JP2012077686A - 歯車ポンプ又はモータ - Google Patents

Abstract

【課題】たわんだ状態とたわみを解消した状態との繰り返しに起因する可動側板の割れ抑制する。
【解決手段】噛合する一対の歯車と、歯車の側面に隣接し、摺動面６ａに高圧導入溝６ｘを有し、非摺動面６ｂにガスケット装着溝６ｙを有する可動側板６と、歯車及び可動側板６を収容した状態で可動側板６の非摺動面６ｂとの間に高圧流体を導き入れる圧力バランス領域を形成するケーシングと、可動側板６のガスケット装着溝６ｙに装着した状態で圧力バランス領域の高圧側と低圧側とを隔てるガスケットとを具備する歯車ポンプまたはモータにおいて、ガスケット装着溝６ｙに、高圧導入溝６ｘの低圧側端縁６ｘ１と同一位相の箇所に設けられ可動側板６の外周に向けて開口する高圧導入部６ｙ１と、外周縁が可動側板６の外周より内側に位置し低圧側端縁６ｙ３が高圧導入溝６ｘの低圧側端縁６ｘ１より低圧側に達している周回部６ｙ２とを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、噛合する一対の歯車と、これら歯車の側面に隣接する可動側板とを有する歯車ポンプ又はモータに関する。

従来より、噛合する一対の歯車の歯溝を利用して作動液を送り出す外接型歯車ポンプにおいて、これら歯車の側面近傍に可動側板を配設し、作動液の側方への漏れ量を低減せしめることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この種の歯車ポンプにおける可動側板ａ６は、歯間に閉じ込められた作動液の液圧により歯車から離反する方向の力を受けるが、可動側板の外側面とケーシングの内周面との間に形成される圧力バランス領域に高圧の作動液を導き入れることで、この力と相反する力、即ち歯車に接近する方向の力を可動側板に付与して圧力バランスを保つようにしている。

可動側板ａ６には、圧力バランス領域の高圧側Ｙと低圧側Ｘとを隔てるガスケットを装着する。より具体的には、図７に示すように、可動側板ａ６の非摺動面ａ６ｂにガスケット溝ａ６ｙを形成し、このガスケット溝ａ６ｙにガスケットを嵌め入れる。ここで、ガスケット溝ａ６ｙは、可動側板ａ６の外周に向けて開口する高圧導入部ａ６ｙ２と、外周縁が可動側板ａ６の外周より内側に位置し低圧側端縁が前記高圧導入溝ａ６ａの低圧側端縁より低圧側に達している周回部ａ６ｙ１とを有する。ガスケットは可動側板ａ６とケーシングとで挟圧され、その反作用で歯車に接近する方向の力を可動側板ａ６に付与するとともに、圧力バランス領域を低圧側Ｘと高圧側Ｙとに区画する。これらの作用により、作動液の吐出圧力に応じて歯車と可動側板ａ６との間隔（及び、可動側板ａ６とケーシングとの間隔）が調整される。可動側板ａ６の形状、ガスケットの形状等は、可動側板が適正な力で歯車の方へ押圧されるように予め設計され、吐出圧力が高くなったとしても作動液の側方への漏れ量は大きくはならないようにしている。

具体的には、図６に示すように、可動側板ａ６には高圧導入溝ａ６ｘを設けている一方、可動側板ａ６が適正な力で歯車の方へ押圧されるようにすべく、前記ガスケット溝ａ６ｙの形状を以下のように設定している。すなわち、このガスケット溝ａ６ｙは、図７に示すように略３の字状に形成しているとともに、その低圧側の端縁すなわち圧力導入部ａ６ｙ２の端縁を，図８に示すように、高圧導入溝ａ６ｘの低圧側の端縁ａ６ｘ１よりもさらに低圧側に設定している。そして、高圧導入溝ａ６ｘが存在せずガスケット溝ａ６ｙのみが存在する領域、すなわち図８の領域ＡＡ１では非摺動面ａ６ｂ側の圧力が高圧ポートと等しくなる一方、摺動面ａ６ａ側の圧力は高圧ポートよりも低いので、可動側板ａ６はこの領域が受ける圧力差により歯車に向かう方向に押圧される。

ところで、前記領域ＡＡ１の高圧側端縁においては、歯車２、３の歯先が高圧導入溝ａ６ａに達すると、高圧ポートから高圧導入溝ａ６ａを経て高圧の作動液が歯間領域すなわち図９の領域ＡＡ２に流入するので、上述した圧力差がなくなる。その一方で、回転方向と反対側に隣接する歯間では、上述した圧力差が存在するので、前記領域の高圧側端縁においては、歯車２、３の歯が通過するごとに圧力差を受ける状態と圧力差を受けない状態とが繰り返される。従って、特に可動側板ａ６の歯車の支えがない部分では、たわんだ状態とたわみを解消した状態とが頻繁に繰り返される。そのため、可動側板ａ６に、高圧導入溝ａ６ｘの低圧側端縁を基点とする割れが発生することが起こり得る。

従来は、前段に述べた不具合の発生を防ぐべく、可動側板の厚さ寸法を大きくするか、あるいは剛性の高い材料で可動側板を構成するようにしていたが、可動側板の厚さ寸法を小さくした上で可動側板の材料選択の自由度をより高めることができる可動側板の構造が要望されている。

特開２００５−３３０８５８号公報

本発明は以上の点に着目し、このような課題を解決すること、すなわち、たわんだ状態とたわみを解消した状態とが頻繁に繰り返されることに起因する割れの発生を抑制できる可動側板の構造を実現することを所期の目的とする。

すなわち本発明に係る歯車ポンプ又はモータは、噛合する一対の歯車と、これら歯車の側面に隣接し、摺動面に高圧導入溝を有するとともに非摺動面にガスケット装着溝を有する可動側板と、前記歯車及び前記可動側板を収容した状態で可動側板の非摺動面との間に高圧流体を導き入れることが可能な圧力バランス領域を形成するケーシングと、前記可動側板のガスケット装着溝に装着した状態で前記圧力バランス領域の高圧側と低圧側とを隔てるガスケットとを具備する歯車ポンプまたはモータであって、前記ガスケット装着溝が、前記高圧導入溝の低圧側端縁と同一位相の箇所に設けられ可動側板の外周に向けて開口する高圧導入部と、外周縁が可動側板の外周より内側に位置し低圧側端縁が前記高圧導入溝の低圧側端縁より低圧側に達している周回部とを有することを特徴とする。

このようなものであれば、歯底側の部位のみで歯車の歯が通過するごとに圧力差を受ける状態と圧力差を受けない状態とが繰り返されることになり、この領域においてギアの支えが存在する部分が多くなるとともに、歯先側の部位では外側面側と内側面側とで圧力差が発生せず、圧力差により可動側板がたわむ度合いも小さくなるので、たわんだ状態とたわみを解消した状態とが頻繁に繰り返されることに起因する割れの発生を抑制できる。

本発明に係る可動側板を有する歯車ポンプ又はモータの構造を採用すれば、たわんだ状態とたわみを解消した状態とが頻繁に繰り返されることに起因する割れの発生を抑制し、可動側板の厚さ寸法を小さくした上で可動側板の材料選択の自由度をより高めることができる。

本発明の一実施形態に係る歯車ポンプの構成を示す概略図。 同実施形態に係る可動側板を示す正面図。 同実施形態に係る可動側板を示す背面図。 同実施形態に係る可動側板の要部を示す図。 同実施形態に係る歯車ポンプの動作説明図。 従来の歯車ポンプの可動側板を示す正面図。 従来の歯車ポンプの可動側板を示す背面図。 従来の歯車ポンプの可動側板の要部を示す図。 同実施形態に係る歯車ポンプの動作説明図。

本発明の一実施形態を図１〜図５を参照しつつ以下に説明する。

本実施形態に係る歯車ポンプＰは、主として、歯車収納室１１ａを内部に有するケーシング１と、このケーシング１の歯車収納室１１ａ内に収納保持され互いに噛み合わせてなる外接歯車対、すなわち駆動歯車２及び従動歯車３と、各歯車２、３の両側面２ａ、３ａに添接する可動側板６、６とを具備する。

駆動歯車２及び従動歯車３は、複数の歯体を外周面に沿って所定間隔で設けた周知のものである。なお、本実施形態では、前記駆動歯車２の中心から駆動軸４を回転軸方向に一体に延伸させて設けているとともに、従動歯車３から従動軸５を回転軸方向に一体に延伸させて設けているが、駆動歯車２と駆動軸４とを別体に構成してもよく、また、従動歯車３と従動軸５とを別体に構成してもよい。

ケーシング１は、例えば、前記歯車収納室１１ａを有するボディ１１と、この歯車収納室１１ａの開口面を閉塞するカバーたるフロントカバー１２と、前記歯車収納室１１ａの開口面を閉塞するカバーたるリアカバー１３とから構成したものである。ボディ１１には、前記歯車対すなわち駆動歯車２及び従動歯車３を噛合状態で収容する略眼鏡状の歯車収納室１１ａと、歯車収納室１１ａに連通し前記駆動軸４及び従動軸５がそれぞれ嵌入可能な軸受孔１１ｂ、１１ｃとが形成されている。駆動歯車２を挿入すべき位置寄りの軸受孔１１ｂにはブッシュ７を嵌装し、このブッシュ７に前記駆動軸４の一端部を挿入し回転可能に軸承している。一方、従動歯車３を挿入すべき位置寄りの軸受孔１１ｃにもブッシュ７を嵌装していて、このブッシュ７に前記従動軸５の一端部を挿入し回転可能に軸承している。また、ボディ１１には、前記駆動歯車２と従動歯車３との噛合ピッチ円における接線方向側の所定位置、すなわち前記駆動歯車２と従動歯車３との噛合ピッチ円に臨む位置に、図１には示していない吸込口Ｘ及び吐出口Ｙをそれぞれ開口させてある。そして、前記吸込口Ｘと前記噛合ピッチ円との間に、図示しない吸込通路を設けている。前記フロントカバー１２は、例えばボディ１１にボルト等によって着脱可能に装着されて前記歯車収納室１１ａの前側開口面を閉塞するものであり、前記駆動軸４及び従動軸５がそれぞれ嵌入可能な軸受孔１２ｂ、１２ｃが形成さている。駆動歯車２を挿入すべき位置寄りの軸受孔１２ｂにはブッシュ７を嵌装し、このブッシュ７に前記駆動軸４の一端部を挿入し回転可能に軸承している。一方、従動歯車３を挿入すべき位置寄りの軸受孔１２ｃにもブッシュ７を嵌装していて、このブッシュ７に前記従動軸５の一端部を挿入し回転可能に軸承している。同様に、前記リアカバー１３も、前記ボディ１１にボルト等によって着脱可能に装着されて前記歯車収納室１１ａの後側開口面を閉塞するものであり、前記駆動軸４及び従動軸５がそれぞれ嵌入可能な軸受孔１３ｂ、１３ｃが形成さている。駆動歯車２を挿入すべき位置寄りの軸受孔１３ｂにはブッシュ７を嵌装し、このブッシュ７に前記駆動軸４の他端部を挿入し回転可能に軸承している。一方、従動歯車３を挿入すべき位置寄りの軸受孔１３ｃにもブッシュ７を嵌装していて、このブッシュ７に前記従動軸５の他端部を挿入し回転可能に軸承している。

可動側板６は、図１に示すように、前記駆動歯車２及び従動歯車３の両側面２ａ、３ａに添接させるべく２箇所に配され、駆動歯車２及び従動歯車３の各側面２ａ、３ａをそれぞれシールするためのものである。この可動側板６の摺動面６ａの外周縁には、図２に示すように、軸受荷重を軽減させるために高圧導入溝６ｘを設けている。ここで、可動側板６の摺動面６ａ側のうち、図２の斜線で示す領域に吐出口Ｙから高圧の作動液が導入される。一方、図３に示すように、前記可動側板６の非摺動面６ｂにはガスケット溝６ｙを設けていて、このガスケット溝６ｙにガスケット８を嵌め入れるようにしている。このガスケット溝６ｙは、摺動面６ａに形成した前記高圧導入溝６ｘの低圧側端縁６ｘ１と同一位相の箇所に設けられ可動側板６の外周に向けて開口する高圧導入部６ｙ２と、外周縁が可動側板６の外周より内側に位置し低圧側端縁６ｙ３が前記高圧導入溝６ｘの低圧側端縁６ｘ１より低圧側に達している周回部６ｙ１とを有する。そして、ケーシング１に前記駆動歯車２、従動歯車３及びこの可動側板６、６を収容した状態で、この可動側板６の非摺動面６ｂとケーシング１との間に高圧流体を導き入れることが可能な圧力バランス領域が形成される。

前記ガスケット８は、上述したように、前記ガスケット溝６ｙ内に装着され、前記圧力バランス領域を低圧側すなわち吸込口Ｘ側と高圧側すなわち吐出口Ｙ側とに区画する。ここで、図３の斜線で示す領域が高圧側領域である。また、このガスケット８は、図３に示すように、前記ガスケット溝６ｙの高圧導入部６ｙ２よりも高圧側に装着されるガスケット本体８１と、前記ガスケット溝６ｙの高圧導入部６ｙ２を閉塞する閉塞部８３と、これら閉塞部８３及びガスケット本体８１を接続し、ガスケット溝の周回部６ｙ１のうち高圧導入部６ｙ２よりも低圧側の外壁に添接する接続部８２とを備えている。

この歯車ポンプＰは、一端を外部に延出させてなる前記駆動軸４を介して前記駆動歯車２及び従動歯車３を同期逆回転駆動した場合に、吸込口１１ｄと吐出口１１ｅとの間で高低圧差が生じ、前記駆動歯車２及び従動歯車３の歯体（図示略）同士が漸次離反する側のボディ１１内空間、つまり前記吸込口Ｘ側が低圧領域になるとともに、歯体同士が漸次噛合する側のボディ１１内空間、つまり吐出口Ｙ側が高圧領域になる。

そして、吸込口Ｘより導入した作動液を、前記駆動歯車２及び従動歯車３の歯先とケーシング１の内周との間に閉成される容積空間に閉じ込めて吐出口Ｙにまで導き吐出するポンプ作用を営むようにしている。

ここで、この歯車ポンプＰを運転した際に、歯車２、３と可動側板６との摺動面６ａのうち、高圧導入溝６ｘが存在する領域では、歯間の作動液の液圧は吐出口１１ｅの液圧と等しい。一方、非摺動面６ｂ側すなわち圧力バランス領域では、ガスケット８よりも吐出口１１ｅ側では液圧が吐出口Ｙの液圧と等しく、ガスケット８よりも吸込口Ｘ側ではガスケット８から遠ざかるにつれ漸次液圧が低くなる。さらに詳述すると、周回部６ｙ２より外周側の領域では、前記高圧導入溝６ａの裏に相当する部位よりも吐出口Ｙ側では液圧が吐出口Ｙの液圧と等しくなる。一方、周回部６ｙ１内の液圧は、略全域にわたって液圧が吐出口Ｙの液圧と等しくなる。

すなわち、可動側板６の外周付近の領域すなわち周回部６ｙ１より外周側の領域においては、全周に亘って可動側板６が摺動面６ａ側及び非摺動面６ｂ側からそれぞれ受ける液圧に由来する力が釣り合う。一方、可動側板６のガスケット装着溝６ｙが存在する領域では、高圧導入溝６ａに対応する位相の部位よりも吸込口Ｘ側の領域、すなわち図４の領域Ａ１において、非摺動面６ｂ側から可動側板６が受ける液圧に由来する力が、摺動面６ａ側におけるものよりも大きいので、全体として可動側板６は歯車２、３に向かう方向に押圧される。その上で、ガスケット装着溝６ｙが存在する領域の高圧導入溝６ａ近傍では、歯先が高圧導入溝６ａに達すると摺動面６ａ側において歯間の液圧すなわち図５の領域Ａ２内の液圧が吐出口Ｙ側と等しい圧力に上昇するので、歯車２、３に向かう方向に押圧された状態が解除される。

しかし、歯元側の領域すなわち図５の領域Ａ２においては、従来の構成における図９の領域ＡＡ２の場合と比較して、可動側板６が歯車２、３に当接する部位の割合がより高いので、可動側板６の両側の圧力差が変化する領域の大きさは小さく、その上、可動側板６の外周部でなく駆動軸４又は従動軸５寄りの内周部分のみにおいて可動側板６の両側の圧力差が変化するので、可動側板６のたわみが小さくなる。

なお、この歯車ポンプＰは、吐出口Ｙより高圧の作動液を導入し、これにより前記駆動軸４から回転トルクを取り出して外部負荷を駆動するとともに、低圧となった作動液を前記吸込口Ｘから吐出するというモータ作用を営む歯車モータとして機能させることもできるものであることはいうまでもない。

以上に述べたように、本実施形態に係る歯車ポンプの構成によれば、従来のものと比較して、高圧導入溝６ｘの低圧側端縁近傍における可動側板６のたわみを小さくできる。従って、可動側板６のたわみに起因する可動側板６の損傷の発生を抑制できる。このことにより、可動側板６の厚さ寸法を小さくした上で可動側板６の材料選択の自由度をより高めることができる。

なお、本発明は上述したような実施形態に限らず、例えば高圧導入溝の低圧側端縁及びガスケット溝の周回部の低圧側端縁の位置を適宜変更する等、発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

１…ケーシング
２、３…歯車
６…可動側板
６ａ…摺動面
６ｂ…非摺動面
６ｘ…高圧導入溝
６ｙ…ガスケット溝
６ｙ１…高圧導入部
６ｙ２…周回部
８…ガスケット

Claims (1)

1. 噛合する一対の歯車と、これら歯車の側面に隣接し、摺動面に高圧導入溝を有するとともに非摺動面にガスケット装着溝を有する可動側板と、前記歯車及び前記可動側板を収容した状態で可動側板の非摺動面との間に高圧流体を導き入れることが可能な圧力バランス領域を形成するケーシングと、前記可動側板のガスケット装着溝に装着した状態で前記圧力バランス領域の高圧側と低圧側とを隔てるガスケットとを具備する歯車ポンプまたはモータであって、
   前記ガスケット装着溝が、前記高圧導入溝の低圧側端縁と同一位相の箇所に設けられ可動側板の外周に向けて開口する高圧導入部と、外周縁が可動側板の外周より内側に位置し低圧側端縁が前記高圧導入溝の低圧側端縁より低圧側に達している周回部とを有することを特徴とする歯車ポンプ又はモータ。

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