CN110637151B - 涡轮动叶片、涡轮增压器以及涡轮动叶片的制造方法 - Google Patents

Abstract

涡轮动叶片是连结于旋转轴并绕轴线旋转的涡轮动叶片，具备：轮毂，其在沿着所述轴线的剖面上具有相对于所述轴线倾斜的轮毂面；动叶片，其设于所述轮毂面；至少一个肋，形成于所述动叶片的叶片面，并且在所述动叶片的子午面上沿与所述动叶片的跨度方向交叉的方向延伸。

Description

涡轮动叶片、涡轮增压器以及涡轮动叶片的制造方法

技术领域

本公开涉及涡轮动叶片、涡轮增压器以及涡轮动叶片的制造方法。

背景技术

在用于汽车等的发动机中，为了使发动机的输出提高，广泛已知一种排气涡轮增压器，其利用发动机的排出气体的能量使涡轮旋转，利用经由旋转轴与涡轮直连的离心压缩机将吸入空气压缩并供给到发动机。

在用于这种排气涡轮增压器的涡轮中，作为工作流体的排出气体从涡轮动叶片的前缘向后缘流动。但是，例如若产生从涡轮的轮毂沿叶片面向护罩流动的被称作二次流的工作流体的流动等，则工作流体的压力损失增加，涡轮效率降低。因此，要求抑制工作流体的二次流的产生。

另外，在用于排气涡轮增压器的涡轮中，涡轮动叶片有时会产生振动。若涡轮动叶片产生振动，则担心导致涡轮动叶片破损，因此要求抑制涡轮动叶片的振动。

因此，已知一种例如构成为抑制涡轮动叶片的振动的涡轮(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2014/128898号

专利文献2:日本特开2003－129862号公报

专利文献3:日本特开2015－194137号公报

专利文献4:日本特表2016－502589号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献所记载的涡轮中，通过设置叶片高度的中间部处的剖面形状的叶片厚度相对于前缘侧的叶片厚度急剧上升的叶片厚度变化部，调整动叶片的固有振动频率而抑制动叶片的振动。

但是，上述专利文献中未公开用于抑制工作流体的二次流的结构。

另外，上述专利文献2～4中公开了通过金属层叠造型法制造燃气轮机、蒸气涡轮等轴流涡轮的涡轮叶片的技术。然而，这些公报中记载的发明是通过金属层叠造型法制造作为轴流涡轮的一部分的涡轮叶片，并非一体地制造包含转子在内的整个轴流涡轮。

鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于提供能够抑制工作流体的二次流的涡轮动叶片、涡轮增压器以及涡轮动叶片的制造方法。

用于解决技术问题的手段

(1)本发明的至少一实施方式的涡轮动叶片是连结于旋转轴并绕轴线旋转的涡轮动叶片，其中，该涡轮动叶片具备：

轮毂，其在沿着所述轴线的剖面上具有相对于所述轴线倾斜的轮毂面；

动叶片，其设于所述轮毂面；

至少一个肋，其形成于所述动叶片的叶片面，并且在所述动叶片的子午面上沿与所述动叶片的跨度方向交叉的方向延伸。

根据上述(1)的结构，由于至少一个肋沿与动叶片的跨度方向交叉的方向延伸，因此能够抑制沿着动叶片的叶片面的跨度方向的二次流。由此，能够减少工作流体的压力损失，能够提高涡轮效率。另外，在上述(1)的结构中，由于利用肋加强动叶片，因此能够抑制动叶片中产生的振动。

(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，

在所述动叶片的子午面上，

所述至少一个肋的上游端形成为指向远离所述轴线的方向，

在将所述至少一个肋的上游端所指向的第一方向和与所述轴线平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ1，将所述至少一个肋的下游端所指向的第二方向和与所述轴线平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下，满足θ1＞θ2的关系。

根据上述(2)的结构，由于肋的上游端指向工作流体的流动的上游侧，下游端指向工作流体的流动的下游侧，因此至少一个肋的形状成为沿着工作流体的流动的形状，能够减少工作流体的压力损失。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)或者(2)的结构的基础上，所述至少一个肋在所述动叶片的子午面上具有朝向所述轴线侧凸出的圆弧状。

根据上述(3)的结构，由于肋具有朝向轴线侧凸出的圆弧状，因此至少一个肋的形状成为沿着工作流体的流动的形状，能够减少工作流体的压力损失。

(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中的任一结构的基础上，关于所述至少一个肋，在所述动叶片的子午面上，所述至少一个肋的至少一部分沿所述动叶片的子午线延伸。

根据上述(4)的结构，由于肋的至少一部分沿动叶片的子午线延伸，因此至少一个肋的形状成为沿着工作流体的流动的形状，能够减少工作流体的压力损失。

(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中的任一结构的基础上，所述至少一个肋构成为，在将所述子午面上的所述肋的长度设为L，将所述肋的厚度设为t的情况下，满足L≥2t的关系。

根据上述(5)的结构，能够利用具有长度L的肋在宽范围内抑制二次流。另外，由于肋的厚度t满足L≥2t的关系，因此能够抑制肋的厚度而抑制肋的形成所引起的涡轮动叶片的重量增加。

(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中的任一结构的基础上，所述至少一个肋具有高度从上游端向下游侧逐渐变大的倾斜部。

根据上述(6)的结构，由于肋具有高度从上游端向下游侧逐渐变大的倾斜部，因此与不具有倾斜部的肋相比，能够减少工作流体的压力损失。

(7)在几个实施方式中，在上述(1)至(6)中的任一结构的基础上，所述至少一个肋包含多个肋。

根据上述(7)的结构，与形成长度大的一个肋的情况相比，通过在二次流的抑制效果高的多个位置形成长度短的肋，能够抑制肋的形成所引起的涡轮动叶片的重量增加。

(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中的任一结构的基础上，在所述动叶片的子午面上，

在将所述跨度方向上的所述动叶片的整个高度设为Hb，将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述至少一个肋为止的高度设为Hl的情况下，

所述至少一个肋形成在满足Hl＞0.5×Hb的位置。

二次流所带来的损失的影响在动叶片的前端部侧比在动叶片的基端部侧大。另外，动叶片的子午线方向的长度随着从基端部侧向前端侧而变短。因此，即使肋的长度相同，相比于肋形成于基端部侧的情况，形成于前端部侧的情况也更能够有效地抑制二次流所带来的损失的影响。

关于这一点，根据上述(8)的结构，至少一个肋形成于满足Hl＞0.5×Hb的位置，因此在叶片面上形成在比起基端部侧更靠近前端部侧的位置，能够有效地抑制二次流所带来的损失的影响。

另外，动叶片中产生的振动在前端部侧有更大幅变形的趋势，因此通过将至少一个肋在叶片面上形成在比起基端部侧更靠近前端部侧的位置，能够有效地抑制动叶片中产生的振动。

(9)在几个实施方式中，在上述(8)的结构的基础上，所述至少一个肋形成于所述动叶片的负压面侧的叶片面。

在动叶片的负压面侧，从基端侧沿叶片面向前端侧流动的二次流尤其成为问题。关于这一点，根据上述(9)的结构，能够抑制负压面侧的二次流而抑制损失。

(10)在几个实施方式中，在上述(8)的结构的基础上，所述至少一个肋形成于所述动叶片的压力面侧的叶片面上的前端部的附近。

在动叶片的前端部与护罩之间存在叶尖间隙。在动叶片的压力面侧，间隙流通、即工作流体从压力面经由叶尖间隙向负压面的流动特别成为问题。若产生间隙流通，则涡轮效率降低而产生损失。

关于这一点，根据上述(10)的结构，能够抑制间隙流通而减少损失。

(11)在几个实施方式中，在上述(10)的结构的基础上，

在所述动叶片的子午面上，在将通过所述叶片面上的形成有所述至少一个肋的区域的子午线设为基准子午线的情况下，

所述区域构成为包含所述基准子午线上的所述叶片面的弯曲度最大的部分。

上述间隙流通在子午线上的叶片面的弯曲度大的部分有变多的趋势。

关于这一点，在上述(11)的结构中，由于在间隙流通变多的位置形成肋，因此能够有效地抑制间隙流通而减少损失。

(12)在几个实施方式中，在上述(8)至(11)中的任一结构的基础上，所述至少一个肋包含：

负压面侧肋，其形成于所述动叶片的负压面侧的叶片面；

压力面侧肋，其形成于所述动叶片的压力面侧的叶片面；

在所述动叶片的子午面上，

在将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述负压面侧肋为止的高度设为Hln，将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述压力面侧肋为止的高度设为Hlp的情况下，满足Hln＜Hlp的关系。

根据上述(12)的结构，能够利用负压面侧肋抑制负压面侧的二次流而减少损失。另外，根据上述(12)的结构，利用形成于比负压面侧肋更靠动叶片的前端部侧的位置的压力面侧肋，能够有效地抑制上述间隙流通而减少损失。而且，利用跨度方向上的距轮毂面的高度不同的负压面侧肋与压力面侧肋，能够抑制动叶片的宽范围内振动。

(13)在几个实施方式中，在上述(1)至(12)中的任一结构的基础上，所述动叶片与所述肋由相同的金属材料形成，

所述至少一个肋的密度比所述动叶片的密度小。

在涡轮动叶片中，动叶片所要求的强度与肋所要求的强度不同。即，在动叶片中，为了对抗离心力，需要较高的强度。

但是，在形成于动叶片的肋中，由于动叶片具有高强度，因此不需要像动叶片那样高的强度。因此，出于抑制涡轮动叶片的重量增加的观点，期望抑制肋的重量。

另外，在涡轮动叶片中将动叶片与肋一体成型的情况下，为了抑制肋的重量，考虑通过在肋与动叶片中改变疏密程度等而使肋的密度比动叶片的密度小。

关于这一点，根据上述(13)的结构，由于肋的密度比动叶片的密度小，因此能够抑制肋的重量，能够抑制涡轮动叶片的重量增加。

(14)本发明的至少一实施方式的涡轮增压器具备：

旋转轴；

压缩机叶轮，其连结于所述旋转轴的一端侧；

上述结构(1)至(13)中的任一结构的涡轮动叶片，其连结于所述旋转轴的另一端侧。

根据上述(14)的结构，由于具备上述结构(1)的涡轮动叶片，因此能够提高涡轮增压器的涡轮效率。另外，在上述(14)的结构中，由于具备上述结构(1)的涡轮动叶片，因此能够抑制动叶片中产生的振动。

(15)本发明的至少一实施方式的涡轮动叶片的制造方法是上述结构(1)至(13)中的任一结构的涡轮动叶片的制造方法，

通过对金属粉末进行层叠造型，一体地形成所述轮毂、所述动叶片以及所述肋。

例如在通过精密铸造制造涡轮动叶片的情况下，向模具注入蜡，制作蜡模。由于必须从模具中卸下蜡模，因此在蜡模的与涡轮动叶片面相当的位置，不能设置向与拔出模具的方向交叉的方向延伸的突起部等。因此，通过精密铸造，不能制造像上述结构(1)那样在动叶片的子午面上将沿与动叶片的跨度方向交叉的方向延伸的肋形成于叶片面的涡轮动叶片。

关于这一点，根据上述(15)的方法，由于通过对金属粉末进行层叠造型而一体地形成轮毂、动叶片以及肋，因此能够制造肋在叶片面上延伸的涡轮动叶片。

发明效果

根据本发明的至少一实施方式，能够提高涡轮效率。

附图说明

图1是表示几个实施方式的涡轮增压器的一个例子的剖面图。

图2是几个实施方式的涡轮动叶片的外观的立体图。

图3是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，(a)是示意地表示实施方式的动叶片的子午面形状的图，(b)是示意地表示从排出气体的流动方向观察(a)所示的各个动叶片的剖面的图。

图4是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，(a)是示意地表示实施方式的动叶片的子午面形状的图，(b)是示意地表示从排出气体的流动方向观察(a)所示的各个动叶片的剖面的图。

图5是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，(a)是示意地表示实施方式的动叶片的子午面形状的图，(b)是示意地表示从排出气体的流动方向观察(a)所示的各个动叶片的剖面的图。

图6是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，(a)是示意地表示实施方式的动叶片的子午面形状的图，(b)是示意地表示从排出气体的流动方向观察(a)所示的各个动叶片的剖面的图。

图7是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，并且是示意地表示从排出气体的流动方向观察一实施方式的动叶片的剖面的图。

图8是示意地表示实施方式的动叶片的形状的图，并且是示意地表示一实施方式的动叶片的子午面形状的图。

图9是示意地表示多个肋沿排出气体的流动串联地延伸的实施方式的动叶片的子午面形状的图。

图10是示意地表示多个肋沿排出气体的流动并联地延伸的实施方式的动叶片的子午面形状的图。

图11是示意地表示多个肋配置于跨度方向的不同位置的实施方式的动叶片的子午面形状的图。

图12是表示肋的剖面形状的一个例子的图，并且是表示沿着肋的高度方向的剖面的图。

图13是从跨度方向观察沿着基准子午线的动叶片的形状时的展开图。

图14是表示动叶片产生了一次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。

图15是表示动叶片产生了二次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。

图16是表示动叶片产生了三次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，被记载为实施方式的或者附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并非是要将本发明的范围限定于此，其只是说明例而已。

例如“在某一方向上”、“沿某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对的或绝对的配置的表述，不仅严格地表示那样的配置，还表示以公差、或者以可取得相同功能的程度的角度、距离相对地发生了位移的状态。

例如“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物处于相等状态的表述，不仅严格地表示相等的状态，还表示存在公差、或者存在可取得相同功能的程度的偏差的状态。

例如，四边形形状、圆筒形状等表示形状的表述，不仅表示几何学上严格意义下的四边形形状、圆筒形状等形状，还表示在可取得相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“包括”、“含有”，“具备”、“包含”或者“具有”一构成要素这一表述并非是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。

图1是表示几个实施方式的涡轮增压器1的一个例子的剖面图。

几个实施方式的涡轮增压器1例如是用于对搭载于汽车等车辆的发动机的进气进行进行增压的装置。

涡轮增压器1具有将转子轴2作为旋转轴而连结在一起的涡轮叶轮(涡轮动叶片)3以及压缩机叶轮4、收容涡轮动叶片3的涡轮壳体5、收容压缩机叶轮4的压缩机壳体6。另外，涡轮壳体5具有涡旋管7。压缩机壳体6具有涡旋管8。

另外，在涡轮壳体5的涡轮动叶片3的外周侧，以覆盖涡轮动叶片3的方式形成有护罩9。

图2是几个实施方式的涡轮动叶片3的外观的立体图。

几个实施方式的涡轮动叶片3是连结于转子轴(旋转轴)2并绕轴线AX旋转的涡轮动叶片。几个实施方式的涡轮动叶片3在沿着轴线AX的剖面中，具有有着相对于轴线AX倾斜的轮毂面32的轮毂31以及设于轮毂面32的多个动叶片33。注意，图2所示的涡轮动叶片3是径流式涡轮，但也可以是斜流涡轮。另外，在图2中，省略了对后述肋的记载。在图2中，箭头R表示涡轮动叶片3的旋转方向。动叶片33在涡轮动叶片3的周向上隔开间隔地设置多个。

在如此构成的涡轮增压器1中，作为工作流体的排出气体从涡轮动叶片3的前缘36向后缘37流动。但是，若产生例如从轮毂面32侧沿叶片面向护罩9流动的被称作二次流的工作流体的流动等，则工作流体的压力损失增加，涡轮效率降低。因此，要求抑制工作流体的二次流的产生。

另外，在涡轮增压器1中，涡轮动叶片3的动叶片33有时会产生振动。若动叶片33产生振动，则担心导致涡轮动叶片3破损，因此要求抑制动叶片33的振动。

因此，在几个实施方式的涡轮动叶片3中，利用形成于动叶片33的叶片面的肋，抑制上述二次流和动叶片33的振动。以下，对几个实施方式的涡轮动叶片3的肋进行说明。

图3～图11是示意地表示实施方式的动叶片33的形状的图。

注意，图3的(a)～图6的(a)是示意地表示实施方式的动叶片33的子午面形状的图，图3的(b)～图6的(b)是示意地表示从作为工作流体的排出气体的流动方向观察图3的(a)～图6的(a)所示的各个动叶片33的剖面的图。另外，图7是示意地表示从排出气体的流动方向观察一实施方式的动叶片33的剖面的图。图8是示意地表示一实施方式的动叶片33的子午面形状的图。图9是示意地表示多个肋沿排出气体的流动串联地延伸的实施方式的动叶片33的子午面形状的图。图10是示意地表示多个肋沿排出气体的流动并联地延伸的实施方式的动叶片33的子午面形状的图。图11是示意地表示多个肋配置于后述的跨度方向的不同位置的实施方式的动叶片33的子午面形状的图。

如图3～图7、图9～图11所示，在几个实施方式中，在动叶片33的叶片面上形成有沿排出气体的流动方向G延伸并从叶片面突出的至少一个肋10A。如图8所示，在一实施方式中，在动叶片33的叶片面上形成有沿排出气体的流动方向延伸并从叶片面突出的肋10B。

注意，在以下的说明中，在无需特别区分肋10A、10B的情况下，省略附图标记的末尾的字母，单纯记载为肋10。

各肋10分别在动叶片33的子午面上沿与动叶片33的跨度方向交叉的方向延伸。

这里，在子午面上，如图3的(a)所示，将动叶片33的前端部(叶尖)34的全长设为Lt，将动叶片33的基端部(与轮毂面连接的位置)35的全长设为Lb，在将动叶片33的前端部34中从前缘36离开规定距离Lt1的位置设为第一位置，将动叶片33的基端部35中从前缘36离开规定距离Lb1(其中，Lb1＝Lb×Lt1/Lt)的位置设为第二位置的情况下，将沿着通过第一位置与第二位置的直线的方向定义为“跨度方向”。在图3的(a)～图6的(a)、图8～图10中，用单点划线例示了沿着跨度方向的一条线段S。

如图3～图11所示，在几个实施方式中，由于各肋10分别沿与动叶片33的跨度方向交叉的方向延伸，因此能够抑制沿着动叶片33的叶片面的跨度方向的二次流。由此，能够减少作为工作流体的排出气体的压力损失，能够提高涡轮效率。注意，在各图中，箭头G1是示意地表示二次流的流动情形的箭头，箭头G2是示意地表示被肋10抑制的二次流的流动情形的箭头。

另外，如图3～图11所示，在几个实施方式中，由于利用各肋10加强动叶片33，因此能够抑制动叶片33中产生的振动。

另外，由于几个实施方式的涡轮增压器1具备图3～图11所示的几个实施方式的涡轮动叶片，因此能够提高涡轮增压器1的涡轮效率，并且能够抑制动叶片33中产生的振动。

注意，关于肋10对振动的抑制，详见后述。

在图3～图11所示的几个实施方式中，例如如图3的(a)所示，在动叶片33的子午面上，各肋10具有作为位于前缘36侧的端部的上游端11和作为位于后缘37侧的端部的下游端12。即，如图3的(a)所示，通过上游端11的沿着跨度方向的直线(上游侧直线11L)比通过下游端12的沿着跨度方向的直线(下游侧直线12L)靠前缘36侧。各肋10的上游端11形成为指向远离轴线AX的方向。在图3～图7、图9～图11所示的几个实施方式中，例如如图3的(a)所示，各肋10A形成为，在动叶片33的子午面上，肋10的延伸方向随着从上游端11向下游端12而逐渐接近轴线AX的延伸方向。在图8所示的一实施方式中，肋10B在动叶片33的子午面上具有在上游侧以直线状延伸的上游部13和在下游侧以直线状延伸的下游部14。

在图3～图11所示的几个实施方式中，例如如图3的(a)所示，在将肋10的上游端11所指向的第一方向和与轴线AX平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ1，将肋10的下游端12所指向的第二方向和与轴线AX平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下，满足θ1＞θ2的关系。

如此，在几个实施方式中，由于各肋10的上游端11指向排出气体的流动的上游侧，下游端12指向排出气体的流动的下游侧，因此各肋10的形状成为沿着排出气体的流动的形状，能够减少排出气体的压力损失。

在图3～图7、图9～图11所示的几个实施方式中，各肋10A在动叶片33的子午面上具有朝向轴线AX侧凸出的圆弧状，因此各肋10A的形状成为沿着工作流体的流动的形状，能够减少工作流体的压力损失。

在图3～图11所示的几个实施方式中，各肋10在动叶片33的子午面上为肋10的至少一部分沿动叶片33的子午线延伸。

这里，在子午面上，将跨度方向上的高度位置从动叶片33的前缘36到后缘37为相同高度位置的线定义为“子午线”。在图3的(a)中，用单点划线例示了一条子午线M。

由此，各肋10的至少一部分沿动叶片33的子午线M延伸，因此各肋10的形状成为沿着排出气体的流动的形状，能够减少排出气体的压力损失。

在图3～图11所示的几个实施方式中，例如如图3的(a)、(b)所示，各肋10构成为，在将子午面上的肋10的长度设为L，将肋10的厚度设为t的情况下，满足L≥2t的关系。

由此，能够利用具有长度L的肋10在宽范围内抑制二次流。另外，由于肋10的厚度t满足L≥2t的关系，因此能够抑制肋10的厚度而抑制肋10的形成所引起的涡轮动叶片3的重量增加。

图12是表示肋10的剖面形状的一个例子的图，并且是表示沿着肋10的高度方向的剖面的图。如图12所示，在沿着排出气体的流动的肋10的上游侧，也可以设置高度从上游端11向下游侧逐渐变大的倾斜部111。

由此，与不在肋10上设置倾斜部111的情况相比，能够减少排出气体的压力损失。

另外，在沿着排出气体的流动的肋10的下游侧，也可以设置高度从上游侧向下游端12逐渐变小的倾斜部(未图示)。

注意，在上游侧的倾斜部111和未图示的下游侧的倾斜部以外的部位，肋10的高度也可以不是恒定的高度。

注意，肋10可以设于一个动叶片33的一个位置，也可以设于多个位置。例如，肋10可以在一个动叶片33的压力面38或负压面39中的一方设置多个，也可以在压力面38以及负压面39的两面至少分别设置一个。

另外，也可以针对多个动叶片33中的至少一个设置至少一个肋10。注意，对于多个动叶片33，既可以分别设置相同的形状的肋10，也可以根据动叶片33而变更肋10的形状。

例如，如图9所示，也可以将多个肋10A设为沿排出气体的流动串联地延伸。注意，在图9所示的实施方式中，肋10A为两个，但也可以是三个以上。在图9所示的实施方式中，也可以如图示那样沿一个子午线M设置多个肋10A。

在图9所示的实施方式中，将两个肋10A中的上游侧的肋10A在子午面上的长度设为L91，将下游侧的肋10A在子午面上的长度设为L92。在图9所示的实施方式中，也可以将长度L91与长度L92之和设为比例如图3的(a)所示的一个肋10A的长度L小。

另外，例如，如图10所示，也可以将多个肋10A设为沿排出气体的流动并联地延伸。注意，在图10所示的实施方式中，肋10A为两个，但也可以是三个以上。

注意，如图10所示，也可以将多个肋10A设为至少一部分沿排出气体的流动重叠，即，从某一跨度方向观察时，多个肋10A的至少一部分重叠。另外，如图11所示，也可以将多个肋10A设为沿排出气体的流动不重叠，即，在从某一跨度方向观察时，多个肋10A不重叠。

在图10所示的实施方式中，将两个肋10A中的基端部35侧的肋10A在子午面上的长度设为L101，将前端部34侧的肋10A在子午面上的长度设为L102。在图10所示的实施方式中，也可以使长度L101与长度L102之和比例如图3的(a)所示的一个肋10A的长度L小。

在图11所示的实施方式中，将两个肋10A中的基端部35侧的肋10A在子午面上的长度设为L111，将前端部34侧的肋10A在子午面上的长度设为L112。在图11所示的实施方式中，也可以使长度L111与长度L112之和比例如图3的(a)所示的一个肋10A的长度L小。

例如通过如图9～图11所示那样设置多个肋10，与形成长度大的一个肋10的情况相比，只要将长度短的肋10A形成于二次流的抑制效果高的多个位置，就能够抑制肋10A的形成所引起的涡轮动叶片3的重量增加。

(关于跨度方向上的肋10的形成位置)

如图4所示，在动叶片33的子午面上，将跨度方向上的动叶片33的整个高度设为Hb，将跨度方向上的从轮毂面32到肋10为止的高度设为Hl。在几个实施方式中，所述至少一个肋10形成于满足Hl＞0.5×Hb的位置。

二次流所带来的损失的影响在动叶片33的前端部34侧大于动叶片33的基端部35侧。另外，动叶片33的子午线方向的长度随着从基端部35侧向前端部34侧而变短。因此，即使肋10的长度相同，相比于肋10形成于基端部35侧的情况，形成于前端部34侧的情况也更能够有效地抑制二次流所带来的损失的影响。

关于这一点，在图4所示的实施方式中，肋10由于形成于满足Hl＞0.5×Hb的位置，因此在叶片面上形成在比起基端部35侧更靠近前端部34侧的位置，能够有效地抑制二次流所带来的损失的影响。

另外，如后所述，动叶片33中产生的振动在前端部34侧有更大幅变形的趋势，因此通过将肋10在叶片面上形成在比起基端部35侧更靠近前端部34侧的位置，能够有效地抑制动叶片33中产生的振动。

(关于将肋10设于负压面39侧的情况)

在几个实施方式中，如图5所示，肋10形成于动叶片33的负压面39侧的叶片面。

在动叶片33的负压面39侧，从基端部35侧沿叶片面向前端部34侧流动的二次流特别成为问题。关于这一点，如图5所示，通过将肋10形成于动叶片33的负压面39侧的叶片面，能够抑制负压面39侧的二次流而抑制损失。

(关于将肋10设于压力面38侧的情况)

另外，在几个实施方式中，如图6所示，肋10形成于动叶片33的压力面38侧的叶片面上的前端部34的附近。

这里，与前端部34的附近相当的位置例如是满足Hl＞0.7×Hb的位置，优选是满足Hl＞0.9×Hb的位置。注意，所谓将肋10形成于动叶片33的压力面38侧的叶片面上的前端部34的附近，也包含将肋10形成于前端部34的情况(Hl＝1.0×Hb)。

在动叶片33的前端部34与护罩9之间存在叶尖间隙。在动叶片33的压力面38侧，间隙流通、即工作流体从压力面38经由叶尖间隙向负压面39的流动特别成为问题。若产生间隙流通，则涡轮效率降低而产生损失。

关于这一点，如图6所示，通过将肋10形成于动叶片33的压力面38侧的叶片面上的前端部34的附近，能够抑制间隙流通而减少损失。

另外，图6所示的实施方式中的肋10也可以构成如下。

即，在动叶片33的子午面上，将通过叶片面上的形成有肋10的区域的子午线设为基准子午线Ms。而且，该区域也可以构成为包含基准子午线Ms上的叶片面的弯曲度最大的部分。

这里，对基准子午线Ms上的叶片面的弯曲度最大的部分进行说明。图13是从跨度方向观察沿着基准子午线Ms的动叶片33的形状时的展开图。即，在图13中的表示动叶片33的形状的曲线中，该曲线的各位置分别是从各位置各自的跨度方向观察的。注意，在图13中，忽略了动叶片33的厚度。

例如，在图6以及图13中，用变量m的值表示基准子午线Ms上的位置，将基准子午线Ms上相当于前缘36的位置设为m＝0，将基准子午线Ms上相当于后缘37的位置设为m＝1.0。

在图13中，右端相当于m＝0的位置，左端相当于m＝1.0的位置。

在图13中，例如，将表示动叶片33的形状的曲线中的m＝0的位置的切线T0和m＝0的位置以外的位置的切线T所成的角设为该位置处的基准子午线Ms上的叶片面的角度β。在以下的说明中，也将基准子午线Ms上的叶片面的角度β简称为角度β。

角度β随着沿基准子午线Ms上移动而逐渐变化。若将沿着基准子午线Ms的微小区间dm中的角度β的变化量设为dβ，则用dβ/dm表示基准子午线Ms上的叶片面的弯曲度。例如，在图13中，若将m＝a(其中0＜a＜1.0)的位置P1处的叶片面的角度β设为β_P1，将m＝a+dm的位置P2处的叶片面的角度β设为β_P2，则用dβ/dm＝(β_P2－β_P1)/dm表示位置P1处的动叶片33的弯曲度。注意，为了方便图示，在图13中，放大图示了位置P1与位置P2的分离距离。

上述间隙流通在子午线上的叶片面的弯曲度大的部分有变多的趋势。即，子午线上的叶片面的弯曲度越大，则从上游侧向下游侧流动的排出气体的主要的流动方向和叶片面的延伸方向之间的偏离变大。因此，例如在压力面38上，子午线上的叶片面的弯曲度越大，则排出气体的压力就越有上升的趋势。因此，子午线上的叶片面的弯曲度越大，则排出气体越容易向与上述主要的流动方向不同的方向流动，间隙流通也越多。

关于这一点，对于图6所示的实施方式中的肋10，通过将其构成为形成有肋10的叶片面上的区域包含基准子午线Ms上的叶片面的弯曲度dβ/dm最大的部分，在间隙流通变多的位置形成肋10。由此，能够有效地抑制间隙流通而减少损失。

(关于将肋10设于压力面38侧与负压面39侧的情况)

在图7所示的实施方式中，肋10包含形成于动叶片33的负压面39侧的叶片面的负压面侧肋109和形成于压力面38侧的叶片面的压力面侧肋108。

在图7中，将跨度方向上的从轮毂面32到负压面侧肋109为止的高度设为Hln，将跨度方向上的从轮毂面32到压力面侧肋108为止的高度设为Hlp。

而且，在图7所示的实施方式中，满足Hln＜Hlp的关系。

由此，能够利用负压面侧肋109抑制负压面39侧的二次流而减少损失。另外，利用形成于比负压面侧肋109更靠动叶片33的前端部34侧的位置的压力面侧肋108，能够有效地抑制上述间隙流通而减少损失。而且，利用跨度方向上的距轮毂面32的高度不同的负压面侧肋109与压力面侧肋108，能够在动叶片33的宽范围内抑制振动。

(关于动叶片33的振动)

对几个实施方式中的动叶片33的振动进行说明。在几个实施方式中的动叶片33所产生的振动中，存在多个振动模式。例如，图14是表示动叶片33产生了一次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。例如，图15是表示动叶片33产生了二次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。例如，图16是表示动叶片33产生了三次模式的振动的情况下的振幅的等高线的一个例子的图。注意，标注在等高线C的端部附近的数值是用于表示振幅的大小的相对的数值，数值的绝对值越大，表示振幅越大。另外，数值的正负表示振幅的方向，在正的数值所表示的部分与负的数值所表示的部分，振幅的方向相反。如图14～图16所示，动叶片33中产生的振动有在前端部34侧更大幅变形的趋势。

注意，图14～图16中的动叶片33的前缘36侧的一部分比轮毂31更向周向外侧突出，前缘36附近的基端部35未固定于轮毂面32。

如图14～图16所示，沿与动叶片33的跨度方向交叉的方向延伸的肋10也与动叶片33所产生的振动的振幅的等高线交叉。因而，能够利用肋10有效地抑制动叶片33中产生的振动。

(关于肋10的密度)

在几个实施方式中，动叶片33与肋10由相同的金属材料形成，并且肋10的密度比动叶片33的密度小。

在涡轮动叶片3中，动叶片33所要求的强度与肋10所要求的强度不同。即，在动叶片33中，为了对抗离心力，需要较高的强度。

但是，在形成于动叶片33的肋10中，由于动叶片33具有高强度，因此不需要像动叶片33那样高的强度。因此，出于抑制涡轮动叶片3的重量增加的观点，期望抑制肋10的重量。

另外，在涡轮动叶片3中将动叶片33与肋10一体成型的情况下，为了抑制肋10的重量，考虑通过在肋10与动叶片33中改变疏密程度等而使肋10的密度比动叶片33的密度小。

例如，在通过对金属粉末照射激光而对金属粉末进行层叠造型来制造涡轮动叶片3的情况下，可以通过在肋10的内部设置微小的空间，使肋10的密度比动叶片33的密度小。

在几个实施方式中，通过使肋10的密度比动叶片33的密度小，能够抑制肋10的重量，能够抑制涡轮动叶片3的重量增加。

(关于涡轮动叶片3的制造方法)

如上所述，上述几个实施方式的涡轮动叶片3例如可使用被称作所谓的金属3D打印机的装置，通过对金属粉末照射激光而使金属粉末层叠造型来制造。在该制造方法中，利用激光使金属粉末局部熔融，之后使其凝固而层叠，从而对金属粉末进行层叠造型。

即，几个实施方式的涡轮动叶片的制造方法是通过对金属粉末进行层叠造型而一体地形成轮毂31、动叶片33以及肋10的制造方法。

作为使金属粉末层叠造型的金属层叠造型法，例如能够列举激光烧结法和激光熔融法等方法。

如上所述，几个实施方式的涡轮增压器1是面向汽车等车辆的小型涡轮增压器，几个实施方式的涡轮动叶片3的直径例如为20mm以上70mm以下左右。以往，这种大小的涡轮动叶片是通过铸造进行制造的。

另一方面，例如在上述专利文献2～4中公开了通过金属层叠造型法制造燃气轮机、蒸气涡轮等轴流涡轮的涡轮叶片的技术。然而，这些公报所记载的发明是通过金属层叠造型法制造作为轴流涡轮的一部分的涡轮叶片，并非一体地制造包含转子在内的整个轴流涡轮。以往，未将面向汽车等车辆的小型涡轮增压器所使用的径流式涡轮、斜流涡轮的涡轮动叶片通过金属层叠造型法一体地制造其轮毂与叶片。

例如在通过精密铸造制造涡轮动叶片的情况下，向模具注入蜡，制作蜡模。由于必须从模具中卸下蜡模，因此在蜡模的与涡轮动叶片面相当的位置，不能设置向与拔出模具的方向交叉的方向延伸的突起部等。因此，通过精密铸造，不能制造像上述几个实施方式的涡轮动叶片3那样在动叶片33的子午面上将沿与动叶片33的跨度方向交叉的方向延伸的肋10形成于叶片面的涡轮动叶片3。

关于这一点，只要通过对金属粉末进行层叠造型而一体地形成轮毂31、动叶片33以及沿与动叶片33的跨度方向交叉的方向延伸的肋10，就能够制造肋10在叶片面上延伸的涡轮动叶片3。

本发明并不限定于上述实施方式，也包含对上述实施方式加以变形的方式以及适当组合了这些方式而得的方式。

例如，在上述的说明中，针对多个动叶片33，既可以分别设置相同形状的肋10，也可以根据动叶片33而变更肋10的形状。但是，本发明并不限定于此，例如，在对一个动叶片33设置多个肋10的情况下，也可以组合形态不同的肋。

例如，也可以对一个动叶片33适当组合设置图3、图8～图11所示的肋10。

附图标记说明

1 涡轮增压器

3 涡轮叶轮(涡轮动叶片)

9 护罩

10、10A、10B 肋

11 上游端

12 下游端

31 轮毂

32 轮毂面

33 动叶片

34 前端部(芯片)

35 基端部

36 前缘

37 后缘

38 压力面

39 负压面

111 倾斜部

Claims (14)

1.一种涡轮动叶片，连结于旋转轴并绕轴线旋转，其中，具备：

轮毂，其在沿着所述轴线的剖面上具有相对于所述轴线倾斜的轮毂面；

动叶片，其设于所述轮毂面；

至少一个肋，其形成于所述动叶片的叶片面，并且在所述动叶片的子午面上沿与所述动叶片的跨度方向交叉的方向延伸；

在所述子午面上，将所述动叶片的前端部的全长设为Lt，将所述动叶片的基端部的全长设为Lb，在将所述动叶片的前端部中从前缘离开规定距离Lt1的位置设为第一位置，将所述动叶片的基端部中从前缘离开规定距离Lb1＝Lb×Lt1/Lt的位置设为第二位置的情况下，将沿着通过所述第一位置与所述第二位置的直线的方向定义为跨度方向，

在所述动叶片的子午面上，

所述至少一个肋的上游端形成为指向远离所述轴线的方向，

在将所述至少一个肋的上游端所指向的第一方向和与所述轴线平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ1，将所述至少一个肋的下游端所指向的第二方向和与所述轴线平行的方向所成的锐角侧的角度设为θ2的情况下，满足θ1＞θ2的关系。

2.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋在所述动叶片的子午面上具有朝向所述轴线侧凸出的圆弧状。

3.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

关于所述至少一个肋，在所述动叶片的子午面上，所述至少一个肋的至少一部分沿所述动叶片的子午线延伸。

4.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋构成为，在将所述子午面上的所述肋的长度设为L，将所述肋的厚度设为t的情况下，满足L≥2t的关系。

5.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋具有高度从上游端向下游侧逐渐变大的倾斜部。

6.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋包含多个肋。

7.根据权利要求1所述的涡轮动叶片，其中，

在所述动叶片的子午面上，

在将所述跨度方向上的所述动叶片的整个高度设为Hb，将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述至少一个肋为止的高度设为Hl的情况下，

所述至少一个肋形成在满足Hl＞0.5×Hb的位置。

8.根据权利要求7所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋形成于所述动叶片的负压面侧的叶片面。

9.根据权利要求7所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋形成于所述动叶片的压力面侧的叶片面上的前端部的附近。

10.根据权利要求9所述的涡轮动叶片，其中，

在所述动叶片的子午面上，在将通过所述叶片面上的形成有所述至少一个肋的区域的子午线设为基准子午线的情况下，

所述区域构成为包含所述基准子午线上的所述叶片面的弯曲度最大的部分。

11.根据权利要求7所述的涡轮动叶片，其中，

所述至少一个肋包含：

负压面侧肋，其形成于所述动叶片的负压面侧的叶片面；

压力面侧肋，其形成于所述动叶片的压力面侧的叶片面；

在所述动叶片的子午面上，

在将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述负压面侧肋为止的高度设为Hln，将所述跨度方向上的从所述轮毂面到所述压力面侧肋为止的高度设为Hlp的情况下，满足Hln＜Hlp的关系。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮动叶片，其中，

所述动叶片与所述肋由相同的金属材料形成，

所述至少一个肋的密度比所述动叶片的密度小。

13.一种涡轮增压器，其中，具备：

旋转轴；

压缩机叶轮，其连结于所述旋转轴的一端侧；

权利要求1至12中任一项所述的涡轮动叶片，其连结于所述旋转轴的另一端侧。

14.一种涡轮动叶片的制造方法，其为权利要求1至12中任一项所述的涡轮动叶片的制造方法，其中，

通过对金属粉末进行层叠造型，一体地形成所述轮毂、所述动叶片以及所述肋。

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