JP5465248B2 - ギヤポンプ - Google Patents

Description

本発明は、相互に外接噛合する一対のギヤの回転により作動油等の流体を圧送するギヤポンプに関する。

ギヤポンプは、内部にポンプ室が形成されたケーシングと、ポンプ室内に回転可能に設けられた駆動ギヤと、ポンプ室内に回転可能に設けられ駆動ギヤに外接噛合して従動回転する従動ギヤとを備え、ポンプ室内において駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合わせ位置の両側に吸込口に連通する吸込室および吐出口に連通する吐出室が形成されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなギヤポンプにおいては、吸込室内に吸い込まれた流体を駆動ギヤおよび従動ギヤの歯溝に受け入れ、各ギヤが摺接するポンプ室の内周壁面との間で密閉した状態で吐出室に移送して吐出口から吐出するようになっている。

特開２００７−２１８１２８号公報

しかしながら、上記従来のギヤポンプでは、駆動ギヤと従動ギヤの回転に伴って各ギヤの歯溝内に閉じ込められた流体が吐出室で開放されるのと同時に、吸込室内の吐出圧に比べ高圧に設定される吐出室内の圧力（吐出流体圧）を急激に受けることとなっていた。これにより、歯先空間内の流体には急激な圧力変化が生じるため、この圧力変化に起因する荷重が各ギヤに作用して各ギヤに振動が生じた結果、歯打ちによるノイズ（騒音）の発生を引き起こすという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ギヤ歯打ちによる騒音の発生を抑制することが可能な構成のギヤポンプを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るギヤポンプは、互いに平行な回転軸を中心として回転自在に設けられて噛合する第１ギヤ（例えば、実施形態における駆動ギヤ１０）および第２ギヤ（例えば、実施形態における従動ギヤ２０）と、第１ギヤおよび第２ギヤを壁面部に歯先および両側面を摺接させた状態で保持する配設空間を有したケーシングとからなり、ケーシングに、第１ギヤおよび第２ギヤの回転に応じて流体が吸い込まれる吸込室および流体が吐出される吐出室が形成されてなるギヤポンプにおいて、ケーシングの壁面部は、第１ギヤの回転軸を中心とする円弧状に形成されて第１ギヤの歯先を摺接させる第１仕切面（例えば、実施形態における駆動側仕切面４１）と、第２ギヤの回転軸を中心とする円弧状に形成されて第２ギヤの歯先を摺接される第２仕切面（例えば、実施形態における従動側仕切面４２）と、吸込室側において第１仕切面と第２仕切面とを繋ぐ吸込側内周面と、吐出室側において第１仕切面と第２仕切面とを繋ぐ吐出側内周面と、第１ギヤおよび第２ギヤの前記両側面のうち一方の側面が摺接される第１側面（例えば、実施形態における先端面７１）と、両側面のうち他方の側面が摺接される第２側面（例えば、実施形態における摺接壁面５３）とを有し、仕切面と吐出側内周面との接続部に、仕切面と吐出側内周面との間に跨って第１側面側から第２側面側に向かって吐出室側に傾斜したテーパ面（例えば、実施形態における傾斜面６１）により形成されて、接続部の仕切面側近傍に位置するギヤの歯間と壁面部とにより囲まれた歯先空間をギヤの回転に応じて吐出室に徐々に連通させる流体連通部（例えば、実施形態におけるテーパー部６０）を有して構成される。

そして、テーパ面は、第１側面内において仕切面を区画する円弧線（例えば、実施形態における円弧Ｃ）と吐出側内周面を区画する線分（例えば、実施形態における線Ｌ１）との交点を点Ｐ１とし、円弧線上において点Ｐ１からギヤの回転軸を中心として当該ギヤの反回転方向に角度θだけ移動させた点を点Ｐ２とし、円弧線上における点Ｐ２での接線と上記線分との交点を点Ｐ３とし、仕切面と吐出側内周面と第２側面とが交差する交点を点Ｐ４としたとき、接続部を点Ｐ２、点Ｐ３および点Ｐ４を通る平面で切除した際に形成される点Ｐ２、点Ｐ３および点Ｐ４を頂点に持つ略三角形状の面取り部からなり、角度θは、ギヤの歯のピッチ角度αの半分以上の角度からなる。

本発明に係るギヤポンプによれば、ギヤの歯間と壁面部とにより囲まれた歯先空間をギヤの回転に応じて吐出室に徐々に連通させる流体連通部を備えることにより、高圧に設定された吐出室内の油圧力を歯先空間内に密閉された流体に対して徐々に作用させることができるため、歯先空間内の流体に急激な圧力変化を及ぼすのを防止することができる。これにより、圧力変化に起因する荷重がギヤに作用するのを防止して、ギヤ振動によるノイズ（騒音）を抑制させることが可能になる。

なお、上述の発明において、流体連通部が接続部において仕切面と吸込側内周面との間に跨って第１側面側から第２側面側に向かって傾斜したテーパー面により形成されることで、簡単な構成によりポンプ吐出能力を低減させることなくノイズ低減効果を達成することが可能になる。また、接続部にテーパー面を設けるだけのシンプルな構造であるため、ギヤポンプを製造するにあたり、従前の成形型を一部変更もしくは修正するだけでダイカスト、鋳造、樹脂成形等により簡単にポンプケースに流体連通部を一体形成することが可能になるため、製造コストを抑えつつノイズを低減した高機能のギヤポンプを製造することができる。

本発明の一実施形態に係るギヤポンプを示す正面図である。 図１の矢印Ａ−Ａに沿って示す上記ギヤポンプの側面断面図である。 上記ギヤポンプの正面断面図である。 上記ギヤポンプの一部を構成するポンプケースの斜視図である。 テーパー部の形状を説明するための説明図である。 テーパー部の角度を変化させたときのそれぞれの角度に対するギヤポンプの要部断面図である。 テーパー部の角度と騒音レベルとの関係を示すグラフである。 テーパー部の角度を変化させたときのエンジンの回転速度とポンプ吐出圧力との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１〜図４に、本発明に係るギヤポンプの一例としてオイルポンプを示している。このオイルポンプ１は、図示しない車両に備えられてエンジンを駆動源としており、車両に設けられたタンク（例えば、エンジンオイルパン）に溜められた潤滑油を吸い込んでエンジン各部に繋がる潤滑油路に吐出する。ここで、図１はオイルポンプ１の正面図、図２は図１の矢印Ａ−Ａに沿って示すオイルポンプ１の側面断面図、図３はオイルポンプ１の正面断面図、図４はオイルポンプ１のポンプ室を示す斜視図である。

オイルポンプ１は、互いに平行な回転軸を中心として回転自在に設けられて外接噛合する駆動ギヤ１０および従動ギヤ２０と、駆動ギヤ１０および従動ギヤ２０を歯先と両側面を摺接させた状態で収容保持するポンプ室５を有するケーシング２とから構成された外接噛合型ギヤポンプである。

駆動ギヤ１０は、エンジン出力軸の回転駆動力が伝達ギヤ９を介して伝達されて回転駆動される駆動側回転軸１５上に連結支持されており、伝達ギヤ９の回転に伴って駆動側回転軸１５と一体となって回転する。一方、従動ギヤ２０は、駆動側回転軸１５に平行に延びて配設される従動側回転軸２５上に連結支持されており、駆動ギヤ１０の回転に応じて従動側回転軸２５と一体となって従動回転する。両回転軸１５，２５は、ケーシング２内に配設される不図示の軸受けを介してケーシング２にそれぞれ回転自在に支持されている。なお、両ギヤ１０，２０は、インボリュート歯型の平歯車であり、同じ断面形状に形成されている。

ケーシング２は、その内部に両ギヤ１０，２０等を収容保持可能な収容空間３１を有するポンプケース３０と、この収容空間３１を閉塞するようにセットボルト８によりネジ締結されてポンプケース３０に取り付けられるポンプカバー７０とを主体に構成されており、ポンプケース３０の基端面３２をポンプカバー７０の先端面７１で覆った状態にすることでケーシング２の内部にポンプ室５が区画形成される。このポンプ室５内には、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とが上下に並んで互いに外接して噛み合った状態で収容されている。

ケーシング２内には、ポンプ室５に連なって両ギヤ１０，２０を挟んだ両側に吸込室３および吐出室４が形成されており、ポンプカバー７０には、吸込室３に連通する吸込口３ａと吐出室４に連通する吐出室４ａとが形成されている。吸込室３は、タンクに繋がれた吸込口３ａを介して外部に連通され、吐出室４は、潤滑油路に繋がれた吐出口４ａを介して外部に連通される。なお、吸込室３内の油圧はオイルを吸込むために負圧に設定されており、吐出室４内の油圧はオイルを吐出するために高圧に設定される。

ポンプケース３０は、その内部に収容空間３１を形成する内周壁面４０と側壁面５０とを有している。内周壁面４０は、曲率が駆動ギヤ１０の歯先円径にほぼ等しく形成され駆動ギヤ１０の歯先１１を摺接させる平面視円弧形状の駆動側仕切面４１と、曲率が従動ギヤ２０の歯先円径にほぼ等しく形成され従動ギヤ２０の歯先２１を摺接させる平面視円弧形状の従動側仕切面４２と、吸込室３側において駆動側仕切面４１と従動側仕切面４２との間を繋ぐ吸込側内周面４３と、吐出室４側において駆動側仕切面４１と従動側仕切面４２との間を繋ぐ吐出側内周面４４とからなる。一方、側壁面５０は、吸込側内周面４３によって囲まれた平面状の吸込側壁面５１と、吐出側内周面４４によって囲まれた平面状の吐出側壁面５２と、吸込側内周面４３と吐出側内周面４４との間に跨って収容空間３１側に向かって隆起して両ギヤ１０，２０の一側面１３，２３をそれぞれ摺接させる摺接壁面５３とからなる。

ポンプカバー７０は、その先端面７１がポンプケース３０の基端面３２を覆った状態で両ギヤ１０，２０の他側面（一側面１３，２３と反対側の側面）１４，２４に摺接するようになっている。このように駆動ギヤ１０および従動ギヤ２０は、ポンプケース３０の摺接壁面５３とポンプカバー７０の先端面７１との間で挟み込まれることで、ポンプ室５内において軸方向への移動が規制された状態で収容保持されるとともに、両ギヤ１０，２０の側面シールが行われるようになっている。

ポンプ室５には、駆動ギヤ１０の歯間と、ポンプケース３０の駆動側仕切面４１および摺接壁面５３と、ポンプカバー７０の先端面７１とによって囲まれることで、圧送すべきオイルが充填される駆動ギヤ１０側の歯先空間１２が形成される。同様に、従動ギヤ２０の歯間と、ポンプケース３０の従動側仕切面４２および摺接壁面５３と、ポンプカバー７０の先端面７１とによって囲まれることで、従動ギヤ２０側の歯先空間２２が形成される。

このように構成されるオイルポンプ１においては、両ギヤ１０，２０が回転されると、タンクから吸込室３に吸い込まれたオイルが両ギヤ１０，２０の歯溝に入り込んで歯先空間１２，２２に閉じ込められた状態で、両ギヤ１０，２０の回転移動により吐出室４に移送され、吐出口４ａを介して潤滑油路に吐出される。

このとき、前述したように、歯先空間１２，２２内のオイルは各ギヤ１０，２０の歯間において密閉された状態で吸込室３から吐出室４に移送されることになるが、この密閉されたオイルは吐出室４に達して仕切面４１，４２と摺接壁面５３とから開放されるのと同時に、吸込室３内の油圧力に比べ高圧に設定される吐出室４内の油圧力を急激に受けることとなる。このように歯先空間１２，２２内のオイルには急激な圧力変化が生じるため、この圧力変化に起因する荷重が各ギヤ１０，２０に作用してギヤ１０，２０に振動が生じた結果、歯打ちによるノイズ（騒音）の発生を引き起こすという問題が発生する。

そこで、本オイルポンプ１には、歯先空間１２，２２内に密閉されたオイルに対して急激な圧力変化が生じるのを抑制させる構造として、面取り形状に形成されたテーパー部６０がポンプケース３０に設けられている。それでは、このテーパー部６０の構成について図５を追加参照して説明する。ここで、図５はテーパー部６０の形状を説明するための説明図である。なお、テーパー部６０は、駆動ギヤ１０の歯先１１が摺接する駆動側仕切面４１と、従動ギヤ２０の歯先２１が摺接する従動側仕切面４２とにそれぞれ設けられているが、ほぼ同様の構成であるため、従動ギヤ２０側についてその構成を説明し、駆動ギヤ１０側の構成についての説明は省略する。

この圧力変化の抑制構造であるテーパー部６０は、ポンプケース３０における従動側仕切面４２と吐出側内周面４４とが交わる部分に設けられており、ポンプケース３０における基端面３２側から摺接壁面５３側に向かって傾斜した傾斜面６１を有している。

テーパー部６０の傾斜面６１は、ポンプケース３０の基端面３２内において従動側仕切面４２を区画する円弧Ｃと吐出側内周面４４を区画する線Ｌ１との交点（円弧Ｃ上の端点）を点Ｐ１とし、円弧Ｃ上において点Ｐ１から従動ギヤ２０の回転軸Ｏを中心として従動ギヤ２０の反回転方向（図５（Ａ）において時計方向）に角度θだけ移動させた点を点Ｐ２とし、円弧Ｃ上における点Ｐ２での接線Ｌ２と線Ｌ１との交点を点Ｐ３とし、さらに、従動側仕切面４２、吐出側内周面４４、および摺接仕切面５３が交差する点を点Ｐ４としたときに、かかるポンプケース３０内の頂部（略三角錐状の頂部）Ｔを点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を通る平面内で切除した際の点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を頂点に持つ略三角形状の面取り部として形成される。

このため、従動ギヤ２０がその歯先２１を従動側仕切面４２に滑接させつつ回転する際に、従動ギヤ２０の歯先空間２２がテーパー部６０に達すると、従動ギヤ２０の回転に応じて歯先空間２２がテーパー部６０より開口される部分が歯幅方向において拡がっていき、その開口面積も徐々に大きくなっていく。したがって、歯先空間２２内に密閉されたオイルは吐出室４に開放される際に、従動ギヤ２０の回転に伴ってテーパー部６０により拡開していく歯先空間２２の開口から吐出室４の油圧力を徐々に受けることで、歯先空間２２内のオイルに急激な圧力変化が作用するのを低減し、ギヤ振動によるノイズ（噛み合い音）を抑制することが可能になる。

なお、上記説明では従動ギヤ２０側についてのオイルの移送を説明したが、駆動ギヤ１０側においてもテーパー部６０による同様の効果、すなわち、ノイズ低減効果を得ることができる。

次いで、このオイルポンプ１の作動について説明する。エンジンが始動され、駆動側回転軸１５にエンジン出力軸の回転駆動力が伝達されると、それに伴って駆動ギヤ１０が図３中の矢印Ｎ_１で示される方向に回転し、この駆動ギヤ１０に外接噛合される従動ギヤ２０も従動側回転軸２５とともに図３の矢印Ｎ_２で示される方向に従動回転を始める。両ギヤ１０，２０が噛み合いながら回転されると、タンクからオイルが吸込口３ａを介して吸込室３に吸入され、この吸入されたオイルはギヤ１０，２０の歯溝に入り込んで歯先空間１２，２２に閉じ込められた状態で両ギヤ１０，２０の回転によって吐出室４側に送られる。

このとき、歯先空間１２，２２がテーパー部６０（図５の点Ｐ２の位置）に達すると、このテーパー部６０を介して歯先空間１２，２２と吐出室４とが連通され始め、吐出室４内の油圧力が歯先空間１２，２２内のオイルに掛かり始める。各ギヤ１０，２０がさらに回転をすると、テーパー部６０による歯先空間１２，２２の開口（開口面積）が徐々に大きくなっていき、吐出室４からの油圧力が歯先空間１２，２２内のオイルに広範囲に作用していく。これにより、歯先空間１２，２２内のオイルは、吐出室４の油圧力を時間的に徐々に受けて吐出室４の圧力に近づいていくこととなる。このため、歯先空間１２，２２内のオイルが急激な圧力変化を受けることもなく、圧力変化に起因する荷重が各ギヤ１０，２０に作用するのが防止される。そして、吐出室４と同等の圧力に昇圧されたオイルは、吐出口４ａを介して潤滑油路に吐出される。

このように、本オイルポンプ１によれば、両ギヤ１０，２０により移送される歯先空間１２，２２内のオイルに急激な圧力変化が作用するのが低減され、ギヤ振動によるノイズ（噛み合い音）を抑制することができることとなる。

次に、以上のように構成されるオイルポンプ１において、本オイルポンプ１が発揮するノイズ低減効果およびポンプ吐出性能について図６〜図８を追加参照して説明する。ここで、図６はテーパー部６０の角度θを変化させたときのそれぞれの角度に対するギヤポンプの要部断面図であり、図７はテーパー部６０の角度θと騒音レベルとの関係を示すグラフであり、図８はテーパー部６０の角度θを変化させたときのエンジンの回転速度とポンプ吐出圧力との関係を示すグラフである。

まず、図７を用いて、本オイルポンプ１のノイズ低減効果について説明する。本実施形態のオイルポンプ１によれば、角度θが大きくなるにつれてその騒音レベルも低減していくこととなり、角度θが２０°のところでは、従来のオイルポンプ（すなわち、角度θ＝０であるオイルポンプ）と比較して、騒音レベルが約１０ｄＢ低減される。そして、角度θが２０°を超えると、騒音レベルはほぼ一定に維持されることとなる。これにより、オイルポンプ１にテーパー部６０を設けることでノイズ低減効果を得られることが分かる。なお、本オイルポンプ１においてノイズ低減効果をより発揮するためには、角度θを２０°以上に設定したテーパー部６０を設けることが好ましい。

続いて、図８を用いて、本オイルポンプ１のポンプ吐出性能について説明する。従来のオイルポンプではエンジン回転数の上昇にほぼ比例してオイルの吐出圧力も右上がりに上昇していくことが分かる。一方、本実施形態のオイルポンプ１においても、従来のギヤポンプと同様な性能曲線を示し、従来のオイルポンプと比較して吐出圧力が低下することはない。

したがって、本オイルポンプ１において面取り形状のテーパー部６０を設けた場合でも、従来のオイルポンプと同等のポンプ吐出性能を発揮することが可能であることが分かる。なお、本オイルポンプ１の角度θを２０°、４０°と変化させても性能の差異はほとんど生じていない。よって、本オイルポンプ１では、テーパー部６０の角度θを２０°以上に設定することで、角度θの大きさによらず、ほぼ同等のノイズ低減効果およびポンプ吐出性能を発揮できることがわかる。

以上、本実施形態に係るオイルポンプ１によれば、ギヤ１０，２０の回転に応じて吐出室４からの油圧力を歯先空間１２，２２内のオイルに徐々に作用させるテーパー部６０をポンプケース３０の吐出側に設けることにより、歯先空間１２，２２内のオイルが急激な圧力変化を受けるのを防止することができる。このため、圧力変化に起因する荷重が各ギヤ１０，２０に作用するのを防止して、このギヤ振動によるノイズ（噛み合い音）を低減させることが可能になる。また、本オイルポンプ１では従来ポンプに比べてポンプ吐出性能を低下させることもない。

さらに、従来のギヤの歯打ちによるノイズ対策では、ギヤ加工を高精度化等することで行われていたため、結果としてオイルポンプの製造コストを増大することとなっていたが、本オイルポンプ１によれば、従前の成形型を一部変更もしくは修正するだけでダイカスト、鋳造、樹脂成形等により簡単にポンプケースにテーパー部を一体形成することが可能になるため、製造コストを抑えつつノイズを低減した高機能のオイルポンプを製造することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示されたものに限定されない。例えば、外接２連型のギヤポンプに限らず、駆動ギヤに２つの従動ギヤを外接噛合させる外接３連型（タンデム型）のギヤポンプにも本発明を適用することができる。また、車両に備えられて潤滑油を供給するオイルポンプに限定されず、油圧アクチュエータに作動油を供給するオイルポンプ等、他の装置において他の用途に利用されてもよく、また、空気ポンプや水ポンプ等の他の流体ポンプに適用することもできる。

１ オイルポンプ（ギヤポンプ）
２ ケーシング
３ 吸込室
４ 吐出室
５ ポンプ室
１０ 駆動ギヤ（第１ギヤ）
１１ 歯先
１２ 歯先空間
２０ 従動ギヤ（第２ギヤ）
２１ 歯先
２２ 歯先空間
３０ ポンプケース
３１ 収容空間（配設空間）
４１ 駆動側仕切面（第１仕切面）
４２ 従動側仕切面（第２仕切面）
４３ 吸込側内周面
４４ 吐出側内周面
５３ 摺接壁面（第２側面）
６０ テーパー部（流体連通部）
６１ 傾斜面（テーパー面）
７０ ポンプカバー
７１ 先端面（第１側面）

Claims (1)

1. 互いに平行な回転軸を中心として回転自在に設けられて噛合する第１ギヤおよび第２ギヤと、前記第１ギヤおよび前記第２ギヤを壁面部に歯先および両側面を摺接させた状態で保持する配設空間を有したケーシングとからなり、前記ケーシングに、前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの回転に応じて流体が吸い込まれる吸込室および流体が吐出される吐出室が形成されてなるギヤポンプにおいて、
   前記ケーシングの前記壁面部は、前記第１ギヤの前記回転軸を中心とする円弧状に形成されて前記第１ギヤの歯先を摺接させる第１仕切面と、前記第２ギヤの前記回転軸を中心とする円弧状に形成されて前記第２ギヤの歯先を摺接される第２仕切面と、前記吸込室側において前記第１仕切面と前記第２仕切面とを繋ぐ吸込側内周面と、前記吐出室側において前記第１仕切面と前記第２仕切面とを繋ぐ吐出側内周面と、前記第１ギヤおよび前記第２ギヤの前記両側面のうち一方の側面が摺接される第１側面と、前記両側面のうち他方の側面が摺接される第２側面とを有し、
   前記仕切面と前記吐出側内周面との接続部に、前記仕切面と前記吐出側内周面との間に跨って前記第１側面側から前記第２側面側に向かって前記吐出室側に傾斜したテーパ面により形成されて、前記接続部の前記仕切面側近傍に位置する前記ギヤの歯間と前記壁面部とにより囲まれた歯先空間を前記ギヤの回転に応じて前記吐出室に徐々に連通させる流体連通部を有し、
   前記テーパ面は、前記第１側面内において前記仕切面を区画する円弧線と前記吐出側内周面を区画する線分との交点を点Ｐ１とし、前記円弧線上において点Ｐ１から前記ギヤの前記回転軸を中心として当該ギヤの反回転方向に角度θだけ移動させた点を点Ｐ２とし、前記円弧線上における点Ｐ２での接線と前記線分との交点を点Ｐ３とし、前記仕切面と前記吐出側内周面と前記第２側面とが交差する交点を点Ｐ４としたとき、前記接続部を点Ｐ２、点Ｐ３および点Ｐ４を通る平面で切除した際に形成される点Ｐ２、点Ｐ３および点Ｐ４を頂点に持つ略三角形状の面取り部からなり、
   前記角度θは、前記ギヤの歯のピッチ角度αの半分以上の角度からなることを特徴とするギヤポンプ。

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