JP5280095B2 - ウォーターポンプ用インペラ - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製のインペラ本体に軸取付金具が一体にインサート成形されたウォーターポンプ用のインペラに関し、特に、インペラ本体の薄肉化技術に関する。

この種のインペラに関し、例えば、インペラ本体のボス部に埋設されている円筒形状をした軸取付金具の両端部や中間部の周りに、多角柱形状の突出部を形成して、軸取付金具の空回りや軸方向への抜け出しを防止する技術が提案されている（特許文献１、２）。

また、樹脂強度を確保するために、軸取付金具の上端部を先窄まり形状にして相対的にボス部の上端部の肉厚が大きくなるようにする一方で、軸取付金具の下端部を一回り小径に形成してその形状を多角形にしたり、その外周面に凸部を設けたりして空回りを防止する技術も提案されている（特許文献３）。
特開平６−１２９３９５号公報 特開平９−２１７６９９号公報 特許第３６６８４６５号公報

ところで、この種のインペラでは、ウォーターポンプ（以下、単にポンプともいう）内でインペラの占める容積が大きいと、その分、ポンプの水処理能力が低下することや、合成樹脂量が多いと材料コストも高くつくことなどから、インペラの合成樹脂部分の肉厚はできるだけ薄くしたいという要望がある。

しかしながら、インペラは温度や圧力等、比較的過酷な条件下で使用されることが多く、肉厚を薄くするにしてもそれに耐え得る樹脂強度を確保する必要があるため、これら両者をうまく両立させることは容易でない。

特にボス部はインペラの中でも比較的大きな容積を占めていて合成樹脂量も多いことから、その肉厚を薄くすることができれば効果的であるが、ボス部にはインペラの回転に伴う負荷が集中するため、十分な樹脂強度を確保する必要があり、また、先の各特許文献のように軸取付金具の空回りや抜け出しを防止する必要もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸取付金具の空回りや抜け出しが防止できるうえ、従来のインペラよりも更にボス部の肉厚を薄くすることができ、ポンプ能力の向上や材料コストの削減を図ることができるウォーターポンプ用のインペラを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ボス部の中でも特に大きな負荷が加わる軸取付金具の回り止め部を、ボス部に連なる羽根部の付根部分に位置させた。

すなわち、本発明は、合成樹脂製のインペラ本体に軸取付金具が一体にインサート成形されたウォーターポンプ用のインペラであって、上記インペラ本体が、上記軸取付金具が埋設されているボス部と、このボス部の外周面から外方に張り出す環状のディスク部と、このディスク部の上面に立設され、一端がボス部の外周面に連なる複数の羽根部と、を備え、上記軸取付金具の外周面に回り止め部が突設されていて、その回り止め部が上記羽根部の付根部分に位置するように配設されていることを特徴とするものである。

かかる構成の本発明によれば、ボス部に連なる羽根部の付根部分は、ボス部と羽根部とが一体に接続されていて構造的に強化されているので、ボス部の合成樹脂の肉厚を多少薄くしても回り止め部を確りと支持して、軸取付金具の空回りや抜け出しを防止することができる。

上記回り止め部は、機能上少なくとも一つあれば足りるが、上記複数の羽根部に対応して複数形成するのが好ましい。

そうすれば、軸取付金具に加わる負荷を各回り止め部に分散させることができるので、その分、必要な樹脂強度が小さくなって更に回り止め部の周りの合成樹脂の肉厚を薄くすることができる。

尚、ここでいう羽根部の付根部分と回り止め部との位置関係については、回り止め部が一つの場合はもちろんのこと、複数の場合であってもその全てが充足していることを要件とするものである。例えば、回り止め部が複数ある場合に、そのいくつかが羽根部の付根部分にたまたま位置しているような場合は含まない。

上記回り止め部は、更に、ディスク部の付根部分に位置するように配設するのが好ましい。

そうすれば、ディスク部も加わって、回り止め部の周りの樹脂強度が構造的によりいっそう強化されるため、更にボス部の合成樹脂の肉厚を薄くすることが可能になる。

その場合には、上記ボス部が、その上部に、上側から下側に向かって連続的に外径が大きくなるように形成された傾斜部を有し、この傾斜部の外周面に上記ディスク部の上面が連続するようにしておくとよい。

そうすれば、傾斜部によってインペラの上方から流入する水の流れを円滑にボス部側から径方向外側に案内することができるので、羽根部やディスク部の付根部分に加わる負荷が軽減され、その分、ボス部の合成樹脂の肉厚を薄くすることができるようになる。また、ボス部の上端部の合成樹脂の肉厚が相対的に小さくなって更にボス部の合成樹脂の肉厚を薄くすることができる。

また、上記インペラ本体の下側に減肉部を凹設し、この減肉部内に上記ボス部の下部が突出するようにしておけば、減肉部の分だけ合成樹脂量が減少するため、材料コストを削減することができる。そして、その減肉部にボス部の下部が突出するようにすることで、回り止め部の下側も合成樹脂で覆うことが可能となり、回り止め部を合成樹脂で完全に埋設して強固に一体化することができる。

ところで、このようにボス部の合成樹脂の肉厚を薄くしていくと、軸取付金具をインサート成形する時に回り止め部の位置決めに高い精度が要求されるようになる。すなわち、位置決めの精度が低いと、回り止め部の周りの合成樹脂の厚みがばらついて樹脂強度の弱い部分からクラックが発生し易くなり、結果として必要な樹脂強度を確保できなくなってしまうからである。

そこで、上記軸取付金具には、インサート成形時に回り止め部を位置決めするための位置決め構造を備えるようにしておくのが好ましい。

そうすれば、確実に回り止め部を所定位置に位置決めすることができるので、合成樹脂の肉厚を大幅に薄くしても、回り止め部の周りの樹脂強度を安定して確保することができ、不良品の発生が抑制されるため、安心して作業できる。

以上説明したように、本発明によれば、軸取付金具の空回りや抜け出しを防止したうえで、従来のインペラよりも更にボス部の肉厚を薄くすることができるので、ポンプ能力の向上や材料コストの削減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１〜図４に本実施形態のウォーターポンプ用のインペラを示す。このインペラは、軸取付金具１と、プラスチック製のインペラ本体２とを備えており、軸取付金具１がインペラ本体２に一体にインサート成形されている。

インペラ本体２は、ボス部３と、このボス部３の周りに拡がる環状のディスク部４と、このディスク部４の上面に立設された複数（本実施形態では６枚）の羽根部５，５，・・・とを備えている。尚、特に言及しない限り、上下の方向はディスク部４に対して羽根部５のある方を上側、ない方を下側として説明する。

ボス部３は、図２に詳しく示すように、上下方向に筒軸Ｐを向けた略円筒形状をしていて、その上部には、上側から下側に向かって連続的に僅かに径が大きくなるように形成された傾斜部３ａを備え、その下部には、傾斜部３ａの下端と略同径の円筒状に形成された基部３ｂとを備えている。そして、このボス部３には、一回り小径の略円筒形状をした軸取付金具１が同軸に埋設されている。

軸取付金具１は、図４に詳しく示すように、図示しない駆動軸を取り付けるための軸取付孔６と、その外周面の筒軸Ｐ方向の中間部位に、外径が僅かに大きく形成された帯環状の段部７と、この段部７上に設けられ、半径方向外側に突出する凸部８（回り止め部）とを有している。

本実施形態の凸部８は、略四角錐形状をしていて、周方向に等間隔をおいて６箇所形成されている。軸取付金具１の筒軸Ｐ方向の両端部は、図２に示すように、それぞれボス部３の上下端面と面一状に設けられていて、ボス部３の上下各端面の中央に軸取付孔６が開口するようになっている。尚、この軸取付金具１については別途後述する。

ディスク部４は、ボス部３の筒軸Ｐ方向の中間部分に一体に接続されている。その上面は、ボス部３の傾斜部３ａの外周面に連続していて、その付根部分４ａから外周の先端部分に向かって緩やかに放射状に下り傾斜している（上側傾斜面４ｂともいう）。この上側傾斜面４ｂの付根部分とボス部３の傾斜部の外周面との繋ぎ目には、図３の（ａ）に示すように、これら両者を滑らかに接続する弧状曲面９が形成されている。

すなわち、インペラ本体２の上側は、ボス部３の上端縁からディスク部４の外周の先端部分にわたって、連続的かつ滑らかに外径が大きくなるように形成されていて、図２の（ｂ）に矢印線で示すように、インペラの上方から流入する水の流れを円滑にボス部３が位置する回転中心側から径方向外側に案内することができるようになっている。そうすることで、インペラのボス部３に加わる負荷が低減されるため、その分、ボス部３のプラスチックの肉厚を薄くして合成樹脂量を減らすことが可能になる。

更に合成樹脂量を減少させるために、インペラ本体２の下側にも、ボス部３の基部３ｂ周りに放射状に拡がる空間からなる減肉部１０が凹設されている。

すなわち、インペラ本体２の下面には皿を伏せたような放物面が形成されていて、ディスク部４の付根部分４ａの近傍から外周の先端部分まで略同一の肉厚となるように、ディスク部４の下面は上側傾斜面４ｂと略平行な下側傾斜面４ｃとなっている。

そして、この減肉部１０の中心部に位置して下向きに突出するボス部３の基部３ｂは、ディスク部４の外周の先端を含む仮想平面よりも内側に位置していて、減肉部１０内に引っ込んだ状態となっている。そして、この下側傾斜面４ｃの付根部分とボス部３の基部３ｂの外周面との繋ぎ目にも、これらを滑らかに接続する弧状曲面９が形成されている。

６枚の羽根部５，５，・・・は、ボス部３の周りに等間隔で放射状に配置されている。各羽根部５は、それぞれボス部３の筒軸Ｐと略平行にディスク部４の上面に立設された同一の板形状をしていて、その一端がボス部３に連なって他端がディスク部４の外周端まで延びており、ボス部３の傾斜部３ａの外周面及びディスク部４の上側傾斜面４ｂと一体に接続されている。そして、羽根部５の両側のこれらとの繋ぎ目にもまた、図３の（ｂ）に示すように、羽根部５をボス部３やディスク部４と滑らかに接続する弧状曲面９，９が形成されている。

そして、これら羽根部５やディスク部４の配置に対応するように、上述した軸取付金具１が配設されている。

すなわち、軸取付金具１の外周面に突設された６個の凸部８，８，・・・が、それぞれ６枚の羽根部５，５，・・・の付根部分５ａ，５ａ，・・・に位置するように埋設されている。換言すれば、図２の（ａ）に示すように筒軸Ｐ方向に見て、筒軸Ｐから延びる各羽根部５の中心線Ｓ１上に各凸部８の中心が位置するように埋設されている。

そしてまた、各凸部８は、それぞれディスク部４の付根部分４ａに位置するように埋設されている。換言すれば、図２の（ｂ）に示すように側方断面を筒軸Ｐに直交する方向に見て、ディスク部４の中心線Ｓ２が凸部８の先端の中心と交わるように埋設されている。

このように配設することで、凸部８の周りでは、ボス部３に対して羽根部５とディスク部４とが立体的に交差した状態で連なって、構造的に強化されるようになる。また、それぞれのプラスチックが集中することで凸部８の周りの肉厚も相対的に厚くなるとともに、各部３，４，５の繋ぎ目に設けられた弧状曲面９によって肉厚の偏りが小さくなり、樹脂強度のバランスもよくなる。

従って、ボス部３や羽根部５、ディスク部４のプラスチック部分の肉厚を大幅に薄くすることが可能になるため、ポンプ能力の向上や材料コストの削減を図ることができる。

そして、凸部８の全体を、このようにバランスよく樹脂強度が確保されたプラスチックで覆うことで、確りと軸取付金具１とインペラ本体２とを一体に固定でき、軸取付金具１の空回りや抜け出しを防止することができる。

ところで、このようにボス部３の合成樹脂の肉厚を薄くしていくと、軸取付金具１をインサート成形する時に凸部８の位置決めに高い精度が要求される。

すなわち、位置決めの精度が低いと、せっかく構造的に樹脂強度を強化しても凸部８の周りの肉厚に偏りが発生して樹脂強度の弱い部分からクラックが発生し易くなり、結果として必要な樹脂強度を確保できなくなってしまうからである。

そこで、本実施形態の軸取付金具１の軸取付孔６に面する内周面には、図１や図４などに示すように、インサート成形時に軸取付金具１を位置決めするために、筒軸Ｐ方向に延びるピン溝１１（位置決め構造）が対向状に２箇所設けられている。尚、ピン溝１１を軸取付孔６側に設けたのは、プラスチックへの影響を避けるためであり、溝であれば邪魔にならずに駆動軸を取り付けることができるし、駆動軸に突起等を設ければ回り止めとしても利用できる。

この点、上金型２０ａと下金型２０ｂとを備える成形金型２０を示した図５を例に説明すると、下金型２０ｂには、軸取付金具１の軸取付孔６に挿入される円柱形状の支持部２１が設けられていて、その支持部２１の軸方向の中間部分を軸直方向に貫くように貫通孔が形成されている。そして、その貫通孔に支持ピン２２が圧入固定されていて、支持部２１の外周面には、その支持ピン２２の両端部が互いに逆向きに突出している。

この成形金型２０を用いてインサート成形を行う時には、この支持ピン２２の両端部にピン溝１１，１１を嵌め入れながら軸取付金具１を下金型２０ｂに装着する。そうすることにより、軸取付金具１は成形金型２０に対して常に精度高く所定位置に配置されることとなるため、ボス部３の肉厚を大幅に薄くしても、凸部８の周りのプラスチックの肉厚に偏りが発生せず、樹脂強度を安定して確保することができる。

尚、ここではピン溝１１を２箇所設ける例を示したが、ピン溝１１は１箇所であってもよい。支持ピン２２の代わりに軸方向に延びる突条部や突部を支持部２１と一体に形成してあってもよい。要は、ピン溝１１に嵌って位置決めできるものであればよい。逆に、支持部２１に溝を形成して、軸取付孔６の内周面に突条部や突部を設けるようにしてもよい。

また、ピン溝１１は凸部８に対応する位置、つまり筒軸Ｐ方向に見て、凸部８とピン溝１１とが半径方向に沿って並ぶように設けるのが好ましい。そうすればピン溝１１の位置を容易に認識できるので作業性に優れる。

（別実施形態）
次に、本発明の別実施形態について説明するが、いずれの別実施形態も、基本的な構成は先の実施形態と同様であるため、異なる構成について説明することとし、同じ構成については同一の符号を付してその説明は省略する。

（別実施形態１）
図６に本実施形態のインペラを示す。図に示すように、このインペラの羽根部５は７枚で構成されている。一方、軸取付金具１は、図７に示すように、その外周面の筒軸Ｐ方向の中間部位に、周りに７つの角部１２ａ，１２ａ，・・・を有する正多角柱形状をした多角形状部１２が一回り大きく張り出すように突設されている。

すなわち、本実施形態では、多角形状部１２が先の実施形態の段部７及び凸部８に相当しており、回り止め部に相当する各角部１２ａがそれぞれ各羽根部５及びディスク部４の付根部分に位置するように配設されている。

（別実施形態２）
図８に本実施形態のインペラを示す。図に示すように、このインペラの羽根部５は６枚で構成されており、各羽根部５がボス部３から外方に湾曲しながら延びていて、筒軸Ｐ方向に見て渦巻状に配設されている。一方、軸取付金具１は、図９に示すように、対向状に２箇所、筒軸Ｐ方向に延びる略三角柱形状の突起部１３（回り止め部）が設けられていて、これら突起部１３，１３がそれぞれ羽根部５及びディスク部４の付根部分に位置するように配設されている。

（別実施形態３）
図１０に本実施形態のインペラを示す。図に示すように、このインペラの羽根部５は７枚で構成されていて、別実施形態２と同様に渦巻状に配設されている。一方、軸取付金具１は、図１１に示すように、その外周面に突条部１４（回り止め部）が７箇所突設されていて、これら突条部１４が、それぞれ段部７上を筒軸Ｐ方向に延びる略四角柱形状をしている。そして、これら突条部１４はそれぞれ各羽根部５及びディスク部４の付根部分に位置するように配設されている。

このように、本発明では、羽根部５の枚数や形状については特に限定されず、必要に応じて任意に設定することができる。また、回り止め部の形態も様々に設定可能であり、必ずしも全ての羽根部５の付根部分５ａに回り止め部を設ける必要はなく、別実施形態２のように一部の羽根部５に対してのみ設けることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、特に耐久性等を犠牲にすることなく従来よりもボス部３の合成樹脂の肉厚を大幅に減少させることができるので、ポンプの水処理能力を向上させることができるとともに、材料コストを低減することができる。

本発明のインペラの概略斜視図である。 （ａ）は本発明のインペラの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明のインペラの要部の概略図である。（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の軸取付金具１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 インペラの成形時における軸取付金具１の装着状態を示す概略図である。（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は要部を上方から見た図である。 別実施形態１のインペラであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 別実施形態１の軸取付金具１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 別実施形態２のインペラであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 別実施形態２の軸取付金具１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 別実施形態３のインペラであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 別実施形態３の軸取付金具１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 軸取付金具
２ インペラ本体
３ ボス部
３ａ 傾斜部
３ｂ 基部
４ ディスク部
４ａ 付根部分
５ 羽根部
５ａ 付根部分
６ 軸取付孔
７ 段部
８ 凸部（回り止め部）
１０ 減肉部
１１ ピン溝（位置決め構造）
１２ 多角形状部
１３ 突起部
１４ 突条部
Ｐ 筒軸

Claims (6)

1. 合成樹脂製のインペラ本体に軸取付金具が一体にインサート成形されたウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記インペラ本体が、上記軸取付金具が埋設されているボス部と、このボス部の外周面から外方に張り出す環状のディスク部と、このディスク部の上面に立設され、一端がボス部の外周面に連なる複数の羽根部と、を備え、
   上記軸取付金具の外周面に少なくとも１つの回り止め部が突設されていて、その回り止め部の全てが上記羽根部の付根部分に位置するように配設されていることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。
2. 請求項１に記載のウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記回り止め部が、上記複数の羽根部に対応して複数形成されていることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。
3. 請求項１又は２に記載のウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記回り止め部が、更に、ディスク部の付根部分に位置するように配設されていることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。
4. 請求項３に記載のウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記ボス部が、その上部に、上側から下側に向かって連続的に外径が大きくなるように形成された傾斜部を有し、この傾斜部の外周面に上記ディスク部の上面が連続していることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。
5. 請求項４に記載のウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記インペラ本体の下側には減肉部が凹設されていて、この減肉部内に上記ボス部の下部が突出していることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載のウォーターポンプ用のインペラであって、
   上記軸取付金具に、インサート成形時に回り止め部を位置決めするための位置決め構造が備えられていることを特徴とするウォーターポンプ用のインペラ。

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