特開 2022-6156 羽根車の構造、羽根車の製造方法、羽根車の製造装置。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022006156

(43)【公開日】2022-01-12

(54)【発明の名称】羽根車の構造、羽根車の製造方法、羽根車の製造装置。

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/32 20060101AFI20220104BHJP

【ＦＩ】

F04D29/32 E

F04D29/32 K

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【公開請求】

(21)【出願番号】P 2020215390

(22)【出願日】2020-12-24

(71)【出願人】

【識別番号】510042301

【氏名又は名称】株式会社田中製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100087826

【弁理士】

【氏名又は名称】八木 秀人

(74)【代理人】

【識別番号】100168088

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100207642

【弁理士】

【氏名又は名称】簾内 里子

(72)【発明者】

【氏名】田中 道男

(72)【発明者】

【氏名】林 良平

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA12

3H130AB26

3H130AB40

3H130AB52

3H130AC01

3H130AC25

3H130AC30

3H130BA95C

3H130BA97C

3H130BA98C

3H130CB01

3H130CB17

3H130EA01C

3H130EA07C

3H130EB01C

3H130EB04C

3H130EC12C

3H130ED01C

(57)【要約】

【課題】生産性が高く、流体制動に適した、羽根車の製造方法、羽根車の構造を提供する。
【解決手段】板材によりプレス成形され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードの断面形状は、少なくとも一部の領域で、前記羽根車の円周方向または半径方向の断面形状において、一方の端部から他方の端部に向けて、該ブレードの肉厚が連続して変化するように構成される羽根車の構造を提供する。羽根車はプレス加工のみで成形されるため生産性が高く、また肉厚変化領域により流体制動に好適となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板材によりプレス成形され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードの断面形状は、少なくとも一部の領域で、前記羽根車の円周方向または半径方向の断面形状において、一方の端部から他方の端部に向けて、該ブレードの肉厚が連続して変化するように構成される、
ことを特徴とする羽根車の構造。

【請求項2】

円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、他領域よりも薄肉で、かつ他領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成される薄肉部を含む、
ことを特徴とする羽根車の構造。

【請求項3】

前記ブレードの内周側に配置され、前記ブレードの内周側端部と直接にまたは間接に接続される内周環と、
前記ブレードの外周側に配置され、前記ブレードの外周側端部と直接にまたは間接に接続される外周環との、
両方またはどちらか一方を備え、
前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、前記内周環または前記外周環に対する傾きが変化するように構成される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の羽根車の構造。

【請求項4】

前記ブレードは、前記ブレードの端部領域に、前記端部に向かい肉厚が薄肉となり、他の領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成されるエッジ部を備える、
ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項5】

前記ブレードの構成面は全て、プレス加工による被プレス加工面である、
ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項6】

前記ブレードを構成する表面および裏面の、片面または両面には、複数の凹凸形状が成形されている、
ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項7】

前記板材は、異なる材料を層状に組み合わせた金属などの材料を利用した複合材である、
ことを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項8】

前記羽根車は、同形に複数個に分割された形態である分割羽根車を含む、
ことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項9】

一枚の板材により成形され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成される羽根車の製造方法であって、
前記板材をプレス加工により打ち抜いて前記ブレードを成形する打ち抜き工程と、
前記打ち抜き工程で成形されたブレードの少なくとも一部の領域をプレス加工により圧縮することで、前記ブレードの少なくとも一部の領域の肉厚を変化させる圧縮成形工程と、
前記ブレードの少なくとも一部の領域を、プレス加工による曲げ加工を行うことで、上方向または下方向に突出させて、前記ブレードに所望の傾斜を持たせる曲げ工程と、
を備えることを特徴とする羽根車の製造方法。

【請求項10】

プレス加工によって、前記ブレードの表面に複数の凹凸形状を成形する、凹凸成形工程を備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の羽根車の製造方法。

【請求項11】

板状の被加工部材をプレス加工可能な製造装置であって、
少なくとも、前記打ち抜き工程を実施可能な第１の加工台と、前記圧縮成形工程を実施可能な第２の加工台と、前記曲げ工程を実施可能な第３の加工台とを備える、
ことを特徴とする羽根車の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、羽根車の構造、羽根車の製造方法、羽根車の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

羽根車（インペラー）は、大型風力発電装置から、各種タービン、圧力関連機器、電力伝達機器、扇風機や排気ファンに至るまで、流体の制御が必要となる多くの産業機器で使用されている。

【0003】

羽根車の構成材料としては、アルミ、鋼鉄、樹脂、ゴムなどが用いられ、また、製造方法には、鋳造、鍛造、プレス加工、切削加工、３Ｄプリンターによる造形等が用いられる。要求される諸条件に合致した構成材料と製造方法により羽根車は生産されている。

【0004】

ここで、羽根車の形状は、回転効率を上げるために、一般的に三次元的形状となる。流体による抵抗を極力減らすために、表面の滑らかさも必要である。要求される構成材料としても、高真空を要求される圧力関連機器に用いられる場合、羽根車からの蒸発や揮発成分のないことが必要条件となり、主に金属材が構成材料となる。動力伝達や圧力制御機器に用いられる場合、軽量性、高強度、さらに高温でも剛性の低下があまりないことが必要条件となっている。

【0005】

上記の過酷な使用条件を考慮すると、羽根車の材料は金属に限定され、製造方法としては、鋳造、鍛造、切削加工、ダイキャストに絞られる。しかしながら、ダイキャストは、製造原理上、小さなボイドと呼ばれる空スキが発生するため、数万ＲＰＭなどの高速回転機器や真空回転機器には、アウトガスの問題から選択できない。鋳造では湯だれの問題から、肉厚を一定以下にすることができず、重量が増す。また、全てを切削加工のみで行うには、加工時間がかかりすぎる上に、表面に切削加工目が残るため、流体の抵抗を減らすために後処理として研磨加工が必要となる。鍛造では、細やかな形状と表面の仕上げに切削加工と研磨加工が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１８－１４５９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、いずれの加工方法であっても、生産コストは高く、生産性が低い、という問題がある。

【0008】

加えて、例えば特許文献１の羽根車では、ブレードの肉厚は一定であり、制動する流体に対して乱流を発生させる恐れがある。ブレードは制動性能も高いことが望まれる。

【0009】

生産性が高く、流体制動に適した、羽根車の製造方法、羽根車の構造、および羽根車の製造装置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】

【0010】

上記問題を解決するため、本開示の羽根車においては、板材によりプレス成形され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードの断面形状は、少なくとも一部の領域で、前記羽根車の円周方向または半径方向の断面形状において、一方の端部から他方の端部に向けて、該ブレードの肉厚が連続して変化するように構成した。

【0011】

この態様によれば、プレス成形により、少なくともブレードの一領域に厚みの変化する部分を設けられる。プレス成形により肉厚変化領域を自在に設定でき、また該領域はプレス加工により表面が硬化かつ平滑化され、流体の制動に好適となる。またプレス加工であるため、加工が容易で生産性が高い。

【0012】

また、ある態様では、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、他領域よりも薄肉で、かつ他領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成される薄肉部を含むように構成した。この態様によれば、ブレードの少なくとも一部に薄肉で平滑な領域が設けられる。このように構成されることで、流体の制動に好適となる。

【0013】

また、ある態様では、前記ブレードの内周側に配置され、前記ブレードの内周側端部と直接にまたは間接に接続される内周環と、前記ブレードの外周側に配置され、前記ブレードの外周側端部と直接にまたは間接に接続される外周環との、両方またはどちらか一方を備え、前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、前記内周環または前記外周環に対する傾きが変化するように構成した。

【0014】

この態様によれば、連結される内周環または外周環に対して、ブレードが傾きを持ち、流体の制動に好適となる。プレス成形のみで傾きも成形されるため、生産性が高い。

【0015】

また、ある態様では、前記ブレードは、前記ブレードの端部領域に、前記端部に向かい肉厚が薄肉となり、他の領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成されるエッジ部を備えるように構成した。この態様によれば、エッジ部により、ブレードは流体の制動に好適となる。

【0016】

また、ある態様では、前記ブレードの構成面は全て、プレス加工による被プレス加工面であるように構成した。全てのブレード加工がプレス加工で行われるため、生産性が高い。

【0017】

また、ある態様では、前記ブレードを構成する表面および裏面の、片面または両面には、複数の凹凸形状が成形されているように構成した。目的に合わせてた凹凸形状を成形することで、流体の制動に好適とした。

【0018】

また、ある態様では、前記板材は、異なる材料を層状に組み合わせた金属などの材料を利用した複合材であるように構成した。目的に合わせてこのような複合材を用いることで、流体制動に好適な形態にできる。

【0019】

また、ある態様では、前記羽根車は、同形に複数個に分割された形態である分割羽根車を含むように構成した。分割羽根車でも本開示の構成は適用できる。

【0020】

また、本開示の構成を適用した羽根車の製造方法として、一枚の板材により成形され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成される羽根車の製造方法であって、前記板材をプレス加工により打ち抜いて前記ブレードを成形する打ち抜き工程と、前記打ち抜き工程で成形されたブレードの少なくとも一部の領域をプレス加工により圧縮することで、前記ブレードの少なくとも一部の領域の肉厚を変化させる圧縮成形工程と、前記ブレードの少なくとも一部の領域を、プレス加工による曲げ加工を行うことで、上方向または下方向に突出させて、前記ブレードに所望の傾斜を持たせる曲げ工程とを備えるように構成した。プレス加工のみで、上記ブレードを成形でき、生産性が高い。

【0021】

また、ある態様では、プレス加工によって、前記ブレードの表面に複数の凹凸形状を成形する、凹凸成形工程を備えるように構成した。プレス加工で表面凹凸を成形でき、生産性も高く、羽根車の流体制動性能も向上する。

【0022】

また、本開示の構成を適用した製造装置として、ある態様では、板状の被加工部材をプレス加工可能な製造装置であって、少なくとも、前記打ち抜き工程を実施可能な第１の加工台と、前記圧縮成形工程を実施可能な第２の加工台と、前記曲げ工程を実施可能な第３の加工台とを備えるように構成した。装置として一連の工程を実施でき、生産性が高い。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、生産性が高く、流体制動に適した、羽根車の製造方法、羽根車の構造、および羽根車の製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る羽根車である。図１（Ａ）が平面図、図１（Ｂ）が斜視図、図１（Ｃ）が正面図である。

【図2】１つのブレードに着目した同羽根車の部分拡大図であり、図２（Ａ）が平面図、図２（Ｂ）が側面図、図２（Ｃ）が斜視図である。

【図3】ブレード単体を示し、図３（Ａ）が図２（Ａ）のＡ方向（内周側）から見た図であり、（Ｂ）が図２のＢ方向（外周側）から見た図である。図（Ｃ）が図２（Ａ）III(C)-III(C)線に沿った端面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る羽根車の製造方法のフローである。

【図5】羽根車の製造装置の概要構成を示す説明図である。

【図6】第２の実施の形態に係る羽根車である。図６（Ａ）が平面図、図６（Ｂ）が斜視図、図６（Ｃ）が正面図である。

【図7】１つのブレードに着目した同羽根車の拡大図である。図７（Ａ）が平面図、図７（Ｂ）が図７（Ａ）のＣ方向から見た図、図７（Ｃ）が斜視図である。

【図8】一つのブレードに着目した同羽根車の拡大図である。図８（Ａ）が図７（Ａ）のＤ方向（内周側）から見た図であり、図８（Ｂ）が図７（Ａ）に示すVIII（B）-VIII（B）線に沿った端面図である。

【図9】第２の実施の形態にかかる羽根車の製造方法のフローである。

【図10】変形例（表面形状）を示す。

【図11】変形例（断面形状）を示す。

【図12】変形例（羽根車の形態）を示す。

【図13】変形例（被加工部材）を示す。

【図14】変形例（傾斜角度）を示す。

【図15】変形例（分割羽根車）を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0026】

（実施形態に係る羽根車）
図１は、第1の実施形態に係る羽根車１を示す。図１（Ａ）が平面図、図１（Ｂ）が斜視図、図１（Ｃ）正面図である。

【0027】

羽根車１は、真空ポンプに配設される静翼である。本開示の構成は、これに限らず、真空ポンプの動翼はもちろん、タービン、圧力関連機器、電力伝達機器、扇風機や排気装置等、各種機器に使用される流体制御のための羽根車に適用できる。

【0028】

羽根車１は、中心を一致して配置される円形リングである外周リング２，内周リング３、および外周リング２と内周リング３の間に、円環状に等間隔で配置された複数のブレード１０とを含んで構成される。ブレード１０は外周リング２，内周リング３の中心である羽根車１の原点Ｏを中心として放射状に、かつスリット７により互いに離間して配置される。

【0029】

図２は、１つのブレード１０に着目した拡大図である。図２（Ａ）が平面図、図２（Ｂ）が側面図、図２（Ｃ）が斜視図である。軸αは原点Ｏを通過する水平軸であり、本実施形態においてはブレード１０の中心軸である。

【0030】

図２に示すように、ブレード１０は、平面視して開角度の小さな略扇型であり、内周側の幅は外周側の幅よりも幅広い形状となっている。

【0031】

ブレード１０は、内周側端部を内周桟５により内周リング３に連結され、外周側端部を外周桟４により外周リング２に連結されている。詳しくは後述するが、羽根車１は一枚の金属製の平板をプレス加工することにより成形されるため、羽根車１を構成するブレード１０、内周リング３、外周リング２、内周桟５、および外周桟４は全て連続的かつ一体的に構成されている。原点Ｏを中心に放射状に配置される複数のブレード１０と、これらを連結させる連結体（本実施形態においては外周リング２と内周リング３、および内周桟５と外周桟４）とが一体的に構成されており、ブレードが溶接や圧接で連結される従来の羽根車と比べて、羽根車１は剛性が高く、加えて、薄く軽いため取り扱いしやすい。

【0032】

ブレード１０は、内周リング３および外周リング２に対して傾斜して設けられ、上下に突出している。

【0033】

図３はブレード１０を示し、図３（Ａ）が図２（Ａ）の矢印Ａ方向から見た図、図３（Ｂ）が図２（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た図である。ブレード１０のみを示し、その他は省略している。図３（Ｃ）は図２（Ａ）のIII（C）-III（C）線に沿った端面図である。

【0034】

図２および図３に示すように、上下に突出するブレード１０は、端面として、内周端面１５、外周端面１４、および内周端面１５と外周端面１４を結ぶ径端面１３，１３、を備える。

【0035】

さらに、ブレード１０は、厚み方向に対して斜めに構成されるエッジ面１１を備える。エッジ面１１は径端面１３に向かってブレード１０の肉厚が薄肉となるように傾斜が構成されており、エッジ面１１により、径端面１３に向かい先鋭するエッジ部１２，１２が構成される。

【0036】

即ち、ブレード１０は、表面１８および裏面１９、内周端面１５、外周端面１４、径端面１３，１３、およびエッジ面１１，１１から構成される。そして、平板状のブレード１０を構成する全ての端面、即ち、表面１８および裏面１９を除いた構成面である、内周端面１５，外周端面１４，径端面１３，１３、およびエッジ面１１は、全てプレス加工により成形された被プレス加工面である。被プレス加工面は、面粗度が良く、微細な凹凸が平滑化された滑らかな面となっており、流体に対する抵抗が低い。また隣接する面と滑らかにつながっており、鋳造のように小さなボイドの発生や、研磨加工のように加工跡もなく、流体の制動に適した形態となっている。

【0037】

表面１８および裏面１９も圧延された金属製の板材の表面および裏面であることから、同様に滑らかな表面であり、ブレード１０は全体が平滑で流体に対する抵抗が低い。

【0038】

上下に突出するブレード１０の傾斜角度は一定ではなく、図３に示すように、内周側の傾き角度β１は、外周側の傾き角度β２よりも大きく、内周側高さＨ１と外周側高さＨ２が略同一となるように設定されている。ブレード１０の傾斜角度は、内周側から外周側に向かって、角度β１から角度β２に連続的に変化していく構成となっている。ブレード１０の傾きが一様ではないため、ブレード１０は三次元的にひねられた形態となっている。また、ブレード１０は軸αに対して回転対称形状である。

【0039】

この複雑なひねり形状のブレード１０の上面および下面となるエッジ面１１，１１は、略水平でお互いが略平行となるように、構成されている。（図３参照）。

【0040】

また、ブレード１０は、径端面１３に向かって先細りの形態であるが、僅かに先端厚みとなる径端面１３を残した形態となっている。図３（Ｃ）に示すように、ブレード１０の肉厚Ｔは、一方の端部からもう一方の端部に向けて、肉厚ｔ１から徐々に肉厚が厚くなり、一定肉厚ｔ２となってから、また徐々に肉厚を薄くしていき、最後に肉厚ｔ１に戻る構成となっている。流体制動では、鋭角部は乱流を発生させてしまうことがあるため、エッジ部１２は径端面１３を残して乱流の発生を抑制した。

【0041】

エッジ面１１はプレス加工により圧縮された被圧縮面であり（詳しくは後述）、加工硬化によりエッジ部１２は他部位よりも硬度が高く、かつ滑らかである。エッジ部１２は制動する流体に最初に当接する部位であり、先細りの形態であるため、制動する流体に対する抵抗が低く、周囲の流体は滑らかに制動される。

【0042】

さらに、羽根車１は内周側高さＨ１と外周側高さＨ２と略同一とし、なおかつ上下面を略水平であることから、流体の回り込みがなく制動効率が良い。さらに全体の高さを低くし、省スペースに配置できる。タービンなどの並置翼として使用された場合には、隣り合う翼との隙を小さくでき、流体の逆流を抑制する効果を得ることができる。

【0043】

（羽根車１の製造方法）
次に、上述の羽根車１の製法方法について図４を用いて説明する。図４は、第１の実施形態に係る羽根車１の製造方法の加工フロー図である。なお、羽根車１は同ブレード１０が等角度で円環状に並んでいるため、製造時も図４に示すピースが円環状に連続しているが、図４では１つのピースに注目して、他を省略する。

【0044】

図４に示すように、羽根車１は、被加工部材である一枚の金属製の平板を、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の各工程で加工することにより成形される。

【0045】

ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の工程は、全てプレス加工によって行われる。プレス加工とは、上金型と下金型を用いて、その間に被加工部材を配置し、下金型を固定して、上金型を上下方向に昇降させて被加工部材をプレスする加工方法である。上金型と下金型にセットさせる器具（パンチ、ダイなど）の種類や形状によりプレス加工の種類は異なり、例として、打ち抜き加工、穴あけ加工、圧縮成形加工、曲げ加工、反り修正加工（塑性変形）加工、トリミング加工、パンチング加工、絞り加工などがプレス加工に含まれる。プレス加工された加工面、即ち、圧縮面、打ち抜き面などは、被プレス加工面となる。

【0046】

まずステップＳ１０１で、打ち抜き工程として、羽根車１の構成部材である金属製の平板が、被加工部材としてプレス加工により打ち抜かれ、中心を同じくする内周リング３と外周リング２、この二つのリングの間で円環状に並ぶ複数のブレード１０、およびブレード１０の内周側端部と内周リング３とを連結する内周桟５、ブレード１０の外周側端部と外周リング２とを連結する外周桟４が成形される。また、別の視点から見ると、プレス加工により被加工部材からブランク材が打ち抜かれてスリット７が成形され、打ち抜かれた被プレス加工面として、径端面１３，１３、外周端面１４、内周端面１５が成形される。打ち抜き後の形状は、軸αを中心として左右対称となっている。

【0047】

次に、ステップＳ１０２に移行し、圧縮成形工程として、ブレード１０の少なくとも一部の領域がプレス加工により圧縮され、ブレード１０の少なくとも一部の領域で厚さなどの形態に変化が与えられる。

【0048】

本実施形態では、一方の径端面１３にかかる表面１８の所定領域を、径端面１３に向かう程に深く圧縮する。圧縮領域は、径端面１３に係るブレード１０の縁部に帯状に構成される。略扇形であるブレード１０は、外周側の幅の方が内周側の幅よりも広く、これに合わせて圧縮領域も、外周側の幅の方が内周側の幅よりも広い略扇形となっている。

【0049】

圧縮領域がエッジ面１１として成形され、ブレード１０にエッジ部１２が成形される。径端面１３へ向かう程に深く圧縮するため、エッジ部１２は、径端面１３へ向かう程に先細りの形態となる。

【0050】

同様にして、他方の径端面１３にかかる裏面１９の所定領域についても、径端面１３に向かう程に深く圧縮する。径端面１３で圧縮量は最大であり、エッジ部１２は両径端面１３，１３へ向かって先細り形態となる。この最大圧縮量は、外周側でも内周側でも同一であり、加工後の径端面１３の肉厚は一定である。このため、圧縮成形後のエッジ面１１は、外周側へ向かう程ゆるやかな傾斜面であり、内周面へ向かう程傾斜面の角度が大きくなる。即ち、エッジ面１１は表面１８に対して三次元的に傾斜した面となっている。

【0051】

ステップＳ１０２におけるブレード１０の圧縮量と圧縮領域は、次工程である曲げ工程後には、被加工面であるエッジ面１１が水平となるように、調整されている。即ち、ステップＳ１０２後、ステップＳ１０３でブレード１０が曲げられるが、この曲げの傾斜角度は一様ではなく、内周側から外周側へ向かって変化する複雑な曲げであり、この曲げ加工後にエッジ面１１が水平面となるように、ステップＳ１０２の段階でのブレード１０の圧縮量と圧縮領域が、連続的に変化するように設計されている。

【0052】

このように、ステップＳ１０２で成形されるエッジ面１１は、次工程の加工を考慮して勾配と領域が決定されている。

【0053】

エッジ面１１は、被プレス加工面（被圧縮面）である。本工程により、エッジ面１１が成形される。エッジ面１１を含むエッジ部１２は、本加工後に加工硬化する。エッジ部１２は、制動する流体に対向する部位、即ち、流体に最初に触れる部位であり、流体からの抵抗を負荷として受けるため、加工硬化により、剛性が増すことにより、ブレード１０の耐久性が向上する。

【0054】

これに限らず、プレス加工（圧縮成形加工）によりブレード１０の少なくとも一部の厚みを変化させることで、ブレードの所望の領域に被圧縮面として滑らかな表面をもつ、剛性の高い、流体制動に有利な部分を作ることができる。

【0055】

次工程の曲げ工程後の形状を、より高精度なものとするために、本工程においては、圧縮加工による領域外への伸び率や、加工硬化による圧縮率を考慮すると、好ましい。

【0056】

本実施形態では、エッジ面１１自体は平面であるが、これを曲面として、エッジ部１２の厚みが直線的ではなく曲線的に変化する、例えば、先端側が丸くなるように構成してもよい。

【0057】

次にステップＳ１０３に移行し、曲げ工程として、軸αを中心にブレード１０を回転させるようにして、主として内周桟５および外周桟４を変形させる曲げ加工を実施する。曲げ加工は、プレス加工の一種であり、プレス加工を行う上金具と下金具に、所望の形状の加工面を備える器具を、加工面同士が対向するようにセットし、この対向する加工面同士の間に被加工部材を配置する。そして上金具を昇降させて、加工面同士で被加工部材を挟み込むことで、被加工部材を所望の形状となるように塑性変形させる。

【0058】

本実施形態では、プレス加工に用いられる上金具と下金具にセットされる器具（パンチとダイ）は、対向する加工面として、傾斜態様を同じくする傾斜面を備えており、ブレード１０はこの傾斜面（加工面）に挟まれることで、軸αを中心として、一方の径端面１３が上方向へ、他方の径端面１３が下方へ向けて回転して、上下に突出する。このとき、回転変形の主として塑性変形するのはブレード１０を連結している内周桟５および外周桟４である。ブレード１０は主として形状を保ちつつ、軸αを中心としてねじられるように所定の形状に塑性変形する。外周リング２および内周リング３は、本加工時には押えが施されており、ほとんど変形しない。

【0059】

具体的には、水平状態であったブレード１０は、エッジ面１１，１１が水平となり、内周側高さＨ１と外周側高さＨ２が等しくなるように、軸αを中心として、回転する。この回転は、軸αを基準として、外周側では、回転角度＝角度β２、内周側では、回転角度θ＝角度β１となるように構成されており、その間は回転角度が連続して変化する三次元的な回転となっている（図３参照）。内周桟５、外周桟４が塑性変形してねじられて、ブレード１０を回転させるとともに、ブレード１０自体もこの形態に合わせて、上下金具にセットされた器具の加工面に挟まれて三次元的にねじり変形される。

【0060】

上記の上金具と下金具には、上記の形態の三次元的傾斜面を加工面とした器具が、加工面同士を対向して配置されており、上下から加工面でブレード１０を挟持することで、押さえや加工面の配置されない、細く剛性の弱い外周桟４と内周桟５とが主として塑性変形してブレード１０を回転させ、なおかつブレード１０を加工面に挟持して塑性変形させる。

【0061】

以上のように、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３により羽根車１が成形される。

【0062】

なお、本実施形態においては、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３は上記順番で実施されたが、羽根車１の加工においては、ステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３が含まれていれば、加工の順序は限定されない。例えば、打ち抜き工程後に、曲げ工程が実施され、その後圧縮成形工程が実施されてもよい。

【0063】

（作用効果）
以上の通り、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３に示す加工方法は、全てプレス加工であり、本形態の製造方法によれば、羽根車１をプレス加工により製造できる。羽根車１の製造をプレス加工のみで行うことができるため、従来の製造工程に比べて、製造コストを大きく減らすことができる。また、プレス加工のみで羽根車１を製造することができるため、生産性が高い。

【0064】

従来の製造方法、例えば切削加工によって羽根車を成形すると、切削加工面に工具痕が残ってしまい、流体の制動に悪影響となる。本形態の製造方法の被加工部材は、ローラー圧延製法で制作される金属製の平板であるため、面粗度が良く、これから成る表面１８および裏面１９も滑らかな面となっている。表面粗さやバリを取り除くためには研磨工程が必要となるが、本製造方法では、研磨工程は不要であるため、製造コストを低く抑えることができる。

【0065】

ブレード１０の全端面は、上記の各種プレス加工を経て成形される被プレス加工面である。内周端面１５，外周端面１４，径端面１３はステップＳ１０２の打ち抜き加工で成形され、エッジ面１１はステップＳ１０２の圧縮加工で成形される。即ち、羽根車１のブレード１０は構成面が全て滑らかで、流体制動性能が高い。

【0066】

径端面１３は圧縮成形加工により僅かに圧延されて滑らかに伸びる。これにより、エッジ面１１、表面１８、裏面１９との稜線をなめらかにしてつながる。圧縮加工にて肉厚が変化した箇所は、隣接する面との稜線（接合部）がなめらかで、流体の滑らかな移動を阻害せず、流体制動性能が向上する。

【0067】

エッジ面１１が圧縮成形加工により成形されているため、被圧縮面である表面がより滑らかになることに加え、加工硬化によりエッジ部１２の強度が増す。エッジ部１２は、制動する流体に最初に当接する部位である。エッジ部１２が、硬度が高くかつ滑らかな表面と流体制動に適した形状であるため、周囲の流体は滑らかに制動される。エッジ部１２の硬度強化により、羽根車１の製品寿命が延長される。

【0068】

また、一枚の金属製の平板より成形されており、構成部位同士が連続して一体化しているため、表面が滑らかで、かつ薄肉であっても強度が高い。均一な厚みの平板の肉厚が変化した部位は、相対的にプレスされない肉厚一定の部位よりも加工硬化により硬度が高く、かつ表面凹凸が平滑化されるために滑らかになる。このため、流体の制動に好適な形態となっている。

【0069】

ブレード１０の傾斜は、平板をプレス加工により軸αで回転させるようにして上下方向に突出させており、内周桟５，外周桟４とブレード１０との連結の連続性が高く、ブレード１０の滑らかな表面がそのまま保たれる。

【0070】

ステップＳ１０１の打ち抜き工程により、ブレード１０の外形が成形されため、所望の形状を打ち抜くことで、ブレード１０の外形を自在に構成できる。また、ステップＳ１０２の圧縮成形工程により、ブレード１０の肉厚に変化をもたらされるため、所望の領域に所望の圧縮深さでプレス成形することで、自在にブレード１０の肉厚を調整することができる。さらに、ステップＳ１０３の曲げ工程により、ブレード１０に、水平に対する傾きを与え、さらにブレード１０自身に三次元的傾きの変化を与えることができるため、ブレード１０にひねりやなどの形態変化ももたらすことができる。

【0071】

プレス工程のみで複雑形状である羽根車１を成形でき、なおかつ、ブレード１０の形状や厚み、傾きなども自在に設定することができる。このため、本開示の形態に限らず、様々な形態の羽根車にも広く適用できる。設計の自由度が高く、生産性および性能面に優れた羽根車を提供することができる。

【0072】

（羽根車製造装置）
次に、図１～図３に示した羽根車１を成形するための、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３を実現するための羽根車製造装置１００について説明する。

【0073】

図５は、羽根車製造装置１００のイメージ図である。羽根車製造装置１００は、加工台ＳＴ１，ＳＴ２，…ＳＴｎを備える。加工台ＳＴ１～ＳＴｎは、それぞれ被加工部材Ｗ１，Ｗ２，…Ｗｎをプレス加工することが可能となっている。羽根車製造装置１００は、１のプレス加工機が、複数のプレス加工台を備えている場合と、１の加工台を有するプレス加工機が複数ある場合との、両方を含むものとする。

【0074】

加工台ＳＴ１～加工台ＳＴｎでは、各ステップＳ１０１～Ｓ１０３が実装される。

【0075】

即ち、まず「打ち抜き加工台」では、ステップＳ１０１の打ち抜き加工が実施され、被加工部材からブランク材が打ち抜かれる。

【0076】

次に、圧縮成形加工台では、ステップＳ１０２における圧縮成形加工が実施される。圧縮成形加工により、被加工部材の肉厚の一部が変化する。例えば、肉厚が薄くなる、凹部や溝が成形されるなどである。

【0077】

次に、曲げ加工台では、ステップＳ１０３の曲げ加工が実施される。被加工部材の少なくとも一部が塑性変形して、少なくとも一部の被加工部材の傾きや形状が変化して上または下に突出する。

【0078】

羽根車製造装置１００では、上記の「打ち抜き加工台」「圧縮成形加工台」「曲げ加工台」が、加工台ＳＴ１～ＳＴｎのいずれかにおいて行われ、最終的に羽根車１が成形される。

【0079】

以上の通り、本実施形態の羽根車製造装置１００によれば、羽根車１をプレス加工にて製造することができるため、生産性を上げることができる。また、単一のプレス加工を行う加工台を複数備えることで、一貫生産されて、製品の品質も安定する。

【0080】

次に、上述した羽根車の形態とその製造方法に関する、好ましい他の実施形態と変形例を述べる。

【0081】

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る羽根車１０１を示す。図６（Ａ）が平面図、図６（Ｂ）が斜視図、図６（Ｃ）が正面図である。

【0082】

羽根車１０１は、外周リング１０２と、内周リング１０３と、両リングの間に、円環状に等間隔で配置された複数のブレード１１０とを含んで構成される。ブレード１１０は、内周リング１０３の中心である羽根車１０１の原点Ｏを中心として放射状に配置され、スリット１０７により互いに離れて配置される。

【0083】

図７および図８は１のブレード１１０に注目した部分拡大図である。図７（Ａ）が平面図、図７（Ｂ）が図７（Ａ）の矢印Ｃ方向から見た図、図７（Ｅ）が斜視図である。図８（Ａ）が図７（Ａ）の矢印Ｄ方向から見た図、図８（Ｂ）は図７（Ａ）のVIII(B)-VIII(B)線に沿った端面図である。VIII(B)-VIII(B)線は、軸α２に直交する。図に示す軸α２は、原点Ｏを通過する水平軸である。本実施形態では、軸α２はブレード１１０の一辺に沿う。

【0084】

図７および図８に示すように、ブレード１１０は平面視して開角度の小さな略扇形状となっており、内周側の幅の方が外周側の幅よりも狭い。ブレード１１０の外周には平面視して略Ｃ字型に伸びるスリット１０７が成形されており、ブレード１１０は内周側でも外周側でも外周リング１０２，内周リング１０３とは連結されていない。代わりに、スリット１０７の無い一辺で、ブレード１１０は連結部１０６と連結されている。

【0085】

連結部１０６は、内周リング１０３と外周リング１０２との間で、これに連結されて等角度で放射状に設けられている。羽根車１０１も一枚の金属製の平板をプレス加工することにより成形されるため、羽根車１を構成するブレード１１０、内周リング１０３、外周リング１０２、および連結部１０６は、全て連続的かつ一体的に構成されている。

【0086】

ブレード１１０は、連結部１０６との境界部１２９で屈曲して、上方に突出している。ブレード１１０と連結部１０６との傾斜角度は、境界部１２９のどの位置においても角度β３で一定となっており、ブレード１１０は曲面ではなく平面に構成されている。ブレード１１０は外周側が幅広の略扇形状であるため、ブレード１１０の上方突出量（高さ）は、外周側から内周側に向かって減少する構成となっている。

【0087】

ブレード１１０は、内周端面１１５，外周端面１１４を備える。さらに、ブレード１１０は、内周端面１１５から外周端面１１４に向かって帯状に成形される、厚みに対して斜めに構成されるエッジ面１１１を備える。エッジ面１１１により、ブレード１１０は端部に向かって先鋭している。この先鋭部分をエッジ部１１２と称する。スリット１０７にかかる表面の縁部に帯状に延びるエッジ面１１１の幅は一定であり、エッジ面１１１の形状は、平面視して矩形となっている。

【0088】

エッジ部１１２はエッジ面１１１と裏面１１９でのみ構成され、エッジ部１１２の肉厚は先端に向けて直線的に減少する。

【0089】

さらに、ブレード１１０の表面１１８には、多数の凹部１４０が成形されている。本実施形態では表面１１８にのみ凹部１４０が成形されているが、裏面１１９にも同形状の凹部または異なる形状の凹部や溝が成形されていても良い。

【0090】

流体に配置された物体は、物体の後方で乱流を発生させるが、物体の表面に凹部がある場合、乱流の発生が抑制される。ブレード１１０の表面に凹部１４０を成形することで、流体に配置されるブレード１１０によって乱流が発生することを抑制している。

【0091】

ブレード１１０は、表面１１８および裏面１１９、内周端面１１５、外周端面１１４、径端面１１３、エッジ面１１１、および凹面１４１から構成される。そして、表面１１８および裏面１１９を除いた構成面、即ち、内周端面１１５、外周端面１１４、径端面１１３、エッジ面１１１、および凹面１４１は、全てプレス加工により成形された被プレス加工面である。このため、表面が滑らかで、流体制動性能が高い。また、羽根車１０１は、一枚の平板から構成され、被プレス面でのみ構成されるため、生産コストが低く、生産性が高い。

【0092】

図８（Ｂ）に示すように、軸α２に直交する断面形状において、ブレード１１０の厚みＴＴは、一方の端部からもう一方の端部に向けて、エッジ部１１２では徐々に厚みが増して一定になったのち、凹部１４０の設けられているところでは、厚みが減少して再び増加し、最後はまた一定となる構成となっている。肉厚を変化させている凹面１４１はプレス加工（圧縮成形）によって成形される被圧縮面であり、加工硬化により硬度が増し、かつ滑らかで、隣接する面と滑らかにつながる。

【0093】

また、図８に示すように、エッジ面１１１はブレード１１０の上面となる。エッジ面１１１自体は内周側が低い傾斜面であるが、屈曲部である境界部１２９に直交する断面においては、エッジ面１１１は水平に構成される（図８（Ｂ）参照）。
エッジ面１１１もプレス加工（圧縮成形）によって成形される被圧縮面であり、エッジ部１１２は、流体に最初に触れる部位であり、表面が滑らか、かつ圧縮硬化により硬度が高く、これにより耐久性も向上する。後流も凹部１４０により、乱流が抑制される。

【0094】

（羽根車１０１の製造方法）
次に、上述の羽根車１０１の製法方法について図９を用いて説明する。図９は、第２の実施形態に係る羽根車１０１の製造方法の加工フロー図である。

【0095】

図９に示すように、羽根車１０１は、被加工部材である一枚の金属製の平板を、ステップＳ２０１～ステップＳ２０４の各工程で加工することにより成形される。本実施形態では、図４に示した３つの工程に、さらに凹凸成形加工が追加されている。凹凸成形工程もプレス加工の一種であり、第１の実施形態同様、ステップＳ２０１～ステップＳ２０４の工程は、全てプレス加工によって行われる。

【0096】

ますステップＳ２０１で、打ち抜き工程として、羽根車１０１の構成部材である金属製の平板を被加工部材として、略Ｃ字型のブランク材が打ち抜かれ、内周リング１０３と外周リング１０２、この二つのリングに連結される連結部１０６、および二つのリングの間に挟まれて配置されるブレード１１０が成形される。ブレード１１０は、連結部１０６とは一体的に連続している。また、別の視点からは、被加工部材が打ち抜かれてスリット７が成形されることにより、打ち抜き面として、径端面１１３、外周端面１１４、内周端面１１５が成形される。

【0097】

次に、ステップＳ２０２に移行し、プレス加工の一種であるパンチによる工程である凹凸成形工程が実施される。ブレード１１０の上方に、昇降可能にパンチ（図示せず）を配置し、かかるパンチにより表面１１８をパンチングすることによって、凹部１４０が成形される。

【0098】

本実施形態では、ブレード１１０の配置はそのままに、パンチが１度昇降するごとに配置を移動する。パンチが下降、上昇、移動を繰り返すことで、表面１１８には多数の凹部１４０が成形される。

【0099】

本実施形態では、パンチの当たり面は、僅かに突出した曲面となっており、凹部１４０は円形で、中心に向かって深くなるすり鉢状に成形されたが、成形される凹部の形状や深さなどの形態はこれに限られない。凹凸成形工程により成形される凹部は、パンチの当たり面により成形されるため、当たり面の形状を変更することで、所望の形状の凹部を成形できる。表面１１８に凹部が成形されることで、相対的に凹部が成形されなかった部分が凸部となる。

【0100】

次に、ステップＳ２０３に移行して、圧縮成形工程が実施される。これは、第１実施形態のステップＳ１０１の圧縮成形工程と同等である。本実施形態の圧縮領域は、径端面１１３にかかるブレード１１０の縁部である。第１実施形態同様、次工程の曲げ工程後のエッジ面１１１の形態が考慮される。具体的には、エッジ面１１１に接触する上下金具にセットされる器具（パンチ、ダイ）の加工面の傾斜角度は、角度β３となっている。

【0101】

ここで、圧縮深さは、先端に向かう程に深くなる構成であるが、エッジ部１１２は圧縮成形加工により成形されるため、先端部は圧延されてのびて先鋭して成形され、刃物のような鋭い先端ではなく、僅かに丸く構成される。このため、エッジ部１１２は自然に流体制動に適した構成となる。

【0102】

次にステップＳ２０４に移行し、曲げ工程として、連結部１０６とブレード１１０との境界である境界部１２９を軸として、ブレード１１０が立ち上がるように塑性変形させる曲げ加工が実施される。この曲げ角度は角度β３である。これは、第１実施形態の曲げ加工と同様であり、上下から、所定の加工面を備えた器具を、上下金型に加工面同士が対向するようにセットして、被加工部材を加工面の間に配置する。そして上金具を下降させることで、被加工部材を上下から加工面で挟持して所望の形状に塑性変形させる。連結部１０６には押えが施されており、連結部１０６は変形せず、主としてブレード１１０と連結部１０６の境界部１２９が塑性変形してブレード１１０を上方へ立ち上げる。

【0103】

以上のように、ステップＳ２０１～ステップＳ２０４により羽根車１０１が成形される。全てプレス加工により実施されるため、生産コストが低い。

【0104】

なお、打ち抜き工程と、圧縮成形工程と、曲げ工程は必須であり、少なくともこの三つの工程を製造方法は含んで実施される。凹凸成形加工は必須工程ではなく、追加によると好適な工程である。工程の順序は、上記実施形態に限られず、例えば、凹凸成形加工は、圧縮成形工程後に実施されても良い。

【0105】

本実施形態のように、ブレード１１０を切り起こして上下方向に突出させる形態であっても、曲げ工程により連結部１０６から滑らかに連続しており、流体制動に適した形態となっている。

【0106】

また、凹部１４０の表面は、加工硬化により、硬度が増し、表面も滑らかとなり、流体の制動に好適な形態となる。

【0107】

（変形例）
本発明の形態は、上記実施形態に限定されない。前述の通り、本開示の方法を用いることで、羽根車のブレードの形状、傾き、肉厚、表面形状等を自在に構成することができる。図１０～図１５に好ましい変形例を示す。

【0108】

（変形例１：表面形状）
図１０（Ａ）～（Ｄ）は、ブレードの表面形状に係る変形例を示す。第１実施形態のブレード１０に凹凸成形工程を追加して成形したブレード１０Ａ～１０Ｃ、およびその特徴を示す概略断面図である。

【0109】

凹凸成形工程では、パンチング加工を被加工部材に施すが、パンチの当たり面や、加工速度、下金具に取付けられる器具（下押え）の有無や形態等により、多様な形態の凹凸や孔をブレードに成形できる。

【0110】

例えば、図１０（Ａ）のブレード１０Ａでは、プレス加工に使用するパンチ下に押えを設けず、パンチを打ち下ろして、被加工部材を打ち抜き、ブレード１０Ａに孔４２を成形している。

【0111】

図１０（Ｂ）では、同様にパンチ下に押えを設けず、さらにパンチングの速度を調整して、ブレード１０Ｂの表面に凹部４３、その対向裏面に凸部４４を成形している。

【0112】

図１０（Ｃ）では、線形に伸びる三角柱状のパンチを使用することで、ブレード１０Ｃの表面に溝４５を成形している。溝４５は羽根車の回転方向（流体の制動方向）に伸びる。

【0113】

また図１０（Ｄ）では、図１０（Ｃ）同様に、ブレード１０Ｃ´の表面には、溝４５´が成形されてる。溝４５´は、ブレード１０Ｃの溝４５とは直交する方向に伸びている。

【0114】

例えば、真空におかれる静翼では、ブレード１０Ｃ´のように溝４５´を設けることで、流体に対する粘性抵抗を増加させて気体分子を表面にまとわり付かせて層流を崩すことができるため、ガス分子の排気性能を向上させることができる。

【0115】

このように、目的に合わせてブレードの表面に溝や凹凸を成形できる。また、溝や凹凸については、その形状のみならず、個数、方向、配置、なども自在に設定できる。

【0116】

これらの加工は、複数個の凹凸が一度のパンチにより成形されても良く、また何度かに分けて成形されても良い。

【0117】

（変形例２：断面形状）
図１１は、ブレード１０の変形例であるブレード１０Ｄ，１０Ｅであり、特徴を示す概略断面形状である。図３（Ｃ）に対応する。

【0118】

圧縮成形加工を行う上下金具にセットする器具（パンチ、ダイなど）の圧縮面および受け側の保持面の形状により、ブレードの表面やエッジ部の形状、ブレードの断面形状は決定される。このため、圧縮面／保持面の形状に様々な形状を用いることで、様々な形態のブレードを成形できる。

【0119】

例えば、端面側に向かって落ち込む曲面を圧縮面、対向する受け側の保持面には平面を用いて、被加工部材の端部を圧縮成形加工することで、角部にフィレットを施すことができる。保持面と圧縮面を逆の形態とすることで、反対面に同様の加工を施すこともできる。図１１（Ａ）に示すブレード１０Ｄの両端部には上記加工が施されており、エッジ面１１Ｂが曲率半径の大きな曲面として構成されている。

【0120】

また、例えば、圧縮面にも保持面にも端部に向かって落ち込む曲面を用いて、端面側に向かって圧縮量が大きくなるように構成することで、表面および裏面の両方を圧縮成形して、被加工部材を所望の形状に成形することができる。図１１（Ｂ）のブレード１０Ｅは、その径端部の表面１８Ｅと裏面１９Ｅの両面から同曲率半径の曲面で構成される圧縮面と保持面で挟持され、圧縮成形されている。これにより、表面と裏面の両方に、曲面で構成されるエッジ面１１Ｅが成形され、先端に向かって丸くなるエッジ部１２Ｅが成形される。

【0121】

（変形例３：羽根車の形態）
図１２は、羽根車の形態の変形例である羽根車１Ｆ～１Ｊを示す。本開示の構成は、ブレードの形状、ブレードの傾斜状態、ブレードの配置、ブレードの連結形態等を変更しても、同様に適用できる。

【0122】

図１２（Ａ）に示す羽根車１Ｆでは、ブレードの形状を扇形ではなく矩形としている。ブレードは、第２実施形態同様に、折り曲げられるようにして立ち上がる構成であり、ブレードの傾斜角度は一定となっている。

【0123】

図１２（Ｂ１）および図１２（Ｂ２）に示す羽根車１Ｇでは、連結部の延伸方向が、リングの中心点（羽根車の原点）を通過しておらず、内周リングから所定角度傾斜した偏心型の形態となっている。

【0124】

図１２（Ｃ）に示す羽根車１Ｈでは、連結体は放射状に成形されているが、連結体を挟んで両側に一対のブレードが設けられており、連結体とブレードの境界で一方のブレードが下方へ、他方のブレードが下方へ、同角度に屈曲した形態となっている。

【0125】

図１２（Ｄ）に示す羽根車１Ｉでは、ブレードは平面視して略扇形であるが、内周側の幅の方が、外周側の幅よりも広い形態となっている。

【0126】

図１２（Ｅ）に示す羽根車１Ｊでは、ブレードの外形がくの字型に湾曲した形状となっている。エッジ面は、矩形ではなく、ブレード中央付近の湾曲部の先端の一部領域となっている。このように、エッジ面もブレードの所望の領域に、所望の形状で成形することができる。

【0127】

（変形例４：クラッド材）
図１３は、羽根車の構成部材（原材料としての被加工部材）についての変形例であり、ブレードの概略断面図である。羽根車は、被加工部材として金属製の平板をプレス加工することにより成形されるが、例えば、図１３（Ａ）に示すように、被加工部材に二種以上の金属層（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）を積層して圧延することで接合させたクラッド材を用いても好ましい。

【0128】

例えば、図１３（Ｂ）に示すように、表面を構成する第１層の金属層Ｍ４、中間層である第２層の金属層Ｍ５、裏面を構成する第３層の金属層Ｍ６からなるクラッド材において、第１層の金属層Ｍ４と第３層の金属層Ｍ６に、第２層の金属層Ｍ５よりも硬度の高い金属を使用することで、露出面に流体制動に必要な剛性を持たせつつ、相対的に柔らかい第２層により、加工を容易とすることができる。

【0129】

図１３（Ｃ）に示すように、表面を構成する第１層の金属層Ｍ７、中間層である第２層の金属層Ｍ８、裏面を構成する第３層の金属層Ｍ９からなるクラッド材において、中間層には硬度の高い金属を使用して剛性を確保し、露出面である第１層の金属層Ｍ７と第３層の金属層Ｍ９に、耐食性や耐熱性に優れた金属を用いることで、使用環境に合わせてブレードの耐久性を向上させることができる。

【0130】

（変形例５：傾斜角度）
図１４は、ブレードの傾斜／湾曲状態についての変形例である。ブレードの傾斜角度や、ブレードの湾曲の形態は、曲げ工程にて被加工部材を挟持する加工面により決定され、ブレードを自在に成形することができる。

【0131】

例えば、図１４（Ａ）に示すブレード１０Ｋは、平面状であり、水平面に対しての傾きは一定となっている。図１４（Ｂ）に示すブレード１０Ｌは、一定角度で傾きつつ、中央で僅かに湾曲した形態となっている。図１４（Ｃ）に示すブレード１０Ｍは、より湾曲した形態となっている。

【0132】

このように、ブレード１０の傾斜や湾曲の形態は、曲げ加工における上下金具の加工面により自在に成形することができる。

【0133】

（変形例６：分割羽根車）
本開示の構成は、円形の羽根車だけでなく、同形の複数個に分割された形態である分割羽根車についても適用できる。例えば、図１５（Ａ）に示す分割羽根車１Ｐは、円形リングを二分割した半リング形状のであり、もう一つ同形の羽根車と共に一対で使用される。半円の両端が向かい合うように、もう一つの分割羽根車とともに円形状に配置して使用される。図１５（Ｂ）に示す分割羽根車１Ｑは、四半円形態となっている。４つの同形の分割羽根車１Ｑを円形状に配置して用いる。分割羽根車は、特に静翼に好適である。

【0134】

以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、上記の実施形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0135】

１ ：羽根車
２ ：外周リング
３ ：内周リング
１０ ：ブレード
１２ ：エッジ部
１３ ：径端面
１８ ：表面
１９ ：裏面
４３ ：凹部
４４ ：凸部
１００ ：羽根車製造装置
Ｓ１０１～Ｓ１０３、Ｓ２０１～Ｓ２０４ ：ステップ
ＳＴ１、ＳＴ２…ＳＴｎ ：加工台
Ｔ ：肉厚
Ｗ１、Ｗ２ ：被加工部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2021-04-28

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一枚の金属製の板材からプレス加工のみで成形された成形体であって、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードの断面形状は、少なくとも一部の領域で、前記羽根車の円周方向または半径方向の断面形状において、一方の端部から他方の端部に向けて、該ブレードの肉厚が連続して変化するように構成される、
ことを特徴とする羽根車の構造。

【請求項2】

単一の金属部材のみからなり、全体が一体的に構成され、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成された羽根車の構造に関し、前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、他領域よりも薄肉で、かつ他領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成される薄肉部を含む、
ことを特徴とする羽根車の構造。

【請求項3】

前記ブレードの内周側に配置され、前記ブレードの内周側端部と直接にまたは間接に接続される内周環と、
前記ブレードの外周側に配置され、前記ブレードの外周側端部と直接にまたは間接に接続される外周環との、
両方またはどちらか一方を備え、
前記ブレードは、少なくとも一部の領域で、前記内周環または前記外周環に対する傾きが変化するように構成される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の羽根車の構造。

【請求項4】

前記ブレードは、前記ブレードの端部領域に、前記端部に向かい肉厚が薄肉となり、他の領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成されるエッジ部を備える、
ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項5】

前記ブレードの構成面は全て、プレス加工による被プレス加工面である、
ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項6】

前記ブレードを構成する表面および裏面の、片面または両面には、複数の凹凸形状が成形されている、
ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項7】

前記羽根車は、同形に複数個に分割された形態である分割羽根車を含む、
ことを特徴とする請求項１～請求項６のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項8】

一枚の金属製の板材のみから成形された成形体であって、円環状に配置される複数のブレードを含んで構成される羽根車を、金型を用いてプレス加工のみで製造する製造方法であって、
前記板材をプレス加工により打ち抜いて前記ブレードを成形する打ち抜き工程と、
前記打ち抜き工程で成形されたブレードの少なくとも一部の領域をプレス加工により圧縮することで、前記ブレードの少なくとも一部の領域の肉厚を変化させる圧縮成形工程と、
前記ブレードの少なくとも一部の領域を、プレス加工による曲げ加工を行うことで、上方向または下方向に突出させて、前記ブレードに所望の傾斜を持たせる曲げ工程と、
を備えることを特徴とする羽根車の製造方法。

【請求項9】

プレス加工によって、前記ブレードの表面に複数の凹凸形状を成形する、凹凸成形工程を備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の羽根車の製造方法。

【請求項10】

一枚の金属製の板状の被加工部材から、プレス加工のみにより羽根車を製造する製造装置であって、
少なくとも、前記打ち抜き工程を実施可能な第１の加工台と、前記圧縮成形工程を実施可能な第２の加工台と、前記曲げ工程を実施可能な第３の加工台とを備える、
ことを特徴とする羽根車の製造装置。

【請求項11】

前記ブレードは、周方向に対向する端部領域に、肉厚が薄肉となり、他の領域よりも相対的に高硬度、かつ表面が平滑に構成されるエッジ部をそれぞれ備え、
２つの端部領域に設けられた前記エッジ部は、構成面の一面同士が、上下方向で略平行となるように構成される、
ことを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかの請求項に記載の羽根車の構造。

【請求項12】

前記プレス加工は、接離可能な上金型と下金型を用いて、前記上金型と前記下金型の間に被加工部材を配置し、前記上金型と前記下金型で被加工部材をプレスして所望の形状とする加工方法である、
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の羽根車の製造方法。