JP3897568B2 - ギヤポンプ及びこれを用いたパワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に噛合する2つのギヤの回転によりポンプ作用をなすギヤポンプ及びこのギヤポンプを用いて操舵手段の操舵を補助するパワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は従来のギヤポンプの構成を示す縦断正面図である。
車両の舵取機構中に配されたアクチュエータなどの油圧作動機器に作動油を供給するギヤポンプは、ハウジング100内のギヤ室101に、互いに平行をなす軸回りに回転する2つのギヤ102,103を配し、該ギヤ102,103を相互に噛み合わせ、この噛み合い位置の両側に吸込室及び吐出室を形成してなり、吸込室内部の作動油を2つのギヤ102,103の歯間に受け入れ、ギヤ室101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。
【0003】
また、ギヤポンプのギヤは、棒材に機械加工を施すことにより形成されている。この機械加工の工程は、旋削工程−歯切り工程−焼き入れ工程−シェービング工程−研磨工程−バレル工程等の工程を経て形成される。
【0004】
このように構成されたギヤポンプにあっては、ギヤ室101の側面とギヤ102,103の側面との間には、ギヤ102,103を円滑に回転させるべき僅少の隙間があり、ギヤが回転するとき、吸込室及び吐出室の作動油の一部が前記隙間に誘引され、該隙間に油膜が生成されることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のように構成された従来のギヤポンプは、前記吐出室で昇圧された圧油がギヤ室101の側面とギヤ102,103の側面との間の隙間から吸込室へ逆流するのを防ぐべく前記隙間を小さくしてあるため、該隙間に生成される油膜の量も非常に少ない。この結果、ギヤが回転するとき油膜切れが発生し易く、この油膜切れの状態でギヤが回転されると、該ギヤの側面に焼き付きが生ずることになり、改善策が要望されていた。
【0006】
また、このギヤポンプのギヤは、棒材を機械加工することにより形成されているため、旋削工程から最終工程に至るまでの工程数が多く、新規に製造ラインを立ち上げる場合に多額の投資が必要であり、また、ギヤの加工コスト増しとなり、改善策が要望されていた。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めることができ、さらに、ギヤの加工工程数を低減し得るギヤポンプ、及びこのギヤポンプを備えたパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係るギヤポンプは、相互に噛合して回転される2つのギヤと、該ギヤが収容されたギヤ室とを備え、前記ギヤの噛み合い部を境として前記ギヤ室が吸込室及び吐出室に区画されているギヤポンプにおいて、前記ギヤの側面は、周方向に離間して凹設された複数の油留まり部と、該油留まり部の夫々を連通させる連通溝とを有していることを特徴とする。
【0009】
第1発明にあっては、ポンプ運転中にギヤの回転に伴ってギヤ室の作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間、及びギヤの側面の全ての油留まり部に進入し、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めることができる。
このとき、吐出室の油圧は、吸込室の油圧に比べて高いため、吐出室に連通する油留まり部と、吸込室に連通する油留まり部との間に圧力差が発生することになるが、全ての油留まり部は連通溝によって常に連通しているため、全ての油留まり部の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤの側面に加わる力を全周に亘って瞬時に均等化でき、ギヤの回転性を良好にできる。
【0010】
第2発明に係るギヤポンプは、前記連通溝は前記油留まり部の深さよりも浅くしてあることを特徴とする。
【0011】
第2発明にあっては、油留まり部に進入した作動油を夫々の油留まり部で滞留保持することができるため、吐出室の昇圧されている作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間から吸込室側へ逆流するのを抑制することができ、吐出流量の減少を少なくし得る。
【0012】
第3発明に係るギヤポンプは、前記ギヤは金属粉射出成形体からなることを特徴とする。
第3発明にあっては、成形材料として金属粉が用いられており、該金属粉が射出成形されることによりギヤが形成されているため、前記油留まり部、及び連通溝をギヤの形成用型によって得ることができ、油留まり部、及び連通溝を得るための加工工程を経ることなくギヤを得ることができる。
【0017】
第4発明に係るパワーステアリング装置は、操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助するアクチュエータと、前記操舵手段の操舵角に基づいて駆動される請求項1乃至3の何れか一つに記載のギヤポンプと、該ギヤポンプからの圧油の送給路を切替えて前記アクチュエータへ圧油を送給する油圧制御弁とを備えていることを特徴とする。
第4発明にあっては、第1発明から第3発明の何れかと同様となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
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。
実施の形態1
図1は本発明に係るギヤポンプの構成を示す縦断面図、図2はギヤポンプの一部を拡大した断面図、図3は図2のIII −III 線の拡大断面図、図4はギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b) は側面図である。
【0019】
図1、図2に示すギヤポンプGP(図5参照)は、モータM(図5参照)の出力軸に軸継手等の伝動手段を介して連動される駆動用のギヤ1と、該ギヤ1に噛合する従動用のギヤ2と、該ギヤ1,2が収容されたギヤ室31及び前記ギヤ1,2の軸部が嵌合された軸受孔32,33,34,35を有するハウジング3と、該ハウジング3を支持する支持体4と、前記ハウジング3に取付けられ、圧油吐出時の脈動を低減するためのダンパ容器5と、該ダンパ容器5及び前記ハウジング3を取り囲み、油などの作動油が貯溜さるタンク6とを備えている。
【0020】
ギヤ1,2は金属粉が射出成形された金属粉射出成形体からなる。
ギヤ1は周面に複数の歯11aを有する歯部11と、ギヤ1の側面に相当する歯部11の両側に連なる軸部12,13と、一方の軸部12の端縁から他方の軸部13の端縁近くに亘って軸長方向に長い空洞14と、前記側面に周方向に離間して凹設された複数の油留まり部15と、該油留まり部15の夫々を連通させる連通溝16とを有している。また、軸部12,13の端縁には回転中心から大径となるテーパ状のセンタ穴17,18が設けられている。
【0021】
油留まり部15は歯数の1/2の個数がほぼ等しいピッチで歯11aの側面位置に凹設されており、詳しくは、歯数が12のギヤ1に対し6個の油留まり部15が凹設されている。また、油留まり部15は歯底よりも回転中心側で歯底を超える位置に亘って凹設されている。
【0022】
連通溝16は、歯底よりも回転中心側で円弧となるように凹設されている。また、連通溝16は油留まり部15の深さよりも浅くしてある。
【0023】
ギヤ2は周面に複数の歯21aを有する歯部21と、ギヤ2の側面に相当する歯部21の両側に連なる軸部22,23と、一方の軸部22の端縁から他方の軸部23の端縁に亘って軸長方向に貫通する空洞24と、前記側面に周方向に離間して凹設された複数の油留まり部25と、該油留まり部25の夫々を連通させる連通溝26とを有している。また、軸部22,23の端縁には回転中心から大径となるテーパ状のセンタ穴27,28が設けられている。
【0024】
油留まり部25は歯数の1/2の個数がほぼ等しいピッチで歯21aの端面位置に凹設されており、詳しくは、歯数が12のギヤ2に対し6個の油留まり部25が凹設されている。また、油留まり部25は歯底よりも回転中心側で歯底を超える位置に亘って凹設されている。
【0025】
連通溝26は、歯底よりも回転中心側で円弧となるように凹設されている。また、連通溝26は油留まり部25の深さよりも浅くしてある。
【0026】
以上のように構成されたギヤ1,2は次のように成形される。
1) 成形材料として、超微粒子の金属粉と、合成樹脂にワックスが添加されたバインダーとを用い、この金属粉とバインダーとが混練機によって混練される。
2) この混練物が造粒機によってペレットに加工され、成形性が高められる。
3) 前記ギヤ1,2に対応したキャビティを有する成形用型と、射出成形機とを用い、射出成形機のホッパに供給された前記ペレットが溶解された状態で前記成形用型のキャビティに充填され、ギヤ素体に成形される。このギヤ素体は、金属粉がバインダーで結合された組織になっている。
4) 前記ギヤ素体が脱脂炉に供給され、該脱脂炉での加熱によりギヤ素体から前記バインダーが溶解除去され、脱脂されたギヤ素体となる。
5) この脱脂されたギヤ素体が焼結炉で焼結され、相対密度95%以上の密度の高い金属組織を有し、さらに、高精度のギヤとなり、棒材の加工によって形成された既存のギヤと同等の強度を得ることができる。この状態では歯部11,21、軸部12,13,22,23、空洞14,24、油留まり部15,25、連通溝16,26、センタ穴17,18,27,28が成形される。
【0027】
ハウジング3は、両側面に開放され、前記ギヤ1,2の歯部11,21の外径寸法に対応する一対の円弧面36a,36aが設けられた長円孔36及び該長円孔36の周りに穿設された複数の挿通孔37を有する筒形のハウジング本体3aと、該ハウジング本体3aの長円孔36の両端部に内嵌され、長円孔36をギヤ室31とする2つのサイドプレート3b,3cと、該サイドプレート3b,3cの脱落を防ぐための蓋体3dとを備えており、サイドプレート3b,3cの内側がギヤ室31の側面となっている。
【0028】
ハウジング本体3aは位置決めピン7により位置決めされた状態で、前記蓋体3dに穿設されている孔(図示せず)から前記挿通孔37に挿入される複数本の締付ねじ8により前記蓋体3dとともに支持体4に取外し可能に取付けられている。また、ハウジング本体3aには、ギヤ室31の円弧面36a,36aの間から貫通し、吸込管9を介して前記タンク6内に連通する吸込路38と、前記ダンパ容器5内に連通する吐出路39とが設けられている。
【0029】
ギヤ室31は、内部に収容するギヤ1,2の歯11a,21aの噛み合い部を境として前記吸込路38が開口する吸込室31a及び前記吐出路39が開口する吐出室31bに区画される。
【0030】
サイドプレート3bは、前記ギヤ1,2の軸部12,22を支持するための貫通する軸受孔32,33が設けられており、この軸受孔32,33にブッシュ40,41を介して前記軸部12,22を嵌合してある。また、サイドプレート3cは、前記ギヤ1,2の軸部13,23を支持するための貫通する軸受孔34,35が設けられており、この軸受孔34,35にブッシュ42,43を介して前記軸部13,23を嵌合してある。また、ギヤ1,2の歯11a,21aとギヤ室31の円弧面36a,36aとの間に油閉込み部1a,2aを設けるようにしてある。
【0031】
ハウジング3の蓋体3dは、底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、底部が前記締付ねじ8によって支持体4に取付けられている。
【0032】
ダンパ容器5は、底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、筒部が前記蓋体3dの筒部に内嵌されている。このダンパ容器5内は前記吐出室31bよりも大容積になっている。また、ダンパ容器5内は、前記蓋体3dの底部に穿設された貫通孔及び前記吐出路39を介して吐出室31bに連通し、さらに、前記底部に穿設された排出孔を介して送給管10に連通している。
【0033】
タンク6は底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、筒部の端縁が前記支持体4に取外し可能に取付けられている。
【0034】
なお、図1中20は駆動用のギヤ1の軸部13周りから作動油が外部に洩れるのを防ぐための封止材である。
【0035】
以上のように構成されたギヤポンプGPは、モータの駆動により伝動手段を介して駆動用のギヤ1及び該ギヤ1に噛合する従動用のギヤ2が図3の矢印方向へ回転し、タンク6内に貯溜された作動油が吸込管9及び吸込路38を経てギヤ室31の吸込室31aへ吸込まれ、さらに、ギヤ1,2の油閉込み部1a,2aに閉込められ、これら油閉込み部1a,2aの作動油がギヤ1,2の回転に伴い昇圧して吐出室31bに吐出され、該吐出室31bから吐出路39を経てダンパ容器5内に供給され、このダンパ容器5内で油脈が低減された後、送給管10に供給される。
【0036】
前記ギヤ1,2が回転するとき、ギヤ室31の作動油がギヤ室31の側面及びギヤ1,2の側面の間の隙間K1,K2、及びギヤ1,2の側面の全ての油留まり部15,25に進入することになり、ギヤ室31の側面とギヤ1,2の側面との間の潤滑性を高めることができる。このとき、吐出室31bの油圧は、吸込室31aの油圧に比べて高いため、吐出室31bに連通する油留まり部15,25と、吸込室31aに連通する油留まり部15,25との間に圧力差が発生することになるが、全ての油留まり部15,25は連通溝16,26によって常に連通しているため、全ての油留まり部15,25の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤ1,2の側面に加わる力を全周に亘って均等化でき、ギヤ1,2の回転性を良好にできる。
【0037】
また、ギヤ1,2は金属粉射出成形体からなり、ギヤ1,2が射出成形されるとき、前記空洞14,24、油留まり部15,25、連通溝16,26、センタ穴17,18,27,28を形成用型によって得ることができるため、前記空洞14,24、油留まり部15,25、連通溝16,26、センタ穴17,18,27,28を得るための加工工程を経ることなくギヤ1,2を得ることができ、ギヤ1,2の加工工程数を低減でき、ギヤ1,2の加工コストを低減できる。また、ギヤ1,2が成形されるときに発生するスプールランナー等の廃材を粉砕し、再利用してギヤ1,2を成形することができるため、前記廃材を削減でき、コストをより一層低減できる。
【0038】
図5はラック・ピニオン式の舵取機構を備えた車両において、本発明に係るギヤポンプを用いて構成されたパワーステアリング装置の模式図である。ラック・ピニオン式の舵取機構は、上端が操舵輪50に繋がる操舵軸51の下端にピニオン52を固設し、該ピニオン52を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸53のラック歯に噛合せしめ、舵取りのための操舵輪50の回転をラック軸53の軸長方向の摺動に変換して、該ラック軸53の両端に各別に連結された左右一対の前輪54,54の向きを変えて舵取りを行わせる構成となっている。尚、操舵輪50及び操舵軸51が操舵手段を構成している。
【0039】
本発明に係るパワーステアリング装置は、ラック軸53の中途に構成された操舵補助用のアクチュエータ(油圧シリンダ)55と、操舵軸51の中途に構成された回転式の油圧制御弁56とを備えてなり、操舵輪50の操作に応じた油圧制御弁56の動作により前記ギヤポンプGPからの送給路を切り替えてアクチュエータ55に圧油を送給し、この送給に応じてアクチュエータ55が発生する油圧力をラック軸53に加え、該ラック軸53の摺動を補助する構成となっている。
【0040】
本発明に係るギヤポンプGPは、モータMを駆動源として回転駆動され、アクチュエータ55への送給油の発生源として用いられており、タンク6からギヤ室31へ吸込んだ作動油をギヤ1,2の回転によりギヤ室31で昇圧し、この昇圧された圧油を送給管10及び油圧制御弁56を経てアクチュエータ55に送給する構成となっている。
【0041】
ギヤポンプGPを駆動するモータMには、マイクロプロセッサを用いてなる駆動制御部57の出力が、図示しない駆動回路を介して与えられており、前記モータMは、駆動制御部57からの指令に応じてオンオフを含めて駆動制御されるようになしてある。駆動制御部57の入力側には、操舵軸51の中途に付設された舵角センサ58から、操舵輪50の操舵角の検出信号が与えられ、また車速センサ59から、走行速度の検出信号が与えられている。
【0042】
駆動制御部57は、車速センサ59からの入力に応じて、検出車速の増大に応じてモータMの回転速度を減じる回転速度制御を行う。これにより、ギヤポンプGPから油圧制御弁56を介してアクチュエータ55に送給される圧油は、車速の遅速に応じて高低となる圧力を有するようになり、前輪54,54に作用する路面反力が大きい低速走行時、又は、停止時において大なる操舵補助力が得られ、舵取りのための操舵輪50の操舵に要する力が大幅に軽減される一方、前記路面反力が小さい高速走行時に操舵補助が小さくなり、操舵輪50に適度の剛性を付与して直進安定性を向上させることができる。
【0043】
実施の形態2
図6は実施の形態2のギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b) は側面図である。
この実施の形態2のギヤポンプGPは、前記連通溝16,26をなくし、側面に油留まり部15,25を有するギヤ1A,2Aが金属粉射出成形体からなる構成としてある。
【0044】
この実施の形態2においては、側面に前記油留まり部15,25を有するギヤ1A,2Aに対応したキャビティを有する成形用型と、射出成形機とを用い、射出成形機のホッパに供給された前記ペレットが溶解された状態で前記成形用型のキャビティに充填され、ギヤ素体に成形され、このギヤ素体が実施の形態1の前記4)、5)の工程を経て製造される。この状態では歯部11,21、軸部12,13,22,23、空洞14,24、油留まり部15,25、センタ穴17,18,27,28が成形される。
【0045】
その他の構成及び作用は実施の形態1と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【0046】
【発明の効果】
第1発明によれば、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を油留まり部によって高めることができ、しかも、全ての油留まり部の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤの側面に加わる力を全周に亘って瞬時に均等化でき、ギヤの回転性を良好にできる。
【0047】
第2発明によれば、吐出室の昇圧されている作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間から吸込室側へ逆流するのを抑制することができ、吐出流量の減少を防止し得る。
【0048】
第3発明によれば、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めるために必要な油留まり部、連通溝を得るための加工工程を経ることなくギヤを得ることができ、しかも、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の隙間に油膜切れが生じ難い形状の油留まり部を簡易に得ることができる。さらに、棒材を機械加工することにより形成されている既存のギヤに比べて少なくとも旋削工程及び歯切り工程をなくすることができ、ギヤの加工工程数を低減でき、ギヤの加工コストを低減できる。
【0051】
第4発明によれば、第1発明から第3発明の何れかと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るギヤポンプの構成を示す縦断面図である。
【図2】本発明に係るギヤポンプの要部の構成を示す拡大断面図である。
【図3】図2のIII −III 線の拡大断面図である。
【図4】本発明に係るギヤポンプのギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b)は側面図である。
【図5】本発明に係るギヤポンプを用いて構成されたパワーステアリング装置の模式図である。
【図6】本発明に係るギヤポンプの実施の形態2のギヤの一部を拡大したもので、(a)は断面図、(b) は側面図である。
【図7】従来例を示すギヤポンプの縦断正面図である。
【符号の説明】
1,1A ギヤ
12,13 軸部
14 空洞
15 油留まり部
16 連通溝
2,2A ギヤ
22,23 軸部
24 空洞
25 油留まり部
26 連通溝
3 ハウジング
31 ギヤ室
40 操舵輪
41 操舵軸
45 アクチュエータ
46 油圧制御弁
GP ギヤポンプ
Claims (4)
- 相互に噛合して回転される2つのギヤと、該ギヤが収容されたギヤ室とを備え、前記ギヤの噛み合い部を境として前記ギヤ室が吸込室及び吐出室に区画されているギヤポンプにおいて、前記ギヤの側面は、周方向に離間して凹設された複数の油留まり部と、該油留まり部の夫々を連通させる連通溝とを有していることを特徴とするギヤポンプ。
- 前記連通溝は前記油留まり部の深さよりも浅くしてある請求項1記載のギヤポンプ。
- 前記ギヤは金属粉射出成形体からなる請求項1又は2記載のギヤポンプ。
- 操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助するアクチュエータと、前記操舵手段の操舵角に基づいて駆動される請求項1乃至3の何れか一つに記載のギヤポンプと、該ギヤポンプからの圧油の送給路を切替えて前記アクチュエータへ圧油を送給する油圧制御弁とを備えていることを特徴とするパワーステアリング装置。
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