歯車ポンプ又はモータ

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4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4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が駆動軸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る構成を有することから、以下のような不具合が発生し得る。すなわち、このような構成では、駆動軸X8及び従動軸X9の回転につれてバランスピストンX43a、X43bとの間に摩擦が発生し、バランスピストンX43a、X43bが駆動軸X8及び従動軸X9から回転力の伝達を受けて回転することがある。その際に、バランスピストンX43a、X43bと駆動軸X8及び従動軸X9との間の摩擦や駆動軸X8及び従動軸X9の側面とケーシングとの間の摩擦に起因してメカロスが発生するという不具合が存在する。

特表2012−519798号公報

本発明は以上の点に着目したものであり、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を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生するという不具合を解消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、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する歯車収納室を内部に有す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、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反スラスト方向に押圧する液圧機構と、この液圧機構の液圧室に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る歯車ポンプ又はモータであって、前記液圧機構が、前記駆動軸又は従動軸に対向し前記駆動側はすば歯車又は従動側はすば歯車と反対側に位置し内部に導入された作動液圧により前記駆動軸又は従動軸を反スラスト方向に押圧するための液圧室と、この液圧室内にスライド可能に嵌装されたシューとを備え、前記シューが、一部が前記液圧室内に配され液圧室の内壁に内接する主部と、この主部よりも大径でかつ前記主部よりも前記駆動軸又は従動軸に近い側に配された鍔部とを備えているとともに、前記シューが、このシューと前記駆動軸又は従動軸との間に形成される隙間に前記液圧室内から作動液を導入するためのオリフィスと、前記駆動軸又は従動軸に向かう面の外周部に形成され前記鍔部からさらに前記駆動軸又は従動軸に向けて突出したシールランドとを備えている。

このような構成によれば、前記液圧室内に導入された作動液圧のみにより前記駆動軸及び前記従動軸を反スラスト方向に押圧するようにしているので、ピストンを前記駆動軸又は前記従動軸に接触させることによる不具合の発生を防止することができる。その上で、前記駆動軸又は従動軸に向かう面の外周部に前記駆動軸又は従動軸に向けて突出したシールランドを設けていることにより、前記駆動軸又は従動軸の回転に伴いこのシールランドと前記駆動軸又は前記従動軸との空間に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が発生し、前記隙間の中央部に導入された液圧が保たれるので、この液圧機構をスラスト方向の軸受として利用することができる。

本発明によれば、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を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生する不具合を解消することができる。

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。

図1におけるZ−Z断面図。

図1における要部の拡大図。

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を有するボディ21と、このボディ21の前面側に装着されたフロントカバー22と、前記ボディ21の後面側に装着されたリアカバー23とを備えている。

ボディ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とを備えており、筒状をなしている。

前記フロントカバー22は、ボディ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の前側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。

前記リアカバー23も、ボディ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の後側の開口面を閉塞する。また、前記このリアカバー23は、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。

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。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。

前記液圧機構4は、図1及び図3に示すように、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23の内部、さらに詳述すると前記軸受穴25xの後方に形成した対をなす液圧室41a、41bと、前記液圧室41a、41b内にそれぞれスライド可能に嵌装された対をなすシュー42a、42bとを具備してなるものである。前記シュー42a、42bは、一部が前記液圧室41a、41b内に配され液圧室41a、41bの内壁に内接する主部と、この主部よりも大径でかつ前記主部よりも前記駆動軸8又は従動軸9に近い側に配された鍔部とを備えている、また、前記シュー42a、42bは、このシュー42a、42bと前記駆動軸8又は従動軸9との間に形成される隙間Sa、Sbに前記液圧室41a、41b内から作動液を導入するためのオリフィス42a1、42b1と、前記駆動軸8又は従動軸9に向かう面の外周部に形成され前記鍔部からさらに前記駆動軸8又は従動軸9に向けて突出したシールランド42a2、42b2とを備えている。

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、図2に示すように、リアカバー23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、ボディ21内部の空間のうち、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、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、つまり作動液吐出口2b側の空間が高圧領域になる。その際、作動液吐出口2b側から液圧室41a、41bに作動液が導かれ、さらに、シュー42a、42bに形成したオリフィス42a1、42b1を介してシュー42a、42bと前記駆動軸8又は従動軸9との間に形成される隙間Sa、Sbにも作動液が導入される。この作動液の液圧に由来する力により前記駆動軸8及び従動軸9が反スラスト方向に押圧される。一方、前記隙間Sa、Sbの外周部すなわち前記シールランド42a2、42b2と前記駆動軸8又は従動軸9とが対向する部分は、他の部分と比較して隙間Sa、Sbの幅が狭い。そのため、前記駆動軸8及び従動軸9が回転している際には、この部分に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が形成され、前記隙間Sa、Sbの他の部分の液圧は略保たれ、前記液圧機構4がスラスト軸受として機能する。

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、前記液圧室41a、41b内に導入された作動液圧のみにより前記駆動軸8及び前記従動軸9を反スラスト方向に押圧するようにしているので、ピストンを前記駆動軸8又は前記従動軸9に接触させることによる不具合の発生を防止することができる。その上で、前記駆動軸8又は従動軸9に向かう面の外周部に形成され前記駆動軸8又は従動軸9に向けて突出したシールランド42a2、42b2を設けていることにより、前記駆動軸8及び従動軸9の回転に伴いこのシールランド42a2、42b2と前記駆動軸8又は前記従動軸9との空間に緩やかな圧力勾配を有する流体被膜が発生し、前記隙間の他の部分に導入された液圧が保たれ、この液圧機構4をスラスト方向の軸受として利用することができる。

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、外接歯車対を収納する歯車収納室を備えたボディと、このボディの前端を閉塞するフロントカバーと、このボディの後端を閉塞するリアカバーとをそれぞれ別体に形成しているが、前記ボディと前記フロントカバーとを一体に構成したものや、前記ボディと前記リアカバーとを一体に構成したものに本発明を適用してもよい。

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や、リアカバーが後側板を兼ねる構成を採用してもよい。

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。

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を備えた歯車ポンプ又はモータにおいて、本発明の歯車ポンプ又はモータの構成を採用すれば、ピストンを駆動軸及び従動軸に接触させた状態で駆動軸及び従動軸を反スラスト方向に押圧することに伴いメカロスが発生する不具合を解消することができる。

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 42…シュー 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