(57)【要約】【課題】羽根車等の高強度が要求される部品であっても強度十分で、かつ、生産性も優れる状態で樹脂化し、軽量化や耐食性の向上が図れる樹脂化されたポンプ装置を提供すること。また、そのようなポンプ用樹脂部品に好適な製造方法を得ること。【解決手段】ポンプ装置用樹脂部品の製造方法において、強化繊維材１０を成形型１１に封入する予備工程ａと、強化繊維材１０が封入されている成形型１１内を負圧にして流動可能な状態の合成樹脂を前記成形型１１内に吸引注入する樹脂注入工程ｂと、前記成形型１１内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程ｃと、を有する製造方法により、羽根車４等のポンプ装置用樹脂部品を作成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動可能な状態の合成樹脂を、プリフォームされた強化繊維材が封入されている成形型に加圧注入し、硬化させることによって成形される少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項２】
流動可能な状態の合成樹脂を、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にすることによって前記成形型内に吸引注入し、硬化させることによって成形される少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項３】
前記樹脂部品が羽根車である請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項４】
前記羽根車が、主軸挿通用の装着孔を有するボス部と、複数の羽根と、前記羽根が起立形成される状態で前記ボス部に一体化されるとともに流体を導く案内面となる環状壁とを有して成り、前記強化繊維として、前記羽根から前記環状壁に跨る状態で包含される跨り強化繊維を有している請求項３に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項５】
前記跨り強化繊維は、前記羽根の表面に沿う羽根側部分と前記環状壁の外周表面に沿う根元側部分とを有している請求項４に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項６】
前記樹脂部品が、案内羽根、羽根車室、揚水管、吐出管、吸入管のうちの何れか一つ以上に適用されている請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項７】
前記強化繊維がガラスクロスである請求項１〜６の何れか一項に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置。
【請求項８】
プリフォームされた強化繊維材を成形型に封入する予備工程と、流動可能な状態の合成樹脂を前記予備工程を経た後の成形型に加圧注入する樹脂注入工程と、前記成形型内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程と、を有するポンプ装置用繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項９】
強化繊維材を成形型に封入する予備工程と、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にして流動可能な状態の合成樹脂を前記成形型内に吸引注入する樹脂注入工程と、前記成形型内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程と、を有するポンプ装置用繊維強化樹脂部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水ポンプ、排水ポンプ、立軸ポンプ等の樹脂部品を有するポンプ及びポンプ用樹脂部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、羽根車、案内羽根、揚水管等の各種ポンプ部品の材料としては、一般的に強度を有する鋳鉄等の金属材料が用いられている。一方、可搬型ポンプの持運び等の取扱い性の改善や、海水用ポンプ、化学用ポンプでは耐食性の向上等が望まれてきている。それらの要望に答えてポンプの軽量化や耐食性の向上を図るために、例えば特許文献１において開示されるように、ポンプの構成部品を金属材料から樹脂材料に変更すること、即ち樹脂化することが試されてきている。
【０００３】
上記特許文献１においては、フランジ部分の構造に主眼を置いた揚水管等のパイプ部品の樹脂化に関する技術が示されているが、ポンプにおいて最も強度的に厳しい羽根車の樹脂化に関しては記載されていない。そこで、図１０に示されるように、羽根車を樹脂化する技術が考えられている。
【０００４】
図１０は羽根車２１の部分断面図を示しており、２３は主軸２２に一体回転状態に外嵌自在な合成樹脂製のボス部、２４はボス部２３から起立形成される合成樹脂製の羽根部であり、この羽根部２４はボス部２３の周方向に均等角度毎に５箇所形成されている。ボス部２３は、主軸２２にスプライン構造等によって咬合するための金属（ステンレス材等）製で筒状のハブ部２５がインサートされる筒部分２３Ａと、羽根部２４を取付けるために筒部分２３Ａから放射状に５箇所形成される支持部２３Ｂと、筒部分２３Ａと支持部２３Ｂの先端側部分とに亘って形成されるリブ部２３Ｃ等を有して構成されている。
【０００５】
羽根部２１は、ボス部２３の支持部２３Ｂに取付け固定される基盤部２４Ａと、基盤部２４Ａから立設される羽根部分２４Ｂとを有して構成されている。基盤部２４Ａの内径側には、支持部２３Ｂに形成されている被係合部２３ｋに嵌りあって引掛り係合される段差状の係合部２４ｋが形成されるとともに、その外径側と支持部２３Ｂの外径側とがボルト・ナット２６によって相対固定されている。つまり、ボス部２３と５枚の羽根部２４とを別部品として、係合構造部２７とボルト・ナット２６とによって結合一体化する構造とすることにより、最も応力の作用する羽根部２４のボス部２３に対する付け根部分を強度十分に構成させようとする手段である。
【特許文献１】特開２００５−１５５３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ポンプにおける羽根車２１は、水等の流体による強い負荷を受けながら高速回転されるので、上記のボス部２３と羽根部２４との合体構造では、使用が進むに連れて係合構造部２７のガタツキによる磨耗や、それによるポンプ性能や耐久性の低下が懸念されるとともに、コストが高く、しかも組付け工数が多く生産性を高くし難い面もあり、更なる改善の余地が残されている。また、従来の樹脂化技術として多用されているＨＬＵ（ハンド・レイ・アップ）工法による樹脂部品は、型費は比較的安価ではあるが、平滑な面は片面にだけしか成形できないこと、寸法精度が悪いこと、熟練を要する手作業であり、それによって生産性が低いこと、作業環境が芳しくない、といった各点では改善の余地が残されている。
【０００７】
本発明の目的は、羽根車等の高強度が要求される部品であっても強度が十分で、かつ、生産性も優れた状態で樹脂化し、軽量化や耐食性の向上が図れる樹脂部品を有するポンプ装置を提供する点にある。また、そのようなポンプ用樹脂部品に好適な製造方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、樹脂部品を有するポンプ装置において、流動可能な状態の合成樹脂を、プリフォームされた強化繊維材が封入されている成形型に加圧注入し、硬化させることによって成形される少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、樹脂部品を有するポンプ装置において、流動可能な状態の合成樹脂を、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にすることによって前記成形型内に吸引注入し、硬化させることによって成形される少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品を有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置において、前記樹脂部品が羽根車であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置において、前記羽根車が、主軸挿通用の装着孔を有するボス部と、複数の羽根と、前記羽根が起立形成される状態で前記ボス部に一体化されるとともに流体を導く案内面となる環状壁とを有して成り、前記強化繊維として、前記羽根から前記環状壁に跨る状態で包含される跨り強化繊維を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置において、前記跨り強化繊維、前記羽根の表面に沿う羽根側部分と前記環状壁の外周表面に沿う根元側部分とを有していることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂部品を有するポンプ装置において、前記樹脂部品が、案内羽根、羽根車室、揚水管、吐出管、吸入管のうちの何れか一つ以上に適用されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の樹脂部品を有するポンプ装置において、前記強化繊維がガラスクロスであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に係る発明は、ポンプ装置用繊維強化樹脂部品の製造方法において、プリフォームされた強化繊維材を成形型に封入する予備工程と、流動可能な状態の合成樹脂を前記予備工程を経た後の成形型に加圧注入する樹脂注入工程と、前記成形型内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９に係る発明は、ポンプ装置用繊維強化樹脂部品の製造方法において、強化繊維材を成形型に封入する予備工程と、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にして流動可能な状態の合成樹脂を前記成形型内に吸引注入する樹脂注入工程と、前記成形型内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下に記す種々の作用や効果を得ることができる。請求項１の発明はＲＴＭ工法（後述）によってポンプ装置用部品を樹脂化するものであり、請求項２の発明はライトＲＴＭ工法（後述）によってポンプ装置用部品を樹脂化するものである。ＲＴＭやライトＲＴＭによれば、下記（イ）〜（ヘ）の作用、効果がある。加えて、ライトＲＴＭによれば、下記（ト）〜（リ）の作用、効果もある。
【００１８】
（イ）金属鋳造に比べて軽作業、軽設備で済むとともに、作業環境も改善される利点がある。（ロ）成形後における型の分離（型ばらし）が容易であり、例えば成形対象部品が羽根車である場合には、羽根に型分離操作に因る応力が殆ど作用しないようになり、寸法精度の向上や羽根表面に荒れが無い等の部品表面の仕上げ精度が向上する効果がある。（ハ）例えば、ＨＬＵ工法では片面しか平滑な面が得られないが、ＲＴＭやライトＲＴＭによれば両面共に平滑な仕上げ面にすることができ、表裏２面が接液する場合に流れに悪影響を及ぼさないという有利性がある。これによりポンプ装置の樹脂部品を、少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品とすることが可能である。（ニ）金属鋳造においては必要となる後処理（グラインダ処理等）が不要になる。（ホ）金属鋳物よりも部品単価を安価にできる。（ヘ）嵌め合い公差を従来の樹脂部品よりも小さく（±０．１ｍｍ程度）することが可能になる。寸法精度も、金属鋳物よりも向上させること（±０．２ｍｍ程度）が可能になるので、樹脂部品個々の寸法精度が上がり、その結果ポンプ装置としての性能を実質的に向上させることが可能になる。
【００１９】
（ト）成形型の肉厚を薄くでき、それによって型の軽量化ができる。成形型には従来のような大きな圧は作用しないので、成形型の取扱いが簡単化で自由度も高い。（チ）ライトＲＴＭ工法はＲＴＭ工法に比べた場合、強化繊維材として用いることができる種類が増えるので、コストや強度に対して柔軟に対応してポンプ装置用樹脂部品を作成できる利点がある。（リ）成形型に大圧力が作用しないので、鋼材等の型補強を要することなく型を薄くすることが可能であり、型材も安価な樹脂や木材の使用が可能になる。
【００２０】
請求項４の羽根車において、請求項５のように、羽根の表面に沿う羽根側部分と環状壁の外周表面に沿う根元側部分とを有する跨り強化繊維を持つ構造とすれば、羽根車において最も強度を要する羽根の付け根部分を飛躍的に強度アップすることができるので、その結果、軽量化や生産効率向上、耐食性の向上等の種々の利点を有する羽根車の樹脂化を強度的な不利益なく実現できる効果がある。また、請求項６のように、このように種々の利点を持つポンプ装置用樹脂部品としては、案内羽根、揚水管、吐出管、吸入管等に適用することが可能であり、より軽量で安価、また持運びし易い等の取扱い性や耐食性も向上するポンプ装置の実現に寄与することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明による樹脂部品を有するポンプ及びポンプ用樹脂部品の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１はポンプ装置の一例を示す構造図、図２〜図４は羽根車を示す各図、図５，６はライトＲＴＭ工法による樹脂部品の製造方法や製造装置を示す概略図、図７，８はライトＲＴＭ工法及びＲＴＭ工法を示すブロック図、図９はＲＴＭ工法とライトＲＴＭ工法との特性比較表である。
【００２２】
図１に立軸斜流ポンプ（「樹脂部品を有するポンプ」の一例）Ｐとそれの駆動モータ１とを備えて成る揚水ポンプ装置Ａが示されている。立軸斜流ポンプＰは、ポンプ胴体２と、羽根車室３と、駆動モータ１で駆動回転される主軸５の下端に一体回転状態で装備される羽根車４等を有して構成されている。ポンプ胴体（揚水管の一例）２は、曲り管２Ａ、上縦管２Ｂ、下縦管２Ｃ等から構成されており、その内部中央には主軸５が回転自在に支持されている。
【００２３】
羽根車４は、下縦管２Ｃに連結される羽根車室３に収容されており、羽根車室３は、案内羽根６と、ベルマウス（吸入管の一例）７とを有して構成されている。合成樹脂製の羽根車４は、図２，図３に示すように、キーとキー溝とによる構造やスプライン等によって主軸５に一体回転状態で嵌合される装着孔４ａを有するボス部４Ａと、複数枚（５枚）の羽根４Ｂと、羽根４Ｂをボス部４Ａに一体化するとともに流体を導く案内面となる略裁頭円錐筒状の傾斜環状壁４Ｃと、ボス部４Ａと傾斜環状壁４Ｃとに亘って架設される複数のリブ壁４Ｄとを有して構成されている。
【００２４】
〔実施例１〕
次に、羽根車４等のポンプ装置用樹脂部品の製造方法について説明する。実施例１による樹脂部品の製造方法は、ＦＲＰを作成する手段であるライトＲＴＭ（Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｕｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）工法によるものである。羽根車４等の樹脂部品は、流動可能な状態の合成樹脂を、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にして成形型内に吸引注入し、硬化させることによって成形されている。つまり、図５〜図７に示すように、強化繊維材１０を成形型１１に封入する予備工程ａと、強化繊維材１０が封入されている成形型１１内を負圧にしてすることで流動可能な状態の熱硬化性樹脂を成形型１１内に吸引注入する樹脂注入工程ｂと、樹脂が注入されている成形型１１を加熱して成形型１１内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程ｃと、を有する製造方法によって作成される。尚、図５，６は、便宜上、一般的な樹脂部品の製造方法として示してある。
【００２５】
予備工程ａは、図５（ａ）に示すように、下型１１Ａに強化繊維材１０を入れる装填工程ｓと、図５（ｂ）に示すように、強化繊維材１０が入れられた下型１１Ａに上型１１Ｂを被せる型セット工程ｋとを有している。強化繊維材１０としては、主に樹脂流れの良いプリフォームの要らないガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、或いはそれらの複合等の材料が使用可能である。図５においては、強化繊維材１０をガラスクロスとして描いてある。また、上型１１Ｂが下型１１Ａにセットされたら、吸引装置（後述）１２で成形型１１のフランジ部分１１ｆを吸引して型締めを行っても良い。
【００２６】
樹脂注入工程ｂは、図６，図７に示すように、フロアｆ上に配置されている成形型１１内部を、上型１１Ｂに設けられた吸引部１３及び吸引ホース１４を介して吸引装置１２で吸引して減圧する減圧工程ｇと、その減圧工程ｇを経た状態の成形型１１内に成形機１５より樹脂と硬化剤とを混ぜたものを注入する注入工程ｔとを有して成るものである。合成樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の多品種に及び、必要に応じて顔料、充填材、水酸化アルミ、炭酸カルシウムを組み合わせても良い。
【００２７】
硬化工程ｃは、図６，図７に示すように、負圧によって成形型１１内に注入された合成樹脂が含有する硬化剤の作用によって自然に硬化するまで、注入工程ｔが終了した状態を維持させる工程であり、樹脂が硬化するまで吸引装置１２による吸引動作を続けると良い。樹脂が硬化したら吸引装置１２を停止させて成形型１１内の吸引を止めて大気圧に戻し、それから成形型１１を開いて硬化したポンプ装置用樹脂部品（例えば羽根車４）を取出すのである。
【００２８】
上記ライトＲＴＭ工法によって製造される樹脂部品は、次の１．〜４．のような特徴を有している。１．樹脂の注入圧力が低い。２．型締めが容易。３．型費が比較的安価（例としては、ハンドレイアップ工法の２倍程度）。鋼材による型補強が不要である。また、成形対象となる部品の大きさが大きいもの（大物）であっても非常に薄い厚みの型で成形することができる。４．含浸される強化繊維として種々のものが使用可能。ＲＴＭ工法のようなプリフォームは不要である。
【００２９】
また、ライトＲＴＭ工法、ＲＴＭ工法のいずれかによって製造される樹脂部品は、次の５〜７のような特徴を有している。５．両面共に平滑である（少なくとも表裏２面が平滑な繊維強化樹脂部品とすることが可能である）。６．従来の鋳製ポンプに比べて粗度を大幅に小さくすることができる。７．従来の鋳製ポンプに比べて成形寸法精度の向上が可能である。
【００３０】
羽根車４をライトＲＴＭ工法（又はＲＴＭ工法）を用いて作成する場合、強化繊維材１０の入れ方としては図４に示すように行うのが望ましい。即ち、羽根車４に用いられる強化繊維材１０として、羽根４Ｂから傾斜環状壁４Ｃに跨る状態で包含される跨り強化繊維１０Ｍを有している。跨り強化繊維１０Ｍは、羽根４Ｂの表面４ｂに沿う羽根側部分１６と傾斜環状壁４Ｃの外周表面４ｃに沿う根元側部分１７とを有するように屈曲されて含浸されている。また、両表面に対応して設けられる跨り強化繊維１０Ｍの間の中央部には、ほぼ直線状の（平面状の）平坦強化繊維１０Ｈ、やこれら跨り強化繊維１０Ｍと平坦強化繊維１０Ｈとの間に配置されるやや屈曲された準跨り強化繊維１０Ｊ等を有している。
【００３１】
このように、羽根４Ｂと傾斜環状壁４Ｃとに跨るように強化繊維材１０を設けたので、最も厳しい応力が作用する羽根４Ｂの付け根部の強度や剛性が大幅に改善され、大出力機種にも耐える。また、長時間の使用にも疲労破壊し難く、耐久性や信頼性が十分備わる樹脂化された羽根車４を実現できる。さらに、流体と接する羽根４Ｂの表面４ｂは、表裏２面とも平滑であり、流れに悪影響を与えることもない。なお、上記実施例としては、傾斜環状壁４Ｃを有する羽根車を例に説明を行ったが、環状壁が軸心に平行であっても良い。
【００３２】
〔実施例２〕
次に、実施例２よる樹脂部品の製造方法について説明する。実施例２は、ＦＲＰを作成する手段であるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｕｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）工法によるものである。羽根車４等の樹脂部品は、流動可能な状態の合成樹脂を、プリフォームされた強化繊維材が封入されている成形型に加圧注入し、硬化させることによって成形される。つまり、図８に示すように、強化繊維材を成形型に封入する予備工程ｙと、強化繊維材が封入されている成形型内を負圧にして流動可能な状態の合成樹脂を成形型内に吸引注入する樹脂注入工程ｊと、成形型内に注入されている樹脂を硬化させる硬化工程ｃと、を有する製造方法である。
【００３３】
実施例１のライトＲＴＭ工法と良く似ているが、強化繊維材はプリフォームされたものであること、及び溶融樹脂の注入は正圧によって為されること（要するに圧を掛けて押し込むこと）の各点で異なる工法である。図９に、ＲＴＭ工法とライトＲＴＭ工法との主な特徴比較表を示す。図９の比較表から分かるように、ＲＴＭ工法は、ライトＲＴＭ工法と比べた場合にはやや見劣りする点もあるが、従来のＨＬＵ（ハンド・レイ・アップ）工法に比べると、作業者による品質のばらつきが無く、生産に関する能率面で優れるとともに、表裏面共に平滑できれいな仕上げ面に成形できる、寸法精度が良い等の利点がある。
【００３４】
〔別実施例〕
上述した実施例１や２の製造方法（ライトＲＴＭ工法、ＲＴＭ工法）によって成形されるポンプ装置用樹脂部品としては、前述の羽根車４の他、案内羽根６、羽根車室３、ポンプ胴体２、吐出管、ベルマウス７等が挙げられるが、それ以外の部品でも可能である。これらの部品のなかでは、表裏両面が接液状態となり、平滑な表面が要求される案内羽根６等の部品に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】立軸斜流ポンプの概略構造を示す一部切欠きの側面図（実施例１）
【図２】羽根車の部分正面図
【図３】羽根車の軸方向沿う断面図
【図４】羽根車の羽根付け根部分の断面図
【図５】ライトＲＴＭ工法による樹脂部品の製造方法の要部を示す作用図であり、（ａ）は装填工程、（ｂ）は型セット工程
【図６】ライトＲＴＭ工法用の製造装置及び一部の製造工程を示す概略図
【図７】ライトＲＴＭ工法を示すブロック図
【図８】ＲＴＭ工法を示す概略のブロック図
【図９】ＲＴＭ工法とライトＲＴＭ工法との特性を示す比較表
【図１０】比較例による羽根車の樹脂化構成図
【符号の説明】
【００３６】
２          揚水管
４          羽根車
４ａ        装着孔
４ｂ        羽根の表面
４ｃ        外周表面
４Ａ        ボス部
４Ｂ        羽根
４Ｃ        環状壁
６          案内羽根
７          吸入管
１０        強化繊維材
１１        成形型
１６        羽根側部分
１７        根元側部分
ａ          予備工程
ｂ          樹脂注入工程
ｃ          硬化工程
ｊ          樹脂注入工程
ｙ          予備工程
Ｐ          ポンプ装置
【図１】
2007263000.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007263000.tif 000007
【図６】
2007263000.tif 000008
【図７】
2007263000.tif 000009
【図８】
2007263000.tif 000010
【図９】
2007263000.tif 000011
【図１０】
2007263000.tif 000012