JP2007303421A - ギアポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシュを縮小して低騒音化を実現したギアポンプを提供する。
【解決手段】軸孔４ａ，４ｂには、回転軸１３，１４を回転可能に支持するための軸受け２０，２１が設けられている。軸受け２０は、軸受け外輪２３と、軸受け外輪２３の周方向に等間隔に複数設けられたニードル２２とから構成され、軸受け２１も、軸受け外輪２５とニードル２４とから構成されている。回転軸１３とニードル２２との間、及び回転軸１４とニードル２４との間には、内クリアランスＣＬ１が設けられ、内クリアランスＣＬ１は、軸受け２０，２１の信頼性が確保されるように設定されている。軸受け外輪２５とサイドプレート４との間には外クリアランスＣＬ２が設けられ、内クリアランスＣＬ１及び外クリアランスＣＬ２は、駆動ギア１１と従動ギア１２との間に形成されるバックラッシュＢＲが略０となるように設定されている。
【選択図】図２

Description

この発明はギアポンプに係り、特に、外接型のギアポンプに関する。

外接型のギアポンプにおいて、吐出脈動を増大させる原因の１つとしてバックラッシュの存在が挙げられる。バックラッシュとは、図５に示されるように、駆動ギア７１のギア歯７２の回転方向Ｘ側の歯面７２ａと、従動ギア７３のギア歯７４の回転方向Ｙとは逆側の歯面７４ａとの間に形成された隙間（バックラッシュＢＲ）のことである。バックラッシュＢＲが存在すると、駆動ギア７１側の閉塞領域７５と従動ギア７３側の閉塞領域７６とがバックラッシュＢＲを介して連通して、１つの閉塞領域、すなわち１つの気筒を形成する。このバックラッシュＢＲを縮小して閉塞領域７５と７６とを分離することにより、すなわち気筒数を２倍にすることにより、ギアポンプの吐出脈動の増大、及びこれに起因する騒音の発生を防止することが公知である。例えば、特許文献１では、バックラッシュが略０となるように、従動ギア７３の回転軸７７と回転軸７７を支持するベアリング７８との間のクリアランスを調整したギアポンプが記載されている。

特開２０００−１５４７９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたギアポンプでは、従動ギア７３の回転軸７７とベアリング７８との間のクリアランスの調整に高い加工精度が必要であるといった問題点があった。すなわち、このクリアランスを調整して、従動ギア７３の回転軸７７が駆動ギア７１の回転軸７９に近づくように移動することを妨げないようにすることでバックラッシュＢＲの縮小が可能であるが、むやみにこのクリアランスを大きくすると、ベアリング７８の寿命を短くするといった不具合が発生してしまう。特に、低粘度流体の昇圧に使用する場合や、重荷重の場合に、このような問題点が顕著となる。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、バックラッシュを縮小して低騒音化を実現したギアポンプを提供することを目的とする。

ハウジング内で互いに噛み合う駆動ギア及び従動ギアと、駆動ギア及び従動ギアのそれぞれの回転軸と、ハウジング内に設けられると共に回転軸を回転可能に支持する軸受けとを備え、ハウジングの外部から吸入した流体を昇圧して吐出するギアポンプにおいて、回転軸と軸受けとの間に内クリアランスを設け、軸受けとハウジングとの間に外クリアランスを設け、駆動ギアと従動ギアとの間に形成されるバックラッシュが略０となるように、内クリアランス及び外クリアランスを設定することを特徴とする。バックラッシュが略０となることにより、気筒数が２倍となるので、吐出脈動が低減する。
外クリアランスは、内クリアランスよりも大きくてもよい。
内クリアランスは、前記軸受けの信頼性が確保されるように設定してもよい。
軸受けは、回転軸と共に回転しないように、回り止めしてもよい。
軸受けは転がり軸受けであってもよい。
流体はジメチルエーテルであってもよい。

この発明によれば、回転軸と軸受けとの間に内クリアランスを設け、軸受けとハウジングとの間に外クリアランスを設け、駆動ギアと従動ギアとの間に形成されるバックラッシュが略０となるように、内クリアランス及び外クリアランスを設定することにより、吐出脈動が低減するので、軸受けの信頼性を損なうことなくバックラッシュを縮小して低騒音化を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係るギアポンプの断面図を示す。ギアポンプ１は、円柱状の空洞を内部に有する本体２と、この空洞を塞ぐように本体２の両側に設けられた一対の蓋板３，３と、この空洞の内部に設けられた一対のアルミ製のサイドプレート４，４とからなるハウジング５を備えている。この空洞に一対のサイドプレート４，４を設けることにより、ハウジング１内にギア室１０が形成されている。ギア室１０内には、互いに噛み合う駆動ギア１１及び従動ギア１２が設けられている。ギア室１０に連通するように、それぞれのサイドプレート４，４に、２つの軸孔４ａ，４ｂが形成されている。軸孔４ａに挿入するように回転軸１３が設けられ、回転軸１３の一端は軸孔４ａ内部の一方の蓋板３の近傍に位置すると共に、他端は駆動ギア１１の中心を貫通し、さらに他方の蓋板３を貫通することによってハウジング１の外部に延び、図示しないモータに接続されている。また、軸孔４ｂ内に収容されるように回転軸１４が設けられ、回転軸は従動ギア１２の中心を貫通し、両端がそれぞれ蓋板３，３の近傍に位置している。尚、従動ギア１２は回転軸１４に対して移動しないように一体形成されているが、駆動ギア１１は回転軸１３にキー結合されており、駆動ギア１１は回転軸１３に対してその半径方向に微動可能となっている。

軸孔４ａ，４ｂのそれぞれには、回転軸１３，１４を回転可能に支持するための軸受け２０，２１が設けられている。図２に示されるように、軸受け２０は、円筒形状を有する鉄製の軸受け外輪２３と、軸受け外輪２３の周方向に等間隔に複数設けられた円柱棒形状を有する鉄製のニードル２２とからなるソリッド型ニードルベアリングである。同様に、軸受け２１は、軸受け外輪２５とニードル２４とからなる、軸受け２０と同形状のソリッド型ニードルベアリングである。回転軸１３とニードル２２との間、及び回転軸１４とニードル２４との間にはそれぞれ、内クリアランスＣＬ１が設けられている。内クリアランスＣＬ１は、軸受け２０，２１それぞれの信頼性が確保されるように設定され、通常、１〜３０μｍの範囲の値である。また、軸受け外輪２５とサイドプレート４との間には、外クリアランスＣＬ２が設けられている。外クリアランスＣＬ２の設定については後述する。さらに、軸受け外輪２３，２５はそれぞれ、キー２６，２７によってサイドプレート４に固定されており、これにより、軸受け２０，２１がそれぞれ、回転軸１３，１４の回転と共に回転しないように回り止めされている。

昇圧すべき流体であるジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと称する）をギアポンプ１の外部からギア室１０（図１参照）内へ吸入するために、吸入路３１が本体２を貫通してギア室１０に連通するように設けられている。また、ギアポンプ１によって昇圧されたＤＭＥをギアポンプ１の外部に吐出するために、吐出路３２が本体２を貫通してギア室１０に連通するように設けられている。

次に、この実施の形態１に係るギアポンプの動作について説明する。
図１に示されるように、回転軸１３が、図示しないモータによって回転する。すると、回転軸１３の回転と共に駆動ギア１１が回転する。駆動ギア１１が回転すると、駆動ギア１１と噛み合う従動ギア１２も回転し、これにより、回転軸１４が、従動ギア１２の回転と共に回転する。

図２に示されるように、回転軸１３，１４のそれぞれと、軸受け２０，２１のそれぞれとの間には、比較的小さな内クリアランスＣＬ１が設定されていることにより、軸受け２０，２１の信頼性を確保しながら、回転軸１３，１４は回転する。また、軸受け２１とサイドプレート４との間に外クリアランスＣＬ２が設定されていることにより、すなわち、外クリアランスＣＬ２が形成されるように軸受け２１が軸孔４ｂ内に設けられることにより、回転軸１４が回転している間、軸受け２１と共に回転軸１４も軸孔４ｂ内において、内クリアランスＣＬ１＋外クリアランスＣＬ２の範囲内で微動が可能となる。このため、回転軸１４は水平方向の分力により、矢印Ａで示されるように、軸孔４ｂ内において回転軸１３に近づいてバックラッシュＢＲを略０とするような微動が可能となる。

駆動ギア１１及び従動ギア１２の回転中に回転軸１４が回転軸１３に近づくように微動すると、図３に示されるように、駆動ギア１１のギア歯２６の回転方向Ｂ側の歯面２６ａと、従動ギア１２のギア歯２７の回転方向Ｃとは逆側の歯面２７ａとの間に形成された隙間であるバックラッシュＢＲが縮小して略０となる。すると、歯面２６ａ，２７ａ間の駆動ギア１１側の閉塞領域である気筒４１と、歯面２６ａ，２７ａ間の従動ギア１２側の閉塞領域である気筒４２とが分離した状態となる。これにより、バックラッシュＢＲが略０でない場合に比べ、気筒数が２倍になると共に気筒４１及び４２のそれぞれに閉じ込められる空間容量が小さくなる。この状態で、駆動ギア１１及び従動ギア１２が噛み合いながら、それぞれ矢印Ｂ及びＣの方向に回転する。

このような動作でギアポンプ１が始動すると、ギアポンプ１の外部から、ＤＭＥが吸入路３１を流通してギア室１０内に流入する。ギア室１０内に流入したＤＭＥは、ギア歯２６及びギア歯２７の噛み合いが離れるときに、歯溝２８，２９に吸い込まれる。歯溝２８，２９に吸い込まれたＤＭＥは、駆動ギア１１及び従動ギア１２の回転に伴われて、ギア室１０の内周面に沿って吐出路３２側に運ばれる。歯溝２８，２９内のＤＭＥは、ギア歯２６及びギア歯２７の噛み合いによって押し出されることにより、昇圧されて吐出路３２を流通し、ギアポンプ１の外部へ流出される。

この実施の形態１において、バックラッシュＢＲが略０となるように、内クリアランスＣＬ１及び外クリアランスＣＬ２を設定したが、バックラッシュＢＲが略０となることを確認するために、吐出されたＤＭＥの脈動次数を測定する。バックラッシュＢＲが略０になると、バックラッシュＢＲが略０でない場合に比べて気筒数が２倍になるので、脈動次数が２倍となる。したがって、ギアポンプ１によって吐出されたＤＭＥの脈動次数が２倍に増加したら、バックラッシュＢＲが略０になったとみなし、内クリアランスＣＬ１及び外クリアランスＣＬ２を、そのときの値に設定する。通常、外クリアランスＣＬ２は、内クリアランスＣＬ１よりも大きな値となる（ＣＬ２＞ＣＬ１）。尚、脈動次数が２倍になることから、吐出脈動が低減され、その結果、騒音も低下する。

このように、回転軸１４と軸受け２１との間に内クリアランスＣＬ１を設け、軸受け２１とサイドプレート４との間に外クリアランスＣＬ２を設け、駆動ギア１１と従動ギア１２との間に形成されるバックラッシュＢＲが略０となるように、内クリアランスＣＬ１及び外クリアランスＣＬ２を設定することにより、吐出脈動が低減するので、バックラッシュＢＲを縮小して低騒音化を実現することができる。
また、内クリアランスＣＬ１は、軸受け２０，２１それぞれの信頼性が確保されるように設定されているので、軸受け２０，２１の信頼性を確保しながら、回転軸１３，１４は回転することができる。
さらに、軸受け外輪２３，２５はそれぞれ、キー２６，２７によってサイドプレート４に固定されていることにより、軸受け２０，２１はそれぞれ、回転軸１３，１４の回転と共に回転しないように回り止めされるので、軸受け外輪２３，２５が回転することによる摩耗を防止することができる。また、軸受け外輪２３，２５が鉄製であるのに対し、サイドプレート４がアルミ製であるように両者を異種材料で製造したので、軸受け外輪２３，２５の微小な回転による微動摩耗を防止することができる。

実施の形態１では、軸受け２０，２１に、ソリッド型ニードルベアリングを使用したが、これに限定するものではない。ボールベアリング等、転がり軸受けであれば、他の形式のベアリングを使用してもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るギアポンプを、図４に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態２に係るギアポンプは、実施の形態１に対して、軸受け２０，２１をプレーンベアリングにしたものである。

ギアポンプ５０は、軸孔４ａ，４ｂのそれぞれに、回転軸１３，１４を回転可能に支持するための軸受け５１，５２を備えている。軸受け５１，５２は、円筒形状を有する鉄製のプレーンベアリングである。回転軸１３と軸受け５１との間、及び回転軸１４と軸受け５２との間にはそれぞれ、内クリアランスＣＬ１が設けられている。内クリアランスＣＬ１は、軸受け５１，５２それぞれの信頼性が確保されるように設定され、通常、１〜３０μｍの範囲の値である。また、軸受け５２とサイドプレート４との間には、外クリアランスＣＬ２が設けられている。さらに、軸受け５１，５２はそれぞれ、キー２６，２７によってサイドプレート４に固定されており、これにより、軸受け５１，５２がそれぞれ、回転軸１３，１４の回転と共に回転しないように回り止めされている。その他の構成については、実施の形態１と同じである。

実施の形態１と同様にしてギアポンプ５０が始動すると、回転軸１４が回転している間、軸受け５２と共に回転軸１４も軸孔４ｂ内において、内クリアランスＣＬ１＋外クリアランスＣＬ２の範囲内で微動が可能となる。このため、回転軸１４は水平方向の分力により、矢印Ａで示されるように、軸孔４ｂ内において回転軸１３に近づくような微動が可能となる。したがって、内クリアランスＣＬ１及び外クリアランスＣＬ２を調整することにより、バックラッシュＢＲ（図３参照）を略０とすることができるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、軸受け５２がプレーンベアリングの場合には、ギアポンプ５０によって昇圧されるＤＭＥが内クリアランスＣＬ１内に入り込んで油膜を形成することにより、回転軸１４と軸受け５２との間を潤滑できるが、内クリアランスＣＬ１が大きくなると油膜切れを起こして、回転軸１４と軸受け５２とが直接接触する状態となって、アブレシブ摩耗、表面疲労、及び摩擦の増大が問題となる。しかし、ギアポンプ５０では、内クリアランスＣＬ１は軸受け５２の信頼性が確保される値に固定しておき、外クリアランスＣＬ２のみを調整することにより、バックラッシュＢＲを略０にしているので、このような問題を回避することができる。

実施の形態１及び２では、従動ギア１２側のみ、軸受け２１，５２とサイドプレート４との間に外クリアランスＣＬ２を設けたが、これに限定するものではない。駆動ギア１１も回転軸１３に対して移動しないように一体形成されている場合には、軸受け２０，５１とサイドプレート４との間に外クリアランスＣＬ２を設けて、２つの外クリアランスＣＬ２を調整することによって、バックラッシュＢＲを略０にするようにしてもよい。
また、軸受け２０，２１及び軸受け５１，５２をキー２６，２７によって回り止めしたが、これに限定するものではない。軸受け２０，２１及び軸受け５１，５２の外周面に凸部を設けると共に軸孔４ａ，４ｂの内周面にその凸部を収容可能な凹部を設けて、凸部を凹部に嵌め込むことにより回り止めすることもできる。すなわち、軸受け２０，２１及び軸受け５１，５２が回転軸１３，１４と共に回転しないようにする手段であれば、どのような手段でもよい。
また、軸受け２０，２１及び軸受け５１，５２の微動摩耗を防止する目的で、軸受け２０，２１及び軸受け５１，５２とサイドプレート４とを異種材料で製造したものにしたが、これに限定するものではない。摺動性を確保するために、両者の接触面を表面処理してもよい。
さらに、ギアポンプ１，５０によって昇圧する流体として、ＤＭＥを例にして説明したが、これに限定するものではない。オイル等、通常、ギアポンプで昇圧する流体であればどのような流体でもよい。特に、ギアポンプ１，５０は、従来のギアポンプでは適用が難しかった低粘度流体の昇圧にも使用することができる。

この発明の実施の形態１に係るギアポンプの断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係るギアポンプの駆動ギア及び従動ギアの噛み合いを示す平面図である。 実施の形態２に係るギアポンプの断面図である。 従来のギアポンプの駆動ギア及び従動ギアの噛み合いを示す平面図である。

符号の説明

１，５０ ギアポンプ、５ ハウジング、１１ 駆動ギア、１２ 従動ギア、１３，１４ 回転軸、２０，２１，５１，５２ 軸受け。

Claims (6)

1. ハウジング内で互いに噛み合う駆動ギア及び従動ギアと、前記駆動ギア及び前記従動ギアのそれぞれの回転軸と、前記ハウジング内に設けられると共に前記回転軸を回転可能に支持する軸受けとを備え、前記ハウジングの外部から吸入した流体を昇圧して吐出するギアポンプにおいて、
   前記回転軸と前記軸受けとの間に内クリアランスを設け、
   前記軸受けと前記ハウジングとの間に外クリアランスを設け、
   前記駆動ギアと前記従動ギアとの間に形成されるバックラッシュが略０となるように、前記内クリアランス及び前記外クリアランスを設定することを特徴とするギアポンプ。
2. 前記外クリアランスは、前記内クリアランスよりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のギアポンプ。
3. 前記内クリアランスは、前記軸受けの信頼性が確保されるように設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のギアポンプ。
4. 前記軸受けは、前記回転軸と共に回転しないように、回り止めされていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のギアポンプ。
5. 前記軸受けは転がり軸受けであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のギアポンプ。
6. 前記流体はジメチルエーテルであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のギアポンプ。

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