JP2549362B2 - 液圧歯車ポンプまたはモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、容積効率の高い液圧歯車ポンプまたはモー
タに関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、油圧歯車ポンプはハウジング内に一対
の歯車を噛合させて回転可能に配置してなるもので、そ
の主軸に連なる一方の歯車から回転駆動すると、互いの
歯形が離反される側の噛合部に臨むポートから油を吸引
し、互いの歯形が接近される側の噛合部に臨むポートか
ら圧油を吐出するポンプ機能を果し、また、その一方の
ポートを高圧側に接続し他方のポートを低圧側に接続し
て使用すると、圧油が歯車を回転駆動しながら高圧側か
ら低圧側に移送されて、主軸が出力軸として回転する油
圧モータとしても運転可能なものである。

この油圧歯車ポンプまたはモータ具体的な構成例（ポ
ンプ使用状態のもの）を、図４、図５に示して説明する
と、このものでは主軸１の従動軸２とに設けた噛合する
一対の平歯車３、４を、その歯先を該歯車３、４を包囲
するケーシング（周壁部材）５の内面に摺接させるよう
にして収容するとともに、その主軸１と従動軸２とをケ
ーシング５の両端に蓋着したフロントカバー６とリアカ
バー７とに各々設けた軸受８、8,9、９に回転自在に支
承させ、さらにこの軸承側面側の各カバー６、７の歯車
３、４との間に側板10、11を介して歯車３、４の側面か
らの油漏れをシールする構成を有している。そして、こ
のものでは主軸１を図外に原動機により回転駆動する
と、歯車３、４の噛合部に臨む一側に設けた低圧ポート
12から油を吸込み、歯車３、４の噛合部に臨む反対側に
設けた高圧ポート13から圧油を吐出するポンプ機能を発
揮するものとなる。

しかして、この種のポンプまたはモータのおける歯先
シール構造についてみると、前記歯車３、４の歯先をそ
の周壁部材をなす前記ケーシング５の内面に最適の隙間
を与えて摺接させ、高圧域から低圧域への油漏れをシー
ルするようにするのが普通である。つまり、前記歯車
３、４の隣合う歯形と前記側板10、11との間に形成され
る容積空間に取り込まれた油が、その歯先とケーシング
５内面との隙間から漏洩するのを最小にするクリアラン
ス、つまり、歯車が回転するのに支障がなく、しかも漏
れの最小となる隙間である最適クリアランスを設定する
ようにしている。

ところで、この最適クリアランスを得るために、次の
ような手段が採られている。これは、この種ポンプまた
はモータが、作動時に高圧ポート13側の高圧域から作用
する圧力に押圧されて歯車３、４がケーシング５の軸心
に対し偏心し低圧ポート12側に近接される特性を利用す
るようにしたものであって、予めその歯先シール部、つ
まり、歯先とケーシング内面との接触部により形成され
るシール部となる部分を切削することを予定して形成し
てあるケーシング５の内面を硬い歯車３、４の歯先で積
極的に切削し、これによってケーシング５内面と歯車
３、４の歯先との間にクリアランスを与えるようにして
いる。この場合、高圧域から低圧域への油漏れは、低圧
ポート12の近傍の切削されたケーシング５内面と歯車
３、４の歯先の摺接部分でシールすることになる。そし
て、このようなシール構造によれば、予めポンプまたは
モータとしての使用条件が把握されており、その使用条
件に応じたならし運転を実施して使用に供する場合で
は、有効なものとなり得る。

このように、ケーシング内面を切削してシール部つく
り出す手段によれば、例えば低速回転でのポンプ使用状
態は、歯車３、４の前記軸受８、8,9、９内で油潤滑さ
れている支軸１、２の油圧膜による押し上げ高さは比較
的小さく、しかも歯車３、４は前述のように高圧側から
低圧側に押し付けられるため、図６に示すように、この
ときの歯車３、４の軸心Og1は、各軸受の軸心Ojに対し
水平方向にex1、垂直方向ey1だけ変位した位置にくる。
したがって、この状態で運転すれば、歯車３、４が近接
される低圧ポート12側ではその軸心Ojから内半径Rbのケ
ーシング５内面に対し、歯車３の歯先がその偏心軸心Og
1からケーシング５の内径Rbと等しい歯車半径Rg0で回転
して、ケーシング５の内面を削り代εで切削することに
なる。そして、この一定の使用条件で運転される場合に
は、その切削されたケーシング５の内面区間Ｓでケーシ
ング５内面と歯先とが最適のクリアランスで摺接され、
ここに歯先シール部がつくり出されることになる。

ここで、歯先シール部Ｓを与えた低速回転でのポンプ
使用状態を高速回転でのポンプ使用状態に変更すると、
歯車３、４の軸心Og1の位置が前記とは異なる位置に移
る。歯車３、４の各支軸１、２は、前述の通り、各々軸
受８、９で油潤滑され油圧によって支持されているので
あるが、この油圧は軸受内で回転しているジャーナル面
に付着した油がその粘性のためにある速度勾配をもって
軸受面との間につくる狭いくさび状の間隙に引き込まれ
て生ずるものである。いま、高圧側から低圧側に圧力差
で押圧されている各歯車支軸１、２を支承している該軸
受８、９内の油流れと圧力分布の様子を示すと、図７の
通りである。そして、歯車支軸１、２を押し上げる作用
をするこの軸受８、９内の油圧は、使用温度に上昇に伴
なう油の粘性の低下および回転数の増加によって高まる
ものである。

しかして、この場合使用温度の影響等は考慮しないで
回転数の変化による各歯車の軸心の概括的な位置を低速
回転のときと対比して示すと、第８に示すように、高速
回転のときの軸心Og2は、各軸受の軸心Ojに対し水平方
向にex2、垂直方向ey2だけ変位した位置にくる。つま
り、このときには低速回転のときの軸心Og1に比較して
より歯車３、４が低圧ポート12から離れたケーシング５
の内面位置に向けて近接されることになる。

したがって、この場合では各歯車の歯先がその偏心軸
心Og2から歯車半径Rg1（歯車は削られないので低速回転
時における歯車半径Rg1と等しい）で回転して、低圧ポ
ート12からより遠方のケーシング５の内面を切削すると
ともに、一部前記低速回転時に設けた歯先シール部Ｓを
も重ねて削り込むことになる。

なお、図８において、低速回転時の切削部がＢ、高速
回転時の切削部がＣで示されており、図６に示した歯先
シール部Ｓは、図８に示された切削部Ｂに対応する。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、かかるケーシング内面を切削してシー
ル機能をもたせるようにしたものでは、最適クリアラン
スを与えたにもかかわらず、歯先漏れが著しく増大し容
積効率が低下されることとなる。

すなわち、歯車の歯先でケーシングを削る場合、切削
された部分のケーシング内面が歯先に付着した切削クズ
などによって不要に削られる結果荒くなり、結果的に歯
車の歯先とケーシング内面で形成されるクリアランスが
悪化する。そして、かかる影響は、歯車回転数の変更に
よって歯先とケーシングとの間にできた図８に示される
ような隙間により増大され、低圧、高圧回転時とも歯先
漏れが増大する結果、ポンプの容積効率が大きく低下す
ることとなり、もはや最適クリアランスを維持すること
が出来なくなる。

なお、図８では、便宣上低速回転時の切削部Ｂと高速
回転時の切削部Ｃのみを示したが、実際には、低速から
高速まで連続的に歯車の回転数が変わるので、低速回転
位置から高速回転位置かけてケーシング５内面は図６で
示した削り代εだけ一様に削られ、真円弧になるものと
考えられる。

このように、歯車の歯先でケーシング内面を切削し、
歯先シール部をつくり出すようにするシール構造のもの
では、その構造上不可避にシール性能の低下を来し、容
積効率の維持向上が本質的に困難となる。そして、この
ような事情はモータとして使用する場合も全く同様であ
る。

そこで、本発明、この種ポンプまたはモータに関し従
来見すごされてきた上記の問題点を克服し、歯先漏れが
少なく高い容積効率が確保できる液圧歯車ポンプまたは
モータを提供する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、以上のような従来構造のものについての考
察結果を基にし乍ら、従来と全く発想を異にして創出さ
れたものであって、前記目的を実現するために、歯車の
歯先を周壁部材の内面に摺接させて歯先漏れをシールす
るようにした油圧歯車ポンプまたはモータにおいて、歯
車シール部に当る前記周壁部材の内面を、前記歯車の歯
先よりも切削されにくい高硬度材で形成したことを特徴
としている。

［作用］ すなわち、このような構成によれば、歯車の歯先が周
壁部材に摺接されると、従来とは逆に高硬度の周壁部材
が歯先を切削してその部分に最適クリアランスをもった
シール部をつくり出すものとなる。そして、このような
ものでは、使用条件の変化により歯車の回転中心が移動
してもその歯先が一定のクリアランスのもとで周壁部材
の内面に沿って追従していくことになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１と図２は、図４乃至図６について説明した構造の
ものと同形式の油圧歯車ポンプまたはモータに、本発明
を実施した場合を示している。すなわち、外周を包囲し
て周壁部材をなすケーシング５内で、その支軸１、２を
軸受８、8,9、９に支持させている歯車３、４をかみ合
せて配置しているとともに、その噛合部に臨む一側に低
圧ポート12を、反対側に高圧ポート13を設けている。し
かして、かかる構成のものにおいて、その歯先シール部
に当る低圧ポート12側のケーシング５内面ほぼ四半周の
部分に、セラミックコーティング層15、15を適宣の圧さ
で被覆している。このコーティング層15、15は、歯車
３、４の歯先と摺接するときに歯先の方が積極的に切削
されるものとなるように、歯先よりも硬い高硬度のもの
をもって形成され、かつ所要の面粗さに仕上げられてい
る。

このような構成からなるものでは、ポンプまたはモー
タの作動時において、前述のように、歯車３、が低圧ポ
ート12側に移動すると、各歯車の歯先がコーティング層
15、15に摺接し、このとき歯先の方が該コーティング層
15、15との間に最適クリアランスをつくり出すまで切削
されることになる。

図２は、低速回転時におけるこの歯先シール部の構成
を拡大図示するもので、低圧ポート12側のケーシング５
は切削されることなくその軸心Ojから内半径Rbの真円を
保持するのに対して、歯車の歯先は切削された分だけ減
少した歯車半径Rg1となり、同図では、２つの歯先とケ
ーシング５内面の接触部によってシール部が形成される
場合を示している。そして、高速回転に変更されると、
歯車軸心Og1が軸心Og2に移動し、その分だけ２つの歯先
とケーシング５内面の接触部によって形成されるシール
部は上方へ移動することとなる。

このように、ケーシング内面によって歯車を歯先を切
削する場合、ケーシング内面を切削する場合のようにケ
ーシング内面が切削クズ等によって荒くなることがな
く、しかも、歯先のケーシング内面に対する接触面が小
さいことから、歯先のケーシング内面との接触部はそれ
ほど傷つけられないため、歯車の刃先によってケーシン
グ内面を切削する場合と異なり、切削によるクリアラン
スの悪化がほとんどなく、最適クリアランスが保持され
容積効率が向上する。

また、歯車はインボリューム曲線を描き歯先から軸へ
向かうほどその断面積が広くなることから、歯先が切削
されると、歯先とケーシングとの接触面が増大するた
め、ケーシングを切削する場合に比べてシール性能が向
上し、容積効率が向上する。

そして、このようにして一旦歯車３、４の歯先がコー
ティング層15、15との間に最適クリアランスを設定する
位置まで削られると、使用条件の変化に伴なう軸受８、
９内での油圧変化で歯車３、４の回転中心が移動して
も、その歯先はシール面をなすコーティング層15、15と
の間に最適クリアランスを維持する。

また、この構造によると、ケーシング５が直接切削さ
れるものではないから、ケーシング５の材質等がシール
性能に影響を及ぼすことは無く、アルミ製、鋳鉄製等そ
の種別を問わない。そして、このものでは狭幅の歯先の
方を削るものであるから、ケーシング内面を周方向部分
を連続的に切削する場合に比較すると概して歯先コント
ロールが容易であるし、また歯先を工具としてケーシン
グ５（特に鋳鉄製のもの）を切削する場合のような無理
な力が軸受８、8,9、９に掛ることもなく、この点軸受
機構がより簡単なもので済み、しかも長寿命が得られる
利点も得られる。

次に、本発明の他の実施例を示す図３について説明す
る。

この図に示すものは、いわゆるシールブロック方式の
油圧歯車ポンプまたはモータ本発明を適用するようにし
たものであって、歯車３、４の噛合部に臨む低圧側と高
圧側とに図示してない低圧ポートと高圧ポートと各々開
口させてある一対のシールブロック17、18を配設すると
ともに、この場合歯車３、４の歯先が摺接される周壁部
材をなす低圧側のシールブロック17の内面に、前記と同
様のセラミックコーティング層16、16を設けている（な
お、図では便宣上歯車３、４の他の外周部分を包囲して
いるをケーシング等を図示省略している）。しかして、
このようなシールブロックタイプの歯車ポンプまたはモ
ータの場合であっても、本発明は前記実施例と同様の作
用効果を奏するものとなる。

このように、本発明は種々の形式の油圧歯車ポンプま
たはモータに適用することができ、セラミックコーティ
ング層はその部材名称を問わず歯先シール部に当る周壁
部材の必要な内面部位に被覆形成するようにすればよ
い。

また、この周壁部材の内面を歯車の歯先を切削する目
的で使用する高硬度材は必ずしもセラミックに限らず、
別のコーティング材料の利用も可能であるし、またケー
シング等を直接高硬度材で形成することも適用の余地が
ある。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成を具備してなるものであ
るから、使用条件にかかわらず高い容積効率を発揮し、
しかもケーシング等の歯先シール部を構成する周壁部材
に材質上の制約を蒙らない油圧歯車ポンプまたはモータ
を提供することができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すポンプまたはモータ
の横断面図（図4A−Ａ線断面に相当する）。 第２図は、第１図の歯先シール部の拡大図である。 第３図は、本発明の他の実施例を示すポンプまたはモー
タの要部横断面図である。 第４図は、従来の油圧歯車ポンプまたはモータの構成例
を示す縦断面図である。 第５図は、第４図Ａ−Ａ線断面図である。 第６図は、第５図の歯先シール部の拡大図である。 第７図は、歯車支軸を支える軸受内の油流れと圧力分布
の様子を示す図である。 第８図は、従来のシール構造における回転数変化に伴な
う歯先切削位置の変化を表わす説明図である。 １、２……歯車支軸、３、４……歯車 ５……ケーシング、８、8,9、９……軸受 12……低圧ポート、13……高圧ポート 15、16……セラミックコーティング、17、18……シール
ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−101786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−11409（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−19307（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯車の歯先を周壁部材の内面に摺接させて
   歯先漏れをシールするようにした液圧歯車ポンプまたは
   モータにおいて、歯先シール部に当たる前記周壁部材の
   内面に、前記歯車の歯先よりも切削されにくい高硬度材
   からなる層を形成したことを特徴とする液圧歯車ポンプ
   またはモータ。