JPH0660790U - 高圧粘性流体用歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯車および軸の偏りを防止して歯の応力を緩
和し、歯の折損を防いで高圧で粘性流体を圧送する。 【構成】 各歯車３７，３８の噛合部５３よりも回転方
向Ａ１，Ａ２上流側に形成される出側空間５７に吐出さ
れた高圧の粘性流体を連通溝６７，６８を介して軸線６
３，６４に関して前記出側空間５７とは点対称となる領
域Ｌ１，Ｌ２に導き、各歯車３７，３８および各軸３
９，４０の入側空間５４側への偏りを防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、たとえばポリエステルなどのような高粘性流体を高圧で圧送するた めの高圧粘性流体用歯車ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図５は、典型的な先行技術の歯車ポンプ１を簡略化して示す断面図である。た とえば、ポリエステルなどのような高粘性流体を高圧で圧送するために用いられ る歯車ポンプ１は、相互に噛合する２つの歯車３，４が収納されるポンプ室５を 有するケーシング６と、このケーシング６を挟持する２つの側板７，８とを備え る。各歯車３，４には軸９，１０が同軸に固定され、これらの軸９，１０は前記 側板７，８にそれぞれ形成される軸孔１１，１３に挿入されて軸支される。各歯 車３，４は、前記一方の軸９の回転によって矢符Ａ１，Ａ２方向に回転駆動され 、噛合部１４よりも回転方向Ａ１，Ａ２上流側の入側空間１５に供給された粘性 流体を、図６に示されるように、各歯車３，４の歯溝１６，１７に貯留して回転 方向Ａ１，Ａ２に移送し、前記噛合部１４よりも回転方向Ａ１，Ａ２下流側の出 側空間１８において各歯１９，２０の各歯溝１６，１７への噛み込みによって押 し出され、このようにして高粘性流体を定量で圧送している。

【０００３】 上述の歯車ポンプ１は、たとえば化学繊維を形成するためのダイに前記粘性流 体を高圧で圧送するために用いられる。そのために、（１）各歯車３，４と各軸 ９，１０とを一体化して、各軸９，１０の直径を大きくして強度の向上を図り、 （２）各歯車３，４と各軸９，１０との接合部２１，２３は、曲率を大きくして 滑らかに仕上げることによって隅部の応力集中を緩和し、（３）各歯１９，２０ の歯面は研磨仕上げなどによって高精度加工し、各歯１９，２０を均一に噛合さ せるようにし、（４）各歯車３，４を転位歯車構造として、図７に拡大して示さ れるように歯元の厚さＳｆを大きくして、各歯１９の曲げ強度を向上し、（５） 前述したようなポリエステルなどのような高圧の粘性流体を圧送するときの機械 効率θｍを３０〜４０％とし、（６）各歯車３，４および各軸１９，２０をたと えば高速度工具鋼ＳＫＨ５１（ＪＩＳ）などの高引張強度を有する材料を用いて いる。また、歯車側面の潤滑のみに着目した先行技術には、たとえば実開昭５１ −６９１０５がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

このような先行技術では、歯車ポンプ１の運転時において、図５に示されるよ うに、各歯車３，４の幅Ｂに加わる圧力荷重を軸受長さ２・Ｌ１を有する軸孔１ １，１３の軸受け面によって支持しているけれども、高圧になれば、入側空間１ ５と出側空間１８との差圧が大きくなり、図６に示されるように各軸９，１０は 入側空間１５側に押圧され、そのために各軸９，１０は各軸受け面に押圧されて 摩擦抵抗が増大し、これによって駆動側の軸９には大きなトルクを必要とし、そ の結果、各歯１９，２０の噛合いトルクが大きくなってしまう。このような噛合 いトルクが大になれば、各歯１９，２０の応力がその許容強度を超えてしまい、 各歯１９，２０は折損してしまう。このような理由から従来では、高圧粘性流体 用歯車ポンプ１の使用圧力（差圧）は、１０００ｋｇｆ／ｃｍ²が限界であって 、むやみに圧力を上昇させることができないという問題を有する。

【０００５】 したがって本考案の目的は、各軸への摩擦抵抗を少なくしてポンプの使用圧力 を向上することができるようにした高圧粘性流体用歯車ポンプを提供することで ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、相互に噛合する複数の歯車がポンプ室に収納されるケーシングを２ つの側板によって挟持し、各歯車の噛合部よりも各歯車の回転方向上流側に形成 される入側空間に供給された粘性流体用を、前記噛合部よりも各歯車の回転方向 下流側に形成される出側空間に圧送する高圧粘性流体用歯車ポンプにおいて、 前記ケーシングには、出側空間と、この出側空間に各歯車の回転軸線に関して 点対称となる領域で前記ポンプ室に臨んで開口する開口部とを連通する連通孔を 形成したことを特徴とする高圧粘性流体用歯車ポンプ。

【０００７】 また本考案は、前記各歯車の歯溝は、インボリュート形歯面と、歯底径面とを 滑らかに連続して形成したことを特徴とする。

【０００８】 さらにまた本考案は、前記各歯車は、等方性の高強度材料から成ることを特徴 とする。

【０００９】

【作用】

本考案に従えば、ケーシングに、出側空間と、この出側空間に各歯車の回転軸 線に関して点対称となる領域でポンプ室に臨んで開口する開口部とを連通する連 通孔が形成される。このような連通孔を形成することによって、入側空間に比べ て高圧となる出側空間に押出された高圧の粘性流体を入側空間側に導いて、各歯 車の入側空間側への片寄りを防止することができる。これによって、各歯車に固 定される軸の偏心を防ぎ、各軸に作用する摩擦抵抗を少なくすることができる。 このようにして各軸に作用する摩擦抵抗を削減することができるので、各軸を駆 動するためのトルクが少なくて済み、したがって各歯車の相互に噛合う各歯間の 噛合いトルクをむやみに大きくならず、効率よく動力を伝達することができ、各 歯の折損を確実に防ぐことができる。このようにして各歯にむやみに大きな噛合 いトルクが作用しないので、ポンプの使用圧力を向上させることが可能となり、 従来に比べてより高い圧力でポンプを運転することが可能となる。

【００１０】 また、本考案に従えば、各歯車の歯溝はインボリュート形歯面と歯底径面とを 滑らかに連続して形成される。これによって、各歯の曲げ強度を大きくすること ができ、各歯の折損を防止することができる。

【００１１】 さらに本考案に従えば、各歯車を軸線方向に等方性を有する高強度材料から形 成される。これによってもまた、各歯の曲げ強度を向上して折損を防止すること ができる。

【００１２】

【実施例】

図１は本考案の一実施例の歯車ポンプ３０を示す断面図であり、図２は歯車ポ ンプ３０の縦断面図である。たとえばポリエステルなどのような１００００ポア ズ程度の粘度を有する高粘性流体を圧送するために用いられる高圧粘性流体用歯 車ポンプ３０は、ケーシング３１と、ケーシング３１を挟持する２つの側板３３ ，３４と、前記一方の側板３４に固定される端板３５とを有する。前記ケーシン グ３１には、ポンプ室３６が形成され、このポンプ室３６内には相互に噛合する ２つの歯車３７，３８が収納される。各歯車３７，３８には軸３９，４０がそれ ぞれ一体化され、これらの軸３９，４０は各側板３３，３４にそれぞれ形成され る軸孔４１ａ，４１ｂ；４３ａ，４３ｂ内に挿入されて軸受け面４４ａ，４４ｂ ；４５ａ，４５ｂによって軸支される。

【００１３】 前記端板３５にはスリーブ４８が固定されて、軸３９が遊通する遊通孔４６が 形成される。遊通孔４６には、複数の環状のパッキン４７が装着され、押え部材 ４９によって抜け止めされる。

【００１４】 前記ケーシング３１、側板３３，３４および端板３５は、これらを挿通する位 置決めピン５０，５１によって正確に位置決めされ、各軸３９，４０の外周面と 各軸受け面４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂとの間に形成される隙間が周方向に 均一とされる。

【００１５】 前記各歯車３７，３８は、噛合部５３において噛合し、この噛合部５３よりも 各歯車３７，３８の回転方向Ａ１，Ａ２上流側に形成される入側空間５４に供給 された粘性流体を、各歯車３７，３８の歯溝５５，５６内に貯留して回転方向Ａ １，Ａ２に移送し、前記噛合部５３よりも回転方向Ａ１，Ａ２下流側に形成され る出側空間５７へ各歯５８，５９の噛合せによって押出し、たとえば最高圧力１ ０００ｋｇｆ／ｃｍ²程度の高圧力で流体を吐出することができる。

【００１６】 前記ケーシング３１の各側板３３，３４に対向する各表面６０，６１には連通 孔６７，６８が形成され、これらの連通孔６７，６８は、出側空間５７から入側 空間５４よりも回転方向Ａ１，Ａ２下流側に角度θだけ周方向に離反した位置ま で形成される開口部である切欠き６９，７０に連なる。これらの切欠き６９，７ ０は、周方向に長さＬ１，Ｌ２を有し、各歯車３７，３８および各軸３９，４０ の回転軸線６３，６４に関して点対称となる位置に形成される。また各切欠き６ ９，７０の断面形状は、半径方向内方寄りになるにつれて図１の紙面に垂直奥行 き方向に傾斜している。また各連通孔６７，６８は、各表面６０，６１で開口す る略Ｕ字状あるいは略Ｖ字状などの形状の中から適宜選択して形成することがで きる。

【００１７】 前記入側空間５４と切欠き６９，７０の端部との開き角度θは、ポンプの容積 効率の低下が大きくならないように設定され、次式によって求めることができる 。

【００１８】

【数１】 θ≒３６０°×２／Ｚ …（１） ここに、Ｚは歯車の歯数である。

【００１９】 このようにして出側空間５７から高圧で押出された粘性流体を入側空間５４側 に導くことができるので、各歯車３７，３８および軸３９，４０が出側空間５７ 内の高圧の粘性流体によって入側空間５４寄りに偏心して大きな摩擦力が作用す ることを防止することができる。これによって、ポンプ室３６の内周面と各歯車 ３７，３８の歯先との隙間を周方向全周にわたってほぼ均一とすることができ、 また各軸３９，４０の外周面と軸受け面４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂとの隙 間を周方向全周にわたってほぼ均一とすることができる。このような歯車３７， ３８の歯先とポンプ室３６の内周面との隙間、および各軸３９，４０の外周面と 軸受け面４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂとの間の隙間は、たとえば１０μｍで ある。このような隙間に粘性流体の薄い膜を形成して、潤滑を達成し、金属部材 同士が直接に接触するいわゆるメタルタッチを確実に防止し、２０００ｋｇｆ／ ｃｍ²程度の超高圧で高粘性流体を円滑に圧送することができる。

【００２０】 このようにして超高圧で粘性流体を圧送する歯車ポンプ３０の少なくとも歯車 ３７，３８および軸３９，４０は、等方性を有する高強度材料、たとえば等方性 高強度材と呼ばれる高速度工具鋼あるいは合金鋼などが選択的に用いられる。こ のような等方性高強度材料は、一般に圧延時における圧延条件の調整によって製 造されており、容易に購入可能である。このような等方性の高強度材料を用いる のは、一般に歯車は押出成形によって製造された丸鋼を板状に切断して切削加工 によって形成されているので、前記押出し方向に金属組織の流れがほぼ揃ってお り、したがって方向性を有する。このような方向性材料では、金属組織の流れ方 向に対して直角に作用する外力に対して強度が小さいためである。したがって本 考案では方向性を有さない材料、すなわち等方性材料を用いている。

【００２１】 さらに本実施例では、図３に示されるように、各歯５８，５９は、インボリュ ート歯車であって、相互に噛合する歯が噛合する歯面７１はインボリュート曲線 状に形成され、また歯底径面７３は、円弧状に形成される。これらの歯面７１と 歯底径面７３とは、研磨加工によって滑らかに湾曲して連続しており、これによ って各歯５８，５９に作用する歯面の面圧に対する強度を向上することができる とともに、各歯５８，５９の折損を防止して、高圧で粘性流体を圧送することが 可能となる。本実施例では、噛合わせトルクＴは、図４のラインＬ１０で示され る従来技術に比べてラインＬ２０で示されるように緩和され、各歯５８，５９に 作用する噛合わせトルクＴが小さくなることが確かめられている。このときの粘 性流体の粘度は８０００ポアズであり、理論トルクを示すラインＬ３０に接近す ることが本件考案者によって確かめられている。

【００２２】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、出側空間に押出された高圧の粘性流体を連通孔 を介して入側空間に導くようにしたので、出側空間と入側空間との差圧による歯 車および軸の入側空間側への偏りを防止して、各歯の噛合わせトルクの増大によ る折損を防止することができ、高圧で粘性流体を圧送することが可能となる。

【００２３】 また考案によれば、各歯車の歯の形状を、インボリュート形の歯面と歯底径面 とを滑らかに湾曲して連続させるようにしたので、これによってもまた各歯車の 接触面の強度が向上し、また歯元の応力集中を緩和できるので、歯の折損を防ぐ ことができる。

【００２４】 さらに、各歯車は等方性の高強度材料から成るので、これによってまた各歯車 の歯の折損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の歯車ポンプ３０を示す断面
図である。

【図２】歯車ポンプ３０の縦断面図である。

【図３】歯５８付近を拡大して示す断面図である。

【図４】各歯間に生じる噛合わせトルクの吐出圧力との
関係を示すグラフである。

【図５】典型的な先行技術の歯車ポンプ１を簡略化して
示す断面図である。

【図６】図５の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た断面図であ
る。

【図７】歯１９付近を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

３０ 歯車ポンプ ３１ ケーシング ３３，３４ 側板 ３６ ポンプ室 ３７，３８ 歯車 ３９，４０ 軸 ４１ａ，４１ｂ；４３ａ，４３ｂ 軸孔 ４４ａ，４４ｂ；４５ａ，４５ｂ 軸受け面 ５３ 噛合部 ５４ 入側空間 ５５，５６ 歯溝 ５７ 出側空間 ５８，５９ 歯 ６５，６６ 開口部 ６７，６８ 連通孔 ６９，７０ 切欠き ７１ 歯面 ７３ 歯底径面

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に噛合する複数の歯車がポンプ室に
   収納されるケーシングを２つの側板によって挟持し、各
   歯車の噛合部よりも各歯車の回転方向上流側に形成され
   る入側空間に供給された粘性流体用を、前記噛合部より
   も各歯車の回転方向下流側に形成される出側空間に圧送
   する高圧粘性流体用歯車ポンプにおいて、 前記ケーシングには、出側空間と、この出側空間に各歯
   車の回転軸線に関して点対称となる領域で前記ポンプ室
   に臨んで開口する開口部とを連通する連通孔を形成した
   ことを特徴とする高圧粘性流体用歯車ポンプ。
2. 【請求項２】 前記各歯車の歯溝は、インボリュート形
   歯面と、歯底径面とを滑らかに連続して形成したことを
   特徴とする請求項１記載の高圧粘性流体用歯車ポンプ。
3. 【請求項３】 前記各歯車は、等方性の高強度材料から
   成ることを特徴とする請求項１記載の高圧粘性流体用ポ
   ンプ。