【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、回転ポンプ、より詳しくはギヤポンプ（歯車ポンプ）に関する。 【０００２】 【従来の技術】回転ポンプは、消防ポンプから、商業上重要な物質の体積的供給（volumetricdosing)に至る広範囲の用途のために開発されている。 回転ポンプは、これらの物質推進要素の構造的特徴に従って類別される。
回転ポンプの商業上重要な一形式としてギヤポンプがあり、ギヤポンプでは、１対以上の相互噛合いギヤが、これらの歯により物質を推進する。 これらのポンプ形式の例が米国特許第1,005,586 号、第2,176,322 号、第3,09
6,719 号、第3,427,984 号、第2,967,487 号に開示されており、また改良形のポンプ形式が米国特許第3,170,40
8 号、第3,171,590 号および第4,787,831 号に開示されている。 上記形式のポンプには単一軸を用いたものがあり、ギヤ歯は適当な形状のケーシングと接触していて、
ギヤとケーシングとの間で搬送される物質を捕捉する。
ポンプには、相互噛合い歯の間で物質を推進すべく設計された１対の相互噛合いギヤを用いることもできる。 ポンプはギヤの形状により区別でき、例えば平歯車並びにねじ形ギヤまたははすば歯車が使用される。 【０００３】使用されるギヤ形式の如何に係わらず、ポンプを通って流れる物質の漏洩を最小にすると同時に、
ギヤが取り付けられる軸の充分な回転支持が行なえる設計上の挑戦がなされてきた。 ギヤポンプにおけるこれらのおよび他の改良は絶えず追求されている。 例えば、或る用途では、ポンプを取り外し、遠隔の洗浄場所で分解する必要がなく、「定位置（in place) 」でポンプを洗浄できることが望まれている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポンプを通して物質を推進する１対の相互噛合いギヤを備えたギヤポンプを提供することにある。 本発明の他の目的は、商業上重要な用途に対し充分な程度まで「定位置」
で洗浄できるギヤポンプを提供することにある。 本発明の更に別の目的は、最少の安価な部品から簡単かつ経済的に製造できる上記形式のギヤポンプを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】以下の説明および添付図面から明らかになる本発明の上記および他の目的は、内部キャビティを形成するハウジング手段を有し、該ハウジング手段が、前記内部キャビティに連通する流れ入口および流れ出口を備え、第１軸と、該第１軸に取り付けられた第１ポンプギヤと、第１軸により支持された第１
ギヤシールと、第２軸と、該第２軸に取り付けられた第２ポンプギヤと、第２軸により支持された第２ギヤシールと、第１ギヤシールおよび第２ギヤシールから間隔が隔てられるようにかつ第１軸および第２軸を互いに相互噛合い回転すべくハウジングに取り付けるように、ハウジング手段により支持された転がり要素ベアリングと、
前記第１ギヤシールおよび第２ギヤシールと相手係合するようにハウジング手段により支持された、それぞれ第１ハウジングシールおよび第２ハウジングシールとを更に有し、該第１ハウジングシールおよび第２ハウジングシールが、それぞれ第１軸および第２軸から間隔を隔てており、これらを通る流れを許容することを特徴とするギヤポンプにより達成される。 【０００６】 【発明の実施の形態】ここで図面を参照すると、全体を参照番号１０で示すギヤポンプは、端ハウジング１２、
１４および中央ハウジング１６からなる３つのハウジング部材で作られている。 図１〜図３に示すように、駆動スピンドル１８は、端ハウジング１２を貫通して、ポンプの前端部から突出している。 図１および図４に示すように、ポンプの後端部には、転がりベアリング、好ましくはボールベアリングレース２４、２４（図４には示されているが、図１からは省略されている）を受け入れるための凹部２０、２２が設けられている。 図６に示すように、端ハウジング１２からは取付けブラケット３０が延びており、該取付けブラケット３０はねじ緊締具３２
により端ハウジング１２に固定される。 複数のボルト３
６がハウジング１２〜１６を貫通し、これらのハウジングをナット緊締具３８により圧縮保持する。 【０００７】端ハウジング１４に形成されたねじ孔には、１対のねじ金具４０、４２が受け入れられる。 図６
および図７には、参照番号４４で示す一方のねじ孔のみが示されている。 スピンドル１８の回転方向に基づいて、ねじ金具４０、４２のいずれか一方が流入金具として機能し、端ハウジング１４の内部に物質を導入する。
ここで図５から図７を参照すると、ギヤ４６、４８が、
中央ハウジング１６内に配置されるように、軸５０、５
２に取り付けられる（図５参照）。 ボールベアリングレース２４、２６が軸５０、５２の後端部を支持し、一方、ボールベアリングレース５６、５８が軸５０、５２
の前端部を支持する。 図５に示すように、スピンドル１
８が下方の軸５２から延び、好ましくは該軸５２と一体成形される。 【０００８】再び図６および図７を参照すると、ギヤ４
６、４８の両側にはシールセットが設けられる。 例えば、図７に示すように、上方のギヤ４６の一方の側と関連する第１シールセットは、リング状ギヤシールおよびカップ状ハウジングシール６６を有する。 好ましくは、
ギヤシール６４は、ギヤ４６の一方の面に形成された凹部６８内に受け入れられる。 ギヤシール６４は、好ましくはギヤ４６と一緒に回転するように、適当な接着剤でギヤ面に固定される。 カップ状ハウジングシール６６
は、ここでは、３つの段部すなわち、リング状面部６６
ａ、中央段部６６ｂおよび外方の小径リング状端部６６
ｃを有するものを説明する。 端部６６ｃに形成されたノッチ７２は、ハウジング１４に圧入されるピン７４を受け入れる。 図５の右上部に示すように、ピン７４はハウジングシール６６内に受け入れられて、該ハウジングシール６６が軸５０の軸線の回りで回転することを防止する。 ばね部材７６が、ハウジングシールの端部６６ｃの露出面と係合する。 ボルト３６を緊締してハウジング部分を一体に締め付けると、ばね７６がハウジング１４とハウジングシール６６との間で圧縮される。 ばね７６は慣用的な「波状（crinkle-like) 」構造のものであり、
圧縮されたときに押圧エネルギを蓄えることができる。
ポンプが組み立てられると、ばね７６からのエネルギによってギヤシール６４とハウジングシール６６とが一体に押し付けられ、ポンプが作動されるときに、シールセットを互いに圧縮された状態に維持する。 【０００９】図５に示すように、ギヤ４６の反対側（左側）の面にも１つのシールセットが配置される。 ギヤシール８０およびハウジングシール８２は、前述のギヤシール部材６４、６６と同じものが好ましい。 ピン８４がハウジングシール８２の回転を防止し、一方、ギヤシール８０が、ギヤ面に形成された凹部内に接着剤で固定される。 かくして、好ましい実施形態では、上方のギヤ４
６を通って引かれる中心平面の両側の部分は互いに鏡像関係をなす。 好ましい実施形態では、下方のギヤ４８の両側にも付加シールセット（上記シールセットと同じものが好ましい）が設けられる。 再び図７に示すように、
ギヤ４８の一方の側に、ハウジングシール８８およびリング状ギヤシール９０が設けられる。 環状ばね９２が、
ポンプの作動中に両シール８８、９０を互いに係合した状態に維持し、ハウジング１４に受け入れられるピン９
６がハウジングシール８８の回転を防止する。 ここに開示する他のシールセットと同様に、リング状ギヤシール９０は、適当な接着剤を用いてギヤ４８の凹部内に固定するのが好ましい。 図５から分かるように、下方のギヤ４８の反対側には、リング状ギヤシール１００およびカップ状ハウジングシール１０２からなる１つのシールセットが設けられる。 環状ばね部材１０６、１０８は、上下の軸５０、５２に関連するシールを互いに係合した状態に維持する（図６参照）。 【００１０】再び図６に示すように、ガスケット１１
０、１１２、１１４がハウジング１４とハウジング１６
との間に配置され、ガスケット部材１２０、１２２、１
２４がハウジング部材１２とハウジング部材１６との間に配置される。 図６の左側端部から分かるように、ハウジング１２には、外側のガスケット１２０を受け入れるための凹部１２８が形成されている。 ハウジング１２の同じ面には、ガスケット１２２、１２４を受け入れるための環状溝を形成するのが好ましいが、図面の明瞭化のため図６にはこれらの凹部は示されていない。 図面には見られないが、端ハウジング１４の内面にも、外側のガスケット１１０を受け入れるための同様な凹部が形成されている。 ハウジング部分１２〜１４の対向面が互いに係合している状態を示す図５には、両ガスケット１１
０、１２０を見ることができる。 これも図５から分かるように、内側の環状ガスケットは、段状ハウジングシール６６の中央部の回りに受け入れられる。 例えばガスケット１１２は、ハウジングシール６６の段部の回りに配置され、かつハウジングシール６６の拡大端部と端ハウジング１４に形成された内方の段部１３０との間に拘束保持される。 【００１１】一般に、ガスケットは、端ハウジング１
２、１４に形成された凹部内に受け入れられるのが好ましい。 これにより、中央ハウジング１６に、全体として平らな対向主面をより経済的に形成できるため、経済的に組み立てることができる。 ナット緊締具３８を締め付けるとボルト３６がきつく引っ張られるため、ガスケット１１０、１２０が圧縮され、従ってハウジングが流体密封構造に一体にシールされる。 図５に示す好ましい実施形態から分かるように、ギヤ４６、４８は中央ハウジング１６の幅と同じ全幅を有するのが好ましい。 また、
リング状ギヤシールは、これらのギヤ面と同一面を形成するようにギヤ内に取り付けられるのが好ましい。 当業者には理解されようが、本発明のポンプには種々のギヤ歯構造を使用できる。 例えば、ギヤ歯は種々の構造（例えば、直線状の平歯車または螺旋状のインペラ）に形成できるが、いかなる場合でも、内歯ギヤポンプ構造で典型的であるように、多数の歯が外側ハウジングと接触する状態をなす。 図５に示すように、ギヤの外周部はカップ状ハウジングシールを超えて延びており、ギヤの主側面は、端ハウジング１２、１４の内側の対向主面と接触するか、該主面に近接して配置される。 【００１２】図５には、ギヤの歯が実線で示されており、ギヤの残部は斜線を付して示されている。 しかしながら、ギヤの歯は双葉形開口（bi-lobed opening）１４
４（図７参照）により形成される中央ハウジング１６の内縁部と接触するか、少なくとも直接隣接していることを理解すべきである。 図５および図６に示すように、ポンピングすべき物質は、一方のポート４０（または４
４）に入り、中央ハウジング１６に向かって移動する。
図５に示すように、物質は、軸５０、５２の周囲を流れ、カップ状シールを通って、露出したギヤ歯間に入る。 物質はまた、円形ガスケット１１２、１１４、１２
２、１２４を受け入れている凹部を通る。 これらの凹部は、例えば図５から分かるように、カップ状ハウジングシールと端ハウジングの段部との間に形成されている。
かくして、入口圧力が増大すると、リング状ギヤシールに対してカップ状ハウジングシールが作用する圧力は、
入口の物質圧力により増強される。 前述のように、カップ状ハウジングシールは、大径内端部と小径外端部とが、中間段部により一体に結合された段状断面を有する。 ポンプ組立体１０内に流入する物質は、ハウジングシールの内部ボアと接触する。 【００１３】所望ならば、ハウジングシールの断面形状は、半径方向内方の大径部が、上昇した入口圧力を受けて拡大し、ギヤシールに直接隣接する位置での端ハウジングとのシール係合を増強できるように変更できる。 今や理解されようが、端ハウジングは、図示しかつ前述した部材に加える最小の変更で、全体として円筒状のハウジングシールを収容できる。 円筒状のハウジングシールはより経済的に構成できるけれども、ハウジングシールに段状直径をもたせ、ガスケットが軸線方向を向いた面と接触できるようにし、かつ、端ハウジングと更に適合できるようにするオプション構成が一般的に好ましい。
ここに説明すべきばね負荷により、シールは軸線方向に移動するピストンのように機能して、組立て時に内的整合を付与しかつポンプの寿命がある間の整合を維持する。 更に、所望ならば、軸に対して垂直な方向に充分な大きさの遊びを付与して、自動軸振れ適合できるように構成できる（この適合能力は、ハウジングシールの段付き円筒形状により高められる）。 【００１４】図６を参照して説明すると、ハウジングシールおよび押圧ばねを、端ハウジングの内面に形成された段状環状凹部内に嵌合させて、ポンプ１０の端ハウジングが最初に組み立てられる。 ハウジングシールを取り付ける準備として、端ハウジング１４の内面に回転防止ピン７４、９６を挿入する。 端ハウジング１４にボールベアリングレース２４、２６を挿入し、該ボールベアリングレースの外方からリテーナリング２５をハウジング１４内に取り付ける。 例えば図６および図７に示すように、押圧ばね７６、９２はギャップにより破断されており、該ギャップを回転防止ピン７４、９６が通り、押圧ばね７６、９２の回転を防止する。 図５から分かるように、回転防止ピンはハウジングシール内に充分に座合し、ハウジングシールの一定量の「軸線方向遊び（end
play) 」を可能にする。 次に、端ハウジングに形成された凹部内にガスケット１１０〜１１４を挿入、端ハウジングを一体に取り付ける。 次に、残りの端ハウジングおよびこれに関連する部品と一緒に、軸５０、５２およびギヤ４６、４８を挿入する。 次に、ボルト３６をハウジングに挿通し、ねじ緊締具により、重ね合わされたハウジングに圧縮力を加えて、ハウジングの圧力密封組立体を形成し、軸をこれらのそれぞれのボールベアリングレース内に座合させ、かつ押圧ばね、ハウジングシールおよびギヤシールを互いに所望の関係に座合させる。 好ましい実施形態では、取付けベース３０がねじ緊締具３２
により端ハウジング１２に取り付けられる。 【００１５】幾つかの製造上の経済性が指摘された。 例えば、協働するシール部材は、互いにかつ回転ギヤに対し正確に配置されることが重要である。 本発明の構成によれば、ギヤシールはワッシャ状の形状で簡単に形成され、その厳格な寸法は、ギヤの主面に形成された環状凹部と補完する外径である。 前述のように、ギヤシールは、適当な接着剤でギヤに固定するのが好ましい。 これにより、ギヤシールを、ギヤの対向外面との平面性をもつように機械加工できる。 従って、最小コストで正確な制御が得られる。 カップ状ハウジングシールは、前述のように、端ハウジングに形成されたカップ状段付き内部ボア内に挿入され、端ハウジングは、ハウジングシールの所望の配向を与える。 所望ならば、端ハウジング組立体は、ハウジングシールおよび端ハウジングの内面が協働して研摩され、所望の共通平面性を達成するように構成できる。 【００１６】図５から分かるように、ギヤシールおよびハウジングシールは、これらの比較的重量のある部品内に形成された凹部すなわち内部ボア内に受け入れられるため、半径方向外方への移動に対して拘束される。 従って、負荷を受けたとき、内方の係合シールには大きな安定性が与えられる。 また、ベアリングに作用する負荷は、軸５０、５２から遠隔の限定位置に制限されるため、負荷状態での整合の維持が容易になる。 図５から分かるように、ギヤとハウジングシールとのシール接触位置は、軸５０、５２およびこれらの軸を支持するベアリングの両者から間隔を隔てているため、ポンプの内部部材の長寿命化に一層寄与すると同時に、物質の流れを、
洗浄が容易なポンプの部分に閉じ込めることができる。
例えば図５から理解されようが、ポンプの軸とシール部材との間には大きな空間があるので、ポンプの内部に洗浄液を容易に導入できる。 ポンプを通る物質通路のこの改良された構造により、本発明の原理に従って構成されたポンプは、直ちに商業的に受け入れられる。 また、転がりベアリング手段（例えば、ボールベアリングまたはニードルベアリング手段等）の採用により、ポンプ寿命すなわちポンプ内の大きな内部漏洩を犠牲にすることなく、比較的高いポンプ速度を容易に得る事が出来る。 本発明の原理に従って構成されたポンプの商業的に重要な１つの用途では、ポンプの分解または遠隔の洗浄場所への移動を必要としない「定位置」でのポンプ洗浄可能性に加え、ポンプを洗浄中に高速で作動できる。 【００１７】図５から分かるように、カップ状ハウジングシールは、該シールの内部ではなく外部で支持される。 図５から分かるように、ハウジングシールの内部ボアは軸５０、５２から間隔を隔てている。 かくして、支持軸へのハウジングシールの取付けの同心性の不整合によりハウジングシールに引き起こされるあらゆる「揺らぎ運動（wobble) 」が除去される。 前述のように、好ましい実施形態にはボールベアリングレースが設けられている。 しかしながら、軸との摺動接触を除去して、ギヤが軸に対して固定されかつポンピングすべき物質をポンプの内部部品の潤滑剤として使用する必要性をなくすため、他の形式の転がり要素ベアリング（例えば、ニードルベアリングまたはローラベアリング）を使用することもできる。 これらの特徴により、より高い安定性および作動速度が得られる。 高速であることは、高出力を得る上で重要であるだけでなく、ポンプおよび下流側構成部品の洗浄のスピードアップ化による休止時間の短縮の点でも重要である。 また、ギヤの各面上に支持された機械的シールは、軸とギヤとの間の内面からの材料の剥離を防止し、従って、充分な洗浄が困難であることが判明している裂け目の発生を防止する。 【００１８】最短の休止時間で定位置で自動的に洗浄できるポンプを提供できるため、多くの作動上の長所が得られる。 例えば、ペイントその他のコーティング等の或る物質は、ポンプシステムの維持のために慣行的な注意を払っている場合でも、ポンプ内に沈殿状態その他の不均一な流れ状態を引き起こす固有の特性を有している。
これらのやっかいな物質については、所望の流れ性能を維持する上で規則的な洗浄が必要になる。 また、ポンプの内部部材の迅速な洗浄は、或る物質から他の物質への変更を必要とする製造現場に利益をもたらす。 例えば、
自動化されたペイント塗装作業では、例えば、或る色から他の色への規則的変更または下塗り物質から上塗り物質への変更が要求される。 このような場合に重要なことは、完成品の製造にポンプを使用する前に、前に使用した物質をポンプから完全に洗浄することである。 本発明の原理によるポンプでは、ポンプ速度が高いことおよびポンプの内部通路の洗浄が特に容易であることから、休止時間の短縮が可能である。 この点に関し留意すべきは、シールが軸から間隔を隔てていること、およびギヤの取付け部に隣接する軸に表面凹凸がないことである。
また、端ハウジングのカップ状凹部は、ポンプを通る慣用的な洗浄剤の内部流により容易に洗浄される。 【００１９】添付図面および上記説明は、本発明の構造および作動方法の詳細に関する本発明の唯一の形態を代表するものではない。 条件上必要であるか好都合である場合には、部品の形態および寸法の変更並びに均等物の代用を考慮できる。 また、特別な用語を使用したが、これらの用語は、限定の目的ではなく、一般的かつ説明的感覚で使用したに過ぎず、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるものである。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の原理によるポンプを示す斜視図である。 【図２】図１のポンプの底面図である。 【図３】図１のポンプの側面図である。 【図４】図１のポンプの後面図である。 【図５】図４の５−５線に沿う断面図である。 【図６】図１のポンプの分解斜視図である。 【図７】図６の一部を示す拡大図である。 【符号の説明】 １０ ギヤポンプ １２、１４ 端ハウジング １６ 中央ハウジング ４６、４８ ギヤ ５０、５２ 軸 ６４、８０ リング状ギヤシール ６６、８２ カップ状ハウジングシール ７６ ばね １１０、１１２、１１４ ガスケット |
