JP6203487B2 - 一体型の流量指示器を有する計量歯車ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、包括的には流体分配装置に関し、より詳細には、分配システムにおいて粘性流体の非常に正確な量を計量するように設計されている計量歯車ポンプに関する。

計量歯車ポンプは、噛み合い歯車間の粘性流体を移動させることによって動作する。通常、歯車は積み重なったプレート内に取り付けられており、プレートは、歯車間の粘性流体を受け入れるとともに、歯車及び出口ポートの数に応じて流体を通常は１つ又は複数の流れにして排出するように適切にポートが形成されている（ported）。単純な計量歯車ポンプには、単一の入口ポートと単一の出口ポートとがある。入口ポートは噛み合い歯車に隣接する入口空間と連通し、出口ポートは噛み合い歯車間の出口空間と連通する。外部にある歯車の場合、２つの噛み合い歯車は、流体を入口空間に引き込む吸引を作り出す。それらの歯車は、回転するとポンプの入口側で分離し、流体によって充填される空隙及び吸引を作り出す。流体は歯車によってポンプの排出、すなわち出口側へ搬送され、ここで歯車の噛み合いによって、流体が歯車間の出口空間から出口ポートを通して移動する。歯車ポンプ内の機械的クリアランスは通常は小さく、これらの狭いクリアランス並びに流体の粘度及び歯車の速度によって、流体がポンプの入口側からポンプの出口側へと連続的に押し進められる（force）。

計量歯車ポンプの歯車は回転するが流体はポンプ内を十分に流れない、製造作業を含めた種々の用途における例を挙げることができる。この状況において作業員に迅速に通知することを確実にするために、種々の測定が行われる。例えば、１つ又は複数の流量計又は圧力変換器が、監視機能を提供するためにポンプから下流にある流体システムにおいて用いられる。流量計又は圧力変換器がシステム内の流量が不十分であることを指示する（indicate：示す）場合、トラブルシューティング及びメンテナンス目的のために生産ラインを遮断することができる。

歯車ポンプからの正確な流体計量を監視する、より単純で潜在的にはより費用のかからない方法を提供することが望ましい。

第１の実施の形態において、粘性流体を計量する歯車ポンプが提供される。歯車ポンプは概して、粘性流体を受け入れる入口ポートと、粘性流体を排出する出口ポートとを含むハウジングを備える。歯車ポンプは、単純な設計を有し、僅か２つの噛み合い歯車を利用するものとすることができるか、又はより複雑であり、３つ以上の歯車及び／又は２つ以上の流体出力の流れを利用するものとすることができる。少なくとも第１の駆動歯車及び第２のアイドラ歯車はそれぞれが、ハウジング内で回転するように取り付けられる。駆動歯車及びアイドラ歯車は、噛み合い関係にあるそれぞれの歯車の歯を含む。歯車の歯は概して、それぞれが噛み合い歯車の歯に隣接して位置する入口空間及び出口空間をハウジング内に形成する。入口空間は入口ポートと流体連通し、出口空間は出口ポートと流体連通する。歯車ポンプは、ハウジング内に設置されるとともに、駆動歯車及びアイドラ歯車とは独立して回転するように取り付けられる流量指示部材を更に含む。流量指示部材は、流体が入口ポート及び入口空間から出口空間及び出口ポートまで移動している時を指示するように、粘性流体によって回転するように構成される。

歯車ポンプは、種々の他の態様又は例示的な実施の形態を含むことができる。例えば、電子制御部が、流量指示部材に連結され、流量指示部材の回転をユーザーに指示するように動作可能である。この電子制御部は種々の形態をとることができ、１つの実施の形態ではエンコーダを備える。流量指示部材は流量指示歯車を更に含むことができる。流量指示歯車は好ましくは、駆動歯車又はアイドラ歯車の少なくとも一方に対して同軸に回転するように取り付けられる。他の実施の形態では、２つ以上の流量指示部材を設けることができ、これらは、駆動歯車及びアイドラ歯車の各歯車に対して同軸に取り付けられるそれぞれの歯車とすることができる。ハウジングは、複数の積み重なったプレートを備えることができる。この場合、駆動歯車及びアイドラ歯車を、積み重なったプレートのうちの１つのプレート内で回転するように取り付けることができ、流量指示歯車を、積み重なったプレートのうちの別のプレート内に取り付けることができる。

歯車ポンプを通る粘性流体の流量を指示する方法も提供され、この方法は粘性流体を歯車ポンプハウジングの入口ポートに供給することを含む。第１の歯車がハウジング内で第２の歯車と噛み合い関係で駆動される。粘性流体を入口ポートから噛み合う第１の歯車及び第２の歯車に隣接する入口空間まで、次いで噛み合う第１の歯車及び第２の歯車に隣接する出口空間とハウジングの出口ポートとまで移動させるように、第１の歯車及び第２の歯車はそれぞれがハウジング内で回転するように取り付けられる。粘性流体を入口ポート及び入口空間から出口空間及び出口ポートまで移動させることによって、ハウジング内に設置されている流量指示部材を回転させる。流量指示部材の回転を、流量指示部材に動作可能に連結される電子制御部を通じてユーザーに伝達することができる。例えば、流量指示部材の回転は、好適には、流量指示部材に動作可能に連結されるとともに制御部の一部として含まれるエンコーダと、電子表示画面等の関連付けられるユーザーディスプレイとの使用によってユーザーに伝達することができる。上記で論考したように、流量指示部材を回転させることは、好ましくは流量指示歯車を回転させることを含むことができる。より好ましくは、流量指示歯車は、第１の駆動歯車又は第２のアイドラ歯車の少なくとも一方に対して同軸に回転することができる。

本発明の種々の更なる特徴は、添付の図面と併せて例示的な実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば当業者にはより容易に明らかとなるであろう。

本発明の第１の例示的な実施形態に従って組み立てられた歯車ポンプの概略斜視図である。 図１に示される歯車ポンプの断面図である。 図１に示される歯車ポンプの分解斜視図である。

計量歯車ポンプシステム１０の第１の実施形態が、図１〜図３に概略的に示されている。システム１０は概して、マニホルド１４と流体連通するように連結されている計量歯車ポンプ１２を含む。計量歯車ポンプ１２は、この例示的な実施形態では、一連の４つの積み重なったプレート１６、１８、１９、２０、２２を備えるハウジングを含む。プレート１６、２２は計量歯車ポンプ１２の端部キャップを備え、内側プレート１８、１９、２０は、以下で論考されるようにそれぞれの歯車を受け入れる。プレート１６、１８、１９、２０、２２は、ねじ山付き締結具２６によって、一体のアセンブリ又はハウジングとなるようにともに固定される。プレート１８は、第１の駆動歯車３０を収容する孔又は切り欠き１８ａと第２のアイドラ歯車３２を収容する孔又は切り欠き１８ｂとを有する。歯車３０、３２は、プレート１８の、孔１８ａ、１８ｂが交差する中央の開口したエリアにおいて互いに噛み合い関係にあるそれぞれの歯車の歯３０ａ、３２ａを有する。本明細書に記載される本発明の態様は、本明細書に提示される例よりも複雑な歯車ポンプを含めて、多くの種類の歯車ポンプに適用することができることが理解されるであろう。

駆動軸４０が、モーター４２と直接的に又は間接的に連結される。駆動軸４０は、キー４６によって駆動歯車３０に更に連結される。アイドラ歯車３２は、アイドラ軸５０の回りに自由に回転し、モーター４２の起動時に、歯車の歯３０ａ、３２ａの噛み合い関係に起因して駆動歯車３０によって回転する。それぞれの軸４０、５０は、プレート１６の孔１６ａ、１６ｂ内で回転するように受け入れられる。アイドラ軸５０は、軸５４に対して回転するように更に連結される。駆動軸４０は、プレート２２の孔２２ａ内に固定されている軸支・シールアセンブリ５５内及びプレート１９の孔１９ａ内で回転するように更に受け入れられ、軸５４は、プレート２２の孔５７内で回転するように受け入れられる。好適な運動用シール５９（概略的に示される）を用いて、軸４０、５０、５４をシールするとともにポンプ１２からの流体の漏れを防止する。

軸５４は、回転可能な流量指示部材６０に接続される。この実施形態において、流量指示部材は、歯車の歯６０ａを有する歯車６０である。しかしながら、流量指示部材は、概して本明細書に記載されるように機能する回転可能な部材の他の形態をとることができる。流量指示歯車６０は、キー６２によって軸５４に連結される。軸５４は、軸５４及び取り付けられた流量指示歯車６０の回転を作業員に指示する制御部７０に動作可能に連結される。制御部７０は、軸５４の回転速度を検出してその回転速度を指示する電子出力を提供するエンコーダ７２を備える（comprise or include）ことができる。軸５４は流量指示歯車６０によって回転するように物理的に接続されるため、エンコーダ７２は同様に、以下で更に記載される目的のために流量指示歯車６０の回転速度も指示する。軸５４は、軸５０の端部にある円筒形のブラインドボア５０ａに収容される円筒形のピン５４ａによって軸５０に連結される。この接続によって、２つの軸５０、５４の互いに対する自由で独立した回転が可能となる。

図１〜図３の実施形態は、歯車６０と噛み合うとともに駆動軸４０に対して回転する第２のアイドラ歯車６１を更に示す。歯車６１は、駆動軸４０によって回転するのに、物理的にキーが嵌め込まれる（keyed）又は他の方法で接続されるわけではない。特定の場合では、歯車６０等の流量指示部材は１つしか必要ではないことが理解されるであろう。プレート２０は、歯車６０、６１をそれぞれ受け入れる一対の孔又は切り欠き２０ａ、２０ｂを有する。プレート１９は、プレート１８とプレート２０との間に位置し、軸４０、５４をそれぞれ受け入れる孔１９ａ、１９ｂと、プレート１６のポート８０、９４（以下で更に記載される）とそれぞれ流体連通する孔１９ｃ、１９ｄとを有する。

図２及び図３の説明（review）に基づいて、圧力下の流体が、マニホルド１４の供給ポート７６からプレート１６の入口ポート８０を通じて２つの歯車３０、３２間の入口空間８２内へ供給されることが理解されるであろう。モーター４２が矢印８４（図３）によって示される方向に駆動軸４０を回転させると、噛み合い歯車３０、３２は、矢印８６、８８によって示されるように反対方向に回転する。これは、噛み合い歯車３０、３２間の入口空間８２に空隙又は真空を作り出す。この入口空間８２は、流量指示歯車６０の歯車の歯６０ａ間の空間６０ｂと連通する。歯６０ａ間の空間６０ｂはまた、アイドラ歯車３２の歯３２ａ間の空間３２ｂと連通する。モーター４２の起動時に歯車３０、３２が回転すると、流体は、プレート１８のそれぞれの孔１８ａ、１８ｂ内の歯車の歯の空間３０ｂ、３２ｂを通って、またプレート２０の孔２０ａ、２０ｂ内の歯車の歯の空間６０ｂ、６１ｂ内を搬送される。このようにして、流体は、圧力下でプレート２０の入口空間９１から出口空間９０と、隣接して連通している、プレート１８の出口空間９２とへ導かれる。次いで、流体は、出口空間９０、９２と、プレート１６の連通している出口ポート９４と、マニホルド１４の連通しているポート９６とを通して押し進められ、連通ポート９６において流体は次いで、更なるシステム構成部材（図示せず）へと下流に送達される。

流体が記載の方法でポンプ１２内を移動すると、流量指示歯車６０及び取り付けられた軸５４は、ポンプ１２を通る流体の流速に比例する速度で、矢印８９（図３）の方向に回転する。これは、アイドラ歯車３２及び流量指示歯車６０の回りの流体圧力と流体運動とに起因する。制御部７０は、流量指示歯車６０の回転速度と等しい軸５４の回転速度を検出する。検出された速度が所定の計量速度を指示するように予め定められた所定のレベルよりも低い場合、トラブルシューティング及びメンテナンスを行うことができるように、作業員に警告する及び／又はシステムを自動的に遮断することができる（例えば、モーター４２を停止することができる）。警告は例えば、制御部７０に動作可能に関連付けられる１つ又は複数の光又は可聴警報を含むことができる。

本発明を種々の好ましい実施形態の記載によって説明し、これらの実施形態を幾らか詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に制限するか又はいかようにも限定することは本出願人の意図ではない。更なる利点及び変更形態は当業者には容易に明らかであろう。本発明の種々の特徴は、単独で、又はユーザーの必要性及び好みに応じて任意の組み合わせで用いることができる。本明細書では、現在知られているような本発明を実施する好ましい方法とともに、本発明を記載した。しかしながら、本発明自体は添付の特許請求の範囲によってのみ規定されるものとする。

Claims (10)

1. 粘性流体を計量する歯車ポンプであって、
   前記粘性流体を受け入れる入口ポートと前記粘性流体を排出する出口ポートとを含むハウジングと、
   それぞれが前記ハウジング内で回転するように取り付けられる駆動歯車及びアイドラ歯車であって、該駆動歯車及び該アイドラ歯車は、噛み合い関係にあるそれぞれの歯車の歯を含むとともに、入口空間及び出口空間を前記ハウジング内にかつ前記噛み合い関係にある歯車の歯に隣接して形成し、前記入口空間は前記入口ポートと流体連通し、前記出口空間は前記出口ポートと流体連通する、駆動歯車及びアイドラ歯車と、
   前記ハウジング内に設置されるとともに、前記駆動歯車及び前記アイドラ歯車とは独立して回転するように取り付けられる流量指示部材であって、該流量指示部材は、前記粘性流体が前記入口ポート及び前記入口空間から前記出口空間及び前記出口ポートまで圧力下で移動している時を指示するように、前記粘性流体によって回転するように構成される、流量指示部材と、
   を備え、前記ハウジングは複数の積み重なったプレートを更に備え、前記駆動歯車及び前記アイドラ歯車は、前記積み重なったプレートのうちの１つのプレート内で回転するように取り付けられ、前記流量指示部材は、前記積み重なったプレートのうちの別のプレート内に取り付けられる流量指示歯車を更に含む、粘性流体を計量する歯車ポンプ。
2. 前記流量指示部材に連結されるとともに該流量指示部材の回転をユーザーに指示するように動作可能である電子制御部を更に備える、請求項１に記載の歯車ポンプ。
3. 前記電子制御部はエンコーダを更に備える、請求項２に記載の歯車ポンプ。
4. 前記流量指示部材は前記流量指示歯車である、請求項１に記載の歯車ポンプ。
5. 前記流量指示歯車は、前記駆動歯車又は前記アイドラ歯車の少なくとも一方に対して同軸に回転するように取り付けられる、請求項４に記載の歯車ポンプ。
6. 粘性流体を計量する歯車ポンプであって、
   前記粘性流体を受け入れる入口ポートと前記粘性流体を排出する出口ポートとを含むハウジングと、
   それぞれが前記ハウジング内で回転するように取り付けられる駆動歯車及びアイドラ歯車であって、該駆動歯車及び該アイドラ歯車は、噛み合い関係にあるそれぞれの歯車の歯を含むとともに、入口空間及び出口空間を前記ハウジング内にかつ前記噛み合い関係にある歯車の歯に隣接して形成し、前記入口空間は前記入口ポートと流体連通し、前記出口空間は前記出口ポートと流体連通する、駆動歯車及びアイドラ歯車と、
   前記ハウジング内に設置されるとともに、前記駆動歯車及び前記アイドラ歯車とは独立して回転するように取り付けられる流量指示歯車であって、該流量指示歯車は、前記粘性流体が前記入口ポート及び前記入口空間から前記出口空間及び前記出口ポートまで圧力下で移動している時を指示するように、前記粘性流体によって回転するように構成される、流量指示歯車と、
   前記流量指示歯車に連結されるとともに該流量指示歯車の回転をユーザーに指示するように動作可能である、エンコーダと、
   を備え、
   前記ハウジングは複数の積み重なったプレートを更に備え、前記駆動歯車及び前記アイドラ歯車は、前記積み重なったプレートのうちの１つのプレート内で回転するように取り付けられ、前記流量指示歯車は、前記積み重なったプレートのうちの別のプレート内に取り付けられる、粘性流体を計量する歯車ポンプ。
7. 前記流量指示歯車は、前記駆動歯車又は前記アイドラ歯車の少なくとも一方に対して同軸に回転するように取り付けられる、請求項６に記載の歯車ポンプ。
8. 歯車ポンプを通る粘性流体の流量を指示する方法であって、
   前記粘性流体をハウジングの入口ポートに供給することと、
   第２の歯車と噛み合い関係にある第１の歯車を駆動することであって、該歯車はそれぞれ、前記ハウジング内で回転するように取り付けられて、前記粘性流体を前記入口ポートから、前記噛み合う第１の歯車及び第２の歯車に隣接する入口空間と、前記噛み合う第１の歯車及び第２の歯車に隣接する出口空間と前記ハウジングの出口ポートとまで圧力下で移動させる、駆動することと、
   前記粘性流体を前記入口ポート及び前記入口空間から前記出口空間及び前記出口ポートまで移動させることによって、前記ハウジング内に設置される流量指示部材を回転させることと、
   を含み、前記流量指示部材を回転させることは流量指示歯車を回転させることを含み、前記流量指示歯車を回転させることは、該流量指示歯車を前記第１の歯車又は前記第２の歯車の少なくとも一方に対して同軸に回転させることを更に含む、歯車ポンプを通る粘性流体の流量を指示する方法。
9. 前記流量指示部材の回転を該流量指示部材に動作可能に連結される電子制御部を通じてユーザーに指示することを更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記流量指示部材の回転を該流量指示部材に動作可能に連結されるエンコーダを通じてユーザーに指示することを更に含む、請求項８に記載の方法。

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