JP6553860B2 - ギアポンプ - Google Patents

Description

この発明は、ギアの回転により液体を送液するためのギアポンプに関し、特に、送液される液体自体により潤滑を行う自己潤滑式のギアポンプに関する。なお、この明細書における液体とは、樹脂やポリマー等の粘性を有する流動体をも含む概念である。

ギアポンプは、駆動軸と、この駆動軸の外周部に配設された駆動側歯車と、従動軸と、この従動軸の外周部に配設され駆動側歯車に噛合する従動側歯車とを備え、駆動軸をモータにより回転させることにより、駆動側歯車および従動側歯車を同期して回転させ、これらの駆動側歯車および従動側歯車の回転により液体を送液する構成を有する。

このようなギアポンプにおいては、駆動側ギアを備えた駆動軸をモータにより回転させる構成であることから、駆動軸はギアポンプの内部と外部とにわたって配設される。また、従動軸も、ギアポンプの内部と外部とにわたって配設される場合がある。このため、ギアポンプにおいては、スタフィングボックス内において軸を外部から囲う軸封部が配設される。この軸封部を介して外部から空気がギアポンプの内部に侵入した場合には、送液対象となる液体が空気中の酸素と反応して品質の低下を招き、また、これにより液体を廃棄する必要が生ずる場合がある。このため、この軸封部は、一般的には、ラビリンスシールやグランドパッキン等を利用して軸を封止する構造となっている。

このようなギアポンプにおいては、駆動軸とこの駆動軸を軸支する軸受間、あるいは、従動軸とこの従動軸を軸支する軸受間に、送液される液体自体が供給される自己循環式の構成を有する。そして、ギアポンプの内部と外部とにわたって配設された軸の潤滑に供された液体は、ギアポンプ内部の汚染を防止するため、ラビリンスシールやグランドパッキン等を利用した軸封部を介して外部に排出される（特許文献１および特許文献２参照）。

従来、このような構成を有するギアポンプにおいては、軸封部から排出される液体の排出量を調整するため、軸封部を覆う冷却ジャケットに対して冷却媒体を流すことにより、軸封部から排出される液体を冷却する構成が採用されている。このような構成を採用した場合においては、軸封部から排出される液体の温度を変化させてその粘度を調整することにより、軸封部から排出される液体の流量を制御することが可能となる。

特許第４８２９９５７号公報 実用新案登録第３１８６３５８号公報

上述したように、軸封部から排出される液体を冷却する構成を採用するためには、各軸封部に冷却媒体を循環させる必要があることから、構成が複雑となる。また、温度変化に伴う粘度の変化が小さい液体では流量制御の効果が小さく、逆に、温度変化に伴う粘度の変化が大きな液体では適正な流量制御が困難となる。また、運転再開時において、高粘度化、または固化した流体を運転状態の粘度に復帰させるためのヒータ等の加熱装置を、スタフィングボックスだけではなく、冷却機構にも配設する必要が生ずる。

また、軸を外部から囲う軸封部から外部に流出した液体は、回転する軸に固着する。軸に固着した液体が連続運転に伴って成長した場合には、この液体の固形物がカップリングジョイントや電気機器等の周辺機器に接触し、装置の動作に悪影響を及ぼす場合がある。また、このような場合において、装置の連続運転中に軸に固着した液体を軸から除去する作業は、危険を伴うことになる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、軸と軸受との間の潤滑に供された液体の外部への排出を制御して、この液体の軸封部からの外部への流出量を最小限に抑えることが可能なギアポンプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ギアを備えた軸と、前記軸を回転可能に支持する軸受と、前記軸と前記軸受との間の潤滑に供された液体が通過可能な軸封部を支持するスタフィングボックスと、を備えた自己潤滑式のギアポンプであって、前記軸と前記軸受との間の潤滑に供された液体を外部に排出するための連通孔と、前記連通孔に配設され、前記連通孔から排出される液体の流量を調整する流量調整機構と、を備え、前記連通孔は、前記スタフィングボックスに形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、軸と軸受との間の潤滑に供された液体を、連通孔を介して外部に排出することで、この液体の外部への排出を制御することが可能となる。このため、極めて簡易な構成にもかかわらず、この液体の軸封部からの外部への流出量を最小限に抑えることが可能となる。また、流量調整機構を利用して、軸と軸受との間の潤滑に供された液体の外部への排出をより高精度に制御することが可能となる。

また、スタフィングボックスを利用して連通孔を形成することにより、簡易な構成でありながら、軸と軸受との間の潤滑に供された液体の外部への排出を制御することが可能となる。

この発明に係るギアポンプの縦断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２の部分拡大図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 この発明に係るギアポンプの側面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るギアポンプの縦断面図である。図２は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、この発明に係るギアポンプの側面図である。

この発明に係るギアポンプは、駆動側歯車１２および従動側歯車２２により、この発明に係る液体としてのポリマーからなる流動性の樹脂を送液するためのものである。このギアポンプは、プロセス機器等への送液に使用されるもので、例えば、プラスチック押出成形装置において樹脂を送液するために使用されるものである。なお、このような流動性の樹脂は、空気と触れることにより酸化することから、樹脂の流路内への空気の混入を防止する必要がある。

このギアポンプは、ケーシング１８と、このケーシング１８を挟むように配設された一対のスタフィングボックス１４とからなるチャンバー状の本体を備える。また、このギアポンプは、その外周部に駆動側歯車１２が配設された駆動軸１１と、その外周部に駆動側歯車１２と噛合する従動側歯車２２が配設された従動軸２１と、駆動軸１１および従動軸２１を各々軸支するための複数の軸受１３と、ケーシング１８に形成された吸入側の開口部２４と、ケーシング１８における開口部２４と対向する位置に形成された吐出側の開口部２５とを備える。吸入側の開口部２４と吐出側の開口部２５との間には、樹脂の流路２６が形成される。

スタフィングボックス１４における駆動軸１１および従動軸２１の外周部には、ラビリンスシール１５が配設されている。このラビリンスシール１５は、押さえ板１６により固定されている。各押さえ板１６は、複数のネジ１９によりスタフィングボックス１４に固定される。これらのラビリンスシール１５には、螺旋状の溝が形成されている。図２においては、ラビリンスシール１５に形成された溝を、駆動軸１１および従動軸２１の外周部において斜め線で表示している。なお、条件によっては溝を駆動軸１１および従動軸２１側に設けることもある。このラビリンスシール１５は、この発明に係る軸封部を構成する。

一対のスタフィングボックス１４にはヒータ６１が配設されている。また、ケーシング１８にはヒータ６２が配設されている。これらのヒータ６１、６２は、一定時間運転を停止した後の運転再開時において、高粘度化した樹脂を運転状態の粘度に復帰させるために使用される。

このギアポンプは、駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂を外部に排出するための連通孔を備える。以下、この連通孔の具体的な構成について説明する。

このギアポンプは、各ラビリンスシール１５に対応する４個のバルブポート４５を備える。このバルブポート４５は、各々、バルブ４０を備えている。このバルブ４０は、後述する連通孔から排出される樹脂の流量を調整する流量調整機構として機能する。

図３に示すように、バルブ４０は、樹脂の通過孔４４を備えた本体４１と、面取り部４３と、止めナット４２とを備える。バルブ４０の通過孔４４は、バルブポート４５に形成された孔部４６と対応する位置に形成されている。図３に示すように、この通過孔４４がバルブポート４５に形成された孔部４６と連通していない状態においては、孔部４６はバルブ４０により遮断され、樹脂はバルブポート４５を通過し得ない。一方、通過孔４４と孔部４６とが連通したときには、樹脂は、孔部４６および通過孔４４を介して、図３において矢印Ｃで示すように外部に排出される。そして、バルブポート４５を通過する樹脂の流量は、バルブ４０の回転角度位置により制御することができる。

バルブポート４５に形成された孔部４６は、スタフィングボックス１４に形成された孔部５３と連通している。この孔部５３は、ラビリンスシール１５の外周部に形成された孔部５２と連通している。この孔部５２は、図５に示すように、側面視において三日月状の形状を有する。そして、孔部５２は、ラビリンスシール１５の端部と軸受１３との間に形成された隙間５１と連通している。このため、これらの孔部４６、通過孔４４、孔部５３、孔部５２および隙間５１により、駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂を外部に排出するための連通孔が構成される。

以上のような構成を有するギアポンプにおいては、図示しないモータの駆動により駆動軸１１が回転することで、互いに噛合する駆動側歯車１２および従動側歯車２２が同期して回転し、樹脂が吸入側の開口部２４から吐出側の開口部２５に送液される。このときには、駆動軸１１および従動軸２１は、ラビリンスシール１５およびそこに供給された樹脂によりシールされている。駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂は、ラビリンスシール１５により封止される。

このとき、ギアポンプ内の樹脂は、駆動軸１１および従動軸２１の外周部におけるラビリンスシール１５付近に供給される。ラビリンスシール１５に形成された螺旋状の溝は、駆動軸１１および従動軸２１の回転により樹脂をギアポンプ内に送液する方向に形成されている。一方、樹脂の流路２６からラビリンスシール１５における溝へ送液される樹脂は正圧となっている。このため、樹脂の圧力によっては、ラビリンスシール１５付近に供給された樹脂が、ラビリンスシール１５付近で停滞することなく、ラビリンスシール１５と軸との間から外部に流出する。

しかしながら、この発明に係るギアポンプにおいては、孔部４６、通過孔４４、孔部５３、孔部５２および隙間５１により構成される連通孔により、駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂を外部に排出することで、この樹脂がラビリンスシール１５と軸との間から外部に流出することを防止している。

すなわち、この発明に係るギアポンプにおいては、止めナット４２を緩めた状態で面取り部４３を把持して本体４１の回転角度位置を変更することにより、バルブ４０の開度を調整する。これにより、孔部４６、通過孔４４、孔部５３、孔部５２および隙間５１により構成される連通孔から排出される樹脂の流量を調整することができる。このため、バルブ４０の開度を調整することで、ラビリンスシール１５と軸との間から外部に流出する樹脂の流量がほぼゼロとなるようにすることが可能となる。

このときには、駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂は、孔部４６、通過孔４４、孔部５３、孔部５２および隙間５１により構成される連通孔を介して外部に排出される。このため、駆動軸１１および従動軸２１と軸受１３との間の潤滑に供された樹脂が再度ギアポンプの内部に侵入することにより、ギアポンプ内部の樹脂を汚染することを防止することが可能となる。

なお、図３において矢印Ｃで示すように、バルブポート４５の孔部４６およびバルブ４０の通過孔４４を介して外部に排出される樹脂は、図示しない液受け部材等の上に滴下する。なお、この樹脂が固形物となり連続運転に伴ってバルブポート４５に付着した状態で成長したとしても、バルブポート４５は静止している部材であることから、装置の連続運転中においても、この樹脂の除去作業を安全に実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、連通孔から排出される樹脂の流量を調整する流量調整機構として、バルブポート４５に配設されたバルブ４０を使用している。しかしながら、この流量調整機構としては、ニードルバルブ等の樹脂が流通するオリフィスの大きさを変更する機構や、その他の構成のものを採用することができる。ここで、連通孔の大きさ自体を設定値に維持することでラビリンスシール１５と軸との間から外部に流出する樹脂の流量をほぼゼロとすることができるときには、この流量調整機構を省略することも可能である。

また、上述した実施形態においては、軸封部としてラビリンスシール１５を採用しているが、グランドパッキンやダブルメカニカルシール等の、その他の軸封部を採用してもよい。

さらに、上述した実施形態においては、この発明に係るギアポンプにより送液すべき液体としてポリマーからなる流動性の樹脂を採用しているが、その他の液体を送液するようにしてもよい。

１１ 駆動軸
１２ 駆動側歯車
１３ 軸受
１４ スタフィングボックス
１５ ラビリンスシール
１６ 押さえ板
１８ ケーシング
２１ 従動軸
２２ 従動側歯車
２４ 流入側の開口部
２５ 吐出側の開口部
２６ 流路
４０ バルブ
４１ 本体
４４ 通過孔
４５ バルブポート
４６ 孔部
５１ 隙間
５２ 孔部
５３ 孔部

Claims (1)

1. ギアを備えた軸と、
   前記軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記軸と前記軸受との間の潤滑に供された液体が通過可能な軸封部を支持するスタフィングボックスと、
   を備えた自己潤滑式のギアポンプであって、
   前記軸と前記軸受との間の潤滑に供された液体を外部に排出するための連通孔と、
   前記連通孔に配設され、前記連通孔から排出される液体の流量を調整する流量調整機構と、
   を備え、前記連通孔は、前記スタフィングボックスに形成されていることを特徴とするギアポンプ。

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