JP4245997B2

JP4245997B2 - 小形ギアポンプ

Info

Publication number: JP4245997B2
Application number: JP2003193044A
Authority: JP
Inventors: 直樹宮城; 祐一村井; 富士夫山本; 孝司宮崎; 裕治青柳; 多志松井
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Fukui Prefecture
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Fukui Prefecture
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005030215A; US20050042124A1; US7500837B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器などに使用される冷却システム、人工透析など医療分野に使用される薬剤送液システム、化学関連装置などの薬液送液システムなど、小形・薄型化が要求される装置・システムに用いられる小形ギアポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱交換システムでは、熱媒体に水、代替えフロン、アルコール類、グリコール類、アンモニアなどが使用されている。このような熱媒体を搬送するポンプとしては、一定圧力の軸流式や遠心式などのターボ型ポンプと、一定容積の回転式や往復式などの容積方ポンプに分類されるが、これまでのポンプでは、ポンプ外形が大きい、吸引効率が悪い、消費電力が大きいなどの問題点がある。
【０００３】
近年の電子機器などでは、高密度集積回路（ＩＣ，ＬＳＩなど）の高密度化、高集積化などに伴って、発生する熱量が非常に大きくなっている。このため、従来の空冷システムでは対応できず、熱交換容量の大きな液体状の熱媒体で冷却するシステムが要求されている。この冷却システムを電子機器筐体内に設置するには熱媒体を送液するポンプの小型化、薄型化、高効率化、低消費電力化等が必要となっている。
【０００４】
このような小形ポンプとしては、ポンプ本体にトロコイドギアを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この小形ポンプは、モータによってトロコイドギアのインナギアを回転させ、アウタギアとの間に生じる空間を回転方向に移動させて、この空間内の流体を一定方向に移送させるものである。
【０００６】
上述した小形ポンプは、モータの回転軸にトロコイドギアのインナギアを直結した構成であり、全体形状は円筒形であった。通常、円筒形のポンプは、その設置箇所の周囲に無駄な空間が生じやすく、スペース効率はあまりよくない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７６６５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のトロコイドギアをモータで駆動するタイプの小形ポンプは外形が円筒形を成すためスペース効率の面から改善の余地があった。
【０００９】
本発明の目的は、外形を扁平な円盤状に形成することにより、設置箇所周囲に無駄な空間が生じることなく、スペース効率を向上させた小形ギアポンプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による小形ギアポンプは、扁平な円筒形を成し、その底面軸中心部に第１の軸受が設けられたロータ室、このロータ室上に同心状に配置され、軸中心部に第２の軸受が設けられた軸受け部、前記ロータ室上に、このロータ室に対して偏心して設けられた扁平な円筒形のギア室を有し、前記軸受け部の第２の軸受けの周囲には前記ギア室と前記ロータ室とを連通し、ロータ室の内周面に開口する外部との連通路を通して外部に通じる上下連通孔、及び一端が前記ギア室に通じ、他端側は前記軸受け部の半径方向に延設されて外部に通じる外部連通孔がそれぞれ形成され、前記上下連通孔に通じる外部との連通路、及び前記外部連通孔の他端側を、吸入用又は吐出用のポートとした円盤状のケースと、このケースのロータ室底面の軸中心部に設けられた第１の軸受により一端がラジアル方向およびスラスト方向に軸支され、軸方向中間部外周は前記軸受け部に設けられた第２の軸受けによりラジアル方向に軸支され、他端は前記ギア室内に達する回転軸と、前記ロータ室内にて前記回転軸の軸周りに一体的に設けられた円盤状のロータ及び、前記ロータ室の底面を隔てて前記ケースの外面に設けられ前記ロータに対し磁気回転力を与えるステータと、前記ギア室内に設けられた外ロータ及び前記回転軸の他端に連結する内ロータからなるトロコイドギアとを備え、このトロコイドギアの回転により前記吸入用のポートより流体を取り入れ、吐出用のポートから流体を吐出させることを特徴とする。
【００１１】
上記ケースは、上面にロータ室となる扁平な円筒状の凹部が形成され、底部の軸中心部には第１の軸受けが設けられ、かつ底部外面には、ステータ取付け用の凹部が形成されたモータケースと、このモータケース上にＯリングやガスケットなどのシール部材を介して一体的に取付けられ、かつ軸中心部には、前記第１の軸受けと同心の第２の軸受けを設け、この第２の軸受けの周囲に連通孔を設けた軸受けケースと、この軸受けケース上にＯリングやガスケットなどのシール部材を介して一体的に取付けられ、ギア室となる上下に貫通し、前記ロータ室に対し偏心した軸中心を有する扁平な円筒状の開口を有するギアケースと、このギアケース上にＯリングやガスケットなどのシール部材を介して一体的に取付けられ、前記ギア室上面を覆う上蓋とで構成されたものを用いるとよい。
【００１２】
本発明では、トロコイドギアの内ロータに連結する回転軸の他端には、回転軸の回転力を内ロータに伝達すると共に、この内ロータの揺動を許容する軸スペーサを一体に取付けるとよい。
【００１３】
この軸スペーサの外側面には、内ロータに回転力を伝達する平面部が形成され、それ以外の部分は、外方に膨出する球面状の曲面に形成されて、内ロータの揺動を許容する。
【００１４】
また、本発明では、トロコイドギアの内ロータの外周頂部と外ロータの内周頂部との間にクリアランスを設けている。
【００１５】
このクリアランスは、内ロータの基底半径に対するクリアランスの比が０．００１以上となるように設定する。
【００１６】
また、本発明では、ステータは、基板状のメタルコアを有し、このメタルコアとロータの磁石との間に生じる磁気吸着力によって、回転軸をスラスト方向に支持する。
【００２０】
また、本発明では、ケース底板をステータのメタルコア基板に共締めしてもよい。
【００２１】
さらに、本発明では、モータケースの底面板外面とステータに配設されている巻き線との間に高熱伝導剤を充填するとよい。
【００２２】
これらの発明では、円盤状のケースを用いている。このケースの内部には、扁平なロータ室及び軸受け部と扁平な円筒形のギア室とが互いに連通状態で軸方向に順次形成されている。さらに、ロータ室及びギア室をそれぞれ個別に外部に連通させる吸入用及び吐出用のポートが形成されている。このケース内には、ロータ室底面の軸中心部に設けられた第１の軸受により一端がラジアル方向およびスラスト方向に軸支された回転軸が設けられている。この回転軸の軸方向中間部外周は前記軸受け部に設けられた第２の軸受けによりラジアル方向に軸支され、他端は前記ギア室内に達している。ロータ室内には、磁石を有する円盤状のロータが回転軸の軸周りに一体的に設けられており、ロータ室の底面を隔ててケースの外面に設けられタステータにより回転駆動される。ギア室内には外ロータ及び内ロータからなるトロコイドギアが設けられ、内ロータは回転軸の他端に連結して回転駆動され、吸入用のポートにより流体を取り入れ、吐出用のポートから流体を吐出させる。これらの結果、扁平な形状に形成でき、スペース効率が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による小形ギアポンプの一実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は小形ギアポンプの全体構成を示す平面図であり、図２は図１で示した小形ギアポンプの要部を拡大して示す断面図である。なお、図１は、後述する上蓋を取り外した状態の平面図である。
【００２５】
これらの図において、１１はケースで、全体形状が略円盤状をなし、内部には、ロータ室１２、軸受け部１３及びギア室１４が、図示下方から軸方向に順次形成されている。ロータ室１２及びギア室１４はそれぞれ扁平な円筒形状であり、詳細構成は後述するが、軸受け部１３を介して互いに連通している。また、ギア室１４の軸中心は、後述するように、ロータ室１２の軸中心に対して偏心して形成されている。また、このケース１１にはロータ室１２及びギア室１４をそれぞれ個別に外部に連通させる吸入用パイプ１５及び吐出用パイプ１６が連結されている。
【００２６】
１８は回転軸で、その一端（図示下端）は、ロータ室１２底面の軸中心部に設けられた第１の軸受１９により、ラジアル方向およびスラスト方向に軸支されている。また、この回転軸１８の軸方向中間部外周は、軸受け部１３に設けられた第２の軸受２０によりラジアル方向に軸支されている。さらに、この回転軸１８の他端（図示上端）はギア室１４内に達している。
【００２７】
２２はロータで、円盤状を成し、ロータ室１２内にて回転軸１８の軸周りに一体的に取付けられている。２３はステータで、ロータ室１２の底面を隔てたケース１１の外面に設けられ、ロータ２２に対し磁気回転力を与える。すなわち、これらロータ２２及びステータ２３により、モータを構成している。
【００２８】
２５はトロコイドギアで、ギア室１４内に設けられた外ロータ２６及び回転軸１８の他端に連結する内ロータ２７からなり、内ロータ２７の回転に伴いポンプ機能を生じる。
【００２９】
このトロコイドギアポンプは、吸入用のパイプ１５により流体を取り入れ、トロコイドギア２５の回転により吐出用のパイプ１６から流体を吐出させるものである。
【００３０】
以下、上述した各部の詳細を説明する。
【００３１】
ケース１１は、図２で示すように、モータケース３０、軸受けケース３１、ギアケース３２及び上蓋３３からなる。
【００３２】
モータケース３０は、図３および図４で示すように円盤状をなし、上面には扁平な円筒状の凹部３５が形成されている。この凹部３５は、図２で示したように、ロータ室１２となる。また、この凹部３５の底面の軸中心部には小径の凹部３６が形成されており、この凹部３６内には第１の軸受１９が設けられている。
【００３３】
このモータケース３０の上面には、上記凹部３５を囲むように環状の溝３７が設けられている。この溝３７内には、図２で示すように、Ｏリング３８が取付けられる。また、このモータケース３０の底部外面には、ステータ２３を取付けるための凹部３９が形成されている。
【００３４】
さらに、このモータケース３０内には、凹部３５の底部から半径方向に延びる連通路４０が形成されている。この連通路４０には、吸入用のパイプ１５が連結しており、吸入用のポートとして機能する。すなわち、この吸入用のポート（連通路）４０及び吸入用パイプ１５を通して凹部３５（組立て後、ロータ室１２となる）を外部に連通させている。
【００３５】
また、このモータケース３０の上面には、図３で示すように、上下連結用の孔が複数個設けられている。
【００３６】
上記モータケース３０の凹部３５（ロータ室１２）内に設けられるロータ２２は、図５で示すように、回転軸１８の下部軸周りに一体的に取付けられており、その下面には、図６で示すように、磁石４３が一体的に取付けられている。このロータ２２の、回転軸１８との結合部下面２２ａは、図２で示すように、第１の軸受１９の上面に回転自在に載置され、またこのロータ２２と一体の回転軸１８の下部外周は第１の軸受け１９の内周に回動自在に嵌合している。すなわち、ロータ２２及びこれと一体の回転軸１８は、第１の軸受け１９によりスラスト方向及びラジアル方向の両方向に回転自在に軸支されている。したがって、第１の軸受１９はスラスト・ラジアル複合軸受である。
【００３７】
また、モータケース３０の底部外面に形成された凹部３９内に設けられるステータ２３は、図７及び図８で示すように、基板となるメタルコア４４と、このメタルコア基板４４上に形成された巻線４５とを有する。また、この巻線４５に接続する帯状のフレキシブル基板４６を備えており、このフレキシブル基板４６により外部回路と接続する。
【００３８】
メタルコア基板４４には、鉄損の小さいケイ素鋼板を用いており、図２で示すように、巻線４５を、凹部３９内に設置した状態で、モータケース３０の底部外面に、補強板４７と共に一体的に取付けられる。このように組立てられたステータ２３は、モータケース３０の底面板を介してロータ２２に磁気回転力を与え、これを回転駆動する。また、メタルコア基板４４とロータ２２の磁石４３との間に生じる磁気吸着力によって、ロータ２２の回転軸１８をスラスト方向に支持する。
【００３９】
なお、モータケース３０の底面板外面（凹部３９の図示上底面）とステータ２３の巻線４５との間には、シリコーンなどによる高熱伝導剤を充填しておく。
【００４０】
軸受けケース３１は、前述した軸受け部１３を形成するもので、モータケース３０上にＯリング３８を介して一体的に取付けられる。この軸受けケース３１は、図９及び図１０で示すように、軸中心部に、第２の軸受２０を軸受押さえ４９により一体的に取付けている。この第２の軸受２０は、第１の軸受１９と同心に配置されたすべり軸受で、回転軸１８の軸方向中間部外周をラジアル方向に回転自在に軸支する。
【００４１】
また、この軸受ケース３１の、第２の軸受２０の周囲には、上下連通孔５０と外部連通孔５１が設けられている。この上下連通孔５０及び外部連通孔５１の上端部には、図９で示すように、軸中心周りに偏心して形成された円弧状の凹部５０ａ、５１ａがそれぞれ形成されている。上下連通孔５０は、下方のロータ室１２と上方のギア室１４とを連通させている。また、外部連通孔５１は、軸受ケース３１内で半径方向に折曲形成され、吐出用のパイプ１６と連結している。すなわち、この外部連通孔５１は吐出用のポートとして機能しており、吐出用のパイプ１６と共に、上方のギア室１４を外部に連通させている。
【００４２】
なお、この軸受ケース３１の下部外面には、Ｏリング３８用の環状溝部５２が形成され、また、板面部には図９で示すように、上下連結用のねじ孔５３が複数個形成されている。
【００４３】
ギアケース３２は、ギア室１４を形成するもので、軸受けケース３１上にＯリング３８を介して一体的に取付けられる。このギアケース３２は、図１１及び図１２で示すように、上記ギア室１４となる上下に貫通した円筒状の開口５５を有する。この円筒状の開口５５は、その軸中心５５ａが、回転軸１８の軸中心１８ａ（ロータ室１２の軸中心でもある）に対して偏心して形成される。
【００４４】
このギアケース３２の上面及び下面には、Ｏリング３８用の環状溝５６が形成され、かつ板面には図１１で示すように、上下連結用の貫通孔５７が複数個設けられている。そして、このギアケース３２の上面は、上蓋３３がＯリング３８を介して一体的に取付けられ、ギア室１４の上面を覆っている。
【００４５】
ギア室１４内には、ポンプ機能を生じるトロコイドギア２５が設けられている。このトロコイドギア２５は、外ロータ２６と内ロータ２７とで構成される。
【００４６】
外ロータ２６は、図１３で示すように、前記ギア室１４内に嵌合可能な外径を有し、内周にはトロコイド曲線による歯形が形成されており、ギア室１４内に回転可能な状態で嵌合している。
【００４７】
内ロータ２７は、上記外ロータ２６内に設けられ、外ロータ２６と共にトロコイドギア２５を構成するもので、回転軸１８の他端（図示上端）と連結し、回転軸１８から回転力を受ける。この内ロータ２７は、図１４で示すように、外周にトロコイド曲線による歯形が形成され、軸中心には、回転力伝達用の平面を有する連結孔５９が設けられている。
【００４８】
このような構成の外ロータ２６と内ロータ２７は、前述のようにポンプ機能を生じるトロコイドギア２５として組み合わされるが、図１５で示すように、外ロータ２６の内周頂部２６ａと内ロータ２７の外周頂部２７ａとの間にクリアランスＣＬを設けている。このクリアランスＣＬは、内ロータ２７の基底半径に対するクリアランスの比が０．００１以上となるように設定する。
【００４９】
ここで、外ロータ２６と内ロータ２７とは、図１５の右側の唯一の点で接触している。この接触点の反対側にクリアランスＣＬが設けられている。このクリアランスＣＬを設けた理由を以下説明する。
【００５０】
互いに角速度の異なる両ギア２６，２７が２箇所で接触すると、その瞬間にギア表面で大きな摩擦と滑りを伴う。摩擦は必要なトルクを激増させ、滑りは振動、騒音、磨耗を促進する。また、両ギア２６，２７間に形成される密閉室の体積は回転角度によらす厳密に一定である。もしクリアランスＣＬが無く、流体が２箇所で仕切られると、各密閉室内で流体を圧縮・膨張させる瞬間が生じる。これを閉じ込み現象という。この場合、非圧縮性流体は扱えなくなる。また、揮発性（各種冷媒など）の液体は膨張時にキャビテーションを生じる。これに対し、図示のようなクリアランスＣＬを与えることにより、閉じ込み現象は無くなり、非圧縮性流体やキャビテーション発生可能性のある流体に対して安定したポンピングが可能となる。
【００５１】
また、クリアランスＣＬを設けることによりポンプ内部での逆流を許すことになるので、容積形ポンプであるのにもかかわらず、アイドリング運転(流量ゼロでの回転)が可能となる。したがって、ターボ型ポンプのように、差圧だけを誘起して流量を発生しないポンピングが可能となる。
【００５２】
なお、クリアランスＣＬを設けても容積型ポンプとしての性質は保持される。すなわち、クリアランスＣＬを流れる液体には粘性による圧力損失が作用し、その損失が密閉空間の圧力差を保つためである。クリアランス前後の圧力差はクリアランス幅の３乗に比例するが、レイノルズ数(以下、Ｒｅ数：回転数とトロコイドギア直径に比例し、粘性に反比例する)に反比例する。したがって、ギアポンプを小形化するほどクリアランスを大きく与えてもポンプ昇圧は保持される。
【００５３】
クリアランスＣＬの最適値は次のように決める。流量ゼロにおけるポンプ昇圧が無次元数（圧力を、ポンプの代表動圧で除した無次元数。代表動圧は、流体密度×（代表速度の２乗）で与えられる。代表速度は、内ロータ基底半径×内ロータ回転角速度で与えられる。）で１００以上を保持するためには、内ロータ基底半径に対するクリアランスの比（クリアランス率）を、Ｒｅ＝１０のとき０．１０以下、Ｒｅ＞１００のとき０．０５以下とする。
【００５４】
なお、クリアランスが０．００１未満の過小の場合、その前後にある密閉室間の圧力差が無次元数で１０００以上になる。このとき、２つの密閉空間で独立に圧力変動が生じても、その差が１０００以上でないと圧力は伝播しないことになる。このため、閉じ込み現象が発生するとキャビテーションが発生したりギアが破損したりする恐れがある。したがって、クリアランスＣＬは、前述のようにクリアランス比が０．００１以上となるように設定する。
【００５５】
内ロータ２７と回転軸１８の他端（図示上端）とは、図２で示すように、軸スペーサ６１を介して連結している。この軸スペーサ６１は、回転軸１８の回転力を内ロータ２７に伝達すると共に、この内ロータ２７の揺動を許容するものである。すなわち、図１６及び図１７で示すように、軸スペーサ６１の外側面には、内ロータ２７の連結孔５９の平面部と当接して回転力を伝達する平面部６２と、それ以外の部分に形成された、軸方向中間部が外方に膨出する、いわゆる球面状の曲面６３とからなり、この曲面６３により、内ロータ２７の揺動を許容する。
【００５６】
ここで、トロコイドギア２５の内ロータ２７及び外ロータ２６と、第１の軸受１９及び第２の軸受２０の、回転軸１８との接触部分、すなわち、相互に摺動し合う部分の少なくとも一方には、それぞれアモルファスカーボンまたは樹脂材を使用する。
【００５７】
アモルファスカーボンは、ガラス炭素とも呼ばれる、非晶質の炭素であって摩擦係数が低い特性を有する。このため、潤滑剤がなくても小さい摩擦係数を示し、さらに、潤滑材が存在すれば、潤滑材の種類を問わず、極めて低い摩擦係数を示す。
【００５８】
また、アモルファスカーボンからなる部材は、磨耗係数が小さい特性を有する。すなわち、磨耗係数が小さいため磨耗し難く、磨耗しても表面粗さは小さい。
【００５９】
また、アモルファスカーボンは熱膨張率が小さく、嵩密度が小さく、融点温度または熱変形温度が高く、耐熱性が高い。
【００６０】
このほか、アモルファスカーボンは、軽量、高剛性、気液体不透過性、高硬度、緻密均一構造、耐薬品性及び炭素落ちなしなどの特性を有し、他の部材に対し相対的に摺動される部分の材料として好適である。
【００６１】
また、このアモルファスカーボンのほか、前記樹脂材として、第１の軸受け１９と第２の軸受け２０には、好ましくはテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂を用いる。また、トロコイドギアの内ロータ２７及び外ロータ２６には、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フッ素系などの樹脂が用いられる。これらは、いずれも、摺動性、耐摩耗性、耐薬品性に優れた材料である。
【００６２】
次に、動作を説明する。
【００６３】
上記構成において、フレキシブル基板４６により外部から回転指令を与えると、ステータ２３が励磁され、ケース１１の底面板を隔てたロータ２２に磁気回転力を与え、このロータ２２と一体の回転軸１８を軸周りに回転駆動する。このとき回転軸１８は、ロータ２２の磁石４３とステータ２３のメタルコア基板４４との間に生じる磁気吸着力により、第１の軸受１９でスラスト方向に支持される。また、ラジアル方向については、下端外周が第１の軸受１９により、軸方向中間部外周は第２の軸受２０によりそれぞれ支持されている。
【００６４】
このように、回転軸１８が回転することにより、ギア室１４内のトロコイドギア２５が回転駆動され、ポンプ機能を生じる。このポンプ機能により、パイプ１５及び吸入用のポート４０を通って、流体がケース１１内に吸入されロータ室１２内に充満した後、軸受部１３の上下連通孔５０を通りギア室１４内に入る。そして、トロコイドギア２５を構成する外ロータ２６、内ロータ２７間の空間内に入り、その回転移動により、外部連通孔（吐出用のポート）５１を通り、パイプ１６から外部に吐出される。
【００６５】
なお、流体の上記流通経路は、ステータ２３によりロータ２２を時計回りに回転させた場合であり、ステータ２３に供給される電力の極性を反転させてロータ２２を反時計回りに回転させた場合は上記とは反対向きに流れる。すなわち、パイプ１６が吸入用となり、上下連通孔５１が吸入用のポートとなり、流体はここを通ってギア室１４内に入り、上下連通孔５０からロータ室１２内に流れ、吐出用のポートとなる連通路４０及びパイプ１５から外部に吐出される。
【００６６】
ケース１１内に吸入された流体は、上述のようにロータ室１２内に充満し、第１の軸受１９と、回転軸１８の下端外周との間及び回転軸１８と一体のロータ連結部下面２２ａ（図５に図示）との間、すなわち摺動部分に、毛細管現象によって進入する。また、この流体は、軸受部１３に設けられた第２の軸受２０と回転軸１８の外周との間（摺動部分）にも毛細管現象で進入する。
【００６７】
ここで、第１の軸受１９及び第２の軸受２０の回転軸との接触部分（摺動部分）には、アモルファスカーボンまたは樹脂材が用いられている。
【００６８】
アモルファスカーボンは、前述のように耐摩耗性が高く、自己潤滑特性とも呼ばれる低摩擦特性を持つので、軸受などの摺動部材に用いた場合、潤滑剤を用いることなく、回転軸などの可動部材に対して円滑に摺動して支持することができる。したがって、簡単な構成で、潤滑材の不要な軸受などの支持装置を得ることができ、この支持装置自体の耐久性を高くすることができる。
【００６９】
また、アモルファスカーボンは高い耐薬品性を有するので、流体が収容される空間（上述の実施の形態ではロータ室１２や軸受部１３）内に設けられても、流体によって化学変化を起こすことがない。例えば、流体が強酸性または強アルカリ性などの相手に科学的影響を与えやすい流体であっても、摺動部材にアモルファスカーボンを用いていると、摺動部材が流体によって損傷することがなく、摺動部材としての機能を長期間にわたって維持することができ、しかも、この流体を潤滑材として利用することができる。
【００７０】
すなわち、摺動部材を流体の流路内に設けた場合、回転軸などの可動部材と、軸受などの摺動部材との間には、毛細管現象によって流体が侵入する。アモルファスカーボンによる摺動部材は、金属などによる摺動部材のように潤滑材が限定されることはなく、広範な種類の流体を潤滑材として用いることが可能である。このため、可動部材との間に侵入した流体を潤滑材として利用することができる。アモルファスカーボンは、前述のように潤滑材が不要ではあるが、潤滑材が存在することにより、より円滑な支持が可能となる。
【００７１】
上記実施の形態では、第１の軸受１９及び第２の軸受２０の摺動部材としてアモルファスカーボンまたは樹脂材を用いているため、流体として液体アンモニアなどを用いても、その耐薬品性により化学変化を起こすことはなく、潤滑材として機能するため、軸受１９，２０の摺動部材としての機能を長期間にわたって維持することができる。
【００７２】
また、トロコイドギア２５の外ロータ２６及び内ロータ２７にもアモルファスカーボンを用いているが、これら外ロータ２６と内ロータ２７とは回転時、互いに摺動し合って液体アンモニアに対するポンプ機能を生じる。この場合、液体アンモニアは摺動部分の潤滑材をかねることとなり、ポンプ部材としての機能を長期間にわたって維持することができる。
【００７３】
なお、第１の軸受１９及び第２の軸受２０における、アモルファスカーボン部分の接着固定には、フッ素系エラストマー接着剤を用いるとよい。
【００７４】
ここで、トロコイドギア２５の内ロータ２７と回転軸１８との連結に、軸スペーサ６１を用い、内ロータ２７を回転軸１８に対して揺動可能に取付けている。この結果、ギア室１４の、回転軸１８に対する直角度に多少の誤差があっても、内ロータ２７を円滑に回転させることができる。
【００７５】
すなわち、キア室１４の平面方向を回転軸１８の軸方向に対して完全に直角に保つことは、加工精度の面から難しく、実際には直角に対し多少の角度誤差が生じる。このため、回転軸１８と内ロータ２７とをリジットに連結すると、上記角度誤差により内ロータ２７とギア室１４の内面や外ロータ２６との間に部分的にかじりが生じ、円滑な回転ができなくなる。
【００７６】
これに対し、上記実施の形態では、軸スペーサ６１を用い、その外側面に形成した球面状の曲面６３（図１７に図示）により、内ロータ２７を回転軸１８に対して揺動可能に連結している。このため、内ロータ２７をギア室１４の角度誤差に倣って揺動させることができる。したがって、ギア室１４内面や外ロータ２６との間に部分的にかじりが生じることはなく、円滑な回転を得ることができる。
【００７７】
ここで、ケース１１の材質としては、金属、セラミックス、樹脂などが考えられるが、作動流体の化学的性質を考慮して適宜選択すればよい。
【００７８】
例えば、内部を流通する流体として、液体アンモニアを用いた場合、この流体が温度変化に敏感に反応し、かつ内部にポンプ機能を有するため、かなりの圧力を受けることになる。したがって、ケース１１の受圧部材、例えばモータケース３０、軸受ケース３１、ギアケース３２、及び上蓋３３などは強固に構成する必要がある。
【００７９】
この場合、上記ケースの受圧部材としては、ニッケル、クロム、鉄、モリブデンを主成分とするニッケル基合金に、ニオブ、アルミニウム、チタンを添加して析出硬化能を与えたニッケル系合金材料で、銅を含有せず高透磁率の高強度鋼を使用するとよい。
【００８０】
また、このケースの受圧部材として、チタン、アルミニウム、バナジウムを主成分とするチタン系合金材料で、銅を含有せず高透磁率の高強度鋼を使用してもよい。
【００８１】
さらに、ケースの受圧部材として、アルミニウム、鉄を主成分とするアルミニウム基合金に、シリコン、バナジウム、ジルコニウム、モリブデン、マグネシウムなどを添加した粉体材料を、ＰＭ法やＳＦ法による急冷凝固法で凝固させて製造したアルミニウム合金材料で、高透磁率の高強度鋼を使用してもよい。
【００８２】
上記ケース１１を構成するモータケース３０、軸受ケース３１、ギアケース３２及び上蓋３３はそれぞれＯリング３８を介して、図示しないボルトにより上下方向に一体的に連結されているが、このＯリング３８としては、シリコーン製またはフッ素系エラストマー樹脂製のものを用いるとよい。
【００８３】
また、このようにシールを必要とする部分には、Ｏリングに限らず、樹脂または金属製のガスケットを用いてもよい。
【００８４】
また、ステータ２３をケース１１の下面に取付ける場合、ステータ２３のメタルコア基板４４の下面には補強板４７が取付けられるが、この補強板４７をケース１１の底板として、メタルコア基板４４と共締めしることにより、強度的により強固となる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、外形を扁平な略円盤状に形成することにより、設置箇所周囲に無駄な空間が生じることなく、スペース効率を向上する。また、充分な強度を有し、作動流体を潤滑材として使用できるため長寿命で、部品交換の頻度も少ないトロコイドギアポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による小形ギアポンプの一実施の形態を示す平面図である。
【図２】同上一実施の形態のケース内部分を拡大して示す断面図である。
【図３】同上一実施の形態におけるモータケースを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】同上一実施の形態におけるロータの断面図である。
【図６】同上一実施の形態におけるロータの底面図である。
【図７】同上一実施の形態におけるステータを示す平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】同上一実施の形態における軸受ケースを示す平面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】同上一実施の形態におけるギアケースを示す平面図である。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】同上一実施の形態におけるトロコイドギアの外ロータを示す平面図である。
【図１４】同上一実施の形態におけるトロコイドギアの内ロータを示す平面図である。
【図１５】同上一実施の形態におけるトロコイドギアを示す平面図である。
【図１６】同上一実施の形態における軸スペーサを示す平面図である。
【図１７】図１６の断面図である。
【符号の説明】
１１ケース
１２ロータ室
１３軸受部
１４ギア室
１８回転軸
１９第１の軸受
２０第２の軸受
２２ロータ
２３ステータ
２５トロコイドギア
２６外ロータ
２７内ロータ
３０モータケース
３１軸受ケース
３２ギアケース
３３上蓋
３５、３６、３９凹部
３８Ｏリング
４０吸入用のポート
４３磁石
４４メタルコア基板
４７ケース底板（補強板）
５０連通孔
５１吐出用のポート
５５開口
６１軸スペーサ
６３球面状の曲面部

Claims

扁平な円筒形を成し、その底面軸中心部に第１の軸受が設けられたロータ室、このロータ室上に同心状に配置され、軸中心部に第２の軸受が設けられた軸受け部、前記ロータ室上に、このロータ室に対して偏心して設けられた扁平な円筒形のギア室を有し、前記軸受け部の第２の軸受けの周囲には前記ギア室と前記ロータ室とを連通し、ロータ室の内周面に開口する外部との連通路を通して外部に通じる上下連通孔、及び一端が前記ギア室に通じ、他端側は前記軸受け部の半径方向に延設されて外部に通じる外部連通孔がそれぞれ形成され、前記上下連通孔に通じる外部との連通路、及び前記外部連通孔の他端側を、吸入用又は吐出用のポートとした円盤状のケースと、
このケースのロータ室底面の軸中心部に設けられた第１の軸受により一端がラジアル方向およびスラスト方向に軸支され、軸方向中間部外周は前記軸受け部に設けられた第２の軸受けによりラジアル方向に軸支され、他端は前記ギア室内に達する回転軸と、
前記ロータ室内にて前記回転軸の軸周りに一体的に設けられた円盤状のロータ及び、前記ロータ室の底面を隔てて前記ケースの外面に設けられ前記ロータに対し磁気回転力を与えるステータと、
前記ギア室内に設けられた外ロータ及び前記回転軸の他端に連結する内ロータからなるトロコイドギアとを備え、
このトロコイドギアの回転により前記吸入用のポートより流体を取り入れ、吐出用のポートから流体を吐出させる小形ギアポンプ。
ケースは、
上面にロータ室となる扁平な円筒状の凹部が形成され、底部の軸中心部には第１の軸受けが設けられ、かつ底部外面には、ステータ取付け用の凹部が形成されたモータケースと、
このモータケース上にシール部材を介して一体的に取付けられ、かつ軸中心部には、前記第１の軸受けと同心の第２の軸受けを設け、この第２の軸受けの周囲に連通孔を設けた軸受けケースと、
この軸受けケース上にシール部材を介して一体的に取付けられ、上下に貫通し、前記ロータ室に対し偏心した軸中心を有する扁平な円筒状の開口をギア室としたギアケースと、
このギアケース上にシール部材を介して一体的に取付けられ、前記ギア室上面を覆う上蓋と、
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の小形ギアポンプ。
トロコイドギアの内ロータに連結する回転軸の他端には、回転軸の回転力を内ロータに伝達すると共に、この内ロータの揺動を許容する軸スペーサを一体に取付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の小形ギアポンプ。
軸スペーサの外側面には、内ロータに回転力を伝達する平面部が形成され、それ以外の部分は、外方に膨出する球面状の曲面に形成されて、内ロータの揺動を許容することを特徴とする請求項３に記載の小形ギアポンプ。
トロコイドギアの内ロータの外周頂部と外ロータの内周頂部との間にクリアランスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の小形ギアポンプ。
クリアランスは、内ロータの基底半径に対するクリアランスの比が０．００１以上となるように設定したことを特徴とする請求項５に記載の小形ギアポンプ。
ステータは、メタルコア基板を有し、このメタルコアとロータの磁石との間に生じる磁気吸着力によって、回転軸をスラスト方向に支持することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の小形ギアポンプ。
ケース底板をステータのメタルコア基板に共締めしたことを特徴とする請求項７に記載の小形ギアポンプ。
モータケースの底面板外面とステータに配設されている巻き線との間に高熱伝導剤を充填したことを特徴とする請求項２、請求項７、請求項８のいずれかに記載の小形ギアポンプ。