(57)【要約】【課題】ギヤポンプのギヤロータにおいて、冷却媒体通路を構成する孔の内周面でのクラック防止が確実に行えるものとし、そのうえで加工コストの高騰化や組み立てが困難になるといった不具合も生じないようにする。【解決手段】回転軸部２０の一端側からギヤ部１２内を通過して他側の回転軸部２０内に及んで設けられた孔３０内にスリーブ３１が挿入され、この孔３０の内周面とスリーブ３１の外周面とで形成されていた周隙間に充填剤５０が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤ部（１２）を中央に挟んで両側に回転軸部（２０）が突設されたギヤポンプ用のギヤロータにおいて、回転軸部（２０）の少なくとも一端側からギヤ部（１２）内を通過して他側の回転軸部（２０）内に及んで冷却媒体通路（４２）を構成する孔（３０）が設けられ、この孔（３０）内にはその内周面をライニングするスリーブ（３１）が挿入され、且つこの孔（３０）の内周面とスリーブ（３１）の外周面とで形成されていた周隙間に充填剤（５０）が充填されていることを特徴とするギヤポンプ用のギヤロータ。
【請求項２】
前記充填剤（５０）は粘性基材中に熱伝導性混合物を混合させたものであることを特徴とする請求項１記載のギヤポンプ用のギヤロータ。
【請求項３】
前記充填剤（５０）は樹脂基材中に熱伝導性混合物を混合させたものであることを特徴とする請求項１記載のギヤポンプ用のギヤロータ。
【請求項４】
前記樹脂基材は熱可塑性樹脂の含有量を高めて弾性係数を低く弾性を豊富にしたものであることを特徴とする請求項３記載のギヤポンプ用のギヤロータ。
【請求項５】
ポンプハウジング（１１）内に一対のギヤロータ（６）が互いのギヤ部（１２）同士を噛合させた状態で回転自在に設けられるギヤポンプにおいて、上記両ギヤロータ（６）が請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のギヤロータとされていることを特徴とするギヤポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂等の昇圧・搬送に用いられるギヤポンプ用のギヤロータ及びギヤポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂造粒の分野などにおいて使用されるギヤポンプは、ポンプハウジング内に一対のギヤロータが互いのギヤ部同士を噛合させた状態で回転自在に設けられ、ポンプハウジングには両ギヤロータの回転方向において吸い込み側となる方に吸入口が、また吐き出し側となる方には吐出口が、それぞれ設けられ、吸入口には例えば混練機が接続され、吐出口には例えばペレタイザが接続される（例えば、特許文献１等参照）。
この種のギヤポンプでは、ポンプハウジング内において各ギヤロータにおけるギヤ部の軸方向両側及び回転軸部の外周面にギヤ部相互の噛合部間からの樹脂の洩れだしを許容するクリアランスが確保され、この洩れだした樹脂を利用してギヤロータとこれの回転を支持する軸受体との間の潤滑を行うようになっている。
【０００３】
なお、クリアランス中を流れる樹脂が発熱によって劣化するのを防止するため、ギヤロータにはその回転軸心に沿った孔を形成して、この孔内へ先端出口を有するパイプを差し込み、このパイプ内へ冷却媒体を送り込んでギヤロータを冷却させる構造が採用されていた。
また、パイプの先端出口から孔の奥深位置へ供給された冷却媒体は、孔の内周面とパイプの外周面との周間で形成される冷却媒体通路を介してパイプの基端側へと回収されるようになっているが、孔の内周面がギヤロータそのものであると、この冷却媒体によってヒートショック、応力腐食、腐食疲労等を原因としたクラックに繋がるおそれがあるため、孔内へスリーブを嵌め入れてライニングすることが提案されている（上記した特許文献１）。
【特許文献１】特公平６−４５１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ギヤロータ内に設けた孔に対してスリーブを嵌め入れる構造は、ギヤロータをクラックから保護するうえで十分に有効であった。しかし、この構造による保護効果を最大限に活かすためには、孔の内周面とスリーブの外周面とを密着状態とさせ、ここに周隙間が生じないようにする必要があった。このような周隙間が生じ、また周隙間が大きくなればなるほど冷却効果が低下してしまうのは言うまでもない。
しかしながら、この周隙間を小さくするためには、孔の内径とスリーブの外径とを高い精度で加工し、且つ両者の関係を「しまり嵌め」関係にする必要が生じ、これによって加工コストが高騰化すると共に、孔に対するスリーブの嵌め入れが非常に困難になるという不都合が生じることになっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ギヤロータにおいて冷却媒体通路を構成する孔の内周面でのクラック防止が確実に行えるものとし、そのうえで加工コストの高騰化や組み立ての困難性などの不具合も生じないようにしたギヤポンプ用のギヤロータ及び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用のギヤロータは、ギヤ部を中央に挟んで両側に回転軸部が突設されたものであって、回転軸部の少なくとも一端側からギヤ部内を通過して他側の回転軸部内に及んで冷却媒体通路を構成する孔が設けられ、この孔内にはその内周面をライニングするスリーブが挿入され、且つこの孔の内周面とスリーブの外周面とで形成されていた周隙間に充填剤が充填されている。
このように充填剤を充填することにすれば、孔の内周面とスリーブの外周面との間に周隙間を形成させるものとしても、冷却効果を低下させることなくスリーブによるギヤロータのクラック防止効果（保護効果）を得ることができる。しかも、このように周隙間を形成できるので、孔の内径とスリーブの外径とを「しまり嵌め」関係にする必要がなくなるので、加工コストが高騰化することはなく、また孔に対するスリーブの嵌め入れが困難になることもない。
【０００７】
充填剤は、粘性基材中又は樹脂基材中に熱伝導性混合物を混合させたものとすればよい。このうち樹脂基材は、熱可塑性樹脂の含有量を高めて弾性係数を低く弾性を豊富にしたものとすれば更によい。
弾性を豊富に有する樹脂基材を用いた場合は、ギヤロータからスリーブが受ける曲げ応力を充填剤の弾性変形によって幾らか吸収し、また粘性基材を用いた場合は、その変形によって同様の曲げ応力を吸収し、それぞれ緩和できるという利点がある。
また本発明に係るギヤポンプは、ポンプハウジング内に一対のギヤロータが互いのギヤ部同士を噛合させた状態で回転自在に設けられるものであって、両ギヤロータとして本発明に係るギヤロータが採用されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るギヤポンプ用のギヤロータ及びギヤポンプでは、ギヤロータにおいて冷却媒体通路を構成する孔の内周面でのクラック防止が確実に行えるものとなる。しかもそのうえで、加工コストの高騰化や組み立ての困難性などの不具合も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図４は、本発明に係るギヤポンプの一実施形態として、溶融樹脂用ギヤポンプ１を示している。本実施形態の溶融樹脂用ギヤポンプ１は、混練機２とペレタイザ３との間に介設されてそれら全体で混練造粒装置４を構成するように使用されたものとしている。この混練造粒装置４は、混練機２の供給口５から、樹脂材料及び添加材等をチャンバ６内へ供給し、２本一組で互いに平行して配置されたロータ７で混練し、２００〜３００℃の溶融状態にする。このようにして得られる溶融樹脂が排出口８からギヤポンプ１へ送られ、ここで２００〜３００ｋｇ／ｃｍ２の高圧に昇圧されてペレタイザ３へ送られ、このペレタイザ３で所定状態（形状）に成形されつつ取り出されるものとなっている。
【００１０】
ギヤポンプ１は、ポンプハウジング１１内に一対のギヤロータ６が互いのギヤ部１２同士を噛合させた状態で回転自在に設けられ、ポンプハウジング１１には両ギヤロータ６の回転方向において吸い込み側となる方に吸入口１３が、また吐き出し側となる方には吐出口１４が、それぞれ設けられ、吸入口１３には上記混練機２が接続され、吐出口１４には上記ペレタイザ３が接続されている。
各ギヤロータ６は、ギヤ部１２を中央に挟んで両側に回転軸部２０が設けられたもので、ギヤ部１２の両側の回転軸部２０が、ポンプハウジング１１のボディ１６内に組み込まれた軸受体１７に回転自在に支持されている。一方のギヤロータ６はカップリング２１を介して駆動装置（図示略）に連結されている。これら各ギヤロータ６にはＳＮＣＭ等の高張力鋼が用いられている。
【００１１】
ポンプハウジング１１内では各ギヤロータ６におけるギヤ部１２の軸方向両側及び回転軸部２０の外周面にクリアランス２３が確保されており、このクリアランス２３には両ギヤロータ６のギヤ部１２相互が噛合した部分間から溶融樹脂が吐出圧力を受けて強制的に洩れ出すようになっている。このようにクリアランス２３に洩れ出た溶融樹脂、すなわち搬送する溶融樹脂の一部を用いることにより、軸受体１７により支持されている各ギヤロータ６の回転軸部２０が潤滑される。
ギヤロータ６の回転軸部２０には、ポンプハウジング１１の側板２５寄りにシールリング２６が設けられており、各クリアランス２３内での溶融樹脂の降圧が防止されている。なお、クリアランス２３内に対して溶融樹脂は押せ押せ状態で供給されることになり、余剰の溶融樹脂は常時溢れるようになり、このようにして溢れた溶融樹脂はポンプハウジング１１の吸入口１３へ繋がる回収路２８を介して回収される。
【００１２】
ギヤロータ６には、ポンプハウジング１１の側板２５を貫通状態にある一方の回転軸部２０の端部からその回転軸心に沿って、ギヤ部１２内を通過し且つ他方側の回転軸部２０内にまで及んで（後述の冷却媒体通路４２を構成する）孔３０が設けられている。この孔３０はギヤロータ６の回転軸心に一致して同軸配置となっている。なお、この孔３０はギヤロータ６を貫通してはいない。
この孔３０内にはその内周面をライニングするスリーブ３１が挿入されている。このスリーブ３１は有底円筒形をしており、開口端側には外周方向へ張り出すフランジ部３２が設けられている。このスリーブ３１は、フランジ部３２がギヤロータ６の回転軸部２０の端面に当て止めされた状態でクーリングアダプタ３５によって押さえ付けられ、固定されている。
【００１３】
スリーブ３１は耐熱性、熱伝導性等が優れた材料、例えばＳＴＰＧ３８、Ｓ２５Ｃ等の軟鋼等によって形成されている。なお、線膨張係数がギヤロータ６と略同じ材料であることが好ましい。また耐蝕性にも優れていることが好ましく、スリーブ３１の内周面にメッキ等の表面処理を施してもよい。この場合、表面処理はスリーブ３１の奥部と開口近傍とに部分的に防蝕亜鉛を施す方法などを採用することができる。
上記したクーリングアダプタ３５には孔３０と連通する貫通孔３７が設けられている。そしてこの貫通孔３７からスリーブ３１内へ向けてパイプ４０が差し込まれている。このパイプ４０の先端側は開放端となっており、ここに先端出口４１が設けられている。スリーブ３１の内径に対しパイプ４０の外径は一回り径小化されており、パイプ４０の内部が冷却媒体導入路を形成し、孔３０の内周面（実際にはライニング状態にあるスリーブ３１の内周面）とパイプ４０の外周面との周間が冷却媒体通路４２を形成している。
【００１４】
パイプカプラ４３は工業水等の冷却媒体を供給する手段４４（ロータリージョイント）に連通されていて、ここに用いられているロータリージョイントと相対回転自在な状態に保持されている。これによってパイプ４０内への冷却媒体の供給が可能とされている。このようにしてパイプ４０に供給された冷却媒体は、パイプ４０内の冷却媒体導入路を通って先端出口４１から孔３０（スリーブ３１）内の奥深位置へ供給され、冷却媒体通路４２を通ってパイプ４０の基端側へと戻されるようになっている。そしてその後、冷却媒体はパイプカプラ４３を介して外部適所へと放出される。このような冷却媒体の循環によりギヤロータ６が冷却され、クリアランス２３内の溶融樹脂の剪断熱が吸収され、冷却される。そのためこの溶融樹脂の熱劣化が防止される。
【００１５】
ギヤロータ６に設けられる孔３０の内径と、この孔３０に挿入されるスリーブ３１の外径とは、それらの嵌め合い関係が「しまり嵌め」よりも緩い関係となるように形成されている。そのため、孔３０に対してスリーブ３１を挿入する作業は容易となっている。この嵌め入れ作業の容易化を得るうえで、孔３０の内径とスリーブ３１の外径との直径差は１ｍｍ以上とする、即ち、孔３０の内径よりもスリーブ３１の外径の方を１ｍｍ以上径小とさせるのが好適である。
またこのような嵌め合い関係とすれば、ギヤロータ６の製作過程において孔３０を形成させる加工精度や、スリーブ３１の製作過程においてその外径を仕上げる加工精度が比較的ラフなものでよいことになるから、加工効率の向上や加工コストの低廉化等の利点も得られる。
【００１６】
これらのことから孔３０に対してスリーブ３１を挿入したときには、孔３０の内周面とスリーブ３１の外周面との間に周隙間が形成される。図２から明らかなように、この周隙間に対しては充填剤５０が充填されている。
充填剤５０には粘性基材中又は樹脂基材中に熱伝導性混合物を混合させたものが使用される。粘性基材はシリコングリースなどのペースト状のものである。また樹脂基材は熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、或いはこれらを適宜混合したもので、具体的にはシリコン系樹脂やエポキシ系樹脂などである。なお、樹脂基材は、少なくとも充填時には流動性のある状態を保っているものが、充填作業が簡素化される点で好適とされる。また熱伝導性混合物としては、熱伝導性の豊富な材料を微粉末化又はフィラー化したもので、具体的にはアルミニウム、窒化アルミニウム、銀、ニッケルなどである。
【００１７】
樹脂基材については、なかでも熱可塑性樹脂の含有量を高めて弾性係数（ヤング率）を低くし、弾性を豊富にしたものとすれば、ギヤロータ６からスリーブ３１が受ける曲げ応力を充填剤５０の弾性変形によって幾らか吸収し、緩和できるという利点がある。また、樹脂基材として熱可塑性樹脂のみを用いるようにすれば、ギヤロータが高温の使用状態のときに軟化して充填剤は容易に変形し得るため、更に好適であると言える。
本実施形態において、充填剤５０には熱伝導性グリース（株式会社エス・エス・アイの販売に係る商品名「ヒートアウェイ」シリーズ等）や、熱伝導性接着剤（太陽金網株式会社の販売に係る商品名「Ｄｕｒａｌｃｏ」シリーズ等）などを用いた。
【００１８】
この充填剤５０に必要とされる熱伝導率は、ギヤロータ６における孔３０の内径とスリーブ３１の外径との直径差を１ｍｍ程度に設定する（充填剤５０の層厚は０．５ｍｍ程度ということになる）場合、１．５Ｗ／ｍ℃以上のものを選出するのが好ましい。ただし、充填剤５０によってはその粘度等に関わる充填し易さ（均一層厚化）から、ギヤロータ６における孔３０の内径とスリーブ３１の外径との直径差を２ｍｍ程度に設定する（充填剤５０の層厚は１ｍｍ程度ということになる）のが好ましくなり、これに応じて充填剤５０も、熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ℃以上のものを選出するのが好ましくなる。
【００１９】
なお、充填剤５０の熱伝導率及び層厚は、必要な冷却能力やスリーブ３１の挿入し易さを考慮して適宜決定することができる。
このような構成のギヤロータ６を具備するギヤポンプ１では、ギヤロータ６の孔３０内に嵌め込まれたスリーブ３１内が冷却媒体の流通で冷却され、これでギヤロータ６が冷却されると共に、ギヤロータ６の回転軸部２０まわりのクリアランス２３内の溶融樹脂も冷却されてその熱劣化が防止され、またギヤロータ６自体はスリーブ３１によってクラックから保護される、といった基本性能において従来と変わらぬ好結果が得られるものである。
【００２０】
そしてそのうえで、ギヤロータ６に設けられる孔３０に対してスリーブ３１を嵌め込む作業が容易となっており、これによって組み立て作業の容易化及び高効率化や、ギヤロータ６及びスリーブ３１の製作容易化及び高効率化などが図られ、製作コストの低廉化が図れる利点もある。勿論、このようにしても充填剤５０によってギヤロータ６及び回転軸部２０と軸受体１７との間のクリアランス２３内に流れ込んだ溶融樹脂の冷却能率が低下するものでもない。
ところで、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、両ギヤロータ６が共に駆動装置（モータや歯車機構）に連結されているギヤポンプとしてもよく、ギヤロータ６の冷却が必要なものであれば、必ずしも溶融樹脂による軸受潤滑を行うものでなくてもよい。
【００２１】
また、ギヤロータ６の回転軸部２０にシールリング２６を設けているが、このシールリング２６に代えて、回転軸部２０を側板２５内にまで延設すると共に、側板２５内に前記回転軸部２０の延設部に対向するビスコシールを設けるようにしてもよい。
また冷却媒体としては、工業用水を用いると設備コストを抑えることができ、好適であるが、これに限定されるものではない。
冷却媒体通路４２は、少なくとも冷却媒体を流通させるものであればよく、溶融樹脂用ギヤポンプ等によってはその立ち上げ時に一時的に加熱媒体を流通させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図４のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図２】図１のＣ部拡大図である。
【図３】本発明に係るギヤポンプの一実施形態を具備した混練造粒装置の側断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ギヤポンプ
６  ギヤロータ
１１  ポンプハウジング
１２  ギヤ部
２０  回転軸部
２３  クリアランス
３０  孔
３１  スリーブ
４０  パイプ
４１  先端出口
４２  冷却媒体通路
５０  充填剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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