(57)【要約】【課題】遠心力による応力低減を図り、更なる高速回転が可能になるとともに、信頼性を向上可能なインペラ、回転機械、および、インペラの組立方法を提供する。【解決手段】軸線Ｏ方向の一端側が他端側よりも径方向外側に向かって延びるディスク部３０と、該ディスク部３０の他端側を向く面３２ａに、周方向に間隔をあけて設けられるブレード部４０と、他端側から複数のブレード部４０を覆うように複数のブレード部４０に取り付けられるカバー部５０と、を備え、カバー部５０の少なくとも一部が、ディスク部３０及びブレード部４０を形成する母材よりも比強度の高い合金から形成され、母材と母材よりも比強度の高い合金とが、拡散接合によって互いに接合されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向の一端側が他端側よりも径方向外側に向かって延びるディスク部と、
該ディスク部の前記他端側を向く面に、周方向に間隔をあけて設けられる複数のブレード部と、
前記他端側から前記複数のブレード部を覆うように前記複数のブレード部に取り付けられるカバー部と、を備え、
前記カバー部の少なくとも一部が、前記ディスク部及び前記ブレード部を形成する母材よりも比強度の高い合金から形成され、
前記母材と前記母材よりも比強度の高い合金とが、拡散接合によって互いに接合されていることを特徴とするインペラ。
【請求項２】
前記ディスク部は、前記一端側で、且つ径方向中心側の一部が、前記比強度の高い合金から形成されている請求項１に記載のインペラ。
【請求項３】
前記カバー部の全てが、前記母材よりも比強度の高い合金から形成される請求項１又は２に記載のインペラ。
【請求項４】
前記カバー部の前記ディスク部と対向する面は、前記母材と前記比強度の高い合金とが接合される界面と、ブレード部の延びる方向で異なる位置に配される請求項１から３の何れか一項に記載のインペラ。
【請求項５】
前記カバー部は、前記ブレード部に接合される本体部と、本体部の前記他端側を向く面に接合されている外側部とを備え、前記外側部が前記比強度の高い合金から形成されている請求項１又は２に記載のインペラ。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載のインペラを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項７】
請求項１から３の何れか一項に記載のインペラの組立方法であって、
前記ディスク部と前記カバー部とを中間加工状態にする中間加工工程と、
中間加工状態の前記ディスク部と中間加工状態の前記カバー部とを拡散接合により接合する接合工程と、
前記ブレード部と前記カバー部を仕上げ加工する仕上げ工程と、を備えるインペラの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インペラ、回転機械、および、インペラの組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント等にあっては，プロセス機器として，遠心圧縮器を備えている。遠心圧縮機は、回転軸に固定されたディスク部に複数のブレードが設けられたインペラを有しており、これら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】
例えば、水素などの軽い流体を圧縮する場合や、より高い過給圧を得る場合などには、上記遠心圧縮機のインペラを高速回転させる必要がある。インペラを高速回転させると、遠心力が大きくなり、この遠心力によってインペラのカバーやブレードなどにかかる応力が増大する。特に大型の遠心圧縮機などの場合、遠心力によりインペラにかかる応力が、標準形状のインペラ強度や設計基準を満足しきれなくなる場合があり、遠心力を下げる必要があった。この遠心力を下げるためには、インペラの形状やインペラの周速に制約を設ける必要が生じる。インペラの周速は、例えばωの２乗に比例して下げ、形状は、例えば応力が大きい部分の板厚を上げることとなる。ここで、標準形状のインペラとは、所定の性能を満たす実績のあるインペラの形状であり、通常は、この標準形状を拡大・縮小することで様々な大きさのインペラ形状を得ている。
【０００４】
引用文献１には、優れたロータ速度および優れたロータ直径を得るために、機械的強度が増大し且つ重量が低減されるように、複合材料を用いたインペラが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５２６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記引用文献１に記載の複合材料は、インペラのカバーに対して、高い接着特性を有する接着剤又はポリマー樹脂により取り付けられている。しかしながら、上記インペラは、高速回転されると高温になるため、複合材料、上記複合材料をカバーに取り付けるための接着剤やポリマー樹脂も高温となり、複合材料、接着剤やポリマー樹脂の劣化が懸念される。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、遠心力による応力低減を図り、更なる高速回転が可能になるとともに、信頼性を向上可能なインペラ、回転機械、および、インペラの組立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】
【０００７】
上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係るインペラは、軸線方向の一端側が他端側よりも径方向外側に向かって延びるディスク部と、該ディスク部の前記他端側を向く面に、周方向に間隔をあけて設けられる複数のブレード部と、前記他端側から前記複数のブレード部を覆うように前記複数のブレード部に取り付けられるカバー部と、を備え、前記カバー部の少なくとも一部が、前記ディスク部及び前記ブレード部を形成する母材よりも比強度の高い合金から形成され、前記母材と前記母材よりも比強度の高い合金とが、拡散接合によって互いに接合されている。
このようにカバー部の少なくとも一部が母材よりも比強度の高い合金により形成されることで、カバー部の全てを母材と同じ材料で形成する場合と比較して、同じ強度を保ちつつ、カバー部を軽量化して低慣性化を図ることができる。また、母材と母材よりも比強度の高い合金とが、拡散接合によって接合されることによって、例えば、接着剤で接合する場合のように温度上昇によって劣化することを防止できる。また、アーク溶接などによりカバー部及びブレード部溶融させて接合する場合と比較して、接合部分に脆弱な部分が形成されることを抑制できる。
【０００８】
さらに、この発明に係るインペラは、上記インペラにおいて、前記ディスク部は、前記一端側で、且つ径方向中心側の一部が、前記比強度の高い合金から形成されていてもよい。
このように構成することで、一般的に、ディスク部のうち相対的に強度を必要としない一端側で、かつ径方向中心側の一部を比強度の高い合金に置き換えて軽量化することができる。また、一般に、カバー部の板厚と比較してディスク部の板厚は厚いため、カバー部にのみ比強度の高い合金を用いる場合よりも大幅に軽量化することができる。
【０００９】
さらに、この発明に係るインペラは、上記インペラにおいて、前記カバー部の全てが、前記母材よりも比強度の高い合金から形成されていてもよい。
このように構成することで、カバー部の更なる軽量化を図ることができる。
【００１０】
さらに、この発明に係るインペラは、上記インペラにおいて、前記カバー部の前記ディスク部と対向する面は、前記母材と前記比強度の高い合金とが接合される界面と、ブレード部の延びる方向で異なる位置に配されてもよい。
このように構成することで、遠心力により応力が集中するブレード部とカバー部との境界部から母材と比強度の高い合金とが接合される界面を離間させることができるため、母材と比強度の高い合金とが接合される界面に遠心力による応力が集中することを防止できる。したがって、比強度の高い合金と母材との接合の信頼性を向上することができる。
【００１１】
さらに、この発明に係るインペラは、上記インペラにおいて、前記カバー部は、前記ブレード部に接合される本体部と、本体部の前記他端側を向く面に接合されている外側部とを備え、前記外側部が前記比強度の高い合金から形成されている
このように構成することで、比強度の高い合金と、母材とが接合される界面の面積をより広くすることができる。その結果、比強度の高い合金と母材との接合の信頼性を更に向上することができる。
【００１２】
さらに、この発明に係る回転機械は、上記インペラを備えている。
このように構成することで、標準形状のインペラを低慣性化することができるため軸振動などを抑制しつつ高速回転が可能となる。
【００１３】
さらに、この発明に係るインペラの組立方法は、上記何れか一つに記載のインペラの組立方法であって、前記ディスク部と前記カバー部とを中間加工状態にする中間加工工程と、中間加工状態の前記ディスク部と中間加工状態の前記カバー部とを拡散接合により接合する接合工程と、前記ブレード部と前記カバー部を仕上げ加工する仕上げ工程と、を備えている。
このようにすることで、ブレード部とカバー部とを中間加工状態すなわち剛性がより高い状態で接合できるため、拡散接合時にかかる圧縮荷重によるブレード部、および、カバー部の変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記インペラ、回転機械、および、インペラの組立方法によれば、遠心力による応力低減を図り、更なる高速回転が可能になるとともに、信頼性を向上可能できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第一実施形態における遠心圧縮機の概略構成図である。
【図２】上記第一実施形態における遠心圧縮機のインペラを示す斜視図である。
【図３】上記第一実施形態におけるインペラの軸線に沿う断面図である。
【図４】上記第一実施形態における母材を形成する金属とカバー部を形成する金属との各比強度を示すグラフである。
【図５】上記第一実施形態におけるインペラの組立方法を説明する図であって、（ａ）は中間加工工程、（ｂ）は接合工程、（ｃ）は仕上げ工程を示している。
【図６】この発明の第二実施形態における図３に相当する断面図である。
【図７】この発明の第三実施形態における図３に相当する断面図である。
【図８】この発明の第三実施形態の変形例における図３に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の第一実施形態に係るインペラ、回転機械、および、インペラの組立方法について説明する。
図１は、この実施形態における回転機械である遠心圧縮機１００の概略構成を示している。
図１に示すように、この実施形態における遠心圧縮機１００のケーシング１０１には、ジャーナル軸受１０２およびスラスト軸受１０３を介して回転軸５が軸支されている。回転軸５は、軸線Ｏ回りに回動可能とされている。この回転軸５には、軸線Ｏ方向に複数のインペラ１０が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１０１に形成された上流側の流路１０４から供給されるガスＧを下流側の流路１０４へと段階的に圧縮して流す。
【００１７】
ケーシング１０１には、回転軸５の軸線Ｏ方向の前方側（図１における左側；一端側）に、外部からガスＧを流入させるための吸込口１０５が形成されている。また、ケーシング１０１には、軸線Ｏ方向の後方側（図１における右側；他端側）に、外部へガスＧを流出させるための排出口１０６が形成されている。なお、以下の説明においては、紙面左側を「前方側」、紙面右側を「後方側」と称する。
【００１８】
上記遠心圧縮機１００によれば、回転軸５が回転すると、吸込口１０５からガスＧが流路１０４に流入して、このガスＧがインペラ１０によって段階的に圧縮されて排出口１０６から排出される。上記図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、遠心圧縮機１００には、回転軸５に対して少なくとも１個のインペラ１０が設けられていればよい。なお、以下の説明では、説明を簡単化するため、回転軸５にインペラ１０が１個設けられている場合を一例にして説明する。
【００１９】
図２、図３に示すように、上記インペラ１０は、ディスク部３０と、ブレード部４０と、カバー部５０とを備えた、いわゆる標準形状のクローズ型インペラである。
図３に示すように、ディスク部３０は、筒部３１とディスク本体部３２とを備えている。筒部３１は、回転軸５に対して嵌め合いにより固定される略円筒状に形成されている。ディスク本体部３２は、ディスク部３０の軸線Ｏ方向の後方側に配され、筒部３１よりも径方向外側に向かって延びる略円盤状に形成されている。ディスク本体部３２の前方側を向く前側面３２ａは、筒部３１の外周面３１ａと連続して形成されている。ディスク本体部３２は、後方側に向かって漸次拡径するように形成され、これにより、ディスク部３０には、筒部３１の外周面３１ａとディスク本体部３２の前側面３２ａとに渡る凹状の曲面３３が形成されている。
【００２０】
ブレード部４０は、上記ディスク部３０の前側面３２ａから軸線Ｏ方向の前方側に向かって突出するように形成されている。ブレード部４０は、略一定の板厚を有し、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。また、ブレード部４０は、ディスク本体部３２の周方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。
【００２１】
カバー部５０は、複数のブレード部４０を軸線Ｏ方向の前方側から覆うように取り付けられている。また、カバー部５０は、上述した凹状の曲面３３と同方向に湾曲形成され、ディスク本体部３２よりも薄い板状とされている。さらに、カバー部５０は、その径方向の中央側に孔５１を備え、軸線Ｏ方向から見て円環状に形成されている。孔５１は、その内周縁５１ａと筒部３１の外周面３１ａとの間にガスＧの入口が形成されるように、筒部３１よりも十分に大径に形成されている。
【００２２】
つまり、インペラ１０においては、上述した流路１０４が、筒部３１の外周面３１ａと、ディスク本体部３２の前側面３２ａと、外周面３１ａおよび前側面３２ａを繋ぐ曲面３３と、周方向に互いに対向するブレード部４０の側面４０ａと、外周面３１ａ、前側面３２ａおよび曲面３３に対向するカバー部５０の内側面５０ａとにより形成される。そして、図２に示すように、カバー部５０の孔５１側から流入したガスＧは、径方向外側のカバー部５０とディスク部３０との間から流出する。
【００２３】
上述したディスク部３０とブレード部４０とには、その母材として、鉄を主成分にしたニッケルクロムモリブデン鋼などの低合金鋼やステンレス鋼などが用いられている。
【００２４】
一方で、カバー部５０には、ディスク部３０及びブレード部４０を形成する母材よりも比強度の高い合金が用いられている。ここで、母材よりも比強度の高い合金としては、いわゆる高強度チタニウム合金、高強度マグネシウム合金、および、高強度アルミニウム合金などを用いることができる。特に、インペラ１０の回転時にどれだけ強度的に有利かを示す体格強度の点で、高強度チタニウム合金、および、高強度アルミニウム合金が好適である。母材よりも比強度の高い合金についてより具体的に説明すると、図４に示すように、高強度チタニウム合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏなどを用いることができ、マグネシウム合金としては、高強度マグネシウム合金（Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙ）などを用いることができる。さらに、アルミニウム合金としては、アルミリチウム合金であるＡ２０９９−Ｔ８３などを用いることができる。ここで、図４においては、母材として用いる鋼材の比強度としてＳＮＣＭ４３１、ＳＵＳ６３０の比強度の一例を示している。なお、図示を省略するが、母材よりも比強度の高い合金は、いずれも、母材よりも比重が小さくなっている。また、高強度チタニウム合金については、母材よりもヤング率が十分に高くなっている（例えば、１１３ＧＰａ程度）。
【００２５】
上述したように、ブレード部４０とカバー部５０とは異種金属で形成されており、これらブレード部４０とカバー部５０とがそれぞれ接合されている。これらブレード部４０とカバー部５０とは、拡散接合を用いて接合されている。拡散接合としては、固相拡散接合、液相拡散接合、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を用いることができる。チタニウム合金を母材に対して液相拡散接合する場合、より接合荷重を抑制するために、チタニウム合金に合金（Ｃｕ，Ｎｉなど）を添加したインサート金属を用いても良い。一方で、拡散接合を用いずに、溶接によりブレード部４０とカバー部５０とを接合した場合、溶融した異種金属どうしが混ざり合うことによる脆弱部が形成されてしまう可能性がある。
【００２６】
次に、上述したインペラの組立方法について図説明する。
まず、母材を中間加工状態とする（中間加工工程）。ここで、中間加工状態とは、母材を大まかな形状に加工して、仕上げ加工後の最終的な形状よりも、全体的な寸法が一回り大きな加工状態である。母材を中間加工状態にする加工法としては、切削加工、放電加工など、種々の加工法を用いることができる。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、上記中間加工工程においては、母材を加工することで、ブレード部４０とディスク部３０とを一体的に中間加工状態にする。また、カバー部５０を、ブレード部４０とは個別に中間加工状態にする。
【００２８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、中間加工状態のブレード部４０と、カバー部５０とを接合する（接合工程）。より具体的には、中間加工状態のブレード部４０の端面４０ｂに、中間加工状態のカバー部５０の内側面５０ｃを押し当てて、拡散接合により接合する。なお、図５（ｂ）中、破線は、仕上げ加工後のブレード部４０ならびにカバー部５０のアウトラインを示している。
【００２９】
さらに、図５（ｃ）に示すように、ブレード部４０およびカバー部５０の仕上げ加工を行う（仕上げ工程）。ここで、仕上げ加工は、放電加工、切削加工などの加工法を用いることができる。この仕上げ加工によって、ブレード部４０及びカバー部５０が、上述したアウトラインに沿って成形される。この仕上げ加工の際、ディスク部３０の前側面３２ａと対向するカバー部５０の内側面５０ａが、中間加工状態の内側面５０ｃよりもカバー部５０の内側に配され、母材と比強度の高い合金とが接合される界面６０と、内側面５０ａとが、ブレード部４０が延びる方向で異なる位置に配されることとなる。
【００３０】
したがって、上述した実施形態におけるインペラ１０によれば、カバー部５０が母材よりも比強度の高い合金により形成されることで、カバー部５０を母材と同じ材料で形成する場合と比較して、同じ強度を保ちつつ、カバー部５０を軽量化して低慣性化を図ることができる。また、母材と母材よりも比強度の高い合金とが、拡散接合によって接合されることによって、例えば、接着剤で接合する場合のように温度上昇によって劣化することを防止できる。また、摩擦圧接などによりカバー部５０及びブレード部４０を溶融させて接合する場合と比較して、接合部分に脆弱な部分が形成されることを抑制できる。
その結果、遠心力による応力低減を図り、更なる高速回転が可能になるとともに、母材と母材よりも比強度の高い合金との接合部分の信頼性を向上することができる。
【００３１】
さらに、カバー部５０の全てを母材よりも比強度の高い合金により形成することで、カバー部５０を部分的に比強度の高い合金により形成する場合と比較して、更なる軽量化を図ることができる。また、インペラ１０のうち、径方向外側に配され遠心力による影響が大きいカバー部５０を軽量化することができる。その結果、インペラ１０の更なる低慣性化を図ることが可能となる。
【００３２】
また、遠心力により応力が集中するブレード部４０とカバー部５０との境界部すなわちコーナー部Ｃ（図５（ｃ）参照）からカバー部５０とブレード部４０とが接合される界面６０が、ブレード部４０の延びる方向で異なる位置に配されるため、母材と比強度の高い合金とが接合される界面６０に遠心力による応力が集中することを防止できる。したがって、比強度の高い合金と母材との接合の信頼性を向上することができる。
【００３３】
そして、上述した遠心圧縮機１００によれば、標準形状のインペラ１０を低慣性化することができるため、軸振動などを抑制して高速回転が可能となるため、同一規模の大型のインペラを用いた場合よりも性能向上を図ることができる。
【００３４】
また、上述した実施形態におけるインペラ１０の組立方法によれば、ブレード部４０とカバー部５０とを中間加工状態すなわち剛性がより高い状態で接合できるため、拡散接合時にかかる圧縮荷重によるブレード部４０、および、カバー部５０の変形を防止することができる。
【００３５】
次に、この発明の第二実施形態に係るインペラについて説明する。なお、この第二実施形態におけるインペラ２１０は、上述した第一実施形態のインペラ１０とディスク部３０の構成が異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに重複する説明を省略する。
図６に示すように、この実施形態におけるインペラ２１０は、第一実施形態のインペラ１０と同様に、ディスク部２３０と、ブレード部４０と、カバー部５０とを備えた、いわゆる標準形状のクローズ型インペラである。ブレード部４０およびカバー部５０は、上述したインペラ１０のブレード部４０及びカバー部５０と同じ構成であり、詳細説明を省略する。
【００３６】
ディスク部２３０は、軸線Ｏ方向の後方側で、且つ、その径方向中心側の一部が、比強度の高い合金により形成される質量軽減部７０を備えている。より詳しくは、質量軽減部７０には、ディスク部２３０の背面側の中心付近に形成されたリング状の凹部７１が形成されている。このリング状の凹部７１は、その深さが、径方向外側ほど浅く、径方向内側ほど深くなるように形成されている。そして、このリング状の凹部７１内に、ニッケルクロムモリブデン鋼やステンレス合金など、ディスク部２３０の母材よりも比強度の高い合金が配されている。比強度の高い合金は、リング状の凹部７１の深さに応じて形成され、その軸線Ｏ方向の厚さが、ディスク部２３０の径方向内側ほど厚く形成され、ディスク部２３０の径方向外側ほど薄く形成されている。これによりディスク部２３０の外形、とりわけ後方側の形状は、標準形状のインペラ（図示せず）のディスク部３０と同じ形状とされている。
【００３７】
質量軽減部７０で用いられる比強度の高い合金は、カバー部５０に用いられる比強度の高い合金と同様に、高強度チタニウム合金、高強度マグネシウム合金、および、高強度アルミニウム合金などを用いることができる。特に、インペラ１０の回転時にどれだけ強度的に有利かを示す体格強度の点で、高強度チタニウム合金、および、高強度アルミニウム合金が好適である。
【００３８】
質量軽減部７０において、比強度の高い合金は、母材に対して拡散接合により接合されている。この拡散接合としては、カバー部５０とブレード部４０との接合と同様に、固相拡散接合、液相拡散接合、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を用いることができる。チタニウム合金を母材に対して液相拡散接合する場合、より接合荷重を抑制するために、チタニウム合金に合金（Ｃｕ，Ｎｉなど）を添加したインサート金属を用いても良い。質量軽減部７０の比強度の高い合金をディスク部２３０の母材に対して接合するタイミングは、上述した第一実施形態の中間加工工程から仕上げ工程のいずれのタイミングであっても良い。すなわち、事前にディスク部２３０の母材に接合しておき、その後ブレード部４０にカバー部５０を接合しても良く、また反対に、ブレード部４０にカバー部５０を接合した後にディスク部３０の質量軽減部７０において母材に比強度の高い合金を接合するようにしても良い。
【００３９】
したがって、上述した第二実施形態のインペラ２１０によれば、一般的に、ディスク部２３０のうち相対的に強度を必要としない後方側、かつ、径方向中心側の一部を、比強度の高い合金に置き換えて軽量化することができる。また、一般に、カバー部５０の板厚と比較してディスク部２３０の板厚は厚いため、カバー部５０にのみ比強度の高い合金を用いる場合よりも大幅な軽量化を図ることが可能になる。
【００４０】
次に、この発明の第三実施形態に係るインペラについて説明する。なお、上述した第一実施形態においては、カバー部５０の全体を比強度の高い合金で形成していたが、この第三実施形態におけるインペラは、カバー部の一部が比強度の高い合金で形成されている点が異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに重複する説明を省略する。
【００４１】
図７に示すように、この実施形態におけるインペラ３１０は、第一実施形態のインペラ１０と同様に、ディスク部３０と、ブレード部４０と、カバー部３５０とを備えた、いわゆる標準形状のクローズ型インペラである。ディスク部３０およびブレード部４０は、上述したインペラ１０のディスク部３０およびブレード部４０と同じ構成であり、詳細説明を省略する。
【００４２】
この実施形態のカバー部３５０は、その一部がディスク部３０及びブレード部４０の母材よりも比強度の高い合金から形成されている。より詳しくは、カバー部３５０は、本体部５２と、外側部５３とにより構成されている。
【００４３】
本体部５２は、ディスク部３０側に配されている。本体部５２は、上述した母材により形成され、ブレード部４０に接合されている。本体部５２とブレード部４０との接合法は、同種金属どうしの接合であるため、一般的な溶接など、種々の接合方法を選択できる。つまり、本体部５２は、ディスク部３０側の内側面５０ａを有し、インペラ３１０内部の流路１０４を形成する。
【００４４】
一方で、外側部５３は、本体部５２の上記内側面５０ａとは反対側すなわち前方側を向く外側面５０ｄに取り付けられている。この外側部５３は、母材よりも比強度の高い合金により形成されている。母材よりも比強度の高い合金は、第一実施形態と同様に、母材であるニッケルクロムモリブデン鋼やステンレス合金などよりも比強度の高い、高強度チタニウム合金、高強度マグネシウム合金、および、高強度アルミニウム合金などが用いられている。
【００４５】
さらに、外側部５３は、インペラ３１０の径方向における内側、すなわちガスＧの入口側ほど肉厚に形成されている。これは、入口側において遠心力により作用する応力が低く、また、カバー部３５０の板厚が入口側ほど厚いためである。このように入口側において外側部５３の肉厚を厚く形成したとしても、作用する応力が低いため、母材との接合強度の観点からも問題が生じない。つまり、外側部５３の肉厚を厚くした分だけ、本体部５２の肉厚を薄くして、更なる軽量化を図ることができる。
【００４６】
母材により形成される本体部５２と、比強度の高い合金により形成される外側部５３は、拡散接合により接合されている。拡散接合としては、第一実施形態と同様に、固相拡散接合、液相拡散接合、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を用いることができる。また、チタニウム合金を母材に対して液相拡散接合する場合、より接合荷重を抑制するために、チタニウム合金に合金（Ｃｕ，Ｎｉなど）を添加したインサート金属を用いても良い。
【００４７】
したがって、上述した第三実施形態のインペラ３１０によれば、カバー部３５０が本体部５２と外側部５３とを備え、母材により形成される本体部５２と、比強度の高い合金により形成される外側部５３とを接合する構成とすることで、比強度の高い合金と、母材とが接合される界面の面積をより広くすることができる。その結果、比強度の高い合金と母材との接合の信頼性を更に向上することができる。
また、本体部５２とブレード部４０とを接合する際に母材どうしを接合することとなるため、容易に信頼性の高い接合を行うことが可能になる。
【００４８】
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００４９】
例えば、上述した第二実施形態においては、質量軽減部７０がディスク部２３０の径方向における中心付近にのみ配される場合について説明したが、この配置に限られるものではない。例えば、中心付近から径方向外側の外周縁にまで延びるように形成しても良く、また、質量軽減部７０を径方向に断続的に配するようにしても良い。さらに、質量軽減部７０における軸線Ｏ方向における比強度の高い合金の厚さも上記厚さに限られない。例えば、インペラ２１０の径方向で厚さを一定としても良く、径方向外側ほど厚く形成するようにしても良い。
【００５０】
また、上述した第三実施形態の変形例として図８に示すインペラ４１０のように、本体部５２と外側部５３とを備えるカバー部３５０を備えるインペラに対して、第二実施形態で説明したディスク部２３０を適用しても良い。つまり、ディスク部２３０に対して質量軽減部７０を設けるようにしても良い。
【００５１】
さらに、上述した各実施形態においては、回転機械として遠心圧縮機１００を一例に説明したが、遠心圧縮機１００に限られるものではない。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もこの発明のインペラを適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
５  回転軸
１０  インペラ
３０  ディスク部
３１  筒部
３１ａ  外周面
３２  ディスク本体部
３２ａ  前側面
３３  曲面
４０  ブレード部
４０ａ  側面
５０  カバー部
５０ａ  内側面
５０ｃ  中間加工状態の内側面
５０ｄ  外側面
５１  孔
５１ａ  内周縁
５２  本体部
５３  外側部
６０  界面
７０  質量軽減部
７１  凹部
１００  遠心圧縮機
１０１  ケーシング
１０２  ジャーナル軸受
１０３  スラスト軸受
１０４  流路
１０５  吸込口
１０６  排出口
２１０  インペラ
２３０  ディスク部
３１０  インペラ
３５０  カバー部
Ｇ  ガス
【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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