JP5210204B2 - インペラ装置および回転式インペラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インペラ装置および回転式インペラの製造方法に関し、更に詳しくは、磁気検出素子や磁性体といった磁気検出部材が埋設された回転式インペラを備えるインペラ装置およびこの回転式インペラの製造方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、回転自在に支持された回転式インペラを外部磁界の制御により回転させるため、回転式インペラ内部にロータマグネットをインサート成形により埋設する技術が記載されている。このようなインサート成形によれば、インサートとしてのロータマグネットを所定の位置に正確に埋設することができる（位置精度が高い）ため、回転式インペラの回転をより正確に制御することができる。

このような技術は、例えば、所定の空間内を流れる流体の流量測定に用いられる回転式インペラにも応用することができる。つまり、磁気を感知する磁気検出素子と対になるマグネット（磁性体）を回転式インペラにインサート成形によって埋設することにより、回転式インペラの回転数、すなわち流体の流量測定の精度を向上させることができる。

特開２００５−１６３６７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるようなインサート成形を用いてマグネット等の磁気検出部材が埋設される回転式インペラを成形する場合、マグネット等を支持（位置決め）するためのインサートピンを、金型のキャビティに対して進退させる構成としなければならず、必然的に金型が複雑になってしまうという問題がある。

また、インサート成形を用いて成形した場合、マグネット等の磁気検出部材を支持するためのインサートピンがキャビティから退出した後に成形品に残る穴は、磁気検出部材が外部に露出した状態とならないようにするため、通常、熱融着やポッティングによって埋められる。しかし、このような熱融着やポッティングでは、インサートピンの痕跡として残る穴を完全に封止することが困難であるという問題がある。したがって、例えば自動製氷器や、飲料のパッケージング工程等、食品用の流量測定用に用いられる回転式インペラの場合、磁気検出部材が埋設されている内部まで液体が入り込み、磁気検出部材がマグネットの場合には、そのマグネットが腐食する可能性があり衛生的に好ましくない。また、熱融着やポッティング等を用いた場合では、開口を埋めた樹脂と磁気検出部材との間に隙間ができることがあり、その場合、磁気検出部材がインペラ内部でがたついてしまう。このようにがたつきが発生した製品は、回転の検出精度に影響を及ぼす製品毎の磁気検出素子と磁性体との間隔が安定せず、回転の検出精度が低下してしまう。

本発明が解決しようとする課題は、インサートピンを進退動作させるような構成を有する成形用金型を用いることなく、回転式インペラ内部に埋設される磁性体等の磁気検出部材のがたつき防止による検出精度の確保、および埋設される磁気検出部材の封止に対する高い信頼性を有するインペラ装置および回転式インペラの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、ケース体に形成された流体空間内で回転可能に支持された回転式インペラを備えたインペラ装置において、前記ケース体は、前記流体空間が形成されたケース本体、および該ケース本体に対し取り付けられ前記流体空間の開口を塞ぐ蓋体を有し、前記回転式インペラには、前記蓋体側に底が位置しその反対側に向かって開口した有底の凹部が形成され、該凹部の底面に前記磁性体が当接した状態で該凹部の開口がインサート成形によって流し込まれた樹脂によって封止されることにより該磁性体が埋設されており、前記蓋体には、前記回転式インペラの回転によって移動する前記磁性体と対向可能な位置に前記磁性体を検出可能な磁気検出素子が設けられていることを要旨とするものである。

本発明に係る回転式インペラによれば、磁気検出素子または磁性体のいずれか一方は、回転式インペラに形成された凹部の底面を基準として回転式インペラ内部に埋設されるので、埋設される磁気検出部材の位置精度を確保することができる。また、凹部の底面が基準となるように磁気検出部材が挿入された後、凹部の開口はインサート成形によって高い圧力を掛けて流し込まれる樹脂によって塞がれるため、開口を埋めた樹脂と磁気検出部材との間における隙間の発生が防止され、回転式インペラ内部における磁気検出部材のがたつきに起因する検出精度の低下が抑えられる。さらに、磁気検出部材はインサート成形によって確実に回転式インペラ内部に封止されるため、液体の浸入による磁気検出部材の腐食が防止され、衛生的にも問題がない。

また、前記回転式インペラには、その径方向の外壁に羽根部が形成され、該羽根部と前記凹部とが回転軸方向において重なって形成されていれば好適である。

このように、磁気検出素子または磁性体のいずれか一方が挿入される凹部と、回転式インペラの羽根部と回転軸方向に重ねて形成することにより、回転軸方向における回転式インペラの長さを小さくすることができる。ゆえに、回転式インペラを備えるインペラ装置全体の大きさを小さくすることができる。

また、上記課題を解決するために本発明は、流体空間が形成されたケース本体、および該ケース本体に対し取り付けられ前記流体空間の開口を塞ぐ蓋体を有するケース体と、磁性体が埋設された、前記流体空間内で回転可能に支持される回転式インペラと、前記蓋体に設けられた、前記磁性体を検出可能な磁気検出素子と、を備えたインペラ装置における前記回転式インペラの製造方法であって、前記流体空間内に前記回転式インペラが位置する状態において前記蓋体側に底が位置しその反対側に向かって開口するように形成された有底の凹部に磁性体を挿入し、該凹部の底面に該磁性体が当接した状態とした後、前記凹部の開口をインサート成形によって樹脂を流し込むことにより封止して、前記磁気検出素子と対向可能な位置に前記磁性体を埋設することを要旨とするものである。

このような回転式インペラの製造方法によれば、回転式インペラに形成された凹部の底面により、回転式インペラ内に埋設される磁気検出素子または磁性体のいずれか一方を位置決めすることができるため、インサートピン等の支持部材を用いた複雑な金型を使用する必要はなく、製造コストが抑えられる。また、凹部の開口をインサート成形による樹脂の流し込みによって封止するため、液体の浸入による埋設された磁気検出部材の腐食を防止することができると共に、回転式インペラ内部における磁気検出部材のがたつきが抑えられ、埋設される磁気検出部材のがたつきに起因する検出精度の低下が抑えられる。

本発明によれば、磁気検出素子または磁性体のいずれか一方は、回転式インペラ内部に形成された凹部の底面に当接させた状態で埋設され、そのがたつきが抑えられているため、回転式インペラに埋設される磁気検出素子または磁性体のいずれか一方のがたつきに起因する検出精度の低下が抑えられる。また、インサート成形によって樹脂が凹部の開口に流し込まれるので、回転式インペラに埋設される磁気検出素子または磁性体のいずれか一方の封止に対する信頼性が向上する。

本発明の第一の実施形態に係るインペラ装置の外観斜視図である。 図１に示したインペラ装置の分解斜視図である。 図１に示したインペラ装置の断面図である。 図１に示したインペラ装置から蓋体を取り外した状態を示すものであって流体空間内における流体の流れを模式的に示した図である。 図１に示したインペラ装置が備える回転式インペラの外観図であって、図５（ａ）は回転式インペラをケース本体側から見た外観図であり、図５（ｂ）は蓋体側から見た外観図である。 図５に示した回転式インペラの断面図である。

以下、本発明に係るインペラ装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第一の実施形態に係るインペラ装置１の外観斜視図、図２は、このインペラ装置１の分解斜視図、図３は、インペラ装置１の断面図、図４は、蓋体１６を取り外した状態を示した図である。

インペラ装置１は、ケース体１０内の流体空間１２に配設された回転式インペラ３０と、回転式インペラ３０の回転数を検出するための磁気検出素子４０と、この磁気検出素子４０が感知する磁性体３６とを備える。なお、本実施形態に係るこのインペラ装置１は、回転式インペラ３０の回転数を検出することで、流体の流量を測定することができる装置であって、製氷器の水供給用や、飲料供給用として使用されるものである。

ケース体１０は、共に樹脂製であるケース本体１４および蓋体１６とから構成される。ケース本体１４には、所定の大きさの窪みである流体空間１２が形成されている。流体空間１２内には、流体空間１２内に流入する流体の流路２０を形成する仕切壁２１が形成されている。本実施形態では、仕切壁２１には、流入路２２が形成されている。また、流体空間１２の中央からは、インペラ軸２４が突出して形成されており、このインペラ軸２４に回転式インペラ３０が回転可能に支持されている。

さらに、ケース本体１４の一側面には、流体空間１２と連通した流入口（流入流路）２５、流出口（流入流路）２６が形成されている。そして、回転式インペラ３０がインペラ軸２４に挿通され、このケース本体１４に蓋体１６が被着されることで、流体空間１２の開口１８ａが封止される。これにより、流入口２５および流出口２６を除き、流体空間１２が密閉された空間となる。

また、蓋体１６の流体空間１２側の反対面には、ホルダ６０が着脱可能に取り付けられる第一のホルダ保持部１７１および第二のホルダ保持部１７２からなるホルダ保持部１７が形成されている。その形状の詳細およびホルダ６０の取付構造の詳細は後述する。

なお、本実施形態では、図３から分かるように、ケース本体１４と蓋体１６の密着性を高めるため、両者の間にＯリング１５が介在されている。また、ケース本体１４に対する蓋体１６の被着は、蓋体１６の係合溝１６ａにケース本体１４の係合突起１４ａを係合させることによりなされる（蓋体１６を開口１８ａに当接させた状態で回転させることで、係合溝１６ａに係合突起１４ａが係合される）。ただし、これらの構成はあくまで例示であるため、適宜変更可能である。

流体空間１２内に配設された回転式インペラ３０について図５および図６を参照して詳細に説明する。ここで、図５（ａ）は回転式インペラ３０をケース本体１４側から見た外観図であり、図５（ｂ）は蓋体１６側から見た外観図である。また、図６は、回転式インペラ３０の断面図である。なお、図５は、回転式インペラ３０に磁性体３６が埋設される前の状態を示したものである。

図５および図６に示すように、回転式インペラ３０の円筒状の外周面には、複数の羽根部３２が形成されている。その中心には、軸受孔３４が形成されており、この軸受孔３４にインペラ軸２４が挿通される。これにより、回転式インペラ３０は、流体空間１２内で回転可能に支持される。また、回転式インペラ３０には、磁性体（マグネット）３６が固定されている。磁性体３６は、回転式インペラ３０の軸線を通る平面に対して対称となる位置（二個所）に固定されている。

この点について具体的に説明する。図５（ａ）から分かるように、回転式インペラ３０には、ケース本体１４の方向に開口（開口３０１ａ）した有底（底面３０１ｂ）の凹部３０１が二つ形成されている。この凹部３０１は、その中心軸が回転式インペラ３０の回転軸と平行、かつ回転式インペラ３０の回転軸方向において羽根部３２と重なるように形成されている。

このような形状を有する回転式インペラ３０に、磁性体３６は次のように埋設される。すなわち、磁性体３６は、凹部３０１の開口３０１ａから挿入される。これにより、磁性体３６の一端は、凹部３０１の底面３０１ｂに当接した状態となる。そして、磁性体３６が挿入された回転式インペラ３０がインサートとして金型に装着され、インサート成形によって凹部３０１に流し込まれる樹脂Ｒにより凹部３０１の開口３０１ａが封止される。これにより、磁性体３６は回転式インペラ３０の内部に埋設されることとなる。なお、磁性体３６は、流し込まれる樹脂Ｒの射出圧により、その端面が凹部３０１の底面３０１ｂに押圧されるため、磁性体３６の端面は凹部３０１の底面３０１ｂに当接され、インサート成形によって完全に回転式インペラ３０の内部に封止された状態で固定される。

図４に示すように、この回転式インペラ３０は、その羽根部３２が仕切壁２１に設けられた流入路２２より進入してきた流体の流体圧を受けて回転する。この回転式インペラ３０の回転は、磁気検出素子４０によって検知される。

磁気検出素子４０は、検出部本体４０１および端子４０２とから構成される。検出部本体４０１は、回転式インペラ３０に固定された磁性体３６に反応し、それを電気信号に変換するものである。

図３から分かるように、検出部本体４０１は、検出部本体４０１の中心軸とインペラ軸２４の中心軸との距離が、磁性体３６の中心軸とインペラ軸２４の中心軸との距離と等しくなるようにして、蓋体１６（ケース体１０）に形成された凹部１６１に配設されている。したがって、回転式インペラ３０に埋設された磁性体３６は、回転式インペラ３０が１８０度回転する毎に検出部本体４０１に対向し、その対向した位置で磁気検出素子４０に検出される。そして、この磁性体３６を検出した信号がインペラ装置１を制御する外部の制御手段に出力され、回転式インペラ３０の回転数、すなわち、流体空間１２を流れる流体の流量が測定される。

また、磁気検出素子４０の端子４０２は、上記信号を外部に出力するためなどに使用される端子であり、本実施形態では、磁気検出素子４０は、三つの端子４０２（電気信号出力用、電力供給用、グランド接続用）を有する。

この端子４０２は、端子ピン５０と当接されて電気的に接続されている。端子ピン５０は、Ｌ型の金属製部材であり、端子接触部５０１およびコネクタ部５０２とからなる。端子接触部５０１は、後述するように磁気検出素子４０の端子４０２と当接する部分である。コネクタ部５０２は、インペラ装置１とその制御手段とを電気的に接続するための図示されないコネクタが接続される部分である。

端子ピン５０は、ホルダ６０によって磁気検出素子４０の端子４０２と当接した状態で取り付けられる。このホルダ６０は、蓋体１６に形成された第一のホルダ保持部１７１に支持される支持部である支持軸６２１と、第二のホルダ保持部１７２に係止される係止部である係止孔６２２とを備え、蓋体１６（ケース体１０）に着脱可能に取り付けられる。また、ホルダ６０には、三つの端子４０２のそれぞれと電気的に接続される端子ピン５０が固定されている。具体的には、ホルダ６０には、三つの貫通孔６０１が形成されており、この貫通孔６０１のそれぞれに対して端子ピン５０のコネクタ部５０２が圧入されることで端子ピン５０がホルダ６０に固定されている。図１および図３から分かるように、貫通孔６０１に圧入されたコネクタ部５０２は、ホルダ６０を貫通し、外側に突出している。

蓋体１６に形成された第一のホルダ保持部１７１は、図３から分かるように、上向き方向に開口した断面Ｕ型形状に形成されている。また、第二のホルダ保持部１７２は、弾性変形可能な爪部である。ホルダ６０は、第一のホルダ保持部１７１に支持軸６２１が引っ掛けられ、第二のホルダ保持部１７２の爪部が係止孔６２２に係止されることにより、蓋体１６（ケース体１０）に被着される。

なお、本実施形態では、蓋体１６の端子４０２が載置される個所には、ゴム等の弾性体で形成された弾性シート４２が敷設されている。この弾性シート４２により、端子４０２は、端子接触部５０１の方向に付勢される。そのため、端子４０２と端子接触部５０１との接触を確実に維持することができ、両者の電気的な接続状態を安定したものとすることができる。

以上、本実施形態に係るインペラ装置１の構成について説明したが、このインペラ装置１によれば、次のような作用効果が奏される。すなわち、磁性体３６は、回転式インペラ３０に形成された凹部３０１の底面３０１ｂを基準として回転式インペラ３０内部に埋設され、その位置におけるがたつきを抑制することができるので、回転式インペラ３０内における磁性体３６の高い位置精度を確保することができる。また、磁性体３６が凹部３０１の底面３０１ｂに当接するように挿入された後、凹部３０１の開口はインサート成形によって高い圧力を掛けて流し込まれる樹脂によって塞がれるため、開口を埋めた樹脂と磁性体３６との間における隙間の発生が防止され、回転式インペラ３０内部における磁性体３６のがたつきに起因する検出精度の低下が抑えられる。さらに、磁性体３６はインサート成形によって確実に回転式インペラ３０内部に封止されるため、凹部３０１への液体の浸入による磁性体３６の腐食が抑えられる。

さらに、前述したように、凹部３０１は、その中心軸が回転式インペラ３０の回転軸と平行となるように形成されている。また、羽根部３２は、回転式インペラの回転軸に直交する平面で切断された場合の断面形状が一定となるように形成されている。したがって、本実施形態に係るインペラ装置１が備える回転式インペラ３０には、いわゆるアンダーカットとなる部分がなく、回転軸方向に移動する単純な（スライド等を用いる必要がない）金型により形成することができる。

また、前述したように、凹部３０１は、回転式インペラ３０の回転軸方向において羽根部３２と重なるように形成されている。これにより、その重なった分回転軸方向における回転式インペラ３０の長さを小さくすることができ、回転式インペラを備えるインペラ装置１全体の大きさを小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、回転式インペラ３０に磁性体３６が埋設されていることを説明したが、その逆、すなわち、回転式インペラ３０に磁気検出素子４０が埋設され、これと対向する位置に磁性体３６が配設される構成であってもよい。

また、上記実施形態では、回転式インペラ３０に配設された二つの磁性体３６をホルダ６０によって固定された一つの磁気検出素子４０によって感知していることを説明したが、これらの数は適宜増減可能である。より正確に回転式インペラ３０の回転数を測定したい場合には、これらの数を増加させればよい。

１ インペラ装置
３０ 回転式インペラ
３０１ 凹部
３０１ａ 開口
３０１ｂ 底面
３２ 羽根部
３６ 磁性体
４０ 磁気検出素子

Claims (3)

1. ケース体に形成された流体空間内で回転可能に支持された回転式インペラを備えたインペラ装置において、
   前記ケース体は、前記流体空間が形成されたケース本体、および該ケース本体に対し取り付けられ前記流体空間の開口を塞ぐ蓋体を有し、
   前記回転式インペラには、前記蓋体側に底が位置しその反対側に向かって開口した有底の凹部が形成され、該凹部の底面に前記磁性体が当接した状態で該凹部の開口がインサート成形によって流し込まれた樹脂によって封止されることにより該磁性体が埋設されており、
   前記蓋体には、前記回転式インペラの回転によって移動する前記磁性体と対向可能な位置に前記磁性体を検出可能な磁気検出素子が設けられている
   ことを特徴とするインペラ装置。
2. 前記回転式インペラには、その径方向の外壁に羽根部が形成され、該羽根部と前記凹部とが回転軸方向において重なって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインペラ装置。
3. 流体空間が形成されたケース本体、および該ケース本体に対し取り付けられ前記流体空間の開口を塞ぐ蓋体を有するケース体と、
   磁性体が埋設された、前記流体空間内で回転可能に支持される回転式インペラと、
   前記蓋体に設けられた、前記磁性体を検出可能な磁気検出素子と、
   を備えたインペラ装置における前記回転式インペラの製造方法であって、
   前記流体空間内に前記回転式インペラが位置する状態において前記蓋体側に底が位置しその反対側に向かって開口するように形成された有底の凹部に磁性体を挿入し、該凹部の底面に該磁性体が当接した状態とした後、
   前記凹部の開口をインサート成形によって樹脂を流し込むことにより封止して、前記磁気検出素子と対向可能な位置に前記磁性体を埋設する
   ことを特徴とする回転式インペラの製造方法。

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