JP4606842B2 - ギアポンプ・モータ - Google Patents

Description

本発明は、正逆両方向に回転する液圧ギアポンプ・モータの改良に関するものである。

従来、例えば作業機械等に用いられる流体圧パワーパッケージとして、正逆転モータで駆動されるギアポンプの回転方向（吐出方向）を切り換えることによって流体圧アクチュエータの作動方向を切り換えるようにしたものがある（特許文献１参照）。

これについて説明すると、ギアポンプは、互いに外接噛み合う対のギアと、各ギアの歯先に対峙するポンプ室周壁を有するハウジングと、各ギアの回転方向に応じて入口側または出口側となる対のポートとを備える。各ギアの回転に伴って一方のポートに吸い込まれた作動流体を各ギアの歯溝に充填しながら他方のポートへと圧送され、このポートから加圧された作動流体が吐出する。各ギアの回転が逆転すると、作動流体の流れ方向も逆になる。

このギアポンプは、ギアの回転軸方向に変位可能に設けられギアの端面に対峙する可動ブッシュと、可動ブッシュの背後に設けられる背圧室と、各ギアの回転に伴ってこの入口側のポートから出口側のポートへと向かう歯溝に対して連通する高圧室と、高圧室と背圧室を連通する背圧導入通路とを備える。

各ギアの回転に伴って一方のポートに吸い込まれた作動流体を各ギアの歯溝に充填しながら他方のポートへと圧送し、このポートから加圧された作動流体を吐出するとともに、その途中でギアの歯溝に連通する高圧室の圧力が高められ、この圧力が背圧導入通路を通して背圧室に導かれ、可動ブッシュが各ギアの端面に押し付けられる。これにより、各ギアの端面側から洩れる作動流体量が抑えられ、ギアポンプの容積効率が維持される。
特開２００２−２７６５６０号公報

しかしながら、このような従来のギアポンプ・モータにあっては、ポンプ吐出方向が反転する際に、各ギアの回転方向が切り換わるのに伴って上昇するポートの圧力が高圧室と背圧導入通路を経て背圧室に導かれるのに時間がかかるため、その間は可動ブッシュを各ギア端面に押し付ける力が不足し、各ギアの端面側から洩れる作動流体量が増えて、ギアポンプの容積効率を維持できないという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ギアの回転方向が切り換わる際にも容積効率を維持できるギアポンプ・モータを提供することを目的とする。

本発明は、互いに外接噛み合う対のギアと、この各ギアの歯先に対峙するポンプ室周壁を有するハウジングと、各ギアの回転軸方向に変位可能に設けられ各ギアの端面に摺接する可動ブッシュと、この可動ブッシュの背後に設けられる背圧室と、各ギアの回転方向に応じて入口側または出口側となる対のポートと、各ギアの回転に伴ってこの入口側のポートから出口側のポートへと向かう歯溝に対して両ギアの回転中心を通る軸線から両回転方向に所定の角度範囲にわたり連通する高圧室と、高圧室と背圧室を連通する背圧導入通路とを備え、高圧室から背圧導入通路を介して背圧室に導かれる圧力により可動ブッシュが各ギアの端面に押し付けられるギアポンプ・モータに適用する。

そして、各ポートから高圧室に向けて延びる導圧溝を可動ブッシュの外周縁部またはハウジングに設け、導圧溝と高圧室の間にてポンプ室周壁に対峙する隔壁面を形成し、ギアの隣り合う歯の中心角度をαとし、ギアの歯先面が形成される中心角度をβとすると、この隔壁面を歯溝の開口角度α＋βより大きい角度範囲にわたって形成し、各ギアの回転中心の両方を通る直線を垂直軸線とし、この垂直軸線に直交しかつ各ギアの回転中心を通る２本の直線をそれぞれ水平軸線とすると、導圧溝はこの各水平軸線を超えて高圧室側に延び、ギヤポンプの回転方向が切り換わる際に各高圧室の圧力が導圧溝を介して高められる構成したことを特徴とするものとした。

本発明が前提とするギアポンプ・モータは、各ギアの回転に伴って一方のポートに吸い込まれた作動流体を各ギアの歯溝に充填しながら他方のポートへと圧送し、このポートから加圧された作動流体を吐出するとともに、その途中でギアの歯溝に連通する高圧室の圧力が高められ、この圧力が背圧導入通路を介して背圧室に導かれ、可動ブッシュが各ギアの端面に押し付けられる。

こうして、ギアポンプの吐出方向が切り換わるとき、各高圧室の圧力が導圧溝を介して速やかに上昇することにより、可動ブッシュを各ギア端面に押し付ける力が途切れる時間を短縮し、各ギアの端面側から洩れる作動流体量を抑え、ギアポンプの容積効率が維持される。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１、図２に示すように、ギアポンプ１は、互いに外接噛み合うドライブギア１０とドリブンギア２０と、ドライブギア１０とドリブンギア２０の歯先に対峙するポンプ室周壁５３を有するハウジング５０と、ドライブギア１０とドリブンギア２０の回転方向に応じて入口側または出口側となる対のポート５１，５２とを備える。

ポンプ室周壁５３はドライブギア１０とドリブンギア２０の歯先に所定の隙間をもって対峙するように円柱面状に形成される。

各ポート５１，５２はドライブギア１０とドリブンギア２０の噛み合い部を挟むようにしてポンプ室周壁５３に開口する。

ドライブギア１０にはシャフト１１が設けられる。このシャフト１１はドライブギア１０の両端面から軸方向に突出し、シャフト１１の両端部は各可動ブッシュ３０を介して回転可能に支持される。ハウジング５０の外側に突出した一方の軸部に回転駆動力が入力される。

ドリブンギア２０にはシャフト２１が設けられる。このシャフト２１はドリブンギア２０の両端面から軸方向に突出している。シャフト２１の両端は各可動ブッシュ３０を介して回転可能に支持される。

各可動ブッシュ３０はポンプ室周壁５３にドライブギア１０とドリブンギア２０の回転軸方向に摺動可能に支持され、ドライブギア１０とドリブンギア２０の各端面に押し付けられる。すなわち、ドライブギア１０とドリブンギア２０の各端面側に押し付けられるギア摺接部材の機能を果たす。これにより、ドライブギア１０とドリブンギア２０の各端面側から洩れる作動流体量を抑えられる。

各可動ブッシュ３０が独立して摺動し、ドライブギア１０とドリブンギア２０の端面に押し付けられる構成としたため、ドライブギア１０とドリブンギア２０の端面の間に若干の段差が有る場合でも、隙間が空くことなく、ドライブギア１０とドリブンギア２０の端面側から洩れる作動流体量が抑えられる。

なお、各ギアの端面に摺接する可動ブッシュを一体化して形成することも可能である。

また、ギアポンプは可動ブッシュをドライブギア１０とドリブンギア２０の片側のみに設け、ドライブギア１０とドリブンギア２０を片持ち支持する構成としても良い。

円柱状の各可動ブッシュ３０はポンプ室周壁５３に摺接する外周面３１と、互いに摺接する平面状の切り欠き面３２を有する。ポンプ室周壁５３の内周形状は可動ブッシュ３０の外周面３１と略同一形状をしている。

各可動ブッシュ３０の背後にはハウジング５０およびカバー６０の間に背圧室４０がそれぞれ画成される。各背圧室４０に導かれる圧力により各可動ブッシュ３０はドライブギア１０とドリブンギア２０の端面に押し付けられる。

各可動ブッシュ３０は軸方向の寸法（厚さ）をドライブギア１０とドリブンギア２０に比べて大きく形成している。これにより、各可動ブッシュ３０が傾く姿勢変化を十分に抑えられる。

各背圧室４０を密封する手段として、各可動ブッシュ３０の端部には環状の段部３３がそれぞれ形成され、各段部３３とカバー６０の間に各シールリング４１が圧縮された状態で介装される。可動ブッシュ３０が軸方向に変位しても、各シールリング４１は各段部３３とカバー６０に密着し、各背圧室４０のドレーン側に対する密封が維持される。可動ブッシュ３０には図３に斜線を入れた範囲に背圧室４０に導かれる圧力が作用する。

各背圧室４０に作動流体圧を導くプレッシャローディング機構として、ドライブギア１０とドリブンギア２０の端部にドライブギア１０とドリブンギア２０の回転に伴って各ポート５１，５２の一方から他方へと向かう歯溝１６に連通する各高圧室４３と、各高圧室４３と各背圧室４０を連通する背圧導入通路４４とを備える。

各可動ブッシュ３０の端部には断面半月形の切り欠き部３４が形成され、各切り欠き部３４によって各高圧室４３が画成される。なお、ハウジング５０側に各高圧室４３を画成する空間を形成してもよい。

各背圧導入通路４４は、各可動ブッシュ３０を貫通する通孔によって形成される。各背圧導入通路４４の一端は各切り欠き部３４に開口し、他端は各段部３３に開口している。なお、各可動ブッシュ３０はその各背圧室４０に対する受圧面積が各高圧室４３に対する受圧面積より大きく形成され、各背圧室４０と各高圧室４３に導かれる圧力差により各可動ブッシュ３０がドライブギア１０とドリブンギア２０に押し付けられる。

そして本発明の要旨とするところであるが、各ポート５１，５２から各高圧室４３に向けて延びる導圧溝３５を設け、入口側のポート５１，５２から高圧室４３へと向かう歯溝１６が所定の角度範囲にわたりこの導圧溝３５に連通し、ギアポンプ１の回転方向が切り換わる際に各高圧室４３の圧力が導圧溝３５を介して速やかに高められる構成とする。

本実施の形態では、導圧溝３５をブッシュ３０の外周縁部に形成する。導圧溝３５はポンプ室周壁５３に面して円弧状に延び、ドライブギア１０とドリブンギア２０の歯先に対峙する。なお、ハウジング５０側に導圧溝３５を画成する空間を形成してもよい。

図４はドライブギア１０とドリブンギア２０を示す側面図である。ドライブギア１０とドリブンギア２０は１０個の歯を有する。ここで、隣り合う歯１９の中心角度をα（＝３６°）とし、歯先面１８が形成される中心角度をβ（＝３．４°）とする。ドライブギア１０とドリブンギア２０の歯数はこれに限らず任意に設定される。

図２に示すように、高圧室４３はドライブギア１０とドリブンギア２０の回転中心を通る垂直軸線Ｏ１について対称的に形成される。そして、高圧室４３は角度範囲２α−βにわたって形成される。

導圧溝３５はドライブギア１０とドリブンギア２０の回転中心を通る垂直軸線Ｏ１について対称的に形成される。導圧溝３５は垂直軸線Ｏ１に直交する水平軸線Ｏ２を超えて高圧室４３側に延びる。

各ブッシュ３０の外周面３１には高圧室４３と導圧溝３５の間にてポンプ室周壁５３に対峙する隔壁面３６が歯溝１６の開口角度α＋βより大きい角度範囲にわたって残される。

各可動ブッシュ３０の端面３９には対の閉じ込み防止溝３７が形成される。各閉じ込み防止溝３７はドライブギア１０とドリブンギア２０の噛み合い部分に対峙し、この噛み合い部分に作動流体が閉じ込められることを抑える。

以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。

ドライブギア１０とドリブンギア２０の回転に伴って一方のポート５１に吸い込まれた作動流体をドライブギア１０とドリブンギア２０の歯溝１６に充填しながら他方のポート５２へと圧送され、このポート５２から加圧された作動流体が吐出するとともに、その途中でドライブギア１０とドリブンギア２０の歯溝１６に連通する各高圧室４３の圧力が高められる。

ドライブギア１０とドリブンギア２０の回転が逆転すると、作動流体の流れ方向も逆になり、ポート５２から吸い込まれた作動流体をポート５１から吐出するとともに、その途中でドライブギア１０とドリブンギア２０の歯溝１６に連通する各高圧室４３の圧力が高められる。

このように、ギアポンプ１の吐出方向によらず、各高圧室４３の圧力が高められ、この圧力が各背圧導入通路４４を通して各背圧室４０に導かれ、各可動ブッシュ３０の端面３９をドライブギア１０とドリブンギア２０の端面に押し付ける。これにより、ギアポンプ１の吐出圧を高めても、ドライブギア１０とドリブンギア２０の端面側から洩れる作動流体量が抑えられ、ギアポンプ１の容積効率が維持される。

そして、各ポート５１，５２から各高圧室４３に向けて延びる導圧溝３５を設けたため、ギアポンプ１の吐出方向が切り換わるとき、各高圧室４３の圧力が導圧溝３５を介して速やかに上昇する。

そして、高圧室４３は角度範囲２α−βにわたって形成することにより、歯溝１６がその全域で各高圧室４３に連通し、各高圧室４３の圧力を速やかに高められる。

各隔壁面３６に対峙する歯先はドライブギア１０とドリブンギア２０の回転角度によって異なるが、各ブッシュ３０のポンプ室周壁５３に対峙する隔壁面３６が歯溝１６の開口角度α＋βより大きい角度範囲にわたって残されることにより、最低でも１つの歯先が隔壁面３６に対峙し、高圧室４３が歯溝１６と導圧溝３５を介して各ポート５１，５２と連通することが回避される。

隔壁面３６が歯溝１６の開口角度α＋βと略等しい角度範囲にわたって形成されることにより、隔壁面３６の角度範囲を最小限に設定することになり、ドライブギア１０とドリブンギア２０の回転に伴って導圧溝３５から高圧室４３へと圧力が速やかに伝えられる。

他の実施の形態として、図５に示すように、各可動ブッシュ３０に外周面に２本の切り欠き溝４５を形成し、この各切り欠き溝４５とハウジング５０の間に背圧導入通路を画成してもよい。これにより、背圧導入通路の断面積を大きくすることが可能となり、各高圧室の圧力を速やかに高められる。

また、ハウジング５０側に背圧導入通路を画成する空間を形成してもよい。

次に図６に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

導圧溝３８をブッシュ３０の端面３９に形成し、閉じ込み防止溝３７と連通させる。導圧溝３８はドライブギア１０とドリブンギア２０の歯先に対峙するとともに、ドライブギア１０とドリブンギア２０の噛み合い部分に対峙し、この噛み合い部分に作動流体が閉じ込められることを抑える。

本発明は、ポンプに限らず、外接噛み合い式のギアによって構成される液圧モータに適用することもできる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のギアポンプ・モータは、例えば油圧ポンプ・モータや他の液圧ポンプ・モータに利用できる。

本発明の実施の形態を示すギアポンプの断面図。 同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 同じく図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 同じくギアの側面図。 他の実施の形態を示す可動ブッシュの側面図。 他の実施の形態を示す可動ブッシュの側面図。

符号の説明

１ ギアポンプ
１０ ドライブギア
１６ 歯溝
２０ ドリブンギア
３５ 導圧溝
３６ 隔壁面
３９ ブッシュ端面
４０ 背圧室
４３ 高圧室
４４ 背圧導入通路
５３ ポンプ室周壁

Claims (3)

1. 互いに外接噛み合う対のギアと、
   この各ギアの歯先に対峙するポンプ室周壁を有するハウジングと、
   前記各ギアの回転軸方向に変位可能に設けられ各ギアの端面に摺接する可動ブッシュと、
   この可動ブッシュの背後に設けられる背圧室と、
   前記各ギアの回転方向に応じて入口側または出口側となる対のポートと、
   前記各ギアの回転に伴ってこの入口側のポートから出口側のポートへと向かう歯溝に対して前記両ギアの回転中心を通る軸線から両回転方向に所定の角度範囲にわたり連通する高圧室と、
   この高圧室と前記背圧室を連通する背圧導入通路とを備え、
   前記高圧室からこの背圧導入通路を介して前記背圧室に導かれる圧力により前記可動ブッシュが前記各ギアの端面に押し付けられる構成としたギアポンプ・モータにおいて、
   前記各ポートから前記高圧室に向けて延びる導圧溝を前記可動ブッシュの外周縁部または前記ハウジングに設け、
   前記導圧溝と前記高圧室の間にてポンプ室周壁に対峙する隔壁面を形成し、前記ギアの隣り合う歯の中心角度をαとし、前記ギアの歯先面が形成される中心角度をβとすると、この隔壁面を前記歯溝の開口角度α＋βより大きい角度範囲にわたって形成し、
   前記各ギアの回転中心の両方を通る直線を垂直軸線とし、この垂直軸線に直交しかつ前記各ギアの回転中心を通る２本の直線をそれぞれ水平軸線とすると、前記導圧溝はこの各水平軸線を超えて前記高圧室側に延び、
   前記ギヤポンプの回転方向が切り換わる際に前記各高圧室の圧力が前記導圧溝を介して高められる構成したことを特徴とするギアポンプ・モータ。
2. 前記導圧溝を前記各ギアの噛み合い部分に対峙する閉じ込み防止溝と連通させたことを特徴とする請求項１に記載のギアポンプ・モータ。
3. 前記可動ブッシュに切り欠き溝を形成し、この切り欠き溝によって前記背圧導入通路を画成したことを特徴とする請求項１または２に記載のギアポンプ・モータ。

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