JP2010236493A - Manufacturing method of impeller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、製造が容易でありながらも完成時にバリが羽根中間部分にさえも殆ど残らないように製造でき、さらにバリ影響による高回転時の吐出性能の低下を抑制できるインペラの製造法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an impeller that can be manufactured so that the burr hardly remains even at the intermediate portion of the blade when completed, and that can suppress the deterioration of the discharge performance at the time of high rotation due to the burr.
近年、環境的な観点から、及び経済的な観点から共に低燃費車両への期待・要望が益々高まってきている。低燃費を達成するために様々な手段が実施されているが、その中の1つの手段として高効率化が挙げられる。そしてガソリンエンジンであろうともハイブリッド、電気自動車であろうともエンジン等の冷却や車室内を暖房する等の理由により、車両にはウォーターポンプが取り付けられている。近年の低燃費化、それに伴う高効率化の要請を受け、ウォーターポンプにおいても今まで以上に高効率化を達成するための開発が盛んに行われている。 In recent years, expectations and demands for low fuel consumption vehicles have been increasing from both an environmental viewpoint and an economical viewpoint. Various means are implemented in order to achieve low fuel consumption, and one of them is high efficiency. Whether it is a gasoline engine, a hybrid, or an electric vehicle, a water pump is attached to the vehicle for reasons such as cooling the engine or heating the vehicle interior. In response to the recent demands for lower fuel consumption and higher efficiency, water pumps are also being actively developed to achieve higher efficiency than ever.
そのウォーターポンプのインペラにおいて、いわゆるフロントプレートを設けたものが存在する。このようなフロントプレートを設けた例として〔特許文献1〕及び〔特許文献2〕が挙げられる。羽根の根元側にベースとなるベースプレート(円板)が設けられる構造は樹脂インペラとしては一般的な構造として広く実施されているが、羽根の先端(吸入)側の中心部に孔を設け、羽根を円周状に覆うフロントプレートを設けたインペラ構造も高効率化を達成するため、広く実施されている。 Some impellers of the water pump are provided with a so-called front plate. Examples of providing such a front plate include [Patent Document 1] and [Patent Document 2]. A structure in which a base plate (disc) serving as a base is provided on the base side of the blade is widely implemented as a general structure as a resin impeller. However, a hole is provided in the central portion on the tip (suction) side of the blade. In order to achieve high efficiency, an impeller structure provided with a front plate that covers the circumference of the cylinder is also widely implemented.
このようなフロントプレートは最終的には羽根と一体となるが、製造時において、もともとは別部材であったフロントプレートや羽根やベースプレートを一体とする製法が採用されることが多い。これは、溶着のし易さから樹脂インペラとして広く採用されている。また、樹脂インペラの採用の背景には、従来のプレス(板金)インペラと比較して羽根形状を自由に設定できることによる高効率化、さらにプレス(板金)インペラと比較して軽量であることも大きな要因である。このように、フロントプレートを羽根(ベースプレート付き)と一体したインペラを「クローズドインペラ」と呼ぶ。 Such a front plate is eventually integrated with the blade, but at the time of manufacture, a manufacturing method in which the front plate, the blade, and the base plate, which were originally separate members, are integrated is often employed. This is widely adopted as a resin impeller because of its ease of welding. Also, the background to the adoption of resin impellers is that the blade shape can be set freely compared to conventional press (sheet metal) impellers, and it is also more lightweight than press (sheet metal) impellers. It is a factor. An impeller in which the front plate is integrated with the blade (with the base plate) in this way is referred to as a “closed impeller”.
また、ここで、クローズドインペラに関して、バリ取りを行うショットブラストについて説明した後に、従来技術及び本発明について説明する。ショットブラストは、樹脂成形品だけでなく、アルミ鋳造品などでも使用される方法であり、出来上がった樹脂成形品に向かって約1乃至2mm程度の小粒子を勢い良く数十分間様々な角度からランダムに当て続けることによりバリを徐々に脱落させていく方法である。 Here, regarding the closed impeller, after explaining the shot blast for deburring, the prior art and the present invention will be described. Shot blasting is a method that is used not only for resin molded products but also for aluminum cast products, etc. Small particles of about 1 to 2 mm are vigorously applied from various angles for several tens of minutes toward the finished resin molded product. It is a method of gradually removing burrs by continuing to hit randomly.
樹脂成型品のバリ除去の方法として広く行われている方法ではあるが、ショットブラストの短所として製品の外側から小粒子を当ててバリを脱落させていく方法であるため、製品表面及び表面からやや奥くらいまでのバリは良好に除去可能であるが、製品表面から奥に行けば行くほど小粒子が届かなくなるため、製品内部のバリは除去しにくいという問題がある。 Although this method is widely used as a method for removing burrs from resin molded products, it is a method of removing small burrs by applying small particles from the outside of the product as a disadvantage of shot blasting. Although the burr up to the back can be removed well, there is a problem that the burr inside the product is difficult to remove because the smaller particles do not reach the farther from the product surface.
フロントプレート付きインペラの形状を考慮してショットブラストを行った場合について考えると、フロントプレートの反羽根側の面、ベースプレートの反羽根側の面、フロントプレートの無い中心部、インペラ最外周部のバリは良好に除去できるものの、フロントプレートの羽根側で且つフロントプレートのドーナツ状の輪板の外周と内周の中間部分は、フロントプレートで蓋をされており、羽根外周側の吐出開口部及び羽根内周側の吸入開口部全てから離れた奥に位置しているため、ショットブラストの小粒子が到達しにくい部位である。すなわち、この部位のバリは除去しにくいものである。簡単に言うと、見えている外側のバリは取りやすいが、見えない内側のバリは取りにくいということである。 When shot blasting is performed in consideration of the shape of the impeller with the front plate, the surface of the front plate on the anti-blade side, the surface of the base plate on the anti-blade side, the center without the front plate, the burrs on the outermost periphery of the impeller Can be removed satisfactorily, but on the blade side of the front plate and the middle part of the outer periphery and inner periphery of the donut-shaped ring plate of the front plate is covered with the front plate, and the discharge opening and blade on the blade outer periphery side Since it is located in the back away from all the suction openings on the inner peripheral side, it is a site where small particles of shot blast are difficult to reach. That is, it is difficult to remove the burr at this portion. Simply put, it is easy to remove the visible outer burr, but it is difficult to remove the invisible inner burr.
〔特許文献1〕には「フロントプレート(前面シュラウド1)と羽根(羽根部2)が一体となった部材」と「ベースプレート(後面シュラウド3)」を溶着する製法及び構造が開示されている。また、〔特許文献2〕には「フロントプレート(カバー2)」と「羽根とベースプレートが一体となった部材(bottom1)」を溶着する構造及び製法が開示されている。
樹脂インペラに限らず、2つ以上の樹脂の部材同士を溶着する手段は数多く存在し、例を挙げると、
(1)超音波、(2)振動、(3)レーザー、(4)熱板、(5)高周波 等が挙げられる。
[Patent Document 1] discloses a manufacturing method and a structure in which “a member in which a front plate (front shroud 1) and a blade (blade portion 2) are integrated” and “base plate (rear surface shroud 3)” are welded. [Patent Document 2] discloses a structure and manufacturing method for welding a “front plate (cover 2)” and a “member (bottom 1) in which a blade and a base plate are integrated”.
There are many means for welding two or more resin members, not limited to resin impellers.
(1) Ultrasound, (2) Vibration, (3) Laser, (4) Hot plate, (5) High frequency, etc.
(1)超音波とは、約数万Hzの音波を溶着する部材に加えることで樹脂を溶かし、溶着する方法である。
単に溶着面の面(平坦面等)と面を上下方向に押し付けた状態で超音波を加えても面と面とでは樹脂は溶けないため、片方は面だが、もう片方の面は〔特許文献1〕第2図、第4図、第5図、第6図、第7図、〔特許文献2〕Fig.2a,Fig.3a,Fig.4a,Fig.4b,Fig.4c,Fig.5等に記載のように溶着面に三角形状の突起が設けられている。面と三角形状の突起の溶着面同士を押し付けた後に超音波を加えると、三角形状の突起の先端を起点として樹脂が溶けて、溶着面同士が溶着される。
(1) The ultrasonic wave is a method in which a resin is melted and welded by applying a sound wave of about several tens of thousands of Hz to a member to be welded.
Even if ultrasonic waves are applied with the surface of the welded surface (flat surface, etc.) pressed vertically, the resin does not melt between the surfaces, so one surface is the surface, but the other surface is [Patent Document 1] FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, [Patent Document 2] FIG. 2a, FIG. 3a, FIG. 4a, FIG. 4b, FIG. 4c, FIG. As described in 5 etc., a triangular projection is provided on the welding surface. When ultrasonic waves are applied after pressing the welding surfaces of the surface and the triangular projection, the resin melts starting from the tip of the triangular projection and the welding surfaces are welded together.
(2)振動とは、約数百Hzの振動を加えることで樹脂を溶かし溶着する方法である。
(3)レーザーとは、レーザー光線を溶着する箇所に当てることで樹脂を溶かし、溶着する方法である。
(上記3つは一般に樹脂と樹脂の溶着に使用されることが多い。)
(4)熱板とは、片方の金属もしくは高融点樹脂を予め高温にしておき、それを低融点樹脂に押し付けることで低融点樹脂を溶かし、溶着する手法である。
(本手法は片方が金属でも樹脂でも溶着可能)
(5)高周波とは、樹脂同士では無く、樹脂と金属の溶着において、金属に高周波を加えることで金属を加熱し、その高周波を加えて加熱された金属を樹脂に押し付けることで樹脂を溶かし、溶着する手法である。(樹脂と金属の溶着のみに使用)
他にも溶着方法は存在するが、主要な溶着方法としては以上である。
上記全ての溶着方法において共通する概念は、温度が上がるように樹脂にエネルギーを与えることである。つまり、上記5つの共通動作は、温度が上がるような樹脂へのエネルギー付与である。このような溶着法により、一旦溶着面の樹脂を溶かした後、自然冷却されることで溶けた樹脂が固まり溶着面同士が固着されるものである。
(2) Vibration is a method of melting and welding resin by applying vibration of about several hundred Hz.
(3) The laser is a method of melting and welding a resin by applying a laser beam to a position to be welded.
(The above three are generally often used for welding of resin to resin.)
(4) The hot plate is a technique in which one metal or a high melting point resin is preliminarily heated to melt the low melting point resin by pressing it against the low melting point resin.
(This method can be welded with either metal or resin)
(5) The high frequency is not between the resins, but in the welding of the resin and the metal, the metal is heated by applying a high frequency to the metal, the resin is melted by pressing the heated metal against the resin by applying the high frequency, This is a welding technique. (Used only for welding resin and metal)
There are other welding methods, but the main welding methods are as described above.
The concept common to all the above welding methods is to give energy to the resin so that the temperature rises. That is, the five common operations are energy application to the resin so that the temperature rises. By such a welding method, after the resin on the welding surface is once melted, the resin melted by natural cooling is solidified and the welding surfaces are fixed to each other.
さて、〔特許文献1〕(特開昭53−54301号)第4図乃至第7図には羽根部2の根元の面に断面三角形の溶着突条4が一体に設けられ、後面シュラウド3に溶着溝5が設けられている。なお、この溶着突条4と溶着溝5は凸と凹の違いはあるものの、対応する(組み合わさる)形状となっており、組み合わされた後で溶着されるものである。このように〔特許文献1〕では、超音波溶着により溶着される羽根部2の根元の面に対向する後面シュラウド3側の面に溶着溝5を設けたため、溶着突条4から溶融した樹脂は溶着溝5に溜まる。よって〔特許文献1〕第2図(b)のように溶融した樹脂が羽根部2の側端縁から、はみ出す恐れが無い。
[Patent Document 1] (Japanese Patent Laid-Open No. 53-54301) In FIGS. 4 to 7, a
このように、〔特許文献1〕の構造では溶着溝5の存在により、溶融した樹脂がはみ出す事を防止できるが、溶着時に羽根部2を溶着溝5に正確に組み合わせた後で溶着の作業を行う必要がある。この羽根部2と溶着溝5とを組み合わせる作業を全自動で行おうとすると画像解析装置や微細作業が可能なロボットアーム等が必要となり、非常に高価な設備となってしまう。逆に人力で作業を行う事は可能であるが、専任での作業者が必要であり、且つかなりの単調作業であり、かつ溶着溝5以外の面も平面であるため溶着自体は可能であるが、インペラの全長(高さ)が高くなってしまうため、ケーシング内面に当るか、その分流路が狭くなってしまう不都合があった。このような場合では、溶着できなければ製造不良とすぐ判明するが、溶着できてしまうために、取り付け後に判明するか、或いは厳重なる検査の必要性が生ずる。
Thus, in the structure of [Patent Document 1], the presence of the welding groove 5 can prevent the molten resin from protruding, but the welding operation is performed after the
また、〔特許文献2〕(US特許第5538395号)にはFig.2a,3a,4a,4b,4c,5に記載のように、羽根11の先端面14に三角形状の突起部を設け、カバー2と超音波溶着する構造が開示されている。〔特許文献2〕の三角形状の突起の形状を更に観察すると、三角形状の突起は羽根11の先端面14に対して、幅方向及び長さ方向の両方向とも全ての領域に亘って配置されている。つまり、先端面14の全てに覆いかぶさっている。この形状にて溶着を行うと、〔特許文献2〕には〔特許文献1〕のような溝が設けられている訳では無いため、〔特許文献1〕の第2図(b)のように溶融した樹脂がはみ出すことは避けられない。特に羽根中間部分のバリは前述のショットブラストでも除去しにくく、完成状態でも残ってしまう恐れがあった。このように樹脂がはみ出すと次のような問題がある。
[Patent Document 2] (US Pat. No. 5,538,395) describes FIG. As described in 2 a, 3 a, 4 a, 4 b, 4 c, 5, a structure is disclosed in which a triangular protrusion is provided on the tip surface 14 of the blade 11 and is ultrasonically welded to the
インペラ内を流体が流れる訳であるが、流体が流れる場所である以上、インペラ内は流れが乱されないように滑らかな曲面が連続した形状となっている。そのようなインペラ内にバリという凸部が存在することで、その部分を起点として流れに乱れが生じる。回転数が低い時はそれほど大きな影響は及ぼさないが、回転数が高くなるに従い、バリ部分を起点としてキャビテーションが発生し易くなるため、高回転時の吐出性能の低下は大きいものとなってしまう。 Although the fluid flows through the impeller, since it is a place where the fluid flows, the impeller has a continuous continuous curved surface so that the flow is not disturbed. The presence of a convex part called a burr in such an impeller causes a disturbance in the flow starting from that part. When the rotational speed is low, the influence is not so great. However, as the rotational speed increases, cavitation is likely to occur from the burr portion, so that the discharge performance at high rotational speed is greatly reduced.
更にこのバリが長時間使用されている間に脱落して冷却水回路内を循環する場合も考えられる。このバリは約1mm以下の小さいものであるため、冷却水回路内の他の部品の駆動部に噛み込んだりすると他の部品の動作に悪影響を及ぼす恐れがある。このような問題を回避するために、羽根先端面形状に対応した溝をフロントプレート側に設ければバリは発生しないが製造の難易度が上がり、インペラ価格が高価となる不都合もある。溝を設けなければ製造は容易になるものの前述のショットブラストでも除去できないバリが羽根中間部分に残ってしまい、性能や信頼性の点で改善の余地が残るものである。 Furthermore, it is conceivable that the burr is dropped while being used for a long time and circulated in the cooling water circuit. Since this burr is a small one of about 1 mm or less, if it bites into the drive part of another part in the cooling water circuit, the operation of the other part may be adversely affected. In order to avoid such a problem, if a groove corresponding to the shape of the blade tip surface is provided on the front plate side, burrs are not generated, but the manufacturing difficulty increases and the impeller price becomes expensive. If the groove is not provided, manufacture becomes easy, but burrs that cannot be removed by the above-described shot blasting remain in the blade intermediate portion, leaving room for improvement in terms of performance and reliability.
以上のように、ウォーターポンプの高効率化として流路と並んで重要なインペラ(羽根車)の高効率化が開発・実施されている。更に、最近時、ユーザーの車両に対する低コスト化要望も益々高まっており、それを受けて本発明では低コストにて高効率化を達成する手法を提案するものであり、本発明が解決しようとする課題(技術的課題又は目的等)は、流路と並んで重要なインペラ(羽根車)製造法を改良し、製造が容易でありながらも完成時にバリが羽根中間部分にさえも残らず、バリ影響による高回転時の吐出性能の低下を回避でき、低コスト化要望を実現することである。 As described above, the improvement of the efficiency of the impeller (impeller), which is important along with the flow path, has been developed and implemented as an improvement in the efficiency of the water pump. Furthermore, recently, there has been an increasing demand for cost reduction of vehicles by users, and in response to this, the present invention proposes a method for achieving high efficiency at a low cost. The problem (technical problem or purpose) to improve the impeller (impeller) manufacturing method, which is important along with the flow path, is easy to manufacture but does not leave burrs even in the middle part of the blade when completed, It is possible to avoid a drop in discharge performance at high rotation due to the influence of burrs, and to realize a cost reduction request.
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意,研究を重ねた結果、請求項1の発明を、裁頭円錐状のフロントプレートと、複数放射方向に延びる硬質合成樹脂製の単位羽根板の上面を羽根先端面として形成し、且つ該羽根先端面上であって該羽根先端面の幅よりは小さい幅で上端が鋭角の先鋭突条を一体形成した羽根とを備え、前記先鋭突条の長手方向の中間部分の単位長さ体積を、長手方向の両端側の単位長さ体積よりも小さく形成しておき、前記羽根の上に前記フロントプレートを載置して前記先鋭突条端と前記フロントプレート下面とを接触させ、そして該フロントプレートと前記羽根との間に適宜な加圧力を加えつつ温度が上がるようなエネルギーを与え、前記先鋭突条を溶融して前記フロントプレートを前記羽根に溶着することを特徴とするインペラの製造法としたことにより、前記課題を解決した。 Accordingly, as a result of intensive researches to solve the above-mentioned problems, the inventor has changed the invention of claim 1 from the top surface of a truncated conical front plate and a unit blade made of hard synthetic resin extending in a plurality of radial directions. As a blade tip surface, and a blade formed integrally with a sharp ridge on the blade tip surface and having a width smaller than the width of the blade tip surface and having an acute angle at the upper end, the length of the sharp ridge The unit length volume of the intermediate portion in the direction is formed smaller than the unit length volume at both ends in the longitudinal direction, the front plate is placed on the blade, and the sharp ridge end and the front The lower surface of the plate is brought into contact, and energy is applied so as to increase the temperature while applying an appropriate pressing force between the front plate and the blade, the sharp protrusion is melted, and the front plate is welded to the blade. To do By the impeller manufacturing method of the symptoms, to solve the above problems.
請求項2の発明を、請求項1において、前記先鋭突条の両端側は同等高さにしつつ、この中間部分は低くなるように形成してなることを特徴とするインペラの製造法としたことにより、前記課題を解決した。請求項3の発明を、請求項1において、前記先鋭突条の全長に亘って同等高さに形成すると共に、その両端は同等幅にしつつ、この中間部分は幅が狭くなるように形成してなることを特徴とするインペラの製造法としたことにより、前記課題を解決した。請求項4の発明を、請求項1において、前記先鋭突条の両端側は同等高さにしつつ、この中間部分は不存在領域又は櫛歯状部が存在するように形成してなることを特徴とするインペラの製造法としたことにより、前記課題を解決したものである。
The invention according to
請求項1の発明においては、第1に製造が容易でありながらも完成時にバリが羽根中間部分にさえも残らないように製造でき、第2にバリ影響による高回転時の吐出性能の低下を回避でき、第3に低コスト化を実現できる発明である。本発明では、ショットブラストでバリ除去しにくい羽根中間部分では溶着強度が外周部や内周部ほどは必要でない点に着目し、羽根中間部分の先鋭突条の単位長さ体積(突起量)を外周部や内周部よりも少なくすることで羽根中間部分にバリが残らないようにした。このようにすると、外周部や内周部のバリはショットブラストで除去できるため、完成品ではバリが残らないように成形できる。 In the first aspect of the present invention, firstly, although it is easy to manufacture, it can be manufactured so that burrs do not remain even in the blade middle part at the time of completion, and secondly, the discharge performance at the time of high rotation due to the burr is reduced. This is an invention that can be avoided, and thirdly, can achieve cost reduction. In the present invention, focusing on the fact that the welding strength is not required as much as the outer peripheral part and the inner peripheral part in the blade intermediate part that is difficult to remove burrs by shot blasting, the unit length volume (protrusion amount) of the sharp ridge in the blade intermediate part is determined. By making it less than the outer peripheral part and inner peripheral part, burr was not left in the middle part of the blade. In this way, burrs on the outer peripheral part and the inner peripheral part can be removed by shot blasting, so that the finished product can be molded so that no burrs remain.
本発明ではバリは完成品では全て除去されながらも、溶着強度が必要な外周部と内周部には一旦バリを発生させるくらいの大きい先鋭突条(突起)を設けることで溶着強度が確保できる。本発明ではバリが残らないため、乱流やキャビテーションが発生しにくくなり、特に高回転時の吐出性能が確保できる最大の利点がある。また、本発明のフロントプレートには羽根先端面と組み合わさる〔特許文献1〕のような形状の溝が不要になったため、フロントプレート位相(角度)の管理は必要なく、適宜な位相(角度)でフロントプレートをセットして溶着すれば製品が完成する。すなわち作業者の労力及び設備費は極小である。また、請求項2の発明では、前記先鋭突条の中間部分はバリ発生を極めて少なくできると共に、両端部は強固に溶着できる。請求項3の発明は、請求項2の発明と同等の効果を奏する。請求項4の発明も請求項1の発明と同等の効果を発揮しうる。
In the present invention, all burrs are removed from the finished product, but the welding strength can be ensured by providing sharp protrusions (protrusions) large enough to generate burrs once on the outer peripheral portion and inner peripheral portion where welding strength is required. . In the present invention, since burrs do not remain, turbulent flow and cavitation are less likely to occur, and there is the greatest advantage that discharge performance can be ensured particularly at high rotations. In addition, the front plate of the present invention does not require a groove having a shape such as that of [Patent Document 1] combined with the blade front end surface, so that it is not necessary to manage the front plate phase (angle), and an appropriate phase (angle). Then set the front plate and weld it to complete the product. That is, the labor and equipment costs of the worker are minimal. Further, in the invention of
以下、本発明の実施形態について図1乃至7に基づいて説明する。1はフロントプレートであって、裁頭円錐状(ラッパ形状)の環状板である。断面的に見ると、垂直状の軸芯nに対して、上側が窄まる凸をなし、外周に行くほど高さが低くなり、中心に円形孔1aの開いた円(輪)板である。厚みは約1乃至2mm内外で、材質は、硬質の合成樹脂材である。第1実施形態では、任意の円錐の頂部を切除した扁平ラッパ形状の環状板なるフロントプレート1である。つまり、第1実施形態では円錐形タイプとして説明する。該フロントプレート1の円錐面の内面1b〔図1(B)において下側〕の仮想頂点箇所の円錐頂角(立体角ともいう)をφとする〔図1(B)参照〕。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 denotes a front plate, which is a truncated conical (trumpet-shaped) annular plate. When viewed from a cross-section, a circular (ring) plate having a convex shape whose upper side is constricted with respect to the vertical axis n, and whose height decreases toward the outer periphery, with a
2は羽根であって、該羽根の下側に円板なるベースプレート3が一体形成されている。このような部材をベースプレート3付き羽根2と称する。前記羽根2は、筒片状のボス部22の外周に複数の単位羽根板21,21,・・の基部が一体形成されている。前記ボス部22は、中心部に貫通孔が形成された金属製のボス部本体22aと、該ボス部本体22aに対して外周側の厚肉部22bから構成されている。該厚肉部22bは、前記単位羽根21の根元と、前記ベースプレート3の中心部とが一体となるように形成されている。つまり、金属製のボス部本体22aを除く羽根2と前記ベースプレート3とは同一材質の硬質の合成樹脂材にて構成されている。前記ベースプレート3付き羽根2の軸芯mとして形成されている。
前記単位羽根板21において、前記ベースプレート3の固着側の反対側は〔図1(B)において上側〕羽根先端面21aとして、前記フロントプレート1の形状に対応した形状であって、円錐面の一部となっている。詳述すると、前記羽根2を構成する複数の単位羽根板21,21,・・の羽根先端面21a,21a,・・は、前記フロントプレート1の内面1b(下面)の円錐頂角φと同一の円錐頂角φとなるような円錐面の一部として構成されている。前記羽根先端面21a,21a,・・の上側には、先鋭突条4が略全体に設けられている。該先鋭突条4は、断面三角形状をなし、先端(上端)は鋭角状のエッジであって、下面が前記羽根先端面21aの幅方向の一部で、その幅の略中央に、前記単位羽根板21と一体形成されている。なお、図1におけるX1−X1矢視断面は、前記単位羽根板21の回転中心Oを通った線であり、該単位羽根板21自体の断面はハッチング処理されるのが通常であるが、前記ベースプレート3などと区別するためにあえて断面処理をしていない。前記回転中心Oと前記円錐頂点とは前記軸芯m上で一致している。
In the
前記先鋭突条4の高さH(前記羽根先端面21aからの高さ)は一部において略均一である[図1(D)参照]。また、先鋭突条4を平面的に見た形状は、前記羽根先端面21aの全面を覆わない形状であるならば制限されない。つまり、前記羽根先端面21aの幅の1/4乃至3/4程度に設けられている。幅が狭いと溶着強度が確保できず幅が広すぎると本願の効果が発揮できない。好ましくは、前記羽根先端面21aの幅の1/2以下に設けられている。さらに好ましくは、前記先鋭突条4は、その幅の略中央位置に形成され、特に、前記単位羽根板21を平面的に見た両端箇所には前記先鋭突条4がなだらかに消失するように形成されている[図2(A)参照]。さらに、正面から見ても前記先鋭突条4の両端はなだらかに消失するように形成されている[図2(B)及び(C)参照]。
The height H of the sharp ridge 4 (height from the
具体的には、前記先鋭突条4は、断面三角形状の突起として出っ張り高さが約0.3mm乃至0.8mm程度である。さらに、この樹脂が溶け出すときの三角形状の突起の形状であるが、先端部は鋭角のエッジになっていた方が樹脂が溶融する起点としての感度が高くなるため、先鋭突条4の先端部は鋭角のエッジの方が好ましい。ところで、該先鋭突条4を種々変形させたのが本発明の実施形態の形状である。該先鋭突条4の長手方向において中間部分の突起量を適宜減少させるような構成が発明の本質的な内容である。
Specifically, the
つまり、前記先鋭突条4の中間部分の三角形状突起の量を減少させると言っても具体化の段階で多種多様な形状が存在する。上位概念的には単位長さ体積Vsにて捉える。該単位長さ体積Vsとは、この明細書において、前記先鋭突条4の長手方向における単位長さ当りの体積をいう。すると、本発明の骨子は、前記先鋭突条4の長手方向の両端側の単位長さ体積Vsより、その長手方向の中間部分の単位長さ体積Vsが小さく形成されている構成である。
That is, even if the amount of triangular protrusions in the intermediate portion of the
この発明の実施形態としては、第1実施形態として高さHを低くさせるタイプ[図2(A)乃至(C)参照]、第2実施形態として幅Lを狭くさせるタイプ[図3(A)乃至(C)参照]、第3実施形態として櫛歯タイプ[図4(A)乃至(C)参照]、第4実施形態として除去タイプ[図5(A)乃至(C)参照]、さらには、前記先鋭突条4の中間部分の三角形状突起量が長手方向の両端部分よりも減少させた構成であれば、実施形態に限定されない。
As an embodiment of the present invention, a type in which the height H is lowered as the first embodiment [see FIGS. 2A to 2C], and a type in which the width L is narrowed as the second embodiment [FIG. 3A]. Thru | or (C)], comb type as a 3rd embodiment [refer to Drawing 4 (A) thru / or (C)], removal type as a 4th embodiment [refer to Drawing 5 (A) thru / or (C)], and further As long as the amount of triangular protrusions at the intermediate portion of the sharpened
図2(A)乃至(C)に示すように、第1実施形態として高さHを減少させるタイプにおいては、単位羽根板21の羽根先端面21a上の先鋭突条4は、その長手方向の両端部分4a,4aよりも、長手方向の中間低部分4bがその高さHが低くなった形状となっている。全長に亘って幅Lは一定となっている。実際の溶着時には羽根先端面21aの先鋭突条4の先端に前記フロントプレート1を押し付けて超音波等の溶着手段を使って(温度が上がるようなエネルギーを与えて)溶着させる。先鋭突条4の先端にフロントプレート1を押し付けたときに、中間低部分4bの先鋭突条4の先端はフロントプレート1と接しない高さとする[図6(A)参照]。また、図2乃至図5のそれぞれ(A)図は、単位羽根板21の回転中心Oを中心として、時計方向(矢印方向)に回転する平面図である。
As shown in FIGS. 2A to 2C, in the type in which the height H is reduced as the first embodiment, the
これは溶着開始時に接しないという意味であり、溶着が進むにつれて最終的には先鋭突条4は全て溶融するため、途中から中間低部分4bの先鋭突条4もフロントプレート1に接するようになる。また、中間低部分4bでの先鋭突条4は、外周部又は内周部の両端部分4a,4aよりも小さくなっており、溶着強度は低く、バリの発生はゼロ若しくは略ゼロに近しいものとなっている。図2(B)においては、外周部と内周部の両端部分4a,4aの高さHは同一であるが、本発明の別実施例として先鋭突条4の突起の高さを、
中間低部分4b<内周部(端部分4a)<外周部(端部分4a)としても良い。また、図1及び図2の実施形態では、両端部分4a,4aと中間低部分4bとが急激に高さ変化をしているが緩やかに変化するように形成しても良い。
This means that it does not come into contact at the start of welding, and as the welding proceeds, all the
The intermediate
図3(A)乃至(C)に示すように、第2実施形態として幅Lを減少させるタイプにおいては、単位羽根板21の羽根先端面21a上の先鋭突条4は、高さHは均一であって、その長手方向の両端部分4a,4aの幅Lよりも中間部分が幅が狭くなった中間細部分4cとして形成されている。前記先鋭突条4の高さHは均一のために、全長手方向の先鋭突条4が同時に溶融して図7に示すように、両端側の外周にバリの発生が一般にはある。このバリは両端側に膨らんだ点線部分である。このような両端部分4a,4a箇所は、ショットブラストにてバリ取りが容易である。
As shown in FIGS. 3A to 3C, in the type in which the width L is reduced as the second embodiment, the
また、図4(A)乃至(C)に示すように、第3実施形態として櫛歯タイプにおいては、単位羽根板21の羽根先端面21a上の先鋭突条4は、その長手方向の両端部分4a,4aの所定の高さHとして形成され、長手方向の中間箇所では、飛び飛び状に突起片が複数設けられて櫛歯状部4dとし且つ両端部分4a,4aの所定の高さHと同一にして構成されている。これによって、長手方向の中間部分の単位長さ体積Vsが小さく形成されている。さらに、図5(A)乃至(C)に示すように、第4実施形態として除去タイプは、長手方向の両端部分4a,4aの所定の高さHとして形成され、長手方向の中間部分では、突起不存在領域4eが設けられている。この不存在領域4eでは、フロントプレート1との溶着強度はほぼゼロとなり、バリは生じない。この場合は、両端部分4a,4aでの溶着強度によって固着されている。
Further, as shown in FIGS. 4A to 4C, in the comb-tooth type as the third embodiment, the
羽根2に対してフロントプレート1の溶着法を説明する。図6(A)では、ベースプレート3付き羽根2(単位羽根板21)上にフロントプレート1を上から載せ、前記フロントプレート1の下面と羽根先端面21a,21a,・・の先鋭突条4,4,・・とを接触させて加圧させつつ超音波等にて温度が上がるようなエネルギーを与える。すると、図6(B)に示すように、羽根先端面21a,21a,・・の先鋭突条4,4,・・の先端部のエッジが溶融し始める。該エッジはあくまで溶融の起点であり、一旦溶け出すと先鋭突条4,4,・・は加圧させつつ前記エネルギーを与え続けるに従い、さらに溶け続けて行く。前記フロントプレート1の下面が羽根先端面21aに当たると共に[図6(C)参照]、溶融した樹脂が多い場合には、単位羽根板21の側に流れ出す。そして、三角形状の先鋭突条4,4,・・も完全に溶けると[図6(C)参照]、樹脂はそれ以上殆ど溶けなくなって、同時に羽根2に対してフロントプレート1が溶着される。なお、本願は、先鋭突状4に着目した溶着強度とバリに関する発明であり、温度が上がるようなエネルギーを与える手段であれば開示した5つの溶着方法には制限されない。
A method for welding the front plate 1 to the
別の観点としてインペラの動作について説明する。前記フロントプレート1が溶着されたインペラではフロントプレート1の中心部に円形孔1aが設けられて吸入孔として構成され、該吸入孔から吸込まれた流体はフロントプレート1とベースプレート3に挟まれた領域を羽根2によって回転方向に押されながら遠心方向外側に移動していく。該羽根2の最外周ではフロントプレート1とベースプレート3も同径の最外周となっており、その吐出開口部から流体はインペラの遠心方向外側に放出される。インペラは1つの物体であり、インペラの内周側と外周側で回転数は同一である。その内周側と外周側では直径が異なるため、径に比例して周速度も比例する。周速度に比例して羽根2が受ける流体からの力も上昇する。このため、インペラの外周側には最も大きい力が加わる。
As another viewpoint, the operation of the impeller will be described. In the impeller to which the front plate 1 is welded, a
ところで、簡単な例え話をするが、所定長さの物A,Bが貼着されていたとして、これを相互を引き剥がそうとするときには、一般に端から引き剥がすものであり、中間部分から引き剥がすことは極めて困難である。本発明のように、溶着されたインペラとフロントプレート1についても同様であり、溶着が剥がれてフロントプレート1が脱落するような事象を検討したとしても、もしフロントプレート1が脱落するとき、端(外周端又は内周端)から剥がれていくものであり、羽根中間部分から剥がれ出す可能性は非常に低いものである。 By the way, I will give a simple analogy. Assuming that the objects A and B of a predetermined length have been attached, when trying to peel them off, they are generally peeled off from the end and pulled from the middle part. It is extremely difficult to remove. The same applies to the welded impeller and the front plate 1 as in the present invention. Even if the phenomenon in which the weld is peeled off and the front plate 1 falls off is considered, if the front plate 1 falls off, the end ( The outer peripheral end or the inner peripheral end) is peeled off, and the possibility of peeling off from the blade intermediate portion is very low.
このように、フロントプレート1の溶着で最も強度が必要とされるのは外周端である。該外周端は加わる力が1番大きく、かつ剥がれ易い。次に、溶着強度が必要とされるのは内周端である。該内周端は加わる力は小さいが、剥がれ易い。溶着強度がそれほど必要とされないのは羽根中間部分である。端が剥がれ出さない限り、羽根中間部分からは剥がれないからである。 Thus, it is the outer peripheral end that requires the most strength for welding the front plate 1. The outer peripheral end has the largest applied force and is easily peeled off. Next, it is the inner peripheral edge that requires welding strength. The inner peripheral edge is small in force, but easily peels off. It is the blade middle part that does not require much welding strength. This is because the blade cannot be peeled off from the middle part of the blade unless the end is peeled off.
前述したように、ショットブラストにより、バリが1番除去しにくいのも羽根中間部分である。溶着について検討してみると、溶着強度は羽根先端面の先鋭突条4が非常に小さい又は全く無いとほとんどゼロになり、先鋭突条4が大きくなるに従って溶着強度も大きくなっていく。逆に、バリは前記羽根先端面21a上に先鋭突条4の存在が全く無いと発生せず、ある程度の突起の大きさまでは溶融した樹脂は羽根先端面21aからはみ出さないためバリにならず、ある程度以上大きいと溶融した樹脂がはみ出してバリになる。つまり、ある程度の先鋭突条4の大きさまではバリは無く、更に突起が大きくなるに従ってバリも大きくなっていくものである。
As described above, it is also the middle part of the blade that the burr is hardly removed by shot blasting. When the welding is examined, the welding strength becomes almost zero when the
以上の特性から考えて、羽根2の外周部は最も溶着強度を必要とする部分であると同時に、ショットブラストによりバリが除去できる部分である。そのため、羽根先端面21aの先鋭突条4を大きくする。また、羽根2の内周部は外周部ほどではないが、溶着強度を必要とする部分であると共に、ショットブラストによりバリが除去できる部分である。そのため、羽根先端面21a上の先鋭突条4についても大きくする。羽根2の中間部分はそれほど溶着強度を必要としないと共に、ショットブラストによってバリが除去しにくい部分であるため、内外周部より羽根先端面21a上の先鋭突条4は小さくするものであり、そのバリエーションは前述した通りである。
Considering the above characteristics, the outer peripheral portion of the
以上のような構成であるが、〔特許文献1〕の技術内容とは異なり、本願の効果として溶着強度を確保しつつ、完成品ではバリは全て除去されるため、羽根と組み合わさる場所には溝は設けられていない。フロントプレート1の断面形状、単位羽根板21の図1(A)のX2―X2の断面形状としては、直線的に低くなっていく円錐形タイプが一般的である。さらに、前記フロントプレート1と羽根2(インペラ本体)とは、材質的には同材質の樹脂である。また、(4)熱板、(5)高周波等の溶着方法を使用すれば、アルミ等の金属でも成立する。該アルミ等の金属を使用すると、樹脂と同じ強度を薄い板厚で達成できるため、板厚を薄くできる分だけ羽根2(流路)を拡大できる。
Unlike the technical contents of [Patent Document 1], the configuration is as described above, but as the effect of the present application, all the burrs are removed from the finished product while ensuring the welding strength. There are no grooves. As the cross-sectional shape of the front plate 1 and the cross-sectional shape of the
前記フロントプレート1及び羽根先端面21a形状は、円錐面の一部とした内容である。本発明の第1実施形態では、母線が直線となっている円錐を応用している。本明細書において、この円錐の表面部を「円錐面」という。さらに、母線を弧状(曲線)とした円錐を「弧状円錐」といい、該弧状円錐の表面部を「弧状円錐面」という。さらに、円錐と弧状円錐との上位概念を「円錐状」といい、円錐面と弧状円錐面との上位概念を「円錐状面」という。前記フロントプレート1及び羽根先端面21a形状として、前記弧状円錐を応用したのが、断面円弧の中間が内側に凹む形状の弧状円錐タイプと、断面円弧の中間が外側に膨らむタイプとがある。何れの実施形態であっても、羽根先端面21a及びそれに対応するフロントプレート1の円錐頂角φが同一であれば、微振動にて溶着する構成にすれば、「調芯作用」によって中心位置を一致させて高精度なインペラを製造できる。
The shapes of the front plate 1 and the
1…フロントプレート、1b…内面、2…羽根、21…単位羽根板、
21a…羽根先端面、3…ベースプレート、4…先鋭突条、4a…端部分、
4b…中間低部分、4c…中間細部分、4d…櫛歯状部、4e…不存在領域、
Vs…単位長さ体積。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Front plate, 1b ... Inner surface, 2 ... Blade | wing, 21 ... Unit blade | wing plate,
21a ... blade tip surface, 3 ... base plate, 4 ... sharp ridge, 4a ... end portion,
4b ... middle low part, 4c ... middle thin part, 4d ... comb tooth-like part, 4e ... non-existing region,
Vs: Unit length volume.
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