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
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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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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