(57)【要約】【課題】  基材に多数本の線材を配置し、所定の線材と基材とを接合材で接合した後、不要な線材を除去することにより基材に凸部を形成するマイクロパーツの製造方法を発展させ、マイクロタービンの翼車製造法を確立する。【解決手段】基材を薄肉板あるいは薄肉円錐形状の基材とし、該基材の表面に複数本の線材を、互いに隣接する線材が密着するように渦巻き状に巻き付け、該複数本の線材と、あるいは該複数本の線材の内所定の線材と、該基材とを接合材で接合した後、該複数本の線材の内、所定の線材を該基材より除去することにより、基材の表面に渦巻き状の凸部を形成し、マイクロタービンの翼車とする。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に線材を巻き付け、基材と前記線材を接合材で接合する工程を有するマイクロパーツ製造法において、
前記基材は薄肉板あるいは薄肉円錐形状の基材であり、該基材の表面に複数本の線材を、互いに隣接する線材が密着するように渦巻き状に巻き付け、前記複数本の線材と、あるいは前記複数本の線材の内所定の線材と、前記基材とを接合材で接合した後、前記複数本の線材の内、所定の線材を前記基材より除去することにより、基材の表面に渦巻き状の凸部を形成することを特徴とするマイクロタービン翼車の製造法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロタービンの翼車の安価な製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、気体や液体の流れを回転力に変換したり、逆に回転力を気体や液体の流れに変換する際に用いられる装置であり、その心臓部は翼車である。タービンの一つであるガスタービンは、高速回転する翼車を有し、現在ビル等の分散電源として用いられているが、これを小型化することが出来れば、ロボットや電動車椅子の電源として、燃料電池に比べ軽く出来る特徴があるため、広く使用される可能性がある。
【０００３】
タービンの小型化には、その重要な構成要素であるタービン翼車の小型化が必要不可欠である。従来のタービンの翼車は、直径が１００ｍｍ程度以上であり、切削・研削加工機で製作されており、翼車の形状が３次元的な形状をしているため、多大な加工時間を必要としている。
【０００４】
小型タービンの翼車としては、直径１０ｍｍ程度のものが、試作されている。
【非特許文献１】日本機械学会誌  ２００５．９  Ｖｏｌ．１０８  Ｎｏ．１０４２  ｐ７１０−７１１．
【０００５】
そこにおける方法は、鋳造により製造されたものであり、まず金型を作る必要があるため、高価なものとなる欠点があり、また直径１ｍｍ程度と更なる小型化を図るには限界がある。
【０００６】
一方、線材を基材に巻きつけて、マイクロねじ等の小型部品を作る技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−６８８８３公報
【０００７】
しかし、そこにおいては、線材を渦巻き状に巻き付ける技術は開示されておらず、またタービン翼車に関しても言及されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超小型のタービン翼車を安価に実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明における製造法は、線材を基材の表面に接合材で固着することにより、マイクロねじ等のマイクロ部品を製造する方法を発展させた方法であり、大掛かりな製造装置を用いずに、安価に製造できる特徴を有す。
【００１０】
請求項１では、基材を薄肉板あるいは薄肉円錐形状の基材とし、該基材の表面に複数本の線材を、互いに隣接する線材が密着するように渦巻き状に巻き付け、該複数本の線材と、あるいは該複数本の線材の内所定の線材と、該基材とを接合材で接合した後、該複数本の線材の内、所定の線材を該基材より除去することにより、基材の表面に渦巻き状の凸部を形成することを特徴とするマイクロタービン翼車の製造法を明らかにしている。
【発明の効果】
【００１１】
マイクロタービン翼車の製造が容易となり、強いてはマイクロタービンの実現が容易になる効果が生ずる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明で用いる手段は、基材の表面に線材を固着してマイクロ部品を作る技術を発展させて、タービン翼車を製作する方法である。
【実施例１】
【００１３】
図１、図２は、マイクロタービン翼車製造機の斜視図および断面図である。
【００１４】
図１および図２において、中心部材１は略円柱状、回転部材３は略円錐状であり、中心部材１は固定部材５に固定される一方、中心部材１を中心に回転部材３は回転可能となるように構成されている。回転部材３の全体形状を決める円錐体の頂角は、図２の４で示される。
【００１５】
中心部材１の軸および回転部材３の回転軸は共に中心軸７であり、中心部材１の上部には複数のピン９が、回転部材３の周辺部分には複数のピン１１が、中心軸７に対しそれぞれ同一円周上に等間隔となるように設けられている。これらのピンの役目については後述する。
【００１６】
図３は、マイクロタービンの翼車本体１３を形成する薄肉円錐体を表しており、線材を固着させる基材である。その頂角１４は、回転部材３の頂角４と一致している。この翼車本体１３は、箔、薄板等を曲げたり、押し出し等の塑性加工により、又あるいは切削加工等により作ることが出来る。
【００１７】
図４および図５は、マイクロタービン翼車の製造法の原理を説明するための図であり、分かり易くするため線材が1本のみで説明する。
【００１８】
始めに、薄肉の翼車本体１３を回転部材３に被せる。次に線材１５を少々長めにとり、その端部を中心部材１の中心部に設けられた孔１７に垂らし、ピン９の間を通し、翼車本体１３の表面に沿って這わせ、ピン１１の間を通しておく。
【００１９】
次に、中心部材１の孔１５に下ろした線材１５の端部が抜け出ないように、固定具１９で固定する。
【００２０】
この状態で、回転部材３を中心部材１に対し、矢印２１で示す方向に回転させる。線材１５は中心部材１とはピン９で、回転部材３とはピン１１で束縛されているので、回転に従い、図６に示すように渦巻き状に巻きつくことになる。また、線材１５の上部は固定具１９で固定されているので、線材１５は、下方、すなわち矢印２３で示す方向より手繰り出されてくる。始めに線材１５を少々長めに準備しておくと記述したのは、このためである。
【００２１】
なお、渦巻き状に巻きつける際、線材１５には、適当な張力を与えておくことが肝要である。このためは、図７−ａに示すように、線材１５の下方にばねを付加したり図７−ｂに示すように錘を付加したりすればよい。
【００２２】
実際にマイクロタービン翼車を作る場合は、２種類の複数本の線材１５を同時に設置し、巻き付ける。２種類のワイヤーをここでは、スズメッキ銅線２６と同一径のポリウレタン皮膜銅線２７とし、翼車本体１３には銅箔を使用する場合で説明する。この様子を図８に示す。また巻きつけが完成した状態の断面図を模式的に図９に示す。スズメッキ銅線２６と径ポリウレタン皮膜銅線２７は交互に、また隣接する線材１５は互いに密着するように巻き付けるわけである。なお、この図では、張力付加のためのばねあるいは錘は省略されている。
【００２３】
この状態で、線材１５を翼車本体１３に粘着テープや有機系の接着剤等で仮留めし、線材１５と翼車本体１３の組を回転部材３より外し、半田を溶融した炉に浸漬する。接合材としてとしてSn-Pb系の半田を用いると、スズメッキ銅線２６と翼車本体１３は固着し、ポリウレタン皮膜銅線２７と翼車本体１３は固着しない。この半田固着する方法は、先の特許文献に開示されているので、ここでは簡単に述べるに止める。
【００２４】
次に、半田が冷却した状態で、ポリウレタン皮膜銅線２７を翼車本体１３より外す。図１０はこの様子を示す図である。
【００２５】
最後に、翼車本体１３よりはみ出した線材１５を切り落とすと、翼車２９が完成する。図１１は完成した翼車２９の斜視図であり、図１２はその断面図である。翼車本体１３の表面より線材１５が凸部を形成し、すなわち翼を形成していることがわかる。
【実施例２】
【００２６】
翼車本体１３の表面からの凸部の高さを大きくする工夫が実施例２である。この場合、図１３に示すように、線材１５を翼車本体に１３に２重に巻き付け、接着固定後、最終形状が３本の線材で一つの凸部を形成するように、所定の線材を引き剥がせばよい。更に高くするためには、重ね巻きの数を増せばよいことは当然である。
【００２７】
これまで、線材１５の本数、ピン９、ピン１１の本数に関しては明言していないが、これまでの説明でわかるように、図８で示される工程において、２種類の線材を用いる際には、同数の線材を用いることになるので、線材の総数は偶数本である。また、ピン９、ピン１１の本数は、そこで使用する線材の総数に合わせておけばよい。
【００２８】
これまでの説明では、固定された中心部材１に対し、回転部材３を回転させて、線材１５を渦巻き状に巻くと説明したが、回転部材３を固定し、中心部材１を回転させても同じように巻けることは容易に考えられる。
【００２９】
ピン９、ピン１１の役目は、これまでの記述で分かるように、線材１５を拘束することである。従って、回転部材３と中心部材１の相対的な回転運動に対して、線材１５の一端を固定し、他端を共に回転させるような細工であればなんであっても良い。すなわち、ピンの大きさ、ピンの方向は特に問わない。また、ピンでなく、切り欠き形状であっても良い。
【００３０】
なお、線材１５を翼車本体１３に固着する場合、線材１５と翼車本体１３の組を回転部材３より外し、半田を溶融した炉に浸漬すると説明したが、これに限定されるわけではない。すなわち、線材１５、翼車本体１３と回転部材３の組を中心部材１より外し、別途用意したホットプレートに載せ、加熱した状態で、半田を載せ、溶融し、固着させてもよい。あるいは、回転部材３の内部にヒータを内蔵し、固定部材５上で固着してもよい。
【００３１】
以上の説明ではスズメッキ銅線とポリウレタン皮膜銅線の２種類の線材と、銅の基材および接合材として半田を使用する場合で説明したが、これに限定されない。要は、基材と固定し易い線材と、基材と固定し難い線材および接合材の組み合わせであれば、材質は何であっても良いわけである。
【００３２】
従って、金属製の線材や金属製の翼車本体に限定されるわけではない。高分子系の材料、セラミック等の無機系の線材、および翼車本体、これらの組み合わせでも良い。当然ながら、接合材として、有機系の接着剤であっても良いわけである。
【００３３】
また、これまでの説明では、線材として、その断面が丸形のイメージで説明して来たが、断面が４角型等の線材を用いても一向に差し支えない。
【００３４】
更に、２種類の線材を用いる場合で説明したが、１種類の線材のみを用いても良い。この場合、線材と基材の適度な接着力が必要であり、不要な線材を引き剥がす時に線材の端部を引っ張っても、引きちぎれることなく剥がれる程度の固着力であれば、それでも一向に差し支えない。
【００３５】
以上の説明では、円錐形状の基材の場合であったが、この形状に限定されず、平板形状であっても差し支えない。図１４は、平板形状の基材である翼車本体１３の表面に線材１５を渦巻状に固着して、マイクロタービン翼車としたものである。製造法は、これまでに説明した方法により類推できるので、ここでは省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法を説明するための斜視図
【図２】本発明の製造方法を説明するための断面図
【図３】本発明の翼車本体の斜視図および断面図
【図４】本発明の実施例を説明するための断面図
【図５】本発明の実施例を説明するための斜視図
【図６】本発明の実施例を説明するための斜視図
【図７】本発明の実施例における線材に張力を付加する方法
【図８】本発明の実施例を説明するための斜視図
【図９】本発明の実施例を説明するための断面図
【図１０】本発明の実施例を説明するための斜視図
【図１１】本発明の第１の実施例におけるマイクロタービン完成斜視図
【図１２】本発明の第１の実施例におけるマイクロタービン完成断面図
【図１３】本発明の第２の実施例におけるマイクロタービンの断面図
【図１４】本発明のマイクロタービンの別の形状を示す斜視図
【符号の説明】
【００３７】
１  中心部材
３  回転部材
４  頂角
５  固定部材
７  中心軸
９  ピン
１１  ピン
１３  翼車本体
１４  頂角
１５  線材
１７  孔
１９  固定具
２１  矢印
２３  矢印
２４  ばね
２５  錘
２６  スズメッキ銅線
２７  ポリウレタン被覆銅線
２９  翼車
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007231822.tif 000013
【図１２】
2007231822.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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