JP5728589B2 - インペラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インペラの製造方法に関する。

インペラは、例えば、圧縮機やポンプに用いられる。この種のインペラは、一般に、小型で高効率であることが求められ、その要求に適合する形状に設計されることが望ましい。インペラから流体に効率よく運動エネルギーを与えるためには、インペラの羽根と流体との接触面積が大きいほど有利である。そのため、高効率を求めれば、羽根が大きくなる。さらに、流体の入口から出口まで連続的にインペラの形状を変化させ、以上の要求を満たしながら、小型化を図ろうとすれば、羽根が重なり合うような形状となる。

このような形状のインペラを製造するときには、多軸の工作機械を用い、ブロック状の材料から削り出すことが行われている（下記特許文献１参照）。

しかし、多軸の工作機械を用いた場合には、加工時間が長く、製造効率が低いだけでなくコストも高い。

このため、量産品として生産性を高めるために、金型を用いてインペラを成形（樹脂、鋳造を含む）しようとしても、形状的に離型することができない。このため、インペラを金型を用いて成形することができない。ロストワックス法などの成形法を用いれば、成形自体は可能であるが、高価であるため、量産品のインペラに適用することは事実上困難である。

日本国特開２０１０−２６９４１７号公報 日本国特開２００４−２３２５２５号公報

本発明の実施形態は、金型を用いて成形することができ、これにより、低コストで製造することのできるインペラの製造方法を提供する。

また、本発明の実施形態は、製造容易で高い強度を有すると共に回転精度の高いインペラを提供する。

図１（ａ）は、第１実施形態に係るインペラの第１インペラ部品斜め前方から見た斜視図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係るインペラの第２インペラ部品を斜め前方から見た斜視図である 図１（ａ）および図１（ｂ）に示す第１インペラ部品と第２インペラ部品とを、同一軸線上にかつ位相を合わせて配置した状態を示す斜視図である。 図２に示す第１インペラ部品と第２インペラ部品とを合体してインペラを構成した状態を示す斜視図である。 図３に示すインペラの背面図である。 図１（ａ）に示す第１インペラ部品の成形に用いる金型のパーティングラインおよび型抜き方向を示す説明図である。 図１（ｂ）に示す第２インペラ部品の成形に用いる金型のパーティングラインおよび型抜き方向を示す説明図である。 図６に示す金型のスライドの型抜き方向を示す説明図である。 図３に示すインペラの羽根の突き合わせ部分の一例を示す拡大斜視図である。 図３に示すインペラの羽根の突き合わせ部分の他の例を示す拡大斜視図である。 図１０（ａ）は、第２実施形態に係るインペラの第１インペラ部品を斜め前方から見た斜視図である。図１０（ｂ）は、第２実施形態に係るインペラの第２インペラ部品を斜め前方から見た斜視図である。 図１０に示す第１、第２インペラ部品を合体して構成したインペラの背面図である。 図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、第３実施形態に係るインペラの第２インペラ部品を前方から見た成形時における平面図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、図１２に示す第２インペラ部品の成形に用いる金型を示す斜視図である。 図１４（ａ）は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す金型のうちの回転型の平面図である。図１４（ｂ）は、回転型の斜視図である。 図１５（ａ）は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す金型のうちの上型の平面図である。図１４（ｂ）は、上型の底面図である。 図１６（ａ１）、図１６（ｂ１）、図１６（ｃ１）、図１６（ｄ１）、図１６（ｅ１）は、回転型を離型する過程を示す平面図である。図１６（ａ２）、図１６（ｂ２）、図１６（ｃ２）、図１６（ｄ２）、図１６（ｅ２）は、回転型を離型する過程を示す側面図である。 図１７（ａ）は、図１６（ａ１）に示す回転型の拡大平面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の部分拡大平面図である。 図１８（ａ）は、図１６（ｃ１）に示す回転型の拡大平面図である。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の部分拡大平面図である。 図１９（ａ）は、図１６（ｅ１）に示す回転型の拡大平面図である。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の部分拡大平面図である。 第４実施形態のインペラを示す斜視図である。 第４実施形態のインペラの説明的断面図である。 第４実施形態の第１インペラ部材の平面図である。 第４実施形態のインペラの分解状態の説明的断面図である。 図２４（ａ）と図２４（ｂ）とは、第４実施形態の接合工程を示すインペラの要部の説明的断面図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）〜図４は、第１実施形態に係るインペラ１ならびに、インペラ１を構成する第１インペラ部品２および第２インペラ部品３を示す図である。

図１（ａ）〜図４に示すように、インペラ１は、後面に配置される台座１０と、台座１０の前面中央側から前方へ突出する軸部１５と、台座１０の前面から前方へ張り出すとともに、軸部１５の外周面から側方へ張り出す複数枚の羽根２０（具体的には、５枚の羽根２１〜２５）と、を備える。以下、複数枚の羽根を区別することなく説明する場合には符号２０を使用し、各羽根を区別して説明する場合には符号２１〜２５を使用する。

インペラ１は、図３に示すように、軸方向前方から見て複数枚の羽根２０が前後に重なり合って配設されている。具体的には、軸方向前方から見て、羽根２１の約半分は羽根２２の背後に隠れ、羽根２２の約半分は羽根２３の背後に隠れ、羽根２３の約半分は羽根２４の背後に隠れ、羽根２４の約半分は羽根２５の背後に隠れ、羽根２５の約半分は羽根２１の背後に隠れている。この形状のインペラ１は、型抜きが実際にはできないため、単体として金型で成形することはできない。

そこで、インペラ１は、第１インペラ部品２と、第２インペラ部品３との、２部品に分割して構成される。この際、ただ単に、インペラ１全体を軸方向に対して垂直な分割面で分割するのではない。各羽根２０が軸方向前方から見て手前側と奥側とに分割されるように、各羽根２０を半径方向にほぼ沿った分割線によって２分割する。

具体的には、図３に示すように、羽根２１を手前側（手前羽根）２１Ｆと奥側（奥羽根）２１Ｒとに分割する。羽根２２を手前側（手前羽根）２２Ｆと奥側（奥羽根）２２Ｒとに分割する。羽根２３を手前側（手前羽根）２３Ｆと奥側（奥羽根）２３Ｒとに分割する。羽根２４を手前側（手前羽根）２４Ｆと奥側（奥羽根）２４Ｒとに分割する。羽根２５を手前側（手前羽根）２５Ｆと奥側（奥羽根）２５Ｒとに分割する。

手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆは、軸部１５の外周面から側方へ張り出す。奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒは、台座１０の前面から前方へ張り出す。これにともない、台座１０および軸部１５も分割する。台座１０と軸部１５とを、軸方向に沿って分割する。すなわち、軸部１５を、その後端が台座１０を貫通してその後面に至る長さとする。

図４に示すように、軸部１５の外周面は、５枚の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆが張り出すのに適するように、例えば、五角形を基本として必要に応じて変形した形状に形成される。軸部１５の中心部には、中心軸線を貫通して軸孔１６が形成される。軸孔１６は、インペラ１を支持する回転軸（図示省略）を挿通して固定するための孔である。台座１０の中央部には、軸部１５の後部を軸方向に沿って収容する収容穴１１が形成される。収容穴１１の形状は、軸部１５の外周面の形状に対応する。

第１インペラ部品２は、図１（ａ）に示すように、中心部に軸孔１６を有する軸部１５と、軸部１５の外周面から側方へ張り出す５枚の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆとが一体に構成される。第２インペラ部品３は、図１（ｂ）に示すように、中央部に収容穴１１を有する台座１０と、台座１０の前面から前方へ張り出す５枚の奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒとが一体に構成される。

ここで、羽根２１〜２５を手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆと奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒとに分割する分割位置について説明する。羽根２１〜２５のこの種の分割位置に、特に制限はない。例えば、手前羽根２１Ｆの一部がなお手前羽根２２Ｆの背後に隠れるような位置関係で、羽根２１〜２５が分割されることは可能である。しかし、本実施形態では、５枚全部の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆは、軸方向前方から見て互いに重なり合わない。同様に、５枚全部の奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒも、軸方向前方から見て互いに重なり合わない。

つぎに、上記のようなインペラ１の製造方法について説明する。このインペラ１の製造方法は、２部品に分割したうちの一方のインペラ部品を成形する第１工程と、他方のインペラ部品を成形する第２工程と、一方のインペラ部品と他方のインペラ部品とを合体してインペラ１を構成する第３工程と、を有する。

第１工程で第１インペラ部品２を成形し、第２工程で第２インペラ部品３を成形してもよい。第１工程で第２インペラ部品３を成形し、第２工程で第１インペラ部品２を成形してもよい。以下、第１工程で第１インペラ部品２を成形し、第２工程で第２インペラ部品３を成形する場合について説明する。

＜第１工程＞
第１インペラ部品２は、５枚全部の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆが、軸方向前方から見て互いに重なり合わないため、上型３１と下型３２とで構成される金型３０を用いて、成形することができる。

例えば、図５に示すような上型３１と下型３２との境界領域に、第１インペラ部品２に相当するキャビティ３５を有する金型３０を用意する。この場合、金型３０のパーティングラインは、手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆの端面のどこかとなる。

この金型３０を用いて、例えば、所望のプラスチック材料を射出成形する。成形後、金型３０の上型３１を上方へ、下型３２を下方へ、それぞれ型抜きすることにより、第１インペラ部品２は、支障なく離型される。これにより、第１インペラ部品２は、金型３０を用いて成形される。

＜第２工程＞
第２インペラ部品３は、５枚全部の奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒと台座１０とが軸方向前方から見て互いに重なり合うため、重なり部分については、上型３１と下型３２とで構成される金型３０を用いた場合は型抜きすることができない。

そこで、図６、図７に示すように、上型４１および下型４２に加えて、重なり部分に所要数（例えば、奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒと同数の５個）のスライド（入れ子型）４３（４３ａ〜４３ｅ）を備えて構成される金型４０を用いることによって、成形することができる。

例えば、図６に示すような上型４１と下型４２とスライド４３（４３ａ〜４３ｅ）との境界領域に、第２インペラ部品３に相当するキャビティ４５を有する金型４０を用意する。この場合、金型４０のパーティングラインは、台座１０の一部と奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒの端面となる。

この金型４０を用いて、例えば、所望のプラスチック材料を射出成形する。成形後、金型４０のスライド４３（４３ａ〜４３ｅ）を、図７に示すように放射状に型抜きした後、上型４１を上方へ、下型４２を下方へ、それぞれ型抜きすることにより、第２インペラ部品３は、支障なく離型される。これにより、第２インペラ部品３は、金型４０を用いて成形される。

＜第３工程＞
第１工程で成形された第１インペラ部品２と、第２工程で成形された第２インペラ部品３とを、図２に示すように同一軸線上に位相を合わせて配置した状態で、軸方向に沿って移動させて、軸部１５を台座１０の収容穴１１内に所定深さ（軸部１５の後端面が台座１０の後面と一致する深さ）まで収容する。すると、５枚全部の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆと５枚全部の奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒとが、分割線を挟んで互いに隣接する位置となる。

具体的には、図３に示すように、手前羽根２１Ｆと奥羽根２１Ｒとが隣接して１枚の羽根２１が構成される。手前羽根２２Ｆと奥羽根２２Ｒとが隣接して１枚の羽根２２が構成される。手前羽根２３Ｆと奥羽根２３Ｒとが隣接して１枚の羽根２３が構成される。手前羽根２４Ｆと奥羽根２４Ｒとが隣接して１枚の羽根２４が構成される。手前羽根２５Ｆと奥羽根２５Ｒとが隣接して１枚の羽根２５が構成される。

このとき、例えば、軸部１５の外周面と台座１０の収容穴１１との間隙を溶着することによって、第１インペラ部品２と第２インペラ部品３とを合体する。これにより、第１インペラ部品２および第２インペラ部品３が一体化されたインペラ１が得られる。

このようにして得られるインペラ１において、手前羽根２０Ｆと奥羽根２０Ｒとの隣接領域について説明する。例えば、図８に示すように、手前羽根２０Ｆおよび奥羽根２０Ｒが、いずれも、羽根２０の表面に対してほぼ垂直な隣接面２０Ｆａ、２０Ｒａを有していてよい。この場合、手前羽根２０Ｆの隣接面２０Ｆａと、奥羽根２０Ｒの隣接面２０Ｒａとの間には、狭いけれども隙間が存在する。この隙間の存在が、流体（水）の流れに影響を与えて、インペラ１（を含むポンプ）の効率を妨げる可能性がないとはいえない。

そのため、例えば、図９に示すように、手前羽根２０Ｆの隣接部の前縁に突状部２０Ｆｐを形成し、奥羽根２０Ｒの隣接部の後縁に突状部２０Ｒｐを形成し、突状部２０Ｆｐと突状部２０Ｒｐとが互いに重なり合うように構成してもよい。この場合、流体（水）の流れに影響を与えて、インペラ１（を含むポンプ）の効率を妨げる可能性は、図８に示すような構成に比べて低下すると想定される。

しかしながら、いずれの場合も、流体（水）の流れに与える影響は小さいと考えられるので、手前羽根２０Ｆと奥羽根２０Ｒとの隣接領域には、図８に示すような構成、図９に示すような構成、その他任意の構成を採用してよい。

第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）第１インペラ部品２は、５枚全部の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆが、軸方向前方から見て互いに重なり合わないため、上型３１と下型３２とで構成される金型３０を用いて、成形することができる。

（２）第２インペラ部品３は、５枚全部の奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒと台座１０とが軸方向前方から見て互いに重なり合う。しかしながら、上型４１および下型４２に加えて、重なり部分に必要数（例えば、奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒと同数の５個）のスライド（入れ子型）４３（４３ａ〜４３ｅ）を備えて構成される金型４０を用いることによって、成形することができる。

（３）第１インペラ部品２および第２インペラ部品３ともに、金型によって成形することができ、したがって、インペラ１の製造コストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
図１０（ａ）、図１０（ｂ）および図１１は、第２実施形態に係るインペラ５ならびに、インペラ５を構成する第１インペラ部品６および第２インペラ部品７を示す図である。インペラ５、第１インペラ部品６および第２インペラ部品７は、第１実施形態に係るインペラ１、第１インペラ部品２および第２インペラ部品３とほぼ同様のものである。そこで、各部の符号については、第１実施形態で用いた符号と同様の符号を付けることで、各部の詳細な図示および説明については省略する。

第２インペラ部品７の台座１０は、収容穴１１の最後部に、第１インペラ部品６の軸部１５を収容する際に溶着する溶着代１２が形成されている。第２インペラ部品７が収容穴１１の最後部に溶着代１２を有している分だけ、第１インペラ部品６の軸部１５の長さは、短縮されている。

第２実施形態によれば、上記（１）〜（３）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（４）第２インペラ部品７の台座１０は、収容穴１１の最後部に、第１インペラ部品６の軸部１５を収容する際に溶着する溶着代１２が形成されている。したがって、台座１０の収容穴１１に軸部１５を収容して溶着する際の位置決めおよび溶着が容易である。

＜第３実施形態＞
図１２（ａ）〜図１９（ｂ）は、第３実施形態に係るインペラ（図示省略）を構成する第２インペラ部品１０７、および第２インペラ部品１０７を成形する金型１６０を示す図である。このインペラは、第１インペラ部品（図示省略）および第２インペラ部品１０７によって構成されるものであり、これらは、例えば、第２実施形態に係るインペラ５、第１インペラ部品６および第２インペラ部品７にそれぞれ類似する。そのため、第２実施形態と類似する部分については、第２実施形態で用いた符号に１００を加えた符号を付けて示し、重複する説明については省略する。

図１２（ａ）に示す第２インペラ部品１０７は、図１０（ｂ）、図１１に示す第２実施形態に係る第２インペラ部品７と比較して、つぎのような相違点がある。第２インペラ部品１０７において、奥側の羽根（奥羽根）１２０Ｒは７枚である。第２実施形態に係る第２インペラ部品７の場合は５枚である。第２インペラ部品１０７において、奥羽根１２０Ｒの向きは中心側から外側へ左向きに旋回する。第２実施形態に係る第２インペラ部品７の場合は右向きに旋回する。第２インペラ部品１０７において、奥羽根１２０Ｒの外方端部は台座１１０の外周縁から外方へ突出しない。第２実施形態に係る第２インペラ部品７の場合は外方へ突出する。

第１インペラ部品は、図示してないが、第２インペラ部品１０７と同様に、手前側の羽根（手前羽根）は７枚であり、手前羽根の向きは中心側から外側へ左向きに旋回する。そして、第１インペラ部品と第２インペラ部品１０７とを一体に組み付けたとき、７枚全部の手前羽根と７枚全部の奥羽根１２０Ｒとが互いに隣接して、７枚の羽根を構成する。

第２インペラ部品１０７は、アンダーカット部１５０を有する。アンダーカット部１５０は、図１２（ｂ）に網掛けして示すように、第２インペラ部品１０７を手前から見て、奥羽根１２０Ｒの裏側の領域である。具体的には、奥羽根１２０Ｒの裏面と、奥羽根１２０Ｒが台座１１０の前面上に投影する投影面との間に挟まれた領域が、アンダーカット部１５０である。この領域（アンダーカット部１５０）は、それよりも手前側を奥羽根１２０Ｒが遮り、それよりも奥側を台座１１０が遮るため、上型および下型では成形することができない。このようなアンダーカット部１５０を、図６、図７に示すような複数のスライド４３（４３ａ〜４３ｅ）ではなく、後述する単一の回転型１９０によって成形するのが、第３実施形態の特徴である。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、第２インペラ部品１０７を成形する金型１６０は、第１金型としての上型１７０と、第２金型としての下型１８０と、第３金型としての回転型１９０とによって構成される。金型１６０のキャビティ１６５（すなわち、第２インペラ部品１０７）を、図１３（ｂ）に網掛けして示す。上型１７０は、第２インペラ部品１０７を手前側から見たとき見える領域に対応する形状を有する。下型１８０は、第２インペラ部品１０７を奥側から見たとき見える領域に対応する形状を有する。回転型１９０は、アンダーカット部１５０に対応する形状を有する。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、回転型１９０は、第２インペラ部品１０７の外周縁に外接する環状部１９１と、環状部１９１から内側へアンダーカット部１５０に対応する形状で張り出した７つの張出部１９２とを備える。すなわち、各張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒの裏面と、奥羽根１２０Ｒが台座１１０の前面上に投影する投影面との間に挟まれた領域に対応する。これら７つの張出部１９２は、環状部１９１によって一体に構成される。回転型１９０は、後述するように、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａの周りに回転させることによって離型される。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、上型１７０は、第２インペラ部品１０７の外周縁に一致する外周縁を有し、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒの前面に対応する形状の７つの奥羽根部１７１を備える。上型１７０は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、回転型１９０の上方（手前側）からその軸線に沿って回転型１９０内に嵌合される。すると、回転型１９０の前面と上型１７０の上面とは密閉状態となり、内部には、第２インペラ部品１０７のアンダーカット部１５０を含む台座１１０の前面側の全ての形状に対応するキャビティが形成される。上型１７０は、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａに沿って上方（手前側）へ移動させることによって離型される。

下型１８０は、回転型１９０の環状部１９１の外周に等しい外周縁を有し、第２インペラ部品１０７の台座１１０の裏面側に対応する形状を備える。下型１８０上には、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、上型１７０が嵌合された回転型１９０が装着される。すると、回転型１９０の環状部１９１と下型１８０とは密閉状態となり、内部には、第２インペラ部品１０７の台座１１０の裏面側の形状に対応するキャビティが形成される。下型１８０は、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａに沿って下方（奥側）へ移動させることによって離型される。

つぎに、上記のような第２インペラ部品１０７の成形工程について説明する。すなわち、第３実施形態に係るインペラの製造方法における第１工程〜第３工程のうち、第２インペラ部品１０７を成形する第１工程または第２工程について説明する。

成形に先立ち、上型１７０、下型１８０および回転型１９０を所定の手順で嵌合、装着して、金型１６０を準備する。このとき、金型１６０の内部には、第２インペラ部品１０７の形状に対応するキャビティ１６５（図１３（ｂ）参照）が形成される。この金型１６０を用いて、例えば、所望のプラスチック材料を射出成形する。成形後、つぎのようにして金型１６０を離型する。

最初に、図１３（ｂ）に示すように、上型１７０をその軸線（すなわち、キャビティ１６５内の第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａ）に沿って手前側（上方）へ移動させることによって離型する。

つぎに、図１６（ａ１）〜図１９（ｂ）に示すように、回転型１９０をその軸線（すなわち、キャビティ１６５内の第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａ）の周りに回転させることによって、より具体的には、軸線（回転軸１０７ａ）の周りに回転させながら軸方向に移動させることによって、離型する。以下、具体的に説明する。なお、図１６（ａ１）〜図１９（ｂ）では、第２インペラ部品１０７に網掛けして示す。

図１６（ａ１）および図１６（ａ２）は、回転型１９０を回転させる前の状態を示し、図１６（ａ１）は平面図、図１６（ａ２）は側面図である。この状態における拡大平面図を図１７（ａ）に、部分拡大平面図を図１７（ｂ）に、示す。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、このとき、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒと接触した位置にある。

この位置から、回転型１９０が回転軸１０７ａの周りにわずかに（例えば、数°）回転しながら軸方向に移動すると、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にズレて変位する（図１６（ｂ１）参照）。同時に、回転型１９０は、下型１８０から上方へ離間する（図１６（ｂ２）参照）。

続いて、回転型１９０が同程度回転しながら軸方向に移動すると、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にさらにズレて変位する（図１６（ｃ１）参照）。同時に、回転型１９０は、下型１８０から上方へさらに離間する（図１６（ｃ２）参照）。この状態における拡大平面図を図１８（ａ）に、部分拡大平面図を図１８（ｂ）に、示す。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、このとき、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にズレた位置にある。しかし、手前側（上方）から見て、奥羽根１２０Ｒの一部が張出部１９２の一部と重なっているため、この位置ではまだ回転型１９０を軸方向に型抜きする（離型する）ことはできない。

続いて、回転型１９０が同程度回転しながら軸方向に移動すると、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にさらにズレて変位する（図１６（ｄ１）参照）。同時に、回転型１９０は、下型１８０から上方へさらに離間する（図１６（ｄ２）参照）。

続いて、回転型１９０が同程度回転しながら軸方向に移動すると、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にさらにズレて変位する（図１６（ｅ１）参照）。同時に、回転型１９０は、下型１８０から上方へさらに離間する（図１６（ｅ２）参照）。この状態における拡大平面図を図１９（ａ）に、部分拡大平面図を図１９（ｂ）に、示す。図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すように、このとき、回転型１９０の張出部１９２は、第２インペラ部品１０７の奥羽根１２０Ｒから円周方向にさらにズレた位置にある。そして、手前側（上方）から見て、奥羽根１２０Ｒと張出部１９２との重なりは解消している。そのため、この位置まで回転したら、回転型１９０を軸方向に型抜きする（離型する）ことができる。これにより、回転型１９０は離型される。

最後に、下型１８０をその軸線（すなわち、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａ）に沿って奥側（下方）へ移動させることによって離型する。

第３実施形態によれば、上記（１）〜（４）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（５）回転型１９０は、その軸線（すなわち、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａ）の周りに回転させることによって、より具体的には、軸線（回転軸１０７ａ）の周りに回転させながら軸方向に移動させることによって型抜きする（離型する）ことができる。そのため、例えば図６、図７に示すスライド４３（４３ａ〜４３ｅ）に比べて、型の占有面積を小さくすることができる。これにより、金型１６０および成形設備を安価に構成することができる。また、スペースの観点から、多数個取りがしやすくなる。

（６）回転型１９０は、アンダーカット部１５０に対応する形状の７つ全部の張出部１９２が環状部１９１によって一体に構成される。そのため、比較的容易に回転型１９０の強度を確保することができる。

なお、上記の第３実施形態では、回転型１９０をその軸線（すなわち、第２インペラ部品１０７の回転軸１０７ａ）の周りに回転させながら軸方向に移動させることによって型抜き（離型）したが、これに限定されない。例えば、回転型１９０を軸方向に移動させずに、型抜き可能な位置まで所要角度回転させた後、上型１７０または下型１８０と同様にして離型してもよい。

また、羽根２１〜２５を手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆと奥羽根２１Ｒ〜２５Ｒとに分割する分割位置について、上記の第１および第２実施形態では、５枚全部の手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆが、軸方向前方から見て互いに重なり合わない位置で分割したが、これに限定されない。例えば、手前羽根２１Ｆの一部がなお手前羽根２２Ｆの背後に隠れるような位置関係で、羽根２１〜２５を分割してもよい。

この場合、第１インペラ部品２、６の成形についても、第２インペラ部品３、７の成形と同様に、上型３１および下型３２に加えて、重なり部分に所要数（例えば、手前羽根２１Ｆ〜２５Ｆと同数の５個）のスライド（図示省略）を備えて構成される金型３０（図示省略）を用いることによって、成形することができる。また、スライドに代えて第３実施形態のような回転型１９０を用いて、第１インペラ部品２、６を成形することもできる。

また、上記の第１および第２実施形態では、インペラ１、５の羽根の枚数を５枚としたが、これに限定されない。必要に応じて、インペラ１、５の羽根の枚数を任意の枚数に選定することができる。

上記の第１および第２実施形態では、金型３０、４０を用いてプラスチック材料を射出成形することにより、第１インペラ部品２、６および第２インペラ部品３、７を成形したが、これに限定されない。例えば、アルミダイカスト等によって、第１インペラ部品２、６および第２インペラ部品３、７を鋳造してもよい。この場合、鋳造された第１インペラ部品２、６と、第２インペラ部品３、７との合体は、例えば、接合、締結等によって行うことができる。上記の第３実施形態の場合も同様である。

＜第４実施形態＞
図２０〜２４は、第４実施形態に関する。第４実施形態の回転体たるインペラ１００１は、図２０及び図２１に示すように、上下に貫通する軸挿部１００２と、軸挿部１００２から放射状に延びる複数の羽根１００３とを備えている。軸挿部１００２は、インペラ１００１が備える回転軸として機能するが、その軸線ｘに沿った方向に、図示しない回転駆動軸が挿入可能とされている。各羽根１００３は、軸挿部１００２の外周方向に所定間隔を存して配設されている。更に、各羽根１００３は、軸挿部１００２の軸線ｘ（回転駆動軸の軸線と同一軸線である）方向に対して傾斜し且つ湾曲した形状を有し、平面視したとき互いに隣り合うもの同士の一部が上下に重なり合う形状に形成されている。

第４実施形態のインペラ１００１は、図２１に示すように、下半部を構成する第２インペラ部材１００４と上半部を構成する第１インペラ部材１００５とからなり、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とが接する境界面が、インペラ１００１を軸挿部１００２の軸線ｘの方向に分割したときの分割面１００６となっている。

また、図２２に示すように、上半部を構成する第１インペラ部材１００５は、平面視したときに互いに隣り合う羽根１００３ｂ同士が上下に重ならない形状とされている。下半部を構成する第２インペラ部材１００４も、図２０を参照して、平面視したときに互いに隣り合う羽根１００３ａ同士が上下に重ならない形状とされている。

そして、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とを連結して分割面１００６同士を突き当てたときには、図２０に示すように、第２インペラ部材１００４の羽根１００３ａと第１インペラ部材の羽根１００３ｂとでインペラ１としての羽根１００３が形成される。この状態で平面視すると、第２インペラ部材１００４の羽根１００３ａの一部の上方に第１インペラ部材１００５の羽根１００３ｂの一部が重なり合った状態となる。

図２３に示すように、第２インペラ部材１００４は、分割面１００６から上方に突出する凸部１００７を備えている。凸部１００７は、軸挿部１００２に隣接する位置に形成されており、軸挿部１００２と同心の円環状である円筒状に形成されている。また、凸部１００７の先端は、上方に向かって内周面と外周面とが交わる方向に傾斜する傾斜部１００８を介して尖端形状を有している。第１インペラ部材１００５は、分割面１００６から凹入する凹部１００９を備えている。凹部１００９は第２インペラ部材１００４の凸部１００７に対応して凸部１００７を受け入れ挿入可能となっている。なお、第２インペラ部材１００４の凸部１００７の外側に起立する縦壁面１０１０と、第１インペラ部材１００５の凹部１００９の外側周面１０１１とは、互いに対応して回り止めするための凹凸形状に形成されている。

図２４（ａ）に示すように、凹部１００９は凸部１００７を受け入れたときに、凸部１００７の周囲に僅かに空隙１０１２が生じる大きさに形成されている。また、凹部１００９の深さ寸法は、凸部１００７の高さ方向の長さ寸法よりも僅かに（第４実施形態では、凸部１００７の先端の傾斜部１００８の高さ分）小さく形成されている。そして、詳しくは後述するが、図２４（ｂ）に示すように、凸部１００７の先端と凹部１００９の奥端（図では上端面）との接触部分に接合部１０１３が形成され、これにより、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とが一体的に連結されてインペラ１００１が形成される。

次に、第４実施形態におけるインペラ１００１の製造方法について説明する。第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とは、熱可塑性樹脂を材料として射出成形により個別に形成される。前述したように、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とは、何れも、平面視したときに互いに隣り合う羽根１００３ａ同士、及び羽根１００３ｂ同士が上下に重ならない形状とされている。これにより、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とは、射出成形時に用いる金型からの離型性が良く、金型構成の複雑化が防止できるので低コストで成形できる。

図２３を参照して、先ず、個別に形成された第２インペラ部材１００４に第１インペラ部材１００５を組み付ける（組み付け工程）。このとき、第２インペラ部材１００４の凸部１００７を第１インペラ部材１００５の凹部１００９に挿入する。これにより、図２４（ａ）に示すように、第２インペラ部材１００４の凸部１００７の先端が、第１インペラ部材１００５の凹部１００９の奥端に当接する。この時点では、凹部１００９の深さ寸法よりも凸部１００７の長さ寸法が大きいために、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５との分割面１００６は密着しない。

次いで、図２４（ｂ）に示すように、第１インペラ部材１００５の上面（分割面１００６の反対側）から凸部１００７の先端に対向させて、超音波接合装置の超音波発振部１０１４を当接することにより超音波による振動エネルギーを付与する（接合工程）。振動エネルギーが第２インペラ部材１００４の凸部１００７の先端と第１インペラ部材１００５の凹部１００９の奥端との当接位置に到達すると、凸部１００７の先端と凹部１００９の奥端との接触部分に振動に伴う摩擦熱が生じ、第２インペラ部材１００４の凸部１００７の先端と第１インペラ部材１００５の凹部１００９の奥端とが溶融されて接合部１０１３が形成される。

そして、第２インペラ部材１００４に凸部１００７を設けると共に第１インペラ部材１００５に凹部１００９を設けて振動エネルギーの伝達距離が比較的短いことにより、凸部１００７の先端と凹部１００９の奥端とが強固に接合される。従って、高い接合強度が得られ、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５とが強固に連結された強度の高いインペラ１００１を得ることができる。

また、図２４（ｂ）に示すように、接合部１０１３が形成されると、第２インペラ部材１００４の凸部１００７が溶融してその高さ方向の全長が短くなる。これにより、第２インペラ部材１００４と第１インペラ部材１００５との分割面１００６が密着し、凹部１００９内に凸部１００７が収容される。

更にこのとき、第２インペラ部材１００４の凸部１００７が溶融したことによるバリ１０１５が生じる。このバリ１０１５は、凸部１００７と凹部１００９との間の空隙１０１２内に侵入するが、凹部１００９は第２インペラ部材１００４の分割面１００６によって閉塞されている。これにより、凹部１００９の内部にバリ１０１５が封止され、インペラ１００１の外面にバリ１０１５が露出することがないので、バリ取り作業が不要となる。

なお、第４実施形態においては、インペラ１００１の製造方法について説明したが、本発明の方法は、インペラ１００１以外の例えばシロッコファンやターボファン等のような、回転軸を備える回転体であれば、容易に適用できる。

また、第４実施形態においては、インペラ１００１の材料として熱可塑性樹脂を用いた例を示したが、これに限るものではなく、例えば、アルミニウム合金等の金属であっても本発明を採用することができる。

上記の各実施形態によれば、軸方向から見て複数枚の羽根が前後に重なり合って配設されたインペラの製造方法は、各羽根が軸方向から見て手前側と奥側とに分割されるようにインペラを第１インペラ部品（２、６、１００５）と第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）とに２分割したうちの第１インペラ部品（２、６、１００５）を成形する第１工程と、第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）を成形する第２工程と、第１インペラ部品（２、６、１００５）と第２インペラ部品（３、７，１０７、１００４）とを合体してインペラ（１、５、１００１）を構成する第３工程と、を備えてもよい。

この方法によれば、第１工程および第２工程いずれにおいても、上型および下型に、必要に応じて比較的簡単なスライド（入れ子型）等を加えた構成の金型を用いることにより、第１インペラ部品および第２インペラ部品を成形することができる。したがって、金型を用いて第１、第２インペラ部品を成形することができ、インペラを低コストで製造することができる。

第１インペラ部品（２、６、１００５）は手前側の羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）を有してもよい。手前側の各羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）は軸方向から見て互いに重なり合わなくてもよい。

この方法によれば、第１インペラ部品を成形する金型は、上型および下型で構成することができる。したがって、より簡単な構成の金型を用いて第１インペラ部品を成形することができ、インペラをより低コストで製造することができる。

第２インペラ部品（１０７）は奥側の羽根（１２０Ｒ）を有すると共にアンダーカット部（１５０）を有してもよい。第２インペラ部品（１０７）は、第１金型（１７０）と、第２金型（１８０）と、アンダーカット部（１５０）に対応する第３金型（１９０）を用いて成形されてもよい。第３金型（１９０）は、第２インペラ部品（１０７）の回転軸（１０７ａ）の周りに回転させることにより離型されてもよい。

この方法によれば、第３金型は、第２インペラ部品の回転軸の周りに回転させることによって離型することができる。そのため、スライドに比べて型の占有面積を小さくすることができ、金型および成形設備を安価に構成することができる。また、スペースの観点から、多数個取りがしやすくなる。

第３金型（１９０）は、第２インペラ部品（１０７）の回転軸（１０７ａ）の周りに回転させながら軸方向に移動させることにより離型されてもよい。

この方法によっても、スライドに比べて型の占有面積を小さくすることができ、金型および成形設備を安価に構成することができる。また、スペースの観点から、多数個取りがしやすくなる。

また、上記の各実施形態によれば、分割面（１００６）を介して軸方向に分割された第１インペラ部材（１００５）と第２インペラ部材（１００４）とからなるインペラの製造方法は、第２インペラ部材（１００４）の分割面（１００６）から軸方向に突設する凸部（１００７）を、第１インペラ部材（１００５）の分割面（１００６）に形成された凹部（１００９）に挿入する工程と、第２インペラ部材（１００４）の凸部（１００７）の先端に対向する側から第１インペラ部材（１００５）を介して振動エネルギーを付与することにより、凸部（１００７）の先端と凹部（１００９）の奥端とを接合する工程と、を備えてもよい。

この方法によれば、軸方向に分割した形状の第１インペラ部材と第２インペラ部材とを接合するので、回転体を効率良く安価に製造することができる。また、第１インペラ部材と第２インペラ部材との接合に振動エネルギーを用いる。振動エネルギーによる接合は、例えば、超音波接合等の振動エネルギー付与手段を用いることにより容易に行うことができる。

ところで、超音波接合等の振動エネルギー付与手段による振動エネルギーを用いた接合は、第１インペラ部材と第２インペラ部材とが接する所定の接合位置に振動エネルギーを伝達させて局部的な摩擦熱による溶融接合を行うものである。このため、振動エネルギーの伝達距離が短いほど高い接合強度を得ることができる。

このため、第２インペラ部材（１００４）の凸部（１００７）の先端に対向する側から第１インペラ部材（１００５）を介して振動エネルギーを付与することにより、凸部（１００７）の先端と凹部（１００９）の奥端とを接合してもよい。このとき、振動エネルギーは、第１インペラ部材の端面から付与されるが、凸部の先端と凹部の奥端との接触部位を接合するので、振動エネルギーの伝達距離は、前記分割面までの距離よりも短くなる。これにより、凸部の先端と凹部の奥端とは振動エネルギーにより強固に接合される。従って、高い接合強度が得られ、強度の高い回転体を得ることができる。

凸部（１００７）は、インペラの回転軸（Ｘ）と同心となる円環状に形成されてもよい。これによれば、回転軸線に近く且つ回転軸線を囲うようにして凸部の先端と凹部の奥端とによる接合部が形成される。従って、接合部に対する回転時の応力集中や遠心力の影響を低減することができ、第１インペラ部材と第２インペラ部材との強固な接合状態を維持することができる。

また、先端が凹部の奥端に接合された凸部（１００７）は、第２インペラ部材（１００４）の分割面（１００６）により閉塞された凹部（１００９）内に収容されてもよい。これによれば、凸部の先端と凹部の奥端との接合部にバリが生じても、このときのバリは凹部に封止されて回転体の外表面に露出しない。従って、バリ取り等の作業が不要となり、製造効率を向上させることができる。

第１インペラ部品（１００５）と第２インペラ部品（１００４）とが合体されたときに、第１インペラ部材（１００５）の各羽根の少なくとも一部が第２インペラ部材（１００４）の各羽根の前方に重なり合うように、分割面（１００６）が設定されてもよい。

この方法によれば、射出成形される第２インペラ部材の各羽根を比較的大きく取ることができ、離型性がよく金型形状を単純化することができてコストを低減することができる。一方、前述した通り、凸部の先端と凹部の奥端との接合位置は、分割面よりも振動エネルギーの伝達距離が小さく、確実な接合が可能となる。よって、安価で強度の高いインペラを得ることができる。

また、上記の各実施形態によれば、所定の分割面（１００６）を介して軸方向に分割した第１インペラ部材（１００５）と第２インペラ部材（１００４）とが接合されてなるインペラ（１００１）は、第１インペラ部材（１００５）の分割面（１００６）に形成された凹部（１００９）と、第２インペラ部材（１００４）の分割面（１００６）から突設し回転軸（Ｘ）と同心となる円環状に形成され、凹部（１００９）に挿入された凸部（１００７）と、凸部（１００７）の先端と凹部（１００９）の奥端とを接合した接合部と、を備えてもよい。

この構造によれば、第１インペラ部材と第２インペラ部材との接合部は、回転軸に近接して突設されて該回転軸と同心となる円環状の凸部の先端が凹部の奥端に接合されて形成されている。これにより、接合部に対する回転時の応力集中や遠心力の影響が小さく、強度の高いインペラを提供することができる。

また、上記の構造において、凸部（１００７）は分割面（１００６）により閉塞された凹部（１００９）内に収容されてもよい。これによれば、凸部の先端と凹部の奥端との接合部が凹部内に封止された状態となるので、バリ等がインペラの外表面から露出することがなく、回転精度の高いインペラを提供することができる。

１、５…インペラ、２、６…第１インペラ部品、３、７、１０７…第２インペラ部品、２１〜２５…羽根、２１Ｆ〜２５Ｆ…手前側の羽根（手前羽根）、２１Ｒ〜２５Ｒ、１２０Ｒ…奥側の羽根（奥羽根）、１０７ａ…回転軸、１５０…アンダーカット部、１７０…上型（第１金型）、１８０…下型（第２金型）、１９０…回転型（第３金型）、 １００１…インペラ（回転体）、１００２…軸挿部（回転軸）、１００３，１００３ａ，１００３ｂ…羽根、１００４…第２インペラ部材、１００５…第１インペラ部材、１００６…分割面、１００７…凸部、１００９…凹部、１０１３…接合部。

Claims (10)

1. 軸方向から見て複数枚の羽根が前後に重なり合って配設されたインペラの製造方法であって、
   前記各羽根が軸方向から見て手前側と奥側とに分割されるようにインペラを第１インペラ部品（２、６、１００５）と第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）とに２分割したうちの第１インペラ部品（２、６、１００５）を成形する工程と、
   第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）を成形する工程と、
   前記第１インペラ部品（２、６、１００５）と前記第２インペラ部品（３、７，１０７、１００４）とを合体してインペラ（１、５、１００１）を構成する工程と、
   を具備し、
   前記第２インペラ部品（１０７）は前記奥側の羽根（１２０Ｒ）を有すると共にアンダーカット部（１５０）を有し、
   前記第２インペラ部品（１０７）は、第１金型（１７０）と、第２金型（１８０）と、前記アンダーカット部（１５０）に対応する第３金型（１９０）を用いて成形され、
   前記第３金型（１９０）は、前記第２インペラ部品（１０７）の回転軸（１０７ａ）の周りに回転させることにより離型される、
   インペラの製造方法。
2. 前記第３金型（１９０）は、前記第２インペラ部品（１０７）の回転軸（１０７ａ）の周りに回転させながら軸方向に移動させることにより離型される、
   請求項１に記載のインペラの製造方法。
3. 前記第１インペラ部品（２、６、１００５）は前記手前側の羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）を有し、
   当該手前側の各羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）は軸方向から見て互いに重なり合わない、
   請求項１又は２に記載のインペラの製造方法。
4. 軸方向から見て複数枚の羽根が前後に重なり合って配設されたインペラの製造方法であって、
   前記各羽根が軸方向から見て手前側と奥側とに分割されるようにインペラを第１インペラ部品（２、６、１００５）と第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）とに２分割したうちの第１インペラ部品（２、６、１００５）を成形する工程と、
   第２インペラ部品（３、７、１０７、１００４）を成形する工程と、
   前記第１インペラ部品（２、６、１００５）と前記第２インペラ部品（３、７，１０７、１００４）とを合体してインペラ（１、５、１００１）を構成する工程と、
   を具備し、
   前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）とは、分割面（１００６）を介して軸方向に分割されており、
   インペラの製造方法は、更に、
   前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）のいずれか一方の、前記分割面（１００６）から前記軸方向に突設する凸部（１００７）を、前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）のいずれか他方の、前記分割面（１００６）に形成された凹部（１００９）に挿入する工程と、
   前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）の一方の前記凸部（１００７）の先端に対向する側から前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）の他方を介して振動エネルギーを付与することにより、前記凸部（１００７）の先端と前記凹部（１００９）の奥端とを接合する工程と、
   を具備する、
   インペラの製造方法。
5. 前記凸部（１００７）は、前記インペラの回転軸（Ｘ）と同心となる円環状に形成されている、
   請求項４に記載のインペラの製造方法。
6. 先端が前記凹部の奥端に接合された前記凸部（１００７）は、前記第２インペラ部品（１００４）の前記分割面（１００６）により閉塞された前記凹部（１００９）内に収容される、
   請求項４または５に記載のインペラの製造方法。
7. 前記第１インペラ部品（１００５）と前記第２インペラ部品（１００４）とが合体されたときに、前記第１インペラ部品（１００５）の各羽根の少なくとも一部が前記第２インペラ部品（１００４）の各羽根の前方に重なり合うように、前記分割面（１００６）が設定されている、
   請求項４から６のいずれか１項に記載のインペラの製造方法。
8. 前記第１インペラ部品（２、６、１００５）は前記手前側の羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）を有し、
   当該手前側の各羽根（２１Ｆ〜２５Ｆ、１００３ｂ）は前記軸方向から見て互いに重なり合わない、
   請求項４から７のいずれか１項に記載のインペラの製造方法。
9. 所定の分割面（１００６）を介して軸方向に分割した第１インペラ部品（１００５）と第２インペラ部品（１００４）とが接合されてなるインペラ（１００１）であって、
   前記第１インペラ部品（１００５）の前記分割面（１００６）に形成された凹部（１００９）と、
   前記第２インペラ部品（１００４）の前記分割面（１００６）から突設し、回転軸（Ｘ）と同心となる円環状に形成され、前記凹部（１００９）に挿入された凸部（１００７）と、
   前記凸部（１００７）の先端と前記凹部（１００９）の奥端とを接合した接合部と、
   を備える、インペラ。
10. 前記凸部（１００７）は、前記分割面（１００６）により閉塞された前記凹部（１００９）内に収容されている、
    請求項９に記載のインペラ。

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