(57)【要約】【課題】ブレードと、ディスク或いはカバーとの接合強度を高めることができる。【解決手段】ディスク２に対向配置されるカバーとブレード３を一体成形するとともに、ディスク２のブレード取付面（表面２ａ）にブレード形状と対応した溝５を形成しておき、その溝５の底部５ａにろう材６を配置してから、その溝５にカバーに一体成形されたブレード３のブレード縁端３ａを挿入させてテーパー溝５の底部５ａとブレード縁端３ａとをろう材６を介して接合させることで、加熱によって液相状態となったろう材６を溝５から流出させずにインペラを製造するようにした。【選択図】図４
2010180721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円盤状のディスクと、該ディスクに対向配置されるカバーと、前記ディスクと前記カバーとの間に設けられるブレードとからなるインペラの製造方法であって、
前記ディスク又は前記カバーのブレード取付面に前記ブレード形状と対応した溝を形成する工程と、
前記溝にブレードの縁端を挿入させて溝内面とブレード縁端とを接合材を介して接合させる工程と、
を有することを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項２】
前記溝の近傍の前記ブレード取付面と、前記ブレードの側面とを接合するための接合材を配置する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項３】
略円盤状のディスクと、該ディスクに対向配置されるカバーと、前記ディスクと前記カバーとの間に設けられるブレードとを備え、
前記ブレードは、前記ディスク及び前記カバーの少なくとも一方に形成された溝に挿入されるとともに、接合材を介して接合されたインペラを有することを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
前記溝の両側には、断面視で円弧面を有する略半円形状の凹溝部が前記溝に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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および圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心圧縮機などの遠心回転機に使用されるインペラは、回転軸に取り付けられるディスクと、そのディスクに対して間隔をおいて配置されるカバーと、これらディスクとカバーとを連結する複数のブレードとを備えたカバー付きインペラ（クローズドインペラ）が知られており、これらブレードの側面と、カバー及びディスク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。そして、このような遠心圧縮機に設けられるインペラは、例えば鋳造、機械加工、放電加工等による一体加工成形、あるいは鍛造、機械加工後に、溶接、ろう付、液相拡散接合等による接合などの方法により製造されている。
これらのうち一体加工成形は、カバー、ブレード、及びディスクを素材より一体化して削り出して成形するものである。ところが、一般的に遠心圧縮機に設けられるインペラは、流路が軸方向（回転軸方向）、及び径方向のそれぞれに湾曲する複雑な形状であるため、一体加工成形が困難となっている現状がある。
【０００３】
また、溶接接合では、ブレードをカバー及びディスクの一方と一体化して削り出した一体部材と、カバー及びディスクの他方との２つの部品を溶接により接合したり、各部材のそれぞれを溶接により接合するものである。この場合、溶接トーチを流路内に挿入する必要があり、流路形状が狭いと流路内に挿入することが困難となり、溶接欠陥が生じやすくなるといった不具合があった。
これに対して、ろう付による接合では、例えばブレード付きのカバーとディスクとを接合する際に、その接合箇所に例えば、箔、パウダーやワイヤなどのろう材を配置し、カバーとディスクを重ねて炉に設置し、加熱して接合するものである（例えば、特許文献１、２参照）。ろう付による接合では、上述した溶接接合に比べて、流路形状が狭い場合であっても容易に施工ができる利点がある。
【０００４】
特許文献１に示されるインペラの製造方法は、羽根（ブレード）と上シュラウド（カバー）の一体化したものと、平面な下シュラウド（ディスク）との両者のそれぞれに、或いは羽根と下シュラウドの一体化したものと、上シュラウドとの両者のそれぞれにメッキ層を設け、Ｒ部を有する溝を両側に設けた上シュラウド、或いは下シュラウドを突き合せて接合するものである。
特許文献２には、主板（ディスク）に一体成形された主板側ベーン（ブレード）と、シュラウド（カバー）に一体成形されたシュラウド側ベーン（ブレード）とをろう材を用いて互いに突き合せ接合するようにしたインペラの製造方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２８９８９号公報
【特許文献２】特開平７−１０９９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のインペラの製造方法では、以下のような問題があった。
すなわち、上述したような遠心圧縮機に設けられるインペラは、回転に伴う回転遠心力によりカバーとディスクとが離れる方向への引張力が生じると共に回転方向に相対的な曲げ応力が発生することから、ブレードとディスクとの継ぎ目に相当する接合部には過大な集中応力が作用している。そのため、ろう付による接合の場合には、集中応力を低減させるために、ろう付位置をフィレット形状にする等の対応が必要とされている。ところが、上述したように各流路Ｒが複雑に湾曲しており、ブレードと、ディスク或いはカバーとの接合線が複雑な３次元曲線となることから、ろう付時に溶けたろうが外方に流出するおそれがあった。すなわち、この場合、接合部の一部にろう材が不足したり、無い箇所が生じ、接合不良となり、十分な強度が確保できないという不具合が生じるおそれがあった。そのため、ろう付、液相拡散接合等による接合方法において、接合強度を確実に高められる方法が求められており、その点で改良の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ブレードと、ディスク或いはカバーとの接合強度を高めることができるインペラの製造方法および圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るインペラの製造方法では、略円盤状のディスクと、該ディスクに対向配置されるカバーと、ディスクとカバーとの間に設けられるブレードとからなるインペラの製造方法であって、ディスク又はカバーのブレード取付面にブレード形状と対応した溝を形成する工程と、溝にブレードの縁端を挿入させて溝内面とブレード縁端とを接合材を介して接合させる工程とを有することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係る圧縮機では、略円盤状のディスクと、ディスクに対向配置されるカバーと、ディスクとカバーとの間に設けられるブレードとを備え、ブレードは、ディスク及びカバーの少なくとも一方に形成された溝に挿入されるとともに、接合材を介して接合されたインペラを有することを特徴としている。
【００１０】
本発明では、ディスク又はカバーのブレード取付面にブレードの縁端形状と対応した溝を設け、この溝内或いはブレードの接合側の縁端にろう材等の接合材を配置させてから、その溝にブレード縁端を挿入し、接合材を加熱することで、接合材を溶かして接合することができる。このとき、加熱によって液相状態となった接合材が溝内で固化し、ブレードの縁端が溝に嵌合して強固に接合された状態となる。しかも接合時に溶けた接合材の流出を防止することができ、接合部における接合材の供給不足がなくなるといった利点もある。
【００１１】
また、本発明に係るインペラの製造方法では、溝の近傍のブレード取付面と、ブレードの側面とを接合するための接合材を配置する工程を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明では、溝内での接合に加え、ブレード側面とブレード取付面とを接合することで、インペラ回転時に最も応力のかかるブレードとディスク又はカバーとの接合部をより確実に補強することができる。
【００１３】
また、本発明に係る圧縮機では、溝の両側には、断面視で円弧面を有する略半円形状の凹溝部が溝に沿って設けられていることがより好ましい。
【００１４】
これにより、インペラ回転時にブレードとカバー又はディスクとの接合部に作用する応力集中を緩和することができ、とくに溝の縁端がブレードの側面に滑らかに連続するように近づけることで、応力集中による緩和効果をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のインペラの製造方法および圧縮機によれば、ディスク又はカバーに設けられた溝内に加熱によって溶ける接合材を配置することで、加熱によって液相状態となった接合材が溝内で固化し、ブレードの縁端が溝に嵌合して強固に接合された状態となるため、カバー又はディスクとブレードとの接合強度を確実に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるインペラの製造方法によって製造されるインペラの概略構成を示す側断面図である。
【図２】図１のインペラの部分拡大図である。
【図３】図２に示すインペラを外周側から見た側面図である。
【図４】インペラの製造工程を示す図であって、（ａ）はろう付前の状態の図、（ｂ）はろう付後の状態の図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第１変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第２変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
【図７】第１の実施の形態の第３変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。  である。
【図８】第４変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図９に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施の形態によるインペラの製造方法および圧縮機について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるインペラの製造方法によって製造されるインペラの概略構成を示す側断面図、図２は図１のインペラの部分拡大図、図３は図２に示すインペラを外周側から見た側面図、図４はインペラの製造工程を示す図であって、（ａ）はろう付前の状態の図、（ｂ）はろう付後の状態の図である。
【００１８】
図１の符号１は、本第１の実施の形態によるインペラの製造方法により製造されるインペラであり、回転軸に組み付けられる回転体として、遠心圧縮機などの圧縮機に搭載されるものである。
図１及び図２に示すように、インペラ１は、図示しない回転軸に同軸に取り付けられる略円盤状のディスク２と、ディスク２上に一端が固定されるとともに前記回転軸の中心軸線Ｏから放射状に複数配設された羽根形状のブレード３、３、…と、ディスク２から離間して対向配置されるとともにブレード３の他端に固定されるカバー４とを備えて概略構成されている。そして、ブレード３の側面と、ディスク２及びカバー４の流面（互いに対向する面）との間に形成される空間は、本圧縮機で圧縮する気体の流路Ｒとして機能している。
【００１９】
なお、図２の紙面に向かって右側がインペラ１における内周側（図１に示す中心軸線Ｏ側）であり、左側が外周側である。また、図１及び図２において、流路Ｒ内の気体の流れる方向（矢印Ｅ方向）は、紙面上側が上流側であり、紙面下側が下流側である。また、インペラ１の回転軸方向をＹ方向とし、同じく径方向をＸ方向として、以下統一して用いる。
【００２０】
ディスク２は、インペラ１の外形を形成するものであり、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属により形成されており、上述した図示しない回転軸を嵌挿させる円筒部２１と、円筒部２１の回転軸方向Ｙの一端（すなわち図１、図２で紙面下側）から径方向Ｘで外周側に向けて延びる本体部２２とを有して一体成形されている。ここで、ディスク２において、図１、図２に示す紙面でカバー４に対向する上側（気体の流路Ｒ側）の面を表面２ａとし、その反対の下側の面を裏面２ｂとして以下説明する。本体部２２の表面２ａは、外周側から内周側に向かって漸次回転軸方向Ｙで円筒部２１の先端２１ａ側へ突出するように湾曲した形状となっている。
【００２１】
また、図２及び図３に示すように、ディスク２の表面２ａには、ブレード３のディスク２側のブレード縁部３ａに対応するとともにブレード３の厚さ寸法より少し大きい幅寸法を有する溝５が形成されている。そして、本実施の形態では、ブレード３とディスク２とをろう付により接合するためのパウダーやワイヤ等のろう材６（接合材）が溝５の底部５ａ（溝内面）に配置されるようになっている。なお、溝５の深さ寸法は、例えば１〜２ｍｍ程度であり、大きいときには接合用のろう材６の量が増大することから、小さい方が好ましい。
【００２２】
ディスク２とカバー４との間に設けられる各ブレード３は、ディスク２の表面２ａに沿って径方向（矢印Ｘ方向）内周側に向かって回転軸方向（矢印Ｙ方向）で先端側に突出するようにして滑らかに湾曲するとともに、ディスク２の周方向一方側にも湾曲して形成されている。
【００２３】
カバー４は、下面４ａをブレード３のカバー側接合端３ｂに一体に固定されており、径方向（矢印Ｘ方向）で外周側から内周側に向かうに従って回転軸方向Ｙで先端側に突出するようにして湾曲した形状となっている。
すなわち、上述したように互いに隣接するブレード３、３同士のそれぞれの間には、インペラ１の回転に伴って圧縮空気を生成するための流路Ｒが形成されることになり、その流路Ｒは、ディスク２、ブレード３、及びカバー４の形状に従って、回転軸方向Ｙ、及び周方向に湾曲した形状となっている。
【００２４】
そして、このように構成される圧縮機のインペラ１では、図示しない駆動部により中心軸線Ｏ周りに回転駆動する場合において、流路Ｒ内に径方向内周側から外周側へ向かう矢印Ｅで示される空気の流れが発生するとともに、その空気が回転で生じる遠心力により加速される。これによって、流路Ｒの入口Ｒ１から吸い込まれた空気が、流路Ｒ内で圧縮されて出口Ｒ２から排出され、その後、下流側の図示しない外部機器へ送られることになる。
【００２５】
次に、上述したインペラ１の製造方法について説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、ディスク２のブレード取付面（表面２ａ）にブレード３の形状と対応した溝５を形成しておき、図２に示すようにカバー４を複数のブレード３、３、…とともに素材より削り出して一体に成形する。
そして、前記溝５の底部５ａ全体にわたってろう材６を配置させてから、図４（ｂ）に示すように、溝５にブレード３の縁端３ａを挿入させて溝５の内面とブレード３の縁端３ａとをろう材６を介して接合する。具体的には、ディスク２の溝５とブレード３との間に介在されるろう材６に例えば圧縮力を与えながら加熱することでそのろう材６が溶け、その液相の状態のろう材６がブレード３と溝５の隙間全体に一様に広がって、ディスク２とブレード３とが接合される。つまり、溝５を設けることで、加熱によって液相状態となったろう材６が溝５内で固化し、ブレード３の縁端３ａが溝５に嵌合して強固に接合された状態となる。しかもこの接合時に溶けたろう材６が溝５から流出しないことから、ろう材６の流出に伴うろう材６の供給不足がなくなるといった利点もある。
【００２６】
上述した本第１の実施の形態によるインペラの製造方法および圧縮機では、ディスク２に設けられた溝５内に加熱によって溶けるろう材６を配置することで、加熱によって液相状態となったろう材６が溝５内で固化し、ブレード３の縁端３ａが溝５に嵌合して強固に接合された状態となるため、ディスク２とブレード３との接合強度を確実に高めることができる。
【００２７】
次に、他の実施の形態及び変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
【００２８】
図５は第１の実施の形態の第１変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
図５に示すように、第１変形例は、上述した第１の実施の形態では溝５の底部５ａ（図３参照）にろう材６を配置させているが、この位置に代えて、ディスク２に形成される溝５の両側面５ｂ、５ｂ（溝内面）にろう材６を配置させたものである。この場合においても、上述した第１の実施の形態と同様に、先行してディスク２に溝５を形成し、その溝５にカバー４（図２参照）に一体に設けられたブレード３の縁端３ａを挿入させることにより、それらろう材６を介してディスク２とブレード３とを接合することができる。
【００２９】
また、図６は第１の実施の形態の第２変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
図６に示すように、第２変形例は、底部５ａにろう材６ａを配置させた溝５にブレード３を挿入させた状態で、そのブレード３のディスク２側の付け根部に相当する取付角部３ｃにもろう材７（接合材）を配置させた構造となっている。つまり、溝５内での接合に加え、溝５の近傍のブレード取付面をなすディスク２の表面２ａとブレード３の側面とがろう材７を介して接合されることから、インペラ回転時に最も応力のかかるブレード３とディスク２との接合部をより確実に補強することができる。
【００３０】
また、図７は第１の実施の形態の第３変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図、図８は第４変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
図７に示す第３変形例は、ディスク２の溝５の両側に断面視で円弧面を有する略半円形状のＲ溝８Ａ、８Ｂ（凹溝部）を溝５に沿って設けた構成となっている。Ｒ溝８Ａ、８Ｂを設けることで、インペラ回転時におけるブレード３による応力集中を緩和する機能をもたせたものである。このＲ溝８Ａ、８Ｂの円弧面を形成する径や深さなどの寸法は、ディスク２の厚さ寸法によって決定される。そして、Ｒ溝８Ａ、８Ｂと溝５に嵌合されたブレード３の側面までの距離ｔが小さいほど応力緩和の効果が大きくなることから好ましいとされる。
つまり、図８の第４変形例のように、距離ｔを最小に近づけることで、ブレード３におけるディスク２との取付角部３ｃに配置した補強ろう材７が、Ｒ溝８Ａ、８Ｂの円周面の縁端に滑らかに連続することになり、その接続面が曲面で連続した状態となることから、インペラ回転時において接合部に作用する応力集中の緩和効果をより一層高めることができる。
【００３１】
また、図９は本発明の第２の実施の形態によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図３に対応する図である。
図９に示す第２の実施の形態では、ディスク２に形成される溝５Ａの幅寸法Ｄ１がブレード３の幅寸法Ｄ２より小さくなっており、ブレード３のディスク縁端３ａに前記溝５Ａに対応して嵌合可能な凸部３ｄが形成されている。そして、溝５Ａの底部５ａに符号６Ａで示すろう材が配置されるとともに、溝５Ａの両側に位置するディスク２の表面２ａの溝縁部２ｃにも符号６Ｂで示すろう材が配置されている。つまり、ディスク２の溝縁部２ｃは、ろう材６Ｂを介してブレード３の凸部３ｄによって形成される段差面３ｅに接合することになる。
【００３２】
また、図１０は第２の実施の形態の変形例によるインペラの概略構成を示す側面図であって、図９に対応する図である。
図１０に示す第２の実施の形態の変形例（第５変形例）は、上述した第２の実施の形態に対して第３変形例及び第４変形例と同様のＲ溝８Ａ、８Ｂを設けた構造である。このＲ溝８Ａ、８Ｂの位置は、ブレード３側の円弧面の縁端がブレード３の側面に滑らかに連続しており、これにより、ディスク２とブレード３との接合部に作用する応力集中をより効果的に緩和することができる。
【００３３】
以上、本発明によるインペラの製造方法および圧縮機の第１及び第２の実施の形態、第１〜第５変形例について説明したが、本発明は上記の実施の形態および変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態及び変形例ではディスク２のブレード取付面である表面２ａに溝５を設けた構成となっているが、これに限定されることはない。例えば、予めディスク２とブレード３とを一体成形するとともに、カバー４のブレード取付面にブレードに対応する溝を形成しておき、その溝にディスク２に一体に設けられたブレード３をろう材６を介して挿入して接合するようにしてもかまわない。
本実施の形態及び変形例ではろう付による接合を対象としているが、これに限定されることはなく、例えば液相拡散接合であってもかまわない。
【００３４】
また、本実施の形態及び変形例ではディスク２側の溝内面（底部５ａ、側面５ｂ）にろう材６を配置してから、その溝５に対してブレード縁端３ａを挿入する接合方法としているが、これに限定されることはない、つまり、溝５にはろう材６を配置せずに、ブレード縁端３ａにろう材６を配置した状態とし、そのブレード縁端３ａを溝５に挿入するようにして接合することもできる。
さらに、ディスク２、ブレード３、及びカバー４の形状、大きさ等は任意に設定したものを採用することができ、また溝５の深さ、幅寸法、Ｒ溝８Ａ、８Ｂの寸法等も条件に応じて適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  インペラ
２  ディスク
２ａ  表面
３  ブレード
３ａ  ブレード縁端
４  カバー
５  溝
５ａ  底部（溝内面）
５ｂ  側面（溝内面）
６、７  ろう材（接合材）
８Ａ、８Ｂ  Ｒ溝（凹溝部）
Ｒ  流路
【図１】
2010180721.tif 000003
【図２】
2010180721.tif 000004
【図３】
2010180721.tif 000005
【図４】
2010180721.tif 000006
【図５】
2010180721.tif 000007
【図６】
2010180721.tif 000008
【図７】
2010180721.tif 000009
【図８】
2010180721.tif 000010
【図９】
2010180721.tif 000011
【図１０】
2010180721.tif 000012