JP5040836B2 - ギヤポンプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、外周に歯を有する一対のギヤが互いに噛み合った状態でロータハウジング内のポンプ室に収容されているギヤポンプ及びその製造方法に関する。

この種のギヤポンプでは、ギヤの歯の頂部と、ロータハウジング内のポンプ室を形成する内周面との間にクリアランスが設けられている。このクリアランスからの流体の洩れは、流体移送効率の低下をもたらすため、前記クリアランスを可及的に小さくすることが重要である。

前記クリアランスを小さくする方法としては、特許文献１に開示のように、吐出圧力を通常よりも高くした状態でギヤポンプを運転し、歯の頂部で前記内周面を切削するという慣らし運転がある。
特開平１１−２１０６４４号公報

しかし、慣らし運転における金属同士の摺動では、ポンプ室を形成する内周面の面粗さが悪化し、流体洩れが大きくなるという問題がある。
本発明は、ポンプ室を形成する内周面の面粗さの悪化を回避することを目的とする。

本発明は、外周に歯を有する一対のギヤが互いに噛み合った状態でロータハウジング内のポンプ室に収容されており、前記一対のギヤが駆動軸の回転に基づいてポンプ室で回転され、前記一対のギヤの回転動作によって、前記ポンプ室に流体が吸入され、前記ポンプ室から流体が吐出されるギヤポンプを対象とし、請求項１の発明では、前記ギヤと前記ロータハウジングとは同種系の金属で形成されるとともに、前記歯の頂部の表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられており、前記歯の頂部と、前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面との間のクリアランスを小さくすべく、慣らし運転時において前記歯の頂部の表面に設けられた前記コーティング層によって前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面が切削されてなる。

硬度が大きく、且つ摺動性に優れたダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層によってポンプ室を形成する内周面を切削すれば、内周面の面粗さの悪化を回避することができる。

同種系の金属の摺接は、凝着を起こしやすいが、ダイヤモンド・ライク・カーボンは、同種系の金属からなるギヤとロータハウジングとの摺接を阻止して凝着を防止する。
請求項２の発明では、外周に歯を有する一対のギヤが互いに噛み合った状態でロータハウジング内のポンプ室に収容されており、前記一対のギヤが駆動軸の回転に基づいてポンプ室で回転され、前記一対のギヤの回転動作によって、前記ポンプ室に流体が吸入され、前記ポンプ室から流体が吐出されるギヤポンプであって、前記ギヤと前記ロータハウジングとは同種系の金属で形成されるとともに、前記歯の頂部の表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられたギヤポンプの製造方法において、前記歯の頂部と、前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面との間のクリアランスを小さくすべく、慣らし運転時において前記歯の頂部の表面に設けられた前記コーティング層によって前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面を切削する。

本発明は、ポンプ室を形成する内周面の面粗さの悪化を回避することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、鉄系の材質（例えば鋳鉄）で形成されているロータハウジング１１の一端にはフロントカバー１２が連結されており、ロータハウジング１１の他端にはリヤカバー１３が連結されている。ギヤポンプ１０を構成するロータハウジング１１、フロントカバー１２及びリヤカバー１３は、ネジ３０によって共締めされている。フロントカバー１２とリヤカバー１３とには駆動軸１４がプレーンベアリング１５，１６を介して回転可能に支持されている。駆動軸１４は、ロータハウジング１１内のポンプ室１１１を挿通されており、ポンプ室１１１内の駆動軸１４には駆動ギヤ１７が一体形成されている。

フロントカバー１２とリヤカバー１３とには被動軸１８がプレーンベアリング１９，２０を介して回転可能に支持されている。被動軸１８は、ロータハウジング１１内のポンプ室１１１を挿通されており、ポンプ室１１１内の被動軸１８には被動ギヤ２１が一体形成されている。駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１は、鉄系の材質（例えば鋼）で形成されている。

駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１の一端面と、フロントカバー１２の内端面との間には側板２２が介在されており、駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１の他端面と、リヤカバー１３の内端面との間には側板２３が介在されている。側板２２と側板２３との間のポンプ室１１１を形成するロータハウジング１１の内周面１１４，１１５は、円周面である。

図２に示すように、駆動ギヤ１７の外周には複数の歯１７０が設けられており、被動ギヤ２１の外周には複数の歯２１０が設けられている。一対のギヤである駆動ギヤ１７と被動ギヤ２１とは、互いに噛み合わされた状態でポンプ室１１１に収容されている。駆動軸１４は、矢印Ｒの方向に回転される。駆動軸１４が回転されると、駆動ギヤ１７の回転が被動ギヤ２１へ伝達されて被動軸１８が矢印Ｑの方向に回転する。

駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１の回転に伴い、駆動ギヤ１７の歯１７０の頂部１７１は、内周面１１４を掃過してゆき、被動ギヤ２１の歯２１０の頂部２１１は、内周面１１４を掃過してゆく。これにより、ロータハウジング１１に形成された吸入口１１２から流体がポンプ室１１１内に吸入されると共に、ロータハウジング１１に形成された吐出口１１３から流体が吐出される。

駆動ギヤ１７の外周（歯１７０の全周面及び歯底）にはダイヤモンド・ライク・カーボンからなるコーティング層２４が設けられている。同様に、被動ギヤ２１の外周（歯２１０の全周面及び歯底）にはダイヤモンド・ライク・カーボン（以下においてはＤＬＣと記すこともある）からなるコーティング層２５が設けられている。ＤＬＣであるコーティング層２４，２５は、ＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法等の蒸着方法で形成されている。本実施形態では、コーティング層２４，２５の厚みは、１〜５μｍである。

ギヤポンプ１０を組み立てた後、吐出圧力を通常よりも高くした状態でギヤポンプ１０を運転して、ポンプ室１１１を形成する内周面１１４，１１５を切削するという慣らし運転が行われる。

フロントカバー１２とプレーンベアリング１５，１９との間にはクリアランスがあり、リヤカバー１３とプレーンベアリング１６，２０との間にはクリアランスがある。又、プレーンベアリング１５，１６と駆動軸１４との間にはクリアランスがあり、プレーンベアリング１９，２０と被動軸１８との間にはクリアランスがある。そのため、駆動軸１４及び被動軸１８は、僅かではあるがラジアル方向に変位可能であり、駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１は、吐出圧によって吐出口１１３側から吸入口１１２側へ付勢されている。そのため、駆動ギヤ１７の頂部１７１に設けられたコーティング層２４が吸入口１１２側の内周面１１４に押し付けられると共に、被動ギヤ２１の頂部２１１に設けられたコーティング層２５が吸入口１１２側の内周面１１５に押し付けられる。

内周面１１４は、駆動ギヤ１７の頂部１７１に設けられたコーティング層２４によって切削され、内周面１１５は、被動ギヤ２１の頂部２１１に設けられたコーティング層２５によって切削される。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ＤＬＣは、硬度が大きく、且つ摺動性に優れている。このような材質のＤＬＣのコーティング層２４，２５によって内周面１１４，１１５を切削すれば、ポンプ室１１１を形成する内周面１１４，１１５の面粗さの悪化を回避することができる。

（２）ロータハウジング１１、駆動ギヤ１７及び被動軸１８は、強度的に優れた鉄系の材質で形成されているが、ロータハウジング１１とギヤ１７，２１とを直接摺接させると、同種系の金属同士の摺接となるために凝着が起き、内周面１１４，１１５の面粗さが悪化する。

ＤＬＣのコーティング層２４，２５は、同種系の金属からなるギヤ１７，２１とロータハウジング１１との摺接を阻止して凝着を防止する。
（３）同種系の金属同士の摺接による凝着を回避しようとするには、慣らし運転時に低速回転で吐出圧力を徐々に高めてゆくといった対処もあるが、慣らし運転に時間が掛かる。

本実施形態では、内周面１１４，１１５の面粗さの悪化を回避することができるため、慣らし運転では、駆動軸１４の回転速度を高速にし、且つ吐出圧力を最初から高めておくことができる。その結果、慣らし運転に掛かる時間を短縮することができる。

（３）駆動ギヤ１７、被動ギヤ２１及びロータハウジング１１は、同種系の金属（鉄系）で形成されており、同種系の金属同士を摺接させると、凝着を起こしやすい。
ＤＬＣは、同種系の金属からなるギヤ１７，２１とロータハウジング１１との摺接を阻止して凝着を防止する。

次に、図３の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
駆動ギヤ１７を一体形成した駆動軸１４の全表面は、ニッケル−リンメッキ（以下においてはＮｉ−Ｐメッキと記すこともある）のコーティング層２６と、コーティング層２６の全表面に形成されたＤＬＣのコーティング層２７とによって被覆されている。被動ギヤ２１を一体形成した被動軸１８の全表面は、Ｎｉ−Ｐメッキのコーティング層２８と、コーティング層２８の全表面に形成されたＤＬＣのコーティング層２９とによって被覆されている。Ｎｉ−Ｐメッキであるコーティング層２６，２８は、無電解メッキで形成されている。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
（４）駆動軸１４及び被動軸１８の母材（地金）の硬度と、ＤＬＣの硬度との差が大きい場合、駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１の表面に高硬度のＤＬＣを直接設けた場合には、駆動ギヤ１７及び被動ギヤ２１の母材の硬度とＤＬＣの硬度との大きな差がＤＬＣの剥離を招くおそれがある。

高硬度のＤＬＣであるコーティング層２７，２９と、駆動軸１４及び被動軸１８の母材（鉄系）との間に介在されたＮｉ−Ｐメッキであるコーティング層２６，２８の硬度は、ＤＬＣの硬度に比べて低いが、駆動軸１４及び被動軸１８の母材である鉄系の硬度よりも高くできる。つまり、ＤＬＣの密着対象部材の硬度とＤＬＣの硬度との差を低減することができるため、ＤＬＣの応力が緩和されてＤＬＣのコーティング層２７，２９の剥離が防止される。

（５）無電解メッキで形成されるＮｉ系メッキは、駆動軸１４及び被動軸１８をメッキ液に浸すだけでよいので、駆動ギヤ１７を含む駆動軸１４及び被動ギヤ２１を含む被動軸１８の母材の表面全体を被覆するコーティング層２６，２８の形成に好適である。

（６）ＤＬＣのコーティング層２７，２９は、駆動ギヤ１７を含む駆動軸１４及び被動ギヤ２１を含む被動軸１８全体を被覆するため、部分的な被覆を行なう場合のマスキングが不要である。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
○駆動ギヤ１７の歯１７０の頂部１７１にのみＤＬＣのコーティング層を設けてもよく、被動ギヤ２１の歯２１０の頂部２１１にのみＤＬＣのコーティング層を設けてもよい。

○吐出口１１３から吐出された流体の流路上にフィルタを設け、ＤＬＣのコーティング層によって切削されたロータハウジング１１の切削屑を前記フィルタによって濾過するようにした場合には、慣らし運転を行なうことなく、通常運転時にＤＬＣのコーティング層によってポンプ室を形成する内周面を切削することができる。

○ロータハウジング１１の材質には、鉄系以外の材質（例えばアルミニウム系等）を用いてもよい。
○駆動軸１４及び被動軸１８の材質には、鉄系以外の材質（例えばアルミニウム系等）を用いてもよい。

○駆動軸と駆動ギヤとを別体で形成し、被動軸と被動ギヤとを別体で形成してもよい。この場合、駆動軸と駆動ギヤとを組み合わせる前に駆動ギヤにＤＬＣのコーティング層を設け、被動軸と被動ギヤとを組み合わせる前に被動ギヤにＤＬＣのコーティング層を設けてもよい。

前記した実施形態から把握できる技術思想について以下にその効果と共に記載する。
〔１〕前記ダイヤモンド・ライク・カーボンよりも硬度が低いメッキが前記歯の頂部の表面と前記コーティング層との間に設けられている。

このようなメッキは、ダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層の密着性を高めると共に、ダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層の破断を防止する。
〔２〕前記〔１〕項のメッキは、ニッケル系メッキ（Ｎｉ−Ｐ・メッキ等）である。

無電解メッキで形成されるニッケル系メッキは、駆動ギヤを含む駆動軸の全表面及び被動ギヤを含む被動軸の全表面に形成するのに好適である。
〔３〕前記一対のギヤの一方は、駆動軸に一体形成されており、前記一対のギヤの他方は、被動軸に一体形成されており、前記一方のギヤ（駆動ギヤ）を含む駆動軸の全表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられており、前記他方のギヤ（被動ギヤ）を含む被動軸の全表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられている。

ＤＬＣのコーティング層を形成するためのマスキングが不要である。

第１の実施形態を示す平断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 第２の実施形態を示す平断面図。

符号の説明

１０…ギヤポンプ。１１…ロータハウジング。１１１…ポンプ室。１４…駆動軸。１７…駆動ギヤ。１７０…歯。１７１…頂部。２１…被動ギヤ。２１０…歯。２１１…頂部。２４，２５，２７，２９…コーティング層。

Claims (2)

1. 外周に歯を有する一対のギヤが互いに噛み合った状態でロータハウジング内のポンプ室に収容されており、前記一対のギヤが駆動軸の回転に基づいてポンプ室で回転され、前記一対のギヤの回転動作によって、前記ポンプ室に流体が吸入され、前記ポンプ室から流体が吐出されるギヤポンプにおいて、
   前記ギヤと前記ロータハウジングとは同種系の金属で形成されるとともに、前記歯の頂部の表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられており、
   前記歯の頂部と、前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面との間のクリアランスを小さくすべく、慣らし運転時において前記歯の頂部の表面に設けられた前記コーティング層によって前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面が切削されてなるギヤポンプ。
2. 外周に歯を有する一対のギヤが互いに噛み合った状態でロータハウジング内のポンプ室に収容されており、前記一対のギヤが駆動軸の回転に基づいてポンプ室で回転され、前記一対のギヤの回転動作によって、前記ポンプ室に流体が吸入され、前記ポンプ室から流体が吐出されるギヤポンプであって、前記ギヤと前記ロータハウジングとは同種系の金属で形成されるとともに、前記歯の頂部の表面にダイヤモンド・ライク・カーボンのコーティング層が設けられたギヤポンプの製造方法において、
   前記歯の頂部と、前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面との間のクリアランスを小さくすべく、慣らし運転時において前記歯の頂部の表面に設けられた前記コーティング層によって前記ポンプ室を形成する前記ロータハウジングの内周面を切削するギヤポンプの製造方法。

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