JP6350744B2 - 歯車ポンプ - Google Patents
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Description
本発明は、互いに噛み合い歯車対を形成する駆動歯車及び従動歯車の歯溝を利用して作動液を送り出す歯車ポンプに関する。
従来より、噛合する少なくとも一対の歯車の歯溝を利用して作動液を送り出す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。この種の歯車ポンプにおける可動側板は、歯車の歯及び側板の摺動面により区成される空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、側板の摺動面と反対側の面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側板に付与して圧力バランスを保つようにしている。
具体的には、前記可動側板の非摺動面側に、該非摺動面及びケーシングの内周面に密着して可動側板の非摺動面とケーシングとの間の空間を低圧側と高圧側とに区画するガスケットを予め配設し、このガスケットよりも高圧側に高圧の作動液を導入する。一方、前記可動側板の摺動面の外周縁には、軸受荷重を軽減させるために高圧導入溝を設けている。ここで、歯溝が前記高圧導入溝と連通している部位では、歯溝内の作動液も高圧である。
ところで、高低圧の切り替わり部位、より具体的にはガスケットの低圧側端縁と高圧導入溝の低圧側端縁との間に対応する部位では、液圧は以下の通りである。すなわち、非摺動面側では、ガスケット及びケーシングにより区成される高圧側の空間内には高圧の作動液が導入されており、可動側板が受ける圧力は低圧側に向かうにつれ吸入ポート側の圧力に向かい漸次低下している。一方、摺動面側において歯溝が前記高圧導入溝に連通していない部位の液圧は吸入ポート側の圧力に等しい。従って、高低圧の切り替わり部位においては非摺動面側の方が高圧となる。可動側板が摺動面側と非摺動面側との間の圧力差により受ける力は、歯車が回転していることから時間の経過に伴い変動する。そこで、非摺動面側の高圧側及び低圧側の領域の大きさは、通常は前記力の大きさの平均が適正となるように決定される(例えば、特許文献1を参照)。
しかし、歯車が回転しているときには可動側板が摺動面側に向けて受ける作用の大きさが前記平均より大きくなることがある。しかも、高低圧の切り替わり部位において、摺動面側には高圧の作動液が導入されていない。これらのことから、歯車の側面と可動側板の摺動面との間に液膜切れが生じ、さらに異常摩耗が生じることがある。
本発明は以上の点に着目し、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できるようにすることを目的とする。
以上の課題を解決すべく、本発明に係る歯車ポンプは、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は、対をなす歯車を収納する歯車収納室を内部に備えたケーシングと、ケーシングと歯車との間に介在し歯車に向かう側の面である摺動面における高圧側の部位に高圧導入溝を有する可動側板と、この可動側板の歯車に向かう側と反対側の面である非摺動面に設けられ該非摺動面とケーシングとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画するガスケットとを備えた歯車ポンプであって、前記可動側板の摺動面における低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部を設けている。
このようなものであれば、歯溝内を低圧側から高圧側に移動する作動液の一部が液膜形成用凹部内に導かれるので、当該部位における摺動面側と非摺動面側との圧力差に関わらず摺動面側に作動液膜を発生させることができる。すなわち、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。従って、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。そしてこのことにより、安定して高い性能を発揮するポンプを設計することができる。その上、ケーシングや可動側板における加工の誤差に関わらず歯車と可動側板との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。
なお、本発明において、「低圧側から高圧側の切り替わり部位」とは、前記ガスケットの低圧側端縁と前記高圧導入溝の低圧側端縁との間に対応する回転位相の歯に対向する部位を示す概念である。
前記液膜形成用凹部の具体的な態様の例として、有底で低圧側と高圧側を連通しない液だめ穴や、有底で低圧側と高圧側を連通する液導入溝が挙げられる。
本発明によれば、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。
本発明の第一実施形態を図1〜図4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、図1に示すように、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、図1に示すように、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が形成されている。また、ボディ11には、図示は省略しているが、前記駆動歯車2と従動歯車3との噛合部位に臨む位置に図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。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12a、12b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12a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12b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13a、13b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13a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13b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。なお、ボディ11とフロントカバー12とを一体に構成しリアカバー13により歯車収納室11aを後方から閉塞する構成や、ボディ11とリアカバー13とを一体に構成しフロントカバー12により歯車収納室11aを前方から閉塞する構成を採用してももちろんよい。
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、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が前記高圧導入溝6aの低圧側端縁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の周回部6y1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82とを備えている。このガスケット8の低圧側の端縁は、前記高圧導入溝6xの低圧側の端縁6x1よりもさらに低圧側に達している。
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Xと吐出口Y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。
しかして本実施形態では、図4に示すように、前記可動側板6の摺動面6aにおける低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部たる液だめ穴6zを設けている。より具体的には、歯車2の歯の1つの歯先2bが前記ガスケット8の低圧側の端縁8xに達した時点でその歯に対向する部位から、歯車の歯の1つの歯先2bが前記高圧導入溝6xの低圧側の端縁6x1に達した時点でその歯に対向する部位にかけての部位、すなわち図4において薄墨を付した部位に、液膜形成用凹部たる液だめ穴6zを複数設けている。液だめ穴6zは、有底で低圧側と高圧側を連通しない凹部である。また、本実施形態では、前記部位にこの液だめ穴6zを多数ランダムに配置している。なお、図4においては、歯車2を想像線で示している。また、同図においては駆動歯車2側のみを示しているが、従動歯車3側にも同様に前記液だめ穴6zを設けている。
ここで、低圧側から高圧側の切り替わり部位においては、摺動面6a側の歯溝内の作動液が低圧であるのに対して、非摺動面6b側の作動液はより高圧である。しかし、摺動面6aの該当箇所には前記液だめ穴6zが形成されており、低圧側から導かれた作動液の一部はこの液だめ穴6z内に導かれる。そして、この液だめ穴6z内の作動液により液膜が形成される。
すなわち本実施形態によれば、低圧側から高圧側の切り替わり部位において、当該部位における摺動面6a側と非摺動面6b側との圧力差に関わらず摺動面6a側に作動液膜を発生させることができる。従って、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。そして、液膜切れに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板6を歯車2、3に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。その上、ケーシング1や可動側板6における加工の誤差に関わらず歯車2、3と可動側板6との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。
次いで、本発明の第二実施形態を図5を参照しつつ以下に示す。第二実施形態に係る歯車ポンプは、以下に述べる相違点の他は上述した第一実施形態に係るものと同様の構成を有する。そこで、上述した第一実施形態におけるものに対応する各部位には、同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施形態では、図5に示すように、前記可動側板6の摺動面6aにおける低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部たる液導入溝6mを設けている。より具体的には、歯車2の歯の1つの歯先2bが前記ガスケット8の低圧側の端縁8xに達した時点でその歯に対向する部位から、歯車の歯の1つの歯先2bが前記高圧導入溝6xの低圧側の端縁に達した時点でその歯に対向する部位にかけての部位に、すなわち図5において薄墨を付した部位に、前記液導入溝6mを複数設けている。液導入溝6mは、有底で低圧側と高圧側を連通する溝である。また、この液導入溝6mは、駆動軸4又は従動軸5の軸心を中心とする円周方向に伸びている。前記液導入溝6mの幅及び深さは、ともに数μmである。なお、図5においては、歯車2を想像線で示している。また、同図においては駆動歯車2側のみを示しているが、従動歯車3側にも同様に前記液導入溝6mを設けている。さらに、同図においては、液導入溝6mをわかりやすくするために実際より液導入溝6mの幅を大きく描いており、液導入溝6mを3本のみ描いているが、実際には、前記領域内に液導入溝6mを数μm〜数十μmの間隔で多数設けている。
ここで、低圧側から高圧側の切り替わり部位においては、摺動面6a側の歯溝内の作動液が低圧であるのに対して、非摺動面6b側の作動液はより高圧である。しかし、該当箇所には前記液導入溝6mが形成されており、この液導入溝6m内を高圧側から低圧側に向けて微量の作動液が流通する。そして、この液導入溝6m内を流通する作動液により液膜が形成される。
すなわち本実施形態によっても、上述した第一実施形態と同様に、低圧側から高圧側の切り替わり部位において、当該部位における摺動面6a側と非摺動面6b側との圧力差に関わらず摺動面6a側に作動液膜を発生させることができる。従って、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。そして、液膜切れに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板6を歯車2、3に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。その上、本実施形態によっても、ケーシング1や可動側板6における加工の誤差に関わらず歯車2、3と可動側板6との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。
なお、本発明は以上に述べた第一及び第二実施形態に限らない。
例えば、上述した第一実施形態においては、液膜形成用凹部たる液だめ穴を円形に形成しているが、液だめ穴の形状は、例えば多角形状等、任意に設定してよい。また、同実施形態においては、液だめ穴をランダムに配置しているが、液だめ穴の配置も任意に設定してよい。加えて、液だめ穴の数、深さ及び該液だめ穴の開口の大きさは任意に設定してよい。
一方、上述した第二実施形態において、液膜形成用凹部たる液導入溝の幅、深さ、形状及び本数は任意に設定してよい。
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
本発明によれば、歯車ポンプにおいて、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。
1…ケーシング
11a…歯車収納室
2、3…歯車
6…可動側板
6a…摺動面
6b…非摺動面
6x…高圧導入溝
6z…液膜形成用凹部(液だめ穴)
6m…液膜形成用凹部(液導入溝)
8…ガスケット
11a…歯車収納室
2、3…歯車
6…可動側板
6a…摺動面
6b…非摺動面
6x…高圧導入溝
6z…液膜形成用凹部(液だめ穴)
6m…液膜形成用凹部(液導入溝)
8…ガスケット
Claims (3)
- 対をなす歯車を収納する歯車収納室を内部に備えたケーシングと、ケーシングと歯車との間に介在し歯車に向かう側の面である摺動面における高圧側の部位に高圧導入溝を有する可動側板と、この可動側板の歯車に向かう側と反対側の面である非摺動面に設けられ該非摺動面とケーシングとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画するガスケットとを備えた歯車ポンプであって、
前記可動側板の摺動面における低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部を設けている歯車ポンプ。 - 前記液膜形成用凹部が、有底で低圧側と高圧側を連通しない液だめ穴である請求項1記載の歯車ポンプ。
- 前記液膜形成用凹部が、有底で低圧側と高圧側を連通する液導入溝である請求項1記載の歯車ポンプ。
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