JP6115150B2 - 流体ポンプ用インペラ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸接続用のボス部と、前記ボス部の周りで環状の背面板と、前記背面板の前記ボス部が存在する側に前記背面板の外周側と前記ボス部の側とに亘って配置されたボス部周方向で複数の羽根部と、を備えている流体ポンプ用インペラ及びその製造方法に関する。

上記インペラは、ボス部の周りで環状の背面板を備えているので、回転軸芯方向から流入した流体の流れ方向を、背面板に沿ってインペラ径方向の外方側に円滑に変更し易い利点がある。
特許文献１には、一枚の金属板材から形成された背面板としての機能を有する環状部材と、別の一枚の金属板材から形成されたボス部及び複数の羽根部を有する羽根部材とを同芯状に溶接で固定してある流体ポンプ用インペラが開示されている。

特開２００５−２４０５５７号公報

特許文献１に開示されているインペラは、環状部材と羽根部材との二つの部材を同芯状に組み合わせて、背面板を備えたインペラを構成してあるので、背面板と、ボス部及び複数の羽根部とを各別に製作する手間及びそれらを一体に組み付ける手間を要し、製造コストの低減を図り難い。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、製造コストの低減を図り易い、背面板を備える流体ポンプ用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。

本発明による流体ポンプ用インペラの特徴構成は、回転軸接続用のボス部と、前記ボス部の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された当該ボス部の周りで環状の背面板と、前記背面板の前記ボス部が存在する側に前記背面板の外周側と前記ボス部の側とに亘って配置されたボス部周方向で複数の羽根部と、を備え、前記ボス部、前記背面板及び前記複数の羽根部を、一枚の金属板材から一体形成してあり、
前記ボス部及び前記背面板が、底板部及び前記底板部の外周側に沿って一連に立設された筒状の周壁部を一体に備える金属部材のうちの、前記底板部の中央部を前記周壁部の内側に入り込ませることにより形成され、
前記複数の羽根部が、前記金属部材のうちの前記周壁部の周方向複数箇所を当該周壁部の内側に向けて切り起こすことにより形成され、
前記羽根部の各々は、前記周壁部の周縁側壁部分を環状に残して、当該周壁部から切り起こしてあり、
前記周縁側壁部分に環状の鍔部を屈曲形成してある点にある。

本構成の流体ポンプ用インペラは、ボス部、そのボス部の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された背面板、及び、複数の羽根部を、一枚の金属板材から一体形成してある。
このため、背面板と、ボス部及び複数の羽根部とを各別に製作する手間も、それらを一体に組み付ける手間も要することなく製造することができる。
したがって、本発明による流体ポンプ用インペラであれば、背面板を備えるインペラでありながら、製造コストの低減を図り易い。
また、底板部の中央部を周壁部の内側に入り込ませることにより形成したボス部及び背面板と、周壁部の周方向複数箇所を当該周壁部の内側に向けて切り起こすことにより形成した複数の羽根部との相対位置を精度良く位置決めして所望の性能を確保し易い。
また、複数の羽根部を切り起こした後の周壁部のうちの、羽根部の基部に連続して存在する複数の基部壁部分を環状の周縁側壁部分で連結してあるために、基部壁部分が変形し難くなり、その結果、羽根部の倒れなどの変形を長期に亘って防止することができる。
また、周縁側壁部分の剛性を高めることができる。
このため、複数の基部壁部分を強固に連結して、羽根部の倒れなどの変形を一層長期に亘って防止することができる。

本発明による流体ポンプ用インペラの他の特徴構成は、前記羽根部を切り起こすことによって前記周縁側壁部分に形成された切断縁が、前記羽根部の基部が連続する基部壁部分に対して鈍角で交差する形状、又は、前記基部壁部分に対して曲線状に連続する形状に形成されている点にある。

本構成であれば、周縁側壁部分と基部壁部分とが連続する部位の応力集中を緩和して、その連続部位における割れや変形などの発生を長期に亘って防止することができる。

本発明による流体ポンプ用インペラの他の特徴構成は、前記周壁部における前記羽根部の切り起こし跡に形成される開口部の面積を、前記羽根部の展開面積よりも広い面積に設定してある点にある。

本構成であれば、回転軸芯方向から流入した流体を、周方向で隣り合う羽根部の間から面積が広い開口部を通して、インペラ径方向外方側に向けて円滑に流出させることができる。

本発明による流体ポンプ用インペラの他の特徴構成は、前記羽根部は、前記ボス部の側ほど基部側よりも幅広に形成してある点にある。

本構成であれば、回転軸芯方向から流入した流体を、羽根部のうちの、基部側よりも幅広に形成してあるボス部の側の羽根部分で効率良く旋回流動させることができる。

第１実施形態のインペラの斜視図である。 第１実施形態のインペラの回転軸芯に直交する断面を、背面板の存在する側に向かって見た断面図である。 第１実施形態のインペラの底面図である。 第１実施形態のインペラの断面図である。 インペラの製造方法を示す斜視図である。 インペラの製造方法を示す斜視図である。 インペラの製造方法を示す断面図である。 インペラの製造方法を示す断面図である。 インペラの製造方法を示す斜視図である。 インペラの製造方法を示す周壁部の展開図である。 第２実施形態のインペラの斜視図である。 第２実施形態のインペラの製造方法を示す周壁部の展開図である。 第３実施形態のインペラの斜視図である。 第３実施形態のインペラの製造方法を示す平面図である。 第３実施形態のインペラの製造方法を示す斜視図である。 第３実施形態のインペラの製造方法を示す斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図４は、第１実施形態の流体ポンプ用インペラ（以下、単にインペラという。）Ａを示す。
インペラＡは、例えば車両に搭載してあるエンジンとラジエータとに亘ってエンジン冷却水（流体）を循環させる渦巻き式のウォータポンプに装備される。

インペラＡは、エンジン又は電動モータにより駆動される回転軸を内嵌して接続する回転軸接続用の円筒状のボス部１と、ボス部１の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された当該ボス部１の周りで円環状の背面板２と、背面板２のボス部１が存在する側に背面板２の外周側とボス部１の側とに亘って配置されたボス部周方向で複数
（本実施形態では六枚）の羽根部３と、を備えている。

インペラＡは、矢印Ｓで示す回転方向に駆動回転されることにより、背面板２のボス部１が存在する側に向けて回転軸芯Ｘに沿った方向から流入した流体を、複数の羽根部３でインペラ径方向の外方側に向けて吐出する。
つまり、インペラＡは、背面板２を羽根部３の側から見た平面視で、矢印Ｓで示す時計回りで回転させることにより、回転軸芯Ｘに沿う方向から流入したエンジン冷却水をインペラ径方向に吐出させる。

ボス部１、背面板２及び複数の羽根部３は、図５に示すように、例えばアルミ合金製の一枚の共通の円形金属板材４を、図６，図７に示すように、円形の底板部５ａ及び底板部５ａの外周側に沿って一定高さで一連に立設された円筒状の周壁部５ｂを一体に備えた椀状の金属部材５に絞り加工し、その金属部材５を更に加工することにより一体形成してある。
尚、円形金属板材４を絞り加工して各部を形成してあるので、各部の厚みが実際には互いに異なる厚みになるが、各部の厚みを簡易的に同じ厚みで記載してある。

ボス部１及び背面板２は、図８に示すように、金属部材５のうちの底板部５ａの中央部を周壁部５ｂの内側に同芯状に入り込ませることにより形成されている。
複数の羽根部３は、図９に示すように、金属部材５のうちの周壁部５ｂの周方向複数箇所（本実施形態では六箇所）を等間隔でボス部１の側に切り起こして所定形状に曲げ変形させることにより形成してある。

すなわち、羽根部３の各々は、図９，図１０に示すように、回転軸芯Ｘと平行に形成した軸芯方向切断縁６ａと、軸芯方向切断縁６ａの両端部から回転方向Ｓの上手側に向けて周方向に形成した背面板側周方向切断縁６ｂ及び周縁側周方向切断縁６ｃとを有するＵ字状に周壁部５ｂを切断することにより、周壁部５ｂの周縁側に沿う周縁側壁部分７を円環状に残して、その切断部分６を周壁部５ｂの内側に向けて切り起こして形成してある。

したがって、羽根部３の基部は、周壁部５ｂのうちの隣り合う切断部分６の間に残された基部壁部分８に連続しており、図１，図９，図１０において、羽根部３と基部壁部分８との回転軸芯Ｘと平行な境界部（折り曲げ部）を一点鎖線で示してある。

軸芯方向切断縁６ａは、周方向で等間隔に形成してある。
背面板側周方向切断縁６ｂは、周壁部５ｂの立ち上がり部に沿って背面板２の板面と平行に形成してある。
周縁側周方向切断縁６ｃは、回転方向Ｓの上手側ほど背面板側周方向切断縁６ｂの側に近づくように形成してある。

したがって、羽根部３の各々は、ボス部１の側の先端側ほど基部側よりも幅広に形成されている。
また、羽根部３を切り起こすことによって周縁側壁部分７に形成された切断縁である周縁側周方向切断縁６ｃが、羽根部３の基部が連続する基部壁部分８に対して鈍角θで交差する形状に形成されている。

周壁部５ｂから切り起こした羽根部３の各々は、図１，図２，図９に示すように、ボス部１の側ほど回転方向Ｓの下手側に向けて延出し、かつ、回転方向Ｓの下手側に向けて突出する二次元の湾曲形状に塑性変形させて、全体として渦巻状に周方向で等間隔で配置されている。
なお、羽根部３の各々は、三次元の湾曲形状に塑性変形させて配置してあってもよい。

上記インペラＡの製造方法を説明する。
図５に示す例えばアルミ合金製の一枚の円形金属板材４を絞り加工することにより、図６，図７に示すように、円形の底板部５ａ及び底板部５ａの外周側に沿って一定高さで一連に立設された円筒状の周壁部５ｂを一体に備える金属部材（中間製品）５を形成する
（金属部材形成工程）。

また、底板部５ａの中央部を絞り加工で周壁部５ｂの内側に入り込ませることにより、図８に示すように、回転軸接続用の円筒状のボス部１及びボス部１の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された当該ボス部１の周りで円環状の背面板２を形成する（ボス部・背面板形成工程）。
なお、ボス部・背面板形成工程を金属部材形成工程と同時に実施しても、金属部材形成工程の後に別途実施してもよい。

つぎに、図９に示すように、周壁部５ｂの周方向複数箇所（本実施形態では六箇所）をＵ字状に切断して、その切断部分６を当該周壁部５ｂの内側に向けて起こすことにより、背面板２のボス部１が存在する側に背面板２の外周側とボス部１の側とに亘って配置されたボス部周方向で複数（本実施形態では六枚）の羽根部３を形成する（羽根部形成工程）。

羽根部形成工程では、軸芯方向切断縁６ａと、軸芯方向切断縁６ａの両端部から形成した背面板側周方向切断縁６ｂ及び周縁側周方向切断縁６ｃとを有するＵ字状に周壁部５ｂを切断することにより、周壁部５ｂの周縁側壁部分７を円環状に残して、その切断部分６を周壁部５ｂの内側に向けて起こす。

すなわち、周壁部５ｂからの切断部分６を、ボス部１の側ほど回転方向Ｓの下手側に向けて延出し、かつ、回転方向Ｓの下手側に向けて突出する二次元の湾曲形状に塑性変形させて、羽根部３の各々を形成することにより、図１〜図４に示すインペラＡを製造する。

〔第２実施形態〕
図１１，図１２は、インペラの第２実施形態を示す。
本実施形態では、周縁側壁部分７に環状の鍔部１０を屈曲形成してある。
また、周縁側壁部分７のうちの、羽根部３を切り起こすために形成した周縁側周方向切断縁６ｃに沿う部分を切欠くことによって、新たな切断縁６ｄを形成してある。
背面板側周方向切断縁６ｂは、周壁部５ｂの立ち上がり部に沿って背面板２の板面と平行に形成してある。

これにより、新たな周縁側周方向切断縁６ｄを基部壁部分８に対して円弧状（曲線状）に連続する形状に形成してあると共に、周壁部５ｂにおける羽根部３の切り起こし跡に形成される開口部９の面積を、羽根部３の展開面積よりも広い面積に設定してある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図１３〜図１６は、インペラの第３実施形態を示す。
図１３に示す本実施形態のインペラＡは、金属板から打ち抜いた図１４に示す一枚の扁平な金属板材４から、ボス部１、背面板２及び複数の羽根部３を一体形成してある。

本実施形態のインペラＡの製造方法を説明する。
金属板材４は、図１４に示すように、円形の底板部分１１及び羽根部形成用の複数（本実施形態では六枚）の羽根用板部分１２を一体に備えている。
羽根用板部分１２は、羽根部分１２ａと羽根支持部分１２ｂとを備え、底板部分１１の外周部に周方向に間隔を隔てて配置してある。

そして、絞り加工により底板部分１１の中央部を凹入させて、図１５に示すように、回転軸接続用の円筒状のボス部１及びボス部１の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された当該ボス部１の周りで円環状の背面板２を形成する（ボス部・背面板形成工程）。

次に、図１６に示すように、羽根用板部分１２の夫々をボス部１の存在側に向けて略直角に折り曲げた後、その折り曲げた羽根用板部分１２の羽根部分１２ａをボス部１の側に折り曲げて、ボス部周方向で複数の羽根部３を形成し、図１３で示したインペラＡを製造する。
その他の構成は、環状の周縁側壁部分７を備えていない点を除いて、第１実施形態と同様である。

本実施形態のインペラＡであれば、背面板２や羽根部３などのボス部１を除く部分を略同じ厚みで形成することができ、所定の性能を安定的に発揮させ易い。

〔その他の実施形態〕
本発明による流体ポンプ用インペラは、各種流体ポンプ用インペラに利用することができる。

１ ボス部
２ 背面板
３ 羽根部
４ 金属板材
５ 金属部材
５ａ 底板部
５ｂ 周壁部
６ｃ 切断縁
７ 周縁側壁部分
８ 基部壁部分
９ 開口部
１０ 鍔部
θ 鈍角

Claims (4)

1. 回転軸接続用のボス部と、
   前記ボス部の長手方向一端側からインペラ径方向外方側に向けて延設された当該ボス部の周りで環状の背面板と、
   前記背面板の前記ボス部が存在する側に前記背面板の外周側と前記ボス部の側とに亘って配置されたボス部周方向で複数の羽根部と、を備え、
   前記ボス部、前記背面板及び前記複数の羽根部を、一枚の金属板材から一体形成してあり、
   前記ボス部及び前記背面板が、底板部及び前記底板部の外周側に沿って一連に立設された筒状の周壁部を一体に備える金属部材のうちの、前記底板部の中央部を前記周壁部の内側に入り込ませることにより形成され、
   前記複数の羽根部が、前記金属部材のうちの前記周壁部の周方向複数箇所を当該周壁部の内側に向けて切り起こすことにより形成され、
   前記羽根部の各々は、前記周壁部の周縁側壁部分を環状に残して、当該周壁部から切り起こしてあり、
   前記周縁側壁部分に環状の鍔部を屈曲形成してある流体ポンプ用インペラ。
2. 前記羽根部を切り起こすことによって前記周縁側壁部分に形成された切断縁が、前記羽根部の基部が連続する基部壁部分に対して鈍角で交差する形状、又は、前記基部壁部分に対して曲線状に連続する形状に形成されている請求項１記載の流体ポンプ用インペラ。
3. 前記周壁部における前記羽根部の切り起こし跡に形成される開口部の面積を、前記羽根部の展開面積よりも広い面積に設定してある請求項１又は２に記載の流体ポンプ用インペラ。
4. 前記羽根部は、前記ボス部の側ほど基部側よりも幅広に形成してある請求項１〜３のいずれか１項記載の流体ポンプ用インペラ。

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