JP3897568B2

JP3897568B2 - ギヤポンプ及びこれを用いたパワーステアリング装置

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Publication number: JP3897568B2
Application number: JP2001338268A
Authority: JP
Inventors: 善明浜崎; 孝谷和
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-11-02
Also published as: JP2003139071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に噛合する２つのギヤの回転によりポンプ作用をなすギヤポンプ及びこのギヤポンプを用いて操舵手段の操舵を補助するパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のギヤポンプの構成を示す縦断正面図である。
車両の舵取機構中に配されたアクチュエータなどの油圧作動機器に作動油を供給するギヤポンプは、ハウジング１００内のギヤ室１０１に、互いに平行をなす軸回りに回転する２つのギヤ１０２，１０３を配し、該ギヤ１０２，１０３を相互に噛み合わせ、この噛み合い位置の両側に吸込室及び吐出室を形成してなり、吸込室内部の作動油を２つのギヤ１０２，１０３の歯間に受け入れ、ギヤ室１０１の内周面との間に封止して吐出室に送り出すポンプ作用をなす。
【０００３】
また、ギヤポンプのギヤは、棒材に機械加工を施すことにより形成されている。この機械加工の工程は、旋削工程−歯切り工程−焼き入れ工程−シェービング工程−研磨工程−バレル工程等の工程を経て形成される。
【０００４】
このように構成されたギヤポンプにあっては、ギヤ室１０１の側面とギヤ１０２，１０３の側面との間には、ギヤ１０２，１０３を円滑に回転させるべき僅少の隙間があり、ギヤが回転するとき、吸込室及び吐出室の作動油の一部が前記隙間に誘引され、該隙間に油膜が生成されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のように構成された従来のギヤポンプは、前記吐出室で昇圧された圧油がギヤ室１０１の側面とギヤ１０２，１０３の側面との間の隙間から吸込室へ逆流するのを防ぐべく前記隙間を小さくしてあるため、該隙間に生成される油膜の量も非常に少ない。この結果、ギヤが回転するとき油膜切れが発生し易く、この油膜切れの状態でギヤが回転されると、該ギヤの側面に焼き付きが生ずることになり、改善策が要望されていた。
【０００６】
また、このギヤポンプのギヤは、棒材を機械加工することにより形成されているため、旋削工程から最終工程に至るまでの工程数が多く、新規に製造ラインを立ち上げる場合に多額の投資が必要であり、また、ギヤの加工コスト増しとなり、改善策が要望されていた。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めることができ、さらに、ギヤの加工工程数を低減し得るギヤポンプ、及びこのギヤポンプを備えたパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るギヤポンプは、相互に噛合して回転される２つのギヤと、該ギヤが収容されたギヤ室とを備え、前記ギヤの噛み合い部を境として前記ギヤ室が吸込室及び吐出室に区画されているギヤポンプにおいて、前記ギヤの側面は、周方向に離間して凹設された複数の油留まり部と、該油留まり部の夫々を連通させる連通溝とを有していることを特徴とする。
【０００９】
第１発明にあっては、ポンプ運転中にギヤの回転に伴ってギヤ室の作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間、及びギヤの側面の全ての油留まり部に進入し、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めることができる。
このとき、吐出室の油圧は、吸込室の油圧に比べて高いため、吐出室に連通する油留まり部と、吸込室に連通する油留まり部との間に圧力差が発生することになるが、全ての油留まり部は連通溝によって常に連通しているため、全ての油留まり部の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤの側面に加わる力を全周に亘って瞬時に均等化でき、ギヤの回転性を良好にできる。
【００１０】
第２発明に係るギヤポンプは、前記連通溝は前記油留まり部の深さよりも浅くしてあることを特徴とする。
【００１１】
第２発明にあっては、油留まり部に進入した作動油を夫々の油留まり部で滞留保持することができるため、吐出室の昇圧されている作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間から吸込室側へ逆流するのを抑制することができ、吐出流量の減少を少なくし得る。
【００１２】
第３発明に係るギヤポンプは、前記ギヤは金属粉射出成形体からなることを特徴とする。
第３発明にあっては、成形材料として金属粉が用いられており、該金属粉が射出成形されることによりギヤが形成されているため、前記油留まり部、及び連通溝をギヤの形成用型によって得ることができ、油留まり部、及び連通溝を得るための加工工程を経ることなくギヤを得ることができる。
【００１７】
第４発明に係るパワーステアリング装置は、操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助するアクチュエータと、前記操舵手段の操舵角に基づいて駆動される請求項１乃至３の何れか一つに記載のギヤポンプと、該ギヤポンプからの圧油の送給路を切替えて前記アクチュエータへ圧油を送給する油圧制御弁とを備えていることを特徴とする。
第４発明にあっては、第１発明から第３発明の何れかと同様となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係るギヤポンプの構成を示す縦断面図、図２はギヤポンプの一部を拡大した断面図、図３は図２のIII −III 線の拡大断面図、図４はギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b) は側面図である。
【００１９】
図１、図２に示すギヤポンプＧＰ（図５参照）は、モータＭ（図５参照）の出力軸に軸継手等の伝動手段を介して連動される駆動用のギヤ１と、該ギヤ１に噛合する従動用のギヤ２と、該ギヤ１，２が収容されたギヤ室３１及び前記ギヤ１，２の軸部が嵌合された軸受孔３２，３３，３４，３５を有するハウジング３と、該ハウジング３を支持する支持体４と、前記ハウジング３に取付けられ、圧油吐出時の脈動を低減するためのダンパ容器５と、該ダンパ容器５及び前記ハウジング３を取り囲み、油などの作動油が貯溜さるタンク６とを備えている。
【００２０】
ギヤ１，２は金属粉が射出成形された金属粉射出成形体からなる。
ギヤ１は周面に複数の歯１１ａを有する歯部１１と、ギヤ１の側面に相当する歯部１１の両側に連なる軸部１２，１３と、一方の軸部１２の端縁から他方の軸部１３の端縁近くに亘って軸長方向に長い空洞１４と、前記側面に周方向に離間して凹設された複数の油留まり部１５と、該油留まり部１５の夫々を連通させる連通溝１６とを有している。また、軸部１２，１３の端縁には回転中心から大径となるテーパ状のセンタ穴１７，１８が設けられている。
【００２１】
油留まり部１５は歯数の１／２の個数がほぼ等しいピッチで歯１１ａの側面位置に凹設されており、詳しくは、歯数が１２のギヤ１に対し６個の油留まり部１５が凹設されている。また、油留まり部１５は歯底よりも回転中心側で歯底を超える位置に亘って凹設されている。
【００２２】
連通溝１６は、歯底よりも回転中心側で円弧となるように凹設されている。また、連通溝１６は油留まり部１５の深さよりも浅くしてある。
【００２３】
ギヤ２は周面に複数の歯２１ａを有する歯部２１と、ギヤ２の側面に相当する歯部２１の両側に連なる軸部２２，２３と、一方の軸部２２の端縁から他方の軸部２３の端縁に亘って軸長方向に貫通する空洞２４と、前記側面に周方向に離間して凹設された複数の油留まり部２５と、該油留まり部２５の夫々を連通させる連通溝２６とを有している。また、軸部２２，２３の端縁には回転中心から大径となるテーパ状のセンタ穴２７，２８が設けられている。
【００２４】
油留まり部２５は歯数の１／２の個数がほぼ等しいピッチで歯２１ａの端面位置に凹設されており、詳しくは、歯数が１２のギヤ２に対し６個の油留まり部２５が凹設されている。また、油留まり部２５は歯底よりも回転中心側で歯底を超える位置に亘って凹設されている。
【００２５】
連通溝２６は、歯底よりも回転中心側で円弧となるように凹設されている。また、連通溝２６は油留まり部２５の深さよりも浅くしてある。
【００２６】
以上のように構成されたギヤ１，２は次のように成形される。
1) 成形材料として、超微粒子の金属粉と、合成樹脂にワックスが添加されたバインダーとを用い、この金属粉とバインダーとが混練機によって混練される。
2) この混練物が造粒機によってペレットに加工され、成形性が高められる。
3) 前記ギヤ１，２に対応したキャビティを有する成形用型と、射出成形機とを用い、射出成形機のホッパに供給された前記ペレットが溶解された状態で前記成形用型のキャビティに充填され、ギヤ素体に成形される。このギヤ素体は、金属粉がバインダーで結合された組織になっている。
4) 前記ギヤ素体が脱脂炉に供給され、該脱脂炉での加熱によりギヤ素体から前記バインダーが溶解除去され、脱脂されたギヤ素体となる。
5) この脱脂されたギヤ素体が焼結炉で焼結され、相対密度９５％以上の密度の高い金属組織を有し、さらに、高精度のギヤとなり、棒材の加工によって形成された既存のギヤと同等の強度を得ることができる。この状態では歯部１１，２１、軸部１２，１３，２２，２３、空洞１４，２４、油留まり部１５，２５、連通溝１６，２６、センタ穴１７，１８，２７，２８が成形される。
【００２７】
ハウジング３は、両側面に開放され、前記ギヤ１，２の歯部１１，２１の外径寸法に対応する一対の円弧面３６ａ，３６ａが設けられた長円孔３６及び該長円孔３６の周りに穿設された複数の挿通孔３７を有する筒形のハウジング本体３ａと、該ハウジング本体３ａの長円孔３６の両端部に内嵌され、長円孔３６をギヤ室３１とする２つのサイドプレート３ｂ，３ｃと、該サイドプレート３ｂ，３ｃの脱落を防ぐための蓋体３ｄとを備えており、サイドプレート３ｂ，３ｃの内側がギヤ室３１の側面となっている。
【００２８】
ハウジング本体３ａは位置決めピン７により位置決めされた状態で、前記蓋体３ｄに穿設されている孔（図示せず）から前記挿通孔３７に挿入される複数本の締付ねじ８により前記蓋体３ｄとともに支持体４に取外し可能に取付けられている。また、ハウジング本体３ａには、ギヤ室３１の円弧面３６ａ，３６ａの間から貫通し、吸込管９を介して前記タンク６内に連通する吸込路３８と、前記ダンパ容器５内に連通する吐出路３９とが設けられている。
【００２９】
ギヤ室３１は、内部に収容するギヤ１，２の歯１１ａ，２１ａの噛み合い部を境として前記吸込路３８が開口する吸込室３１ａ及び前記吐出路３９が開口する吐出室３１ｂに区画される。
【００３０】
サイドプレート３ｂは、前記ギヤ１，２の軸部１２，２２を支持するための貫通する軸受孔３２，３３が設けられており、この軸受孔３２，３３にブッシュ４０，４１を介して前記軸部１２，２２を嵌合してある。また、サイドプレート３ｃは、前記ギヤ１，２の軸部１３，２３を支持するための貫通する軸受孔３４，３５が設けられており、この軸受孔３４，３５にブッシュ４２，４３を介して前記軸部１３，２３を嵌合してある。また、ギヤ１，２の歯１１ａ，２１ａとギヤ室３１の円弧面３６ａ，３６ａとの間に油閉込み部１ａ，２ａを設けるようにしてある。
【００３１】
ハウジング３の蓋体３ｄは、底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、底部が前記締付ねじ８によって支持体４に取付けられている。
【００３２】
ダンパ容器５は、底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、筒部が前記蓋体３ｄの筒部に内嵌されている。このダンパ容器５内は前記吐出室３１ｂよりも大容積になっている。また、ダンパ容器５内は、前記蓋体３ｄの底部に穿設された貫通孔及び前記吐出路３９を介して吐出室３１ｂに連通し、さらに、前記底部に穿設された排出孔を介して送給管１０に連通している。
【００３３】
タンク６は底部の周縁に筒部が連なる有底筒形になっており、筒部の端縁が前記支持体４に取外し可能に取付けられている。
【００３４】
なお、図１中２０は駆動用のギヤ１の軸部１３周りから作動油が外部に洩れるのを防ぐための封止材である。
【００３５】
以上のように構成されたギヤポンプＧＰは、モータの駆動により伝動手段を介して駆動用のギヤ１及び該ギヤ１に噛合する従動用のギヤ２が図３の矢印方向へ回転し、タンク６内に貯溜された作動油が吸込管９及び吸込路３８を経てギヤ室３１の吸込室３１ａへ吸込まれ、さらに、ギヤ１，２の油閉込み部１ａ，２ａに閉込められ、これら油閉込み部１ａ，２ａの作動油がギヤ１，２の回転に伴い昇圧して吐出室３１ｂに吐出され、該吐出室３１ｂから吐出路３９を経てダンパ容器５内に供給され、このダンパ容器５内で油脈が低減された後、送給管１０に供給される。
【００３６】
前記ギヤ１，２が回転するとき、ギヤ室３１の作動油がギヤ室３１の側面及びギヤ１，２の側面の間の隙間Ｋ１，Ｋ２、及びギヤ１，２の側面の全ての油留まり部１５，２５に進入することになり、ギヤ室３１の側面とギヤ１，２の側面との間の潤滑性を高めることができる。このとき、吐出室３１ｂの油圧は、吸込室３１ａの油圧に比べて高いため、吐出室３１ｂに連通する油留まり部１５，２５と、吸込室３１ａに連通する油留まり部１５，２５との間に圧力差が発生することになるが、全ての油留まり部１５，２５は連通溝１６，２６によって常に連通しているため、全ての油留まり部１５，２５の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤ１，２の側面に加わる力を全周に亘って均等化でき、ギヤ１，２の回転性を良好にできる。
【００３７】
また、ギヤ１，２は金属粉射出成形体からなり、ギヤ１，２が射出成形されるとき、前記空洞１４，２４、油留まり部１５，２５、連通溝１６，２６、センタ穴１７，１８，２７，２８を形成用型によって得ることができるため、前記空洞１４，２４、油留まり部１５，２５、連通溝１６，２６、センタ穴１７，１８，２７，２８を得るための加工工程を経ることなくギヤ１，２を得ることができ、ギヤ１，２の加工工程数を低減でき、ギヤ１，２の加工コストを低減できる。また、ギヤ１，２が成形されるときに発生するスプールランナー等の廃材を粉砕し、再利用してギヤ１，２を成形することができるため、前記廃材を削減でき、コストをより一層低減できる。
【００３８】
図５はラック・ピニオン式の舵取機構を備えた車両において、本発明に係るギヤポンプを用いて構成されたパワーステアリング装置の模式図である。ラック・ピニオン式の舵取機構は、上端が操舵輪５０に繋がる操舵軸５１の下端にピニオン５２を固設し、該ピニオン５２を車体の前部に左右方向に延設されたラック軸５３のラック歯に噛合せしめ、舵取りのための操舵輪５０の回転をラック軸５３の軸長方向の摺動に変換して、該ラック軸５３の両端に各別に連結された左右一対の前輪５４，５４の向きを変えて舵取りを行わせる構成となっている。尚、操舵輪５０及び操舵軸５１が操舵手段を構成している。
【００３９】
本発明に係るパワーステアリング装置は、ラック軸５３の中途に構成された操舵補助用のアクチュエータ（油圧シリンダ）５５と、操舵軸５１の中途に構成された回転式の油圧制御弁５６とを備えてなり、操舵輪５０の操作に応じた油圧制御弁５６の動作により前記ギヤポンプＧＰからの送給路を切り替えてアクチュエータ５５に圧油を送給し、この送給に応じてアクチュエータ５５が発生する油圧力をラック軸５３に加え、該ラック軸５３の摺動を補助する構成となっている。
【００４０】
本発明に係るギヤポンプＧＰは、モータＭを駆動源として回転駆動され、アクチュエータ５５への送給油の発生源として用いられており、タンク６からギヤ室３１へ吸込んだ作動油をギヤ１，２の回転によりギヤ室３１で昇圧し、この昇圧された圧油を送給管１０及び油圧制御弁５６を経てアクチュエータ５５に送給する構成となっている。
【００４１】
ギヤポンプＧＰを駆動するモータＭには、マイクロプロセッサを用いてなる駆動制御部５７の出力が、図示しない駆動回路を介して与えられており、前記モータＭは、駆動制御部５７からの指令に応じてオンオフを含めて駆動制御されるようになしてある。駆動制御部５７の入力側には、操舵軸５１の中途に付設された舵角センサ５８から、操舵輪５０の操舵角の検出信号が与えられ、また車速センサ５９から、走行速度の検出信号が与えられている。
【００４２】
駆動制御部５７は、車速センサ５９からの入力に応じて、検出車速の増大に応じてモータＭの回転速度を減じる回転速度制御を行う。これにより、ギヤポンプＧＰから油圧制御弁５６を介してアクチュエータ５５に送給される圧油は、車速の遅速に応じて高低となる圧力を有するようになり、前輪５４，５４に作用する路面反力が大きい低速走行時、又は、停止時において大なる操舵補助力が得られ、舵取りのための操舵輪５０の操舵に要する力が大幅に軽減される一方、前記路面反力が小さい高速走行時に操舵補助が小さくなり、操舵輪５０に適度の剛性を付与して直進安定性を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態２
図６は実施の形態２のギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b) は側面図である。
この実施の形態２のギヤポンプＧＰは、前記連通溝１６，２６をなくし、側面に油留まり部１５，２５を有するギヤ１Ａ，２Ａが金属粉射出成形体からなる構成としてある。
【００４４】
この実施の形態２においては、側面に前記油留まり部１５，２５を有するギヤ１Ａ，２Ａに対応したキャビティを有する成形用型と、射出成形機とを用い、射出成形機のホッパに供給された前記ペレットが溶解された状態で前記成形用型のキャビティに充填され、ギヤ素体に成形され、このギヤ素体が実施の形態１の前記4)、5)の工程を経て製造される。この状態では歯部１１，２１、軸部１２，１３，２２，２３、空洞１４，２４、油留まり部１５，２５、センタ穴１７，１８，２７，２８が成形される。
【００４５】
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００４６】
【発明の効果】
第１発明によれば、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を油留まり部によって高めることができ、しかも、全ての油留まり部の圧力を瞬時に均圧化でき、ギヤの側面に加わる力を全周に亘って瞬時に均等化でき、ギヤの回転性を良好にできる。
【００４７】
第２発明によれば、吐出室の昇圧されている作動油がギヤ室の側面及びギヤの側面の間の隙間から吸込室側へ逆流するのを抑制することができ、吐出流量の減少を防止し得る。
【００４８】
第３発明によれば、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の潤滑性を高めるために必要な油留まり部、連通溝を得るための加工工程を経ることなくギヤを得ることができ、しかも、ギヤ室の側面とギヤの側面との間の隙間に油膜切れが生じ難い形状の油留まり部を簡易に得ることができる。さらに、棒材を機械加工することにより形成されている既存のギヤに比べて少なくとも旋削工程及び歯切り工程をなくすることができ、ギヤの加工工程数を低減でき、ギヤの加工コストを低減できる。
【００５１】
第４発明によれば、第１発明から第３発明の何れかと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るギヤポンプの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るギヤポンプの要部の構成を示す拡大断面図である。
【図３】図２のIII −III 線の拡大断面図である。
【図４】本発明に係るギヤポンプのギヤの一部を拡大したもので、(a) は断面図、(b)は側面図である。
【図５】本発明に係るギヤポンプを用いて構成されたパワーステアリング装置の模式図である。
【図６】本発明に係るギヤポンプの実施の形態２のギヤの一部を拡大したもので、(a)は断面図、(b) は側面図である。
【図７】従来例を示すギヤポンプの縦断正面図である。
【符号の説明】
１，１Ａギヤ
１２，１３軸部
１４空洞
１５油留まり部
１６連通溝
２，２Ａギヤ
２２，２３軸部
２４空洞
２５油留まり部
２６連通溝
３ハウジング
３１ギヤ室
４０操舵輪
４１操舵軸
４５アクチュエータ
４６油圧制御弁
ＧＰギヤポンプ

Claims

相互に噛合して回転される２つのギヤと、該ギヤが収容されたギヤ室とを備え、前記ギヤの噛み合い部を境として前記ギヤ室が吸込室及び吐出室に区画されているギヤポンプにおいて、前記ギヤの側面は、周方向に離間して凹設された複数の油留まり部と、該油留まり部の夫々を連通させる連通溝とを有していることを特徴とするギヤポンプ。
前記連通溝は前記油留まり部の深さよりも浅くしてある請求項１記載のギヤポンプ。
前記ギヤは金属粉射出成形体からなる請求項１又は２記載のギヤポンプ。
操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助するアクチュエータと、前記操舵手段の操舵角に基づいて駆動される請求項１乃至３の何れか一つに記載のギヤポンプと、該ギヤポンプからの圧油の送給路を切替えて前記アクチュエータへ圧油を送給する油圧制御弁とを備えていることを特徴とするパワーステアリング装置。