JP6527441B2 - 軸流羽根車の製造方法 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、軸流羽根車の製造方法に関する。

下水処理場や貯水場等における貯留水の撹拌に好適な軸流羽根車として、例えば特許文献１には、モータ出力軸に駆動連結されるボス部と、ボス部の外表面に接合される複数の羽根とを備えたプロペラが開示されている。この特許文献１に係るプロペラの羽根は、所定の仰角で接合されるように構成されている。

また、羽根車の製造方法として、いわゆる消失模型を用いた精密鋳造が知られている。特許文献２には、羽根車の精密鋳造の一例として、成形型を用意して、消失模型を成形する工程と、消失模型の周囲に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程と、鋳型材料内から消失模型を溶かし出すことによって、鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、この鋳型への注湯によって、羽根車を鋳造する工程とを含む製造方法が開示されている。

特開２００２−３４６３５９号公報 特開２００４−０９００４７号公報

ところで、前記特許文献１のような軸流羽根車においては、その運転環境（例えば、汚水中の汚泥濃度）や性能要求等に応じて羽根の仰角が変更された、多数の仕様の羽根車を予め準備している。従来においては、ボス部とは別に羽根を板金により製作しておき、仕様毎に、その羽根を、ボス部に対し取付角度を調整して溶接等により取り付けていた。そのため、手間がかかり、製造コストが増大するという不都合があった。

一方で、例えば前記特許文献２に記載された、消失模型を用いた精密鋳造を採用しようとしても、羽根の仰角が異なる羽根車を製造するには、消失模型の形状を変更する必要が生じるため、消失模型の形状に応じた成形型を、仕様の数に応じて、多数用意することが求められる。このように鋳造によって軸流羽根車を製造しようとすると、異なる成形型を用意する必要が生じてしまい、製造コストが増大するという不都合がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸流羽根車の製造方法において、製造コストを低減することにある。

ここに開示する技術は、回転軸に駆動連結されるボス部と、前記ボス部の外表面から延び、当該外表面に対して所定の取付角度で配置される複数の羽根とを備えた軸流羽根車の製造方法に係る。

この軸流羽根車の製造方法においては、前記軸流羽根車と同形状の消失模型を成形する工程と、前記消失模型の外表面に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程と、前記鋳型材料内から前記消失模型を消失させることによって、前記鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、前記鋳型への注湯によって、前記軸流羽根車を鋳造する工程とを含み、前記消失模型は、前記ボス部に対応する部品として成形されるボス対応部と、前記ボス対応部に対して別体であり且つ、前記羽根に対応する部品として成形される羽根対応部とから組み立てられ、前記消失模型を成形する工程は、前記ボス対応部の外表面に対して所定の取付角度で前記羽根対応部を固定することにより、前記消失模型を成形する。

この構成によると、消失模型は、互いに別体として成形されたボス対応部と羽根対応部とから組み立てられると共に、羽根対応部を、ボス対応部に対して取付角度を調整して取り付けることにより、成形される。つまり、消失模型として、ボス部に対応する部分と羽根部に対応する部分とが予め一体化された模型を成形するのではなく、各部分に対応する模型を別々の部品として成形した上で、所定の取付角度で取り付ける。このように成形した消失模型を用いることによって、仰角が異なる羽根車を精密鋳造により製造することができる。前記製造方法においては、多数の成形型を用意しなくても、消失模型における羽根対応部の取付角度、ひいては、そうした消失模型に基づいて鋳造される軸流羽根車における羽根の仰角を変更することが可能になる。よって、製造コストを抑制することが可能になる。また、消失模型の段階でボス対応部と羽根対応部との角度調整を行って両者を取り付けることにより、従来のようにボス部と羽根部との角度調整を行って溶接等により取り付けて羽根車を製造することよりも、製造が容易になる。

尚、消失模型は、加熱によって、熔解又は焼失する材料から構成される模型であり、例えば、ワックス、発泡剤、及び、木材等から構成することが可能である。

尚、鋳型材料は、耐火性を有する材料であり、例えば、セラミックス等から構成することが可能である。

また、前記ボス対応部には、前記ボス対応部の外表面から凹陥する凹部が設けられる一方、前記羽根対応部には、前記凹部内に嵌め込まれることで、前記ボス対応部に対し取付固定される嵌合部が設けられ、前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記羽根対応部の取付角度を調整する、としてもよい。

この構成によると、ボス対応部には凹部を設ける一方、羽根対応部には凹部内に嵌め込まれることで固定される嵌合部を設けることで、消失模型の組立を容易にすることが可能になる。また、嵌合部を嵌め込むときに取付角度を調整することで、羽根対応部を所定の取付角度に位置決めすることが可能になる。そのことで、羽根対応部の角度調整を容易に行うことが可能になる。

さらに、前記凹部は断面円形状に形成される一方、前記嵌合部は円板状に形成され、前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記嵌合部の前記円板の中心軸まわりに回転することにより、前記羽根対応部の取付角度を調整する、としてもよい。

この構成によると、嵌合部を円板の中心軸まわりに回転させることにより、羽根対応部の取付角度を任意の角度に調整することが可能になる。そのことで、羽根対応部の角度調整をさらに容易に行うことが可能になる。

また、前記ボス対応部の外表面は、先端に向かって小径となる半球面状に形成される一方、前記羽根対応部の、前記ボス対応部の外表面に当接する取付面は、前記ボス対応部の外表面と同径の球面となるように形成され、前記凹部は、前記嵌合部が前記凹部内に嵌め込まれたときに、前記嵌合部の前記中心軸が前記ボス対応部の外表面に対応する半球の中心を通るように形成されている、としてもよい。

この構成によると、羽根対応部の取付面とボス対応部の外表面とを同径の球面とすることにより、羽根対応部の取付面を、ボス対応部の外表面に密着させることができる。さらに、嵌合部の中心軸が、ボス対応部の外表面に対応する半球の中心を通ることで、嵌合部を回転させたときに、羽根対応部の取付面は、ボス対応部の外表面に密着された状態に保持されることになる。よって、羽根対応部の取付面とボス対応部の外表面との密着状態を維持したまま、羽根対応部の角度調整を容易に行うことが可能になる。

また、前記凹部には、複数のボス側位置決め穴が設けられる一方、前記嵌合部には、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整したときに、前記ボス側位置決め穴のいずれかと連続するように形成された少なくとも１つの羽根側位置決め穴が設けられ、互いに連続するように位置合わせされた前記ボス側位置決め穴と前記羽根側位置決め穴とに対して、前記消失模型と同一の材料から成る位置決めピンを挿通することにより、前記羽根対応部を、前記ボス対応部に対し所定の取付角度に調整及び固定する、としてもよい。

この構成によると、ボス側位置決め穴及び羽根側位置決め穴によって、羽根対応部の、ボス対応部に対する取付角度の候補を予め設定することができる。消失模型を成形するときには、ボス側位置決め穴と羽根側位置決め穴との位置合わせをすることだけで、その候補から選択した取付角度となるように、羽根対応部をボス対応部に取り付けることが可能になる。また、位置決めピンを用いることで、羽根対応部を所定の取付角度に保持することが可能になる。

さらに、位置決めピンは、消失模型と同一の材料から成るため、消失模型と共に消失させることが可能になる。

また、前記凹部には、ボス側凹凸部が設けられる一方、前記嵌合部には、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整したときに、前記ボス側凹凸部に係合するように形成された羽根側凹凸部が設けられ、前記羽根側凹凸部と前記ボス側凹凸部とを互いに係合させることによって、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整及び固定する、としてもよい。

この構成によると、ボス側凹凸部及び羽根側凹凸部によって、羽根対応部の、ボス対応部に対する取付角度の候補を予め設定することができ、消失模型を成形するときには、ボス側凹凸部と羽根側凹凸部とを係合させることによって、羽根対応部を所定の取付角度に調整すると共に、その取付角度に保持することが可能になる。

また、前記軸流羽根車の製造方法は、前記ボス対応部の成形型を用意して、当該成形型により前記ボス対応部を成形する工程と、前記羽根対応部の成形型を用意して、当該成形型により前記羽根対応部を成形する工程とをさらに含む、としてもよい。

この構成によると、ボス対応部を成形するための成形型と、羽根対応部を成形するための成形型とを１つずつ用意すれば、ボス対応部に対する羽根対応部の取付角度を調整して、所望の取付角度となった消失模型を成形することが可能になる。従って、取付角度が異なる多数の成形型を用意する必要がない。

また、前記軸流羽根車の製造方法は、前記羽根対応部を前記ボス対応部に取り付けた後に、前記羽根対応部と前記ボス対応部との間隙を、前記消失模型と同一の材料で埋める工程をさらに含む、としてもよい。

この構成によると、羽根対応部とボス対応部との間隙を埋めることで、羽根対応部の外表面とボス対応部の外表面とを滑らかに繋げることが可能になる。そのことで、完成品である軸流羽根車において、羽根とボス部との接続箇所が滑らかな形状になり、ここに加わる応力が緩和される。

以上説明したように、前記の軸流羽根車の製造方法によると、多数の成形型を用意せずとも、羽根の取付角度が異なる軸流羽根車を精密鋳造により製造することが可能になるため、製造コストを低減することが可能になる。

水中撹拌機を側面から視た側面図である。 軸流羽根車を正面から視た正面図である。 軸流羽根車を側面から視た側面図である。 ワックス模型の組み立てを概略的に示す説明図である。 一部を省略したワックス模型の斜視図である。 凹部、嵌合部、及び、位置決めピンの構成例を概略的に示す説明図である。 凹部、及び、嵌合部の変形例を示す図６対応図である。

以下、軸流羽根車の製造方法を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態の説明は、例示である。図１は、本発明の実施形態に係る軸流羽根車２を備えた水中撹拌機Ｍの側面図を示している。水中撹拌機Ｍは、例えば下水処理場や貯水場等における貯留水を撹拌するものである。貯留水には、汚泥が含まれる場合がある。水中撹拌機Ｍは、密閉型の水中モータ１と、水中モータ１の駆動軸と一体的に回転する軸流羽根車２（図１の破線を参照）と、軸流羽根車２の周囲を覆うドラフトリング３とを備えている。

水中モータ１は、ステータ及びロータからなる不図示のモータと、モータを覆うモータケーシング１１とを備えている。モータの駆動軸は、ロータの中心に固定されており、回転軸Ｘｍまわりに回転自在に支持されている。この駆動軸は、モータの回転駆動力を軸流羽根車２に伝達する。

また、図１に示すように、モータケーシング１１には、ドラフトリング３が固定されている。このドラフトリング３は、軸流羽根車２の周囲を覆う円環状に形成されている。

図２は、軸流羽根車２を正面から視て示しており、図３は、それを側面から視て示している。軸流羽根車２は、図１〜図３に示すように、駆動軸の先端に固定され、水中モータ１の回転軸Ｘｍに対し駆動連結されるボス部２１と、ボス部２１の外表面２１ａから延び、この外表面２１ａに対して所定の取付角度（以下、「仰角」とも称する）θで配置される３枚の羽根２２とを備えている。軸流羽根車２は、いわゆるスクリュープロペラ状の外形を有しており、水中モータ１の作動に伴い回転する。軸流羽根車２は、回転軸Ｘｍ方向に貯留水が流れるような水流（軸流）を発生させる。

ボス部２１の外表面２１ａは、軸流羽根車２の先端に向かって小径となる半球面状に形成されており、基端側をモータケーシング１１に向けた姿勢で配置されている。また、ボス部２１に対応する半球の中心Ｏは、回転軸Ｘｍ上に配置されている。

羽根２２は、薄板状に形成されており、正面視では略Ｃ字状の外形を有している一方、側面視では斜めに延びている。詳しくは、羽根２２は、図２に示すように、径方向の内方から外方に向かうに連れて、紙面時計回り方向に向かって湾曲している。また、羽根２２は、図３に示すように、所定の仰角θ（つまり、ここでは、回転軸Ｘｍに直交する面に対する角度）で斜め方向に延びている。尚、羽根２２の基端部（径方向の内方端部）は、ボス部２１の外表面２１ａと同径の円弧状に延びている。

水中撹拌機Ｍの設置対象、及び、その貯留水の状態等に応じて、仕様の異なる軸流羽根車２２、具体的には、羽根２２の形状は同じでかつ、羽根２２の仰角θが異なる軸流羽根車２２が、多数、準備されている。

次に、図４〜図６を参照しながら、軸流羽根車２の製造方法について説明する。この軸流羽根車２は、消失模型を用いた精密鋳造より製造される。この実施形態では、そうした精密鋳造の一例として、消失模型としてのワックス模型４を用いたロストワックス製法について説明する。

ロストワックス製法は、公知のように、軸流羽根車２と同形状のワックス模型４を成形する工程と、成形されたワックス模型４をスラリー（粘結材）に浸す工程と、ワックス模型４の外表面に耐火性を有する鋳型材料（例えば、セラミックス）を付着させると共に、付着させた鋳型材料を乾燥等により固化させる工程と、固化させた鋳型材料をワックス模型４ごと高温・高圧の蒸気で熱し、鋳型材料内からワックス模型４を消失させる（溶かし出す）ことによって、鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、製造された鋳型への注湯によって、軸流羽根車２を鋳造する工程とが、順次、実行されるように構成されている。

本発明の特徴とするところは、主に、ワックス模型４の成形工程にある。具体的に、本発明に係るワックス模型４は、ボス部２１に対応する部品として成形されるボス対応部４１と、ボス対応部４１に対して別体であり且つ、羽根２２に対応する部品として成形される羽根対応部４２とから組み立てられる。そして、ワックス模型４を成形する工程は、ボス対応部４１の外表面（以下、「ボス表面」とも称する）４１ａに対して所定の仰角θで羽根対応部４２を固定することにより、ワックス模型４を成形するものである。

以下では、ボス対応部４１及び羽根対応部４２の構成と、ワックス模型４の成形工程とについて詳述する。ワックス模型４を成形する前後に行われる工程についても、適宜、説明を行う。

最初に、ボス対応部４１及び羽根対応部４２の成形工程について説明する。

製造者は、ワックス模型４を成形する前に、ボス対応部４１の成形型を用意して、その成形型によりボス対応部４１を成形する工程と、羽根対応部４２の成形型を用意して、その成形型により羽根対応部４２を成形する工程とを、順次又は並行して行う。詳しくは、各部品４１、４２を成形するための金型を設計及び作成して、その金型内に液状のワックスを圧入する。圧入されたワックスが固化することにより、ボス対応部４１と羽根対応部４２とを得る。前述の通り、羽根２２の形状が同一である場合、羽根対応部４２の成形型は、一種類を用意すればよく、ボス対応部４１の成形型も、一種類を用意すればよい。

次に、ボス対応部４１及び羽根対応部４２の構成について説明する。

図４は、この実施形態に係るワックス模型４を一部省略して示している。ここで、図４の上側には、ボス対応部４１に羽根対応部４２を取り付ける前の状態が図示されており、同図の下側には、羽根対応部４２を取り付けた後の状態が図示されている。ボス対応部４１は、前述の如く、羽根対応部４２とは別々の部品として、軸流羽根車２のボス部２１に対応する形状を有するように成形されている。詳しくは、ボス表面４１ａは、図４に示すように、ボス部２１の外表面２１ａと同様に、先端に向かって小径となる半球面状に形成されている。

ボス対応部４１には、ボス表面４１ａから凹陥する３つの凹部４３が設けられている。凹部４３は、円形状の横断面を有するように形成されており（図５〜図６も参照）、ボス表面４１ａを含む球面の中心（以下、単に「ボス対応部４１の中心」と称する）Ｏに向かって略円柱状に延びている。凹部４３の円の中心を通る軸は、ボス対応部４１の中心Ｏを通る。３つの凹部４３は、図４の上側に示すように、ボス対応部４１の中心Ｏの周りに、１２０°の角度間隔を空けて配置されている。

羽根対応部４２は、前述の如く、ボス対応部４１とは別体の部品として、軸流羽根車２の羽根２２に対応する形状を有するように成形される。羽根対応部４２は、羽根２２と同じ数だけ成形される。よって、この実施形態では、羽根対応部４２を３つ成形することになる（図４では１つのみを図示）。羽根対応部４２は、羽根２２と同様に、薄板状に形成されており、略Ｃ字状の外形を有している（図４参照）。

図５は、凹部４３内に嵌合部４４を嵌め込んだ状態を示している。図４〜図５に示すように、羽根対応部４２の基端側には、羽根２２に相当する本体部分から突出するように設けられかつ、ボス対応部４１の凹部４３内に嵌め込まれることで、ボス対応部４１に対し取付固定される嵌合部４４が、本体部分と一体に設けられている。嵌合部４４の端面４４ｂは、嵌合部４４が凹部４３内に取付固定されたときに、ボス表面４１ａと略面一になるように形成されている。つまり、この端面４４ｂは、ボス表面４１ａと同径の球面となるように形成されている。

嵌合部４４は、凹部４３の内径に対して略同径の円板状に形成されている。よって、図５の矢印及び鎖線に示すように、嵌合部４４を凹部４３内に嵌め込むときに、嵌合部４４の円板の中心軸Ｘｖの周りに回転することにより、羽根対応部４２の仰角θの調整が行われる。

羽根対応部４２の基端側の端面、すなわち、ボス表面４１ａに当接する取付面４２ａは、ボス表面４１ａと同径の球面となるように形成されており、凹部４３内に嵌合部４４を嵌め込んだときに、ボス表面４１ａに密着させることができる。図４に示すように、ボス対応部４１に設けた凹部４３は、嵌合部４４が凹部４３内に嵌め込まれたときに、嵌合部４４の中心軸Ｘｖがボス対応部４１の中心Ｏを通るように形成されている。そのため、取付面４２ａをボス表面４１ａに密着させた状態で、嵌合部４４を中心軸Ｘｖまわりに回転させたとしても、この取付面４２ａは、ボス表面４１ａに密着した状態に保持される。

次に、ワックス模型４の成形工程について説明する。

前述の通り、製造者は、成形型を用いて作成された前記構成のボス対応部４１及び羽根対応部４２を利用して、ワックス模型４を組み立てる。尚、ボス対応部４１及び羽根対応部４２の作成方法は、成形型を利用することに限定されず、適宜、別の方法を用いてもよい。

ここで、製造者は、ボス対応部４１の各凹部４３に、羽根対応部４２を取り付ける。このときに、製造する軸流羽根車の仕様を満たすように、羽根対応部４２の角度、つまり、迎角θを調整する。

こうして、ワックス模型４がボス対応部４１と羽根対応部４２とから組み立てられることとなり、ワックス模型４の成形工程が完了する。

製造者は、ワックス模型４の成形が完了した後（羽根対応部４２をボス対応部４１に取り付けた後）に、羽根対応部４２とボス対応部４１との間隙を、ワックス模型４と同一の材料で埋める工程を行う。ここでいう間隙には、嵌合部４４と凹部４３との間隙や、取付面４２ａとボス表面４１ａとの間隙等が含まれる。これにより、羽根対応部４２の外表面と、ボス表面４１ａとが滑らかに繋げられる。

羽根対応部４２とボス対応部４１との間隙を埋めた後には、前述の如く、ワックス模型４の外表面に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程、及び、鋳型材料内からワックス模型４を消失させることによって、鋳型材料から成る鋳型を製造する工程等が、順次、行われ、その鋳型を用いた鋳造により、軸流羽根車が完成することになる。

以上説明したように、ワックス模型４は、互いに別体として成形されたボス対応部４１と羽根対応部４２とから組み立てられると共に、羽根対応部４２を、ボス対応部４１に対する仰角θを調整して取り付けることにより、成形される。つまり、ワックス模型４として、ボス部２１に対応する部分と羽根２２に対応する部分とが予め一体化された模型を成形するのではなく、各部分に対応する模型を別々の部品４１、４２として成形した上で、所定の仰角で取り付ける。このように成形したワックス模型４を用いることによって、仰角θが異なる羽根車を精密鋳造により製造することができる。この製造方法においては、多数の成形型を用意しなくても、ワックス模型４における羽根対応部４２の仰角θ、ひいては、そうしたワックス模型４に基づいて鋳造される軸流羽根車２における羽根２２の仰角θを変更することが可能になる。よって、製造コストを抑制することが可能になる。また、ワックス模型４の段階でボス対応部４１と羽根対応部４２との角度調整を行って両者を取り付けることにより、従来のようにボス部２１と羽根２２との角度調整を行って溶接等により取り付けて羽根車を製造することよりも、製造が容易になる。

また、ボス対応部４１には凹部４３を設ける一方、羽根対応部４２には凹部４３内に嵌め込まれることで固定される嵌合部４４を設けることで、ワックス模型４の組立を容易にすることが可能になる。また、嵌合部４４を嵌め込むときに仰角θを調整することで、羽根対応部４２を所定の仰角θに位置決めすることが可能になる。そのことで、羽根対応部４２の角度調整を容易に行うことが可能になる。

また、凹部４３は断面円形状に形成する一方、嵌合部４４は円板状に形成することで、嵌合部４４を円板の中心軸Ｘｖまわりに回転させることによって、羽根対応部４２の仰角θを調整することが可能になる。そのことで、羽根対応部４２の角度調整をさらに容易に行うことが可能になる。

また、羽根対応部４２の取付面４２ａを含む球面と、ボス表面４１ａを含む球面とを同径とすることにより、羽根対応部４２の取付面を、ボス表面４１ａに密着させることができる。さらに、嵌合部４４の中心軸Ｘｖが、ボス対応部４１の中心Ｏを通ることで、嵌合部４４を回転させたときに、羽根対応部４２の取付面４２ａは、ボス表面４１ａに密着された状態に保持されることになる。よって、羽根対応部４２の取付面４２ａとボス表面４１ａとの密着状態を維持したまま、羽根対応部４２の角度調整を容易に行うことが可能になる。

また、ボス対応部４１を成形するための成形型と、羽根対応部４２を成形するための成形型とを１種類ずつ用意すれば、ボス対応部４１に対する羽根対応部４２の仰角θを調整することにより、所望の仰角θとなったワックス模型４を成形することが可能になる。従って、仰角θが異なる多数種類の成形型を用意する必要がない。

また、羽根対応部４２とボス対応部４１との間隙を埋めることで、羽根対応部４２の外表面とボス表面４１ａとを滑らかに繋げることが可能になる。そのことで、完成品である軸流羽根車２において、羽根２２とボス部２１との接続箇所が滑らかな形状になり、ここに加わる応力が緩和される。

＜その他の実施形態＞
図６は、ワックス模型４において、ボス対応部４１に対する羽根対応部４２の角度の調整を容易にする構成例を示している。図６は、凹部４３及び嵌合部４４を示している。この図において、ボス対応部４１は、先端側を紙面上方に向けるように配置されている。図６に示すように、凹部４３には、５つのボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５が設けられている一方、嵌合部４４には、羽根対応部４２を所定の仰角θに調整したときに、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれかと連続するように形成された５つの羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５が設けられている。

詳しくは、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５は、図６の上側に示すように、凹部４３の内底面４３ａから凹陥しており、円形状の横断面を有している。ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５は、図例では、内底面４３ａの中心Ｏｂの周りに６０°の角度間隔を空けて、紙面上側から順に反時計回り方向に配置されている。以下では、この配置の順番にしたがって、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５の各々を、第１ボス側位置決め穴Ｂ１、第２ボス側位置決め穴Ｂ２、第３ボス側位置決め穴Ｂ３、第４ボス側位置決め穴Ｂ４、及び、第５ボス側位置決め穴Ｂ５と称する場合がある。

ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５と内底面４３ａの中心Ｏｂとの間の距離Ｒ１〜Ｒ５は、各位置決め穴ごとに、それぞれ異なっている。この実施形態では、内底面の中心Ｏｂから第１ボス側位置決め穴Ｂ１までの距離である第１距離Ｒ１は、内底面の中心Ｏｂから第２ボス側位置決め穴Ｂ２までの距離である第２距離Ｒ２よりも大きく、この第２距離Ｒ２は、内底面の中心Ｏｂから第３ボス側位置決め穴Ｂ３までの距離である第３距離Ｒ３よりも大きく、この第３距離Ｒ３は、内底面の中心Ｏｂから第４ボス側位置決め穴Ｂ４までの距離である第４距離Ｒ４よりも大きく、この第４距離Ｒ４は、内底面の中心Ｏｂ第５ボス側位置決め穴Ｂ５までの距離である第５距離Ｒ５よりも大きくなるように形成されている（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５）。

一方、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５は、図６の下側に示すように、嵌合部４４における基端側の端面４４ａから凹陥しており、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５と略同径に形成された円形状の横断面を有している。羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５のそれぞれは、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のそれぞれに対応する。羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５は、嵌合部４４の中心軸Ｘｖの周りに所定の角度間隔を空けて、紙面上側から順に時計周り方向に配置されている。以下では、この配置の順番にしたがって、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５の各々を、第１羽根側位置決め穴Ｖ１、第２羽根側位置決め穴Ｖ２、第３羽根側位置決め穴Ｖ３、第４羽根側位置決め穴Ｖ４、及び、第５羽根側位置決め穴Ｖ５と称する場合がある。

ここで、図６の下側において比較的小さいピッチで延びる鎖線は、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５の角度位置を図示するべく、嵌合部４４の中心軸Ｘｖから各位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５の中心を通るように延びている。一方で、同図において比較的大きいピッチで延びる鎖線は、第１〜第５ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５の角度位置との比較を行うべく、嵌合部４４の中心軸Ｘｖより６０°の角度間隔で延びている。図６の下側に示すように、第１羽根側位置決め穴Ｖ１の角度位置は、第１ボス側位置決め穴Ｂ１の角度位置から反時計回り方向にΔθ_１ずれている。第２羽根側位置決め穴Ｖ２の角度位置は、第２ボス側位置決め穴Ｂ２の角度位置から反時計回り方向にΔθ_２ずれている。第３羽根側位置決め穴Ｖ３の角度位置は、第３ボス側位置決め穴Ｂ３の角度位置から反時計回り方向にΔθ_３ずれている。第４羽根側位置決め穴Ｖ４の角度位置は、第４ボス側位置決め穴Ｂ４の角度位置と同一である。第５羽根側位置決め穴Ｖ５の角度位置は、第５ボス側位置決め穴Ｂ５の角度位置から時計回り方向にΔθ_５ずれている。角度位置のずれの大きさは、それぞれ異なっており、この実施形態では、Δθ_１＞Δθ_２＞Δθ_３＝Δθ_５となるように形成されている。

また、嵌合部４４の中心軸Ｘｖから第１羽根側位置決め穴Ｖ１までの距離の大きさは、前述の第１距離Ｒ１と同じであり、中心軸Ｘｖから第２羽根側位置決め穴Ｖ２までの距離の大きさは、前述の第２距離Ｒ２と同じであり、中心軸Ｘｖから第３羽根側位置決め穴Ｖ３までの距離の大きさは、前述の第３距離Ｒ３と同じであり、中心軸Ｘｖから第４羽根側位置決め穴Ｖ４までの距離の大きさは、前述の第４距離Ｒ４と同じであり、中心軸Ｘｖから第５羽根側位置決め穴Ｖ５までの距離の大きさは、前述の第５距離Ｒ５と同じである。

前述の如く、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５は、それぞれ、羽根対応部４２を所定の仰角θに調整したときに、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれかと連続するように形成されている。例えば、嵌合部４４の中心軸Ｘｖから第１羽根側位置決め穴Ｖ１までの距離の大きさは、内底面の中心Ｏｂから第１ボス側位置決め穴Ｂ１までの距離の大きさと同じであるため、嵌合部４４を凹部４３内に嵌め込んだときに、第１羽根側位置決めＶ１と第１ボス側位置決め穴Ｂ１とが連続することとなる。Δθ_１の大きさは、羽根対応部４２が所定の仰角θに調整されるように設定されている。よって、羽根対応部４２をその仰角θに調整したとき、第１羽根側位置決めＶ１と第１ボス側位置決め穴Ｂ１とが互いに連続することになる。逆に言えば、第１羽根側位置決めＶ１と第１ボス側位置決め穴Ｂ１とが互いに連続するように位置合わせすることにより、羽根対応部４２を所定の仰角θに調整することが可能になる。

同様に、第２羽根側位置決め穴Ｖ２と第２ボス側位置決め穴Ｂ２とを互いに連続するように位置合わせすることにより、嵌合部４４は、紙面時計回り方向にΔθ_２だけ回転することとなり、羽根対応部４２は、Δθ_２の設定に応じた仰角θに調整される。

他の羽根側位置決め穴Ｖ３〜Ｖ５についても同様であり、羽根対応部４２は、各位置決め穴の角度位置に応じた仰角θに調整される。

こうして、第１〜第５ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５と、第１〜第５羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５とによって、５通りの迎角θの候補が設定され、その内の１つを選択して、設定することが可能になる。

さらに、互いに連続するように位置合わせされたボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５と羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５とに対して、ワックス模型４と同一の材料から成る位置決めピン５を挿通することができる。詳しくは、位置決めピン５は、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５、及び、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５と略同径であり、一端側をボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれにも挿通させる一方、他端側を羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５のいずれにも挿通することができる。ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれかに位置決めピン５を挿通させかつ、それに対応する羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５に位置決めピン５を挿通させた状態で、羽根対応部４２の嵌合部４４を、ボス対応部４１の凹部４３に嵌め込むことによって、羽根対応部４２のボス対応部４１に対する角度位置が固定され、羽根対応部４２は、ボス対応部４１に対し所定の仰角θに調整及び固定されることになる。第１距離Ｒ１〜第５距離Ｒ５の長さは、互いに異なっているため、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５とボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５との間で組み違いが生じることは無い。

製造者は、ワックス模型４を成形する際には、最初に、鋳造される軸流羽根車２の仕様に応じて、羽根対応部４２の仰角θを５通りの候補の中から選択する。

製造者は、仰角θを選択すると、その選択結果に応じて、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれかと、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５のいずれかとが互いに連続するように位置合わせする。一例として、ここでは、第１ボス側位置決め穴Ｂ１と、第１羽根側位置決め穴Ｖ１とが連続するように位置合わせするものとする。

具体的に、製造者は、位置決めピン５の一端側を第１ボス側位置決め穴Ｂ１に挿通した上で、第１ボス側位置決め穴Ｂ１の角度位置と第１羽根側位置決め穴Ｖ１の角度位置とが一致するように、嵌合部４４を、羽根対応部４２ごと中心軸Ｘｖまわりに回転させる。

製造者は、位置合わせが完了すると、嵌合部４４の取付面４２ａとボス表面４１ａとが密着するように嵌合部４４を凹部４３内に嵌め込みつつ、位置決めピン５の他端側を第１羽根側位置決め穴Ｖ１に挿通する。これにより、羽根対応部４２は、選択された仰角θに調整及び固定される。

この構成では、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５、及び、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５によって、羽根対応部４２の、ボス対応部４１に対する仰角θの候補を予め設定することができる。ワックス模型４を成形するときには、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５の内のいずれかと、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５のいずれかとの位置合わせをすることだけで、その候補から選択された仰角θとなるように、羽根対応部４２をボス対応部４１に取り付けることが可能になる。また、位置決めピン５を用いることで、羽根対応部４２を選択された仰角θに保持することが可能になる。

さらに、位置決めピン５は、ワックス模型４と同一の材料から成るため、ワックス模型４と共に消失させることが可能になる。

尚、前記の構成では、ボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５、及び、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５を凹陥した穴としているが、これらの一方、又は、双方を、貫通穴に構成してもよい。この構成では、ボス対応部４１に羽根対応部４２を取り付けた際に、位置決めピン５を挿通しない位置決め穴は凹陥することになるため、位置決め穴を塞ぐキャップをとりつけてもよい。キャップもまた、ワックス模型４と同一の材料で構成すればよい。

また、前記の構成例では、ボス対応部４１の凹部４３にボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５を形成する一方、羽根対応部４２の嵌合部４４に羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５を形成し、互いに連続するように位置合わせされたボス側位置決め穴Ｂ１〜Ｂ５のいずれかと、羽根側位置決め穴Ｖ１〜Ｖ５のいずれかとに対して位置決めピン５を挿通することにより、羽根対応部４２を、ボス対応部４１に対し所定の仰角θに調整及び固定するようにしていたが、この構成には限定されない。ボス側位置決め穴、羽根側位置決め穴、及び、位置決めピンの数、配置、及び、形態等は、適宜、変更することが可能である。例えば、ボス対応部４１に、位置決め穴を複数形成しておく一方（複数の穴は、その一部が互いに繋がっていてもよい）、羽根対応部４２には、そのいずれにも対応する位置決め穴を、少なくとも１つ形成するようにしてもよい。

図７は、凹部４３、及び、嵌合部４４の変形例を示している。図７に示すように、この変形例に係る凹部４５の内周縁には、三角波状の横断面を有するボス側凹凸部Ｂｊが設けられている。一方で、同変形例に係る嵌合部４６の外周縁には、ボス側凹凸部Ｂｊに係合ように形成された、三角波状の横断面を有する羽根側凹凸部Ｖｊが設けられている。そして、羽根側凹凸部Ｖｊとボス側凹凸部Ｂｊとを互いに係合させることによって、羽根対応部４２を所定の仰角θに調整及び固定することになる。

この構成によると、ボス側凹凸部Ｂｊ及び羽根側凹凸部Ｖｊによって、羽根対応部４２のボス対応部４１に対する仰角θの候補を予め設定することができ、ワックス模型４を成形するときには、ボス側凹凸部Ｂｊと羽根側凹凸部Ｖｊとを係合させることによって、羽根対応部４２を所定の仰角θに調整すると共に、その仰角θに保持することが可能になる。

また、ボス側凹凸部Ｂｊ及び羽根側凹凸部Ｖｊの構成は、図７に示すものには限られない。例えば、正弦波状や矩形波状の横断面を有するように設けてもよい。また、ボス側凹凸部Ｂｊ及び羽根側凹凸部Ｖｊは、凹部４５の内周縁や、嵌合部４６の外周縁に設ける構成には限られない。例えば、凹部４５の内底面４５ａ、又は、嵌合部４６の端面４６ａの一方から凸設させた部材と、他方から凹陥する部材とを係合させてもよい。

前記の実施形態では、ボス対応部４１には凹部４３が設けられる一方、羽根対応部４２には嵌合部４４が設けられていたが、この構成には限定されない。凹部４３及び嵌合部４４を設けずに、ボス表面４１ａに対し、羽根対応部４２の取付面４２ａを接着してもよい。

前記の実施形態では、凹部４３は断面円形状に形成される一方、嵌合部４４は円板状に形成されていたが、この構成には限定されない。凹部４３及び嵌合部４４の数、配置及び形態等は、適宜、変更することが可能である。例えば、凹部４３及び嵌合部４４は、多角形状の横断面を有していてもよい。

尚、前記の構成では、軸流羽根車２に３枚の羽根２２を配置したが、ここに開示する技術は、複数の羽根を備えた軸流羽根車２に広く適用可能である。

また、ここに開示する技術は、共通のボス部に対し、形状の異なる羽根を取り付けるような軸流羽根車の製造にも、適用することが可能である。

また、ここに開示する技術は、ワックス模型を用いた精密鋳造に限らず、発泡剤等によって成形した消失模型を用いた精密鋳造にも適用可能である。

Ｍ 水中撹拌機
１ 水中モータ
２ 軸流羽根車
２１ ボス部
２１ａ 外表面
２２ 羽根
３ ドラフトリング
４ ワックス模型（消失模型）
４１ ボス対応部
４１ａ 外表面（ボス表面）
４２ 羽根対応部
４２ａ 取付面
４３ 凹部
４３ａ 内底面
４４ 嵌合部
４４ａ 端面
５ 位置決めピン
Ｂ１〜Ｂ５ ボス側位置決め穴（第１〜第５ボス側位置決め穴）
Ｖ１〜Ｖ５ 羽根側位置決め穴（第１〜第５羽根側位置決め穴）
Ｂｊ ボス側凹凸部
Ｖｊ 羽根側凹凸部
Ｘｍ 回転軸
Ｘｖ 中心軸（円板の中心軸）
Ｏ 中心
θ 取付角度（迎角）

Claims (6)

1. 回転軸に駆動連結されるボス部と、前記ボス部の外表面から延び、当該外表面に対して所定の取付角度で配置される複数の羽根とを備えた軸流羽根車の製造方法であって、
   前記軸流羽根車と同形状の消失模型を成形する工程と、
   前記消失模型の外表面に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程と、
   前記鋳型材料内から前記消失模型を消失させることによって、前記鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、
   前記鋳型への注湯によって、前記軸流羽根車を鋳造する工程とを含み、
   前記消失模型は、前記ボス部に対応する部品として成形されるボス対応部と、前記ボス対応部に対して別体であり且つ、前記羽根に対応する部品として成形される羽根対応部とから組み立てられ、
   前記消失模型を成形する工程は、前記ボス対応部の外表面に対して所定の取付角度で前記羽根対応部を固定することにより、前記消失模型を成形し、
   前記ボス対応部には、前記ボス対応部の外表面から凹陥する凹部が設けられる一方、前記羽根対応部には、前記凹部内に嵌め込まれることで、前記ボス対応部に対し取付固定される嵌合部が設けられ、
   前記凹部は断面円形状に形成される一方、前記嵌合部は円板状に形成され、
   前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記嵌合部の前記円板の中心軸まわりに回転することにより、前記羽根対応部の取付角度を調整し、
   前記ボス対応部の外表面は、先端に向かって小径となる半球面状に形成される一方、前記羽根対応部の、前記ボス対応部の外表面に当接する取付面は、前記ボス対応部の外表面と同径の凹球面となるように形成され、
   前記凹部は、前記嵌合部が前記凹部内に嵌め込まれたときに、前記嵌合部の前記中心軸が前記ボス対応部の外表面に対応する半球の中心を通るように形成されていることを特徴とする軸流羽根車の製造方法。
2. 回転軸に駆動連結されるボス部と、前記ボス部の外表面から延び、当該外表面に対して所定の取付角度で配置される複数の羽根とを備えた軸流羽根車の製造方法であって、
   前記軸流羽根車と同形状の消失模型を成形する工程と、
   前記消失模型の外表面に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程と、
   前記鋳型材料内から前記消失模型を消失させることによって、前記鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、
   前記鋳型への注湯によって、前記軸流羽根車を鋳造する工程とを含み、
   前記消失模型は、前記ボス部に対応する部品として成形されるボス対応部と、前記ボス対応部に対して別体であり且つ、前記羽根に対応する部品として成形される羽根対応部とから組み立てられ、
   前記消失模型を成形する工程は、前記ボス対応部の外表面に対して所定の取付角度で前記羽根対応部を固定することにより、前記消失模型を成形し、
   前記ボス対応部には、前記ボス対応部の外表面から凹陥する凹部が設けられる一方、前記羽根対応部には、前記凹部内に嵌め込まれることで、前記ボス対応部に対し取付固定される嵌合部が設けられ、
   前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記羽根対応部の取付角度を調整し、
   前記凹部には、複数のボス側位置決め穴が設けられる一方、前記嵌合部には、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整したときに、前記ボス側位置決め穴のいずれかと連続するように形成された少なくとも１つの羽根側位置決め穴が設けられ、
   互いに連続するように位置合わせされた前記ボス側位置決め穴と前記羽根側位置決め穴とに対して、前記消失模型と同一の材料から成る位置決めピンを挿通することにより、前記羽根対応部を、前記ボス対応部に対し所定の取付角度に調整及び固定することを特徴とする軸流羽根車の製造方法。
3. 回転軸に駆動連結されるボス部と、前記ボス部の外表面から延び、当該外表面に対して所定の取付角度で配置される複数の羽根とを備えた軸流羽根車の製造方法であって、
   前記軸流羽根車と同形状の消失模型を成形する工程と、
   前記消失模型の外表面に鋳型材料を付着させると共に、付着させた鋳型材料を固化させる工程と、
   前記鋳型材料内から前記消失模型を消失させることによって、前記鋳型材料から成る鋳型を製造する工程と、
   前記鋳型への注湯によって、前記軸流羽根車を鋳造する工程とを含み、
   前記消失模型は、前記ボス部に対応する部品として成形されるボス対応部と、前記ボス対応部に対して別体であり且つ、前記羽根に対応する部品として成形される羽根対応部とから組み立てられ、
   前記消失模型を成形する工程は、前記ボス対応部の外表面に対して所定の取付角度で前記羽根対応部を固定することにより、前記消失模型を成形し、
   前記ボス対応部には、前記ボス対応部の外表面から凹陥する凹部が設けられる一方、前記羽根対応部には、前記凹部内に嵌め込まれることで、前記ボス対応部に対し取付固定される嵌合部が設けられ、
   前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記羽根対応部の取付角度を調整し、
   前記凹部には、ボス側凹凸部が設けられる一方、前記嵌合部には、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整したときに、前記ボス側凹凸部に係合するように形成された羽根側凹凸部が設けられ、
   前記羽根側凹凸部と前記ボス側凹凸部とを互いに係合させることによって、前記羽根対応部を所定の取付角度に調整及び固定することを特徴とする軸流羽根車の製造方法。
4. 請求項２又は３に記載の軸流羽根車の製造方法において、
   前記凹部は断面円形状に形成される一方、前記嵌合部は円板状に形成され、
   前記嵌合部を前記凹部内に嵌め込むときに、前記嵌合部の前記円板の中心軸まわりに回転することにより、前記羽根対応部の取付角度を調整することを特徴とする軸流羽根車の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の軸流羽根車の製造方法において、
   前記ボス対応部の成形型を用意して、当該成形型により前記ボス対応部を成形する工程と、
   前記羽根対応部の成形型を用意して、当該成形型により前記羽根対応部を成形する工程とをさらに含むことを特徴とする軸流羽根車の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の軸流羽根車の製造方法において、
   前記羽根対応部を前記ボス対応部に取り付けた後に、前記羽根対応部と前記ボス対応部との間隙を、前記消失模型と同一の材料で埋める工程をさらに含むことを特徴とする軸流羽根車の製造方法。

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