JP6445225B2 - インペラー - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ装置に使用されるインペラーに関する。

従来より、図６及び図７に示すようなポンプ装置等に用いられるインペラー５１０が知られている。このインペラー５１０は、ハウジング５４０の軸孔５４２に挿通された回転軸５５０に取り付けられる筒部５２０と、この筒部５２０から外径方向に向けて突出する複数の羽根部５３０とを備える。また、この羽根部５３０は、ゴム状弾性体からなり、図６及び図７（ａ）に示す自由状態において放射状の直線的な形状をなすとともに、図７（ｂ）に示す装着状態において先端５３１がハウジング５４０の内周面５４１と摺動自在に接触する。

このインペラー５１０は、図７（ｂ）に示すように、羽根部５３０を回転方向後方側Ｂに曲げながら、ハウジング５４０の内周面５４１に対し偏心した回転軸５５０に取り付けられる。そして、回転軸５５０が回転方向前方側Ａへ回転することによって、羽根部５３０がハウジング５４０の内周面５４１と摺動し、これに伴う羽根部５３０ａと隣接する羽根部５３０ｂとの間の空間で生じる容積変化を利用することで、液体をポンプ吸入口からポンプ吐出口へと移送することができる。

しかし、上記構成のインペラー５１０は、図６に示す通り、自由状態において羽根部５３０が放射状の直線的な形状であり、かつ回転軸５５０がハウジング５４０の内周面５４１に対して偏心しているため、回転軸５５０とハウジング５４０の内周面５４１との間の径方向幅が最小になる円周上位置において羽根部５３０の変形が特に大きくなる。そのため、図７（ｂ）に示すように、羽根部５３０の根元部にひずみ集中が発生することでシワＸが発生し、シワＸが拡大することでハウジング５４０の内周面５４１への反発力が低下し、やがては大きな亀裂に発展し、ポンプ吐出性能が低下したり羽根部５３０が分断したりするおそれがある。

ここで、図８に示すように、羽根部５３０を薄肉にすることによって、羽根部５３０におけるひずみ集中を緩和することが考えられる。しかし、図８（ａ）に示すように、シワの発生を防止するために羽根部５３０の厚さを図７（ａ）に示す羽根部５３０に対し薄くすると、図８（ｂ）に示すように、羽根部５３０の剛性が低下することによって羽根部５３０の根元部に大きな折れ曲がりＸ’が生じ、羽根部５３０がハウジング５４０の内周面５４１から離れてしまうことがある。

実開平５−１０７９９号公報 特開平５−３０６６８７号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、羽根部にひずみ集中によってシワが発生することを防止しつつ、羽根部のハウジングに対する反発力を確保することができるインペラーを提供することにある。

上述した技術的課題を解決するために、本発明のインペラーは、ハウジングの内部空間に設けた回転軸に取り付けられるインペラーにおいて、前記インペラーは、前記回転軸に固定される筒部と、前記筒部から外径方向に向けて突出し、先端が前記ハウジングの内周面と摺動自在に接触する羽根部とを備え、前記羽根部は、自由状態において前記回転軸の回転方向後方側へ向けて湾曲した形状をなすとともに、前記回転軸の回転方向前方側の伸張面と、前記回転軸の回転方向後方側の圧縮面とを有し、前記羽根部における圧縮面側の根元部の曲率半径は、前記羽根部における伸張面側の根元部の曲率半径よりも大きく形成されていることを特徴とする。

また、本発明のインペラーは、ハウジングの内部空間に設けた回転軸に取り付けられるインペラーにおいて、前記インペラーは、前記回転軸に固定される筒部と、前記筒部から外径方向に向けて突出し、先端が前記ハウジングの内周面と摺動自在に接触する羽根部とを備え、前記羽根部は、自由状態において前記回転軸の回転方向後方側へ向けて湾曲した形状をなすとともに、前記回転軸の回転方向前方側の伸張面と、前記回転軸の回転方向後方側の圧縮面とを有し、前記羽根部はその径方向長さを９〜１５ｍｍとされ、前記羽根部の径方向長さをＷ₁、前記羽根部における伸張面側の根元部の曲率半径をＲ_１１として、Ｒ_１１＝０．１Ｗ_１〜０．５Ｗ_１の関係を充足し、前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における圧縮面側の根元部の曲率半径をＲ_１２として、Ｒ_１２＝０．１Ｗ_１〜０．５Ｗ_１の関係を充足し、前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における圧縮面側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１３として、Ｒ_１３＝０．５Ｗ_１〜１．０Ｗ_１の関係を充足し、前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における伸張面側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１４として、Ｒ_１４＝２Ｗ_１〜６Ｗ_１の関係を充足し、前記羽根部の先端近傍における伸張面のインペラー直径線に対する傾斜角度θ_１を４〜９°に設定し、前記羽根部の先端近傍における圧縮面のインペラー直径線に対する傾斜角度θ_２を５〜１０°に設定したことを特徴とする。

本発明のインペラーによれば、羽根部が曲がり易いよう予め湾曲した形状をなすとともに、圧縮面側の根元部の曲率半径が大きく形成されているため、羽根部にひずみ集中によってシワが発生することを防止しつつ、羽根部のハウジングに対する反発力を確保することができる。

また、羽根部の径方向長さが９〜１５ｍｍと小さいインペラーの羽根部についても、羽根部にひずみ集中によってシワが発生することを防止しつつ、羽根部のハウジングに対する反発力を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係るインペラーの自由状態における形状を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るインペラーの羽根部を示す要部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係るインペラーの装着状態における形状を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るインペラーに備えられる筒部の正面図である。 本発明の第２実施形態に係るインペラーに備えられる特定羽根部の断面図である。 第１従来技術に係るインペラーの自由状態における形状を示す平面図である。 （ａ）は、第１従来技術に係るインペラーの羽根部を示す要部拡大図であり、（ｂ）は、第１従来技術に係るインペラーの羽根部にシワが発生した状態を示す断面図である。 （ａ）は、第２従来技術に係るインペラーの羽根部を示す要部拡大図であり、（ｂ）は、第２従来技術に係るインペラーの羽根部にシワが発生した状態を示す断面図である。

次に、実施形態に係るインペラー１０について、図面に基づき詳細に説明する。

第１実施形態・・・・
本実施形態に係るインペラー１０は、ポンプ装置等に用いられるものであって、図１ないし図３に示す通り、ハウジング４０の軸孔４２内に設けられた回転軸５０に固定される環状の筒部２０と、この筒部２０から外径方向に向けて突出する複数の羽根部３０とを備える。

筒部２０は、樹脂材料からなるものである。また、この筒部２０は、回転軸５０が挿通される挿通孔２１と、この挿通孔２１の円周上一部に設けられ、回転軸５０を固定する切り欠き部２２とを備える。

羽根部３０は、硬度がＨｓ５０〜７０のクロロプレンゴム等のゴム材からなるものであって、図１ないし図３に示すように、筒部２０から円周上等配に外径方向に向けて突出し、先端３１がハウジング４０の内周面４１と摺動自在に接触するとともに、自由状態において回転軸５０の回転方向後方側Ｂに湾曲した形状をなすものである。また、羽根部３０はその根元部に、回転軸５０の回転方向前方側Ａに位置する断面円弧形状の伸張面３２と、回転軸５０の回転方向後方側Ｂに位置する同じく断面円弧形状の圧縮面３３とを備え、この圧縮面３３側における根元部３５の曲率半径Ｒ_２は、伸張面３２側の根元部３４の曲率半径Ｒ_１より大きく設定され、すなわち圧縮面３３の曲率半径Ｒ_２が伸張面３２の曲率半径Ｒ_１よりも大きく設定されている。

そして、図１に示す本実施形態におけるインペラー１０は、下記に示す寸法で製造されることが好適である。なお、本発明のインペラーは、下記に示す寸法の範囲に限定されるものではない。

羽根部３０の径方向長さＷは、２０〜３０ｍｍとされる。したがって当該実施の形態に係るインペラー１０は、羽根部３０の径方向長さＷが大きい大型のインペラーとされる。

羽根部３０の径方向長さをＷとし、羽根部３０における伸張面３２側の根元部３４の曲率半径をＲ_１とすると、Ｒ_１＝０．１Ｗ〜０．４Ｗとすることが好適であり、Ｗ＝２０〜３０ｍｍとすると、Ｒ_１＝２．５〜１０ｍｍとすることが好適であり、Ｒ_１＝３〜６ｍｍとすることがより好適である。

また、羽根部３０の径方向長さをＷとし、羽根部３０における圧縮面３３側の根元部３５の曲率半径をＲ_２とすると、Ｒ_２＝０．５Ｗ〜１．２Ｗとすることが好適であり、Ｗ＝２０〜３０ｍｍとすると、Ｒ_２＝１２〜３０ｍｍとすることが好適であり、Ｒ_２＝１８〜２１ｍｍとすることがより好適である。

また、羽根部３０の径方向長さをＷとし、羽根部３０における圧縮面３３側の径方向中央部Ｃの曲率半径をＲ_３とすると、Ｒ_３＝０．８Ｗ〜１．８Ｗとすることが好適であり、Ｗ＝２０〜３０ｍｍとすると、Ｒ_３＝２０〜４５ｍｍとすることが好適であり、Ｒ_３＝２８〜３２ｍｍとすることがより好適である。

また、羽根部３０の径方向長さをＷとし、羽根部３０における伸張面３２側の径方向中央部Ｃの曲率半径をＲ_４とすると、Ｒ_４＝１Ｗ〜５Ｗとすることが好適であり、Ｗ＝２０〜３０ｍｍとすると、Ｒ_４＝２５〜１２５ｍｍとすることが好適であり、Ｒ_４＝７５〜８５ｍｍとすることがより好適である。

また、羽根部３０の先端３１近傍における伸張面３２は、インペラー１０の直径線に対する傾斜角度θ_１を３〜９°に設定することが好適である。さらに、この傾斜角度θ_１は、６〜８°に設定されることがより好適である。

また、羽根部３０の先端３１近傍における圧縮面３３は、インペラー１０の直径線に対する傾斜角度θ_２を１〜５°に設定することが好適である。さらに、この傾斜角度θ_２は、１．５〜３．５°に設定されることがより好適である。

そして、上記構成のインペラー１０は、ハウジング４０の内周面４１に対して偏心した回転軸５０に取り付けられ、回転軸５０が回転方向前方側Ａへ回転することによって、羽根部３０がハウジング４０の内周面４１と摺動し、各羽根部３０が回転方向後方側Ｂに向けて順次曲げられる。ここで、羽根部３０が曲げられることによって、羽根部３０ａと隣接する羽根部３０ｂとの間の空間が減少することで、該空間内の液体が高圧となり、不図示の吐出口に吐出される。さらに、羽根部３０が弾性復元力を発揮することによって、羽根部３０ａと隣接する羽根部３０ｂとの間の空間が増大すると、該空間内の液体が低圧となり、不図示の吸入口に吸入される。

以上により、本実施形態に係るインペラー１０によれば、回転軸５０の回転に伴って、羽根部３０ａと隣接する羽根部３０ｂの間の空間で容積変化を繰り返すことで、液体を順次図３における右側から左側へ導入することができる。

また、本実施形態に係るインペラー１０によれば、図２に示すように羽根部３０が回転方向後方側Ｂに湾曲した形状をなすため、図７（ａ）及び図８（ａ）に示す自由状態において直線的な形状をなす従来技術における羽根部５３０と比較して、羽根部３０全体で滑らかに曲がるため、一部分へのひずみ集中の発生を抑制し、羽根部３０にシワが発生することを防止することで、インペラー１０の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態に係るインペラー１０によれば、羽根部３０における圧縮面３３側の根元部３５の曲率半径Ｒ２は、伸張面３２側の根元部３４の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定されているため、羽根部３０が所要の範囲を超えて回転方向後方側Ｂに曲がることができない。これにより、羽根部３０のハウジング４０に対して一定の反発力を確保することができる。

また、本実施形態に係るインペラー１０によれば、羽根部３０の先端３１近傍における伸張面３２及び圧縮面３３は、インペラー１０の直径線に対して傾斜しているため、さらにシワの発生を防止することできる。

また、本実施形態に係るインペラー１０によれば、自由状態における羽根部３０の形状が湾曲しているため、羽根部３０をハウジング４０に設けられた回転軸５０へ容易に組み付けることができる。

また、本実施形態に係るインペラー１０は、羽根部３０の形状の変更のみで上記作用効果を奏するため、従来技術に係るインペラー５１０と同等のコストで製造することができる。

なお、本発明におけるインペラーは、羽根部の肉厚を薄くすることにより、ひずみが低減し、更に羽根部のシワが発生しにくくなる。

第２実施形態・・・・
上記第１実施形態に係るインペラー１０においては、図４に示すように筒部２０が樹脂または金属等よりなる剛材製のブッシュ２０Ａとされることがあり、この剛材製のブッシュ２０Ａにはその内周面の円周上一箇所に回転軸５０に対する廻り止めをなすためのキー溝２０Ａａが設けられ、このキー溝２０Ａａを設けた部分を補強するため、キー溝２０Ａａに対し円周上対応する位置にはその外周面に円周上一部の隆起部２０Ａｂが設けられることがある。この場合、ブッシュ２０Ａの外周側に等配で設けられる複数の羽根部３０の外径寸法はすべて一定なので、キー溝２０Ａａおよび隆起部２０Ａｂに対し円周上対応する位置の特定羽根部３０Ａのみはその羽根長さが他の羽根部３０の羽根長さよりも短く形成される。

ここで、この特定羽根部３０Ａについて、上記第１実施形態のように、特定羽根部３０Ａにおける圧縮面３３側の根元部３５の曲率半径を特定羽根部３０Ａにおける伸張面３２側の根元部３４の曲率半径よりも大きく形成すると、圧縮面３３側の根元部３５のゴムボリュームが大きくなり過ぎ、結果、特定羽根部３０Ａにおける圧縮面３３側の根元部３５と長さ方向中央部（径方向中央部）３６との境界位置がひずみ集中部となって、ここにシワが発生することがある。また、隆起部２０Ａｂが設けられていなくても、羽根部３０の径方向長さがそれぞれ９〜１５ｍｍ程度と小さい小型のインペラーにおいても同様なことが云える。

そこで、特定羽根部３０Ａや、羽根部３０の長さが小さい場合には、以下の形状を採用するのが好適となる。

すなわち図５に拡大して示す寸法で製造されることが好適である。尚、本発明のインペラーは、下記に示す寸法の範囲に限定されるものではない。

特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の径方向長さＷ_１は上記したように、９〜１５ｍｍとされる。

特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の径方向長さをＷ_１とし、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０における伸張面３２側の根元部３４の曲率半径をＲ_１１とすると、Ｒ_１１＝０．１Ｗ_１〜０．５Ｗ_１とすることが好適であり、Ｗ_１＝９〜１５ｍｍとすると、Ｒ_１１＝１〜５ｍｍとすることが好適である。

また、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の径方向長さをＷ_１とし、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０における圧縮面３３側の根元部３５の曲率半径をＲ_１２とすると、Ｒ_１２＝０．１Ｗ_１〜０．５Ｗ_１とすることが好適であり、Ｗ_１＝９〜１５ｍｍとすると、Ｒ_１２＝１〜５ｍｍとすることが好適である。

また、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の径方向長さをＷ₁とし、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０における圧縮面３３側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１３とすると、Ｒ_１３＝０．５Ｗ_１〜１．０Ｗ_１とすることが好適であり、Ｗ_１＝９〜１５ｍｍとすると、Ｒ_１３＝５〜１０ｍｍとすることが好適である。

また、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の径方向長さをＷ₁とし、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０における伸張面３２側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１４とすると、Ｒ_１４＝２Ｗ_１〜６Ｗ_１とすることが好適であり、Ｗ_１＝９〜１５ｍｍとすると、Ｒ_１４＝２０〜６０ｍｍとすることが好適である。

また、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の先端３１近傍における伸張面３２は、インペラー１０の直径線に対する傾斜角度θ_１が４〜９°に設定することが好適である。さらに、この傾斜角度θ_１は、５〜８°に設定されることがより好適である。

また、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０の先端３１近傍における圧縮面３３は、インペラー１０の直径線に対する傾斜角度θ_２が５〜１０°に設定することが好適である。さらに、この傾斜角度θ_２は、７〜１０°に設定されることがより好適である。

そして、このように各曲率寸法や傾斜角度を設定することにより、上記ひずみ集中部が圧縮面３３側の長さ方向中央部３６のアール内に配置され、ひずみ集中部におけるアールの継ぎ目がなくなり、圧縮面３３側の根元部３５のゴムボリュームが減少するため、シワが発生しにくくなる。

したがって、特定羽根部３０Ａや羽根部３０の長さが小さい場合についても他の羽根部３０と同様に、ひずみ集中によってシワが発生することを防止しつつ、特定羽根部３０Ａまたは羽根部３０のハウジング４０に対する反発力を確保することができる。

尚、隆起部２０Ａｂは、円周上に複数が設けられることがある。また、キー溝２０Ａａに対応しない位置に隆起部２０Ａｂが設けられることもある。

１０ インペラー
２０ 筒部
２１ 挿通孔
２２ 切り欠き部
３０ 羽根部
３０Ａ 特定羽根部
３１ 先端
３２ 伸張面
３３ 圧縮面
３４，３５ 根元部
３６ 長さ方向中央部
Ｃ 径方向中央部
Ｗ 径方向長さ
４０ ハウジング
４１ 内周面
４２ 軸孔
５０ 回転軸
Ａ 回転方向前方側
Ｂ 回転方向後方側

Claims (2)

1. ハウジングの内部空間に設けた回転軸に取り付けられるインペラーにおいて、
   前記インペラーは、前記回転軸に固定される筒部と、前記筒部から外径方向に向けて突出し、先端が前記ハウジングの内周面と摺動自在に接触する羽根部とを備え、
   前記羽根部は、自由状態において前記回転軸の回転方向後方側へ向けて湾曲した形状をなすとともに、前記回転軸の回転方向前方側の伸張面と、前記回転軸の回転方向後方側の圧縮面とを有し、
   前記羽根部における圧縮面側の根元部の曲率半径は、前記羽根部における伸張面側の根元部の曲率半径よりも大きく形成されていることを特徴とするインペラー。
2. 請求項１記載のインペラーにおいて、
   前記羽根部はその径方向長さを９〜１５ｍｍとされ、
   前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における伸張面側の根元部の曲率半径をＲ_１１として、Ｒ_１１＝０．１Ｗ_１〜０．５Ｗ_１の関係を充足し、
   前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における圧縮面側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１３として、Ｒ_１３＝０．５Ｗ_１〜１．０Ｗ_１の関係を充足し、
   前記羽根部の径方向長さをＷ_１、前記羽根部における伸張面側の径方向中央部の曲率半径をＲ_１４として、Ｒ_１４＝２Ｗ_１〜６Ｗ_１の関係を充足し、
   前記羽根部の先端近傍における伸張面のインペラー直径線に対する傾斜角度θ_１を４〜９°に設定し、
   前記羽根部の先端近傍における圧縮面のインペラー直径線に対する傾斜角度θ_２を５〜１０°に設定したことを特徴とするインペラー。

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