(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛合する一対のギヤロータが各ギヤロータのロータ軸を軸受により回転可能に支持された状態でハウジング内に設けられていて、前記ギヤロータの回転により搬送流体を吸込側から吐出側へと送るギヤポンプにおいて、
前記軸受は、前記ロータ軸に外挿される環状の内輪部材と、前記ハウジングに設けられ且つ前記内輪部材が内側に嵌まり込む環状の外輪部材とを有しており、前記内輪部材は、前記搬送流体の一部により潤滑されながら前記ロータ軸を回転支持する内周面を有し、前記外輪部材は、前記ロータ軸の偏心に追従した内輪部材の揺動が可能なように前記内輪部材を摺動自在に支持する内周面を有し、
前記外輪部材は、ロータ軸の軸心を通る径方向の分割ラインによって分割可能とされており、前記分割ラインが、各ギヤロータに対し作用する搬送流体の圧力の方向と不一致となるように、前記外輪部材がハウジングに配備されていることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項２】
前記内輪部材は、凸球面状に形成された外周面を有しており、
前記外輪部材は、前記内輪部材の外周面と面接触する凹球面状に形成された内周面を有していることを特徴とする請求項１に記載のギヤポンプ。
【請求項３】
前記分割ラインが、各ギヤロータに対し作用する搬送流体の圧力の方向と略直交するように、前記外輪部材がハウジングに配備されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のギヤポンプ。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送流体を加圧しつつ吸込側から吐出側へと移送するギヤポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
搬送流体の一つである溶融樹脂を加圧しつつ吸込側から吐出側へと移送するためのポンプとして、しばしばギヤポンプが採用される。
ギヤポンプとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。このギヤポンプは、ハウジングとこのハウジング内に配備された互いに噛合する一対のギヤロータを有し、各ギヤロータは両側に突設されたロータ軸を有している。このロータ軸はハウジング内にそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されており、各軸受には滑り軸受が採用されている。滑り軸受としては、両ギヤロータを経て吐出される溶融樹脂の一部がハウジング内に形成された樹脂導入路に導かれて各軸受の内面（ロータ軸との滑り面）へ潤滑剤として供給されるように構成された自己潤滑式のものが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８９５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した滑り軸受を備えたギヤポンプにおいて、搬送する溶融樹脂の樹脂圧（吐出圧）がギヤロータに作用することでロータ軸に撓みが発生すると、当該軸受の軸方向において、ロータ軸の外周面と軸受の内周面とのクリアランスが周方向同位相で一定とならない虞が生ずる。すなわち、ロータ軸の軸方向においてロータ軸の軸心と軸受の軸心とが偏心する量が変化し、軸受に対してロータ軸の片当たり現象（部分的な接触）が発生、それに伴い、ロータ軸の回転抵抗や回転ムラの増大、ロータ軸や軸受の異常摩耗などが発生する可能性が大である。
【０００５】
ギヤポンプを大型化乃至は高出力化すれば樹脂圧も高くなるため、軸受での片当たり現象も顕著となり、上記問題も深刻化する傾向となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、滑り軸受タイプの軸受に対するロータ軸の片当たり現象を防止し、ロータ軸や軸受の異常摩耗発生などの問題を未然に防止できるようにしたギヤポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係るギヤポンプは、互いに噛合する一対のギヤロータが各ギヤロータのロータ軸を軸受により回転可能に支持された状態でハウジング内に設けられていて、前記ギヤロータの回転により搬送流体を吸込側から吐出側へと送るギヤポンプにおいて、前記軸受は、前記ロータ軸に外挿される環状の内輪部材と、前記ハウジングに設けられ且つ前記内輪部材が内側に嵌まり込む環状の外輪部材とを有しており、前記内輪部材は、前記搬送流体の一部により潤滑されながら前記ロータ軸を回転支持する内周面を有し、前記外輪部材は、前記ロータ軸の偏心に追従した内輪部材の揺動が可能なように前記内輪部材を摺動自在に支持する内周面を有していることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記内輪部材は、凸球面状に形成された外周面を有しており、前記外輪部材は、前記内輪部材の外周面と面接触する凹球面状に形成された内周面を有しているとよい。
さらに、前記外輪部材は、ロータ軸の軸心を通る径方向の分割ラインによって分割可能とされており、前記分割ラインが、各ギヤロータに対し作用する搬送流体の圧力の方向と不一致となるように、前記外輪部材がハウジングに配備されていることは、非常に好ましい。
【０００８】
前記分割ラインが、各ギヤロータに対し作用する搬送流体の圧力の方向と略直交するように、前記外輪部材がハウジングに配備されているとよい。
なお、本発明に係るギヤポンプの最も好ましい形態は、互いに噛合する一対のギヤロー
タが各ギヤロータのロータ軸を軸受により回転可能に支持された状態でハウジング内に設けられていて、前記ギヤロータの回転により搬送流体を吸込側から吐出側へと送るギヤポンプにおいて、前記軸受は、前記ロータ軸に外挿される環状の内輪部材と、前記ハウジングに設けられ且つ前記内輪部材が内側に嵌まり込む環状の外輪部材とを有しており、前記内輪部材は、前記搬送流体の一部により潤滑されながら前記ロータ軸を回転支持する内周面を有し、前記外輪部材は、前記ロータ軸の偏心に追従した内輪部材の揺動が可能なように前記内輪部材を摺動自在に支持する内周面を有し、前記外輪部材は、ロータ軸の軸心を通る径方向の分割ラインによって分割可能とされており、前記分割ラインが、各ギヤロータに対し作用する搬送流体の圧力の方向と不一致となるように、前記外輪部材がハウジングに配備されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るギヤポンプでは、滑り軸受タイプの軸受に対するロータ軸の片当たり現象を防止し、ロータ軸や軸受の異常摩耗発生などの問題を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るギヤポンプの側面断面図である。
【図２】本発明に係るギヤポンプの正面断面図である。
【図３】軸受の側面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１〜図３は、本発明に係るギヤポンプ１の一実施形態を示している。
ギヤポンプ１は、互いに噛合する一対のギヤロータ２がハウジング３内に設けられたもので、各ギヤロータ２の回転中心部でロータ両側へ突出して設けられたロータ軸５が、互いに平行に架設され、且つそれぞれ自己潤滑式の滑り軸受タイプの軸受６により回転自在に支持されている。
【００１２】
このギヤポンプ１は、例えば、連続式樹脂混練機の吐出部側（二次側）に設けられてペレタイザ等へ溶融樹脂（搬送流体）を加圧し押し出す場合などに採用される。
以下、ギヤポンプ１の詳細を説明する。
なお、以降の説明で、図１における左右方向を装置説明での前後方向と呼び、上下方向を装置説明における上下方向と呼ぶ。図２における左右方向を装置説明における左右方向又は幅方向と呼ぶ。
【００１３】
図１，図２に示す如く、ハウジング３は、内部中空となっているブロック状のハウジング本体１０を有する。ハウジング本体１０の内部には、一対のロータ収納孔８，８が上下方向に連なるように形成されている。上下隣接するロータ収納孔８，８はその一部が重なり且つ連通し、メガネ形状を呈するものとなっている。
さらに、ロータ収納孔８の前後方向であって幅方向中央部には、当該ロータ収納孔８に連通する樹脂入口１５と樹脂出口１６とが形成されている。
【００１４】
それぞれのロータ収納孔８に、ギヤロータ２が挿入され且つ軸受６，６を介して回転自在に支持されている。
ギヤロータ２は、溶融樹脂を移送する歯車部４と、この歯車部４の両側部に突出状に形成されたロータ軸５とからなる。一対のギヤロータ２，２の歯車部４，４は、互いが常時噛合するような位置関係でハウジング本体１０内に配備されている。
【００１５】
ギヤロータ２を支持する軸受６は、ロータ収納孔８の左右両側に連続して形成されている軸受孔９に非固定状態で嵌合されている。上下に配備された一対の軸受６，６は、互いに隣接する外周面の一部が直線的に切り取られて平坦面に形成されている。それ故、軸受６，６は軸受孔９，９に収納された状態で、前述の平坦面同志が当接してその回動が防止される。
【００１６】
軸受６の幅方向内端面は、ギヤロータ２の歯車部４の側面に略当接状態となっている。また、軸受６の幅方向外端面とハウジング本体１０の端面とは略面一とされ、軸受６は、ハウジング本体１０の幅方向端面に取り付けられたベアリングリテーナ１１（カバー体）により、軸受６は幅方向外方への抜け出しが防止されている。
ベアリングリテーナ１１は、ハウジング本体１０の幅方向端面にボルト等を介して取り付けられている。加えて、ベアリングリテーナ１１には、ギヤロータ２の軸心と同心に形成された一対のシール部材挿入孔３３が設けられると共に、このシール部材挿入孔３３にビスコシール１２が挿入される。
【００１７】
ビスコシール１２はフランジ付き筒状体を呈しており、そのフランジ部がベアリングリテーナ１１の外端面に接するように、ボルト等を介してベアリングリテーナ１１に固定されている。また、ビスコシール１２はその外周面の一部に平坦面が形成されて、軸受６と同様に、一対のビスコシール１２，１２の平坦面同志が当接し互いが回動することを防止している。
【００１８】
ビスコシール１２の幅方向内端面（歯車部側の端面）は、軸受６の幅方向外端面(反歯車部側の端面）に面接触するようになっている。この面接触部分であってギヤロータ２のロータ軸５の周り部分には、軸受６を潤滑した溶融樹脂をギアポンプ１の吸込側へ戻す流路に連通する環状の溝３４が設けられ、ここをロータ軸５の軸方向へ通過した溶融樹脂は、ビスコシール１２の内面に設けられたスパイラル状の溝（図示省略）により外部への流出を防止される。
【００１９】
ところで、ギヤロータ２のロータ軸５の一方側（図２で右側に伸びる側）は、カップリングを介して駆動装置（図示省略）に連結されている。この駆動装置により、図１に示すように、ギヤロータ２，２は互いに噛合しつつ逆方向（矢符Ｘ１，Ｘ２）に回転し、歯車部４によって、樹脂入口１５から樹脂出口１６に溶融樹脂が加圧搬送される。そのため、樹脂入口１５においては、溶融樹脂の吸い込み作用（矢符Ｙ）が生じており、樹脂出口１６では溶融樹脂の押し出し作用（矢符Ｚ）が生じている。
【００２０】
ところで、樹脂出口１６においては、導入孔１７が開口されており、この導入孔１７は樹脂導入路２０へ連通し、この樹脂導入路２０は軸受６へと開口する導出孔１８へと連通している。この樹脂導入路２０に導かれて、ギヤロータ２を経て吐出される高圧の溶融樹脂の一部が軸受６へ向けて供給され、軸受６における潤滑剤の一部となる。この樹脂導入路２０は、各軸受６に少なくとも１本が割り当てられるように複数形成されており、本実施形態の場合は、ハウジング本体１０に２本形成されている。なお、この導入孔１７及び樹脂導入路２０は必要に応じて設けることができる。
【００２１】
図２，図３に示すように、本実施形態のギヤポンプ１に備えられた軸受６は、ロータ軸５に対して相対回転自在に外挿された環状の内輪部材２３と、この内輪部材２３に外嵌された環状の外輪部材２４とを有している。この外輪部材２４がハウジング３に形成された軸受孔９に嵌まり込み、幅方向外側からベアリングリテーナ１１により押さえ込まれている。
【００２２】
内輪部材２３は、中心部にロータ軸５へ挿通させるための軸孔２５が貫通形成されており、軸孔２５の内周面は、溶融樹脂の一部により潤滑されながらロータ軸５を回転支持するものとなっている。そのため、外輪部材２４と内輪部材２３には、樹脂導入路２０の導出孔１８が連通しており、この樹脂導入路２０を通じて樹脂出口１６における高圧の溶融樹脂が、内輪部材２３の内周面とロータ軸５の外周面との間に供給され、軸受６は自己潤滑式のすべり軸受として動作する。
【００２３】
内輪部材２３の外周面は、内輪部材２３の径方向側に膨らむような円弧カーブが形成され凸球面２６となっている。言い換えるならば、内輪部材２３の外周面はドーナツ様の外側形状を呈している。
一方で、外輪部材２４は、中心部に内輪部材２３を嵌め入れるための開孔が貫通形成されており、この開孔の内周面が、内輪部材２３の凸球面２６と面対偶で接触可能な凹球面２７に形成されている。凸球面２６は凹球面２７に対して摺動自在となっていて、それ故、外輪部材２４に対する内輪部材２３の揺動が可能となっている。
【００２４】
凸球面２６の曲率半径（言い換えるならば凹球面２７の曲率半径）は一定であり、ロータ軸５の偏心に追従した内輪部材２３の揺動が可能なように球面上のどの位置からも中心までの距離が同じになるように設定されている。なお、凸球面２６の曲率半径と凹球面２７の曲率半径とに関しては、両者は同一であることが理想ではあるが、凸球面２６と凹球面２７とが面接触状態を維持しつつ凸球面２６が凹球面２７に対して摺動自在となるように、両者２６，２７の曲率半径は「実質的に同じ」となるように設定されるとよい。
【００２５】
また、凹球面２７と凸球面２６は、例えば球状黒鉛鋳鉄等のように自己潤滑性を有する材料で形成することが好ましい。
一方、図３に示す如く、軸受６を構成する外輪部材２４は、ロータ軸５の軸心を通る径方向の分割ライン３０を境として、半円形をした二つの半部材３１，３２に分割可能とされており、これら半部材３１，３２を互いに対向させて結合することで、内輪部材２３を挟み込み得る円環形状を呈するようになっている。
【００２６】
外輪部材２４の分割ライン３０は、ギヤロータ２に対して樹脂出口１６側から樹脂入口１５側へ向けて作用する樹脂圧の方向（溶融樹脂の吐出圧の作用方向）と不一致となるように、当該外輪部材２４がハウジング３内に配置されている。
すなわち、互いに噛み合うギヤロータ２，２を回転させると、各ギヤロータ２の歯車部４とロータ収納孔８の内周面との間で溶融樹脂が搬送され、合流位置Ｇから樹脂出口１６へ向けて一気に押し出されるようになる。そのため、この合流部Ｇで溶融樹脂の樹脂圧が最も高くなる現象が起こる。このような樹脂圧がギヤロータ２を樹脂入口１５側（低圧側）へ押し返すように作用し、ギヤロータ２の各ロータ軸５に撓みの原因を生じさせることになる。
【００２７】
したがって、もし、この樹脂圧の作用方向と同じ方向に外輪部材２４の分割ライン３０が配置されていると、樹脂圧が、外輪部材２４の半部材３１，３２相互間を径方向に位置ズレさせるように作用し、その結果、各半部材３１，３２間において凹球面２７における周方向の連続性が無くなり、凹球面２７と内輪部材２３の凸球面２６との滑りが悪化する虞が生ずる。そこで、この現象を防止するために、前記したように分割ライン３０は樹脂圧の作用方向と不一致とさせている。
【００２８】
図３に示す上側の外輪部材２４において、その吐出側を０°として反時計回りに角度割りをした座標で説明すると、上側のギヤロータ２に作用する樹脂圧は矢符Ｆ（第２象限）で作用することが実績として明らかとなっている。係る実績を鑑みれば、第１象限の範囲内と第３象限の範囲内との対称な二カ所を横断しロータ軸５の軸心を通るように分割ライン３０を配置するのが好適となる。
【００２９】
また、下側のギヤロータ２に作用する樹脂圧は矢符Ｆ’（第３象限）で作用することが実績として明らかとなっている。係る実績を鑑みれば、第２象限の範囲内と第４象限の範囲内の対称な二カ所を横断しロータ軸５の軸心を通るように分割ライン３０を配置するのが好適となる。
なお本実施形態では、図３に示す如く、上側のギヤロータ２を支える外輪部材２４に関し、４５°と２２５°との位置を横断するように分割ライン３０を配置して、樹脂圧の作用方向Ｆ（約１３５°）と直交させるようにしている。また、下側のギヤロータ２を支える外輪部材２４に関しては、１３５°と３１５°との位置を横断するように分割ライン３０を配置して、樹脂圧の作用方向Ｆ’（約２２５°）と直交させている。
【００３０】
以上の如き構成を有する本発明のギヤポンプ１の作動態様は、以下の通りである。
ギヤポンプ１を駆動する駆動装置を作動させると、図１に示すように、ギヤロータ２は噛合していることで互いが逆方向（矢符Ｘ１，Ｘ２）に回転し、歯車部４によって、溶融樹脂が樹脂入口１５から樹脂出口１６へと搬送される。樹脂入口１５の部分においては、溶融樹脂は符号Ｙのように流れ込み、歯車部４による搬送で加圧され、樹脂出口１６では、高圧となった溶融樹脂は合流位置Ｇを経て符号Ｚのように吐出する。
【００３１】
樹脂出口１６における溶融樹脂は高圧となっているため、軸受６，６で両持ち支持されたギヤロータ２の歯車部４を樹脂入口１５側すなわち後側へ押し返すように樹脂圧が発生する。
これによりロータ軸５に撓みが誘発されロータ軸５の軸心が傾いたとしても、ギヤポンプ１に備えられた軸受６において、内輪部材２３の凸球面２６が外輪部材２４の凹球面２７に対して摺動し、内輪部材２３と外輪部材２４との間で相応の角度調整（自動調心作用）が起こる。この自動調心作用はロータ軸５の撓みを許容することになるので、ロータ軸５と軸受６（内輪部材２３）の軸孔２５とは軸方向のクリアランスが一定した状態を保持するようになる。
【００３２】
その結果、内輪部材２３の軸孔２５に対してロータ軸５の外周面が片当たり現象を起こすことはなくなり、ロータ軸５の回転抵抗、回転ムラ、ロータ軸５や軸受６の片摩耗などの問題を未然に防止できるようになる。
つまり、本発明のギヤポンプ１によれば、溶融樹脂を加圧しつつ確実に吸込側から吐出側へと移送できると共に、運転中における軸受６の内周面に対するロータ軸５の外周面の片当たり現象を防止し、ロータ軸５や軸受６の異常摩耗発生などの問題を未然に防止できる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えば、ギヤポンプ１としての用途や搬送流体が溶融樹脂に限定されるものではない。
軸受６の外輪部材２４に対し、分割ライン３０は径方向に一直線状に設けることが限定されるものではなく、例えばＹ字状に３本の分割ライン３０を設けて外輪部材２４を周方向に３分割させるようなことも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ギヤポンプ
２    ギヤロータ
３    ハウジング
４    歯車部
５    ロータ軸
６    軸受
８    ロータ収納孔
９    軸受孔
１０   ハウジング本体
１１   ベアリングリテーナ
１２   ビスコシール
１５   樹脂入口
１６   樹脂出口
１７   導入孔
１８   導出孔
２０   樹脂導入路
２３   内輪部材
２４   外輪部材
２５   内輪部材の軸孔
２６   凸球面
２７   凹球面
３０   分割ライン
３１   半部材
３２   半部材
３３   シール部材挿入孔
３４   環状の溝
【図１】
0005467882.tif 000002
【図２】
0005467882.tif 000003
【図３】
0005467882.tif 000004