(57)【要約】【課題】耐キャビテーションエロージョン性に優れ、かつ部材の軽量化や現地での容易な補修を実現する水力機械用樹脂組成物を得る。【解決手段】実施形態における水力機械用樹脂組成物は、ポリアミド樹脂と、有機化ベントナイトとを混合してなる水力機械用樹脂組成物であって、前記有機化ベントナイトは、前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアミド樹脂と、
第四級アンモニウムカチオンを変性させた有機化ベントナイトとを混合してなる水力機械用樹脂組成物であって、
前記有機化ベントナイトは、
前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である
水力機械用樹脂組成物。
【請求項２】
水力機械用樹脂組成物の製造方法であって、
ポリアミド樹脂のペレットを乾燥させ、
第四級アンモニウムカチオンを変性させた有機化ベントナイトであって、前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下の有機化ベントナイトを前記ポリアミド樹脂に混合する
水力機械用樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】
ポリアミド樹脂と有機化ベントナイトとを混合してなる水力機械用樹脂組成物でコーティングされた水力機械用部材であって、
前記有機化ベントナイトは、
前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である
水力機械用樹脂組成物。
【請求項４】
ポリアミド樹脂と有機化ベントナイトとを混合してなる水力機械用樹脂組成物をマトリックス樹脂とする水力機械用複合材料であって、
前記有機化ベントナイトは、
前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である
水力機械用複合材料。
【請求項５】
ポリアミド樹脂と有機化ベントナイトとを混合してなる水力機械用樹脂組成物をマトリックス樹脂とする水力機械用複合材料を含む水力機械用部材であって、
前記有機化ベントナイトは、
前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である
水力機械用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力機械用樹脂組成物、水力機械用樹脂組成物の製造方法、水力機械用部材、水力機械用複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車、ポンプ、タービンなど、水力機械であるターボ機械においては、キャビテーションエロージョン（Cavitation erosion）の発生による部材表面、特に金属部材の表面の損傷が問題となる。特に水車ランナやポンプの翼面、あるいはケーシングの部位にキャビテーションエロージョンが発生して材料表面が粗面化するとターボ機械としての効率を低下させる要因となる。
【０００３】
このキャビテーションエロージョンを抑制するための手法としては、金属の組成や加工方法を改良する手法、あるいはフレーム溶射などによって金属材料表面にセラミックス層を形成させる手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７２８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６１０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した金属の組成や加工方法を改良する手法では、元の構造となるランナ部材が金属であり、重量が大である。また、フレーム溶射などを用いる場合においては、現地での施工等が困難である。これらの理由により、従来の手法では、部材表面を短期間かつ容易に補修可能でない等の問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、耐キャビテーションエロージョン性に優れ、かつ部材の軽量化や現地での容易な補修を実現する水力機械用樹脂組成物、水力機械用樹脂組成物の製造方法、水力機械用部材、水力機械用複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態における水力機械用樹脂組成物は、ポリアミド樹脂と、第四級アンモニウムカチオンを変性させた、前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下の有機化ベントナイトとを混合してなり、前記有機化ベントナイトは、前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下である。
【０００８】
実施形態における水力機械用樹脂組成物の製造方法は、第１に、ポリアミド樹脂のペレットを乾燥させ、第２に、第四級アンモニウムカチオンを変性させた有機化ベントナイトであって、前記ポリアミド樹脂に対して１質量％以上かつ３質量％以下の有機化ベントナイトを前記ポリアミド樹脂に混合する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐キャビテーションエロージョン性に優れ、かつ部材の軽量化や現地での容易な補修を実現する水力機械用樹脂組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における水力機械用樹脂組成物の一例を示す図。
【図２】実施形態における水力機械用樹脂組成物の耐キャビテーションエロージョン特性の試験の一例について説明する図。
【図３】実施形態における水力機械用樹脂組成物の耐キャビテーションエロージョン特性の試験結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照してこの発明に係る実施形態を説明する。
図１は、実施形態における水力機械用樹脂組成物の一例を示す図である。
図１に示すように、実施形態における水力機械用樹脂組成物１０は、ポリアミド（Polyamide）樹脂１をベースとして、このポリアミド樹脂１に有機化ベントナイト（Bentonite）２を含む樹脂組成物である。有機化ベントナイト２は、第四級アンモニウムカチオン（Ammonium cation）を変性させたものである。
【００１２】
ポリアミド樹脂１は、アミド基を必須成分として含有する高分子化合物であれば適宜に使用可能であり、その種類は特に限定するものではなく、使用環境温度に応じてその分子量などを選定すれば良い。
上記のポリアミド樹脂１の具体例としては、例えば、東レ株式会社製のナイロン樹脂であるアミラン（登録商標）（amilan）や、デュポン株式会社製のザイテル（登録商標）（ZYTEL）などが好ましい。
【００１３】
また、上記の有機化ベントナイト２の具体例としては、クニミネ工業株式会社製のクニピア（登録商標）（kunipia）や、株式会社ホージュン製のエスベン（登録商標）（S-BEN）などが好ましい。
【００１４】
本実施形態における水力機械用樹脂組成物１０は、例えば以下のようにして作成される。
まず、ポリアミド樹脂１（ここでは東レ株式会社製のアミラン）のペレットを乾燥させて、このペレットの吸着水分を蒸発させる。
その後、ペレットへの酸化防止剤等の付与を適宜行い、第四級アンモニウムカチオンを変性させた有機化ベントナイト２（ここでは株式会社ホージュン製のエスベンＺ）をスクリュー型混練機によって混合することで、混練処理を行なう。この混練処理は、有機化ベントナイト２の粒子の分散度を考慮して数回実施されても良い。
【００１５】
その後、混練後の混練物に対するペレタイズ（Pelletize）処理を行うことで、ペレットを得る。このペレットを用い、射出成形によって厚さ４ｍｍの成形板を水力機械用樹脂組成物１０として成形する。
【００１６】
次に、この成形板の特性評価のためキャビテーション試験について説明する。
水力機械用樹脂組成物の試験体の従来例Ａとして、エポキシ樹脂をマトリックスとするＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を用いた。また、水力機械用樹脂組成物の試験体の従来例Ｂとして、ポリアミド樹脂のみの材料を用いた。
【００１７】
また、実施形態における水力機械用樹脂組成物１０の第１試験体として、ポリアミド樹脂１に対して１質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体を用いた。
また、実施形態における水力機械用樹脂組成物１０の第２試験体として、ポリアミド樹脂１に対して３質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体を用いた。
また、実施形態における水力機械用樹脂組成物１０の第３試験体として、ポリアミド樹脂１に対して５質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体を用いた。
【００１８】
図２は、実施形態における水力機械用樹脂組成物の耐キャビテーションエロージョン特性の試験の一例について説明する図である。
図２に示すように、実施形態における水力機械用樹脂組成物１０の耐キャビテーションエロージョン特性の試験を行なうための試験装置では、容器１１内に水力機械用樹脂組成物１０の試験体配置用のケーシング２１を配置し、このケーシング２１の上面に試験体２２が配置される。この試験体２２は、例えば３０×３０×４ｍｍの平板である。
【００１９】
ケーシング２１の上面には、試験サンプル用固定治具２３も配置される。この配置された試験サンプル用固定治具２３は、試験体２２の周囲を覆い、この試験体２２を固定する。
また、容器１１内には、ケーシング２１および試験体２２の全体を覆う試験液３１が充填される。この試験液３１の媒質は、例えばイオン交換水や水道水である。
【００２０】
上記の試験体２２の上面は、超音波発振器の振動ホーン４１の先端の振動試験片４２と対向するように配置される。試験体２２と振動試験片４２との間には試験液３１が充填されている。振動ホーン４１は鉛直方向Ａ１に沿って移動させることで、振動試験片４２の先端と試験体２２の上面との間の距離ｄを調節可能である。
【００２１】
上記の配置において、振動試験片４２を周波数１８ｋHz、振幅３０μｍ（ｐ−ｐ）にて振動させることで試験液３１内に気泡を発生させ、この気泡を振動試験片４２から試験体２２への方向Ａ２に沿って試験体２２の上面に衝突させることで、試験体２２の耐キャビテーションエロージョン特性の試験を実施した。ここでは、試験液３１の媒質は水道水であり、試験雰囲気温度は室温であり、試験時間は６時間であるとする。
【００２２】
試験の前後で、試験体２２を乾燥させた状態で測定した当該試験体２２の質量と、試験体２２の比重より、試験体２２の減肉量（Volume loss）を算出することができる。
【００２３】
図３は、実施形態における水力機械用樹脂組成物の耐キャビテーションエロージョン特性の試験結果の一例を示す図である。
図３に示すように、上記の試験では、水力機械用樹脂組成物の試験体の従来例ＡであるＣＦＲＰの減肉量は２３立方ミリメートルであって、水力機械用樹脂組成物の試験体の従来例Ｂであるポリアミド樹脂のみの材料の減肉量は１１立方ミリメートルであった。
【００２４】
一方、上記の試験による、実施形態の水力機械用樹脂組成物１０の第１試験体（ポリアミド樹脂１に対して１質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体）の減肉量は３．６立方ミリメートルであった。
【００２５】
また、上記の試験による、実施形態の水力機械用樹脂組成物１０の第２試験体（ポリアミド樹脂１に対して３質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体）の減肉量は３．５立方ミリメートルであった。
【００２６】
また、上記の試験による、実施形態の水力機械用樹脂組成物１０の第３試験体（ポリアミド樹脂１に対して５質量％の有機化ベントナイト２を含む水力機械用樹脂組成物の試験体）の減肉量は４．４立方ミリメートルであった。
【００２７】
以上説明したように、実施形態における水力機械用樹脂組成物である、ポリアミド樹脂１に対して有機化ベントナイト２を１質量％以上かつ３質量％以下の範囲で含む水力機械用樹脂組成物１０は、耐キャビテーションエロージョンについて好適な特性を示す。この結果、かつ部材の軽量化や現地での水力発電機器の補修が容易となる。
【００２８】
また、上記のように、実施形態における水力機械用樹脂組成物である、優れた耐キャビテーションエロージョン性を有する水力機械用樹脂組成物１０は、水車ポンプ用部材用のコーティング材料として好適に用いることができる。
【００２９】
また、上記の水力機械用樹脂組成物１０をマトリックス樹脂とする、水車ポンプ用ランナ材用の複合材料を成形し、この複合材料を含むポンプ用ランナ部材を成形することにより、耐キャビテーションエロージョン性に優れ、かつ金属材料に比較して軽量な部材を実現することが可能となる。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１…ポリアミド樹脂、２…有機化ベントナイト、１０…水力機械用樹脂組成物、１１…容器、２１…ケーシング、２２…試験体、２３…試験サンプル用固定治具、３１…試験液、４１…振動ホーン、４２…振動試験片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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