JP6350744B2

JP6350744B2 - 歯車ポンプ

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Publication number: JP6350744B2
Application number: JP2017517536A
Authority: JP
Inventors: 次則石中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: JPWO2016181520A1; WO2016181520A1

Description

本発明は、互いに噛み合い歯車対を形成する駆動歯車及び従動歯車の歯溝を利用して作動液を送り出す歯車ポンプに関する。

従来より、噛合する少なくとも一対の歯車の歯溝を利用して作動液を送り出す歯車ポンプにおいて、これら歯車の側面近傍に可動側板を配設し、作動液の側方への漏れ量を低減せしめることが知られている。この種の歯車ポンプにおける可動側板は、歯車の歯及び側板の摺動面により区成される空間に閉じ込められた作動液の液圧により歯車から離反する方向の力を受けるが、側板の摺動面と反対側の面に高圧の作動液を導き入れることで、この力と相反する力、即ち歯車に接近する方向の力を側板に付与して圧力バランスを保つようにしている。

具体的には、前記可動側板の非摺動面側に、該非摺動面及びケーシングの内周面に密着して可動側板の非摺動面とケーシングとの間の空間を低圧側と高圧側とに区画するガスケットを予め配設し、このガスケットよりも高圧側に高圧の作動液を導入する。一方、前記可動側板の摺動面の外周縁には、軸受荷重を軽減させるために高圧導入溝を設けている。ここで、歯溝が前記高圧導入溝と連通している部位では、歯溝内の作動液も高圧である。

ところで、高低圧の切り替わり部位、より具体的にはガスケットの低圧側端縁と高圧導入溝の低圧側端縁との間に対応する部位では、液圧は以下の通りである。すなわち、非摺動面側では、ガスケット及びケーシングにより区成される高圧側の空間内には高圧の作動液が導入されており、可動側板が受ける圧力は低圧側に向かうにつれ吸入ポート側の圧力に向かい漸次低下している。一方、摺動面側において歯溝が前記高圧導入溝に連通していない部位の液圧は吸入ポート側の圧力に等しい。従って、高低圧の切り替わり部位においては非摺動面側の方が高圧となる。可動側板が摺動面側と非摺動面側との間の圧力差により受ける力は、歯車が回転していることから時間の経過に伴い変動する。そこで、非摺動面側の高圧側及び低圧側の領域の大きさは、通常は前記力の大きさの平均が適正となるように決定される（例えば、特許文献１を参照）。

しかし、歯車が回転しているときには可動側板が摺動面側に向けて受ける作用の大きさが前記平均より大きくなることがある。しかも、高低圧の切り替わり部位において、摺動面側には高圧の作動液が導入されていない。これらのことから、歯車の側面と可動側板の摺動面との間に液膜切れが生じ、さらに異常摩耗が生じることがある。

特開２００５−３３０８５８号公報

本発明は以上の点に着目し、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できるようにすることを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る歯車ポンプは、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る歯車ポンプは、対をなす歯車を収納する歯車収納室を内部に備えたケーシングと、ケーシングと歯車との間に介在し歯車に向かう側の面である摺動面における高圧側の部位に高圧導入溝を有する可動側板と、この可動側板の歯車に向かう側と反対側の面である非摺動面に設けられ該非摺動面とケーシングとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画するガスケットとを備えた歯車ポンプであって、前記可動側板の摺動面における低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部を設けている。

このようなものであれば、歯溝内を低圧側から高圧側に移動する作動液の一部が液膜形成用凹部内に導かれるので、当該部位における摺動面側と非摺動面側との圧力差に関わらず摺動面側に作動液膜を発生させることができる。すなわち、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。従って、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。そしてこのことにより、安定して高い性能を発揮するポンプを設計することができる。その上、ケーシングや可動側板における加工の誤差に関わらず歯車と可動側板との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。

なお、本発明において、「低圧側から高圧側の切り替わり部位」とは、前記ガスケットの低圧側端縁と前記高圧導入溝の低圧側端縁との間に対応する回転位相の歯に対向する部位を示す概念である。

前記液膜形成用凹部の具体的な態様の例として、有底で低圧側と高圧側を連通しない液だめ穴や、有底で低圧側と高圧側を連通する液導入溝が挙げられる。

本発明によれば、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。

本発明の第一実施形態に係る歯車ポンプの構成を示す概略図。同実施形態に係る可動側板を示す正面図。同実施形態に係る可動側板を示す背面図。同実施形態に係る可動側板の要部を示す図。本発明の第二実施形態に係る可動側板の要部を示す図。

本発明の第一実施形態を図１〜図４を参照しつつ以下に説明する。

本実施形態に係る歯車ポンプＰは、図１に示すように、主として、歯車収納室１１ａを内部に有するケーシング１と、このケーシング１の歯車収納室１１ａ内に収納保持され互いに噛み合わせてなる外接歯車対、すなわち駆動歯車２及び従動歯車３と、各歯車２、３の両側面２ａ、３ａに添接する可動側板６、６とを具備する。

駆動歯車２及び従動歯車３は、複数の歯体を外周面に沿って所定間隔で設けた周知のものである。なお、本実施形態では、前記駆動歯車２の中心から駆動軸４を回転軸方向に一体に延伸させて設けているとともに、従動歯車３から従動軸５を回転軸方向に一体に延伸させて設けているが、駆動歯車２と駆動軸４とを別体に構成してもよく、また、従動歯車３と従動軸５とを別体に構成してもよい。

ケーシング１は、図１に示すように、前記歯車収納室１１ａを有するボディ１１と、この歯車収納室１１ａの開口面を閉塞するカバーたるフロントカバー１２と、前記歯車収納室１１ａの開口面を閉塞するカバーたるリアカバー１３とから構成したものである。ボディ１１には、前記歯車対すなわち駆動歯車２及び従動歯車３を噛合状態で収容する略眼鏡状の歯車収納室１１ａが形成されている。また、ボディ１１には、図示は省略しているが、前記駆動歯車２と従動歯車３との噛合部位に臨む位置に図１には示していない吸込口Ｘ及び吐出口Ｙをそれぞれ開口させてある。前記フロントカバー１２は、例えばボディ１１にボルト等によって着脱可能に装着されて前記歯車収納室１１ａの前側開口面を閉塞するものであり、前記駆動軸４及び従動軸５がそれぞれ嵌入可能な軸受孔１２ａ、１２ｂが形成さている。駆動歯車２を挿入すべき位置寄りの軸受孔１２ａにはブッシュ７を嵌装し、このブッシュ７に前記駆動軸４の一端部を挿入し回転可能に軸承している。一方、従動歯車３を挿入すべき位置寄りの軸受孔１２ｂにもブッシュ７を嵌装していて、このブッシュ７に前記従動軸５の一端部を挿入し回転可能に軸承している。同様に、前記リアカバー１３も、前記ボディ１１にボルト等によって着脱可能に装着されて前記歯車収納室１１ａの後側開口面を閉塞するものであり、前記駆動軸４及び従動軸５がそれぞれ嵌入可能な軸受孔１３ａ、１３ｂが形成さている。駆動歯車２を挿入すべき位置寄りの軸受孔１３ａにはブッシュ７を嵌装し、このブッシュ７に前記駆動軸４の他端部を挿入し回転可能に軸承している。一方、従動歯車３を挿入すべき位置寄りの軸受孔１３ｂにもブッシュ７を嵌装していて、このブッシュ７に前記従動軸５の他端部を挿入し回転可能に軸承している。なお、ボディ１１とフロントカバー１２とを一体に構成しリアカバー１３により歯車収納室１１ａを後方から閉塞する構成や、ボディ１１とリアカバー１３とを一体に構成しフロントカバー１２により歯車収納室１１ａを前方から閉塞する構成を採用してももちろんよい。

可動側板６は、図１に示すように、前記駆動歯車２及び従動歯車３の両側面２ａ、３ａに添接させるべく２箇所に配され、駆動歯車２及び従動歯車３の各側面２ａ、３ａをそれぞれシールするためのものである。この可動側板６の摺動面６ａの外周縁には、図２に示すように、軸受荷重を軽減させるために高圧導入溝６ｘを設けている。ここで、可動側板６の摺動面６ａ側のうち、図２の斜線で示す領域に吐出口Ｙから高圧の作動液が導入される。一方、図３に示すように、前記可動側板６の非摺動面６ｂにはガスケット溝６ｙを設けていて、このガスケット溝６ｙにガスケット８を嵌め入れるようにしている。このガスケット溝６ｙは、可動側板６の外周に向けて開口する高圧導入部６ｙ２と、外周縁が可動側板６の外周より内側に位置し低圧側端縁が前記高圧導入溝６ａの低圧側端縁より低圧側に達している周回部６ｙ１とを有する。そして、ケーシング１に前記駆動歯車２、従動歯車３及びこの可動側板６、６を収容した状態で、この可動側板６の非摺動面６ｂとケーシング１との間に高圧流体を導き入れることが可能な圧力バランス領域が形成される。

前記ガスケット８は、上述したように、前記ガスケット溝６ｙ内に装着され、前記圧力バランス領域を低圧側すなわち吸込口Ｘ側と高圧側すなわち吐出口Ｙ側とに区画する。ここで、図３の斜線で示す領域が高圧側領域である。また、このガスケット８は、図３に示すように、前記ガスケット溝６ｙの周回部６ｙ１に装着されるガスケット本体８１と、前記ガスケット溝６ｙの高圧導入部６ｙ２を閉塞する閉塞部８２とを備えている。このガスケット８の低圧側の端縁は、前記高圧導入溝６ｘの低圧側の端縁６ｘ１よりもさらに低圧側に達している。

この歯車ポンプＰは、一端を外部に延出させてなる前記駆動軸４を介して前記駆動歯車２及び従動歯車３を同期逆回転駆動した場合に、吸込口Ｘと吐出口Ｙとの間で高低圧差が生じ、前記駆動歯車２及び従動歯車３の歯体（図示略）同士が漸次離反する側のボディ１１内空間、つまり前記吸込口Ｘ側が低圧領域になるとともに、歯体同士が漸次噛合する側のボディ１１内空間、つまり吐出口Ｙ側が高圧領域になる。

そして、吸込口Ｘより導入した作動液を、前記駆動歯車２及び従動歯車３の歯先とケーシング１の内周との間に閉成される容積空間に閉じ込めて吐出口Ｙにまで導き吐出するポンプ作用を営むようにしている。

しかして本実施形態では、図４に示すように、前記可動側板６の摺動面６ａにおける低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部たる液だめ穴６ｚを設けている。より具体的には、歯車２の歯の１つの歯先２ｂが前記ガスケット８の低圧側の端縁８ｘに達した時点でその歯に対向する部位から、歯車の歯の１つの歯先２ｂが前記高圧導入溝６ｘの低圧側の端縁６ｘ１に達した時点でその歯に対向する部位にかけての部位、すなわち図４において薄墨を付した部位に、液膜形成用凹部たる液だめ穴６ｚを複数設けている。液だめ穴６ｚは、有底で低圧側と高圧側を連通しない凹部である。また、本実施形態では、前記部位にこの液だめ穴６ｚを多数ランダムに配置している。なお、図４においては、歯車２を想像線で示している。また、同図においては駆動歯車２側のみを示しているが、従動歯車３側にも同様に前記液だめ穴６ｚを設けている。

ここで、低圧側から高圧側の切り替わり部位においては、摺動面６ａ側の歯溝内の作動液が低圧であるのに対して、非摺動面６ｂ側の作動液はより高圧である。しかし、摺動面６ａの該当箇所には前記液だめ穴６ｚが形成されており、低圧側から導かれた作動液の一部はこの液だめ穴６ｚ内に導かれる。そして、この液だめ穴６ｚ内の作動液により液膜が形成される。

すなわち本実施形態によれば、低圧側から高圧側の切り替わり部位において、当該部位における摺動面６ａ側と非摺動面６ｂ側との圧力差に関わらず摺動面６ａ側に作動液膜を発生させることができる。従って、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。そして、液膜切れに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板６を歯車２、３に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。その上、ケーシング１や可動側板６における加工の誤差に関わらず歯車２、３と可動側板６との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。

次いで、本発明の第二実施形態を図５を参照しつつ以下に示す。第二実施形態に係る歯車ポンプは、以下に述べる相違点の他は上述した第一実施形態に係るものと同様の構成を有する。そこで、上述した第一実施形態におけるものに対応する各部位には、同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、図５に示すように、前記可動側板６の摺動面６ａにおける低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部たる液導入溝６ｍを設けている。より具体的には、歯車２の歯の１つの歯先２ｂが前記ガスケット８の低圧側の端縁８ｘに達した時点でその歯に対向する部位から、歯車の歯の１つの歯先２ｂが前記高圧導入溝６ｘの低圧側の端縁に達した時点でその歯に対向する部位にかけての部位に、すなわち図５において薄墨を付した部位に、前記液導入溝６ｍを複数設けている。液導入溝６ｍは、有底で低圧側と高圧側を連通する溝である。また、この液導入溝６ｍは、駆動軸４又は従動軸５の軸心を中心とする円周方向に伸びている。前記液導入溝６ｍの幅及び深さは、ともに数μｍである。なお、図５においては、歯車２を想像線で示している。また、同図においては駆動歯車２側のみを示しているが、従動歯車３側にも同様に前記液導入溝６ｍを設けている。さらに、同図においては、液導入溝６ｍをわかりやすくするために実際より液導入溝６ｍの幅を大きく描いており、液導入溝６ｍを３本のみ描いているが、実際には、前記領域内に液導入溝６ｍを数μｍ〜数十μｍの間隔で多数設けている。

ここで、低圧側から高圧側の切り替わり部位においては、摺動面６ａ側の歯溝内の作動液が低圧であるのに対して、非摺動面６ｂ側の作動液はより高圧である。しかし、該当箇所には前記液導入溝６ｍが形成されており、この液導入溝６ｍ内を高圧側から低圧側に向けて微量の作動液が流通する。そして、この液導入溝６ｍ内を流通する作動液により液膜が形成される。

すなわち本実施形態によっても、上述した第一実施形態と同様に、低圧側から高圧側の切り替わり部位において、当該部位における摺動面６ａ側と非摺動面６ｂ側との圧力差に関わらず摺動面６ａ側に作動液膜を発生させることができる。従って、当該部位における液膜切れの発生を抑制することができる。そして、液膜切れに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板６を歯車２、３に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。その上、本実施形態によっても、ケーシング１や可動側板６における加工の誤差に関わらず歯車２、３と可動側板６との間の液膜切れの発生を抑制できるので、このような歯車ポンプの生産性を高めることもできる。

なお、本発明は以上に述べた第一及び第二実施形態に限らない。

例えば、上述した第一実施形態においては、液膜形成用凹部たる液だめ穴を円形に形成しているが、液だめ穴の形状は、例えば多角形状等、任意に設定してよい。また、同実施形態においては、液だめ穴をランダムに配置しているが、液だめ穴の配置も任意に設定してよい。加えて、液だめ穴の数、深さ及び該液だめ穴の開口の大きさは任意に設定してよい。

一方、上述した第二実施形態において、液膜形成用凹部たる液導入溝の幅、深さ、形状及び本数は任意に設定してよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

本発明によれば、歯車ポンプにおいて、歯車と可動側板との間の液膜切れやそれに伴う異常摩耗の発生を抑制することにより、歯数や歯の形状に関わらず、液圧を利用して可動側板を歯車に向けて適切な力で押圧させるべく設計できる。

１…ケーシング
１１ａ…歯車収納室
２、３…歯車
６…可動側板
６ａ…摺動面
６ｂ…非摺動面
６ｘ…高圧導入溝
６ｚ…液膜形成用凹部（液だめ穴）
６ｍ…液膜形成用凹部（液導入溝）
８…ガスケット

Claims

対をなす歯車を収納する歯車収納室を内部に備えたケーシングと、ケーシングと歯車との間に介在し歯車に向かう側の面である摺動面における高圧側の部位に高圧導入溝を有する可動側板と、この可動側板の歯車に向かう側と反対側の面である非摺動面に設けられ該非摺動面とケーシングとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画するガスケットとを備えた歯車ポンプであって、
前記可動側板の摺動面における低圧側から高圧側の切り替わり部位に、液膜形成用凹部を設けている歯車ポンプ。
前記液膜形成用凹部が、有底で低圧側と高圧側を連通しない液だめ穴である請求項１記載の歯車ポンプ。
前記液膜形成用凹部が、有底で低圧側と高圧側を連通する液導入溝である請求項１記載の歯車ポンプ。