JP4432627B2 - ギヤポンプ - Google Patents

Description

本発明は、相互に噛合するギヤ対の回転によりポンプ作用を行わせる構成としたギヤポンプに関する。

ギヤポンプは、長円形の軸断面を有するギヤ室の内部に互いに平行をなす軸回りに回転するギヤ対（駆動ギヤ及び従動ギヤ）を配し、略中央位置にて相互に噛み合わせ、この噛み合わせ位置の両側に吸込室及び吐出室を形成してなり、吸込室内部の流体を前記ギヤ対の夫々の歯間に受け入れ、ギヤ室の内周面との間に封止して吐出室に送り出すポンプ作用をなすものであり、簡素な構成により高圧の発生が可能なポンプとして、多くの産業分野において広く用いられている。

ところで、この種のギヤポンプにおける特有の問題として、吐出室との対面側にてギヤ対の歯間に閉じ込められた高圧の流体が、噛み合わせ位置を超えた後に吸込側に解放される際に耳障りな異音（コモリ音）が発生するという問題がある。図６は、コモリ音の発生挙動の説明のためのギヤ対の噛み合わせ位置近傍の拡大図である。

図示の如く、ギヤ対を構成する駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い位置の両側は、低圧の吸込室（図の右側）と高圧の吐出室（図の左側）とに夫々臨ませてある。駆動ギヤ２の歯2aと従動ギヤ３の歯3aとは、図示の如く、２点にて接触可能な歯型を採用し、先行する歯2a，3aの接触点Ａと、後続する歯2a，3aの接触点Ｂとの間に、図中にハッチングを施して示す閉じ込み空間Ｓを形成して、高圧の吐出室から低圧の吸込室への流体の逆流を防止する構成としてある。

この閉じ込み空間Ｓには、噛み合い位置に至る前に吐出室を臨む歯2a，2a間及び歯3a，3a間に満たされる流体が、図中に矢符にて示す駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の回転に伴って閉じ込められ、更なる回転により接触を解除した歯2a，2a及び歯3a，3a間から吸込室に解放される。この解放時点において閉じ込み空間Ｓ内部の流体は、吐出室側での閉じ込み時点における高圧を保っており、前記解放に際して急減圧することになり、この急減圧が前記コモリ音の発生の要因となる。

そこで従来においては、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の側面に対向するギヤ室の側壁に、図６中に破線により示す如く、吸込室の側から閉じ込み空間Ｓの近傍にまで延設された逃がし溝８と、吐出室の側から同様に延設された連通溝９とを形成し、閉じ込み空間Ｓ内に閉じ込められた流体の一部を、閉じ込みの発生直後に逃がし溝８を経て吸込室に逃がし、該吸込室への解放時点における急減圧の発生を緩和して、前記異音を低減する対策が施されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１００７７４号公報

ところが、特許文献１に開示された構成は、前述した如く、前記逃がし溝８の閉じ込み空間Ｓ内への連通が、該閉じ込み空間Ｓの発生直後の適正なタイミングにて生じたときには有効であるが、この連通タイミングに前後のずれが生じた場合、十分な異音の低減効果が得られないという問題がある。

ここで逃がし溝８は、ギヤ室の平坦な側面に形成される凹溝であって、形状精度及び位置精度の向上に限界があり、また一方、閉じ込み空間Ｓは、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の噛み合いにより生じる空間であって、両ギヤ２，３の取り付け誤差、歯型の成形誤差等、各部の寸法誤差の集積により、ギヤ室内での絶対位置が変化することから、閉じ込み空間Ｓ内への逃がし溝８の連通を、前述した適正なタイミングにて実現することは難しい。

また、高圧の閉じ込み空間Ｓ内に逃がし溝８が連通するとき、この逃がし溝８内に高速度での流体の流れが生じ、音及び振動を伴うキャビテーションが発生するという問題があり、このキャビテーションの低減を図ることも切望されている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合わせ部に閉じ込められた高圧の流体が吸込側に解放される際の異音の発生を有効に低減することができ、静粛な運転が可能なギヤポンプを提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るギヤポンプは、相互に噛合して回転する駆動ギヤと従動ギヤとが配されたギヤ室の内部に、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの噛み合い位置の両側に位置して吸込室及び吐出室を設け、前記噛み合い位置を過ぎて吸込室を臨む前記駆動ギヤ及び従動ギヤ夫々の歯間に流体を受け入れ、ギヤ室の内面との間に封止して吐出室に送り出す構成としたギヤポンプにおいて、前記吸込室を、前記駆動ギヤ側の第１室と、前記従動ギヤ側の第２室と、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの回転に応じて前記第１室又は第２室に選択的に連通され、前記噛み合い位置に臨む中間圧室とに分離構成し、前記第１室及び第２室を吸込孔に連通する各別の吸込路とを備えることを特徴とする。

本発明においては、駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合い位置の一側の吸込室を、各別の吸込路に連通された駆動ギヤ側の第１室及び従動ギヤ側の第２室と、これらの間にて噛み合い位置に臨む中間圧室とに分離し、駆動ギヤと従動ギヤとの間の閉じ込み空間に封止された高圧の流体を、第１室又は第２室との選択的な連通により、これらよりも高い中間圧に保たれた中間圧室に対して解放し、この解放に伴う急減圧の発生を緩和して、コモリ音の発生を軽減する。また従来から設けられている逃がし溝を経ての解放も中間圧室に対して行わせて、キャビテーション音の発生をも軽減する。

また本発明の第２発明に係るギヤポンプは、第１発明における第１室、第２室及び中間圧室が、前記ギヤ室の内周面を前記噛み合い位置に向けて突設させてなる凸部により、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの周方向に分離構成してあることを特徴とする。

この発明においては、ギヤ室の内周面に凸部を設けることにより、第１室、第２室及び中間圧室を簡易に構成する。

更に本発明の第３発明に係るギヤポンプは、第１又は第２発明における中間圧室を前記吸込路に連通する絞り孔を備えることを特徴とする。

本発明においては、中間圧室を吸込路に絞り孔を介して連通し、中間圧室の内圧を、絞り孔の通流に伴う絞り抵抗分だけ吸込路よりも高い圧力に安定して維持し、閉じ込み空間の解放に伴う異音の発生防止効果を高める。

本発明に係るギヤポンプにおいては、駆動ギヤと従動ギヤとの間の閉じ込み空間に閉じ込められた高圧の流体が中間圧室に解放されるから、この解放に伴う急減圧を緩和し、コモリ音、キャビテーション音等の異音の発生を有効に低減することができ、静粛な運転が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るギヤポンプの側断面図、図２は、図１のII−II線による横断面図である。

図示のギヤポンプは、短寸筒形をなすギヤハウジング10の両側を、これの全面を覆うエンドプレート11，11により塞いで構成されたハウジング１を備えている。ギヤハウジング10の内部には、中央部を貫通する空洞部に両側から一対のサイドプレート12，12を嵌挿して、これらのサイドプレート12，12間に、図２に示す如く、長円形の断面形状を有するギヤ室13が形成されており、このギヤ室13の内部に、駆動ギヤ２と従動ギヤ３とからなるギヤ対が配してある。

なお、図１中の14，14は、エンドプレート11，11をギヤハウジング10に固定する固定ボルトであり、同じく15，15は、エンドプレート11，11とギヤハウジング10とを周方向に位置決めするための位置決めピンである。

駆動ギヤ２及び従動ギヤ３は、サイドプレート12，12に形成された軸受孔により両持ち支持され、互いに平行をなす各別の回転軸20，30を介してギヤ室13の両側の半円部の中心上に回転自在に支持されており、両軸20，30の軸心を含む面内において互いに噛合させてある。

駆動ギヤ２の回転軸20は、一側のエンドプレート11を貫通して外部に延長され、図示しないモータ等の駆動源に連結された駆動軸であり、駆動ギヤ２は、前記駆動源からの伝動により、回転軸20と共に回転駆動されるようになしてある。従動ギヤ３の回転軸30は、サイドプレート12，12の軸受孔により軸端を支持された従動軸であり、従動ギヤ３は、駆動ギヤ２の回転に応じて回転軸30と共に従動回転するようになしてある。

図２には、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の回転方向が矢符により示してあり、ギヤ室13の内部の両ギヤ２，３の噛み合い位置を挾んだ両側には、回転方向の下流側に吸込室４が形成され、同じく上流側に吐出室５が形成されており、これらは、夫々に対応する位置に開口する吸込孔６及び吐出孔７によりギヤハウジング10の外側に連通され、図示しない吸込先及び吐出先に夫々接続されるようになしてある。

本発明に係るギヤポンプにおいて、吐出室５は、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の噛み合わせ部を全体として臨むように形成され、吐出孔７は、この吐出室５の中央部に連通されている。一方吸込室４及び吸込孔６は、吐出室５及び吐出孔７とは異なる形態を有して以下の如く形成されている。

図３は、吸込室４の近傍を駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い位置を含めて示す拡大図である。本図に示す如く吸込室４は、ギヤハウジング10の内周面の該当位置を、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の外面に沿うように噛み合い位置に向けて突設された凸部16により、駆動ギヤ２側の第１室4aと従動ギヤ３側の第２室4bと、これら両室4a，4b間の中間圧室4cとに分離構成されている。吸込孔６は、吸込室４との連通側にて２方向に分岐された分岐孔として構成された吸込路6a，6bを備え、これらの吸込路6a，6bが、第１，第２室4a，4bとに各別に連通されている。

第１室4aと第２室4bとの間に位置する中間圧室4cは、一方のサイドプレート12に形成された小面積の絞り孔17が、凸部16の先端近傍に開口するように設けてある。この絞り孔17は、図１に示す如く、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の軸長方向に沿って延び、エンドプレート11の端面に設けた戻り溝18に連通され、更に、この戻り溝18を介して吸込孔６の中途等の低圧部に連通されている。

また、ギヤ室13の側壁を構成するサイドプレート12，12には、図６に示す従来のギヤポンプにおけると同様に、逃がし溝８及び連通溝９が設けられている。図４は、逃がし溝８及び連通溝９の形成態様を示すサイドプレート12の平面図である。本図に示す如くサイドプレート12は、駆動ギヤ２の支持孔21及び従動ギヤ３の支持孔31を中心とする円板を両支持孔21，31間に所定の間隔を保って連絡し、ギヤハウジング10の内側空洞部に対応する平面形状を有する平板として構成されている。

このようなサイドプレート12の一面には、前記支持孔21，31の間に、吸込室４の側（図の右側）を基端とし、駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い位置となる中心に向けて延びる逃がし溝８が形成され、また、吐出室５の側（図の左側）を基端とし、同様に中心に向けて延びる連通溝９も形成されている。これらの逃がし溝８及び連通溝９は、駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の歯2a，3a（図３参照）の歯丈に対応する所定の幅を有する浅底の凹溝であり、サイドプレート12の中心を挾んで対向する両溝８，９の先端部は、図示の如く、幅方向の中央を窪ませたＭ字形の形状を有している。

以上の如く構成された本発明に係るギヤポンプにおいては、図２中に右側の白抜矢符にて示すように吸込孔６に導入される流体は、該吸込孔６先端にて分岐された吸込路6a，6bを経て、吸込室４を構成する第１室4a及び第２室4bに各別に導入され、第１室4aの内部において駆動ギヤ２の歯間に、また第２室の内部4bにおいて従動ギヤ３の歯間に受け入れられ、図２中に矢符により示す両ギヤ２，３の回転により、夫々の歯間とギヤハウジング10の内周面との間に封止された状態で搬送されて吐出室５に送り出されることとなり、この吐出室５に連通する吐出孔７を経て、図２中に左側の白抜矢符にて示す如く吐き出される。

一方、吐出室５への送り出しを終えた駆動ギヤ２と従動ギヤ３とは、両者の中央での噛み合い位置を経て吸込室４側に向き、該吸込室４内の流体を再度受け入れて吐出室５に送り出す作用を繰り返すこととなり、吸込孔６に接続された吸込先から導入される流体を、吐出孔７に接続された吐出先へ連続して送り出すポンプ動作が行われる。

このようなポンプ動作の間、駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い位置において、両ギヤ２，３の歯2a，3a間に閉じ込められた流体が吸込室４に解放される際、前述した如く、コモリ音、キャビテーション音等の異音が発生するが、本発明に係るギヤポンプにおいて、これらの異音の発生は、吸込室４及び吸込孔６の前述した構成と、ギヤ室13の側壁を構成するサイドプレート12，12に従来と同様に形成された逃がし溝８の作用により有効に低減される。

図３に示す如く、駆動ギヤ２と従動ギヤ３とは、歯元のアンダーカットにより噛み合い干渉を逃れた高歯のインボリュート歯型を採用し、図示の如く、２点にて接触可能に構成された歯2a，3aを夫々有しており、先行する歯2a，3aの接触点Ａと、後続する歯2a，3aの接触点Ｂとの間に、図中にハッチングを施して示す閉じ込み空間Ｓを形成して、噛み合い位置の一側の低圧の吸込室４と高圧の吐出室５との間を封止し、吐出室５から吸込室４への逆流を防止する構成としてある。

逃がし溝８及び連通溝９の先端のＭ字形の窪みは、図示の如く、駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い中心に前記閉じ込み空間Ｓが位置したとき、該閉じ込み空間Ｓの両側を縁取るように形状を定めてある。逃がし溝８は、従来のギヤポンプにおけると同様、吐出室５の側にて閉じ込み空間Ｓに取り込まれた高圧の流体を吸込室４に徐々に解放せしめ、この解放時における急減圧を緩和して、前述したコモリ音の発生を軽減する作用をなす。また連通溝９は、閉じ込み空間Ｓの形成位置を、駆動ギヤ２と従動ギヤ３との軸線上に確定するために設けられたものである。

図５は、図３に示す状態から駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の回転が進行し、接触点Ｂが駆動ギヤ２と従動ギヤ３との噛み合い中心に位置した状態を示している。このとき、接触点Ｂの上流側の閉じ込み空間Ｓは吸込室４に解放されるが、本発明に係るギヤポンプにおいては、吸込室４が、凸部16により分割された第１室4a及び第２室4bと、これらの間の中間圧室4cとを備えており、閉じ込み空間Ｓの解放は、中間圧室4cに対してなされる。

このとき中間圧室4cは、図示の如く、吸込孔６と直接的に連通しておらず、その時点における駆動ギヤ２及び従動ギヤ３の回転位置に応じて、夫々の歯2a又は3aにより閉止されていない第１室4a又は第２室4bに、夫々に連通する吸込路6a，6bを介して吸込孔６に連通しているのみであり、中間圧室4cに解放された閉じ込み空間Ｓ内の流体は、吸込路6a又は6bの開口面積に応じた絞り抵抗下にて吸込孔６に流れ込み、中間圧室4cは、吸込孔６内部の低圧よりも高い中間圧に保たれる。従って、閉じ込み空間Ｓの解放は、中間圧に保たれた中間圧室4cを介して段階的になされることとなり、前記解放に伴う急減圧の発生が大幅に緩和され、異音の発生を低減することができる。

また、解放前に逃がし溝８を経て生じる流体の漏れ出しも、比較的高い内圧を有する中間圧室4cに対してなされるから、小面積の逃がし溝８内を高速度にて通流する作動油のキャビテーションを軽減し、このキャビテーションに伴う振動、音の発生をも有効に緩和することができ、コモリ音の低減との相乗作用により、運転音が小さく静粛な運転をなし得るギヤポンプを提供することが可能となる。

更に、中間圧室4cは、絞り孔17及び戻り溝18を介して低圧部に連通されており、中間圧室4c内に解放された流体の一部は、この絞り孔17及び戻り溝18を経て低圧部に常時還流することができるから、第１室4a又は第２室4bとの連通状態に応じた中間圧室4cの内圧変動が抑制されて、コモリ音、キャビテーション音等の異音の軽減効果を安定して実現することが可能となる。

本発明に係るギヤポンプの側断面図である。 図１のII−II線による横断面図である。 吸込室の近傍を駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合い位置を含めて示す拡大図である。 逃がし溝及び連通溝の形成態様を示すサイドプレートの平面図である。 図３に示す状態から駆動ギヤ及び従動ギヤの回転が進行した状態を示す拡大図である。 コモリ音の発生挙動の説明のためのギヤ対の噛み合わせ位置近傍の拡大図である。

符号の説明

２ 駆動ギヤ
３ 従動ギヤ
４ 吸込室
4a 第１室
4b 第２室
4c 中間圧室
５ 吐出室
６ 吸込孔
6a，6b 吸込路
13 ギヤ室
16 凸部
17 絞り孔

Claims (3)

1. 相互に噛合して回転する駆動ギヤと従動ギヤとが配されたギヤ室の内部に、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの噛み合い位置の両側に位置して吸込室及び吐出室を設け、前記噛み合い位置を過ぎて吸込室を臨む前記駆動ギヤ及び従動ギヤ夫々の歯間に流体を受け入れ、ギヤ室の内面との間に封止して吐出室に送り出す構成としたギヤポンプにおいて、
   前記吸込室を、前記駆動ギヤ側の第１室と、前記従動ギヤ側の第２室と、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの回転に応じて前記第１室又は第２室に選択的に連通され、前記噛み合い位置に臨む中間圧室とに分離構成し、前記第１室及び第２室を吸込孔に連通する各別の吸込路とを備えることを特徴とするギヤポンプ。
2. 前記第１室、第２室及び中間圧室は、前記ギヤ室の内周面を前記噛み合い位置に向けて突設させてなる凸部により、前記駆動ギヤ及び従動ギヤの周方向に分離構成してある請求項１記載のギヤポンプ。
3. 前記中間圧室を前記吸込路に連通する絞り孔を備える請求項１記載のギヤポンプ。

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