JP2007085259A - Internal gear pump - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ポンプロータの焼きつき防止や摩耗抑制の効果を高めた内接歯車式ポンプに関する。 The present invention relates to an internal gear type pump that enhances the effects of preventing seizure of a pump rotor and suppressing wear.
内接歯車式ポンプは、図9に示すように、ポンプロータ1を、ケース2に設けたロータ室3に収納してなる。ポンプロータ1は、インナーロータ4とアウターロータ5を偏心配置にして組み合わせたものが用いられている。このポンプロータのインナーロータ4を駆動軸6で回転させると、アウターロータ5が従動回転し、インナーロータ4とアウターロータ5間に形成されるポンピングチャンバ7の容積変化が起こって流体の吸入、吐出がなされる。
As shown in FIG. 9, the internal gear pump is configured by housing a
この内接歯車式ポンプのケース2は、ハウジング2aとカバー2bを組み合わせたものが採用されている。ハウジング2aにはロータ室を形成するための凹部が設けられており、カバー2bでその凹部の開口を封鎖してロータ室3を作り出す。ハウジング2aには、吸入ポート8と吐出ポート9も形成される。その吸入ポート8と吐出ポート9は、ポンプロータ1の両側面に対向して加わる圧力のバランスを保つためにカバー2bにも形成することがある。
As the
ところで、ハウジング2aに設ける凹部は、エンドミルなどのフライス工具を用いて仕上げ加工される。このとき、凹部のコーナ(ロータ室3のハウジング側コーナ)には、図
10に示すR面10や図11に示す平面のチャンファ面11が形成される。また、そのR面10やチャンファ面11との干渉を回避するために、図12に示すように、アウターロータ5の外周の左右のコーナには、同一仕様、同一大きさの面取り部12が形成される。
By the way, the recess provided in the
図12は、ロータ室3のハウジング側コーナにR面10が形成され、そのロータ室3に、外周の左右のコーナに面取り部12が施されたアウターロータ5を収納した状態を示している。同図において13,14は、アウターロータ5の両側面とケース2との間に形成されるサイドクリアランス部、15は、アウターロータ5の外周とケース2との間に形成される外周クリアランス部を示している。
FIG. 12 shows a state in which the R-
アウターロータ5は中心対称形状にするとケースに組み込むときの方向性がなくなり、組み付けがし易い。そのために面取り部12をアウターロータ5の外周の左右のコーナにそれぞれ設けているが、これが原因で、ポンプロータ1の両側面とケース2との間に生じる左右のサイドクリアランス部の圧力バランスが崩れて好ましくない事態が起こる。
If the
内接歯車式ポンプでは、サイドクリアランス部13,14からの流体の漏れが避けられない。サイドクリアランス部13,14に流入した液体は、アウターロータ5とケース2との間に生じる外周リアランス部15を経由して吸入ポート8側に漏れ出る。このとき、サイドクリアランス部13側は、内側に入り込むR面10があるので液体の流出抵抗が大きく、このために、サイドクリアランス部13の圧力がサイドクリアランス部14の圧力よりも大きくなり、両方のサイドクリアランス部の圧力差でポンプロータ1がカバー2bに押し付けられて場合によっては、ロータの焼きつきや摩耗促進などのトラブルが発生することがある。サイドクリアランス部13,14間の圧力差は、外周クリアランス部の寸法がサイドクリアランス部よりも大きいと特に大きくなり易く、ロータの焼きつきなどの可能性が高まる。
In the internal gear type pump, fluid leakage from the
なお、下記特許文献1は、ロータの焼きつきや摩耗の防止について触れている。同文献の技術は、インナーロータの両側面とアウターロータの両側面に溝を形成し、その溝にポンピングチャンバから液圧を導入してその液圧でポンプロータをハウジングとカバーの両者から押し離す。そのようにして、ロータの焼きつきや摩耗を防止するとしているが、この構造でも左右のサイドクリアランス部に液体の流出抵抗差による液圧差が生じることが考えられ、そのときにポンプロータがカバーに押しつけられて上記の不具合が発生し易くなる。
この発明は、内接歯車式ポンプにおいて、ポンプロータの両側面とケースとの間に形成される左右のサイドクリアランス部に大きな圧力差が生じないようにすること、それにより、左右のサイドクリアランス部の圧力差でポンプロータがケースに押し付けられることを防止してポンプロータの焼きつきや摩耗を抑制することを課題としている。 In the internal gear type pump, the present invention prevents a large pressure difference from being generated in the left and right side clearance portions formed between both side surfaces of the pump rotor and the case, and thereby the left and right side clearance portions. It is an object of the present invention to prevent the pump rotor from being pressed against the case by the pressure difference and to suppress the seizure and wear of the pump rotor.
上記の課題を解決するため、この発明においては、ロータ室のハウジング側コーナ形状とカバー側コーナ形状及びアウターロータのハウジング側外周コーナ形状とカバー側外周コーナ形状を共に非対称に設定する。また、そのコーナ形状の非対称設定を、ロータ室のコーナが内に入り込む側ではアウターロータのコーナがケースから逃げ、ロータ室のコーナが外に逃げる側ではアウターロータのコーナがケースに接近するように行う。そして、上記ロータ室にアウターロータをインナーロータと組み合わせて構成されるポンプロータを収納して内接歯車式ポンプを構成する。 In order to solve the above problems, in the present invention, the housing-side corner shape and the cover-side corner shape of the rotor chamber and the housing-side outer periphery corner shape and the cover-side outer periphery corner shape of the outer rotor are both set asymmetrically. Also, the asymmetrical shape of the corner shape is set so that the corner of the rotor chamber escapes from the case on the side where the corner of the rotor chamber enters, and the corner of the outer rotor approaches the case on the side where the corner of the rotor chamber escapes outside. Do. And the pump rotor comprised combining an outer rotor with an inner rotor in the said rotor chamber is accommodated, and an internal gear type pump is comprised.
ロータ室のハウジング側コーナとしては、内に入り込むR面やチャンファ面を有するコーナ、外に逃げる凹部を形成したコーナが考えられる。また、ロータ室のカバー側コーナとしては、直角コーナや外に逃げる凹部を形成したコーナが考えられる。 As the housing-side corner of the rotor chamber, a corner having an R surface and a chamfer surface that enter the inside, and a corner formed with a recess that escapes to the outside can be considered. Further, as the cover-side corner of the rotor chamber, a right-angled corner or a corner formed with a recess that escapes to the outside can be considered.
一方、アウターロータの外周のコーナは、面取り部の無い直角コーナ、コーナの縁が面取りされたコーナ、面取り量や面取りの形状を異ならせたコーナが考えられ、これらの組み合わせを変更してアウターロータの左右の外周コーナにおけるケースとアウターロータとの間の隙間の大きさを調整する。
このようにしてポンプロータの両側面とケースとの間に形成される左右のサイドクリアランス部の圧力バランスがとれるようにロータ室のコーナが内に入り込む側ではアウターロータのコーナがケースから逃げ、ロータ室のコーナが外に逃げる側ではアウターロータのコーナがケースに接近するようにする。
On the other hand, corners on the outer periphery of the outer rotor may be right-angled corners with no chamfered corners, corners with chamfered corner edges, or corners with different chamfering amounts or chamfered shapes. The size of the gap between the case and the outer rotor at the left and right outer peripheral corners is adjusted.
In this way, the corner of the rotor chamber escapes from the case on the side where the corner of the rotor chamber enters so that the pressure balance of the left and right side clearance portions formed between the both sides of the pump rotor and the case can be maintained. On the side where the corner of the chamber escapes outside, the corner of the outer rotor approaches the case.
ロータ室とアウターロータの具体的な組み合わせ例としては、
(1)ハウジング側コーナに内側への入り込み部を形成し、カバー側コーナは直角コーナにしたロータ室と、ハウジング側外周コーナとケース側外周コーナにそれぞれ面取り部を形成し、ハウジング側外周コーナの面取り部寸法をカバー側外周コーナの面取り部寸法よりも大きくしたアウターロータの組み合わせ、
(2)ハウジング側コーナに逃がし用凹部を形成し、カバー側コーナは直角コーナにしたロータ室と、カバー側外周コーナに面取り部を形成し、ハウジング側外周コーナは面取り部のないコーナにしたアウターロータの組み合わせが考えられ、そのどちらを採用しても発明の目的が達成される。
As a specific combination example of the rotor chamber and the outer rotor,
(1) An inward entry portion is formed in the housing side corner, the cover side corner is a right angle corner, a chamfered portion is formed in each of the housing side outer periphery corner and the case side outer periphery corner. Combination of outer rotor with chamfer dimension larger than chamfer dimension of cover side outer periphery corner,
(2) A rotor chamber in which a relief recess is formed in the housing side corner, the cover side corner is a right angle corner, and a chamfered portion is formed in the cover side outer periphery corner, and the housing side outer periphery corner is an outer corner in which there is no chamfered portion. Combinations of rotors are conceivable, and either of them can be used to achieve the object of the invention.
なお、この発明は、サイドクリアランス部よりも外周クリアランス部の寸法が大きいポンプや3000rpm以下の回転数において特に大きな効果を期待できる。 The present invention can be expected to have a particularly great effect in a pump having a larger outer clearance than the side clearance and a rotational speed of 3000 rpm or less.
ロータ室の左右のコーナ形状は、加工上の制約などによって非対称になることがあり、そのときに、この発明では、アウターロータの外周コーナ形状を左右非対称にして左右のコーナ形状の相違に起因した左右のサイドクリアランス部の圧力バランスの崩れを防止する。 The left and right corner shapes of the rotor chamber may be asymmetrical due to processing restrictions, etc., and at this time, in this invention, the outer corner shape of the outer rotor is asymmetrical due to the difference between the left and right corner shapes. Prevents the pressure balance from breaking in the left and right side clearances.
ケースのハウジング側とカバー側のコーナ形状(以下、左右のコーナ形状と言う)が共に非対称に設定されたロータ室とアウターロータを、ロータ室のコーナが内に入り込む側ではアウターロータのコーナがケースから逃げ、ロータ室のコーナが外に逃げる側ではアウターロータのコーナがケースに接近するようにして組み合わせると、左右のコーナ部におけるアウターロータとケースとの間の隙間寸法と液体の流出抵抗に大きな差がつかない。そのために、左右のサイドクリアランス部の圧力が均衡し、或いは無視できる程度に小さくなり、左右のサイドクリアランス部の圧力差でロータがケースにきつく押し付けられることがなくなってロータの焼きつきや摩耗促進などの好ましくない事態が回避される。 The rotor chamber and outer rotor have asymmetrical corner shapes on the housing side and cover side of the case (hereinafter referred to as the left and right corner shapes), and the outer rotor corner is the case on the side where the corner of the rotor chamber enters. When the outer rotor corner is on the side where the outer corner of the rotor chamber escapes, the outer rotor corner is close to the case, and the gap between the outer rotor and the case at the left and right corners and the liquid outflow resistance are large. There is no difference. For this reason, the pressures on the left and right side clearances are balanced or reduced to a negligible level, and the rotor is no longer pressed against the case due to the pressure difference between the left and right side clearances. The undesirable situation is avoided.
なお、アウターロータの両側面とケースとの間に形成される左右のサイドクリアランス部よりもアウターロータの外周とケースとの間に形成される外周クリアランス部の寸法が大きい内接歯車式ポンプは、左右のサイドクリアランス部に圧力差が発生し易い。また、回転数3000rpm以下では、3000rpm以上の回転数に比べて左右のサイドクリアランス部の圧力差が大きくなる傾向にある。従って、この発明は、サイドクリアランス部よりも外周クリアランス部の寸法が大きいポンプや3000rpm以下の回転数において特に効果的である。 In addition, the internal gear type pump in which the dimension of the outer periphery clearance portion formed between the outer periphery of the outer rotor and the case is larger than the left and right side clearance portions formed between the both side surfaces of the outer rotor and the case, A pressure difference is likely to occur in the left and right side clearances. Further, when the rotational speed is 3000 rpm or less, the pressure difference between the left and right side clearance portions tends to be larger than the rotational speed of 3000 rpm or more. Therefore, the present invention is particularly effective for a pump having a larger outer clearance than the side clearance and a rotational speed of 3000 rpm or less.
この発明の内接歯車式ポンプの実施の形態を、図1〜図6に基づいて説明する。この発明の内接歯車式ポンプは、図1に示すように、歯数がn枚のインナーロータ4と歯数が(n+1)枚のアウターロータ5を偏心配置にして組み合わせたポンプロータ1をケース2に設けたロータ室3に収納して構成されている。
An embodiment of an internal gear pump according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the internal gear pump of the present invention has a
ケース2は、図2に示すように、ロータ室3となる凹部を一側面に形成したハウジング2aと、凹部の入り口を封鎖するカバー2bとからなる。ハウジング2aとカバー2bには、吸入ポート8と吐出ポート9がそれぞれ形成されている。ハウジング2aに設けた凹部のコーナ、即ち、ロータ室3のハウジング側コーナには、R面10(図11のチャンファ面11でもよい)が付されており、一方、ロータ室3のカバー側コーナは、直角コーナに形成されている。
As shown in FIG. 2, the
アウターロータ5のハウジング側外周コーナ(図2の右側の外周コーナ)とカバー側外周コーナにはそれぞれ、面取り部12R,12Lが施されている。面取り部12Lは、サイズが小さい。これに対し、面取り部12Rは、サイズの大きい面取り部にしており、アウターロータ5とハウジング2aとの間のコーナ部における隙間が内側に入り込むR面10によって狭められた分が面取り部12Rと12Lの寸法差によって補われる。
Chamfered
そのために、アウターロータ5とハウジング2aとの間に生じた図2の右側のサイドクリアランス部13と外周クリアランス部15との間における液体の流出抵抗と、図2の左側のサイドクリアランス部14と外周クリアランス部15との間における液体の流出抵抗が近似したものになってサイドクリアランス部13,14の圧力が均衡し、或いは、サイドクリアランス部13,14の圧力差が無視できる程度に小さくなり、左右のサイドクリアランス部の液圧差でポンプロータ1がカバー2bにきつく押し付けられることがなくなる。
Therefore, the outflow resistance of the liquid between the right
図3は、ロータ室3とアウターロータ5のコーナ形状の他の組み合わせ例を示している。図2のR面10やそれに代わるチャンファ面に代えてロータ室3のハウジング側コーナに逃がし用凹部16を設ける構造でも、機械加工による仕上げを行って応力集中が回避されるコーナを形成することができる。この場合、ケースが外に逃げた状態になるので、アウターロータ5のハウジング側外周コーナは面取り部のないコーナにするか又は面取り量を小さくする。ロータ室3のカバー側コーナは従来品と同様に直角コーナにしているので、アウターロータ5のカバー側外周コーナは従来同様の面取り部12を施すとよい。
FIG. 3 shows another combination example of the corner shape of the
なお、ロータ室3のハウジング側コーナに設ける逃がし用凹部16は、図4に示すように、ロータ室3のコーナの外周側を凹ませるものであってもよい。また、アウターロータ外周の面取り部12は、所謂C面の面取り部が加工性に優れるが、図5に示すようなR面の面取り部12Aや図6に示す段差の付いた面取り部12Bであっても差し支えない。
Note that the
この発明の内接歯車式ポンプの試作品(発明品)と比較品を準備した。その試作品と比較品は、いずれも歯数が7枚のインナーロータと、歯数が8枚のアウターロータを組み合わせたポンプロータをケースのロータ室に収納して構成される。試作品、比較品とも、ポンプロータは、外径:φ80mm、厚み15mmである。試作品は、左右非対称形状のコーナを有するロータ室と左右非対称形状の外周コーナを有するアウターロータを組み合わせた図1の構造を有し、一方、比較品は左右非対称形状のコーナを有するロータ室と左右対称形状の外周コーナを有するアウターロータを組み合わせた図12の構造を有する。サイドクリアランス部の寸法はハウジング側が0.03mm、カバー側が0.02mm、外周クリアランス部の寸法は0.06mmであった。 A prototype (invention product) and a comparison product of the internal gear pump of this invention were prepared. Each of the prototype and the comparative product is configured by housing a pump rotor, which is a combination of an inner rotor having seven teeth and an outer rotor having eight teeth, in a rotor chamber of the case. In both the prototype and the comparative product, the pump rotor has an outer diameter of φ80 mm and a thickness of 15 mm. The prototype has the structure of FIG. 1 in which a rotor chamber having a left-right asymmetric corner and an outer rotor having a left-right asymmetric outer periphery corner are combined, while a comparative product has a rotor chamber having a left-right asymmetric corner. The structure shown in FIG. 12 is combined with an outer rotor having a symmetrical outer peripheral corner. The dimensions of the side clearance part were 0.03 mm on the housing side, 0.02 mm on the cover side, and the dimension of the outer peripheral clearance part was 0.06 mm.
この試作品と比較品を、吐出圧力1MPa、2MPa、3MPa、回転数1500rpm、2000rpm、3000rpmの各条件で作動させて吐出側における左右のサイドクリアランス部の圧力、即ち、ハウジング側サイドクリアランス部の圧力とカバー側サイドクリアランス部の圧力を測定した。その結果を図7及び図8に示す。 The prototype and the comparative product are operated under the discharge pressures of 1 MPa, 2 MPa, 3 MPa, rotation speeds of 1500 rpm, 2000 rpm, and 3000 rpm, respectively, and the pressure of the left and right side clearance portions on the discharge side, that is, the pressure of the housing side clearance portion The pressure at the cover side clearance was measured. The results are shown in FIGS.
図8は、比較品の測定データであり、吐出圧力1MPaでは左右のサイドクリアランス部の圧力にさほど大きな差は生じていない。しかしながら、吐出圧力が2MPaになると回転数1500rpmのときには左右のサイドクリアランス部の圧力に500kPaを超える圧力差が発生している。また、吐出圧力が3MPaになると回転数1500rpmと2000rpmで極めて大きい圧力差が左右のサイドクリアランス部に発生している。 FIG. 8 shows the measurement data of the comparative product. When the discharge pressure is 1 MPa, there is no significant difference in the pressure between the left and right side clearance portions. However, when the discharge pressure is 2 MPa, when the rotational speed is 1500 rpm, a pressure difference exceeding 500 kPa is generated in the pressure of the left and right side clearance portions. Further, when the discharge pressure becomes 3 MPa, a very large pressure difference is generated between the left and right side clearance portions at the rotation speeds of 1500 rpm and 2000 rpm.
これに対し、試作品は、図7に示すように、吐出圧力1MPa、2MPa、3MPa、回転数1500rpm、2000rpm、3000rpmのいずれの条件のときにも左右のサイドクリアランス部の圧力差が500kPa以下に抑えられている。この試験結果から、ロータ室の左右のコーナ形状が非対称となるときには、アウターロータの左右の外周コーナ形状も非対称にして左右のコーナ部におけるアウターロータとケースとの間の隙間の大きさを平均化する方向に調整することが有効であることがよくわかる。 On the other hand, as shown in FIG. 7, the prototype has a pressure difference of 500 kPa or less between the left and right side clearance sections under any of the discharge pressures of 1 MPa, 2 MPa, 3 MPa, the rotational speed of 1500 rpm, 2000 rpm, and 3000 rpm. It is suppressed. From this test result, when the left and right corner shapes of the rotor chamber are asymmetric, the left and right outer peripheral corner shapes of the outer rotor are also asymmetric, and the size of the gap between the outer rotor and the case at the left and right corner portions is averaged. It can be clearly seen that it is effective to adjust in the direction of the movement.
1 ポンプロータ
2 ケース
2a ハウジング
2b カバー
3 ロータ室
4 インナーロータ
5 アウターロータ
6 駆動軸
7 ポンピングチャンバ
8 吸入ポート
9 吐出ポート
10 R面
11 チャンファ面
12,12R,12L,12A,12B 面取り部
13,14 サイドクリアランス部
15 外周クリアランス部
16 逃がし用凹部
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