JP2015522759A - 流体機械の羽根車 - Google Patents

Abstract

本発明は流体機械の羽根車に関する。この羽根車は、ハブ（２）と、前記流体機械の中を流れる流体が周りを流れる複数枚のロータ翼（３）とを備え、隣り合う２枚の前記ロータ翼（３）の間にブレードチャネル（１２）が画成されており、該ブレードチャネル（１２）が該羽根車（１）の軸方向に延在するブレードチャネル長さ（ＳＬ）を有し、各々の前記ロータ翼（３）が少なくとも１つの第１湾曲部（Ｋ１）を含む第１移行領域（６）と少なくとも１つの第２湾曲部（Ｋ２）を含む第２移行領域（７）とを介して前記ハブ（２）に接続されている。本発明によれば、周方向において前記第１移行領域（６）と前記第２移行領域（７）との間に位置する前記ブレードチャネル（１２）のブレードチャネル底面（１３）が、少なくとも部分的に、位置に応じて形状が変化するように形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は請求項１の前提部分に記載した種類の流体機械の羽根車に関する。

流体機械としてはコンプレッサやタービンなどがあり、コンプレッサとタービンとを組合せることで排気ガスターボチャージャーが構成される。最近では略々いかなる種類のエンジンにも、その出力増強を目的として排気ガスターボチャージャーが装備されるようになった。それゆえ、コンプレッサやタービンなどの流体機械には、少なくともエンジンと同等の使用寿命を保持しうるだけの耐久性を有することが望まれる。しかしながら、コンプレッサやタービンなどの流体機械は、その回転速度がエンジンとは比較にならぬほど高速であり、最近では毎分１０万回転をはるかに超えている。それら流体機械の羽根車には稼働中に大きな遠心力が作用することから、非常に大きな強度を有することが要求される。

特許文献１に、流体機械の羽根車が開示されている。その流体機械は遠心コンプレッサ（ラジアルコンプレッサ）であり、その羽根車はコンプレッサ羽根車である。その羽根車は、周りを流体が流れる少なくとも１枚のロータ翼を備えており、その流体機械が遠心コンプレッサであるため、当該流体は外気を主とするものである。ロータ翼は移行領域を介してコンプレッサ羽根車のハブに接続している。移行領域はロータ翼の長手方向とハブの周方向との両方向に広がりを有しており、この特許文献１の発明以前のコンプレッサ羽根車では、移行領域を形成する湾曲部の曲率が、ロータ翼の長手方向とハブの周方向とのいずれの方向でも位置によらず一定とされていたのに対して、この特許文献１のコンプレッサ羽根車では、移行領域を形成する湾曲部の曲率をロータ翼の長手方向の位置に応じて変化させている。

しかしながら、このように、移行領域を形成する湾曲部の曲率半径をロータ翼の長手方向の位置に応じて変化させるようにした羽根車は、経済的観点から見るならば、その製造コストがかさむことが問題となる。

独国特許出願公開第10 2010 020 307 A1号明細書

従って本発明の目的は、低コストであってしかも高度の耐久性を有する流体機械の羽根車を提供することにある。

上記目的は請求項１に記載した特徴を備えた流体機械の羽根車により達成される。従属請求項は本発明の好適且つ非自明な発展と有利な実施の形態を記載したものである。

この種の流体機械の羽根車は、ハブと、前記流体機械の中を流れる流体が周りを流れる複数枚のロータ翼とを備え、それらロータ翼は少なくとも１つの第１湾曲部を含む第１移行領域と少なくとも１つの第２湾曲部を含む第２移行領域とを介して前記ハブに接続している。また、隣り合う２枚の前記ロータ翼の間にブレードチャネルが画成されており、該ブレードチャネルは前記羽根車の軸方向に延在するブレードチャネル長さを有する。

本発明によれば、前記第１移行領域と前記第２移行領域との間に位置する前記ブレードチャネルのブレードチャネル底面が、少なくとも部分的に、位置に応じて形状が変化するように形成されている。このようにブレードチャネル底面を位置によって形状が変化するように形成することで、羽根車をそこに作用する荷重に適合した形状に形成することができ、そのため羽根車に対してその使用状況に応じた応力低減のための手段を施すことができ、ひいては使用寿命を長期化するための手段を施すことができる。

本発明に独特のコスト低減効果は、ブレードチャネル底面の形状を位置によって変化させるようにしたことで、多くの場合に行われているように曲率半径を次々と変化させて湾曲部を形成するのではなく、製造の容易な曲率半径が一定の湾曲部を形成すればこと足りるようにし、ただしその替わりに、ブレードチャネル底面をその羽根車に要求される強度条件に応じた形状に形成するようにしたことで得られている。これによって、製造方法として切削加工法を用いるか、それとも非切削方式の加工法を用いるかにかかわらず、いかなる製造方法を用いた場合にも、大きな強度を有し、それゆえ長い使用寿命を有する羽根車を、低コストで製造することが可能となっている。

特に、ロータ翼が回転方向と逆方向へ傾斜している羽根車では、圧力側に形成される方の移行領域に非常に大きな荷重が作用するが、以上のようにすることで、発生する応力を大幅に低減することができる。

このように、移行領域の近傍に位置するブレードチャネル底面を、そこに作用する荷重並びにそれによって発生する応力の大きさに応じた形状に形成することによって、羽根車はその移行領域に発生する大きな応力に長期の使用寿命に亘って耐え得るものとなり、羽根車を高度の耐久性を備えたものとすることができる。移行領域の近傍に位置するブレードチャネル底面をこのように要求される強度に応じた形状に形成することにより、ロータ翼と羽根車の本体部分との間の移行領域に過大荷重を原因とするクラックが発生して羽根車が早期に故障するという不都合が防止される。

特に有利な１つの実施の形態によれば、前記ブレードチャネル底面の少なくとも一部分が、ハブ接平面に対して傾斜し該ハブ接平面との間に傾斜角度をなす実質的に平面形状の面に沿うように形成されており、前記面と前記ハブ接平面とを区切る境界線によって該面の前記ハブの周方向における全長寸法が規定される。即ち、前記ブレードチャネル底面は実質的に平面形状の傾斜面に沿って形成されている。このことは、前記ブレードチャネル底面がその平面形状の傾斜面それ自体を画成していることを必ずしも意味せず、前記ブレードチャネル底面が略々その傾斜面に応じて形成されていればよい。即ち、当該傾斜面を仮想面として想定し、前記ブレードチャネル底面がその仮想面に沿って形成されていればよく、その仮想面の通りの形状に形成されている必要はない。例えば、前記ブレードチャネル底面は、そのような実質的に平面形状の傾斜面を、凸面形状または凹面形状にした面として形成するようにしてもよい。これによる更なる利点は、前記第１移行領域及び／または第２移行領域の近傍に位置する前記ブレードチャネル底面をそのように形成することで、それら移行領域が更に強化されることである。この強化によって、羽根車に発生する応力が更に低減される。

本発明に特有のコスト低減効果は、多くの場合に行われているような曲率半径を次々と変化させて湾曲部を形成するのではなく、製造の容易な曲率半径が一定の湾曲部を形成すればこと足りるようにし、ただしその替わりに、ブレードチャネル底面に上で説明したような１つの面を形成するようにしたことで得られている。これによって、製造方法として切削加工法を用いるか、それとも非切削方式の加工法を用いるかにかかわらず、いかなる製造方法を用いた場合にも、大きな強度を有し、それゆえ長い使用寿命を有する羽根車を、低コストで製造することが可能となっている。

特に有利であることが判明しているのは、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の少なくとも羽根車出口において、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の少なくとも羽根車入口において、前記傾斜角度が０．５°から１０°までの角度範囲内にあるように形成されることである。これによって、羽根車を形成するために使用する材料の量を、羽根車に要求される強度条件に応じた量にすることができる。即ち、大きな荷重が作用する羽根車では前記傾斜角度を大きくするが、小さな荷重しか作用しない羽根車ならば、前記傾斜角度を小さくしても、長い使用寿命を保証し得るだけの応力低減を達成する上で十分なものとなる。

更なる有利な１つの実施の形態では、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の少なくとも羽根車出口において、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の少なくとも羽根車入口において、前記面の前記全長寸法が、１ｍｍから、隣り合う２枚の前記ロータ翼の間の離隔距離の半分までの範囲内にあるようにしている。

更なる軽量化のためには、即ち、材料の使用量を更に低減するためには、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口から羽根車入口に近付くにつれて、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口に近付くにつれて、前記面の前記全長寸法が連続的に小さくなるようにする。また更に、高度の耐久性を確保するためには、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口から羽根車入口の方へ前記ロータ翼の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口の方へ前記ロータ翼の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、前記全長寸法が０ｍｍとなるようにしておけば十分であることが判明している。これは、前記面の形状を略々三角形状に形成するということである。こうすることで、羽根車の全体のうちの大きな荷重が作用する部分に対して効率的に対処することができ、なぜならば、移行領域はロータ翼の全長に亘って延在しているが、その移行領域の全ての部分に大きな荷重が作用するわけではなく、羽根車の全体のうち、流れが高速で大きな圧力が作用する部分も、また大きな遠心力が作用する部分も、いずれも限られた部分でしかないからである。コンプレッサ羽根車の場合には、そのような大きな荷重が作用して大きな応力が発生する部分は羽根車出口の部分であり、またタービン羽根車の場合には、そのような大きな荷重が作用する部分は羽根車入口の部分である。

応力の低減を図りつつ更なる軽量化を達成するためには、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口から羽根車入口に近付くにつれて、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口に近付くにつれて、前記傾斜角度が連続的に小さくなるようにし、また更に、前記羽根車がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口から羽根車入口の方へ前記ロータ翼の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、または、前記羽根車がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口の方へ前記ロータ翼の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、前記傾斜角度が０°となるようにする。

本発明に係る羽根車によれば、荷重が過大であることを原因とする早期のクラック発生を非常に効果的に防止することができ、なぜならば、前記面の形状を位置によって変化させることで前記移行領域が強度条件に適合するようにしているため、材料を効率的に使用できるからである。本発明に係る羽根車によれば、高度の耐久性を得る上で、望ましくない不必要な量の材料を使用せずに済み、そのため、本発明に係る羽根車は非常に軽量でしかも低コストのものとなる。換言すれば、羽根車の稼働中に大きな荷重が作用する部分には、その荷重の大きさに応じた量の材料を、即ち、小さな荷重しか作用しないその他の部分に使用する材料の量よりも多い量の材料を使用するということである。小さな荷重しか作用しない部分には、より少ない量の材料しか使用しないようにしても、羽根車の耐久性を非常に大きなものとすることはできるのである。

羽根車の稼働中にロータ翼のある部分に作用する荷重がその他の部分に作用する荷重より大きく、そして、より大きな荷重によって発生する応力がより小さな荷重によって発生する応力より大きい場合には、大きな荷重により大きな応力が発生する部分の近傍の移行領域では、発生する応力が小さい部分の近傍の移行領域と比べて、その移行領域に連なる前記傾斜面を大きなものとし、即ち、その傾斜面の傾斜角度と全長寸法とを共に大きくするようにする。

従って、本発明に係る羽根車は、稼働中に羽根車に作用する荷重の大きさに合わせて、前記傾斜面を位置に応じて形状が変化するように形成することによって、羽根車を低コストで製造し得るようにしたものである。即ち、本発明に係る羽根車は、材料使用量を必要に応じた量とすることで、望ましくない不要な材料使用及び製造コストを排除しつつ、長期の使用寿命に亘って高度の耐荷重性能を維持し得るようにしたものである。

本発明の特に好ましい１つの実施の形態によれば、前記第１移行領域は前記第２移行領域とは異なる形状に形成されている。これは、特にロータ翼が圧力側または吸引側に傾斜している羽根車では、前記第１移行領域と前記第２移行領域とに夫々に作用する荷重の大きさが互いに大きく異なるため、それらの荷重の大きさの相違に応じて、それら２つの移行領域を互いに異なった形状に形成するということである。例えばロータ翼が圧力側に傾斜している場合には、特に吸引側に形成する移行領域を、応力を低減するために湾曲部とその湾曲部に連なった傾斜面とを備えたものとする必要がある。一方、吸引側に形成する移行領域は、湾曲部しか備えていなくとも高度の耐久力を確保するのに十分である。この実施の形態によれば、非常に効率的で、低コストで、強度条件に適合した羽根車を構成することができ、また、その羽根車を、例えば排気ガスターボチャージャーのコンプレッサのコンプレッサ羽根車として形成した場合に、その羽根車は非常に高度の耐久性を備えたものとなる。

前記羽根車を本発明の更なる実施の形態のように、アルミニウムを主成分とする材料、アルミニウム合金材料、或いはそれらに類似した材料で形成することによって、長期の使用寿命が得られると共に、羽根車の軽量化が達成され、ひいては流体機械全体の軽量化が達成される。この軽量化は、エンジンの燃料消費量に特に良好な影響を及ぼすものである。

本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／または、図面中に示すところの、様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのように特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない。

従来例に係るコンプレッサ羽根車の斜視図であり、稼働中に発生する応力分布を併せて示した図である。 従来例に係る羽根車の羽根車出口の部分の断面を詳細に示した模式的断面図である。 本発明に係る羽根車の羽根車出口の部分の断面を詳細に示した模式的断面図である。 羽根車の移行領域の形状の変化に対する応力の大きさの変化を示したグラフであり、羽根車の対応する夫々の部分の斜視図とそこに発生する応力分布を併せて示したものである。 フライス加工により形成された従来例の羽根車の移行領域を詳細に示した模式図である。

図１に示したのは、コンプレッサ（不図示）のコンプレッサ羽根車として形成された羽根車１であり、特にそのコンプレッサは、エンジン（不図示）に装備される排気ガスターボチャージャー（不図示）の遠心コンプレッサである。また、そのコンプレッサは、主として外気を吸入するエンジンの吸気系に組込まれ、そのエンジンが吸入する外気がこのコンプレッサ羽根車１によって圧縮される。

コンプレッサ羽根車１は、ハブ２と、このハブ２に接続している複数枚のロータ翼３とを備えている。ハブ２には嵌合孔（不図示）が形成されており、その嵌合孔に排気ガスターボチャージャーのロータ軸（不図示）が嵌合している。コンプレッサ羽根車１はそのロータ軸と一体回転するようにそのロータ軸に連結され、そのロータ軸を介して、排気ガスターボチャージャーのタービン（不図示）のタービン羽根車（不図示）により駆動されて空気を圧縮する。また、複数枚の動翼３とハブ２とは互いに一体形成されている。隣り合う２枚のロータ翼３の間にはブレードチャネル１２が画成されている。ブレードチャネル１２は羽根車１の軸方向に延在するブレードチャネル長さＳＬを有する。

図２に示したのは、従来例に係る羽根車の羽根車出口１１の部分の断面を詳細に示した模式的断面図である。ロータ翼３は、このロータ翼３の圧力側５では第１移行領域６を介してハブ２に接続しており、このロータ翼３の吸引側４では第２移行領域７を介してハブ２に接続している。第１移行領域６及び第２移行領域７はいずれも、ハブ２のハブ外周面８に形成されており、ハブ２の周方向とハブ２の軸方向との両方向に広がりを有して延展している。移行領域６、７の一般的説明を述べるならば、基本的に移行領域６、７とは、ロータ翼３とハブ２との間を滑らかに接続するために形成された領域であるといえる。換言すれば、移行領域６、７を形成することによって、ハブ２とロータ翼３とが接続する箇所に、例えば入角部などが形成されないようにしている。

ハブ２の周方向におけるそれら移行領域６、７の形状について述べると、第１移行領域６は第１曲率半径Ｒ１の第１湾曲部Ｋ１を有しており、第２移行領域７は第２曲率半径Ｒ２の第２湾曲部Ｋ２を有している。第２曲率半径Ｒ２は第１曲率半径Ｒ１より小さい。ただし第１曲率半径Ｒ１と第２曲率半径Ｒ２とが同じ大きさとされることもあり、第１曲率半径Ｒ１が第２曲率半径Ｒ２より小さくされることもある。それら２つの曲率半径の相対的な大きさは、ハブ２に対するロータ翼３の傾斜に左右される。また、第１湾曲部Ｋ１及び第２湾曲部Ｋ２のいずれも、必ずしも単一の曲率半径から成る形状とされるものではなく、途中で曲率半径が変化するような形状とされることもある。その場合には、回転軸Ｄに直交する平面を切断面とした第１湾曲部Ｋ１及び第２湾曲部Ｋ２の断面形状は、任意の曲線関数で表される湾曲形状に形成されることなる。

ハブ２の軸方向におけるそれら移行領域６、７の形状について述べると、第１移行領域６の曲率半径Ｒ１及び第２移行領域７の曲率半径Ｒ２は、軸方向の位置にかかわらず一定とされることもあれば、軸方向の位置に応じて変化するものとされることもある。第１移行領域６及び第２移行領域７は、従来技術により、本質的に円形セグメントの形状を有する。

本発明に係る羽根車１は、例えば図３に示したように構成され、同図に示したのはコンプレッサ羽根車として形成された羽根車１である。ある１枚のロータ翼３の第１移行領域６の第１端縁９は、隣接するロータ翼３の第２移行領域７と向かい合っており、この第１端縁９は第１湾曲部Ｋ１の最低位点ＴＰによって規定される。そのため、第１移行領域６は、ブレードチャネル１２に沿ってブレードチャネル長さＳＬの全長に亘って延在する第１端縁線１４を有する。同様に、そのロータ翼３に隣接するロータ翼３の第２移行領域７の第２端縁１０は、第２湾曲部Ｋ２の最低位点ＴＰにより規定される。そのため、第２移行領域７は、ブレードチャネル１２に沿ってブレードチャネル長さＳＬの全長に亘って延在する第２端縁線１５を有する。第１端縁線１４と、それに隣接する第２端縁線１５とは、並んで延在しており、それら第１端縁線１４と第２端沿線１５との間に、ブレードチャネル底面１３が、ハブ２の軸方向とハブ２の周方向との両方向に広がりを有して形成されている。

隣り合う２枚のロータ翼３の一方の第１移行領域６と他方の第２移行領域７との間に位置しており、従って第１端縁線１４と第２端縁線１５との間に位置しているこのブレードチャネル底面１３は、周方向の位置に応じて形状が変化するばかりでなく、更に、少なくとも部分的に、ブレードチャネル１２の軸方向の位置に応じて形状が変化するように形成されている。

ここで、ブレードチャネル底面１３が位置に応じて形状が変化するように形成されているというのは、図示した実施の形態に関しては以下の通りである。先ず、ブレードチャネル底面１３は、第１端縁線１４から面Ｆに沿って延出するように形成されており、当該面Ｆは実質的に平面形状の面である。また、当該面Ｆは、ハブ接平面ＮＴに対して傾斜しており、ハブ接平面ＮＴとの間に傾斜角度αをなしている面である。換言するならば、当該面Ｆは、第１移行領域６から、回転軸心Ｄの時計回りの方向へ延出する傾斜面である。

ハブ接平面ＮＴと当該面Ｆとの間を区切る境界線Ｓによって、当該面Ｆの周方向における全長寸法ＧＬが規定される。このことは、傾斜角度αの大きさが、全長寸法ＧＬの大きさに左右されることを意味している。また、ブレードチャネル底面１３は、第２端縁線１５から面Ｆに沿って延出するように形成することもできる。その場合には、当該面Ｆは、第２移行領域７から、回転軸Ｄの反時計回りの方向へ延出する傾斜面となる。またその場合に、実際に形成されるブレードチャネル底面１３は、必ずしも完全な平面形状である必要はなく、当該面Ｆによって表される面であればよい。従って、当該面Ｆは、ブレードチャネル底面１３の中にあって境界線Ｓから仮想的に延出し、傾斜角度αで傾斜し全長寸法ＧＬを有する仮想面Ｆであってもよい。

当該面Ｆの全長寸法ＧＬの大きさは、隣り合う２枚のロータ翼３の間の離隔距離にも左右される。隣り合う２枚のロータ翼３の間の離隔距離は、ブレードチャネル１２の周方向の寸法である幅寸法に対応しており、従って、時計回りの方向における第１端縁線１４から第２端縁線１５までの距離に対応している。

図４に示したのは、全長寸法ＧＬ及び傾斜角度αの変化に対するコンプレッサ羽根車に発生する応力の大きさの変化を示したグラフである。図４中の付図（ａ）に示したコンプレッサ羽根車１は、ブレードチャネル底面１３の形状を変化させる前の基本形状であり、この基本形状から全長寸法ＧＬ及び傾斜角度αを増大させるにつれて、発生する応力は顕著に低下して行く。

応力を低減するためには、図４中の付図（ｂ）に示したように、全長寸法ＧＬが下限長さである１ｍｍを下回らず、また、傾斜角度αが０．５°を下回らないようにすることが有利であることが判明している。尚、図を見やすくするために、付図（ａ）〜（ｅ）の参照符号は必要最小限にとどめた。

コンプレッサ羽根車としての本発明に係る羽根車１を、図４中の付図（ｅ）に示したように形成した場合には、回転軸心Ｄからブレードチャネル底面１３上の点までの離隔距離を高さとするとき、ブレードチャネル底面１３上の最高点の位置は、即ちその曲面上の最高点の位置は、必ずしも第１端縁線１４の位置と一致するとは限らない。その理由は、ブレードチャネル底面１３の形状に対しては、羽根車１の形態、荷重分布、荷重サイクル、最大荷重の値、荷重によって発生する最大応力の値、等々に応じて、更に変更を加える必要があるからである。

第１移行領域６は、多くの場合、ハブ２の軸方向の位置によらず一定の形状であり、第１湾曲部Ｋ１により形成されている。一方、ブレードチャネル底面１３の前記面Ｆは、その全長寸法ＧＬ及び傾斜角度αが、羽根車入口（不図示）から羽根車出口１１に近付くにつれて増大している。

コンプレッサ羽根車１の稼働中には、エンジンが吸入する空気が羽根車入口（不図示）からコンプレッサ羽根車１の中へ流入しており、ロータ翼３の周りを流れている。更に、その空気は、羽根車出口１１から流出して、実質的にディフューザとして形成されている流路（不図示）へ流入し、そこで圧縮される。

この空気の流れの方向に沿って、即ち、羽根車入口から羽根車出口１１に近付くにつれて、第１移行領域６及び第２移行領域７に作用する荷重、並びに、それら荷重によって第１移行領域６及び第２移行領域７に発生する応力は増大する。特に第１移行領域６には、それがロータ翼の圧力側に形成されていることから、より大きな応力が発生する。そのため、コンプレッサ羽根車１の耐久性を特に大きなものとするには、例えば、先ず、第１移行領域６を、羽根車入口と、羽根車入口からロータ翼３の全長の約６５％の長さまで進んだ位置との間に亘って、一定の曲率半径Ｒ１の湾曲部で形成する。

そして、羽根車入口からロータ翼３の全長の約６５％の長さまで進んだ位置から先に、前述した面Ｆを形成するようにし、即ち、当該位置における当該面Ｆの全長寸法ＧＬを０ｍｍ、当該面Ｆの傾斜角度αを０°とし、そこから全長寸法ＧＬ及び傾斜角度αを連続的に増大させ、羽根車出口１１における全長寸法ＧＬの大きさを隣り合う２枚のタービン翼３の離隔距離の約半分の大きさ、及び、傾斜角度αを約１０°とする。これによって、羽根車出口１１では、第１移行領域６に連なる当該面Ｆが、第１移行領域６の径方向延展部に連なることにより、ランプ形状（急斜面形状）の部分が形成される。

以上によって、羽根車入口から羽根車出口１１に近付くにつれて増大する第１移行領域６に発生する応力を小さく抑えることができ、なぜならば、ブレードチャネル底面１３のうちの第１移行領域６に近い側の部分が、そのように位置に応じて増大する荷重並びに荷重により発生する応力の大きさに適合した形状に形成されるからである。

このようにブレードチャネル底面１３を要求条件に適合した形状に形成することによって、コンプレッサ羽根車１を形成する材料が効率的に使用されるようになり、更にそれによって、コンプレッサ羽根車の大幅な軽量化並びに大幅なコスト低減が達成されると共に、耐久性も大いに向上する。即ち、このコンプレッサ羽根車１では、ブレードチャネル底面１３が、荷重ないし応力の大きな部分では、荷重ないし応力の小さな部分とは異なる形状に形成される。また、それによって特に、コンプレッサ羽根車１の早期故障の原因となる移行領域６におけるクラック発生が防止される。

以上に具体例として説明した羽根車１は、ブレードチャネル底面１３の全体うち、ロータ翼３の吸引側４に形成される第１移行領域６に近い側の部分を、位置に応じて形状が変化するように形成したものであった。ただし、同様にして、ブレードチャネル底面１３の全体のうち、ロータ翼３の圧力側５に形成される第２移行領域７に近い側の部分を、位置に応じて形状が変化するように形成してもよい。ブレードチャネル底面１３の全体のうち、第１移行領域６に近い側の部分と、第２移行領域７に近い側の部分との、どちらの部分をそのように形成するかは、ハブ２に対するロータ翼３の傾斜に合わせるようにする。例えば、ロータ翼３が吸引側４へ傾斜している場合には、それに合わせて、ブレードチャネル底面１３の第２移行領域７に近い側の部分を、位置に応じて形状が変化するように形成する。また、ロータ翼３が殆ど傾斜していない場合には、ブレードチャネル底面１３の第１移行領域６に近い側の部分と第２移行領域７に近い側の部分との両方を、位置に応じて形状が変化するように形成するとよい。

また更に、ここでは羽根車１の具体的な構成例を示すために、コンプレッサ羽根車として形成した羽根車について説明したが、タービン羽根車も以上と同様に形成することができる。ただしタービン羽根車では、羽根車入口の部分に最も大きな応力が発生するため、その羽根車入口の部分を、上で説明したコンプレッサ羽根車の羽根車出口の部分と同様に形成する。

以上に説明した羽根車１はフライス加工によって製造することもでき、鋳造法によって製造することもできる。円弧形状とは異なる形状の湾曲部Ｋを形成する場合、即ち、湾曲部Ｋの形状を例えば楕円の一部分のような形状とする場合などには、従来周知のフライス加工の方法を用いて、夫々に異なる半径Ｒｘを連ねることでそのような湾曲部Ｋを形成すればよい。ただしその場合には、少なくとも微視的には、その湾曲部Ｋの表面が滑らかな曲面にはならず、図５に示したように、尾根１６が形成されたものとなる。本発明に係る羽根車１は、特に、乗用車用エンジンの排気ガスターボチャージャーのコンプレッサ羽根車として用いるのに適したものである。なぜならば、余計な製造コストをかけることなく、発生する応力を大幅に低減することができ、ひいては、耐久性を大幅に向上させることができるからである。

羽根車１を製造するために用いられる好適な材料には、例えば、インコネル（ INCONEL(登録商標)）７１３Ｃ合金、インコネル７１８合金、ＭＡＲ２４６合金、または、チタンアルミニウム合金などがある。

Claims (10)

1. 流体機械の羽根車であって、ハブ（２）と、前記流体機械の中を流れる流体が周りを流れる複数枚のロータ翼（３）とを備え、隣り合う２枚の前記ロータ翼（３）の間にブレードチャネル（１２）が画成されており、該ブレードチャネル（１２）が該羽根車（１）の軸方向に延在するブレードチャネル長さ（ＳＬ）を有し、各々の前記ロータ翼（３）が少なくとも１つの第１湾曲部（Ｋ１）を含む第１移行領域（６）と少なくとも１つの第２湾曲部（Ｋ２）を含む第２移行領域（７）とを介して前記ハブ（２）に接続されている、流体機械の羽根車において、
   前記第１移行領域（６）と前記第２移行領域（７）との間に位置する前記ブレードチャネル（１２）のブレードチャネル底面（１３）が、少なくとも部分的に、位置に応じて形状が変化するように形成されていることを特徴とする流体機械の羽根車。
2. 前記ブレードチャネル底面（１３）の少なくとも一部分は、ハブ接平面（ＮＴ）に対して傾斜して該ハブ接平面（ＮＴ）との間に傾斜角度（α）をなす実質的に平面形状の面（Ｆ）に沿うように形成されており、前記面（Ｆ）と前記ハブ接平面（ＮＴ）とを区切る境界線（Ｓ）によって該面（Ｆ）の前記ハブ（２）の周方向における全長寸法（ＧＬ）が規定されることを特徴とする請求項１記載の羽根車。
3. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の少なくとも羽根車出口（１１）において、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の少なくとも羽根車入口において、前記傾斜角度（α）が０．５°から１０°までの角度範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の羽根車。
4. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の少なくとも羽根車出口（１１）において、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の少なくとも羽根車入口において、前記面（Ｆ）の前記全長寸法（ＧＬ）が、１ｍｍから、隣り合う２枚の前記ロータ翼（３）の間の離隔距離の半分までの範囲内にあることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の羽根車。
5. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車入口に近付くにつれて、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車出口（１１）に近付くにつれて、前記面（Ｆ）の前記全長寸法（ＧＬ）が連続的に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか１項記載の羽根車。
6. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口（１１）から羽根車入口の方へ前記ロータ翼（３）の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口（１１）の方へ前記ロータ翼（３）の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、前記全長寸法（ＧＬ）が０ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の羽根車。
7. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口（１１）から羽根車入口に近付くにつれて、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口（１１）に近付くにつれて、前記傾斜角度（α）が連続的に小さくなることを特徴とする請求項２〜請求項６の何れか１項記載の羽根車。
8. 前記羽根車（１）がコンプレッサ羽根車として形成されている場合には該コンプレッサ羽根車の羽根車出口（１１）から羽根車入口の方へ前記ロータ翼（３）の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、または、前記羽根車（１）がタービン羽根車として形成されている場合には該タービン羽根車の羽根車入口から羽根車出口（１１）の方へ前記ロータ翼（３）の全長の約３５％の長さまで進んだ位置において、前記傾斜角度（α）が０°であることを特徴とする請求項２〜請求項７の何れか１項記載の羽根車。
9. 前記第１移行領域（６）は前記第２移行領域（７）とは異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項記載の羽根車。
10. アルミニウムを主成分とする材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項記載の羽根車。

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