JPH10274171A

JPH10274171A - 定位置洗浄ギヤポンプ

Info

Publication number: JPH10274171A
Application number: JP10020934A
Authority: JP
Inventors: James Van Norman Drew; ジェームズヴァンノーマンドルー
Original assignee: United Dominion Industries Inc
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1998-10-13
Also published as: US6183231B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ポンプ内部の洗滌を容易とする。【解決手段】ベアリングが取り付けられた軸及びギヤ
面上の機械的シールを備え、設置状態のままで優れた洗
浄能力を保有する。好ましくは、適当な接着剤によりリ
ング状のギヤシール６４がギヤ面上に取り付けられ、端
ハウジングには、カップ状のハウジングシール６６が取
り付けられ、ギヤを包囲する中央ハウジングと組み合わ
される。

Description

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】前記第１ギヤシールおよび第２ギヤシー
ルは、それぞれ第１ポンプギヤおよび第２ポンプギヤの
主面上に支持されていることを特徴とする請求項１に記
載のギヤポンプ。
【請求項３】前記第１ギヤシールおよび第２ギヤシー
ルがリング状をなしていることを特徴とする請求項１に
記載のギヤポンプ。
【請求項４】前記第１ポンプギヤおよび第２ポンプギ
ヤの主面には凹部が形成されており、該凹部内に第１ギ
ヤシールおよび第２ギヤシールが受け入れられているこ
とを特徴とする請求項３に記載のギヤポンプ。
【請求項５】前記ハウジング手段は、２つの端ハウジ
ングの間に中央ハウジングを有し、端ハウジングには、
それぞれのハウジングシールを受け入れるための段状内
部ボアが形成されていることを特徴とする請求項２に記
載のギヤポンプ。
【請求項６】前記第１ハウジングシールおよび第２ハ
ウジングシールは、第１直径端部と、これより小さい第
２直径端部とを備えたカップ状をなしていることを特徴
とする請求項５に記載のギヤポンプ。
【請求項７】前記第１ハウジングシールおよび第２ハ
ウジングシールは、第１端部と第２端部との間に、全体
として截頭円錐状の中間部を有することを特徴とする請
求項６に記載のギヤポンプ。
【請求項８】前記ハウジング手段は、２つの端ハウジ
ングの間に中央ハウジングを有することを特徴とする請
求項１に記載のギヤポンプ。
【請求項９】前記第１ポンプギヤおよび第２ポンプギ
ヤは、中央ハウジング内に配置されることを特徴とする
請求項８に記載のギヤポンプ。
【請求項１０】前記中央ハウジングには、第１ポンプ
ギヤおよび第２ポンプギヤを受け入れるための双葉形ボ
アが形成されていることを特徴とする請求項９に記載の
ギヤポンプ。