JPH01200082A - 改良された歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は溶融ポリマーの取扱い及び輸送のための改良さ
れた歯車ポンプに関する。

（背景） 歯車ポンプは、通常、押出機のような溶融装置にあるよ
うな溶融ポリマーの単位時間当Ｉ；り処理量を増加させ
るために主に使用される。シングルスクリユー押出機、
バンバリーミキサ−又はツイン又はマルチプルスクリュ
ー押出機のような通常の溶融装置において、装置の処理
能力に対する代表的な限界は次のいずれかである。■装
置の許容最大溶融圧力、■機械的作業及びこれによる温
度上昇の結果としてポリマーに生ずる劣化の程度。

これらの限界は、流動に要する総圧力が溶融装置と溶融
ポンプのような別の加圧装置との間で制御された比率に
維持されるならば部分的に克服することができる。

溶融装置の端末における溶融ポンプの使用により溶融圧
力の予定部分をポンプに分担させれば、その分だけ溶融
装置における総溶融圧力が減少する。このことは、溶融
装置が通常の速度より低速で作動するとともに通常の圧
力より低い圧力で同じ量のポリマーを輸送することを許
容する。

ポリマーへの主要人カエ不ルギー原は溶融装置を経由し
ており、スクリュー押出機の場合は、入力はスクリュー
の回転速度に大きく依存する。上述のように、通常速度
より低い速度は、能力を損なうことなくポリマーへの入
力エネルギーの望ましい減少を許す。もしシステムへの
エネルギー供給が不足であるならば、時間当たり処理量
はエネルギー供給装置の作動レベルにより決定される。

また、システムの能力を上昇させるためのシステムへの
エネルギー供給に余力がある場合は、溶融歯車ポンプの
使用は激しい剪断入力を少なくし、その結果、ポリマー
の劣化を少なくさせる。

しかし、弗化ポリマーは、歯車ポンプで圧送するには溶
融状態における粘度と腐食性とが大き過ぎるので、歯車
ポンプを弗化ポリマーについて広く使うことはできない
。いい替えれば、普通の歯車ポンプでは、２個の歯車の
一方が他方を駆動するため歯車の歯が互いに噛み合いか
つ接触する。

そこで、歯車は摩耗を最小とするため固い耐摩耗性金属
で作られる。しかし、ステライト６、カーペンタ−２０
鋼、３０４ステンレス鋼、３１６Ｌステンレス鋼、及び
炭素鋼にような固い耐摩耗性金属は、溶融弗化ポリマー
に使用するには腐食が大き過ぎるのが普通である。より
耐食性の大きなハステロイｃ−２７６及びインコネル６
２５のような材料があるが、これらは良好な耐摩耗性を
与えるには通常柔らか過ぎる。更に、上述のように、溶
融弗化ポリマーは高温で大きな剪断を受けると劣化、即
ち分子量の低下及びこのための粘度の低下が生ずる。

（本発明の概要） 本発明は、溶融し、腐食性があり、粘度の大きな弗化ポ
リマーにより生ずる摩耗及び腐食を克服するように設計
された歯車ポンプを提供する。これは、システムの溶融
物処理量を増大させ、かつ歯車の摩耗を最小にしながら
出口溶融圧力の均一性を改良する。

本発明においては、２個の歯車を有し両者の歯が噛み合
い接触して一方の歯車が他方の歯車を駆動するような普
通の歯車ポンプは、２個の歯車軸を使用し各歯車は独立
して駆動されかつその駆動力がごく接近した大きさに維
持されこれにより嗜み合いはするが実質的には接触せず
動力伝達のないような歯車で置き換えられる。

歯車が接触しないので背面漏洩が生じ、これが歯車ポン
プの作動する高温における溶融ポリマーの滞留時間を増
加させ、ポリマーの分子量を低下させ、従って溶融粘度
を低下させ易くすると考えられてきた。しかし、本発明
では例１に示されるようにこのことは生じない。

（発明の説明） 本発明の改良された歯車ポンプにおいては、歯車の歯の
摩耗は作動中いつも歯と歯との接触を最小にすることに
より防止される。このことは、歯車を互いに間隔を明け
るように置き換え歯先が他方の歯車の歯元に接触しない
ようにすることと、組部動力を両歯車軸に等分に分配し
て組み合った歯と歯の間の接触がないようにすることと
により達成される。これは、レライアンスエレクトリツ
クカンパニイ（米国オハイオ州クリーブランド、ユーク
リッドアベニュー）発売の外部電子制御システムにより
達成される。

第１図は、入口１２と出口１３とを持つ室１１を形成す
るポンプハウジングｌＯを備えた歯車ポンプの断面図で
ある。第２図はその側面図である。

１対の互いに噛み合った歯車１４と１４ａとが前記室の
中に回転可能に取り付けられる。各歯車はそれぞれ駆動
軸１５及び１６（図示せず）により矢印ｌで示される如
く反対方向に回転するように駆動される、従来の通常の
ポンプとは異なり、両歯車は、組み合っている歯が実質
的に接触はしないが噛み合い面を通る漏洩を最小とする
ように、ごく接近した状態（歯の隙間の小さい状態）に
位置を決められる。歯車と前記室の内壁とは、第１図及
び第２図に示されるように、歯車の歯は前記内壁にごく
接近はするが接触はしないように構成される。このよう
にして入口と出口との間の流体の遮断が形成される。本
発明においては、２個の歯車軸をポンプ本体の両側に配
された別々の駆動装置で駆動することにより歯車の歯と
歯との接触は最小とされる。２個の軸及び歯車のトルク
負荷は、この２軸のパツキン押さえ又は気密用機構のよ
うなポンプハウジング外の軸負荷が両軸で同じになるよ
うにして、常に等しく配分される。

ポンプ室の容漬は、室の壁面、並びに歯車の嗜み合い点
及び歯車の歯先と側面とが室の壁面に接近し実質的に気
密を形成する点の間の歯車の歯面により定められる。

作動の際は、溶融ポリマーは室の入口及び出口より実質
的に遮断され、歯車の歯と室壁面との間に閉じ込められ
る。

弗化ポリマーに使用されるポンプに対しては、その構成
には耐食性材料を使用しなければならない。かかる材料
には、インコネル６２５及びバストロイＣ−２７６が含
まれる。しかし、これらは無ハロゲンポリマーに使用で
きる合金よりも摩耗に対する抵抗が少ない。

制御システムは、動作中の等負荷の達成のために設計さ
れた親子式制御装置を備える。負荷配分は、一方の歯車
が他方の歯車を駆動することなく２個の歯車の歯の間に
確実な隙間があるようにすることにより達成される。こ
れは２個の独立した軸を駆動するトルクを常に等しくす
るこｋにより達成され、軸の負荷変化はポリマーの溶融
粘性による抵抗及び入口と出口間の圧力差の組み合わせ
によるものに限定される。

（例１） 歯車ポンプは、テトラフルオロエチレンポリマーの腐食
性に耐える腐食抵抗を有するように、歯車に主としてニ
ッケル／コバルト系の構成材料を用い第１図に示された
ように構成される。

３７２℃に８いて溶融粘度４７ｘｌＯ’ポアズのテトラ
フルオロエチレン及び１２モル％のへキサフルオロプロ
ピレンの共重合体が、スクリュー押出機内で溶融され本
発明の溶融ポンプを通過する。

２個の歯車を駆動するトルクは、２個の歯車の歯の接触
を最小とするように、リライアンス制御モニターにより
等しくされる。

歯車ポンプの入口温度３２２−３６１’（！、歯車ポン
プ出口温度３１１−３２９℃の範囲で何回かの試験を行
った。押出機と歯車ポンプとの組立体を種々の異なった
時間当たり処理量で運転し、システムを通過するポリマ
ー量と溶融粘度低下との関係を第３図に示す。実験誤差
の範囲内で黒丸で示されるように６００ポンド／時間（
２７２ｋｇ／ｈ）まで溶融粘度の変化がなかった。

同じ押出し作業を歯車ポンプなしで押出機を使用して繰
り返した。溶融粘度低下はポリマー処理量の増加ととも
に低下し、時間当たり処理量が点Ａにおいて３３０ポン
ド／時間（１５０ｋｇ／ｈ）に達すると溶融粘度低下は
許容しがたいレベルに達し　ｔこ　。

この実験により、シングルスクリユー押出機とともに本
発明の歯車ポンプを使用することにより、時間当たり処
理量を大きくしかつ溶融粘度低下で示されるポリマーの
劣化を非常に少なくできることが示された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の歯車ポンプの断面図、第２図は第１図
の歯車ポンプの側面図、第３図は本発明の歯車ポンプを
併用した場合と使用しない場合の押出機の時間当たり処
理量と溶融粘度の低下との関係の実験結果を示すグラフ
である。 Ｆｉｇ、　１ ２−］− ２−一土− Ｆｉｇ、　２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　溶融ポリマーを圧送する歯車ポンプにして、前
   記ポンプは室の両端に入口及び出口の通路を持った室を
   有し、更に前記室内に歯が噛み合うように位置を決めら
   れかつ前記室の側壁と歯車の歯面とが前記入口と出口間
   の流体シールを実質的に定めるように前記側壁の関して
   位置決めされた１対の回転ポンプ歯車を有する歯車ポン
   プにおいて、 １）　前記２個の歯車の歯が実質的に接触しないように
   互いに噛み合っている歯車の歯の間に小さな隙間を維持
   し、 ２）　両歯車は等しいトルクで作動する別個の歯車駆動
   軸により駆動される ことを特徴とする歯車ポンプ。