(57)【要約】【課題】本発明は、インペラ本体自体の強度を向上させることの可能なインペラ、回転機械、及びインペラの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】中央部を貫通するボス孔及びハブ面を有し、かつ強化繊維含有樹脂３２で構成されたインペラ本体３１と、インペラ本体３１のハブ面に設けられ、インペラ本体３１の周方向Ｄｃに複数配列されたブレードと、インペラ本体３１のうち、ボス孔側に位置する部分に内設されており、内周面３５ｂがボス孔の一部を区画する補強コアピース３５と、を備え、補強コアピース３５は、インペラ本体３１の背面側に位置する強化繊維含有樹脂３２の流れを補強コアピース３５の半径方向に誘導する外周面３５ａを有する。【選択図】図６
2019002290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐台形状とされており、中央部を貫通するボス孔及びハブ面を有し、かつ強化繊維含有樹脂で構成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体のハブ面に設けられ、該インペラ本体の周方向に複数配列されたブレードと、
前記インペラ本体の背面側のうち、前記ボス孔側に位置する部分に内設されており、内周面が前記ボス孔の一部を区画する補強コアピースと、
を備え、
前記補強コアピースは、前記インペラ本体の背面側に位置する前記強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を有するインペラ。
【請求項２】
前記補強コアピースは、前記インペラ本体と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を有するインペラ。
【請求項３】
前記複数の溝は、前記補強コアピースのうち、前記インペラ本体の前面側に位置する部分、及び前記インペラ本体の背面側に位置する部分と、に設ける請求項２記載のインペラ。
【請求項４】
前記複数の溝は、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状溝を含む請求項２または３記載のインペラ。
【請求項５】
前記複数の溝は、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含む請求項２から４のいずれか一項記載のインペラ。
【請求項６】
前記補強コアピースの材料は、前記強化繊維含有樹脂と同じ種類の強化繊維含有樹脂である請求項２から５のうちいずれか一項記載のインペラ。
【請求項７】
前記補強コアピースの材料は、発泡材料である請求項２から５のうちいずれか一項記載のインペラ。
【請求項８】
前記発泡材料は、発泡アルミニウムである請求項７記載のインペラ。
【請求項９】
円錐台形状とされており、中央部を貫通するボス孔及びハブ面を有し、かつ強化繊維含有樹脂で構成されたインペラ本体と、
前記インペラ本体のハブ面に設けられ、該インペラ本体の周方向に複数配列されたブレードと、
前記インペラ本体のうち、前記ボス孔側に位置する部分に内設されており、内周面が前記ボス孔の一部を区画する補強コアピースと、
を備え、
前記補強コアピースは、前記インペラ本体の背面側に位置する前記強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を含み、
前記補強コアピースの材料は、発泡材料であるインペラ。
【請求項１０】
前記発泡材料は、発泡アルミニウムである請求項９記載のインペラ。
【請求項１１】
前記補強コアピースは、前記インペラ本体の前面側に設けられ、前記内周面を含む第１のリング部と、前記インペラ本体の背面側に設けられ、前記ボス孔よりも拡径された貫通部と含む第２のリング部、を備え、
前記貫通部を区画する前記第２のリング部の面には、リング状に前記強化繊維含有樹脂が配置されている請求項９または１０記載のインペラ。
【請求項１２】
前記補強コアピースは、前記インペラ本体と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を有する請求項９から１１のうちいずれか一項記載のインペラ。
【請求項１３】
前記複数の溝は、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝を含む請求項１２記載のインペラ。
【請求項１４】
前記複数の溝は、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含む請求項１２または１３記載のインペラ。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちいずれか一項記載のインペラと、
前記インペラの前記ボス孔に挿入され、前記インペラを回転させる回転軸と、
を備える回転機械。
【請求項１６】
補強コアピースの母材となるリング部材のピン挿入部に金型のピンを挿入させる工程と、
前記金型内に溶融した強化繊維含有樹脂を導入し、前記リング部材の外周面により、該強化繊維含有樹脂の流れを前記リング部材の半径方向に誘導する工程と、
前記溶融した強化繊維含有樹脂を硬化させることで、前記金型内のインペラ本体形成領域にインペラ本体の母材を形成するとともに、該インペラ本体と一体とされた複数のブレードを形成する工程と、
前記金型から前記インペラ本体の母材、該インペラ本体の母材に内設されたリング部材、及び複数のブレードが一体とされた構造体を取り出す工程と、
前記構造体から余分な前記強化繊維含有樹脂を除去するとともに、前記ピン挿入部に対応する部分に前記リング部材を貫通するボス孔を形成する工程と、
を備えるインペラの製造方法。
【請求項１７】
前記金型内に前記リング部材を収容させる前に、前記リング部材のうち、前記強化繊維含有樹脂と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を形成する溝形成工程を含む請求項１７記載のインペラの製造方法。
【請求項１８】
前記溝形成工程では、前記リング部材のうち、前記インペラ本体の前面側に位置する部分、及び前記インペラ本体の背面側に位置する部分に前記複数の溝を形成する請求項１７記載のインペラの製造方法。
【請求項１９】
前記溝形成工程では、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝と、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝と、を形成する請求項１７または１８記載のインペラの製造方法。
【請求項２０】
中央部を貫通する貫通孔を有する補強コアピースを形成する工程と、
前記補強コアピースの貫通孔に金型のピンを挿入させる工程と、
前記金型内に強化繊維含有樹脂を導入し、前記補強コアピースの外周面により、該強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する工程と、
前記強化繊維含有樹脂を硬化させることで、前記金型内のインペラ本体形成領域にインペラ本体の母材を形成するとともに、該インペラ本体と一体とされた複数のブレードを形成する工程と、
前記金型から前記インペラ本体の母材、該インペラ本体の母材に内設された前記補強コアピース、及び前記複数のブレードが一体とされた構造体を取り出す工程と、
前記構造体から余分な前記強化繊維含有樹脂を除去するとともに、前記貫通孔に対応する部分に該貫通孔よりも拡径されたボス孔を形成する工程と、
を備え、
前記補強コアピースを形成する工程では、発泡材料を用いて前記補強コアピースを形成するインペラの製造方法。
【請求項２１】
前記補強コアピースを形成する工程では、前記発泡材料として発泡アルミニウムを用いる請求項２０記載のインペラの製造方法。
【請求項２２】
前記補強コアピースを形成する工程では、前記貫通孔を区画する内周面を含む第１のリング部と、前記貫通孔よりも拡径された貫通部と含む第２のリング部、を含むように前記補強コアピースを形成する請求項２０または２１記載のインペラの製造方法。
【請求項２３】
前記補強コアピースを形成する工程では、前記補強コアピースのうち、前記強化繊維含有樹脂と接触する部分に複数の溝を形成する請求項２０から２２のうちいずれか一項記載のインペラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ、回転機械、及びインペラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インペラを備えた回転機械のうちの１つとして、ターボチャージャがある。ターボチャージャは、圧縮空気をエンジンに送り込んで燃料を燃焼させることで、自然吸気のエンジンと比較して燃費改善、及びＣＯ２削減の効果を高めることが可能な回転機械である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１には、回転するインペラの変形を抑制する観点から、炭素繊維強化プラスチックで構成されたインペラ本体に内設され、かつインペラのボス孔から露出された補強コアピースを有するインペラが開示されている。
また、特許文献１には、補強コアピースを設けることで、インペラ本体の剛性を向上させることが可能であることが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献１には、補強コアピースの材料として、強化繊維プラスチックを用いることで、インペラ本体と補強コアピースとの線膨張率の差を小さくして、インペラ全体の変形をさらに抑制可能なことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１０８９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、回転するインペラ本体には、遠心力により、様々な方向に応力場が発生する。
特許文献１のように、炭素繊維強化プラスチックで構成されたインペラ本体に、強化繊維プラスチックよりなる補強コアピースを内設させることで、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離をある程度抑制することは可能である。しかしながら、特許文献１の構成では、インペラ本体自体の強度を向上させることは、困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、インペラ本体自体の強度を向上させることの可能なインペラ、回転機械、及びインペラの製造方法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】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るインペラは、円錐台形状とされており、中央部を貫通するボス孔及びハブ面を有し、かつ強化繊維含有樹脂で構成されたインペラ本体と、前記インペラ本体のハブ面に設けられ、該インペラ本体の周方向に複数配列されたブレードと、前記インペラ本体の背面側のうち、前記ボス孔側に位置する部分に内設されており、内周面が前記ボス孔の一部を区画する補強コアピースと、を備え、前記補強コアピースは、前記インペラ本体の背面側に位置する前記強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を有する。
【０００９】
本発明によれば、インペラ本体の背面側に位置する強化繊維含有樹脂の流れを補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を備えた補強コアピースを有することで、補強コアピースの外周面に沿うように、強化繊維含有樹脂に含まれる強化繊維を配向させることが可能となる。つまり、補強コアピースの外周面の傾き（形状）によって、強化繊維の配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体自体の強度を向上させることができる。
【００１０】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記補強コアピースは、前記インペラ本体と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を有してもよい。
【００１１】
このように、補強コアピースのインペラ本体と接触する部分に、強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を設けることで、複数の溝を充填する強化繊維含有樹脂によりアンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体と補強コアピースとの界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラが高速で回転した場合でもインペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００１２】
また、強化繊維含有樹脂が充填される複数の溝を有することで、溝の延在方向に強化繊維の長手方向を配向させることが可能となる。これにより、複数の溝に充填された強化繊維含有樹脂を、インペラ本体の強化用リブとして機能させることができる。
【００１３】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記複数の溝は、前記補強コアピースのうち、前記インペラ本体の前面側に位置する部分、及び前記インペラ本体の背面側に位置する部分と、に設けてもよい。
【００１４】
このように、補強コアピースのうち、インペラ本体の前面側に位置する部分、及びインペラ本体の背面側に位置する部分に複数の溝を設けることで、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離をさらに抑制することができる。
【００１５】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記複数の溝は、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状溝を含んでもよい。
【００１６】
このように、複数の溝がインペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝を含むことで、インペラ本体の周方向に強化繊維を配向させて、複数の強化繊維よりなる強化用リブを形成することが可能となる。これにより、インペラ本体の周方向の強度を向上させることができる。
【００１７】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記複数の溝は、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含んでもよい。
【００１８】
このように、複数の溝がインペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含むことで、インペラ本体の径方向に放射状に強化繊維を配向させて、複数の強化繊維よりなる強化用リブを形成することが可能となる。これにより、インペラ本体の径方向の強度を向上させることができる。
【００１９】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記補強コアピースの材料は、前記強化繊維含有樹脂と同じ種類の強化繊維含有樹脂であってもよい。
【００２０】
このように、補強コアピースの材料として、強化繊維含有樹脂と同じ種類の強化繊維含有樹脂を用いることで、補強コアピースの線膨張率とインペラ本体の線膨張率との差を小さくすることが可能となる。これにより、熱膨張による補強コアピースの拡径に起因するインペラ本体の拘束力の低下を抑制できる。
【００２１】
また、補強コアピースが強化繊維を含むことで、補強コアピースの剛性を高めることが可能となるので、補強コアピース自体の遠心力による拡径に起因するインペラ本体の拘束力の低下を抑制できる。
したがって、インペラ本体に作用する遠心力を補強コアピースに分配可能になるとともに、遠心力によって生じるインペラ本体の応力を低減することが可能となる。これにより、インペラ全体の変形を抑制することができる。
【００２２】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記補強コアピースの材料は、発泡材料であってもよい。
【００２３】
このように、補強コアピースの材料として発泡材料を用いることで、発泡材料の表面に形成された複数の凹部に強化繊維含有樹脂が入り込むため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体と補強コアピースとの界面における密着性をさらに向上させることが可能となるので、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離をさらに抑制することができる。
【００２４】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記発泡材料は、発泡アルミニウムであってもよい。
【００２５】
このように、発泡材料として発泡アルミニウムを用いることで、インペラ本体と補強コアピースとの界面におけるアンカー効果を高めることができる。
また、熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、補強化繊維含有樹脂を用いてインペラ本体を形成する際、補強コアピースが配置されたインペラ本体の中央部の強化繊維含有樹脂を冷却しやすくすることが可能となる。
これにより、インペラ本体内部の強化繊維含有樹脂の冷却遅れに起因する割れや収縮による変形等の成形不良を防止することが可能となり、インペラ本体の成形品質を向上させるとともに不良による歩留り低下を抑制することができる。
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るインペラは、円錐台形状とされており、中央部を貫通するボス孔及びハブ面を有し、かつ強化繊維含有樹脂で構成されたインペラ本体と、前記インペラ本体のハブ面に設けられ、該インペラ本体の周方向に複数配列されたブレードと、前記インペラ本体のうち、前記ボス孔側に位置する部分に内設されており、内周面が前記ボス孔の一部を区画する補強コアピースと、を備え、前記補強コアピースは、前記インペラ本体の背面側に位置する前記強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を含み、前記補強コアピースの材料は、発泡材料であってもよい。
【００２７】
本発明によれば、インペラ本体の背面側に位置する強化繊維含有樹脂の流れを補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を備えた補強コアピースを有することで、補強コアピースの外周面に沿うように、強化繊維含有樹脂に含まれる強化繊維を配向させることが可能となる。つまり、補強コアピースの外周面の傾き（形状）によって、強化繊維の配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体自体の強度を向上させることができる。
【００２８】
また、補強コアピースの材料として発泡材料を用いることで、発泡材料の表面に形成された複数の凹部に強化繊維含有樹脂が入り込むため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体と補強コアピースとの界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００２９】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記発泡材料は、発泡アルミニウムであってもよい。
【００３０】
このように、発泡材料として発泡アルミニウムを用いることで、インペラ本体と補強コアピースとの界面においてアンカー効果を得ることができる。
また、熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、補強化繊維含有樹脂を用いてインペラ本体を形成する際、補強コアピースが配置されたインペラ本体の中央部の強化繊維含有樹脂を冷却しやすくすることが可能となる。これにより、強化繊維含有樹脂の冷却遅れに起因する割れや収縮によるインペラ本体の歩留りの低下を抑制することができる。
さらに、発泡アルミニウムは軽量であるため、インペラの軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記補強コアピースは、前記インペラ本体の前面側に設けられ、前記内周面を含む第１のリング部と、前記インペラ本体の背面側に設けられ、前記ボス孔よりも拡径された貫通部と含む第２のリング部、を備え、
前記貫通部を区画する前記第２のリング部の面には、リング状に前記強化繊維含有樹脂が配置されていてもよい。
【００３２】
このように、補強コアピースを構成する第２のリング部がボス孔よりも拡径された貫通部を含むとともに、貫通部を区画する第２のリング部の面に、リング状に強化繊維含有樹脂を配置させることで、第２のリング部の内側及び外側が強化繊維含有樹脂で挟み込まれるため、補強コアピースとインペラ本体との間の剥離をさらに抑制することができる。
【００３３】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記補強コアピースは、前記インペラ本体と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を有してもよい。
【００３４】
このように、補強コアピースのインペラ本体と接触する部分に、強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を設けることで、複数の溝を充填する強化繊維含有樹脂によりアンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体と補強コアピースとの界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラが高速で回転した場合でもインペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００３５】
また、強化繊維含有樹脂が充填される複数の溝を有することで、溝の延在方向に強化繊維の長手方向を配向させることが可能となる。これにより、複数の溝に充填された強化繊維含有樹脂を、インペラ本体の強化用リブとして機能させることができる。
【００３６】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記複数の溝は、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝を含んでもよい。
【００３７】
このように、複数の溝がインペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝を含むことで、インペラ本体の周方向に強化繊維を配向させて、配向した複数の強化繊維を含む強化繊維含有樹脂を強化用リブとして機能させることができる。これにより、インペラ本体の周方向の強度を向上させることができる。
【００３８】
また、上記本発明の一態様に係るインペラにおいて、前記複数の溝は、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含んでもよい。
【００３９】
このように、複数の溝がインペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含むことで、インペラ本体の径方向に放射状に強化繊維を配向させて、配向した複数の強化繊維を含む強化繊維含有樹脂を強化用リブとして機能させることができる。これにより、インペラ本体の径方向の強度を向上させることができる。
【００４０】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る回転機械は、上記インペラと、前記インペラの前記ボス孔に挿入され、前記インペラを回転させる回転軸と、を備えてもよい。
【００４１】
本発明によれば、補強コアピースを有することで、インペラ本体の拘束力の低下を抑制可能となるので、インペラ本体に作用する遠心力を補強コアピースに分配して、遠心力によるインペラ本体に生じる応力を低減できるとともに、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００４２】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るインペラの製造方法は、補強コアピースの母材となるリング部材のピン挿入部に金型のピンを挿入させる工程と、前記金型内に溶融した強化繊維含有樹脂を導入し、前記リング部材の外周面により、該強化繊維含有樹脂の流れを前記リング部材の半径方向に誘導する工程と、前記溶融した強化繊維含有樹脂を硬化させることで、前記金型内のインペラ本体形成領域にインペラ本体の母材を形成するとともに、該インペラ本体と一体とされた複数のブレードを形成する工程と、前記金型から前記インペラ本体の母材、該インペラ本体の母材に内設されたリング部材、及び複数のブレードが一体とされた構造体を取り出す工程と、前記構造体から余分な前記強化繊維含有樹脂を除去するとともに、前記ピン挿入部に対応する部分に前記リング部材を貫通するボス孔を形成する工程と、を備える。
【００４３】
本発明によれば、補強コアピースの母材となるリング部材が金型のピンが挿入されるピン挿入部を有することで、金型内でのリング部材の位置及び姿勢を保つことができる。
また、強化繊維含有樹脂の流れをリング部材の半径方向に誘導する外周面を備えたリング部材を用いることで、リング部材の外周面に沿うように、強化繊維含有樹脂に含まれる強化繊維を配向させることが可能となる。つまり、リング部材の外周面の傾き（形状）によって、強化繊維の配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体自体の強度を向上させることができる。
【００４４】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記金型内に前記リング部材を収容させる前に、前記リング部材のうち、前記強化繊維含有樹脂と接触する部分に、前記強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を形成する溝形成工程を含んでもよい。
【００４５】
このように、金型内にリング部材を収容させる前に、リング部材のうち、強化繊維含有樹脂と接触する部分に、強化繊維含有樹脂が収容される複数の溝を形成することで、複数の溝を充填する強化繊維含有樹脂によりアンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体と補強コアピースとの界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラが高速で回転した場合でもインペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００４６】
また、溝形成工程を有することで、溝の延在方向に強化繊維の長手方向を配向させることが可能となる。これにより、複数の溝に充填された強化繊維含有樹脂を、インペラ本体の強化用リブとして機能させることができる。
【００４７】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記溝形成工程では、前記リング部材のうち、前記インペラ本体の前面側に位置する部分、及び前記インペラ本体の背面側に位置する部分に前記複数の溝を形成してもよい。
【００４８】
このように、リング部材のうち、インペラ本体の前面側に位置する部分、及びインペラ本体の背面側に位置する部分に複数の溝を形成することで、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離をさらに抑制することができる。
【００４９】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記溝形成工程では、前記インペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝と、前記インペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝と、を形成してもよい。
【００５０】
このように、複数の溝がインペラ本体の周方向に配置されたリング状の溝、及び複数の溝がインペラ本体の径方向に放射状に配置された放射溝を含むことで、インペラ本体の周方向、及びインペラ本体の径方向に強化繊維を配向させることが可能となる。
これにより、リング状の溝に配向された強化繊維を含む強化繊維含有樹脂、及び放射溝に配向された強化繊維を含む強化繊維含有樹脂を強化用リブとして機能させることが可能となる。これにより、インペラ本体の周方向及び径方向の強度を向上させることができる。
【００５１】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るインペラの製造方法は、中央部を貫通する貫通孔を有する補強コアピースを形成する工程と、前記補強コアピースの貫通孔に金型のピンを挿入させる工程と、前記金型内に強化繊維含有樹脂を導入し、前記補強コアピースの外周面により、該強化繊維含有樹脂の流れを前記補強コアピースの半径方向に誘導する工程と、前記強化繊維含有樹脂を硬化させることで、前記金型内のインペラ本体形成領域にインペラ本体の母材を形成するとともに、該インペラ本体と一体とされた複数のブレードを形成する工程と、前記金型から前記インペラ本体の母材、該インペラ本体の母材に内設された前記補強コアピース、及び前記複数のブレードが一体とされた構造体を取り出す工程と、前記構造体から余分な前記強化繊維含有樹脂を除去するとともに、前記貫通孔に対応する部分に該貫通孔よりも拡径されたボス孔を形成する工程と、を備え、前記補強コアピースを形成する工程では、発泡材料を用いて前記補強コアピースを形成する。
【００５２】
本発明によれば、強化繊維含有樹脂の流れを補強コアピースの半径方向に誘導する外周面を備えた補強コアピースを用いることで、補強コアピースの外周面に沿うように、強化繊維含有樹脂に含まれる強化繊維を配向させることが可能となる。つまり、補強コアピースの外周面の傾き（形状）によって、強化繊維の配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体自体の強度を向上させることができる。
【００５３】
また、発泡材料を用いて、補強コアピースを形成することで、金型内に強化繊維含有樹脂を導入した際に、補強コアピースの表面に形成された複数の凹部が繊維強化樹脂で埋め込まれるため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体の母材となる繊維強化樹脂と補強コアピースとの界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体と補強コアピースとの界面における剥離を十分に抑制することができる。
【００５４】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記補強コアピースを形成する工程では、前記発泡材料として発泡アルミニウムを用いてもよい。
【００５５】
このように、発泡材料として発泡アルミニウムを用いることで、インペラ本体と補強コアピースとの界面においてアンカー効果を得ることができる。
また、熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、補強化繊維含有樹脂を用いてインペラ本体を形成する際、補強コアピースが配置されたインペラ本体の中央部の強化繊維含有樹脂を冷却しやすくすることが可能となる。これにより、強化繊維含有樹脂の冷却遅れに起因する割れや収縮によるインペラ本体の歩留りの低下を抑制することができる。
【００５６】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記補強コアピースを形成する工程では、前記貫通孔を区画する内周面を含む第１のリング部と、前記貫通孔よりも拡径された貫通部と含む第２のリング部、を含むように前記補強コアピースを形成してもよい。
【００５７】
このように、補強コアピースが貫通孔よりも拡径された貫通部と含むことで、貫通部を区画する第２のリング部（補強コアピースの一部）の面を覆うように、リング状に強化繊維含有樹脂を形成することが可能となる。これにより、第２のリング部の内側及び外側が強化繊維含有樹脂で挟み込まれるため、補強コアピースとインペラ本体との間の剥離をさらに抑制することができる。
【００５８】
また、上記本発明の一態様に係るインペラの製造方法において、前記補強コアピースを形成する工程では、前記補強コアピースのうち、前記強化繊維含有樹脂と接触する部分に複数の溝を形成してもよい。
【００５９】
このように、補強コアピースのうち、強化繊維含有樹脂と接触する部分に複数の溝を形成することで、複数の溝を強化繊維含有樹脂で充填することが可能になるとともに、溝の延在方向に強化繊維の長手方向を配向させることが可能となる。これにより、複数の溝に充填された強化繊維含有樹脂を、インペラ本体の強化用リブとして機能させることができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、補強コアピースによりインペラ本体の繊維配向を制御することで、インペラ本体自体の強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転機械を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧縮機用のインペラを拡大した断面図である。
【図３】図２に示す補強コアピースを拡大した断面図である。
【図４】図３に示す補強コアピースをＡ視した図である。
【図５】図３に示す補強コアピースをＢ視した図である。
【図６】図１に示す回転機械のうち、領域Ｅで囲まれた部分を拡大した断面図である。
【図７】第１の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図（その１）である。
【図８】第１の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図（その２）である。
【図９】第１の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るインペラの断面図である。
【図１１】図１０に示す構造体のうち、領域Ｆで囲まれた部分を拡大した断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図（その１）である。
【図１３】第２の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図（その２）である。
【図１４】第２の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のインペラ、及び回転機械の寸法関係とは異なる場合がある。
【００６３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転機械を示す断面図である。図１では、回転機械１の一例として、ターボチャージャを例に挙げて図示する。図１において、Ｏはインペラ本体３１の軸線（以下、「軸線」という）、ＡＲは空気（以下、「空気ＡＲ」という）、Ｇは排ガス（以下、「排ガスＧ」という）をそれぞれ示している。
【００６４】
図１を参照して、第１の実施形態の回転機械１について説明する。
回転機械１は、回転軸２と、回転軸２とともに回転するタービン３及び圧縮機４と、タービン３と圧縮機４を連結するとともに回転軸２を支持するハウジング連結部５と、を備える。
回転機械１は、エンジン（図示せず）からの排気ガスＧによりタービン３が回転し、この回転に伴って圧縮機４が圧縮した空気ＡＲをエンジンに供給する。
【００６５】
回転軸２は、軸線Ｏの方向に延在している。回転軸２は、軸線Ｏを中心として、軸線Ｏ周りに回転する。
【００６６】
タービン３は、軸線Ｏの方向の一方の側（図１の紙面に向かって右側）に設けられている。タービン３には、回転軸２が取付けられている。
タービン３は、タービンブレード１５を有するタービンインペラ１４と、タービンインペラ１４を外周側から覆うタービンハウジング１１と、を備える。
【００６７】
タービンインペラ１４には、回転軸２が嵌り込んでおり、回転軸２とともに軸線Ｏ回りに回転可能と構成とされている。
【００６８】
タービンハウジング１１は、タービンインペラ１４を収容している。タービンハウジング１１の内側には、タービンブレード１５の前縁部（径方向外側の端部）から径方向外側に向かって延在するスクロール通路１２が形成されている。スクロール通路１２は、径方向外側の位置で軸線Ｏを中心とした環状の通路である。
スクロール通路１２は、タービンハウジング１１の内外を連通している。スクロール通路１２から排気ガスＧがタービンインペラ１４に導入されることで、タービンインペラ１４及び回転軸２が回転する。
【００６９】
タービンハウジング１１には、軸線Ｏの一方側で開口する排出口１３が設けられている。タービンブレード１５を通過した排気ガスＧは、軸線Ｏの一方側に向かって流通し、排出口１３からタービンハウジング１１の外部に排出される。
【００７０】
圧縮機４は、軸線Ｏの方向の他方側（図１の紙面に向かって左側）に配置されている。圧縮機４には、回転軸２が取付けられている。圧縮機４は、インペラ２５と、インペラ２５を外周側から覆う圧縮機ハウジング２１と、を備える。
【００７１】
図２は、図１に示す圧縮機用のインペラを拡大した断面図である。図２では、Ｄａは軸線Ｏの方向（以下、「軸線方向Ｄａ」という）、Ｄｒはインペラ本体３１の径方向（以下、「径方向Ｄｒ」という）、Ｄｃはインペラ本体３１の周方向（以下、「周方向Ｄｃ」という）をそれぞれ示している。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。
【００７２】
図１及び図２を参照するに、インペラ２５は、インペラ本体３１と、複数のブレード３３と、補強コアピース３５と、を有する。
【００７３】
インペラ本体３１は、円錐台形状とされた部材であり、前面３１ａと、背面３１ｂと、ハブ面３１ｃと、ボス孔３１Ａと、を有する。
【００７４】
前面３１ａは、空気ＡＲが流入する圧縮機４の入口側に配置された面である。前面３１ａは、軸線Ｏに対して直交する仮想平面に対して平行な面とされている。前面３１ａの中心位置は、軸線Ｏ上の一点と一致している。
前面３１ａは、ボス孔３１Ａの一端を露出している。前面３１ａの形状は、円形リング形状とされている。
【００７５】
背面３１ｂは、空気ＡＲが流出する圧縮機４の出口側に配置された面である。背面３１ｂは、軸線Ｏに対して直交する仮想平面に対して平行な面とされている。背面３１ｂは、前面３１ａの反対側に配置された面である。背面３１ｂの中心位置は、軸線Ｏ上の一点と一致している。
背面３１ｂは、ボス孔３１Ａの他端を露出している。背面３１ｂの形状は、円形リング形状とされている。背面３１ｂは、インペラ本体３１の径方向Ｄｒの幅が前面３１ａよりも幅が広くなるように構成されている。
【００７６】
ハブ面３１ｃは、インペラ本体３１の外周面であり、前面３１ａから背面３１ｂに亘るように設けられている。ハブ面３１ｃは、軸線Ｏに向かう方向に凹んだ湾曲形状の面である。
【００７７】
ボス孔３１Ａは、インペラ本体３１の中央部を貫通する孔である。ボス孔３１Ａには、回転軸２が挿入されている。この状態で、インペラ本体３１は、回転軸２の端部に固定されている。
【００７８】
上記構成とされたインペラ本体３１は、例えば、金型を用いた射出成形を用いて形成することが可能である。インペラ本体３１の材料としては、強化繊維を含んだ樹脂である強化繊維含有樹脂３２が用いられている。
強化繊維含有樹脂３２としては、例えば、炭素繊維を含んだ炭素繊維含有樹脂を用いることが可能である。なお、強化繊維としては、炭素繊維以外の繊維も使用可能であり、例えば、ガラス繊維やウィスカ―（Ｗｈｉｓｋｅｒ）等を用いてもよい。
【００７９】
複数のブレード３３は、インペラ本体３１のハブ面３１ｃに対して一体に構成されている。複数のブレード３３は、ハブ面３１ｃに立設され、かつ間隔を空けた状態で、インペラ本体３１の周方向に配列されている。互いに隣り合う位置に設けられたブレード間には、空気ＡＲが流通するための流路（図示せず）が区画されている。
【００８０】
インペラ本体３１のハブ面３１ｃに対して複数のブレード３３を一体に構成する場合、複数のブレード３３の材料としては、インペラ本体３１の材料となる強化繊維含有樹脂３２を用いることができる。
なお、インペラ本体３１と複数のブレード３３とを別体としてもよい。この場合、複数のブレード３３の材料としては、樹脂や金属等を用いることが可能である。この場合、複数のブレード３３の材料となる樹脂としては、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリケトンサルファイド（ＰＫＳ）、ポリアリルエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等を例示することが可能である。
【００８１】
図３は、図２に示す補強コアピースを拡大した断面図である。図３において、図２に示す構造体と同一構成部分位には、同一符号を付す。
図４は、図３に示す補強コアピースをＡ視した図である。図５は、図３に示す補強コアピースをＢ視した図である。図６は、図１に示す回転機械のうち、領域Ｅで囲まれた部分を拡大した断面図である。図３〜図６において、同一構成部分には同一符号を付す。
【００８２】
次に、図２〜図６を参照して、補強コアピース３５について説明する。
補強コアピース３５は、インペラ本体３１の強度を向上させるための部材である。補強コアピース３５は、インペラ本体３１のうち、ボス孔３１Ａ側に位置する部分に内設されている。
補強コアピース３５は、ボス孔３７と、外周面３５ａと、内周面３５ｂと、複数の溝である第１の溝群３８と、複数の溝である第２の溝群３９と、を有する。
【００８３】
ボス孔３７は、補強コアピース３５の中央部を軸線方向Ｄａに貫通する孔である。ボス孔３７の中心線は、軸線Ｏと一致している。ボス孔３７は、ボス孔３１Ａの一部を構成している。
【００８４】
外周面３５ａは、インペラ本体３１に覆われた面であり、前面３５ａＡと、背面３５ａＢと、を有する。前面３５ａＡは、インペラ本体３１の前面３１ａＡ側に配置されたリング状の面である。
前面３５ａＡは、インペラ本体３１の前面３１ａ側から背面３１ｂ側に向かうにつれて、軸線Ｏから離間する方向に傾斜した面である。
【００８５】
背面３５ａＢは、インペラ本体３１の背面３１ｂ側に配置されたリング状の面である。背面３５ａＢは、インペラ本体３１の前面３１ａ側から背面３１ｂ側に向かうにつれて、軸線Ｏに近づく方向に傾斜した面である。
前面３５ａＡと背面３５ａＢは、一体に形成されている。前面３５ａＡと背面３５ａＢとの境界付近の面の形状は、丸みを帯びた形状とされている。
【００８６】
上記構成とされた外周面３５ａは、インペラ本体３１の背面側に位置する強化繊維含有樹脂３２の流れを補強コアピース３５の半径方向に誘導する。
このような外周面３５ａを有することで、補強コアピース３５の外周面３５ａに沿うように、強化繊維含有樹脂３２に含まれる強化繊維３２Ｂを配向させることが可能となる。つまり、補強コアピース３５の外周面３５ａの傾き（形状）によって、強化繊維３２Ｂの配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
【００８７】
内周面３５ｂは、ボス孔３７を区画する面である。ボス孔３７に回転軸２が挿入された際、内周面３５ｂは、回転軸２の外周面と接触する。
【００８８】
第１の溝群３８は、補強コアピース３５の前面３５ａＡ側に設けられている。第１の溝群３８は、複数のリング状溝４１と、放射溝４２と、を有する。
複数のリング状溝４１は、軸線Ｏを中心として、同心円状に設けられている。複数のリング状溝４１は、強化繊維含有樹脂３２を構成する樹脂３２Ａ及び強化繊維３２Ｂにより埋め込まれている（図６参照）。
【００８９】
このような構成とされた複数のリング状溝４１を設けるとともに、複数のリング状溝４１を強化繊維含有樹脂３２（インペラ本体３１の材料）で埋め込むことで、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ２５が高速で回転した場合でもインペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離を十分に抑制することができる。
また、複数のリング状溝４１を有することで、インペラ本体３１の周方向に強化繊維３２Ｂを配向させて、複数の強化繊維３２Ｂよりなる強化用リブを形成することが可能となる。これにより、インペラ本体３１の周方向の強度を向上させることができる。
【００９０】
リング状溝４１の幅は、例えば、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内で適宜設定することが可能である。また、リング状溝４１の深さは、例えば、０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内で適宜設定することが可能である。
【００９１】
放射溝４２は、軸線Ｏを中心として、インペラ本体３１の径方向Ｄｒに放射状に形成されている。放射溝４２は、複数のリング状溝４１と交差している。図示してはいないが、先に説明したリング状溝４１と同様に、放射溝４２は、強化繊維含有樹脂３２を構成する樹脂３２Ａ及び強化繊維３２Ｂで埋め込まれている。
放射溝４２の幅及び深さは、例えば、リング状溝４１と同じ幅及び深さにすることが可能である。
【００９２】
このような構成とされた放射溝４２を設けるとともに、放射溝４２を強化繊維含有樹脂３２（インペラ本体３１の材料）で埋め込むことで、アンカー効果を得ることが可能となる。これにより、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ２５が高速で回転した場合でもインペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離を十分に抑制することができる。
また、放射溝４２を有することで、インペラ本体３１の径方向に放射状に強化繊維３２Ｂを配向させて、複数の強化繊維３２Ｂよりなる強化用リブを形成することが可能となる。これにより、インペラ本体３１の径方向の強度を向上させることができる。
【００９３】
第２の溝群３９は、補強コアピース３５の背面３５ａＢ側に設けられていること以外は、先に説明した第１の溝群３８と同様に構成されている。つまり、第２の溝群３９は、先に説明した複数のリング状溝４１と、放射溝４２と、を有する。
【００９４】
このように、補強コアピース３５のうち、前面３５ａＡ側（インペラ本体３１の前面３１ａ側に位置する部分）、及び背面３５ａＢ側（インペラ本体３１の背面３１ｂ側に位置する部分）に複数の溝（第１及び第２の溝群３８，３９）を設けることで、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離をさらに抑制することができる。
【００９５】
補強コアピース３５の材料としては、例えば、インペラ本体３１を構成する強化繊維含有樹脂３２と同じ種類の強化繊維含有樹脂を用いることが好ましい。
【００９６】
このように、補強コアピース３５の材料として、強化繊維含有樹脂３２と同じ種類の強化繊維含有樹脂を用いることで、補強コアピース３５の線膨張率とインペラ本体３１の線膨張率との差を小さくすることが可能となる。
これにより、熱膨張による補強コアピース３５の拡径に起因するインペラ本体３１の拘束力の低下を抑制できる。
【００９７】
また、補強コアピース３５が強化繊維３２Ｂを含むことで、補強コアピース３５の剛性を高めることが可能となるので、補強コアピース３５自体の遠心力による拡径に起因するインペラ本体３１の拘束力の低下を抑制できる。
したがって、インペラ本体３１に作用する遠心力を補強コアピース３５に分配可能になるとともに、遠心力によって生じるインペラ本体３１の応力を低減することが可能となる。これにより、インペラ２５全体の変形を抑制することができる。
【００９８】
なお、補強コアピース３５の材料として、例えば、発泡材料（例えば、発泡金属、発泡樹脂、及び繊維強化された発泡樹脂等）を用いてもよい。
【００９９】
このように、補強コアピース３５の材料として発泡材料を用いることで、発泡材料の表面に形成された複数の凹部に強化繊維含有樹脂３２が入り込むため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における密着性をさらに向上させることが可能となるので、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離をさらに抑制することができる。
【０１００】
また、発泡材料としては、例えば、発泡金属である発泡アルミニウムを用いてもよい。
【０１０１】
このように、発泡材料として発泡アルミニウムを用いることで、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面におけるアンカー効果を高めることができる。
【０１０２】
また、熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、強化繊維含有樹脂３２を用いてインペラ本体３１を形成する際、補強コアピース３５が配置されたインペラ本体３１の中央部の強化繊維含有樹脂３２を冷却しやすくすることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１内部の強化繊維含有樹脂３２の冷却遅れに起因する割れや収縮による変形等の成形不良を防止することが可能となり、インペラ本体３１の成形品質を向上させるとともに不良による歩留り低下を抑制することができる。
【０１０３】
次に、図１を参照して、圧縮機ハウジング２１について説明する。
圧縮機ハウジング２１は、インペラ２５を収容している。圧縮機ハウジング２１は、軸線Ｏの他方側で開口する吸込口２３を有する。
この吸込口２３を通じて圧縮機ハウジング２１の外部から空気ＡＲをインペラ２５に導入する。そして、インペラ２５に、タービンインペラ１４からの回転力が回転軸２を介して伝達されることで、インペラ２５が軸線Ｏ回りに回転し、空気ＡＲが圧縮される。
【０１０４】
また、圧縮機ハウジング２１は、ブレード３３の後縁部（空気ＡＲの流れの下流端部）から径方向外側に向かって延びるとともに、径方向外側の位置で軸線Ｏを中心とした環状をなして圧縮機ハウジング２１の内外を連通する圧縮機通路２２が形成されている。
圧縮機通路２２へインペラ２５で圧縮された空気ＡＲが導入され、圧縮機ハウジング２１の外部に吐出される。
【０１０５】
ハウジング連結部５は、圧縮機ハウジング２１とタービンハウジング１１との間に配置されている。ハウジング連結部５は、圧縮機ハウジング２１とタービンハウジング１１とを連結させている。
ハウジング連結部５は、回転軸２を収容している。ハウジング連結部５の内側には、軸受６が設けられている。軸受６は、ハウジング連結部５に対して回転軸２を相対回転可能に支持している。
【０１０６】
第１の実施形態のインペラ２５によれば、インペラ本体３１の背面側に位置する強化繊維含有樹脂３２の流れを補強コアピース３５の半径方向に誘導する外周面３５ａを備えた補強コアピース３５を有することで、補強コアピース３５の外周面３５ａに沿うように、強化繊維含有樹脂３２に含まれる強化繊維３２Ｂを配向させることが可能となる。つまり、補強コアピース３５の外周面３５ａの傾き（形状）によって、強化繊維３２Ｂの配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
【０１０７】
また、インペラ本体３１の強度を向上させる補強コアピース３５のうち、インペラ本体３１と接触する部分に強化繊維含有樹脂３２（インペラ本体３１の材料）が収容される第１及び第２の溝群３８，３９を有することで、第１及び第２の溝群３８，３９を充填する強化繊維含有樹脂３２によりアンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ２５が高速で回転した場合でもインペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１０８】
また、第１及び第２の溝群３８，３９が強化繊維含有樹脂で充填されることで、溝の延在方向に強化繊維３２Ｂの長手方向を配向させることが可能となる。これにより、第１及び第２の溝群３８，３９を充填する強化繊維含有樹脂３２を強化用リブとして機能させることができる。
【０１０９】
また、上記インペラ２５を備えた第１の実施形態の回転機械１によれば、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
また、補強コアピース３５を有することで、インペラ本体３１の拘束力の低下を抑制可能となる。
これにより、インペラ本体３１に作用する遠心力を補強コアピース３５に分配して、遠心力によるインペラ本体３１に生じる応力を低減できるとともに、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１１０】
なお、第１の実施形態では、リング状溝４１及び放射溝４２の両方を補強コアピース３５に形成した場合を例に挙げて説明したが、リング状溝４１、及び放射溝４２のうち、どちらか一方の溝のみを補強コアピース３５に形成してもよい。
【０１１１】
第１の実施形態では、補強コアピース３５の前面３５ａＡ及び背面３５ａＢの両方に、溝を設けた場合を例挙げて説明したが、前面３５ａＡ及び背面３５ａＢのうち、どちらか一方の面のみに溝を設けてもよい。
【０１１２】
さらに、第１の実施形態では、溝の一例としてリング状溝４１、及び放射溝４２を例に挙げて説明したが、溝の形状はこれらに限定されない。溝の形状は、目的に応じて適宜選択することができる。
【０１１３】
また、第１の実施形態では、回転機械１の一例として、ターボチャージャを例に挙げて説明したが、第１の実施形態のインペラ２５は、ターボチャージャ以外の回転機械にも適用可能である。
【０１１４】
図７及び図８は、第１の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図である。図７及び図８において、図１〜図６に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図９は、第１の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１５】
次に、図２、図３、図７〜図９を参照して、第１の実施形態のインペラ２５の製造方法について説明する。
図９に示す処理が開始されると、Ｓ１では、図７に示すように、図３に示す補強コアピース３５の母材となるリング部材５０を形成する。
具体的には、例えば、金型（図示せず）を用いた射出成形により、ピン挿入部５１、第１の溝群３８、及び第２の溝群３９を有するリング部材５０を形成する（溝形成工程を含む工程）。リング部材５０の材料としては、例えば、先に説明した強化繊維含有樹脂３２を用いる。
ピン挿入部５１の径は、図３に示すボス孔３７の径よりも小さい。ピン挿入部５１は、前面３５ａＡ側に形成されている。ピン挿入部５１は、軸線方向Ｄａに延在している。ピン挿入部５１Ａは、リング部材５０を貫通しないように形成されている。
【０１１６】
次いで、Ｓ２では、図８に示すように、インペラ本体３１を形成する金型５５を準備する。金型５５は、ピン挿入部５１に挿入されるピン５６と、複数のブレード３３が形成される空間５５Ａと、インペラ本体３１が形成される空間であるインペラ本体形成領域５５Ｂと、空間５５Ａ及びインペラ本体形成領域５５Ｂに溶融した強化繊維含有樹脂３２を導入するための導入経路５５Ｃと、を有する。金型５５は、複数に分割されている。
【０１１７】
次いで、Ｓ３では、上記構成とされた金型５５内に、リング部材５０及び複数のブレード３３を収容させる。このとき、ピン挿入部５１にピン５６を挿入することで、金型５５内におけるリング部材５０の位置及び姿勢を維持することができる。
【０１１８】
次いで、Ｓ４では、導入経路５５Ｃを介して、金型５５内に強化繊維含有樹脂３２を導入するとともに、リング部材５０の外周面により、強化繊維含有樹脂３２の流れをリング部材５０の半径方向に誘導する。
このように、強化繊維含有樹脂３２の流れをリング部材５０の半径方向に誘導する外周面３５ａを備えたリング部材５０を用いることで、リング部材５０の外周面３５ａに沿うように、強化繊維含有樹脂３２に含まれる強化繊維３２Ｂを配向させることが可能となる。つまり、リング部材５０の外周面３５ａの傾き（形状）によって、強化繊維３２Ｂの配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
【０１１９】
これにより、空間５５Ａ、インペラ本体形成領域５５Ｂ、及び導入経路５５Ｃを溶融した強化繊維含有樹脂３２で充填させ、金型５５の温度により強化繊維含有樹脂３２を硬化させることで、強化繊維含有樹脂３２よりなる樹脂構造体５８及び複数のブレード３３を一括形成する。
このとき、リング部材５０に形成された第１及び第２の溝群３８，３９に強化繊維含有樹脂３２が埋め込まれる。
樹脂構造体５８は、硬化した強化繊維含有樹脂３２よりなるインペラ本体３１の母材を含む。
【０１２０】
次いで、Ｓ５では、金型５５から、樹脂構造体５８と、樹脂構造体５８と一体とされたリング部材５０及び複数のブレード３３と、を含む構造体６１を取り出す。
【０１２１】
次いで、Ｓ６では、構造体６１から余分な強化繊維含有樹脂３２（インペラ本体３１を構成しない強化繊維含有樹脂３２）を除去（切断）するとともに、ピン挿入部５１に対応する部分に補強コアピース３５を貫通するボス孔３７を形成する。これにより、インペラ本体３１に内設された補強コアピース３５が形成されるとともに、図２に示すインペラ２５が製造される。
【０１２２】
第１の実施形態のインペラ２５の製造方法によれば、補強コアピース３５の母材となるリング部材５０が金型５５のピン５６が挿入されるピン挿入部５１を有することで、金型５５内でのリング部材５０の位置及び姿勢を保つことができる。
【０１２３】
また、強化繊維含有樹脂３２の流れをリング部材５０の半径方向に誘導する外周面３５ａを備えたリング部材５０を用いることで、リング部材５０の外周面３５ａに沿うように、強化繊維含有樹脂３２に含まれる強化繊維３２Ｂを配向させることが可能となる。つまり、リング部材５０の外周面３５ａの傾き（形状）によって、強化繊維３２Ｂの配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
【０１２４】
また、金型５５内にリング部材５０を収容させる前に、リング部材５０のうち、強化繊維含有樹脂３２と接触する部分に、強化繊維含有樹脂３２が収容される第１及び第２の溝群３８，３９を形成することで、第１及び第２の溝群３８，３９を充填する強化繊維含有樹脂３２によりアンカー効果を得ることが可能となる。
【０１２５】
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ２５が高速で回転した場合でもインペラ本体３１と補強コアピース３５との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１２６】
また、強化繊維含有樹脂３２が充填される第１及び第２の溝群３８，３９をリング部材５０に形成することで、第１及び第２の溝群３８，３９を構成する溝の延在方向に強化繊維の長手方向を配向させることが可能となる。これにより、複数の溝を充填する強化繊維含有樹脂を強化用のリブとして機能させることができる。
【０１２７】
なお、第１の実施形態では、ピン挿入部５１がリング部材５０を貫通しない場合を例に挙げて説明したが、ピン挿入部５１がリング部材５０を貫通する場合でも、上述した第１の実施形態のインペラ２５の製造方法と同様な効果を得ることができる。
また、第１の実施形態では、一例として、複数のブレード３３と樹脂構造体５８と一体形成した場合を例に挙げて説明したが、複数のブレード３３を樹脂構造体５８とは別体としてもよい。この場合、樹脂構造体５８を形成する前に、金型５５内に複数のブレード３３を配置させる。
【０１２８】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るインペラの断面図である。図１０において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１１は、図１０に示す構造体のうち、領域Ｆで囲まれた部分を拡大した断面図である。図１１において、図６及び図１０に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
【０１２９】
図１０及び図１１を参照して、第２の実施形態のインペラ６５について説明する。
インペラ６５は、第１の実施形態のインペラ２５を構成する補強コアピース３５に替えて、補強コアピース６６を有すること以外は、インペラ２５と同様に構成されている。
【０１３０】
補強コアピース６６は、インペラ本体３１のうち、ボス孔３１Ａ側に位置する部分に内設されている。補強コアピース６６は、第１のリング部７１と、第２のリング部７２と、を有する。
【０１３１】
第１のリング部７１は、インペラ本体３１の前面３１ａ側に配置されている。第１のリング部７１は、インペラ本体３１の前面３１ａ側から背面３１ｂ側に向かうにつれて、厚さが厚くなるように構成されている。第１のリング部７１は、ボス孔３１Ａの一部を区画する内周面７１ａを有する。
【０１３２】
第２のリング部７２は、インペラ本体３１の背面３１ｂ側に設けられている。第２のリング部７２は、ボス孔３１Ａよりも拡径された貫通部７２Ａを有する。貫通部７２Ａは、一定の径とされた貫通孔である。
貫通部７２Ａを区画する第２のリング部７２の面７２ａには、強化繊維含有樹脂３２が配置されている。
【０１３３】
このように、補強コアピース６６を構成する第２のリング部７２がボス孔３１Ａよりも拡径された貫通部７２Ａを含むとともに、貫通部７２Ａを区画する第２のリング部７２の面７２ａに、リング状に強化繊維含有樹脂３２を配置させることで、第２のリング部７２の内側及び外側が強化繊維含有樹脂３２で挟み込まれるため、補強コアピース６６とインペラ本体３１との間の剥離をさらに抑制することができる。
【０１３４】
第２のリング部７２は、インペラ本体３１の前面３１ａ側から背面３１ｂ側に向かうにつれて径方向Ｄｒの厚さが厚くなるように構成されている。これにより、補強コアピース６６の外周面６６ａは、ハブ面３１ｃと同様な湾曲形状とされている。
【０１３５】
補強コアピース６６の材料としては、発泡材料７５（例えば、発泡金属、発泡樹脂、及び繊維強化された発泡樹脂等）を用いる。
このように、補強コアピース６６の材料として発泡材料７５を用いることで、発泡材料７５の表面７５ａに形成された複数の凹部７５Ａに強化繊維含有樹脂３２が入り込むため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１３６】
また、発泡材料７５としては、例えば、発泡金属である発泡アルミニウムを用いてもよい。
【０１３７】
このように、発泡材料７５として発泡アルミニウムを用いることで、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面においてアンカー効果を得ることができる。
【０１３８】
また、熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、強化繊維含有樹脂３２を用いてインペラ本体３１を形成する際、補強コアピース６６が配置されたインペラ本体３１の中央部の強化繊維含有樹脂３２を冷却しやすくすることが可能となる。これにより、強化繊維含有樹脂３２の冷却遅れに起因する割れや収縮によるインペラ本体３１の歩留りの低下を抑制することができる。
さらに、発泡アルミニウムは軽量であるため、インペラ６５の軽量化を図ることができる。
【０１３９】
第２の実施形態のインペラによれば、補強コアピース６６の材料として発泡材料７５を用いることで、発泡材料７５の表面に形成された複数の凹部７５Ａに強化繊維含有樹脂が入り込むため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１４０】
なお、第１の実施形態で説明したリング状溝４１、放射溝４２、或いはリング状溝４１及び放射溝４２の両方を上述した補強コアピース６６に設けてもよい。具体的には、例えば、補強コアピース６６の前面６６ｂに第１の実施形態で説明した第１の溝群３８を設け、補強コアピース６６の背面６６ｃに第２の溝群３９を設けてもよい。
このように、補強コアピース６６に溝を設けることで、第１の実施形態の補強コアピース３５と同様な効果を得ることができる。
【０１４１】
また、リング状溝４１や放射溝４２等の溝を補強コアピース６６の外周面６６ａに設けてもよい。つまり、溝を設ける位置は、適宜選択することが可能である。
【０１４２】
図１２及び図１３は、第２の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するための断面図である。図１２において、図１０及び図１１に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。図１３において、図８、図１０、及び図１１に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。
図１４は、第２の実施形態に係るインペラの製造方法を説明するためのフローチャートである。図１４において、先に説明した図９のフローチャーとと同一のステップに関しては、同一のステップ番号を付す。
【０１４３】
次に、図１２〜図１４を参照して、第２の実施形態のインペラ６５の製造方法について説明する。
図１４に示す処理が開始されると、Ｓ７では、図１２に示すように、発泡材料７５を用いて、補強コアピース６６を形成する。この段階の補強コアピース６６は、第１のリング部７１に形成された貫通孔６６Ａを有する。貫通孔６６Ａは、拡径されることで、ボス孔３１Ａの一部を構成する。
【０１４４】
補強コアピース６６は、例えば、切削加工による削り出し、射出成形法、プレス成型法等の手法を用いて形成することが可能である。また、この段階で、補強コアピース６６に第１の実施形態で説明した溝（例えば、第１の溝群３８や第２の溝群３９等の溝）を形成してもよい。溝は、例えば、切削加工法を用いて、別工程で形成することも可能である。
【０１４５】
次いで、Ｓ２では、第１の実施の形態で説明した図８に示す金型５５を準備する。
次いで、Ｓ３では、金型５５内に、補強コアピース６６を収容させる。このとき、補強コアピース６６の貫通孔６６Ａに金型５５のピン５６を挿入することで、金型５５内における補強コアピース６６の位置及び姿勢を維持することができる。
【０１４６】
次いで、Ｓ４では、導入経路５５Ｃを介して、金型５５内に強化繊維含有樹脂３２を導入するとともに、補強コアピース６６の外周面６６ａにより、強化繊維含有樹脂３２の流れを補強コアピース６６の半径方向に誘導する。
このように、強化繊維含有樹脂３２の流れを補強コアピース６６の半径方向に誘導する外周面６６ａを備えた補強コアピース６６を用いることで、補強コアピース６６の外周面６６ａに沿うように、強化繊維含有樹脂３２に含まれる強化繊維３２Ｂを配向させることが可能となる。つまり、補強コアピース６６の外周面６６ａの傾き（形状）によって、強化繊維３２Ｂの配向を制御することが可能となる。これにより、インペラ本体３１自体の強度を向上させることができる。
【０１４７】
そして、空間Ａ、インペラ本体形成領域５５Ｂ、及び導入経路５５Ｃを溶融した強化繊維含有樹脂３２で充填させ、金型５５の温度により強化繊維含有樹脂３２を硬化させることで、強化繊維含有樹脂３２よりなる樹脂構造体８０及び複数のブレード３３を形成する。
このとき、図１１に示すように、補強コアピース６６を構成する発泡材料７５の表面７５ａに形成された複数の凹部７５Ａを埋め込むように、強化繊維含有樹脂３２が形成される。
【０１４８】
このように、発泡材料７５（補強コアピース６６）の表面７５ａに形成された複数の凹部７５Ａを強化繊維含有樹脂３２で埋め込むことで、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１の母材となる強化繊維含有樹脂３２と補強コアピース６６との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における剥離を十分に抑制できる。
【０１４９】
また、上述したＳ１では、例えば、発泡材料７５として発泡アルミニウムを用いて補強コアピース６６を形成するとよい。
このように、発泡材料７５として熱伝導性の良いアルミニウムで構成された発泡アルミニウムを用いることで、強化繊維含有樹脂３２を用いてインペラ本体３１を形成する際、補強コアピース６６が配置されたインペラ本体３１の中央部の強化繊維含有樹脂３２を冷却しやすくすることが可能となる。これにより、強化繊維含有樹脂３２の冷却遅れに起因する割れや収縮によるインペラ本体３１の歩留りの低下を抑制できる。
【０１５０】
なお、Ｓ４では、強化繊維含有樹脂３２と接触する補強コアピース６６に溝が形成されている場合、強化繊維含有樹脂３２が溝を埋め込むように配置される。
このように、リング部材のうち、強化繊維含有樹脂と接触する部分に複数の溝を形成することで、複数の溝を強化繊維含有樹脂３２で充填して、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラが高速で回転した場合でもインペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１５１】
次いで、Ｓ５では、金型５５から、樹脂構造体８０と、樹脂構造体８０と一体とされた補強コアピース６６及び複数のブレード３３と、を含む構造体８３を取り出す。
【０１５２】
次いで、Ｓ６では、構造体８３から余分な強化繊維含有樹脂３２（インペラ本体３１を構成しない強化繊維含有樹脂３２）を除去（切断）するとともに、貫通孔６６Ａ対応する部分に補強コアピース６６を貫通するボス孔３７Ａを形成する。これにより、図１０に示すインペラ６５が製造される。
【０１５３】
第２の実施形態のインペラ６５の製造方法によれば、発泡材料７５を用いて、補強コアピース６６を形成することで、金型５５内に強化繊維含有樹脂３２を導入した際に、発泡材料７５の表面（補強コアピース６６の表面）に形成された複数の凹部７５Ａが強化繊維含有樹脂３２で埋め込まれるため、アンカー効果を得ることが可能となる。
これにより、インペラ本体３１の母材となる強化繊維含有樹脂３２と補強コアピース６６との界面における密着性を高めることが可能となるので、インペラ本体３１と補強コアピース６６との界面における剥離を十分に抑制することができる。
【０１５４】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１…回転機械、２…回転軸、３…タービン、４…圧縮機、５…ハウジング連結部、６…軸受、１１…タービンハウジング、１２…スクロール通路、１３…排出口、１４…タービンインペラ、１５…タービンブレード、２１…圧縮機ハウジング、２２…圧縮機通路、２３…吸込口、２５，６５…インペラ、３１…インペラ本体、３１ａ，３５ａＡ，６６ｂ…前面、３１ｂ，３５ａＢ，６６ｃ…背面、３１ｃ…ハブ面、３１Ａ，３７…ボス孔、３２…強化繊維含有樹脂、３２Ａ…樹脂、３２Ｂ…強化繊維、３３…ブレード、３５，６６…補強コアピース、３５ａ，６６ａ…外周面、３５ｂ…内周面、３８…第１の溝群、３９…第２の溝群、４１…リング状溝、４２…放射溝、５０…リング部材、５１…ピン挿入部、５５…金型、５６…ピン、５５Ａ…空間、５５Ｂ…インペラ形成領域、５５Ｃ…導入経路、５８，８０…樹脂構造体、６１，８３…構造体、６６Ａ…貫通孔、７１…第１のリング部、７１ａ…内周面、７２ａ…面、７２…第２のリング部、７２Ａ…貫通部、７５…発泡材料、７５ａ…表面、７５Ａ…凹部、ＡＲ…空気、Ｄａ…軸線方向、Ｄｃ…周方向、Ｄｒ…径方向、Ｇ…排ガス、Ｏ…軸線
【図１】
2019002290.tif 000003
【図２】
2019002290.tif 000004
【図３】
2019002290.tif 000005
【図４】
2019002290.tif 000006
【図５】
2019002290.tif 000007
【図６】
2019002290.tif 000008
【図７】
2019002290.tif 000009
【図８】
2019002290.tif 000010
【図９】
2019002290.tif 000011
【図１０】
2019002290.tif 000012
【図１１】
2019002290.tif 000013
【図１２】
2019002290.tif 000014
【図１３】
2019002290.tif 000015
【図１４】
2019002290.tif 000016