(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回動される回転軸と、
該回転軸に対して外嵌される内径部、該内径部に外嵌されるディスク部、該ディスク部の前記軸線方向における一側を向く面から突出して設けられるブレード部、及び、該ブレード部に対して一体的に設けられるとともに該ブレード部を前記軸線方向における一側から覆うように設けられるカバー部を有し、前記ディスク部が、前記ブレード部が設けられる本体部及び該本体部よりも径方向内側に配置されて前記内径部の外周面に外嵌される固定部を有し、該固定部が前記軸線方向における他側に向かって前記本体部よりも張り出して形成されるインペラと、
を備える回転機械の製造方法であって、
前記回転軸を準備する工程と、
前記内径部を準備する工程と、
前記ディスク部、前記ブレード部及び前記カバー部を一体的に形成する工程と、
前記ディスク部、前記ブレード部及び前記カバー部を一体的に形成した後に、前記ディスク部を前記内径部における前記軸線方向における他側に対して熱変形により外嵌する工程と、
前記ディスク部を前記内径部に外嵌させた後に、前記回転軸に対して前記内径部の一側を熱変形により外嵌する工程と、
を備える回転機械の製造方法。
【請求項２】
前記固定部は、前記内径部よりも厚さ寸法が大きく設定されている請求項１に記載の回転機械の製造方法。
【請求項３】
前記本体部の前記軸線方向における他側には、前記固定部に隣接して環状の凹部が形成されている請求項２に記載の回転機械の製造方法。
【請求項４】
前記内径部は、前記ディスク部の前記軸線方向における位置決めをする位置決め部を備える請求項１から３の何れか一項に記載の回転機械の製造方法。
【請求項５】
前記位置決め部は、前記ディスク部の前記軸線方向における一側面が当接される当接面に肉抜き部を備える請求項４に記載の回転機械の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インペラが回転軸に固定されてなる回転機械の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンなどに用いられる回転機械にあっては、回転軸に固定されたディスクに複数のブレードを取り付けたインペラを具備している。上記回転機械は、インペラを回転させることで、ガスに圧力エネルギー及び速度エネルギーを与えている。
【０００３】
上記インペラとしては、ブレードにカバーを一体的に取り付けたいわゆるクローズドインペラが知られている。このクローズドインペラの場合、例えば、特許文献１のように１ピース化しようとすると、複雑な削りだし加工や溶接が必要となり、インペラの組み立て作業に時間がかかってしまう。
【０００４】
また、引用文献２には、ブレード間の流路を形成した内周側部品と外周側部品とをこれらの流路が互いに接続されるように拡散接合することによってインペラを製造する方法が提案されている。この引用文献２に記載のインペラは、内周側部品、外周側部品ともに加工工具のアクセス性は高いものの、これら内周側部品と外周側部品との両方に流路を形成する他、これらの流路が互いに連通するように拡散接合を施す必要があるため、製造コストの高騰を招いてしまっていた。
【０００５】
一方、ディスクの基部側に形成された内径部を焼き嵌めによって回転軸へ取り付けるインペラが知られている。このインペラの場合、熱容量の比較的大きいディスク部が内径部の近傍に配置されているため、内径部を加熱してインペラを回転軸から取り外そうとした場合に、温度が上昇し難い。
そこで、例えば図１０に示すように、内径部４２０に軸線Ｏ方向の一側（図１０における左側）に延出する部分を形成し、ディスク部４３０から離間した位置で内径部４２０を回転軸に焼き嵌めすることが考えられる（図１０中、焼き嵌め位置を太線で示す）。このようにすることで、熱容量の小さい部分で焼き嵌めをすることができるため、メンテナンス時などに、容易にインペラを着脱することができる。
【０００６】
しかし、上記内径部４２０がブレード部４４０及びカバー部４５０の下方に配置されているため、カバー部４５０およびブレード部４４０の下方のスペースが狭くなり、とりわけ回転軸５側におけるブレード部４４０とディスク部４３０との溶接作業や、ブレード部４４０とカバー部４５０と溶接作業を行う際に、工具を取り回すスペースＳが十分に確保できなくなってしまい、完成品の品質にばらつきが生じる虞があった。
また、ディスク部４３０とブレード部４４０とカバー部４５０とは溶接等により接合する必要があるため、これらディスク部４３０、ブレード部４４、および、カバー部４５０を形成する材料が溶接性のよい材料に限定されてしまい、設計の自由度が制限されてしまっていた。
【０００７】
これに対して、上記スペースＳを確保したり、設計自由度を高めるために、例えば、図１１に示すような構造が考えられる。この図１１に示すインペラ４１０は、ディスク部４３０と内径部４２０とを、回転軸５の軸線Ｏに沿う面ｍで分割して、ディスク部４３０、ブレード部４４０、および、カバー部４５０を一体的に形成した後に、ディスク部４３０の基部を内径部４２０に焼き嵌めにより取り付ける。これにより、ディスク部４３０、ブレード部４４０、および、カバー部４５０を必ずしも溶接により接合する必要がなくなり、また、溶接により接合する場合には、溶接作業を行うスペースを十分に確保することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１５６１２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１１に示すインペラの場合、内径部４２０とディスク部４３０とを分割して形成し、ディスク部４３０を内径部４２０に焼き嵌めにより嵌合している。焼き嵌めにより嵌合する場合、嵌合した後に熱収縮することとなるが、ディスク部４３０において、ブレード部４４０およびカバー部４５０が取り付けられた軸線Ｏ方向一側と、反対側の軸線Ｏ方向他側とでは、径方向への収縮の大きさにばらつきが生じてしまう。より具体的には、ブレード部４４０及びカバー部４５０が設けられたディスク部４３０の軸線Ｏ方向一側では、ブレード部４４０及びカバー部４５０も熱収縮する分、軸線Ｏ方向他側よりも大きく熱収縮によって径方向に変形することとなる。
そのため、ブレード部４４０およびカバー部４５０側にディスク部４３０の端部側が引っ張られてディスク部４３０が軸線Ｏ方向一側に撓み、ディスク部４３０の基部において当該撓み方向とは反対側の軸線Ｏ方向他側が持ち上げられてしまう。そして、ディスク部４３０の基部は、軸線Ｏ方向他側において持ち上げられることにより、ディスク部４３０と内径部４２０との間に隙間が生じてしまう虞がある。
【００１０】
また、インペラ４１０が回転すると、ディスク部４３０の片側に取り付けられているブレード部４４０とカバー部４５０とに大きな遠心力が作用することとなる。すると、ブレード部４４０とカバー部４５０とが径方向外側に変位しようとして、ディスク部４３０が、上記隙間を埋める方向に傾動してしまう虞がある。つまり、インペラ４１０が回転・停止を繰り返すことで、インペラ４１０がぐらつくなど安定性が損なわれてしまう虞がある。
【００１１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ディスク部、ブレード部、および、カバー部における設計の自由度を向上しつつ、カバー部とブレード部とディスク部とを容易に一体的に形成することができると共に、ディスク部と内径部との熱変形により接合面に隙間ができるのを防止し、且つ、回転軸に対して容易に着脱可能なインペラを備える回転機械の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る回転機械の製造方法は、軸線回りに回動される回転軸と、該回転軸に対して外嵌される内径部、該内径部に外嵌されるディスク部、該ディスク部の前記軸線方向における一側を向く面から突出して設けられるブレード部、及び、該ブレード部に対して一体的に設けられるとともに該ブレード部を前記軸線方向における一側から覆うように設けられるカバー部を有し、前記ディスク部が、前記ブレード部が設けられる本体部及び該本体部よりも径方向内側に配置されて前記内径部の外周面に外嵌される固定部を有し、該固定部が前記軸線方向における他側に向かって前記本体部よりも張り出して形成されるインペラと、を備える回転機械の製造方法であって、前記回転軸を準備する工程と、前記内径部を準備する工程と、前記ディスク部、前記ブレード部及び前記カバー部を一体的に形成する工程と、前記ディスク部、前記ブレード部及び前記カバー部を一体的に形成した後に、前記ディスク部を前記内径部における前記軸線方向における他側に対して熱変形により外嵌する工程と、前記ディスク部を前記内径部に外嵌させた後に、前記回転軸に対して前記内径部の一側を熱変形により外嵌する工程と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このように構成することで、ディスク部とブレード部とカバー部とを一体的に形成した後に、ディスク部を内径部に熱変形により外嵌することができるため、ディスク部とブレード部とカバー部とを一体的に形成する際の作業スペースを十分に確保することができる。したがって、作業時間を短縮できると共に、ディスク部とブレード部とカバー部とを必ずしも溶接により接合する必要がなくなり設計の自由度を向上できる。
また、内径部の軸線方向における一側が熱変形により回転軸に外嵌され、内径部の軸線方向における他側にディスク部が熱変形により外嵌されることで、熱容量の大きいディスク部から内径部の外嵌位置を離間して、外嵌位置における熱容量を小さくできる。したがって、メンテナンス時などに、容易に内径部を熱変形させてインペラを着脱することができる。
【００１４】
また、ディスク部を内径部に外嵌させた際に、熱変形によってディスク部の本体部がブレード部及びカバー部側に引っ張られて軸線方向一側に変形しようとしても、固定部の、ディスク部の本体部よりも軸線方向における他側に向かって張り出した部分によって拘束を受けるため、ディスク部および固定部の変形を軽減することができる。さらに、上記張り出した部分が、本体部の変位に追従せずに内径部の外周面への接触状態を維持しようとするため、固定部の軸線方向における他側が持ち上げられるのを防止して、固定部と内径部との間に、固定部を内径部に固定するための適正な面圧を確保することができる。したがって、ブレード部、カバー部、およびディスク部の熱変形により、ディスク部と内径部との間の嵌合面に隙間ができるのを防止することができる。
【００１５】
さらに、この発明に係る回転機械の製造方法は、上記回転機械の製造方法において、前記固定部は、前記内径部よりも厚さ寸法が大きく設定されていてもよい。
このように構成することで、内径部を薄くして熱変形によって回転軸に固定することを容易としつつ、固定部の剛性を高めることができるため、固定部の変形を抑制して、内径部と固定部との嵌合面における面圧を均一化することができる。
【００１６】
さらに、この発明に係る回転機械の製造方法は、上記回転機械の製造方法において、前記本体部の前記軸線方向における他側には、前記固定部に隣接して環状の凹部が形成されていてもよい。
このように構成することで、固定部の軸線方向に沿う寸法を拡大することなしに、固定部に隣接する本体部の軸線方向に沿う寸法に対する、固定部の軸線方向他側に張り出す寸法を更に拡大することができる。このため、本体部が軸線方向一側に変形しようとしても、これに伴って固定部の軸線方向他側が持ち上がってしまうことをより確実に防止することができる。したがって、インペラが大型化するのを抑制しつつ、ディスク部と内径部との間の嵌合面に隙間ができるのを防止することができる。
【００１７】
さらに、この発明に係る回転機械の製造方法は、上記回転機械の製造方法において、前記内径部は、前記ディスク部の前記軸線方向における位置決めをする位置決め部を備えていてもよい。
このように構成することで、内径部にディスク部を外嵌する際に、内径部に対してディスク部を正確に位置決めすることができるため、品質がばらつくのを抑制することが可能となる。
【００１８】
さらに、この発明に係る回転機械の製造方法は、上記回転機械の製造方法において、前記位置決め部は、前記ディスク部の前記軸線方向における一側面が当接される当接面に肉抜き部を備えていてもよい。
このように構成することで、位置決め部によってディスク部の位置決めを行うことができると共に、肉抜き部により肉抜きされるので、位置決め部が形成された箇所において内径部の剛性が部分的に増加されるのを防止することができる。したがって、ディスク部の変形に対して内径部が追従するように、内径部を円滑に変形させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ディスク部、ブレード部、および、カバー部における設計の自由度を向上しつつ、カバー部とブレード部とディスク部とを容易に一体的に形成することができると共に、ディスク部と内径部との熱変形により接合面に隙間ができるのを防止し、且つ、回転軸に対して容易に着脱可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の回転機械を有する遠心圧縮機の縦断面図である。
【図２】この発明の回転機械の正面図である。
【図３】この発明のインペラの縦断面図である。
【図４】従来のインペラにおける変形状態を示す縦断面図である。
【図５】この発明のインペラにおける図４に相当する縦断面図である。
【図６】図４、図５の軸線方向位置に対する隙間量の変化を示すグラフである。
【図７】この発明の第二実施形態における図３に相当する縦断面図である。
【図８】この発明の第三実施形態における図３に相当する縦断面図である。
【図９】この発明の第三実施形態における内径部の変形を説明する図であり、（ａ）は、肉抜き部がない場合、（ｂ）は、取付座面よりも他側を形成しない場合、（ｃ）は、本実施形態における場合を示している。
【図１０】従来のインペラの第一態様を示す縦断面図である。
【図１１】従来のインペラの第二態様を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、この発明の第一実施形態における回転機械について図面を参照して説明する。
図１は、この実施形態の回転機械を備える遠心圧縮機１００の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、遠心圧縮機１００のケーシング１０５には、ジャーナル軸受１０５ａおよびスラスト軸受１０５ｂを介して回転軸５が軸支されている。回転軸５には、複数のインペラ１０が軸線Ｏ方向に並んで取り付けられている。各インペラ１０は、回転軸５の回転による遠心力を利用してケーシング１０５に形成された上流側の流路１０４から供給されるガスを下流側の流路１０４へと段階的に圧縮して流す。
【００２３】
ケーシング１０５には、回転軸５の軸線Ｏ方向の一側（図１における左側）に、外部からガスを流入させるための吸込口１０５ｃが形成されると共に、軸線Ｏ方向の他側（図１における右側）に、外部へガスを流出させるための排出口１０５ｄが形成されている。つまり、上記遠心圧縮機の構成により、回転軸５が回転すると、吸込口１０５ｃからガスが流路１０４に流入して、インペラ１０によって段階的に圧縮され、当該圧縮されたガスが、排出口１０５ｄから排出される。なお、図１においては、回転軸５にインペラ１０が直列に６個設けられた一例を示しているが、インペラ１０は、回転軸５に対して少なくとも１個設けられていればよい。以下の説明では、説明を簡単化するために、回転軸５にインペラ１０が１個設けられている場合を例にして説明する。
【００２４】
図２に示すように、回転機械１のインペラ１０は、回転軸５に対して外嵌される内径部２０と、この内径部２０に外嵌される略円板状のディスク部３０と、このディスク部３０の軸線Ｏ方向の一側面３１から突出して設けられた複数のブレード部４０と、ブレード部４０に対して一体的に形成されるとともに、ブレード部４０を軸線Ｏ方向の一側から覆うように形成されたカバー部５０と、を備える、いわゆるクローズドインペラである。
【００２５】
図３を併せて参照し、ブレード部４０は、略一定の板厚で形成されてディスク部３０の一側面３１から軸線Ｏ方向の一側に向かって突出して形成されている。さらにブレード部４０は、ディスク部３０の一側面３１に、周方向に等間隔で複数配列されている。このブレード部４０は、軸線Ｏ方向から見て、ディスク部３０の径方向外側に向かうにつれて回転機械１の回転方向（図２中、矢印で示す）の後方に向かって凹状に湾曲形成されている。またブレード部４０は、側面視で径方向外側に向かってやや先細り形状とされている。なお、ブレード部４０が軸線Ｏ方向から見て湾曲形成される場合について説明したが、ブレード部４０は、径方向の外側ほど回転方向の後方側に延在されていればよく、例えば軸線Ｏ方向から見て直線的に形成されていてもよい。
【００２６】
内径部２０は、軸線Ｏを中心とした略円筒状をなしている。内径部２０は、軸線Ｏ方向における一側に形成される薄肉部２１と、内径部２０の軸線Ｏ方向における他側に形成される厚肉部２２と、これら薄肉部２１と厚肉部２２との間に形成され軸線Ｏ方向の他側に向かい漸次拡径する拡径部２３とを備えている。
【００２７】
拡径部２３と厚肉部２２との間には、回転軸５の外周面に対して略垂直な壁面（当接面）２４ａを備える位置決め部２４が形成されている。位置決め部２４は、後述するディスク部３０の固定部３３の一側面３３ａに当接することで、ディスク部３０の固定部３３が、所定の固定位置よりも軸線Ｏ方向の一側に向かって変位するのを規制する。
【００２８】
さらに、位置決め部２４の壁面２４ａには、位置決め部２４における内径部２０の剛性を減少させる肉抜き部２５が形成されている。この肉抜き部２５が形成されることで、位置決め部２４が形成された箇所における内径部２０の剛性を、厚肉部２２の剛性に近づけることができる。これにより、肉抜き部２５を形成しない場合よりも、内径部２０のディスク部３０付近の剛性を均すことができる。
【００２９】
薄肉部２１は、上記厚肉部２２よりも相対的に薄く形成されている。また、薄肉部２１は、その内径が、回転軸５の外径よりも僅かに小径とされ、回転軸５に対して焼き嵌めされている。この薄肉部２１における焼き嵌めにより、内径部２０が回転軸５に対して嵌合されている。なお、図３中、焼き嵌めされる範囲Ａを太線で示す。
【００３０】
拡径部２３は、軸線Ｏ方向における他側ほど拡径されることで、その外周面２３ａが軸線Ｏ方向の他側ほど立ち上がる曲面を呈している。そして、拡径部２３の軸線Ｏ方向における他側に、径方向内側に向かって有段成型されて上述した位置決め部２４が形成されている。
【００３１】
厚肉部２２は、位置決め部２４よりも軸線Ｏ方向における他側に形成されている。この厚肉部２２は、薄肉部２１よりも相対的に厚く形成されている。厚肉部２２の外周面には、回転軸５の外周面５ａに略平行な取付座面２２ａが形成されている。この取付座面２２ａには、ディスク部３０が外嵌されている。拡径部２３と厚肉部２２とは、回転軸５に外嵌されないため、拡径部２３と厚肉部２２との内径は、回転軸５の外径と同等、若しくは、僅かに大径に形成されている。
【００３２】
ディスク部３０は、その径方向外側に配置される本体部３２と、この本体部３２よりも径方向内側に配置される固定部３３とを備えている。
本体部３２は、径方向外側の厚さ寸法がやや薄い略板状に形成されている。
【００３３】
固定部３３は、軸線Ｏ方向における厚さ寸法が、上記本体部３２の基部側の厚さ寸法よりも十分に（例えば、２倍程度）大きく形成されている。そして、固定部３３は、本体部３２の他側面３２ａの位置よりも、軸線Ｏ方向における他側に向かって張り出して形成されている。さらに、固定部３３の径方向の厚さ寸法は、内径部２０の厚肉部２２の厚さ寸法よりも十分に厚く形成されている。固定部３３の径方向の厚さ寸法は、例えば、肉厚部１２ｃの厚さ寸法Ｔの２倍程度の厚さ寸法２Ｔ程度とされている。このように径方向の厚さ寸法を設定することにより、固定部３３の剛性は、厚肉部２２の剛性よりも高くなっている。
【００３４】
固定部３３の内周面３３ｂと厚肉部２２の取付座面２２ａとは、軸線Ｏ方向における長さ寸法が略同一に設定されている。また、ディスク部３０は、本体部３２と固定部３３との、軸線Ｏ方向における一側面３２ｂ，３３ａが面一とされている。固定部３３は、その内径が上述した取付座面２２ａの外径よりも僅かに小径とされ、肉厚部１２ｃに対して焼き嵌めされている。
【００３５】
カバー部５０は、軸線Ｏ方向における他側面５０ａがブレード部４０の一側縁４０ａに取付られている。カバー部５０の厚さ寸法は、ディスク部３０の厚さ寸法と同様に、径方向外側の厚さ寸法がやや薄い板状に形成されている。そして、カバー部５０は、ブレード部４０の内側端４０ｂの位置において軸線Ｏ方向における一側に向かって屈曲された屈曲部５１を備えている。
【００３６】
上記のように構成されたインペラ１０は、ブレード部４０の径方向内側に、拡径部２３が配置されている。また、内径部２０の端部２０ａが、屈曲部５１の端面５１ａよりも軸線Ｏ方向における一側に配置されている。そして、薄肉部２１の外周面２１ａ、拡径部２３の外周面２３ａ、ディスク部３０の一側面３０ａ、ブレード部４０の壁面、および、カバー部５０の他側面５０ａによってガスが流れる流路１０４が画成されている。
【００３７】
次に、上述した回転機械１の組み立て方法について説明する。
まず、ディスク部３０と、ブレード部４０と、カバー部５０とを溶接や切削等により一体的に形成する。
次いで、ディスク部３０の内周面３３ｂを内径部２０の取付座面２２ａに対向させて焼き嵌めにより嵌合させる。これによりインペラ１０の組み立てが完了する。
その後、内径部２０を回転軸５の外周面５ａの所定位置に焼き嵌めにより嵌合させる。これにより、回転機械１の組み立てが完了する。
【００３８】
次に、本実施形態のインペラ１０と、従来のインペラ５１０とにおける焼き嵌めによる変形について図４〜図６を参照しながら説明する。ここで、図４は、従来のインペラ５１０を焼き嵌めした場合を示しており、図５は、上述した実施形態におけるインペラ１０を焼き嵌めした場合を示している。また、図６は、図４、図５における軸線Ｏ方向の各位置に対応したディスク部３０，５３０と内径部２０，５２０との隙間量の変化を示したものである。図４に示す従来のインペラ５１０は、本実施形態のインペラ１０に対して、固定部３３および位置決め部２４を備えていない点で相違している。また、図４、図５においては、焼き嵌めによる変形前のインペラの位置を二点鎖線で示している。また、図４、図５においては、焼き嵌めによるインペラ１０の各所の変位を誇張して示しているため、図６の隙間量とは必ずしも一致していない。
【００３９】
図４に示すように、従来のインペラ５１０においては、焼き嵌めによってディスク部５３０を内径部５２０に取り付けると、ディスク部５３０の径方向外側の部分が、ブレード部５４０およびカバー部５５０の熱収縮によって軸線Ｏ方向における一側（図４中、左側）に引っ張られて撓んでしまう。なお、ブレード部５４０およびカバー部５５０のトータルの剛性は、ディスク部５３０の剛性よりも高くなっている（本実施形態のインペラ１０も同様）。
【００４０】
すると、ディスク部５３０と内径部５２０との嵌合部Ｇにおいて、軸線Ｏ方向における撓み側とは反対側となる他側（図４中、右側）の位置ｂが持ち上げられてしまう。このように、嵌合部Ｇにおいて、撓み側とは反対側の位置ｂが持ち上げられることにより、図６に示す如く、軸線Ｏ方向における位置ｂにおいては、ディスク部５３０と内径部５２０との嵌合部に大きな隙間が生じてしまう。
【００４１】
一方、図５に示すように、本実施形態のインペラ１０は、ディスク部３０の固定部３３が本体部３２よりも軸線Ｏ方向の他側に張り出して形成されていることで剛性が増すため、ブレード部４０およびカバー部５０側に引っ張られたとしても、本体部３２の撓みが抑制されている。さらに、径方向において固定部３３の厚さ寸法が厚肉部２２の厚さ寸法よりも十分に大きく設定されていることで、固定部３３の剛性が、厚肉部２２の剛性を上回る。そのため、固定部３３の変形に対して厚肉部２２が追従して変形し、これにより、固定部３３の内周面３３ｂと肉厚部１２ｃの取付座面２２ａとは、略平行な状態に維持される。図６に示す如く、軸線Ｏ方向における撓み側ｃおよび反対側ｄの両方において、内周面３３ｂと取付座面２２ａとの間には殆ど隙間が生じていない。
【００４２】
したがって、上述した本実施形態のインペラ１０によれば、ディスク部３０とブレード部４０とカバー部５０とを一体的に形成した後に、ディスク部３０の固定部３３を内径部２０の厚肉部２２に焼き嵌めにより外嵌することができるため、ディスク部３０とブレード部４０とカバー部５０とを一体的に形成する際の作業スペースを十分に確保することができる。その結果、作業時間を短縮できると共に、ディスク部３０とブレード部４０とカバー部５０とを必ずしも溶接により接合する必要がなくなり設計の自由度を向上できる。
【００４３】
また、内径部２０の軸線Ｏ方向における一側すなわち薄肉部２１が、焼き嵌めにより回転軸５に外嵌され、内径部２０の軸線Ｏ方向における他側すなわち、厚肉部２２にディスク部３０が焼き嵌めにより外嵌されることで、熱容量の大きいディスク部３０から内径部２０の外嵌位置を離間して、外嵌位置における熱容量を小さくできる。その結果、メンテナンス時などに、容易に内径部２０の薄肉部２１を加熱により熱変形させてインペラ１０を回転軸５から着脱することができる。
【００４４】
また、ディスク部３０を内径部２０に外嵌させた際に、熱変形によってディスク部３０がブレード部４０及びカバー部５０側に引っ張られて軸線Ｏ方向一側に変形しようとしても、固定部３３の、本体部３２よりも軸線Ｏ方向における他側に向かって張り出した部分によって拘束を受けるため、ディスク部３０の撓みを軽減することができる。さらに、上記固定部３３の張り出した部分が、本体部３２の変位に追従せずに内径部２０の外周面への接触状態を維持しようとするため、固定部３３の軸線Ｏ方向における他側が持ち上げられるのを防止して、嵌合面を形成する固定部３３の内周面３３ｂと厚肉部２２の取付座面２２ａとの間に、固定部３３を内径部２０に固定するための適正な面圧を確保ことができる。その結果、ブレード部４０、カバー部５０、およびディスク部３０の熱変形により、ディスク部３０の内周面３３ｂと内径部２０の取付座面２２ａとの間に隙間ができるのを防止することができる。
【００４５】
さらに、固定部３３の厚さ寸法が内径部２０の厚さ寸法よりも大きく設定されていることで、内径部２０を薄くして熱変形によって回転軸５に固定することを容易としつつ、固定部３３の剛性を高めることができ、その結果、固定部３３の変形を抑制して、上記内周面３３ｂと取付座面２２ａとの間の面圧を均一化することができる。
また、内径部２０が、ディスク部３０の軸線Ｏ方向における位置決めをする位置決め部２４を備えていることで、内径部２０にディスク部３０を外嵌する際に、内径部２０に対してディスク部３０を正確に位置決めすることができるため、流路１０４の内面に段差が形成されるなど、品質にばらつきが生じるのを抑制することが可能となる。
【００４６】
次に、この発明の第二実施形態におけるインペラおよび、当該インペラを備える回転機械について図面を参照して説明する。なお、この第二実施形態のインペラは、上述した第一実施形態のインペラ１０に対して、固定部３３に隣接する環状の凹部を設けたものであるため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
【００４７】
図７に示すように、本実施形態における回転機械２０１は、上述した第一実施形態の回転機械１と同様に、回転軸５にインペラ２１０が焼き嵌めにより外嵌されている。
インペラ２１０は、回転軸５に対して外嵌される内径部２０と、この内径部２０に外嵌される円板状のディスク部３０と、このディスク部３０の軸線Ｏ方向の一側面３０ａから突出して設けられた複数のブレード部４０と、ブレード部４０に対して一体的に形成されるとともに、ブレード部４０を軸線Ｏ方向の一側から覆うように形成されたカバー部５０と、を備えている。なお、内径部２０、ブレード部４０、および、カバー部５０については、上述した第一実施形態と同様の構成であるため、詳細説明を省略する。
【００４８】
ディスク部３０は、その径方向外側に配置される本体部３２と、この本体部３２よりも径方向内側に配置される固定部３３とを備えている。
【００４９】
固定部３３は、軸線Ｏ方向に沿う寸法が、上記径方向における本体部３２の基部側の軸線Ｏ方向に沿う寸法よりも十分に（例えば、２倍程度）大きく形成されている。そして、固定部３３は、本体部３２の他側面３２ａの位置よりも、軸線Ｏ方向における他側に向かって張り出して形成されている。固定部３３の径方向の厚さ寸法は、内径部２０の厚肉部２２の厚さ寸法よりも十分に厚く形成されている。より具体的には、固定部３３の径方向の厚さ寸法は、肉厚部１２ｃの厚さ寸法Ｔの２倍程度の厚さ寸法２Ｔ程度とされている。
【００５０】
固定部３３の内周面３３ｂと厚肉部２２の取付座面２２ａとは、軸線Ｏ方向における長さ寸法が略同一に設定されている。また、ディスク部３０は、本体部３２と固定部３３との、軸線Ｏ方向における一側面３２ｂ，３３ａが面一とされている。そして、固定部３３の内径は、上述した取付座面２２ａの外径よりも僅かに小径とされ、固定部３３が肉厚部１２ｃに焼き嵌めにより外嵌されている。
【００５１】
本体部３２は、径方向外側ほど厚さ寸法がやや薄い略板状に形成されている。
本体部３２の軸線Ｏ方向における他側面３２ａには、固定部３３に隣接する部位（換言すれば、本体部３２の基部側）に、軸線Ｏを中心とする略環状の肉抜き部２３４が形成されている。この肉抜き部２３４は、他側面３２ａ側から抉ったような角溝状に形成されている。そして、この肉抜き部２３４が形成されている分だけ、本体部３２の軸線Ｏ方向に沿う寸法が小さくなっている。この肉抜き部２３４の軸線Ｏ方向における深さ寸法は、本体部３２の強度が十分に得られる範囲内で、より深く設定されるのが好ましい。なお、肉抜き部２３４は、軸線Ｏ方向の他側から抉られていればよく、上述した角溝状に限られるものではない。
【００５２】
したがって、上述した第二実施形態におけるインペラ２１０および回転機械２０１によれば、本体部３２の軸線Ｏ方向における他側面３２ａに、固定部３３に隣接した環状の肉抜き部２３４が形成されていることで、固定部３３の軸線Ｏ方向に沿う寸法を大きくすることなしに、本体部３２の径方向内側において、本体部３２の基部の軸線Ｏ方向に沿う寸法ｔ１に対する固定部３３が他側へ張り出す寸法ｔ２を相対的に延長することができる。その結果、インペラ２１０が大型化するのを抑制しつつ、ディスク部３０の内周面３３ｂと内径部２０の内周面２２ａとの間に隙間ができるのを防止することができる。
【００５３】
次に、本発明の第三実施形態におけるインペラ３１０および、インペラ３１０を備える回転機械３０１について説明する。なお、この第三実施形態におけるインペラ３１０は、上述した第一実施形態におけるインペラ１０と、固定部３３の位置および、内径部２０の厚肉部２２の形状が異なるだけであるので、同一部分に同一符号を付して説明する。
図８に示すように、本実施形態における回転機械３０１は、上述した第一実施形態の回転機械１と同様に、回転軸５にインペラ３１０が焼き嵌めにより外嵌されている。
【００５４】
インペラ３１０は、回転軸５に対して外嵌される内径部３２０と、この内径部３２０に外嵌される略円板状のディスク部３０と、このディスク部３０の軸線Ｏ方向の一側面３０ａから突出して設けられた複数のブレード部４０と、ブレード部４０に対して一体的に形成されるとともに、ブレード部４０を軸線Ｏ方向の一側から覆うように形成されたカバー部５０と、を備えている。なお、ディスク部３０には、厚肉部３２２と同等の径方向厚さ寸法を有する固定部３３が形成されている。ディスク部３０、ブレード部４０、および、カバー部５０については、上述した第一実施形態と同様の構成であるため、詳細説明を省略する。
【００５５】
内径部３２０は、軸線Ｏ方向における一側に、略円筒状の薄肉部２１を備えている。内径部３２０は、さらに薄肉部２１の軸線Ｏ方向における他側に、他側に向かって漸次拡径する拡径部２３を備えている。内径部３２０は、さらに拡径部２３の軸線Ｏ方向における他側に、薄肉部２１よりも径方向における厚さ寸法が十分に大きい厚肉部３２２が形成されている。厚肉部３２２は、回転軸５の外周面に沿って形成される取付座面３２２ａを備えている。
【００５６】
厚肉部３２２には、取付座面３２２ａと他側面３２２ｂとの間に、面取りされた切り欠き部３２２ｃが形成されている。この切り欠き部３２２ｃが形成されていることで、取付座面３２２ａは、ディスク部３０の固定部３３の内周面３３ｂよりも軸線Ｏ方向における長さ寸法が短くなっている。厚肉部３２２の軸線Ｏ方向における他側縁の厚さ寸法は、固定部３３の軸線Ｏ方向における他側縁の厚さ寸法２Ｔと同等に設定されている。
【００５７】
ディスク部３０は、内径部３２０の取付座面３２２ａに対して、軸線Ｏ方向における一側縁を揃えた状態で、固定部３３に外嵌されている。なお、図８においては、切り欠き部３２２ｃにおける面取りの形状を曲面状としているが、この形状に限られるものではない。
【００５８】
次に、内径部３２０の変形について図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
図９（ａ）は、取付座面３２２ａを他側に延長し、上述した切り欠き部３２２ｃを形成していない場合を示している。また、図９（ｂ）は、取付座面３２２ａよりも他側に厚肉部３２２が延在されていない場合を示している。なお、説明の都合上、本実施形態の内径部３２０の各部と対応する部分に、同一符号を付して説明する。
【００５９】
図９（ａ），（ｂ）に示す形状の場合、ディスク部３０を内径部３２０に焼き嵌めすると、内周面３３ｂと取付座面３２２ａとの間の、軸線Ｏ方向における他側に隙間が生じてしまう。ここで、上記インペラ３１０は、径方向における固定部３３の厚さ寸法よりも厚肉部３２２の厚さ寸法が大きいため、厚肉部３２２の剛性が、軸線Ｏ方向に沿って略一定になっている。そのため、厚肉部３２２は、ディスク部３０から作用する面圧によって生じる変形モードが、薄肉部２１側を基端として撓み変形する変形モードとなってしまう。すなわち、肉厚部３２２は、全体として軸線Ｏに対して軸線Ｏ方向一側から他側に向かうに従って内周側へと傾斜するように変形してしまい、上記隙間が生じてしまう。なお、図９（ａ），（ｂ）においては、説明の都合上、内径部２０の変位を誇張して示している。
【００６０】
一方、図９（ｃ）に示す本実施形態の内径部３２０の場合、切り欠き部３２２ｃにおける厚肉部３２２の厚さ寸法が、固定部３３の厚さ寸法よりも小さく形成されている。すなわち、肉厚部３２２は、軸線Ｏ方向に沿って中間部にて剛性が高い領域を有するとともに、それぞれ両側で剛性が低い領域を有している。このため、厚肉部３２２は、ディスク部３０から作用する面圧によって生じる変形モードが、軸線Ｏ方向中間部から両側となる薄肉部２１側と、切り欠き部３２２ｃ側とで内周側に撓み変形する変形モードとなる。すなわち、肉厚部３２２は、全体として軸線Ｏ方向に対して片側に傾斜するような偏った変形をしない。そのため、取付座面３２２ａが、内周面３３ｂに対して略平行に保たれる。
さらに、厚肉部３２２の取付座面３２２ａの軸線Ｏ方向における寸法が、固定部３３の内周面３３ｂの軸線Ｏ方向における寸法よりも小さく形成されるため、焼き嵌め時に内周面３３ｂが撓んだとしても、取付座面３２２ａが内周面３３ｂに馴染み易くなる。
【００６１】
したがって、上述した第三実施形態のインペラ３１０および回転機械３０１によれば、固定部３３と厚肉部３２２との径方向における厚さ寸法が同等に設定されている場合であっても、肉抜き部３２２ｃによって厚肉部３２２の合成を部分的に低下させることで、取付座面３２２ａと内周面３３ｂとを略平行に保ち、また馴染み易くすることができる。したがって、焼き嵌めによる面圧を十分に確保することができる。
【００６２】
なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態の固定部３３の内周面３３ｂと、厚肉部２２，３２２の取付座面２２ａ，３２２ａとに、対を成し軸線Ｏ方向に延在するキーおよびキー溝を形成するようにしてもよい。このようにすることで、インペラ１０，２１０，３１０の周方向において容易に位置決めをすることが可能となる。
【００６３】
また、上述した各実施形態では、回転軸５への内径部２０，内径部３２０の外嵌、および、内径部２０，内径部３２０へのディスク部３０の外嵌を、焼き嵌めにより行う場合ついて説明したが、熱変形を利用した嵌合であれば、例えば冷やし嵌めなど、他の嵌合方法を採用してもよい。
【００６４】
さらに、上述した各実施形態では、回転機械１，２０１，３０１を遠心圧縮機１００に適用する一例を説明したが、遠心圧縮機１００に限られず、例えば、各種産業用圧縮機やターボ冷凍機、小型ガスタービンに適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２０１，３０１  回転機械
５  回転軸
２０，３２０  内径部
２４  位置決め部
２４ａ  一側面
２５  肉抜き部
２３４  凹部
３０  ディスク部
３２  本体部
３３  固定部
４０  ブレード部
５０  カバー部
Ｏ  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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