JP4895187B2 - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、油や水等の流体を圧送する内接歯車ポンプに関する。

内歯を有する環状のアウタロータの内側に、外歯を有するインナロータを偏心させて内接させ、内歯と外歯との噛み合い隙間に吸入した流体を昇圧させて圧送するように構成された内接歯車ポンプが提供されている。各ロータはケーシング内に収容されてカバーにより密閉され、インナロータを回転駆動させてケーシング内に吸入した流体を吐出するといった構造が一般的である。特許文献１には、そのような構造の内接歯車ポンプが開示されている。

アウタロータの内歯とインナロータの外歯との噛み合い隙間は、容積が大きくなって負圧となる吸入側容積室と、容積が小さくなって高圧となる吐出側容積室とに分けられる。ポンプ外から吸入側容積室に吸入流体を導入する吸入流路と、吐出側容積室から吐出される流体をポンプ外に吐出する吐出流路が、例えばカバーのケーシングへの密着面に形成される。ケーシングのロータ収容凹所の底面と、該凹所に面するカバーの対向面には、各容積室に対応する凹部状の吸入ポートと吐出ポートとが、それぞれ形成される場合がある。これらポートは、各容積室に対する流体の流路であって、概ね各容積室に沿って三日月状に形成される（特許文献１，２等参照）。

特開平１１−４４２９３号公報 特開２００６−４６２７３号公報

ケーシングおよびカバーに形成される吸入ポートおよび吐出ポートは、ケーシング側とカバー側との圧力バランスを図るために、ロータ収容凹所を挟んで対称的に、すなわち、ロータ収容凹所の深さの中間を対称面とした勝手反対の状態で、同寸・同形状に形成される。ところで、上記のようにカバーのケーシングへの密着面に吸入流路および吐出流路が形成される場合には、吸入流路と吸入ポート、および吐出流路と吐出ポートを、それぞれ連通させる必要がある。これらの連通部分は、ケーシング側の吸入ポートおよび吸入ポートには必要ないため形成されない。

したがって、カバーのロータ収容凹所への対向面における各ポートを含む流体の流路の面積の方が、ケーシングの各ポートの面積よりも上記連通部分の面積だけ大きくなる。このようなカバー側とケーシング側の流路面積の相違は、特に吐出側において圧力差が顕著となり、ケーシング側とカバー側との圧力バランスが不均衡になることを招く。具体的には、流路面積の大きいカバー側を流動する流体の圧力がケーシング側よりも大きくなり、アウタロータおよびインナロータがケーシング方向に押されて片寄りが生じる。このようにバランスが不均衡になると、各ロータがロータ収容凹所の底面に押し付けられて摩耗が生じるとともに、抵抗が生じて動力ロスが生じる。

よって本発明は、アウタロータおよびインナロータを挟むケーシング側とカバー側との流体圧力を同等として圧力バランスの均衡化が図られ、各ロータの摩耗や動力ロス等の発生が抑制される内接歯車ポンプを提供することを目的としている。

本発明は、円筒状のロータ収容凹所を有するケーシングと、内歯を有し、ケーシングのロータ収容凹所に回転自在に収容される環状のアウタロータと、外歯を有し、アウタロータ内に、外歯が内歯に噛み合って内接し、かつ偏心した状態で回転自在に収容されるインナロータと、このインナロータの回転中心に同心状に固定される駆動シャフトと、ケーシングに密着してロータ収容凹所を密閉するカバーとを備え、インナロータが回転し、これに伴ってアウタロータが連れ回りすることにより、内歯と外歯との間に、液体を吸入する吸入側容積室と、この吸入側容積室に吸入した液体を吐出する吐出側容積室とが形成される内接歯車ポンプであって、カバーのケーシングへの密着面には、ロータ収容凹所に連通する吸入流路と吐出流路とが形成され、また、該カバーのロータ収容凹所への対向面には、吸入側容積室と吐出側容積室とにそれぞれ対応するカバー側吸入ポートとカバー側吐出ポートとが形成され、さらに該対向面には、吸入流路とカバー側吸入ポートとを連通する吸入連通路と、吐出流路とカバー側吐出ポートとを連通する吐出連通路とが形成され、一方、ケーシングのロータ収容凹所の底面には、吸入側容積室と吐出側容積室とにそれぞれ対応し、カバー側吸入ポートおよびカバー側吐出ポートと対称をなすケーシング側吸入ポートとケーシング側吐出ポートとが形成され、さらに該底面には、ケーシング側吐出ポートに連続し、吐出連通路と対称をなすダミーポートが形成されているとともに、ケーシングのロータ収容凹所は、底面、およびアウタロータを囲む円筒状の内壁面とから形成されており、これら底面と内壁面とで形成される内隅部には、底面から連続して径方向外側に突出する空所が全周にわたって形成されていることを特徴としている。本発明で言う対称とは、ロータ収容凹所の深さの中間を対称面とした勝手反対の状態で同寸・同形状を呈していることである。

本発明では、アウタロータおよびインナロータを挟む「ケーシングのロータ収容凹所の底面」と「カバーのロータ収容凹所への対向面」には、吸入側容積室に対応する吸入ポートと、吐出側容積室に対応する吐出ポートとが、それぞれ互いに対称的に形成されている。また、カバーのロータ収容凹所への対向面には、カバー側吸入ポートを吸入流路に連通させる吸入連通路と、カバー側吐出ポートを吐出流路に連通させる吐出連通路とが、それぞれ形成されている。ここまでは従来の構成であるが、本発明では、ケーシングのロータ収容凹所の底面に、ケーシング側吐出ポートに連続し、カバーに形成されている吐出連通路と対称をなすダミーポートが形成されている。

カバー側の上記対向面とケーシング側の上記底面の両面において、吐出ポートを含む吐出側の流体の流路は、カバー側では「カバー側吐出ポート＋吐出連通路」であり、ケーシング側では「ケーシング側吐出ポート＋ダミーポート」である。吐出ポートどうしは対称であって同面積であり、また、カバーの吐出連通路とケーシングのダミーポートも対称であるから同面積である。したがって、これら両面の吐出ポートを含む流体の流路は、互いに対称で同面積となる。このため、吐出側におけるケーシング側とカバー側の流体の圧力が同等となり、双方の圧力バランスが均衡が保たれる。その結果、アウタロータおよびインナロータがケーシング方向に押されることがなく、各ロータがロータ収容凹所の底面に押し付けられて摩耗が生じたり動力ロスが発生したりすることが抑制される。

なお、本発明では、吐出側の流体の圧力上昇に対応してケーシング側吐出ポートのみにダミーポートを形成しているが、これは、吐出圧力はかなりのレベルまで上昇可能であり、吸入圧力には限度があってさほど影響を受けないためである。しかしながらより高い精度でバランスをとるために、ケーシング側吸入ポートに連続するダミーポートをカバーの吸入連通路と対称をなすように形成してもよい。

また、ケーシングのロータ収容凹所が、底面、およびアウタロータを囲む円筒状の内壁面とから形成されており、これら底面と内壁面とで形成される内隅部に、底面から連続して径方向外側に突出する空所が全周にわたって形成されていることにより、ロータ収容凹所の内壁面を開口側から底面に対して垂直にたどっていくと、内隅部に近づくと空所に到達し、その空所を通過すると、凹所底面に対し垂直にたどりつく。したがって、内壁面に近接させて凹所に収容させるアウタロータの底部側の周縁角部が直角のままの状態であっても、そのアウタロータの外周面を凹所の内壁面に近接させることができ、またアウタロータとインナロータ双方を凹所底面に近接させることができる。空所の径方向外側への突出量は、内隅部のＲを除去し、かつ、凹所内壁面よりも径方向外側に僅かでも突出していればよいので、空所による圧力ロスは僅かで済む。また、カバーとケーシングの内壁面とで形成される開口側の内隅部は直角であり、その内隅部に対応させて歯車の表側の周縁角部も直角のままでよい。

これらのことから、両側（底部側と開口側）の周縁角部が直角のままのアウタロータをロータ収容凹所内に収容してカバーをした組み付け状態において、アウタロータおよびインナロータと、ケーシングおよびカバーとの間に存在する隙間を極力小さくすることができ、圧力ロスを抑えることができる。また、アウタロータの両側の周縁角部は面取り加工することなく直角のままで使用することができるため、ロータ収容凹所内に収容する際には表裏の識別を必要とせず、良好な組み付け性が確保される。

本発明によれば、ロータ収容凹所の底面に、カバーに形成される吐出連通路と対称にダミーポートを形成したため、アウタロータおよびインナロータを挟むケーシング側とカバー側との流体圧力が同等となり圧力バランスの均衡化が図られ、その結果として各ロータの摩耗や動力ロス等の発生が抑制されるといった効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
図１は一実施形態に係るトロコイド型内接歯車ポンプ（以下、ポンプと略称）１を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視である。このポンプ１は、例えば軽油等の油を圧送するポンプであって、図１（ｂ）に示すように、複数の内歯１１を有する環状のアウタロータ１０内に、複数の外歯２１を有し、アウタロータ１０と同じ厚さ（軸方向寸法）のインナロータ２０が収容されてなるトロコイド２を主体としている。

トロコイド２は、ケーシング３０に形成された円形のトロコイド収容凹所（ロータ収容凹所、以下、凹所）３１に回転自在に収容されている。ケーシング３０には、凹所３１を閉塞するカバー４０が固定されている。図２（ａ）はカバー４０のケーシング３０に対する合わせ面側を示しており、図２（ｂ）はケーシング３０のカバー４０に対する合わせ面側を示している。図３は、図１（ａ）のように組み立てられるポンプ１を分解した状態を示している。

図１（ｂ）および図３に示すように、インナロータ２０の外歯２１はアウタロータ１０の内歯１１よりも１つ少なく、インナロータ２０は、外歯２１が内歯１１に内接して噛み合う偏心した状態に、アウタロータ１０内に収容されている。図１（ｂ）に示すように、各ロータ１０，２０が互いに接触する仕切点Ｐ間には、トロコイド２の回転方向（図１（ｂ）の矢印方向）に応じて、吸入側の容積室Ｒ_１と吐出側の容積室Ｒ_２とが形成される。

図２（ｂ）に示すように、ケーシング３０には厚さ方向に貫通する油の吸入口３２および吐出口３３が形成されている。これら吸入口３２と吐出口３３は、凹所３１の周囲の所定箇所に隣り合って形成されている。また、ケーシング３０の凹所３１の底面３１ｂには、吸入側および吐出側の容積室Ｒ_１，Ｒ_２にそれぞれ対応して三日月状の凹所が、吸入ポート３４および吐出ポート３５として形成されている。さらに、ケーシング３０のカバー４０に対する合わせ面には、凹所３１と吸入口３２および吐出口３３を囲む異形Ｏリング嵌合溝３６が形成されている。

一方、図２（ａ）に示すように、カバー４０のケーシング３０に対する合わせ面の、凹所３１への対向面（円形の破線内）４０ａには、ケーシング３０側の吸入ポート３４および吐出ポート３５と、凹所３１の深さの中間を対称面とした勝手反対の状態で、同寸・同形状の吸入ポート４４および吐出ポート４５が形成されている。また、カバー４０には、これら吸入ポート４４および吐出ポート４５から、ケーシング３０に形成されている吸入口３２と吐出口３３にそれぞれ連通する吸入流路４２および吐出流路４３が形成されている。さらに上記対向面４０ａには、吸入流路４２と吸入ポート４４とを連通する吸入連通路４４ａと、吐出流路４３と吐出ポート４５とを連通する吐出連通路４５ａとが形成されている。

さて、上記ケーシング３０においては、凹所３１に形成された吐出ポート３５の一端部には、該吐出ポート３５に連続するダミーポート３５ａが形成されている。このダミーポート３５ａは、カバー４０の吐出連通路４５ａと対称をなすように形成されている。

カバー４０は、ケーシング３０の異形Ｏリング嵌合溝３６に図３に示す異形Ｏリング６１を嵌合させてから、ケーシング３０に合わせられ、ワッシャ６２を通したボルト６３をカバー４０のボルト通し孔４７に貫通させ、このボルト６３をケーシング３０のネジ孔３７にねじ込んで締結することにより、ケーシング３０に固定される。この状態で各容積室Ｒ_１，Ｒ_２はカバー４０で密閉され、異形Ｏリング６１によって油の漏洩が防止されるようになっている。ケーシング３０に対するカバー４０の位置決めは、図２および図３に示すように、両者に形成されたピン孔３８，４８に位置決めピン６４を嵌合させて行われる。

図１（ａ）に示すように、インナロータ２０の軸心には、駆動シャフト５０が貫通して一体に固定されている。一体固定にあたっては、インナロータ２０に対して駆動シャフト５０が相対回転しないように、図３に示すようにキー６５が用いられている。駆動シャフト５０のカバー４０側の端部は、カバー４０に形成された軸受穴４９に嵌入されている。また、ケーシング３０には、駆動シャフト５０が回転自在に挿入される駆動シャフト挿入孔３９が形成されている。

図１（ａ）に示すように、ケーシング３０の、カバー４０に対する合わせ面とは反対側の背面には、駆動シャフト挿入孔３９と同軸状の円筒状凸部３０Ａが形成されており、さらにこの凸部３０Ａの背面には、円筒状の凹部３０ａが形成されている。この凹部３０ａには、Ｃリング状の止め具６６によって抜け止めされたシール部材６７が装着されている。駆動シャフト５０は凸部３０Ａから突出しており、その突出端には、圧入によってベベルギヤ５１が固定されている。このベベルギヤ５１は、駆動ベベルギヤを介して駆動モータ（いずれも図示略）に連結される。

本実施形態のポンプ１によれば、駆動シャフト５０とともにトロコイド２が図１（ｂ）で矢印方向に回転すると、吸入側容積室Ｒ_１の容積が増大して負圧となり、ケーシング３０の吸入口３２から油が吸入されて、その油はカバー４０側の吸入流路４２、吸入ポート４４を経て吸入側容積室Ｒ_１に流入し、各吸入ポート４４，３４ともども油で満たされる。引き続きトロコイド２が回転すると、吸入側容積室Ｒ_１の容積が減少して内圧が上昇し、吸入側容積室Ｒ_１は吐出側容積室Ｒ_２に変位する。吐出側容積室Ｒ_２は、各吐出ポート３５，４５に連通し、昇圧した油は、カバー４０の吐出ポート４５から吐出流路４３を経てケーシング３０の吐出口３３に至り、吐出される。

このようなポンプ作用が、トロコイド２の回転によって連続的に行われ、油が連続的に圧送される。そして、吸入された油によって各容積室Ｒ_１，Ｒ_２の密閉性が高められる液体シール効果によって、これら容積室Ｒ_１，Ｒ_２間に生じる差圧が顕著になり、大きなポンプ作用が得られる。

本実施形態のポンプ１では、ケーシング３０の吐出ポート３５にダミーポート３５ａが連続して形成されたことにより、以下の作用効果を得る。すなわち、トロコイド２（アウタロータ１０とインナロータ２０）を挟むカバー４０の凹所３１への対向面４０ａとケーシング３０の凹所底面３１ｂの両面において、吐出ポートを含む吐出側の流体の流路は、カバー側では「カバー側吐出ポート４５＋吐出連通路４５ａ」であり、ケーシング３０側では「ケーシング側吐出ポート３５＋ダミーポート３５ａ」である。

吐出ポート３５，４５どうしは対称であって同面積であり、また、カバー４０の吐出連通路４５ａとケーシング３０のダミーポート３５ａも対称であるから同面積である。したがって、これら両面の吐出ポートを含む流体の流路は、互いに対称で同面積となる。このため、吐出側におけるケーシング３０側とカバー４０側の流体の圧力が同等となり、双方の圧力バランスが均衡が保たれる。その結果、トロコイド２がケーシング３０方向に押されることがなく、アウタロータ１０およびインナロータ２０が凹所底面３１ｂに押し付けられて摩耗が生じたり動力ロスが発生したりすることが抑制される。

図４は、本実施形態でのケーシング３０の好ましい形態を示している。ケーシング３０の凹所３１は、アウタロータ１０に近接してこのアウタロータ１０を囲む円筒状の内壁面３１ａと、アウタロータ１０の底面（図４で下面）１０ｂに対向する底面３１ｂとから形成されている。そして、これら内壁面３１ａと底面３１ｂとで形成される内隅部３１ｃに、底面３１ｂから連続して径方向外側に突出する空所３１ｄが、全周にわたって形成されている。

この空所３１ｄは、例えば凹所３１の内壁面３１ａを旋盤装置のバイトで切削加工して形成する際に、そのバイトを底面３１ｂから径方向外側に僅かに送って切削するなどの方法で、通常はＲ状となっている内隅部３１ｃの曲面を切削して、環状の空所３１ｄを形成している。

このようなケーシング３０によれば、凹所３１の内壁面３１ａを開口側から底面３１ｂに対して垂直にたどっていくと、内隅部３１ｃに近づくと空所３１ｄに到達し、その空所３１ｄを通過すると、凹所３１の底面３１ｂに対し垂直にたどりつく。したがって、内壁面３１ａに近接させて凹所３１に収容させるアウタロータ１０の底部側の周縁角部が直角のままの状態であっても、アウタロータ１０の外周面１０ａと底面１０ｂを、それぞれ凹所３１の内壁面３１ａと底面３１ｂとに近接させることができ、両者の間の隙間を極力小さくすることができる。空所３１ｄの径方向外側への突出量は、内隅部のＲを除去し、かつ、内壁面３１ａよりも径方向外側に僅かでも突出していればよく、したがって空所３１ｄによる圧力ロスは僅かである。

また、カバー４０とケーシング３０の内壁面３１ａとで形成される開口側の内隅部３１ｅは直角であり、その内隅部３１ｅに対応させてアウタロータ１０の表側の周縁角部も直角のままでよい。したがって、アウタロータ１０の表裏の周縁角部が直角のままのアウタロータ１０をケーシング３０の凹所３１内に収容してカバー４０を固定した組み付け状態において、アウタロータ１０と、ケーシング３０およびカバー４０との間に存在する隙間を極力小さくすることができ、圧力ロスを抑えることができる。その結果密閉性が増し、大きなポンプ作用が安定して確保される。さらに、アウタロータ１０の表裏の周縁角部は面取り加工することなく直角のままで使用することができるため、凹所３１内に収容する際には表裏の識別を必要とせず、良好な組み付け性が確保される。

アウタロータ１０の表裏の周縁角部をともに直角のままで使用することができる点は、アウタロータ１０が粉末冶金法による焼結体からなるものである場合に特に有効である。すなわち、樹脂や溶製材の場合には、凹所３１に円滑にアウタロータ１０を収容するために開口側に僅かに拡径する抜きテーパが内壁面３１ａに施される。ところが焼結体の場合には気孔による弾性があるため製造時においても周縁角部を直角に形成することができるからである。

本発明の一実施形態に係るトロコイド型内接歯車ポンプであって、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。 （ａ）はカバーのケーシングに対する合わせ面側を示す図、（ｂ）はケーシングのカバーに対する合わせ面側を示す図である。 一実施形態に係るポンプの分解斜視図である。 ポンプのケーシングの好ましい形態を示す断面図である。

符号の説明

１…内接歯車ポンプ
２…トロコイド
１０…アウタロータ
１１…内歯
２０…インナロータ
３０…ケーシング
３１…トロコイド収容凹所（ロータ収容凹所）
３１ａ…内壁面
３１ｂ…底面
３１ｃ…内隅部
３１ｄ…空所
３４…ケーシング側吸入ポート
３５…ケーシング側吐出ポート
３５ａ…ダミーポート
４０…カバー
４０ａ…対向面
４２…吸入流路
４３…吐出流路
４４…カバー側吸入ポート
４４ａ…吸入連通路
４５…カバー側吐出ポート
４５ａ…吐出連通路
５０…駆動シャフト
Ｒ_１…吸入側容積室
Ｒ_２…吐出側容積室

Claims (1)

1. 円筒状のロータ収容凹所を有するケーシングと、
   内歯を有し、前記ケーシングの前記ロータ収容凹所に回転自在に収容される環状のアウタロータと、
   外歯を有し、前記アウタロータ内に、外歯が前記内歯に噛み合って内接し、かつ偏心した状態で回転自在に収容されるインナロータと、
   このインナロータの回転中心に同心状に固定される駆動シャフトと、
   前記ケーシングに密着して前記ロータ収容凹所を密閉するカバーとを備え、
   前記インナロータが回転し、これに伴ってアウタロータが連れ回りすることにより、前記内歯と前記外歯との間に、液体を吸入する吸入側容積室と、この吸入側容積室に吸入した液体を吐出する吐出側容積室とが形成される内接歯車ポンプであって、
   前記カバーの前記ケーシングへの密着面には、
   前記ロータ収容凹所に連通する吸入流路と吐出流路とが形成され、
   また、該カバーの前記ロータ収容凹所への対向面には、
   前記吸入側容積室と前記吐出側容積室とにそれぞれ対応するカバー側吸入ポートとカバー側吐出ポートとが形成され、
   さらに該対向面には、吸入流路とカバー側吸入ポートとを連通する吸入連通路と、吐出流路とカバー側吐出ポートとを連通する吐出連通路とが形成され、
   一方、前記ケーシングの前記ロータ収容凹所の底面には、前記吸入側容積室と前記吐出側容積室とにそれぞれ対応し、前記カバー側吸入ポートおよび前記カバー側吐出ポートと対称をなすケーシング側吸入ポートとケーシング側吐出ポートとが形成され、
   さらに該底面には、ケーシング側吐出ポートに連続し、前記吐出連通路と対称をなすダミーポートが形成されているとともに、
   前記ケーシングの前記ロータ収容凹所は、底面、および前記アウタロータを囲む円筒状の内壁面とから形成されており、これら底面と内壁面とで形成される内隅部には、底面から連続して径方向外側に突出する空所が全周にわたって形成されていることを特徴とする内接歯車ポンプ。

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