(57)【要約】【課題】ワークへの研磨材の接触状態の均一化を図り、所望の面粗度を実現すること。【解決手段】ワークの狭隘部と摺動する研磨用治具２０は、表面に研磨材３を滞留可能な研磨材滞留層２１と、研磨材滞留層２１に積層され、研磨材滞留層２１に滞留した研磨材３をワークに押圧する弾性層２２とを備える。弾性層２２は、研磨用治具２０の摺動するストロークに亘り弾性変形可能であり、研磨用治具２０には、研磨用治具２０をワークと摺動させる駆動部１０１が接続されることが好ましい。【選択図】図３
2019123053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの狭隘部と摺動する研磨用治具であって、
表面に研磨材を滞留可能な研磨材滞留層と、
前記研磨材滞留層に積層され、前記研磨材滞留層に滞留した前記研磨材を前記ワークに押圧する弾性層と、を備える、
ことを特徴とする狭隘部の研磨用治具。
【請求項２】
前記弾性層は、前記研磨用治具の摺動するストロークに亘り弾性変形可能である、
請求項１に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項３】
前記研磨用治具には、
前記研磨用治具を前記ワークと摺動させる駆動部が接続される、
請求項１または２に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項４】
前記研磨用治具は、前記ワークの内部に配置され、
前記研磨材滞留層および前記弾性層は、前記ワークの内部の壁に包囲される前記研磨用治具の体表面の略全域に亘り積層されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項５】
前記研磨材滞留層の表面は、前記研磨材が滞留可能に粗くなっている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項６】
前記弾性層は、ラティス構造を備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項７】
前記弾性層および前記研磨材滞留層のいずれもラティス構造を備え、
前記研磨材滞留層の密度は前記弾性層の密度よりも高い、
請求項６に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項８】
前記研磨材滞留層および前記弾性層を支持する支持体をさらに備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項９】
前記支持体は、中空である、
請求項８に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項１０】
前記研磨材は、砥粒と、流動性を有する分散媒とからなり、
前記研磨用治具は、
中空の空間であって前記研磨材が流動する第１研磨材流路と、
前記第１研磨材流路から前記研磨用治具の体表面に前記研磨材を供給する第２研磨材流路と、を有する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項１１】
前記分散媒は、粘弾性を有する、
請求項１０に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項１２】
前記研磨用治具は、前記ワークであるインペラに形成された流路の壁に倣う形状に構成されている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の狭隘部の研磨用治具。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の研磨用治具を製造する方法であって、
前記研磨用治具の少なくとも一部を積層造形により成形する、
ことを特徴とする研磨用治具の製造方法。
【請求項１４】
前記研磨材滞留層および前記弾性層を積層造形により一体に成形する、
請求項１３に記載の研磨用治具の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の研磨用治具を用いて、
前記研磨材滞留層を前記狭隘部に追従させつつ、前記弾性層を弾性範囲内で変形させながら、前記狭隘部を研磨する、
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項１６】
流路を有したインペラを成形するステップと、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の研磨用治具を用いることにより、あるいは、請求項１５に記載の研磨方法により、前記ワークとしての前記インペラの前記流路の壁を研磨するステップと、を備える、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインペラ等の異形断面を有するワークの研磨にも使用可能な狭隘部の研磨用治具、研磨方法、インペラの製造方法、および研磨用治具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機等の遠心回転機械に備えられるインペラには、作動流体の摩擦損失を抑えて所定の性能を得るために、流路の壁面に十分な平滑性が要求される。
そのため、切削加工や放電加工、あるいは金属粉体を用いた熱溶融積層造形等によりインペラを成形した後、流路の壁を研磨する必要がある。
特許文献１では、研磨材（砥粒）を流路の壁に噴射する機械的な研磨方法により、インペラの流路の壁を研磨している。機械的な研磨方法の他、薬液を用いる化学的な研磨方法も知られている。
特許文献１では、流路に挿入されたノズル部材に圧縮空気と共に研磨材を供給し、ノズル部材に設けられた多数の孔から流路の壁に向けて研磨材を噴射している（ブラスト）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１８０１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
研磨材をワークに均一に接触させることが難しいため、長時間の研磨工程を行ったとしても、研磨のムラが生じてしまい、インペラの流路の壁等の狭隘部に所望の面粗度を実現することが難しい。
本発明は、ワークへの研磨材の接触状態の均一化を図り、所望の面粗度を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の発明者により、粘弾性の媒質に砥粒を分散させた砥粒分散流動物を、ワークの流路に流動させると、流路の壁に所望の面粗度を実現できることが確認されている。本発明の発明者は、この新たな知見に基づいて、流路等の異形断面を有しているワークにも適用可能な研磨方法に想到した。
【０００６】
上記の知見によれば、砥粒分散流動物の砥粒が、粘弾性の媒質に分散しつつ、流動に伴い等方的に弾性変形する粘弾性の媒質によりワークの表面に安定した同等の圧力で接触したことで、所望の面粗度を実現できたものと考えられる。但し、砥粒が粘弾性媒質に分散しており、ワーク表面への砥粒の接触確率が高いとは言えないため、研磨工程に長い時間を要してしまう。
【０００７】
研磨に要する時間を短縮する観点からは、砥石等をワークに摺動させる直接的な研磨方法が適している。弾性を有した弾性砥石は、ワークの形状に沿って弾性変形するが、弾性砥石は、流路のような複雑な狭隘部の形状に追従して弾性変形できるほどに弾性を有していない。そのため、ワーク表面に同等の圧力で弾性砥石を接触させて接触状態を均一化することが難しい。
以上で述べたような思索を経て、本発明の発明者は、流路等の異形断面を有しているワークにも適用可能な直接的な研磨方法を実現する研磨用治具と、それを用いた研磨方法に想到した。
【０００８】
かかる本発明の研磨用治具は、ワークの狭隘部と摺動する研磨用治具であって、表面に研磨材を滞留可能な研磨材滞留層と、研磨材滞留層に積層され、研磨材滞留層に滞留した研磨材をワークに押圧する弾性層と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の研磨用治具において、弾性層は、研磨用治具の摺動するストロークに亘り弾性変形可能であることが好ましい。
【００１０】
本発明の研磨用治具において、研磨用治具には、研磨用治具をワークと摺動させる駆動部が接続されることが好ましい。
【００１１】
本発明の研磨用治具において、研磨用治具は、ワークの内部に配置され、研磨材滞留層および弾性層は、ワークの内部の壁に包囲される研磨用治具の体表面の略全域に亘り積層されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の研磨用治具において、研磨材滞留層の表面は、研磨材が滞留可能に粗くなっていることが好ましい。
【００１３】
本発明の研磨用治具において、弾性層は、ラティス構造を備えることが好ましい。
上記構成において、弾性層および研磨材滞留層のいずれもラティス構造を備え、研磨材滞留層の密度は弾性層の密度よりも高いことが好ましい。
【００１４】
本発明の研磨用治具は、研磨材滞留層および弾性層を支持する支持体をさらに備えることが好ましい。
上記構成において、支持体は、中空であることが好ましい。
【００１５】
本発明の研磨用治具において、研磨材は、砥粒と、流動性を有する分散媒とからなり、研磨用治具は、中空の空間であって研磨材が流動する第１研磨材流路と、第１研磨材流路から研磨用治具の体表面に研磨材を供給する第２研磨材流路と、を有することが好ましい。
上記構成において、分散媒は、粘弾性を有することが好ましい。
【００１６】
本発明の研磨用治具は、ワークであるインペラに形成された流路の壁に倣う形状に構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、上述した研磨用治具を製造する方法であって、研磨用治具の少なくとも一部を積層造形により成形することを特徴とする。
【００１８】
上記構成において、研磨材滞留層および弾性層を積層造形により一体に成形することが好ましい。
【００１９】
そして、本発明の研磨方法は、上述した研磨用治具を用いて、研磨材滞留層を狭隘部に追従させつつ、弾性層を弾性範囲内で変形させながら、狭隘部を研磨することを特徴とする。
【００２０】
本発明のインペラの製造方法は、流路を有したインペラを成形するステップと、上述した研磨用治具を用いることにより、あるいは、上述した研摩方法により、ワークとしてのインペラの流路の壁を研磨するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
研磨用治具を用いる本発明によれば、研磨材滞留層に滞留した研磨材が弾性層によりワークの表面に安定した同等の圧力で直接押圧されながら摺動することにより、ワークの表面に研磨材を均一かつ確実に接触させて研磨することができる。したがって、研磨に要する時間を抑えつつ、所望の面粗度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の各実施形態に係るインペラ（ワーク）を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図である。
【図２】図１に示すインペラの流路の壁の研磨に用いられる研磨用治具（斜視図）、研磨用治具を駆動する駆動部、および研磨材供給装置を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る研磨用治具を示す断面図であり、（ａ）は図２のIIIａ−IIIａ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、積層造形により一体に成形された研磨材滞留層および弾性層を示す断面図である。
【図５】研磨用治具の分割についての基本的な考え方を説明するための図である。
【図６】（ａ）は、流路の上流側に用いられる研磨用治具を示す図であり、（ｂ）は、流路の下流側に用いられる研磨用治具を示す図である。
【図７】流路に挿入された研磨用治具の弾性層により、治具の表層の研磨材が流路の壁に押圧されている様子を示す図である。
【図８】本発明の第１変形例に係る中実の研磨用治具を示す断面図である。
【図９】本発明の第２変形例に係る中空の研磨用治具を示す断面図である。
【図１０】支持体を備えていない第３変形例の研磨用治具を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。
以下では、インペラの内部に形成された流路の壁の研磨を例にとり、本発明の研磨用治具、それを用いた研磨方法、およびインペラの製造方法等について説明する。
【００２４】
［インペラ］
まず、図１（ａ）および（ｂ）を参照し、各実施形態におけるワークであるインペラ１０の基本的な構成を説明する。
インペラ１０は、作動流体を圧縮する遠心圧縮機等の遠心回転機械に備えられており、回転軸１０Ａ（図１（ｂ））に組み付けられる。
【００２５】
インペラ１０は、軸孔１１０に回転軸１０Ａが通されるハブ１１と、ハブ１１の表面に所定の間隔をおいて対向するシュラウド１２と、複数のブレード１３とを備えている。ハブ１１とシュラウド１２との間の空間が複数のブレード１３で仕切られることにより、複数の流路１４が形成されている。
【００２６】
ブレード１３と、ブレード１３，１３間の流路１４は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、インペラ１０の径方向および軸方向のいずれに対しても湾曲した形状となっている。
流路１４は、図１（ｂ）に示すように、インペラ１０の内周側で軸方向に開口した上流端１４１と、インペラ１０の外周側で径方向に開口した下流端１４２とを有している。
【００２７】
各流路１４は、ハブ１１と、シュラウド１２と、隣り合うブレード１３，１３との間に区画されている。流路１４を区画しているハブ１１と、シュラウド１２と、ブレード１３とのそれぞれの壁１５に空気等の作動流体が接触する。
【００２８】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、流路１４の壁１５の表面１５Ａは、ハブ１１の表面１１Ａと、シュラウド１２の内側の面１２Ａと、ブレード１３の腹側の面１３Ａと、それに対向するブレード１３の背側の面１３Ｂとから構成されている。ブレード１３の腹側の面１３Ａが、そのブレード１３の隣のブレード１３の背側の面１３Ｂに向けて突き出している。
【００２９】
インペラ１０の内端側から外端側に向かうにつれて、ハブ１１の表面からシュラウド１２までの流路１４の高さ寸法は次第に小さくなり、隣り合うブレード１３間の寸法である流路１４の幅は次第に大きくなる。流路１４の断面積は、インペラ１０の内端側から外端側に向かうにつれて次第に大きくなる。
【００３０】
インペラ１０が、図示しない動力源により、矢印１０Ｒ（図１（ａ））の向きに回転されると、流路１４内の作動流体が遠心力により加速されるため、上流端１４１から流路１４内に作動流体が吸入され、図１（ａ）に矢印Ｆで示す向きに流路１４を流れつつ圧縮され、流路１４の下流端１４２から排出される。
【００３１】
流路１４の壁１５における作動流体の摩擦損失を抑えるため、壁１５の表面１５Ａには十分な平滑性が要求される。そのため、成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５を研磨することで、面粗度（表面粗さ）の要求値にまで仕上げている。
【００３２】
本実施形態のインペラ１０は、ハブ１１、ブレード１３、およびシュラウド１２が一体である１つの部材からなる。このインペラ１０は、例えば低合金鋼、ステンレス鋼、チタン合金等の適宜な金属材料から、切削加工、放電加工、あるいは熱溶融積層造形により成形されている。
本実施形態とは異なり、接合される２つの部材からインペラ１０が構成されていてもよい。例えば、ハブ１１およびブレード１３からなる部材と、シュラウド１２とが溶接により接合されていてもよい。この場合、部材の接合前は、流路１４の壁面が開放されている。
【００３３】
インペラ１０の流路１４が三次元的に湾曲しており、しかも流路１４の高さや幅が作動流体の流れ方向に変化しているため、流路１４の壁１５は複雑な形状をしている。こうした複雑で湾曲した狭隘な箇所を研磨することは難しい。特に、インペラ１０が１つの部材から一体に成形されていると、流路１４の壁１５がハブ１１およびシュラウド１２の外部に露出していないため、より一層研磨が難しい。
【００３４】
［研磨用治具］
次に、インペラ１０の流路１４の壁１５の研磨に用いられる研磨用治具２０（図２および図３）の構成を説明する。研磨用治具２０は、１つの部材から一体に成形された研摩が難しいインペラ１０（図１）にも適用可能であって、複雑で狭隘な流路１４の壁１５に所望の面粗度を実現する。
【００３５】
研磨用治具２０は、図３に示すように、表層の研磨材滞留層２１と、弾性層２２とが積層された構造に主要な特徴を有している。
研磨用治具２０は、研磨材滞留層２１と弾性層２２とが積層された構造により、摺動する壁１５に近接した表層に要求される耐摩耗性と、湾曲した壁１５の形状に追従して弾性変形可能な弾性条件とを両立することができる。
なお、研磨材滞留層２１と弾性層２２との間に、図示しない接着層等が介在していてもよい。
研磨材滞留層２１および弾性層２２は、研磨用治具２０の体表面の略全域に亘り積層されている。
【００３６】
研磨用治具２０は、流路１４（図１）に上流端１４１あるいは下流端１４２から挿入された状態で、流路１４の壁１５と摺動する研磨材３（図７）により壁１５を研磨する。
図２は、下流端１４２から流路１４に挿入される研磨用治具２０を示している。インペラ１０の流路１４の形状によっては、流路１４の壁１５を単一の研磨用治具２０により研摩することができる。
【００３７】
本実施形態の研磨用治具２０は、流路１４への挿入に必要な弾性限界を考慮して、上流端１４１から流路１４に挿入される上流側の研磨用治具２０Ａ（図６（ａ））と、下流端１４２から流路１４に挿入される下流側の研磨用治具２０Ｂ（図６（ｂ））とに分割されている。これら研磨用治具２０Ａ，２０Ｂにより流路１４の壁１５の全域を研磨することができる。
以下、研磨用治具２０Ａ，２０Ｂを区別しない場合は、研磨用治具２０と称する。
【００３８】
研磨用治具２０（図２および図３）の外形は、流路１４の上流端１４１側に位置する内端２０１から、流路１４の下流端１４２側に位置する外端２０２まで、流路１４に倣った形状であって、流路１４の壁１５により囲まれた空間よりも少し大きい寸法が与えられている。
図２に示す研磨用治具２０は、流路１４の形状に倣い、図２の紙面における手前側である流路１４の下流側では厚みが薄く、図３の紙面における奥側である流路１４の上流側で厚くなっている。
【００３９】
研磨用治具２０が流路１４の内部に配置されると、流路１４の壁１５により研磨用治具２０の体表面が包囲される。このとき壁１５により圧縮されて弾性変形している弾性層２２により、研磨材滞留層２１に滞留している研磨材３が壁１５に安定した圧力で押圧される。
【００４０】
〔第１実施形態の研磨用治具〕
第１実施形態に係る研磨用治具２０は、図２に示すように、研磨用治具２０を流路１４の壁１５と摺動させる駆動部１０１と、研磨用治具２０と壁１５との間に研磨材３を供給する研磨材供給装置１０２と共に使用される。
研磨材供給装置１０２は、研磨用治具２０に設けられている研磨材流路２４（図３（ａ））に接続される。
【００４１】
研磨用治具２０の一方の端部には、駆動部１０１が接続される。図６（ｂ）に示すように研磨用治具２０が流路１４の下流端１４２側から挿入される場合は、当該治具の外端２０２に駆動部１０１（図２）が接続される。
【００４２】
駆動部１０１は、ピストンおよびシリンダを備えた油圧シリンダ等から構成されている。この駆動部１０１は、インペラ１０の径方向、あるいは流路１４の向きに沿ってインペラ１０の径方向に対してシフトした向きに設定されている軸部１０１Ａの方向に、研磨用治具２０を往復動作させる。
なお、駆動部１０１により研磨用治具２０を駆動する方向は、必ずしも直線的な方向には限らない。研磨用治具２０が流路１４の壁１５にスムーズに追従しつつ摺動するように適切に設定した曲線状の軌跡に沿って治具を駆動することも可能である。
【００４３】
駆動部１０１および研磨材供給装置１０２により、流路１４に挿入されている研磨用治具２０の体表面に研磨材３を供給しながら、研磨用治具２０に滞留した研磨材３を壁１５と摺動させる研磨処理を自動化することができる。
【００４４】
さて、本実施形態の研磨用治具２０は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、研磨材３（図７）が滞留可能な研磨材滞留層２１と、研磨材滞留層２１に積層される弾性層２２と、研磨材滞留層２１および弾性層２２を支持する支持体２３とを備えている。
【００４５】
（研磨材）
研磨用治具２０に用いられる研磨材３（図７）には、インペラ１０に用いられた金属材料に適合したアルミナ系や炭化ケイ素系等の材料から研磨に適切な粒度および形状に形成された研削研磨用の砥粒３Ａを用いることができる。砥粒３Ａの形状は、図７に示した円柱状に限らず、不定な形状も含め任意である。
【００４６】
本実施形態では、研磨用治具２０に設けられている研磨材流路２４，２５（図３（ａ））を通じて、研磨材供給装置１０２（図２）により研磨用治具２０の体表面に砥粒３Ａを供給する。本実施形態の研磨用治具２０に用いられる研磨材３は、砥粒３Ａと、流動性を有する分散媒（図示しない）とからなり、全体として流動性を有している。分散媒に対する砥粒の比率は、例えば１０ｗｔ％以下である。これに限らず、所望の面粗度および研摩に要する時間等を考慮の上適宜な比率に定めることができる。
【００４７】
砥粒３Ａが分散した媒質（分散媒）は、粘弾性を有することが好ましい。分散媒の弾性により、壁１５の研磨に必要な砥粒３Ａと壁１５との間の摩擦力に寄与できるとともに、分散媒の粘りにより砥粒３Ａを壁１５や研磨用治具２０の表層に留めて効率よく砥粒３Ａを壁１５に接触させることができる。
【００４８】
（研磨材滞留層）
研磨材滞留層２１（図３（ａ）および（ｂ））は、少なくとも表面に研磨材３（特に砥粒３Ａ）を滞留させる。研磨材滞留層２１に滞留した研磨材３が壁１５と摺動することで壁１５が研磨される。研磨材滞留層２１は、耐摩耗性を有することが好ましい。
研磨材滞留層２１に研磨材３の砥粒３Ａを留め、治具２０の外部への砥粒３Ａの排出を抑制することで、研磨効率が向上する。
研磨材滞留層２１に研磨材３が滞留して壁１５に摺動する限りにおいて、研磨材滞留層２１における研磨材３の多少の変位は許容される。
【００４９】
研磨材滞留層２１は、樹脂材料や金属材料等の適宜な材料を用いて構成されている。研磨材滞留層２１は、表面に研磨材３を滞留可能であるように表面が粗くなっている。
例えば、砥粒３Ａよりも小さい空隙を有した多孔体やメッシュ状の部材、あるいは、研磨材３を滞留可能な凹凸（波形状を含む）が機械加工やエッチング等により表面に与えられたシート等を、研磨材滞留層２１に採用することができる。
【００５０】
研磨材滞留層２１は、弾性層２２と比べて剛性が高いため変形し難い。研磨材滞留層２１は、研磨用治具２０が壁１５の表面形状に追従するために必要な限度で弾性変形可能である。本実施形態の研磨材滞留層２１の密度は、弾性層２２の密度よりも高い。
【００５１】
（弾性層）
弾性層２２（図３（ａ）および（ｂ））は、研磨材滞留層２１の裏側に積層されており、研磨材滞留層２１に滞留した研磨材３を流路１４の壁１５に押圧する。弾性層２２は、全域に亘り一定の厚みに形成されることが好ましい。
【００５２】
弾性層２２は、弾性率が小さいため研磨材滞留層２１と比べて容易に弾性変形する。弾性層２２により研磨用治具２０の全体としてフレキシブル性を有している。
流路１４内で弾性変形している弾性層２２の弾性力により、研磨材滞留層２１を介して研磨材３が壁１５の表面に押圧されることで、研磨材３の壁１５への接触状態の均一化を図ることができる。弾性層２２は、研磨用治具２０の摺動するストロークに亘り弾性変形可能である。
【００５３】
研磨用治具２０を流路１４に挿入する際、および研磨用治具２０が流路１４の壁１５と摺動するストロークに亘り弾性層２２が弾性範囲内で変形するように、弾性層２２には適切な厚さと弾性条件が与えられている。
弾性層２２の構造や厚さを適切に設定することにより、弾性層２２の面圧を調整可能である。
【００５４】
弾性層２２と研磨材滞留層２１との積層構造を備えた研磨用治具２０によれば、耐摩耗性や研磨材３を保持するために必要な剛性を研磨材滞留層２１により確保しつつ、壁１５の形状に追従して弾性変形可能な弾性条件を弾性層２２に与えることができる。
研磨用治具２０に必要な耐摩耗性や弾性条件を弾性砥石の如く基本的に単一の層から実現するのは難しい。単一の固体を複雑に湾曲した壁１５の研磨に使用する場合、当該部材に、壁１５に対して十分に追従可能な弾性範囲を確保できないためである。また、弾性砥石の硬度は、それよりも硬度が高い、例えばインコネル（登録商標）等の研磨には不足する。
【００５５】
研磨用治具２０が、弾性砥石と同様、ワークと摺動する直接的な研磨方法に用いられるものでありながら、異形断面を有した流路１４の壁１５の形状に追従可能な弾性限界を実現できるのは、弾性層２２と研磨材滞留層２１とを別々の層として備えていることによる。これら弾性層２２と研磨材滞留層２１とが積層された構造であるからこそ、必要な特性を各層に分担して研磨用治具２０に確実に与えることができる。
【００５６】
本実施形態の弾性層２２は、ラティス構造からなる。「ラティス構造」は、枝状に分岐した格子が周期的に並んだものに相当する。格子の内側は空隙である。
弾性層２２は全域に亘りラティス構造から構成されている。弾性層２２は、ラティス構造により等方性を有していることが好ましい。「等方性」は、荷重に対する変形応答が方向によらない性質をいう。弾性層２２が等方性を有していると、湾曲した壁１５に対しても同一の圧力で研磨材３を押し付けることができる。
【００５７】
ラティス構造によれば、同じ材料からなる外形が同じ中実の部材と比べて材料の使用量を抑え、材料コストを低減できる上、同じ材料でも格子の寸法や形状を変えて密度を変更することで適切な特性を弾性層２２に与えることができる。
【００５８】
ラティス構造の弾性層２２は、ポリウレタン等の樹脂材料を用いて、積層造形（Additive Manufacturing）により成形されている。例えば、米国のCarbon社の3DプリンターM1により得られるラティス構造のポリウレタンエラストマー素材を弾性層２２に使用することができる。かかるポリウレタンエラストマー素材は、耐摩耗性、および高い圧縮強度を有しているため、壁１５の内側に圧縮されて弾性変形する弾性層２２に適合する。
【００５９】
積層造形は、物体の形状の三次元データから得られた二次元のスライスデータに基づいて、使用材料を層毎に必要箇所に供給して硬化させるプロセスを経て、立体的な物品を得る技術である。必要に応じて、使用材料の溶融や硬化のため、熱線や光線を使用材料に照射する。積層造形によれば、内部に狭隘な空隙を有するものを含め、形状が複雑な物品を容易に成形することができる。
【００６０】
弾性層２２は、例えば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いた熱溶融積層造形、あるいは、紫外線等の光硬化性樹脂を用いた光積層造形により成形することができる。上述したポリウレタンは熱硬化性樹脂であり、光硬化性樹脂でもある。上述の3DプリンターM1によれば、光積層造形を基本技術として用いて、格子状や多孔質のポリウレタンエラストマー素材の他、中実の硬質ポリウレタン素材等も成形することができる。
【００６１】
（支持体）
支持体２３は、樹脂材料や金属材料等の適宜な材料から構成されており、弾性層２２の裏側から研磨材滞留層２１および弾性層２２を支持する。支持体２３は、研磨用治具２０を所定の形状に維持するために必要な剛性を備えている、
支持体２３は、研磨材滞留層２１および弾性層２２からなる積層構造により全体的に覆われている。
上述したように駆動部１０１と接続される軸部１０１Ａ（図２）は、研磨用治具２０の一端側において支持体２３に備えられている。
【００６２】
（流路）
本実施形態の支持体２３には、研磨材３が流動する研磨材流路２４，２５が設けられている。研磨材流路２４，２５は、支持体２３に形成された空隙である。研磨材流路２４，２５は、研磨用治具２０の内部に組み込まれたパイプにより構成されていてもよい。そのパイプは、流路１４の壁１５への追従に寄与するため、適度な追従性を有した弾性体であることが好ましい。
【００６３】
第１研磨材流路２４は、支持体２３に内在する中空の空間であって、インペラ１０の外部に配置された研磨材供給装置１０２（図２）から研磨材３が供給される。第１研磨材流路２４は、研磨用治具２０の内端２０１から外端２０２までに亘り連続している。駆動部１０１に接続された軸部１０１Ａの内部を通じて研磨材３が第１研磨材流路２４に供給されるようにしてもよい。また、研磨材供給装置１０２と、研磨用治具２０の体表面との間を研磨材３が循環する回路が構成されていてもよい。
【００６４】
第１研磨材流路２４から、多数の第２研磨材流路２５が研磨用治具２０の体表面に向けて延びている。これらの第２研磨材流路２５はそれぞれ、第１研磨材流路２４から研磨用治具２０の体表面に研磨材３を供給する。第２研磨材流路２５は、研磨用治具２０の体表面の全域に亘り分布していることが好ましい。
【００６５】
〔研磨用治具の製造〕
例えば、それぞれ適宜な方法で成形された研磨材滞留層２１、弾性層２２、および支持体２３を接着や締結等の適宜な方法で接合し、支持体２３に軸部１０１Ａを固定することで、研磨用治具２０を得ることができる。弾性層２２は、積層造形により成形されていてもよい。研磨材滞留層２１や支持体２３も同様である。
【００６６】
積層造形により研磨材滞留層２１および弾性層２２を一体に成形することも可能である。
図４（ａ）は、ポリウレタンを用いて、いずれも積層造形により一体に成形された研磨材滞留層２１および弾性層２２を示している。
一体に成形されている研磨材滞留層２１および弾性層２２の構造は相違しており、弾性層２２がラティス構造からなるのに対して、研磨材滞留層２１は中実構造となっている。
【００６７】
研磨材滞留層２１は、材料のポリウレタンにより耐摩耗性を具備することができる。この研磨材滞留層２１は、表面に研磨材の砥粒が滞留する波形状が積層造形により与えられており、面粗度が大きい。
【００６８】
図４（ｂ）に示す研磨材滞留層２１および弾性層２２も、積層造形により一体に成形されている。これらの研磨材滞留層２１および弾性層２２は、いずれもラティス構造からなるが、密度が相違している。研磨材滞留層２１の密度は弾性層２２の密度よりも高い。
図４（ｂ）に示す研磨材滞留層２１の表面にも、研磨材の砥粒が滞留する波形状が積層造形により与えられており、面粗度が大きい。
【００６９】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、少なくとも一部にラティス構造を含む部材を積層造形により一体に成形することで、使用材料を抑えて研磨用治具２０の製造コストを低減することができる。
【００７０】
さらには、研磨材流路２４，２５を有する支持体２３と、軸部１０１Ａ（図２）も含め、研磨用治具２０全体の積層造形による一体成形が可能である。
【００７１】
〔治具分割について〕
図５を参照し、流路１４の流れ方向における研磨用治具２０の分割についての基本的な考え方を説明する。
まず、流路１４上の任意の点Ａを中心として、研磨用治具２０が摺動する範囲（ストローク）をＷａとし、流路１４の高さをＨａとする。ストロークＷａにおいて流路１４の高さの変位量ΔＨａはＨａ’’−Ｈａ’であり、ストロークＷａにおいて弾性層２２に必要な伸縮幅もΔＨａとなる。この伸縮幅ΔＨａから、弾性層２２の厚さと弾性条件を定めることができる。
【００７２】
同様に、流路１４上の点Ｂで考えた場合、ストロークＷｂ（≒Ｗａ）において流路１４の高さの変位量ΔＨｂはＨｂ’’−Ｈｂ’であり、ストロークＷｂにおいて弾性層２２に必要な伸縮幅もΔＨｂとなる。この伸縮幅ΔＨｂは、点Ａに関する伸縮幅ΔＨａとは相違する。
したがって、基本的には、流路１４全域における最大の伸縮幅（ΔＨｘ）に基づいて算出した弾性層２２の厚さと弾性条件を採用する。その弾性条件を弾性層２２に実現可能であるならば研磨用治具２０を分割する必要はない。一方、その弾性条件を弾性層２２に実現できない場合は研磨用治具２０を分割する必要がある。
なお、必ずしも、研磨用治具２０のみを用いて流路１４の全域を研磨する必要はない。例えば、流路１４の壁１５の上流端１４１から見える範囲までは、機械加工や、弾性砥石を用いることにより研磨し、残りの範囲を研磨用治具２０により研磨するようにしてもよい。
【００７３】
研磨用治具２０の摺動に伴う流路１４の幅方向の伸縮幅についても、上述した流路１４の高さと同様に考えて、流路１４全域における幅方向への最大の伸縮幅を求めることができる。この最大伸縮幅から算出した弾性層２２の幅方向の寸法と弾性条件に基づいて、研磨用治具２０の分割要否を決めてもよい。
【００７４】
〔インペラの製造〕
切削加工や熱溶融積層造形等の任意の方法によりインペラ１０を成形する成形ステップを行った後、研磨用治具２０を用いて流路１４の壁１５を研磨する研磨ステップを行う。
研磨ステップでは、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、流路１４に研磨用治具２０（２０Ａ，２０Ｂ）を挿入する。このとき研磨用治具２０は主として弾性層２２の弾性変形によりフレキシブルに変形するため、流路１４にスムーズに挿入される。
流路１４に挿入された研磨用治具２０を駆動部１０１（図２）により往復動させることにより、研磨用治具２０の表層に滞留している研磨材３を壁１５と摺動させて壁１５を研磨する。
【００７５】
流路１４に研磨用治具２０Ａ（図６（ａ））を挿入した状態で上流側の壁１５の研磨を行った後、研磨用治具２０Ａを流路１４から取り出し、図６（ｂ）に示すように研磨用治具２０Ｂを流路１４に挿入して下流側の壁１５を研磨することができる。これは一例であって、その他の手順により、例えば、同じ流路１４に研磨用治具２０Ａ，２０Ｂの両方を挿入して研磨を行ってもよい。
【００７６】
図７に示すように、研磨用治具２０が壁１５の内側に圧縮されることで主として弾性層２２が弾性変形することにより、研磨用治具２０の体表面全域が壁１５の表面に追従する。そして、研磨用治具２０の体表面全域に亘り、研磨材滞留層２１に滞留した研磨材３が弾性層２２により壁１５へ押圧されながら壁１５を摺動する。弾性層２２の全域が、研磨用治具２０の摺動するストロークに亘り弾性変形可能であるため、研磨している間、研磨用治具２０の体表面全域に亘り、弾性層２２により研磨材３が壁１５の表面に安定した同等の圧力で押し付けられる。
【００７７】
研磨ステップの実施にあたり、成形されたインペラ１０が作業台に位置決めされる。そのインペラ１０の各流路１４への研磨用治具２０の挿入が駆動部１０１により自動的に行われるように、駆動部１０１を構成することもできる。
【００７８】
研磨用治具２０の体表面に、研磨材供給装置１０２（図２）により、第１研磨材流路２４および第２研磨材流路２５を通じて研磨材３が供給される。砥粒３Ａが分散した流動物である研磨材３は、治具２０の体表面に分布している研磨材流路２５のそれぞれから研磨材滞留層２１に拡がり研磨材滞留層２１の全域に浸透する。研磨材供給装置１０２は、研磨の開始前および研磨中の少なくともいずれかにおいて研磨材３を治具２０の体表面に供給する。第２研磨材流路２５から研磨用治具２０の体表面に到達した研磨材３は、研磨に伴い摩耗した砥粒３Ａを含む研磨材３に代わり研磨材滞留層２１に補充される。
【００７９】
研磨用治具２０Ａによる上流側の壁１５の研磨と、研磨用治具２０Ｂによる下流側の壁１５の研磨とを各流路１４について行う。
複数の流路１４を研磨用治具２０（２０Ａ，２０Ｂ）により順次研磨してもよいが、複数の流路１４のそれぞれに研磨用治具２０を挿入して各流路１４の研磨を並行して行うことにより、研磨ステップに要する時間を短縮できる。この場合は、各流路１４に対応した研磨用治具２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ図示しない円環状の治具に支持するとよい。
【００８０】
以上の研磨ステップの後、必要に応じて、流路１４の壁１５に例えばエロージョン防止のためのコーティングを施す等の処理を経て、インペラ１０が製造される。
【００８１】
本実施形態の研磨用治具２０によれば、研磨用治具２０の体表面全域に亘り、研磨材滞留層２１に滞留した研磨材３が弾性層２２の全域に亘る同等の弾性力により壁１５の表面に直接押圧されながら摺動することにより、壁１５の表面に研磨材３を均一かつ確実に接触させて研摩することができる。研磨材３を壁１５に確実に接触させて研磨できることで、研磨の効率が向上するため、壁１５への研磨材の接触確率に劣る研磨方法と比べて研磨に要する時間を大幅に抑えつつ、研磨のムラをなくして所望の面粗度を壁１５に実現することができる。研磨に要する時間の短縮により、インペラ１０の量産に対応することができる。
【００８２】
〔第１変形例〕
研磨用治具２０は、研磨材流路２４，２５（図３（ａ））を必ずしも備えていなくてもよい。図８に示す例では、支持体２３に研磨材流路２４，２５が設けられていない。図８に示す研磨用治具２０は中実に構成されている。
この研磨用治具２０を流路１４に挿入する前に、研磨用治具２０の表層に研磨材を供給すると、研磨材滞留層２１に研磨材が滞留する。その状態の研磨用治具２０を流路１４に挿入し、駆動部１０１により、あるいは手動で研磨用治具２０を壁１５に摺動させると、弾性層２２の全域に亘る同等の弾性力により壁１５に直接押圧された研磨材により、壁１５を均一に研磨することができる。
研磨用治具２０の表層に研磨材を供給するため、治具２０を研磨材３に浸漬し、治具２０の体表面全域に亘り研磨材３を研磨材滞留層２１に含浸させるとよい。その他、半固体状の研磨材に研磨用治具２０の表層を擦り付けてもよい。
【００８３】
〔第２変形例〕
図９は、流路断面積が大きい流路１４に好適な研磨用治具３０を示している。
研磨用治具３０は、研磨材滞留層２１と、弾性層２２と、研磨材滞留層２１および弾性層２２を支持する中空の支持体３３とを備えている。この研磨用治具３０は、図３や図８に示す研磨用治具２０が備えている支持体２３に代えて中空の支持体３３を備えている。
【００８４】
支持体３３には、弾性層２２および研磨材滞留層２１を支持するために必要な剛性が与えられている。
支持体３３の内側が中空であっても、支持体３３により弾性層２２および研磨材滞留層２１が支持されているため、研磨用治具３０が自重により過大に変形しない。したがって、重量や材料使用量を抑える観点から、研磨用治具３０を中空に構成するのが好ましい。
弾性層２２および研磨材滞留層２１に、図３（ａ）に示す第２研磨材流路２５と同様の経路を形成し、支持体３３の内部に研磨材を満たすことにより、研磨用治具３０の体表面に研磨材を供給するようにしてもよい。
【００８５】
支持体３３は、流路１４の壁１５の表面への追従に寄与するため、適度な追従性を有した弾性体であることが好ましい。
支持体３３に、流路１４の全域における最大の伸縮量に対応可能な厚さと弾性条件を設定できない場合は、支持体３３を流路１４の上流側と下流側とに分割するとよい。この場合に、研磨材滞留層２１および弾性層２２が流路１４の全域に亘り連続するように形成し、これらの研磨材滞留層２１および弾性層２２を分割された支持体３３により支持するように構成することで、研磨用治具３０の全体としては一体に構成することができる。
【００８６】
大型である研磨用治具３０の製造時における部材の可搬性や作業性を考慮し、例えば、図９に示す太線の位置で、研磨材滞留層２１および弾性層２２が、流路１４の壁１５の一面に沿った平坦な部分Ｃ１と、隣り合う壁面を繋ぐコーナーの位置で湾曲した部分Ｃ２とに分割されていてもよい。
【００８７】
研磨用治具３０を製造する方法の一例を説明する。
研磨用治具３０の製造にあたり、研磨材滞留層２１および弾性層２２をそれぞれ、平坦な形状のシートと、湾曲した形状のコーナー用シートとに分けて製造しておく。
そして、弾性層２２を支持体３３に設ける際には、支持体３３の外表面に沿う形状に平坦なシート（Ｃ１）とコーナー用シート（Ｃ２）とをそれぞれカットし、これらのシートで支持体３３の外表面全体を覆うように各シートを支持体３３に接合する。研磨材滞留層２１も同様に、弾性層２２の外表面に沿う形状にカットした平坦部用とコーナー部用のシートにより弾性層２２を覆うように弾性層２２に接合する。
【００８８】
〔第３変形例〕
図１０は、高さが低い流路１４に対応した薄い研磨用治具４０を示している。
研磨用治具４０は、弾性層２２と、弾性層２２の表裏両面に積層された研磨材滞留層２１とを備えている。この研磨用治具４０は、研磨材滞留層２１および弾性層２２を支持する支持体を備えていない。そのため、薄い研磨用治具４０において、存在しない支持体の分だけ余分に弾性層２２に厚さを確保することができる。その弾性層２２により、研磨用治具４０の全体として流路１４の壁１５の間に押さえられた状態で、研磨材滞留層２１を介して研磨材が壁１５に安定して押圧される。
【００８９】
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
本発明は、インペラの流路の他にも、種々のワークにおける複雑な形状の箇所の研磨に好適である。例えば、複数のブレードを備えた部材に好適であり、具体例としては、多段遠心圧縮機のダイアフラムが該当する。
【符号の説明】
【００９０】
３        研磨材
３Ａ      砥粒
１０      インペラ（ワーク）
１０Ａ    回転軸
１１      ハブ
１２      シュラウド
１３      ブレード
１４      流路
１５      壁（狭隘部）
１５Ａ    表面
２０，２０Ａ，２０Ｂ，３０，４０      研磨用治具
２１      研磨材滞留層
２２      弾性層
２３，３３      支持体
２４      第１研磨材流路
２５      第２研磨材流路
１０１    駆動部
１０１Ａ  軸部
１０２    研磨材供給装置
１１０    軸孔
１４１    上流端
１４２    下流端
２０１    内端
２０２    外端
Ｃ１，Ｃ２      部分
Ｗａ，Ｗｂ      ストローク
ΔＨａ，ΔＨｂ  伸縮幅
【図１】
2019123053.tif 000003
【図２】
2019123053.tif 000004
【図３】
2019123053.tif 000005
【図４】
2019123053.tif 000006
【図５】
2019123053.tif 000007
【図６】
2019123053.tif 000008
【図７】
2019123053.tif 000009
【図８】
2019123053.tif 000010
【図９】
2019123053.tif 000011
【図１０】
2019123053.tif 000012