(57)【要約】【課題】安価であって、且つ、高い寸法精度のインペラ及びインペラの製造方法を提供すること。【解決手段】インペラ１は、開口する突出部１１ａを有する表シュラウド１１、表シュラウド１１に設けられた複数の羽根１２、及び、複数の羽根１２に設けられ、回転軸を挿入するボス部１３が一体に成形されたインペラ本体１０と、インペラ本体１０に機械的に固定される裏シュラウド１４と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口する突出部を有する表シュラウド、前記表シュラウドに設けられた複数の羽根、及び、前記複数の羽根に設けられ、回転軸を挿入するボス部が一体に成形されたインペラ本体と、
前記インペラ本体に固定される裏シュラウドと、
を備えることを特徴とするインペラ。
【請求項２】
前記裏シュラウドは、前記インペラ本体に、溶接により固定されることを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
【請求項３】
前記裏シュラウドは、前記インペラ本体に、締結部材を用いて固定されることを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
【請求項４】
前記裏シュラウドは、前記複数の羽根と対向する面が平面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
【請求項５】
前記複数の羽根の最小羽根内径は、前記ボス部の最大外径以下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインペラ。
【請求項６】
開口する突出部を有する表シュラウド、前記表シュラウドに設けられた複数の羽根、及び、前記複数の羽根に設けられ、回転軸を挿入するボス部により構成されるインペラ本体を一体に成形し、
前記インペラ本体に裏シュラウドを固定する、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項７】
前記インペラ本体に前記裏シュラウドを機械的に固定する前に、前記インペラ本体又は前記裏シュラウドを加工することを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
【請求項８】
前記裏シュラウドは、前記インペラ本体に、溶接により固定されることを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
【請求項９】
前記裏シュラウドは、前記インペラ本体に、締結部材を用いて固定されることを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
【請求項１０】
前記裏シュラウドは、前記複数の羽根と対向する面が平面状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
【請求項１１】
前記複数の羽根の最小羽根内径は、前記ボス部の最大外径以下に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のインペラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに用いられるインペラ及びインペラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水等の液体を供給するポンプに用いられるインペラとして、周方向に沿って複数枚配置される羽根を、円板状の一対のシュラウドで間に配置した、所謂クローズドインペラが知られている。
【０００３】
このようなインペラの製造方法として、羽根形状及びシュラウド形状に形成された主型及び中子を用いて一体成型する技術が知られている。しかし、羽根は、軸心方向に対して傾斜する構成やインペラの外周縁から中心に向かって湾曲する構成である場合が多く、また、羽根とシュラウドとが一体に形成されているため、成形後に成形品から中子が容易に取り除くことができない、という問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、中子を水溶性の樹脂材により形成し、インペラ成形後に中子を水溶させることで、インペラから中子を除去する技術が知られている。また、他のインペラの製造方法として、インペラ内の流路を形成する型をスライドさせることで成形する技術や、蝋型の周りにセラミック材料を積層させて形成した型を用いる、所謂ロストワックス製法を用いる技術も知られている。
【０００５】
他にも、表シュラウド、複数の羽根及び裏シュラウドを別々にプレス成形し、これら構成品を機械的に固定することで、一体に組み立てる技術も知られている。この機械的にシュラウドを固定する方法としては、表シュラウド及び裏シュラウドにねじを形成し、互いに締結する構成、ボルト等により表シュラウド及び裏シュラウドを締結する構成、及び、溶接により表シュラウド、羽根及び裏シュラウドを一体に固着させる構成が知られている。
【０００６】
また、表シュラウドの一部及び一枚の羽根を構成するパーツを複数形成し、これらパーツをベースプレートに嵌合させて一体に組み立てることで、インペラを構成する技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０９８２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したようなインペラでは、次のような問題があった。即ち、上述した中子を用いてインペラを製造する場合、及び、ロストワックス製法を用いてインペラを製造する場合には、インペラの外周縁の吐出口の開口幅、即ち、表シュラウド及び裏シュラウドの間の幅に制限がある。
【０００９】
即ち、インペラの吐出口の開口幅が狭いと、中子が崩れる等により、中子の製作が困難となる問題がある。また、ロストワックス製法においては、セラミック材料がインペラ内部に侵入せず、型が成形できない、という問題もある。
【００１０】
また、このような鋳造により製造されたインペラは、内部を加工することが困難であり、表面粗さや寸法精度にばらつきが発生する虞もある。さらに、プレス成形によりインペラを製造する場合には、製造工程が増加する問題や、各構成品を固定するときの強度の問題等がある。
【００１１】
また、複数のパーツをベースプレートに嵌合することで、インペラを構成する場合においては、高い寸法精度が必要となり、製造コストが増大する、という問題がある。
【００１２】
そこで本発明は、安価であって、且つ、高い寸法精度のインペラ及びインペラの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のインペラ及びインペラの製造方法は、次のように構成されている。
【００１４】
本発明の一態様として、インペラは、開口する突出部を有する表シュラウド、前記表シュラウドに設けられた複数の羽根、及び、前記複数の羽根に設けられ、回転軸を挿入するボス部が一体に成形されたインペラ本体と、前記インペラ本体に機械的に固定される裏シュラウドと、を備える。
【００１５】
本発明の一態様として、インペラの製造方法は、開口する突出部を有する表シュラウド、前記表シュラウドに設けられた複数の羽根、及び、前記複数の羽根に設けられ、回転軸を挿入するボス部からなるインペラ本体を一体に成形し、前記インペラ本体に裏シュラウドを機械的に固定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安価であって、且つ、高い寸法精度のインペラ及びインペラの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るインペラの構成を示す断面図。
【図２】同インペラの構成を示す平面図。
【図３】同インペラの要部構成を示す平面図。
【図４】同インペラの製造方法の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係るインペラ１及びインペラ１の製造方法を、図１乃至図４を用いて説明する。  
図１は本発明の一実施形態に係るインペラ１の構成を示す断面図、図２はインペラ１の構成を表シュラウド１１側から示す平面図、図３はインペラ１の要部構成、具体的には、表シュラウド１１、羽根１２及びボス部１３の構成をボス部１３側から示す平面図、図４はインペラ１の製造方法の一例を示す説明図である。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、インペラ１は、表シュラウド１１と、複数の羽根１２と、ボス部１３と、裏シュラウド１４と、を備えている。インペラ１は、表シュラウド１１、複数の羽根１２及びボス部１３が、鋳造によって一体に成形される。換言すると、インペラ１は、表シュラウド１１、複数の羽根１２及びボス部１３が一体に成形されたインペラ本体１０と、裏シュラウド１４と、を備えている。
【００２０】
インペラ１は、インペラ本体１０に裏シュラウド１４が溶接又は締結部材による締結等により機械的に一体に固定される。
【００２１】
インペラ１は、その外周側に吐出口が形成される。インペラ１は、表シュラウド１１の中心部に吸込口が形成される。インペラ１は、ポンプに用いられる。
【００２２】
例えば、インペラ１は、ポンプのポンプケーシング内に配置されるとともに、モータに接続された回転軸に固定される。このようなインペラ１は、回転軸がモータにより回転することで、その吸込口から液体、例えば水を吸込むとともに、その内部を通過する水を増圧して吐出口から吐出することで、水を二次側へ圧送することが可能に形成されている。
【００２３】
表シュラウド１１は、円板状に形成されるとともに、その中心が開口する円筒状の突出部１１ａを有している。突出部１１ａの開口は、ポンプの回転軸を挿入可能に形成されている。突出部１１ａの開口は、インペラ１の吸込口を構成する。
【００２４】
羽根１２は、表シュラウド１１の一方の主面に等間隔に複数、例えば６枚配置される。羽根１２は、表シュラウド１１の外周縁から表シュラウド１１の中心側に渡って、円弧状に湾曲して延設される。
【００２５】
例えば、羽根１２は、表シュラウド１１の外周側から中心側に向かってその高さが漸次高くなるように、表シュラウド１１と連続する端縁が傾斜して形成されている。羽根１２は、その厚みが略同一又は中心側から外周側につれて漸次厚くなるように形成されている。
【００２６】
羽根１２は、表シュラウド１１の中心側に位置する端部が、軸心方向に対して傾斜することで、複数の羽根１２により形成される羽根内径が裏シュラウド１４側で最小となるように形成される。ここで、羽根内径とは、図１に示すように、複数の羽根１２により形成される内径、より具体的には、インペラ１の中心側の複数の羽根１２の端部を通る、インペラ１の軸心を中心とした仮想円であり、図１中Ｄ１は、最小羽根内径を示す。
【００２７】
ボス部１３は、その中心にポンプの回転軸を挿入可能な、キー溝１３ａが形成された挿入孔１３ｂを有している。ボス部１３は、例えば、一方の端部から中途部まで同一径で形成されるとともに、当該中途部から他方の端部側に向かって、漸次外径が拡径し、他方の端部において、裏シュラウド１４の厚さ以上の長さに渡って同一外径で形成される。ボス部１３は、他方の端部において、最大外径となるように、その外形状が形成される。
【００２８】
なお、図１に示すように、羽根１２の最小羽根内径Ｄ１≦ボス部１３の最大外径Ｄ２となるように、羽根１２の最小羽根内径Ｄ１及びボス部１３の最大外径Ｄ２が設定される。
【００２９】
裏シュラウド１４は、中心に開口部１４ａを有する円板、換言すると円環状に形成されている。開口部１４ａの内径は、ボス部１３の最大外径Ｄ２と同一径に形成されている。裏シュラウド１４は、溶接又は締結部材等により、羽根１２、又は、羽根１２及びボス部１３に一体に固定される。
【００３０】
次に、このように構成されたインペラ１の製造方法を、図４を用いて説明する。  
先ず、図４中の工程ＳＴ１に示すように、インペラ本体１０を、中子を用いた鋳造、又は、ロストワックス製法により成形する。なお、インペラ本体１０の成形は、これに限定されず、他の成形方法により成形されてもよいが、表シュラウド１１、複数の羽根１２及びボス部１３は一体に形成される。
【００３１】
次に、成形したインペラ本体１０から型を除去する。中子を用いた鋳造の場合には、中子を除去する。ロストワックス製法を用いた成形の場合には、型を構成する材料、例えばセラミック材料を除去する。
【００３２】
次に、型を除去したインペラ本体１０の表面を、必要に応じて加工する。例えば、加工としては、ショットブラスト加工、切削加工又は研磨加工等である。
【００３３】
次に、図４中の工程ＳＴ２に示すように、裏シュラウド１４をインペラ本体１０に対して位置合わせを行う。具体的には、裏シュラウド１４の開口部１４ａをボス部１３と係合させるとともに、羽根１２に裏シュラウド１４の一方の主面を当接させる。
【００３４】
なお、裏シュラウド１４をインペラ本体１０に配置したときに、インペラ本体１０の各部位と裏シュラウド１４が、適切に当接しない場合等においては、インペラ本体１０又は裏シュラウド１４を追加工する。
【００３５】
次に、図４中の工程ＳＴ３に示すように、機械的に、例えば溶接装置２０を用いて裏シュラウド１４をインペラ本体１０の複数の羽根１２及び第１ボス部１３に溶接し、インペラ本体１０及び裏シュラウド１４を固定する。これにより、インペラ本体１０及び裏シュラウド１４を一体に組み立てられ、インペラ１が製造される。
【００３６】
なお、裏シュラウド１４をインペラ本体１０に機械的に組み立てる方法としては、加工装置２０を用いて、羽根１２に雌ねじ部を加工し、且つ、裏シュラウド１４に挿入孔を加工し、締結部材による締結によって、インペラ本体１０及び裏シュラウド１４を組み立ててもよい。
【００３７】
このように構成されたインペラ１によれば、インペラ１の製造は、表シュラウド１１、複数の羽根１２及びボス部１３を一体に成形したインペラ本体１０に裏シュラウド１４を機械的に固定する構成である。このため、インペラ本体１０は、裏シュラウド１４が取り付けられる側の複数の羽根１２の間が開口して形成される。このため、羽根１２の間に、中子やセラミック材料等の型を構成する材料を設けることが容易となる。また、当該型を構成する材料をインペラ本体１０から除去することが容易となる。
【００３８】
このため、インペラ１の製造が容易であって、且つ、製造可能なインペラ１の吐出口の幅に制限が発生することがない。
【００３９】
また、羽根１２を加工することが可能であることから、インペラ１の吐出口の幅の精度を向上させることが容易となる。特に、インペラ１の吐出口は、その開口幅及び開口面積が性能に影響する。しかし、成形したインペラ本体１０の羽根１２を容易に加工することが可能であることから、インペラ１の性能のばらつきを低減することが可能となる。同様に、インペラ１の外径の調整は、インペラ本体１０又は裏シュラウド１４の加工により可能となることから、インペラ１の性能を調整することが容易となる。さらに言えば、裏シュラウド１４は、外径を調整する加工が容易に行えることから、外径の異なるインペラ本体１０に共用することが可能となり、部品コストを低減することも可能となる。
【００４０】
また、インペラ本体１０は、裏シュラウド１４が設けられる側で羽根１２の間が開口することから、羽根１２の状態確認、即ち、目視が容易となる。これにより、流路となる羽根１２の内部の鋳肌の確認が容易となり、検査工程の短縮が可能となる。また、鋳肌が良好でない場合においても、加工が容易であることから、性能及び品質の向上が可能となる。このように、インペラ本体１０及び裏シュラウド１４を機械的に一体に組み立てる構成により、高い寸法精度であって、且つ、製造コストを低減可能なインペラ１とすることが可能となる。
【００４１】
また、裏シュラウド１４は、平坦な円板状の形状を用いることが可能であることから、溶接等の機械的なインペラ本体１０への固定が容易となり、組み立て性が良い。
【００４２】
また、インペラ本体１０は、羽根１２の最小羽根内径Ｄ１がボス部１３の最大外径Ｄ２以下となるように構成されることで、羽根１２を介して表シュラウド１１及びボス部１３が一体に構成される。このため、インペラ本体１０は、高い強度を得ることが可能となる。これにより、ポンプの駆動時に、ポンプケーシングと表シュラウド１１の突出部１１ａの間が噛み込み等によって固着しても、インペラ１の破損を防止可能な強度を十分に確保することができる。
【００４３】
上述したように本発明の一実施形態に係るインペラ１及びインペラ１の製造方法によれば、インペラ１は安価であって、且つ、高い寸法精度を得ることが可能となる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述したインペラ１は、溶接や締結部材による固定によってインペラ本体１０及び裏シュラウド１４を一体に組み立てる構成を説明したが、これに限定されず、他の機械的な固定方法を用いても良い。例えば、かしめや、ボス部１３及び裏シュラウド１４の開口部１４ａに螺子部を形成して螺合させる構成であってもよい。
【００４５】
また、上述した例では、インペラ１は、ポンプに用いられる構成を説明したが、当該ポンプは、単段ポンプや多段ポンプ等、多様なポンプに用いることが可能である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…インペラ、１０…インペラ本体、１１…表シュラウド、１２…羽根、１３…ボス部、１４…裏シュラウド、２０…溶接装置（加工装置）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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