(57)【要約】      （修正有）【課題】積層造形で形成する場合において、形成される層の平面が大きくなっても形成不良を抑制する。【解決手段】ポンプの羽根車の設計方法であって、当該羽根車は、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備え、当該羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更工程を有する。【選択図】図１０
2020125734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの羽根車の設計方法であって、
前記羽根車は、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備え、
前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更工程
を有する羽根車の設計方法。
【請求項２】
前記設計変更工程では、前記羽根車を積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する、
請求項１に記載の羽根車の設計方法。
【請求項３】
前記羽根車の情報は、
前記羽根車の素材の情報と、
隣り合う前記主翼が形成される積層面における当該隣り合う前記主翼の間の距離とを含み、
前記設計変更工程において、当該隣り合う前記主翼の間に前記中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する、
請求項１または２に記載の羽根車の設計方法。
【請求項４】
前記設計変更工程において、前記羽根車の素材によって異なる所定の許容距離よりも前記複数の主翼間の積層面における距離が短くなるように前記中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する、
請求項３に記載の羽根車の設計方法。
【請求項５】
前記羽根車はクローズドインペラであって、
前記主翼間の積層面は、前記主翼よりも後に形成される前記羽根車の主板または側板である、
請求項１から４のいずれか一項に記載の羽根車の設計方法。
【請求項６】
前記設計変更工程の後に、前記中間翼が設けられた羽根車を備える前記ポンプを流体解析する工程を更に有する
請求項１から５のいずれか一項に記載の羽根車の設計方法。
【請求項７】
前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含する場合、積層造形が実行されるように積層造形機を制御する工程を有する
請求項６に記載の羽根車の設計方法。
【請求項８】
前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合、前記羽根車の素材の情報、前記羽根車の設計形状のうち、少なくとも一つを変更し、当該変更後に再度、流体解析する工程を更に有する
請求項６または７に記載の羽根車の設計方法。
【請求項９】
複数のポンプ機種群から客先要求に応じてポンプ機種を選定する工程と、
前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合に、前記選定したポンプ機種を再選定する工程と、
を更に有する請求項６から８のいずれか一項に記載の羽根車の設計方法。
【請求項１０】
前記設計変更工程では、当該羽根車の外径の変更、及び／または主翼及び／または中間翼の翼角を設計変更する
請求項１から９のいずれか一項に記載の羽根車の設計方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の羽根車の設計方法にて設計された羽根車を積層造形にて形成する、羽根車の製造方法。
【請求項１２】
ポンプの羽根車であって、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備える羽根車の設計システムであって、
前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更部を備える
羽根車の設計システム。
【請求項１３】
前記設計変更部は、積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する、
請求項１２に記載の羽根車の設計システム。
【請求項１４】
ポンプの羽根車であって、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備える羽根車の製造システムであって、
前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更部と、
設計変更後の羽根車を積層造形する積層造形機と、
を備える羽根車の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車の設計方法、羽根車の製造方法、羽根車の設計システム及び羽根車の製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来ポンプに応じて、様々な羽根車が用いられている。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。
【０００３】
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。
【０００４】
３Ｄプリンタの適用技術として、レーザ等による積層造形法と呼ばれる技術が知られている。例えば、この技術は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０３７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層造形で形成する場合、形成される層の平面が小さい程成形しやすく、当該平面が大きくなるほど変形などの形成不良が発生しやすい。主板および／または側板をもつ羽根車は、主翼の枚数が少ないと、主板および／または側板の平面部分が大きくなり、積層造形で形成しにくい。また、特に、主板と側板に挟まれた流路は、後加工による形状補正が困難であるため成形不良を避けたい。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、羽根車を積層造形で形成する場合において、形成不良を抑制することを可能とする羽根車の設計方法、羽根車の製造方法、羽根車の設計システム及び羽根車の製造システム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】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る羽根車の設計方法は、ポンプの羽根車の設計方法であって、前記羽根車は、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備え、前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形する当該羽根車の設計を変更する設計変更工程を有する。
【０００９】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、羽根車を積層造形するよう設計を変更することができるので、当該羽根車の積層造形中の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る羽根車の設計方法は、第１の態様に係る羽根車の設計方法であって、前記設計変更工程では、前記羽根車を積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。
【００１１】
この構成によれば、この構成によれば、積層造形で形成する場合において、形成される層の平面が大きくなっても、中間翼を隣り合う当該主翼の間に設けるように設計することができるので、当該羽根車の積層造形中の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る羽根車の設計方法は、第１の態様に係る羽根車の設計方法であって、前記羽根車の情報は、前記羽根車の素材の情報と、隣り合う前記主翼が形成される積層面における当該隣り合う前記主翼の間の距離とを含み、前記設計変更工程において、当該隣り合う前記主翼の間に前記中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。
【００１３】
この構成によれば、主翼と中間翼の間の距離を、隣り合う主翼が形成される積層面における当該隣り合う主翼の間の距離と羽根車の素材に応じて設定することができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る羽根車の設計方法は、第３の態様に係る羽根車の設計方法であって、前記設計変更工程において、前記羽根車の素材によって異なる所定の許容距離よりも前記複数の主翼間の積層面における距離が短くなるように前記中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。
【００１５】
この構成によれば、主翼と中間翼の間の距離を、羽根車の素材に応じた所定の許容距離よりも短くすることができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様に係る羽根車の設計方法は、第１から４のいずれかの態様に係る羽根車の設計方法であって、前記羽根車はクローズドインペラであって、前記主翼間の積層面は、前記主翼よりも後に形成される前記羽根車の主板または側板である。
【００１７】
この構成によれば、羽根車の上に形成される主板または側板に表面において、主翼と中間翼の間の距離を、羽根車の素材に応じた所定の許容距離よりも短くすることができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係る羽根車の設計方法は、第１から５のいずれかの態様に係る羽根車の設計方法であって、前記設計変更工程の後に、前記中間翼が設けられた羽根車を備える前記ポンプを流体解析する工程を更に有する。
【００１９】
この構成によれば、設計変更により中間翼が設けられた羽根車を流体解析することにより、当該中間翼が設けられた羽根車が客先要求を満たすか否か確認することができる。
【００２０】
本発明の第７の態様に係る羽根車の製造方法は、第８の態様に係る羽根車の製造方法であって、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含する場合、積層造形が実行されるように積層造形機を制御する工程を有する。
【００２１】
この構成によれば、設計変更により中間翼が設けられた羽根車が客先要求を満たす場合に、当該設計にて羽根車を製造することができる。
【００２２】
本発明の第８の態様に係る羽根車の設計方法は、第６または７の態様に係る羽根車の設計方法であって、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合、前記羽根車の素材の情報、前記羽根車の設計形状のうち、少なくとも一つを変更し、当該変更後に再度、流体解析する工程を更に有する。
【００２３】
この構成によれば、当該変更後の羽根車を流体解析することにより、当該変更後の羽根車が客先要求を満たすか否か確認することができる。
【００２４】
本発明の第９の態様に係る羽根車の設計方法は、第６から８のいずれかの態様に係る羽根車の設計方法であって、複数のポンプ機種群から客先要求に応じてポンプ機種を選定する工程と、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合に、前記選定したポンプ機種を再選定する工程と、を更に有する。
【００２５】
この構成によれば、ポンプ機種を再選定することによって、客先要求を満たすようにすることができる。
【００２６】
本発明の第１０の態様に係る羽根車の設計方法は、第１から９のいずれかの態様に係る羽根車の設計方法であって、前記設計変更工程では、当該羽根車の外径の変更、及び／または主翼及び／または中間翼の翼角を設計変更する。
【００２７】
本発明の第１１の態様に係る羽根車の製造方法は、第１から１０のいずれかの態様に係る羽根車の設計方法にて設計された羽根車を積層造形にて形成する、羽根車の製造方法である。
【００２８】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、形成される層の平面が大きくなっても、中間翼を隣り合う当該主翼の間に設けるように設計することができるので、当該羽根車の積層造形中における変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００２９】
本発明の第１２の態様に係る羽根車の設計システムは、ポンプの羽根車であって、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備える羽根車の設計システムであって、前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更部を備える。
【００３０】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、羽根車を積層造形するよう設計することができるので、当該羽根車の積層造形中における変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００３１】
本発明の第１３の態様に係る羽根車の設計システムは、第１２の態様に係る羽根車の設計システムであって、前記設計変更部は、積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。
【００３２】
本発明の第１４の態様に係る羽根車の製造システムは、ポンプの羽根車であって、揚液にエネルギーを与える複数の主翼を備える羽根車の製造システムであって、前記羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更部と、設計変更後の羽根車を積層造形する積層造形機と、を備える。
【００３３】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、羽根車を積層造形するよう設計することができるので、当該羽根車の積層造形中における変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の一態様によれば、羽根車を積層造形で形成する場合において、羽根車を積層造形するよう設計することで、当該羽根車の積層造形中における変形を抑えることができ、形成不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係るポンプの構造を示す断面図である。
【図２】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３】図１に示す羽根車の断面図である。
【図４】本実施形態に係る第１の実施例に係る羽根車を、図３の吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。
【図５】本実施形態に係る第２の実施例に係る羽根車を、図３の吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。
【図６】ポンプ選定図の一例である。
【図７】本実施形態に係る羽根車の製造システムの概略構成図である。
【図８】全揚程と吐出し流量との間の関係の一例を示すグラフである。
【図９】羽根車の外径が大きくなるように変更する場合を説明するための図である。
【図１０】本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。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１は、本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。
【００３９】
図３は、図１に示す羽根車の断面図である。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。
【００４０】
＜第１の実施例＞
図４は、本実施形態に係る第１の実施例に係る羽根車を、図３の吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。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を備える。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。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、流路２０がそれぞれ区画形成されている。第１の実施例では一例として羽根車の積層造形で用いられる素材はチタンである。チタンは成形不良がおこりにくいので、隣り合う主翼１３の間に比較的大きな距離ｄ１があったとしても成形不良がおこりにくいからである。また、主翼１３の間に中間翼を設けないことにより、使用する材料を少なくすることができる。
【００４１】
＜第２の実施例＞
図５は、本実施形態に係る第２の実施例に係る羽根車を、図３の吸込口側から見たときの一部切断の正面図である。図５の第２の実施例に係る羽根車は、図４の第１の実施例に係る羽根車に比べて、更に主板１１と側板１２との間に配置されており且つ隣り合う二つの主翼の間に設けられた中間翼１４を複数備える。また、図５の第２の実施例に係る羽根車は、図４の第１の実施例に係る羽根車と同径且つ積層造形における同一の手段にて形成される羽根車である。中間翼１４と、隣の主翼１３との間の距離は、中間翼１４の輪郭の各点において、距離ｄだけ離れている。この距離ｄは、積層造形で変形が主板１１及び／または側板１２に生じない限界距離Ｄ以下の範囲で決められている。なお、限界距離Ｄは、積層造形で用いられる素材や積層造形の手段等に応じて決められる。
【００４２】
第２の実施例では一例として羽根車の積層造形で用いられる素材はステンレスである。ステンレスはチタンに比べて成形不良がおこりやすく、且つ羽根車は外周に向かって、隣り合う主翼１３の間の距離が大きくなるので、流路２０に中間翼１４を追加で設けることにより、隣り合う主翼１３の間において、中間翼１４で主板１１または側板１２を支持することによって、積層造形の工程において、主板１１及び／または側板１２が変形することを抑制することができる。
【００４３】
つまり、第１の実施例の羽根車３の素材であるチタンの限界距離Ｄ１は、第２の実施例の羽根車３の素材であるステンレスの限界距離Ｄ２に比べて長い（Ｄ１＞Ｄ２）。そのため、第１の実施例では、隣り合う主翼１３の間の最大距離ｄ０（隣り合う主翼１３の間の主板１１の円周の長さ）がチタンの限界距離Ｄ１（ｄ０＜Ｄ１）以下のため、主翼１３のみで主板１１と側板１２とを支持できる。それに比して第２の実施例では、隣り合う主翼１３の間の最大距離ｄ０がステンレスの限界距離Ｄ２（ｄ０＞Ｄ２）より大きいため、中間翼１４を設け、当該中間翼１４にて主板１１と側板１２とを支持することによって、積層造形の工程において、主板１１及び／または側板１２が変形することを抑制する。なお、羽根径が大きい等で、吸込み側（羽根の中心側）でも支持する必要があれば、中間羽根ではなく、主翼を追加してもよい。
【００４４】
積層造形では、積層面を形成する場合、変形を抑えるために所定の間隔にて下から支持する必要があり、一般的には、当該支持するために、製造工程にて除去されるサポート部材が用いられる。しかしながら、主板１１と側板１２間にサポート部材を形成し、当該サポート部材を除去することは困難である。なぜならば、主板１１と側板１２間は流路であって、サポート部材が除去しきれずに残ってしまったり、サポート部材の除去工程で誤って流路を損傷してしまったりした場合、圧力損失等の原因となって客先が所望する性能（つまり設計した性能）が確保できなくなる。よって、積層造形にて羽根車を造形する際には、主板１１と側板１２間の流路は極力形状変更等の加工することなく積層造形し、なお且つ客先要求を満たす設計とするとよい。
【００４５】
図６は、ポンプ選定図の一例である。図６に示すように、ポンプ選定図は、横軸がポンプの吐出し量で縦軸が全揚程である。また、ポンプ選定図では、機種（すなわち、機種Ａ、機種Ｂ、機種Ｃ）毎に、選定可能な領域が割り当てられている。例えば、客先要求が運転点Ｘの吐出し量及び全揚程である場合、ポンプは機種Ｂが選定される。
【００４６】
図７は、本実施形態に係る羽根車の製造システムの概略構成図である。図８は、選定されたポンプ機種における全揚程と吐出し流量との間の関係の一例を示すグラフである。図７に示すように、羽根車の製造システムＳ１は、情報処理装置７と、積層造形機８とを備える。図７に示すように、情報処理装置７は、ストレージ７１と、メモリ７２と、入力インタフェース７３と、出力インタフェース７４と、通信モジュール７５と、プロセッサ７６を備える。
ここでストレージ７１には、プロセッサ７６が読み出して実行するための本実施形態に係るプログラム及び各種のデータが格納されている。ストレージ７１は、不揮発性メモリであり、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等である。メモリ７２は、データ及びプログラムを一時的に保持する。メモリ７２は、揮発性メモリであり、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。
【００４７】
入力インタフェース７３は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）として、ユーザからの入力を受け付ける。
出力インタフェース７４は、積層造形機８に接続されており、積層造形機へ信号を出力する。一実施形態では、出力インタフェース７４はＧＵＩ（Graphical User Interface）としても機能するとよい。
通信モジュール７５は、ネットワークに接続されて、ネットワークに接続されている他のコンピュータと通信する。一実施形態では、通信モジュール７５は積層造形機８とネットワーク接続されて、積層造形機へ信号を出力してもよい。
【００４８】
プロセッサ７６は、ストレージ７１から本実施形態に係るプログラムをメモリ７２にロードし、当該プログラムに含まれる一連の命令を実行することによって、ポンプ機種選定部７６０、外径決定部７６１、形状決定部７６２、性能算出部７６３、判定部７６４、及び再度決定部７６５として機能する。ここで、本実施形態に係る羽根車の設計システムＳ１１は、これらの外径決定部７６１、形状決定部７６２、性能算出部７６３、判定部７６４、及び再度決定部７６５を備える。
【００４９】
ポンプ選定部７６０は、複数のポンプ機種群の中から、例えば入力インタフェース７３を介してユーザによって入力される客先要求を満たすポンプ機種を選定する。例えばポンプ選定部７６０は、用途（陸上ポンプ、水中ポンプ等）、揚液（清水、汚水、汚物、雑排水、海水、等）、設置状況（立形、横形、自吸、可搬式等）、ポンプ性能（揚程、水量、軸動力等）等の客先要求を満たすポンプを選定する。具体的には、ストレージ７１は、用途、揚液、および設置状況等に対応するポンプ機種群を選定可能なデータテーブルもしくは選定プログラム、ポンプ機種群（ここでは、図６に示す機種Ａ，機種Ｂ，機種Ｃがひとつのポンプ機種群を成す。）毎の選定範囲が示されるポンプ選定図（例えば図６）、ポンプ機種毎の代表性能曲線、等を記憶し、選定用途、揚液、設置状況等により複数のポンプ機種群の中から選択したポンプ機種群のポンプ選定図（例えば図６）より、客先要求の揚程と吐出し流量（例えば図６の運転点Ｘ）が選定範囲内に入るポンプ機種（図６の例ではポンプ機種Ｂ）を選定する。
【００５０】
外径決定部７６１は、選定されたポンプ機種と、羽根径と運転点の関係性とを用いて、当該ポンプに用いられる羽根車の外径を決定する。具体的には、図８に示すように、羽根の外形が小さくなると吐出し流量と全揚程が小さくなる。吐出し流量は羽根の外形比のｍ乗に比例し、揚程は羽根の外形比のｎ乗に比例（ｍとｎは、ポンプの機種や羽根車の形状等によって決まる定数）する。ストレージ７１は羽根径と運転点の関係性を示すデータテーブルまたは計算式を記憶し、外径決定部７６１は、ポンプ機種と、当該計算式またはデータテーブルに基いて、ポンプに要求される揚程と吐出し流量を満たす羽根車３の外径を決定する。
【００５１】
形状決定部７６２は、羽根車を積層造形するのに最適な羽根車の設計形状を決定する。具体的には形状決定部（設計変更部）７６２は、羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。例えば形状決定部７６２は、ポンプ選定部７６０により選定されたポンプ機種Ｂの羽根車と、当該羽根車３の素材の情報とを用いて、隣り合う当該主翼１３の間に設けられる中間翼１４の形状及び配置態様を決定する。なお、羽根車の素材は、ポンプ機種によって決められた標準的な素材でもよいし、特殊な用途等の客先要望で変更されてもよい。具体的には例えば、ストレージ７１は、ポンプ機種毎の羽根車の形状（主翼の枚数や配置等）と、羽根車の素材と限界距離Ｄとの関係を示すデータテーブルまたは関係式等と、を記憶しており、形状決定部７６２は、羽根車の形状と限界距離Ｄに基いて、当該羽根車を積層造形にて形成する際に追加する中間翼１４の形状及び配置態様や枚数を決定する。
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、ポンプ選定部７６０により選定されたポンプ機種の主翼１３と主翼１３との間の距離が広くても、中間翼１４を隣り合う当該主翼１３の間に設けるようにすることで、主板１１及び／または側板１２の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００５２】
具体的には例えば、形状決定部７６２は、隣り合う主翼１３が形成される積層面における当該隣り合う主翼１３の間の距離ｄと羽根車の素材の情報を用いて、中間翼１４の要否を判定し（例えば、主翼１３の間の距離ｄが、羽根車の素材に応じた限界距離Ｄ以下であるか否か判定し）、当該中間翼１４が必要な場合（例えば、主翼１３の間の距離ｄが当該限界距離を超える場合）、当該中間翼１４を追加し、当該中間翼１４が必要でない場合（例えば、主翼１３の間の距離ｄが当該限界距離以下の場合）、ポンプ選定部７６０により選定されたポンプ機種の主翼１３にて羽根車３の形状を決定する。これにより、羽根車の素材によって異なる所定の許容距離よりも複数の主翼１３間における積層面における距離が小さくなるように中間翼を追加する。ここで図５のように羽根車がクローズドインペラの場合、主翼間での積層面は、主翼１３よりも後に形成される羽根車の主板１１または側板１２である、この構成によれば、主翼１３の間の距離ｄが当該限界距離を超える場合には、中間翼１４を造形するようにすることで形成不良を抑制し、主翼１３の間の距離ｄが当該限界距離以下の場合には、選定図より選定した羽根車を造形することで、流体解析の手順を省略し設計工数を低減することができる。
【００５３】
中間翼１４が追加された場合、性能算出部７６３は、中間翼１４が追加された羽根車３にて、流体解析する。ここで、この流体解析は、例えば、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）であって、公知のシミュレーションによって行われてもよい。その際、例えば、中間翼１４が必要な場合、性能算出部７６３は、中間翼１４の影響のみを流体解析し、当該流体解析結果を性能曲線に反映してもよい。これにより、流体解析の工数が削減できると共により正確な解析結果を得ることができる。
また、中間翼１４が追加された羽根車３を用いたポンプ機種Ｂの流体解析結果と、中間翼１４が追加される前の羽根車３を用いたポンプ機種Ｂの性能曲線図と、を比較してもよい。これにより、積層造形にて形成するため中間翼１４が追加された羽根車３と、例えば鋳造等で形成される中間翼１４のない羽根車３との性能比較ができる。
【００５４】
図８には、積層造形にて形成するため中間翼１４が追加された羽根車３を備えたポンプ機種Ｂにおける選定範囲が示されている。性能算出部７６３によって、中間翼１４が追加された羽根車３を備えたポンプ機種Ｂにおける選定範囲Ｃ１（図８（Ａ）参照）が決定される。なお、選定範囲はポンプ性能が保証できる範囲内であって、例えば、ポンプ性能の最高効率点に基づいて決定されるとよい。例えば、ポンプ性能の最高効率点の±１０パーセント以内の揚程並びに吐出し流量の範囲である。
【００５５】
判定部７６４は、流体解析結果（例えば揚程と吐出し流量）が要求レベルを満たすか否か判定する。要求レベルは、例えば、客先要求の揚程と吐出し流量である運転点Ｘである。判定部７６４は、図８（Ａ）に示すように、積層造形にて形成するため中間翼１４が追加された羽根車３を備えたポンプ機種Ｂにおける選定範囲Ｃ１内に運転点Ｘが入る場合、決定された当該羽根車の外径、及び前記決定された羽根車の形状を含む信号を、積層造形機８へ出力するよう出力インタフェース７４を制御する。その後、積層造形機８は、決定された当該羽根車３の外径、及び決定された羽根車３に設けられる主翼１３の枚数、または当該主翼１３の枚数と中間翼１４の枚数で、当該羽根車３を積層造形する。この構成によれば、揚程と吐出し流量が要求レベルを満たしつつ積層造形できることが担保して積層造形における形成不良を抑制することができる。
【００５６】
再度決定部７６５は、流体解析結果（例えば揚程と吐出し流量）が要求レベルを満たさない場合、つまり図８（Ｂ）に示すように、客先要求の運転点Ｘが流体解析結果である選定範囲Ｃ１´外の場合、羽根車３の設計形状を変更し、変更後の設計形状で再度、流体解析することによって、揚程と吐出し流量との間の関係を再度決定する。ここで、羽根車の設計形状の変更は例えば、中間翼の形状の変更、当該羽根車３の外径の変更、及び／または主翼１３及び／または中間翼１４の翼角の変更である。
【００５７】
図９は、羽根車の外径が大きくなるように変更する場合を説明するための図である。図８（Ｂ）に示すように、客先要求の運転点Ｘが流体解析結果である選定範囲Ｃ１´よりも上の場合、羽根車の外径を大きくすることで、選定範囲Ｃ１´内に運転点Ｘが入る可能性がある。しかしながら、図９に示すように、羽根車３の外径を矢印Ａ１に示すように破線１２１まで大きくすると、主板１１の外周面における主翼１３の距離がＬ１からＬ２に広がる。これにより、積層造形する際には、外周面側の主板及び／または外周面側の側板が変形する恐れがある。
【００５８】
この変形を予防するために、本実施形態に係る再度決定部７６５は、揚程と吐出し流量との間の関係を再度決定する際に、例えば、羽根車３の設計形状を変更する場合において当該変更後の羽根車３の外径が変更前の外径よりも大きい場合には、中間翼１４の設計形状の変更（例えば、中間翼１４を羽根車３の外周面の近傍まで延長）を含む設計変更を実行する。そして、再度決定部７６５は、変更後の設計形状で積層造形できるか否か判定し（主翼１３の間の距離ｄが限界距離Ｄ以下であるか否か）、積層造形できる（主翼１３の間の距離ｄ≦限界距離Ｄ）場合には、変更後の設計形状で再度、流体解析することによって、選定範囲を再度決定する。例えば、変更後の羽根車３の外径が変更前の外径よりも大きい場合に、中間翼１４を羽根車３の外周面の近傍まで延長することによって、変更後の設計形状で積層造形できるようにすることができる。この構成によれば、変更後の羽根車３の外径が変更前の外径よりも大きい場合であっても積層造形できることを担保しつつ、積層造形における形成不良を抑制することができる。また、一実施形態で再度決定部７６５は、主翼１３および又は中間翼１４の翼角を変更することで性能を変化させてもよい。一般的にポンプの流量は一定の揚程に対し翼角にほぼ比例して変化する。よって、客先要望の運転点Ｘを満たすように主翼１３および又は中間翼１４の翼角を変更するとよい。
【００５９】
判定部７６４は、再度決定部７６５によって再度決定された羽根車３の形状にて要求レベルを満たすか否か判定する。そして、再度決定された羽根車３の形状にて要求レベルを満たす場合に判定部７６４は、変更された羽根車３の設計形状に関する情報を含む信号を、積層造形機８へ出力するよう出力インタフェース７４を制御する。その後、積層造形機８は、変更された羽根車３の設計形状で、当該羽根車３を積層造形する。この構成によれば、客先要望毎に変更された羽根車３の設計形状で、羽根車３を積層造形する。よって、個別の要求レベルを満たす羽根車を鋳物や溶接等で製作するのに比べて短納期で製作することができる。
【００６０】
以上、本実施形態に係る羽根車の設計システムＳ１１は、ポンプに要求される揚程と、当該ポンプの要求される吐出し流量とを用いて、当該ポンプに用いられる羽根車の外径を決定する外径決定部７６１と、当該決定された羽根車３の外径と、当該羽根車３を積層造形する際に用いる金属の素材の情報とを用いて、当該羽根車３を積層造形するのに必要な、当該羽根車３に設けられる主翼１３の枚数、または隣り合う当該主翼１３の間に設けられる中間翼１４の枚数とを決定する形状決定部７６２と、を備える。
【００６１】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、主翼１３と主翼１３との間の距離が広がっても、中間翼１４を隣り合う当該主翼１３の間に設けるようにすることで、主板１１及び／または側板１２の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施形態に係る羽根車の製造システムＳ１は、ポンプに要求される揚程と、当該ポンプの要求される吐出し流量とを用いて、当該ポンプに用いられる羽根車３の外径を決定する外径決定部７６１を備える。更に羽根車の製造システムＳ１は、当該決定された羽根車３の外径と、当該羽根車３を積層造形する際に用いる金属の素材の情報とを用いて、当該羽根車３を積層造形するのに必要な、当該羽根車３に設けられる主翼１３の枚数、または隣り合う当該主翼１３の間に設けられる中間翼１４の枚数を決定する形状決定部７６２を備える。更に羽根車の製造システムＳ１は、当該決定された当該羽根車の外径と、当該羽根車３に設けられる主翼１３の枚数、または当該主翼１３の枚数と中間翼１４の枚数とを用いて、流体解析することによって、揚程と吐出し流量との間の関係を決定する性能算出部７６３を備える。更に羽根車の製造システムＳ１は、当該決定された揚程と吐出し流量が要求レベルを満たす場合、前記決定された当該羽根車３の外径、及び前記決定された羽根車３に設けられる主翼１３の枚数、または当該主翼１３の枚数と中間翼１４の枚数で、当該羽根車３を積層造形する積層造形機８を備える。
【００６３】
この構成によれば、積層造形で形成する場合において、主翼１３と主翼１３との間の距離が広がっても、中間翼１４を隣り合う当該主翼１３の間に設けるようにすることで、主板１１及び／または側板１２の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００６４】
続いて図１０を用いて、本実施形態に係る羽根車の設計方法、及び本実施形態に係る羽根車の製造方法の流れについて説明する。図１０は、本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。本実施形態では、図１０のフローチャートは設計システムＳ１にて実施される。
【００６５】
（ステップＳ１１０）まず、例えば羽根車３を製造する製造者は、入力インタフェース７３を用いて、客先要望を入力する。客先要望は、少なくとも上述の客先要求（用途、揚液、設置状況、性能、運転点Ｘ等）のうちの何れかを含む。すなわち、入力インタフェース７３は客先要望を製造者から受け付ける。これにより、プロセッサ７６は、客先要望を取得する。なお、説明を簡単にするため、本実施形態では、客先要望として客先要求の運転点Ｘが入力されるとして説明する。
【００６６】
（ステップＳ１２０）次に、ポンプ機種選定部７６０は、ステップＳ１１０で入力された、客先要望を満たすポンプ機種を選定する。具体的には、該当するポンプ選定図（ここでは図６）より運転点Ｘに該当するポンプ機種Ｂを選定する。
【００６７】
（ステップＳ１３０）次に、形状決定部７６２は、ステップＳ１２０で決定された外径の羽根車が積層造形できるか否か（例えば、主翼１３の間の距離ｄが限界距離Ｄ以下であるか否か、羽根車３の大きさが積層造形機の最大造形エリア以下か否か）を判定する。
【００６８】
（ステップＳ１４０）ステップＳ１３０で、選定されたポンプ機種で使用される羽根車が積層造形できない（主翼１３の間の距離ｄ＞限界距離Ｄ、羽根車３の大きさが積層造形機の最大造形エリア以上）と判定された場合、形状決定部７６２は、ポンプ選定部７６０により選定されたポンプ機種Ｂの羽根車と、当該羽根車３の素材の情報とを用いて、隣り合う当該主翼１３の間に設けられる中間翼１４の形状及び配置態様を決定する。また、羽根車３の大きさが積層造形機の最大造形エリア以上であれば、羽根車の外径を小さくする代わりに翼の枚数や翼角を変更する等にて性能を調整する。
【００６９】
（ステップＳ１５０）次に、性能算出部７６３は、ステップＳ１４０にて形状変更された羽根車３（例えば、中間翼１４が追加された羽根車３）にて、流体解析する。
【００７０】
（ステップＳ１６０）次に判定部７６４は、流体解析結果が客先要望を満たすか否か判定する。具体的には、図８に示すように、使用範囲内に運転点Ｘが含まれるか否かを判定し、使用範囲内に運転点Ｘが含まれる場合（図８（Ａ））は客先要望を満たす、とし、使用範囲外に運転点Ｘがある場合（図８（Ｂ））は客先要望を満たさない、と判断する。
【００７１】
（ステップＳ１７０）ステップＳ１６０で流体解析結果が客先要望を満たさない場合（ステップＳ１６０：ＮＯ）、判定部７６４は、選択したポンプ機種Ｂにて対応不可であるか否か判定する。つまり、羽根径や翼角を変更しても使用範囲内に運転点Ｘが含まれないと判断したら選択したポンプ機種Ｂにて対応不可であり、その場合はステップＳ１２０に戻って、再度、ポンプ機種が選定される。
【００７２】
（ステップＳ１８０）ステップＳ１７０で、選択したポンプ機種にて対応不可でない場合、再度決定部７６５は、羽根車３の設計形状を変更する。そしてステップＳ１５０に戻って、変更された羽根車３の設計形状で、再度、流体解析が実行される。なお、本実施形態では、再度決定部７６５にて羽根車３の設計形状を変更した後にステップＳ１５０に戻っている。一実施形態では再度決定部７６５にて羽根車３の設計形状を変更した後にステップＳ１３０に戻ってもよい。
【００７３】
（ステップＳ１９０）ステップＳ１３０で羽根車が積層造形できると判定された場合、または、ステップＳ１６０で流体解析結果が客先要望を満たす場合（流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点Ｘを包含する場合）、例えばプロセッサ７６は、出力インタフェース７４を介して、積層造形が実行されるように積層造形機８を制御する。なお、この制御は、人手を介して実行されてもよい。これにより、積層造形機８は、客先要望を満たす羽根車３を積層造形する。
【００７４】
（ステップＳ２００）ステップＳ１９０で、積層造形された羽根車３は、その外周が旋盤等で切削加工される。積層造形された羽根車３は、図８（Ａ）に示す客先の運転点Ｘを満たすために、その外周を旋盤等で切削加工する。つまり、図８（Ａ）の場合、φ１８０以上の外径（例えば、φ２１０の外径）にて積層造形され、その後切削加工にて外径をφ１８０とすることで、客先要求の運転点Ｘを満たす。但し、この切削加工が省略され、外径がφ１８０の羽根車を積層造形にて形成してもよい。
【００７５】
以上、本実施形態に係る羽根車の設計方法は、ポンプの羽根車の設計方法であって、当該羽根車は、揚液にエネルギーを与える複数の主翼１３を備え、当該羽根車の情報に基づいて、当該羽根車を積層造形するよう当該羽根車の設計を変更する設計変更工程を有する。この構成によれば、積層造形で形成する場合において、羽根車を積層造形するよう設計を変更することができるので、当該羽根車の積層造形中の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００７６】
例えば、当該設計変更工程では、当該羽根車を積層造形するのに必要な中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。この構成によれば、積層造形で形成する場合において、主翼１３と主翼１３との間の距離が広がっても、中間翼１４を隣り合う当該主翼１３の間に設けるようにすることで、当該羽根車の積層造形中の変形を抑えることができるので、形成不良を抑制することができる。
【００７７】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法において、前記羽根車の情報は、当該羽根車の素材の情報と、隣り合う主翼１３が形成される積層面における当該隣り合う主翼１３の間の距離とを含み、設計変更工程において、当該隣り合う前記主翼の間に前記中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。
【００７８】
この構成によれば、主翼１３と中間翼の間の距離を、隣り合う主翼１３が形成される積層面における当該隣り合う主翼１３の間の距離と羽根車の素材に応じて設定することができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法では、前記設計変更工程において、当該羽根車の素材によって異なる所定の許容距離よりも複数の主翼間の積層面における距離が短くなるように中間翼を追加するよう当該羽根車の設計を変更する。この構成によれば、主翼１３と中間翼１４の間の距離を、羽根車の素材に応じた所定の許容距離よりも短くすることができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法では、一例として前記羽根車はクローズドインペラであって、前記主翼間の積層面は、前記主翼よりも後に形成される前記羽根車の主板または側板である。この構成によれば、羽根車の上に形成される主板または側板に表面において、主翼１３と中間翼１４の間の距離を、羽根車の素材に応じた所定の許容距離よりも短くすることができるので、積層造形中における羽根車の変形を抑制することができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法では、前記設計変更工程の後に、前記中間翼が設けられた羽根車を備える前記ポンプを流体解析する工程を更に有する。この構成により、設計変更により中間翼が設けられた羽根車を流体解析することにより、当該中間翼が設けられた羽根車が客先要求を満たすか否か確認することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法では、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含する場合、積層造形が実行されるように積層造形機を制御する工程を有する。この構成により、設計変更により中間翼が設けられた羽根車が客先要求を満たす場合に、当該設計にて羽根車を製造することができる。
【００８３】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法では、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合、前記羽根車の素材の情報、前記羽根車の設計形状のうち、少なくとも一つを変更し、当該変更後に再度、流体解析する工程（図１０のステップＳ１６０でＮＯの後のステップＳ１８０、ステップＳ１５０に対応）を更に有する。この構成により、当該変更後の羽根車を流体解析することにより、積層造形にて製造する前に当該変更後の羽根車が客先要求を満たすか否か確認することができる。
【００８４】
また、本実施形態に係る羽根車の設計方法は、複数のポンプ機種群から客先要求に応じてポンプ機種を選定する工程（図１０のステップＳ１２０に対応）と、前記流体解析の結果による選定範囲が前記客先要求を満たす運転点を包含しない場合に、前記選定したポンプ機種を再選定する工程（図１０のステップＳ１７０でＹＥＳの後のステップＳ１２０に対応）と、を更に有する。この構成により、ポンプ機種を再選定することによって、客先要求を満たすようにすることができる。
【００８５】
なお、本実施形態において、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。
【００８６】
なお、上述した実施形態で説明した羽根車の設計システムＳ１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ハードウェアで構成する場合には、羽根車の設計システムＳ１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００８７】
また、羽根車の設計システムＳ１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００８８】
さらに、一つまたは複数の情報処理装置によって羽根車の設計システムＳ１を機能させてもよい。複数の情報処理装置を用いる場合、情報処理装置のうちの１つをコンピュータとし、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより羽根車の設計システムＳ１の少なくとも１つの手段として機能が実現されてもよい。
【００８９】
また、方法の発明においては、全ての工程（ステップ）をコンピュータによって自動制御で実現するようにしてもよい。また、各工程をコンピュータに実施させながら、工程間の進行制御を人の手によって実施するようにしてもよい。また、さらには、全工程のうちの少なくとも一部を人の手によって実施するようにしてもよい。
【００９０】
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。
【符号の説明】
【００９１】
１  ポンプケーシング
１ａ  吸込口
１ｂ  吐出し口
１１  主板
１１ａ  外周面
１２  側板
１２ａ  外周面
１３  主翼
１３ａ  表面
１３ｂ  裏面
１４  中間翼
２  ケーシングカバー
２０  流路
２１  ベースプレート
２２〜２８  支持部材
３  羽根車
３０、４０、４０ｃ、５１、５２、６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｃ、８２、８３  補強部材
３１、４１、４１ｃ  第１の部材
３２、４２  第２の部材
４  軸受胴体
４３、４３ｂ  第２の補強部材
５ａ  軸受
６  ポンプ軸
７  情報処理装置
７１  ストレージ
７２  メモリ
７３  入力インタフェース
７４  出力インタフェース
７５  通信モジュール
７６  プロセッサ
７６１  外径決定部
７６２  形状決定部
７６３  性能算出部
７６４  判定部
７６５  決定部
８  積層造形機
【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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