JP2006125391A - 内接ギヤ型ポンプのロータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、歯間空間の中央部付近で発生するキャビテーションの発生を防止すること。
【解決手段】 円筒状空間であるロータ室１５を形成するボデー１０とカバー２０とから構成されるハウジングと、ロータ室１５内に回転自在に配設された内歯４１を有するドリブンロータ４０と、内歯４１と係合する外歯５１を有しドリブンロータ４０内に回転自在に配設されると共にドリブンロータ４０と係合する外歯５１の間で拡大および縮小を繰り返し流体を吸込・吐出する複数の歯間空間Ｒを形成するドライブロータ５０と、ロータ室１５に連通する吸込ポート１２および吐出ポート１３とを備えたポンプ１００において、ドライブロータ５０の側面には、吸込ポート１２に連通可能であると共に、歯間空間Ｒに連通可能であって、外歯５１間の歯底部５１Ｂに径方向に延びる溝５５が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内接ギヤ型ポンプのロータ構造に関し、特に、キャビテーションを防止する内接ギヤ型ポンプのロータ構造に関するものである。

一般に、自動車用オイルポンプなどに広く使われている内接ギヤ型オイルポンプは、高回転で使用されて流体の吸込流速が増大した場合、流体の粘性抵抗によって吸込が追いつかなくなり、吸込経路内（吸込ポート、及びロータ歯間空間において、キャビテーションを誘発する。キャビテーションの発生は、ポンプ容積効率の低下、異音の発生及びエロージョンによるポンプ内部の侵食などの様々な弊害を引き起こす。

この問題に対して、吸入ポートと吐出ポートの間を閉め切る閉切部を、入口面積最大の歯間空間よりも１つ回転方向前方にある歯間空間の位置に設けるなどのように、ポート形状の工夫によって対策したものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような構造は、吸込ポート内で発生するキャビテーションに対してのみ有効であり、ロータ歯間空間で発生するキャビテーションに対しては効果がない。

一方、ドライブロータ側面に歯間空間に連通する溝あるいは面取りなどを設けて、隣接する歯間空間を連通させて急激な圧力変動を緩和し、キャビテーションを防止するものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、この内接ギヤ型ポンプのロータ構造は、発生するキャビテーション量をある程度期待できるものの、根本的なキャビテーション発生要因である吸入流速過大に対しては効果がない。このため、大きな効果は、得られない。

また、ドライブロータ又はドリブンロータの側面に回転方向に開口する溝を設けたものがある（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、このロータ構造は、ロータ室の側壁とドライブロータ又はドリブンロータの側面との間隙に流体を導入することで、ロータとロータ室の間の接触抵抗を低減することを狙ったものであり、ロータ歯間空間でのキャビテーション発生防止に対しては、有効な効果が得られない。
特開昭６４−８３８７４号公報 特開平９−２９６７１６号公報 特開平６−１１７３７９号公報

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、ロータ歯間空間で発生するキャビテーションの発生を防止することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、円筒状空間を形成するハウジングと、前記円筒状空間内に回転自在に配設された内歯を有するドリブンロータと、前記内歯と係合する外歯を有し前記ドリブンロータ内に回転自在に配設されると共に前記ドリブンロータと係合する歯間において拡大および縮小を繰り返し流体を吸込・吐出する複数の歯間空間を形成するドライブロータと、前記円筒状空間に連通する吸込ポートおよび吐出ポートとを備えた内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、前記ドライブロータの側面には、前記吸込ポートに連通可能であると共に、前記歯間空間に連通可能であって、前記外歯間の歯底部に径方向に延びる溝が形成されていることである。

上記の課題を解決するために請求項２の発明において講じた技術的手段は、前記ハウジングの前記吸込ポートの輪郭形状の少なくとも一部が、前記溝の内周端と略同一径であることである。

上記の課題を解決するために請求項３の発明において講じた技術的手段は、前記溝は前記ドライブロータの軸線を含む断面において、径外方に向かって傾斜する形状に形成されていることである。

上記の課題を解決するために請求項４の発明において講じた技術的手段は、前記溝は前記ドライブロータの軸線を含む断面においてＬ型であることである。

請求項１の発明によれば、ドライブロータの側面には、吸込ポートに連通可能であると共に、歯間空間に連通可能であって、外歯間の歯底部に径方向に延びる溝が形成されていることにより、歯間空間のロータ側面方向への開口面積を拡大することができ、その結果、歯間空間への流体の吸入流速を低減できる。また、溝を通して歯間空間に流入する流体を遠心力で付勢し、歯間空間の中で最も負圧が発生し易い空間の略中央（歯底部付近）に流体を直接流入させることができる。

請求項２の発明によれば、ハウジングの吸込ポートの輪郭形状の少なくとも一部が、溝の内周端と略同一径であることにより、吸込ポートから溝を通して歯間空間に流入する流体の流量を多くすることができる。

請求項３の発明によれば、溝はドライブロータの軸線を含む断面において、径外方に向かって傾斜する形状に形成されていることにより、流体は円滑に歯間空間へ流入することができる。

請求項４の発明によれば、溝はドライブロータの軸線を含む断面においてＬ型であることにより、ドライブロータで一般的に採用される製造工法である金属焼結時に溝部の成形が容易となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、ポンプ（内接ギヤ型ポンプ）１００の裏面図である。ポンプ１００は、主に、ボデー１０、図示しないカバー、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０及びドライブロータ５０の中心に嵌合し、ドライブロータ５０を駆動するシャフト１１０から構成されている。ボデー１０、カバー２０とによってハウジングを構成し、ハウジングには、円筒状空間であるロータ室１５が形成されている。ロータ室１５には、シャフト１１０が挿入されるドライブロータ５０と、ドライブロータ５０に対し所定量偏心して係合するドリブンロータ４０が収容されている。ドライブロータ５０及びドリブンロータ４０は、それぞれの外歯５１及び内歯４１が噛合して係合している。

シャフト１１０の回転駆動力によって、ドライブロータ５０が回転される。ドリブンロータ４０は、ドリブンロータ４０との係合により回転される。ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転により、流体を吸込ポート１２を介して吸込通路１２ａから吸込み、吐出ポート１３を介して吐出通路１３ａへ吐出する。

図２は、内歯４１を有するドリブンロータ４０と、内歯４１と係合する外歯５１を有するドライブロータ５０の係合状態を示す斜視図である。図３は、ドリブンロータ４０の隣接する内歯４１が、それぞれドライブロータ５０に接触して形成される歯間空間Ｒの１つを示す拡大図である。

歯間空間Ｒは、図１及び図２に示すように、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴って、吸込ポート１２を回転方向に移動する時、歯間空間Ｒの容積は徐々に拡大し、吸込ポート１２と吐出ポート１３との間に設けられた閉切位置Ｄで最大容積となる。次に、閉切位置Ｄから、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴って、吐出ポート１３に沿って回転方向に移動する時、歯間空間Ｒの容積は徐々に縮小する。このように、ポンプ１００は、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴い、歯間空間Ｒは、その容積を拡大・縮小し、吸込ポート１２及び吐出ポート１３を介して流体の吸込と吐出を行う。

図２乃至図７に示すように、ドライブロータ５０は、その側面に、隣接する外歯５１間に溝５５が形成されたロータ構造となっている。溝５５は、隣接する外歯５１間の歯底部５１Ｂに開口し連通している。溝５５は、図４に示すように径方向に延びると共に、図５に示すように、ドライブロータ５０の軸線を含む断面において、径外方に向かって傾斜する形状に形成されている。この形状により、溝５５を通して流れる流体には遠心力が作用すると共に、溝５５を円滑に流動する。また、この形状により、歯間空間Ｒの最も負圧が発生し易い歯間空間Ｒの略中央に流体を流入することができる。尚、図５、６に示すように、溝５５は、ドライブロータ５０の回転軸に垂直な平面に対称に形成されており、裏表なくポンプ１００に組付けることができる。

図８は、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸込ポート１２の関係を示す要部断面図である。吸込ポート１２は、ボデー１０及びカバー２０に形成したそれぞれの凹部１０ａ及び２０ａにより形成されている。吸込ポート１２は、吸込通路１２ａに接続されている。

ポート１２を形成する凹部１０ａ及び２０ａの輪郭１０ｂ及び２０ｂは、溝５５の内周端５５ｂと略同一である。これにより、吸込ポート１２に対する溝５５の開口面積を最大にすることができ、吸込ポート１２から溝５５を通して歯間空間Ｒに流入する流体の流量を多くすることができる。

図９は、本発明の溝を設けていないポンプ２００のドリブンロータ２４０及びドライブロータ２５０と吸込みポート２１２の関係を示す要部断面図である。このポンプにおいては、歯間空間Ｒの略中央に流体を多く、且つ、円滑に流入させることができないため、ドライブロータ２５０の外歯間の歯底部中央付近にキャビテーション（斜線で表示）が発生し易くなっている。

次に、本実施形態の作動について以下に説明する。

ポンプ１００は、シャフト１１０の回転駆動力によって回転されるドライブロータ５０とドリブンロータ４０が噛み合いながら回転する。従って、流体は、吸込通路を通して吸込まれポンプ１００の吸込ポート１２から吐出ポート１３へと吸込・吐出されて、吐出通路１３ａを通して被送給部へ圧送される。

このとき、ドライブロータ５０とドリブンロータ４０との間に形成される歯間空間Ｒ、特に歯間空間Ｒの中央部には負圧が発生しようとする。しかしながら、ドライブロータ５０の側面には、吸込ポート１２に連通可能であって、ドライブロータ５０の隣接する外歯５１間の歯底部５１Ｂに連通し、且つ、径方向に延びる溝５５が形成されている。このため、歯間空間Ｒの開口面積を拡大することができ、また、溝５５を通して歯間空間Ｒに流入する流体を遠心力で付勢し、歯間空間５５の略中央に流体を流入させることができ、負圧を低減でき、キャビテーションの発生を防止できる。

図１０及び図１１に示すように、本発明を適用したポンプにおいては、ポンプ回転数が高回転においても高いポンプ容積効率を達成している。また、ドライブロータ５０の側面に溝５５を設けたことにより摺動抵抗及び吸入抵抗を低減でき、駆動馬力の低減を達成している。

尚、これまで溝５５がドライブロータ５０の軸線を含む断面において、径外方に向かって傾斜する形状に形成されている場合について述べてきたが、図１２に示すようなドライブロータ５０の軸線を含む断面においてＬ型形状の溝５５０で構成してもよい。その場合において、同様の作用効果が得られるばかりでなく、ドライブロータ５０を製造する際、一般的に採用される製造工法である金属焼結時に、溝部の成形が容易となり、金属密度が均一になって品質が安定するという効果も得られる。

本発明の実施形態におけるポンプ１００の裏面図である。 本発明の実施形態におけるドリブンロータ４０とドライブロータ５０の係合状態を示す斜視図である。 図２のＰ部を示す、本発明の実施形態における歯間空間Ｒの１つを示す拡大図である。 本発明の実施形態におけるドリブンロータ４０の平面図である。 図４のＡ−Ａ部を示す、本発明の実施形態における溝５５の要部径方向断面図である。 図４のＢ−Ｂ部を示す、本発明の実施形態における溝５５の要部径垂直方向断面図である。 本発明の実施形態における溝５５の要部斜視図である。 本発明の実施形態におけるドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸込みポート１２の関係を示す要部断面図である。 従来技術におけるドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸込みポート１２の関係を示す要部断面図である。 溝５５の有無によるポンプ容積効率の比較図である。 溝５５の有無によるポンプ駆動馬力の比較図である。 図４のＡ−Ａ部を示す、本発明の別の実施形態における溝５５０の要部径方向断面図である。

符号の説明

１０・・・ボデー（ハウジング）
１２・・・吸込ポート
１３・・・吐出ポート
１５・・・ロータ室（円筒状空間）
２０・・・カバー（ハウジング）
４０・・・ドリブンロータ
４１・・・内歯
５０・・・ドライブロータ
５１・・・外歯
５１Ｂ・・・歯底部
５５、５５０・・・溝
１００・・・ポンプ（内接ギヤ型ポンプ）
Ｒ・・・歯間空間

Claims (4)

1. 円筒状空間を形成するハウジングと、
   前記円筒状空間内に回転自在に配設された内歯を有するドリブンロータと、
   前記内歯と係合する外歯を有し前記ドリブンロータ内に回転自在に配設されると共に前記ドリブンロータと係合する歯間において拡大および縮小を繰り返し流体を吸込・吐出する複数の歯間空間を形成するドライブロータと、
   前記円筒状空間に連通する吸込ポートおよび吐出ポートとを備えた内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、
   前記ドライブロータの側面には、前記吸込ポートに連通可能であると共に、前記歯間空間に連通可能であって、前記外歯間の歯底部に向けて径方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする内接ギヤ型ポンプのロータ構造。
2. 前記ハウジングの前記吸込ポートの輪郭形状の少なくとも一部が、前記溝の内周端と略同一径であることを特徴とする請求項１に記載の内接ギヤ型ポンプのロータ構造。
3. 前記溝は、前記ドライブロータの軸線を含む断面において、径外方に向かって傾斜する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内接ギヤ型ポンプのロータ構造。
4. 前記溝は、前記ドライブロータの軸線を含む断面においてＬ型であることを特徴とする請求項１に記載の内接ギヤ型ポンプのロータ構造。

Images