(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプまたはモータとして使用可能な回転歯車装置において、
入口及び出口を有し、第１及び第２の回転軸を有する第１及び第２の歯車空間を回転歯車装置の後端部にあるエンドキャップと共に画定するハウジングと、
第１及び第２の歯車空間内にそれぞれ第１及び第２の回転軸を中心として回転自在に配設され、それらの歯が噛み合っている第１及び第２の歯車と、
噛み合っている歯の一方の側にあって入口と流体連通関係にある入口チェンバと、
噛み合っている歯の他方の側にあって出口と流体連通関係にある出口チェンバと、
回転歯車装置の前端部の方にあって、第１の歯車と作動的に結合したシャフト手段と、
ハウジングに対してシャフト手段を回転自在に支持する手段とより成り、
シャフト手段が回転すると第１及び第２の歯車が回転し、また第１及び第２の歯車が回転するとシャフト手段が回転し、
第１及び第２の歯車はそれぞれ歯車部分と、歯車部分の軸方向前方側に設けた円筒状部分とより成り、
ハウジングはそれぞれ第１及び第２の回転軸を中心として同心的に形成した円筒状の第１及び第２の内側案内表面を画定し、
第１及び第２の内側案内表面はそれぞれ第１及び第２の歯車の円筒状部分を受容してそれらを回転自在に支持する軸受として働き、
各円筒状部分とその関連の内側案内表面との係合は第１及び第２の歯車に対して歯車部分の軸方向後方側の支持を不要にする実質的に唯一の軸受支持を与え、
ハウジングは第１の回転軸を中心として同心的に形成した円筒状の第３の内側案内表面を画定し、第１の内側案内表面は軸方向において第１の歯車空間と第３の内側案内表面との間に位置し、
シャフト手段はシャフト部分と、シャフト部分の軸方向後方側に設けられシャフト部分より大きな直径を有する円筒状部分とより成り、
第３の内側案内表面は、シャフト手段の円筒状部分を受容して該円筒状部分を回転自在に支持する軸受として働くことにより、シャフト手段にかかる横方向の荷重をシャフト手段の円筒状部分との間で吸収して第１の歯車に伝達されないようにすることを特徴とする回転歯車装置。
【請求項２】
第１の歯車の円筒状部分は内側に１組のスプラインを形成した中央開口を有し、シャフト手段は内側のスプラインと係合する１組の外側スプラインを円筒状部分の軸方向後方側に備えており、内側と外側のスプラインが係合することによりシャフト手段と第１の歯車とが作動的に結合されることを特徴とする請求項１の回転歯車装置。
【請求項３】
第１及び第２の歯車は実質的に同一であり、交換可能なことを特徴とする請求項２に記載の回転歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポンプまたはモータのような流体圧力装置に関し、さらに詳細には流体圧力により作動される回転歯車装置に関する。
【０００２】
本発明は種々の歯車要素を有する流体圧力装置に利用可能であるが、特に外歯車形装置に用いると有利であるため、かかる装置との関連で説明する。
【０００３】
本発明はモータとして使用される流体圧力装置に利用すると有利であるが、ポンプとして使用される装置への使用にも適しており、かかる装置との関連で説明する。
【０００４】
【従来の技術】
米国特許第３，７１３，７５９号は典型的な従来型外歯車ポンプを開示している。この従来型外歯車ポンプは通常、それぞれ別のシャフトに固定され噛み合った状態の一対のすぐば平歯車を具備している。各シャフトの前端部はハウジングにより画定されるジャーナル開口内に支承され、またその後端部はエンドキャップにより画定されるジャーナル開口内に支承されている。ハウジングとエンドキャップの間で噛み合っている歯車を別のハウジング部材が囲む。複数のボルトがこれら２つのハウジングとエンドキャップを緊密な封止係合関係に保持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来型歯車ポンプでは、シャフトの互いに反対の軸方向端部を支承するハウジング及びエンドキャップ内のジャーナル開口を可能な限り同心（同軸）関係に近付けることが重要である。かかる同心関係を実現するには通常、ハウジング及びエンドキャップに設けた孔部に複数の整列ピン（例えば、ダウエルピン）を嵌合させる。当業者によく知られているように、同心・整列関係を改善する目的を達成するためには、ピン嵌合用孔部のサイズとその相対的位置関係を非常に正確に維持する必要がある。さらに、ピン嵌合用孔部をピンのサイズに関して非常に正確な寸法公差内に機械加工する必要がある。かかる構成の装置だと、普通の歯車ポンプと比較して機械加工が実質的に複雑でありコストも高い。
【０００６】
上述の従来型構成では、各シャフトの一端（後端部）がエンドキャップ内に延びるため、エンドキャップの軸方向の厚さが過大になり、実質的な機械加工が必要であって、必要な材料の量により比較的重量がかさみ、また必要とされる機械加工によりコストも比較的高くなる。
【０００７】
上述したような従来型歯車ポンプの別の難点は、入力シャフトの種類、長さ及び直径のような項目に関して、またポンプの回転方向について、現場で変更するのが極めて難かしいことである。また、市販の従来型歯車ポンプでは標準形ポンプ（ポンプ要素が１つ）に別のポンプ部分を付加することによってタンデム形ポンプに変換することは経済的に得策でない。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明の目的は、典型的な従来型回転歯車装置の上記欠点を克服しポンプまたはモータとして利用可能な改良型回転歯車装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の改良型回転歯車装置の特徴は、互いに同心的でなければならない全ての主表面が単一のハウジングにより画定されるため上述したような高コストの従来型整列方式に頼る必要がないことである。
【００１０】
本発明の改良型回転歯車装置の他の特徴は、入力シャフトの直径及び長さ、入力シャフトが受け得る横方向の荷重及び装置の回転方向に関して大きな柔軟性が得られることである。
【００１１】
本発明の改良型回転歯車装置のさらに別の特徴は、第２のポンプ部分を付加して行う標準型ポンプからタンデムポンプへの変換が極めて容易であり、タンデムポンプ組立体が全体的に従来型タンデムポンプに比して実質的にコンパクトで単純且つ低コストであることである。
【００１２】
本発明の改良型回転歯車装置のさらに別の特徴は、タンデムポンプへの変換が標準型ポンプを完全に分解することなしに現場でも可能なことである。
【００１３】
本発明の上記目的は、ポンプまたはモータとして使用可能な回転歯車装置において、入口及び出口を有し、第１及び第２の回転軸を有する第１及び第２の歯車空間を回転歯車装置の後端部にあるエンドキャップと共に画定するハウジングと、第１及び第２の歯車空間内にそれぞれ第１及び第２の回転軸を中心として回転自在に配設され、それらの歯が噛み合っている第１及び第２の歯車と、噛み合っている歯の一方の側にあって入口と流体連通関係にある入口チェンバと、噛み合っている歯の他方の側にあって出口と流体連通関係にある出口チェンバと、回転歯車装置の前端部の方にあって、第１の歯車と作動的に結合したシャフト手段と、ハウジングに対してシャフト手段を回転自在に支持する手段とより成り、シャフト手段が回転すると第１及び第２の歯車が回転し、また第１及び第２の歯車が回転するとシャフト手段が回転し、第１及び第２の歯車はそれぞれ歯車部分と、歯車部分の軸方向前方側に設けた円筒状部分とより成り、ハウジングはそれぞれ第１及び第２の回転軸を中心として同心的に形成した円筒状の第１及び第２の内側案内表面を画定し、第１及び第２の内側案内表面はそれぞれ第１及び第２の歯車の円筒状部分を受容してそれらを回転自在に支持する軸受として働き、各円筒状部分とその関連の内側案内表面との係合は第１及び第２の歯車に対して歯車部分の軸方向後方側の支持を不要にする実質的に唯一の軸受支持を与え、ハウジングは第１の回転軸を中心として同心的に形成した円筒状の第３の内側案内表面を画定し、第１の内側案内表面は軸方向において第１の歯車空間と第３の内側案内表面との間に位置し、シャフト手段はシャフト部分と、シャフト部分の軸方向後方側に設けた円筒状部分とより成り、シャフト手段の円筒状部分はシャフト部分より大きな直径を有し、第３の内側案内表面は、シャフト手段の円筒状部分を受容して該円筒状部分を回転自在に支持する軸受として働くことにより、シャフト手段にかかる横方向の荷重をシャフト手段の円筒状部分との間で吸収して第１の歯車に伝達されないようにすることを特徴とする回転歯車装置により達成される。
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に説明する。
【００１６】
【実施例】
本発明を限定する意図のない図面を参照して、図１は本発明に従って製造した歯車ポンプ１１の軸方向断面図である。歯車ポンプ１１はエンドキャップ１３、歯車ハウジング１５、案内ハウジング１７を含む複数の構成要素より成る。特許請求の範囲を含む本明細書において使用された用語「ハウジング」は歯車ハウジング１５と案内ハウジング１７の両方を含む。エンドキャップ１３、歯車ハウジング１５及び案内ハウジング１７は複数のボルト１９により緊密な封止係合関係に保持してある。図１にはこれらのボルトのうち２個だけを示したが、図２及び３には４個のボルト全てを示した。
【００１７】
案内ハウジング１７の前端部（図１で右端）にフランジ部材２１を固着する。このフランジ部材は、当業者によく知られているように歯車ポンプ１１をそれと連携させる構造体に装着するためよく使用する。入力シャフト２３がフランジ部材２１に形成した開口を貫通しているが、この入力シャフト２３はこの装置をモータとして使用する場合出力シャフトを構成することが分かる。
【００１８】
主として図１及び２を参照すると、歯車ハウジング１５内に画定されたほぼ８の字形の歯車チェンバ２５内に駆動歯車２７と被駆動歯車２９が回転自在に設けられていることが分かる。この実施例の駆動歯車２７と被駆動歯車２９はすぐば平歯車であり、それらの歯はインボリュート歯である。さらに、この実施例の駆動歯車２７と被駆動歯車２９とはそれぞれ１５個の歯をもつため、総括的に３１で示す歯車の噛み合い部分のフローリップルが小さく、流体により運ばれる噛み合い部分３１の作動ノイズが低い。
【００１９】
駆動歯車２７と被駆動歯車２９の後端部（図１の左端）に隣接して平衡プレート３３がある。歯車タイプの圧力作動装置（ポンプまたはモータ）の殆どは、ある種の圧力平衡機構を歯車セットに隣接して設けることが重要である。しかしながら、かかる平衡プレートは当業者によく知られている。平衡プレート３３の特定の形状は本発明の本質的部分を構成しないため、この平衡プレート３３はさらに詳細に図示説明しない。
【００２０】
本発明の本質的部分ではないが、エンドキャップ１３と案内ハウジング１７は鋳鉄材で形成するのが好ましく、また歯車ハウジング１５はアルミニウムのダイカストより成るのが好ましい。また、後で明らかになる理由により、駆動歯車２７と被駆動歯車２９は粉末金属部材で形成するのが好ましい。
【００２１】
図１と共に図２及び３を参照すると、駆動歯車２７と被駆動歯車２９を実質的に同じものに形成してもよく、そうした場合製造工程のおいて駆動歯車２７と被駆動歯車２９は実際に同一の部品番号をもつため在庫管理及び組立工程が単純化されることが分かる。しかしながら、説明の明確化のため、駆動歯車２７と被駆動歯車２９はあたかもそれらが異なる部品であるものとして説明する。これら駆動歯車２７及び被駆動歯車２９は共に内側に１組のスプライン３５を備えている。図１から最もよく分かるように、被駆動歯車２９の内側のスプライン３５は実際は余分なものであるが、駆動歯車２７と被駆動歯車２９を同一部品として粉末金属により形成した場合、この内側スプライン３５は本質的にコスト零である。その場合、駆動歯車２７と被駆動歯車２９とが同一であることによる製造上の経済性により、後に半分の歯車のスプラインだけが利用されるとしても各歯車の内側に１組のスプラインを設けることが正当化される。
【００２２】
主として図１及び３を参照して、駆動歯車２７は一体的な円筒状部分３７を有し、また同様に被駆動歯車２９は一体的な円筒状部分３９を有する。案内ハウジング１７はこの円筒状部分３７と嵌合してそれを案内する円筒状の案内表面４１を有し、また同様に円筒状部分３９と嵌合してそれを案内する円筒状の案内表面４３を有する。円筒状部分３７の前端部近傍には環状のスラスト軸受４５を設け、また同様に、円筒状部分３９の前端部近傍には環状のスラスト軸受４７を設けてある。スラスト軸受４５は入力シャフト２３があるため環状で中央開口を具備する必要があるが、スラスト軸受４７は中実の円形部材でもよく、またスラスト軸受４５と同じものでもよい。いずれの場合でも、スラスト軸受４５と４７は共に軸受用青銅材か、ポリテトラフルオロエチレンを被覆した軸受鋼、あるいは他の機能的に等価な材料により構成するのが好ましい。
【００２３】
再び主として図１を参照すると、総括的に参照番号２３で示す入力シャフトは後方のスプライン付き部分４９と、円筒状の軸受表面５２を有する中央軸受部分５１と、シャフト部分５３を囲んでフランジ部材２１と中央軸受部分５１との間で軸方向に配置されスラスト軸受により囲まれたシャフト前端部５３とより成る。図１に示すように、これらの部分４９、５１及び５３はそれぞれ異なる直径をもつ１つの一体的部品として形成するのが好ましい。スプライン付き部分４９と駆動歯車２７の内側スプライン３５とに普通のスプライン嵌合部を形成させてもよいが、好ましくはこのスプライン付き部分４９と内側スプライン３５との間に実質的な大きさのバックラッシュが存在しないようにする必要がある。
【００２４】
案内ハウジング１７は円筒状の案内表面５５を有し、その内部に入力シャフトの中央軸受部分５１が配設してある。入力シャフトの軸受表面５２と案内ハウジング１７の案内表面５５の間にジャーナル軸受嵌合関係が存在するのが好ましい。同様に、駆動歯車２７の円筒状部分３７と案内ハウジング１７の案内表面４１の間に、また被駆動歯車２９の円筒状部分３９と案内ハウジング１７の案内表面４３の間にもジャーナル軸受嵌合関係が存在するのが好ましい。当業者によく知られているように、しかしながら一例を示すだけであるが、ジャーナル軸受嵌合関係は案内表面と円筒状部分の間の直径方向の隙間が約０．００５０ｍｍ乃至約０．０２５４ｍｍ（０．０００２インチ乃至０．００１０インチ）であるというように理解するのが普通である。当業者に明らかなように、上述した種々のジャーナル軸受嵌合関係のある箇所では潤滑を行う必要があり、実際、歯車ポンプに良好な性能を発揮させ充分な耐久性をもたせるためにはこれは本質的なことである。しかしながら、適当な潤滑を行う何等かの手段を提供することは当業者の能力の範囲内であり、使用する特定の潤滑構成は本発明の本質的特徴を構成しないものと考えられる。
【００２５】
本発明の重要な特徴の１つは、歯車ポンプの設計が入力シャフト２３に関して実質的に大きい柔軟性を与えるようになっていることである。例えば、入力シャフト２３が駆動歯車２７とは別体であって、スプライン付き部分４９と内側スプライン３５とにより駆動歯車２７へトルクを伝達する構成のため、シャフト前端部５３の直径は歯車のサイズにより制限されない。ＳＡＥ規格の「Ａ」マウントの普通の歯車ポンプの入力シャフトは歯車サイズによる制限のためその直径が１．９０５ｃｍ乃至２．２２２ｃｍ（３／４乃至７／８インチ）である。しかしながら、この実施例のシャフト部分５３の直径はほぼ２．５４ｃｍ（１インチ）であり、図１から分かるように所望ならその直径をさらに増大できる。
【００２６】
本発明ではより大きな直径を有するシャフト前端部５３の使用が可能なため、この実施例には、「Ｈ」モータの表示で市販されているジェロータ・モータ（ｇｅｒｏｔｏｒ  ｍｏｔｏｒ）と共に本出願人が既に商業生産しているフランジ部材２１が含まれる。その市販のフランジ部材は直径２．５４ｃｍ（１インチ）のシャフト用であるが、２個のボルトあるいは４個のボルトのものがあり、液圧製品の多くの流通業者を通して容易に手に入れることが可能である。
【００２７】
さらに、本発明が提供する柔軟性を説明すると、現場で入力シャフト２３を異なる直径あるいは異なる長さのシャフトと交換する場合、フランジ部材２１を取り外し、入力シャフトを案内ハウジング１７から引き出してそのスプライン部分４９を内側スプライン３５から離脱させるだけでよい。その後、代わりの入力シャフトを装着し、適当な、あるいは対応のフランジ部材をボルトで定位置に固着して装置の変更を完了する。当業者によく知られているように、上述の米国特許第３，７１３，７５９号に示されるようなタイプの歯車ポンプをこのように変更することは、その入力シャフトが駆動歯車に通常圧力ばめされるため不可能である。歯車を入力シャフトから取り外すには最初にポンプ全体を分解しなければならいない。
【００２８】
主として図２及び３を参照して、案内ハウジング１７は入口５７と出口５９とを有する。入口５７は入口チェンバ６１と連通し、出口５９は出口チェンバ６３と連通する。入口チェンバ６１と出口チェンバ６３は共に図２及び３に図示してある。入力シャフト２３が時計方向に回転して駆動歯車２７を時計方向に回転させると、被駆動歯車２９は図２及び３の矢印で示す反時計方向に回転する。駆動歯車２７と被駆動歯車２９の歯は入口チェンバ６１から歯車チェンバ２５の周りを通って出口チェンバ６３へ、さらに出口５９へ流体を運ぶ。
【００２９】
再び図１を参照すると、駆動歯車２７は回転軸Ａ１を、被駆動歯車２９は回転軸Ａ２を、また、入力シャフト２３は回転軸Ａ３を有することが分かる。これら３つの回転軸は互いに平行であることを意図されており、回転軸Ａ１とＡ３は同一線上にあるのが好ましい。もっとも、これは本発明の本質的要件ではないことは明らかである。これら種々の要素を整列させるにあたり重要な３つの案内表面４１、４３及び５５はそれぞれ回転軸Ａ１、Ａ２及びＡ３を中心とする同心関係にあるように意図されている。本発明の重要な特徴のひとつは、３つの案内表面４１、４３、５５が全て単一の要素（案内ハウジング１７）内に形成されるため、これら３つの案内表面をほぼ完全な同心・整列関係に維持するための機械加工が格段に容易であり且つ低コストで行えることである。さらに、これらの案内表面は全て互いに近い所にあり、従来型歯車ポンプのように案内表面が歯車セットの軸方向両側にあって実質的に大きな軸方向距離をもつものではない。従って、本発明の利点のひとつは、従来型歯車ポンプにおいて種々のハウジング要素を整列させるに通常必要とされるダウエルピンと、それらのハウジング要素に同心的に形成しなければならない孔部とが不要になったことである。
【００３０】
本発明の歯車ポンプでは、入力シャフト２３にかかる横方向の荷重が中央軸受部分５１の軸受表面５２と案内表面５５との間で吸収され、従来型歯車ポンプのように歯車に伝達されない。その結果、本発明の製品の開発に関連して、歯車のたわみ（即ち、図２の平面における変位量）は従来型歯車ポンプに比べて小さいことが判明している。換言すれば、駆動歯車２７と被駆動歯車２９は片持ちばり式に装着・支持される（即ち、一方の端部だけで支持される）のであるが、本明細書の従来技術の部分で説明したように歯車のシャフトが軸方向の両端部で支持されるが異なる部材のジャーナル開口内で支持されるため不整合状態に陥りやすい従来型歯車ポンプに通常起こるたわみと比べて駆動歯車２７と被駆動歯車２９のたわみは小さい。
【００３１】
【変形例】
駆動歯車２７と被駆動歯車２９がそれぞれ一体的な円筒形部分３７、３９を持つように形成されるとして図示したが、本発明はそれに限定されない。変形例として、各歯車とその円筒状部分とが全体的に片持ちばり式に支持される限り、これらを２つの別個の部材に構成することが可能であろう。例えば、内側スプライン３５を有する粉末金属製の歯車と中空のスチール製シャフトを用い、そのシャフトを粉末合金製歯車に圧力ばめすることができる。この変形例の１つの利点は、スチール製シャフトと鋳鉄製案内ハウジング１７との間に良好なジャーナル軸受関係を得る可能性があることである。
【００３２】
本発明にとって可能な別な変形例ではさらに別の利点が得られる。ユーザーにとって、タンデムポンプ装置、即ち入口は１つであるが２つの別個の出口を有するポンプが欲しい場合が多くある。典型的なタンデムポンプは各出口がそれぞれ別のポンプ要素に接続されている。本発明は、従来型歯車ポンプのように歯車の軸方向両端部において歯車シャフトを支持する必要がないためタンデムポンプを提供するのに特に好適である。
【００３３】
本発明の歯車ポンプでは、図１のポンプをタンデムポンプに変換するにあたり必要なことは、エンドキャップ１３とボルト１９を取り外し、駆動歯車２７の内側スプライン３５と係合する外側スプライン付きアダプタを付加するだけである。続いて、短い案内ハウジングを装着した後、歯車ハウジングと２つの歯車（駆動歯車２７及び被駆動歯車２９と同一であってもよい）を取り付ける。最後に、別の平衡プレート３３を取り付け、エンドキャップ１３を元の位置に戻した後、最初のボルト１９を実質的に長いボルトと交換する。当業者は、単一要素のポンプからタンデムポンプへのこのような変換が典型的な従来型歯車ポンプでは、特に現場では事実上不可能であることが分かるであろう。
【００３４】
以上本発明を詳細に説明したが、当業者は本明細書を読み理解すると本発明には種々の変形例及び設計変更が可能なことが分かるであろう。かかる変形例及び設計変更はそれらが頭書した特許請求の範囲内に含まれるかぎり本発明に包含されるものと意図されている。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による改良型歯車ポンプの軸方向断面図。
【図２】図１の線２−２に沿うほぼ同一スケールによる横方向断面図。
【図３】図１の線３−３に沿うほぼ同一スケールによる横方向断面図である。
【符号の説明】
１１  歯車ポンプ
１３  エンドキャップ
１５  歯車ハウジング
１７  案内ハウジング
１９  ボルト
２１  フランジ部材
２３  入力シャフト
２５  歯車チェンバ
２７  駆動歯車
２９  被駆動歯車
３１  歯車噛み合い部分
３３  平衡プレート
３５  内側スプライン
３７、３９  円筒部分
４１、４３  案内表面
４５、４７  スラスト軸受
４９  スプライン部分
５１  中央軸受部分
５２  軸受表面
５３  シャフト前端部
５５  案内表面
【図１】
0004001941.tif 000002
【図２】
0004001941.tif 000003
【図３】
0004001941.tif 000004