JP5777529B2 - インペラ及びこれを備えたロータ並びにインペラの製造方法 - Google Patents
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Description
このインペラ81におけるディスク82は、回転軸に外嵌される円筒部82aと、該円筒部82aの外周面における軸線O方向一方側(図6における右側)の部分から径方向外側に張り出す環状円盤部82bとが一体成形されることで構成されている。上記ブレード83は、環状円盤部82bの軸線O方向他方側(図6における左側)を向く面に周方向に間隔をあけて複数配置されており、これらブレード83を軸線O方向他方側から覆うようにしてカバー84が一体に取り付けられている。
これに対して、母材としてのインペラ材に加工工具90を用いた切削加工を施すことにより、ディスク82、ブレード83及びカバー84を一体成形する製造方法が提案されている。
即ち、本発明に係るインペラは、内周側部品と外周側部品とからなるインペラであって、前記内周側部品は、軸線を中心とした円筒状をなしており、前記外周側部品は、前記内周側部品の外周面における前記軸線方向一方側に外嵌される環状円盤と、該環状円盤の前記軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、前記複数のブレードを前記軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーと、が一体成形されてなり、前記内周側部品は、その外周側に径方向内側を向く第一当接面を有し、前記環状円盤は、その内周側に径方向外側を向く第二当接面を有し、前記内周側部品に前記外周側部品が外嵌される際に、前記第一当接面と前記第二当接面とが互いに当接し、前記内周側部品は、その外周側に、径方向外側に向かって突出して周方向にわたって延在する第一フランジ部を有し、前記環状円盤は、その内周側に、径方向内側に向かって突出して周方向にわたって延在し、軸線方向から前記第一フランジ部に当接する第二フランジ部を有し、前記第一フランジ部における前記第二フランジ部と当接する面が、径方向外側に向かうに従って前記第二フランジ部側に向かって傾斜する前記第一当接面とされ、前記第二フランジ部における前記第一フランジ部と当接する面が、前記第一当接面と同様に傾斜する前記第二当接面とされていることを特徴とする。
そして、このような内周側部品に外周側部品の環状円盤を外嵌させることのみをもって、これら内周側部部品と環状円盤とによってディスクが構成され、当該ディスク、ブレード及びカバーを備えたインペラを得ることができる。
また、内周側部品に外周側部品が外嵌される際には、内周側部品における径方向内側を向く第一当接面と外周側部品における径方向外側を向く第二当接面が互いに当接するため、遠心力に対しての抗力を大きく得ることができる。
さらに、径方向内側を向く第一当接面と径方向外側を向く第二当接面とが互いに当接することで、径方向外側に向かって作用する遠心力に対しての抗力を確実に得ることができる。
これにより、ロータをより強固に回転軸に対して取り付けることができる。
また、本発明に係るインペラの製造方法は、内周側部品と外周側部品とからなるインペラの製造方法であって、軸線を中心とした円筒状をなす前記内周側部品を成形する工程と、前記内周側部品の外周面における軸線方向一方側の部分に外嵌可能な環状円盤と、該環状円盤の軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、該複数のブレードを軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとを有する前記外周側部品を一体成形する工程と、前記内周側部品における径方向内側を向く第一当接面と前記外周側部品における径方向外側を向く第二当接面とを互いに当接させるように、前記内周側部品における軸線方向他方側の部分に前記環状円盤を外嵌させることにより、前記内周側部品と前記外周側部品とを固定一体化する工程と、を備え、前記内周側部品は、軸線を中心とした環状をなすように前記軸線方向に凹む環状凹部を有し、前記環状円盤は、前記環状凹部に対して前記軸線方向から嵌合可能な環状凸部を有し、前記環状凹部における径方向内側を向く面が、前記第一当接面とされ、前記環状凸部における径方向外側を向く面が、前記第二当接面とされていることを特徴とする。
ロータ1は例えば圧縮機やタービン等の回転機械に用いられるものであって、図1に示すように、軸線O方向に延びる円柱状をなして該軸線O回りに回転可能とされた回転軸2の外周面3にインペラ10Aが一体に取り付けられることによって構成されている。このインペラ10Aは、軸線O方向に流通する流体を径方向外側へと向かって送り出すものである。
以下では、流体の下流側となる図1における右側を軸線O方向一方側と称し、流体の上流側となる図1の左側を軸線O方向他方側と称することとする。
内周側部品20は、軸線Oを中心とした略円筒状をなしており、該内周側部品20の外周面21は、小径部22、拡径部23及び大径部24とから構成されている。
小径部22及び大径部24はそれぞれ軸線Oを中心とした円筒面状をなしており、拡径部23は軸線Oを中心とした略円錐面状をなしている。
換言すれば、これら一対の第一当接面102は、大径部24から径方向外側に向かうに従って互いに漸次離間するように傾斜して、凸部外周面101の両端に接続されている。即ち、これら第一当接面102は、互いに周方向反対側を向き、かつ、径方向内側を向く面とされている。
環状円盤31は、軸線Oを中心として形成された円盤状をなす部材であって、その中央には軸線O方向に貫通する嵌合孔32が形成されている。この嵌合孔32の内径は、上記内周側部品20の大径部24の外径と同一か僅かに小さい程度に形成されている。なお、嵌合孔32の軸線O方向の寸法は、上記内周側部品20の大径部24の軸線O方向の寸法と略同一とされている。
換言すれば、これら一対の第二当接面112は、嵌合孔32から径方向外側に向かうに従って互いに漸次離間するように傾斜して、凹部内周面111の両端に接続されている。即ち、第二当接面112は、互いに周方向の反対側を向き、かつ、径方向内側を向く面とされている。
そして、これら第二当接面112は、凹部110に凸部100が嵌合した際に、その全域にわたって第一当接面102と当接可能とされており、即ち、第二当接面112は、第一当接面102と同様の傾斜角度で傾斜している。
まず、内周側部品20を成形する。この内周側部品20は、炭素鋼からなる細長い円柱形状のブルーム材を切断することに円盤状部材を作製し、当該円盤状部材に対して加工工具により切削加工を施すことによって成形する。
また、この内周側部品20の成形とは別個に、外周側部品30を成形する。この外周側部品30も内周側部品20同様、円盤状部材に対して加工工具による切削加工を施すことによって成形する。
また、本実施形態では、インペラ10Aの内周側部品20を焼き嵌めによって回転軸2に外嵌させることとしたため、当該インペラ10Aをより強固に回転軸2に対して取り付けることができる。
これによっても、第二実施形態のインペラ10Bと同様、遠心力に対する抗力を確実に得ることができる。
例えば、実施形態では、内周側部品20を回転軸2に外嵌する構成について説明したが、内周側部品20が回転軸2と一体に形成されているものであってもよい。この場合は、回転軸2を切削加工により削り出す際に該回転軸2の外周面3に内周側部品20を形成することで、これら内周側部品20と回転軸2とを一体成形する。これによって、内周側部品20を回転軸2に固定する作業を行う必要がないため、ロータ1を構成する際の作業工程数を減らすことができる。
2 回転軸
3 外周面
10A インペラ
10B インペラ
10C インペラ
20 内周側部品
21 外周面
22 小径部
23 拡径部
24 大径部
25 内周面
26 第一内周面
27 第二内周面
30 外周側部品
31 環状円盤
32 嵌合孔
33 湾曲面
40 ブレード
50 カバー
51 カバー本体
52 縁部
53 挿通孔
61 ディスク
62 導入部
81 インペラ
82 ディスク
82a 円筒部
82b 環状円盤部
83 ブレード
84 カバー
100 凸部
101 凸部外周面
102 第一当接面
103 延出部
104 延出部外周面
105 延出部当接面
110 凹部
111 凹部内周面
112 第二当接面
113 溝部
114 溝部内周面
115 溝部当接面
120 ピン部材
121 ピン挿入孔
131 第一フランジ部
132 第一フランジ外周面
133 第一当接面
140 第二フランジ部
141 第二フランジ内周面
142 第二当接面
150 第二外周面
151 段部
152 環状凹部
153 底面部
154 第一当接面
155 ボルト部材
160 張り出し部
161 張り出し部内周面
162 段部当接面
163 環状凸部
164 先端部
165 第二当接面
Claims (8)
- 内周側部品と外周側部品とからなるインペラであって、
前記内周側部品は、軸線を中心とした円筒状をなしており、
前記外周側部品は、
前記内周側部品の外周面における前記軸線方向一方側に外嵌される環状円盤と、
該環状円盤の前記軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、
前記複数のブレードを前記軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーと、が一体成形されてなり、
前記内周側部品は、その外周側に径方向内側を向く第一当接面を有し、
前記環状円盤は、その内周側に径方向外側を向く第二当接面を有し、
前記内周側部品に前記外周側部品が外嵌される際に、前記第一当接面と前記第二当接面とが互いに当接し、
前記内周側部品は、その外周側に、径方向外側に向かって突出して周方向にわたって延在する第一フランジ部を有し、
前記環状円盤は、その内周側に、径方向内側に向かって突出して周方向にわたって延在し、軸線方向から前記第一フランジ部に当接する第二フランジ部を有し、
前記第一フランジ部における前記第二フランジ部と当接する面が、径方向外側に向かうに従って前記第二フランジ部側に向かって傾斜する前記第一当接面とされ、
前記第二フランジ部における前記第一フランジ部と当接する面が、前記第一当接面と同様に傾斜する前記第二当接面とされていることを特徴とするインペラ。 - 内周側部品と外周側部品とからなるインペラであって、
前記内周側部品は、軸線を中心とした円筒状をなしており、
前記外周側部品は、
前記内周側部品の外周面における前記軸線方向一方側に外嵌される環状円盤と、
該環状円盤の前記軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、
前記複数のブレードを前記軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーと、が一体成形されてなり、
前記内周側部品は、その外周側に径方向内側を向く第一当接面を有し、
前記環状円盤は、その内周側に径方向外側を向く第二当接面を有し、
前記内周側部品に前記外周側部品が外嵌される際に、前記第一当接面と前記第二当接面とが互いに当接し、
前記内周側部品は、軸線を中心とした環状をなすように前記軸線方向に凹む環状凹部を有し、
前記環状円盤は、前記環状凹部に対して前記軸線方向から嵌合可能な環状凸部を有し、
前記環状凹部における径方向内側を向く面が、前記第一当接面とされ、
前記環状凸部における径方向外側を向く面が、前記第二当接面とされていることを特徴とするインペラ。 - 前記内周側部品と前記環状円盤との間に圧入されたピン部材をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のインペラ。
- 前記内周側部品と前記環状円盤とを軸線方向に連結するボルト部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のインペラ。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載のインペラと、
該インペラの前記内周側部品の内周面における軸線方向他方側の部分が外嵌される回転軸を備えることを特徴とするロータ。 - 前記内周側部品が焼き嵌めによって前記回転軸に外嵌されることを特徴とする請求項5に記載のロータ。
- 内周側部品と外周側部品とからなるインペラの製造方法であって、
軸線を中心とした円筒状をなす前記内周側部品を成形する工程と、
前記内周側部品の外周面における軸線方向一方側の部分に外嵌可能な環状円盤と、該環状円盤の軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、該複数のブレードを軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとを有する前記外周側部品を一体成形する工程と、
前記内周側部品における径方向内側を向く第一当接面と前記外周側部品における径方向外側を向く第二当接面とを互いに当接させるように、前記内周側部品における軸線方向他方側の部分に前記環状円盤を外嵌させることにより、前記内周側部品と前記外周側部品とを固定一体化する工程と、を備え、
前記内周側部品は、その外周側に、径方向外側に向かって突出して周方向にわたって延在する第一フランジ部を有し、
前記環状円盤は、その内周側に、径方向内側に向かって突出して周方向にわたって延在し、軸線方向から前記第一フランジ部に当接する第二フランジ部を有し、
前記第一フランジ部における前記第二フランジ部と当接する面が、径方向外側に向かうに従って前記第二フランジ部側に向かって傾斜する前記第一当接面とされ、
前記第二フランジ部における前記第一フランジ部と当接する面が、前記第一当接面と同様に傾斜する前記第二当接面とされていることを特徴とするインペラの製造方法。 - 内周側部品と外周側部品とからなるインペラの製造方法であって、
軸線を中心とした円筒状をなす前記内周側部品を成形する工程と、
前記内周側部品の外周面における軸線方向一方側の部分に外嵌可能な環状円盤と、該環状円盤の軸線方向他方側を向く面に周方向に間隔をあけて複数設けられ、径方向に向かって延びる流路を形成するブレードと、該複数のブレードを軸線方向他方側から覆い、前記内周側部品が径方向に間隔をあけて前記軸線方向に挿通する挿通孔を有するカバーとを有する前記外周側部品を一体成形する工程と、
前記内周側部品における径方向内側を向く第一当接面と前記外周側部品における径方向外側を向く第二当接面とを互いに当接させるように、前記内周側部品における軸線方向他方側の部分に前記環状円盤を外嵌させることにより、前記内周側部品と前記外周側部品とを固定一体化する工程と、を備え、
前記内周側部品は、軸線を中心とした環状をなすように前記軸線方向に凹む環状凹部を有し、
前記環状円盤は、前記環状凹部に対して前記軸線方向から嵌合可能な環状凸部を有し、
前記環状凹部における径方向内側を向く面が、前記第一当接面とされ、
前記環状凸部における径方向外側を向く面が、前記第二当接面とされていることを特徴とするインペラの製造方法。
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