JP7044988B2 - 歯車ポンプまたは歯車モータ - Google Patents

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本開示は、歯車ポンプまたは歯車モータに関する。
従来、歯車ポンプとしては、メガネ穴を有するハウジングと、メガネ穴内に収納され、互いに噛み合う駆動ギヤと従動ギヤと、駆動ギヤと従動ギヤとの両端面を挟むようにメガネ穴内に配置されたサイドプレートとを備えたものがある(例えば、特許第5761283号公報(特許文献1)参照)。
特許第5761283号公報
上記従来の歯車ポンプでは、サイドプレートの高圧側部(吐出通路側)における円弧の中心と低圧側部(吸込通路側)における円弧の中心とが共通していたため、メガネ穴とサイドプレートとのクリアランスを確保するには、メガネ穴の内周面の円弧の曲率半径よりも、サイドプレートの低圧側部,高圧側部における円弧の曲率半径を小さくする必要がある。そのため、稼働時にサイドプレートが吐出圧によりメガネ穴の低圧側の方向に押し付けられた状態でも、メガネ穴の内周面とサイドプレートの低圧側部との間の隙間が大きくなり、作動流体の漏れの原因となる。
上記メガネ穴の内周面とサイドプレートの低圧側部との間の隙間での作動流体の漏れを少なくし、容積効率の低下を抑えて性能を上げるために、サイドプレートをメガネ穴にピッタリ合う寸法にすることにより作動流体の漏れを抑えられるが、製造時の組み込み作業がやりにくいという問題がある。このようなサイドプレートをメガネ穴内にクリアランスを確保しないで組み込んだ場合、稼働時にサイドプレートは、ハウジングよりも温度上昇するため、サイドプレートの熱膨張によりサイドプレートとハウジングとの間のクリアランスが無くなり、サイドプレートが変形する怖れがある。
本開示では、組み込み作業がやりやすい歯車ポンプまたは歯車モータを提案する。
本開示の歯車ポンプまたは歯車モータは、
互いに噛み合う駆動ギヤと従動ギヤと、
上記駆動ギヤと上記従動ギヤとを収容するメガネ穴と、上記メガネ穴に連通する吸込通路と、上記吸込通路とは反対側に設けられ、上記メガネ穴に連通する吐出通路とを有するハウジングと、
上記ハウジングの上記メガネ穴に配置され、上記駆動ギヤの端面と上記従動ギヤの端面とに摺接するサイドプレートと
を備え、
上記サイドプレートは、上記駆動ギヤと上記従動ギヤとの配列方向に平行な中心線に対して上記吸込通路の側の第1側部と、上記中心線に対して上記吐出通路の側の第2側部とを有し、
上記サイドプレートの上記第2側部における円弧の中心が、上記サイドプレートの上記第1側部における円弧の中心よりも上記吸込通路の側に位置することを特徴とする。
本開示によれば、メガネ穴の内周面とサイドプレートとのクリアランスを大きくしても、メガネ穴の内周面の曲率半径とサイドプレートの第1,第2側部における円弧の曲率半径との差を小さくすることが可能になる。これによって、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間を小さくでき、当該隙間を通る作動流体の漏れを抑制できる。これにより、メガネ穴の内周面とサイドプレートとのクリアランスを大きくしても、作動流体の漏れが増加しないので、寸法公差を緩和できると共に、組み込み作業がしやすくなる。
また、本開示の1つの態様に係る歯車ポンプまたは歯車モータでは、
上記サイドプレートの上記第1側部における円弧に対向する上記メガネ穴の内周面の曲率半径に対する上記サイドプレートの上記第1側部における円弧の曲率半径の比は、0.997以上かつ1.002以下の範囲内である。
本開示によれば、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間をより小さくでき、当該隙間を通る作動流体の漏れを大幅に抑制できる。
また、本開示の1つの態様に係る歯車ポンプまたは歯車モータでは、
上記サイドプレートの上記第2側部における円弧の曲率半径は、上記サイドプレートの上記第1側部における円弧の曲率半径と同一である。
本開示によれば、サイドプレートの第1,第2側部における円弧の中心を共通にし、シールに無関係な第2側部(高圧側)における円弧の曲率半径のみを小さくした場合と比べ、サイドプレートの第1,第2側部が対称形であることで、サイドプレートをメガネ穴に組み込む時に向きを気にする必要がなく、作業性が向上する。
また、本開示の1つの態様に係る歯車ポンプまたは歯車モータでは、
上記駆動ギヤと上記従動ギヤとは斜歯歯車である。
本開示によれば、斜歯歯車では、駆動ギヤの端面と従動ギヤの端面とに摺接する一対のサイドプレートの一方の歯先の位相が他方よりも進むため、サイドプレートの一方において低圧側から高圧側へ切り替わる領域がサイドプレートの他方よりもメガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との密着部から離れた箇所に位置することになる。該密着部から離れるほど、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間が広がるため、斜歯歯車では当該隙間を通る作動流体の漏れが多くなる。このような斜歯歯車であっても、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間を通る作動流体の漏れを抑制でき、平歯車よりも効果が大きい。
本開示の第1実施形態の歯車ポンプの断面図である。 図1のII-II線から見た断面図である。 図1のIII-III線から見た断面図である。 第1実施形態の第1サイドプレートの正面図である。 比較例の第1サイドプレートの正面図である。 図3と同様の断面図である。 図6の要部の拡大図である。 図6の要部の拡大図である。
以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。
〔第1実施形態〕
図1は本開示の第1実施形態の歯車ポンプ1の断面図である。この第1実施形態の歯車ポンプ1は、作動流体(本実施形態では作動油)を吸い込んで昇圧して、液圧機器(例えば油圧機器)に吐出する。
この第1実施形態の歯車ポンプ1は、図1に示すように、互いに噛み合う駆動ギヤ11と従動ギヤ12とからなる平歯車10と、平歯車10を収容するハウジング20とを備える。歯車ポンプ1は、平歯車10の軸方向の一方側(図1において右側)の端面に摺接する第1サイドプレート30と、平歯車10の軸方向の他方側(図1において左側)の端面に摺接する第2サイドプレート40とを備える。また、歯車ポンプ1は、ハウジング20と第1サイドプレート30との間に挟持された第1ガスケット50と、ハウジング20と第2サイドプレート40との間に挟持された第2ガスケット60とを備える。
駆動ギヤ11は、駆動ギヤ11の両側から軸方向に夫々延びる駆動軸11aを有している。駆動軸11aの一方側(図1において左側)の端部には、モータ等の駆動源(図示せず)が機械的に接続されている。従動ギヤ12は、従動ギヤ12の両側から軸方向に夫々延びる従動軸12aを有している。
ハウジング20は、駆動ギヤ11および従動ギヤ12を収容するメガネ穴24を有するボディ21と、ボディ21に固定されたカバー22と、ボディ21に固定されたマウンティング23とからなる。
カバー22には、駆動軸11aを軸支する第1駆動側ブッシュ70と、従動軸12aを軸支する第1従動側ブッシュ71とが設けられている。マウンティング23には、駆動軸11aを軸支する第2駆動側ブッシュ72と、従動軸12aを軸支する第2従動側ブッシュ73とが設けられている。
第1サイドプレート30と第2サイドプレート40とは、駆動ギヤ11および従動ギヤ12を挟むようにハウジング20内に配置されている。第1サイドプレート30は、駆動ギヤ11および従動ギヤ12と、カバー22との間に設けられている。第2サイドプレート40は、駆動ギヤ11および従動ギヤ12と、マウンティング23との間に設けられている。
第1サイドプレート30は、駆動ギヤ11の一方の端面と従動ギヤ12の一方の端面とに摺接する第1摺動面30aと、その反対側に位置する第1非摺動面30bとを有している。第1サイドプレート30は、作動流体の圧力が第1摺動面30aに作用することによって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12から離れる方向に押圧される。一方で、第1サイドプレート30は、第1サイドプレート30とカバー22との間に導入された高圧の作動流体の圧力が第1非摺動面30bに作用することによって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12に近付く方向に押圧される。
第2サイドプレート40は、駆動ギヤ11の他方の端面と従動ギヤ12の他方の端面とに摺接する第2摺動面40aと、その反対側に位置する第2非摺動面40bとを有している。第2サイドプレート40は、作動流体の圧力が第2摺動面40aに作用することによって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12から離れる方向に押圧される。一方で、第2サイドプレート40は、第2サイドプレート40とマウンティング23との間に導入された高圧の作動流体の圧力が第2非摺動面40bに作用することによって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12に近付く方向に押圧される。
第1ガスケット50は、第1サイドプレート30とカバー22との間に流入した高圧の作動流体の圧力が作用する範囲を限定するためのものである。第1サイドプレート30は、第1サイドプレート30とカバー22との間の一部に流入した高圧の作動流体の圧力によって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12に近づく方向に押圧される。
同様に、第2ガスケット60は、第2サイドプレート40とマウンティング23との間に流入した高圧の作動流体の圧力が作用する範囲を限定するためのものである。第2サイドプレート40は、第2サイドプレート40とマウンティング23との間の一部に流入した高圧の作動流体の圧力によって、駆動ギヤ11および従動ギヤ12に近づく方向に押圧される。
第1ガスケット50は、3の字形に形成されており、カバー22に設けられた装着凹部(図示せず)に装着されている。第2ガスケット60は、3の字形に形成されており、マウンティング23に設けられた装着凹部(図示せず)に装着されている。
図2は、図1のII-II線から見た断面図である。
図2に示すように、ハウジング20のボディ21に、駆動ギヤ11および従動ギヤ12を収容するためのメガネ穴24が設けられている。図2において、S1は駆動ギヤ11側において低圧側から高圧側に切り換わる領域であり、S2は従動ギヤ12側において低圧側から高圧側に切り換わる領域である。
ハウジング20のメガネ穴24は、一部が重複する2つの円形状から構成される断面形状をしている。ハウジング20のメガネ穴24は、駆動ギヤ11および従動ギヤ12と、第1サイドプレート30(図1に示す)と、第2サイドプレート40(図1に示す)と、第1ガスケット50(図1に示す)と、第2ガスケット60(図1に示す)とによって、低圧空間24aと高圧空間24bとに区画されている。
ハウジング20は、メガネ穴24の低圧空間24aに連通する吸込通路25と、メガネ穴24の高圧空間24bに連通する吐出通路26とを備える。
駆動軸11aに機械的に接続された駆動源(図示せず)によって駆動ギヤ11が軸C1を中心に回転(図中矢印R1参照)すると、駆動ギヤ11と噛み合った従動ギヤ12が軸C2を中心に回転(矢印R2参照)する。その結果、吸込通路25から吸い込まれた作動流体は、メガネ穴24を経て吐出通路26へ吐出される。
ボディ21においてメガネ穴24の駆動ギヤ11に対応する円筒面の曲率半径、および、ボディ21においてメガネ穴24の従動ギヤ12に対応する円筒面の曲率半径の両方をr0としている。
図3は、図1のIII-III線から見た断面図である。
図3に示すように、第1サイドプレート30は、一部が重複する2つの略円環形状から構成される8の字形状の板状部材である。第1サイドプレート30は、駆動軸11a(図1に示す)が挿通される第1駆動側軸孔33と、従動軸12a(図1に示す)が挿通される第1従動側軸孔34とを備える。
図4は、第1サイドプレート30の正面図である。第1サイドプレート30は、図4に示すように、駆動ギヤ11と従動ギヤ12との配列方向に平行な中心線L1に対して吸込通路25の側の低圧側部31と、中心線L1に対して吐出通路26の側の高圧側部32とを有する。低圧側部31は、第1側部であり、高圧側部32は、第2側部である。
第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32a(駆動ギヤ11側)の中心C12が、サイドプレート30の低圧側部31における円弧31a(駆動ギヤ11側)の中心C11よりも吸込通路25の側に位置する。
また、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32b(従動ギヤ12側)の中心C14が、サイドプレート30の低圧側部31における円弧31b(従動ギヤ12側)の中心C13よりも吸込通路25の側に位置する。
ここで、中心C11,C13は中心線L1に対して吐出通路26の側にX1ずれており、中心C12,C14は中心線L1に対して吸込通路25の側にX2(=X1)ずれている。なお、X1,X2は、メガネ穴24のサイズなどに応じて第1サイドプレート30の組み込みが容易でかつ必要なクリアランスが得られる値に適宜設定すればよい。
第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31a(図4の左上側)の曲率半径と、第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31b(図4の左下側)の曲率半径とをr1としている。
上記第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31a(駆動ギヤ11側)に対向するメガネ穴24の内周面の曲率半径をr0とする。このメガネ穴24の内周面の曲率半径r0に対する、第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31aの曲率半径r1の比r1/r0は、0.997以上かつ1.002以下の範囲内に設定されている。
なお、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32a(図4の右上側)の曲率半径r2は、低圧側部31における円弧31aの曲率半径r1と同じにしている。同様に、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32b(図4の右下側)の曲率半径r2は、低圧側部31における円弧31bの曲率半径r1と同じにしている。
なお、この第1実施形態では、第2サイドプレート40においても、第1サイドプレート30と同様の構成をしている。
<比較例>
図5は、比較例の第1サイドプレート130の正面図である。第1サイドプレート130は、図5に示すように、図1に示す駆動ギヤ11と従動ギヤ12との配列方向に平行な中心線L101に対して吸込通路25の側の低圧側部131と、中心線L101に対して吐出通路26の側の高圧側部132とを有する。
第1サイドプレート130の低圧側部131と高圧側部132との夫々における円弧131a,132aの中心C101が一致すると共に、中心C101が中心線L101上に位置する。また、第1サイドプレート130の低圧側部131と高圧側部132との夫々における円弧131a,132aの曲率半径をr101としている。
同様に、第1サイドプレート130の低圧側部131と高圧側部132とにおける円弧131b,132baの中心C102が一致すると共に、中心C102が中心線L101上に位置する。また、第1サイドプレート130の低圧側部131と高圧側部132との夫々における円弧131b,132bの曲率半径をr101としている。
図6は、上記比較例の第1サイドプレート130を用いた場合の図3と同様の断面図である。
図6に示すように、第1サイドプレート130は、一部が重複する2つの略円環形状から構成される8の字形状の板状部材である。第1サイドプレート130は、図1に示す駆動ギヤ11の駆動軸11aが挿通される第1駆動側軸孔133と、図1に示す従動ギヤ12の従動軸12aが挿通される第1従動側軸孔134とを備える。なお、図示しない第2サイドプレートも同様の構成をしている。
図7は、図6の低圧側から高圧側に切り換わる領域S1(駆動ギヤ11側)を含む要部の拡大図を示しており、第1サイドプレート130の低圧側部131における円弧131aがメガネ穴24の内周面に押し付けられた状態を示している。
図7に示すように、稼働時に第1サイドプレート130が吐出圧によりメガネ穴24の低圧側の方向に押し付けられた状態で、第1サイドプレート130の低圧側部131の最も左端がメガネ穴24の内周面と最も密着する(図7の密着部A)。
この状態では、メガネ穴24の内周面の円弧の曲率半径r0よりも第1サイドプレート130の低圧側部131における円弧131aの曲率半径r101が小さいので、密着部Aに対して駆動ギヤ11の回転方向の下流側(図7の上側)は、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート130の低圧側部131における円弧131aとの間の隙間が下流側に向かって徐々に広くなる。また、密着部Aに対して駆動ギヤ11の回転方向の上流側(図7の下側)は、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート130の低圧側部131における円弧131aとの間の隙間が上流側に向かって徐々に広くなる。
このため、図8に示すように、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート130の低圧側部131における円弧131aとの間の隙間を介して、メガネ穴24内の高圧側から低圧側に作動流体が漏れる。
これに対して、第1実施形態の歯車ポンプ1によれば、第1サイドプレート30の高圧側部32(第2側部)における円弧32aの中心C12が、第1サイドプレート30の低圧側部31(第1側部)における円弧31aの中心C11よりも吸込通路25の側に位置している。これによって、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート30とのクリアランスを大きくしても、メガネ穴24の内周面の曲率半径r0と第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31a,31bの曲率半径r1との差を小さくすることが可能になる。これによって、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31a,31bとの間の隙間を小さくでき、当該隙間を通る作動流体の漏れを抑制できる。
上記歯車ポンプ1では、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート30とのクリアランスを大きくしても、作動流体の漏れが増加しないので、部品公差を緩和できると共に、組み込み作業がしやすくなる。
また、第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31aに対向するメガネ穴24の曲率半径r0に対するサイドプレートの低圧側部31における円弧の曲率半径r1の比r1/r0を、0.997以上かつ1.002以下の範囲内にすることによって、メガネ穴24の内周面と第1サイドプレート30の低圧側部31における円弧31aとの間の隙間をより小さくでき、当該隙間を通る作動流体の漏れを大幅に抑制できる。
また、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32aの曲率半径r2と、低圧側部31における円弧31aの曲率半径r1とが同一であるので、第1サイドプレートの第1,第2側部における円弧の2つの中心の中点を通る中心線に対し、第1サイドプレート30の第1,第2側部31,32が対称形である。したがって、シールに無関係な第2側部(高圧側)における円弧の曲率半径のみを小さくした場合と比べ、第1サイドプレート30をメガネ穴24に組み込む時に向きを気にする必要がなく、作業性が向上する。
上記第1サイドプレート30に係わる効果は、第2サイドプレート40においても同様である。
〔第2実施形態〕
本開示の第1実施形態の歯車ポンプは、第1,第2サイドプレートを除いて第1実施形態の歯車ポンプ1と同一の構成をしており、図1~図3を援用する。
上記第1実施形態の歯車ポンプ1では、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32aの曲率半径r2と、低圧側部31における円弧31aの曲率半径r1を同一としたが、この第2実施形態の歯車ポンプでは、第1サイドプレート30の高圧側部32における円弧32aの曲率半径r2は、低圧側部31における円弧31aの曲率半径r1と異なり、r2>r1としてもよい。すなわち、第2実施形態では、第1サイドプレート30の第1,第2側部31,32が非対称形である。
上記第2実施形態の歯車ポンプは、第1サイドプレート30の第1,第2側部31,32が対称形であることによる効果を除いて第1実施形態の歯車ポンプ1と同様の効果を有する。
〔第3実施形態〕
本開示の第3実施形態の歯車ポンプは、駆動ギヤと従動ギヤを除いて第1実施形態の歯車ポンプ1と同一の構成をしている。
上記第1実施形態では、互いに噛み合う駆動ギヤ11と従動ギヤ12とからなる平歯車を備えた歯車ポンプ1としたが、この第3実施形態の歯車ポンプでは、斜歯歯車を備える。
上記第3実施形態の歯車ポンプは、第1実施形態の歯車ポンプ1と同様の効果を有する。
なお、斜歯歯車では、駆動ギヤの端面と従動ギヤの端面とに摺接する一対のサイドプレートの一方の歯先の位相が他方よりも進むため、サイドプレートの一方において低圧側から高圧側へ切り替わる領域がサイドプレートの他方よりもメガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との密着部から離れた箇所に位置することになる。該密着部から離れるほど、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間が広がるため、斜歯歯車では当該隙間を通る作動流体の漏れが多くなる。。このような斜歯歯車であっても、メガネ穴の内周面とサイドプレートの第1側部における円弧との間の隙間を通る作動流体の漏れを抑制でき、平歯車よりも効果が大きい。
上記第1~第3実施形態では、歯車ポンプ1について説明したが、本開示は、歯車ポンプと同様に構成された歯車モータに適用されてもよい。
本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第1~第3実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。
1…歯車ポンプ
10…平歯車
11…駆動ギヤ
11a…駆動軸
12…従動ギヤ
12a…従動軸
20…ハウジング
21…ボディ
22…カバー
23…マウンティング
24…メガネ穴
24a…低圧空間
24b…高圧空間
25…吸込通路
26…吐出通路
30…第1サイドプレート
30a…第1摺動面
30b…第1非摺動面
31…低圧側部(第1側部)
32…高圧側部(第2側部)
33…第1駆動側軸孔
34…第1従動側軸孔
40…第2サイドプレート
40a…第2摺動面
40b…第2非摺動面
50…第1ガスケット
60…第2ガスケット
70…第1駆動側ブッシュ
71…第1従動側ブッシュ
72…第2駆動側ブッシュ
73…第2従動側ブッシュ

Claims (4)

  1. 互いに噛み合う駆動ギヤ(11)と従動ギヤ(12)と、
    上記駆動ギヤ(11)と上記従動ギヤ(12)とを収容するメガネ穴(24)と、上記メガネ穴(24)に連通する吸込通路(25)と、上記吸込通路(25)とは反対側に設けられ、上記メガネ穴(24)に連通する吐出通路(26)とを有するハウジング(20)と、
    上記ハウジング(20)の上記メガネ穴(24)に配置され、上記駆動ギヤ(11)の端面と上記従動ギヤ(12)の端面とに摺接するサイドプレート(30,40)と
    を備え、
    上記サイドプレート(30,40)は、上記駆動ギヤ(11)と上記従動ギヤ(12)の配列方向に平行な中心線(L1)に対して上記吸込通路(25)の側の第1側部(31)と、上記中心線(L1)に対して上記吐出通路(26)の側の第2側部(32)とを有し、
    上記サイドプレート(30,40)の上記第2側部(32)における円弧(32a,32b)の中心(C12)が、上記サイドプレート(30,40)の上記第1側部(31)における円弧(31a,31b)の中心(C11)よりも上記吸込通路(25)の側に位置することを特徴とする歯車ポンプまたは歯車モータ。
  2. 請求項1に記載の歯車ポンプまたは歯車モータおいて、
    上記サイドプレート(30,40)の上記第1側部(31)における円弧(31a,31b)に対向する上記メガネ穴(24)の内周面の曲率半径r0に対する上記サイドプレート(30,40)の上記第1側部(31)における円弧(31a,31b)の曲率半径r1の比r1/r0は、0.997以上かつ1.002以下の範囲内であることを特徴とする歯車ポンプまたは歯車モータ。
  3. 請求項1または2に記載の歯車ポンプまたは歯車モータおいて、
    上記サイドプレート(30,40)の上記第2側部(32)における円弧(32a,32b)の曲率半径r2は、上記サイドプレート(30,40)の上記第1側部(31)における円弧(31a,31b)の曲率半径r1と同一であることを特徴とする歯車ポンプまたは歯車モータ。
  4. 請求項1から3までのいずれか1つに記載の歯車ポンプまたは歯車モータおいて、
    上記駆動ギヤと上記従動ギヤとは斜歯歯車であることを特徴とする歯車ポンプまたは歯車モータ。
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