叶轮、具有该叶轮的泵、以及该叶轮的制造方法与流程

本发明涉及在泵中使用的叶轮，尤其涉及具有如下叶片的叶轮，该叶片具有沿着流体的流动方向扭曲的三维形状。而且，本发明涉及具有这种叶轮的泵。而且，本发明涉及这种叶轮的制造方法。

背景技术：

属于流体机械的泵具有用于对流体赋予动能的叶轮。叶轮通常具有固定在转动轴上的主板(也称为背侧覆盖物)、和固定在主板上的多个叶片。各叶片绕着叶轮的中心轴线以等间隔排列，在相邻的两个叶片之间形成有流体的流路。当叶轮转动时，流体从叶轮的流体入口流入叶轮，在叶片间的流路内流动，并从叶轮的外周流出。

根据流体的流动解析可知，具有沿着流体的流动方向扭曲的三维形状的叶片会实现叶轮的理想性能(例如参照专利文献1、2)。具有三维形状叶片的叶轮通过树脂成形、铸造等制造。另一方面，有时使用压力加工后的金属板来制造具有三维形状叶片的叶轮。在该情况下，三维形状的叶片通过焊接固定于主板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开平5－89893号公报

专利文献2：美国专利申请公开第2013/0164136号说明书

专利文献3：日本特开昭52－33102号公报

专利文献4：日本特表2005－537420号公报

技术实现要素：

但是，由于三维形状叶片相对于主板的法线方向倾斜，所以无法为了将叶片与主板固定而采用点焊。即，若将主板按压至三维形状的叶片，则叶片会倒下或折曲。为了避免这种问题，使用激光焊接来使三维形状的叶片与主板固定。激光焊接不用将主板强力按压至叶片，就能够将叶片与主板接合。但是，激光焊接与点焊相比花费焊接时间以及成本。作为结果，无法提高叶轮的量产性，叶轮整体的制造时间以及制造成本会上升。

因此，本发明以低成本提供具有由压力加工的金属板构成的三维形状叶片的叶轮。另外，本发明提供具有这种叶轮的泵。而且，本发明提供具有由压力加工的金属板构成的三维形状叶片的叶轮的制造方法。

在一个方式中，提供一种叶轮，使用在泵中，该叶轮具有：由金属板构成的主板；和由金属板构成的多个叶片，所述多个叶片分别具有三维部和二维部，该三维部具有相对于所述叶轮的转动轴线倾斜的表面，该二维部具有与所述叶轮的转动轴线平行的表面，所述二维部通过由凸焊形成的第1焊接部与所述主板固定。

在一个方式中，所述叶轮还具有由金属板构成的具有流体入口的侧板，所述二维部通过由凸焊形成的第2焊接部与所述侧板固定。

在一个方式中，所述二维部的沿着所述叶片的长边方向的长度大于所述三维部的沿着所述叶片的长边方向的长度。

在一个方式中，提供一种泵，其具有：上述叶轮；供所述叶轮固定的转动轴；和将所述叶轮收容的壳体。

在一个方式中，提供一种叶轮的制造方法，该叶轮使用在泵中，所述制造方法为，由金属板分别制作主板以及多个叶片，所述多个叶片分别具有三维部和二维部，该三维部具有相对于所述叶轮的转动轴线倾斜的表面，该二维部具有与所述叶轮的转动轴线平行的表面，通过凸焊将所述二维部与所述主板接合。

在一个方式中，所述制造方法由金属板制作具有流体入口的侧板，还包括通过凸焊将所述二维部与所述侧板接合的工序。

在一个方式中，同时进行通过凸焊将所述二维部与所述主板接合的所述工序、和通过凸焊将所述二维部与所述侧板接合的所述工序。

在一个方式中，还包括通过激光点焊将所述三维部的一部分与所述主板接合的工序。

发明效果

二维部与叶轮的中心轴线平行。因此，当进行凸焊(projectionwelding)时，即使将主板按压至叶片，叶片既不会倾倒，也不会折曲。凸焊比激光焊接廉价，且实施凸焊的区域与实施激光焊接的区域相比极小。作为结果，能够廉价且以短时间制造叶轮，且能够提高量产性。

附图说明

图1是表示叶轮的一个实施方式的剖视图。

图2是从吸入侧观察图1所示的叶轮的俯视图。

图3是表示凸焊前的叶片的侧视图。

图4是表示制造图1所示的叶轮的方法的流程图。

图5是表示叶轮的其他实施方式的剖视图。

图6是从吸入侧观察图5所示的叶轮的俯视图。

图7是表示凸焊前的叶片的侧视图。

图8是表示制造图5所示的叶轮的方法的流程图。

图9是表示叶轮的另一其他实施方式的剖视图。

图10是从吸入侧观察图9所示的叶轮的俯视图。

图11是表示凸焊前的叶片的侧视图。

图12是表示具有上述实施方式的叶轮的泵装置的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1是表示叶轮的一个实施方式的剖视图。图1所示的叶轮1是在用于压送液体的泵中使用的离心叶轮。叶轮1具有：主板3，其具有供泵的转动轴插入的贯穿孔3a；和固定在主板3上的多个叶片5；和具有流体入口7a的侧板7。侧板7也被称为表侧覆盖物，主板3也被称为背侧覆盖物。

多个叶片5在贯穿孔3a的周围以等间隔排列，且以放射状延伸。这些叶片5配置在主板3与侧板7之间。主板3、侧板7以及多个叶片5均由金属板构成。作为金属板的一例，能够举出由不锈钢构成的金属板。各叶片5由压力加工的金属板构成。主板3以及侧板7也由压力加工的金属板构成。

图2是从吸入侧观察图1所示的叶轮1的俯视图。为了说明叶轮1的构造，在图2中省略了侧板7的图示。多个叶片5各自具有沿着各叶片5的长边方向扭曲的形状。更具体地，各叶片5具有：三维部5a，其具有相对于叶轮1的转动轴线ca倾斜的表面；和二维部5b，其具有与叶轮1的转动轴线ca平行的表面。三维部5a与二维部5b顺滑地连接。三维部5a是沿着叶片5的长边方向(即液体的流动方向)扭曲的部位。二维部5b虽然与三维部5a连接，但不具有沿着叶片5的长边方向扭曲的形状。

在本实施方式中，三维部5a在叶轮1的半径方向上位于二维部5b的内侧。二维部5b的沿着叶片5的长边方向的长度大于三维部5a的沿着叶片5的长边方向的长度。三维部5a和二维部5b是一体的构成物，由一张金属板构成。具有这种三维部5a和二维部5b的叶片5能够通过对金属板进行压力加工而制作。

叶片5通过由凸焊形成的第1焊接部10而与主板3固定。如图1所示，各叶片5与主板3之间的第1焊接部10为多个。在本实施方式中，通过三个第1焊接部10而使各叶片5和主板3彼此固定，但第1焊接部10的数量并不限定于本实施方式。第1焊接部10位于二维部5b与主板3之间的接触部上(即二维部5b的一个缘部)，没有位于三维部5a与主板3之间的接触部。

同样地，叶片5通过由凸焊形成的第2焊接部11而与侧板7固定。如图1所示，各叶片5与侧板7之间的第2焊接部11为多个。在本实施方式中，通过三个第2焊接部11而使各叶片5和侧板7彼此固定，但第2焊接部11的数量并不限定于本实施方式。第2焊接部11位于二维部5b与侧板7之间的接触部上(即二维部5b的另一个缘部)，没有位于三维部5a与侧板7之间的接触部。

图3是表示凸焊之前的叶片5的侧视图。如图3所示，在与主板3接合的叶片5的二维部5b的一个缘部5c，形成有多个突起14(在本实施方式中为三个突起14)。在与侧板7接合的叶片5的二维部5b的另一个缘部5d，形成有多个突起15(在本实施方式中为三个突起15)。当通过凸焊将主板3和叶片5接合时，在使突起14与主板3接触的状态下，将主板3按压至叶片5。并且，向突起14流动电流而使突起14熔解，通过凝固的金属材料使主板3与叶片5彼此固定。凝固的金属材料形成主板3与叶片5的第1焊接部10(参照图1)。

在通过凸焊将侧板7和叶片5接合时，在使突起15与侧板7接触的状态下，将侧板7按压至叶片5。并且，向突起15流动电流而使突起15熔解，通过凝固的金属材料而使侧板7和叶片5彼此固定。凝固的金属材料形成侧板7和叶片5的第2焊接部11(参照图1)。

二维部5b与叶轮1的中心轴线ca平行，即与主板3的法线方向以及侧板7的法线方向平行。因此，当进行凸焊时，即使将主板3以及侧板7相对于叶片5推压，叶片5也不会倾倒，叶片5也不会折曲。凸焊比激光焊接廉价，且实施凸焊的区域与实施激光焊接的区域相比极小。作为结果，能够廉价且以短时间制造叶轮1，且能够提高量产性。

如图3所示，若将与主板3连接的叶片5的缘部5e的整体长度设为l1，将从缘部5e的内侧端部到处于最内侧的突起14为止的距离(即，从缘部5e的内侧端部到处于最内侧的第1焊接部10为止的距离)设为a1，则a1相对于l1的比例为25％以下。同样地，如将与侧板7连接的叶片5的缘部5f的整体长度设为l2，将从缘部5f的内侧端部到位于最内侧的突起15为止的距离(即，从缘部5f的内侧端部到位于最内侧的第2焊接部11为止的距离)设为a2，则a2相对于l2的比例为25％以下。

在本实施方式中，三维部5a没有与主板3以及侧板7固定，但a1相对于l1的比例、以及a2相对于l2的比例为25％以下，因此通过二维部5b与主板3之间的第1焊接部10、以及二维部5b与侧板7之间的第2焊接部11而使叶片5的整体牢固地保持于主板3以及侧板7。

图4是表示制造图1所示的叶轮1的方法的流程图。在步骤1中，由金属板分别制作主板3、侧板7、以及图3所示的多个叶片5。主板3、侧板7以及多个叶片5制作的顺序没有特别限定。例如，可以依次制作主板3、侧板7以及多个叶片5，或者也可以同时制作主板3、侧板7以及多个叶片5。

主板3作为整体为圆形，在其中心具有贯穿孔3a。为了形成这种形状的主板3，在本实施方式中通过压力加工而由金属板制作主板3。然而，主板3的形状不限于圆形，只要具有为了焊接多个叶片5所必要的面积，主板3也可以具有星型等其他形状。侧板7作为整体为圆形，在其中心具有流体入口7a。然而，侧板7的形状不限于圆形，只要具有为了焊接多个叶片5所必要的面积，侧板7可以具有星型等其他形状。如根据图1所知地，侧板7从其外周侧朝向流体入口7a倾斜。为了形成这种形状的侧板7，在本实施方式中通过压力加工而由金属板制作侧板7。各叶片5具有具备二维部5b和三维部5a的复杂形状，由此各叶片5通过压力加工而由金属板制作。

在步骤2中，通过凸焊而使叶片5的二维部5b与主板3接合，在步骤3中，通过凸焊而使叶片5的二维部5b与侧板7接合。在一个实施方式中，也可以为，作为步骤2而通过凸焊使叶片5的二维部5b与侧板7接合，作为步骤3而通过凸焊使叶片5的二维部5b与主板3接合。而且，在一个实施方式中，为了缩短叶轮1的制造工序，可以通过凸焊而使叶片5的二维部5b与侧板7以及主板3同时接合。

图5是表示叶轮1的其他实施方式的剖视图，图6是表示从吸入侧观察图5所示的叶轮1的俯视图，图7是表示凸焊之前的叶片5的侧视图。在图6中，省略了侧板7的图示。没有特意说明的本实施方式的构成与图1至图3所示的实施方式相同，因此省略其重复说明。

如图5所示，侧板7和各叶片5通过由凸焊形成的第2焊接部11而彼此固定，但主板3和各叶片5通过由凸焊形成的第1焊接部10、和由激光点焊形成的第3焊接部20而彼此固定。激光点焊是将激光对焦点区域(狭小区域)照射而将该焦点区域焊接的技术。

如图7所示，在该实施方式中，a1相对于l1的比例、以及a2相对于l2的比例大于25％且为43％以下。三维部5a的长度比二维部5b的长度短，但三维部5a的长度在叶片5整体的长度中所占的比例大，因此优选将三维部5a与主板3固定。因此，在本实施方式中，三维部5a的一部分和主板3通过激光点焊而接合。更具体地，如图7所示，位于与主板3接合的叶片5的端部5e的内侧端部与处于最内侧的突起14之间的三维部5a的焦点区域22被激光焊接。

激光焊接因为不需要将主板3强力按压至叶片5，所以能够不用使三维部5a变形地将三维部5a与主板3固定。而且，本实施方式的激光焊接是激光点焊，因此焊接的区域小，能够将焊接所花费的成本以及时间抑制得低。

图8是表示制造图5所示的叶轮1的方法的流程图。参照图4的流程图的说明也适用于图8所示的流程图的说明。在步骤1中，由金属板分别制作主板3、侧板7、以及图7所示的多个叶片5。在步骤2中，通过凸焊而使叶片5的二维部5b与主板3接合，在步骤3中，通过凸焊而使叶片5的二维部5b与侧板7接合。在一个实施方式中，也可以为，作为步骤2而通过凸焊使叶片5的二维部5b与侧板7接合，作为步骤3而通过凸焊使叶片5的二维部5b与主板3接合。而且，在一个实施方式中，为了缩短叶轮1的制造工序，可以通过凸焊而使叶片5的二维部5b与主板3以及侧板7同时接合。

在步骤4中，通过激光点焊而使叶片5的三维部5a的一部分与主板3接合。在进行激光点焊之前，叶片5已经通过凸焊与主板3以及侧板7接合，因此在叶片5的三维部5a相对于主板3的定位被确定的状态下，进行激光点焊。

图9是表示叶轮1的另一其他实施方式的剖视图，图10是从吸入侧观察图9所示的叶轮1的俯视图，图11是表示凸焊之前的叶片5的侧视图。在图10中，省略了侧板7的图示。没有特意说明的本实施方式的构成与图1至图3所示的实施方式相同，因此省略其重复说明。

在本实施方式中，叶片5的三维部5a在叶轮1的半径方向上位于二维部5b的外侧。在本实施方式中，凸焊也相对于叶片5的二维部5b进行。在一个实施方式中，也可以为，叶片5的三维部5a在叶轮1的半径方向上设于二维部5b的内侧以及外侧。

上述各实施方式的叶轮1是具有主板3以及侧板7双方的所谓闭式叶轮，但本发明也能够适用于具有主板但不具有侧板的所谓半开式叶轮。

图12是表示具有上述实施方式的叶轮的泵装置的剖视图。图12所示的泵装置具有泵28、和用于驱动泵28的电动机29。泵28具有转动轴30、固定在转动轴30上的多个叶轮1、和收容叶轮1的壳体35。各叶轮1是上述实施方式中的任何一种叶轮。转动轴30与电动机29连结。当通过电动机29使转动轴30转动，叶轮1与转动轴30一起转动。

壳体35具有内壳体35a和外壳体35b。内壳体35a配置于外壳体35b内，内壳体35a的外表面由外壳体35b覆盖。内壳体35a的吸入侧开口与吸入端口40连结，外壳体35b的排出侧开口与排出端口41连结。在叶轮1的背侧配置有返回叶片(returnblade)46。

伴随叶轮1的转动，液体通过吸入端口40被吸入叶轮1。从叶轮1的外周流出的液体通过返回叶片46向下一级的叶轮1引导。从最终级的叶轮1排出的液体从形成于内壳体35a的端部的多个连通孔50通过而流入外壳体35b内。液体从形成在外壳体35b的内表面与内壳体35a的外表面之间的流路51通过朝向排出端口41流动，并通过排出端口41而向泵装置的外部排出。

壳体35的排出侧开口端由壳体罩52封闭。在壳体罩52固定有机械式密封55。机械式密封55是将壳体罩52与转动轴30之间的间隙封闭的轴封。通过机械式密封55来防止因叶轮1的转动而生压的液体的泄漏。

在本实施方式中，叶轮1、内壳体35a、外壳体35b各自是压力加工的金属板的组装体。更具体地，通过对金属的板进行压力加工，使叶轮1、内壳体35a、外壳体35b的各部件成型，通过将这些部件组装而形成叶轮1、内壳体35a、外壳体35b。作为金属板的材料，金属是不锈钢等具有耐腐蚀性的金属。本实施方式的泵28是具有多个叶轮1的多级泵。在一个实施方式中，也可以为，泵28是具有一个叶轮1的单级泵。

上述实施方式是以供具备本发明所属技术领域的常规知识的人能够实施本发明为目的而记载的。只要是本领域技术人员，当然能够得到上述实施方式的各种变形例，本发明的技术思想也能够适用于其他实施方式。因此，本发明并不限定于所记载的实施方式，能够在依照由技术方案所定义的技术思想的最大范围内进行解释。

工业实用性

本发明能够利用于具有如下叶片的叶轮，该叶片是沿着流体的流动方向扭曲的三维形状的叶片。

附图标记说明

1叶轮

3主板

5叶片

5a三维部

5b二维部

7侧板

10第1焊接部

11第2焊接部

14突起

15突起

20第3焊接部

22焦点区域

28泵

29电动机

30转动轴

35壳体

35a内壳体

35b外壳体

40吸入端口

41排出端口

46返回叶片

50连通孔

51流路

52壳体罩

55机械式密封。