JP3746399B2 - ギヤポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに噛み合う一対のギヤの回転によりポンプ作用をなすギヤポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、ギヤポンプは、簡単な構造を有する小型軽量のポンプとして種々の産業分野に用いられている。
この種のギヤポンプの構造としては、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギヤ室を区画し、このギヤ室の内部に互いに噛み合う一対のギヤを収容して、各ギヤの支軸を各サイドプレートに形成した支持孔によって嵌合支持すると共に、ギヤ室の内部に両ギヤの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したタイプのものが一般的である。
【０００３】
ところで、ギヤポンプのギヤの噛み合い部分では、各サイドプレートおよび噛合する各ギヤ歯で形成される閉塞領域に油が閉じ込められる、いわゆる閉じ込み現象を生じて、閉じ込められた油がギヤの回転に伴って圧縮されるときに、非常な高圧が生じる結果、振動や騒音が発生するという問題がある。
この問題に対して、本願出願人は、閉塞領域と支持孔とを連通する流路を備えたギヤポンプを提案している（例えば、特開平１１−１３６４４号等）。このギヤポンプでは、図６に示すように、高圧側の吐出室９０と低圧側の吸込室９１とは、駆動ギヤ９６と従動ギヤ９７との噛み合い点９２で区画されており、この噛み合い点９２の両側の近傍に一対の閉塞領域９３，９４（図６にハッチングを施した。）が区画されている。この一対の閉塞領域９３，９４と連通するように、流路の閉塞領域側入口開口９５が設けられ、流路は流出先となる支持孔に出口を有していた。このギヤポンプでは、閉じ込みに起因した振動や騒音を防止できるとともに、支持孔への潤滑を確保することができる。その一方で、このギヤポンプは、ギヤ室の閉塞領域から流路を通じて支持孔へ油を流出させるので、流量損失を生じる場合が懸念される。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ギヤポンプの閉じ込み現象に起因した振動や騒音を防止できるとともに、流量損失を抑制できるギヤポンプを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明の態様は、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギヤ室を区画し、このギヤ室の内部に互いに噛み合う一対のギヤを収容して、各ギヤの支軸を各サイドプレートを介して支持すると共に、上記ギヤ室の内部に両ギヤの噛み合い点を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギヤポンプにおいて、上記各サイドプレートのギヤ側側面には、両サイドプレートおよび噛合する各ギヤ歯で形成される閉塞領域に臨む入口開口を有し且つ出口を持たない一対の流体溜め穴が互いに独立して形成され、一対の流体溜め穴の入口開口は、上記ギヤ側側面の所定の部分のみに形成され、上記所定の部分は、上記閉塞領域を形成しているギヤ歯の側面がギヤの回転に伴って対向する上記ギヤ側側面の部分であり、一対の流体溜め穴の入口開口は、支軸の軸方向から見たときに両ギヤの噛み合いの作用線を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするギヤポンプを提供する。
【０００６】
本態様によれば、ギヤの回転に伴って、閉塞領域内に閉じ込められた作動流体の一部を流体溜め穴に収容できるので、作動流体の圧縮率が抑制される結果、閉じ込み圧の上昇が抑制される。
ところで、ギヤの回転に伴い、閉塞領域と吐出室とが連通する場合がある（図６参照）。この吐出室９０と連通している状態の閉塞領域９３に入口開口９５を設ける場合を想定すると、流出先のある流路をサイドプレートに設けた従来のギヤポンプでは、吐出室９０から閉塞領域９３を介して入口開口９５を通り流路を経て流出先へ作動流体が流出してしまうので、流量損失の増大が懸念される。これに対して、本発明では流体溜め穴の流出先を無くしたので、流量損失を抑制することができる。
【０００７】
ここで、噛み合いの作用線とは、両ギヤ同士の噛み合い点が、ギヤの回転に伴って移動する軌跡である。両ギヤの噛み合いの作用線を挟んだ両側に、上述の閉塞領域は一対が区画されている。これら一対の閉塞領域は、噛み合い点が噛み合いの作用線に沿って移動するのに伴って吸込室と吐出室とにそれぞれ連通する場合がある。このような状態で、図６に示すように、仮に上述の入口開口９５が作用線Ｌにまたがって形成されている場合を想定すると、一対の閉塞領域９３，９４は入口開口９５を通して互いに連通するので、吸込室９１と吐出室９０とが互いに連通し、その結果、流量損失が発生する虞がある。
【０００８】
これに対して本態様によれば、流体溜め穴が作用線を回避しているので、両閉塞領域間の仕切りを維持でき、これにより、吸込室および吐出室の連通を防止できる結果、この連通に起因した流量損失の発生を防止できる。しかも、流体溜め穴を各閉塞領域に対応してそれぞれ配置するので、各閉塞領域での閉じ込み圧を確実に抑制できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるギヤポンプの概略構成を示す正面図である。図２は、図１のII−II線に沿う断面側面図であり、ハッチングを省略してある。
【００１０】
本ギヤポンプは、その中央部を貫通する長円形断面の空洞１０ａを有する本体筒１０の両側を、これの全面を覆う態様にねじ止めされた一対の蓋板１１により塞いで構成されたハウジング１を備えている。このハウジング１の内部には、空洞１０ａの両側から嵌挿された、例えば、アルミニウム合金製の一対のサイドプレート１２同士の間にギヤ室１４が区画されている。このギヤ室１４内には、互いに対をなす駆動ギヤ３と従動ギヤ４とが配置されている。
【００１１】
ハウジング１の空洞１０ａは、蓋板１１と本体筒１０との間に介在しているＯリング１９により密封され、このＯリング１９は蓋板１１の環状溝に収容されている。また、空洞１０ａ内において、対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間には、サイドプレート１２の収容溝に収容されたシール１３が設けられている。
【００１２】
駆動ギヤ３および従動ギヤ４の支軸３０，４０は、長円形断面を有するギヤ室１４の両側の半円部の軸心上にそれぞれ位置し、互いに平行をなして架設されている。すなわち、支軸３０，４０は各サイドプレート１２にそれぞれ一対形成された支持孔３１，４１により両持ち支持されている。
支軸３０は、一対の支持孔３１により支持され、一方の蓋板１１を貫通して外部に延長され、この延長端に伝達される図示しないモータ等の動力源からの駆動力により回転駆動される駆動軸を構成している。また、支軸３０には、ギヤ室１４の内部において駆動ギヤ３が一体回転可能に装着されている。支軸３０が蓋板１１を貫通する部分にはオイルシール１７が配置されている。
【００１３】
また、支軸４０は、一対の支持孔４１によって支持され、各サイドプレート１２の支持孔４１内に軸端を有する従動軸を構成している。支軸４０には、ギヤ室１４の内部において従動ギヤ４が装着されている。従動ギヤ４の支軸４０への装着では、軸回りの回転を拘束してもよいし軸回りの回転を許容してもよい。従動ギヤ４は、両支軸３０，４０の軸心を含む平面近傍範囲内において駆動ギヤ３と噛み合い、支軸３０により駆動される駆動ギヤ３の回転に伴って、支軸４０と共に（或いは支軸４０の回転を伴わずに）従動回転するようにしてある。
【００１４】
図２には、駆動ギヤ３およびこれに連動する従動ギヤ４の回転方向が矢符により示してあり、両ギヤ３，４の噛み合い位置を挟んだ両側には、回転方向側に吸込室５が、反回転方向側に吐出室６が形成されている。これら吸込室５および吐出室６は、本体筒１０の対応位置に開口する吸込口１５および吐出口１６を介して、ハウジング１外の図示しない吸込先および吐出先にそれぞれ接続されるようにしてある。
【００１５】
図３において、サイドプレート１２のギヤ側側面１２ａには、両ギヤ３，４の噛み合い位置から吸込室５側へ延びる逃げ溝６３および吐出室６側へ延びる逃げ溝６４が形成されている。これらの逃げ溝６３，６４は、両ギヤ３，４の噛み合い位置で作動流体が各サイドプレート１２と各噛み合いギヤ歯とで形成される閉塞領域に閉じ込められる、いわゆる閉じ込みの発生を防止するためのものである。両逃げ溝６３，６４は、両ギヤ３，４の噛み合い中心位置を避けるようにして設けられ、互いの間に所定の距離が確保されている。これは両逃げ溝６３，６４を連通させてしまうと、吸込室５と吐出室６とが連通されて、ポンプ機能を果たせなくなるので、これを防止するためである。また、ギヤ側側面１２ａには、各支持孔３１，４１と吸込室５とをそれぞれ連通する連通溝６５が形成されている。
【００１６】
一方、図１を参照して、サイドプレート１２の反ギヤ側側面１２ｂでは、シール１３を境界として、互いに対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間が、吸込室５に連通する低圧側空間と、吐出室６と連通する高圧側空間とに仕切られている。このように、サイドプレート１２の背面である反ギヤ側側面１２ｂには、シール１３で仕切られた状態で、低圧の作動流体および高圧の作動流体が背圧として作用し、これが、サイドプレート１２に吐出圧に応じて負荷されるので、サイドプレート１２と両ギヤ３，４との間の隙間が高精度で維持される結果、高圧時のポンプ効率を高く維持できる。
【００１７】
このような構成により、吸込口１５を経て吸込室５に導入される作動流体は、吸込室５に臨む駆動ギヤ３および従動ギヤ４の歯間に受け入れられ、両ギヤ３，４の回転により、それぞれの歯間と本体筒１０の内周面との間に封止された状態で搬送され、吐出室６に送り出される。吐出室６への送り出しを終えた駆動ギヤ３と従動ギヤ４とは、両ギヤ３，４の噛み合い位置を経て吸込室５側に向き、この吸込室５内の作動流体を再度受け入れて吐出室６側へ送り出す作用をなす。
【００１８】
以上の如く行われるギヤポンプの動作中、駆動ギヤ３と従動ギヤ４との噛み合い点近傍で、一方の歯の歯底と、他方の歯の歯先との間に形成される閉塞領域に、作動流体が閉じ込められる、いわゆる閉じ込みが生じて、その結果、非常な高圧を発生し振動や騒音を発生するおそれがある。
本実施形態では、閉じ込みを防止するために、サイドプレート１２のギヤ側側面１２ａに、閉塞領域から作動流体の一部を受け入れる流体溜め穴８０を設けている。これにより、上述の逃げ溝６３，６４による閉じ込み防止の効果に加えて、より一層確実な閉じ込み防止を図っている。
【００１９】
以下、詳細に説明する。
流体溜め穴８０は、図１に示すように、複数個、例えば、一対のサイドプレート１２のそれぞれに各一対で合計４個設けられている。
流体溜め穴８０は、サイドプレート１２のギヤ側側面１２ａに入口開口８１を有し、そこから所定深さで支持孔３１の中心軸線７１と平行に形成され（支持孔４１の中心軸線７２と平行でもよい。）、流体溜め穴８０は、入口開口８１のみで開いており、その奥に出口を有していない。また、同じサイドプレート１２にある流体溜め穴８０同士は、互いに連通しないようにされている。なお、流体溜め穴８０は、貫通孔の出口端部を栓または蓋で塞いで構成してもよい。
【００２０】
図３に示すように、一つのギヤ側側面１２ａにある一対の入口開口８１は、両ギヤ３，４の閉塞領域であって両逃げ溝６３，６４から隔離された領域、例えば、両逃げ溝６３，６４の間の略中間位置に配置されている。一対の入口開口８１と両逃げ溝６３，６４とは、互いに連通を回避されている。
一対の入口開口８１は、支軸３０の軸方向から見たときに、両ギヤ３，４の回転中心同士７１，７２を結ぶ線７３に沿って並んで配置されており、駆動ギヤ３側の入口開口８１と、従動ギヤ４側の入口開口８１とで構成されている。
【００２１】
また、一対の入口開口８１の中心は、支軸３０の軸方向から見たときに、噛み合いのピッチ点Ｐ０から、対応するギヤの回転中心７１，７２に向かって所定距離離れて配置されている。この所定距離は、例えば、ギヤ３，４の全歯たけの略半分にされている。これにより、駆動ギヤ側の入口開口８１では、駆動ギヤ３の歯底と、これに接近する従動ギヤ４の歯先との間にできて閉塞領域になる隙間に確実に開口することができる。
【００２２】
入口開口８１は、例えば、円形に形成されている。この円の直径は、入口開口８１の前方を通過するギヤ歯部分の歯厚よりも小さくされ、隣接する歯溝が、互いに入口開口８１を介して連通することを回避している。
一対の入口開口８１は、両ギヤ３，４の噛み合いの作用線Ｌを挟んだ両側に配置され、一対の入口開口８１と作用線Ｌとは、支軸３０（支軸４０でもよい。）の軸方向からみたときに互いに重なり合うことを回避している。これによって、吸込室５と吐出室６とが互いに連通することを回避している。というのは、閉塞領域は一対で構成され、この一対の閉塞領域（図４の閉塞領域Ｓ３，Ｓ４参照）は、両ギヤ３，４の噛み合い点Ｋが噛み合いの作用線Ｌに沿って移動するのに伴って、吸込室５および吐出室６にそれぞれ連通する場合がある。このような状態で、仮に、入口開口８１が一つでも作用線Ｌと重なり合っていると、その入口開口８１と一対の閉塞領域とが互いに連通してしまい、その結果、吸込室５と吐出室６とが互いにその入口開口８１を通じて連通する場合があるからである。
【００２３】
次に動作を説明する。
図４は、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いを説明するための、サイドプレートの要部拡大側面図である。図５は、閉塞領域と流体溜め穴との連通状態を示す模式図である。
まず、閉塞領域を図４を参照して説明する。
【００２４】
閉塞領域は、両ギヤ３，４の歯面同士の接触点である噛み合い点Ｋを挟んだ両側に一対で区画されている。この一対の閉塞領域は、駆動ギヤ３の歯底によって区画される駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ３と、従動ギヤ４の歯底によって区画される従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４とである。噛み合い点Ｋは、駆動ギヤ３のギヤ歯３ａの進行方向側（すなわち吸込室５側）の歯面３ｂに位置しているから、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４は、噛み合い点Ｋに対して吐出室６寄りにあり、駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ３は、噛み合い点Ｋに対して吸込室５寄りとなる。
【００２５】
両ギヤ３，４の回転に伴って、噛み合い点Ｋは移動し、その軌跡が上述の作用線Ｌとなる。この作用線Ｌは、支軸３０の軸方向から見たときに、ピッチ点Ｐ０を通り、このピッチ点Ｐ０でのギヤ歯の進む方向に対してギヤ歯の圧力角で傾いている。
以下、図５を参照して、各閉塞領域、吐出室、吸込室、および各流体溜め穴の相互の連通状態を、一対のギヤの回転とともに説明する。なお、図５には閉塞領域と連通している入口開口の部分にハッチングが施されている。
【００２６】
まず、図５（ａ）を参照する。吸込室５から、駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ３、噛み合い点Ｋ、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４、および吐出室６が順に並んでいる。この状態では、吸込室５と吐出室６との間は、噛み合い点Ｋだけで仕切られ、これ以外の部分は互いに連通している。
また、駆動ギヤ側の入口開口８１の一部は駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ３に開口し、従動ギヤ側の入口開口８１の一部は従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４に開口している。噛み合いの進行に伴い、図５（ｂ）に示すように、駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ３は広がり、これとともに、駆動ギヤ側の入口開口８１は、駆動ギヤ３のギヤ歯３ａにより閉塞領域Ｓ３，Ｓ５に対して閉じられる。また、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４は狭くなり、これとともに、従動ギヤ側の入口開口８１は、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４に全体で開口し、閉塞領域Ｓ４内の作動流体の一部を従動ギヤ側の流体溜め穴８０に収容することができる。
【００２７】
さらに噛み合いが進行すると、図５（ｃ）に示すように、駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ５に対して吸込室寄りにある噛み合い点Ｋは、作用線Ｌ上の吸込室寄りに移動している。一方で、閉塞領域Ｓ５に対して吐出室側に新たな噛み合い点Ｋが生じる。これにより、吸込室５と吐出室６との間は、２つの噛み合い点Ｋにより、３つの部分に互いに仕切られている。２つの噛み合い点Ｋの間には、２つの閉塞領域Ｓ４，Ｓ５があり、この２つの閉塞領域Ｓ４，Ｓ５は互いに連通している。というのは、上述の両閉塞領域Ｓ４，Ｓ５の間となる駆動ギヤ３のギヤ歯３ａの反進行方向側の歯面３ｃと、従動ギヤ４のギヤ歯４ａの進行方向側の歯面４ｃとの間には、通常、隙間（バックラッシュ）が生じるためである。
【００２８】
また、図５（ｃ）〜図５（ｄ）に示すように、従動ギヤ４の歯先が駆動ギヤ３の歯底に接近するのに伴い、駆動ギヤ側の閉塞領域Ｓ５は狭くなり、それとともに、この閉塞領域Ｓ５に駆動ギヤ側の入口開口８１が開き始めて、やがて大きく全体で開口するようになり、閉塞領域Ｓ５にある作動流体の一部を、駆動ギヤ側の流体溜め穴８０に収容することができる。一方、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４は広がり、従動ギヤ側の入口開口８１は、従動ギヤ側の閉塞領域Ｓ４に対して、ギヤ歯４ａにより徐々に閉じられる。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、ギヤ３，４の回転に伴って、閉塞領域内に閉じ込められた作動流体の一部を流体溜め穴８０に収容できるので、作動流体の圧縮率が抑制される結果、閉じ込み圧の上昇が抑制される。
さらに、逃げ溝６３，６４と、流体溜め穴８０との組合せにより、閉じ込みによる高圧発生を確実に防止できる。その結果、閉じ込み圧の上昇に起因する振動や騒音を確実に防止できる。
【００３０】
ところで、図４に示すように、ギヤ３，４の回転に伴い、閉塞領域と吐出室６とが連通する場合がある。例えば、図４に示す閉塞領域Ｓ４は吐出室６と連通している。この吐出室６と連通している状態の閉塞領域に入口開口８１を設ける場合を想定すると、流出先のある流路をサイドプレートに設けた従来のギヤポンプでは、吐出室６から閉塞領域および流路を介して流出先へ作動流体が流出してしまうので、流量損失の増大が懸念される。これに対して、本発明では流体溜め穴８０の流出先を無くしたので、流量損失を抑制することができる。
【００３１】
また、流体溜め穴８０の入口開口８１が作用線Ｌを回避しているので、駆動ギヤ３側と従動ギヤ４側との両閉塞領域間の仕切りを維持でき、これにより、吸込室５および吐出室６の連通を防止できる結果、この連通に起因した流量損失の発生を防止できる。しかも、流体溜め穴８０を各閉塞領域に対応してそれぞれ配置するので、各閉塞領域での閉じ込み圧を確実に抑制できる。
【００３２】
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、閉じ込められる作動流体の一部を流体溜め穴に収容することにより、作動流体の圧縮率が抑制されるので、閉じ込み圧の上昇が抑制される結果、閉じ込み圧の上昇に起因する騒音や振動を防止することができ、ひいては、ポンプ効率の向上を図ることができる。
【００３４】
また、吐出室が閉塞領域を介して流体溜め穴に連通する場合であっても、流体溜め穴から作動流体が流出しないので、流量損失を抑制できる結果、ポンプ効率の低下を抑制することができる。
また、流体溜め穴が噛み合いの作用線を回避しているので、吸込室および吐出室の間の連通に起因する流量損失の発生を防止できる。しかも、閉じ込み圧を各閉塞領域で抑えることで全体としても閉じ込み圧を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるギヤポンプの断面正面図である。
【図２】図１のギヤポンプの断面側面図であり、図１のII─II線に沿う断面図であってハッチングを省略してある。
【図３】サイドプレートの側面図であり、図１の III─ III線に沿う図である。
【図４】駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いを説明するための、サイドプレートの要部拡大側面図である。
【図５】閉塞領域と流体溜め穴との開口状態を示す模式図であり、流体溜め穴の開口している部分にはハッチングが施されている。
【図６】従来のギヤポンプおよび比較例のギヤポンプを説明するための、サイドプレートの要部拡大側面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
３ 駆動ギヤ
３ａ，４ａ ギヤ歯
４ 従動ギヤ
５ 吸込室
６ 吐出室
１０ａ 空洞
１２ サイドプレート
１２ａ ギヤ側側面
１４ ギヤ室
３０，４０ 支軸
８０ 流体溜め穴
８１ 入口開口
Ｌ 噛み合いの作用線
Ｋ 噛み合い点
Ｓ３〜Ｓ６ 閉塞領域

Claims (1)

1. ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギヤ室を区画し、このギヤ室の内部に互いに噛み合う一対のギヤを収容して、各ギヤの支軸を各サイドプレートを介して支持すると共に、上記ギヤ室の内部に両ギヤの噛み合い点を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギヤポンプにおいて、
   上記各サイドプレートのギヤ側側面には、両サイドプレートおよび噛合する各ギヤ歯で形成される閉塞領域に臨む入口開口を有し且つ出口を持たない一対の流体溜め穴が互いに独立して形成され、
   一対の流体溜め穴の入口開口は、上記ギヤ側側面の所定の部分のみに形成され、上記所定の部分は、上記閉塞領域を形成しているギヤ歯の側面がギヤの回転に伴って対向する上記ギヤ側側面の部分であり、
   一対の流体溜め穴の入口開口は、支軸の軸方向から見たときに両ギヤの噛み合いの作用線を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするギヤポンプ。

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