インペラ及びこれを備えた回転機械並びにインペラの製造方法
【課題】低コストで製造可能でありながら、従来の性能を維持する。
【解決手段】径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレード６と、ブレード６の軸方向他方側に設けられ、ブレード６が取り付けられ、回転軸Ｓに取り付けられるディスク７と、ブレード６の軸方向一方側に設けられ、ブレード６が取り付けられたシュラウド８とを備え、ブレード６とディスク７とシュラウド８とによって複数の流路３が形成されたインペラ１であって、ブレード６と、シュラウド８と、ディスク７の軸方向他方側の部分７ａとが一体的に形成された第一部材４と、ディスク７の軸方向一方側の部分７ｂを構成する第二部材５とを備えることを特徴とするインペラ１。
【解決手段】径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレード６と、ブレード６の軸方向他方側に設けられ、ブレード６が取り付けられ、回転軸Ｓに取り付けられるディスク７と、ブレード６の軸方向一方側に設けられ、ブレード６が取り付けられたシュラウド８とを備え、ブレード６とディスク７とシュラウド８とによって複数の流路３が形成されたインペラ１であって、ブレード６と、シュラウド８と、ディスク７の軸方向他方側の部分７ａとが一体的に形成された第一部材４と、ディスク７の軸方向一方側の部分７ｂを構成する第二部材５とを備えることを特徴とするインペラ１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば遠心圧縮機等の回転機械におけるインペラ及びこのインペラを備えた回転機械、並びにインペラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２及び図１４に示すように、一般に、遠心圧縮機等の回転機械に使用されるインペラ１０１は、回転軸Ｓの固定されるハブ部１１２と、ハブ部１１２と一体に設けられる円盤形状のディスク１０７と、ディスク１０７から中心軸Ｌの軸方向に離間して配置されるシュラウド１０８と、周方向に複数設けられ、これらディスク１０７とシュラウド１０８とを連結する複数のブレード１０６とを有している。この種のインペラでは、これらブレード１０６の側面と、ディスク１０７とシュラウド１０８との互いに対向する二面とで囲まれた部分が、空気を圧縮するための流路１０３となっている。また、ハブ部１１２を回転機械の回転軸Ｓに焼き嵌めすることにより、インペラ１０１を回転軸Ｓに固定している。
【０００３】
この流路１０３は、内周側で中心軸Ｌの軸方向一方側に向かって開口すると共に、径方向外周側に向かうように次第に湾曲し、外周側で径方向に向かって開口している。即ち、流路１０３は、軸方向一方側から他方側に沿って導入された流体を径方向外周側に向かわせるため、周方向視において湾曲した形状をなしている（特に、図１４参照）。さらに、図１３に示すように、ブレード１０６はディスク１０７に対して傾斜して接続されることによってインペラ１０１の圧縮性能の向上を図っており、これにより、流路１０３は複雑な三次元形状を呈している。
【０００４】
インペラ１０１の製造方法としては、ブレード１０６と、ディスク１０７またはシュラウド１０８の一方を一体的に形成するとともに、他方を別途製造し、これらを溶接やろう付けにより一体化する方法が知られている。また、インペラには高い剛性が要求されているため、ディスク１０７、シュラウド１０８、及びブレード１０６を単一の母材から削り出すことで、強度信頼性の高いワンピースインペラとすることが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、インペラ１０１の流路１０３は湾曲部分を有する複雑な形状であり、かつ流路内が狭隘であるため、ワンピースインペラ１０１の製造の際は、流路１０３入口及び出口とすべき位置から例えば加工用電極等の加工部材を挿入しつつ複雑な切削加工を行う必要がある。また、特許文献１に記載されているような製造方法においても、特別な加工部材を用いて流路を形成する必要があり、製造コストがかかっていた。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、容易かつ低コストで製造可能でありながら、従来の性能を維持するインペラ及びこれを備えた回転機械並びにインペラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のインペラは、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられ、回転軸に取り付けられるディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラであって、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材と、前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、インペラを第一部材と第二部材とに分割し、第二部材をディスクの軸方向一方側の部分を構成する部位としたことによって、第一部材の流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上する。即ち、流路の出口とすべき位置から加工工具を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、流路を形成する際の加工が容易となる。また、流路の入口である導入口とすべき位置から加工工具を挿入する際、干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、導入口の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００１０】
上記インペラにおいて、前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の少なくとも一方が平面に形成されていることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状がより簡素化されるため、加工工具のアクセス性が向上し、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１２】
上記インペラにおいて、前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の両方が平面に形成されていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状のうち周方向視における断面形状に湾曲部がなくなるため、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１４】
上記インペラにおいて、軸方向から視て前記ブレードが、前記ディスク又は前記シュラウドの平面の範囲に設けられていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状がより簡素化されるため、加工工具のアクセス性が向上し、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１６】
上記インペラにおいて、前記第二部材における軸方向一方側に向く面は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうように湾曲形成されていることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、第二部材における軸方向一方側に向く面によって、インペラに導入された流体を滞りなく流路に導くことができる。これにより、インペラの圧縮性能を維持することができる。
【００１８】
上記インペラにおいて、前記第一部材は、前記回転軸に固定される固定部を有することが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、第一部材と第二部材とを一体化させた上で、従来のディスクのハブ部に相当する第二部材を回転軸に固定する場合と比較して、より強固にインペラを回転軸に固定することができる。即ち、第二部材よりも重量のある第一部材を直接回転軸に固定することにより、より強固にインペラを回転軸に固定することができる。
【００２０】
上記インペラにおいて、前記ブレードの流路を形成する面は、前記ディスクの前記シュラウドと対向する面に対して直交して形成されていることが好ましい。
【００２１】
この発明においては、ブレードの流路を形成する面がディスクに対して傾斜した形状と比較して、ブレードの形状がより簡素化されているため、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００２２】
また、本発明は、上記インペラを備える回転機械を提供する。
このような回転機械は、上記インペラを採用することにより、低コストで提供することができる。
【００２３】
また、本発明のインペラの製造方法は、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラの製造方法であって、インペラの軸方向他方側を形成するための母材に対して切削加工を施すことにより前記流路を形成し、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材を形成する第一部材形成工程と、前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材を形成する第二部材形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、インペラを第一部材と第二部材とに分割した上でこれらを別工程で形成し、第二部材形成工程によって形成される第二部材をディスクの軸方向一方側の部分を構成する部位とした。これにより、第一部材の流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上する。即ち、流路の出口とすべき位置から加工工具を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、流路を形成する際の加工が容易となる。また、流路の入口である導入口とすべき位置から加工工具を挿入する際、干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、導入口の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００２５】
上記インペラの製造方法において、前記第二部材形成工程では、前記第二部材における軸方向一方側に向く面に、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうような湾曲部を形成することが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、第二部材形成工程によって形成された第二部材を備えたインペラに導入された空気が、第二部材における軸方向一方側に向く面によって滞りなく流路に導かれるため、インペラの性能を低下させることがない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、インペラの流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上するため、製造時間を短縮することができ、製造コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態のインペラが適用された遠心圧縮機を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態のインペラを示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】本発明の実施形態のインペラの断面図である。
【図５】本発明の実施形態のインペラの分解断面図である。
【図６】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態のインペラの別形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態のインペラの更に別形態を示す断面図である。
【図１２】従来のインペラを示す斜視図である。
【図１３】図１２のＢ部拡大図である。
【図１４】従来のインペラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の回転機械である遠心圧縮機５０は、一例として、図１に示すように、主として、軸線Ｐ周りに回転させられる回転軸Ｓと、回転軸Ｓに取り付けられて遠心力を利用して流体を圧縮するインペラ１と、回転軸Ｓを回転可能に支持すると共に流体を上流側から下流側に流す流路５２が形成されたケーシング５３と、によって構成されている。
【００３０】
ケーシング５３は、略円柱状の外郭をなすように形成され、中心を貫くように回転軸Ｓが配置されている。ケーシング５３のうち回転軸Ｓの軸方向の両端には、ジャーナル軸受５４が設けられ、一端には、スラスト軸受５５が設けられている。これらジャーナル軸受５４及びスラスト軸受５５は回転軸Ｓを回転可能に支持している。即ち、回転軸Ｓは、ジャーナル軸受５４及びスラスト軸受５５を介してケーシング５３に支持されている。
また、ケーシング５３のうち軸方向の一端側には流体を外部から流入させる吸込口５６が設けられ、他端側には流体が外部に流出する排出口５７が設けられている。ケーシング５３内には、これら吸込口５６及び排出口５７にそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ１を収容する空間として機能すると共に上記流路５２としても機能する。即ち、吸込口５６と排出口５７とは、インペラ１及び流路５２を介して連通している。
【００３１】
インペラ１は、回転軸Ｓの軸方向に間隔を空けて複数配列されている。なお、図示例において、インペラ１は６つ設けられているが少なくとも１つ以上設けられていればよい。
【００３２】
図２及び図４に示すように、インペラ１は、略円盤状をなし、中心軸Ｌ方向（以下、軸方向と称する）の一方側に開口された導入口２より吸入された流体を、インペラ１の内部に形成された流路３を介して径方向外周側に向かって放出するように構成されている。
なお、以下においては、径方向において、インペラ１の外周側を単に外周側、インペラ１の内周側を単に内周側と称する。また、流体の上流側となる図２及び図４の上方を軸方向一方側と称し、流体の下流側となる図２及び図４の下方を軸方向他方側と称する。
【００３３】
本実施形態のインペラ１は、軸方向他方側をなす略円盤状の第一部材４と、軸方向一方側をなし、軸方向他方側に向かって徐々に拡径する外周面を有する略円筒形状の第二部材５とを備える。そして、第一部材４と第二部材５とにより、インペラ１における回転軸Ｓに固定されるディスク７と、ディスク７の軸方向一方側に内周側から外周側に向かうようにして周方向に複数設けられたブレード６と、ディスク７と軸方向一方側に対向して設けられてブレード６に取り付けられたシュラウド８とが構成されている。第一部材４及び第二部材５は、本実施形態では互いに固定されておらず、それぞれ回転軸Ｓに固定されることで、第一部材４と第二部材５との間に導入口２を画定し、さらに、導入口２と流路３とを接続する吸入部９を画定する。
【００３４】
第一部材４は、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレード６と、ブレード６の軸方向他方側に設けられ、ブレード６が取り付けられるディスク７の軸方向他方側を構成する第一部分７ａと、ブレード６の軸方向一方側に設けられ、ブレード６が取り付けられたシュラウド８とを備えている。即ち、シュラウド８は、ディスク７の第一部分７ａから所定距離だけ離間して配置されている。第一部材４は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成される。
【００３５】
ディスク７の第一部分７ａは、回転軸Ｓに固定される固定部１２と、固定部１２と一体に形成され、略円盤形状をなすディスク本体部１１とからなる。
固定部１２は、中央部に軸方向に貫通する嵌合孔１３を有する円筒形状に形成されている。嵌合孔１３は、インペラ１を回転軸Ｓに固定する際に、回転軸Ｓに挿入され、嵌合される孔である。ディスク本体部１１は、軸方向から見て略円形をなし、固定部１２の軸方向一端に形成されている。また、ディスク本体部１１の軸方向一方側の一面１１ａは略平面とされている。
【００３６】
言い換えれば、固定部１２は、ディスク本体部１１の中央部において軸方向他方側へ突出する円柱状の部位である。固定部１２は軸方向他方側に所定量突出しているが、この突出量はインペラ１を回転軸Ｓに焼き嵌め固定するために必要な締結力に応じて適宜設定される。
【００３７】
ブレード６は、ディスク本体部１１の一面１１ａに複数が設けられている。複数のブレード６は、それぞれ一定の板厚（翼厚）を有し、径方向内周側から外周側に向かって略放射状に、周方向に一定間隔をあけて設けられている。また、ブレード６は、それぞれディスク７の径方向内周側から外周側に向かうに従って、周方向の一方向に向かって湾曲するように延在している。
【００３８】
また、ブレード６の径方向内周側の内端部６ａは、嵌合孔１３の内周面１３ａに対して、所定距離Ｇだけ離間している。この距離Ｇは、吸入部９及びこの吸入部９に連通する流路３の形状等に応じて適宜設定され、第二部材５の外周端よりも外周側に位置するように設定されている。
【００３９】
シュラウド８は、複数のブレード６を軸方向一方側から覆うように、これらブレード６と一体に設けられた略円盤形状の部材である。シュラウド８は、中心軸Ｌを中心とした円盤形状をなし、具体的には軸方向一方側に向かうに従って漸次縮径する傘形状をなす。また、シュラウド８の径方向内周側は、軸方向一方側に立ち上がる円筒部１４をなしている。円筒部１４は、第一部材４と第二部材５とを組み合わせることで、第二部材５の小径面１７（図５参照）とともに導入口２を画定する。
【００４０】
また、シュラウド８の軸方向他方側の他面８ａ、即ち、シュラウド８のディスク７の一面１１ａと対向する面のうち、ブレード６が形成されている範囲は略平面とされている。即ち、シュラウド８の他面８ａは、ブレード６が形成されている範囲の軸方向に垂直な断面は、直線で描くことが可能である。
【００４１】
図３に示すように、流路３は、ブレード６とディスク７の第一部分７ａとシュラウド８とのそれぞれの間で形成されている。言い換えれば、流路３は、ディスク７の一面１１ａと、シュラウド８の軸方向他方側の面である他面８ａと、互いに隣接するブレード６において、一方のブレード６の周方向他方側の面６ｂ及び他方のブレード６の周方向一方側の面６ｃとで囲まれた空間によって構成されている。
【００４２】
また、本実施形態においては、ブレード６は、ディスク７の一面１１ａに対して略垂直となるように設けられている。言い換えれば、ブレード６、ディスク７、及びシュラウド８によって画定される流路３はその断面形状が矩形となる。即ち、ブレード６の流路３を形成する面は、ディスク７の一面１１ａに対して略直交して形成されている。
【００４３】
第二部材５は、ディスク７の第二部分７ｂを有し、中心軸Ｌを中心とした略円筒形状の部材であり、軸方向他方側に向かって徐々に拡径する外周面１６を有している。第二部材５の径方向中央部には、嵌合孔１３と略同一の内径を有する第二嵌合孔１５が形成されている。また、第二部材５の他端面５ａは平面とされている。
【００４４】
第二部材５の外周面１６は、小径面１７と拡径面１８とからなる。第二部材５の軸方向一方側の端部を含む小径面１７は、軸方向に沿って同一径となるように形成されている。第二部材５の軸方向他方側の端部を含む拡径面１８は、他端面５ａに向かって徐々に拡径する湾曲面とされている。小径面１７と拡径面１８とはなだらかに接続されており、また、拡径面１８は、他端部において拡径面１８の法線が略軸方向を向くように形成される。即ち、第一部材４と第二部材５とを組み合わせた際、拡径面１８とディスク７の一面１１ａとがなだらかに接続されるように形成されている。
【００４５】
また、第二部材５の他端面５ａの直径は、シュラウド８の円筒部１４の内径より小さくなるように形成されている。
なお、拡径面１８の形状は上述したような湾曲面に限らず、角度が一定の斜面としてもよい。また、小径面１７は特に設ける必要はなく、外周面１６を拡径面１８のみとする構成としてもよい。
【００４６】
次に、上述したような、本実施形態のインペラ１の回転軸Ｓへの組み付け方法を説明する。まず、図５に示すように、回転軸Ｓに対して、第一部材４の固定部１２の内周面を焼き嵌めによって固定する。具体的には、第一部材４の嵌合孔１３の内周面を加熱することで、嵌合孔１３を拡径させ、この状態で嵌合孔１３を回転軸Ｓに挿通させる。そして、嵌合孔１３の周囲を冷却して縮径させ、嵌合孔１３を回転軸Ｓの外周面に密着させることによって、第一部材４と回転軸Ｓとを一体に固着させる。
【００４７】
次いで、第一部材４と同様に、第二部材５を焼き嵌めによって回転軸Ｓに固定する。この際、第二部材５の他端面５ａを第一部材のディスク７の一面１１ａに当接させた上で焼き嵌めを行う。
なお、回転軸Ｓに固定する順番は、上述した順番に限らず、第二部材５を回転軸Ｓに固定した後で、第一部材４を回転軸Ｓに固定してもよい。
【００４８】
以上のように、回転軸Ｓに組み付けられた第一部材４と第二部材５とによって、インペラ１が形成される。第二部材５の他端面５ａと第一部材４の一面１１ａとが当接することによって、第一部材４と第二部材５の相対的な位置が決定し、これにより、導入口２及び吸入部９が画定される。
【００４９】
なお、組み付け方法は上述した方法に限ることはなく、例えば、第二部材５を第一部材４に溶接等の方法で接合した後、第一部材４と第二部材５とを回転軸Ｓに固定する方法を用いてもよい。
【００５０】
以上に示したインペラ１では、導入口２から流入した流体が吸入部９において、第二部材５の拡径面１８によって内周側から外周側へ向けられる。次いで、吸入部９から流路３に流入した流体は、図示しない駆動源による回転軸Ｓの回転で生じる遠心力によって加速され、流路３の外周端から排出される。
【００５１】
上述したような、本実施形態のインペラ１の製造方法について説明する。本実施形態に係るインペラ１の製造方法は、第一部材４を形成する第一部材形成工程と、第二部材５を形成する第二部材形成工程とを有する。
【００５２】
第一部材形成工程は、第一母材形成工程と、切削工程とを有する。まず、図６に示すように、第一母材形成工程として、回転軸Ｓが挿入される嵌合孔１３及び固定部１２が形成された略円筒状の母材３０を鍛造する。そして、図７に示すように、シュラウド８の軸方向一方側の面である傾斜面８ｂを、例えば旋盤加工等により形成して、円盤体３２を形成する。
なお、ここでは母材３０を旋盤加工等して円盤体３２を形成するものとしたが、鍛造のみによって円盤体３２を形成しても構わない。また、ここでは鍛造によって嵌合孔１３及び固定部１２が形成された円筒状の母材３０を採用するものとしたが、例えば円盤状の母材を用い、嵌合孔１３及び固定部１２を旋盤加工等しても構わない。
【００５３】
次いで、図８に示すように、切削工程として、円盤体３２の外周側から流路３を形成する。具体的には、流路３は放電加工法により、流路３の出口とすべき位置から流路３の形状に対応した電極３３を挿入することによって形成される。
ここで、電極３３は断面視矩形形状の細長の部材である。また、電極３３は、流路３の高さよりも小さい高さを有する形状を有するとともに、流路３の軸方向視した形状と対応した湾曲形状及び幅寸法を有している。また、電極３３は、例えばグラファイトや銅などにより形成されており、図示しない放電加工機に取り付けられている。
【００５４】
放電加工の際は、まず、円盤体３２を例えば図示しない放電加工油に浸漬する。次いで、図８に示すように、電極３３を用いて流路３となる部分を挿入しつつ、円盤体３２と流路３とを相対的に径方向及び周方向にそれぞれ移動させ、また、必要に応じて軸方向にも移動させて放電加工を行う。なおこの際、電極３３による放電加工の加工条件（電流、電圧、パルス、送り速度）を適宜変更しながら行ってもよい。
以上に示した工程を、インペラ１に形成される各々の流路３について繰り返し実施することで、複数の流路３が形成される。
【００５５】
次いで、図９に示すように、電極３３を軸方向一方側から挿入し、シュラウド８の内周面を加工する。
なお、本実施形態においては、１種類の電極３３により放電加工を行うものとしたが、これに限られるものではなく、例えば大きさや材質が異なる複数種類の電極を用いて、粗加工、中間加工及び仕上げ加工するものとしてもよい。
【００５６】
次に、第二部材形成工程は、円筒状の母材を旋盤加工することによって、第二部材５（図５参照）を形成する。第二部材形成工程においては、第二部材５における軸方向の他方から一方に向かうに従って、径方向外周側に向かうような湾曲形状の拡径面１８を有する外周面１６を形成する。
なお、第二部材５は、母材を旋盤加工することによって得ることのみならず、鍛造のみによって第二部材５を形成しても構わない。
【００５７】
上記実施形態によれば、第一部材４のブレード６、ディスク７、及びシュラウド８によって形成される流路３の形状が、周方向視において略直線状をなしているため、直線状の電極３３を用いた放電加工がより容易となる。軸方向に導入された空気を径方向に向かわせるための従来のハブ部に相当する第二部材５は、別部材とされているため、インペラ１の導入口２付近の加工も容易となる。
【００５８】
言い換えれば、インペラ１を第一部材４と第二部材５とに分割し、第二部材５をディスク７の軸方向一方側の部分を構成する部位としたことによって、第一部材４の流路３を形成する際に、電極３３のアクセス性が向上する。即ち、流路３の出口とすべき位置から電極３３を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材５として別部材としたことによって、流路３を形成する際の加工が容易となる。また、流路３の入口である導入口２とすべき位置から電極３３を挿入する際、軸方向他方側の干渉物となっていた部位を第二部材５として別部材としたことによって、導入口２の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００５９】
また、第二部材５における拡径面１８によって、インペラ１に導入された流体を滞りなく流路３に導くことができるため、インペラ１の圧縮性能を維持することができる。
【００６０】
また、第一部材４と第二部材５とをそれぞれ別途回転軸Ｓに焼き嵌めして固定するため、第一部材４と第二部材５とを一体化させた上でいずれかの部材を回転軸Ｓに固定する場合と比較して、より強固にインペラ１を回転軸Ｓに固定することができる。
【００６１】
また、ブレード６の流路３を形成する面がディスク７に対して直交して形成されていることにより、ブレード６の流路３を形成する面がディスク７に対して傾斜した形状と比較して、ブレード６の形状がより簡素化されているため、流路３形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００６２】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態においては、第二部材５の他端面５ａと第一部材４の一面１１ａとは、それぞれ略平面とした。これに対し、図１０に示すように、インペラ１Ｂを構成する第二部材５Ｂの他端面５Ｂａに、この他端面５Ｂａを軸方向他方側に延長する形状の凸部２０を設け、この凸部２０に対応する凹部２１を第一部材４Ｂの一面１１Ｂａに設ける構成としてもよい。
ここで、第二部材５Ｂと第一部材４Ｂとは、第二部材５Ｂの他端面５Ｂａにおいて焼き嵌め等により固定されているが、第二部材５Ｂと、回転軸Ｓとは固定する必要はない。
このような構成とすることにより、第二部材５Ｂの他端面５Ｂａの外周側が薄肉形状とならないため、第二部材５Ｂの加工が容易となる。
【００６３】
また、図１１に示すように、インペラ１Ｃを構成する第一部材４Ｃにディスク７Ｃの他方側に延出する固定部は必ずしも設ける必要はない。この形態においては、第二部材５Ｃの軸方向他端部からの寸法ｄは、第一部材４Ｃと回転軸Ｓとの固定強度が十分確保できる範囲で、可能な限り大きく取ることが好ましい。寸法ｄを大きくすればするほど、流路３Ｃ及び導入口２Ｃの加工時に加工部材のアクセス性が増し、好ましい。
さらに、図１０において、第二部材５Ｂを回転軸Ｓと第一部材４Ｂに焼き嵌め等する場合においても固定部は必ずしも設ける必要はない。
【００６４】
また、流路等を加工する方法としては、放電加工に限ることはなく、機械加工によって流路等を加工してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ…回転軸、１…インペラ、３…流路、４…第一部材、５…第二部材、６…ブレード、７…ディスク、８…シュラウド、８ａ…他面、１１…ディスク本体部、１１ａ…一面、１２…固定部、１８…拡径面、５０…遠心圧縮機（回転機械）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば遠心圧縮機等の回転機械におけるインペラ及びこのインペラを備えた回転機械、並びにインペラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１２及び図１４に示すように、一般に、遠心圧縮機等の回転機械に使用されるインペラ１０１は、回転軸Ｓの固定されるハブ部１１２と、ハブ部１１２と一体に設けられる円盤形状のディスク１０７と、ディスク１０７から中心軸Ｌの軸方向に離間して配置されるシュラウド１０８と、周方向に複数設けられ、これらディスク１０７とシュラウド１０８とを連結する複数のブレード１０６とを有している。この種のインペラでは、これらブレード１０６の側面と、ディスク１０７とシュラウド１０８との互いに対向する二面とで囲まれた部分が、空気を圧縮するための流路１０３となっている。また、ハブ部１１２を回転機械の回転軸Ｓに焼き嵌めすることにより、インペラ１０１を回転軸Ｓに固定している。
【０００３】
この流路１０３は、内周側で中心軸Ｌの軸方向一方側に向かって開口すると共に、径方向外周側に向かうように次第に湾曲し、外周側で径方向に向かって開口している。即ち、流路１０３は、軸方向一方側から他方側に沿って導入された流体を径方向外周側に向かわせるため、周方向視において湾曲した形状をなしている（特に、図１４参照）。さらに、図１３に示すように、ブレード１０６はディスク１０７に対して傾斜して接続されることによってインペラ１０１の圧縮性能の向上を図っており、これにより、流路１０３は複雑な三次元形状を呈している。
【０００４】
インペラ１０１の製造方法としては、ブレード１０６と、ディスク１０７またはシュラウド１０８の一方を一体的に形成するとともに、他方を別途製造し、これらを溶接やろう付けにより一体化する方法が知られている。また、インペラには高い剛性が要求されているため、ディスク１０７、シュラウド１０８、及びブレード１０６を単一の母材から削り出すことで、強度信頼性の高いワンピースインペラとすることが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、インペラ１０１の流路１０３は湾曲部分を有する複雑な形状であり、かつ流路内が狭隘であるため、ワンピースインペラ１０１の製造の際は、流路１０３入口及び出口とすべき位置から例えば加工用電極等の加工部材を挿入しつつ複雑な切削加工を行う必要がある。また、特許文献１に記載されているような製造方法においても、特別な加工部材を用いて流路を形成する必要があり、製造コストがかかっていた。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、容易かつ低コストで製造可能でありながら、従来の性能を維持するインペラ及びこれを備えた回転機械並びにインペラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のインペラは、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられ、回転軸に取り付けられるディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラであって、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材と、前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、インペラを第一部材と第二部材とに分割し、第二部材をディスクの軸方向一方側の部分を構成する部位としたことによって、第一部材の流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上する。即ち、流路の出口とすべき位置から加工工具を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、流路を形成する際の加工が容易となる。また、流路の入口である導入口とすべき位置から加工工具を挿入する際、干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、導入口の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００１０】
上記インペラにおいて、前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の少なくとも一方が平面に形成されていることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状がより簡素化されるため、加工工具のアクセス性が向上し、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１２】
上記インペラにおいて、前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の両方が平面に形成されていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状のうち周方向視における断面形状に湾曲部がなくなるため、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１４】
上記インペラにおいて、軸方向から視て前記ブレードが、前記ディスク又は前記シュラウドの平面の範囲に設けられていることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、ディスクとシュラウドとブレードとによって画定される流路の形状がより簡素化されるため、加工工具のアクセス性が向上し、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００１６】
上記インペラにおいて、前記第二部材における軸方向一方側に向く面は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうように湾曲形成されていることが好ましい。
【００１７】
この発明によれば、第二部材における軸方向一方側に向く面によって、インペラに導入された流体を滞りなく流路に導くことができる。これにより、インペラの圧縮性能を維持することができる。
【００１８】
上記インペラにおいて、前記第一部材は、前記回転軸に固定される固定部を有することが好ましい。
【００１９】
この発明によれば、第一部材と第二部材とを一体化させた上で、従来のディスクのハブ部に相当する第二部材を回転軸に固定する場合と比較して、より強固にインペラを回転軸に固定することができる。即ち、第二部材よりも重量のある第一部材を直接回転軸に固定することにより、より強固にインペラを回転軸に固定することができる。
【００２０】
上記インペラにおいて、前記ブレードの流路を形成する面は、前記ディスクの前記シュラウドと対向する面に対して直交して形成されていることが好ましい。
【００２１】
この発明においては、ブレードの流路を形成する面がディスクに対して傾斜した形状と比較して、ブレードの形状がより簡素化されているため、流路形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００２２】
また、本発明は、上記インペラを備える回転機械を提供する。
このような回転機械は、上記インペラを採用することにより、低コストで提供することができる。
【００２３】
また、本発明のインペラの製造方法は、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラの製造方法であって、インペラの軸方向他方側を形成するための母材に対して切削加工を施すことにより前記流路を形成し、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材を形成する第一部材形成工程と、前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材を形成する第二部材形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、インペラを第一部材と第二部材とに分割した上でこれらを別工程で形成し、第二部材形成工程によって形成される第二部材をディスクの軸方向一方側の部分を構成する部位とした。これにより、第一部材の流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上する。即ち、流路の出口とすべき位置から加工工具を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、流路を形成する際の加工が容易となる。また、流路の入口である導入口とすべき位置から加工工具を挿入する際、干渉物となっていた部位を第二部材として別部材としたことによって、導入口の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００２５】
上記インペラの製造方法において、前記第二部材形成工程では、前記第二部材における軸方向一方側に向く面に、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうような湾曲部を形成することが好ましい。
【００２６】
この発明によれば、第二部材形成工程によって形成された第二部材を備えたインペラに導入された空気が、第二部材における軸方向一方側に向く面によって滞りなく流路に導かれるため、インペラの性能を低下させることがない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、インペラの流路部分を形成する際に、加工工具のアクセス性が向上するため、製造時間を短縮することができ、製造コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態のインペラが適用された遠心圧縮機を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態のインペラを示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】本発明の実施形態のインペラの断面図である。
【図５】本発明の実施形態のインペラの分解断面図である。
【図６】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施形態のインペラの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態のインペラの別形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態のインペラの更に別形態を示す断面図である。
【図１２】従来のインペラを示す斜視図である。
【図１３】図１２のＢ部拡大図である。
【図１４】従来のインペラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の回転機械である遠心圧縮機５０は、一例として、図１に示すように、主として、軸線Ｐ周りに回転させられる回転軸Ｓと、回転軸Ｓに取り付けられて遠心力を利用して流体を圧縮するインペラ１と、回転軸Ｓを回転可能に支持すると共に流体を上流側から下流側に流す流路５２が形成されたケーシング５３と、によって構成されている。
【００３０】
ケーシング５３は、略円柱状の外郭をなすように形成され、中心を貫くように回転軸Ｓが配置されている。ケーシング５３のうち回転軸Ｓの軸方向の両端には、ジャーナル軸受５４が設けられ、一端には、スラスト軸受５５が設けられている。これらジャーナル軸受５４及びスラスト軸受５５は回転軸Ｓを回転可能に支持している。即ち、回転軸Ｓは、ジャーナル軸受５４及びスラスト軸受５５を介してケーシング５３に支持されている。
また、ケーシング５３のうち軸方向の一端側には流体を外部から流入させる吸込口５６が設けられ、他端側には流体が外部に流出する排出口５７が設けられている。ケーシング５３内には、これら吸込口５６及び排出口５７にそれぞれ連通し、縮径及び拡径を繰り返す内部空間が設けられている。この内部空間は、インペラ１を収容する空間として機能すると共に上記流路５２としても機能する。即ち、吸込口５６と排出口５７とは、インペラ１及び流路５２を介して連通している。
【００３１】
インペラ１は、回転軸Ｓの軸方向に間隔を空けて複数配列されている。なお、図示例において、インペラ１は６つ設けられているが少なくとも１つ以上設けられていればよい。
【００３２】
図２及び図４に示すように、インペラ１は、略円盤状をなし、中心軸Ｌ方向（以下、軸方向と称する）の一方側に開口された導入口２より吸入された流体を、インペラ１の内部に形成された流路３を介して径方向外周側に向かって放出するように構成されている。
なお、以下においては、径方向において、インペラ１の外周側を単に外周側、インペラ１の内周側を単に内周側と称する。また、流体の上流側となる図２及び図４の上方を軸方向一方側と称し、流体の下流側となる図２及び図４の下方を軸方向他方側と称する。
【００３３】
本実施形態のインペラ１は、軸方向他方側をなす略円盤状の第一部材４と、軸方向一方側をなし、軸方向他方側に向かって徐々に拡径する外周面を有する略円筒形状の第二部材５とを備える。そして、第一部材４と第二部材５とにより、インペラ１における回転軸Ｓに固定されるディスク７と、ディスク７の軸方向一方側に内周側から外周側に向かうようにして周方向に複数設けられたブレード６と、ディスク７と軸方向一方側に対向して設けられてブレード６に取り付けられたシュラウド８とが構成されている。第一部材４及び第二部材５は、本実施形態では互いに固定されておらず、それぞれ回転軸Ｓに固定されることで、第一部材４と第二部材５との間に導入口２を画定し、さらに、導入口２と流路３とを接続する吸入部９を画定する。
【００３４】
第一部材４は、径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレード６と、ブレード６の軸方向他方側に設けられ、ブレード６が取り付けられるディスク７の軸方向他方側を構成する第一部分７ａと、ブレード６の軸方向一方側に設けられ、ブレード６が取り付けられたシュラウド８とを備えている。即ち、シュラウド８は、ディスク７の第一部分７ａから所定距離だけ離間して配置されている。第一部材４は、例えば析出硬化型ステンレス鋼により形成される。
【００３５】
ディスク７の第一部分７ａは、回転軸Ｓに固定される固定部１２と、固定部１２と一体に形成され、略円盤形状をなすディスク本体部１１とからなる。
固定部１２は、中央部に軸方向に貫通する嵌合孔１３を有する円筒形状に形成されている。嵌合孔１３は、インペラ１を回転軸Ｓに固定する際に、回転軸Ｓに挿入され、嵌合される孔である。ディスク本体部１１は、軸方向から見て略円形をなし、固定部１２の軸方向一端に形成されている。また、ディスク本体部１１の軸方向一方側の一面１１ａは略平面とされている。
【００３６】
言い換えれば、固定部１２は、ディスク本体部１１の中央部において軸方向他方側へ突出する円柱状の部位である。固定部１２は軸方向他方側に所定量突出しているが、この突出量はインペラ１を回転軸Ｓに焼き嵌め固定するために必要な締結力に応じて適宜設定される。
【００３７】
ブレード６は、ディスク本体部１１の一面１１ａに複数が設けられている。複数のブレード６は、それぞれ一定の板厚（翼厚）を有し、径方向内周側から外周側に向かって略放射状に、周方向に一定間隔をあけて設けられている。また、ブレード６は、それぞれディスク７の径方向内周側から外周側に向かうに従って、周方向の一方向に向かって湾曲するように延在している。
【００３８】
また、ブレード６の径方向内周側の内端部６ａは、嵌合孔１３の内周面１３ａに対して、所定距離Ｇだけ離間している。この距離Ｇは、吸入部９及びこの吸入部９に連通する流路３の形状等に応じて適宜設定され、第二部材５の外周端よりも外周側に位置するように設定されている。
【００３９】
シュラウド８は、複数のブレード６を軸方向一方側から覆うように、これらブレード６と一体に設けられた略円盤形状の部材である。シュラウド８は、中心軸Ｌを中心とした円盤形状をなし、具体的には軸方向一方側に向かうに従って漸次縮径する傘形状をなす。また、シュラウド８の径方向内周側は、軸方向一方側に立ち上がる円筒部１４をなしている。円筒部１４は、第一部材４と第二部材５とを組み合わせることで、第二部材５の小径面１７（図５参照）とともに導入口２を画定する。
【００４０】
また、シュラウド８の軸方向他方側の他面８ａ、即ち、シュラウド８のディスク７の一面１１ａと対向する面のうち、ブレード６が形成されている範囲は略平面とされている。即ち、シュラウド８の他面８ａは、ブレード６が形成されている範囲の軸方向に垂直な断面は、直線で描くことが可能である。
【００４１】
図３に示すように、流路３は、ブレード６とディスク７の第一部分７ａとシュラウド８とのそれぞれの間で形成されている。言い換えれば、流路３は、ディスク７の一面１１ａと、シュラウド８の軸方向他方側の面である他面８ａと、互いに隣接するブレード６において、一方のブレード６の周方向他方側の面６ｂ及び他方のブレード６の周方向一方側の面６ｃとで囲まれた空間によって構成されている。
【００４２】
また、本実施形態においては、ブレード６は、ディスク７の一面１１ａに対して略垂直となるように設けられている。言い換えれば、ブレード６、ディスク７、及びシュラウド８によって画定される流路３はその断面形状が矩形となる。即ち、ブレード６の流路３を形成する面は、ディスク７の一面１１ａに対して略直交して形成されている。
【００４３】
第二部材５は、ディスク７の第二部分７ｂを有し、中心軸Ｌを中心とした略円筒形状の部材であり、軸方向他方側に向かって徐々に拡径する外周面１６を有している。第二部材５の径方向中央部には、嵌合孔１３と略同一の内径を有する第二嵌合孔１５が形成されている。また、第二部材５の他端面５ａは平面とされている。
【００４４】
第二部材５の外周面１６は、小径面１７と拡径面１８とからなる。第二部材５の軸方向一方側の端部を含む小径面１７は、軸方向に沿って同一径となるように形成されている。第二部材５の軸方向他方側の端部を含む拡径面１８は、他端面５ａに向かって徐々に拡径する湾曲面とされている。小径面１７と拡径面１８とはなだらかに接続されており、また、拡径面１８は、他端部において拡径面１８の法線が略軸方向を向くように形成される。即ち、第一部材４と第二部材５とを組み合わせた際、拡径面１８とディスク７の一面１１ａとがなだらかに接続されるように形成されている。
【００４５】
また、第二部材５の他端面５ａの直径は、シュラウド８の円筒部１４の内径より小さくなるように形成されている。
なお、拡径面１８の形状は上述したような湾曲面に限らず、角度が一定の斜面としてもよい。また、小径面１７は特に設ける必要はなく、外周面１６を拡径面１８のみとする構成としてもよい。
【００４６】
次に、上述したような、本実施形態のインペラ１の回転軸Ｓへの組み付け方法を説明する。まず、図５に示すように、回転軸Ｓに対して、第一部材４の固定部１２の内周面を焼き嵌めによって固定する。具体的には、第一部材４の嵌合孔１３の内周面を加熱することで、嵌合孔１３を拡径させ、この状態で嵌合孔１３を回転軸Ｓに挿通させる。そして、嵌合孔１３の周囲を冷却して縮径させ、嵌合孔１３を回転軸Ｓの外周面に密着させることによって、第一部材４と回転軸Ｓとを一体に固着させる。
【００４７】
次いで、第一部材４と同様に、第二部材５を焼き嵌めによって回転軸Ｓに固定する。この際、第二部材５の他端面５ａを第一部材のディスク７の一面１１ａに当接させた上で焼き嵌めを行う。
なお、回転軸Ｓに固定する順番は、上述した順番に限らず、第二部材５を回転軸Ｓに固定した後で、第一部材４を回転軸Ｓに固定してもよい。
【００４８】
以上のように、回転軸Ｓに組み付けられた第一部材４と第二部材５とによって、インペラ１が形成される。第二部材５の他端面５ａと第一部材４の一面１１ａとが当接することによって、第一部材４と第二部材５の相対的な位置が決定し、これにより、導入口２及び吸入部９が画定される。
【００４９】
なお、組み付け方法は上述した方法に限ることはなく、例えば、第二部材５を第一部材４に溶接等の方法で接合した後、第一部材４と第二部材５とを回転軸Ｓに固定する方法を用いてもよい。
【００５０】
以上に示したインペラ１では、導入口２から流入した流体が吸入部９において、第二部材５の拡径面１８によって内周側から外周側へ向けられる。次いで、吸入部９から流路３に流入した流体は、図示しない駆動源による回転軸Ｓの回転で生じる遠心力によって加速され、流路３の外周端から排出される。
【００５１】
上述したような、本実施形態のインペラ１の製造方法について説明する。本実施形態に係るインペラ１の製造方法は、第一部材４を形成する第一部材形成工程と、第二部材５を形成する第二部材形成工程とを有する。
【００５２】
第一部材形成工程は、第一母材形成工程と、切削工程とを有する。まず、図６に示すように、第一母材形成工程として、回転軸Ｓが挿入される嵌合孔１３及び固定部１２が形成された略円筒状の母材３０を鍛造する。そして、図７に示すように、シュラウド８の軸方向一方側の面である傾斜面８ｂを、例えば旋盤加工等により形成して、円盤体３２を形成する。
なお、ここでは母材３０を旋盤加工等して円盤体３２を形成するものとしたが、鍛造のみによって円盤体３２を形成しても構わない。また、ここでは鍛造によって嵌合孔１３及び固定部１２が形成された円筒状の母材３０を採用するものとしたが、例えば円盤状の母材を用い、嵌合孔１３及び固定部１２を旋盤加工等しても構わない。
【００５３】
次いで、図８に示すように、切削工程として、円盤体３２の外周側から流路３を形成する。具体的には、流路３は放電加工法により、流路３の出口とすべき位置から流路３の形状に対応した電極３３を挿入することによって形成される。
ここで、電極３３は断面視矩形形状の細長の部材である。また、電極３３は、流路３の高さよりも小さい高さを有する形状を有するとともに、流路３の軸方向視した形状と対応した湾曲形状及び幅寸法を有している。また、電極３３は、例えばグラファイトや銅などにより形成されており、図示しない放電加工機に取り付けられている。
【００５４】
放電加工の際は、まず、円盤体３２を例えば図示しない放電加工油に浸漬する。次いで、図８に示すように、電極３３を用いて流路３となる部分を挿入しつつ、円盤体３２と流路３とを相対的に径方向及び周方向にそれぞれ移動させ、また、必要に応じて軸方向にも移動させて放電加工を行う。なおこの際、電極３３による放電加工の加工条件（電流、電圧、パルス、送り速度）を適宜変更しながら行ってもよい。
以上に示した工程を、インペラ１に形成される各々の流路３について繰り返し実施することで、複数の流路３が形成される。
【００５５】
次いで、図９に示すように、電極３３を軸方向一方側から挿入し、シュラウド８の内周面を加工する。
なお、本実施形態においては、１種類の電極３３により放電加工を行うものとしたが、これに限られるものではなく、例えば大きさや材質が異なる複数種類の電極を用いて、粗加工、中間加工及び仕上げ加工するものとしてもよい。
【００５６】
次に、第二部材形成工程は、円筒状の母材を旋盤加工することによって、第二部材５（図５参照）を形成する。第二部材形成工程においては、第二部材５における軸方向の他方から一方に向かうに従って、径方向外周側に向かうような湾曲形状の拡径面１８を有する外周面１６を形成する。
なお、第二部材５は、母材を旋盤加工することによって得ることのみならず、鍛造のみによって第二部材５を形成しても構わない。
【００５７】
上記実施形態によれば、第一部材４のブレード６、ディスク７、及びシュラウド８によって形成される流路３の形状が、周方向視において略直線状をなしているため、直線状の電極３３を用いた放電加工がより容易となる。軸方向に導入された空気を径方向に向かわせるための従来のハブ部に相当する第二部材５は、別部材とされているため、インペラ１の導入口２付近の加工も容易となる。
【００５８】
言い換えれば、インペラ１を第一部材４と第二部材５とに分割し、第二部材５をディスク７の軸方向一方側の部分を構成する部位としたことによって、第一部材４の流路３を形成する際に、電極３３のアクセス性が向上する。即ち、流路３の出口とすべき位置から電極３３を挿入する際、内周側の干渉物となっていた部位を第二部材５として別部材としたことによって、流路３を形成する際の加工が容易となる。また、流路３の入口である導入口２とすべき位置から電極３３を挿入する際、軸方向他方側の干渉物となっていた部位を第二部材５として別部材としたことによって、導入口２の加工が容易となる。これにより、製造時間を短縮することができ、ひいては製造コストを低く抑えることができる。
【００５９】
また、第二部材５における拡径面１８によって、インペラ１に導入された流体を滞りなく流路３に導くことができるため、インペラ１の圧縮性能を維持することができる。
【００６０】
また、第一部材４と第二部材５とをそれぞれ別途回転軸Ｓに焼き嵌めして固定するため、第一部材４と第二部材５とを一体化させた上でいずれかの部材を回転軸Ｓに固定する場合と比較して、より強固にインペラ１を回転軸Ｓに固定することができる。
【００６１】
また、ブレード６の流路３を形成する面がディスク７に対して直交して形成されていることにより、ブレード６の流路３を形成する面がディスク７に対して傾斜した形状と比較して、ブレード６の形状がより簡素化されているため、流路３形成の際の加工工数をより低減させることができる。
【００６２】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態においては、第二部材５の他端面５ａと第一部材４の一面１１ａとは、それぞれ略平面とした。これに対し、図１０に示すように、インペラ１Ｂを構成する第二部材５Ｂの他端面５Ｂａに、この他端面５Ｂａを軸方向他方側に延長する形状の凸部２０を設け、この凸部２０に対応する凹部２１を第一部材４Ｂの一面１１Ｂａに設ける構成としてもよい。
ここで、第二部材５Ｂと第一部材４Ｂとは、第二部材５Ｂの他端面５Ｂａにおいて焼き嵌め等により固定されているが、第二部材５Ｂと、回転軸Ｓとは固定する必要はない。
このような構成とすることにより、第二部材５Ｂの他端面５Ｂａの外周側が薄肉形状とならないため、第二部材５Ｂの加工が容易となる。
【００６３】
また、図１１に示すように、インペラ１Ｃを構成する第一部材４Ｃにディスク７Ｃの他方側に延出する固定部は必ずしも設ける必要はない。この形態においては、第二部材５Ｃの軸方向他端部からの寸法ｄは、第一部材４Ｃと回転軸Ｓとの固定強度が十分確保できる範囲で、可能な限り大きく取ることが好ましい。寸法ｄを大きくすればするほど、流路３Ｃ及び導入口２Ｃの加工時に加工部材のアクセス性が増し、好ましい。
さらに、図１０において、第二部材５Ｂを回転軸Ｓと第一部材４Ｂに焼き嵌め等する場合においても固定部は必ずしも設ける必要はない。
【００６４】
また、流路等を加工する方法としては、放電加工に限ることはなく、機械加工によって流路等を加工してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
Ｓ…回転軸、１…インペラ、３…流路、４…第一部材、５…第二部材、６…ブレード、７…ディスク、８…シュラウド、８ａ…他面、１１…ディスク本体部、１１ａ…一面、１２…固定部、１８…拡径面、５０…遠心圧縮機（回転機械）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、
前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、
前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられ、回転軸に取り付けられるディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラであって、
前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材と、
前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材とを備えることを特徴とするインペラ。
【請求項２】
前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の少なくとも一方が平面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３】
前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の両方が平面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインペラ。
【請求項４】
軸方向から視て前記ブレードが、前記ディスク又は前記シュラウドの平面の範囲に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインペラ。
【請求項５】
前記第二部材における軸方向一方側に向く面は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうように湾曲形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項６】
前記第一部材は、前記回転軸に固定される固定部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項７】
前記ブレードの流路を形成する面は、前記ディスクの前記シュラウドと対向する面に対して直交して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインペラを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項９】
径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、
前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、
前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラの製造方法であって、
インペラの軸方向他方側を形成するための母材に対して切削加工を施すことにより前記流路を形成し、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材を形成する第一部材形成工程と、
前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材を形成する第二部材形成工程と、を備えることを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項１０】
前記第二部材形成工程では、前記第二部材における軸方向一方側に向く面に、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうような湾曲部を形成することを特徴とする請求項９に記載のインペラの製造方法。
【請求項１】
径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、
前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、
前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられ、回転軸に取り付けられるディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラであって、
前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材と、
前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材とを備えることを特徴とするインペラ。
【請求項２】
前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の少なくとも一方が平面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３】
前記第一部材における前記ディスクと前記シュラウドとの互いに対向する面の両方が平面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインペラ。
【請求項４】
軸方向から視て前記ブレードが、前記ディスク又は前記シュラウドの平面の範囲に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインペラ。
【請求項５】
前記第二部材における軸方向一方側に向く面は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうように湾曲形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項６】
前記第一部材は、前記回転軸に固定される固定部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項７】
前記ブレードの流路を形成する面は、前記ディスクの前記シュラウドと対向する面に対して直交して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインペラ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインペラを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項９】
径方向内周側から外周側に向かって配され、周方向に複数設けられたブレードと、
前記ブレードの軸方向一方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたシュラウドと、
前記ブレードの軸方向他方側に設けられ、前記ブレードが取り付けられたディスクとを備え、前記ブレードと前記ディスクと前記シュラウドとによって複数の流路が形成されたインペラの製造方法であって、
インペラの軸方向他方側を形成するための母材に対して切削加工を施すことにより前記流路を形成し、前記ブレードと、前記シュラウドと、前記ディスクの軸方向他方側の部分とが一体的に形成された第一部材を形成する第一部材形成工程と、
前記ディスクの軸方向一方側の部分を構成する第二部材を形成する第二部材形成工程と、を備えることを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項１０】
前記第二部材形成工程では、前記第二部材における軸方向一方側に向く面に、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって径方向外周側に向かうような湾曲部を形成することを特徴とする請求項９に記載のインペラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４７４７９（Ｐ２０１３−４７４７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５８３８（Ｐ２０１１−１８５８３８）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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