JPH07305685A - 回転歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 互いに同心的でなければならない全ての案内
表面が単一のハウジングにより画定されるため正確な機
械加工が容易であり、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。 【構成】 ハウジング１５、１７内の駆動歯車２７と被
駆動歯車２９はそれぞれ、歯車部分と、その一方の軸方
向側の円筒状部分３７、２９とを有する。ハウジングの
２つの円筒状内側案内表面４１、４３はそれぞれ駆動歯
車と被駆動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。各円筒状部分とその関連の内側案内表面
が係合することにより駆動歯車と被駆動歯車に実質的に
唯一の軸受支持が与えられる。入力シャフト２３は駆動
歯車とは別体であり、このため入力シャフトのサイズは
歯車による制限を受けず、また回転歯車装置を実質的に
分解せずに入力シャフトを容易に交換できる。

Description

【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
として使用可能であり、入口及び出口、並びにそれぞれ
第１及び第２の回転軸を画定する第１及び第２の歯車空
間を有するハウジングを備えた回転歯車装置を提供する
ことにより達成される。これらの歯車空間内にはそれぞ
れ第１及び第２の歯車が回転自在に配設されて、第１及
び第２の回転軸を中心として回転可能であり、それらは
噛み合った状態にある。噛み合った歯の一方の側には入
口と流体連通関係にある入口チェンバがあり、噛み合っ
た歯の他方の側には出口と流体連通関係にある出口チェ
ンバがある。シャフト手段が第１の歯車と作動的に結合
するため、シャフト手段を回転させると第１及び第２の
歯車が回転し、また第１及び第２の歯車を回転させると
シャフト手段が回転する。この回転歯車装置はシャフト
手段をハウジングに対して回転自在に支持する手段を有
する。

【００１４】本発明の改良型回転歯車装置は、第１及び
第２の歯車がそれぞれ歯車部分とその一方の軸方向側に
ある円筒状部分とにより構成されている点に特徴があ
る。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された第１及び第２の円筒状の内側
案内表面を有する。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。各円筒状部分とその関連の内側
案内表面とが係合することにより第１及び第２の歯車の
ための実質的に唯一の軸受支持が与えられる。

【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１
３、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２
７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４
３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２
１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５
５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０．０２５４ｍ
ｍ（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２５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１．９０５
ｃｍ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３，７
１３，７５９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２
３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３
５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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口及び出口並びに第１及び第２の回転
   軸を画定する第１及び第２の歯車空間を画定するハウジ
   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、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
   転する、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、 第１及び第２の歯車がそれぞれ歯車部分と、歯車部分の
   一方の軸方向側に設けた円筒状部分とより成り、 ハウジングがそれぞれ第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の内側案内表面がそれぞれ第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
   し、 各円筒状部分とその関連の内側案内表面が係合すること
   により第１及び第２の歯車に実質的に唯一の軸受支持が
   与えられることを特徴とする回転歯車装置。
2. 【請求項２】 ハウジングが第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の内側案内表面が第１の歯車空間と第３の内側
   案内表面との間で軸方向に位置し、シャフト手段がシャ
   フト部分と、第３の内側案内表面に受容されてそれによ
   り回転自在に支持される円筒状部分とを含み、シャフト
   手段の円筒状部分と第３の内側案内表面が係合すること
   によりシャフト手段の軸受支持の大部分が与えられるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の回転歯車装置。
3. 【請求項３】 第１の歯車の円筒状部分が内側に１組の
   スプラインを形成した中央開口を有し、シャフト手段が
   内側のスプラインと係合する１組の外側スプラインを備
   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に記載の回転歯車装置。
4. 【請求項４】 第１及び第２の歯車が実質的に同一であ
   り、交換可能なことを特徴とする請求項３に記載の回転
   歯車装置。
5. 【請求項５】 シャフト手段の円筒状部分が大きな直径
   を有し、シャフト部分と外側スプラインとの間を軸方向
   に延びることを特徴とする請求項３に記載の回転歯車装
   置。