(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポートおよび吐出ポートを連通する流体の流路が形成されるハウジングと、
ハウジング内に設けられる回転軸と、
アモルファスカーボンから成り、流体の流路に露出してハウジングに設けられ、回転軸を回転自在に支持する滑り軸受部材と、
回転軸を回転駆動するための駆動手段と、
回転軸に連結され、流体を吐出するためのポンプ本体とを含み、
駆動手段は、流体の流路に嵌まり込んで回転軸に設けられるロータ、およびハウジングの外部にロータを外囲して設けられるステータとを有し、
ポンプ本体は、トロコイドギヤポンプであり、流体の流路の中途部に介在され、そのインナーギヤおよびアウターギヤがアモルファスカーボンから成ることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
滑り軸受部材と回転軸との半径方向の隙間が０．７５μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
滑り軸受部材は、ポンプ本体より流路を流れる流体の流下方向上流側に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸などの可動部材を変位自在に支持する部材を備えるポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工衛星および宇宙ステーションなどの宇宙機をはじめ、宇宙空間で用いられる機器は、各種の駆動機構を有しており、これらの駆動機構には、転がり軸受装置、ボールねじ装置およびリニアガイド装置などの可動部材を変位自在に支持する装置が用いられている。地球上で用いられるこれらの装置では、潤滑剤としてふっ素グリースが用いられるが、宇宙空間では蒸発して各種機器の汚損および放射線による分解が原因となって用いることができないので、宇宙空間で用いられる機器の支持装置では、トルクが低く安定性のある二酸化モリブデン、鉛または銀が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように宇宙空間で用いられる機器、特に人口衛星および宇宙ステーションなどの長期にわたって用いられる機器は、部品の交換が極めて困難であり、高い耐久性が要求され、このような機器に設けられる可動部材を支持する装置は、故障を少なくするために構成を簡単にすることが望まれ、また経年変化による性能低下を防ぐために潤滑剤が不要な構成が望まれる。
【０００５】
また本発明の目的は、簡単な構成であり、かつ潤滑剤が不要な回転軸を支持する軸受構造体を備えるポンプ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、吸入ポートおよび吐出ポートを連通する流体の流路が形成されるハウジングと、
ハウジング内に設けられる回転軸と、
アモルファスカーボンから成り、流体の流路に露出してハウジングに設けられ、回転軸を回転自在に支持する滑り軸受部材と、
回転軸を回転駆動するための駆動手段と、
回転軸に連結され、流体を吐出するためのポンプ本体とを含み、
駆動手段は、流体の流路に嵌まり込んで回転軸に設けられるロータ、およびハウジングの外部にロータを外囲して設けられるステータとを有し、
ポンプ本体は、トロコイドギヤポンプであり、流体の流路の中途部に介在され、そのインナーギヤおよびアウターギヤがアモルファスカーボンから成ることを特徴とするポンプ装置である。
【０００９】
本発明に従えば、駆動手段によって回転軸を駆動し、回転軸に連結されるポンプ本体を駆動して流体を吐出することができる。回転軸は、滑り軸受部材を有する軸受装置によって回転自在に支持される。滑り軸受部材は、アモスファスカーボンから成り、流路に露出してハウジングに設けられている。アモルファスカーボンは、耐摩耗性が高く、かつ流体の種類に関わらず潤滑剤として利用することができる。このアモルファスカーボンから成る滑り軸受部材を用いることによって、流路を流れる流体を潤滑剤として用いることができ、回転軸と滑り軸受部材との間に介在させることによって、回転軸に対して円滑に摺動して、回転軸を円滑に回転できるように支持することができる。したがって簡単な構成で、かつ流体を潤滑剤として使用する回転軸を支持する軸受装置を得ることができ、ポンプ装置の耐久性を高くすることができる。
【００１１】
また本発明に従えば、駆動手段によって回転軸を駆動し、回転軸に連結されるポンプ本体を駆動して、吸入ポートから吸入した流体を、流路を流下させて吐出ポートから吐出することができる。回転軸は、滑り軸受部材を有する軸受装置によって回転自在に支持される。滑り軸受部材は、アモスファスカーボンから成り、流路に露出してハウジングに設けられている。またポンプ本体は、トロコイドギヤポンプであり、流体の流路の中途部に介在され、そのインナーギヤおよびアウターギヤがアモルファスカーボンから成る。アモルファスカーボンは、耐摩耗性が高くかつ流体の種類に関わらず潤滑剤として利用することができる。このアモルファスカーボンから成る滑り軸受部材、インナーギヤおよびアウターギヤを用いることによって、流体を潤滑剤として用いることができる。これによってすべり軸受部材は、回転軸との間に流体が介在させて、回転軸を円滑に摺動させることができ、インナーギヤとアウターギヤとの間に流体を介在させることによって、インナーギヤとアウターギヤとを円滑に摺動させることができる。したがって簡単な構成で、かつ流体を潤滑剤として使用する回転軸を支持するポンプ装置を得ることができ、ポンプ装置の耐久性を高くすることができる。
【００１２】
さらに回転軸、滑り軸受部材およびロータが流体の流路に嵌まり込んでおり、こららの回転軸、滑り軸受部材およびロータを冷却することができ、ポンプの安定した性能を維持することができる。アモルファスカーボンは、高い耐薬品性を有しているので、このように流体の流路に嵌まり込む構成としても損傷することがない。このように回転軸、滑り軸受部材およびロータが流体の流路に設ける構成とすることによって、ポンプ装置全体の流体の漏れに対するシール特性を良好にできるうえ、シール構造も簡単にでき、ポンプ装置を小形にすることができる。
【００１３】
さらに滑り軸受部材を流路に嵌まり込むように設け、トロコイドギヤポンプを流路の中途部に介在されることによって、流体を滑り軸受部材と回転軸との間、およびインナーギヤとアウターギヤとの間に浸入させることができる。滑り軸受部材、インナーギヤおよびアウターギヤをアモルファスカーボンによって形成することによって、流体の種類に拘わらず、滑り軸受部材と回転軸との間、およびインナーギヤとアウターギヤとの間に浸入した流体を、良好な潤滑剤として利用することができる。したがって流体を潤滑剤として介在させた状態の滑り軸受部材と回転軸との間の摩擦係数を、潤滑剤を用いない場合に比べて格段に小さくし、さらに円滑な回転軸の回転を達成することができる。
請求項２記載の本発明は、滑り軸受部材と回転軸との半径方向の隙間が０．７５μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする。
本発明に従えば、滑り軸受部材と回転軸との間の隙間が０．７５μｍ以上２μｍ以下に選ばれ、毛細管現象によって、流路の流体がこの隙間に侵入する。これによって滑り軸受部材と回転軸との間に流体を侵入させ、介在させることができ、流体を潤滑剤として回転軸に対して円滑に摺動して、回転軸を円滑に回転できるように支持することができる。
請求項３記載の本発明は、滑り軸受部材は、ポンプ本体より流路を流れる流体の流下方向上流側に配設されていることを特徴とする。
本発明に従えば、滑り軸受部材は、ポンプ本体よりも流体の流下方向上流側にあり、ポンプ本体によって圧縮される前の状態で、滑り軸受部材を冷却することができ、安定した良好な冷却効果が得られる。
本発明のポンプ装置は、宇宙空間で使用してもよい。
このような構成に従えば、磨耗度が小さく、長期にわたって用いても、磨耗粉が出て、流体を汚損したり、寸法が変化したりすることがなく、メンテナンス無しで、長期にわたって、円滑な安定した回転を実現することができる。したがって部品交換などのメンテナンスが困難な宇宙空間で用いられる機器に好適に搭載することができ、耐久性を高くすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のポンプ装置１を示す断面図であり、図２は、図１の上方からポンプ装置１を見て示す断面図であり、図３は、図１の左方からポンプ装置１を見て示す左側面図であり、図４は、図１の右方からポンプ装置１を見て示す右側面図である。ポンプ装置１は、人工衛星および宇宙ステーションなどの宇宙機をはじめ、成層圏外の宇宙空間で用いられる機器に搭載され、機器に搭載される他の装置などとの間で熱交換をして冷却するための冷媒を、循環させるための装置である。ポンプ装置１は、冷媒の流路２が形成されるハウジング３と、ハウジング３内に設けられる回転軸４と、回転軸４を回転自在に支持する滑り軸受部材５を有する軸受構造体６と、ロータ７およびステータ８を有するモータ９と、回転軸４に連結されるポンプ本体１０とを含む。冷媒には、地球環境保全のために、フロンガスを用いずに、液体アンモニアが用いられる。
【００１５】
ハウジング３は、図５および図６に示す筒部材１１と、図７、図８、図９および図１０に示すポンプ室形成部材１２と、図１１、図１２および図１３に示す吸入ポート形成部材１３と、図１４および図１５に示す吐出ポート形成部材１４とが、組付けられて構成される。筒部材１１は、薄肉円筒状であり、軸線方向両端部１５，１６には、周方向に間隔をあけて複数、たとえば３つの透孔１７，１８がそれぞれ形成されている。
【００１６】
ポンプ室形成部材１２には、軸線方向一端部１９に、軸線方向に開放する嵌合凹所２０が形成され、この嵌合凹所２０に軸線方向他端部２１側で連なる内周面形状が円筒状のポンプ室２２が形成される。嵌合凹所２０は、ポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２と同軸であり、ポンプ室２２は、嵌合凹所２０よりも小径であって、ポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２からずれて偏心して形成される。
【００１７】
またポンプ室形成部材１２には、軸線方向他端部２１に、軸線方向に開放する軸受凹所２３が、ポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２と同軸に形成され、さらにポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２に沿って貫通し、ポンプ室２２と軸受凹所２３とを連ねる軸挿通孔２４が形成される。さらにポンプ室形成部材１２には、ポンプ室２２に軸線方向他端部２１側で連なる入側ポンプポート２５が形成され、さらにポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２からずれ、その軸線Ｌ１２と平行に貫通する入側ポンプ通路２６が形成される。入側ポンプポート２５は、ポンプ室２２の軸線、すなわちポンプ室２２に臨む内周面の軸線Ｌ２２まわりに延びる円弧状に形成され、入側ポンプ通路２６は、ポンプ室形成部材１２の軸線方向他端部２１で軸線方向に開放している。
【００１８】
このようなポンプ室形成部材１２は、軸線方向他端部２１側から筒部材１１に挿入され、各透孔１７を挿通させたボルト２８を、ねじ孔２７を利用してポンプ室形成部材１２に螺着し、筒部材１１の軸線方向一端部１５に装着される。この状態で、筒部材１１とポンプ室形成部材１２との間には、ポンプ室形成部材１２の軸線方向他端部２１における外周部に形成された環状溝３０に嵌まり込んでＯリング３１が設けられ、シールが達成されている。
【００１９】
吸入ポート形成部材１３には、軸線方向一端部３２に、吸入ポート形成部材１３の軸線Ｌ１３からずれた位置に、軸線方向に開放する吸入ポート３３が形成され、吸入ポート３３に連なって吸入ポート形成部材１３の軸線Ｌ１３と平行に軸線方向に貫通する吸入通路３４が形成され、この吸入通路３４は、吸入ポート形成部材１３の軸線方向他端部３５で、軸線方向に開放している。またポンプ室形成部材１２には、軸線方向他端部３５に、軸線方向に開放する軸受凹所３６が、吸入ポート形成部材１３の軸線Ｌ１３と同軸に形成され、さらに軸受凹所３６に連なり、吸入ポート形成部材１３の軸線Ｌ１３に沿って、軸線方向中央付近まで延びる軸挿入凹所３７が形成される。
【００２０】
このような吸入ポート形成部材１３は、軸線方向他端部３５側から筒部材１１に挿入され、各透孔１８を挿通させたボルト３８を、ねじ孔３９を利用して吸入ポート形成部材１３に螺着し、筒部材１１の軸線方向他端部１６に装着される。この状態で、筒部材１１と吸入ポート形成部材１３との間には、吸入ポート形成部材１３の軸線方向他端部３５における外周部に形成された環状溝４０に嵌まり込んでＯリング４１が設けられ、シールが達成されている。
【００２１】
吐出ポート形成部材１４には、軸線方向一端部４２に、吐出ポート形成部材１４の軸線Ｌ１４からずれた位置に、軸線方向に開放する吐出ポート４３が形成される。さらに吐出ポート形成部材１４には、軸線方向他端部４４に、吐出ポート形成部材１４の軸線Ｌ１４からずれて、出側ポンプポート４５が形成される。この出側ポンプポート４５は、周方向に関して吐出ポート４３と対応する位置で、周方向に円弧状に延びて形成される。さらに吐出ポート形成部材１４には、吐出ポート形成部材１４の軸線Ｌ１４からずれ、その軸線Ｌ１４と平行に貫通する吐出通路４６が形成される。
【００２２】
このような吐出ポート形成部材１４は、軸線方向他端部４４が、ポンプ室形成部材１２の嵌合凹所２０に嵌合され、ポンプ室２２が軸線方向から塞がれる。ポンプ室形成部材１２の軸線方向一端部１９には、半径方向外方に突出し、複数（たとえば４つ）のねじ孔４６が形成されるフランジ４７が設けられ、吐出ポート形成部材１４の軸線方向一端部４２には、半径方向外方に突出し、複数（たとえば４つ）の透孔４８が形成されるフランジ４９が設けられている。各透孔４８を挿通したボルト５０を、ねじ孔４６を利用してフランジ４７に螺着し、吐出ポート形成部材１４は、軸線方向他端部４４が嵌合凹所２０に嵌合された状態で、ポンプ室形成部材１２に装着される。この状態で、ポンプ室形成部材１２と吐出ポート形成部材１４との間には、吐出ポート形成部材１４の軸線方向他端部４４における外周部に形成された環状溝５１に嵌まり込んでＯリング５２が設けられ、シールが達成されている。
【００２３】
このようにしてハウジング３が構成され、この状態で、筒部材１１の軸線Ｌ１１、ポンプ室形成部材１２の軸線Ｌ１２、吸入ポート形成部材１３の軸線Ｌ１３および吐出ポート形成部材１４の軸線Ｌ１４は、ハウジング３の軸線Ｌ３と一致している。このハウジング３には、ポンプ室形成部材１２と吸入ポート形成部材１３との間にロータ室５５が形成され、このロータ室５５には、吸入通路３４および入側ポンプ通路２６が連なっている。したがってハウジング１１には、吸入ポート３３および吐出ポート４３が形成され、これら各ポート３３，３４を連通する流路２が形成される。流体である冷媒の流路２は、少なくとも、吸入通路３４、ロータ室５５、入側ポンプ通路２６、入側ポンプポート２５、ポンプ室２２、出側ポンプポート４５および吐出通路４６が、この順に連なって形成される。このようなハウジング３は、たとえばステンレス鋼から成る。
【００２４】
このようなハウジング３内に、図１６および図１７に示すような可動部材である回転軸４が設けられ、この回転軸４は、図１８、図１９に示すような支持部材である滑り軸受部材５によって回転自在に支持されている。回転軸４は、ステンレス鋼から成り、円柱状であって、軸線方向一端部６９が、周方向の一部を切り欠いて断面形状が小判形状となるように係止えされている。滑り軸受部材５は、アモルファスカーボンから成り、短円筒状に形成される。本実施の形態では、２つの滑り軸受部材５が設けられ、各滑り軸受部材５は、アモルファスカーボンから成り、短円筒状に形成される。
【００２５】
各滑り軸受部材５は、ポンプ室形成部材１２の軸受凹所２３および吸入ポート形成部材１３の軸受凹所３６に、軸線Ｌ５がハウジング３の軸線Ｌ３と一致するように、圧入状態で嵌合されて固定される。このように各滑り軸受部材５は、流路２の一部を成すロータ室５５に露出する状態で、ハウジング３に保持されて設けられる。回転軸４は、このような各滑り軸受部材５を挿通する状態で、ポンプ室形成部材１２の軸挿通孔２４を挿通し、軸線方向一端部がポンプ室２２に配置され、軸線方向他端部５６が軸挿入凹所３７に挿入配置される。
【００２６】
このように回転軸４は、その軸線Ｌ４をハウジング３の軸線Ｌ３と一致させた状態で、半径方向外方から滑り軸受部材５によって、その軸線Ｌ３まわりに回転自在に支持される。このように各滑り軸受部材５は、回転軸４を半径方向に支持するラジアル軸受である。回転軸４と各滑り軸受部材５との半径方向の隙間は、たとえば回転軸４の外径が２ｍｍである場合、滑り軸受部材５の内径が２．０１５ｍｍ以上２．００４ｍｍ以下に選ばれて、０．７５μｍ以上２μｍ以下程度である。このような上記隙間は、毛細管現象によって、ロータ室５５の冷媒がこの隙間に浸入する寸法に形成される。このように隙間は、極めて小さく形成され、回転軸４を安定して支持することができる。
【００２７】
ポンプ室２２は、図２０および図２１に示すインナギヤ６０と、図２２および図２３に示すアウタギヤ６１とが、図２４および図２５に示すように嵌まり込んでいる。インナギア６０は、外周部に複数（たとえば４つ）の歯６２が形成されている。アウタギヤ６１は、略円筒状であって、内周部にインナギヤ６０の歯６２よりも１つ多い数の歯６３が形成される。
【００２８】
図２６に示すように、インナギヤ６０は、回転軸４の一端部５５に、略楕円筒状のスベーサ６５を圧入外嵌し、さらにこのスベーサ６５に圧入外嵌される状態で、回転軸４の一端部６９に固定される。したがってインナギヤ６０は、その軸線Ｌ６０がハウジング３の軸線Ｌ３と一致している。アウタギヤ６１は、インナギア６０と噛合する状態で、インナギア６０に外嵌されている。アウタギヤ６１は、ポンプ室２２の内周面よりわずかに小さい外径を有しており、その軸線Ｌ６１をポンプ室２２の軸線Ｌ２２と一致させており、インナギヤ６０から偏心している。
【００２９】
これらインナギヤ６０およびアウタギヤ６１と、ポンプ室２０を外囲する部分とによって、容積形のポンプ、具体的にはトロコイドギヤポンプであるポンプ本体１０が形成される。このポンプ本体１０では、インナギヤ６０とアウタギヤ６１との間に複数の圧力室が形成され、回転軸４の回転によってインナギヤ６０が回転されると、アウタギヤ６１がこれに伴って回転し、圧力室の容積を変化される。圧力室は、容積が大きくなる位置において入側ポンプポート２５に連通し、容積が小さくなる位置において出側ポンプポート４５に連なっている。
【００３０】
またインナギヤ６０およびアウタギヤ６１は、アモルファスカーボンから成っている。インナギヤ６０は、回転軸４を軸線方向に支持するスラスト軸受としても機能している。
【００３１】
ロータ室５５には、回転軸４に固定されてマグネットから成るロータ７が設けられ、ハウジング３外でロータ７を外囲する位置に、ステータ８が設けられる。ロータおよびステータによって駆動手段９が構成される。ステータ８は、コイルを有しており、このコイルに通電することによって、ロータ７との間の磁気作用によってロータ７に回転力を与え、回転軸４を回転駆動し、インナギヤ６０を回転させてポンプ本体１０を駆動することができる。これによってポンプ本体１０によって、冷媒を、吸入ポート３３から吸入し、流路２を流下させて吐出ポート４３から吐出することができる。
【００３２】
アモルファスカーボン（以下「ＡＣ」と略称する場合がある）は、ガラス炭素とも呼ばれ、非晶質の炭素であって、摩擦係数が低い特性を有する。たとえば図２７に示すようにＡＣから成る固定試験片７０を、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）または窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）から成る回転試験片の外周部に摺動させて、摩擦係数を測定した試験結果を図２８に示す。このようにＡＣから成る部材は、他の部材との間に、潤滑剤が無くても小さい摩擦係数を示し、さらに潤滑剤が存在すれば、その潤滑剤の種類を問わず、極めて低い摩擦係数を示す。
【００３３】
またＡＣから成る部材は、摩耗係数が小さい特性を有する。たとえば図２９に示すようにＡＣから成る固定試験片７３に、先端部が半球状のステンレス鋼から成る試験シャフト７４を回転させながら押付けて摺動させ、摩耗度の深さを測定した試験結果を図３０に示す。また図３１に示すように水中において、アルミナセラミックスから成る試験片７５を、ＡＣまたは数種の化合物から成るなる試験片に、回転させながら押し付けて摺動させ、摩耗度および表面粗さを測定した試験結果を図３２に示す。こららの試験結果および図３３のグラフに示すように、ＡＣから成る部材は、摩耗係数が他の材料から成る部材に比べて小さく、摩耗しにくく、また摩耗しても表面粗さは小さい。
【００３４】
さらにＡＣから成る部材は、図３４に示すように、熱膨張率が小さく、図３５に示すように嵩密度が小さく、図３６に示すように融点温度または熱変形温度が高く、耐熱性が高い。
【００３５】
また表１は、ＡＣと他の材料との特性を併せて示し、表２は、ＡＣの特性を示し、表３は、ＡＣから成る滑り軸受部材５、インナギヤ６０およびアウタギヤ６１の不純物含有量を示し、表４は、ＡＣから成る滑り軸受部材５、インナギヤ６０およびアウタギヤ６１の耐弗酸を示す。
【００３６】
【表１】
0003985023.tif 000002
【００３７】
【表２】
0003985023.tif 000003
【００３８】
【表３】
0003985023.tif 000004
【００３９】
【表４】
0003985023.tif 000005
【００４０】
上記各試験結果および各表１〜４などから明らかなように、ＡＣは、軽量、低熱膨張率、高剛性、高耐熱性、気液体不透過性、高硬度、耐摩耗性、低摩擦係数、緻密均一構造、耐薬品性および炭素紛落ちなしなどの特性を有し、他の部材に対して相対的に摺動される部材の材料として、極めて好適である。すなわち上記のような滑り軸受部材として、極めて好適に用いることができる。
【００４１】
図３７は、５．５℃の水を用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフであり、図３８は、エチルエーテルを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフであり、図３９は、８℃の液体アンモニアを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフである。また図４０は、１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフであり、図４１は、１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の駆動手段への入力電力と流量の関係を示すグラフであり、図４２は、１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の回転数と流量の関係を示すグラフである。なお図４０〜図４２は、扱いの容易なエチルエーテルを用いた結果を示すが、本件発明者は、液体アンモニアを用いた場合も同様の結果が得られることを確認している。
【００４２】
表５は、温度が１０℃のエチルエーテルを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示し、表６は、温度が２０℃のエチルエーテルを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示し、表７は、温度が４０℃のエチルエーテルを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示し、表８は、温度が６０℃のエチルエーテルを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示し、表９および表１０は、温度が６０℃のエチルエーテルを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示し、表１１〜表１３は、８℃の液体アンモニアを用いた場合のポンプ装置１の性能試験結果を示す。
【００４３】
【表５】
0003985023.tif 000006
【００４４】
【表６】
0003985023.tif 000007
【００４５】
【表７】
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【００４６】
【表８】
0003985023.tif 000009
【００４７】
【表９】
0003985023.tif 000010
【００４８】
【表１０】
0003985023.tif 000011
【００４９】
【表１１】
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【００５０】
【表１２】
0003985023.tif 000013
【００５１】
【表１３】
0003985023.tif 000014
【００５２】
ポンプ装置１は、上記のＡＣから成る滑り軸受部材５を用いて回転軸４を支持し、上記のように構成することによって、上記の図３７〜図４２および表５〜表１３に示すように、稼動するために必要な消費電力を小さくし、高効率のポンプ装置を実現することができる。
【００５３】
上記のようなポンプ装置１によれば、駆動手段９によって回転軸４を駆動し、回転軸４に連結されるポンプ本体１０を駆動して、吸入ポート３３から吸入した冷媒を、流路２を流下させて吐出ポート４３から吐出することができる。回転軸４は、滑り軸受部材５を有する軸受装置６によって回転自在に支持される。滑り軸受部材５は、アモスファスカーボンから成り、アモルファスカーボンは、上述のような特性を有し、回転軸４の円滑な回転ができるように支持することができる。しかもアモルファスカーボンは、高い耐薬品性を有しているので、このように流体の流路に嵌まり込む構成としても損傷することがない。さらに回転軸４、滑り軸受部材５およびロータ７が流路２に嵌まり込んでいる。回転軸４と滑り軸受部材５との隙間は、上記のように極めて小さく形成され、回転軸４の回転をさらに安定化するようにしている。
【００５４】
このように極めて小さい隙間とし、この隙間には、毛細管現象によって、冷媒である液体アンモニアを浸入させることができる。ＡＣは、高い耐薬品性を有しているので、このように流体の流路に嵌まり込む構成としても損傷することがない。またＡＣから成る滑り軸受５は、流体の種類に拘わらず、したがって液体アンモニアを良好な潤滑剤として利用することができる。したがってポンプ装置によって、送出すべき冷媒を潤滑剤として介在させ、さらに円滑な回転軸の回転を達成することができる。さらに軸受構成体６を、滑り軸受部材を用いて構成することができるので、軸受構成体６を簡単な構成とし、故障を少なくすることができる。
【００５５】
またＡＣは、上記のようには摩擦係数が小さく、回転軸４の回転による摩擦熱の発生を抑え、回転軸４および滑り軸受部材５の熱膨張を防ぐことができる。しかも仮に摩擦熱が発生しても、ＡＣは熱膨張率が小さく、回転軸４と滑り軸受部材５との隙間の寸法が変化せず、安定した回転を維持できる。さらに、摩擦係数が小さいので液体アンモニアのような粘度の高い流体に対しても、上記の小さい隙間程度で円滑な回転が得られる。また摩耗度が小さく、長期にわたって用いても、摩耗粉が出で、流体を汚損したり、上記隙間の寸法が変化してしまうことがなく、メンテナンス無しで、長期にわたって、円滑な安定した回転を実現することができる。したがって宇宙空間で用いられる機器に好適に搭載することができ、耐久性を高くすることができる。
【００５６】
またこのように回転する部材を、ハウジング３内に設けることによって、シール性を良好にし、しかもそのための構造も簡単にして、ポンプ装置1を小さくすることができる。また回転軸４、滑り軸受部材５およびロータ７を冷却することができ、ポンプの安定した性能を維持することができる。さらに筒部材１１は薄肉であり、ロータ室５５を外囲するステータ８の冷却効果も得られる。しかも滑り軸受部材５およびロータ７を含む駆動手段９は、ポンプ本体１０よりも冷媒の流下方向上流側にあり、ポンプ本体１０によって圧縮される前の状態で、滑り軸受部材５および駆動手段９を冷却することができ、安定した良好な冷却効果が得られる。このように優れたポンプ装置１を実現することができる。
【００５７】
上述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において変更することができる。たとえば滑り軸受部材５は、１つでもよいし、３つ以上設けるようにしてもよい。また流体は、液体アンモニア以外の流体であってもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、流路を流れる流体を潤滑剤として用いて、可動部材に対して円滑に摺動して、可動部材を円滑に変位できるように支持することができる。したがって簡単な構成で、かつ流体を潤滑剤として使用する回動軸を支持するポンプ装置を得ることができ、ポンプ装置の耐久性を高くすることができる。
また本発明によれば、滑り軸受部材が流体の流路に露出しており、滑り軸受部材を冷却することができ、ポンプの安定した性能を維持することができる。また滑り軸受部材が流体の流路に設ける構成とすることによって、ポンプ装置全体の流体の漏れに対するシール特性を良好にできるうえ、シール構造も簡単にでき、ポンプ装置を小形にすることができる。さらに滑り軸受部材を流路に露出させて設けることによって、流路を流れる流体を滑り軸受部材と回転軸との間に浸入させ、滑り軸受部材と回転軸との間に浸入した流体を、良好な潤滑剤として利用することができ、滑り軸受部材と回転軸との間の摩擦係数を、格段に小さくして、さらに円滑な回転軸の回転を達成することができる。さらにトロコイドギヤポンプのインナーギヤおよびアウターギヤがアモルファスカーボンから成るので、流路を流れる流体を潤滑剤として、円滑に摺動駆動する。
【００５９】
請求項２記載の本発明によれば、毛細管現象によって、滑り軸受部材と回転軸との間に流体を侵入させ、介在させることができ、流体を潤滑剤として回転軸に対して円滑に摺動して、回転軸を円滑に回転できるように支持することができる。
【００６０】
請求項３の本発明によれば、滑り軸受部材は、ポンプ本体よりも流体の流下方向上流側にあり、ポンプ本体によって圧縮される前の状態で、滑り軸受部材を冷却することができ、安定した良好な冷却効果が得られる。
本発明のポンプ装置は、部品交換などのメンテナンスが困難な宇宙空間で用いられる機器に好適に搭載することができ、耐久性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のポンプ装置１を示す断面図である。
【図２】図１の上方からポンプ装置１を見て示す断面図である。
【図３】図１の左方からポンプ装置１を見て示す左側面図である。
【図４】図１の右方からポンプ装置１を見て示す右側面図である。
【図５】ハウジング３を構成する筒部材１１を示す正面図である。
【図６】図５の右方から筒部材１１を見て示す右側面図である。
【図７】ハウジング３を構成するポンプ室形成部材１２を示す断面図である。
【図８】図７の上方からポンプ室形成部材１２を見て示す平面図である。
【図９】図７の左方からポンプ室形成部材１２を見て示す左側面図である。
【図１０】図７の右方からポンプ室形成部材１２を見て示す右側面図である。
【図１１】ハウジング３を構成する吸入ポート形成部材１３を示す断面図である。
【図１２】図１１の左方から吸入ポート形成部材１３を見て示す左側面図である。
【図１３】図１１の右方から吸入ポート形成部材１３を見て示す右側面図である。
【図１４】ハウジング３を構成する吐出ポート形成部材１４を示す断面図である。
【図１５】図１４の右方から吐出ポート形成部材１４を見て示す右側面図でる。
【図１６】回転軸４を示す正面図である。
【図１７】図１６の左方から回転軸４を見て示す左側面図である。
【図１８】滑り軸受部材５を示す断面図である。
【図１９】図１８の左方から見て滑り軸受部材５を示す左側面図である。
【図２０】インナギヤ６０を示す正面図である。
【図２１】図２０の切断面線Ｓ２１−Ｓ２１から見て示す断面図である。
【図２２】アウタギヤ６１を示す正面図である。
【図２３】図２２の切断面線Ｓ２３−Ｓ２３から見て示す断面図である。
【図２４】ポンプ本体１０を拡大して示す断面図である。
【図２５】図２４の左方から見てポンプ本体１０を示す断面図である。
【図２６】ポンプ本体１０を分割して示す斜視図である。
【図２７】摩擦係数を測定する装置を示す断面図である。
【図２８】摩擦係数の測定試験結果を示すグラフである。
【図２９】空気中での摩耗度を測定する装置を示す断面図である。
【図３０】空気中での摩耗度の測定試験結果を示すグラフである。
【図３１】水中での摩耗度を測定する装置を示す断面図である。
【図３２】水中での摩耗度の測定試験結果を示すグラフである。
【図３３】ＡＣを含む各種の材料の摩耗係数を示すグラフである。
【図３４】ＡＣを含む各種の材料の熱膨張率を示すグラフである。
【図３５】ＡＣを含む各種の材料の嵩密度を示すグラフである。
【図３６】ＡＣを含む各種の材料の融点または熱変形温度（耐熱性）を示すグラフである。
【図３７】５．５℃の水を用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフである。
【図３８】エチルエーテルを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフである。
【図３９】８℃の液体アンモニアを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフである。
【図４０】１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の吐出圧力と流量の関係を示すグラフである。
【図４１】１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の駆動手段への入力電力と流量の関係を示すグラフである。
【図４２】１０℃のエチルエーテルを用いたポンプ装置１の回転数と流量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ポンプ装置
２  流路
３  ハウジング
４  回転軸
５  滑り軸受部材
６  軸受構造体
７  ロータ
８  ステータ
９  駆動手段
１０  ポンプ本体
３３  吸入ポート
４３  吐出ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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