(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して、且つ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、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ギアポンプにおいて、
上記サイドプレートをセラミックスで形成すると共に、支軸を上記セラミックスよりも熱膨張係数が大きい金属または異種のセラミックスで形成し、且つ使用温度域で支軸と支持孔との嵌合隙間が所定量確保できるように設定されていることを特徴とするギアポンプ。
【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い。このため、支軸と支持孔との嵌合隙間が増大して作動油の漏れを生じる結果、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して、且つ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、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ギアポンプにおいて、上記サイドプレートをセラミックスで形成すると共に、支軸を上記セラミックスよりも熱膨張係数が大きい金属または異種のセラミックスで形成し、且つ使用温度域で支軸と支持孔との嵌合隙間が所定量確保できるように設定されていることを特徴とする。
【０００６】
上記の構成では、セラミックス製のサイドプレートを用いたので、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、耐久性が向上する。また、摩耗に起因した流体漏れを防止できるので、ポンプ効率を向上できる。
また、サイドプレートを構成するセラミックスは、支軸を構成する金属やセラミックスよりも温度膨張係数が低いので、昇温時に支軸と支持孔との嵌合隙間が小さくなる傾向にあるが、本発明では、使用温度域において嵌合隙間が所定量確保されるようにした。ここで、所定量の嵌合隙間とは、嵌合隙間において潤滑のための流体膜が切れることがない程度以上の隙間を言い、具体的には、最高使用温度での嵌合隙間は、支軸の径の０．１〜８％の範囲にあることが好ましい。
【０００７】
このように、本発明では、使用温度域で嵌合隙間が所定量確保されるようにしたので、嵌合隙間において流体膜を維持して、良好な潤滑性を確保できる。しかも、使用温度域の高温側において、相対的に嵌合隙間を小さくできるので、高温側において嵌合隙間を通しての流体漏れを抑制できる結果、ポンプ効率を高く維持できる。
【０００８】
サイドプレート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。
サイドプレートと支軸で異種のセラミックスを用いる場合は、上記のセラミックスの中から、熱膨張係数が相対的に大きいものを支軸に、熱膨張係数が相対的に小さいものをサイドプレートに用いることになる。例えば、支軸に窒化ケイ素を用いた場合、窒化ケイ素よりも熱膨張係数が大きいアルミナやジルコニアをサイドプレートに用いることができる。
【０００９】
【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。
【００１０】
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セラミックス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。
【００１１】
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、支軸３０，４０は各サイドプレート１２にそれぞれ一対形成された支持孔３１，４１ににより両持ち支持されている。
一対の支持孔３１によっ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。
【００１２】
また、一対の支持孔４１によっ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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、支持孔３１，４１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、支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａには、螺旋状溝３１ｃ，４１ｃ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側の作動流体が支持孔３１，４１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、各支持孔３１，４１の螺旋状溝３１ｃ，４１ｃ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、左上および右下の支持孔１，３１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）、右下および左上の支持孔３１，４１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。
【００１８】
サイドプレート１２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り、この中から一つを選択して用いることができる。支軸３０，４０の材質としては、サイドプレート１２を構成するセラミックスよりも、熱膨張係数の大きい金属、例えば鋳鉄等の鉄系材料を用いることができる。
【００１９】
また、サイドプレート１２と支軸３０，４０とを異種のセラミックスで構成することもできる。この場合、サイドプレート１２を構成するセラミックスよりも支軸１２を構成するセラミックスのほうが、熱膨張係数が大きくなるようにする。熱膨張係数は、ジルコニア：１０×１０−６／°Ｃ、アルミナ：７×１０−６／°Ｃ、炭化ケイ素：４×１０−６／°Ｃ、窒化ケイ素：３×１０−６／°Ｃであるので、例えば、サイドプレート１２として炭化ケイ素を用いた場合、支軸３０，４０としては、ジルコニアやアルミナを用いることができる。
【００２０】
本実施形態では、セラミックス製のサイドプレート１２により各ギア３，４の支軸３０，４０を支持したので、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。したがって、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、サイドプレート１２よりも支軸３０，４０の膨張度合いが大きいので、昇温時に、支軸３０，４０と支持孔３１，４１との嵌合隙間が狭くなる傾向にあり、仮に、最高使用温度において、嵌合隙間が過度に狭くなると、支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａにおいて、流体膜切れを生じ、摩耗が進行するおそれがある。これに対して、本実施形態では、最高使用温度における、支軸３０，４０と支持孔３１，４１の嵌合隙間を、流体潤滑膜が切れることなくしかも嵌合隙間を通しての流体漏れを抑制できるような大きさに設定してあるので、ポンプ効率を高くできると共に耐久性を向上できる。図６を参照して、最高使用温度における上記の嵌合隙間Ｓ１としては、作動流体の粘度にもよるが、支軸３０，４０の径Ｌの０．１〜８％の範囲にあることが好ましい。なお、最低使用温度での嵌合隙間は、最高使用温度での嵌合隙間Ｓ１の設定により一義的に決まるものである。
【００２１】
なお、サイドプレート１２が耐摩耗性に優れたセラミックス製である場合に、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、支軸３０，４０の外周面、又は支持孔３１，４１の内周面３１ａ，４１ａに、軸方向に沿ってクラウニングを施す（支軸３０，４０の場合、軸方向の中央部の径が相対的に大きくなるようなクラウニングであり、支持孔３１，４１の場合、軸方向中央部の径が相対的に小さくなるようなクラウニングである）ことにより回避できる。
【００２２】
また、支軸３０，４０に金属を用いる場合には、支軸３０，４０の表面に硬化処理膜を形成していれば好ましく、硬化処理膜としては、▲１▼窒化処理、ホウ化処理、浸炭処理等の拡散浸透処理、▲２▼ＰＶＤ、ＣＶＤ、溶射処理のようなセラミックス硬質被覆コーティング処理、および▲３▼ニッケルメッキ、クロムメッキ等のメッキ処理の何れかの表面処理が施された膜がある。硬化処理膜形成の前処理として、フッ素ガス雰囲気中で生成したフッ化膜を除去することにより、母材としての支軸３０，４０の表面を浄化および活性化させることが、母材と硬化処理膜との間に強い密着性が得られる点で好ましい。
【００２３】
また、硬化処理膜が、硬質微粒子を複合共析させた複合ニッケルメッキ皮膜を含む場合には、高い硬度を達成して優れた耐摩耗性を得ることができる。ここで、複合ニッケルメッキ皮膜としては、ニッケル−ホウ素あるいはニッケル−リンの金属マトリックス中に、不溶性の硬質微粒子を複合共析させたものがある。不溶性の硬質微粒子としては、炭化ケイ素の他、二酸化ケイ素、二酸化アルミニウム、二酸化セリウム、炭化タングステン、炭化チタン、窒化ホウ素があり、これらを１種または２種以上用いることができる。さらに、固体潤滑性微粒子として、窒化ケイ素、黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステンまたは窒化ホウ素を１種又は２種以上複合共析させても良い。
【００２４】
なお、本発明は上記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。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、セラミックス製のサイドプレートにより支軸を支持したので、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、サイドプレートよりも支軸の膨張度合いが大きいので、両者の嵌合隙間は、最高使用温度で最も狭く最低使用温度で最も広くなるが、本発明では、使用温度域において、流体潤滑膜が切れることなくしかも流体漏れを抑制できるように、嵌合隙間を設定してあるので、ポンプ効率を高くできると共に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】最高使用温度での支軸と支持孔の嵌合部分の拡大断面図である。
【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
１４  ギア室
３１ｃ，４１ｃ  螺旋状溝
３０，４０  支軸
３１，４１  支持孔
３１ａ，４１ａ  内周面
Ｓ１  嵌合隙間
【図１】
0003574717.tif 000002
【図２】
0003574717.tif 000003
【図３】
0003574717.tif 000004
【図４】
0003574717.tif 000005
【図５】
0003574717.tif 000006
【図６】
0003574717.tif 000007