JP2010203365A - インペラ及びインペラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時間を短縮しつつ、高い性能を維持することが可能なインペラ及びインペラの製造方法を提供する。
【解決手段】回転により流体を流すインペラ１の製造方法であって、回転の周方向に並べて配置される複数の羽根部材３１と、前記羽根部材３１の前記回転の軸方向の一方側と他方側にそれぞれ配置される第１のカバー部材１０及び第２のカバー部材２０のうち少なくともいずれかが、部分的に接合された状態において、前記第１及び第２のカバー部材１０，２０の少なくともいずれかと前記羽根部材３１との対向部４０に、接合用の充填材５２を供給して前記対向部４０を連続的に接合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インペラ及びインペラの製造方法に関するものであり、特に製造時間を短縮するものに関する。

例えば給水ポンプに用いられるインペラとして、複数枚の羽根部材を周方向に配置してなる羽根部を一対のカバー部材で被覆し、これらの羽根部材及び一対のカバー部材を一体に構成したものが知られている。このようなインペラの製造方法として、鈑金した板を溶接して製造する方法や、樹脂性のインペラを複数部材に分けて形成した後に溶着によって一体に接合する方法が知られている。

それぞれ別体として形成された羽根部材及び一対のカバー部材を接合して構成する製造方法では、羽根部材とカバー部材との対向部全面を溶接することにより一体化する方法がある（例えば特許文献１参照）。また、製造時間を短縮するために、羽根部材とカバー部材との対向部のうち複数の要所のみを溶接、プレス、またははめ込みにより接合して一体化する方法も提供されている（例えば特許文献２、及び特許文献３参照）。

特表９−５１１５５７ 特開平９−２４２６９２ 実開平７−３８６９４

しかしながら、上記技術には次のような問題がある。すなわち、対向部全面を溶接する製造方法では、溶接に長時間を要するという問題がある。一方、対向部の要所のみを接合する製造方法では、接合部分が不連続となり羽根部材とカバー部材との間に隙間が発生するため、水の漏れが生じインペラの性能を損なうという問題がある。

そこで、本発明は、製造時間を短縮しつつ、高い性能を維持することが可能なインペラ及びインペラの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るインペラの製造方法は、回転により流体を流すインペラの製造方法であって、前記回転の周方向に並べて配置される複数の羽根部材と、前記羽根部材の前記回転の軸方向の一方側と他方側にそれぞれ配置される第１のカバー部材及び第２のカバー部材のうち少なくともいずれかが、部分的に接合された状態において、前記第１及び第２のカバー部材の少なくともいずれかと前記羽根部材との対向部に、接合用の充填材を供給して前記対向部を連続的に接合することを特徴とする。

本発明の他の一態様に係るインペラの製造方法は、前記複数の羽根部材と、前記第１のカバー部材及び第２のカバー部とが部分的に接合され前記第１及び第２のカバー部材の間に前記複数の羽根部材が配されて組み立てられた状態において、前記対向部における内側または外側の一方の端部に接合材を供給する工程と、前記接合流体を供給した後に前記組立インペラを回転させて前記接合材を他方の端部へ向かう方向に延ばす工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一態様に係るインペラは、回転により流体を流すインペラであって、前記回転の周方向に並ぶ複数枚の羽根部材を備えた羽根部と、前記羽根部の回転軸方向における一方側と他方側にそれぞれ配置される第１及び第２のカバー部と、を備え、前記第１及び第２の前記カバー部と前記羽根部との間の対向部は、部分的に接合された部分接合部と、接合用の充填材により本接合された本接合部とを有することを特徴とする。

本発明にかかるインペラ及びインペラの製造方法によれば、製造時間を短縮しつつ、高い性能を維持することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るインペラの平面図。 同実施形態に係るインペラの断面を示す説明図。 同実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 同実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 本発明の第２実施形態に係るインペラの断面を示す説明図。 同実施形態に係るインペラの平面図。 同実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 同実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るインペラの製造工程を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るインペラの説明図。 本発明の他の実施形態に係るインペラの説明図。

以下、本発明の第１実施形態にかかるインペラ１及びインペラ１の製造方法について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図において適宜構成を拡大、縮小、省略して示している。各図中の矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ直交する３方向を示している。

図１はインペラ１の第２のカバー部材２０の一部を切欠して示す平面図であり、図２はインペラ１の断面を示す説明図である。

インペラ１は、一対のカバー部材としての第１のカバー部材１０及び第２のカバー部材２０と、これら一対のカバー部材１０，２０の間に配置される複数枚の羽根部材３１からなる羽根部３０と、を備えて構成されている。

各羽根部材３１とカバー部材１０，２０との対向部４０は接合されている。カバー部材１０，２０で挟まれた空間は、複数の羽根部材３１によって複数に仕切られ、中心部分から外周側に向かう通路Ｄが形成される。インペラ１が回転Ｃ１を中心として回転することにより、流体が通路Ｄを通って外周に向かって流れる。

図２において羽根部３０の下方に設けられる第１のカバー部材１０は、中央に開口１１ａを有する円環形の平板状に形成されている。第１のカバー部材１０は、例えばステンレス等の鋼板をプレス成形して形成されている。第１のカバー部材１０の上側の面１０ａは平面状に構成されている。第１のカバー部材１０の中央には水中ポンプの軸５０が挿通される挿通口１１が形成されている。挿通口１１の内側に開口１１ａが形成され、挿通口１１の周囲は下面が下方に突出して厚みが増加した突出部１２を形成している。

図２において羽根部３０の上方に設けられる第２のカバー部材２０は、中央に開口２１ａを形成して上下方向（図中Ｚ方向）に延びる円管状の吸水口２１と、吸水口２１の下端に連続する円環板状部２２とを連続して一体に備えて構成されている。第２のカバー部材２０は、例えば鋼板をプレス成形して形成されている。吸水口２１の下端部分と円環板状部２２との間は湾曲部を介して滑らかに連続している。第２のカバー部材２０の下側の面２０ａは、外側に行くにつれて下方に位置するよう傾斜した曲面を形成している。

図１に示すように、羽根部３０は、複数枚の羽根部材３１から形成されている。ここでは一例として６枚の羽根部材３１を備えている。各羽根部材３１は、例えばステンレス等の鋼板をプレス成形して形成され、同一の周方向に湾曲しながら径方向内側から外側に向かって延びる所定の湾曲形状を成している。複数の羽根部材３１は、Ｚ方向に伸びる回転軸Ｃ１の周りにおいて、周方向に沿って等間隔に並列されている。

図２に示すように、湾曲した板状に構成された各羽根部材３１の幅（Ｚ方向）寸法ｗ１は、回転軸Ｃ１側（内側）の端部３１ｄにおいて最も大きく構成されており、外側にいくにつれて減少している。図１に示すように、各羽根部材３１の厚さ寸法ｔ１は内側の端部３１ｄから外側の端部３１ｃまで一様の寸法に設定されている。

羽根部材３１の下側の面３１ａは、第１のカバー部材１０の上側の面１０ａに沿って形成されている。ここでは、第１のカバー部材１０の上側の面１０ａが平面状であるため、羽根部材３１の下側の面３１ａも平面状となっている。

羽根部材３１の上側の面３１ｂは、外側に行くにつれて下方に位置する傾斜した曲面を形成しており、第２のカバー部材２０の下側の面２０ａに沿う形状となっている。

複数の羽根部材３１で構成される羽根部３０において、等間隔で周方向に並ぶ複数の羽根部材３１同士は、組立後の本接合の際に、内側あるいは外側から接合用の流体である液状の充填材５２を供給できるような間隔及び巻角となるように寸法設定されている。

すなわち、一対のカバー部材１０，２０の間に羽根部材３１が配置されて組立てられた状態において、内側の開口２１ａまたは開口１１ａから、あるいは外周側から、通路Ｄを通して治具５１を挿入することにより充填材５２を供給可能になっている。

例えば図１に示すように、ある羽根部材３１の径方向外側の端部３１ｃと、隣接する羽根部材３１の径方向内側の端部３１ｄと、を結ぶ線分ＡＡが、いずれの羽根部材３１とも接触しないように寸法設定されている。

このような寸法設定により、羽根部３０とカバー部材１０，２０とが部分接合部４１において接合されて組立てられた状態で、インペラ１の内側の開口１１ａ、２１ａから、または外周側から、対向部４０の全長にわたって充填材５２を供給可能である。したがって、容易に本接合を行うことが可能である。

第２のカバー部材２０の下面２０ａにおいて羽根部材３１の上側の面３１ｂに対向する部分と、羽根部材３１の上側の面３１ｂとが接合されるとともに、第１のカバー部材１０の上側の面１０ａにおいて羽根部材３１の下側の面３１ａに対向する部分と、羽根部材３１の下側の面３１ａとが接合されている。

これらの羽根部材３１と第１及び第２のカバー部材２０との対向部４０のうち、所定の数箇所はスポット溶接により部分的に接触して接合された部分接合部４１を構成している。さらに対向部４０に形成される隙間４０ａが接合用の充填材５２の供給により連続的に接合されて本接合部４２を構成する。すなわち、対向部４０は、部分接合部４１と本接合部４２とを有し、２段階の接合工程により接合されている。

充填材５２は、例えば水道法による水質基準や食品衛生法などに合格した材料からなる接合用の流体であり、この充填材５２が隙間４０ａに充填されることにより対向部４０が連続的に本接合される。

以上のように構成されたインペラ１は、例えば電動機部とポンプ部とを備える水中ポンプ装置のロータ部に設けられる。このとき、図２に仮想線で示すように、第２のカバー部材２０の吸水口２１の内側の開口２１ａと第１のカバー部材１０の軸挿通口１１の内側の開口１１ａとを通って、上下方向に延びる軸５０が挿通される。軸５０が挿通された状態において、インペラ１の吸水口２１における軸５０の周りの円環状の空間から、複数に分割されて隣接する羽根部材３１同士の間を通って連続する通路Ｄが形成される。

ロータ部の回転に伴ってインペラ１が回転されると、ポンプのハウジング内に吸入された流体が吸水口２１から吸入される。そして、流体は、回転するインペラ１の遠心力によって通路Ｄを通ってインペラの外側に流れ、ポンプのハウジングの吐出口から吐出される。

以下、本実施形態にかかるインペラ１の製造方法を図３及び図４を参照して説明する。図３は、インペラ１の組立前の分解状態の断面を示す説明図である。

図３に示す分解状態から、第１のカバー部材１０と羽根部材３１の下面とが対向する対向部４０のうち、複数箇所の部分接合部４１を例えばスポット溶接により溶接する。このとき、例えば細長形状の羽根部材３１の長さ方向中央部と両端近傍の３箇所をそれぞれ部分接合する。同様に、第２のカバー部材２０と羽根部材３１の上側の面とが対向する対向部４０も同部分接合する。以上により、一対のカバー部材１０，２０の間に複数の羽根部材３１が配置されて組み立てられた状態となる。

さらに、インペラ１の内側の開口２１ａ，１１ａから、あるいは外周側から、対向部４０の全面に連続するように充填材５２を塗布することにより、本接合を行う。

本接合工程では、例えば図４に示すように、隣り合う羽根部材３１同士の間に形成される通路Ｄに外周側から治具５１を挿入することにより、対向部４０に充填材５２を塗布する。このとき、複数の羽根部材３１が重ならないように寸法設定されているため、容易に本接合を行うことが可能となる。

なお、図４においては、羽根部材３１の上側の第２カバー部材２０との対向部４０を示すが下側の第１カバー部材１０との対向部４０も同様である。

本実施形態にかかるインペラ１及びインペラ１の製造方法は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、部分的に接合された対向部４０に形成された隙間４０ａに充填材５２を供給することにより連続的に接合することが出来るため、製造時間の短縮が図れる。

また、接合部分を連続させて隙間４０ａを塞ぐことができるため水の漏れを確実に防止することができる。このため、対向部４０の要所のみを接合する場合と比べて、高い性能を確保できる。全ての隙間４０ａを塞ぐとポンプ効率にして２％程度向上させることが可能である。さらに、充填材５２として水道法による水質基準や食品衛生法などに合格した材料からなる接合用の流体を用いたため、水質の安全を確保することが出来る。

さらに、羽根部材３１の配置及び巻き角等の形状を設定したことにより、組立後のインペラ１の羽根部材３１に充填材５２を供給可能に構成することができる。このため、単純な構成で本接合の作業を容易化できる。すなわち、羽根部材３１の湾曲がきつく内側まで羽根部材が入り込んだ形状では、外側から羽根部材３１の内側端部に治具５１を到達させることができないので、充填材５２を全面に供給することが難しいが、本実施形態では湾曲を緩く設定して羽根部材同士の重なりを抑えたことにより羽根部材３１の全長に充填材５２を塗布することが可能となる。上記実施形態においては一例として、ある羽根部材３１の径方向外側の端部３１ｃと、隣接する羽根部材３１の径方向内側の端部３１ｄと、を結ぶ線分ＡＡが、羽根部材３１と接触しないようにしたことにより、内周側の開口または外周側から羽根部材３１の全域に簡単に到達することが出来る。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態に係るインペラ２及びインペラ２の製造方法について、図５乃至図８を参照して説明する。なお、複数の羽根部材３１の形状と本接合の工程以外は上記第１実施形態に係るインペラ１及びインペラ１の製造方法と同様であるため、共通する説明を省略する。

図５及び図６に示すインペラ２は、上記第１実施形態のインペラ１と同様に、一対のカバー部材としての第１のカバー部材１０及び第２のカバー部材２０と、これら一対のカバー部材１０，２０の間に配置される複数枚（例えば６枚）の羽根部材６１からなる羽根部６０と、を備えて構成されている。

図６に示すように、羽根部６０は、複数枚の羽根部材６１から形成されている。ここでは一例として６枚の羽根部材６１を備えている。各羽根部材６１は、例えばステンレス等の鋼板をプレス成形して形成され、同一の周方向に湾曲しながら径方向内側から外側に向かって延びる所定の湾曲形状を成している。複数の羽根部材６１は、Ｚ方向に伸びる回転軸Ｃ１の周りにおいて、周方向に沿って等間隔に並列されている。

図５に示すように、湾曲した板状に構成された各羽根部材６１の幅（Ｚ方向）寸法ｗ２は、回転軸Ｃ１側（内側）の端部６１ｄにおいて最も大きく構成されており、外側にいくにつれて減少している。図６に示すように、各羽根部材６１の厚さ寸法ｔ２は内側の端部６１ｄから外側の端部６１ｃまで一様の寸法に設定されている。

羽根部材６１の下側の面６１ａは、第１のカバー部材１０の上側の面１０ａに沿って形成されている。ここでは、第１のカバー部材１０の上側の面１０ａが平面状であるため、羽根部材６１の下側の面６１ａも平面状となっている。

また、羽根部材６１の上側の面６１ｂは、外側に行くにつれて下方に位置する傾斜した曲面を形成しており、第２のカバー部材２０の下側の面２０ａに沿う形状となっている。

羽根部材６１は、第１実施形態における羽根部材３１よりも羽根部材６１の長さが長く、かつ、回転軸Ｃ１に近い位置まで入り込んでいる。この実施形態の寸法設定では、ある羽根部材６１の径方向外側の端部と、隣接する羽根部材６１の径方向内側の端部とを結ぶ線分ＢＢが、羽根部材６１と交差するように設定されている。

第２のカバー部材２０の下面において羽根部材６１の上側の面に対向する部分と、羽根部材６１の上側の面とが接合されている。第１のカバー部材１０の上側の面において羽根部材６１の下側の面に対向する部分と、羽根部材６１の下側の面とが接合されている。

これらの羽根部材６１と第１及び第２のカバー部材２０との対向部４０のうち、所定の数箇所はスポット溶接により部分的に接合された部分接合部４１を構成している。さらに対向部４０に形成される隙間が充填材５２の供給により連続的に接合されて本接合部４２を構成する。すなわち、対向部４０は、部分接合部４１と本接合部４２とを有し、２段階の接合工程により接合されている。

以下、本実施形態にかかるインペラ２の製造方法を図７及び図８を参照して説明する。
まず、第１実施形態と同様に、第１及び第２のカバー部材１０，２０と複数の羽根部材６１とが分解された状態から、第１のカバー部材１０と羽根部材６１の下面とが対向する対向部４０のうち、複数箇所の部分接合部４１を例えばスポット溶接により溶接する。

このとき、例えば細長形状の羽根部材６１の長さ方向中央部と両端近傍の３箇所をそれぞれ部分接合する。第２のカバー部材２０と羽根部材６１の上側の面とが対向する対向部４０も同様に部分接合する。以上により、一対のカバー部材１０，２０の間に複数の羽根部材６１が配置されて組み立てられた状態となる。

ついで、本接合工程において、組み立てられた状態で内側の開口１１ａまたは開口２１ａから、対向部４０の内側の端部に、接合用の充填材５２として粘性の低い液体を供給する。

ついで、組み立てられた状態のインペラ２を例えば回転軸Ｃ１を中心に回転させる。この回転により、図７及び図８に示すように、内側のみに供給された充填材５２が、自重により、羽根部材６１の対向部４０の形状に沿って、外周側に広がる。

すなわち、充填材の端部５２ａの位置が、対向部４０の隙間４０ａを伝って徐々に外側へ移動する。以上により、対向部４０の全面に充填材５２が供給され、本接合が完了する。なお、図７においては、羽根部材６１の上側の第２カバー部材２０との対向部４０を示すが下側の第１カバー部材１０との対向部４０も同様である。

本実施形態に係るインペラ２及びインペラ２の製造方法においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、部分的に接合されて組み立てられた状態で充填材５２を供給して本接合することにより、製造時間を短縮することができるとともにインペラの高い性能を維持することが可能となる。

また、本実施形態においては、一端側に粘性の低い流体で構成された充填材５２を供給してからインペラを回転させることにより、対向部４０の湾曲形状に沿って充填材５２を隙間全体に行き渡らせることができるため、容易に本接合することができる。したがって、羽根部材６１の形状を回転軸Ｃ１付近まで入り込んだ形状とすることができ、複数の羽根部材６１の内側が近接するように巻き込まれた形状に設定してインペラの効率を向上することが出来る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、羽根部材の数や形状は上記に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、部分的に接合する箇所や箇所数についても適宜変更可能である。

例えば上記第２実施形態の本接合工程において、内側にのみ充填材５２を供給してから回転させて外側に充填材５２を行き渡らせることとしたが、図９及び図１０に示すように、充填材５２を外側の端部６１ｃのみに供給してから回転させることにより、内側に向かって行き渡らせることとしてもよい。すなわち、充填材の端部５２ａの位置が、対向部４０の隙間４０ａを伝って徐々に内側へ移動するように、インペラ２を回転軸Ｃ１を中心に回転させる。

また、上記実施形態においては部分接合部４１をスポット溶接により接合する場合について説明したが、これに限らず、図１１、１２に示すインペラ３のように、凹凸の嵌め合いによる接合としてもよい。例えば、対向部４０におけるカバー部材１０，２０に凹部４０ｂを形成し、羽根部材６１にこれに係合する凸部４０ｃを形成することにより、これらの凹部４０ｂと凸部４０ｃとを互いに嵌合させて部分接合部４１を構成する。なお、凹部４０ｂと凸部４０ｃの配置をこれと逆に設定してもよい。なお、図１１では第２実施形態の羽根部材６１に適用する場合を示しているが、同様の特徴を第１実施形態に適用することも可能である。

また、上記実施形態においてはインペラ１，２，３を構成する部材がステンレス鋼からプレス成形される場合について例示したが、これに限られるものではなく、樹脂材など他の材料で構成されている場合にも本発明を適用可能である。

さらに、上記実施形態に例示された各構成要素を削除してもよく、各構成要素の形状、構造、材質等を変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

Ｄ…通路、Ｃ１…回転軸、Ａ…線分、Ｂ…線分、１、２、３…インペラ、
１０…第１のカバー部材、１１ａ…開口、２０…第２のカバー部材、２１…吸水口、
２１ａ…開口、３０、６０…羽根部、３１、６１…羽根部材、４０…対向部、
４０ａ…隙間、４０ｂ…凹部、４０ｃ…凸部、４１…部分接合部、４２…本接合部、
５０…軸、５１…治具、５２…充填材。

Claims (7)

1. 回転により流体を流すインペラの製造方法であって、
   前記回転の周方向に並べて配置される複数の羽根部材と、前記羽根部材の前記回転の軸方向の一方側と他方側にそれぞれ配置される第１のカバー部材及び第２のカバー部材のうち少なくともいずれかが、部分的に接触した状態において、前記第１及び第２のカバー部材の少なくともいずれかと前記羽根部材との対向部に、接合用の充填材を供給して前記対向部を連続的に接合することを特徴とするインペラの製造方法。
2. 前記部分的な接合は、溶接による接合、プレス接合、またははめ込み接合の何れかであることを特徴とする請求項１記載のインペラの製造方法。
3. 複数の前記羽根部材の形状及び配置は、ある羽根部材の外側の端部と隣接する羽根部材の内側の端部とを結ぶ仮想線分が、複数の前記羽根部材のいずれにも接触しないように設定されたことを特徴とする請求項１記載のインペラの製造方法。
4. 前記第１及び第２のカバー部材の間に前記複数の羽根部材が配されて組み立てられた状態において、前記対向部の全長に前記接合材が供給されることを特徴とする請求項３記載のインペラの製造方法。
5. 前記第１及び第２のカバー部材の少なくとも一方は、円板状を成すとともに前記回転軸部分に開口を有し、
   前記複数の羽根部材と、前記第１のカバー部材及び第２のカバー部とが部分的に接合され前記第１及び第２のカバー部材の間に前記複数の羽根部材が配されて組み立てられた状態において、前記開口から、前記対向部に前記接合用の充填材が供給されることを特徴とする請求項１記載のインペラの製造方法。
6. 前記複数の羽根部材と、前記第１のカバー部材及び第２のカバー部とが部分的に接合され前記第１及び第２のカバー部材の間に前記複数の羽根部材が配されて組み立てられた状態において、前記対向部における内側または外側の一方の端部に接合材を供給する工程と、前記接合流体を供給した後に前記組立インペラを回転させて前記接合材を他方の端部へ向かう方向に延ばす工程と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のインペラの製造方法。
7. 回転により流体を流すインペラであって、
   前記回転の周方向に並ぶ複数枚の羽根部材を備えた羽根部と、
   前記羽根部の回転軸方向における一方側と他方側にそれぞれ配置される第１及び第２のカバー部と、
   を備え、
   前記第１及び第２の前記カバー部と前記羽根部との間の対向部は、部分的に接合された部分接合部と、接合用の充填材により本接合された本接合部とを有することを特徴とするインペラ。

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