JP2000213493A - 羽根車及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な製造方法で成形することができるとと
もに共振による破損を回避することのできる３次元形状
翼を備える羽根車、及び、その製造方法を提供する。 【解決手段】 軸部材４と複数の翼３を翼部１とハブ部
２とを結合することで形成されている。翼部１及びハブ
部２は、それぞれ軸方向にアンダカット部が無い形状か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機，タービン
など遠心式流体機械に適用される３次元形状翼を備える
オープン羽根車の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、羽根車は圧縮機，タービン等に利
用されている。この羽根車は、一般に翼部が２次元形状
に形成されているが、小型軽量化，高吐出圧力化等の実
現するために、翼部を３次元形状に形成することが提案
されている。

【０００３】しかしながら、３次元形状の羽根車は成形
が難しいという問題がある。２次元形状翼を備える羽根
車であれば、比較的簡単な形状であるため、主としてダ
イキャストなどの鋳造法によって成形できる。しかし、
３次元形状翼を備える羽根車では、ダイキャストなどの
鋳造法では、翼の３次元形状によりアンダーカット部が
生じ、鋳造後、型を抜くことができなくなってしまう。

【０００４】このため、従来の３次元形状翼を備える羽
根車は、ワックスによる模型を使用して鋳型を造るロス
トワックス方式の精密鋳造、或いは互いに直交する３方
向への移動と２方向への回転が可能な同時５軸数値制御
方式の精密加工機による成形により製造されている。

【０００５】また、３次元形状の羽根車の成形を簡単に
行う手法として、例えば特開平６−１０１６９７号公報
には、隣接する翼間に配置される型を分割し、軸方向へ
の抜きと半径方向への回転により、３次元形状翼を備え
る羽根車を成形する方法が開示されている。

【０００６】さらに、特開昭５９−５９５号公報には、
羽根車を入口部と出口部とに別体可し、それぞれを軸方
向にアンダカット無く鋳造など型が抜けるように形成し
接続する方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
において、ロストワックス方式の精密鋳造により成形す
る場合は、歩留まりが悪く生産性が低く、コストも高い
という問題がある。また、同時５軸数値制御方式の精密
加工機により成形する場合も同様、生産性が低く、コス
トも高いという問題がある。

【０００８】また、特開平６−１０１６９７号公報に開
示されている方法は、型を分割することにより精度が低
くなるという問題があり、さらに型を軸方向へ抜く型移
動手段と羽根回転方向に回転移動する型駆動手段型が必
要で、従来のダイキャスト等の鋳造装置では成形できず
特別な装置を必要となるという問題がある。

【０００９】さらに、特開昭５９−５９５号公報に開示
されている方法は、翼の分割により、羽根車の固有振動
数が小さくなり共振による破損の可能性がある。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、特別な装置等を一切必要とすることなく、単
純な製造方法で成形することができるとともに共振によ
る破損を回避することのできる３次元形状翼を備える羽
根車、及び、その製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の羽根車
は、軸と、該軸の周りに配置された３次元形状の複数の
翼と、を有する羽根車において、前記複数の翼を少なく
とも備えた翼部と、ハブ部と、を結合することで形成さ
れており、前記翼部及び前記ハブ部は、それぞれ軸方向
にアンダカット部が無い形状からなることを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に記載の羽根車は、軸と、該軸の
周りに配置される３次元形状の複数の翼と、を有する羽
根車において、前記複数の翼を少なくとも備えた翼部
と、ハブ部とを、結合することで形成されており、前記
翼部及び前記ハブ部は、それぞれ軸方向にアンダカット
部が無い形状で、且つ、前記翼部及び前記ハブ部の接合
により前記軸に段差が生じないように形成されているこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項３に記載の羽根車は、請求項２に記
載の羽根車において、前記翼部と前記ハブ部のどちらか
に、径の変化する段部を有する軸部材が形成されている
とともに、他方に該軸部材が挿入される孔を有する挿入
部が形成されており、前記挿入部は、前記軸部材の挿入
により構成される前記軸に段差が生じない肉厚に形成さ
れており、前記段部と前記挿入部における前記段部に結
合する部分のどちらかに突起部が、他方に前記突起部が
嵌入される溝が設けられていることを特徴とする。

【００１４】請求項４に記載の羽根車の製造方法は、軸
と、該軸の周りに配置された３次元形状の複数の翼と、
を有する羽根車の製造方法において、少なくとも複数の
翼を有し軸方向にアンダーカット部が無い翼部を鋳造に
よって形成する工程と、軸方向にアンダーカット部が無
いハブ部を鋳造によって形成する工程と、前記翼部と前
記ハブ部とを結合する工程と、を含むことを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１〜９は本発
明の実施の形態１の羽根車を示す図である。

【００１６】図１は、本実施の形態の羽根車の分解斜視
図である。図２は、本羽根車の構成を示す斜視図であ
る。図３は、本羽根車の断面図である。図１〜３に示す
ように、本実施の形態では、羽根車を翼部１とハブ部２
とに分割して形成しており、翼部１の翼３と軸部材４を
それぞれ、ハブ部のハブ部溝５と中心孔６に合わせ、ｚ
軸方向下向き方向に挿入することで、１つの羽根車を構
成している。なお、図２における符号１０で示される部
分は翼部１とハブ部２との組み合わせ部を表している。

【００１７】図４は、図３におけるＩ−Ｉ断面図であ
る。図３，４において、ｒは中心軸から任意の半径位置
を示し、ｈはその半径位置ｒでのハブ部溝５のｚ方向へ
の深さを示している。図４に示すように、翼部１におけ
る深さｈのハブ部溝５へ挿入される長さｈの挿入部７
は、ハブ部溝５への挿入が可能となるようにｘ−ｙ平面
に垂直な断面形状となっている。また、ハブ部溝５も同
様にｘ−ｙ平面に垂直な断面形状となっている。

【００１８】図５、６はそれぞれ翼部１の斜視図、翼部
１の軸方向からの投影図である。翼部１は翼３と軸部材
４から構成されており、軸方向から２分割の金型で成形
可能にするため、図６に示すように軸方向から見て隣り
合う翼３同士が重なり合わない投影形状としてアンダカ
ット部を無くしている。

【００１９】図７、８はそれぞれハブ部２の斜視図、軸
に垂直なｘ−ｚ平面図である。ハブ部２は、軸部材４挿
入用の中心孔６と、翼３挿入用のハブ部溝５を有してお
り、翼部１と同様に軸方向２分割の金型で成形できる。
なお、ハブ部溝５は、上述したようにｘ−ｙ平面に垂直
な矩形断面形状でその深さはｈである。また、ハブ部溝
５の深さｈはハブ部２が分裂しないように、半径ｒ位置
のハブ部２の厚さＨに対してＨ＞ｈとなるように設け
る。

【００２０】以上説明したように、本実施の形態の羽根
車では、翼３を分割することなく翼部１として一体で構
成するため固有振動数を大きく保つことができ、共振に
よる破損を防ぐことができる。また、翼を軸方向から見
て隣り合うもの同士が重なり合わないように構成するた
め、成形が容易であり、製造コストを低減することがで
きる。

【００２１】次に、本羽根車の製造法について説明す
る。図９は翼部１の成形型の構成を説明する断面図であ
る。１４ａ、１４ｂは隣接する翼３間に配置した第１の
型、第２の型である。第１の型１４ａは翼３の湾曲部凹
面１５ａを形成し、第２の型１４ｂは翼３の湾曲部凸面
１５ｂを形成する。この第１の型１４ａ、第２の型１４
ｂをそれぞれ軸方向１６ａ、１６ｂへ抜くことで、翼部
１を成形できる。

【００２２】ハブ部２についても同様に軸方向２分割の
型により容易に成形できる。

【００２３】翼部１，ハブ部２の成形後、それらを組み
合わせる。そして、炉内で加熱し、拡散溶接、もしくは
炉内ろう付けにより結合することにより、複雑な３次元
形状翼を備える羽根車を成形することができる。なお、
翼部１とハブ部２を組み合わせた後は、軸部材４と中心
孔６の嵌合、また、溶接結合、ろう付け結合、接着結合
等により接合してもよい。

【００２４】以上、本実施の形態の羽根車について説明
したが、本発明の羽根車はこの形態に限るものではな
い。例えば、翼の形状は図で示した形態に限らずアンダ
ーカット部がないものであれば構わないし、翼部とハブ
部の取り付け方法も上記形態に限らず翼部の軸の内周部
分にハブ部の中心が挿入されるように取り付けても構わ
ない。

【００２５】（実施の形態２）上記した実施の形態１に
記載の羽根車では、翼部１の軸部材４におけるハブ部２
との結合部分である組み合わせ部１０（図２参照）に段
差が生じる。この段差は、羽根車内の流れに剥離を生
じ、効率を低下させる要因となり得る。実施の形態２の
羽根車はこの問題を解決するものである。

【００２６】図１０〜１２は本実施の形態の羽根車を示
す図である。図１０，１１，１２は、それぞれ翼部１の
斜視図、ハブ部２の斜視図、翼部１とハブ部２の組み合
わせ後の断面図である。これらの図に示すように、翼部
１の軸部材４を、ハブ部２との組み合わせで直径ｄ２，
その他の部分でｄ１となる一体の円筒形状に形成してい
る（直径の変化部分を段部８と記す）。また、ハブ部２
は翼部１との結合により羽根車の軸に段差が生じないよ
うに、中心孔６の形成される挿入部の肉厚が決められて
いる。具体的には、ハブ部２を、少なくとも翼部１の段
部８との接合部分で（ｄ１／２−ｄ２／２）の肉厚を有
する肉厚部９を有するように形成している。

【００２７】このように段部８と肉厚部９を設けること
によって、翼部１とハブ部２の組み合わせ部１０を滑ら
かにすることができ、羽根車内の流れの剥離を防ぎ、効
率を低下させることは無くなる。また、肉厚部９を設け
ることによってハブ部２の頭頂部１３の強度を上げるこ
とができ、組み合わせ時に破損を生じることも無くな
る。

【００２８】（実施の形態３）実施の形態３の羽根車は
実施の形態２の羽根車における翼部とハブ部との固定を
より強固に行えるようにしたものである。

【００２９】図１３，１４は本実施の形態の羽根車の構
成を示す図であり、それぞれ翼部１とハブ部２の組み合
わせ後の断面図、図１３のII−II断面図である。ここで
は、実施の形態２の構成に加えて、ハブ部２の肉厚部９
に翼部１との組み合わせ用の突起１１を設け、翼部１の
段部８には突起１１が嵌入される溝１２を設ける。これ
によって、翼部１とハブ部２をより強く固定することが
できる。なお、突起１１、溝１２の組み合わせは逆でも
よい。

【００３０】なお、実施の形態２，３の羽根車も実施の
形態１で記した羽根車と同様の方法により簡単に製造で
きる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、複雑な３次元形状の翼
を備えていても単純な製造方法で成形することができ、
大幅なコストの低下を実現できる。また、羽根車の固有
振動数が大きくなり、共振による破損を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の羽根車の構成を説明する分解斜
視図である。

【図２】実施の形態１の羽根車の構成を説明する斜視図
である。

【図３】実施の形態１の羽根車の断面図である。

【図４】実施の形態１の羽根車の翼とハブ部との取り付
け部分を説明する断面図である。

【図５】実施の形態１の羽根車の翼部の斜視図である。

【図６】実施の形態１の羽根車の翼部の軸方向からの投
影図である。

【図７】実施の形態１の羽根車のハブ部の斜視図であ
る。

【図８】実施の形態１の羽根車のハブ部のハブ部のｘ−
ｚ平面図である。

【図９】実施の形態１の羽根車の翼部を成形する成形型
の構成図である。

【図１０】実施の形態２の羽根車の翼部の斜視図であ
る。

【図１１】実施の形態２の羽根車のハブ部の斜視図であ
る。

【図１２】実施の形態２の羽根車の翼部とハブ部の組み
合わせ後の断面図である。

【図１３】実施の形態３の羽根車の翼部とハブ部の組み
合わせ後の断面図である。

【図１４】図１３のII−II断面図である。

【符号の説明】

１ 翼部 ２ ハブ部 ３ 翼 ４ 軸 ５ ハブ部溝 ６ 中心孔 ７ 挿入部 ８ 段部 ９ 肉厚部 １０ 組み合わせ部 １１ 突起 １２ 溝 １３ 頭頂部 １４ａ 第１の型 １４ｂ 第２の型 １５ａ 翼湾曲部凹面 １５ｂ 翼湾曲部凸面 １６ａ 第１の型の抜き方向 １６ｂ 第２の型の抜き方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と、該軸の周りに配置された３次元形
   状の複数の翼と、を有する羽根車において、 前記複数の翼を少なくとも備えた翼部と、ハブ部と、を
   結合することで形成されており、 前記翼部及び前記ハブ部は、それぞれ軸方向にアンダカ
   ット部が無い形状からなることを特徴とする羽根車。
2. 【請求項２】 軸と、該軸の周りに配置される３次元形
   状の複数の翼と、を有する羽根車において、 前記複数の翼を少なくとも備えた翼部と、ハブ部とを、
   結合することで形成されており、 前記翼部及び前記ハブ部は、それぞれ軸方向にアンダカ
   ット部が無い形状で、且つ、前記翼部及び前記ハブ部の
   接合により前記軸に段差が生じないように形成されてい
   ることを特徴とする羽根車。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の羽根車において、 前記翼部と前記ハブ部のどちらかに、径の変化する段部
   を有する軸部材が形成されているとともに、他方に該軸
   部材が挿入される孔を有する挿入部が形成されており、 前記挿入部は、前記軸部材の挿入により構成される前記
   軸に段差が生じない肉厚に形成されており、 前記段部と前記挿入部における前記段部に結合する部分
   のどちらかに突起部が、他方に前記突起部が嵌入される
   溝が設けられていることを特徴とする羽根車。
4. 【請求項４】 軸と、該軸の周りに配置された３次元形
   状の複数の翼と、を有する羽根車の製造方法において、 少なくとも複数の翼を有し軸方向にアンダーカット部が
   無い翼部を鋳造によって形成する工程と、 軸方向にアンダーカット部が無いハブ部を鋳造によって
   形成する工程と、前記翼部と前記ハブ部とを結合する工
   程と、を含むことを特徴とする羽根車の製造方法。