JP6130740B2 - Composite impeller - Google Patents

Composite impeller Download PDF

Info

Publication number
JP6130740B2
JP6130740B2 JP2013122232A JP2013122232A JP6130740B2 JP 6130740 B2 JP6130740 B2 JP 6130740B2 JP 2013122232 A JP2013122232 A JP 2013122232A JP 2013122232 A JP2013122232 A JP 2013122232A JP 6130740 B2 JP6130740 B2 JP 6130740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hub
impeller
outer peripheral
resin
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013122232A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014238083A (en
Inventor
新藤 健太郎
健太郎 新藤
良次 岡部
良次 岡部
慶吾 坂本
慶吾 坂本
由起彦 井上
由起彦 井上
川節 望
川節  望
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2013122232A priority Critical patent/JP6130740B2/en
Publication of JP2014238083A publication Critical patent/JP2014238083A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6130740B2 publication Critical patent/JP6130740B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

本発明は、複合材製の羽根車に関し、特に繊維強化樹脂によって形成された羽根車に関する。   The present invention relates to an impeller made of a composite material, and more particularly to an impeller formed of fiber reinforced resin.

流体機械の中で、ハブに取り付けられた複数の翼からなり、流体にエネルギーを与えるものとして、送風機や圧縮機やポンプの羽根車があり、また、流体からエネルギーを受け取るものとして、水車やタービンの羽根車がある。
これら羽根車は、強度を確保しつつ、慣性モーメントをより一層低減するために繊維強化樹脂製によって形成されるものが知られている。
Among fluid machines, there are a plurality of blades attached to the hub, and there are blowers, compressors and pump impellers that give energy to the fluid, and water turbines and turbines that receive energy from the fluid There is an impeller.
These impellers are known to be made of fiber reinforced resin in order to further reduce the moment of inertia while ensuring strength.

例えば、特許第3018853号公報(特許文献1)、および米国特許出願公開第2012/0124994号明細書及び図面(特許文献2)に示されている。   For example, it is shown in Japanese Patent No. 3018853 (Patent Document 1), US Patent Application Publication No. 2012/0124994 and drawings (Patent Document 2).

この特許文献1には、繊維強化樹脂製インペラについて開示されており、ターボチャージャ搭載車独自の異音の発生を抑えた、安価な繊維強化樹脂製インペラについて示されている。
異音発生防止のために、インペラの軸穴の内面とシャフトの外面との間で形成される隙間を管理することで達成している。特に、インペラの軸穴の内面と接触する背板側軸穴径管理部位と、ボス側軸穴径管理部位とにおける軸穴径と該軸穴に嵌合するシャフトのシャフト径との隙間関係を一定の範囲内とすることで異音の発生を防止することが示されている。
This Patent Document 1 discloses a fiber reinforced resin impeller, which shows an inexpensive fiber reinforced resin impeller that suppresses the generation of noise unique to a turbocharger-equipped vehicle.
In order to prevent the generation of abnormal noise, this is achieved by managing the gap formed between the inner surface of the shaft hole of the impeller and the outer surface of the shaft. In particular, the clearance relationship between the shaft hole diameter at the back plate side shaft hole diameter management part that contacts the inner surface of the shaft hole of the impeller and the boss side shaft hole diameter management part and the shaft diameter of the shaft that fits into the shaft hole. It has been shown that the occurrence of abnormal noise is prevented by setting it within a certain range.

また、特許文献2には、その文献の図1〜4にターボチャージャのコンプレッサ羽根車10が繊維強化樹脂によって形成され、軸方向に延びるハブ12の外周面にコンプレッサ翼26が複数枚取り付けられ、このコンプレッサ翼26の部分を、連続繊維38を含む樹脂で形成されることが示され、該連続繊維の方向が回転軸の径方向25に配向している場合(特許文献2の図2)、ハブ外周面の方向に沿った方向29に配向している場合(図3)、これらが組み合わせされた方向に配向される場合(図4)が示されている。さらに、ハブ12が不連続繊維32で強化されて形成されることが示されている。   Moreover, in patent document 2, the compressor impeller 10 of the turbocharger is formed of fiber reinforced resin in FIGS. 1 to 4 of the document, and a plurality of compressor blades 26 are attached to the outer peripheral surface of the hub 12 extending in the axial direction. When the compressor blade 26 is shown to be formed of a resin containing continuous fibers 38, and the direction of the continuous fibers is oriented in the radial direction 25 of the rotating shaft (FIG. 2 of Patent Document 2), The case where it is oriented in the direction 29 along the direction of the hub outer peripheral surface (FIG. 3) and the case where it is oriented in the combined direction (FIG. 4) is shown. Further, it is shown that the hub 12 is reinforced with discontinuous fibers 32.

特許第3018853号公報Japanese Patent No. 3018853 米国特許出願公開第2012/0124994号公報US Patent Application Publication No. 2012/0124994

しかし、前述の特許文献1は、繊維強化樹脂製インペラについて開示しているが、インペラの軸穴の内面とシャフトの外面との間で形成される隙間を管理することで異音の防止を図る技術であり、繊維の配向を高耐久性に適したものにすることまでは開示されていない。   However, although the above-mentioned Patent Document 1 discloses a fiber reinforced resin impeller, noise is prevented by managing a gap formed between the inner surface of the shaft hole of the impeller and the outer surface of the shaft. It is a technology and has not been disclosed until fiber orientation is suitable for high durability.

また、特許文献2には、繊維強化樹脂製のターボチャージャのコンプレッサ羽根車について開示されているが、コンプレッサ翼26の部分は特定の方向に配向した連続繊維38を含む樹脂で構成され、ハブ12の部分は不連続繊維32を含む樹脂で形成されるものである。
一般的に、翼が取り付けられるハブには径方向の応力及び周方向の応力が複雑に作用し、特に、ハブの外周部分には回転による遠心応力が作用するとともに、羽根車が圧縮機の場合には外周部分は作動流体の圧縮によって高温化されやすく、また、羽根車がタービンの場合には外周部分から高温の作動ガスが流入することで高温化されやすく、熱的にも厳しい環境に晒される場合が多い。さらに、翼の付け根部には翼の倒れ込みによる応力が作用する。
Patent Document 2 discloses a compressor impeller of a turbocharger made of fiber reinforced resin. The compressor blade 26 is made of a resin including continuous fibers 38 oriented in a specific direction. This part is formed of a resin containing discontinuous fibers 32.
In general, radial and circumferential stresses act in a complex manner on the hub on which the blades are mounted. In particular, centrifugal stress due to rotation acts on the outer periphery of the hub, and the impeller is a compressor. However, when the impeller is a turbine, the outer peripheral part is likely to be heated to a high temperature due to the inflow of high-temperature working gas from the outer peripheral part. In many cases. Furthermore, the stress by the fall of a wing | blade acts on the base part of a wing | blade.

従って、ハブ全体を不連続繊維樹脂で形成すると、連続繊維の配列による強化作用が得られ難く、ハブ全体の耐久性に問題を生じるおそれがあり、高耐久性を有した繊維強化樹脂製の羽根車の実現が困難となる。   Therefore, if the entire hub is formed of discontinuous fiber resin, it is difficult to obtain a reinforcing action due to the arrangement of continuous fibers, which may cause problems in the durability of the entire hub, and the blade made of fiber reinforced resin having high durability. Car realization becomes difficult.

さらに、翼部はハブ外周面に沿って取り付けられると共に、ハウジング内に所定の隙間を介在して配置しなければならないため、翼形状としての寸法精度が要求されるが、この特許文献2のように特定の方向に配向した連続繊維を含めて複雑な翼形状に製造することは製造工数及び製造コストの増大を招きやすい。   Further, since the wing portion is attached along the outer peripheral surface of the hub and must be disposed in the housing with a predetermined gap, dimensional accuracy as a wing shape is required. Manufacturing a complicated blade shape including continuous fibers oriented in a specific direction tends to increase the number of manufacturing steps and the manufacturing cost.

そこで、本発明はかかる技術的課題に鑑みてなされたものであり、ハブの外周面に取り付けられた複数の翼からなり、流体にエネルギーを与える送風機や圧縮機やポンプの羽根車、または、流体からエネルギーを受け取る水車やタービン等の流体機械の羽根車において、ハブ部を連続繊維樹脂により、翼部を不連続繊維樹脂により形成するとともに、連続繊維の配向を改良して高耐久性を有するとともに製造容易な複合材製の羽根車を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of such technical problems, and is composed of a plurality of blades attached to the outer peripheral surface of the hub, and is provided with a blower, a compressor, a pump impeller, or a fluid that gives energy to the fluid. In the impeller of a fluid machine such as a turbine or turbine that receives energy from the hub, the hub part is formed of continuous fiber resin, the wing part is formed of discontinuous fiber resin, and the orientation of the continuous fiber is improved to have high durability. An object of the present invention is to provide a composite impeller that is easy to manufacture.

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、回転軸に設けられたハブ部と該ハブ部の外周面に取り付けられた複数の翼部とによって形成され、流体にエネルギーを与え、または流体からエネルギーを受け取る流体機械の羽根車において、
前記翼部は不連続繊維を樹脂で被覆した不連続繊維樹脂によって形成され、前記ハブ部は連続繊維に樹脂を含浸したプリプレグからなる連続繊維樹脂によって形成され、前記連続繊維は回転軸に直角方向の面において交差するように複数方向の配向を有している直線状の連続繊維と、円周方向に配向を有している環状の連続繊維とを有し、前記環状の連続繊維は、前記ハブ部の外周部分のみ、または内周部分のみ、または内周部分と外周部分のみに設けられることを特徴とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and is formed by a hub portion provided on a rotating shaft and a plurality of wing portions attached to an outer peripheral surface of the hub portion, and gives energy to a fluid. Or in an impeller of a fluid machine that receives energy from a fluid,
The wing portion is formed of a discontinuous fiber resin in which discontinuous fibers are coated with a resin, the hub portion is formed of a continuous fiber resin made of a prepreg in which continuous fibers are impregnated with resin, and the continuous fibers are perpendicular to the rotation axis. A linear continuous fiber having a plurality of orientations so as to intersect in the plane, and an annular continuous fiber having an orientation in the circumferential direction, the annular continuous fiber is It is provided only in the outer peripheral part of the hub part, only in the inner peripheral part, or only in the inner peripheral part and the outer peripheral part .

かかる発明によれば、翼部を、不連続繊維を樹脂で被覆した不連続繊維樹脂によって形成し、ハブ部を繊維の配向が一定方向に配列された連続繊維に樹脂を含浸したプリプレグからなる連続繊維樹脂によって形成するものである。
このように、不連続繊維樹脂と連続繊維樹脂とを組み合わせて羽根車を形成するため、軽量で高強度の羽根車を形成できる。
According to this invention, the wing portion is formed of a discontinuous fiber resin in which discontinuous fibers are coated with a resin, and the hub portion is a continuous prepreg made by impregnating a resin with continuous fibers in which the orientation of the fibers is arranged in a certain direction. It is formed by a fiber resin.
Thus, since the impeller is formed by combining the discontinuous fiber resin and the continuous fiber resin, a light and high-strength impeller can be formed.

また、プリプレグ(Pre−preg)とは、前もって樹脂を含浸したという意味であり、樹脂を浸み込ませた中間材料のことをいう。従って、連続繊維に樹脂を含浸したプリプレグによってハブ部が構成されるため、連続繊維の強化樹脂材からなるハブ部の製造が容易となる。   Pre-preg means that the resin has been impregnated in advance, and refers to an intermediate material into which the resin has been impregnated. Therefore, since the hub portion is constituted by the prepreg in which the continuous fiber is impregnated with the resin, it is easy to manufacture the hub portion made of the continuous fiber reinforced resin material.

さらに、前記連続繊維は回転軸に直角方向の面において交差するように複数方向に配向されるので、遠心応力や周方向応力に対して、連続繊維が強度を高める方向に作用してハブ部の強度を向上することができ、高い耐久性を実現できる。   Further, since the continuous fibers are oriented in a plurality of directions so as to intersect in a plane perpendicular to the rotation axis, the continuous fibers act in the direction of increasing the strength against centrifugal stress and circumferential stress, and the hub portion Strength can be improved and high durability can be realized.

好ましくは、前記直線状の連続繊維は、少なくとも45°で交差する4方向の配向を有しているとよい。 Preferably, the linear continuous fibers have orientations in four directions that intersect at least 45 °.

ハブ部の回転軸に直角方向の面においては、図4(ハブ部の背面側より見た背面視図)のように、径の中心側では周方向応力が大きく現れ、中央部分では径方向応力が大きく現れ、外周側では翼の付け根の影響で周方向応力が大きく現れる。このように、種々の方向の応力が混在するため、強度確保の上で、偏りなく繊維を配向するには、回転軸の直角面において少なくとも45°で交差して4方向の配向を有することが望ましく、これにより、繊維による強度向上が効果的に得られる。   In the plane perpendicular to the rotation axis of the hub portion, as shown in FIG. 4 (rear view as seen from the back side of the hub portion), a large amount of circumferential stress appears on the center side of the diameter, and a radial stress appears on the center portion. Appears greatly, and circumferential stress appears greatly on the outer peripheral side due to the effect of the root of the blade. As described above, since stresses in various directions coexist, in order to secure the strength and to orient the fibers without deviation, the fibers must have at least 45 ° crossing at right angles to the rotation axis and have four orientations. Desirably, this makes it possible to effectively improve the strength of the fiber.

また、本発明において好ましくは、前記ハブ部は、回転軸方向に複数の径の異なる円盤プリプレグシート部材を積層して形成されるとよい。   In the present invention, preferably, the hub portion is formed by laminating a plurality of disc prepreg sheet members having different diameters in the rotation axis direction.

このように、ハブ部が円盤状のプリプレグシート部材を、回転軸方向に積層して形成されるので、ハブ部の製造が容易になる。   Thus, since the hub portion is formed by laminating the disk-shaped prepreg sheet members in the rotation axis direction, the hub portion can be easily manufactured.

また、本発明は、前記連続繊維の一定方向の配向が円周方向に連続した連続繊維を有することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the continuous fibers have continuous fibers in which the orientation in a certain direction is continuous in the circumferential direction .

このように、周方向に配向した連続繊維を有することによって、周方向応力に対しての強度を向上できる。   Thus, the strength against circumferential stress can be improved by having continuous fibers oriented in the circumferential direction.

また、本発明において好ましくは、前記環状の連続繊維の前記回転軸の直角面における前記環状の連続繊維の本数と前記直線状の連続繊維の本数との比である配合比率を、軸方向の位置に応じて変化させて前記ハブ部の軸方向における強度を均一化するように構成するとよい。 According to another embodiment of the present invention, the ratio a is mixing ratio of the number of the annular number and the linear continuous fibers of the continuous fibers in perpendicular plane of the rotary shaft of the continuous fibers of the annular, axial position It is preferable that the strength in the axial direction of the hub portion is made uniform by changing according to the above.

このように、周方向の連続繊維の配合比率を変化させることによって、ハブ部の軸方向及び径方向における強度の偏りをなくして均一化できる。 In this way, by changing the blending ratio of the continuous fibers in the circumferential direction , it is possible to eliminate the unevenness of the strength in the axial direction and the radial direction of the hub portion and make it uniform.

また、本発明において好ましくは、前記翼部が取り付けられるハブ外周部を前記不連続繊維樹脂によって形成するとともに、前記ハブ外周部と前記翼部とを一体化して翼付きハブ外周部を形成し、該翼付きハブ外周部がハブ本体側に接合されて形成されるとよい。   Preferably, in the present invention, a hub outer peripheral portion to which the wing portion is attached is formed of the discontinuous fiber resin, and the hub outer peripheral portion and the wing portion are integrated to form a winged hub outer peripheral portion, The outer peripheral portion of the winged hub may be formed by being joined to the hub body side.

このように、翼付きハブ外周部として一体成形構造とすることによって、翼部の付け根をハブ部の外周面に直接取り付けるよりも、接合面積を拡大して接合強度を増大できる。これによって、翼部の取り付け強度が向上する。   In this way, by adopting an integrally molded structure as the outer peripheral portion of the winged hub, it is possible to increase the bonding area and increase the bonding strength, rather than directly attaching the base of the wing portion to the outer peripheral surface of the hub portion. This improves the attachment strength of the wings.

また、本発明において好ましくは、前記翼付きハブ外周部と前記ハブ本体側との接合境界面は、該接合境界面の径がハブ部の軸方向において徐々に変化するように傾斜面によって形成されるとよい。   In the present invention, preferably, the joint boundary surface between the outer peripheral portion of the winged hub and the hub body side is formed by an inclined surface so that the diameter of the joint boundary surface gradually changes in the axial direction of the hub portion. Good.

このように、前記翼付きハブ外周部と前記ハブ本体側との接合境界面の径が、ハブ部の軸方向において徐々に変化するように傾斜しているため、ハブ部の急激な剛性の変化を防止することができる。すなわち、連続繊維樹脂と不連続繊維樹脂との接合面積を軸方向において急激に変化させることを防止することができるため、羽根車全体としての強度の安定化を図ることができる。   As described above, since the diameter of the joint interface between the outer peripheral portion of the hub with wings and the hub body side is inclined so as to gradually change in the axial direction of the hub portion, a sudden change in rigidity of the hub portion is caused. Can be prevented. That is, since it is possible to prevent the joining area between the continuous fiber resin and the discontinuous fiber resin from changing suddenly in the axial direction, the strength of the impeller as a whole can be stabilized.

また、本発明において好ましくは、前記回転軸が前記ハブ部と一体成形されて一体化されるとよい。   In the present invention, preferably, the rotating shaft is integrally formed with the hub portion.

このように、回転軸とハブ部とを一体成形されて一体化することによって、回転軸の羽根車への取り付け作業を別途行わずに済み、羽根車を備えた圧縮機やタービンの組立工数を低減できる。   In this way, the rotating shaft and the hub portion are integrally molded and integrated, so that it is not necessary to separately install the rotating shaft to the impeller, and the assembly man-hour for the compressor and turbine equipped with the impeller is reduced. Can be reduced.

また、本発明において好ましくは、前記羽根車は、エンジンの排ガス流によって回転される排気ターボ過給機の遠心圧縮機の羽根車であるとよい。   In the present invention, it is preferable that the impeller is an impeller of a centrifugal compressor of an exhaust turbocharger that is rotated by an exhaust gas flow of an engine.

このように、排気ターボ過給機の遠心圧縮機を、前述の複合材による羽根車によって構成することで、慣性モーメントを減少させるとともに高耐久性を有するため、エンジン性能の向上に寄与することができる。   In this way, by configuring the centrifugal compressor of the exhaust turbocharger with the above-described impeller made of the composite material, the moment of inertia is reduced and the durability is high, which contributes to improvement of engine performance. it can.

本発明によれば、ハブの外周面に取り付けられた複数の翼からなり、流体にエネルギーを与える送風機や圧縮機やポンプの羽根車、または、流体からエネルギーを受け取る水車やタービン等の流体機械の羽根車において、ハブ部を連続繊維樹脂により、翼部を不連続繊維樹脂により形成するとともに、連続繊維の配向を改良して高耐久性を有するとともに製造容易な複合材製の羽根車が得られる。   According to the present invention, it is composed of a plurality of blades attached to the outer peripheral surface of the hub, and is used for a fan, a compressor, a pump impeller for giving energy to a fluid, or a fluid machine such as a turbine or a turbine for receiving energy from a fluid. In the impeller, the hub portion is formed of continuous fiber resin, the wing portion is formed of discontinuous fiber resin, and the orientation of the continuous fiber is improved to obtain a composite impeller that is highly durable and easy to manufacture. .

本発明の基本実施形態を示し、複合材製の羽根車を、遠心圧縮機の羽根車に適用した全体構成を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the basic embodiment of this invention, and shows the whole structure which applied the impeller made from a composite material to the impeller of a centrifugal compressor. 図1の羽根車の拡大説明図である。It is expansion explanatory drawing of the impeller of FIG. 図2のハブ部を構成する円盤プリプレグシート部材を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the disk prepreg sheet | seat member which comprises the hub part of FIG. ハブ部を背面側より見た背面視(図1の矢印Z方向視)の説明図である。It is explanatory drawing of the back view (view of the arrow Z direction of FIG. 1) which looked at the hub part from the back side. 本発明の基本実施形態および第1実施形態における円盤プリプレグシート部材を構成する連続繊維の配向を示す説明である。It is description which shows the orientation of the continuous fiber which comprises the disk prepreg sheet member in basic embodiment and 1st Embodiment of this invention. 実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 2nd Embodiment. 実施形態の変形例の説明図である。It is explanatory drawing of the modification of 2nd Embodiment. 実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 3rd Embodiment. 図8のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 4th Embodiment. 実施形態の羽根車の製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the impeller of 4th Embodiment. 複合材製の羽根車の製造工程全体を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole manufacturing process of the impeller made from a composite material.

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely descriptions. It is just an example.

基本実施形態)
図1は、本発明の基本実施形態に係る複合材製の羽根車1を示し、該羽根車1は、エンジンに設けられる排気ターボ過給機の遠心圧縮機の羽根車を例として示す。
図1において、排気ターボ過給機の遠心圧縮機(コンプレッサ)3は、エンジンの排ガスによって駆動される図示しないタービンロータの回転力が、回転軸5を介して伝達されるようになっている。
( Basic embodiment)
Figure 1 shows a composite material of the impeller 1 according to the basic embodiment of the present invention, the impeller 1 shows an impeller of a centrifugal compressor of the exhaust turbocharger provided in an engine as an example.
In FIG. 1, a centrifugal compressor (compressor) 3 of an exhaust turbocharger is configured such that the rotational force of a turbine rotor (not shown) driven by engine exhaust gas is transmitted via a rotary shaft 5.

この遠心圧縮機3は、回転軸5の回転軸線Mを中心として回転可能に羽根車1がコンプレッサハウジング9内に支持されている。圧縮される前の吸気ガス、例えば空気を羽根車1に導く吸気通路11が回転軸線M方向に、且つ同心軸状に円筒形状に延びている。そして、該吸気通路11に繋がる吸気口13が吸気通路11の端部に開口している。   In the centrifugal compressor 3, the impeller 1 is supported in a compressor housing 9 so as to be rotatable about the rotation axis M of the rotary shaft 5. An intake passage 11 that guides the intake gas before being compressed, for example, air, to the impeller 1 extends in the direction of the rotation axis M and concentrically in a cylindrical shape. An intake port 13 connected to the intake passage 11 opens at an end of the intake passage 11.

羽根車1の外側には回転軸線Mと直角方向に延びるディフューザ15が形成され、該ディフューザ15の外周側には渦巻状の空気通路17が設けられている。この渦巻状の空気通路17は、コンプレッサハウジング9の外周部分を形成している。   A diffuser 15 extending in a direction perpendicular to the rotation axis M is formed outside the impeller 1, and a spiral air passage 17 is provided on the outer peripheral side of the diffuser 15. The spiral air passage 17 forms the outer peripheral portion of the compressor housing 9.

また、羽根車1には、回転軸線Mを中心に回転駆動されるハブ部19と、該ハブ部19の外周面上に複数枚の翼部21とが設けられている。ハブ部19の内周穴には金属製の回転軸5が圧入嵌合して結合されている。   Further, the impeller 1 is provided with a hub portion 19 that is driven to rotate about the rotation axis M, and a plurality of blade portions 21 on the outer peripheral surface of the hub portion 19. A metal rotary shaft 5 is press-fitted and coupled to the inner peripheral hole of the hub portion 19.

また、翼部21は、回転駆動されることによって、空気を吸気口13から吸込み、吸気通路11を通った空気を圧縮するものであり、形状については特に限定するものではない。このため、短翼と長翼とが植設されるスプリッタブレードであってもよい。
また、翼部21には、上流側の縁部である前縁21aと、下流側の縁部である後縁21bと、径方向外側の縁部である外周縁(外周部)21cとがそれぞれ形成され、この外周縁21cは、コンプレッサハウジング9のシュラウド部23によって覆われた側縁の部分をいう。そして、外周縁21cは、シュラウド部23の内表面の近傍を通過するように配置されている。
Moreover, the wing | blade part 21 draws in air from the inlet port 13 by rotating, and compresses the air which passed the intake passage 11, and it does not specifically limit about a shape. For this reason, it may be a splitter blade in which short blades and long blades are implanted.
Further, the wing portion 21 includes a front edge 21a that is an upstream edge portion, a rear edge 21b that is a downstream edge portion, and an outer peripheral edge (outer peripheral portion) 21c that is a radially outer edge portion. The outer peripheral edge 21 c is formed as a side edge portion covered with the shroud portion 23 of the compressor housing 9. And the outer periphery 21c is arrange | positioned so that the vicinity of the inner surface of the shroud part 23 may be passed.

コンプレッサ3の羽根車1は、回転軸5の回転駆動力によって、回転軸線Mを中心として回転駆動される。そして、吸気口13から外部の空気が引き込まれて、羽根車1の複数枚の翼部21間を流れて、主に動圧が上昇されたけ後に、径方向外側に配置されたディフューザ15に流入して、動圧の一部が静圧に変換されて圧力が高められて渦巻状の空気通路17を通って排出される。そして、内燃機関に加圧された空気が供給されるようになっている。   The impeller 1 of the compressor 3 is rotationally driven about the rotational axis M by the rotational driving force of the rotational shaft 5. Then, outside air is drawn in from the intake port 13 and flows between the plurality of blade portions 21 of the impeller 1, and flows into the diffuser 15 disposed on the radially outer side mainly after the dynamic pressure is increased. Then, a part of the dynamic pressure is converted into a static pressure, the pressure is increased, and the dynamic pressure is discharged through the spiral air passage 17. Then, pressurized air is supplied to the internal combustion engine.

羽根車1は、前述のように、回転軸5に取り付けられて回転されるハブ部19と、該ハブ部19の外周面上に設けられ複数枚の翼部21とから成っており、この翼部21は、短繊維若しくは長繊維の不連続繊維22を樹脂で被覆した不連続繊維樹脂によって形成されている。
一方、ハブ部19は、連続繊維24に樹脂を含浸したプリプレグからなる連続繊維樹脂によって形成されている。
As described above, the impeller 1 includes the hub portion 19 attached to the rotating shaft 5 and rotated, and the plurality of blade portions 21 provided on the outer peripheral surface of the hub portion 19. The portion 21 is formed of a discontinuous fiber resin in which discontinuous fibers 22 of short fibers or long fibers are coated with a resin.
On the other hand, the hub portion 19 is formed of a continuous fiber resin made of a prepreg obtained by impregnating the continuous fiber 24 with a resin.

プリプレグとは、既に説明したが、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸した成形中間品であり、一般にシート状をなしている。   As described above, the prepreg is a molded intermediate product in which a reinforcing fiber is impregnated with a matrix resin, and generally has a sheet shape.

また、本発明の不連続繊維樹脂及び続繊維樹脂における繊維材料及びマトリックス樹脂材料としては次の材料を用いる。
強化繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、高強度ポリエステル繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維などの各種の無機繊維及び有機繊維、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。中でも比強度および比弾性に優れる点から炭素繊維が特に好ましい。
The following materials are used as the fiber material and the matrix resin material in the discontinuous fiber resin and the continuous fiber resin of the present invention.
As the reinforcing fiber, various inorganic fibers and organic fibers such as carbon fiber, aramid fiber, nylon fiber, high-strength polyester fiber, glass fiber, boron fiber, alumina fiber, silicon nitride fiber, or a combination thereof should be used. Can do. Among these, carbon fiber is particularly preferable from the viewpoint of excellent specific strength and specific elasticity.

また、本発明のマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を用いることができる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン等のポリオレフィンや、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルニトリル、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、液晶ポリマーなどの結晶性樹脂、スチレン系樹脂の他や、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレートなどの非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール(レゾール型)樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。なお、これらの共重合体、変性体、および/または、これらの2種以上をブレンドした樹脂などを適用しても良い。
In addition, as the matrix resin of the present invention, a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used.
Examples of the thermoplastic resin include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyester such as liquid crystal polyester, polyolefin such as polyethylene, polypropylene, polybutylene, polyoxymethylene, polyamide, polyphenylene sulfide, Fluororesin such as polyketone, polyetherketone, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, polyethernitrile, polytetrafluoroethylene, crystalline resin such as liquid crystal polymer, styrene resin, polycarbonate, polymethylmethacrylate , Polyvinyl chloride, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyether Sulfone, amorphous resins such as polyarylate, other phenolic resins, phenoxy resins. Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenol (resole type) resins, urea / melamine resins, and polyimide resins. In addition, you may apply these copolymers, a modified body, and / or resin which blended these 2 or more types.

繊維の長さとしては、平均繊維長が0.5〜1mm 程度の短繊維、または5〜10mm程度の長繊維が用いられて成形される。そして成形後にこれら短繊維、長繊維の配向は一定性を有せずに任意の方向に配向されて不連続性を有している。
これに対して前述した連続繊維樹脂は、繊維長さが10mmを超えて、繊維の配向が一定の方向性を有して配列されているものである。
As the fiber length, short fibers having an average fiber length of about 0.5 to 1 mm 2 or long fibers of about 5 to 10 mm are used and molded. And after shaping | molding, the orientation of these short fibers and long fibers does not have fixedness, but is oriented in arbitrary directions and has discontinuity.
On the other hand, the continuous fiber resin described above has a fiber length exceeding 10 mm and is aligned with a certain orientation of the fibers.

本実施形態のハブ部19を構成する連続繊維樹脂としては、具体的には繊維が炭素繊維であり、マトリックス樹脂がポリアミド等の組み合わせである。
また、不連続繊維樹脂としては、具体的には、繊維が炭素繊維で、その長さが10mm程度の長繊維であり、マトリックス樹脂としては、ポリアミド等の組み合わせである。
As continuous fiber resin which comprises the hub part 19 of this embodiment, specifically, a fiber is carbon fiber and matrix resin is a combination, such as polyamide.
Further, as the discontinuous fiber resin, specifically, the fibers are carbon fibers and the length is about 10 mm, and the matrix resin is a combination of polyamide or the like.

連続繊維樹脂としては具体的には、連続した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸してシート状になったプリプレグ素材シート(例えば厚さ15〜500μm)を複数枚、繊維方向が所定方向を指向するように重ね合わせて、ある程度の厚み(例えば0.5〜4.5mm)を有したプリプレグシート部材25として形成する。   Specifically, as the continuous fiber resin, a plurality of prepreg material sheets (for example, having a thickness of 15 to 500 μm) formed into a sheet shape by impregnating a continuous carbon fiber with a thermoplastic resin, the fiber direction is oriented in a predetermined direction. In this manner, the prepreg sheet member 25 having a certain thickness (for example, 0.5 to 4.5 mm) is formed.

このプリプレグシート部材25から、ハブ部19の外周形状に沿った径の円盤状の円盤プリプレグシート部材25aを切り出す(図12(A)参照)。そして、この円盤プリプレグシート部材25aを、さらに複数枚積層してハブ部19が形成される。   From this prepreg sheet member 25, a disk-shaped disk prepreg sheet member 25a having a diameter along the outer peripheral shape of the hub portion 19 is cut out (see FIG. 12A). The hub portion 19 is formed by further stacking a plurality of the disk prepreg sheet members 25a.

プリプレグシート部材25の各シートにおける炭素繊維の回転軸線M方向視における配向は、図5のL1〜L4で示す直線状(平織クロスの繊維等の略直線状に延びる状態も含む)の連続繊維24の方向、つまりそれぞれ45°方向に交差するように4方向の配向を有している。
連続繊維は、網の目状に織られて形成される平織クロスなどのクロス材や、ステッチ糸を織り込んで繊維束を固定するステッチファブリックに樹脂を含浸したプリプレグ素材シート、または、織られていなくても繊維のみを一方向に引き揃えて樹脂を含浸させたプリプレグ素材シートを複数枚重ねて、プリプレグシート部材25を形成する際に、プリプレグ素材シートにおける繊維の配向がそれぞれ45°方向に交差するようにして重ね合わせてもよい。
なお、配向については、少なくとも45°方向に4方向配置されていればよく、これより狭い角度で交差する繊維がさらに配置されて、4方向以上の配向を有していてもよい。
The orientation of the carbon fibers in each sheet of the prepreg sheet member 25 as viewed in the direction of the rotation axis M is a linear continuous fiber 24 indicated by L1-L4 in FIG. Of four directions so as to cross each other direction, that is, each 45 ° direction.
Continuous fibers are made of cloth material such as plain weave cloth that is formed by weaving in a mesh pattern, prepreg material sheet impregnated with resin in stitch fabric that weaves stitch yarn and fixes the fiber bundle, or is not woven However, when the prepreg sheet member 25 is formed by stacking a plurality of prepreg material sheets impregnated with resin by aligning only the fibers in one direction, the fiber orientations in the prepreg material sheet intersect each other in the 45 ° direction. Thus, they may be overlapped.
In addition, as for the orientation, it is only necessary to be arranged in four directions at least in the 45 ° direction, and fibers intersecting at a narrower angle than this may be further arranged to have orientations in four or more directions.

そして、連続繊維に樹脂を含浸したプリプレグからなる連続繊維樹脂によって形成されたハブ部19と、不連続繊維樹脂で形成された翼部21とが、不連続繊維樹脂による翼部21の射出成型時に同時に接合されて羽根車1が形成される。   The hub portion 19 formed of a continuous fiber resin made of a prepreg in which a continuous fiber is impregnated with a resin and the wing portion 21 formed of a discontinuous fiber resin are formed at the time of injection molding of the wing portion 21 using the discontinuous fiber resin. At the same time, the impeller 1 is formed.

このように、不連続繊維樹脂と連続繊維樹脂とを組み合わせて羽根車1が形成されるため、軽量で高強度の羽根車を形成できる。
さらに、連続繊維は回転軸に直角方向の面において少なくともそれぞれ45°に交差して4方向の配向を有しているので、遠心応力や周方向応力に対して、連続繊維が強度を高める方向に作用してハブ部19の強度を向上することができ、高い耐久性を実現できる。
Thus, since the impeller 1 is formed by combining the discontinuous fiber resin and the continuous fiber resin, a lightweight and high-strength impeller can be formed.
Further, since the continuous fiber has four orientations at least at 45 ° in the plane perpendicular to the rotation axis, the continuous fiber increases the strength against centrifugal stress and circumferential stress. By acting, the strength of the hub portion 19 can be improved, and high durability can be realized.

図4は、図1のハブ部19を背面側より見た図であり、矢印Z方向の背面視図を示す。図4のように、ハブ部19の中心側では回転軸5からの回転力が作用するため周方向応力が大きく現れ、中央部分では遠心力による径方向応力が大きく現れ、外周側では翼の付け根での翼の倒れ込みによる影響で周方向応力が大きく現れる。このように、種々の方向の応力が混在するため、強度確保の上で、回転軸の直角面において少なくとも45°に交差するように4方向の配列を有することによって、ハブ部19の強度確保を効果的に行うことができる。   FIG. 4 is a view of the hub portion 19 of FIG. 1 as viewed from the back side, and shows a back view in the arrow Z direction. As shown in FIG. 4, the circumferential stress is large due to the rotational force from the rotating shaft 5 acting on the center side of the hub portion 19, the radial stress due to centrifugal force is large at the central portion, and the root of the blade is on the outer circumferential side. The stress in the circumferential direction appears greatly due to the influence of the wings falling down. As described above, since stresses in various directions coexist, the strength of the hub portion 19 can be ensured by having an arrangement in four directions so as to intersect at least 45 ° in the plane perpendicular to the rotation axis. Can be done effectively.

次に、羽根車1の製造方法の概要について図12を参照して説明する。製造方法の主な流れは、プリプレグを用いて連続繊維樹脂によってハブ部19をプレフォーム形成し、このプレフォームしたハブ部19を射出成型機の金型内にセットし、若しくは金型内でプレフォーム成形し、その後に不連続繊維樹脂を金型内に射出して翼部を射出成形するとともにプリプレグと融着させる。そして冷却して金型から製品を取り出す。
すなわち、プリプレグを用いて連続繊維樹脂によってハブ部19をプレフォーム形成し、このプレフォームしたハブ部19を射出成型機の金型内にセットして、インサート成形を行う。
Next, an outline of a manufacturing method of the impeller 1 will be described with reference to FIG. The main flow of the manufacturing method is that a prepreg is used to preform the hub portion 19 with a continuous fiber resin, and the preformed hub portion 19 is set in a mold of an injection molding machine or pre-formed in the mold. Foam molding is performed, and then the discontinuous fiber resin is injected into the mold to inject the wing portion and fuse with the prepreg. Then cool and take the product out of the mold.
That is, the hub part 19 is preformed by continuous fiber resin using a prepreg, and the preformed hub part 19 is set in a mold of an injection molding machine to perform insert molding.

まず、図12(A)のように、プリプレグ素材シートを複数枚、繊維方向が所定方向を指向するように重ね合わせて形成されたプリプレグシート部材25を形成し、このプリプレグシート部材25から、所定の径の円盤プリプレグシート部材25aをカッティングする。ハブ部19の外周形状に沿った径を複数枚切り出す。   First, as shown in FIG. 12 (A), a plurality of prepreg material sheets and a prepreg sheet member 25 formed by overlapping so that the fiber direction is oriented in a predetermined direction are formed. A disc prepreg sheet member 25a having a diameter of 5 mm is cut. A plurality of diameters along the outer peripheral shape of the hub portion 19 are cut out.

次に、図12(B)のように、射出成型機28の金型30(可動金型30a、固定金型30b)内に前記所定の径に切り出した円盤プリプレグシート部材25aを重ね合わせてセットし、背面側から減圧するとともに、型締めして型内でプリフォーム(予備成形)を行う。その際に円盤プリプレグシート部材25aを構成する熱可塑性樹脂の融点以下の温度で予熱しておくことで、金型内でのプリフォームが容易化する。
また、別工程でプレフォームしたハブ部19を射出成型機の金型内にセットする際も、金型内温度を、円盤プリプレグシート部材25aを構成する熱可塑性樹脂の融点以下の冷間温度にしておくことで、金型内でプリフォームの形状が変形せずに確保でき、インサート成形が可能になる。
Next, as shown in FIG. 12B, the disk prepreg sheet member 25a cut out to the predetermined diameter is overlapped and set in the mold 30 (movable mold 30a, fixed mold 30b) of the injection molding machine 28. Then, the pressure is reduced from the back side, and the mold is clamped to perform a preform (preliminary molding) in the mold. At that time, the preform in the mold is facilitated by preheating at a temperature not higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the disk prepreg sheet member 25a.
Also, when the hub portion 19 preformed in a separate process is set in the mold of the injection molding machine, the mold temperature is set to a cold temperature not higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the disk prepreg sheet member 25a. By doing so, the shape of the preform can be secured without being deformed in the mold, and insert molding becomes possible.

次に、図12(C)のように、前記の金型内でプリフォームされた円盤プリプレグシート部材25aに対して、不連続長繊維樹脂を型内に射出して、各円盤プリプレグシート部材25aを貼合一体化するとともに、翼部21も一体に不連続長繊維樹脂で成型する。その際に円盤プリプレグ部材25aと不連続長繊維樹脂とが融着する。そして型内で保圧、冷却を行う。
その後、図12(D)のように、羽根車1の成形品として取り出す。
Next, as shown in FIG. 12 (C), discontinuous long fiber resin is injected into the mold to the disk prepreg sheet member 25a preformed in the mold, and each disk prepreg sheet member 25a. The wings 21 are also integrally molded with discontinuous long fiber resin. At that time, the disk prepreg member 25a and the discontinuous long fiber resin are fused. Then, holding and cooling are performed in the mold.
Thereafter, as shown in FIG. 12D, the impeller 1 is taken out as a molded product.

このように、ハブ部19が、円盤プリプレグシート部材25aを回転軸方向に積層して形成されるので、ハブ部19の製造が容易となる。
また、翼部21に対しては、不連続長繊維樹脂による射出成型で製造するため、翼部21の複雑な形状に対しても、製造可能となり、強度を確保した翼部21の製造が容易である。
なお、図2では、ハブ部19の全体、すなわち軸方向の全体を、円盤プリプレグシート部材25aを積層して形成したが、軸方向の一部の範囲だけであってもよく、残りの部分は、前述の不連続長繊維樹脂によって形成してもよい。
Thus, since the hub part 19 is formed by laminating the disk prepreg sheet members 25a in the rotation axis direction, the manufacture of the hub part 19 is facilitated.
Further, since the wing portion 21 is manufactured by injection molding using a discontinuous long fiber resin, it is possible to manufacture even the complicated shape of the wing portion 21 and easy to manufacture the wing portion 21 with ensured strength. It is.
In FIG. 2, the entire hub portion 19, that is, the entire axial direction is formed by laminating the disk prepreg sheet member 25 a, but it may be a partial range in the axial direction, and the remaining portion is Alternatively, the discontinuous long fiber resin may be used.

(第実施形態)
図5を参照して、第実施形態について説明する。
この第実施形態は、基本実施形態のハブ部19を構成する円盤プリプレグシート部材25aにおける繊維の配向を円周方向にしたものをさらに含めるものである。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIG.
This 1st Embodiment further includes what made the orientation of the fiber in the disk prepreg sheet member 25a which constitutes hub part 19 of a basic embodiment the circumference direction.

図5のように、円盤プリプレグシート部材25aを構成するプリプレグ素材シートの連続繊維の配列方向が、直線状の連続繊維24に加えて円周方向L5の環状の連続繊維34が配置されている。   As shown in FIG. 5, the continuous direction of the continuous fibers of the prepreg material sheet constituting the disk prepreg sheet member 25a is arranged in the circumferential direction L5 in addition to the linear continuous fibers 24.

この周方向に配向して連続繊維を設けることによって、周方向応力に対しての強度を向上できる。特に、遠心応力が大きく作用する外周部分に設けることで、遠心力による周方向応力に対する強度を向上できる。また、回転軸5からの回転力がハブ部19に作用するハブ部内周部分に設けることで、回転軸5からの回転力による周方向応力に対する強度を向上できる。   By providing continuous fibers oriented in the circumferential direction, the strength against circumferential stress can be improved. In particular, the strength against the circumferential stress caused by the centrifugal force can be improved by providing the outer circumferential portion where the centrifugal stress acts greatly. Further, by providing the rotating force from the rotating shaft 5 on the inner peripheral portion of the hub portion that acts on the hub portion 19, the strength against the circumferential stress due to the rotating force from the rotating shaft 5 can be improved.

また、円周方向に連続した連続繊維の回転軸の直角面における配合比率を軸方向の位置において変化させるとよく、例えば、ハブ部19の径が小さくなる先端部ほど増加するように配合されている。
背面部分は最も外径形状が大きくなるため、遠心力の作用で周方向応力が大きくなるため、背面部では配合比率が高くされている。
Further, the blending ratio in the plane perpendicular to the rotation axis of the continuous fibers in the circumferential direction may be changed at the axial position, for example, the tip portion having a smaller diameter of the hub portion 19 is blended so as to increase. Yes.
Since the outer diameter shape of the back surface portion is the largest, the circumferential stress is increased by the action of centrifugal force, so the blending ratio is increased in the back surface portion.

この配合比率とは、円盤プリプレグシート部材25aの1枚当たり、もしくは、単位軸方向長さ当たりにおける、円周方向の連続繊維34の本数と、直線状の連続繊維24の本数との比をいう。   This blending ratio refers to the ratio between the number of continuous fibers 34 in the circumferential direction and the number of linear continuous fibers 24 per one disk prepreg sheet member 25a or per unit axial length. .

なお、円盤プリプレグシート部材25aの1枚当たりにおける配合比率を調整するのではなく、円周方向の連続繊維34を有する円盤プリプレグシート部材25aの設置枚数を調整してもよく、また、これら円盤プリプレグシート部材25aの1枚当たりにおける配合比率の調整と、円周方向の連続繊維を有する円盤プリプレグシート部材25aの設置枚数の調整とを組み合わせてもよい。   Instead of adjusting the blending ratio per disk prepreg sheet member 25a, the number of installed disk prepreg sheet members 25a having continuous fibers 34 in the circumferential direction may be adjusted, and these disk prepregs may be adjusted. The adjustment of the blending ratio per sheet member 25a and the adjustment of the number of installed disk prepreg sheet members 25a having continuous fibers in the circumferential direction may be combined.

このように、ハブ部19の径が小さくなるに従って、回転軸5からの回転力の作用が大きく影響して、径方向応力よりも周方向応力の比率が大きくなることに対応させて、周方向の連続繊維の配合比率を増大させることによって、ハブ部19の軸方向における強度の偏りをなくして均一化できる。   Thus, as the diameter of the hub portion 19 is reduced, the action of the rotational force from the rotary shaft 5 is greatly affected, and the ratio of the circumferential stress to the radial stress is increased to correspond to the circumferential direction. By increasing the blending ratio of the continuous fibers, the strength of the hub portion 19 in the axial direction can be eliminated and uniform.

(第実施形態)
図6、7を参照して、第実施形態について説明する。
この第実施形態は、第実施形態のハブ部19を構成する円盤プリプレグシート部材25a内に円周方向の連続繊維34を配置するものではなく、プリプレグテープ部材25bを回転軸周りに付けて円周方向の連続繊維34を配置してハブ部19を形成するものである。
( Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, the continuous fibers 34 in the circumferential direction are not arranged in the disk prepreg sheet member 25a constituting the hub portion 19 of the first embodiment, and the prepreg tape member 25b is attached around the rotation axis. The hub portion 19 is formed by arranging continuous fibers 34 in the circumferential direction.

すなわち、周方向に連続繊維が配向されるように連続繊維34に樹脂を含浸した少なくとも1層以上のプリプレグテープからなるプリプレグテープ部材25bを回転軸5の周りに巻き付けて形成される。
プリプレグテープ部材25bによる連続繊維部は、図6のように、背板20の外周部および回転軸周りの内周部であって、中央部から先端にかけての範囲に設けられる。
これら部位は、羽根車1の回転による遠心応力、さらに、回転軸5からの回転力の影響が大きい箇所に設けられることで、円周方向の連続繊維34による強度向上が大きく得られる。
That is, the prepreg tape member 25b made of at least one layer of prepreg tape in which the continuous fibers 34 are impregnated with resin is wound around the rotary shaft 5 so that the continuous fibers are oriented in the circumferential direction.
As shown in FIG. 6, the continuous fiber portion by the prepreg tape member 25b is provided in the outer peripheral portion of the back plate 20 and the inner peripheral portion around the rotation axis, and in the range from the central portion to the tip.
These portions are provided at locations where the centrifugal stress due to the rotation of the impeller 1 and the influence of the rotational force from the rotating shaft 5 are large, so that the strength improvement by the continuous fibers 34 in the circumferential direction can be greatly obtained.

円周方向の連続繊維34については、ハブ部19の内周側や外周側に設置する場合には図6のように所定幅WのプリプレグUDテープ(一方向テープ、Uni−Directional tape)を、回転軸線M回りに巻きつけるようにしてプリプレグテープ部材25bを径方向に重ねて形成する。   For the continuous fibers 34 in the circumferential direction, a prepreg UD tape (unidirectional tape, unidirectional tape) having a predetermined width W as shown in FIG. 6 when installed on the inner peripheral side or the outer peripheral side of the hub portion 19, The prepreg tape member 25b is formed so as to overlap in the radial direction so as to be wound around the rotation axis M.

このようにプリプレグテープ部材25bを径方向に重ねて巻きつけることで、前記第実施形態のように円盤プリプレグシート部材25a内に周方向に連続繊維を配置するよりも簡単に周方向の連続繊維34を形成できる。これによって、ハブ部19内において周方向繊維による強化が必要な個所に簡単に配置できる。 Thus, by winding the prepreg tape member 25b in the radial direction, the continuous fibers in the circumferential direction can be more easily arranged than in the case where the continuous fibers are arranged in the circumferential direction in the disk prepreg sheet member 25a as in the first embodiment. 34 can be formed. As a result, the hub portion 19 can be easily disposed at a place where reinforcement by circumferential fibers is necessary.

また、図7は、第実施形態の変形例である。図7は、基本実施形態のハブ部19の背板20を円盤プリプレグシート部材25aによって形成し、その他のハブ部19は、前記プリプレグテープ部材25bを、径方向に重ねて巻き付けて形成したものである。 FIG. 7 is a modification of the second embodiment. In FIG. 7, the back plate 20 of the hub portion 19 of the basic embodiment is formed by a disk prepreg sheet member 25a, and the other hub portion 19 is formed by winding the prepreg tape member 25b in a radial direction. is there.

そして、背板20の部分は、基本実施形態で説明したように図5のL1〜L4で示す直線状の連続繊維24の方向、つまりそれぞれ45°方向に交差するように4方向に配向されて形成されている。
このように構成することによって、回転軸5の直角面において少なくとも45°に交差するように4方向の配列を有することによって、背板20の強度確保を効果的に行うことができるとともに、背板20の外周はハブ部19の外径が最も大きくなる形状が多いため、この背板20部分を連続繊維34で補強して強度を高めることはハブ部19全体の強度向上を効果的に得られる。
従って、強度は背板20によって確保し、背板20以外の部分は、プリプレグテープ部材25bを巻き付ける構造とすることで製造が容易化する。
Then, as described in the basic embodiment, the back plate 20 is oriented in four directions so as to intersect the directions of the linear continuous fibers 24 indicated by L1 to L4 in FIG. Is formed.
With this configuration, the back plate 20 can be effectively ensured in strength by having an arrangement in four directions so as to intersect at least 45 ° on the right-angle plane of the rotating shaft 5, and the back plate can be effectively secured. Since the outer periphery of 20 has a shape in which the outer diameter of the hub portion 19 is the largest, reinforcing the back plate 20 portion with continuous fibers 34 to increase the strength can effectively improve the strength of the entire hub portion 19. .
Therefore, the strength is secured by the back plate 20, and the parts other than the back plate 20 can be manufactured easily by wrapping the prepreg tape member 25b.

(第実施形態)
図8、9を参照して、第実施形態について説明する。この第実施形態は、図8のようにハブ外周部分27aと翼部21とを一体化して翼付きハブ外周部29を形成し、この翼付きハブ外周部29をハブ本体27b側に接合して構成される。
( Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the hub outer peripheral portion 27a and the wing portion 21 are integrated to form a winged hub outer peripheral portion 29, and the winged hub outer peripheral portion 29 is joined to the hub body 27b side. Configured.

図8において、ハブ部27は、背面から軸方向長さM1までの部分は、前記基本実施形態のハブ部19と同様に、円盤プリプレグシート部材25aを複数枚、軸方向に積層して形成し、残りの軸方向長さM2の部分は、翼部21と同じ長繊維の不連続繊維樹脂によって形成されている。
そして、長繊維の不連続繊維樹脂によって、翼部21およびハブ外周部分27aが一体になった翼付きハブ外周部29が形成される。
In FIG. 8, the hub portion 27 is formed by laminating a plurality of disk prepreg sheet members 25a in the axial direction in the same manner as the hub portion 19 in the basic embodiment, from the back surface to the axial length M1. The remaining portion of the axial length M2 is formed of the same discontinuous fiber resin as the wing portion 21.
And the winged hub outer peripheral part 29 with which the wing | blade part 21 and the hub outer peripheral part 27a were united is formed with the discontinuous fiber resin of a long fiber.

また、翼付きハブ外周部29の内周面と、ハブ本体27bとの接合境界面Nは、接合境界面Nの径DNがハブ部27の軸方向において徐々に変化するように傾斜面Sによって形成されている。   Further, the joint boundary surface N between the inner peripheral surface of the hub outer peripheral portion 29 with the blade and the hub main body 27 b is inclined by the inclined surface S so that the diameter DN of the joint boundary surface N gradually changes in the axial direction of the hub portion 27. Is formed.

なお、傾斜面Sは、図8のように軸方向断面形状において、曲線状に湾曲して傾斜していても、直線状に傾斜してもよい。   Note that the inclined surface S may be curved and inclined in the axial sectional shape as shown in FIG. 8, or may be inclined linearly.

このように、ハブ外周部分27aと翼部21とを一体化して翼付きハブ外周部29として、一体成形構造とすることによって、翼部21の付け根をハブ部27の外周面に直接取り付けるよりも、接合面積を拡大して接合強度を増大できる。これによって、翼部21の取り付け強度が向上できる。   In this way, by integrating the hub outer peripheral portion 27a and the wing portion 21 to form a winged hub outer peripheral portion 29 as an integral molding structure, the base of the wing portion 21 is attached directly to the outer peripheral surface of the hub portion 27. The bonding area can be increased to increase the bonding strength. Thereby, the attachment strength of the wing | blade part 21 can be improved.

翼付きハブ外周部29のハブ外周部分27aの厚さt1は、図9で示すように、少なくとも翼部21の厚さt2と同等、若しくはそれ以上の厚さを有していることが、翼部21付け根部の強度確保において好ましい。   As shown in FIG. 9, the thickness t1 of the hub outer peripheral portion 27a of the winged hub outer peripheral portion 29 is at least equal to or greater than the thickness t2 of the wing portion 21. It is preferable in securing the strength of the base portion of the portion 21.

また、翼付きハブ外周部29とハブ本体27b側との接合境界面Nの径がハブ部27の軸方向において徐々に変化するように傾斜面によって形成されているので、例えば、先端部に行くに従って、小径となっているため、ハブ部27の軸方向における急激な剛性の変化を防止することができる。
このように、連続繊維樹脂と不連続繊維樹脂との接合面積を軸方向において急激に変化させることを防止することができるため、羽根車1の強度の安定化を図ることができる。
Further, since the diameter of the joint boundary surface N between the winged hub outer peripheral portion 29 and the hub main body 27b side is formed by an inclined surface so as to gradually change in the axial direction of the hub portion 27, for example, it goes to the tip portion. Accordingly, since the diameter is small, a sudden change in rigidity in the axial direction of the hub portion 27 can be prevented.
Thus, since it can prevent changing the joining area of continuous fiber resin and discontinuous fiber resin in an axial direction, the intensity | strength of the impeller 1 can be stabilized.

(第実施形態)
図10、11を参照して、第実施形態について説明する。
この第5実施形態は、図10のように回転軸5が翼部21と一体成形されて回転軸31を形成するものである。
( Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 10, the rotating shaft 5 is integrally formed with the wing portion 21 to form the rotating shaft 31.

図10において、ハブ部35の先端部35aを除いた部分までは、基本実施形態で説明したように、連続繊維樹脂によって構成された円盤プリプレグシート部材25aを積層して形成され、回転軸31の先端部31aとハブ部35の先端部35aとは繋がり、さらに翼部21と繋がって、これら部分が不連続長繊維樹脂によって、一体化されて形成されている。 In FIG. 10, the portion excluding the tip portion 35 a of the hub portion 35 is formed by laminating the disk prepreg sheet member 25 a made of continuous fiber resin, as described in the basic embodiment. The distal end portion 31a and the distal end portion 35a of the hub portion 35 are connected to each other and further connected to the wing portion 21, and these portions are integrally formed of discontinuous long fiber resin.

この回転軸31の製造は、図11に示すように、円盤プリプレグシート部材25aを積層してプリフォームを形成して、それを金型内にセットして、金型内に長繊維の不連続樹脂を射出して成形する。
金型内で、回転軸31の先端部31aとハブ部35の先端部35aとが繋がり、さらに翼部21が繋がって、これら部分が不連続長繊維樹脂によって、一体成形される。
As shown in FIG. 11, the rotary shaft 31 is manufactured by stacking disk prepreg sheet members 25a to form a preform, setting it in a mold, and discontinuity of long fibers in the mold. Resin is injected and molded.
In the mold, the tip portion 31a of the rotating shaft 31 and the tip portion 35a of the hub portion 35 are connected, and further the wing portion 21 is connected, and these portions are integrally formed of discontinuous long fiber resin.

このように、回転軸31とハブ部35と翼部21を一体成形されて一体化することによって、回転軸31の羽根車33への取り付け作業を別途行わずに済み、羽根車33を備えた圧縮機やタービンの組立工数を低減できる。   Thus, the rotating shaft 31, the hub portion 35, and the wing portion 21 are integrally molded and integrated, so that it is not necessary to separately attach the rotating shaft 31 to the impeller 33, and the impeller 33 is provided. The assembly man-hour for the compressor and turbine can be reduced.

以上の各実施形態で説明した羽根車1の構造、連続繊維の配向は適宜組み合わせて構成してもよいことは勿論である。
例えば、第実施形態の翼付きハブ外周部29を用いて、第実施形態の回転軸31まで一体化する構造に組み合わせてもよい。
It goes without saying that the structure of the impeller 1 and the orientation of continuous fibers described in the above embodiments may be appropriately combined.
For example, you may combine with the structure integrated to the rotating shaft 31 of 4th Embodiment using the winged hub outer peripheral part 29 of 3rd Embodiment.

さらに、各実施形態における羽根車1は、排気ターボ過給機の遠心圧縮機3を構成する羽根車について説明したが、これに限るものではなく、例えば、排気ターボ過給機において排ガスが導入されて回転力を生成する排気タービンの羽根車であってもよく、また、排気ターボ過給機以外のその他の流体機械の圧縮機やポンプの羽根車やタービンの羽根車であってもよい。   Further, the impeller 1 in each embodiment has been described with respect to the impeller constituting the centrifugal compressor 3 of the exhaust turbocharger. However, the present invention is not limited to this, and for example, exhaust gas is introduced into the exhaust turbocharger. It may be an impeller of an exhaust turbine that generates a rotational force, or may be a compressor of a fluid machine other than the exhaust turbocharger, an impeller of a pump, or an impeller of a turbine.

本発明によれば、ハブに取り付けられた複数の翼からなる羽根車において、連続繊維樹脂と不連続繊維樹脂とを組み合わせて形成するとともに、ハブ部の連続繊維の配向を改良して高耐久性を有するとともに製造容易な複合材製の羽根車が得られるので、送風機や圧縮機やポンプ、または、水車やタービン等の流体機械の羽根車への利用に適している。   According to the present invention, in an impeller composed of a plurality of blades attached to a hub, the continuous fiber resin and the discontinuous fiber resin are formed in combination, and the orientation of the continuous fibers in the hub portion is improved to achieve high durability. Therefore, it is suitable for use in an impeller of a fluid machine such as a blower, a compressor, a pump, a water turbine, or a turbine.

1、33 羽根車
3 遠心圧縮機
5、31 回転軸
19、27、35 ハブ部
20 背板
21 翼部
22 不連続繊維
24 直線状の連続繊維
25 プリプレグ部材(プリプレグ)
25a 円盤プリプレグシート部材
25b プリプレグテープ部材
27a ハブ外周部
27b ハブ本体
29 翼付きハブ外周部
34 円周状の連続繊維
L1〜L4 直線状連続繊維の配向
L5 円周方向連続繊維の配向
N 接合境界面
S 傾斜面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 33 Impeller 3 Centrifugal compressor 5, 31 Rotating shaft 19, 27, 35 Hub part 20 Back plate 21 Wing part 22 Discontinuous fiber 24 Linear continuous fiber 25 Prepreg member (prepreg)
25a disk prepreg sheet member 25b prepreg tape member 27a hub outer periphery 27b hub main body 29 winged hub outer periphery 34 circumferential continuous fibers L1 to L4 alignment of linear continuous fibers L5 alignment of continuous fibers in the circumferential direction N joint interface S inclined surface

Claims (8)

回転軸に設けられたハブ部と該ハブ部の外周面に取り付けられた複数の翼部とによって形成され、流体にエネルギーを与え、または流体からエネルギーを受け取る流体機械の羽根車において、
前記翼部は不連続繊維を樹脂で被覆した不連続繊維樹脂によって形成され、前記ハブ部は連続繊維に樹脂を含浸したプリプレグからなる連続繊維樹脂によって形成され、前記連続繊維は回転軸に直角方向の面において交差するように複数方向の配向を有している直線状の連続繊維と、円周方向に配向を有している環状の連続繊維とを有し、前記環状の連続繊維は、前記ハブ部の外周部分のみ、または内周部分のみ、または内周部分と外周部分のみに設けられることを特徴とする複合材製の羽根車。
In an impeller of a fluid machine that is formed by a hub portion provided on a rotating shaft and a plurality of wing portions attached to an outer peripheral surface of the hub portion, and gives energy to a fluid or receives energy from a fluid.
The wing portion is formed of a discontinuous fiber resin in which discontinuous fibers are coated with a resin, the hub portion is formed of a continuous fiber resin made of a prepreg in which continuous fibers are impregnated with resin, and the continuous fibers are perpendicular to the rotation axis. A linear continuous fiber having a plurality of orientations so as to intersect in the plane, and an annular continuous fiber having an orientation in the circumferential direction, the annular continuous fiber is An impeller made of a composite material, which is provided only on an outer peripheral portion of a hub portion, only on an inner peripheral portion, or only on an inner peripheral portion and an outer peripheral portion .
前記直線状の連続繊維は、少なくとも45°で交差する4方向の配向を有していることを特徴とする請求項1記載の複合材製の羽根車。 2. The composite impeller according to claim 1, wherein the linear continuous fibers have four orientations intersecting at least 45 °. 前記ハブ部は、回転軸方向に複数の径の異なる円盤プリプレグシート部材を積層して形成されることを特徴とする請求項1に記載の複合材製の羽根車。   2. The composite impeller according to claim 1, wherein the hub portion is formed by laminating a plurality of disc prepreg sheet members having different diameters in a rotation axis direction. 前記環状の連続繊維の前記回転軸の直角面における前記環状の連続繊維の本数と前記直線状の連続繊維の本数との比である配合比率を、軸方向の位置に応じて変化させて前記ハブ部の軸方向における強度を均一化するように構成したことを特徴とする請求項に記載の複合材製の羽根車。 The ratio at which the mixing ratio of the number of number and said linear continuous fibers of the continuous fibers of said annular in a plane perpendicular to the rotational axis of the continuous fibers of the annular, the hub is varied depending on the axial position 2. The impeller made of a composite material according to claim 1 , wherein the strength of the portion in the axial direction is made uniform . 前記翼部が取り付けられるハブ外周部を前記不連続繊維樹脂によって形成するとともに、前記ハブ外周部と前記翼部とを一体化して翼付きハブ外周部を形成し、該翼付きハブ外周部をハブ本体側に接合してなることを特徴とする請求項1に記載の複合材製の羽根車。   A hub outer peripheral part to which the wing part is attached is formed of the discontinuous fiber resin, and the hub outer peripheral part and the wing part are integrated to form a winged hub outer peripheral part. The impeller made of a composite material according to claim 1, wherein the impeller is joined to the main body side. 前記翼付きハブ外周部と前記ハブ本体側との接合境界面は、該接合境界面の径がハブ部の軸方向において徐々に変化するように傾斜面によって形成されることを特徴とする請求項に記載の複合材製の羽根車。 The joint boundary surface between the outer peripheral portion of the bladed hub and the hub body side is formed by an inclined surface so that the diameter of the joint boundary surface gradually changes in the axial direction of the hub portion. 5. An impeller made of the composite material according to 5 . 前記回転軸が前記ハブ部と一体成形されて一体化されることを特徴とする請求項1に記載複合材製の羽根車。 The impeller made of a composite material according to claim 1, wherein the rotating shaft is integrally formed with the hub portion. 前記羽根車は、エンジンの排ガス流によって回転される排気ターボ過給機の遠心圧縮機の羽根車であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の複合材製の羽根車。
The composite impeller according to any one of claims 1 to 7 , wherein the impeller is an impeller of a centrifugal compressor of an exhaust turbocharger rotated by an exhaust gas flow of an engine. car.
JP2013122232A 2013-06-10 2013-06-10 Composite impeller Active JP6130740B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013122232A JP6130740B2 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Composite impeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013122232A JP6130740B2 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Composite impeller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014238083A JP2014238083A (en) 2014-12-18
JP6130740B2 true JP6130740B2 (en) 2017-05-17

Family

ID=52135402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013122232A Active JP6130740B2 (en) 2013-06-10 2013-06-10 Composite impeller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6130740B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6645986B2 (en) 2014-05-05 2020-02-14 ホートン, インコーポレイテッド Composite fan
JP6463640B2 (en) * 2015-01-27 2019-02-06 川崎重工業株式会社 Marine exhaust turbine
EP3314129B1 (en) * 2015-06-24 2023-10-18 Basf Se Compressor wheel and use of the compressor wheel
US9890797B2 (en) 2016-06-22 2018-02-13 Ar Impeller, Inc. Impeller with removable and replaceable vanes for centrifugal pump
JP2021133563A (en) * 2020-02-26 2021-09-13 株式会社リコー Hydroelectric power generation device, manufacturing method thereof, and power generation system
CN114963483B (en) * 2021-02-20 2023-07-07 浙江盾安人工环境股份有限公司 Liquid separator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6124641Y2 (en) * 1981-02-04 1986-07-24
JPH0640881Y2 (en) * 1988-01-21 1994-10-26 日産自動車株式会社 Resin impeller
JPH02241901A (en) * 1989-03-13 1990-09-26 Ashimori Ind Co Ltd Rotor with fin made of composite material and disc textile for reinforcing material thereof
DE4029435A1 (en) * 1990-09-17 1992-03-19 Freudenberg Carl Fa BEARING PIN FOR THE BLADE WHEEL OF A COOLANT PUMP
JPH0693871A (en) * 1992-09-09 1994-04-05 Toyota Motor Corp Impeller for turbocharger
JP4565488B2 (en) * 2003-09-18 2010-10-20 株式会社エンプラス Fuel cell air supply device and fuel cell unit
IT1397057B1 (en) * 2009-11-23 2012-12-28 Nuovo Pignone Spa CENTRIFUGAL AND TURBOMACHINE IMPELLER

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014238083A (en) 2014-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6130740B2 (en) Composite impeller
US9810230B2 (en) Impeller for a turbomachine and method for attaching a shroud to an impeller
EP2815084B1 (en) Gas turbine case with ballistic liner
JP6165509B2 (en) Method for manufacturing rotating body of fluid machine
US20090226310A1 (en) Containment cases and method of manufacture
US11346363B2 (en) Composite airfoil for gas turbine
CA2875928C (en) Fan case for aircraft engine
JP6151098B2 (en) Centrifugal compressor impeller
US20240018873A1 (en) Method for manufacturing a composite guide vane having a metallic leading edge
CN110080825B (en) Composite article including composite to metal interlock and method of making
JP2017129135A (en) Method and system for fiber reinforced composite panels
US11149584B2 (en) Containment case having ceramic coated fibers
US10294954B2 (en) Composite blisk
JP6731421B2 (en) Vacuum pump rotor
CN114127387B (en) Blower vane
JP2016138545A (en) Turbine engine assembly and method of manufacturing the same
CN115126714A (en) Hybrid composite component
JP6374048B2 (en) Method for manufacturing impeller rotor of fluid machine
JP6955812B2 (en) Use of compressor wheels and their compressor wheels
JP6788727B2 (en) Manufacturing methods for injection molding machines, mold assemblies and composite parts
CN115111184A (en) Component formed of mixed materials

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160301

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161117

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6130740

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150