JP2020125733A - 羽根車の製造方法及び羽根車 - Google Patents

Abstract

【課題】積層造形法により羽根車を形成する場合に製造工程における羽根車の変形を抑制する。【解決手段】羽根車と、前記羽根車の表面に連結されている加工しろ部材と、を有する構造体を、積層造形法により形成する構造体形成工程Ｓ１と、当該構造体から当該加工しろ部材を除去する除去工程Ｓ３と、を有し、当該加工しろ部材を当該羽根車と略同じ密度で造形する。【選択図】図７Ａ

Description

本発明は、羽根車の製造方法及び羽根車に関する。

従来ポンプに応じて、様々な羽根車が用いられている。例えば、クローズドインペラ、オープンインペラ、ノンクロッグ形インペラなどがある。クローズドインペラは、遠心ポンプ及び斜流ポンプで側板のあるインペラである。オープンインペラは、遠心ポンプ及び斜流ポンプで側板のないインペラである。このうち主板が羽根外周まであるものをセミオープン形インペラといい、主板を極力短くしたものがフルオープン形インペラである。

また、吸込形式に応じて異なる形態の羽根車が用いられている。片吸込ポンプの場合、片吸込用の羽根車が用いられており、両吸込ポンプの場合、両吸込用の羽根車が用いられる。両吸込用の羽根車は、羽根車の左右両方から均等に流体を吸い込んで加速する。例えば、両吸込用の羽根車は、横軸両吸込渦巻ポンプに使用される。

３Ｄプリンタの適用技術として、積層造形法と呼ばれる技術が知られている。この技術は、一例として、レーザ等により金属粉末を実質的な二次元平面上で焼結または溶融させ、これを積み上げていくことで三次元形状を得るものである。特許文献１には、タービンホイールに適用される羽根車を、積層造形法により形成する方法が記載されている。

特開２０１６−０３７９０１号公報

しかしながら、積層造形法により、ポンプ（特に搬送液が水のポンプ）に用いられる羽根車を形成する場合、羽根車の下側に支持する部材がないと、積層造形の途中で重力によって羽根車が落ちてきてしまい、羽根車（例えば、流路の入口または出口となる部分）が変形しやすいという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、積層造形法により羽根車を形成する場合に製造工程における羽根車の変形を抑制することを可能とする羽根車の製造方法及び羽根車を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る羽根車の製造方法は、羽根車と、前記羽根車の表面に連結されている加工しろ部材と、を有する構造体を、積層造形法により形成する構造体形成工程と、前記構造体から前記加工しろ部材を除去する除去工程と、を有し、前記構造体形成工程において前記加工しろ部材を前記羽根車と略同じ密度で造形する。

この構成によれば、加工しろ部材が羽根車を、羽根車と同じ強度で維持できるので、羽根車の表面の変形を抑制することができる。従って、積層造形法により羽根車を形成する場合に、製造工程における羽根車の変形を抑制することができる。

本発明の第２の態様に係る羽根車の製造方法は、第１の態様に係る羽根車の製造方法であって、前記構造体は、更に支持部材を有し、前記構造体形成工程において、前記支持部材が形成される第１ステップと、前記加工しろ部材が形成される第２ステップと、前記羽根車が形成される第３ステップと、を有し、前記構造体の少なくとも一つの鉛直線上において前記構造体は、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、の順にて積層造形される。

この構成によれば、支持部材によって加工しろ部材が支持され、加工しろ部材によって羽根車が支持される。このため、羽根車が下から支えられることになり、羽根車の製造工程における変形を抑制することができる。

本発明の第３の態様に係る羽根車の製造方法は、第１または２の態様に係る羽根車の製造方法であって、前記構造体形成工程において、前記支持部材は、前記加工しろ部材に比べて低い密度になるように形成される。

この構成によれば、支持部材の金属量を低減することができるので、羽根車の製造コストを抑制することができる。

本発明の第４の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から３のいずれかの態様に係る羽根車の製造方法であって、前記除去工程において、前記加工しろ部材が切削加工にて除去されることで前記羽根車の表面の形状が形成される。

この構成によれば、複雑な流路でも形成できると共に表面は切削加工にて研磨されるので、ポンプ効率を重視した羽根車を形成できる。

本発明の第５の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から４のいずれかの態様に係る羽根車の製造方法であって、前記羽根車の下側、及び前記羽根車の上側の少なくとも一方に、前記加工しろ部材が形成される。

この構成によれば、羽根車の下側及び羽根車の上側の少なくとも一方が加工しろ部材によって支持されるので、羽根車の下側及び羽根車の上側の少なくとも一方の変形を抑制することができる。

本発明の第６の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から５のいずれかの態様に係る羽根車の製造方法であって、前記構造体形成工程において、前記羽根車のインペラハブの開口部の内側に前記加工しろ部材が形成される。

この構成によれば、加工しろ部材を切削加工することで、インペラハブの開口部の内周面の表面の加工精度が向上するので、ポンプ軸に傷がつくのを防止することができる。

本発明の第７の態様に係る羽根車の製造方法は、第６の態様に係る羽根車の製造方法であって、前記構造体形成工程において、前記開口部の少なくとも一部を覆うように前記加工しろ部材が形成され、前記開口部の中心に相当する前記加工しろ部材の表面位置に凹凸が設けられるか、及び／または前記開口部の内周に相当する前記加工しろ部材の表面位置に凹凸が設けられる。

この構成によれば、作業者が加工しろ部材を削るときに、削る範囲を容易に判断することができる。

本発明の第８の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から７のいずれかの態様に係る羽根車の製造方法であって、前記構造体形成工程において、前記加工しろ部材には、前記主板及び／または前記側板の一部の寸法、または前記主板及び／または前記側板の一部の形状に関するパラメータを表す凹凸が前記加工しろ部材の表面に設けられている。

この構成によれば、作業者が加工しろ部材を削るときに、寸法及び形状に関するパラメータを把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

本発明の第９の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から８のいずれかの態様に係る羽根車の製造方法であって、前記羽根車は、主板と、側板と、主翼と、を備えたクローズドインペラである。

この構成によれば、クローズドインペラについて、加工しろ部材がクローズドインペラを、クローズドインペラと同じ強度で維持できるので、羽根車の表面の変形を抑制することができる。

本発明の第１０の態様に係る羽根車は、主板と、側板と、主翼と、を備え、前記主板、前記側板および前記主翼にて画定された流路が形成されている羽根車であって、前記流路は積層造形にて形成され、前記主板および前記側板の外表面は切削加工にて形成された羽根車である。

この構成によれば、複雑な流路でも形成できると共に表面は切削加工にて研磨されるので、ポンプ効率を重視した羽根車を形成できる。

本発明の第１１の態様に係る羽根車は、第１０の態様に係る羽根車であって、前記主板および前記側板において、前記流路を画定する流路面と前記外表面とは表面粗さが異なる。

本発明の第１２の態様に係る羽根車は、第１１の態様に係る羽根車であって、前記流路面は、前記外表面よりも表面粗さが粗い。

本発明の第１３の態様に係る羽根車は、第１１または１２の態様に係る羽根車であって、前記羽根車は切削加工にて形成されたインペラハブを更に有し、前記流路面は前記インペラハブよりも表面粗さが粗い。

本発明の一態様によれば、加工しろ部材が羽根車を、羽根車と同じ強度で維持できるので、羽根車の表面の変形を抑制することができる。従って、積層造形法により羽根車を形成する場合に、製造工程における羽根車の変形を抑制することができる。

第１の実施形態に係るポンプの構造を示す断面図である。 図１に示すポンプのポンプケーシングの正面図である。 図１に示す羽根車の断面図である。 図３に示す羽根車を、その吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。 第１の実施形態に係る羽根車の製造工程の途中で形成される構造体の一例の断面図である。 第１の実施形態に係る羽根車の製造工程の途中で形成される構造体の加工しろ部材２４を、吸込口側から見たときの正面図である。 第１の実施形態に係る羽根車の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図７ＡのステップＳ１の構造体の造形方法の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の変形例に係る構造体の一例の断面図である。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

本実施形態では、ベースプレートの上に金属粉末を用いた積層造形法により、本実施形態に係る羽根車の原型となる構造体を形成する。ここで、積層造形法は、所望の羽根車の形状に合わせて配置した金属粉末を、レーザ又は電子ビーム等による熱エネルギーにより焼結させる。金属粉末の配置及び焼結といった工程を順次繰り返すことで、焼結された金属粉末が積層され、所望の形状の羽根車の原型となる構造体が形成される。

図１は、第１の実施形態に係るポンプの構造を示す断面図である。図２は、図１に示すポンプのポンプケーシングの正面図である。図１及び図２に示すように、ポンプは、吸込口１ａと吐出し口１ｂを有するポンプケーシング１と、ケーシングカバー２とを備えている。羽根車３は、その吸込口がポンプケーシング１の吸込口１ａを向くようにポンプケーシング１の内部に配置され、吸込口１ａからポンプケーシング１の内部に入った流体は、羽根車３を通って昇圧され、ポンプケーシング１の吐出し口１ｂから外部に排出される。羽根車３は、軸受胴体４に組込まれた軸受５ａ、５ｂに支持された主軸であるポンプ軸６のポンプケーシング１側の端部に固定されている。ポンプ軸６の他端には図示しない駆動機が連結されており、ポンプ軸６を介して羽根車３が回転駆動される。図２は、ポンプケーシング１を吸込口１ａ側からみた図を示す。

図３は、図１に示す羽根車の断面図である。図４は、図３に示す羽根車を、その吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。図３及び図４に示すように、羽根車３は、インペラハブ１０、主板１１、側板１２及び主板１１と側板１２との間に配置された複数の主翼１３から構成されている。インペラハブ１０は、ポンプ軸６に固定され、主翼１３を取り付ける回転体である。インペラハブ１０には、ポンプ軸６が嵌る開口部８が形成されている。主板１１は、羽根車３を形成する側壁のうち、インペラハブ１０に連なる側の側壁である。側板１２は、羽根車３を形成する側壁のうち、主翼１３に支えられる側の側壁である。主翼１３は、揚液にエネルギーを与える羽根であり、インペラハブ１０に取り付けられる。主翼１３は、この例では、厚さｔ１の板状に形成されて、互いに隣接する一方の主翼１３の回転方向側の表面１３ａと他方の主翼１３の反回転方向側の裏面１３ｂとの間に、主板１１の流路面１１ｂ、側板１２の流路面１２ｂにて画定された流路２０がそれぞれ区画形成されている。また図３には、主板１１と側板１２との間に形成された流路２０の出口幅Ｂ２が示されている。

図５は、第１の実施形態に係る羽根車の製造工程の途中で形成される構造体の一例の断面図である。図５に示すように、羽根車の原型となる構造体１４は、インペラハブ１０と、主板１１と、側板１２と、当該主板１１と当該側板１２との間に設けられる複数の主翼１３と、一例として主板１１及び側板１２の両方の外表面１１ａ、１２ａ及び外周面１１ｃ、１２ｃに連結されている加工しろ部材２２と、を備える。更に、構造体１４は、インペラハブ１０の開口部８の内側に形成されている加工しろ部材２４と、開口部８の下面を覆うように設けられた加工しろ部材２５と、加工しろ部材２２を支持する支持部材２６と、加工しろ部材２５を支持する支持部材２７と、を備える。
ポンプ軸６が取り付けられるインペラハブ１０の開口部８を形成するインペラハブ１０の内周面１０ｂは、ポンプ軸６に傷がつくのを防止するため表面の加工精度が必要である。よって、図５に示すように、積層造形時にインペラハブ１０の開口部８の内側に、切削加工用の加工しろ部材２４が形成されるとよい。この構成により、加工しろ部材２４を切削し研磨することで、インペラハブ１０の開口部８の内周面１０ｂを微鏡面仕上げ等の滑らかな表面粗さに加工できる。これにより、ポンプ軸６を嵌合する際にポンプ軸６に傷がつくのを防止することができる。
構造体１４には、吸込口１ａに連通する開口部９が設けられている。構造体１４は、ベースプレート２１の上に金属粉末を用いた積層造形法により形成されている。インペラハブ１０の内周面１０ｂに加工しろ部材２４が設けられており、インペラハブ１０の上面１０ｃと加工しろ部材２４の上面が同じ高さにあり、インペラハブ１０の下面１０ａと加工しろ部材２４の下面が同じ高さにある。

ここで、加工しろ部材２２の主板１１及び側板１２の吐出し側の端部（外周面１１ｃ、１２ｃ）側の幅Ｂ３は、流路２０の出口幅（主板１１の流路面１１ｂと側板１２の流路面１２ｂとの間の距離）Ｂ２より長い。また加工しろ部材２２の底面２２ａと水平面との角度θ１は、４０〜５０度の範囲が好ましく、加工しろ部材２２の底面２２ａと鉛直面との角度θ２は、４０〜５０度の範囲が好ましい。

図６は、第１の実施形態に係る羽根車の製造工程の途中で形成される構造体１４の加工しろ部材２４を、吸込口側から見たときの正面図である。図６に示すように、加工しろ部材２４の表面には、製造番号が分かるように凹凸３１が設けられている。これにより、作業者が製造番号を把握することができるので、加工しろ部材２４を切削加工で取り除く際に、構造体を取り違えるミスを抑制することができる。

また、加工しろ部材２４の表面には、矢印の形をした凹凸Ａ１が設けられており、開口部８の直径が分かるように、直径を示す凹凸３３が設けられている。これにより、作業者が加工しろ部材２４を削るときに、削る範囲を容易に判断することができる。

更に、加工しろ部材２４の表面には、鍵穴のような形状の凹凸３４が設けられている。また、開口部８の中心に相当する加工しろ部材２３の表面位置に凹凸３５が設けられる。ここでは凹凸３５は十字の形をしている。これにより、作業者が加工しろ部材２４を削るときに、開口部８の中心に相当する位置を把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

更に、加工しろ部材２４の表面には、当該加工しろ部材２４の曲率半径Ｒａを示す凹凸３６が設けられている。また、加工しろ部材２４の表面には、寸法公差を示す凹凸３７が設けられている。これにより、作業者が加工しろ部材２４を削るときに、曲率半径Ｒａ及び寸法公差を把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

このように、加工しろ部材２４には、インペラハブ１０の一部（例えば、開口部８）の寸法（例えば、直径）、またはインペラハブ１０の一部（例えば、開口部８）の形状に関するパラメータ（例えば、曲率半径Ｒａまたは寸法公差）を表す凹凸が表面に設けられている。この構成によれば、作業者が加工しろ部材２４を削るときに、寸法及び形状に関するパラメータを把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

なお、上記の凹凸３１、３３〜３７は、加工しろ部材２４の表面から凸であってもよいし、加工しろ部材２４の表面から凹んでいてもよい。

加工しろ部材２５にも、加工しろ部材２４と同様に、開口部８の中心に相当する加工しろ部材２５の表面位置に凹凸が設けられるか、及び／または開口部８の内周に相当する加工しろ部材２５の表面位置に凹凸が設けられていてもよい。これにより、作業者が加工しろ部材２５を削るときに、どこまで削っていいのかを容易に判断することができる。

また、加工しろ部材２５にも、加工しろ部材２４と同様に、インペラハブ１０の一部（例えば、開口部８）の寸法、またはインペラハブ１０の一部の形状に関するパラメータ（例えば、曲率半径または寸法公差）を表す凹凸が加工しろ部材２５の表面に設けられていてもよい。また、加工しろ部材２２にも、加工しろ部材２４と同様に、主板１１、側板１２の一部の形状に関するパラメータ（例えば、曲率半径または寸法公差）を表す凹凸が加工しろ部材２２の表面に設けられていてもよい。この構成によれば、加工しろ部材２２、２５を削るときに、羽根車３の寸法及び形状に関するパラメータを把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

本実施形態に係る構造体形成工程において、支持部材２６及び２７は例えば、加工しろ部材２２、２４、２５に比べて低い金属密度（例えば、メッシュ構造やスポンジ状の造形物）になるように形成されてもよい。これにより、支持部材２６及び２７の金属量を低減することができるので、羽根車の製造コストを抑制することができる。

本実施形態に係る構造体形成工程において、加工しろ部材２２、２４、２５は、羽根車３と略同じ金属密度になるように形成されることが好ましい。以降、羽根車３と同じ金属密度に積層造形することを実造形と記す。つまり、加工しろ部材２２、２４、２５は実造形にて形成される。これにより、加工しろ部材２２、２４、２５が主板１１及び側板１２の端部側（羽根車の吸込み側と吐出側）を、主板１１及び側板１２と同じ強度で支持できるので、主板１１及び側板１２の端部の変形を抑制することができる。また、積層造形では、造形時の熱がうまく放熱できないと、結果として変形してしまう。ここで、主板１１及び側板１２に加工しろ２２がない場合や主板１１及び側板１２より低い金属密度の支持部材２６が当接すると、主板１１及び側板１２は、空気に触れており放熱されにくい。このように、主板１１及び側板１２は、同じ金属密度の加工しろ２２が当接することで、空気に触れるのに比べて放熱が促進されるため変形が抑えられる。

また、積層造形では、空間または金属密度が低い支持部材の次に積層される実造形は、重力によって変形しやすい。そのため、変形しても後加工にて除去される加工しろ部材２２、２５が支持部材２６、２７の次に積層されるとよい。

積層造形では、空間または金属密度が低い支持部材の次に積層される実造形の水平面の面積を極力少なくすることで、実造形による形成物の変形を抑えることができる。よって、加工しろ部材２２の造形時の変形を主板１１の形状に影響しない程度にまで抑えるために、加工しろ部材２２の底面２２ａは水平面から傾いた形状が好ましい。つまり、加工しろ部材２２の底面２２ａを含む層が形成されるときの一層当たりの積層面積が所定の面積以下となるように、θ１、θ２は設計されるとよい。なお、当該所定の面積は金属材料等の諸条件によって決定され、例えば、チタンの方がステンレスよりも大きな面積となる。更には、θ１、θ２にて加工しろ部材２２を小さくすれば、加工後に廃棄される材料が少なくできる。

また、本実施形態では、造形時のポンプ軸６の中心線Ｘ（図５参照）の水平面に対する角度を９０度とした。一実施形態では、造形時のポンプ軸６の中心線Ｘの水平面に対する角度は任意の角度としてもよい。構造体１４の任意の鉛直線Ａ上の点を含む積層面において、支持部材の次に積層される加工しろの水平面の面積が、加工しろの次に積層される羽根車３の水平面の面積よりも小さいことが好ましい。加工しろの変形を抑制することで、加工しろの次に積層される羽根車３の形状が安定する。このように、構造体１４は、羽根車３の外側に加工しろ部材２２、２５を設け、当該加工しろを積層造形に適した形状に設計することで、正確な形状の羽根車３を製造できる。

図７Ａを用いて第１の実施形態に係る羽根車の製造方法について説明する。図７Ａは、第１の実施形態に係る羽根車の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）まず、水平なベースプレート２１の上に、金属粉末（例えば、チタンまたはステンレスなど）を用いた積層造形法により、本実施形態に係る羽根車３の原型となる構造体１４を形成する。

（ステップＳ２）次に、構造体１４をベースプレート２１から剥がす。例えば、構造体１４が構成される金属がチタンの場合、ペンチで構造体１４をベースプレート２１から剥がしてもよい。一方、例えば、構造体１４が構成される金属がステンレスの場合、機械加工で構造体１４をベースプレート２１から剥がしてもよい。ベースプレート２１に接する支持部材２６、２７は、実造形に比べて金属密度が低いため、構造体１４はベースプレート２１から容易に剥がすことができる。

（ステップＳ３）次に、構造体１４から支持部材２６及び２７を除去する。例えば、構造体１４が構成される金属がチタンの場合、ペンチで構造体１４から支持部材２６及び２７を除去してもよい。一方、例えば、構造体１４が構成される金属がステンレスの場合、機械加工で構造体１４から支持部材２６及び２７を除去してもよい。ここで、支持部材２６及び２７は、羽根車３と直接接していないため、除去後の構造体１４の表面粗さや加工精度にバラツキがあっても構わない。また、支持部材２６及び２７が小さい等で、次のステップＳ４に差し支えなければ、支持部材２６及び２７を除去するステップＳ３は省略されてもよい。

（ステップＳ４）次に、構造体１４から加工しろ部材２２、２４、２５を除去する。例えば、主板１１および側板１２の表面、インペラハブ１０の軸穴である開口部８は、旋盤等によって切削することで加工しろ２２、２４、２５が除去されるとよい。特に、旋盤では、加工中に被加工物の硬さが変化すると加工機械が（特に工具刃）傷んでしまう虞がある。よって、旋盤加工がおこなわれる主板１１および側板１２の表面、インペラハブ１０の軸穴である開口部８が接する加工しろ２２、２４、２５は、実造形で形成されるとよい。

（ステップＳ５）次に、羽根車３の形状となった構造体１４を研磨する。なお、主板１１および側板１２の表面、インペラハブ１０の軸穴である開口部８は、旋盤加工にて加工しろ部材２２、２４、２５を除去されるのと同時に、研磨されるとよい。また、流路２０もスクラブ等の流体にて研磨されるとよい。

なお、ステップＳ３とステップＳ４の順番は逆であってもよいし、同時または並行して行われてもよい。

ここで、ステップＳ５にて製造された羽根車３は、積層造形にて形成された表面の積層面に対して傾斜した面に積層段差が残り、積層面に平行な面にはレーザ又は電子ビーム等による塗り痕が残る。それに対して、切削加工の面には工具痕（例えば筋目方向の傷）が残る。このように、羽根車３は、積層造形にて形成された流路面（流路面１１ｂ、１２ｂ、および主翼１３の表面１３ａ、裏面１３ｂ）と、機械加工された面（外周面１１ｃ、１２ｃおよび外表面１１ａ、１２ａ）との表面粗さが異なる。そして、主板１１は、流路面１１ｂにおける表面粗さが外表面１１ａ、１２ａよりも粗い。一例として、主板１１の流路面１１ｂ（流路面のうち上側の面）の表面粗さはＳａ（算術平均高さ）が２０μｍ〜１００μｍであるのに対して、外表面１１ａ、１２ａ（旋盤加工された面）の表面粗さはＳａが５μｍ以下である。
特に、クローズドインペラの製造において、鋳物や溶接に比して積層造形であれば、複雑な流路を形成でき、更に、積層造形にて変形しやすい主板１１または／および側板１２は旋盤等で後から切削加工することで、所望する形状の羽根車３を製造できる。

図７Ｂは、図７ＡのステップＳ１の構造体の造形方法の流れの一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１１０）まず、支持部材２６、２７を積層造形により造形する。

（ステップＳ１２０）次に、下側の加工しろ部材２２を支持部材２６の上に積層造形により造形し、加工しろ部材２５を支持部材２７の上に積層造形により造形する。

（ステップＳ１３０）次に、羽根車３を造形する。具体的には、インペラハブ１０及び加工しろ部材２４を積層造形により造形するとともに、主板１１の外周側の加工しろ部材２２とともに主板１１を積層造形により造形する。インペラハブ１０の上に、主翼１３を積層造形により造形し、主翼１３の外周側において加工しろ部材２２を積層造形により更に上に造形する。そして主翼１３の上に側板１２を積層造形により造形する。

（ステップＳ１４０）次に、側板１２の上に加工しろ部材２２を造形する。
このように、構造体形成工程において、支持部材２６、２７が形成される第１ステップ（Ｓ１１０）と、加工しろ部材２２、２５が形成される第２ステップ（Ｓ１２０）と、羽根車３が形成される第３ステップ（Ｓ１３０）と、を有し、構造体１４の少なくとも一つの鉛直線（例えば、図５のＡの鉛直線）上において構造体１４は、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップ、の順にて積層造形される。この構成によれば、支持部材２６によって加工しろ部材２２が支持され、加工しろ部材によって羽根車３が支持される。具体的には、図５のＡの鉛直線上において、支持部材２６によって加工しろ部材２２が支持され、加工しろ部材２２によって羽根車３の主板１１が支持される。このため、羽根車３が下から支えられることになるので、羽根車３の製造工程における変形を抑制することができる。

以上、本実施形態に係る羽根車の製造方法は、主板１１と、側板１２と、当該主板１１と当該側板１２との間に設けられる複数の主翼１３と、主板１１及び／または側板１２に連結されている加工しろ部材２２、２４、２５と、を有する構造体を、積層造形法により形成する構造体形成工程と、構造体１４から加工しろ部材２２、２４、２５を除去する除去工程と、を有する。

この構成によれば、加工しろ部材２２、２４、２５がインペラハブ１０、主板１１及び／または側板１２に設けられることにより、製造工程においてインペラハブ１０、主板１１及び／または側板１２の端部の変形を抑えることができる。従って、積層造形法により羽根車を形成する場合に、製造工程における羽根車の端部の変形を抑制することができる。

また、本実施形態において、構造体１４は、更に支持部材２６を有し、当該構造体形成工程において、ベースプレート２１の上に支持部材２６が形成され、その後に、当該加工しろ部材２２が支持部材２６の上に形成され、その後に、主板１１と側板１２とのうち積層造形法により先に形成される主板１１が、当該加工しろ部材２２の上に形成される。これにより、支持部材２６によって加工しろ部材２２が支持され、加工しろ部材２２によって主板１１が支持されるので、主板１１の製造工程における変形を抑制することができる。

なお、加工しろ部材２２は、一例として主板１１の外周面１１ｃ及び側板１２の外周面１２ｃの両方に連結しており主板１１の外周面１１ｃ及び側板１２の外周面１２ｃを支持するものとして説明したが、いずれか一方のみに連結されていてもよい。すなわち、本実施形態において、図７のステップＳ１の構造体形成工程において、主板１１の外周面１１ｃ、及び側板１２の外周面１２ｃの少なくとも一方に、加工しろ部材２２が形成されてもよい。これにより、主板１１の外周面１１ｃ及び側板１２の外周面１２ｃの少なくとも一方が加工しろ部材２２によって支持されるので、主板１１の外周面１１ｃ及び側板１２の外周面１２ｃの少なくとも一方の変形を抑制することができる。

また、本実施形態において、図７のステップＳ１の構造体形成工程において、主板１１と側板１２とのうち積層造形法により後に形成される側板１２の上に、加工しろ部材２２が形成される。これにより、製造工程における側板１２の変形を抑制することができる。

また、本実施形態において、インペラハブ１０には開口部８が形成されており、図７のステップＳ１の構造体形成工程において、当該開口部８の内側に加工しろ部材２４が形成される。これにより、加工しろ部材２４によってインペラハブ１０の内側が支持されるので、製造工程におけるインペラハブ１０の変形を抑制することができる。

＜第１の実施形態の変形例＞
続いて第１の実施形態の変形例について説明する。図８は、第１の実施形態の変形例に係る構造体の一例の断面図である。第１の実施形態の構造体は、主板１１より上に側板１２が積層形成されるものとして説明したが、第１の実施形態の変形例に係る構造体１４ｂは、側板１２より上に主板１１が積層形成されたものである点が異なっている。

図８に示すように、羽根車の原型となる構造体１４ｂは、インペラハブ１０と、主板１１と、側板１２と、当該主板１１と当該側板１２との間に設けられる複数の主翼１３と、一例として主板１１及び側板１２の両方の外表面１１ａ、１２ａ及び外周面１１ｃ、１２ｃに連結されている加工しろ部材２２ｂと、を備える。更に、構造体１４ｂは、開口部９を覆い且つ加工しろ部材２２ｂと連結している加工しろ部材２３ｂと、開口部８の内側に形成されている加工しろ部材２４と、開口部８の一部及びインペラハブ１０の上側に積層され且つ加工しろ部材２２ｂと連結している加工しろ部材２５ｂと、加工しろ部材２２ｂを支持する支持部材２６ｂと、加工しろ部材２３ｂを支持する支持部材２７ｂと、を備える。構造体１４ｂは、ベースプレート２１の上に金属粉末を用いた積層造形法により形成されている。

ここで、加工しろ部材２２ｂの主板１１及び側板１２の吐出し側の端部（外周面１１ｃ、１２ｃ）側の幅Ｂ４は、流路２０の出口幅（主板１１と側板１２との間の距離）Ｂ２より長い。また支持部材２６ｂの角度θ３は、４０〜５０度の範囲が好ましく、支持部材２６ｂの角度θ４は、４０〜５０度の範囲が好ましい。

第１の実施形態と同様に、加工しろ部材２２ｂ、２３ｂ、２５ｂの表面には、製造番号が分かるように凹凸が設けられていることが好ましい。また、加工しろ部材２３ｂの表面には、開口部９の内周に相当する加工しろ部材２３ｂの表面位置に凹凸が設けられることが好ましい。同様に、加工しろ部材２５ｂの表面には、開口部８の内周に相当する加工しろ部材２５ｂの表面位置に凹凸が設けられることが好ましい。これにより、作業者が加工しろ部材２３ｂ、２５ｂを削るときに、どこまで削っていいのかを容易に判断することができる。

また、第１の実施形態と同様に、加工しろ部材２３ｂ、２５ｂの表面には、矢印の形をした凹凸が設けられており、開口部９の直径または開口部８の直径が分かるように、直径を示す凹凸が設けられていることが好ましい。これにより、作業者が加工しろ部材２３ｂ、２５ｂを削るときに、削る範囲を容易に判断することができる。

更に、加工しろ部材２３ｂの表面位置に開口部９の中心を把握可能な凹凸が設けられることが好ましく、同様に加工しろ部材２５ｂの表面位置に開口部８の中心を把握可能な凹凸が設けられることが好ましい。これにより、作業者が加工しろ部材２３ｂ、２５ｂを削るときに、開口部９の中心に相当する位置または開口部８の中心に相当する位置を把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。

更に、第１の実施形態と同様に、加工しろ部材２３ｂ、２５ｂの表面には、当該加工しろ部材２３ｂ、２５ｂの曲率半径を示す凹凸が設けれていることが好ましい。また、加工しろ部材２３ｂ、２５ｂの表面には、寸法公差を示す凹凸が設けられていることが好ましい。これにより、作業者が加工しろ部材２３ｂ、２５ｂを削るときに、曲率半径及び寸法公差を把握した状態で削ることができるので、削りミスを低減することができる。このように、加工しろ部材２２ｂ、２３ｂ、２５ｂの表面に羽根車３の寸法及び形状に関するパラメータを示す凹凸を設けることで、切削加工時のミスを低減することができる。

本変形例に係る構造体形成工程において、支持部材２６ｂ及び２７ｂは例えば、加工しろ部材２２ｂ、２３ｂ、２５ｂに比べて低い金属密度になるように形成されてもよい。これにより、支持部材２６ｂ及び２７ｂの金属量を低減することができるので、羽根車の製造コストを抑制することができる。

本変形例に係る構造体形成工程において、加工しろ部材２２ｂ、２３ｂ、２５ｂは、主板１１及び側板１２と略同じ金属密度になるように形成されることが好ましい。これにより、第１の実施形態と同様に、主板１１及び側板１２の外周面１１ｃ、１２ｃ側の変形を抑制することができる。

また、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例において、羽根車３は、主板１１と、側板１２と、主翼１３と、主板１１、側板１２および主翼１３にて画定された流路２０と、を備えた羽根車であって、当該流路２０は積層造形にて形成され、当該主板１１および当該側板１２の外表面１１ａ、１２ａは切削加工にて形成されたものである。そして、流路２０を画定する流路面１１ｂ、１２ｂと、前記外表面１１ａ、１２ａとは、表面粗さが異なる。流路面１１ｂ、１２ｂはレーザ等による焼結による表面粗さであり、旋盤等により切削加工された外表面１１ａ、１２ａよりも表面粗さが粗い。この構成によれば、積層造形にて複雑な流路でも形成できると共に表面は切削加工にて研磨されるので、ポンプ効率を重視した羽根車を形成できる。

なお、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例では、羽根車の製造方法について、クローズドインペラを対象に説明したが、クローズドインペラに限ったものではなく、羽根車の製造方法はオープンインペラ、ノンクロック形インペラなどにも適用可能である。上記いずれの態様の羽根車であっても、羽根車の製造方法は、羽根車と、当該羽根車の表面に連結されている加工しろ部材と、を有する構造体を、積層造形法により形成する構造体形成工程と、当該構造体から前記加工しろ部材を除去する除去工程と、を有し、当該構造体形成工程において当該加工しろ部材を当該羽根車と略同じ密度で造形する。

この構成により、加工しろ部材が羽根車を、羽根車と同じ強度で維持できるので、羽根車の表面の変形を抑制することができる。

なお、各実施形態において、ベースプレート２１の上に積層したが、ベースプレート２１はなくてもよい。また、各実施形態において、羽根車を構成する材料は、金属に限らず、合成樹脂、カーボン、または複合材などであってもよく、その場合、合成樹脂の粉末、カーボンの粉末、または複合材の粉末を用いて積層造形してもよい。また、各実施形態において、粉末を用いて積層造形したが、これに限らず、ワイヤーを積層するような積層造形であってもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ ポンプケーシング
１ａ 吸込口
１ｂ 吐出し口
３ 羽根車
４ 軸受胴体
５ａ 軸受
６ ポンプ軸
８ 開口
９ 開口
１０ インペラハブ
１１ 主板
１１ａ 外表面
１１ｂ 流路面
１１ｃ 外周面
１２ 側板
１２ａ 外表面
１２ｂ 流路面
１２ｃ 外周面
１３ 主翼
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１４、１４ｂ 構造体
２ ケーシングカバー
２０ 流路
２１ ベースプレート
２２、２２ｂ、２４、２５、２５ｂ 加工しろ部材
２６、２６ｂ、２７、２７ｂ 加工しろ部材
３１〜３７、Ａ１ 凹凸

Claims (13)

1. 羽根車と、前記羽根車の表面に連結されている加工しろ部材と、を有する構造体を、積層造形法により形成する構造体形成工程と、
   前記構造体から前記加工しろ部材を除去する除去工程と、
   を有し、
   前記構造体形成工程において前記加工しろ部材を前記羽根車と略同じ密度で造形する羽根車の製造方法。
2. 前記構造体は、更に支持部材を有し、
   前記構造体形成工程において、
   前記支持部材が形成される第１ステップと、
   前記加工しろ部材が形成される第２ステップと、
   前記羽根車が形成される第３ステップと、を有し、
   前記構造体の少なくとも一つの鉛直線上において前記構造体は、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、の順にて積層造形される、
   請求項１に記載の羽根車の製造方法。
3. 前記構造体形成工程において、前記支持部材は、前記加工しろ部材に比べて低い密度になるように形成される、
   請求項１または２に記載の羽根車の製造方法。
4. 前記除去工程において、前記加工しろ部材が切削加工にて除去されることで前記羽根車の表面の形状が形成される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の羽根車の製造方法。
5. 前記構造体形成工程において、前記羽根車の下側、及び前記羽根車の上側の少なくとも一方に、前記加工しろ部材が形成される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の羽根車の製造方法。
6. 前記構造体形成工程において、前記羽根車のインペラハブの開口部の内側に前記加工しろ部材が形成される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の羽根車の製造方法。
7. 前記構造体形成工程において、前記開口部の少なくとも一部を覆うように前記加工しろ部材が形成され、前記開口部の中心に相当する前記加工しろ部材の表面位置に凹凸が設けられるか、及び／または前記開口部の内周に相当する前記加工しろ部材の表面位置に凹凸が設けられる、
   請求項６に記載の羽根車の製造方法。
8. 前記構造体形成工程において、前記加工しろ部材には、前記主板及び／または前記側板の一部の寸法、または前記主板及び／または前記側板の一部の形状に関するパラメータを表す凹凸が前記加工しろ部材の表面に設けられている、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の羽根車の製造方法。
9. 前記羽根車は、主板と、側板と、主翼と、を備えたクローズドインペラである、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の羽根車の製造方法。
10. 主板と、側板と、主翼と、を備え、前記主板、前記側板および前記主翼にて画定された流路が形成されている羽根車であって、
    前記流路は積層造形にて形成され、前記主板および前記側板の外表面は切削加工にて形成された羽根車。
11. 前記主板および前記側板において、
    前記流路を画定する流路面と前記外表面とは表面粗さが異なる、請求項１０に記載の羽根車。
12. 前記流路面は、前記外表面よりも表面粗さが粗い、請求項１１に記載の羽根車。
13. 前記羽根車は切削加工にて形成されたインペラハブを更に有し、
    前記流路面は前記インペラハブよりも表面粗さが粗い、請求項１１または１２に記載の羽根車。