WO2006090652A1 - 歯車ポンプ - Google Patents

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Inventor
Motohiro Okada
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Shimadzu Mectem, Inc.
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084Toothed wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C13/00Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F04C13/001Pumps for particular liquids
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    • F04C2/14Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/18Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with similar tooth forms
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    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C15/0096Heating; Cooling

Definitions

  • the present invention relates to a gear pump used for transferring a high-pressure, high-viscosity fluid.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-013642
  • a problem of a gear pump employing an involute tooth profile is a fluid confinement phenomenon.
  • the intermittency ratio of involute gears is typically greater than 1, and there is a period during which two sets of teeth are engaged. In that case, the force by which the fluid is confined between these two sets of teeth.
  • the volume of this confinement region varies with the rotation of the gears. Troubles such as the generation of vacuum or bubbles are detected.
  • the harm of the confinement phenomenon is much greater during compression than during expansion.
  • the gear pump of the present invention that solves the above-described problem is provided with a casing having a suction port through which a fluid is introduced and a discharge port through which the fluid is discharged, and is provided in the casing and rotates in combination with each other. And a pair of gears for transferring the fluid from the suction port to the discharge port, and the pair of gears are single-point continuous contact tooth-shaped helical gears, and the outer diameter and the tooth width of each of the gears.
  • the specific power is 1.1 to 1.15.
  • a tooth profile such as an arc tooth profile, an elliptical tooth profile, or a sinusoidal tooth profile that always has one contact point and does not cause fluid confinement is used, and the axial thrust is balanced as a spur gear, Axial thrust is avoided from acting on the gear.
  • DZB 1.1 to 1.15
  • efficiency is secured while suppressing bearing load. If DZB is less than 1.1, the bearing load may be excessive and damage to the bearing may occur, making it unsuitable for applications such as feeding molten resin. On the other hand, if DZB exceeds 1.15, the work force that can be used for the pump size increases.
  • D / B be 1.1 to 1.15.
  • another gear pump of the present invention includes a casing having a suction port into which a fluid is introduced and a discharge port from which the fluid is discharged, and is provided in the casing, and rotates in combination with each other.
  • a pair of gears for transferring the fluid from the suction port to the discharge port, and the pair of gears are helical gears having a one-point continuous contact tooth shape, and the outer diameter and the tooth width of each of the gears.
  • the ratio is 1.1 to 1.15.
  • the gear shaft can be manufactured as a single unit, and the simplicity of the structure improves workability and productivity.
  • a high-pressure, high-viscosity fluid such as a polymer or a molten resin.
  • a suitable gear pump can be realized.
  • FIG. 1 is a plan sectional view showing a gear pump according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the gear pump shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the production process of a molded article of a high molecular weight polymer to which the gear pump of the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a plan sectional view showing a gear pump of a second embodiment.
  • FIG. 5 is a side sectional view of the gear pump shown in FIG.
  • the gear pump 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a high-viscosity material such as molten resin or other high molecular weight polymer in a petroleum plant, a chemical plant, a polymerization plant, a molding and spinning device, etc. Used for pumping at high pressure. These highly viscous materials are intermediates Or the final product.
  • This gear pump 100 is a so-called external gear pump, in which a drive gear 2 and a driven gear 3 are disposed in an internal space in which a casing 1 is contained, and these gears 2 and 3 are rotationally driven. By doing so, it acts as a pump that transfers the fluid trapped in the tooth gap from the suction side to the discharge side.
  • the suction side is positioned upward
  • the discharge side is positioned downward
  • a tank storing high molecular weight polymer, molten resin, etc. is installed directly above the intake port 11, and the molten resin in the tank is sucked into the tank. It discharges with the discharge pressure of.
  • the drive gear 2 and the driven gear 3 are each a single-point continuous contact tooth-shaped helical gear.
  • the tooth profile of both gears 2 and 3 is an arc tooth profile.
  • the ratio DZB of the outside diameter D to the tooth width B is set between 1.1 and 1.15. This is because the gear pump 100 pumps high-temperature molten resin, etc. at a high temperature of about 300 ° C at a high pressure of about 20 MPaG.
  • the specific values of gear outer diameter D and tooth width B are limited by the gear shaft diameter necessary to transmit the rotational drive force to the gear and the shaft diameter necessary to suppress the stagnation deformation of the gear shaft. I will.
  • both gears 2 and 3 is a one-point contact tooth profile, the rotation is not transmitted, such as one pitch screw in the gear shaft direction.
  • 8 will be 28 ° ⁇ When set between 32 °, the number of teeth is 10 to 12.
  • the confinement phenomenon theoretically does not occur in the arc tooth profile, but when the discharge pressure pulsation was measured as an evaluation of confinement, it was 0.4% for the arc gear pump and 4% for the involute gear pump. All are values under the operating conditions of a liquid viscosity of about 300 Pa's, a discharge pressure of 20 MPaG, and a rotation speed of 30 rpm. Although the discharge pressure pulsation changes depending on the measurement position and other measurement environments, the discharge pulsation of the circular gear pump decreased to 1Z10 compared to the involute gear pump.
  • the gear pump 100 of the present embodiment is mainly used for pumping a high-pressure, high-viscosity fluid. Therefore, the inner peripheral shape of the casing 1 is molded so that the high-viscosity fluid can be sufficiently sucked into the tooth gaps of the gears 2 and 3 and the tip leakage of the high-pressure fluid caught in the tooth gaps can be reduced.
  • P and P are the positions where the tooth tips of the rotating gears 2 and 3 start to approach the inner peripheral surface of the casing 1
  • P are the positions where the tooth tips start moving away from the inner peripheral surface of the casing 1.
  • the arc angle E is equal to or less than the tooth gap of gears 2 and 3.
  • a guideline is to secure the top. However, if E is increased, the flow communicating with the discharge port 12
  • E is about 108 ° in side sectional view because the path becomes narrow and may interfere with the fluid discharge process.
  • the size should be kept to a degree.
  • the angle E formed by the line segment connecting the line segment connecting the slidable contact end point P and the pitch point P is a side sectional view 33
  • the angle E between the two line segments that connect each other shall be 48 ° to 102 ° in a side sectional view.
  • the upper limit of E must be about 102 °.
  • the lower limit of E is set to about 48 ° because it is caught in the tooth gap and transferred.
  • the gears 2 and 3 are connected to each other with a one-point continuous contact tooth profile.
  • the ratio DZ B of gear outer diameter D to tooth width B is set to 1.1 to 1.15, so that adverse effects on the bearing due to fluid confinement are reduced. It can be avoided.
  • DZB is set to 1.1 to 1.15, it is possible to ensure efficiency while suppressing the bearing load, and without increasing the size of the pump.
  • the gear pump 100 of this embodiment is more suitable for transferring a high-pressure, high-viscosity fluid than a conventional involute gear pump.
  • the gear pump 100 of the present invention configured as described above is used in the process of manufacturing a polymer or molten resin, or a molded product from a polymer or molten resin.
  • the present invention can be applied to uses for producing a polymer, molten resin or molded product.
  • the monomer is transferred from the monomer tank 110 to the polymerization tank 120 using the gear pump 100 of the present invention to produce a polymer, or the polymer is transferred to the gear. It can be transferred to the molding apparatus 300 or the spinning apparatus 400 via the pump 100 and used for the process of manufacturing the molded product.
  • a process for producing a polymer using the gear pump 100 of the present invention and a process for producing the molded product may be integrated to construct a single production line as shown in FIG. Good.
  • the monomer tank 110 and the polymerization tank 120 shown in FIG. Can be replaced with a resin pellet tank and a molten resin tank, respectively, to form a molten resin production line and a molded product production line.
  • the polymerization apparatus 200 can be formed by the monomer tank 110, the gear pump 100, and the polymerization tank 120 shown in FIG. Further, the molding device 300 or the spinning device 400 and the gear pump 100 may be separate from each other, or the molding device 300 or the spinning device 400 incorporating the gear pump 100 may be used.
  • gear pump 500 of the second embodiment. Similar to the first embodiment, the gear pump 500 is configured by arranging a driving gear 502 and a driven gear 503 in an inner space of the casing 1 in a combined state, and rotationally driving the gears 502 and 503. It works as a pump to transfer the fluid caught in the tooth gap from the suction side to the discharge side.
  • the drive gear 502 and the driven gear 503 are helical gears each having a one-point continuous contact tooth profile.
  • the tooth profiles of both gears 502 and 503 are arc teeth.
  • the gear pump has a higher total efficiency as the number of teeth is smaller, and the total efficiency is higher as the gear outer diameter is reduced and the tooth width is increased.
  • the shaft diameter required to transmit the driving force, the shaft diameter of the shaft deflection force due to the bearing load, and the gear outer diameter and tooth width are limited by these factors. These determine the optimal number of teeth.
  • the ratio DZB of the outer diameter D to the tooth width B is 1.1 to 1.15 as in the first embodiment.
  • the gear outer diameter is D
  • the tooth width is D
  • the tooth module is M
  • the number of teeth is Z
  • the pitch circle diameter is A
  • the helical angle of the helical gear teeth is j8.
  • both gears 502 and 503 is a one-point contact tooth profile, rotation is not transmitted, such as a 1 pitch screw in the gear axis direction.
  • a helical gear pump of 2cm 3 Zrev was manufactured and compared with the known circular tooth-shaped helical gear pump.
  • the same effect as the first embodiment can be obtained as described above, and since the driving gear 502 and the driven gear 503 are helical gears, 'Shafts can be manufactured in one piece, and the simple structure improves workability and productivity.
  • the gear pump 500 can be used in place of the gear pump 100 shown in FIG.
  • the molding apparatus 300 or the spinning apparatus 400 incorporating the car pump 500 may be configured.
  • the gear pump of the present invention is suitably used for, for example, the application of transferring molten resin and other high molecular weight polymers at high pressure in oil plants, chemical plants, polymerization plants, molding and spinning devices, and the like. Force that can be used It is not limited to these, and can be used for transferring any high-pressure, high-viscosity fluid.

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Abstract

 溶融樹脂等の高圧、高粘度の流体の移送により適した歯車ポンプを実現する。  ケーシング1内に設けられ、対をなし噛合する歯車2、3の回転により流体を吸込口11側から吐出口12側へ移送する歯車ポンプ100において、前記歯車2、3を、一点連続接触歯形のやまば歯車とし、かつ、各歯車2、3について、歯車外径Dの歯幅Bに対する比D/Bを1.1~1.15に設定した。D/Bが1.1を下回ると、軸受荷重が過大となって軸受に損傷が発生するおそれがあり、溶融樹脂等を圧送する用途には適さなくなる。一方、D/Bが1.15を上回ると、ポンプ外形の大型化とともに機械効率が低下、全効率が低下する。                                                                                 

Description

明 細 書
歯車ポンプ
技術分野
[0001] この発明は、特に高圧、高粘性の流体を移送するために用いられる歯車ポンプに 関する。
背景技術
[0002] 嚙合する歯車の回転により流体を吸込側から吐出側へ移送する歯車ポンプでは、 インボリユート歯形を採用したものが非常に多い。インボリユート歯形は切削し易ぐし 力も歯形の仕上げ寸法の測定も容易であるため、高精度の歯車を得ることができ、よ つて高圧運転条件にも適合し得るからである。
特許文献 1 :特開平 11— 013642号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] インボリユート歯形を採用した歯車ポンプの抱える問題として、流体の閉じ込み現象 が挙げられる。インボリユート歯車の嚙み合い率は 1より大きいことが通例であり、 2組 の歯が嚙み合っている期間が存在する。その場合、これら 2組の歯の間に流体が閉 じ込められる力 この閉じ込み領域の容積は歯車の回転に伴い変動することから、圧 縮時には閉じ込み流体の圧力上昇と動力浪費、膨張時には真空や気泡の発生とい つた不具合力あたらされる。但し、閉じ込み現象の害は、膨張時よりも圧縮時の方が はるかに大きい。
[0004] そして、上記の閉じ込み現象の害は、移送される流体の粘度や吸入圧力、吐出圧 力が高いほど顕著になる。とりわけ、溶融榭脂等を圧送する用途においては、 300° C程度の高温、 20MPaG程度の高圧、 300Pa' s程度の高粘度の流体を移送するた め、閉じ込み現象によって歯車軸受へ多大な荷重がかかり、軸受寿命が短命になる 。現状では、軸受を改良したり、あるいは軸受諸元に余裕をもたせたり(例えば、軸径 を大きくする、回転速度を下げる等)して対処しているが、ポンプ外形の大型化、駆動 力の増大化を招 、てしまって 、る。 [0005] 以上に鑑みてなされた本発明は、高分子重合物や溶融榭脂等の高圧、高粘度の 流体の移送により適した歯車ポンプを実現しょうとするものである。
課題を解決するための手段
上述した課題を解決するべぐ本発明の歯車ポンプは、流体が導入される吸込口と 、該流体が排出される吐出口とを有するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ 、互いに嚙合して回転により前記流体を前記吸込口から前記吐出口へと移送する一 対の歯車とを備え、前記一対の歯車は、一点連続接触歯形のやまば歯車であり、該 歯車のそれぞれの外径と歯幅との比力 1. 1〜1. 15であることを特徴とする。
[0006] 即ち、円弧歯形、楕円歯形またはサイン曲線歯形等の、接触点が常に 1つであり流 体の閉じ込みを発生させない歯形を採用するとともに、やまば歯車として軸推力を均 衡させ、軸推力が歯車に作用することを回避する。その上で、 DZBを 1. 1〜1. 15 に設定することで、軸受荷重を抑制しながら効率を確保する。 DZBが 1. 1を下回る と、軸受荷重が過大となって軸受に損傷が発生するおそれがあり、溶融榭脂等を圧 送する用途には適さなくなる。一方、 DZBが 1. 15を上回ると、ポンプ外形が大型化 する割にできる仕事力 、さくなる。歯車とケーシングとの摩擦による動力損失は歯車 外径の増加に応じて急増するため、一定の吐出量に対して歯幅を小さぐ外径を大 きくすることはポンプ外形の大型化とともに機械効率の低下、全効率の低下に直結す る。以上の理由により、 D/Bは 1. 1〜1. 15とすることが望ましい。
[0007] また、本発明の他の歯車ポンプは、流体が導入される吸込口と、該流体が排出され る吐出口とを有するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、互いに嚙合して回 転により前記流体を前記吸込口から前記吐出口へと移送する一対の歯車とを備え、 前記一対の歯車は、一点連続接触歯形のはすば歯車であり、該歯車のそれぞれの 外径と歯幅との比が、 1. 1〜1. 15であることを特徴とする。
[0008] 一対の歯車をはすば歯車とすることにより、上記の効果の他にギヤ ·シャフトを一体 型で製作することができ、また構造が簡単であることにより加工性、生産性が向上す る。
発明の効果
[0009] 本発明によれば、高分子重合物や溶融榭脂等の高圧、高粘度の流体の移送により 適した歯車ポンプを実現可能である。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の第 1実施例の歯車ポンプを示す平断面図。
[図 2]図 1に示す歯車ポンプの側断面図。
[図 3]本発明の歯車ポンプを適用した高分子重合物の成形物の製造過程を示すフロ ーテヤート。
[図 4]第 2実施例の歯車ポンプを示す平断面図。
[図 5]図 4に示す歯車ポンプの側断面図。
符号の説明
[0011] 1…ケーシング
2、 3…歯車
100· ··歯車ポンプ
200…重合装置
300…成形装置
400…紡糸装置
D…歯車外径
B…歯幅
E…回転する両歯車の歯先がケーシングの内周面より離反する二位置と両歯車の
3
ピッチ点とをそれぞれ結んだ線分のなす角度
E…回転する歯車の歯先がケーシングの内周面に極近接する位置力 この歯車の
4
歯先がその内周面から離反する位置までの円弧角
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係る歯車ポンプの実施の形態である実施例を図面に基づ 、て説 明する。
[第 1実施例]
図 1及び図 2に示す第 1実施例の歯車ポンプ 100は、例えば、石油プラント、化学 プラント、重合プラント、成形'紡糸装置等において、溶融榭脂その他の高分子重合 物等の高粘性物を高圧で圧送するために使用される。これらの高粘性物は、中間体 であっても最終製品であってもよい。この歯車ポンプ 100は、いわゆる外接歯車ポン プであって、ケーシング 1が内包する内部空間に、駆動歯車 2と従動歯車 3とを嚙合 状態で配設してなり、これら歯車 2、 3を回転駆動することで歯溝に捉えた流体を吸込 側から吐出側へ移送するポンプ作用を営むものである。実際には、吸込側を上方、 吐出側を下方に位置づけ、吸込口 11の直上に高分子重合物や溶融榭脂等を蓄え たタンクを設置して、タンク内の溶融榭脂等を吸込み所定の吐出圧力で吐出させる。
[0012] 駆動歯車 2、従動歯車 3は、それぞれ一点連続接触歯形のやまば歯車とする。図 示例では、両歯車 2、 3の歯形を円弧歯形としている。各歯車 2、 3について、外径 D の歯幅 Bに対する比 DZBは、 1. 1〜1. 15の間に設定する。これは、当該歯車ボン プ 100が 300° C程度の高温の溶融榭脂等を 20MPaG程度の高圧で圧送すること による。歯車外径 D、歯幅 Bの具体的な値は、回転駆動力を歯車に伝達するために 必要な歯車軸径、歯車軸の橈み変形を抑制するために必要な軸径による制限を受 ける。
[0013] しかして、歯車外径 Dと歯幅 Bとの比 DZBを 1. 1〜1. 15の範囲内に収めるべく、 歯車 2、 3の歯数 Z及びねじれ角度(ヘリカル角度) |8を決定する。歯モジュールを M 、ピッチ円直径を Aとおくと、
A=MZ、
D=M (Z + 2)
が成り立つ。本実施形態では、両歯車 2、 3の歯形が一点接触歯形であるから、歯車 軸方向に 1ピッチねじらな 、と回転が伝達されな 、。
[0014] 1ピッチ = π ΑΖΖ= π Μ
であり、
Figure imgf000006_0001
である必要がある。 DZB = xとおくと、上記より、
Figure imgf000006_0002
となる。
[0015] なお、ねじれ角度 13は、歯形の加工工程上、 32° 以下とすることが好ましい。上式 より、 DZB=xを 1. 1〜1. 15の範囲内に収めようとすると、ねじれ角度 |8を 28° 〜 32° の間に設定した場合の歯数は 10枚〜 12枚となる。
[0016] 円弧歯形でM = 20、Z= 10、A= 200、 J8 = 31° 、: B = 209、容量 4189ccZrev の円弧歯車ポンプを製作し、既知のインボリユート歯車ポンプと比較した。性能対比と して用いたインボリユート歯車ポンプは、 M= 14、 Z= 14、 A= 200、 j8 = 2. 4° 、: B = 209、容量 4080ccZrevである。性能に関わる軸径、軸受長さ等は両者で同一と した。液粘度約 300Pa' s、吐出圧力 20MPaGにおいて、円弧歯車ポンプはインボリ ユート歯車ポンプと同等の性能を得た。また、円弧歯形では理論上閉じ込み現象が 発生しないが、閉じ込みの評価として吐出圧力脈動を測定すると、円弧歯車ポンプ では 0. 4%、インボリユート歯車ポンプでは 4%となった。何れも、液粘度約 300Pa' s 、吐出圧力 20MPaG、回転数 30rpmの運転条件での値である。吐出圧力脈動は測 定位置その他の測定環境によって変化するものの、円弧歯車ポンプはインボリユート 歯車ポンプに対し吐出脈動が 1Z10まで減少した。
[0017] ところで、既に述べたように、本実施形態の歯車ポンプ 100は、高圧、高粘度の流 体の圧送を主たる用途としている。従って、高粘度流体を歯車 2、 3の歯溝内に十分 に吸入できるよう、並びに、歯溝に捉えた高圧流体の歯先漏れを低減できるよう、ケ 一シング 1の内周形状を成形しなくてはならない。以降、図 2を参照して詳述する。こ こで、回転する歯車 2、 3の歯先がケーシング 1の内周面に極近接を開始する位置を P、 P、歯先がケーシング 1の内周面より離反し始める位置を P
2、 P
2、両歯車 2、 3の
1 1
ピッチ点を P、各歯車 2、 3の中心を Pc、 Pcとおく。
0
[0018] 高粘度の流体を歯溝内に円滑に導くためには、両歯車 2、 3の中心 Pc、 Pcを通る 直線と、歯車 2、 3の中心 Pc及び歯先の摺接開始点 Pを結ぶ線分とがなす角 Eにつ
1 1 いて、側断面視 (歯車軸に直交する面で切断した断面視) 0° 〜6° 程度の大きさを 確保する必要がある。但し、摺接開始点 Pの位置は、両歯車 2、 3の中心 Pc、 Pcを通
1
る直線よりも吐出側にあるものとする。また、歯先漏れを低減するには、歯先の摺接 開始点 Pから摺接終了点 Pまでの (Pcを中心とした)円弧角 Eについて、側断面視 7
1 2 4
2° 以上の大きさを確保することが好ましい。円弧角 Eは、歯車 2、 3の歯溝 2っ分以
4
上を確保することが目安となる。とは言え、 Eを大きくすれば吐出口 12に連通する流
4
路が狭くなり、流体の吐出過程に支障を来しかねないので、 Eは側断面視 108° 程 度までの大きさに抑えるべきである。
[0019] Eを 0° 以上とし、 Eを 72° 〜108° とした場合、摺接開始点 P及びピッチ点 Pを
1 4 1 0 結ぶ線分と、摺接終了点 P及びピッチ点 Pを結ぶ線分とがなす角 Eは側断面視 33
2 0 2
。 〜66° となる。よって、両歯車 2、 3についての摺接終了点 P、 Pとピッチ点 Pとを
2 2 0 それぞれ結ぶ 2本の線分がなす角 Eは、側断面視 48° 〜102° とする。逆に言え
3
ば、所要の E、 E (または、 E )を確保するためには、 Eの上限を 102° 程度とする必
1 2 4 3
要がある。言うまでもなぐ Eの下限を 48° 程度としたのは、歯溝に捉えられ移送さ
3
れた流体を円滑に吐出口 12に向けて流下させるためである。
[0020] 本実施形態によれば、対をなし嚙合する歯車 2、 3の回転により流体を吸込側から 吐出側へ移送する歯車ポンプ 100において、前記歯車 2、 3を、一点連続接触歯形 のやまば歯車とし、かつ、各歯車 2、 3について、歯車外径 Dの歯幅 Bに対する比 DZ Bを 1. 1〜1. 15に設定したため、流体の閉じ込み現象に伴う軸受への悪影響を回 避し得る。その上で、 DZBを 1. 1〜1. 15に設定することで、軸受荷重を抑制しなが ら効率を確保でき、ポンプ外形を徒に大型化させることもない。本実施形態の歯車ポ ンプ 100は、従前のインボリユート歯車ポンプと比較して、高圧、高粘度の流体の移 送により適したものとなる。
[0021] また、角度 Eを 48° 〜102° 、角度 E44を 72° 〜108° としているため、流体を
3
歯車 2、 3の歯溝内に十分に吸入でき、かつ歯溝に捉えた流体の歯先漏れを低減せ しめることがでさる。
[0022] 以上のような構成の本発明の歯車ポンプ 100は、高分子重合物若しくは溶融榭脂 の製造、または高分子重合物若しくは溶融樹脂からの成形物の製造の過程で用い て、高分子重合物、溶融榭脂又は成形物を製造する用途に適用することができる。
[0023] 例えば、図 3に示すように、モノマー槽 110からモノマーを本発明の歯車ポンプ 100 を用いて重合槽 120に移送して、高分子重合物を製造したり、高分子重合物を歯車 ポンプ 100を介して成形装置 300又は紡糸装置 400に移送して、その成形物を製造 する過程に供することができる。また、本発明の歯車ポンプ 100を用いた高分子重合 物を製造する過程と、その成形物を製造する過程とを一体化して、図 3に示すような 単一の製造ラインを構築してもよい。なお、図 3に示すモノマー槽 110と重合槽 120と は、それぞれ榭脂ペレット槽と溶融榭脂槽とに置き換えて、溶融樹脂の製造及びそ の成形物の製造ラインを形成することもできる。
[0024] さらに、図 3に示すモノマー槽 110、歯車ポンプ 100及び重合槽 120によって重合 装置 200を形成することも可能である。また、成形装置 300又は紡糸装置 400と歯車 ポンプ 100とは別体であつても、歯車ポンプ 100を組み込んだ成形装置 300又は紡 糸装置 400であってもよ!/ヽ。
[第 2実施例]
図 4および図 5は第 2実施例の歯車ポンプ 500を示す。この歯車ポンプ 500は、第 1 実施例と同様に、ケーシング 1の内部空間に駆動歯車 502と従動歯車 503とを嚙合 状態で配設して構成され、これら歯車 502、 503を回転駆動することで歯溝に捉えた 流体を吸込側から吐出側へ移送するポンプ作用を営むものである。
[0025] 駆動歯車 502および従動歯車 503は、それぞれ一点連続接触歯形のはすば歯車 である。図示例では、両歯車 502、 503の歯形は円弧歯形となっている。
[0026] ところで、歯車ポンプは、歯数が少な ヽほど全効率が高ぐまた歯車外径を小さくし 、歯幅を大きくするほど全効率が高くなることが一般に知られている。また、駆動力を 伝達するに必要な軸径、軸受荷重による軸のたわみ力 の軸径、これらの要素から 歯車外径、歯幅の限界を受ける。これらにより歯数の最適が定まる。
[0027] そして、歯車ポンプ 500を高圧 20MPa用とすると、第 1実施例と同様に外径 Dの歯 幅 Bに対する比 DZBは、 1. 1〜1. 15となる。
[0028] そして、第 1実施例と同様に歯車外径を D、歯幅を D、歯モジュールを M、歯数を Z 、ピッチ円直径を A、はすば歯車の歯のネジレ角を j8とすると、
A=MZ、
D=M (Z + 2)
となる。
[0029] 両歯車 502, 503の歯形が一点接触歯形であるから、歯車軸方向に 1ピッチねじら な 、と回転が伝達されな 、。
[0030] 1ピッチ = π Α/Ζ= π Μ
となり、 Β= π M/tan βとなる。 [0031] DZB=xとおくと、上記より、
Figure imgf000010_0001
となる。
[0032] はすば歯車の 13は、前記やまば歯車の 13より、 1Z2となり、 13 = 14° 〜16° とな る。前記やまば歯車では、歯形の加工工程上、 32度以下とすることが好ましい。はす ば歯車の場合、 β = 16° 以上であっても、歯形の加工工程上支障はない。
[0033] β = 18° とした場合、 DZB= 1. 1のとき、 Z = 8、 DZB= 1. 15のとき、 Ζ = 9とな る。
[0034] したがって、はすば歯車の場合は Ζ = 8〜 12、 j8 = 14° 〜18° とすれば、前記と 同等の効果が得られる。
[0035] 円弧歯形で、 Μ = 32、Ζ= 10、 Α= 320、 β = 16. 75° , Β= 334. 5、容量 1715
2cm3Zrevのはすば歯車ポンプを製作し、既知の円弧歯形のやまば歯車ポンプと比 較した。
[0036] 性能対比は、円弧歯形のやまば歯車で、 Μ = 32、 Ζ= 10、 Α= 320、 β = 31° 、 Β = 334. 5、容量 17152cm3Zrevである。当然のことながらねじれ角度以外は同一 である。
[0037] 液粘度約 300Pa' s、吐出圧力 20MPaG、回転数 30rpmの運転条件で、円弧歯形 はすば歯車にお 、ても同程度の性能を得た。
[0038] 円弧歯形のはすば歯車ポンプにおいて、閉じ込みの評価として吐出圧力脈動を測 定しても、前記やまば歯車ポンプの 0. 4%と同程度の結果が得られた。何れも、液粘 度約 300Pa' s、吐出圧力 20MPaG、回転数 30rpmの運転条件での値である。前記 結果と同程度の値が得られたことから、既知のインボリユート歯車ポンプとの差は明ら かである。
[0039] この第 2実施例によれば、上述のように第 1実施例と同様な効果を得ることができ、 し力も駆動歯車 502および従動歯車 503がはすば歯車であることにより、ギヤ'シャフ トを一体型で製作することができ、また構造が簡単であることにより加工性、生産性が 向上する。
[0040] 歯車ポンプ 500は、図 3に示す歯車ポンプ 100の替わりに使用することができ、歯 車ポンプ 500を組み込んだ成形装置 300又は紡糸装置 400を構成してもよい。
[0041] なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的 構成は上記実施形態に限られるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種 々変形が可能である。
[0042] 本願は、 2005年 2月 24曰に出願された日本特許出願番号 2005— 048965に基 づき優先権主張をするものであり、同出願の明細書、図面および特許請求の範囲を 含む出願内容は、すべてを参照してここに含める。
産業上の利用可能性
[0043] 本発明の歯車ポンプは、例えば、石油プラントやィ匕学プラント、重合プラント、成形' 紡糸装置等において溶融榭脂その他の高分子重合物等を高圧で移送する用途に 好適に使用することができる力 これらに限らずあらゆる高圧、高粘度の流体の移送 用途に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 流体が導入される吸込口と、該流体が排出される吐出口とを有するケーシングと、 前記ケーシング内に設けられ、互いに嚙合して回転により前記流体を前記吸込口 力 前記吐出口へと移送する一対の歯車とを備え、
前記一対の歯車は、一点連続接触歯形のやまば歯車であり、
該歯車のそれぞれの外径と歯幅との比力 1. 1〜1. 15であることを特徴とする歯車 ポンプ。
[2] 前記歯車のそれぞれの歯数は 10枚〜 12枚であり、該歯車のそれぞれのねじれ角 度は、 28° 〜32° である請求項 1記載の歯車ポンプ。
[3] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車のそれぞれの歯先が該ケーシングの内周面より離反する位置と、 該歯車のピッチ点とをそれぞれ結んだ線分のなす角度は、側断面視 48° 〜102° である請求項 1記載の歯車ポンプ。
[4] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車のそれぞれの歯先が該ケーシングの内周面より離反する位置と、 該歯車のピッチ点とをそれぞれ結んだ線分のなす角度は、側断面視 48° 〜102° である請求項 2記載の歯車ポンプ。
[5] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視 72° 〜108° である請求項 1記載の歯車ポンプ。
[6] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視 72° 〜108° である請求項 2記載の歯車ポンプ。
[7] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視 72° 〜108° である請求項 3記載の歯車ポンプ。
[8] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視
72° 〜108° である請求項 4記載の歯車ポンプ。
[9] 高分子重合物若しくは溶融樹脂の製造、または高分子重合物若しくは溶融榭脂か らの成形物の製造の過程で、請求項 1記載の歯車ポンプを用いることを特徴とする高 分子重合物、溶融榭脂又は成形物を製造する方法。
[10] 高分子重合物若しくは溶融樹脂の製造、または高分子重合物若しくは溶融榭脂か らの成形物の製造の過程で、請求項 2記載の歯車ポンプを用いることを特徴とする高 分子重合物、溶融榭脂又は成形物を製造する方法。
[11] 請求項 1に記載の歯車ポンプを用いた重合装置。
[12] 請求項 2に記載の歯車ポンプを用いた重合装置。
[13] 請求項 1に記載の歯車ポンプを用いた成形装置。
[14] 請求項 2に記載の歯車ポンプを用いた成形装置。
[15] 請求項 1に記載の歯車ポンプを用いた紡糸装置。
[16] 請求項 2に記載の歯車ポンプを用いた紡糸装置。
[17] 流体が導入される吸込口と、該流体が排出される吐出口とを有するケーシングと、 前記ケーシング内に設けられ、互いに嚙合して回転により前記流体を前記吸込口 力 前記吐出口へと移送する一対の歯車とを備え、
前記一対の歯車は、一点連続接触歯形のはすば歯車であり、
該歯車のそれぞれの外径と歯幅との比力 1. 1〜1. 15であることを特徴とする歯車 ポンプ。
[18] 前記歯車のそれぞれの歯数は 10枚〜 12枚であり、該歯車のそれぞれのねじれ角 度は、 14° 〜17° である請求項 17記載の歯車ポンプ。
[19] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車のそれぞれの歯先が該ケーシングの内周面より離反する位置と、 該歯車のピッチ点とをそれぞれ結んだ線分のなす角度は、側断面視 48° 〜102° である請求項 17記載の歯車ポンプ。
[20] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車のそれぞれの歯先が該ケーシングの内周面より離反する位置と、 該歯車のピッチ点とをそれぞれ結んだ線分のなす角度は、側断面視 48° 〜102° である請求項 18記載の歯車ポンプ。
[21] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視
72° 〜108° である請求項 17記載の歯車ポンプ。
[22] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視
72° 〜108° である請求項 18記載の歯車ポンプ。
[23] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視
72° 〜108° である請求項 19記載の歯車ポンプ。
[24] 前記ケーシングの内周形状において、
回転する前記歯車の歯先が前記ケーシングの内周面に極近接する位置から、該歯 車の歯先が該ケーシングの前記内周面より離反する位置までの円弧角は、側断面視
72° 〜108° である請求項 20記載の歯車ポンプ。
[25] 高分子重合物若しくは溶融樹脂の製造、または高分子重合物若しくは溶融榭脂か らの成形物の製造の過程で、請求項 17記載の歯車ポンプを用いることを特徴とする 高分子重合物、溶融榭脂又は成形物を製造する方法。
[26] 高分子重合物若しくは溶融樹脂の製造、または高分子重合物若しくは溶融榭脂か らの成形物の製造の過程で、請求項 18記載の歯車ポンプを用いることを特徴とする 高分子重合物、溶融榭脂又は成形物を製造する方法。
[27] 請求項 17に記載の歯車ポンプを用いた重合装置。 求項 18に記載の歯車ポンプを用 、た重合装置。 ,青求項 17に記載の歯車ポンプを用 、た成形装置。 ,青求項 18に記載の歯車ポンプを用 、た成形装置。 ,青求項 17に記載の歯車ポンプを用いた紡糸装置。 ,青求項 18に記載の歯車ポンプを用いた紡糸装置。
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