JP2003227474A - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歯数差が１枚のインナーロータとアウターロ
ータを採用した内接歯車ポンプについて、キャビテーシ
ョンの抑制、圧力脈動の低減、容積効率の向上を図る。 【解決手段】 インナーロータ１とアウターロータ２の
歯面間に形成される閉じ込み空間Ａが設計上最大面積と
なる位置での吸入ポート側ロータ噛み合い点５よりもロ
ータの回転方向前方に吸入ポート３の終端３ａを延伸配
置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、歯数差が１枚の
インナーロータ（外歯歯車）とアウターロータ（内歯歯
車）を組合わせた内接歯車ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】歯数がｎ枚（ｎ≧３）のインナーロータ
と、歯数がｎ＋１枚のアウターロータを偏心させてケー
シングに収納し、両ロータの各歯の歯面間に形成される
閉じ込み空間（ポンピングチャンバ）のロータ回転に伴
う容積変化を利用して液体の吸入、吐出を行う内接歯車
ポンプは、基本設計では、図２に示すように、インナー
ロータ１とアウターロータ２間の閉じ込み空間Ａの面積
が最大となる位置でその閉じ込み空間Ａがケーシングに
設けられた吸入ポート３と吐出ポート４から切り離され
るように、吸入ポートの終端３ａと吐出ポートの始端４
ａが左右対称位置に設定される。

【０００３】なお、吸入ポート３と吐出ポート４は、ケ
ーシングのロータ端面と対向する面に設けられている。
図中５、６は、面積最大となる閉じ込み空間を仕切る吸
入ポート側ロータ噛み合い点と吐出ポート側ロータ噛み
合い点を示す。７はインナーロータを回転させる駆動シ
ャフトであり、アウターロータ２は従動回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】内接歯車ポンプでは、
ロータ回転に支障をきたさないように、インナーロータ
とアウターロータの歯面間、ケーシング内径とアウター
ロータの外径間及びインナーロータの軸穴と駆動シャフ
ト間にそれぞれ所定のクリアランス（隙間）が設けられ
る。

【０００５】そのため、吐出圧が作用すると閉じ込み空
間Ａを広げながらインナーロータ１とアウターロータ２
がクリアランスの範囲内で相反する方向に動き、両ロー
タの中心を通る軸が、図２（ｂ）に示す設計上の基準軸
Ｃの位置からＣ’の位置までロータの回転方向に（ａ°
−Ｘ°）ずれる。図のａ°は、インナーロータ１とアウ
ターロータ２の設計上の中心を通る基準軸Ｃから設計上
の吸入ポート側ロータ噛み合い点５までのインナーロー
タ中心Ｏを支点にした振角、Ｘ°は基準軸Ｃからロータ
中心変位後の吸入ポート側ロータ噛み合い点５’（線
Ｂ）までのインナーロータ中心Ｏを支点にした振角であ
る。

【０００６】吸入ポート終端を設計上のロータ噛み合い
点５の位置に配置すると、閉じ込み空間Ａは実際の噛み
合い点が設計上の噛み合い点５の位置から５’の位置に
移る間は吸入ポートから切り離されているのにまだ膨張
工程にあり、その空間Ａ内が吸入ポートの圧力よりも更
に負圧状態になる。

【０００７】にも拘らず、吸入ポートから切り離された
閉じ込み空間Ａは液体を吸入することができないためキ
ャビテーションを誘発し、吸入効率悪化の問題も起こ
る。

【０００８】ロータの回転が高速化するにつれて閉じ込
み空間の膨張、圧縮速度が速くなるため、キャビテーシ
ョンの発生と容積効率の悪化はより顕著になり、その結
果、ロータ、ケーシングの侵食や吐出量不足を引き起こ
す。

【０００９】さらに、キャビテーションの誘発により圧
力脈動も増大し、ポンプの振動、騒音も激しくなってポ
ンプ性能が著しく低下する。

【００１０】この発明の目的は、クリアランスによるロ
ータ中心の変位に起因したキャビテーション、圧力脈動
の増大、容積効率低下を抑えてポンプ性能を高めること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、吸入ポートの終端を、ロータ
歯面間の閉じ込み空間Ａが設計上最大面積Ｓｏとなる位
置での吸入ポート側ロータ噛み合い点よりもロータの回
転方向前方に延長して配置する。

【００１２】こうすると、閉じ込み空間Ａが図２に示す
設計上のロータ噛み合い点５を通り越した後にも吸入ポ
ートから空間Ａに液体が流入する。

【００１３】これにより、ロータ中心の変位による閉じ
込み空間の負圧状態が矯正され、キャビテーションが発
生するときのポンプ回転数を高めることができる。ま
た、閉じ込み空間の液体吸入量が増加し、ポンプの容積
効率も改善される。

【００１４】なお、ポンプの容積効率を重視する場合に
は、図２において基準軸Ｃと線Ｂのなす角Ｘ°がａ°−
１６°≦Ｘ°≦ａ°−４°となる位置（その式を満足さ
せる線Ｂ上）に吸入ポート終端を配置すると好ましい。
通常のポンプの場合、クリアランスによる基準軸Ｃから
の軸Ｃ’の振れ（ロータ中心の変位による振れ）角は、
（ａ°−４°）〜（ａ°−１６°）の範囲にほぼ納ま
る。

【００１５】ポンプの容積効率の面からは、閉じ込み空
間の面積Ｓが、最大面積Ｓｏの９８．２０％〜９９．９
２％となる位置で閉じ込み空間が吸入ポートから切り離
されるところに吸入ポート終端を配置するのも好まし
い。

【００１６】また、キャビテーション発生時のポンプ回
転数の改善を重視する場合には、Ｘ°≦ａ°−１０°と
なる位置に吸入ポート終端を配置すると好ましい。この
条件を成立させると、閉じ込み空間内の圧力状態を確実
に正圧にできるのに加え、液体中に混入した空気を意図
的に潰す作用も働き、キャビテーション発生時のポンプ
回転数をより高めることが可能になる。但し、この場合
には液体の最大吸入量が減少するので、ポンプの容積効
率は下がる。

【００１７】容積効率とキャビテーション発生時のポン
プ回転数の改善を両立させる場合には、ａ°−１６°≦
Ｘ°≦ａ°−１０°となる位置に吸入ポート終端を配置
するのがよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の内接歯車ポン
プの実施形態を示す。図１は、インナーロータ１とアウ
ターロータ２をそれぞれ設計上の中心に置いた状態にし
て画いてある。図に示すように、設計上閉じ込み空間Ａ
の面積が最大となる位置での吸入ポート側ロータ噛み合
い点５よりもロータの回転方向前方に吸入ポート３の終
端３ａを配置しており、従って、設計上のインナーロー
タ中心Ｏとアウターロータ中心を通る基準軸Ｃから設計
上の吸入ポート側ロータ噛み合い点５までの振角（イン
ナーロータ中心Ｏを支点にした振角）をａ°、吸入ポー
ト終端３ａが置かれる位置までの振角（線Ｂの振角）を
Ｘ°とすると、Ｘ°＜ａ°の条件が成立する。

【００１９】この吸入ポート終端３ａの延長に伴い、閉
じ込み空間Ａが吸入ポート３から切り離される位置で閉
じ込み空間Ａが吐出ポート４からも切り離されるよう
に、吐出ポート４の始端４ａの位置も、通常設定される
位置からロータの回転方向前方に移している。

【００２０】なお、吸入ポート終端３ａのロータ径方向
中央部は、図のようにロータ回転方向後方に突出させ、
吸入ポート側のロータ噛み合い点５が突出部の先端に到
達した位置で閉じ込み空間Ａが吸入ポート３から切り離
されるようにしている。図１の８はケーシングに設けた
深さの浅い溝である。

【００２１】以下に、この発明の効果の確認試験につい
て述べる。

【００２２】内接歯車ポンプの液体吐き出し量、吐き出
し効率を評価した。その結果を表１及び図３、図４に示
す。

【００２３】ポンプに採用したロータの諸元は、インナ
ーロータ歯数９枚、アウターロータ歯数１０枚、アウタ
ーロータ外径８５ｍｍ、ロータ厚み１０ｍｍ、ロータ中
心の偏心量３．５４ｍｍである。

【００２４】また、インナー、アウターロータ両間の閉
じ込み空間の面積が最大となる位置での設計上の基準軸
（図１のＣ）から設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い
点までの振角ａ°＝１８°である。

【００２５】表１と図３、図４は、基準軸Ｃから吸入ポ
ート終端の設置点（線Ｂ）までの振角Ｘ°をパラメータ
として評価を行った結果を表わしている。

【００２６】

【表１】

【００２７】図４から判るように、ポンプ回転数１００
０ｒｐｍでの容積効率は、Ｘ＝９°近傍で最も高くなっ
ている。Ｘ＝１３°でもポンプ回転数４０００ｒｐｍ程
度まではＸ＝０°のときよりも容積効率がよい（図３参
照）。

【００２８】また、表１及び図４から判るように、キャ
ビテーション発生時のポンプ回転数はＸ°が小さくなる
に従って高まっている。

【００２９】この結果に、Ｘ°＜ａ°となる位置に吸入
ポートの終端を配置する場合の効果がよく現れている。

【００３０】なお、説明の繰り返しになるが、ポンプの
容積効率を重視する場合には、ａ°−１６°≦Ｘ°≦ａ
°−４°、キャビテーション発生時のポンプ回転数の改
善を重視する場合にはＸ°≦ａ°−１０°、容積効率と
キャビテーション発生時のポンプ回転数の改善を両立さ
せる場合にはａ°−１６°≦Ｘ°≦ａ°−１０°の条件
が成立する位置に吸入ポート終端を配置するのがよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明では、ロー
タ歯面間の閉じ込み空間が設計上最大面積となる位置で
の設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点よりもロータ
回転方向前方に吸入ポート終端を配置したので、クリア
ランスによるロータ中心の変位に起因したキャビテーシ
ョンが抑制され、キャビテーション発生時のポンプ回転
数を上げることができる。

【００３２】また、キャビテーションの抑制により圧力
脈動も小さくなる。さらに、閉じ込み空間の液体吸入量
が増大して容積効率も高まり、ポンプの高性能化につな
がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）この発明のポンプの実施形態を示す一部
省略図 （ｂ）吸入ポートと吐出ポートの形状を示す図

【図２】（ａ）従来の内接歯車ポンプの一部省略図 （ｂ）ロータ中心の変位によって起こる中心線の振れの
説明図

【図３】吸入ポートの終端位置とポンプの容積効率とポ
ンプ回転数の関係を示す図

【図４】吸入ポートの終端位置とキャビテーション発生
時のポンプ回転数と容積効率の関係を示す図

【符号の説明】

１ インナーロータ ２ アウターロータ ３ 吸入ポート ３ａ 吸入ポート終端 ４ 吐出ポート ４ａ 吐出ポート始端 ５ 設計上閉じ込み空間が最大面積となる位置での吸入
ポート側ロータ噛み合い点 ５’ ロータ中心変位後の吸入ポート側ロータ噛み合い
点 ６ 設計上の吐出ポート側ロータ噛み合い点 ７ 駆動シャフト Ａ 閉じ込み空間 Ｂ 基準軸に対してＸ°振れた軸 Ｃ 基準軸 Ｏ インナーロータ中心 ａ 基準軸から設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点
までの振角 Ｘ 基準軸から吸入ポート終端までの振角 Ｓ 閉じ込み空間Ａの面積 Ｓｏ 閉じ込み空間Ａの設計上の最大面積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 直樹 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3H041 AA00 BB04 CC11 CC12 DD12 DD17 DD20 DD36 3H044 AA00 BB03 CC11 CC16 DD10 DD12 DD15 DD26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動回転させる歯数がｎ枚のインナーロ
   ータと、従動回転する歯車がｎ＋１枚のアウターロータ
   を、吸入ポートと吐出ポートを有するケーシングに偏心
   配置にして収納し、インナー、アウター両ロータ間の各
   歯の歯面間に形成される閉じ込み空間Ａのロータ回転に
   伴う容積変化で液体を吸入、吐出する内接歯車ポンプに
   おいて、吸入ポートの終端を、前記閉じ込み空間Ａが設
   計上最大面積Ｓｏとなる位置での吸入ポート側ロータ噛
   み合い点よりもロータの回転方向前方に延長して配置し
   たことを特徴とする内接歯車ポンプ。
2. 【請求項２】 設計上のアウターロータ中心と設計上の
   インナーロータ中心を通る基準軸から前記吸入ポート側
   ロータ噛み合い点までのインナーロータ中心を支点にし
   た振角をａ°、吸入ポート終端までの振角をＸ°とし
   て、ａ°−１６°≦Ｘ°≦ａ°−４°となる位置に吸入
   ポート終端を配置した請求項１記載の内接歯車ポンプ。
3. 【請求項３】 閉じ込み空間Ａの面積Ｓが、最大面積Ｓ
   ｏの９８．２０％〜９９．９２％となる位置でその閉じ
   込み空間Ａが吸入ポートから切り離されるところに吸入
   ポート終端を配置した請求項１記載の内接歯車ポンプ。
4. 【請求項４】 振角ａ°、Ｘ°について、Ｘ°≦ａ°−
   １０°となる位置に吸入ポート終端を配置した請求項１
   記載の内接歯車ポンプ。
5. 【請求項５】 振角ａ°、Ｘ°について、ａ°−１６°
   ≦ａ°−１０°となる位置に吸入ポート終端を配置した
   請求項１記載の内接歯車ポンプ。