(57)【要約】  【課題】  専用の鋳型を要することなく、性能が確保された所望の翼高さを有する翼を製造する方法を提供する。  【解決手段】  鋳型を用いてある標準の翼高さＨHの翼部４Hを有する翼部材２Hを鋳込み成形する。その翼部材２Hのチップ端側を残しつつハブ端側を切削加工して、所望の翼高さＨLの翼部４L及びこの翼部４Lのハブ端から突出する凸部５Lを形成し、翼部材２Lを得る。別途成形した翼根部材３が有する台座６の凹部８に翼部材２Lの凸部５Lを挿入して固定し、翼部材２Lと翼根部材３を一体化させる。これにより、ある標準の翼高さＨHよりも低い所望の翼高さＨLを有する動翼１Lを得る。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ端からハブ端に至る翼高さの部分を構成する翼部と、この翼部のハブ端から突出しそのハブ端の輪郭の少なくとも一部を超えた台座を有する翼根部と、より成る翼の製造方法であって、
ある翼高さを有する翼を製造するための鋳型を用いて、その翼高さよりも低い所望の翼高さを有する翼を製造する方法において、
前記鋳型を用いて翼部材を鋳込み成形する第１の工程と、その翼部材のチップ端側を残しつつハブ端側を切削加工し、所望の翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を形成する第２の工程と、別途成形した翼根部材が有する台座の凹部に翼部材の凸部を挿入して固定し、翼部材と翼根部材を一体化させる第３の工程と、を含むことを特徴とする翼の製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程では、前記凸部を前記凹部に挿入した上で、前記翼根部材の前記台座の側部から前記凸部へ貫通するピンを挿し込み、このピンを前記台座に溶接することで固定することを特徴とする請求項１に記載の翼の製造方法。
【請求項３】
前記凸部の横断面形状はその翼部のハブ端の輪郭に沿って含まれる矩形状であって、
前記第３の工程における前記ピンでの固定を高さ方向と直角方向の複数個所で行うことを特徴とする請求項２に記載の翼の製造方法。
【請求項４】
前記凸部の横断面形状はその翼部のハブ端の輪郭に沿って含まれる矩形状であって、
前記第３の工程における前記ピンでの固定を高さ方向の複数個所で行うことを特徴とする請求項２に記載の翼の製造方法。
【請求項５】
前記第３の工程では、前記凸部と前記凹部との隙間にＯリングを装着することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の翼の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程では、ある翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を有する翼部材を鋳込み成形し、
この翼部材からある翼高さを有する翼を製造する場合は、直接前記第３の工程に移行して、その翼部材の凸部を前記翼根部材の前記凹部に挿入して固定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の翼の製造方法。
【請求項７】
所望の翼高さを有する翼を製造する際の前記第３の工程では、前記凸部と前記凹部との隙間にスペーサを装着することを特徴とする請求項６に記載の翼の製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程では、チップ端から所望の翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を含む高さまで鋳込んだ翼部材を成形することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の翼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流送風機や軸流圧縮機といった軸流式の流体機械に搭載される翼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸流式の流体機械では、主軸と共に回転するロータの外周に複数の動翼が放射状に取り付けられていて、これらの動翼により、空気や水等の流体を軸方向前方から取り込み軸方向後方へ送り出す。
【０００３】
ここで図１４に示すように、動翼１０１（１０１H）は、ロータに取り付けられる前の単体としては、翼部１０４Hと翼根部１０３とより成る。翼部１０４Hは、流体の流路内に配置され流体に対して実質的に仕事をするためのものであって、流体の流路の外径側に配置されるチップ端から内径側に配置されるハブ端に至る翼高さＨHの部分を構成する。他方の翼根部３は、ロータの外周に埋め込まれロータに対して動翼１０１を固定するためのものであって、翼部１０４Hのハブ端から突出しそのハブ端の輪郭の少なくとも一部を超えた円盤状の台座１０６を有する。そして、このような動翼１０１は、一般には、翼部１０４Hと翼根部１０３とを一体で鋳込み成形することで得られる。
【０００４】
ところで、従来より、翼高さの高い動翼１０１Hを利用して、これよりも翼高さの低い動翼１０１Lを製造することがある。その手法として、従来は、図１４及び図１５に示すような翼高さの高い低ボス比用の動翼１０１Hをある標準とし、この標準の翼高さＨHの翼部１０４Hと翼根部１０３とが一体で彫り込まれた鋳型を用いて鋳込み成形することで、標準の翼高さＨHを有する低ボス比用の動翼１０１Hを製造していた（例えば、特許文献１参照）。一方、その標準の翼高さＨHよりも低い所望の翼高さＨLを有する高ボス比用の動翼１０１Lを製造する際には、図１６（ａ）に示すように、上記の鋳込み成形で得られた低ボス比用の動翼１０１Hについて、その翼部１０４Hのハブ端側及び翼根部１０３はそのまま残しつつ、所望の翼高さＨLまでチップ端側を切削加工し、これにより、図１６（ｂ）及び図１７に示すような所望の翼高さＨLの翼部１０４Lを有する動翼１０１Lを製造していた。
【０００５】
なお、ここでいうボス比とは、動翼１０１がロータに取り付けられた状態でのハブ端の回転直径をチップ端の回転直径で割った値を言い、ハブ端の回転直径が同じであれば、翼高さが高いほどボス比の値は低くなる。
【０００６】
このような手法によれば、標準の翼高さＨHよりも低い所望の翼高さＨLを有する動翼１０１Lを製造するにあたって、専用の鋳型が不要であることから、製造コストを抑制できるという利点がある。
【特許文献１】特開平５−２７８０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の手法で製造された所望の翼高さＨLを有する動翼１０１Lは、標準の翼高さＨHを有する動翼１０１Hのチップ端側が切削加工によって取り除かれて成るものであるため、流体機械に搭載される動翼１０１Lとしては性能の低下は否めない。近年の動翼１０１Hでは、ハブ端側よりもチップ端側の翼部１０４Hにおいて、流体に対する仕事の寄与度を高めた設計になっている場合があるからである。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、専用の鋳型を要することなく、性能が確保された所望の翼高さを有する翼を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、チップ端からハブ端に至る翼高さの部分を構成する翼部と、この翼部のハブ端から突出しそのハブ端の輪郭の少なくとも一部を超えた台座を有する翼根部と、より成る翼の製造方法であって、ある翼高さを有する翼を製造するための鋳型を用いて、その翼高さよりも低い所望の翼高さを有する翼を製造する方法において、前記鋳型を用いて翼部材を鋳込み成形する第１の工程と、その翼部材のチップ端側を残しつつハブ端側を切削加工し、所望の翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を形成する第２の工程と、別途成形した翼根部材が有する台座の凹部に翼部材の凸部を挿入して固定し、翼部材と翼根部材を一体化させる第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
このような手法によって製造された所望の翼高さを有する翼、すなわち翼部材と翼根部材が一体化されて成る翼では、ある翼高さの翼部におけるチップ端側がそのまま有効に活かされた格好になるため、その性能は十分に確保される。勿論、このような所望の翼高さを有する翼を製造するのに、これよりも翼高さの高い翼高さを有する翼を製造するための鋳型を兼用できることには変わりはない。
【００１１】
特に、第３の工程での翼部材（凸部）と翼根部材（台座の凹部）との固定を安定させる観点から、前記第３の工程では、前記凸部を前記凹部に挿入した上で、前記翼根部材の前記台座の側部から前記凸部へ貫通するピンを挿し込み、このピンを前記台座に溶接することで固定することが好ましい。
【００１２】
ここで、第３の工程における固定状態にある翼根部材に対する翼部材の捩り剛性を高める観点で、前記凸部の横断面形状はその翼部のハブ端の輪郭に沿って含まれる矩形状であって、前記第３の工程における前記ピンでの固定を高さ方向と直角方向の複数個所で行うとよい。その曲げ剛性を高める観点では、前記凸部の横断面形状はその翼部のハブ端の輪郭に沿って含まれる矩形状であって、前記第３の工程における前記ピンでの固定を高さ方向の複数個所で行うとよい。
【００１３】
更に、得られた翼が回転機械の作動中に不用意な振動の発生源とならないように、前記第３の工程では、前記凸部と前記凹部との隙間にＯリングを装着するとよい。
【００１４】
また、前記第１の工程では、ある翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を有する翼部材を鋳込み成形し、この翼部材からある翼高さを有する翼を製造する場合は、直接前記第３の工程に移行して、その翼部材の凸部を前記翼根部材の前記凹部に挿入して固定することが好ましい。このようにすると、ある翼高さを有する翼も、翼部材と翼根部材が一体化されて成り、翼根部材を共有できる。
【００１５】
ここで、翼根部材を共有にした場合、所望の翼高さを有する翼を製造する際、第２の工程で形成する凸部が小さくならざるを得ない状況が想定され、この場合、所望の翼高さを有する翼を製造する際の前記第３の工程では、前記凸部と前記凹部との隙間にスペーサを装着するとよい。
【００１６】
また、前記第１の工程では、チップ端から所望の翼高さの翼部及びこの翼部のハブ端から突出する凸部を含む高さまで鋳込んだ翼部材を成形することが好ましい。このようにすると、鋳型の彫り込み部全域に亘って完全に鋳込んだ場合と比較して、第１の工程での注湯量に準ずる材料コストや、第２の工程での切削量に準ずる加工コストを低減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の翼の製造方法によれば、製造された所望の翼高さを有する翼は、ある翼高さの翼部におけるチップ端側がそのまま有効に活かされているため、その性能は十分に確保される。勿論、所望の翼高さを有する翼を製造するのに、ある翼高さを有する翼を製造するための鋳型を兼用できるため、専用の鋳型は不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態である動翼１の製造方法について説明する。図１は第１実施形態の製造方法で製造されたある標準の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図、図２はその標準の翼高さを有する動翼の分解斜視図、図３はその製造方法で製造された所望の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図、図４はその所望の翼高さを有する動翼の分解斜視図、図５はその標準の翼高さを有する動翼の製造手順を示す側面図、図６はその所望の翼高さを有する動翼の製造手順を示す側面図である。
【００１９】
本実施形態の製造方法で製造される動翼１は、図１に示すように、翼高さの高い標準の翼高さＨHを有する（以下説明の便宜上「低ボス比用」と記すことがある）動翼１Hについては、図２に示すように、翼部材２Hと翼根部材３とより成る。この翼部材２Hは、標準の翼高さＨHの部分を構成する翼部４H、及びこの翼部４Hのハブ端から突出する凸部５Hを備えて成る。ここでの凸部５Hの横断面形状は、その翼部４Hのハブ端の輪郭に沿って最大限に含まれる矩形状である。翼根部材３は、その翼部４Hのハブ端の輪郭の少なくとも一部を越えた円盤状の台座６、及びこの台座６から高さ方向に延出する軸部７を備えて成る。但し、その台座６の上面には、翼部材２Hの凸部５Hを挿入して受け入れる凹部８が形成されており、更に台座６の側部には、凹部８に挿入された凸部５Hに対し側部から貫通し、ピン９を挿入して受け入れる貫通孔１０が形成されている。
【００２０】
一方、図３に示すように、低ボス比用の動翼１Hよりも翼高さの低い所望の翼高さＨLを有する（以下説明の便宜上「高ボス比用」と記すことがある）動翼１Lについては、図４に示すように、翼部材２Lと翼根部材３とより成る。この翼部材２Lは、上記した低ボス比用の翼部材２Hから切削加工によって形成されるものであって、所望の翼高さＨLの部分を構成する翼部４L、及びこの翼部４Lのハブ端から突出する凸部５Lを備えて成る。ここでの凸部５Lの横断面形状も、その翼部４Lのハブ端の輪郭に沿って最大限に含まれる矩形状である。翼根部材３は、上記した低ボス比用の翼根部材３と共用のものであって、その台座６の上面には、翼部材２Hの凸部５Lを挿入して受け入れる凹部８が形成されており、更に台座６の側部には、凹部８に挿入された凸部５Lに対し側部から貫通し、ピン９を挿入して受け入れる貫通孔１０が形成されている。
【００２１】
なお、翼根部材３における軸部７の先端部には、動翼１がロータに取り付けられた状態で、翼角度を可変に調整するためのリンク機構に接続される。
【００２２】
続いて、このような低ボス比用の動翼１H、高ボス比用の動翼１Lの製造手順について述べる。先ず、低ボス比用の動翼１H、すなわち標準の翼高さＨHを有する動翼１Hの製造する際には、標準の翼高さＨHの翼部４H及び凸部５Hが一体で彫り込まれた鋳型を用いて鋳込み成形することで、図５（ａ）に示すような標準の翼高さＨHの翼部４H、及びこの翼部４Hのハブ端から突出した凸部５H、を備えて成る翼部材２Hを得る。また、これとは別に、別途翼根部材３を成形して準備しておく。次いで、図５（ｂ）に示すように、翼部材２Hの凸部５Hを翼根部材３の台座６の凹部８に挿入した後、ピン９を台座６の貫通孔１０に挿し込み、そのピン９の末端を台座６に溶接して固定する。こうして、翼部材２Hと翼根部材３が一体化された低ボス比用の動翼１Hが製造される。
【００２３】
一方、高ボス比用の動翼１L、すなわち所望の翼高さＨLを有する動翼１Lの製造する際には、図６（ａ）に示すように、上記の鋳込み成形で得られた低ボス比用の翼部材２Hについて、その翼部４Hのチップ端側はそのまま残しつつ、ハブ端側を切削加工し、これにより、図６（ｂ）に示すような所望の翼高さの翼部４L、及びこのハブ端から突出した凸部５L、を備えて成る翼部材２Lを得る。また、これとは別に、図６（ｃ）に示すように、別途翼根部材３を成形して準備しておく。次いで、図６（ｄ）に示すように、翼部材２Lの凸部５Lを翼根部材３の台座６の凹部８に挿入した後、ピン９を台座６の貫通孔１０に挿し込み、そのピン９の末端を台座６に溶接して固定する。こうして、翼部材２Lと翼根部材３が一体化された高ボス比用の動翼１Lが製造される。
【００２４】
このような手法によって製造された所望の翼高さＨLを有する動翼１Lでは、標準の翼高さＨHの翼部４Hにおけるチップ端側がそのまま有効に活かされた格好になるため、その性能は十分に確保される。勿論、このような所望の翼高さＨLを有する動翼１Lを製造するのに、これよりも翼高さの高い標準の翼高さＨHを有する動翼１Hを製造するための鋳型を兼用できるため、専用の鋳型が不要であることには変わりはない。
【００２５】
また、翼部材２H、２L（凸部５H、５L）と翼根部材３（台座６の凹部８）との固定が、両者を貫通するピン９でなされているため、翼根部材３に対して翼部材２H、２Lが抜けることは無く、その固定は安定する。ちなみに、凸部５H、５Lの横断面形状と凹部８の横断面形状を同一にして、両者を嵌合させることで固定しても構わない。
【００２６】
なお、本実施形態では、翼部材２H、２Lと翼根部材３とのピンでの固定を１個所で行っているが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、高さ方向と直角方向の複数個所（図７では２個所）でピン９による固定を行えば、翼根部材３に対する翼部材２H、２Lの捩り剛性が高められる点で有効であり、図８に示すように、高さ方向の複数個所（図８では２個所）でピン９による固定を行えば、その曲げ剛性が高められる点で有効である。勿論、これらの両方を組み合わせれば、その捩り剛性と曲げ剛性が共に向上する。
【００２７】
また、翼部材２H、２Lと翼根部材３との固定にあたっては、図９に示すように、翼部材２H、２Lの凸部５H、５Lと翼部材３の台座６の凹部８との隙間にＯリング１１を装着しても構わない。仮に凸部５H、５Lと凹部８とが局所的に点接触や線接触した状態におかれると、得られた動翼１H、１Lが回転機械の作動中に、その接触部に応力が集中して変形したり、不用意な振動が生じたりするおそれがあるが、Ｏリング１１によって応力集中のダンパ効果や振動の減衰効果が期待できるからである。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態である動翼１の製造方法について説明する。図１０は第２実施形態の製造方法で製造された所望の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図、図１１はその所望の翼高さを有する動翼の分解斜視図、図１２はその所望の翼高さを有する動翼の製造手順を示す側面図である。なお、これら図中、第１実施形態で参照した図面と同じ名称の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。後述する第３実施形態においても同様とする。
【００２９】
本第２実施形態の特徴は、第１実施形態における翼根部材３を低ボス比用の動翼１Hと高ボス比用の動翼１Lとで共有にした場合に生じ得る不都合について、その回避を図った点にある。つまり、図１０〜図１２に示すように、所望の翼高さＨLが標準の翼高さＨHに比べてはるかに低い場合、低ボス比用の翼部材２Hから切削加工によって凸部５Lを形成しようとしても、所望の翼高さＨLの翼部４Lにおけるハブ端の輪郭が狭いあまりに、その凸部５Lが小さくならざるを得ず、このままでは共有する翼根部材３の台座６の凹部８との間に大きな隙間が生じてしまい、その結果翼部材２Lと翼根部材３との固定が不安定になるという不都合が発生する。
【００３０】
そこで本実施形態では、その隙間を埋める横断面矩形状で筒状のスペーサ１２を翼部材２Lの凸部５Lに取り付けた上で、翼根部材３の台座６の凹部８に挿入して固定する。なお、スペーサ１２の固定は、第１実施形態での台座６に対するピン９の固定で同時に行ってもよいし、これとは別個のピンで先ずは凸部５Lに対して行ってもよい。また、スペーサ１２の形状は、厚みを持つ単なる板状であっても構わない。
【００３１】
次に、本発明の第３実施形態である動翼１の製造方法について説明する。図１３は第３実施形態の製造方法での所望の翼高さを有する動翼の製造手順を示す側面図である。
【００３２】
本第３実施形態の特徴は、第１実施形態における翼部材２Hを鋳込み成形する段階で、既に高ボス比用の動翼１Lを製造することが判明している場合を想定して、この場合のコスト低減を図った点にある。つまり、第１実施形態では、低ボス比用の動翼１Hの製造にも対処できるように、鋳込み成形の際鋳型の彫り込み部全域に亘って注湯して完全に鋳込み、完全鋳込み成形の翼部材２Hを得るわけであるが、本実施形態での鋳込み成形では、図１３（ａ）に示すように、チップ端から所望の翼高さＨLの翼部４L、及びこの翼部４Lのハブ端から突出する凹部５Lを含む高さまで注湯して鋳込み、中途鋳込み成形状態の翼部材２H’を得る。
【００３３】
この中途鋳込み成形の翼部材２H’について、第１実施形態と同様、その翼部４Lのチップ端側はそのまま残しつつ、ハブ端側を切削加工し、これにより、図１３（ｂ）に示すような所望の翼高さの翼部４L、及びこのハブ端から突出した凸部５L、を備えて成る翼部材２Lを得る。また、これとは別に、図１３（ｃ）に示すように、別途翼根部材３を成形して準備しておく。次いで、図１３（ｄ）に示すように、翼部材２Hの凸部５Lを翼根部材３の台座６の凹部８に挿入した後、ピン９を台座６の貫通孔１０に挿し込み、そのピン９の末端を台座６に溶接して固定する。こうして、翼部材２Lと翼根部材３が一体化された高ボス比用の動翼１Lが製造される。
【００３４】
このようにすると、鋳型の彫り込み部全域に亘って完全に鋳込んだ場合と比較して、鋳込み成形での注湯量に準ずる材料コストや、切削加工での切削量に準ずる加工コストを低減できる点で有効である。
【００３５】
その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記の第１、第３実施形態では、低ボス比用の動翼１Hについても翼部材２Hと翼根部材３との一体化で製造すべく、ある標準の翼高さＨHの翼部４H及び凸部５Hが一体で彫り込まれた鋳型を用いているが、従来と同様の鋳型を用いても構わない。従来の鋳型で得た翼部１０４Hと翼根部１０３を有する動翼１０１Hを動翼部材２Hとして切削加工すれば、高ボス比用の動翼１Lを製造することができるため、鋳型を兼用できることに変わりはないからである。また、この手法は、静翼を製造する場合にも活用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、軸流式の流体機械に搭載される取り付け角度可変型動翼に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の製造方法で製造されたある標準の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図。
【図２】第１実施形態の製造方法で製造される標準の翼高さを有する動翼の分解斜視図。
【図３】第１実施形態の製造方法で製造された所望の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図。
【図４】第１実施形態の製造方法で製造される所望の翼高さを有する動翼の分解斜視図。
【図５】ある標準の翼高さを有する動翼の第１実施形態での製造手順を示す側面図。
【図６】所望の翼高さを有する動翼の第１実施形態での製造手順を示す側面図。
【図７】第１実施形態の製造方法で製造された動翼について、翼部材と翼根部材とのピンによる固定個所の変形例を示す斜視図。
【図８】第１実施形態の製造方法で製造された動翼について、翼部材と翼根部材とのピンによる固定個所の他の変形例を示す斜視図。
【図９】第１実施形態の製造方法で製造された動翼について、翼部材と翼根部材との固定の変形例を示す要部縦断面図。
【図１０】本発明の第２実施形態の製造方法で製造された所望の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図。
【図１１】第２実施形態の製造方法で製造される所望の翼高さを有する動翼の分解斜視図。
【図１２】所望の翼高さを有する動翼の第２実施形態での製造手順を示す側面図。
【図１３】所望の翼高さを有する動翼の本発明の第３実施形態での製造手順を示す側面図。
【図１４】従来一般の製造方法で製造されたある標準の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図。
【図１５】ある標準の翼高さを有する従来一般の動翼の側面図。
【図１６】所望の翼高さを有する動翼の従来での製造手順を示す側面図。
【図１７】従来の製造方法で製造された所望の翼高さを有する動翼の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３８】
１、１H、１L    動翼
２H、２H’、２L    翼部材
３    翼根部材
４H、４L    翼部
５H、５L    凸部
６    台座
７    軸部
８    凹部
９    ピン
１０    貫通孔
１１    Ｏリング
１２    スペーサ
【図１】
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【図２】
2006097524.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006097524.tif 000006
【図５】
2006097524.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006097524.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006097524.tif 000011
【図１０】
2006097524.tif 000012
【図１１】
2006097524.tif 000013
【図１２】
2006097524.tif 000014
【図１３】
2006097524.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006097524.tif 000017
【図１６】
2006097524.tif 000018
【図１７】
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