(57)【要約】【課題】  水銀のように比重が重い液状重金属を効率的に循環させる液状重金属循環用ギアポンプを提供する。【解決手段】  駆動ギアＡと、この駆動ギアＡと噛合う同形の従動ギアＢを、ハウジング内に回転自在に保持してギアポンプを構成するに際し、前記駆動ギアＡと従動ギアＢ、および駆動ギアＡおよび従動ギアＢの各端部に配置される側板４，４、５，５をそれぞれ超硬度ステンレス素材で形成するとともに、各側板４，５の吸込み口側に、それぞれ駆動ギアＡおよび従動ギアＢに沿って側板４，５側に流れる液状重金属を、ハウジングの吸込み口側に還流させる切欠き１１，１１を形成する。【選択図】      図１
2008157131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアを、ハウジング内に回転自在に保持してギアポンプを構成するに際し、
前記駆動ギアと従動ギアを、それぞれ超硬度ステンレス素材で形成するとともに、
前記各側板の吸込み口側に、それぞれ前記駆動ギアおよび従動ギアに沿って側板側に流れる液状重金属を、ハウジングの吸込み口側に還流させる切欠きを形成したこと
を特徴とする液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項２】
前記駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアは、
歯型形状が、
ダブルヘリカル形状であること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項３】
前記駆動ギアおよび従動ギアは、
その素材が、
いずれもマルテンサイト系ステンレス鋼であること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項４】
前記切欠き部は、
各側板の合せ面に沿って、合せ面の中央部近傍から吸込み口側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項５】
前記切欠き部の長さは、
前記駆動ギアおよび従動ギアの全歯たけと同一であること
を特徴とする請求項４に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水銀に代表される液状重金属の循環を、効率的に実施することのできる液状重金属循環用ギアポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中性子を利用した種々の物性研究を行なうための中性子散乱施設として、たとえば、特開２００１−２１０４９６号公報（特許文献１）においては、公知技術として、その図４において、略水平に進行する陽子ビームに対向するように配置した容器本体と、容器本体の内面下側寄り部分に左右縁部が連なり、且つ容器本体の基端部分から先端近傍部分へ延びる仕切板とを備えた中性子散乱施設用ターゲットが開示されている。
【０００３】
この中性子散乱施設用ターゲットにおける容器本体の、基端面には、容器本体の内面と仕切板の下面とで囲まれる空間である、液状重金属往路に容器本体の外部から連通する流入口と、容器本体の内面と仕切板の上面とで囲まれる空間である液状重金属復路から、容器本体の外部へ連通する流出口が設けられている。
また、前記流入口には、ポンプの吐出口が接続され、流出口には、熱交換器を介してポンプの吸入口が接続されている。
また、前記ポンプ、流入口、液状重金属往路、液状重金属復路、流出口、及び熱交換器で構成される閉ループ内には、液状重金属として水銀が充填され、液状重金属の往路から容器本体の内部先端へ流入する水銀と、陽子との衝突によって高速中性子を発生させ、また、核破砕反応により入熱を受ける水銀を、液状重金属の復路から熱交換器へ導入して、水銀の冷却を図るというものである。
【０００４】
かかる液状重金属としての水銀を循環させるポンプとしては、前記特許文献１には具体的な記載はないが、たとえば、渦巻き式ポンプあるいはダイヤフラム式ポンプなどが知られている。
これらポンプのうち、渦巻き式ポンプは、遠心力を利用するものであるが、定量性に問題があるとともに、比重の重い水銀を循環させるには、インペラなどに損傷を来たすおそれがある。また、ダイヤフラム式ポンプは、放射化された水銀の漏れを防止できる点で利点を有するものの、構成素材に放射能に対する対応性がなく、水銀を定量的に循環させることが難しいという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２１０４９６号公報（段落０００２〜同０００７、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、発明者は、水銀を定量的に循環させることが可能なポンプとして、各種用途に使用されているギアポンプの特性に着目し、歯形形状がスパーギアからなる駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアとでギアポンプを構成し、水銀の循環に用いた。
その際、スパーギアの素材を、析出硬化系のステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）とし、硬さがＨＲＣ４０のものを選択使用した。
この実験に要した時間は、およそ２，０００時間であった。
その結果、吸込み口側の噛合い部、特に中央部に、直径１．５ｍｍ位の大きさの陥没孔（噴流痕）や欠損をはじめ、磨耗による損傷（点蝕）が多数見受けられた。なお、このような現象は、吐出側においては殆ど見られなかった。
【０００６】
これら陥没痕や点蝕が、吸込み口側にのみに集中して発生した理由は定かではないが、
実験データの解析などから、循環させようとする水銀の比重がきわめて重く、吸込み口（流入口）側にある程度の負荷（圧力）が掛かった状態で送り出されていたので、水銀のエネルギーが大きく、そのエネルギーを保持した状態で水銀が直接的にギアに衝突すること、さらには、水銀自体が金属を溶かす性質を有するため、それら性質が相乗された結果、吸込み口側に磨耗などによる損傷が多く発生したものと推察される。
なお、通常、吸込み側に磨耗が観察されることは前例がなく、水銀ゆえの問題が発生したものと考えられる。
【０００７】
特に、吸込み口側に発生した陥没孔をはじめとするギア表面の損傷は、ギアポンプの特徴である吸込み側にてギアが開くときに発生する高真空により、水銀がギア反噛合い側へ導かれることにより起きる水銀の衝突によるものと推測した。
そこで、吸込みによってギアに衝突する水銀による圧力を分散させる目的で、歯型形状をスパーギアからダブルヘリカルギアに変更すると同時に、ダブルヘリカルギアの構成素材を、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）とし、その表面に窒化処理を施して硬度を上げたものを使用し、７００時間運転した。
【０００８】
その結果、スパーギアのように、ギア中央部における陥没孔やその周辺の損傷は解消されたものの、駆動ギアおよび従動ギアの両端部に設けられる側板の、吸込み口側に陥没や磨耗による損傷と、ギア両端部に酷い陥没磨耗が現れた。
【０００９】
側板の吸込み口側およびギア両端部に発生した磨耗陥没や磨耗による損傷は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に窒化処理を施して形成された硬化層（２〜３／１０００ｍｍ）はきわめて薄く、耐磨耗性が少ないことが原因の一つと推測されること、また、比重が大きいので、大きなエネルギーを有した状態で吸込み口側に供給される水銀は、平面視山形をなすダブルヘリカルギアに衝突する力は左右に分散され多少緩和されたものの、その形状からダブルヘリカルギアに衝突した水銀が、エネルギーをあまり減ずることなく側板方向に流れ、側板に直接衝突することが原因であると推測した。
なお、前記側板の素材は、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に硬質クロムメッキ処理したものである。
【００１０】
発明者は、このような実験のデータを詳細に分析し、ギアを構成する素材の選定と、吸込み側の側板に発生する水銀の衝撃による損傷の解消を目的とし、さらに鋭意検討した結果、ギア素材を超硬度ステンレス鋼で形成するとともに、吸込み口側の側板に、ギア中央部から吸込み口側の側板方向に流れる、エネルギーの大きな水銀の衝撃を緩和させる逃げを形成することによって、比重が重く、他の金属との接触によってアマルガムを発生させる水銀を、円滑に循環させることが可能な、液状重金属循環用ギアポンプを完成させたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、この発明の請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプは、
駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアを、ハウジング内に回転自在に保持してギアポンプを構成するに際し、
前記駆動ギアと従動ギアを、それぞれ超硬度ステンレス素材で形成するとともに、
前記各側板の吸込み口側に、それぞれ前記駆動ギアおよび従動ギアに沿って側板側に流れる液状重金属を、ハウジングの吸込み口側に還流させる切欠きを形成したこと
を特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアは、
歯型形状が、
ダブルヘリカル形状であること
を特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記駆動ギアおよび従動ギアは、
その素材が、
いずれもマルテンサイト系ステンレス鋼であること
を特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記切欠き部は、
各側板の合せ面に沿って、合せ面の中央部近傍から吸込み口側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように形成されていること
を特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記切欠き部の長さは、
前記駆動ギアおよび従動ギアの全歯たけと同一であること
を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプは、比重がきわめて重く、かつそれ自体が他の金属を反応してアマルガムを生成し易く、磨耗性を有する水銀のような液状重金属を効率的に循環させるため、ギア素材として超硬度ステンレス鋼を採用し、エネルギーが大きな状態及び／又は加圧された状態で流入する液状重金属による損傷を防止するとともに、液状重金属循環用ギアポンプ内に流入した液状重金属を、ギヤ歯の形状に沿って側板方向に移動させながら、吸込み口側に還流するよう各側板に切欠きを形成することによって、水銀のような液状重金属によるギアや側板などの損傷を防止し、循環を効率的に行なうことができる。また、損傷の発生が抑えられるので、長期間の使用に供することができる。
【００１７】
特に、この発明においては、真空性の高いギアポンプにおいて、吸込み口側に切欠きを形成し、真空性を敢えて減ずることによって、吸込み口側からエネルギーが大きな状態で流入する液状重金属の動きを緩めることにとって、液状重金属とギアおよび側板との衝突時に発生する損傷を防止することができる点で、他に類例をみないギアポンプを提供し、定量性を確保することができたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を示す概略説明図、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線に沿った側面図、図３は、図１におけるＹ−Ｙ線に沿った側面図、図４は、図３に示す側板の断面図、図５は、同側板の要部の拡大斜視図である。
なお、この発明の要旨を変更しない範囲内において、種々構成を変更することができるものである。
【００１９】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプ１は、図１に示すように、円筒状のギア主体２の外周面に、断面がほぼ台形状をなすとともに、平面視山型のダブルヘリカル形状を有するギア歯３を所要の間隔を存して配置形成した、駆動源と連動する駆動ギアＡと、この駆動ギアＡと同一形状を有し、駆動ギアＡと噛合いながら回転する従動ギアＢと、前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢの各端部に配置される側板４，４および側板５，５とを主たる構成要素とするものである。
なお、図中、符号６は駆動ギアＡの回転軸、符号７は従動ギアＢの回転軸を、また、符号８は、駆動ギアＡと従動ギアＢの噛合い面を示す。
【００２０】
前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢの端部に配置される側板４，５は、図３で明らかなように、駆動ギアＡおよび従動ギアＢの噛合い面８で合致する合せ面４ａ，５ａを有し、いずれも前記駆動ギアＡ，従動ギアＢの外周面と、側板４，５の外周面４ｂ，５ｂとの間に若干の隙間を有するように回転軸６，７上に配置される。
【００２１】
また、前記各側板４，５の合せ面の吸込み口９側には、各側板４，５の合せ面４ａ，５ａに沿って、図４で明らかなように、合せ面４ａの中央部近傍から吸込み口９側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように切欠き１１，１１が形成されている。
なお、この切欠き１１の長さＬは、所要幅でかつ駆動ギアＡおよび従動ギアＢの全歯たけと同一の長さである。
【００２２】
すなわち、前記の合せ面４ａに沿って形成された切欠き１１の底面は、合せ面４ａの中央部近傍から側板４の吸込み口９側の端面に向かって、一定の幅で下り傾斜面を構成するように形成されている。
【００２３】
前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢは、いずれも、たとえば、ＳＵＳ４４０Ｃのようなマルテンサイト系ステンレスなどの超硬度ステンレス鋼を採用することによって、水銀による磨耗を長期的に防止することができるので好ましいが、オーステナイト系、析出硬化系のステンレス鋼を使用することも可能である。
また、側板４，５は、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に硬質クロムメッキ処理したもので構成されたものであるが、ギア素材と同一の素材を使用することも当然可能なものである。
【００２４】
かかる駆動ギアＡと従動ギアＢとからなる構成要素を、図２に示すように、ハウジング７内に回転自在に装着して液状重金属循環用ギアポンプ１としたものである。
したがって、たとえば、２ｍ前後の高さの場所から吸込み口９に加圧状態で液状重金属循環用ギアポンプ１内に流入した水銀は、大きなエネルギーを保持した状態でダブルヘリカルギア３に衝突したのち、ダブルヘリカルギア３の山形形状に沿って分散しながら左右の側板４，４および５，５方向に移動し、流速を減ずることになるので、ダブルヘリカルギア３に生ずる損傷が防止できる。
【００２５】
かくして、ダブルヘリカルギア３に沿って移動した水銀は、側板４，４又は５，５に達するが、この側板４，４および５，５には、吸込み口９側に位置する合せ面４ａ，５ａ（反対側は図示せず）には、それぞれ吸込み口９側に傾斜する傾斜面を有する切欠き１１，１１が形成されているので、水銀は切欠き１１に沿って吸込み口９側に戻される。
したがって、側板４，５に衝突する水銀の衝撃力が大幅に緩和され、また、ダブルヘリカルギア３，３の端部および側板４，４および５，５に対する衝突力も緩和され、局所的な高圧や衝撃を解消しているので、水銀による噴流痕をほぼ生成するおそれがなくなったものである。
【００２６】
上記実施例においては、ギア形状をダブルヘリカルとしているが、ギアの両端部に配置される側板の吸込み口側に局所的な高圧現象を防止し、かつ衝撃を緩和するための切欠きを形成すれば、スパーギアであっても同様の結果を期待することが可能である。
【００２７】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプは、水銀の循環用として最適なものであるが、比重のおもい液状重金属を循環させる目的のものであれば、その用途については特段の限定はなく、広い産業分野での使用が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を示す概略説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線に沿った側面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線に沿った側面図である。
【図４】図３に示す側板の断面図である。
【図５】同側板の要部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１        液状重金属循環用ギアポンプ
２        ギア主体
３        ダブルヘリカルギア
４，５    側板
６，７    回転軸
８        ギアの噛合い面
９        吸込み口
１０      吐出口
１１      切欠き
Ａ        駆動ギア
Ｂ        従動ギア
【図１】
2008157131.tif 000003
【図２】
2008157131.tif 000004
【図３】
2008157131.tif 000005
【図４】
2008157131.tif 000006
【図５】
2008157131.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月25日(2008.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアを、ハウジング内に回転自在に保持してギアポンプを構成するに際し、
前記駆動ギアと従動ギアを、それぞれ超硬度ステンレス素材で形成するとともに、
前記駆動ギアと従動ギアの両側面に設けられた側板の吸込み口側に、それぞれ前記駆動ギアおよび従動ギアに沿って側板側に流れる液状重金属を、前記ハウジングの吸込み口側に還流させる切欠きを形成したこと
を特徴とする液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項２】
前記駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアは、
歯型形状が、
ダブルヘリカル形状であること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項３】
前記駆動ギアおよび従動ギアは、
その素材が、
いずれもマルテンサイト系ステンレス鋼であること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項４】
前記切欠きは、
前記吸込み口側の各側板のそれぞれに、合せ面に沿って、その中央部近傍から前記ハウジングの吸込み口側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【請求項５】
前記切欠き部の長さは、
前記駆動ギアおよび従動ギアの全歯たけと同一であること
を特徴とする請求項４に記載の液状重金属循環用ギアポンプ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水銀に代表される液状重金属の循環を、効率的に実施することのできる液状重金属循環用ギアポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中性子を利用した種々の物性研究を行なうための中性子散乱施設として、たとえば、特開２００１−２１０４９６号公報（特許文献１）においては、公知技術として、その図４において、略水平に進行する陽子ビームに対向するように配置した容器本体と、容器本体の内面下側寄り部分に左右縁部が連なり、且つ容器本体の基端部分から先端近傍部分へ延びる仕切板とを備えた中性子散乱施設用ターゲットが開示されている。
【０００３】
この中性子散乱施設用ターゲットにおける容器本体の、基端面には、容器本体の内面と仕切板の下面とで囲まれる空間である、液状重金属往路に容器本体の外部から連通する流入口と、容器本体の内面と仕切板の上面とで囲まれる空間である液状重金属復路から、容器本体の外部へ連通する流出口が設けられている。
また、前記流入口には、ポンプの吐出口が接続され、流出口には、熱交換器を介してポンプの吸入口が接続されている。
また、前記ポンプ、流入口、液状重金属往路、液状重金属復路、流出口、及び熱交換器で構成される閉ループ内には、液状重金属として水銀が充填され、液状重金属の往路から容器本体の内部先端へ流入する水銀と、陽子との衝突によって高速中性子を発生させ、また、核破砕反応により入熱を受ける水銀を、液状重金属の復路から熱交換器へ導入して、水銀の冷却を図るというものである。
【０００４】
かかる液状重金属としての水銀を循環させるポンプとしては、前記特許文献１には具体的な記載はないが、たとえば、渦巻き式ポンプあるいはダイヤフラム式ポンプなどが知られている。
これらポンプのうち、渦巻き式ポンプは、遠心力を利用するものであるが、定量性に問題があるとともに、比重の重い水銀を循環させるには、インペラなどに損傷を来たすおそれがある。
また、ダイヤフラム式ポンプは、放射化された水銀の漏れを防止できる点で利点を有するものの、構成素材に放射能に対する対応性がなく、水銀を定量的に循環させることが難しいという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２１０４９６号公報（段落０００２〜同０００７、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、発明者は、水銀を定量的に循環させることが可能なポンプとして、各種用途に使用されているギアポンプの特性に着目し、歯形形状がスパーギアからなる駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアとでギアポンプを構成し、水銀の循環に用いた。
その際、スパーギアの素材を、析出硬化系のステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）とし、硬さがＨＲＣ４０のものを選択使用した。
この実験に要した時間は、およそ２，０００時間であった。
その結果、吸込み口側の噛合い部、特に中央部に、直径１．５ｍｍ位の大きさの陥没孔（噴流痕）や欠損をはじめ、磨耗による損傷（点蝕）が多数見受けられた。
なお、このような現象は、吐出側においては、殆ど見られなかった。
【０００６】
これら陥没痕や点蝕が、吸込み口側にのみに集中して発生した理由は定かではないが、
実験データの解析などから、循環させようとする水銀の比重がきわめて重く、吸込み口（流入口）側にある程度の負荷（圧力）が掛かった状態で送り出されていた。
その結果、水銀のエネルギーが大きく、そのエネルギーを保持した状態で水銀が直接的にギアに衝突すること、さらには、水銀自体が金属を溶かす性質を有するため、それら性質が相乗された結果、吸込み口側に磨耗などによる損傷が多く発生したものと推察される。
なお、通常、吸込み側に磨耗が観察されることは前例がなく、水銀ゆえの問題が発生したものと考えられる。
【０００７】
特に、吸込み口側に発生した陥没孔をはじめとするギア表面の損傷は、ギアポンプの特徴である吸込み側にてギアが開くときに発生する高真空により、水銀がギア反噛合い側へ導かれることにより起きる水銀の衝突によるものと推測した。
そこで、吸込みによってギアに衝突する水銀による圧力を分散させる目的で、歯型形状をスパーギアからダブルヘリカルギアに変更すると同時に、ダブルヘリカルギアの構成素材を、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）とし、その表面に窒化処理を施して硬度を上げたものを使用し、７００時間運転した。
【０００８】
その結果、スパーギアのように、ギア中央部における陥没孔やその周辺の損傷は解消されたものの、駆動ギアおよび従動ギアの両端部に設けられる側板の、吸込み口側に陥没や磨耗による損傷と、ギア両端部に酷い陥没磨耗が現れた。
【０００９】
側板の吸込み口側およびギア両端部に発生した磨耗陥没や磨耗による損傷は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に窒化処理を施して形成された硬化層（２〜３／１０００ｍｍ）はきわめて薄く、耐磨耗性が少ないことが原因の一つと推測されること、また、比重が大きいので、大きなエネルギーを有した状態で吸込み口側に供給される水銀は、平面視山形をなすダブルヘリカルギアに衝突する力は左右に分散され多少緩和されたものの、その形状からダブルヘリカルギアに衝突した水銀が、エネルギーをあまり減ずることなく側板方向に流れ、側板に直接衝突することが原因であると推測した。
なお、前記側板の素材は、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に硬質クロムメッキ処理したものである。
【００１０】
発明者は、このような実験のデータを詳細に分析し、ギアを構成する素材の選定と、吸込み側の側板に発生する水銀の衝撃による損傷の解消を目的とし、さらに鋭意検討した。
その結果、ギア素材を超硬度ステンレス鋼で形成するとともに、吸込み口側の側板に、ギア中央部から吸込み口側の側板方向に流れる、エネルギーの大きな水銀の衝撃を緩和させる逃げを形成することによって、比重が重く、他の金属との接触によってアマルガムを発生させる水銀を、円滑に循環させることが可能な、液状重金属循環用ギアポンプを完成させたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、この発明の請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプは、
駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアを、ハウジング内に回転自在に保持してギアポンプを構成するに際し、
前記駆動ギアと従動ギアを、それぞれ超硬度ステンレス素材で形成するとともに、
前記駆動ギアと従動ギアの両側面に設けられた側板の吸込み口側に、それぞれ前記駆動ギアおよび従動ギアに沿って側板側に流れる液状重金属を、前記ハウジングの吸込み口側に還流させる切欠きを形成したこと
を特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記駆動ギアと、この駆動ギアと噛合う同形の従動ギアは、
歯型形状が、
ダブルヘリカル形状であること
を特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記駆動ギアおよび従動ギアは、
その素材が、
いずれもマルテンサイト系ステンレス鋼であること
を特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記切欠きは、
前記吸込み口側の各側板のそれぞれに、合せ面に沿って、その底面が中央部近傍から前記ハウジングの吸込み口側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように形成されていること
を特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の液状重金属循環用ギアポンプにおいて、
前記切欠き部の長さは、
前記駆動ギアおよび従動ギアの全歯たけと同一であること
を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプは、比重がきわめて重く、かつそれ自体が他の金属を反応してアマルガムを生成し易く、磨耗性を有する水銀のような液状重金属を効率的に循環させるため、ギア素材として超硬度ステンレス鋼を採用し、エネルギーが大きな状態及び／又は加圧された状態で流入する液状重金属による損傷を防止するとともに、液状重金属循環用ギアポンプ内に流入した液状重金属を、ギヤ歯の形状に沿って側板方向に移動させながら、吸込み口側に還流するよう各側板に切欠きを形成することによって、水銀のような液状重金属によるギアや側板などの損傷を防止し、循環を効率的に行なうことができる。
また、損傷の発生が抑えられるので、長期間の使用に供することができる。
【００１７】
特に、この発明においては、真空性の高いギアポンプにおいて、吸込み口側に切欠きを形成し、液状重金属循環用ギアポンプ内に流入した液状重金属を、ギヤ歯の形状に沿って側板方向に移動させながら、吸込み口側に還流するよう構成することによって、吸込み口側からエネルギーが大きな状態で流入する液状重金属の動きを緩めることにとって、液状重金属とギアおよび側板との衝突時に発生する損傷を防止することができる点で、他に類例をみないギアポンプを提供し、定量性を確保することができたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を示す概略説明図、図２は、図１におけるＸ−Ｘ線に沿った側面図、図３は、図１におけるＹ−Ｙ線に沿った側面図、図４は、図３に示す側板の断面図、図５は、同側板の要部の拡大斜視図である。
なお、この発明の要旨を変更しない範囲内において、種々構成を変更することができるものである。
【００１９】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプ１は、図１に示すように、円筒状のギア主体２の外周面に、断面がほぼ台形状をなすとともに、平面視山型のダブルヘリカル形状を有するギア歯３を所要の間隔を存して配置形成した、駆動源と連動する駆動ギアＡと、この駆動ギアＡと同一形状を有し、駆動ギアＡと噛合いながら回転する従動ギアＢと、前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢの両側面に配置される側板４，４および側板５，５とを主たる構成要素とするものである。
なお、図中、符号６は駆動ギアＡの回転軸、符号７は従動ギアＢの回転軸を、また、符号８は、駆動ギアＡと従動ギアＢの噛合い面を示す。
【００２０】
前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢの両側面に配置される側板４，５は、図３で明らかなように、駆動ギアＡおよび従動ギアＢの噛合い面８で合致する合せ面４ａ，５ａを有し、いずれも前記駆動ギアＡ，従動ギアＢの外周面と、側板４，５の内周面４ｂ，５ｂとの間に若干の隙間を有するように回転軸６，７上に配置される。
【００２１】
また、前記各側板４，５の合せ面の吸込み口９側には、各側板４，５の合せ面４ａ，５ａに沿って、図４で明らかなように、合せ面４ａ，５ａの中央部近傍から吸込み口９側に向かって、切欠き幅が一定で、切欠き深さが次第に深くなるように切欠き１１，１１が形成されている。
なお、この切欠き１１の長さＬは所要幅を有し、駆動ギアＡおよび従動ギアＢの全歯たけと同一の長さである。
【００２２】
すなわち、前記の合せ面４ａ，５ａに沿って形成された切欠き１１，１１の底面は、合せ面４ａ，５ａの中央部近傍から側板４の吸込み口９側の端面に向かって、一定の幅で下り傾斜面を構成するように形成されている。
【００２３】
前記駆動ギアＡおよび従動ギアＢは、いずれも、たとえば、ＳＵＳ４４０Ｃのようなマルテンサイト系ステンレスなどの超硬度ステンレス鋼を採用することによって、水銀による磨耗を長期的に防止することができるので好ましいが、オーステナイト系、析出硬化系のステンレス鋼を使用することも可能である。
また、側板４，５は、いずれもオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の表面に硬質クロムメッキ処理したもので構成されたものであるが、ギア素材と同一の素材を使用することも当然可能なものである。
【００２４】
かかる駆動ギアＡと従動ギアＢとからなる構成要素を、図２に示すように、ハウジング１２内に回転自在に装着して液状重金属循環用ギアポンプ１としたものである。
したがって、たとえば、２ｍ前後の高さの場所から吸込み口９に加圧状態で液状重金属循環用ギアポンプ１内に流入した水銀は、大きなエネルギーを保持した状態でダブルヘリカルギア３に衝突したのち、ダブルヘリカルギア３の山形形状に沿って分散しながら左右の側板４，４および５，５方向に移動し、流速を減ずることになるので、ダブルヘリカルギア３に生ずる損傷が防止できる。
【００２５】
かくして、ダブルヘリカルギア３に沿って移動した水銀は、側板４，４又は５，５に達するが、この側板４，４および５，５には、吸込み口９側に位置する合せ面４ａ，５ａ（反対側は図示せず）には、それぞれ吸込み口９側に傾斜する傾斜面を有する切欠き１１，１１が形成されているので、水銀は切欠き１１に沿って吸込み口９側に戻される。
したがって、側板４，５に衝突する水銀の衝撃力が、大幅に緩和される。
また、ダブルヘリカルギア３，３の端部および吸込み側の側板４，４および５，５に対する衝突力も緩和され、局所的な高圧や衝撃を解消しているので、水銀による噴流痕をほぼ生成するおそれがなくなったものである。
【００２６】
上記実施例においては、ギア形状をダブルヘリカルとしているが、ギアの両端部に配置される側板の吸込み口側に局所的な高圧現象を防止し、かつ衝撃を緩和するための切欠きを形成すれば、スパーギアであっても同様の結果を期待することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明の液状重金属循環用ギアポンプは、中性子散乱施設用ターゲットにおける水銀の循環用として最適なものであるが、比重のおもい液状重金属を循環させる目的のものであれば、その用途については特段の限定はなく、広い産業分野での使用が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明にかかる液状重金属循環用ギアポンプの一例を示す概略説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線に沿った側面図である。
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線に沿った側面図である。
【図４】図３に示す側板の断面図である。
【図５】同側板の要部の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１        液状重金属循環用ギアポンプ
２        ギア主体
３        ダブルヘリカルギア
４，５    側板
６，７    回転軸
８        ギアの噛合い面
９        吸込み口
１０      吐出口
１１      切欠き
１２      ハウジング
Ａ        駆動ギア
Ｂ        従動ギア
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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