JP5878469B2 - ロータ容器 - Google Patents

Description

本発明は、ウェット運転電動モータ（wet running electric motor）用のロータ容器に関し、特に、例えば暖房や空調システム用サーキュレータポンプ等のポンプ・ユニット用のウェット運転電動モータ用のロータ容器に関する。

ウェット運転電動モータは、その電動モータのステータとロータとの間にあるロータ容器を含んで構成される。今まで、これらロータ容器は、一般に、ステンレス鋼で作られている。しかしながら、そのようなロータ容器を樹脂材料から作ることも知られている。ロータ容器内部には、加圧流体が存在するので、ロータ容器はこの内部圧力に対する耐久性を必要とし、特に、高い内部圧力と高温下においても所定形状を保たなければならない。

従って、高圧及び高温で使用するために、繊維によってロータ容器の樹脂材料を強化することが知られている。前記周知のロータ容器は、加熱によって硬化する熱硬化性樹脂で作られているが、この結果、製造工程に多大な時間が必要となる。

本発明の目的は、容易で、時間のかからない製造工程を可能とし、且つ、高い安定性と薄い壁面を有する樹脂材料で作られたウェット運転電動モータ用のロータ容器を提供することである。

この目的は、請求項１で定義される特徴を有するロータ容器によって達成され、また、請求項１４で定義される特徴を有するポンプ・ユニットによって達成される。改良された実施形態は、従属項、以下の説明及び図面で開示される。

本発明に係るウェット運転電動モータ用のロータ容器は、熱可塑性樹脂材料で作られた内層を含んで構成される。この内層は、射出成形によって製造してもよい。この内層は、少なくとも一部が支持層によって囲まれている。前記支持層は、前記内層の外面に取付けられ、前記内層の外面に取付けられた熱可塑性樹脂テープで作られている。前記熱可塑性樹脂テープは、望ましくは、その長手方向、即ち、前記内層の周囲に巻かれたときの円周方向において、高い引張強さを有するとよい。これにより、前記熱可塑性樹脂テープは、前記内層の内面に作用する内部圧力及び／又は樹脂材料に作用する高温による変形に対して前記内層を強化する。望ましくは、前記熱可塑性樹脂テープ層を、モータ内部でステータとロータとの間に配置される前記ロータ容器の円筒部に少なくとも取付けるとよい。前記ロータ容器の閉塞された上端部は、熱可塑性樹脂テープ層がなくてもよく、代わりに、ロータ容器の前記上端部において、前記内層の厚さを増してもよい。

前記熱可塑性樹脂テープ層を、望ましくは、加熱工程において前記内層に取付けるとよい。望ましくは、前記内層と前記支持層を、前記支持層が、例えばロータ容器の周囲に巻かれる等、前記ロータ容器の外面に取付けられるときに加熱するとよい。更に、その取付けが、樹脂材料の強化のための溶融と圧力の組み合わせによって達成されるように、前記内層上に前記支持層を押し付けることが望ましい。前記加熱工程は、電気誘導によって前記テープを暖めることから開始される。もし、前記テープが導電性繊維、例えば炭素繊維等で強化されている場合、これら導電性繊維は、テープを暖めるための電気抵抗として利用できる。

ロータ容器の周囲に直接テープ層を巻く代わりに、内層から独立して支持層を製造するための例えば金属コア等のコアの周囲にテープ層を巻くことも可能である。この方法で製造された支持層を、内層をモールド成形するための射出成形金型内に挿入することができ、その後、内層を、射出成形工程によって予め製造された支持層の内面に直接にモールド成形する。

望ましくは、内層を、繊維強化熱可塑性樹脂材料で作る。内層の材料には、アラミド繊維、炭素繊維、又はガラス繊維等があってもよい。

更に、支持層は繊維強化熱可塑性樹脂テープ層であることが望ましい。前記テープ層を、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、又は、アラミド繊維等によって強化してもよい。望ましくは、内層の周りに巻かれたときにその強化繊維が、ロータ容器の略円周方向に伸びるように、これら強化繊維が、テープ層の長手方向に配列された連続的な繊維であるとよい。これは、圧力がロータ容器の内面に加えられたときに、前記テープがロータ容器内の最大引張応力を吸収しなければならない方向である。

好ましい実施形態によれば、ロータ容器の少なくとも一端部は、支持層によって囲まれていない。これは、特に、ロータ容器の閉塞端であるとよい。この端部は、通常、ロータとステータの間に配置されるのではなく、ロータとステータとの間のギャップの軸方向外側に配置される。従って、前記端部は、支持層による強化が必要ないようにより厚い壁を有するとよい。

これは、この実施形態において、内層の前記端部が、より厚い、即ち、モータのロータとステータとの間のギャップに配置されたロータ容器の中間部より肉厚であることを意味する。

更に望ましい実施形態では、ロータ容器は、ロータ軸用の軸受を含んで構成され、前記軸受は、内層の熱可塑性樹脂材料でモールド成形される。例えば、射出成形中の内層の熱可塑性樹脂材料がこの軸受周囲に流れて軸受が内層内に成形されるように、前記軸受を、モールド成形工程前の射出成形金型に挿入するとよい。これにより、ロータ容器内側に軸受の容易且つしっかりした結合が可能となる。軸受を保持するため、ロータ容器の内層は、軸受周囲領域においてロータ容器に作用する力を吸収するよう軸受周囲の厚さを厚くするとよい。

軸受内に直接モールド成形する代わりに、ロータ軸の軸受用の軸受ハウジングを、内層の熱可塑性樹脂材料によってモールド成形してもよい。これは、軸受ハウジングを、内層の射出成形工程中に内層内に形成することを意味する。或いは、軸受ハウジングが射出成形工程中に熱可塑性樹脂材料によってモールド成形されるように、予め製造された軸受ハウジング、特に、例えば金属で形成された軸受ハウジングを、内層をモールド成形する前に射出成形金型に挿入してもよい。その後、ポンプを組立てるときに、軸受を、この軸受ハウジング内に取付ける。従って、軸受ハウジングは、軸受用の所定の支持部を形成する。

望ましくは、軸受ハウジングを、内層と同じ熱可塑性樹脂材料で作るとよい。これにより、軸受ハウジングとロータ容器の内層との間の結合が確実なものとなる。望ましくは、軸受ハウジングを、射出成形工程中にロータ容器の熱可塑性樹脂材料によって成形するとよい。このようにして、軸受ハウジングとロータ容器の材料は、射出成形工程中に一緒に溶融される。

前述のように、望ましくは、内層は、射出成形部品である。しかしながら、内層を、別の適切な方法で形成してもよい。例えば、内層を、熱可塑性樹脂管から製造してもよい。

更に望ましい実施形態によれば、熱可塑性樹脂テープ層に、半径方向で内部に向かう力が内層に加えられるようにプレストレスを与えるとよい。これは、テープを内層周囲に巻く前に伸ばすことによって得られるであろう。

更に、テープ層を、略重複せずに内層に取付けることが望ましい。これは、２つの連続的に敷設されたリボンやテープの巻線の間に重複がないことを意味する。しかしながら、内層周囲の最終の巻線は、ロータ容器の長手方向に垂直な平面内で伸びることが望ましいので、テープの最終の巻線は重複してもよい。

本発明の特別な実施形態によれば、２つのテープ層が、内層に取付けられてもよい。これら２つのテープ層は、内層の外面で重ねられて配置されてもよい。２つのテープ層は、内層の周囲に反対方向に巻かれてもよい。そのように巻くことによって、内層をより一層強化できる。

望ましい実施形態では、ロータ容器は、ロータ容器の開口端周囲に端フランジを有する。望ましくは、この端フランジを、例えば、射出成形工程によって、内層と一体に形成するとよい。前記端フランジは、例えばポンプハウジング上に、ロータ容器を固定し密閉するために用いられる。

更に望ましい実施形態によれば、前記テープの基材は、内層の基材と同じである。即ち、テープと内層との間が、物理的及び／又は化学的に結合するように、内層の基材と支持層の基材は同じである。これは、先行技術のロータ容器に使用される熱硬化性樹脂材料と比べて大きな利点である。

本発明の第１実施形態によるロータ容器の図である。 図１のロータ容器の断面図である。 本発明の第２実施形態によるロータ容器の図である。 図３に示すロータ容器の断面図である。 本発明の第１の方法による支持層がどのように内層に適用されるかを概略的に示す図である。 本発明の第２の方法による支持層がどのように内層に適用されるかを概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態による支持層を内層に適用する方法を示す図である。 軸受が挿入された軸受ハウジングの断面図である。 軸受が挿入された軸受ハウジングの底面図である。 ロータ容器に結合される軸受ハウジング側の上面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図１〜図４に示すように、ロータ容器は、熱可塑性樹脂材料で作られた内層２を有する。前記内層２は、射出成形によって形成される。前記内層２の円周外面上において、前記内層２は、テープ層状の支持層４によって囲まれている。前記テープ層は、内層２の周囲に熱可塑性テープを巻き付けることによって作られる。内層２と支持層４のテープを、例えばガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維等で繊維強化されているとよい。熱可塑性樹脂テープの強化用繊維は、繊維が内層２の周囲に円周状に巻かれるように、テープの長手方向に連続的に伸びている。これによって、強化繊維は、ロータ容器の内面に作用する圧力によって生じる引張応力を吸収するであろう。

内層２と支持層４との間で化学的及び／又は物理的に結合できるように、前記内層２と支持層４を、望ましくは、同じ熱可塑性樹脂材料で作るとよい。望ましくは、内層２と支持層４の熱可塑性樹脂テープの双方は、内層２の周囲に支持層を巻くときに加熱するとよい。

図１及び図２に示す実施形態では、前記ロータ容器は、ロータ容器の開口端８を取り囲む端フランジ６を有する。端フランジ６は、ロータ容器を一直線に並べ、密閉し、ポンプハウジングに固定するために用いられる。

開口端８の反対側端部は、ロータ容器の閉塞端１０である。ロータ容器の内部の前記閉塞端１０には、ロータ軸用の軸受１２が配置されている。前記軸受１２は、内層２の内側に形成された軸受ハウジング内に保持される。更に、軸受１２を、射出成形中に内層の材料によってモールド成形するとよい。

図１及び図２に示された実施形態と比較すると、図３及び図４に示された実施形態の閉塞端１０は、平坦、即ち、ロータ容器の長手方向軸に対して略垂直に伸びている。更に、図３及び図４に示された実施形態によるロータ容器が概ね円筒形状をしているのに対して、図１及び図２によるロータ容器は、やや円錐状の形状である。図３及び図４に示された実施形態では、閉塞端１０は、当該閉塞端１０から軸方向に突き出るように軸方向に伸びている停止手段１４を有する。前記停止手段は、ステータハウジング内部に前記閉塞端１０を備えたロータ容器を固定するために用いられる。

支持層４は、図５に示されるように内層２に適用されるとよい。この実施形態では、内層２を、射出成形によって最初の工程で作る。第２の工程では、熱可塑性樹脂の繊維強化テープ状の支持層を、開口端８から開始して内層２の周囲に巻く。第１リボン又は熱可塑性樹脂テープ１６の巻線を、ロータ容器の長手軸に対して垂直な平面上に、即ち、端フランジ６と平行に巻く。次の巻線又はリボンを、内層２の円筒部分の周囲にネジと同様な方法でわずかな角度αで巻く。この巻線は、熱可塑性樹脂テープの各巻線が互いに重ならない方法で行われる。巻線作業前又は巻線作業中に、内層２及び前記テープ１６を加熱してもよい。更に、第１巻線を溶接で固定してもよい。

図５において、巻線作業は、開口端８から開示される。しかしながら、閉塞端１０で巻線を開始することも可能である。熱可塑性樹脂テープの２つの層が、内層２の周囲に巻かれる場合、閉塞端１０で最初の層の巻線を開始し、開口端８から第２の層の巻線を開始することも可能であり、又は逆も可能である。更に、長手方向に見られるロータ容器の中央で開始或いは停止することも可能である。

内層２上の第１巻線層の溶接を避けるために、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように金属アダプタ１８を用いることができる。図６（ａ）に示されるように、金属製アダプタを、射出成形によって前に形成された内層２の閉塞端１０上に取付ける。金属アダプタ１８は、ロータ容器の閉塞端１０の形状に応じた内面形状を有しており、ロータ容器の閉塞端１０が金属アダプタ１８にぴったり合うように、金属アダプタ１８の外周面が内層２の円筒部分の外周面と一致する。図６（ｂ）に示されるように、テープ１６の巻線を、金属アダプタ１８上から開始する。従って、第１巻線を溶接できる、即ち、内層２がこの溶接作業によって影響されないように金属アダプタ１８上に溶接することによって閉塞することができる。それから、熱可塑性樹脂テープ１６を、図５を参照して説明されたように、内層２の周囲に巻く。その後、熱可塑性樹脂テープ１６によって形成された巻線層を、金属アダプタ１８の軸方向端部の閉塞端近傍周囲で切断する。その結果、金属アダプタ１８の取り外しが可能となる。

図５及び図６に示された方法によれば、支持層は、内層２の射出成形後に内層２に取付けられる。しかしながら、熱可塑性樹脂テープ１６を巻くことによって支持層４を最初に形成し、その後、第２の工程において、支持層４の内面に直接射出成形によって内層を形成することも可能である。これは、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示されている。

最初の工程において、支持層４を、金属コア２０周囲に熱可塑性樹脂テープ１６を巻くことによって金属コア２０上に形成する。巻いた後、金属コア２０を、図７（ａ）に示されるように形成された支持層４の内側から取り去る。

次の工程において、熱可塑性樹脂テープ１６を巻くことによって形成された支持層４と軸受１２を、射出成形用の金型２２内に挿入する。前記金型は、外側部品２２と内側部品２４で構成される。この支持層４を、外側部品２２内に挿入する。その後、金型の内側部品２４を、ギャップ２６が金型の外側部品２２と内側部品２４との間に形成されるように、支持層４内に挿入する。軸受１２を、金型の内側部品２４によって支持する。これを図７（ｂ）に示す。

図７（ｃ）に示されるように次の工程において、金型２２の外側部品における穴２８を介して、熱可塑性樹脂材料をギャップ２６内に注入する。熱可塑性樹脂材料は、支持層４と内側部品２４との間のギャップ内側に流れ込み、図７（ｄ）に示されるように支持層４の内面に内層２を形成する。

上述したように、また、図８に示されるように、軸受１２は、軸受ハウジング３０内に保持されてもよい。軸受ハウジング３０は、軸受１２が挿入される収容部３２を有する。軸受ハウジング３０を、望ましくは樹脂材料で形成し、更に望ましくは、ロータ容器の内層と同じ樹脂材料で形成するとよい。これにより、射出成形作業中に軸受ハウジング３０とロータ容器の内層２との間がしっかりと結合される。両部品は、同時に溶融される。軸受ハウジング３０は、予め製造してもよく、また、軸受ハウジング３０が内層の射出成形作業中に内層の熱可塑性樹脂材料によってモールド成形されるように、射出成形前に金型内に挿入してもよい。軸受１２を、射出成形前又は射出成形後に、収容部３２に挿入してもよい。

図９に示されるように、軸受１２は、軸受ハウジング３０に対して軸受が回転しないように、円筒形でない外面形状を有する。図９に示される例では、軸受１２の外周上に設けられた３つの平坦面３４がある。収容部３２は、円筒形状を有している。従って、平坦面３４と収容部３２の内周囲との間に、自由空間３６が構成される。これら自由空間３６は、射出成形作業中に樹脂材料で充填され、収容部と軸受との間はしっかりと結合される。従って、軸受１２は、収容部３２内で回転できない。更に、軸受１２は、一方の端面から向かい合う他方の端面へロータ軸の回転軸Ｘに沿って伸びる換気用及び潤滑用の貫通孔３８を有する。射出材料の注入、即ち、射出成形作業中の熱可塑性樹脂材料の注入は、射出成形中のロータ容器の内面形状を形成する芯材によって防止される。

図１０に示されるように、収容部３２と反対の軸受ハウジング３０の端面は、放射状に伸びるリブ４０が設けられている。これらリブ４０は、軸受ハウジングが崩れるのを防止するために軸受ハウジング３０を強化している。軸受ハウジング３０は、貫通孔３８を介して喚起及び潤滑ができるように軸受内に貫通孔３８と連通する孔又は凹部を含んで構成される。軸受ハウジング３０が、射出成形作業中に崩れるような場合、これら凹部又は孔は閉塞される。従って、リブ４０は、軸受ハウジング３０や軸受ホルダーが崩壊するのを防ぐために重要である。

２ 内層
４ 支持層
６ 端フランジ
８ 開口端
１０ 閉塞端
１２ 軸受
１４ 停止手段
１６ 熱可塑性樹脂テープ
１８ 金属アダプタ
２０ コア
２２，２４ 金型部品
２６ ギャップ
２８ 穴
３０ 軸受ハウジング
３２ 収容部
３４ 平坦面
３６ 自由空間
３８ 貫通孔
４０ リブ
Ｘ 回転軸
α 巻き角度

Claims (14)

1. ウェット運転電動モータ用のロータ容器であって、
   熱可塑性樹脂材料で形成された内層（２）と、
   前記内層（２）の外面のうち少なくとも一部の周囲に巻き付けられた繊維強化熱可塑性樹脂テープ（１６）を含む支持層（４）と、
   を含んで構成され、
   前記繊維強化熱可塑性樹脂テープ（１６）の強化繊維が前記内層（２）の周囲に円周状に巻かれるように、前記強化繊維は前記繊維強化熱可塑性樹脂テープ（１６）の長手方向に連続的に伸びていることを特徴とするウェット運転電動モータ用のロータ容器。
2. 前記内層（２）が、繊維強化熱可塑性樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータ容器。
3. 少なくとも１つの端部（１０）が、前記支持層（４）によって囲まれていないことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ容器。
4. 前記端部（１０）において、前記内層（１２）が、その中間部よりも厚い厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のロータ容器。
5. ロータ軸用の軸受（１２）を含んで構成され、前記軸受（１２）が、前記内層(２)の熱可塑性樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロータ容器。
6. ロータ軸の軸受（１２）用の軸受ハウジングが、前記内層（２）の熱可塑性樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のロータ容器。
7. 前記軸受ハウジングが、前記内層（２）の熱可塑性樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項６に記載のロータ容器。
8. 前記内層（２）が、一体部品であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のロータ容器。
9. 前記繊維強化熱可塑性樹脂テープ（１６）には、前記内層（２）に半径方向で内部に向かう力が加わるように、ストレスが与えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のロータ容器。
10. 前記テープ（１６）は、重複せずに前記内層（２）に取付けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のロータ容器。
11. ２つのテープ（１６）が、前記内層（２）に取付けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載のロータ容器。
12. 前記２つのテープ（１６）が、反対方向に巻かれることを特徴とする請求項１１に記載のロータ容器。
13. 開口端（８）を取り囲む端フランジ（６）を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のロータ容器。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載のロータ容器を備えるウェット運転電動モータを含んで構成したことを特徴とするポンプ・ユニット。