JP7390230B2 - インペラの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、インペラの製造方法に関する。
例えば遠心圧縮機等の回転機械に用いられるインペラは、ディスクと、ブレードと、カバーとを備えている。ディスクは、回転機械に設けられる回転軸に固定されている。ブレードは、ディスクの表面に、周方向に間隔を空けて複数が設けられている。カバーは、これらのブレードを、ディスクと反対側から覆っている。インペラは、ディスク、カバー、及び周方向で互いに隣り合うブレード同士の間に画成され、流体が流通する流路を内部に有している。
特許文献１には、積層造形法によりインペラを形成する方法が記載されている。積層造形法は、処理面に塗布した粉末材料にエネルギー入力を行うことで材料層を積層し、所定形状のインペラを形成する。
米国特許出願公開第２０１９／０００３３２２号明細書
ところで、インペラを積層造形法で形成する場合、インペラの内部に流路を形成するために、ディスク、カバー、及びブレードの流路を形成する面を平滑に研磨する必要がある。しかしながら、ディスクとカバーとの隙間が小さい場合や、ブレードが大きく湾曲している場合のように、研磨加工を行うための研磨工具を流路に挿入することが困難な場合がある。その結果、複雑な形状に形成されたブレードを十分に研磨することができず、流路の精度を確保することが難しい場合がある。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、ブレードを十分に研磨したインペラを積層造形法によって形成することができるインペラの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係るインペラの製造方法は、軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、前記ディスクにおいて前記軸線に沿った軸方向の第一側を向く面に対して前記軸線周りの周方向に間隔を空けて形成された複数のブレードと、複数の前記ブレードを前記軸方向の第一側から覆うカバーと、を有し、前記ディスク、前記カバー、及び前記ブレードの間に流路が形成されたインペラの製造方法であって、金属粉末を用いた積層造形法によって、前記軸線を基準とする径方向の外側に向かって延びるように金属層を積層することで、前記ディスクの一部を構成するディスク構成部、前記ブレードの一部を構成するブレード構成部、及び前記カバーの一部を構成するカバー構成部が一体化されたインペラ成形体を形成する工程と、前記インペラ成形体を削る工程と、を複数回繰り返し、前記インペラ成形体を削る工程は、前記流路の一部を構成する前記インペラ成形体の内側面を研磨する工程を含み、前記インペラ成形体を削る工程は、前記流路の内側面を研磨する工程の前に、前記径方向の外側から前記ディスク構成部及び前記カバー構成部を削って、前記インペラ成形体の外周部から前記径方向の内側に窪む凹部を形成する工程を含む。
本開示のインペラの製造方法によれば、ブレードを十分に研磨したインペラを積層造形法によって形成することができる。
本実施形態に係るインペラの製造方法で製作するインペラを、インペラの軸方向から見た図である。 図１に示したインペラを、インペラの軸線に沿った断面で見た断面図である。 本実施形態に係るインペラの製造方法の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る基材準備工程で準備する基材を示す断面図である。 本実施形態に係るサポート部形成工程で形成する土台部及びサポート部を示す断面図である。 本実施形態に係るサポート部形成工程で形成する土台部及びサポート部を軸方向から見た図である。 本実施形態に係るインペラ内周部形成工程で形成するインペラ成形体のインペラ内周部を示す断面図である。 本実施形態に係るサポート部除去工程で、サポート部を除去した状態を示す断面図である。 本実施形態に係るインペラ中間部形成工程で、インペラ成形体のインペラ中間部を形成した状態を示す断面図である。 本実施形態に係る中間部流路研磨工程で、インペラ成形体のインペラ中間部の中間部流路を研磨している状態を示す断面図である。 本実施形態に係るインペラ外周部形成工程で、インペラ成形体のインペラ外周部を形成している状態を示す断面図である。 本実施形態に係る凹部形成工程で、インペラ成形体の外縁に凹部を形成した状態を、軸方向から見た図である。
（インペラの構成）
本実施形態において製造されるインペラは、例えば、遠心圧縮機等の回転機械に搭載される。図１及び図２に示すように、インペラ１は、ディスク２と、ブレード３と、カバー４とを有している。
ディスク２は、軸線Ｏの延びる軸方向Ｄａから見て、略円形をなしている。ディスク２は、軸線Ｏを中心とした円盤状に形成されている。より具体的には、ディスク２は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１（図２における上方）のディスク内周端２１から第二側Ｄａ２（図２における下方）のディスク外周端２４に向かうにしたがって、軸線Ｏを中心とした径方向Ｄｒの寸法が次第に拡大するように形成されている。ディスク２は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１（ディスク２に対してカバー４が配置されている側）を向く面として、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２（カバー４に対してディスク２が配置されている側）に向かって窪むように湾曲したディスク凹面２３を備えている。
また、軸線Ｏを基準とする径方向Ｄｒにおけるディスク２の中央には、軸方向Ｄａに延びる筒状部２８が形成されている。筒状部２８には、軸方向Ｄａに貫通するように、軸挿通孔２８ｈが形成されている。この軸挿通孔２８ｈには、回転機械の回転軸（図示無し）が軸方向Ｄａに挿入可能とされている。これによって、インペラ１は、回転機械の回転軸と一体に、軸線Ｏを中心とする周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１に回転可能とされている。筒状部２８に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏには、円板状のディスク本体部２９が筒状部２８と一体に形成されている。ディスク本体部２９は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から第二側Ｄａ２に向けて外径が次第に拡大するように形成されている。
ブレード３は、ディスク凹面２３から、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１に立ち上がるように形成される。ブレード３は、ディスク凹面２３上で周方向Ｄｃに互いに間隔を空けて複数形成されている。各ブレード３は、ディスク２に対して、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉ（ブレード３に対して軸線Ｏが配置されている側）から外側Ｄｒｏに向かって延びるように形成される。ブレード３は、軸方向Ｄａから見て、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの端部であるブレード内周端３１から、径方向Ｄｒの外側の端部であるブレード外周端３３に渡って湾曲している。ブレード３は、軸方向Ｄａから見て、ブレード内周端３１とブレード外周端３３との間で、径方向Ｄｒの中央であるブレード中間部３２が、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に窪むように湾曲している。ブレード３は、周方向Ｄｃの第一側Ｄｃ１を向くブレード凹面３４Ａと、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２を向くブレード凸面３４Ｂとを有している。ブレード凹面３４Ａは、軸方向Ｄａから見た際に、ブレード中間部３２で、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に窪むように湾曲している。ブレード凸面３４Ｂは、軸方向Ｄａから見た際に、ブレード中間部３２で、周方向Ｄｃの第二側Ｄｃ２に突出するように湾曲している。
カバー４は、ディスク凹面２３に対し、軸方向Ｄａに間隔をあけて配置されている。カバー４は、複数のブレード３を、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から覆うように配置されている。カバー４は、軸線Ｏを中心とした円盤形状をなしている。具体的には、カバー４は、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に向かうに従って次第に縮径する傘形状をなしている。カバー４は、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２を向く面として、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって突出するように湾曲したカバー凸面４５を備えている。カバー４の径方向Ｄｒの内側の端部であるカバー内周端４１は、ディスク２の径方向Ｄｒの内側の端部であるディスク内周端２１との間に、径方向Ｄｒに間隔を空けて配置されている。これにより、カバー内周端４１とディスク内周端２１との間は、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向くように開口している。また、カバー４の径方向Ｄｒの外側の端部であるカバー外周端４２は、ディスク２の径方向Ｄｒの外側の端部であるディスク外周端２４との間に、軸方向Ｄａに間隔を空けて配置されている。これにより、カバー外周端４２とディスク外周端２４との間は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向くように開口している。
インペラ１の内部には、ディスク２、カバー４、及びブレード３によって囲まれた流路１２が周方向Ｄｃに間隔を空けて複数形成されている。一つの流路１２は、ディスク２とカバー４との間において、周方向Ｄｃで互いに隣り合うブレード３によって画成されている。流路１２を形成する内側面は、ディスク凹面２３と、カバー凸面４５と、ブレード凹面３４Ａと、ブレード凸面３４Ｂと、から構成されている。各流路１２は、ディスク内周端２１とカバー内周端４１との間に、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向くように開口する流路入口１２ａを有している。また、各流路１２は、ディスク外周端２４とカバー外周端４２との間に、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向くように開口する流路出口１２ｂを有している。インペラ１では、流路入口１２ａが形成された端部を入口側端部１ａと称する。また、インペラ１では、流路出口１２ｂが形成された端部を出口側端部１ｂと称する。
ディスク２とカバー４との間隔（流路高さ）は、流路入口１２ａから流路出口１２ｂに向かって、次第に狭くなるよう形成されている。また、周方向Ｄｃで互いに隣り合うブレード３同士の周方向Ｄｃにおける間隔（流路幅）は、流路入口１２ａから流路出口１２ｂに向かって次第に広くなるよう形成されている。各流路１２は、流路入口１２ａから流路出口１２ｂに向かって、その流路断面積が次第に小さくなるよう形成されている。
（インペラの製造方法の手順）
次に、図３から図１２を用いて、上記インペラ１の製造方法について説明する。インペラの製造方法Ｓ１は、金属粉末を用いた積層造形法によって、インペラ１を製造する。本実施形態におけるインペラの製造方法Ｓ１では、インペラ１を、例えば、レーザーメタルデポジション（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下、ＬＭＤと略称する）法により形成する。ＬＭＤ法は、レーザを母材に照射することで形成した領域（溶融池）に、ノズルを通して金属粉末を供給することで、溶融金属による積層造形を行うものである。なお、インペラ１は、金属粉末を用いた積層造形法であればＬＭＤ法以外の他の方法で製造されてもよい。
以下の説明において、インペラの製造方法Ｓ１で形成途中のインペラ１を、インペラ成形体１００と称する。インペラ成形体１００は、ディスク２の一部を構成するディスク構成部２００、ブレード３の一部を構成するブレード構成部３００、及びカバー４の一部を構成するカバー構成部４００を有する。インペラ成形体１００では、ディスク構成部２００、ブレード構成部３００、及びカバー構成部４００は、一つの部材として、一体化されている。
本実施形態におけるインペラの製造方法Ｓ１は、図３に示すように、基材準備工程（基材を準備する工程）Ｓ２と、形成工程（インペラ成形体１００を形成する工程）Ｓ１００と、研削工程（インペラ成形体１００を削る工程）Ｓ２００と、を含んでいる。インペラの製造方法Ｓ１では、形成工程Ｓ１００と、研削工程Ｓ２００とが複数回繰り返される。形成工程Ｓ１００では、金属粉末を用いた積層造形法によって、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって延びるように金属層を積層することで、最終的なインペラ１の外径に近づくように、インペラ成形体１００が次第に大きくされる。形成工程Ｓ１００では、例えば、軸線Ｏを傾けた状態（本実施形態では、例えば、軸線Ｏを水平方向に一致させるようにインペラ成形体１００を横にした状態）で、インペラ成形体１００を軸線Ｏ周りに回転させつつ、ノズルを軸方向Ｄａに移動させながらＬＭＤ法が実施される。研削工程Ｓ２００では、形成工程Ｓ１００で大きくされたインペラ成形体１００が、最終的なインペラ１の形状に近づくように、切削、研削、又は研磨される。
具体的には、本実施形態におけるインペラの製造方法Ｓ１は、基材準備工程Ｓ２と、サポート部形成工程Ｓ３と、インペラ内周部形成工程Ｓ４と、サポート部除去工程Ｓ５と、インペラ中間部形成工程Ｓ６と、中間部流路研磨工程Ｓ７と、インペラ外周部形成工程Ｓ８と、凹部形成工程Ｓ９と、外周部流路研磨工程Ｓ１０と、外周形状成形工程Ｓ１１と、を含んでいる。
基材準備工程Ｓ２では、形成工程Ｓ１００の前に、基材１０１を準備する。図４に示すように、基材１０１は、軸方向Ｄａに延びる円筒状で、筒状部２８の少なくとも一部を形成する。基材１０１には、その内側に、軸方向Ｄａに貫通する軸挿通孔２８ｈが形成されている。この基材１０１は、鋳造、鍛造、押出成形、引抜成形、及び、ＬＭＤ法等の積層造形法等により、予め所定形状に形成されている。
サポート部形成工程Ｓ３は、基材準備工程Ｓ２後に実施される。サポート部形成工程Ｓ３は、形成工程Ｓ１００の一部である。サポート部形成工程Ｓ３では、図５及び図６に示すように、基材１０１の外周面に、土台部１０２と、サポート部１０３とを、ＬＭＤ法により形成する。
土台部１０２は、基材１０１における径方向Ｄｒの外側を向く外周面に対して周方向Ｄｃに連続するように形成されている。土台部１０２は、基材１０１の外周面から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出するように形成される。土台部１０２は、基材１０１において、軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に寄った位置に形成される。本実施形態の土台部１０２は、ディスク構成部２００であって、ディスク２の一部を形成する。つまり、土台部１０２は、ディスク本体部２９において、筒状部２８に接続される領域となる。
サポート部１０３は、基材１０１及び土台部１０２に対して離れて形成されるカバー構成部４００を支持するために形成されている。サポート部１０３は、基材１０１の外周面から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出している。本実施形態のサポート部１０３は、環状ベース部１０３１と、支持突起部１０３２と、を一体に備えている。環状ベース部１０３１は、基材１０１の外周面に沿って周方向Ｄｃに連続して環状に形成されている。環状ベース部１０３１は、基材１０１の外周面から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出するように形成される。環状ベース部１０３１は、基材１０１において、土台部１０２に対して軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１で連続するように形成されている。
支持突起部１０３２は、環状ベース部１０３１に対して周方向Ｄｃに間隔を開けて複数形成される。支持突起部１０３２は、環状ベース部１０３１から軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって突出するように形成されている。支持突起部１０３２は、周方向Ｄｃにおいてブレード構成部３００が形成される位置に対応して形成される。つまり、支持突起部１０３２は、周方向Ｄｃにおいてブレード３が形成される位置に対応する位置に形成される。支持突起部１０３２は、環状ベース部１０３１と土台部１０２とを繋ぐように形成されている。本実施形態の支持突起部１０３２は、例えば、周方向Ｄｃに直交する面を形成するように板状に形成されている。支持突起部１０３２の軸方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部は、土台部１０２と連続している。
サポート部形成工程Ｓ３では、土台部１０２及び環状ベース部１０３１は、基材１０１を軸線Ｏ周りに回転させながら、基材１０１の外周面に径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏである鉛直方向の上方から金属層を順次積層することで形成される。また、各支持突起部１０３２は、土台部１０２及び環状ベース部１０３１に対して、基材１０１を軸線Ｏ周りに所定角度ずつ回転させた後にそれぞれの角度で、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから金属層を順次積層することで形成される。
サポート部形成工程Ｓ３で土台部１０２及びサポート部１０３を形成された後、インペラ内周部形成工程Ｓ４が実施される。インペラ内周部形成工程Ｓ４は、形成工程Ｓ１００の一つである。サポート部形成工程Ｓ３及びインペラ内周部形成工程Ｓ４が、本実施形態における第一の形成工程Ｓ１００である。インペラ内周部形成工程Ｓ４では、図７に示すように、土台部１０２及びサポート部１０３に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに、ディスク構成部２００、ブレード構成部３００、及びカバー構成部４００の一部が形成される。具体的には、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、径方向Ｄｒにおけるディスク構成部２００の内側Ｄｒｉの領域、ブレード構成部３００の内側Ｄｒｉの領域、及びカバー構成部４００の内側Ｄｒｉの領域が、ＬＭＤ法により形成される。その結果、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、ブレード構成部３００の一部であるインペラ内周部１１０が形成される。これらにより、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、インペラ成形体１００の一部であるインペラ内周部１１０が形成される。
具体的には、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、土台部１０２に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから金属層が順次積層される。これにより、土台部１０２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びるようにディスク構成部２００の内側Ｄｒｉの領域が形成される。
また、形成されたディスク構成部２００の内側Ｄｒｉの領域及び支持突起部１０３２に対して、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから金属層を順次積層される。これにより、ブレード構成部３００の内側Ｄｒｉの領域は、形成されたディスク構成部２００に対して軸方向Ｄａに繋がった状態で、支持突起部１０３２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びるように、周方向Ｄｃに離れて複数形成される。その結果、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、ディスク構成部２００の一部であるブレード内周端３１が形成される。
また、ブレード構成部３００の内側Ｄｒｉの領域及び支持突起部１０３２に対して、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから金属層を順次積層される。これにより、カバー構成部４００の内側Ｄｒｉの領域は、ブレード構成部３００の内側Ｄｒｉの領域に対して軸方向Ｄａに繋がった状態で、支持突起部１０３２から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びるように、周方向Ｄｃに離れて複数形成される。その結果、インペラ内周部形成工程Ｓ４では、ブレード構成部３００の一部であるブレード内周端３１が形成される。
インペラ内周部形成工程Ｓ４を終えた後、サポート部除去工程Ｓ５が実施される。本実施形態のサポート部除去工程Ｓ５は、第一の研削工程Ｓ２００である。サポート部除去工程Ｓ５では、図８に示すように、基材１０１と形成されたカバー構成部４００の内側Ｄｒｉの領域との間に、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１や径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから切削工具７０１が挿入される。その結果、基材１０１とカバー構成部４００との間のサポート部１０３（環状ベース部１０３１及び複数の支持突起部１０３２）は、切削加工により除去される。これにより、カバー内周端４１と基材１０１の端部（ディスク内周端２１）との間が、軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向くように開口する。
サポート部除去工程Ｓ５を終えた後、インペラ中間部形成工程Ｓ６が実施される。本実施形態のインペラ中間部形成工程Ｓ６は、第二の形成工程Ｓ１００である。インペラ中間部形成工程Ｓ６では、図９に示すように、インペラ内周部１１０に対して、ディスク構成部２００、ブレード構成部３００、及びカバー構成部４００が径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにさらに延ばされるように形成される。これにより、ディスク中間部２２、ブレード中間部３２、及びカバー中間部４３に相当する部分が形成される。インペラ中間部形成工程Ｓ６では、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ内周部１１０を全周に渡って所定の寸法だけ径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広げるように、インペラ内周部１１０に対して、径方向Ｄｒの外側ＤｒｏからＬＭＤ法により金属層が順次積層される。これにより、インペラ成形体１００が次第に拡径されていく。その結果、ディスク中間部２２、ブレード中間部３２、及びカバー中間部４３を有するインペラ中間部１２０が形成される。インペラ中間部１２０は、インペラ成形体１００の一部であって、インペラ内周部１１０に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏで連続する領域である。
インペラ中間部形成工程Ｓ６を終えた後、中間部流路研磨工程Ｓ７が実施される。本実施形態の中間部流路研磨工程Ｓ７は、第二の研削工程Ｓ２００である。中間部流路研磨工程Ｓ７では、図１０に示すように、インペラ中間部形成工程Ｓ６で形成されたインペラ中間部１２０において、流路１２の内側面となる面を研磨する。インペラ中間部１２０では、ディスク中間部２２と、カバー中間部４３と、周方向Ｄｃで互いに隣り合う及びブレード中間部３２とに囲まれて、流路１２の一部を構成する中間部流路１２ｍが形成されている。中間部流路研磨工程Ｓ７では、中間部流路１２ｍに径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから研磨工具７０２が挿入され、インペラ中間部１２０の内側面が研磨される。これにより、ディスク凹面２３の一部と、カバー凸面４５の一部と、ブレード凹面３４Ａの一部と、ブレード凸面３４Ｂの一部が研磨される。
なお、必要に応じ、インペラ中間部形成工程Ｓ６と、中間部流路研磨工程Ｓ７とを繰り返すことで、インペラ成形体１００を段階的に拡径しながら、それぞれの段階のインペラ成形体１００において、中間部流路１２ｍの内側面の研磨を行ってもよい。
中間部流路研磨工程Ｓ７を終えた後、インペラ外周部形成工程Ｓ８が実施される。本実施形態のインペラ外周部形成工程Ｓ８は、第三の形成工程Ｓ１００である。インペラ外周部形成工程Ｓ８では、図１１に示すように、インペラ中間部１２０に対して、ディスク構成部２００、ブレード構成部３００、及びカバー構成部４００が径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにさらに延ばされるように形成される。これにより、ディスク外周端２４、ブレード外周端３３、及びカバー外周端４２に相当する部分が形成される。インペラ外周部形成工程Ｓ８では、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ中間部１２０を全周に渡って所定の寸法だけ径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広げるように、インペラ中間部１２０に対して、径方向Ｄｒの外側ＤｒｏからＬＭＤ法により金属層が順次積層される。これにより、インペラ成形体１００が次第に拡径されていく。その結果、ディスク外周端２４、ブレード外周端３３、及びカバー外周端４２を有するインペラ外周部１３０が形成される。インペラ外周部１３０は、インペラ成形体１００の一部であって、インペラ中間部１２０に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏで連続する領域である。
インペラ外周部形成工程Ｓ８を終えた後、凹部形成工程Ｓ９が実施される。凹部形成工程Ｓ９は、研削工程Ｓ２００の一部である。凹部形成工程Ｓ９は、外周部流路研磨工程Ｓ１０の前に実施される。凹部形成工程Ｓ９では、図１２に示すように、インペラ外周部１３０を径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに削って凹部１０５が形成される。凹部形成工程Ｓ９では、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏからインペラ外周部１３０の外縁が削られる。その際、凹部１０５は、流路１２を研磨する際に、研磨工具７０２が干渉してしまうインペラ外周部１３０の領域に対して形成される。具体的には、凹部形成工程Ｓ９では、軸方向Ｄａから見た際に、周方向Ｄｃで隣り合うブレード構成部３００同士の間に凹部１０５が形成される。本実施形態で凹部１０５を作成する際には、ディスク構成部２００及びカバー構成部４００のみが削られ、ブレード構成部３００は削られない。これにより、凹部形成工程Ｓ９では、インペラ外周部１３０の外縁に対し、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに窪む凹部１０５が形成される。
凹部１０５は、軸方向Ｄａから見た際に、ブレード構成部３００の凹面３０１と繋がる第一面１０５ａと、ブレード構成部３００の凸面３０２と繋がる第二面１０５ｂとを有している。凹面３０１は、インペラ１の完成時にブレード凹面３４Ａとなる湾曲面である。凸面３０２は、インペラ１の完成時にブレード凸面３４Ｂとなる湾曲面である。第一面１０５ａは、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ外周部１３０の外縁での凹面３０１の延びる方向（凹面３０１を延長した仮想線）に対する角度θ１が、９０°以上となるように形成されている。本実施形態の第一面１０５ａは、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ外周部１３０の外縁での凹面３０１の延びる方向に対して、９０°となるように形成されている。第二面１０５ｂは、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ外周部１３０の外縁での凸面３０２の延びる方向（凸面３０２を延長した仮想線）に対する角度θ２が可能な限り小さくなるように形成されている。
凹部形成工程Ｓ９を終えた後、外周部流路研磨工程Ｓ１０が実施される。外周部流路研磨工程Ｓ１０は、研削工程Ｓ２００の一部である。凹部形成工程Ｓ９及び外周部流路研磨工程Ｓ１０が、本実施形態における第三の研削工程Ｓ２００である。外周部流路研磨工程Ｓ１０では、凹部形成工程Ｓ９で凹部１０５が形成されたインペラ外周部１３０において、流路１２の内側面となる面を研磨する。インペラ外周部１３０では、ディスク外周端２４と、カバー外周端４２と、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合うブレード３のブレード外周端３３とに囲まれて、流路１２の一部を構成する外周部流路１２ｏが形成されている。外周部流路研磨工程Ｓ１０では外周部流路１２ｏに径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから研磨工具７０２が挿入され、インペラ外周部１３０の内側面が研磨される。これにより、ディスク凹面２３の一部と、カバー凸面４５の一部と、ブレード凹面３４Ａの一部と、ブレード凸面３４Ｂの一部が研磨される。
なお、必要に応じ、インペラ外周部形成工程Ｓ８、凹部形成工程Ｓ９、及び外周部流路研磨工程Ｓ１０を繰り返すことで、インペラ外周部１３０を段階的に拡径しながら、それぞれの段階のインペラ成形体１００において、外周部流路１２ｏの内側面の研磨を行ってもよい。このとき、インペラ外周部形成工程Ｓ８では、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ外周部１３０を全周に渡って所定の寸法だけ径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広げるように、インペラ外周部１３０に対して、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから積層造形により金属層がさらに積層される。これにより、インペラ外周部１３０は、凹部１０５を有した相似形状を維持したまま、段階的に拡径される。
外周部流路研磨工程Ｓ１０を終えた後、外周形状成形工程Ｓ１１が実施される。本実施形態の外周形状成形工程Ｓ１１は、第四の形成工程Ｓ１００である。外周形状成形工程Ｓ１１では、軸方向Ｄａから見た際に、インペラ外周部１３０の外縁に対し、凹部１０５を埋めるように、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かってＬＭＤ法によって金属層を積層する。これにより、図１及び図２に示すように、所定の寸法及び形状を有したインペラ成形体１００が形成される。こののち、インペラ成形体１００の最外周部で、流路１２の研磨を行うことで、インペラ１が完成する。
（作用効果）
上記構成のインペラの製造方法Ｓ１では、サポート部形成工程Ｓ３から外周形状成形工程Ｓ１１まで実施されることで、形成工程Ｓ１００と研削工程Ｓ２００とが繰り返し実施されることになる。その結果、インペラ成形体１００を段階的に拡径するように形成しつつ、それぞれの段階でインペラ成形体１００の形状を整えることができる。その結果、積層造形法によりインペラ１を高い精度で良好に形成することが可能となる。
また、研削工程Ｓ２００として、インペラ中間部形成工程Ｓ６の後に中間部流路研磨工程Ｓ７が実施され、インペラ外周部形成工程Ｓ８の後に外周部流路研磨工程Ｓ１０が実施される。その結果、インペラ成形体１００を段階的に拡径するように形成しつつ、それぞれの段階で流路１２の内側面を研磨することができる。特に、本実施形態では、流路１２が、流路出口１２ｂに近づくにしたがってディスク２とカバー４との間隔が狭くなることで、流路断面積が次第に小さくなるように形成されている。このように、研磨加工を行うための研磨工具７０２が入りづらい流路１２であっても、研磨工具７０２を流路１２に隅々まで挿入させて、流路１２の全体を高い精度で研磨することができる。その結果、積層造形法によりインペラ１をより高い精度で形成することが可能となる。
また、外周部流路研磨工程Ｓ１０に先立ち、インペラ外周部１３０に凹部１０５を形成する凹部形成工程Ｓ９が実施される。これにより、流路１２の内側面を研磨する際に、研磨工具７０２が干渉してしまう領域を減らして、研磨工具７０２を奥まで挿入することができる。したがって、研磨工具７０２がインペラ成形体１００のインペラ外周部１３０に干渉することを抑えつつ、流路１２の内側面を高い精度で研磨することができる。
また、周方向Ｄｃで隣り合うブレード構成部３００同士の間に凹部１０５が形成される。特に、本実施形態の凹部１０５は、ディスク構成部２００及びカバー構成部４００のみを削って形成される。そのため、ディスク２とカバー４との間隔が狭く、軸方向Ｄａから見た際に、窪むように湾曲したブレード凹面３４Ａであっても、研磨する位置に関わらず隅々まで研磨工具７０２を到達させることができる。したがって、流路１２の全体を非常に高い精度で研磨することができる。
また、凹部１０５を形成した後に、インペラ外周部形成工程Ｓ８が実施されることで、インペラ成形体１００を全周に渡って所定の寸法だけ径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広げるように金属層が積層される。その結果、インペラ外周部１３０は、凹部１０５を有した相似形状を維持したまま、段階的に拡径される。したがって、軸方向Ｄａから見た際に、凹部１０５を埋めるように円形状をなす様に金属層を積層した場合に比べて、凹部１０５を再度形成する際のインペラ外周部１３０の切削量を抑えることができる。これにより、凹部１０５を再度形成する際の作業速度を向上させ、インペラ１を速やかに製造することができる。
また、事前に準備した筒状の基材１０１を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに拡径するようにインペラ成形体１００を形成していくことができる。したがって、積層造形法によって金属層を積層させて筒状部２８の大部分を形成する必要が無く、筒状部２８の製造速度を向上させることができる。これにより、インペラ１を速やかに製造することができる。
また、基材１０１の外周面に形成したサポート部１０３の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏにカバー構成部４００の少なくとも一部であるカバー内周端４１を形成した後、サポート部１０３が除去されている。そのため、カバー４のように、基材１０１に対して離れた位置に形成される構造であっても、円滑に形成することができる。
（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記構成のインペラの製造方法Ｓ１は、その手順を上記で説明したものに限られるものではなく、適宜変更可能である。したがって、形成工程Ｓ１００と、研削工程Ｓ２００とが繰り返される回数は、本実施形態に限定されるものでない。また、凹部１０５が形成されるタイミングも本実施形態に限定されるものではない。凹部１０５は、流路１２の内側面を研磨する前に形成されていればよい。したがって、凹部１０５は、インペラ中間部形成工程Ｓ６と中間部流路研磨工程Ｓ７との間に形成されてもよい。
また、外周形状成形工程Ｓ１１では、所定の寸法及び形状を有したインペラ成形体１００が形成されればよい。したがって、外周形状成形工程Ｓ１１では、凹部１０５を埋めるように、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって金属層を積層することに限定するものではない。例えば、外周形状成形工程Ｓ１１を形成工程Ｓ１００として実施せず、凹部１０５に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに突出するインペラ外周部１３０の領域を削り取ることで、所定の寸法及び形状を有したインペラ成形体１００を形成してもよい。
また、インペラの製造方法Ｓ１では、基材準備工程Ｓ２が実施されなくてもよい。したがって、基材１０１を準備せず、ＬＭＤ法等の積層造形法によって位置から筒状部２８を形成してもよい。
＜付記＞
実施形態に記載のインペラの製造方法Ｓ１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、軸線Ｏを中心とした円盤状をなすディスク２と、前記ディスク２において前記軸線Ｏに沿った軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向く面に対して前記軸線Ｏ周りの周方向Ｄｃに間隔を空けて形成された複数のブレード３と、複数の前記ブレード３を前記軸方向Ｄａの第一側Ｄａ１から覆うカバー４と、を有し、前記ディスク２、前記カバー４、及び前記ブレード３の間に流路１２が形成されたインペラの製造方法Ｓ１であって、金属粉末を用いた積層造形法によって、前記軸線Ｏを基準とする径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって延びるように金属層を積層することで、前記ディスク２の一部を構成するディスク構成部２００、前記ブレード３の一部を構成するブレード構成部３００、及び前記カバー４の一部を構成するカバー構成部４００が一体化されたインペラ成形体１００を形成する工程Ｓ１００と、前記インペラ成形体１００を削る工程Ｓ２００と、を複数回繰り返し、前記インペラ成形体１００を削る工程Ｓ２００は、前記流路１２の一部を構成する前記インペラ成形体１００の内側面を研磨する工程を含む。
金属粉末を用いた積層造形法としては、例えば、ＬＭＤ法が挙げられる。
これにより、インペラ成形体１００を段階的に形成しつつ、それぞれの段階で流路１２の内側面を研磨することができる。そのため、研磨加工を行うための研磨工具７０２が入りづらい流路１２であっても、研磨工具７０２を流路１２に隅々まで挿入させて、流路１２の全体を高い精度で研磨することができる。その結果、積層造形法によりインペラ１をより高い精度で形成することが可能となる。
（２）第２の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、（１）のインペラの製造方法Ｓ１であって、前記インペラ成形体を削る工程Ｓ２００は、前記流路１２の内側面を研磨する工程の前に、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから前記ディスク構成部２００及び前記カバー構成部４００を削って、前記インペラ成形体１００の外周部から前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに窪む凹部１０５を形成する工程を含む。
これにより、流路１２の内側面を研磨する際に、研磨工具７０２が干渉してしまう領域を減らして、研磨工具７０２を奥まで挿入することができる。したがって、研磨工具７０２がインペラ成形体１００の外周部に干渉することを抑えつつ、流路１２の内側面を高い精度で研磨することができる。
（３）第３の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、（２）のインペラの製造方法Ｓ１であって、前記凹部１０５を形成する工程では、前記軸方向Ｄａから見た際に、前記軸線Ｏを中心とする周方向Ｄｃで隣り合う前記ブレード構成部３００同士の間に前記凹部１０５が形成される。
これにより、ディスク２とカバー４との間隔が狭く、軸方向Ｄａから見た際に、窪むように湾曲したブレードの凹面であっても、研磨する位置に関わらず隅々まで研磨工具７０２を到達させることができる。したがって、流路１２の全体を非常に高い精度で研磨することができる。
（４）第４の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、（２）又は（３）のインペラの製造方法Ｓ１であって、前記インペラ成形体１００を形成する工程では、前記凹部１０５を形成する工程の後に、前記軸方向Ｄａから見た際に、前記インペラ成形体１００を全周に渡って所定の寸法だけ前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに広げるように金属層を積層する。
これにより、インペラの外周部は、凹部１０５を有した相似形状を維持したまま、段階的に拡径される。したがって、軸方向Ｄａから見た際に、凹部１０５を無くすように円形状をなす様に金属層を積層した場合に比べて、凹部１０５を再度形成する際のインペラの外周部の切削量を抑えることができる。これにより、凹部１０５を再度形成する際の作業速度を向上させ、インペラ１を速やかに製造することができる。
（５）第５の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、（１）から（４）のいずれか一つのインペラの製造方法Ｓ１であって、前記インペラ成形体１００を形成する工程の前に、前記軸方向Ｄａに延びる筒状の基材１０１を準備する工程をさらに含み、前記インペラ成形体１００を形成する工程では、前記基材１０１に対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって金属層を積層する。
これにより、事前に準備した筒状の基材１０１を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに拡径するようにインペラ成形体１００を形成していくことができる。したがって、積層造形法によって金属層を積層させてインペラ１の中心部分の大部分を形成する必要が無く、インペラ１の中心部分の製造速度を向上させることができる。これにより、インペラ１を速やかに製造することができる。
（６）第６の態様に係るインペラの製造方法Ｓ１は、（５）のインペラの製造方法Ｓ１であって、前記インペラ成形体１００を形成する工程は、前記基材１０１の外周面に、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出するサポート部１０３を形成する工程と、前記サポート部１０３に対して前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに金属層を積層することで前記カバー構成部４００の少なくとも一部を形成する工程と、を含み、前記インペラ成形体１００を削る工程は、前記軸方向Ｄａから前記基材１０１と前記カバー構成部４００との間に配置された前記サポート部１０３を除去する工程と、を含む。
これにより、カバー４のように、基材１０１に対して離れた位置に形成される構造であっても、円滑に形成することができる。
１…インペラ
１ａ…入口側端部
１ｂ…出口側端部
２…ディスク
３…ブレード
４…カバー
１２…流路
１２ａ…流路入口
１２ｂ…流路出口
１２ｍ…中間部流路
１２ｏ…外周部流路
２１…ディスク内周端
２２…ディスク中間部
２３…ディスク凹面（軸方向の第一側を向く面）
２４…ディスク外周端
２８…筒状部
２８ｈ…軸挿通孔
２９…ディスク本体部
３１…ブレード内周端
３２…ブレード中間部
３３…ブレード外周端
３４Ａ…ブレード凹面
３４Ｂ…ブレード凸面
４１…カバー内周端
４２…カバー外周端
４３…カバー中間部
４５…カバー凸面
１００…インペラ成形体
１１０…インペラ内周部
１２０…インペラ中間部
１３０…インペラ外周部
１０１…基材
１０２…土台部
１０３…サポート部
１０３１…環状ベース部
１０３２…支持突起部
１０５…凹部
１０５ａ…第一面
１０５ｂ…第二面
２００…ディスク構成部
３００…ブレード構成部
３０１…凹面
３０２…凸面
４００…カバー構成部
７０１…切削工具
７０２…研磨工具
Ｄａ…軸方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｃ…周方向
Ｄｃ１…第一側
Ｄｃ２…第二側
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｏ…軸線
Ｓ１…製造方法
Ｓ２…基材準備工程（基材を準備する工程）
Ｓ１００…形成工程（インペラ成形体を形成する工程）
Ｓ２００…研削工程（インペラ成形体を削る工程）
Ｓ３…サポート部形成工程（サポート部を形成する工程）
Ｓ４…インペラ内周部形成工程（カバー構成部の少なくとも一部を形成する工程）
Ｓ５…サポート部除去工程（サポート部を除去する工程）
Ｓ６…インペラ中間部形成工程
Ｓ７…中間部流路研磨工程（流路の内側面を研磨する工程）
Ｓ８…インペラ外周部形成工程
Ｓ９…凹部形成工程（凹部を形成する工程）
Ｓ１０…外周部流路研磨工程（流路の内側面を研磨する工程）
Ｓ１１…外周形状成形工程

Claims (5)

  1. 軸線を中心とした円盤状をなすディスクと、前記ディスクにおいて前記軸線に沿った軸方向の第一側を向く面に対して前記軸線周りの周方向に間隔を空けて形成された複数のブレードと、複数の前記ブレードを前記軸方向の第一側から覆うカバーと、を有し、前記ディスク、前記カバー、及び前記ブレードの間に流路が形成されたインペラの製造方法であって、
    金属粉末を用いた積層造形法によって、前記軸線を基準とする径方向の外側に向かって延びるように金属層を積層することで、前記ディスクの一部を構成するディスク構成部、前記ブレードの一部を構成するブレード構成部、及び前記カバーの一部を構成するカバー構成部が一体化されたインペラ成形体を形成する工程と、
    前記インペラ成形体を削る工程と、を複数回繰り返し、
    前記インペラ成形体を削る工程は、前記流路の一部を構成する前記インペラ成形体の内側面を研磨する工程を含み、
    前記インペラ成形体を削る工程は、
    前記流路の内側面を研磨する工程の前に、前記径方向の外側から前記ディスク構成部及び前記カバー構成部を削って、前記インペラ成形体の外周部から前記径方向の内側に窪む凹部を形成する工程を含むインペラの製造方法。
  2. 前記凹部を形成する工程では、前記軸方向から見た際に、前記軸線を中心とする周方向で隣り合う前記ブレード構成部同士の間に前記凹部が形成される請求項１に記載のインペラの製造方法。
  3. 前記インペラ成形体を形成する工程では、前記凹部を形成する工程の後に、前記軸方向から見た際に、前記インペラ成形体を全周に渡って所定の寸法だけ前記径方向の外側に広げるように金属層を積層する請求項１又は２に記載のインペラの製造方法。
  4. 前記インペラ成形体を形成する工程の前に、前記軸方向に延びる筒状の基材を準備する工程をさらに含み、
    前記インペラ成形体を形成する工程では、前記基材に対して前記径方向の外側に向かって金属層を積層する請求項１から３の何れか一項に記載のインペラの製造方法。
  5. 前記インペラ成形体を形成する工程は、
    前記基材の外周面に、前記径方向の外側に向かって突出するサポート部を形成する工程と、
    前記サポート部に対して前記径方向の外側に金属層を積層することで前記カバー構成部の少なくとも一部を形成する工程と、を含み、
    前記インペラ成形体を削る工程は、
    前記軸方向から前記基材と前記カバー構成部との間に配置された前記サポート部を除去する工程と、を含む請求項４に記載のインペラの製造方法。
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