JP2007263000A - Pump having resin component and method of manufacturing resin component for pump - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a pump having resin parts such as a water supply pump, a drainage pump, and a vertical shaft pump, and a method for producing a resin part for a pump.
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。
Conventionally, as materials for various pump parts such as impellers, guide vanes, and pumping pipes, metal materials such as cast iron having high strength are generally used. On the other hand, improvement in handling properties such as carrying of a portable pump and improvement in corrosion resistance have been desired for seawater pumps and chemical pumps. In order to reduce the weight and improve the corrosion resistance of the pump in response to those requests, for example, as disclosed in
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。
In the above-mentioned
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。
FIG. 10 shows a partial cross-sectional view of the
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。
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。
However, since the
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。 The object of the present invention is to provide a resin component that can be made into a resin in a state where the strength is sufficient and the productivity is excellent even for a component requiring high strength such as an impeller, and the weight can be reduced and the corrosion resistance can be improved. The point is to provide a pump device. Another object is to obtain a manufacturing method suitable for such a resin component for a pump.
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。 According to a first aspect of the present invention, in a pump apparatus having a resin component, molding is performed by injecting a synthetic resin in a flowable state into a molding die encapsulating a preformed reinforcing fiber material and curing it. And at least two front and back surfaces have smooth fiber-reinforced resin parts.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the pump device having a resin component, the flowable synthetic resin is sucked and injected into the mold by making the inside of the mold in which the reinforcing fiber material is enclosed negative pressure. And at least two front and back surfaces molded by curing have smooth fiber reinforced resin parts.
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。
The invention according to
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。
The invention according to
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。
The invention according to
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。
The invention according to
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。
The invention according to
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。 According to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a fiber reinforced resin part for a pump device, a preliminary process of encapsulating a preformed reinforcing fiber material in a mold and a flowable synthetic resin through the preliminary process. It has a resin injection step of pressure-injecting into a later mold and a curing step of curing the resin injected into the mold.
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。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fiber reinforced resin part for a pump device, wherein a preliminary step of encapsulating the reinforcing fiber material in the mold and a negative pressure inside the mold in which the reinforcing fiber material is encapsulated are flowed The method includes a resin injection step of sucking and injecting a synthetic resin in a possible state into the mold, and a curing step of curing the resin injected into the mold.
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。
According to the present invention, various actions and effects described below can be obtained. The invention of
(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。 (B) Compared to metal casting, light work and light equipment are sufficient, and the working environment is also improved. (B) Mold separation (mold separation) after molding is easy. For example, when the part to be molded is an impeller, the stress due to mold separation operation hardly acts on the blade, and dimensional accuracy There is an effect of improving the finishing accuracy of the part surface such as improvement of the surface and no roughness of the blade surface. (C) For example, the HLU method can only provide a smooth surface on one side, but according to RTM and Light RTM, both surfaces can be smooth and have a negative effect on the flow when the front and back surfaces are in contact with each other. Is advantageous. Thereby, the resin component of the pump device can be a fiber reinforced resin component having at least two smooth surfaces. (D) No post-processing (such as grinder processing) required in metal casting is required. (E) The unit price can be made lower than that of metal casting. (F) It is possible to make the fitting tolerance smaller (about ± 0.1 mm) than the conventional resin parts. Since the dimensional accuracy can be improved (about ± 0.2mm) compared to metal castings, the dimensional accuracy of each resin component is increased, and as a result, the performance as a pump device can be substantially improved. Become.
(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。 (G) The thickness of the mold can be reduced, thereby reducing the weight of the mold. Since a large pressure as in the conventional case does not act on the mold, the handling of the mold is simplified and the degree of freedom is high. (H) When compared with the RTM method, the Wright RTM method has an advantage that the number of types that can be used as the reinforcing fiber material is increased, so that the resin component for the pump device can be created flexibly with respect to cost and strength. (I) Since no large pressure acts on the mold, it is possible to make the mold thinner without requiring reinforcement of the steel or the like, and the mold material can also be made of inexpensive resin or wood.
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。
In the impeller of
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。 Embodiments of a pump having a resin part and a method for producing a resin part for a pump according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural view showing an example of a pump device, FIGS. 2 to 4 are views showing an impeller, FIGS. 5 and 6 are schematic views showing a resin part manufacturing method and manufacturing apparatus by the Light RTM method, FIG. 8 is a block diagram showing the light RTM method and the RTM method, and FIG. 9 is a characteristic comparison table between the RTM method and the light RTM method.
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。
FIG. 1 shows a vertical-pumped diagonal flow pump (an example of a “pump having a resin part”) P and a
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。
The
〔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。
[Example 1]
Next, a method for manufacturing a resin component for a pump device such as the
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。
As shown in FIG. 5A, the preliminary step a includes a loading step s for putting the reinforcing
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。
In the resin injection step b, as shown in FIGS. 6 and 7, the inside of the molding die 11 arranged on the floor f is sucked through the
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。
As shown in FIGS. 6 and 7, the curing step c is a state in which the injection step t is completed until it is naturally cured by the action of the curing agent contained in the synthetic resin injected into the
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。 The resin parts manufactured by the above-mentioned light RTM method are as follows. ~ 4. It has the following features. 1. Low resin injection pressure. 2. Easy mold clamping. 3. The mold cost is relatively low (for example, about twice the hand lay-up method). There is no need to reinforce the mold with steel. Further, even if the part to be molded is large (large), it can be molded with a very thin mold. 4). Various kinds of reinforcing fibers to be impregnated can be used. A preform like the RTM method is not necessary.
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。 Moreover, the resin component manufactured by either the light RTM construction method or the RTM construction method has the following characteristics 5-7. 5. Both surfaces are smooth (a fiber-reinforced resin part having at least two front and back surfaces that are smooth). 6). Roughness can be greatly reduced compared to conventional casting pumps. 7). The dimensional accuracy can be improved as compared with a conventional casting pump.
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。
When the
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。
As described above, since the reinforcing
〔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。
[Example 2]
Next, a method for manufacturing a resin component according to Example 2 will be described. The second embodiment is based on an RTM (Resin Transfer Molding) method which is a means for creating an FRP. A resin component such as the
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。 It is very similar to the Light RTM method of Example 1, except that the reinforcing fiber material is preformed and that the molten resin is injected by positive pressure (in short, it is pushed in under pressure). The construction method is different in each point. FIG. 9 shows a main feature comparison table between the RTM method and the light RTM method. As can be seen from the comparison table in FIG. 9, the RTM method is slightly inferior to the light RTM method, but the quality by the operator compared to the conventional HLU (hand lay-up) method. There is an advantage that the production efficiency is excellent, the front and back surfaces can be molded into a smooth and clean finished surface, and the dimensional accuracy is good.
〔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。
[Another Example]
Examples of the resin component for the pump device molded by the manufacturing method (Light RTM method, RTM method) of the first and second embodiments described above include the
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
2 pumping
Claims (9)
A preliminary step of enclosing the reinforcing fiber material in the mold, and a resin injection step of sucking and injecting a synthetic resin in a flowable state with a negative pressure inside the mold in which the reinforcing fiber material is encapsulated, A curing step of curing the resin injected into the mold, and a method for producing a fiber reinforced resin part for a pump device.
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