JP3830313B2

JP3830313B2 - ギヤポンプ

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Publication number: JP3830313B2
Application number: JP25189299A
Authority: JP
Inventors: 繁夫鎌本; 渉山田; 学泰山崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-09-06
Filing date: 1999-09-06
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2019-09-06
Also published as: EP1081381A2; JP2001073960A; US6312241B1; EP1081381A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに噛み合う一対のギヤの回転によりポンプ作用をなすギヤポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、ギヤポンプは、簡単な構造を有する小型軽量のポンプとして種々の産業分野に用いられている。
この種のギヤポンプの構造としては、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギヤ室を区画し、このギヤ室の内部に互いに噛み合う一対のギヤを収容して、各ギヤの支軸を各サイドプレートに形成した支持孔によって嵌合支持すると共に、ギヤ室の内部に両ギヤの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したタイプのものが一般的である。
【０００３】
ところで、ギヤポンプのギヤの噛み合い部分では、各サイドプレートおよび噛合する各ギヤ歯で形成される閉じ込み領域に油が閉じ込められる、いわゆる閉じ込み現象を生じて、閉じ込められた油がギヤの回転に伴って圧縮されるときに、非常な高圧が生じる結果、振動や騒音が発生するという問題がある。
この問題に対して、ギヤの噛み合い部分の近傍におけるサイドプレートに、閉じ込み領域に閉じ込められた油を逃がすための逃げ溝を形成する方法がある。逃げ溝は、ギヤの噛み合い部分の近傍から吐出室に向けて延びる高圧側逃げ溝と、ギヤの噛み合い部分の近傍から吸込室に向けて延びる低圧側逃げ溝との一対で設けられる。これら一対の逃げ溝は、ギヤの噛み合い部分の近傍で閉じ込み領域に連通している。高圧側逃げ溝は、閉じ込み領域に閉じ込められる油を吐出室へ逃がし、低圧側逃げ溝は、閉じ込み領域に閉じ込められる油を吸込室へ逃がす。何れか一方の逃げ溝が常に閉じ込み領域に連通するように、両逃げ溝を設けることにより、閉じ込み現象を防止するようにしている。
【０００４】
一方で、ギヤポンプの機能を果たすため、吸込室と吐出室との連通を防止すべく、これら一対の逃げ溝は、直接に連通することや、同時に共通の閉じ込み領域に連通することも回避する必要がある。このため、ギヤの回転に伴って噛み合いが進行すると、先ず、閉じ込み領域は高圧側逃げ溝と連通し、その後、高圧側逃げ溝から遮断されるのとほぼ同時に低圧側逃げ溝と連通を開始するようにされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような逃げ溝では、閉じ込み領域は、高圧側逃げ溝と連通する状態で吐出室と同じ高圧になっている。そして、連通する逃げ溝が切り替わると、吐出室と同じ高圧の閉じ込み領域が、低圧側逃げ溝を通じて低圧の吸込室に連通する。その結果、高圧の油が低圧の吸込室に開放されるので、衝撃的な騒音や振動が生じる場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、ギヤポンプの閉じ込み現象に起因した振動や騒音を確実に防止できるギヤポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１に記載の発明は、一対のギヤの噛み合い部分に発生する閉じ込み領域を吐出側領域に連通させる高圧側逃げ溝と、閉じ込み領域を吸込側領域に連通させる低圧側逃げ溝とを、一対のギヤに接するサイドプレートの側面に備え、ギヤの回転に伴って、閉じ込み領域が高圧側逃げ溝に連通する第１の状態、閉じ込み領域が高圧側逃げ溝および低圧側逃げ溝に対して遮断される第２の状態、および閉じ込み領域が低圧側逃げ溝に連通する第３の状態に順次に切り替わるギヤポンプにおいて、低圧側逃げ溝は、上記第２の状態においてギヤの回転に伴って変化する閉じ込み領域の圧力が吸込側領域の圧力に一致するときに、上記第３の状態に切り換えるべく閉じ込み領域を吸込側領域に連通し始めることのできる位置に設けられていることを特徴とするギヤポンプを提供する。
【０００８】
この発明によれば、第２の状態でギヤの回転に伴って、閉じ込み領域の内部容積が次第に膨張し、内部の作動流体の圧力が低下して、吸込側領域の圧力に一致したときに、第３の状態に切り換えて、吸込側領域に解放させることになる。従って、解放時に、衝撃が生じず、騒音や振動を防止できる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のギヤポンプにおいて、上記高圧側逃げ溝は、上記第１の状態においてギヤの回転に伴って変化する閉じ込み領域の容積が最小になるときに、上記第２の状態に切り換えるべく閉じ込み領域と吐出側領域との連通を遮断することのできる位置に設けられていることを特徴とするギヤポンプを提供する。
【０００９】
本発明によれば、閉じ込み領域が最少容積のときに、第１の状態から第２の状態に切り替わるので、第２の状態での閉じ込み領域の内部容積の増大量を大きくできる結果、第２の状態での圧力の低下量を大きく確保できる。従って、低圧側逃げ溝と連通するときの閉じ込み領域内の圧力を十分に低下させて、吸込室の圧力に確実に近づけることができるので、騒音や振動を確実に防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるギヤポンプの概略構成を示す正面図である。図２は、図１のII−II線に沿う断面側面図であり、ハッチングを省略してある。
本ギヤポンプは、その中央部を貫通する長円形断面の空洞１０ａを有する本体筒１０の両側を、これの全面を覆う態様にねじ止めされた一対の蓋板１１により塞いで構成されたハウジング１を備えている。このハウジング１の内部には、空洞１０ａの両側から嵌挿された、例えば、アルミニウム合金製の一対のサイドプレート１２同士の間にギヤ室１４が区画されている。このギヤ室１４内には、互いに対をなす駆動ギヤ３と従動ギヤ４とが配置されている。
【００１１】
ハウジング１の空洞１０ａは、蓋板１１と本体筒１０との間に介在しているＯリング１９により密封され、このＯリング１９は蓋板１１の環状溝に収容されている。また、空洞１０ａ内において、対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間には、サイドプレート１２の収容溝に収容されたシール１３が設けられている。
駆動ギヤ３および従動ギヤ４の支軸３０，４０は、長円形断面を有するギヤ室１４の両側の半円部の軸心上にそれぞれ位置し、互いに平行をなして架設されている。すなわち、支軸３０，４０は各サイドプレート１２にそれぞれ一対形成された支持孔３１，４１により両持ち支持されている。
【００１２】
支軸３０は、一対の支持孔３１により支持され、一方の蓋板１１を貫通して外部に延長され、この延長端に伝達される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駆動軸を構成している。また、支軸３０には、ギヤ室１４の内部において駆動ギヤ３が一体回転可能に装着されている。支軸３０が蓋板１１を貫通する部分にはオイルシール１７が配置されている。
また、支軸４０は、一対の支持孔４１によって支持され、各サイドプレート１２の支持孔４１内に軸端を有する従動軸を構成している。支軸４０には、ギヤ室１４の内部において従動ギヤ４が装着されている。従動ギヤ４の支軸４０への装着では、軸回りの回転を拘束してもよいし軸回りの回転を許容してもよい。従動ギヤ４は、両支軸３０，４０の軸心を含む平面近傍範囲内において駆動ギヤ３と噛み合い、支軸３０により駆動される駆動ギヤ３の回転に伴って、支軸４０と共に（或いは支軸４０の回転を伴わずに）従動回転するようにしてある。
【００１３】
図２には、駆動ギヤ３およびこれに連動する従動ギヤ４の回転方向が矢符により示してあり、両ギヤ３，４の噛み合い位置を挟んだ両側には、回転方向側に吸込室５が、反回転方向側に吐出室６が形成されている。これら吸込室５および吐出室６は、本体筒１０の対応位置に開口する吸込口１５および吐出口１６を介して、ハウジング１外の図示しない吸込先および吐出先にそれぞれ接続されるようにしてある。
【００１４】
図３において、サイドプレート１２のギヤ側側面１２ａには、両ギヤ３，４の噛み合い位置から吸込室５側へ延びる逃げ溝２５および吐出室６側へ延びる逃げ溝２６が形成されている。これらの逃げ溝２５，２６は、両ギヤ３，４の噛み合い位置で作動流体が各サイドプレート１２と各噛み合いギヤ歯とで形成される閉じ込み領域に閉じ込められる、いわゆる閉じ込みの発生を防止するためのものである。両逃げ溝２５，２６は、両ギヤ３，４の噛み合い中心位置を避けるようにして設けられ、互いの間に所定の距離が確保されている。これは両逃げ溝２５，２６を連通させてしまうと、吸込室５と吐出室６とが連通されて、ポンプ機能を果たせなくなるので、これを防止するためである。また、ギヤ側側面１２ａには、各支持孔３１，４１と吸込室５とをそれぞれ連通する連通溝６５が形成されている。
【００１５】
一方、図１を参照して、サイドプレート１２の反ギヤ側側面１２ｂでは、シール１３を境界として、互いに対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間が、吸込室５に連通する低圧側空間と、吐出室６と連通する高圧側空間とに仕切られている。このように、サイドプレート１２の背面である反ギヤ側側面１２ｂには、シール１３で仕切られた状態で、低圧の作動流体および高圧の作動流体が背圧として作用し、これが、サイドプレート１２に吐出圧に応じて負荷されるので、サイドプレート１２と両ギヤ３，４との間の隙間が高精度で維持される結果、高圧時のポンプ効率を高く維持できる。
【００１６】
このような構成により、吸込口１５を経て吸込室５に導入される作動流体は、吸込室５に臨む駆動ギヤ３および従動ギヤ４の歯間に受け入れられ、両ギヤ３，４の回転により、それぞれの歯間と本体筒１０の内周面との間に封止された状態で搬送され、吐出室６に送り出される。吐出室６への送り出しを終えた駆動ギヤ３と従動ギヤ４とは、両ギヤ３，４の噛み合い位置を経て吸込室５側に向き、この吸込室５内の作動流体を再度受け入れて吐出室６側へ送り出す作用をなす。
【００１７】
以上の如く行われるギヤポンプの動作中、駆動ギヤ３と従動ギヤ４との噛み合い点近傍で、上述の閉じ込み領域に作動流体が閉じ込められる、いわゆる閉じ込みが生じて、その結果、非常な高圧を発生し振動や騒音を発生する虞がある。
本実施形態では、より一層確実な閉じ込み防止を実現できる逃げ溝２５，２６を有している。
先ず、閉じ込み領域を説明する。互いに噛み合う一対のギヤ３，４において、互いに隣接しつつ同時に噛み合っている２つの噛み合い点の間となる、一方の歯の歯底と、他方の歯の歯先との間に形成される領域であって、一対のサイドプレート１２の間に形成される領域が閉じ込み領域５０となる。
【００１８】
閉じ込み領域５０は、例えば、図４（ａ）に示すように、同時に噛み合う一対の噛み合い点Ｋ１，Ｋ５の間にある。閉じ込み領域５０は、ギヤ歯の進行方向前側に形成される第１部分５１と、この第１部分５１よりも進行方向後側に形成される第２部分５２とを有している。第２部分５２は、駆動ギヤ３の歯底と従動ギヤ４の歯先との間に形成されている。第１部分５１は、駆動ギヤ３の歯先と従動ギヤ４の歯底との間に形成されている。第１部分５１と第２部分５２との間は、通常、バックラッシュとなる隙間が形成され、連通可能になっている。
【００１９】
両ギヤ３，４の回転に伴って、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、一対のギヤ歯の噛み合い点の位置はＫ１からＫ８へと移動し、その軌跡が噛み合いの作用線Ｌとなる。この作用線Ｌは、支軸３０の軸方向から見たときに、ピッチ点Ｐ０を通り、このピッチ点Ｐ０でのギヤ歯の進む方向に対してギヤ歯の圧力角で傾いている。また、噛み合い点が位置Ｋ１〜Ｋ８の間を移動する間に、同時に噛み合っている噛み合い点の数も変化し、位置Ｋ１〜Ｋ３および位置Ｋ５〜Ｋ８の間では、噛み合い点は２箇所にあり、位置Ｋ３〜Ｋ５の間では、噛み合い点は１箇所になる。
【００２０】
また、噛み合い点が位置Ｋ１〜Ｋ３へ移動する間に（位置Ｋ５〜Ｋ８でも同様である。）、閉じ込み領域５０は、ギヤ歯の移動方向に移動しつつ、その内部容積も変化し、位置Ｋ１〜Ｋ３の途中で内部容積が最少となる。また、噛み合い点が位置Ｋ３〜Ｋ５の間にあり、１つだけの場合には、一方の歯の歯底と、他方の歯の歯先との間の空間は、噛み合い点を挟んで、吐出室６または吸込室５の何れかに連通している。
【００２１】
次に、逃げ溝２５，２６を説明する。
逃げ溝２５，２６は、両ギヤ３，４の回転中心同士７１，７２を結ぶ線７３を挟んで両側に配置されている。逃げ溝２５は吸込室５側にあり、逃げ溝２６は吐出室６側にある。
逃げ溝２５，２６は、支軸３０の軸方向から見たときに、略矩形で所定深さに形成されている。線７３寄りにある逃げ溝２５，２６の各端縁２７，２８は、線７３に対して平行な直線状に形成されている。
【００２２】
逃げ溝２５，２６は、閉じ込み領域５０の内部と吸込室５および吐出室６とを連通可能に形成されている。一方では、逃げ溝２５，２６は、同時に閉じ込み領域５０に連通することを回避されている。これによって、吸込室５と吐出室６とが、閉じ込み領域５０および両逃げ溝２５，２６を介して互いに連通することが防止されている。
また、ギヤ２，３の回転に伴って、閉じ込み領域５０が高圧側逃げ溝２６に連通する第１の状態、閉じ込み領域５０が高圧側逃げ溝２６および低圧側逃げ溝２５に対して遮断される第２の状態、および閉じ込み領域５０が低圧側逃げ溝２５に連通する第３の状態に順次に切り替わるようになっている。
【００２３】
高圧側の逃げ溝２６は、第１の状態においてギヤ３，４の回転に伴って変化する閉じ込み領域５０の容積が最小になるときに、第２の状態に切り換えるべく閉じ込み領域５０と吐出側領域となる吐出室６との連通を遮断することのできる位置に設けられている。すなわち、図４（ｂ）に示すように、同時に噛み合っている２つの噛み合い点が位置Ｋ２，Ｋ６に位置し、支軸３０の軸方向から見たときに、位置Ｋ２と線７３との距離Ｌ２（ピッチ点Ｋ４に対する距離でもよい。）と、位置Ｋ６と線７３との距離Ｌ６とが等しくなるようにされている。吐出室６側にある噛み合い点の位置Ｋ２に、逃げ溝２６の端縁２８が位置している。上述の距離Ｌ２と距離Ｌ６とが等しくなる位置Ｋ２，Ｋ６に、噛み合い点が位置するときに、閉じ込み領域５０の内部容積は最少となり、この閉じ込み領域５０内部と、逃げ溝２６とが、支軸３０の軸方向から見て、互いに重なり合う部分がないようにされている。
【００２４】
低圧側逃げ溝２５は、第２の状態においてギヤ３，４の回転に伴って変化する閉じ込み領域５０の圧力が吸込側領域としての吸込室５の圧力に一致するときに、第３の状態に切り換えるべく閉じ込み領域５０を吸込室５に連通し始めることのできる位置に設けられている。すなわち、上述の位置Ｋ６に噛み合い点が位置する状態から、ギヤ３，４の噛み合いが進行し、噛み合い点が位置Ｋ７に位置するようになる。支軸３０の軸方向から見たときに、位置Ｋ７と線７３との距離Ｌ７（ピッチ点Ｋ４に対する距離でもよい。）は、位置Ｋ６と線７３との距離Ｌ６よりも長くなるようにされている。吸込室５側にある噛み合い点の位置Ｋ７に、逃げ溝２５の端縁２７が位置している。この閉じ込み領域５０内部と、逃げ溝２５とが、支軸３０の軸方向から見て、互いに重なり合う部分がないようにされ、噛み合い点が位置Ｋ７から位置Ｋ８側へ少しでも移動すると、逃げ溝２５と閉じ込み領域５０内部とが連通するようにされている。
【００２５】
噛み合い点が位置Ｋ６から位置Ｋ７に至る間に、閉じ込み領域５０の内部容積は大きくなり、これに伴い、内部にある作動流体の圧力も低下する。噛み合い点が位置Ｋ７になると、上述の圧力が吸込室５の圧力と等しくなるようにされている。
ここで、上述の位置Ｋ７は、以下のようにして決定できる。すなわち、閉じ込められた空間内に作動流体があるときに、空間の内部容積が変化するときの、作動流体の圧力の変化の関係は、例えばダウソン−ヒギンソン（Dowson-Higginson) の式等の公知の関係がある。このような関係を利用して、吐出室６と吸込室５との圧力差（閉じ込み領域内に生じる圧力の低下量となる。）から、作動流体に応じた閉じ込み領域５０の容積の変化量を求められる。そして、この容積の変化量を基に、ギヤ歯の歯形形状や噛み合い点の位置Ｋ６に応じて、位置Ｋ７を決定することができる。
【００２６】
次に動作を説明する。
図４は、駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いを説明するための、サイドプレートの要部拡大側面図である。図５は、ギヤの回転角度位置に対する、閉じ込み領域の作動流体の圧力Ｐおよび内部容積Ｖの変化を示すグラフであり、横軸に回転角度位置を示し、縦軸に圧力Ｐおよび内部容積Ｖが示されている。なお、回転角度位置は、軸心７１を通り線７３に直交する線を基準線ＳＬとして、この基準線ＳＬに対して、支軸３０の回りに測ったときの、吐出室側の噛み合い点の位置と支軸３０の軸心７１とを結ぶ線の角度Ｄ１〜Ｄ４で表す。
【００２７】
一対のギヤ３，４の回転に伴って、図４（ａ）に示すように、吐出室６側にある噛み合い点が位置Ｋ１に位置すると（角度位置Ｄ１）、吸込室５側の噛み合い点は位置Ｋ５にあり、閉じ込み領域５０が生じる。
噛み合いが進行すると、一方の噛み合い点が位置Ｋ１からＫ２へ至り、閉じ込み領域５０の内部容積は徐々に減少するが、その間、閉じ込み領域５０は、逃げ溝２６を通じて吐出室６とだけ連通しており（第１の状態）、内部の圧力は吐出室６の圧力（図５のＰ１）と等しくなっている。また、閉じ込み領域５０は、吸込室５側の噛み合い点により、吸込室５と連通を遮断されている。
【００２８】
一方の噛み合い点が位置Ｋ２に至ると（角度位置Ｄ２）、図４（ｂ）に示すように、他方の噛み合い点は位置Ｋ６に至り、閉じ込み領域５０の内部容積は最少となり、閉じ込み領域５０は、逃げ溝２６との連通を遮断されて、両逃げ溝２５，２６、吐出室６および吸込室５に対して遮断される（第２の状態）。
第２の状態でギヤ３，４の回転に伴って、閉じ込み領域５０の内部容積が次第に膨張し、内部の作動流体の圧力が低下する。噛み合い点が位置Ｋ７に至り（角度位置Ｄ３）、吸込室５の圧力（図５のＰ２）に一致したときに、第３の状態に切り換えて、吸込室５に解放させることになる（図５参照）。
【００２９】
噛み合い点が位置Ｋ７に至ると、閉じ込み領域５０は逃げ溝２５と連通を開始し、吸込室５に連通するようになる。そして、吸込室側の噛み合い点が位置Ｋ７から位置Ｋ８へ至ると（角度位置Ｄ４）、吐出室側の噛み合い点は位置Ｋ３へ至る。その間、閉じ込み領域５０は、逃げ溝２５にだけ連通し、吐出室側の噛み合い点により吐出室６との連通は遮断されている（第３の状態）。
さらに、噛み合いが進行すると、噛み合い点は１つとなり、上述のように噛み合い点を挟んで吐出室６と吸込室５とが遮断される状態となる。その後、上述の第１〜第３の状態が順次切り替わりつつ、ギヤの噛み合いが進行する。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、低圧側の逃げ溝２５の位置により、閉じ込み領域５０の内部の圧力を、吸込室５の圧力に一致させて解放できるので、解放時に、衝撃が生じず、騒音や振動を防止できる。
また、高圧側の逃げ溝２６の位置を、閉じ込み領域５０が最少容積のときに、第１の状態から第２の状態に切り替わるようにしたので、第２の状態での閉じ込み領域５０の内部容積の増大量を大きくできる結果、第２の状態での圧力の低下量を大きく確保できる。従って、低圧側逃げ溝２５と連通するときの閉じ込み領域５０内の圧力を十分に低下させて、吸込室５の圧力に確実に近づけることができるので、騒音や振動を確実に防止できる。
【００３１】
また、逃げ溝２６は、閉じ込み領域５０の内部容積が最少となるときに、閉じ込み領域５０との連通を遮断されるので、ギヤの噛み合い部を介しての吐出室６から吸込室５に戻る作動流体量を最少にできる。
なお、両逃げ溝２５，２６の端縁の形状は、直線形状に限らず、例えばＭ字形状に屈曲していてもよい。また、両逃げ溝２５，２６は、少なくとも一方のサイドプレート１２に形成してあればよい。
【００３２】
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるギヤポンプの断面正面図である。
【図２】図１のギヤポンプの断面側面図であり、図１のII─II線に沿う断面図であってハッチングを省略してある。
【図３】サイドプレートの側面図であり、図１の III─ III線に沿う図である。
【図４】駆動ギヤと従動ギヤの噛み合いを説明するための、サイドプレートの要部拡大側面図である。
【図５】閉じ込み領域の内部容積および作動流体の圧力の変化を、ギヤの噛み合いの進行に対して示すグラフであり、横軸にギヤの回転角度位置を、縦軸に圧力および容積が示されている。
【符号の説明】
３駆動ギヤ
４従動ギヤ
５吸込室（吸込側領域）
６吐出室（吐出側領域）
１２サイドプレート
１２ａギヤ側側面
２５低圧側逃げ溝
２６高圧側逃げ溝
５０閉じ込み領域
Ｋ２高圧側逃げ溝の位置
Ｋ７低圧側逃げ溝の位置

Claims

一対のギヤの噛み合い部分に発生する閉じ込み領域を吐出側領域に連通させる高圧側逃げ溝と、閉じ込み領域を吸込側領域に連通させる低圧側逃げ溝とを、一対のギヤに接するサイドプレートの側面に備え、ギヤの回転に伴って、閉じ込み領域が高圧側逃げ溝に連通する第１の状態、閉じ込み領域が高圧側逃げ溝および低圧側逃げ溝に対して遮断される第２の状態、および閉じ込み領域が低圧側逃げ溝に連通する第３の状態に順次に切り替わるギヤポンプにおいて、
上記低圧側逃げ溝は、上記第２の状態においてギヤの回転に伴って変化する閉じ込み領域の圧力が吸込側領域の圧力に一致するときに、上記第３の状態に切り換えるべく閉じ込み領域を吸込側領域に連通し始めることのできる位置に設けられていることを特徴とするギヤポンプ。
請求項１に記載のギヤポンプにおいて、
上記高圧側逃げ溝は、上記第１の状態においてギヤの回転に伴って変化する閉じ込み領域の容積が最小になるときに、上記第２の状態に切り換えるべく閉じ込み領域と吐出側領域との連通を遮断することのできる位置に設けられていることを特徴とするギヤポンプ。