JP6079976B2

JP6079976B2 - 歯車ポンプ又はモータ

Info

Publication number: JP6079976B2
Application number: JP2015504028A
Authority: JP
Inventors: 次則石中; 信雄向井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: JPWO2014136186A1; WO2014136186A1

Description

本発明は、互いに噛み合うはすば歯車をそれぞれ利用した駆動歯車及び従動歯車からなる外接歯車対と、内部にこの外接歯車対を収納する歯車収納室を有するケーシングとを備えた歯車ポンプ又はモータに関する。

従来より、互いに噛み合う駆動歯車と従動歯車とからなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納する歯車収納室を内部に有するケーシングとを備える歯車ポンプ又はモータが広く用いられている。このような歯車ポンプ又はモータの駆動歯車及び従動歯車は、軸芯に平行な歯が周囲に形成されている平歯車が主流である。しかし、駆動歯車及び従動歯車に平歯車を使用する場合、以下のような問題が存在する。具体的には、駆動歯車の歯と従動歯車の歯とが噛み合う際には歯幅全域にわたって同時に噛み合う。また、駆動歯車の歯と従動歯車の歯との噛み合いを終了する際には歯幅全域にわたって同時に噛み合いを終了する。このことにより、騒音や振動が発生することがある。この問題を解決するために、駆動歯車と従動歯車としてはすば歯車を採用する工夫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような歯車ポンプ又はモータは、例えば、以下に示すような構成を有する。すなわち、図４に示すように、互いに噛み合う駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７からなる外接歯車対Ｘ１と、この外接歯車対Ｘ１を収納する歯車収納室Ｘ２ａを内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車Ｘ６を軸支する駆動軸Ｘ８及び前記従動側はすば歯車Ｘ７を軸支する従動軸Ｘ９を収納するための軸受を有するケーシングＸ２と、このケーシングＸ２内に収納され前記外接歯車対Ｘ１の各はすば歯車Ｘ６、Ｘ７の両側面Ｘ６ａ、Ｘ６ｂ、Ｘ７ａ、Ｘ７ｂにそれぞれ添接しそれぞれ対をなす側板を兼ねるリア側のベアリングケースＸ３ａ及びフロント側のベアリングケースＸ３ｂと、液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂを有しこの液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂに導入される液圧により前記駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９を反スラスト方向に押圧する液圧機構Ｘ４と、この液圧機構Ｘ４の液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂに高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路Ｘ５とを具備してなる。前記ケーシングＸ２は、前記歯車収納室Ｘ２ａを有する筒状のボディＸ２３と、このボディＸ２３の前面側に装着されたフロントカバーＸ２２と、前記ボディＸ２３の背面側に装着されたリアカバーＸ２４とを有する。前記ボディＸ２３の内部には、一方の側板を兼ね駆動軸Ｘ８の後端側及び従動軸Ｘ９の後端側を軸支するリア側のベアリングケースＸ３ａと、他方の側板を兼ね駆動軸Ｘ８の前端側及び従動軸Ｘ９の前端側を軸支するリア側のベアリングケースＸ３ｂとを収納している。

このような構成の歯車ポンプを運転している状態では、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７に、回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが発生する。これら回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが合成された結果、図４に示すように、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７に、それぞれ異なる大きさのスラスト荷重が、後方に向けて加えられる（以下、このスラスト荷重の方向を「スラスト方向」と呼び、その反対方向を「反スラスト方向」と呼ぶ）。

リア側のベアリングケースＸ３ａは、前記スラスト荷重によって受ける面圧が大きくなるため、負荷を軽減させる目的で、駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９の後端側に前記液圧機構Ｘ４のバランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂをそれぞれ接触させ、液圧力によりバランスさせている。この結果、バランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂは液圧力に比例した押し付け力を前記スラスト荷重に対抗して作用させることが可能となる。

しかし、前記液圧機構Ｘ４が駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９の後端側に前記液圧機構Ｘ４のバランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂをそれぞれ接触させる構成を有することから、以下のような不具合が発生し得る。すなわち、このような構成では、駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９の回転につれてバランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂとの間に摩擦が発生し、バランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂが駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９から回転力の伝達を受けて回転することがある。その際に、バランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂと駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９との間の摩擦や駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９の側面とケーシングとの間の摩擦に起因してメカロスが発生するという不具合が存在する。

特表２０１２−５１９７９８号公報

本発明は以上の点に着目したものであり、互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生するという不具合を解消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、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る歯車ポンプ又はモータは、互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納する歯車収納室を内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車を軸支する駆動軸及び前記従動側はすば歯車を軸支する従動軸を収納するための軸受を有するケーシングと、液圧室を有しこの液圧室に導入される液圧により前記駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧する液圧機構と、この液圧機構の液圧室に高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路とを具備してなる歯車ポンプ又はモータであって、前記液圧機構が、前記駆動軸又は従動軸に対向し前記駆動側はすば歯車又は従動側はすば歯車と反対側に位置し内部に導入された作動液圧により前記駆動軸又は従動軸を反スラスト方向に押圧するための液圧室と、この液圧室内にスライド可能に嵌装されたシューとを備え、前記シューが、一部が前記液圧室内に配され液圧室の内壁に内接する主部と、この主部よりも大径でかつ前記主部よりも前記駆動軸又は従動軸に近い側に配された鍔部とを備えているとともに、前記シューが、このシューと前記駆動軸又は従動軸との間に形成される隙間に前記液圧室内から作動液を導入するためのオリフィスと、前記駆動軸又は従動軸に向かう面の外周部に形成され前記鍔部からさらに前記駆動軸又は従動軸に向けて突出したシールランドとを備えている。

このような構成によれば、前記液圧室内に導入された作動液圧のみにより前記駆動軸及び前記従動軸を反スラスト方向に押圧するようにしているので、ピストンを前記駆動軸又は前記従動軸に接触させることによる不具合の発生を防止することができる。その上で、前記駆動軸又は従動軸に向かう面の外周部に前記駆動軸又は従動軸に向けて突出したシールランドを設けていることにより、前記駆動軸又は従動軸の回転に伴いこのシールランドと前記駆動軸又は前記従動軸との空間に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が発生し、前記隙間の中央部に導入された液圧が保たれるので、この液圧機構をスラスト方向の軸受として利用することができる。

本発明によれば、互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生する不具合を解消することができる。

本発明の一実施形態に係る歯車ポンプ又はモータを示す概略図。図１におけるＺ−Ｚ断面図。図１における要部の拡大図。従来の歯車ポンプ又はモータを示す概略図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る歯車ポンプＰ１は、図１に示すように、互いに噛み合う駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７からなる外接歯車対１と、この外接歯車対１を収納する歯車収納室２ａを内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車６を軸支する駆動軸８及び前記従動側はすば歯車７を軸支する従動軸９を収納するための軸受を有するケーシング２と、このケーシング２内に収納され前記外接歯車１対の各はすば歯車６、７の両側面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂにそれぞれ添接する対をなす後側板３ａ及び前側板３ｂと、液圧室４１ａ、４１ｂを有しこの液圧室４１ａ、４１ｂに導入される液圧により前記駆動軸８及び従動軸９を反スラスト方向に押圧する液圧機構４と、この液圧機構４の液圧室４１ａ、４１ｂに高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路５とを具備する。

前記外接歯車対１を構成する駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７は、この種の歯車ポンプに用いられるものとして周知のはすば歯車である。ここで、前記駆動側はすば歯車６の歯及び従動側はすば歯車７の歯は、これらを噛み合わせた状態で歯車ポンプとして作動させる際に、回転トルクの分力により、駆動側はすば歯車６は後方に向かうスラスト荷重、従動側はすば歯車７は前方に向かうスラスト荷重をそれぞれ受ける。また、これら駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７は、歯車ポンプとして作動している状態で、液圧により、後方に向かうスラスト荷重をそれぞれ受ける。これら回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが合成された結果、図２に示すように、駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７に、それぞれ異なる大きさのスラスト荷重が、後方に向けて加えられる。本実施形態では、前記駆動側はすば歯車６と駆動軸８とを一体に設けている。前記駆動軸８は、前記駆動側はすば歯車６の中心から回転軸心方向に延伸している。この駆動軸８は、一端がケーシング２の外部に延出している。また、従動側はすば歯車７と従動軸９とも一体に設けている。前記従動軸９は、前記従動側はすば歯車７の中心から回転軸心方向に延伸している。

ケーシング２は、前方に開口する歯車収納室２ａを有するボディ２１と、このボディ２１の前面側に装着されたフロントカバー２２と、前記ボディ２１の後面側に装着されたリアカバー２３とを備えている。

ボディ２１は、その内部に前記外接歯車対１すなわち駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７を噛合状態で収容する略眼鏡状の前記歯車収納室２ａと、この歯車収納室２ａを外部に連通させる図示しない作動液吸入口及び作動液吐出口２ｂとを備えており、筒状をなしている。

前記フロントカバー２２は、ボディ２１にボルト等によって着脱可能に装着され、前記歯車収納室２ａの前側の開口面を閉塞する。また、このフロントカバー２２は、前記駆動軸８及び従動軸９の前端側を軸支する軸受２６を備えている。各軸受２６は、前記駆動軸８及び従動軸９の前端側がそれぞれ嵌入可能な軸受穴２６ｘと、この軸受穴２６ｘの内周に設けられ前記駆動軸８及び従動軸９をそれぞれ摺動可能に軸支するブッシュ２６ｙとを備えたものである。駆動軸８の前端は、前記軸受穴２６ｘを貫通してケーシング２の外部に突出させてある。

前記リアカバー２３も、ボディ２１にボルト等によって着脱可能に装着され、前記歯車収納室２ａの後側の開口面を閉塞する。また、前記このリアカバー２３は、前記駆動軸８及び従動軸９の後端側を軸支する軸受２５を備えている。各軸受２５は、前記駆動軸８及び従動軸９の後端側がそれぞれ嵌入可能な軸受穴２５ｘと、この軸受穴２５ｘの内周に設けられ前記駆動軸８及び従動軸９をそれぞれ摺動可能に軸支するブッシュ２５ｙとを備えたものである。

また、本実施形態では、駆動側はすば歯車６の後側の側面６ａ及び従動側はすば歯車７の後側の側面７ａに、後側板３ａを添接させて設けている。また、駆動側はすば歯車６の前側の側面６ｂ及び従動側はすば歯車７の前側の側面７ｂに、前側板３ｂを添接させて設けている。

前記液圧機構４は、図１及び図３に示すように、前記駆動軸８及び前記従動軸９にそれぞれ対応させてリアカバー２３の内部、さらに詳述すると前記軸受穴２５ｘの後方に形成した対をなす液圧室４１ａ、４１ｂと、前記液圧室４１ａ、４１ｂ内にそれぞれスライド可能に嵌装された対をなすシュー４２ａ、４２ｂとを具備してなるものである。前記シュー４２ａ、４２ｂは、一部が前記液圧室４１ａ、４１ｂ内に配され液圧室４１ａ、４１ｂの内壁に内接する主部と、この主部よりも大径でかつ前記主部よりも前記駆動軸８又は従動軸９に近い側に配された鍔部とを備えている、また、前記シュー４２ａ、４２ｂは、このシュー４２ａ、４２ｂと前記駆動軸８又は従動軸９との間に形成される隙間Ｓａ、Ｓｂに前記液圧室４１ａ、４１ｂ内から作動液を導入するためのオリフィス４２ａ１、４２ｂ１と、前記駆動軸８又は従動軸９に向かう面の外周部に形成され前記鍔部からさらに前記駆動軸８又は従動軸９に向けて突出したシールランド４２ａ２、４２ｂ２とを備えている。

前記高圧作動液導入路５は、液圧機構４の液圧室４１ａ、４１ｂに高圧側から作動液を導くためのもので、図２に示すように、リアカバー２３内に形成されている。

ここで、この歯車ポンプＰ１の前記駆動軸８を介して前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７を同期逆回転駆動した場合に、前記作動液吸入口と前記作動液吐出口２ｂとの間で高低圧差が生じる。このとき、ボディ２１内部の空間のうち、前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７の歯同士が漸次離反する側、つまり前記作動液吸込口側の空間が低圧領域になるとともに、歯同士が漸次噛合する側、つまり作動液吐出口２ｂ側の空間が高圧領域になる。その際、作動液吐出口２ｂ側から液圧室４１ａ、４１ｂに作動液が導かれ、さらに、シュー４２ａ、４２ｂに形成したオリフィス４２ａ１、４２ｂ１を介してシュー４２ａ、４２ｂと前記駆動軸８又は従動軸９との間に形成される隙間Ｓａ、Ｓｂにも作動液が導入される。この作動液の液圧に由来する力により前記駆動軸８及び従動軸９が反スラスト方向に押圧される。一方、前記隙間Ｓａ、Ｓｂの外周部すなわち前記シールランド４２ａ２、４２ｂ２と前記駆動軸８又は従動軸９とが対向する部分は、他の部分と比較して隙間Ｓａ、Ｓｂの幅が狭い。そのため、前記駆動軸８及び従動軸９が回転している際には、この部分に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が形成され、前記隙間Ｓａ、Ｓｂの他の部分の液圧は略保たれ、前記液圧機構４がスラスト軸受として機能する。

なお、この歯車ポンプＰ１は、作動液吐出口２ｂより高圧の作動液を導入し、これにより前記駆動軸８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作動液吸込口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Ｐ１の構成によれば、前記液圧室４１ａ、４１ｂ内に導入された作動液圧のみにより前記駆動軸８及び前記従動軸９を反スラスト方向に押圧するようにしているので、ピストンを前記駆動軸８又は前記従動軸９に接触させることによる不具合の発生を防止することができる。その上で、前記駆動軸８又は従動軸９に向かう面の外周部に形成され前記駆動軸８又は従動軸９に向けて突出したシールランド４２ａ２、４２ｂ２を設けていることにより、前記駆動軸８及び従動軸９の回転に伴いこのシールランド４２ａ２、４２ｂ２と前記駆動軸８又は前記従動軸９との空間に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が発生し、前記隙間の他の部分に導入された液圧が保たれ、この液圧機構４をスラスト方向の軸受として利用することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らず、種々に変形してよい。

例えば、上述した実施形態においては、外接歯車対を収納する歯車収納室を備えたボディと、このボディの前端を閉塞するフロントカバーと、このボディの後端を閉塞するリアカバーとをそれぞれ別体に形成しているが、前記ボディと前記フロントカバーとを一体に構成したものや、前記ボディと前記リアカバーとを一体に構成したものに本発明を適用してもよい。

加えて、上述した実施形態において、フロントカバーが前側板を兼ねる構成や、リアカバーが後側板を兼ねる構成を採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、本発明の歯車ポンプ又はモータの構成を採用すれば、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生する不具合を解消することができる。

Ｐ１…歯車ポンプ
１…外接歯車対
２…ケーシング
２ａ…歯車収納室
３…側板
４…液圧機構
４１…液圧室
４２…シュー
５…高圧作動液導入路
６…駆動側はすば歯車
７…従動側はすば歯車
８…駆動軸
９…従動軸

Claims

互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納する歯車収納室を内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車を軸支する駆動軸及び前記従動側はすば歯車を軸支する従動軸を収納するための軸受を有するケーシングと、液圧室を有しこの液圧室に導入される液圧により前記駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧する液圧機構と、この液圧機構の液圧室に高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路とを具備してなる歯車ポンプ又はモータであって、
前記液圧機構が、前記駆動軸又は従動軸に対向し前記駆動側はすば歯車又は従動側はすば歯車と反対側に位置し内部に導入された作動液圧により前記駆動軸又は従動軸を反スラスト方向に押圧するための液圧室と、この液圧室内にスライド可能に嵌装されたシューとを備え、前記シューが、一部が前記液圧室内に配され液圧室の内壁に内接する主部と、この主部よりも大径でかつ前記主部よりも前記駆動軸又は従動軸に近い側に配された鍔部とを備えているとともに、前記シューが、このシューと前記駆動軸又は従動軸との間に形成される隙間に前記液圧室内から作動液を導入するためのオリフィスと、前記駆動軸又は従動軸に向かう面の外周部に形成され前記鍔部からさらに前記駆動軸又は従動軸に向けて突出したシールランドとを備えていることを特徴とする歯車ポンプ又はモータ。