ギアポンプ
【課題】駆動ギアよりも少ない歯を有する被駆動ギアを備えたギアポンプを提供する。
【解決手段】ギアポンプ２０は、駆動手段２１に接続されかつ複数の歯３０を有する駆動ギア２６と、駆動ギア歯３０と係合する複数の歯３２を有する被駆動ギア２８と、をハウジング１９内に備える。ギア歯は、接触面４０および非接触面４２を有する。駆動ギア歯３０は、被駆動ギア歯３２の接触面４２と接触し、被駆動ギア２８を回転させる。ギアの回転により、流体が歯間のスペースを通って入口２２から出口２４へと移動する。被駆動ギア２８の直径は、駆動ギア２６の直径よりも小さい。駆動ギア歯３０は、被駆動ギア歯３２よりも歯数が多い。被駆動ギア歯３２の面は、ギアの軸から半径方向外側に延びる半径によって画定される中心線に対して非対称である。
【解決手段】ギアポンプ２０は、駆動手段２１に接続されかつ複数の歯３０を有する駆動ギア２６と、駆動ギア歯３０と係合する複数の歯３２を有する被駆動ギア２８と、をハウジング１９内に備える。ギア歯は、接触面４０および非接触面４２を有する。駆動ギア歯３０は、被駆動ギア歯３２の接触面４２と接触し、被駆動ギア２８を回転させる。ギアの回転により、流体が歯間のスペースを通って入口２２から出口２４へと移動する。被駆動ギア２８の直径は、駆動ギア２６の直径よりも小さい。駆動ギア歯３０は、被駆動ギア歯３２よりも歯数が多い。被駆動ギア歯３２の面は、ギアの軸から半径方向外側に延びる半径によって画定される中心線に対して非対称である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギアポンプに関し、特に、駆動ギアよりも少ない歯を備えた被駆動ギアを有するギアポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のギアポンプは、通常、平行の軸を中心に回転するように取付けられた一対のギアを有する。一方のギアは、モータなどの駆動装置により回転する。駆動ギアのギア歯は、被駆動ギアのギア歯に係合して、駆動ギアによって被駆動ギアが回転する。ギア歯間のスペースによってポンプチャンバが形成され、このポンプチャンバによって流体が双方のギアの外周に沿って入口から出口へと移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ギアポンプが複数の流体、特に燃料を圧送するために用いられる場合に課題が生じる。ギアポンプを燃料ポンプとして用いる場合、作動時の圧力および温度が、ギアに使用されている材料に問題が生じ得るレベルに達してしまうことがある。
【０００４】
通常、接触スライド速度やギアの摩耗を減少させるためには、歯数が多いことが望ましいと考えられている。また、歯数が多いことは、供給ラインおよび吐出ラインにおける圧力リップルを減少させるためにも望ましいと考えられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ギアポンプは、動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアを有する。第２のギアは、駆動ギアの歯と係合する第２の複数の歯を有する。駆動ギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させる。第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多い。
【０００６】
本発明の上記および他の特徴は、以下の記載および添付の図面から理解することができる。図面について以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるギアポンプの概略図。
【図２】本発明のギアポンプの被駆動ギアの歯の形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ギアポンプ２０を示しており、このギアポンプ２０は、駆動ギア２６および被駆動ギア２８が設けられたハウジング１９を有する。周知のように、駆動ギア２６の歯３０は、被駆動ギア２８の歯３２の接触面４２と接触し、被駆動ギア２８を回転させる。駆動ギア２６は、図１に示すように時計回りに回転し、被駆動ギア２８は、反時計回りに回転する。ギアの回転により、流体が歯間のスペースを通って入口２２から出口２４へと移動する。駆動手段２１により、駆動ギア２６が駆動される。任意選択で、電力の生成や流体の圧送をもたらすように、発電機、つまり遠心ポンプ２３などの構成要素を被駆動ギア２８に取り付けてもよい。構成要素を駆動する動力はギアの噛合部分を介して伝達されるため、ギア歯間の応力がより高くなる。
【０００９】
図１に示すように、駆動ギア２６は、第１の歯部（例えば、図では１６個）を有し、被駆動ギア２８は、より少ない第２の歯部（例えば、図では１３個）を有する。各ギアは、上記以外の歯数を有していてもよい。
【００１０】
より多くの駆動ギアの歯数によって、被駆動ギアの歯数の減少によるポンプの流量の低下や流れの脈動（ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）の著しい増加が生じなくなる。
【００１１】
図１から分かるように、被駆動ギア２８は、駆動ギア２６よりも小さい直径を有する。これにより、ポンプの大きさや重量を減少させることができる。
【００１２】
本発明では、高速の被駆動ギアに取付けられた高速の発電機やポンプなどの構成要素により、歯の接触による応力が増加する。遠心ポンプおよび発電機は、高速で運転すると、効率が向上するとともに、重量が減少する。独立した駆動部に構成要素を取り付ける場合と異なり、付加的な構成要素をポンプ内に包含することによりさらに重量を低減させることできる。
【００１３】
ギア歯の曲率半径を増加させることにより、さらなる耐摩耗性がもたらされる。通常、これは、動力伝達装置に用いられる２０°〜２５°の圧力角ではなく、運転圧力角を３０°とすることにより実現する。運転圧力角を増加させると、歯の頂点の幅およびかみあい率が共に減少する。ポンプの効率を向上させるとともに、鋭い頂点に伴う取り扱い時のダメージを減少させるために、ギア歯の頂点の厚さを最小にすることが望ましい。このため、本発明では、上記の限定を克服するために、非対称のギア歯を採用する。例えば、接触面の圧力角を３０°から３５°に増加させる。これにより、ギア歯が広くなり、歯の接触側の曲率半径が増加する。被駆動ギア歯を受けるのに必要なスペースを維持するために、ギア歯の非接触面は薄くなければならない。これは、非接触面の圧力角を３０°から２５°に減少させることにより実現する。
【００１４】
図２に示すように、ギア歯３０，３２の特別な形状は、接触面４２を画定するように用いられる相対的により大きい曲率半径を有する第１のインボリュートを含む。接触面４２の曲率半径を画定するために用いられる基準円を円３４として示す。非接触面４０は、基準円３６から画定される曲率半径を有するインボリュートによって形成される。接触面により大きい曲率半径を有することにより、ギア歯３２は、歯の摩耗やダメージに対する抵抗性が増す。
【００１５】
図示するギア歯の頂点４６は平坦である。ギア歯３２間のスペーサつまりギャップ３８は、非接触面４０の曲率半径に対応する円３６の内側へと半径方向内側に延びているが、このスペースは、接触面４２の曲率半径に対応する円３４の半径方向外側に位置する。
【００１６】
還元すると、被駆動ギアの歯は、ギア歯の軸から半径方向外側に延びる半径により画定される中心線に対して非対称の面を有している。
【００１７】
本発明の実施例を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく修正が加えられることを理解されるであろう。したがって、本発明の内容および範囲を決定するように以下の特許請求の範囲を検討されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギアポンプに関し、特に、駆動ギアよりも少ない歯を備えた被駆動ギアを有するギアポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のギアポンプは、通常、平行の軸を中心に回転するように取付けられた一対のギアを有する。一方のギアは、モータなどの駆動装置により回転する。駆動ギアのギア歯は、被駆動ギアのギア歯に係合して、駆動ギアによって被駆動ギアが回転する。ギア歯間のスペースによってポンプチャンバが形成され、このポンプチャンバによって流体が双方のギアの外周に沿って入口から出口へと移動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ギアポンプが複数の流体、特に燃料を圧送するために用いられる場合に課題が生じる。ギアポンプを燃料ポンプとして用いる場合、作動時の圧力および温度が、ギアに使用されている材料に問題が生じ得るレベルに達してしまうことがある。
【０００４】
通常、接触スライド速度やギアの摩耗を減少させるためには、歯数が多いことが望ましいと考えられている。また、歯数が多いことは、供給ラインおよび吐出ラインにおける圧力リップルを減少させるためにも望ましいと考えられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ギアポンプは、動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアを有する。第２のギアは、駆動ギアの歯と係合する第２の複数の歯を有する。駆動ギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させる。第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多い。
【０００６】
本発明の上記および他の特徴は、以下の記載および添付の図面から理解することができる。図面について以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるギアポンプの概略図。
【図２】本発明のギアポンプの被駆動ギアの歯の形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ギアポンプ２０を示しており、このギアポンプ２０は、駆動ギア２６および被駆動ギア２８が設けられたハウジング１９を有する。周知のように、駆動ギア２６の歯３０は、被駆動ギア２８の歯３２の接触面４２と接触し、被駆動ギア２８を回転させる。駆動ギア２６は、図１に示すように時計回りに回転し、被駆動ギア２８は、反時計回りに回転する。ギアの回転により、流体が歯間のスペースを通って入口２２から出口２４へと移動する。駆動手段２１により、駆動ギア２６が駆動される。任意選択で、電力の生成や流体の圧送をもたらすように、発電機、つまり遠心ポンプ２３などの構成要素を被駆動ギア２８に取り付けてもよい。構成要素を駆動する動力はギアの噛合部分を介して伝達されるため、ギア歯間の応力がより高くなる。
【０００９】
図１に示すように、駆動ギア２６は、第１の歯部（例えば、図では１６個）を有し、被駆動ギア２８は、より少ない第２の歯部（例えば、図では１３個）を有する。各ギアは、上記以外の歯数を有していてもよい。
【００１０】
より多くの駆動ギアの歯数によって、被駆動ギアの歯数の減少によるポンプの流量の低下や流れの脈動（ｆｌｏｗ ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）の著しい増加が生じなくなる。
【００１１】
図１から分かるように、被駆動ギア２８は、駆動ギア２６よりも小さい直径を有する。これにより、ポンプの大きさや重量を減少させることができる。
【００１２】
本発明では、高速の被駆動ギアに取付けられた高速の発電機やポンプなどの構成要素により、歯の接触による応力が増加する。遠心ポンプおよび発電機は、高速で運転すると、効率が向上するとともに、重量が減少する。独立した駆動部に構成要素を取り付ける場合と異なり、付加的な構成要素をポンプ内に包含することによりさらに重量を低減させることできる。
【００１３】
ギア歯の曲率半径を増加させることにより、さらなる耐摩耗性がもたらされる。通常、これは、動力伝達装置に用いられる２０°〜２５°の圧力角ではなく、運転圧力角を３０°とすることにより実現する。運転圧力角を増加させると、歯の頂点の幅およびかみあい率が共に減少する。ポンプの効率を向上させるとともに、鋭い頂点に伴う取り扱い時のダメージを減少させるために、ギア歯の頂点の厚さを最小にすることが望ましい。このため、本発明では、上記の限定を克服するために、非対称のギア歯を採用する。例えば、接触面の圧力角を３０°から３５°に増加させる。これにより、ギア歯が広くなり、歯の接触側の曲率半径が増加する。被駆動ギア歯を受けるのに必要なスペースを維持するために、ギア歯の非接触面は薄くなければならない。これは、非接触面の圧力角を３０°から２５°に減少させることにより実現する。
【００１４】
図２に示すように、ギア歯３０，３２の特別な形状は、接触面４２を画定するように用いられる相対的により大きい曲率半径を有する第１のインボリュートを含む。接触面４２の曲率半径を画定するために用いられる基準円を円３４として示す。非接触面４０は、基準円３６から画定される曲率半径を有するインボリュートによって形成される。接触面により大きい曲率半径を有することにより、ギア歯３２は、歯の摩耗やダメージに対する抵抗性が増す。
【００１５】
図示するギア歯の頂点４６は平坦である。ギア歯３２間のスペーサつまりギャップ３８は、非接触面４０の曲率半径に対応する円３６の内側へと半径方向内側に延びているが、このスペースは、接触面４２の曲率半径に対応する円３４の半径方向外側に位置する。
【００１６】
還元すると、被駆動ギアの歯は、ギア歯の軸から半径方向外側に延びる半径により画定される中心線に対して非対称の面を有している。
【００１７】
本発明の実施例を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく修正が加えられることを理解されるであろう。したがって、本発明の内容および範囲を決定するように以下の特許請求の範囲を検討されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアと、
第２の複数の歯を有する第２のギアと、
を備え、
第１のギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させ、
第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多いことを特徴とするギアポンプ。
【請求項２】
第２のギアの外径は、第１のギアの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項３】
第２のギアが駆動すると動力を生じさせるように、第２のギアに対応する構成要素を備えることを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項４】
前記ギアの歯の各々は、第２のギアの中心から第２のギアの各歯の頂点へと半径方向外側に延びる半径により画定された中心線に対して非対称の面を有することを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項５】
第２のギアの歯は、接触面および非接触面を有し、該接触面は、歯の頂点が効果的により厚くなるように設計されることを特徴とする請求項４に記載のギアポンプ。
【請求項６】
接触面および非接触面の各々は、インボリュートにより画定され、接触面を画定するインボリュートは、非接触面を画定するインボリュートよりも曲率半径が大きいことを特徴とする請求項４に記載のギアポンプ。
【請求項７】
第２の複数の歯における隣接する歯の間にギャップが周方向に沿って画定され、該ギャップは、非接触面を画定するインボリュートに対応する曲率半径を画定する円を超えて半径方向内側に延びることを特徴とする請求項６に記載のギアポンプ。
【請求項８】
接触面の曲率半径を画定する円は、ギャップにおける最も半径方向内側の位置よりも半径方向内側に位置することを特徴とする請求項７に記載のギアポンプ。
【請求項９】
動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアと、
第２の複数の歯を有する第２のギアと、
を備えるギアポンプであって、
第１のギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させ、
第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多く、
第２のギアの外径は、第１のギアの外径よりも小さく、
前記ギアの面は、第２のギアの中心から第２のギアの各歯の頂点へと半径方向外側に延びる半径により画定された中心線に対して非対称であり、
第２のギアの歯は、接触面および非接触面を有し、該接触面は、歯の頂点が効果的により厚くなるように設計され、
接触面および非接触面の各々は、インボリュートにより画定され、接触面を画定するインボリュートは、非接触面を画定するインボリュートよりも曲率半径が大きく、
第２の複数の歯における隣接する歯の間にギャップが周方向に画定され、該ギャップは、非接触面を画定するインボリュートに対応する曲率半径を画定する円を超えて半径方向内側に延びており、
接触面の曲率半径を画定する円は、ギャップにおける最も半径方向内側の位置より半径方向内側に位置することを特徴とするギアポンプ。
【請求項１】
動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアと、
第２の複数の歯を有する第２のギアと、
を備え、
第１のギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させ、
第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多いことを特徴とするギアポンプ。
【請求項２】
第２のギアの外径は、第１のギアの外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項３】
第２のギアが駆動すると動力を生じさせるように、第２のギアに対応する構成要素を備えることを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項４】
前記ギアの歯の各々は、第２のギアの中心から第２のギアの各歯の頂点へと半径方向外側に延びる半径により画定された中心線に対して非対称の面を有することを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ。
【請求項５】
第２のギアの歯は、接触面および非接触面を有し、該接触面は、歯の頂点が効果的により厚くなるように設計されることを特徴とする請求項４に記載のギアポンプ。
【請求項６】
接触面および非接触面の各々は、インボリュートにより画定され、接触面を画定するインボリュートは、非接触面を画定するインボリュートよりも曲率半径が大きいことを特徴とする請求項４に記載のギアポンプ。
【請求項７】
第２の複数の歯における隣接する歯の間にギャップが周方向に沿って画定され、該ギャップは、非接触面を画定するインボリュートに対応する曲率半径を画定する円を超えて半径方向内側に延びることを特徴とする請求項６に記載のギアポンプ。
【請求項８】
接触面の曲率半径を画定する円は、ギャップにおける最も半径方向内側の位置よりも半径方向内側に位置することを特徴とする請求項７に記載のギアポンプ。
【請求項９】
動力源に接続され、かつ第１の複数の歯を有する第１のギアと、
第２の複数の歯を有する第２のギアと、
を備えるギアポンプであって、
第１のギアの歯は、接触面において第２のギアの歯と接触して、第２のギアを回転させ、
第１の複数の歯は、第２の複数の歯よりも多く、
第２のギアの外径は、第１のギアの外径よりも小さく、
前記ギアの面は、第２のギアの中心から第２のギアの各歯の頂点へと半径方向外側に延びる半径により画定された中心線に対して非対称であり、
第２のギアの歯は、接触面および非接触面を有し、該接触面は、歯の頂点が効果的により厚くなるように設計され、
接触面および非接触面の各々は、インボリュートにより画定され、接触面を画定するインボリュートは、非接触面を画定するインボリュートよりも曲率半径が大きく、
第２の複数の歯における隣接する歯の間にギャップが周方向に画定され、該ギャップは、非接触面を画定するインボリュートに対応する曲率半径を画定する円を超えて半径方向内側に延びており、
接触面の曲率半径を画定する円は、ギャップにおける最も半径方向内側の位置より半径方向内側に位置することを特徴とするギアポンプ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１４４７１５（Ｐ２０１０−１４４７１５Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１５７４（Ｐ２００９−２５１５７４）
【出願日】平成２１年１１月２日（２００９．１１．２）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２日（２００９．１１．２）
【出願人】（５００１０７７６２）ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション (165)
【氏名又は名称原語表記】ＨＡＭＩＬＴＯＮ ＳＵＮＤＳＴＲＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｏｎｅ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｒｏａｄ， Ｗｉｎｄｓｏｒ Ｌｏｃｋｓ， ＣＴ ０６０９６−１０１０， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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