JP5378857B2 - クローズドインペラの製造法 - Google Patents

Description

本発明は、簡易な構成で、極めて正確な位置に溶着できるクローズドインペラの製造法に関する。

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）と一体としたインペラを「クローズドインペラ」と呼ぶ。

〔特許文献１〕（特開昭５３−５４３０１号）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〕（ＵＳ特許第５５３８３９５号）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[本件出願の図９（Ａ）及び（Ｂ）参照]、第４図[本件出願の図９（Ｃ）参照]、第５図[本件出願の図９（Ｄ）及び（Ｅ）参照]、第６図、第７図、〔特許文献２〕Ｆｉｇ．２ａ，Ｆｉｇ．３ａ，Ｆｉｇ．４ａ，Ｆｉｇ．４ｂ[本件出願の図８（Ｂ）参照]，Ｆｉｇ．４ｃ[本件出願の図８（Ａ）参照]，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。
（４）熱板とは、両方の樹脂を予め高温にしておき、それを互いに押し付けることで樹脂表面を溶かし、溶着する手法である。
（５）高周波とは、針金状の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の周りの樹脂を溶かし、溶着する手法である。
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では、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。

ここで、〔特許文献１〕のように、「フロントプレートと羽根が一体となった部材」と「ベースプレート」を溶着する場合について詳細に検討してみる。このような部材同士を溶着する場合、〔特許文献１〕各図に記載されているように溶着の溶着面は平面同士となっている。そして、平面同士を押し付けて超音波溶着を行うとの記載がある。さらに、該溶着には次のような特徴と制約がある。

２つの部材の平面同士を押し付けて超音波を照射することから、超音波を照射された２つの部材には微振動が生じる。この２つの部材は樹脂であり、あまり強く押し付けすぎると樹脂は力に耐えられないため、それほど大きい力で押し付けることはできない。そのため２つの部材には微振動により位置ずれが発生する。このとき、〔特許文献１〕では溶着する面が平面であるため、インペラ自体には位置ずれを抑制する手段は無く、２つの部材はそれぞれ別々に適当な方向に移動して行ってしまうものであり、後面シュラウド３と羽根部２とが相対的に径（横）方向に容易に、ずれてしまうという大きな欠点があった。この径（横）方向の位置ずれを防止するために、インペラの周方向外側には、ある程度の隙間を有してリング状の位置決め部材を設けて溶着しなければならないものであった。

また別の観点では、〔特許文献１〕第２図等に記載のように平面同士を溶着するものであるので、仮に別部分の溶着として、前面シュラウド１と羽根部２とを溶着する場合においても、前面シュラウド１を平面状のものとし、羽根部２の側端面も平面状端面として溶着するものとなるので、同様に位置決め部材を設けて溶着しなければならない点は変わらないものである。すなわち位置決め部材を使用しないで前面シュラウド１と羽根部２の側端面を溶着しようとしても、前面シュラウド１と羽根部２の径（横）方向の位置ずれが発生する恐れがあり、その径（横）方向の位置ずれによってインペラ回転時に前面シュラウド１に偏った遠心力が生じ、その偏った遠心力を支える軸受の寿命が短くなる恐れがあった。さらに、前面シュラウド１が径（横）方向にずれて配置されるため、前面シュラウド１が、ずれた方向の反対側には前面シュラウド１が、ずれた量だけ前面シュラウド１が存在しない領域が出来て、吐出性能向上のために設けられた前面シュラウド１が無い領域ができるため、ポンプ性能が低下する恐れもあった。

また、〔特許文献２〕において、Ｆig．４ｃ[本件出願の図８（Ａ）参照]、Ｆig．４ｂ[本件出願の図８（Ｂ）参照]その他の図に記載された羽根先端面１４を観察すると、図示のように溶着用の三角形状の突起が羽根先端面の全ての領域に亘って配置されている。つまり、羽根先端面の全面が溶着用の三角形状の突起となっており、逆に羽根先端面には、いわゆる平面形状に類似するような面は存在しない形状となっている。このように羽根先端面の全面に溶着用の三角形状の突起を形成し、フロントプレートと組み合わせ、超音波・振動・レーザー・熱板・高周波等の溶着手段を加えることによって、羽根先端面とフロントプレートを溶着することが可能となり、〔特許文献２〕の実施例では高周波が使用されている。

但し上記溶着方法では溶着自体は可能となったが、単に溶着可能となっただけであり、実際に実施する段階においては下記のような課題が存在した。〔特許文献２〕の溶着面には、前記溶着手段により溶着面の樹脂が溶けた状態において、超音波や振動や高周波等が加えられる状態となる時間（期間）が存在する。溶着面の樹脂が溶けた状態を微小に観察すると、羽根先端面に溶けた樹脂が存在し、その上にフロントプレートが溶けた樹脂を介して浮遊した状態となっている。このようなフロントプレートが浮遊した状態で超音波や振動や高周波等を加えるとフロントプレートが径（横）方向に容易にずれてしまうという課題があった。

このような「溶着時のフロントプレートのずれ」を防止するため、フロントプレートに近接した外周側にはフロントプレートが径（横）方向にずれないように、フロントプレートより僅かに径が大きい円周形状の位置決め部材が配置される点は〔特許文献１〕と同様である。フロントプレートとインペラの溶着時の径（横）方向のずれを減少させるためには、フロントプレートと位置決め部材のクリアランスを減少させる事が１つの手法であるが、単にクリアランスを減少させただけでは組み付け時に位置決め部材の中にフロントプレートを挿入しづらくなるため、生産性が落ちてしまうという課題があった。

また、位置決め部材を使用しないで溶着した場合、フロントプレートの重心がインペラ中心よりも外側にずれて固着されるため、ウォーターポンプ運転時にフロントプレートに偏った遠心力が生じ、その偏った遠心力を支える軸受の寿命が短くなる恐れが存在する。
更にフロントプレートが、径（横）方向にずれて配置されるため、フロントプレートが、ずれた方向の反対側にはフロントプレートが、ずれた量だけフロントプレートが存在しない領域が出来てしまい、吐出性能向上のために設けられたフロントプレートが無い領域ができるため、ウォーターポンプの吐出性能が低下するものであった。

さらに、特許文献２において、図８（Ｃ）に示すように、その羽根先端面１４の高さをＷ０とし、三角形状の突起の高さをＷ１とすると、高周波等の溶着手段を加えることで、羽根先端面とフロントプレートを溶着すると、図８（Ｄ）に示すように、その三角形状の突起の溶着度合いによって、ベースプレートとフロントプレート下面との高さは、常に一定値ではない高さＷとなってしまう欠点があった。

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）の改良による高効率化の達成と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、位置決め等の溝が無い内裁頭円錐状のフロントプレートと、下部に円板状のベースプレートを形成すると共に、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、前記フロントプレートの内面及び複数の前記羽根先端面の前記先鋭突条以外の面を中心部が高く、外周に行くほど高さが低くなる円錐状面の一部として形成すると共に、両円錐状面の円錐頂角相互が同等となるように形成しておき、前記ベースプレート付き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内面とを接触させ、そして前記フロントプレートと前記ベースプレート付き羽根との間に適宜な加圧力を加えつつ微振動を与え、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先端面に溶着することを特徴とするクローズド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２の発明を、請求項１において、前記先鋭突条の高さは略均一に形成してなることを特徴とするクローズド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又は２において、前記フロントプレート及び羽根先端面の円錐状は、円錐面として形成してなることを特徴とするクローズド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又は２において、前記フロントプレート及び羽根先端面の円錐状は、弧状円錐面として形成してなることを特徴とするクローズド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５の発明を、請求項１，２，３又は４において、前記フロントプレートの材質を、前記単位羽根板と同材質として形成してなることを特徴とするクローズド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。さらに、請求項６の発明を、請求項１，２，３又は４において、前記フロントプレートの材質を、前記単位羽根板とは異なる金属製として形成してなることを特徴とするクローズド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。

請求項１の発明においては、第１に羽根の中心に正確にフロントプレートを溶着できる。第２に溝の無いフロントプレートであっても簡易簡単に溶着できる。つまり、羽根先端面とフロントプレートを溶着して製造するクローズドインペラにおいて、羽根先端面には樹脂が溶融する起点となる三角形状の先鋭突条が設けられ、かつ羽根先端面には先鋭突条以外には円錐状面の一部となっている面が存在している。且つフロントプレートについても羽根先端面の形状に対応した円錐状面を有している。そして、振動による樹脂溶融手段により先鋭突条が溶融したときに、先鋭突条以外の羽根先端面とフロントプレート双方はまだ固体であるため、超音波等の振動手段により固体である先鋭突条以外の羽根先端面と固体であるフロントプレートの内面との双方が小刻みにぶつかり続けることで該フロントプレートは中心側に移動しようとする。つまり、中心よりずれていた前記フロントプレートが中心側に移動してくることを一般に「調芯」と呼ぶことがあり、この明細書においては、「調芯作用」と称する。図９（従来技術）（Ｃ）〜（Ｅ）のように、溝などを一切設けることなく、自ずと中心接合ができることに最大の利点がある。

「調芯作用」により、従来技術で課題となっていた、羽根とフロントプレートの径（横）方向のずれが無くなるため、製造時は、フロントプレートを羽根先端面へ案内してセットした後で、その後の溶着は、円錐状面なる羽根先端面と円錐状面なるフロントプレートとの調芯作用によってインペラの中心位置でフロントプレートを溶着することができ、製造品質及び生産性が著しく向上する。機能としても、フロントプレートが中心から、ずれて溶着されないため、重心がずれず、不均等な遠心力による回転ブレが発生しないため軸受の寿命が延びる利点がある。

また、フロントプレートが羽根をほぼ完全に覆うため、所望の吐出性能を得ることができる。樹脂が溶けるのは先鋭突条であり、羽根先端面はほとんど溶けないため、フロントプレートは羽根先端面にちょうど接する位置に固着される。すなわちフロントプレートの溶着位置を正確に決めることができる。以上のように、前述の（１）超音波、（２）振動、（５）高周波を用いた振動発生手段とすることで、本発明の効果である調芯作用を発生させることができると共に、フロントプレートと羽根とを溶着できるものである。さらに、本発明の効果を簡単に述べると、調芯作用のためにフロントプレートに位置決め等の溝が無くとも正確な位置に溶着できる利点がある。すなわちフロントプレートに溝が無いため、該フロントプレートの取り付け角度を目視等で確認せずとも、簡単に組み付けができるため、製造効率を格段に向上させることができる。

請求項２の発明においては、前記先鋭突条の高さは略均一に形成していることで、前記フロントプレートの内面と前記先鋭突条とが均一状態で接触することで効率的な溶着ができる。請求項３の発明では、形状が単純で安価にできる。請求項４の発明では、形状に自由度があり、吐出性能の更なる向上などを追及できる。また、請求項５の発明においては、前記フロントプレートの材質を、前記単位羽根板と同材質として形成していることで溶着を良好にでき、製造管理も容易である。請求項６の発明においては、前記フロントプレートの材質を、単位羽根板とは他材質の樹脂や異なる金属製として形成しても、調芯作用は容易である。更にフロントプレートの材質を金属製とすることによって同一強度ならば樹脂よりも薄くすることが可能となるため、その分羽根高さを高くすることができ、更なる吐出性能の向上を図ることができる。

（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）、（Ｄ）は羽根の一部斜視図、（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）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接して製造法を開始せんとする本発明の状態図、（Ｂ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている開始直後の本発明の状態図、（Ｃ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている中期段階の本発明の状態図、（Ｄ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている終了段階の本発明の状態図、（Ｅ）は（Ｄ）の（ア）部の拡大図である。 （Ａ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接して製造法を開始せんとする本発明の状態図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ１−Ｙ１矢視断面図、（Ｃ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている開始直後の本発明の状態図、（Ｄ）は（Ｃ）のＹ２−Ｙ２矢視断面図である。 （Ａ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている中期段階の本発明の状態図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ３−Ｙ３矢視断面図、（Ｃ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接しつつ振動を与えている終了段階の本発明の状態図、（Ｄ）は（Ｃ）のＹ４−Ｙ４矢視断面図である。 （Ａ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接して製造法を開始せんとする本発明の別の実施形態の状態図、（Ｂ）は（Ａ）による製造法にて溶着完了した断面図である。 （Ａ）は羽根頂部の突起にフロントプレートを当接して製造法を開始せんとする本発明のさらに別の実施形態の状態図、（Ｂ）は（Ａ）による製造法にて溶着完了した断面図である。 （Ａ）は円錐の斜視図、（Ｂ）は弧状円錐の斜視図である。 （Ａ）は従来技術であって、特許文献２のFig．４ｃの図、（Ｂ）は特許文献２のFig．４ｂの図、（Ｃ）はその製造法を開始せんとする状態図、（Ｄ）は特許文献２において製造した仮想状態図である。 （Ａ）は従来技術であって、特許文献１の第２図（ａ）の図、（Ｂ）は特許文献１の第２図（ｂ）の図、（Ｃ）は特許文献１の第４図、（Ｄ）は特許文献１の第５図（ａ）の図、（Ｅ）は特許文献１の第５図（ｂ）の図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至６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、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とは同一材質の合成樹脂材にて構成されている。

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。つまり、前記羽根先端面２１ａは平面ではない。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の中心を通った線であり、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。

前記先鋭突条４の高さＨ（前記羽根先端面２１ａからの高さ）は略均一である［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。さらに、正面的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１（Ｂ）参照］。前記先鋭突条４，４，・・の先端稜線が前記フロントプレート１の内面１ｂ（下面）に均一状態に接して良好なる溶着ができる。

前記先鋭突条４は、具体的には、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振動により樹脂が溶融する起点としての感度が高くなるため、三角形状の突起の先端部は鋭角のエッジの方が好ましい。また、この三角形状は、樹脂成形金型形状により作り出すため金型を加工し易い形状である必要がある。

製造方法としては、図２（Ａ），図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記ベースプレート３付き羽根２上に、前記フロントプレート１を上から載せる。このとき、前記ベースプレート３付き羽根２の外周側には該羽根２に接しないものの近接する筒状案内部材５（位置決め部材でもある）が設けられ、前記フロントプレート１の前記先鋭突条４へのセットを容易にしている。このようにセットしても、同図に示すように、ベースプレート３付き羽根２の軸芯ｍとフロントプレート１の軸芯ｎとはΔＳ１ずれていることが多い。そして、同図点線に示すように、台座６上の前記フロントプレート１を前記ベースプレート３付き羽根２上に下方向に所定圧力Ｆにて加圧する。つまり、前記フロントプレート１と前記ベースプレート３付き羽根２との間に所定圧力Ｆを加える。

この状態で、接触している前記フロントプレート１と羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・の先鋭突条４，４，・・に向けて超音波等の振動を照射する〔図２（Ａ），図３（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。すると、図２（Ｂ），図３（Ｃ）及び（Ｄ）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，・・は超音波等の振動を当て続けるに従い、次々に溶け続けて行く〔図２（Ｃ），図４（Ａ）及び（Ｂ）参照〕。そして、三角形状の先鋭突条４，４，・・が完全に溶けると〔図２（Ｄ）及び（Ｅ），図４（Ｃ）及び（Ｄ）参照〕、次に溶けようとする面は羽根先端面２１ａであり、三角形状の先鋭突条４の断面より前記羽根先端面２１ａの表面積の方が遥かに大きいため、該羽根先端面２１ａを溶かそうとすると前記先鋭突条４を溶かすよりも面積が遥かに大きいために非常に大きい超音波等の振動のエネルギーが必要とされる。

本発明では、超音波等の振動による溶着において、三角形状の先鋭突条４が完全に溶けて、次に、該先鋭突条４の根元の箇所の羽根先端面２１ａが僅かに溶けた状態で供給エネルギー不足となって、樹脂はそれ以上溶けなくなる。このように、先鋭突条４が完全に溶けて、次に、羽根先端面２１ａで表面積が一気に大きくなるため、樹脂を溶融する供給エネルギーが一気に多く必要となる仕組みに関しては、（１）超音波だけでなく、（２）振動、（５）高周波等を用いても同じであり、振動を用いた樹脂溶融手段ならば、三角形状の先鋭突条４が完全に溶けて、次に羽根先端面２１ａが僅かに溶けた状態で樹脂はそれ以上溶けなくなる点は同じである。このようにして、この溶けた樹脂は超音波等の振動の照射を止めて自然に放熱させることで、溶けた樹脂は再び自然冷却して凝固し、前記フロントプレート１と羽根先端面２１ａは互いに固着される〔図２（Ｄ）及び図４（Ｃ）参照〕。また、図２（Ａ）乃至（Ｄ）においての単位羽根板２１は、円錐頂点Ｏを通る断面図であり、その羽根先端面２１ａの面は、円錐頂角φの一部である。そこで、溶着前の単位羽根板２１の低い側の高さＨ１と高い側の高さＨ２は〔図２（Ａ）参照〕、溶着後であっても、低い側の高さＨ１と高い側の高さＨ２は変わらない〔図２（Ｄ）参照〕。つまり、溶着前の高さと溶着後の高さが変わらず、高精度のクローズドインペラを製造でき、〔特許文献２〕（ＵＳ特許第５５３８３９５号）の図８（Ｄ）に示す技術的効果とは相違している。

特に重要なことは、固着されるときに、ベースプレート３付き羽根２の軸芯ｍとフロントプレート１の軸芯ｎとが一致するという最大の利点がある。次に、この点を詳述する。まず、前記羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・及び前記フロントプレート１の内面１ｂは、円錐状面の一部として形成されている。つまり、前記フロントプレート１の円錐頂角φと前記羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・円錐頂角φとが一致した状態で、振動が与えられることで軸芯相互が一致するという作用がある。つまり、中心よりずれていた前記フロントプレート１が中心側に移動してくることを一般に「調芯」と呼ぶことがあり、この明細書においては、「調芯作用」と称する。

本発明を、さらに詳しく説明すると、円錐面の一部としての前記羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・は中心部が高く、外周に行くほど高さが低くなる円錐である。組み合わされるフロントプレート１も前記羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・の円錐面の一部に対応するように、中心部が高く、外周に行くほど高さが低くなる円錐面の一部である。三角形状の先鋭突条４，４，・・が溶けている途中において、羽根先端面２１ａ，２１ａ，・・はまだ溶け始めていない部位が存在する点に特徴がある。つまり溶融途中では羽根先端面２１ａは固体且つ硬い状態にあるということが必要である。

超音波等の振動の照射中には三角形状の先鋭突条４，４，・・が溶融し、溶融した樹脂なる該先鋭突条４，４，・が羽根先端面２１ａに存在しており、このため溶融した樹脂の上にフロントプレート１が浮遊している。この状態で超音波等の振動によりフロントプレート１に振動が加わっていて、且つ該フロントプレート１に対応した羽根先端面２１ａは固体として硬い状態のため、調芯作用により該フロントプレート１は径（横）方向にずれ無いということが本発明の特徴である。

更に言うと、羽根先端面２１ａとフロントプレート１の円錐面は中心部が高くなっているため、超音波等の振動により、溶融した樹脂により浮遊しているフロントプレート１は中心側に移動してくる。これは溶融していない固体の羽根先端面２１ａと同じく固体であるフロントプレート１同士が振動により繰り返し接触（微衝突）することにより、前記フロントプレート１に中心側への力が働き、該フロントプレート１は中心側に移動し、振動が与えられることで軸芯相互が一致する調芯作用がある。

このとき、羽根先端面２１ａの先鋭突条４以外の面とフロントプレート１の内面１ｂは互いに硬くないと振動させても中心は一致しない。これは、柔らかいと振動が吸収されてしまうため、中心に動いていこうとするエネルギーが吸収されてしまい、いわゆる調芯作用は働かない。このことは、〔特許文献２〕において、羽根先端面の全幅面が三角形状の突起だと超音波等の振動により羽根先端面の全幅面が溶けてしまい、硬い面（固体の面）が無くなってしまうため、本発明の特徴である「調芯作用」が働かないものである。

以上は、本発明の第１実施形態の構造及び製造方法について述べた。つまり、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。この点を、図７（Ａ）及び（Ｂ）の円錐などで説明する。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。

前記弧状円錐［図７（Ｂ）参照]を応用したのが、本発明の第２実施形態、第３実施形態である。つまり、図５（Ａ）及び（Ｂ）のように、断面円弧の中間が内側に凹む形状の弧状円錐タイプの第２実施形態や、図６（Ａ）及び（Ｂ）のように、断面円弧の中間が外側に膨らむタイプの第３実施形態であったとしても、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φ１，φ２が同一であれば、本発明の第１実施形態と同様に「調芯作用」は発生し、本発明の技術の範囲内である。

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。

Claims (6)

1. 位置決め等の溝が無い内裁頭円錐状のフロントプレートと、下部に円板状のベースプレートを形成すると共に、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、前記フロントプレートの内面及び複数の前記羽根先端面の前記先鋭突条以外の面を中心部が高く、外周に行くほど高さが低くなる円錐状面の一部として形成すると共に、両円錐状面の円錐頂角相互が同等となるように形成しておき、前記ベースプレート付き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内面とを接触させ、そして前記フロントプレートと前記ベースプレート付き羽根との間に適宜な加圧力を加えつつ微振動を与え、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先端面に溶着することを特徴とするクローズドインペラの製造法。
2. 請求項１において、前記先鋭突条の高さは略均一に形成してなることを特徴とするクローズドインペラの製造法。
3. 請求項１又は２において、前記フロントプレート及び羽根先端面の円錐状は、円錐面として形成してなることを特徴とするクローズドインペラの製造法。
4. 請求項１又は２において、前記フロントプレート及び羽根先端面の円錐状は、弧状円錐面として形成してなることを特徴とするクローズドインペラの製造法。
5. 請求項１，２，３又は４において、前記フロントプレートの材質を、前記単位羽根板と同材質として形成してなることを特徴とするクローズドインペラの製造法。
6. 請求項１，２，３又は４において、前記フロントプレートの材質を、前記単位羽根板とは異なる金属製として形成してなることを特徴とするクローズドインペラの製造法。

Images