(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の押出型材からなる翼形断面を有するブレード本体と、このブレード本体内に一体に形成されこのブレードのスパン方向に沿って形成された断面が偏平な形状の筒状のトルクボックス部と、このブレード本体の翼根部において上記のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて形成された断面円形のステム部とを有することを特徴とするファン用ブレード。
【請求項２】
前記のブレードの翼根部は、前記のステム部の前後の前縁部分および後縁部分が切除されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。
【請求項３】
前記のステム部内には、丸棒状のプラグ部材が挿入されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。
【請求項４】
前記のブレード本体は、その翼端部の迎え角が小さくなるように全体が塑性捩り変形されていることを特徴とする請求項１のファン用ブレード。
【請求項５】
翼形断面を有しかつその内部に長手方向に沿って断面が偏平形状の筒状のトルクボックス部を一体に有する金属の押出型材を所定の長さに切断してブレード本体を形成する工程と、
前記のブレード本体の一端部の前記のトルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成する工程とを具備したことを特徴とするファン用ブレードの製造方法。
【請求項６】
前記のブレード本体の形成工程の後にこのブレード本体の両端部を把持してこのブレード本体全体を塑性捩り変形させる工程を備え、また前記のステム部の形成工程の後にこのステム部の前後の前縁部分および後縁部分を機械加工により切除する工程を備えたことを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。
【請求項７】
前記のトルクボックス部は前縁側部分の前縁ウエブ部、後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面側部分の上面部、および下面側部分の下面部とから構成されており、上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は、前記のステム部の最終加工形状の円筒形の周壁の一部を構成する円弧面に形成されており、また前記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成するものであることを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。
【請求項８】
前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚く形成されていることを特徴とする請求項７のファン用ブレードの製造方法。
【請求項９】
前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの翼形の押出型材の翼弦長の３０％以下であり、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さは翼厚の２０％以下であることを特徴とする請求項５のファン用ブレードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クーリングタワーの送風ファン等のファン用のブレードに関する。さらに特定すれば、本発明はアルミニウム等の金属材料の押出型材を使用し、空力特性が良好であるとともに構造が簡単でかつ強度が高いファン用ブレードおよびこのブレードを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ファン用のブレードは翼端部に向かって迎え角が減少するように全体に捩りが与えられており、また翼根部にはハブ部に取り付けるためのステム部が形成されており、複雑な形状をなしている。また、ファンの回転数を高めるために軽量化が要求されているとともに、上記の翼根部のステム部には集中荷重が作用する等、その構造的な強度も要求される。このため、このファン用ブレードは製造工程が複雑になり、コスト低減にも限界があった。
【０００３】
たとえば、従来のファン用ブレードには一枚または複数枚の金属薄板を折り曲げて溶接したいわゆる板金加工のものがある。このものは、製造が面倒であるとともに、形状の精度が低く、また強度的にも十分ではなかった。
【０００４】
このため、最近ではアルミニウム等の金属材料の押出型材を使用したブレードがある。このものは、所定の翼形断面の押出型材を形成し、この翼形断面の押出型材を所定の寸法に切断し、全体を所定の捩り角度に塑性捩り変形させ、翼根部にステム部を取り付けたものである。
【０００５】
このような押出型材を使用したブレードは、形状の精度が高く、また表面の精度も良いため、空力的な特性も良好である。また、押出成形の際の金属材料の流れ方向がスパン方向と一致しているため、スパン方向の引っ張り強度が高く、遠心力の作用するファン用ブレードとしては好都合である。
【０００６】
ところで、従来のブレードでは、上記のステム部はブレード本体とは別部材であるステム部材を押出型材であるブレード本体の端部内に挿入し、このブレード本体の端部とこのステム部材とを貫通した孔を形成し、この孔にボルト等を挿通してこのステム部材とブレード本体の端部とを共締めしてステム部材を取り付けていた。
【０００７】
しかし、上記のような押出型材で形成されたブレード本体は、全体が比較的薄肉であるとともにその金属材料も比較的軟質であるため、上記のような局部的な荷重が作用するボルト結合ではボルト１本当たりの結合強度が十分ではない。このため、従来のものは上記の結合ボルトの数を多くする必要があり、重量の増大を招くとともに、外観も不体裁となる。また、このブレード本体の翼根部に多数のボルト頭やナットが露出しているので、空力特性を損なうとともに騒音の原因となる、等の不具合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、翼形断面の押出型材を使用してブレード本体を形成するとともに、ステム部をこのブレード本体と一体に形成し、軽量かつ高強度であるとともに、空力的な特性が良好であるファン用ブレードおよびこのようなブレードを製造する方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材から構成されたブレード本体を備え、このブレード本体内には一体に形成されこのブレードのスパン方向に沿って形成された断面が偏平な形状の筒状のトルクボックス部が形成されている。そして、このブレード本体の翼根部において上記のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて断面円形のステム部が形成されている。
【００１０】
このような特徴によれば、上記のステム部はブレード本体を構成する押出型材に一体に形成されたトルクボックス部を断面円形に膨出させて形成したので、このステム部はブレード本体のトルクボックス部と一体であり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続しているので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレード本体の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分が形成されているだけであり、しかもこの膨出部の形状は滑らかであるため、このブレードの空力的特性を損なうことはなく、また騒音等の発生源になることもない。
【００１１】
また、請求項３のブレードは、上記のステム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されており、このステム部をボス部に取り付ける際の補強をなしている。
また、請求項５に記載されている本発明の製造方法は、翼形断面を有しかつその内部に長手方向に沿って断面が偏平形状の筒状のトルクボックス部を一体に有する金属の押出型材を所定の長さに切断してブレード本体を形成し、このブレード本体の一端部の上記トルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成するものである。したがって、工程が単純で作業能率が高く、製造コストを低減することができる。
【００１２】
また、請求項７の本発明の製造方法では、前記のトルクボックス部は前縁側部分の前縁ウエブ部、後縁側部分の後縁ウエブ部、翼形の上面側部分の上面部、および下面側部分の下面部とから構成されている。上記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は、上記のステム部の最終加工形状の円筒径の周壁の一部を構成する円弧面に形成されている。そして、上記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成するものである。したがって、上記のステム部の加工の際に、このブレード本体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。
【００１３】
また、請求項８の本発明の製造方法は、前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚く形成されている。したがって、このトルクボックス部の上面部および下面部を膨出させて断面円形のステム部を形成した場合に、このステム部の周壁の肉厚が均一になる。
【００１４】
さらに、請求項９の本発明の製造方法は、前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの翼形の押出型材の翼弦長の３０％以下であり、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さはこのブレードの翼形断面の翼厚の２０％以下である。これによって、このトルクボックス部を膨出させてステム部を形成する際に各部の過大な塑性変形が生じることがなく、無理なくステム部を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の一実施形態のブレードおよびその製造方法を説明する。この一実形態のブレードは、クーリングタワーの送風ファン用のブレードである。図１には本発明の一実施形態のブレードの斜視図を示し、図２はその分解斜視図である。
【００１６】
図中の１はこのブレードのブレード本体であって、このブレード本体１は金属材料たとえばアルミニウムの押出型材で形成され、その長さすなわちスパンは１０１０ｍｍ、翼弦長は２７０ｍｍである。
【００１７】
このブレード本体１は、図６に示すような断面形状の押出型材を使用したもので、所定の形状の翼形をなしている。また、このブレード本体１の略中央部には、筒状のトルクボックス部５が一体に形成され、またこのトルクボックス部５の前方側には前縁部６、後方側には後縁部７が一体に形成されている。上記のトルクボックス部５は偏平な形状をなし、前縁側の前縁ウエブ部８、後縁側の後縁ウエブ部９、上面側の上面部１０、下面側の下面部１１とから構成されている。そして、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９は円筒の周壁の一部を構成する円弧状に形成され、また上面部１０および下面部１１の外形は上記の前縁部６および後縁部７と円滑に連続しており、上記の所定の翼形を構成している。
【００１８】
このブレード本体１は、全体に所定の捩りが与えられており、たとえば翼端側にゆくに従って１ｍ当たり迎え角が２３°減少するような捩り下げが与えられている。なお、このような捩りは、このブレード本体１を構成する押出型材を塑性捩り変形することによって与えられる。
【００１９】
また、このブレード本体１の翼根部には、ステム部２０が形成されている。このステム部２０は、このブレード本体１の翼根部のトルクボックス部５を断面円形に膨出させて形成させたもので、このトルクボックス部５と一体である。このステム部２０は、図５に示すように上記のトルクボックス部５の上面部１０および下面部１１を上方および下方に円弧状に膨出させた膨出部１０ａ，１１ａ、および円弧状の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９で形成された円筒状をなしている。
【００２０】
また、このブレード１の翼根部では、上記の前縁部６および後縁部７の一部が切削等の機械加工によって切除されており、この部分ではこのステム部２０は完全な円筒状の円筒部２１に形成されている。また、この円筒部２１の基端にはフランジ部２２が一体に形成されている。また、このステム部２０内には、金属材料からなる円柱状のプラグ部材２３が圧入されている。また、上記のブレード本体１の翼根部端面には翼根カバー２４，２５が取り付けられ、また翼端部の端面には翼端カバー２６が取り付けられている。
【００２１】
上記のようなブレードは、その複数枚をファンのハブ部（図示せず）に取り付けてファンを構成する。この場合に、これらのブレードのステム部２０をこのファンのハブ部に取り付ける。このステム部２０とハブ部の取り付け構造はハブ部の構造によっても相違するが、たとえばハブ部の取り付け金具にこのステム部２０を抱持させ、この取り付け金具、ステム部２０およびこのステム部内のプラグ部材２３を共に締め付けて固定する。この場合に、上記のステム部２０内にはプラグ部材２３が挿入されているので、このステム部２０が潰れることはない。
【００２２】
上記のようなブレードは、押出型材を使用しているので、その形状が正確でかつ表面が平滑であるので、空力特性が良好であり、また軽量である。また、上記のステム部２０は、ブレード本体１のトルクボックス部５を円筒形に膨出させて形成したものであり、このトルクボックス部５と一体であるとともに押出型材の押出し成形の際の材料の流れを切断していないので、強度が高く、軽量である。また、このステム部２０は上記のようにトルクボックス部５の一部を膨出させて形成したもので、ブレード本体１の翼根部には膨出部１０ａ，１１ａが突出しているだけであり、しかもこれら膨出部は円滑に突出しているので、空力特性を損なうことがなく、また騒音の発生がない。
【００２３】
次に、上記のようなブレードを製造する方法を図７ないし図１２を参照して説明する。
まず、前述したような断面形状の押出型材を形成し、この押出型材を所定の長さに形成して図７に示すようなブレード本体１を形成する。次に、図８に示すように、このブレード本体１の両端部を適切なクランプ３１，３２で把持し、このブレード本体１に所定の引っ張り荷重を与えつつクランプ３２を回転させ、このブレード本体１に所定の塑性捩り変形を与える。なお、この実施形態の場合の、この捩りは１ｍにつき２３°の捩り下げである。なお、上記の捩り加工の際に、クランプ３１，３２の把持によって変形した部分は捩り加工後に切除する。
【００２４】
次に、図９に示すように、このブレード本体１の翼根部のトルクボックス部５内にプラグ金型３３を圧入し、このトルクボックス部５の一部を図５に示すように断面円形に膨出させ、ステム部２０を形成する。この場合に、このプラグ金型３３は径の相違する複数のものを用意し、径の小さいものから順次挿入して複数段階に別けて上記の膨出加工を行う。
【００２５】
また、上記のブレード本体１を構成する押出型材は、図６に示すような断面形状のものであるが、前述のようにそのトルクボックス部５の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９は、上記の断面円形のステム部２０の周壁の一部を構成するような円弧状をなしている。そして、上記のプラグ金型３３は、これら前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の内周面に密嵌するような形状に形成されている。よって、これらのプラグ金型３３を挿入する際には、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の部分は変形されず、上面部１０および下面部１１のみが翼弦方向に引き伸ばされて図５に示すように円弧状に膨出する。したがって、このようなステム部２０の成形の際に、ブレード本体１の翼根部の前縁部６や後縁部７に不所望な変形が生じることはない。
【００２６】
なお、この実施形態の場合、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９の厚さは４．８ｍｍであり、上記の上面部１０および下面部１１の厚さはこれらより厚い５．４ｍｍに設定されている。従って、これらの上面部１０および下面部１１が上記のように引き伸ばされて円弧状に膨出した場合にその厚さが減少し、上記の前縁ウエブ部８および後縁ウエブ部９と略等しい厚さとなる。よって、図５に示すように、周壁部の厚さが略均一の円筒状のステム部２０が形成される。なお、この実施形態の場合、前記の前縁部６および後縁部７の厚さは２．２ｍｍである。
【００２７】
また、上記のようなステム部２０を膨出形成する場合の条件としては、たとえば、この押出型材の材料を６０６３−Ｔ１  ＪＩＳ  Ｈ  ４１００  アルミニウム合金とした場合に、上記のトルクボックス部５の翼弦方向の幅は、翼弦長の３０％以下、また膨出部１０ａ，１１ａの膨出高さはそれぞれ翼厚の２０％以下であることが好ましく、実験の結果この範囲内での膨出加工であれば、加工に伴う割れ、前縁部６や後縁部７等の他の部分の不所望な変形等を確実に防止できる。なお、上記の前縁部６および後縁部７の肉厚は、加工の際の変形を防止するためには、強度、押出成形の条件等の許す限り薄い方が良い。
【００２８】
次に、上記のように膨出加工の終了したブレードは、図１１に示すようにその翼根部の所定の部分３４の前縁部６および後縁部７を切削加工等の機械加工により切除し、この部分のステム部２０を円筒部２１として成形する。
【００２９】
次に、図１２に示すように、この円筒部２１の基端をフォーミング加工してフランジ部２２を形成する。そして、前述のプラグ部材２３をこのステム部２０内に圧入する。そして、前述の翼根カバー２４，２５、翼端カバー２６を取り付け、このブレードを完成する。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施例には限定されない。たとえば、ステム部の形状、構造は取り付けるべきボス部との取り付け構造等に対応して適宜変更されるものであり、上記のような構造、形状には限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載された本発明のファン用ブレードは、翼形断面を有する押出型材から構成されたブレード本体のトルクボックス部を翼厚方向に膨出させて断面円形のステム部を形成したので、このステム部はブレード本体のトルクボックス部と一体であり、かつ押出成形のさいの材料の流れが連続しているので、軽量でかつ強度が高い。また、このブレード本体の翼根部には上記のトルクボックス部の膨出部分が形成されているだけであり、しかもこの膨出部の形状は滑らかであるため、このブレードの空力的特性を損なうことはなく、また騒音等の発生源になることもない。
【００３２】
また、請求項３のブレードは、上記のステム部内に丸棒状のプラグ部材が挿入されているので、このステム部をボス部に取り付ける際の補強をなしている。
また、請求項５に記載されている本発明の製造方法は、ブレード本体の一端部の上記トルクボックス部内にプラグ金型を挿入し、このトルクボックス部をブレード本体の翼厚方向に膨出させてこのトルクボックス部の一部を断面円形に塑性変形させて円筒状のステム部を形成したので、工程が単純で作業能率が高く、製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、請求項７の本発明の製造方法は、上記のステム部を形成する工程のプラグ金型は上記のトルクボックス部の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の内面に密接してこの前縁ウエブ部および後縁ウエブ部は変形させずに上記の上面部および下面部のみを上方および下方に膨出させてこのトルクボックス部を断面円形に形成したので、このステム部の加工の際に、このブレード本体の翼根部が翼弦方向に縮むようなことがない。
【００３４】
また、請求項８の本発明の製造方法は、前記の押出型材のトルクボックス部の上面部および下面部の肉厚は前記の前縁ウエブ部および後縁ウエブ部の肉厚より厚くしたので、このトルクボックス部の上面部および下面部を膨出させて断面円形のステム部を形成した場合に、このステム部の周壁の肉厚が均一になる。
【００３５】
さらに、請求項９の本発明の製造方法は、前記のトルクボックス部の翼弦方向の幅はこの押出型材の翼型断面の翼弦長の３０％以下、またこのトルクボックス部を円筒形に膨出させてステム部を形成する際のこのトルクボックス部の上面部および下面部の膨出高さは翼厚の２０％以下に規制したので、このトルクボックス部を膨出させてステム部を形成する際に各部の過大な塑性変形が生じることがなく、無理なくステム部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のブレードの斜視図。
【図２】本発明の一実施形態のブレードの分解斜視図。
【図３】図１の３−３矢視図。
【図４】図１の４−４線に沿う断面図。
【図５】図１の５−５線に沿う断面図。
【図６】図１の６−６線に沿う断面図。
【図７】本発明の製造方法の一実施形態の一工程を説明する斜視図。
【図８】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図９】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１０】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１１】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【図１２】本発明の製造方法の一実施形態の別の工程を説明する斜視図。
【符号の説明】
１…ブレード
５…トルクボックス部
８…前縁ウエブ部
９…後縁ウエブ部
１０…上面部
１１下面部
１０ａ…膨出部
１１ａ…膨出部
２０…ステム部
２３…プラグ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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