特許 6732007 ギヤ式容積形機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6732007

(24)【登録日】2020年7月9日

(45)【発行日】2020年7月29日

(54)【発明の名称】ギヤ式容積形機械

(51)【国際特許分類】

   F04C 2/18 20060101AFI20200716BHJP

   F04C 15/00 20060101ALI20200716BHJP

【ＦＩ】

   F04C2/18 311D

   F04C2/18 B

   F04C15/00 G

【請求項の数】16

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-502842(P2018-502842)

(86)(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公表番号】特表2018-511003(P2018-511003A)

(43)【公表日】2018年4月19日

(86)【国際出願番号】IB2016051849

(87)【国際公開番号】WO2016157126

(87)【国際公開日】20161006

【審査請求日】2019年3月8日

(31)【優先権主張番号】102015000010656

(32)【優先日】2015年4月1日

(33)【優先権主張国】IT

(73)【特許権者】

【識別番号】517345661

【氏名又は名称】セッティマ メカニカ エス．アール．エル．

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】モルセッリ、 マリオ アントーニオ

【審査官】 大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第３２９１０５３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭５２−１５８９０２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５８−１４９５８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 欧州特許第１２９１５２６（ＥＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭５３−９６５０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ ２／１８

Ｆ０４Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ギヤ式容積形機械であって、
吸入口と吐出口を備えたハウジング（１１）と、
前記ハウジング（１１）内部の空間に収容されて回転用のそれぞれのシャフト（１６、１８）に支持され、前記吸入口および前記吐出口と流体連通する一対の歯車（１４、１５）であって、相互に噛合し、平行な軸を備え、一対の前記歯車（１４、１５）のうち第１の歯車（１４）は駆動歯車であり、第２の歯車（１５）は従動歯車である、一対の歯車（１４、１５）と、
前記歯車（１４、１５）を軸方向に包含するための一対の格納体（１９、２０）であって、前記ハウジング（１１）に連結され、それぞれが一対の前記歯車（１４、１５）に対向する第１の面（１９ａ、２０ａ）と、前記第１の面（１９ａ、２０ａ）とは軸方向に反対側の第２の面（１９ｂ、２０ｂ）とを備える、一対の格納体（１９、２０）と、
を備え、
前記歯車（１４、１５）に対して、環状座（２２）内に非固定で収容される複数の転動体（２１）を備え、前記環状座（２２）は、前記シャフト（１６、１８）のそれぞれと同軸であって、少なくとも１つの前記格納体（１９、２０）の前記第１の面（１９ａ、２０ａ）とそれに対向する前記歯車（１４、１５）の表面（１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂ）との間の界面において、少なくとも１つの前記格納体の前記第１の面（１９ａ、２０ａ）、または前記第１の面（１９ａ、２０ａ）に対向する前記歯車の前記表面（１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂ）に画定され、
少なくとも１つの前記格納体（１９、２０）の前記第１の面（１９ａ、２０ａ）と前記第１の面に対向する前記歯車（１４、１５）の前記表面（１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂ）との間に、ゼロより大きい距離（Ｄ）が存在し、前記転動体（２１）は、前記歯車（１４、１５）と前記少なくとも１つの格納体（１９、２０）とにそれぞれ一体である転動トラック（２３、２４）に載置されていることを特徴とする、ギヤ式容積形機械。

【請求項2】

前記ギヤ式容積形機械が動作状態にある場合、前記転動体（２１）は、一対の前記歯車（１４、１５）と少なくとも１つの前記格納体（１９、２０）との間に発生する軸スラストを支えることを特徴とする、請求項１に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項3】

前記距離（Ｄ）は、前記ギヤ式容積形機械の動作中に前記界面に発生して軸スラストを支える、流体力学的膜または液体導管の厚さであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項4】

前記距離（Ｄ）は、最小で１μｍ、かつ最大で１００μｍを上限とする数１０μｍ程度であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項5】

前記距離（Ｄ）は、１μｍから６０μｍの間にあることを特徴とする、請求項４に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項6】

前記距離（Ｄ）は、１μｍから３０μｍの間にあることを特徴とする、請求項４に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項7】

前記距離（Ｄ）は、１μｍから１０μｍの間にあることを特徴とする、請求項４に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項8】

前記環状座（２２）または前記転動体（２１）と、前記第１の歯車（１４）または前記第２の歯車（１５）のそれぞれの歯底円との間に、連続環状シムクラウン（２５）が画定されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項9】

前記環状座（２２）の外径は、前記第１の歯車（１４）または前記第２の歯車（１５）のそれぞれにおける歯の前記歯底円の直径よりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項10】

前記転動体（２１）は、前記シャフト（１６、１８）のそれぞれに対して半径方向に配置されたローラまたはニードルローラで作られていることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項11】

前記転動体（２１）は球でできていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項12】

前記格納体（１９、２０）のそれぞれには、前記シャフト（１６、１８）の軸方向の両端を径方向に支持するための軸受（１９０、２００）が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項13】

前記格納体（１９、２０）は前記ハウジング（１１）に軸方向に移動可能に収容され、前記ギヤ式容積形機械が動作中には、前記格納体（１９、２０）と一対の前記歯車（１４、１５）とを相互に密着させる軸スラストを生成するために、前記格納体（１９、２０）の少なくとも１つの前記第２の面（１９ｂ、２０ｂ）の少なくとも一部に所定の送出圧力で液体が作用することを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項14】

前記転動体は、前記シャフト（１６、１８）のそれぞれに対して同軸であり、前記格納体（１９、２０）の１つの前記第１の面（１９ａ、２０ａ）とそれに対向する前記歯車（１４、１５）の前記表面との間の界面、および前記格納体（１９、２０）のもう１つの前記第１の面（１９ａ、２０ａ）とそれに対向する前記歯車（１４、１５）の前記表面との間の界面にそれぞれ画定される前記環状座（２２）のそれぞれに非固定で収容されることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項15】

前記第１の歯車（１４）と前記第２の歯車（１５）は外歯を有することを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【請求項16】

前記第１の歯車（１４）と前記第２の歯車（１５）は円筒形であってヘリカル歯を有することを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のギヤ式容積形機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はギヤ式容積形機械に関する。

【0002】

特に、本発明は外接ギヤ式容積形機械に関する。

【0003】

より具体的には本発明は、「補償アキシャル隙間型」または「バランス型」の外接ギヤ式容積形機械に関する。

【0004】

具体的に本発明は、例えば１００〜３００バールの高圧に対して好ましくは「補償」または「バランス」されたアキシャル隙間を有する外接ギヤ式容積形ポンプに関する。

【背景技術】

【0005】

外接ギヤ式容積形ポンプは既知のように、吸入口と吐出口を備えたハウジングからなり、その内部には一対の相互噛合する歯車が収容されている。第１の歯車（ピニオン）は原動機から動力を受ける第１のシャフトに取り付けられ、第２の歯車は、第１のシャフトに平行な第２のシャフトに取り付けられて第１の歯車に従動する。

【0006】

２つの歯車の回転により、２つの歯車のそれぞれの連続する２つの歯とハウジングの壁との間に吸引されて捕捉された液体が吸入口から吐出口へ輸送され、２つの歯車の歯の噛合により液体の吸入口への逆流が防止される。

【0007】

吸入口と吐出口の間で半径方向と軸方向の両方向に液体を確実に密封するために、一対の歯車、相対軸受、およびハウジングの間のラジアル隙間およびアキシャル隙間は低減されねばならない。事実、このようなポンプの体積効率は液体のシールが良好でなければすぐに低下する。

【0008】

構造的には、外接ギヤポンプすなわち外歯を有する歯車ポンプは、「固定アキシャル隙間」、若しくは「補償型アキシャル隙間」または「バランス型」のタイプであり得る。

【0009】

「補償型アキシャル隙間」の外接ギヤポンプでは、２つの歯車あるいはむしろそれらのシャフトが、ハウジング内に軸方向に移動可能なように収容された、専門用語では「浮動ブッシュ」または「浮動側壁」として知られる一対のラテラル軸受によって支持される。

【0010】

軸受の外面すなわちハウジングの封止カバー側であって一対の歯車側とは反対側の軸受面にはガスケットが配置され、使用時に一方に送出圧力がかかる２つの面の境界となっている。

【0011】

ガスケットで隔てられた２つの面の面積は、使用時に釣り合った軸スラストが生成されるように計算されて調整される。これにより軸受（「浮動ブッシュ」）が一対の歯車に近接して最小かつ実質的に一定の横方向隙間が確保され、歯車が回転するチャンバ内の加圧液体による軸受へのスラストを補償する。

【0012】

補償されたアキシャル隙間を有する外接ギヤ式容積機械の例が、欧州特許第１２９１５２６号明細書に記載されている。

【0013】

ただし、動作時には歯車の回転により、送出圧力が作用する軸受の内側面（すなわち、軸受の面のうちの歯車に面する面）の面積が周期的に変化する。この周期的な変動が軸受に作用し、かつバランスを取ることが必要なアキシャル荷重の振動を発生させる。これがそのようなポンプの典型的な騒音の増加と全体効率の低下に影響する。アキシャル荷重のこの振動は、一般的に円柱形平歯車を有するポンプでは限定的であって許容されるが、ヘリカル歯の円柱歯車を有するポンプでは概して大きい。後者のポンプの動作時には、実際に、歯車どうしの噛合が機械的にも油圧的にもアキシャル荷重の周期的変動の原因である。この現象を回避するために、平均的には対抗すべき最大アキシャル荷重ピークを超える、全体の釣り合い軸スラストを発生させるようにバランスが取られる。これは、過負荷、摩耗および機械的効率と油圧的効率の損失によるものである。

【0014】

さらに、これらの既知のポンプでは、軸受の内側面と２つの歯車の対向面との間に、ポンプで汲み上げられる液体（必ずしもそうではないが通常は油圧オイル）で構成される流体力学的な膜または導管が形成される。しかしながら、実質的に安定で、軸受の内面と歯車との間の滑り摩擦を制限するのに十分な高さを有する膜または導管を形成して維持するためには、歯車が一般的には６００÷８００回転／分の最小速度以上の速度で回転する必要がある。従ってこの種のポンプは、高圧（例えば最大２５０バール超の１００バール程度）および低速（例えば１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．程度の速度）での動作には適さない。なぜなら、そのような条件下では流体力学的な膜または導管が荷重支持能力を失う、すなわち歯車表面とそれに対向する軸受表面の表面粗さの頂点同士が直接接触してしまい、その結果滑り摩擦による応力ピークを生じるほどにまで薄くなってしまうからである。

【0015】

全体的なバランス軸スラストが対抗すべき最大アキシャル荷重ピークを平均的に超過する場合、および／または汲みあげられる液体の潤滑特性が乏しい場合には、この欠点が特に厳しくなる。

【0016】

軸受内面と歯車の対向面の滑り摩擦による摩耗を制限するために、そのような表面を、機械加工および／または化成処理と研磨処理によって表面粗さの特に小さい表面とするか、あるいは例えば国際公開第２０１４／１４７４４０号パンフレットに記述されているように歯車の歯の面取りまたは材料除去のような特定の形状を付与するようにすることが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】欧州特許第１２９１５２６号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１４／１４７４４０号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

本発明の目的は、従来技術の欠点を防ぐことである。

【0019】

この一般的な目的において、本発明の具体的目的は、高圧（例えば１００〜３００バール程度の圧力）および低速（例えば１００〜５００ｒ．ｐ．ｍ．程度の速度）においても、液体シールを確保しつつ動作可能なギヤ式容積形機械を提供することである。

【0020】

本発明のさらに別の目的は、歯車と横方向軸受の表面同士が流体力学的な膜または導管の破壊で接触して、歯車と各軸受との間の滑り摩擦で生じる摩耗を制限可能とする、ギヤ式容積形機械を提案することである。

【0021】

本発明のさらに別の目的は、低コストで、特に簡単で機能的なギヤ式容積形機械を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0022】

本発明によるこれらの目的は、請求項１に概説されるギヤ式容積形機械の製造によって達成される。

【0023】

更なる特徴は従属請求項で与えられる。

【0024】

本発明によるギヤ式容積形機械の特徴と利点は、添付の概略図面を参照して、制限目的ではない例示として与えられる以下の記述からより明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明によるギヤ式容積形機械の可能な実施形態の長手方向断面図である。

【図2】図１の拡大詳細図である。

【図3】２つの格納体の１つと２つの歯車の１つの間の界面に画定され、その中に転動体が収容される環状座の詳細を示す、図２の拡大詳細図である。

【図3A】格納体と歯車の相対向する面同士の間の距離Ｄを単に説明目的のために誇張した、図３の細部の更なる拡大図である。

【図4】本発明によるギヤ式容積形機械の細部の分解図である。

【図5】本発明によるギヤ式ポンプと従来技術によるギヤ式ポンプの吸収トルクの傾向を、回転速度の関数として比較して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

添付の図面を参照すると、ギヤ式容積形機械は全体を参照符号１０で示されている。

【0027】

好適な実施形態では、機械１０は外歯を有する外接ギヤ式である。

【0028】

具体的には機械１０はポンプの種類である。

【0029】

機械１０は、当業者には既知のものであるので添付図には示されていないが、吸入口と吐出口を既知の方法で備えたハウジング１１を含む。

【0030】

ハウジング１１は両端が開放されたほぼ円筒形の筒状体であり、各端部にはそれぞれカバー１２、１３が取り外し可能に固定されている。

【0031】

ハウジング１１内部には、吸入口および吐出口に流体連通する空間が画定されている。

【0032】

そのような空間の内部には、平行軸を有して相互に噛合する一対の歯車が収容され、そのそれぞれは別々のシャフトによって回転を支えられている。

【0033】

より詳細には、一対の歯車は、駆動する第１の歯車１４と、それに噛合して従動する第２の歯車１５を備えている。

【0034】

第１の歯車１４が、それぞれの第１のシャフト１６に取り付けられる。シャフトの一端には、当業者には既知であるために図示されていない、（機械１０がポンプである場合には）原動機に結合するための、ハウジング１１から突き出したタング１７が設けられている。

【0035】

次に第２の歯車１５は、第１のシャフト１６に平行な、それぞれの第２のシャフト１８に取り付けられている。

【0036】

第１の歯車１４と第２の歯車１５はそれぞれ第１のシャフト１６と第２のシャフト１８に取り付けられて、完全に結合するようになっている。

【0037】

本明細書において、「第１」および「第２」などの形容詞の使用は、明確にするためだけのものであって、限定的な意味に捉えるべきではないことを明記する。さらに本明細書の残りの部分においては、「第１の歯車１４」と「歯車１４」、「第２の歯車１５」と「歯車１５」、「第１のシャフト１６」と「シャフト１６」、「第２のシャフト１７」と「シャフト１７」は区別なく使用される。

【0038】

機械１０はまた、２つの歯車１４、１５を（横並びに）軸方向に包含するための、側壁、リング、ブッシュ、または専門用語で「シム」として示される、一対の格納体１９、２０を備えている。２つの格納体１９、２０はハウジング１１に連結され、それぞれが一対の歯車に対向する（すなわち直面する）各１９ａ、２０ａの第１の面と、第１の面１９ａ、２０ａとは軸方向反対側の、各１９ｂ、２０ｂの第２の面を備えている。

【0039】

２つの格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａは言い換えれば、２つの歯車１４、１５が収容されている空間の内側に向いており、その第２の面１９ｂ、２０ｂはそのような空間の外側を向いている。

【0040】

添付の図面に表されている実施形態を具体的に参照すると、２つの格納体１９、２０はハウジング１１の内部の空間に収容されて、２つのカバー１２、１３の間に配置されている。

【0041】

添付図に示す例のような好適な実施形態においては、２つの格納体１９、２０には、２つのシャフト１６、１８のそれぞれの軸方向の両端部を半径方向に支える各一対の軸受１９０、２００、すなわち支持座もまた設けられている。

【0042】

格納体１９、２０は一般的に軸方向の液体シールを確保する機能と、歯車のシャフトを径方向に支持するブッシュを収容する機能とを有する。

【0043】

ただし、このことは、例えば２つのシャフト１６、１８を径方向に支持する軸受が格納体１９、２０とは別のものに設けられて、いずれにせよハウジング１１に連結またはハウジング内に収容されている代替の実施形態を排除するものではない。

【0044】

更なる好適な実施形態では、機械１０はさらに、これらのポンプの製造分野で既知のように、「補償型アキシャル隙間」、あるいは歯車の軸方向格納のための「シム」１９、２０を軸方向バランスさせた「バランス型」を有する種類のものである。この場合、２つの格納体１９、２０はハウジング１１内に軸方向に移動可能に収容される。機械１０の使用時に、例えば、これは既知の種類のものであるので図示されていないが、好適な形状のガスケットが備えられているおかげで、少なくとも１つの格納体の第２の面１９ｂ、２０ｂの少なくとも一部に液体が送出圧力で作用して、格納体１９、２０と一対の歯車１４、１５を相互に密接させる全体的な軸スラストが生成される。この好適な実施形態では、２つの格納体１９、２０は、いわゆる「浮動側壁」または「浮動ブッシュ」のタイプのものである。

【0045】

２つの格納体１９、２０が、「補償型アキシャル隙間」または「バランス型」である実施例は、欧州特許第１２９１５２６号明細書に、そこに引用された従来技術およびそこに記載された特許の両方を参照して記載されている。

【0046】

ただしこれは、歯車とその横の格納体との間の隙間を補償するために使用される装置に関する、機械１０の代替実施形態を排除するものではない。

【0047】

ハウジング１１、カバー１２、１３、一対の歯車１４、１５、各シャフト１６、１８、および一対の格納体１９、２０は、当業者には既知の種類のものであるので、これ以上の説明はしない。

【0048】

本発明によれば、機械１０は、２つの歯車１４、１５のそれぞれに対して、クラウンを形成しかつ各環状座２２に非固定で収容される複数の転動体２１を備える。この環状座は各シャフト１６、１８と同軸であり、また少なくとも１つの同じ格納体１９または２０−好ましくはその両方の格納体−の第１の面１９ａまたは２０ａと、この第１の面１９ａまたは２０ａに面する（すなわち直接対向する）２つの歯車１４、１５のそれぞれの面１４ａ、１５ａ、または１４ｂ、１５ｂのそれぞれとの間の界面に画定される。

【0049】

言い換えると、転動体２１は、２つの歯車１４、１５と２つの格納体１９、２０の１つとの間の界面、または２つの歯車１４、１５と２つの格納体１９、２０のそれぞれとの間の界面に備えることができる。この最後の実施形態は、添付図に示されたものである。

【0050】

添付図に示した実施形態を参照すると、各環状座２２は各格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａに設けられている。ただし、これは、格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａにそれぞれ面する、２つの歯車１４、１５の面１４ａ、１５ａおよび１４ｂ、１５ｂのそれぞれに、環状座２２が少なくとも部分的に設けられている代替実施形態を排除するものではない。

【0051】

本発明によれば、格納体１９および／または格納体２０の第１の面１９ａ、２０ａと、それに対向する２つの歯車１４および歯車１５の各面１４ａ、１５ａおよび１４ｂ、１５ｂとの間にゼロより大きい距離Ｄが存在する場合には、転動体２１は、歯車１４、１５と、格納体１９および／または格納体２０とに一体となった相対的な転動軌道上に載る。添付の図３および図４において、歯車１４、１５と一体の転動軌道は符号２３で表され、格納体１９、２０と一体の転動軌道は符号２４で表されている。

【0052】

一般的に距離Ｄは、機械１０の動作条件において、軸スラストを支持するために歯車１４、１５と格納体１９、２０の間の界面に生成される流体力学的な膜または導管の厚さの程度である。

【0053】

通常の動作条件での機械１０を考えると、距離Ｄは最小で１μｍ、最大で、外径が１５０ｍｍより大きい歯車では１００μｍ程度に達し得るが、数十μｍの程度である。これが添付図ではそのような距離Ｄが見えない理由であり、図３Ａでは説明目的のためにのみ意図的に誇張されている。

【0054】

格納体１９、２０に設けられた中空の環状座２２と、格納体１９、２０に面する歯車の平坦面１４ａ、１５ａおよび１４ｂ、１５ｂと環状座２２の底部の連続的環状クラウンのそれぞれから構成される転動軌道とに転動体２１は収容されている添付図に示す実施形態を特に参照すると、距離Ｄはそれぞれの環状座２２からの転動体２１の突出量となる。これに関して、機械１０がアイドル状態の「冷たい」状態で計測した、格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａに対する転動体２１の突出の度合いは、機械１０の動作状態において歯車１４、１５と格納体１９、２０の界面に生成される距離Ｄとは実質的に異なり得ることが明記される。動作状態では事実、膨張および熱変形により「冷たい」状態で計測された状態が変化し得る。

【0055】

液体のシールを損なわないために、距離Ｄは最小の連続膜または導管の形成を損なわないようのものであることを必要とする。これには最小距離で相互に対向する連続面の存在を必要とする。

【0056】

本発明の一態様によれば、実際に転動体２１またはいずれの場合でもそれを受ける環状座２２のクラウンは、歯車１４、１５と各格納体１９、２０との間の界面において、液体のシールを確保するのに有効な連続環状シムクラウン２５が画定されるような寸法である。

【0057】

言い換えると、動作状態では、連続環状シムクラウン２５において液体の連続的な膜または導管が形成され、これは十分に薄くてシールを確保するのに有効である。

【0058】

より詳細には添付の図に示された実施形態を参照して、転動体２１またはいずれの場合にも環状座２２のクラウンは各歯車１４、１５の歯の歯底円直径よりも小さい外径を有し、両者の間に連続環状シムクラウン２５が画定されるようになっている（図３）。

【0059】

もちろん機械１０の動作状態では、歯車１４、１５と格納体１９、２０の間に液体の膜または導管が形成され、これは連続環状シムクラウン２５に限るものではなく、一般的に歯車１４、１５の歯もまた含まれることが明記される。

【0060】

動作状態では本発明の目的によれば、歯車１４、１５の格納体１９、２０への軸方向の当接が、転動体２１と、歯車１４、１５と格納体１９、２０の間の全体に形成される導管上で発生し、歯車１４、１５の回転速度に依存して荷重がそれらに分割される。

【0061】

明らかなことであるが、歯車１４、１５の表面１４ａ、１５ａおよび１４ｂ、１５ｂと、格納体１９、２０の対向する第１の面１９ａ、２０ａとの間の転動軌道２３、２４上に転動体２１が載っている状態では、この界面に形成され、機械１０の通常の動作速度では歯車１４、１５が受ける軸スラストを支えるように適合された導管の厚さ程度の、したがって１÷１０μｍ程度の大きさの距離Ｄが存在する。

【0062】

実際には、転動体２１の各クラウンは「アキシャル軸受」を画定する。事実、機械１０の使用時には、各クラウンの転動体２１は、一対の歯車１４、１５と格納体１９、２０との間に生成される軸スラストを、２つの格納体の第１の面１９ａ、２０ａと、それに対向する２つの歯車１４、１５のそれぞれの表面１４ａ、１５ａおよび１４ｂ、１５ｂとの間の界面に生成される流体の膜または導管と共にまたはその代わりに支えるように適合されている。

【0063】

より詳細には、転動体２１の各クラウンは各歯車１４、１５の歯の歯底円（歯の底部の円周）の内側に配置される。

【0064】

同様に、各環状座２２の外径は各歯車１４、１５の歯の歯底円（歯の底部の円周）の直径よりも小さい。

【0065】

各環状座２２と、各歯車１４、１５の歯の歯底円（歯の底部の円周）の間に、連続環状シムクラウン２５がこうして画定され、そこに、機械１０の動作中に流体をシールするための連続的な流体力学的な膜または導管が形成される。動作状態において、連続環状シムクラウン２５ばかりでなく、歯車１４、１５の歯と、格納体１９、２０の対向面との間にも流体力学的な膜または導管が形成され、この流体力学的な膜または導管が全体として格納体１９、２０と２つの歯車１４、１５との間に形成される軸スラストを支えることに寄与することが、再度明記される。連続環状シムクラウン２５の径方向の高さは数ｍｍの程度であり、例えば外径７０ｍｍを有する歯車１４、１５に対しては１〜２ｍｍである。

【0066】

図１〜図４に示す実施形態では、そのような連続環状クラウン２５は、各環状座２２の外径と、各歯車１４、１５の歯の歯底円との間の連続性の分断なしに画定される。

【0067】

添付の図に示す実施形態を参照すると、各環状座２２は各格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａに設けられて、その第１の面１９ａ、２０ａで開放されている。転動体２１は、各環状座２２の内径に配置された保持器２６によって保持され、例えば転がり軸受の製造に使用される種類の硬質材料で作られた転動軌道２４が位置する底部に載る。

【0068】

転動軌道２４と各格納体１９、２０との間に、環状ガスケット２７がそれぞれの溝に収容されて配置される。

【0069】

保持器２６は、転がり軸受作製の現行技術で提供されるように、転動体２１を包含して相互に摺動することなく整列させ、円周上の離間位置に保持するようになっている。これは、アキシャル軸受で可能な「完全充填」球、すなわち保持器なしでの使用の可能性を排除しない。この場合に転動軌道は有利には、軸受技術で一般的なように、球との接触において有利な接触関係を可能とするために円環体の凹型形状であってよい。

【0070】

転動体２１は有利には、その軸Ｂが各シャフト１６、１８に関して径方向に配置された、ローラまたはニードルローラで構成することができる。可能な代替実施形態では、転動体２１を球で構成することが可能である。ただし同一のアキシャル荷重に対してローラまたはニードルローラよりも大きな弾性降伏応力を有する。

【0071】

本発明は有利には、第１の歯車１４と第２の歯車１５が円筒形でヘリカル歯の外接歯を有する機械１０に適用可能である。

【0072】

添付図に示される実施形態では、機械１０は「補償型アキシャル隙間」を有する、または「バランス型」のタイプのポンプであって、２つの格納体１９、２０はいわゆる「浮動」型であり、有利なことにはさらにそのような２つの格納体１９、２０が２つのシャフト１６、１８の軸方向の両端を径方向に支持する軸受１９０、２００を形成している。

【0073】

２つの歯車１４、１５のそれぞれに関して、それぞれの対向する側面１４ａ、１４ｂと１５ａ、１５ｂと、これらにそれぞれ面する２つの格納体１９、２０の第１の面１９ａ、２０ａとの間の界面において、対応する環状座２２が前述したように非固定で収容された転動体２１の各クラウンを包含して画定される。

【0074】

上で既に示したように、転動体２１の表面は転動軌道２３、２４に載っており、機械１０の動作状態においては、第１の面１９ａ、２０ａと、それに対向する２つの歯車１４、１５のそれぞれの面１４ａ、１５ａと１４ｂ、１５ｂとの間にはゼロより大きい距離Ｄが存在する。

【0075】

したがって機械１０の動作時には、２つの格納体１９、２０と２つの歯車１４、１５に間に生成されるアキシャル荷重は、２つの歯車１４、１５と格納体１９、２０との間の界面に形成される流体力学的導管によって全面的または部分的に支持され、また動作条件の関数として、転動体２１によって全面的または部分的に支えられる。当業者にはすぐに理解されるように、そのようにアキシャル荷重が流体力学的導管と転動体２１に分割されることは、特に、流体力学的導管そのものの形成および安定性条件と転動体２１の降伏応力とに依存し、ここでその条件は、特に格納体１９、２０と転動体２１を作っている材料の熱膨張係数の関数として可変である。また、流体力学的導管の性質、２つの格納体と２つの歯車の間の摩擦係数、歯車１４、１５の寸法、歯車１４、１５の回転速度、吸引および送出圧力、可能なバランススラストの可能なオーバーサイズにも依存する。

【0076】

一般的に言えば機械１０において、２つの歯車１４、１５が典型的には６００〜８００回転／分の低回転速度で動作し、かつ典型的には１００〜２５０バール程度またはそれ以上の高圧で動作する場合、流体力学的導管は安定性を失い、アキシャル荷重は全面的または部分的に転動体２１によっても支えられる。

【0077】

図５のグラフでは、２つのポンプに吸収されるトルクの傾向を回転速度の関数として示す２つの曲線Ｃ１とＣ２が表示されている。２つの曲線Ｃ１とＣ２は、３相非同期電気モータの吸収の観測により得られた。またこれらは、転動体がニードルローラを有する本発明を採用していること以外は、構成、歯、および変位が同一の２つのポンプを示している。曲線Ｃ１は本発明を組み込んだポンプに関するものであり、低速でその曲線は曲線Ｃ２から大きく離れており、これらの条件においてシムに生成された摩擦が減少する様子が正確に示されていることがわかる。

【0078】

本発明のギヤ式容積形機械構造体は、格納体と歯車の間の、特に２つの歯車の低速回転の動作条件で発生する摺動摩擦を大幅に低減可能であり、そしていずれの場合においても液体シールとポンプの高信頼性動作をもたらし、特にはアキシャルシムの過度の摩耗を回避するという利点を有している。

【0079】

このように考案されたギヤ式容積形機械は、様々な変更および変形をすることが可能であり、それらのすべては本発明に含まれる。さらに細部を技術的に等価な要素で置き換えることが可能である。実際に、使用される材料並びに寸法は、技術的要件に従ういかなるものであってもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3A】

【図4】

【図5】