(57)【要約】【課題】研磨等により平滑化する工程に要する時間を抑えて、インペラの成形から平滑化までを含めた製造効率を改善すること。【解決手段】本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラ１０を成形する成形工程Ｓ１と、インペラ１０が有する流路１４を区画する壁１５を研磨液２１と接触させて研磨する化学研磨工程Ｓ２とを備える。化学研磨工程Ｓ２では、流路１４内の研磨液２１に流動を与える。化学研磨工程Ｓ２では、研磨液２１を貯留し、インペラ１０を収容する研磨液槽２２と、研磨液槽２２内の研磨液２１を圧送する経路２３と、経路２３の終端を構成し、研磨液２１を複数の流路１４の各々の入口１４１に供給する供給部２４とを備えた装置を用いて流路１４内の研磨液２１に流動を与えることが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、
前記インペラが有する流路を区画する壁を研磨液と接触させて研磨する化学研磨工程と、を備え、
前記化学研磨工程では、前記流路内の前記研磨液に流動を与える、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項２】
前記化学研磨工程では、
前記研磨液を貯留し、前記インペラを収容する研磨液槽と、前記研磨液槽内の前記研磨液を圧送する経路と、前記経路の終端を構成し、前記研磨液を複数の前記流路の各々の入口に供給する供給部と、を備えた装置を用いて、
前記流路内の前記研磨液に流動を与える、
ことを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項３】
前記化学研磨工程では、
前記研磨液に浸漬された状態で前記インペラを使用時の回転の向きと同じ向きに回転させることで、前記流路の入口から出口に向かう流動を前記流路内の前記研磨液に与える、
ことを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項４】
前記化学研磨工程では、
前記研磨液に浸漬された状態で前記インペラを使用時の回転の向きとは逆向きに回転させることで、前記流路の出口から前記流路内に入り込んだ前記研磨液を前記流路の入口に向けて流す、
ことを特徴とする請求項１に記載のインペラの製造方法。
【請求項５】
熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、
前記インペラが有する流路を区画する壁にめっき液を接触させて無電解めっきを施す無電解めっき工程と、を備え、
前記無電解めっき工程では、前記流路内の前記めっき液に流動を与える、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項６】
前記無電解めっき工程では、
前記めっき液を貯留し、前記インペラを収容するめっき液槽と、前記めっき液槽内の前記めっき液を圧送する経路と、前記経路の終端を構成し、前記めっき液を複数の前記流路の各々の入口に供給する供給部と、を備えた装置を用いて、
前記流路内の前記めっき液に流動を与える、
ことを特徴とする請求項５に記載のインペラの製造方法。
【請求項７】
前記無電解めっき工程では、
前記めっき液に浸漬された状態で前記インペラを使用時の回転の向きと同じ向きに回転させることで、前記流路の入口から出口に向かう流動を前記流路内の前記めっき液に与える、
ことを特徴とする請求項５に記載のインペラの製造方法。
【請求項８】
前記無電解めっき工程では、
前記めっき液に浸漬された状態で前記インペラを使用時の回転の向きとは逆向きに回転させることで、前記流路の出口から前記流路内に入り込んだ前記めっき液を前記流路の入口に向けて流す、
ことを特徴とする請求項５に記載のインペラの製造方法。
【請求項９】
熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、
前記インペラが有する流路を区画する壁に電気めっきを施す電気めっき工程と、を備える、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項１０】
熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、
前記インペラが有する流路を区画する壁に樹脂材料を用いて被膜を施す被膜処理工程と、を備える、
ことを特徴とするインペラの製造方法。
【請求項１１】
熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、
前記インペラが有する流路を区画する壁に耐エロージョン性を付与する被膜を施す耐エロージョン被膜形成工程と、を備える、
ことを特徴とするインペラ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの製造方法に関する。
特に、湿式研磨等により平滑化処理を行うインペラ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機、遠心送風機、遠心ポンプ等の遠心回転機に、ハブと、シュラウドと、複数のブレードとを備えたインペラ（羽根車）が使用されている。
インペラには、ハブと、シュラウドと、隣り合うブレードとで囲まれた流路が形成されている。この流路は、圧縮効率等を考慮して、３次元的に湾曲した複雑な形状に設計されている。インペラには、一般に、高い形状精度と、表面粗さが微小であることが要求される。
【０００３】
インペラの製造方法に関し、複数の部位に分割して製作されたピース同士を溶接することが従来行われてきたが、溶接品質の確保が難しいので、近年では、金属材料の塊から放電加工により一体成形することが多い。放電加工の際には、流路の形状に合わせた電極を使用して流路を彫り進める。放電加工を行うと、表面に形成された変質層を、例えば酸洗により除去しなくてはならない。
【０００４】
ところで、流体の流速エネルギを圧力エネルギに変換するインペラには、摩擦損失を抑えて所定の圧縮効率を実現するために、流路の壁面の高い平滑性が要求される。流路の壁面に要求される表面粗さは非常に小さい。
そのため、成形されたインペラの流路壁面を表面粗さの要求値にまで仕上げる研磨工程が不可欠である（特許文献１，２）。
特許文献１では、インペラの流路内に、流路に倣う形状の研磨用ノズル部材を挿入し、ノズル部材に形成された孔から流路の壁面に向けて研磨液を噴出している。
特許文献２では、インペラを研磨液に浸漬し、流路内に挿入されたノズル部材の孔から研磨液を吸引している。特許文献１，２のいずれも、研磨液とインペラに用いられた金属との化学反応により発生する水素ガスの気泡を、ノズル部材の孔を通る研磨液の噴流エネルギにより流路の壁面から剥がすことで、研磨加工面のうねりを防いで平滑化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７０４９９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７０５００号公報
【特許文献３】特表２０１５−５１０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放電加工等により成形されたインペラの表面を表面粗さの要求値に研磨することはできても、その研磨工程に時間が掛かる。
研磨工程が長時間に及ぶと、流路内の研磨液の流れの速いところと遅いところとで研磨量に相違が生じ、それが研磨のムラに繋がってしまう。
【０００７】
以上より、本発明は、研磨等により平滑化する工程に要する時間を抑えて、インペラの成形から平滑化までを含めた製造効率を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
インペラへの要望は、適用される遠心回転機械の仕様等に応じて多岐にわたり、しかも増え続けている。
勿論、コストの抑制も望まれている。インペラの放電加工には、流路の形状に合わせた電極が必要であり、放電加工用の電極がコストアップの要因となる。
そのような状況下で、本発明の発明者らは、金属粉体を用いる熱溶融積層造形に着目した。熱溶融積層造形は、金型を用いず、断面データに基づいて金属粉体を溶融、凝固させた層を積層することにより、３次元の部材を成形する技術である。金型を用いないので、形状変更等に対応し易く、コストも抑えられる。
現状、熱源として電子ビームを用いる積層造形によりインペラを一体成形することが提案されている（特許文献３）。
【０００９】
ここで、熱溶融積層造形により成形されたインペラの流路の壁の表面粗さは、鋳造や放電加工により成形されたインペラの流路の壁の表面粗さ（例えば表面粗さＲａが２５μｍ程度）と比べて悪くない。
【００１０】
そこでなされた本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、インペラが有する流路を区画する壁を研磨液と接触させて研磨する化学研磨工程と、を備え、化学研磨工程では、流路内の研磨液に流動を与えることを特徴とする。
【００１１】
本明細書において「熱溶融積層造形」は、３次元データを構成する断面データに基づいて、所定のターゲット面に供給された粉体を溶融させ、その後に凝固させることで形成される層を順次積層することによって３次元の部材を成形することをいうものとする。
【００１２】
本発明のインペラ製造方法において、化学研磨工程では、研磨液を貯留し、インペラを収容する研磨液槽と、研磨液槽内の研磨液を圧送する経路と、経路の終端を構成し、研磨液を複数の流路の各々の入口に供給する供給部と、を備えた装置を用いて、流路内の研磨液に流動を与えることが好ましい。
【００１３】
本発明のインペラ製造方法において、化学研磨工程では、研磨液に浸漬された状態でインペラを使用時の回転の向きと同じ向きに回転させることで、流路の入口から出口に向かう流動を流路内の研磨液に与えることが好ましい。
【００１４】
本発明のインペラ製造方法において、化学研磨工程では、研磨液に浸漬された状態でインペラを使用時の回転の向きとは逆向きに回転させることで、流路の出口から流路内に入り込んだ研磨液を流路の入口に向けて流すことが好ましい。
【００１５】
本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、インペラが有する流路を区画する壁にめっき液を接触させて無電解めっきを施す無電解めっき工程と、を備え、無電解めっき工程では、流路内のめっき液に流動を与えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のインペラ製造方法において、無電解めっき工程では、めっき液を貯留し、インペラを収容するめっき液槽と、めっき液槽内のめっき液を圧送する経路と、経路の終端を構成し、めっき液を複数の流路の各々の入口に供給する供給部と、を備えた装置を用いて、流路内のめっき液に流動を与えることが好ましい。
【００１７】
本発明のインペラ製造方法において、無電解めっき工程では、めっき液に浸漬された状態でインペラを使用時の回転の向きと同じ向きに回転させることで、流路の入口から出口に向かう流動を流路内のめっき液に与えることが好ましい。
【００１８】
本発明のインペラ製造方法において、無電解めっき工程では、めっき液に浸漬された状態でインペラを使用時の回転の向きとは逆向きに回転させることで、流路の出口から流路内に入り込んだめっき液を流路の入口に向けて流すことが好ましい。
【００１９】
本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、インペラが有する流路を区画する壁に電気めっきを施す電気めっき工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、インペラが有する流路を区画する壁に樹脂材料を用いて被膜を施す被膜処理工程と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明のインペラの製造方法は、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、インペラが有する流路を区画する壁に耐エロージョン性を付与する被膜を施す耐エロージョン被膜形成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、化学研磨、無電解めっき、電気めっき、および樹脂被膜処理のいずれかによって、流路の壁の表面全域に亘り平滑化することができる。
ここで、熱溶融積層造形により成形された壁の表面粗さに基づけば、上記のいずれかの平滑化工程により、インペラの流路の壁に要求される表面粗さ以下に容易に到達させることができる。
したがって、熱溶融積層造形によりインペラを成形する成形工程と、そのインペラの流路の壁を平滑化する工程とを備えた本発明によれば、熱溶融積層造形以外の方法で成形されたインペラの流路の壁を平滑化する場合と比べて、インペラの成形から、同じ表面粗さに平滑化するまでの全体の製造効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るインペラの平面図である。
【図２】図１に示すインペラのII−II線矢視図である（流路に沿った断面図）。
【図３】図１に示すインペラの製造に用いられる積層造形装置を示す図である。
【図４】第１実施形態において流路壁面の化学研磨に用いられる装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１実施形態に係るインペラを製造する手順を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る化学研磨装置を示す模式図である。
【図７】第３実施形態に係る化学研磨装置を示す模式図である。
【図８】第４実施形態に係るインペラを製造する手順を示す図である。
【図９】第５実施形態に係るインペラを製造する手順を示す図である。
【図１０】第６実施形態に係るインペラを製造する手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
まず、図１および図２を参照し、インペラ１０の基本的な構成を簡単に説明する。
インペラ１０は、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２）に組み付けられる。
遠心圧縮機は、典型的には、同軸に配置される複数のインペラ１０を備えており、それらのインペラ１０によりエア等の気体が順次圧縮される。
【００２５】
インペラ１０は、図１および図２に示すように、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（図１）が形成されている。
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を区画していて、気体が接触する壁１５は、ハブ１１と、シュラウド１２と、ブレード１３とにより構成されている。
各流路１４は、図２に示すように、インペラ１０の内周側に位置する入口１４１と、インペラ１０の外周側に位置する出口１４２とを有している。
【００２６】
ブレード１３と、ブレード１３，１３間の流路１４は、図１および図２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。
インペラ１０が、図示しない駆動部により、矢印１０Ｒ（図１）の向きに回転されると、流路１４内の気体が遠心力により加速されるため、入口１４１から流路１４内に気体が吸入され、図１に矢印Ｆで示す向きに流路１４を流れつつ圧縮され、出口１４２から排出される。
【００２７】
インペラ１０は、例えば、低合金鋼、ステンレス鋼、チタン合金等を用いて熱溶融積層造形により成形されている。
低合金鋼は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等である。ステンレス鋼は、例えば、析出硬化型ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼等である。
【００２８】
流路１４の壁１５における摩擦損失を抑えるため、壁１５の表面１５Ａには高い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、表面粗さの要求値にまで仕上げている。
【００２９】
図１および図２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の隣りのブレード１３の背側の面１３Ｂに向けて突き出している。
【００３０】
図３を参照し、インペラ１０の成形に用いることのできる積層造形装置３０について説明する。
積層造形装置３０は、高エネルギーの熱源である電子ビーム（電子線）を使用した熱溶融積層造形により、インペラ１０を成形する。
積層造形装置３０は、電子ビームＥＢをターゲット面Ｔｇに向けて導く電子ビーム導路３１と、電子ビームＥＢの照射により起こる溶融と、凝固とを経て造形物Ｗ（インペラ１０）が成形されるチャンバ３２と、３次元データに基づいて積層造形装置３０の各部を制御する制御装置３３とを備えている。
電子ビーム導路３１およびチャンバ３２の内部は、外部の大気圧に対して所定の真空度にまで減圧されている。そのため、使用材料の酸化を抑えることができる。
【００３１】
電子ビーム導路３１は、電子ビームＥＢを放出する電子ビーム発生源３１１と、いずれも電子ビームＥＢの周りに配置される焦点コイル３１２および偏向コイル３１３を有している。
チャンバ３２の内部空間には、電子ビームＥＢが照射されるターゲット面Ｔｇが設定されている。ターゲット面Ｔｇは水平な平面である。
チャンバ３２の内部には、金属粉体２０１をターゲット面Ｔｇに供給するホッパ３４と、造形物Ｗを支持する可動テーブル３６とが備えられている。
造形物Ｗの残留応力を考慮し、必要に応じて、造形物Ｗを加熱する加熱装置をチャンバ３２内に設けて温度制御を行うことができる。
【００３２】
次に、図４を参照し、インペラ１０の流路１４の壁１５の研磨に用いることのできる装置２０について説明する。本実施形態では、この装置２０を使用し、流路１４の壁１５を研磨液と接触させて化学反応を生じさせることで研磨する（化学研磨）。化学研磨は、電界研磨とは違って電極を使用しないので、流路１４の形状に倣う湾曲した電極を、インペラ１０の流路１４の形状に合わせてその都度製作する必要がない。
【００３３】
本実施形態のる研磨装置２０は、図４に示すように、研磨液２１を貯留し、インペラ１０を収容する研磨液槽２２と、研磨液槽２２内から研磨液２１を汲み上げて圧送する経路２３と、経路２３の終端を構成し、研磨液２１をインペラ１０の複数の流路１４のそれぞれに供給する供給部２４とを備えている。
研磨装置２０には、研磨液２１の管理や補充を行う図示しない装置を必要に応じて設けることができる。
【００３４】
研磨液槽２２内で、インペラ１０は図示しない部材により水平に支持されている。出口１４２が下、入口１４１が上となる向きで、インペラ１０は安定して支持されており、インペラ１０の軸線は鉛直方向に沿っている。なお、後述するように流路１４内の研磨液２１に与えられる流動が妨げられない限り、インペラ１０が水平面に対して傾斜して配置されていてもよい。
研磨液２１は、インペラ１０の流路１４の出口１４２よりも上方の液位にまで研磨液槽２２内に貯留されている。
【００３５】
研磨液２１としては、酸、アルカリ、および塩を成分に含むものを用いることができる。研磨液２１の成分と流路１４の壁１５との酸化還元反応により、壁１５の表面部分が溶解されることで研磨される。インペラ１０に炭素鋼が用いられている場合は、研磨液２１として、例えば、Ｈ２Ｏ２を８ｗｔ％およびＮＨ４ＨＦを４ｗｔ％含むものを用いることができる。
【００３６】
圧送経路２３は、研磨液槽２２内と供給部２４とを結ぶ配管２３１と、配管２３１を通じて研磨液２１を研磨液槽２２から汲み上げて圧送するポンプ２３２とを備えている。
研磨液２１の成分の管理や補充を行う図示しない装置を圧送経路２３に設けることもできる。
【００３７】
配管２３１は、研磨液槽２２内の研磨液２１を流入させる流入部２３Ａと、供給部２４へと研磨液２１を流出させる流出部２３Ｂとを有している。
流入部２３Ａは、研磨液槽２２内の研磨液２１の液位よりも下方に位置している。
流出部２３Ｂは、インペラ１０よりも上方から研磨液２１を下方に向けて流出させる。
【００３８】
供給部２４は、配管２３１から研磨液２１を受け入れ、インペラ１０の複数の流路１４に分配する。供給部２４は、研磨液２１を一旦受け入れ可能であって各流路１４の入口１４１に通じている内部空間２４１を有している。
【００３９】
研磨液槽２２内の研磨液２１が圧送経路２３により汲み上げられて供給部２４によりインペラ１０の流路１４に供給されるので、インペラ１０の全体が研磨液２１に浸漬されていない場合であっても、流路１４の壁１５の表面１５Ａの全域が研磨液２１に接触している。
【００４０】
以下、インペラ１０を製造する方法について説明する。
インペラ１０は、図５に示すように、熱溶融積層造形による成形工程Ｓ１と、研磨液２１を用いる化学研磨工程Ｓ２とを経て製造される。
まず、成形工程Ｓ１では、図３に示す積層造形装置３０の制御装置３３による制御の下、ホッパ３４からターゲット面Ｔｇへと、材料である金属粉体２０１を供給する（粉体供給ステップＳ１１）。金属粉体２０１は、所定の厚みでターゲット面Ｔｇに敷き詰められる。必要に応じて、ターゲット面Ｔｇと平行に移動可能なレーキアーム（図示しない）を使用することができる。
【００４１】
続いて、断面データに基づいて、ターゲット面Ｔｇ内に特定された範囲にだけ電子ビームＥＢを照射する（電子ビーム照射ステップＳ１２）。このとき、制御装置３３により焦点コイル３１２および偏向コイル３１３が電磁的に制御されることにより、ターゲット面Ｔｇ内における特定範囲を電子ビームＥＢが高速で走査する。金属粉体２０１は、電子ビームＥＢが入射した位置で局所的に溶融し、電子ビームＥＢが通過した後に凝固する。
溶融する前の金属粉体２０１を予熱することもできる。
【００４２】
ターゲット面Ｔｇ内において特定された範囲の全域への電子ビームＥＢの照射を終えたならば、金属粉体２０１の溶融および凝固を経て、ターゲット面Ｔｇに層Ｌｙが形成されている。
そして、可動テーブル３６を層Ｌｙの厚みの分だけ下げて、完成した層Ｌｙをターゲット面Ｔｇから退避（オフセット）させるように移動させる（移動ステップＳ１３）。ターゲット面Ｔｇは、直前に形成された層Ｌｙの表面に設定されることとなる。
【００４３】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１３を、各層Ｌｙの積層が完了するまで繰り返す。積層された層Ｌｙは互いに密着した状態に結合されているため、インペラ１０が一体に成形される。
積層される複数の層Ｌｙの各々の厚みは一定である。各層Ｌｙの厚みは、例えば、１０μｍ〜５０μｍの範囲から、適宜な値に定められる。
造形物Ｗ（インペラ１０）の周囲や、流路１４および軸孔１１０の内側に相当する位置に供給された金属粉体２０１は、電子ビームＥＢが照射されていないため凝固していない。それらの金属粉体２０１を回収し、再度利用することができる。
以上により成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５の表面粗さＲａは、例えば、２５μｍ〜４０μｍ程度である。
本明細書において「表面粗さＲａ」は、JIS B 0601−2001に基づくものをいう。
【００４４】
次に、化学研磨工程Ｓ２により、流路１４の壁１５の表面１５Ａに要求される表面粗さＲａ以下にまで壁１５を研磨する。要求される表面粗さＲａは、例えば、１．５μｍ〜２．５μｍである。したがって、一例として、積層造形により成形された未研磨の壁１５の表面粗さＲａと、研磨後の壁１５の表面粗さＲａとの差は、例えば、３７．５μｍ以下である。
【００４５】
化学研磨工程Ｓ２では、図４に示すように、研磨液２１にインペラ１０が浸漬された状態で、ポンプ２３２を作動させる。すると、研磨液槽２２内の研磨液２１が圧送経路２３を通じて供給部２４へと至り、複数の流路１４にそれぞれ供給される。研磨液２１は、各流路１４内を流れ落ちて出口１４２から研磨液槽２２内へと流出する。以上のように研磨液２１が流れる回路が構成されていることにより、複数の流路１４内の研磨液２１には流動が与えられている。複数の流路１４のそれぞれにおいて、研磨液２１が流動しながら流路１４の壁１５の表面全体に接触しているので、研磨液２１の成分と流路１４の壁１５との酸化還元反応が壁１５の表面全域に亘り均一に進行し、壁１５の表面部分が溶解されて除去される。これをもって壁１５の表面部分が均一に研磨される。
【００４６】
研磨液２１の成分と壁１５との酸化還元反応に伴い、研磨液２１中に水素ガスの気泡が発生するが、研磨液２１の流れにより水素ガスの気泡が押し流されるので、水素ガスの壁１５への付着を避け、研磨液２１を流路１４の壁１５に均一に接触させることができる。そのため、流路１４の壁１５の表面にうねりが生じず、壁面が平滑化される。
また、研磨液２１の流れにより水素ガスの気泡が押し流されることで、壁１５への水素吸蔵を抑止することができる。
【００４７】
インペラ１０の流路１４が複雑な形状に構成されているとしても、インペラ１０の流路１４の壁１５の表面全域を研磨液２１に浸漬し、流路１４内の研磨液２１に流動が与えられていることにより、流路１４の奥も含め、壁１５の表面１５Ａ全体を研磨して平滑化することができる。
【００４８】
上述したように、熱溶融積層造形により成形された壁１５の表面粗さＲａは例えば、４０μｍ程度であり、鋳造や放電加工により成形されたインペラの流路の壁の表面粗さ（例えば２５μｍ程度）と比べて悪くない。
そのため、化学研磨工程Ｓ２により、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。
研磨液２１の成分や濃度、流速等にもよるが、研磨液２１に流動を与えながら壁１５に接触させる化学研磨工程Ｓ２を例えば１時間程度行うだけで、壁１５の表面粗さが要求値に到達する。
研磨による除去量が僅かであり、研磨を短時間で終えることができるため、流路１４内において研磨液２１の流速の速いところと遅いところとがあるとしても、研磨ムラが生じない。そのため摩擦損失を抑えることができる。
熱溶融積層造形以外の方法により成形されたインペラの流路の壁面を研磨して表面粗さの要求値にまで研磨する場合には、同様の条件で行う化学研磨の工程に長時間を要する。そのため、流路１４内において流速の速いところと遅いところとの研磨量の差が生じ易いので、研磨ムラが発生するおそれがある。
本実施形態によれば、熱溶融積層造形によりインペラ１０を成形するとともに、流動が与えられた研磨液２１に流路１４の壁１５の全域を浸漬させて化学研磨を行うことにより、熱溶融積層造形以外の方法により成形されたインペラの流路の壁を化学研磨する場合と比べて、インペラ１０の成形から、同じ表面粗さに研磨するまでの全体の製造効率を改善できる。そして、性能の優れたインペラ１０を低コストで提供できるという意義を有する。
【００４９】
本実施形態において、金属粉体２０１を溶融させる熱源として、電子ビームＥＢに代えて、レーザービームを用いることもできる。その場合は、積層造形装置３０に、電子ビーム発生源３１１に代えてレーザー発振器を備えればよい。
【００５０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るインペラ１０の製造について説明する。
第２実施形態（第３実施形態も）は、熱溶融積層造形により成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５を研磨する際に、流路１４内に流動を与える方法が第１実施形態とは相違する。その他は第１実施形態と同様である。
【００５１】
第２実施形態では、図６に示す化学研磨装置４０を用いて、インペラ１０の流路１４の壁１５を研磨する。
化学研磨装置４０は、研磨液２１を貯留し、インペラ１０を収容する研磨液槽４１と、インペラ１０を支持して軸周りに回転させる駆動装置４２とを備えている。
【００５２】
研磨液槽４１内で、インペラ１０は水平に配置され、流路１４の壁１５の全域が研磨液２１に浸漬されている。なお、流路１４内の研磨液２１に与えられる流動が妨げられない限り、インペラ１０が水平面に対して傾斜して配置されていてもよい。
駆動装置４２は、研磨液槽４１内に配置されたインペラ１０を図示しない治具とシャフト４２１とで支持し、軸周りに回転させる。このときの回転の向きは、遠心回転機械に組み込まれて使用されるインペラ１０の回転の向きと同じである（図１の矢印１０Ｒ参照）。
また、駆動装置４２は、遠心回転機械に組み込まれて使用されるときのインペラ１０の回転速度よりも低い速度でインペラ１０を回転させる。
【００５３】
インペラ１０が熱溶融積層造形により成形されたならば、化学研磨装置４０を用いて化学研磨工程を行う。
化学研磨工程では、研磨液槽４１内にインペラ１０を収容し、駆動装置４２により、インペラ１０を軸周りに、矢印１０Ｒの向きに回転させる。
研磨液槽４１内でインペラ１０が回転されるのに伴い、複数の流路１４の各々の入口１４１からそれぞれ研磨液２１が流路１４内に入り込み、流路１４内を流れて出口１４２から研磨液２１中に排出される。つまり、インペラ１０が使用時と同じ向きに回転されることで、入口１４１から出口１４２に向かう流動が流路１４内の研磨液２１に与えられる。
【００５４】
各流路１４において、研磨液２１が流動しながら流路１４の壁１５の表面全体に接触しているので、研磨液２１の成分と流路１４の壁１５との酸化還元反応が壁１５の表面全域に亘り均一に進行し、壁１５の表面部分が溶解されて除去される。
また、酸化還元反応に伴い発生した水素ガスが研磨液２１の流れにより押し流されるので、壁１５への水素ガスの付着により研磨が妨げられることを避けられるとともに、壁１５への水素吸蔵を抑止することができる。
【００５５】
第２実施形態の研磨方法によっても、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。研磨による除去量が僅かであり、研磨を短時間で終えることができるため、研磨ムラを生じさせないで摩擦損失を抑えることができる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るインペラ１０の製造について説明する。
第３実施形態では、図７に示す化学研磨装置５０を用いて、インペラ１０の流路１４の壁１５を研磨する。
化学研磨装置５０は、研磨液２１を貯留し、インペラ１０を収容する研磨液槽５１と、インペラ１０を支持して軸周りに回転させる駆動装置５２とを備えている。
【００５７】
第２実施形態とは異なり、インペラ１０は、軸線が水平方向に沿った姿勢で研磨液槽５１内に配置される。なお、流路１４の出口１４２から入口１４１に向かう研磨液２１の流れが妨げられない限り、インペラ１０の軸線が水平面に対して傾斜する向きでインペラ１０が配置されていてもよい。
【００５８】
研磨液槽５１内では、インペラ１０の半分程度が研磨液２１に浸漬されている。流路１４の入口１４１から出口１４２までを浸漬させるのに足りる液位にまで、研磨液槽５１内に研磨液２１が貯留されていればよい。
【００５９】
駆動装置５２は、研磨液槽５１内に配置されたインペラ１０を図示しない治具とシャフト５２１とで支持し、軸周りに回転させる。このときの回転の向きは、遠心回転機械に組み込まれて使用されるインペラ１０の回転の向きとは逆である（図７の矢印Ｒ参照）。
また、駆動装置５２は、遠心回転機械に組み込まれて使用されるときのインペラ１０の回転速度よりも低い速度でインペラ１０を回転させる。
【００６０】
インペラ１０が熱溶融積層造形により成形されたならば、化学研磨装置５０を用いて化学研磨工程を行う。
その化学研磨工程では、研磨液槽５１内にインペラ１０を収容し、駆動装置５２により、インペラ１０を軸周りに、矢印Ｒの向きに回転させる。
研磨液槽５１内でインペラ１０が回転されるのに伴い、流路１４の出口１４２から研磨液２１が流路１４内に入り込む。そして、研磨液２１は、ブレード１３の背側の面１３Ｂによりすくい上げられながら入口１４１に向けて流れ落ち（図７の矢印Ａを参照）、入口１４１から研磨液２１中に排出される。
【００６１】
上記のように流路１４の出口１４２から流路１４内に入り込んだ研磨液２１を流路１４の入口１４１に向けて流すことにより、研磨液２１が流路１４の壁１５の表面全体に接触するので、壁１５の表面部分が均一に溶解されて除去される。
また、酸化還元反応に伴い発生した水素ガスが研磨液２１の流れにより押し流されるので、壁１５への水素ガスの付着により研磨が妨げられることを避けられるとともに、壁１５への水素吸蔵を抑止することができる。
【００６２】
第３実施形態の研磨方法によっても、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。研磨による除去量が僅かであり、研磨を短時間で終えることができるため、研磨ムラを生じさせないで摩擦損失を抑えることができる。
【００６３】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係るインペラ１０の製造について説明する。
第４実施形態では、図８に示す製造手順により、インペラ１０を製造する。
まず、第１実施形態で説明したように、熱溶融積層造形による成形工程Ｓ１を実施し、成形工程Ｓ１により得られたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して無電解めっき工程Ｓ３を行う。無電解めっき工程Ｓ３の前に、必要な前処理を行うことができる。
【００６４】
無電解めっき工程Ｓ３では、流路１４の壁１５にめっき液を接触させ、めっき液中の金属イオンおよび還元剤の化学反応により金属イオンを壁１５上に金属として還元析出させることで無電解めっきを施す。無電解めっきには、流路１４の形状に倣った電極は必要ない。
無電解めっき工程Ｓ３により、流路１４の壁１５にめっき層が施される。このめっき層が例えば２．５μｍ〜５０μｍの厚みで施されていると、母材表面の微小な凹凸がめっき層の表面には表れない。そのため、母材表面よりも小さい表面粗さを得ることができる。
しかも、母材表面の微小な凹凸とめっき層とがアンカー効果により強固に接合される。
【００６５】
使用可能なめっき液としては、例えば、ニッケルおよびりんを含有するもの（Ni-Pめっき）、ニッケルおよびボロンを含有するもの（Ni-Bめっき）、ニッケル、りん、およびボロンを含有するもの（Ni-P-Bめっき）を挙げることができる。
使用するめっき浴の種類に応じて、耐摩耗性や耐腐食性を流路１４の壁１５に付与することができる。
【００６６】
インペラ１０の流路１４の壁１５に対して無電解めっきを行うために、第１〜第３実施形態で説明した装置２０，４０，５０を用いることができる。その場合、研磨液２１を貯留する研磨液槽を、めっき液を貯留するめっき浴に変えればよい。
装置２０，４０，５０のいずれを用いることによっても、流路１４の壁１５の表面全域をめっき液に浸漬し、かつ、流路１４内のめっき液に流動を与えることができるので、流路１４の壁１５の表面全域に亘り、めっき層を安定した品質で均一な厚みに形成することができる。
形成されためっき層の機械的特性（硬度等）を高めるため、熱処理を加えることもできる。
【００６７】
熱溶融積層造形により成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して無電解めっきを行うことによっても、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。
【００６８】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態に係るインペラ１０の製造について説明する。
第５実施形態では、図９に示す製造手順により、インペラ１０を製造する。
まず、第１実施形態で説明したように、熱溶融積層造形による成形工程Ｓ１を実施し、成形工程Ｓ１により得られたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して電気めっき工程Ｓ４を行う。
【００６９】
電気めっき工程Ｓ４では、インペラ１０をカソードとし、めっき材料からなる電極をアノードとして、両極間にめっき液中で電流を印加することにより、めっき液中の金属イオンを壁１５上に金属として還元析出させる電気めっきを行う。
電気めっき工程Ｓ４により、流路１４の壁１５にめっき層が例えば２．５μｍ〜５０μｍの厚みで施されると、母材表面の微小な凹凸がめっき層の表面には表れない。そのため、母材表面よりも小さい表面粗さを得ることができる。
しかも、母材表面の微小な凹凸とめっき層とがアンカー効果により強固に接合される。
【００７０】
使用可能なめっき液としては、例えば、ニッケルを含有するもの、クロムを含有するものを挙げることができる。
使用するめっき浴の種類に応じて、耐摩耗性や耐腐食性を流路１４の壁１５に付与することができる。
【００７１】
熱溶融積層造形により成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して電気めっきを行うことによっても、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。
【００７２】
〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態に係るインペラ１０の製造について説明する。
第６実施形態では、図１０に示す製造手順により、インペラ１０を製造する。
まず、第１実施形態で説明したように、熱溶融積層造形による成形工程Ｓ１を実施し、成形工程Ｓ１により得られたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して樹脂被膜を施す樹脂コーティング工程Ｓ５を行う。
【００７３】
樹脂コーティング工程Ｓ５では、インペラ１０を軸周りに回転させながら、流路１４内に液状の樹脂被膜材料を供給する（スピンコーティング）。そうすると、流路１４の壁１５の表面全域に亘り均一な厚みの被膜を形成することができる。樹脂コーティングには、流路１４の形状に倣った電極は必要ない。
樹脂コーティング工程Ｓ５により、流路１４の壁１５に樹脂被膜が例えば２．５μｍ〜５０μｍの厚みで施されていると、母材表面の微小な凹凸が樹脂被膜の表面には表れない。そのため、母材表面よりも小さい表面粗さを得ることができる。
しかも、母材表面の微小な凹凸と樹脂被膜とがアンカー効果により強固に接合される。
【００７４】
使用可能な樹脂材料としては、例えば、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル樹脂（中でも焼付アクリル）等を挙げることができる。
使用する樹脂材料の種類に応じて、耐摩耗性や耐腐食性を流路１４の壁１５に付与することができる。
熱溶融積層造形により成形されたインペラ１０の流路１４の壁１５に対して樹脂コーティングを行うことによっても、インペラ１０の流路１４の壁１５に要求される表面粗さＲａ以下に容易に到達させることができる。
【００７５】
上記各実施形態において、熱溶融積層造形によりインペラ１０を成形した後、流路１４の壁１５の表面に耐エロージョン性を付与する被膜を施すこともできる（耐エロージョン被膜形成工程）。かかる被膜は、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）を主として含むＷＣ系の複合材（サーメット）や、Ｃｒ３Ｃ２系複合材、アルミナ−チタニア（ＡｌＯ３−ＴｉＯ２）、酸化クロムセラミックス（Ｃｒ２Ｏ３）等を用いて、化学蒸着や物理蒸着の手法により形成することができる。そういった被膜が施されることで、流体に含まれる水滴や塵埃、異物等が衝突することによる流路壁面の摩耗、減肉、腐食（粒子エロージョン）を抑止することができる。
熱溶融積層造形後のインペラ１０の流路１４の壁１５の表面粗さが上述したように例えば２５μｍ〜４０μｍ程度であるため、インペラ１０の母材表面の微小な凹凸と、耐エロージョン性被膜とがアンカー効果により強固に接合される。
また、熱溶融積層造形後のインペラ１０の母材の表面粗さが例えば２５μｍ〜４０μｍ程度であることにより、母材表面を覆う耐エロージョン性被膜の表面粗さは例えば、１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度と小さい。そのため、この被膜の表面粗さを、流路１４の壁１５に要求される表面粗さに容易に到達させることができる。つまり、上述した熱溶融積層造形による成形工程と、上記各実施形態で説明しためっきまたはコーティングの工程との間に、耐エロージョン性を付与する被膜を施す工程を挟んでいてもよい。
【００７６】
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することが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０      インペラ
１０Ａ    回転軸
１０Ｒ    矢印
１１      ハブ
１１Ａ    表面
１２      シュラウド
１２Ａ    内側の面
１３      ブレード
１３Ａ    腹側の面
１３Ｂ    背側の面
１４      流路
１５      壁
１５Ａ    表面
２０      研磨装置
２１      研磨液
２２      研磨液槽
２３      圧送経路
２３Ａ    流入部
２３Ｂ    流出部
２４      供給部
３０      積層造形装置
３１      電子ビーム導路
３２      チャンバ
３３      制御装置
３４      ホッパ
３６      可動テーブル
４０      化学研磨装置
４１      研磨液槽
４２      駆動装置
５０      化学研磨装置
５１      研磨液槽
５２      駆動装置
１１０    軸孔
１４１    入口
１４２    出口
２０１    金属粉体
２３１    配管
２３２    ポンプ
２４１    内部空間
３１１    電子ビーム発生源
３１２    焦点コイル
３１３    偏向コイル
４２１    シャフト
５２１    シャフト
Ａ        矢印
ＥＢ      電子ビーム
Ｆ        矢印
Ｌｙ      層
Ｒ        矢印
Ｓ１      成形工程
Ｓ１１    粉体供給ステップ
Ｓ１２    電子ビーム照射ステップ
Ｓ１３    移動ステップ
Ｓ２      化学研磨工程
Ｓ３      無電解めっき工程
Ｓ４      電気めっき工程
Ｓ５      樹脂コーティング工程（被膜処理工程）
Ｔｇ      ターゲット面
Ｗ        造形物
【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】
2017179422.tif 000009
【図８】
2017179422.tif 000010
【図９】
2017179422.tif 000011
【図１０】
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