JPS62203721A

JPS62203721A - タ−ボポンプ

Info

Publication number: JPS62203721A
Application number: JP4570386A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-09-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はワイヤカット放電加工により加工した羽根を
備えるターボポンプに関する。

（従来の技術〕ターボポンプは前向き羽根、径向き羽根及び後向き羽根
を備えた遠心ポンプの中後向き羽根を備えたポンプであ
って羽根を備えたポンプ中量も効率のよいものであり、
多くの通風機、送風様、及び圧縮機、真空ポンプ等に採
用されている。羽根車は側板及び主板を有し羽根出口角
度は３０〜４０゜の後方湾曲羽根であって、その枚数は
８〜２４である。側板及び主板の形状はその円周速度に
応じて、板厚、テーパ板等のものがあり、小型ターボポ
ンプでは精密鋳造等の手段によって側板及び主板を一体
的に形成した金属製やセラミックス製のものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ターボポンプの性能は羽根の性能によって左右される場
合が多く、その羽根は羽根のエッチの角度と羽根の仕上
面の良否によって性能は左右されるので、パリの出ない
、そして正確に且つエッチの出る加工をする必要がある
。従って羽根を加工するにあたって機械的に力を加えな
いで加工することが必要となるものであり、しかも軽量
で強靭であることと、効率良く制御することができるタ
ーボポンプが望まれるに至っている。

〔問題を解決するための手段〕

しかしてこの発明はターボポンプの羽根板に羽“根を加
工するにあたって、羽根板をワイヤ電極に対して所定の
角度でもって設置し、それをエンコーダを用いて割出し
制御をしながらワイヤカット放電加工をするようにした
ものである。しかもこの発明は羽根板と本体とからなる
ターボポンプ自体を軽量にし、且つ強靭にするために、
本体や羽根板を合成樹脂、ｒａ維強化合成樹脂（ＦＲＰ
）、Ｔｉを含んだＡ１合金等を用いて製作し、本体と羽
根板等の表面、特に摺動面に耐摩耗性の硬化層を設ける
ようにした。そしてワイヤカット放電加工によって仕上
加工をしたものである。その耐摩耗性の硬化層は金属層
を電鋳、溶着、接着等によって得たり、Ａｌ１０３．Ｗ
Ｃ，Ｔ！　Ｎ、ＢＮＷ々で３μ以下のサイズの粒子を含
んだ合成樹脂の層であったり、Ｔｉを含む合金、例えば
ＡノＴｉ−６Ｖ４とかを素材とした本体や羽根板の表面
を窒化、炭化、硼化等し、或いはＴｉ　、Ｔｉ　Ｎをイ
オンプレーティングすることによって得たものである。

このようにして軽量化し、且つ強靭になし得たポンプを
駆動するにあたっては、モータをインバータ制御し、タ
ーボポンプの負荷に見合った回転数を選定するようにし
たものである。

〔作用〕

この発明は羽根板の羽根をワイヤカット放電加工により
加工形成したことにより、カッタ等による切削加工のよ
うに、切削力が羽根板に加わらないために加工中の曲げ
等が無く、しかもパリの出ない、そして正確に且つエッ
チの出る加工をすることができ、必要な吸引力又は圧縮
力に応じて羽根板の数を増減することができる。しかも
この発明のターボポンプは本体、羽根板共に軽量であり
、表面には耐摩耗性の硬化層を形成したことにより、耐
久性を向上させ、更にはワイヤカット放電加工により、
硬化層も一筆書きに仕上加工することができた。しかし
てこの軽量化したターボポンプをインバータ制御により
、ターボポンプの負荷に見合った回転数になるように回
転数制御をするようにしたことにより効率のよい制御を
可能にしたターボポンプ装置を得ることができたもので
ある。

〔実施例〕

この発明を例示した図で説明する。第１図はこの発明を
実施したターボポンプ１の断面図である。

本体２に挿入した案内羽根３の両側をカラー４で挾み、
更、にそのカラー４を蓋５，６で押え、蓋５．６は図示
していないボルトで本体２に固着する。蓋５．６に設け
た軸受１．７によって回転自在に支持された軸８に主羽
根板９とカラー１０．１１とを順次挿入し、ナツト１２
で軸８に固着する。この際カラー１０の厚さを、研摩等
の手段で調整することによって案内羽根３と主羽根板９
との間隙を変更し、調整する。同様に案内羽根３を複数
個設けた場合はカラー４の厚さを調整することによって
も案内羽根３と主羽根板９との間隙を調整することがで
きるようになっている。蓋５にはシール１３を挿入して
カラー１４で押え、更にモータ１５を取付けて、モータ
１５の軸と軸８とを図示していない連結装置で接続する
。又、蓋５には吸引パイプ１６が設けられ、蓋６には吐
出し口１７が設けられている。

第２図は案内羽根３と主羽根板９との羽根１８を加工す
るところの図で、案内羽根３又は主羽根板９はエンコー
ダ１９を備えたモータ２０に取付けられて、割出し回転
をする。このモータ２０はＤＣモータでもステッピング
モータであってもよく、それに取付けて加工する案内羽
根３又は主羽根板９はワイヤ１１ｍ２１に対し、第３図
にも示すように５〜２０°傾斜するようにして取付は羽
根溝２２を周知のワイヤカット放電加工機で加工する。

そのワイヤカット放電加工をするにあたっては、１０５
ΩＩＪの比抵抗を有する水を加工液として用い、パルス
放電、Ｉ　ｐ　１８０　Ａ　、　ｒｏｎ　Ｏ１３μｓｅ
ｃで加工したときの例を第４図に示すと、従来のように
切削加工によって仕上げた案内羽根３と主羽根板９どか
らなる羽根板を用いて、主羽根板９を５ｏｏｏｏ回転さ
せたときのターボポンプ１の吸引力Ａに対し、ワイヤカ
ット放電加工によって加工形成した場合は、３３０００
回転で従来のものの吸引力Ａより優れる吸引力Ｂであっ
た。本体２、蓋５，６はもとより、特に案内羽根３と主
羽根板９とは通常用いる鋼材、特殊鋼、鋳鉄、青銅の外
に軽量な合成樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成し、
或いはＴｉを含んだ合金Ｔｉ−６Ａノー４ｖ等で製作し
、その表面に図示していない耐摩耗性の硬化層を設ける
ようにしてもよい。

更に、具体的に実施例を説明すると、その一つは案内羽
根３或いは主羽根板９をグラファイト繊［６０％を含む
エポキシ樹脂を注型して形成したものを、誤差０．３１
１１ＩＩｌ程度で仕上加工した後に水洗を　゛し、次い
で１０％のＮａ　ＯＨの脱脂液で脱脂をする。

この脱脂をした案内羽根３と主羽根板９とを更に３．５
％ＨＣ）の酸洗液により酸洗いをした後に水洗をして乾
燥させる。引続いてＳｎ　ＣＪｚ　１０１／ノとＨＣノ
２０〜５１’／ｊ２の組成よりなる感受性液を供給して
Ｓｎを案内羽根３と主羽根板９との表面に被着させる活
性化処理し、軽く水洗をする。

その次にＰｄＣ１ｚ　　Ｏ，５Ｓ／ノとＰＨ３〜４のＰ
ＨｖＩＪ整剤ＨＣノとの活性化液を加熱槽で５０℃に加
熱して供給し、３ｎをｐｄに置換させて次の化学メッキ
処理の際にメッキの核となる物質を案内羽根３と主羽根
板９との表面に被着させる。そして水洗機案内羽根３と
主羽根板９とを乾燥室で完全に乾燥した後に化学メッキ
で０．３μのＮｉメッキを施し、その後電鋳で約２ｍｍ
のＮｉ層を約７４時間かけて被着した。そのＮｉ層をワ
イヤカット放電加工によって案内羽根３を仕上加工し主
羽根板９は、何れも面粗さ３μＲｍａｘの程度に仕上加
工をする。このようにして仕上げた主羽根板９は軸８に
固着し、案内羽根３を本体２の中に収納したならば蓋５
，６で軸８を枢支すると共に封入してポンプ１を構成す
る。

このように耐摩耗性の硬化層を電鋳によって得る外に、
注型するエポキシ樹脂の表面部分、或いは全体にＡｌ１
０３　、ＷＣ，Ｔ！　Ｎ、ＢＮ等サイズ３μ以下の粒子
、又は、ＴｉＣの粒子１５％を混入して成形することに
よって得ることもできるし、これらの粒子を含んだ金属
層や青銅、ステンレス簀等の金属層を周知の溶射装置に
よって設け、その層をワイヤカット放電加工によって仕
上加工することもできる。

次にポンプ１の本体２や案内羽根３や主羽根板９に限ら
ず、多く利用できるＴｉを含んだ合金を使用するように
し、その表面を窒化、炭化、或いは硼化することによっ
て耐摩耗性の硬化層を得たり、Ｔｉをイオンプレティン
グするかＴｉＮイオンプレティングすることによって耐
摩耗性の硬化層を得るようにしたものについて説明する
。アルミニウムを主体としたＴｉを含む合金の表面を窒
化して使用する場合、一般的にＴｉを重量比で０．１％
以上含んだ材料に於て効果が大きい、従ってこの場合Ｎ
（窒素）が重量比で０．０２５％以上にしたものが有効
であるということになる。実用的にはＴｔ−Ａノをベー
スにしたＴｔ−６Ａノー４Ｖとか、ｌ”ｅＴｉＯｊとか
ＡノにＴｉを１２％又は１８％を含んだ素材に直接Ｔｉ
やＴｉＮの層を作ることができるものを用いるようにし
た。Ｔｉを含む、例えばＴｉ　−６ＡＩ−４Ｖの合金を
切削加工したり、その粉末を用いて粉末冶金による等し
てポンプ１の本体２や羽根板を形成し、この案内羽根３
や主羽根板９の表面を窒化することによって耐摩耗性の
硬化層を気体を用いて得る場合は、加工した案内羽根３
や主羽根板９を図示していない真空容器の中に入れて空
気を扱き、酸素を排出したのと入替えにＮ２ガスとＨｅ
、Ｈｚ又はＡｒガスとを封入する。そうしておいて、案
内羽根３や主羽根板９を陰極とし、Ｔａ　、Ｔｉ　、Ｍ
ｏ又はＷ板を対向させてそれを陽極とし、両者を１ｏｏ
ｏｖ程度の直流電源に接続することにより、本体２や主
羽根板９の表面にＮ原子が集まり、そこに耐摩耗性の硬
化層である窒化層が得られる。同様の装置で炭化層を得
る場合にはＣＨ４、Ｃ２Ｈｓ　、Ｃ３Ｈ５のガスを封入
することによって、その中のＣが炭化にあづかり、硼化
層を得る場合はＢ（、ｊ２３とＨ２とを封入することに
よってＢが案内羽根３や主羽根板９の表面を硼化して耐
摩耗性の硬化層を得ることができる。

イオンプレーティングは周知のように真空蒸着とプラズ
マとの複合技術であって、電気メッキ、真空蒸着、スパ
ッタリングに比較して、緻密でピンホールやふくれのな
い均一な厚さの層を得ることができるものである。この
イオンプレーティングを利用してＴｉ又はＴｉＮの耐摩
耗性の硬化層を得る場合は、図示していない容器の中に
あるタングステンフィラメント等を用いた抵抗加熱式、
又は高真空電子ビーム式とホローカソード放電、プラズ
マ電子ビーム式等による蒸発装置によってＴｉ、又はＴ
ｉＮの金属を蒸発させるのであるが、その蒸発はＴｉの
場合はアルゴン、ＴｉＮの場合はＮ２又ＮＨ３のガスを
容器の中に５〜２５ｍＴｏｒｒの圧力で封入した雰囲気
の中で行なわれる。そしてこの容器の中にあって蒸発装
置と対抗する位置に設置した案内羽根３や主羽根板９に
一５００■乃至−５ｏｏｏｖという負の高電圧をかける
と案内羽根３や主羽根板９の周囲にグロー放電が持続し
て、案内羽根３や主羽根板９を囲んでダークスペースが
できる。一方蒸発装置で蒸発したＴｉ１又はＴｉＮの金
属原子は途中で容器に封入したアルゴン、又はＮ２やＮ
　、Ｈ３のガス分子と浅目か衝突を繰返した後、ダーク
スペースで加速されて案内羽根３や主羽根板９に到達す
るために、ガス散乱効果を受けて案内羽根３や主羽根板
９が蒸発装置に面していない位置にもＴｉ又はＴｉＮの
金属原子がまわり込み堆積して一様な厚さの耐摩耗性の
硬化層を得ることができる。次にこのようにして構成し
たポンプの制御装置を説明する。

装置であって、ポンプ１をなるべく負荷が一定になるよ
うにインバータ２３で制御するようにしたものである。

インバータ２３で回転数を可変制御するモータ１５は誘
導電動機であり、その回転数Ｎは、Ｎ−１２０、ｆ　／
ｐの式で示される。ここでＰは極数、「は電源周波数で
あるから、Ｎ深層波数ｒを変化させて同期回転数Ｎを変
化させるようにする。

誘導電動機をインバータ２３で駆動する場合、電動機の
磁気飽和をさけると共に始動電流を適当に押え、且つ必
要トルクを発生して安全な運転を行なうためには周波数
を変えると共に、インバータ２３の出力電圧も制御する
ことが必要である。このように可変電圧、可変周波数の
機能を備えたインバータ２３は調節計２４の出力信号に
よって作動するのであるが、この調節計２４は所定の吸
引力、又は圧力、流量等が設定されるようになっている
。一方ターボボンブ１による吸引力又は圧力、流量等を
検出器２５で検出しその検出信号を調節計２４に入力す
る。そしてこの入力した信号と前に設定入力しておいた
設定値との両者を比較してインバータ２３に信号を出力
するようになっている。

〔発明の効果〕

ターボポンプは羽根のエッチの角と、仕上とによって左
右されるものであるが、切削圧力のかからないワイヤカ
ット放電加工による正確な羽根のエッチの角と、切削加
工したときにできるパリの出ない仕上面を得ることがで
き、従来のターボポンプの回転数より少ない回転数で同
等以上の吸引力を有する優れたターボポンプを得ること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したターボポンプの断面図、第２
図、第３図は羽根板を加工するワイヤ電極との関係を示
す図、第４図は特性を示した図、第５図はポンプ装置の
図である。１・・・・・・・・・ターボポンプ２・・・・・・・・・本体３・・・・・・・・・案内羽根９・・・・・・・・・主羽根板１５・・・・・・・・・モータ１９・・・・・・・・・エンコーダ２０・・・・・・・・・モータ２１・・・・・・・・・ワイヤ電極時　　許　　出　　願　　人株式会社井上ジャパックス研究所代表者　井　上　　　潔オ／　図イ　４　圓１、事件の表示昭和６１年　　　特許願第４５．７０３号２、発明の名
称ターボポンプ３、補正をする者事件との関係　　　　特許出願人住　所　神奈川県横浜市緑区長津田町字道正５２８９番
地４、補正により増加する発明の数　　　ｒＯＪ（１）
明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正する。（２）明細書第４頁第１２行の「合成樹脂、繊維強化合
成樹脂ｊを「導電性の合成樹脂、導電性の繊維強化合成
樹脂」と補正する。（３）同第４頁第１９行の「合成樹脂」を「導電性の合
成樹脂」と補正する。（４）同第８頁第１１行及び第９頁第１６行の「エポキ
シ樹脂」を「導電性のエポキシ樹脂」と補正する。別　　紙［（１）ターボポンプに於て羽根を設ける羽根板をワイ
ヤ電極に対して所定の角度で設置し、この所定の角度で
設置した羽根板を割出し制御しながらワイヤカット放電
加工してなるターボポンプ。（２）割出し制御がエンコーダでなされる特許請求の範
囲第１項記載のターボポンプ。（３）羽根板が主羽根板と案内羽根板とからなる特許請
求の範囲第１項記載のターボポンプ。（４）羽根板が増減可能に設けてなる特許請求の範囲第
１項記載のターボポンプ。（５）羽根板が主羽根板と案内羽根板との間隔をスペー
サで調節可能にしてなる特許請求の範囲第１項記載のタ
ーボポンプ。（６）羽根板が導電性の合成樹脂である特許請求の範囲
第１項記載のターボポンプ。（７）羽根板がＴｉを含んだ合金である特許請求の範囲
第１項記載のターボポンプ。（８）羽根板が窒化層を有する特許請求の範囲第１項記
載のターボポンプ。（９）羽根板が炭化層を有する特許請求の範囲第１項記
載のターボポンプ・（１０）羽根板がＴｉをイオンプレーティングしてなる
特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。（１１）羽根板がＴｉＮをイオンプレーティングしてな
る特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。（１２）羽根板が導電性の合成樹脂の表面に金属を電鋳
してなる特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。（１３）羽根板がＡＪ！２０３又はＷＣ又はＴｉＮ又は
ＢＮ等の粒子を含んでなる特許請求の範囲第１項記載の
ターボポンプ。（１４）インバータ制御してなる特許請求の範囲第１項
記載のターボポンプ。」

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ターボポンプに於て羽根を設ける羽根板をワイヤ
電極に対して所定の角度で設置し、この所定の角度で設
置した羽根板を割出し制御しながらワイヤカット放電加
工してなるターボポンプ。
（２）割出し制御がエンコーダでなされる特許請求の範
囲第１項記載のターボポンプ。
（３）羽根板が主羽根板と案内羽根板とからなる特許請
求の範囲第１項記載のターボポンプ。
（４）羽根板が増減可能に設けてなる特許請求の範囲第
１項記載のターボポンプ。
（５）羽根板が主羽根板と案内羽根板との間隔をスペー
サで調節可能にしてなる特許請求の範囲第１項記載のタ
ーボポンプ。
（６）羽根板が合成樹脂である特許請求の範囲第１項記
載のターボポンプ。
（７）羽根板がＴｉを含んだ合金である特許請求の範囲
第１項記載のターボポンプ。
（８）羽根板が窒化層を有する特許請求の範囲第１項記
載のターボポンプ。
（９）羽根板が炭化層を有する特許請求の範囲第１項記
載のターボポンプ。
（１０）羽根板がＴｉをイオンプレーティングしてなる
特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。
（１１）羽根板がＴｉＮをイオンプレーティングしてな
る特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。
（１２）羽根板が合成樹脂の表面に金属を電鋳してなる
特許請求の範囲第１項記載のターボポンプ。
（１３）羽根板がＡｌ＿２Ｏ＿３又はＷＣ又はＴｉＮ又
はＢＮ等の粒子を含んでなる特許請求の範囲第１項記載
のターボポンプ。
（１４）インバータ制御してなる特許請求の範囲第１項
記載のターボポンプ。