JPH0530481U - スクリユーポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、スラリーやスラッジ等の固体粒子
等を含んだ液体の輸送に適したスクリューポンプに関
し、超硬材料が有する耐磨耗性を必要最小限度に利用し
てロータの製作、加工を容易にして耐磨耗性を向上し、
材料費、製作費は安価で、ロータの始動、停止を確実に
し、大径な製作に最適なことを目的とする。 【構成】 炭素鋼よりなる母材の表面をＷＣ−Ｎｉ系の
超硬金属焼結体の被覆層２０にて覆うことによりねじ山
８ａ，９ａとねじ溝８ａ′，９ａ′とを有するロータ
８，９を形成する構成により、ロータ８，９の耐磨耗性
を向上し、軽量にして始動および停止を確実にすること
を目的とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、輸送中に相互に衝突するスラリーやスラッジ等の固体粒子等を含ん だ液体を輸送するのに最適なスクリューポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えばスラリーやスラッジを含んだ液体のように各種の固体粒子が懸濁された 液体を輸送する場合に使用するポンプの一例として従来、例えば下記の如き構造 のロータリー式のスクリューポンプがある。

【０００３】 すなわち図５および図６に示すように、一側に吸入管２と他側に吐出管３とを 有するケーシング１内に、図示しないモータの駆動力を受動して回転自在になる 回転電動部品としての駆動歯車４とこれに噛合する受動歯車５とを一側に装設し た２本の回転軸６，７を設け、該回転軸６，７の外周には液体を吸引・吐出する ように、ケーシング１の中央軸線Ｌを境にして螺旋方向が左右対称的な歯形のね じ山８ａ，９ａと該ねじ山８ａ，９ａが相互に嵌合されるねじ溝８ａ′，９ａ′ とを有する金属製のロータ８，９が設けられた構造である。

【０００４】 そしてこのロータ８，９を囲むように前記ケーシング１内には耐磨耗性材料に よって形成した略円筒状のスリーブ１０を嵌着し、さらにこのスリーブ１０のロ ータ収容孔１０ａ内にロータ８，９を回動自在に収容していた。

【０００５】 ところで、上記従来のポンプにおけるロータ８，９は、特にエピトロコイド曲 線やエピトロコイド曲線と擬アルキメデス曲線との組合せ等によって形成される 複雑な形状の歯形部分としてのねじ山８ａ，９ａとねじ溝８ａ′，９ａ′とが形 成されている。

【０００６】 そしてスラリーやスラッジを含んだ液体と接触するポンプのロータの耐磨耗性 を向上するために、ロータ８，９を製作するのには例えばステンレス鋼（ＳＵＳ ４４０Ｃ）や高クロム鋳鉄のような母材を切削工具を用いて前述のような歯形形 状に切削加工をして一次加工をし、その後、母材の表面に焼入処理を施こして硬 度を付与している。

【０００７】 またセラミックによってロータ８，９を製作するのには先ず、無機粉末よりな る圧粉体を仮焼成体で一次加工の上、次に本焼成の後に二次加工研削を行うこと によってロータ８，９を形成していた。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら上記従来の構造のスクリューポンプにおいて耐磨耗性を一段と向 上するために、ロータ８，９の全体を超硬材料によって製作する場合にはダイヤ モンドホイールのような高価な刃物を必要とする。しかも超硬材料に加工を施す ものであるので、製作に手間と時間とがかかり、またチップ自体が切削加工の刃 物になるほど高価な材料であり、材料費および製作コストが高価になっていた。 さらに高比重であるので、ロータ８，９のような回転体に使用するのには特に始 動または停止時に慣性を伴うので、正確な立ち上がりや停止に欠け、馴染まない 。

【０００９】 またロータ８，９の母材をステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）高クロム鋳鉄によ って製作する上記従来の方法は、上記超硬材料を使用してロータ８，９を製作す る場合とは異なって製作は容易で安価であるが、母材の表面に単に焼入れ加工を 施すだけであるので、スクリューポンプに使用する場合にはＨＲｃ硬度は５８〜 ６０程度と低く、耐磨耗性に欠ける。

【００１０】 さらにセラミックを用いてロータ８，９を製作する方法は、圧粉体の粒径が大 きく、不揃いでロータ８，９が靱性に欠けるので、大径のロータ８，９を製作す るのには不向きであった。

【００１１】 本考案はかかる点に鑑みてなされたものであり、超硬材料が有する耐磨耗性を 必要最小限度に利用して製作および加工を容易になすとともに充分な所望厚みの 超硬金属焼結体の被覆層にて覆って耐磨耗性を向上し、また材料費および製作費 は安価であり、しかも軽量にしてロータの始動および停止が確実であり、大径の ロータの製作も容易である等、ロータ等の回転体の製作に適したスクリューポン プを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記課題を解決せんが為になされたものであり、一側に吸込管を、他 側に吐出管を有するケーシング内に複数の回転軸を回転自在に設け、流体を吸引 ・吐出可能に嵌合するねじ山とねじ溝とを有するロータを前記回転軸に設けたス クリューポンプにおいて、炭素鋼を母材とするとともに該母材の表面にＷＣ−Ｎ ｉ系の超硬金属焼結体の被覆層により覆うことにより前記ロータを形成するとい う手段を採用した。

【００１３】

【作用】

炭素鋼よりなる母材の表面をＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体の被覆層にて覆う ことによりロータが形成されるので、ロータは耐磨耗性を有し、軽量にして始動 および停止が確実になる。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１乃至図４に従って説明する。 本実施例においてポンプ自体の構造および作用について図５および図６に示す 部分と同様な部分の詳細な説明は重複するので、省略する。また図１乃至図４に おいて図５および図６と同一部分は同一符号で説明する。

【００１５】 図４において２０は回転軸６，７の外周に設けたロータ８，９の一番磨耗が発 生し易い前記ねじ山８ａ，９ａと、ねじ溝８ａ′，９ａ′との表面に形成される 超硬金属焼結体よりなる被覆層であり、この被覆層２０は耐磨耗性と耐蝕性とを 有する金属、例えばＷＣ（タングステンカーバイド）粉末とバインダーとしての Ｎｉ粉末とよりなる粉末を焼結した安定で機械的強度が高いＷＣ−Ｎｉ系の超硬 金属焼結体を例えばプラズマ溶射法にて被覆し形成する。

【００１６】 このＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体の被覆層２０をロータ８，９の表面に製造 するのには、先ず、略円筒形の炭素鋼よりなる母材の表面にねじ山８ａ，９ａ； ねじ溝８ａ′，９ａ′等を切削して一次加工する。

【００１７】 この際、母材に使用される炭素鋼としては、例えば０．４２〜０．４８ｗｔパ ーセント程度の炭素含有量のＳ４５Ｃが使用される。

【００１８】 その後、一次加工済みの炭素鋼の母材を下地処理し、前記粉末、例えばＷＣ粉 末を２０〜５０ｗｔパーセントに対してバインダーとしてのＮｉ粉末が５０〜２ ０ｗｔパーセントを夫々粒度５〜４５ｍμを混合し、これをサーモスプレイにて 前記母材の表面に加熱しながら、高速プラズマ溶射を施す。

【００１９】 サーモスプレイは、母材を回転させながら、母材の表面に例えばマッハ２〜３ 程度の高速度にてプラズマ溶射することによって溶射層を形成する。この際の溶 射層の厚さは例えば１．５ｍｍ程度の厚みにする。

【００２０】 その後、温度制御された炉内で段階的に加熱して溶融寸前の表面温度１０５０ 〜１１００°Ｃに加熱して再溶融（ヒュージング）することにより、母材と溶射 層との間にＷＣ−Ｎｉ合金の合金層を生成する。

【００２１】 この際、温度制御された炉での加熱時間は、溶射層に対して数分単位の加熱時 間によって母材と溶射層との間にＷＣ−Ｎｉ系の合金層を生成すると同時に溶射 層の不純炭化物と気泡や灰分を除き、耐磨耗性と耐蝕性とを有するＷＣ−Ｎｉ系 の超硬金属焼結体よりなる１．５ｍｍ程度の厚い厚さの被覆層２０を母材の表面 に製造する。

【００２２】 そして温度制御された炉にて母材の表面に形成されているＷＣ−Ｎｉ系の超硬 金属焼結体の被覆層２０および該被覆層２０と母材との間に形成されるＷＣ−Ｎ ｉ系の合金層はバインダーとしてのＮｉ中に微粒のＷが均一に拡散した基Ｎｉの 固溶体と、タングステン炭化物が崩壊してできる微細なＷＣとが内部に均一に分 散しているので、耐磨耗性、耐蝕性が高くなり、靱性も高く加工性が容易になり 、機械的強度は増大する。

【００２３】 またロータ８，９の母材は、例えば０．４２〜０．４８ｗｔパーセント程度の 炭素含有量のＳ４５Ｃの炭素鋼を使用しているＣ成分とによって母材の表面に形 成されるＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体よりなる被覆層２０は、その内部に均一 にＣ（炭素）が浸炭されて母材および被覆層２０の硬度が高くなり、耐磨耗性と 耐蝕性が向上する。

【００２４】 その上で、長時間（約２０時間）かけて炉内で２５〜２８°Ｃまで除冷して母 材の表面に製造した被覆層２０は、その表面を厚さ１．２ｍｍ（交差±０．１ｍ ｍ程度）までに二次加工として研削加工を施こされることにより、表面仕上げさ れ、図１、図２、図４に示す如くロータ８，９を製造する。

【００２５】 また被覆層２０は、母材の表面に溶射すべきＷＣ−Ｎｉ系の金属粉の溶射層の 溶射厚みを厚薄を調整したり、粉末の粒度を５〜４５ｍμの範囲で揃えたり、溶 射速度をマッハ１〜２の範囲で調整ることにより、約１〜２ｍｍの範囲での所望 厚みのＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体の被覆層２０を母材の表面に製造できると ともに母材と被覆層２０との間のＷＣ−Ｎｉ系の合金層の厚みも厚薄、調整でき る。

【００２６】 しかも温度制御された炉によるヒュージングの所要時間等を長短調整すること によって母材および被覆層２０への浸炭度およびＮｉに対するＷの拡散度を調整 して母材および被覆層２０の硬度、耐磨耗度、靱性度、耐蝕性等を調整すること が可能になる。

【００２７】 またＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体を製造する場合の粉末としてＷＣに代わっ てＷ単体、Ｗ₂ Ｃ等を使用してもよい。

【００２８】 またＷＣ−Ｎｉ系の粉末中に、バインダーとしてのＮｉ粉末のほかにその外の 微量の元素、例えば耐蝕性を向上するためにＣｒ粉末を、また靱性をさらに向上 するためにＣｏ粉末を、また硬度をさらに増大し、自溶性と肉盛溶着性とを向上 するためにホウ素粉末やＳｉ粉末を、さらに硬度を向上するために少量のＭｏ粉 末を混入することもできる。

【００２９】 また前記ケーシング１は略水平な基準線Ｈを境に上部ケーシング１Ａと、下部 ケーシング１Ｂとより成る２つ割り構造に形成されて一体に固定される。

【００３０】 ２１はホルダ受であり、このホルダ受２１は上部ケーシング１Ａと下部ケーシ ング１との内周面に回転軸６，７の設置方向に設けられている。

【００３１】 ２２はスリーブホルダであり、このスリーブホルダ２２は前記上部ケーシング １Ａと下部ケーシング１Ｂとのホルダ受２１内に吸入管２および吐出管３の中央 軸線Ｌを境に左右対称的に２個、着脱自在に嵌合している（図１には左半分の１ 個が表れている）。

【００３２】 図２および図３において前記スリーブホルダ２２は、その外形状が前記上部ケ ーシング１Ａと下部ケーシング１Ｂとのホルダ受２１に接する略円形に形成され 、内周には駆動側の回転軸６と受動側の回転軸７とに設けたロータ８，９を囲む 側面８字状のロータ収容孔２３が設けられている。

【００３３】 ２４はロータ収容孔２３内にボルト２５，２５を対向して螺入することにより 取付けられるインナースリーブであり、このインナースリーブ２４は耐蝕性と耐 磨耗性とを有する材料によって形成される。

【００３４】 本考案の一実施例は以上の構成からなり、モータの駆動力を受動して駆動歯車 ４が回転駆動すると、この駆動歯車４からの回転力を受動して受動歯車５は回転 する。従ってロータ収容孔２３内において、ねじ山８ａ，９ａとねじ溝８ａ′， ９ａ′とが相互に噛合されるように回転自在に収容されているロータ８，９は回 転軸６，７を中心に夫々回転される。

【００３５】 そしてスラリーやスラッジ等の固体粒子を含んだ液体は、ロータ８，９が回転 することにより吸込管２からケーシング１内に吸入され、ねじ山８ａ，９ａと、 このねじ山８ａ，９ａが噛合しているねじ溝８ａ′，９ａ′とによりケーシング １内において左右から中心方向に移送され、その後吐出管３からケーシング１の 外部に吐出される点は従来のスクリューポンプと略同様である。

【００３６】 しかしながら、ねじ山８ａ，９ａと、このねじ山８ａ，９ａが嵌合されるねじ 溝８ａ′，９ａ′とを有するロータ８，９は、例えば０．４２〜０．４８ｗｔパ ーセントの炭素含有量のＳ４５Ｃの炭素鋼よりなる母材の表面にＷＣ−Ｎｉ系の 粉末を高速プラズマ溶射し、その後、この溶射層を温度制御された炉によってヒ ュージングして１０５０〜１１００°Ｃの加熱温度で再溶融することにより、Ｗ Ｃ−Ｎｉ系の合金層を母材と溶射層との間に生成させるとともに溶射層中に含ま れる不純炭化物や気泡や灰分が除かれた厚さ１．５ｍｍもの厚さのＷＣ−Ｎｉ系 の超硬金属焼結体の被覆層２０が母材の表面に製造される。

【００３７】 この超硬金属焼結体よりなる被覆層２０には、バインダーとしてのＮｉ基相中 にＷが均一に固溶して析出する微細な粒度の固溶体と、タングステン炭化物が崩 壊してできる微細なＷＣとが均一に分散して微細な粒界面積が増大するのと、ヒ ュージング時において１０５０〜１１００°Ｃの加熱によって溶射層が再溶融さ れて不純炭化物や灰分や気泡が除去されると考えられるので、例えば溶解法によ って形成される従来のＷＣ−Ｎｉ系の合金層からなる被膜層（図には示さない） に比べて硬度が高くなり、耐磨耗性や耐衝撃性が向上されて機械的強度が高くな り、また靱性を有しねじ山８ａ，９ａとねじ溝８ａ′，９ａ′との凹凸があった り、ねじ山８ａ，９ａとねじ溝８ａ′，９ａ′との歯形状がエピトロコイド曲線 や擬アルキメデス曲線等の複雑な曲面に形成されている場合にも加工が容易にな るとともに使用によってヒビ割れを生ぜず、さらには耐蝕性がある。

【００３８】 またＳ４５Ｃの如き炭素鋼によって形成される母材と該母材の表面に被覆され るＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体よりなる被覆層２０との間にはバイダーとして のＮｉ基相中にＷやＷＣが均一に分散されたＷＣ−Ｎｉ系の合金層が形成される ので、この合金層を介して母材と被覆層２０とが一体になって馴染む。従って母 材の表面に形成されるＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体よりなる被覆層２０が剥離 するのが防止される。

【００３９】 またロータ８，９の母材には０．４２〜０．４８ｗｔパーセントの炭素含有量 のＳ４５Ｃの炭素鋼を使用しているのと、温度制御された炉によるフュージング の際に母材としての炭素鋼にはＣが含まれているので、該母材の表面に形成され るＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体よりなる被覆層２０が浸炭され、硬度が高くな る。

【００４０】 また被覆層２０は、母材表面に高速プラズマ溶射法にて溶射する溶射層の溶射 厚みの厚薄を調整したり、ヒュージングの所要時間を長短調整することにより、 母材の表面に製造するＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体よりなる被覆層２０の膜厚 、および母材と被覆層２０との間に形成するＷＣ−Ｎｉ系の合金層の層厚を厚薄 に調整できる。

【００４１】 しかもＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体中に含まれる炭素含有量やヒュージング 時の温度制御された炉による加熱時間を長短加減することにより、母材や被覆層 への浸炭度を加減して硬度を調整することができる。

【００４２】 また、好適に輸送される流体としては、高濃度石炭・水スラリー、混炭重油の ほかに、無機物質が懸濁された各種スラリー、例えばインキ、顔料、塗料、建材 のようなスラリーやスラッジを挙げることができる。

【００４３】 また図４に示す如く、被覆層２０以外のロータ８，９の大部分は、炭素鋼にて 形成されて全体を超硬金属材料にて形成した従来のロータとは異なり、ロータ８ ，９は軽量になる。従ってロータ８，９が回転する時に加わる慣性が小さいので 、ロータ８，９が回転する始動時および停止時におけるロータ８，９の立ち上が りおよび停止は確実になる。

【００４４】 なお上記実施例においては、超硬金属焼結体の被覆層２０は、ロータ８，９の 母材の全表面を覆っているが、ロータ８，９のねじ山８ａ，９ａとねじ溝８ａ′ ，９ａ′との表面のみを被覆層２０によって覆ってもよい。

【００４５】 また図に示す上記実施例のポンプでは、ロータ８，９が各回転軸６，７に２個 設けられているが、ロータ８，９の設置個数は輸送されるスラリーやスラッジの 種類、粘度等によって決定され、各回転軸６，７毎に１個、または２個以上の複 数個を使用してもよい。

【００４６】

【考案の効果】

上述のように本考案は、耐磨耗性を有するＷＣ−Ｎｉ系の超硬金属焼結体より なる被覆層を必要最小限度に利用して炭素鋼を母材として形成したロータの表面 を覆うようになしたので、ロータの製作および加工を容易にでき、また材料費お よび製作費が安価であり、しかもロータは軽量にして回転時の慣性を小さくでき 、その始動および停止が確実であるとともに大径のロータの回転体の製作に適す る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のスクリューポンプの一実施例を示す半
断正面図である。

【図２】図１の半断側面図である。

【図３】図１のイ−イ断面図である。

【図４】本実施例に使用するロータの半断側面図であ
る。

【図５】従来のスクリューポンプを正面側から見た断面
図である。

【図６】従来のスクリューポンプを示す半断側面図であ
る。

【符号の説明】

１ ケーシング １Ａ 上部ケーシング １Ｂ 下部ケーシング ２ 吸入管 ３ 吐出管 ４ 駆動歯車 ５ 受動歯車 ６ 回転軸 ８ ロータ ９ ロータ ８ａ ねじ山 ９ａ ねじ山 ８ａ′ ねじ溝 ９ａ′ ねじ溝 ２０ 被覆層

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一側に吸込管を、他側に吐出管を有する
   ケーシング内に複数の回転軸を回転自在に設け、流体を
   吸引・吐出可能に嵌合するねじ山とねじ溝とを有するロ
   ータを前記回転軸に設けたスクリューポンプにおいて、
   炭素鋼を母材として用いるとともに該母材の表面をＷＣ
   −Ｎｉ系の超硬金属焼結体の被覆層にて覆うことにより
   ロータを形成することを特徴とするスクリューポンプ。