WO1992007191A1

WO1992007191A1 - Roue a aubes pour soufflante a flux tourbillonnaire et procede de fabrication de ladite roue

Info

Publication number: WO1992007191A1
Application number: PCT/JP1991/001408
Authority: WO
Inventors: Takashi Watanabe; Kanji Mizutani; Yuuichi Nakatsuhama; Yukio Makuta; Kazuo Yanagiya; Tomoya Tamura; Masayuki Fujio; Eiichi Ito; Hiromoto Ashihara; Yasushi Yoshioka; Masayuki Tsumiyama; Yoshiaki Noda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1992-04-30
Anticipated expiration: 1993-04-19
Also published as: KR927004017A; EP0506974A4; EP0506974A1; KR0185156B1

Description

明細書

渦流プロヮの羽根車及びその製造方法

技術分野

本発明は、渦流ブロワの羽根車及びその製造方法に係り、特に 3次元形状のブレードを備えた渦流ブロワに好適な羽根車及びその製造方法に関する。

背景技術

近年、渦流ブロワに対する小型軽量化、髙吐出圧力化、それに低騷音化などに対する要求の高まりに応じて、その羽根車の形状や構造についての提案として、羽根車ブレードの 3次元形状化がある。

そして、このような 3次元形状化のブレードを備えた渦流プロヮの実用化に伴って、その製造方法が大きな課題となってきている。つまり、従来の 2次元形状化のブレードを有する渦流ブロワの羽根車は比較的簡単な形状なため主としてダイキャストなどの铸造によリ製造されていたが、 3次元形状のブレードを有する羽根車は、铸型の抜き方向を遮る形状であるため従来技術のように铸造によっていたのでは製造が困難になるためである。

そこで、このような課題の解決策として、例えば特開昭 5 1— 5 7 0 1 1号公報では、このような羽根車を铸造で製造する際、羽根車を回転軸方向に 2分割構成とし、铸造後、結合して羽根車を完成させることにより、铸造の中子が不要に出来るようにした方法について提案している。上記従来技術は、羽根車ブレードの高度な 3次元形状化についての充分な配慮がされておらず、よリー層複雑な形状になってゆく羽根車については、対応が困難であるという問題があった。つまり、このような複雑な形状を有する羽根車の製造には、一般にダイカス卜や金型铸造が用いられるが、このとき、ブレードが 3 次元形状化を呈していると、铸造型から製品が外れなくなつてしまうので、対応出来なくなってしまうのである。

また、ダイカストや低庄铸造等の従来技術では、湯回りなどの問題が有るため、その肉厚寸法の低滅が困難であり、結果として羽根車の慣性 2次モーメント（G D ² ) の低滅も困難であり、踩動用電動機を小型化出来ない。

発明の開示

本発明の目的は、かなリ複雑な形状の渦流ブロワの羽根車にも容易に対応出来、羽根車ブレードの一層の 3次元形状化が可能で、渦流プロヮの髙性能化が充分に得られるようにした、渦流ブロワの羽根車及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ブレードケーシングと複数のブレードとを有する渦流プロヮの羽根車において、そのブレードケーシングとブレードとを刖部材とし、ブレードケーシングにブレードを組付けた羽根車を使用するようにしたものであり、さらに他の本発明は、ブレードケーシングだけを独立に形成するェ程と、ブレードだけを独立に形成する工程と、ブレードをブレードケ一シングに取付ける工程とによリ羽根車を製造するようにしたものである。

ブレードケーシングとブレードとが別々に製造できるため、羽根車全体として見た場合には 3次元形状を呈するものでも、ブレードケーシング、及びブレードをそれぞれの部材とした場合には、铸造型としては 2次元的な開閉のものでよく、ダイカストや金型铸造によリ容易に製造可能になる。

特に、ブレードについては、かなり複雑な形状のものになっていても、そのまま対応可能で、ダイカストや金型铸造のほか、プレス成型による対応も可能になり、高度な 3次元形状化の羽根車でも容易に量産可能になる。

図面の簡単な説明

第 1図は本発明による羽根車を備えた禍流ブロワの一実施例を示す一部断面図、第 2図、第 3図、それに第 4図はそれぞれ本発明による羽根車の実施例を示す正面図、第 5図及び第 6図はそれぞれ本発明の実施例を示す断面図、第 7図は本発明の一実施例におけるブレードケーシングとブレードの説明図、第 8図は本発明の一実施例におけるかしめ工法の説明図、第 9図は本発明の一実施例における挿入溝の説明図、第 1 0図は本発明の一実施例における曲げ工法の説明図、第 1 1図は本発明の一実施例において使用される曲げ加工装置の説明図、第 1 2図は貫通孔の実施例を示す説明図、第 1 3図は莨通孔の形状による曲げ加工の違いを表わす説明國、第 1 4回は貫通孔の形状による曲げ加工後の取付応力の発生を示す説明図、第 1 5図は本発明の一実施例における通電加熱によるかしめ工法の説明図、第 1 6図は形状を異にした切欠部の説明図、第 1 7図は本発明における曲げ加工の他の一実施例を示す説明図、第 1 8図は本発明による充剤材を使用した一実施例の説明図、第 1 9図は本発明において使用される超音波はんだ装置の説明図、第 2 0図は本発明において使用されるブレードの形状説明図である。

本発明を実施するための最良の形態

以下、本発明による渦流プロヮの羽根車及びその製造方法について、図示の実施例にょリ詳細に説明する。

第 1図は本発明による渦流ブロワの一実施例で、 1は羽根車、 2は昇圧路 3を形成するケーシング、 4は羽根車 1を雜動する電動機でめる。

昇圧路 3は羽根車 1の回転中心、つまり電動機 4の回転軸中心線 5を中心とする円弧状に形成されており、回耘軸中心線 5と平行に開口し、且つ、図示のように半円弧状の溝として形成されている。

6はブレードケーシング、 7は環状溝、 8はブレードで、ブレードケーシング 6とブレード 8とは刖部材として製作されたのち、組み合わされて羽根車 1 となる。

ブレードケ一シング 6に形成されている環状溝 7は、回転軸中心線 5を中心とする同心円からなる環状溝として形成されており、その中に、それを横切る方向に複数のブレード 8が取付けられている。このとき、これらのブレード 8は、第 2図に示すように、回転軸中心線 5から放射方向に向かうようにして取付ける場合と、第 3回に示すように、放射方向から所定の角度傾けて取付ける場合と、それに第 4図に示すように、ブレード自体が曲線をなすように取付ける場合とがある。

また、このときの回転軸中心線 5 を中心とする円周に沿って切断した断面形状も、第 5図に示すように、各ブレードとも回転軸中心線 5 と平行になっている場合と、第 6図に示すように、ブレードが湾曲している場合とがある。

次に、ブレードケ一シング 6に対するブレード 8の取付について説明する。

まず、第 1図の実施例は、ブレード 8に形成してある突起部 9 を用いたかしめ（加締）工法によるもので、第 7図（ a ) に示すように、突起部 9 a 、 9 b を有するブレード 8 を用意し、これに応じて同図（ b ) に示すように、ブレードケーシング 6にも莨通孔 1 0 a と切夂部 1 0 b を設けておく。そして、ブレード 8の突起部 9 aは貫通孔 1 0 a に、また突起部 9 bは切欠部 1 0 bに挿入した後、突起部 9 aの先端部に、塑性変形加工の一種であるかしめ加工を施すことにより締め付け、ブレード 8 をブレードケ一シング 6に取付けるのである。

このときのかしめ加工の方法としては、冷間加工、熱間加工の何れでも良いが、加工部の外観は熱間加工によるほうが良好である。そこで、熱間加工による場合の実施例について説明すると、第 8図（ a ) に示すように、耐熱銪ゃステンレス銷などの所定の導電特性と髙温強度特性とを有する材料から作られた上部電極 1 1 と、銪などの導電材料から作られた下部電極 1 2を用意し、下部電極 1 2の上にブレードケーシング 6 を位置決めしてから、上部電極 1 1 により突起部 9 a を加圧し、これらの電極 1 1、 1 2間を通電することによリ、この突起部 9 a を加熱しながら加圧によるかしめ加工するものである。なお、これらの電極 1 1、 1 2 としては、銅などの導電材料を用いても加工可能であるが、このときでも、入力エネルギーを減少させるためには、突起部 9 a側の電極 1 1の材料としては、やはリ耐熱銪ゃステンレス銪などが望ましい。

このとき、第 8図（ b ) に示すように、環状溝 7の形状に合わせてブレード 8 をプレス加工し、これによリ緣部 8 a を形成しておくようにすれば、かしめ加工時でのブレード 8の安定性が増し、且つ、さらに良好な気密性を与えることが出来る。

次に、第 9図は、本発明の他の一実施例で、羽根車 1の回転軸中心線 5を中心とする円周に沿って切断した断面形状で示してあリ、まず、第 9図（ a ) の実施例では、ブレードケーシング 6の環状溝 7の内周に，ブレード 8の厚みよリも若干幅の狭い揷入溝 1 3 を形成し、この揷入溝 1 3内にブレード 8を圧入することにより、ブレードケ一シング 6へブレード 8 を取付けるようにしたもので、この実施例によれば、ブレードケ一シング 6 とブレード ( '- )

8間での気密性が更に良好になリ、吐出圧の向上に有効である。また、第 9図（ b ) の実施例は、さらにブレード 8にかしめ用の突起部 9 を設け、第 9図（ a ) の実施例にかしめ工法を併用したもので、さらに儘れた強度を得ることが出来る。

第 1 0図は更に本発明の一実施例で、ブレードケーシング 6に設けてある貫通孔 1 0 a に、ブレード 8の突起部 9 a を挿入し、この突起部 9 aのブレードケ一シング 6の外側に突き出た部分 9 a ' を、，ブレード押え 1 4でブレード 8 を押えながら、矢印口の方向に強制的に回転させられているロール 1 5を矢印ィの方向に移動させて曲げ加工するのである。なお、この曲げ加工が塑性変形加工の一種であることは言うまでもない。

ところで、この第 1 0図の実施例では、ブレードケーシング 6 を固定した状態で、ロール 1 5 を矢印ィの方向に動かし、矢印口で示すように回転させながら曲げ加工する場合のものであるが、反対に、ロール 1 5は回耘だけさせて移動は止め、固定した状態でブレードケーシング 6 を矢印ィとは反対の方向に動かして曲げ加工しても良い。なお、この実施例では、ロール 1 5 を矢印口の方向、つまり、このロール 1 5による曲げ加工に際して、部分 9 a ' を引き込む方向に、強制的に回転させており、この結果、曲げ加工によるかしめ状態が充分強固に得られることになる。しかして、このロール 1 5の回転をフリーにし、曲げ加工時には、矢印口とは反対の方向に自由回転するようにしてもよいことは言うまでもない。第 1 0図の実施例における加工方法を更に具体的に示したのが第 1 1図で、同図（ a ) は上面図、（ b ) は側断面図で、ロール 1 5は回転円板 1 5 a に敢付けてあり、従って、この回転円板 1 5 a とブレード押え 1 4間に加圧した状態で、この回転円板 1 5 a を矢印ハの方向に回動させてやることにより、ブレードケ一シング 6の外側に突き出た部分 9 a ' を曲げ加工することができる。なお、この時、ロール 1 5の個数としては、最小限 1傭あればよい答であるが、図示のように、少なくとも 3個設けるのが、安定した加工を得るための条件となることは言うまでもない。

次に、上記実施例におけるブレードケーシング 6に設けてある莨通孔 1 0 aの形状について、第 1 2図により説明する。

まず、第 1 2図（ a ) は、貫通孔 1 0 aの横断面形状を直線状にしたものであるが、同図（ b ) はブレードケーシング 6の内側にテーパー部 1 6 を設けたもの、更に同図（ _c ) はテーパー部 1 6に加えてブレードケーシング 6の外側に切欠部 1 7を設けたものであり、更には、これらの組合せよる実施例も考えられる。

次に、これらの実施例の優劣についてみると、まず、貫通孔 1 0 a にブレード 8の突起部 9 a を挿入するときの作業性では、テーパー部 1 6 を有する第 1 2図（ b ) 、 ( c ) の実施例が同図（ a ) の実施例よリも俵る。

そこで、これら第 1 2図（ b ) 、 ( c ) の実施例の間で見てみると、まず、第 1 2図（ b ) の実施例では、第 1 3図（ a ) に示すように、ロール 1 5による折リ曲げ加工時に、突起部 9 aの最小曲率半径 = 0にり、この結果、げ外周部 1 8での最大伸び率- 1 0 0 %近くになって、ブレード 8の材質によっては曲げ割れ発生の虡れを生じる。

一方、第 1 2図（ _C ) の実施例では，第 1 3図（ b ) に示すように、切欠部 1 7による逃げにより、突起部 9 aの最小曲率半径 _Rl> 0が与えられることになリ、曲げ割れ発生を充分に回避し、良好な加工を容易に得ることができる。

しかし、ブレード 8に曲げ割れ発生の虞れの無い、或いは、その虞れの少ない材料を用い、これに第 1 2図（ b ) の実施例を適用し、第 1 4図（ a ) 、 ( b ) 、 ( c ) に示すように、ロール 1 5による折り曲げ加工を施した際には、まず同図（ b ) に示すように、折り曲げ加工中、ブレードケ一シング 6の貫通孔 1 0 a の折り曲げ部近傍に弹性変形限度内での変形 At を生じ、この後、同図（ c ) に示すように、加工終了後にも、この変形 A によつて弾性変形 A₂ を生じる。この結果、以後、ブレード 8には、この残留した弾性変形 A₂ による応力が与えられた状態のままになるため、結局、この実施例によれば、曲げ加工部でのゆるみ止め防止機能を充分に与えることができる。

次に、第 1 5図は、本発明の更に別の一実施例で、この実施例は、ブレードケーシング 6の切欠部 1 O b にブレード 8の突起部 9 b を挿入した後、通電加熱による熱間かしめ加工し、締結するようにしたもので、このため、まず、同図（ a ) の実施例では、図示のように、耐熱銷ゃステンレス銪など所定の導電特性と髙温強度特性を有する材料からなる上部電極 1 1 と下部電極 1 2の間にブレードケーシング 6 を所定の状態で位置決めし、上部電極 1 1 により突起部 9 b を加圧し、これら上部電極 1 1 と下部電極 1 2の間に直接通電することによリ、突起部 9 b を通電加熱し、熱間かしめ加工するようにしたものである。

ところで、この第 1 5図（ a ) の実施例は、ブレードケーシング 6もブレード 8も共に導電性材料である必要が有り、且つ、このとき、ブレードケ一シング 6が加熱による影響を受けるのを避けたい材料の場合には不向きである。

そこで、このような制約を受けたくない場合に適した実施例として、第 1 5図（ b ) の実施例がある。すなわち、この第 1 5図 ( b ) の実施例は、ワーク受け 1 9 を用い、これによりブレードケーシング 6 を位置決めし、耐熱錁やステンレス銪など所定の導電特性と高温強度特性を有する材料からなる電極 1 1 により、ブレード 8の雨側にある突起部 9 b を加圧し、これら 2儸の突起部 9 b間に直列に通電して加熱し、熱間かしめ加工するのである。従って、この第 1 5図（ b ) の実施例によれば、ブレード 8が導電性を備えていればよく、ブレードケーシング 6の導電性は問題にならないから、ブレードケーシング 6が非導電性の材料で作られていても良く、また、ブレードケーシング 6が直接加熱されることもないから、加熱による影響を避けたい材料の場合でも容易に熱間かしめ加工により製造が可能である。

次に、ブレードケーシング 6に形成してある切欠部 1 0 bの形状について説明する。

まず、第 1 6図（ a ) は平面状の壁面 1 0 c をもった、単純な形状を有する切欠部 1 0 a を示したもので、この実施例によっても充分に本発明の効果を得ることができるが、更に第 1 6図（ b ) に示すように、壁面 1 0 cの一部にくぼみ部 1 0 d をもうけ、これに対応してブレード 8の突起部 9 b にも第 2の突起部 9 c を形成してやれば、上記したかしめ加工に際して、突起部 9 c が塑性変形した部分がくぼみ部 1 0 d内に流動し充填されるので、更に強固な締結が得られ、高い強度の羽根車を容易に作成することができる。

次に、更に別の本発明の一実施例を第 1 7図に示す。

この第 1 7国の実施例は、ブレード 8の突起部 9 a、 9 bの双方のブレードケ一シング 6に対する取付加工に、折リ曲げ加工を適用した場合のもので、同図（ a ) の平面図と、その A— A断面図である同國（ b ) 、それに B— B断面図である同図（ c ) から明らかなように、ブレード 8の突起部 9 aのみならず、突起部 9 b に対しても、上記したように、ロール 1 5による折り曲げ加工を施したものである。

第 1 8図（ a ) は更に本発明の他の一実施例で、ブレードケーシング 6の琮状溝 7の内面とブレード 8との接合部分に現われる隅角部に充填材 2 0 を設けたものである。

この充填材 2 0は上記した空密性の向上に役立つだけではなく、隅角部の形状を曲面化して空気の流れをスムーズにする働きをするので、渦流ブロワの特性改善に極めて有効である。

第 1 8図（ b ) は充填材 2 0 を設けるための一実施例で、ブレード 8の材料として、本体材 8 a の両面に、この本体材 8 aよりも融点の低い金属材料からなる被覆材 8 b を有するものを用い、ブレ一ドケ一シング 6に組付けたあと、加熱雰囲気中で被覆材 8 b を溶融させ、第 1 8図（ a ) に示すように、充填材 2 0 を形成させるのである。つまり、被覆材 8 bの加熱溶融により液状化した被覆材 8 bは隅角部に集まるから、そこで冷却してやれば所定の形状に固まり、充填材 2 0が形成されるのである。

ところで、このような被覆材の溶融による充填材の形成処理は、いわゆる口一付け処理となるので、所定のフラックスの塗布を必要とし、且つ、その結果、フラックスの除去も必要になる。

そこで、このようなフラックスの使用に伴う問題点のない、本発明の一実施例について、第 1 9図により説明する。

この第 1 9図の実施例は、超音波噴流式はんだ付け法によるもので、図において、 2 1は噴流式はんだ槽、 2 2は超音波発振子、 2 3は溶融状態にあるはんだで、超音波発振子 2 2を動作させると溶融はんだ 2 3が上方に噴流状態となって現われるようになつている。

そこで、ブレードケ一シング 6にブレード 8が突起部のかしめや、挿入溝への圧入などの工法によリ取付けられている羽根車 1 を、図示のように位置決めし、矢印二のように回転させてやれば、溶融はんだがブレードケーシング 6の環状溝内に噴射され、はんだにより、第 ' 8図（ a ) に示すように、充填材 2 0が形成され、かつ、ブレードケ一シング 6に対するブレード 8の取付の強化も得られることになる。

この実施例によれば、超音波のエロージョン作用により、はんだ付け面の酸化膜が被壊されるので、フラックスの塗布は不要で、空密性と空力特性の極めて良好な羽根車を効率的に、且つ、容易に得ることが出来る。

ところで、第 9図の実施例の場合、ブレードケーシング 6の揷入溝 1 3にブレード 8 を揷入する前、この挿入溝 1 3の中に適当な接着剤を塗布しておくようにしても良い。

こうすることにより、ブレード 8 を揷入溝 1 3に圧入したとき、この接着剤の一部が隅角部にはみ出し、ここで、あたかも充填材 2 0を設けたように固化するので、その後、特にこの充填剤をもうけるための作業工程を行なうこと無く、容易に充填剤 2 0 を設けること出来、従って、これも本発明の実施例ということがでさる。

上記したように、本発明によれば、かなリ複雑な 3次元形状のブレードを有する羽根車でも、容易に製造出来るので、ここで本発明により使用される 3次元形状のブレードについて、第 2 0図によリ説明する。

まず、第 2 0図（ a ) は断面形状が円弧状をしたブレードの例、同図（ b ) は、同じく中央で折れ曲がった形状をしたブレードの例、同図（ c ) は S字断面形状のブレードの例である。本発明によれば、これら第 2 0図（ a ) 〜（ c ) に示すような、複雑な 3次元形状のブレードが任意に採用できるから、論理上、経験上から導きだせる、どのような形状の羽根車でも自由に取リ入れることが出来、渦流プロヮの髙性能化を充分に追及すること. ができる。

ところで、以上のように、本発明によれば、渦流ブロワの羽根車を構成するブレードケーシングとブレードとが夫々別の部材で構成されているから、その製造方法も、まず、ブレードケ一シング自体を作成する工程と、ブレードを作成する工程と、そのあと、これらの部材を組付けて羽根車を完成させる工程とに分けることができる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、ブレードケーシングと複数のブレードとを有する渦流プロヮの羽根車において、ブレードケーシングとブレードとを別部材とし、ブレードケーシングにブレードを組付けて羽根車としているので、以下に説明するような僅れた効果を容易に得ることができる。

( 1 ) ブレードケーシングとブレードとを別部材として作成できるので湯回リなどを考慮することなく、必要な肉厚の低減が可能で、駆動に必要な電動機を充分に小型化することが出来る。

( 2 ) かなり複雑な形状の'、渦流ブロワの羽根車であっても、それら単体としては比較的単純な形状のブレードケーシングとブレードとに分けて作成できるので、ダイカストゃ铸造に使用する金型が口一コス卜にでき、生産数量が少ない場合でも容易に対応できる。

( 3 ) ブレードケ一シングとブレードとに分けて作成できるので、これらの組合せによリ、さらに異なった特性の羽根車を得ることが出来、ローコストで多品種のブロワに容易に対応できる。

( 4 ) 铸型に中子を用いなくても、例えば 3次元形状など、極めて複雑な形状の羽根車にも容易に対応でき、高性能の淌流ブロワをローコストで確実に得ることが出来る。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸を中心とした環状の溝を有するブレードケーシングと、このブレードケ一シングの上記環状の溝内に、この環状の溝を横切って円周方向に区画する複数のブレードを備えた渦流ブロワの羽根車において、上記ブレードケ一シングと、上記ブレードとが別体に形成され、複数のブレードをブレードケーシングの上記環状の溝内に組付けることによリ構成されていることを特徴とする渦流プロヮの羽根車。

2 . 上記ブレードケ一シングが上記環状の溝内にブレード挿入溝を有し、このブレード揷入溝の上記ブレードの周辺部が嵌入されていることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の渦流プロヮの羽根車。

3 . 上記ブレードケーシングが上記環状の溝内に貫通孔を、そして上記ブレードがその周辺部に突起部をそれぞれ有し、上記ブレードケ一シングに対する上記ブレードの組付けが、上記貫通孔に上記突起部を揷入後、該突起部に与えられる塑性変形工法によリ行われていることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の渦流ブ口ヮの羽根車。

4 . 上記貫通孔に上記突起部を揷入後、該突起部に与えられる上記塑性変形工法がかしめ工法であることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の渦流ブ.ロワの羽根車。

5 . 上記貫通孔に上記突起部を揷入後、該突起部に与えられる上記塑性変形工法が曲げ工法であることを特徴とする特許請求の範囲第 3項記載の渦流ブロワの羽根車。

6 . 回転軸を中心とした環状の溝を有するブレードケーシングと、このブレードケ一シングの上記環状の溝内に、この環状の溝を横切って円周方向に区画する複数のブレードを備えた渦流ブロワの羽根車の製造方法において、上記ブレードケーシングだけを独立に形成する工程と、上記ブレードだけを独立に形成する工程と、複数のブレードをブレードケ一シングの上記溝内に取付ける工程とで構成されていることを特徴とする渦流プロヮの羽根車の製造方法。