(57)【要約】【課題】溶湯が鋳型空間部内で冷却・凝固する際、引け欠陥の発生を防止するとともに、溶接組立作業が容易なフランシス型ランナおよびその製造方法を提供する。【解決手段】バンド２と複数枚の羽根３とを一体に鋳造した鋳造品５と、この鋳造品とは別に鋳造したクラウン４とを、クラウン４の流水面側で溶接して組み立てて一体化したことを特徴とする。【選択図】図１
2005171772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドと複数枚の羽根とを一体に鋳造した鋳造品と、この鋳造品とは別に鋳造したクラウンとを、クラウンの流水面側で溶接して組み立てて一体化したことを特徴とするフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナ。
【請求項２】
バンドと複数枚の羽根とを一体鋳造品として鋳造する工程と、
クラウンを鋳造する工程と、
前記一体鋳造品とクラウンとをクラウンの流水面側で溶接組立する工程と
からなるフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車の製造方法。
【請求項３】
バンドと、当該バンドに一端が配置される複数枚の羽根と、前記複数枚の羽根の他端に接するように配置された押さえリングとを一体鋳造品として鋳造する工程と、
クラウンを鋳造する工程と、
前記一体鋳造品の押さえリングを機械加工により切除する工程と、
前記押さえリングを切除された前記一体鋳造品と前記クラウンとを当該クラウンの流水面側で溶接組立する工程と
からなるフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳造によるフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナ（以下、フランシス型ランナという）を製造する方法として、フランシス型ランナを構成するクラウン、羽根およびバンドの各構成部位を一体型鋳造品として製造する方法（第１の製造方法）、またはクラウン、バンドおよび羽根の各構成部位を個々に製作し、それら構成部位を溶接して組み立てる製造方法（第２の製造方法）、あるいは特許文献１に記載の内容のように、水車ランナのクラウンおよびバンド面に一枚おきに羽根を取り付けた２種類の分割材を鋳造し、翼面をＮＣ工作機械により加工した後、羽根とクラウン、バンドと羽根とをそれぞれ溶接して組み立てることにより一体化する製造方法（第３の製造方法）等が知られている。
【特許文献１】特開平5-280460号公報（第２−３頁、図１、２、４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したフランシス型ランナの製造方法において、図３のようにフランシス型ランナ１を一体型鋳造品として製造する第１の製造方法の場合、溶湯はその鋳造過程で矢印のように湯溜り１１から湯口１２、湯道１３を経て複数の堰１４から鋳型空間部に鋳込まれる。すなわち溶湯は鋳型空間部のバンド２に入り、このバンド２から羽根３そしてクラウン４という経路で押し湯１５ａおよび１５ｂに到達するか、あるいはこの逆の経路で押し湯１５ａおよび１５ｂに到達するように鋳込まれる。なお、１５ａが最終押し湯である。
【０００４】
最終押し湯１５ａに至る経路の途中に盲押し湯１６を設けて引け欠陥の防止を行うようにしているが、クラウン４、羽根３およびバンド２の各部位はそれぞれの質量や肉厚が異なるため、鋳造工程において溶湯が鋳型空間部内で凝固・冷却する際の凝固速度あるいは冷却速度はそれらの各部位において大幅に異なり、これらの各部位における凝固速度、冷却速度の違いは、凝固および冷却による変形量の違いとなって現れ、凝固速度、冷却速度の違いが顕著であった場合には、鋳造品に割れを発生させる原因にもなっていた。
【０００５】
また、鋳型はバンド２および羽根３の空間部以外の部分には鋳物砂などで製作された中子（図示せず）を設置するため、この中子がバンド２や羽根３の収縮を拘束することとなって、バンド２および羽根３のランナの中心に向かう収縮率が小さくなる。一方クラウン４については、冷却時の径方向の拘束がバンド２および羽根３に比べて小さいため、ランナ１の中心に向かう収縮率が大きくなる。
【０００６】
そのため従来、一体型鋳造品の製造工程中の一工程となる木型製作に際しては鋳造品の凝固、冷却時の収縮を勘案し、ランナ１のバンド２、羽根３、クラウン４の各部位に異なった伸び尺を用いるなど、特別の対策を講じなければならないケースが生じていた。
【０００７】
また、一体型鋳造品ランナを製造する場合は、クラウン４の質量が他の部位に比べて大きいためこれを製造する際の鋳造方法としては図３に示したように、必然的にクラウン４が上方となり、このクラウン４の上に押し湯１５を配置する鋳型構造とせざるを得なく、このためクラウン４に次いで質量の大きいバンド２の横に盲押し湯１６を配置するようにしていた。
【０００８】
この製造方法の場合、水車ランナ１の羽根３とクラウン４、あるいは羽根３とバンド２とのそれぞれの接続部分に対して、接続部分の溶湯が冷却・凝固する際に押し湯１５から溶湯を補給することが困難になり、接続部分に引け欠陥が発生する原因になっていた。
【０００９】
この引け欠陥の発生を阻止もしくは減少させるために、バンド２と羽根３との接続部分近傍の中子に冷し金（図示せず）を配置したり、リブ（図示せず）を付与するなどの対策を採ることが一般に行われていた。
【００１０】
しかしながら、これらの対策を施したとしても引け欠陥を完全になくすことはできず、また接続部分の中子に冷し金を配置したことによって冷し金を配置しない他の部分に新たな欠陥が発生する原因にもなっていた。
【００１１】
一方、図示していない第２の製造方法、すなわち水車ランナの各部品をそれぞれ単品として製作し溶接組立により製造する方法の場合、フランシス型ランナの羽根のバンドおよびクラウンとの接続には、全て開先を設け全線に亘って溶接固定する必要があり、羽根相互間が狭い場合には溶接や溶接の仕上げ、非破壊検査などの作業が困難となることから、品質上の観点から製造困難となることもあった。  
また、この製造方法の場合にはクラウン、バンドおよび羽根の各々の位置決め作業が複雑になり、かつ溶接量が多いため溶接による変形等を特別に考慮し製造する必要があった。
【００１２】
さらにまた、第３の製造方法すなわち特開平5-280460号公報に記載の製造方法の場合は、クラウンおよびバンド面に一枚おきに羽根を取り付けた分割材を鋳造し、翼面をＮＣ工作機械により加工する水車の製造方法が採用されているが、クラウンと羽根を一体で鋳造するため、クラウン・バンド・羽根を一体で鋳造する一体鋳造ランナと同様、製造工程中の一工程である木型製作に際しては鋳造品の凝固、冷却時の収縮を勘案しフランシス型ランナのクラウンと羽根の各部位に異なった伸び尺を用いるなど、特別の対策を講じなければならない。
【００１３】
本発明は上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、溶湯が鋳型内で冷却・凝固する際、引け欠陥が発生することを防止するとともに、溶接組立作業が容易なフランシス型ランナおよびそ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】
【００１４】
上記の目的を達成するため、請求項１に係るフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナの発明は、バンドと複数枚の羽根とを一体に鋳造した鋳造品と、この鋳造品とは別に鋳造したクラウンとを、クラウンの流水面側で溶接して組み立てて一体化したことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に係るフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナの製造方法の発明は、バンドと複数枚の羽根とを一体鋳造品として鋳造する工程と、クラウンを鋳造する工程と、前記一体鋳造品と前記クラウンとをクラウンの流水面側で溶接組立する工程とからなる。
【００１６】
更に、請求項３に係るフランシス型水車、ポンプまたはポンプ水車のランナの製造方法の発明は、バンドと、当該バンドに一端が配置される複数枚の羽根と、前記複数枚の羽根の他端に接するように配置された押さえリングとを一体鋳造品として鋳造する工程と、クラウンを鋳造する工程と、前記一体鋳造品の押さえリングを機械加工により切除する工程と、前記押さえリングを切除された前記一体鋳造品と前記クラウンとを当該クラウンの流水面側で溶接組立する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鋳造時にバンドや羽根に引け欠陥が生じ難くなるため、製造性がよく高品質のフランシス型ランナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るフランシス型ランナおよびその製造方法について図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一分には同一符号を付けて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の実施例１によるフランシス型ランナの製造方法を示す図である。  
本実施例１は、クラウン４を単独の鋳造品として鋳造し、かつバンド２と羽根３とを一体の鋳造品５として鋳造した後、両者を一体化するようにしたフランシス型ランナの製造方法の実施例である。
【００２０】
図１（ａ）はクラウン４の鋳造過程を説明する図である。  
溶湯は矢印のように湯溜り１１から湯口１２、湯道１３を経てクラウン４の下に位置する複数の堰１４に至り、この堰１４からクラウン４の鋳型空間部に鋳込まれて押し湯１５ａおよび１５ｂに到達する。溶湯は冷却・凝固に際して、押し湯１５ａ、１５ｂから補給される。そして溶湯が凝固した後は、鋳型から鋳造品を取り出して押し湯１５ａ、１５ｂ部分の鋳造部を除去し、ＮＣ工作機械等を用いて表面加工し、所定寸法に仕上げる。
【００２１】
図１（ｂ）はバンド２と複数枚の羽根３とが一体構造の鋳造品５の鋳造過程を説明する図であり、鋳型はバンド２と羽根３の位置を逆にしてバンド２の上に押し湯１４を配置し、羽根３の下部に堰１４を配置するようにして構成し、堰１４から鋳型空間部内に溶湯を鋳込むようにしたものである。溶湯は冷却・凝固に際して、押し湯１５ｃから補給される。
【００２２】
なお、バンド２と複数枚の羽根３とは肉厚がほぼ等しく、しかも中子の拘束による収縮率がほぼ等しい関係にある。そして、この場合も溶湯が凝固した後は、鋳型から鋳造品を取り出して押し湯１５ｃ部分の鋳造部を除去し、ＮＣ工作機械等を用いて表面加工し、所定寸法に仕上げる。
【００２３】
図１（ｃ）はフランシス型ランナ５としての完成品を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）にて鋳造され、更に機械加工された単体のクラウン４、一体に鋳造されたバンド２および羽根３からなる鋳造品５を溶接して組み立てて、フランシス型ランナ１として完成させる。
【００２４】
本実施例は以上述べたように、肉厚がほぼ等しく、しかも中子の拘束による収縮率がほぼ同しいバンドと羽根とを一体構造として鋳造するようにしたので、従来技術によるバンド、羽根およびクラウンを一体に鋳造する製造方法のように、鋳造品の凝固、冷却時の収縮を勘案してバンド、羽根およびクラウンの各部位に異なった伸び尺を用いるなど特別の対策を講じる必要性がない。この結果、バンドおよび羽根に同一の伸び尺を用いて木型を製作することが可能となり、設計能率を向上させることができる。
【００２５】
また、バンド、羽根およびクラウンの３部位をそれぞれ別個に製作した後、溶接して組み立てる製造方法と比較した場合、バンドと羽根との溶接組立作業が不要となり、この結果、バンドと羽根との溶接組立時に必要とされる煩雑な位置決め作業を省略することができる。
【実施例２】
【００２６】
図２は本発明の実施例２によるフランシス型ランナの製造する方法を示す図である。  
本実施例２は前述の実施例１による製造方法を改良したもので、バンド２と一体に鋳造される羽根３のクラウン流水面側３ａに、羽根３と同程度の肉厚に設定した押さえリング６が形成されるようにしたものである。溶湯は堰１４から押さえリング６の鋳型空間部を経由して羽根３、バンド２の鋳型空間部に鋳込まれる。溶湯は冷却・凝固する際、実施例１と同様に、押し湯１５ｃから補給される。
【００２７】
本実施例は、羽根３のクラウン流水面側３ａに羽根３と同程度の肉厚に設定した押さえリング６を一体に鋳造するようにしたので、羽根３は鋳造過程において、バンド２および押さえリング６により上下で固定される。この結果、バンド２および羽根３の冷却時の変形を抑えることが可能である。なお、この押さえリング６は鋳造品を鋳型から取り出した後、機械加工の工程中で切除される。
【００２８】
本実施例２は以上述べたように、バンド２の上に押し湯１５ｃを配置するとともに、羽根３のクラウン流水面側３ａに羽根３と同程度の肉厚に設定した押さえリング６を形成するようにしたので、溶湯の冷却時にバンド２から羽根３への溶湯の補給が可能となり、引け欠陥の発生をなくすことが可能になる。
【００２９】
また、溶湯の鋳込み時に羽根３のクラウン流水面側３ａに押さえリング６を形成するようにしたので、従来、羽根３のクラウン流水面側３ａに発生しがちな引け欠陥はこの個所で発生せずに機械加工時に切除される押さえリング６内に発生するようになる。この結果、フランシス型ランナの製品から欠陥をなくすことが可能になる。
【００３０】
なお、押さえリング６と羽根３のクラウン流水面側３ａとの接続位置は、羽根３にとっての高応力と位に欠陥が発生することを防ぐために、水車ランナの場合であれば羽根中心３ａ１、ポンプランナの場合であれば羽根外周３ａ２をそれぞれ避けるようにした方が良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１に係るフランシス水車ランナの製造方法を示す図であり、（ａ）はクラウンの鋳造過程を示す図、（ｂ）はバンドおよび羽根の鋳造過程を示す図、（ｃ）はフランシス型ランナの完成品を示す図。
【図２】本発明の実施例２に係るフランシス型水車ランナの製造方法を示す図。
【図３】従来のフランシス型水車ランナの製造方法を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１…フランシス型水車ランナ、２…バンド、３…羽根、４…クラウン、５…鋳造品、６…押さえリング、１３…湯道、１４…堰、1５…押し湯。
【図１】
2005171772.tif 000003
【図２】
2005171772.tif 000004
【図３】
2005171772.tif 000005