JP2007049866A - キャンドモータ用樹脂製キャン及びその製造方法、射出成形金型、キャンドモータ、キャンドモータポンプ - Google Patents

キャンドモータ用樹脂製キャン及びその製造方法、射出成形金型、キャンドモータ、キャンドモータポンプ Download PDF

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Abstract

【課題】キャンドモータ用の肉厚が薄くて強靱な樹脂製キャン及びその成形方法、その樹脂製キャンを用いたキャンドモータ、キャンドモータポンプを提供する。
【解決手段】キャンドモータにおける固定子と回転子との間のエアギャップに配設され固定子側空間と回転子側空間とを気密、液密に分離遮断する有底円筒状で開放端周縁に外方に突出したフランジを有する樹脂製キャンにおいて、底面中央部からキャン内側に向けて突出し、キャン成形時にコールドスラグ溜まりとして機能する凸部を設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、固定子側空間を回転子側空間から気密、液密に分離遮断するキャンを固定子と回転子との間隙に配置した構造のキャンドモータ、それに用いる樹脂製キャン及びその製造方法、射出成形金型、そのキャンドモータを使用したキャンドモータポンプに関する。
真空ポンプ、液体化学薬品を扱うケミカルポンプ等を駆動するモータとしてキャンドモータが用いられることがある。図12は、この種のキャンドモータの一例を縦断面図で示したものである。固定子鉄心101にコイル102を巻装してなる固定子100は、有底円筒状のモータフレーム103の内周部に嵌め込み固定され、その固定子100の内側にはこれも有底円筒状のキャン105が固定されている。回転子110はキャン105の内側に図示しない軸受け等で回転可能に支持されている(特許文献1参照)。
この従来のキャンドモータにあっては、キャン105として強度確保のためステンレス製キャン、または一般的な熱可塑性樹脂により厚肉にモールド成形した樹脂製キャンが使用されてきた(特許文献1、2参照)。しかし、ステンレス製キャンの場合はその表面に回転子110による回転磁界が作用して渦電流が発生し、それによる損失のためモータ効率が低下する問題があった。
また、従来の樹脂製キャンの場合は肉厚であったため、固定子100と回転子110との間のエアギャップを大きくする必要があった。このためキャンを備えない通常のモータと同じ出力を得るにはモータ電流を増すか、コイル102の巻回数を増す必要があり、これにより損失が増大してモータ効率が低下する問題があった。
特開2005−184958号公報 特開平07−59289号公報
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、キャンドモータ用に肉厚が薄くて強靱な樹脂製キャンを提供すること、加えてその樹脂製キャンを用いたキャンドモータ、キャンドモータポンプを提供することにある。
前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、キャンドモータにおける固定子(3)と回転子(4)との間のエアギャップ(57)に配設され固定子側空間(35)と回転子側空間(36)とを気密、液密に分離遮断する有底円筒状で開放端周縁に固定用のフランジ(28)を有する樹脂製キャン(5)であって、底面中央部からキャン内側に向けて突出し、キャン成形時にコールドスラグ溜まりとして機能する凸部(56)を設けたことを特徴とする。
このようにキャン成形時にコールドスラグ溜まりとして機能する凸部を設けるようにすれば、射出開始の初期に溶融樹脂が金型に接触することにより生成するコールドスラグはこの凸部を形成する部分に捕獲されてキャビティ内の流動経路に入り込むことが阻止される。その結果、キャビティ内における樹脂の流動性、充填性は均一となってウェルドラインは生成されず、キャンの強度が高まる効果を奏する。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の樹脂製キャンであって、前記円筒状部の外周部にあって軸方向に延び、前記キャンが前記キャンドモータに装着された状態では前記固定子の固定子鉄心(13)に設けられたコイル巻線用スロット(16)の開口部(17)に嵌まる細長形状の補強リブ(59)を突設したことを特徴とする。
このような補強リブを設ければ、キャン胴部の強度を高めることができる。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の樹脂製キャンであって、樹脂材料として液晶ポリマー樹脂を使用したことを特徴とする。
液晶ポリマー樹脂を使用すれば寸法精度の高い強靱な薄肉の樹脂キャンを成形することができる。その結果、エアギャップを狭くすることが可能となりキャンドモータの性能を高めることができる。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の樹脂製キャンを射出成形により成形する射出成形金型であって、前記キャンの外面を成形する上金型(44)と内面を成形する下金型(45)とからなり、前記上金型は前記円筒状の底面を成形する部分の中央部にキャビティ(53)に溶融樹脂を注入するスプルー(48)の開口部(49)を有し、該開口部に対向する前記下金型部分にコールドスラグ溜まりとして機能する凹部(52)を設けたことを特徴とする。
下金型にこのようなコールドスラグ溜まりとして機能する凹部を設ければ、射出開始の初期に溶融樹脂が金型に接触することにより生成するコールドスラグはその凹部に捕獲されてキャビティ内の流動経路に入り込むことが阻止される。その結果、キャビティ内における樹脂の流動性、充填性は均一となってウェルドラインは生成されず、強度の高いキャンを成形することが可能となる。
また、請求項5に記載の発明は、樹脂製キャンの製造方法であって請求項4に記載の射出成形金型における前記上金型と下金型とを型閉し、前記スプルーを通して溶融樹脂を射出することを特徴とする。
このような製造方法によれば、射出開始の初期に溶融樹脂が金型に接触することにより生成するコールドスラグはその凹部に捕獲されてキャビティ内の流動経路に入り込むことが阻止される。その結果、キャビティ内における樹脂の流動性、充填性は均一となってウェルドラインは生成されず、強度の高いキャンを成形することが可能となる。
また、請求項6に記載の発明は、固定子鉄心(13)にコイル(20)を巻装してなる固定子(3)を有底円筒状のモータフレーム(2)の内周部に嵌め込み固定し、その固定子の内側に有底円筒状のキャン(5)を配設して内部に回転子(4)を回転可能に配設したキャンドモータであって、請求項1乃至3の何れかに記載の樹脂製キャンを固定子側空間(35)と回転子側空間(36)とを分離遮断するように前記モータフレームに固着し、前記回転子は回転軸(39)を前記キャンドモータの被駆動機器(10)の入力回転軸(41)に直結して該入力回転軸に支持された状態で回転するように構成したことを特徴とする。
このような構成のキャンドモータは、固定子側空間内に配置される部品が回転子側空間の雰囲気の影響を受けることがない。また、反対に固定子側空間の雰囲気が回転子側空間に配置される部品、あるいはその空間に存在する液体、気体等に与える影響も排除できる効果を奏する。
また、請求項7に記載の発明は、キャンドモータポンプであって請求項6に記載のキャンドモータに駆動される前記被駆動機器(10)をポンプとすることにより該ポンプとキャンドモータとを一体的に構成したことを特徴とする。
このような構成のキャンドモータポンプによれば、固定子側空間内に配置される部品がポンプにより搬送される液体、気体等の影響を受けることを防止できる。反対に固定子側空間の雰囲気がポンプの搬送する液体、気体等に影響することも防止できる効果を奏する。
以下、本発明に係るキャンドモータの一実施形態を図面を参照して説明する。図1はそのキャンドモータの構成を縦断面図で示したものである。キャンドモータ1は、モータフレーム2、固定子3、回転子4、その間に配設された樹脂製キャン5により構成される。
モータフレーム2は鋳造又は鋼板のプレス成型で製作したもので、有底円筒状をなし開口部の周縁には径方向外側に突出するフランジ6が形成されている。このモータフレーム2は、被駆動機器10のハウジング11にボルト、螺子等により固着して使用される。
モータフレーム2の内側には円筒形状に形成された固定子3が圧入固定されている。固定子3は円環状に打ち抜いた珪素鋼板を多数枚積層して成る固定子鉄心13に巻線を巻装したものある。図2に示すように固定子鉄心13の外周部に当たる環状ヨーク部14からは径方向内側に向けて放射状に突出する磁極歯15が等間隔で複数形成されている。隣り合う磁極歯15間にはスロット16が形成されている。また、隣り合う磁極歯15の歯先間の隙間はスロット16の開口部17となっている。各磁極歯15には絶縁物18を介して巻線が巻装され、もって電機子巻線(電機子コイル)20が形成されている。電機子巻線20には図1に示すようにモータフレーム2に設けた孔22を挿通して電源コード23が接続され、その電源コード23の先端部には給電用コネクタ24が接続されている。
固定子3の内周面には有底円筒状のキャン5が、その外周面を固定子3の内周面に接して挿着されている。キャン5は樹脂で成形されたもので図3に示すように胴部26は薄肉の円筒状で、軸方向の一端は閉塞されて底部27となっている。軸方向の他端は開口となってその周縁部には径方向外側に突出するフランジ28が形成されている。
キャン5のフランジ28は、その外周部がモータフレーム2のフランジ6の径内に納まるように形成されている。そのモータフレーム2のフランジ6の内周縁部にはキャン5のフランジ28の外周部を嵌合させる切欠き溝30が設けられている。また、キャン5のフランジ28の外周部には複数の貫通孔31が穿設され、その貫通孔31に対向するモータフレーム2のフランジ6の切欠き溝30にはねじ穴32が設けられている。キャン5は、フランジ28と切欠き溝30の当接面に接着剤を塗布して嵌合させた後、貫通孔31にネジ33を挿通してモータフレーム2に螺着されている。このような構成により固定子3が配設された固定子側空間35と、キャン5の内側の回転子側空間36とは気密、液密に分離遮断された状態になっている。
回転子4はキャン5の内側に配設される。回転子4は円環状に打ち抜いた珪素鋼板を多数枚積層して形成した回転子鉄心38に永久磁石を埋設した磁石埋設式回転子で、中心部には回転軸39が挿通固定されている。
本実施形態のキャンドモータ1は、被駆動機器10である例えばポンプと一体に構成してその入力回転軸41を回転駆動することを主目的とするモータである。そのためモータ1の回転軸39は、被駆動機器10の入力回転軸41に直結して一体形成されている。モータ1は、自身の回転軸39を支持するための軸受機構を独自には保有していない。被駆動機器10の入力回転軸41が被駆動機器10のための軸受機構42により支持されることによりその入力回転軸41と一体形成されたモータ1の回転軸39も支持され、それにより回転子4はキャン5内で回転できる構成とされている。
このような構成の下で電源コード23を介して電機子巻線20に多相交流電流が供給されると回転子4周りに回転磁界が生成されて回転トルクが発生し、回転軸39が回転駆動される。それにより回転軸39と一体形成された被駆動機器10の入力回転軸41も回転駆動力を受けて回転する。
次に、このキャンドモータ1に使用されるキャン5の成形方法について説明する。キャン5は樹脂を射出成形して成形される。成形には図4の(1)に示すような上金型44と下金型45の2つの射出成形金型を使用する。上金型44はフランジ28を有する有底円筒状のキャン5の外形を成形する金型であり、金型下面から上方に向かって円柱状の空洞46が穿設され、開口である下端の周縁部にはフランジ28の外側面を成形するための環状の切欠き溝47が形成されている。空洞46の天井中央部には溶融樹脂の流入経路であるスプルー48の開口部(樹脂射出口)49が形成されている。
下金型45はキャン5の内面を成形する金型で平坦面に円柱部50を立設した形状を成している。本実施形態の下金型45の特徴は、キャン5の内底面を成形する円柱部50の頂部中央部分にコールドスラグ溜まりとして機能する凹部52を設けている点にある。図4の(2)は上金型44と下金型45を型閉した状態を示しており、下金型45の前記凹部52は上金型44の前記スプルー48の開口部49に対向する位置にある。上金型44と下金型45との間にはキャン5を成形する空間であるキャビティ53が形成される。
射出成形時には射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂は図5の(1)に示すように湯口54から入ってスプルー48を流動し、その開口部49からキャビティ53に流入する。この場合、射出開始の最初にスプルー48に射出された溶融樹脂は、その先頭部分がスプルー48の内壁に接触して冷却される。冷却された溶融樹脂は硬化し、スラグ化してコールドスラグとなる。
スプルー48の開口部49に対向する位置に凹部52が設けられていない図5の(2)に示すような下金型45aを使用した場合には、硬化したコールドスラグ55は図に示すようにキャビティ53内の流動経路に入り込み樹脂の均一な流れを阻害する。その結果、割れ強度の弱いウェルドラインが発生して強度不足部分が形成されることがある。
これに対して図5の(1)に示すようなスプルー48の開口部49に対向する下金型45の部分に凹部52を設けた本実施形態の場合には、硬化したコールドスラグ55はこの凹部52に捕獲されてキャビティ53内の流動経路に入り込むことを阻止される。即ち、凹部52がコールドスラグを捕獲するコールドスラグ溜まりとして機能する。その結果、キャビティ53内における樹脂の流動性、充填性は均一となってウェルドラインは生成されず、強度の高いキャンの成形が可能となる。なお、凹部52で捕獲されて固化したコールドスラグは、キャン5の底面中央部に凸部56を形成する(図1参照)。
ところで、キャン5の胴部26は固定子3の内周面と回転子4の外周面との間のエアギャップ57(図1参照)に配置されるものである。このエアギャップ57は、磁束の磁路に存在して磁気抵抗となる。そのため幅は狭いほど良い。エアギャップ57の幅を狭めるにはキャン5の胴部26を薄肉に成形すれば良いが、薄くすると強度が低下する問題を生ずる。
従来の一般的な熱可塑性樹脂により成形された樹脂製キャンでは、その樹脂の流動性能と成形後の強度不足問題から強度を確保するに肉厚を厚くせざるを得ず、エアギャップ57を狭くすることが困難であった。この問題を解決するために本実施形態のキャンドモータ1では、液晶ポリマー樹脂を使用して成形したキャン5を採用している。液晶ポリマー樹脂は溶融状態で高い流動性を有し、固化時の成形収縮率は小さく、固化後は高強度を示す。従って、液晶ポリマー樹脂を使用すれば寸法精度の高い強靱で薄肉の樹脂キャンを成形することができる。その結果、エアギャップ57を狭くすることが可能となりキャンドモータ1の性能を高めることができる。
図6は、キャン5の胴部の強度を更に高める効果を有する他の実施形態の外形を斜視図で示したものである。このキャン5aは、胴部26の外周部に軸方向にフランジ28まで延びる細長形状の補強リブ59を複数本突設して追加したものである。この補強リブ59は図7に示すように、キャン5aを固定子3の内側に挿着した場合に補強リブ59の凸部がコイル巻線用スロット16の開口部17に嵌まるようにその取り付け位置と断面形状が決めてある。
このような補強リブ59は胴部26の強度を増大させる。また、このような補強リブ59が成形されるように上金型44を形成しておけば、成形時には補強リブ59が成形されるキャビティ部分は溶融樹脂の流路ともなる。このため胴部26やフランジ28部分への溶融樹脂の流動が改善され、割れ強度の弱いウェルドラインの発生が防止される効果を奏する。
次に、図1における被駆動機器10としてポンプを装着したキャンドモータポンプの一実施形態について図8を参照して説明する。図に示すキャンドモータポンプ60に組み込まれたポンプ61は内接型の歯車ポンプであり、図中のA−A´線に沿った断面図を図9に示す。ポンプ61は、ケーシング63、エンドプレート64、インナロータ65、アウタロータ66、シャフト(入力回転軸)41により構成される。
インナロータ65はn枚(図では4枚)の外歯を有する外接歯車であり、シャフト41の外周部に嵌着されている。アウタロータ66は、インナロータ65の外歯と噛合する(n+1)枚の内歯を有する環状の内接歯車である。ケーシング63にはアウタロータ66を回転可能に収容する有底円柱状の空洞68が形成されており、その開口部はエンドプレート64により閉塞されている。
エンドプレート64にはポンピングする液体を吸入、吐出するための吸入口69と吐出口70が設けられており、それらはインナロータ65の外歯とアウタロータ66の内歯の間に形成される空間に通じている。シャフト41は、ケーシング63に設けられた貫通孔71とエンドプレート64に設けられた有底孔72とにより回転可能に支持されている。
インナロータ65とアウタロータ66の回転中心は一定距離だけ偏心させてある。シャフト41が回転駆動されてインナロータ65が回転すると、その外歯とアウタロータ66の内歯との噛み合いによりアウタロータ66も連れ回りする。内歯と外歯の間に形成された複数の空間のうち吸入口69に連なる空間は連れ回りにより容積を増して圧が下がり、吸入口69を通して液体を吸入する。反対に吐出口70に連なる空間は容積を減らして圧が上がり、空間内の液体を吐出口70に押し出す。シャフト41の回転に伴うこのような動作の繰り返しにより液体を吸入口69から吸引して加圧し、吐出口70から吐出するポンプ作用が連続的に行なわれる。
本実施形態のキャンドモータポンプ60はキャンドモータ1により駆動され、そのキャンドモータ1は前述したようにキャン5によって固定子側空間35と回転子側空間36とが気密、液密に分離遮断されている。従って、ポンプ61から腐食性、導電性等の液体がモータ1側にしみ出したとしても固定子3はそれらと接触することがないため腐食、電気絶縁劣化等の被害を受けない効果を奏する。また、反対に固定子側空間35の雰囲気がポンピングされる液体、気体等に影響を与えることもない。
なお、ポンプ61として上記では内接型歯車ポンプを例に挙げて説明したが、外接型歯車ポンプ、ルーツ型ポンプ、スクリュー型ポンプ、クロー型ポンプ等の容積型ポンプを被駆動機器10として採用しても同様の効果が得られる。また、液体用ポンプだけでなく空気をポンピングする圧送ポンプ、真空ポンプ等でも同様の効果が得られる。
(変形実施形態)
前記実施形態における図3に示したキャン5、及び図6に示した補強リブ59付きのキャン5aは何れも開口部周縁にドーナツ形の円板状フランジ28を一体成形で設けたものであったが、フランジ部は図10のキャン縦断面図に示すような形状としてもよい。このキャン5bのフランジ28aは、ドーナツ円板状フランジの外周面をキャン5bの開口側に向かって次第に拡径したテーパー面をなす円筒状に成形したものである。
図11は、この図10に示したキャン5bを採用したキャンドモータ1aを被駆動機器10に取り付けた縦断面図である。本キャンドモータ1aの場合、キャン5bはそのフランジ28a部を被駆動機器10のハウジング11に固定して支持される。被駆動機器10のハウジング11には、キャン5bの胴部26を挿通させる円筒状挿通孔80がその軸心をシャフト41の軸心に一致させて開けられている。そして、その挿通孔80の内周面は、被駆動機器10の内側に向かって次第に拡径したテーパー面をなす円筒状に形成されており、そのテーパ角度はキャン5bのフランジ28aの外周面のテーパ角度に一致させてある。
キャン5bは、そのフランジ28a部がハウジング11に設けた挿通孔80の内周面と、軸受け機構41の円筒状外周面との間に挟まれる形で取り付けられる。ハウジング11の内面側であって挿通孔80の周囲にはドーナツ円板状の裏板81がその中心をシャフト41の軸心に一致させて固定されている。そして、キャン5bのフランジ28aの軸方向端面82に対向するその裏板81部分には複数の貫通螺孔83が螺設されており、その貫通螺子孔83にはフランジ28aの軸方向端面82に向けて螺子84が螺合されている。
螺子84がねじ込まれるとその螺子84の先端部がフランジ28aの軸方向端面82に当接してフランジ28aをハウジング11の挿通孔80に押し込む。この押し込みによりフランジ28aの外周テーパー面は挿通孔80の内周テーパー面に、フランジ28aの内周面は軸受け機構41の円筒状外周面に押しつけられる。このような押しつけによりフランジ28aの外周面、内周面の二面が拘束されることにより、キャン5bは中心軸をシャフト41の軸心に一致させた状態で保持される。
このように位置決めされた状態ではフランジ28aの外周テーパー面が挿通孔80の内周テーパー面に密着して液体、気体の通過を遮断する。このため固定子側空間35と回転子側空間36とは気密、液密に分離遮断される。同時に固定子側空間35と被駆動機器10内空間との間も気密、液密に分離遮断される。従って、回転子側空間36の雰囲気が回転子側空間36と被駆動機器10内空間に影響を与えることはなく、逆に回転子側空間36と被駆動機器10内空間の雰囲気が固定子側空間35に影響を与えることもない。
本発明に係るキャンドモータの一実施形態の縦断面図である。 固定子3及びキャン5の一部断面図である。 キャン5の外形の斜視図である。 キャン5を成形する金型の説明図である。 成形時のコールドスラグの生成及びコールドスラグ溜まりとしての凹部52を説明する図である。 補強リブ59を設けたキャン5aの外形の斜視図である。 補強リブ59を設けたキャン5aの装着状態を説明する部分断面図である。 内接型歯車ポンプ61と組み合わせたキャンドモータポンプ60の断面図である。 内接型歯車ポンプ61のポンプ部の断面図である。 変形実施形態であるキャン5bの断面図である。 変形実施形態であるキャン5bを用いたキャンドモータ1aの断面図である。 従来技術に係る図1相当図である。
符号の説明
図面中、1、1aはキャンドモータ、2はモータフレーム、3は固定子、4は回転子、5、5a、5bは樹脂製キャン、6はフランジ、10は被駆動機器、13は固定子鉄心、16はコイル巻線用スロット、17は開口部、20はコイル(電機子巻線)、35は固定子側空間、36は回転子側空間、39は回転軸、41は入力回転軸(シャフト)、44は上金型、45は下金型、48はスプルー、49は開口部、52は凹部、53はキャビティ、56は凸部、57はエアギャップ、59は補強リブ、60はキャンドモータポンプ、61はポンプ(内接型歯車ポンプ)を示す。

Claims (7)

  1. キャンドモータにおける固定子(3)と回転子(4)との間のエアギャップ(57)に配設され固定子側空間(35)と回転子側空間(36)とを気密、液密に分離遮断する有底円筒状で開放端周縁に固定用のフランジ(28)を有する樹脂製キャン(5)であって、底面中央部からキャン内側に向けて突出し、キャン成形時にコールドスラグ溜まりとして機能する凸部(56)を設けたことを特徴とする樹脂製キャン。
  2. 請求項1に記載の樹脂製キャンであって、前記円筒状部の外周部にあって軸方向に延び、前記キャンが前記キャンドモータに装着された状態では前記固定子の固定子鉄心(13)に設けられたコイル巻線用スロット(16)の開口部(17)に嵌まる細長形状の補強リブ(59)を突設したことを特徴とする樹脂製キャン。
  3. 請求項1又は2に記載の樹脂製キャンであって、樹脂材料として液晶ポリマー樹脂を使用したことを特徴とする樹脂製キャン。
  4. 請求項1又は2に記載の樹脂製キャンを射出成形により成形する射出成形金型であって、前記キャンの外面を成形する上金型(44)と内面を成形する下金型(45)とからなり、前記上金型は前記円筒状の底面を成形する部分の中央部にキャビティ(53)に溶融樹脂を注入するスプルー(48)の開口部(49)を有し、該開口部に対向する前記下金型部分にコールドスラグ溜まりとして機能する凹部(52)を設けたことを特徴とする射出成形金型。
  5. 請求項4に記載の射出成形金型における前記上金型と下金型とを型閉し、前記スプルーを通して溶融樹脂を射出することを特徴とする樹脂製キャンの製造方法。
  6. 固定子鉄心(13)にコイル(20)を巻装してなる固定子(3)を有底円筒状のモータフレーム(2)の内周部に嵌め込み固定し、その固定子の内側に有底円筒状のキャン(5)を配設して内部に回転子(4)を回転可能に配設したキャンドモータであって、
    請求項1乃至3の何れかに記載の樹脂製キャンを固定子側空間(35)と回転子側空間(36)とを分離遮断するように前記モータフレームに固着し、前記回転子は回転軸(39)を前記キャンドモータの被駆動機器(10)の入力回転軸(41)に直結して該入力回転軸に支持された状態で回転するように構成したことを特徴とするキャンドモータ。
  7. 請求項6に記載のキャンドモータに駆動される前記被駆動機器(10)をポンプとすることにより該ポンプと前記キャンドモータとを一体的に構成したことを特徴とするキャンドモータポンプ。

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