JP5107306B2 - 遠心回転機のインペラの製造方法及び遠心回転機のインペラ - Google Patents

遠心回転機のインペラの製造方法及び遠心回転機のインペラ Download PDF

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Description

本発明は、遠心圧縮機などの遠心回転機に使用されるインペラの製造方法、及び遠心回転機のインペラに関する。
一般に、遠心圧縮機のインペラは、回転軸に取り付けられるハブと、該ハブから外方に離間して配置されるシュラウドと、これらハブとシュラウドとを連結する複数のブレードとを有している。
この種のインペラでは、これらブレードの側面と、ハブの流面と、シュラウドの流面とで囲まれた部分が、空気を圧縮するための流路となっている。この流路は、内周側で軸方向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する複雑な形状を呈している。このため、この種のインペラの製造は、一般的にはハブと一体的に形成された円盤状の本体部に、ブレード及びシュラウドを隅肉溶接やグルーブ溶接で固定することにより行っている。
しかしながら、このような溶接による固定では、溶接欠陥が生じやすく、また、溶接時に局所的に高温となるためインペラが変形しやすいという問題があった。
そこで、溶接によるインペラの製造方法の代替手段として、放電加工を利用した製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に示される放電加工方法は、遠心式圧縮機用ロータに関するもので、流路となる円弧状のキャビティとほぼ同じ形状を有する電極を使用した電気侵食により、円盤体(ディスク)にこの円盤体の外周側(外径)から流路を形成するものである。
特開2002−235694号公報
しかしながら、上記のとおりインペラの流路は、内周側で軸方向に向かって開口すると共に外周側で径方向に向かって開口し、その途中で湾曲した形状を呈している。このため、特許文献1の加工方法のように、加工手段となる電極を単に開口から挿入して内部を加工しようとしても、湾曲部分、特に湾曲部分の内側を高精度に加工することが困難であるという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、流路を容易に且つ高精度に形成することが可能な遠心回転機のインペラの製造方法、及び遠心回転機のインペラを提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る遠心回転機のインペラの製造方法は、略円盤状で、内周側で軸方向に沿うと共に外周側に向かって径方向に沿うように湾曲形成された流路を有する遠心回転機のインペラの製造方法であって、前記インペラの外形をなす円盤体に対して前記流路の曲率中心が位置する軸方向の一方側で、前記円盤体の中心軸を含む断面における該流路の外側を構成する外側流面の曲率中心と、前記断面における該流路の内側を構成する内側流面の曲率中心とを含む曲率中心間に回転中心を設定して、該回転中心回りに前記円盤体に対して加工手段を相対回転させることで前記円盤体に前記断面における該流路の内周端となる位置から外周側に向かって該流路の少なくとも一部を形成する第1流路形成工程を備えていることを特徴とする。
この方法によれば、円盤体に対して流路の曲率中心が位置する軸方向の一方側で、該流路の外側を構成する外側流面の曲率中心と、該流路の内側を構成する内側流面の曲率中心とを含む曲率中心間に回転中心を設定して、この回転中心回りに円盤体に対して加工手段を相対回転させる。これにより、加工手段は、円盤体において前記断面における該流路の内周端となる位置から、次第に外周側に向かうに従って径方向に沿うように曲線状の軌跡をもって円盤体に対して相対移動することとなる。このため、内周側で軸方向に沿うと共に外周側に向かって径方向に沿うように湾曲する前記断面における該流路を、特に湾曲部分の内側において、設定した回転中心と円盤体との相対位置によって決定される曲率半径に応じて容易且つ高精度に形成することができる。
また、本発明に係る遠心回転機のインペラの製造方法では、前記第1流路形成工程は、前記円盤体に対して前記加工手段を前記回転中心回りに相対回転させると共に、該回転中心と前記円盤体とを該円盤体の周方向に相対的に移動させながら前記円盤体に前記流路を形成しても良い。
この方法によれば、円盤体に対して加工手段を回転中心回りに相対回転させると共に該回転中心と円盤体とを該円盤体の周方向に相対的に移動させながら円盤体に流路を形成するので、流路の形成に際し、円盤体に対して加工手段を内周側から外周側に向けて移動させながら周方向にも相対移動させることが可能となる。従って、円盤体にこの円盤体の内周側から外周側に向かうに従って周方向に湾曲する流路を容易且つ高精度に形成することができる。
また、本発明に係る遠心回転機のインペラの製造方法では、前記第1流路形成工程は、前記回転中心回りの回転角度に応じて該回転中心の位置を変化させて前記円盤体に対して前記加工手段を前記回転中心回りに相対回転させても良い。
この方法によれば、回転角度に応じて回転中心を変化させて円盤体に対して加工手段を回転中心回りに相対回転させるので、複数の曲率を有する湾曲形状をなす流路を容易且つ高精度に形成することができる。
また、本発明に係る遠心回転機のインペラの製造方法では、前記円盤体の外周側から、前記断面における該流路の外周端側を形成する第2流路形成工程を備えていても良い。
この方法によれば、第1流路形成工程と第2流路形成工程との双方を備えているので、第1流路形成工程において前記断面における該流路の内周端側だけを形成すれば良く、且つ第2流路形成工程において前記断面における該流路の外周端側だけを形成すれば良く、各流路形成工程において加工する長さを短くすることができる。このため、各流路形成工程における流路の形成をより容易とすることができると共に、流路全体をより高精度に形成することができる。
また、本発明に係る遠心回転機のインペラの製造方法では、前記第1流路形成工程は、前記加工手段として、前記断面における該流路の内周端側の形状に対応する形状の電極を用い、放電加工法により、前記断面における該流路の内周端側から前記電極を挿入して行うことを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法。
この方法によれば、第1流路形成工程を、放電加工法により、前記断面における該流路の内周端側から電極を挿入して行うことによって、流路をより高精度に形成することができる。
本発明によれば、第1流路形成工程によってインペラの流路を容易且つ高精度に形成することができる。
本発明の第1実施形態に係るインペラの平面図である。 図1に示すA−A矢視断面図である。 図1に示すインペラの製造工程を示すフローチャートである。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外形形成工程を説明するための円盤体の斜視図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外形形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外形形成工程を説明するための母材の斜視図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、外周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための図であって、図18に示すX部の部分拡大図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための図であって、図18に示すX部の部分拡大図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、酸洗処理工程を説明するための円盤体の一部を破断した平面図である。 図3に示すフローチャートに従ってインペラを製造する製造工程において、酸洗処理工程を説明するための円盤体の縦断面図である。 本発明の第2実施形態に係るインペラの縦断面図である。 図24に示すインペラの製造工程において、内周側流路形成工程を説明するための円盤体を部分拡大した縦断面図である。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る遠心圧縮機(遠心回転機)のインペラを、図1及び図2を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、インペラ1は、略円盤状で、内周側でその中心軸L方向(以下、軸方向Aとする)に沿うと共に、外周側に向かって径方向Bに沿うように湾曲し且つ周方向Cにも湾曲するように放射状に形成された流路2を有するものである。
なお、以下においては、径方向B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。
詳しく説明すると、インペラ1は、略円盤状の本体部3と、本体部3の中心部から軸方向A一方A1側に突出して設けられた略円筒状のハブ4と、本体部3から軸方向A一方A1側に離間して配置されたシュラウド5と、本体部3上にハブ4から放射状に複数配設され本体部3とシュラウド5とを連結するブレード6と、を有している。
図2に示すように、本体部3の軸方向A一方A1側の面である表面は、外周側が略平面となっていると共に、外周側から内周側に向かって次第に軸方向A一方A1側に突出するように湾曲して形成され、内周側でハブ4の外周面に連なっている。また、本体部3の軸方向A他方A2側の面である裏面は、略平面に形成されており、その中心位置でハブ4の貫通孔4aが開口している。
また、シュラウド5は、略円環状で、本体部3の表面と略平行となるように、つまり外周側から内周側に向かって次第に軸方向A一方A1側に突出するように湾曲して形成されており、内周側ではハブ4の外周面との間に隙間が形成されている。
各ブレード6は、略板状で、内周側に向かって次第に軸方向A一方A1側に向けて湾曲して本体部3の表面に沿うように形成されている。また、図1に示すように、各ブレード6は、内周側から外周側に向かうに従って周方向C一方C1側に湾曲した形状に形成されている。
そして、図1及び図2に示すように、インペラ1においては、前記流路2が、本体部3とシュラウド5と隣り合うブレード6とのそれぞれの間で形成されている。言い換えれば、流路2は、本体部3の表面で構成される外側流面3aと、シュラウド5の軸方向A他方A2側の面である裏面で構成される内側流面5a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C他方C2側の面で構成される第1湾曲面6a及び他方のブレード6の周方向C一方C1側の面で構成される第2湾曲面6bとで囲まれた空間によって構成されている。
このため、図2に示すように、流路2は、上記した本体部3、ハブ4、シュラウド5及びブレード6の形状により、内周端2Aで、ハブ4とシュラウド5の内縁との間で軸方向A一方A1側に向かって開口して次第に径方向B外周側に向かうように湾曲する湾曲部2aと、湾曲部2aから連続して概略径方向Bに沿って形成されて径方向B外周側に外周端2Bとして開口する直線部2bとで構成されている。
また、本実施形態では、各流路2において湾曲部2aの外側を構成する外側流面3aの一部は、インペラ1の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O1を中心とした一定の曲率半径R1となる曲面で形成されている。同様に、湾曲部2aの内側を構成する内側流面5aの一部も、インペラ1の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O2を中心とした一定の曲率半径R1となる曲面で形成されている。
また、本実施形態では、上記曲率中心O1、O2の位置が異なるように設定されており、これにより湾曲部2aにおいて外側流面3aと内側流面5aとの間隔が内周端2Aから外周側に向かうに従って次第に狭くなるように設定されている。なお、湾曲部2aの前記間隔は、内周端2Aから外周側に向かうに従って次第に狭くなっていなくても良い。
また、本実施形態では、図1に示すように、流路2の周方向Cの間隔は、各ブレード6が放射状に配列されていることで、内周側から外周側に向かうに連れて漸次拡幅して形成されている。
また、インペラ1は、例えばSUS410、SUS630等のステンレス鋼や、SNCM鋼(ニッケルクロムモリブデン鋼)等で形成されている。
以上に示したインペラ1では、ハブ4に取り付けられた図示しない回転軸により周方向C一方C1側に回転駆動した場合に、図2に示すように、流路2内に内周側から外周側へ向かう空気kの流れが発生すると共に、該空気kが、回転で生じる遠心力により加速される。これにより、流路2の内周端2Aから吸引された空気kが、該流路2内で圧縮されて外周端2Bから排出され、その後、例えば遠心圧縮機において下流側に接続された図示しない外部機器へ送出される。
次に、以上に示したインペラ1の製造方法について、図3から図23を参照して説明する。図3に示すように、本実施形態に係るインペラ1の製造方法は、外形形成工程(S1)、外周側流路形成工程(S2)、内周側流路形成工程(S3)、酸洗処理工程(S4)、研磨工程(S5)及び外形仕上げ工程(S6)を備えている。なお、内周側流路形成工程(S3)は、本発明の第1流路形成工程であり、外周側流路形成工程(S2)は、本発明の第2流路形成工程である。
以下に各工程の詳細を説明する。
(外形形成工程)
始めに、図4及び図5に示すように、インペラ1の外形をなす円盤体10を形成する外形形成工程を行う(S1)。
即ち、図6に示すように、まず、回転軸(図示せず)が挿入される挿入孔10aが中心部に形成された円筒状の母材11を鍛造する。そして、図5に示すように、シュラウド5の軸方向A一方A1側の面である表面となる傾斜面10bを、内周側から外周側に向かってなだらかに軸方向A他方A2側に向かうように例えば旋盤加工等により形成して、円盤体10を形成する。
なお、ここでは母材11を旋盤加工等して円盤体10を形成するものとしたが、鍛造のみによって円盤体10を形成しても構わない。また、ここでは鍛造によって挿入孔10aが形成された円筒状の母材11を採用するものとしたが、例えば円盤状の母材を用い、挿入孔10aを旋盤加工等しても構わない。
(外周側流路形成工程)
次いで、図7から図14に示すように、円盤体10の外周側から流路2の直線部2bを形成する外周側流路形成工程を行う。本実施形態では、外周側流路形成工程は、放電加工法により、流路2の外周端2B側から直線部2bの形状に対応した外周側電極12を挿入して行う。
ここで、外周側電極12について説明すると、図7から図12に示すように、この外周側電極12は、断面視略矩形状の細長の部材である。また、外周側電極12は、流路2の直線部2bの周方向C視した形状と対応する直線状で且つ直線部2bの高さよりも小さい高さを有する形状を有すると共に、軸方向A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、外周側電極12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。
以上に示した外周側電極12を使用する外周側流路形成工程について説明すると、まず、円盤体10を例えば図示しない放電加工油に浸漬する。
次いで、図7から図12に示すように、外周側電極12が円盤体10において流路2の直線部2bとなる部分を加工するように、円盤体10と流路2とを相対的に径方向B及び周方向Cにそれぞれ移動させ、また、必要に応じて軸方向Aにも移動させることで、外周側電極12によって放電加工を行う。なおこの際、外周側電極12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良い。
以上に示した工程を、インペラ1に形成される各流路2について繰り返し実施することで、図13及び図14に示すように、外周側流路形成工程が終了し、各流路2の直線部2bが形成される。
なお、本実施形態の外周側流路形成工程では、1種類の外周側電極12により流路2の直線部2bを形成するものとしたが、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、直線部2bを粗加工、中間加工及び仕上げ加工するものとしても良い。
(内周側流路形成工程)
次に、図15から図21に示すように、流路2の内周端2Aとなる位置から外周側に向かって流路2の湾曲部2aを形成する内周側流路形成工程を行う(S3)。本実施形態では、内周側流路形成工程は、放電加工法により、湾曲部2aの形状に対応した内周側電極(加工手段)13を流路2の内周端2A側から挿入して行う。
まず、内周側電極13について詳細に説明する。この内周側電極13は、外周側電極12と同様に、例えばグラファイトや銅などにより形成されている。また、図15から図17に示すように、内周側電極13は、断面視略矩形状の細長の部材で、流路2の湾曲部2aと対応する曲線状に形成されている。
具体的には、内周側電極13は、湾曲部2aの周方向C視した形状と対応する向きで湾曲形状を呈しており、本実施形態では、その曲率半径が湾曲部2aの周方向C視した曲率半径R1と略等しく設定されていると共に、高さ寸法が湾曲部2aの高さ寸法よりも小さくなるように設定されている。また、図18に示すように、内周側電極13は、湾曲部2aを軸方向A視した形状と対応する向きで湾曲形状を呈しており、本実施形態では、その幅寸法が湾曲部2aの内周端2Aにおける幅寸法と略等しくなるように設定されている。更に、本実施形態では、図15から図17に示すように、内周側電極13の長さ寸法は、湾曲部2aの長さよりも大きく設定されている。
そして、このような内周側電極13は、その基端で、伸縮自在に形成されたアーム14を含む回転機構を備える図示しない放電加工機によって、回転中心15回りに回転可能に支持されている。これにより、内周側電極13は、回転中心15回りに回転することで、略円弧状の軌跡をもって円盤体10に対して相対移動することが可能となっている。
そして、以上に示した内周側電極13を使用して内周側流路形成工程を行う。
まず、円盤体10を例えば図示しない放電加工油に浸漬する。
次いで、図15に示すように、円盤体10に対して流路2の湾曲部2aの曲率中心O1、O2が位置する軸方向A一方A1側に内周側電極13の回転中心15を設定する。本実施形態では、まず湾曲部2aの内側部分を加工するように、回転中心15を前記曲率中心O2に一致させる。また、アーム14の長さを流路2の曲率半径R1と略等しく設定する。この際の回転中心15の設定方法としては、例えば内側流面5aにおいて湾曲部2aを構成する部分と直線部2bを構成する部分とが接続される接続部J、及び内側流面5aの内周端部Pそれぞれからの法線の交点を求める方法が挙げられる。なお、回転中心15の設定方法は、この方法に限られるものではない。
そして、図15から図17に示すように、回転中心15回りに内周側電極13を回転させることで、流路2の内周端2A側から内周側電極13を挿入して、流路2の内周端2Aとなる位置から外周側に向かって流路2の湾曲部2aを放電加工法により形成する。これにより、内周側電極13は、円盤体10において流路2の内周端2Aとなる位置から、次第に外周側に向かうに従って径方向Bに沿うように曲線状の軌跡をもって円盤体10に対して相対移動することとなる。ここでは、回転中心15が曲率中心O2と一致し、アーム14の長さが前記曲率半径R1と略等しくなっているので、内周側電極13が湾曲部2aを構成する内側流面5aに沿うように移動して湾曲部2aの内側を形成することができる。また、本実施形態では、内周側電極13の長さ寸法が、湾曲部2aの長さよりも大きくなっているので、湾曲部2aの内側部分を確実に高精度に形成することができる。
更に本実施形態では、前述のように内周側電極13を回転中心15回りに回転させる際、図18に示すように、この回転と共に回転中心15と円盤体10とを周方向Cにも相対的に移動させながら、円盤体10に流路2の湾曲部2aを形成する。
詳しく説明すると、図18に示すように、前述のように内周側電極13を回転中心15回りに回転させて円盤体10に対して内周側から外周側に向けて移動させる際に、この移動と共に、中心軸Lを中心として円盤体10を周方向C一方C1側に回転させる。これにより、図19に示すように、内周側電極13を、円盤体10において流路2の内周端2Aとなる位置から外周側に向かうに従って周方向C一方C1側に湾曲する軌跡をもって円盤体10に対して相対移動させることができ、内周側から外周側に向かうに従って周方向Cに湾曲する流路2の湾曲部2aを容易且つ高精度に形成することができる。
図19に示す例では、内周側電極13が第1湾曲面6aに沿って移動するように円盤体10を周方向C一方C1側に回転させて第1湾曲面6aを形成している。なお本実施形態では、流路2が内周側から外周側に向かうに連れて漸次拡幅して形成されているので、第1湾曲面6aを形成した後、図20に示すように、内周側電極13を再び流路2の内周端2A側に移動させる。そして、内周側電極13が第2湾曲面6bに沿って移動するように、内周側電極13を回転中心15回りに回転させると共に円盤体10を中心軸L回りに周方向C一方C1側に回転させることで第2湾曲面6bを形成する。
以上により、内周側から外周側に向かうに従って周方向C一方C1側に湾曲する流路2の湾曲部2aの内側部分を、流路2の周方向Cの全域に亘って形成することができる。
次いで、図21に示すように、内周側電極13の回転中心15を内周側に前記曲率中心O1まで徐々に移動させて前述の放電加工を繰り返し行い、内周側電極13によって湾曲部2aの外側部分を次第に形成していく。これにより、流路2の湾曲部2aを形成することができる。なおこの過程において、内周側電極13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良い。
以上に示した工程を、インペラ1に形成される各流路2について繰り返し実施することで、内周側流路形成工程が終了する。
(酸洗処理工程)
次に、例えば塩酸又は硫酸からなる酸洗液を所定の温度に保った液層の中に、円盤体10を浸漬させて酸洗する酸洗処理工程を行う(S4)。これにより、図22及び図23に示すように、例えば放電加工によって第1湾曲面6a、第2湾曲面6b、外側流面3a及び内側流面5aに形成された変質層Hを除去することができる。
この変質層Hは、カーボンの含有割合が高く、円盤体10を構成する金属よりも硬いために割れ易く、金属疲労特性を低下させる原因となる。また、この変質層Hは、表面粗さが10〜50μmと粗いために、流路2に空気kが流れる際の抵抗となって、遠心圧縮機の圧縮効率を低下させる原因ともなる。従って、本工程の酸洗処理にて変質層Hを除去し、金属疲労特性の向上を図ることができる。
(研磨工程)
次に、流路2を形成する第1湾曲面6a、第2湾曲面6b、外側流面3a及び内側流面5aを研磨して各面を平滑にする研磨工程を行う(S5)。この際、例えば流体研磨や電解研磨により研磨する。なお、流体研磨により研磨する場合には、メディア(砥粒が混ぜ込まれた研磨用の粘土状物質)を流路2に高圧で流し込むことで研磨する。また、電解研磨により研磨する場合には、例えばグラファイト電極を用いて、電解液中にて、インペラ1側をプラス、グラファイト電極側をマイナスとして通電することで流路2を形成する各面の金属を溶解させて研磨する。
(外形仕上げ工程)
次に、円盤体10の寸法がインペラ1の既定値となるように、例えば機械加工によって外形の仕上げを行う外形仕上げ工程を行う(S6)。
そして、以上に示した外形形成工程(S1)から外形仕上げ工程(S6)までを実施することによって、図1及び図2に示すようなインペラ1が製造される。
以上に示した遠心圧縮機のインペラ1の製造方法によれば、円盤体10に対して流路2の曲率中心が位置する軸方向A一方A1側に回転中心15を設定して、この回転中心15回りに円盤体10に対して内周側電極13を相対回転させる。これにより、内周側電極13は、円盤体10において流路2の内周端2Aとなる位置から、次第に外周側に向かうに従って径方向Bに沿うように曲線状の軌跡をもって円盤体10に対して相対移動することとなる。このため、内周側で軸方向Aに沿うと共に外周側に向かって径方向Bに沿うように湾曲する流路2を、特に湾曲部分である湾曲部2aの内側において、設定した回転中心15と円盤体10との相対位置によって決定される曲率半径に応じて容易且つ高精度に形成することができる。
また、内周側流路形成工程と外周側流路形成工程との双方を備えているので、内周側流路形成工程において流路2の湾曲部2aだけを形成すれば良く、且つ外周側流路形成工程において流路2の直線部2bだけを形成すれば良く、各流路形成工程において加工する長さを短くすることができる。このため、各流路形成工程における流路2の形成をより容易とすることができると共に、流路2全体をより高精度に形成することができる。
また、内周側流路形成工程及び外周側流路形成工程を、放電加工法により、流路2の内周端2A側及び外周端2B側から各電極をそれぞれ挿入して行うことによって、流路2をより高精度に形成することができる。
また、以上に示した遠心圧縮機のインペラ1によれば、流路2が内周端2Aから外周側に向かって曲線状に形成された湾曲部2aとなっており、内周端2A側に直線部分が無い構成となっている。このため、インペラ1の母材となる円盤体10に対して流路2の曲率中心が位置する軸方向Aの一方A1側に回転中心15を設定して、この回転中心15回りに円盤体10に対して内周側電極13を相対回転させて、内周側電極13を流路2の内周端2Aとなる位置から挿入していくだけで、容易に当該流路2を加工することができる。また、この際に設定した回転中心15と円盤体10との相対位置によって決定される曲率半径に応じて高精度に形成された流路を備えた構成とすることができる。
なお、本実施形態では、流路2の湾曲部2aを構成する外側流面3a及び内側流面5aは、いずれも曲率半径がR1で互いに等しくなっているものとしたが、これに限られるものではなく、例えば両者の曲率半径が互いに異なっていても良い。更に、この場合、互いの曲率中心が一致していても良い。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る遠心圧縮機のインペラ20について、図24を参照して説明する。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図24に示すように、本実施形態のインペラ20では、流路21の湾曲部21aが複数の曲率を有する湾曲形状をなしている。
図24に示す例では、湾曲部21aの内側を構成する内側流面25の一部は、インペラ20の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O3を中心とした曲率半径R2となる内周側曲面22と、インペラ20の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O4を中心とした曲率半径R3となる外周側曲面23と、が内周側から外周側に向けてこの順で接続されて構成されている。内周側曲面22は、曲率中心O3回りに角度θ1に亘る長さとなっており、外周側曲面23は、曲率中心O4回りで角度θ2に亘る長さになっている。
更に、図24に示す例では、湾曲部21aの外側を構成する外側流面27の一部は、インペラ20の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O5(図示せず)を中心とした曲率半径R2となる内周側曲面28と、インペラ20の軸方向A一方A1側に設定された曲率中心O6(図示せず)を中心とした曲率半径R3となる外周側曲面29と、が内周側から外周側に向けてこの順で接続されて構成されている。
以上のように内側流面25及び外側流面27が形成されることで、流路21の湾曲部21aが複数の曲率を有する湾曲形状をなしている。
次に、以上に示したインペラ20の製造方法における内周側流路形成工程について図25を参照して説明する。
ここで、本実施形態の内周側流路形成工程で用いる内周側電極26について説明すると、図25に示すように、この内周側電極26の断面視略矩形状となっている。また、内周側電極26の長さ寸法は、内側流面25の内周側曲面22の長さより小さくなっている。また、内周側電極26とアーム14とは、断面視湾曲形状の仲介部材30を介して連結されている。この仲介部材30は、長さ寸法が湾曲部21aの長さよりも長く、且つ曲率半径が前記曲率半径R3と略等しくなっている。
以上に示した内周側電極26を使用する本実施形態の内周側流路形成工程において、湾曲部21aの内側部分を形成する場合について説明すると、円盤体10を例えば図示しない放電加工油に浸漬した後、円盤体10に対して軸方向A一方A1側に内周側電極26の回転中心15を設定する。この際、回転中心15を、内側流面25の内周側曲面22の曲率中心O3と一致するように設定する。更に、図25の2点鎖線に示すように、アーム14に仲介部材30を介して連結された内周側電極26が、円盤体10において流路21の内周端2Aとなる位置に接するように、アーム14の長さを前記曲率半径R2に設定すると共にアーム14の回転中心15回りの位置(傾き)を設定する。
そして、円盤体10に対する内周側電極26の回転中心15回りの相対的な回転角度に応じて回転中心15の位置を変化させて円盤体10に対して内周側電極26を回転中心15回りに相対回転させる。
詳しく説明すると、まず、円盤体10において流路21の内周端2Aとなる位置から回転中心15回りに外周側に向かって回転角度θ1だけ内周側電極26を回転させ、この内周側電極26を湾曲部21a内の中間位置に移動させることで、湾曲部21aの内側部分において内周側曲面22によって構成される範囲を形成する。次いで、回転中心15の位置を、内周側曲面22の曲率中心O3から外周側曲面23の曲率中心O4に変化させると共に、アーム14の長さを前記曲率半径R3に設定する。そして、前記中間位置から外周側に向かって、曲率中心O4に位置する回転中心15回りに内周側電極26を回転角度θ2だけ回転させ、この内周側電極26を湾曲部21aの外周端となる位置に移動させることで、湾曲部21aの内側部分において外周側曲面23によって構成される範囲を形成する。
以上に示した遠心圧縮機のインペラ20の製造方法によれば、内周側流路形成工程において、回転中心15回りの回転角度に応じて回転中心15の位置を変化させつつ、円盤体10に対して内周側電極26を当該回転中心15回りに回転させることで、複数の曲率を有する湾曲形状をなす流路21を形成することができる。
なお、本実施形態では、回転中心15回りの内周側電極26の回転と、回転中心15の位置の変化とを異なるタイミングで行っているが、内側流面25の形状によって、両者を同時に行っても良い。この場合、曲率半径が連続的に変化する流路を形成できる。
なお、本発明の技術的範囲は前記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。
例えば、前記各実施形態では、外周側流路形成工程を行うものとしているが、内周側流路形成工程で流路2、21の内周端2Aから外周端2Bまでの全域を形成することで外周側流路形成工程を行わないものとしても良い。更に、前記各実施形態では、外周側流路形成工程の後、内周側流路形成工程を行うものとしたが、順序はこれに限られるものではない。
また、前記各実施形態では、内周側流路形成工程及び外周側流路形成工程を、それぞれ放電加工法により行うものとしたが、これに限られるものではない。例えば、電解加工によって行っても良く、また、機械加工によって行っても良い。
また、前記各実施形態では、酸洗工程及び研磨工程を行うものとしたが、これに限らず、例えば、変質層Hの影響が小さい場合には酸洗工程を行わずに研磨工程のみ実施するものとしても良く、また、表面粗さが小さい場合には研磨工程も行わなくても良い。
また、前記各実施形態では、内周側流路形成工程は、回転中心15回りに内周側電極13、26を回転させることで、円盤体10に対して内周側電極13、26を回転させるものとしたが、両者が回転中心回り相対回転すれば、これに限られるものではなく、例えば内周側電極13、26に対して円盤体10を回転させても良い。
また、前記各実施形態では、内周側流路形成工程は、内周側電極13、26を回転中心15回りに回転させると共に、該回転中心15と円盤体10とを周方向Cに相対的に移動させながら円盤体10に流路2、21を形成するものとしたが、これに限られるものではない。例えば、湾曲部2a、21aの径方向Bに沿った形状に応じて内周側電極13、26を挿入する位置及び向きを変化させることで、回転中心15と円盤体10とを周方向Cに相対的に移動させずに湾曲部2a、21aを形成しても良い。また、湾曲部2a、21aが、径方向Bに沿って周方向Cに湾曲していない場合には、回転中心15と円盤体10とを周方向Cに相対的に移動させなくても良い。
また、前記各実施形態では、回転中心15と円盤体10とを周方向Cに相対的に移動させるときに、円盤体10を中心軸L回りに周方向Cに回転させることで移動させるものとしたが、両者が周方向Cに相対的に移動すれば、これに限られるものではなく、例えば、円盤体10に対して回転中心15を中心軸L回りに周方向Cに沿って相対的に移動させても良い。
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
1、20 インペラ
2、21 流路
2A 内周端
2B 外周端
10 円盤体
13、26 内周側電極(加工手段)
15 回転中心
A 軸方向
A1 軸方向の一方
B 径方向
C 周方向

Claims (5)

  1. 略円盤状で、内周側で軸方向に沿うと共に外周側に向かって径方向に沿うように湾曲形成された流路を有する遠心回転機のインペラの製造方法であって、
    前記インペラの外形をなす円盤体に対して前記流路の曲率中心が位置する軸方向の一方側で、前記円盤体の中心軸を含む断面における該流路の外側を構成する外側流面の曲率中心と、前記断面における該流路の内側を構成する内側流面の曲率中心とを含む曲率中心間に回転中心を設定して、該回転中心回りに前記円盤体に対して加工手段を相対回転させることで前記円盤体に前記断面における該流路の内周端となる位置から外周側に向かって該流路の少なくとも一部を形成する第1流路形成工程を備えていることを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法。
  2. 請求項1に記載の遠心回転機のインペラの製造方法において、
    前記第1流路形成工程は、前記円盤体に対して前記加工手段を前記回転中心回りに相対回転させると共に、該回転中心と前記円盤体とを該円盤体の周方向に相対的に移動させながら前記円盤体に前記流路を形成することを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の遠心回転機のインペラの製造方法において、
    前記第1流路形成工程は、前記回転中心回りの回転角度に応じて該回転中心の位置を変化させて前記円盤体に対して前記加工手段を前記回転中心回りに相対回転させることを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の遠心回転機のインペラの製造方法において、
    前記円盤体の外周側から、前記断面における該流路の外周端側を形成する第2流路形成工程を備えていることを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の遠心回転機のインペラの製造方法において、
    前記第1流路形成工程は、前記加工手段として、前記断面における該流路の内周端側の形状に対応する形状の電極を用い、放電加工法により、前記断面における該流路の内周端側から前記電極を挿入して行うことを特徴とする遠心回転機のインペラの製造方法
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