(57)【要約】【課題】  性能の経時的低下を抑制して製品寿命の長いポンプ用インペラを提供する。【解決手段】  ポンプ用インペラ１１は、液体を送り出すポンプのケーシング内に配設され、その摺接部１４がケーシング内周面に摺接しながら回転するように構成されている。このポンプ用インペラ１１は、天然ゴムとジエン系ゴムとの混合物を成形することによって形成されている。混合物中における天然ゴムの配合割合が５０〜９０質量％、ジエン系ゴムの配合割合が５０〜１０質量％であることが好ましい。また、ジエン系ゴムはスチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）であることが最も好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を送り出すポンプのケーシング内に配設され、ケーシング内周面に摺接しながら回転するように構成されているポンプ用インペラであって、天然ゴムとジエン系ゴムとの混合物を成形することによって形成されていることを特徴とするポンプ用インペラ。
【請求項２】
前記混合物中における天然ゴムの配合割合が５０〜９０質量％であり、ジエン系ゴムの配合割合が５０〜１０質量％である請求項１に記載のポンプ用インペラ。
【請求項３】
前記ジエン系ゴムはスチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）である請求項１又は請求項２に記載のポンプ用インペラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地下水の汲み上げや排水の排出用として用いられ、ポンプの内部に装着されるポンプ用インペラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のポンプ用インペラとしては、インペラの羽根部分全体を耐磨耗性に富むウレタンゴムで構成しれたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、インペラの本体を金属で形成し、その表面をクロロプレンゴム等をコーティングして被覆した構成を有するものも知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開平９−２８７５９２号公報（第２頁及び第３頁）
【特許文献２】特開平１１−３２４９４０号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ポンプ用インペラはポンプのケーシング内に装着され、回転することによって吸入口から水を汲み上げ、吐出口から吐出するものであり、インペラは常に水に触れる状態にある。ウレタンゴムは加水分解を起こしやすく、耐水性が悪いことから、ポンプを長期間にわたって使用すると、インペラに亀裂が入ったり、欠けが発生したりする。インペラの一箇所でもそのような状態に到ると、その部分の羽根が切れて他の羽根に当たっていずれは全ての羽根が切れてしまうという問題があった。一方、クロロプレンゴムは結晶性が大きいため、水中での柔軟性が悪く、亀裂が入りやすく、割れやすい。従って、いずれの材料も製品寿命が短いという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、性能の経時的低下を抑制して製品寿命の長いポンプ用インペラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のポンプ用インペラは、液体を送り出すポンプのケーシング内に配設され、ケーシング内周面に摺接しながら回転するように構成されているポンプ用インペラであって、天然ゴムとジエン系ゴムとの混合物を成形することによって形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明のポンプ用インペラは、請求項１に記載の発明において、前記混合物中における天然ゴムの配合割合が５０〜９０質量％であり、ジエン系ゴムの配合割合が５０〜１０質量％である。
【０００７】
請求項３に記載の発明のポンプ用インペラは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ジエン系ゴムはスチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明のポンプ用インペラによれば、性能の経時的低下を抑制して製品寿命を長くすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明のポンプ用インペラによれば、天然ゴムのもつ優れた引張強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能に基づき、天然ゴムの高いモジュラス及び反発弾性をジエン系ゴムで補完することにより、製品寿命を向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明のポンプ用インペラによれば、引張強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能と、モジュラス、反発弾性等の性能とのバランスを最も良好に発揮することができ、製品寿命を安定して向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のポンプ用インペラの実施形態について、図面を参酌して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のポンプ用インペラ１１は、円筒状をなすインペラ本体１２と、その外周面から等間隔をおいて突出形成された９枚の羽根板部１３と、それら羽根板部１３の先端に円柱状に形成された摺接部１４とから構成されている。インペラ本体１２内には図示しない回転駆動軸が嵌着され、回転駆動軸の回転によりインペラ本体１２が回転駆動軸と一体になって一定方向に回転されるようになっている。
【００１２】
図２に示すように、ポンプ１５のケーシング１６はほぼ円筒状に形成され、その内部には上記ポンプ用インペラ１１が回転可能に支持されている。ケーシング１６の側部には円筒状の吸入筒部１７が設けられ、上部には吐出筒部１８が設けられ、吸入筒部１７から吐出筒部１８に渡ってケーシング１６の内周面が膨出し、ケーシング１６が肉厚に形成されている。そして、ポンプ１５のケーシング１６内でインペラ本体１２が図２に矢印で示す時計方向に回転駆動されると、摺接部１４がケーシング１６内周面に摺接されながらポンプ用インペラ１１が回転する。インペラ本体１２が更に回転駆動されると、吐出筒部１８から吸入筒部１７にかけて羽根板部１３が摺接部１４と共に回転方向の後方へ曲げられることによって水が吸入筒部１７から吸入され、吐出筒部１８より吐出されるようになっている。
【００１３】
このポンプ用インペラ１１は、天然ゴム（ＮＲ）とジエン系ゴムとの混合物を前記形状に成形することによって得られる。天然ゴムはゴムの樹から得られる高分子物質であり、イソプレン単位によって構成され、引張強さ、引裂強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能に優れているが、モジュラス、反発弾性等の性能も高い。このため、インペラ１１の摺接部１４がケーシング１６の内周面に摺接する際の摩擦力が大きく、摺接部１４や羽根板部１３に亀裂が入りやすい。一方、ジエン系ゴムは、モジュラス、反発弾性等が小さいことから、インペラ１１の摺接部１４がケーシング１６の内周面に摺接する際の摩擦力が大きくなるのを抑えることができる。このため、天然ゴムとジエン系ゴムとを組合せることによって、ポンプ用インペラ１１として耐久性を高めることができ、製品寿命を向上させることができる。
【００１４】
ジエン系ゴムは、ブタジエン等の共役二重結合を有する単量体又はそれと共重合可能な単量体との混合物を共重合して得られる重合体であり、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）等が使用される。これらのうち、引張強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能と、モジュラス、反発弾性等の性能のバランスを最も良好に発揮することができ、製品寿命を安定して向上させることができる点からスチレン−ブタジエン共重合ゴムが最も好ましい。
【００１５】
天然ゴムとジエン系ゴムとの混合物中における天然ゴムの配合割合は５０〜９０質量％、ジエン系ゴムの配合割合は５０〜１０質量％であることが好ましく、天然ゴムの配合割合は７０〜８０質量％、ジエン系ゴムの配合割合は３０〜２０質量％であることがより好ましい。天然ゴムの配合割合が５０質量％未満の場合、即ちジエン系ゴムの配合割合が５０質量％を越える場合には、得られるインペラ１１の引張強さ及び引裂強さが小さくなってインペラ１１の摺接部１４や羽根板部１３に割れが発生しやすくなると共に、モジュラス及び反発弾性が小さくなり過ぎてへたりが早く、水の吐出量が低下する。一方、天然ゴムの配合割合が９０質量％を越える場合、即ちジエン系ゴムの配合割合が１０質量％未満の場合には、モジュラス及び反発弾性が大きくなり過ぎてインペラ１１の摺接部１４がケーシング１６の内周面に摺接する際の摩擦力が上がり、インペラ１１の摺接部１４や羽根板部１３に亀裂が入りやすくなる。
【００１６】
インペラ１１を形成するための原料ゴム組成物は、上記の天然ゴムとジエン系ゴムのほかに、配合剤として補強材、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、スコーチ防止剤等が配合されて構成される。補強材としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、クレー等が用いられる。軟化剤としては、鉱油、植物油、天然樹脂等が用いられる。加硫剤としては、硫黄のほか酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物、有機過酸化物等が用いられる。加硫促進剤としては、チアゾール類、スルフェンアミド類、チウラム類等が用いられる。加工助剤としては、ステアリン酸、パラフィン等が用いられる。老化防止剤としては、芳香族アミン、フェノール系化合物等が用いられる。
【００１７】
通常、補強材の配合量は４０〜５０質量％、加工助剤の配合量は１０質量％以下、その他の配合剤の合計量は１０〜２０質量％である。このような原料ゴム組成物を成形して得られるインペラ１１の物性は、JIS K 6253に基づくショアＡ硬度が５８〜６３（ポイント）、JIS K 6251に基づく引張強さ２３〜２９（ＭＰａ）、JIS K 6251に基づく伸びが５００〜６００（％）、JIS K 6254に基づく２００％モジュラスが３．５〜５．０（ＭＰａ）である。
【００１８】
このような原料ゴム組成物を圧縮成形法、射出成形法等の公知の成形方法で成形し、仕上げ加工を行なうことによって目的とするポンプ用インペラ１１が得られる。この場合、押出成形と加硫とを１段で連続的に行なうこともできる。本実施形態でポンプ用インペラ１１が装着されるポンプ１５としては、回転ポンプ、渦巻ポンプ、軸流ポンプ等が用いられる。
【００１９】
さて、ポンプ用インペラ１１を製造するには、まず天然ゴムとＳＢＲ等のジエン系ゴムとを混合し、更に配合剤として補強材、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤等を配合して原料ゴム組成物を調製する。このとき、天然ゴムが５０〜９０質量％、ジエン系ゴムが５０〜１０質量％となるように配合することが好ましく、ジエン系ゴムとしてはＳＢＲを用いることが好ましい。原料ゴムとして天然ゴムとジエン系ゴムとを組合せて用いることにより、天然ゴムのもつ引張強さ、引裂強さ、耐磨耗性、柔軟性等の優れた性能を発揮できると同時に、天然ゴムの欠点であるモジュラスと反発弾性の高さをジエン系ゴムで補うことができる。
【００２０】
そして、原料ゴム組成物を射出成形することにより、天然ゴムとジエン系ゴムとが溶融一体化され、架橋されて図１に示すような形状のポンプ用インペラ１１が得られる。得られたインペラ１１は、天然ゴムのもつ性能を発揮できる上に、その摺接部１４がケーシング１６の内周面に摺接する際に受ける摩擦力が自身の弾性変形により抑えられる。従って、インペラ１１をポンプ１５のケーシング１６内で長期間に渡って使用してもその性能を十分に保持することができる。
【００２１】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態のポンプ用インペラ１１は、天然ゴムとジエン系ゴムとの混合物を成形することによって形成されている。このため、天然ゴムの物性とジエン系ゴムの物性とが相互に短所を補い合って長所を発揮できることから、ポンプ用インペラ１１としての性能の経時的低下を抑制して製品寿命を長くすることができる。そして、このポンプ用インペラ１１を装着したポンプ１５は、初期時の性能（吐出量）に比べて長期間経過時の性能の低下を抑制することができる。
【００２２】
・  前記混合物中における天然ゴムの配合割合が５０〜９０質量％であり、ジエン系ゴムの配合割合が５０〜１０質量％である。このため、天然ゴムのもつ優れた引張強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能に基づき、天然ゴムの高いモジュラス及び反発弾性をジエン系ゴムで補完することにより、製品寿命を向上させることができる。
【００２３】
・  前記ジエン系ゴムはスチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）であることによってポンプ用インペラ１１は、引張強さ、耐磨耗性、柔軟性等の性能と、モジュラス、反発弾性等の性能のバランスを最も良好に発揮することができ、製品寿命を安定して向上させることができる。
【００２４】
・  本実施形態のポンプ用インペラ１１は比重が１．１０〜１．２０であるため、クロロプレン（比重１．３５〜１．４０）に比べて軽量化を図ることができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１〜４及び比較例１、２）
ポンプ用インペラ１１の原料として、天然ゴム及びＳＢＲ並びにカーボン、架硫剤、架硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、スコーチ防止剤及び架硫剤を表１に示すように配合した。表１において、天然ゴムはリブド・スモークド・シート（ＲＳＳ）でＲＳＳ３号、ＳＢＲは日本ゼオン株式会社製の１５０２、カーボンブラックは昭和キャボット株式会社製のＩＳＡＦ（ＡＳＴＭのＮｏはＮ−２２０）、酸化亜鉛は加硫剤でハクスイテック株式会社製、レノク゛ランDPG-80は加硫促進剤でバイエル社製の商品名、アルファク゛ランS-80は加硫剤で株式会社東知製の商品名、レノク゛ランCBS-80は架硫促進剤でバイエル社製の商品名、ステアリン酸は加工助剤で日本油脂株式会社製、レノシ゛ン260は加工助剤でバイエル社製の商品名、ノクラック224は老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名、ノクラック6Cは老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名、スミタート゛BCはスコーチ防止剤で日本精蝋株式会社製の商品名、オソ゛エース0355は老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名である。
【００２６】
【表１】
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そして、この配合物を射出成形装置で成形し、加熱して加硫し、ポンプ用インペラ１１を製造した。得られたポンプ用インペラ１１について、JIS K 6253に基づくショアＡ硬度（ポイント）、JIS K 6251に基づく引張強さ（ＭＰａ）、JIS K 6254に基づく１００％モジュラス（ＭＰａ）、JIS K 6254に基づく２００％モジュラス（ＭＰａ）、JIS K 6251に基づく伸び（％）及びJIS K 6255に基づく反発弾性（％）を測定した。その結果を表２に示した。
【００２７】
【表２】
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表２に示すように、実施例１〜４ではショアＡ硬度、引張強さ及び伸びが高く、１００％モジュラス、２００％モジュラス及び反発弾性が適度に抑制され、実施例２〜４では実施例１に比べて性能のバランスが良く、実施例３では性能のバランスが最も良い。これに対して、ＳＢＲのみの比較例１では引張強さ及び反発弾性が低く、天然ゴムのみの比較例２では１００％モジュラス、２００％モジュラス及び反発弾性が高くなり過ぎている。
【００２８】
また、実施例３、比較例１及び比較例２で得られたポンプ用インペラ１１をポンプ１５のケーシング１６内に装着し、耐久性試験を行った。その結果、連続使用時間が比較例１及び２では３０日以内でポンプ用インペラ１１の摺接部１４に割れが発生してポンプ１５の使用ができなくなったのに対し、実施例３では９０日以上も問題なくポンプ１５を使用することができた。すなわち、１日８時間の使用であれば、ポンプ１５の寿命が比較例１及び２では３ヶ月以内であったのに対して、実施例３では９ヶ月以上の長寿命を示した。
（実施例５及び６並びに比較例３）
ポンプ用インペラ１１の原料として、天然ゴム及びＣＲ又はＮＢＲ並びにカーボン、架硫剤、架硫促進剤、加工助剤、老化防止剤、スコーチ防止剤及び架硫剤を表３に示すように配合した。表３において、天然ゴムはリブド・スモークド・シート（ＲＳＳ）でＲＳＳ３号、クロロプレンゴムは電気化学工業株式会社製のＤＣＲ−７１、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムは日本ゼオン株式会社製のＮＩＰＯＬ  ＤＮ１０１Ｌ、カーボンブラックは昭和キャボット株式会社製のＩＳＡＦ（ＡＳＴＭのＮｏはＮ−２２０）、酸化亜鉛は加硫剤でハクスイテック株式会社製、レノク゛ランDPG-80は加硫促進剤でバイエル社製の商品名、アルファク゛ランS-80は加硫剤で株式会社東知製の商品名、レノク゛ランCBS-80は架硫促進剤でバイエル社製の商品名、ステアリン酸は加工助剤で日本油脂株式会社製、レノシ゛ン260は加工助剤でバイエル社製の商品名、ハ゜ラフィン130°Fは加工助剤で日本精蝋株式会社製の商品名、フ゛ルカソ゛ンAFDは老化防止剤でバイエル株式会社製の商品名、レノク゛ランTMTM-80は加硫促進剤でバイエル株式会社製の商品名、ノクラック224は老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名、ノクラック6Cは老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名、スミタート゛BCはスコーチ防止剤で日本精蝋株式会社製の商品名、オソ゛エース0355は老化防止剤で大内新興化学株式会社製の商品名である。
【００２９】
【表３】
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そして、この配合物を成形装置に注入し、加熱して成形を行い、ポンプ用インペラ１１を製造した。得られたポンプ用インペラ１１について、JIS K 6253に基づくショアＡ硬度（ポイント）、JIS K 6251に基づく引張強さ（ＭＰａ）、JIS K 6254に基づく１００％モジュラス（ＭＰａ）、JIS K 6254に基づく２００％モジュラス（ＭＰａ）、JIS K 6251に基づく伸び（％）及びJIS K 6255に基づく反発弾性（％）、JIS K 6264に基づく磨耗性（ml）及びJIS K 6258に基づく耐久性硬度変化（ポイント）を測定した。その結果を表４に示した。
【００３０】
【表４】
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表４に示すように、実施例５及び６ではショアＡ硬度、引張強さ及び伸びが高く、１００％モジュラス、２００％モジュラス及び反発弾性が良好である。一方、ＣＲのみの比較例３では１００％モジュラス、２００％モジュラス及び反発弾性が高くなり過ぎている。
【００３１】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  ポンプ用インペラ１１の表面に公知の摩擦抵抗低減処理によりシリコーン等の被膜を形成することもできる。この場合、インペラ１１の表面の摩擦抵抗を低減させることができ、寿命を更に延長させることができる。また、インペラ１１をケーシング１６内に収容する際の組付け及び取外しを容易にすることができる。しかも、ポンプ１５の使用時における騒音を低減させることができる。
【００３２】
・  原料ゴムとして、フッ素ゴム、シリコーンゴム等を少量添加することもできる。
・  天然ゴムとしては、それを変性して得られたものを用いることができ、例えばメチルメタクリレートグラフトゴム、塩化ゴム等が挙げられる。
【００３３】
・  本実施形態のポンプ用インペラ１１は、水以外のブライン、グリコール類等の冷却液等の液体を送液する場合に使用することもできる。
更に、前記実施形態又は別例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００３４】
・  表面には摩擦抵抗低減処理により被膜が形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のポンプ用インペラ。このように構成した場合には、表面の摩擦抵抗を低減させることができ、寿命を更に延長させることができる。
【００３５】
・  前記ジエン系ゴムはスチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）又はアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）である請求項１又は請求項２に記載のポンプ用インペラ。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態におけるポンプ用インペラを示す斜視図。
【図２】ポンプ用インペラをポンプのケーシング内に装着した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１１…ポンプ用インペラ、１５…ポンプ、１６…ケーシング。
【図１】
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【図２】
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