JP2010031836A - インペラとシャフトとの結合構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インペラ60を収納するポンプハウジング6と、モータMを収納するモータハウジング5とが、シャフト支持隔壁10により区画されたケース2を有するポンプにおいて、インペラ60の結合筒部65の縮径部65aを、シャフト支持隔壁10に設けたオイルシール20を貫通させて設けると共に、モータMのシャフト40に形成したローレット42を、結合筒部65のシャフト挿入孔62に圧入してモータMとインペラ60とを接続し、シャフト挿入孔62におけるローレット42の圧入位置を、シャフト40の軸方向においてオイルシール20のリップ24と、結合筒部65の縮径部65aとの摺接点24aよりもモータハウジング5側とした。
【選択図】図2
Description
図3は、特許文献1に開示された流体ポンプの要部拡大図である。
特許文献1に開示された流体ポンプでは、隔壁101により、本体ケース100がモータハウジング110とポンプハウジング120とに区画されており、吸入口121と吐出口(図示せず)とを備えるポンプハウジング120内に配置したインペラ130を、モータハウジング110内に設けたモータ111で回転駆動することで、吸入口121から流体を吸入し、吐出口から排出させる。
隔壁101には、インペラ130の円筒軸部131の外周面を囲む壁部102が設けられており、壁部102と円筒軸部131との間に設けたオイルシール140で、ポンプハウジング120とモータハウジング110とが水密に離間されている。
しかし、円筒軸部131が直接オイルシール140に接しているため、面粗度を向上させてシール性を高めることが困難であった。
さらに、円筒部材は、シャフトの軸方向のローレットに対向する位置で、径方向内側に向けて折り曲げられていることが好ましい。
さらに、ローレットは、隔壁とシール部材とにより、ポンプハウジングから水密に離間した空間内に位置していることが好ましい。
図1は、実施の形態の全体構造を示す縦断面図である。
ポンプ装置1は、ポンプPとこれを駆動するモータMとからなる。
ポンプ装置1のケース2は、モータハウジング5とポンプハウジング6からなっている。
第1ケース3は外周壁3aを備える有底のドラム状で、その開口部をシャフト支持隔壁10でカバーされて、モータハウジング5が形成される。また、シャフト支持隔壁10と第2ケース4とでポンプハウジング6が形成される。すなわち、シャフト支持隔壁10は両ハウジングの共有で、シャフト支持隔壁10を挟んで第1ケース3と第2ケース4を対向させ、互いに結合してある。
これら第1ケース3、第2ケース4およびシャフト支持隔壁10の3部材の結合は、順次に周方向複数箇所の爪を用いたバヨネット方式で連結し、ボルトなどで回り止めされる。このほか、3部材を多数のボルト・ナット等で同時に結合してもよい。
さらに、シャフト支持隔壁10からモータハウジング5内へは、筒部18が延びている。筒部18はその根元の拡径部17でボス部15に接続している。
ボス部15の内部には、拡径部17とオイルシール20との間に、シール空間Sが形成されている。
筒部18の先端からモータハウジング5内に突出したシャフト40の端部には、ステータ30の外方に筒壁35を位置させたドラム34が結合されている。ドラム34の筒壁35内面には永久磁石36が接着などにより取り付けられ、永久磁石36の内周面がステータ30の外周面との間に所定の間隙をもつように設定されている。これらドラム34、永久磁石36およびシャフト40によりロータ33が形成されている。
ステータ30とロータ33とによりモータMが形成される。
第2ケース4の底壁4bはシャフト支持隔壁10から離間しており、この底壁4bには、シャフト40の延長線上に整合させて水吸込口8が設けられるとともに、側壁4aには水吐出口9が設けられている。これにより、水吸込口8から流入した水がモータで駆動されて回転するインペラ60により、水吐出口9から吐出される。
シャフト40を支持する軸受26は、円筒状のすべり含油軸受であり、筒部18の根元側において貫通穴19の端部を座ぐり状に拡径した軸受保持部49に配置されている。筒部先端側の軸受27も同様である。
排水路Dは、ポンプ装置1の設置状態において、直線穴81がシール空間Sの最底部に開口し、垂直下方に向いている。
すなわち、回転数測定の場合には、シャフト40の周方向一部に反射特性の異なる部材や反射角度を異ならせた傾斜面を設けたり、周方向に凹凸を付しあるいは面粗度を変化させておき、反射光強度の変化速度を検知すればよい。
また、振れ測定の場合には、シャフト40の全周または周方向等間隔に反射部材を設けておき、反射光による反射部材までの距離変化を検知すればよい。
図2は、インペラ60とシャフト40との結合部近傍の拡大断面図である。
金属筒90の一端側(羽根63側)は、径方向外側に折り曲げられてフランジ部90aを形成しており、フランジ部90aとその近傍の金属筒90は、結合筒部65の拡径部65b内に埋め込まれている。
係止部90bは、後記するシャフト挿入孔62にローレット42が圧入された際に、縮径部65aの圧入部分が、径方向外側に大きく変形して、シャフト挿入孔62の端部が拡径するのを防止するために設けられている。
また、金属筒90の折り曲げ部分90cは、金属筒90のモータハウジング5側の端部に曲面が形成されるように、折り曲げられているので、導入部41とローレット42をシャフト挿入孔62に挿入して、シャフト40とインペラ60とを結合する際に、オイルシール20のリップ23、24が、金属筒90の折り曲げ部分90cで傷つけられないようになっている。
本実施形態では、金属筒90は、例えばSUS304(JIS)から形成され、金属筒90とインペラ60とは、例えばモールド成型により一体に形成されている。
シャフト挿入孔62は、インペラ60の回転軸Oに沿って結合筒部65を貫通して設けられており、羽根63側の端部は、ベース壁61の頂部61aの近傍に及んで形成されている。シャフト挿入孔62の断面形状は、後記するシャフト40やシャフト40の導入部41と同じ円形であり、シャフト挿入孔62の内径は、軸方向の全域に亘って同じにされている。
オイルシール20は、ベース部22をその先端が突当て部16aに当接するまで弾性圧入して押し込むことにより、オイルシール保持部16内に位置決めされ、そのリップ23、24を縮径部65aの外周面の金属筒90に摺接させる。
ベース部22の内周壁22aは傾斜しており、突当て部16aから遠のくほど小径となっている。
オイルシール20は、オイルシール20が有する弾性部材(リップ23、24)を、金属筒90に押し当てることでシール性を確保しており、リップ23、24と、金属筒90との接触部は、軸方向から見て、ともに円形形状を有している。
導入部41は、シャフト挿入孔62の内径よりも若干小さい外径を有する円筒形状に形成されており、ローレット42は、シャフト挿入孔62の内径よりも若干大きい外径を有している。
シャフト40は、導入部41をシャフト挿入孔62に挿入したのちに、ローレット42をシャフト挿入孔62に圧入することで、ローレット42を介してインペラ60に直接結合されており、シャフト40とインペラ60とが一体回転可能にされている。
これにより、インペラ60は、モータ側のみから保持された片持ち構造となる。
また、導入部41の軸方向長さL2は、ローレット42をシャフト挿入孔62に圧入する際にシャフト40をインペラ60の回転軸Oに沿って移動させるガイドとして機能して、シャフト40がインペラ60の回転軸Oに対して傾いて圧入されることを防止できる長さに設定されおり、ローレット42の軸方向長さL3よりも十分長い長さに設定されている。
ローレット42の軸方向長さL3は、シャフト40とインペラ60とを一体回転可能に結合できる長さに設定されている。
ローレット42がシャフト挿入孔62に圧入された際に、縮径部65aの径方向に向かう応力が作用して、金属筒90(縮径部65a)の外周面にひずみが生じても、ひずみの影響が摺接点24aに及ばないようにすることで、オイルシール20と金属筒90(縮径部65aとの間のシール性を保持するためである。
そして、シャフト支持隔壁10の膨出部12のボス部15からは先端がリング壁67と拡径部65bの間に臨むようにリング壁69が延びている。また、膨出部12のディスク部14には、インペラ60の外周側のリング壁67の先端を受け入れるように、リング状の凹部70が形成されている。
これらリング壁67、69、凹部70、拡径部65bにより、ラビリンスシールが形成され、水流の影響がオイルシール20部分に直接及ばないようにしている。
そのため、ローレット42の圧入により金属筒90にゆがみが生じても、リップ23、24と金属筒90との摺接点24aにゆがみの影響が直接及ばないので、オイルシール20によるシール性が損なわれない。
また、縮径部65aに円筒形状の金属筒90を設けると共に、シャフト40のシャフト挿入孔62に挿入される部分のうち、オイルシール20と縮径部65aとの摺接点24aよりもモータハウジング5側にローレット42を形成し、ローレット42よりも先の部分を、シャフト挿入孔62の内径よりも若干小さい外径の導入部41としたので、インペラ60とシャフト40との結合部分(結合筒部65)の軸方向の大きさを増大させることなく、シール性を確保したシャフトとインペラとの結合構造となる。
これにより、ローレット42の圧入により縮径部65aに変形が生じても、圧入位置が、縮径部65aとオイルシール20のリップ24との摺接点24aよりもモータハウジング5側に所定距離X離間しているので、変形の影響がシール性に及ぶことを防止できる。よって、金属筒90とオイルシール20とのシール性が損なわれて、シール性が低下することがない。
樹脂は表面粗さが悪く、ヒケなどにより、縮径部65aの断面を真円に形成することが困難であるが、樹脂部品の外周に円筒形状の金属筒90を外挿して設けることで、オイルシール20によるシール部を低摩擦、高い真円度で構成でき、シール性が向上する。
また、金属筒90と縮径部65aとを一体に形成することで、金属筒90の厚みを薄く形成しても、樹脂部品である縮径部65aの剛性によって金属筒90の形状を保持することができる。
これにより、ローレット42がシャフト挿入孔62に圧入された際に、インペラ60の縮径部65aが径方向外側に向けて押し広げられるのを係止部90bが押さえ込むので、縮径部65aのモータハウジング5側の端部におけるシャフト挿入孔62の拡径を抑えることができる。
また、ローレット42の圧入により、インペラ60の縮径部65aにクラックが発生しても、係止部90bによりクラックの成長を抑えることができる。
さらに、インペラ60の縮径部65aとシャフト40のローレット42との接続部分における径方向の剛性を高めることができるので、シャフト40によるインペラ60の保持力が高められたシャフト40とインペラ60との結合構造となる。
また、金属筒90の折り曲げ部分90cの形状が曲面形状とされているので、シャフト40とインペラ60とを結合する際に、オイルシール20のリップ23、24が、金属筒90の折り曲げ部分90cで傷つけられることがない。
これにより、シャフト40とインペラ60とを結合する際に、回転軸(シャフト40)とインペラ60の中心を一致させた状態で、シャフト挿入孔62にローレット42を圧入できる。よって、インペラ60および回転軸(シャフト40)が倒れないように保持しながら、ローレット42の圧入をする必要がないので、ローレット42の圧入が容易に行えるようになる。
また、導入部41は、インペラ60の結合筒部65を径方向外側に押圧しないので、オイルシール20のリップ23、24と、縮径部65aの金属筒90との摺接点を変形させることがない。
さらに、ローレット42の軸方向長L3さが短くても、導入部41が設けられているので、シャフト40とインペラ60との結合部分(結合筒部65)に作用するラジアル力に対する強度を確保でき、インペラのぐらつきを防止できる。
また、ローレット42の軸方向長さL3が短く、圧入面積が小さくてすむので、シャフト挿入孔62に挿入される部分の全域に亘ってローレットが形成されているシャフトを採用した従来例に比べて、圧入時に必要な力が小さくて済むようになる。
これにより、ローレット42の圧入によって、インペラ60の縮径部65aの圧入部分にクラックが発生しても、圧入部分がシャフト支持隔壁10とオイルシール保持部16とオイルシール20とにより囲まれた空間S内に位置しているので、クラックに水が侵入しない。よって、仮にクラックに水が侵入すると、クラック内の水分の凍結膨張によって、ポンプが氷点下の雰囲気に配置されている場合には、クラックの成長が懸念されるが、クラックへの水の侵入が防止されるので、このような問題が生ずることがない。
2 ケース
3 第1ケース
4 第2ケース
5 モータハウジング
6 ポンプハウジング
10 シャフト支持隔壁
12 膨出部
14 ディスク部
15 ボス部
16 オイルシール保持部
17 拡径部
18 筒部
20 オイルシール(シール部材)
23 リップ
24 リップ
24a 摺接点
40 シャフト
41 導入部
42 ローレット
60 インペラ
62 シャフト挿入孔
63 羽根
65 結合筒部(円筒軸部)
65a 縮径部
65b 拡径部
90 金属筒(円筒部材)
90a フランジ部
90b 係止部
M モータ
S シール空間
Claims (5)
- インペラを収納するポンプハウジングと、モータを収納するモータハウジングとが、隔壁により区画された本体ケースを有するポンプにおいて、
前記インペラの円筒軸部を、前記隔壁に設けたシール部材を貫通させて設けると共に、前記モータのシャフトに形成したローレットを、前記円筒軸部に圧入して前記モータと前記インペラとを接続し、
前記円筒軸部における前記ローレットの圧入位置を、前記シャフトの軸方向において前記シール部材との接触部よりも前記モータハウジング側としたことを特徴とするインペラとシャフトとの結合構造。 - 前記インペラの前記円筒軸部を少なくとも樹脂材料から形成し、
前記円筒軸部の外周面に金属製の円筒部材を設けると共に、前記円筒軸部と前記円筒部材とを一体に形成したことを特徴とする請求項1に記載の結合構造。 - 前記円筒部材は、前記シャフトの軸方向の前記ローレットに対向する位置で、径方向内側に向けて折り曲げられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の結合構造。
- 前記シャフトでは、前記ローレットよりも前記インペラ側に、前記円筒軸部に挿入されるガイドが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちの何れか一項に記載の結合構造。
- 前記ローレットは、前記隔壁と前記シール部材とにより前記ポンプハウジングから水密に離間した空間内に位置していることを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか一項に記載の結合構造。
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