JP2019196724A - Gear pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハウジング内で互いに噛合する歯車を回転させて流体の吐出を行う外接型のギヤポンプに関する。 The present invention relates to a circumscribed gear pump that discharges fluid by rotating gears that mesh with each other in a housing.
従来から、自動車等に搭載される油圧システムの油圧源としてギヤポンプが使用されている。このギヤポンプは外接歯車ポンプであり、駆動歯車と、当該駆動歯車と噛合する従動歯車と、これら2つの歯車を収容する収容空間が設けられたハウジングと、を備える。収容空間は、駆動歯車の駆動軸を回転可能に収容する駆動軸挿通孔と、従動歯車の従動軸を回転可能に収容する従動軸挿通孔と、駆動歯車及び従動歯車を収容するポンプ室と、を有する。ハウジングには、ポンプ室に連通する吸入ポート及び吐出ポートが設けられている。駆動軸の回転により駆動歯車と従動歯車とが噛合して回転すると、流体が吸入ポートに吸入されて吐出ポートから吐出される。 Conventionally, a gear pump has been used as a hydraulic source of a hydraulic system mounted on an automobile or the like. This gear pump is an external gear pump, and includes a drive gear, a driven gear meshing with the drive gear, and a housing provided with a housing space for housing these two gears. The accommodation space includes a drive shaft insertion hole that rotatably accommodates the drive shaft of the drive gear, a driven shaft insertion hole that rotatably accommodates the driven shaft of the driven gear, a pump chamber that accommodates the drive gear and the driven gear, Have The housing is provided with a suction port and a discharge port communicating with the pump chamber. When the drive gear and the driven gear are engaged and rotated by the rotation of the drive shaft, the fluid is sucked into the suction port and discharged from the discharge port.
ギヤポンプの運転時には、吸入ポート側と吐出ポート側の差圧により駆動歯車及び従動歯車が吸入ポート側に押圧され、これら歯車の歯先が押圧方向においてポンプ室の内周面に接触する(以下、接触している部分の内周面を「接触部」と称する。)。駆動歯車及び従動歯車が回転するとこれらの歯先がポンプ室の内周面を接触部において摺動し、これにより、流体が効率的に移送される。 During operation of the gear pump, the drive gear and the driven gear are pressed to the suction port side by the differential pressure between the suction port side and the discharge port side, and the tooth tips of these gears contact the inner peripheral surface of the pump chamber in the pressing direction (hereinafter referred to as the following). The inner peripheral surface of the contacted portion is referred to as a “contact portion”). When the drive gear and the driven gear are rotated, these tooth tips slide on the inner peripheral surface of the pump chamber at the contact portion, whereby the fluid is efficiently transferred.
ここで、ギヤポンプ運転時にこれらの歯車の歯先とポンプ室の内周面との間に隙間が生じると、そこから流体が漏洩するためシール性が低下する。このため、これらの歯車及びポンプ室等の寸法及び形状を精密に機械加工して隙間が極力生じないようにする必要があるが、機械加工だけで隙間の精度を管理するには限界がある。 Here, when a gap is generated between the tooth tips of these gears and the inner peripheral surface of the pump chamber during the gear pump operation, the fluid leaks from the gap, so that the sealing performance is deteriorated. For this reason, it is necessary to precisely machine the dimensions and shapes of these gears, pump chambers, and the like so that gaps do not occur as much as possible. However, there is a limit to managing the gap accuracy only by machining.
そこで、従来から、ギヤポンプを組み付ける際にいわゆる慣らし運転を行うことにより駆動及び従動歯車の歯先とポンプ室の内周面との隙間の精度を管理することが行われている。ここで、慣らし運転とは、ギヤポンプを通常の吐出圧力よりも高い吐出圧力で一定時間運転し駆動及び従動歯車を押圧方向に押圧してその歯先でポンプ室の内周面を接触部において切削することを目的とした運転である(特許文献1参照)。慣らし運転を行うことにより、ギヤポンプ運転時における駆動及び従動歯車の歯先とポンプ室の内周面との隙間を低減できシール性を向上することができる。 Therefore, conventionally, when assembling the gear pump, a so-called running-in operation is performed to manage the accuracy of the clearance between the tooth tips of the driving and driven gears and the inner peripheral surface of the pump chamber. Here, the running-in operation means that the gear pump is operated at a discharge pressure higher than the normal discharge pressure for a certain period of time, the driving and driven gears are pressed in the pressing direction, and the inner peripheral surface of the pump chamber is cut at the contact portion by the tooth tip. It is the driving | operation aiming at doing (refer patent document 1). By performing the running-in operation, it is possible to reduce the gap between the tooth tips of the driving and driven gears and the inner peripheral surface of the pump chamber during the gear pump operation and improve the sealing performance.
ところで、慣らし運転を開始する前は、駆動軸は駆動軸挿通孔と同心に配置されており、両者の間には隙間が生じている。この隙間は、駆動歯車の歯先とポンプ室の内周面との間に生じている押圧方向側の隙間よりも大きくされており、これにより慣らし運転中に駆動歯車の歯先がポンプ室の内周面を切削できるようになっている。このため、慣らし運転の開始直後であり切削が開始される前の時点では、駆動歯車は、その歯先がポンプ室の内周面(接触部)に接触するまで押圧方向に移動し、それと同時に、駆動軸も駆動歯車の移動距離と同じ距離だけ押圧方向に移動している。このとき、駆動軸と駆動軸挿通孔との間には、慣らし運転開始前の隙間よりも小さい隙間が残存している。以下では、当該隙間を「初期隙間」と規定する。 By the way, before the running-in operation is started, the drive shaft is arranged concentrically with the drive shaft insertion hole, and a gap is generated between them. This gap is made larger than the gap on the pressing direction side between the tooth tip of the drive gear and the inner peripheral surface of the pump chamber. The inner peripheral surface can be cut. For this reason, immediately after the start of the break-in operation and before the start of cutting, the drive gear moves in the pressing direction until the tooth tip contacts the inner peripheral surface (contact portion) of the pump chamber, and at the same time The drive shaft is also moved in the pressing direction by the same distance as the movement distance of the drive gear. At this time, a gap smaller than the gap before the start of the break-in operation remains between the drive shaft and the drive shaft insertion hole. Hereinafter, the gap is defined as an “initial gap”.
慣らし運転において吐出圧力が上昇している最中は、駆動歯車には駆動歯車を押圧方向に押圧する力が常に作用している。このため、駆動歯車の歯先がポンプ室の内周面を接触部において切削すると、駆動歯車は切削量(即ち、ポンプ室の内周面が押圧方向において切削される長さ)の分だけ押圧方向に更に移動し、それと同時に、駆動軸も切削量の分だけ押圧方向に更に移動して駆動軸挿通孔(の内周面)に接近する。切削量が増加していき切削量が初期隙間に等しい長さに到達すると駆動軸が駆動軸挿通孔に接触するため、それ以降は慣らし運転を継続してもポンプ室の内周面はそれ以上切削されなくなる。即ち、切削量の最大値は初期隙間の長さに等しい。 While the discharge pressure is increasing during the running-in operation, a force that presses the drive gear in the pressing direction always acts on the drive gear. For this reason, when the tooth tip of the drive gear cuts the inner peripheral surface of the pump chamber at the contact portion, the drive gear is pressed by the amount of cutting (that is, the length by which the inner peripheral surface of the pump chamber is cut in the pressing direction). At the same time, the drive shaft further moves in the pressing direction by the amount of cutting, and approaches the drive shaft insertion hole (the inner peripheral surface thereof). When the cutting amount increases and the cutting amount reaches a length equal to the initial gap, the drive shaft comes into contact with the drive shaft insertion hole. It will not be cut. That is, the maximum value of the cutting amount is equal to the length of the initial gap.
ここで、慣らし運転は、所定の吐出圧パターンを所定の回数繰り返すことにより行われるが、初期隙間が比較的に大きい場合は、駆動軸が駆動軸挿通孔に接触する前に駆動歯車による切削が終了してしまうことがある。この場合、その後、慣らし運転を継続しても切削量はそれ以上増加しない。即ち、切削量が初期隙間の長さに到達する前に慣らし運転が終了してしまうことがある。 Here, the break-in operation is performed by repeating a predetermined discharge pressure pattern a predetermined number of times. If the initial gap is relatively large, cutting by the drive gear is performed before the drive shaft contacts the drive shaft insertion hole. It may end. In this case, the cutting amount does not increase any more even if the running-in operation is continued thereafter. That is, the break-in operation may end before the cutting amount reaches the length of the initial gap.
近年、ギヤポンプの機械効率を向上させて吐出圧力を更に増加させる技術の開発が望まれている。本願発明者らが検討したところ、慣らし運転による切削量が初期隙間の長さ未満の場合、切削量が初期隙間の長さに等しい場合と比較してギヤポンプ運転時における損失トルクが大きく、これにより機械効率が低下することが判明した。即ち、切削量が初期隙間の長さに等しい場合、ギヤポンプ運転時には駆動軸と駆動軸挿通孔(の内周面)とが密着しているため、摩擦による損失トルクは、「駆動軸と駆動軸挿通孔との接触箇所に作用する力」に「駆動歯車の中心から駆動軸挿通孔までの押圧方向の長さ」を乗算した値となる。一方、切削量が初期隙間の長さ未満の場合、ギヤポンプ運転時には駆動軸と駆動軸挿通孔との間には隙間が生じており、駆動歯車の歯先とポンプ室の内周面とが密着しているため、摩擦による損失トルクは、「駆動歯車の歯先とポンプ室の内周面との接触部に作用する力」に「駆動歯車の半径」を乗算した値となる。「駆動歯車の半径」は「駆動歯車の中心から駆動軸挿通孔までの押圧方向の長さ」より長いため、作用する力が等しければ、損失トルクは、切削量が初期隙間の長さ未満の場合のほうが大きくなる。従って、慣らし運転は、切削量が初期隙間の長さと一致するまで(即ち、慣らし運転終了時において駆動軸と駆動軸挿通孔との押圧方向の隙間がゼロになるまで)行われることが望ましい。 In recent years, it has been desired to develop a technique for improving the mechanical efficiency of the gear pump and further increasing the discharge pressure. As a result of investigation by the inventors of the present application, when the amount of cutting by the break-in operation is less than the length of the initial gap, the loss torque during the gear pump operation is larger than when the amount of cutting is equal to the length of the initial gap. It has been found that the mechanical efficiency decreases. That is, when the cutting amount is equal to the length of the initial gap, the drive shaft and the drive shaft insertion hole (the inner peripheral surface thereof) are in close contact during gear pump operation. It is a value obtained by multiplying “the force acting on the contact point with the insertion hole” by “the length in the pressing direction from the center of the drive gear to the drive shaft insertion hole”. On the other hand, when the cutting amount is less than the length of the initial gap, a gap is generated between the drive shaft and the drive shaft insertion hole during gear pump operation, and the tooth tip of the drive gear closely contacts the inner peripheral surface of the pump chamber. Therefore, the loss torque due to the friction is a value obtained by multiplying “the force acting on the contact portion between the tooth tip of the drive gear and the inner peripheral surface of the pump chamber” by “the radius of the drive gear”. Since the “drive gear radius” is longer than the “length in the pressing direction from the center of the drive gear to the drive shaft insertion hole”, if the applied force is equal, the loss torque is less than the length of the initial gap. The case is bigger. Therefore, it is desirable that the running-in operation is performed until the cutting amount matches the length of the initial gap (that is, until the gap in the pressing direction between the drive shaft and the drive shaft insertion hole becomes zero at the end of the running-in operation).
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、駆動歯車による切削量が初期隙間の長さと一致するまで慣らし運転を行うことにより、ギヤポンプ運転時における損失トルクを低減することが可能なギヤポンプを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one of its purposes is to perform a running-in operation until the amount of cutting by the drive gear matches the length of the initial gap, thereby operating the gear pump. An object of the present invention is to provide a gear pump capable of reducing loss torque.
本発明のギヤポンプ(10)は、
第1軸(24)が固定又は一体化された第1歯車(22)と、
前記第1軸(24)と平行に配置された第2軸(28)が固定又は一体化され、前記第1歯車(22)と噛合する第2歯車(26)と、
前記第1軸(24)を回転可能に収容する第1挿通孔(16b)と、前記第2軸(28)を回転可能に収容する第2挿通孔(16c)と、当該第1及び第2挿通孔(16b、16c)に連通しており前記第1歯車(22)及び前記第2歯車(26)を収容するポンプ室(16a)と、を有する収容空間(16)、並びに、前記ポンプ室(16a)に連通する吸入ポート(30)及び吐出ポート(32)、が設けられたハウジング(12)と、を備える。
このギヤポンプ(10)では、前記第1軸(24)の回転により前記第1歯車(22)と前記第2歯車(26)とが噛合して回転することにより流体が前記吸入ポート(30)に吸入されて前記吐出ポート(32)から吐出される。加えて、当該ギヤポンプ(10)の運転時に前記吸入ポート(30)側と前記吐出ポート(32)側の差圧により前記第1歯車(22)が前記吸入ポート(30)側に押圧される方向を第1押圧方向(P1)と規定した場合に前記ギヤポンプ(10)を所定の吐出圧パターンで運転し前記第1歯車(22)を当該第1押圧方向(P1)に押圧してその歯先で前記ポンプ室(16a)の内周面(18)との接触部(18a)を切削する慣らし運転が行われる。
前記慣らし運転を開始した直後であって前記ポンプ室(16a)の内周面(18)が切削される前に前記第1歯車(22)が前記第1押圧方向(P1)に押圧されてその歯先が前記ポンプ室(16a)の前記接触部(18a)に接触しているときに前記第1軸(24)と前記第1挿通孔(16b)との間に生じる前記第1押圧方向(P1)側の隙間を第1初期隙間(gi)と規定すると、
前記慣らし運転が進行して前記第1歯車(22)が前記接触部(18a)と接触する歯数が最大になったときに前記第1歯車(22)の歯先に生じる最終応力は前記第1初期隙間(gi)の長さと相関しており、
前記第1初期隙間(gi)の長さは、前記最終応力が前記接触部(18a)における前記ハウジング(12)の硬度より大きくなるように設定されている。
The gear pump (10) of the present invention comprises:
A first gear (22) to which the first shaft (24) is fixed or integrated;
A second gear (26) in which a second shaft (28) arranged in parallel with the first shaft (24) is fixed or integrated, and meshes with the first gear (22);
A first insertion hole (16b) that rotatably accommodates the first shaft (24), a second insertion hole (16c) that rotatably accommodates the second shaft (28), the first and second An accommodation space (16) having a pump chamber (16a) communicating with the insertion holes (16b, 16c) and accommodating the first gear (22) and the second gear (26); and the pump chamber A housing (12) provided with a suction port (30) and a discharge port (32) communicating with (16a).
In the gear pump (10), the first gear (22) and the second gear (26) are engaged with each other and rotated by the rotation of the first shaft (24), so that fluid flows into the suction port (30). Inhaled and discharged from the discharge port (32). In addition, the direction in which the first gear (22) is pressed toward the suction port (30) by the differential pressure between the suction port (30) and the discharge port (32) when the gear pump (10) is operated. Is defined as the first pressing direction (P1), the gear pump (10) is operated with a predetermined discharge pressure pattern, and the first gear (22) is pressed in the first pressing direction (P1) to add the tooth tip. A break-in operation for cutting the contact portion (18a) with the inner peripheral surface (18) of the pump chamber (16a) is performed.
Immediately after the start-up operation is started and before the inner peripheral surface (18) of the pump chamber (16a) is cut, the first gear (22) is pressed in the first pressing direction (P1). The first pressing direction (between the first shaft (24) and the first insertion hole (16b) when the tooth tip is in contact with the contact portion (18a) of the pump chamber (16a) ( When the gap on the P1) side is defined as the first initial gap (gi),
When the running-in operation proceeds and the number of teeth with which the first gear (22) contacts the contact portion (18a) becomes maximum, the final stress generated at the tooth tip of the first gear (22) is the first stress. 1 correlates with the length of the initial gap (gi),
The length of the first initial gap (gi) is set so that the final stress is greater than the hardness of the housing (12) at the contact portion (18a).
第1初期隙間が比較的に大きい場合、慣らし運転が進行するにつれて第1歯車(の歯先)による切削量が増加していく。切削量が増加すると、それに伴い切削角度(即ち、ポンプ室内周面の周方向の長さ)が増加していく。切削角度が増加すると、ポンプ室の内周面と接触部において接触する第1歯車の歯数が増加していく。第1歯車には吸入ポート側と吐出ポート側との差圧による押圧力が作用しており、第1歯車がポンプ室の内周面と接触している歯先には当該押圧力に基づく応力が発生している。切削角度が増加してポンプ室の内周面と接触する歯数が増加していくと、当該応力が分散して1歯当たりの応力が減少していく。即ち、「慣らし運転が進行して第1歯車がポンプ室の内周面と接触部において接触する歯数が最大になったときに第1歯車の歯先に生じる最終応力」は、「第1初期隙間の長さ」と相関しており、この最終応力は、第1初期隙間の長さが長いほど小さくなる傾向にある。 When the first initial clearance is relatively large, the amount of cutting by the first gear (the tooth tip) increases as the running-in operation proceeds. As the amount of cutting increases, the cutting angle (that is, the circumferential length of the inner circumferential surface of the pump chamber) increases accordingly. As the cutting angle increases, the number of teeth of the first gear that contacts the inner peripheral surface of the pump chamber at the contact portion increases. A pressing force due to a differential pressure between the suction port side and the discharge port side acts on the first gear, and a stress based on the pressing force is applied to the tooth tip where the first gear is in contact with the inner peripheral surface of the pump chamber. Has occurred. As the cutting angle increases and the number of teeth in contact with the inner peripheral surface of the pump chamber increases, the stress disperses and the stress per tooth decreases. That is, “the final stress generated at the tooth tip of the first gear when the running-in operation proceeds and the number of teeth with which the first gear contacts the inner peripheral surface of the pump chamber at the contact portion becomes maximum” This final stress tends to be smaller as the length of the first initial gap is longer.
最終応力がポンプ室内周面の接触部(即ち、切削される部分)におけるハウジングの硬度を下回ると、それ以降は慣らし運転を継続してもポンプ室の内周面はそれ以上切削されなくなる。本発明のギヤポンプでは、上記相関関係に着目し、第1歯車の歯先に生じる最終応力がポンプ室の接触部におけるハウジングの硬度より大きくなるように第1初期隙間の長さを設定している。この構成によれば、慣らし運転が進行してポンプ室の接触部と接触する第1歯車の歯数が増加しても、1歯当たりの応力が接触部におけるハウジングの硬度以下になることがないため、第1歯車によるポンプ室内周面の切削は第1軸が第1挿通孔(の内周面)に接触するまで行われる。従って、本発明のギヤポンプによれば、第1歯車による切削量が第1初期隙間の長さと確実に一致するまで慣らし運転を行うことができ、ギヤポンプ運転時における損失トルクを大幅に低減することができる。 If the final stress falls below the hardness of the housing at the contact portion (i.e., the portion to be cut) of the pump chamber inner peripheral surface, the inner peripheral surface of the pump chamber will not be cut any further even if the running-in operation is continued thereafter. In the gear pump of the present invention, paying attention to the above correlation, the length of the first initial gap is set so that the final stress generated at the tooth tip of the first gear is greater than the hardness of the housing at the contact portion of the pump chamber. . According to this configuration, even if the running-in operation proceeds and the number of teeth of the first gear contacting the contact portion of the pump chamber increases, the stress per tooth does not become less than the hardness of the housing at the contact portion. Therefore, the cutting of the inner circumferential surface of the pump chamber by the first gear is performed until the first shaft comes into contact with the first insertion hole (the inner circumferential surface thereof). Therefore, according to the gear pump of the present invention, the running-in operation can be performed until the cutting amount by the first gear surely matches the length of the first initial gap, and the loss torque during the gear pump operation can be greatly reduced. it can.
加えて、第1初期隙間が比較的に大きい場合、切削量の増加に伴い切削角度が増加し、その結果、切削容積が増大して容積効率が低下する(吐出圧力が低下する)可能性がある。本発明の構成によれば、慣らし運転が終了するまで、第1歯車の歯先に生じる応力はポンプ室の接触部におけるハウジングの硬度より大きい関係が維持される。このため、切削角度はそれほど(具体的には、第1歯車の歯先に生じる最終応力がポンプ室の接触部におけるハウジングの硬度以下になってしまうほど)過大にはならない。このため、切削容積もそれほど過大にはならず、結果として容積効率が低下する可能性を低減することができる。 In addition, when the first initial gap is relatively large, the cutting angle increases as the amount of cutting increases, and as a result, the cutting volume increases and the volume efficiency may decrease (the discharge pressure decreases). is there. According to the configuration of the present invention, until the break-in operation is completed, the relationship between the stress generated in the tooth tip of the first gear and the hardness of the housing at the contact portion of the pump chamber is maintained. For this reason, the cutting angle is not so large (specifically, the final stress generated at the tooth tip of the first gear becomes less than the hardness of the housing at the contact portion of the pump chamber). For this reason, the cutting volume does not become so large, and as a result, the possibility that the volume efficiency is lowered can be reduced.
なお、第2歯車についても同様のことが言える。即ち、慣らし運転を開始した直後であってポンプ室の内周面が切削される前に第2歯車が所定の押圧方向(以下、「第2押圧方向」と称する。)に押圧されてその歯先がポンプ室の接触部に接触しているときに第2軸と第2挿通孔との間に生じる第2押圧方向側の隙間を第2初期隙間と規定すると、第2歯車の歯先に生じる最終応力は第2初期隙間の長さと相関しており、第2初期隙間の長さは、この最終応力がポンプ室の接触部におけるハウジングの硬度より大きくなるように設定されていてもよい。この構成によれば、第2歯車によるポンプ室内周面の切削は第2軸が第2挿通孔(の内周面)に接触するまで行われる。従って、第2歯車による切削量も第2初期隙間の長さと確実に一致するまで慣らし運転を行うことができ、ギヤポンプ運転時における損失トルクを更に低減することができる。 The same applies to the second gear. That is, immediately after the running-in operation is started and before the inner peripheral surface of the pump chamber is cut, the second gear is pressed in a predetermined pressing direction (hereinafter referred to as “second pressing direction”) and its teeth. When the gap on the second pressing direction side that occurs between the second shaft and the second insertion hole when the tip is in contact with the contact portion of the pump chamber is defined as the second initial gap, the tooth tip of the second gear is The resulting final stress is correlated with the length of the second initial gap, and the length of the second initial gap may be set such that the final stress is greater than the hardness of the housing at the contact portion of the pump chamber. According to this configuration, the cutting of the inner circumferential surface of the pump chamber by the second gear is performed until the second shaft comes into contact with the second insertion hole (the inner circumferential surface thereof). Therefore, the running-in operation can be performed until the amount of cutting by the second gear also reliably matches the length of the second initial gap, and the loss torque during the gear pump operation can be further reduced.
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。 In the above description, in order to help the understanding of the invention, the reference numerals used in the embodiments are attached to the configuration of the invention corresponding to the embodiment in parentheses, but each constituent element of the invention is the reference numeral. It is not limited to the embodiment defined by.
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るギヤポンプ10について説明する。図1及び図2に示すように、ギヤポンプ10は外接歯車ポンプであり、ハウジング12と、駆動歯車22と、駆動歯車22に固定されて駆動歯車22と一体的に回転する駆動軸24と、従動歯車26(図2参照)と、駆動軸24と平行に配置されており、従動歯車26に固定されて従動歯車26と一体的に回転する従動軸28(図2参照)と、を備える。なお、駆動歯車22及び従動歯車26はそれぞれ「第1歯車」及び「第2歯車」の一例に相当し、駆動軸24及び従動軸28はそれぞれ「第1軸」及び「第2軸」の一例に相当する。
Hereinafter, a
ハウジング12は、一方が開口した略有底筒状のハウジング本体14と、ハウジング本体14の開口部分を覆うリアカバー20と、を有する。ハウジング本体14には、駆動歯車22、駆動軸24、従動歯車26及び従動軸28を収容する収容空間16が設けられている。収容空間16は、駆動歯車22及び従動歯車26を収容するポンプ室16aと、駆動軸24を収容する挿通孔16bと、従動軸28を収容する挿通孔16c(図2参照)と、を有する。ポンプ室16aは、挿通孔16b、16cに連通している。なお、挿通孔16b及び挿通孔16はそれぞれ「第1挿通孔」及び「第2挿通孔」の一例に相当する。
The
ハウジング本体14はサイドプレート15を有する。ハウジング本体14の内部には、上記開口部分に開口する筒状の凹部が設けられている。ポンプ室16aは、当該凹部に、当該開口部分からサイドプレート15を液密に嵌合することにより設けられる空間である。このため、ポンプ室16aの任意の径方向の長さは、同一方向におけるサイドプレート15の長さと略等しい。なお、サイドプレート15は軸方向に沿って摺動可能であり、サイドプレート15とリアカバー20との摺動部分はOリング36及びバックアップリング38によってシールされている。
The
ハウジング本体14はアルミ製であり、挿通孔16bの内周面及び挿通孔16cの内周面は軸受として機能する。このため、駆動軸24は挿通孔16bに回転可能に支持されており、従動軸28は挿通孔16cに回転可能に支持されている。駆動歯車22に関してサイドプレート15側とは反対側の駆動軸24の一端部は、ハウジング本体14を貫通して外部にまで延びており、接続部40aを介してモータ40に連結されている。
The
ハウジング本体14には、駆動歯車22と従動歯車26とが噛合する位置(図2参照)に、ポンプ室16aと連通する吸入ポート30及び吐出ポート32が設けられている。吸入ポート30及び吐出ポート32はポンプ室16aに関して互いに反対の位置に設けられている(図2参照)。サイドプレート15とリアカバー20との間には圧力室34が設けられている。吐出ポート32は、ハウジング本体14に設けられた通路36と、ハウジング本体14とリアカバー20との間に設けられた通路37と、を介して圧力室34に連通している。
The
ギヤポンプ10の作動について説明する。モータ40を駆動して駆動軸24が回転すると、駆動歯車22が図2の矢印で示す方向(時計回り)に回転するとともに、従動歯車26が駆動歯車22と噛合して図2の矢印で示す方向(反時計回り)に回転する。これにより、吸入ポート30側では駆動歯車22と従動歯車26との噛み合いが離れて負圧になるため流体が吸入される。吸入された流体は、駆動歯車22及び従動歯車26の回転に伴いポンプ室16aの内周面18に沿って移動し、吐出ポート32側で駆動歯車22と従動歯車26とが噛み合うことにより流体が押し出されて吐出される。
The operation of the
このとき、圧力室34の圧力は通路36、37を介して吐出ポート32側の圧力(吐出圧力)と等しくなっているため、サイドプレート15は駆動及び従動歯車22、26側(図1の紙面左側)に摺動し、駆動及び従動歯車22、26の幅広面に押しつけられる。これにより、駆動及び従動歯車22、26の幅広面と、当該幅広面に接触しているハウジング本体14とのシール性を高めている。
At this time, since the pressure in the
加えて、駆動及び従動歯車22、26は、吐出ポート32側の圧力(吐出圧力)と吸入ポート30側の圧力(吸入圧力)との差圧によりポンプ室16a内において吸入ポート30側に押しつけられる。これにより、駆動及び従動歯車22、26とポンプ室16aの内周面18との吸入ポート30側でのシール性が確保されている。
In addition, the drive and driven
しかしながら、吐出圧力と吸入圧力との差圧により駆動及び従動歯車22、26がポンプ室16a内において吸入ポート30側に押しつけられたとしても、そもそもポンプ室16aの吸入ポート30側の内周面18の形状が駆動及び従動歯車22、26の歯先の軌道とよく一致していなければ、駆動及び従動歯車22、26の歯先とポンプ室16aの内周面18との間に隙間が生じ、そこから流体が漏洩するためシール性が低下してしまう。このため、駆動及び従動歯車22、26並びにポンプ室16aの寸法及び形状を精密に機械加工して上記隙間が極力生じないようにする必要があるが、機械加工だけで隙間の精度を管理するには限界がある。
However, even if the driving and driven
そこで、ギヤポンプ10を組み付ける際に慣らし運転と呼ばれる周知の運転を行って駆動及び従動歯車22、26の歯先とポンプ室16aの内周面18との隙間の精度を管理する。図3は、慣らし運転により駆動及び従動歯車22、26の歯先がポンプ室16aの吸入ポート30側の内周面18を切削する様子を示す。慣らし運転では、ギヤポンプ10を通常の吐出圧力よりも高い吐出圧力(後述)で一定時間運転する。このとき、吐出圧力と吸入圧力との差圧により、駆動歯車22は押圧方向P1に押圧され、その歯先はポンプ室16aの内周面18と接触部18aにおいて接触する。この状態で駆動歯車22が時計回りに回転することにより、駆動歯車22の歯先が接触部18aを切削する。同様に、吐出圧力と吸入圧力との差圧により、従動歯車26は押圧方向P2に押圧され、その歯先はポンプ室16aの内周面18と接触部18bにおいて接触する。この状態で従動歯車26が反時計回りに回転することにより、従動歯車26の歯先が接触部18bを切削する。図3に斜線で示した領域は、駆動及び従動歯車22、26の歯先により切削されたポンプ室16aの内周面18の切削領域(切削容積)を示す。慣らし運転を行うことにより、ギヤポンプ運転時における駆動及び従動歯車22、26の歯先とポンプ室16aの内周面18(厳密には、接触部18a、18b)との隙間を低減でき、シール性を向上することができる。なお、押圧方向P1は「第1押圧方向」の一例に相当する。
Therefore, when assembling the
図4は、「慣らし運転の開始直後でありポンプ室16aの内周面18が切削される前の時点」におけるギヤポンプ10を、「駆動軸24の中心軸及び押圧方向P1を含む平面」で切断したときのギヤポンプ10の部分断面図を示す。図4の紙面右側が押圧方向P1に相当する。以下では、上記時点を、単に「慣らし運転の開始直後」と称する。図4に示すように、サイドプレート15に設けられた挿通孔16bは、その径D1が駆動軸24の径d1よりも大きくなるように形成されている。加えて、ポンプ室16aは、その押圧方向P1における径D2(即ち、押圧方向P1におけるサイドプレート15の長さ)が駆動歯車22の径d2よりも大きくなるように形成されている。更に、駆動歯車22、駆動軸24、ポンプ室16a及び挿通孔16bは、D1−d1>D2−d2の関係が成立するように予め形成されている。このため、慣らし運転の開始直後に駆動歯車22及び駆動軸24が押圧方向P1に押圧されると、駆動歯車22の歯先が先にポンプ室16aの内周面18と接触部18aにおいて接触する。従って、押圧方向P1側における駆動軸24とサイドプレート15の挿通孔16bとの間には隙間giが発生している。この隙間giは、慣らし運転の開始直後に発生している隙間であるため、以下では、当該隙間giを「初期隙間gi」と称する。初期隙間giと各径D1、d1、D2及びd2との間には、以下の関係、即ち、gi=(d2−d1)/2−(D2−D1)/2が成立する。本実施形態では、ギヤポンプ10の初期隙間giが4.5μm未満となるように各径D1、d1、D2及びd2の寸法が設計されている。なお、初期隙間giは、「第1初期隙間」の一例に相当する。
FIG. 4 shows the
初期隙間giが4.5μm未満に設定される根拠を図5〜図8を参照して説明する。図5は、慣らし運転の吐出圧パターンを示す。慣らし運転では、吐出ポート32に図示しない調圧弁及び圧力センサが接続される。調圧弁は、吐出ポート32の吐出圧力を所定の圧力に調節する。圧力センサは、吐出ポート32の吐出圧力を検出する。調圧弁及び圧力センサにより、図5に示す吐出圧パターンが実現される。この吐出圧パターンは、一定の昇圧速度で最大圧力(典型的には15Mpa)まで昇圧した後に一定の速度で減圧することを繰り返す三角波パターンであり、一定時間(典型的には10周期)に亘って行われる。
The grounds for setting the initial gap gi to less than 4.5 μm will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a discharge pressure pattern of the running-in operation. In the running-in operation, a pressure regulating valve and a pressure sensor (not shown) are connected to the
図6は、初期隙間giを比較的に大きい値(例えば、6μm)に設定した場合における慣らし運転の開始直後と終了後のポンプ室16aの内周面18の形状を示す。図6に示すように、慣らし運転を実行すると、駆動及び従動歯車22、26は押圧方向P1及び押圧方向P2にそれぞれ押圧され、その歯先は、ポンプ室16aの内周面18との接触部18a及び接触部18bをそれぞれ切削する。
FIG. 6 shows the shape of the inner
図7A〜図7Cは、図6の破線Aで囲まれた領域の部分拡大図であり、当該慣らし運転により切削量T(押圧方向P1における切削長さ)が増加していく過程を示す。図7A〜図7Cに示すように、慣らし運転が進行して駆動歯車22による切削量Tが徐々に増加していくと(T1<T2<T3)、周方向における切削範囲が広がるため切削角度θが徐々に増加していく。すると、駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18(接触部18a)と接触する歯数も1歯から3歯へと増加していく。これは、初期隙間giが大きいほど切削量T及び切削角度θが大きくなり易いため、駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18と接触する歯数も多くなり易いことを示している。
7A to 7C are partial enlarged views of a region surrounded by a broken line A in FIG. 6 and show a process in which the cutting amount T (cutting length in the pressing direction P1) is increased by the break-in operation. As shown in FIGS. 7A to 7C, when the running-in operation proceeds and the cutting amount T by the
駆動歯車22には吐出圧力と吸入圧力との差圧による押圧力が作用しており、駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18と接触している歯先には当該押圧力に基づく応力が発生している。切削角度θが増加してポンプ室16aの内周面18と接触する歯数が増加していくと、当該応力が分散して1歯当たりの応力が減少していく。これは、初期隙間giが大きいほど、慣らし運転が進行したときにポンプ室16aの内周面18と接触している駆動歯車22の歯先に生じる応力が減少し易いことを示している。本願発明者らはこの関係に着目し、「慣らし運転が進行して駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18と接触する歯数が最大になったときに駆動歯車22の歯先に生じる応力(以下では、単に「最終応力」とも称する。)」が初期隙間giの値によってどのように変化するかを実験した。図8は、その実験結果を示すグラフである。なお、図8には、以下の情報、即ち、ポンプ室16aの接触部18a(即ち、切削される部分)におけるハウジング12(ハウジング本体14)の硬度[Mpa]、及び、初期隙間giのギヤポンプ10を慣らし運転した後における通常運転時の機械効率指数も併記している。以下では、ポンプ室16aの接触部18aにおけるハウジング12の硬度を、単に「ハウジング硬度」とも称する。
A pressing force due to a differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure acts on the
図8に示すように、駆動歯車22の歯先に生じる最終応力は、初期隙間giが大きくなるにつれて階段状に減少している。具体的には、初期隙間giが0<gi<gi1のときは駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18と接触する歯数(以下、単に「接触歯数」とも称する。)は1歯であり、最終応力は最も大きい。初期隙間giがgi1≦gi<gi2(=4.5μm)のときは接触歯数は2歯であり、最終応力は歯数が1歯増えた分だけ減少している。初期隙間giがgi2≦giのときは接触歯数は3歯であり、最終応力は歯数が更に1歯増えた分だけ減少している。これにより、接触歯数が1歯又は2歯のときは最終応力がハウジング硬度を上回っているのに対し、接触歯数が3歯のときは最終応力はハウジング硬度を大きく下回っている。本実施形態のギヤポンプ10では、初期隙間giは、最終応力がハウジング硬度より大きくなるように設定される。図8のグラフによれば、この条件を満たすのは初期隙間giが0<gi<4.5μmの範囲内に設定されるときである。以上が初期隙間giを4.5μm未満に設定する根拠である。別言すれば、本実施形態のギヤポンプ10では、(d2−d1)/2−(D2−D1)/2<4.5μmの関係が成立する。
As shown in FIG. 8, the final stress generated at the tooth tip of the
なお、上記の説明では駆動歯車22における初期隙間giについて説明したが、従動歯車26についても同様のことが言える。即ち、慣らし運転の開始直後において従動歯車26が押圧方向P2に押圧されてその歯先がポンプ室16aの内周面18と接触部18bにおいて接触したときに従動軸28とサイドプレート15の挿通孔16cとの間に押圧方向P2側で発生している隙間を初期隙間gdiと規定すると、当該初期隙間gdiも4.5μm未満となるように、従動歯車26、従動軸28、ポンプ室16a及び挿通孔16cの寸法が設計される。
In the above description, the initial gap gi in the
本実施形態のギヤポンプ10の作用効果について説明する。図9のギヤポンプでは、初期隙間giが6μmに設定されている。この場合、図8のグラフによれば、慣らし運転が進行すると駆動歯車22がポンプ室16aの内周面18と接触する歯数が3歯になるため、その時点で最終応力がハウジング硬度を下回り、それ以降は慣らし運転を継続してもポンプ室16aの内周面18はそれ以上切削されなくなる。このため、切削量Tは初期隙間gi未満となり(T<gi)、駆動軸24とサイドプレート15の挿通孔16bとの間には隙間rが残存する(r=gi−T)。従って、当該ギヤポンプを通常運転したときの摩擦による損失トルクは、「駆動歯車22の歯先とポンプ室16aの内周面18との接触部18aに作用する力F1」に「駆動歯車22の半径(d2/2)」を乗算した値となる。上記隙間rは、初期隙間giが大きいほど大きくなる。このため、図8に示すように、gi2≦giにおいては(即ち、接触歯数が3歯となり最終応力がハウジング硬度を下回っている範囲では)、損失トルクの増加により機械効率が減少する。
The effect of the
これに対し、本実施形態のギヤポンプ10では、初期隙間giと最終応力との相関関係に着目し、最終応力がハウジング硬度より大きくなるように初期隙間giの長さを設定している。この構成によれば、慣らし運転が進行してポンプ室16aの接触部18aと接触する駆動歯車22の歯数が増加しても、1歯当たりの応力が接触部18aにおけるハウジング硬度以下になることがない。このため、図10に示すように、駆動歯車22によるポンプ室内周面18の切削は、駆動軸24がサイドプレート15の挿通孔16bに接触するまで行われる。即ち、切削量Tが初期隙間giに等しくなるまで行われる(T=gi)。なお、慣らし運転の時間は、最終応力がハウジング硬度より大きいにも関わらず切削量Tが初期隙間gi未満の時点で終了することがない程度に十分長く設定されている。従って、ギヤポンプ10を通常運転したときの摩擦による損失トルクは、「駆動軸24とサイドプレート15の挿通孔16bとの接触箇所に作用する力F2」に「駆動歯車22の中心からサイドプレート15の挿通孔16bまでの押圧方向P1の長さ(即ち、駆動軸24の半径(d1/2))」を乗算した値となる。ここで、d1<d2であるため、F1=F2であれば、損失トルクはギヤポンプ10のほうが小さくなる。本願発明者らが実験した結果、最終応力がハウジング硬度より大きくなるように初期隙間giの長さが設定されたギヤポンプでは、最終応力がハウジング硬度以下となるように初期隙間giの長さが設定されたギヤポンプと比較して、損失トルクが約30%低減した。以上より、本実施形態のギヤポンプ10によれば、駆動歯車22による切削量Tが初期隙間giの長さと確実に一致するまで慣らし運転を行うことができ、ギヤポンプ運転時における損失トルクを大幅に低減することができる。
On the other hand, in the
加えて、初期隙間giが比較的に大きい場合、切削量Tの増加に伴い切削角度θが増加し、その結果、切削容積が増大して容積効率が低下する(吐出圧力が低下する)可能性がある。本実施形態のギヤポンプ10によれば、慣らし運転が終了するまで、最終応力はハウジング硬度より大きい関係が維持される。このため、切削角度θはそれほど(具体的には、最終応力がハウジング硬度以下になってしまうほど)過大にはならない。このため、切削容積もそれほど過大にはならず、結果として容積効率が低下する可能性を低減することができる。
In addition, when the initial gap gi is relatively large, the cutting angle θ increases as the cutting amount T increases, and as a result, the cutting volume increases and the volumetric efficiency decreases (the discharge pressure decreases). There is. According to the
以上、実施形態のギヤポンプについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the gear pump of the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
10:ギヤポンプ、12:ハウジング、14:ハウジング本体、15:サイドプレート、16:収容空間、16a:ポンプ室、16b,16c:挿通孔、18:内周面、18a:接触部、20:リアカバー、22:駆動歯車、24:駆動軸、26:従動歯車、28:従動軸、30:吸入ポート、32:吐出ポート
10: gear pump, 12: housing, 14: housing main body, 15: side plate, 16: housing space, 16a: pump chamber, 16b, 16c: insertion hole, 18: inner peripheral surface, 18a: contact portion, 20: rear cover, 22: drive gear, 24: drive shaft, 26: driven gear, 28: driven shaft, 30: suction port, 32: discharge port
Claims (1)
前記第1軸と平行に配置された第2軸が固定又は一体化され、前記第1歯車と噛合する第2歯車と、
前記第1軸を回転可能に収容する第1挿通孔と、前記第2軸を回転可能に収容する第2挿通孔と、当該第1及び第2挿通孔に連通しており前記第1歯車及び前記第2歯車を収容するポンプ室と、を有する収容空間、並びに、前記ポンプ室に連通する吸入ポート及び吐出ポート、が設けられたハウジングと、を備え、
前記第1軸の回転により前記第1歯車と前記第2歯車とが噛合して回転することにより流体が前記吸入ポートに吸入されて前記吐出ポートから吐出されるギヤポンプであって、当該ギヤポンプの運転時に前記吸入ポート側と前記吐出ポート側の差圧により前記第1歯車が前記吸入ポート側に押圧される方向を第1押圧方向と規定した場合に前記ギヤポンプを所定の吐出圧パターンで運転し前記第1歯車を当該第1押圧方向に押圧してその歯先で前記ポンプ室の内周面との接触部を切削する慣らし運転を行うギヤポンプにおいて、
前記慣らし運転を開始した直後であって前記ポンプ室の内周面が切削される前に前記第1歯車が前記第1押圧方向に押圧されてその歯先が前記ポンプ室の前記接触部に接触しているときに前記第1軸と前記第1挿通孔との間に生じる前記第1押圧方向側の隙間を第1初期隙間と規定すると、
前記慣らし運転が進行して前記第1歯車が前記接触部と接触する歯数が最大になったときに前記第1歯車の歯先に生じる最終応力は前記第1初期隙間の長さと相関しており、
前記第1初期隙間の長さは、前記最終応力が前記接触部における前記ハウジングの硬度より大きくなるように設定されている、
ギヤポンプ。
A first gear having a first shaft fixed or integrated;
A second gear which is fixed or integrated with a second shaft arranged in parallel with the first shaft and meshes with the first gear;
A first insertion hole that rotatably accommodates the first shaft; a second insertion hole that rotatably accommodates the second shaft; and the first gear that communicates with the first and second insertion holes. A housing having a pump chamber for housing the second gear, and a housing provided with a suction port and a discharge port communicating with the pump chamber,
A gear pump in which fluid is sucked into the suction port and discharged from the discharge port when the first gear and the second gear are engaged and rotated by the rotation of the first shaft, and the operation of the gear pump When the direction in which the first gear is pressed toward the suction port side is defined as the first pressing direction by the pressure difference between the suction port side and the discharge port side, the gear pump is operated with a predetermined discharge pressure pattern. In a gear pump that performs a break-in operation that presses the first gear in the first pressing direction and cuts the contact portion with the inner peripheral surface of the pump chamber at the tooth tip,
Immediately after starting the break-in operation and before the inner peripheral surface of the pump chamber is cut, the first gear is pressed in the first pressing direction, and the tooth tip contacts the contact portion of the pump chamber. When the gap on the first pressing direction side generated between the first shaft and the first insertion hole is defined as a first initial gap when
The final stress generated at the tooth tip of the first gear when the running-in operation proceeds and the number of teeth with which the first gear contacts the contact portion becomes maximum correlates with the length of the first initial gap. And
The length of the first initial gap is set so that the final stress is greater than the hardness of the housing at the contact portion,
Gear pump.
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