JP2008223560A - スプライン結合構造及び縦型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸２２を垂直方向に向けた縦型のポンプ本体１０の上に、同じく縦型の駆動用モータ５０をスプライン結合により連結した縦型ポンプにおいて、スプライン結合部におけるグリースの消耗、これによる経年磨耗を効果的に抑制する。
【解決手段】ポンプ本体１０の回転軸２２の上端部が雄側のスプライン軸２２ａである。モータ５０の駆動軸５１の下端部が、下方に開口する円筒状の雌側スプライン軸５１ａである。回転軸２２のスプライン軸直下に、弾性材料からなる締め付け式の環状シール部材８０を、上方の雌側スプライン軸５１ａの端面に接して装着する。雌軸、雄軸の位置関係を変えることなく、スプライン軸間がシールされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２本の回転軸を縦方向で相対移動可能に連結するのに用いられるスプライン結合構造、及びそのスプライン結合構造をポンプ本体とモータの連結部に用いた縦型ポンプに関する。

従来より切削液の供給に使用されるクーラントポンプとして、ポンプ本体に内接ギヤポンプを使用した縦型ポンプがある。縦型ポンプとは、垂直な回転軸をもつ縦向きのポンプ本体の上に縦向きの駆動用モータを同軸に連結したポンプである。

クーラントポンプにおける内接ギヤポンプは、特許文献１などに示されるように、基本構成部材として、ハウジング、その中心部を貫通する回転軸、回転軸に取付けられたインナーギヤ、及びインナーギヤの外側に位置してハウジング内に回転自在に組み込まれたアウターギヤを備えている。

特開２００４−３０８５４７号公報

アウターギヤは、ピニオンギヤ（外歯ギヤ）であるインナーギヤと周方向の一部分が噛み合うように偏心して配置されたリングギヤ（内歯ギヤ）である。両ギヤの非噛み合い領域において両ギヤ間に形成される弧状空間には、クレセントと呼ばれるハウジングと一体の弧状の仕切り片が設けられている。噛み合い領域の回転方向上流側には吸入ポートが、同下流側には吐出ポートが、回転方向に沿って形成されている。両ポートはハウジングの内側面に形成され、ギヤ間に側方から対向する。

このような内接ギヤポンプをポンプ本体に使用したクーラントポンプでは、内接ギヤポンプが垂直な回転軸を上に向けてタンクの天板に取付けられる。内接ギヤポンプの吸入ポートは、タンク内のクーラントを吸い上げるために、タンク内に挿入された吸入管等と接続され、吐出ポートは、クーラントをタンク外へ排出するために、タンク外の排出管等と接続される。

内接ギヤポンプを駆動するモータは、内接ポンプの上に駆動軸を下に向けて垂直配置される。モータの駆動軸は、モータとポンプの脱着のために、ポンプの回転軸とスプライン結合される。この結合のため、下側のポンプの回転軸の上端部は、上方に突出する雄軸になっており、上側のモータ内の駆動軸の下端部は、その雄軸が挿入される円筒状で下方に開口した雌軸になっている。

下側に配置されるポンプ軸の上端部が雄軸となり、上側に配置されるモータ軸の下端部が雌軸となる理由は次のとおりである。ポンプ軸を雄軸とすることでこれが小径になる。その結果、ポンプに使用される玉軸受、オイルシールが小型化され、ひいてはポンプが小型化される。このように、縦型ポンプの主要部である内接ギヤポンプを小型化することが、ポンプ軸を雄軸とし、モータ軸を雌軸とすることの主たる理由である。

このようなクーラントポンプも、他のポンプと同様、駆動モータの修理、交換が必要な場合が生じる。このため、両者はスプライン結合により脱着可能に連結される。キー結合が採用される場合もあるが、スプライン結合の方が、フレッチングと呼ばれる微小振動が少なくなる。

ところが、内接ギヤポンプや駆動モータの故障に対応するためのスプライン結合部も自体も、経年的な磨耗を生じることがある。具体的には、スプライン結合部では、焼付き防止のために軸間にグリースが潤滑剤として充填されている。しかしながら、十分な量のグリースを充填していても、予想外に早く結合部が磨耗し、抜けなどが生じる。磨耗したスプライン結合部を調べてみると、グリースが消費されている場合が多い。

本発明の目的は、グリースの早期消費を防止し、もって経年的な磨耗を効果的に防止するスプライン結合構造を提供することにある。本発明の別の目的は、スプライン結合部におけるグリースの消耗、これによる経年的磨耗を効果的に防止できる信頼性の高い縦型ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のスプライン結合構造は、２本の回転軸がスプライン結合により縦方向で脱着可能に連結され、下側の回転軸の上端部が雄軸、上側の回転軸の下端部が雌軸とされたスプライン結合構造において、下側の回転軸のスプライン結合部真下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、上側の回転軸の端面に接して装着したものである。

また、本発明の縦型ポンプは、縦向きのポンプ本体の上に駆動用のモータが同軸配置され、垂直なポンプ軸及びモータ軸がスプライン結合により脱着可能に結合されると共に、ポンプ軸の上端部が雄軸、モータ軸の下端部が雌軸とされた縦型ポンプにおいて、ポンプ軸のスプライン結合部直下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、モータ軸の端面に接して装着したものである。

スプライン結合部におけるグリースの消耗の原因は、上側の雌軸に下側から雄軸が挿入され、雌軸が下を向くため、雌軸内のグリースが下方へ流れ出しやすい点にあると考えられる。雌軸を下側に配置し、これに上から雄軸を挿入すると、雌軸内のグリースの流出は防止される。しかしながら、そうした場合は前述したように、例えば縦型ポンプでは下側のポンプ本体の大型化を招く。

本発明のスプライン結合構造及び縦型ポンプにおいては、下側の回転軸のスプライン結合部真下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、上側の回転軸の端面に接して装着することにより、下を向いた上側の雌軸内がシールされる。このため、雄軸と雌軸の位置関係を反転させることなく雌軸内からのグリースの流出が防止され、スプライン結合部の経年磨耗が抑制される。

環状シール部材はゴムスリーブのような簡単なものでよく、なおかつ効果的である。

環状シール部材が装着される軸外面は、他の部分の外面より小径の環状凹部とすることが好ましい。この構成により、環状シール部材が環状凹部内に嵌合し、そのシール部材の位置ズレが防止される結果、上側のスプライン結合部に対するシール効果が安定する。

本発明のスプライン結合構造は、下側の回転軸のスプライン結合部真下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、上側の回転軸の端面に接して装着することにより、雄軸と雌軸の位置関係を反転させることなく、上側の下向き雌軸内からのグリースの流出を防止し、スプライン結合部の経年磨耗を効果的に抑制することができる。

また、本発明の縦型ポンプは、下側のポンプ軸のスプライン結合部直下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、上側のモータ軸の端面に接して装着したことにより、雄軸と雌軸の位置関係を反転させることなく（下側のポンプ本体の大型化を招くことなく）、上側の下向き雌軸内からのグリースの流出を防止し、スプライン結合部の経年磨耗を効果的に抑制することができる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す縦型ポンプの主要部の縦断面図、図２は図１中のＡ−Ａ線断面矢示図である。

本実施形態の縦型ポンプは、切削液供給のためのクーラントポンプである。この縦型ポンプは、図１に示すように、回転軸が垂直な縦型のポンプ本体１０と、その上に同心状に連結された駆動用のモータ５０とからなる。ポンプ本体１０は内接ギヤポンプであり、下部のポンプユニット２０と、ポンプユニット２０を懸吊支持する上部のポンプ支持体３０とを有している。ポンプ支持体３０は、当該縦型ポンプをタンク６０に取付けるための取付け部、並びに上側のモータ５０との連結部を兼ねている。

ポンプユニット２０は、図２に示すように、円筒形状のハウジング２１と、ハウジング２１の中心部に垂直に挿入された回転軸２２と、回転軸２２に取付けられたインナーギヤ２３と、インナーギヤ２３と噛み合うアウターギヤ２４とを有している。回転軸２２は、ポンプ本体１０の中心部にポンプユニット２０及びポンプ支持体３０を垂直方向に貫通して設けられており、その上端部は、モータ５０の駆動軸５１との連結のために、ポンプ支持体３０の上方に突出する雄側の円柱状スプライン軸２２ａとなっている。

アウターギヤ２４は、ハウジング２１内の水平な両端面間に回転自在に収容されたリングギヤである。このアウターギヤ２４は、その内側に配置されたピニオンギヤからなるインナーギヤ２３と周方向の一部で噛み合うように、回転軸２２に対して偏心配置されている。インナーギヤ２３とアウターギヤ２４の非噛み合い領域においては、クレセントと呼ばれるハウジングと一体の弧状の仕切り片２５が設けられている。噛み合い領域の回転方向上流側には吸引ポート２６が設けられ、下流側には吐出ポート２７が設けられている。吸引ポート２６及び吐出ポート２７は、共にハウジング２０のギヤ２３，２４より上側の端面（天井面）に下側のギヤ２３，２４の方を向いて設けられている。

ポンプ支持体３０は、切削液を収容するタンク６０の天板６１に取付けられる。より詳しくは、天板６１に設けられた丸孔６２からポンプユニット２０をタンク６０内に挿入した状態で、ポンプ支持体３０の外周部が丸孔６２の周囲に載置係合し、図示されないボルト等により固定される。なお、ポンプユニット２０は、ポンプ支持体３０の中央部下面に複数のボルト２９により取付けられている。ボルト２９はハウジング２１の組立ボルトも兼ねる。

このポンプ支持体３０は、ポンプユニット２０の回転軸２２を上部の軸受３１により回転自在に支持すると共に、回転軸２２を挟むように形成された吸引路３２及び吐出路３３を有している。吸引路３２は、ポンプユニット２０における吸引ポート２６から一旦上昇し、水平部を経た後に下降して、ポンプ支持体３０の下面に開口する逆Ｕ字状に形成されている。吸引路３２の開口側の端部には、タンク６０内に垂直に挿入される吸引管７０の上端部が、ねじ込みにより接続される。吐出路３３は、ポンプユニット２０における吐出ポート２７から斜め上のポンプ支持体３０の側面へカーブしながら向かう略１／４円の弧状に形成されている。

モータ５０は、中心部に垂直な駆動軸５１を有しており、この駆動軸５１が前記回転軸２２と連結されるように、ポンプ支持体３０の上部に形成されたフランジ状の受け部３４上に垂直に且つ同心状に載置され、複数本のボルト３５により固定されている。モータ５０の駆動軸５１の下端部は軸受５２により回転自在に支持されると共に、前記回転軸２２の上端突出部に形成された雄側のスプライン軸２２ａが挿入される雌側の円筒状スプライン軸５１ａになっている。

すなわち、ポンプ支持体３０の上にモータ５０を連結固定した状態で、ポンプ側のスプライン軸２２ａ（雄軸）がモータ側のスプライン軸５１ａ（雌軸）に挿入され、ポンプ本体１０におけるポンプユニット２０の回転軸２２とモータ５０の駆動軸５１が連結されるのである。そして、ポンプユニット２０の回転軸２２とモータ５０の駆動軸５１が連結された状態で、スプライン軸５１ａの下端はスプライン軸２２ａの下端より下側に位置する。

回転軸２２の上端突出部には、環状の凹溝２２ｂがスプライン軸２２ａの下方に位置して設けられている。環状の凹溝２２ｂは、スプライン軸２２ａに接しており、そのスプライン軸２２ａより小径であると共に、下の部分よりも小径である。この環状の凹溝２２ｂには、ゴムスリーブからなる環状シール部材８０が、周方向に伸長し軸方向に圧縮された状態で嵌合している。これにより、環状シール部材８０の上端面は、円筒状スプライン軸５１ａの下端面に弾性的に圧接している。

次に、本実施形態の縦型ポンプの機能について説明する。

まず、縦型ポンプを組み立てる。具体的にはポンプ本体１０とモータ５０を連結する。また、ポンプ本体１０のポンプユニット２０に吸引管７０を取付ける。

ポンプ本体１０とモータ５０を連結するとき、モータ５０の駆動軸５１の下端部に形成された円筒状スプライン軸５１ａ内にグリースを充填する。また、ポンプユニット２０の回転軸２２の上端部に形成されたスプライン軸直下の環状凹部２２ｂに環状シール材８０を装着する。この状態で、回転軸２２のスプライン軸２２ａを駆動軸５１のスプライン軸５１ａ内に挿入し、ポンプ支持体３０とモータ５０をボルト３５により締結する。

これにより、回転軸２２と駆動軸５１が軸方向に相対移動可能に連結される。また、環状シール部材８０が軸方向に圧縮され、その上端面がスプライン軸５１ａの下端面に弾性的に押し付けられるることにより、スプライン軸２２ａ，５１ａ間がシールされる。

こうして組立てられた縦型ポンプはタンク６０の天板６１に取付けられる。天板６１に取付けられた縦型ポンプにおいては、ポンプ本体１０のポンプユニット２０がタンク６０内に挿入される。ポンプ支持体３０及びその上のモータ５０はタンク６０の上に突出する。ポンプユニット２０の回転軸２２及びモータ５０の駆動軸５０は垂直方向を向く。吸引管７０はタンク６０内に挿入される。

この状態でモータ５０を回転駆動すると、駆動軸５１の回転がスプライン結合部を介してポンプユニット２０における回転軸２２に伝達され、ハウジング２１内のインナーギヤ２３及びアウターギヤ２４が回転する。これにより、タンク６０内の切削液が吸引管７０、ポンプ支持体３０内の吸引路３２を通って吸引ポート２６からポンプユニット２０内へ下向きに吸引され、ポンプユニット２０内で加圧される。ポンプユニット２０内で加圧された切削液は、吐出ポート２７からポンプ支持体３０内の吐出路３３へ上向きに排出され、その吐出路３３を通ってポンプ外へ排出される。

スプライン結合部（スプライン軸２２ａ，５１ａの嵌合部）においては、雌側のスプライン５１ａが下向きである。しかし、その下向きのスプライン軸５１ａと上向きのスプライン２２ａとの間の下向きの環状開口部は、環状シール部材８０により下側からシールされている。このため、雌側のスプライン軸５１ａが下向きであるにもかかわらず、スプライン軸２２ａ，５１ａ間のグリースが下方へ流出する事態が回避される。

したがって、スプライン軸２２ａ，５１ａ間のグリースの消耗が抑制され、スプライン結合部の経年変化が抑制される。スプライン軸２２ａ，５１ａの軸方向の相対移動は環状シール部材８０の軸方向の伸縮により吸収される。また、その環状シール部材８０は、スプライン軸２２ａ，５１ａと共に回転するので磨耗が生じない上に、回転軸２２における環状凹部２２ｂに嵌合しているので、軸方向の移動がない。このため、スプライン結合部に対するシール性は長期間維持される。

ポンプユニット２０の回転を停止すると、切削液の圧送が停止する。ポンプユニット２０の吸引ポート２６及び吐出ポート２７は、共にハウジング２０のギヤ２３，２４より上側の端面（ギヤ収容空間の天井面）に下側のギヤ２３，２４の方を向いて設けられ、上方の吸引路３２及び排出路３３に繋がっている。すなわち、ポンプユニット２０内の液路はギヤ収容空間を底辺とする下に凸のＵ字形である。このため、ポンプユニット２０の回転を停止したときも、ポンプユニット２０内に切削液が残り、再起動時にも焼付き防止のためのインチングが不要となる。また、ポンプユニット２０の内部に常時切削液が存在し、空気と接触しないために、ユニット内の防錆処理を簡略化できる。

本発明の一実施形態を示す縦型ポンプの主要部の縦断面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面矢示図である。

符号の説明

１０ ポンプ本体
２０ ポンプユニット
２２ 回転軸
２２ａ スプライン軸
２２ｂ 環状凹部
３０ ポンプ支持体
５０ モータ
５１ 駆動軸
５１ａ スプライン軸
６０ タンク
７０ 吸引管
８０ 環状シール部材

Claims (6)

1. ２本の回転軸がスプライン結合により縦方向で脱着可能に連結され、下側の回転軸の上端部が雄軸、上側の回転軸の下端部が雌軸とされたスプライン結合構造において、下側の回転軸のスプライン結合部真下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、上側の回転軸の端面に接して装着したことを特徴とするスプライン結合構造。
2. 請求項１に記載のスプライン結合構造ポンプにおいて、環状シール部材はゴムスリーブであるスプライン結合構造。
3. 請求項１に記載のスプライン結合構造において、環状シール部材が装着されるポンプ軸外面が、他の部分の外面より小径の環状凹部であるスプライン結合構造。
4. 縦向きのポンプ本体の上に駆動用のモータが同軸配置され、垂直なポンプ軸及びモータ軸がスプライン結合により脱着可能に結合されると共に、ポンプ軸の上端部が雄軸、モータ軸の下端部が雌軸とされた縦型ポンプにおいて、ポンプ軸のスプライン結合部直下に、弾性材料からなる締め付け固定式の環状シール部材を、モータ軸の端面に接して装着したことを特徴とする縦型ポンプ。
5. 請求項４に記載の縦型ポンプにおいて、環状シール部材はゴムスリーブである縦型ポンプ。
6. 請求項５に記載の縦型ポンプにおいて、環状シール部材が装着されるポンプ軸外面が、他の部分の外面より小径の環状凹部である縦型ポンプ。

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