JP2013253505A - インペラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が向上し、しかも多種多様のインペラの形状に対応することができ、インペラの製造に要するコストを低減できる製造方法を得ることにある。
【解決手段】ディスク部(4)の回転中心部(8)から放射状に配列された複数の羽根(5)を有するインペラ本体(2)を象る第１の加工物品(25)と、ディスク部(4)と向かい合うとともに羽根(5)を覆ったカバー(3)を象る第２の加工物品(26)を個々に鋳造により成形する。第１の加工物品(25)および第２の加工物品(26)に夫々切削加工を施すことで、インペラ本体(2)に対応した形状を有する第１の製品(37)およびカバー(3)に対応した形状を有する第２の製品(38)を成形する。この後、第１の製品(37)および第２の製品(38)を互いに結合する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば遠心ポンプのうず形室に収容されるインペラを製造する方法に関する。

遠心ポンプのうず形室の中で回転するクローズドインペラは、一対のディスク部と、前記ディスク部の間で挟まれた複数の羽根と、を備えている。羽根は、ディスク部の回転中心部から放射状に延びているとともに、夫々連続した円弧を描くように湾曲されている。

特許文献１に開示された従来のインペラでは、複雑な形状を有する羽根を容易に成形するため、インペラがインペラ本体およびカバーの二つの要素で構成されている。インペラ本体は、回転軸と一体に回転する円盤状のディスク部を含み、このディスク部の表面に羽根が一体に形成されている。カバーは、ディスク部と略同じ大きさを有する円盤状であって、ディスク部と向かい合うように羽根の先端にろう付け等の手段により結合されている。

特開２０１０−１７４６５２号公報

従来のインペラによると、インペラ本体およびカバーは、例えば円柱状の金属素材に工作機械を用いて切削加工を施すことにより、予め決められた寸法・形状に成形されている。

しかしながら、切削加工が施される金属素材は、インペラ本体およびカバーの形状を考慮していないために、例えばインペラの形態によっては、金属素材が製品となるインペラ本体およびカバーに対して不釣り合いな大きさとなるのを否めない。

この結果、金属素材に切削加工を施す際に、金属素材の多くの領域を削り取る必要が生じ、金属素材を切削する主要な時間が長くなる。よって、生産性が悪化し、インペラの製造に要するコストが高くなる。

一方、インペラの生産性を高めるために、例えばロストワックスのような精密鋳造によりインペラ本体およびカバーを製造した場合、多種多様なインペラに対応した複数の型が必要となる。このため、設備投資が多大なものとなり、インペラの製造コストを削減する上で有効な解決策とはなり得ない。

本発明の目的は、生産性が向上するとともに、多種多様のインペラの形状に対応することができ、インペラの製造に要するコストを低減できる製造方法を得ることにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインペラの製造方法では、ディスク部の回転中心部から放射状に配列された複数の羽根を有するインペラ本体を象る第１の加工物品と、ディスク部と向かい合うとともに羽根を覆ったカバーを象る第２の加工物品を個々に鋳造により成形する。第１の加工物品および第２の加工物品に夫々切削加工を施すことで、インペラ本体に対応した形状を有する第１の製品およびカバーに対応した形状を有する第２の製品を成形する。この後、第１の製品および第２の製品を互いに結合することでインペラを製造する。

本発明によれば、切削加工される前の加工物品がインペラ本体およびカバーの形状に類似しているので、加工物品から削り取られる領域を減らすことができる。このため、切削に要する加工時間を短縮でき、生産性が向上するとともに、インペラの形状に対応した専用の型を準備する必要もなくなる。よって、多種多様のインペラを自由に成形することができ、インペラの製造に要するコストを低減できる。

本発明の実施形態に係るインペラを分解して示す斜視図。 本発明の実施形態に係るインペラの断面図。 本発明の実施形態において、インペラ本体とカバーとを互いに分離した状態を示す断面図。 本発明の実施形態において、インペラ本体を象る第１の加工物品の断面図。 本発明の実施形態において、インペラ本体を象る第１の加工物品の平面図。 本発明の実施形態において、カバーを象る第２の加工物品の断面図。 本発明の実施形態において、カバーを象る第２の加工物品の平面図。

以下本発明の実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。

図１および図２は、例えば遠心ポンプのうず形室に収容されるクローズドインペラ１を開示している。インペラ１は、インペラ本体２およびカバー３の二つの要素を備えている。インペラ本体２およびカバー３は、例えばステンレス鋼あるいは炭素鋼のような金属材料で構成されている。

インペラ本体２は、第１のディスク部４および複数の羽根５を有している。第１のディスク部４は、ベース６およびボス部７を含んでいる。ベース６は、表面６ａおよび裏面６ｂを有する円盤状であるとともに、インペラ１の回転中心線Ｏ１が位置された回転中心部８を有している。

ボス部７は、ベース６の表面６ａの中央部から回転中心線Ｏ１に沿って突出されている。ボス部７の外周面７ａは、ボス部７の突出端からベース６の表面６ａに向けてフレア状に拡開されている。そのため、ボス部７の外周面７ａは、円弧状に湾曲された第１の曲面７ｂを有している。第１の曲面７ｂは、ボス部７の裾野に位置されてベース６の表面６ａに滑らかに連なっている。

さらに、ボス部７は、遠心ポンプの回転軸９が嵌合される嵌合孔１０を有している。嵌合孔１０は、ボス部７の先端面およびベース６の裏面６ｂに開口されている。

図１ないし図３に示すように、インペラ本体２の羽根５は、ベース６の表面６ａから一体に突出されている。羽根５は、ベース６の回転中心部８からベース５の外周縁部に向けて放射状に延びている。羽根５は、ベース６の表面６ａの上で連続した円弧を描くように湾曲されているとともに、インペラ本体２の周方向に間隔を存して配列されている。

羽根５は、夫々第１の端部５ａおよび第２の端部５ｂを有している。第１の端部５ａは、ボス部７の第１の曲面７ｂの上に位置されている。第２の端部５ｂは、ベース６の外周縁部に位置されている。

さらに、羽根５は、ベース６の表面６ａから離れた先端面１２を有している。先端面１２は、羽根５の第２の端部５ｂから羽根５の長さ方向に沿う中間部に至る領域がベース６の表面６ａと略平行なフラットな面となっている。羽根５の前記中間部から羽根５の第１の端部５ａに至る領域は、第２の曲面１３となっている。第２の曲面１３は、ボス部７の第１の曲面７ｂに沿うように円弧状に湾曲されている。

インペラ１のカバー３は、第２のディスク部１５を備えている。第２のディスク部１５は、第１のディスク部４のベース６と略同じ大きさの円盤状であり、表面１５ａおよび裏面１５ｂを有している。円筒状のガイド部１６が第２のディスク部１５に一体に形成されている。ガイド部１６は、第２のディスク部１５の表面１５ａの中央部から同軸状に突出されて、第２のディスク部１５の裏面１５ｂの中央部に開口されている。ガイド部１６の内径は、インペラ本体２のボス部７の外径よりも大きい。

さらに、第３の曲面１７がガイド部１６の内面に形成されている。第３の曲面１７は、羽根５の第２の曲面１３に沿うように円弧状に湾曲されているとともに、第２のディスク部１５の裏面１５ｂに滑らかに連続されている。

図２および図３に示すように、インペラ本体２およびカバー３は、互いに一体構造物として組み合わされている。具体的には、カバー３は、第２のディスク部１５が第１のディスク部４のベース６と向かい合うように羽根５の先端面１２の上に重ねられている。カバー３は、羽根５の先端面１２に対し例えば溶接、ろう付け、接着あるいはねじ止め等の手段により結合されている。

この結合により、インペラ本体２の羽根５がインペラ本体２の第１のディスク部４とカバー３の第２のディスク部１５との間に介在されているとともに、隣り合う羽根５の間に水等の流体が流れる流路１８が形成されている。流路１８の上流端は、カバー３のガイド部１６が規定する吸込口１９に連通されている。流路１８の下流端は、第１のディスク部４の外周縁部と第２のディスク部１５の外周縁部との間に規定された吐出口２０に連通されている。

次に、インペラ１を製造する手順について図４ないし図７を加えて説明する。

まず、第１の加工物品２５を鋳造する第１の鋳型と、第２の加工物品２６を鋳造する第２の鋳型と、を準備する。第１の加工物品２５は、第１の鋳型の中に溶けた金属材料を充填することで得られる。同様に、第２の加工物品は、第２の鋳型の中に溶けた金属材料を充填することで得られる。

図４および図５は、インペラ本体２の基礎となる第１の加工物品２５を示している。図６および図７は、カバー３の基礎となる第２の加工物品２６を示している。

第１の加工物品２５は、第１のベース部２７および第１の突出部２８を備えている。第１のベース部２７は、第１のディスク部４のベース６および羽根５の第２の端部５ｂから羽根５の長さ方向に沿う中間部に至る領域を象る要素であって、鋳造により略円盤状に成形されている。第１のベース部２７の直径Ｌ１は、ベース６の直径Ｌ２よりも大きい。第１のベース部２７の厚さＴ１は、ベース６の厚さＴ２に羽根５の高さＨを加えた値よりも大きい。

第１の突出部２８は、羽根５の長さ方向に沿う中間部から第１の端部５ａに至る領域およびボス部７の突出端部を象る要素であって、第１のベース部２７の中央部から同軸状に突出されている。第１の突出部２８は円柱状であり、その突出端の直径Ｌ３がボス部７の直径Ｌ４よりも大きい。第１の突出部２８の外周面２８ａは、羽根５の第２の曲面１３に沿うように円弧状に湾曲されている。

このことから、鋳造品である第１の加工物品２５は、インペラ本体２に類似した形状を有するとともに、インペラ本体２の輪郭を全面的に覆った余剰部分２９を含んでいる。

さらに、本実施形態の第１の加工物品２５は、貫通孔３０を有している。貫通孔３０は、第１の加工物品２５の中心線Ｏ２の上に同軸状に位置されて、第１のベース部２７の裏面および第１の突出部２８の端面に夫々開口されている。余剰部分２９および貫通孔３０の内面は、工作機械を用いた切削加工により削り取られる加工代となる。

図６および図７に示すように、第２の加工物品２６は、第２のベース部３１および第２の突出部３２を備えている。第２のベース部３１は、カバー３の第２のディスク部１５およびガイド部１６の根本の部分を象る要素であって、鋳造により略円盤状に成形されている。第２のベース部３１の直径Ｌ５は、第２のディスク部１５の直径Ｌ６よりも大きい。第２のベース部３１の厚さＴ３は、第２のディスク部１５の厚さＴ４よりも大きい。

第２の突出部３２は、ガイド部１６の突出端部を象る要素であって、第２のベース部３１の中央部から同軸状に突出されている。第２の突出部３２は、円柱状であり、その突出端の直径Ｌ７がガイド部１６の突出端部の直径Ｌ８よりも大きい。さらに、第２の突出部３２の外周面３２ａは、フレア状に広がるように円弧状に湾曲されている。

このことから、鋳造品である第２の加工物品２６は、カバー３に類似した形状を有するとともに、カバー３の輪郭を全面的に覆った余剰部分３３を含んでいる。

さらに、本実施形態の第２の加工物品２６は、貫通孔３４を有している。貫通孔３４は、第２の加工物品２６の中心線Ｏ３の上に同軸状に位置されて、第２のベース部３１の裏面および第２の突出部３２の端面に夫々開口されている。余剰部分３３および貫通孔３４の内面は、工作機械を用いた切削加工により削り取られる加工代となる。

このような第１および第２の加工物品２５，２６を製作した後、工作機械を用いて第１および第２の加工物品２５，２６に個々に切削加工を施す。

具体的には、第１の加工物品２５にあっては、余剰部分２９や貫通孔３０の内面をツールで削り取ることによって第１のディスク部４および羽根５を形成する。この結果、図４および図５に二点鎖線で示すような第１の製品３７が製作される。第１の製品３７は、実際のインペラ本体２に合致した寸法および形状に加工されている。

本実施形態によると、羽根５は、第１の加工部品２５の余剰部分２９を溝状に削ることで得られる。そのため、第１の製品３７は、流路１８を規定する部分を含む全面が切削加工された加工面となる。加工面は、寸法精度が高く、表面粗さが小さい滑らかな肌の仕上げ面となる。

同様に、第２の加工物品２６においても、余剰部分３３や貫通孔３４の内面をツールで削り取ることによって第２のディスク部１５およびガイド部１６を形成する。この結果、図６および図７に二点鎖線で示すような第２の製品３８が製作される。第２の製品３８は、実際のカバー３に合致した寸法および形状に加工されている。本実施形態によると、第２の製品３８は、流路１８を規定する部分を含む全面が切削加工された加工面となる。加工面は、寸法精度が高く、表面粗さが小さい滑らかな肌の仕上げ面となる。

この後、第１の製品３７と第２の製品３８とを同軸状に組み合わせるとともに、例えば溶接、ろう付け、接着又はねじ止め等のような手段で互いに結合する。これにより、第１の製品３７および第２の製品３８が一体構造物となり、インペラ１の製造が完了する。

このような本発明の実施形態によれば、切削加工される第１および第２の加工物品２５，２６は、予め鋳造によりインペラ本体２およびカバー３に類似した形状に成形されている。このため、第１および第２の加工物品２５，２６のうち加工代となる部分の体積が減少し、第１および第２の加工物品２５，２６から第１および第２の製品３７，３８を削り出すまでに要する加工時間を短縮できる。それとともに、第１および第２の加工物品２５，２６を削り取る時に生じる切りくずの量が少なく抑えられ、例えば切りくずの廃棄および掃除のような付随的な作業に要する時間を短縮できる。

この結果、インペラ本体２およびカバー３を夫々金属素材の塊から削り出す場合に比べて、生産性が格段に向上し、インペラ１の製造に要するコストを低く抑えることができる。

しかも、第１および第２の加工物品２５，２６に付与される加工代を、予め多種多様のインペラ１の寸法・形状を見越して設定することで、一種類の第１および第２の加工物品２５，２６を多種多様のインペラ１に順応するように標準化することができる。

したがって、一種類の第１および第２の加工物品２５，２６を基に、例えば羽根５の形状が異なる幾つかのインペラ１あるいは第１のディスク部４の直径Ｌ２，第２のディスク部１５の直径Ｌ６が異なる幾つかのインペラ１を製造することが可能となり、インペラ１毎に専用の第１および第２の鋳型を準備する必要はない。よって、型費を節減することができ、この点でもインペラ１の製造コストを低減する上で好都合となるとともに、インペラ１のモデルチェンジにも容易に対応することができる。

さらに、本実施形態によると、インペラ１の流路１８を規定する羽根５の側面、ベース６の表面６ａ、ボス部７の第１の曲面７ｂ、カバー３の第２のディスク部１５の裏面１５ｂおよびガイド部１６の第３の曲面１７は、夫々工作機械のツールで切削加工が施された加工面となる。加工面は、寸法精度が高いので、第１の製品３７および第２の製品３８に二次加工を施す必要はない。

それとともに、加工面は、表面粗さが小さい滑らかな肌の面に仕上がるので、流体が流路１８を流れる際の摩擦抵抗を低減することができる。よって、流体が流路１８を滑らかに流動し、遠心ポンプの効率を良好に維持できる利点がある。

本発明に係るインペラは、遠心ポンプ用に特定されるものではなく、例えば遠心圧縮機用のインペラとしても同様に適用が可能である。

さらに、加熱溶融された材料を金型内に加圧して注入する射出成型により、インペラ本体およびカバーを象る加工物品を得るようにしてもよい。

前記実施形態は、本発明の一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インペラ、２…インペラ本体、３…カバー、４…第１のディスク部、５…羽根、８…回転中心部、１５…第２のディスク部、２５…第１の加工物品、２６…第２の加工物品、３７…第１の製品、３８…第２の製品。

Claims (9)

1. 回転軸と一体に回転するディスク部と、前記ディスク部の回転中心部から前記ディスク部の外周縁部に向けて放射状に配列された複数の羽根と、を有するインペラ本体と、
   前記インペラ本体に結合され、前記ディスク部と向かい合うとともに前記羽根を覆ったカバーと、を具備するインペラを製造する方法であって、
   前記インペラ本体を象る第１の加工物品および前記カバーを象る第２の加工物品を個々に鋳造により成形し、
   前記第１の加工物品および前記第２の加工物品に夫々切削加工を施すことで、前記インペラ本体に対応した形状を有する第１の製品および前記カバーに対応した形状を有する第２の製品を成形し、
   この後、前記第１の製品および前記第２の製品を互いに結合するようにしたインペラの製造方法。
2. 請求項１の記載において、前記インペラ本体および前記カバーを互いに結合した時に、前記ディスク部と前記カバーとの間で隣り合う前記羽根の間に流体が流れる流路が形成され、前記第１の加工物品の少なくとも前記流路に対応する領域に切削加工を施すようにしたインペラの製造方法。
3. 請求項２の記載において、前記第２の加工物品の少なくとも前記流路に対応する領域に切削加工を施すようにしたインペラの製造方法。
4. 請求項１の記載において、前記第１の加工物品は、少なくとも前記ディスク部の基礎となるベース部と、前記ベース部から突出されて前記羽根の基礎となる突出部と、を含み、前記ベース部および前記突出部は、前記第１の加工物品に切削加工を施した時に削り取られる加工代を有するインペラの製造方法。
5. 請求項１又は請求項４の記載において、前記第２の加工物品は、前記カバーを象るベース部を有し、前記ベース部は、前記第２の加工物品に切削加工を施した時に削り取られる加工代を有するインペラの製造方法。
6. 第１のディスク部と、前記第１のディスク部と向かい合う第２のディスク部と、前記第１のディスク部と前記第２のディスク部との間に配置された複数の羽根と、を有するインペラを製造する方法であって、
   前記第１のディスク部と前記羽根とを一体した形状を象る第１の加工物品および前記第２のディスク部を象る第２の加工物品を準備し、前記第１の加工物品および前記第２の加工物品は、夫々型内に溶けた材料を充填することにより成形され、
   前記第１の加工物品および前記第２の加工物品に個々に切削加工を施すことで、前記第１のディスク部と前記羽根とが一体化された形状を有する第１の製品を成形するとともに、前記第２のディスク部に対応した形状を有する第２の製品を成形し、
   この後、前記第１の製品および前記第２の製品を互いに結合するようにしたインペラの製造方法。
7. 請求項６の記載において、前記第１の製品および前記第２の製品を互いに結合した時に、前記第１のディスク部と前記第２のディスク部との間で隣り合う前記羽根の間に流体が流れる流路が形成され、前記第１の加工物品の前記流路に対応する領域に切削加工を施すようにしたインペラの製造方法。
8. 請求項７の記載において、前記第２の加工物品の少なくとも前記流路に対応する領域に切削加工を施すようにしたインペラの製造方法。
9. 請求項６の記載において、前記第１の加工物品は、少なくとも前記第１のディスク部の基礎となるベース部と、前記ベース部から突出されて前記羽根の基礎となる突出部と、を含み、前記ベース部および前記突出部は、前記第１の加工物品に切削加工を施した時に削り取られる加工代を有するインペラの製造方法。

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