JP5977991B2

JP5977991B2 - インペラ及びその製造方法

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Publication number: JP5977991B2
Application number: JP2012097864A
Authority: JP
Inventors: 石川　寛; 寛石川; 嘉則鶴貝; 安久齋藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: JP2013223849A

Description

本発明は、複数個の部材を組み合わせて構成されるインペラ及びその製造方法に関する。

インペラは、撹拌翼とも指称され、回転軸の先端に取り付けられて前記回転軸の回転動作とともに回転することで、例えば、気体や流体、粉体等を撹拌する作用を営む。この種のインペラは、一般的には、金属材又は樹脂材からなる成形品である。

インペラにおいては、平面視で羽根部同士の位置が重なり合うものが、高い撹拌効率が得られる。しかしながら、羽根部がこのような形状のものは、アンダーカット部が多く、金型から取り出す（いわゆる型抜きを行う）ことが困難である。そこで、特許文献１において、羽根部を機械加工（切削加工）によって形成することが提案されている。

特開２０１０−２６９４１７号公報

特許文献１に記載されるように機械加工を行う場合、煩雑な作業を行わなければならない上、製作時間が長くなる。しかも、製造コストが高騰するという不都合もある。

そこで、複数個の部材を個別に作製し、得られた部材同士を連結してインペラを構成することが想起される。この場合、個々の部材は比較的単純な形状をなすので、型抜きが容易となる。また、機械加工を行う必要もない。しかしながら、この場合、連結を行うことが容易ではなく、結局、コストが高騰するという不具合が惹起される。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、煩雑な作業を行うことなく、しかも、製造コストが高騰することを回避し得る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。

前記の目的を達成するために、本発明に係るインペラは、第１の貫通孔が形成された樹脂製の第１のインペラ部材と、
前記第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔が形成されるとともに前記第１のインペラ部材に重畳される樹脂製の第２のインペラ部材と、
前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔に挿入される樹脂製の軸受部材と、
を有し、
前記軸受部材が、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の各内壁に跨って固着していることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を、軸受部材を介して連結するようにしている。軸受部材は、第１の貫通孔及び第２の貫通孔内に樹脂素材を導入し、これを冷却硬化することで形成することができるので、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を、煩雑な連結作業を別途行うことなく、迅速且つ容易に連結することができる。しかも、このためにコストを低廉化することも可能である。

なお、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材との間にクリアランスを形成するとともに、該クリアランスに軸受部材の一部位を進入させるとよい。この一部位が第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の双方に固着するとともに、第１のインペラ部材の抜け止めとして機能する。従って、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の連結強度が一層強固となる。

また、軸受部材の外壁に少なくとも１個の係合部を形成するとともに、第１のインペラ部材又は第２のインペラ部材の少なくともいずれか一方に、前記係合部に係合する被係合部を形成することが好ましい。係合部と被係合部の係合により、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の連結強度がさらに一層強固となるからである。

さらに、軸受部材を、第１のインペラ部材及び第２のインペラ部材に比して高い潤滑性を示す樹脂から構成することが好ましい。この種の樹脂としては、例えば、カーボンフィラー又はフッ素樹脂フィラーを含むポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が挙げられる。一方、第１のインペラ部材及び第２のインペラ部材をなす樹脂としては、ガラスフィラーを含むＰＰＳが挙げられる。

前者は、一般的に後者に比して高価である。従って、軸受部材のみを前者から構成することにより、インペラの製作コストを低廉化し得るとともに、回転軸を挟持する軸受部材を、耐摩耗性に優れ、このために耐久性が良好なものとすることができる。

また、本発明に係るインペラの製造方法は、第１の貫通孔が形成された樹脂製の第１のインペラ部材と、前記第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔が形成されるとともに前記第１のインペラ部材に重畳される樹脂製の第２のインペラ部材とを形成する工程と、
互いに重畳された前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の内部に、軸受部材となる樹脂素材を導入する工程と、
前記樹脂素材を硬化させ、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の各内壁に跨って固着した樹脂製の軸受部材を得る工程と、
を有することを特徴とする。

このように、第１の貫通孔及び第２の貫通孔内に樹脂素材を導入し、これを冷却硬化することで軸受部材を形成するという簡素な作業を行うことにより、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を、煩雑な連結作業を別途行うことなく、迅速且つ容易に連結することができる。従って、コストを低廉化することもできる。

その上、インペラを、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を組み合わせる分割型のものとして作製するので、例えば、第１のインペラ部材に第１の羽根部を形成するとともに、第２のインペラ部材に第２の羽根部を形成し、第１の羽根部と第２の羽根部を連ねて羽根部とするとともに、平面視で羽根部同士の位置が重なり合うようなものとして形成することができる。このような場合、第１のインペラ部材、第２のインペラ部材を得た後の型抜きが容易である。しかも、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を得、これらを組み合わせることで、撹拌効率に優れるインペラを容易に得ることができる。

また、前記第１のインペラ部材と前記第２のインペラ部材との間にクリアランスを形成し、且つ前記クリアランスにも樹脂素材を充填するとよい。この場合、軸受部材は、その一部位が前記クリアランスに進入し、且つ第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の双方に固着したものとして得られる。この固着と、前記一部位が第１のインペラ部材の抜け止めとして機能することとが相俟って、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の連結強度が一層強固となる。

ここで、第１のインペラ部材又は前記第２のインペラ部材の少なくともいずれか一方に被係合部を予め形成しておき、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の内部に軸受部材となる素材を導入するときには、軸受部材の外壁に、前記被係合部に係合する係合部を少なくとも１個形成することが好ましい。上記したように、係合部と被係合部が互いに係合することにより、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の連結強度がさらに一層強固となるからである。

そして、軸受部材を得るための樹脂素材としては、第１のインペラ部材及び第２のインペラ部材に比して高い潤滑性を示すものを用いることが好ましい。これにより、インペラの製作コストを低廉化し得る。加えて、回転軸を挟持する軸受部材を、耐摩耗性に優れ、このために耐久性が良好なものとすることができるからである。

本発明によれば、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を、軸受部材を介して連結するようにしているので、煩雑な連結作業を別途行うことなく、迅速且つ容易に連結することができる。しかも、このためにコストを低廉化することもできる。

また、インペラを、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を組み合わせる分割型のものとするようにしているので、例えば、第１のインペラ部材に第１の羽根部を形成するとともに、第２のインペラ部材に第２の羽根部を形成し、第１の羽根部と第２の羽根部を連ねて羽根部とするとともに、平面視で羽根部同士の位置が重なり合うようなものとして形成することができる。このような場合、第１のインペラ部材、第２のインペラ部材を得た後の型抜きが容易であり、また、羽根部は、撹拌効率に優れる形状をなす。従って、第１のインペラ部材と第２のインペラ部材の作製が容易となるとともに、これら第１のインペラ部材と第２のインペラ部材を組み合わせることで、撹拌効率に優れるインペラを容易に得ることができる。

本発明の実施の形態に係るインペラの概略全体斜視図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図２の一部を拡大した要部拡大縦断面図である。別の実施の形態に係るインペラの要部拡大縦断面図である。また別の実施の形態に係るインペラの要部拡大縦断面図である。

以下、本発明に係るインペラ及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るインペラ１０の概略全体斜視図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。このインペラ１０は、図示しないロータを囲繞するロータ部１２と、第１羽根部材１４（第１のインペラ部材）と、第２羽根部材１６（第２のインペラ部材）と、軸受部材１８とを有する。後述するように、これらの部材は全て、樹脂からなる。

第１羽根部材１４は、円盤部２０と、該円盤部２０から丘陵状に立ち上がり略円錐台形状をなす台座部２２とを有し、円盤部２０の周縁部から台座部２２の中腹近傍には、第１羽根部２４が複数個形成される。

第１羽根部２４は、円盤部２０の周縁部から台座部２２の中腹近傍に向かう途中で、旋回するように湾曲している。さらに、側面部が鉛直上方を向くように捻れている。

図２に示すように、第１羽根部材１４の台座部２２には、その頂部に嵌合凹部２６が形成される。この嵌合凹部２６内には、略円筒形形状をなす管部２８が設けられる。該管部２８は、円盤部２０から突出しており、台座部２２から離間するようにして、嵌合凹部２６の軸線方向に沿って延在する。

管部２８は、図２における下方から、大径部３０と小径部３２をこの順序で有する。このため、大径部３０の端面は、小径部３２の直径方向外方に突出して露呈している。この露呈した大径部３０の端面により、段部３４が形成されている。

第２羽根部材１６は、ハブ部３６と、該ハブ部３６に設けられて個々の第１羽根部２４の連なる複数個の第２羽根部３８とを有する。この中、ハブ部３６の下端部は、第１羽根部材１４に形成された前記嵌合凹部２６に嵌合される。

また、ハブ部３６には、図３に示すように、管部２８の小径部３２が挿入される挿入凹部４０が形成される。小径部３２の上端面と、挿入凹部４０の天井面との間は若干離間している。すなわち、これらの面同士の間には、水平クリアランス４２が形成されている。

ハブ部３６に形成された第２羽根部３８は、ハブ部３６に離間する側の端部から近接する側の端部に至るまで、旋回するように湾曲している。さらに、その側面部が鉛直上方を向くように捻れており、その捻れの度合いは、第１羽根部２４に比して大きく設定されている。従って、１個の第２羽根部３８を平面視すると、その先端部が、隣接する第２羽根部３８に重なる位置となる（図１参照）。

以上のように形成された第２羽根部３８は、第１羽根部２４と連なる。これにより、羽根部が形成される。

ロータ部１２、第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６には、その軸線方向に沿って延在する貫通孔４４、４６、４８が形成される。これら貫通孔４４、４６、４８同士は、互いに重畳されて連なる。

貫通孔４４、４６、４８には、前記軸受部材１８が挿入される。この軸受部材１８は、ロータ部１２、第１羽根部材１４、第２羽根部材１６の各貫通孔４４、４６、４８の内壁に固着している。すなわち、ロータ部１２、第１羽根部材１４、第２羽根部材１６は、軸受部材１８を介して互いに堅牢に連結されている。

軸受部材１８は、挿通孔５０が形成された長尺な軸部５２と、該軸部５２の下端面において、直径方向外方に突出した円形状突部５４と、該円形状突部５４の縁部から略垂直に立ち上がった立ち上がり部５６とを有する。この中、円形状突部５４と立ち上がり部５６とによって略円筒形状の収容部が形成され、前記ロータ部１２は、該収容部に収容される。

また、軸部５２は、前記水平クリアランス４２に対応する位置に、直径方向外方に突出したフランジ部５８を有する。すなわち、前記水平クリアランス４２は、フランジ部５８によって充填されている。

軸部５２において、フランジ部５８よりも上方側の端部には、その内周壁に、直径方向内方に環状に突出したブッシュ部６０が一体的に形成される。このブッシュ部６０が、図示しない回転軸を挟持する。

すなわち、軸受部材１８に貫通形成された挿通孔５０には、図示しない回転軸が通される。この回転軸の直径は、ブッシュ部６０の内径に対応する。従って、ブッシュ部６０の側壁部が回転軸に当接する。

また、回転軸は、例えば、図示しないボルト等を介して、第２羽根部材１６に連結される。従って、回転軸が回転動作することに追従し、軸受部材１８と第２羽根部材１６が回転動作するとともに、これに伴って第１羽根部材１４及びロータ部１２が回転動作する。すなわち、インペラ１０の全体が回転動作し、複数個の羽根部によって流体等の撹拌が行われる。本実施の形態においては、平面視で羽根部（第２羽根部３８）同士の位置が重なり合っている（図１参照）ため、高い撹拌効率が得られる。

以上の構成において、軸受部材１８は、カーボンフィラー又はフッ素樹脂フィラーを含むポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）からなる。一方、ロータ部１２、第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６は、ガラスフィラーを含むＰＰＳによって形成される。両ＰＰＳを比較した場合、前者の方が高価ではあるが摺動性が良好であり、摩耗し難い。

すなわち、本実施の形態では、回転軸を挟持する軸受部材１８を、摺動性が良好であり摩耗し難いＰＰＳで構成し、それ以外の部材を、安価なＰＰＳで構成するようにしている。このため、コストを低廉化しながら、耐久性に優れるインペラ１０を構成することができる。

次に、このように構成されるインペラ１０の作用効果につき、その製造方法との関係で説明する。

インペラ１０を得るためには、はじめに、インサート成形を行い、ロータを囲繞するとともに貫通孔４４が形成されたロータ部１２を形成する。その一方で、例えば、射出成形により、貫通孔４６が形成された第１羽根部材１４と、貫通孔４８が形成された第２羽根部材１６とを作製する。これらの部材は、ガラスフィラーを含むＰＰＳを出発材料（樹脂素材）として形成される。

第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６の個々の形状は比較的単純であり、このため、型抜きが容易である。

次に、第１羽根部材１４と第２羽根部材１６を連結する。すなわち、第２羽根部材１６のハブ部３６を嵌合凹部２６に嵌合するとともに、該ハブ部３６の挿入凹部４０に、管部２８の小径部３２を挿入する。ハブ部３６は、その下端面が、小径部３２と大径部３０の境界、すなわち、段部３４に当接することで堰止される。この際、小径部３２の上端面と、挿入凹部４０の天井面との間に水平クリアランス４２が形成される。

次に、互いに連結された第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６とロータ部１２を、貫通孔４４、４６、４８が重畳されるようにして金型に収容する。そして、カーボンフィラー又はフッ素樹脂フィラーを含むＰＰＳを貫通孔４４、４６、４８内に導入して軸部５２を成形するとともに、ロータ部１２を囲繞する円形状突部５４及び立ち上がり部５６を成形する。また、この導入の際に、前記水平クリアランス４２にも軸受部材１８となるＰＰＳが充填される。

その後、該ＰＰＳを冷却硬化させることにより、軸受部材１８が形成される。軸受部材１８の軸部５２は、冷却硬化の際に貫通孔４４、４６、４８の内壁に固着する。この固着により、ロータ部１２、第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６が軸受部材１８を介して堅牢に連結される。

また、前記水平クリアランス４２に充填された樹脂が冷却硬化することにより、フランジ部５８が形成される。このフランジ部５８が、小径部３２の上端面と、挿入凹部４０の天井面とに固着する。これにより、第１羽根部材１４と第２羽根部材１６が一層堅牢に連結される。

以上のように、本実施の形態によれば、分割型のインペラ１０でありながら、軸受部材１８となる樹脂（ＰＰＳ）を貫通孔４４、４６、４８に導入し、これを冷却硬化することによって、ロータ部１２、第１羽根部材１４及び第２羽根部材１６を堅牢に、しかも、容易に連結することができる。このため、煩雑な連結作業を別途行ったり、コストが高騰したりすることを回避することができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図４に示すように、第２羽根部材１６のハブ部３６において、貫通孔４８の開口近傍に段部６２（被係合部）を形成するようにしてもよい。この場合、軸受部材１８となる樹脂が、前記段部６２に導入される。その結果、軸受部材１８の軸部５２の上端部に、直径方向外方に向かって突出する抜け止め部６４（係合部）が形成される。

すなわち、段部６２に抜け止め部６４が係合し、これにより、第２羽根部材１６の軸受部材１８からの抜け止めがなされる。しかも、軸受部材１８の軸部５２の外周壁には、フランジ部５８と抜け止め部６４との間に陥没６６が形成され、この陥没６６に、第２羽根部材１６の貫通孔４８の内壁となる肉が進入して進入突部６８が形成される。これにより、陥没６６と進入突部６８との間に、いわゆるアンカー効果が発現する。

以上により、第２羽根部材１６に対する軸受部材１８の連結がさらに一層強固なものとなる。

また、図５に示すように、小径部３２の外周壁と、挿入凹部４０の内周壁との間に、前記水平クリアランス４２に連通する鉛直クリアランス７０（被係合部）を形成するようにしてもよい。この場合、軸受部材１８となる樹脂が貫通孔４４、４６、４８に導入されると、該樹脂は、水平クリアランス４２及び鉛直クリアランス７０の双方に充填される。従って、フランジ部５８に対し、その周縁部から垂下する方向に外周壁が延在する筒部７２（係合部）が形成される。この筒部７２が冷却硬化することに伴って、該筒部７２が、小径部３２（第１羽根部材１４）の外周壁と、挿入凹部４０（第２羽根部材１６）の内周壁に対して固着する。しかも、筒部７２の外周壁が垂下しているため、第１羽根部材１４に対する抜け止めとなる。

以上により、第１羽根部材１４に対する軸受部材１８の連結がさらに一層強固なものとなる。

なお、図５に示した実施の形態では、第１羽根部材１４と第２羽根部材１６の双方に被係合部（段部６２、鉛直クリアランス７０）を設けるとともに、軸受部材１８に、前記２個の被係合部の各々に係合する係合部（抜け止め部６４、筒部７２）を設けるようにしているが、鉛直クリアランス７０及び筒部７２のみを設けるようにしてもよいことは勿論である。

１０…インペラ１２…ロータ部
１４…第１羽根部材１６…第２羽根部材
１８…軸受部材２４…第１羽根部
２６…嵌合凹部２８…管部
３４…段部３６…ハブ部
３８…第２羽根部４０…挿入凹部
４２…水平クリアランス４４、４６、４８…貫通孔
５０…挿通孔５２…軸部
５８…フランジ部６０…ブッシュ部
６２…段部６４…抜け止め部
６６…陥没６８…進入突部
７０…鉛直クリアランス７２…筒部

Claims

第１の貫通孔が形成された樹脂製の第１のインペラ部材と、
前記第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔が形成されるとともに前記第１のインペラ部材に重畳される樹脂製の第２のインペラ部材と、
前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔に挿入される樹脂製の軸受部材と、
を有し、
前記軸受部材が、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の各内壁に跨って固着し、
且つ前記第１のインペラ部材と前記第２のインペラ部材との間に形成されたクリアランスに前記軸受部材の一部位が進入するとともに、該一部位が前記クリアランスの内壁にも固着していることを特徴とするインペラ。
請求項１記載のインペラにおいて、前記軸受部材の外壁に少なくとも１個の係合部が形成されるとともに、前記第１のインペラ部材又は前記第２のインペラ部材の少なくともいずれか一方に、前記係合部に係合する被係合部が形成されていることを特徴とするインペラ。
請求項１又は２記載のインペラにおいて、前記軸受部材は、前記第１のインペラ部材及び前記第２のインペラ部材に比して高い潤滑性を示す樹脂からなることを特徴とするインペラ。
第１の貫通孔が形成された樹脂製の第１のインペラ部材と、前記第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔が形成されるとともに前記第１のインペラ部材に重畳される樹脂製の第２のインペラ部材とを形成する工程と、
互いに重畳された前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の内部に、軸受部材となる樹脂素材を導入する工程と、
前記樹脂素材を硬化させ、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の各内壁に跨って固着した樹脂製の軸受部材を得る工程と、
を有し、
前記第１のインペラ部材と前記第２のインペラ部材との間に形成されるクリアランスに前記樹脂素材を充填し、前記軸受部材を、その一部位が前記クリアランスに進入し且つ該一部位が前記クリアランスの内壁にも固着したものとして得ることを特徴とするインペラの製造方法。
請求項４記載の製造方法において、前記第１のインペラ部材又は前記第２のインペラ部材の少なくともいずれか一方に被係合部を形成しておき、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔の内部に前記軸受部材となる樹脂素材を導入するとき、前記軸受部材の外壁に、前記被係合部に係合する係合部を少なくとも１個形成することを特徴とするインペラの製造方法。
請求項４又は５記載の製造方法において、前記軸受部材を得るための樹脂素材として、前記第１のインペラ部材及び前記第２のインペラ部材に比して高い潤滑性を示すものを用いることを特徴とするインペラの製造方法。