(57)【要約】【課題】４軸加工機で工具側面加工が可能な直線素からなる面で構成された翼を持つインペラ及びその加工方法を提供する。【解決手段】インペラ７０は、翼面を構成する直線素７１が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有する。インペラ７０の翼面を構成する直線素７１をＺ軸投影平面７５に投影した時の投影線をＺ投影線７２とする。Ｚ投影線７２を延長した線とインペラの中心線であるＺ軸７４との交点の原点７９からの距離を、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１とする。インペラ７０は、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素７１のＺ投影線７２とＺ軸７４との交差する角度が直角ではなく、Ｚ投影線７２が互いに平行になる直線素からなる面で構成されている。【選択図】図６
2015017566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、
前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
前記Ｚ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラ。
【請求項２】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、
前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
翼面を構成する直線素に円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸を、前記Ｚ軸投影平面に投影した場合に、前記円柱の中心軸のＺ投影線とインペラ中心軸との交差する角度が直角ではなく、前記円柱の中心軸のＺ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラ。
【請求項３】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、
前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
翼面を構成する直線素に円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸を、前記Ｚ軸投影平面に投影した場合に、前記円錐面の中心軸のＺ投影線とインペラ中心軸との交差する角度が直角ではなく、前記円錐面の中心軸のＺ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラ。
【請求項４】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、
該インペラの中心軸をＺ軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
前記直線素のＺ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、
前記インペラの翼面を円柱状の回転工具の側面で切削加工する際、
前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に、翼面を構成する直線素を投影した場合に、そのＺ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円柱状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法。
【請求項５】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、
該インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点をとおり前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
翼面を構成する直線素に円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸のＺ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、
前記インペラの翼面を円柱状の回転工具の側面で切削加工する際、
前記インペラの翼面を構成する直線素に前記円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸を、前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に投影した場合に、該Ｚ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円柱状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法。
【請求項６】
直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、
該インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点をとおり前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、
該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、
該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、
前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、
前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、
該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、
前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、
翼面を構成する直線素に円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸のＺ投影線とＺ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、
前記インペラの翼面を円錐面状の回転工具の側面で切削加工する際、前記インペラの翼面を構成する直線素に前記円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸を、前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に投影した場合に、該Ｚ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円錐面状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサーなどに用いられるインペラにおいて、その翼面を回転工具の側面で切削加工する際、直動軸３軸と回転軸１軸で構成される４軸加工機を用いて加工できる翼面形状を持つインペラ、及びその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来の一般的な翼を持つインペラを説明する図である。インペラ１の翼面は直線素からなる面３で構成される３次元形状を有する。従来、直線素２で構成されたインペラ１の翼面は、その直線素２に工具の側線を沿わせた際の工具軸の向きは考慮されていない。
【０００３】
特許文献１に示される図６の羽根２ｃは直線素２１ａ、２１ｂ、・・・２１ｎで構成された３次元形状をしていて、直線素の向きにエンドミル軸を合わせることにより加工できることを示しているが、直線素に合わせるためのエンドミル軸の向きは考慮されておらず、２１ａと２１ｎにエンドミルの軸を合わせるためには５軸での制御が必要になる。
【０００４】
特許文献２に示される図３のメインブレード１はラインエレメントＬＥ１、ＬＥ２で構成された３次元形状をしていて、ラインエレメントの向きにエンドミル軸を合わせることにより加工できることを示しているが、特許文献１同様、エンドミル軸の向きは考慮されておらず、１ａと１ｂあるいは２ａと２ｂエンドミルの軸を合わせるためには５軸での制御が必要になる。  
特許文献３には、翼面が直線素で構成されているが、インペラを傾斜固定して３軸加工をすることが目的のため、翼面を構成する直線素が平行であり、ワークを回転制御しなくても加工可能な、平面が湾曲しただけの単純な翼面形状である。  
特許文献４には、傾斜した回転軸を持つ４軸加工によりインペラを加工する方法が示されている。
【０００５】
特許文献５には、翼面を構成する直線素が回転軸に直角な平面と平行な例が記載されていて、翼面を構成する直線素が回転軸に直角な平面と交差する例は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１０９６０８号公報
【特許文献２】特開平８−２５４１９８号公報
【特許文献３】実開平４−５４９９７号公報
【特許文献４】特開２０１０−２６９４１７号公報
【特許文献５】特表平４−５０７４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インペラの翼面を効率よく短時間で切削加工するために、工具側面で加工できるように直線素で構成された面で翼を形成する。その直線素は互いに捩じれの位置にある場合、翼面の直線素に工具の側線を沿わせて、工具側面で翼を加工する際、工具軸を傾けるため５軸加工機を用いた加工が必要である。また、このような翼を４軸加工機で加工しようとした場合、工具側面では加工できず、工具先端での加工が必要である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、互いに捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された、３軸の加工機では工具側面で加工不可な翼形状であっても、４軸加工機で工具側面加工が可能な直線素からなる面で構成された翼を持つインペラ及びその加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るインペラは、インペラの翼面を構成する直線素に回転工具に相当する円柱あるいは円錐面の一側線を沿わせたときに、翼面を構成する直線素、あるいは円柱または円錐面の中心軸を、インペラの中心軸を通る平面に投影した場合、その投影線が平行になるような直線素で翼面を構成する。そして、前記インペラを３軸の直動軸および１軸の回転軸を備えた４軸加工機を用いて加工する。
【００１０】
本願の請求項１に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、前記Ｚ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素に円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸を、前記Ｚ軸投影平面に投影した場合に、前記円柱の中心軸のＺ投影線とインペラ中心軸との交差する角度が直角ではなく、前記円柱の中心軸のＺ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラにおいて、前記インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素に円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸を、前記Ｚ軸投影平面に投影した場合に、前記円錐面の中心軸のＺ投影線とインペラ中心軸との交差する角度が直角ではなく、前記円錐面の中心軸のＺ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成したことを特徴とするインペラである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、該インペラの中心軸をＺ軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点を通り前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、前記直線素のＺ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、前記インペラの翼面を円柱状の回転工具の側面で切削加工する際、前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に、翼面を構成する直線素を投影した場合に、そのＺ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円柱状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、該インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点をとおり前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素に円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸のＺ投影線と前記Ｚ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、前記インペラの翼面を円柱状の回転工具の側面で切削加工する際、前記インペラの翼面を構成する直線素に前記円柱の一側線を一致させた時、前記円柱の中心軸を、前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に投影した場合に、該Ｚ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円柱状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、直線素が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有するインペラであって、該インペラの中心軸であるＺ軸上に原点を定め、該原点をとおり前記Ｚ軸と直交する平面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面上にＸ軸を定め、直線素を前記ＸＹ平面に投影した時の投影線をＸＹ投影線とし、該ＸＹ投影線と前記Ｘ軸とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、前記Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面とし、前記直線素を前記Ｚ軸投影平面に投影した時の投影線をＺ投影線とし、該Ｚ投影線を延長した線と前記Ｚ軸との交点の前記原点からの距離を直線素のＺ軸距離とし、前記直線素のＺ軸距離と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素に円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸のＺ投影線とＺ軸との交差する角度が直角ではなく、前記Ｚ投影線が互いに平行になる直線素からなる面で構成した翼を有するインペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、前記インペラの翼面を円錐面状の回転工具の側面で切削加工する際、前記インペラの翼面を構成する直線素に前記円錐面の一側線を一致させた時、前記円錐面の中心軸を、前記インペラの中心軸を通るＺ軸投影面に投影した場合に、該Ｚ投影線とインペラの中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、前記翼面の直線素に前記回転工具の側線を合わせるように移動させ、前記円錐面状の回転工具側面で加工することを特徴とするインペラの加工方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、互いに捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された、３軸の加工機では工具側面で加工不可な翼形状であっても、４軸加工機で工具側面加工が可能な直線素からなる面で構成された翼を持つインペラ及びその加工方法を提供できる。つまり、本発明により、互いに捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された、３軸では工具側面で加工不可な翼形状であっても、４軸で工具側面加工が可能な翼を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】インペラ加工機の要部外観図である。
【図２】図１で説明したインペラ加工機の側面図であり、回転軸が傾斜して固定された状態と傾斜角θを説明する図である。
【図３】４軸加工機用数値制御装置の概略構成図である。
【図４】円柱状の形状を有する工具を説明する図である。
【図５】円錐状の形状を有する工具を説明する図である。
【図６】実施形態１において翼面を構成する直線素のＺ投影線を説明する図である。
【図７】実施形態１において翼面を構成する直線素をインペラ側から見た図である。
【図８】実施形態１において翼面を構成する直線素をインペラの中心線（Ｚ軸）方向から見た図である。
【図９】実施形態１において捩れ角αとＺ軸距離Ｚの関係を説明する図である。
【図１０】実施形態１の加工方法を説明する図である。
【図１１】実施形態２において円柱の面を有する工具の中心軸のＺ投影線を説明する図である。
【図１２】実施形態２の加工方法を説明する図である。
【図１３】実施形態３において円錐面を有する工具の中心軸のＺ投影線を説明する図である。
【図１４】実施形態３の加工方法を説明する図である。
【図１５】従来の一般的な翼を持つインペラを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。まず、図１，図２，図３を用いてインペラ加工機およびインペラ加工機を制御する数値制御装置を説明する。  
図１は本発明であるインペラ加工機の実施形態の要部外観図である。この実施形態では縦型工作機械を用いている。符号３２は縦型工作機械の主軸頭である。この縦型工作機械はＸａ軸，Ｙａ軸として表される水平２軸とＸａ軸，Ｙａ軸に垂直なＺａ軸の直線３軸の可動軸を有する。載置台３６には傾斜台３４が取り付けられており、回転テーブル２０は傾斜台３４に固定されている。回転テーブル２０には、回転軸中心２８を中心軸として回転する円盤２２を備えている。回転軸中心２８は水平軸であるＸａ軸に対して傾斜している。円盤２２にはワーク４を取り付けるアダプタ２６がボルト２４によって取り付けられている。そして、アダプタ２６にはワーク４が取り付けられる。ワーク４は工具３０によって切削されインペラ７０（図６などを用いて説明する）が作成される。工具３０としては図４，図５に示される形式の工具３０ａ，３０ｂを用いることで、インペラ７０の翼面の加工が可能である。なお、縦型工作機械に替えて横型工作機械を用いてインペラ加工機を構成してもよい。
【００１９】
図２は図１で説明したインペラ加工機の側面図であり、回転軸が傾斜して固定された状態と傾斜角θを説明する図である。回転テーブル２０は傾斜台３４に固定されている。回転テーブル２０の円盤２２の回転軸中心２８は、水平軸の１つであるＸａ軸に対して傾斜角θだけ傾斜している。アダプタ２６が取り付けられた円盤２２は回転軸中心２８を中心軸として回転する。アダプタ２６の一端部にはワーク４が取り付けられる。
【００２０】
図３は、４軸加工機用数値制御装置の概略構成図である。ＣＰＵ４１は数値制御装置４０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ４１は、メモリ４２のＲＯＭ領域に格納されたシステムプログラムをバス５８を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。メモリ４２のＲＡＭ領域には一時的な計算データや表示データ及び表示器／ＭＤＩユニット５９を介してオペレータが入力した各種データが格納される。また、メモリ４２のＳＲＡＭなどで構成される不揮発性メモリ領域には、インタフェース４３を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット５９を介して入力された加工プログラム等が記憶される。
【００２１】
インタフェース４３は、数値制御装置４０とアダプタ等の外部機器（図示せず）との接続を可能とするものである。図示しない外部機器からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置４０内で編集した加工プログラムは、外部機器（図示せず）を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）４４は、数値制御装置４０に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置にＩ／Ｏユニットを介して信号を出力し制御する。また、工作機械本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ４１に渡す。
【００２２】
表示器／ＭＤＩユニット５９はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース４６は表示器／ＭＤＩユニット５９のキーボードからの指令、データを受けてＣＰＵ４１に渡す。インタフェース４７は手動パルス発生器等を備えた操作盤６０に接続されている。
【００２３】
各軸の軸制御回路４８，５０，５２，５４はＣＰＵ４１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４９，５１，５３，５５に出力する。サーボアンプ４９，５１，５３，５５はこの指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６４を駆動する。各軸は位置・速度のフィードバック制御を行う（図３ではこの構成は省略している）。
【００２４】
サーボモータ６１〜６４は、工作機械のＸａ，Ｙａ，Ｚａ，Ｃ軸を駆動するもので、図１に示した４軸加工機械を駆動制御するものである。また、スピンドル制御回路５６は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ５７にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ５７はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータ６５を指令された回転速度で回転させる。４軸加工機用数値制御装置４０は、工具である刃物をＸａ、Ｙａ、Ｚａの３軸移動させると同時に、回転軸でワーク４を回転させ、４軸制御によりインペラの翼面全体を加工する。加工プログラムは、４軸指令のプログラムを用いる。
【００２５】
次に、本発明に係るインペラを加工するために上記インペラ加工機に用いられる工具を説明する。本発明に係るインペラおよびインペラの加工方法には、図４，図５に示される形状の工具が用いられる。図４に示される工具３０ａは、円柱の面５を有する工具である。工具３０ａは円柱の中心軸６の周りに円柱の面５を有し、円柱の側線７でワーク４を加工する。図５に示される工具３０ｂは、円錐面８を有する工具である。工具３０ｂは円錐面の中心軸９の周りに円錐面８を有し、円錐面の側線１０でワーク４を加工する。
【００２６】
上述の４軸加工機のインペラ加工機を用いて加工されるインペラを説明する。本発明の目的は、互いに捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された、３軸の加工機では工具側面で加工不可な翼形状であっても、４軸加工機で工具側面加工が可能な直線素からなる面で構成された翼を持つインペラ及びその加工方法を提供することである。そのため、インペラの翼面を構成する直線素に、回転工具に相当する円柱あるいは円錐面の一側線を沿わせたときに、翼面を構成する直線素、あるいは円柱または円錐面の中心軸を、インペラの中心軸を含む平面に投影した場合、その投影線が平行になるような直線素で翼面を構成する。
【００２７】
以下、インペラの形状およびインペラの加工方法について各実施形態に従って説明する。  
＜実施形態１＞（請求項１、請求項４に対応）
図６は実施形態１において翼面を構成する直線素のＺ投影線を説明する図である。図７は実施形態１において翼面を構成する直線素をインペラ側から見た図である。図８は実施形態１において翼面を構成する直線素をインペラの中心軸（Ｚ軸）方向から見た図である。図９は実施形態１において捩れ角αとＺ軸距離Ｚの関係を説明する図である。
【００２８】
図６に示されるように、インペラ７０は、翼面を構成する直線素７１が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼（ブレード）を有する。図７に示されるように、インペラ７０の中心軸であるＺ軸７４上の所定位置に原点７９を定める。図８に示されるように、原点７９を通りＺ軸７４と直交する平面をＸＹ平面７７とする。ＸＹ平面７７上にＸ軸７８を定め、翼面を構成する直線素７１をＸＹ平面７７に投影した時の投影線をＸＹ投影線７６とする。ＸＹ投影線７６とＸ軸７８とのなす角度を直線素の捩じれ角αとする。
【００２９】
図６に示されるように、Ｚ軸７４を含み、どの直線素のＸＹ投影線７６とも直角でない平面をＺ軸投影平面７５とする。翼面を構成する直線素７１をＺ軸投影平面７５に投影した時の投影線を、翼面を構成する直線素のＺ投影線７２とする。図７に示されるように、翼面を構成する直線素のＺ投影線７２を延長した線とインペラの中心軸であるＺ軸７４との交点８０の原点７９からの距離を、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１とする。
【００３０】
そして、インペラ７０の翼（ブレード）は、図９に示されるように、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１と翼面を構成する直線素７１の捩じれ角αの関係が曲線８２で、かつ、翼面を構成する直線素７１のＺ投影線７２とＺ軸７４との交差する角度が直角ではなく、翼面を構成する直線素のＺ投影線７２が互いに平行になる直線素からなる面で構成されている。
【００３１】
図１０は実施形態１のインペラの加工方法を説明する図である。インペラ７０を直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械でインペラ７０を加工する。インペラ７０の翼面を円柱状の回転工具の側面で切削加工する際、インペラ７０の中心軸（Ｚ軸７４）を含むＺ軸投影平面７５に、翼面を構成する直線素７１を投影した場合に、その翼面を構成する直線素のＺ投影線７２とインペラ７０の中心軸（Ｚ軸７４）の垂線とのなす角θだけ、ワーク回転中心軸を水平面９０の位置から傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、翼面を構成する直線素７１に回転工具（工具３０ａ）の側線を合わせるように移動させ、図４に示される円柱状の回転工具（工具３０ａ）の側面で加工する。
【００３２】
＜実施形態２＞（請求項２、請求項５に対応）
図１１は実施形態２において円柱の面を有する工具の中心軸のＺ投影線を説明する図である。インペラ７０は、図６〜図９に示されるのと同様に、翼面を構成する直線素７１が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有する。インペラ７０の中心軸であるＺ軸７４上に原点７９を定め、原点７９を通り前記Ｚ軸７４と直交する平面をＸＹ平面７７とする。そして、ＸＹ平面７７上にＸ軸７８を定め、前記直線素を前記ＸＹ平面７７に投影した時の投影線をＸＹ投影線７６とする。
【００３３】
ＸＹ投影線７６とＸ軸７８とのなす角度を直線素の捩じれ角αとする。Ｚ軸７４を含み、どの直線素のＸＹ投影線７６とも直角でない平面をＺ軸投影平面７５とする。翼面を構成する直線素７１を前記Ｚ軸投影平面７５に投影した時の投影線をＺ投影線７２とする。Ｚ投影線７２を延長した線と前記Ｚ軸７４との交点８０の原点７９からの距離を、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１とする。
【００３４】
インペラ７０は、前記翼面を構成する直線素７１の前記Ｚ軸距離と前記直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素７１に工具３０ａの円柱の一側線を一致させた時、工具３０ａである円柱の中心軸６を、Ｚ軸投影平面７５に投影した場合に、円柱の中心軸のＺ投影線８５とインペラ中心軸であるＺ軸７４との交差する角度が直角ではなく、円柱の中心軸のＺ投影線８５が互いに平行になる直線素からなる面で構成されている。
【００３５】
図１２は実施形態２のインペラの加工方法を説明する図である。  
インペラ７０を直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、インペラ７０の翼面を円柱状の回転工具（工具３０ａ、図４参照）の側面で切削加工する際、インペラ７０の翼面を構成する直線素７１に、工具３０ａの円柱の一側線（円柱の側線７）を一致させた時、円柱の中心軸６を、インペラ７０の中心軸を含むＺ軸投影平面７５に投影した場合に、円柱の中心軸のＺ投影線８５とインペラ７０の中心軸の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を水平面９０の位置から傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、翼面を構成する直線素７１（図６参照）に回転工具（工具３０ａ）の側線を合わせるように移動させ、円柱状の回転工具の側面で加工する。
【００３６】
＜実施形態３＞（請求項３、請求項６に対応）
図１３は実施形態３において円錐状の形状を有する工具の中心軸のＺ投影線を説明する図である。インペラ７０は、図６〜図９に示されるのと同様に、翼面を構成する直線素７１が互いに平行ではなく、捩じれの位置にある直線素からなる面で構成された翼を有する。インペラ７０の中心軸であるＺ軸７４上に原点７９を定める。原点７９を通りＺ軸７４と直交する平面をＸＹ平面７７とし、ＸＹ平面７７上にＸ軸を定め、翼面を構成する直線素をＸＹ平面に投影した時の投影線を、翼面を構成する直線素のＸＹ投影線７６とし、翼面を構成する直線素のＸＹ投影線７６とＸ軸７８とのなす角度を直線素の捩じれ角αとし、Ｚ軸を含み、どの直線素のＸＹ投影線とも直角でない平面をＺ軸投影平面７５とする。
【００３７】
翼面を構成する直線素７１をＺ軸投影平面７５に投影した時の投影線を、翼面を構成する直線素のＺ投影線７２とし、翼面を構成する直線素のＺ投影線７２を延長した線とＺ軸７４との交点８０の原点７９からの距離を直線素のＺ軸距離８１とし、翼面を構成する直線素７１のＺ軸距離８１と直線素の捩じれ角αの関係が曲線で、かつ、翼面を構成する直線素７１に円錐面の一側線（円錐面の側線１０、図５）を一致させた時、円錐面の中心軸９を、Ｚ軸投影平面７５に投影した場合に、円錐面の中心軸のＺ投影線８７とインペラ中心軸９との交差する角度が直角ではなく、円錐面の中心軸のＺ投影線８７が互いに平行になる直線素からなる面で構成されている。
【００３８】
図１４は実施形態３のインペラの加工方法を説明する図である。インペラを直線軸３軸と回転軸１を有する４軸の工作機械で加工するインペラの加工方法において、インペラ７０の翼面を円錐面状の回転工具（３０ｂ、図５）の側面で切削加工する際、インペラ７０の翼面を構成する直線素７１に、円錐面の一側線（円錐面の側線１０、図５）を一致させた時、円錐面の中心軸９を、インペラ７０の中心軸を含むＺ軸投影平面７５に投影した場合に、翼面を構成する直線素のＸＹ投影線７６とインペラ７０の中心軸（Ｚ軸７４）の垂線とのなす角θだけワーク回転中心軸を水平面９０の位置から傾斜させた位置に固定した状態で、ワークを回転させて制御し、翼面を構成する直線素７１に回転工具（３０ｂ）の側線を合わせるように移動させ、円錐面状の回転工具側面で加工する。
【符号の説明】
【００３９】
１  インペラ
２  直線素
３  直線素からなる面
４  ワーク
５  円柱の面
６  円柱の中心軸
７  円柱の側線
８  円錐面
９  円錐面の中心軸
１０  円錐面の側線
２０  回転テーブル
２２  円盤
２４  ボルト
２６  アダプタ
２８  回転軸中心
３０  工具
３２  主軸頭
３４  傾斜台
３６  載置台
４０  数値制御装置
４１  ＣＰＵ
４２  メモリ
４３  インタフェース
４４  ＰＭＣ
４６  インタフェース
４７  インタフェース
４８，５０，５２，５４  軸制御回路
４９，５１，５３，５５  サーボアンプ
５８  バス
５９  表示器／ＭＤＩユニット
６０  操作盤
６１，６２，６３，６４  サーボモータ
６５  主軸モータ
７０  インペラ
７１  翼面を構成する直線素
７２  翼面を構成する直線素のＺ投影線
７３  Ｚ投影線が平行
７４  Ｚ軸
７５  Ｚ軸投影平面
７６  翼面を構成する直線素のＸＹ投影線
７７  ＸＹ平面
７８  Ｘ軸
７９  原点
８０  交点
８１  Ｚ軸距離
８２  曲線
８３  Ｚ投影線が平行
８４  翼面を構成する直線素に円柱の一側線を沿わせた状態
８５  円柱の中心軸のＺ投影線
８６  翼面を構成する直線素に円錐面の一側線を沿わせた状態
８７  円錐面の中心軸のＺ投影線
８８  Ｚ投影線が平行
９０  水平面
【図３】
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【図１５】
2015017566.tif 000004
【図１】
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【図２】
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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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【図１２】
2015017566.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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