JP2015214965A - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】低粘度流体について使用しても安定した負荷が掛かって効率が低下することがなく、可動側板の加工、寸法精度への要求が下がり製造性能向上および耐久性を高め、かつ製造価格の低下を図る。【解決手段】流体の吸い込みポート１１と吐出ポート１２を形成したケース体１の内部に、回転シャフト２に軸着された内歯車３とその周囲に配置された外歯車４とが噛合状態で設置されるとともに前記内歯車３と外歯車４の間に高低圧仕切り用のクレセント５が配置され、且つ内歯車３と外歯車４の一方の側面に沿って固定側板８を配置するとともに両歯車３，４のもう一方の側面に沿って可動側板９を設置した内接歯車ポンプにおいて、サポートプレート１０を介して可動側板９が所定の押圧力ならびに所定の荷重により両歯車３，４に押し付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、流体の吸い込みポートと吐出ポートを形成したケース体の内部に、回転シャフトに軸着された内歯車とその周囲に配置された外歯車とが噛合状態で設置されるとともに前記内歯車と外歯車の間に高低圧仕切り用のクレセントが配置される内接歯車ポンプに関するものである。

従来、図９に示すように、例えばオイルのような流体の吸い込みポート１１ａと吐出ポート１２ａを形成したケース体１ａの内部に、回転シャフト２ａに軸着された内歯車３ａとその周囲に配置された外歯車４ａとが噛合状態で設置されるとともに内歯車３ａと外歯車４ａの間に高低圧仕切り用の三日月形のクレセント５ａが配置される内接歯車ポンプが知られている。

そして、前記内接歯車ポンプにおいては、前記各歯車の側面に前記各歯車が摺接する可動側板を配置して回転シャフトの軸線方向の流体の漏れを防いでいるが、一般的にクリアランス管理を行うポンプ（一般的なエンジンオイル潤滑用トロコイドポンプ等）の場合、オイルのような高粘度流体でのみ効率が保たれ、低粘度流体に対し、歯車ポンプは一般的に不向きとされており、高圧、高効率化を図ったポンプは、可動側板を密着させ漏れ量を低減する構造であり、例えば実開昭６２−１１４１８３号公報などに提示されているように側板が可動する構造が殆どである。しかし、可動側板の精度の高い加工、厳しい寸法管理、また、圧力バランス機構をゴムなどの弾性体を用いて行うことが一般的で、その可動範囲は狭い。更に、基本的な歯車ポンプを極低粘度の流体へ用いた場合には、側板の磨耗が著しく、耐久性が無い。経時劣化により著しく側板が磨耗し寸法変化が起こると、寸法への対応範囲が狭い為、圧力バランス構造が成立しなくなる、という問題がある。

実開昭６２−１１４１８３号公報

本発明は、前記従来の可動側板を有している内接歯車ポンプが有している問題点を解決するためになされたものであり、低粘度流体について使用しても安定した負荷が掛かって効率が低下することがなく、可動側板の加工、寸法精度への要求が下がり製造性能向上および耐久性を高め、かつ製造価格を低下させることを課題とするものである。

前記課題を解決するためになされた本発明は、流体の吸い込みポートと吐出ポートを形成したケース体の内部に、回転シャフトに軸着された内歯車とその周囲に配置された外歯車とが噛合状態で設置されるとともに前記内歯車と外歯車の間に高低圧仕切り用のクレセントが配置され、且つ前記内歯車と外歯車の一方の側面に沿って固定側板を配置するとともに前記両歯車のもう一方の側面に沿って可動側板を設置した内接歯車ポンプにおいて、前記可動側板が所定の押圧力ならびに所定の荷重により前記両歯車に押し付けられていることを特徴とする。

また、前記可動側板が、サポートプレートを介して圧力バランスロッドおよびスプリングにより内歯車および外歯車方向へ押し付けられ、荷重を受けた各歯車は固定側板に押し付けられ、歯車両面がシールされる。

本発明では、前記可動側板への所定の押圧力が前記ケース体と可動側板との間に配置されたサポートプレートに設置した圧力バランスロッドにより押圧力が所定圧に保持されるとともに前記ケース体とサポートプレートとの間に縮設されたスプリングにより所定の荷重（バネ荷重）を加えることにより、圧力バランスロッドおよび可動側板が受ける荷重を同等とすることで、常にバネ荷重のみが加わる構造として安定した性能が得られる。

更に、本発明において、前記圧力バランスロッドにより可動側板の高圧シール部におけるバランスを保つことにより、圧力バランスロッドおよび可動側板が受ける荷重を同等とすることで、常にバネ荷重のみが加わる構造として安定した性能が得られる。

更にまた、前記圧力バランスロッドが複数個備えられている場合には１つの場合に比べて可動側板が傾斜することによるシール性の低下を防止することができ、特に、圧力バランスロッドが高圧吐出部に対応して配置したメイン圧力バランスロッドとその前後に前記可動側板の外周に沿ってそれぞれ配置された前記メイン圧力バランスロッドよりも小径の二つのサブ圧力バランスロッドとからなる場合には可動側板をバランスよく歯車側面へ押しつけることにより安定した吐出性能を得ることができ、また、前記メイン圧力バランスロッドから圧力導通口を通じて前記サブ圧力バランスロッドへ圧力を分配することにより可動側板を傾かせることなく均一な状態で押圧することから可動側板の偏摩耗を防止して摩耗した場合にもシール性を保持することができる。

前記回転シャフトが前記ケース体と一体に設置されるモータの駆動軸と共用されている場合、前記ケース体が前記モータのケース体を兼ねている場合には部品点数の削減による経済性の向上と、全体としてコンパクトに出来且つ軽量化を図ることができる。

本発明によれば、低粘度流体について使用しても安定した負荷が掛かって効率が低下することがなく、可動側板の可動幅を広くして可動側板の加工、寸法精度への要求が下がり製造性能向上および価格、耐久性を高めることが可能である。特に、可動側板の高圧シール部におけるバランスを保つことにより、可動側板が受ける荷重を同等とすることで、常にバネ荷重のみが加わる構造として安定した性能が得られる。

本発明に係る好ましい実施の形態である内接歯車ポンプにおける要部の断面図。 図１に示した実施の形態に係る歯車ポンプの機能部を示す説明図。 図１に示した実施の形態に係る可動側板を示すものであり、（ａ）は可動側板の歯車摺接側の平面図、（ｂ）は可動側板の圧力バランスロッド側の平面図。 図１に示した実施の形態に係る圧力バランスロッドの側面図。 本発明の異なる実施の形態である内接歯車ポンプにおける要部の断面図。 図５に示した実施の形態に係るサポートプレートの圧力バランスロッド側の平面図。 図５に示した実施の形態に係る可動側板の圧力バランスロッド側の平面図。 図５に示した実施の形態に係る各圧力バランスロッドの側面図。 従来例を示す要部概略説明図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１乃至図４は本発明である内接歯車ポンプの好ましい実施の形態を示すものであり、主要部は前記従来例と同様に、流体の吸い込みポート１１と吐出ポート１２（図２参照）を形成したケース体１の内部に、回転シャフト２に軸着された内歯車３とその周囲に配置されたアウタベアリング６に内接される外歯車４とが一部において噛合状態で設置されるとともに内歯車３と外歯車４の間に高低圧仕切り用の三日月形のクレセント５が配置されている従来周知のものとほぼ同様である。

尚、本実施の形態は、例えば直流ブラシレス方式のモータ７と一体に形成されており、前記ケース体１の基端側がモータ７のカバー体７１上に一体的に固定されているとともに前記回転シャフト２がモータ７の駆動軸を兼用しており、全体がコンパクトに形成されるとともに部品点数の削減も図れるものである。

そして、本実施の形態では、前記ケース体１の頂壁１３と前記ケース体１の基端側における前記モータ７のカバー体７１（底壁７１）との間に形成される空間７２に、前記内歯車３、外歯車４、クレセント５、アウタベアリング６、固定側板８が配置されているとともに、前記内歯車３、外歯車４およびクレセント５における先端側面と前記ケース体１における頂壁１３の間に可動側板９およびサポートプレート１０が前記回転シャフトの軸方向に移動可能に配置されている。

また、前記サポートプレート１０には、ケース体１の頂壁１３に形成した溝孔１４の内部に配置されるとともに前記サポートプレート１０の溝孔１０１に支持された圧縮コイル状のスプリング１５が縮設されており、前記スプリング１５はサポートプレート１０を介して前記可動側板９へ所定の荷重を加えて可動側板９を前記内歯車３、外歯車４へと押圧している。

更に、詳述すると、可動側板９は図３（ａ）に示すように、底面の塗りつぶした部分９１が前記内歯車３および外歯車４への摺接部であり、符号９２で示す部分が低圧、高圧シール部である。また、可動側板９には吸い込み行程用の窓穴９３、吐出工程用の透孔９６を有する窓溝９４およびクレセント５用の嵌挿窓９５が形成されており、前記透孔９６と連通して窓溝９７が圧力バランスロッド側（サポートプレート１０側）に圧力バランスロッド１１０を配置するために形成されている。

この圧力バランスロッド１１０は、前記頂壁１３と前記可動側板９の間に、前記サポートプレート１０の透孔１０２に一部が当接するように配置されており、前記サポートプレート１０を介して前記可動側板９を所定の押圧力で前記両歯車に押圧するものである。

更にまた、前記圧力バランスロッド１１０は図４に示すように頂面１１１と底面１１２の径が異なり、頂面１１１の面積Ｂと前記図２に示したケース体１に形成される高圧吐出部（吐出ポート１２）の圧力面積Ａとが等しくなるように設計されている。即ち、前記圧力バランスロッド１１０における頂面１１１の面積Ｂよりも前記ケース体１に形成される高圧吐出部の圧力面積Ａが大きい場合には、ポンプを駆動して吸入した流体の圧力が上昇するのに伴い可動側板９に加わる荷重（面圧）が上昇して摩擦の増加が生じて駆動トルクが上昇してポンプ効率が悪化する。逆に、前記圧力バランスロッド１１０における頂面１１１の面積Ｂよりも前記ケース体１に形成される高圧吐出部の圧力面積Ａが小さい場合にはスプリング１５による荷重からポンプを駆動して吸入した流体の圧力の上昇に伴い可動側板９に加わる荷重（面圧）が弱く、最悪の場合には荷重を得ることができなくなり、吐出不良を起こすことになる。

従って、本実施の形態では、前記圧力バランスロッド１１０における頂面１１１の面積Ｂと前記ケース体１に形成される高圧吐出部の圧力面積Ａとを等しく設計することにより、サポートプレート１０を介して圧力バランスロッド１１０および可動側板９が受ける荷重を同等とすることによりサポートプレート１０を介して可動側板９には常にスプリング１５による荷重のみが加わるようにしているのでポンプを駆動して吸入した流体の圧力の上昇に伴って摩擦が増加して効率が悪化することや押し付け荷重が低下して吐出不良を起こすことがなく安定した吐出性能が得られる。

本実施の形態は、前記モータ７の駆動により回転シャフト２が回転して基本的には従来の内接歯車ポンプと同様に作動するが、本実施の形態では、前記可動側板９がサポートプレート１０を介して前記圧力バランスロッド１１０による所定の押圧力ならびにスプリング１５による所定の荷重により前記内歯車３、外歯車４へと押し付けられてシールされるとともに、特に、常に圧力バランスロッド１１０により所定の押圧力を加えることによりスプリング１５によるバネ荷重のみが加わることから低粘度流体について使用しても安定した負荷が掛かって効率が低下することがなく、可動側板９の可動幅を広くして可動側板の加工、寸法精度への要求が下がり製造性能向上および耐久性を高め、かつ製造価格を低下させることが可能である。

図５乃至図８は本発明の異なる実施の形態の一部を示すものであり、全体の構成は前記図１乃至図４に示した実施の形態とほぼ同様で、前記サポートプレート１０の所定位置に形成された透孔１０２にメイン圧力バランスロッド１２０が挿入配置されている点も共通するが（図６参照）、前記メイン圧力バランスロッド１２０に加えて２つのサブ圧力バランスロッド１３０，１４０が前記サポートプレート１０とケース体１の頂壁１３の間に挿入配置されている点が異なる。

更に詳細に説明すると、本実施の形態では、前記高圧吐出部に対応して配置したメイン圧力バランスロッド１２０とその前後に前記可動側板９（サポートプレート１０）の外周に沿って前記メイン圧力バランスロッド１２０を挟んで所定の対称位置に前記メイン圧力バランスロッド１２０よりも小径で押圧力が低い二つのサブ圧力バランスロッド１３０，１４０が挿入配置されている。

従って、本実施の形態では、前記図１乃至図４に示した実施の形態のように１つの圧力バランスロッド１１０を備えた場合に比べて可動側板９をサポートプレート１０を介して複数箇所で押圧することから可動側板９が傾斜することによるシール性の低下を防止することができる。

特に、本実施の形態のように、高圧吐出部に対応して配置したメイン圧力バランスロッド１２０とその前後に可動側板９の外周に沿って形成された透孔１０３，１０４に配置された前記メイン圧力バランスロッド１２０よりも小径の押圧力の低い二つのサブ圧力バランスロッド１３０，１４０とから構成される場合は、サポートプレート１０を介して可動側板９をバランスよく内歯車３、外歯車４の側面へ押しつけることにより安定した吐出性能を得ることができる。

加えて、メイン圧力バランスロッド１２０からの圧力を前記ケース体１の頂壁１３に形成した圧力導通口１７を介してサブ圧力バランスロッド１３０，１４０へ分配することにより、サポートプレート１０を介して可動側板９を傾かせることなく均一な状態で押圧することが可能となり、よって可動側板９の偏摩耗を防止し、また摩耗した場合にもシール性を保持することができる。

尚、本実施の形態においても、前記図３に示したように、可動側板９には吸い込み行程用の窓穴９３、吐出工程用の透孔９６を有する窓溝９４およびクレセント５用の嵌挿窓９５が形成されており、前記透孔９６と連通して窓溝９７が圧力バランスロッド側（サポートプレート１０側）にメイン圧力バランスロッド１２０を配置するために形成されている。

また各圧力バランスロッド１２０，１３０，１４０は図７に示すように各頂面Ｂの面積の和と前記図２に示したケース体１に形成される高圧吐出部（吐出ポート１２）の圧力面積Ａとが等しくなるように設計することにより、メイン圧力バランスロッド１２０の頂面１２１およびサブ圧力バランスロッド１３０，１４０の頂面１３１，１４１の面積Ｂの和とケース体１に形成される高圧吐出部の圧力面積Ａとを等しくすることで、サポートプレート１０を介して可動側板９が受ける荷重を同等とすることにより可動側板９には常にスプリング１５によるバネ荷重のみが加わるようにしているのでポンプを駆動して吸入した流体の圧力の上昇に伴って摩擦が増加して効率が悪化することや押し付け荷重が低下して吐出不良を起こすことがなく安定した吐出性能が得られる点は前記図１乃至図４に示した実施の形態と同様である。

１ ケース体、２ 回転シャフト、３ 内歯車、４ 外歯車、５ クレセント、６ アウタベアリング、７ モータ、８ 固定側板、９ 可動側板、１０ サポートプレート、１１ 吸い込みポート、１２ 吐出ポート、１３ 頂壁、１４ 溝孔、１５ スプリング、１６ 圧力導通口、７１ 底壁（カバー体）、７２ 空間、７３ 溝孔、９１ 塗りつぶし部（摺接部）、９２ 符号（低圧、高圧シール部）、９３ 窓穴、９４ 窓溝、９５ 嵌挿窓、９６ 透孔、９７ 窓溝、１０１ 溝孔、１０２ 透孔、１１０ 圧力バランスロッド、１１１ 頂面、１１２ 底面、１２０ メイン圧力バランスロッド、１２１ 頂面、１３０ サブ圧力バランスロッド、１３１ 頂面、１４０ サブ圧力バランスロッド、１４１ 頂面、Ａ 高圧吐出部の圧力面積、Ｂ 頂面の面積

Claims (8)

1. 流体の吸い込みポートと吐出ポートのうち少なくとも一方を底壁に形成したケース体の内部に、前記底壁を貫通して配置された回転シャフトに軸着された内歯車とその周囲に配置された外歯車とが噛合状態で設置されるとともに前記内歯車と外歯車の間に高低圧仕切り用のクレセントが配置され、且つ前記内歯車と外歯車の一方の側面に沿って固定側板を配置するとともに前記両歯車のもう一方の側面に沿って可動側板を前記回転シャフトの軸方向に移動可能に設置した内接歯車ポンプにおいて、
   前記可動側板が所定の押圧力ならびに所定の荷重により前記両歯車に押し付けられていることを特徴とする内接歯車ポンプ。
2. 前記ケース体の頂壁と前記可動側板との間にサポートプレートが前記回転シャフトの軸方向に移動可能に配置されているとともに、前記サポートプレートと前記ケース体の頂壁との間に圧力バランスロッドが配置されており、前記頂壁と前記サポートプレートとの間には縮設されたスプリングが配置されていて、
   前記可動側板への所定の押圧力ならびに所定の荷重は前記圧力バランスロッドが前記サポートプレートを介して前記可動側板が前記両歯車に与える押圧力、ならびに前記スプリングにより前記サポートプレートを介して前記可動側板が前記両歯車に与える荷重、であることを特徴とする請求項１記載の内接歯車ポンプ。
3. 前記圧力バランスロッドにより可動側板の高圧シール部におけるバランスを保つことを特徴とする請求項１または２記載の内接歯車ポンプ。
4. 前記圧力バランスロッドが複数個備えられていることを特徴とする請求項２または３記載の内接歯車ポンプ。
5. 前記圧力バランスロッドが前記高圧吐出部に対応して配置したメイン圧力バランスロッドとその前後に前記可動側板の外周に沿ってそれぞれ配置された前記メイン圧力バランスロッドよりも小径の二つのサブ圧力バランスロッドとからなることを特徴とする請求項４記載の内接歯車ポンプ。
6. 前記メイン圧力バランスロッドからの圧力を前記ケース体の前記頂壁に形成した圧力導通口を介してサブ圧力バランスロッドへ分配することにより可動側板を傾かせることなく均一な状態で押圧することを特徴とする請求項５記載の内接歯車ポンプ。
7. 前記回転シャフトが前記ケース体と一体に設置されるモータの駆動軸と共用されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の内接歯車ポンプ。
8. 前記ケース体が前記モータのケース体を兼ねていることを特徴とする請求項７記載の内接歯車ポンプ。