JP2023007018A

JP2023007018A - gear pump device

Info

Publication number: JP2023007018A
Application number: JP2021109966A
Authority: JP
Inventors: 裕樹瀬川; Yuki Segawa
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-01-18

Abstract

To provide a gear pump device which enables further improvement of durability while inhibiting performance deterioration when used in a corrosive fluid.SOLUTION: A gear pump device sends a corrosive fluid having corrosiveness and includes: a housing having an inlet port and an outlet port; a driving gear which is housed in the housing and rotationally driven through a driving shaft; and a driven gear which engages with the driving gear, is rotatably housed in the housing, and sends the corrosive fluid from the inlet port to the outlet port with the driving gear. The driving gear and the driven gear are formed of high nitrogen martensitic stainless steel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、腐食性流体を送り出すギヤポンプ装置に関する。 The present invention relates to a gear pump device for pumping corrosive fluids.

化学繊維原液及びプラスチック原液のような溶融樹脂、液状食品、並びに塗料等の腐食性流体を送り出す装置としてギヤポンプ装置が知られている。そして、ギヤポンプ装置として例えば特許文献１のようなギヤポンプがある。特許文献１のギヤポンプ装置では、駆動ギヤとそれに従動する従動ギヤとによって腐食性流体が送り出される。 2. Description of the Related Art A gear pump device is known as a device for pumping corrosive fluids such as molten resins such as chemical fiber stock solutions and plastic stock solutions, liquid foods, and paints. As a gear pump device, for example, there is a gear pump as disclosed in Patent Document 1. In the gear pump device of Patent Literature 1, corrosive fluid is pumped out by a drive gear and a driven gear that follows the drive gear.

特開２０１９－１９０４０１号公報JP 2019-190401 A

ギヤポンプ装置では、腐食性を有する腐食性流体に対して耐腐食性を有する材料（例えば、高速度鋼）を用いることによって耐腐食性を確保している。これにより、ギヤポンプ装置の性能低下の抑制及び耐久性を向上させることができる。他方、腐食性流体に適用されるギヤポンプ装置において耐腐食性を確保するだけでは、性能低下の抑制及び耐久性の向上に限界がある。しかし、ギヤポンプ装置では、更なる性能低下の抑制及び耐久性の向上が求められている。 In the gear pump device, corrosion resistance is ensured by using a material (for example, high speed steel) having corrosion resistance against corrosive fluid. As a result, deterioration in performance of the gear pump device can be suppressed and durability can be improved. On the other hand, merely ensuring corrosion resistance in a gear pump device that is applied to corrosive fluids has limitations in suppressing deterioration in performance and improving durability. However, gear pump devices are required to further suppress deterioration in performance and improve durability.

そこで本発明は、腐食性流体に適用される際に性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができるギヤポンプ装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gear pump device that can suppress deterioration in performance and further improve durability when applied to corrosive fluids.

本発明のギヤポンプ装置は、腐食性流体を送り出すギヤポンプ装置であって、
入口ポートと出口ポートとを有するハウジングと、前記ハウジングに収容され、駆動シャフトを介して回転駆動される駆動ギヤと、前記駆動ギヤと噛合し且つ回転可能に前記ハウジングに収容され、前記駆動ギヤと共に前記腐食性流体を前記入口ポートから前記出口ポートへと送り出す従動ギヤとを備え、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤは、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼から成るものである。 A gear pump device of the present invention is a gear pump device that pumps out a corrosive fluid,
a housing having an inlet port and an outlet port; a drive gear housed in the housing and rotatably driven via a drive shaft; a driven gear for sending the corrosive fluid from the inlet port to the outlet port, wherein the drive gear and the driven gear are made of high nitrogen martensitic stainless steel.

本発明に従えば、駆動ギヤ及び従動ギヤが高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼から成るので、駆動ギヤ及び従動ギヤは、腐食性流体に対する耐腐食性を確保しつつ硬度を高めることができる。そして、硬度を高めることによって、互いに噛合するギヤ同士の摩耗を抑制することができる。それ故、駆動ギヤ及び従動ギヤは、腐食耐性を有することによる性能低下の抑制及び耐久性の向上に加えて、摩耗耐性を有することによる性能低下の抑制及び耐久性の向上を図ることができる。これにより、ギヤポンプ装置は、腐食性流体に適用される際において性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができる。 According to the present invention, the driving gear and the driven gear are made of high-nitrogen martensitic stainless steel, so that the driving gear and the driven gear can have increased hardness while ensuring corrosion resistance against corrosive fluids. Further, by increasing the hardness, it is possible to suppress wear between gears that mesh with each other. Therefore, the driving gear and the driven gear can suppress performance degradation and improve durability by having wear resistance, in addition to suppressing performance degradation and improving durability by having corrosion resistance. As a result, the gear pump device can suppress deterioration in performance and further improve durability when applied to corrosive fluids.

本発明によれば、腐食性流体に適用される際に性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができる。 According to the present invention, deterioration in performance can be suppressed and durability can be further improved when applied to corrosive fluids.

本発明のギヤポンプ装置を示す正面断面図である。1 is a front sectional view showing a gear pump device of the present invention; FIG. 図１に示すギヤポンプ装置を分解して示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing the gear pump device shown in FIG. 1 in an exploded manner; 図１に示すギヤポンプ装置を切断線ＩＩＩ－ＩＩＩで切断して示す側方断面図である。FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the gear pump device shown in FIG. 1 cut along a cutting line III-III; 図１のギヤポンプ装置においてシャフトと各ギヤとの間を拡大して示す拡大断面図である。2 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion between a shaft and gears in the gear pump device of FIG. 1; FIG.

以下、本発明に係る実施形態のギヤポンプ装置１について前述する図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するギヤポンプ装置１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、及び変更が可能である。 A gear pump device 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the above-described drawings. It should be noted that the concept of direction used in the following description is used for convenience of explanation, and does not limit the orientation of the configuration of the invention to that direction. Also, the gear pump device 1 described below is merely an embodiment of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments, and additions, deletions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

＜ギヤポンプ装置＞
腐食性流体を送り出す装置として、図１に示すようなギヤポンプ装置１が用いられる。本発明において、腐食性流体とは、例えば化学繊維原液、プラスチック原液のような溶融樹脂、薬品、液状食品、及び塗料等の腐食性を有する液状有機物である。本実施形態において、化学繊維原液は、アラミド繊維の原液及びポリエステル繊維の原液等ある。また、プラスチック原液は、ポリエステルの原液、ポリビニルアルコールの原液等である。ギヤポンプ装置１は、回転数に応じた定量の腐食性流体を加圧して送り出す（即ち、圧送する）ことができる精密ギヤポンプ装置である。ギヤポンプ装置１は、供給源（例えば押出機）及び出力先（例えば、口金及びダイ）に接続される（共に図示せず）。そして、ギヤポンプ装置１は、押出機から押出される腐食性流体を出力先に圧送する。更に詳細に説明すると、ギヤポンプ装置１は、図２に示すようにハウジング１１と、電動機１２と、駆動ギヤ１３と、従動ギヤ１４と、を備えている。 <Gear pump device>
A gear pump device 1 as shown in FIG. 1 is used as a device for pumping out corrosive fluid. In the present invention, the corrosive fluid is a corrosive liquid organic matter such as a chemical fiber undiluted solution, a molten resin such as a plastic undiluted solution, a chemical, a liquid food, or a paint. In this embodiment, the chemical fiber stock solution includes an aramid fiber stock solution, a polyester fiber stock solution, and the like. Further, the plastic undiluted solution is a polyester undiluted solution, a polyvinyl alcohol undiluted solution, or the like. The gear pump device 1 is a precision gear pump device capable of pressurizing and pumping out (that is, pumping) a fixed amount of corrosive fluid according to the number of revolutions. The gear pump device 1 is connected to a supply source (eg extruder) and an output destination (eg mouthpiece and die) (both not shown). Then, the gear pump device 1 pressure-feeds the corrosive fluid extruded from the extruder to an output destination. More specifically, the gear pump device 1 includes a housing 11, an electric motor 12, a driving gear 13, and a driven gear 14, as shown in FIG.

＜ハウジング＞
ハウジング１１は、入口ポート１１ａと出口ポート１１ｂとを有している。入口ポート１１ａは、腐食性流体が導かれるポートである。また、出口ポート１１ｂは、腐食性流体が送り出されるポートである。本実施形態において、入口ポート１１ａは、前述する供給源に接続されている。そして、出口ポート１１ｂは、前述する出力先に接続されている。また、ハウジング１１は、内部に２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄを有している。なお、ハウジング１１は、本実施形態において正面視矩形状且つ厚みを有する直方体状に形成されている。但し、ハウジング１１は、正面視で円形状や多角形状であってもよくその形状は限定さない。 <Housing>
Housing 11 has an inlet port 11a and an outlet port 11b. Inlet port 11a is the port through which the corrosive fluid is introduced. Also, the outlet port 11b is a port through which the corrosive fluid is delivered. In this embodiment, inlet port 11a is connected to the aforementioned supply source. The outlet port 11b is connected to the output destination described above. The housing 11 also has two gear chambers 11c and 11d inside. In addition, the housing 11 is formed in a rectangular parallelepiped shape having a rectangular shape in a front view and a thickness in the present embodiment. However, the shape of the housing 11 is not limited and may be circular or polygonal when viewed from the front.

ハウジング１１の構成についてより詳細に説明すると、ハウジング１１は、ギヤケース２１と、一対のプレート２２，２３とを有している。ギヤケース２１は、２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄを有している。２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄは、ギヤケース２１において所定方向に延在する部屋である。また、ギヤ室１１ｃ，１１ｄは、所定方向に見て大略円形状に形成されている。本実施形態において、２つのギヤ室１１ｃ、１１ｄは、所定方向の一例である厚み方向にギヤケース２１を貫通している。また、２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄは、厚み方向に見た正面視において、それらの一部が互いに重なるように配置されている。そして、ギヤケース２１は、２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄの周縁が互いに重なる部分に入口通路２１ａ及び出口通路２１ｂが形成されている。 Describing the structure of the housing 11 in more detail, the housing 11 has a gear case 21 and a pair of plates 22 and 23 . The gear case 21 has two gear chambers 11c and 11d. The two gear chambers 11 c and 11 d are chambers extending in a predetermined direction in the gear case 21 . Also, the gear chambers 11c and 11d are formed in a substantially circular shape when viewed in a predetermined direction. In this embodiment, the two gear chambers 11c and 11d pass through the gear case 21 in the thickness direction, which is an example of the predetermined direction. Also, the two gear chambers 11c and 11d are arranged so that their portions overlap each other in a front view in the thickness direction. In the gear case 21, an inlet passage 21a and an outlet passage 21b are formed at portions where the peripheral edges of the two gear chambers 11c and 11d overlap each other.

一対のプレート２２，２３は、ギヤケース２１のギヤ室１１ｃ，１１ｄを厚み方向両側から挟んでいる。即ち、ギヤ室１１ｃ，１１ｄの厚み方向両側が一対のプレート２２，２３によって覆われている。また、２つのプレート２２，２３のうちの一方である第１プレート２２は、貫通孔２２ａを有している。貫通孔２２ａは、第１プレート２２を厚み方向に貫通している。また、貫通孔２２ａは、２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄのうちの一方に対応させて形成されている。本実施形態において、貫通孔２２ａは、その軸線を一方のギヤ室１１ｃである駆動ギヤ室１１ｃの軸線Ｌ１と一致させるように第１プレート２２に形成されている。 The pair of plates 22 and 23 sandwich the gear chambers 11c and 11d of the gear case 21 from both sides in the thickness direction. That is, both sides in the thickness direction of the gear chambers 11c and 11d are covered with a pair of plates 22 and 23. As shown in FIG. Also, the first plate 22, which is one of the two plates 22 and 23, has a through hole 22a. The through hole 22a penetrates the first plate 22 in the thickness direction. Also, the through hole 22a is formed to correspond to one of the two gear chambers 11c and 11d. In this embodiment, the through hole 22a is formed in the first plate 22 so that its axis coincides with the axis L1 of the drive gear chamber 11c, which is one of the gear chambers 11c.

２つのプレート２２，２３のうちの他方である第２プレート２３には、前述する２つのポート１１ａ，１１ｂが形成されている。２つのポート１１ａ，１１ｂの各々は、ギヤケース２１の入口通路２１ａ及び出口通路２１ｂに繋がっている。これにより、入口ポート１１ａが入口通路２１ａを介して２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄに繋がり、また２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄが出口通路２１ｂを介して出口ポート１１ｂに繋がっている。 The second plate 23, which is the other of the two plates 22 and 23, is formed with the two ports 11a and 11b described above. Each of the two ports 11 a and 11 b is connected to an inlet passage 21 a and an outlet passage 21 b of the gear case 21 . Thus, the inlet port 11a is connected to the two gear chambers 11c and 11d through the inlet passage 21a, and the two gear chambers 11c and 11d are connected to the outlet port 11b through the outlet passage 21b.

＜電動機＞
電動機１２は、ハウジング１１の主面（本実施形態において第１プレート２２）に設けられている。電動機１２は、後で詳述する駆動ギヤ１３を回転駆動する。そして、電動機１２は、圧送すべき腐食性流体の流量に応じて、駆動ギヤ１３の回転速度を制御する。更に詳細に説明すると、電動機１２は、ステータ１２ａと、ロータ１２ｂと、駆動シャフト１２ｃとを有している。ステータ１２ａは、その中にロータ１２ｂを回転可能に収容している。また、ロータ１２ｂには、駆動シャフト１２ｃが回転不能に設けられている。駆動シャフト１２ｃは、その中間部分から先端側部分までの突出部分をロータ１２ｂから突き出させている。駆動シャフト１２ｃの突出部分は、貫通孔２２ａに挿通されている。そして、駆動シャフト１２ｃの突出部分は、その基端側及び先端側が各プレート２２，２３に夫々軸支されている。なお、駆動シャフト１２ｃを駆動するものは、電動機に限定されず、エンジン等の原動機であってもよい。 <Electric motor>
The electric motor 12 is provided on the main surface of the housing 11 (the first plate 22 in this embodiment). The electric motor 12 rotationally drives a drive gear 13, which will be detailed later. The electric motor 12 controls the rotation speed of the driving gear 13 according to the flow rate of the corrosive fluid to be pumped. More specifically, the electric motor 12 has a stator 12a, a rotor 12b and a drive shaft 12c. Stator 12a rotatably houses rotor 12b therein. A drive shaft 12c is non-rotatably mounted on the rotor 12b. The drive shaft 12c has a protruding portion extending from the intermediate portion to the tip side portion protruding from the rotor 12b. A projecting portion of the drive shaft 12c is inserted through the through hole 22a. The protruding portion of the drive shaft 12c is pivotally supported by the plates 22 and 23 at its proximal end and distal end. In addition, what drives the drive shaft 12c is not limited to an electric motor, and may be a prime mover such as an engine.

＜駆動ギヤ＞
駆動ギヤ１３は、ハウジング１１に収容されている。また、駆動ギヤ１３は、駆動シャフト１２ｃを介して回転駆動される。そして、駆動ギヤ１３は、回転駆動されることによって腐食性流体を入口ポート１１ａから出口ポート１１ｂに送り出す。より詳細に説明すると、駆動ギヤ１３は、外歯歯車である。本実施形態において、駆動ギヤ１３は、平歯車である。但し、駆動ギヤ１３は、平歯車に限定されず、はすば歯車、及びやまば歯車などの他の歯車であってもよい。駆動ギヤ１３は、その軸線が駆動ギヤ室１１ｃの軸線Ｌ１と一致するように配置されている。そして、駆動ギヤ１３は、その両側面とハウジング１１(より詳細には、２つのプレート２２，２３)との間に所定のサイドクリアランスｃ１，ｃ２を空けるように形成されている（図３参照）。サイドクリアランスｃ１，ｃ２は、例えば１０μｍ以上１００μｍｍ以下である。 <Drive gear>
The drive gear 13 is housed in the housing 11 . Further, the drive gear 13 is rotationally driven via the drive shaft 12c. The drive gear 13 is driven to rotate to send the corrosive fluid from the inlet port 11a to the outlet port 11b. More specifically, the drive gear 13 is an external gear. In this embodiment, the drive gear 13 is a spur gear. However, the driving gear 13 is not limited to a spur gear, and may be other gears such as a helical gear and a double helical gear. The driving gear 13 is arranged such that its axis coincides with the axis L1 of the driving gear chamber 11c. The driving gear 13 is formed so as to provide predetermined side clearances c1, c2 between both side surfaces thereof and the housing 11 (more specifically, the two plates 22, 23) (see FIG. 3). . The side clearances c1 and c2 are, for example, 10 μm or more and 100 μm or less.

また、図４に示すように駆動ギヤ１３には、その軸線周りに挿通孔１３ａが形成されている。挿通孔１３ａには、駆動シャフト１２ｃが挿通されている。より詳細に説明すると、挿通孔１３ａは、駆動ギヤ１３と駆動シャフト１２ｃとの間に所定の隙間Δｄ１を空けるように形成されている。所定の隙間Δｄ１は、９μｍ以上１００μｍ以下である。本実施形態において、所定の隙間Δｄ１は、好ましくは１５μｍ以上１００μｍ以下である。 Further, as shown in FIG. 4, the drive gear 13 is formed with an insertion hole 13a around its axis. A drive shaft 12c is inserted through the insertion hole 13a. More specifically, the insertion hole 13a is formed to provide a predetermined gap Δd1 between the drive gear 13 and the drive shaft 12c. The predetermined gap Δd1 is 9 μm or more and 100 μm or less. In this embodiment, the predetermined gap Δd1 is preferably 15 μm or more and 100 μm or less.

更に、駆動ギヤ１３は、駆動シャフト１２ｃに対して相対回転不能になっている。より詳細に説明すると、駆動ギヤ１３は、挿通孔１３ａのキー溝１３ｂと駆動シャフト１２ｃに設けられるキー部材１２ｄとによって駆動シャフト１２ｃに対して相対回転不能になっている。これにより、駆動ギヤ１３が駆動シャフト１２ｃと一体的に回転するので、電動機１２は、駆動ギヤ１３を回転駆動することができる。なお、駆動シャフト１２ｃと駆動ギヤ１３との連結は、必ずしも前述するような連結である必要はない。駆動シャフト１２ｃと駆動ギヤ１３との連結は、例えばスプライン結合であってもよく、互いが相対回転不能な結合であればよい。 Further, the drive gear 13 is non-rotatable relative to the drive shaft 12c. More specifically, the drive gear 13 is rendered non-rotatable relative to the drive shaft 12c by the key groove 13b of the insertion hole 13a and the key member 12d provided on the drive shaft 12c. As a result, the driving gear 13 rotates integrally with the driving shaft 12 c , so that the electric motor 12 can rotationally drive the driving gear 13 . Note that the connection between the drive shaft 12c and the drive gear 13 does not necessarily have to be the connection described above. The connection between the drive shaft 12c and the drive gear 13 may be, for example, a spline connection, as long as they are not relatively rotatable.

＜従動ギヤ＞
従動ギヤ１４は、図１に示すように駆動ギヤ１３と噛合し且つ回転可能にハウジング１１に収容されている。また、従動ギヤ１４は、駆動ギヤ１３と共に腐食性流体を入口ポート１１ａから出口ポート１１ｂへと送り出す。より詳細に説明すると、従動ギヤ１４は、外歯歯車である。本実施形態において、従動ギヤ１４は、駆動ギヤ１３と同じく平歯車である。但し、従動ギヤ１４もまた、駆動ギヤ１３と同じく平歯車に限定されず、はすば歯車、及びやまば歯車などの他の歯車であってもよい。従動ギヤ１４は、その軸線が従動ギヤ室１１ｄの軸線Ｌ２と一致し且つ駆動ギヤ１３と噛合するように配置されている。即ち、駆動ギヤ１３と従動ギヤ１４とは、２つのギヤ室１１ｃ，１１ｄとが重なる部分にて互いに噛合する。更に、従動ギヤ１４は、その両側面とハウジング１１(より詳細には、２つのプレート２２，２３)との間に所定のサイドクリアランスｃ３，ｃ４を空けるように形成されている（図３参照）。サイドクリアランスｃ３，ｃ４は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下である。 <Driven gear>
The driven gear 14 meshes with the drive gear 13 and is rotatably accommodated in the housing 11 as shown in FIG. Driven gear 14 also drives corrosive fluid with drive gear 13 from inlet port 11a to outlet port 11b. More specifically, the driven gear 14 is an external gear. In this embodiment, the driven gear 14 is a spur gear like the driving gear 13 . However, the driven gear 14 is also not limited to a spur gear like the drive gear 13, and may be other gears such as a helical gear and a double helical gear. The driven gear 14 is arranged so that its axis coincides with the axis L2 of the driven gear chamber 11 d and meshes with the drive gear 13 . That is, the drive gear 13 and the driven gear 14 are meshed with each other at the overlapping portions of the two gear chambers 11c and 11d. Further, the driven gear 14 is formed so as to provide predetermined side clearances c3, c4 between both side surfaces thereof and the housing 11 (more specifically, the two plates 22, 23) (see FIG. 3). . The side clearances c3 and c4 are, for example, 10 μm or more and 100 μm or less.

また、図４に示すように従動ギヤ１４にも、その軸線周りに挿通孔１４ａが形成されている。挿通孔１４ａには、従動シャフト２４が相対回転可能に挿通されている。従動シャフト２４は、２つのプレート２２，２３に架設されている(図３参照)。それ故、従動ギヤ１４は、噛合する駆動ギヤ１３に従動して軸線Ｌ２まわりに回転する。また、挿通孔１４ａも、従動ギヤ１４と従動シャフト２４との間に所定の隙間Δｄ２（図示せず）を空けるように形成されている。所定の隙間Δｄ２は、９μｍ以上１００μｍ以下である。本実施形態において、所定の隙間Δｄ２は、好ましくは１５μｍ以上１００μｍ以下である。 Further, as shown in FIG. 4, the driven gear 14 is also formed with an insertion hole 14a around its axis. A driven shaft 24 is inserted through the insertion hole 14a so as to be relatively rotatable. A driven shaft 24 spans two plates 22 and 23 (see FIG. 3). Therefore, the driven gear 14 rotates about the axis L2 following the meshing drive gear 13 . The insertion hole 14a is also formed to provide a predetermined gap .DELTA.d2 (not shown) between the driven gear 14 and the driven shaft 24. As shown in FIG. The predetermined gap Δd2 is 9 μm or more and 100 μm or less. In this embodiment, the predetermined gap Δd2 is preferably 15 μm or more and 100 μm or less.

＜ギヤの材質＞
駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４は、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼から成る。ここで高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼は、鉄、炭素、クロム、モリブデン、及び窒素を含むステンレス鋼であって、窒素の含有量が０．１重量％以上である。また、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼における窒素の含有量は、好ましくは０．１５重量％以上０．３重量％以下である。そして、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼は、ロックウェル硬さ４０以上であることが好ましい。このような高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼は、例えば金属原料を溶解する際の雰囲気を窒素として加圧する方法（例えば、加圧誘電溶解法及び加圧ＥＳＲ法）によって生成される。また、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼は、クロム及びマンガン等の合金元素を添加することによって窒素溶解度を高める方法によって生成されてもよく、生成方法は問わない。このような材料から成る駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４は、腐食性流体に対する耐腐食性を確保しつつ硬度を高めることができる。 <Gear material>
The driving gear 13 and the driven gear 14 are made of high nitrogen martensitic stainless steel. Here, the high-nitrogen martensitic stainless steel is stainless steel containing iron, carbon, chromium, molybdenum and nitrogen, and the nitrogen content is 0.1% by weight or more. Further, the nitrogen content in the high-nitrogen martensitic stainless steel is preferably 0.15% by weight or more and 0.3% by weight or less. The high nitrogen martensitic stainless steel preferably has a Rockwell hardness of 40 or higher. Such high-nitrogen martensitic stainless steel is produced, for example, by a method of pressurizing the atmosphere in which the metal raw material is melted with nitrogen (for example, the pressurized dielectric melting method and the pressurized ESR method). Also, the high nitrogen martensitic stainless steel may be produced by adding alloying elements such as chromium and manganese to increase the solubility of nitrogen, and the production method does not matter. The drive gear 13 and the driven gear 14 made of such materials can increase hardness while ensuring corrosion resistance against corrosive fluids.

＜ギヤポンプ装置の動作＞
ギヤポンプ装置１は、電動機１２によって駆動ギヤ１３が回転駆動される。そうすると、従動ギヤ１４が駆動ギヤ１３に従動して回転する。また、２つのギヤ１３，１４は、隣接する２つの歯と各ギヤ室１１ｃ，１１ｄの周面（即ち、ギヤケース２１の内周面）との間に複数のチャンバ１３ｃ，１４ｃ（図１には、各１つずつのチャンバ１３ｃ、１４ｃのみの符号を示す）に形成する。そして、複数のチャンバ１３ｃ，１４ｃは、２つのギヤ１３，１４が回転することによって、各ギヤ室１１ｃ，１１ｄの周面に沿って入口ポート１１ａ側から出口ポート１１ｂ側へと送られる。これにより、各チャンバ１３ｃ，１４ｃは、送られる際に入口ポート１１ａからギヤ室１１ｃ，１１ｄに導かれる腐食性流体を吸引する。その後、各チャンバ１３ｃ，１４ｃは、出口ポート１１ｂ側へと送られることによって、腐食性流体を出口通路２１ｂに圧送する。そして、圧送された腐食性流体が出口ポート１１ｂから吐出される。 <Operation of gear pump device>
In the gear pump device 1 , a driving gear 13 is rotationally driven by an electric motor 12 . Then, the driven gear 14 rotates following the driving gear 13 . Further, the two gears 13 and 14 have a plurality of chambers 13c and 14c (in FIG. 1) between two adjacent teeth and the peripheral surface of each gear chamber 11c and 11d (that is, the inner peripheral surface of the gear case 21). , only one chamber 13c, 14c is shown). As the two gears 13 and 14 rotate, the plurality of chambers 13c and 14c are sent from the inlet port 11a side to the outlet port 11b side along the circumferential surfaces of the gear chambers 11c and 11d. Each chamber 13c, 14c thereby draws in the corrosive fluid that is directed from the inlet port 11a to the gear chambers 11c, 11d as it is fed. Each chamber 13c, 14c then pumps the corrosive fluid to the outlet passage 21b by being sent to the outlet port 11b side. Then, the pumped corrosive fluid is discharged from the outlet port 11b.

このように構成されているギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４が高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼から成るので、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４は、腐食性流体に対する耐腐食性を確保しつつ硬度を高めることができる。そして、硬度を高めることによって、互いに噛合するギヤ１３，１４同士の摩耗を抑制することができる。それ故、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４は、腐食耐性を有することによる性能低下の抑制及び耐久性の向上に加えて、摩耗耐性を有することによる性能低下の抑制及び耐久性の向上を図ることができる。これにより、ギヤポンプ装置１は、腐食性流体に適用される際において性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができる。 In the gear pump device 1 configured in this manner, the drive gear 13 and the driven gear 14 are made of high-nitrogen martensitic stainless steel, so that the drive gear 13 and the driven gear 14 ensure corrosion resistance against corrosive fluids. hardness can be increased. By increasing the hardness, it is possible to suppress wear between the gears 13 and 14 that mesh with each other. Therefore, the driving gear 13 and the driven gear 14 are resistant to corrosion, which suppresses deterioration in performance and improves durability, and in addition, they are resistant to wear, which suppresses deterioration in performance and improves durability. can. As a result, the gear pump device 1 can suppress deterioration in performance and further improve durability when applied to a corrosive fluid.

また、本実施形態のギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４を構成する高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼の窒素含有量が０．１重量％以上である。それ故、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４において腐食性流体に対する耐腐食性を確保しつつ硬度を高めることができる。それ故、ギヤポンプ装置１は、腐食性流体に適用される際において性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができる。 Further, in the gear pump device 1 of the present embodiment, the nitrogen content of the high-nitrogen martensitic stainless steel forming the driving gear 13 and the driven gear 14 is 0.1% by weight or more. Therefore, the hardness of the drive gear 13 and the driven gear 14 can be increased while ensuring corrosion resistance against corrosive fluid. Therefore, the gear pump device 1 can suppress deterioration in performance and further improve durability when applied to corrosive fluids.

更に、本実施形態のギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４を構成する高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼がロックウェル硬さ４０以上であるので、腐食耐性を有しつつ摩耗耐性を向上させることができる。これにより、ギヤポンプ装置１は、腐食性流体に適用される際において性能低下を抑制し且つ耐久性を更に向上させることができる。 Furthermore, in the gear pump device 1 of the present embodiment, the high-nitrogen martensitic stainless steel that constitutes the driving gear 13 and the driven gear 14 has a Rockwell hardness of 40 or more, so that corrosion resistance and wear resistance are improved. be able to. As a result, the gear pump device 1 can suppress deterioration in performance and further improve durability when applied to a corrosive fluid.

また、本実施形態のギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４のサイドクリアランスｃ１～ｃ４の各々が１０μｍ以上１００μｍ以下である。それ故、ギヤポンプ装置１の容積効率の低下を抑えつつ、駆動ギヤ１３及び従動ギヤ１４の各々がハウジング１１（より詳細には、プレート２２，２３）に当たることによって動作不良を起こすことを防ぐことができる。 Further, in the gear pump device 1 of the present embodiment, each of the side clearances c1 to c4 of the drive gear 13 and the driven gear 14 is 10 μm or more and 100 μm or less. Therefore, it is possible to prevent the drive gear 13 and the driven gear 14 from malfunctioning due to contact with the housing 11 (more specifically, the plates 22 and 23) while suppressing a decrease in the volumetric efficiency of the gear pump device 1. can.

更に、本実施形態のギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３と駆動シャフト１２ｃとの間の所定の隙間Δｄ１が９μｍ以上であるので、駆動シャフト１２ｃに対する駆動ギヤ１３のスラスト方向の相対移動（以下、単に「相対移動」という）を許容することができる。これにより、駆動ギヤ１３の側面とハウジング１１（より詳細には、プレート２２，２３）とが常時当接することが抑制される。それ故、駆動ギヤ１３が動作不良になることを防ぐことができる。また、仮に動作ができたとしても駆動ギヤ１３がプレート２２，２３に摩耗されることを防ぐことができる。そうすると、サイドクリアランスｃ１，ｃ２の変化が抑制されるので、駆動ギヤ１３の回転数に対する吐出流量が変化することが抑制される。即ち、ギヤポンプ装置１の吐出流量を精度よく制御することができる。 Furthermore, in the gear pump device 1 of the present embodiment, since the predetermined gap Δd1 between the drive gear 13 and the drive shaft 12c is 9 μm or more, relative movement of the drive gear 13 with respect to the drive shaft 12c in the thrust direction (hereinafter simply referred to as (referred to as "relative movement"). This prevents the side surface of the drive gear 13 and the housing 11 (more specifically, the plates 22 and 23) from constantly contacting each other. Therefore, it is possible to prevent the drive gear 13 from malfunctioning. Further, even if the operation is possible, the drive gear 13 can be prevented from being worn by the plates 22 and 23 . As a result, changes in the side clearances c1 and c2 are suppressed, so that changes in the discharge flow rate with respect to the rotational speed of the drive gear 13 are suppressed. That is, the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be accurately controlled.

より詳細に説明すると、駆動シャフト１２ｃは、駆動ギヤ１３と異なる材料から成る。本実施形態において、駆動シャフト１２ｃは、例えばオーステナイト系ステンレス鋼であって、駆動ギヤ１３に比べて膨張率が大きい。なお、駆動シャフト１２ｃの材質は、上述するようなものに限定されず、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼であってもよい。また、圧送する腐食性流体は、熱溶融して生成されることがある。このような腐食性流体は、例えば１００度以上４００度以下の高温となる場合がある。腐食性流体が前述するような高温の場合、所定の隙間Δｄ１が小さいと、以下のようになる。即ち、駆動シャフト１２ｃが膨張することによって駆動シャフト１２ｃに対して駆動ギヤ１３がしまりばめの状態になる。そうすると、駆動ギヤ１３が相対移動できなくなる。そして、駆動ギヤ１３の側面が何れかのプレート２２．２３に当接した状態で駆動ギヤ１３が相対移動できなくなると、ギヤ１３，１４が動作不良となる。また、動作できたとしても駆動ギヤ１３によってプレート２２，２３が摩耗する。そうすると、駆動ギヤ１３の側面とハウジング１１（より詳しくは、プレート２２，２３）との間のサイドクリアランスｃ１，ｃ２が大きくなる。これにより、ギヤポンプ装置１の容積効率が低下するので吐出流量が変化する。 More specifically, the drive shaft 12c is made of a material different from that of the drive gear 13. As shown in FIG. In this embodiment, the drive shaft 12 c is made of, for example, austenitic stainless steel and has a larger expansion coefficient than the drive gear 13 . The material of the drive shaft 12c is not limited to those described above, and may be, for example, martensitic stainless steel. Also, the corrosive fluid to be pumped may be generated by thermal melting. Such corrosive fluid may reach a high temperature of, for example, 100 degrees or more and 400 degrees or less. When the corrosive fluid is at a high temperature as described above, if the predetermined gap Δd1 is small, the following will occur. That is, the expansion of the drive shaft 12c brings the drive gear 13 into a tight fit state with respect to the drive shaft 12c. Then, the drive gear 13 becomes unable to move relative to each other. If the side surface of the drive gear 13 is in contact with one of the plates 22 and 23 and the drive gear 13 cannot move relative to the plate 22 or 23, the gears 13 and 14 malfunction. Moreover, even if it can operate, the drive gear 13 wears the plates 22 and 23 . As a result, the side clearances c1, c2 between the side surfaces of the drive gear 13 and the housing 11 (more specifically, the plates 22, 23) are increased. As a result, the volumetric efficiency of the gear pump device 1 decreases, and the discharge flow rate changes.

これに対してギヤポンプ装置１では、駆動ギヤ１３と駆動シャフト１２ｃとの間の所定の隙間Δｄ１が９μｍ以上であるので、駆動シャフト１２ｃが膨張した場合（図４の二点鎖線参照）であっても駆動ギヤ１３の相対移動が許容される。それ故、駆動ギヤ１３の側面がハウジング１１に当接した状態が維持されることを防ぐことができる。これにより、駆動ギヤ１３が動作不良になったり、駆動ギヤ１３がプレート２２，２３を摩耗させたりすることを防ぐことができる。それ故、ギヤポンプ装置１の吐出流量が変化を抑制することができる。即ち、ギヤポンプ装置１の吐出流量を精度よく制御することができる。 On the other hand, in the gear pump device 1, the predetermined gap Δd1 between the drive gear 13 and the drive shaft 12c is 9 μm or more. Relative movement of the drive gear 13 is also allowed. Therefore, it is possible to prevent the side surface of the drive gear 13 from being kept in contact with the housing 11 . As a result, it is possible to prevent the driving gear 13 from malfunctioning and the driving gear 13 from wearing the plates 22 and 23 . Therefore, the change in the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be suppressed. That is, the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be accurately controlled.

また、所定の隙間Δｄ１が１００μｍ以下であるので、駆動ギヤ１３の歯先が駆動ギヤ室１１ｃの周面に当たることを抑制できる。それ故、ハウジング１１の内周面の摩耗を抑制することができる。これにより、駆動ギヤ１３の歯先とハウジング１１の内周面（より詳しくは、駆動ギヤ室１１ｃの周面）と間の隙間、即ちトップクリアランスの変化を抑制できるので、ギヤポンプ装置１の吐出流量が変化を抑制することができる。即ち、ギヤポンプ装置１の吐出流量を精度よく制御することができる。また、所定の隙間Δｄ１が１００μｍ以下であるので、駆動ギヤ１３と駆動シャフト１２ｃとの間から腐食性流体が漏れることを抑制できる。これにより、ギヤポンプ装置１の吐出流量を精度よく制御することができる。 Further, since the predetermined gap Δd1 is 100 μm or less, it is possible to suppress contact between the tip of the drive gear 13 and the peripheral surface of the drive gear chamber 11c. Therefore, wear of the inner peripheral surface of the housing 11 can be suppressed. As a result, changes in the gap between the tip of the drive gear 13 and the inner peripheral surface of the housing 11 (more specifically, the peripheral surface of the drive gear chamber 11c), that is, the top clearance, can be suppressed. can suppress change. That is, the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be accurately controlled. Further, since the predetermined gap Δd1 is 100 μm or less, leakage of corrosive fluid from between the drive gear 13 and the drive shaft 12c can be suppressed. As a result, the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be controlled with high accuracy.

また、高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱膨張率が比較的小さい。それ故、高温の腐食性流体を圧送する高温の使用条件下であっても、駆動ギヤ１３は、ミクロン単位の隙間精度の要求も満たすことができる。それ故、ギヤポンプ装置１の吐出流量を精度よく制御することができる。 In addition, the high nitrogen martensitic stainless steel has a relatively small coefficient of thermal expansion. Therefore, even under high temperature service conditions pumping hot corrosive fluids, the drive gear 13 can also meet micron clearance accuracy requirements. Therefore, the discharge flow rate of the gear pump device 1 can be accurately controlled.

更にギヤポンプ装置１では、オーステナイト系ステンレス鋼及びマルテンサイト系ステンレス鋼と高窒素マルテンサイト系ステンレス鋼との膨張率の違いにより、膨張時において駆動シャフト１２ｃと駆動ギヤ１３との間の隙間を適度に埋めることができる。これにより、駆動シャフト１２ｃに対する駆動ギヤ１３の相対移動が適度に許容し、且つ隙間からの漏れを適度に抑制することができる。 Furthermore, in the gear pump device 1, the gap between the drive shaft 12c and the drive gear 13 is appropriately maintained during expansion due to the difference in expansion rate between the austenitic stainless steel, the martensitic stainless steel, and the high-nitrogen martensitic stainless steel. can be filled. As a result, relative movement of the drive gear 13 with respect to the drive shaft 12c can be moderately permitted, and leakage from the gap can be moderately suppressed.

なお、従動ギヤ１４についても、従動シャフト２４との間に所定の隙間Δｄ２が空いているので、所定の隙間Δｄ１が空いている場合と同様の効果が奏される。 Since the driven gear 14 also has a predetermined gap Δd2 with respect to the driven shaft 24, the same effect as in the case where the predetermined gap Δd1 is provided can be obtained.

１ギヤポンプ装置
１１ハウジング
１１ａ入口ポート
１１ｂ出口ポート
１２ｃ駆動シャフト
１３駆動ギヤ
１３ａ挿通孔
１４従動ギヤ
１４ａ挿通孔
Δｄ１隙間 Reference Signs List 1 gear pump device 11 housing 11a inlet port 11b outlet port 12c drive shaft 13 drive gear 13a insertion hole 14 driven gear 14a insertion hole Δd1 clearance

Claims

A gear pump device for pumping a corrosive fluid, comprising:
a housing having an inlet port and an outlet port;
a drive gear housed in the housing and rotationally driven via a drive shaft;
a driven gear that meshes with the drive gear and is rotatably housed in the housing for sending the corrosive fluid from the inlet port to the outlet port together with the drive gear;
A gear pump device, wherein the driving gear and the driven gear are made of high nitrogen martensitic stainless steel.

The drive gear has an insertion hole through which the drive shaft is non-rotatably inserted,
The insertion hole is formed with a predetermined gap from the drive shaft,
2. The gear pump device according to claim 1, wherein the predetermined gap is 9 [mu]m or more and 100 [mu]m or less.

3. The gear pump apparatus of claim 2, wherein said drive shaft is made of austenitic stainless steel or martensitic stainless steel.

each of the drive gear and the driven gear is formed to provide a predetermined side clearance between both side surfaces thereof and the housing;
4. The gear pump device according to claim 1, wherein said side clearance is 10 [mu]m or more and 100 [mu]m or less.

5. The gear pump device according to claim 1, wherein the high-nitrogen martensitic stainless steel forming said drive gear and said driven gear has a Rockwell hardness of 40 or more.

The gear pump device according to any one of claims 1 to 5, wherein the nitrogen content of the high-nitrogen martensitic stainless steel forming the driving gear and the driven gear is 0.1% by weight or more.