JP2011127584A - ヘリカルギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト力対策を行うと共に、加工・製造コストを増加させないヘリカルギヤポンプを提供する。
【解決手段】駆動側ヘリカルギヤ（２０）と同軸に備えられる第２のヘリカルギヤ（３１）と、第２のヘリカルギヤ（３１）と噛み合うと共に、駆動側ヘリカルギヤ（２０）の軸（２０ａ）及び従動側ヘリカルギヤ（３０）の軸（３０ａ）とは異なる第３の軸（３２ａ）に備えられた第３のヘリカルギヤ（３２）と、第３の軸（３２ａ）を支持すると共にスラスト力を受ける軸受（４０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヘリカルギヤを用いたギヤポンプに関する。

ギヤポンプはベーンポンプと比較するとコストが安くフリクションが少ないポンプであり、例えば自動車に搭載されて、オイルポンプ等に広く用いられている。

ギヤポンプは、スラスト力の発生を嫌ってスパーギヤ（すぐば歯車）を用いることが一般的である。

すぐば歯車を用いたギヤポンプは、歯車の噛み合い率不足によってポンプ騒音が大きくなるため、静粛性を求められる用途（例えばＨＥＶ、ＥＶ等）には問題がある。そのため、よりコストの高いベーンポンプ等を採用せざるを得ず、コストが増加していた。

一方、ヘリカルギヤ（はすば歯車）を用いたギヤポンプは、すぐば歯車を用いたものと比較してポンプ性能が同等のまま静粛性を高められるという利点がある。

しかしながら、ヘリカルギヤでは軸方向のスラスト力が発生し、ギヤとポンプボディとの間の摩擦力が高まり、摩耗によるリークの増加や焼き付き等、不具合の発生の懸念がある。

このスラスト力の対策として、ギヤ端面に吐出圧をかけてスラスト力をキャンセルする方法や、ギヤのねじれ方向をお互い逆向きとなるよう同軸上に配置してこれらをそれぞれポンプとして用いる、いわゆる２セットギヤタイプのポンプが知られている。

また、ダブルヘリカルギヤ（やまば歯車）を用いることでスラスト力をキャンセルするもの（特許文献１参照。）も知られている。

特開昭５８−７４８８５号公報

吐出圧によりスラスト力をキャンセルする方法は、構造に大きな変更を伴わずに比較的低コストで実現できるが、回転速度や吐出量が変化するような用途では、キャンセルする力が変動するため対応できない。

また、２セットタイプのギヤポンプでは、スラスト力をキャンセルすることができるものの、部品点数が増えコストが増加すると共に、重量が増加するため用途が限られる。特に自動車に搭載される場合は重量に制限が大きく、採用が困難である。

また、ダブルヘリカルギヤを採用することでスラスト力をキャンセルすることはできるが、歯車の加工に大きな困難が伴い、高精度の加工にはコストが上昇するばかりか大量生産には向かない。また、加工精度によってはリーク量が増加し、高圧吐出用途には採用できない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ヘリカルギヤを採用したギヤポンプにおけるスラスト力対策を行えると共に、加工・製造コストを上昇させないヘリカルギヤポンプを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によると、ポンプ室を構成するポンプボディに駆動側ヘリカルギヤと従動側ヘリカルギヤとを備えたヘリカルギヤポンプにおいて、駆動側ヘリカルギヤと同軸に備えられる第２のヘリカルギヤと、第２のヘリカルギヤと噛み合うと共に、駆動側ヘリカルギヤの軸及び従動側ヘリカルギヤの軸とは異なる第３の軸に備えられた第３のヘリカルギヤと、第３の軸を支持すると共にスラスト力を受ける軸受と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、駆動側ヘリカルギヤと従動側ヘリカルギヤとで発生するスラスト力をキャンセルする第２のヘリカルギヤ、第３のヘリカルギヤを備え、軸受でこれを受けることができるので、ヘリカルギヤにより構成されるギヤポンプのスラスト力を解消することができる。

また、これら第２のヘリカルギヤ、第３のヘリカルギヤ及び軸受においては特段のリーク対策が必要なく、高精度の加工や高価な部品を必要としないので、製造コストを抑えることができる。

本発明の実施形態のヘリカルギヤポンプの縦断面図である。 本発明の実施形態のヘリカルギヤポンプの横断面図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態のヘリカルギヤポンプ１０の縦断面図であり、図２は本発明の実施形態のヘリカルギヤポンプ１０の横断面図である。

図１に示すように、ヘリカルギヤポンプ１０は、ポンプボディ１１、駆動側歯車２０、従動側歯車３０を主な構成部品とする。

駆動側歯車２０は、図示しない駆動源により回転駆動され、従動側歯車３０と噛み合いながらお互いを回転する。これら駆動側歯車２０及び従動側歯車３０は、ヘリカルギヤによって構成されている。

ポンプボディ１１は、その内部に駆動側歯車２０及び従動側歯車３０を納めると共に流体を移動させるポンプ室１２が構成されている。また、ポンプ室１２に流体を導入する流入口１５と、流入した流体を排出する吐出口１６とが備えられる。

流入口１５からヘリカルギヤポンプ１０の内部に流入した流体は、駆動側歯車２０又は従動側歯車３０の歯面とポンプボディ１１との間の空間に閉じ込められたまま移動されて、吐出口１６へと送られる。

このような仕組みによって、ヘリカルギヤポンプ１０が構成される。

ところで、ヘリカルギヤは、スパーギヤと比較して静粛性に優れるという利点がある反面、スラスト力（軸方向力）の発生という問題がある。

ヘリカルギヤを用いたヘリカルギヤポンプ１０では、スラスト力が次のように発生することが知られている。

従動側歯車３０では、駆動側歯車２０からの被駆動トルクによるスラスト力と、自らが流体を吐出するための駆動力から生まれるスラスト力と、が等しく、かつ方向が逆であるため、スラスト力はキャンセルされる。

一方、駆動側歯車２０では、従動側歯車３０を駆動させる被駆動歯車駆動トルクによるスラスト力と、自らが流体を吐出するための駆動力から生まれるスラスト力と、の方向が同じ向きであるため、２倍のスラスト力が働く。

さらに、流体を吐出するポンプでは、吐出効率を高めるためリーク量を抑える必要があり、歯車端面とポンプボディ１１との接触面や軸受部分の摺動部分は、例えば数〜数十μｍオーダーのギャップにより直接接触している。

そのため、スラスト力の増加によりこの接触面の摩擦が高まると、摩耗によるリークの増加や焼き付き等の不具合を生じる懸念が起こる。

この摩擦力の対策として、歯車やポンプ室内部、軸受部分の高精度な加工や低摩擦のコーティング部材やパッキン等を用いると、コストが上昇する。

そこで、本発明の実施形態では、次のような構成により、ヘリカルギヤによるスラスト力を、ポンプ室１２以外の部分で対策することができるように構成した。

図２に示すように、ヘリカルギヤポンプ１０は、ポンプ室１２の外部に、ポンプ室とは別の空間である歯車室１３を備え、ここに一組のヘリカルギヤ（駆動側第２歯車３１、第３歯車３２）を備えた。

具体的には、駆動側歯車２０の軸２０ａを駆動源側へと延設し、この軸２０ａと同軸に駆動側第２歯車３１を備え、この駆動側第２歯車３１と噛み合う第３歯車３２を備えた。これら駆動側第２歯車３１と第３歯車３２とは、ヘリカルギヤによって構成される。

第３歯車３２は、駆動側歯車２０の軸２０ａ及び従動側歯車３０の軸３０ａとは異なる第３軸３２ａに結合さる。

第３軸３２ａは、図示しない動力源から例えばスプロケットやチェーン等を介して接続されて、回転駆動される。第３軸３２ａは、ヘリカルギヤポンプ１０の第２カバー１１ｄの端面側に向かって反時計回り方向に回転駆動される。

ポンプボディ１１は、ポンプ室１２を備える第１ボディ１１ｂと、ポンプ室１２の一方の壁を構成すると共にポンプ室１２と歯車室１３とを隔てる第２ボディ１１ｃと、を備える。

また、ポンプボディ１１は、流入口１５及び吐出口１６を備える第１カバー１１ａと、歯車室１３を形成し、後述する軸受４０を備える第２カバー１１ｄとを備える。

また、第１ボディ１１ｂ及び第２ボディ１１ｃは、第１カバー１１ａ及び第２カバー１１ｄによって両側から挟持される。これらは複数のボルト１４によって共締めされる。

駆動側歯車２０及び駆動側第２歯車３１の軸２０ａは、第２カバー１１ｄにおいてボールベアリングにより構成される軸受３５により支持される。

第３歯車３２を備える第３軸３２ａは、第２カバー１１ｄにおいてボールベアリングにより構成される軸受４０により支持される。この第３軸は、第２カバー１１ｄを貫通して、図示しない駆動源へと接続される。

また、第３軸３２ａは、第２ボディ１１ｃにおいてボールベアリングにより構成される軸受４１により支持され、第２カバー１１ｄにおいてボールベアリングにより構成される軸受４２により支持される。

前述のように、ポンプ駆動側の駆動側歯車２０には、大きなスラスト力が働く。このスラスト力は、軸２０ａにより駆動側第２歯車へと伝わる。

ここで、この駆動側第２歯車３１と第３歯車３２との歯車諸元を、次のように設定する。

・基礎円上のネジレ角を、駆動側歯車２０及び従動側歯車３０の基礎円上のネジレ角の２倍とする。
・噛み合いを、駆動側歯車２０及び従動側歯車３０のネジレ方向と同一のネジレ方向とする。

これにより、軸２０ａにおける２倍のスラスト力が、駆動側第２歯車３１及び第３歯車によってキャンセルされる。

より具体的には、駆動側歯車２０は、軸２０ａにおいては図２中の左から右側へと２倍のスラスト力が働く。一方で、駆動側歯車２０の基礎円上のネジレ角の２倍のネジレ角を持った駆動側第２歯車３１は、第３歯車３２によって駆動されるため、軸２０ａにおいては、図２中の右から左側へと２倍のスラスト力が働く。このような作用により、軸２０ａ上でのスラスト力は打ち消される。

また、駆動軸第２歯車３１を駆動する第３歯車３２では、第３軸３２ａにおいて、駆動源側（図２中の左から右側）へと２倍のスラスト力が働く。第３軸３２ａは、軸受４０により支持されており、この軸受４０によって２倍のスラスト力の全てを受ける。

このような構成によって、流体を吐出するためのヘリカルギヤ（駆動側歯車２０、従動側歯車３０）に発生するスラスト力を、ポンプ室の外部に備えたヘリカルギヤ（駆動側第２歯車３１、第３歯車３２）によってキャンセルすることができる。

なお、駆動側第２歯車３１と第３歯車３２との歯車諸元は、必ずしもこの値に固定されるものではなく、実際のヘリカルギヤポンプ１０のスラスト力を計測し、計測結果に基づいて微調整を行ってもよい。これにより、さらに的確にスラスト力の対策を行うことができる。

以上のように本発明の実施形態のヘリカルギヤポンプ１０では、ポンプを構成するヘリカルギヤ（駆動側歯車２０、従動側歯車３０）に加え、スラスト力をキャンセルするためのヘリカルギヤ（駆動側第２歯車３１、第３歯車３２）を備えた。

このような構成によって、流体を吐出するときにヘリカルギヤである駆動側歯車２０及び従動側歯車３０に発生するスラスト力がキャンセルされるため、静粛性の高いギヤポンプが実用可能となる。

特に、スラスト力をキャンセルするための駆動側第２歯車３１及び第３歯車３２は、ポンプ室１２とは別の歯車室１３に備えたので、リークの対策が必要なく高精度の加工やパッキン等を必要しないので、製造コストを抑えることができる。

また、全てのスラスト力を受け持つ軸受４０についても、ポンプ室１２とは別の歯車室１３に備えたので、リークの対策が必要ない。そのため、特殊な材料を用いることなく高い強度を有するボールベアリング等の汎用的な部品を用いることができ、製造コストを抑えることができる。

なお、軸受４０は、必ずしもボールベアリングではなく、ニードルベアリング等、他の種類の軸受によって構成されていてもよい。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１０ ヘリカルギヤポンプ
１１ ポンプボディ
１１ａ 第１カバー
１１ｂ 第１ボディ
１１ｃ 第２ボディ
１１ｄ 第２カバー
１２ ポンプ室
１３ 歯車室
１４ ボルト
１５ 流入口
１６ 吐出口
２０ 駆動側歯車（駆動側ヘリカルギヤ）
２０ａ 軸
３０ 従動側歯車（従動側ヘリカルギヤ）
３０ａ 軸
３１ 駆動側第２歯車（第２のヘリカルギヤ）
３２ 第３歯車（第３のヘリカルギヤ）
３２ａ 第３軸
３５、４０、４１ 軸受

Claims (5)

1. ポンプ室を構成するポンプボディに駆動側ヘリカルギヤと従動側ヘリカルギヤとを備えたヘリカルギヤポンプにおいて、
   前記駆動側ヘリカルギヤと同軸に回転する第２のヘリカルギヤと、
   第２のヘリカルギヤと噛み合うと共に、前記駆動側ヘリカルギヤの軸及び前記従動側ヘリカルギヤの軸とは異なる第３の軸に備えられた第３のヘリカルギヤと、
   前記第３の軸を支持すると共にスラスト力を受ける軸受と、
   を備えることを特徴とするヘリカルギヤポンプ。
2. 前記第２のヘリカルギヤ及び前記第３のヘリカルギヤの歯車諸元は、前記駆動側ヘリカルギヤ及び前記従動側ヘリカルギヤの歯車諸元に対して、基礎円上のネジレ角が２倍であり、かつ、ネジレ方向が同一方向であることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルギヤポンプ。
3. 前記第２のヘリカルギヤ、前記第３のヘリカルギヤ及び前記軸受は、前記ポンプ室の外部に構成された歯車室に備えられることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルギヤポンプ。
4. 前記第３の軸が回転駆動されることで、前記駆動側ヘリカルギヤを回転駆動することを特徴とする請求項１に記載のヘリカルギヤポンプ。
5. 前記ポンプボディは、第１のボディ及び第２のボディと、これらを両側から挟持する第１のカバー及び第２のカバーから構成され、
   前記第１のカバーと前記第２のボディとに挟持される前記第１のボディが前記ポンプ室を備え、
   前記第２のボディと前記第２のカバーとの間に形成される空間が前記歯車室を構成し、
   前記軸受が前記第２のカバーに備えられることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルギヤポンプ。

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