JP4306634B2 - 液圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液圧システムの液圧源等に好適に使用される液圧装置に関する。

液圧システムの液圧源等に好適に使用される液圧装置として、歯車を噛み合わせて同期逆回転させ、歯車の回転に伴い作動液を吐出する液圧歯車ポンプが用いられることが多い。このような液圧装置においては、互いに噛み合う歯車の間に作動液を閉じ込め可能な空間が形成され、その空間からの作動液の放出周期に対応する周期で作動液の圧力が脈動し、この圧力脈動による振動により音が発生する。このような歯車ポンプに用いる歯数は１２〜１４枚程度のものが多く、歯車駆動用モータの回転数は１分間当たり２５００回転程度であるので、音の周波数は５００〜６００Ｈｚ程度である。

この音を液圧装置の外部に漏らさないようにするために、従来はこの液圧装置全体ないし液圧歯車ポンプを厚い鋼製のカバーで覆うことや、カバーの平面部に凹凸を設けて剛性を上げることや、カバー内部に分厚い吸音材を貼ることにより対応している。

しかし、そのような厚い鋼製のカバーで覆うと重量が重くなり、特に自動車等に積載すると積載重量に影響する。また、分厚い吸音材を貼ると、全体の寸法が大きくなり、スペースを大きくとってしまう。さらに、平面部に凹凸を設けると加工の手間がかかる。

そこで、単層壁の遮音に関する質量則により、周波数の高い音は遮断しやすいので、歯車ポンプの歯車の歯数を増やして発生する音の周波数を高くする方法が考えられる。しかし、歯車の歯数を増やすと歯車ポンプが大きくなり、このような歯車ポンプをカバーに収納してなる液圧装置全体もまた大きくなってしまう。

また、歯車ポンプの歯車を駆動するモータの回転数を低くして音圧を低減することが考えられる。しかし、歯車ポンプの歯車の回転数が低くなると、圧力脈動の周波数も低下するため、油圧装置の周囲の油圧機器や配管の振動が大きくなってしまう。

本発明は上記問題を解決することのできる液圧装置を提供することを目的とする。

本発明の貨物用自動車用の液圧装置は、貨物用自動車に搭載され、少なくとも液圧歯車ポンプ、モータ、制御バルブからなる内部構成部品と、タンクと、タンクとともに内部構成部品を収納する遮音用鋼製カバーとを具備するものであって、前記液圧歯車ポンプが、１対の歯車により作動液を吐出するものとされ、互いに噛み合う前記歯車の間に空間が２箇所に分かれて形成され、前記歯車の単位時間あたりの回転数をＲ、歯数をｚとして、前記圧力脈動の周波数が２Ｒｚとされることで、１対の歯車を用い歯車対の噛み合い部の歯間にバックラッシュを設けた液圧歯車ポンプと比較して、同一回転数で使用した場合の圧力脈動の周波数を高くしているものであることを特徴とする。

本発明によれば、歯車ポンプの歯車を駆動するモータの回転数を従来と同様とした場合には、単層壁の遮音に関する質量則により、カバーの面積あたりの質量を減らしても外部に放出する音の強さを従来の液圧歯車ポンプを用いた液圧装置と同一にできる。従って、従来の液圧歯車ポンプを用いた液圧装置に比べて外部に放出する音の強さを同程度に保ちつつ遮音用のカバーを薄くでき、液圧装置全体としての軽量化及び省スペース化を図ることができるようになる。そしてさらに、貨物用自動車に使用する際に貨物の積載重量ならびに積載スペースを増大させることができる。

また、歯車を駆動するモータの回転数を低くすることで騒音を低減させる場合でも、歯車ポンプの作動液の圧力脈動の周波数が低下することはなく、油圧装置の周囲の油圧機器や配管の振動が大きくなるのを防止できる。これにより、モータの回転数を例えば毎分２０００回転以下にすることも可能になる。なお、モータの回転数低下による歯車ポンプの作動液吐出容量の低下が問題になる場合は、歯車一回転当たりの吐出容量を多くすることで対応すればよい。

本発明では、液圧装置に用いる歯車ポンプの圧力脈動の周波数を、歯車対の噛み合い部の歯間に従来同様にバックラッシュを設けた１連液圧歯車ポンプと比較して同一回転数で使用した場合において高くするようにしたので、歯車ポンプから発生する音の周波数もこれにつれて高くなる。従って、単層壁の遮音に関する質量則により、この歯車ポンプを収納するカバーを外部に放出する音の強さを同程度に保ちつつより薄い材料で構成することができ、油圧ユニット全体としての軽量化及び省スペース化を図ることができる。また、従来の液圧装置と同一のカバーを用いれば、外部に放出する騒音を低減できる。

以下に本発明の第１実施形態について述べる。
本実施形態の液圧装置Ｕは、正面図を図１、側面図を図２に示すように、液圧歯車ポンプ１、ＤＣモータ２、制御バルブ３からなる内部構成部品と、タンク４と、カバー５とを具備し、カバー５に液圧歯車ポンプ１、モータ２、制御バルブ３からなる内部構成部品及びタンク４を収納している。さらに、前記タンク４と前記液圧歯車ポンプ１の吸入ポート１ａとは作動液導入管６により接続されている。また、前記液圧歯車ポンプ１の吐出ポート１ｂと前記制御バルブ３とは作動液吐出管７により接続されている。そして、液圧式テールゲート付き自動車のテールゲートの上下、格納等に用いる図示しない液圧シリンダ等のアクチュエータを制御バルブ３の接続ポート３ａに接続して、その液圧源として用いられる。

前記液圧歯車ポンプ１は、一般的な液圧歯車ポンプとして周知のものと同様に構成されており、縦断面図を図３に示すように、ケーシング１１内に噛合状態で収容した一対の歯車１４、１５により作動液を吐出するものである。詳述すると、ケーシング１１は、ポンプボディ１２の端面にフロントカバー１３を添接、接合してそれらを図示しないボルトにより連結して構成されるものである。

前記ポンプボディ１２には、図３におけるａ−ａ断面図を図４に示すように、眼鏡状のめがね穴１２ｘを設け、駆動歯車１４及び従動歯車１５を噛合状態で収容し、これらの歯車１４、１５の側面に可動側板１６ａ、１６ｂを添設して容積空間を閉止している。さらに、図３に示すように、ポンプボディ１２には、軸受穴１２ａ、１２ｂが設けられ、これらの軸受穴１２ａ、１２ｂに、前記歯車１４、１５を取り付けた回転軸１４１、１５１をブッシュ１７を介して回転可能に軸承させている。一方、同図に示すように、フロントカバー１３には、軸受穴１３ａ、１３ｂが設けられ、これらの軸受穴１３ａ、１３ｂに、前記歯車１４、１５を取り付けた回転軸１４１、１５１をブッシュ１８を介して回転可能に軸承させている。さらに、前記可動側板１６ａ、１６ｂは、圧力がバランスするように構成している。そして、前記回転軸１４１と前記フロントカバー１３との間には、止め輪１９１及びオイルシール１９２を介在させて作動液の液漏れを防いでいる。

そして、一端を外部に延出させてなる駆動歯車１４の回転軸１４１に、前記モータ２に接続された図示しない出力軸から駆動力を付与することによって、両歯車１４、１５を同期逆回転させ、吸入ポート１ａから吸入した作動流体を歯車１４、１５の歯間、可動側板１５及びめがね穴１２ｘによって閉成される容積空間に閉じ込めて吐出ポート１ｂにまで導き吐出するというポンプ作用を営むようにしている。

本実施形態では、１対の歯車を用い歯車対の噛み合い部の歯間に従来同様にバックラッシュを設けた液圧歯車ポンプと比較して、同一回転数で使用した場合の圧力脈動の周波数を倍増するように設定している。より具体的には、図５（ａ）に示すように、駆動歯車１４と従動歯車１５との噛み合いのバックラッシュＢＬを略無くしている。さらに詳述すると、図６に示すように、駆動歯車１４と従動歯車１５とを噛み合わせてこれら駆動歯車１４の回転軸１４１と従動歯車１５の回転軸１５１との間の空間が最も狭くなる部分の距離である軸間最短距離Ａを測定し、ポンプボディ１２の軸受穴１２ａ、１２ｂ間の厚みが最小となる部分のブッシュ１７内周間距離である軸受間最短距離Ｂが前記軸間最短距離Ａと略等しくなるように加工、組立を行う。なお、各歯車１４、１５の回転軸１４１、１５１の外周とブッシュ１７の内周との間に隙間を設け、両歯車１４、１５を浮動支持し、ポンプ駆動時における高圧側と低圧側の圧力差により両歯車１４、１５を低圧側に押すことで、噛み合い時における両歯車１４、１５間のバックラッシュを零にしてもよい。

これにより、互いに噛み合う駆動歯車１４の歯と従動歯車１５の歯との間に作動液を閉じ込め可能な空間Ｌが２箇所に分かれて形成される。この空間Ｌに閉じ込められた作動液の空間Ｌからの放出周期に対応する周期で作動液の圧力は脈動する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、単位時間あたりの歯車の回転数をＲ、歯数をｚとすると、時間１／２Ｒｚごとに空間Ｌに閉じ込められた作動液が押し出され、圧力脈動の周波数は２Ｒｚになる。これにより、圧力脈動により引き起こされる音の基本周波数は２Ｒｚとなる。一方、図７（ａ）に示すような、駆動歯車ａ１４と従動歯車ａ１５との間に従来同様にバックラッシュＢＬを設けた液圧歯車ポンプでは、歯間に作動液が閉じ込められる空間Ｌは１つながりである。すなわち、図５（ｂ）の破線及び図７（ｂ）に示すように、単位時間あたりの歯車の回転数をＲ、歯数をｚとすると、時間１／Ｒｚごとに空間Ｌに閉じ込められた作動液が押し出され、圧力脈動により引き起こされる音の基本周波数はＲｚとなる。

従って、バックラッシュＢＬを略零にすると、圧力脈動により引き起こされる音の基本周波数は、同一回転数Ｒで使用した場合、従来の液圧歯車ポンプと比較して２倍になる。このとき、単層壁の遮音に関する質量則により、同一のカバー５を用いると外部に漏れる音の強さは減少する。例えば、図８（ａ）に本実施形態に係る液圧装置Ｕから漏れる音、図８（ｂ）に本実施形態に係る液圧装置Ｕと同一のカバーを用いた従来の歯車ポンプを用いた液圧装置から漏れる音の周波数と音の強さを示すグラフを示す。この場合、図８（ｂ）から、従来の液圧装置から漏れる音のピークの周波数は６００Ｈｚであるのに対し、図８（ａ）から、本実施形態に係る液圧装置Ｕから漏れる音のピークの周波数は１１５０Ｈｚである。そして、従来の液圧装置から漏れる音の強さは５４．９２ｄＢであるのに対し、本実施形態に係る液圧装置Ｕから漏れる音の強さは４８．１２ｄＢであり、明らかに外部に漏れる音が小さくなっている。すなわち、従来の液圧装置と同一のカバーを用いると、外部に漏れる音を小さくできる。

また、歯車１４、１５の回転数を従来の１／２にした場合でも圧力脈動により引き起こされる音の基本周波数は従来と同様になる。よって、モータ２の回転数を１／２にすることで騒音を低減させる場合でも、歯車ポンプ１の作動液の圧力脈動の周波数が低下することはなく、液圧装置Ｕの周囲の油圧機器や配管の振動が大きくなるのを防止できる。これにより、モータ２の回転数を例えば毎分２０００回転以下にできる。なお、モータ２の回転数低下による歯車ポンプ１の作動液吐出容量の低下が問題になる場合は、歯車１４、１５の一回転当たりの吐出容量を多くすればよい。

従って、従来の液圧歯車ポンプを用いた場合と比較して、この液圧歯車ポンプ１を用いた場合は、より薄い材料を用いてカバー５を構成しても外部に漏れる音の強さを従来のものと同程度に保ちつつ、液圧装置Ｕ全体の重量及び占有スペースを小さくできる。また、モータ２の回転数低下により周囲の油圧機器や配管の振動による騒音も防止できる。特に、液圧装置Ｕを貨物用自動車に取り付けて用いる場合、液圧装置Ｕを軽量化できるので、その分だけ本来の貨物を多く積むことができ、また、液圧装置Ｕの省スペース化により、本来の貨物の積載スペースを広くとることができる。

なお、本発明は以上に述べた各実施形態に限られない。
例えば、上述した以外の方法でバックラッシュＢＬを略零にするか、又は実質的に零にするようにしてもよい。

また、ケーシングは上述した以外にも種々の態様が考えられる。例えば、１対の歯車対を用いる液圧歯車ポンプの場合、ボディにリヤカバーを取り付けるようにしたものや、ボディにフロントカバーとリヤカバーの両方を取り付けるようにしたもの等が挙げられる。

その他、内部構成部品に液圧歯車ポンプ、モータ、制御バルブ以外の要素を追加する等、本発明の趣旨を損ねない範囲でさまざまに改変してよい。

本発明の第１実施形態に係る液圧歯車ポンプを用いた液圧装置を示す正面図 同実施形態に係る液圧歯車ポンプを用いた液圧装置を示す側面図 同実施形態に係る液圧歯車ポンプを示す縦断面図 図３におけるａ−ａ断面図 同実施形態に係る液圧歯車ポンプの歯車対の噛み合わせ及び圧力波の波形を示す図 同実施形態に係る液圧歯車ポンプの歯車対の側面及びポンプボディの縦断面を示す図 従来の液圧歯車ポンプの歯車対の噛み合わせ及び圧力波の波形を示す図 本発明の第１実施形態に係る液圧装置及び従来の液圧装置から発生する音の周波数及び強さを示す図

符号の説明

Ｕ...液圧装置昇降装置
１...液圧歯車ポンプ
１１...ケーシング
１２...ポンプボディ
１３...フロントカバー
１４...駆動歯車
１４１...駆動歯車の回転軸
１５...従動歯車
１５１...従動歯車の回転軸
１６ａ、１６ｂ...可動側板
１７、１８...ブッシュ
１９１...止め輪
１９２...オイルシール
２...モータ
３...制御バルブ
３ａ...接続ポート
４...タンク
５...カバー
６...作動液吸入管
７...作動液吐出管
ａ１４...従来の液圧歯車ポンプの駆動歯車
ａ１５...従来の液圧歯車ポンプの従動歯車

Claims (2)

1. 貨物用自動車に搭載され、少なくとも液圧歯車ポンプ、モータ、制御バルブからなる内部構成部品と、タンクと、タンクとともに内部構成部品を収納する遮音用鋼製カバーとを具備するものであって、前記液圧歯車ポンプが、１対の歯車により作動液を吐出するものとされ、互いに噛み合う前記歯車の間に空間が２箇所に分かれて形成され、前記歯車の単位時間あたりの回転数をＲ、歯数をｚとして、前記圧力脈動の周波数が２Ｒｚとされることで、１対の歯車を用い歯車対の噛み合い部の歯間にバックラッシュを設けた液圧歯車ポンプと比較して、同一回転数で使用した場合の圧力脈動の周波数を高くしているものであることを特徴とする貨物用自動車用の液圧装置。
2. 請求項１の液圧装置を液圧源として用いるために搭載する貨物用自動車。

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