JP4832041B2 - 内接歯車式ポンプ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開２０００−１９２８８９号公報

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。

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。

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。

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。

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カバー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。

なお、この発明は、３０００ｒｐｍ以下の回転数のポンプにおいて特に大きな効果を期待できる。

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。

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。

なお、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、３０００ｒｐｍ以下の回転数で使用するポンプに適用すると特に効果的である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明の内接歯車式ポンプの一例をハウジングのカバーを外した状態にして示す側面図 図１の内接歯車式ポンプの図１Ｘ−Ｘ線に沿った断面図 この発明の内接歯車式ポンプの他の例を示す断面図 ロータ室のハウジング側コーナに設ける逃がし用凹部の位置変更例を示す断面図 アウターロータの外周コーナ形状の他の例を示す断面図 アウターロータの外周コーナ形状のさらに他の例を示す断面図 発明品のサイドクリアランス部の圧力差の測定データを示す図 比較品のサイドクリアランス部の圧力差の測定データを示す図 内接歯車式ポンプの概要を示す断面図 ロータ室のハウジング側コーナ形状の一例を示す断面図 ロータ室のハウジング側コーナ形状の他の例を示す断面図 従来の内接歯車式ポンプのロータ室とアウターロータ外周のコーナ形状を示す図

符号の説明

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

Claims (2)

1. ロータ室とそのロータ室の外周コーナよりも径方向内側に配置される吸入ポート及び吐出ポートを備えるケースと、アウターロータとインナーロータを組み合わせて構成されて前記ロータ室に収納されるポンプロータを有し、
   前記ケースは、ハウジングとカバーとからなり、
   前記ロータ室は、ハウジング側外周コーナに内側への入り込み部が形成され、カバー側外周コーナは直角コーナに形成されてそのハウジング側外周コーナとカバー側外周コーナが非対称形状をなし、
   前記アウターロータは、ハウジング側外周コーナとカバー側外周コーナにそれぞれ面取り部が形成され、ハウジング側外周コーナの面取り部寸法がカバー側外周コーナの面取り部寸法よりも大きくてハウジング側外周コーナとカバー側外周コーナが非対称形状をなす内接歯車式ポンプ。
2. ロータ室とそのロータ室の外周コーナよりも径方向内側に配置される吸入ポート及び吐出ポートを備えるケースと、アウターロータとインナーロータを組み合わせて構成されて前記ロータ室に収納されるポンプロータを有し、
   前記ケースは、ハウジングとカバーとからなり、
   前記ロータ室は、ハウジング側外周コーナに逃がし用凹部が形成され、カバー側外周コーナは直角コーナに形成されてそのハウジング側外周コーナとカバー側外周コーナが非対称形状をなし、
   前記アウターロータは、カバー側外周コーナに面取り部が形成され、ハウジング側外周コーナは面取り部のないコーナに形成されてハウジング側外周コーナとカバー側外周コーナが非対称形状をなす内接歯車式ポンプ。

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