JP2012002134A - Pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ室を構成する部材同士を超音波溶着にて接合しているポンプ、殊に駆動用のDCブラシレスモータが一体に設けられているポンプに関する。 The present invention relates to a pump in which members constituting a pump chamber are joined by ultrasonic welding, and more particularly to a pump in which a DC brushless motor for driving is integrally provided.
ポンプには各種のものが存在しているが、代表的な一例としてDCブラシレスモータ駆動の遠心ポンプがある。これは図8に示すように、羽根車7が一体に形成されているとともに永久磁石6を備えているロータ部5と、コイル1が巻線されて構成されているステータ部3と、上記コイル1に流す電流を制御する制御部4とからなるもので、軸12によって回転自在に支持されている上記ロータ部5が位置するポンプ室18は、ロータ部5とステータ部3との各配置空間を区画する分離板2と、吸い込み口16及び吐出口17を有しているケーシング8とで囲まれた空間として形成されている。
Various types of pumps exist, and a typical example is a centrifugal brush driven by a DC brushless motor. As shown in FIG. 8, the
ロータ部5の内周に固定された軸受14が外周に回転自在に配される上記の軸12は、図9に示すように、両端に軸方向と平行な平面12bと直角な平面12cとを有するDカット部12a,12aを備えて、一端側のDカット部12aは分離板2に設けた軸支え2aによって支持され、他端側のDカット部12aはケーシング8に設けた軸支え8aによって支持されている。なお、軸支え2aは軸12のDカット部12aの断面形状に合わせたDカット形状としてあるために、軸12は軸支え2aによって回り止めがなされている。また上記軸支え8aと軸12の他端面との間には緩衝材15を設置して、軸12の軸方向がたつきを抑えている。
As shown in FIG. 9, the
さらに、上記軸受14のケーシング8側の端面と軸支え8aの間隙には、軸12を挿通した軸受板13を配してある。この軸受板13は、軸12のDカット部12aの断面形状に合わせたD形状の穴を有することで軸12に対して回転することがない。
Further, a
このポンプは、ステータ部3のコイル1への通電制御によってステータ部3において回転磁界を発生させることでロータ部5(羽根車7)を回転させて、吸込口16からポンプ室18内に液体を導くとともに液体を昇圧して吐出口17より排出する。
This pump rotates the rotor portion 5 (the impeller 7) by generating a rotating magnetic field in the
羽根車7の回転中は、吸込口16から羽根車7の中心付近が負圧となるとともに、羽根車7の回転で昇圧された液体によって羽根車7外周やロータ部5外周並びに羽根車7の背面側には正圧が形成される。このために羽根車7の軸方向前後に差圧が生じて、羽根車7にケーシング8側へと作用する力Gが働く。この力Gのために、羽根車7の回転中、軸受14のアキシャル方向であるケーシング8側の端面が軸受板13に回転摺動する。
While the
軸受14の分離板2側の端面は、軸支え2aの端面に接触すると羽根車7の回転に支障を与えることになるために、軸受14の全長と軸受板13の厚さとを足し合わせた長さよりも、ケーシング側の軸支え8a端面と分離板2側の軸支え2a端面との間の長さを若干長くし、羽根車7の回転中は、軸受14と軸支え2aの端面との間には間隙Cが生じるようにしている。
Since the end surface of the
ところで、ポンプ室18を囲むケーシング8と分離板2とは、ビスなどの固着具によって連結するとともに、パッキンによってシールするのが一般的であるが、この場合、部品点数が多くなる上に、パッキンの異物噛み込み、あるいはパッキンの経時変化による水漏れなどの問題がある。この点は特許文献1で示されているように、ケーシング7と分離板2とを溶着によって連結することで解消することができる。上記特許文献1で示されているのはケーシングと分離板とをスピン溶着によって連結したものであるが、超音波溶着で行うと、次のような問題が新たに生じる。
By the way, the
すなわち、超音波溶着は、主に20kHz以上の超音波による縦振動を発生させて接合させる部品同士の加圧した接合面に振動エネルギーを加え、摩擦熱によって接合面に設けられている溶着代を溶かして瞬時に溶融・結合させるものであり、ポンプ室を構成する分離板とケーシングとを超音波溶着する場合、いくつかの形状、形式がとられるが、固着と同時にシール性を確保させる場合には、通常、シェアジョイントと呼ばれる固着形式がとられる。 That is, ultrasonic welding mainly applies vibration energy to the pressure-bonded joint surfaces of components to be joined by generating longitudinal vibrations by ultrasonic waves of 20 kHz or higher, and the welding margin provided on the joint surfaces by frictional heat. It is melted and melted and bonded instantly, and when the separator plate and casing that make up the pump chamber are ultrasonically welded, several shapes and forms can be taken. Usually, a fixed form called a shear joint is taken.
図10,図11はシェアジョイント形式とした場合の溶着前の断面図、図12,図13は溶着後の断面図である。ケーシング8は受治具35によって受けられ、ケーシング8上に置かれた分離板2は超音波ホーン32によってケーシング2側である下方に向けて加圧される。
10 and 11 are sectional views before welding in the case of the shear joint type, and FIGS. 12 and 13 are sectional views after welding. The
溶着前の状態においては、ケーシング8の溶着部テーパ8cが分離板2の溶着部エッジ2cに接触した状態にある。この状態で超音波ホーン32による加圧と同時に超音波の発振を行って超音波ホーン32を通じて振動エネルギーを溶着部に伝播すれば、溶着部エッジ2cが摩擦熱によって溶着長さDの分だけ溶融し、図12及び図13の状態になって溶融部Eを形成する。
In the state before welding, the welded portion taper 8 c of the
ここにおいて、溶着前の状態の羽根車7(ロータ部5)は、その自重により、ケーシング8の軸支え8a上に軸受14を軸受板13を介して載せており、軸受14の上端面と分離板2の軸支え2aの端面との間には、C+D分の隙間がある。
Here, the impeller 7 (rotor portion 5) in a state before welding has a
溶着のために加えられる超音波振動は、各部品を振動させることになるが、羽根車7及び軸受板13は共に軸12に対して軸方向に可動であるために、軸支え8aのわずかな振動によって動きが増幅されて軸方向に大きく上下動する。この上下動は、図14に示すように、当初、最大振幅(C+D)で生じ、溶着部の溶融が進むにつれて振幅が小さくなり、最終的にはCの振幅となる。
The ultrasonic vibration applied for welding causes each component to vibrate. However, since both the
超音波振動の発振直後において、ロータ部5が上記上下動により図14(b)のように最上点に達した時には、軸12のケーシング8側のDカット部12aの端部の前記平面12cと軸12の外周面とが交叉する部分であるエッジ部12dが軸受14から露出した状態となる。
Immediately after the oscillation of the ultrasonic vibration, when the
また、軸12や軸受板13はセラミックやSUS材からなるものが使用されるが、特に良好な摺動性を確保するという点でセラミック製のものを用いた場合、軸受板13の厚さを軸12のDカット部12aのエッジ部12dから軸支え8a端面までの距離よりも薄くすることで、軸12のエッジ部12dと軸受板13との間に隙間Fを設けて、エッジ部12dと軸受板13とが干渉しないようにしているが、上述のようにロータ部5が軸受板13から離れた時、隙間Fの分だけ軸受板13が軸方向に可動の状態となるとともに、超音波発振時には軸受板13も上下動してしまうものであり、この時、軸12の露出しているエッジ部12dに軸受板13が勢いよく接触を繰り返すことで、エッジ部12dにわずかなチッピングを発生させてしまうことがあった。このようなことは、ポンプに軸方向衝撃が加えられた場合にも生ずる虞がある。
Further, the
そしてチッピングによって生じたセラミックの破片が軸受14と軸受板13の摺動面内に侵入し、ロータ部5の上下振動によって軸受14のケーシング8側の端面に強く押されると、軸受摺動面に食い込んで容易に排出できない状態となり、このままポンプの運転を行うと、軸受摺動面に噛み込んだセラミックの破片のために、摺動抵抗が増大し、所定のポンプ性能を満足できなくなる問題があった。
When ceramic fragments generated by chipping enter the sliding surface of the
本発明は、超音波溶着時に生ずる可動部品の振動が新たな問題を引き起こしてしまうことを抑制することができるポンプを提供することを課題とするものである。 It is an object of the present invention to provide a pump that can suppress the vibration of the movable part that occurs during ultrasonic welding from causing a new problem.
本願の請求項1の発明は、磁気従動部を有してポンプ室内に配されている羽根車と、該羽根車を軸受を介して回転自在に支持している固定された軸と、上記磁気従動部に磁気を作用させて上記羽根車を回転させる磁気駆動部と、該磁気駆動部をポンプ室から区画している分離板と、当該分離板と超音波溶着により溶着されて分離板との間に上記ポンプ室を形成するケーシングとを備えて、分離板とケーシングとで軸方向両端が支持される前記軸のケーシング側の端部に設けたDカット部との係合で回り止めされた軸受板に、上記羽根車内周に配された上記軸受のケーシング側の軸方向端面が摺動接触するポンプにおいて、上記軸の軸方向における上記軸受の移動可能距離よりも、軸方向一面をケーシングで支持された上記軸受板の他面から上記軸におけるDカット部の端部のエッジ部までの距離を大きくしていることに特徴を有している。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an impeller having a magnetic follower disposed in a pump chamber, a fixed shaft that rotatably supports the impeller through a bearing, and the magnetic A magnetic drive unit that rotates the impeller by applying magnetism to the driven unit, a separation plate that partitions the magnetic drive unit from the pump chamber, and a separation plate that is welded to the separation plate by ultrasonic welding. A casing that forms the pump chamber in between, and the rotation is prevented by engagement with a D-cut portion provided at an end portion on the casing side of the shaft that is supported at both ends in the axial direction by the separation plate and the casing. In the pump in which the axial end surface on the casing side of the bearing disposed on the inner periphery of the impeller is in sliding contact with the bearing plate, the casing is provided with one axial surface rather than the movable distance of the bearing in the axial direction of the shaft. Above the other side of the supported bearing plate It is characterized in that to increase the distance to the edge of the end of the D-cut portion in the axial.
本願の請求項2の発明は、磁気従動部を有してポンプ室内に配されている羽根車と、該羽根車を軸受を介して回転自在に支持している固定された軸と、上記磁気従動部に磁気を作用させて上記羽根車を回転させる磁気駆動部と、該磁気駆動部をポンプ室から区画している分離板と、当該分離板と超音波溶着により溶着されて分離板との間に上記ポンプ室を形成するケーシングとを備えて、分離板とケーシングとで軸方向両端が支持される前記軸のケーシング側の端部に設けたDカット部との係合で回り止めされた軸受板に、上記羽根車内周に配された上記軸受のケーシング側の軸方向端面が摺動接触するポンプにおいて、上記軸のDカット部における軸方向と平行な面と上記軸の外周面とを軸方向に対して傾いた傾斜面でつないでテーパ状としていることに特徴を有している。
The invention of
いずれのポンプにおいても、軸受のケーシング側の端部内周面には軸受内径を大きくした逃がしを設けていることが好ましく、この逃がしとしては、一定の内径のものであっても、軸受の奥方ほど径が小さくなるテーパ状のものであってもよい。いずれにしても、逃がしを設けたことで、軸と軸受との間の摺動性が向上する。 In any pump, it is preferable to provide a relief with a larger bearing inner diameter on the inner peripheral surface of the bearing casing side end. A tapered shape with a small diameter may be used. In any case, providing the relief improves the slidability between the shaft and the bearing.
また、羽根車の上記軸受の外周に位置する部分には羽根車を軸方向に貫通する環流穴を備えていることが好ましい。環流穴が羽根車の軸方向前後に生じる差圧を小さくするために、軸受と軸受板との摺動接触面に作用する力が小さくなり、良好な摺動特性を得ることができる。 Moreover, it is preferable that the part located in the outer periphery of the said bearing of an impeller is provided with the circulation hole which penetrates an impeller to an axial direction. Since the circulating hole reduces the differential pressure generated before and after the impeller in the axial direction, the force acting on the sliding contact surface between the bearing and the bearing plate is reduced, and good sliding characteristics can be obtained.
特に前記羽根車に設置された少なくとも3箇以上の環流穴を羽根車の軸回りに等間隔で形成しておくと、羽根車の回転時の姿勢も安定するために更に良好な摺動特性が得られる。 In particular, if at least three or more circulation holes installed in the impeller are formed at equal intervals around the axis of the impeller, the posture during rotation of the impeller is also stabilized, so that even better sliding characteristics are obtained. can get.
請求項1の発明においては、超音波溶着のために超音波振動を分離板とケーシングとに与えた時、羽根車や軸受板が軸方向に振動してしまうが、この時にも軸受板と軸のDカット部におけるエッジ部とが接触することはなく、このために軸や軸受板がセラミック製であってもチッピングが発生することはなく、その結果、チッピングで生じた破片に起因するポンプ性能の低下を生じてしまうことを抑制することができる。 In the first aspect of the invention, when ultrasonic vibration is applied to the separation plate and the casing for ultrasonic welding, the impeller and the bearing plate vibrate in the axial direction. Therefore, even if the shaft and the bearing plate are made of ceramic, chipping does not occur, and as a result, the pump performance due to chips generated by chipping. It can suppress that the fall of this occurs.
請求項2の発明においては、軸受板が軸のDカット部の端部に接触しても、シャープなエッジ部がないためにチッピングが生じることがないものであり、チッピングの発生に伴うポンプ性能の低下を抑制することができる。
In the invention of
本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図1に示すように、基本的構成は前記従来例と同じであって、分離板2とケーシング8とによって囲まれたポンプ室18内に、羽根車7が一体に形成されているロータ部5が収納されており、該ロータ部5は一端を分離板2の軸支え2aで支持され、他端をケーシング8の軸支え8aで支持された軸12に軸受14を介して回転自在に支持されている。多数の羽根7aを有する羽根車7が軸方向一端側に形成されている上記ロータ部5の外周部には永久磁石6が固定されており、さらに外周には上記分離板2を介してステータ部3が配設されている。
The present invention will be described in detail based on an example of the embodiment. As shown in FIG. 1, the basic configuration is the same as that of the conventional example, and the inside of the
ステータコア22に複数のコイル1を巻いたものとして形成されている上記ステータ部3は、ステータコア22に設けた鍔状の突起22aをコア固定ねじ23によって分離板2に固定することで位置決め固定されたものであり、上記コイル1は分離板2にねじ等によって固定されている制御部4にかしめ端子や絡げピンなどによって接続されている。制御部4は、上記複数のコイル1への通電を制御することで回転磁界を発生させることで、永久磁石6を備えたロータ部5(羽根車7)を軸12の回りに回転させる。
The
前記軸12はその軸方向の両端にDカット部12a,12aを備えており、一端側のDカット部12aは分離板2に設けた断面形状がDカット形状の軸支え2aによって支持され、他端側のDカット部12aはケーシング8に設けた軸支え8aによって支持されている。また軸支え2a底面と軸支え8a底面間の距離は軸12の軸方向全長よりわずかに長くされているとともに、上記軸支え8aと軸12の他端面との間には弾性体からなる緩衝材15が圧縮配置されることで、軸12の軸方向がたつきが抑制されている。
The
ロータ部5の内周面に固定されている軸受14と軸支え8aとの間には軸受板13が配設されている。中心に軸12のDカット部12aに対応した形状の穴が形成されることで、軸受板13は軸12に対して回転することがない。
A bearing
磁気従動部であるロータ部5(羽根車7)が配されたポンプ室18とは分離板2によって区画された領域に磁気駆動部としてのステータ3が配されている該ポンプにおいて、ステータ部3で回転磁界を発生させることで羽根車7を回転させる時、ケーシング8に設けた吸込口16から液体がポンプ室18内へ吸い込まれ、羽根車7の回転に伴って昇圧された液体は、同じくケーシング8に設けた吐出口17より排出される。この時、羽根車7の回転で吸込口16から羽根車7の中心付近は負圧となるとともに、羽根車車7の回転で昇圧された液体によって羽根車7の後面側には正圧が働くことから、羽根車7の軸方向前後には差圧が作用して、羽根車7には前述のようにケーシング8側への軸方向荷重Gが加えられることから、羽根車7の回転中、軸受14の端面が軸受板13に回転摺動することになる。
In the pump in which the
なお、ポンプ運転によって発生する上記軸方向荷重Gは、軸受板13と軸受14の摺動面に全て加わることになり、この面圧が高くなり過ぎると軸受14の摺動部に悪影響を来たし、軸受14の異常摩耗などを発生する。このために、ここではロータ部5における軸受14の外周とマグネット6との間に位置する部分にロータ部5を軸方向に貫通する環流穴7cを設けている。羽根車7のケーシング8側と分離板2側とを連通させる環流穴7cの存在により、上記圧力差が緩和されて軸受板13と軸受14に発生する荷重を低減している。なお、上記環流穴7cは、小さくてφ1.0から大きくてもφ1.5程度が適正である。また軸12の軸回りに等間隔で複数設けておくことが好ましい。回転中の羽根車7の姿勢が安定するため、良好な摺動特性が得られるからである。
The axial load G generated by the pump operation is all applied to the sliding surfaces of the bearing
図4は3個の環流穴7cを等間隔に、図5は4個の環流穴7cを等間隔に設けた場合を示しているが、2個、あるいは5個以上の環流穴7cを設けてもよい。ただし、環流穴7cの断面積や個数が多すぎると、液体が環流するロスが増加し、ポンプ効率の低下を招く。従って環流穴7cのサイズと個数の設定にはバランスが必要である。
4 shows a case where three
また軸受14全長と軸受板13の厚みを足し合わせた長さよりも、軸支え8a端面から軸支え2a端面までの距離はCだけ長くしているために、羽根車7の回転中、軸受14が軸支え2aの端面に接触することがないようにしている。
Further, since the distance from the end surface of the
さらに、軸支え8aの端面に一面を接している軸受板13の他面から、軸12におけるケーシング8側のDカット部12aの端部にあるエッジ部12dまでの距離Fを、上記距離Cよりも長くしている。
Further, the distance F from the other surface of the bearing
また、ここでの分離板2とケーシング8とは従来例でも述べたように超音波溶着によって固定及びシールを行っているのであるが、溶着の際の前記溶着長さDと上記Cとを足し合わせた長さC+Dよりも上記Fを長くしている。
Further, the
このために、超音波溶着時の振動や、軸12の軸方向における衝撃がポンプに加わったことで、ロータ部5の軸受14が分離板2側に移動しても、図2に示すように、軸12のエッジ部12dは依然として軸受14の内周位置にあって、軸受14の端面よりも軸受板13側に露出することがないために、軸受板13が軸方向に移動しても、エッジ部12dに当たることはなく、軸12がセラミック製である場合に問題となるエッジ部12dのチッピングが生じることがないものである。
For this reason, even when the bearing 14 of the
もっとも、Dカット部12aの長さを長くした場合、ポンプ運転状態においては羽根車7は前記差圧によってケーシング8側へ移動した状態で回転するために、軸受14の内周側にDカット部12aが存在して軸受14の内周全面が軸12で受けられている部分の長さが短くなり、軸12に対する軸受14のこじれによる摺動性が低下してしまうおそれがある。
However, when the length of the D-cut
この点については、図2に示すように、軸受14のケーシング8側の端部内周面に内径を少し大きくした逃がし14dを設けるとよい。この逃がし14dとしては、図3に示すように、軸受14のケーシング8側の端部内周面をテーパ面としたものでもよい。
In this regard, as shown in FIG. 2, a
逃がし14dも大きく取り過ぎると軸受14摺動面の面積が低下してポンプ運転中のアキシャル方向摺動部の面圧が上昇することになり、軸受14の摺動性に悪影響を及ぼす場合があるが、このような場合には、前述したように羽根車7に働く差圧を小さくする環流穴7cを設けることが有効である。
If the
エッジ部12dのチッピング防止の点については、軸12外周面とDカット部12の軸方向と平行な面との間を軸方向と直交する面でつなぐのではなく、図6あるいは図7に示すように軸方向に対して傾斜する傾斜面でつないでテーパ状とすることで、エッジ部12dが鈍角な角度を有するものとしてもよい。この場合においても、超音波溶着時や軸方向衝撃を受けた時に軸受板13が暴れても、エッジ部12dはシャープエッジではないためにチッピングを生じることがない。この場合、軸受14がケーシング8側にある時に軸受14の端面が軸受板13に接触するのであれば、図7に示すように軸受14が分離板2側にある時に鈍角なエッジ部12dが軸受14の端面よりも露出してもよい。
Regarding the point of preventing chipping of the
軸12のDカット部12aを上記のいずれのタイプのものにするにしても、両端にDカット部12aを有する図示例のような軸12においては、組立作業性を考慮して両端のDカット部12a,12aを同じ大きさ及び形状のものとしてもよい。
Regardless of the type of the D-cut
1 コイル
2 分離板
3 ステータ部
4 制御部
5 ロータ部
6 永久磁石
7 羽根車
8 ケーシング
12 軸
13 軸受板
14 軸受
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
上記軸の軸方向における上記軸受の移動可能距離よりも、軸方向一面をケーシングで支持された上記軸受板の他面から上記軸におけるDカット部の端部のエッジ部までの距離を大きくしていることを特徴とするポンプ。 An impeller disposed in the pump chamber having a magnetic follower, a fixed shaft that rotatably supports the impeller via a bearing, and magnetism applied to the magnetic follower. A magnetic drive section for rotating the impeller, a separation plate that partitions the magnetic drive section from the pump chamber, and a casing that is welded to the separation plate by ultrasonic welding to form the pump chamber between the separation plate A bearing plate that is supported by a D-cut portion provided at an end portion on the casing side of the shaft that is supported at both ends in the axial direction by the separation plate and the casing, on the inner periphery of the impeller A pump in which the axial end surface on the casing side of the bearing disposed is in sliding contact,
The distance from the other surface of the bearing plate supported by the casing to the edge portion of the end of the D-cut portion in the shaft is larger than the movable distance of the bearing in the axial direction of the shaft. A pump characterized by
上記軸のDカット部における軸方向と平行な面と上記軸の外周面とを軸方向に対して傾いた傾斜面でつないでテーパ状としていることを特徴とするポンプ。 An impeller disposed in the pump chamber having a magnetic follower, a fixed shaft that rotatably supports the impeller via a bearing, and magnetism applied to the magnetic follower. A magnetic drive section for rotating the impeller, a separation plate that partitions the magnetic drive section from the pump chamber, and a casing that is welded to the separation plate by ultrasonic welding to form the pump chamber between the separation plate A bearing plate that is supported by a D-cut portion provided at an end portion on the casing side of the shaft that is supported at both ends in the axial direction by the separation plate and the casing, on the inner periphery of the impeller A pump in which the axial end surface on the casing side of the bearing disposed is in sliding contact,
A pump characterized in that a surface parallel to the axial direction in the D-cut portion of the shaft and an outer peripheral surface of the shaft are connected by an inclined surface inclined with respect to the axial direction to form a taper shape.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130903 |