JP2016191360A - ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】 ギヤポンプ１は、内部にポンプ室２が形成されたハウジング３と、上記ポンプ室２内に設けられるとともに内周に内歯４ａが形成されたリング状のアウターギヤ４と、上記アウターギヤ４の内側に設けられるとともに上記アウターギヤ４の内歯４ａに噛合する外歯６ａが形成されたインナーギヤ６とを備えている。
上記アウターギヤ４とインナーギヤ６のうち少なくともいずれか一方を、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂Ｓを軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮した樹脂部分２１によって構成した。
【効果】 作動中の寸法変動が少ない樹脂製のアウターギヤもしくはインナーギヤを有するギヤポンプを提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明はギヤポンプに関し、詳しくは内周に内歯が形成されたアウターギヤと、上記アウターギヤの内歯に噛合する外歯が形成されたインナーギヤとを備えたギヤポンプに関する。

従来、内部にポンプ室が形成されたハウジングと、上記ポンプ室内に設けられるとともに内周に内歯が形成されたリング状のアウターギヤと、上記アウターギヤの内側に設けられるとともに上記アウターギヤの内歯に噛合する外歯が形成されたインナーギヤとを備えたギヤポンプが知られている。
このようなギヤポンプでは上記内歯と外歯との接触によるいわゆる歯打ち音の解消や、軽量化を図るために、上記インナーギヤを樹脂製としたギヤポンプが知られている（特許文献１）。
上記特許文献１にかかる樹脂製のインナーギヤには、いわゆるエンジニアリングプラスチックが使用され、より具体的にはポリカーボネートやポリアミド等が使用されている。

特開２００５−１８８３９９号公報

ここで、ギヤポンプにおけるアウターギヤやインナーギヤは、上記内歯と外歯とが噛合することにより送液を行い、またその軸方向端面が上記ハウジングに形成されたポンプ室に摺接することから、これらには高い寸法精度が要求されている。
しかしながら、上記特許文献１に記載された樹脂の場合、ギヤポンプの作動中における寸法が線膨張等によって変動してしまい、例えばポンプ室との摺動抵抗が高くなるなどの問題が生じていた。
このような問題に鑑み、本発明は作動中の寸法変動が少ない樹脂製のアウターギヤもしくはインナーギヤを有するギヤポンプを提供するものである。

すなわち請求項１の発明によれば、内部にポンプ室が形成されたハウジングと、上記ポンプ室内に設けられるとともに内周に内歯が形成されたリング状のアウターギヤと、上記アウターギヤの内側に設けられるとともに上記アウターギヤの内歯に噛合する外歯が形成されたインナーギヤとを備えたギヤポンプにおいて、
上記アウターギヤとインナーギヤのうち少なくともいずれか一方を、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮した樹脂部分によって構成したことを特徴としている。

上記発明によれば、上記樹脂部分は熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮したものであることから、樹脂部分における線膨張係数を低くすることができ、ギヤポンプの作動中における寸法変化を小さくすることが可能となっている。
また抄造したシート状樹脂を用いることで、上記歯打ち音が解消されるとともに摺動性向上が図られることから、鉄製のギヤ同士による選択嵌合が不要となり、クリアランス管理が容易となる。

本実施例にかかるギヤポンプの内部平面図 ギヤポンプの断面図 インナーギヤの製造方法を説明する図 他の実施例にかかるインナーギヤの平面図

以下図示実施例について説明すると、図１、図２は液体の送液を行うギヤポンプ１の内部平面図および断面図を示し、当該ギヤポンプ１は内部にポンプ室２が形成されたハウジング３と、上記ポンプ室２内に設けられるとともに内周に内歯４ａが形成されたリング状のアウターギヤ４と、駆動軸５によって回転可能に設けられるとともに上記アウターギヤ４の内歯４ａに噛合する外歯６ａが形成されたインナーギヤ６とを備えている。
上記ハウジング３は内部に上記ポンプ室２を構成する円形の底面２ａおよび当該底面２ａの外縁に沿って形成された円筒状の側面２ｂの形成された鉄製（ＳＵＳ）の本体部３ａと、上記側面２ｂによって形成された開口部を閉鎖して、上記ポンプ室２を構成する円形の天面２ｃの形成された鉄製（ＳＵＳ）のカバー３ｂとから構成されている。
上記本体部３ａの底面２ａおよびカバー３ｂの天面２ｃには、上記ポンプ室２に連通する吸入ポート２ｄおよび吐出ポート２ｅが形成され、これら吸入ポート２ｄおよび吐出ポート２ｅにはそれぞれ図示しない配管等が接続されている。

上記アウターギヤ４はリング状を有しており、その内周には複数の内歯４ａが等間隔に形成されている。またアウターギヤ４の外径は上記ポンプ室２の側面２ｂと略同径に形成され、回転中心は上記ポンプ室２の中心と一致している。
上記インナーギヤ６は、外周に上記アウターギヤ４の内歯４ａと噛合する外歯６ａが等間隔に形成されており、具体的に外歯６ａは上記アウターギヤ４の内歯４ａに対して一つ少ない個数形成されている。
またインナーギヤ６の回転中心は上記アウターギヤ４の回転中心に対して偏心しており、中心に穿設された貫通孔６ｂには図示しない駆動手段によって回転する上記駆動軸５が連結されている。
上記駆動軸５は液密を保った状態で上記ハウジング３の本体部３ａを貫通し、また上記インナーギヤ６の貫通孔６ｂには複数の突起６ｃが、駆動軸５の外周には上記突起６ｃと嵌合する溝５ａがそれぞれ形成され、駆動軸５の回転がインナーギヤ６に伝達されるようになっている。

このようなアウターギヤ４およびインナーギヤ６を備えたギヤポンプ１では、ポンプ室２における図１の図示下方の位置において外歯６ａと内歯４ａとがほぼ隙間なく噛合し、上記インナーギヤ６が上記駆動軸５によって回転することで、アウターギヤ４がこれに連動して回転するようになっている。
一方、ポンプ室２の図示上方の位置では、アウターギヤ４の内歯４ａとインナーギヤ６の外歯６ａとの間に隙間が形成され、この隙間はアウターギヤ４とインナーギヤ６の回転に伴って拡大縮小しながら、上記吸入ポート２ｄおよび吐出ポート２ｅを通過するようになっている。
そして上記隙間が吸入ポート２ｄを通過する際、当該隙間は拡大することで吸入ポート２ｄから液体を吸引し、さらに上記隙間が吐出ポート２ｅを通過する際、上記隙間は縮小することで吐出ポート２ｅへと液体を吐出するようになっている。
また図２に示すように上記アウターギヤ４およびインナーギヤ６の軸方向端面は、それぞれ上記ポンプ室２の底面２ａおよび天面２ｃに摺接しており、これにより送液のロスが防止されるようになっている。
なお、このような構成を有するギヤポンプ１は従来公知なのでこれ以上の詳細な説明については省略する。

そして本実施例にかかるギヤポンプ１は、上記アウターギヤ４およびインナーギヤ６を、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮した樹脂部分によって構成したものとなっている。
具体的に図３を用いて上記インナーギヤ６の製造方法を説明すると、図３（ａ）は、シート状樹脂Ｓを抄造により製造するとともに、該シート状樹脂Ｓを歯車形状に切断する工程を示している。
最初に、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂粉末と強化繊維としてのアラミド繊維とアラミドパルプとをそれぞれ水に分散させ、これを抄造することで長方形のシート状樹脂Ｓを製造し、これを加圧プレス機に投入して脱水を行う。
上記強化繊維としては、その長さが３〜１２ｍｍ程度の長繊維を用いることが望ましく、抄造工程を用いることで当該長繊維が折れて短くならないまま樹脂部分として成形することが可能となっている。
次に、上記長方形のシート状樹脂Ｓを抜きプレス機に投入することで、外周に外歯を備えた複数の歯車型のシート状樹脂Ｓａを得る。このとき各シート状樹脂Ｓａには上記駆動軸５との連結部分となる貫通孔Ｓｂおよび突起（図示せず）を穿設しておく。
なお、このとき発生する残材については、リサイクルにより再度上記シート状樹脂Ｓを抄造する際に用いることが可能である。
その後、得られた上記歯車形状のシート状樹脂Ｓａからは、乾燥等の手段により水分を除去する。

次に、図３（ｂ）は上記歯車形状のシート状樹脂Ｓａを複数枚積層させて素形体１１を成形する工程を示している。
このとき各シート状樹脂Ｓａにおける外歯の位置を一致させた状態で積層させたら、これを内周および外周の形状を拘束する図示しない金型へ投入し、フェノール樹脂が軟化する温度で加熱しながら軸方向、すなわち積層方向に圧縮する。
すると、上記シート状樹脂Ｓに含まれるアラミド繊維が圧縮により水平方向を向くとともに、フェノール粉末が一部軟化して隣接するシート状樹脂Ｓ同士が接着し、その結果、外周に外歯が形成されるとともに貫通孔の形成された歯車状の素形体１１が得られる。
この素形体１１の軸方向の厚みは完成品である上記インナーギヤ６の軸方向の厚みより厚く形成されているが、直径方向の寸法は成形後のインナーギヤ６とほとんど変わらず、特に上記貫通孔の径は上記駆動軸５の外周面と略同径となっている。

そして、図３（ｃ）は上記素形体１１を加熱加圧することにより、上記樹脂部分によって構成されたインナーギヤ６とする工程を示している。
上記素形体１１は、図示しないが上記インナーギヤ６の形状に合わせて形成された凹状の下型と、当該下型を加熱する加熱手段と、上記下型との間で上記素形体１１を押圧成形する上型とを備えたプレス装置によって加熱加圧されるようになっている。
まず上記下型の凹部に素形体１１を設置したら、上記下型を加熱手段によって加熱し、素形体１１に含まれるフェノール粉末を軟化させる。この状態で上記上型を下降させて素形体１１を加圧することにより、インナーギヤ６が得られるようになっている。
その後、上記工程によって得られたインナーギヤ６を再度加熱してアニールを行うとともにバリ取りなどの仕上げを行う。
なお、上記アウターギヤ４の製造方法も上記インナーギヤ６の製造方法と略同一であるので、詳細な説明については省略する。なお同じシート状樹脂Ｓからアウターギヤ４とインナーギヤ６を得るようにしてもよい。

上記抄造工程を用いて製造した樹脂部分を有するアウターギヤ４およびインナーギヤ６によれば、ギヤポンプ１を作動させた際にはアウターギヤ４の内歯４ａとインナーギヤ６の外歯６ａとが樹脂部分同士で接触するため、金属接触による歯打ち音が発生することはなく、静音化を図ることができる。
また上記製造方法によって製造したインナーギヤ６の樹脂部分は、上記抄造によって得たシート状樹脂Ｓを加熱加圧したものとなっているため、鉄と同程度の低い線膨張係数を得ることができる。
これにより、ポンプ室２の底面２ａおよび天面２ｃに接触するアウターギヤ４およびインナーギヤ６の軸方向両端面の寸法の変動を抑えることができ、樹脂部分の膨張によるこれらの間での摺動抵抗が大きくなるという問題が発生しない。
さらに、抄造によって得たシート状樹脂Ｓを加熱加圧して樹脂部分を構成することで、アウターギヤ４の内歯４ａとインナーギヤ６の外歯６ａとの間での摺動性が高くなり、上記歯打ち音が防止されるとともに、効率的な送液が可能となることから、クリアランス管理を容易にすることができる。
これに対し、従来の金属製のアウターギヤおよびインナーギヤを有するギヤポンプでは、流量管理をするためにいわゆる選択嵌合方式を用いて内歯と外歯との公差管理を行わなければならず、クリアランス管理が煩雑であった。

なお上記実施例に加えて、上記アウターギヤ４およびインナーギヤ６を構成する樹脂部分に上記ポンプ室２の底面２ａおよび天面２ｃとの摺動を良好にするためにモリブデン等の摺動剤を添加してもよい。
この構成において、特にアウターギヤ４およびインナーギヤ６の軸方向両端面、すなわち上記底面２ａおよび天面２ｃと接触する部分にだけ、上記樹脂部分に摺動剤を添加することができる。
すなわち上記図３に示す製造方法において、（ａ）の工程では摺動剤を添加したシート状樹脂Ｓと、摺動剤を含まないシート状樹脂Ｓとを作成する。
そして（ｂ）にかかる素形体１１を作成する工程では、添加材の添加されたシート状樹脂Ｓａを、複数枚積層したシート状樹脂Ｓａの最上段および最下段に配置する。
これにより、上記素形体１１を加熱加圧して得られたアウターギヤ４およびインナーギヤ６の軸方向両端面には、上記摺動剤の添加された樹脂部分が露出し、底面２ａおよび天面２ｃと接触することとなる。
一方、樹脂部分における底面２ａおよび天面２ｃに接触しない部分は、上記摺動剤の添加されていない樹脂部分となるため、アウターギヤ４およびインナーギヤ６の製造に用いる摺動剤の使用量を低減することが可能となる。

また上記実施例ではインナーギヤ６を樹脂部分のみによって構成しているが、これを図４に示すような、外周に上記外歯６ａの形成されたリング状の樹脂部分２１と、該樹脂部分２１に穿設した貫通孔に嵌合する金属製の金属ブッシュ２２とから構成することも可能である。
上記金属ブッシュ２２は、焼結合金や炭素系鋼からなり、金属ブッシュ２２の外周面には突起２２ａが等間隔に形成され、上記樹脂部分２１が各突起２２ａを囲繞することで、上記樹脂部分２１と金属ブッシュ２２とが相互に回転しないように結合されている。
また上記金属ブッシュ２２の軸方向端面は、上記樹脂部分２１の軸方向端面よりも軸方向内側に退避し、これにより金属ブッシュ２２はポンプ室２を構成する底面２ａおよび天面２ｃには接触せず、精度管理を容易にすることができる。
そして上記樹脂部分２１と金属ブッシュ２２とを結合するには、図３（ｃ）に示す上記素形体１１を加熱加圧する工程において、上記上型により素形体１１を押圧すると同時に、当該素形体１１に設けた貫通孔に金属ブッシュ２２を圧入すればよい。
これにより、上記金属ブッシュ２２の突起６ｃが軟化した樹脂を変形させながら樹脂部分２１の内部に入り込み、その後樹脂が硬化することで突起６ｃが樹脂部分２１に囲繞されるようになっている。

また他の実施例として、上記ギヤポンプ１を構成するアウターギヤ４とインナーギヤ６のうち、いずれか一方を金属製としてもよい。
この場合であっても、金属同士の接触による歯打ち音が発生しない為静音化を図ることができ、また噛合する内歯４ａもしくは外歯６ａが樹脂部分となるため、公差管理を容易にすることが可能となっている。

１ ギヤポンプ ２ ポンプ室
３ ハウジング ４ アウターギヤ
４ａ 内歯 ６ インナーギヤ
６ａ 外歯 Ｓ シート状樹脂

Claims (3)

1. 内部にポンプ室が形成されたハウジングと、上記ポンプ室内に設けられるとともに内周に内歯が形成されたリング状のアウターギヤと、上記アウターギヤの内側に設けられるとともに上記アウターギヤの内歯に噛合する外歯が形成されたインナーギヤとを備えたギヤポンプにおいて、
   上記アウターギヤとインナーギヤのうち少なくともいずれか一方を、熱硬化性樹脂と強化繊維とを液中に分散させて抄造したシート状樹脂を軸方向に複数枚積層させて加熱圧縮した樹脂部分によって構成したことを特徴とするギヤポンプ。
2. 上記アウターギヤは、外周に上記外歯の形成されたリング状の樹脂部分と、当該樹脂部分に穿設された貫通孔に嵌合する金属製の金属ブッシュとから構成されることを特徴とする請求項１に記載のギヤポンプ。
3. 上記樹脂部分を構成する積層された複数枚のシート状樹脂のうち、上記ポンプ室の底面および天面に接触する最上段および最下段のシート状樹脂に、摺動剤を添加したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のギヤポンプ。

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