JP2636493B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は送り流体の一部が潤滑流体として兼用される
流体機械に関し、特に比較的高粘度の流体の送液に好適
に用いられる。

（従来の技術） 例えばポンプや流体圧モータのような流体機械であっ
て、ケーシングから突出する回転軸を備え、且つ送り流
体の一部が潤滑流体として回転軸とその支持部材との隙
間に流入するように構成されたものにあっては、前記隙
間を通って潤滑流体がケーシング外部に流出するのを防
止する必要がある。

そのため従来は、グランドパッキン、メカニカルシー
ル、ラビリンスシール等を用いて流体の漏出を防止して
いた。

（発明が解決しようとする課題） グランドパッキンは、高温高粘度の流体用としては材
質が限定され、例えば高温用の材質に適したアスベスト
材は公害問題から使用が困難であり、また、シール可能
圧力も低いものである。

メカニカルシールは、高温の流体用としては構造、材
質が限定され、さらに高粘度流体に用いる場合は、流体
がメカニカルシール内部に侵入すると破損することか
ら、シール液によりメカニカルシール内部に圧力を加え
る必要があり、シール可能圧力も制限される。

ラビリンスシールは、ケーシング側に螺旋溝を形成し
たものであるが、充分なシール効果を奏することができ
ないものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記従来技術の問題を解決することのでき
るギヤポンプを提供することを目的とする。

本発明の特徴とするところは、ケーシングから突出す
る回転軸を備え、且つ送り流体の一部が潤滑流体として
回転軸とその支持部材との隙間に流入するように構成さ
れた流体機械において、潤滑流体に対してケーシング内
側へ向かう力を作用させる方向にねじれたスクリュー溝
を前記回転軸の外周部に形成すると共に、吸入路から前
記スクリュー溝のケーシング外側部へ連通する第一の連
通孔と、吸入路から前記スクリュー溝のケーシング内側
部へ連通する第二の連通孔とを設け、前記第一の連通孔
から流入した潤滑流体を前記スクリュー溝及び前記第二
の連通溝を経て再び吸入路へ還流させるように構成され
ている点にある。

（作 用） 本発明の構成によれば、回転軸の外周部に形成された
スクリュー溝が回転することにより、回転軸とその支持
部材との隙間に流入している潤滑流体にケーシング内部
に押し戻す方向の力が作用し、潤滑流体がケーシング外
部に漏出するのを防止すると同時に、この力によって、
送り流体の一部である潤滑流体が、吸入路から流入して
前記スクリュー溝のケーシング外側部へ連通する連通孔
を通り、スクリュー溝間を抜けて再び吸入路へ還流す
る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図乃至第３図は、流体機械の一例として示す高粘
性流体送り用ギヤポンプ１であって、ポリエステル、ポ
リスチレンといった高分子溶融物の製造工程における重
合物の移送等に用いられる。このギヤポンプ１はケーシ
ング２と、このケーシング２内で相噛合する一対の流体
送り用ギヤ3,4とを備えている。

そのケーシング２は、筒状のケース本体５と、このケ
ース本体５の一端側に図外ボルトで連結される側板６
と、他端側に図外ボルトで連結されるスタフィングボッ
クス７とで形成されている。また、ケース本体５には流
体の吸入路８と吐出路９とが形成されている。

一方のギヤ３は駆動側であって、外周に歯が形成され
た駆動ギヤ本体10と、この駆動ギヤ本体10から軸方向両
方に延出する駆動軸部11とを備え、この駆動軸部11は軸
受14により支持される。

他方のギヤ４は従動側であって、外周に歯が形成され
た従動ギヤ本体12と、この従動ギヤ本体12から軸方向両
方に突出する従動軸部13とを備え、その従動軸部13は軸
受14により支持される。

その駆動軸部11を支持する軸受14と、従動軸部13を支
持する軸受14はそれぞれ筒状であって、ケース本体５及
び軸部11,13に対して嵌合されると共に、互いに相接合
されている。

そして、ギヤ3,4の歯の外周面と、ケース本体５の内
周面と、軸受14とで囲まれる空間により流体送り流路が
形成され、駆動側のギヤ３が第３図中矢印方向に回転駆
動されることで、流体は吸入路８から吸い込まれ、その
流体送り流路を通って吐出路９から吐出される。

また、各ギヤ本体10,12の側面と各軸受14の側面との
対向面、各軸部11,13の外周面と各軸受14の内周面との
対向間の隙間は、送り流体によって潤滑されるものとさ
れている。そのため、各軸受14には、各ギヤ本体10,12
との対向側面から内周面に至る潤滑溝45が形成されてい
る。

その潤滑溝45は、各ギヤ本体10,12との対向側面に形
成された部分45aの径外端部が、前記吐出路９に開口す
るものとされている。（なお、第２図において、潤滑溝
45は正確な作図法によれば図面には本来表れないが、説
明の便宜上表わしている）。

これにより、吐出側流体の方が吸入側流体よりも高圧
であるから、吐出路９に至った送り流体の一部は、潤滑
溝45を通って軸受14と各ギヤ本体10,12との対向側面間
の隙間に流れ、そこから各軸受14と各軸部11,13との内
外周面間の隙間に流れ、確実に潤滑を行なうことができ
るものとされている。その潤滑流体を吸入側に還流させ
るため、側板６とスタフィングボックス７とに、軸受14
の内部に連なる溝51が形成され、この溝51と吸入路８と
を連通する流通孔52がケース本体５に形成されている。

そして、駆動軸部11の軸方向一方側が延出され、前記
スタフィングボックス７に形成された通孔15を貫通して
ケーシング２の外部に突出されている。この突出部が、
図外モータ等の駆動源に連動連結される。

そして、スタフィングボックス７の通孔15の内部にお
いて、駆動軸部11の外周にスクリュー溝53が形成されて
いる。このスクリュー溝53のねじれ方向は、駆動軸部11
の回転（本実施例では第１図中矢印Ａ方向）により、ス
タフィングボックス７と駆動軸部11との内外周間の隙間
を通ってケーシング外部に漏出しようとする流体に対
し、ケーシング２の内部に向かう方向（第１図中左方）
の力を作用させる方向とされている。

これにより、駆動軸部11の軸受部を潤滑した流体の一
部が、駆動軸部11とスタフィングボックス７との内外周
間からケーシング２の外部に漏出しようとしても、スク
リュー溝53の回転によりケーシング２の内部に押し返さ
れ、その漏出防止を図ることができる。

なお、スクリュー溝による流体の送り流量を表すもの
として、下記の理論式がある。

Ｑ＝αＮ−β／η×ΔP/L ここではＱは送り流量、Ｎは軸回転数、Ｌはスクリュ
ー溝部の長さ、ΔＰはスクリュー溝の両端部における圧
力差、ηは流体の粘性、αとβとはスクリュー溝の形状
や寸法等により定まる係数である。

また、ギヤポンプ１の形状や仕様により、ケーシング
２から漏出しようとする流体流量は予想できる。よっ
て、ケーシング２からの漏出流量と、スクリュー溝53に
よるケーシング２への送り位置とを等しくすれば、ケー
シング２からの流体の漏出を理論上はなくすことができ
る。現実には、ポンプ回転数、吐出圧力、流体の粘性等
に変動があるため、ケーシング２からの漏出流量とスク
リュー溝53によるケーシング２への送り流量とは等しく
ならず、また、等しくなると流体が滞流して変質してし
まうため、漏出流量をスクリュー溝53による送り流量よ
り僅かに大きくし、漏出量を可及的少なくするのが好ま
しい。

ギヤポンプを上記のような構成とした場合には、潤滑
流体のケーシングからの漏出を良好に防止する効果を奏
するが、潤滑流体が流通する連通孔54、スクリュー溝5
3、溝51、流通孔52は細孔に形成されるため、溶融合成
樹脂等の高粘度流体を取り扱う場合には、これらの流路
内に流体が滞留して合成樹脂に熱劣化が生じてしまう。
そのため、本発明に係る流体機械では、上述したように
潤滑流体に対してケーシング内側へ向かう力を作用させ
る方向にねじれたスクリュー溝を回転部の外周部に形成
すると共に、吸入路から前記スクリュー溝のケーシング
外側部へ連通する第一の連通孔と、吸入路から前記スク
リュー溝のケーシング内側部へ連通する第二の連通孔と
を設け、前記第一の連通孔から流入した潤滑流体を前記
スクリュー溝及び前記第二の連通孔を経て再び吸入路へ
還流させるよう構成する。以下、その具体的な構成例に
ついて説明する。

まず、駆動軸部11が連通されているスタフィングボッ
クス７の通孔15と吸入路８とを連通するように、連通孔
54がケーシング２に形成されている。この連通孔54の一
端はスクリュー溝53のケーシング外部側に位置されてい
る。これにより、スクリュー溝53の回転により、送り流
体の一部が吸入路８から連通孔54を通って通孔15に流入
し、この通孔15においてスクリュー溝53の回転によりケ
ーシング内部に向かう流れとなり、前記溝51、流通孔52
を通って吸入路８に還流するものとされている。

また、ケーシング２の吸入側は高分子溶融重合物のタ
ンク55の下面に取付けられ、このタンク55内の液面の上
方は真空とされている。

また、駆動軸部11のスタフィングボックス７からの突
出部分に、ダブルメカニカルシール16が装着されてい
る。このメカニカルシール16は、スタフィングボックス
７に図外ボルトで取付けられた筒状のシールカバー27
と、このシールカバー27に図外ボルトで取付けられた保
持カバー28とで覆われている。

このメカニカルシール16は、ポンプ側の第１シール17
と、大気側の第２シール18とで構成されている。

第１シール17は、駆動軸部11に外嵌された回転シール
体19を有する。このシール体19は、駆動軸部11の回転に
伴って回転するものである。

また、スタフィングボックス７には固定シール体26が
固定されている。

そして、回転シール体19が圧縮バネ21の弾性力により
固定シール体26に接合され、この接合面がシール面32と
されている。

第２シール18は、第１シール17と略同様の構造で、駆
動軸部11に外嵌された第２回転シール体33と、保持カバ
ー28に固定された第２固定シール体40とを備えている。

そして、第２圧縮バネ35により第２回転シール体33が
第２固定シール体40に接合され、この接合面が第２シー
ル面43とされている。

また、シールカバー27と駆動軸部11との間には、シー
ル液が循環され、そのため、シールカバー27にシール液
入口49とシール液出口50とが形成されている。このシー
ル液の圧力は、メカニカルシール16側に洩れてくる送り
流体圧力よりも高くされ、シール面32、第２シール面43
の間に送り流体が浸入するのを防止し、またシール面3
2、第２シール面43での摩擦による発熱や摩耗を防止す
る。

このようにメカニカルシール16が装着され、シール液
により搬送流体の漏出が防止されていることにより、前
記タンク55内に空気が入り込むのが防止されている。

そして、スクリュー溝58の回転により、吸入路８、連
通孔54からスタフィングボックス７と駆動軸部11との間
の隙間に至り、ここから溝51、流通孔52を通って吸入路
８に還流する流れが生じることにより、送り流体の漏出
が防止できるだけでなく、メカニカルシール16のシール
面32に作用する流体の圧力は吸入圧まで小さくすること
ができる。これにより、メカニカルシール16に供給する
シール液の圧力も小さくできることから、そのシール液
循環用設備の小型省力化を図ることもできる。

また、ギヤポンプ１の軸受部の潤滑流量を多くして
も、メカニカルシール16が送り流体の浸入により破損す
る危険性が小さく、ギヤポンプ１の軸や軸受部の寿命を
延ばすことができる。

また、スクリュー溝53の回転により、駆動軸部11とケ
ーシング２との間において滞留しようとする送り流体を
積極的に流動させることができ、送り流体の滞留による
劣化を防止することができる。

なお、ギヤポンプ１の軸受部を潤滑した流体が溝51に
入り込むことなく逆流してしまうのを防止するため、そ
の潤滑流体の溝51の入口における圧力よりも、スクリュ
ー溝53により連通孔54から溝51に向かう流体の溝51の入
口における圧力を低くするのが好ましい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。

例えば、上記実施例では駆動軸部11の外周にスクリュ
ー溝53を直接形成したが、駆動軸部11の外周に挿抜自在
にスリーブを取付け、このスリーブにスクリュー溝を形
成して交換可能なものとしてもよい。

また、従動軸部13をケーシング２から突出させる場合
には、従動軸部13の外周にスクリュー溝を形成するよう
にしてもよい。

また、グランドパッキン等のシールを併用してもよ
い。

さらに、ギヤポンプ以外のポンプや流体圧モータ等の
流体機械にも本発明は適用できる。

（発明の効果） 本発明による流体機械は、回転軸の外周のスクリュー
溝により、ケーシングから漏出しようとする流体に対し
ケーシング内部に向かう力を作用させることでシール効
果を奏するものであるから、その作動流体が高温、高
圧、高粘度であっても、適正にシール効果を奏すること
ができる。

さらに、本発明による流体機械では、ギヤと軸受との
隙間や回転軸と回転軸支持部材との隙間等の潤滑流体を
必要とする部分に潤滑流体が常に積極的に流入するよう
な構成としているので、常に十分で確実な潤滑作用が得
られ、摩擦による発熱や摩耗を確実に防止することがで
きるという効果を奏する。

また、本発明による流体機械では、潤滑流体が強制的
に流動する構成としているため、還流路が細孔であるに
もかかわらず、溶融合成樹脂等の高粘度流体でも滞留す
ることがなく、熱劣化による品質の低下をも防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面の各図は本発明の実施例を示し、第１図、第２図及
び第４図はギヤポンプの断面図、第３図は第２図のIII
−III線断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面図であ
る。 １……ギヤポンプ、２……ケーシング、11……駆動軸
部、53……スクリュー溝。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングから突出する回転軸を備え、送
   り流体の一部が潤滑流体として利用される流体機械にお
   いて、潤滑流体に対してケーシング内側へ向かう力を作
   用させる方向にねじれたスクリュー溝を前記回転軸の外
   周部に形成すると共に、吸入路から前記スクリュー溝の
   ケーシング外側部へ連通する第一の連通孔と、吸入路か
   ら前記スクリュー溝のケーシング内側部へ連通する第二
   の連通孔とを設け、前記第一の連通孔から流入した潤滑
   流体を前記スクリュー溝及び前記第二の連通孔を経て再
   び吸入路へ還流させるようにしたことを特徴とする流体
   機械。