JP7621697B2 - 排水ポンプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排水ポンプの製造方法に関する。

空気調和機の冷房運転時に、空気中の水分が冷やされて室内ユニットの熱交換器にて結露し、その水滴が熱交換器の下方に設けられるドレンパン内に滴下する。ここで、壁掛け型の室内ユニットの場合、ドレンパン内に溜まったドレン水は、重力により排水管を通じて屋外に排出される。一方、天井埋込型のような室内ユニットの場合、重力を利用して排水を行えるように排水管を取り廻すことが一般的に困難である。そこで、このようなタイプの室内ユニットにおいては、モータを動力源として排水を行う排水ポンプが配設されている。

特許文献１には、ステータ組立体とロータ組立体とを備えた排水ポンプが開示されている。この排水ポンプにおいて、ステータ組立体に取付けたシャフトが、ロータ組立体のロータ中心体内に設けた軸受に挿入して組み付けられており、またロータ中心体は回転羽根に連結され、回転羽根と一体でステータ組立体によりシャフト回りに回転駆動され、それにより排水が行われるようになっている。

特開２０１４－１０７８９３号公報

ロータ中心体と回転羽根は、いずれも樹脂成形品であり、例えば金型を用いた射出成形により形成することができる。射出成形においては、第１の型と第２の型を型締めした後に、型内部に形成された空洞内に溶融した樹脂を射出し、樹脂が固化した後に離型して成形品を取り出すことができる。

ここで、成形されたロータ中心体の内面には、第１の型の形状が転写される一方、ロータ中心体の外面には、第１の型とは異なる第２の型の形状が転写される。同一である型の形状が転写されたロータ中心体の内面と外面とは、それぞれ精度良く形成されるが、ロータ中心体の内面と外面との間には、型締め精度に応じてずれ（偏心）などが生じうる。したがって、たとえロータ中心体の外面と回転羽根とを精度よく連結できたとしても、ロータ中心体の内面と回転羽根との間には偏心が残存するおそれがある。ロータ中心体の内面には、固定シャフトに対してロータ中心体を回転可能に保持する軸受が配置されるため、ロータ中心体の内面と回転羽根との間に偏心が残存すると、回転羽根の振れ回りにより振動を招くおそれがある。

これに対し、ロータ中心体と回転羽根を接合した後に、回転バランス取りを行うことも一案であるが、それにより製造工数の増大を招き、また部品自体が小さいためバランス取りの作業も困難となる。

そこで本発明は、製造工数の増大を抑えつつ、動作時の振動が抑制された排水ポンプの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の排水ポンプの製造方法は、
固定シャフトを備えたハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられたステータユニットと、
前記固定シャフトに対し回転可能に保持され、前記ステータユニットにより回転駆動されるロータ組立体と、
前記ロータ組立体と共に回転する回転羽根と、を有し、
前記ロータ組立体を構成するロータ基部と前記回転羽根は、前記ロータ組立体の回転軸線に同軸である連結シャフトを介して相互に連結されており、
前記ロータ組立体は、樹脂製のロータ基部および前記ロータ基部を前記固定シャフトに対して回転自在に保持する軸受を備えた排水ポンプの製造方法であって、
前記ロータ基部は、複数の金型により樹脂成形された成形品であり、前記軸受を保持する前記ロータ基部の内周面と、前記連結シャフトを保持する前記ロータ基部の受け面とを前記複数の金型のうち単一の金型により画定する
ことを特徴とする。

本発明によれば、製造工数の増大を抑えつつ、動作時の振動が抑制された排水ポンプの製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態にかかる排水ポンプの縦断面図である。 図２は、ロータ基部の縦断面図である。 図３は、ロータ基部の製造工程を示す模式図である。 図４は、第１実施形態にかかるロータ組立体と回転羽根とを分解して示す縦断面図である。 図５は、第２実施形態にかかるロータ組立体と回転羽根とを分解して示す縦断面図である。

(第１実施形態)
図１は、第１実施形態にかかる排水ポンプの縦断面図である。なお、ここではステータ組立体側を上側、回転羽根側を下側として説明する。また、回転羽根の回転軸線をＸとする。

排水ポンプ１は、合成樹脂製のハウジング２と、ステータユニット３と、ロータ組立体４と、回転羽根５とを有する。ハウジング２は、有底円筒状の上部ハウジング２１と、下部ハウジング２２とを有する。なお、後述するように、ステータユニット３は、ハウジングの一部（蓋部）としての機能を持ち合わせている。

上部ハウジング２１は、周壁２１ａと、周壁２１ａの下端に連設された底壁２１ｂと、底壁２１ｂの中央に連設された中央円筒部２１ｃとを有する。中空の中央円筒部２１ｃは、上端が絞られており、中央円筒部２１ｃの内側を介して底壁２１ｂの上方空間と下方空間とが連通する。

下部ハウジング２２は、皿状の下部本体２２ａと、下部本体２２ａの中央下端に連設された入口円筒部２２ｂと、下部本体２２ａの側壁に連設された出口円筒部２２ｃとを有する。下部本体２２ａの上端は、底壁２１ｂにより覆われており、下部本体２２ａの内部空間と外部とは、入口円筒部２２ｂと出口円筒部２２ｃを介して連通する。下部本体２２ａの内部空間が、ポンプ室ＰＣを形成する。

上部ハウジング２１の周壁２１ａの下端と、下部ハウジング２２の下部本体２２ａの上端とが連結され、両者の隙間に配設されたＯ－リングＯＲにより封止されている。上部ハウジング２１は、下部ハウジング２２の上端外周から突出して形成される弾性変形可能な係止爪（不図示）を利用して、下部ハウジング２２に対してスナップフィット機能により着脱自在に取り付けられる。

ステータユニット３は、有頂円筒状である樹脂製のハウジング蓋部３１と、ハウジング蓋部３１内のコア周囲に配置されたボビン３２と、ボビン３２に巻回されたコイル３３とを有している。ハウジング蓋部３１の側面に、配線Ｈに接続されたコネクタ３４が装着されており、外部の電源(不図示)より配線Ｈ及びコネクタ３４を介してコイル３３に給電が行われる。

ハウジング蓋部３１の下端外周は、上部ハウジング２１の周壁２１ａの上端内周に嵌合している。ハウジング蓋部３１は、その下端外周から突出して連設される弾性変形可能な係止爪（不図示）を利用して、上部ハウジング２１に対してスナップフィット機能により着脱自在に取り付けられる。

ハウジング蓋部３１の上壁下面中央に袋孔３１ａが形成されており、袋孔３１ａには金属製である固定シャフト３５の上端が圧入により嵌合固定され、固定シャフト３５はハウジング蓋部３１から下方に向かって延在している。固定シャフト３５の下端は、球面状となっている。

ロータ組立体４は、中空円筒状の樹脂成形品としてのロータ基部４１と、連結シャフト４２と、環状のロータマグネット４３と、環状の上部軸受４４と、環状の下部軸受４５とを有する。上部軸受４４及び下部軸受４５は、滑り軸受である。

図２は、ロータ基部４１の縦断面図である。ロータ基部４１の外周面は、上方より、環状外周面４１ａと、環状外周面４１ａより小径の大円筒外側面４１ｂと、大円筒外側面４１ｂから下方に向かうにしたがって縮径する大円錐外側面４１ｃと、大円錐外側面４１ｃに対して段部を介して繋がる大円錐外側面４１ｃより小径の中円筒外側面４１ｄと、中円筒外側面４１ｄから下方に向かうにしたがって縮径する小円錐外側面４１ｅと、小円錐外側面４１ｅに繋がる小円筒外側面４１ｆとを有する。

また、ロータ基部４１は、大円筒外側面４１ｂと大円錐外側面４１ｃとの境界付近から径方向外方に延在する大鍔部４１ｇと、大鍔部４１ｇの外周から軸線方向下方に延在する鍔円筒部４１ｈと、鍔円筒部４１ｈの下端から径方向外方に延在する小鍔部４１ｉとを連設してなる。

さらにロータ基部４１の内周面は、上方より、大円筒内側面４１ｊと、大円筒内側面４１ｊに対して段部を介して繋がる大円筒内側面４１ｊより小径の大円錐内側面４１ｋと、大円錐内側面４１ｋに繋がる中円筒内側面４１ｍと、中円筒内側面４１ｍに対して段部を介して繋がる中円筒内側面４１ｍより小径の小円筒内側面４１ｎと、小円筒内側面４１ｎに対して段部を介して繋がる小円筒内側面４１ｎより小径の円筒状である受け面４１ｐとを有する。

連結シャフト４２は、金属製であって円柱状であり、中央部外周面の一部に、周方向に連続せずまた軸線方向にも連続しない凹部４２ａを有する。連結シャフト４２の上端は、平面状となっているが、球面状となっていてもよい。連結シャフト４２は、受け面４１ｐに凸部４１ｑが形成されており、それにより連結シャフト４２がロータ基部４１に回転方向及び軸線方向に対して固定される。連結シャフト４２の下端側は、ロータ基部４１の下方に突出し、また連結シャフト４２の上端側は、小円筒内側面４１ｎの径方向内側に位置する。

(ロータ基部及び回転羽根の製造)
図３は、樹脂成形品としてのロータ基部４１の製造工程を示す模式図である。図４は、ロータ組立体４と回転羽根５とを分解して示す縦断面図である。図３において、第１の型ＭＤ１は、中央に略円筒状のコアＣＲを備える。コアＣＲの下端中央に、第１袋孔ＢＨ１が形成されている。ここで、第１の型ＭＤ１において、コアＣＲおよび第１袋孔ＢＨ１とは同軸加工により形成されており、コアＣＲと第１袋孔ＢＨ１との同軸性は高精度（少なくとも、第２の型ＭＤ２、第３の型ＭＤ３との型締めによる誤差未満となる精度）に確保されている。またコアＣＲの根元周囲に、環状体を半割りした一対の第２の型ＭＤ２が配置され、第１の型ＭＤ１に対して水平方向にスライド可能に配置されている。

第３の型ＭＤ３は、中央にキャビティＣＶを備える。キャビティＣＶの底部中央に、第２袋孔ＢＨ２が形成されている。

本実施形態においては、インサート成形により、ロータ基部４１、ロータマグネット４３および連結シャフト４２を一体に組み付けて形成する。ロータ基部４１、ロータマグネット４３および連結シャフト４２の組み付け工程を以下に示す。なお、連結シャフト４２には、予め凹部４２ａが形成されているものとする。

ロータ基部の成形前において、第１の型ＭＤ１の第１袋孔ＢＨ１に、連結シャフト４２の上端側を嵌合させる一方で、一対の第２の型ＭＤ２をコアＣＲの径方向外側から接近させるようにスライドさせてロータマグネット４３を挟み込む。その後、第１の型ＭＤ１に対して第３の型ＭＤ３を下方から接近させると、第３の型ＭＤ３の第２袋孔ＢＨ２に、連結シャフト４２の下端側が嵌合する。このとき、連結シャフト４２の凹部４２ａは、キャビティＣＶに対して径方向内側に位置する。かかる型締め状態が、図３に示される。同図から明らかのように、型締め状態において、第１の型ＭＤ１と第３の型ＭＤ３とは、連結シャフト４２が介在することによって同軸性が高精度に確保されることになる。

その後、不図示のスプルー及びランナーを介して溶融した熱可塑性樹脂を、型ＭＤ１～ＭＤ３により形成される空洞内に注入する。樹脂が固化した後、第１の型ＭＤ１に対して第２の型ＭＤ２を矢印Ｂに示すように下方に離間させ、また一対の第３の型ＭＤ３をコアＣＲから矢印Ａに沿って離間するように第１の型ＭＤ１に対してスライドさせる。第１の型ＭＤから成形品を取り外すと、図２に示すように、回転軸線Ｘと同軸となる連結シャフト４２が一体となったロータ基部４１を得ることができる。尚、ロータ基部の成形材料としては、上記の熱可塑性樹脂に代え、熱硬化性樹脂、その他の重合性樹脂を用いてもよい。

成形されたロータ基部４１の内周面において、中円筒内側面４１ｍに嵌合するようにして下部軸受４５が圧入により取付けられ、また大円筒内側面４１ｊに嵌合するようにして上部軸受４４が圧入により取付けられる。これによりロータ組立体４が完成する。

回転羽根５は、円筒状の軸部５１と、軸部５１の周囲に配置された皿状部５２と、軸部５１と皿状部５２とを連結する複数の羽根部５３とを連設してなり、射出成形によって形成できる。各羽根部５３は、軸部５１の軸線を含む面に沿って径方向外方に延在するように、放射状に等角度で形成されている。軸部５１の上端中央には、袋孔５１ａが形成され、皿状部５２の中央には、軸部５１が貫通する円形開口５２ａが形成されている。
上記構成を有する回転羽根５において、回転中心である軸部５１のうち袋孔５１ａが形成された領域５１ｂにおける成形精度が回転羽根５の回転精度に特に影響するため、当該領域５１ｂの成形精度を確保することは重要である。同領域５１ｂのうち羽根部５３が連設された下部領域５１ｂａは、羽根部５３が補強リブとして作用するため、成形精度は比較的高く保つことが可能である。他方、羽根部５３が連設された領域より上の上部領域５１ｂｂは、金型からの離形後に樹脂材の変形による影響を受ける虞がある。そこで、本実施形態においては、この上部領域５１ｂｂが短くなるよう設計している。具体的には、この上部領域５１ｂｂの高さが、ロータ組立体４の上部軸受４４の高さ方向の中心位置と下部軸受４５の高さ方向の中心位置との間の距離（中心位置間距離）よりも短く設定されており、より好ましくは中間位置間距離の２０％～８０％の範囲に設定される。また、上部領域５１ｂｂの高さは、下部領域５１ｂａの高さよりも短く、回転羽根５の外径の１０％～３０％の範囲となるよう設計されている。

(排水ポンプの組付）
排水ポンプ１の組付態様について説明する。ハウジング蓋部３１には、コイル３３や固定シャフト３５等が予め組み付けられているものとする。まず、ロータ組立体４の上部軸受４４および下部軸受４５に、ハウジング蓋部３１から下方に延在する固定シャフト３５を挿通するようにして、ロータ組立体４をハウジング蓋部３１に組み付ける。このとき、ロータ組立体４の内部に、固定シャフト３５の先端に対応し、摺動性に優れた素材からなる円板４６を配置しておく。円板４６の外径は、連結シャフト４２または固定シャフト３５の外径よりも大きいと好ましい。固定シャフト３５がハウジング蓋部３１に組付けられることにより、円板４６は、固定シャフト３５の下端と連結シャフト４２の上端との間に配置される。

ハウジング蓋部３１に組み付けられたロータ組立体４は、ロータマグネット４３とコイル３３内のコアとの間で磁気的吸引力が生じるため、ハウジング蓋部３１から落下することがない。なお、小鍔部４１ｉは、ロータ組立体４とハウジング蓋部３１との間に異物が侵入しないようにカバーとして機能する。

次いで、ロータ組立体４を組み付けた状態で、ハウジング蓋部３１の下端を、上部ハウジング２１の上端側から嵌合させて組み付ける。上部ハウジング２１に組み付けられた状態で、連結シャフト４２は、底壁２１ｂの中央円筒部２１ｃを貫通し、その下端が底壁２１ｂの下方に露出する。

さらに、連結シャフト４２の露出した下端を、軸部５１の袋孔５１ａに圧入により挿入し、連結シャフト４２に回転羽根５を連結する。その後、上部ハウジング２１にО－リングＯＲおよび下部ハウジング２２を取り付けると、回転羽根５の周囲に下部本体２２ａが配置され、軸部５１が入口円筒部２２ｂ内に位置することとなる。これにより排水ポンプ１の組み付けが完了する。

（排水ポンプの動作）
外部の電源よりコイル３３に給電しロータマグネット４３に磁気力が作用し、固定シャフト３５の周囲をロータ組立体４が回転する。これにより回転羽根５が回転駆動されると、遠心力により入口円筒部２２ｂからポンプ室ＰＣ内にドレン水が吸い上げられて出口円筒部２２ｃを通じて排出される。ロータ組立体４は、固定シャフト３５に対して、上部軸受４４、下部軸受４５、及び円板４６により低フリクションで回転可能に支持されるため、省電力が図られる。

本実施形態によれば、下部軸受４５が取付けられる中円筒内側面４１ｍと、上部軸受４４が取り付けられる大円筒内側面４１ｊとを形成する第１の型ＭＤ１のコアＣＲに対して、連結シャフト４２が精度よく同軸に位置決めされ、また連結シャフト４２に対して回転羽根５が精度よく同軸に位置決めされる。したがって、連結シャフト４２を介して、ロータ基部４１と回転羽根５とを容易に且つ精度よく同軸に連結することができるため、ロータ組立体４と回転羽根５の組立体における回転バランスを高めることができ、それにより回転時の低振動を確保できる。

（第１実施形態の変形例）
以上の実施形態において、連結シャフト４２はインサート成形によりロータ基部４１と連結され、ロータ組立体４の一部を成している。これに対し、インサート成形を行うことなく、ロータ基部の射出成形時に、第１の型ＭＤ１によって同軸の貫通孔（例えば後述する貫通孔４１Ａｐ）を形成し、射出成形後に該貫通孔の内周面である受け面に、円形軸（すなわち外周に凹部を有しない）である連結シャフトを圧入により嵌合させることによって、ロータ組立体を形成してもよい。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。

本変形例においても、ロータ基部と回転羽根の軸部の対向する孔に連結シャフトの両端側を嵌合させることにより、ロータ基部と回転羽根とを精度よく同軸に連結することができるため、ロータ組立体と回転羽根の組立体における回転バランスを高めることができ、それにより回転時の低振動を確保できる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかるロータ組立体４Ａと回転羽根５Ａとを分解して示す縦断面図である。本実施形態では、回転羽根５Ａに連結シャフト５４Ａが一体に形成される。ロータ組立体４Ａと回転羽根５Ａ以外の構成は、第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。

ロータ組立体４Ａのロータ基部４１Ａは、小円筒内側面４１ｎに対して段部を介して繋がる円筒状の貫通孔４１Ａｐを有する。それ以外のロータ基部４１Ａの構成は、第１実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

回転羽根５Ａの軸部５１Ａは、上端に円形袋孔状の受け面５１Ａａを有する。受け面５１Ａａに、径方向内側に突出した凸部５１Ａｂが形成されている。それ以外の回転羽根５Ａの構成は、第１実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

連結シャフト５４Ａは、金属製であって円柱状であり、下端近傍の外周面の一部に、周方向に連続せずまた軸線方向にも連続しない凹部５４Ａａを有する。連結シャフト５４Ａは、インサート成形により、回転羽根５Ａと一体的に構成されている。インサート成形においては、回転羽根５Ａを構成する樹脂材により、連結シャフト５４Ａとの境界である受け面５１Ａａが形成される。また、樹脂材が連結シャフト５４Ａの凹部５４Ａａに充填されることにより、凸部５１Ａｂが形成され、それにより連結シャフト５４Ａが軸部５１Ａに回転方向及び軸線方向に対して固定される。連結シャフト５４Ａの上端側は、軸部５１Ａの上方に突出し、ロータ基部４１Ａの貫通孔４１Ａｐに圧入により嵌合する。

本実施形態によれば、第１の型のコアにより、ロータ基部４１Ａの内周面（下部軸受４５が取付けられる中円筒内側面４１ｍと上部軸受４４が取り付けられる大円筒内側面４１ｊ、貫通孔４１Ａｐ）が精度よく同軸に位置決めされ、また、インサート成形により連結シャフト５４Ａが軸部５１Ａに対して精度よく同軸に成形される。したがって、連結シャフト５４Ａを介して、ロータ基部４１Ａと回転羽根５Ａとを容易に且つ精度よく同軸に連結することができるため、ロータ組立体４Ａと回転羽根５Ａの組立体における回転バランスを高めることができ、それにより回転時の低振動を確保できる。

上記した本発明による排水ポンプは、いわゆるプロダクト・バイ・プロセス形式により、物の発明が特定されているという見方もできる。ここで、連結シャフトがインサート成形により樹脂成形品に結合されたか否かを、製品としての排水ポンプから判別することが困難な場合がある。したがって、請求項において物をその構造又は特性により直接特定することが不可能であるか、又はおよそ実際的でないという事情（「不可能・非実際的事情」）が存在するものである。

１ 排水ポンプ
２ ハウジング
３ ステータユニット
３５ 固定シャフト
４、４Ａ ロータ組立体
４１、４１Ａ ロータ基部
４２、５４Ａ 連結シャフト
４４ 上部軸受
４５ 下部軸受
５、５Ａ 回転羽根
５１、５１Ａ 軸部

Claims (3)

1. 固定シャフトを備えたハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられたステータユニットと、
   前記固定シャフトに対し回転可能に保持され、前記ステータユニットにより回転駆動されるロータ組立体と、
   前記ロータ組立体と共に回転する回転羽根と、を有し、
   前記ロータ組立体を構成するロータ基部と前記回転羽根は、前記ロータ組立体の回転軸線に同軸である連結シャフトを介して相互に連結されており、
   前記ロータ組立体は、樹脂製のロータ基部および前記ロータ基部を前記固定シャフトに対して回転自在に保持する軸受を備えた排水ポンプの製造方法であって、
   前記ロータ基部は、複数の金型により樹脂成形された成形品であり、前記軸受を保持する前記ロータ基部の内周面と、前記連結シャフトを保持する前記ロータ基部の受け面とを前記複数の金型のうち単一の金型により画定する、
   ことを特徴とする排水ポンプの製造方法。
2. 前記連結シャフトの一端側を、前記ロータ基部にインサート成形し、
   前記連結シャフトの他端側を、前記回転羽根を構成する軸部の孔に嵌合し、
   前記ロータ基部において、前記単一の金型に前記連結シャフトが保持された状態で樹脂成形されることにより、前記連結シャフトを保持する受け面が画定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプの製造方法。
3. 前記ロータ基部は、前記受け面を有する孔を有し、
   前記連結シャフトの一端側を、前記回転羽根を構成する軸部にインサート成形し、
   前記連結シャフトの他端側を、前記ロータ基部の孔に嵌合する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプの製造方法。

Images