JP6119748B2

JP6119748B2 - 歯車ポンプ又はモータ

Info

Publication number: JP6119748B2
Application number: JP2014520825A
Authority: JP
Inventors: 信雄向井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: TW201350681A; WO2013186839A1; JPWO2013186839A1

Description

本発明は、互いに噛み合うはすば歯車をそれぞれ利用した駆動歯車及び従動歯車からなる外接歯車対と、内部にこの外接歯車対を収納する歯車収納室を有するケーシングとを備えた歯車ポンプ又はモータに関する。

従来より、互いに噛み合う駆動歯車と従動歯車とからなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納する歯車収納室を内部に有するケーシングとを備える歯車ポンプ又はモータが広く用いられている。このような歯車ポンプ又はモータの駆動歯車及び従動歯車は、軸芯に平行な歯が周囲に形成されている平歯車が主流である。しかし、駆動歯車及び従動歯車に平歯車を使用する場合、以下のような問題が存在する。具体的には、駆動歯車の歯と従動歯車の歯とが噛み合う際には歯幅全域にわたって同時に噛み合う。また、駆動歯車の歯と従動歯車の歯との噛み合いを終了する際には歯幅全域にわたって同時に噛み合いを終了する。このことにより、騒音や振動が発生することがある。この問題を解決するために、駆動歯車と従動歯車としてはすば歯車を採用する工夫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような歯車ポンプ又はモータは、例えば、以下に示すような構成を有する。すなわち、図２に示すように、互いに噛み合う駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７からなる外接歯車対Ｘ１と、この外接歯車対Ｘ１を収納する歯車収納室Ｘ２ａを内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車Ｘ６を軸支する駆動軸Ｘ８及び前記従動側はすば歯車Ｘ７を軸支する従動軸Ｘ９を収納するための軸受を有するケーシングＸ２と、このケーシングＸ２内に収納され前記外接歯車対Ｘ１の各はすば歯車Ｘ６、Ｘ７の両側面Ｘ６ａ、Ｘ６ｂ、Ｘ７ａ、Ｘ７ｂにそれぞれ添接しそれぞれ対をなす側板を兼ねるリア側のベアリングケースＸ３ａ及びフロント側のベアリングケースＸ３ｂと、液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂを有しこの液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂに導入される液圧により前記駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９を反スラスト方向に押圧する液圧機構Ｘ４と、この液圧機構Ｘ４の液圧室Ｘ４１ａ、Ｘ４１ｂに高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路Ｘ５とを具備してなる。前記ケーシングＸ２は、前記歯車収納室Ｘ２ａを有する筒状のボディＸ２３と、このボディＸ２３の前面側に装着されたフロントカバーＸ２２と、前記ボディＸ２３の背面側に装着されたリアカバーＸ２４とを有する。前記ボディＸ２３の内部には、一方の側板を兼ね駆動軸Ｘ８の後端側及び従動軸Ｘ９の後端側を軸支するリア側のベアリングケースＸ３ａと、他方の側板を兼ね駆動軸Ｘ８の前端側及び従動軸Ｘ９の前端側を軸支するリア側のベアリングケースＸ３ｂとを収納している。

このような構成の歯車ポンプを運転している状態では、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７に、回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが発生する。これら回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが合成された結果、図２に示すように、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７に、それぞれ異なる大きさのスラスト荷重が、後方に向けて加えられる（以下、このスラスト荷重の方向を「スラスト方向」と呼び、その反対方向を「反スラスト方向」と呼ぶ）。

リア側のベアリングケースＸ３ａは、前記スラスト荷重によって受ける面圧が大きくなるため、負荷を軽減させる目的で、駆動軸Ｘ８及び従動軸Ｘ９の後端側に前記液圧機構Ｘ４のバランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂをそれぞれ接触させ、液圧力によりバランスさせている。この結果、バランスピストンＸ４３ａ、Ｘ４３ｂは液圧力に比例した押し付け力を前記スラスト荷重に対抗して作用させることが可能となる。

しかし、前記液圧機構Ｘ４は、スラストを軽減してバランスさせるだけの目的で設けられたものであるため、運転条件が変動した場合、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７が受けるスラスト荷重が不均一で不安定となることがある。その際、リア側のベアリングケースＸ３ａ及びフロント側のベアリングケースＸ３ｂにスラスト荷重が負荷されるだけでなく、駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７の側面Ｘ６ａ、Ｘ６ｂ、Ｘ７ａ、Ｘ７ｂが位置ズレすることによって、これらのはすば歯車Ｘ６、Ｘ７の側面Ｘ６ａ、Ｘ６ｂ、Ｘ７ａ、Ｘ７ｂからの作動液の漏れが増大し容積性能が低下する不具合が発生し得る。この不具合の発生を防ぐために、各ベアリングケースＸ３ａ、Ｘ３ｂにコストが割高の面圧強度の高い材料を使用し、いわゆる３の字形のガスケットＸ３１を利用した圧力バランスによって、すなわち３の字形のガスケットＸ３１の内側に液圧封入領域を形成し前記リア側のベアリングケースＸ３ａを駆動側はすば歯車Ｘ６及び従動側はすば歯車Ｘ７の後側の側面Ｘ６ａ、Ｘ７ａに強く押し戻してバランスさせることによって性能を維持させる必要があった。

特開平５−３３０３３０号公報

本発明は以上の点に着目したものであり、コストが割高の面圧強度の高い側板を採用しなければならないという制約を無くすことができ、部品コストを低減させるための設計の自由度を高めることができる歯車ポンプ又はモータを提供することを所期の目的とする。

すなわち本発明に係る歯車ポンプ又はモータは、互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納し前方に開口する歯車収納室を内部に備えるボディ及びこのボディの後端を閉塞するリアカバーを有するケーシング本体、並びにこのケーシング本体の前面側に装着されたフロントカバーを備えているとともに前記駆動側はすば歯車を軸支する駆動軸及び前記従動側はすば歯車を軸支する従動軸を収納するための軸受を有するケーシングと、このケーシング内に収納され前記外接歯車対の各はすば歯車の両側面にそれぞれ添接する対をなす側板と、液圧室を有しこの液圧室に導入される液圧により前記駆動軸及び従動軸を前記歯車収納室内に導入される作動液の液圧により受けるスラスト荷重及び回転トルクの分力によるスラスト荷重が合成されたスラスト荷重の方向と反対方向である反スラスト方向すなわちリア側からフロント側へ向かう方向に押圧する液圧機構と、この液圧機構の液圧室にボディ内空間で歯同士が歯車ポンプとして作動する状態で漸次噛合する作動液吐出側である高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路とを具備してなり、変動するスラストの最大値を上回る値で前記駆動軸及び前記従動軸をリア側からフロント側へ向かう方向に押圧するように前記液圧機構による押圧力を設定し、フロント側の側板の面圧強度をリア側の側板よりも高くしていることを特徴とする。

このような構成によれば、前記液圧機構により、変動するスラストの最大値を上回る値で前記駆動軸及び前記従動軸が反スラスト方向に押圧されるので、スラスト方向側に配された側板は駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からのスラスト荷重の影響を受けないことになる。従って、スラスト方向側に配された側板は面圧強度の低い材料で構成することができる。そして、駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車の双方が常時反スラスト方向に押圧されることとなるので、圧力変動による駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車の側面の位置ズレに伴う問題を解消することもできる。

本発明によれば、コストが割高の面圧強度の高い側板を採用しなければならないという制約を無くすことができ、部品コストを低減させるための設計の自由度を高めることができる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す概略図。従来の歯車ポンプ又はモータを示す概略図。

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Ｐ１は、図１に示すように、互いに噛み合う駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７からなる外接歯車対１と、この外接歯車対１を収納する歯車収納室２ａを内部に有するとともに前記駆動側はすば歯車６を軸支する駆動軸８及び前記従動側はすば歯車７を軸支する従動軸９を収納するための軸受を有するケーシング２と、このケーシング２内に収納され前記外接歯車１対の各はすば歯車６、７の両側面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂにそれぞれ添接する対をなす後側板３ａ及び前側板３ｂと、液圧室４１ａ、４１ｂを有しこの液圧室４１ａ、４１ｂに導入される液圧により前記駆動軸８及び従動軸９を反スラスト方向に押圧する液圧機構４と、この液圧機構４の液圧室４１ａ、４１ｂに高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路５とを具備する。

前記外接歯車対１を構成する駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７は、この種の歯車ポンプに用いられるものとして周知のはすば歯車である。ここで、前記駆動側はすば歯車６の歯及び従動側はすば歯車７の歯は、これらを噛み合わせた状態で歯車ポンプとして作動させる際に、回転トルクの分力により、駆動側はすば歯車６は後方に向かうスラスト荷重、従動側はすば歯車７は前方に向かうスラスト荷重をそれぞれ受ける。また、これら駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７は、歯車ポンプとして作動している状態で、液圧により、後方に向かうスラスト荷重をそれぞれ受ける。これら回転トルクの分力によるスラスト荷重と液圧によるスラスト荷重とが合成された結果、図２に示すように、駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７に、それぞれ異なる大きさのスラスト荷重が、後方に向けて加えられる。本実施形態では、前記駆動側はすば歯車６と駆動軸８とを一体に設けている。前記駆動軸８は、前記駆動側はすば歯車６の中心から回転軸心方向に延伸している。この駆動軸８は、一端がケーシング２の外部に延出している。また、従動側はすば歯車７と従動軸９とも一体に設けている。前記従動軸９は、前記従動側はすば歯車７の中心から回転軸心方向に延伸している。

ケーシング２は、前方に開口する歯車収納室２ａを有するケーシング本体２１と、このケーシング本体２１の前面側に装着されたフロントカバー２２とを備えている。

ケーシング本体２１は、その内部に前記外接歯車対１すなわち駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７を噛合状態で収容する略眼鏡状の前記歯車収納室２ａとこの歯車収納室２ａを外部に連通させる図示しない作動液吸入口及び作動液吐出口２ｂとを備えた筒状のボディ２３と、このボディ２３の後端を閉塞するリアカバー２４とを一体に形成したものである。また、前記ボディ２３は、前記歯車収納室２ａの後方に、前記駆動軸８及び従動軸９の後端側を軸支する軸受２５を備えている。各軸受２５は、前記駆動軸８及び従動軸９の後端側がそれぞれ嵌入可能な軸受穴２５ｘと、この軸受穴２５ｘの内周に設けられ前記前記駆動軸８及び従動軸９をそれぞれ摺動可能に軸支するブッシュ２５ｙとを備えたものである。

前記フロントカバー２２は、ケーシング本体２１にボルト等によって着脱可能に装着され、前記歯車収納室２ａの開口面を閉塞する。また、このフロントカバー２２は、前記駆動軸８及び従動軸９の前端側を軸支する軸受２６を備えている。各軸受２６は、前記駆動軸８及び従動軸９の前端側がそれぞれ嵌入可能な軸受穴２６ｘと、この軸受穴２６ｘの内周に設けられ前記駆動軸８及び従動軸９をそれぞれ摺動可能に軸支するブッシュ２６ｙとを備えたものである。駆動軸８の前端は、前記軸受穴２６ｘを貫通してケーシング２の外部に突出させてある。

また、本実施形態では、駆動側はすば歯車６の後側の側面６ａ及び従動側はすば歯車７の後側の側面７ａに、後側板３ａを添接させて設けている。この後側板３ａは、平歯車式歯車ポンプに用いられているものと略同等の薄板状のものである。この後側板３ａの背面は、３の字形のガスケット３１を介してケーシング本体２１の段部端面２１ａに当接させてある。なお、３の字形のガスケット３１の内側に形成される液圧封入領域は、従来のものに比べて狭く設定してある。また、駆動側はすば歯車６の前側の側面６ｂ及び従動側はすば歯車７の前側の側面７ｂに、前側板３ｂを添接させて設けている。この前側板３ｂは、面圧強度の比較的高い材料により作られたもので、薄板状のものである。この前側板３ｂの前面は、ガスケット３２を介してフロントカバー２２の内面２２ａに当接させてある。なお、本実施形態では、前側板３ｂの材料は、後側板３ａの材料と異なる。

前記液圧機構４は、前記駆動軸８及び前記従動軸９にそれぞれ対応させてリアカバー２４の内部に形成した対をなす液圧室４１ａ、４１ｂと、これら液圧室４１ａ、４１ｂをケーシング本体２１内に連通させる対をなすシリンダボア４２ａ、４２ｂと、これらシリンダボア４２ａ、４２ｂ内にそれぞれスライド可能に嵌装された対をなすバランスピストン４３ａ、４３ｂとを具備してなるもので、前記各バランスピストン４３ａ、４３ｂを対応する前記駆動軸８及び従動軸９の端面に当接させている。前記バランスピストン４３ａ、４３ｂの直径、換言すればこのバランスピストン４３ａ、４３ｂを嵌装するシリンダボア４２ａ、４２ｂの直径は、変動するスラストの最大値を上回る値で前記駆動軸８及び前記従動軸９を反スラスト方向に押圧することができる値に設定されている。具体的には、例えば作動液の圧力をＰとし、駆動軸８側のシリンダボア４２ａの断面積をＡ１とした場合、前記駆動軸はＰ×Ａ１の力Ｆ１で反スラスト方向に駆動軸８側のバランスピストン４３ａにより押圧される。この実施形態においては、駆動軸８が受けるスラストが７〜９の範囲で変動することが事前の計測により判明した場合、前記押圧力Ｆ１が１０となるように駆動軸８側のシリンダボア４２ａの断面積Ａ１を設定する。また、作動液の圧力をＰとし、従動軸９側のシリンダボア４３ｂの断面積をＡ２とした場合、前記従動軸９はＰ×Ａ２の力Ｆ２で反スラスト方向にバランスピストンにより押圧される。この実施形態においては、従動軸９が受けるスラストが２〜４の範囲で変動することが事前の計測により判明した場合、前記押圧力Ｆ２が５となるように従動軸９側のシリンダボア４２ｂの断面積Ａ２を設定する。

前記高圧作動液導入路５は、液圧機構４の液圧室４１ａ、４１ｂに高圧側から作動液を導くためのもので、ケーシング本体２１内に形成されている。

ここで、この歯車ポンプＰ１の前記駆動軸８を介して前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７を同期逆回転駆動した場合に、前記作動液吸入口と前記作動液吐出口２ｂとの間で高低圧差が生じる。このとき、前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７の歯同士が漸次離反する側のボディ２３内空間、つまり前記作動液吸込口側の空間が低圧領域になるとともに、歯同士が漸次噛合する側のボディ２３内空間、つまり作動液吐出口２ｂ側の空間が高圧領域になる。そして、作動液吸込口より導入した作動液を、前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７の歯先と歯車収納室２ａとの間に閉成される容積空間に閉じ込めて作動液吐出口２ｂにまで導き吐出するポンプ作用を営むようにしている。なお、この歯車ポンプＰ１は、作動液吐出口２ｂより高圧の作動液を導入し、これにより前記駆動軸８から回転トルクを取り出して外部負荷を駆動するとともに、低圧となった作動液を前記作動液吸込口から吐出するというモータ作用を営む歯車モータとして機能させることもできるものであることはいうまでもない。

以上に述べたように、本実施形態に係る歯車ポンプＰ１の構成によれば、前記バランスピストン４３ａ、４３ｂを収納するシリンダボア４２ａ、４２ｂの直径は、変動するスラストの最大値を上回る値で前記駆動軸８及び前記従動軸９を反スラスト方向に押圧することができる値に設定しているので、後側板３ａは前記スラストによる影響を受けない。従って、後側板３ａは平歯車式歯車ポンプに用いられているものと略同等の面圧強度の低い材料を用いて構成することができる。また、前側板３ｂは、前記バランスピストン４３ａ、４３ｂから押圧力を受けるので、十分な面圧強度を有する材料により構成する必要はあるが、この前側板３ｂは薄い板状のものにより構成することができる。すなわち、両側板３ａ、３ｂにコストが割高の面圧強度の高い材料を採用しなければならないという制約を無くすことができ、部品コストを低減させるための設計の自由度を高めることができる。換言すれば、駆動軸及び従動軸を観入させるための軸受を有するベアリングケースを省略し、薄板状の後側板３１及び前側板３２によりスラストを受けるようにできるので、部品点数を削減し製造コストを低下させることができる。そして、前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７の双方が常時前方すなわち反ラスト力方向に押圧されることとなるので、圧力変動による前記駆動側はすば歯車６及び従動側はすば歯車７の側面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの位置ズレに伴い歯車６、７の側面６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂから作動液が漏れ容積性能が低下する問題を解消することもできる。

また、本実施形態では、その内部に前記外接歯車対１を噛合状態で収容する略眼鏡状の前記歯車収納室２ａとこの歯車収納室２ａを外部に連通させる作動液吸入口及び作動液吐出口２ｂとを備えた筒状のボディ２３と、このボディ２３の後端を閉塞するリアカバー２４とをボディ本体２１として一体に形成しているので、これらを別体に形成したものと異なり、ボディ２３とリアカバー２４との接合箇所からの作動液漏れが発生し得ず、この点からも容積性能が低下する問題を解消することもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らず、種々に変形してよい。

例えば、上述した実施形態においては、ボディに、外接歯車対を収納する歯車収納室を備えたボディと、このボディの後端を閉塞するリアカバーとを一体に形成しているが、前記ボディと前記リアカバーとを別体に構成したものに本発明を適用してもよい。また、前記ボディと前記リアカバーとを別体に構成する場合、前記ボディと、このボディの前端を閉塞するフロントカバーとを一体に構成するようにしてもよい。

加えて、上述した実施形態において、フロントカバーが前側板を兼ねる構成を採用してもよい。

さらに、上述した実施形態では、後側板と前側板とを異なる材料によって作っているが、これら後側板と前側板とを同一の材料により作るようにしてももちろんよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

本発明の歯車ポンプ又はモータの構成を採用すれば、コストが割高の面圧強度の高い側板を採用しなければならないという制約を無くすことができ、部品コストを低減させるための設計の自由度を高めることができる。

Ｐ１…歯車ポンプ
１…外接歯車対
２…ケーシング
２ａ…歯車収納室
３…側板
４…液圧機構
４１…液圧室
５…高圧作動液導入路
６…駆動側はすば歯車
７…従動側はすば歯車
８…駆動軸
９…従動軸

Claims

互いに噛み合う駆動側はすば歯車及び従動側はすば歯車からなる外接歯車対と、この外接歯車対を収納し前方に開口する歯車収納室を内部に備えるボディ及びこのボディの後端を閉塞するリアカバーを有するケーシング本体、並びにこのケーシング本体の前面側に装着されたフロントカバーを備えているとともに前記駆動側はすば歯車を軸支する駆動軸及び前記従動側はすば歯車を軸支する従動軸を収納するための軸受を有するケーシングと、このケーシング内に収納され前記外接歯車対の各はすば歯車の両側面にそれぞれ添接する対をなす側板と、液圧室を有しこの液圧室に導入される液圧により前記駆動軸及び従動軸を前記歯車収納室内に導入される作動液の液圧により受けるスラスト荷重及び回転トルクの分力によるスラスト荷重が合成されたスラスト荷重の方向と反対方向である反スラスト方向すなわちリア側からフロント側へ向かう方向に押圧する液圧機構と、この液圧機構の液圧室にボディ内空間で歯同士が歯車ポンプとして作動する状態で漸次噛合する作動液吐出側である高圧側から作動液を導く高圧作動液導入路とを具備してなり、変動するスラストの最大値を上回る値で前記駆動軸及び前記従動軸をリア側からフロント側へ向かう方向に押圧するように前記液圧機構による押圧力を設定し、フロント側の側板の面圧強度がリア側の側板よりも高い材料であることを特徴とする歯車ポンプ又はモータ。