(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動防止機能及び騒音低減機能が備わっていることを要望される表面が三次元状の多数の曲面からなるポンプの構成部品であるプラスチック製部品であって、
樹脂材により光造型にて形成された中実或いは内部に空隙を含む表面形状が前記構成部品の表面形状と同形状の内部コアと、該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着形成された繊維強化プラスチック層とからなり、
前記繊維強化プラスチック層は強化繊維からなるマット状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグを前記内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着貼付け、該繊維強化プリプレグの熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成した層であり、その弾性係数を前記内部コアの弾性係数より高くしたことを特徴とするプラスチック製部品。
【請求項２】
振動防止機能及び騒音低減機能が備わっていることを要望される表面が三次元状の多数の曲面からなるポンプの構成部品であるプラスチック製部品の製造方法であって、
前記構成部品の内部コアを樹脂材により光造型にて中実或いは内部に空隙を含む表面形状が前記構成部品の表面形状と同形状の構造に製造し、該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面に強化繊維からなるマット状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグを付着させた後、該繊維強化プリプレグを真空パックにて該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着させ、その後該繊維強化プリプレグの熱硬化性樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチック層にし、その弾性係数を前記内部コアの弾性係数より高くしたことを特徴とするプラスチック製部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明はポンプケーシング等の高速、高圧の回転機械のプラスチック製部品及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来この種の高速、高圧の回転機械は振動及び騒音が大きいためケーシング及びインペラ（羽根車）等の部品には振動防止機能及び騒音低減機能が備わっていることが要望される。従来この振動防止及び騒音低減のために、部品に制振動材料や遮音材料を使用している。そのため部品の体積が大きくなると共に、材料の加工性が悪いことから複雑な形状の造形が難しかった。また、振動及び騒音の低減周波数は材料により差があり設定が困難であった。
【０００３】
また、高速、高圧の回転機械の構成部品をプラスチック製とするために、プラスチックにグラスファイバーや炭素繊維等を混入した繊維強化プラスチックを用いる場合があるが、複雑な構造の部品では型構造が複雑となり、複雑な構造の部品を強化プラスチックで成型することは極めて困難であった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、構造が複雑でも容易に製造することが可能で、軽量、高強度の制振及び遮音性の優れたプラスチック製部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、振動防止機能及び騒音低減機能が備わっていることを要望される表面が三次元状の多数の曲面からなるポンプの構成部品であるプラスチック製部品であって、樹脂材により光造型にて形成された中実或いは内部に空隙を含む表面形状が構成部品の表面形状と同形状の内部コアと、該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着形成された繊維強化プラスチック層とからなり、繊維強化プラスチック層は強化繊維からなるマット状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグを内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着貼付け、該繊維強化プリプレグの熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成した層であり、その弾性係数を前記内部コアの弾性係数より高くしたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、振動防止機能及び騒音低減機能が備わっていることを要望される表面が三次元状の多数の曲面からなるポンプの構成部品であるプラスチック製部品の製造方法であって、構成部品の内部コアを樹脂材により光造型にて中実或いは内部に空隙を含む表面形状が構成部品の表面形状と同形状の構造に製造し、該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面に強化繊維からなるマット状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグを付着させた後、該繊維強化プリプレグを真空パックにて該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着させ、その後該繊維強化プリプレグの熱硬化性樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチック層にし、その弾性係数を前記内部コアの弾性係数より高くしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態ではプラスチック製部品として渦巻ポンプのケーシング及びその製造方法を説明する。
【０００９】
図１は渦巻ポンプの下部ケーシングの構造を示す断面図である。図示するように、下部ケーシング１は樹脂製の内部コア部２と該内部コア部２の内外面に繊維強化プラスチック層３を形成したものである。この繊維強化プラスチック層３は後に詳述するようにプリプレグ、即ち、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維からなるマット等の連続した補強材に熱硬化性樹脂を含浸させた積層成形材で形成する。
【００１０】
上記のように内部コア部２の内外面に繊維強化プラスチック層３を密着させて形成することにより、渦巻ポンプの下部ケーシング１の内面或いは外面よりの圧力は外側の繊維強化プラスチック層３及び内側の繊維強化プラスチック層３で負担し、内部コア部２の樹脂で振動を吸収するから、渦巻ポンプの下部ケーシング１は制振及び遮音に優れたものとなる。
【００１１】
次に、上記構造の渦巻ポンプの下部ケーシング１の製造方法を説明する。図２は下部ケーシングの内部コア部の断面を示す図である。内部コア部２は公知の光造形によりウレタン樹脂で製造する。図３はこの光造型方法の概略を示す図であり、図示するように、紫外線等の所定波長の光を照射することにより硬化する液状樹脂Ｑを収容した容器内にエレベータ１０が上下するように設けている。また、図示しない制御部にはＣＡＤ上にデザインされた、内部コア部２のモデルを幾層（厚さｄ）もの薄い断面にスライスして等高線データを作成しておく。
【００１２】
初め上記制御部の制御によりエレベータ１０をその上面１０ａが樹脂液面Ｑａからｄ（スライス板１枚分の厚さ）だけ降下した位置に保持し、液状樹脂Ｑに紫外線等の所定波長の光を照射して上記１枚のスライス板状（厚さｄ）に該液状樹脂Ｑを硬化させる。続いてエレベータ１０をｄだけ降下させて同じくスライス板状に該液状樹脂Ｑを硬化させ、この連続したスライス板状の硬化樹脂（ｄ1，ｄ2，・・・・ｄn-k，・・・・ｄn）の積層体を作成する。これにより、３次元の内部コア部２を製造する。なお、この光造型を用いれば複雑な３次元形状の部品を容易に製造することができる。
【００１３】
図２に示す形状の内部コア部２の内外面に図４に示すようにプリプレグ４を貼り付ける。該プリプレグ４としては炭素繊維からなるマット状の補強材にエポキシ樹脂を含浸させたものを用いる。なお、プリプレグ４としてはこれに限定されるものではなく、ガラス繊維マットにポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ相互に粘着しない程度にゲル化したもの等も使用できる。
【００１４】
上記のように内外面にプリプレグ４を貼り付けた内部コア部２を図５に示すように、ポリエチレン製の袋５に入れ、その口部５ａを真空ポンプ６の吸込口に接続する。続いて真空ポンプ６を起動し、ポリエチレン製の袋５の内部を減圧することにより、図６に示すようにポリエチレン製の袋５はプレプレグ４に密着し、更に該プリプレグ４を内部コア部２の内外面に密着させる。即ち、内部コア部２とその内外面に貼り付けたプリプレグ４はポリエチレン製の袋５で真空パックされたことになる。
【００１５】
上記のようにポリエチレン製の袋５で真空パックされた内部コア部２を図示しない焼成炉中に入れプレプレグ４の熱硬化樹脂（本例ではエポキシ樹脂）の硬化温度で加熱することにより、該熱硬化樹脂は硬化し、プレプレグ４の層は図１の繊維強化プラスチック層３となる。
【００１６】
渦巻ポンプの下部ケーシング１を上記のように製造することにより、内部コア部２と内外面の繊維強化プラスチック層３の厚さを変化させることにより、コイシデンス周波数を任意に設定し、目的とする周波数での振動、騒音を低減することができる。また、繊維強化プラスチック層３に内部コア部２より高弾性係数の繊維強化プラスチックを使用することにより、低弾性係数樹脂からなる内部コア部２の荷重を低減できる。また、図示は省略するが渦巻ポンプの上部ケーシングも上記と同様な方法で製造できる。
【００１７】
なお、上記例では内部コア部２の内外両面に繊維強化プラスチック層３を形成する例を示したが、部品に加わる圧力、振動等によっては内面側又は外面側のみ繊維強化プラスチック層３を形成するようにしてもよいことは当然である。
【００１８】
また、上記実施の形態では、渦巻ポンプのケーシングを例にその構造及び製造方法を説明したが、本発明はこのような耐圧部品に限定されるものではなく、回転部品でも良い。例えば、図７に示す構造のポンプインペラ（羽根車）のように三次元形状の翼面を有する回転部品でも本発明の製造方法を用い、内部コアを樹脂材で中実或いは内部に空隙を含む構造に形成し、その内外面両面（この場合は外面）に繊維強化プラスチック層を形成することにより製造できる。要は振動、騒音の大きい回転機械等の耐圧部品や耐振部品をプラスチックで製造する場合に広く応用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
（１）渦巻ポンプのケーシングやインペラのように多数の三次元状の曲面からなる表面を有するポンプの構成部品であって、該構成部品と同形状の多数の三次元状の曲面からなる表面を有する内部コアを樹脂材により光造型にて製造し、該内部コアの全表面に密着させて繊維強化プラスチック層を任意の厚さに形成することにより、コイシデンス周波数を任意に設定し、目的とする周波数での振動、騒音を低減することができると共に、従来の製振材料を用いたもの以上の任意の強度と弾性係数のプラスチック製のポンプの構成部品を提供できるのである。
【００２０】
（２）また、繊維強化プラスチック層に内部コア部より高弾性係数の繊維強化プラスチックを使用することにより、低弾性係数樹脂からなる内部コア部の荷重を低減できる。
【００２１】
（３）また、請求項２に記載の発明によれば、渦巻ポンプのケーシングやインペラのように多数の三次元状の曲面からなる表面を有するポンプの構成部品の内部コアを樹脂材により光造型にて製造し、該内部コアの全表面に強化繊維からなるマット状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグを付着させた後、該繊維強化プリプレグを真空パックにて該内部コアの多数の三次元状の曲面からなる表面の全面に密着させ、その後該繊維強化プリプレグの熱硬化性樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチック層にし、その弾性係数を前記内部コアの弾性係数より高くしたので、上記（１）及び（２）の効果を有するプラスチック製部品容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を用いて製造した渦巻ポンプの下部ケーシングの構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す下部ケーシングの内部コア部の構造を示す断面図である。
【図３】光造型方法の概略を説明するための図である。
【図４】図１に示す構造の渦巻ポンプの下部ケーシングを製造する１工程を示す図である。
【図５】図１に示す構造の渦巻ポンプの下部ケーシングを製造する１工程を示す図である。
【図６】図１に示す構造の渦巻ポンプの下部ケーシングを製造する１工程を示す図である。
【図７】本発明の製造方法を用いて製造したポンプインペラの下部ケーシングの構造を示す外観図である。
【符号の説明】
１            渦巻ポンプの下部ケーシング
２            内部コア部
３            繊維強化プラスチック層
４            プリプレグ
５            ポリエチレン製の袋
６            真空ポンプ
【図１】
0004031062.tif 000002
【図２】
0004031062.tif 000003
【図３】
0004031062.tif 000004
【図４】
0004031062.tif 000005
【図５】
0004031062.tif 000006
【図６】
0004031062.tif 000007
【図７】
0004031062.tif 000008