(57)【要約】【課題】容積効率を低下させずに騒音を低減することのできるギヤポンプを提供する。【解決手段】吸込室３１及び吐出室３２がギヤ室１０に連通するように設けられている。サイドプレート４の駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２に接する表面４ｃには、吸込室３１に連通するＳ側逃げ溝３３と、吐出室３２に連通するＤ側逃げ溝３４とが形成されている。Ｓ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４はそれぞれ、表面４ｃに対して約１ｍｍ程度窪むように形成され、それぞれの幅Ｗ１，Ｗ２は３ｍｍ及び８ｍｍである。すなわち、Ｓ側逃げ溝３３の幅Ｗ１は、Ｄ側逃げ溝３４の幅Ｗ２よりも小さい。【選択図】図２
2007315238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を昇圧するためのギヤポンプにおいて、
前記ギヤポンプは、
ギヤ室を形成するギヤ室形成壁と、
前記ギヤ室に連通する吸込室及び吐出室と、
前記ギヤ室に設けられ、互いに噛み合う一対のギヤと、
前記一対のギヤに接する前記ギヤ室形成壁の表面に形成され、前記一対の噛み合い部分に発生する閉じ込み領域を前記吐出室に連通させるＤ側逃げ溝と、
前記一対のギヤに接する前記ギヤ室形成壁の表面に形成され、前記閉じ込み領域を前記吸込室に連通させるＳ側逃げ溝と
を備え、
前記Ｓ側逃げ溝の幅が前記Ｄ側逃げ溝の幅よりも小さいことを特徴とするギヤポンプ。
【請求項２】
前記Ｄ側逃げ溝は、前記閉じ込み領域の容積が減少を開始した後、少なくとも前記閉じ込み領域の容積が最小となるまで、前記吐出室に連通するように形成され、
前記Ｓ側逃げ溝は、前記閉じ込み領域の容積増加終了時に、前記吸込室に連通するように形成される
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】
前記液体は液化ガス燃料であることを特徴とする、請求項１または２に記載のギヤポンプ。
【請求項４】
前記液化ガス燃料はジメチルエーテルであることを特徴とする、請求項３に記載のギヤポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はギヤポンプに係り、液体、特に、ジメチルエーテルのような低粘度の液化ガス燃料を昇圧するためのギヤポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から種々の産業に用いられているギヤポンプの構造としては、ハウジング内部の空洞にサイドプレートを設けることによってギヤ室を形成し、このギヤ室の内部に互いに噛み合う一対のギヤを設けたものが一般的である。このようなギヤポンプでは、ギヤの噛み合い部分において、サイドプレート及び各ギヤ歯で形成される閉じ込み領域に流体が閉じ込められ、閉じ込められた流体がギヤの回転に伴って圧縮されるときに高圧となるため、振動や騒音が発生するという問題がある。この問題点を解決するために特許文献１には、サイドプレートのギヤに接する表面に、高圧側逃げ溝及び低圧側逃げ溝を形成したギヤポンプが開示されている。高圧側逃げ溝は、ギヤの噛み合いに伴って閉じ込み領域内の容積が減少する間は閉じ込み領域と吐出室とを連通させて、閉じ込み領域内の容積が最小となる位置で閉じ込み領域と吐出室との連通を遮断するように形成されている。一方、低圧側逃げ溝は、閉じ込み領域内が高圧側逃げ溝及び低圧側逃げ溝との連通を遮断された後、閉じ込み領域内の容積が増加する途中で閉じ込み領域と吸込室とが連通するように形成されている。これにより、閉じ込み領域内の容積が減少する間は、閉じ込み領域内の圧力上昇が抑えられると共に、閉じ込み領域と吸込室との連通時には、閉じ込み領域内の圧力が吸込室の圧力近くまで低下するので、騒音や振動の発生が防止される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７３９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のギヤポンプでは、高圧側逃げ溝及び低圧側逃げ溝の各溝幅が等しくなるように形成されているので、このギヤポンプをジメチルエーテル（ＤＭＥ）のような低粘度の液化ガス燃料を昇圧するために使用すると、各ギヤとサイドプレートとの間のサイドクリアランスを介して、閉じ込み領域内の高圧流体がＳ側逃げ溝に漏れやすくなってしまい、ギヤポンプの容積効率が低下してしまうと共に、圧力の異なるＤＭＥの衝突により騒音が発生してしまうといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、容積効率を低下させずに騒音を低減することのできる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】
液体を昇圧するためのギヤポンプにおいて、ギヤポンプは、ギヤ室を形成するギヤ室形成壁と、ギヤ室に連通する吸込室及び吐出室と、ギヤ室に設けられ、互いに噛み合う一対のギヤと、一対のギヤに接するギヤ室形成壁の表面に形成され、一対の噛み合い部分に発生する閉じ込み領域を吐出室に連通させるＤ側逃げ溝と、一対のギヤに接するギヤ室形成壁の表面に形成され、閉じ込み領域を吸込室に連通させるＳ側逃げ溝とを備え、Ｓ側逃げ溝の幅がＤ側逃げ溝の幅よりも小さいことを特徴とする。Ｓ側逃げ溝またはＤ側逃げ溝を介して、閉じ込み領域が吸込室または吐出室に連通されるので、閉じ込み領域内の圧力上昇が抑えられる。また、Ｓ側逃げ溝の幅がＤ側逃げ溝の幅よりも小さいことにより、閉じ込み領域内の高圧の液化ガス燃料がＳ側逃げ溝に漏れにくくなる。
Ｄ側逃げ溝は、閉じ込み領域の容積が減少を開始した後、少なくとも閉じ込み領域の容積が最小となるまで、吐出室に連通するように形成され、Ｓ側逃げ溝は、閉じ込み領域の容積増加終了時に、吸込室に連通するように形成されていてもよい。
液体は液化ガス燃料であってもよい。
液化ガス燃料はジメチルエーテルであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、一対のギヤに接するギヤ室形成壁の表面にＳ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝が形成されたギヤポンプにおいて、Ｓ側逃げ溝またはＤ側逃げ溝を介して、閉じ込み領域が吸込室または吐出室に連通されると共に、Ｓ側逃げ溝の幅がＤ側逃げ溝の幅よりも小さいことにより、閉じ込み領域内の圧力上昇が抑えられると共に、閉じ込み領域内の高圧の液化ガス燃料がＳ側逃げ溝に漏れにくくなるので、容積効率を低下せずに騒音を低下することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この実施の形態に係るギヤポンプの断面図を示す。ギヤポンプ１は、円柱状の空洞を内部に有する本体２と、この空洞を塞ぐように本体２の両側に設けられた一対の蓋板３ａ，３ｂとからなるハウジング６を備えている。この空洞の内部に一対のアルミ製のサイドプレート４，５を設けることにより、ハウジング６内にギヤ室１０が形成されている。ここで、サイドプレート４，５とハウジング６とは、ギヤ室形成壁を構成する。ギヤ室１０内には、互いに噛み合う駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２が設けられている。ギヤ室１０に連通するように、サイドプレート４には２つの軸孔４ａ，４ｂが形成され、サイドプレート５には２つの軸孔５ａ，５ｂが形成されている。軸孔４ａ，５ａに挿入されるように、駆動ギヤ１１の回転軸１３が設けられ、回転軸１３の一端は軸孔４ａ内部の蓋板３ａの近傍に位置すると共に、他端は駆動ギヤ１１の中心を貫通し、さらに蓋板３ｂを貫通することによってハウジング６の外部に延び、図示しないモータに接続されている。また、軸孔４ｂ，５ｂ内に収容されるように、従動ギヤ１２の回転軸１４が設けられ、回転軸１４は従動ギヤ１２の中心を貫通し、その両端がそれぞれ蓋板３ａ，３ｂの近傍に位置している。軸孔４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのそれぞれには、回転軸１３，１４を回転可能に支持するための軸受け２０，２１，２２，２３が設けられている。
【０００９】
図２に示されるように、吸込室３１及び吐出室３２がギヤ室１０に連通するように設けられている。サイドプレート４（図１参照）の駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２に接する表面４ｃ（図１参照）には、吸込室３１に連通するＳ側逃げ溝３３と、吐出室３２に連通するＤ側逃げ溝３４とが形成されている。Ｓ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４はそれぞれ、表面４ｃに対して約１ｍｍ程度窪むように形成され、それぞれの幅Ｗ１，Ｗ２は３ｍｍ及び８ｍｍである。すなわち、Ｓ側逃げ溝３３の幅Ｗ１は、Ｄ側逃げ溝３４の幅Ｗ２よりも小さい。
【００１０】
次に、この実施の形態に係るギヤポンプの動作について説明する。
図１に示されるように、回転軸１３が、図示しないモータによって回転される。すると、回転軸１３の回転と共に駆動ギヤ１１が回転する。駆動ギヤ１１が回転すると、駆動ギヤ１１と噛み合う従動ギヤ１２も回転し、これにより、回転軸１４が、従動ギヤ１２の回転と共に回転する。
【００１１】
このような動作で駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２が回転すると、ギヤポンプ１の外部から、液化ガス燃料であるＤＭＥが、吸込室３１を介してギヤ室１０内に流入する。ギヤ室１０内に流入したＤＭＥは、駆動ギヤ１１のギヤ歯２６及び従動ギヤ１２のギヤ歯２７の噛み合いが離れるときに、歯溝２８，２９に吸い込まれる。歯溝２８，２９に吸い込まれたＤＭＥは、駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２の回転に伴われて、ギヤ室１０の内周面に沿って吐出室３２側に運ばれる。歯溝２８，２９内のＤＭＥは、ギヤ歯２６及びギヤ歯２７の噛み合いによって押し出されることにより昇圧されて、吐出室３２を介してギヤポンプ１の外部へ流出される。
【００１２】
次に、ギヤ室１０内でのＤＭＥの流れについて説明する。
図２は、ある基準状態から、駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２がそれぞれ矢印Ａ及びＢの方向に１０°の角度（以下、回転角度と称する）だけ回転した状態を表している。駆動ギヤ１１と従動ギヤ１２との噛み合い部分に、サイドプレート４（図１参照）とギヤ歯２６及びギヤ歯２７とによる閉じ込み領域３５が形成されている。閉じ込み領域３５はＤ側逃げ溝３４に連通しており、Ｄ側逃げ溝３４を介して、閉じ込み領域３５と吐出室３２とが連通されている。尚、図示しないが、回転角度が６°のときに、ギヤ歯２６及びギヤ歯２７によって閉じ込み領域３５が形成され、このときに閉じ込み領域３５がＤ側逃げ溝３４に連通する。回転角度が６°から１０°に至るまでに、閉じ込み領域３５の容積が減少するが、Ｄ側逃げ溝３４を介して、閉じ込み領域３５内のＤＭＥの一部が吐出室３２に流出する。これにより、閉じ込み領域３５内の圧力が吐出室３２の圧力に維持されるので、閉じ込み領域３５内の圧力上昇が抑えられる。一方、Ｓ側逃げ溝３３は閉じ込み領域３５に連通していない。
【００１３】
駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２がそれぞれ、図２の状態から２°の角度だけ矢印Ａ及びＢの方向に回転して、回転角度が１２°となった状態を図３に示す。この状態では、閉じこみ領域３５の容積が最小となっている。この状態でも、Ｄ側逃げ溝３４が閉じ込み領域３５に連通しているので、閉じ込み領域３５内の圧力上昇が防止される。したがって、回転角度が６°から１２°に至る間、すなわち閉じ込み領域３５の容積が減少する間、Ｄ側逃げ溝３４が閉じ込み領域３５に連通していることにより、閉じ込み領域３５の容積の減少に伴い、閉じ込み領域３５内のＤＭＥの一部が吐出室３２に流出するので、閉じ込み領域３５内の圧力上昇が抑えられる。これにより、騒音の発生が低減される。尚、回転角度が１２°の状態でも、Ｓ側逃げ溝３３は閉じ込み領域３５に連通していない。しかし、Ｓ側逃げ溝３３の幅Ｗ１がＤ側逃げ溝３４の幅Ｗ２と同等であると、閉じ込み領域３５とＳ側逃げ溝３３との間のシール長が短くなるため、各ギヤ１１，１２とサイドプレート４，５との間のサイドクリアランスを介して、閉じ込み領域３５内の高圧流体がＳ側逃げ溝３３に漏れやすくなってしまい、ギヤポンプの容積効率が低下してしまうと共に、圧力の異なるＤＭＥの衝突により騒音が発生してしまう。本実施形態では、Ｓ側逃げ溝３３の幅Ｗ１がＤ側逃げ溝３４の幅Ｗ２より小さくされているため、上記のような問題は発生しない。
【００１４】
駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２がそれぞれ、図３の状態から２°の角度だけ矢印Ａ及びＢの方向に回転して、回転角度が１４°となった状態を図４に示す。回転角度が１２°から１４°に至るまでの間に閉じ込み領域３５とＤ側逃げ溝３４との連通は遮断され、回転角度が１４°の状態では、閉じ込み領域３５はＳ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４のいずれにも連通していない。すなわち、閉じ込み領域３５はＳ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４から隔離された状態となる。この状態で駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２のそれぞれが矢印Ａ及びＢの方向に回転して閉じ込み領域３５の容積が増加すると、閉じ込み領域３５内の圧力は低下してしまう。しかし、ＤＭＥは非常に粘度の低い流体であるため、閉じ込み領域３５内の圧力の低下に伴い、駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２とサイドプレート４との間のサイドクリアランスを介してＤＭＥが閉じ込み領域３５内へ流入する。これにより、閉じ込み領域３５内の圧力が吸込室３１の圧力以下になるような大きな圧力低下が抑えられるので、キャビテーションの発生が防止される。また、閉じ込み領域３５の容積が増加することにより容積内の圧力が下がっているため、閉じ込み領域３５とＳ側逃げ溝３３とがサイドクリアランスを介して連通したとしても、圧力の大きく異なるＤＭＥの衝突による騒音が発生することがない。
【００１５】
駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２がそれぞれ、図４の状態から４°の角度だけ矢印Ａ及びＢの方向に回転して、回転角度が１８°となった状態を図５に示す。回転角度が１４°から１８°に至るまでの間に閉じ込み領域３５の容積が増加して、回転角度１８°において閉じ込み領域３５の容積が最大となる。回転角度が１８°よりわずかにでも増加すると、ギヤ歯２６及びギヤ歯２７による噛み合いが解消されて、閉じ込み領域３５が消滅する。すなわち、回転角度１８°は閉じ込み領域３５の容積増加終了時であり、さらに言い換えれば、閉じ込み領域３５の消滅直前の状態を表している。このタイミングで、閉じ込み領域３５がＳ側逃げ溝３３に連通することにより、Ｓ側逃げ溝３３を介して、閉じ込み領域３５と吸込室３１とが連通される。したがって、回転角度が１２°から１８°に至るまでの間に閉じ込み領域３５内の圧力が吸込室３１の圧力よりも高い状態を維持しながら徐々に低下していき、閉じ込み領域３５の容積増加終了時に、閉じ込み領域３５内の圧力が吸込室３１の圧力と等しくなる。これにより、閉じ込み領域３５の容積が増加する間にキャビテーションの発生が防止される。
【００１６】
図６に、回転角度に対する閉じ込み領域３５の容積及び圧力の推移と、閉じ込み領域３５とＳ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４との連通関係の推移とを示す。回転角度６°において、閉じ込み領域３５が発生し、回転角度が６°から１２°までの間に閉じ込み領域３５の容積が低下する。この間、Ｄ側逃げ溝３４を介して閉じ込み領域３５と吐出室３２とが連通されることにより、閉じ込み領域３５の容積が減少しても、閉じ込み領域３５内の圧力が吐出室３２の圧力に維持されて圧力上昇が抑えられるので、ギヤポンプ１における騒音の発生を防止することができる。また、回転角度が１２°において閉じ込み領域３５の容積が最小になった後、回転角度の増加に伴い閉じ込み領域３５の容積が増加するが、ＤＭＥは非常に粘度が低いことにより、駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２とサイドプレート４との間のサイドクリアランスを介して閉じ込み領域３５にＤＭＥが流入するので、閉じ込み領域３５内の圧力が大きく低下することを抑えることができ、これによりキャビテーションの発生を防止することができる。さらに、Ｓ側逃げ溝３３の幅Ｗ１がＤ側逃げ溝３４の幅Ｗ２よりも小さいことにより、閉じ込み領域３５の容積が最小となる高圧状態において、閉じ込み領域３５内のＤＭＥがサイドクリアランスを介してＳ側逃げ溝３３に漏れにくくなるので、ギヤポンプ１の容積効率が低下すること及び圧力の大きく異なるＤＭＥが衝突することによる騒音の発生を防止することができる。
【００１７】
この実施の形態では、Ｓ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４をサイドプレート４の表面４ｃに形成したが、これに限定するものではない。サイドプレート５の駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２に接する表面５ｃに、Ｓ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝を形成してもよく、表面４ｃ及び５ｃの両方に、Ｓ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝形成してもよい。表面４ｃ及び５ｃの両方にＳ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝を形成した場合は、表面４ｃまたは５ｃのいずれか一方に偏った荷重が働いて摩耗するのを防止することができる。
また、この実施の形態では、ギヤ室形成壁がサイドプレート４，５とハウジング６とから構成されていたが、サイドプレート４，５を必ずしも含まなくてもよい。サイドプレートがない場合には、対向配置される２つのハウジングによってギヤ室が形成されるため、この２つのハウジングがギヤ室形成壁を構成する。この２つのハウジングがギヤ室形成壁を構成する場合には、この２つのハウジングの少なくとも一方であって、ギヤに接する表面にＳ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝を形成することになる。
【００１８】
この実施の形態では、回転角度が６°の状態から、回転角度が１２°及び１４°の間の状態まで、閉じ込み領域３５とＤ側逃げ溝３４を連通するようにしたが、この範囲に限定するものではない。閉じ込み領域３５の容積が減少を開始した後、少なくとも閉じ込み領域３５の容積が最小となるまで、閉じ込み領域３５とＤ側逃げ溝３４を連通するようにすれば、閉じ込み領域３５内の圧力上昇を抑えることができる。
【００１９】
この実施の形態では、液化ガス燃料としてＤＭＥを使用したが、これに限定するものではない。ＤＭＥの粘度は、２０℃で０．１２〜０．１５ｍＰａ・ｓ程度、すなわち水の粘度の１０〜１５％程度であり、ＤＭＥの粘度と同程度またはそれ以下の粘度を有する液体であればどのようなものを使用してもよい。このような液体としては、常温では普通気体であるが単に圧縮するだけで液体となる、いわゆる液化ガスとよばれる物質が相当する。液化ガスとしては、ＤＭＥの他に、二酸化硫黄、塩素、アンモニア、プロパン等が該当し、この発明の液化ガス燃料としては、このような物質も使用することができる。また、液体として、Ｒ１３４ａの液冷媒を昇圧するポンプに本発明を適用することも可能である。
【００２０】
この実施の形態では、Ｓ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４の幅Ｗ１，Ｗ２をそれぞれ３ｍｍ及び８ｍｍとし、それらの深さを約１ｍｍ程度にしたが、これはこの実施の形態に係るギヤポンプ１の場合に限定するものであり、他のギヤポンプについて当てはまるものではない。任意のギヤポンプについては、Ｄ側逃げ溝よりもＳ側逃げ溝のほうが狭い幅を有するようにし、最適な深さの溝を適宜設計することができる。尚、ギヤポンプ１において、Ｓ側逃げ溝３３とＤ側逃げ溝３４との間の距離が短すぎると、駆動ギヤ１１及び従動ギヤ１２とサイドプレート４との間のサイドクリアランスを介してＳ側逃げ溝３３とＤ側逃げ溝３４とが短絡しやすくなるので、この距離はできるだけ長く設定することが好ましい。したがって、Ｓ側逃げ溝３３及びＤ側逃げ溝３４が閉じ込み領域３５に連通する回転角度については、それぞれの幅を調整することにより決定することができ、このようにして決定した幅が、Ｓ側逃げ溝３３では３ｍｍであり、Ｄ側逃げ溝３４では８ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態に係るギヤポンプの断面図である。
【図２】回転角度が１０°のときのギヤの噛み合いを示す平面図である。
【図３】回転角度が１２°のときのギヤの噛み合いを示す平面図である。
【図４】回転角度が１４°のときのギヤの噛み合いを示す平面図である。
【図５】回転角度が１８°のときのギヤの噛み合いを示す平面図である。
【図６】この実施の形態に係るギヤポンプにおいて、回転角度に対する閉じ込み領域の容積及び圧力の推移と、閉じ込み領域とＳ側逃げ溝及びＤ側逃げ溝との連通関係の推移とを示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ギヤポンプ、４，５  サイドプレート（ギヤ室形成壁）、４ｃ，５ｃ  （サイドプレート４，５の）表面、６  ハウジング（ギヤ室形成壁）、１０  ギヤ室、１１  駆動ギヤ（一対のギヤ）、１２  従動ギヤ（一対のギヤ）、３１  吸込室、３２  吐出室、３３  Ｓ側逃げ溝、３４  Ｄ側逃げ溝、３５  閉じ込み領域。
【図１】
2007315238.tif 000003
【図２】
2007315238.tif 000004
【図３】
2007315238.tif 000005
【図４】
2007315238.tif 000006
【図５】
2007315238.tif 000007
【図６】
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