JP6672466B2

JP6672466B2 - 遠心式回転機械の製造方法、及びそのインペラの製造方法

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Publication number: JP6672466B2
Application number: JP2018536661A
Authority: JP
Inventors: 裕基 ▲高▼木; 好樹田澤; 佑亮河合
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2020-03-25
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JPWO2018042653A1; US20190126364A1; EP3421809A1; US10994347B2; WO2018042653A1; EP3421809B1; EP3421809A4

Description

本発明は、遠心式回転機械の製造方法、及びそのインペラの製造方法に関する。

遠心回転機械のインペラとして、クローズド型インペラがある。このクローズド型インペラは、軸線を中心として円板状のディスクと、ディスクの外周面上に、軸線に対する周方向に互いに離間して設けられている複数のブレードと、ディスクとの間で複数のブレードを挟み込むカバーと、を有している。このインペラで、ディスクとカバーとの相互間であって複数のブレードの相互間が流路になる。この流路は、この流路の入口から軸方向後側に向いつつ、軸線に対する径方向外側に向かって次第に曲がっている。さらに、この流路は、軸方向から見た場合、この流路の入口から径方向外側に向かいつつ、インペラの回転方向に対して反対側に向って曲がっている。

以下の特許文献１には、一のブロックから以上で説明したクローズド型インペラの製造方法が記載されている。この製造方法では、インペラの入口になるブロック中の入口領域からブロック内に切削工具を入れてブロックを切削すると共に、インペラの出口になるブロック中の出口領域からブロック内に切削工具を入れてブロックを切削して、ブロック内に曲がった流路を形成する。

特開２０１４−０４０８３８号公報

遠心式回転機械の流路の曲りの曲率半径が、種類によっては入口や出口の開口面積に対して相対的に小さい場合がある。この場合、上記特許文献１に記載の方法によりブロックを切削しても、ブロック内に所望の流路を形成することが困難なことがある。

そこで、本発明は、クローズド型インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的に小さい場合であっても、このインペラの製造するためのブロック中に流路を形成することができる、遠心式回転機械の製造方法、及びそのインペラの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る第一態様としてのインペラの製造方法は、
軸線を中心として円板状のディスクと、前記ディスクの外周面上に、前記軸線に対する周方向に互いに離間して設けられている複数のブレードと、前記ディスクとの間で複数の前記ブレードを挟み込むカバーと、を有し、前記ディスクと前記カバーとの相互間であって複数の前記ブレードの相互間に、前記軸線が延びる軸方向の一方側である軸方向前側から流入した流体を前記軸線に対する径方向外側に流出させる流路が形成されている、遠心式回転機械のインペラを一のブロックから形成するインペラの製造方法である。このインペラの製造方法は、互いに種類の異なる複数の工具を用いて、前記ブロック中で前記流路になる流路領域を切削する流路切削工程を実行する。前記流路切削工程は、複数の前記工具のうちの一工具である粗切削工具を用いて切削する粗切削工程と、前記粗切削工程後に、複数の前記工具のうちの一工具である中／仕上切削工具を用いて前記粗切削工程での切削残りを切削する中／仕上切削工程と、複数の前記工具のうちの一工具である残り切削工具を用いて前記中／仕上切削工程での切削残りを切削する残り切削工程と、を含む。前記流路切削工程で用いる複数の前記工具は、いずれも、工具軸線を中心とし、少なくとも外周に刃が形成されている工具本体と、前記工具本体が固定されて、前記工具軸線を中心して前記工具軸線が延びる工具軸方向に長い柄と、を有する。前記残り切削工具における前記工具本体の最大外径は、前記残り切削工具における前記柄の最小外径よりも大きく、前記残り切削工具における前記工具本体は、前記残り切削工具における前記工具本体に対する前記柄の側である工具後側成分を含む方向に向いている後刃を有する。前記粗切削工程は、前記インペラで前記流体が流入する入口になる前記ブロック中の入口領域と前記インペラで前記流体が流出する出口になる前記ブロック中の出口領域とのうち、一方の領域から前記ブロック内に前記粗切削工具を入れて前記流路領域を切削する第一粗切削工程と、前記第一粗切削工程後に、前記出口領域と前記入口領域とのうち、他方の領域から前記ブロック内に前記粗切削工具を入れて前記流路領域を切削する第二粗切削工程と、を含む。前記中／仕上切削工程は、前記第二粗切削工程後に、前記ブロック中の前記他方の領域から前記ブロック内に前記中／仕上切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第一中／仕上切削工程と、前記第一中／仕上切削工程後に、前記ブロック中の前記一方の領域から前記ブロック内に前記中／仕上切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第二中／仕上切削工程と、を含む。前記残り切削工程は、前記第二中／仕上切削工程後に、前記ブロック中の前記一方の領域から前記ブロック内に前記残り切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第一残り切削工程を含む。

当該製造方法では、インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的に小さくても、粗切削工程の実行で残った部分を残り切削工具で切削することができる。よって、当該製造方法では、インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的に小さい場合でも、ブロック中に流路を形成することができる。
さらに、当該製造方法では、第二粗切削工程と第一中／仕上切削工程とは、共に、出口領域と入口領域とのうちの他方の領域から工具を流路領域に入れる。よって、当該製造方法では、第二粗切削工程後に、工作機械のテーブルに対するブロックの向きを変えずに、第一中／仕上切削工程を実行することができる。当該製造方法では、第二中／仕上切削工程と第一残り切削工程とは、共に、出口領域と入口領域とのうちの一方の領域から工具を流路領域に入れる。よって、当該製造方法では、第二中／仕上切削工程後に、工作機械のテーブルに対するブロックの向きを変えずに、第一残り切削工程を実行することができる。

上記目的を達成するための発明に係る第二態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一態様の前記インペラの製造方法において、前記残り切削工程では、前記残り切削工具を回転させつつ、前記工具後側成分を含む方向に前記残り切削工具を移動させて、前記残り切削工具の前記後刃で、前記粗切削工程での切削残りを切削する工程を含む。

当該製造方法では、残り切削工具をブロック中の流路領域内の所定の位置にセットした後、この残り切削工具を回転させつつ、工具後側成分を含む方向に残り切削工具を移動させて、引き切削加工を実行する。このため、当該製造方法では、切削中に柄が切削残りの部分や入口の開口縁又は出口の開口縁に接触する接触可能性を低くすることができる。

上記目的を達成するための発明に係る第三態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一又は前記第二態様の前記インペラの製造方法において、前記工具軸線に対して垂直な方向で、前記柄の最小外径となる位置での外周面から前記工具本体の外周のうちで最大外径になる位置までの距離である張出量は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最大である。

当該製造方法では、インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的により小さくても、粗切削工程の実行で残った部分を残り切削工具で切削することができる。

上記目的を達成するための発明に係る第四態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第三態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記柄の最小外径は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最少である。

上記目的を達成するための発明に係る第五態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第四態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記工具本体の最大外径は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最少である。

当該製造方法では、残り切削工具により、インペラ中で曲率半径の小さい部分、例えば、ディスクとブレードとの角部や、カバーとブレードとの角部を切削することができる。

上記目的を達成するための発明に係る第六態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第五態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記残り切削工具の前記工具本体は、前記工具軸線を含む仮想平面内で、２００°以上の範囲で前記刃が形成されている。

上記目的を達成するための発明に係る第七態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第六態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記残り切削工具の前記工具本体は、前記工具軸線を含む仮想平面内で、２４０°以上の範囲で前記刃が形成されている。

上記目的を達成するための発明に係る第八態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第七態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記中／仕上切削工具における前記柄の前記先端部の外径は、前記粗切削工具における前記柄の前記先端部の外径以下である。

当該製造方法では、粗切削工程での切削残りを容易に切削することができる。

上記目的を達成するための発明に係る第九態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第八態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記中／仕上切削工具における前記工具本体の最大外径は、前記粗切削工具における前記工具本体の最大外径以下である。

上記目的を達成するための発明に係る第十態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第九態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記中／仕上切削工具は、ボールエンドミルである。

上記目的を達成するための発明に係る第十一態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第十態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記粗切削工具は、ラジアスエンドミルである。

上記目的を達成するための発明に係る第十二態様としてのインペラの製造方法は、
前記第一から前記第十一態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法において、前記残り切削工具は、ロリポップミルである。

上記目的を達成するための発明に係る第十三態様としての遠心式回転機械の製造方法は、
前記第一から前記第十二態様のうちのいずれかの前記インペラの製造方法を実行すると共に、前記インペラが装着され、前記軸線を中心とする回転軸と、前記インペラを覆うケーシングとを含む部品を準備する準備工程と、前記インペラと、前記回転軸及び前記ケーシングを含む前記部品とを組み合わせる組立工程と、を実行する。

本発明の一態様では、クローズド型インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的に小さい場合であっても、このインペラを製造するためのブロック中に流路を形成することができる。

本発明に係る一実施形態における遠心式回転機械の模式的な断面図である。本発明に係る一実施形態におけるインペラの断面図である。図２におけるＩＩＩ矢視図である。本発明に係る一実施形態における遠心式回転機械の製造手順を示すフローチャートである。本発明に係る一実施形態におけるインペラの製造手順を示すフローチャートである。本発明に係る一実施形態における粗切削工具の側面図である。図６ＡにおけるＢ部の拡大図である。本発明に係る一実施形態における中／仕上切削工具の側面図である。図７ＡにおけるＢ部の拡大図である。本発明に係る一実施形態における残り切削工具の側面図である。図８ＡにおけるＢ部の拡大図である。本発明に係る一実施形態における中間ブロックの断面図である。本発明に係る一実施形態における第一粗切削工程を説明するための説明図である。本発明に係る一実施形態における第二粗切削工程を説明するための説明図である。本発明に係る一実施形態における第一中／仕上切削工程を説明するための説明図である。本発明に係る一実施形態における第二中／仕上切削工程を説明するための説明図である。本発明に係る一実施形態における第一残り切削工程を説明するための説明図である。図１４におけるＸＶ部の拡大図である。

以下、本発明に係る遠心式回転機械の製造方法の一実施形態について、図面を用いて説明する。

本実施形態の遠心式回転機械は、遠心式多段圧縮機である。この遠心式多段圧縮機は、図１に示すように、回転軸１０と、ケーシング２０と、複数のインペラ３０と、ラジアル軸受１１と、スラスト軸受１２と、を備える。回転軸１０は、軸線Ａｒを中心として円柱状を成し、この軸線Ａｒを中心として回転する。ラジアル軸受１１及びスラスト軸受１２は、いずれもケーシング２０に固定され、回転軸１０を回転可能に支持する。複数のインペラ３０は、軸線Ａｒが延びる軸方向Ｄａに並んで、回転軸１０の外周側にそれぞれ固定されている。複数のインペラ３０は、軸線Ａｒを中心として回転軸１０と一体回転する。インペラ３０は、ディスク３１と、複数のブレード３５と、カバー３６と、を有する。ここで、軸方向Ｄａの一方側を軸方向前側Ｄａｆ、この軸方向Ｄａの他方側を軸方向後側Ｄａｂとする。また、軸線Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒ、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側Ｄｒｏとする。また、軸線Ａｒに対する周方向を単に周方向Ｄｃとする。

ディスク３１は、図２に示すように、軸方向前側Ｄａｆから軸方向後側Ｄａｂに向うに連れて次第に拡径されている。このため、ディスク３１の外周面３２で軸方向前側Ｄａｆの部分では、軸方向後側Ｄａｂに向う方向成分が径方向外側Ｄｒｏに向かう成分より大きい。また、この外周面３２の軸方向後側Ｄａｂの部分では、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分が軸方向後側Ｄａｂに向かう方向成分より大きい。このディスク３１には、軸方向後側Ｄａｂを向く背面３３が形成されている。さらに、このディスク３１には、軸線Ａｒ上を軸方向Ｄａに貫通する軸孔３４が形成されている。この軸孔３４には、回転軸１０が装着される。複数のブレード３５は、ディスク３１の外周面３２上に、周方向Ｄｃに間隔をあけて設けられている。各ブレード３５は、軸方向Ｄａから見た場合、径方向内側Ｄｒｉの部分から径方向外側Ｄｒｏに向かうに連れて、インペラ３０の回転方向に対して反回転側に次第に向かうよう曲がっている。カバー３６は、ディスク３１の外周面３２に対向配置され、ディスク３１との間で複数のブレード３５を挟み込んでいる。このカバー３６の内周面３７は、ディスク３１の外周面３２と対向する。このカバー３６の内周面３７の軸方向前側Ｄａｆの部分では、軸方向後側Ｄａｂに向う方向成分が径方向外側Ｄｒｏに向かう成分より大きい。また、この内周面３７の軸方向後側Ｄａｂの部分では、径方向外側Ｄｒｏに向かう方向成分が軸方向後側Ｄａｂに向かう方向成分より大きい。このカバー３６には、内周面３７と背合わせの関係にある外周面３８が形成されている。

ディスク３１とカバー３６との相互間であって複数のブレード３５の相互間には、軸方向前側Ｄａｆから流入した流体を径方向外側Ｄｒｏに流出させるインペラ内流路４１が形成されている。よって、このインペラ内流路４１の入口４２は、軸方向前側Ｄａｆに向かって開口している。また、このインペラ内流路４１の出口４３は、径方向外側Ｄｒｏに向かって開口している。このインペラ内流路４１は、インペラ内流路４１の入口４２から軸方向後側Ｄａｂに向いつつ、軸線Ａｒに対する径方向外側Ｄｒｏに向かって次第に曲がっている。さらに、このインペラ内流路４１は、軸方向Ｄａから見た場合、インペラ内流路４１の入口４２から径方向外側Ｄｒｏに向かいつつ、インペラ３０の回転方向に対して反対側に向って次第に曲がっている。

図３に示すように、ディスク３１とブレード３５との角部、及びカバー３６とディスク３１との角部は、いずれもフィレット部３９を形成する。フィレット部３９は、インペラ内流路４１の内側から外側に向かって滑らかな凹形状を成している。

ケーシング２０は、図１に示すように、回転軸１０、各軸受１１，１２、及び複数のディスク３１を覆う。このケーシング２０には、吸込流路２１と、吐出流路２２と、中間流路２３とが形成されている。吸込流路２１は、外部からの流体を最も軸方向前側Ｄａｆに配置されているインペラ３０のインペラ内流路４１内に導く。吐出流路２２は、最も軸方向後側Ｄａｂに配置されているインペラ３０からの流体を外部へ導く。中間流路２３は、一のインペラ３０の出口４３から流出した流体を、この一のインペラ３０に対して軸方向後側Ｄａｂに隣接している他のインペラ３０の入口４２からこの他のインペラ３０のインペラ内流路４１内に導く。

次に、以上で説明した遠心式多段圧縮機の製造手順について、図４に示すフローチャートに従って説明する。

まず、遠心式多段圧縮機を構成する複数の部品を準備する。ここでは、遠心式多段圧縮機械のケーシング２０を準備すると共に（Ｓ１：ケーシング準備工程）、遠心式多段圧縮機のインペラ３０を準備する（Ｓ２：インペラ準備工程）。さらに、前述の回転軸１０、軸受１１，１２、さらに図示されていない軸封等の部品も準備する（Ｓ３：部品準備工程）。

次に、以上で準備した複数の部品を組み合わせる（Ｓ４：組立工程）。

以上で、遠心式多段圧縮機が完成する。

次に、図５に示すフローチャートに従って、インペラ３０の準備工程（Ｓ２）におけるこのインペラ３０の製造手順について説明する。

まず、インペラ３０の外形よりも大きなブロックを準備する（Ｓ１０：ブロック準備工程）。次に、図９に示すように、このブロックの外形等を切削して中間ブロック５０を形成する（Ｓ１１：外形切削工程）。この外形切削工程（Ｓ１１）では、ブロックの外形を切削すると共に、ブロック中で軸孔３４となる領域を切削して、軸孔３４ａも形成する。なお、この軸孔３４ａは、ブロックに既に形成されている場合がある。この場合、ブロックから中間ブロック５０を形成するための外形切削工程（Ｓ１１）を実施しなくてもよい。ここで、この中間ブロック５０中で、インペラ３０のインペラ内流路４１になる領域を流路領域５１とする。また、この中間ブロック中で、インペラ内流路４１の入口４２になる領域を入口領域５２、インペラ内流路４１の出口４３になる領域を出口領域５３とする。

次に、中間ブロック５０を切削して、この中間ブロック５０中にインペラ内流路４１を形成する（Ｓ１２：流路切削工程）。この流路切削工程（Ｓ１２）では、少なくとも三種類の工具を用いて、中間ブロック５０を切削する。各工具は、いずれも、工具軸線Ａｔを中心とし、少なくとも外周に刃が形成されている工具本体と、工具本体が固定されて、工具軸線Ａｔを中心して工具軸線Ａｔが延びる工具軸方向Ｄｔａに長い柄と、を有する。

第一の工具は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、粗切削工具６０ａである。この粗切削工具６０ａは、この粗切削工具６０ａは、例えば、ラジアスエンドミルである。粗切削工具６０ａは、工具本体６１ａと、この工具本体６１ａが固定されている柄６５ａと、を有する。工具本体６１ａは、工具軸線Ａｔ１を中心として円柱状のヘッド６３ａと、このヘッド６３ａの外周に固定されている複数のチップ６２ａとを有する。複数のチップ６２ａは、工具軸線Ａｔ１に対する周方向に並んでいる。各チップ６２ａには刃が形成されている。なお、この工具本体６１ａは、ヘッド部分と複数の刃の部分とが一体的なものであってもよい。柄６５ａは、シャンク６６ａと、ホルダ６７ａと、を有する。シャンク６６ａ及びホルダ６７ａは、いずれも、工具軸線Ａｔ１を中心として、工具軸線Ａｔ１が延びる工具軸方向Ｄｔａに長い柱状を成している。シャンク６６ａ及びホルダ６７ａは、それぞれ、工具軸方向Ｄｔａの端である先端及び基端を有する。シャンク６６ａの先端には、工具本体６１ａのヘッド６３ａが固定されている。このシャンク６６ａの基端は、ホルダ６７ａの先端に取り付けられている。ホルダ６７ａの基端６８ａは、工作機械にチャックされる部分である。工具本体６１ａの最大外径は、Ｄｔ１である。シャンク外径Ｄｓ１は、ホルダ６７ａの最小外径よりも小さい。よって、シャンク外径Ｄｓ１は、柄６５ａの最小外径である。このシャンク外径Ｄｓ１、つまり柄６５ａの最小外径は、工具本体６１ａの最大外径Ｄｔ１よりも僅かに小さい。

第二の工具は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、中／仕上切削工具６０ｂである。中／仕上切削工具６０ｂは、例えば、ボールエンドミルである。この中／仕上切削工具６０ｂは、工具軸線Ａｔ２を中心として半球状の工具本体６１ｂと、この工具本体６１ｂが固定されている柄６５ｂと、を有する。半球状の工具本体６１ｂには刃が形成されている。この工具本体６１ｂは、粗切削工具６０ａの工具本体６１ａと同様に、ヘッドと、このヘッドに取り付けられている複数のチップとを有する。なお、この工具本体６１ｂも、ヘッド部分と複数の刃の部分とが一体的なものであってもよい。柄６５ｂは、シャンク６６ｂと、ホルダ６７ｂと、を有する。シャンク６６ｂ及びホルダ６７ｂは、いずれも、工具軸線Ａｔ２を中心として、工具軸線Ａｔｂが延びる工具軸方向Ｄｔａに長い柱状を成している。シャンク６６ｂ及びホルダ６７ｂは、それぞれ、工具軸方向Ｄｔａの端である先端及び基端を有する。シャンク６６ｂの先端には、工具本体６１ｂが固定されている。このシャンク６６ｂの基端は、ホルダ６７ｂの先端に取り付けられている。ホルダ６７ｂの基端６８ｂは、工作機械にチャックされる部分である。工具本体６１ｂの最大外径は、Ｄｔ２である。この工具本体６１ｂの最大外径Ｄｔ２は、フィレット部３９における凹形状の曲率半径ｒ（図３参照）の２倍（２ｒ）未満である。つまり、この工具本体６１ｂの最大半径Ｄｔ２は、フィレット部３９における凹形状の曲率半径ｒ未満である。シャンク外径Ｄｓ２は、ホルダ６７ｂの最小外径よりも小さい。よって、シャンク外径Ｄｓ２は、柄６５ｂの最小外径である。このシャンク外径Ｄｓ２、つまり柄６５ｂの最小外径は、工具本体６１ｂの最大外径Ｄｔ２よりも僅かに小さい。

第三の工具は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、残り切削工具６０ｃである。残り切削工具６０ｃは、例えば、ロリポップミルである。この残り切削工具６０ｃは、工具軸線Ａｔ３を中心として球欠状の工具本体６１ｃと、この工具本体６１ｃが固定されている柄６５ｃと、を有する。ここで、ここでの球欠状とは、球の中心を通らない平面で球を切断し、二つの部分のうちで体積の大きな方の部分の形状である。球欠状の工具本体６１ｃの外周には、刃が形成されている。この工具本体６１ｃは、粗切削工具６０ａの工具本体６１ａと同様に、ヘッドと、このヘッドに取り付けられている複数のチップとを有する。なお、この工具本体６１ｃも、ヘッド部分と複数の刃の部分とが一体的なものであってもよい。柄６５ｃは、シャンク６６ｃと、ホルダ６７ｃと、を有する。シャンク６６ｃ及びホルダ６７ｃは、いずれも、工具軸線Ａｔ３を中心として、工具軸線Ａｔｂが延びる工具軸方向Ｄｔａに長い柱状を成している。シャンク６６ｃ及びホルダ６７ｃは、それぞれ、工具軸方向Ｄｔａの端である先端及び基端を有する。シャンク６６ｃの先端には、工具本体６１ｃが固定されている。このシャンク６６ｃの基端は、ホルダ６７ｃの先端に取り付けられている。ホルダ６７ｃの基端６８ｃは、工作機械にチャックされる部分である。工具本体６１ｃの最大外径は、Ｄｔ３である。この工具本体６１ｃの最大外径Ｄｔ３も、前述した工具本体６１ｂの最大外径Ｄｔ２と同様、フィレット部３９における凹形状の曲率半径ｒ（図３参照）の２倍（２ｒ）未満である。つまり、この工具本体６１ｃの最大半径Ｄｔ３も、フィレット部３９における凹形状の曲率半径ｒ未満である。シャンク外径Ｄｓ３は、ホルダ６７ｃの最小外径よりも小さい。よって、シャンク外径Ｄｓ３は、柄６５ｃの最小外径である。このシャンク外径Ｄｓ３、つまり柄６５ｃの最小外径は、工具本体６１ｃの最大外径Ｄｔ３よりも小さい。

各工具本体６１ａ，６１ｂ，６１ｃの最大外径Ｄｔの寸法関係は、以下の通りである。
Ｄｔ１≧Ｄｔ２≧Ｄｔ３
よって、残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃの最大外径Ｄｔ３は、基本的に、三種類の切削工具６０ａ，６０ｂ，６０ｃの工具本体６１ａ，６１ｂ，６１ｃの最大外径Ｄｔ１，Ｄｔ２，Ｄｔ３のうちで最少になる。但し、残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃの最大外径Ｄｔ３は、中／仕上切削工具６０ｂの工具本体６１ｂの最大外径Ｄｔ２と同じであってもよい。

また、各柄６５ａ，６５ｂ，６５ｃの最小外径Ｄｓの寸法関係は、以下の通りである。
Ｄｓ１≧Ｄｓ２＞Ｄｓ３
よって、残り切削工具６０ｃの柄６５ｃの最小外径Ｄｓ３は、三種類の切削工具６０ａ，６０ｂ，６０ｃの柄６５ａ，６５ｂ，６５ｃの最小外径Ｄｓ１，Ｄｓ２，Ｄｓ３のうちで最少になる。

また、図８Ｂに示すように、工具軸線Ａｔ３に対して垂直な方向で、柄６５ｃの最小外径部分の外周面（シャンク６６ｃの外周面）から工具本体６１ｃの外周のうちで最大外径になる位置までの距離である張出量ＯＨは、複数の工具６０ａ，６０ｂ，６０ｃの各張出量のうちで、最大である。

このように、残り切削工具６０ｃの張出量ＯＨを最大にしているのは、この残り切削工具６０ｃで、引き切削加工するためである。この引き切削加工とは、残り切削工具６０ｃを工具軸線Ａｔ３を中心として回転させつつ、工具軸方向Ｄｔａにおける基端６８ｃ側、つまり工具後側Ｄｔｂ（図１５参照）に工具を移動させて、加工対象を切削する方法である。このため、残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃは、工具後側成分を含む方向に向いている後刃６２を有する。よって、この工具本体６１ｃは、工具軸線Ａｔ３を含む仮想平面内で、２００°以上の範囲で刃が形成されている、好ましくは、２４０°以上の範囲内で刃が形成されいる。

以上で説明した残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃは、工具軸線Ａｔ３を含む仮想平面での形状が円欠形状である。しかしながら、残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃは、工具軸線Ａｔ３を含む仮想平面での形状が楕円の短軸の一方側を切り欠いた形状等であってもよい。また、残り切削工具６０ｃで専ら引き切削加工を行う場合には、この残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃの先端側に刃が無くてもよい。

流路切削工程（Ｓ１２）では、まず、粗切削工具６０ａを用いて、中間ブロック５０中の流路領域５１を切削する（Ｓ１３：粗切削工程）。この粗切削工程（Ｓ１３）では、図１０に示すように、中間ブロック５０における軸方向後側Ｄａｂが下向きになるよう、この中間ブロック５０を工作機械のテーブル７０上にセットする。さらに、この工作機械のチャックに粗切削工具６０ａを取り付ける。そして、粗切削工具６０ａを回転させつつ、中間ブロック５０中の入口領域５２から軸方向後側Ｄａｂに向かって粗切削工具６０ａを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１を切削する（Ｓ１３ａ：第一粗切削工程）。この第一粗切削工程（Ｓ１３ａ）では、流路領域５１中の入口領域５２側の領域が切削される。

この粗切削工程（Ｓ１３）では、第一粗切削工程（Ｓ１３ａ）後、図１１に示すように、中間ブロック５０における軸方向前側Ｄａｆが下向きになるよう、この中間ブロック５０を工作機械のテーブル７０上にセットする。そして、粗切削工具６０ａを回転させつつ、中間ブロック５０中の出口領域５３から径方向内側Ｄｒｉに向かって粗切削工具６０ａを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１を切削する（Ｓ１３ｂ：第二粗切削工程）。この第二粗切削工程（Ｓ１３ｂ）では、流路領域５１中の出口領域５３側の領域が切削される。

以上で粗切削工程（Ｓ１３）が終了する。

次に、中／仕上切削工具６０ｂを用いて、流路領域５１中で粗切削工程（Ｓ１３）で残った部分を切削する（Ｓ１４：中／仕上切削工程）。この中／仕上切削工程（Ｓ１４）では、図１２に示すように、工作機械のチャックに中／仕上切削工具６０ｂを取り付ける。なお、中間ブロック５０は、第二粗切削工程（Ｓ１３ｂ）の状態のまま、つまり、軸方向前側Ｄａｆが下向きになるよう工作機械のテーブル７０上にセットされたままである。そして、中／仕上切削工具６０ｂを回転させつつ、中間ブロック５０中の出口領域５３から径方向内側Ｄｒｉに向かって中／仕上切削工具６０ｂを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１を切削する（Ｓ１４ａ：第一中／仕上切削工程）。この第一中／仕上切削削工程（Ｓ１４ａ）では、流路領域５１中の粗切削工程（Ｓ１３）で残った部分のうち、出口領域５３側の領域が切削される。

この中／仕上切削工程（Ｓ１４）では、第一中／仕上切削工程（Ｓ１４ａ）後、図１３に示すように、中間ブロック５０における軸方向後側Ｄａｂが下向きになるよう、この中間ブロック５０を工作機械のテーブル７０上にセットする。そして、中／仕上切削工具６０ｂを回転させつつ、中間ブロック５０中の入口領域５２から軸方向後側Ｄａｂに向かって中／仕上切削工具６０ｂを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１を切削する（Ｓ１４ｂ：第二中／仕上切削工程）。この第二中／仕上切削工程（Ｓ１４ｂ）では、流路領域５１中の粗切削工程（Ｓ１３）で残った部分のうち、入口領域５２側の領域が切削される。

以上で中／仕上切削工程（Ｓ１４）が終了する。

以上の粗切削工程（Ｓ１３）及び中／仕上切削工程（Ｓ１４）では、いずれも、中間ブロック５０の入口領域５２から軸方向後側Ｄａｂに向かって工具６０ａ，６０ｂを入れて中間ブロック５０を切削する工程（Ｓ１３ａ，Ｓ１４ｂ）と、中間ブロック５０の出口領域５３から径方向内側Ｄｒｉに向かって工具６０ａ，６０ｂを入れて中間ブロック５０を切削する工程（Ｓ１３ｂ，Ｓ１４ａ）と、を実行する。しかしながら、インペラ内流路４１の曲りの曲率半径が入口４２や出口４３の開口面積に対して相対的に小さい場合には、流路領域５１を完全に切削できない場合がある。具体的には、図１４及び図１５に示すように、インペラ内流路４１を画定する面のうち、ディスク３１の外周面３２の曲率半径よりもカバー３６の内周面３７の曲率半径の方が小さくなるため、このカバー３６の内周面３７のうち、入口４２と出口４３との中間部に、以上の粗切削工程（Ｓ１３）及び中／仕上切削工程（Ｓ１４）で切削できない切削残り５５が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、中／仕上切削工程（Ｓ１４）後に残り切削工程（Ｓ１５）を実行する。

残り切削工程（Ｓ１５）では、図１４及び図１５に示すように、工作機械のチャックに残り切削工具６０ｃを取り付ける。なお、中間ブロック５０は、第二中／仕上切削工程（Ｓ１４ｂ）の状態のまま、つまり、軸方向後側Ｄａｂが下向きになるよう工作機械のテーブル７０上にセットされたままである。そして、残り切削工具６０ｃを回転させつつ、中間ブロック５０中の入口領域５２から軸方向後側Ｄａｂに向かって残り切削工具６０ｃを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１で前述の切削残り５５を切削する（Ｓ１５ａ：第一残り切削工程）。この際、残り切削工具６０ｃを工具軸線Ａｔ３が延びる方向に往復移動させて、切削残り５５を切削する。すなわち、ここでは、残り切削工具６０ｃによる引き切削加工と突き切削加工とを交互に繰り返す。なお、引き切削加工時には、工具後側Ｄｔｂ成分を含む方向に残り切削工具６０ｃを移動させて、残り切削工具６０ｃの後刃６２で、切削残り５５を切削する。

残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃは、前述したように、三つの工具６０ａ，６０ｂ，６０ｃのうちで、張出量ＯＨが最も大きい。このため、この残り切削工具６０ｃにより、曲率半径の小さいカバー３６の内周面３７における切削残り５５を引き切削加工することができる。また、この残り切削工具６０ｃは、前述したように、工具本体６１ｃの最大外径Ｄｔ３が三つの工具６０ａ，６０ｂ，６０ｃのうちで、基本的に最も小さい。このため、インペラ３０のフィレット部３９も切削することができる。

以上の第一残り切削工程（Ｓ１５ａ）を実行した後も、切削残り５５が存在する場合には、中間ブロック５０における軸方向前側Ｄａｆが下向きになるよう、この中間ブロック５０を工作機械のテーブル７０上にセットする。そして、残り切削工具６０ｃを回転させつつ、中間ブロック５０中の出口領域５３から径方向内側Ｄｒｉに向かって残り切削工具６０ｃを入れて、中間ブロック５０中の流路領域５１の切削残り５５を切削する（Ｓ１５ｂ：第二残り切削工程）。この際も、残り切削工具６０ｃを工具軸線Ａｔ３が延びる方向に往復移動させて、切削残り５５を切削する。

以上で、流路切削工程（１２）が終了し、中間ブロック５０中にインペラ内流路流路４１が形成される。

中間ブロック５０中にインペラ内流路流路４１を形成すると、この中間ブロック５０をさらに加工して（Ｓ１６：仕上げ工程）、インペラ３０を完成させる。この仕上げ工程（Ｓ１６）では、必要に応じて、インペラ内流路流路４１が形成される中間ブロック５０に熱処理を施す。そして、この中間ブロック５０の外周等を切削して、カバー３６の外周面３８を形成すると共に、ディスク３１の背面３３を形成する。さらに、この中間ブロック５０の軸孔３４ａを形成している部分を切削して、この軸孔３４を形成する。

以上のように、本実施形態では、インペラ３０におけるインペラ内流路４１の曲りの曲率半径が入口４２や出口４３の開口面積に対して相対的に小さい場合であっても、残り切削工具６０ｃを用いることで、中間ブロック５０中にインペラ内流路４１を形成することができる。また、本実施形態では、残り切削工具６０ｃの他に、粗切削工具６０ａ及び中／仕上切削工具６０ｂを用いて中間ブロック５０を切削するので、流路領域５１の切削効率を高めることができる。

また、本実施形態では、第二粗切削工程（Ｓ１３ｂ）後、工作機械のテーブル７０上に中間ブロック５０をセットし直さずに、第一中／仕上切削工程（Ｓ１４ａ）を実行する。さらに、第一中／仕上切削工程（Ｓ１４ａ）後、工作機械のテーブル７０上に中間ブロック５０をセットし直さずに、第一残り切削工程（Ｓ１５ａ）を実行する。よって、中間ブロック５０のセットの手間を省略することができる。

なお、以上の粗切削工程（Ｓ１３）、中／仕上切削工程（Ｓ１４）、及び残り切削工程（Ｓ１５）で、中間ブロック５０を以上とは逆向きにセットしてもよい。具体的に、第一粗切削工程（Ｓ１３ａ）では、中間ブロック５０における軸方向前側Ｄａｆが下向きになるようセットして、中間ブロック５０の出口領域５３から粗切削工具６０ａを入れる。第二粗切削工程（Ｓ１３ｂ）では、中間ブロック５０における軸方向後側Ｄａｂが下向きになるようセットして、中間ブロック５０の入口領域５２から粗切削工具６０ａを入れる。第一中／仕上切削工程（Ｓ１４ａ）では、中間ブロック５０における軸方向後側Ｄａｂが下向きになるようセットされたまま、中間ブロック５０の入口領域５２から中／仕上切削工具６０ｂを入れる。第二中／仕上切削工程（Ｓ１４ｂ）では、中間ブロック５０における軸方向前側Ｄａｆが下向きになるようセットして、中間ブロック５０の出口領域５３から中／仕上切削工具６０ｂを入れる。第一残り切削工程（Ｓ１５ａ）では、中間ブロック５０における軸方向前側Ｄａｆが下向きになるようセットされたまま、中間ブロック５０の出口領域５３から残り切削工具６０ｃを入れる。なお、必要に応じて、第二残り切削工程（１５ｂ）を実行する場合には、中間ブロック５０における軸方向後側Ｄａｂが下向きになるようセットして、中間ブロック５０の入口領域５２から残り切削工具６０ｃを入れる。

また、残り切削工具６０ｃは、工具軸線Ａｔ３を含む仮想平面内で、２４０°以上の範囲で刃が形成されているロリポップミルを用いている。しかしながら、残り切削工程（Ｓ１５）では引き切削加工のみを行う場合、前述したように、この残り切削工具６０ｃの工具本体６１ｃの先端側に刃が無くてもよい。

また、以上では、粗切削工具６０ａを用いた粗切削工程（Ｓ１３）、中／仕上切削工具６０ｂを用いた中／仕上切削工程（Ｓ１４）、及び残り切削工具６０ｃを用いた残り切削工程（Ｓ１５）を実行する。しかしながら、場合によっては、中／仕上切削工程（Ｓ１４）を省いてもよい。

また、以上の実施形態は、遠心式多段圧縮機のインペラ３０を製造する方法である。しかしながら、本発明は、遠心式回転機械が多段である必要性はなく、単段であってもよい。また、本発明は、遠心式圧縮機のインペラ３０に限定されなない。例えば、遠心式回転機械の一種である遠心式ポンプのインペラを以上と同様の方法で製造してもよい。

本発明の一態様によれば、クローズド型インペラにおける流路の曲りの曲率半径が入口や出口の開口面積に対して相対的に小さい場合であっても、このインペラを製造するためのブロック中に流路を形成することができる。

１０：回転軸
１１：ラジアル軸受
１２：スラスト軸受
２０：ケーシング
２１：吸込流路
２２：吐出流路
２３：中間流路
３０：インペラ
３１：ディスク
３２：外周面
３３：背面
３４，３４ａ：軸孔
３５：ブレード
３６：カバー
３７：内周面
３８：外周面
３９：フィレット部
４１：インペラ内流路
４２：入口
４３：出口
５０：中間ブロック
５１：流路領域
５２：入口領域
５３：出口領域
５５：切削残り
６０ａ：粗切削工具
６０ｂ：中／仕上切削工具
６０ｃ：残り切削工具
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ：工具本体
６２：後刃
６５ａ，６５ｂ，６５ｃ：柄
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ：シャンク
６７ａ，６７ｂ，６７ｃ：ホルダ
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ：基端
７０：テーブル
Ａｒ：軸線
Ａｔ１，Ａｔ２，Ａｔ３：工具軸線
Ｄａ：軸方向
Ｄａｂ：軸方向後側
Ｄａｆ：軸方向前側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｔａ：工具軸方向
Ｄｔｂ：工具後側
ＯＨ：張出量

Claims

軸線を中心として円板状のディスクと、前記ディスクの外周面上に、前記軸線に対する周方向に互いに離間して設けられている複数のブレードと、前記ディスクとの間で複数の前記ブレードを挟み込むカバーと、を有し、前記ディスクと前記カバーとの相互間であって複数の前記ブレードの相互間に、前記軸線が延びる軸方向の一方側である軸方向前側から流入した流体を前記軸線に対する径方向外側に流出させる流路が形成されている、遠心式回転機械のインペラを一のブロックから形成するインペラの製造方法において、
互いに種類の異なる複数の工具を用いて、前記ブロック中で前記流路になる流路領域を切削する流路切削工程を実行し、
前記流路切削工程は、複数の前記工具のうちの一工具である粗切削工具を用いて切削する粗切削工程と、前記粗切削工程後に、複数の前記工具のうちの一工具である中／仕上切削工具を用いて前記粗切削工程での切削残りを切削する中／仕上切削工程と、複数の前記工具のうちの一工具である残り切削工具を用いて前記中／仕上切削工程での切削残りを切削する残り切削工程と、を含み、
前記流路切削工程で用いる複数の前記工具は、いずれも、工具軸線を中心とし、少なくとも外周に刃が形成されている工具本体と、前記工具本体が固定されて、前記工具軸線を中心して前記工具軸線が延びる工具軸方向に長い柄と、を有し、
前記残り切削工具における前記工具本体の最大外径は、前記残り切削工具における前記柄の最小外径よりも大きく、前記残り切削工具における前記工具本体は、前記残り切削工具における前記工具本体に対する前記柄の側である工具後側成分を含む方向に向いている後刃を有し、
前記粗切削工程は、
前記インペラで前記流体が流入する入口になる前記ブロック中の入口領域と前記インペラで前記流体が流出する出口になる前記ブロック中の出口領域とのうち、一方の領域から前記ブロック内に前記粗切削工具を入れて前記流路領域を切削する第一粗切削工程と、
前記第一粗切削工程後に、前記出口領域と前記入口領域とのうち、他方の領域から前記ブロック内に前記粗切削工具を入れて前記流路領域を切削する第二粗切削工程と、を含み、
前記中／仕上切削工程は、
前記第二粗切削工程後に、前記ブロック中の前記他方の領域から前記ブロック内に前記中／仕上切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第一中／仕上切削工程と、
前記第一中／仕上切削工程後に、前記ブロック中の前記一方の領域から前記ブロック内に前記中／仕上切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第二中／仕上切削工程と、を含み、
前記残り切削工程は、
前記第二中／仕上切削工程後に、前記ブロック中の前記一方の領域から前記ブロック内に前記残り切削工具を入れて、前記流路領域を切削する第一残り切削工程を含む、
インペラの製造方法。
請求項１に記載のインペラの製造方法において、
前記残り切削工程では、前記残り切削工具を回転させつつ、前記工具後側成分を含む方向に前記残り切削工具を移動させて、前記残り切削工具の前記後刃で、前記粗切削工程での切削残りを切削する工程を含む、
インペラの製造方法。
請求項１又は２に記載のインペラの製造方法において、
前記工具軸線に対して垂直な方向で、前記柄の最小外径になる位置での外周面から前記工具本体の外周のうちで最大外径になる位置までの距離である張出量は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最大である、
インペラの製造方法。
請求項１から３のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記柄の最小外径は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最少である、
インペラの製造方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記工具本体の最大外径は、複数の前記工具のうちで、前記残り切削工具が最少である、
インペラの製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記残り切削工具の前記工具本体は、前記工具軸線を含む仮想平面内で、２００°以上の範囲で前記刃が形成されている、
インペラの製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記残り切削工具の前記工具本体は、前記工具軸線を含む仮想平面内で、２４０°以上の範囲で前記刃が形成されている、
インペラの製造方法。
請求項１から７のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記中／仕上切削工具における前記柄の最小外径は、前記粗切削工具における前記柄の最小外径以下である、
インペラの製造方法。
請求項１から８のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記中／仕上切削工具における前記工具本体の最大外径は、前記粗切削工具における前記工具本体の最大外径以下である、
インペラの製造方法。
請求項１から９のいずれか一項に記載のインペラの製造方法において、
前記中／仕上切削工具は、ボールエンドミルである、
インペラの製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の前記インペラの製造方法を実行すると共に、
前記インペラが装着され、前記軸線を中心とする回転軸と、前記インペラを覆うケーシングとを含む部品を準備する準備工程と、
前記インペラと、前記回転軸及び前記ケーシングを含む前記部品とを組み合わせる組立工程と、
を実行する遠心式回転機械の製造方法。