JP5395343B2 - 油圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれが外側傾斜歯を有しており且つ吸込側と排出側の間に配置されている、２つの噛み合いはめば歯車を含んでおり、はめば歯車の端部側には少なくとも１つの制御溝が設けられている、油圧装置に関する。

一般的に、ギヤのはめば歯車は、仮に、はめば歯車の品質及び正常な取り付け（軸間距離、軸受部の遊び等）はさておき、可能な限り大きな重なり噛み合い率が実現されていれば、運転は際立って静かになる。従って、噛み合いはめば歯車の回転中は、一方のはめば歯車の少なくとも２つの歯が、他方のはめば歯車の２つの歯と常に同時係合状態にあるような装置を使用するための試みがなされている。

騒音を最適化することに加え、油圧外はめば歯車ポンプでは、効率が決定的に重要である。高い機械及び体積効率を達成するためには、はめば歯車の外径とそれらの軸間距離は、はめば歯車直径対（半径方向の）歯の長さの最適の比率が保証されるように選択せねばならない。このためには、はめば歯車の外径が小さくなるように設計せねばならない。しかしながら、はめば歯車の外径が小さいと、歯の最大数が制限されることになる。直歯を有する、はめば歯車では、歯数が少ないと、二対の歯の間の永久的な接触は、多くの場合実現することができない。それでもなお二歯同時接触を可能にするためには、従って、十分な歯の傾きを有する傾斜歯を提供する必要がある。更に、傾斜歯は、直歯に比べ、各対の歯が係合状態に対する進入と離脱を連続的に移行するように運転され、従ってトルクの伝達がより円滑に行われるので、運転が滑らかで騒音の発生が少ないという利点を有している。また、歯の作動面が広いため、同じ寸法の直歯歯車に比べて、より大きな力を伝達することができる。しかしながら、傾きの角度が大きくなるほど、はめば歯車に掛かる軸方向の力も大きくなり、軸受の寿命に有害な影響を与えることに留意すべきことである。

噛み合いはめば歯車の設計がたとえ最適であっても、油圧装置には、更に、騒音の発生及び効率性に悪影響を与えるような追加的影響が、作動媒質を介してもたらされる。主として歯数、吸込側と排出側との圧力差、及び動的局所圧力差に起因する油圧はめば歯車ポンプの典型的な圧力脈動は、歯の弾性反発又は振動の原因となり、従って、好ましくない騒音の発生とポンプの排出側から吸込側への不要な流体逆流の両方を引き起こす恐れがある。

冒頭に言及した型式の油圧装置は、ＥＰ０７６９１０４Ｂ１により既知であり、この装置では、過剰圧力切除部（制御溝）及び流体供給切除部が、はめば歯車の両端部側に設けられており、それら切除部は、それぞれに傾斜歯の間隙に応じて互いにオフセットしている。過剰圧力切除部は、２つのはめば歯車の間の中間空間と永久的に接続されている。これにより、流体は、吸込側への流体逆流を避けるために、はめば歯車の回転中には小さくなる中間領域から排出側へ抜けることができる。
ＥＰ０７６９１０４Ｂ１

本発明の目的は、噛み合いはめば歯車を有する油圧装置を、特に滑らかな運転及び騒音発生に関して最適化することである。

この問題は、本発明により、制御溝がはめば歯車の回転中に圧力平衡化の接続路を周期的に作り出す、冒頭に言及した型式の油圧装置によって解決される。制御溝によって作り出される圧力平衡化の接続路は、圧力差及び圧力変動を平衡化できるようにする。しかしながら、油圧装置の機能を更に保証するために、追加的な流路が、元から設けられている装置の油圧の流れに強く影響を及ぼし過ぎてはならず、即ち、体積流量の損失は然るべく抑制されねばならない。本発明は、従って、永久的な圧力平衡化の接続路ではなく、周期的に繰り返される圧力平衡化の接続路を提供して、連続的な迂回流が回避されるようにしている。制御溝の適切な配置と設計により、充分に高い体積効率をなお実現することができる。

圧力平衡化の接続路を周期的に作り出すのに特に好都合な可能性は、制御溝が傾斜の歯によって完全に覆われることが可能な構造によって提供される。この様にして、回転速度によって変わる、圧力平衡化の接続路の開閉が実現されている。

本発明の好適な実施形態によれば、制御溝は排出側と接続されている。このため、油圧は、制御溝が接続されている特定の領域で上昇する。
二歯同時接触型の油圧外はめば歯車のポンプの場合、従って、はめば歯車が回転している間に、常時少なくとも２つのはめば歯車が接触する点が存在するのであれば、圧力平衡化の接続路は、その接触点の存在中は、はめば歯車間の中間空間に通じており、この中間空間は、初期には２つの接触点の間に在り、はめば歯車の回転が継続するにつれて吸込側と接続するという構造によって、特に滑らかな運転挙動が作り出される。この様にして、二歯同時接触を維持しながら、実質的に一定の圧力が歯の間に規定の期間に亘って実現される。

本発明のこの他の特徴及び利点は、以下の説明と添付図面を参照することによって明白となるであろう。
図１及び図２は、ハウジングを省いた油圧はめば歯車のポンプ１０を示している。ポンプ１０は、２つの回転可能な第１及び第２の軸１２、１４を備えており、第１及び第２の軸１２、１４上に、第１及び第２のはめば歯車１６、１８が回転不能に取り付けられている。また、第１のはめば歯車１６は、第１の軸１２と一体構造であってもよく、第２のはめば歯車１８は、第２の軸１４と一体構造であってもよい。第１及び第２のはめば歯車１６、１８は、回転軸Ｒに関して互いに逆方向に傾斜している外側傾斜の歯２０を有している。図示の一例的実施形態では、下記の説明で第１はめば歯車１６として指定されている図１の左側のはめば歯車（第１はめば歯車）１６の傾斜の歯２０は、左に巻いており、右側のはめば歯車（第２のはめば歯車）１８の傾斜の歯２０は、右に巻いている。各組の歯の各歯２０の側面は、インボリュート形状を有している。

２つの第１及び第２の軸１２、１４は、軸受支持部２２、２４に回転可能に取り付けられており、それら軸受支持部２２、２４は、図１に示しているポンプ１０の取り付け位置に基づいて、上側の軸受支持部２２と下側の軸受支持部２４として指定されている。第１の軸１２は、下向きに伸長しており、駆動装置（図示せず）に連結されている。駆動装置は、第１の軸１２に取り付けられている第１のはめば歯車１６を、矢印Ａの方向に駆動する。第１のはめば歯車１６と噛み合っている第２のはめば歯車１８は、反対方向（矢印Ｂの方向）に回転する。この第１及び第２のはめば歯車１６、１８の回転により、流体は、ポンプ１０の吸込側の吸引領域２６から排出側の圧力領域２８へ、既知のやり方で搬送される。２つの第１及び第２のはめば歯車１６、１８の各歯２０の傾きは、下側の軸受支持部２４に面している（駆動側の）各歯２０の端部が、第１及び第２のはめば歯車１６、１８が各々矢印Ａ及びＢの方向に回転するとき、各歯２０の上端を先導するように働く。

第１及び第２のはめば歯車１６、１８が回転している間、第１のはめば歯車１６の少なくとも２つの歯２０が、第２はめば歯車１８の２つの歯２０と常時係合状態にある。第１及び第２のはめば歯車１６、１８の係合領域を拡大図で示している図３では、対応する接触点３０、３２に印を付けている。従って、回転方向Ａ、Ｂに関して先導する側である接触点３０と、追従する側である接触点３２が、常に存在している。先導する側の接触点３０が存在しなくなった時点で、それまで追従する側であった接触点３２が、次の先導する側の接触点になり、以下同様に進む。噛み合い歯２０の膨出部は、２つの接触点３０、３２の間で、定期的に狭窄部３４を形成する。狭窄部３４は、２つの接触点３０、３２により境界が定めらる、第１のはめば歯車１６と第２のはめば歯車１８との間の一時的な中間空間３６を、２つの部分的な空間（部分空間）３８、４０に分割する。

図１及び図２に示すように、２つの切除部４２、４４は、上側の軸受支持部２２と下側の軸受支持部２４の両方の内側に、第１及び第２のはめば歯車１６、１８に面して形成されており、これらの切除部４２、４４は、以下では吸引切除部４２及び圧力切除部４４と呼ばれている。吸引切除部４２は、ポンプ１０の吸引領域２６と接続しており、圧力切除部４４は、ポンプ１０の圧力領域２８と接続している。歯２０の間隙が、（上側の軸受支持部２２又は下側の軸受支持部２４の）吸引切除部４２又は圧力切除部４４の内の一方と重なっているか否かによって、流体は間隙の中へ流入し又は間隙から流出することができる。

本発明が提供する制御溝４６は、上側の軸受支持部２２内を圧力切除部４４から伸長しており、逃げを形成している。制御溝４６の位置及び寸法は、図３に関連付けて以下に述べる制御溝４６の機能的説明から分かるように、噛み合い第１及び第２のはめば歯車１６、１８の幾何学的状態に正確に一致している。

図３は、第１及び第２のはめば歯車１６、１８の回転の「一瞬の状態」を示しており、先導側の接触点３０は、吸引切除部４２の境界線上に在り、一方、追従側の接触点３２は、２つの吸引切除部４２と圧力切除部４４との間の領域に在る。この瞬間、制御溝４６は、圧力切除部４４と、追従側の接触点３２に隣接している中間空間３６の部分空間４０と、の間の流れ接続路を形成している。制御溝４６は、圧力の平衡化を行う（圧力平衡化の）接続路を提供し、主に上側の軸受支持部２２から歯２０に沿って下側の軸受支持部２４へ通じる、流体の制御流を可能にする。下側の軸受支持部２４には、制御溝又はその様なものが設けられていないので、漏洩流は生じない。この様にして、中間空間３６では一定の圧力が維持される。

第１及び第２のはめば歯車１６、１８が更に回転すると、それまで先導する側であった接触点３０は姿を消すので、或る量の流体が、ポンプ１０の中間空間３６から吸引領域４２へ直接到達する。また、この時点では、ポンプ１０の圧力領域２８と吸引領域２６との間には、−制御溝４６、第１の部分空間４０、狭窄部３４、及び、このときにはもはや塞き止められていない第２の部分空間３８を経由する−流れ接続路が存在する。狭窄部３４は、ここでは事実上、流体の絞りのような機能を果たしており、その絞り効果は、第１及び第２のはめば歯車１６、１８の歯２０の遊びによって変わり、即ち、第１及び第２のはめば歯車１６、１８の遊びが少ないほど、絞り効果は大きくなるが、それでもなお、この時点ではポンプ１０の吸込側と排出側の間に一種の「短絡路」が存在している。

しかしながら、第１に、短絡路は、継続的に存在するわけではなく、その後直ぐに制御溝４６が駆動側の第１のはめば歯車１６の歯２０ａによって完全に覆われてしまうために、非常に短時間しか存在せず、第２に、制御溝４６は比較的小さな構造であるため、少量の押出量しか賄えない。そのため、圧力平衡化の接続路が存在する短い期間に、一方では、圧力平衡化が狭窄部３４の両側で起こって、第２のはめば歯車１８の歯２０の弾性反発又は振動が防止され、但し他方では、ポンプ１０の効率が、吸込側への流体の逆流によって決定的に損なわれることもないような、ちょうどそれだけの量の流体が制御溝４６を通って流れる。

上で説明した過程は、第１及び第２のはめば歯車１６、１８の回転中、周期的に繰り返され、即ち、制御溝４６によって迂回路が、周期的に、一組の歯２０の回転速度及び歯数によって決まる周波数で作り出される。各周期の持続時間は、歯２０の間隔及びその周方向の幅の間隔によって変わる。

制御溝４６は、必ずしも上側及び下側の軸受支持部２２、２４の一方に形成しなければならないものではない。第１のはめば歯車１６の各歯２０の端部側に制御溝を設けることもでき、その寸法及び半径方向の位置は、上で説明した制御溝４６に対応する。

本発明のこの他の実施形態は、とりわけ、以下の変形、即ち、
駆動側の第１のはめば歯車１６の傾斜の歯２０は左に巻いており、被駆動側の第２のはめば歯車１８の傾斜の歯２０は右に巻いている、
制御溝４６は、駆動側の第１のはめば歯車１６の側ではなく、被駆動側の第２のはめば歯車１８の側に形成され、第２のはめば歯車１８の歯２０によって完全に覆うことができるようになっている、
制御溝４６は、上側の軸受支持部２２ではなく、下側の軸受支持部２４に形成されている、
少なくとも２つの制御溝４６が、上側及び下側の軸受支持部２２、２４の一方に設けられている、
少なくとも１つの制御溝４６が、上側の軸受支持部２２に設けられ、且つ少なくとも１つの制御溝４６が、下側の軸受支持部２４に設けられている、
の内の１つ又はそれ以上を有している。

全ての場合において、制御溝４６は、圧力切除部４４の１つから、それぞれ伸長している。
以下の表は、本発明の可能な実施形態の概要を示している。図１から図３に示している実施形態は、組合せ２に相当する。

制御溝４６の位置及び寸法は、両方共、無用な漏洩を回避するため非常に精密である必要があることから、制御溝４６は、レーザー光線切断で製造されるのが望ましい。この種の製造方式は、高速で、大量生産に適している。この他の利点は、工具の摩耗が生じないことである。同様に、非常に精密に設計された上側及び下側の軸受支持部２２、２４は、その後のレーザー処理によって影響を受けないので、この作業工程は、油圧装置の製造工程で、最終段階として「オフライン」で行ってもよい。

ハウジングを省き、上側の軸受支持部を透明にした、はめば歯車のポンプの斜視図を示している。 図１のポンプの上面図を示している。 ポンプのはめば歯車の係合領域の拡大図を示している。

符号の説明

１０ 油圧はめば歯車のポンプ
１２ 第１の軸
１４ 第２の軸
１６ 第１のはめば歯車
１８ 第２のはめば歯車
２０ 歯
２２ 上側の軸受支持部
２４ 下側の軸受支持部
２６ 吸引領域
２８ 圧力領域
３０、３２ 接触点
３４ 狭窄部
３６ 中間空間
３８ 第２の部分空間
４０ 第１の部分空間
４２ 吸引切除部
４４ 圧力切除部
４６ 制御溝

Claims (6)

1. ２つの噛み合いはめば歯車（１６、１８）を含んでおり、
   前記各はめば歯車（１６、１８）は、外側傾斜の歯を有し、且つ吸込側と排出側との間に配置されており、
   １つの制御溝（４６）が、前記はめば歯車（１６、１８）の端部側に設けられている、油圧装置において、
   前記制御溝（４６）は、唯一の制御溝であり、軸受要素（２２、２４）に形成されており、前記排出側に接続されており、前記制御溝（４６）は、前記傾斜の歯（２０）の歯（２０）によって周期的に完全に覆われ、前記はめば歯車（１６、１８）の回転中に、圧力平衡化の接続路を周期的に作り出す、ことを特徴とする油圧装置。
2. 請求項１に記載の油圧装置において、
   前記はめば歯車（１６、１８）の回転中は、前記はめば歯車（１６、１８）に少なくとも２つの相互の接触点（３０、３２）が常に存在すること、及び、
   前記接触点が存在する間に、前記圧力平衡化の接続路は、前記はめば歯車(１６、１８)間の中間空間（３６）に通じており、
   該中間空間は、最初は２つの接触点(３０、３２)の間に在り、前記はめば歯車（１６、１８）が回転し続けるにつれ、前記吸込側と接続状態になる、ことを特徴とする油圧装置。
3. 請求項１に記載の油圧装置において、
   前記はめば歯車の一方（１６）の駆動部は、前記はめば歯車（１６、１８）の端部側に配置されており、
   前記制御溝（４６）は、前記駆動部に面する前記端部側に設けられている、ことを特徴とする油圧装置。
4. 請求項１に記載の油圧装置において、
   前記はめば歯車の一方（１６）の駆動部は、前記はめば歯車（１６、１８）の端部側に配置されており、
   前記制御溝（４６）は、前記駆動部から離れた方を向いた前記端部側に設けられている、ことを特徴とする油圧装置。
5. 請求項１に記載の油圧装置において、
   前記制御溝（４６）は、前記軸受要素（２２、２４）の圧力切除部（４４）から伸長している、ことを特徴とする油圧装置。
6. 請求項１に記載の油圧装置において、
   前記制御溝（４６）は、レーザー光線切断によって形成される、ことを特徴とする油圧装置。

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