JP5633739B2 - 羽根車の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のブレードを本体の周方向に並設した羽根車の成形装置に関する。このような羽根車は、任意の駆動源によって回転駆動されて水その他の流体を送り出すポンプや、作動流体によって回転駆動されるガスタービンエンジンなどの軸流回転機械に適用される。

この種の羽根車に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１は、エンジンの過給機用羽根車をロストワックス鋳造法で製造する技術に関しており、鋳造に用いる消失性雛形を射出成形するための金型に関する記述もある。

この金型では、羽根車の径方向と垂直な平面に沿った断面形状が羽根車の回転軸心に対して傾斜したブレード面の成形を可能にするために、同ブレード面を成形するための中子を、羽根車の径方向に移動可能なスライド支持具に対して、羽根車の径方向に沿った軸心廻りで回転自在に支持させた回転スライド式の中子としている。

射出成形後には、スライド支持具を羽根車の径方向外向きに移動すると、中子は羽根車の径方向に沿った軸心廻りで回転しながら成形面から径方向外向きに離間される。

また、周方向に多数並んだ複数の中子を径方向外向きに同時に脱型するための機構として、スライド支持具の下面と係止した湾曲状のカム面を周方向に多数備えたカム板が、羽根車の回転軸芯廻りで回動可能に設けられている。

ＷＯ２００５／１１６４５４号公報（００１９段落、図７）

しかし、特許文献１に記された成形技術では、脱型時に中子が抵抗なく回転できるようにベアリングなどを用いた精巧で複雑な中子構造を用いる必要があり、また、射出前に各中子を一定の角度で位置決めしておく機構も必要となるため、装置の製造コストが高くなり易いという問題があった。

また、特許文献１に記された成形技術では、複数の中子を同時に脱型するには、前述したカム板を羽根車の回転軸芯廻りで回転させる必要があるため、羽根車のブレードの先端側などを閉鎖する可動型を成形後に上方に移動させる軸方向の駆動源を兼用することは困難であった。また、中子を径方向に移動させる目的で羽根車の径方向に大きな設置スペースを必要とするという問題もあった。

本発明の目的は、上に例示した従来技術による羽根車の成形技術が与える課題に鑑み、装置の製造コストを抑制し易い羽根車の成形方法及び成形装置を提供することにある。本発明の他の目的は、少数の駆動源で実施可能な羽根車の成形方法及び成形装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、羽根車の径方向に余り大きな設置スペースを必要としない羽根車の成形装置を提供することにある。

本発明による羽根車の成形装置の第１の特徴構成は、
回転方向の一方側に外周側と内周側とで異なる傾斜角度で傾斜した複数のブレードが本体の一方側の面における周方向に並設された羽根車の製造に関し、
前記ブレードの片側を成形する第１型と、
前記第１型に対向し、型締めする第２型と、
前記ブレードに対して前記第１型側に設けられ、羽根車の外周側から内周側に向かって延出する中子回動軸心の周りに回動操作可能な中子と、
前記第１型と前記第２型と前記中子とで形成されたキャビティに樹脂を注入する樹脂射出機構と、
前記樹脂の硬化後に、少なくとも第１型を開放し、前記中子を前記中子回動軸心の周りに回動させることで前記中子を樹脂成形品から離間させる脱型機構と、を備え、
前記脱型機構が、
前記樹脂成形品を羽根車の回転軸芯に沿って前記第１型から離間する第１方向に移動させるよう前記樹脂成形品の下側に設けた成形品支持体と、
前記中子を羽根車の外周側から支持しつつ、前記成形品支持体の動作途中に前記中子を前記中子回動軸心周りで動作させる回動部材とを備え、
前記回動部材に、前記第１方向に移動される第１支持部材によってスライド可能に枢支される部位と、前記成形品支持体と一体的に動作しつつ前記第１支持部材と相対移動可能な第２支持部材によって枢支される部位とを設け、
前記第２支持部材を、前記第１方向に沿って前記第１支持部材よりも速く動作させることで、前記回動部材を回動させる増速機構を備えた点にある。

上記の特徴構成による成形装置では、中子を羽根車の外周側から内周側に向かって延びる中子回動軸心の周りに回動させることで、中子が樹脂成形品から離間されるので、簡単な構成の中子脱型機構で済む。また、中子を中子回動軸心廻りで羽根車の軸心方向に向けて離間させることができるので、中子を径方向外向きに離間させて脱型させる構成に比して、羽根車の径方向に余り大きな設置スペースを必要としない。

また、本構成であれば、成形品支持体によって樹脂成形品を第１方向に移動させる工程の途中までは、中子を支持した回動部材も成形時の姿勢のまま樹脂成形品と一体的に移動することで、ブレードを設ける側を成形する第１型が相対的に開放され、中子を羽根車から離間させるための退避用空間が得られる。次に、成形品支持体によって樹脂成形品を第１方向に移動させる工程の途中からは、回動部材が中子を中子回動軸心周りで回動させることで、第１方向に移動中の樹脂成形品から離間される。すなわち、本構成では樹脂成形品の押上げと中子の回転動作とを同時に行うことで作業効率が高められる。

また、本構成であれば、第１支持部材と第２支持部材とを同じ方向に動かすように構成しておき、動作の速度を異ならせることで回動部材を回動させることができるので、装置の構成が簡単になる。また、本構成では、第１支持部材の動作速度を維持しながら、第２支持部材を第１支持部材よりも高速で動作させることができるため、型の温度低下を防止でき、成形時間（例えば、型からの成形品の脱型時間）を短縮できる。

本発明の他の特徴構成は、
前記増速機構が前記第１支持部材に枢支された梃子部材を有し、
前記第１支持部材の前記第１方向への直線動作に際して、前記梃子部材の一端の成形装置本体の一部との当接に伴う前記梃子部材の回動によって、前記梃子部材の他端が前記第２支持部材を前記第１方向に加速動作させる点にある。

本構成であれば、第１支持部材が第１方向に沿って直線状に移動されると、その第１方向の途中からは、梃子部材の他端によって第２支持部材が自動的に第１方向に加速される。このように、第１支持部材のみを駆動させるだけで第２支持部材を連動させることでき、増速機構を合理的に構成できた。

本発明の他の特徴構成は、
前記第１支持部材は、前記第１方向に沿って往復移動操作される第１可動盤と、前記第１可動盤に環状に立設された複数の補助ロッドとを備え、
前記第２支持部材は、前記第１可動盤に対して前記第１方向に沿って相対移動自在に支持された第２可動盤と、前記第２可動盤に環状に立設された複数の主ロッドとを備え、
互いに隣接した前記補助ロッドと前記主ロッドとの各先端の間に前記回動部材が枢支されている点にある。

本構成であれば、ブレードの枚数に対応した数の補助ロッドと主ロッドとを、それぞれ第１可動盤と第２可動盤とに設けておくことで、複数のブレードを成形するために必要な数の中子を、成形位置と樹脂成形品から離間した脱型位置との間で同時に移動操作できる。

本発明に係る成形装置の要部の２つの状態を示す斜視図である。 本発明に係る成形装置の要部を示す平面図である。 本発明に係る成形装置の要部を示す破断側面図である。 本発明に係る成形方法を示す側面図である。 本発明に係る成形方法を示す側面図である。 本発明に係る成形方法を示す側面図である。 図１から樹脂成形品を除いた状態を示す斜視図である。 成形方法の各段階を模式的に示す一部破断側面図である。

以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図１にウォーターポンプ用の羽根車５０を樹脂の射出成形によって製造するための成形装置８０を示す。このウォーターポンプ（不図示）は、例えば車両のエンジンを冷却する冷却水循環用のポンプとして用いられる。

（成形装置の構成）
図１（ｂ）に例示するように、羽根車５０は円筒状の本体５１と、本体５１の内面に一体形成された８枚のブレード５２とを有する。本体５１の円筒部５１Ａの下端からは円板状のフランジ部５１Ｂが一体的に延出されている（図８を参照）。円筒部５１Ａの内面とフランジ部５１Ｂの下面とは、羽根車５０の軸心Ｘ１と対向する滑らかな環状の湾曲面によって接続されている。ブレード５２は円筒部５１Ａの内面の一部から前記湾曲面を経てフランジ部５１Ｂの下面の縁部まで延出され、特に円筒部５１Ａの内面から前記湾曲面においては、軸心Ｘ１に対して周方向の一方側に傾斜している。

図３に示すように、成形装置８０は、平板状の基台１と、基台１の上面から上方に立設された平面視で概して矩形の壁部２と、壁部２の上端どうしを接続するように設置された卓状部材３とを備える。図５に示すように、卓状部材３の上面中央には、羽根車５０の本体５１を射出成形するための下部外型３Ａ（第１型の一例）が設けられている。下部外型３Ａには、羽根車５０の中心部を貫通する空間を形成するためのボス部（不図示）が、軸心Ｘ１に沿って上方に突出形成されている。下部外型３Ａはブレード５２の片側を成形する第１型に相当する。

羽根車５０を射出成形するための金型セットは、この下部外型３Ａの他に、下部外型３Ａの上方に射出用のキャビティを形成するための上部外型４（第２型の一例）と、同キャビティの内部に進入してブレード５２の傾斜したブレード面５２Ａを形成するための中子５（図２を参照）とを含む。上部外型４は下部外型３Ａに対向する第２型に相当する。

上部外型４は、駆動操作装置（不図示）によって、下部外型３Ａの上面に密着状に配置された成形位置（図４を参照）と、下部外型３Ａから上方に撤去された脱型位置との間で移動操作される。中子５をその成形位置と脱型位置との間で移動操作する機構については後述する。

基台１と卓状部材３との間には、油圧などの力で上下方向に往復駆動される駆動シャフト６０の上端に支持された板状の第１可動盤６（第１支持部材の一例）が配置されている。第１可動盤６の上面には、やはり板状の第２可動盤７（第２支持部材の一例）が配置されている。第２可動盤７の上面には、成形済みの羽根車５０を下部外型３Ａから上方に押し上げるための８本の突き出しピン１５（成形品支持体の一例）が立設されている。また、第２可動盤７と卓状部材３の間には、第２可動盤７を第１可動盤６に向けて押し下げる方向の付勢力を備えた少なくとも一対の圧縮バネ２０が介装されている。

第１可動盤６の上面には、鉛直方向に延びた８本の補助ロッド９（第１支持部材の一例）が軸心Ｘ１を中心として環状に等間隔で立設されている。第２可動盤７の上面には、鉛直方向に延びた８本の主ロッド１０（第２支持部材の一例）がやはり軸心Ｘ１を中心として環状に等間隔で立設されている。補助ロッド９と主ロッド１０とは、互いに共通の円状に沿って交互に並設されている。また、第２可動盤７の上面には複数本の案内ロッド８が垂直に立設されており、卓状部材３には案内ロッド８の上下移動を案内する貫通孔が形成されている。
補助ロッド９、主ロッド１０及び突き出しピン１５は、卓状部材３に個々に形成された案内開口部を介して、下部外型３Ａよりも上方まで到達可能となっている。

図２に示すように、互いに隣接した補助ロッド９と主ロッド１０の各上端の間には、平面視で概してＨ字状の回動リンク１２（回動部材の一例）が枢支されている。回動リンク１２は、軸心Ｘ１に関して外側の外リンク部１２Ａと内側の内リンク部１２Ｂとが中間部１２Ｃによって連結された形態を備え、補助ロッド９及び主ロッド１０は、側面視でいずれも矩形の外リンク部１２Ａと内リンク部１２Ｂとの間に介装されている。

回動リンク１２は、補助ロッド９に対しては、回動リンク１２の一端に移動不能に固定された固定枢支ピン１３Ａを介して枢支されている。他方、回動リンク１２は、主ロッド１０に対しては、回動リンク１２に形成された長孔１２Ｈに移動自在に支持された可動枢支ピン１３Ｂを介して回動リンク１２の長手方向にスライド可能に枢支されている。補助ロッド９と主ロッド１０との平行状態を維持したままで回動リンク１２の姿勢変更が可能となるように、長孔１２Ｈは回動リンク１２の長手方向、第１可動盤６が基台１の上面に載置された成形位置では概して水平に延びている。

前述した中子５は、内リンク部１２Ｂの内側側面から軸心Ｘ１付近に向かって垂直に延びた支持アーム１４の先端に取り付けられている。図７に示すように、中子５は、支持アーム１４から軸心Ｘ１付近に向かって直線状に延びた基端部５Ａと、基端部５Ａから平面視で時計廻りに羽根車５０の円筒部５１Ａの内周面に沿って湾曲状に延びた先端部５Ｂとを備えている。基端部５Ａはフランジ部５１Ｂの下面外周付近の本体５１とブレード５２とを成形し、先端部５Ｂはフランジ部５１Ｂの下面内周付近から円筒部５１Ａの内周面までの範囲で本体５１とブレード５２とを成形する。先端部５Ｂの下面には、成形時に樹脂からの圧力で先端部５Ｂが弾性変形することを抑制するため、下部外型３Ａと係合する突起（不図示）が形成されている。

図８（ｂ）に示すように、支持アーム１４は回動リンク１２の周方向に関する中央よりも長孔１２Ｈ寄りに配置されており、中子５は支持アーム１４の先端から主ロッド１０寄りに且つ上方寄りに延びている。その結果、中子５の先端部５Ｂは長孔１２Ｈと固定枢支ピン１３Ａの中間付近で且つ固定枢支ピン１３Ａよりも上方に配置されている。特に、中子５の先端部５Ｂの上端部は、固定枢支ピン１３Ａの中心（後述する中子回動軸心Ｘ３）を中心とする円弧に沿って延びた状態となっている。

複数のブレード５２及び中子５Ｂ（５）は、図１に示すように、実際には羽根車５０の軸心Ｘ１廻りに環状に並設されているが、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）では、複数のブレード５２及び中子５Ｂ（５）が、便宜的に紙面に沿って直線状に展開された状態で示されている。

また、図６に示すように、第１可動盤６の外周付近には、少なくとも一対の梃子部材１６（増速機構の一部）が、第１可動盤６の周方向に沿った軸心Ｘ２廻りで揺動自在に支持されている。梃子部材１６は、軸心Ｙから外径側に延設された外アーム部１６Ａと、軸心Ｙから内径側に延設された内アーム部１６Ｂとを備える。外アーム部１６Ａの先端にはコロ１７Ａが、内アーム部１６Ｂの先端にはコロ１７Ｂがそれぞれ回転自在に支持されている。内アーム部１６Ｂは外アーム部１６Ａよりも十分に長く形成されている。
壁部２の内面には、駆動シャフト６０による第１可動盤６の上下の往復移動における外側のコロ１７Ａの軌跡と干渉する下向きの当接面２Ａ（増速機構の一部）が設けられている。

（成形方法）
樹脂の注入は、図４に示すように、第１可動盤６が基台１の上面に載置された状態で、上部外型４が下部外型３Ａの上面に密着配置された状態で型締めされて行われる。この状態で、上部外型４と下部外型３Ａのボス部の外周との間に概して環状のキャビティが形成される。

また、この状態では、図７（ａ）に示すように、回動リンク１２はいずれも水平な姿勢に維持されており、下部外型３Ａのボス部の外周に沿って８個の中子５が環状に並んでいる。ここでは、図８（ａ）に示すように、中子５は水平面に対して比較的小さな傾斜角を示し、下部外型３Ａの上面と上部外型４の下面との双方に当接されている。樹脂は樹脂注入ゲート（不図示）から、ボス部を含む下部外型３Ａ、上部外型４、中子５の三者によって形成されるキャビティに注入される。

次に、樹脂の硬化後に上部外型４が上方に開放される（脱型第１工程）。その後、駆動シャフト６０によって第１可動盤６を一定速度で押し上げていくと、図５に示すように、あるとき梃子部材１６の外側のコロ１７Ａが壁部２の当接面２Ａと当接開始する。当接開始の直前までを脱型第２工程と呼んでおく。脱型第２工程では、第１可動盤６と第２可動盤７とが駆動シャフト６０と一体的に上昇するので、８本の突き出しピン１５、８本の補助ロッド９、８本の主ロッド１０の全てが、駆動シャフト６０と同様に上昇する。

その結果、樹脂成形品としての羽根車５０が、８本の突き出しピン１５によって下部外型３Ａから持ち上げられる。同時に、補助ロッド９と主ロッド１０とによって支持されている回動リンク１２も水平な姿勢を保ちながら上昇するため、中子５も樹脂注入時と同じ傾斜姿勢のまま羽根車５０と一体的に上昇する。図５及び図８（ｂ）は脱型第２工程の最終段階に対応した状態を示す。

次に、コロ１７Ａが壁部２の当接面２Ａと当接開始した後、さらに駆動シャフト６０が第１可動盤６を押し上げていくと、図６に示すように、梃子部材１６の揺動を伴いながら、第１可動盤６が上死点まで上昇する。コロ１７Ａと当接面２Ａとの当接開始から第１可動盤６が上死点まで移動する工程を脱型第３工程と呼んでおく。

脱型第３工程では、梃子部材１６の揺動に基づいて、梃子部材１６の外アーム部１６Ａが、第２可動盤７を圧縮バネ２０の付勢力に抗して第１可動盤６から上方に上昇させる現象が生じる。その結果、第２可動盤７に設けられた突き出しピン１５及び主ロッド１０は比較的高速で上昇するのに対して、第１可動盤６に設けられた補助ロッド９は、突き出しピン１５及び主ロッド１０よりも小さな速度で上昇する。その結果、図６に示すように、回動リンク１２は、固定枢支ピン１３Ａの中心と一致した中子回動軸心Ｘ３廻りに、主ロッド１０に対して下方に回動操作される。図６、図７（ｂ）及び図８（ｃ）は脱型第３工程の最終段階に対応した状態を示す。

このような回動リンク１２の単純な回動操作に基づいて、回動リンク１２の内側に支持アーム１４を介して支持された中子５が、羽根車５０の成形済みのブレード面から斜め下方に離間される。したがって、脱型方向に沿った軸心廻りで中子が抵抗なく回転できるようにベアリングなどを用いた中子構造を用いる必要がないため、成形装置を低コストで作製できる。尚、羽根車５０の各ブレード５２を構成する上下のブレード面は、回転軸芯Ｘに対して周方向の一方側に羽根車５０の外周側と内周側とで異なる傾斜角度で傾斜している。しかし、ブレード面の形状と中子回動軸心Ｘ３の位置とは、脱型第３工程において中子５が中子回動軸心Ｘ３廻りで回動操作される際に中子５の各点が最初にたどる円弧が、羽根車５０の外周側から内周側までの任意の点におけるブレード面の傾斜角度に沿うように設定されている。そのため、脱型第３工程によって中子５は円滑にブレード面から離間される。

中子５の脱型完了後は、突き出しピン１５の上端に載置された状態の成形済みの羽根車５０を取り上げることができる。
引き続き、駆動シャフト６０が第１可動盤６を降下させていくと、脱型第３工程と脱型第２工程とを逆向きにたどるように、先ず、コロ１７Ａと当接面２Ａとの当接が維持される間は、圧縮バネ２０によって下向きに付勢されている第２可動盤７が、梃子部材１６作用で第１可動盤６よりも高速で降下されることで、回動リンク１２が水平姿勢に戻る。次に、コロ１７Ａが当接面２Ａから離間する時点からは、第２可動盤７と第１可動盤６とが同じ速度で降下されることで、中子５が下部外型３Ａに接当した成形位置に戻される。そこで、上部外型４を下部外型３Ａの上面に密着配置して型締めすると、次の樹脂注入が可能となる。

〔別実施形態〕
〈１〉回動リンク１２に長孔１２Ｈを設けた形態の代わりに、補助ロッド９に長孔を設けた形態や、補助ロッド９の先端側が主ロッド１０の先端に近接するように弾性変形する形態で実施してもよい。

〈２〉上記の実施形態では、ブレードが本体の内面側を中心に配置された内羽根式の羽根車の製造技術について記しているが、本発明をブレードが本体の外面側を中心に配置された外羽根式の羽根車の製造技術に適用することも可能である。

〈３〉上記の実施形態では、固定枢支ピン１３Ａの中心及び中子回動軸心Ｘ３は羽根車５０の回転軸芯Ｘと垂直な平面（水平面）に沿って延出しているが、固定枢支ピン１３Ａの中心及び中子回動軸心Ｘ３が水平に対して外向き又は内向きに傾斜した形態で実施してもよい。

複数のブレードが本体の周方向に並設された羽根車を成形するための装置に関する技術として利用できる。

２Ａ 当接面
３ 卓状部材
３Ａ 下部外型（第１型）
４ 上部外型（第２型）
５ 中子
６ 第１可動盤（第１支持部材）
７ 第２可動盤（第２支持部材）
９ 第１ロッド（第１支持部材）
１０ 第２ロッド（第２支持部材）
１２ 回動リンク（回動部材）
１４ 支持アーム
１６ 梃子部材（増速機構）
１６Ａ 外アーム部
１６Ｂ 内アーム部
１７Ａ コロ（外側、被操作部）
１７Ｂ コロ（内側、操作部）
５０ 羽根車（樹脂成形品）
５１ 本体
５１Ａ 円筒部
５１Ｂ フランジ部
５２ ブレード
５２Ａ ブレード面
６０ 駆動シャフト（駆動源）
８０ 成形装置
Ｘ１ 軸心（羽根車）
Ｘ３ 中子回動軸心

Claims (3)

1. 回転方向の一方側に外周側と内周側とで異なる傾斜角度で傾斜した複数のブレードが本体の一方側の面における周方向に並設された羽根車の製造に関し、
   前記ブレードの片側を成形する第１型と、
   前記第１型に対向し、型締めする第２型と、
   前記ブレードに対して前記第１型側に設けられ、羽根車の外周側から内周側に向かって延出する中子回動軸心の周りに回動操作可能な中子と、
   前記第１型と前記第２型と前記中子とで形成されたキャビティに樹脂を注入する樹脂射出機構と、
   前記樹脂の硬化後に、少なくとも第１型を開放し、前記中子を前記中子回動軸心の周りに回動させることで前記中子を樹脂成形品から離間させる脱型機構と、を備え、
   前記脱型機構が、
   前記樹脂成形品を羽根車の回転軸芯に沿って前記第１型から離間する第１方向に移動させるよう前記樹脂成形品の下側に設けた成形品支持体と、
   前記中子を羽根車の外周側から支持しつつ、前記成形品支持体の動作途中に前記中子を前記中子回動軸心周りで動作させる回動部材とを備え、
   前記回動部材に、前記第１方向に移動される第１支持部材によってスライド可能に枢支される部位と、前記成形品支持体と一体的に動作しつつ前記第１支持部材と相対移動可能な第２支持部材によって枢支される部位とを設け、
   前記第２支持部材を、前記第１方向に沿って前記第１支持部材よりも速く動作させることで、前記回動部材を回動させる増速機構を備えた羽根車の成形装置。
2. 前記増速機構が前記第１支持部材に枢支された梃子部材を有し、
   前記第１支持部材の前記第１方向への直線動作に際して、前記梃子部材の一端の成形装置本体の一部との当接に伴う前記梃子部材の回動によって、前記梃子部材の他端が前記第２支持部材を前記第１方向に加速動作させる請求項１に記載の羽根車の成形装置。
3. 前記第１支持部材は、前記第１方向に沿って往復移動操作される第１可動盤と、前記第１可動盤に環状に立設された複数の補助ロッドとを備え、
   前記第２支持部材は、前記第１可動盤に対して前記第１方向に沿って相対移動自在に支持された第２可動盤と、前記第２可動盤に環状に立設された複数の主ロッドとを備え、
   互いに隣接した前記補助ロッドと前記主ロッドとの各先端の間に前記回動部材が枢支されている請求項１または２に記載の成形装置。

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