JP2007315211A - ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吐出脈動を小さくできるギヤポンプを提供する。
【解決手段】カム３２の回転角度に応じて、ピストン４０が往復運動を繰り返すことで、吐出ポート２７の容積を変動させて、ギヤポンプの吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最大の時に、ピストン４０がシリンダボア内の上死点と下死点との間を、上死点から下死点に向かって通過し、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最小の時に、ピストン４０が上死点と下死点との間を、下死点から上死点に向かって通過するように、カム３２のカム曲線を形成し、ピストン４０の往復運動により、吐出ポート２７における吐出流量を変動させて、吐出ポート出口２７ｂ側の吐出流量を略一定に保つ。
【選択図】図７

Description

本発明は、主として液圧関連産業の分野で利用される外接型のギヤポンプに関するものである。

この種のギヤポンプは、ハウジング内のギヤ室に駆動ギヤと従動ギヤとを有し、駆動ギヤと従動ギヤとは互いに外接噛合状態となっている。駆動ギヤの回転に伴い、従動ギヤが回転し、ハウジングの吸入ポートから流体が前記ギヤ室に吸入され、該流体はハウジング内周面と駆動ギヤ及び従動ギヤの歯溝との間に閉じ込められ、ハウジングの吐出ポートへ移送される。

この種のギヤポンプにおいては、従来から吐出ポートにおいて、一定の周期の吐出流量の変動（吐出脈動）が生じることが知られている。ここで一定の周期は、駆動ギヤ又は従動ギヤの回転角度の二次関数で表される。そのような吐出脈動はポンプ本体や周辺配管に生じる騒音に繋がる大きな問題を有する。そのため、特許文献１や特許文献２のように吐出脈動を防止する技術が従来から開示されている。

特許文献１においては、吐出ポートを２つの通路に分割し、さらに２つの通路の断面積の総和より広い断面積を有する室を２つの通路より下流側に設けている。このような構成により、２つの通路から広い室に流体が流入された時に、脈動を生じている流体を緩衝させあい、脈動を小さくする。

また、特許文献２においては、吐出ポートの一部にゴム製の弾性部材を介してスリーブが設けられている。このような構成により、該スリーブを流体が通過するとき、弾性部材によって、流体の脈動が吸収される。
特開平９−３０３２７１号公報 特開平１０−１５９７５４号公報

ところが、特許文献１及び特許文献２のような技術をもってしても、吐出脈動は十分に解決できず、さらなる吐出脈動のための対策が必要とされていた。

そこで、本発明の目的は、吐出脈動を小さくできるギヤポンプを提供することである。

請求項１に記載の発明は、ハウジング内に、駆動ギヤを固定した駆動軸と前記駆動ギヤに噛合する従動ギヤを固定した従動軸を収容したギヤ室及び前記ギヤ室に接続した吐出ポートと吸入ポートを配設し、吸入ポートから吸入された作動流体は、該駆動ギヤ及び該従動ギヤの回転により吐出ポートへ移送されるギヤポンプにおいて、前記ギヤポンプは、カム収容室を有し、前記カム収容室には、前記駆動軸又は前記従動軸の少なくとも一方と一定の速度比で回転するカムが配置され、前記ハウジング内に前記吐出ポートに連通し、吐出ポートの一部を構成するシリンダボアが形成され、前記シリンダボア内には、前記カムの回転運動により往復運動に変換されて、前記吐出ポートの容積を最小とする上死点と、前記吐出ポートの容積を最大とする下死点との間を往復運動するピストンを有し、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最大の時に、前記ピストンが前記シリンダボア内を下死点に向かって移動中となり、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最小の時に、前記ピストンが上死点に向かって移動中となるように、前記カムのカム面は形成されていることを特徴とする。

ギヤポンプにおける吐出流量は、駆動ギヤ及び従動ギヤの一回転の間に、一定の周期で変動する。吐出流量の変動が吐出脈動の原因である。吐出流量の変動は、駆動ギヤ及び従動ギヤの回転角度の二次関数で表される。

本発明は、ピストンの往復運動を利用して、吐出ポートの出口における吐出流量を変更して、吐出ポートの出口における吐出流量の最大値と最小値との間の差（脈動幅）を小さくしている。従って、吐出ポートの出口における吐出流量の変動幅を小さくすることができるので、吐出脈動を小さくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において前記ピストンは、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最大の時に、前記ピストンが前記シリンダボア内の上死点と下死点との間の中間位置を下死点に向かって通過し、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最小の時に、前記ピストンが前記中間位置を上死点に向かって通過するように、前記カムのカム面は形成されていることを特徴とする。

ピストンが下死点から上死点に向かう時、ピストンにより吐出ポートの出口の吐出流量は増加状態となる。これはピストンが下死点から上死点に向かって移動中で、上死点と下死点との間の中間位置を通過する時、ピストンによるシリンダボアからの作動流体の押し出し量が最も大きくなるためである。

逆に、ピストンが上死点から下死点に向かう時、ピストンにより吐出ポートの出口の吐出流量は減少状態となる。これはピストンが上死点から下死点に向かって移動中で、前記中間位置を通過する時、ピストンによるシリンダボアへの吸い込み量が最も大きくなるためである。

よって、吐出ポートの出口における吐出流量の最大値と最小値との間の差異を小さくでき、吐出脈動を小さくさせるために、特に好適な形態である。

請求項３に記載の発明は、請求項１〜２のいずれか一項において、前記カムのカム曲線が、駆動ギヤ及び従動ギヤの回転角度の３次関数で表されることを特徴とする。

従って、吐出ポートの容積を駆動ギヤ及び従動ギヤの回転角度の３次関数で表される曲線と同じように変化させることができ、最も効率よく吐出ポートにおける吐出脈動を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜２のいずれか一項において、前記カムのカム曲線が、駆動ギヤ及び従動ギヤの回転角度の正弦関数で表されることを特徴とする。

カム曲線を駆動ギヤ及び従動ギヤの回転角度の３次関数で表されるように形成する場合と比較して、滑らかなカムの挙動を得ることができる。

請求項５に記載の発明は、前記カムは、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯数と同数のカム面を有することを特徴とする。

歯数と同数の周期で吐出脈動が発生する比較的バックラッシが大きいギヤを使用したギヤポンプの場合に吐出脈動の抑制を好適に行なうことができる。

請求項６に記載の発明は、前記カムは、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯数の２倍の数のカム面を有することを特徴とする。

歯数の２倍の周期で吐出脈動が発生する比較的バックラッシが小さいギヤを使用したギヤポンプの場合に吐出脈動の抑制を好適に行なうことができる。

請求項７、請求項８に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて前記カムは前記駆動軸又は前記従動軸に対して連結されていることを特徴とする。

よって、その回転速度の変更に伴い、カムの回転速度も追従して変更される。従って、カムの駆動ギヤ及び従動ギヤの回転に対する同期回転がずれることはない。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかにおいて前記ギヤポンプが、前記ピストンを前記カムに対して付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする。

よって、前記カムに対する前記ピストンの接触を安定させることができ、確実にピストンの往復運動を行なうことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９における前記付勢手段が、前記吐出ポートの流体圧力であることを特徴とする。

従って、吐出流体を付勢手段として利用したので、特別な付勢部材を設ける必要が無く、部品点数も低減させることができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかにおいて前記シリンダボアの開口を封じると共に前記ピストンの吐出ポート側の端部に当接する弾性被膜を設けたことを特徴とする。

従って、吐出ポート側の作動流体がピストンとシリンダボアとの間からカム収容室に漏出することがなく、性能低下を防止できる。

本発明によれば、ギヤポンプにおいて発生する吐出脈動を小さくすることができる。

以下本発明を具体化したギヤポンプについて第１〜第６の実施形態について説明する。なお、第２〜第６の実施形態については、第１実施形態との相違点のみを説明し、同様の構成については説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、ギヤポンプ１０を図１、図２、図３に基づいて説明する。ギヤポンプのハウジング１１はフロントカバー１２、ボディ１３及びリヤカバー１４とから構成されている。該ボディ１３にはめがね状の貫通孔１３ａが形成されている（図２参照）。ボディ１３とフロントカバー１２、及びボディ１３とリヤカバー１４との間にはそれぞれ一対のサイドプレート１５が配設されている。サイドプレート１５によって前記貫通孔１３ａを区画することによりギヤ室１７が形成されている。該ギヤ室１７には駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９が噛合状態で収容されている。フロントカバー１２及びリヤカバー１４には軸受孔１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されている。また軸受孔１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂに対応するようにサイドプレート１５にもそれぞれ貫通孔１５ａ、１５ｂが形成されている。前記軸受孔１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂに軸受２０、２１、２２、２３を介して、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９を取り付けた駆動軸２４及び従動軸２５をそれぞれ軸承している。駆動軸２４はフロントカバー１２を貫通して外部に延長され、図示しないモータ等の動力源からの駆動力により回転駆動される。従動ギヤ１９は、駆動軸２４により駆動される駆動ギヤ１８の回転に伴って、従動軸２５と共に従動回転する。

駆動ギヤ１８及びこれに連動する従動ギヤ１９の回転方向を矢印により示してあり、両ギヤ１８、１９の噛み合い位置を挟んで両側には、該噛み合い位置から回転方向側に吸入ポート２６が形成され、また該噛み合い位置から反回転方向側に吐出ポート２７が形成されている。吸入ポート２６は、ハウジング１１外に開口し、図示しない外部回路に接続される。また、吐出ポート２７は、ギヤ室１７に開口する吐出ポート入口２７ａ及び、ハウジング１１外に開口し、図示しない外部回路に接続される吐出ポート出口２７ｂを有する。なお、本実施形態における駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９は１２本の歯を有する。

前記サイドプレート１５は両ギヤ１８、１９を挟みこむように同一構成のものが向かい合って配置されている。サイドプレート１５のギヤ室１７側の側面１６には、両ギヤ１８、１９の噛み合い位置から吸入ポート２６側へ延びる逃げ溝２８、及び両ギヤ１８、１９の噛み合い位置から吐出ポート２７側へ延びる逃げ溝２９が形成されている。これらの逃げ溝２８、２９は、両ギヤ１８、１９の噛み合い位置で、サイドプレート１５と、両ギヤ１８、１９のそれぞれ隣り合う歯の噛み合いとで形成される閉じ込み領域に作動流体が閉じ込められる、いわゆる閉じ込み現象の発生を防止するためのものである。なお、本明細書中において、噛み合うとは両ギヤ１８、１９のそれぞれの歯と歯とが接触する状態を言う。両逃げ溝２８、２９は両ギヤ１８、１９の回転中心を結ぶ線の中点であるピッチ点の位置を避けるようにして設けられ、両逃げ溝２８、２９との間には所定の距離が確保されている。該所定の距離を保つことにより、両逃げ溝２８、２９を介した吸入ポート２６と吐出ポート２７との連通が防止されている。

また、サイドプレート１５の側面１６には、貫通孔１５ａ、１５ｂと吸入ポート２６とをそれぞれ連通する連通溝３０が形成されている。該連通溝３０により貫通孔１５ａ、１５ｂを介して、作動流体が軸受孔１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１４ｂ内の軸受２０、２１、２２、２３を潤滑するようになっている。

このような構成により、吸入ポート２６に導入される作動流体は、両ギヤ１８、１９の歯の間に受け入れられ、両ギヤ１８、１９の回転により、それぞれの歯の間とボディ１３の貫通孔１３ａの内周面と一対のサイドプレート１５との間に封止された状態で両ギヤ１８、１９の回転方向に移送され、吐出ポート２７に吐出される。吐出ポート２７への吐出を終えた両ギヤ１８、１９の歯は、両ギヤ１８、１９の噛み合い位置を経て吸入ポート２６へ戻り、再び歯の間に作動流体を受け入れ、作動流体を吐出ポート２７へ吐出する作用を繰り返す。

次に本実施形態における吐出脈動を小さくする構成について図１〜図１０に基づいて説明する。

軸受孔１２ｂには、従動軸２５の端部側にカム収容室３６が設けられている。カム収容室３６内には、従動軸２５に連結したカム３２が連結されている。図７〜図１０に示すように該カム３２は駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数（１２本）と同数の１２の大径部３３と小径部３５とからなるカム面３２ａを有する。

ここで、吐出脈動の原因となる吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量変化は両ギヤ１８、１９の回転角度θの二次関数で表されることは従来から知られており、歯車同士のバックラッシが比較的大きい場合は、吐出ポート入口２７ａへの吐出流量をＱ₁（θ）とした時、吐出流量Ｑ₁（θ）は以下の式（１）で表される。

Ａ、Ｂは定数で、両ギヤ１８、１９の歯数や大きさによって任意に決定される。吐出流量Ｑ₁（θ）は駆動ギヤ１８又は従動ギヤ１９の歯の隣り合う歯がなす角度毎に、上記式の変化を繰り返す。本実施形態の場合、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数が１２本であるから、隣り合う歯がなす角度は３０度（π／６）である。従って、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転角３０度（π／６）毎に、上記（１）式の変化を同じように繰り返す。

本実施形態において上記（１）式を図示したのが図６（ａ）中の（１）である。図６（ａ）は横軸を回転角度、縦軸を吐出流量として、吐出ポート入口２７ａにおける角度あたりの吐出流量の変化を表したものである。図６（ａ）の（１）からわかるように、回転角３０度（π／６）間隔で周期的に同様の変化を繰り返している。

なお、図６（ａ）における回転角０度とは、図２における状態であり、両ギヤ１８、１９の噛み合い点がピッチ点と一致するときである。このとき、吐出ポート入口２７ａでの吐出流量は最大となっていることがわかる。

吐出流量Ｑ₁（θ）の平均値をＣとした時、平均値Ｃから吐出流量Ｑ₁（θ）を差し引いた値の変化を、吐出流量Ｑ₁（θ）に対して加えることにより、吐出流量Ｑ₁（θ）の変化を相殺して、吐出ポート出口２７ｂからの吐出流量を平均値Ｃの一定値に保つことが可能となる。平均値Ｃから吐出流量Ｑ₁（θ）を差し引いた値をＱ_２（θ）とした時、Ｑ_２（θ）は以下の式（２）で表される。

本実施形態において上記（２）式を図示したものが図６（ａ）の（２）である。

Ｑ_２（θ）の変化は、吐出ポート２７の容積に対して、下記のような容積Ｖ₂（θ）の変化を加えることで、生じさせることができ、本実施形態においては、カム３２のカム曲線を下記（３）の式で表されるように形成している。

容積Ｖ₂（θ）は回転角度θの３次関数となり、上記式（３）の容積変化によりＱ_２（θ）の変化を吐出流量Ｑ₁（θ）に加えることができる。カム曲線を上記（３）の式のように構成し、ピストン４０が連通室３８の容積を、上記（３）の式で表される変化を回転角３０度（π／６）間隔で周期的に変化させることで、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出脈動が抑制される。つまり、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量が、吐出流量Ｑ₁（θ）の平均値Ｃの一定値に保たれる。

なお、本実施形態において上記（３）式を図示したものが図６（ｂ）の（３）である。図６（ｂ）の（３）は、横軸を回転角度として、縦軸に連通室の容積変化を表したものである。

前記カム収容室３６は、前述した軸受孔１２ｂと従動軸２５の隙間、サイドプレート１５に形成された貫通孔１５ｂと従動軸２５の隙間及び連通溝３０を介して吸入ポート２６と連通した状態となっており、吸入ポート２６と同じ圧力雰囲気である。

フロントカバー１２内には、シリンダボア３７が形成されている。該シリンダボア３７はフロントカバー１２及びボディ１３内に形成された斜め穴の連通路３９を介して、吐出ポート２７と連通するように形成されている。前記シリンダボア３７は従動軸２５の軸線に対して垂直方向に、カム収容室３６から吐出ポート２７側の方向に向かって、フロントカバー１２内に貫通形成されている。シリンダボア３７及び連通路３９は吐出ポート２７の一部を構成する。なお、シリンダボア３７は蓋部４１により封止されて、ギヤポンプ外への連通を防止されている。

前記シリンダボア３７内にはピストン４０が収容されている。シリンダボア３７のうち、ピストン４０と連通路３９との間に、ピストン４０の運動により吐出ポートの容積を可変とする連通室３８が形成されている。該ピストン４０のカム収容室３６側の先端部４０ｂは、楔形状となっていっている。先端部４０ｂの最先端は、丸み付けが施されている。また、該ピストン４０の胴部４０ａの外径はシリンダボア３７の内径と略同じであり、該ピストン４０の胴部４０ａによりカム収容室３６と連通室３８との連通が略防止されている。従って、該連通室３８は連通路３９を介して吐出ポート２７と連通した状態となっており、吐出ポート２７と同じ圧力雰囲気である。

よって、ピストン４０を介して吸入ポート２６の圧力雰囲気と、吐出ポート２７の圧力雰囲気とが対抗することとなり、ピストン４０は連通室３８からカム収容室３６の方向へ押圧され、カム３２に対して付勢された状態となる。

次に本実施形態の作用について説明する。ピストン４０はカム３２に対して押圧されているため、カム３２の回転運動によりカム３２のカム面に沿った往復運動に変換される。また、カム３２のカム曲線が前記（３）の式で表されるように形成されているため、ピストン４０はカム曲線と同じように変位を繰り返して、連通室３８の容積を前記（３）式のように変動(変化)させる。なお、ピストン４０が最も連通室３８側に位置しているときを上死点、最もカム収容室３６側に位置しているときを下死点とする。

以下、ピストン４０のカム曲線に伴う変位に対する吐出ポート２７の吐出流量の状態について説明する。

図７に示すようにカム３２の一つの大径部３３の頂点３４に対してピストン４０の先端部４０ｂが当接している場合、ピストン４０は上死点に位置する。ピストン４０が上死点に位置するとき、連通室３８の容積は最小状態となっており、吐出ポート２７へ連通室３８からピストン４０によって押し出される作動流体の押し出し量は零の状態となっており、吐出ポート２７における作動流体の吐出流量に影響を及ぼすことはない。すなわち、ピストン４０が上死点に位置する時、吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量と、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は同じであり、吐出流量は平均値Ｃのままである。図７の状態は、図６において、歯車回転角度が略−８．７度の位置である。

次に、カム３２の回転に伴い、図８に示すようにピストン４０は上死点の位置から徐々に下死点の方向に移動する。ピストン４０が上死点から下死点へ移動する間、吐出ポート２７の作動流体の一部は、シリンダボア３７内の負圧により連通室３８に吸い込まれる状態となる。従って、吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量に対して、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は減少する。図８のようにピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置に達した時、連通室３８の容積の増加速度が最も速くなり、ピストン４０による吐出ポート２７から連通室３８への作動流体の単位時間あたりの吸い込み量が最大となる。

図８の状態は、図６において、歯車回転角度０度の位置である。つまり、歯車回転角度０度は、図２のように両ギヤ１８、１９の噛み合い点がピッチ点と一致するときである。吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量が最大のとき、連通室３８への作動流体の単位時間あたりの吸い込み量が最大となり、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量と吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量に、図６（ａ）の（２）における０度の位置の流量差を生じさせることができる。この流量差により、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量を平均値Ｃに減少させている。

ピストン４０が中間位置（図８の状態）から下死点に向かう間で、図６における０度から略８.７度の位置までは、作動流体を連通室３８へ吸い込んでおり、吐出ポート入口２７ａに対する吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は減少する。連通室３８への吸い込み量により、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は平均値Ｃに保たれる。

図９に示すようにカム３２の小径部３５に対してピストン４０の先端部４０ｂが当接する時、ピストン４０は下死点に位置することとなる。ピストン４０が図８の状態から図９に到るまでの間に、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量を平均値Ｃに保つように連通室３８は容積変化する。

ピストン４０が下死点に位置するとき、吐出ポート２７から連通室３８への作動流体の吸い込み量は図６（ａ）の（２）の略８.７度の位置のように零の状態となり、吐出ポート２７における作動流体の吐出流量に影響を及ぼすことはない。すなわち、吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量と、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は同じであり、吐出流量は平均値Ｃのままである。

図９の状態は、図６において、歯車回転角度が略８.７度の位置である。つまり、図４の状態である。

さらに、カム３２の回転に伴い、ピストン４０は下死点の位置から徐々に上死点の方向に移動する。ピストン４０が下死点から上死点へ移動する間、ピストン４０によって、連通室３８内の作動流体が吐出ポート２７に向かって押し出されて、吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量に対して、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量が増加状態となる。

そして、図１０のようにピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置に達した時、連通室３８の容積の減少速度が最も速くなり、ピストン４０による連通室３８から吐出ポート２７への作動流体の単位時間あたりの押し出し量が最大となる。つまり、吐出ポート入口２７ａにおける作動流体の吐出流量と吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量の差が最大となる。

ピストン４０が図９の状態から図１０に到るまでの間で、図６における略８.７度から１５度の位置までは、連通室３８の容積変化により、図６（ａ）の（２）における略８.７度から１５度の位置までの流量変化を生じさせることができる。この流量変化は図６（ａ）の（１）における略８.７度から１５度までの間の吐出流量を増加させることができ、吐出ポート２７における吐出流量を平均値Ｃに増加させることができる。

図１０の状態は、図６において、歯車回転角度１５度の位置である。つまり、図５の状態である。

図１０の状態の中間位置から上死点にピストン４０が向かう間で、図６における１５度から略２１.３度までは、作動流体を連通室３８から押し出しており、吐出ポート入口２７ａに対する吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量は増加状態にある。ピストン４０が中間位置から上死点に近づくほど、連通室３８から吐出ポート２７への作動流体の押し出し量は減少していく。この減少は、吐出ポート出口２７ｂにおける作動流体の吐出流量を平均値Ｃに保つように減少していく。

そして、再びカム３２の大径部３３の頂点３４に対して、ピストン４０の先端部４０ｂが当接する。すなわち、ピストン４０は上死点の位置（図７の状態）に戻ることとなり、図６の略２１.３度の位置に達して、連通室３８から吐出ポート２７への作動流体の押し出し量が零の状態となる。ピストン４０が図７の上死点位置から、下死点位置を経て再び上死点位置に戻るまで、両ギヤ１８、１９の回転角度は３０度（π／６）である。このように、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数が１２本でバックラッシが比較的大きい場合、吐出流量の変化は駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の３０度（π/６）の回転角度を一周期とする周期性をもっている。すなわち、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９が一回転する間に、回転角３０度を一周期とし、１２回の吐出流量の変動が生じることとなる。本実施形態では、カム３２は駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９と同数の１２個の大径部３３及び小径部３５からなるカム面３２ａを有する。よって、ピストン４０は回転角度３０度（π／６）毎に一回の往復運動を行なう。

よって、カム３２の回転角度に応じて、ピストン４０が往復運動を繰り返し、ギヤポンプの吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が、該吐出ポート入口２７ａの吐出流量の平均値Ｃより大きい状態のときは、吐出ポート２７から連通室３８へ吐出された作動流体を吸入して、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量を減少させて、吐出ポート入口２７ａの吐出流量の平均値Ｃに近づける。逆に、ギヤポンプの吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が、該吐出ポート入口２７ａの吐出流量の平均値Ｃより小さい状態のときは、連通室３８から吐出ポート２７へ作動流体を押し出して、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量を増加させて、吐出ポート入口２７ａの吐出流量の平均値Ｃに近づける。また、ギヤポンプの吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が、平均値Ｃと同じときは、連通室３８における容積変化を零とすることで、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量は平均値Ｃに維持される。

上記第１の実施形態においては次のような効果を奏する。

（１）吐出流量の変動幅を一定値に抑えこんで、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量を、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量の平均値Ｃに近づけて、略一定に保つことが可能となる。よって、ギヤポンプにおける作動流体の吐出脈動の脈動幅を小さくすることができる。

例えば、吐出ポート側の流路を分けて、流路長さの異なる２つの流路を作動流体に通過させて、合流させることで、吐出脈動を打ち消すような構成や、吐出ポート側に広い空間を設けて、マフラの効果をもたせて吐出脈動を小さくするような構成のように、従来から知られている構成だと、駆動ギヤ及び従動ギヤの回転速度等が変化して、吐出脈動の周波数が変化した場合に、いずれの場合も吐出脈動を小さくする効果を得られない状態を生じることがある。

しかし、本実施形態の場合、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転速度が変化したとしても、カム３２は従動ギヤ１９の回転と同期して回転するため、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転速度に追従して、吐出ポート２７の吐出流量を変化させて、吐出流量を略一定に保つことができる。従って、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転速度が変化して、吐出脈動の周波数が変化した場合でも、吐出脈動を小さくする効果を得られる。

（２）駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数と同数のカム面３２ａを有することは、、歯数と同数の周期で吐出脈動が発生する比較的バックラッシが大きいギヤを使用したギヤポンプの場合に吐出脈動の抑制を好適に行なうことができる。

（３）駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数が１２本でバックラッシが比較的大きい場合、回転角０度の位置のような条件で吐出流量が最大状態となるため、回転角０度の位置の状態で、ピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置になるように、ピストン４０の先端部４０ｂがカム３２の大径部３３と小径部３５との間の位置で当接し、かつ該ピストン４０が上死点から下死点に向かって移動することにより、吐出ポート２７から連通室３８へ最も多く作動流体が吸い込まれ、吐出脈動の最大値を小さくさせる効果を最も効果的に得ることができる。

（４）カム３２を従動軸２５に連結しているため、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転速度が変更されたとしても、その回転速度の変更に伴い、カム３２の回転速度も変更されるため、カム３２の駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転に対する同期回転がずれることはない。

（５）吐出流体を付勢手段として利用したので、ばね等の特別な付勢部材を設ける必要がなく、部品点数を低減させることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、図１１及び図１２に示すように、第１の実施形態におけるシリンダボア３７の連通室３８側の開口を封じるとともに、ピストン４０の吐出ポート２７側の頭部４０ｃに当接する弾性被膜であるダイヤフラム４２を設けている。また、ダイヤフラム４２は、ピストン４０の頭部４０ｃに当接した状態でフロントカバー１２の一部に装着されている。その他の点は第１の実施形態と同様である。図１１はピストン４０の先端部４０ｂがカム３２の小径部３５にて当接している状態であり、図１２はピストン４０の先端部４０ｂがカム３２の大径部３３の頂点３４と当接している状態である。

ピストン４０はダイヤフラム４２を介して、吸入ポート２６の圧力雰囲気と、吐出ポート２７の圧力雰囲気とが対抗することとなり、吸入ポート２６の圧力雰囲気より吐出ポート２７の圧力雰囲気の方がギヤポンプの運転中は高圧であるため、ピストン４０はダイヤフラム４２を介して連通室３８からカム収容室３６の方向へ押圧され、カム３２に対して付勢されている。また、ダイヤフラム４２の弾性によるバネ力によっても、ピストン４０はカム３２に対して付勢されている。

ピストン４０が往復運動を行なう場合、ダイヤフラム４２もピストン４０の往復運動に連動する。

本実施形態においては、第１実施形態における（１）〜（５）の効果の他に、ピストン４０の胴部４０ａとシリンダボア３７との間の隙間を介した連通室３８と、吸入ポート２６と連通するカム収容室３６との連通を、ダイヤフラム４２により確実に防止することができる。従って、連通室３８からカム収容室３６へ作動流体が漏れることによるギヤポンプの性能低下を防止できる。さらに、ダイヤフラム４２の弾性を付勢手段として利用することで、より安定したカム挙動が得られる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態におけるカム３２のカム面３２ａの大径部３３及び小径部３５の形状が異なる。本実施形態においては、図１３に示すようなカム４３の大径部４４及び小径部４６を配設しており、カム４３のカム曲線は、連通室３８の容積の変化が図１４（ｂ）の（３）に示すように、ほぼ回転角度の正弦関数の曲線としている。図１４（ｂ）の（３）は、横軸の歯車回転角度に対する縦軸の連通室３８の容積変化量を表したものである。

大径部４４及び小径部４６の数は第１の実施形態と同様に１２個である。また、ピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置になるように、カム４３における大径部４４と小径部４６との間でピストン４０の先端部４０ｂが当接し、かつピストン４０がカム４３の回転により上死点から下死点へ向かって移動する状態のときと、ギヤポンプ５０の吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最大になるときとが同期するように、カム４３は従動軸２５に対して連結されている。また、ピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置になるように、カム４３における大径部４４と小径部４６との間でピストン４０の先端部４０ｂが当接し、かつピストン４０がカム４３の回転により下死点から上死点へ向かって移動する状態のときと、ギヤポンプ５０の吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最小になるときとが同期するように、カム４３は従動軸２５に対して連結されている。

ピストン４０が上死点と下死点との間の中間位置になるように、カム４３における大径部４４と小径部４６との間で当接し、かつ該中間位置から下死点へ移動している状態のときと、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最大になるときとが同期しているため、ギヤポンプ５０の吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最大となった図１４（ａ）の（１）における０度のとき、ピストン４０により吐出ポート２７から連通室３８への作動流体の吸い込み量が図１４（ａ）の（２）における０度の位置のように最大となり、吐出ポート２７における吐出流量を図１４（ａ）の（４）における０度の位置のように減少させる。

また、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量が最小となる図１４（ａ）の（１）における１５度の位置のとき、ピストン４０は上死点と下死点との間の中間位置になるように、大径部４４と小径部４６との間で当接し、かつ該下死点から上死点へ移動している状態である。つまり、ピストン４０により連通室３８から吐出ポート２７へ作動流体が図１４（ａ）の（２）における１５度の位置の流量が押し出され、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出流量を図１４（ａ）の（４）における１５度の位置のように増加させる。従って、本実施形態においても吐出ポート入口２７ａで生じた吐出脈動の最大値と最小値との間の変動幅を吐出ポート出口２７ｂにおいて、吐出ポート入口２７ａにおける吐出流量の平均値Ｃに近づけることができるため、吐出脈動を小さくすることができる。

図１４（ａ）は横軸の歯車回転角度に対する縦軸の回転角度あたりの吐出流量を表したものである。吐出ポート入口２７ａでの吐出流量の変動を図１４（ａ）の（１）としたとき、ピストン４０の往復運動に伴う連通室３８の吐出流量変化は図１４（ａ）の（２）のように表される。

この連通室３８の吐出流量の変化が吐出ポート出口２７ｂの吐出流量の変動に影響を及ぼし、吐出ポート出口２７ｂでの吐出流量の変動は図１４（ａ）の（４）のようになり、平均値Ｃの一定値に近づく。吐出ポート出口２７ｂでの吐出流量の変化の最大状態と最小状態との差を減らすことができるため、吐出脈動を小さくすることができる。

本実施形態においては第１の実施形態の（１）〜（５）と同様の効果を生じ、第１の実施形態の効果に加えて、以下のような効果がある。

つまり、連通室３８の容積変化が回転角度θの正弦関数になるようにしているため、カム曲線が回転角度θの３次関数で形成される場合と比較して、滑らかなカムの挙動を得ることができる。

また、回転角度θの正弦関数で形成されるカム４３の場合、吐出ポート入口２７ａで発生する全ての吐出脈動をキャンセルして、平均値Ｃ一定に保つことはできないが、最も脈動幅の大きな部分を小さくすることができ、吐出脈動を抑制することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、バックラッシが第１の実施形態と比較して非常に小さく設定され、バックラッシ部分で作動流体の漏れを十分小さくできているとみなせるギヤポンプの場合に適しており、図１５のように、カム５３のカム面５３ａの大径部５４及び小径部５６の数が２倍となっている。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

バックラッシ部分で作動流体の漏れが非常に小さい場合には、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９が一回転する間に、吐出流量の変動が、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯の数１２に２を乗じた回数生じる。従って、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９が一回転する間に、２４回の吐出流量の変動が生じることとなる。すなわち、１５度を１周期として吐出流量が２４回変動する。

この場合カム５３の大径部５４及び小径部５６の数を２４個にすることによって、ピストン４０の往復運動の一周期をカム５３の１５度（π／１２）の回転角度を一周期とする周期性をもつこととなり、第１の実施形態と同様に吐出流量の変化の最大状態と最小状態との差を減らすことができる。このため、吐出脈動を小さくすることができる。

本実施形態においても第１実施形態の（１）〜（５）と同様の効果を生じる。

（第５の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態において、図１６のようにピストン４０をカム３２に対して押圧する付勢手段として付勢ばね５７を配設している。その他の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態によると第１実施形態の（１）〜（５）と同様の効果の他に、付勢ばね５７により確実にピストン４０をカム３２に対して押圧することができる。

（第６の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態において、図１７のようにカム３２を駆動軸２４に連結している。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においても第１の実施形態の（１）〜（３）、（５）と同様の効果を得ることができる。また、この場合でも第１の実施形態の（４）の効果と同様に、駆動軸２４に連結しているために、カム３２の駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の回転に対する同期回転がずれることはない。

なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下の態様でも実施できる。

○上記各実施形態においては、駆動ギヤ１８及び従動ギヤ１９の歯が１２本の場合としたが、本発明はこれに限定されず、歯の数が１２本より多くても、少なくても良い。バックラッシが十分に大きい場合、駆動ギヤ及び従動ギヤの歯の本数に合わせて、カムの大径部及び小径部の数を変更すればよい。逆にバックラッシが十分に小さい場合、駆動ギヤ及び従動ギヤの２倍の数の大径部及び小径部を有するカムに変更すればよい。

○上記各実施形態において、カム３２、４３、５３は従動軸２５に連結することにより回転させていた。これを変更して、従動軸や駆動軸に直接連結せずに、従動軸又は駆動軸とカムとの間に中間ギヤ等を介在させることによりカムを回転駆動させてもよい。また、モータ等の独立した駆動手段を用いて駆動ギヤ及び従動ギヤに対して同期回転させてもよい。この場合、カムの回転数を自由に設定できるので、どのような吐出脈動の周期にも対応させて、吐出ポート出口２７ｂにおける吐出脈動を小さくすることができる。

○上記各実施形態において、ピストン４０は１本のみ配置していた。これを変更して、２本以上のピストンを配置してもよい。その場合、ピストンの本数に反比例してピストン１本あたりの容積変化量を減少させることができるので、カム３２、４３、５３の小型化を図ることができる。

○カム３２、４３、５３を確動カムに変更してもよい。

第１の実施形態に係るギヤポンプの縦断面図。 ０度位置における図１のＡ−Ａ線断面図。 サイドプレートを示す側面図。 ８．７度位置における図１のＡ−Ａ線断面図。 １５度位置における図１のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）第１の実施形態におけるギヤの回転角度に対する吐出流量を示すグラフ。

（ｂ）第１の実施形態におけるギヤの回転角度に対する連通室容積を示すグラフ。
−８．７度位置における図１のＢ−Ｂ線断面図。 ０度位置における図１のＢ−Ｂ線断面図。 ８．７度位置における図１のＢ−Ｂ線断面図。 １５度位置における図１のＢ−Ｂ線断面図。 第２の実施形態に係る要部断面図（８．７度位置）。 第２の実施形態に係る要部断面図（−８．７度位置）。 第３の実施形態に係る要部断面図。 （ａ）第３の実施形態におけるギヤの回転角度に対する吐出流量を示すグラフ。

（ｂ）第３の実施形態におけるギヤの回転角度に対する連通室容積を示すグラフ。
第４の実施形態に係る要部断面図。 第５の実施形態に係る要部断面図。 第６の実施形態に係るギヤポンプの縦断面図。

符号の説明

１１・・・ハウジング、
１２・・・フロントカバー、
１３・・・ボディ、
１４・・・リヤカバー、
１５・・・サイドプレート、
１７・・・ギヤ室、
１８・・・駆動ギヤ（ａ、ｂ、ｃ・・・歯）、
１９・・・従動ギヤ（ａ、ｂ、ｃ・・・歯）、
２４・・・駆動軸、
２５・・・従動軸、
２６・・・吸入ポート、
２７・・・吐出ポート（ａ・・・吐出口）、
２８、２９・・・逃げ溝、
３０・・・連通溝、
３２、４３、５３・・・カム（ａ・・・カム面）、
３３、４４、５４・・・大径部、
３４、４５、５５・・・頂点、
３５、４６、５６・・・小径部、
３６・・・カム収容室、
３７・・・シリンダボア、
３８・・・吐出ポートの一部を形成する連通室、
３９・・・吐出ポートの一部を形成する連通路、
４０・・・ピストン、
４２・・・弾性被膜としてのダイヤフラム、
５７・・・付勢部材としての付勢ばね。

Claims (11)

1. ハウジング内に、駆動ギヤを固定した駆動軸と前記駆動ギヤに噛合する従動ギヤを固定した従動軸を収容したギヤ室及び前記ギヤ室に接続した吐出ポートと吸入ポートを配設し、吸入ポートから吸入された作動流体は、該駆動ギヤ及び該従動ギヤの回転により吐出ポートへ移送されるギヤポンプにおいて、
   前記ギヤポンプは、カム収容室を有し、
   前記カム収容室には、前記駆動軸又は前記従動軸の少なくとも一方と一定の速度比で回転するカムが配置され、前記ハウジング内に前記吐出ポートに連通し、吐出ポートの一部を構成するシリンダボアが形成され、
   前記シリンダボア内には、前記カムの回転運動により往復運動に変換されて、前記吐出ポートの容積を最小とする上死点と、前記吐出ポートの容積を最大とする下死点との間を往復運動するピストンを有し、
   前記吐出ポートの入口における吐出流量が最大の時に、前記ピストンが前記シリンダボア内を下死点に向かって移動中となり、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最小の時に、前記ピストンが上死点に向かって移動中となるように、前記カムのカム面は形成されていることを特徴とするギヤポンプ。
2. 前記ピストンは、前記吐出ポートの入口における吐出流量が最大の時に、前記ピストンが前記シリンダボア内の上死点と下死点との間の中間位置を下死点に向かって通過し、
   前記吐出ポートの入口における吐出流量が最小の時に、前記ピストンが前記中間位置を上死点に向かって通過するように、前記カムのカム面は形成されていることを特徴とする請求項１に記載のギヤポンプ。
3. 前記カムのカム曲線は、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの回転角度の３次関数で表されることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
4. 前記カムのカム曲線は、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの回転角度の正弦関数で表されることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
5. 前記カムは、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯数と同数のカム面を有す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ヤポンプ。
6. 前記カムは、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯数の２倍の数のカム面を有す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ヤポンプ。
7. 前記カムは前記駆動軸に対して連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
8. 前記カムは前記従動軸に対して連結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
9. 前記ピストンを前記カムに対して付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
10. 前記付勢手段は、前記吐出ポートの流体圧力であることを特徴とする請求項９に記載のギヤポンプ。
    
11. 前記シリンダボアの開口を封じると共に前記ピストンの吐出ポート側の端部に当接する弾性被膜を設けたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のギヤポンプ。
    

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