JP3018853B2 - 繊維強化樹脂製インペラ成形体および繊維強化樹脂製インペラ成形用成形型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心圧縮機に用いられ
る繊維強化樹脂製インペラ、特に、内燃機関用ターボチ
ャージャの繊維強化樹脂製インペラの成形体形状と、そ
の製造に用いる成形型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】我が国において乗用車用にターボチャー
ジャ（タービン式過給機）が本格的に装着されたのは、
昭和５４年であり、以来、エンジンの動力性能の向上が
好まれて、その数は着実に増え続けてきたが、より一層
の性能向上を実現するために、低速域での加速性能の向
上、ターボ車特有のいわゆるターボラグの減少が望まれ
ていた。

【０００３】このターボラグの減少にはいろいろな手法
が考えられるが、ターボチャージャのローターを軽量化
して慣性モーメントを低減することが有効であり、従来
のニッケルをベースとした高比重の金属材料に比べて大
幅に軽量化できるセラミック材料の適用が考えられて、
１９８５年１０月には世界で初めてセラミック製ターボ
チャージャロータを搭載した乗用車が発売されるに至っ
た（『サービス周報第５４２号 ＮＩＳＳＡＮ フェア
レディＺ』 昭和６０年１０月発行）。

【０００４】また、このほかにも、ターボラグの改善の
ために、タービンハウジングのＡ／Ｒ（Ａ：タービンハ
ウジングのスクロール最狭部断面積、Ｒ：シャフト中心
からの距離）を可変とする手段を設けたものや、軸受部
の滑り軸受からボールベアリングタイプへの変更、スー
パーチャージャとの併用など、次々と商品化されてき
た。そしてさらには、慣性モーメントのより一層の低減
のために、コンプレッサインペラの繊維強化樹脂化の検
討も行われている。

【０００５】繊維強化樹脂製インペラの製造方法として
は、特公昭５２−４８３２６号公報，特開昭５９−１８
２９６号公報，特開平１−７８２８７号公報，特開平１
−７６５２５号公報，特開平２−１３２８２０号公報等
に開示されているように、繊維強化樹脂製インペラを分
割構造にし、それぞれの部位を射出成形によって製造し
た後、接着，ネジ止め，溶着等で接着・接合する方法
と、実開平１−３６１２０号公報，実開平１−１５３９
１７号公報，特開平３−２０７７２４号公報，特開平３
−２６７５９９号公報等に開示されているように、イン
ペラを分割することなく、最終製品形状を含む繊維強化
樹脂製インペラ成形体を射出成形または押し出し成形に
よって製造し、不要部分を切除する２つの方法に大別さ
れる。

【０００６】後者の場合、現行のアルミニウム合金製イ
ンペラの場合には、軸穴も含めてインペラの外周のほぼ
全部位を機械加工しなければならないのに対して、最小
限度の機械加工にとどめることができるため、原料価格
でははるかに安価なアルミニウム合金を用いた場合より
もむしろ低コストのインペラを提供できる可能性を有し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平２−
１７５９７２号公報に開示されているような高性能の材
料を用いることによって繊維強化樹脂製インペラの耐久
信頼性は大きく改善されたが、実用化のためには解決し
なければならない問題点がいくつかあった。

【０００８】その１つとして、ターボチャージャ過給時
の「異音（ヒューン音）」が挙げられる。ターボチャー
ジャ搭載車独特のこの異音は、ターボチャージャ搭載車
が市販された直後は、ターボチャージャ搭載車と未搭載
車の差別ポイントとしてむしろ好まれたが、近年、車両
の静粛性が重要視されるようになるにしたがって、この
異音の低減が必須となってきた。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、このような従来の実情に鑑み
てされたものであり、本発明の目的は、ターボチャージ
ャ搭載車独特の「異音」が発生しない、安価な繊維強化
樹脂製インペラとして好適なインペラ成形体およびその
成形型を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ターボチャージャの異音
は、図１２および図１３に示すようなメカニズムによっ
て発生する。つまり、軸穴１ａを有するインペラ１にお
いて、軸穴１ａにシャフト２を挿通してナット３により
固定した状態において、図１２に示すように、インペラ
１の軸穴１ａの径とシャフト２の径との寸法差が小さい
場合は、異音が小さく実用上の支障はない。

【００１１】一方、図１３に示すように、インペラ１の
軸穴１ａの径とシャフト２の径との差が大きい場合に
は、インペラ１が偏心して回転する。このため、過給
時、インペラ１の回転数が多くなると、偏心回転が大き
くなって異音が発生する。インペラ１の軸穴１ａの径と
シャフト２の径との差がさらに大きくなると、偏心回転
によってナット３がゆるみ、異音がさらに大きくなる。
このため、アルミニウム合金製インペラ１の場合には、
径の異なるシャフト２を用意し、選択嵌合を行うことに
よって異音の低減を行っている。

【００１２】図１４に、繊維強化樹脂製インペラ成形体
１１の断面を示す。図１４に示すように、インペラ成形
体１１は、軸穴１ａと、ボス部１ｂと、翼部１ｃと、背
板部１ｄを有している。図１４では、インペラ１のボス
部１ｂ側より射出成形する構造としているために、ボス
部１ｂの先端にスプルー４が残っている。インペラ自体
はかなりの厚肉部品のため、寸法精度を出すのは容昜で
はない部品ではある。とくに、図１５に示した部位は、
冷却時に発生する「ヒケ」が著しく、成形型のピン径を
図面指示寸法と同一に作製すると、図１５に示した最大
「ヒケ」発生部位では３００μｍ前後にも達する寸法差
が生じる。

【００１３】ところで、アルミニウム合金製インペラの
場合には、軸穴はリーマによって仕上げ加工を行うため
に、インペラの軸穴径は全領域でほぼ一定であり、差が
生じたとしても非常に小さなものである。一方、繊維強
化樹脂製インペラ１の場合には、軸穴１ａは成形型に突
設したピンによって形成するのが安価なため、本発明者
は主として軸穴１ａの機械加工の廃止を検討してきた。

【００１４】しかし、ピンによる軸穴１ａの成形は、成
形型や樹脂温度等の変動によって軸穴径のばらつきが発
生するために、本発明が解決しようとする課題である
「異音の発生の防止」には非常に不利な方法といえる。

【００１５】繊維強化樹脂、特に、炭素繊維で強化した
複合材料の場合には、工具の摩耗が激しく、アルミニウ
ム合金製インペラの加工に用いられるような軟質または
超硬の工具では耐久性が不足する。ＣＦＲＰ，ＧＦＲＰ
の加工には、ダイヤモンド工具が良く用いられるが、高
価なうえに、工具寿命はいずれにしても長くはない。ま
た、工具の送り速度を大きくすることができないため
に、アルミニウム合金製インペラを加工する場合と比較
すると、加工にも時間を要する。このため、軸穴の機械
加工を行うと、どうしても安価な繊維強化樹脂製インペ
ラの提供が困難になってしまう。

【００１６】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、本発明者は、異音の発生を防止す
るために最低限度必要な軸穴精度管理部位を明らかに
し、異音の発生に関与しない部位の軸穴径については、
寸法精度を問わないことにした。

【００１７】図１６に示したように、インペラ１の両端
面近傍の軸穴１ａの径が、シャフト２の径よりも大きい
場合には、インペラ１が偏心回転して異音が発生する
が、図１７に示したように、インペラ両端面近傍の軸穴
径とシャフト径の差が小さければ、中央部の軸穴径が大
きくても異音は発生しないことがわかった。

【００１８】図１８に、シャフト２と繊維強化樹脂製イ
ンペラ１の嵌合状態を示した。シャフト先端部はネジ部
２ａの構造となっているため、厳密には、インペラ１の
ボス部１ｂの近傍の軸穴１ａとシャフト２とは接触して
いない。したがって、図１６に示した異音防止に関する
考え方が間違っていなければ、図１８に示したように、
インペラ１の背板側端面近傍の軸穴径と、シャフトと軸
穴が接触するボス部側の終端部近傍の軸穴径とが、シャ
フト径に対して過剰に大きくならないようにすればよい
ことになる。

【００１９】軸穴径がシャフト径よりも小さい場合に
は、嵌合さえできれば異音は発生しない。ただし、嵌合
するためには軸穴径とシャフト径との差があまりにも大
きくならないことが重要である。

【００２０】図１９に、樹脂製インペラの温度と組立性
の可否について調べた結果を示した。軸穴径の異なる樹
脂製インペラをオーブンで加熱し、標準径のシャフト
（室温放置）との組立性について調べた。

【００２１】実験上は、軸穴径がシャフト径よりも４０
μｍ以上小さい場合でも２００℃以上に加熱すれば組み
立てることは可能であった。しかし、オーブンから取り
出すと直ちに空冷されるために軸穴が収縮する。このた
め、量産工程でこのような組立作業を行うことは現実的
ではない。さらに、樹脂製インペラとシャフトの熱膨張
係数差によって発生する残留応力の耐久信頼性への影響
も懸念される。

【００２２】軸穴径とシャフト径との差が１５μｍ以下
の場合には、簡単な加熱で容易に組み立てることができ
る。ホットプレート上にインペラを置いて加熱すればよ
く、作業は非常に簡単で量産工程に適している。

【００２３】かくして、本発明は、前述したように、異
音の発生を防止するために、最低限度必要な軸穴精度管
理部位を明らかにすることによりなされたものであっ
て、本発明に係わる繊維強化樹脂製インペラ成形体は、
軸穴の機械加工を施すことなく製品として使用する繊維
強化樹脂製インペラ成形体において、図２０に示すよう
に、前記インペラの軸穴の内面とシャフトとが接触する
部位の両端部に設けた、背板側３ｍｍ以上の背板側軸穴
径管理部位Ａおよびボス側２ｍｍ以上のボス側軸穴径管
理部位Ｂの軸穴径を、嵌合するシャフト径に対して−
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍとしたことを特徴と
している。

【００２４】そして、実施態様においては、インペラの
ボス側から射出を行うことによって成形される繊維強化
樹脂製インペラ成形体において、インペラの背板側端面
部で且つボス側切除部位であるスプルーと同軸上の位置
に背板側切除部位を設けたことを特徴としており、同じ
く実施態様において、インペラの背板側端面部で且つボ
ス側切除部位であるスプルーと同軸上の位置に設けた背
板側切除部位の寸法を、２ｍｍ以下または８ｍｍ以上と
したことを特徴としている。

【００２５】また、本発明に係わる繊維強化樹脂製イン
ペラ成形体の成形用成形型は、繊維強化樹脂製インペラ
成形体形状に相当するキャビティ部と、インペラの軸穴
を形成するピンと、繊維強化樹脂製インペラ成形体に設
ける背板側切除部位の幅方向寸法を変更可能とするスペ
ーサを備えたことを特徴としており、実施態様において
は、射出成形機に対し成形型を脱着することなく、前記
スペーサの位置を変える機構を備えていて、繊維強化樹
脂製インペラ成形体に設ける背板側切除部位の寸法を変
更可能としたことを特徴としている。

【００２６】軸穴径とシャフト径との最大差 以下、実験結果を示すことによって、図１８に示した考
え方の正当性を示すとともに、この発明が成立する軸穴
径（図１８および図２０に示した軸穴径管理部位Ａ，Ｂ
の径）とシャフト径との最大差を明らかにする。

【００２７】

【実施例】実施例１ 図２０に示す軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管
理部位Ｂの軸穴径と、シャフト径との差が＋０．００１
ｍｍ〜＋０．００５ｍｍ（軸穴径＞シャフト径の場合を
＋、軸穴径＜シャフト径の場合を−として表示する）の
間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を用意し、ター
ボチャージャに組み込んだ後、８０，０００ｒｐｍ，、
１００，０００ｒｐｍ．時の振動Ｇを計測した。

【００２８】ここで使用したシャフトの径は７．５０３
ｍｍ、ナット座面径は１４．６ｍｍ、ナットの締め付け
トルクは１．８ｋｇ・ｍとした。異音発生に関する合否
判断は、８０，０００ｒｐｍ．時で０．５Ｇ以下、１０
０，０００ｒｐｍ．時で１．０Ｇ以下を判定基準とし
た。

【００２９】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．００１ｍｍ〜＋０．００５ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上あるインペラを用いた。試験結果を表
１に示す。

【００３０】実施例２ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．００５ｍｍ〜＋０．
０１０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例１と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００３１】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．００５ｍｍ〜＋０．０１０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表１に示す。

【００３２】実施例３ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１０ｍｍ〜＋０．
０１５ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例１と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００３３】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１０ｍｍ〜＋０．０１５ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表１に示す。

【００３４】実施例４ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例１と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００３５】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表１に示す。

【００３６】比較例１ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０２０ｍｍ〜＋０．
０２５ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例１と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００３７】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０２０ｍｍ〜＋０．０２５ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表１に示す。

【００３８】比較例２ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０２５ｍｍ〜＋０．
０３０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例１と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００３９】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０２５ｍｍ〜＋０．０３０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低５ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】軸穴径とシャフト径との最大差と異音発生
との関係 表１に示した結果より明らかなように、軸穴径管理部位
Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸穴径と、シャフ
ト径との差が＋０．０２０ｍｍを超えるとターボチャー
ジャで異音が発生するようになる。

【００４２】軸穴径管理部位の（シャフト方向）長さ つぎに、図２０に示した軸穴径管理部位Ａの軸穴径およ
び軸穴径管理部位Ｂの軸穴径と、シャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍのインペラを用意
し、軸穴径管理部位の（シャフト方向）長さと異音発生
品頻度との関係を明らかにした。軸穴径管理部位の長さ
を小さくすることができれば、機械加工を行う必要がな
いインペラの割合が増えることになる。

【００４３】実施例５ 図２０に示す軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管
理部位Ｂの軸穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５
ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍ（軸穴径＞シャフト径の場合を
＋、軸穴径＜シャフト径の場合を−として表示する）の
間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を用意し、ター
ボチャージャに組み込んだ後、８０，０００ｒｐｍ，、
１００，０００ｒｐｍ．時の振動Ｇを計測した。

【００４４】使用したシャフトの径は７．５０３ｍｍ、
ナット座面径は１４．６ｍｍ、ナットの締め付けトルク
は１．８ｋｇ・ｍとした。異音発生に関する合否判断
は、８０，０００ｒｐｍ．時で０．５Ｇ以下、１００，
０００ｒｐｍ．時で１．０Ｇ以下を判定基準とした。

【００４５】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低８ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
表２に示す。

【００４６】実施例６ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００４７】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低４ｍｍ以上であるインペラを用いた。試験結果を
同じく表２に示す。

【００４８】実施例７ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００４９】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に最低３ｍｍ〜４ｍｍ以上のインペラを用いた。試験結
果を同じく表２に示す。

【００５０】比較例３ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００５１】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に２ｍｍ〜３ｍｍのインペラを用いた。試験結果を同じ
く表２に示す。

【００５２】比較例４ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００５３】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａ，軸穴径管理部位Ｂにおいて共
に２ｍｍ以下のインペラを用いた。試験結果を同じく表
２に示す。

【００５４】実施例８ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００５５】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａが３ｍｍ〜４ｍｍ、軸穴径管理
部位Ｂが２ｍｍ〜３ｍｍのインペラを用いた。試験結果
を同じく表２に示す。

【００５６】比較例５ 軸穴径管理部位Ａの軸穴径および軸穴径管理部位Ｂの軸
穴径と、シャフト径との差が＋０．０１５ｍｍ〜＋０．
０２０ｍｍの間にある繊維強化樹脂製インペラ１０個を
用意し、ターボチャージャに組み込んだ後、実施例５と
同様にして振動Ｇを計測した。

【００５７】この場合、実験にはシャフト径との差が＋
０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの軸穴径を有する領
域が、軸穴径管理部位Ａが２ｍｍ〜３ｍｍ、軸穴径管理
部位Ｂが３ｍｍ〜４ｍｍのインペラを用いた。試験結果
を同じく表２に示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】軸穴径管理部位の（シャフト方向）長さと
異音発生との関係 表２に示した結果より明らかなように、軸穴径管理部位
Ａで３ｍｍ以上、軸穴径管理部位Ｂで２ｍｍ以上の領域
で、軸穴径とシャフト径との差を＋０．０２０ｍｍ以下
にすることができれば、異音は発生しない。しかも、軸
穴の機械加工の必要がない繊維強化樹脂製インペラを提
供できることがわかる。なお、軸穴径管理部位Ｂの方が
異音防止に必要な軸穴径管理部位の長さが小さいのは、
ボス部１ｂ側は「ヒケ」が発生しにくいためにシャフト
方向の軸穴径変動が小さいためと、背板部１ｄと比較す
るとボス部１ｂは体積が小さいために軸穴径とシャフト
径との差によって発生するアンバランスが小さいためと
考えられる。

【００６０】したがって、図１９に示した結果と上記の
実施例および比較例に示した結果とから、図２０に示し
た背板側軸穴径管理部位Ａで長さ３ｍｍ以上、ボス側軸
穴径管理部位Ｂで長さ２ｍｍ以上の領域において、軸穴
径をシャフト径に対して−０．０１５ｍｍ〜＋０．０２
０ｍｍにした繊維強化樹脂製インペラを製造すれば、異
音が発生しない安価なインペラを提供することができ
る。

【００６１】軸穴の機械加工の廃止 上記のようなインペラを製造することができれば、軸穴
の機械加工を行うことなく、繊維強化樹脂製インペラを
製品として提供することができる。しかし、軸穴の機械
加工を廃止することによって安価なインペラを提供する
という目的を達成するためには、以下の２つの課題をさ
らに解決する必要がある。

【００６２】（１）同一のピンを使用しても、材料ロッ
トが変わると成形品の平均軸穴径が変動する。径の異な
るシャフトを用意するのにも限度があるため、材料ロッ
トが変わると嵌合が困難な繊維強化樹脂製インペラが多
数発生する可能性が大きい。

【００６３】（２）本質的に寸法ばらつきの発生しやす
い厚肉部品に属するインペラの軸穴径のばらつきをシャ
フト径に対し−０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍの範
囲に抑えることは容易ではない。

【００６４】材料ロットが変わるたびに平均軸穴径が変
わったり、上記の径差（＋０．０１５ｍｍ〜＋０．０２
０ｍｍ）をはずれるインペラが何割も発生するようで
は、量産工程において軸穴の機械加工を廃止することは
できない。したがって、この２つの課題の解決は安価な
繊維強化樹脂製インペラを提供するための絶対条件であ
る。

【００６５】（２）に述べた、軸穴径の本質的なばらつ
きに影響を与えている因子としては、材料のロット間で
のばらつきの他にも、金型温度やシリンダ温度等の成形
条件のばらつき、成形現場の気温の変動等様々な要因が
考えられる。ところで、インペラ成形体自体に注目した
場合、図１５に示した軸穴径不良の発生しやすい部位は
インペラの最も厚肉部であり、寸法精度を確保すること
が本質的に容易ではない部位であるが、軸穴径のばらつ
きに関しては図１５に示した軸穴径不良の著しい部位の
冷却状態が不安定であると考えるのが妥当と考えた。図
１５に示した軸穴径不良の著しい部位は、インペラ背板
側端面から比較的距離が近い位置にあるために、金型の
温度ばらつきが軸穴径不良の著しい部位の冷却温度のば
らつきとして反映され、その結果、軸穴径のばらつきが
大きくなっていると考えた。

【００６６】そこで、本発明者は、図１に示したよう
に、ボス側からスプルーを介して射出成形することによ
りボス側に切除部位があるのと同様に、背板側にもあえ
て切除部位を設けて冷却速度を安定させる方法を検討し
た。つまり、図１において、背板側切除部位の寸法を小
さく設定すると、図１５に示した軸穴径不良の発生しや
すい部位と金型表面との距離が小さくなるために、直ち
に冷却される。このため、軸穴径のばらつきは小さくな
る。ただし、急冷によって比較的大きな成形歪が凍結さ
れる可能性があるため、成形後にアニール処理が必要な
材料を用いた場合には、アニール処理によって軸穴径の
ばらつきがやや大きくなる可能性がある。また、成形品
中にコールドスラッグ（射出成形機のノズル先端に残っ
た冷却された樹脂。成形品中に残るとクラック発生の要
因となる場合がある。）が残留することによって品質，
信頼性が著しく損なわれる場合には、背板側切除部位を
ある程度大きくするのが望ましい場合がある。背板側切
除部位の寸法をさらに大きくすると、急冷から徐冷に遷
移するようになる。この領域では成形型温度の影響を若
干受けるため軸穴径のばらつきは最大となる。さらに、
寸法が大きくなると成形型温度のばらつきの影響が小さ
くなり、徐冷されるため、軸穴径のばらつきが再び小さ
くなる。つまり、軸穴径のばらつきを最小にする最適寸
法が存在することになる。

【００６７】図２は、軸穴径およびそのばらつきと背板
側切除部位の寸法との関係を示すものであって、図２の
（ａ）に示すように、 （ａ）背板側切除部位の寸法が小さい場合 ・急冷されるため軸穴径のばらつきは小さい ・ピン径と軸穴径の差は比較的小さい ・アニール処理を行うと軸穴径のばらつきがやや大きく
なる可能性がある こととなり、また、図２の（ｂ）に示すように、 （ｂ）背板側切除部位の寸法が中程度の場合 ・冷却速度が不安定なため軸穴径のばらつきが大きい ・ピン径と軸穴径との差は中程度である こととなり、また、図２の（ｃ）に示すように、 （ｃ）背板側切除部位の寸法が大きい場合 ・徐冷されるため軸穴径のばらつきは小さい ・ピン径と軸穴径との差は比較的大きい ・アニール処理によって軸穴径のばらつきが大きくなる
可能性が小さい こととなる。

【００６８】背板側切除部位の寸法と平均軸穴径との間
には密接な関係がある。背板側切除部位の寸法を大きく
すると、軸穴径のばらつきが最も大きい部位と成形体の
背板側端面との間の距離が大きくなるため、「ヒケ」の
程度が大きくなり、成形型のピン径と成形体の軸穴径と
の差が大きくなる。この現象は、材料ばらつきによって
発生する平均軸穴径の変動に対処するには非常に都合の
よい現象である。上記のように成形型のピン径＝軸穴径
とはならない。このため、ピン径は軸穴径の拡張を見込
んで所望の軸穴径よりも小さく設計する必要がある。

【００６９】しかし、軸穴径の拡張の程度は材料ロット
や成形条件に依存するため、成形条件を一定にしても材
料ロットが変われば所望の軸穴径が得られなくなる。こ
のため、材料ロットが変わるたびにピン径の修正または
ピンの新設計が必要となる。しかし、図３に示したよう
に、背板側切除部位の寸法を調整できる成形型構造にす
れば、ピンの修正の必要性が大幅に低減される。例え
ば、材料ロットの変更によって軸穴径が所望の径よりも
小さくなってしまった場合には、背板側切除部位の寸法
が大きくなるように調整すればよい。また、径が大きく
なってしまった場合には背板側切除部位の寸法が小さく
なるように調整すればよい。

【００７０】図３は、本発明の一実施例による樹脂製イ
ンペラ射出成形用成形型を示すものであって、この成形
型１０は、ボス側切除部位に相当しかつスプルー形状に
相当するキャビティ形状を有する金型Ｃと、最終製品形
状に相当するキャビティ形状を有していてインペラ翼部
およびインペラ軸部を形成する大小各６枚、計１２枚の
中コマからなる金型Ｂと、背板側切除部位を含むキャビ
ティ形状を有する金型Ａと、金型Ａより各キャビティ内
に突出していてインペラ軸穴を形成するピン５をそなえ
ていると共に、金型Ａには、インペラの背板側切除部位
の端面を形成し且つこの背板側切除部位の深さを調整可
能とするスペーサ６をそなえており、このスペーサ６は
スペーサ位置調整用ロッド８によって図示しない駆動機
構により昇降可能となっていて、背板側切除部位の寸法
Ｈが変更可能となっている。

【００７１】そして、図４に示すように、背板側切除部
位９がある場合には、背板側切除部位９で繊維の配向が
ランダムになり且つインペラの背板側で繊維の配向が円
周方向に強化される向きとなるので、強度が著しく優れ
たものとなるのに対して、図５に示すように、背板側切
除部位がない場合には、インペラの背板側で繊維の配向
がランダムなものとなるので強度が劣るものとなる。

【００７２】この背板側切除部位９の切除深さを大きく
する場合には、図６に示すように、スペーサ６の位置を
図３の場合よりもさらに低くした状態とする。

【００７３】背板側切除部位の寸法と平均軸穴径との関
係（アニール処理なし） 以下、実施例によって、背板側切除部位の寸法を調整す
る機構を付与することにより、成形型のピン径を変える
ことなく平均軸穴径を変更することが可能であることを
示す。

【００７４】実施例９ 図３および図６に示したように、ボス側切除部位に相当
するキャビティ形状を有する金型Ｃ、最終製品形状に相
当するキャビティ形状を形成する大小各６枚、計１２枚
の中コマからなる金型Ｂ、背板側切除部位を含むキャビ
ティ形状を有する金型Ａならびにピン５および樹脂溜深
さ調整用スペーサ６をそなえた射出成形用成形型１０を
用いて繊維強化樹脂製インペラの成形を行った。

【００７５】成形には、英国ＩＣＩ社製“Ｖｉｃｔｒｅ
ｘ ＰＥＫ ２２０Ｐ”ポリエーテルケトン樹脂と米国
ＧＥ社製“Ｕｌｔｅｍ １０００”ポリエーテルイミド
樹脂を重量比で８０：２０の比で混合した樹脂に、英国
ＩＣＩ社製“ＶｉｃｔｒｅｘＰＥＳ ５００３Ｐ”ポリ
エーテルサルホン樹脂で収束処理した後、３７０℃で１
０時間熱処理した。次いで、炭素繊維（東邦レーヨン
（株）Ｂｅｓｆｉｇｈｔ ＨＴＡ）を、樹脂重量に繊維
重量を加えた総重量に対して繊維重量が３０ｗｔ％にな
るように配合した後、押出機を用いて溶融・混練した
後、押出す操作によって作製した３０ｗｔ％炭素繊維強
化樹脂ペレットを用いた。実験に用いたＭＩ（メルトフ
ローインデクス、温度４００℃、荷重２．１６ｋｇｆ）
が２．４の材料である（本成形材料に関する詳細は特開
平２−１７５９７２号公報に開示されている。）。

【００７６】射出成形機は（株）日本製鋼所製、ＪＳＷ
Ｊ−７５ＳＳＩＩＡ射出成形機を使用し、シリンダ温
度４００℃／４００℃／３９０℃／３７０℃（ノズル側
からホッパー側に順に温度設定を示した）、射出圧力：
一次：５０％、二次：９０％、三次：６０％、保圧時
間：一次：４．０秒、二次：５．０秒、三次：３０．０
秒：、金型温度：２２０℃の成形条件で図３および図６
に示す金型を用いて繊維強化樹脂製インペラを成形し
た。

【００７７】この場合、成形に用いたピン５の径は室温
時で約６．３５ｍｍであり、背板側切除部位の寸法は０
ｍｍとした。

【００７８】実施例１０ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には実施例９と同
じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊維
強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成形
に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、
背板側切除部位の寸法は３ｍｍとした。

【００７９】実施例１１ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は５ｍｍとした。

【００８０】実施例１２ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は８ｍｍとした。

【００８１】実施例１３ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１０ｍｍとした。

【００８２】実施例１４ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１５ｍｍとした。

【００８３】背板側切除部位の寸法と平均軸穴径との関
係（アニール処理あり） 以下では、２３０℃、５時間のアニール処理を行った場
合の実施例によって、背板側切除部位の寸法を変えるこ
とによる平均軸穴径の変更が、アニール処理の必要な材
料にも有効なことを示す。

【００８４】実施例１５ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は０ｍｍとした。

【００８５】実施例１６ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は３ｍｍとした。

【００８６】実施例１７ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は５ｍｍとした。

【００８７】実施例１８ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は８ｍｍとした。

【００８８】実施例１９ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１０ｍｍとした。

【００８９】実施例２０ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１５ｍｍとした。

【００９０】メルトフローインデクス（ＭＩ）の異なる
材料 次に、上記実施例とＭＩの異なる材料（注：上記実施例
ではＭＩが２．４以下の実施例、比較例ではＭＩが４．
９）を用いて繊維強化樹脂製インペラの成形を行い、Ｍ
Ｉの異なる材料を用いた場合でも背板側切除部位の寸法
を変更することによって、ピン径の修正を行うことなく
所望の平均軸穴径が得られることを示す。そしてこの場
合、平均軸穴径が６．４００〜６．４１０ｍｍになるこ
とを良否の判断基準とした。なお、ＭＩの単位はｇ／１
０ｍｉｎである。

【００９１】比較例６ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、材料のメル
トフローインデクスを除いて実施例９と同じ炭素繊維強
化樹脂ペレット（ＭＩ（メルトフローインデクス、温度
４００℃、荷重２．１６ｋｇｆ）が４．９の材料）およ
び実施例９と同じ射出成形条件で繊維強化樹脂製インペ
ラを成形した。そしてこの場合、成形に用いたピン５の
径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側切除部位の
寸法は３ｍｍとした。

【００９２】実施例２１ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、材料のメル
トフローインデクスを除いて実施例９と同じ炭素繊維強
化樹脂ペレット（ＭＩ（メルトフローインデクス、温度
４００℃、荷重２．１６ｋｇｆ）が４．９の材料）およ
び実施例９と同じ射出成形条件で繊維強化樹脂製インペ
ラを成形した。そしてこの場合、成形に用いたピン５の
径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側切除部位の
寸法は５ｍｍとした。

【００９３】比較例７ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、材料のメル
トフローインデクスを除いて実施例９と同じ炭素繊維強
化樹脂ペレット（ＭＩ（メルトフローインデクス、温度
４００℃、荷重２．１６ｋｇｆ）が４．９の材料）およ
び実施例９と同じ射出成形条件で繊維強化樹脂製インペ
ラを成形した後、２３０℃、５時間のアニール処理を行
った。そしてこの場合、成形に用いたピン５の径は室温
時で約６．３５ｍｍであり、背板側切除部位の寸法は８
ｍｍとした。

【００９４】比較例８ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、材料のメル
トフローインデクスを除いて実施例９と同じ炭素繊維強
化樹脂ペレット（ＭＩ（メルトフローインデクス、温度
４００℃、荷重２．１６ｋｇｆ）が４．９の材料）およ
び実施例９と同じ射出成形条件で繊維強化樹脂製インペ
ラを成形した。そしてこの場合、成形に用いたピン５の
径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側切除部位の
寸法は１０ｍｍとした。

【００９５】実施結果 実施例９〜実施例１４の結果を図７に、実施例１５〜実
施例２０の結果を図８に、実施例２１・比較例６〜比較
例８の結果を図９に示した。図７に示したように、平均
軸穴径を６．４００ｍｍ〜６．４１０ｍｍにするために
は、この場合、背板側切除部位の寸法をａ〜ｂにすれば
よい。また、図９の場合には、背板側切除部位の寸法を
ｃ〜ｄにすれば良いことになる。いずれにしても、背板
側切除部位の寸法を変えることによって軸穴径を変える
ことが可能であることがわかる。

【００９６】背板側切除部位の寸法と軸穴径のばらつき
との関係（アニール処理なし） 次に、背板側切除部位の寸法と軸穴径のばらつきの低減
効果について、実施例および比較例によって説明する。

【００９７】まず、最初に、背板側切除部位の寸法と軸
穴径のばらつきとの関係を実施例および比較例を用いて
説明する。この場合、ばらつきの良否の判断は、各５０
個インペラを成形し、最大径を有するインペラの軸穴径
と最小径を有するインペラの軸穴径の差が０．０４０ｍ
ｍ以下であることを判定基準とした。ただし、前半で示
したように、異音の発生は軸穴径の精度不良の発生部位
等とも関係があるため、最終的には背板側切除部位の寸
法と振動Ｇ計測試験の結果に関する実施例および比較例
によって最適な背板側切除部位の寸法があることを示
す。

【００９８】実施例２２ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は０ｍｍとした。図１０にイ
ンペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理
部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【００９９】比較例９ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は３ｍｍとした。図１０にイ
ンペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理
部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【０１００】比較例１０ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は５ｍｍとした。図１０にイ
ンペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理
部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【０１０１】実施例２３ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は８ｍｍとした。図１０にイ
ンペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理
部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【０１０２】実施例２４ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１０ｍｍとした。図１０に
インペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管
理部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【０１０３】実施例２５ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１５ｍｍとした。図１０に
インペラ５０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管
理部位Ａで測定）の測定結果を示す。

【０１０４】背板側切除部位の寸法と軸穴径のばらつき
との関係（アニール処理あり） 以下では、２３０℃、５時間のアニール処理を行った場
合の実施例によって、背板側切除部位の寸法を変えるこ
とによる軸穴径のばらつきの低減が、アニール処理の必
要な材料にも有効なことを示す。

【０１０５】実施例２６ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は０ｍｍとした。図１１にインペラ５０
個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで測
定）の測定結果を示す。

【０１０６】比較例１１ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は３ｍｍとした。図１１にインペラ５０
個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで測
定）の測定結果を示す。

【０１０７】比較例１２ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は５ｍｍとした。図１１にインペラ５０
個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで測
定）の測定結果を示す。

【０１０８】実施例２７ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は８ｍｍとした。図１１にインペラ５０
個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで測
定）の測定結果を示す。

【０１０９】実施例２８ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１０ｍｍとした。図１１にインペラ５
０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで
測定）の測定結果を示す。

【０１１０】実施例２９ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１５ｍｍとした。図１１にインペラ５
０個についての軸穴径のばらつき（軸穴径管理部位Ａで
測定）の測定結果を示す。

【０１１１】実施結果 図１０および図１１に示したように、背板側切除部位の
寸法が０ｍｍの場合および８ｍｍ以上の場合には、軸穴
径のばらつきを０．０４０ｍｍ以下にすることができ
る。

【０１１２】背板側切除部位の寸法と異音の発生（アニ
ール処理なし） 以下の実施例および比較例では、振動Ｇ測定による異音
発生の判定を行うとともに、新たに背板側切除部位の寸
法が２ｍｍの場合の検討を行い、急冷による軸穴ばらつ
きの低減効果が期待できる寸法範囲を明らかにする。

【０１１３】実施例３０ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は０ｍｍとした。このように
して得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．３５５ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１４】実施例３１ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は２ｍｍとした。このように
して得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．３６２ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１５】比較例１３ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は３ｍｍとした。このように
して得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．３８０ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１６】比較例１４ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は５ｍｍとした。このように
して得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．３９２ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１７】実施例３２ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は８ｍｍとした。このように
して得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．４０３ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１８】実施例３３ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１０ｍｍとした。このよう
にして得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．４６０ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１１９】実施例３４ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した。そしてこの場合、成
形に用いたピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであ
り、背板側切除部位の寸法は１５ｍｍとした。このよう
にして得られたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供し
た。嵌合に使用したシャフトの径は６．４８９ｍｍであ
った。なお、インペラの合否判定基準は、表１，表２と
同一である。試験結果を表３に示す。

【０１２０】背板側切除部位の寸法と異音の発生（アニ
ール処理あり） 以下では、２３０℃、５時間のアニール処理を行った場
合の実施例および比較例に基づいて説明する。

【０１２１】実施例３５ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は０ｍｍとした。このようにして得られ
たインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に使
用したシャフトの径は６．３５３ｍｍであった。なお、
インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一である。
試験結果を表３に示す。

【０１２２】実施例３６ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は２ｍｍとした。このようにして得られ
たインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に使
用したシャフトの径は６．３５９ｍｍであった。なお、
インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一である。
試験結果を表３に示す。

【０１２３】比較例１５ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は３ｍｍとした。このようにして得られ
たインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に使
用したシャフトの径は６．３７０ｍｍであった。なお、
インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一である。
試験結果を表３に示す。

【０１２４】比較例１６ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は５ｍｍとした。このようにして得られ
たインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に使
用したシャフトの径は６．３７９ｍｍであった。なお、
インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一である。
試験結果を表３に示す。

【０１２５】実施例３７ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は８ｍｍとした。このようにして得られ
たインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に使
用したシャフトの径は６．３９６ｍｍであった。なお、
インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一である。
試験結果を表３に示す。

【０１２６】実施例３８ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１０ｍｍとした。このようにして得ら
れたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に
使用したシャフトの径は６．４５０ｍｍであった。な
お、インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一であ
る。試験結果を表３に示す。

【０１２７】実施例３９ 実施例９と同じ射出成形用成形型１０を用いて繊維強化
樹脂製インペラの成形を行った。成形には、実施例９と
同じ炭素繊維強化樹脂ペレットおよび射出成形条件で繊
維強化樹脂製インペラを成形した後、２３０℃、５時間
のアニール処理を行った。そしてこの場合、成形に用い
たピン５の径は室温時で約６．３５ｍｍであり、背板側
切除部位の寸法は１５ｍｍとした。このようにして得ら
れたインペラ１０個を振動Ｇ測定試験に供した。嵌合に
使用したシャフトの径は６．４８５ｍｍであった。な
お、インペラの合否判定基準は、表１，表２と同一であ
る。試験結果を表３に示す。

【０１２８】

【表３】

【０１２９】実施結果 実施例および比較例より明らかなように、背板側切除部
位の寸法が２ｍｍ以下の場合および８ｍｍ以上の場合に
は、異音が発生しない繊維強化樹脂製インペラの提供が
可能であることがわかる。

【０１３０】総括 以上に述べてきたように、本発明では、最初に軸穴の機
械加工を行うことなく、異音の発生しない繊維強化樹脂
製インペラを提供するために、インペラが具備すべき要
件を明らかにした。

【０１３１】次に、量産工程においては避けて通れな
い、材料特性のロット間ばらつきによって発生する軸穴
径の変動に対して、金型のピン径を修正することなく対
処する方法を見いだした。

【０１３２】さらに、生産コストを考慮した場合にも最
も問題となる、軸穴径のばらつきを低減する方法とし
て、インペラの背板側端面に新たに切除部位を設け、こ
の切除部位の寸法を最適化することによって軸穴径ばら
つきの極小化が可能であることを見いだした。

【０１３３】以上のような発明によって、軸穴の機械加
工を必要としない安価でしかも異音の発生しない高品質
の繊維強化樹脂製インペラを量産レベルで提供可能とし
た。

【０１３４】最後に、本発明の適用に際しての留意点に
ついて簡単に述べる。

【０１３５】本発明を適用する場合、軸穴径ばらつきの
低減のみを目的とするのであれば、背板側切除部位の寸
法は２ｍｍ以下、または８ｍｍ以上の条件を満たしてい
ればよい。しかし、材料ロットの相違や成形条件の変更
によって発生する軸穴径そのものの変動をピン径の修正
を行うことなく、背板側切除部位の寸法の調整によって
改善することも同時に期待するのであれば、背板側切除
部位の寸法は８ｍｍ以上、望ましくは１２ｍｍ〜１３ｍ
ｍ以上に設定できることが望ましい。図１０および図１
１からも明らかなように、背板側切除部位がある程度大
きくなると、冷却速度が安定するため軸穴径ばらつきは
０．０２０ｍｍ〜０．０３０ｍｍで安定する。一方、図
７〜図９からも明らかなように、軸穴径自体は背板側切
除部位の寸法が大きくなるにしたがって大きくなる。こ
のため、背板側切除部位の寸法が比較的大きい状態で成
形型ピン径の初期調整を行っておけば、背板側切除部位
の寸法を若干調整することによって材料ロット等の変化
によって発生する軸穴径の変動に対処できる。このと
き、背板側切除部位の寸法の設定上限が小さいと軸穴径
を変化させる目的で背板側切除部位の寸法を調整した場
合に２ｍｍ〜８ｍｍという軸穴径ばらつきの大きい寸法
に設定せざるをえない場合が発生するためである。この
ため、軸穴径のばらつきの小さい背板側切除部位の寸法
領域で、背板側切除部位の寸法変更によってばらつきが
大きくならないことを確認したうえでピン径の初期調整
を行うのが重量である。なお、本発明は、図４，図５に
示したように、背板側切除部位の寸法を変えることによ
って、インペラ内部の繊維の配向をコントロールするこ
とが可能なため、製品強度が不足した際の強度特性の向
上手段にも使用することができる。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ターボチャージャ搭載車独特の「異音」が発生しな
い、安価な繊維強化樹脂製インペラとして好適なインペ
ラ成形体およびその成形型を得ることが可能であるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による改良された繊維強化樹
脂製インペラ成形体の説明図である。

【図２】繊維強化樹脂製インペラ成形体の軸穴径および
そのばらつきと背板側切除部位の寸法（大中小三種類）
との関係を示す説明図である。

【図３】背板側切除部位の深さを変えることが可能な成
形型の構造を示す断面説明図である。

【図４】インペラに背板側切除部位がある場合における
繊維の配向を示す説明図である。

【図５】インペラに背板側切除部位がない場合における
繊維の配向を示す説明図である。

【図６】背板側切除部位の深さを変えることが可能な成
形型においてスペーサを降下させている状態を示す断面
説明図である。

【図７】背板側切除部位の寸法と軸穴径管理部位Ａの平
均軸穴径との関係を示すグラフである。

【図８】背板側切除部位の寸法と軸穴径管理部位Ａの平
均軸穴径との関係を示すグラフである。

【図９】背板側切除部位の寸法と軸穴径管理部位Ａの平
均軸穴径との関係を示すグラフである。

【図１０】背板側切除部位の寸法と軸穴径のばらつきと
の関係を示すグラフである。

【図１１】背板側切除部位の寸法と軸穴径のばらつきと
の関係を示すグラフである。

【図１２】インペラの軸穴径とシャフト径との差が小さ
い場合に異音発生が小さいことを示す説明図である。

【図１３】インペラの軸穴径がシャフト径よりもかなり
大きい場合におけるターボチャージャの異音発生メカニ
ズムを示す説明図である。

【図１４】従来の繊維強化樹脂製インペラ成形体の説明
図である。

【図１５】成形時に発生する「ヒケ」によって軸穴寸法
不良が発生しやすい領域を示す説明図である。

【図１６】軸穴精度の不良部位によっては異音の発生が
ある場合を示す説明図である。

【図１７】軸穴精度の不良部位によっては異音の発生が
ない場合を示す説明図である。

【図１８】軸穴精度が必要な部位と不要な部位とを示す
説明図である。

【図１９】組立の可能な軸穴のマイナス公差を示すグラ
フである。

【図２０】軸穴／シャフト接触部位の両端に設けた軸穴
径管理部位Ａ，Ｂを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 繊維強化樹脂製インペラ １ａ 軸穴 １ｂ ボス部 １ｃ 翼部 １ｄ 背板部 ２ シャフト ３ ナット ４ スプルー ５ ピン ６ 深さ調整用スペーサ ８ 深さ調整用ロッド １０ 繊維強化樹脂製インペラ成形用成形型 １１ 繊維強化樹脂製インペラ成形体 Ａ 背板側軸穴径管理部位 Ｂ ボス軸穴径管理部位

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ // Ｂ２９Ｋ 105:06 Ｂ２９Ｌ 31:08 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 5/04 B29C 45/26 F01D 5/28 F02B 39/00 B29K 105:06 B29L 31:08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸穴の機械加工を施すことなく製品とし
   て使用する繊維強化樹脂製インペラ成形体において、前
   記インペラの軸穴の内面とシャフトとが接触する部位の
   両端部に設けた、ボス側２ｍｍ以上、背板側３ｍｍ以上
   の軸穴径管理部位の軸穴径を、嵌合するシャフト径に対
   して−０．０１５ｍｍ〜＋０．０２０ｍｍとしたことを
   特徴とする軸穴の機械加工を施すことなく製品として使
   用する繊維強化樹脂製インペラ成形体。
2. 【請求項２】 インペラのボス側から射出を行うことに
   よって成形される繊維強化樹脂製インペラ成形体におい
   て、インペラの背板側端面部で且つボス側切除部位であ
   るスプルーと同軸上の位置に背板側切除部位を設けたこ
   とを特徴とする繊維強化樹脂製インペラ成形体。
3. 【請求項３】 インペラの背板側端面部で且つボス側切
   除部位であるスプルーと同軸上の位置に設けた背板側切
   除部位の寸法を、２ｍｍ以下または８ｍｍ以上としたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂製インペ
   ラ成形体。
4. 【請求項４】 繊維強化樹脂製インペラ成形体形状に相
   当するキャビティ部と、インペラの軸穴を形成するピン
   と、繊維強化樹脂製インペラ成形体に設ける背板側切除
   部位の幅方向寸法を変更可能とするスペーサを備えたこ
   とを特徴とする繊維強化樹脂製インペラ成形用成形型。
5. 【請求項５】 射出成形機に対し成形型を脱着すること
   なく、前記スペーサの位置を変える機構を備えていて、
   繊維強化樹脂製インペラ成形体に設ける背板側切除部位
   の寸法を変更可能としたことを特徴とする請求項４に記
   載の繊維強化樹脂製インペラ成形用成形型。