(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理施設で使用され、トルクチューブの両端にフランジ部が形成されていない筒状の円筒接合部が結合された撹拌軸と、
軸方向に所定の間隔で前記撹拌軸に配設されるアームフランジと、
前記アームフランジに連結され放射状に延在するアームと、
径方向に複数配設され前記アームを懸架するよう結合される撹拌翼と、を備え、
前記トルクチューブは、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維がフィラメントワインディング成形により前記撹拌軸の軸中心に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲で配列された強化繊維樹脂層であるトルク伝達層と、前記トルク伝達層より外径側で炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維がフィラメントワインディング成形により前記撹拌軸の軸中心に対し＋−６７．６度乃至＋−８９度の範囲で配列された強化繊維樹脂層である保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であり、
前記円筒接合部は、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維が所定配向角で配列された強化繊維樹脂層であるトルク伝達層と前記トルク伝達層より外径側の保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であることを特徴とする撹拌機。
【請求項２】
前記トルク伝達層における強化繊維には少なくとも炭素繊維及びガラス繊維が含まれ、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）が２／１３乃至１であることを特徴とする請求項１に記載の撹拌機。
【請求項３】
前記保護層における強化繊維はガラス繊維のみであることを特徴とする請求項１又は２に記載の撹拌機。
【請求項４】
前記円筒接合部が前記トルクチューブと一体で成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撹拌機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理施設で使用される撹拌機に関する。
【背景技術】
【０００２】
撹拌機は、水処理施設で使用される大型設備であり、撹拌機が水中に設置されていることによる維持管理の煩雑さを軽減するため、及び軸受の摩耗による交換頻度の減少を目的とした軽量化のため、本出願人は撹拌機に炭素繊維を含むガラス繊維強化樹脂を用いることを提案している（下記特許文献１参照）。
【０００３】
撹拌機は、混和池で投入された凝集剤により生成されたフロックを、撹拌軸を回転させて撹拌軸に配設されているアームフランジに連結し径方向に延在するアームを懸架するように結合される撹拌翼で大きく成長させるためのものであり、撹拌効率を上げるため、撹拌軸のトルクチューブに結合された円筒接合部を他のトルクチューブに結合されている円筒接合部と雄螺子で結合することで、撹拌軸を複数連結し撹拌能力を確保している。トルクチューブを強化繊維樹脂で成形した場合、駆動トルクが増大すると撹拌軸の軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性が不足するとの不具合があった。
【０００４】
また、トルクチューブを強化繊維樹脂で成形した場合、トルクチューブの耐カット性が劣り、撹拌軸の耐久性の向上が望まれていた。「耐カット性」とは、トルクチューブ等が外力（外部から物が当たった場合等）を受けた場合に、外傷が発生することに対する抵抗力という意味であり、耐カット性が高い場合には、外傷が発生し難く、耐カット性が低い場合には、外傷が発生し易すい。
【０００５】
また、撹拌機は大型設備であるので現地にて組み立てが行われており、施工時の取り扱いの観点より撹拌軸の小径化が望まれていた。
【０００６】
更に、図６に示す通り、従来、トルクチューブ１１０の端部に結合された円筒接合部１００は、接合部本体１０１とフランジ部１０２とで形成されていたので、接合部本体１０１とフランジ部１０２との境界部１０３において強化繊維１２０に屈曲部１２１が形成され、屈曲部１２１に応力が集中しねじれ耐性が不足する不具合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４９１２３６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述の不具合点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、駆動トルクを増大しても軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性が不足しない撹拌軸を備えた撹拌機を提供することである。
【０００９】
また別の目的とするところは、撹拌軸の耐カット性を改良し、耐久性が向上した撹拌軸を備えた撹拌機を提供することである。
【００１０】
また別の目的とするところは、施工時の取り扱いが容易である小径化された撹拌軸を備えた撹拌機を提供することである。
【００１１】
また別の目的とするところは、強化繊維に応力集中が生じない円筒接合部を備えた撹拌機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る撹拌機は、水処理施設で使用され、トルクチューブの両端にフランジ部が形成されていない筒状の円筒接合部が結合された撹拌軸と、軸方向に所定の間隔で前記撹拌軸に配設されるアームフランジと、前記アームフランジに連結され放射状に延在するアームと、径方向に複数配設され前記アームを懸架するよう結合される撹拌翼と、を備え、前記トルクチューブは、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維がフィラメントワインディング成形により前記撹拌軸の軸中心に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲で配列された強化繊維樹脂層であるトルク伝達層と、前記トルク伝達層より外径側で炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維がフィラメントワインディング成形により前記撹拌軸の軸中心に対し＋−６７．６度乃至＋−８９度の範囲で配列された強化繊維樹脂層である保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であり、前記円筒接合部は、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維が所定配向角で配列された強化繊維樹脂層であるトルク伝達層と前記トルク伝達層より外径側の保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る撹拌機は、請求項１に記載の撹拌機であって、前記トルク伝達層における強化繊維には少なくとも炭素繊維及びガラス繊維が含まれ、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）が２／１３乃至１であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係る撹拌機は、請求項１又は２に記載の撹拌機であって、前記保護層における強化繊維はガラス繊維のみであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る撹拌機は、請求項１乃至３のいずれかに記載の撹拌機であって、前記円筒接合部が前記トルクチューブと一体で成形されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成を備えた本発明の撹拌機においては、トルクチューブは、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維が所定配向角で配列された強化繊維樹脂層であるトルク伝達層と保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であるので、トルクチューブの軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性について、バランス良く最適範囲に設定することができると共に、小径化できるので施工時の取り扱いを容易にすることができる。更に、トルクチューブは、トルク伝達層より外径側に保護層を積層した筒状の積層体であるので、耐カット性に優れた保護層がトルク伝達層を保護し耐久性を向上させることができる。
【００１８】
更に本発明の撹拌機においては、円筒接合部は、炭素繊維及び／又はガラス繊維を含む強化繊維が所定配向角で配列されたトルク伝達層と保護層とを少なくとも積層した筒状の積層体であり、上述のトルクチューブと同様の効果の他に、円筒接合部にフランジ部が形成されていないので、強化繊維への応力の集中箇所を無くすことができ、ねじれ耐性を向上させることができる。
【００１９】
更に本発明の撹拌機においては、トルク伝達層における強化繊維の所定配向角が、撹拌軸の軸中心に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲であり、保護層における強化繊維の所定配向角が、撹拌軸の軸中心に対し＋−６０度乃至＋−８９度の範囲に設定されているので、軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性をより一層バランス良く最適範囲に設定することができると共に、より一層小径化することができ、施工時の取り扱いをより容易にすることができる。更に、保護層の耐カット性が向上するので、耐久性をより一層向上することができる。
【００２０】
更に本発明の撹拌機においては、トルク伝達層における強化繊維には少なくとも炭素繊維及びガラス繊維が含まれ、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）が２／１３乃至１であるので、軸方向に対するねじれ耐性について、製造コストを考慮した最適範囲に設定することができる。
【００２１】
更に本発明の撹拌機においては、保護層における強化繊維はガラス繊維のみで成形されているので、耐カット性が更に優れた保護層がトルク伝達層を保護することにより、耐久性をより一層向上することができる。
【００２２】
更に本発明の撹拌機においては、円筒接合部がトルクチューブと一体で成形されているので、成形時の生産性を向上することができると共に、円筒接合部をピン及び接着剤でトルクチューブと結合することを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る撹拌機の概略説明図
【図２】本発明に係る強化繊維樹脂層で積層されたトルクチューブを展開した説明図
【図３】本発明に係る円筒接合部の強化繊維の状態を説明した拡大説明図
【図４】配向角と、ねじれ耐性・たわみ耐性との関係を表したグラフ
【図５】（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）と、ねじれ耐性及び製造コストとの関係を表したグラフ
【図６】従来例の円筒接合部の強化繊維の状態を説明した拡大説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、この発明の実施形態に係る撹拌機について、例示して説明する。但し、この発明の範囲は、この実施の形態に記載されている内容に限定する趣旨のものではない。
【００２５】
図１は本発明に係る撹拌機の概略説明図、図２は本発明に係る強化繊維樹脂層で積層されたトルクチューブを展開した説明図、図３は本発明に係る円筒接合部の強化繊維の状態を説明した拡大説明図である。
【００２６】
本発明に係る撹拌機１は、図１に示す通り、撹拌軸１０と、アームフランジ３０と、アーム４０と、撹拌翼５０とを備えている。
【００２７】
アームフランジ３０は、軸方向に所定間隔で後述するトルクチューブ１１に複数配設されている。アームフランジ３０は、強化繊維樹脂で成形されていて、強化繊維樹脂に使用される強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ステンレス繊維、チタン繊維、アルミニウム繊維、ボロン系繊維、ＣＶＤ繊維等が含まれる。
【００２８】
アーム４０は、各アームフランジ３０に複数が周方向等間隔で連結し、各アーム４０は放射状に延在している。アーム４０は、強化繊維樹脂で成形されていて、強化繊維樹脂に使用される強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ステンレス繊維、チタン繊維、アルミニウム繊維、ボロン系繊維、ＣＶＤ繊維等が含まれる。
【００２９】
撹拌翼５０は、径方向に所定間隔で複数配設され、各撹拌翼５０は、複数のアーム４０を懸架するように雄螺子にてアーム４０と結合している。撹拌翼５０は、強化繊維樹脂で成形されていて、強化繊維樹脂に使用される強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ステンレス繊維、チタン繊維、アルミニウム繊維、ボロン系繊維、ＣＶＤ繊維等が含まれる。
【００３０】
撹拌軸１０は、筒状のトルクチューブ１１の両端に筒状の円筒接合部２０が雄螺子にて結合されていて、その円筒接合部２０が、両隣のトルクチューブ１１に結合されている円筒接合部２０と雄螺子にて連結することで、複数の撹拌軸１０が連結される。撹拌軸１０は、軸受６０により支持され回転するようになっている。尚、円筒接合部２０は、トルクチューブ１１に嵌合により結合させても良い。
【００３１】
トルクチューブ１１及び円筒接合部２０は、１〜数十本引き揃えられた強化繊維に樹脂を含浸させながら、成形品としてのトルクチューブ１１及び円筒接合部２０における強化繊維が撹拌軸の軸中心に対して配向角αで配列されるように設定した巻角度で、テンションを掛けて回転する金型に所定の厚さまで巻き付けるフィラメントワインディングにより成形された強化繊維樹脂層が複数積層された積層体である。使用される強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ステンレス繊維、チタン繊維、アルミニウム繊維、ボロン系繊維、ＣＶＤ繊維等が含まれる。
【００３２】
配向角αとは、図２に示す通り、積層体２３であるトルクチューブ１１及び円筒接合部２０を形成している強化繊維樹脂層２２における強化繊維２１が、撹拌軸１０の軸中心１２と成す角度であって、軸中心１２を０度として、軸中心１２を基準として時計回り方向を＋、反時計回り方向を−とした場合の角度である。尚、フィラメントワインディングにより成形した場合、一般的には、積層体２３の配向角αは、成形時に回転する金型へ巻き付けるときに設定した巻角度となる。
【００３３】
強化繊維樹脂層２２が積層された積層体２３であるトルクチューブ１１及び円筒接合部２０は、強化繊維樹脂層２２であるトルク伝達層２２Ａと、トルク伝達層２２Ａより外径側で最外層に配設される強化繊維樹脂層２２である保護層２２Ｂと、を少なくとも含んでいる。図２では、トルク伝達層２２Ａが１層積層され、保護層２２Ｂがトルク伝達層２２Ａの外径側の最外層に１層積層され、トルク伝達層２２Ａの内径側には、その他の層２２Ｃが１層積層されている状態を示している。トルク伝達層２２Ａ、保護層２２Ｂは、両方共に少なくとも１層あれば良いが、例えば、トルク伝達層２２Ａが２層以上積層されていても良い。また、その他の層２２Ｃは、なくても良い。
尚、強化繊維樹脂層２２が１層とは、強化繊維樹脂層２２を形成する強化繊維２１の配向角αが同一の角度で配列されている場合をいい、強化繊維２１が複数段重なっていても強化繊維２１の配向角αが同一角度であれば強化繊維樹脂層２２は１層である。従って、例えば、トルク伝達層２２Ａが３層である場合、間に挟まれているトルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１の配向角αは、それを挟んでいる上下のトルク伝達層２２Ａの配向角αとは異なっている。
【００３４】
トルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１の配向角αは、撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲に設定するのが好適である。配向角αが＋−２２．５度以下であるとねじれ耐性が低くなり、配向角αが＋−６７．５度以上であるとねじれ耐性とたわみ耐性共に低くなるためである。
【００３５】
保護層２２Ｂにおける強化繊維２１の配向角αは、撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−６０度乃至＋−８９度の範囲に設定するのが好適である。配向角αが＋−６０度以下であると繊維体積比率をより高めることが困難であり、配向角αが＋−８９度以上であると積層が困難であるためである。
【００３６】
トルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１には、少なくとも炭素繊維及びガラス繊維が含まれ、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）が２／１３乃至１の範囲に設定するのが好適である。（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）を２／１３より小さくすると、ねじれ耐性が低くなりトルク伝達層としての機能を維持できなくなるためであり、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）を１より大きくすると、製造コストが高くなるためである。ここで、繊維体積比率とは、強化繊維樹脂層２２を形成する炭素繊維又はガラス繊維の体積が、強化繊維樹脂層２２全体の体積に対して占める比率をいう。尚、トルク伝達層２２Ａは、強化繊維２１に炭素繊維のみを使用して実施しても良い。
【００３７】
保護層２２Ｂは、強化繊維２１にガラス繊維のみを使用して実施するのが好適である。ガラス繊維のみにすることで、異物と接触するときの耐カット性に優れ、トルク伝達層２２Ａを保護するのに最適だからである。保護層２２Ｂの強化繊維２１にカーボン繊維のみを使用するより耐カット性に優れ、製造コストも低く抑えることができる。
【００３８】
尚、円筒接合部２０については、フィラメントワインディングにより成形する他、プルワインド、ハンドレイアップ、プリプレグにより成形しても良い。
【００３９】
以上の通り、トルクチューブ１１及び円筒接合部２０は、強化繊維２１が配向角αで配列された強化繊維樹脂層２２であるトルク伝達層２２Ａと保護層２２Ｂを積層した積層体２３であるので、小径化することが可能となり施工時の取り扱いを容易にすることが可能となる。
【００４０】
更に、トルクチューブ１１及び円筒接合部２０のトルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１の配向角αが、撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲に設定されているので、軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性をバランス良く最適範囲に設定することが可能となる。更に、保護層２２Ｂにおける強化繊維２１の配向角αは、撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−６０度乃至＋−８９度の範囲に設定されているので、保護層２２Ｂの軸方向に対するねじれ耐性を低いレベルで維持しつつ耐カット性を上げて、トルクチューブ１１の耐久性を向上することが可能となる。
【００４１】
更に、トルクチューブ１１及び円筒接合部２０のトルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１には少なくとも炭素繊維及びガラス繊維が含まれ、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）が２／１３乃至１の範囲に設定されているので、製造コストを考慮して、トルク伝達層２２Ａの軸方向に対するねじれ耐性を最適範囲に設定することが可能となる。
【００４２】
更に、トルクチューブ１１及び円筒接合部２０の保護層２２Ｂにおける強化繊維２１は、ガラス繊維のみを使用しているので、異物と接触するときの耐カット性に優れ、トルク伝達層２２Ａを保護する機能を最大限発揮することが可能となる。
【００４３】
更に、図３に示す通り、円筒接合部２０は筒状であり、トルク伝達層２２Ａと保護層２２Ｂが積層された積層体２３であるので、円筒接合部２０をトルクチューブ１１と一体で成形とすることが可能となり、成形時の生産性を向上することができると共に、円筒接合部２０をピン及び接着剤でトルクチューブ１１に結合することを不要とすることが可能となる。更に、円筒接合部２０は筒状でありフランジ部が形成されないので、強化繊維２１の屈曲部を無くすことができ、強化繊維への応力の集中箇所を無くし、ねじれ耐性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１          撹拌機
１０        撹拌軸
１１        トルクチューブ
１２        軸中心
２０        接合部
２１        強化繊維
２２        強化繊維樹脂層
２２Ａ      トルク伝達層
２２Ｂ      保護層
２２Ｃ      その他の層
２３        積層体
３０        アームフランジ
４０        アーム
５０        撹拌翼
６０        軸受
α          配向角
【要約】
【課題】駆動トルクを増大しても軸方向に対するねじれ耐性及びたわみ耐性が不足しないで、しかも外傷が受け難く耐久性が向上した撹拌軸を備えた撹拌機を提供することである。
【解決手段】撹拌軸１０のトルクチューブ１１は、強化繊維樹脂層２２であるトルク伝達層２２Ａと保護層２２Ｂを少なくとも積層した筒状の積層体２３とし、トルク伝達層２２Ａの強化繊維２１の配向角αを撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−２２．５度乃至＋−６７．５度の範囲に、保護層２２Ｂの強化繊維２１の配向角αを撹拌軸１０の軸中心１２に対し＋−６０度乃至＋−８９度の範囲に設定し、更に、トルク伝達層２２Ａにおける強化繊維２１に炭素繊維とガラス繊維を含め、（炭素繊維の繊維体積比率）／（ガラス繊維の繊維体積比率）を２／１３乃至１の範囲に設定した。
【選択図】図２【図１】
0005583260.tif 000002
【図２】
0005583260.tif 000003
【図３】
0005583260.tif 000004
【図４】
0005583260.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005583260.tif 000007