(57)【要約】【課題】      簡易な方法で吐出流量の制御を達成する歯車ポンプを提供する。【解決手段】  ポンプケーシング４の送出チャンバ１１内に回転可能に支持されるとともに互いに噛み合っている２個の外歯歯車２，３を有し、そのひとつは駆動軸５を介して駆動され、他のひとつはスライド歯車２として歯車軸心２’の方向にスライド可能に構成されている可変容量式の歯車ポンプ。ポンプケーシング４の送出チャンバ１１の平坦な第１側壁面１１ａとスライド歯車２の第１側面２ａとの間の軸方向間隔によって定義される隙間寸法１０が可変に構成されている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシング（４）の送出チャンバ（１１）内に回転可能に支持されるとともに互いに噛み合っている２個の外歯歯車（２，３）を有し、前記２個の歯車のうちの少なくともひとつは駆動軸（５）を介して駆動され、前記２個の歯車のうちのひとつはスライド歯車（２）として歯車軸心（２’）の方向にスライド可能に構成されている可変容量式の歯車ポンプにおいて、
前記ポンプケーシング（４）の送出チャンバ（１１）の平坦な第１側壁面（１１ａ）と前記スライド歯車（２）の第１側面（２ａ）との間の軸方向間隔によって定義される隙間寸法（１０）が可変であることを特徴とする歯車ポンプ。
【請求項２】
前記隙間寸法（１０）は、前記スライド歯車（２）の外径をｄとして、０〜ｄ／５の範囲で可変であることを特徴とする請求項１に記載の歯車ポンプ。
【請求項３】
前記送出チャンバ（１１）の第１側壁面（１１ａ）に対向するとともにこの第１側壁面（１１ａ）と平行をなす平坦な第２側壁面（１１ｂ）が、前記スライド歯車（２）の前記第１側面（２ａ）とは反対側の第２側面（２ｂ）と向き合う領域に、前記軸心（２’）と同軸状に形成された円柱状の窪み（２２）を有し、少なくとも前記スライド歯車（２）に面したところにおいて前記窪みの直径（Ｄ）が前記スライド歯車（２）の外径ｄよりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の歯車ポンプ。
【請求項４】
前記窪み（２２）の領域に、前記ポンプケーシング（４）の送出チャンバ（１１）を前記窪み（２２）内のデッドスペース（１２）から分離する封止側板（６）が配置され、前記封止側板（６）は前記スライド歯車（２）と相対回転不能に連結されていることを特徴とする請求項３に記載の歯車ポンプ。
【請求項５】
前記封止側板（６）は、前記第２側面（２ｂ）に対向する側の、前記スライド歯車（２）のそれぞれの歯溝空間（１４）に対応する領域に少なくとも１本の径方向逃がし溝（１３）を有することを特徴とする請求項４に記載の歯車ポンプ。
【請求項６】
前記２個の歯車（２，３）の噛み合い領域（２３）の吐出側でかつ前記封止側板（６）側に位置する前記第２側壁面（１１ｂ）に排出溝（１５）が形成され、前記排出溝（１５）は前記封止側板（６）が１回転する間に前記各逃がし溝（１３）が少なくとも１回だけ前記排出溝（１５）と連通するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の歯車ポンプ。
【請求項７】
前記デッドスペース（１２）から漏れ路（２９）が延設されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【請求項８】
前記漏れ路（２９）は前記ポンプケーシング（４）に前記軸心（２’）の周りをコイル状に彫り込まれた漏れ溝によって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の歯車ポンプ。
【請求項９】
前記デッドスペース（１２）は圧抜き路（２５）を経て圧力解放部としての吸込領域（８）またはポンプ周辺回路部と連通可能とされ、かつ前記圧抜き路（２５）に圧力解放側の方向に開放された圧抜き弁（２６）が配置されていることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【請求項１０】
前記封止側板（６）はその外周域に少なくとも１本の周回シール溝（２７）を有することを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【請求項１１】
前記スライド歯車（２）および前記封止側板（６）が、ポンプケーシング（４）内で回転可能に支持されるとともに、前記軸心（２’）方向にスライド可能な制御軸（７）に固定されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【請求項１２】
前記制御軸（７）は軸方向変位のため少なくとも１個のピストン（１７）を有し、前記ピストンは圧媒を受けている加圧チャンバ（１９）に面していることを特徴とする請求項１１に記載の歯車ポンプ。
【請求項１３】
前記圧媒はこの歯車ポンプの送出媒体であり、前記加圧チャンバ（１９）は歯車ポンプの吐出側領域（９）と連通されていることを特徴とする請求項１２に記載の歯車ポンプ。
【請求項１４】
前記加圧チャンバ（１９）は外部圧力源またはオイル浄化制御回路と接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の歯車ポンプ。
【請求項１５】
前記制御軸（７）にはピストン（１７）による変位方向とは反対方向に復帰ばねが作用することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【請求項１６】
前記制御軸（７）は少なくとも１方向に電気サーボモータによって変位可能であることを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の歯車ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプケーシングの送出チャンバ内に回転可能に支持されるとともに互いに噛み合っている２個の外歯歯車を有し、前記２個の歯車のうちの少なくともひとつは駆動軸を介して駆動され、前記２個の歯車のうちのひとつはスライド歯車として歯車軸心の方向にスライド可能に構成されている可変容量式の歯車ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛み合った２個の外歯歯車を有した従来の歯車ポンプは駆動軸を介して駆動される１個の歯車を有し、この駆動歯車が他の歯車を従動歯車として駆動する。歯形およびポンプ回転数と並んで、歯車噛み合い幅がこの歯車ポンプによって吐出される媒体の体積流量、つまり吐出量にとって決定的に重要である。ポンプケーシングと歯車の歯頂部との間の遊びおよび歯車側面隙間寸法の遊びによって生ずる損失は歯車ポンプの効率に反映される。この種の歯車ポンプは通例、内燃機関のオイルポンプに使用される。従来のオイルポンプは、剛性で不変の駆動機構たとえばチェイン、歯車、歯付きベルト等によりエンジンクランクシャフトと一定の回転数比で連結されている。エンジン回転数が高まるとオイルポンプ回転数も高まり、こうして、エンジン回転数に比例してオイルポンプの送出（吐出）能力も高まる。オイルポンプは一般に全回転数域にわたる内燃機関の潤滑油供給のうち最悪のケースに合わせて設計されている。こうしたケースとはエンジン周りのその他のすべての負荷装置たとえばピストン、ピストン冷却用噴射ノズルまたはターボチャージャ等を含め、軸受け箇所の隙間断面積が最大となる無負荷回転数時である。こうした設計からして、オイルポンプは内燃機関の回転数が相対的に高い場合、高いエンジン回転数に所要の油量の何倍ものオイルを送出することとなる。この場合、それぞれのエンジン運転状態の実際の消費量に合わせた油量制御は通例、油圧制御と過剰量のオイルのタンク戻し、またはポンプ吸込み路への還元によって行われる。したがってポンプ歯車は常に最大油量を送出することから、実際の需要とは無関係に常にほぼ同じ高い駆動パワーが供されなければならない。これは効率に不適な影響を及ぼすこととなる。
【０００３】
１個の同軸孔から歯溝にまで達している複数の貫通孔を有している歯車を備えた容積調節式歯車ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この歯車ポンプの歯車に設けられた同軸孔には１つの舌部を有した回転体が前記歯車を担持する軸に回転不能に支持されており、前記舌部は部分円柱形の外形面を有し、回転体の軸方向凹部を区画している。舌部はその外形面で同軸孔の内面に接しており、前記軸方向凹部はポンプの低圧側と連結されている。吐出量は、回転体の調節により、前記貫通孔の開放幅に応じて調整することができる。この調節機構は相対的にコストのかかる、複雑に成形された多くの個別部品を要する。
【０００４】
さらに、歯車噛み合い幅の変化によって送出量を調節する歯車ポンプも公知である（例えば、特許文献２〜特許文献５参照。）。この種の歯車ポンプでは、２つの歯車のうち少なくとも一方は軸方向にスライドすることが可能であり、これによって歯車噛み合い幅を変化させることができ、その際、デッドスペースを回避するため一部歯溝に嵌まり込む装填材が必要となる。さらに、高い製造コストを要する比較的多数の個別部品が必要とされる以外に、この歯車ポンプが軸方向に軸方向歯車スライドを可能とする比較的大きな取付けスペースを要する点が短所である。
【０００５】
互いに噛み合った２個の歯車を有し、軸方向封止のためにこの歯車の側面に軸方向にスライドし得る構造部材が押しつけている歯車ポンプも知られている（例えば、特許文献６参照。）。これら双方の構造部材は異なった大きさの力で軸方向に荷重されて歯車に圧接され、歯車はこれによって軸方向の所定の位置にスライドさせられる。これによりケーシング内における流入路の拡幅は回避されることとなる。
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９６３１９５６号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２２６５９４５号明細書
【特許文献３】オーストリア実用新案公報第００３７６７号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第４１２１０７４号明細書
【特許文献５】ロシア連合特許公報第２１７７０８５号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９９２４０５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記実状に鑑み、本発明の課題は、冒頭に述べた形式の歯車ポンプにおいて、できるだけ簡易な方法で前記の短所を回避し、吐出流量の制御を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、ポンプケーシングの送出チャンバ内に回転可能に支持されるとともに互いに噛み合っている２個の外歯歯車を有し、前記２個の歯車のうちの少なくともひとつは駆動軸を介して駆動され、前記２個の歯車のうちのひとつはスライド歯車として歯車軸心の方向にスライド可能に構成されている、本発明による可変容量式の歯車ポンプでは、前記ポンプケーシングの送出チャンバの実質的に平坦な第１側壁面と前記スライド歯車の第１側面との間の軸方向間隔によって定義される隙間寸法が可変である。この隙間寸法の好ましい可変範囲は、スライド歯車の外径をｄとして、０〜ｄ／５の範囲であり、最適には０〜ｄ／５０の範囲である。
【０００９】
上記構成の歯車ポンプは、軸方向スライド歯車を有した公知の制御式歯車ポンプとは異なり、送出量（吐出量）の制御は特に隙間寸法の変化、したがって隙間損失の変化によって行われる。たとえば歯溝に嵌まり込む、デッドスペースを満たすための装填材は必要ではない。隙間寸法は歯車ポンプの圧力・吐出量に非常に大きく影響することから、隙間寸法の変化による圧力・吐出量制御には極めてわずかな軸方向スライドで十分である。
【００１０】
スライド歯車の側方変位を容易な方法で可能とするため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記送出チャンバの第１側壁面に対向するとともにこの第１側壁面と平行をなす実質的に平坦な第２側壁面が、前記スライド歯車の前記第１側面とは反対側の第２側面と向き合う領域に、前記軸心と同軸状に形成された円柱状の窪みを有し、少なくとも前記スライド歯車に面したところにおいて前記窪みの直径：Ｄが前記スライド歯車の外径：ｄよりも大きく構成されている。
【００１１】
前記窪みの領域に、ポンプケーシングの送出チャンバを窪み内部のデッドスペースから分離する好ましくは皿形の封止側板が配置されることは、極めて好適であり、その際、その封止側板はスライド歯車と相対回転不能に連結されていると好都合である。好ましくは皿形に形成された前記封止側板により、デッドスペースに対する側方封止が可能となる。
【００１２】
圧力ピーク（突出した圧力過剰）を回避するため、さらに封止側板は第２側面に対向する側の、スライド歯車のそれぞれの歯溝に対応する領域に少なくとも１つの径方向逃がし溝を有することも好適であり、さらにその際、前記２個の歯車の噛み合い領域の吐出側でかつ前記封止側板側に位置する前記第２側壁に１つの（複数でもよいが）排出溝が形成され、前記排出溝は前記封止側板が１回転する間に前記各逃がし溝が少なくとも１回だけ前記排出溝と連通するように配置されていると好都合である。特に、双方の歯車が歯幅全体にわたって互いに噛み合っている、未制御（制御前）の歯車初期ポジション（初期状態）において、圧力ピークは逃がし溝とオイル排出溝とによって効果的に回避することができる。回転数が高まり、隙間寸法が大きくなると、圧力脈動は隙間寸法分のスペースの発生によっても調整されるようになる。
【００１３】
前記歯車ポンプにおいて圧力・吐出量制御は制御ピストンまたは制御弁をまったく使用することなく行われ、これにより非常にコンパクトな構造が実現される。隙間損失の変化による制御が実施され、また、制御範囲において生ずる吸込／圧力パワーはわずかであることから、制御範囲内におけるこの歯車ポンプのパワー消費も非常にわずかである。歯車同士のスライドがきわめてわずかであることから、歯はほぼ常に歯面全体で支えられており、これにより歯の磨耗は歯車噛み合い幅を介して制御される歯車ポンプよりも遥かに低度となる。
【００１４】
本発明の非常に好適な実施形態において、デッドスペースから１本の（複数本でもよいが）漏れ路が延設されている。その際、この漏れ路はスライド歯車の支持軸としての制御軸に隣接させてポンプケーシングに好ましくは制御軸の軸心周りでコイル状に設けられた漏れ溝によって形成されているのが好適である。これにより、正常運転時に、封止側板とポンプケーシングとの間の隙間からデッドスペースに侵入する漏油を確実に排出することができる。
【００１５】
デッドスペース内における圧力ピークの発生を回避し、確実な圧抜きを保証するため、好適な実施形態において、デッドスペースは１本の（複数本でもよいが）圧抜き路を経て圧力開放部、好ましくは吸込領域またはポンプ周辺回路部と連通可能になるように構成され、その際、圧抜き路には圧力開放側に開放している圧抜き弁、例えば逆止弁が配置されていると好適である。この圧抜き弁はデッドスペース内の圧力上昇を阻止する役割を有している。これによってこの歯車ポンプの制御特性のミスファンションを回避することができ、これは特にコールドスタート時および封止側板の径方向密封時に重要である。
【００１６】
極めて好適な実施形態において、封止側板はその外周域に少なくとも１本の周回シール溝を有している。この周回シール溝を設けることにより半径方向逃がし溝を不要とすることができる。
【００１７】
歯車の容易なスライドは、スライド歯車および好ましくは封止側板もポンプケーシング内で回転可能に支持されるとともに、軸方向にスライド可能な制御軸に固定配置されることによって実現される。この場合、特に好適な実施形態において、制御軸は軸方向調節のため少なくとも１個のピストンを有し、このピストンは圧媒を受けている加圧チャンバに面しているように構成され、その際、圧媒はこの歯車ポンプの送出媒体とし、加圧チャンバは歯車ポンプの吐出側領域と連通されているのが好適である。また、これに代えて、加圧チャンバが外部圧力源またはオイル浄化制御回路と接続されるようにすることも可能である。これによって外部制御が可能となる。この場合、制御軸の復帰はたとえば圧縮ばねとして形成された復帰ばねによって行うことができる。また、別途実施形態において、制御軸は少なくとも１方向に電気サーボモータによってスライドされるようにすることも可能である。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１と図２と図３には本発明による歯車ポンプの第１実施例が示されおり、図１はその断面図であり、図２は静止ポジション（初期状態）における歯車ポンプの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は制御ポジション（初期状態から調節された状態）における歯車ポンプの図２に対応する断面図である。また、図４と図５は本発明による歯車ポンプの第２実施例における図２と図３に対応する図である。これらの図において、機能の同一な部品には同一の符号を付している。
【００１９】
歯車ポンプ１は互いに噛み合った２個の外歯歯車２、３を有し、これらの外歯歯車はポンプケーシング４の送出チャンバ１１内に回転可能に配置されている。２個の外歯歯車のうちのひとつは駆動歯車３として駆動軸５を介して駆動され、この駆動歯車３に噛み合っているもうひとつの外歯歯車を従動歯車２として駆動する。従動歯車２は封止側板６と共に制御軸７に担持され、この制御軸７と共に、矢印Ｐで示唆されているように、従動歯車２の軸心２’の方向、つまり軸方向にスライドするように構成されているので、この実施例では従動歯車２が軸方向に変位可能なスライド歯車として機能している。歯車ポンプ１の吸込側領域は符号８で、吐出側領域は符号９で、媒体の流れ方向は矢印Ｓでそれぞれ表されている。
【００２０】
制御軸７のスライドと、その結果としての制御軸７と共にスライドし得るスライド歯車２のスライドによって、図３から看取される隙間寸法１０を変化させることができる。隙間寸法１０はポンプケーシング４の送出チャンバ１１の平坦な第１側壁面１１ａとスライド歯車２の第１側面２ａとの間の間隔として定義されている。隙間寸法１０の調節範囲は、スライド歯車２の外径ｄに関連させていえば、０〜ｄ／５、好ましくは０〜ｄ／５０であり、図２に示した静止状態において隙間寸法１０はその構造に基づく最小の値、理想的には０をとることになる。
【００２１】
圧力ないし吐出量の制御は、隙間寸法１０と、その結果生じる隙間損失の変化とによって実現される。これにより、特に歯の間隙１４を埋めるための装填材を不要とすることができる。すでにスライド歯車２のわずかなスライドで隙間寸法１０を十分に変化させることができる。
【００２２】
スライド歯車２の軸方向の側方変位を可能にするため、第１側壁面１１ａに対向する第２側壁面１１ｂは軸心２’と同軸状の、基本的に円柱状の窪み２２を有しており、スライド歯車２の第２側面２ｂの領域におけるこの窪み２２の直径Ｄは歯車２の外径ｄよりもわずかに大きい。
【００２３】
窪み２２に配置された皿形状ないしリング状の封止側板６は、スライド歯車２と駆動歯車３を収容する送出チャンバ１１をスライド歯車２のスライドに必要な窪み２２内のデッドスペース１２から封止するために利用される。デッドスペース１２内の圧力上昇を回避するため、このデッドスペース１２は図２と図３（第２実施例では図４と図５）で点線で表されている圧抜き路２５を経て圧力解放部と結合されている。この圧力解放部としては、吸込側領域（吸込ポート）８またはポンプ周辺の回路部分、たとえばオイルパンのオイルスペースであってよい。圧抜き路２５には圧力開放部の方向に開放された圧抜き弁２６、ここでは圧力開放部の方向への流れを許す逆止弁が、配置されている。封止側板６はスライド歯車２の第１側面２ａとは反対側の第２側面２ｂ側に歯の間隙に対称的に配置された径方向逃がし溝１３を有している。
【００２４】
この場合、それぞれの径方向逃がし溝１３はスライド歯車２のそれぞれの歯の間隙１４に対応するところに配置されており、スライド歯車２の回転中、排出溝１５と連通するように構成されている。この排出溝１５は両方の歯車２と３の噛み合い領域２３における吐出側に位置するポンプケーシング４の領域に設けられている。逃がし溝１３と排出溝１５とにより、歯車ポンプ１の未制御初期状態において、特に低回転数時の圧力ピークが回避される。
【００２５】
図６に示したように、封止側板６の外周域に少なくとも１本の周回シール溝２７を設け、これがラビリンスシールとして機能し、圧力ピークを相殺する場合には、径方向逃がし溝１３をほぼ不要とすることも可能である。
【００２６】
ポンプケーシングカバー４ａはボルト１６によってポンプケーシング４に連結されている。
【００２７】
符号２９で示唆された漏れ溝は、封止側板６とポンプケーシング４との間の環状隙間を通ってデッドスペース１２に流れ込む漏油を外に排出する役目を有している。この場合、漏れ溝２９はたとえば制御軸７の外周面に隣接してコイル状に形成され、デッドスペース１２をばねチャンバ３０に接続させている。正常運転時に漏油を確実に排出し得るようにするため、制御軸７の軸受け遊びと漏れ溝２９とから成る断面積の和は封止側板６とポンプケーシング４との間の環状隙間のそれと少なくとも同じである。
【００２８】
制御軸７はポンプケーシングカバー４ａに対してシール１８で封止されたピストン１７を有している。ピストン１７は加圧チャンバ１９に接し、該加圧チャンバはねじ接続具２０によって密封されている。加圧チャンバ１９には油圧口２１が開口しており、この油圧口２１は、第１実施例では図２と図３で示すように、歯車ポンプ１の吐出側領域９と連通されているが、第２実施例では油圧口２１は、図４と図５で示すように、外部圧力源またはいわゆるオイル浄化制御回路（油圧はオイルフィルタ後方で取り出される）と連結されている。これにより制御ポジションへの制御軸７の変位は歯車ポンプ１の送出圧力によって実現される。静止ポジションへの復帰はばねチャンバ３０に配置された復帰ばね２８、たとえば圧縮ばねまたは電気サーボモータによって行われる。場合により、制御ポジションへの制御軸７の変位もポンプ圧力に代えて、同じく電気サーボモータによって行うこともできる。
【００２９】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図２および図３のＩ−Ｉ線に沿った本発明による歯車ポンプの断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明の第１実施例の歯車ポンプの静止ポジションにおける断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、制御ポジションにおける前記歯車ポンプの断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の歯車ポンプの図２および図３に相当する断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の歯車ポンプの図２および図３に相当する断面図である。
【図６】本発明の別途実施形態における封止側板の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      歯車ポンプ
２      外歯歯車（従動歯車；スライド歯車）
２ａ    第１側面
２’    軸心
３      外歯歯車（駆動歯車）
４      ポンプケーシング
５      駆動軸
６      封止側板
１１    送出チャンバ
１１ａ  第１側壁面
１０    隙間寸法
２２    窪み
【図１】
2004301125.tif 000003
【図２】
2004301125.tif 000004
【図３】
2004301125.tif 000005
【図４】
2004301125.tif 000006
【図５】
2004301125.tif 000007
【図６】
2004301125.tif 000008