JP6448343B2 - ポンプケーシング及びポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材料により形成されるポンプケーシング及びポンプケーシングを用いたポンプ装置に関する。

現在、液体を圧送する手段として、モータによりポンプが駆動されるポンプ装置が知られている。このようなポンプ装置は、ポンプ室を有するポンプケーシング内に羽根車を収容する。ポンプ装置は、羽根車をモータにより駆動することで、ポンプ室内で羽根車が回転し、ポンプ室内に吸い込んだ液体を増圧して二次側に吐出する。

ポンプケーシング内のポンプ室は、羽根車で増圧された液体が二次側へ流れるときに、効率のよい流れを生じさせる形状に流路が形成される。このような形状を得るために、ポンプケーシング内に羽根車を配置するためのポンプケーシングに設けられた開口よりもポンプ室の内部形状が大きい、所謂アンダーカット部を有する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このようなポンプケーシングは、重量の低減や耐食性を目的として、樹脂材料で成形する技術も知られている。

このようなアンダーカット部があるポンプケーシングを樹脂材料で形成する場合には、ポンプケーシングの軸心方向に２つに分割された部材を溶着することで、ポンプケーシングが一体に組み立てられる。

また、このようなポンプケーシングは、モータをボルト等の締結部材により固定するための雌ねじ部を備えている。この雌ねじ部は、ポンプ装置のメンテナンスにおいてポンプケーシングからモータを繰り返し着脱するために、ポンプケーシングに直接タップを切らずにポンプケーシングを構成する一方の部材に袋ナットをインサートすることで構成される。

特許第３６６１８２０号公報

上述したポンプケーシングは、金型を用いた射出成形等により形成される。このため、袋ナット等をインサートする場合には、金型の一部に袋ナットを螺合させて配置し、樹脂成形を行う必要がある。また、樹脂成形後、当該金型の一部を袋ナットから螺脱させることで、成形したポンプケーシングを構成する一方の部材を金型から離型させる必要がある。また、樹脂成形によりポンプケーシングを構成する部材を成形することから、雌ねじ部に溶融した樹脂材料が浸入することを防止するために、一方が閉塞する袋ナットを用いる必要がある。このため、ポンプケーシングの製造工程及び製造コストが増加する、という問題があった。

そこで本発明は、製造工程及び製造コストを低減可能なポンプケーシング及びポンプ装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のポンプケーシング、ポンプケーシングの製造方法及びポンプ装置は次のように構成されている。

本発明の一態様として、ポンプケーシングは、羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材と、前記ポンプ室の他部を構成し、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材と、前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材と、前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に複数設けられ、前記被締結部材を配置する凹部と、を備え、前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂材料により成形され、前記第１部材は、前記ポンプ室の周囲を少なくとも囲う環状の係合部を有し、前記第２部材は、前記ポンプ室の他部の周囲を囲うとともに、前記係合部と係合する環状の被係合部を有し、前記締結部材はボルトであり、前記被締結部材はナットであり、前記第１部材は、前記ボルトを挿入する第１孔部を有し、前記凹部は、前記ナットの回転方向の移動を規制し、前記凹部に前記被締結部材が配置された前記第１部材及び前記第２部材は超音波溶着又は振動溶着により前記係合部及び前記被係合部を溶着することで一体に組み立てられる。

本発明の一態様として、ポンプ装置は、モータと、モータに回転軸を介して接続される羽根車と、樹脂材料により成形され、前記羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材、樹脂材料により成形され、前記ポンプ室の他部を構成するとともに、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材、前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材、並びに、前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に設けられ、前記被締結部材を配置する凹部を具備するポンプケーシングと、を備え、前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂材料により成形され、前記第１部材は、前記ポンプ室の周囲を少なくとも囲う環状の係合部を有し、前記第２部材は、前記ポンプ室の他部の周囲を囲うとともに、前記係合部と係合する環状の被係合部を有し、前記締結部材はボルトであり、前記被締結部材はナットであり、前記第１部材は、前記ボルトを挿入する第１孔部を有し、前記凹部は、前記ナットの回転方向の移動を規制し、前記凹部に前記被締結部材が配置された前記第１部材及び前記第２部材は超音波溶着又は振動溶着により前記係合部及び前記被係合部を溶着することで一体に組み立てられる。

本発明によれば、製造工程及び製造コストを低減可能なポンプケーシング及びポンプ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置の構成を模式的に示す断面図。 同ポンプ装置のポンプケーシングに用いられる第１部材の構成を示す断面図。 同第１部材の構成を示す上面図。 同ポンプケーシングに用いられる第２部材の構成を示す断面図。 同第２部材の構成を示す下面図。

以下、本発明の一実施形態に係るポンプ装置１を、図１乃至図５を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るポンプ装置１の構成を模式的に示す断面図、図２はポンプ装置１のポンプケーシング２３に用いられる第１部材の構成を示す断面図、図３は第１部材２５の構成を示すとともに、ポンプ装置１の設置範囲１００の概略を示す上面図、図４はポンプケーシング２３に用いられる第２部材２６の構成を示す断面図、図５は第２部材２６の構成を示す下面図である。

図１に示すように、ポンプ装置１は、モータ１１と、ポンプ１２と、を備えている。また、ポンプ装置１は、モータ１１及びポンプ１２の間にパッキンやメカニカルシール等のシール部材が設けられる。

このようなポンプ装置１は、例えば、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である。

モータ１１は、モータケーシングと、モータケーシング内に固定された固定子と、固定子により回転する回転子と、を備えている。モータ１１は、例えば永久磁石モータである。モータ１１のモータケーシングは、一方の端面がポンプ１２にボルト等の締結部材１３により固定される。

ポンプ１２は、回転軸２１と、回転軸２１に固定される羽根車２２と、羽根車２２を収納するポンプケーシング２３と、を備えている。

回転軸２１は、モータ１１の回転子と直接的又は間接的に接続され、回転子の回転に追従して回転可能に形成されている。回転軸２１は、例えば、モータケーシングにベアリング等の軸受を介して回転自在に軸支されている。

羽根車２２は、例えば、ポンプケーシング２３内に挿入可能に形成されている。羽根車２２は、ポンプケーシング２３内で回転することで、水を圧送可能に形成されている。羽根車２２は、例えば、一枚の円板状のシュラウドに羽根が複数設けられたセミオープンタイプのインペラである。

図１乃至図５に示すように、ポンプケーシング２３は、ポンプ装置１の設置状態で下方に形成された吸込口３１と、外周面の一部に形成された吐出口３２と、吸込口３１及び吐出口３２と接続されるポンプ室３３と、モータケーシングと対向する位置に設けられ、ポンプ室３３と連続する開口部３４と、を備えている。

ポンプケーシング２３は、開口部３４の周囲に設けられたモータ１１と当接する取付面３５を有している。ポンプケーシング２３は、取付面３５の一部に複数設けられた取付部３６を有している。ポンプケーシング２３は、その下面に、ポンプ装置１を設置させるための複数の脚部３７を備えている。

ポンプケーシング２３は、軸心方向に分割された２つの部材により一体に組み立てられることで構成される。具体的には、ポンプケーシング２３は、軸心方向でモータ１１側の第１部材２５と、ポンプ装置１の設置面側の第２部材２６と、を一体に組み立てることにより構成される。

吸込口３１は、ポンプ装置１の設置面から所定の間隙を有して配置される。吐出口３２は、例えば、ポンプ室３３の径方向の一部に流体的に接続される。吐出口３２は、開口端の軸心方向が上方に向いてポンプケーシング２３に設けられる。吐出口３２には配管が接続される。

ポンプ室３３は、羽根車２２を収納可能に形成されている。また、ポンプ室３３は、羽根車２２によって増圧された液体を吐出口３２に案内可能な、インボリュート形状の流路を形成可能な内周面を有している。ポンプ室３３の最大径となる部位は、開口部３４の内径よりも大径に形成されている。換言すると、ポンプ室３３の内部形状は、開口部３４よりも拡径する、所謂アンダーカット形状に形成されている。

開口部３４は、羽根車２２をポンプ室３３に挿入可能な内径を有している。取付面３５は、モータ１１のモータケーシングのフランジ面と当接可能に形成されている。

取付部３６は、ポンプケーシング２３に設けられた貫通孔４１と、当該貫通孔４１に設けられた被締結部材４２と、を備えている。取付部３６は、例えば、ポンプケーシング２３の外周面から突出して形成される。取付部３６は、図３に示す様に、ポンプ装置１の設置範囲１００内に配置される。

ここで、設置範囲１００とは、ポンプケーシング２３の最外端を結ぶ方形状の範囲をいい、ポンプ装置１の設置に必要な範囲である。本実施形態においては、例えば、設置範囲１００は、ポンプケーシング２３の吐出口３２を構成する外周壁の端部と、ポンプケーシング２３のポンプ室３３の外周壁を構成する３つの端部とが内接する矩形状の範囲である。

貫通孔４１は、ポンプケーシング２３にモータ１１を固定するための締結部材１３を挿入可能に形成されている。被締結部材４２は、締結部材１３と螺合する雌ねじ部が形成されたナット等である。被締結部材４２は、貫通孔４１上に雌ねじ部が配置されて、貫通孔４１内に固定される。

脚部３７は、吸込口３１の周囲に等間隔に複数配置されている。脚部３７は、吸込口３１を、ポンプ装置１の設置面から所定の高さに配置可能な長さに形成されている。

第１部材２５は、樹脂材料を用いた射出成型により形成される。第１部材２５は、吐出口３２の一部、ポンプ室３３の一部、開口部３４、取付面３５及び取付部３６の一部を構成する形状に形成されている。また、第１部材２５は、第２部材２６と対向する端面であって、吐出口３２の一部及びポンプ室３３の一部の周囲を囲う位置に、連続する環状の係合部２５ａを備えている。

係合部２５ａは、吐出口３２の一部及びポンプ室３３の一部の周囲に沿って設けられた環状の突起である。係合部２５ａは、例えば、その断面形状が半円状に形成されている。

第１部材２５に設けられる吐出口３２の一部は、配管に接続される開口を形成する。第１部材２５に設けられるポンプ室３３の一部は、離型が可能に、アンダーカット部が発生しない形状である。第１部材２５に設けられる取付部３６の一部は、締結部材１３を挿入可能な第１孔部４１ａと、第１孔部４１ａの端部に設けられ、被締結部材４２を配置可能な凹部４１ｂと、を備えている。

凹部４１ｂは、第１部材２５の端面に開口する。凹部４１ｂは、挿入された被締結部材４２の軸心方向の回動を規制可能な形状に形成されている。凹部４１ｂは、被締結部材４２であるナットの側面の少なくとも一部と係合する面部を内面に有する。例えば、凹部４１ｂは、六角柱状、又は、対向する二面を有する略円柱状の開口である。

第２部材２６は、吸込口３１、吐出口３２の他部、ポンプ室３３の他部、取付部３６の他部及び脚部３７を構成する形状に形成されている。また、第２部材２６は、第１部材２５と対向する端面であって、吐出口３２の他部及びポンプ室３３の他部の周囲を囲う位置に、係合部２５ａと係合する、連続する環状の被係合部２６ａを備えている。

被係合部２６ａは、吐出口３２の他部及びポンプ室３３の他部の周囲に沿って設けられた環状の窪みである。被係合部２６ａは、例えば、その断面形状が半円状に形成されている。

第２部材２６に設けられる吐出口３２の他部は、ポンプ室３３から吐出口３２の開口までの流路の一部を形成する。第２部材２６に設けられるポンプ室３３の他部は、離型が可能に、アンダーカット部が発生しない形状である。即ち、第１部材２５及び第２部材２６は、ポンプ室３３の内面形状のうち、最も中心からの距離が大きい箇所、換言すると、ポンプ室３３の最大内径となる部位においてポンプケーシング２３を二つに分割した形状に形成される。

第２部材２６に設けられる取付部３６の他部は、締結部材１３を挿入可能、且つ、凹部４１ｂよりも内径が小径に形成された第２孔部４１ｃにより形成される。第２部材２６の取付部３６の他部を構成する第２孔部４１ｃの端面は、凹部４１ｂに配置された被締結部材４２を支持可能に形成されている。第２部材２６の第２孔部４１ｃは、第１部材２５の第１孔部４１ａ及び凹部４１ｂとともに、取付部３６の貫通孔４１を構成する。

このような第１部材２５及び第２部材２６は、係合部２５ａ及び被係合部２６ａを係合させる。第１部材２５及び第２部材２６を一体に組み合わせた状態で当該係合部２５ａ及び被係合部２６ａを溶着することで、一体のポンプケーシング２３が形成される。

次に、このようなポンプケーシング２３の製造方法について説明する。
先ず、第１部材２５及び第２部材２６を、金型を用いた樹脂成形、例えば射出成形により成形する。次に、第１部材２５に形成された取付部３６の一部を構成する凹部４１ｂに被締結部材４２を配置する。

被締結部材４２を凹部４１ｂに配置後、係合部２５ａ及び被係合部２６ａを係合させて、第１部材２５及び第２部材２６を一体に合わせる。次に、第１部材２５及び第２部材２６の当接面を溶着する。例えば、振動溶着又は超音波溶着により、係合部２５ａ及び被係合部２６ａ、並びに、第１部材２５及び第２部材２６の当接面を溶着する。

これにより、第１部材２５及び第２部材２６が一体に固定されるととともに、凹部４１ｂに被締結部材４２が固定され、ポンプケーシング２３が製造される。

このように構成されたポンプケーシング２３を用いたポンプ装置１によれば、ポンプケーシング２３は、第１部材２５及び第２部材２６を組み立てて溶着することで一体形状となり、また、取付部３６は、貫通孔４１を設け、その内部に被締結部材４２を配置する構成である。

このため、ポンプケーシング２３自体に締結部材１３が螺合する雌ねじ部を設ける必要がなく、ポンプケーシング２３にモータ１１を着脱することが可能となる。

また、被締結部材４２は、第１部材２５又は第２部材２６の成形時に凹部４１ｂに配置する構成であり、樹脂成形時に樹脂成形品内に被締結部材４２をインサートする必要がない。

換言すると、第１部材２５又は第２部材２６の樹脂成形時に成形用の金型に被締結部材４２を配置してインサート成形することなく、樹脂成形後に第１部材２５に被締結部材４２を配置する構成でよい。このため、金型に被締結部材４２を配置する工程を必要とせず、また、被締結部材４２内に樹脂材料が浸入することもない。このため、被締結部材４２は、締結部材１３と締結可能な部材ならその構成に限定されない。上述のように締結部材１３にボルト等を用いる場合には、被締結部材４２に安価なナットを用いることができる。

このようなことから、ポンプケーシング２３の製造工程及び材料コストを低減することが可能となり、ポンプケーシング２３及びポンプ装置１の製造コストを低減することが可能となる。

また、取付部３６は、ポンプ装置１の設置範囲に配置することが可能であるから、ポンプ装置１の設置範囲を増大させることもない。

上述したように本実施形態に係るポンプケーシング２３を用いたポンプ装置１及びポンプケーシング２３の製造方法によれば、被締結部材４２を配置した後に第１部材２５及び第２部材２６を溶着することで、製造工程及び製造コストを低減することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ポンプケーシング２３の製造時に取付部３６の被締結部材４２を配置する凹部４１ｂを第１部材２５に設ける構成を説明したがこれに限定されない。例えば、凹部４１ｂは第２部材２６に設ける構成であってもよい。この場合においては、第１部材２５に第１孔部４１ａのみを設け、第２部材２６に凹部４１ｂ及び第２孔部４１ｃを設け、凹部４１ｂを第１部材２５の第１孔部４１ａの周囲の端面で覆う構成とすればよい。

また、上述した例では、被締結部材４２にナットを用いる構成を説明したがこれに限定されず、被締結部材４２は、締結部材１３と締結可能であれば適宜設定可能である。例えば、被締結部材４２は、ナットでなく、袋ナットを用いる構成であってもよい。但し、ポンプケーシング２３を構成する第１部材２５及び第２部材２６を樹脂材料により成形した後に被締結部材４２を凹部４１ｂに配置して固定する構成であることから、成形時に樹脂材料が被締結部材４２に付着することがない。このため、安価な部材を用いることが好ましい。

同様に、締結部材１３及び被締結部材４２は、ボルト及びナットの組み合わせでなくても、同様の効果が得られれば、他の組み合わせであってもよい。さらに言えば、被締結部材４２にボルトを用い、締結部材１３にナットを用いる構成であってもよい。この場合においては、第２部材２６の第２孔部４１ｃを設けない構成でよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
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と同等の記載を付記する。
［１］ 羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材と、
前記ポンプ室の他部を構成し、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材と、
前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材と、
前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に複数設けられ、前記被締結部材を配置する凹部と、
を備えることを特徴とするポンプケーシング。
［２］ 前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂材料により成形され、
前記凹部に前記被締結部材が配置された前記第１部材及び前記第２部材は溶着することで一体に組み立てられることを特徴とする［１］に記載のポンプケーシング。
［３］ 前記第１部材は、前記ポンプ室の周囲を少なくとも囲う環状の係合部を有し、
前記第２部材は、前記ポンプ室の他部の周囲を囲うとともに、前記係合部と係合する環状の被係合部を有することを特徴とする［２］に記載のポンプケーシング。
［４］ 前記第１部材及び前記第２部材は、超音波溶着又は振動溶着により溶着されることを特徴とする［２］に記載のポンプケーシング。
［５］ 前記締結部材はボルトであり、
前記被締結部材はナットであり、
前記第１部材は、前記ボルトを挿入する第１孔部を有し、
前記凹部は、前記ナットの回転方向の移動を規制することを特徴とする［１］に記載のポンプケーシング。
［６］ 前記第１部材は、前記ポンプ室に連続する吐出口の一部、前記羽根車を収納する開口部、及び、前記モータと当接する取付面を構成し、
前記第２部材は、前記ポンプ室に連続する吸込口、前記ポンプ室に連続する吐出口の他部を構成することを特徴とする［１］に記載のポンプケーシング。
［７］ 羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材を樹脂材料により成形し、
前記ポンプ室の他部を構成するとともに、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材を樹脂材料に成形し、
前記成形時に、前記第１部材又は前記第２部材の対向する対向面の一方に成形された凹部に、前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材を配置し、
前記第１部材及び前記第２部材を一体に組み立て、
前記第１部材及び前記第２部材を溶着する、
ことを特徴とするポンプケーシングの製造方法。
［８］ モータと、
モータに回転軸を介して接続される羽根車と、
樹脂材料により成形され、前記羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材、樹脂材料により成形され、前記ポンプ室の他部を構成するとともに、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材、前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材、並びに、前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に設けられ、前記被締結部材を配置する凹部を具備するポンプケーシングと、
を備えることを特徴とするポンプ装置。
［９］ 前記凹部は、その設置範囲に前記締結部材及び前記被締結部材を配置可能に、前記ポンプケーシングに設けられることを特徴とする［８］に記載のポンプ装置。

１…ポンプ装置、２成形ａ…係合部、１１…モータ、１２…ポンプ、１３…締結部材、２１…回転軸、２２…羽根車、２３…ポンプケーシング、２５…第１部材、２５ａ…係合部、２６…第２部材、２６ａ…被係合部、３１…吸込口、３２…吐出口、３３…ポンプ室、３４…開口部、３５…取付面、３６…取付部、３７…脚部、４１…貫通孔、４１ａ…第１孔部、４１ｂ…凹部、４１ｃ…第２孔部、４２…被締結部材、１００…設置範囲。

Claims (4)

1. 羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材と、
   前記ポンプ室の他部を構成し、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材と、
   前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材と、
   前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に複数設けられ、前記被締結部材を配置する凹部と、
   を備え、
   前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂材料により成形され、
   前記第１部材は、前記ポンプ室の周囲を少なくとも囲う環状の係合部を有し、
   前記第２部材は、前記ポンプ室の他部の周囲を囲うとともに、前記係合部と係合する環状の被係合部を有し、
   前記締結部材はボルトであり、
   前記被締結部材はナットであり、
   前記第１部材は、前記ボルトを挿入する第１孔部を有し、
   前記凹部は、前記ナットの回転方向の移動を規制し、
   前記凹部に前記被締結部材が配置された前記第１部材及び前記第２部材は超音波溶着又は振動溶着により前記係合部及び前記被係合部を溶着することで一体に組み立てられる、
   ことを特徴とするポンプケーシング。
2. 前記第１部材は、前記ポンプ室に連続する吐出口の一部、前記羽根車を収納する開口部、及び、前記モータと当接する取付面を構成し、
   前記第２部材は、前記ポンプ室に連続する吸込口、前記ポンプ室に連続する吐出口の他部を構成することを特徴とする請求項１に記載のポンプケーシング。
3. モータと、
   モータに回転軸を介して接続される羽根車と、
   樹脂材料により成形され、前記羽根車を収容するポンプ室の一部を構成するとともに、モータが固定される第１部材、樹脂材料により成形され、前記ポンプ室の他部を構成するとともに、前記第１部材と一体に組み立てられることで前記ポンプ室を構成する第２部材、前記モータを固定する締結部材と締結する被締結部材、並びに、前記第１部材及び前記第２部材の対向する対向面の一方に設けられ、前記被締結部材を配置する凹部を具備するポンプケーシングと、
   を備え、
   前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂材料により成形され、
   前記第１部材は、前記ポンプ室の周囲を少なくとも囲う環状の係合部を有し、
   前記第２部材は、前記ポンプ室の他部の周囲を囲うとともに、前記係合部と係合する環状の被係合部を有し、
   前記締結部材はボルトであり、
   前記被締結部材はナットであり、
   前記第１部材は、前記ボルトを挿入する第１孔部を有し、
   前記凹部は、前記ナットの回転方向の移動を規制し、
   前記凹部に前記被締結部材が配置された前記第１部材及び前記第２部材は超音波溶着又は振動溶着により前記係合部及び前記被係合部を溶着することで一体に組み立てられる、
   ことを特徴とするポンプ装置。
4. 前記凹部は、その設置範囲に前記締結部材及び前記被締結部材を配置可能に、前記ポンプケーシングに設けられることを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。