのまま羽根の間の通路に導かれることがあり得る。したがって、固形物が細かく切断されないままインペラに吸い込まれる可能性があり、固形物を切断する性能を高める上で改善の余地がある。

さらに、インペラ側の側縁刃および内刃は、サクションカバーの円錐面および吸込穴の内縁に接しているので、インペラの回転時にインペラとサクションカバーとの接触部分に抵抗が生じるのを避けられない。この結果、特に固形物を切断する際にインペラに加わる負荷が増大するといった問題がある。

特許文献２に開示された水中曝気ポンプによると、汚水中の固形物は、鋸の歯のように細かく刻まれた複数の刃の間の狭い隙間を通じてインペラの羽根の間に導かれる。このため、静止したカッターと回転するインペラとの間で固形物を切断する際に、インペラに大きな負荷が加わるのを否めない。

本発明の目的は、固形物を逃がすことなく細断してインペラから排出できるとともに、インペラに加わる負荷を軽減できる水中ポンプを得ることにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る水中ポンプは、固形物を含む液体が流れ込む流入口を有するポンプケーシングと、モータの駆動軸に連結され、複数の羽根で囲まれた中心部から前記液体を吸い込んで外周部から吐き出すインペラと、前記ポンプケーシングに固定されたカッターと、を具備し、前記インペラの前記羽根は、前記インペラの外周部で前記インペラの回転方向に沿うように円弧状に湾曲されているとともに、前記インペラの回転方向に沿う前記羽根の一端に尖鋭な第１の切断部が形成され、前記カッターは、前記ポンプケーシングの前記流入口から前記インペラの前記羽根で囲まれた領域に突出されるとともに前記羽根から離れた少なくとも一つのブレード部を有し、当該ブレード部の縁に前記羽根の前記第１の切断部に対し傾斜された第２の切断部が形成され、前記第１の切断部および前記第２の切断部は、前記インペラが回転した時に前記インペラの前記外周部から吐き出される前記液体に含まれる前記固形物を挟み込んで切断するように構成され、前記インペラは、前記駆動軸が同軸状に連結された円盤状のシュラウドを有し、前記羽根は、前記シュラウドの外周部から前記ポンプケーシングの前記流入口に向けて突出され、前記シュラウドの前記外周部は、前記羽根の吐出側端部が位置された外周縁と、前記羽根の吸込側端部が位置された内周縁と、を含むとともに、前記外周縁が前記内周縁よりも前記流入口が開口された前記ポンプケーシングの内面に向けて突出するように前記シュラウドの前記外周部が傾斜される。

本発明の一つの形態によれば、インペラの中心部に固形物が吸い込まれると、回転する第１の切断部と静止した第２の切断部との相対的な移動に伴って羽根の間を通過しようとする固形物に切断力が繰り返し作用する。この結果、固形物を逃がすことなく細断してインペラから排出することができ、固形物の通過性能を高めつつインペラに加わる負荷を軽減することができる。

第１の実施形態に係る水中ポンプの断面図。第１の実施形態において、ケーシング本体の舌部、インペラおよびカッターの位置関係を示す断面図。第１の実施形態に係る水中ポンプで用いるインペラの斜視図。第１の実施形態に係る水中ポンプで用いるインペラの平面図。第１の実施形態に係る水中ポンプで用いるカッターの斜視図。第１の実施形態に係る水中ポンプで用いるカッターの側面図。第１の実施形態において、インペラとカッターとを互いに組み合わせた状態を示す斜視図。第１の実施形態において、インペラの羽根とカッターのブレード部とが互いに交差した状態を示す斜視図。第２の実施形態に係るカッターの斜視図。第２の実施形態に係るカッターの側面図。第３の実施形態に係るカッターの斜視図。

[第１の実施形態]
以下本発明の第１の実施形態を図１ないし図８に基づいて説明する。

図１は、例えば汚水槽から汚水を排出する汚物用水中ポンプ１を開示している。水中ポンプ１が排出する汚水は液体の一例であって、種々の固形物を含んでいる。水中ポンプ１は、ポンプケーシング２、水中モータ３、インペラ４、およびカッター５を主要な要素として備えている。

ポンプケーシング２は、ケーシング本体７とケーシングカバー８とで構成されている。図２に示すように、ケーシング本体７は、うず形室９と、うず形室９から側方に延出された吐出管部１０とを有している。うず形室９の天井となるケーシング本体７の上壁７ａに開口部１１が形成されている。うず形室９の底となるケーシング本体７の底壁７ｂに流入口１２が形成されている。流入口１２は、汚水に浸かるように汚水槽の底部に開口されている。吐出管部１０は、ポンプケーシング２の上方に向けて開口された吐出口１３を有している。吐出口１３は、吐出配管を介して汚水槽の外に通じている。

さらに、ケーシング本体７は、うず形室９の巻き始め部９ａに隣接した位置に舌部９ｂを有している。舌部９ｂは、うず形室９の周面からうず形室９の内側に向けて円弧状に張り出している。

ケーシングカバー８は、ケーシング本体７の上壁７ａに固定されて、ケーシング本体７の開口部１１を密閉している。ケーシングカバー８は、ケーシング本体７の上方に向けて突出された円筒状の嵌め合い部１４を有している。

水中モータ３は、嵌め合い部１４に固定されている。水中モータ３は、トルクを出力する駆動軸１５を有している。駆動軸１５は、水中モータ３からポンプケーシング２に向けて下向きに突出されている。駆動軸１５の下端部は、ケーシングカバー８を貫通してうず形室９の上部に導入されている。

インペラ４は、例えば布状、繊維状あるいは紐状の固形物が詰まり難いセミオープンインペラであって、ポンプケーシング２のうず形室９に収容されている。第１の実施形態によると、インペラ４は、例えば機械的強度および耐摩耗性に優れたダクタイル鋳鉄又はステンレス鋳物で構成されている。

図１、図３および図４に示すように、インペラ４は、シュラウド１７と、二枚の羽根１８と、を備えている。シュラウド１７は、表面１７ａおよび背面１７ｂを有する円盤状であり、その外径がケーシングカバー８の開口部１１よりも僅かに小さく形成されている。

シュラウド１７の背面１７ｂにボス部１９が一体に形成されている。ボス部１９は、背面１７ｂの中心部からケーシングカバー８に向けて同軸状に突出されている。ボス部１９は、水中ポンプ３の駆動軸１５の下端部が嵌合された嵌合孔２０を有している。嵌合孔２０は、シュラウド１７を貫通してシュラウド１７の表面１７ａに開口されている。

シュラウド１７は、嵌合孔２０に嵌合された駆動軸１５の下端部に固定ナット２１を介して結合されている。シュラウド１７は、駆動軸１５と一体に回転するとともに、うず形室９の上部に位置されている。固定ナット２１は、シュラウド１７の表面１７ａに露出されている。

インペラ４の羽根１８は、シュラウド１７の表面１７ａの外周部２２からケーシング本体７の底壁７ｂに向けて一体に突出されている。羽根１８は、シュラウド１７の周方向に間隔を存して配列されて、シュラウド１７の径方向に互いに向かい合っている。羽根１８の突出端となる端面は、ケーシング本体７の流入口１２の周囲に位置されているとともに、ケーシング本体７の底壁７ｂと向かい合っている。羽根１８の端面と底壁７ｂとの間には、例えば約０．５ｍｍの僅かな隙間が確保されている。

図３および図４に示すように、各羽根１８は、吸込側端部２３および吐出側端部２４を有している。吸込側端部２３は、インペラ４の回転方向に沿う羽根１８の一端に位置されている。吐出側端部２４は、吸込側端部２３に対しインペラ４の回転方向に沿う反対側に位置されている。言い換えると、吸込側端部２３および吐出側端部２４は、シュラウド１７の周方向に互いに離れている。

さらに、各羽根１８は、吸込側端部２３が吐出側端部２４よりもシュラウド１７の表面１７ａの中心部の方向に変位するように、連続した円弧を描いて湾曲されている。このことから、羽根１８の外周面１８ａおよび内周面１８ｂは、複数の円弧状に湾曲された曲面となっている。

羽根１８の吸込側端部２３は、シュラウド１７の表面１７ａに対し直角に起立された縁を含んでいる。吸込側端部２３の縁は、駆動軸１５の軸線Ｏ１と平行な直線状に形成されている。吸込側端部２３は、縁に向けて肉厚が次第に減じるように先細り状に尖っている。

したがって、吸込側端部２３の縁は、尖鋭な第１の切断部２５を構成している。第１の切断部２５は、鋭利な刃と言い換えることができる。二枚の羽根１８の第１の切断部２５は、インペラ４の周方向に１８０°離間するような位置関係に保たれている。

図４に示すように、羽根１８の吸込側端部２３の入口角度αは、羽根１８の外周面１８ａ上の一点に触れて第１の切断部２５に至る直線t1と、羽根１８の内周面１８ｂ上の一点に触れて第１の切断部２５に至る直線t2とが交差する角度によって定まる。入口角度αは、例えば２０°〜３０°の鋭角とすることが望ましいが、この限りではない。

さらに、第１の実施形態では、羽根１８の吸込側端部２３に凹部２６が形成されている。凹部２６は、第１の切断部２５と隣り合った位置で羽根１８の内周面１８ｂから円弧状に窪んでいる。このため、吸込側端部２３では、吐出側端部２４よりも羽根１８の肉厚Ｔが小さくなっている。

羽根１８の吐出側端部２４は、シュラウド１７の表面１７ａに対し直角に起立された縁を含んでいる。吐出側端部２４は、シュラウド１７の外周面に対し段差を生じることなく滑らかに連続されている。

羽根１８の第１の切断部２５の耐摩耗性を高めるためには、羽根１８の吸込側端部２３に例えば高周波焼き入れ等を施して、吸込側端部２３の表面硬度を増加させることが望ましい。

図１および図３に示すように、シュラウド１７の表面１７ａの外周部２２は、羽根１８の吸込側端部２３が位置された内周縁２２ａと、羽根１８の吐出側端部２４が位置された外周縁２２ｂと、を有している。第１の実施形態によると、シュラウド１７の表面１７ａの外周部２２は、その外周縁２２ｂが内周縁２２ａよりもケーシング本体７の底壁７ｂに向けて突出するように滑らかな円弧を描いて傾斜されている。

このため、羽根１８の幅は、吸込側端部２３から吐出側端部２４に向けて小さくなるように連続的に変化している。すなわち、図１に示すように、羽根１８の吸込側端部２３の幅Ｗ１は、汚水中に含まれた固形物が通過し易いように羽根１８の吐出側端部２４の幅Ｗ２よりも大きく設定されている。

図１に示すように、カッター５は、ケーシング本体７の底壁７ｂに固定されている。カッター５は、固定部材の一例であり、例えばダクタイル鋳鉄又はステンレス鋳物で構成された一体構造物である。

図５および図６に示すように、カッター５は、ベース部３０、三本のブレード部３１および端板３２を備えている。ベース部３０は、円筒状であり、ケーシング本体７の流入口１２に嵌合されている。

ベース部３０は、リング状のフランジ３３を有している。フランジ３３は、ベース部３０の周囲に張り出すとともに、複数の挿通孔３４を有している。挿通孔３４は、フランジ３３の周方向に間隔を存して配列されているとともに、ケーシング本体７の底壁７ｂに設けられた複数のねじ孔３５と合致している。

複数のボルト３６が挿通孔３４を通じてねじ孔３５にねじ込まれている。このねじ込みにより、ベース部３０が水中モータ３の駆動軸１５およびインペラ４に対し同軸となるようにケーシング本体７の底壁７ｂに固定されている。

三本のブレード部３１は、ベース部３０から前記インペラ４の羽根１８で囲まれた領域に向けて突出されている。第１の実施形態によると、ブレード部３１は、ベース部３０の周方向に１２０°の間隔を存して配列されているとともに、インペラ４の回転方向に沿うように螺旋状に形成されている。

具体的には、ブレード部３１は、ベース部３０に対し個々に１２０°の巻き角で立ち上がるように傾斜されている。ベース部３０に対するブレード部３１の傾斜角度βは、１５°〜４５°の範囲内とすることが望ましいが、この限りではない。加えて、ベース部３０に対する立ち上がり部３０の立ち上がり高さＨは、羽根１８の吸込側端部２３の幅Ｗ１に対応するように設定されている。

さらに、図４に示すように、ブレード部３１の外周面は、羽根１８の第１の切断部２５が描く回転軌跡に沿うように円弧状に湾曲されている。このため、羽根１８の第１の切断部２５とブレード部３１の外周面との間に、例えば０．１〜０．２ｍｍの微小な隙間Ｇ１が確保されている。隙間Ｇ１は、羽根１８の吸込側端部２３から吐出側端部２４に向けて連続的に拡張されている。羽根１８の凹部２６は、隙間Ｇ１に開放されている。

図５および図６に示すように、各ブレード部３１は、巻き始め端３１ａおよび巻き終わり端３１ｂを有している。巻き始め端３１ａは、ベース部３０の上に位置されている。巻き終わり端３１ｂは、ブレード部３１の立ち上がり端に位置されているとともに、巻き始め端３１ａによりもベース部３０の周方向に１２０°ずれている。第１の実施形態では、個々のブレード部３１の巻き始め端３１ａの上方に隣り合うブレード部３１の巻き終わり端３１ｂが位置されている。

さらに、図２に最もよく示されるように、三本のブレード部３１のうちの一つは、うず形室９の内部でケーシング本体７の舌部９ｂと向かい合っている。

端板３２は、ベース部３０と略同じ大きさを有する円盤であり、ブレード部３１の巻き終わり端３１ｂに連結されている。言い換えると、端板３２は、ベース部３０から螺旋状に立ち上げられたブレード部３１の巻き終わり端３１ｂを一体的に結合するように構成された要素であって、ベース部３０に対し同軸状に配置されている。したがって、ブレード部３１は、ベース部３０と端板３２との間に介在されているとともに、ベース部３０および端板３２により両端支持の状態に保たれている。

図１に示すように、端板３２は、羽根１８の間でシュラウド１７と向かい合うようにシュラウド１７の外周部２２で同軸状に取り囲まれている。第１の実施形態では、端板３２とシュラウド１７との間に例えば１ｍｍ程度の隙間Ｇ２が確保されている。それとともに、端板３２は、インペラ４と駆動軸１５との連結部分となる固定ナット２１をケーシング本体７の流入口１２の方向から覆い隠している。羽根１８の間に露出された端板３２の表面３２ａは、凹凸の無いフラットな面となっている。

図５および図６に示すように、ベース部３０の上縁３０ａ、ブレード部３１の上縁３１ｃおよび端板３２の外周部の下縁３２ｂは、互いに協働して三つの吸込口３８を規定している。吸込口３８は、汚水および汚水中に含まれた固形物が通過する通路の一例である。吸込口３８は、ブレード部３１で互いに区画されてベース部３０の周方向に並んでいる。

さらに、吸込口３８は、ブレード部３１の上縁３１ａの傾斜に伴ってインペラ４の回転方向に沿って先細りとなる開口形状を有している。第１の実施形態によると、吸込口３８は、例えば直径２０ｍｍの球形固形物Ｓの通過を許容し得る異物通過径Ｌを有している。

図７および図８に示すように、ブレード部３１の上縁３１ｃは、羽根１８の第１の切断部２５に対し鋭角に傾斜された第２の切断部３９を構成している。第２の切断部３９は、尖鋭なエッジ部と言い換えることができる。

カッター５の耐摩耗性、耐久性を高めるために、少なくともブレード部３１の外周面に例えばセラミックコーティングあるいはダイヤモンドライクコーティングを施してもよい。

このような構成の水中ポンプ１において、インペラ４は、水中モータ３の駆動軸１５からトルクを受けることで回転する。インペラ４の回転に伴い、汚水槽に蓄えられた汚水および固形物がポンプケーシング２の流入口１２およびカッター５のベース部３０からインペラ４の中心部に流れ込む。インペラ４の中心部に流れ込んだ汚水は、カッター５の吸込口３８を通過して羽根１８の間に流入するとともに、インペラ４の外周部からうず形室９に吐き出される。

一方、汚水中に含まれた固形物は、汚水の流れに乗じてインペラ４の中心部からカッター５の吸込口３８に吸い込まれる。この際、図７および図８に矢印で示すように、インペラ４の二枚の羽根１８は、静止したカッター５の吸込口３８の周囲で一方向に回転するので、各羽根１８の第１の切断部２５がカッター５の第２の切断部３９に対し鋭角に交差された状態を保ちつつ、第２の切断部３９に沿って移動する。

すなわち、インペラ４の回転方向に移動する羽根１８の第１の切断部２５が静止したカッター５の吸込口３８の上を横切る。これにより、カッター５のブレード部３１の傾斜に基づいて吸込口３８の開口形状が次第に小さくなり、吸込口３８に入り込んだ固形物が、第１の切断部２５と第２の切断部３９との間で挟み込まれて切断される。

さらに、カッター５のブレード部３１は、インペラ４の回転方向に間隔を存して並んでいるので、一つの吸込口３８に吸い込まれた固形物に最初の切断力が作用した後に、固形物が羽根１８の第１の切断部２５に残存していても、当該第１の切断部２５が隣り合うブレード部３１の第２の切断部３９と交差した時点で残存した固形物に再度切断力が作用する。

加えて、インペラ４は二枚の羽根１８を有するので、一つの吸込口３８に吸い込まれた固形物に一方の羽根１８を介して最初の切断力が作用した後に、固形物がブレード部３１に残存していても、当該ブレード部３１に他方の羽根１８の第１の切断部２５が到達した時点で残存した固形物に再度切断力が作用する。

この結果、移動する第１の切断部２５と静止した第２の切断部３９との間で固形物が細断されるとともに、細断された固形物が汚水と共にインペラ４の外周部からうず形室９に吐出される。うず形室９に吐出された固形物を含む汚水は、ポンプケーシング２の吐出口１３から吐出配管を介して汚水槽の外へ排出される。

第１の実施形態によれば、インペラ４が１回転する間にカッター５の吸込口３８に入り込んだ固形物に繰り返し切断力が作用することになる。これにより、インペラ４の羽根１８の間を通過しようとする固形物を余すことなく切断することができ、固形物を切断する性能を高めることができる。

しかも、インペラ４が回転した時に、第１の切断部２５と第２の切断部３９とが鋭角に交差されて、固形物が入り込んだ吸込口３８の開口形状が次第に狭くなるので、第１の切断部２５と第２の切断部３９との間で固形物を逃がすことなく切断することができる。このため、羽根１８の内周面１８ｂとカッター５のブレード部３１との間に固形物が入り込んだり、噛み込まれるのを回避することができ、固形物を切断する際にインペラ４に加わる負荷を軽減することができる。

したがって、インペラ４にトルクを付与する水中モータ３として、例えば三相２００Ｖ２極又は４極モータと比較して始動トルクおよび停動トルクが小さいコンデンサ始動式の単相２極モータを採用することができる。

この結果、固形物を切断する性能を高めつつ、需要が多い単相１００Ｖを電源とする２極モータでインペラ４を円滑に回転させることができ、小型で軽量なカッター付き水中ポンプ１を得ることができる。

なお、水中モータ３は、コンデンサ始動式の単相２極モータに限らず、周知の三相２００Ｖ２極又は４極モータを用いても何ら差し支えない。

第１の実施形態では、インペラ４の二枚の羽根１８は、その第１の切断部２５がインペラ４の周方向に１８０°の間隔を存して配置され、カッター５の三本のブレード部３１は、ベース部３０の周方向に１２０°の間隔を存して配列されている。これにより、例えば一つの羽根１８の第１の切断部２５が一つのブレード部３１の巻き始め端３１ａに達した時に、他方の羽根１８の第１の切断部２５を他のブレード部１８の巻き始め端３１ａと巻き終わり端３１ｂとの間の中間部に位置させることができる。

言い換えると、一つの羽根１８の第１の切断部２５が固形物の切断を開始する直前の時点では、他方の羽根１８の第１の切断部２５は、既に固形物の切断を終了する段階にある。このため、二枚の羽根１８が同時に固形物を切断することはなく、インペラ４の駆動源となる水中モータ３に過大な負荷が加わるのを防止できる。

さらに、ベース部３０から螺旋状に立ち上がる三本のブレード部３１は、その突出端に位置された巻き終わり端３１ｂが端板３２を介して一体的に結合されている。この構成によれば、ブレード部３１が両端支持の形態となり、ブレード部３１の強度を十分に確保しつつブレード部３１の幅を狭めることができる。

この結果、隣り合うブレード部３１の間隔を広げて、カッター５の吸込口３８を例えば直径２０ｍｍの球形固形物Ｓが通過できるような大きさに設定できる。よって、カッター付き水中ポンプ１に要求される異物通過性能を向上させることができる。

加えて、カッター５の端板３２は、インペラ４のシュラウド１７と向かい合って水中モータ３の駆動軸１５にシュラウド１７を結合する固定ナット２１を覆い隠している。これにより、流入口１２からインペラ４の中心部に吸い込まれた固形物は、フラットな端板３２の表面３２ａに沿うようにしてカッター５の吸込口３８に導かれることになる。

したがって、負圧が大きくなるシュラウド１７の中心部に固定ナット２１が位置するにも拘らず、汚水中の固形物が固定ナット２１に絡み付くのを防止でき、固形物によるインペラ４の詰まりを回避することができる。

第１の実施形態によると、二枚の羽根１８が形成されたシュラウド１７の外周部２２は、その内周縁２７ａから外周縁２７ｂに向けてケーシング本体７の底壁７ｂに近づくように傾斜されている。この外周部２２の傾斜により、羽根１８の吸込側端部２３の幅Ｗ１が羽根１８の吐出側端部２４の幅Ｗ２よりも大きくなり、羽根１８の吸込側端部２３にインペラ４の中心部に吸い込まれた固形物の通過を許容する十分な空間を確保することができる。

加えて、シュラウド１７の外周部２２を傾斜させたことで、羽根１８とケーシング本体７の底壁７ｂとの間の流路がインペラ４の吐出端に向けて絞られた形状となる。これにより、インペラ４から吐出される汚水の量を減少させて、ポンプ運転時における水中モータ３に加わる負荷（最大トルク）が水中モータ３の定格最大トルクを超えないように制御することが可能となる。

この結果、過負荷運転による水中モータ３の焼損等を未然に防止することができ、水中ポンプ１の性能が安定する。

第１の実施形態によると、羽根１８の内周面１８ｂに第１の切断部２５と隣り合う凹部２６が形成されている。これにより、羽根１８の第１の切断部２５がカッター５のブレード部３１の外周面に沿って移動する時に、凹部２６がブレード部３１の外周面と向かい合う。そのため、カッター５の吸込口３８に導入された固形物を第１の切断部２５と第２の切断部３９との間で切断する時に、例えば固形物の一部が羽根１８の内周面１８ｂとブレード部３１の外周面との間に引き込まれたとしても、引き込まれた固形物が凹部２６内に逃げる。

言い換えると、凹部２６の存在により、羽根１８の内周面１８ｂとブレード部３１の外周面との間の隙間Ｇ１が第１の切断部２５の直後で一時的に拡張される。この結果、固形物が羽根１８の第１の切断部２５とブレード部３１との間に噛み込まれ難くなり、固形物の詰まりに起因するインペラ４の拘束を未然に防止することができる。

さらに、固形物の切断に寄与しない羽根１８の内周面１８ｂが窪んでいるので、羽根１８から無駄な肉厚が排除され、インペラ４の軽量化が可能となる。それとともに、羽根１８の第１の切断部２５の直後で羽根１８とブレード部３１との間の隙間Ｇ１が一時的に広がるので、例えば水中モータ３の駆動軸１５が径方向に振れ動いたとしても、羽根１８の第１の切断部２５とカッター５のブレード部３１との干渉を回避することができる。

よって、静止したカッター５の側から回転するインペラ４に抵抗が付与されるのを防止でき、インペラ４の回転に必要なトルクの増大を回避することができる。

第１の実施形態に係る水中ポンプ１によると、流入口１２からインペラ４の中心部に汚水が流入した時に、うず形室９のうちケーシング本体７の巻き始め部９ａに近い舌部９ｂに対応した位置で汚水の流れが最も強くなる。この結果、汚水中に含まれた固形物が舌部９ｂに向かって巻き込まれる傾向にあり、舌部９ｂと向かい合う位置にあるブレード部３１が摩耗し易くなる。

そこで、第１の実施形態では、カッター５のフランジ３３をケーシング本体７に固定しているボルト３６を緩めることで、カッター５をケーシング本体７の流入口１２から単独で取り出させるようにして、ブレード部３１の摩耗状況を容易に点検できる構成を採用している。

このため、水中ポンプ１の定期点検時に特定のブレード部３１に摩耗が見つかった場合、例えばカッター５のベース部３０を周方向に所定の角度だけ回転させてケーシング本体７に組み直すことにより、摩耗が見つかったブレード部３１とケーシング本体７の舌部６１との相対的な位置関係を吸込口１２の周方向に変更することができる。

よって、ブレード部３１の偏摩耗を防止することができ、カッター５の寿命が長くなる利点がある。

[第２の実施形態]
図９および図１０は、本発明の第２の実施形態を開示している。

第２の実施形態によると、カッター５は、二本のブレード部４１を有している。これ以外のカッター５の構成は、前記第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、前記第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

前記ブレード部４１は、カッター５のベース部３０の周方向に１８０°離れているとともに、ベース部３０から１８０°の巻き角で螺旋状に立ち上げられている。このため、一方のブレード部４１の巻き始め端４１ａおよび巻き終わり端４１ｂは、他方のブレード部４１の巻き始め端４１ａおよび巻き終わり端４１ｂに対しベース部３０の径方向に向かい合うような位置関係に保たれている。

さらに、第２の実施形態によると、例えばブレード部４１の立ち上がり高さＨを第１の実施形態のカッター５と同等とした場合、ベース部３０の周方向に沿うブレード部４１の円周長が第１の実施形態のカッター５のブレード部３１よりも長くなる。それとともに、ブレード部４１の傾斜角度βが第１の実施形態のカッター５のブレード部３１よりも小さくなる。よって、第１の実施形態よりも直径Ｌが大きな球形固形物Ｓの通過を許容する吸込口３８を得ることができる。

[第３の実施形態]
図１１は、本発明の第３の実施形態を開示している。

第３の実施形態によると、カッター５は、四本のブレード部５１を有している。これ以外のカッター５の構成は、前記第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、前記第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

前記ブレード部５１は、カッター５のベース部３０の周方向に９０°離れているとともに、ベース部３０から例えば９０°の巻き角で螺旋状に立ち上げられている。このため、各ブレード部５１の巻き始め端５１ａは、隣り合うブレード部５１の巻き終わり端５１ｂの下方に位置されている。

さらに、第３の実施形態によると、例えばブレード部５１の立ち上がり高さＨを第１の実施形態のカッター５のブレード部３１と同等とした場合、ベース部３０の周方向に沿うブレード部５１の円周長が第１の実施形態のカッター５のブレード部３１よりも短くなる。それとともに、ブレード部５１の傾斜角度βが第１の実施形態のカッター５のブレード部３１よりも大きくなる。

この構成によると、吸込口３８を通過できる球形固形物Ｓの直径Ｌが第１の実施形態よりも小さくなる可能性があるが、端板３２が四本のブレード部５１で支持されることによりカッター５の剛性が向上する。このため、ブレード部５１の幅を細くして前記直径Ｌの減少を抑制することができる。

それとともに、インペラ４の１回転当たりの切断回数を増やして固形物をより一層余すことなく切断することができ、固形物を切断する性能を高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］固形物を含む液体が流れ込む流入口を有するポンプケーシングと、
モータの駆動軸に連結され、複数の羽根で囲まれた中心部から前記液体を吸い込んで外周部から吐き出すインペラと、
前記ポンプケーシングに固定されたカッターと、を具備し、
前記インペラの前記羽根は、前記インペラの外周部で前記インペラの回転方向に沿うように円弧状に湾曲されているとともに、前記インペラの回転方向に沿う前記羽根の一端に尖鋭な第１の切断部が形成され、
前記カッターは、前記ポンプケーシングの前記流入口から前記インペラの前記羽根で囲まれた領域に突出されるとともに前記羽根から離れた少なくとも一つのブレード部を有し、当該ブレード部の縁に前記羽根の前記第１の切断部に対し傾斜された第２の切断部が形成され、
前記第１の切断部および前記第２の切断部は、前記インペラが回転した時に前記インペラの前記外周部から吐き出される前記液体に含まれる前記固形物を挟み込んで切断するように構成された水中ポンプ。
［２］［１］の記載において、前記カッターの前記ブレード部が螺旋状に形成された水中ポンプ。
［３］［２］の記載において、前記カッターは、前記流入口と向かい合う端板を有し、前記ブレード部の突出端部が前記端板に連結された水中ポンプ。
［４］［３］の記載において、前記端板と前記ブレード部との間に、前記固形物の通過を許容するとともに前記第２の切断部が臨む吸込口が形成され、当該吸込口は、前記インペラの回転方向に沿って先細りとなる開口形状を有する水中ポンプ。
［５］［３］又は［４］の記載において、前記カッターの前記端板は、前記ポンプケーシング内で前記インペラと前記駆動軸との連結部分を覆うように構成された水中ポンプ。
［６］［１］ないし［５］のいずれか一項の記載において、前記インペラは、前記駆動軸が同軸状に連結された円盤状のシュラウドを有し、前記羽根は、前記シュラウドの外周部から前記ポンプケーシングの前記流入口に向けて突出され、前記シュラウドの前記外周部は、前記羽根の吐出側端部が位置された外周縁と、前記羽根の吸込側端部が位置された内周縁と、を含むとともに、前記外周縁が前記内周縁よりも前記流入口が開口された前記ポンプケーシングの内面に向けて突出するように前記シュラウドの前記外周部が傾斜された水中ポンプ。
［７］［６］の記載において、前記羽根の前記吸込側端部の幅は、前記カッターの前記ブレード部の突出高さに対応するように前記羽根の前記吐出側端部の幅よりも大きく設定された水中ポンプ。
［８］［１］ないし［７］のいずれか一項の記載において、前記インペラの前記羽根は、前記カッターの前記ブレード部と向かい合う円弧状に湾曲された内周面を有し、当該内周面のうち前記第１の切断部と隣り合う箇所に凹部が形成された水中ポンプ。
［９］複数の羽根で囲まれた中心部から固形物を含む液体を吸い込んで前記羽根の吐出側端部からポンプケーシング内に吐き出すとともに、前記羽根の吸込側端部に刃が形成されたセミオープンインペラと、
前記ポンプケーシングに固定され、前記セミオープンインペラの前記羽根で囲まれるとともに、前記セミオープンインペラが回転した時に前記刃との間で前記固形物を挟み込んで切断するブレード部を有するカッターと、
を具備した水中ポンプ。
［１０］固形物を含む流体が通過する吸込口を有するとともに、当該吸込口に臨むブレード部が形成された固定部材と、
前記固定部材の周囲で回転する複数の羽根を有し、当該羽根の回転方向に沿う一端に前記固定部材の前記ブレード部と協働して前記固形物を切断する刃が形成されたインペラと、
を具備した水中ポンプ。

１…水中ポンプ、２…ポンプケーシング、３…モータ（水中モータ）、４…インペラ、５…カッター、１２…流入口、１５…駆動軸、１８…羽根、２５…第１の切断部、３１，４１，５１…ブレード部、３９…第２の切断部。

Claims

固形物を含む液体が流れ込む流入口を有するポンプケーシングと、
モータの駆動軸に連結され、複数の羽根で囲まれた中心部から前記液体を吸い込んで外周部から吐き出すインペラと、
前記ポンプケーシングに固定されたカッターと、を具備し、
前記インペラの前記羽根は、前記インペラの外周部で前記インペラの回転方向に沿うように円弧状に湾曲されているとともに、前記インペラの回転方向に沿う前記羽根の一端に尖鋭な第１の切断部が形成され、
前記カッターは、前記ポンプケーシングの前記流入口から前記インペラの前記羽根で囲まれた領域に突出されるとともに前記羽根から離れた少なくとも一つのブレード部を有し、当該ブレード部の縁に前記羽根の前記第１の切断部に対し傾斜された第２の切断部が形成され、
前記第１の切断部および前記第２の切断部は、前記インペラが回転した時に前記インペラの前記外周部から吐き出される前記液体に含まれる前記固形物を挟み込んで切断するように構成され、
前記インペラは、前記駆動軸が同軸状に連結された円盤状のシュラウドを有し、前記羽根は、前記シュラウドの外周部から前記ポンプケーシングの前記流入口に向けて突出され、前記シュラウドの前記外周部は、前記羽根の吐出側端部が位置された外周縁と、前記羽根の吸込側端部が位置された内周縁と、を含むとともに、前記外周縁が前記内周縁よりも前記流入口が開口された前記ポンプケーシングの内面に向けて突出するように前記シュラウドの前記外周部が傾斜された水中ポンプ。
請求項１の記載において、前記カッターの前記ブレード部が螺旋状に形成された水中ポンプ。
請求項２の記載において、前記カッターは、前記流入口と向かい合う端板を有し、前記ブレード部の突出端部が前記端板に連結された水中ポンプ。
請求項３の記載において、前記端板と前記ブレード部との間に、前記固形物の通過を許容するとともに前記第２の切断部が臨む吸込口が形成され、当該吸込口は、前記インペラの回転方向に沿って先細りとなる開口形状を有する水中ポンプ。
請求項３又は請求項４の記載において、前記カッターの前記端板は、前記ポンプケーシング内で前記インペラと前記駆動軸との連結部分を覆うように構成された水中ポンプ。
請求項１の記載において、前記羽根の前記吸込側端部の幅は、前記カッターの前記ブレード部の突出高さに対応するように前記羽根の前記吐出側端部の幅よりも大きく設定された水中ポンプ。
請求項１ないし請求項６のいずれか一項の記載において、前記インペラの前記羽根は、前記カッターの前記ブレード部と向かい合う円弧状に湾曲された内周面を有し、当該内周面のうち前記第１の切断部と隣り合う箇所に凹部が形成された水中ポンプ。