JP5734392B2 - インペラ、インペラ切削用治具、及びインペラの加工方法 - Google Patents

インペラ、インペラ切削用治具、及びインペラの加工方法 Download PDF

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Description

本発明はインペラおよびインペラの加工方法に関し、特に高能率に切削を行うことができるインペラおよびインペラの加工方法に関する。
近時、自動車やエアコン等において用いられるインペラを切削加工により成形することが増えてきている。インペラの切削加工において、特に仕上げ加工前の荒加工の段階では、効率よく切削して加工時間を短縮するために、大径の刃物を使用したり、切削速度を上げたりすることが多い。そして、大径の刃物を使用したり、切削速度を上げるためには、大きな切削負荷に耐えられる方法でインペラワークを切削用治具に固定する必要がある。
特許文献１には、インペラワークの切削用治具への固定方法として、インペラ裏面を治具に載置させ、インペラワークの中心部において上部から穴の軸線方向に押さえつけることで固定する技術が開示されている。
特表２０１１−５１３０７７号公報
特許文献１に開示されている技術は、インペラワークに対して上部から押さえつけるものであるため、しっかりと固定するためには、広い範囲にわたって押すことが好ましい。しかしながら、一般的にインペラはワーク上部における加工範囲が広いことが多く、広い範囲にわたって押すと、加工のための刃物と治具とが干渉してしまうおそれがある。
逆に、刃物と治具との干渉を避けるために、インペラワークを押す範囲を中心近傍の狭い範囲とすると、切削負荷によってワークが回転ズレを起こしたり、回転ズレの影響によってワークの加工不良が生じたり、刃物へのダメージが生じるおそれがある。そこで、回転ズレが生じないようにするためには、加工速度を落としたり、上部からの押しつけ力を増加させるという方法がある。
しかしながら、加工速度を落とすと加工に時間がかかることとなり加工効率が低下してしまうこととなる。また、上部からの押しつけ力の増加にも限界があり、無理に押しつけ力を増加させるとワークに予期しない変形をもたらしたり、所望のインペラの性能が得られなくなるおそれもある。
そこで本発明は、簡単な構成で切削用治具に強固に固定できて加工効率を向上させ、バランスの悪化や破断の危険性を低下することができるインペラ、インペラ切削用治具、及びインペラの加工方法を提供することを目的とする。
本願の請求項１に係る発明では、治具の軸部に係合する穴部を有し、回転可能に取り付け可能な母材と、該母材の表面から突出し、周方向に複数設けられた翼と、前記母材の裏面に、前記穴部を中心として回転対称の位置で、かつ、前記翼の付け根部分を前記母材の裏面に投影した領域を除いた位置に複数形成された凹部又は凸部と、を有するインペラの加工方法であって、着座面上に前記凹部に係合する凸部又は凹部を有する切削用治具に固定し、前記インペラに対し切削加工を行うことを特徴とするインペラの加工方法が提供される。
請求項１に係る発明では、インペラの母材の裏面に設けられた複数の凹部と、切削用治具の着座面上に設けられた凸部とを係合させることによって、インペラと切削用治具を強固に固定することができるため、インペラの性能を悪化させることなく、切削効率を上げることが可能となる。
本発明により、簡単な構成で切削用治具に強固に固定できて加工効率を向上させ、バランスの悪化や破断の危険性を低下することができるインペラ、インペラ切削用治具、及びインペラの加工方法を提供することが可能となる。
本発明の実施形態におけるインペラの形状を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ’断面図である。 本発明の実施形態におけるインペラ切削用工具を示す図である。 インペラワークをインペラ切削用治具に取り付けた状態を示した図である。 インペラの母材裏面に設けられた凹部の他の形態を示した図である。 インペラの母材裏面に設けられた凹部の他の形態を示した図である。
以下、図に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本実施形態におけるインペラの形状を示す図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線における断面図である。
本実施形態のインペラは、中心に穴部６を有し、上部が細く、下部が広がった形状の母材１と、母材１の周囲に設けられた複数の翼４とから構成されている。母材１の最下部は略円形上となっており、その裏面２には、２つの凹部３が形成されており、中心部をはさんで互いに反対側に形成されている。
ここで、インペラは、一般的に安定的に高速回転させて使用するため、回転中心に重心（質量中心）があることが好ましい。複数の凹部３を設ける際には、各凹部３が互いに回転対称（隣り合う凹部３同士がなす角度が等しくなるような配置）となるような位置に形成すれば、凹部３を設けても、重心をインペラの回転中心に保持することができる。凹部３は、本実施形態においては、平面視において円形に形成されているが、多角形、長円形など、適宜他の形状とすることも可能である。
凹部３の面積や深さは、あまり狭く浅いものであると、後述する切削用治具との間で強固に係合することが困難となるが、過度に大きく深いものとなると、インペラワークの強度が低下し、破断に繋がるおそれもある。そのため、凹部３の面積や深さは、インペラの使用条件を考慮して、必要な強度を保つように、事前に解析や実験などをすることによって決定することが好ましい。
また、凹部３は、図１及び図２に示されているように、翼４の付け根部分を母材裏面２に投影した領域（形成禁止領域５）を除いた領域に形成される。インペラを高速回転させると、特に翼４の付け根部分には大きな負荷がかかるため破断が起こりやすい。そのため、翼４の形成部分と凹部３の形成部分が重なると、翼４の付け根部分の強度が低下して、破断が生じるおそれがある。本実施形態のように、凹部３を翼４の付け根部分を母材裏面２に投影した領域（形成禁止領域５）を除いた領域に形成すると、翼４の強度が低下することを防止することが可能となる。
次に、インペラを切削する際に用いられるインペラ切削用治具について説明する。
図３は、本実施形態において用いられるインペラ切削用治具を示した図である。インペラ切削用治具１０は、底部に着座面１１を有し、中央部に軸部１３を備えている。また、着座面１１には複数の凸部１２が設けられている。
図４は、インペラワークをインペラ切削用治具に取り付けた状態を示した図である。インペラ切削用治具１０の軸部１３がインペラワークの穴部６を貫通するようにし、母材裏面２がインペラ切削用治具１０の着座面１１に重なるように取り付けられる。またその際に、母材裏面２に設けられた凹部３と、インペラ切削用治具１０の着座面１１に設けられた凸部１２とが係合する。両者の係合により、インペラワークに上部から過度の力を加えなくても、インペラワークとインペラ切削用治具１０とが強固に固定される。
インペラ切削用治具１０の着座面１１に設けられる凸部１２は、インペラワークの母材裏面２に設けられる凹部３と係合する役割を果たすため、凹部３と同様に、互いに回転対称となるような位置に形成される。また、インペラ切削用治具１０の凸部１２の個数は、インペラに設けられた凹部３の個数と同数とすることが好ましいが、凹部３の個数より少ない個数として、凹部３が余るように構成することもできる。
インペラを加工する際には、インペラワークの中央の穴部６をインペラ切削用治具１０の軸部１３に貫通させ、インペラワークの母材裏面２がインペラ切削用治具１０の着座面１１に重なるように取り付ける。その際に、インペラワークの凹部３とインペラ切削用治具１０の凸部が係合するように固定される。インペラワーク固定後に、インペラ切削用治具１０とインペラワークとを一体として高速回転させ、工作機械等を用いて、インペラワークに切削加工を行ってインペラを形成する。
図５及び図６は、インペラの母材裏面２に設けられた凹部３の他の形態を示した図である。図５においては、凹部３の形状が長穴状で５つ形成されており、図６においては、凹部３の形状が長穴状で４つ形成されている。いずれの変形例の場合も、凹部３が互いに回転対称（隣り合う凹部３同士がなす角度が等しくなるような配置）となるような位置に形成されているため、凹部３を設けても、重心をインペラの回転中心に保持することができる。
なお、本実施形態及び変形例においては、インペラの母材裏面２に凹部３を設け、インペラ切削用治具１０の着座面１１に凸部１２を設けるような構成としたが、逆にインペラの母材裏面２に凸部を設け、インペラ切削用治具１０の着座面１１に凹部を設けて、互いに係合させるような構成とすることも可能である。さらに、インペラの母材裏面に凹部と凸部を設け、インペラ切削用治具１０の着座面１１にそれぞれの凹部と凸部に対応するように凸部と凹部を設けて、互いに係合させるような構成とすることも可能である。
１ 母材
２ 母材裏面
３ 凹部
４ 翼
５ 形成禁止領域
６ 穴部
１０ インペラ切削用治具
１１ 着座面
１２ 凸部
１３ 軸部

Claims (1)

  1. 治具の軸部に係合する穴部を有し、回転可能に取り付け可能な母材と、
    該母材の表面から突出し、周方向に複数設けられた翼と、
    前記母材の裏面に、前記穴部を中心として回転対称の位置で、かつ、前記翼の付け根部分を前記母材の裏面に投影した領域を除いた位置に複数形成された凹部又は凸部と、
    を有するインペラの加工方法であって、
    着座面上に前記凹部に係合する凸部又は凹部を有する切削用治具に固定し、前記インペラに対し切削加工を行うことを特徴とするインペラの加工方法。
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