JP6421105B2

JP6421105B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP6421105B2
Application number: JP2015190634A
Authority: JP
Inventors: 孝弘小林; 田辺　正敏; 正敏田辺; 野村　哲也; 哲也野村
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: CN106555759A; JP2017066911A

Description

本発明はポンプ装置に関するものである。

従来の渦流れ形ポンプ装置として特許文献１に示すものがある。特許文献１の段落（００１６）では、「水通路１３の一部を吸い込み側１４と吐き出し側１５に分ける隔壁部５２と、水通路１３より小径のライナー面５１とを有する、耐食性材料である青銅製のインナーリング５０が複数個のタッピングねじ１６で合成樹脂製ケーシング７０に固着されている。」と説明されており、また段落（００１９）では、「隔壁部５２の両側では大きな圧力差が生じるため、ライナー面５１を設けて摩擦力を得て損失を防いでいる。つまり、羽根車５とライナー面５１の隙間が大きければ効率が大幅に落ちることになるし、摩擦力を得るためにそれなりの面積も必要となることから、樹脂面そのままでは、樹脂特有のひけ等によって、効率が大幅に落ちるからである。本発明の実施例では、固定物である合成樹脂製ケーシング７０と回転物である羽根車５との間に、青銅製のインナーリング５０を設けることによって、これらを防止している。」という効果を得ることができると記載されている。

特開２０１２−８７６５７号公報

ここで、渦流れ形ポンプ装置は、円周上に多数の短い扇形の溝をもった円板状の羽根車を回すと、羽根車の溝と合成樹脂ケーシングの水通路で渦が発生し、運動エネルギーを増しながらほぼ一回転して高圧となる。

特許文献１では、インナーリングを高剛性材料である青銅製としているため、上述の運動エネルギーが青銅製のインナーリングの隔壁部やライナー面に衝突することで振動が発生し、騒音原因となる場合がある。

運動エネルギーは圧力に比例して増すため、さらに圧力がポンプ停止の圧力付近まで高くなると、金属性の音がより顕著となる。
また、渇水時等にポンプを駆動すると井戸底の砂等の異物を巻き上げやすくなるが、砂等の異物が衝突することで、ポンプヘッド内及び水が流れる通路の構成素材が摩耗しやすくなる。

そこで本発明は、耐久性に優れ、かつ低騒音のポンプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、電動機の駆動によって水を吸込み吐き出すポンプ動作を行うポンプ装置において、前記水が接する接水面が弾力性を有する材料で構成されている。

本発明によると、耐久性に優れかつ、低騒音のポンプ装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係わるポンプ装置の縦断面図である。本発明の実施形態に係わるポンプヘッド部の斜視図である。本発明の実施形態に係わる合成樹脂製ケーシングに合成ゴム製インナーリングを固着した斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面に沿って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わるポンプ装置の縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係わるポンプヘッド部の斜視分解図である。図３は、本発明の実施形態に係わる合成樹脂製ケーシングに合成ゴム製ライナーを固着した斜視図である。

本実施形態のポンプ装置１００は、渦流れ形ポンプであって、電動機１と、ケーシングカバー３と、羽根車５と、逆止弁９と、分離室１０と、パッキング１１と、溝１２と、タッピングねじ１７、１８と、隔離部５３と、ケーシング７０と、を有する。

本実施形態のポンプ装置１００では、電動機１の回転軸２が、ケーシング７０を貫通し軸封装置４を介して、周辺に多数の溝１２（羽根）を持つ円板状の羽根車５が固着される。軸封装置４は円筒形状を有し、回転軸２の外周とケーシング７０の貫通孔の間に挿入され、軸封装置４は回転軸２に対してもケーシング７０の貫通孔に対しても相対的に摺動可能である。多数の溝１２と同心円になるようにケーシング７０の内側には円環状の水通路１３が形成される。ライナー５０は、水通路１３の一部を吸い込み側１４と吐き出し側１５に分ける隔壁体５３と、水通路１３より小径のライナー面５２と一体に有する。なお、隔壁体５３とライナー面５３が別体であってもよい。
ライナー５０は、弾力性を有するゴム製である。ライナー５０は、樹脂製のケーシング７０に固着されている。なお、ライナー５０は、その形状から一般的にインナーリングと称することがある。また、図２，３においてライナー５０はＯ形状部（リング形状）を有しているが、これに限定されず、Ｃ形状等の円弧形状であってもよい。

図３に本発明の実施形態のケーシング７０にライナー５０を固着した図を示す。
ケーシングカバー３は、羽根車５を覆う。羽根車５に対しほぼ対称となるように水通路１３、隔壁体５３、ライナー面５２を有したライナー５０が設けられる。ライナー５０は、ケーシングカバー３とケーシング７０の間で、ケーシングカバー３にＯリング７を付けてタッピングねじ１７でケーシングカバー３を締め付けることでケーシング７０に固着される。これによって、ポンプヘッド部が構成されている。Ｏリング７は、ケーシング７０の水通路１３の外周とケーシングカバー３の水通路の外周との間に挿入される。

ライナー５０のケーシング７０への固着は、インサート成形または２重成形により形成するとよい。インサート成形とすることで高精度のライナー面５２を形成可能という効果を奏する。また、２重成形とすることで、合成樹脂に対する高い融着性、加工レスで高精度のライナー面５２を形成可能という効果を奏する。
隔壁体５３で分けられた吸い込み側１４、つまり羽根車５の上流側には逆流を防止する逆止弁９が設けられている。隔壁体５３で分けられた吐き出し側１５、つまり、羽根車５の下流側には、自給作用を促進する分離室１０を兼ねた水通路が構成されて、パッキング１１を介してケーシング７０にタッピングねじ１８で固着され、蛇口等へとつながるものである。

揚水される水は、電動機１の回転軸２の回転により、羽根車５が回転すると、羽根車５の溝１２とケーシング７０の水通路１３で渦が発生し、運動エネルギーを増しながらほぼ一回転して高圧となり、隔壁体５３にて切り分けられて、分離室１０へと誘導されていくものである。隔壁体５３の両側では大きな圧力差が生じるため、ライナー面５２を設けて摩擦力を得ることで損失を防いでいる。

しかしながら前述のとおり従来例では、ライナー５０を高剛性材料の青銅製で形成しているため、羽根車５の回転により多数の溝１２から発生する渦の運動エネルギーが、ライナー面５２や隔壁体５３に衝突し、振動エネルギーへと変換されケーシング７０やケーシングカバー３へ伝搬し、騒音原因となる場合がある。

さらに圧力がポンプ停止圧力付近まで高くなると、運動エネルギーが圧力に比例して増すため、金属性の音がより顕著となる。また、渇水時等にポンプを駆動すると井戸底の砂等の異物を巻き上げやすくなるが、砂等の異物が当たることで、ポンプヘッド内及び水が流れる通路の構成素材が摩耗しやすくなる。

そこで本発明の実施形態では、ライナー５０を、弾力性を有する材料（一例として合成ゴム）で少なくともその表面を構成している。弾力性を有する材料で水が接する表面（接水面）を構成することにより、渦の運動エネルギーによってライナー５０のライナー面５２や隔壁体５３に生じる振動エネルギーを減衰させることができる。振動エネルギーを減衰させ、ケーシング７０への振動を低減することで音を抑制し、低騒音とすることができる。

さらに弾力性を有する材料で表面を形成した隔壁体５３の吐き出し側側面５３ａをケーシング７０の一部であるライナー用ガイド７１で覆わずに露出させ、表面を接水面とすることで、矢印Ｘで示す渦流れの衝突により発生する振動エネルギーの減衰効果を更に向上させることができる。

なお、隔壁体５３とライナー面５２の少なくとも一方の一部を、弾力性を有する材料で構成して、ライナー５０を合成樹脂製のケーシング７０に固着しているが、これに限らず、金属製のケーシング７０にライナー５０を設ける構成であってもよい。少なくとも水が接する部分に弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）を配置することで、砂等の異物の衝撃エネルギーを吸収して摩耗量を低減でき、給水時の圧力低下を抑えることができる。

ポンプの性能低下の主要因であるポンプヘッド部の摩耗に対しても優位性がある。従来例の青銅製インナーリングでは、砂等の異物が混入した場合、ライナー面や隔壁体の表面が硬質であるため傷が付きやすく長期使用により摩耗が進み性能低下に至る恐れがある。

一方、本発明の実施形態では、ライナー５０の表面が弾力性を有しているため、ある程度の変形が許容され異物を噛み込んだ際にも傷付きが少なく摩耗による性能低下を抑制することができる。つまり、ライナー５０の接水面を、弾力性を有する材料であるゴムで構成することで、耐久性に優れたものとすることができる。換言すると、砂等の異物の衝撃エネルギーを、ライナー５０の接水面が吸収して摩耗量を低減するため、給水時の圧力低下を抑えることができる。

ライナー５０は材質、硬度ともにポンプ性能に大きな影響を与える。
材質に関しては、弾力性を有するものが好適である。但し、吸水性のスポンジ等ではライナー面５２や隔壁体５３からの内部漏水により高圧を保持することができないという恐れがある。
硬度に関しては、軟質すぎると高圧時にライナー面５２が変形し羽根車５との間隙が大きくなり摩擦力を保持できず、逆に硬質すぎると振動エネルギーの減衰が不十分となり騒音低減にならない。

よって、ライナー５０は、吸水性が低くスキン層を有したものが望ましい。例えば、硬度を合成ゴム製においては３０度〜９０度、熱可塑性エラストマー製においては４０度〜９０度の範囲となる弾力性を有する材料を用いることで、性能、低騒音化共に確保することができる。更に好ましくは、硬度を５０〜７０度とすることで、吸水時のライナー面５２の変形量を抑えて、かつ摩耗を抑制する程度の硬さのライナー５０を得ることができる。

上記のように、ライナー５０は、隔壁体５３とライナー面５２を一体とし弾力性を有する材料で形成する構成に限らず、隔壁体５３とライナー面５２を備えるライナー体とを別体として、そのいずれかを弾力性を有する材料で構成すれば、青銅製のライナーよりも騒音低減の効果を得られる。

本発明の実施形態においては、ライナー５０の材質は上記を満足するため合成ゴムを選択しているが、同様の性質を有する熱可塑性エラストマーを用いてもよい。各々以下の点に優れる。

ライナー５０を合成ゴム製としたものであれば、耐加水分解性能に優れ、圧縮永久歪が少ないインナーリングとなる。

ライナー５０を熱可塑性エラストマー製としたものであれば、２重成形とすることで、合成樹脂に対する高い融着性、加工レスで高精度のライナー面５２を形成可能となる。

さらに本実施形態によると、ポンプヘッドに金属部品を用いないことで、原材料費や加工費を抑制することができ、より安価に製造することができ、廃棄する場合にも分別が不要となる。つまり、ライナー５０を、弾力性を有する材料である合成ゴムまたは熱可塑性エラストマーで構成しているため、青銅製のライナーに比べ、安価に製造することができる。

尚、ケーシング７０を、弾力性を有する材料で構成することにより、更に、安価、耐久性、低騒音の効果は向上する。

尚、本実施形態においては、ライナー５０を、弾力性を有する材料としているが、他の構成部に弾力性を有する材料を適用することができる。
例えば、電動機の駆動によって水を吸込み吐き出すポンプ動作を行うポンプ装置において、水が接する接水面が弾力性を有する材料で構成する。これにより、砂等の異物が接水面に衝突しても摩耗の進行が抑制されるので、吸水能力の低下を抑制することができる。
また、砂等の異物が衝突して摩耗が進行することにより、性能低下や騒音増加に影響を及ぼす部位、即ちケーシング７０、水通路１３、羽根車５、溝１２、ケーシングカバー３のライナー面の少なくとも接水面を、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）で構成することにより、安価で耐久性に優れかつ、低騒音の効果を奏する。
また、ポンプヘッド部（ケーシング７０）の下流に接続して水が流通する配管１０１の内面に、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）を適用する。これにより、配管１０１内面に砂等の異物が衝突しても摩耗の進行が抑制されるので、配管１０１内面の表面が粗くなることによる通水抵抗の増大を抑制できる。
また、流量センサ（図示せず）として、ポンプヘッド部から吐出された液体が流れる配管１０１にカルマン渦式超音波流量センサを設置する場合、配管１０１内に突形状の渦発生柱（図示せず）を配置する。そして、水の流れは渦発生柱を通過することでカルマン渦が発生するため、超音波センサにより位相差を検出する。この構成の場合、配管１０１内に配置される渦発生柱の少なくとも表面を、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）で構成する。これにより、渦発生柱に砂等の異物が衝突しても摩耗の進行が抑制されるので、センサ検知精度の低下を抑制できる。
また、ポンプ装置１００の上流及び下流にそれぞれ接続して水が流通する水配管（図示せず）の内面に、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）を適用する。これにより、水配管内面に砂等の異物が衝突しても摩耗の進行が抑制されるので、水配管内面の表面が粗くなることによる通水抵抗の増大を抑制できる。なお、水配管の少なくとも曲がり部内面に、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）を適用することで、砂等の異物が衝突による影響が大きい部分の摩耗を抑制できる。
また、吸水時の圧力が高くなるケーシング７０内面に、弾力性を有する材料（一例として熱可塑性エラストマー）を用いることで、安価、耐久性、低騒音の効果が向上する。さらに、砂等の異物が衝突しても摩耗が抑制されるので、吸水圧力の低下を抑制できる。
なお、弾力性を有する材料の熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、ウレタン系、アミド系、オレフィン系、塩ビ系等、各種の材料を適用することができる。

１電動機
２回転軸
３ケーシングカバー
４軸封装置
５羽根車
７Ｏリング
９逆止弁
１０分離室
１１パッキング
１２溝
１３水通路
１４吸い込み側
１５吐き出し側
１７、１８タッピングねじ
５０ライナー
５２ライナー面
５３隔壁体
５３ａ吐き出し側側面
７０ケーシング
７１インナーリング用ガイド
１００ポンプ装置

Claims

電動機と、
水通路が形成されるケーシングと、
前記電動機によって回転する羽根車と、
前記羽根車と対向するライナーと、を備え、
前記ライナーのうち、少なくとも、前記羽根車と前記羽根車の回転軸方向に対向するライナー面が、硬度を４０度〜９０度の範囲となる弾力性を有する材料で構成されており、
前記弾力性を有する材料はゴム又は熱可塑性エラストマーであることを特徴とする渦流れポンプ装置。