JPWO2015002066A1 - コンプレッサインペラ、遠心圧縮機、コンプレッサインペラの加工方法、および、コンプレッサインペラの加工装置 - Google Patents

Abstract

コンプレッサインペラ（８）は、シャフトの一端に固定されるハブ（１６）と、ハブ（１６）の外周に配された複数の羽根（１７）と、を備える。各羽根（１７）は、リーディングエッジ（１７ｂ）、及び、トレーリングエッジ（１７ｃ）を有し、直線の母線（１７ｅ）を移動させた軌跡が描く曲面である翼面（１７ｄ）を備える。母線は、トレーリングエッジ側において、トレーリングエッジと交点（ａ）を有し、シャフトの軸方向の一端側から他端側へ向かうにしたがって、シャフトの径方向内側に近づく向きに傾斜している。

Description

本発明は、ハブの外周に複数の羽根が配されたコンプレッサインペラ、遠心圧縮機、コンプレッサインペラの加工方法、および、コンプレッサインペラの加工装置に関する。

従来の過給機は、タービン軸を回転自在に保持するベアリングハウジングを有する。タービン軸の一端にはタービンインペラが設けられている。タービン軸の他端には、コンプレッサインペラが設けられている。過給機はエンジンに接続され、エンジンから排出される排気ガスは過給器に流入する。排気ガスによってタービンインペラが回転すると、このタービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転する。なお、電動機などの回転動力によってコンプレッサインペラを回転させる遠心圧縮機も普及している。

特許文献１に示されるように、コンプレッサインペラは、ハブと、ハブの周囲に配され、ハブと一体的に設けられた複数の羽根（ブレード）とを備える。このハブと、複数の羽根と、コンプレッサインペラを収容するシュラウド（ハウジング）とが、流体が圧縮される流路を形成する。換言すれば、これらが流体の流路の壁面としての役割を果たしている。羽根の翼面の曲面形状は、点群で構成されるものと、母線で構成されるものとに分類される。点群で構成される曲面形状は、エンドミルなどの工具の先端部を用いた切削によって形成される。一方、母線で構成される形状は、エンドミルなどの工具の回転軸方向を母線の向きに合わせて、工具の側面を用いた切削によって形成される。工具の側面を用いた切削は一度に幅広く切削することができるため、加工時間を比較的短くすることができる。

特開２００７−５０４４４号公報

ところで、翼面が母線で構成される曲面をもつインペラ（所謂母線インペラ）の加工において、加工データが最小となるように設計すると、トレーリングエッジ近くの母線の向きは、インペラの回転軸方向とほぼ平行になる。この場合、加工中の工具の経路によっては、工具の保持部が、加工前や加工中のインペラの素材と干渉してしまうおそれがある。このような干渉を回避するためには、軸方向に長い工具を用いることが考えられる。しかしながら、保持部から工具と素材の接触部分までの距離が長くなると、加工中に工具が振動する、所謂びびりが生じる可能性がある。

また、リーディングエッジからトレーリングエッジまで、翼面を加工した工具を、羽根のトレーリングエッジ側から離隔させるとき、工具の先端がインペラの素材に引っかかる、所謂押し加工をしてしまい、不要な加工痕が残ってしまうおそれがある。このようなびびりや押し加工を確実に回避するために、加工中の工具の移動速度を低く抑えるなどの対策が講じられる。しかしながら、このような対策によって、加工性や加工時間が犠牲となってしまっていた。

本発明の目的は、加工性を向上して加工時間を短縮することができるコンプレッサインペラ、遠心圧縮機、コンプレッサインペラの加工方法、および、コンプレッサインペラの加工装置を提供することである。

本発明の第１の態様は、シャフトと一体回転して、遠心圧縮機本体に形成された吸入口から吸入される流体をシャフトの径方向外側に圧縮して送出するコンプレッサインペラであって、シャフトの一端に固定されるハブと、ハブの外周に配された複数の羽根と、を備え、各羽根は、流体の流れ方向における上流側の端部となるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部となるトレーリングエッジを有し、直線の母線を移動させた軌跡が描く曲面である翼面を備え、母線は、トレーリングエッジ側において、トレーリングエッジと交点を有するとともに、トレーリングエッジと交点を有する母線は、シャフトの軸方向の一端側から他端側へ向かうにしたがって、シャフトの径方向内側に近づく向きに傾斜していることを要旨とする。

交点よりもシャフトの軸方向の他端側に位置するトレーリングエッジと、交点よりもシャフトの軸方向の他端側に位置する母線とが成す角は、２０度以上であってもよい。

本発明の第２の態様は遠心圧縮機であって、遠心圧縮機本体と、遠心圧縮機本体に回転自在に支持されたシャフトと、シャフトの一端に固定されるハブと、ハブの外周に配された複数の羽根とを有し、シャフトと一体回転して、遠心圧縮機本体に形成された吸入口から吸入される流体を径方向外側に圧縮して送出するコンプレッサインペラと、を備え、各羽根は、流体の流れ方向における上流側の端部となるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部となるトレーリングエッジを有し、直線の母線を移動させた軌跡が描く曲面である翼面を備え、母線は、トレーリングエッジ側において、トレーリングエッジと交点を有するとともに、トレーリングエッジと交点を有する母線は、シャフトの軸方向の一端側から他端側へ向かうにしたがって、シャフトの径方向内側に近づく向きに傾斜していることを要旨とする。

本発明の第３の態様は、遠心圧縮機のコンプレッサインペラにおける、ハブの外周に配された複数の羽根のうち、流体の流れ方向における上流側の端部となるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部となるトレーリングエッジを有する翼面を削り出すコンプレッサインペラの加工方法であって、工具の回転軸の軸方向が、羽根のリーディングエッジの向きと平行であって、工具の先端が、ハブ側に向いた初期位置に、工具を配し、リーディングエッジからトレーリングエッジに向かって、工具の側面で複数の羽根の隙間となる部分の素材を切削しながら、工具の軸方向の初期位置からの傾斜角を、軸方向がトレーリングエッジの向きに近づく方向に連続的に大きくし、トレーリングエッジまで切削して翼面を削り出したとき、傾斜角が鋭角であることを要旨とする。

本発明の第４の態様は、遠心圧縮機のコンプレッサインペラにおける、ハブの外周に配された複数の羽根のうち、流体の流れ方向における上流側の端部となるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部となるトレーリングエッジを有する翼面を素材から削り出すコンプレッサインペラの加工装置であって、工具を支持し、工具を工具の軸中心に回転させる回転部と、工具および素材の相対的な位置および姿勢を変位させる移動部と、回転部による工具の回転、および、移動部による工具および素材の相対的な位置および姿勢の変位を制御する制御部と、を備え、制御部は、工具の回転軸の軸方向が、リーディングエッジの向きと平行であって、工具の先端が、ハブ側に向いた初期位置に、工具を配するように、移動部を制御し、リーディングエッジからトレーリングエッジに向かって、工具を回転させ工具の側面で複数の羽根の隙間となる部分の素材を切削しながら、工具の軸方向の初期位置からの傾斜角を、工具の軸方向がトレーリングエッジの向きに近づく方向に連続的に大きくさせ、トレーリングエッジまで切削して翼面を削り出したとき、傾斜角が鋭角となるように、回転部および移動部を制御することを要旨とする。

本発明によれば、コンプレッサインペラの加工性を向上して加工時間を短縮することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る過給機の概略断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るコンプレッサインペラの斜視図である。 図３（ａ）は本発明の一実施形態に係る羽根の形状を説明するための図、図３（ｂ）は比較例における羽根の形状を説明するための図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、コンプレッサインペラの加工装置を説明するための図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る、コンプレッサインペラの加工方法を説明するための図であり、図５（ｄ）〜図５（ｆ）は、比較例におけるインペラの加工方法を説明するための図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、羽根の加工における加工性を説明するための図である。 図７（ａ）〜図７（ｆ）は、羽根の加工における干渉について説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

以下の実施形態では、遠心圧縮機の一例として、遠心圧縮機と同様の構成部を含む過給機のコンプレッサインペラ、コンプレッサインペラを搭載した過給機、コンプレッサインペラの加工方法、および、コンプレッサインペラの加工装置を例に挙げて説明する。初めに、コンプレッサインペラを搭載した過給機の概略的な構成について説明した後、コンプレッサインペラの構成とその加工方法および加工装置について詳述する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１（遠心圧縮機本体）を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結ボルト３によって連結されるタービンハウジング４とベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６とを備える。これらは一体化されている。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向に貫通する軸受孔２ａが形成されている。軸受孔２ａ内には、タービン軸７（シャフト）がベアリングを介して回転自在に支持されている。タービン軸７の一端にはコンプレッサインペラ８（インペラ）が一体的に固定されている。コンプレッサインペラ８は、コンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の一端にはタービンインペラ９が一体的に固定されている。タービンインペラ９は、タービンハウジング４内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には吸入口１０が形成されている。吸入口１０は、過給機Ｃの右側に開口する。また、吸入口１０は、エアクリーナ（図示せず）に接続する。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面が、流体を昇圧するディフューザ流路１１を形成する。ディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ８）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１１は、上記の径方向内側において、コンプレッサハウジング６に形成された吸入口１０に、コンプレッサインペラ８を介して連通している。

コンプレッサハウジング６にはコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ８）の径方向外側に位置し、環状に形成される。コンプレッサスクロール流路１２は、エンジンの吸気口（図示せず）と連通する。また、コンプレッサスクロール流路１２は、ディフューザ流路１１にも連通している。コンプレッサインペラ８が回転すると、流体が吸入口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸入され、コンプレッサインペラ８の翼間を流通する。この過程において流体の速度は遠心力の作用により増加し、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧されてエンジンの吸気口（図示せず）に導かれる。すなわち、コンプレッサインペラ８は、吸入口１０から吸入された流体をタービン軸７の径方向外側に圧縮して送出する。

タービンハウジング４にはタービンスクロール流路１３が形成されている。タービンスクロール流路１３は、タービンインペラ９よりもタービン軸７の径方向外側に位置し、環状に形成される。また、タービンハウジング４には吐出口１４が形成されている。吐出口１４は、タービンインペラ９を介してタービンスクロール流路１３に連通する。また、吐出口１４は、タービンインペラ９の正面に臨み、排気ガス浄化装置（図示せず）に接続する。

締結ボルト３によってベアリングハウジング２とタービンハウジング４とが連結された状態では、これら両ハウジング２、４の対向面間に隙間１５が形成される。隙間１５は、タービン軸７の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。

タービンスクロール流路１３は、エンジンから排出される排気ガスが導かれるガス流入口（図示せず）と連通する。また、タービンスクロール流路１３は、上記の隙間１５にも連通している。排気ガスは、ガス流入口からタービンスクロール流路１３に導かれ、タービンインペラ９を介して吐出口１４に導かれる。この流通過程において排気ガスはタービンインペラ９を回転させる。そして、上記のタービンインペラ９の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ８に伝達され、流体はコンプレッサインペラ８の回転力によって、昇圧されてエンジンの吸気口に導かれる。

図２は、コンプレッサインペラ８の斜視図である。図２に示すように、コンプレッサインペラ８は、ハブ１６（ホイール）と、複数の羽根１７（ブレード）とを有する。

ハブ１６は、上面１６ａと、上面１６ａよりも大きい面積をもつ底面１６ｂとを有する。ハブ１６は、さらに、上面１６ａから底面１６ｂに向かって径方向外側に広がる外周面１６ｃを有する。ハブ１６は、底面１６ｂおよび上面１６ａの中心を回転軸として回転する回転体である。

また、ハブ１６には貫通孔１６ｄが設けられている。貫通孔１６ｄは、上面１６ａから底面１６ｂに向けて貫通する貫通孔１６ｄにはタービン軸７が挿通される。この挿通によって、タービン軸７の端部が上面１６ａから突出する。この突出した部分にはネジ溝が形成されている。このネジ溝にナットを締めることで、ハブ１６がタービン軸７の一端に固定される。

羽根１７は、ハブ１６と一体形成された薄板形状の部材である。羽根１７は、ハブ１６の外周面１６ｃに、互いに周方向に離隔して複数配される。隣り合う羽根１７の周方向の隙間（翼間１７ａ）が流体の流路となる。また、羽根１７は、ハブ１６の外周面１６ｃから径方向外側に延伸し、ハブ１６の周方向に傾斜するように湾曲している。

また、羽根１７は、全羽根１８（長羽根、フルブレード）と、全羽根１８より軸方向の長さが短い半羽根１９（短羽根、ハーフブレード）とから構成される。全羽根１８と半羽根１９とは、周方向に交互に配されている。このように、半羽根１９を全羽根１８の間に配することで、同数の羽根１７をすべて全羽根１８で構成する場合に比べ、過給機Ｃにおける流体の吸引効率が向上する。以下、単に羽根１７という場合、全羽根１８および半羽根１９の両方を示す。

図３（ａ）は、羽根１７の形状を説明するための図である。図３（ａ）は、本実施形態の羽根１７の子午面形状を一点鎖線で示す。図３（ｂ）は、比較例の羽根Ｗの子午面形状を一点鎖線で示す。子午面形状は、一枚の羽根１７、Ｗの輪郭を、ハブ１６の径方向の位置を変えずに、ハブ１６の回転軸周りに回転して、ハブ１６の回転軸に平行な平面に投影させた形状である。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、左右方向がタービン軸７の軸方向を示す。また、各図中の右側がハブ１６の底面１６ｂ側を示し、左側がハブ１６の上面１６ａ側を示す。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、上下方向がタービン軸７の径方向を示す。各図中の上側が径方向外側を示し、下側が径方向内側を示す。

図３（ａ）に示すように、羽根１７（即ち全羽根１８または半羽根１９）は、コンプレッサインペラ８を通過する流体の流れ方向（以下、単に流れ方向と称す）における上流側の端部であるリーディングエッジ１７ｂを有する。なお、半羽根１９のリーディングエッジ１７ｂは、全羽根１８のリーディングエッジ１７ｂより流れ方向における下流側に位置する。

また、羽根１７は、流れ方向における下流側の端部であるトレーリングエッジ１７ｃを有する。翼面１７ｄは、羽根１７のうち、リーディングエッジ１７ｂとトレーリングエッジ１７ｃを流れ方向における両側の端部として有する曲面である。翼面１７ｄは、翼間１７ａに形成される流路に面している。

図３（ａ）に示すように、子午面形状において、リーディングエッジ１７ｂは、タービン軸７の径方向に対して大凡平行である。トレーリングエッジ１７ｃは、タービン軸７の軸方向に大凡平行である。

翼面１７ｄは、リーディングエッジ１７ｂと、トレーリングエッジ１７ｃとを端部とし、直線の母線１７ｅ（図３（ａ）中、破線で示す）を連続的に移動させた軌跡が描く曲面、いわゆる線織面である。すなわち、母線１７ｅは、直線（線分）の移動によって曲面を描いた時の、いずれかの位置における直線である。したがって、コンプレッサインペラ８は、所謂母線インペラとして構成されている。

図３（ａ）は、母線１７ｅの向きの理解を容易とするため、翼面１７ｄのトレーリングエッジ１７ｃ側から母線１７ｅを突出させて示す。

母線１７ｅは、トレーリングエッジ１７ｃ側において、トレーリングエッジ１７ｃとの交点ａを有する。また、母線１７ｅは、タービン軸７の軸方向の一端側（図３中、左側）から他端側（図３中、右側）へ向かうにしたがって、タービン軸７の径方向内側に近づく向きに傾斜している。すなわち、トレーリングエッジ１７ｃと交差する母線１７ｅにおいて、タービン軸７の軸方向の一端側の方が、他端側よりも、径方向外側に位置している。

また、交点ａよりもタービン軸７の軸方向の他端側（図３中、右側）に位置するトレーリングエッジ１７ｃと、交点ａよりもタービン軸７の軸方向の他端側（図３中、右側）に位置する母線１７ｅとが成す角を角Ａとすると、角Ａは２０度以上である。

図３（ｂ）は、比較例の羽根Ｗを示す。この図に示すように、母線Ｗｅは、羽根Ｗの翼面Ｗｄの曲面形状によって特定される。母線Ｗｅは、トレーリングエッジＷｃ側において、タービン軸７の軸方向と大凡平行である。したがって、図３（ａ）に示す羽根１７と異なり、母線ＷｅとトレーリングエッジＷｃは交点を有さない。この場合、羽根Ｗの加工が困難となる可能性がある。以下、コンプレッサインペラ８の加工装置について説明した後、コンプレッサインペラ８の加工方法を示しながら、羽根１７、Ｗの加工性を比較して詳述する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、コンプレッサインペラ８の加工装置２０を説明するための図である。図４（ａ）は、加工装置２０の外観図を示す。図４（ｂ）は、加工装置２０がコンプレッサインペラ８の素材Ｍを加工する様子を示す。

加工装置２０は、例えば、同時５軸マシニングセンタで構成される。図４（ａ）に示すように、加工装置２０は、回転部２１と、移動部２２と、保持部２３と、移動部２４と、制御部２５と、操作部２６とを備える。図４（ｂ）に示すように、回転部２１は、エンドミルなどの工具Ｔを支持するチャック部２１ａと、モータ（図示せず）とを有する。回転部２１は、チャック部２１ａが工具Ｔを支持した状態で、モータの動力によってチャック部２１ａと共に工具Ｔを回転させる。チャック部２１ａは、チャック部２１ａの回転軸が工具Ｔの軸中心と一致する状態で、工具Ｔを支持する。

移動部２２は、例えば、モータ（図示せず）によって、互いに直交する３軸の移動が可能な自動ステージで構成される。移動部２２は、回転部２１を支持している。そして、移動部２２は、回転部２１を３軸のいずれの方向にも、移動させることができる。

保持部２３は、例えば、クランプ装置で構成される。保持部２３は、コンプレッサインペラ８の素材Ｍを保持する。素材Ｍは、予め、ハブ１６の貫通孔１６ｄとなる孔が形成されている。保持部２３は、素材Ｍの外周面を保持する第１クランプ２３ａを有する。また、素材Ｍを挟んで第１クランプ２３ａと反対側には、第２クランプ２３ｂが配される。第２クランプ２３ｂには、ピン２３ｃが固定されている。ピン２３ｃの先端は、先端側ほど径が小さいテーパ形状を有する。ピン２３ｃの先端は、ハブ１６の貫通孔１６ｄとなる素材Ｍの孔に挿通される。こうして、第１クランプ２３ａとピン２３ｃで素材Ｍが挟持されている。

移動部２４は、保持部２３を支持する。移動部２４は、例えば、のモータ（図示せず）によって、保持部２３ごと素材Ｍを、互いに異なる２軸の軸周りに旋回させることができる。

移動部２２、２４が協働することで、工具Ｔおよび素材Ｍの相対的な位置および姿勢を高い自由度で変位させることができる。

制御部２５は、操作部２６を通じて入力された加工パスなどの情報に応じ、回転部２１による工具Ｔの回転、および、移動部２２、２４による工具Ｔと素材Ｍの相対的な位置および姿勢の変位を制御する。以下、制御部２５によるコンプレッサインペラ８の加工処理の流れを詳述する。

図５は、コンプレッサインペラ８の加工方法を説明するための図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の羽根１７の加工処理の様子を示す。図５（ｄ）〜（ｆ）は、比較例の羽根Ｗの加工処理の様子を示す。理解を容易とするため、各図における加工装置２０の図示を省略する。

母線インペラの加工においては、工具Ｔの刃の側面Ｔａを使ってコンプレッサインペラ８の素材Ｍを切削する。このとき、工具Ｔの回転軸方向は母線１７ｅ、Ｗｅの向きに合わせられている。

図５（ａ）に示すように、制御部２５は、移動部２２、２４および回転部２１を制御し、工具Ｔの回転軸の軸方向が、リーディングエッジ１７ｂの向きと平行であって、工具Ｔの先端が、ハブ１６側（図５中、下側）に向いた初期位置に、工具Ｔを配する。

続いて、制御部２５は、移動部２２、２４および回転部２１を制御し、図５（ｂ）に示すように、工具Ｔの回転軸を母線１７ｅの向き（延伸方向）に合わせながら、工具Ｔの側面Ｔａを使って素材Ｍを切削する。すなわち、制御部２５は、工具Ｔを回転させ、リーディングエッジ１７ｂからトレーリングエッジ１７ｃに向かって、側面Ｔａで複数の羽根１７の隙間（翼間１７ａ）となる部分の素材Ｍを切削する。この切削のあいだ、制御部２５は、工具Ｔの軸方向の初期位置からの傾斜角を、工具Ｔの軸方向がトレーリングエッジ１７ｃの向き（延伸方向）に近づく方向に連続的に大きくさせる。

そして、図５（ｃ）に示すように、工具Ｔがトレーリングエッジ１７ｃ側まで加工し終えると、工具Ｔの回転軸は、タービン軸７の軸方向に対して傾斜する。具体的には、工具Ｔの回転軸は、工具Ｔの先端側がタービン軸７の径方向内側に近くなるように傾斜している。すなわち、制御部２５は、トレーリングエッジ１７ｃまで切削して翼面１７ｄを削り出したとき、工具Ｔの軸方向の初期位置からの傾斜角（図５（ａ）から図５（ｃ）までに、工具Ｔの軸方向が傾く角度）が鋭角となるように、回転部２１および移動部２２、２４を制御している。

一方、比較例の羽根Ｗの加工では、羽根１７の加工と同様、工具Ｔの先端をタービン軸７の径方向内側に向けた状態で、リーディングエッジＷｂ側から切削が開始される（図５（ｄ）参照）。そして、図５（ｅ）に示すように、母線Ｗｅの向きが工具Ｔの回転軸の向きとなるように工具Ｔの姿勢が制御されながら、リーディングエッジＷｂからトレーリングエッジＷｃに向かって切削が行われる。トレーリングエッジＷｃに到達した時点では、図５（ｆ）に示すように、工具Ｔの回転軸がタービン軸７の軸方向と大凡平行になる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ羽根１７、羽根Ｗの加工における加工性を説明するための図である。図６（ａ）は、図５（ｃ）のようにトレーリングエッジ１７ｃまで加工した状態の羽根１７と工具Ｔを示す。図６（ｂ）は、図５（ｆ）のようにトレーリングエッジＷｃまで加工した状態の羽根Ｗと工具Ｔを示す。これらの図は、理解を容易とするため、羽根１７、Ｗの枚数を間引いて当該羽根１７、Ｗを示す。

図６（ｂ）に示す状態から、工具Ｔをタービン軸７の径方向に離隔させると、工具Ｔの先端が、素材Ｍのうち、ハブの外周面Ｗｆにおける底面Ｗｇ側に形成される部分に引っかかる。すなわち、不要な所謂押し加工を行ってしまう。この場合、外周面Ｗｆの底面Ｗｇ側に不要な加工痕が残ってしまうおそれがある。押し加工を確実に回避するため、加工中の工具Ｔの移動速度を低く抑えることが考えられるものの、加工性や加工時間が犠牲になる。

本実施形態の羽根１７の加工においては、図６（ａ）に示す状態で、工具Ｔが羽根１７のトレーリングエッジ１７ｃ側から、タービン軸７の径方向に離隔する。この場合、タービン軸７の軸方向に対して、工具Ｔの軸方向は、工具Ｔの先端側がタービン軸７の径方向内側に近くなる向きに傾斜している。そのため、押し加工の発生が抑えられ、加工性の向上や加工時間の短縮が可能になる。

図７（ａ）〜図７（ｆ）は、羽根１７の加工における干渉について説明するための図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図５（ａ）〜図５（ｃ）と同じ図を示す。図７（ｄ）〜図７（ｆ）は、それぞれ、図７（ａ）〜図７（ｃ）に対応するチャック部２１ａの保持部２３に対する相対的な姿勢を示す。なお、図７（ｄ）〜図７（ｆ）では、理解を容易とするため、チャック部２１ａの姿勢が変化する様子を示す。実際には（たとえば同時５軸マシニングセンタを用いた場合には）、保持部２３および保持部２３に保持された素材Ｍの姿勢（傾斜）が変化する。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、工具Ｔが翼面１７ｄを削り出しながら、リーディングエッジ１７ｂからトレーリングエッジ１７ｃに到達すると、図７（ｄ）〜（ｆ）に示すように、チャック部２１ａと第２クランプ２３ｂの距離が近づく方向に、姿勢制御される。

例えば、比較例の羽根Ｗの加工のように、工具Ｔの回転軸の向きを、タービン軸７の軸方向と大凡平行となるまで移動させると、チャック部２１ａと第２クランプ２３ｂの距離が、図７（ｆ）に示す状態よりもさらに近づく。この場合、チャック部２１ａと第２クランプ２３ｂが干渉するおそれがある。このような干渉を回避するため、回転軸方向に長い工具を用いることが考えられる。このような工具であれば、チャック部２１ａの代わりに工具が第２クランプ２３ｂに近づくことになるが、工具は第２クランプ２３ｂよりも径が小さいため、工具と第２クランプ２３ｂは干渉し難い。しかし、チャック部２１ａから工具と素材Ｍの接触部分までの距離が長くなると、加工中に工具が振動する、所謂びびりが生じる可能性がある。

本実施形態の羽根１７の加工においては、図７（ｆ）に示す傾きまでしか、工具Ｔの向きを変位させないため、工具Ｔのチャック部２１ａが第２クランプ２３ｂに干渉しづらくなる。つまり、短い工具Ｔを用いることができる。その結果、加工中に生じる工具の振動を抑制することができ、加工性を向上することができる。

また、上述の実施形態における角Ａは２０度以上である。しかしながら、タービン軸７の軸方向に対する母線１７ｅの傾斜によって、本発明の効果が得られる限り、角Ａの値は任意である。ただし、図３（ａ）に示すように角Ａを２０度以上とすると、上記の押し加工や、工具Ｔのチャック部２１ａと保持部２３との間の干渉に関し、抑制効果が顕著に表れ、加工性の向上や加工時間の短縮がさらに可能となる。また、角Ａは望ましくは４０度以下であるとよい。角Ａを４０度以下とすることで、羽根１７の翼面１７ｄとして設計可能な曲面形状の範囲を、実用的な水準とすることができる。

ここで、コンプレッサインペラを通過する空気の流れを想定する。一般的に、空気の流れにおける上流側の変化は、コンプレッサ効率に影響を及ぼしやすい傾向がある。一方、この空気の流れの上流側（上流端）にはリーディングエッジが位置し、下流側（下流端）にはトレーリングエッジが位置している。本実施形態の母線の傾きは、リーディングエッジからトレーリングエッジに向けて徐々に変化する。即ち、本実施形態の母線は比較例（図３（ｂ）参照）と同じくリーディングエッジに対して平行であるものの、トレーリングエッジに対しては傾斜している。このため、流れにおける上流側での変化が抑制され、流れの変化によるコンプレッサ効率への影響を小さくすることができる。

なお、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を用いて、角Ａが０度の場合（即ち、トレーリングエッジにおける母線が傾きを持たない場合）と、角Ａが２０度の場合と、角Ａが４０度である場合のコンプレッサ効率を比較すると、角Ａが２０度又は４０度のコンプレッサ効率は、角Ａが０度の場合と比べて遜色なく、その差は１％未満の変化に抑えられていることが判った。

このように、本実施形態のコンプレッサインペラ８、過給機Ｃ、コンプレッサインペラ８の加工方法、および、コンプレッサインペラ８の加工装置２０では、加工性の向上や加工時間の短縮が可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ハブの外周に複数の羽根が配されたインペラ、遠心圧縮機、インペラの加工方法、および、インペラの加工装置に利用することができる。

Claims (5)

1. シャフトと一体回転して、遠心圧縮機本体に形成された吸入口から吸入される流体を該シャフトの径方向外側に圧縮して送出するコンプレッサインペラであって、
   前記シャフトの一端に固定されるハブと、
   前記ハブの外周に配された複数の羽根と、
   を備え、
   各前記羽根は、
   流体の流れ方向における上流側の端部であるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部であるトレーリングエッジを有し、直線の母線を移動させた軌跡が描く曲面である翼面を備え、
   前記母線は、前記トレーリングエッジ側において、該トレーリングエッジと交点を有するとともに、該トレーリングエッジと交点を有する母線は、前記シャフトの軸方向の一端側から他端側へ向かうにしたがって、該シャフトの径方向内側に近づく向きに傾斜していることを特徴とするコンプレッサインペラ。
2. 前記交点よりも前記シャフトの軸方向の他端側に位置する前記トレーリングエッジと、該交点よりも該シャフトの軸方向の他端側に位置する前記母線とが成す角は、２０度以上であることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサインペラ。
3. 遠心圧縮機本体と、
   前記遠心圧縮機本体に回転自在に支持されたシャフトと、
   前記シャフトの一端に固定されるハブと、該ハブの外周に配された複数の羽根とを有し、該シャフトと一体回転して、前記遠心圧縮機本体に形成された吸入口から吸入される流体を径方向外側に圧縮して送出するコンプレッサインペラと、
   を備え、
   各前記羽根は、
   流体の流れ方向における上流側の端部であるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部であるトレーリングエッジを有し、直線の母線を移動させた軌跡が描く曲面である翼面を備え、
   前記母線は、前記トレーリングエッジ側において、該トレーリングエッジと交点を有するとともに、該トレーリングエッジと交点を有する母線は、前記シャフトの軸方向の一端側から他端側へ向かうにしたがって、該シャフトの径方向内側に近づく向きに傾斜していることを特徴とする遠心圧縮機。
4. 遠心圧縮機のコンプレッサインペラにおける、ハブの外周に配された複数の羽根のうち、流体の流れ方向における上流側の端部であるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端であるトレーリングエッジを有する翼面を削り出すコンプレッサインペラの加工方法であって、
   工具の回転軸の軸方向が、前記羽根のリーディングエッジの向きと平行であって、該工具の先端が、前記ハブ側に向いた初期位置に、該工具を配し、
   前記リーディングエッジから前記トレーリングエッジに向かって、前記工具の側面で前記複数の羽根の隙間となる部分の素材を切削しながら、該工具の軸方向の前記初期位置からの傾斜角を、該軸方向が該トレーリングエッジの向きに近づく方向に連続的に大きくし、該トレーリングエッジまで切削して前記翼面を削り出したとき、該傾斜角が鋭角であることを特徴とするコンプレッサインペラの加工方法。
5. 遠心圧縮機のコンプレッサインペラにおけるハブの外周に配された複数の羽根のうち、流体の流れ方向における上流側の端部であるリーディングエッジ、及び、流体の流れ方向における下流側の端部であるトレーリングエッジを有する翼面を素材から削り出す加工装置であって、
   工具を支持し、該工具を該工具の軸中心に回転させる回転部と、
   前記工具および前記素材の相対的な位置および姿勢を変位させる移動部と、
   前記回転部による前記工具の回転、および、前記移動部による該工具および前記素材の相対的な位置および姿勢の変位を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記工具の回転軸の軸方向が、前記リーディングエッジの向きと平行であって、該工具の先端が、前記ハブ側に向いた初期位置に、該工具を配するように、前記移動部を制御し、
   前記リーディングエッジから前記トレーリングエッジに向かって、前記工具を回転させ該工具の側面で前記複数の羽根の隙間となる部分の前記素材を切削しながら、該工具の軸方向の前記初期位置からの傾斜角を、該工具の軸方向が該トレーリングエッジの向きに近づく方向に連続的に大きくさせ、該トレーリングエッジまで切削して前記翼面を削り出したとき、該傾斜角が鋭角となるように、前記回転部および前記移動部を制御することを特徴とするコンプレッサインペラの加工装置。

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