JP3988258B2 - ギヤポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融樹脂等の高粘度液体用のギヤポンプに関し、さらに詳しくは、ポンプ容量を大型化した場合でも駆動ギヤと側板とのサイドクリアランスにおける潤滑不足を解消し、長期間の円滑運転を可能にするギヤポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム製造用の溶融製膜機において、溶融樹脂の送液ならびに計量を行う手段としては、従来からギヤポンプが使用されている。図４は、このようなギヤポンプの一例を示す。
図４のギヤポンプは３ギヤ型として構成され、ギヤケース２の両側に２枚の側板１、３を配置してハウジング４を構成し、その内側に互いに噛合する駆動ギヤ９と従動ギヤ５，７とを収納し、それぞれ駆動ギヤ９の駆動軸１０と従動ギヤ５，７の従動軸６、８とを支持している。駆動ギヤ９を駆動すると、２個の従動ギヤ５、７が回転して歯と歯の間に溶融樹脂を吸い込むと共に、吐出して送液を行う。また、このような運転において、ギヤとギヤケースとの隙間（トップクリアランス）、ギヤと側板との隙間（サイドクリアランス）、軸と側板との隙間（軸クリアランス）にそれぞれ溶融樹脂を引き込まれ、その溶融樹脂自身により各隙間の摺動部を潤滑するようになっている。
【０００３】
しかるに、近年、樹脂フィルムの生産性向上を目的にギヤポンプが大容量化されて、駆動軸が太い軸径に設計されるようになるにつれ、上述した溶融樹脂自身によって行われる潤滑部に潤滑不足に起因する故障が多く見られるようになっている。特に、駆動ギヤ９の側面と側板３との間のサイドクリアランスにおける潤滑悪化が顕著に現れ、最悪の場合にはギヤポンプが停止するようなトラブルが生じている。
【０００４】
また、ギヤポンプが停止に至るまでの間に、ギヤや側板から削られた摩耗片が溶融樹脂内に混入するため、工程内のフィルター詰まりを助長してフィルター寿命を短縮し、またフィルターに捕捉れさなかった摩耗片がフィルム中に混入するため、最終製品の品質低下を招くようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ギヤポンプの大容量化の如何にかかわらず、駆動ギヤと側板とのサイドクリアランスにおける潤滑不足を解消し、長期間にわたる円滑運転を可能にするギヤポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明によるギヤポンプは、少なくとも一対の噛合する駆動ギヤと従動ギヤとをハウジングに内蔵し、前記駆動ギヤから前記ハウジングの外側に突出する駆動軸に、スラスト荷重受け機構と前記駆動ギヤの側面と前記ハウジングとのサイドクリアランスを一定に維持する隙間調整機構を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明者等が詳細検討した結果によれば、図４に示すような従来のギヤポンプでは、駆動軸１０と側板１との隙間に浸入した液状体１１の圧力により駆動軸１０が側板３側へ移動するが、駆動ギヤ９と側板３との隙間のサイドクリアランス（数十から数百ミクロン）に浸入した液状体による潤滑で駆動ギヤ９と側板３が接触せずに回転する。ところが、ギヤポンプの大型化に伴い軸径を太くすることにより液状体１１による駆動軸１０の側板３への押しつけ力が増大し、駆動ギヤ９と側板３との間の液状体による潤滑膜が破壊され、潤滑不足を招くようになることを知見した。
【０００８】
本発明では、上記構成のように駆動軸にスラスト荷重受け機構を設けることにより、駆動ギヤの側面とハウジングとのサイドクリアランスを一定に維持し、そのサイドクリアランスに常に液状体の膜を形成させて潤滑性を良好に維持するので、長期間の円滑運転が可能になる。また、溶融製膜機などの用途に使用した場合には、駆動ギヤや側板から削られた摩耗片が液状体に混入することがないのでフィルター寿命を延長することができ、また摩耗片の最終成形製品への混入による製品品質低下を招くことがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明のギヤポンプの実施形態を示し、特に溶融製膜機用に設計したものである。
図示のギヤポンプは３ギヤ型からなり、側板１、３とギヤケース２とは、ギヤケース２の両側にそれぞれ側板１、３を配置してハウジング４を構成している。このハウジング４の内側に、互いに噛合する駆動ギヤ９と従動ギヤ５，７とが収納され、かつこれら駆動ギヤ９と従動ギヤ５，７との駆動軸１０と従動ギヤ５，７とを支持している。駆動ギヤ９を回転させると従動ギヤ５と７が回転し、互いの噛合部分の一端から液状体を歯と歯の間に吸い込み、他端から吐き出して送液を行う。
【００１０】
駆動ギヤ９と駆動軸１０、従動ギヤ５，７と従動軸６、８は、それぞれギヤと軸とが別部材から構成されて互いに固定されたものであってもよく、或いは同一体として形成されたものであってもよい。
駆動軸１０はハウジング４の外側に突出し、その突出部分を覆うようにケーシング１２ａ、１２ｂ、蓋１５がハウジング４に取り付けられている。ケーシング１２ａはハウジング４にポルトで固定され、かつケーシング１２ａの摺動部に軸シール部１６を設けている。さらにケーシング１２ａの外側にケーシング１２ｂが別のボルトで連結固定され、その外端部にスラスト軸受け１３が取り付けられると共に、蓋１５が取り付けられている。
【００１１】
スラスト軸受け１３は、その外輪がケーシング１２ｂに対して拘束されずに軸方向に移動可能になっているが、駆動軸１０に対しては段付き部１０ａにより軸方向に係止されている。スラスト軸受け１３の駆動軸１０に対する係止手段としては、図示のような段付き部１０ａによらずに、駆動軸１０に固定した止め輪により行うようにしてもよい。
【００１２】
スラスト軸受け１３はケーシング１２ｂおよび蓋１５に対して相対的に移動する構成でなければならないので、このスラスト軸受け１３がケーシング１２ｂや蓋１５に拘束されないように、これらケーシング１２ｂや蓋１５の内径を決定する必要がある。図示の例では、ケーシング１２ａが側板３に固定され、ケーシング１２ｂがケーシング１２ａに固定された構成になっているが、これらケーシング１２ａ、１２ｂは側板３と一体の構造物になっていてもよい。
【００１３】
蓋１５とスラスト軸受け１３との間には、駆動ギヤ９と側板３との間のサイドクリアランスを調整する手段として、隙間調整板１４が組み込まれている。この隙間調整板１４は、予め厚さの異なる複数枚が用意され、これらの中から適宜１枚乃至数枚を選択して組み付けるようにすることにより、駆動ギヤ９と側板３の間のサイドクリアランスを調整できるようにしている。
【００１４】
本発明において、上記隙間調整板１４によって調整する隙間の大きさは、当該ギヤポンプに予測される最大スラスト荷重によってスラスト軸受け１３（スラスト荷重受け機構）が圧縮歪変形する量が、駆動ギヤ９と両側の側板１および３とのそれぞれサイドクリアランスの合計量よりも小さくなるように設定される。
また、軸シール部１６とスラスト軸受け１３との間には開口部１７が設けられている。この開口部１７は、図示の例ではケーシング１２ｂに設けられ、軸シール部１６から排出する排出物をこの開口部１７から取り出すことにより、排出物がスラスト軸受け１３側へ混入しないようにしている。
【００１５】
また、ケーシング１２ｂには、潤滑油脂の供給口１８と排出口１９とが設けられている。スラスト軸受け１３は運転中に高温（約１００℃程度）になり、その熱により潤滑油脂類が熱劣化していくが、このような潤滑油脂の供給口１８と排出口１９とを設けることにより、新しい潤滑油脂を供給口１８から供給し、使用済み潤滑油脂を排出口１９から排出することにより、常に良好な潤滑状態を維持することができる。
【００１６】
図２は、本発明の他の実施形態のギヤポンプを示す。
この実施形態では、スラスト荷重を受ける機構として、図１の実施形態で使用したスラスト軸受けに代えて、油圧機構を設けるようにしたものである。
ハウジング４から延びる駆動軸１０の突出部には、その軸上のケーシング１２ｂに対応する箇所に仕切り板２０が固定され、この仕切り板２０によりケーシング１２ｂ内に二つの油圧室２１ａ，２１ｂが形成され、その油圧室２１ａ，２１ｂにそれぞれ作動油が給排される複動型油圧機構になっている。或いは、仕切り板２０により片側だけに油圧室２１ｂを形成し、その油圧室２１ｂに作動油が給排される単動型油圧機構であってもよい。
【００１７】
上記油圧機構の制御方法としては、例えば駆動軸１０と側板１との間の軸クリアランス１１内にかかる液状物の圧力を検知し、この液状物の圧力よりも大きな圧力を油圧室２１ｂに加えることにより、軸クリアランス１１の液状物圧力によるスラスト荷重をキャンセルさせることができる。或いは、運転中の駆動軸１０のスラスト方向の移動量を検知し、その移動量を一定範囲内に保つように両油圧室２１ａ、２１ｂに対する作動油の圧力を制御するようにしてもよい。
【００１８】
駆動ギヤ９と側板３のサイドクリアランスの調整機構としては、図１の様な隙間調整板１４を使用してもよいが、或いは図３に示す実施形態のように、ケーシング端部の蓋１５にネジ機構２２を設け、このネジ機構２２を締めたり、弛めたりすることにより駆動軸１０の移動位置を規制するようにしたものでもよい。
上述した本発明のギヤポンプは、ポンプ容量の大きさの如何を問わず適用可能であるが、特に５００ｃｃ／ｒｅｖ以上の大容量ギヤポンプに適用した場合に、上述した液状体膜の潤滑効果を顕著に発揮することができる。
【００１９】
また、本発明のギヤポンプは、特に溶融製膜機用として使用する場合に有効であるが、溶融紡糸機など他の押出成形機用としても適用可能である。
【００２０】
【実施例】
図１（Ａ），（Ｂ）に示す溶融製膜機用のギヤポンプにおいて、駆動軸１０の軸径を９５ｍｍに設定した。この軸径９５ｍｍにより発生する予測最大圧力は１００ｋｇ／ｃｍ² になるので、駆動軸１０にかかる最大荷重は７ｔｏｎになる。スラスト軸受け１３には単式スラスト玉軸受けを使用した。この単式スラスト玉軸受けの上記予測最大スラスト荷重７ｔｏｎに対する単体軸方向変位量は約５０ミクロンになる。
【００２１】
駆動ギヤ９と側板１および３とのサイドクリアランスの合計量を約１１０ミクロンに設定することにより、駆動ギヤ９と側板３のサイドクリアランスを運転中に少なくとも数十ミクロンを維持するように、以下のように隙間調整板１４の厚みを決定した。
【００２２】
冷間状態において駆動軸１０を２トンの荷重で引っ張り、駆動軸１０がハウジング４に対して実際にどれくらい動いたかを測定した結果、約５０ミクロンの移動を確認した。スラスト荷重２ｔｏｎに対するスラスト軸受け担体の軸方向変形量が約２２ミクロンであることが判っているので、最大７ｔｏｎまで荷重がかかったとしても、駆動ギヤ９と側板３との間には約３０ミクロンの隙間を維持することができ、運転中に接触しないことを確認した。
【００２３】
実際には、例えばポリエステル樹脂を溶融紡糸するギヤポンプの温度は約３００℃になるので、熱膨張を考慮して上記ギヤポンプを３００℃まで加熱し、上記同様に荷重を掛けて隙間を確認したところ、駆動ギヤ９と側板３との間は接触しないことを確認した。
上記ギヤポンプをポリエステル樹脂の溶融紡糸機に連続使用し、約２年間経過した時点で解体してチェックしたところ、駆動ギヤ１０の側面および側板３には全く傷が付いていなかった。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明のギヤポンプによると、駆動軸にスラスト荷重受け機構を設け、駆動ギヤの側面とハウジングとのサイドクリアランスを一定に維持するので、ギヤポンプの大容量化の如何にかかわらず、サイドクリアランスに常に液状体の液膜を形成させて良好な潤滑性を維持し、長期間の円滑運転を行うことができる。
【００２５】
また、駆動ギヤや側板から削られた摩耗片が液状体に混入することがないため、溶融製膜機などの用途に使用する場合にはフィルター寿命を延長し、また摩耗片の最終成形製品への混入による製品品質低下を招くことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態からなるギヤポンプを示す縦断面図であり、（Ｂ）は図（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の他の実施形態からなるギヤポンプの縦断面図である。
【図３】本発明に使用される隙間調整機構の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】従来のギヤポンプの断面図である。
【符号の説明】
１、３ 側板 ２ ギヤケース
４ ハウジング ５、７ 従動ギヤ
６、８ 従動軸 ９ 駆動ギヤ
１０ 駆動軸 １１ 軸クリアランス（隙間）
１２、１２ａ、１２ｂ ケーシング
１３ スラスト軸受け（スラスト荷重受け機構）
１４ 隙間調整板 １５ 蓋
１６ 軸シール部 １７ 開口部
２０ 仕切り板（スラスト荷重受け機構）
２１ａ、２１ｂ 油圧室（スラスト荷重受け機構）
２２ ネジ機構

Claims (6)

1. 少なくとも一対の噛合する駆動ギヤと従動ギヤとをハウジングに内蔵し、前記駆動ギヤから前記ハウジングの外側に突出する駆動軸に、スラスト荷重受け機構と前記駆動ギヤの側面と前記ハウジングとのサイドクリアランスを一定に維持する隙間調整機構を設けたギヤポンプ。
2. 前記スラスト荷重受け機構がスラスト軸受けである請求項１に記載のギヤポンプ。
3. 前記スラスト荷重受け機構が、前記駆動軸に固定した仕切り板に区分された油圧室に作動油を給排する油圧機構である請求項１に記載のギヤポンプ。
4. 前記ハウジングから突出する駆動軸の摺動部に軸シール部を設け、該軸シール部と前記スラスト荷重受け機構との間に排出物を取り出す開口部を設けた請求項１〜３のいずれかに記載のギヤポンプ。
5. ギヤポンプ容量が５００ｃｃ／ｒｅｖ以上である請求項１〜４のいずれかに記載のギヤポンプ。
6. 溶融製膜機の溶融樹脂送液用に設けられる請求項１〜５のいずれかに記載のギヤポンプ。

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