JPS6335840B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は遠心型送風機用の羽根車（翼車ともい
う）、特に羽根車の羽根に中心板（支持板又は主
板ともいう）の先端を強固に固定、相互接続した
改良された遠心型送風機用羽根車に関する。

＜従来の技術＞ 本発明の遠心型送風機用羽根車は、横断面がア
ーチ型であり、羽根の端部に取付られた端環によ
つて羽根と羽根とが相互に離れた関係に保持され
ており、かつ各羽根の羽根車の半径方向の内端部
〔以後、羽根車の半径方向に関しての外、内を単
に“外”、“内”等と略称する〕中央に固定された
中心板によつて軸上を回転する様支持されている
羽根車の軸方向〔以後、“軸方向”と略称する〕
に延びた複数の細長い羽根を一般に有している。

羽根に中心板を固定する種々の方法を示す代表
的特許はメインの米国特許第3055578号、ベイカ
ーの同第3711914号およびランツの同第3737966号
がある。

この最後の特許は単一の中心板をもち、その外
側端は羽根の内側端を受入れる多数のスロツト
（溝穴）をもつている。このスロツトは中心板端
を半径方向に切り込み、スロツトの両側の金属を
板面から外に曲げてつくられる。羽根の内側端を
このスロツト内に入れ、切り込みの曲げてあつた
端を羽根の内側端をしつかりつかむ様に板面中に
曲げ戻す。

メインの特許の各羽根の内端中央にはノツチ
（切欠き）がある。１対の相隣接する円板が中心
板を形成する。この円板は組立の初め各々外部端
から少しはなれている位置に周方向にもふくらん
だ軸方向のふくらみ〔これをその形状によつてバ
ルジ、又はバブル（半球型）等と呼んでいる〕を
もつ。円板の先端をノツチに挿入し、ふくらみが
フオーミングダイ（板金成形型）によつて平らに
されると、円板外端は軸方向にひらいてノツチの
両側面と圧着かん合（圧力締着）（pressure
engagement）する。メインの特許のノツチの両
側面はほゞ平行であり、これはベイカーの特許で
も同じである。メルツの特許の両側面は約8゜（図
から測つて）の角で半径面が外側に開いている。
即ち、これらではＩ字型ノツチが用いられてい
る。

遠心型送風機羽根車はしばしば長時間きびしい
運転条件にあう。例えば送風機羽根車は20乃至25
年間連続運転される。この間送風機羽根車は継続
する機械的応力と振動をうけ中心板への羽根取付
け部分の疲労破壊を起こす。風車の破壊は重大な
結果となる。

送風機羽根車が疲労破壊するかどうかを、この
様な長期間運転して試すことは実際的でない。し
かし常用運転速度が“破壊速度”、即ち羽根と中
心板の取付け部分が破壊する回転速度に達したと
き疲労破壊の機会が増すと信じられる。中心板を
羽根に取付ける取付方法の優劣は組立てた羽根車
の破壊速度によつて評価できる。

メルツの示す２枚円板の支持板を用いる羽根車
の破壊速度での破壊は円板外端上へノツチ両側壁
から及ぼされる押込み作用が円板の両端を互いに
軸方向に無理に近づけさせて、ノツチの入口両か
どを２円板の両端がとおりうる小さな寸法に迄両
端がむりに接近さられた時に起る。

メインの特許では半径方向の引抜力に抵抗する
ものはノツチ側面の金属対円板外端の金属の摩擦
のみである。

更に送風機羽根車評価法は破壊速度試験中羽根
車の速度を増すとき軸方向と直径方向両方向の羽
根車のふれを測定することである。

送風機羽根車における他の問題は羽根に対して
周方向での中心支持板のすべりによる破壊であ
る。すべりに耐える送風機羽根車の能力は静止す
べり―トルク試験によつて測定できる。羽根の回
転を止めつつ実際にすべる迄支持板に増加トルク
を与えるのである。

遠心型送風機羽根車の直径と回転速度が増すに
つれて羽根に対する板の疲労破壊、ふれおよびす
べりの問題は送風機羽根車の設計並びに製造の重
要な要素となる。

＜発明の目的＞ 本発明の主目的は高い破壊速度と滑る迄、トル
クに対し最大の抵抗をもつ新規な改良された遠心
型送風機羽根車を提供することにある。

＜発明の構成＞ 本発明は、羽根車の軸方向にのび、周方向に間
隔をおいて配置された複数個の送風用羽根Ａと、
軸方向に相互接触した１対の円板１４から成る中
心支持板Ｂとを有する遠心型送風機用羽根車であ
つて、各羽根がその内端部に軸を含む平面の形状
がＴ字形のノツチを有し；而して該Ｔ字形のノツ
チは羽根の内端から半径方向にのびた開口３０か
らなる脚部と開口３０の外側に軸方向にのびるス
ロツト３１からなる頭部によつて構成されてお
り、そして該スロツト３１は１対の内側面、軸方
向に間隔を置いて向合う１対のスロツト端面３８
及び外側面４０をもち；両円板の外側部分が該開
口３０内で相互に接触しており、且つ各円板端が
該スロツト３１中を軸方向にのびていて、少なく
とも該スロツト外側面４０と圧着かん合しており
且つ該スロツトの端面３８とそれぞれ圧着してい
ることを特徴とする遠心型送風機用羽根車であ
る。

本発明で圧着かん合とは圧力締着（pressure
engagement）して一体化することを言う。

＜作用効果＞ 本発明の羽根車は軸方向に巾のある羽根の内端
部に、羽根の内端から半径方向に外側にのびる開
口３１の脚部と、開口３０の半径方向外側に軸方
向にのびているスロツト３１の頭部を有する軸を
含む平面での形状がＴ字形のノツチを設けてお
き、円板１４の先端部分をスロツト３１内に挿入
して、円板のふくらみを押しつぶすことによつて
円板先端部分をスロツト３１内に圧入し、先端部
分に隣接していたスロツト外側面４０と圧着かん
合させると共にスロツト３１中にくまなく円板先
端を膨張させる。円板端ばかりでなくスロツト外
側面も塑性変形し又はとける程の力でスロツト外
側面４０に向つて円板端に圧力を加えるので両者
がしつかりと緊密に互いに圧着かん合して固着一
体化する。さらに円板の先端はノツチ３１の端面
３８と圧着しており、好ましくはさらに円板の先
端が該スロツト３１の端面３８、これに隣接する
外側面４０及び内側面３６並びにスロツト側面と
圧着かん合しており、充分な圧入力によつてＴ字
形のノツチの内側面の両端部分が軸方向から10゜
以内、内側に向かつて曲げ拡げられる。即ち円板
の先端は各羽根の内端のＴ字型ノツチの頭部と圧
着かん合した太くなつた根を有することになる。

スロツト３１中で軸方向（ここで軸方向とは羽
根車の軸と約10゜以下の角をなすことをいう）に
のびている円板端のこの特徴は円板端から羽根を
外に引抜く様働らく半径方向の遠心力が、半径方
向の力にほゞ垂直な（即ち80〜90゜の角で交わる）
軸方向の接触面によつて耐えられるので破壊強度
の改善が達成されるのである。Ｔ字脚部の形状を
きめている面とＴ字頭部の面からつくられる鋭い
かどは２円板の接触面によつてつくられた面に比
較的近いので、通常その先端を外に曲げる様働ら
き早期破壊の原因となる円板端にかかる力モーメ
ントは小さい。

更に本発明の羽根車には各円板に偏平されない
で残るふくらみ部分あるので、円板端をスロツト
面と圧着かん合させる様絶えず偏倚させる残留内
部引張および／又は圧縮応力を有していて、圧着
かん合がさらに強化されている。

本発明の羽根車の破壊は、従来の様なノツチ両
側を接近させる大きな軸方向の力によつて円板端
が互い近づき折れるよりもむしろ半径方向の力で
羽根の１部が裂け又は曲がることによつておこ
り、中心支持板Ｂと羽根Ａとの相互接続は従来の
ものに比して著しく強い。

＜好ましい態様の詳細＞ 本発明はある部品の物理的形態及び部品の組合
せと考えることができ、好ましい実施態様は明細
書および付図に詳細示されている。

図１は本発明の好ましい実施態様を示す送風機
羽根車の軸方向断面における羽根の部分図であ
る。

図２は図１の線３―３で切つた部分的拡大断面
図であつて、２枚の中心円板が羽根の内端のＴ字
形のノツチのスロツト３１にその端を圧入する様
に軸方向にふくらみがつぶされる前の状態を示し
ており、また中心円板を形成するための円板を偏
平にするための向合つたダイを示している。

図３は図２と同じ図であるが中心支持板と最終
的に組立てた状態にある羽根および円板を偏平に
するダイの閉じた状態を示している。

図４は図３のノツチの外側面にある線４―４で
切つた図３の部分断面図である。

付図は本発明の好ましい実施態様を示すもので
あるが、本発明はそれに限定されるものではな
い。図１は中心支持板Ｂと組立てられている軸方
向に延び、周方向に間隔のある、横断面がアーチ
形の複数個の送風用羽根Ａを有している遠心型送
風機羽根車の部分軸面又は断面図を示している。
板Ｂは１対の同一形状の円板１４でできており、
それらの内面の部分１６において中心半径面１７
で接触しておりまたその外端は一般に送風機羽根
車の軸方向にのびている。

２枚の円板の中心には各軸穴１８がありハブ
（図示されていない）がそれにつけられており、
すべて支持軸（図示されていない）を受入れまた
外部電動機（図示されていない）から羽根Ａにト
ルクを伝達する通常仕様となつている。図２と３
はまた円板１４用の偏平にする１対のダイ（金
型）Ｃの断面を示している。

羽根Ａは望む標準厚の金属でよく、普通の打抜
加工法で成形される。羽根の軸方向外端は普通の
とおり真円筒形に保つ様羽根端のまわりに曲げた
環（図示されていない）によつて組合わされた関
係となつている。

本発明によれば、各羽根の内側端部２８はＴ字
形のノツチとよぶことができる様な軸方向に長く
のびた頭部スロツト３１と半径方向の脚部開口３
０から成るノツチをもつている。ノツチは羽根端
からすべて同じ軸距離にありまた円板１４の先端
が入る溝となつている。

各ノツチは軸面１７に関して対称的であり（羽
根の内側端からいつて）半径方向から外方にやゝ
広がつて互いに向い合つている１対の第１の脚面
３２、ほゞ互いに平行している１対の第２の脚面
３４、頭部内側面を形成する軸方向にのびている
１対の面３６、スロツトの端面を形成する半径方
向にのびている１対の面３８および頭部外側面を
形成する単一面４０によつてできている。内側の
頭形成面３６と第２の脚形成面３４は交差して鋭
いかど４２を形成する。このかどは小半径の曲面
をもつていてもよいものとする。

第１の脚形成面３２の傾斜は中心円板の先端を
挿入し易くする。この傾斜があるのが普通である
が、必要ならばなくてもよくまたはかど４２まで
全部に伸びていてもよい。もちろん第１の脚面３
２がかど４２迄のびれば第２の脚形成面３４はな
くなる。

面３６は羽根車の軸に平行でよい、即ち半径面
に垂直である。

好ましい実施態様における２枚の円板１４は同
一形状であるので、一方のみ記述する。この円板
は金属板から打抜加工し、色々と成形されるが、
仕上げた予備組立て状態（図２参照、中心からい
つて）平らな部分５０、半径方向では外側に、軸
方向では内側に傾斜した円錐状部分５２、半径方
向に比較的せまい平らな部分５４、軸方向に外側
に傾斜した部分５６、部分５６を内側に傾斜した
部分６０に接続しているアーチ形部分５８、部分
６０の外端と45゜の角で軸方向で外側に傾斜した
部分６４とを接続しているアーチ形部分６２より
成る。２円板は部分５４と６２で半径面１７と接
触する面１６及び６３をもち、またこの面１７に
関して軸方向に外側にある。

以後、角度に関してはこの半径面１７に対する
角度を示す。

各円板の最外部端７０は部分６４の円錐面に対
して斜に切断されており下記するとおりの目的に
対し円板の外部端上に鋭い先端７２をつくる。斜
に切断する角度は望むとおりでよいが、90゜の角、
即ち部分６４の円錐面に対し45゜が好ましい。実
際は表面７０は板金成形型の剪断作用によつてつ
くられた比較的小さい軸長をもつ円柱状面であ
る。

部分５２の角度は本発明上は重要ではない。大
きくも小さくてもできるが、部分５６の角は19゜
が好ましい。大きくも小さくてもできるがアーチ
部５８のわん曲半径ｂは1.575cm（0.62インチ）
が好ましい。大きくても小さくてもよいが、部分
６０の角ｃは75゜が好ましい。大きくとも小さく
もできるが、アーチ部分６２の半径ｄは0.0915cm
（0.036インチ）が好ましい。この湾曲部分６２の
内面６３は一般に表面１６と同一形状の面であ
る。部分５６，５８，６０および６２の角と半径
は円板の外端に近い図２に示す様な“ふくらみ
（バブル）”といわれるものを形成し、それはダイ
Ｃが閉じられたときそれによつて大部分が偏平に
される。ふくらみの全高さは約0.447cm（0.176イ
ンチ）である。

部分６４の角ｅは前記したとおり45゜が好まし
いが、それより大きくても小さくても本発明の範
囲内にある。

円板１４は中心面１７上で面１６と６３におい
て接触して中心板Ｂを形成する。こうして組立て
た先端７２は互に約0.800cm（0.315インチ）離れ
ている。対応するＴの字の脚部を形成している面
３４の間隔は上記寸法より稍大きいので、面７０
を面４０に接触させて羽根Ａは板Ｂと容易に組立
てられる。好ましい実施態様中のスロツト底面３
８の間の間隔は0.958cm（0.377インチ）なので、
それは羽根を板Ｂと組合せてふくらみ５８を平ら
にした場合先端７２が広がる間隔よりも小さいこ
とがわかるであろう。

円板１４の厚さは0.10922cm（0.036インチ）乃
至0.10668cm（0.042インチ）であるが、スロツト
３１の巾は0.109cm（0.043インチ）である。した
がつて円板先端は自由にスロツト３１中に入りう
るが、極く小間隙なので、円板の外端における金
属の塑性流動によつて先端は端面３８ばかりでな
くスロツトの両側面３６，４０ともしつかりかん
合する。

角ｃは角ｅより大きい。したがつて偏平にする
ダイＣがふくらみを偏平にする様に十分な力で円
錐部５６と接触した場合、円錐部６４は角ｃとほ
ぼ等しい角で回転し結果として部分６４はＴ字型
ノツチ３０の両側に拘束されなければ45゜以上の
角で回転し面１７に対する角が90゜以上となる様
な位置をとる。

本発明の送風機羽根車を製造するには２枚の円
板１４を面１６と６３でジグにおきまた完全な円
筒をつくるに十分な数の羽根を周囲に配置し図２
に示すとおり２枚の円板の外端をノツチ３０に入
れてすえる。次に端環（図示されていない）を常
法どおり羽根と結合させる。

次いでダイＣを軸方向に動かして部分５６，５
８および６０で形成されているふくらみを平らに
する。このダイは一般に部分５４の直径と少なく
も等しい内径と羽根の内端によつてつくられる円
筒の内径よりも僅かに小さい外径をもつ円筒環で
ある。部分６２の直径、したがつてかん合面６３
の直径はダイＣの外径よりも稍大きくまた実際羽
根Ａの内端によつて形成される円筒の内径よりも
稍大きい。ダイＣはふくらみ５６を平らにするに
十分の力をもつて互いに軸方向に動く。この平ら
にする作用が始まつても円板１４の内側部５０，
５２によつて部分５４の直径変化は防がれる。し
かし部分５６と５８が平らになるとそれより外側
の円板の半径方向の部分は外向きの半径方向の移
動を許される。面６３は半径方向外側に移動し円
錐部６４は面６３の周りに軸方向に回転しその外
端はスロツト３１中に押しやられる。すると、先
端７２はスロツトの端面３８にかみ合う。端面３
８の位置は固定されており、ダイＣが閉じるにつ
れてするどい先端７２は端面３８との高圧のかみ
合いによつて変形し、するどい先端７２の金属の
塑性流動および各羽根Ａごとの先端７２における
端面３８とのノツチ９０の形成およびノツチ９０
の各周囲側上の９１における様なふくれた部分６
４の外端の外面と内面上の９２と９３における様
なふくれとなる。このふくれ９２と９３はしかし
それぞれスロツトの面４０および３６と接触又は
圧入関係に入り、図３と図４に示されているとお
り部分６４の外端がスロツト３１の端面に実際し
つかりと根を張つて端面の両側の４つの面とに重
なる。破損した送風機羽根車をしらべれば金属の
塑性流動が９４における様にスロツトの端部をつ
くつていることがわかる。

部分６４の最外端はまた一般に半径方向にスロ
ツト３１に入り面８４はそれぞれの角４２と圧力
かん合する。スロツト端面３８をめぐる先端７２
の包囲は羽根Ａの面で部分６４の更に回転するの
を抑える。各羽根Ａ間で円錐部分６４は抑えられ
ず一般に図３の９５における点線で示すとおり少
し内側に回転されつづける。図１のとおり軸面図
は組立て前の元の円形端から個々の羽根Ａ間に少
し内側への湾曲があることを示ししている。端７
０の塑性変形はこの端の僅かのめがみを起したの
であり、これは端と羽根の間の高接触圧を示して
いる。

上に指摘したとおりダイＣの外径は部分６３の
直径より小さいので、部分５６の中心に近い部分
５６′は完全に平らになり互いに接触する。ダイ
Ｃの外側に小ふくらみ５８′が残り、その面は残
留張力および（又は）圧縮応力をもち、それは絶
えず斜めに部分６４の外端を軸方向にスロツト端
面３８に圧着する様働らく。この残力は一般に図
３において応力矢印によつて示されている。

したがつてＴ字型のノツチは各羽根の内端上に
あり、それは最終組立前の円板１４の寸法に対し
上記の様な寸法であるので、最終の組立において
円板の表面の周囲のふくらみが平らになつた時２
枚の円板の外端はスロツト３１の端面３８との圧
力かん合による塑性流動によつて円板の外端にノ
ツチが形成されるのみでなくスロツトの両側面３
６と４０およびかど４２と接触してスロツト内に
しつかりとめられ中心板が羽根にしつかりと固着
されるので、本発明により製造された送風機羽根
車はメイン、ベイカーおよび（又は）メルツの特
許に示された構造の該当する大きさの羽根車より
も実質的に改良された破壊強度およびトルク強度
をもつことがわかるであろう。

本発明による送風機羽根車の破壊強度増加の理
由を分析すると、平行側壁をもつノツチによつて
羽根上の遠心力は羽根の構造強度によつて先づ抵
抗され、これが超えられた時スロツト端における
円板外端の摩擦によつて抵抗をうけるだろうこと
が明らかとなつた。

外に突出ている側壁をもつノツチによつて幾分
改良された。しかし羽根の遠心力は半径面に対す
る角をもつ面によつて円板端に伝達される。この
力は円板端上に軸方向力を生じ、その力は半径方
向力の傾斜角のコタンジエント倍に等しい。メル
ツの特許に示されるとおり8゜の角（付図から測つ
て決定した）によつて円板の外端における軸方向
力は円板端によける羽根の半径方向力の７倍以上
と計算できる。8゜のコタンジエントは7.115であ
る。

しかし本発明においては円板の外端の両側はス
ロツト両側に実質的に平行であり、接触角は中心
面に対し外側は約90゜、内側が80―85゜である（90゜
のコタンジエントは0.000である）ので、羽根が
半径方向に動き車が破壊し役に立たなくなる様な
軸方向ではない。

本発明の成功の原因と信じられる他の理由はも
し角４２が部分６４の面８４と接したならばそれ
は面１７から僅かな寸法ｆとなり、小モーメント
アームとなり、このモーメントアームはもちろん
面３４が押込まれる様にデイスク端の外側を外へ
曲げる様働き結果として送風機羽根車の破壊とな
りうる事実である。

本発明の好ましい実施態様を参考として記述し
たのである。本発明を一読諒解すれば適当な修正
および変更が可能なことは明らかであろう。それ
らの修正および変更もすべて本発明の特許請求の
範囲内に包含されるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明による送風機の羽根車の軸方向断
面における部分図である。図２は図１の線３―３
切つた断面の１部拡大図であり、組立てのために
２枚の中心円板がつぶされる前であり、また円板
を平らにするダイが開いている処を示している。
図３は図２と同様の１部拡大図であるが、ダイが
閉じ円板が平らになつて羽根と中心支持板とが一
体化した処を示している。図４は図３の線４―４
で切つた図３の部分断面図である。 各図中番号 Ａ…羽根、Ｂ…中心支持板、Ｃ…
ダイ、１４…円板、１７…中心半径面、３０…Ｔ
字型のノツチの脚部開口、３１…Ｔ字型のノツチ
の頭部スロツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 羽根車の軸方向にのび、周方向に間隔をおい
   て配置された複数個の送風用羽根Ａと、軸方向に
   相互接触した１対の円板１４から成る中心支持板
   Ｂとを有する遠心型送風機用羽根車であつて、 各羽根がその内端部に軸を含む平面の形状がＴ
   字形のノツチを有し；而して該Ｔ字形のノツチは
   羽根の内端から半径方向にのびた開口３０からな
   る脚部と開口３０の外側に軸方向にのびるスロツ
   ト３１からなる頭部によつて構成されており、そ
   して該スロツト３１は１対の内側面３６、軸方向
   に間隔を置いて向合う１対のスロツト端面３８及
   び外側面４０をもち；両円板の外側部分が該開口
   ３０内で相互に接触しており、且つ各円板端が該
   スロツト３１中を軸方向にのびていて、該スロツ
   ト外側面４０と圧着かん合しており且つ該スロツ
   トの端面３８とそれぞれ圧着していることを特徴
   とする遠心型送風機用羽根車。 ２ 各円板の厚さがスロツト３１の半径方向巾よ
   りも0.00254cm（1/1000インチ）乃至0.0254cm
   （1/100インチ）小さく、且つ該円板先端が該スロ
   ツト３１の端面３８と圧着かん合している特許請
   求の範囲第１項記載の羽根車。 ３ 円板の外側端に斜に切られた鋭い先端を有す
   る円板を用いて形成した特許請求の範囲第２項記
   載の羽根車。 ４ 該円板の先端がさらに該スロツト３１の端面
   ３８に隣接する内側面３６とも圧着かん合してい
   る特許請求の範囲第３項記載の羽根車。 ５ 該円板の先端がさらに該スロツト端面３８に
   隣接する該スロツトの側面とも圧着かん合してい
   る特許請求の範囲第４項記載の羽根車。 ６ 少なくとも１枚の円板は最外端から距離のあ
   る位置に軸方向に外側にかつ周方向に延びている
   ふくらみを有し、且つふくらみの半径方向の両側
   部分は相隣接する円板と密着している特許請求の
   範囲第１項記載の羽根車。 ７ ふくらみが隣接する円板面を経て該円板端を
   該スロツトの底に対して弾性的に偏倚させる残留
   圧縮及び引張り応力を有している特許請求の範囲
   第６項記載の羽根車。