(57)【要約】【課題】  圧送する流体中にキャビテーションが発生する可能性を軽減するように機能する歯車ポンプを提供する。【解決手段】  歯車ポンプが、一対の歯車を備え、その歯車の各々が、それぞれ対応する一対のギアシャフトの一つによってその両軸端部の間で支持されており、その各々の歯車に設けられた歯が歯車平面上のかみ合い箇所に向かって回転するときに、それらの歯が他方の歯車の少なくとも一つの歯とかみ合い、そしてギアシャフトの一つが回転可能なようにモータに連結されている。ベアリング構造体は、それぞれ一対のギアシャフトの対応する一つをその両側で回転可能なように支持するとともに、その歯車と隣接する側にベアリング面を有する。加圧流体通路がそのベアリング構造体の少なくとも一つの内部における、歯車のかみ合い箇所の向かいに設けられる。【選択図】図２
2009162221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧送する流体中にキャビテーションが発生する可能性を軽減するように機能する歯車ポンプであって、前記ポンプは、
一対の歯車であって、その歯車の各々が、それぞれ対応する一対のギアシャフトの一つによってその両軸端部の間で支持されており、前記ギアシャフトの各々は、その両軸端部を横切るとともに、実質的に互いに平行な、対応するギアシャフトの対称軸を有し、前記歯車の各々は、前記ギアシャフトの前記対称軸と実質的に直交する共通の歯車平面と交わるとともに、前記各々の歯車に設けられた歯が前記歯車平面上のかみ合い箇所に向かって回転するときに、それらの歯が他方の歯車の少なくとも一つの歯とかみ合い、前記ギアシャフトの一つが回転可能なようにモータに連結されている、一対の歯車と、
前記一対のギアシャフトの各々対応する一つをその両側で回転可能なように支持するベアリング構造体であって、その歯車と隣接する側にベアリング面を有するベアリング構造体と、
前記ベアリング構造体の少なくとも一つの内部にあり、かつ前記かみ合い箇所の真向かいにある加圧流体通路であって、そのベアリング構造体の前記ベアリング面上にある表面開口部の間を延びるとともに、前記表面開口部は、そのベアリング面上において前記ギアシャフトの対称軸の間を結ぶ基準軸の両側に配置されており、前記表面開口部は互いに少なくとも前記一対の歯車に設けられた歯幅だけ離間されている、加圧流体通路と、
を備えた歯車ポンプ。
【請求項２】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、前記歯車平面上で前記ギアシャフトの対称軸の間を結ぶ連結軸に対して対称となる位置まで回転して完全なかみ合い箇所に到達する際に、前記表面開口部が設けられた前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有しており、前記面は、前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点よりも前記一方の歯車の歯元に近いことを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項３】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、前記歯車平面上で前記ギアシャフトの対称軸の間を結ぶ連結軸に対して対称となる位置まで回転して完全なかみ合い箇所に到達する際に、前記表面開口部が設けられた前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有しており、前記面は、前記一方の歯車の歯元よりも前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点に近いことを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項４】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、前記歯車平面上で前記ギアシャフトの対称軸の間を結ぶ連結軸に対して対称となる位置まで回転して完全なかみ合い箇所に到達する際に、前記一対の歯車におけるその歯と、その歯に続く同じ歯車の歯と、が前記表面開口部の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項５】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、完全なかみ合い箇所に達する際に、前記基準軸において前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有し、前記面は前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点よりも前記一方の歯車の歯元に近いことを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項６】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、完全なかみ合い箇所に達する際に、前記基準軸において前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有し、前記面は前記一方の歯車の歯元よりも前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点に近いことを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項７】
前記一対の歯車における少なくとも片側にある前記ベアリング構造体の前記ベアリング面は、前記基準軸の近傍の地点から両方向に少なくとも部分的にその基準軸に対して垂直に陥凹して、前記ベアリング面に一対の陥凹部分を形成し、前記表面開口部の少なくとも一つは前記陥凹部分のうちの一つの内部にあることを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項８】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、完全なかみ合い箇所に達する際に、前記基準軸において前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有し、前記面は前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点よりも前記一方の歯車の歯元に近いことを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項９】
前記一対の歯車のうち一方の歯車の歯の各々は、完全なかみ合い箇所に達する際に、前記基準軸において前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有し、前記面は前記一方の歯車の歯元よりも前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点に近いことを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項１０】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、その構造体の前記ベアリング面にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにあるベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、そのベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項１１】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにある第２のベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項１２】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに前記一対の歯車の前記一つにおける前記第１のベアリング構造体の反対側にある第２のベアリング構造体における、歯車の回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいの位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項１３】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、その構造体の前記ベアリング面にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにあるベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、そのベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項１４】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにある第２のベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項１５】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに前記一対の歯車の前記一つにおける前記第１のベアリング構造体の反対側にある第２のベアリング構造体における、歯車の回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいの位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項１６】
前記一対の歯車における少なくとも片側にある前記ベアリング構造体の前記ベアリング面は、そのベアリング平面上で前記ギアシャフトの対称軸の間を結ぶ軸の真向かいにあるそれらのベアリング面の近傍の地点から両方向に少なくとも部分的にそのベアリング平面上の軸に対して垂直に陥凹して、前記ベアリング面に一対の陥凹部分を形成し、前記表面開口部の少なくとも一つは前記陥凹部分のうちの一つの内部にあることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項１７】
前記一対の歯車のうち一方の歯車における、完全なかみ合い箇所に達する歯の各々は、前記表面開口部がある前記ベアリング面と実質的に直交するように延びるとともにそれらの表面開口部と交差する平面と交差する面を有し、前記面の位置は、前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点よりも前記一方の歯車の歯元に近いか、もしくは前記一方の歯車の歯元よりも前記一対の歯車における他方の歯車の歯との接触点に近いかのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１６に記載の歯車ポンプ。
【請求項１８】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、その構造体の前記ベアリング面にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにあるベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、そのベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１６に記載の歯車ポンプ。
【請求項１９】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにある第２のベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１６に記載の歯車ポンプ。
【請求項２０】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに前記一対の歯車の前記一つにおける前記第１のベアリング構造体の反対側にある第２のベアリング構造体における、歯車の回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいの位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１６に記載の歯車ポンプ。
【請求項２１】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、その構造体の前記ベアリング面にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにあるベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、そのベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項２２】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいにある第２のベアリング構造体の位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項２３】
前記ベアリング構造体の一つにおける前記加圧流体通路は、第１のベアリング構造体にある第１の組の表面開口部の間に延びる第１の加圧流体通路であり、さらに前記一対の歯車の前記一つにおける前記第１のベアリング構造体から反対側にある第２のベアリング構造体における、歯車の回転時に完全なかみ合い位置に達する前記一対の歯車のうちの他方の歯車の歯の真向かいの位置にさらに第２の加圧流体通路を備え、前記第２の加圧流体通路は、前記第２のベアリング構造体の前記ベアリング面上にある第２の表面開口部の間を延びるとともに、前記第２の表面開口部は、前記かみ合い箇所の真向かいにあって、かつその横幅部分の両側にあることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項２４】
シャフト上に取り付けられた歯車側に、そのギアシャフトを回転可能に支持するための開口部を有する歯車ポンプのベアリング構造体であって、前記ベアリング構造体は、その支持するシャフト上の前記歯車の片側に隣接するベアリング面を有するとともに、その内部に陥凹部を有し、該陥凹部は、間隔によって互いが隔てられ、かつ歯車の回転時にその歯車の歯が横切る経路上のある地点の近傍の位置から始まって、その離間された開始地点から少なくとも部分的に前記経路に接するように両側に延びて、前記ベアリング面に一対の陥凹部分を形成しており、さらに、加圧流体通路を備え、その加圧流体通路は、前記ベアリング面における前記間隔の両側に配置された前記ベアリング面上の表面開口部の間に延びるように配置され、かつ前記歯車の回転時にその歯が横切る地点の向かい側にあるように配置されることを特徴とする、歯車ポンプのベアリング構造体。
【請求項２５】
圧送する流体中にキャビテーションが発生する可能性を軽減するように機能する歯車ポンプであって、前記ポンプは、
一対の歯車であって、その歯車の各々が、それぞれ対応する一対のギアシャフトの一つによってその両軸端部の間で支持されており、前記ギアシャフトの一つが回転可能なようにモータに連結されている、一対の歯車と、
前記一対のギアシャフトの各々対応する一つをその両側で回転可能なように支持するベアリング構造体であって、その歯車と隣接する側にベアリング面を有し、それらのベアリング面の少なくとも一つがその内部に陥凹部を有しており、該陥凹部は、間隔によって互いが隔てられ、かつ歯車の回転時にその一対の歯車の歯が横切る経路上のある地点の近傍の位置から始まって、その離間された開始地点から少なくとも部分的に前記経路に接するように両側に延びて、前記ベアリング面に一対の陥凹部分を形成する、ベアリング構造体と、
前記ベアリング構造体の少なくとも一つの内部にある加圧流体通路であって、前記ベアリング面における前記間隔の両側に配置された前記ベアリング面上の表面開口部の間に延びるように配置され、かつ前記歯車の回転時に前記一対の歯車の歯が横切る地点の向かい側となるように配置される、加圧流体通路と、
を備えた歯車ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静圧式すなわち容積式ポンプ、特に外接歯車ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車ポンプは、一方の歯車の歯が他方の歯車の歯にかみ合い、そして外れる二つの歯車よりなる。これにより二つの歯車はある箇所に流体を連続的に取り込み、その流体を別の箇所に移動させて、流体を圧送する。図１Ａの概略断面図は外接歯車ポンプ１を示す。こうしたポンプは一般的に２つの同じ平歯車を有し、各々の歯車はその外周のまわりに配置された歯を有している。各々の歯車は一対のギアシャフト４，５の対応する一つに取り付けられており、すなわち一体的に支持されており、これらの歯車はポンプハウジング６に収容されている。これらの歯車の歯は互いにかみ合い箇所７でかみ合っており、これらの歯車は選択的に作動するモータ（図示せず）によって選択された回転方向に回転されるため、一方の歯車の一つもしくは複数の歯が他方の歯車の一つもしくは複数の歯にかみ合い、そして外れる。歯車２が時計回りに回転するように作動するとき、歯車３は反時計回りに回転し、ポンプ１は、図中の幅の広い、平たい矢印で示すように、ハウジング６の入口８を通して圧送する流体を吸い込み、歯車２，３を回転させることによってこれらの歯車の外周でハウジング６の外壁に沿って流体を輸送して、図中の幅の広い、平たい矢印で示すように流体がポンプから、ハウジング６の出口９へと圧送する。
【０００３】
図１Ｂは、ハウジング６の同じ外側を示すことによりポンプ１の内部機構の更なる詳細を示す概略斜視図である。図はモータ駆動軸１０の一部を示し、図示しない駆動モータからハウジング６の側面を通してギアシャフト４と連結するように延びており（代わりにこのギアシャフトが単に駆動軸１０を形成するように延びていてもよい）、これはギアシャフトに取り付けられた歯車２を選択された回転方向に回転させるためのモータの基部となる。ここで、歯車２は、図１Ｂの幅の広い平たい矢印で示す、ポンプ１の取入口側から吐出口側へと圧送される流体の一次流路に沿った流体流れ方向と一致する方向に時計回りに回転することが示されている。この歯車２の回転により、次いでギアシャフト５の歯車３を、二つの歯車のかみ合い箇所７におけるかみ合いを通じて逆の回転方向すなわち反時計回りに回転させる。ギアシャフト４，５は、それぞれ両側の外端から各々に対応する一対のベアリング１１のうちの一つへと延びる。
【０００４】
ベアリング１１の各々は、そのベアリングが支持する歯車２，３と対向する側に、平らで部分的に陥凹したベアリング面１１´を有する環状構造を備える。従って、このベアリング面は、ギアシャフト４，５のうちそのベアリングに対応するほうの一つがそのシャフトの対称軸に沿って延びる方向に実質的に直交する方向に延在している。さらに、ベアリング１１の各々は、その環状構造の内部に環状断面を有するブシュ１１´´を有し、そのブッシュは、交差するベアリング面に直交するように延びるとともに、その中に配置されるギアシャフトの対称軸に揃うように延びている。
【０００５】
各々の歯車の同じ側にあるベアリング１１の２つの環状構造は互いに近接するため、通常、構造的に一体的に接合して、ベアリング内にギアシャフトが配置されたときのシャフトの対称軸と同方向からみたときに「数字の８」に類似した構造をとる。各々の歯車のギアシャフトの両端における一対のベアリング１１、すなわち２つの歯車のギアシャフトの両端における一対の「数字の８」の構造１１は、ハウジング６に収容されて、このハウジングが歯車とそのベアリングとを取り囲む。前述の通り、ギアシャフト４は、そのどちらか一方がハウジング壁を通して延びる駆動軸１０に連結可能であるか、もしくは駆動軸１０として延伸可能である。このハウジングに組み付けられる際には、主として、ベアリング面の平坦な部分と、その真向かいにある歯車の対応するベアリング面側と、の間に隙間が全くなく、圧送される流体が歯車の側面から漏れ出すのを防ぐための基礎となる。
【０００６】
ポンプ１の取り込み口側では、ポンプハウジング６の外壁にある入口８が吸込口を形成し、この吸込口に比較的近い位置で、かみ合いから外れて出てくる歯車２，３により、圧送される流体が引き込まれる。かみ合いから外れる際、各々のかみ合う歯車の一方の歯が、他方の歯車の隣り合った歯が挟む空間から外れるに従い、その歯溝の体積部が拡大する。歯車のかみ合いから外れてくる歯溝の体積部は吸込口からの流体によって満たされ、前述のように、その歯の間の流体は各歯車によりハウジング外壁内の近接する内表面に沿って輸送され、ポンプの吐出側の出口９へと輸送される。歯車の歯先とその歯車に対応するハウジング壁の内表面との間の非常に小さい隙間と、その内表面に沿った歯先の回転速度と、前述の平たいベアリング面と歯車の側面との近接性と、により、歯の間の体積部に流体が閉じ込められ、流体が吸込口に向かって後方に漏れるのを防ぐ。
【０００７】
ポンプの吐出側では、ポンプハウジング６の外壁にある出口９が吐出口を形成し、この吐出口に比較的近い位置で、かみ合い始める歯車２，３により、流体が押し出され、各々のかみ合う歯車の歯が、他方の歯車の隣り合った歯が挟む空間に入り込むことによりその歯溝の体積が収縮する。容積式ポンプでは、流体の吐出し圧力は主に下流の導管流路の断面積によって決定される。ほぼギアシャフト４，５の対称軸を結ぶ線に沿ったかみ合い箇所７における、歯車２および３の歯のかみ合いと、そこで密接する平らなベアリング面の存在とにより、吐出口の流体と吸込口の流体とを分離する効果がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
外接歯車ポンプでは、互いにかみ合う歯車２，３の歯が外れて分かれるポンプの取込口側の領域１２で、キャビテーションが生じる可能性がある。この領域では、吸込口の流体圧力が何であれ、前述した、相手の歯車の歯がちょうどかみ合った後に外れることにより拡大する各歯車の歯溝の体積部が、入口８から流入する圧送流体で満たされなければならない。歯車の回転速度がある閾値に達するように増加するに従い、歯溝の体積部の拡大速度が、その吸込口流体圧力下で入口８に流入する流体によって歯溝を満たすことのできる速度を超えてしまうおそれがある。こうした状況下では、一部の粒子もしくは固体の表面の核生成箇所において流体の連続性を破壊するように、局部的な流体圧力が流体中の溶解ガスの蒸気圧未満、すなわち圧送される流体自体の蒸気圧未満に低下し、これによりキャビティすなわち気泡が発生する。このような気体もしくは流体の蒸気、もしくはその双方は、周囲の液状媒体からキャビティ内へと蒸発する。
【０００９】
次いで歯溝の体積部が流体で満たされるに従い、上昇する局部的圧力によりこれらのキャビティすなわち気泡がつぶされ、これによりその中の蒸気の圧力および温度が上昇する。これらのキャビティすなわち気泡の体積がもとの大きさに比べてごく小さな断片となるまでこれが繰り返され、最終的にそれが完全に崩壊する点に達し、その結果、微小体積で起こる音波の衝撃波が発生し、蒸気を周囲の液状媒体に放散する。歯車の歯の表面もしくはその近くで生じるこうした崩壊により歯車の歯が侵食されて表面上に孔食が発生し、これが繰り返し発生すると、歯車の歯の表面に破壊的な害をもたらす。
【００１０】
こうした望ましくないキャビテーションが発生するため、ベアリング面１１´には大抵、内側に凹みが設けられて、これらのベアリングがチャネル１１´´´，１１´´´´（図１Ｂに図示せず）を備え、そのチャネルは歯車２，３がかみ合う箇所７に隣接して始まり、概ねその両側に沿って延在する。これらの両側は、双方とも横断ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸に交差する軸に実質的に直交する方向であり、チャネルはベアリングの環状構造すなわち「数字の８」の構造１１の外縁部の対応する一つに向かってその方向に沿って延在する。これらの外縁部では、こうしたチャネルは環状外縁部の１／８もしくはそれ以上の円弧に亘って広がる。従って、こうしたチャネルは２つあり、入口チャネル１１´´´と出口チャネル１１´´´´（図１Ｂに図示せず）であり、それぞれ対応するかみ合い箇所７の近くの地点から始まり、それぞれ入口８および出口９のうち対応する一つにおける近傍の構造体１１の外縁部で終わる両方向に向かって延在する。出口チャネル１１´´´´（図１Ｂに図示せず）は、出口９の近くでかみ合いが生じる歯溝から絞り出される圧送流体を収容し、入口チャネル１１´´´は入口８の近くでかみ合いから外れる歯溝の間に入り込む吸込流体を収容する。
【００１１】
しかしながらこうした収容部がありながら、逆流する流体が拡大中の歯溝の体積部を満たす割合は吸込口の流体圧力に依存する。従って、ある回転速度を超えると、この歯溝の体積部に流体が充填される速度が、キャビテーションの発生を招くことのないように、その歯溝の体積部の拡大速度に遅れを取らずについていくために不十分となる。したがって、運転時のキャビテーションの発生をさらに減少させる、もしくは排除するための機構を有する歯車ポンプが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、圧送する流体中にキャビテーションが発生する可能性を軽減するように機能する歯車ポンプを提供し、このポンプは、一対の歯車を備え、その歯車の各々が、それぞれ対応する一対のギアシャフトの一つによってその両軸端部の間で支持されており、このギアシャフトの各々は、その両軸端部を横切るとともに、実質的に互いが平行な、対応するギアシャフトの対称軸を有し、これらの歯車の各々は、そのギアシャフトの対称軸と実質的に直交する共通の歯車平面と交わるとともに、その各々の歯車に設けられた歯がその歯車平面上のかみ合い箇所に向かって回転するときに、それらの歯が他方の歯車の少なくとも一つの歯とかみ合い、そしてギアシャフトの一つが回転可能なようにモータに連結されている。ベアリング構造体は、それぞれ一対のギアシャフトの対応する一つをその両側で回転可能なように支持するとともに、その歯車と隣接する側にベアリング面を有する。加圧流体通路がそのベアリング構造体の少なくとも一つの内部における、歯車のかみ合い箇所の真向かいに設けられており、そのベアリング構造体のベアリング面上にある表面開口部の間を延在している。その表面開口部は、ベアリング面上におけるギアシャフトの対称軸の間に延在する基準軸の両側に配置されており、少なくとも一対の歯車に設けられた歯幅だけ互いに離間されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は歯車ポンプの垂直断面図、（Ｂ）はハウジングを除いた歯車ポンプの斜視図。
【図２】（Ａ）は本発明の歯車ポンプの一部の側面図、（Ｂ）は本発明の歯車ポンプの一部の正面図、（Ｃ）は本発明の歯車ポンプの垂直断面図。
【図３】図２の歯車ポンプの一部の垂直断面図。
【図４】本発明の別の実施例の歯車ポンプの一部を示す垂直断面図。
【図５】本発明の別の実施例の歯車ポンプの一部を示す垂直断面図。
【図６】本発明の別の実施例の歯車ポンプの一部を示す垂直断面図。
【図７】本発明の別の実施例の歯車ポンプの一部を示す垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
改良型の歯車ポンプ１´を図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃに示し、ベアリング面１１´の出口チャネル１１´´´´の近くにある出口通路ポート２１と、後部ベアリング１１の入口通路１１´´´内の入口通路ポート２２と、の間を通路２０が延びている。後部ベアリング１１が図２Ａに側面図で示され、その正面図が図２Ｃに示され、図２Ｂではこのベアリングが歯車ポンプ１´の断面図における歯車２，３の後ろに示されている。出口通路ポート２１は出口９の近くのベアリング面１１´におけるちょうど出口チャネル１１´´´´の外側に配置されており、歯車２の歯がポート上にないときには必ずポンプ出口で加圧流体がポート内に送り込まれて連結通路２０を通る。歯車の歯がポート上にあるときには歯車２の側面とベアリング面１１´との間の隙間ない間隔により歯車の歯が実質的に出口通路ポート２１を遮断する。図２Ａ，２Ｂ，２Ｃに示す後部ベアリング１１から歯車２，３の反対側にある前部ベアリング１１にもまた、ともすればこれらの歯車の反対側からのキャビテーション箇所となったであろうはずの場所の近くの歯溝の体積部に圧力下で流体を供給するように形成され、これによりこれらの体積部をより迅速に充填するように機能する。
【００１５】
従って、入口チャネル１１´´´における、ともすればキャビテーションの発生が予想される箇所付近の位置に入口通路ポート２２を配置することにより、そこでちょうど歯車の歯が噛み合いから外れ始めるために歯溝の体積が増加し始めるときに、通路２０内の加圧流体を、連結された入口通路ポート２２を通して入口チャネル１１´´´内のキャビテーションに関連する箇所の付近に送り込み、これによりキャビテーションの発生を軽減もしくは排除する。こうした入口通路ポート２２の位置の一つは図２Ｂに示すように、入口チャネル１１´´´内における歯車２のかみ合う歯の歯元近くにあるとともに、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸からほぼ歯車３の歯幅の半分だけ歯車２の歯がかみ合い箇所７を通過した位置に配置される。これは図２Ｂのギアポンプの一部を示す図３の垂直断面図に幾分より詳細に示される。加圧流体は入口通路ポート２２から入口チャネル１１´´´へ押し出され、そして歯車２の歯の間の互いに隣り合った一連の歯溝の体積部であって、その各々から対応する歯車３の歯が次々と外れてくる体積部へと押し出される。そうすることにより、この入口通路ポート２２から入口チャネル１１´´´に押し出される強制的な流れが、入口８から入口チャネル１１´´´に流入する流体を一緒に引っ張っていって、歯溝の体積部へと流体を送り込ませる。
【００１６】
歯車２，３がちょうどかみ合いから外れていくまでのかみ合い状態にある間、歯車２の歯は出口通路ポート２１を塞ぎ、これにより入口チャネル１１´´´に押し出される加圧流体がともすれば急速に拡大する歯溝の体積部を充填するように作用することなくそのポートに流入してしまうのを防ぐ。そうするためには、出口通路ポート２１は、歯車２の歯元の近くに配置されるとともに、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸からほぼ歯車２の歯幅に加えて、その歯車の歯溝の半分の幅だけ、かみ合い箇所７でかみ合い始める歯車２の歯より手前の位置に配置される。このようにポンプ出口における加圧流体が入口チャネル１１´´´に流入して有益な効果を全くもたらさないことを防ぐことにより、ポンプ１´の圧送効率が向上する。しかしながら、必要に応じて、もしくはある状況において必要であると考えられる場合、代わりとして入口通路ポート２２は、加圧流体をポンプ出口から通路２０を通して入口チャネル１１´´´に連続的に流すように出口チャネル１１´´´´に配置される。
【００１７】
図２Ａ，２Ｂ，２Ｃに示すように、通路２０は、図に示す「数字の８」の外形における上側のベアリングの外周の円の弦に沿って延びるようにベアリング１１内に設けられており、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸とある角度を有する。この通路はベアリング面１１´と平行に延びているが、入口チャネル１１´´´および出口チャネル１１´´´´の底部より下方となるようにベアリング面より十分深い位置に延びる。
【００１８】
この通路はベアリング１１のその部分に前述の弦に沿ってベアリングの一方から他方にドリル開けされた穴により形成される。出口通路ポート２１は、入口通路ポート２２とともに、通路２０として穿孔された穴と交差する止り穴としてドリル開けされる。通路２０としてドリル開けされた穴の両端部には、それぞれ対応する入口もしくは出口通路ポートに達することがないように差し込まれたプラグを有しており、これにより加圧流体が通路の穴の両端部から押し出されるのを防ぐ。
【００１９】
図１のポンプの入口８付近では複数の箇所でキャビテーションが発生しうる。従って、拡大する歯溝の体積部を充填するように、ポンプ１´の出口領域からの加圧流体を入口チャネル１１´´´に押し出すことのできる複数の入口通路ポートを提供する必要がある。従って、図４では、隣り合った一連の歯溝の体積部を充填するのに役立つように、入口チャネル１１´´´の底部において入口通路ポート２２からその底部に沿って延びるスロット２２´を追加することにより図３のポンプ１´を改良した、さらに別のポンプ１´´の側面図を示す。
【００２０】
キャビテーションが発生しうる別の場所は、対応する歯車２の歯が次々と外れていく歯車３の歯の間の連続する歯溝の体積部である。従って、図３のポンプ１´を改良した更に別のポンプ１´´´の側面図を図５に示し、ここで第２の通路２３が、図に示す「数字の８」の外形における下側のベアリングの外周の円の弦に沿って延びるように設けられており、またベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸とある角度を有する。通路２３は、ベアリング面１１´の出口チャネル１１´´´´付近の別の部分にある出口通路ポート２４と、後部ベアリング１１の入口チャネル１１´´´の別の部分にある入口通路ポート２５との間に延びる。ここでもまた、この通路はベアリング面１１´と平行に延びているが、入口チャネル１１´´´および出口チャネル１１´´´´の底部より下方となるようにベアリング面より十分深い位置に延びる。
【００２１】
ここで、入口通路ポート２５は、入口チャネル１１´´´における、歯車３の連続する歯溝の体積部の、対応する歯車２の歯が次々と外れていく体積部に隣接する場所に配置される。これにより、そこでちょうど歯車の歯が噛み合いから外れ始めることで歯溝の体積部が拡大し始めるときに、通路２３内の加圧流体を、連結された入口通路ポート２５を通して入口チャネル１１´´´に送り込み、これによりキャビテーションの発生を軽減もしくは排除するが、これはその際に歯車３の歯が出口通路ポート２４を遮断しないためである。図５に示す入口通路ポート２５の位置は、入口チャネル１１´´´内にあって、かつ、かみ合い箇所７において現在かみ合っている歯車３の歯より先に進んだ最初のかみ合っていない歯の歯元近くにあるとともに、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸からほぼ歯車３の歯幅の半分と、これに加えてその歯車の歯の歯溝の間隔とだけ先に進んだ位置に配置される。加圧流体は入口通路ポート２５から入口チャネル１１´´´へ押し出され、そして歯車３の歯の間の互いに隣り合った一連の歯溝の体積部であって、その各々から対応する歯車２の歯が次々と外れてくる体積部へと押し出される。この入口通路ポート２５から入口チャネル１１´´´に押し出される強制的な流れが、入口８から入口チャネル１１´´´に流入する流体を一緒に引っ張っていって、歯溝の体積部へと流体を送り込ませる。
【００２２】
さらに、歯車２，３がちょうどかみ合いから外れていくまでのかみ合い状態にある間、歯車２の歯は出口通路ポート２４を塞ぎ、これにより入口チャネル１１´´´に押し出される加圧流体がともすれば急速に拡大する歯溝の体積部を充填するように作用することなくそのポートに流入してしまうのを防ぐ。そうするためには、出口通路ポート２４は、歯車３の歯元の近くに配置されるとともに、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸からほぼ歯車３の１．５倍の歯幅に加えて、その歯車の歯溝の幅だけ、かみ合い箇所７でかみ合い始める歯車３の歯より手前の位置に配置される。このようにポンプ出口における加圧流体が入口チャネル１１´´´に流入して有益な効果を全くもたらさないことを防ぐことにより、ポンプ１´´´の圧送効率が向上する。
【００２３】
また、必要に応じて、もしくはある状況において必要であると考えられる場合、代わりとして入口通路ポートが出口チャネル１１´´´´に配置され、これにより加圧流体をポンプ出口から第２の通路を通して入口チャネル１１´´´に連続的に流してもよい。したがって、図５のポンプ１´´´を改良した別のポンプ１´´´´の側面図を図６に示す。ここでポンプ１´´´´を第２の通路２３´とともに示すが、この通路は図に示す「数字の８」の外形における下側のベアリングの外周の円の弦に沿って延びており、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸と直交している。連続的に流体を流すために、通路２３´が、図５に示す入口チャネル１１´´´内の入口通路ポート２５から、図６に示すように出口チャネル１１´´´´内で再配置された出口通路ポート２４´へと延在することが示される。出口通路ポート２４´は、歯車３の歯元の近くに配置されるとともに、ベアリング１１の断面ブシュ１１´´に配置されたシャフト４，５の対称軸を結ぶ軸からほぼ歯車３の歯幅の半分だけ、かみ合い箇所７でかみ合い始める歯車３の歯より手前の位置に配置される。
【００２４】
歯車２，３として選択される形状、および入口チャネル１１´´´、出口チャネル１１´´´´として選択される形状は、実質的に、入口通路ポートや、出口通路ポート、およびその間を通る通路の利用可能な位置を決定する。図７に示す垂直断面図は、図５のポンプ１´´´を改良した別のポンプ１vの限定的な図であり、図５と異なる形状を有しかつ異なる位置に配置された入口チャネル１１vおよび出口チャネル１１viを有する。これにより入口、出口通路ポート、およびその間を通る通路の配置に様々な違いが生じ、再指定された通路２０´，２３´´が図のように示される。前者の通路は再指定された出口通路ポート２１´と再指定された入口通路ポート２２´との間に延びており、通路２３´´は再設定された出口通路ポート２４´´と再設定された入口通路ポート２５´´との間に延びる。
【００２５】
本発明を最良の形態を参照しながら説明してきたが、当業者にとって、本発明の意義および範囲を逸脱することなく様々な変更を行いうることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２６】
１´…歯車ポンプ
２…歯車
３…歯車
４…シャフト
５…シャフト
７…かみ合い箇所
１１…ベアリング
１１´…ベアリング面
１１´´…ブシュ
１１´´´…入口チャネル
１１´´´´…出口チャネル
２０…通路
２１…出口通路ポート
２２…入口通路ポート
【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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【外国語明細書】
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