JP2009144689A - 内接ギヤ形ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】アウタギヤの特に軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、ひいてはポンプ効率の向上を図ることができ、しかも、製造もし易くする。
【解決手段】内接ギヤ形ポンプは、ポンプハウジング１が有するギヤ室８内に、内歯９を有するアウタギヤ５を回転可能に配設し、アウタギヤ５の内部に、外歯１１を有しかつアウタギヤ５の回転中心Ｏ１に対して偏芯した部位に回転中心Ｏ２を有するインナギヤ１０を回転可能に配設し、インナギヤ１０を回転駆動させることで、外歯１１と内歯９が噛み合い、アウタギヤ５も回転する構成である。アウタギヤ５の上面５ａに対して軸方向から対向するスラストプレート７の下面７ａに、アウタギヤ５の回転に伴い動圧を発生する第１の動圧発生溝１６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプハウジングに形成されたギヤ室内に、複数の内歯を有するアウタギヤを回転可能に配設し、このアウタギヤの内部に、前記内歯と噛み合う複数の外歯を有しかつ前記アウタギヤの回転中心に対して偏芯した部位に回転中心を有するインナギヤを回転可能に配設した構成の内接ギヤ形ポンプに関する。

このような構成の内接ギヤ形ポンプは、部品点数が少なく、構成が簡素であるという特徴がある。この内接ギヤ形ポンプにおいて、アウタギヤは、ギヤ室内に拘束もなく自由に回転できるように収容されていて、ギヤ室の内面で保持されているとともに、ギヤ室の内面に対して摺動するようになっている。このアウタギヤとギヤ室の内面との間には適度な隙間（クリアランス）が必要であるが、その隙間を狭くすれば、摺動抵抗が増大し、極端な場合はアウタギヤが回転しなくなる。逆に隙間を大きくすると、アウタギヤの回転にばらつきが発生する。

これを解決する手段として、例えば、アウタギヤの外周部に、当該アウタギヤの回転方向に向かって深さが漸次浅くなるステップ状の軸受凹部を複数設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものによれば、アウタギヤの回転に伴い、アウタギヤに設けた軸受凹部の作用により、アウタギヤの外周部とギヤ室の内周面との間に動圧が発生し、これにより、アウタギヤの径方向に対する動きが安定化し、アウタギヤの回転がスムーズになることが期待できる。

また、アウタギヤの軸方向の端面に、径方向に延びるロータ溝を複数設けたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。このものによれば、アウタギヤの回転に伴い、アウタギヤに設けたロータ溝の作用により、アウタギヤの軸方向の端面とギヤ室の内面との間に動圧が発生し、これにより、アウタギヤの軸方向に対する動きが安定化し、アウタギヤの回転がスムーズになることが期待できる。
実開昭６１−１７１８８５号公報（第２図参照） 実公平５−３７０２８号公報（第１図参照）

上記した特許文献１，２のものでは、アウタギヤの回転に伴い動圧を発生する動圧発生溝（軸受凹部、ロータ溝）を、いずれも回転するアウタギヤに設けるようにしている。しかしながら、アウタギヤは特殊な材料で製造されることが多く、このようなアウタギヤに動圧発生溝を設けることは、製造し難いという問題点がある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アウタギヤの特に軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、ひいてはポンプ効率の向上を図ることができ、しかも、製造もし易くできる内接ギヤ形ポンプを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明の内接ギヤ形ポンプは、ポンプハウジングに形成されたギヤ室内に回転可能に配設され、複数の内歯を有するアウタギヤと、前記アウタギヤの内部に回転可能に配設され、前記内歯と噛み合う複数の外歯を有しかつ前記アウタギヤの回転中心に対して偏芯した部位に回転中心を有するインナギヤと、前記アウタギヤの軸方向の端面に対して軸方向から対向する前記ギヤ室の内面に設けられ、前記アウタギヤの回転に伴い動圧を発生する動圧発生溝と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アウタギヤの回転に伴い、ギヤ室の内面に設けた動圧発生溝の作用により、アウタギヤの軸方向の端面とこれと対向するギヤ室の内面との間に動圧が発生し、その動圧により、アウタギヤの特に軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、ひいてはポンプ効率の向上を図ることが期待できる。この場合、前記動圧発生溝はギヤ室の内面側に設けるようにしており、その動圧発生溝を形成する材料に制約が少なく、動圧発生溝をアウタギヤに設ける場合に比べて、製造し易くできる利点がある。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
まず、図１（ａ），（ｂ）において、内接ギヤ形ポンプのポンプハウジング１は、（ａ）において下部に位置する下部ハウジング２と、上部に位置する上部ハウジング３とを組み合わせて構成されている。下部ハウジング２の上部側には、上面が開口した円形の凹部４（（ｂ）参照）が形成されていて、この凹部４内にアウタギヤ５が回転可能に収容されている。上部ハウジング３の下部には、下面が開口したプレート収容凹部６が形成されていて、このプレート収容凹部６内に、板状をなすスラストプレート７が固着状態で収容されている。スラストプレート７は、凹部４の上面開口部を閉塞する大きさの円板状をなしている。ここで、下部ハウジング２の凹部４と、スラストプレート７とにより、アウタギヤ５を収容するギヤ室８を形成している。したがって、アウタギヤ５は、ポンプハウジング１に形成されたギヤ室８内に回転可能に配設されている。

アウタギヤ５は、複数、この場合５個の内歯９を有した環状をなしている。このアウタギヤ５の内部には、インナギヤ１０を配置している。このインナギヤ１０は、アウタギヤ５の内歯９より１個少ない４個の外歯１１を有し、かつアウタギヤ５の回転中心Ｏ１に対して偏芯した部位に回転中心Ｏ２を有していて、その回転中心Ｏ２を中心に回転可能に配設されている。インナギヤ１０の外歯１１とアウタギヤ５の内歯９とが噛み合うようになっている。インナギヤ１０の中心部には、当該インナギヤ１０と一体に回転する回転軸１２が連結されていて、この回転軸１２が、下部ハウジング２に２個の軸受１３を介して回転自在に支持されている。回転軸１２の下端部は、下部ハウジング２から下方へ突出している。この回転軸１２は、図示しないモータにより回転駆動される。したがって、そのモータにより、回転軸１２を介してインナギヤ１０が回転駆動されるようになっている。尚、回転軸１２の上端部は小判形に形成されていて、回転軸１２の回転がインナギヤ１０に確実に伝えられるようにしている。ここで、アウタギヤ５の内歯９とインナギヤ１０の外歯１１のそれぞれの外形形状は、トロコイド曲線によって形成されている。

下部ハウジング２には、それぞれ円筒状をなす流入口１４と流出口１５とが設けられている。これら流入口１４および流出口１５は、それぞれ前記ギヤ室８においてアウタギヤ５の内歯９の回転軌跡の下方に位置している。これら流入口１４および流出口１５の上部は、それぞれギヤ室８内に連通している。図１（ｂ）において、流入口１４は回転中心Ｏ１の左側に配置され、流出口１５は回転中心Ｏ１の右側に配置されている。流入口１４および流出口１５の下端部は、それぞれ下部ハウジング２の下方へ突出している。

さて、アウタギヤ５の軸方向の端面である上面５ａに対して対向する上記スラストプレート７の下面７ａには、図２に示すように、外周部よりに位置させて、スパイラル状の第１の動圧発生溝１６（図２および図３において、便宜上、溝の部分に斜線を施している）が環状配置で形成されているとともに、中央部よりに位置させて、スパイラル状の第２の動圧発生溝１７（これも、図２および図３において、便宜上、溝の部分に斜線を施している）が円状配置で形成されている。第１の動圧発生溝１６は、前記アウタギヤ５の回転中心Ｏ１を中心としたスパイラル状で、径方向の範囲は、アウタギヤ５の基円５Ａ（図１（ｂ）、および図３の点線参照）の外側に対応する領域に形成されている。第２の動圧発生溝１７は、前記インナギヤ１０の回転中心Ｏ２を中心としたスパイラル状で、径方向の範囲は、インナギヤ１０の基円１０Ａ（図１（ｂ）、および図３の点線参照）の内側に対応する領域に形成されている。

なお、図２はスラストプレート７の下面７ａを示し、図３はスラストプレート７を上から透視した状態で示しているため、図２と図３とでは、第１および第２の動圧発生溝１６，１７の渦巻き方向が逆向きとなっている。

図３は、第１の動圧発生溝１６とアウタギヤ５の位置関係、および第２の動圧発生溝１７とインナギヤ１０の位置関係がわかりやすいように、それらを重ねて上から見た状態を示している。アウタギヤ５の外面とギヤ室８の内面（スラストプレート７の下面７ａも含む）との間には、軸方向および径方向に、アウタギヤ５の回転を許容するような所定の隙間が設定されている。また、インナギヤ１０とギヤ室８の内面（スラストプレート７の下面７ａも含む）との間にも、軸方向に、インナギヤ１０の回転を許容するような所定の隙間が設定されている。

上記構成において、図示しないモータにより回転軸１２を介してインナギヤ１０を、例えば矢印Ａ１方向（図１（ｂ）、図３参照）へ回転させると、インナギヤ１０の外歯１１とアウタギヤ５の内歯９とが噛み合いながら、アウタギヤ５が回転中心Ｏ１を中心として矢印Ａ２方向に回転する。ここで、流体（図示せず）は、流入口１４から、ギヤ室８内の内歯９と外歯１１との間に形成される隙間２０部分に流入し、両ギヤ１０，５の回転と共にその流体を送り、流出口１５から流出させることでポンプとなる。このとき、アウタギヤ５の内歯９とインナギヤ５の外歯１１によって吸入側と吐出側のシールを行なう。

ここで、アウタギヤ５が回転することで、当該アウタギヤ５の上面５ａと、これと対向するスラストプレート７の下面７ａとの間に、第１の動圧発生溝１６による動圧が発生し、この動圧により、アウタギヤ５の軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、ひいてはポンプ効率の向上を図ることができる。また、インナギヤ１０が回転することで、当該インナギヤ１０の上面１０ａと、これと対向するスラストプレート７の下面７ａとの間に、第２の動圧発生溝１７による動圧が発生し、この動圧により、インナギヤ１０の軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、これによってもポンプ効率の向上を図ることができる。

ここで、本実施形態における第１の動圧発生溝１６および第２の動圧発生溝１７により発生する動圧を計算により見積もった。この場合、次のような条件に設定した。第１の動圧発生溝１６については、外半径ｒ１が７．５ｍｍ、内半径ｒ２が５ｍｍ、溝の傾斜角度が１５度、溝幅比（溝と溝でない部分との比）が０．５（１：１）とした。また、第２の動圧発生溝１７については、外半径ｒ３が３ｍｍ、内半径ｒ４が０．２ｍｍ、溝の傾斜角度が１５度、溝幅比が０．５（１：１）とした。インナギヤ１０の回転速度は３０００ｒｐｍとした。

その結果を図４に示す。この場合、ポンプ差圧（流入口１４と流出口１５の圧力差）３０ｋＰａに対して、隙間（アウタギヤ５の上面５ａ、インナギヤ１０の上面１０ａと、スラストプレート７の下面７ａとの間の隙間）４μｍで、１００ｋＰａ程度の動圧が発生することがわかる。アウタギヤ５のスラスト方向の浮上に対しては十分な圧力が発生する。

上記した第１の実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
アウタギヤ５の軸方向の端面である上面５ａに対して軸方向から対向するスラストプレート７の下面７ａに、アウタギヤ５の回転に伴い動圧を発生する第１の動圧発生溝１６を設けた。これにより、アウタギヤ５の回転に伴い、第１の動圧発生溝１６の作用により動圧が発生し、その動圧により、アウタギヤ５の特に軸方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、ひいてはポンプ効率の向上を図ることが期待できる。この場合、第１の動圧発生溝１６は、ギヤ室８側のスラストプレート７に設けるようにしており、その第１の動圧発生溝１６を形成する材料に制約が少なく、動圧発生溝をアウタギヤに設ける場合に比べて、製造し易くできる利点がある。特に、スラストプレート７は、上部ハウジング３とは別に製造することができるので、一層製造し易くできる。

上記スラストプレート７の下面７ａには、アウタギヤ５の上面５ａに対向する第１の動圧発生溝１６と、インナギヤ１０の上面１０ａに対向する第２の動圧発生溝１７とを設けているので、アウタギヤ５だけでなく、インナギヤ１０の軸方向に対する動きも安定化させることができ、ポンプ効率を一層向上させることが期待できる。

この場合、アウタギヤ５の上面５ａに対向する第１の動圧発生溝１６と、インナギヤ１０の上面１０ａに対向する第２の動圧発生溝１７とを分けて設ける構成としたが、それら第１の動圧発生溝１６と第２の動圧発生溝１７とが連続したスパイラル状の動圧発生溝を設けるようにしても良い。このようにした場合には、１種類のスパイラル状の動圧発生溝が、アウタギヤ５の上面５ａとインナギヤ１０の上面１０ａの両方に対向するようになる。

アウタギヤ５の内歯９およびインナギヤ１０の外歯１１の外形形状はトロコイド曲線によって形成しているので、インナギヤ１０およびアウタギヤ５の動きをスムーズに、しかもシールも良好にできる。

（第２の実施形態）
図５〜図７は本発明の第２の実施形態を示したものであり、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。なお、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。

図５に示すように、スラストプレート７の下面７ａには、外周部よりに位置させて、第１の動圧発生溝２５（これも、図５および図６において、便宜上、溝の部分に斜線を施している）が環状配置で形成されているとともに、中央部よりに位置させて、第２の動圧発生溝２６（これも、図５および図６において、便宜上、溝の部分に斜線を施している）が環状配置で形成されている。第１の動圧発生溝２５は、Ｖ字状をなす多数の溝をアウタギヤ５の回転中心Ｏ１を中心として環状に配置した構成で、径方向の範囲は、アウタギヤ５の基円５Ａ（図６の点線参照）の外側に対応する領域に形成されている。第２の動圧発生溝２６も、Ｖ字状をなす多数の溝をインナギヤ１０の回転中心Ｏ２を中心として環状に配置した構成で、径方向の範囲は、インナギヤ１０の基円１０Ａ（図６の点線参照）の内側に対応する領域に形成されている。

この場合も、図５はスラストプレート７の下面７ａを示し、図６はスラストプレート７を上から透視した状態で示しているため、図５と図６とでは、第１および第２の動圧発生溝２５，２６の渦巻き方向が逆向きとなっている。

そして、アウタギヤ５の外周面５ｂ（図１（ａ），（ｂ）参照）と対向する凹部４の内周面４ａ（ギヤ室８の内周面）に、図７に示すように第３の動圧発生溝２７（これも、図７において、便宜上、溝の部分に斜線を施している）を設けている。この第３の動圧発生溝２７は、Ｖ字状をなす多数の溝をアウタギヤ５の回転中心Ｏ１を中心として環状に配置した構成で、軸方向の高さは、アウタギヤ５の高さに対応する範囲に形成されている。

上記した第２の実施形態によれば、スラストプレート７の下面７ａに第１の動圧発生溝２５および第２の動圧発生溝２６を設けたことにより、上記した第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

加えて、アウタギヤ５の外周面５ｂと対向する凹部４の内周面４ａに第３の動圧発生溝２７を設けた構成としたので、アウタギヤ５の回転に伴い、アウタギヤ５の外周面５ｂと凹部４の内周面４ａとの間に、第３の動圧発生溝２７による動圧が発生し、この動圧により、アウタギヤ５の径方向に対する動きを安定化させることができて摺動抵抗を低減でき、これによってもポンプ効率の向上を図ることが期待できる。この第３の動圧発生溝２７もギヤ室８側（下部ハウジング２側）に設けるようにしているので、アウタギヤ５側に設ける場合に比べて、アウタギヤ５の製造がし易い。なお、第３の動圧発生溝２７は、アウタギヤ５の外周面５ｂに設けるようにしてもよい。

（他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
スラストプレート７を用いない場合には、第１の動圧発生溝１６，２５、第２の動圧発生溝１７，２６は、上部ハウジング３の下面に直接設けるようにすることもできる。

本発明の第１の実施形態の内接ギヤ形ポンプを示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上部ハウジングを外した状態での平面図 スラストプレートの下面図 第１の動圧発生溝とアウタギヤの位置関係、および第２の動圧発生溝とインナギヤの位置関係を示す平面図 第１および第２の動圧発生溝により発生する動圧を計算により見積もった結果を示す特性図 本発明の第２の実施形態を示す図２相当図 図３相当図 凹部の内周面の展開図

符号の説明

図面中、１はポンプハウジング、２は下部ハウジング、３は上部ハウジング、４は凹部、４ａは内周面（ギヤ室の内周面）、５はアウタギヤ、５ａは上面（端面）、５ｂは外周面、７はスラストプレート、７ａは下面（ギヤ室の内面）、８はギヤ室、９は内歯、１０はインナギヤ、１１は外歯、１２は回転軸、１４は流入口、１５は流出口、１６は第１の動圧発生溝、１７は第２の動圧発生溝、２０は隙間、２５は第１の動圧発生溝、２６は第２の動圧発生溝、２７は第３の動圧発生溝を示す。

Claims (8)

1. ポンプハウジングに形成されたギヤ室内に回転可能に配設され、複数の内歯を有するアウタギヤと、
   前記アウタギヤの内部に回転可能に配設され、前記内歯と噛み合う複数の外歯を有しかつ前記アウタギヤの回転中心に対して偏芯した部位に回転中心を有するインナギヤと、
   前記アウタギヤの軸方向の端面に対して軸方向から対向する前記ギヤ室の内面に設けられ、前記アウタギヤの回転に伴い動圧を発生する動圧発生溝と、
   を備えたことを特徴とする内接ギヤ形ポンプ。
2. 前記動圧発生溝はスパイラル状であることを特徴とする請求項１記載の内接ギヤ形ポンプ。
3. 前記動圧発生溝は、前記アウタギヤと前記インナギヤの両方に対して軸方向から対向するように設けられていることを特徴とする請求項２記載の内接ギヤ形ポンプ。
4. 前記動圧発生溝は、Ｖ字状の多数の溝を環状に配置した構成であることを特徴とする請求項１記載の内接ギヤ形ポンプ。
5. 前記動圧発生溝は、前記アウタギヤと前記インナギヤに対応して２箇所に設けられていることを特徴とする請求項４記載の内接ギヤ形ポンプ。
6. 前記アウタギヤの外周面またはこれと対向する前記ギヤ室の内周面に、前記アウタギヤの回転に伴い動圧を発生する動圧発生溝を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内接ギヤ形ポンプ。
7. 前記アウタギヤの外周面またはこれと対向する前記ギヤ室の内周面に設けた前記動圧発生溝は、Ｖ字状の多数の溝を環状に配置した構成であることを特徴とする請求項６記載の内接ギヤ形ポンプ。
8. 前記アウタギヤの前記内歯および前記インナギヤの前記外歯の外形形状は、トロコイド曲線であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内接ギヤ形ポンプ。

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