JP2002147390A - 流体機械およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】羽根車羽根１０を鋼板でしかも簡単な板金加工
機械等によって形成し得るようにし、コストの低減を図
った流体機械を提供する。 【解決手段】ハブ面に直交し回転軸に交叉する基準線を
想定し、この基準線に直交させて複数の平行な平面を仮
想し、これらの平面と羽根車羽根１０の交線を同一半径
の円の円弧でしかもその円中心点が同一直線上にあるよ
うにしてそれぞれに近似し、これらの近似円弧を周面に
含み前記直線上に中心軸を有する楕円筒を仮想し、この
楕円筒の前記近似円弧がある部分の周面を前記直線と平
行な中心軸を有する円筒で近似し、この円筒の周面の一
部を切り取って羽根車羽根１０とし、必要に応じて羽根
車羽根１０の入口辺の入口角および出口辺の出口角を流
体の流れ角と一致するように前記円筒の径と中心軸の方
向を調整して流体機械を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板で安価にしか
も簡単に製造することのできる羽根車羽根を備えた流体
機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体機械の一例である斜流ポンプにあっ
ては、内ケーシングに軸受けを介して回転軸が軸周りに
回転自在に支持され、この回転軸の先端に略円錐状のハ
ブが設けられ、このハブの側周面に複数の羽根車羽根が
突設される。そして、内ケーシングの外側で回転軸と同
軸上に外ケーシングが配設され、外ケーシングの先端に
羽根車羽根の突出先端側の回転軌跡の外周囲に吸込ケー
シングが設けられる。さらに、ハブの下流側で内ケーシ
ングと外ケーシングの間に複数の案内羽根が設けられ
て、内ケーシングと外ケーシングが一体化される。

【０００３】そして、ハブの側周面と吸込ケーシングの
間に、下流側ほど半径方向に広がりを有する流路が形成
される。回転軸の回転駆動に伴い、羽根車羽根が流路内
で回転し、流体に下流側へ移動させるエネルギーが伝達
される。ここで、羽根車羽根の周速度は半径位置により
相違し、また流体のケーシングに対する速度も半径方向
および流路方向により相違し、羽根車羽根は３次元曲面
で形成される。

【０００４】従来にあっては、この羽根車羽根が３次元
曲面の複雑な形状を有するために、これを鋳造で成形
し、または３次元総金型によるプレス加工で成形してい
た。なお、鋳造またはプレス加工のいずれであっても、
成形すべき羽根車羽根の形状自体は、必要とされるポン
プ性能などから予め設定されることは勿論である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の鋳造による
羽根車羽根の製造にあっては、鋳造するための木型の作
成が必要であり、その木型の制作に長時間を要する。し
かも、製造台数の少ないものにあっては、木型の作成に
多くの費用がかかり、製造コストが高いものとなる。ま
た、鋳造では、羽根車羽根の全体的な肉厚が厚くなる傾
向にあり、総重量が大きく、その取り扱いならびに加工
に多大の労力を必要としていた。

【０００６】また、従来のプレス加工による鋼板型の羽
根車羽根にあっては、鋳造のための木型作成以上に、３
次元総金型の制作費用が高く、その費用が流体機械の製
造コストに大きな割合を占め、流体機械を安価に製造す
るために、何らかの解決策が強く要望されていた。

【０００７】本発明は、上述のごとき従来技術の不具合
を改善すべくなされたもので、羽根車羽根を鋼板でしか
も簡単な板金加工機械等によって形成し得るようにし
て、全体としてコストの低減を図った流体機械を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の流体機械は、略円錐状のハブ面に羽根車羽
根を突設して羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動に
より流体を送出する流体機械において、前記羽根車羽根
をその突設方向に対し傾いた中心軸を有する円筒の周面
の一部で近似し、この円筒の周面の一部を切り取って前
記羽根車羽根とし、前記円筒の径と中心軸の方向を調整
して前記羽根車羽根の入口辺の入口角および出口辺の出
口角を前記流体機械の必要とする流れ角と一致するよう
にして構成される。

【０００９】また、略円錐状のハブ面に羽根車羽根を突
設して羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により流
体を送出する流体機械において前記羽根車羽根の突出方
向と交叉する複数の平行な平面を仮想し、これらの平面
と前記羽根車羽根の交線を同一半径の円の円弧でしかも
その円中心点が同一直線上にあるようにしてそれぞれに
近似し、これらの近似円弧を周面に含み前記直線と平行
な中心軸を有する円筒を仮想し、この円筒の周面の一部
を切り取って前記羽根車羽根とし、しかも前記羽根車羽
根の入口辺の入口角および出口辺の出口角を前記流体機
械の必要とする流れ角と一致するように調整して構成し
ても良い。

【００１０】そして、前記近似円弧を周面に含み前記直
線上に中心軸を有する楕円筒を仮想し、この楕円筒の前
記近似円弧がある部分の周面を前記直線と平行な中心軸
を有する前記円筒で近似して構成することもできる。

【００１１】さらに、前記ハブ面に直交するとともに回
転軸に交叉する基準線を想定し、この基準線に直交させ
て前記複数の平行な平面を仮想して構成することも可能
である。

【００１２】そしてまた、前記平面と前記羽根車羽根の
交線の入口点と出口点を周面に含み回転軸を中心軸とす
る円錐を前記平面毎に仮想し、前記入口点と出口点を入
口点と出口点として前記円錐の周面と前記円筒の交線を
求め、前記入口点および出口点で、これらの円錐の周面
上の交線と前記円錐の周面上で前記回転軸を中心とする
円の接線とのなす角度が所望の入口角および出口角とな
るように調整して構成しても良い。

【００１３】また、本発明の流体機械の製造方法は、略
円錐状のハブ面に羽根車羽根を突設して羽根車を形成
し、この羽根車の回転駆動により流体を送出する流体機
械の製造方法において、まず前記羽根車羽根をその突設
方向に対し傾いた中心軸を有する円筒の周面の一部で近
似し、この円筒の周面の一部からなる前記羽根車羽根の
入口辺の入口角および出口辺の出口角を求め、前記入口
角および出口角が前記流体機械の必要とする流れ角と一
致するように前記円筒の径と中心軸の方向を調整して所
望の入口角および出口角となるようにし、前記円筒の周
面の一部を切り取って前記羽根車羽根を形成して流体機
械を製造する。

【００１４】そして、略円錐状のハブ面に羽根車羽根を
突設して羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により
流体を送出する流体機械の製造方法において、まず前記
羽根車羽根の突設方向と交叉する複数の平行な平面を設
定し、これらの平面と前記羽根車羽根の交線を描き、そ
してこれらの交線を同一半径の円の円弧でしかもその中
心点が同一直線上にあるようにしてそれぞれに近似し、
さらにこの直線方向から見てこれらの近似円弧を周面に
含み前記直線と平行な中心軸を有する円筒を近似設定
し、この円筒の周面の一部を切り取って前記羽根車羽根
を形成して流体機械を製造しても良い。

【００１５】さらに、前記近似円弧を周面に含み前記直
線上に中心軸を有する楕円筒を設定し、さらにこの楕円
筒の前記近似円弧がある部分の周面を前記直線と平行な
中心軸を有する前記円筒で近似して流体機械を製造する
こともできる。

【００１６】そしてまた、前記ハブ面に直交するととも
に回転軸に交叉する基準線を想定し、この基準線に直交
させて前記複数の平行な平面を仮想して流体機械を製造
することも可能である。

【００１７】そしてさらに、前記平面と前記羽根車羽根
の交線の入口点と出口点を周面に含み回転軸を中心軸と
する円錐を設定し、前記入口点と出口点を入口点と出口
点として前記円錐の周面と前記円筒の交線を描き、さら
にこの交線の入口点と出口点で、これらの交線と前記円
錐の周面上で前記回転軸を中心とする円の接線とのなす
角度が所望の入口角および出口角となるように前記円筒
の径と中心軸の方向を調整して流体機械を製造しても良
い。

【００１８】さらにまた、前記平面と前記羽根車羽根の
交線を同一半径の円弧で近似する前記円の半径と中心位
置を調整することによって、前記交線の入口点の入口角
および出口点の出口角を調整して流体機械を製造しても
良い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図１８を参照して説明する。図１は、ハブ面に突設
された羽根車羽根の外観斜視図である。図２は、羽根車
羽根の子午断面図上に基準線０−０’とこれに直交する
平面Ａ，Ｂ，Ｃを示した図である。図３は、羽根車羽根
の外観図を子午断面図と重ねて描いた図である。図４
は、図３で羽根車羽根のＰ方向矢視図である。図５は、
図３で羽根車羽根のＱ方向矢視図である。図６は、羽根
車羽根と円錐Ａの周面との交線を示す斜視図である。図
７は、羽根車羽根と平面Ａの交線を示す斜視図である。
図８は、円錐Ａ，Ｂ，Ｃの周面上に描いた交線の展開図
を基準線０−０’方向に重ねた図である。図９は、平面
Ａ，Ｂ，Ｃ上に描いた交線を基準線０−０’方向に重ね
た図である。図１０は、平面Ａ，Ｂ，Ｃに描いた交線を
同一半径の円の円弧で近似することを示す図である。図
１１は、同一半径の円上にある近似円弧をそれぞれの元
の平面の位置に図示した斜視図である。図１２は、図１
１をＺ軸方向から見た図である。図１３は、図１１を図
１２のＥ方向から見た図である。図１４は、図１１を図
１３のζ軸方向から見て円を楕円筒で近似し、さらに楕
円筒上で羽根車羽根の交線の近似円弧のある部分を円筒
で近似することを示す図である。図１５は、近似した円
筒の周面の一部で羽根車羽根が形成されることを示す図
である。図１６は、円筒の周面の一部からなる羽根車羽
根の展開図である。図１７は、図１６の展開図で厚み分
布を示す図である。図１８は、本発明の鋼板製の羽根車
羽根を有する斜流ポンプと、これと同じ与仕様の鋳造型
の羽根車羽根を有する斜流ポンプのポンプ特性を比較す
るグラフである。

【００２０】流体機械の一例としての斜流ポンプの羽根
車羽根の設計につき説明する。この斜流ポンプの所望の
ポンプ特性から、羽根車羽根の仕様は予め定められる。
すなわち、流体が羽根車羽根に流入する入口角および流
出する出口角や羽根車羽根の長さなどが予め定められ
る。

【００２１】ところで、現在では３次元のＣＡＤ（ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）が普及し、
画面上で立体表示が可能であり、またその断面図および
画像を任意に回転させた図などを容易に描くことができ
る。そこで、本設計にあっても、かかるＣＡＤを活用し
て設計の手助けを行うこととする。そして、予め定めら
れるハブ面やチップ壁および羽根車羽根などの仕様デー
タがＣＡＤに入力され、従来の羽根車羽根が立体的に図
示できるものとする。

【００２２】まず、図１に示すごとく、羽根車羽根１０
の略突設方向で基準線０−０’を、ハブ面１２に一例と
して直交させるとともに回転軸１４と交叉させて描く。
そして、図２のごとく基準線０−０’に対して直交する
複数の平面が、例えばハブ面１２側とチップ壁側および
その中間（適宜な比率で内分しても良い。）にそれぞれ
設定される。ここで、チップ壁側を平面Ａ、中間を平面
Ｂ、ハブ面１２側を平面Ｃとする。なお、ハブ面１２側
の平面Ｃは、図２の子午断面図では、ハブ面１２と一致
して図示される。そして、図２において、平面Ａと回転
軸１４の交点をＡｏ、平面Ｂと回転軸１４の交点をＢ
ｏ、平面Ｃと回転軸１４の交点をＣｏで示す。さらに、
ハブ面１２の円錐の頂点は、平面Ｃと回転軸１４との交
点Ｃｏに一致する。また、チップ壁の円錐の頂点は、Ａ
ｔｏで示す。さらにまた、羽根車羽根１０の羽根負圧面
と各平面Ａ，Ｂ，Ｃとの交線Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、
Ｃ１−Ｃ２をそれぞれの平面上に描く。ここで、Ａ１，
Ｂ１，Ｃ１は交線の入口点であり、Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は
交線の出口点である。これらの作業はＣＡＤにより簡単
に行うことができる。さらに、図３に示すごとく、点Ａ
１とＡ２を通り、回転軸１４に垂直な直線をそれぞれに
描き、この直線と子午断面図上の羽根車羽根１０の入口
辺と出口辺との交点をそれぞれに求める。この２つの交
点を結ぶ線を母線とし、回転軸１４を中心軸として頂点
Ａｏ’とする円錐Ａを描く。これは点Ａ１とＡ２が回転
軸１４周りに回転した軌跡の２つの円を周面に含む円錐
を示す。同様にして、点Ｂ１，Ｂ２および点Ｃ１，Ｃ２
に対してもそれぞれ円錐Ｂ，Ｃを描き、その頂点をＢ
ｏ’，Ｃｏ’と示す。そしてまた、図３に示す羽根車羽
根１０のＰ方向矢視図を図４に示し、Ｑ方向矢視図を図
５に示す。図４および図５において、羽根車羽根１０に
円錐Ａ，Ｂ，Ｃとの交線が図示されている。

【００２３】ところで、羽根車羽根１０と円錐Ａの周面
との交線Ａ１’−Ａ２’を、ＣＡＤにより斜視図で描く
と、図６のごとくなる。なお、円錐Ａの周面上の点Ａ
１’，Ａ２’は平面Ａ上の点Ａ１，Ａ２と同じ点である
が、交線の描かれる位置が円錐Ａの周面上か、平面Ａ上
であるかを区別すべく、異なる符号で示してある。以
後、円錐Ｂ，Ｃおよび平面Ｂ，Ｃにおける交線も同様に
示す。

【００２４】図６において、点Ａ２’があるとともに回
転軸１４と直交する面にある円の半径をＲＡ２’とし、
点Ａ１’がある円の半径をＲＡ１’とすると、円錐Ａと
回転軸１４とのなす角（円錐Ａの頂角の１／２）がα’
であるので、円錐Ａの頂点Ａｏ’から点Ａ２’がある円
までの周面上での距離ＳＲＡ２’はＳＲＡ２’＝ＲＡ
２’／ｓｉｎα’であり、頂点Ａｏ’から点Ａ１’があ
る円までの距離ＳＲＡ１’は ＳＲＡ１’＝ＲＡ１’／ｓｉｎα’ で示される。

【００２５】そして、図６において、点Ａ２’を通過し
円錐Ａの周面の接線と、交線Ａ１’−Ａ２’とのなす角
βＡ２’が、円錐Ａ上における羽根車羽根１０の出口角
となっている。また、点Ａ１’を通過し円錐Ａの周面の
接線と交線Ａ１’−Ａ２’とのなす角βＡ１’が入口角
（図６には図示せず）である。この図６と同様にして、
円錐Ｂ，Ｃの周面上に、交線Ｂ１’−Ｂ２’、Ｃ１’−
Ｃ２’をそれぞれに描くことができる。ここで、円錐
Ａ，Ｂ，Ｃの周面上における入口角および出口角の値に
ついても同様である。

【００２６】次に、羽根車羽根１０と平面Ａの交線Ａ１
−Ａ２をＣＡＤにより斜視図で描くと、図７のごとくな
る。点Ａ２は、回転軸１４を中心とし、半径ＲＡ２の円
筒面と平面Ａとの交線上にある。この交線は、平面Ａと
回転軸１４の交点Ａｏを中心とし、２・ＲＡ２の短軸と
２・ＲＡ２／ｓｉｎαの長軸を有する楕円で示される。
同様に、点Ａ１も、２・ＲＡ１の短軸と２・ＲＡ１／ｓ
ｉｎαの長軸を有する楕円上にある。なお、αは、平面
Ａと回転軸１４のなす角度である。また、図６と図７に
おいて、ＲＡ２＝ＲＡ２’，ＲＡ１＝ＲＡ１’である。
平面上の羽根車羽根１０の交線も回転軸のまわりを回転
するから、平面上における羽根車羽根１０の出口端は回
転軸に垂直な平面内で回転中心からの半径に直角方向の
周速ベクトルをもつ。このベクトルは平面Ａ上にないの
で、平面Ａ上の交線の出口角は直線Ａ２Ａｏの垂線と交
線Ａ１−Ａ２が点Ａ２上で交わる角度で近似し、平面上
における羽根車羽根１０の出口角とした。また、点Ａ１
において直線Ａ１Ａｏの垂線と交線Ａ１−Ａ２のなす角
が平面Ａ上の入口角βＡ１（図７に図示せず）である。
これから、交線Ａ１−Ａ２とＡ１またはＡ２を通りＡｏ
を中心とする円の交角が平面上の羽根車羽根１０の入口
角および出口角となることがわかる。この図７と同様に
して、平面Ｂ，Ｃ上に交線Ｂ１−Ｂ２、Ｃ１−Ｃ２を描
くことができる。

【００２７】図６のごとくして円錐Ａ，Ｂ，Ｃの周面上
に描いた交線Ａ１’−Ａ２’、Ｂ１’−Ｂ２’、Ｃ１’
−Ｃ２’の展開図を、基準線０−０’方向に重ねて図示
したのが図８である。また、図７のごとくして平面Ａ，
Ｂ，Ｃ上に描いた交線Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−
Ｃ２を、基準線０−０’方向に重ねて図示したのが図９
である。図８と図９を比較すると、図８に示される交線
と円が交わる角度は、図９に示される交線と円が交わる
角度と若干相違するものの、その差は３°以内であって
小さい。そこで、図示等が簡便なことから、以後平面
Ａ，Ｂ，Ｃ上の交線Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ
２に基づき作図設計等を行う。

【００２８】ところで、図９に示される平面上の交線Ａ
１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２は、いずれも円弧に
近い曲線であって、同一半径の円で近似することができ
る。この近似する方法として、図１０に示すごとく、ま
ず点Ａ１とＡ２を結ぶ直線の中央でこれに直交する線を
描き、また交点ＡｏとＡ２を結ぶ直線に対して所定の平
面上の羽根車羽根１０の出口角βＡ２の角度だけずれた
直線と、交点ＡｏとＡ１を結ぶ直線に対して所定の入口
角βＡ１の角度だけずれた直線との交点を求める。ここ
で、点Ａ１とＡ２を結ぶ直線の中央でこれに直交する線
上に、これらの２直線の交点はかならずしも位置しない
が、仮に円弧の中心点ｍＡを適宜に設定する。同様にし
て、点Ｃ１とＣ２を結ぶ直線の中央でこれに直交する線
を描き、また交点ＣｏとＣ２を結ぶ直線に対して所定の
出口角βＣ２の角度だけずれた直線と、交点ＣｏとＣ１
を結ぶ直線に対して所定の入口角βＣ１の角度だけずれ
た直線との交点を求める。そして、この交点から仮の円
弧の中心点ｍＣを設定する。さらに、点Ａ１とＡ２およ
び点Ｃ１とＣ２からの距離がρで同じとなるようにして
中心点ｍＡ，ｍＣを決定する。一方、交線Ｂ１−Ｂ２に
対する円弧の中心点ｍＢは、直線ｍＡ−ｍＣ上で（ｍＡ
−ｍＢ）／（ｍＢ−ｍＣ）の線分の比が、平面ＡとＢ、
ＢとＣの間隔比と同じ値となる点をｍＢとする。このｍ
Ｂを中心とし半径ρの円を描く。ここで、直線ｍＡ−ｍ
Ｃは、基準線０−０’が紙面に直交するＸ−Ｙ座標で、
Ｘ軸に対して角度μだけ傾いている。

【００２９】なお、直線Ａｏ−Ａ２に対して、平面上の
羽根車羽根１０の交線の出口角βＡ２の角度だけずれた
直線と、直線Ａｏ−Ａ１に対して入口角βＡ１の角度だ
けずれた直線との交点からほぼ中心点ｍＡを設定するこ
とで、交線Ａ１−Ａ２の近似円弧Ａ１−Ａ２は、点Ａｏ
を中心として点Ａ１を通過する円また点Ａ２を通過する
円に対して、それぞれにほぼ所定の入口角βＡ１と出口
角βＡ２に設定されている。なお、この円弧Ａ１−Ａ２
の点Ａ１，Ａ２は、ｍＡを中心とする半径ρの円と平面
Ａ上の羽根入口端および出口端を通る楕円との交点であ
るが、図９に示される点Ａ１，Ａ２のごく近傍にある。

【００３０】このようにして、図１０のごとく、交線Ａ
１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２が同一半径の円の円
弧で近似され得る。この図１０は、基準線０−０’方向
に重ねて図示されたものであり、図１１は、同一半径の
円上にある近似円弧Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ
２をそれぞれ元の平面位置の状態に戻して、基準線０−
０’方向に離して図示した斜視図である。この図１１か
ら明らかなごとく、中心点ＭＡ，ＭＢ，ＭＣがある直線
ζは、基準線０−０’方向をＺ軸として、このＺ軸に対
して角度νだけ傾き、しかもＸ軸に対して角度μだけ傾
いたものとなる。そして、平面Ａ上の中心点ＭＡで半径
ρなる円Ａの円周上に近似円弧Ａ１−Ａ２があり、平面
Ｂ上の中心点ＭＢで半径ρなる円Ｂの円周上に近似円弧
Ｂ１−Ｂ２があり、平面Ｃ上の中心点ＭＣで半径ρなる
円Ｃの円周上に近似円弧Ｃ１−Ｃ２がある。ここで、基
準線０−０’方向に重ねて平面Ｃ上にある中心点をｍ
Ａ，ｍＢ、ｍＣで表示し、基準線０−０’方向に重ねず
に元の状態に戻した各平面Ａ，Ｂ，Ｃ上にある中心点を
ＭＡ，ＭＢ，ＭＣで表示している。

【００３１】さらに、図１１に示す円Ａ，Ｂ，ＣをＺ軸
方向から見るならば、図１２のごとく見える。すなわ
ち、中心点ＭＡ、ＭＢ、ＭＣがＸ軸に対して角度μだけ
傾いた直線にある３つの円として示される。この図１２
を、紙面と平行でＸ軸に対して角度μだけ傾くｘ軸と直
交するＥ方向から見るならば、図１３のごとくに円Ａ，
Ｂ，Ｃが見える。中心点ＭＡ、ＭＢ、ＭＣがある直線ζ
は、Ｚ軸に対して角度νだけ傾いている。

【００３２】そしてさらに、図１３の円Ａ，Ｂ，Ｃを直
線ζ軸方向に見ると、図１４のごとく、円Ａ，Ｂ，Ｃが
楕円筒の周面に重なって見える。この楕円筒は長軸が２
ρであり短軸が２ρ・ｃｏｓνとなる。そして、この楕
円筒の周面上に近似円弧Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１
−Ｃ２が存在する。なお、楕円筒上にある近似円弧Ａ１
−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２は、その長さが違い、
入口辺の点および出口辺の点は一致しないが、本実施例
では、図１４に示した楕円上の２点Ｃ１とＡ２の間にあ
る（一般的には、両端にある点の間にある）。また、こ
れらの近似円弧は、楕円筒の周面の僅かな一部分であ
る。そこで、近似円弧のある部分の周面を直径２ρｏの
円筒で近似する。この近似円筒は、近似円弧の両端とほ
ぼ中央から等距離に中心点がある円で設定し得る。そし
て、図１４で楕円筒の長軸方向をη軸とし、短軸方向を
ξ軸として、近似した円筒の中心点は（ξｏ，ηｏ）で
示され、その軸はζ軸と平行である。そして、この円筒
の中心点の座標（ξｏ，ηｏ）は、ＣＡＤによって、そ
の座標を容易に算出できる。

【００３３】この近似した円筒の軸方向および平面Ｃ上
の中心点の座標は、上記設計手順から基準線０−０’お
よび回転軸１４に対して、その位置関係が容易に定ま
る。そこで、ハブ面１２とチップ壁との間に、所定の位
置関係で上記の近似した円筒を配置し、さらに円錐Ａ，
Ｂ，Ｃの周面との交線をＣＡＤで求める。ここで近似し
た円筒の周面上における近似円弧Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ
２，Ｃ１−Ｃ２の両端位置から、近似した円筒と円錐
Ａ，Ｂ，Ｃの交線の両端部も一義的に定まる。また、ハ
ブ面１２と側板上のチップ壁との交線も当然にＣＡＤで
求める。なお、クローズド羽根であれば、チップ壁との
交線のままで良いが、オープン羽根であればチップ側ケ
ーシング壁との間に僅かな隙間を設けて羽根車羽根１０
のチップ壁側の形状を設定する。

【００３４】そして、ＣＡＤで求められた円筒の周面の
一部からなる羽根車羽根１０に対して、ハブ面側とチッ
プ壁側および円錐Ａ，Ｂ，Ｃの周面上における入口角と
出口角とを求め、これらと所望の入口角と出口角を比較
する。一致すれば所望の形状の羽根車羽根１０が設計さ
れていることとなる。しかし、入口角と出口角がずれて
いる場合は、以下のごとくして設計の手直しを行う。入
口角と出口角が大きい場合には、図１０において交線Ａ
１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２を円弧で近似する円
の半径ρを少し短くし、中心位置を調整して、再び設計
をし直して入口角と出口角を所望の大きさと比較する。
また、入口角と出口角が小さい場合には、近似する円の
半径ρを少し長くし、中心位置を調整して、再び設計を
し直して入口角と出口角を所望の大きさと比較する。こ
れらの作業を入口角と出口角が所望の値にほぼ一致する
まで繰り返す。

【００３５】上述のごとき手順で設計することで、図１
５に示すごとく、羽根車羽根１０は、近似した円筒の周
面の一部で形成することができる。そこで、鋼板からな
る円筒から図１５に示すごとき羽根車羽根１０を切り取
って、これを所定の姿勢でハブ面１２等に溶接などで取
り付ければ良い。また、この羽根車羽根１０の展開図を
ＣＡＤにより図１６のごとく求め、平らの鋼板からこれ
を切り取り適宜にロール加工などで円筒の周面の一部と
なるように折り曲げて、ハブ面１２等に取り付けても良
い。この折り曲げ加工は簡単な金型によるプレス加工で
あっても良い。

【００３６】ところで、遠心送風機のごとく、羽根車羽
根１０が一定の厚さで足りる流体機械にあっては、上述
のごとくして設計された鋼板製の羽根車羽根１０を必要
な枚数だけ制作してハブ面１２に等間隔で取り付ければ
良い。しかし、斜流ポンプのごとく羽根厚みが一定でな
く変化させる必要がある場合には、以下のごとき手順で
設計制作すれば良い。図１６のごとき羽根車羽根１０の
展開図に対して、望ましい羽根厚さの分布がわかってお
り、前述のごとくして羽根車羽根１０が周面の一部とし
て設計される円筒の内径を有するとともに羽根車羽根１
０の最大厚さを有する鋼板製の円筒に対して、その内径
を基準として軸方向の２次元ＮＣ加工により厚み分布を
切削により形成し、かかる加工後に羽根車羽根１０を円
筒から切り取れば良い。また、羽根車羽根１０の最大厚
さを有する平らな鋼板に同様な厚み分布を切削により形
成して、これから展開図状の羽根車羽根１０を切り取
り、適宜に折り曲げ加工しても良い。さらに、より簡単
に厚み加工をする方法として、円筒内面を基準として、
例えば図１７に示すように、軸方向厚み分布をもつよう
に円周方向に所定の一定厚さの加工をし、また軸方向に
は、図示の円周方向厚み分布を与えるように各円周方向
の位置で決まる厚さ一定で軸方向に切削する。このよう
な加工方法によると、軸方向加工では、すでに円周方向
加工により肉厚が薄くなっていて加工できない部分をも
生ずるが何ら差し支えなく、ＮＣ加工によることなしに
も図１７の羽根車羽根の展開図に斜線を施した厚み分布
が得られる。なお、鋼板からの切り取りおよび厚み分布
の形成および曲げ加工の加工手順などはいかなる順序で
なされても良いことは勿論である。なお、羽根車羽根１
０の入口辺と出口辺の部分は、適宜に仕上げ加工を行
う。

【００３７】上述のごとくして、鋼板から形成された羽
根車羽根１０を取り付けた斜流ポンプのポンプ性能と、
同じ与仕様の従来の鋳造羽根車を有する斜流ポンプのポ
ンプ性能を比較した。ポンプ性能は、仕様点での吐出し
量、全揚程が同じであり、それらで無次元化した性能曲
線も図１８に示すごとくほぼ同じであり、充分な性能が
得られた。

【００３８】なお、上記実施例にあっては、基準線０−
０’をハブ面１２に直交するように設定したが、これに
限られず、基準線０−０’をハブ面１２に直交しないが
回転軸１４に交叉するように設定しても良い。また、上
記実施例では、基準線０−０’と羽根車羽根１０の突設
方向がほぼ一致しているので、図８ないし図１０で、平
面上の交線Ａ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２および
円錐の周面上の交線Ａ１’−Ａ２’，Ｂ１’−Ｂ２’，
Ｃ１’−Ｃ２’が、基準線０−０’に近接して重なって
描かれている。しかし、羽根車羽根１０の突設方向によ
っては、基準線０−０’に近接せずまた重ならずに離れ
て描かれることもあるが、同様の手順で近似した円筒の
周面の一部で羽根車羽根１０を形成することが可能であ
る。

【００３９】また、上記実施例では斜流ポンプを流体機
械の一例として説明したが、これに限られず、立軸ポン
プ等のターボポンプに適用できることは勿論である。そ
して、羽根車は、オープン羽根車に限られずクローズド
羽根車であっても良い。そして、流体は液体に限られ
ず、気体を送出する送風機に適用することもできる。こ
の送風機への適用にあっては、羽根車羽根の厚さは一様
であっても良い場合が多く、厚さ加工がない分、より製
造が容易である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流体機械
は構成され、また製造されるので、以下のごとき格別な
効果を奏する。

【００４１】請求項１記載の流体機械および請求項１０
記載のその製造方法にあっては、円筒の周面の一部を切
り取って羽根車羽根を形成するので、従来の鋳造または
３次元金型によるプレス加工などに比べて安価に製造で
きる。特に製造台数が少ない場合に、従来のごとき鋳造
の木型およびプレスの金型を必要としないために、極め
て安価にしかも迅速に製造が可能である。

【００４２】請求項２記載の流体機械および請求項１１
記載のその製造方法にあっては、羽根車羽根とこれと交
叉する複数の平行な平面との交線を同一半径の円の円弧
で近似し、これらの近似円弧を周面に含む円筒を想定
し、この円筒の周面の一部を切り取って羽根車羽根を形
成するので、羽根車羽根を適正に近似し得る円筒を容易
に想定でき、それだけ設計が容易である。

【００４３】請求項３記載の流体機械および請求項１２
記載のその製造方法にあっては、同一半径の円の近似円
弧を周面に含む楕円筒を想定し、この楕円筒の近似円弧
がある部分の周面をさらに円筒で近似し、この円筒の周
面の一部を切り取って羽根車羽根を形成するので、適正
な円筒をより正確に設定することができる。

【００４４】請求項４記載の流体機械および請求項１３
記載のその製造方法にあっては、ハブ面に直交する基準
線に直交させて複数の平行な平面を仮想するので、この
平面と羽根車羽根の交線から想定する円筒と、ハブ面お
よび回転軸などとの相対的な位置関係が決定し易く、ま
た交線の位置関係が容易に求まり、それだけ設計が容易
である。

【００４５】請求項５記載の流体機械および請求項１４
記載のその製造方法にあっては、羽根車羽根の入口角お
よび出口角を円錐の周面上の接線とのなす角で調整する
ことで、入口角および出口角を所望の角度に正確に調整
することができる。

【００４６】請求項６記載の流体機械にあっては、鋼板
からなる円筒の周面の一部を切り取って羽根車羽根とす
るので、所望の径の円筒から極めて容易かつ安価に羽根
車羽根を形成できる。

【００４７】請求項７記載の流体機械にあっては、鋼板
からなる円筒の内周面を基準として、その外周面を切削
して羽根車羽根の所望の厚さ分布を形成するので、この
厚さ分布を形成するのにＮＣ加工機などで簡単に行うこ
とができる。

【００４８】請求項８記載の流体機械にあっては、展開
図に応じて平らな鋼板を切り取り、これを折り曲げて羽
根車羽根とするので、簡単な板金加工機械によって作成
することができる。

【００４９】請求項９記載の流体機械にあっては、平ら
な鋼板を切削して厚さ分布を加工し、さらに折り曲げ加
工して羽根車羽根とするので、厚さ分布を有する羽根車
羽根を２次元ＮＣ加工機械や旋盤加工機および板金加工
機械などで容易に作成することができる。

【００５０】請求項１５記載の流体機械の製造方法にあ
っては、平行な平面と羽根車羽根の交線を円弧で近似す
る円の半径を調整することで、入口角および出口角を変
更でき、近似する円の径と中心位置を調整しながら繰り
返して設計することで、入口角および出口角を所望の大
きさとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハブ面に突設された羽根車羽根の外観斜視図で
ある。

【図２】羽根車羽根の子午断面図上に基準線０−０’と
これに直交する平面Ａ，Ｂ，Ｃを示した図である。

【図３】羽根車羽根の外観図を子午断面図と重ねて描い
た図である。

【図４】図３で羽根車羽根のＰ方向矢視図である。

【図５】図３で羽根車羽根のＱ方向矢視図である。

【図６】羽根車羽根と円錐Ａの周面との交線を示す斜視
図である。

【図７】羽根車羽根と平面Ａの交線を示す斜視図であ
る。

【図８】円錐Ａ，Ｂ，Ｃの周面上に描いた交線の展開図
を基準線０−０’方向に重ねた図である。

【図９】平面Ａ，Ｂ，Ｃ上に描いた交線を基準線０−
０’方向に重ねた図である。

【図１０】平面Ａ，Ｂ，Ｃに描いた交線を同一半径の円
の円弧で近似することを示す図である。

【図１１】同一半径の円上にある近似円弧をそれぞれの
平面の位置に図示した斜視図である。

【図１２】図１１をＺ軸方向から見た図である。

【図１３】図１１を図１２のＥ方向から見た図である。

【図１４】図１１を図１３のζ軸方向から見て、円を楕
円筒で近似し、さらに楕円筒上で羽根車羽根の交線の近
似円弧のある部分を円筒で近似することを示す図であ
る。

【図１５】近似した円筒の周面の一部で羽根車羽根が形
成されることを示す図である。

【図１６】円筒の周面の一部からなる羽根車羽根の展開
図である。

【図１７】図１６の展開図で厚み分布を示す図である。

【図１８】本発明の鋼板製の羽根車羽根を有する斜流ポ
ンプと、これと同じ与仕様の鋳造型の羽根車羽根を有す
る斜流ポンプのポンプ特性を比較するグラフである。

【符号の説明】

１０ 羽根車羽根 １２ ハブ面 １４ 回転軸 ０−０’ 基準線 Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ１’、Ｂ１’、Ｃ１’ 入口点 Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ２’、Ｂ２’、Ｃ２’ 出口点 Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２、Ｃ１−Ｃ２ 平面と羽根車羽
根の交線 Ａｏ 平面Ａと回転軸との交点 Ｂｏ 平面Ｂと回転軸との交点 Ｃｏ 平面Ｃと回転軸との交点 Ａｏ’ 円錐Ａの頂点 Ｂｏ’ 円錐Ｂの頂点 Ｃｏ’ 円錐Ｃの頂点 Ａ１’−Ａ２’、Ｂ１’−Ｂ２’、Ｃ１’−Ｃ２’ 円
錐の周面と羽根車羽根の交線 ρ 交線を円弧で近似する円の半径 βＡ１、βＢ１、βＣ１ 入口角 βＡ２、βＢ２、βＣ２ 出口角

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円錐状のハブ面に羽根車羽根を突設し
   て羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により流体を
   送出する流体機械において、前記羽根車羽根をその突設
   方向に対して傾いた中心軸を有する円筒の周面の一部で
   近似し、この円筒の周面の一部を切り取って前記羽根車
   羽根とし、前記円筒の径と中心軸の方向を調整して前記
   羽根車羽根の入口辺の入口角および出口辺の出口角を前
   記流体機械の必要とする流れ角と一致するように構成し
   たことを特徴とする流体機械。
2. 【請求項２】 略円錐状のハブ面に羽根車羽根を突設し
   て羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により流体を
   送出する流体機械において、前記羽根車羽根の突出方向
   と交叉する複数の平行な平面を仮想し、これらの平面と
   前記羽根車羽根の交線を同一半径の円の円弧でしかもそ
   の円中心点が同一直線上にあるようにしてそれぞれに近
   似し、これらの近似円弧を周面に含み前記直線と平行な
   中心軸を有する円筒を仮想し、この円筒の周面の一部を
   切り取って前記羽根車羽根とし、しかも前記羽根車羽根
   の入口辺の入口角および出口辺の出口角を前記流体機械
   の必要とする流れ角と一致するように調整して構成した
   ことを特徴とする流体機械。
3. 【請求項３】 請求項２記載の流体機械において、前記
   近似円弧を周面に含み前記直線上に中心軸を有する楕円
   筒を仮想し、この楕円筒の前記近似円弧がある部分の周
   面を前記直線と平行な中心軸を有する前記円筒で近似し
   て構成したことを特徴とする流体機械。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の流体機械におい
   て、前記ハブ面に直交するとともに回転軸に交叉する基
   準線を想定し、この基準線に直交させて前記複数の平行
   な平面を仮想して構成したことを特徴とする流体機械。
5. 【請求項５】 請求項２ないし４記載のいずれかの流体
   機械において、前記平面と前記羽根車羽根の交線の入口
   点と出口点を周面に含み回転軸を中心軸とする円錐を前
   記平面毎に仮想し、前記入口点と出口点を入口点と出口
   点として前記円錐の周面と前記円筒の交線を求め、前記
   入口点および出口点で、これらの円錐の周面上の前記交
   線と前記円錐の周面上で前記回転軸を中心とする円の接
   線とのなす角度が所望の入口角および出口角となるよう
   に調整して構成したことを特徴とする流体機械。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５記載のいずれかの流体
   機械において、前記羽根車羽根を鋼板からなる前記円筒
   の周面の一部を切り取って構成したことを特徴とする流
   体機械。
7. 【請求項７】 請求項６記載の流体機械において、前記
   円筒の内周面を前記羽根車羽根の羽根負圧面とし、前記
   内周面を基準として前記羽根車羽根の厚さ分布に応じて
   前記円筒の外周面を切削して構成したことを特徴とする
   流体機械。
8. 【請求項８】 請求項１ないし５記載のいずれかの流体
   機械において、前記円筒の周面の一部からなる前記羽根
   車羽根の展開図を作成し、この展開図に応じて平らな鋼
   板から前記羽根車羽根を切り取るとともに、前記円筒の
   一部となるように折り曲げ加工して構成したことを特徴
   とする流体機械。
9. 【請求項９】 請求項８記載の流体機械において、前記
   平らな鋼板の一側面を基準として前記羽根車羽根の厚さ
   分布に応じて前記鋼板の他側面を切削し、前記一側面が
   前記羽根車羽根の羽根負圧面となるように折り曲げ加工
   して構成したことを特徴とする流体機械。
10. 【請求項１０】 略円錐状のハブ面に羽根車羽根を突設
    して羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により流体
    を送出する流体機械の製造方法において、まず前記羽根
    車羽根をその突設方向に対し傾いた中心軸を有する円筒
    の周面の一部で近似し、この円筒の周面の一部からなる
    前記羽根車羽根の入口辺の入口角および出口辺の出口角
    を求め、前記入口角および出口角が前記流体機械の必要
    とする流れ角と一致するように前記円筒の径と中心軸の
    方向を調整して所望の入口角および出口角となるように
    し、前記円筒の周面の一部を切り取って前記羽根車羽根
    を形成することを特徴とした流体機械の製造方法。
11. 【請求項１１】 略円錐状のハブ面に羽根車羽根を突設
    して羽根車を形成し、この羽根車の回転駆動により流体
    を送出する流体機械の製造方法において、まず前記羽根
    車羽根の突設方向と交叉する複数の平行な平面を設定
    し、これらの平面と前記羽根車羽根の交線を描き、そし
    てこれらの交線を同一半径の円の円弧でしかもその中心
    点が同一直線上にあるようにしてそれぞれに近似し、さ
    らにこの直線方向から見てこれらの近似円弧を周面に含
    み前記直線と平行な中心軸を有する円筒を近似設定し、
    この円筒の周面の一部を切り取って前記羽根車羽根を形
    成することを特徴とした流体機械の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の流体機械の製造方法
    において、前記近似円弧を周面に含み前記直線上に中心
    軸を有する楕円筒を設定し、さらにこの楕円筒の前記近
    似円弧がある部分の周面を前記直線と平行な中心軸を有
    する前記円筒で近似することを特徴とした流体機械の製
    造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１または１２記載の流体機械
    の製造方法において、前記ハブ面に直交するとともに回
    転軸に交叉する基準線を想定し、この基準線に直交させ
    て前記複数の平行な平面を仮想することを特徴とした流
    体機械の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１１ないし１３記載のいずれか
    の流体機械の製造方法において、前記平面と前記羽根車
    羽根の交線の入口点と出口点を周面に含み回転軸を中心
    軸とする円錐を設定し、前記入口点と出口点を入口点と
    出口点として前記円錐の周面と前記円筒の交線を描き、
    さらにこの交線の入口点と出口点で、これらの交線と前
    記円錐の周面上で前記回転軸を中心とする円の接線との
    なす角度が所望の入口角および出口角となるように前記
    円筒の径と中心軸の方向を調整することを特徴とした流
    体機械の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１ないし１４記載のいずれか
    の流体機械の製造方法において、前記平面と前記羽根車
    羽根の交線を同一半径の円弧で近似する前記円の半径と
    中心位置を調整することによって、前記交線の入口点の
    入口角および出口点の出口角を調整することを特徴とし
    た流体機械の製造方法。