JP7367782B2

JP7367782B2 - 歯車ポンプ又は歯車モータ

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Publication number: JP7367782B2
Application number: JP2021574362A
Authority: JP
Inventors: 顕一金谷; 拓弥古株
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2040-01-30
Also published as: EP4098876A4; WO2021152767A1; EP4098876A1; JPWO2021152767A1; US20230032135A1; CN114729634A; US12044238B2

Description

本発明は、歯車ポンプ又は歯車モータに関するものである。

従来、歯車ポンプ１００はケーシング１０２、そのケーシング１０２の中に形成された歯車収納室１０４、その歯車収納室１０４に収納された駆動歯車１０６と従動歯車１０８を備える（図１４）。駆動歯車１０６と従動歯車１０８はかみ合っており、駆動歯車１０６が回転すると従動歯車１０８も回転する。歯車１０６、１０８が回転すると、液体（作動油）が吸込通路１１０に開放された歯溝１１２、１１４に入る。さらに歯車１０６、１０８が回転し、歯溝１１２、１１４が吐出通路１１６に開放されると、歯溝１１２、１１４から液体が吐出される。特許文献１に同様の構成の歯車ポンプが開示されている。

特開２０１７－２２３１２２号公報

駆動歯車１０６と従動歯車１０８の回転速度は、たとえば１秒間に約５０回転以上になる場合がある。この回転で生じる遠心力は、吸入通路１１０から歯溝１１２、１１４に液体を入りにくくする。歯溝１１２、１１４が液体で満たされないと、液体の移送効率が悪くなる。

本発明の目的は、液体が歯溝に満たされやすい歯車ポンプ又は歯車モータを提供することにある。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る歯車ポンプ又は歯車モータは、以下に述べるような構成を有する。

本発明の歯車ポンプ又は歯車モータは、ケーシングと、前記ケーシングの内方に形成された歯車収納室と、前記ケーシングの外から歯車収納室に液体を供給するための吸入通路と、前記歯車収納室からケーシングの外に液体を排出するための吐出通路と、前記歯車収納室に収納され、噛み合いながら回転する駆動歯車と従動歯車からなる歯車と、前記駆動歯車と従動歯車が噛み合うことによって形成された閉じ込み空間である第１空間と前記吸入通路に開放された歯車の歯溝をつなげる吸入側連絡路とを備える。

本発明によれば、吸入通路に開放された歯溝から歯車の噛合によって形成された第１空間に液体が流れるため、歯溝に液体が入りやすくなっている。液体の移送効率を高めることができる。

本願の歯車ポンプの構成を示す図である。図１のＸ－Ｘ線断面図である。液体が圧縮状態になっている位置の第１空間を示す図である。液体が圧縮状態と膨張状態のいずれでもない位置の第１空間を示す図である。液体が膨張状態になっている位置の第１空間を示す図である。第２空間が形成される歯車の位置を示す図である。側板の第１面を示す図である。側板の第２面を示す図である。側板の他の形態を示す図である。貫通孔で構成した吸入側連絡路を示す図である。貫通孔と第２面の凹部で構成される吸入側連絡路を示す図である。図１１におけるＹ－Ｙ線断面図である。カバーに設けた吸入側連絡路を示す図である。従来の歯車収納室に収納された駆動歯車と従動歯車を示す図である。

本発明の実施形態に係るその歯車ポンプについて図面を参照して説明する。本願の歯車モータは歯車ポンプと同じ構成であるため、説明を省略する。

[実施形態１]
図１および図２に示す本願の歯車ポンプ１０は、ケーシング１２、そのケーシング１２に形成された歯車収納室１４、その歯車収納室１４につながる吸入通路１６と吐出通路１８、歯車収納室１４に収納された歯車２０、２２、その歯車２０、２２の側面２４、２６に接する側板２８、その側板２８に形成された吸入側連絡路３０と吐出側連絡路３２を備える。

[ケーシング]
ケーシング１２はボディー３４およびカバー３６で構成される。ボディー３４の内方に歯車収納室１４が形成されている。歯車収納室１４は空間であり、カバー３６によって閉じられる。

ケーシング１２に吸入通路１６と吐出通路１８が形成されている（図２）。吸入通路１６はケーシング１２に形成された穴である。液体(作動油)が吸入通路１６を通ってケーシング１２の外から歯車収納室１４に供給される。吐出通路１８はケーシングに形成された穴である。液体が吐出通路１８を通って歯車収納室１４からケーシング１２の外に吐出される。吸入通路１６と吐出通路１８は歯車収納室１４の長手方向中央において、対向するように設けられている。吸入通路１６における液体に対する圧力と吐出通路１８における液体に対する圧力は、吸入通路１６が吐出通路１８に対して相対的に低くなっている。

[歯車]
歯車収納室１４の中に歯車２０、２２が収納されている。歯車２０、２２は駆動歯車２０と従動歯車２２で構成される。駆動歯車２０と従動歯車２２は噛み合っており、駆動歯車２０が回転すると従動歯車２２も回転する。駆動歯車２０の側面２４の中央に駆動軸３８が設けられており、駆動歯車２０の側面２４に対して駆動軸３８は垂直になっている。駆動歯車２０と駆動軸３８は一体になっている。従動歯車２２の側面２６の中央に従動軸４０が設けられており、従動歯車２２の側面２６に対して従動軸４０は垂直になっている。従動歯車２２と従動軸４０は一体になっている。

ボディー３４とカバー３６に軸受孔４２が設けられている。その軸受孔４２は歯車収納室１４に繋がっている。軸受孔４２を形成する内壁にリング状のブッシュ４４が固定されている。駆動軸３８と従動軸４０はブッシュ４４に回転可能に支持されている。

[第１空間]
駆動歯車２０と従動歯車２２は噛み合い、駆動歯車２０と従動歯車２２によって閉じ込み空間が形成される（図３）。この閉じ込み空間を第１空間４６とする。駆動歯車２０と従動歯車２２が回転することで、第１空間４６の位置が移動する。第１空間４６は位置によって形状が変化し、第１空間４６の中に入った液体の状態が変化する。この液体の状態の変化について説明する。

まず、駆動歯車２０と従動歯車２２が回転して各歯５２、５４がかみ合うことで、吐出通路１８に開放されている各歯車２０、２２の歯溝４８、５０が閉じられ、第１空間４６が形成される（図３）。駆動歯車２０と従動歯車２２によって第１空間４６の中に入った液体が圧縮される。第１空間２６の中の液体は吐出側連絡路３２から押し出される。

駆動歯車２０と従動歯車２２が回転することで、徐々に第１空間４６の容積が縮小される。第１空間４６の容積が最も縮小された後（図４）、第１空間４６の容積が拡張される（図５）。第１空間４６の容積が拡張されるため、第１空間４６の中の液体は膨張される。第１空間４６の外部から第１空間４６の中に液体が入ろうとする力が生じ、吸入側連絡路３０を通して第１空間４６に液体が入る。

以上のように、第１空間４６の中の液体は圧縮状態から膨張状態に変化される。さらに駆動歯車２０と従動歯車２２が回転することで、各歯車２０、２２の歯溝４８、５０が吸入通路１６に開放される。

[第２空間]
駆動歯車２０と従動歯車２２の歯５２、５４の歯先が歯車収納室１４を形成するケーシング１２の内壁に接する。その状態で駆動歯車２０と従動歯車２２が回転する。各歯車２０、２２の歯溝４８、５０と歯車収納室１４を形成するケーシング１２の内壁とで閉じ込み空間が形成される。この閉じ込み空間を第２空間５６とする（図６）。

[側板]
側板２８は図７に示す第１面５８と図８に示す第２面６０を備えた板体である。側板２８が歯車収納室１４の中に配置されている。側板２８の第１面５８が歯車２０、２２の側面２４、２６に接しており、その状態で歯車２０、２２が回転する。側板２８は軸孔６２を備え、その軸孔６２に駆動軸３８と従動軸４０が通される。

[吸入側連絡路]
吸入側連絡路３０が側板２８の第１面５８に形成されている（図７）。吸入側連絡路３０は第１面５８を凹ませた凹部である。吸入側連絡路３０は第１端６４と第２端６６を備えた帯状になっている。吸入側連絡路３０は駆動軸３８または従動軸４０を中心とした円弧状になっている。吸入側連絡路３０の内周６８は各歯車２０、２２の歯底７０、７２の軌跡（図３）と一致する。吸入側連絡路３０の外周７４は歯溝４８、５０の中であれば良い。

吸入側連絡路３０の第１端６４は第１空間４６につながっている。第１端６４がつながる第１空間４６はその容積が拡張している。言い換えると、第１空間４６における液体が膨張状態になる位置に吸入側連絡路３０の第１端６４が配置されている（図５）。吸入側連絡路３０は吸入通路１６に開放された歯車の歯溝４８、５０につながる。吸入側連絡路３０は液体が膨張状態になっている第１空間４６と吸入通路１６に開放された歯溝４８、５０とをつなげている。歯溝４８、５０から吸入側連絡路３０を通して第１空間４６に液体が送られる。第１端６４は第１空間４６の容積が拡張を開始する位置に配置されることが好ましい。第１空間４６の容積が拡張されだした時点で第１空間４６に液体を導き、歯溝４８、５０に液体が入りやすくなる。

歯溝４８、５０が吸入通路１６に開放されているとき、歯溝４８、５０に液体が入ろうとする。しかし、歯車２０、２２は高速、たとえば秒速約５０回転などで回転しており、歯溝４８、５０の中の液体に遠心力が働いている。この遠心力は歯溝４８、５０に液体を入りにくくする。本願は、吸入側連絡路３０によって歯溝４８、５０から第１空間４６に液体が吸入される。そのため、歯溝４８、５０に液体を吸入しようとする力が働き、従来よりも歯溝４８、５０に液体が入りやすくなっている。歯溝４８、５０に液体が満たされることで、歯溝４８、５０に空気が入りにくくなっている。第１端６４は第１空間４６の容積が拡張を開始する位置に配置されるため、第１空間４６が拡張されだした時点で歯溝４８、５０に液体が入りやすくなる。

吸入側連絡路３０の第２端６６は第２空間５６につながらない（図６）。第２空間５６が形成される直前の位置に第２端６６が配置される。第２空間５６が形成される直前まで第１空間４６に液体を吸入するため、歯溝４８、５０を液体で満たしやすく、歯溝４８、５０に空気が入りにくくなっている。液体を十分満たした第２空間５６が形成されやすくなっている。第２空間５６は吸入側連絡路３０につながっていないため、第２空間５６に入った液体が、吸入通路１６に開放された歯溝４８、５０および第１空間４６に向けて逃げることがない。

[吐出側連絡路]
側板２８の第１面５８に吐出側連絡路３２が形成されている。吐出側連絡路３２は第１面５８を凹ませた凹部である。吐出側連絡路３２は四角形またはそれに類似する形状である。側板２８の長手方向中央かつ吐出通路１８側に設けられている。

吐出側連絡路３２は第１空間４６と吐出通路１８に開放された歯溝４８、５０につながっている。この第１空間４６は容積が縮小し、第１空間４６の中の液体が圧縮状態になっている（図３）。吐出側連絡路３２は容積が縮小されている第１空間４６の位置に配置されている。液体が圧縮されることで、第１空間４６から吐出通路１８に向けて液体が流れる。駆動歯車２０と従動歯車２２が噛み合って第１空間４６が形成されたとき、吐出通路１８に開放された歯溝４８、５０にある液体の一部が第１空間４６に入るが、その第１空間４６に入った液体を吐出側連絡路３２を通して吐出通路１８に送ることができ、液体の移送効率を高めることができる。

第１空間４６の容積が最も縮小した位置では、吸入側連絡路３０と吐出側連絡路３２の両方は配置されない（図４）。吸入側連絡路３０と吐出側連絡路３２は第１空間４６を通してつながらない。吸入通路１６と吐出通路１８は直接つながらない。

[高圧導入溝]
側板２８の第１面５８に高圧導入溝７６が形成されている。高圧導入溝７６は第１面５８の外周を凹ませた凹部である。高圧導入溝７６は吐出通路１８につながっている。一部の第２空間５６が高圧導入溝７６につながり、残りの第２空間５６が高圧導入溝７６につながっていない。第２空間５６を形成した後、いきなり高圧導入溝７６につながるのではなく、少し間をおいて第２空間５６が高圧導入溝７６につながる。吸入通路１６と吐出通路１８は高圧導入溝７６および第２空間５６を介してつながらない。

[ガスケット]
側板２８の第２面６０に凹部７８が形成されており、その凹部７８にガスケット８０が配置されている（図８）。ガスケット８０は弾性を有する線状の部材である。ガスケット８０は歯車収納室１４を形成する内壁に密着されている。側板２８の第２面６０が歯車収納室１４を形成する内壁に対して隙間を生じても、ガスケット８０よって吸入通路１６と吐出通路１８がつながらないようになっている。

[液体の流れ]
（１）駆動歯車２０が回転すると、それに従って従動歯車２２も回転する。吸入通路１６から歯車収納室１４に入った液体は吸入通路１６に開放された歯溝４８、５０に入る。歯溝４８、５０は吸入側連絡路３０を介して第１空間４６につながっている。吸入側連絡路３０につながる第１空間４６の容積が大きくなっている状態であり、歯溝４８、５０から吸入側連絡路３０を通して第１空間４６に液体が流れている。歯溝４８、５０の中に液体が入りやすくなっている。

（２）歯車２０、２２がさらに回転すると、歯先が歯車収納室１４を形成する内壁に接し、第２空間５６が形成される。上記のように、歯溝４８、５０の中に液体が入りやすいため、従来に比べて第２空間５６に液体が満たされる。第２空間５６は吸入側連絡路３０につながっていないため、第２空間５６から吸入側連絡路３０に液体が流れることはない。第２空間５６の位置が移動していくと、高圧導入溝７６に第２空間５６がつながり、第２空間５６は吐出通路１８と同じ圧力になる。

（３）歯車２０、２２がさらに回転すると、歯溝４８、５０が吐出通路１８に開放され、歯溝４８、５０の中の液体が吐出通路１８に流される。一部の液体が歯溝４８、５０の中に残った状態で駆動歯車２０と従動歯車２２が噛み合って第１空間４６が形成される。駆動歯車２０と従動歯車２２は第１空間４６に入った液体を圧縮するため、第１空間４６から吐出側連絡路３２を通して液体が吐出通路１８に流される。

以上の（１）～（３）を繰り返すことで液体が吸入通路１６から吐出通路１８に流される。

以上のように、本願は吸入側連絡路３０によって歯溝４８、５０の液体を第１空間４６に送ることができ、液体が歯溝４８、５０に入りやすくなっている。第２空間５６が形成されたときに、第２空間５６を液体で満たしやすくなっている。従来に比べて本願は液体の移送効率を高くできる。

[実施形態２]
図９に示すように、吸入側連絡路８２は外周７４から側板２８の外周に繋がる通路８４を設けても良い。吸入通路１６から直接第１空間４６に液体が入る。第１空間４６に液体が入っていることで、吸入通路１６に開放された歯溝４８、５０に液体が満たされやすい。

[実施形態３]
図１０の側板８６の吸入側連絡路８８は側板８６の第１面５８から第２面６０まで貫通する貫通孔である。吸入側連絡路８８が貫通孔であっても実施形態１と同じように吸入通路１６から第１空間４６に液体を流すことができる。実施形態１に比べて吸入側連絡通路８８の容積が増し、通過する液体の量が増える。

図１１の側板９０の吸入側連絡通路９２は貫通孔９４とその貫通孔９４につながる凹部９６によって構成されている。第２面６０の凹部９６は、吸入通路１６から貫通孔９４につながる。液体は、吸入通路１６、凹部９６および貫通孔９４を通じて第１空間４６に送られる。側板２８が側板８６、９０に変更されても、吸入通路１６から吸入側連絡路８８、９２を通って液体が第１空間４６に流される。

[実施形態４]
側板２８を省略し、歯車の側面２４、２６が歯車収納室１４を形成する内壁に接する場合、その内壁に図７に示す吸入側連絡通路３０と同様の凹部を形成してもよい。たとえば、図１３に示すカバー３６が歯車の側面２４、２６に接する場合、そのカバー３６に吸入側連絡通路９８を形成する。上記実施形態と同様に、吸入通路１６から吸入側連絡通路９８を通して第１空間４６に液体を供給することができる。

本願は吸入側連絡通路３０、８８、９２、９８によって吸入通路１６から第１空間４６に液体が供給できれば、吸入側連絡通路３０、８８、９２、９８の形状は限定されない。

（第１項）本願の歯車ポンプ又はモータは、ケーシングと、前記ケーシングの内方に形成された歯車収納室と、前記ケーシングの外から歯車収納室に液体を供給するための吸入通路と、前記歯車収納室からケーシングの外に液体を排出するための吐出通路と、前記歯車収納室に収納され、噛み合いながら回転する駆動歯車と従動歯車からなる歯車と、前記駆動歯車と従動歯車が噛み合うことによって形成された閉じ込み空間である第１空間と前記吸入通路に開放された歯車の歯溝をつなげる吸入側連絡路とを備える。

第１項に記載する歯車ポンプ又はモータによると、吸入通路に開放された歯溝から歯車の噛合によって形成された第１空間に液体が流れる。吸入通路に開放された歯溝に液体が入りやすくなっている。液体の移送効率を高めることができる。

（第２項）第１面と第２面を備えた板体であり、該第１面が前記歯車の側面に接して配置された側板を備え、前記吸入側連絡路が側板の第１面に形成された凹部または側板の第１面から第２面まで貫通する貫通孔を含む。

第２項に記載する歯車ポンプ又はモータによると、側板に凹部または貫通孔を設けただけであり、簡単な構成である。

（第３項）前記吸入側連絡路がケーシングにおける歯車収納室を形成する内壁に形成された凹部である。

第３項に記載する歯車ポンプ又はモータによると、歯車収納室を形成する内壁に凹部を設けただけであり、簡単な構成である。

（第４項）前記吸入側連絡路が第１端と第２端を備えた帯状の凹部である。

第４項に記載する歯車ポンプ又はモータによると、歯溝の中の液体を吸入側連絡路を通して第１空間に流すことができる。

（第５項）前記駆動歯車と従動歯車が回転することで第１空間における液体が圧縮状態から膨張状態に変化し、前記第１空間において液体が膨張している位置に前記吸入側連絡路の第１端が配置されている。

第５項に記載する歯車ポンプ又はモータによると、第１空間において液体が膨張状態の位置に吸入側連絡路の第１端があるため、歯溝から第１空間に液体を導くことができる。

（第６項）前記側板の第１面に形成された凹部であり、前記第１空間における液体が圧縮されている位置と前記吐出通路に開放された歯車の歯溝とをつなげる吐出側連絡路を備える。

第６項に記載する歯車ポンプ又は歯車モータによると、圧縮状態にある液体を吐出側連絡路を通して吐出通路に流すことができる。液体の移送効率を高めることができる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０：歯車ポンプ
１２：ケーシング
１４：歯車収納室
１６：吸入通路
１８：吐出通路
２０：駆動歯車
２２：従動歯車
２４：駆動歯車の側面
２６：従動歯車の側面
２８、８６、９０：側板
３０、８２、８８、９２、９８：吸入側連絡路
３２：吐出側連絡路
３４：ボディー
３６：カバー
３８：駆動軸
４０：従動軸
４２：軸受孔
４４：ブッシュ
４６：第１空間
４８、５０：歯溝
５２、５４：歯
５６：第２空間
５８：側板の第１面
６０：側板の第２面
６２：軸孔
６４：吸入側連絡路の第１端
６６：吸入側連絡路の第２端
６８：吸入側連絡路の内周
７０、７２：歯底
７４：吸入側連絡路の外周
７６：高圧導入溝
７８：側板の第２面の凹部
８０：ガスケット
８４：吸入側連絡路につながる通路
９４：貫通孔
９６：溝

Claims

ケーシングと、
前記ケーシングの内方に形成された歯車収納室と、
前記ケーシングの外から歯車収納室に液体を供給するための吸入通路と、
前記歯車収納室からケーシングの外に液体を排出するための吐出通路と、
前記歯車収納室に収納され、噛み合いながら回転する駆動歯車と従動歯車からなる歯車と、
前記駆動歯車と従動歯車が噛み合うことによって形成された閉じ込み空間である第１空間と前記吸入通路に開放された歯車の歯溝をつなげる吸入側連絡路と、
を備え、
前記駆動歯車および前記従動歯車の各歯溝と前記歯車収納室を形成する前記ケーシングの内壁とで、閉じ込み空間である第２空間が形成され、
前記吸入側連絡路の第２端が、前記第２空間が形成される直前の位置に配置されて、前記第２空間にはつながっていない、歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記吸入側連絡路が第１端と第２端とを備えた帯状である請求項１に記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記吸入側連絡路が、第１端と第２端とを備え、駆動軸または従動軸を中心とした円弧状である請求項１または２に記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記吸入側連絡路の内周が、駆動歯車および従動歯車の各歯底の軌跡と一致する、請求項３に記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記駆動歯車と従動歯車が回転することで第１空間における液体が圧縮状態から膨張状態に変化し、
前記第１空間において液体が膨張している位置に前記吸入側連絡路の第１端が配置された請求項２から４のいずれかに記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
ケーシングと、
前記ケーシングの内方に形成された歯車収納室と、
前記ケーシングの外から歯車収納室に液体を供給するための吸入通路と、
前記歯車収納室からケーシングの外に液体を排出するための吐出通路と、
前記歯車収納室に収納され、噛み合いながら回転する駆動歯車と従動歯車からなる歯車と、
前記駆動歯車と従動歯車が噛み合うことによって形成された閉じ込み空間である第１空間と前記吸入通路に開放された歯車の歯溝をつなげる吸入側連絡路と、
を備え、
前記吸入側連絡路は、前記第１空間と複数の前記歯溝とに同時に対向可能な位置に形成されており、複数の前記歯溝をつなげる、歯車ポンプ又は歯車モータ。
第１面と第２面を備えた板体であり、該第１面が前記歯車の側面に接して配置された側板を備え、
前記吸入側連絡路が側板の第１面に形成された凹部または側板の第１面から第２面まで貫通する貫通孔を含む請求項１～６のいずれかに記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記吸入側連絡路がケーシングにおける歯車収納室を形成する内面に形成された凹部である請求項１～６のいずれかに記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。
前記第１空間における液体が圧縮されている位置と前記吐出通路に開放された歯車の歯溝とをつなげる吐出側連絡路を備えた請求項１～８のいずれかに記載の歯車ポンプ又は歯車モータ。