(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に、互いに噛み合う一対のギアを収容すると共に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギアポンプにおいて、
各ギアの金属製の支軸を、各サイドプレートの支持孔に嵌め入れられたセラミックス製のブッシュを介して、最低使用温度での軸受隙間が支軸の径の０．１％以上となるように支持しており、
上記ブッシュは使用温度域で所定の圧縮応力を受けるように上記支持孔に圧入または焼きばめされていることを特徴とするギアポンプ。
【請求項２】
ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に、互いに噛み合う一対のギアを収容すると共に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギアポンプにおいて、
各ギアの支軸を、各サイドプレートの支持孔に嵌め入れたセラミックス製のブッシュを介して支持しており、
上記ブッシュは使用温度域で上記支持孔と支軸との間で浮動状に配設されていることを特徴とする請求項１記載のギアポンプ。
【請求項３】
上記ブッシュは固体潤滑剤をコーティングした多孔質のセラミックス製であることを特徴とする請求項１又は２記載のギアポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は互いに噛み合う一対のギアの回転によりポンプ作用をなすギアポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来より、ギアポンプは、簡単な構造でありながら容量を大きくできることから、種々の産業分野に用いられている。
この種のギアポンプの構造としては、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に互いに噛み合う一対のギアを収容して、各ギアの支軸を各サイドプレートに形成した支持孔によって嵌合支持すると共に、上記ギア室の内部に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したタイプのものが一般的である。
【０００３】
そして、上記のハウジングやサイドプレートには、加工性および軽量化のためにアルミニウム合金が使用される一方、各歯車には耐摩耗性が要求されるので鋳鉄等の鉄系の材料が使用されることが一般化している。しかしながら、ギアの支軸をアルミニウム合金製のサイドプレートの支持孔のすべり面によって直接支持した場合、支持孔の摩耗が激しく、このため、ポンプ効率の低下や短寿命につながるという問題があった。
【０００４】
また、特に、近年、ギアポンプの高圧化の要請があるが、高圧になるほど負荷が大きくなり、支軸を受ける部分の摩耗が進行しやすい。そして、支軸を受ける部分に焼付き等の損傷が発生する場合の原因としては、境界潤滑領域での部分的な油膜破断がその原因と推測できる。
そこで、本発明の課題は、支軸を受ける部分の摩耗を防止でき高いポンプ効率および長寿命を達成できるギアポンプを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のギアポンプでは、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に、互いに噛み合う一対のギアを収容すると共に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギアポンプにおいて、各ギアの金属製の支軸を、各サイドプレートの支持孔に嵌め入れられたセラミックス製のブッシュを介して、最低使用温度での軸受隙間が支軸の径の０．１％以上となるように支持しており、上記ブッシュは使用温度域で所定の圧縮応力を受けるように上記支持孔に圧入または焼きばめされていることを特徴とする。
【０００６】
セラミックス製のブッシュであれば、使用条件が厳しい場合であってもほとんど摩耗することなく支軸を支持できるので、耐久性が向上する。また、セラミックスは温度膨張率が低いので、昇温時に支軸との間の嵌合隙間を小さくできる結果、ポンプ効率を向上できる。ブッシュに用いるセラミックスとしては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタニア、ムライトおよびジルコニアがある。
【０００７】
また、上記ブッシュは使用温度域で所定の圧縮応力を受けるように上記支持孔に圧入または焼きばめされているので、下記の作用を奏する。すなわち、使用温度域でブッシュの径膨張が抑制されるので、支軸との間の嵌合隙間を小さくでき、嵌合隙間を通しての作動流体の漏れを抑制できる結果、ポンプ効率を高く維持できる。
【０００８】
請求項２記載のギアポンプでは、ハウジング内部の空洞に一対のサイドプレートを嵌め合わせてギア室を区画し、このギア室の内部に、互いに噛み合う一対のギアを収容すると共に両ギアの噛み合い位置を挟んで作動流体の吸込室および吐出室を形成したギアポンプにおいて、各ギアの支軸を、各サイドプレートの支持孔に嵌め入れたセラミックス製のブッシュを介して支持しており、上記ブッシュは使用温度域で上記支持孔と支軸との間で浮動状に配設されていることを特徴とする。
この場合、使用温度域で、ブッシュは支軸および支持孔のどららともスキマバメの状態となり、ブッシュは支軸および支持孔の双方に対して相対回転することになる。したがって、すべり接触面がブッシュの内外２ヵ所となり、局所的な摩耗を低減できる。
【０００９】
請求項３記載のギアポンプでは、請求項１又は２において、上記ブッシュは固体潤滑剤をコーティングした多孔質のセラミックス製であることを特徴とする。
この場合、作動流体膜切れが発生しても固体潤滑剤によって潤滑を補助できるので、摩耗の発生を防止できる。また、セラミックスが多孔質であるので、固体潤滑剤を長期に保持でき、耐久性を向上できる。ここで、固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥ、グラファイト、二硫化モリブデンがある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るギアポンプの断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であってハッチングを省略してある。また、図３は図１のＩＩＩ  −ＩＩＩ  線に沿う断面図であり、図４はＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００１１】
図１を参照して、本ギアポンプは、その中央部を貫通する長円形断面の空洞を有する本体筒１０の両側を、これの全面を覆う態様にねじ止めされた一対の蓋板１１により塞いで構成されたハウジング１を備えている。このハウジング１の内部には、前記空洞部の両側から嵌挿されたアルミニウム合金製の一対のサイドプレート１２同士の間にギア室１４が区画されており、このギア室１４内には、互いに対をなす駆動ギア３と従動ギア４が配置されている。１９は、蓋板１１の環状溝に収容され、蓋板１１とサイドプレート１２との間に介在してギア室１４を密封するためのＯリングである。１３はサイドプレート１２の収容溝に収容され、ギア室１４内において対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間を低圧側と高圧側とに仕切るシールである。
【００１２】
駆動ギア３および従動ギアの支軸３０，４０は、長円形断面を有するギア室１４の両側の半円部の軸心上にそれぞれ位置し、互いに平行をなして架設されている。すなわち、各サイドプレート１２にそれぞれ一対形成された支持孔３１，４１にそれぞれセラミックス製のブッシュ１８が嵌め入れられ、支軸３０，４０は、各ブッシュを介して各支持孔３１，４１により両持ち支持されている。支軸３０，４０は鋳鉄等の鉄系材料により構成されている。
【００１３】
一対の支持孔３１によってセラミックス製のブッシュ１８を介して支持された一方の支軸３０は、一方の蓋板１１を貫通して外部に延長され、この延長端に伝達される図示しないモータからの駆動力により回転駆動される駆動軸を構成している。また、支軸３０には、ギア室１４の内部において駆動ギア３が一体回転可能に装着されている。支軸３０が蓋板１１を貫通する部分にはオイルシール１７が配置されている。
【００１４】
また、一対の支持孔４１によってセラミックス製のブッシュ１８を介して支持された他方の支軸４０は、各サイドプレート１２の支持孔４１内に軸端を有する従動軸を構成している。支軸４０には、ギア室１４の内部において従動ギア４が装着されている。従動ギア４の支軸４０への装着では、軸回りの回転を拘束しても良いし軸回りの回転を許容しても良い。従動ギア４は両支軸３０，４０の軸心を含む平面内において駆動ギア３と噛み合い、支軸３０により駆動される駆動ギア３の回転に伴って、支軸４０と共に（或いは支軸４０の回転を伴わずに）従動回転するようにしてある。
【００１５】
ブッシュ１８は、各支持孔３１，４１に圧入または焼きばめされており、ブッシュ１８の支持孔３１，４１に対する相対回転が規制されている。ブッシュ１８には、最高使用温度で５Ｋｇｆ／ｍｍ２  以上の圧縮応力が負荷されるように、嵌め合い精度を設定することが好ましい。ブッシュ１８を構成するセラミックスとしては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタニア、ムライトおよびジルコニアがある。ブッシュ１８として、固体潤滑剤をコーティングした多孔質のセラミックスを用いることもできる。この場合、作動流体膜切れが発生しても固体潤滑剤によって潤滑を補助できるので、摩耗の発生を防止できる。また、セラミックスが多孔質であるので、固体潤滑剤を長期に保持でき、耐久性を向上できるという利点もある。ここで、固体潤滑剤としては、ＰＴＦＥ、グラファイト、二硫化モリブデン等を例示できる他、他の公知の固体潤滑剤を用いることが可能である。
【００１６】
また、ブッシュ１８の形状としては、特に限定されないが、図１に示すようなストレートな円筒であっても良いし、また、支軸３０，４０の片当たりによる局部的な摩耗を防止するために図６（ａ）に示すようにブッシュ１８の内周面１８ａに軸方向に沿って中央部が膨らむように（中央部の径が大きくなるように）クラウニングを施しても良い。また、図６（ｂ）に示すように外径がギア３，４から遠ざかるほど小さくなるテーパ状としても良いし、図６（ｃ）に示すようにフランジ１８ｄを有するものであっても良い。また、各例において、ブッシュ１８の内周面１８ａには、支軸３０，４０の回転に伴って作動流体を軸方向に送るための螺旋状溝１８ｃが形成されているが、この螺旋状溝１８ｃに代えて、軸方向に沿う線状溝であっても良い。各例において、ブッシュ１８を分割形としても良い。また、ブッシュ１８の内周面１８ａおよびブッシュ１８のギア側端面１８ｂの表面粗さは０．８ｚ以下とすることが好ましい。なお、支軸３０，４０に、軸方向の中央部が相対的に膨らむように軸方向に沿ってクラウニングを施しても良い。
【００１７】
図２には、駆動ギア３およびこれに連動する従動ギア４の回転方向が矢符により示してあり、両ギア３，４の噛み合い位置を挟んだ両側には、前記回転方向側に吸込口室５が、反回転方向側に吐出室６が形成されている。これら吸込室５および吐出室６は、本体筒１０の対応位置に開口する吸込口１５および吐出口１６を介して、ハウジング１外の図示しない吸込先および吐出先にそれぞれ接続されるようにしてある。
【００１８】
図３において、サイドプレート１２のギア側側面１２ａには、両ギア３，４の噛み合い位置から吸込室５側へ延びる逃げ溝６３および吐出室６側へ延びる逃げ溝６４が形成されている。これらの逃げ溝６３，６４は、両ギア３，４の噛み合い位置で流体が各サイドプレート１２と各噛合ギア歯とで形成される閉塞領域に閉じ込められる、いわゆる閉じ込みの発生を防止するためのものである。両逃げ溝６３，６４は両ギア３，４の噛み合い中心位置を避けるようにして設けられ、互いの間に所定の距離が確保されている。これは両逃げ溝６３，６４を連通させてしまうと、吸込室５側と吐出室６側が連通されて、ポンプ機能を果たせなくなるので、これを防止するためである。また、上記ギア側側面１２ａには、各支持孔３１，４１と吸込室５側とをそれぞれ連通する連通溝６５が形成されている。
【００１９】
一方、図４において、サイドプレート１２の反ギア側側面１２ｂには、略Ｗ字形形状のシール溝に上記のシール１３を収容しており、このシール１３を境界として、互いに対向するサイドプレート１２と蓋板１１との間の空間が、吸込室５側に連通する低圧側空間と吐出室６側に連通する高圧側空間とに仕切られている。このように、サイドプレート１２の背面である反ギア側側面１２ｂには、シール１３で仕切られた状態で、低圧の作動流体および高圧の作動流体が背圧として作用し、これが、サイドプレート１２に吐出圧に応じて負荷されるので、サイドプレート１２と両ギア３，４との間の隙間が高精度で維持される結果、高圧時のポンプ効率を高く維持できる。また、上記反ギア側側面１２ｂには、上記低圧側空間において各支持孔３１，４１と吸込室５側とをそれぞれ連通する各一対の連通溝６５が形成されている。
【００２０】
このような構成により、吸込口１５を経て吸込室５に導入される作動流体は、該吸込室５に臨む駆動ギア３および従動ギア４の歯間に受け入れられ、両ギア３，４の回転により、それぞれの歯間の本体筒１０の内周面との間に封止された状態で搬送され、吐出室６に送り出される。吐出室６への送り出しを終えた駆動ギア３と従動ギア４とは、両ギア３，４の噛み合い位置を経て吸込室５側に向き、該吸込室５内の作動流体を再度受け入れて吐出室６側へ送り出す作用をなす。
【００２１】
一方、ギアポンプの要部の一部破断分解斜視図である図５を参照して、ブッシュ１８と各支軸３０，４０との摺動面には、低圧側の吸込室５からの作動流体が循環されるようになっている。すなわち、ブッシュ１８の内周面１８ａには、上記の螺旋状溝１８ｃが形成されていることから、支軸３０，４０が回転することによって、サイドプレート１２の一方の側面１２ａ又は１２ｂに形成された連通溝６５を通して、吸込室５側の作動流体がブッシュ１８内に導入され、サイドプレート１２の他方の側面１２ｂ又は１２ａに形成された連通溝６５を通して、吸込室５に還流されるようになっている。なお、部品共通化のため、ブッシュ１８の内周面１８ａの螺旋状溝１８ｃは全て同方向に形成してあり、両ギア３，４が互いに逆回転することから、図１および図５において、左上および右下のブッシュ１８内へは、サイドプレート１２の反ギア側側面から作動流体が導入され（図５において黒抜き矢符で示す）、右下および左上のブッシュ１８内へはサイドプレート１２のギア側側面から作動流体が導入される（図５において白抜き矢符で示す）ようになっている。
【００２２】
本実施形態では、セラミックス製のブッシュ１８を用いたので、使用条件が厳しい場合であってもほとんど摩耗することなく支軸３０，４０を支持できる結果、耐久性を向上でき、また摩耗に起因したポンプ効率の低下を防止できる。また、セラミックスは温度膨張率が低いので、昇温時に、鉄系材料からなる支軸３０とセラミックス製のブッシュ１８との間の嵌合隙間を小さくできる結果、高温時のポンプ効率も向上できる。
【００２３】
特に、ブッシュ１８がサイドプレート１２の支持孔３１，４１に圧入または焼きばめされているので、使用温度域でブッシュ１８の径膨張が抑制される。したがって、ブッシュ１８と支軸３０との間の嵌合隙間を小さくでき、嵌合隙間を通しての作動流体の漏れを抑制できる結果、ポンプ効率を高く維持できる。
また、ブッシュ１８を耐摩耗性に優れたセラミックス製とした場合に、金属である支軸３０，４０側に片当たりによる偏摩耗が生ずるおそれがあるが、これは、図６（ａ）に示すようにブッシュ１８の内周面１８ａにクラウニングを施すことにより回避できる。なお、偏摩耗を防止する観点からは、最低使用温度での軸受隙間を支軸３０，４０の径の０．１％以上とすることが好ましい。また、支軸３０，４０をセラミックス製としたり、支軸３０，４０およびギア３，４の双方をセラミックス製とすることもできる。この場合、ギアポンプの耐久性向上の他、慣性力を小さくできることにより初期回転トルク（起動トルク）の低減が期待できる。
【００２４】
上記の実施形態では、ブッシュ１８を支持孔３１，４１を圧入または焼きばめにより固定したが、図７に示すように、使用温度域である高温域において、ブッシュ１８が支持孔３１，４１および支軸３０，４０の双方に対して相対回転できるように両者に対してスキマバメの状態となるようにしても良い。この場合、すべり接触面がブッシュ１８の内外２ヵ所となり、局所的な摩耗を低減できる結果、ギアポンプの耐久性、信頼性を向上できる。また、使用温度域内の高温側で、支軸３０，４０とブッシュ１８との間の嵌合隙間Ｓ１が相対的にルーズとなる一方、使用温度域内の低温側では、ブッシュ１８と支持孔３１，４１との嵌合隙間Ｓ２が相対的にルーズとなるが、ブッシュ１８に関連するトータル隙間量（Ｓ１＋Ｓ２）としては略不変であるので、高温時のポンプ効率の低下を招くことはない。
【００２５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、セラミックス製のブッシュを用いたので、使用条件が厳しい場合であってもほとんど摩耗することなく支軸を支持できる結果、耐久性を向上でき、また摩耗に起因したポンプ効率の低下を防止できる。また、セラミックスは温度膨張率が低いので、昇温時に支軸との間の嵌合隙間を小さくできる結果、高温時のポンプ効率も向上できる。
【００２７】
また、使用温度域でブッシュの径膨張が抑制されるので、支軸との間の嵌合隙間を小さくでき、嵌合隙間を通しての作動流体の漏れを抑制できる結果、ポンプ効率を高く維持できる。
請求項２記載の発明では、使用温度域で、ブッシュは支軸および支持孔のどららともスキマバメの状態となり、ブッシュは支軸および支持孔の双方に対して相対回転することになる。したがって、すべり接触面がブッシュの内外２ヵ所となり、局所的な摩耗を低減できる。
【００２８】
請求項３記載の発明では、作動流体膜切れが発生しても固体潤滑剤によって潤滑を補助できるので、摩耗の発生を防止できる。また、セラミックスが多孔質であるので、固体潤滑剤を長期に保持でき、耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のギアポンプの断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であり、ハッチングを省略してある。
【図３】図１のＩＩＩ  −ＩＩＩ  線に沿う断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】ギアポンプの要部の一部破断分解斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれブッシュの変更形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態のブッシュの嵌め合い状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１    ハウジング
３    駆動ギア
４    従動ギア
５    吸込室
６    吐出室
１２  サイドプレート
１２ａ  ギア側側面
１２ｂ  反ギア側側面
１４  ギア室
１８  ブッシュ
１８ａ  内周面
１８ｂ  ギア側端面
１８ｃ  螺旋状溝
３０，４０  支軸
３１，４１  支持孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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