JP2010236495A - インペラの高精度製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】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、バリ影響による高回転時の吐出性能の低下を抑制する。
【解決手段】裁頭円錐状のフロントプレート１と、複数放射方向に延びる硬質合成樹脂製の単位羽根板２１の上面を羽根先端面２１ａとして形成し、且つこの上に該羽根先端面２１ａの幅よりは小さい幅で上端が鋭角の先鋭突条４を一体形成した羽根２とを備える。先鋭突条４の長手方向全長に亘って略同等高さに形成し、且つ少なくとも長手方向の中間箇所で羽根２の回転方向前側の羽根先端面２１ａに逃げ溝部５を形成しておき、羽根２の上にフロントプレート１を載置して先鋭突条４端とフロントプレート１下面とを接触させ、そして、これら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て、先鋭突条４を溶融してフロントプレート１を羽根２に溶着する。
【選択図】図１

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高精度製造法に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

（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。

（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、温度が上がるように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。

さて、〔特許文献１〕（特開昭５３−５４３０１号）第４図、第５図、第６図、第７図等には羽根部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。

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。

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る。このように樹脂がはみ出すと次のような問題がある。

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。

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。

特開昭５３−５４３０１号 ＵＳ特許第５５３８３９５号

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抑制でき、低コスト化要望を実現することである。

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に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全長に亘って略同等高さに形成し、且つ少なくとも長手方向の中間箇所で前記羽根の回転方向前側の前記羽根先端面に逃げ溝部を形成しておき、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高精度製造法としたことにより、前記課題を解決した。請求項２の発明を、請求項１において、前記逃げ溝部は、前記羽根の長手方向の略全長に亘って形成していることを特徴とするインペラの高精度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２において、前記逃げ溝部は、少なくとも長手方向の中間箇所で前記羽根の回転方向後側の前記羽根先端面に逃げ溝部を形成してなることを特徴とするインペラの高精度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、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に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には、飛び飛び状態に先鋭突条が存在しない不存在領域を設けて、該不存在領域に逃げ溝部を形成しておき、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高精度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。

請求項１の発明では、フロントプレートを有したインペラにおいて、少なくとも羽根中間部分の回転方向前側に逃げ溝部を設けることによって、溶着によるバリが発生しないようにする構造を提供するものであり、羽根全体における溶着のバリを完成時には完全に除去できるので、生産性（製造効率）及び製品品質を向上させることができる。また、本発明では溶着時のバリが残らないため、キャビテーションの発生を抑制することで特に高回転時の吐出性能を確保し、且つバリが脱落して冷却水回路中の他の部品に悪影響を及ぼさないようにできる。さらに、本発明では羽根先端面の先鋭突条に隣接して逃げ溝部を設けたので、フロントプレートの位相（角度）に影響を受けず、フロントプレートを適宜の角度にセットして溶着すれば自ずと製品が完成し、かつバリも完全に除去可能となったものである。すなわち、作業者の労力及び設備費は極小であり、品質は最高にできる。請求項２の発明では、請求項１の発明よりもバリの発生を一層防止できる。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の発明では、請求項１の発明と構成は僅かに異なるが、請求項１の発明と同等の効果を発揮しうる。更に羽根の板厚を無駄に厚くする必要が無く、羽根が水を掻ける体積が増えるため性能が向上する。

（Ａ）はベースプレート付き羽根にフロントプレートを溶着せんとする平面図、（Ｂ）はベースプレート付き羽根にフロントプレートを溶着せんとする断面図であって、特にベースプレート付き羽根については（Ａ）のＸ１−Ｘ１矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ２−Ｘ２矢視断面図（円錐頂点を通る断面図）、（Ｄ）は（Ａ）のＸ２−Ｘ２矢視箇所からの斜視図、（Ｅ）はベースプレート付き羽根にフロントプレートを溶着完了した断面図である。 （Ａ）は単位羽根板の拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ１−Ｙ１矢視の断面図、（Ｃ）は（Ａ）の斜視図である。 （Ａ）は別実施形態の単位羽根板の拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ２−Ｙ２矢視断面図である。 （Ａ）はさらに別実施形態の単位羽根板の拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ３−Ｙ３矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ４−Ｙ４矢視断面図。 （Ａ）は羽根頂部の先鋭突条にフロントプレートを当接した状態の状態図、（Ｂ）は羽根頂部の先鋭突条にフロントプレートを当接して加圧しつつ溶着している初期・中期段階の本発明の状態図、（Ｃ）は羽根頂部の先鋭突条にフロントプレートを当接して加圧しつつ溶着している終了段階の本発明の状態図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至５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〕。

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。

前記先鋭突条４の高さＨ（前記羽根先端面２１ａからの高さ）は長手方向全長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）参照］。

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。該先鋭突条４は、（１）超音波、（２）振動、（３）レーザー、（４）熱板、（５）高周波 等によって溶かされる。ところで、該先鋭突条４を変形させずに、逃げ溝部５を適宜設けたのが本発明の実施形態の形状である。つまり、該逃げ溝部５を前記羽根先端面２１ａ上面に如何に設けるかの構成が本発明の本質的な内容である。

前記先鋭突条４が溶融した樹脂が前記羽根先端面２１ａ上面の幅（横）方向に広がっていこうとする樹脂を前記逃げ溝部５に流れ込ませて羽根２（羽根先端面２１ａ）の外側にはみ出すことを防止するものである。基本構造としては、前記先鋭突条４の少なくとも長手方向の中間箇所で前記羽根２の回転方向前側の前記羽根先端面２１ａに逃げ溝部５が設けられている。ここで「回転方向前側」とは、単位羽根板２１が回転中心Ｏを中心として時計方向（矢印方向）に回転したときに流体に大きな抵抗力が前記単位羽根板２１に当たる面をいい、図２（Ａ），図３（Ａ）において下面側をいう。

ところで、羽根が実際に仕事（流体を掻き分ける）をするのは、羽根２の回転方向前側の面であり、羽根２の回転方向後側の面は特に何かの仕事をする訳では無く、羽根２の面を重要性から見ると回転方向前側の面の方が重要性は高い。すなわち、バリができて、より大きい影響を受けるのは羽根の回転方向前側の面であり、羽根２の回転方向前側の面にバリが発生するのを抑制するのが本発明の内容である。そこで、回転方向前側に設けた該逃げ溝部５の実施形態について説明する。

その第１実施形態では、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、前記先鋭突条４の長手方向の中間箇所で羽根２の回転方向前側の前記羽根先端面２１ａに逃げ溝部５が形成されている。このように前記先鋭突条４の長手方向の中間箇所のみは最低限度必要である。この実施形態では、溶着により溶けた樹脂が幅（横）方向に広がって行こうとするが、その逃げ溝部５の存在によって、該逃げ溝部５に流れ込み、外側に流れ出すことを回避できる。

第２実施形態では、図３（Ａ）に示すように、前記先鋭突条４の長手方向の略全長に亘り、且つ羽根２の回転方向前側の前記羽根先端面２１ａに逃げ溝部５が形成されている。このように前記先鋭突条４の長手方向の全長に亘って前記逃げ溝部５が羽根先端面２１ａ上に設けられている。この場合でも、長い逃げ溝部５の存在によって、該逃げ溝部５に溶着により溶けた樹脂が流れ込み、外側に流れ出すことを防止できる。さらに、図３（Ａ）の点線に示すように、その効果を増大させるために、前記先鋭突条２の長手方向の中間箇所で羽根２の回転方向後側の前記羽根先端面２１ａに逃げ溝部５を設けることもある。

第３実施形態は、図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、前記先鋭突条３の長手方向には、飛び飛び状態に小先鋭突条４ａが存在し、該小先鋭突条４ａが存在しない不存在領域４ｎが設けられ、該不存在領域４ｎに逃げ溝部５が形成されている。この場合の前記小先鋭突条４ａと前記不存在領域４ｎと前記逃げ溝部５とは、真っ直ぐではないが曲線ラインに沿っている。この場合でも、溶着により溶けた樹脂が逃げ溝部５に流れ込み、外側に流れ出すことを防止できる。

羽根２に対するフロントプレート１の溶着法を説明する。図５（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５（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５（Ｃ）参照］、溶融した樹脂が前記逃げ溝部５内に流れ込み、外側に流れ出さないようにできる。そして、三角形状の先鋭突条４，４，・・も完全に溶けると［図５（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。

前記フロントプレート１を有したインペラ（いわゆるクローズドインペラ）において、どのような溶着手段でも（１）乃至（５）等の手段で樹脂を溶かして、その溶けた樹脂が２つの部材（樹脂と樹脂又は樹脂と金属）を接合する役割を果たすのは同様である。すなわち、どのような溶着手段でも接合面に溶融した樹脂が存在する点は変わらない。本発明では羽根先端面２１ａに溶着の起点（溶け出す）となる先鋭突条４を設け、該先鋭突条４の幅（横）方向両側に羽根先端面２１ａ（先鋭突条４も逃げ溝部５も無い面）よりも深く掘り込んだ逃げ溝部５を設けることで、溶着により溶けた樹脂は幅（横）方向に広がって行こうとするが、先鋭突条４の幅（横）方向両側には前記逃げ溝部５が設けられているため、溶融した樹脂は該逃げ溝部５に流れ込み、それ以上外側には流れ出さない。

該逃げ溝部５の深さは羽根先端面２１ａよりも深く形成されており、このようにある程度深い溝になっていることで溶融した樹脂を溜めておく機能が発揮できる。基本的には、前記逃げ溝部５は前記先鋭突条４の長手方向の中間箇所の両側又は片側（回転方向前側）に設けるが、ショットブラストでバリが除去できる箇所（前記先鋭突条４の長手方向の両端側）には特に逃げ溝部５を設けなくてもインペラ完成時には全てのバリは除去できる。このショットブラストでバリが除去しにくい箇所とは羽根２の内周及び外周の両方から最も遠い羽根２の中間部分であるため、前述したように、逃げ溝部５は単位羽根板２１の中間部分のみに設ける。

また、溶着強度で考えると、逃げ溝部５を設け無いで、該逃げ溝部５の部分まで先鋭突条４部分として突起を大きく取った方が溶着強度が増す。よって溶着強度が必要な羽根２の外周側や内周側は逃げ溝部５を設けずに前記先鋭突条４を大きめに設け、溶着強度をさほど必要とせずバリも除去しにくい羽根の中間部分だけに逃げ溝部５を設ける実施形態も存在する。
また、前記羽根先端面２１ａの形状に制限があって逃げ溝部５を片側にしか設けられないような場合は、三角形状の突起よりも回転方向前側に逃げ溝部５を設けるのが好ましい。逃げ溝部５の形状としては羽根先端面２１ａよりも深く掘られていれば機能上は問題無く、窪み状（有底Ｖ字状，逆台形又はＶ字状など）に形成されは断面形状に制限されない。あえて言えば有底Ｖ字状の四角形状の逃げ溝部５の方が溝の体積が大きくできるため、より多くの溶融樹脂を溜めておくことができるので好ましい。

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、羽根先端面２１ａ上の中間部分には、バリがでないか僅かになるように逃げ溝部５を設けるものであり、そのバリエーションは前述した通りである。

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、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可能性が高い。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。

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。

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、４ｂ…中間細部分、 ４ｄ…櫛歯状部、４ｅ…不存在領域、
５…逃げ溝部。

Claims (4)

1. 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に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全長に亘って略同等高さに形成し、且つ少なくとも長手方向の中間箇所で前記羽根の回転方向前側の前記羽根先端面に逃げ溝部を形成しておき、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高精度製造法。
2. 請求項１において、前記逃げ溝部は、前記羽根の長手方向の略全長に亘って形成していることを特徴とするインペラの高精度製造法。
3. 請求項２において、前記逃げ溝部は、少なくとも長手方向の中間箇所で前記羽根の回転方向後側の前記羽根先端面に逃げ溝部を形成してなることを特徴とするインペラの高精度製造法。
4. 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に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には、飛び飛び状態に先鋭突条が存在しない不存在領域を設けて、該不存在領域に逃げ溝部を形成しておき、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高精度製造法。
   

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