特開 2024-21887 ターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法

(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】P2024021887

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】ターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/22 20060101AFI20240208BHJP

   F03B 3/12 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

F04D29/22 A

F03B3/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125048

(22)【出願日】2022-08-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】橋立 忠之

(72)【発明者】

【氏名】中村 高紀

(72)【発明者】

【氏名】中薗 昌彦

【テーマコード（参考）】

3H072

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H072AA07

3H072BB01

3H072BB31

3H072CC42

3H130AA03

3H130AB05

3H130AB13

3H130AB32

3H130AB46

3H130AC03

3H130BA66C

3H130BA95C

3H130CB09

3H130CB11

3H130DA02Z

3H130DD01Z

3H130DD07Z

3H130EA01C

3H130EA07C

3H130EB02C

3H130ED02C

(57)【要約】

【課題】容易に作製することができるとともに水の流れが阻害されることを抑制できるターボ機械の回転羽根車の羽根を提供する。
【解決手段】実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の羽根は、第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる。羽根は、第１回転支持体に支持される第１羽根部分と、第２回転支持体に支持される第２羽根部分と、第１羽根部分と第２羽根部分との間に配置されたスペーサと、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分に嵌合された羽根嵌合部と、を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械の回転羽根車の第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる羽根であって、
前記第１回転支持体に支持される、第１翼面を含む第１羽根部分と、
前記第２回転支持体に支持される、第２翼面を含む第２羽根部分と、
前記第１羽根部分と前記第２羽根部分との間に設けられた、スペーサ翼面を含むスペーサと、
前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分に嵌合された羽根嵌合部と、を備えた、ターボ機械の回転羽根車の羽根。

【請求項2】

前記第１羽根部分は、第１ボルト孔を含み、
前記第２羽根部分は、第２ボルト孔を含み、
前記スペーサは、スペーサボルト孔を含み、
前記羽根嵌合部は、前記第１ボルト孔、前記スペーサボルト孔および前記第２ボルト孔に嵌合する羽根嵌合ボルトを含む、請求項１に記載のターボ機械の回転羽根車の羽根。

【請求項3】

ターボ機械の回転羽根車であって、
第１回転支持体と、
第２回転支持体と、
前記第１回転支持体と前記第２回転支持体との間に設けられ、請求項１または２に記載の複数の羽根と、を備えた、ターボ機械の回転羽根車。

【請求項4】

前記第１羽根部分は、前記第１回転支持体と共通部材として構成され、
前記第２羽根部分は、前記第２回転支持体と共通部材として構成されている、請求項３に記載のターボ機械の回転羽根車。

【請求項5】

前記羽根は、前記回転羽根車の回転軸線を中心にして、周方向に配置されている、請求項３に記載のターボ機械の回転羽根車。

【請求項6】

ターボ機械の回転羽根車の第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる羽根の製造方法であって、
第１羽根母材に、スペーサ母材の第１スペーサ面を当接させて、前記第１羽根母材および前記スペーサ母材を締結する工程であって、前記第１羽根母材および前記スペーサ母材に第１加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、
前記第１羽根母材および前記スペーサ母材を切削加工する工程であって、前記第１羽根母材から、第１翼面を含む第１羽根部分を形成するとともに、前記スペーサ母材から、第１スペーサ翼面を含むスペーサ中間部材を形成する工程と、
前記第１羽根部分と前記スペーサ中間部材を分離する工程と、
第２羽根母材に、前記スペーサ中間部材の前記第１スペーサ面とは反対側の第２スペーサ面を当接させて、前記第２羽根母材を前記スペーサ中間部材に締結する工程であって、前記第２羽根母材および前記スペーサ中間部材に第２加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、
前記第２羽根母材および前記スペーサ中間部材を切削加工する工程であって、前記第２羽根母材から第２翼面を含む第２羽根部分を形成するとともに、前記スペーサ中間部材から第２スペーサ翼面を含むスペーサを形成する、工程と、
前記第２羽根部分と前記スペーサを分離する工程と、
前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分を締結する工程であって、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分に羽根嵌合部を嵌合させて、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分により羽根を形成する、工程と、を備えた、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法。

【請求項7】

前記第１羽根母材は、第１ボルト孔を含み、
前記第２羽根母材は、第２ボルト孔を含み、
前記スペーサ母材は、スペーサボルト孔を含み、
前記第１加工用嵌合部は、前記第１ボルト孔および前記スペーサボルト孔に嵌合する第１加工用嵌合ボルトを含み、
前記第２加工用嵌合部は、前記第２ボルト孔および前記スペーサボルト孔に嵌合する第２加工用嵌合ボルトを含み、
前記羽根嵌合部は、前記第１ボルト孔、前記スペーサボルト孔および前記第２ボルト孔に嵌合する羽根嵌合ボルトを含む、請求項６に記載のターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法。

【請求項8】

前記第１羽根母材および前記スペーサ母材を切削加工する工程において、前記第１翼面および前記第１スペーサ翼面は、連続状に形成され、
前記第２羽根母材および前記スペーサ中間部材を切削加工する工程において、前記第２翼面および前記第２スペーサ翼面は、連続状に形成される、請求項６または７に記載のターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法。

【請求項9】

第１回転支持体と、第２回転支持体と、前記第１回転支持体と前記第２回転支持体との間に設けられる羽根と、を含むターボ機械の回転羽根車の製造方法であって、
第１羽根車母材に、スペーサ母材の第１スペーサ面を当接させて、前記第１羽根車母材および前記スペーサ母材を締結する工程であって、前記第１羽根車母材および前記スペーサ母材に第１加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、
前記第１羽根車母材および前記スペーサ母材を切削加工する工程であって、前記第１羽根車母材から、前記第１回転支持体、および第１翼面を含む複数の第１羽根部分を形成するとともに、前記スペーサ母材から、第１スペーサ翼面を含む複数のスペーサ中間部材を形成する、工程と、
前記第１羽根部分と前記スペーサ中間部材を分離する工程と、
第２羽根車母材に、前記スペーサ中間部材の前記第１スペーサ面とは反対側の第２スペーサ面を当接させて、前記第２羽根車母材および前記スペーサ中間部材を締結する工程であって、前記第２羽根車母材および前記スペーサ中間部材に第２加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、
前記第２羽根車母材および前記スペーサ中間部材を切削加工する工程であって、前記第２羽根車母材から、前記第２回転支持体、および第２翼面を含む複数の第２羽根部分を形成するとともに、前記スペーサ中間部材から、第２スペーサ翼面を含むスペーサを形成する、工程と、
前記第２羽根部分と前記スペーサとを分離する工程と、
前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分を締結する工程であって、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分に羽根嵌合部を嵌合させて、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分により羽根を形成する、工程と、を備えた、ターボ機械の回転羽根車の製造方法。

【請求項10】

前記第１羽根車母材は、第１ボルト孔を含み、
前記第２羽根車母材は、第２ボルト孔を含み、
前記スペーサ母材は、スペーサボルト孔を含み、
前記第１加工用嵌合部は、前記第１ボルト孔および前記スペーサボルト孔に嵌合する第１加工用嵌合ボルトを含み、
前記第２加工用嵌合部は、前記第２ボルト孔および前記スペーサボルト孔に嵌合する第２加工用嵌合ボルトを含み、
前記羽根嵌合部は、前記第１ボルト孔、前記スペーサボルト孔および前記第２ボルト孔に嵌合する羽根嵌合ボルトを含む、請求項９に記載のターボ機械の回転羽根車の製造方法。

【請求項11】

前記第１羽根車母材および前記スペーサ母材を切削加工する工程において、前記第１翼面および前記第１スペーサ翼面は、連続状に形成され、
前記第２羽根車母材および前記スペーサ中間部材を切削加工する工程において、前記第２翼面および前記第２スペーサ翼面は、連続状に形成される、請求項９または１０に記載のターボ機械の回転羽根車の製造方法。

【請求項12】

前記羽根は、前記回転羽根車の回転軸線を中心にして、周方向に配置されている、請求項９または１０に記載のターボ機械の回転羽根車の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施の形態は、ターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械の一例としてのフランシス水車は、水の圧力エネルギを回転エネルギに変換するランナを備えている。ランナは、周方向に配置された複数のランナ羽根を含んでおり、隣り合うランナ羽根の間に、水が流れる流路が形成されている。この流路に流入した水は、その圧力を解放することによって、水の圧力エネルギが回転エネルギに変換される。ランナ羽根の間の流路は、ランナの入口から出口に向かって徐々に狭くなっている。このことにより、流路内における急激な圧力の変化を防止し、入口では高い水の圧力が、出口に向かうにつれて緩やかに低下する。ランナ羽根は、クラウンとバンドとの間に配置され、クラウンおよびバンドに接続されている。

【0003】

このような構造を有するランナは、一般的には大型部品であるため、クラウン、バンド、ランナ羽根を個々に作製している。そして、各ランナを、クラウンおよびバンドに溶接することにより、ランナが作製される。

【0004】

一方、ランナが比較的小型である場合、ランナ羽根の間の空間は小さい。この場合、作業スペースを確保することが困難になり、ランナ羽根の溶接作業や、仕上げ作業が困難になり得る。このため、クラウンとランナ羽根を、１つの母材から切削加工によって作製する場合がある。この場合、別部品として作製されたバンドに、ランナ羽根がボルト締結され、ランナが作製され得る。あるいは、バンドとランナ羽根を１つの母材から切削加工によって作製される場合もある。この場合、別部品として作製されたクラウンに、ランナ羽根がボルト締結され、ランナが作製され得る。

【0005】

ランナ羽根は、３次元に複雑に湾曲した翼面形状を有している。このため、ランナ羽根の切削加工は、母材に対して切削工具の刃先の角度や深さを細やかに制御しながら行われる。例えば、３～５つの回転軸を有し、母材と切削工具との相対的な姿勢を制御可能な多軸工作機械が用いられる。通常、工具の長さ、径および可動範囲などを考慮してランナの設計が行われる。このことにより、切削不可能な狭小部または深遠部が存在することを防止することができる。一方で、ランナの設計が制約されるという問題もある。

【0006】

例えば、クラウンおよびバンドのいずれか一方とランナ羽根の全体を、１つの母材から切削加工によって作製する代わりに、ランナ羽根の一部分を、クラウンおよびバンドのいずれか一方と、１つの母材から切削加工によって作製することも考えられる。この場合、クラウンと一体化されたランナ羽根の一部分と、バンドと一体化されたランナ羽根の残りの部分とが接続される。ランナ羽根のクラウン側の部分の翼面と、ランナ羽根のバンド側の部分の翼面とは、別々に切削加工された後に、接続される。このため、加工誤差または組立誤差などにより、両翼面には、水の流れを阻害し得る程度の段差が形成される可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６７２６６２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、容易に作製することができるとともに水の流れが阻害されることを抑制できるターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車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】

【0009】

実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の羽根は、第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる羽根である。羽根は、第１回転支持体に支持される、第１翼面を含む第１羽根部分と、第２回転支持体に支持される、第２翼面を含む第２羽根部分と、第１羽根部分と第２羽根部分との間に設けられた、スペーサ翼面を含むスペーサと、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分に嵌合された羽根嵌合部と、を備えている。

【0010】

実施の形態によるターボ機械の回転羽根車は、第１回転支持体と、第２回転支持体と、第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられた上述のターボ機械の回転羽根車の複数の羽根と、を備えている。

【0011】

実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法は、ターボ機械の回転羽根車の第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる羽根の製造方法である。この製造方法は、第１羽根母材に、スペーサ母材の第１スペーサ面を当接させて、第１羽根母材およびスペーサ母材を締結する工程であって、第１羽根母材およびスペーサ母材に第１加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、第１羽根母材およびスペーサ母材を切削加工する工程であって、第１羽根母材から、第１翼面を含む第１羽根部分を形成するとともに、スペーサ母材から、第１スペーサ翼面を含むスペーサ中間部材を形成する工程と、第１羽根部分とスペーサ中間部材を分離する工程と、第２羽根母材に、スペーサ中間部材の第１スペーサ面とは反対側の第２スペーサ面を当接させて、第２羽根母材をスペーサ中間部材に締結する工程であって、第２羽根母材およびスペーサ中間部材に第２加工用嵌合部を嵌合させる、工程と、第２羽根母材およびスペーサ中間部材を切削加工する工程であって、第２羽根母材から第２翼面を含む第２羽根部分を形成するとともに、スペーサ中間部材から第２スペーサ翼面を含むスペーサを形成する工程と、第２羽根部分とスペーサを分離する工程と、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分を締結する工程であって、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分に羽根嵌合部を嵌合させて、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分により羽根を形成する、工程と、を備えている。

【0012】

実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の製造方法は、第１回転支持体と、第２回転支持体と、第１回転支持体と第２回転支持体との間に設けられる羽根と、を含む回転羽車の製造方法である。この製造方法は、第１羽根車母材に、スペーサ母材の第１スペーサ面を当接させて、第１羽根車母材およびスペーサ母材を締結する工程であって、第１羽根車母材およびスペーサ母材に第１加工用嵌合部を嵌合させる工程と、第１羽根車母材およびスペーサ母材を切削加工する工程であって、第１羽根車母材から、第１回転支持体、および第１翼面を含む複数の第１羽根部分を形成するとともに、スペーサ母材から、第１スペーサ翼面を含む複数のスペーサ中間部材を形成する、工程と、第１羽根部分とスペーサ中間部材を分離する工程と、第２羽根車母材に、スペーサ中間部材の第１スペーサ面とは反対側の第２スペーサ面を当接させて、第２羽根車母材およびスペーサ中間部材を締結する工程であって、第２羽根車母材およびスペーサ中間部材に第２加工用嵌合部を嵌合させる工程と、第２羽根車母材およびスペーサ中間部材を切削加工する工程であって、第２羽根車母材から、第２回転支持体、および第２翼面を含む複数の第２羽根部分を形成するとともに、スペーサ中間部材から、第２スペーサ翼面を含むスペーサを形成する、工程と、第２羽根部分とスペーサとを分離する工程と、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分を締結する工程であって、第１羽根部分、スペーサおよび第２羽根部分に羽根嵌合部を嵌合させて、前記第１羽根部分、前記スペーサおよび前記第２羽根部分により羽根を形成する、工程と、を備えている。

【発明の効果】

【0013】

実施の形態によれば、容易に作製することができるとともに水の流れが阻害されることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、第１の実施の形態によるフランシス水車の全体構成を示す縦断面図である。

【図2】図２は、図１に示すランナ羽根を示す斜視図である。

【図3】図３は、図２に示すランナ羽根を示す分解斜視図である。

【図4】図４は、図２に示すランナ羽根を示す断面図である。

【図5】図５は、図２に示すランナ羽根の製造方法において、第１締結工程を説明するための斜視図である。

【図6】図６は、図５とは異なる方向から見た、第１締結工程を説明するための斜視図である。

【図7】図７は、図２に示すランナ羽根の製造方法において、第１翼面形成工程を説明するための斜視図である。

【図8】図８は、図２に示すランナ羽根の製造方法において、第２締結工程を説明するための斜視図である。

【図9】図９は、図２に示すランナ羽根の製造方法において、第２翼面形成工程を説明するための斜視図である。

【図10】図１０は、第２の実施の形態によるランナを示す断面図である。

【図11】図１１は、図１０に示すランナの製造方法において、ボルト孔形成工程を説明するための斜視図である。

【図12】図１２は、図１０に示すランナの製造方法において、第１締結工程を説明するための分解斜視図である。

【図13】図１３は、図１０に示すランナの製造方法において、第２締結工程を説明するための分解斜視図である。

【図14】図１４は、図１０に示すランナの製造方法において、組立工程を説明するための分解斜視図である。

【図15】図１５は、図１０に示すランナの製造方法において、組立完了後のランナを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態におけるターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法について説明する。

【0016】

（第１の実施の形態）
図１～図９を用いて、第１の実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法について説明する。

【0017】

まず、図１を用いて、本実施の形態によるフランシス水車およびランナについて説明する。本実施の形態では、ターボ機械の一例としての水力機械の一例としてのフランシス水車について説明する。

【0018】

図１に示すように、フランシス水車１は、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水が流入する渦巻き状のケーシング２と、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、を備えている。このうちステーベーン３は、ケーシング２からランナ５に流入する水流を整流するための部材である。ステーベーン３は、周方向に所定の間隔をあけて配列され、周方向に隣り合うステーベーン３同士の間には、水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン４は、周方向に所定の間隔あけて配列され、周方向に隣り合うガイドベーン４同士の間には、水が流れる流路が形成されている。また、各ガイドベーン４は回動可能に構成されており、ランナ５に流入する水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機７の発電量が調整可能になっている。

【0019】

ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｃを中心に回転可能に構成されている。水車運転時には、ケーシング２から流入する水流によってランナ５は回転駆動される。すなわち、ランナ５は、ランナ５に流入する水の圧力エネルギを回転エネルギへと変換するための部材である。

【0020】

ランナ５には、主軸６を介して発電機７が連結されている。この発電機７は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギが伝達されて発電を行うように構成されている。

【0021】

ランナ５の水車運転時の下流側には、吸出し管８が設けられている。この吸出し管８は、図示しない下池または放水路に連結されており、ランナ５を回転駆動させた水が、圧力を回復して、図示しない下池または放水路に放出されるようになっている。

【0022】

なお、フランシス水車１は、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能であってもよい。この場合、発電機７は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ５を回転駆動するように構成される。このことにより、吸出し管８を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、ポンプ運転することが可能になる。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。

【0023】

図１に示すように、本実施の形態によるランナ５は、回転羽根車の一例であり、クラウン１０と、バンド１１と、複数のランナ羽根２０と、を含んでいる。クラウン１０は、第２回転支持体の一例であり、上述した主軸６に連結されている。バンド１１は、第１回転支持体の一例であり、クラウン１０よりも下方に配置されている。ランナ羽根２０は、クラウン１０とバンド１１との間に設けられ、回転軸線Ｃを中心にして、周方向に配置されている。ランナ羽根２０は、クラウン１０に支持されるとともにバンド１１に支持されている。周方向に隣り合う２つのランナ羽根２０の間に、水の流路が形成されている。本実施の形態によるランナ羽根２０は、クラウン１０およびバンド１１に、ボルト締結されていてもよい。

【0024】

本実施の形態によるランナ羽根２０について図２～図４を用いて説明する。

【0025】

図１～図４に示すように、ランナ羽根２０は、第１羽根部分３０と、第２羽根部分４０と、スペーサ５０と、羽根嵌合部６０と、を含んでいる。

【0026】

図２～図４に示すように、第１羽根部分３０は、ランナ羽根２０のうちのバンド１１に当接する部分であり、バンド１１に接続されている。第１羽根部分３０は、バンド１１に当接するバンド当接面３１と、スペーサ５０に当接する第１スペーサ当接面３２と、第１ボルト孔３３と、ザグリ孔３４と、を含んでいる。第１ボルト孔３３は、第１スペーサ当接面３２からバンド当接面３１に向かって延びている。ザグリ孔３４は、バンド当接面３１に形成されており、第１ボルト孔３３に連通している。

【0027】

第１羽根部分３０は、第１翼面３５を含んでいる。第１翼面３５は、第１羽根部分３０の外面に相当している。

【0028】

第２羽根部分４０は、ランナ羽根２０のうちのクラウン１０に当接する部分であり、クラウン１０に接続されている。第２羽根部分４０は、クラウン１０に当接するクラウン当接面４１と、スペーサ５０に当接する第２スペーサ当接面４２と、第２ボルト孔４３と、ネジ孔４４と、を含んでいる。第２ボルト孔４３は、第２スペーサ当接面４２からクラウン当接面４１に向かって延びている。ネジ孔４４は、第２ボルト孔４３からクラウン当接面４１に向かって延びている。ネジ孔４４は、クラウン当接面４１まで延びていなくてもよく、またはクラウン当接面４１まで延びていてもよい。

【0029】

第２羽根部分４０は、第２翼面４５を含んでいる。第２翼面４５は、第２羽根部分４０の外面に相当している。

【0030】

スペーサ５０は、第１羽根部分３０と第２羽根部分４０との間に配置されている。スペーサ５０は、第１羽根部分３０に当接する第１スペーサ面５１と、第２羽根部分４０に当接する第２スペーサ面５２と、スペーサボルト孔５３と、を含んでいる。第２スペーサ面５２は、第１スペーサ面５１とは反対側に位置している。スペーサボルト孔５３は、第１スペーサ面５１から第２スペーサ面５２に延びている。

【0031】

スペーサ５０は、スペーサ翼面５４を含んでいる。スペーサ翼面５４は、スペーサ５０の外面に相当している。

【0032】

ランナ羽根２０の翼面は、上述した第１翼面３５と、第２翼面４５と、スペーサ翼面５４と、により構成されている。

【0033】

羽根嵌合部６０は、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に嵌合されている。より具体的には、図３および図４に示すように、羽根嵌合部６０は、羽根嵌合ボルト６１を含んでいる。羽根嵌合ボルト６１は、第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入されて嵌合している。羽根嵌合ボルト６１は、嵌合胴体部６２と、頭部６３と、ネジ部６４と、を含んでいる。嵌合胴体部６２は、第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入されて嵌合している。嵌合胴体部６２は、頭部６３からネジ部６４に延びるように形成されている。頭部６３は、第１羽根部分３０のザグリ孔３４に挿入されている。ネジ部６４は、第２羽根部分４０のネジ孔４４に螺合している。羽根嵌合ボルト６１を締め付けることにより、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０が固定される。羽根嵌合ボルト６１は、例えば、リーマボルトであってもよい。

【0034】

嵌合とは、胴体部と孔との隙間が比較的小さく、締結される複数の部材の位置ずれを小さくできる状態を意味する。例えば、嵌合が、ＪＩＳ Ｂ ０４０１に規定される中間嵌めであってもよい。ＪＩＳ Ｂ ０４０１－１に規定される嵌め合い交差域は、例えば、胴体部についてクラスｇ６であり、孔についてクラスＨ７の組み合わせであってもよい。胴体部の外径が６ｍｍである場合、交差は、－０．０１２ｍｍから－０．０００４ｍｍとなり、最小外径は、５．９８８ｍｍとなる。一方、孔の内径が６ｍｍである場合、交差は、０ｍｍから＋０．０１２ｍｍとなり、最大内径は、６．０１２ｍｍとなる。従って、胴体部と孔との最大隙間は、胴体部に対して一方の側で、半径方向に０．０１２ｍｍとなる。このような嵌め合い交差を用いた場合、第１羽根部分３０とスペーサ５０との間の位置ずれは０．０１２ｍｍ以内に制限され、スペーサ５０と第２羽根部分４０との間の位置ずれは０．０１２ｍｍ以内に制限される。このようにして、羽根嵌合ボルト６１の嵌合胴体部６２がボルト孔３３、４３、５３に嵌合することにより、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０の位置ずれを小さくできる。

【0035】

図２～図４においては、便宜上、バンド当接面３１、第１スペーサ当接面３２、第１スペーサ面５１、第２スペーサ面５２、第２スペーサ当接面４２およびクラウン当接面４１が平坦な面であって、平行に形成されている例が示されている。しかしながら、これらの面３１、３２、４１、４２、５１、５２は、クラウン１０およびバンド１１の形状に応じて形成されていればよく、平坦な面であることに限られることはない。各面３１、３２、４１、４２、５１、５２は、水の流れの主流方向（図１の矢印参照）に沿うように形成されていてもよい。あるいは、各面３１、３２、４１、４２、５１、５２は、ランナ羽根２０のクラウン１０の側の端部からバンド１１の側の端部に向かう方向に交差する方向に延びていてもよい。あるいは、各面３１、３２、４１、４２、５１、５２は、湾曲した面であってもよい。例えば、各面３１、３２、４１、４２、５１、５２は、クラウン１０の内面およびバンド１１の内面と同様に湾曲した面であってもよい。

【0036】

本実施の形態によるランナ羽根２０は、２つの羽根嵌合部６０を含んでいる。しかしながら、羽根嵌合部６０の個数は、３つ以上でもよく、任意である。

【0037】

次に、このような構成からなる本実施の形態によるランナ羽根２０の製造方法およびランナ５の製造方法について説明する。

【0038】

まず、準備工程として、第１羽根母材３６、第２羽根母材４６およびスペーサ母材５５を準備する。

【0039】

図５および図６に示すように、第１羽根母材３６は、第１羽根部分３０を形成するための母材であり、第１羽根部分３０に対して切削代が確保された寸法を有している。第１羽根母材３６は、上述したバンド当接面３１と、第１スペーサ当接面３２と、第１ボルト孔３３と、ザグリ孔３４と、を含んでいる。言い換えると、第１羽根母材３６には、予め、バンド当接面３１、第１スペーサ当接面３２、第１ボルト孔３３およびザグリ孔３４が形成されている。図５および図６に示すように、第１羽根母材３６は、直方体状に形成されていてもよい。

【0040】

図８に示すように、第２羽根母材４６は、第２羽根部分４０を形成するための母材であり、第２羽根部分４０に対して切削代が確保された寸法を有している。第２羽根母材４６は、上述したクラウン当接面４１と、第２スペーサ当接面４２と、第２ボルト孔４３と、ネジ孔４４と、を含んでいる。言い換えると、第２羽根母材４６には、予め、クラウン当接面４１、第２スペーサ当接面４２、第２ボルト孔４３およびネジ孔４４が形成されている。後述する図８に示すように、第２羽根母材４６は、直方体状に形成されていてもよい。

【0041】

図５および図６に示すように、スペーサ母材５５は、スペーサ５０を形成するための母材であり、スペーサ５０に対して切削代が確保された寸法を有している。スペーサ母材５５は、上述した第１スペーサ面５１と、第２スペーサ面５２と、スペーサボルト孔５３と、を含んでいる。言い換えると、スペーサ母材５５には、予め、第１スペーサ面５１、第２スペーサ面５２およびスペーサボルト孔５３が形成されている。図５および図６に示すように、スペーサ母材５５は、直方体状または矩形板状に形成されていてもよい。

【0042】

準備工程の後、第１締結工程として、第１羽根母材３６およびスペーサ母材５５が締結される。この場合、図５および図６に示すように、第１羽根母材３６の第１スペーサ当接面３２に、スペーサ母材５５の第１スペーサ面５１が当接するとともに、第１羽根母材３６およびスペーサ母材５５に、第１加工用嵌合部７０を嵌合させる。より具体的には、第１加工用嵌合部７０は、第１加工用嵌合ボルト７１と、ナット７５と、を含んでいる。第１加工用嵌合ボルト７１は、第１嵌合胴体部７２と、頭部７３と、ネジ部７４と、を含んでいる。第１嵌合胴体部７２は、頭部７３からネジ部７４に延びるように形成されている。第１羽根母材３６のザグリ孔３４から第１加工用嵌合ボルト７１のネジ部７４を第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３に挿入し、頭部７３をザグリ孔３４に挿入させる。ネジ部７４の一部は、第２スペーサ面５２から突出し、第２スペーサ面５２に当接したナット７５に螺合させる。第１加工用嵌合ボルト７１およびナット７５を締め付けることにより、第１羽根母材３６およびスペーサ母材５５が締結される。第１加工用嵌合ボルト７１の第１嵌合胴体部７２は、第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３に嵌合する。第１加工用嵌合ボルト７１は、例えば、羽根嵌合ボルト６１よりも短いリーマボルトであってもよい。

【0043】

第１締結工程の後、第１翼面形成工程として、第１羽根母材３６およびスペーサ母材５５が切削加工される。このことにより、図７に示すように、第１羽根母材３６から、第１翼面３５を含む第１羽根部分３０が形成され、スペーサ母材５５から、第１スペーサ翼面５４ａを含むスペーサ中間部材５６が形成される。第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａは、連続状に形成され、第１翼面３５と第１スペーサ翼面５４ａとの間に段差が形成されることを抑制できる。第１スペーサ翼面５４ａは、上述したスペーサ翼面５４の一部を構成している。

【0044】

より具体的には、第１羽根母材３６のバンド当接面３１から第１スペーサ当接面３２にわたって第１翼面３５が形成される。このことにより、第１羽根母材３６から、図２等に示す第１羽根部分３０が得られる。

【0045】

スペーサ母材５５の第１スペーサ面５１から途中位置５７まで、第１スペーサ翼面５４ａが形成される。このことにより、スペーサ母材５５からスペーサ中間部材５６が得られる。途中位置５７は、第１スペーサ面５１と第２スペーサ面５２との間の位置である。途中位置５７から第２スペーサ面５２までの範囲には、加工余肉部５８が残される。加工余肉部５８は、図７に示すように、スペーサ母材５５の表面が加工されずに残った部分であってもよい。あるいは、加工余肉部５８は、後述する第２翼面４５を形成するための加工代が確保される程度に加工された部分であってもよい。

【0046】

第１翼面形成工程の後、第１分離工程として、第１羽根部分３０とスペーサ中間部材５６とが分離される。この場合、まず、第１加工用嵌合ボルト７１とナット７５が取り外され、第１加工用嵌合ボルト７１が、第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３から抜き出される。その後、第１羽根部分３０とスペーサ中間部材５６が分離される。

【0047】

第１分離工程の後、第２締結工程として、第２羽根母材４６およびスペーサ中間部材５６が締結される。この場合、図８に示すように、第２羽根母材４６の第２スペーサ当接面４２に、スペーサ中間部材５６の第２スペーサ面５２が当接するとともに、第２羽根母材４６およびスペーサ中間部材５６に、第２加工用嵌合部８０を嵌合させる。より具体的には、第２加工用嵌合部８０は、第２加工用嵌合ボルト８１を含んでいる。第２加工用嵌合ボルト８１は、第２嵌合胴体部８２と、頭部８３と、ネジ部８４と、を含んでいる。第２嵌合胴体部８２は、頭部８３からネジ部７４に延びるように形成されている。第１スペーサ面５１から第２加工用嵌合ボルト８１のネジ部８４をスペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入し、頭部８３は、第１スペーサ面５１に当接させる。ネジ部８４は、第２羽根母材４６のネジ孔４４に螺合させる。第２加工用嵌合ボルト８１を締め付けることにより、第２羽根母材４６およびスペーサ中間部材５６が締結される。第２加工用嵌合ボルト８１の第２嵌合胴体部８２は、第２ボルト孔４３およびスペーサボルト孔５３に嵌合する。第２加工用嵌合ボルト８１は、例えば、羽根嵌合ボルト６１よりも短いリーマボルトであってもよい。

【0048】

第２締結工程の後、第２翼面形成工程として、第２羽根母材４６およびスペーサ中間部材５６が切削加工される。図９に示すように、第２羽根母材４６から、第２翼面４５を含む第２羽根部分４０が形成され、スペーサ中間部材５６から、第２スペーサ翼面５４ｂを含むスペーサ５０が形成される。第２翼面４５および第２スペーサ翼面５４ｂは連続状に形成され、第２翼面４５と第２スペーサ翼面５４ｂとの間に段差が形成されることを抑制できる。第２スペーサ翼面５４ｂは、上述したスペーサ翼面５４の一部を構成している。

【0049】

より具体的には、第２羽根母材４６のクラウン当接面４１から第２スペーサ当接面４２にわたって第２翼面４５が形成される。このことにより、第２羽根母材４６から、図２等に示した第２羽根部分４０が得られる。

【0050】

スペーサ中間部材５６の第２スペーサ当接面４２から途中位置５７まで、第２スペーサ翼面５４ｂが形成される。加工余肉部５８は、除去される。このことにより、スペーサ中間部材５６からスペーサ５０が得られる。切削加工時、第１スペーサ翼面５４ａを基準にして第２スペーサ翼面５４ｂおよび第２翼面４５を形成してもよい。このことにより、第１スペーサ翼面５４ａと第２スペーサ翼面５４ｂとの間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。

【0051】

第２翼面形成工程において、第２スペーサ翼面５４ｂが形成されると、図９に示すように、第１スペーサ翼面５４ａと第２スペーサ翼面５４ｂとで構成されるスペーサ翼面５４が得られる。第１スペーサ翼面５４ａは、第１スペーサ面５１の側に位置し、第２スペーサ翼面５４ｂは、第２スペーサ翼面５４ｂの側に位置している。

【0052】

第２翼面形成工程の後、第２分離工程として、第２羽根部分４０とスペーサ５０とが分離される。この場合、まず、第２加工用嵌合ボルト８１がネジ部８４から取り外され、第２ボルト孔４３およびスペーサボルト孔５３から抜き出される。その後、第２羽根部分４０とスペーサ５０が分離される。

【0053】

第２分離工程の後、組立工程として、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０が締結される。この場合、図２および図３に示すように、第１羽根部分３０の第１スペーサ当接面３２に、スペーサ５０の第１スペーサ面５１が当接するとともに、第２羽根部分４０の第２スペーサ当接面４２に、スペーサ５０の第２スペーサ面５２が当接する。第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に、羽根嵌合部６０を嵌合させる。より具体的には、図３に示すように、第１羽根部分３０のザグリ孔３４から羽根嵌合ボルト６１のネジ部６４を第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入し、頭部６３をザグリ孔３４に挿入させる。ネジ部６４は、第２羽根部分４０のネジ孔４４に螺合させる。羽根嵌合ボルト６１を締め付けることにより、図２に示すように、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０が締結される。羽根嵌合ボルト６１の嵌合胴体部６２が、第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に嵌合する。

【0054】

このようにして、図２に示す本実施の形態によるランナ羽根２０が得られる。羽根嵌合部６０が、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に嵌合することにより、第１羽根部分３０とスペーサ５０との間の位置ずれを抑制でき、第１翼面３５とスペーサ翼面５４（または第１スペーサ翼面５４ａ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。同様に、スペーサ５０と第２羽根部分４０との間の位置ずれを抑制でき、第２翼面４５とスペーサ翼面５４（または第２スペーサ翼面５４ｂ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。このため、ランナ羽根２０として全体的に滑らかな翼面を得ることができる。

【0055】

このようにして得られた複数のランナ羽根２０が、クラウン１０およびバンド１１に、図示しないボルト等を用いて取り付けられる。このことにより、図１に示すランナ５が得られる。

【0056】

このように本実施の形態によれば、バンド１１に支持される第１羽根部分３０、スペーサ５０およびクラウン１０に支持される第２羽根部分４０に、羽根嵌合部６０が嵌合している。このことにより、第１羽根部分３０およびスペーサ５０を締結して切削加工を行うことができ、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａ（スペーサ翼面５４の一部）を形成することができる。この場合、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａを形成するための切削加工を行う際に、スペースを確保することができる。また、スペーサ５０を第１羽根部分３０から分離し、第２羽根部分４０に締結して切削加工を行うことができ、第２スペーサ翼面５４ｂ（スペーサ翼面５４の他の一部）および第２翼面４５を形成することができる。この場合、第２スペーサ翼面５４ｂおよび第２翼面４５を形成するための切削加工を行う際に、スペースを確保することができる。このため、ランナ５が比較的小型である場合であっても、切削加工のためのスペースを確保することができ、ランナ羽根２０の翼面を容易に作製することができる。

【0057】

また、本実施の形態によれば、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に羽根嵌合部６０が嵌合している。このことにより、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａを形成した後に、第１羽根部分３０およびスペーサ５０を分離して再び締結した場合においても、第１羽根部分３０とスペーサ５０との間の位置ずれを抑制できる。このため、第１翼面３５とスペーサ翼面５４（または第１スペーサ翼面５４ａ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。同様に、第２翼面４５および第２スペーサ翼面５４ｂを形成した後に、第２羽根部分４０およびスペーサ５０を分離して再び締結した場合においても、第２翼面４５とスペーサ翼面５４（または第２スペーサ翼面５４ｂ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。このため、ランナ羽根２０の近傍における水の流れが乱れることを抑制でき、水の流れが阻害されることを抑制できる。

【0058】

また、本実施の形態によれば、羽根嵌合部６０は、第１羽根部分３０の第１ボルト孔３３、スペーサ５０のスペーサボルト孔５３および第２羽根部分４０の第２ボルト孔４３に嵌合する羽根嵌合ボルト６１を含んでいる。このことにより、第１羽根部分３０、スペーサ５０及び第２羽根部分４０が位置ずれすることを抑制するための構成を簡素化できる。

【0059】

また、本実施の形態によれば、第１翼面形成工程において、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａは、連続状に形成される。このことにより、第１翼面形成工程の後の組立工程において、第１翼面３５と第１スペーサ翼面５４ａとの間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。同様に、第２翼面形成工程において、第２翼面４５および第２スペーサ翼面５４ｂは、連続状に形成される。このことにより、第２翼面形成工程の後の組立工程において、第２翼面４５と第２スペーサ翼面５４ｂとの間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。このため、ランナ羽根２０の近傍における水の流れが乱れることを抑制できる。

【0060】

なお、上述した本実施の形態においては、第１羽根部分３０がザグリ孔３４を含み、羽根嵌合ボルト６１が、バンド当接面３１から第１ボルト孔３３等に挿入される例について説明した。しかしながら、本実施の形態は、このことに限られることはない。例えば、第２羽根部分４０がザグリ孔を含んでいてもよい。この場合、ザグリ孔は、クラウン当接面４１に形成され、ネジ孔は、第１ボルト孔３３からバンド当接面３１に向かって延びていてもよい。あるいは、ザグリ孔は、バンド１１に設けられていてもよい。この場合、羽根嵌合ボルト６１の頭部６３は、第１羽根部分３０の内部に位置するのではなく、バンド当接面３１に当接し、バンド１１の内部に形成されたザグリ孔に挿入されてもよい。他の例としては、ザグリ孔は、クラウン１０に設けられていてもよい。この場合、羽根嵌合ボルト６１の頭部６３は、第２羽根部分４０のクラウン当接面４１に当接し、クラウン１０の内部に形成されたザグリ孔に挿入されてもよい。

【0061】

また、上述した本実施の形態においては、嵌合ボルト６１が、嵌合胴体部６２と、頭部６３と、ネジ部６４と、を含んでいる例について説明した。しかしながら、嵌合ボルト６１の構成は、このことに限られることはない。例えば、嵌合ボルト６１は、頭部６３が、孔に嵌合するようになっていてもよい。この場合、嵌合胴体部６２は、第１ボルト孔３３等に嵌合しなくてもよい。例えば、嵌合ボルト６１が、皿ボルト（または皿ネジ）であってもよい。皿ボルトの頭部は、傾斜面を有するように皿状に形成され、ザグリ孔３４は、皿孔として形成されていてもよい。

【0062】

また、上述した本実施の形態においては、羽根嵌合部６０が、羽根嵌合ボルト６１を含んでいる例について説明した。しかしながら、羽根嵌合部６０の構成は、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に嵌合することができれば、任意である。

【0063】

例えば、羽根嵌合部６０が、図示しない嵌合ピンを含んでいてもよい。嵌合ピンが、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に嵌合するようにしてもよい。この場合、図示しないボルトを用いて、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０が締結されていてもよい。このボルトは、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に嵌合していなくてもよい。すなわち、ボルトの胴体部と、第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３との隙間は、上述した羽根嵌合ボルト６１の嵌合胴体部６２と、各孔３３、５３、４３との隙間よりも大きくてもよい。

【0064】

また、例えば、羽根嵌合部６０が、図示しない凸部と凹部で構成されていてもよい。例えば、第１羽根部分３０の第１スペーサ当接面３２に、凸部が形成され、第２羽根部分４０の第２スペーサ当接面４２に、凹部が形成されていてもよい。スペーサ５０に、凸部に嵌合する孔（図示せず）が形成されていてもよい。凸部は、スペーサ５０の孔を貫通して第２スペーサ面５２から突出し、第２羽根部分４０の凹部に挿入されて嵌合していてもよい。凸部は、第２羽根部分４０の第２スペーサ当接面４２に形成され、凹部は、第１羽根部分３０の第１スペーサ当接面３２に形成されていてもよい。あるいは、スペーサ５０の第１スペーサ面５１および第２スペーサ面５２のそれぞれに凸部が形成され、第１スペーサ当接面３２および第２スペーサ当接面４２のそれぞれに凹部が形成されていてもよい。凸部と凹部の組み合わせや構成は任意である。凸部および凹部の平面形状は、円形、楕円形、矩形、三角形または六角形などであってもよく、任意である。円形以外の形状を用いた場合には、凸部と凹部の組み合わせは１組でもよい。このような凸部と凹部を用いる場合においても、上述したような、図示しないボルトを用いて、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０が締結されていてもよい。

【0065】

（第２の実施の形態）
次に、図１０～図１５を用いて、第２の実施の形態によるターボ機械の回転羽根車の羽根、ターボ機械の回転羽根車、ターボ機械の回転羽根車の羽根の製造方法およびターボ機械の回転羽根車の製造方法について説明する。

【0066】

図１０～図１５に示す第２の実施の形態においては、ランナ羽根の第１羽根部分がバンドと共通部材として構成され、第２羽根部分がクラウンと共通部材として構成されている点が主に異なり、他の構成は、図１～図９に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１０～図１５において、図１～図９に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0067】

図１０に示すように、本実施の形態によるランナ羽根２０の第１羽根部分３０は、バンド１１と連続する共通部材として構成されている。すなわち、バンド１１に、複数の第１羽根部分３０が一体化されている。第１羽根部分３０が一体化されたバンド１１を、ランナ下半部材１６と称して、以下説明する。言い換えると、ランナ下半部材１６は、バンド１１と、複数の第１羽根部分３０と、を含んでいる。

【0068】

本実施の形態による第１羽根部分３０の第１スペーサ当接面３２は、湾曲した面として形成されている。第１スペーサ当接面３２は、例えば、回転軸線Ｃを中心とした円弧に沿うように形成されていてもよい。第１羽根部分３０の第１ボルト孔３３は、第１スペーサ当接面３２からバンド１１の内部に延びている。ザグリ孔３４は、バンド１１の外面に形成されており、第１ボルト孔３３に連通している。第１羽根部分３０には、ザグリ孔は形成されていない。

【0069】

第１羽根部分３０の根元部に、フィレット３８が形成されている。第１羽根部分３０の根元部は、バンド１１に接続された端部に相当する。

【0070】

第２羽根部分４０は、クラウン１０と連続する共通部材として構成されている。すなわち、クラウン１０に、複数の第２羽根部分４０が一体化されている。第２羽根部分４０が一体化されたクラウン１０を、ランナ上半部材１５と称して、以下説明する。言い換えると、ランナ上半部材１５は、クラウン１０と、複数の第２羽根部分４０と、を含んでいる。

【0071】

本実施の形態による第２羽根部分４０の第２スペーサ当接面４２は、湾曲した面として形成されている。第２スペーサ当接面４２は、例えば、回転軸線Ｃを中心とした円弧に沿うように形成されていてもよい。第２羽根部分４０のネジ孔４４は、図１０に示すように、第２羽根部分４０の内部に位置していてもよい。

【0072】

第２羽根部分４０の根元部に、フィレット４８が形成されている。第２羽根部分４０の根元部は、クラウン１０に接続された端部に相当する。

【0073】

スペーサ５０の第１スペーサ面５１および第２スペーサ面５２は、湾曲した面として形成されている。第１スペーサ面５１および第２スペーサ面５２は、例えば、回転軸線Ｃを中心とした円弧に沿うように形成されていてもよい。

【0074】

次に、このような構成からなる本実施の形態によるランナ５の製造方法について説明する。

【0075】

まず、準備工程として、ランナ下半母材３７、ランナ上半母材４７およびスペーサ母材５５を準備する。ランナ下半母材３７は、第１羽根車母材の一例であり、ランナ上半母材４７は、第２羽根車母材の一例である。

【0076】

図１１に示すように、ランナ下半母材３７は、上述したランナ下半部材１６を形成するための母材である。ランナ下半母材３７は、第１スペーサ当接面３２を含んでいる。言い換えると、ランナ下半母材３７には、複数の第１スペーサ当接面３２が予め形成されている。ランナ下半母材３７には、バンド１１の外面が予め形成されていてもよいが、バンド１１の外面を形成するタイミングは任意である。例えば、第１翼面３５、第２翼面４５およびスペーサ翼面５４が形成された後に、バンド１１の外面が形成されてもよい。ランナ下半母材３７は、概略円板リング状に形成され、中央部が、下方に突出するように形成されていてもよい。このようなランナ下半母材３７は、例えば、旋盤加工で作製されていてもよい。

【0077】

図１１に示すように、ランナ上半母材４７は、上述したランナ上半部材１５を形成するための母材である。ランナ上半母材４７は、スペーサ母材５５に当接する第２スペーサ当接面４２を含んでいる。言い換えると、ランナ上半母材４７には、複数の第２スペーサ当接面４２が予め形成されている。ランナ上半母材４７には、クラウン１０の外面が予め形成されていてもよいが、クラウン１０の外面を形成するタイミングは任意である。例えば、第１翼面３５、第２翼面４５およびスペーサ翼面５４が形成された後に、クラウン１０の外面が形成されてもよい。ランナ上半母材４７は、概略円板状に形成され、中央に、バンドに向かって突出するランナコーンが形成されていてもよい。このようなランナ上半母材４７は、例えば、旋盤加工で作製されていてもよい。

【0078】

スペーサ母材５５は、スペーサ５０を形成するための母材である。スペーサ母材５５は、第１スペーサ面５１と第２スペーサ面５２とを含んでいる。言い換えると、スペーサ母材５５には、複数の第１スペーサ面５１および複数の第２スペーサ面５２が予め形成されている。このようなスペーサ母材５５は、例えば、旋盤加工で作製されていてもよい。

【0079】

準備工程の後、ボルト孔形成工程として、ランナ下半母材３７、スペーサ母材５５およびランナ上半母材４７に、孔が形成される。この場合、まず、図１１に示すように、ランナ下半母材３７の第１スペーサ当接面３２に、スペーサ母材５５の第１スペーサ面５１が当接するとともに、スペーサ母材５５の第２スペーサ面５２に、ランナ上半母材４７の第２スペーサ当接面４２が当接する。続いて、バンド１１の外面から工具を送り込むことにより、各孔が形成されてもよい。より具体的には、各ボルト孔３３、５３、４３の下孔が形成され、ランナ上半母材４７にネジ孔４４が形成される。続いて、下孔の径を拡大するように、第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３が形成される。その後、バンド１１の外面にザグリ孔３４が形成される。

【0080】

ボルト孔形成工程の後、第１締結工程として、ランナ下半母材３７およびスペーサ母材５５が締結される。この場合、図１２に示すように、ランナ下半母材３７の第１スペーサ当接面３２に、スペーサ母材５５の第１スペーサ面５１が当接するとともに、ランナ下半母材３７およびスペーサ母材５５に、第１加工用嵌合部７０を嵌合させる。ザグリ孔３４から第１加工用嵌合ボルト７１のネジ部７４を第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３に挿入し、頭部７３をザグリ孔３４に挿入させる。ネジ部７４の一部は、第２スペーサ面５２から突出し、第２スペーサ面５２に当接したナット７５（図６参照）に螺合させる。第１加工用嵌合ボルト７１およびナット７５を締め付けることにより、ランナ下半母材３７およびスペーサ母材５５が締結される。第１加工用嵌合ボルト７１の第１嵌合胴体部７２は、第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３に嵌合する。

【0081】

第１締結工程の後、第１翼面形成工程として、ランナ下半母材３７およびスペーサ母材５５が切削加工される。この場合、ランナ下半母材３７から、第１翼面３５を含む複数の第１羽根部分３０が形成され、スペーサ母材５５から、第１スペーサ翼面５４ａを含む複数のスペーサ中間部材５６が形成される。第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａは、連続状に形成され、第１翼面３５と第１スペーサ翼面５４ａとの間に段差が形成されることを抑制できる。

【0082】

より具体的には、ランナ下半母材３７に、第１翼面３５を含む複数の第１羽根部分３０が形成されることにより、ランナ下半母材３７から、図１０に示すランナ下半部材１６が得られる。ランナ下半部材１６は、共通部材として構成されたバンド１１および複数の第１羽根部分３０を含んでいる。この際、第１羽根部分３０の根元部に、フィレット３８が形成される。

【0083】

スペーサ母材５５の第１スペーサ面５１から途中位置５７まで第１スペーサ翼面５４ａが形成される。このことにより、スペーサ母材５５からスペーサ中間部材５６が得られる。スペーサ中間部材５６の途中位置５７と第２スペーサ面５２までの範囲には、加工余肉部５８が残される。本実施の形態においては、加工余肉部５８は、第２スペーサ翼面５４ｂを形成するための加工代が確保される程度に加工された部分であってもよい。スペーサ母材５５から複数のスペーサ中間部材５６が得られてもよい。この場合、スペーサ中間部材５６は、個々のスペーサ５０に対応して個片化されていてもよい。このことにより、第１翼面形成工程における切削加工のためのスペースを確保することができる。

【0084】

第１翼面形成工程の後、第１分離工程として、ランナ下半母材３７とスペーサ中間部材５６とが分離される。この場合、まず、第１加工用嵌合ボルト７１とナット７５が取り外され、第１加工用嵌合ボルト７１が、第１ボルト孔３３およびスペーサボルト孔５３から抜き出される。その後、ランナ下半母材３７とスペーサ中間部材５６が分離される。

【0085】

第１分離工程の後、第２締結工程として、ランナ上半母材４７およびスペーサ中間部材５６が締結される。この場合、図１３に示すように、ランナ上半母材４７の第２スペーサ当接面４２に、スペーサ中間部材５６の第２スペーサ面５２が当接するとともに、ランナ上半母材４７およびスペーサ中間部材５６に、第２加工用嵌合部８０を嵌合させる。第１スペーサ面５１から第２加工用嵌合ボルト８１のネジ部８４をスペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入し、頭部８３は、第１スペーサ面５１に当接させる。ネジ部８４は、ランナ上半母材４７のネジ孔４４に螺合させる。第２加工用嵌合ボルト８１を締め付けることにより、ランナ上半母材４７およびスペーサ中間部材５６が締結される。第２加工用嵌合ボルト８１の第２嵌合胴体部８２は、第２ボルト孔４３およびスペーサボルト孔５３に嵌合する。スペーサ中間部材５６は、第１翼面形成工程における周方向配置と同じ周方向配置で配置されてもよい。

【0086】

第２締結工程の後、第２翼面形成工程として、ランナ上半母材４７およびスペーサ中間部材５６が切削加工される。この場合、ランナ上半母材４７から、第２翼面４５を含む第２羽根部分４０が形成され、スペーサ中間部材５６から、第２スペーサ翼面５４ｂを含むスペーサ５０が形成される。第２翼面４５および第２スペーサ翼面５４ｂは、連続状に形成され、第２翼面４５と第２スペーサ翼面５４ｂとの間に段差が形成されることを抑制できる。

【0087】

より具体的には、ランナ上半母材４７に第２翼面４５が形成されることにより、ランナ上半母材４７から、図１０に示すランナ上半部材１５が得られる。ランナ上半部材１５は、共通部材として構成されたクラウン１０および複数の第２羽根部分４０を含んでいる。この際、第２羽根部分４０の根元部に、フィレット４８が形成される。

【0088】

スペーサ中間部材５６の第２スペーサ面５２から途中位置５７まで第２スペーサ翼面５４ｂが形成される。加工余肉部５８は、除去される。このことにより、スペーサ中間部材５６からスペーサ５０が得られる。切削加工時、第１スペーサ翼面５４ａを基準にして第２スペーサ翼面５４ｂおよび第２翼面４５を形成することにより、第１スペーサ翼面５４ａと第２スペーサ翼面５４ｂとの間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。

【0089】

第２翼面形成工程の後、第２分離工程として、ランナ上半部材１５とスペーサ５０とが分離される。この場合、まず、第２加工用嵌合ボルト８１がネジ部８４から取り外され、第２ボルト孔４３およびスペーサボルト孔５３から抜き出される。その後、ランナ上半部材１５とスペーサ５０が分離される。

【0090】

第２分離工程の後、組立工程として、ランナ下半部材１６、スペーサ５０およびランナ上半部材１５が締結される。この場合、ランナ下半部材１６の第２スペーサ当接面４２に、スペーサ５０の第１スペーサ面５１が当接するとともに、ランナ上半部材１５の第２スペーサ当接面４２に、スペーサ５０の第２スペーサ面５２が当接する。ランナ上半部材１５、スペーサ５０およびランナ下半部材１６に、羽根嵌合部６０を嵌合させる。バンド１１の外面に形成されたザグリ孔３４から羽根嵌合ボルト６１のネジ部８４を第１ボルト孔３３、スペーサボルト孔５３および第２ボルト孔４３に挿入し、頭部６３をザグリ孔３４に挿入させる。ネジ部６４は、ランナ上半部材１５のネジ孔４４に螺合させる。羽根嵌合ボルト６１を締め付けることにより、図１５に示すように、ランナ下半部材１６、スペーサ５０およびランナ上半部材１５が締結される。スペーサ５０は、第１翼面形成工程において配置された第１スペーサ当接面３２と同じ第１スペーサ当接面３２に配置されるとともに、第２翼面形成工程において配置された第２スペーサ当接面４２と同じ第２スペーサ当接面４２に配置されていてもよい。

【0091】

このようにして、図１０および図１５に示す本実施の形態によるランナ５が得られる。

【0092】

このように本実施の形態によれば、バンド１１と共通部材として構成された第１羽根部分３０、スペーサ５０、および、クラウン１０と共通部材として構成された第２羽根部分４０に、羽根嵌合部６０が嵌合している。このことにより、第１羽根部分３０およびスペーサ５０を締結して切削加工を行うことができ、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａ（スペーサ翼面５４の一部）を形成することができる。この場合、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａを形成するための切削加工を行う際に、スペースを確保することができる。また、スペーサ５０を第１羽根部分３０から分離し、第２羽根部分４０に締結して切削加工を行うことができ、第２スペーサ翼面５４ｂ（スペーサ翼面５４の他の一部）および第２翼面４５を形成することができる。この場合、第２スペーサ翼面５４ｂおよび第２翼面４５を形成するための切削加工を行う際に、スペースを確保することができる。このため、ランナ５が比較的小型である場合であっても、切削加工のためのスペースを確保することができ、切削加工のためのスペースを確保することができ、ランナ羽根２０の翼面を容易に作製することができる。

【0093】

また、本実施の形態によれば、第１羽根部分３０、スペーサ５０および第２羽根部分４０に羽根嵌合部６０が嵌合している。このことにより、第１翼面３５および第１スペーサ翼面５４ａを形成した後に、第１羽根部分３０およびスペーサ５０を分離して再び締結した場合においても、第１羽根部分３０とスペーサ５０との間の位置ずれを抑制できる。このため、第１翼面３５とスペーサ翼面５４（または第１スペーサ翼面５４ａ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。同様に、第２翼面４５および第２スペーサ翼面５４ｂを形成した後に、第２羽根部分４０およびスペーサ５０を分離して再び締結した場合においても、第２翼面４５とスペーサ翼面５４（または第２スペーサ翼面５４ｂ）との間の段差を無くすことができる、または小さくすることができる。このため、ランナ羽根２０の近傍における水の流れが乱れることを抑制でき、水の流れが阻害されることを抑制できる。

【0094】

また、本実施の形態によれば、ランナ羽根２０の第１羽根部分３０は、バンド１１と連続する共通部材として構成され、ランナ羽根２０の第２羽根部分４０は、クラウン１０と連続する共通部材として構成されている。このことにより、ランナ５の組立を簡素化することができる。また、第１羽根部分３０の根元部に、フィレット３８を形成することができる。このことにより、応力集中を抑制できるとともに、水の流れの挙動を制御することができる。同様に、第２羽根部分４０の根元部に、フィレット４８を形成することができる。このことにより、応力集中を抑制できるとともに、水の流れの挙動を制御することができる。

【0095】

なお、上述した本実施の形態においては、ザグリ孔３４が、バンド１１の外面に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、ザグリ孔３４は、クラウン１０の外面に形成されていてもよい。この場合、第２羽根部分４０の第２ボルト孔４３は、第２スペーサ当接面４２からクラウン１０の内部に延びていてもよい。ザグリ孔３４は、第２ボルト孔４３に連通する。ネジ孔は、第１ボルト孔３３からバンド当接面３１に向かって延びていてもよい。

【0096】

以上述べた実施の形態によれば、容易に作製することができるとともに水の流れが阻害されることを抑制できる。

【0097】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

【0098】

例えば、上述した本実施の形態においては、ターボ機械の一例としての水力機械の一例として、フランシス水車を例にとって説明した。しかしながら、水力機械はフランシス水車に限られることはなく、任意である。また、ターボ機械の一例として水力機械を挙げたが、水力機械以外のターボ機械にも、例えば、ポンプなどにも、上述した本実施の形態を適用できる。

【符号の説明】

【0099】

１：フランシス水車、５：ランナ、１０：クラウン、１１：バンド、１５：ランナ上半部材、１６：ランナ下半部材、２０：ランナ羽根、３０：第１羽根部分、３２：第１スペーサ当接面、３３：第１ボルト孔、３５：第１翼面、３６：第１羽根母材、３７：ランナ下半母材、４０：第２羽根部分、４２：第２スペーサ当接面、４３：第２ボルト孔、４５：第２翼面、４６：第２羽根母材、４７：ランナ上半母材、５０：スペーサ、５１：第１スペーサ面、５２：第２スペーサ面、５３：スペーサボルト孔、５４：スペーサ翼面、５４ａ：第１スペーサ翼面、５４ｂ：第２スペーサ翼面、５５：スペーサ母材、５６：スペーサ中間部材、５７：途中位置、６０：羽根嵌合部、６１：羽根嵌合ボルト、７０：第１加工用嵌合部、７１：第１加工用嵌合ボルト、８０：第２加工用嵌合部、８１：第２加工用嵌合ボルト

【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】