JP4770216B2

JP4770216B2 - 歯車ポンプまたはモータ

Info

Publication number: JP4770216B2
Application number: JP2005081224A
Authority: JP
Inventors: 信雄向井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: JP2006266090A

Description

本発明は、歯車ポンプまたはモータに関する。

噛合する歯車の回転により作動流体を低圧側（吸込口側）から高圧側（吐出口側）へ移送する歯車ポンプでは、インボリュート歯形を採用したものが非常に多い。インボリュート歯形は切削し易く、しかも歯形の仕上げ寸法の測定も容易であるため、高精度の歯車を得ることができるからである。

インボリュート歯形を採用した歯車ポンプの抱える問題として、作動流体の閉じ込み現象が挙げられる。インボリュート歯車の噛み合い率は１より大きいことが通例であり、２組の歯が噛み合っている期間が存在する。その場合、これら２組の歯の間に作動流体が閉じ込められるが、この閉じ込み領域の容積は歯車の回転に伴い変動し、圧縮時には閉じ込み流体の圧力上昇と動力浪費、膨張時には真空や気泡の発生といった不具合がもたらされる。

閉じ込み現象を回避するべく、従来、歯車側面に添接するケーシングまたは可動側板の内側面に、閉じ込み領域を高圧側に連通する高圧側逃げ溝、及び低圧側に連通する低圧側逃げ溝を設けることが行われている（例えば、下記特許文献１を参照）。高圧側逃げ溝は、閉じ込み領域の圧縮時に余剰の作動流体を高圧側に逃がす役割を担い、低圧側逃げ溝は、閉じ込み領域の膨張時に不足する作動流体を低圧側より導き入れる役割を担う。
特開２００３−０８３２５９号公報

但し、閉じ込み現象の害は膨張時よりも圧縮時の方がはるかに大きいことから、ここでは高圧側逃げ溝に主眼を置くこととする。両歯車の噛み合いにバックラッシュが存在するとき、２つの歯の頂隙部分がバックラッシュを介して連通し一体的な閉じ込み領域を構成する。即ち、一方の頂隙部分に捉えられた作動流体は、バックラッシュを通じて他方の頂隙部分に流入することが可能である。よって、閉じ込み領域の何れかの部位が高圧側逃げ溝に通じてさえいれば、理屈上は閉じ込み領域の圧縮時における余剰の作動流体を適切に排出できるはずである。

しかしながら、バックラッシュが非常に小さい（一般に、バックラッシュは小さく設定した方が吐出脈動が小さくなる）場合には、高圧側逃げ溝から遠い側の頂隙部分に捉えられている作動流体がバックラッシュを通じて高圧側逃げ溝に至ることが困難となり、余剰の作動流体の排出が不十分となって、閉じ込み流体の圧力上昇とともに振動・騒音の発生を招く。

以上の問題に初めて着目してなされた本発明は、閉じ込み領域の圧縮時における余剰の作動流体を適切に排出して振動・騒音を軽減ないし防止することをその所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、対をなし噛合する歯車を備えてなる歯車ポンプまたはモータにおいて、前記歯車の側方をシールする可動側板における歯車側面に添接する内側面に、少なくとも両歯車間の閉じ込み領域の圧縮が終了するまでこの閉じ込み領域を高圧側に連通させる高圧側逃げ溝を設け、さらに、前記閉じ込み領域が低圧側に連通するまでこの閉じ込み領域と連通する補助逃げ溝を、前記高圧側逃げ溝から延伸させて形成し、前記補助逃げ溝を、前記高圧側逃げ溝の内方端から歯車のピッチ点近傍まで延伸させており、前記可動側板を、前記高圧側逃げ溝及び前記補助逃げ溝の側面視形状を含めて上下対称形状をなすものとした。

このようなものであれば、補助逃げ溝が歯車のバックラッシュ部分に連通して余剰の作動流体の排出を助けるため、振動・騒音を軽減ないし防止し得る。

本発明によれば、閉じ込み領域の圧縮時における余剰の作動流体を適切に排出して振動・騒音を軽減ないし防止することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の歯車ポンプ（または、歯車モータ）は、ボディ１１、フロントカバー１２及びリアカバー１３を要素とするケーシング１が内包する内部空間に、駆動歯車２と従動歯車３とを噛合状態で収容してなり、これら歯車２、３の回転に伴い歯溝に捉えた作動流体を低圧側（吸込口側）から高圧側（吐出口側）へと移送するポンプ作用（または、モータ作用）を営むものである。

歯車２、３の外側面とケーシング１の内側面との間には可動側板４を配設して、歯車２、３の側方をシールしている。図２に示すように、可動側板４は、両歯車２、３の歯先の軌跡をなぞるような輪郭形状をなし、駆動軸２１及び従動軸３１をそれぞれ挿通する軸孔４４、４５を穿った側面視眼鏡状の板体であって、その内側面を歯車２、３の外側面に添接させる。可動側板４は、歯車２、３の歯溝に捉えられた作動流体の液圧によって歯車２、３から離反する方向の力を受けるが、この外向きの力と相反する内向きの力を可動側板４の外側面（即ち、反歯車２、３側の側面）に付与することで圧力バランスを保っている。具体的には、可動側板４の外側面にガスケット（図示せず）を嵌設し、可動側板４の外側面とケーシング１の内側面との間に圧力バランス領域を形成して、この圧力バランス領域に高圧側の作動流体を導き入れて歯車２、３に接近する方向の力を可動側板４に付与している。ガスケットは、可動側板４とケーシング１とで挟圧されながら圧力バランス領域を隔て、高圧側の作動流体が低圧側に還流することを阻止する。

上記の如き歯車ポンプにおいて、本実施形態では、歯車２、３の側方をシールする可動側板４の内側面に、両歯車２、３間の閉じ込み領域Ａの圧縮が終了する直前までこの閉じ込み領域Ａを高圧側に連通させる高圧側逃げ溝４１を設け、さらに、高圧側逃げ溝４１から歯車２、３のピッチ点Ｐ近傍まで延伸する補助逃げ溝４２を形成している。

高圧側逃げ溝４１の形状は、既知の歯車ポンプにおける高圧側逃げ溝４１と同様に設計することができる。典型的には、ピッチ点Ｐを通る軸中心線（駆動軸２１及び従動軸３１の軸心を通る線）から高圧側逃げ溝４１の終端までの離間距離を、閉じ込み領域Ａの容積圧縮が終了する時点における歯車２、３の（外側面での）噛み合い点の到達位置に対応させて決定する。但し、閉じ込み領域Ａの圧縮過程から膨張過程に移行してわずかな間まで閉じ込み流体を高圧側へ逃がすことも、騒音低減に効果がある。よって、高圧側逃げ溝４１の終端を、さらに低圧側に若干偏倚させるようにしても構わない。

その上で、高圧側逃げ溝４１の終端から低圧側に向けて延伸する補助逃げ溝４２を彫る。補助逃げ溝４２は、高圧側逃げ溝４１より上下幅の狭い細長の溝で、図示例では高圧側逃げ溝４１の中央部位からピッチ点Ｐに近づくように突き出ている。

加えて、可動側板４の内側面には、両歯車２、３間の閉じ込み領域Ａの容積膨張が始まった後にこの閉じ込み領域Ａを低圧側に連通させる低圧側逃げ溝４３をも設けておく。なお、可動側板４は、低圧側逃げ溝４３、高圧側逃げ溝４１及び補助逃げ溝４２の側面視形状を含めて上下対称形状をなすものとして、歯車２、３の両側にそれぞれ配設する２枚の可動側板４の共通化を図っている。

図３、図４及び図５は、歯車２、３の回転に伴って閉じ込み領域Ａの容積が徐々に圧縮される過程を図示している。図中符号Ｌで示している線分は、作用線である。高圧側逃げ溝４１に近い側の頂隙部分Ａ２に捉えられている余剰流体、遠い側の頂隙部分Ａ１に捉えられている余剰流体はともに、高圧側逃げ溝４１からも補助逃げ溝４２からも排出可能である。閉じ込み領域Ａの圧縮が進行した図５に示す状態では、高圧側逃げ溝４１の閉じ込み領域Ａへの開口面積が極小さくなるものの、補助逃げ溝４２が依然として閉じ込み領域Ａのバックラッシュ部分に開口しているために余剰流体の排出が妨げられることはない。

また、図６は、図５に示している状態からさらに歯車２、３が回転して閉じ込み領域Ａが低圧側に開放された状態を示している。内部漏れを回避するには、閉じ込み領域Ａが低圧側に連通した時点で補助逃げ溝４２が低圧側から（換言すれば、先の閉じ込み領域Ａ側から）シールされる必要があり、補助逃げ溝４２の成形に際してはその点に留意すべきである。図６に示す例では、補助逃げ溝４２が１組の歯によって略閉止されており、内部漏れによる影響はほとんど発生しない。

本実施形態では、対をなし噛合する歯車２、３を備えてなる歯車ポンプまたはモータにおいて、前記歯車２、３の側方をシールする可動側板４における（歯車２、３側面に添接する）内側面に、少なくとも両歯車２、３間の閉じ込み領域Ａの圧縮が終了するまでこの閉じ込み領域Ａを高圧側に連通させる高圧側逃げ溝４１を設け、さらに、閉じ込み領域Ａが低圧側に連通するまでこの閉じ込み領域Ａと連通する補助逃げ溝４２を高圧側逃げ溝４１から延伸させて形成した。補助逃げ溝４２は、歯車２、３のバックラッシュ部分に連通し、高圧側逃げ溝４１より遠い側の頂隙部分Ａ１に捉えられている余剰流体の排出を助ける。並びに、高圧側に通じる逃げ溝の開口面積が全体として拡大するため、閉じ込み領域Ａの圧縮過程における圧力上昇の低減が可能となる。結果として、振動・騒音を軽減ないし防止するという顕著な効用を奏し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、ケーシング１の内側面と歯車２、３の外側面との間に可動側板４が介在しない態様の歯車ポンプまたはモータも考えられ、その場合には（歯車２、３側面に直接に添接する）ケーシング１の内側面に高圧側逃げ溝４１及び補助逃げ溝４２を形成すればよいことは言うまでもない。

その他各部の具体的構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態の歯車ポンプまたはモータを示す断面図。同実施形態における可動側板の内側面を示す図。高圧側逃げ溝及び補助逃げ溝の作用を説明する要部側断面図。同要部側断面図。同要部側断面図。同要部側断面図。

符号の説明

２、３…歯車
４１…高圧側逃げ溝
４２…補助逃げ溝
Ａ…閉じ込み領域
Ｐ…ピッチ点

Claims

対をなし噛合する歯車を備えてなる歯車ポンプまたはモータにおいて、
前記歯車の側方をシールする可動側板における歯車側面に添接する内側面に、少なくとも両歯車間の閉じ込み領域の圧縮が終了するまでこの閉じ込み領域を高圧側に連通させる高圧側逃げ溝を設け、
さらに、前記閉じ込み領域が低圧側に連通するまでこの閉じ込み領域と連通する補助逃げ溝を、前記高圧側逃げ溝から延伸させて形成し、
前記補助逃げ溝を、前記高圧側逃げ溝の内方端から歯車のピッチ点近傍まで延伸させており、
前記可動側板を、前記高圧側逃げ溝及び前記補助逃げ溝の側面視形状を含めて上下対称形状をなすものとしたことを特徴とする歯車ポンプまたはモータ。