JP2002242852A - ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】構成部材の互いに摺動する部材の腐食及び磨耗
を抑止して、長期間にわたって安定した吐出量を維持で
きる、廉価なギヤポンプを得る。 【解決手段】ギヤ2,3 の歯先面2a,3a には、ギヤ遊嵌孔
6aを有する枠状のケーシング6 が所定のクリアランスを
もって遊嵌しており、ケーシング6端面は、ギヤ2,3 の
軸4,5 の軸受け部7a,7b,8aをもつサイドプレート7,8 に
より閉塞されている。摺動面であるギヤ2,3 の歯先面2
a,3a とギヤ遊嵌孔6aの内面、ギヤ2,3 の端面2b,3b と
サイドプレート7,8 、軸4,5と軸受け部7a,7b,8aの少な
くとも１にアーク放電イオンプレーティングによるTiN
、TiCN、TiC 、ZrN 、Cr-N、TiAlN の何れか又はそれ
らの組み合わせからなる、ピッカ−ス硬度が１５００以
上の超硬質皮膜が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに噛合する二
以上のギヤの回転によって溶融樹脂などの比較的高粘度
の流体を定量づつ計量して送り出す機能を有するギヤポ
ンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ギヤポンプとは、一般的に溶融樹脂流体
や溶剤などを用いて溶解された樹脂流体など、比較的粘
度の高い樹脂流体を定量圧送することに用いられる。こ
のギヤポンプは、互いにかみ合いながら回転している二
以上のギヤを有し、これらのギヤの歯先面に遊嵌する枠
体からなるケーシングと、前記ギヤの軸を支持すると共
に前記ケーシングを閉塞する一対のサイドプレートとか
ら構成されている。

【０００３】かかる構成を有するギヤポンプは、互いに
噛合するギヤの歯溝に流体が充填され、同ギヤの円周面
上に運ばれて出口部でギヤの歯が噛み合うことにより押
出し吐出される。このギヤの端面及び歯先面とサイドプ
レート及びケーシングとの間などには微小なクリアラン
スが設けられており、そのクリアランスに入り込む高圧
液により潤滑が行われる。

【０００４】前記ギヤポンプの構造において高精度な定
量性を得るためには、前記高圧液の低圧側への漏洩を可
能な限り抑えるべく、前記隙間を微小にすることが有効
である。しかし腐食性の高い流体を送液する場合は、ギ
ヤの歯先面とケーシングとの間、又はギヤの端面とサイ
ドプレートとの間などの、前記ギヤの回転時に互いに摺
動する部分において腐食を伴う磨耗が生じて各部の隙間
が広がり、高圧液が低圧側へ漏洩して、正規の吐出量が
得られなくなるという問題がある。

【０００５】そこで、例えば特開昭６２−１８６０８１
号公報に開示されているギヤポンプでは、上記構成部品
の少なくとも一部の部品の表面硬度を７００以上とする
と共に、サイドプレートとギヤ端面との間、ケーシング
とギヤ歯先面との間、及びギヤの軸と軸受けとの間の各
クリアランスの寸法を規定することにより、それら間の
摩擦による焼付けを防止している。なお、上記表面硬度
とするために、具体的には各種拡散処理、メッキ、放電
硬化などの表面処理を施している。

【０００６】また、特開昭６３−１８１９２号公報に開
示されているギヤポンプでは、優れた耐磨耗性及び耐焼
付け性を付与するため、同ギヤポンプの構成部品のう
ち、ハブ、ボルト、シール部材、ハブトップ及びダウエ
ルを除く全ての摺動部材の表面に所要のメッキを施して
いる。このメッキはニッケルを主とするメッキ材料にセ
ラミックパウダーを混入させて無電解ニッケルメッキを
施した後、一度焼き上げてメッキ層の表面にセラミック
粒子を析出させている。

【０００７】特開昭６３−２９０８２号公報には、耐熱
性・耐食性・耐磨耗性に優れ、且つ熱膨張による寸法の
狂いの少ないギヤポンプとして、圧送される流体が接す
る部材に、超硬合金を使用したギヤポンプが開示されて
いる。この超硬合金として、具体的にはＣｏ及び／又は
Ｎｉを主成分とする結合相４〜１７質量％と、炭化タン
グステンと不可避不純物とからなる合金が開示されてい
る。

【０００８】更に、特開平４−１９１４８４号公報に開
示されているギヤポンプは、焼付けを防止し、長期間の
使用に耐え得るように、ギヤ、ギヤの軸、ケーシング及
びサイドプレートのうちの少なくとも一つを、表面粗度
Ｒａが０．０５μｍ以下のセラミックスで構成してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−１８６０８１号公報に開示されているギヤポンプ
では、耐食性については何ら考慮がなされていないた
め、腐食性の高い流体を送液する場合に腐食し、ギヤポ
ンプの寿命が短くなるだけでなく、精密な定量送液がで
きない場合もある。

【００１０】また、特開昭６３−１８１９２号公報に開
示されている摺動部材に無電解ニッケルメッキが施され
たギヤポンプは、前記メッキが脆弱であるため、磨耗或
いは剥離が生じて長期間にわたる使用には耐え得ない。

【００１１】特開昭６３−２９０８２号公報に開示され
ているギヤポンプは、部材の材料に超硬合金を使用して
いるため材料コストが高価であり、最終製品のコストに
も影響を及ぼす。特開平４−１９１４８４号公報に開示
されているセラミックスを採用したギヤポンプも、材料
コストが高価となるばかりでなく、セラミックスでは脆
弱であるため、長期間にわたる使用は不可能である。

【００１２】また、ＳＵＳ４４０Ｃ製のギヤポンプでも
腐食を伴った磨耗によりケーシングとギヤとの間のクリ
アランスが大きくなり、実吐出量が減少するといった問
題があり、寿命は極めて短い。従って、依然として耐食
性、耐磨耗性に優れており、且つ廉価なギヤポンプは得
られていないのが現状である。

【００１３】本発明はかかる従来のギヤポンプの問題点
を解決し、構成部材の互いに摺動する部材の腐食及び磨
耗を軽減して、長期間にわたって安定した吐出量を維持
できる、廉価なギヤポンプを得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本件請求項１に係る発明によれば、少なくとも一以
上の摺動面にピッカース硬度が１５００以上の超硬質皮
膜が施されてなることを特徴とするギヤポンプが提供さ
れる。

【００１５】このように少なくとも一以上の摺動面に超
硬質皮膜が施されていれば、互いに接触したり、或いは
流体圧が高い場合にも破損を生じることがなく、長期間
にわたり安定して流体を定量圧送することができる。

【００１６】なお、一以上の摺動面として、第１優先は
ギヤ歯先（噛み合い部と歯底も同様にコーティングされ
る）とケーシングとの間の摺動面であり、次にギヤ端面
とサイドプレートとの間の摺動面である。更には回転軸
と軸受け部等、全ての摺動面に皮膜を施すことが好まし
い。

【００１７】前記超硬質皮膜の膜厚は特に限定されるも
のではないが、１〜２０μｍ程度が好ましい。経験的に
は１．５〜１０μｍが更に好ましい。前記膜厚が薄いと
部分的にピンホールが生じたり、磨耗により寿命が短く
なる。また、膜厚が厚すぎると剥離しやすくなったり、
膜に亀裂が生じるおそれがある。また加工費が高価にな
るので好ましくない。

【００１８】このときの各部のクリアランスは、ギヤの
歯先とケーシングとの間で５〜５０μｍ、ギヤの端面と
サイドプレートとの間が５〜１００μｍの範囲とするこ
とが好ましい。各部のクリアランスが好ましい範囲から
外れないように、膜厚及び母材の加工寸法を考慮する必
要がある。

【００１９】また本件請求項２に係る発明では、前記超
硬質皮膜はＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ
Ｎ、又はＴｉＡｌＮであることを特徴としている。前記
超硬質皮膜が上記材料からなる場合には特に高い耐食性
を示し、硫酸腐食環境下で、例えばＣｒＮの皮膜はＣｒ
メッキによる皮膜に対して２桁以上高い耐食性を示す。
そのため流体が腐食性の高い場合にも腐食したり、腐食
に伴い強度が低下することもなく、いかなる流体であっ
ても長期間にわたり、安定した流体の定量圧送が可能と
なる。

【００２０】更に本件請求項３に係る発明では、前記超
硬質皮膜はアーク放電イオンプレーティングにより形成
されてなることを特徴とする。このアーク放電イオンプ
レーティングとは、アーク放電プラズマ源から大電流電
子ビームを蒸発源に引き込むことによって蒸発材料を蒸
発させると同時にイオン化して薄膜を形成する方法であ
る。或いは、蒸発させるべき材料を陰極、真空槽を陽極
として、この間に直流電圧を印加してアーク放電を生じ
させて蒸発材料のプラズマを発生させることもできる。

【００２１】このアーク放電イオンプレーティングは凹
凸のあるギヤポンプの各種部材の表面に均一の膜厚及び
膜質で成膜することができる。しかも、かかるアーク放
電イオンプレーティングにより摺動面に超硬質皮膜が形
成されたギヤポンプは、例えばステライト製のギヤポン
プに比べて価格が約１／１０以下と極めて廉価である。
更には、ギヤポンプの寿命が各段に延び、例えばＳＵＳ
４４０Ｃ製のギヤポンプの寿命の２倍以上に延びること
も確認されている。

【００２２】なお、ＴｉＮやＣｒＮなどの超硬質薄膜は
ＣＶＤによっても成膜が可能ではあるが、ＣＶＤによる
成膜では８００〜１１００℃に加熱される。これに対し
てアーク放電イオンプレーティングによる成膜では１８
０℃程度の比較的低温での成膜が可能であるため母材の
歪みが少ない点でＣＶＤに比べて有利である。

【００２３】なお、母材の硬度が高いほど薄膜の密着強
度が高くなるため、焼入れや窒化等により母材の表面硬
度を高くすることが好ましい。焼入れできない場合は母
材に下地としてハードクロムメッキ等を施し、超硬質薄
膜との硬度差を少なくすることが好ましい。更には、超
硬質薄膜の成膜前に１８０℃の真空中で数時間放置して
母材中の不純物をできるだけ除去したり、母材表面をサ
ンドブラスト等で荒らして表面積を大きくすることも、
薄膜の密着性を高めるためには効果的である。

【００２４】なお、アーク放電イオンプレーティングに
より成膜された超硬質皮膜のピッカ−ス硬度は、Ｔｉ
Ｎ：２５００、ＴｉＣＮ：２８００、ＴｉＣ：３００
０、ＺｒＮ：２２００、Ｃｒ−Ｎ：１８００、ＴｉＡｌ
Ｎ：３０００であった。

【００２５】かかる本発明のギヤポンプは耐食性も高い
ため、湿式、溶融紡糸用のギヤポンプとして使用するこ
とができる。更には、一般のギヤポンプとしても広く適
用が可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は
本発明の好適な実施形態によるギヤポンプ１の分解斜視
図である。

【００２７】ギヤポンプ１は上下に配され、互いに噛み
合う同一形態の一対のギヤ２，３を備えており、上方に
配されたギヤ２には駆動軸４がピン４ａにより嵌挿固定
されており、下方のギヤ３には従動軸５が嵌挿されてい
る。

【００２８】前記ギヤ２，３の歯先面２ａ，３ａには、
ギヤ遊嵌孔６ａを有する枠状のケーシング６が、前記ギ
ヤ２，３の歯先との間に所定のクリアランスをもって遊
嵌している。更に前記ケーシング６の端面はサイドプレ
ート７，８により閉塞されている。このサイドプレート
７，８と、前記ギヤ２，３の端面２ｂ，３ｂとの間にも
所定のクリアランスが形成されている。

【００２９】片側のサイドプレート７には前記ギヤ２，
３の軸４，５の軸受け部７ａ，７ｂが形成されている。
更に他側のサイドプレート８には、前記駆動軸４の軸受
け貫通孔８ａと前記従動軸５の軸受け部とが形成されて
いる。

【００３０】前記本発明にあっては、前記ギヤ２，３の
歯先面２ａ，３ａとケーシング６のギヤ遊嵌孔６ａの内
面、前記ギヤ２，３の端面２ｂ，３ｂとサイドプレート
７，８、前記ギヤ２，３の軸４，５と軸受け部７ａ，７
ｂがそれぞれ摺動面であり、これら摺動面の少なくとも
１にアーク放電イオンプレーティングによるＴｉＮ、Ｔ
ｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、Ｃｒ−Ｎ、ＴｉＡｌＮの何れ
か又はそれらの組み合わせからなる、ピッカ−ス硬度が
１５００以上の超硬質皮膜が形成されている。

【００３１】なおこれら摺動面のうち、第１優先はギヤ
２，３の歯先面２ａ，３ａとケーシング６のギヤ遊嵌孔
６ａで、次に前記ギヤ２，３の端面２ｂ，３ｂとサイド
プレート７，８である。更には前記ギヤ２，３の軸４，
５と軸受け部７ａ，７ｂ等、全ての摺動面に施すことが
できる。なお、ギヤ２，３の歯先面２ａ，３ａはその歯
先だけでなく、歯溝（噛み合い部及び歯底）も同様に皮
膜が形成されている。

【００３２】この皮膜の膜厚は１〜２０μｍの範囲とす
ることが好ましい。前記膜厚が薄いと部分的にピンホー
ルが生じたり、磨耗により寿命が短くなる。一方、膜厚
が厚すぎると皮膜が剥離しやすくなったり、皮膜に亀裂
が生じるおそれがあり、また、加工費用が高額になるた
め好ましくない。

【００３３】なお、前記皮膜は、その処理温度が１８０
℃と比較的低温のアーク放電イオンプレーティングによ
り成膜することが好ましい。ＣＶＤ、ＰＶＤ等の多の方
法でも成膜は可能だが、それら方法での成膜温度は８０
０〜１１００℃になるため、母材の歪みが大きくなるお
それがある。

【００３４】また、母材は特に限定はされないが、母材
の硬度が高いほど皮膜の母材への密着強度が高くなるた
め、焼入れや窒化等により母材の表面硬度を高くするこ
とが好ましい。母材が焼入れできない場合には、下地と
してハードクロムメッキ等を施して皮膜との硬度差を少
なくすることが好ましい。

【００３５】更にアーク放電イオンプレーティングによ
る成膜前に１８０℃真空中で数時間放置して母材中の不
純物をできるだけ除去したり、母材の表面をサンドブラ
スト等で荒らして表面積を大きくすることも、皮膜の密
着強度を高めるうえで効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態によるギヤポンプの分
解斜視図である。

【符号の説明】

１ ギヤポンプ ２ ギヤ ２ａ 歯先面 ２ｂ 端面 ３ ギヤ ３ａ 歯先面 ３ｂ 端面 ４ 駆動軸 ４ａ ピン ５ 従動軸 ６ ケーシング ６ａ ギヤ遊嵌孔 ７ サイドプレート ８ サイドプレート ７ａ，７ｂ 軸受け部 ８ａ 軸受け貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長嶺 定利 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 (72)発明者 早川 善和 広島県大竹市御幸町20番１号 三菱レイヨ ン株式会社大竹事業所内 Ｆターム(参考） 3H041 AA04 BB02 CC13 DD03 DD05 DD33 3H044 AA04 BB02 CC12 DD03 DD05 DD23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一以上の摺動面にピッカース
   硬度が１５００以上の超硬質皮膜が施されてなることを
   特徴とするギヤポンプ。
2. 【請求項２】 前記超硬質皮膜がＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔ
   ｉＣ、ＺｒＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮの何れか又はそれら
   の組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の
   ギヤポンプ。
3. 【請求項３】 前記超硬質皮膜はアーク放電イオンプレ
   ーティングにより形成されてなることを特徴とする請求
   項１又は２記載のギヤポンプ。