(57)【要約】【課題】母材からハブとブレードとを一体的に切り出す作業を、容易且つ短時間で行う手段を提供する。【解決手段】本発明に係るインペラの製造方法は、円盤状のインペラ材４に径方向に延びる流路が設けられるインペラの製造方法であって、インペラ材４から流路となる部分に複数のガイド挿入溝４２を形成する溝形成工程と、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂとその間に張り渡されたワイヤ６１とを有するワイヤ放電加工装置６を用い、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂを隣り合うガイド挿入溝４２にそれぞれ挿入してワイヤ６１によって流路の底面に沿うようにして切削し、インペラ材４から流路となる部分を切り取るワイヤ放電加工工程と、を含むものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の母材に径方向に延びる流路が設けられるインペラの製造方法であって、
母材から流路となる部分に複数の溝を形成する溝形成工程と、
一対のワイヤガイドと該ワイヤガイドの間に張り渡されたワイヤとを有するワイヤ放電加工手段を用い、前記一対のワイヤガイドを隣り合う前記溝にそれぞれ挿入して前記ワイヤによって前記流路の底面に沿うようにして切削し、前記母材から流路となる部分を切り取るワイヤ放電加工工程と、
を含むことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項２】
前記ワイヤ放電加工工程が、前記母材を回転させながら、前記一対のワイヤガイドの少なくとも一方を移動させることにより行われることを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項３】
前記ワイヤ放電加工工程が、前記一対のワイヤガイドの位置を固定し、前記母材を移動させることにより行われることを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項４】
前記流路となる部分を複数の領域に分割し、各領域を前記ワイヤによって別々に切り取ることを特徴とする請求項３に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、ハブとブレードとを母材から切り出して一体的に構成するインペラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機等に用いられるインペラは、回転軸に固定されるハブと、ハブの表面に突出して設けられる複数のブレードと、このブレードの上方を覆うシュラウドとを互いに溶接接合させることで製造されるのが一般的であった。しかし、このように３つの部材を互いに溶接接合するインペラの製造方法では、ブレード間に形成される流路が狭い場合、溶接トーチを流路に挿入して操作することが難しいため、溶接不良等の欠陥が生じやすいという問題がある。また、３つの部材を互いに溶接接合するため、溶接箇所が多くなることによって、局部的に高温となって変形が生じる箇所が多くなるという問題もある。
【０００３】
従って、このような問題を解消する手段として、図１０に示すように、先端部に刃物が設けられたミル工具７を用い、母材としてのインペラ材８に流路Ｒを切削加工することにより、ハブとブレードとをインペラ材８から一体的に切り出すインペラの製造方法が従来用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７４６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のインペラの製造方法では、ミル加工によってインペラ材８からハブとブレードとを一体的に切り出す作業に長い時間を要し、作業効率が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、母材からハブとブレードとを一体的に切り出す作業を、容易且つ短時間で行う手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係るインペラの製造方法は、円盤状の母材に径方向に延びる流路が設けられるインペラの製造方法であって、母材から流路となる部分に複数の溝を形成する溝形成工程と、一対のワイヤガイドと該ワイヤガイドの間に張り渡されたワイヤとを有するワイヤ放電加工手段を用い、前記一対のワイヤガイドを隣り合う前記溝にそれぞれ挿入して前記ワイヤによって前記流路の底面に沿うようにして切削し、前記母材から流路となる部分を切り取るワイヤ放電加工工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
このような方法によれば、製造しようとするインペラにおいて流路となる部分を、ワイヤ放電加工によって切り落とすことにより形成するので、流路となる部分をミル加工によって形成する場合と比較して、流路形成に要する作業時間を短縮することができる。
【０００９】
また、本発明に係るインペラの製造方法は、前記ワイヤ放電加工工程が、前記母材を回転させながら、前記一対のワイヤガイドの少なくとも一方を移動させることにより行われることを特徴とする。
【００１０】
このような方法によれば、ワイヤ放電加工工程において母材とワイヤガイドの双方を動かすことにより、流路の曲面形状を容易且つ正確に形成することができる。
【００１１】
また、本発明に係るインペラの製造方法は、前記ワイヤ放電加工工程が、前記一対のワイヤガイドの位置を固定し、前記母材を移動させることにより行われることを特徴とする。
【００１２】
このような方法によれば、一対のワイヤガイドの位置を固定したまま、母材だけを移動させることによってワイヤ放電加工工程を行うので、ワイヤガイドを移動させるための装置を省略することができる。これにより、ワイヤガイドやワイヤを含む装置全体の構成を簡略化することができる。
【００１３】
また、本発明に係るインペラの製造方法は、前記流路となる部分を複数の領域に分割し、各領域を前記ワイヤによって別々に切り取ることを特徴とする。
【００１４】
このような方法によれば、母材だけを移動させることによってワイヤ放電加工工程を行うので、ワイヤガイドやワイヤを含む装置全体の構成を簡略化することができる。更に、流路となる部分を複数の領域に分割して別々に切り取るので、母材を複雑に移動させる必要がない。これにより、流路となる部分を容易且つ正確に形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインペラの製造方法によれば、母材からハブとブレードとを一体的に切り出す作業を、容易且つ短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、インペラ材作製工程についての説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、溝形成工程についての説明図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工工程についての説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工工程についての説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工工程についての説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工工程についての説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工装置を構成するワイヤの移動軌跡を示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るインペラの製造方法に関し、ワイヤ放電加工工程についての説明図である。
【図１０】従来例に係るインペラの製造方法に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るインペラの製造方法の手順について説明する。
まず、作業者は、インペラ材作製工程を実行する。すなわち作業者は、細長い円柱形状のブルーム材（不図示）を鍛造することにより、図１に示すような平面視略円形の円盤部材１を作製する。
【００１８】
そして作業者は、図１に示すように、作製した円盤部材１をテーブルユニット２の上に固定する。このテーブルユニット２は、回転可能に設けられたテーブル本体２１と、このテーブル本体２１を駆動する駆動ユニット２２と、この駆動ユニット２２の動作を制御する制御装置２３と、を備えるものである。
【００１９】
ここで、駆動ユニット２２は、図１に示すように、テーブル本体２１をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動部２２１、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸駆動部２２２、及びＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動部２２３と、を具備している。そして、Ｘ軸駆動部２２１、Ｙ軸駆動部２２２、及びＺ軸駆動部２２３が、制御装置２３に対してそれぞれ電気的に接続されている。
一方、制御装置２３には、図１に示すように、製造しようとするインペラの３次元ＣＡＤデータ２３１がその内部に記憶されるとともに、この３次元ＣＡＤデータ２３１に基づいて各部の動作を制御する制御部２３２が設けられている。
【００２０】
続いて作業者は、図１に示すように、テーブル本体２１の上に固定した円盤部材１に対し、外周面に刃物が設けられたいわゆるロールミル３を押圧させることにより、円盤部材１の上部外周を加工する。これにより、図２に示すように、円盤部材１の上部には上方に向かって徐々に縮径するような傾斜曲面４１が形成され、インペラ材４が完成する。このインペラ材４は、製造しようとするインペラの母材となるものである。
【００２１】
次に、作業者は、溝形成工程を実行する。すなわち作業者は、テーブル本体２１を回転不能に固定した後、図２に示すようにテーブル本体２１の上に固定されたインペラ材４に対し、先端部に刃物が設けられたミル工具５を押圧させる。そして、このミル工具５を傾斜曲面４１に沿って移動させることにより、複数本のガイド挿入溝４２を傾斜曲面４１の最下部から最上部に達するようにそれぞれ形成する。このガイド挿入溝４２の平面視形状は、製造しようとするインペラを構成するブレードの平面視形状に略合致した形状となっている。尚、図２以降では、説明の便宜上、２本のガイド挿入溝４２だけを図示している。また、図２では、駆動ユニット２２や制御装置２３については図示を省略している。
【００２２】
ここで、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図であって、製造しようとするインペラの外形を２点鎖線で示している。ガイド挿入溝４２の溝深さＤｇは、製造しようとするインペラＩを構成するブレードＢのハブＨからの突出高さＨｂより若干小さく設定されている。これは、後述するようにガイド挿入溝４２にワイヤガイド６４を挿入してワイヤ放電加工を行う際の溶け代Ｄｔを考慮したためである。
【００２３】
次に、作業者は、ワイヤ放電加工工程を実行する。すなわち作業者は、図４に示すようにガイド挿入溝４２を形成したインペラ材４に対し、ワイヤ放電加工装置６（ワイヤ放電加工手段）を用いることにより、製造しようとするインペラの流路となる部分を切り取る。
【００２４】
ワイヤ放電加工装置６は、図４に示すように、ワイヤ６１を送り出すワイヤ送出ドラム６２と、ワイヤ６１を回収するワイヤ回収ドラム６３と、ワイヤ６１が挿通されてその延出方向を案内する一対のワイヤガイド６４と、一方のワイヤガイド６４Ａを駆動するガイド駆動部６５と、を有している。そして、一対のワイヤガイド６４の先端部間にワイヤ６１が張り渡されている。また、ガイド駆動部６５は、前記制御装置２３に対して電気的に接続されている。これにより、制御装置２３の内部に記憶された３次元ＣＡＤデータ２３１に基づいて制御部２３２がガイド駆動部６５の動作を制御し、一対のワイヤガイド６４の間隔Ｋｇが変化することにより、その間に張り渡されたワイヤ６１の長さを調整可能となっている。尚、他方のワイヤガイド６４Ｂは、その位置が移動不能に固定されている。
【００２５】
作業者は、図４に示すように、ワイヤ放電加工装置６を構成する一対のワイヤガイド６４を、インペラ材４に形成した隣接するガイド挿入溝４２の最下部にそれぞれ挿入させる。そして、その状態において作業者は、制御部２３２による制御の下、ワイヤ放電加工を開始させる。そうすると制御部２３２は、ワイヤ６１に通電することによってアーク放電を開始させる。同時に制御部２３２は、テーブル本体２１を所定角度だけ回転させながら、図１に示す駆動ユニット２２を構成するＸ軸駆動部２２１、Ｙ軸駆動部２２２、及びＺ軸駆動部２２３を適宜駆動し、テーブル本体２１を所望の方向に移動させる。これにより、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂは、隣接するガイド挿入溝４２に沿って傾斜曲面４１をそれぞれ上昇し、図５に示す状態を経て、図６に示すように傾斜曲面４１の最上部まで移動する。尚、図５及び図６では、テーブルユニット２のうちテーブル本体２１以外の構成については図示を省略するとともに、ワイヤ放電加工装置６のうちワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂとワイヤ６１以外の構成についても図示を省略している。
【００２６】
ここで、図４に示すように、隣接するガイド挿入溝４２の間隔Ｋｍは、傾斜曲面４１の最下部から最上部に向かうに従って徐々に狭くなっている。従って、制御部２３２はガイド駆動部６５も適宜駆動し、ワイヤ６１が傾斜曲面４１を上昇するに従って一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂの間隔Ｋｇを徐々に狭めていく。これにより、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂは、その先端がガイド挿入溝４２から脱落することなく傾斜曲面４１を上昇していく。
【００２７】
そして、このように一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂがガイド挿入溝４２に沿って傾斜曲面４１を上昇するに従って、ワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂの先端部に張り渡されてアーク放電するワイヤ６１が、周囲のインペラ材４を溶かして蒸発させる。これにより、図５及び図６に示すように、製造しようとするインペラにおいて隣接するブレードの間に形成される流路Ｒとなる部分が、ワイヤ６１によって切り取られる。そして、流路Ｒとなる部分が切り取られることによって露呈したガイド挿入溝４２の壁面４２１が、ブレードの側面を構成することになる。
【００２８】
その後、制御部２３２は、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂをガイド挿入溝４２に沿って傾斜曲面４１をそれぞれ上昇させ、これによりワイヤ６１によって流路Ｒとなる部分を切り取る作業を複数回繰り返し行う。これにより、図７に示すように、インペラ材４からハブＨとブレードＢとが一体的に切り出される。そして、作業者は、流路Ｒの底面及びブレードの側面について、研磨等の仕上げ加工をそれぞれ行う。最後に、図に詳細は示さないが、作業者がブレードの上にシュラウドを溶接して固定することにより、インペラが完成する。尚、シュラウドのないいわゆるオープンインペラとして構成してもよい。
【００２９】
尚、本実施形態では、図２に示すように傾斜曲面４１の下端部から上端部に向かってミル工具５を移動させることによってガイド挿入溝４２を形成したが、これとは逆に、傾斜曲面４１の上端部から下端部に向かってミル工具５を移動させてもよい。
また、本実施形態では、図４に示すように一方のワイヤガイド６４Ａだけを駆動可能としているが、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂを共に駆動可能としてもよい。
また、本実施形態では、インペラ材４にガイド挿入溝４２を形成する溝形成工程を、ミル工具５を用いたミル加工によって行ったが、これに代えて、不図示の電極を用いた放電加工によって行うことも可能である。
【００３０】
以上説明した第１実施形態に係るインペラの製造方法によれば、製造しようとするインペラにおいて流路Ｒとなる部分を、ワイヤ放電加工によって切り落とすことにより形成するので、流路Ｒとなる部分をミル加工によって形成する場合と比較して、流路Ｒ形成に要する作業時間を短縮することができる。
また、インペラ材４とワイヤガイド６４Ａの双方を動かしながらワイヤ放電加工を行うので、流路Ｒとなる部分の曲面形状を容易且つ正確に形成することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るインペラの製造方法の手順について説明する。第２実施形態に係るインペラの製造方法は、第１実施形態と比較すると、インペラ材作製工程から溝形成工程までは同じであるが、ワイヤ放電加工工程が異なっている。
【００３２】
本実施形態のワイヤ放電加工工程では、使用するワイヤ放電加工装置６の構成が第１実施形態とは異なっている。具体的には、第１実施形態で使用するワイヤ放電加工装置６と比較すると、ガイド駆動部６５を有さず、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂはいずれもその位置が移動不能に固定されており、その先端部に張り渡されるワイヤ６１の長さを調整することができない。
【００３３】
本実施形態では、制御部２３２は、テーブル本体２１を所定角度だけ回転させながら、図１に示す駆動ユニット２２を構成するＸ軸駆動部２２１、Ｙ軸駆動部２２２、及びＺ軸駆動部２２３を適宜駆動し、テーブル本体２１を所望の方向に移動させる。これにより、インペラ材４と位置固定されたワイヤ６１との相対角度を変化させる。ここで、図８は、ワイヤ放電加工装置６を構成するワイヤ６１の移動軌跡を示した図である。尚、この図８では、テーブルユニット２のうちテーブル本体２１以外の構成、及びワイヤ放電加工装置６のうちワイヤ６１以外の構成については図示を省略している。このように、インペラ材４とワイヤ６１との相対角度が変化することにより、これに伴って平面視でのワイヤ６１の長さが変化する。これにより、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂがいずれもその位置が移動不能に固定されているにも拘らず、ワイヤ６１によって流路Ｒとなる部分を切り取ることができる。
【００３４】
以上説明した第２実施形態に係るインペラの製造方法によれば、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂの位置を固定したまま、インペラ材４だけを移動させることによってワイヤ放電加工工程を行うので、ワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂを移動させるためのワイヤ６１駆動部を省略することができる。これにより、ワイヤ放電加工装置６の構成を簡略化することができる。
【００３５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るインペラの製造方法の手順について説明する。第３実施形態に係るインペラの製造方法も、第１実施形態と比較すると、インペラ材作製工程から溝形成工程までは同じであるが、ワイヤ放電加工工程が異なっている。
【００３６】
本実施形態のワイヤ放電加工工程も、図９に示すように、使用するワイヤ放電加工装置６の構成が第１実施形態とは異なっている。具体的には、第２実施形態と同様に、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂがいずれもその位置が移動不能に固定されており、その先端部に張り渡されるワイヤ６１の長さを調整することができない。
また、本実施形態では、使用するテーブルユニット２の構成も第１実施形態とは異なっている。具体的には、第１実施形態で使用するテーブルユニット２と比較すると、駆動ユニット２２を有さず、テーブル本体２１は回転可能であるがＸＹＺ軸方向へは移動不能である。
尚、図９では、テーブルユニット２のうちテーブル本体２１以外の構成、及びワイヤ放電加工のうちワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂ及びワイヤ６１以外の構成については、図示を省略している。
【００３７】
更に、本実施形態は、図９に示すように、流路Ｒとなる部分を３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に分割し、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をワイヤ６１によって別々に切り取る点で第１実施形態とは異なっている。この場合、作業者は、流路Ｒとなる部分に２本のガイド挿入溝４３をインペラ材４の周方向に延びるようにそれぞれ形成する。この時、２本のガイド挿入溝４３を形成する位置は、この２本のガイド挿入溝４３によって分割される３つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の径方向への幅寸法が、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂの間隔Ｋｇと略等しくなるように決定する。
【００３８】
そして、作業者は、図９に示すように、一方のワイヤガイド６４Ａを傾斜曲面４１に沿って下側に位置するガイド挿入溝４３に挿入し、他方のワイヤガイド６４Ｂを傾斜曲面４１の最下部に配置することにより、その間に張り渡されるワイヤ６１が径方向に延びるようにする。そして、この状態からテーブル本体２１を所定角度だけ回転させることにより、３つに分割された領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のうち最も下側の領域Ｒ３が、ワイヤ６１によって切り取られる。
【００３９】
その後、作業者は、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂを径方向にそれぞれ移動させ、一方のワイヤガイド６４Ａを上側に位置するガイド挿入溝４３に挿入し、他方のワイヤガイド６４Ｂを下側に位置するガイド挿入溝４３があった場所に配置する。そして、この状態からテーブル本体２１を所定角度だけ回転させることにより、３つに分割された領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のうち中央に位置する領域Ｒ２が、ワイヤ６１によって切り取られる。
【００４０】
その後、作業者は、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂを再び径方向に移動させ、一方のワイヤガイド６４Ａを傾斜曲面４１の最上部に配置し、他方のワイヤガイド６４Ｂを上側に位置するガイド挿入溝４３があった場所に配置する。そして、この状態からテーブル本体２１を所定角度だけ回転させることにより、３つに分割された領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のうち最も上側の領域Ｒ１が、ワイヤ６１によって切り取られる。
【００４１】
以上説明した第３実施形態に係るインペラの製造方法によれば、一対のワイヤガイド６４Ａ，６４Ｂの位置を固定したまま、インペラ材４だけを移動させることによってワイヤ放電加工工程を行うので、第２実施形態と同じ効果が得られる。更に、流路Ｒとなる部分を複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に分割し、ワイヤ６１によって別々に切り取るので、インペラ材４を複雑に移動させる必要がない。これにより、流路Ｒとなる部分を容易且つ正確に形成することができる。
【００４２】
尚、流路Ｒとなる部分の分割数は、３分割に限定されず、任意の分割数とすることができる。また、本実施形態では流路Ｒとなる部分を径方向に複数の領域に分割したが、これに代えて、周方向に複数の領域に分割してもよい。
【００４３】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  円盤部材
２  テーブルユニット
３  ロールミル
４  インペラ材
５  ミル工具
６  ワイヤ放電加工装置
７  ミル工具
８  インペラ材
２１  テーブル本体
２２  駆動ユニット
２３  制御装置
４１  傾斜曲面
４２  ガイド挿入溝
４３  ガイド挿入溝
６１  ワイヤ
６２  ワイヤ送出ドラム
６３  ワイヤ回収ドラム
６４  ワイヤガイド
６５  ガイド駆動部
２２１  Ｘ軸駆動部
２２２  Ｙ軸駆動部
２２３  Ｚ軸駆動部
２３１  ３次元ＣＡＤデータ
２３２  制御部
４２１  壁面
６４Ａ  一方のワイヤガイド
６４Ｂ  他方のワイヤガイド
Ｂ  ブレード
Ｄｇ  溝深さ
Ｄｔ  溶け代
Ｈ  ハブ
Ｈｂ  突出高さ
Ｉ  インペラ
Ｋｇ  間隔
Ｋｍ  間隔
Ｒ  流路
Ｒ１  領域
Ｒ２  領域
Ｒ３  領域
【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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