JP2000205142A - 液圧式容積形機械、特に容積形ポンプ - Google Patents

液圧式容積形機械、特に容積形ポンプ

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JP2000205142A JP11361214A JP36121499A JP2000205142A JP 2000205142 A JP2000205142 A JP 2000205142A JP 11361214 A JP11361214 A JP 11361214A JP 36121499 A JP36121499 A JP 36121499A JP 2000205142 A JP2000205142 A JP 2000205142A
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アイゼンバッハー エゴン
Christoph Renner
レナー クリストフ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】互いに滑動可能な２つの構成部材を備えた液圧
式容積形機械において、これら構成部材の磨耗が少なく
なるように構成する。 【解決手段】両構成部材のうち少なくとも１つの構成部
材(スラストシールディスク４５)は少なくとも表面を硬
化されており、且つ主にフェライトを含み、付加的に、
滑動特性を改善させるための成分を含む焼結材からなっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに滑動可能な
２つの構成部材を備えた液圧式容積形機械、特に容積形
ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内接歯車ポンプとして構成されるこの種
の容積形機械は、たとえばドイツ連邦共和国特許第４３
２２２４０号公報に開示されている。この公知の内接歯
車ポンプでは、ピニオンと内歯歯車が鎌状のポンプ室を
成しており、このポンプ室の中にほぼ半鎌状の充填部材
がある。充填部材により、ポンプの高圧領域と低圧領域
が両歯車の歯頭に沿って互いに密封されている。高圧領
域と低圧領域との差圧が大きい場合にも効果的な密封を
得るため、充填部材は長手方向に分割されている。充填
部材の両部分は、それぞれ小さな過剰力で歯車の歯頭に
押圧されるように圧力で付勢される。
【０００３】歯車機械の高圧領域と低圧領域は、歯車の
端面においても互いに密封されねばならない。歯車機械
を高圧でも使用し、非常に効果的な密封をもたせるた
め、ある程度の過剰力で歯車に押圧せしめられる構成部
材が歯車の端面における密封のためにも使用される。こ
のため、軸封ディスクと呼ばれる構成部材の歯車とは逆
の側の背面の圧力域は歯車機械の高圧領域と連通してい
る。
【０００４】従来、密封のために歯車に押圧せしめられ
る構成部材に対して使用されていた材料は、特に内接歯
車機械が高回転数のとき、作業媒体が高圧または高温度
にあるときに磨耗するような材料であった。すなわち構
成部材を歯車に押圧させる過剰力は、主に、圧力が作用
する面の大きさの違いにより得られ、したがって圧力が
高くなるにつれて過剰力は上昇する。高回転数と高温度
は、構成部材と歯車の間の潤滑不足をもたらすことがあ
り、磨耗が液圧循環系のなかまで達して、損傷や誤作動
を引き起こすことがある。
【０００５】基本的には、フィルタを取り付けることに
よって作動媒体による磨耗を防止することが可能であ
る。いわゆる定常液圧系は通常フィルタを備えている
が、特に自動車の分野のようにフィルタの使用が望まし
くない適用例がある。この種のフィルタは徐々に消耗
し、これによって液圧循環系の圧力漏れが増大するの
で、交換が必要である。とりわけ問題なのは、フィルタ
用のスペースとフィルタに接近するためのスペースが必
要であり、自動車の構成に付加的なコストを要すること
である。
【０００６】また、互いに滑動する構成部材の磨耗は一
種の再調整により補償できるとは限らないので、機械内
部の漏れが増大し、効率ロスを増大させる。容積形機械
の互いに滑動する構成部材の磨耗に伴う問題は、作動媒
体自体の潤滑特性が悪ければ、高回転数或いは高温度の
ような特定の作動パラメータとは関係なく発生する。こ
の種の作動媒体はたとえば内燃機関用のガソリン或いは
ディーゼル用燃料である。この種の燃料の高圧搬送には
主にピストンポンプ、特にラジアルピストンポンプが使
用される。
【０００７】ラジアルピストンポンプとして構成され、
燃料の高圧搬送用に設けられるこの種の容積形機械は、
たとえばドイツ連邦共和国特許公開第４２１３７９８号
公報から知られている。この種のラジアルピストンポン
プでは、容積形部材であるピストンとシリンダは互いに
滑動する。他方、両容積形部材の一方またはこの一方の
容積形部材で保持されているすべりシューは、搬送往復
行程においてこの一方の容積形部材の運動を強制する偏
心リングに沿って滑動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、請求項１の前提概念に記載の構成を備えた液圧式
容積形機械において、互いに滑動する構成部材の磨耗が
少なくなるように構成することである。特に自動車に歯
車ポンプを使用する場合、とりわけその伝動領域に使用
する場合、磨耗を引き起こす粒子が作動媒体にほとんど
放出されないようにすること、フィルタの取り付けが不
要であり、少なくともフィルタの交換を不要にすること
である。燃料の搬送にピストンポンプを使用するにあた
っては、作動媒体の潤滑特性が悪くても、互いに滑動す
る構成部材の磨耗を少なくして、磨耗粒子が噴射ノズル
を詰まらせたり、流れを悪化させないようにすること、
よって容積形部材の腐食或いは往復要素における強い磨
耗によるポンプの故障を回避することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、互いに滑動可能な２つの構成部材を備えた
液圧式容積形機械において、両構成部材のうち少なくと
も１つの構成部材が少なくとも表面を硬化されており、
且つ主にフェライトを含み、付加的に、滑動特性を改善
させるための成分を含む焼結材からなっていることを特
徴とするものである。
【００１０】構成部材の耐磨耗性用の硬化可能なフェラ
イトを、滑動特性を改善させる成分と混合させることに
より、焼結、硬化、構成部材の正確な寸法と滑らかな表
面を得るための研削工程とを行った後、作動中に潤滑不
足になっても著しく磨耗せずに作動する構成部材が生じ
る。これにより磨耗が減少し、容積形機械による粒子の
放出は非常に少ない。
【００１１】本発明による容積形機械の有利な構成は従
属項から明らかになる。請求項２によれば、内接歯車機
械において、構成部材は、高圧領域を低圧領域から密封
するために歯車の歯頭または端面に沿って用いられる焼
結材から製造される。
【００１２】液圧式ピストン機械においては、請求項３
にしたがって、容積形ユニットの両容積形部材、すなわ
ちピストンとシリンダの少なくとも一方が、少なくとも
表面を硬化された焼結材から製造されているのが好まし
い。対を成している容積形往復要素のうち一方の部材を
焼結材から製造するのも有利である。なお容積形部材ま
たは往復要素は多分割に構成されていてよく、これら部
材の一方だけが、すなわち対向部材に沿って滑動する部
材だけが焼結材からなる。
【００１３】焼結材からなっている構成部材は、請求項
７にしたがって、窒化により硬化するのが有利である。
この場合構成部材のエッジゾーンは、構成部材を窒素放
出媒体、たとえばガス流に曝すことにより、摂氏５００
度の温度で窒素で富化される。窒化自体は構成部材の表
面を硬化させる方法として周知のものなので、ここでこ
れ以上詳細に立ち入る必要はない。
【００１４】構成部材は、滑動特性を改善する成分とし
て、請求項８ないし１０によれば、銅、二硫化モリブデ
ン、グラファイトを含んでいる。有利な成分として取り
上げた成分においてこれら成分を互いに組み合わせれ
ば、個々の条件が満たされるので特に好適である。
【００１５】本発明による液圧式容積形機械の、内接歯
車ポンプとして構成された第１実施形態と、ラジアルピ
ストンポンプとして構成された第２実施形態とが図面に
図示されている。次に、これらの図面を用いて本発明を
詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１および図２の内接歯車ポンプ
はケーシング１０を有している。ケーシング１０は、ポ
ンプ室１２を半径方向に取り囲んでいるリング状の中央
部分１１と、第１のカバー部分１３と、第２のカバー部
分１４とを有している。両カバー部分１３と１４はポン
プ室１２を軸線方向において画成している。中央部分１
１は両カバー部分１３と１４をそれぞれ外側の旋削部１
５の領域において取り囲んでいる。カバー部分１３は貫
通した穴１６を有しており、この穴１６の中にすべり軸
受１７が圧入されている。穴１６にはカバー部分１４の
袋穴１８が整列しており、袋穴１８にも同様にすべり軸
受１７が圧入されている。両すべり軸受１７にはポンプ
の駆動軸１９が支持されている。外歯のピニオン２０は
ポンプ室１２の内部において駆動軸１９に固定され、或
いは駆動軸１９と一体に形成されている。外歯のピニオ
ン２０は内歯歯車２１の内側にある。内歯歯車２１はそ
の軸線がピニオン２０の軸線に対して偏心するように配
置され、且つその外周部をケーシング１０の中央部分１
１で支持されている。ピニオン２０と内歯歯車２１の両
軸線によって張られる中心面２２の両側の領域で両歯車
は噛み合っており、両歯車の間には鎌状の自由空間２３
が設けられている。
【００１７】この自由空間２３は、そのほぼ半分を充填
部材３０によって充填されている。ポンプを高効率で作
動させるため、充填部材３０とピニオンおよび内歯歯車
のギヤリムの間には好適な密封部が必要である。このた
め充填部材３０はシールセグメント３１とセグメント担
持体３２の２つの部分から構成されている。シールセグ
メント３１は内歯歯車２１に隣接しており、わずかな過
剰力で内歯歯車２１の歯頭に対して押圧させることがで
きる。さらにシールセグメント３１は、ポンプの作動中
に液圧でストッパーピン３４の平坦部３３に対しても押
圧せしめられる。セグメント担持体３２はポンプ作動中
にその内面が過剰力によりピニオン２０のギヤリムに対
してもストッパーピン３４の平坦部３３に対しても押圧
せしめられる。
【００１８】セグメント担持体３２とシールセグメント
３１とは、２つの板ばね３５により互いに離間するよう
に付勢される。２つの板ばね３５は、セグメント担持体
３２に設けた溝３６であって軸線方向に延び且つシール
セグメント３１のほうへ開口する２つの溝３６内に設け
られている。両溝３６はそれぞれ１つの板ばね３５のほ
かにさらに密封ころ３７をも有している。密封ころ３７
は、セグメント担持体３２とシールセグメント３１の間
の隙間に対し、それぞれの板ばね３５によって、他方作
動中には液圧によっても押圧せしめられる。両密封ころ
３７により、セグメント担持体３２とシールセグメント
３１の間にある隙間の内側には、ポンプの高圧範囲Ｐお
よび低圧範囲Ｓに対して密封される圧力室が生じる。こ
の圧力室は、ポンプの作動圧のほぼ半分に相当する圧力
で付勢される必要がある。このため圧力室は、シールセ
グメントの各端面に設けたフライス削り部３８を介し
て、内歯歯車２１のギヤリムに設けた圧力発生領域と連
通している。圧力発生領域内の圧力は作動圧のほぼ半分
に相当している。このようにして、セグメント担持体３
２とシールセグメント３１は、ポンプ作動中に、ストッ
パーピン３４に最も近い密封ころ３７の前方の領域にあ
る板ばね３５と液圧とにより互いに離間する方向に加圧
される。この加圧は両密封ころ３７の間においては作動
圧の一部分に相当しているが、シールセグメント３２
の、ストッパーピン３４から離れているほうの端部と、
一方の密封ころ３７との間においては作動圧と一致して
いる。
【００１９】ストッパーピン３４は自由空間２３を中心
面２２において横断しており、且つカバー部分１３と１
４の互いに整列している２つの袋穴３９内にしてポンプ
室１２の両側において回転可能に支持されている。軸線
方向における充填部材２４の拡がりは、軸線方向におけ
る両歯車２０と２１の拡がりと一致している。
【００２０】ポンプを高効率で作動させるには、両歯車
２０と２１の端面にも（すなわち軸線方向において
も）、高圧側Ｐと低圧側Ｓの間に好適な密封部が必要で
ある。なお高圧側Ｐはポンプ室１２の一領域（すなわち
充填部材３０が設けられている領域であって、充填部材
３０に接続して両歯車が漸次噛み合っていく領域）によ
って境界付けられる。軸線方向において好適な密封を行
なうため、両歯車２０,２１と各カバー部分１３または
１４との間には、スラストシールディスク４５が配置さ
れている。スラストシールディスク４５は、該スラスト
シールディスクと対応するカバー部分１３または１４と
の間にある圧力域４６の圧力により、ある程度の過剰力
で軸線方向にて両歯車２０と２１に対して押圧せしめら
れる。各スラストシールディスク４５は駆動軸１９とス
トッパーピン３４とを密に取り囲んでおり、これによ
り、駆動軸１９の軸線に対し垂直な面内でその位置が固
定されている。圧力域４６は、カバー部分１３または１
４に設けた凹部により形成される。圧力域４６は、図２
において破線で示したように半鎌状の形状を持ってお
り、ほぼストッパーピン３４の充填部材３０の基部から
中心面２２の付近まで延びている。
【００２１】図２からわかるように、スラストシールデ
ィスク４５はほぼポンプの高圧側だけを覆っているのに
対し、低圧側は開放されている。このため、両歯車とス
ラストシールディスクの間に摩擦が発生しないので、ポ
ンプの効率を低下させない。
【００２２】ポンプ室１２には、対角線方向に対向する
位置で吸込み管路４８と圧力管路４９が開口しており、
この場合吸込み管路４８の径は圧力管路４９の径よりも
大きい。内歯歯車２１は、バックラッシ内で半径方向に
おいて内側から外側へ貫通している穴５０を有し、この
穴５０を通って作動液が吸込み管路４８から自由空間２
３内へ、そして自由空間２３から圧力管路４９内へ達す
ることができる。
【００２３】図示したポンプは、図２の作動時にピニオ
ン２０が時計方向に駆動されねばならないように構成さ
れている。この場合内歯歯車２１も時計方向に回転す
る。バックラッシ内にある作動液はバックラッシにより
充填部材３０に沿って移動し、両歯車の噛み合い領域に
達する。この噛み合い領域において作動液は内歯歯車２
１の穴５０を通って圧力管路４９内へ排除される。同時
に他の穴５０を通り且つ個々の歯車の端面を通過して吸
込み管路４８から作動液が自由空間２３内に吸込まれ
る。
【００２４】図示したポンプの歯車は、特に歯が磨耗し
ないように、且つ高容積効率が得られるように硬化され
ている。作動中に高圧領域Ｐと低圧領域Ｓの間の密封部
（すなわちシールセグメント３１と、セグメント担持体
３２と、スラストシールディスク４５）での磨耗を少な
くし、且つ作動液の循環系の中に粒子が到達して、小さ
な横断面の貫流穴を塞いだり、狭い案内隙間に入り込ん
で、通過を困難にしたり、互いに案内しあっている部品
を故障させたりしないようにするため、これらの部品の
表面は硬化されている。これらの部品は焼結材からなっ
ており、その初期混合物は１５％ないし２５％の銅と、
２．５％ないし３％の二硫化モリブデンと、ほぼ０．４
％のグラファイトと、残りはフェライトの形態で鉄を含
んでいる。鉄は硬化のできる成分である。これは特にガ
ス窒化法のような公知の方法で行なわれる。焼結用の初
期混合物の他の成分は、純粋なフェライト混合物に比べ
て完成部品のすべり特性を改善するために用いる。焼結
およびガス窒化を行なった後、個々の部品をさらに研削
して、歯車の対向面に非常に正確に適合せしめる。この
ようにして部品（シールセグメント、セグメント担持
体、スラストシールプレート）は、特に高圧時、高回転
数時、または作動液の高温時に発生する潤滑不足にも耐
えることができ、著しい磨耗は生じない。
【００２５】図３のラジアルピストンポンプは自動車に
おいて燃料を搬送するために用いられ、そのポンプケー
シング５２内には、詳細に図示していない駆動軸（５４
はその軸線）によって駆動される偏心ピン５５を受容す
るための中央の受容室５３が設けられている。偏心ピン
５５上には偏心リング５６が回転可能に支持されてい
る。偏心リング５６には、軸線５４のまわりに均一に配
分して３個の容積形ユニット５７が付設されている。そ
れぞれの容積形ユニット５７はポンプケーシング５２の
半径方向の穴５８内に設けられている。これら３個の容
積形ユニット５７に対応して偏心リング５６は外周に配
分された３個の平坦部５９を備えている。それぞれの平
坦部５９には容積形ユニット５７のすべりシュー６０が
支持されている。力の作用で平坦部５９に載置されてい
るすべりシュー６０により偏心リング５６が固持される
ので、偏心リング５６は偏心ピン５５の回転運動に自由
に追従できず、その方向を維持しながら円上を運動し、
すなわち並進円運動を実施する。このようにして作動中
すべりシュー６０は平坦部５９上を往復動する。
【００２６】各容積形ユニット５７は、筒穴６５を備え
たシリンダ６４を有している。筒穴６５にはすべりシュ
ー６０がストッパーまで圧入されている。各すべりシュ
ーを管路が貫通しており、これらの管路により吸込み弁
６６を介して受容室５３から筒穴６５を充填することが
できる。シリンダ６４は圧縮ばね６８を介して平坦部５
９の方向へ予め付勢されており、この場合圧縮ばね６８
はシリンダ６４の外側肩部と、半径方向の穴５８を閉鎖
しているねじ栓７０とで支持されている。
【００２７】ねじ栓７０の中心部の袋穴には、ピストン
７４の端部部分が圧入されている。ピストン７４はねじ
栓７０を越えて筒穴６５内へ侵入し、シリンダ６４およ
びすべりシュー６０と共に容積不変の作業室を画成して
いる。
【００２８】作動中シリンダ６４は半径方向に往復運動
を実施する。すなわち作動中には、すべりシュー６０と
偏心リング５６の間で滑動運動が行なわれる以外に、シ
リンダ６４とピストン７４の間で相対的な滑動運動が行
なわれる。
【００２９】これらの滑動運動によって生じる、互いに
接している構成要素の磨耗を少なくするため、これらの
構成要素の少なくとも一つは焼結材からなっている。焼
結材は主にフェライトを含み、付加的に滑動特性を改善
するための成分を含み、少なくともその表面は硬化され
ている。たとえばシリンダ６４はフェロモリポリット(F
erromoliporit)なる商品名で市販されている焼結材から
なっている。この焼結材は特別な潤滑材貯留部を有して
おり、硬化可能である。従来磨耗に関する問題を克服す
るべく試みられていたピストン７４の面倒な表面処理は
必要ない。シリンダ６４の代わりに、ピストン７４、或
いはシリンダとピストンをこの焼結材から構成してもよ
い。
【００３０】容積形部材の１つと同様にすべりシュート
および偏心リングの少なくとも一方、特に偏心リングは
上記焼結材から製造され、少なくともその表面は硬化可
能である。フェロモリポリットは、図１と図２を用いて
説明したように、これらの図に図示されている内接歯車
ポンプの部品に対しても使用されている焼結材である。
したがってこの焼結材の初期混合物は１５％ないし２５
％の銅と、２．５％ないし３％の二硫化モリブデンと、
ほぼ０．４％のグラファイトと、残りはフェライトの形
態で鉄とで構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの歯車の両軸線によって張られる面で切断
した第１実施形態の断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩによる断面図である。
【図３】第２実施形態の駆動軸の垂直断面図である。
【符号の説明】
１０ ケーシング ２０ ピニオン ２１ 内歯歯車 ３１ シールセグメント ３２ セグメント担持体 ４５ スラストシールディスク ５６ 偏心リング ６０ すべりリング ６４ シリンダ ７４ ピストン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｃ 15/00 Ｆ０４Ｂ 21/04 Ｃ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに滑動可能な２つの構成部材を備えた
    液圧式容積形機械において、 両構成部材のうち少なくとも１つの構成部材(３１,３
    ２,４５；５６,６０,６４,７４)が少なくとも表面を硬
    化されており、且つ主にフェライトを含み、付加的に、
    滑動特性を改善させるための成分を含む焼結材からなっ
    ていることを特徴とする液圧式容積形機械。
  2. 【請求項２】液圧式容積形機械が内接歯車機械であり、
    ケーシング(１０)と、外歯のピニオン(２０)と、ピニオ
    ン（２０）と噛み合う内歯歯車(２１)と、歯車（２０,
    ２１）の歯頭または端面に沿って高圧領域（Ｐ）を低圧
    領域（Ｓ）から密封するための構成部材（３１,３２,４
    ５）とを有していること、構成部材（３１,３２,４５）
    が少なくとも表面を硬化されており、且つ主にフェライ
    トと滑動特性を改善させるための成分とを含む焼結材か
    らなっていることを特徴とする、請求項１に記載の液圧
    式容積形機械。
  3. 【請求項３】液圧式容積形機械がピストン機械であり、
    容積形部材として少なくとも１つのピストン（７４）
    と、ピストン（７４）を受容しているシリンダ（６４）
    とを有していること、両容積形部材（７４,６４）の少
    なくとも一方が少なくとも表面を硬化されており、且つ
    主にフェライトと滑動特性を改善させるための成分とを
    含む焼結材からなっていることを特徴とする、請求項１
    に記載の液圧式容積形機械。
  4. 【請求項４】液圧式容積形機械がピストン機械であり、
    容積形部材として少なくとも１つのピストン（７４）
    と、ピストン（７４）を受容しているシリンダ（６４）
    とを有し、容積形部材の１つが滑動する往復要素として
    偏心リング（５６）または往復ディスクを有しているこ
    と、往復要素が少なくとも表面を硬化されており、且つ
    主にフェライトと滑動特性を改善させるための成分とを
    含む焼結材からなっていることを特徴とする、請求項１
    または３に記載の液圧式容積形機械。
  5. 【請求項５】往復要素が、複数個の平坦部（５９）を備
    えた偏心リング（５６）であり、平坦部（５９）上をそ
    れぞれ１つの容積形要素（６４,６０）が滑動すること
    を特徴とする、請求項４に記載の液圧式容積形機械。
  6. 【請求項６】液圧式容積形機械がピストン機械であり、
    容積形部材として少なくとも１つのピストン（７４）
    と、ピストン（７４）を受容しているシリンダ（６４，
    ６０）とを有し、容積形部材（６４，６０）の１つが滑
    動する往復要素として偏心リング（５６）または往復デ
    ィスクを有していること、往復要素にて滑動する容積形
    部材（６４,６０）が少なくとも往復要素にて滑動する
    表面を硬化されており、少なくともこの表面が主にフェ
    ライトと滑動特性を改善させるための成分とを含む焼結
    材からなっていることを特徴とする、請求項１または３
    に記載の液圧式容積形機械。
  7. 【請求項７】焼結材からなっている構成部材（３１,３
    ２,４５；５６,６０,６４,７４）が窒化により硬化され
    ていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれ
    か一つに記載の液圧式容積形機械。
  8. 【請求項８】焼結材が有利には１５％ないし２５％の銅
    を含んでいることを特徴とする、請求項１から７までの
    いずれか一つに記載の液圧式容積形機械。
  9. 【請求項９】焼結材が有利には２．５％ないし３％の二
    硫化モリブデンを含んでいることを特徴とする、請求項
    １から８までのいずれか一つに記載の液圧式容積形機
    械。
  10. 【請求項１０】焼結材が有利には０．４％のグラファイ
    トを含んでいることを特徴とする、請求項１から９まで
    のいずれか一つに記載の液圧式容積形機械。
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