(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段バランス式消防ポンプ本体に回転可能に支承されたニッケルクロム鋼またはステンレス鋼で構成されたシャフトと、
前記シャフトに形成されたキー溝にキーによって固定され、回転自在に支承されたアルミニュームを主材料とするインペラと、
前記インペラの周囲に配設されたアルミニュームを主材料とするカバー部材と、前記インペラの半径方向外周に配設されたアルミニュームを主材料とするガイドベーンとを備え、
前記インペラは、低圧側インペラと高圧側インペラの二段構成であり、
前記インペラを水溶液中で膜厚１０μｍのセラミックスコーティング処理を行うと共に、前記インペラに表面塗装として２０μｍのカチオン電着塗装を行うことを特徴とする２段バランス式消防用ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消防用ポンプの軽量化を図るとともに、強度および耐蝕性を向上して製品寿命を確保した消防用ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、消防用ポンプは、火災現場での操作性、運搬容易性を想定して、軽量化が要望されております。
しかし、アルミニューム合金等を基材とした消防用ポンプは、耐久性、耐摩耗性等の問題から実現が難しく、多くは銅合金を基材とした消防用ポンプが使用されております。
また、消防用ポンプ以外では、アルミニューム合金等を基材としたポンプが広く使用されております。例えば、特許文献１には、シリンダおよびサイドブロックにアルミニューム合金を使用したベーンポンプが開示されております。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２５３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような構成の従来の消防ポンプにあっては、アルミニューム等の軽量金属を使用して消防用ポンプを製造した場合、その耐久性、耐摩耗性が問題となります。例えば、消防用ポンプの主要部品であるガイドベーン、低・高圧側カバー、給水管ライナー、低・高圧側インペラ、予圧羽根の材料にアルミニュームが使用されておりますが、低・高圧側インペラおよび予圧羽根を支持するとともに高速回転させるシャフトには、強度・剛性を確保するためにニッケルクロム鋼またはステンレス鋼が使用されております。
この為、シャフトと低・高圧側インペラおよび予圧羽根との嵌合部に於いて、異種金属間に生じる電位差により腐食が避けられなかった。
また、アルミニューム材料は、ニッケルクロム鋼またはステンレス鋼に比べて硬度が低く、嵌合部におけるキー溝の経年変化による隙間（ガタ）の発生の虞れも存在した。
本発明は、上記実情に鑑み提案されたもので、アルミニューム素材から成るインペラおよび予圧羽根等の表面にセラミックス被膜を形成し、表面硬度を高めるとともに、絶縁素材によって電位差による腐食を防止することのできる消防用ポンプ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】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は２段バランス式消防ポンプ本体に回転可能に支承されたニッケルクロム鋼またはステンレス鋼で構成されたシャフトと、前記シャフトに形成されたキー溝にキーによって固定され、回転自在に支承されたアルミニュームを主材料とするインペラと、前記インペラの周囲に配設されたアルミニュームを主材料とするカバー部材と、前記インペラの半径方向外周に配設されたアルミニュームを主材料とするガイドベーンとを備え、前記インペラは、低圧側インペラと高圧側インペラの二段構成であり、前記インペラを水溶液中で膜厚１０μｍのセラミックスコーティング処理を行うと共に、前記インペラに表面塗装として２０μｍのカチオン電着塗装を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、本発明は２段バランス式消防ポンプ本体に回転可能に支承されたニッケルクロム鋼またはステンレス鋼で構成されたシャフトと、前記シャフトに形成されたキー溝にキーによって固定され、回転自在に支承されたアルミニュームを主材料とするインペラと、前記インペラの周囲に配設されたアルミニュームを主材料とするカバー部材と、前記インペラの半径方向外周に配設されたアルミニュームを主材料とするガイドベーンとを備え、前記インペラは、低圧側インペラと高圧側インペラの二段構成であり、前記インペラを水溶液中で膜厚１０μｍのセラミックスコーティング処理を行うと共に、前記インペラに表面塗装として２０μｍのカチオン電着塗装を行うので、インペラおよび予圧羽根の表面硬度が向上し、嵌合部のキー溝に於ける経年変化によるガタ（隙間）の発生を防止することができる。また、インペラおよび予圧羽根の表面硬度が向上し、製造時において組み付けの際に表面処理被膜が削れたり剥がれることがない。また、消防用ポンプの耐用寿命、例えば、１８年の間、セラミックス被膜が摩耗に対して、充分耐えることができる。更に、セラミックス被膜の絶縁性により、アルミニュームを基材とするインペラおよび予圧羽根とシャフトとの間での異種金属間における電位差による腐食を防止することができる。更に、セラミックス被膜は、絶縁性を有するためにシャフト等の異種金属間における電位差による腐食を防止することができる。
また、本発明では、前記インペラ表面に２０μｍのカチオン電着塗装を行うので、着き回り性に優れ、インペラの様に複雑な形状の部品に適しており、被膜表面の平滑性も高く、機械加工面の表面粗さを反映する特性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る消防用ポンプの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、同消防用ポンプにおけるインペラ穴径とシャフト軸径との隙間を示す断面図である。
【図３】図３は、同消防用ポンプの塩水噴霧機による複合サイクル試験（ＣＣＴ）の手順を示す説明図である。
【図４】図４は、同消防用ポンプに使用されるインペラ本体とその試験サンプルを示す斜視図である。
【図５】図５は、同消防用ポンプにおける複合サイクル試験を終了したサンプルを切断した側面図および縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の消防用ポンプは、アルミニューム素材から成るインペラおよび予圧羽根等の表面にセラミックス被膜を形成し、表面硬度を高めるとともに絶縁素材によって構成したので、経年変化による隙間（ガタ）の発生を防止できるとともに、異種金属間の電位差による腐食を防止することができる。
【実施例１】
【００１４】
以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る消防用ポンプの一実施の形態を示す断面図である。ここで、消防用ポンプ１０は、ポンプ本体に回転可能に支承されたシャフト１１と、前記シャフト１１によって回転自在に支承されたアルミニュームを主材料とする低圧側インペラ１２と、高圧側インペラ１３と、前記低圧側インペラ１２の周囲に配設されたアルミニュームを主材料とする低圧側カバー部材１４と、高圧側カバー部材１５と、前記インペラ１２、１３の半径方向外周に配設されたアルミニュームを主材料とするガイドベーン１６と、アルミニュームを主材料とする給水管ライナー１７と、前記低圧側インペラ１２、高圧側インペラ１３の前段に配設されたアルミニュームを主材料とする予備羽根１８とを備えたものであって、前記インペラ１２、１３および予圧羽根１８の表面にセラミックス被膜１９が形成されている。
【００１５】
シャフト１１は、必要な強度、剛性を確保するためにニッケルクロム鋼またはステンレス鋼等で構成されており、軸受によってポンプ本体に回転可能に支承されている。ポンプ本体は、給水管ライナー１７、低圧側カバー部材１４、ガイドベーン１６、高圧側カバー部材１５等が複数のボルトによって一体的に結合されて構成されている。
【００１６】
低圧側インペラ１２および高圧側インペラ１３は、シャフト１１に形成されたキー溝２０にキー２１によってシャフトに固定され、その周囲は低圧側カバー部材１４、ガイドベーン１６、高圧側カバー部材１５で囲蔽されている。
また、予圧羽根１８もシャフト１１に形成されたキー溝２２にキー２３によってシャフトに固定されており、その周囲を低圧側カバー部材１４が囲蔽している。低圧側カバー部材１４の側部には、給水管ライナー１７が接続されており、ポンプに給水される構造となっている。
【００１７】
低圧側インペラ１２、高圧側インペラ１３および予圧羽根１８は、アルミニュームを主材料として製造されており、表面にセラミックス被膜１９が１０μｍの厚さに形成されている。また、表面硬度は、Ｈｖ１０００〜１２００となるようにセラミックス被膜を調製する。更に、セラミックス被膜は絶縁性を有している。
【００１８】
次に、以上のように構成された消防用ポンプ１０の耐久試験の方法および試験結果について説明する。先ず、評価項目として
１）ポンプシャフトへのインペラ圧入時に、表面処理が損傷しない強度を有しているか。
２）表面処理の膜厚は、製品寿命に達するのに適正であるか。
３）腐食の許容限度を設定し、腐食の進行の度合いから製品寿命を算出する。
図２に示すようにインペラ・ポンプシャフト嵌合部に腐食が発生し進行した場合、腐食による隙間がガタとなりインペラが中心軸から外れカバーと干渉を起こす。したがって、腐食の許容限界はインペラとカバーが干渉までとする。
【００１９】
図３は、本発明の消防用ポンプの塩水噴霧機による複合サイクル試験（ＣＣＴ）の手順を示す説明図である。ここで、塩水噴霧機による複合サイクル試験（ＣＣＴ）を実施した。試験条件は、ＪＡＳＯ  Ｍ６０９−９１に準じたもので試験サイクルは、図３に示すように先ず、塩水噴霧を２時間、温度３５℃、塩水濃度５％の条件で実施する。次に、温度６０℃、湿度３０％の条件で４時間乾燥する。続いて、温度５０℃、湿度９５％の条件で２時間湿潤する。以上の工程、合計８時間を１サイクルとする。この複合サイクル試験は、塩水噴霧試験に対し乾燥、湿潤の加わる過酷条件となり、実環境の暴露に近い状態で腐食を短時間で促進することができる。
【００２０】
次に、腐食の計測結果と隙間拡大予測について表１に従って説明する。表１は、インペラ・シャフト嵌合部の隙間の計測結果と、それによる隙間拡大の傾向予測を示すものである。測定箇所は、図５に示すように試験サンプル２４を軸方向に切断し、その切断面を観察し腐食によって生じた隙間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の３箇所測定した。また、インペラにアルマイト処理をした例と本発明のセラミックスコーティング処理を行った例の比較を示し、試験終了時点での隙間の値から、嵌合時の隙間の値（嵌合公差の範囲）とを結び時系列方向へ延長した。隙間の許容限界に到達するまでの時間は、アルマイト処理では２．６〜２．８年（平均２．７年）、セラミックスコーティング処理では、６．４〜９．３年（平均７．５年）であった。
【００２１】
【表１】
0005458356.tif 000002
【００２２】
図４は、本発明の消防用ポンプに使用されるインペラ本体とその試験サンプルを示す斜視図である。試験サンプル２４は、インペラ中央のボス部２５にシャフト２６とキー２７を圧入した部品を用意し、シャフト用キー２７はアルミニュームに対し、より電位差の大きいステンレス（ＳＵＳ）材を使用した。インペラ中央部２８の部品には、表面処理が異なる２種類をコーティングし、それぞれにシャフトキーを圧入した状態とする。サンプル１では、耐食・硬化処理として硬質アルマイトを５〜８μｍの膜厚に形成し、硬度を３５０〜４５０Ｈｖとし、表面塗装を２０μｍの膜厚のカチオン電着塗装とした。また、サンプル２では、耐食・硬化処理としてセラミックスコーティングを１０μｍの膜厚に形成し、硬度を８００〜１２００Ｈｖとし、表面塗装を２０μｍの膜厚のカチオン電着塗装とした。今回セラミックスコーティングは、水溶液中の処理であり着き回り性に優れ、インペラの様に複雑な形状の部品に適しており、被膜表面の平滑性も高く、機械加工面の表面粗さを反映する特性を有している。
【００２３】
腐食における実環境との相関関係は、複合サイクル試験にて許容限界に設定した隙間の値に達するには、表２に示すようにアルマイト処理で約２．７年、セラミックスコーティング処理で約７．５年となりアルマイト処理と比べ約２．８倍の製品寿命となった。しかし、複合サイクル試験の環境は平均的な消防自動車用ポンプの使用環境に比べて過酷であり、この年数を製品寿命と推定する事は妥当でない。したがって、ＩＳＯ規格の大気環境を引用し、腐食性をＣ１（非常に小さい）〜Ｃ５（非常に大きい）までの５段階で区別すると、表３に示すように複合サイクル試験の環境はＣ５に相当すると考えられる。腐食環境係数は、Ｃ１で１倍、Ｃ２で２倍、Ｃ３で３倍、Ｃ４で４倍、Ｃ５で５倍である。また、国内の腐食区分は、沿岸部を含め大半がＣ２（小さい）またはＣ３（普通）に分類される。消防自動車の殆どが屋内保管され、使用・整備の状態を考慮すると、その使用環境はＣ２に相当すると考えられる。試験結果と実環境との相関を時系列における隙間の拡大を換算し表２に示す。
【００２４】
【表２】
0005458356.tif 000003
【００２５】
【表３】
0005458356.tif 000004
【００２６】
表２に示すように、アルマイト処理の場合、腐食性区分Ｃ５（複合サイクル試験）で約２．７年、腐食性区分Ｃ２（実環境）で約６．７年となった。
また、セラミックスコーティング処理の場合、腐食性区分Ｃ５（複合サイクル試験）で約７．５年、腐食性区分Ｃ２（実環境）で約１８．８年となり、消防用ポンプに求められる寿命１８年に充分耐えることが判明した。
【００２７】
なお、上記説明は、タービンポンプ等の消防用ポンプについて説明したが、他の形式のアルミニューム素材を使用した遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ、ボリュートポンプ、ベーンポンプ等に適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０    消防用ポンプ
１１    シャフト
１２    低圧側インペラ
１３    高圧側インペラ
１４    低圧側カバー部材
１５    高圧側カバー部材
１６    ガイドベーン
１７    給水管ライナー
１８    予圧羽根
１９    セラミックス被膜
２０    キー溝
２１    キー
２２    キー溝
２３    キー
２４    試験サンプル
２５    ボス部
２６    シャフト
２７    キー
２８    インペラ中央部
２９    ライナーリング部
【図１】
0005458356.tif 000005
【図２】
0005458356.tif 000006
【図３】
0005458356.tif 000007
【図４】
0005458356.tif 000008
【図５】
0005458356.tif 000009