JP2024060226A - 羽根車及び羽根車の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削によるブレードと外殻の一体形成を行うにあたり、加工時間の短縮と加工精度の向上を図る事のできる羽根車の製造方法を提供する。
【解決手段】ハブ１２とリング１４との間に複数のブレード１６，１８を配置して成る羽根車１０の製造方法であって、複数のブレード１６，１８のうちの半数が円周上に均等配置されるように切削してハブ１２とブレード１６とを一体形成する工程と、複数のブレード１６，１８のうちの残りの半数が円周上に均等配置されるように切削してリング１４とブレード１８とを一体形成する工程と、ハブ１２と一体形成されたブレード１６とリング１４と一体形成されたブレード１８とが、互いに隣接配置されたブレード１６，１８間に介入するように、ハブ１２とリング１４とを組み合わせる工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、羽根車に係り、特に高能率、高精度な加工を行いたい場合に好適な羽根車、及びその製造方法に関する。

車両等における原動機と減速機との間に設けられるトルクコンバータを構成するポンプやタービン、ステータにはそれぞれ、複数の羽根（ブレード）が備えられている。こうしたポンプやタービン等の羽根車は、その形態の複雑性から、種々の製造方法が検討されている。羽根車の製造方法の一例としては、特許文献１に開示されているように、羽根車を構成するシェルやホイールと呼ばれる外殻部分と、ブレードとを鋳造により一体形成するというものが知られている。鋳造による一体形成は、短時間での形成が可能となる一方で、複雑な形状を高精度に仕上げる必要が生じるため、製造コストが非常に高くなってしまうといった実状がある。

また、羽根車の製造方法としては、特許文献２に開示されているような、シェルやホイールに対してブレードをカシメや溶着により固定するといったものも知られている。この方法は、製造工程自体は簡易なものとなるが、多数のブレードを１つ１つシェルやホイールに固定するには多大な時間と労力を要することとなるといった課題がある。

このため、こうした課題を軽減するために、特許文献３には、１枚のプレートをコ字状に曲げて２枚のブレードを形成し、この２枚一体のブレードをシェルやホイールに固定するといった方法が提案されている。また、その他の製造方法としては、切削によりブレードとホイールやシェル等の外殻を一体に削り出すという方法も知られているが、多くのブレードを備える羽根車ではブレードの間隔が狭く、削り出し加工が困難であったり、膨大な加工時間を要することとなるといった課題がある。

特開２００４－２４５４１２号公報 特開２００５－７６７１９号公報 特開平９－２５７１１４号公報

そこで本発明では、切削によるブレードと外殻の一体形成を行うにあたり、加工時間の短縮と加工精度の向上を図る事のできる羽根車及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る羽根車は、一対の円環状を成す外殻部材の間に複数のブレードを配置して成る羽根車であって、前記複数のブレードのうちの半数を円周上に均等に立設させている第１外殻部材と、前記複数のブレードのうちの残りの半数を前記円周と同じ直径の円周上に均等に立設させている第２外殻部材と、を有し、前記第１外殻部材に立設された前記ブレードと前記第２外殻部材に立設された前記ブレードとが、互いに隣接して立設されたブレード間に介入するように、前記第１外殻部材と前記第２外殻部材とを組み合わせて構成されていることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する羽根車における前記ブレードの先端には突起が設けられ、前記第１外殻部材、及び前記第２外殻部材にはそれぞれ、前記突起が嵌合する凹部または貫通孔が設けられているようにすることができる。このような特徴を有する事によれば、ブレードの剛性を高めると共に、第１外殻部材と第２外殻部材とを容易且つ高精度に組み合わせることが可能となる。

また、上記課題を解決するための本発明に係る羽根車の製造方法は、一対の円環状を成す外殻部材の間に複数のブレードを配置して成る羽根車の製造方法であって、前記複数のブレードのうちの半数が円周上に均等配置されるように切削して第１外殻部材と前記ブレードとを一体形成する工程と、前記複数のブレードのうちの残りの半数が前記円周と同じ直径の円周上に均等配置されるように切削して第２外殻部材と前記ブレードとを一体形成する工程と、前記第１外殻部材と一体形成された前記ブレードと前記第２外殻部材と一体形成された前記ブレードとが、互いに隣接配置されたブレード間に介入するように、前記第１外殻部材と前記第２外殻部材とを組み合わせる工程と、を有することを特徴とする。

上記のような特徴を有する羽根車、及び製造方法によれば、切削によるブレードと外殻の一体形成を行うにあたり、加工時間の短縮と加工精度の向上を図る事ができる。

実施形態に係る羽根車の構成を示す平面図である。 図１におけるＡ－Ａ断面を示す図である。 実施形態に係る羽根車を構成するハブとブレードの形態を示す平面図である。 図３におけるＢ－Ｂ断面を示す図である。 実施形態に係る羽根車を構成するリングとブレードの形態を示す平面図である。 図５におけるＣ－Ｃ断面を示す図である。 実施形態に係るリングとブレードを削り出す母材となる鍛造材の断面形状を示す図である。 鍛造材からリングとブレードを削り出した状態を示す断面図である。 鍛造材からリングとブレードを削り出す加工工程を示す部分拡大平面図である。 羽根車を構成するハブとリングをボルトにより係合する変形例の断面形状を示す図である。

以下、本発明の羽根車及びその製造方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施するにあたっての好適な形態の一部であり、その効果を奏する限りにおいて、構成の一部に変更を加えたとしても、本発明の一部とみなすことができる。

［構成］
まず、図１から図６を参照して、本実施形態に係る羽根車の構成について説明する。なお、図面において図１は、実施形態に係る羽根車の構成を示す平面図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ断面を示す図である。また、図３は、実施形態に係る羽根車を構成するハブとブレードの形態を示す平面図であり、図４は、図３におけるＢ－Ｂ断面を示す図である。さらに、図５は、実施形態に係る羽根車を構成するリングとブレードの形態を示す平面図であり、図６は、図５におけるＣ－Ｃ断面を示す図である。

本実施形態では羽根車の一例として、トルクコンバータ用のタービンホイールを例に挙げて説明する。本実施形態に係る羽根車１０は、第１外殻部材としてのハブ１２と、第２外殻部材としてのリング１４、及びハブ１２とリング１４との間に配置された複数のブレード１６，１８を基本として構成されている。ハブ１２は、動力系の回転伝達軸（不図示）に固定可能とする円環状の外殻部材である。本実施形態では、図３、図４に示すように、ハブ１２の一方の主面（図示しないトルクコンバータ不図示の内側に配置される面）に、複数のブレード１６が立設されている。本実施形態に係る羽根車１０には、５６枚のブレード１６，１８が備えられている。これに対してハブ１２には、その半数の２８枚のブレード１６が備えられている。ブレード１６は、予め定められた円周上に均等に配置されている。

また、本実施形態では、各ブレード１６の先端に、トラニオンと呼ばれる突起１６ａを設けるようにしている。ハブ１２に対向配置されるリング１４に設けられる貫通孔２２に突起１６ａを嵌合させることで、ブレード１６の剛性を高めると共に、ブレード１８に対する位置関係の誤差を少なくし、容易に組み合わせることが可能となるからである。

従来、ブレードの端部に設ける突起は、個別に形成されたブレードを外殻部材に取付けるための要素として利用されてきた。このため、突起とこの突起を嵌入させる貫通孔、あるいは凹部を多角形（例えば四角）とすることで、ブレードの取り付け角度を定めることを可能としていた。これに対し本実施形態では、ブレード１６が削り出しによりハブに一体形成されることとなるため、取り付け角度を定める必要が無く、回転によるズレが生じる恐れもない。このため、突起１６ａの断面形状を円形とすることができる。突起１６ａの断面形状を円形とした場合には、受け側の貫通孔２２あるいは凹部（不図示）も円形とすることが可能となり、受け孔（凹部）の加工性を向上させることが可能となる。

ハブ１２には、隣接するブレード１６の間に、詳細を後述するリング１４に備えられるブレード１８の先端に設けられる突起１８ａを嵌入させる貫通孔２０が設けられている。貫通孔２０は、ブレード１６の突起１６ａが位置する円周上であって、隣接配置されている２つの突起１６ａの中点となる位置が中心となるように設けられている。

また、ブレード１６は、羽根車１０の用途や回転方向などによってその形態や配置角度を異ならせることとなるが、図３に示す形態では、内周側に最大翼厚を有する前縁が位置し、外周側に後縁が位置するように設けられている。そして、各ブレード１６には、ハブ１２を平面視した場合において、ハブの内周側から外周側に流体が流れた場合に、ハブを時計回りに回転（図中右回転）させる力が働くように傾斜角が与えられている。

リング１４は、ハブ１２に対向して配置され、ハブ１２と共にブレード１６，１８を挟み込む円環状の外殻部材（第２外殻部材）である。リング１４には、ハブ１２と同様に、その一方の主面（ハブ１２に対向配置される側の主面）複数のブレード１８が立設されている。リング１４に立設されるブレード１８の数は、ハブ１２に立設されたブレード１６の残りの半数（図５に示す例では２８枚）である。また、ブレード１８の立設は、ハブ１２に設けられているブレード１６が配置されている円周と同じ直径の円周上に均等に成される。なお、リング１４に設けられているブレード１８の先端にも、ハブ１２に設けられているブレード１６と同様に突起１８ａが設けられている。

また、リング１４にもハブ１２と同様に、隣接配置されているブレード１８間に貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２は、ブレード１８の突起１８ａが位置する円周上であって、隣接配置されている２つの突起１８ａの中点となる位置が中心となるように設けられている。

リング１４に設けられているブレード１８は、内周側に前縁、外周側に後縁が位置するように設けられている点においてハブ１２に設けられているブレード１６と一致する。一方で、付与される傾斜角は、ハブ１２に設けられているブレード１６と逆向きとなるように構成されている。互いのブレード１６，１８が向き合うようにハブ１２とリング１４を対向させた際、ブレード１６，１８の傾斜方向が一致することとなるようにするためである。

このような構成のハブ１２とリング１４は、互いに立設されているブレード１６，１８のうち、隣接配置されているブレード１６，１８間に、相手方に立設されているブレード１８，１６が介入するように対向配置して組み合わされている。そして、ハブ１２とリング１４の組み合わせにより互いに形成された貫通孔２０，２２から他方の面に突出した突起１６ａ，１８ａは、その先端部が潰されるようにカシメられることで抜け止めが図られ、ハブ１２とリング１４の係合状態が維持されることとなる。

［製造方法］
次に、上記のような羽根車の製造方法について、図７から図９を参照して説明する。図７は、リング１４とブレード１８の母材となる鍛造材３０（丸鍛造材からブレード削り出し前までの加工を行ったもの）である。本実施形態に係るリング１４とブレード１８（ハブ１２とブレード１６も同様）は、このような余肉を有する鍛造材３０を切削することで、一体形成されることとなる（図８参照）。リング１４と共に削り出されるブレード１８は上述したように、予め定められた円周上に位置するように形成される。なお、ブレード１８の先端に設けられる突起１８ａが位置する円周上には、ハブ１２のブレード１６の先端に形成される突起１６ａが嵌入する貫通孔２２が形成される。

ここで、本実施形態に係るリング１４（ハブ１２も同様）には、羽根車１０全体の半数のブレード１８を設ける構成としている。このため、全数のブレードを並べて配置する場合に比べて隣接配置されるブレード１８間の間隔が広くなる。このため、直径の大きな工具を用いて切削を行う事が可能となる。図９に示す例では最大でφｄの切削工具を用いる事が可能となる。これに対し、全数のブレードを並べて配置した場合には、隣接配置されるブレードの間隔が狭くなるため、使用可能な切削工具の直径は、φ１／２ｄよりも小さなものとなる。

切削工具は、その直径が小さくなると剛性が低くなると共に、チップ型の工具であれば１回転中に設けられる刃の数も少なくなる。このため、切削工具の直径が大きくなった場合には、１回の送りで切削できる範囲が広くなることはもちろん、送り速度や、切り込み量の許容範囲も大きくなり、加工速度を各段に向上させることができるようになる。また、切削工具の剛性が高まる事により、切削時に生じる工具の逃げが少なくなる。このため、加工精度の向上を図る事もできる。

母材からのリング１４とブレード１８の削り出しと前後、あるいは同時に、ハブ１２とブレード１６の削り出しも行われる。ハブ１２とブレード１６の削り出しについては図示しないが、リング１４とブレード１８の削り出しと同様に、複数のブレード１６が予め定められた円周上に均等配置されることとなるように形成される。また、隣接配置されたブレード１６間に位置するハブ１２には、リング１４のブレード１８の先端に設けられた突起１８ａが嵌入する貫通孔２０が形成される。

［効果］
上記のような構成の羽根車１０を上記のような方法で製造することによれば、切削によるブレードと外殻の一体形成を行うにあたり、加工時間の短縮と加工精度の向上を図る事が可能となる。

［変形例］
上記実施形態では、ハブ１２とリング１４の係合について、貫通孔２０，２２から突出させた突起１６ａ，１８ａをカシメる事により成す旨記載した。しかしながら、ハブ１２とリング１４の係合は、図１０に示すように、ボルト３２による係合としても良い。このような方法であってもハブ１２とリング１４を確実に係合させることができるからである。なお、ボルト３２による係合を行う場合には、ブレード１６，１８の先端に突起１６ａ，１８ａを設ける必要は無く、突起１６ａ，１８ａの代わりに雌ネジ穴１６ｂ，１８ｂを設けるようにする。

上記実施形態では、羽根車１０についてトルクコンバータ用と説明していたが、本発明に係る羽根車は、隣接配置されるブレードの隙間が小さくなる羽根車全般に適用することができる。

１０………羽根車、１２………ハブ、１４………リング、１６，１８………ブレード、１６ａ，１８ａ………突起、１６ｂ，１８ｂ………雌ネジ穴、２０，２２………貫通孔、３０………鍛造材。

Claims (3)

1. 一対の円環状を成す外殻部材の間に複数のブレードを配置して成る羽根車であって、
   前記複数のブレードのうちの半数を円周上に均等に立設させている第１外殻部材と、
   前記複数のブレードのうちの残りの半数を前記円周と同じ直径の円周上に均等に立設させている第２外殻部材と、を有し、
   前記第１外殻部材に立設された前記ブレードと前記第２外殻部材に立設された前記ブレードとが、互いに隣接して立設されたブレード間に介入するように、前記第１外殻部材と前記第２外殻部材とを組み合わせて構成されていることを特徴とする羽根車。
2. 前記ブレードの先端には突起が設けられ、前記第１外殻部材、及び前記第２外殻部材にはそれぞれ、前記突起が嵌合する凹部または貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の羽根車。
3. 一対の円環状を成す外殻部材の間に複数のブレードを配置して成る羽根車の製造方法であって、
   前記複数のブレードのうちの半数が円周上に均等配置されるように切削して第１外殻部材と前記ブレードとを一体形成する工程と、
   前記複数のブレードのうちの残りの半数が前記円周と同じ直径の円周上に均等配置されるように切削して第２外殻部材と前記ブレードとを一体形成する工程と、
   前記第１外殻部材と一体形成された前記ブレードと前記第２外殻部材と一体形成された前記ブレードとが、互いに隣接配置されたブレード間に介入するように、前記第１外殻部材と前記第２外殻部材とを組み合わせる工程と、を有することを特徴とする羽根車の製造方法。

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