JP5977561B2 - インペラ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インペラ及びその製造方法に関する。

圧縮機等に用いられるインペラは、一般に、軸線の一方向に向かって次第に縮径する形状のハブと、該ハブの傾斜するハブ面に設けられて周方向の一方側に傾斜し且つ周方向に所定間隔を存して複数配設されたブレードとを備えている。

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、製造効率が悪いだけでなくコストも高い。

そこで、合成樹脂材料による射出成形や金属材料による鋳造等によりインペラを成形することが考えられるが、傾斜するブレードがハブ面を覆う形状では、金型からの離型性が悪く、円滑に離型させるためには金型構造が複雑化してコストが増加する。

また、従来、ハブを周方向に分割した形状のハブ分割片を、該ハブ分割片に連なるブレードと一体に金属板からプレス成形し、各ハブ分割片同士を配列させて連結することにより形成されるインペラが知られている（下記特許文献２参照）。

しかし、このものでは、各ハブ分割片の上端に設けられているフランジを結合させるための受板、各ハブ分割片の下端の張り出し部を結合するための台座、更に、受板と台座とを結合する中心軸といった複数の結合部品が必要であることにより部品点数が多くコスト高であり、組立て工数も多くなるため製造効率も悪い。

特開２０１０−２６９４１７号公報 特開平５−２７２４９１号公報

上記の点に鑑み、本発明は、製造容易で低コストなインペラ及びその製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、軸挿部を有し軸線の一方向に向かって次第に縮径する円錐形状のハブと、該ハブのハブ面に設けられて周方向の一方側に傾斜し且つ周方向に所定間隔を存して複数配設されたブレードとを備えるインペラにおいて、傾斜姿勢の前記ブレードのハブ面に対向する側の面を裏面とし、前記ハブの大径側を下方としたとき、前記ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って同一方向に湾曲しつつ放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状の複数のインペラ分割片を備え、各インペラ分割片は、前記ハブの周方向に対応する両端に一対の当接壁面を備え、各インペラ分割片が周方向に配列され、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士が互いに当接して結合され、一方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分には配列方向に向かって突出する凸部が設けられ、他方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分には前記凸部に対応する凹部が設けられ、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士は、互いに当接したときに凹凸係合することを特徴とする。

本発明のインペラは、複数のインペラ分割片を、その当接壁面同士で当接して結合することにより形成されているので、従来のような複数の結合部材を不要とすることができ、部品点数や組立工数を削減して低コストに提供することができる。

更に、インペラ分割片は、ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状であるため、各インペラ分割片が備える傾斜姿勢のブレードの裏面の下方には、ブレードに対向するような張出し部分が形成されていない。即ち、各インペラ分割片は、ブレードの裏面に連続して下方に延びる当接壁面が形成されている。これにより、インペラ分割片を合成樹脂を材料とする射出成形や金属を材料とする鋳造により成形するとき、金型からの離型が円滑に行え、金型構造が複雑化しない。これにより、インペラ分割片を合成樹脂を材料とする射出成形や金属を材料とする鋳造により成形してインペラを安価に効率良く製造することができる。

また、本発明のインペラにおいては、前記各インペラ分割片の一方の当接壁面には配列方向に向かって突出する凸部が設けられ、他方の当接壁面には前記凸部に対応する凹部が設けられ、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士は、互いに当接したときに凹凸係合する。これにより、隣り合うインペラ分割片同士の位置ずれが防止されると共に強固に結合されたインペラを提供することができる。

また、本発明においては、前記各インペラ分割片を同一形状とすることができ、これによれば、インペラ分割片の製造が容易となるだけでなく、インペラの回転精度も向上する。更に、各インペラ分割片を同一形状とすることで、各インペラ分割片に前記凸部と前記凹部とを設けたときにも、これらの係合位置が同一円周上に位置する。これにより、インペラの回転時に前記凸部と前記凹部との係合位置にかかる荷重が均等になり、インペラの耐久性も向上する。

また、本発明のインペラにおいては、前記ハブの外周端部に環状の結束部材が装着されていることが好ましい。これによれば、各インペラ分割片同士の結合状態を一層強固とすることができる。

また、本発明は、軸挿部を有し軸線の一方向に向かって次第に縮径する円錐形状のハブと、該ハブのハブ面に設けられて周方向の一方側に傾斜し且つ周方向に所定間隔を存して複数配設されたブレードとを備えるインペラの製造方法において、傾斜姿勢の前記ブレードのハブ面に対向する側の面を裏面とし、前記ハブの大径側を下方としたとき、前記ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って同一方向に湾曲しつつ放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状であって、前記ハブの周方向に対応する両端に一対の当接壁面を備え、前記各インペラ分割片の一方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分に配列方向に向かって突出するように設けられた凸部、及び、他方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分に前記凸部に対応するように設けられた凹部を有するインペラ分割片を成形する成形工程と、該成形工程により得られたインペラ分割片を周方向に複数配列し、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士を互いに当接させて結合する結合工程とを備えることを特徴とする。

本発明の方法によれば、先ず、前記成形工程によりインペラ分割片を成形する。このとき、ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状にインペラ分割片を成形するので、インペラ分割片を合成樹脂を材料とする射出成形や金属を材料とする鋳造により成形するとき、金型からの離型が円滑に行われてインペラを安価な金型で効率良く成形することができる。

次いで、前記結合工程により複数のインペラ分割片を結合する。このとき、インペラ分割片を周方向に複数配列し、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士を互いに当接させることで結合することができるので、従来のような複数の結合部材を不要とすることができ、部品点数や組立工数を削減してインペラの製造コストを低減することができる。

また、本発明における前記結合工程は、複数のインペラ分割片を所定間隔を存して円形状に配列した後、各インペラ分割片を配列方向に沿った円の中心に向かって均一に移動させて収束させ、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士を互いに当接させて結合することが好ましい。

複数のインペラ分割片を互いに結合させるときには、インペラ分割片を１つずつ付け足すようにして円形状に並べていくことが考えられる。しかし、これによると工数が多くなる。それに対し、本発明においては、円形状に配列した各インペラ分割片をその円の中心に向かって均一に移動させ収束させるので、１工程で全てのインペラ分割片同士を結合させることができ、製造効率を飛躍的に向上させることができる。

本発明の実施形態のインペラを示す斜視図。 本実施形態のインペラ分割片を示す平面図。 図２のインペラ分割片の一方側面図。 図２のインペラ分割片の他方側面図。 インペラ分割片の一部を拡大して示す説明的斜視図。 本実施形態における結合工程を示す説明図。 本発明の他の実施形態のインペラを示す説明的斜視図。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のインペラ１は、図１に示すように、軸線ｘの一方向に向かって次第に縮径する略円錐形状のハブ２と、ハブ２の傾斜する周面であるハブ面３から放射状に延びる複数のブレード４とを備えている。ハブ２には軸線ｘに沿って上下に貫通する軸挿部５が形成されている。軸挿部５には図示しない回転軸が挿入される。

各ブレード４は、ハブ面３の周方向に所定間隔を存して複数配設されている。更に、各ブレード４は、ハブ面３の周方向の一方側に傾斜する姿勢に設けられている。各ブレード４が傾斜姿勢であることにより、ブレード４の裏面４ａがハブ面３を斜めに覆うようにして対向している。

本実施形態のインペラ１は、７個のインペラ分割片６により形成されている。各インペラ分割片６はハブ２の周方向に対応して円形に配列され、夫々のインペラ分割片６がその両側に隣り合うインペラ分割片６間に嵌り込むようにして、インペラ分割片６同士が互いに結合された状態とされている。

各インペラ分割片６は、ハブ面３上の各ブレード４の裏面４ａの下縁に沿って放射状に延びる複数の分割線ｚを介して周方向に分割した形状を有し、全てのインペラ分割片６は同一形状に形成されている。

ここで、インペラ分割片６の構成について図２〜図５を参照して詳しく説明する。インペラ分割片６は、図２に示すように、各辺が湾曲する平面視三角形状のハブ片部７を備えている。ハブ片部７には、１つのブレード４が一体に設けられている。

図３に示すように、ハブ片部７の一側には第１当接壁面８が形成されている。第１当接壁面８は、ブレード４の裏面４ａの下縁（前記分割線ｚに相当する）から下方に延びている。図４に示すように、ハブ片部７の他側には第２当接壁面９が形成されている。第２当接壁面９は、第１当接壁面８に対応する形状に設けられている。即ち、第２当接壁面９の上縁角部の輪郭は、前記分割線ｚに相当し、ブレード４の裏面４ａの下縁と一致する。そして、インペラ分割片６同士を隣接させたとき、隣接する一方のインペラ分割片６のハブ片部７の第１当接壁面８が他方のインペラ分割片６のハブ片部７の第２当接壁面９に当接し密着する。

ハブ片部７の外側端には、図３に示すように、インペラ１の下端周縁の一部を構成する外周端面１０が形成されている。図４に示すように、ハブ片部７の内側端部（インペラ１の軸線ｘ側）には、インペラ１の軸挿部５の内面の一部を構成する軸挿壁面１１が形成されている。

更に、図２及び図５に示すように、第２当接壁面９の内側端（インペラ１の軸線ｘ側）には、インペラ１の周方向に突出して上下方向に延びる凸部１２が形成されており、第１当接壁面８には、凸部１２に対応する溝状の凹部１３が形成されている。そして、インペラ分割片６同士を隣接させて一方のインペラ分割片６の第１当接壁面８と他方のインペラ分割片６の第２当接壁面９に当接したとき、凸部１２と凹部１３とが係合状態となる。

インペラ分割片６は、以上のように、ハブ面３上の各ブレード４の裏面４ａの下縁に沿って放射状に延びる複数の分割線ｚ（図１参照）を介して周方向に分割した形状であることにより、外表面同士が互いに対向している部分がなく、合成樹脂による射出成形や金属によるダイカストにおいて金型からの離型性の高い形状となっている。従って、インペラ分割片６は、合成樹脂や金属を材料として、金型構造を複雑化させることなく一体成形が可能である。

なお、図示しないが、ハブ片部７の厚みのある部分には、いわゆる肉抜き部を設けることが好ましい。これにより、インペラ分割片６の肉厚を均等化して、成形後の収縮、ヒケ、ボイド等の発生を抑制することができ、インペラ分割片６の成形精度を向上させると共に材料費の削減が可能となる。

また、インペラ分割片６の凸部１２と凹部１３とは、図５に示す位置以外にも、第１当接壁面８と第２当接壁面９とが当接する範囲の何れかの位置に設けることができる。例えば、図示しないが、外周端面１０寄りの第２当接壁面９に凸部を設け、この凸部に対応する外周端面１０寄りの第１当接壁面８に凹部を設けてもよい。

次に、本実施形態のインペラ１の製造方法を説明する。先ず、インペラ分割片６を、合成樹脂による射出成形又は金属によるダイカストによって成形する（成形工程）。射出成形やダイカストは周知の成形方法であるため説明を省略する。

前述したように、インペラ分割片６は、ハブ面３上の各ブレード４の裏面４ａの下縁に沿って放射状に延びる複数の分割線ｚを介して周方向に分割した形状であることにより、金型からの離型が容易である。従って、これによれば、金型構造が複雑化せず、低コストで効率良くインペラ分割片６を成形することができる。

次いで、成形工程により得られた７つのインペラ分割片６を用いて図１に示すインペラ１を組立てる。即ち、７つのインペラ分割片６をインペラ分割片６を円周状に複数配列し、隣り合うインペラ分割片６の第１当接壁面８と第２当接壁面９とを互いに当接させる。隣接するインペラ分割片６は第１当接壁面８と第２当接壁面９とによる比較的広い当接面積により精度よく安定した当接状態が得られる。更に第１当接壁面８と第２当接壁面９とが密着したとき、同時に、凸部１２と凹部１３とが係合する。これにより、隣接するインペラ分割片６同士が結合され、インペラ１の図１に示す形状が維持される（結合工程）。

ところで、結合工程においては、インペラ分割片６を１つずつ付け足すようにして円形状に並べて結合させていくことも可能であるが、６つのインペラ分割片６を結合させた後に残った１つのインペラ分割片６を組み込む作業が円滑に行えず、作業者の熟練を要する。

そこで、本実施形態では次のようにして結合工程を行う。即ち、図６に仮想線で示すように、７つのインペラ分割片６を所定間隔を存して円形状に配列する。次いで、図６の矢印で示すように、配列方向に沿った円の中心ｐに向かって各インペラ分割片６を均一に移動させて収束させる。そして、中心ｐに向かって収束した各インペラ分割片６は、隣接する第１当接壁面８と第２当接壁面９との当接結合が行われ、図１に示すインペラ１が円滑に形成される。このように結合工程を行うことで、１工程で図１に示すインペラ１を形成することができ、製造効率を飛躍的に向上させることができる。

こうのようにして形成されたインペラ１は、第１当接壁面８と第２当接壁面９とによる比較的広い当接面積による当接状態によって安定した組立て形状が得られることにより、従来のような複数の結合部材を不要とすることができ、部品点数や組立工数を削減して低コストに提供することができる。

なお、本実施形態の一部の変形例として図７（ａ）に示すインペラ１４を挙げることができる。このインペラ１４は、図７（ｂ）に示すように、ハブ２の下端外周に段差部１５が形成され、この段差部１５に環状の結束部材１６を装着したものである。それ以外の構成は、前述した図１に示すインペラ１と同一の構成を有している。結束部材１６は、ハブ２の下端の外周端部に接着、溶着、圧入、又はねじ止めすることにより固定される。

結束部材１６を設けたことで、部品点数は増加するが、図７（ａ）に示すように、結束部材１６が各インペラ分割片６を結束固定するので、各インペラ分割片６同士の結合状態が一層強固に維持されたインペラ１４を得ることができる。

また、図７（ｂ）に示す上下が開放された環状の結束部材１６を採用する以外に、図示しないが、円盤状の底部の外周から環状の周壁が起立する形状に形成された有底筒状の結束部材を採用するこも可能である。この形状の結束部材は、環状の周壁が、図７（ｂ）に示す段差部１５にはめ込まれるので、前記環状の結束部材１６と同様の効果が得られる。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ハブ２の上端側の軸挿部５内に円筒状の押え部材１７を挿着してもよい。これによれば、押え部材１７が軸挿部５の内面から各インペラ分割片６を押え、各インペラ分割片６の位置ずれを確実に防止することができる。

１，１４…インペラ、２…ハブ、３…ハブ面、４…ブレード、４ａ…裏面、ｚ…分割線、６…インペラ分割片、８…第１当接壁面（当接壁面）、９…第２当接壁面（当接壁面）、１２…凸部、１３…凹部、１６…結束部材、ｐ…円の中心。

Claims (5)

1. 軸挿部を有し軸線の一方向に向かって次第に縮径する円錐形状のハブと、該ハブのハブ面に設けられて周方向の一方側に傾斜し且つ周方向に所定間隔を存して複数配設されたブレードとを備えるインペラにおいて、
   傾斜姿勢の前記ブレードのハブ面に対向する側の面を裏面とし、前記ハブの大径側を下方としたとき、前記ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って同一方向に湾曲しつつ放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状の複数のインペラ分割片を備え、
   各インペラ分割片は、前記ハブの周方向に対応する両端に一対の当接壁面を備え、
   各インペラ分割片が周方向に配列され、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士が互いに当接して結合され、
   前記各インペラ分割片の一方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分には配列方向に向かって突出する凸部が設けられ、他方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分には前記凸部に対応する凹部が設けられ、
   隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士は、互いに当接したときに凹凸係合することを特徴とするインペラ。
2. 前記各インペラ分割片は同一形状であることを特長とする請求項１記載のインペラ。
3. 前記ハブの外周端部に環状の結束部材が装着されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインペラ。
4. 軸挿部を有し軸線の一方向に向かって次第に縮径する円錐形状のハブと、該ハブのハブ面に設けられて周方向の一方側に傾斜し且つ周方向に所定間隔を存して複数配設されたブレードとを備えるインペラの製造方法において、
   傾斜姿勢の前記ブレードのハブ面に対向する側の面を裏面とし、前記ハブの大径側を下方としたとき、前記ハブ面上の各ブレードの裏面の下縁に沿って同一方向に湾曲しつつ放射状に延びる複数の分割線を介して周方向に分割した形状であって、前記ハブの周方向に対応する両端に一対の当接壁面を備え、一方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分に配列方向に向かって突出するように設けられた凸部、及び、他方の当接壁面の前記軸挿部を形成する部分に前記凸部に対応するように設けられた凹部を有するインペラ分割片を成形する成形工程と、
   該成形工程により得られたインペラ分割片を周方向に複数配列し、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士を互いに当接させて結合する結合工程とを備えることを特徴とするインペラの製造方法。
5. 前記結合工程は、複数のインペラ分割片を所定間隔を存して円形状に配列した後、配列方向に沿った円の中心に向かって各インペラ分割片を均一に移動させて収束させ、隣り合うインペラ分割片の当接壁面同士を互いに当接させて結合することを特徴とする請求項４記載のインペラの製造方法。

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