JPH07293480A

JPH07293480A - エンドカバー構造体

Info

Publication number: JPH07293480A
Application number: JP8287794A
Authority: JP
Inventors: Motoshige Mizuno; 元重水野; Kazuo Omori; 和夫大森
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-11-07
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2788186B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エンドカバーと金属製部材とを接合するアー
ル部の近傍に発生する引張応力を抑制することができる
エンドカバー構造体を提供する。【構成】セラミックス製のエンドカバー１の外径に接
着される金属製部材（アーマー４）の内径に、円周方向
の溝13とこの溝13に接する弾性層14を設け、この弾性層
14を介して金属製部材４をエンドカバー１の外径に接着
層15により接着する。なお接着層15の外径を、金属製部
材４の内径より大としておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性、耐摩耗性、耐
浸透性、耐熱性に優れたセラミックス製の遠心ポンプ、
ルーツ型ポンプ、液封式ポンプ、スクリュー型ポンプな
どの回転機器の端面をシールするため、あるいはセラミ
ックス製のバルブの回転部の端面をシールするために用
いられるエンドカバー構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような目的で使用される回転機器
のエンドカバー構造体としては、実開平２−２４０９２
号公報に示されるように、ケーシングのインペラーが格
納される渦巻き室の開口側端面部においてインペラーの
背面側をシールするために、接液部を円板状のセラミッ
クス製とし、その外側を金属製部材で保護したものが知
られている。図８、図９はこのような従来の構成のエン
ドカバー構造体を示したものであって、セラミックス製
のエンドカバー１の中心部分にアール部２を介して円筒
状のボス部３を一体に設けるとともに、その外側に設け
られる金属製のアーマー４の中心部分にエンドカバー１
のボス部３からアール部２に至る外表面に対応して湾曲
させた外形状の接合部５を形成し、この接合部５とボス
部３およびアール部２との間を接着層６により接着した
構成としている。

【０００３】このような従来のエンドカバー構造体にお
いては、エンドカバー１とアーマー４が接着剤により接
着されているが、エンドカバー１の内径側にはエンドカ
バー１とシャフトをシールする軸封部材が装着されてお
り、エンドカバー１ののボス部３の端面にガスケット７
を介して固定環８をクランプリング９により保持し、更
にボルト10を締め付けることにより、固定環８をエンド
カバー１のボス部３の端面に圧着している。この場合、
アーマー４の接合部５はアーマー４の外径部11を支点と
して図の右方向に移動する方向に荷重が作用し、一方エ
ンドカバー１のボス部３にはエンドカバー１の外径部12
を支点として図の左方向に移動するため、接着層６には
軸方向の剪断力が発生し、この結果エンドカバー１のア
ール部２には引張応力が発生する。

【０００４】またポンプに高温液を導入した場合には、
エンドカバー１が急熱され全体が熱膨張により拡径する
のに対して、接着されたアーマー４はエンドカバー１か
らの熱伝達により除々に昇温されるため、エンドカバー
１のボス部３がアーマー４に対して更に焼き嵌めされる
状態となり、エンドカバー１のアール部２の近傍に発生
する引張応力が増大する。

【０００５】更に、ポンプの圧力が高い場合には、エン
ドカバー１はエンドカバー１の外径部12を支点として図
の右方向に変位し、エンドカバー１のアール部２には引
張応力が発生する。

【０００６】一方、ポンプを高温液の移送に供する場合
は、前記接着部の高温接着強度を増すために高温硬化型
接着剤により接着する必要がある。この場合、高温で硬
化した接着層６を有する接着品が常温に冷却されるに従
い、アーマー４の内周がエンドカバー１のボス部３の外
径を圧縮する焼き嵌め構成となる。これは金属製のアー
マー４がセラミックス製のエンドカバー１よりも熱膨張
係数が大きいためである。このとき、焼き嵌め力が作用
しないエンドカバー１の円板部とボス部３との境界のア
ール部２に、引張応力が発生する。

【０００７】このように、ポンプがより過酷な使用条件
あるいは高温液に使用されるときには、セラミックス製
のエンドカバー１のアール部２に過大な引張応力が複合
的に作用し、甚だしい場合にはセラミックスの破損が発
生するという問題があった。またかかる不具合の回避の
ためにエンドカバー１のボス部３の軸方向長さを延長
し、アール部２または前記ボス部３の開口端部を避けて
金属製のアーマー４と接着する構成とすることもできる
が、部品寸法の拡大につながり好ましくない。一方、高
強度セラミックスを使用して発生応力に対する安全率を
向上させることも可能であるが、一般に高強度セラミッ
クスは高価であり、実用的ではなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、エンドカバーの寸法を大幅に増加さ
せることなく、また高価な高強度セラミックスを使用す
ることなく、軸封部の締め付けと、高温・高圧液のポン
プへの導入と、接着強度の高い高温硬化型接着剤の使用
とを可能としたセラミックス製のエンドカバー構造体を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、孔開き円盤の中心に円筒部が連
結された形状のエンドカバーの円筒部の外径に金属製部
材を接着したエンドカバー構造体において、この金属製
部材の内径に円周方向の溝と該溝に接する弾性層を設
け、前記弾性層とエンドカバーの外径との間に形成され
る隙間に接着剤を充填して接着剤をエンドカバーの外径
に固着させるとともに、この接着層の外径を金属製部材
の内径より大としたことを特徴とするものである。

【００１０】なお、金属製部材がエンドカバーの円筒部
に対応する円筒部と円板部との２部材からなり、前記円
筒部と円板部をネジまたはバヨネット機構により係合さ
せ、更にこの係合部の隙間を弾性支持した構造とするこ
とが好ましい。また、弾性層および金属製部材の円筒部
と円板部との係合部の弾性支持が、シリコンゴム、ブタ
ジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、発泡弗
素樹脂、チオコールを５当量以上含むエポキシ樹脂のい
ずれかからなることが好ましい。更に、接着剤が加熱硬
化型のエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂
のいずれかからなることが好ましい。

【００１１】

【作用】このように構成された本発明のエンドカバー構
造体においては、エンドカバーと金属製部材（アーマ
ー）とが接着剤により結合されており、軸封部品である
固定環をエンドカバー端面にガスケットを介してクラン
プリングにより圧着した場合、接着部には軸方向のスラ
スト力が発生するが、エンドカバーのアール部には過大
な引張応力が発生しない。またポンプに高温液を導入し
た場合は、エンドカバーのセラミックス製接液部が急熱
され寸法拡大するに対し、接着された金属部分は徐々に
昇温されるため、セラミックスの円筒部分が更に焼き嵌
めされる状態となるが、本発明ではエンドカバーのアー
ル部近傍に発生する引張応力を抑制できる。

【００１２】更にポンプの圧力が高い場合には、エンド
カバーが外周コーナー部を支点として変位しても、エン
ドカバーのアール部近傍に発生する引張応力を抑制でき
る。また、ポンプを高温液の移送に供する場合には、接
着部の強度を増すために高温硬化型接着剤により接着す
る必要があるが、高温で硬化した接着層を有する接着品
が常温に冷却されるに従い金属部分の内周がセラミック
ス部分の外周を圧縮するいわゆる焼き嵌め構成となるこ
とに対しても、引張応力を抑制できる。このようにより
過酷な使用条件におかれたり高温液に使用される場合に
も、エンドカバーのアール部近傍に発生する引張応力を
緩和し、かかる不具合を回避するために部品寸法を拡大
したり、高価な高強度セラミックスを使用する必要がな
い。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を図示の実施例によって更に詳
細に説明する。図１は実施例のエンドカバー構造耐の中
央縦断面図である。図中、１はセラミックス製のエンド
カバーであり、円板の中心に円筒部であるボス部３が連
結された形状をしている。金属製部材としてのアーマー
４の内径には円周方向の溝13が形成されており、その内
面にシリコンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴ
ム、ニトリルゴム、発泡弗素樹脂、チオコールを５当量
以上含むエポキシ樹脂のいずれかから選択された弾性層
14を設けてある。この弾性層14は、前記種類の弾性体の
溶剤等によるエマルジョンを吹きつけまたは筆塗りまた
は流動浸漬した後、それぞれの硬化仕様に従ってアーマ
ー４の内径に付着させる。また、前記弾性体からなるシ
ートをアーマー４の内径に接着させてもよい。このと
き、アーマー４の内径は前記弾性体を強固に接着させる
ためにサンドブラストなどにより表面を粗面としておく
ことが好ましい。さらにエンドカバー１の外径側の軸方
向端面とアーマー４の軸方向端面とを緩衝材15を介在さ
せ圧着した後、エンドカバー１のボス部３とアーマー４
の隙間にエポキシ樹脂、ウレタン樹脂などから選択され
た樹脂を注入し、接合する。

【００１４】ここで弾性層14の作用を説明すると、アー
マー４の熱膨張率がエンドカバー１より大である材料を
選択した場合、接着層６は例えばエポキシ系の場合は10
0 ℃以上に加熱し硬化させるため、硬化処理温度におい
てはアーマー４はエンドカバー１より拡径しており、従
って樹脂が未充填の状態の硬化処理温度時の接着層隙間
は常温時の接着層隙間よりも大となる。このため樹脂を
注入し、硬化処理温度において樹脂を硬化させた後、エ
ンドカバー１とアーマー４を常温に冷却すると、接着層
隙間が縮小することによる焼き嵌め力がエンドカバー１
のボス部３の外径に作用する。このため、エンドカバー
１のアール部２に引張応力が作用し、他の使用条件が付
加されるとこの引張応力が著しく増大し、セラミックス
製のエンドカバー１が破損する。これに対して本発明で
は弾性層14が前記の接着層隙間が縮小する分だけ収縮す
ることで焼き嵌め力を低下させ、エンドカバー１のアー
ル部２に作用する引張応力を低減できる。この結果、本
発明のエンドカバー構造体は使用状態における温度、圧
力、軸封部の締め付けの不均一などの条件が相乗的に付
加されても、前記引張応力の拡大がなく安全に使用する
ことができる。

【００１５】図１に示されるＯリング16は、エンドカバ
ー１のボス部３とアーマー４の隙間にエポキシ樹脂、ウ
レタン樹脂などを注入する際に、樹脂が必要接着部以外
に漏洩しないようにし、かつ接着層６の樹脂が気泡や空
洞部がないように充填するために設置することが好まし
い。またエンドカバー１のアール部２には前記のように
引張応力が作用し、接着部と非接着部との境界で応力集
中が発生し易いためと、エンドカバー１とアーマー４の
軸方向にも熱膨張率の違いにより引張応力が作用するた
め、接着層６をエンドカバー１のボス部３の外周のみで
はなく、アール部２の外径側及び前記ボス部３に連結さ
れた円板部の端面まで延長することが好ましい。またエ
ンドカバー１とアーマー４の外径の圧着面には雰囲気に
よる緩衝材15の腐食や、エンドカバー１とアーマー４の
内径に液などが浸透しないように、シリコンシーラント
などからなるシール材17を塗布してある。

【００１６】図２は本発明の実施例を更に詳細に示す断
面図であり、溝の少なくとも一方に、溝の深さの15〜70
％の厚みの弾性層14を設けてある。この理由は、弾性層
14を70％以上にすると焼き嵌め応力の低減効果は増大す
るが、エンドカバー１とアーマー４の相対的ずれが発生
し、また15％以下では焼き嵌め応力の低減効果が小とな
るためである。また、溝はネジのように連続したもので
も、Ｏリング溝のように独立したものでもよいが、接着
層６の外径がアーマー４の内径より大、すなわち図２の
＊寸法を確保することが必要である。この理由は、エン
ドカバー１のボス部３に軸封部品を取り付けた場合、前
記のように接着層６に作用する軸方向剪断力に対し、エ
ンドカバー１とアーマー４が分離しないようにするため
である。

【００１７】エンドカバー１とアーマー４の接着硬化時
の寸法差に起因する焼き嵌め応力を低減するためには、
前記接着層６をエンドカバー１に設置してもよく、また
エンドカバー１とアーマー４の両方に設置してもよい
が、弾性層14が設置される部分は弾性効果を確実に制御
するため、機械加工された円周方向溝とする必要があ
る。図３は別の実施例を示す断面図であり、エンドカバ
ー１のボス部３の外径に設置する円周方向溝18を断面に
エッジのない形状として応力集中を低減している。また
図３に示すように、アーマー４の内径はサンドブラス
ト、薬品処理等により接着層６を固着させるためのアン
カーを形成してもよく、更に接着層６を気泡なく完全に
樹脂が充填された状態とするために、複数の樹脂注入口
23を設け、注入した樹脂が接着層６の図３における右端
面から排出されることが確認できるようにすることが好
ましい。

【００１８】図４は更に好ましい実施例を示す断面図で
ある。通常、エンドカバー１のボス部３に軸封部品を取
り付ける場合、固定環８の当接面の径と固定環８を固定
するネジのピッチ径の差（図４の＊）により、固定環８
を締め付けた場合にエンドカバー１のボス部３に矢印で
示す曲げモーメントが作用する。そして大きな締め付け
力を必要とする場合や偏って締め付けた場合、この曲げ
モーメントによりアール部２に発生する引張応力が増大
し、エンドカバー１を損傷する場合がある。これを防止
するため、図４の実施例ではアーマー４の内径側を円筒
型部分19に分割し、この円筒型部分19をまずエンドカバ
ー１と接合したのち、更にアーマー４と機械的に結合す
る。円筒型部分19は肉薄である方が焼き嵌め力による塑
性変形によって焼き嵌め応力を低減でき、部分安定化ジ
ルコニアなど強度と弾性のあるセラミックスとしてもよ
い。また前記（段落００１５）の理由により、円筒型部
分19は断面をＬ字状とすることが好ましい。

【００１９】アーマー４と円筒型部分19の結合は、ネジ
結合またはバヨネット結合とすることが好ましく、バヨ
ネット結合の場合のエンドカバー構造体の中央縦断面図
を図５に示す。バヨネット部22における円筒型部分19及
び対応するアーマー４はそれぞれ図６、図７に示すよう
に円周方向に分割された複数のかみ合い部により構成さ
れている。

【００２０】またアーマー４と円筒型部分19の結合部
は、エンドカバー１のボス部３に発生する曲げモーメン
トをさらに低減させるために、0.02〜0.5mm の隙間を設
けることが好ましい。また円筒型部分19とアーマー４の
軸方向、径方向のずれを防止するためと、雰囲気による
エンドカバー１とアーマー４の内部の腐食を防止するた
めに、シリコンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴ
ム、ニトリルゴム、発泡弗素樹脂、チオコールを５当量
以上含むエポキシ樹脂などの弾性のある樹脂を充填する
ことが好ましい。また、円筒型部分19とアーマー４の係
合部に嵌合部を設ける場合には、アーマー４の外径部分
を支点としてアーマー４が軸方向へ変位することによ
り、アーマー４の内径が縮径し嵌合部の外径より円筒型
部分19を外径方向から内径方向へ圧縮することを防止す
るために、図５に20として示すようにアールを付けるこ
とがよい。また、エンドカバー１とアーマー４は外径部
分では一体であることが、エンドカバー構造体を別の部
品に結合する際の組立、調整を容易とするために望まし
い。この目的のためには、アーマー４の外径部において
エンドカバー１の外径に嵌合するよう、アーマー４を軸
方向に延長しさらにスナップリング21にて固定すること
がよい。

【００２１】以上に説明した本発明の効果を確認するた
めに、150 ℃で硬化するエポキシ樹脂を採用した従来構
造のエンドカバー構造体と、弾性層を0.2mm のブタジ
エンゴムとしたエンドカバー構造体と、さらにアーマ
ーを分割構造としたエンドカバー構造体とを製作し
た。これらを図８に示すようにポンプに取付け、更に締
め付けボルトにより固定環をエンドカバーに20Ｎ−ｍの
トルクで取り付けた後、ポンプ内に0.5 ＭＰａの高温液
を導入し、どの温度のときにエンドカバーが破損するか
を確認した。この結果、の従来構造のエンドカバー構
造体は温度差120 ℃の液を導入したときに破損したが、
の弾性層を設けたエンドカバー構造体は温度差160 ℃
の液を導入しても破損がなく、またのアーマーを分割
したエンドカバー構造体はさらに圧力を１ＭＰａに増加
しても破損がなかった。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のエンド
カバー構造体は、エンドカバーのアール部の近傍に発生
する引張応力を抑制することができ、部品寸法を拡大し
たり、高価な高強度セラミックスを使用することなく、
過酷な使用条件に耐えることができる。なお、以上の説
明はポンプケーシングの渦巻き室の一端をシールするエ
ンドカバーの実施例を中心として行ったが、セラミック
ス製のバルブ類の回転軸部分をシールするためのエンド
カバー構造体にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例を示す断面図である。

【図６】第５の実施例の金具を示す正面図である。

【図７】第５の実施例の金具を示す正面図である。

【図８】従来例の要部を示す断面図である。

【図９】従来例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１エンドカバー、２アール部、３ボス部、４ア
ーマー、５接合部、６接着層、７ガスケット、８
固定環、９クランプリング、10 ボルト、11 アー
マーの外径部、12 エンドカバーの外径部、13 溝、14
弾性層、15緩衝材、16 Ｏリング、17 シール材、18
円周方向溝、19 円筒型部分、20アール、21 スナッ
プリング、22 バヨネット部、23 樹脂注入口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】孔開き円盤の中心に円筒部が連結された
形状のセラミックス製のエンドカバーの円筒部の外径に
金属製部材を接着したエンドカバー構造体において、こ
の金属製部材の内径に円周方向の溝と該溝に接する弾性
層を設け、前記弾性層とエンドカバーの外径との間に形
成される隙間に接着剤を充填して接着剤をエンドカバー
の外径に固着させるとともに、この接着層の外径を金属
製部材の内径より大としたことを特徴とするエンドカバ
ー構造体。
【請求項２】金属製部材がエンドカバーの円筒部に対
応する円筒部と円板部との２部材からなり、前記円筒部
と円板部をネジまたはバヨネットにより係合させ、更に
この係合部の隙間を弾性支持したことを特徴とする請求
項１に記載のエンドカバー構造体。
【請求項３】弾性層および金属製部材の円筒部と円板
部との係合部の弾性支持がシリコンゴム、ブタジエンゴ
ム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、発泡弗素樹脂、
チオコールを５当量以上含むエポキシ樹脂のいずれかか
らなる請求項１または２に記載のエンドカバー構造体。
【請求項４】接着剤が加熱硬化型のエポキシ樹脂、ア
クリル系樹脂、ウレタン系樹脂のいずれかからなる請求
項１に記載のエンドカバー構造体。
【請求項５】ターボ機械のケーシングの渦巻き室の一
端をシールするエンドカバーに用いられる請求項１に記
載のエンドカバー構造体。