CN117616205A - 流体泵的叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的流体泵的叶轮(1)具备：叶轮主体(10)，其具有第一护罩(20)及设置于该第一护罩(20)的多个叶片(30)而成；以及第二护罩(50)，其配置为与叶轮主体(10)接合而夹持多个叶片(30)并与第一护罩(20)沿中心轴方向对置，第一护罩(20)具有沿中心轴方向突出形成的凸台部(40)，第二护罩(50)具有供凸台部(40)沿中心轴方向插入的中心孔(53)，通过形成于凸台部(40)的外周面的凹状的第一槽部(41)与形成于中心孔(53)的内周面的凹状的第二槽部(54)的组合，构成沿中心轴方向贯通的平衡孔(B)。

Description

流体泵的叶轮

技术领域

本发明涉及例如用于水泵等流体泵的叶轮。

背景技术

以往，公知通过使形成有多张叶片的叶轮在泵壳体内旋转，从而对从吸入口吸入的流体进行加压而从排出口送出的离心式的流体泵。对于叶轮，除仅在叶片的一方的端部设置有护罩的开放叶轮以外，存在以将叶片从两侧夹入的方式在双方的端部设置有护罩的封闭叶轮(例如，参照专利文献1)。可以说封闭叶轮由于通过双方的护罩而形成封闭于该叶轮内的空间从而防止流体漏出那样的流动，因此与开放叶轮相比，泵效率较高。

该封闭叶轮(以下，也仅称为叶轮)构成为具备上护罩、下护罩、设置于两护罩之间的多张叶片。在此，在供该叶轮配置的泵壳体内，一般地，通过使叶轮的下侧比叶轮的上侧相对成为高压，从而轴向的负载(推力负载)作用于叶轮。因此，在下护罩设置有沿轴向贯通的圆孔状的平衡孔，通过该平衡孔使流体从高压侧(下护罩的背面侧)向低压侧(下护罩的表面侧)泄放而减少在下护罩的正背面间产生的轴向的压力差(推力过重)，从而防止叶轮浮起而与泵壳体的内周面干涉的事态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/030928号

发明内容

发明所要解决的问题

然而，封闭叶轮由于在其构造上呈将叶片的两端通过上下的护罩(圆盘部)连结而成的形状，因此例如在作为射出成形件而一体成形的情况下，产生从模具脱模时的所谓的底切部，可能成为使量产变难的重要因素。因此，近年来，通过使上护罩与下护罩分别成形而将两护罩经由多张叶片而接合，从而形成封闭叶轮的技术处于实用化。

在此，在将下护罩射出成形时，在模腔内配置用于形成圆形的平衡孔(贯通孔)的芯销。在模腔内流动的熔融树脂在芯销的周围分成两支而绕回后合流，但是容易产生两股流动(熔融树脂的流动)在该合流部不融合而直接作为分界线而残留的冷隔。而且，若在叶轮运转时以该冷隔为起点而产生龟裂，继而进展为较大的龟裂，则存在引起叶轮的破损这一问题。

本发明是鉴于上述那样的问题而完成的，其目的在于提供能够防止以射出成形时的冷隔为起点的破损的流体泵的叶轮。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明所涉及的流体泵的叶轮具备：叶轮主体，其具有第一护罩及设置于该第一护罩的多个叶片而成；以及第二护罩，其配置为与所述叶轮主体接合而夹持所述多个叶片并与所述第一护罩沿中心轴方向对置，所述流体泵的叶轮被驱动而绕中心轴进行旋转，其特征在于，所述第一护罩具有沿中心轴方向突出形成的凸台部，所述第二护罩具有供所述凸台部沿中心轴方向插入的中心孔，通过形成于所述凸台部的外周面的凹状的第一槽部与形成于所述中心孔的内周面的凹状的第二槽部的组合，构成沿中心轴方向贯通的平衡孔。

另外，在本发明所涉及的流体泵的叶轮中，优选为，所述叶片形成为与所述凸台部的外周侧一体连接，所述第一槽部在所述凸台部的外周面上形成于相互相邻的叶片彼此之间。

另外，在本发明所涉及的流体泵的叶轮中，优选为，通过剖面半圆形的所述第一槽部与剖面半圆形的所述第二槽部的组合，构成剖面圆形的平衡孔。

另外，在本发明所涉及的流体泵的叶轮中，优选为，在所述凸台部结合有用于使所述叶轮旋转的驱动轴，所述叶轮主体构成为能够与所述驱动轴一体旋转。

另外，在本发明所涉及的流体泵的叶轮中，优选为，所述叶片在与所述第二护罩沿中心轴方向对置的前端侧具有熔接抵接部，所述第二护罩具有对所述叶片的前端侧进行容纳的长槽，在所述长槽的一侧的内表面形成有与所述熔接抵接部抵接而接合的熔接承接部，在所述长槽的另一侧的内表面设置有向该长槽内突出形成而将所述叶片朝向所述一侧按压的凸状的引导肋。

发明效果

根据本发明所涉及的流体泵的叶轮，使平衡孔为分割构造而通过形成于护罩主体的第一槽部与形成于第二护罩的第二槽部的组合来构成平衡孔，从而能够在射出成形时不使用芯销而形成平衡孔，由于在平衡孔的周围产生冷隔的隐患也消失，因此能够防止以该冷隔为起点而在叶轮产生龟裂从而破损的事态。

另外，根据本发明所涉及的流体泵的叶轮，供流体泵的驱动轴结合的凸台部与叶轮主体侧一体成形，从而即使在叶轮运转时产生了叶轮主体(叶片)与第二护罩的接合脱离而断开的不测的事态，叶轮主体(叶片)由于能够与驱动轴一体旋转而排出预定量的流体，因此能够实现防止流体的供给完全停止的事态的故障保护功能。

另外，根据本发明所涉及的流体泵的叶轮，在熔接抵接部与熔接承接部的熔接时，形成于长槽内的凸状的引导肋与叶片干涉而按压，从而能够减少叶片的另一侧的外表面与长槽的另一侧的内表面的接触面积，能够抑制二者的异常接触所引起的毛刺的产生。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的叶轮的俯视图。

图2是表示上述叶轮的仰视图。

图3是表示上述叶轮的侧视图(局部剖视图)。

图4是上述叶轮的分解立体图(从上方观察的分解立体图)。

图5是上述叶轮的分解立体图(从下方观察的分解立体图)。

图6是表示上述叶轮的叶轮主体(除去衬套)的俯视图。

图7是表示上述叶轮的第二护罩的俯视图。

图8是表示上述第二护罩的主要部位的放大图。

图9是表示上述第二护罩的主要部位的立体图。

图10是用于对上述叶轮的熔接工序进行说明的图。

图11是表示上述叶轮主体的叶片与上述第二护罩的长槽的图。

图12是表示上述叶片的熔接抵接部与上述长槽的熔接承接部的熔接状态的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。本发明的一个实施方式所涉及的叶轮1例如配设于发动机的冷却水循环路径中而用于使冷却水强制循环的水泵。首先，参照图1～图12对本实施方式的叶轮1的整体构成进行说明。以下，为了方便说明，以图3所示的叶轮1的配设姿态为基准而将轴心方向(中心轴方向)的上侧称呼为“一端侧”，将轴心方向(中心轴方向)的下侧称呼为“另一端侧”。另外，在图3、图11、图12等中，为了使图容易观察，省略剖面部的阴影。另外，在各图中，适当将叶轮1的旋转方向以箭头“X”标注。

叶轮1是构成为具备多张叶片30一体形成于第一护罩(上护罩)20而完成的叶轮主体10、以及与该叶轮主体10接合的第二护罩(下护罩)50的、所谓的封闭叶轮。叶轮1与水泵的驱动轴(未图示)同步旋转，从形成于叶轮主体10的吸入口23吸入冷却水，将该冷却水从成为叶片30彼此之间的空间的排出口39排出。

叶轮主体10形成为树脂(优选PPS树脂)制成的一体成形件，构成为具备第一护罩20、多张叶片30、凸台40。

第一护罩20形成为从轴线方向的一端侧朝向另一端侧而扩径的截锥形(大致伞形)。第一护罩20的正面21与容纳该叶轮1的泵壳体(未图示)的内表面对置。在第一护罩20的中心，用于将冷却水导入至叶轮1的内部的圆形的吸入口(眼)23沿轴心方向贯通形成。在第一护罩20的背面22侧，多张叶片30(在本实施方式中为六张叶片30)沿周向等间隔形成。另外，在第一护罩20的背面22侧，经由多张叶片30的每一个而一体形成有圆筒状的凸台40。此外，在本实施方式中，通过使第一护罩20为锥形(大致伞形)，能够沿着该第一护罩20的背面22而使冷却水(从吸入口23导入的冷却水)的流动顺畅。

叶片30形成为沿着凸曲线与凹曲线连续连接而成的中心线而弯曲的板状。多张叶片30形成为绕轴心呈放射状排列，相互相邻的叶片30彼此的周向的间隔从径向内侧朝向径向外侧(即，朝向冷却水的排出方向)而逐渐变大。另外，叶片30与第一护罩20的锥形状对应而以从径向内侧朝向径向外侧而其高度逐渐变低的方式倾斜。由此，通过将相互相邻的叶片30彼此之间的径向内侧(吸入侧)的开口的剖面积与径向外侧(排出侧)的开口的剖面积设定为几乎相等，能够使内部流速均匀化。

叶片30具有：前端部(叶片前端部)31，其形成于该叶片30的另一端侧；前方侧外表面(旋转方向前方侧外表面)32，其与前端部31连接并形成于旋转方向的前方侧；以及后方侧外表面(旋转方向后方侧外表面)35，其与前端部31连接并形成于旋转方向的后方侧。而且，相互相邻的两个叶片30中，在一方的叶片30的前方侧外表面32与另一方的叶片30的后方侧外表面35之间形成有冷却水的排出路径(排出口39)。另外，该叶片30的前端部31侧形成为能够容纳于凹设在第二护罩50的一端侧的长槽60。

前方侧外表面32从前端部31侧起依次具有第一外表面32a、第二外表面32b、第三外表面32c。第一外表面32a以及后方侧外表面35分别形成为沿从轴心方向的一端侧朝向另一端侧而相互接近的方向各具有约2度的坡度的倾斜面。换句话说，叶片30的前端侧成为在剖面观察时从一端侧朝向另一端侧略微呈锥形的形状。叶片30的前端部31与第一外表面32a之间的角部(旋转方向的前方侧的角部)构成为与第二护罩50熔接的部位(熔接抵接部33)。另外，第二外表面32b成为沿与第一外表面32a大致正交的方向延伸而用于防止熔接时产生的毛刺(多余的熔融树脂)的外部流出的盖面(毛刺流出防止面)34。

凸台40成为设置于叶轮主体10的轴心上并供前述的驱动轴(未图示)结合的部位。该凸台40形成为朝向轴心方向的另一端侧而延伸突出的圆筒状，构成为能够与开设于第二护罩50的中心孔53嵌合。在凸台40的外周面，沿轴线方向贯通的多个第一槽部41沿周向等间隔形成。第一槽部41的剖面形状形成为朝向径向外侧而开放的半圆形。另外，在该凸台40的轴心安装有成为金属制成的嵌入部件的衬套42。

衬套(嵌入件)42例如由碳钢、黄铜等金属制成，通过嵌入成形而埋设于第一护罩20的凸台40。在衬套42形成有供前述的驱动轴(未图示)压入的轴孔42a，与该驱动轴结合为能够一体旋转。另外，在衬套42中，以向外周侧膨出的方式形成有具有多个角部42c的剖面为多边形(图示例中剖面为六边形)的转动阻止部42b。该转动阻止部42b通过各角部42c的作用，防止衬套42相对于凸台40的空转(空转动)。

第二护罩50是树脂制成(优选为PPS树脂制成)的一体成形件。第二护罩50形成为具有与第一护罩20几乎相同的外径尺寸的圆盘状。在第二护罩50中，沿轴心方向贯通形成有供第一护罩20的凸台40嵌合的圆形的中心孔(组合用中心孔)53。另外，在该第二护罩50的正面51侧，在与各叶片30整合的位置，凹设有从中心孔53起呈放射状延伸突出的长槽60。该第二护罩50的背面52在熔接时供超声波变幅杆H抵接(参照图10)。

长槽60向与叶轮主体10对置的轴向的一端侧开放而形成为能够容纳叶片30的前端侧。该长槽60具有：槽底部61，其与叶片30的前端部31沿轴线方向对置；前方侧内表面(旋转方向前方侧内表面)62，其与槽底部61连接并形成于旋转方向的前方侧；以及后方侧内表面(旋转方向后方侧内表面)65，其与槽底部61连接并形成于旋转方向的后方侧。

前方侧内表面62从槽底部61侧起依次具有第一内表面62a、第二内表面62b、第三内表面62c。第一内表面62a是从轴心方向的另一端侧朝向一端侧而沿与后方侧内表面65分离的方向具有约2度的坡度的倾斜面。第三内表面62c是与第一内表面62a大致平行地延伸的倾斜面或者垂直面，相对于沿旋转方向对置的后方侧内表面65而比第一内表面62a分离。第二内表面62b是将第一内表面62a与第三内表面62c之间连接并从第三内表面62c侧朝向第一内表面62a侧而沿接近槽底部61的方向略微具有坡度(下降坡度)的倾斜面。第一内表面62a与第二内表面62b之间的角部(长槽60的阶梯部)构成为与叶片30的熔接抵接部33熔接的部位(熔接承接部63)。另外，第二内表面62b以及第三内表面62c在与前述的叶片30的第二外表面32b之间形成毛刺存留部(存留毛刺的空间)64(参照图12)。

后方侧内表面65是从轴心方向的另一端侧朝向一端侧而沿与前方侧内表面62分离的方向具有约2度的坡度的倾斜面。该后方侧内表面65形成为在与叶片30的熔接时与该叶片30的后方侧外表面35擦接而进行引导的引导面。在后方侧内表面65形成有多个朝向前方侧内表面62而凸出的三棱柱状(楔形)的引导肋66。引导肋66向长槽60内突出(向与叶片30的插入方向大致正交的方向突出)，在将叶片30的前端侧插入至长槽60内时，与该叶片30的后方侧外表面35接触而朝向前方侧内表面62(熔接承接部63)侧按压该叶片30。即，引导肋66使叶片30的后方侧外表面35与长槽60的后方侧内表面65的接触缓和(使二者的接触面积减少)。

在第二护罩50的中心孔53的内周面，沿轴心方向贯通的多个第二槽部54沿周向等间隔形成。第二槽部54的剖面形状形成为朝向径向内侧而开放的半圆形。该剖面半圆形的第二槽部54与同样剖面半圆形的第一槽部41组合而构成沿轴线方向贯通而成的剖面圆形的平衡孔B。平衡孔B在相互相邻的叶片30彼此之间配置于吸入口23的附近(靠近轴心的一侧)，与形成于该叶片30彼此之间的冷却水的排出通路(排出口39)连接。该平衡孔B将第二护罩50的正背面间(叶轮1的内外)连通而使冷却水从第二护罩50的背面52侧(高压侧)向正面51侧(低压侧)泄放而调节叶轮1的内外的压力差(第二护罩50的正背面间的压力差)。

接下来，主要参照图10～图12对本实施方式的叶轮1的制造方法进行说明。此外，图11以及图12中，为了使熔接工序容易理解，将叶片30以及第二护罩50的位置关系以上下反转后的状态(图10是上下反转后的状态)图示。

在本实施方式中，叶轮1是将树脂制成的叶轮主体10与第二护罩50一起通过超声波熔接接合而制造的构件。

为了制造上述那样的叶轮1，首先，使叶轮主体10与第二护罩50单独形成。叶轮主体10例如以PPS树脂等合成树脂为材料而射出成形。此外，在叶轮主体10中，金属制成的衬套42嵌入成形。同样，第二护罩50例如以PPS树脂等合成树脂为材料而射出成形。此外，叶轮主体10以及第二护罩50都能够不使用芯销(中心销)、滑芯等而通过由定模以及动模构成的普通模具成形。

接着，将叶轮主体10与第二护罩50装配于未图示的熔接夹具。在该熔接夹具中，叶轮主体10与第二护罩50以上下重合的状态装配，在下侧配置叶轮主体10，在上侧配置第二护罩50。此时，叶片30的前端侧插入于第二护罩50的长槽60内。另外，在叶轮主体10以及第二护罩50装配于熔接夹具的状态下，叶轮主体10的轴心与第二护罩50的轴心整合一致而该轴心方向指向上下方向。

接着，使熔接机的超声波变幅杆H与第二护罩50的背面接触而相对于沿上下方向重合状态的叶轮主体10以及第二护罩50与超声波振动同时施加加压，将叶轮主体10与第二护罩50熔接。具体地说，在使叶轮主体10的叶片30的前端部31侧容纳于第二护罩50的长槽60并且使叶片30的熔接抵接部33抵接至长槽60的熔接承接部63的状态下，一边向下方向加压，一边向同方向施加超声波振动。

在此，若对第二护罩50向下方向加压，则叶片30的后方侧外表面35沿着长槽60的后方侧内表面65滑动接触，从而后方侧外表面35以及后方侧内表面65作为将熔接抵接部33压入至熔接承接部63时的引导面而发挥作用。此时，在后方侧内表面65设置有凸状的引导肋66，该引导肋66与后方侧外表面35接触而将叶片30向熔接承接部63(前方侧内表面62)侧按压。由此，前方侧外表面32(熔接抵接部33)被按压至前方侧内表面62(熔接承接部63)，从而熔接抵接部33与熔接承接部63的熔接被促进，并且后方侧外表面35从后方侧内表面65分离而叶片30的后方侧外表面35与长槽60的后方侧内表面65的接触面积减小，从而能够减少通过这二者的接触产生的毛刺的产生量。此外，引导肋66几乎不会通过与叶片30的后方侧外表面35的接触(摩擦)而被切削，最终，成为与后方侧内表面65大致共面的状态。而且，超声波变幅杆H所引起的超声波振动向熔接抵接部33与熔接承接部63的接触部分集中传播，在二者的接触部分产生摩擦热，从而该接触部分熔融而叶轮主体10与第二护罩50熔接。

此时，由于通过熔接抵接部33与熔接承接部63，形成共用接头，因此能够确保彼此的熔接面积较大而提高叶轮主体10与第二护罩50的接合强度。另外，在共用接头中，由于仅熔接抵接部33与熔接承接部63的实际熔融的面彼此接触，因此很难在熔接时将空气卷入而能够防止空隙等缺陷的产生。

此外，通过熔接抵接部33与熔接承接部63的熔接产生的毛刺通过第二外表面32b盖上盖(限制于毛刺存留部64)，防止长槽60向外部的流出。由此，不会产生毛刺侵入至叶轮1的旋转部而对泵性能产生不良影响的事态，在叶轮1的制造工序中也不需要毛刺去除作业。

而且，叶轮主体10与第二护罩50这样接合，从而叶轮1完成。若叶轮主体10与第二护罩50一体化，则通过叶轮主体10的第一槽部41与第二护罩50的第二槽部54的组合，形成剖面圆形的贯通孔，该贯通孔作为平衡孔B而发挥功能。

以上，根据本实施方式所涉及的叶轮1，使各平衡孔B为分割构造，通过形成于护罩主体10的剖面半圆形的第一槽部41与形成于二护罩50的剖面半圆形的第二槽部54的组合，构成剖面圆形的平衡孔B，从而能够不在射出成形时使用芯销而形成平衡孔B，由于在平衡孔B的周围产生冷隔的隐患消失，因此能够防止以该冷隔为起点而在叶轮1产生龟裂而破损的事态。

另外，根据本实施方式的叶轮1，供水泵的驱动轴结合的凸台40一体成形于叶轮主体10侧，从而即使在叶轮1的运转时发生叶轮主体10(叶片30)与第二护罩50的接合脱离而断开的不测的事态，叶轮主体10(叶片30)也能与驱动轴一体旋转而将预定量的冷却水排出，因此能够实现防止冷却水的供给完全停止的事态的故障保护功能。

另外，根据本实施方式的叶轮1，在熔接抵接部33与熔接承接部63的熔接时，形成于长槽60内的凸状的引导肋66与叶片30干涉而按压，从而能够减少叶片30的后方侧外表面35与长槽60的后方侧内表面65的接触面积，能够抑制二者的异常接触引起的毛刺的产生。

此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当改善。

在上述实施方式中，作为流体泵的一个例子对水泵进行例示而进行了说明，但是不限于该构成，例如，也能用于燃料泵、油泵、药液泵、送风泵等其他流体泵。

附图标记说明

1：叶轮；

10：叶轮主体；

20：第一护罩；

23：吸入口；

30：叶片；

31：前端部；

32：前方侧外表面；

33：熔接抵接部；

35：后方侧外表面；

39：排出口；

40：凸台；

41：第一槽部；

42：衬套；

50：第二护罩；

53：中心孔；

54：第二槽部；

60：长槽；

61：槽底部；

62：前方侧内表面；

63：熔接承接部；

65：后方侧内表面；

66：引导肋；

B：平衡孔；

H：超声波变幅杆；

X：旋转方向。

Claims (5)

1.一种流体泵的叶轮，所述流体泵的叶轮具备：叶轮主体，其具有第一护罩及设置于该第一护罩的多个叶片而成；以及第二护罩，其配置为与所述叶轮主体接合而夹持所述多个叶片并与所述第一护罩沿中心轴方向对置，所述流体泵的叶轮被驱动而绕中心轴进行旋转，其特征在于，

所述第一护罩具有沿中心轴方向突出形成的凸台部，

所述第二护罩具有供所述凸台部沿中心轴方向插入的中心孔，

通过形成于所述凸台部的外周面的凹状的第一槽部与形成于所述中心孔的内周面的凹状的第二槽部的组合，构成沿中心轴方向贯通的平衡孔。

2.根据权利要求1所述的流体泵的叶轮，其特征在于，

所述叶片形成为与所述凸台部的外周侧一体连接，

所述第一槽部在所述凸台部的外周面上形成于相互相邻的叶片彼此之间。

3.根据权利要求1或2所述的流体泵的叶轮，其特征在于，通过剖面半圆形的所述第一槽部与剖面半圆形的所述第二槽部的组合，构成剖面圆形的平衡孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体泵的叶轮，其特征在于，

在所述凸台部结合有用于使所述叶轮旋转的驱动轴，

所述叶轮主体构成为能够与所述驱动轴一体旋转。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体泵的叶轮，其特征在于，

所述叶片在与所述第二护罩沿中心轴方向对置的前端侧具有熔接抵接部，

所述第二护罩具有对所述叶片的前端侧进行容纳的长槽，

在所述长槽的一侧的内表面形成有与所述熔接抵接部抵接而接合的熔接承接部，

在所述长槽的另一侧的内表面设置有向该长槽内突出形成而将所述叶片朝向所述一侧按压的凸状的引导肋。