JP6221431B2 - 外接ギヤ式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、外接ギヤ式ポンプに関し、詳しくは、駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合う領域にオイル等の流体が閉じ込められる現象に起因する駆動トルクの上昇や作動音等を抑制する技術に関する。

上記の技術に関連する外接ギヤ式ポンプとして特許文献１には、駆動ギヤと従動ギヤとを噛合状態で回転自在にハウジングに収容したポンプが示されている。この特許文献１のポンプでは、駆動ギヤと従動ギヤとの歯面の形状の設定により、これらの回転時にはギヤの噛合部の作動油をギヤ軸の方向に送り出すように構成されている。

具体的な構成として、特許文献１に記載されるポンプでは、駆動ギヤと従動ギヤとの非接触側歯面に一対の凹部を形成することにより、駆動時には噛合部において凹部に沿ってギヤ軸方向両側面に向けてオイルを流し、このオイルの流れにより圧力損失を抑制し、駆動トルクの低減を図るようにしている。

また、特許文献２には、駆動ギヤの回転方向の上流側の歯面、及び、従動ギヤの回転方向の下流側の歯面に切除部としての溝を形成している。これにより、駆動時においてギヤの噛み合い部分付近に形成される隙間が、駆動ギヤと従動ギヤとが接触することで２つの領域に分離される状況に陥った場合でも、溝が夫々の領域の間での作動流体の流通を確保することにより隙間の圧力変化を緩和して振動や騒音を低減できるようにしている。

特開２００６‐３２９０４３号公報 特開２００３‐０８３２６０号公報

特許文献１及び特許文献２にも記載されるように、ギヤポンプでは、駆動ギヤと従動ギヤとが噛合する噛合領域が存在し、駆動時には、噛合領域に閉じ込められた流体の圧力が上昇するため、駆動トルクを上昇させることや、振動を招く原因になっている。

このような不都合を解消するため、特許文献１に示される構成では、ギヤの歯面に対して一対の凹部を形成するものであるが、このように歯面に凹部を形成するため加工は困難となり改善の余地がある。また、特許文献２に示される構成では、駆動ギヤと従動ギヤとの非接触面に凹部を形成する構成であるため、この構成も加工が困難となり改善の余地がある。

本発明の目的は、駆動トルクの上昇を抑制し、振動の抑制も可能な外接ギヤ式ポンプを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、駆動力により回転する駆動ギヤと、前記駆動ギヤに噛合する前記駆動ギヤと同じ歯数で同じ形状の従動ギヤと、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤを収容するハウジングとを備え、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯部が、駆動時に互いに接触する接触面と、その裏面であって接触しない非接触面とを有すると共に、前記非接触面の転位係数が、前記接触面の転位係数より小さく設定されており、前記非接触面の圧力角度が、前記接触面の圧力角より小さく設定され、前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯部において歯厚が最も大きい部位における前記接触面側の歯形に基づく半角の値と比較して、前記非接触面側の半角の値が小さく設定されている点にある。

この種のポンプでは、駆動ギヤの駆動回転に伴い、この駆動ギヤの歯部の接触面が従動ギヤの歯部の接触面に接触する形態で夫々が回転する。このように駆動ギヤと従動ギヤとが接触する領域が噛合領域であり、この噛合領域には、駆動ギヤの歯部と従動ギヤの歯部とで取り囲まれる空間（以下、閉込空間と称する）に流体が閉じ込められる。駆動ギヤの駆動時には、閉込空間の容積が変化し、空間内の流体に作用する圧力を変化させる。このように容積が変化する場合には、閉込空間の容積変化量が一定であっても、閉込空間の容積が小さいものでは容積変化率が高くなり駆動トルクを上昇させ、振動を招く原因になっている。

このような現状に対して、本発明の外接ギヤ式ポンプでは、閉込空間において駆動ギヤと従動ギヤとの歯部の非接触面が向い合う位置に配置されることに着目し、駆動ギヤ又は従動ギヤの非接触面の転位係数を、駆動ギヤ又は従動ギヤの接触面の転位係数より小さく設定している。これにより駆動ギヤ又は従動ギヤの歯部は非対称ギヤとなる。この非対称ギヤは、歯部の接触面と比較して非接触面を多く切削した形状（歯厚を薄くした形状）であり、この非接触面に連なる歯元も切下げられた形状となるため、閉込空間の容積を拡大する。

特許文献１と特許文献２との何れの構成も閉込空間の容積を拡大するものであるが、これらは駆動ギヤの歯部の非接触面と従動ギヤの歯部の非接触面とを、歯車としては用いられない歯面形状に加工するため、特別な工具を用いた加工を必要とする等、加工が複雑になるものであった。これに対して、本発明のように転位係数を設定するものでは、駆動ギヤ又は従動ギヤの歯部を、歯車として存在する歯面形状に加工するものであるため、例えば、ホブ加工やシェーパー加工のように従来から歯車を製造する際に用いられる一般的な加工により歯面を形成することが可能となり、特別な工具を用いずとも効率的で高精度での加工も可能となる。

従って、歯部の転位係数を設定するだけで、閉込空間の容積が拡大し、駆動時には閉込空間の容積変化率を引き下げることになり、駆動時において駆動トルクの上昇の抑制も可能な外接ギヤ式ポンプが構成された。

本発明は、前記駆動ギヤの前記接触面と前記従動ギヤの前記接触面とがクラウニング面として形成されても良い。

この構成によると、駆動ギヤの歯部の接触面と、従動ギヤの歯部の接触面との双方をクラウニング面として形成するため、駆動時には、駆動ギヤの歯部と従動ギヤの歯部とが決まった位置で接触することになり、騒音の抑制が可能となる。

外接式ギヤポンプの駆動ギヤと従動ギヤとを示す断面図である。 駆動ギヤと従動ギヤとの噛合領域を示す図である。 外接式ギヤポンプの駆動構造を示す断面図である。 半角を説明する図である。 クラウニング加工された歯面を示す斜視図である。 第１ポンプ構成の噛合領域を示す図である。 第２ポンプ構成の噛合領域を示す図である。 従来型ポンプの噛合領域を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔外接ギヤ式ポンプ〕
図１〜図３に示すように、駆動源からの駆動力により回転する駆動ギヤ１０と、この駆動ギヤ１０に対して噛合領域で噛み合う従動ギヤ２０と、これらを収容するハウジング３０とを備えて外接ギヤ式ポンプが構成されている。

この外接ギヤ式ポンプは、乗用車等の車両において油圧機器やエンジンの潤滑系にオイルを送り出す油圧ポンプとして備えられるものであり、駆動源として車両に備えられたエンジンや、電動モータが用いられる。尚、この外接ギヤ式ポンプは、車両に備える構成に限るものはなく、各種流体圧装置に備えるものでも良く、オイルを圧送対象とせず、水や液状の薬剤等を圧送対象としても良い。

駆動ギヤ１０は、複数の歯部１１を有し、駆動軸芯Ｒａと同軸芯でハウジング３０に支持された駆動軸１２と一体的に回転するように、この駆動軸に連結している。従動ギヤ２０は、複数の歯部２１を有し、従動軸芯Ｒｂと同軸芯でハウジング３０に支持された従動軸２２により回転自在に支持されている。

ハウジング３０は、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とを収容するハウジング本体３０Ａと、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とを収容する空間を覆うハウジングカバー３０Ｂとを連結した構造を有している。ハウジング本体３０Ａには、駆動ギヤ１０を収容する半円状の駆動ギヤ収容空間３１と、従動ギヤ２０を収容する半円状の従動ギヤ収容空間３２とを併せた内部空間が形成されている。このハウジング本体３０Ａには、駆動ギヤ収容空間３１と従動ギヤ収容空間３２との境界部分に連通する吸入ポート３３が形成されている。また、ハウジング本体３０Ａには、吸入ポート３３と反対側で駆動ギヤ収容空間３１と従動ギヤ収容空間３２との境界部分に連通する吐出ポート３４が形成されている。

駆動ギヤ収容空間３１は、駆動軸芯Ｒａに沿う方向で駆動ギヤ１０の厚さ（歯幅）より僅かに大きい寸法で、駆動ギヤ１０の複数の歯部１１の歯先円の半径より僅かに大きい半径となるように駆動軸芯Ｒａを中心とする円筒状内面を有している。これと同様に、従動ギヤ収容空間３２は、従動軸芯Ｒｂに沿う方向で従動ギヤ２０の厚さ（歯幅）より大きい寸法で、従動ギヤ２０の複数の歯部２１の歯先円より僅かに大きい半径となるように従動軸芯Ｒｂを中心とする円筒状内面を有している。

駆動軸１２は、一方の端部がハウジングカバー３０Ｂに支持され、中間部分がハウジング本体３０Ａを回転自在に支持され、この中間部分においてハウジング本体３０Ａに貫通する貫通端（他方の端部）に駆動力が伝えられる。従動軸２２は一方の端部がハウジングカバー３０Ｂに支持され、他方の端部がハウジング本体３０Ａに支持されている。

〔ポンプの作動形態〕
このポンプは駆動ギヤ１０を、図１、図２に矢印Ａで示す方向に駆動回転する。この駆動ギヤ１０の駆動回転が噛合領域で従動ギヤ２０に伝えられ、この従動ギヤ２０が矢印Ｂに示す方向に回転する。この回転により吸入ポート３３から吸入したオイルの一部は駆動ギヤ１０の複数の歯部１１の間に掻き込まれ駆動ギヤ収容空間３１の内周に沿って吐出ポート３４に送られる。これと同様に吸入ポート３３から吸入したオイルの残余は従動ギヤ２０複数の歯部２１の間に掻き込まれ従動ギヤ収容空間３２の内周に沿って吐出ポート３４に送られる。

この外接ギヤ式ポンプでは、駆動ギヤ１０の駆動回転に伴い、噛合領域において駆動ギヤ１０の歯部１１の接触面（以下、駆動側接触面１３と称する）が、従動ギヤ２０の歯部２１の接触面（以下、従動側接触面２３と称する）に接触する。また、噛合領域には、駆動ギヤ１０の歯部１１と従動ギヤ２０の歯部２１とで取り囲まれる空間（以下、閉込空間Ｓと称する）にオイル（流体）が閉じ込められる。

このような構成であるため、駆動ギヤ１０の駆動時には、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０との回転に伴い閉込空間Ｓの容積が変化し、空間内のオイル（流体）に作用する圧力を変化させる。このように容積が変化する場合には、この容積の変化が負荷として作用するため、駆動トルクを上昇させ、振動を招く原因になっている。尚、閉込空間Ｓの容積変化量は一定であっても、閉込空間Ｓの容積が小さいほど容積変化率が高くなり、この容積変化率が高いほど、駆動トルクを大きく上昇させ、大きい振動を招くことになる。

この外接ギヤ式ポンプでは、駆動ギヤ１０の歯部１１のうち駆動側接触面１３と反対側（歯厚方向で裏面側）に従動ギヤ２０の歯部２１とは接触しない駆動側非接触面１４が形成される。これと同様に、従動ギヤ２０の歯部２１のうち従動側接触面２３と反対側（歯厚方向で裏面側）に駆動ギヤ１０の歯部１１とは接触しない従動側非接触面２４が形成される。この駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４とは、噛合領域で向かい合う位置関係となり、これらの間に閉込空間Ｓが形成される。

本発明の外接ギヤ式ポンプは、ポンプの構成を利用して閉込空間Ｓの容積を拡大することにより、ポンプ駆動時における容積変化率を引き下げている。つまり、閉込空間Ｓを大きくすることにより、容積変化率を計算する分母を大きくして、容積変化率を引き下げているのである。本発明の外接ギヤ式ポンプの特徴的な歯面形状を以下に説明する。

〔歯部の形状〕
この外接ギヤ式ポンプでは、駆動ギヤ１０の歯部１１と、従動ギヤ２０の歯部２１とは非対称ギヤとして構成している。また、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とに同じ形状のものを使用することにより、部品の共通化を実現している。

駆動側接触面１３は、所定の転位係数となるインボリュート歯形に成形され、駆動側非接触面１４は、駆動側接触面１３より転位係数が小さいインボリュート歯形に成形されている。これと同様に、従動側接触面２３は、所定の転位係数（駆動側接触面１３より転位係数と同じ値）となるインボリュート歯形に成形され、従動側非接触面２４が駆動側接触面１３より転位係数が小さいインボリュート歯形に成形されている。

尚、転位係数を変化させることにより歯車のかみ合い率が変化するものであり、かみ合い率が１以下である場合には、振動や騒音が悪化するなど影響が大きくなるため、歯車の諸元にもよることになるが、転位係数の上限値としては、かみ合い率が１以下とならない値が用いられる。

このように非対称ギヤであるため、図４に示すように、駆動側接触面１３の半角Ψｎと比較して、駆動側非接触面１４に対応する半角Ψｃが小さい角度に設定される。前述したように、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とが共通化されているので、従動ギヤ２０においても、従動側接触面２３の半角Ψｎと比較して、従動側非接触面２４に対応する半角Ψｃが同様に小さい角度に設定される。特に、接触面に対応する半角Ψｎと、非接触面に対応する半角Ψｃとは、駆動ギヤ１０と、従動ギヤ２０とにおいて最も歯厚が厚い部位（基本的にピッチ円Ｐの部位）における半角の値である。

また、駆動側接触面１３と従動側接触面２３とは図５に示すように、クラウニング加工により、歯幅方向での中央部の歯厚を、歯幅方向での両端部より大きくしている。

〔閉込空間の比較〕
ここで、図８に示すように、駆動ギヤ１０の駆動側接触面１３と駆動側非接触面１４との歯面形状が等しい対称ギヤとし（以下、従来形状と称する）、従動ギヤ２０の従動側接触面２３と従動側非接触面２４との歯面形状が等しい対称ギヤとした（以下、従来形状と称する）従来型ポンプを想定する。

この従来型ポンプでは転位係数Ｘが０．２７に設定され、圧力角αが２０ｄｅｇに設定された対称ギヤを用いており、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０との噛合領域には、同図に示す容積の閉込空間Ｓが形成される。

また、図６に示すように、駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４との転位係数Ｘが従来型ポンプと異なる非対称ギヤを用いた本発明の第１ポンプ構成を想定し、図７に示すように、駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４との転位係数Ｘが従来型ポンプと異なる非対称ギヤを用いた本発明の第２ポンプ構成とを想定する。

つまり、図６に示す第１ポンプ構成では、駆動側接触面１３と従動側接触面２３との歯面形状が従来型ポンプで対応するギヤの歯面形状と等しい形状に設定されている。これに対して、駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４との転位係数Ｘが０．０１に設定され、圧力角αが２０ｄｅｇに設定されている。これにより駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とは非対称ギヤとして構成され、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０との噛合領域には同図に示す容積の閉込空間Ｓが形成される。

更に、図７に示す第２ポンプ構成では、駆動側接触面１３と従動側接触面２３との歯面形状が従来型ポンプで対応するギヤの歯面形状と等し形状に設定されている。これに対して、駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４との転位係数Ｘが０．０１に設定され、圧力角αが１４．５ｄｅｇに設定されている。これにより駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０とは非対称ギヤとして構成され、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０との噛合領域には同図に示す容積の閉込空間Ｓが形成される。

これらの図から明らかなように、本発明の第１ポンプ構成と第２ポンプ構成とのように歯面形状を設定したものは、従来型ポンプと比較して、閉込空間Ｓが拡大することが理解できる。

つまり、本発明のポンプ（第１ポンプ構成・第２ポンプ構成）では、歯部１１，２１の接触面（駆動側接触面１３又は従動側接触面２３）の転位係数Ｘと比較して、歯部１１，２１の非接触面（駆動側非接触面１４又は従動側非接触面２４）の転位係数Ｘを小さくすることにより閉込空間Ｓの容積の拡大を実現しているのである。更に、図７に示す第２ポンプ構成では、歯部１１，２１の非接触面の圧力角を、第１ポンプ構成の圧力角より小さくすることにより、閉込空間Ｓの容積を更に拡大している。これにより、駆動時に決まった量だけ閉込空間Ｓの容積が変化した場合でも容積の変化率を低減することが可能となり、駆動トルクの低減と、振動、騒音の抑制を実現しているのである。

また、クラウニング加工により、駆動時には、駆動側接触面１３と従動側接触面２３とが歯幅方向での中央の特定の位置で接触することになり、この接触時の騒音を一層抑制して静粛な作動を実現する。

特に、本発明では、ホブ加工やシェーパー加工のように従来から歯車を製造する際に用いられる一般的な加工形態を改良することにより、歯部１１，２１の非接触面を成形することが可能となる。これにより、特別な工具を用いずとも、特別な加工工程を付加しなくとも効率的で高精度での加工を実現する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）歯部１１，２１の駆動側非接触面１４と従動側非接触面２４との何れか一方の転位係数を対応する接触面（駆動側接触面１３又は従動側接触面２３）の転位係数より小さくする。

このように駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０との一方の接触面（駆動側接触面１３又は従動側接触面２３）の転位係数を設定することにより歯厚が小さくなり、閉込空間Ｓの容積の拡大を実現して駆動トルクの低減、振動の低減を実現する。

（ｂ）本発明のポンプでは、駆動ギヤ１０と従動ギヤ２０として異なる歯数のものを用いる。このように構成したものでも外接ギヤ式ポンプとして機能する。

本発明は、駆動ギヤと従動ギヤとを用いた外接ギヤ式ポンプに利用することができる。

１０ 駆動ギヤ
１１ 歯部
１３ 接触面（駆動側接触面）
１４ 非接触面（駆動側非接触面）
２０ 従動ギヤ
２１ 歯部
２３ 接触面（従動側接触面）
２４ 非接触面（従動側非接触面）
３０ ハウジング

Claims (2)

1. 駆動力により回転する駆動ギヤと、
   前記駆動ギヤに噛合する前記駆動ギヤと同じ歯数で同じ形状の従動ギヤと、
   前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤを収容するハウジングとを備え、
   前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯部が、駆動時に互いに接触する接触面と、その裏面であって接触しない非接触面とを有すると共に、前記非接触面の転位係数が、前記接触面の転位係数より小さく設定されており、
   前記非接触面の圧力角度が、前記接触面の圧力角より小さく設定され、
   前記駆動ギヤ及び前記従動ギヤの歯部において歯厚が最も大きい部位における前記接触面側の歯形に基づく半角の値と比較して、前記非接触面側の半角の値が小さく設定されている外接ギヤ式ポンプ。
2. 前記駆動ギヤの前記接触面と前記従動ギヤの前記接触面とがクラウニング面として形成されている請求項１記載の外接式ギヤポンプ。

Images