JP5704819B2

JP5704819B2 - 歯車ポンプ又はモータ

Info

Publication number: JP5704819B2
Application number: JP2009552361A
Authority: JP
Inventors: 顕一金谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: JPWO2009098773A1; WO2009098773A1

Description

本発明は、歯車ポンプ又はモータに関するものである。

噛合する一対の歯車の歯溝を利用して作動流体（作動油）を送り出す歯車ポンプ（歯車モータもその構成は同一であり、以下歯車ポンプについて説明する）の構成は、駆動軸に軸着された駆動歯車と、従動軸に軸着された従動歯車とをケーシング内に噛合状態で配設し、両歯車の側面には、これら側面に摺動する摺動面を有する側板を配設し、これら側板による適正なシール効果が得られるようにしている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２―２２７７７４号公報

従来の歯車ポンプは、駆動歯車及び従動歯車の側面全体を、側板の摺動面と略平行となるように全体的にフラットな平滑面に設定し、このような側面全体を摺動面に対向配置する態様であるため、歯車が回転した場合に、歯車の側面と側板の摺動面との摩擦抵抗が大きく、駆動トルクが必然的に大きくなるというものであった。加えて、歯車の側面及び側板の摺動面が摩耗により損傷するおそれもあった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、歯車の側面と側板の摺動面との摩擦抵抗を軽減して、駆動トルクの軽減化を図るとともに、歯車の側面及び側板の摺動面の摩耗を減少させて、長寿命化を図ることが可能な歯車ポンプ又はモータを提供することにある。

すなわち、本発明の歯車ポンプ又はモータは、噛合する一対の歯車と、これら歯車の両側方に配置され、且つ歯車の側面に摺動する摺動面を有する側板とを具備したものであって、少なくとも一方の前記歯車が、その側面に、前記側板の摺動面と略平行をなす摺動領域と、前記側板の摺動面と平行をなさず且つ当該摺動面との間に作動流体がくさび膜効果により粘性で引き込まれて流れ込み油膜圧力が発生し得るくさび状をなす隙間を形成する非摺動領域とを形成したものであり、前記非摺動領域を前記側面の外縁部全域に亘って形成するものとし、前記歯車の回転動作に伴って前記くさび状をなす隙間にくさび膜効果による油膜圧力が発生するように構成したことを特徴とする。

このようなものであれば、歯車の回転動作に伴って、歯車の側面のうち非摺動領域と側板の摺動面との間に形成された隙間に作動流体が引き込まれ、くさび膜効果による油膜圧力が発生するように構成しているため、この圧力が歯車の側面と側板の摺動面とを離反させる力として働き、歯車の側面と側板の摺動面との摩擦抵抗を軽減することができる。これにより、駆動トルクを軽減することができ、さらには、従来の態様、つまり歯車の側面全体が側板の摺動面と平行な平滑面である態様と比較して、歯車の側面及び側板の摺動面の摩耗を抑制することができ、適正なシール効果を長期に亘って有効に発揮するものとなる。

なお、従来の歯車ポンプ又はモータに用いられる歯車として、側面のうち外縁部に多少の丸みを有するものがあるが、当該丸みは、バリやかえりを除去する作業によって形成されたものに過ぎないため、側面のうち当該丸みを有する領域と側板の摺動面との間に形成される微少な隙間に、くさび膜効果による十分な油膜圧力を発生させることはできず、上述した不具合、すなわち駆動トルクの増大化、及び歯車の側面や側板の摺動面の摩耗損傷を招来し、本発明の歯車ポンプ又はモータのような格別優れた効果を奏するものではない。

以上説明したように本発明によれば、歯車の側面と側板の摺動面との摩擦抵抗を軽減して、駆動トルクの軽減化を図ることができるとともに、歯車の側面及び側板の摺動面の摩耗を軽減して、長寿命化を図ることが可能な歯車ポンプ又はモータを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る歯車ポンプ又はモータを示した概略図。図１のＡ―Ａ線矢視図を模式的に示す図。図２のＢ―Ｂ線矢視図を模式的に示す図。同実施形態における歯車の一部を拡大して示す斜視図。図４のＣ方向矢視図。同実施形態における非摺動領域の一変形例を図３に対応して示す図。同実施形態における非摺動領域のさらに異なる一変形例を図３に対応して示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る歯車ポンプ又はモータは、図１及び図２に示すように、ボディ１１、フロントカバー１２及びリアカバー１３を組み付けてなるケーシング１と、駆動軸２に軸着された駆動歯車３と、従動軸４に軸着された従動歯車５とを備え、これら駆動歯車３及び従動歯車５を互いに噛合可能な状態でケーシング１内に収容し、これら歯車３、５の回転動作に伴って歯溝に捉えた作動流体（作動油）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又はモータ作用を営むものである。なお、図２における矢印は回転方向を示す。また、本実施形態に係る歯車ポンプ又はモータは、駆動歯車３及び従動歯車５の両側方に、これら歯車３、５の側面３１、５１に摺動する摺動面６１、７１を有する側板６、７を備え、これら側板６、７が適正なシール効果を発揮し得るように構成している。

各側板６、７は、各歯車３、５の回転軌跡をなぞるような輪郭形状をなし、駆動軸２及び従動軸４がそれぞれ挿通可能な軸孔６２、７２を有し、摺動面６１、７１は、略フラットな平滑面を形成している。各側板６、７は、摺動面６１、７１を各歯車３、５の側面３１、５１に添接し得るようにケーシング１内に配置されている。側板６、７は、歯車３、５の歯溝に捉えられた作動流体（作動油）の液圧によって歯車３、５から離間する方向の力を受けるが、この力と相反する力を摺動面６１、７１とは反対側の面（反摺動面６３、７３）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、側板６、７の反摺動面６３、７３にガスケット（図示省略）を取り付け、側板６、７の反摺動面６３、７３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、この圧力バランス領域に高圧側の作動流体（作動油）を導き入れて歯車３、５に接近する方向の力を側板６、７に付与している。

しかして、本実施形態に係る歯車ポンプ又はモータは、図３に示すように、各歯車３、５の側面３１、５１に、側板６、７の摺動面６１、７１と略平行をなす摺動領域３１ａ、５１ａと、側板６、７の摺動面６１、７１と平行をなさず且つ摺動面６１、７１との間に作動流体（作動油）が流れ込み得る隙間Ｓを形成する非摺動領域３１ｂ、５１ｂとを形成している。なお、図３は図２のＢ―Ｂ線矢視図に相当する図であり、駆動歯車３と側板７との関係を示すものであるが、駆動歯車３と側板６との関係、及び従動歯車５と側板６、７との関係も同様であるため、図３では、従動歯車５及び側板６に関する符号をそれぞれ駆動歯車３、側板７の後に付した括弧内に示している。

非摺動領域３１ｂ、５１ｂは、図３に示すように、側面３１、５１の外縁部から摺動領域３１ａ、５１ａとの境界部分３１ｘ、５１ｘに向かって漸次傾斜させた形状をなし、この非摺動領域３１ｂ、５１ｂと側板６、７の摺動面６１、７１との離間寸法が、側面３１、５１の外縁部から摺動領域３１ａ、５１ａとの境界部分３１ｘ、５１ｘに向かって漸次小さくなるように設定している。つまり、非摺動領域３１ｂ、５１ｂと側板６、７の摺動面６１、７１との間に略くさび状の隙間Ｓが形成されるように設定している。本実施形態では、非摺動領域３１ｂ、５１ｂをアール形状に設定している。また、本実施形態では、図４及び図５に示すように、非摺動領域３１ｂ、５１ｂを、各歯車３、５の側面３１、５１における外縁部全域に亘って形成している。

このような駆動歯車３及び従動歯車５を備えた歯車ポンプ又はモータは、図示しない駆動源が駆動すると、駆動源に接続されている駆動軸２が回転し、駆動歯車３とともに従動歯車５が回転する。そして、吸込口から作動流体（作動油）が歯車３、５の歯間に導入され、吐出口へ搬送される。この際、各歯車３、５の非摺動領域３１ｂ、５１ｂと側板６、７の摺動面６１、７１との間に形成されたくさび状をなす狭い隙間Ｓに、作動流体（作動油）が粘性で引き込まれ、くさび膜効果によって油膜圧力が発生する。この圧力が歯車３、５の側面３１、５１と側板６、７の摺動面６１、７１とを離反させる力として働き、歯車３、５の側面３１、５１と側板６、７の摺動面６１、７１との摩擦抵抗が軽減される。その結果、駆動トルクを軽減することができるとともに、歯車３、５の側面３１、５１及び側板６、７の摺動面６１、７１の摩耗を抑制することができ、歯車ポンプ又はモータの長寿命化を図ることが可能となる。なお、図３では、隙間Ｓに引き込まれる作動流体（作動油）の流れ方向を矢印で模式的に示している。

さらに、本実施形態における歯車３、５の全ての歯３Ｔ、５Ｔは、図５に示すように、回転方向側の縁部３Ｔａ、５Ｔａ及び反回転方向側の縁部３Ｔｂ、５Ｔｂにそれぞれ非摺動領域３１ｂ、５１ｂを有するものである。そのため、歯車３、５が回転した際、回転方向側の縁部３Ｔａ、５Ｔａに形成した非摺動領域３１ｂ、５１ｂと側板６、７の摺動面６１、７１との間の隙間Ｓには、前述したくさび膜効果による油膜圧力が発生する一方、反回転方向側の縁部３Ｔｂ、５Ｔｂに形成した非摺動領域３１ｂ、５１ｂと、側板６、７の摺動面６１、７１の間の隙間Ｓには、毛細管現象により作動流体（作動油）が吸い込まれ、その結果、歯車３、５の側面３１、５１と側板６、７の摺動面６１、７１との摩擦抵抗がさらに軽減されるとともに、歯車３、５の側面３１、５１及び側板６、７の摺動面６１、７１の摩耗をさらに効果的に抑制することができる。なお、図５における矢印は回転方向を示す。また、駆動軸２を逆回転させた場合には、当然のことながら各歯車３、５も逆回転し、前記回転方向側の縁部３Ｔａ、５Ｔａが反回転方向側の縁部となり、前記反回転方向側の縁部３Ｔｂ、５Ｔｂが回転方向側の縁部となる。

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。

例えば、非摺動領域は、側板の摺動面との間にくさび膜効果によって油膜圧力を発生させ得る形状であればよく、前記実施形態で例示したアール形状の他、図６に示すように、側面３１、５１の外縁部から摺動領域３１ａ、５１ａとの境界部分３１ｘ、５１ｘに向かって略直線状に傾斜させた形状をなす非摺動領域３１ｂ、５１ｂや、図７に示すように、側面３１、５１の外縁部から摺動領域３１ａ、５１ａとの境界部分３１ｘ、５１ｘに向かって傾斜しつつ、途中に段部３１ｂｘ、５１ｂｘを有する形状の非摺動領域３１ｂ、５１ｂ、或いは図示しないが、側面３１、５１の外縁部から摺動領域３１ａ、５１ａとの境界部分３１ｘ、５１ｘに向かって傾斜する波状又は鋸歯状のもの等、種々の形状を採用しても構わない。

また、前記実施形態では、駆動歯車３及び従動歯車５の何れにもその側面３１、５１に非摺動領域３１ｂ、５１ｂを形成した態様を例示したが、これに限らず、少なくとも一方の歯車の側面にのみ非摺動領域を形成した態様であってもよい。

また、回転方向側の縁部に形成した非摺動領域の傾斜角度と、反回転方向側の縁部に形成した非摺動領域の形状（特に傾斜角度）を相互に異ならせる態様を採用しても構わない。

その他、各部の具体的構成についても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。

本発明の歯車ポンプ又はモータは、歯車の側面に、側板の摺動面と摺動し得る摺動領域と、摺動面との間に作動流体が流れ込み得る隙間を形成する非摺動領域とを形成し、歯車の回転動作に伴って前記隙間にくさび膜効果による油膜圧力が発生するように構成したものであり、これにより、歯車の側面と側板の摺動面との摩擦抵抗を軽減して、駆動トルクの軽減化を図るとともに、歯車の側面及び側板の摺動面の摩耗を軽減して、長寿命化を図ることが可能となり、油圧機器分野において好適に利用することができるものである。

Claims

噛合する一対の歯車と、これら歯車の両側方に配置され、且つ歯車の側面に摺動する摺動面を有する側板とを具備した歯車ポンプ又はモータであって、
少なくとも一方の前記歯車が、その側面に、前記側板の摺動面と略平行をなす摺動領域と、前記側板の摺動面と平行をなさず且つ当該摺動面との間に作動流体がくさび膜効果により粘性で引き込まれて流れ込み油膜圧力が発生し得るくさび状をなす隙間を形成する非摺動領域とを形成したものであり、前記非摺動領域を前記側面の外縁部全域に亘って形成するものとし、
前記歯車の回転動作に伴って前記くさび状をなす隙間にくさび膜効果による油膜圧力が発生するように構成した歯車ポンプ又はモータ。