JP2005248944A

JP2005248944A - 内接歯車式ポンプ

Info

Publication number: JP2005248944A
Application number: JP2004355679A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ogata; 大介緒方; Naoki Inui; 直樹乾; Shinya Arinaga; 真也有永; Akimitsu Sasaki; 陽充佐々木
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP4537837B2

Abstract

【課題】ポンプロータとポンプケースとの間の摺動クリアランス部からの液体の漏れを簡
単な方法で減少させてポンプの容積効率を高め、吐出量を増加させた液体汲み上げ用の内
接歯車式ポンプを提供することを課題としている。
【解決手段】アウターロータ２の側面に、迎え角θ１が負となる方向に傾いて内端８ａが
外端８ｂよりもロータ回転方向後方側、かつ、ロータの内径側に位置する凹部８を備えさ
せる。インナーロータ１の側面に凹部８とは反対向きに傾く凹部を設けてもよい。
【選択図】図４

Description

この発明は、簡単な方法で容積効率を高めて吐出量を増加させた液体汲み上げ用の内接
歯車式ポンプに関する。

インナーロータとこのインナーロータ対して偏心したアウターロータとを組み合わせて
構成される内接歯車式ポンプは、インナーロータ、アウターロータの各側面とこれらのロ
ータを収納するポンプケースとの間に摺動クリアランスを確保する必要があり、汲み上げ
る液体の摺動クリアランスからの漏れが避けられない。その漏れは、ポンプの容積効率を
悪化させ、吐出量の低下を招く。

そこで、その漏れを低減するために、摺動クリアランスを極力小さくするなどの対策が
講じられているが、これには限界がある。

また、内燃機関のバンケル式ポンプなどに用いられている固体のシールリングをロータ
の側面に取り付け、そのシールリングをポンプケースに接触させるといった方法で摺動ク
リアランスを小さくすると、内接歯車式ポンプの構造の複雑化、量産性の悪化などの問題
が生じる。

なお、下記特許文献１には、アウターロータの摺動面に複数の切欠部を設けることが記
載されているが、その切欠部は、摺動面の面積減少によるポンプの駆動トルク低減を目的
としたものであって、ポンプの容積効率を高める効果はない。
特開昭６３−１９５３９０号公報

この発明は、シールリングなどの別部品を使用せずに液体の漏れを減少させてポンプの
容積効率を高められるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ロータの側面に凹部を設け、その凹
部にポンプケースとの摺動クリアランスに流出した液体を流入させてその液体に戻り方向
の流れを生じさせるようにした。

側面に凹部を設けるロータがアウターロータの場合にこの発明の効果が特に顕著であるが、インナーロータの側面に凹部を設けても効果がある。その凹部は、勿論、アウター、インナーの双方のロータの側面に設けることができる。

アウターロータの側面に設ける凹部は、迎え角が負となる方向に傾いており、内端が外
端よりもロータの回転方向後方側、かつ、ロータの内径側に位置するものにする。このア
ウターロータの側面の凹部は、外端をアウターロータの歯底円よりもロータの外径側に、
また、内端をアウターロータの歯底円よりもロータの内径側に配置するのが好ましい。

また、この凹部は、ロータ回転方向後方側の側縁の落ち込み角α２をロータ回転方向前方側の側縁の落ち込み角α１よりも大きくしたもの、この凹部のロータ回転方向後方側の端縁の落ち込み角α３をロータ回転方向前方側の端縁の落ち込み角α４よりも小さくしたものが好ましい。

インナーロータの側面に設ける凹部を、ここでは第２の凹部と言う。この第２の凹部は、迎え角が正となる方向に傾いており、内端が外端よりもロータの回転方向前方側、かつ、ロータの内径側に位置するものにする。この第２の凹部は、外端と内端をインナーロータの歯底円よりもロータの外径側に配置するのが好ましい。

また、この第２の凹部は、ロータ回転方向後方側の側縁の落ち込み角α２_ｉを、ロータ回転方向前方側の側縁の落ち込み角α１_ｉよりも大きくしたもの、この凹部のロータ回転方向後方側の端縁の落ち込み角α３_ｉを、ロータ回転方向前方側の端縁の落ち込み角α４_ｉよりも小さくしたものが好ましい。

なお、ここで言う迎え角は、凹部のロータ回転方向前方側がロータ回転方向後方側よりもロータ外径側に位置する方向の傾きを負、それとは反対向きの傾きを正とする。

この発明においては、アウターロータの側面に設ける前述の凹部に代えて、又は凹部に
加えて更にアウターロータの側面と摺接するポンプケースの内面に、溝の内端は外端より
もロータの内径側に位置し、内端から外端に向かってロータ回転方向後方側に変位する溝
を、その溝の内端をポンプケースに設けられた吐出口に開放させて設けた内接歯車式ポン
プも併せて提供する。

ロータが回転することにより、ポンプケースとの間の摺動クリアランスに流出してロータ側面の凹部に流入した液体にロータ回転方向後方側へ向かおうとする流れが生じる。

その流れは、アウターロータ側面の凹部については迎え角が負となる方向に、インナーロータ側面の凹部については迎え角が正となる方向にそれらの凹部を傾けているので、アウターロータ側面の凹部、インナーロータ側面の凹部のどちらもポンプ室に向かう方向となる。これにより、摺動クリアランスに流出した液体が強制的にポンプ室に戻され、液漏れ量が減少する。従って、漏れた液体の戻し効果が得られない従来のポンプに比べてポンプの容積効率が向上し、吐出量が増加する。

なお、アウターロータに設ける凹部の内端をアウターロータの歯底円よりもロータの内
径側に配置したものは、ポンプ室が通過する位置に凹部からの液体が流出するので、液体の戻しがより効率的に、スムーズになされる。

また、凹部のロータ回転方向後方側の側縁の落ち込み角（アウターロータのそれはα２、インナーロータのそれはα２_ｉ）をロータ回転方向前方側の側縁の落ち込み角（アウターロータのそれはα１、インナーロータのそれはα１_ｉ）よりも大きくしたもの、及び凹部のロータ回転方向後方側の端縁の落ち込み角（アウターロータのそれは内端の落ち込み角α３、インナーロータのそれは外端の落ち込み角α３_ｉ）をロータ回転方向前方側の端縁の落ち込み角（アウターロータのそれは外端の落ち込み角α４、インナーロータのそれは内端の落ち込み角α４_ｉ）よりも小さくしたものは、凹部に流入した液体が落ち込み角の大きい側縁に沿って流れ、落ち込み角の小さい側縁や端縁からスムーズに摺動クリアランス部に抜け出るので、液体の戻しが効果的になされて液漏れ低減の効果がさらに高まる。

アウターロータの側面と摺接するポンプケースの内面に、内端がポンプケースの吐出口
に開放する溝を設けた内接歯車式ポンプも、ポンプケース内面の溝に流入した液体が回転
するロータに引きずられてポンプ室側に戻ろうとするので、液体の漏れが抑制される。

なお、ポンプケースの内面に設ける溝は、落ち込み角α１とα２を、α２≦α１に設定するとよい。

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図１４に基づいて説明する。内接歯車式ポンプは、図１及び図２に示すように、インナーロータ１とアウターロータ２を組み合わせたポンプロータと、このポンプロータを収納するポンプケース３とで構成される。

ポンプケース３は、本体部３ａとフロントハウジング３ｂとから成り、この両者の内面
とインナー、アウターの各ロータ１、２の両側面との間及び本体部３ａの内周面とアウタ
ーロータ２の外周との間にそれぞれ摺動クリアランスが設けられる。

この内接歯車式ポンプは、駆動軸４に入力を加えてインナーロータ１を回転させると、
アウターロータ２が従動回転してインナーロータ１とアウターロータ２間に形成されるポ
ンプ室５の容積が変化し、その容積変化を利用して液体を汲み上げる。

図２の吸入ポート６からポンプ室５に吸入された液体は吐出ポート７から吐出される。
このとき、一部の液体はインナーロータ１及びアウターロータ２の側面とポンプケース３
の内面との間の摺動クリアランスを通って低圧の吸入ポート６側に漏れ出す。

その漏れを抑えるために、例示の内接歯車式ポンプは、図３、図４に示すように、アウ
ターロータ２の両側面に複数の凹部８を設けている。インナーロータ１の両側面には凹部８に相当する凹部は設けていない。

この凹部８の設置効果を十分に引き出すために、ここでは、凹部８をアウターロータ２の歯数と同数にしているが、凹部８の数は特に限定されない。

アウターロータ２に設ける凹部８は、迎え角θ１が負となる方向、即ち、アウターロー
タ２の歯の中心線Ｃｏに対して中心がθ１の傾きをもつ細長い凹部にしている。

この凹部８は、一部又は全体が湾曲していてもよいし、くの字形でもよい。また、この凹部８は平底の凹部であってもよい。

凹部８は、内端８ａが外端８ｂよりもロータの回転方向後方、かつ、ロータの内径側に
位置したものになる。

この凹部８を設けた内接歯車式ポンプは、ポンプケース３とポンプロータ間の摺動クリアランスに漏れ出た液体が凹部８に流入する。そして、ポンプロータが回転することにより各凹部８内で流れを生じる。凹部８は、迎え角θ１が負となる方向に傾いているので、凹部８内の液体はポンプ室５に戻る方向に向かい、従って、液体の漏れ量は凹部なしの場合に比べて減少し、ポンプの容積効率が高まる。

凹部８は、外端８ｂをアウターロータ２の歯底円Ｒ２よりもロータの外径側（図４にお
いてＲ１＞Ｒ２の条件を満たす位置）に配置すると、アウターロータ２とポンプケースと
の間の摺動クリアランスに漏れ出た液体の凹部８への取り込み範囲を広げることができる
。さらに、インナーロータ１の側面とポンプケースとの間のすきまをアウターロータの側面とポンプケースとの間のすきまより小さくすると、液体の漏れが多くなることを防止できる。

また、凹部８の内端８ａの位置は、アウターロータ２の歯底円Ｒ２よりもロータの内径
側（Ｒ２＞Ｒ３の条件を満たす位置）に設定するのが好ましく、こうすると、ポンプ室５
が通過する領域に凹部８から液体を流れ出させることができ、凹部８からの液体がポンプ
室５に戻り易くなる。

また、各凹部８のロータ回転方向前方の側縁の落ち込み角α１とロータ回転方向後方の
側縁の落ち込み角α２は、図５に示すように、α１＜α２の関係が成立するように設定するのがよい。

これに加えて、図６に示すように凹部８の外端８ｂの落ち込み角α４を内端８ａの落ち
込み角α３よりも大きくするとなおよい。

このような構造になっていると、各凹部８に流入した液体が漏れ出す側には流れ出難く
、戻り方向には流れ出易くなるので、漏れ抑制の効果がより良くなる。落ち込み角α１と
α３は例えば３０°、落ち込み角α２とα４は例えば６０°とすることが考えられるが、
これに限定されるものではない。凹部８を機械加工して設ける場合には落ち込み角α２と
α４を９０°にすることもできる。

図８に示すように、アウターロータの側面に凹部を設けたポンプと凹部を設けていない
ポンプを比較すると、アウターロータの側面に凹部を設けたポンプの方が容積効率が高く
なっている。なお、この比較試験では、インナーロータは側面に凹部を設けず、通常のままとした。

この図８からわかるように、３０００ｒｐｍ以下の低回転域で容積効率の改善効果が大きい。

また、図７に示すように、アウターロータ２の側面が摺接するポンプケース３の内面（図は本体部３ａの内面）に、内端が吐出ポート７に開放する溝９を設ける構造でも摺動クリアランスからの液漏れを抑制することができる。

溝９は、内端９ｂが外端９ａよりもロータ内径側に位置し、かつ内端９ｂが外端９ａよりもロータ回転方向前方にある向きに傾ける。この溝９に流入した液体は回転するアウターロータに引きずられて吐出ポート７に戻され、これにより摺動クリアランスを通っての液漏れが少なくなる。

吸入ポート６と吐出ポート７は、図１に示した本体部３ａとフロントハウジング３ｂの
双方に設けることがあり、この場合には、溝９を本体部３ａの内面とフロントハウジング
３ｂの内面にそれぞれ設ける。なお、前記凹部８と溝９は、併用することができる。

図９〜図１３に示すように、インナーロータ１の側面に凹部（第２の凹部）１８を設ける構造でも液体の漏れ抑制の効果が得られる。インナーロータ１に設けるその凹部１８は、上述したアウターロータ２の側面の凹部８とは反対方向、すなわち、迎え角θ２が正となる方向に傾けて内端１８ａを外端１８ｂよりもロータの回転方向前方、かつ、ロータの内径側に位置させる。
この凹部１８は、一部又は全体が湾曲していてもよいし、くの字形でもよい。また、この凹部１８は平底の凹部であってもよい。

この凹部１８の内端１８ａをインナーロータ１の歯底円Ｒ５よりもロータの外径側（図９においてＲ４＞Ｒ５の条件を満たす位置）に配置すると、インナーロータ１の内径と内端１８ａとの間の距離が小さくなって液体の漏れが多くなることを防止できる。さらに、インナーロータ１の側面とポンプケースとの間のすきまを、アウターロータの側面とポンプケースとの間のすきまよりも小さくすると、液体の漏れが多くなることを防止できる。

凹部１８の外端１８ｂの位置は、インナーロータ１の歯底円Ｒ５よりもロータの外径側
（Ｒ６＞Ｒ５の条件を満たす位置）に設定すると、凹部１８からの液体が、ポンプ室５が通過する領域に案内されてポンプ室５に戻り易くなる。

このほか、凹部１８のロータ回転方向前方の側縁の落ち込み角α１_ｉとロータ回転方向後方の側縁の落ち込み角α２_ｉの関係や、凹部１８の内端１８ａの落ち込み角α４_ｉと外端１８ｂの落ち込み角α３_ｉの関係については、凹部８における設定と同じ理由により、α１ｉ＜α２ｉ及びα４ｉ＞α３ｉの関係が成立するように設定すると好ましい。

図１４は、インナーロータの側面に凹部を設けたポンプと凹部を設けていないポンプの容積効率を比較したものである。インナーロータ側面に凹部を設けたポンプは、回転数が２０００ｒｐｍ以下の領域でノーマル（凹部なし）タイプのポンプに比べて容積効率が高くなっている。なお、この比較試験は、側面に凹部のないアウターロータと組み合わせて行った。

側面に凹部８を設けたアウターロータ２と、側面に凹部１８を設けたインナーロータ１を組み合わせて使用してもよく、回転数が２０００ｒｐｍ以下の領域でポンプを使用する場合には、組み合わせの効果が期待できる。これに加えてさらにポンプケースに図７で説明した溝を設ける構造も採用できる。

この発明を適用する内接歯車式ポンプの概要を示す断面図図１のポンプを、フロントハウジングを外した状態にして示す正面図この発明の内接歯車式ポンプに採用したポンプロータの一例を示す側面図図３のポンプロータの要部を拡大して示す面図４のＶ−Ｖ線に沿った拡大断面図図４のVI−VI線に沿った拡大断面図ポンプケースに溝を付けた例を示す図発明の効果の確認試験結果を示す図インナーロータの側面に凹部を設けた例を示す側面図図９のインナーロータの右側面図図９のイ部の凹部の拡大図図１１のＸ−Ｘ線に沿った断面図図１１のＹ−Ｙ線に沿った断面図発明の効果の確認試験結果を示す図

符号の説明

１インナーロータ
２アウターロータ
３ポンプケース
３ａ本体部
３ｂフロントハウジング
４駆動軸
５ポンプ室
６吸入ポート
７吐出ポート
８、１８凹部
８ａ、１８ａ内端
８ｂ、１８ｂ外端
９溝
９ａ外端
９ｂ内端
θ１、θ２迎え角
Ｒ２、Ｒ５歯底円
α１〜α４、α１_ｉ〜α４_ｉ凹部の落ち込み角

Claims

アウターロータの側面に、迎え角が負となる方向に傾いており、内端が外端よりもロー
タ回転方向後方側、かつ、ロータの内径側に位置している凹部を備えた内接歯車式ポンプ
。
前記凹部の内端をアウターロータの歯底円よりもロータの内径側に配置した請求項１に
記載の内接歯車式ポンプ。
前記凹部のロータ回転方向後方側の側縁の落ち込み角α２を、ロータ回転方向前方側の側縁の落ち込み角α１よりも大きくした請求項１又は２に記載の内接歯車式ポンプ。
前記凹部のロータ回転方向後方側の端縁の落ち込み角α３を、ロータ回転方向前方側の端縁の落ち込み角α４よりも小さくした請求項１乃至３のいずれかに記載の内接歯車式ポンプ。
アウターロータの側面と摺接するポンプケースの内面に、溝の内端は外端よりもロータ
内径側に位置し、内端から外端に向かってロータ回転方向後方側に変位する溝を、その溝
の内端をポンプケースに設けられた吐出口に開放させて設けた内接歯車式ポンプ。
インナーロータの側面に、迎え角が正となる方向に傾いており、内端が外端よりもロータ回転方向前方側、かつ、ロータの内径側に位置している第２の凹部を備える内接歯車式ポンプ。
前記第２の凹部の外端と内端をインナーロータの歯底円よりもロータの外径側に配置した請求項６に記載の内接歯車式ポンプ。
前記第２の凹部のロータ回転方向後方側の側縁の落ち込み角α２_ｉを、ロータ回転方向前方側の側縁の落ち込み角α１_ｉよりも大きくした請求項６又は７に記載の内接歯車式ポンプ。
前記第２の凹部のロータ回転方向後方側の端縁の落ち込み角α３_ｉを、ロータ転方向前方側の端縁の落ち込み角α４_ｉよりも小さくした請求項６乃至８のいずれかに記載の内接歯車式ポンプ。
アウターロータの側面に、迎え角が負となる方向に傾いており、内端が外端よりもロー
タ回転方向後方側、かつ、ロータの内径側に位置している凹部を備え、さらに、インナーロータの側面に、迎え角が正となる方向に傾いており、内端が外端よりもロータ回転方向前方側、かつ、ロータの内径側に位置している第２の凹部を備える内接歯車式ポンプ。