KR20080022584A - 내접형 기어 펌프 - Google Patents

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가츠아키 호소노
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미쓰비시 마테리알 피엠지 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 내접 기어 펌프는, 이너 로터의 회전 중심 (O1) 과 외부 기어 투스의 투스끝부를 잇는 제 1 직선 (L1) 과, 상기 회전 중심과 외부 기어 투스의 맞물림부를 잇는 제 2 직선 (L2) 이 이루는 제 1 각도 (θ1) 가, 상기 회전 중심과 외부 기어 투스의 투스 바닥을 잇는 제 3 직선 (L3) 과, 상기 제 2 직선 (L2) 이 이루는 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하이다.
기어 펌프

Description

내접형 기어 펌프 {INTERNAL GEAR PUMP}
본 발명은, 이너 로터와 아우터 로터 사이에 형성되는 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입, 토출하는 내접형 기어 펌프에 관한 것이다.
본원은, 2005년 8월 31일에 출원된 일본 특허출원 2005-252374호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
이 종류의 내접형 기어 펌프는, 소형이고 구조가 간단하기 때문에 자동차의 윤활유용 펌프나 자동 변속기용 오일 펌프 등으로서 광범위하게 이용되고 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1 에 나타나는 내접형 기어 펌프는, n (n 은 자연수) 매의 외부 기어 투스 (external gear teeth) 가 형성된 이너 로터와, 이 외부 기어 투스에 맞물리는 n+1 매의 내부 기어 투스가 형성된 아우터 로터와, 유체가 흡입되는 흡입 포트 및 유체가 토출되는 토출 포트가 형성된 케이싱을 구비하고, 이너 로터가 회전함으로써 외부 기어 투스가 내부 기어 투스에 맞물려 아우터 로터를 회전시키고, 양 로터간에 형성되는 복수의 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입, 토출한다.
셀은, 그 회전 방향 전측과 후측에서, 이너 로터의 외부 기어 투스와 아우터 로터의 내부 기어 투스가 각각 접촉함으로써 개별적으로 구분되고, 또한 양 측면이 케이싱에 의해 구분되어 있고, 이것에 의해 독립적인 유체 반송실을 구성하고 있다. 각 셀은, 외부 기어 투스와 내부 기어 투스의 맞물림 과정의 도중에, 용적이 최소가 된 후에 흡입 포트를 따라 이동할 때에 용적을 확대시켜 유체를 흡입하고, 용적이 최대가 된 후에 토출 포트를 따라 이동할 때에 용적을 감소시켜 유체를 토출한다.
상기 종래의 내접형 기어 펌프에서는, 상기 특허 문헌 1 에 나타나듯이, 흡입 포트의 양 로터의 회전 방향에 있어서의 후단과, 토출 포트의 상기 회전 방향에 있어서의 전단의 거리, 즉 포트의 구분폭이, 상기 회전 방향을 따른 상기 외부 기어 투스의 맞물림부에 있어서의 폭보다 크다. 환언하면, 셀의 용적이 최소가 되는 위치에 있어서의 케이싱의 흡입 포트와 토출 포트의 간격이, 용적이 최소인 셀의 폭보다 크다. 그 때문에, 복수의 셀 중, 양 로터가 맞물려 외부 기어 투스에서 내부 기어 투스로 회전 구동력을 전달시키는 맞물림 위치에 위치하는 최소 용적의 셀이 밀폐되는, 이른바 유체가 갇히게 되어, 내접형 기어 펌프의 반송 효율 (토출량과 흡입량의 비) 을 저하시키는 등의 요인이 되어 있었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-328959호
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 유체가 갇히는 것을 막아, 반송 효율이 향상된 내접형 기어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하고, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 내접형 기어 펌프는, 이너 로터와 아우터 로터가 맞물려 회전할 때에 양 로터의 투스면간에 형성되는 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입, 토출함으로써 유체를 반송하는 내접형 기어 펌프로서, n (n 은 자연수) 매의 외부 기어 투스가 형성된 이너 로터와, 상기 외부 기어 투스와 맞물리는 n+1 매의 내부 기어 투스가 형성된 아우터 로터와, 유체가 흡입되는 흡입 포트 및 유체가 토출되는 토출 포트가 형성된 케이싱을 구비하고, 상기 이너 로터의 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 투스끝을 잇는 제 1 직선과 상기 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 맞물림부를 잇는 제 2 직선이 이루는 제 1 각도가, 상기 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 투스 바닥을 잇는 제 3 직선과 상기 제 2 직선이 이루는 제 2 각도의 1.4 배 이상 1.8 배 이하이다.
본 발명에 의하면, 상기 제 1 각도가 상기 제 2 각도의 1.4 배 이상 1.8 배 이하로 되어 있으므로, 외부 기어 투스의 맞물림부를 포함한 투스끝부에 있어서의 양 로터의 회전 방향을 따른 폭이 넓어지고, 이 폭을, 흡입 포트의 상기 회전 방향에 있어서의 전단과, 토출 포트의 상기 회전 방향에 있어서의 후단의 거리, 즉 포트의 구분폭에 접근시킬 수 있다. 따라서, 복수의 셀 중, 양 로터가 맞물려 외부 기어 투스에서 내부 기어 투스로 회전 구동력을 전달시키는 맞물림 위치에 위치하는 최소 용적의 셀이 밀폐되는, 이른바 유체가 갇히는 것을 막을 수 있게 되어, 내접형 기어 펌프의 반송 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 각도가 상기 제 2 각도의 1.4 배보다 작아지면 상기의 작용을 나타낼 수 없어, 내접형 기어 펌프의 반송 효율을 향상시킬 수 없다. 상기 제 1 각도가 상기 제 2 각도의 1.8 배보다 커지면, 아우터 로터의 내부 기어 투스의 투스면이 마모되기 쉬워져, 내접형 기어 펌프의 내구성이 저하된다.
상기 흡입 포트의 양 로터의 회전 방향에 있어서의 후단과, 상기 토출 포트의 상기 회전 방향에 있어서의 전단의 거리가, 상기 외부 기어 투스의 맞물림부에 있어서의 상기 회전 방향을 따른 폭과 동등해도 된다.
이 경우, 외부 기어 투스의 맞물림부에 있어서의 상기 회전 방향을 따른 폭이, 포트의 구분폭과 동등하므로, 상기 최소 용적의 셀에 있어서, 상기와 같이 유체가 갇힐 뿐만 아니라, 상기 최소 용적의 셀을 개재하여 토출 포트에서 흡입 포트로 유체가 역류하는 것도 회피할 수 있게 되어, 내접형 기어 펌프의 반송 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 제 1 각도를 상기 제 2 각도의 1.4 배 이상 1.8 배 이하로 함으로써, 외부 기어 투스의 맞물림부를 포함한 투스끝부에 있어서의 양 로터의 회전 방향을 따른 폭이 포트의 구분폭과 동등하다. 따라서, 포트의 구분폭을 좁히지 않고 현행과 동등하게 해도, 상기의 역류가 발생하는 것을 확실히 회피할 수 있다.
본 발명과 관련되는 내접형 기어 펌프에 의하면, 반송 효율의 향상을 도모할 수 있다.
도 1 은 본 발명과 관련되는 일실시형태에 있어서, 내접형 기어 펌프를 나타내는 요부 평면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 내접형 기어 펌프의 맞물림 부분을 나타내는 확대 도이다.
도 3 은 본 발명과 관련되는 내접형 기어 펌프의 작용 효과를 검증한 제 1 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명과 관련되는 내접형 기어 펌프의 작용 효과를 검증한 제 2 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 내접형 기어 펌프 20 : 이너 로터
21 : 외부 기어 투스 21d : 투스끝
21e : 투스 바닥 30 : 아우터 로터
31 : 내부 기어 투스 50 : 케이싱
C : 셀 L1 : 제 1 직선
L2 : 제 2 직선 L3 : 제 3 직선
O1 : 이너 로터의 회전 중심 θ1 : 제 1 각도
θ2 : 제 2 각도
도 1 에 나타내는 내접형 기어 펌프 (10) 는, n 매 (n 은 자연수, 본 실시형태에서는 n=11) 의 외부 기어 투스 (21) 가 형성된 이너 로터 (20) 와, 각 외부 기어 투스 (21) 와 맞물리는 (n+1) 매 (본 실시형태에서는 12 매) 의 내부 기어 투스 (31) 가 형성된 아우터 로터 (30) 와, 이너 로터 (20) 에 형성된 장착 구멍 (22) 에 삽입된 구동축 (60) 을 구비하고, 이것들이 케이싱 (50) 의 내부에 수납된 구성 이다. 아우터 로터 (30) 의 회전 중심 (O2) 은, 이너 로터 (20) 의 회전 중심 (O1) 에 대해 편심량 (e) 만큼 편심되어 있다. 구동축 (60) 의 회전 중심 및 이너 로터 (20) 의 회전 중심 (O1) 은 일치하고 있다.
구동축 (60) 이 회전 중심 (O1) 둘레로 회전함으로써, 장착 구멍 (22) 에 그 회전 구동력이 전달되어, 이너 로터 (20) 도 회전 중심 (O1) 둘레로 회전한다. 이너 로터 (20) 의 회전 구동력은, 외부 기어 투스 (21) 가 내부 기어 투스 (31) 에 맞물림으로써 아우터 로터 (30) 에 전달되어, 아우터 로터 (30) 가 회전 중심 (O2) 둘레로 회전한다.
이너 로터 (20) 와 아우터 로터 (30) 가 회전할 때, 케이싱 (50) 의 내면 (50a) 과, 이너 로터 (20) 의 단면 (20a), 아우터 로터 (30) 의 단면 (30a) 및 아우터 로터 (30) 의 외주면 (30b) 이 미끄럼 접촉한다.
이너 로터 (20) 의 투스면과 아우터 로터 (30) 의 투스면 사이에는, 이너 로터 (20), 아우터 로터 (30) 의 회전 방향 (F) 을 따라 복수의 셀 (C) 이 형성되어 있다. 각 셀 (C) 은, 상기 회전 방향 (F) 의 전측과 후측에서, 이너 로터 (20) 의 외부 기어 투스 (21) 와 아우터 로터 (30) 의 내부 기어 투스 (31) 가 접촉함으로써 개별적으로 구분되고, 또한 양 측면이 케이싱 (50) 의 내면 (50a) 에 의해 구분되어 있고, 이것에 의해 독립적인 유체 반송실을 형성하고 있다. 셀 (C) 은 이너 로터 (20), 아우터 로터 (30) 의 회전에 수반하여 회전 이동하고, 1 회전을 1 주기로 하여 용적의 증대, 감소를 반복하도록 되어 있다. 이너 로터 (20) 의 회전 구동력은, 용적이 최소가 되는 셀 (Cmin) 을 형성하는 위치에서 외부 기어 투스 (21) 가 내부 기어 투스 (31) 에 맞물림으로써 아우터 로터 (30) 에 전달된다.
케이싱 (50) 에는, 용적이 증대될 때의 셀 (C) 에 연통하는 평면에서 보아 원호형인 흡입 포트 (51) 와, 감소될 때의 셀 (C) 에 연통하는 원호형의 토출 포트 (52) 가 형성되어 있고, 흡입 포트 (51) 에서 셀 (C) 로 흡입된 유체는, 이너 로터 (20), 아우터 로터 (30) 의 회전에 수반하여 반송되어, 토출 포트 (52) 로부터 토출된다.
도시한 이너 로터 (20) 는, 제 1 기초원 (di) 에 외접하여 미끄러짐 없이 구르는 제 1 외전원(外轉圓)의해 창성(創成)되는 외전 사이클로이드 곡선을 외부 기어 투스 (21) 의 투스끝부 (21b) 의 형상으로 하고, 제 1 기초원 (di) 에 내접하여 미끄러짐 없이 구르는 제 1 내전원(內轉圓)에 의해 창성되는 내전 사이클로이드 곡선을 외부 기어 투스 (21) 의 투스 홈부 (21c) 의 형상으로 하여 형성되어 있다.
아우터 로터 (30) 는, 제 2 기초원 (do) 에 외접하여 미끄럼 없이 구르는 제 2 외전원에 의해 창성되는 외전 사이클로이드 곡선을 내부 기어 투스 (31) 의 투스 홈부 (31b) 의 형상으로 하고, 제 2 기초원 (do) 에 내접하여 미끄럼 없이 구르는 제 2 내전원에 의해 창성되는 내전 사이클로이드 곡선을 내부 기어 투스 (31) 의 투스끝부 (31c) 의 형상으로 하여 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 이너 로터 (20) 의 회전 중심 (O1) 과 상기 회전 방향 (F) 을 따른 외부 기어 투스 (21) 의 폭방향 중앙부, 즉 투스끝 (21d) 의 중앙을 잇는 제 1 직선 (L1) 과 상기 회전 중심 (O1) 과 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 를 잇는 제 2 직선 (L2) 이 이루는 제 1 각도 (θ1) 가, 상기 회전 중심 (O1) 과 외부 기어 투스 (21) 의 투스 바닥 (21e) 을 잇는 제 3 직선 (L3) 과 상기 제 2 직선 (L2) 이 이루는 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하이다. 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 는, 도 2 에 나타내듯이, 외부 기어 투스 (21) 의 투스면과 제 1 기초원 (di) 의 교점이다.
흡입 포트 (51) 의 상기 회전 방향 (F) 에 있어서의 후단 (51a) 과, 토출 포트 (52) 의 상기 회전 방향 (F) 에 있어서의 전단 (52a) 의 둘레 방향 거리는, 상기 회전 방향 (F) 을 따른 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 에 있어서의 폭과 동등하다. 본 실시형태에서는, 흡입 포트 (51) 의 후단 (51a) 과 제 1 기초원 (di) 의 교점 및 토출 포트 (52) 의 전단 (52a) 과 제 1 기초원 (di) 의 교점간의 거리가, 상기 회전 방향 (F) 을 따른 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 에 있어서의 폭과 동등하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태와 관련되는 내접형 기어 펌프 (10) 에 의하면, 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하이므로, 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 를 포함한 투스끝부 (21b) 에 있어서의 이너 로터 (20), 아우터 로터 (30) 의 회전 방향 (F) 을 따른 폭을, 흡입 포트 (51) 의 후단 (51a) 과 토출 포트 (52) 의 전단 (52a) 의 거리, 요컨대 포트의 구분폭에 근접시킬 수 있다. 따라서, 복수의 셀 (C) 중, 이너 로터 (20) 와 아우터 로터 (30) 가 맞물려 외부 기어 투스 (21) 에서 내부 기어 투스 (31) 로 회전 구동력을 전달시키는 맞물림 위치에 위치하는 최소 용적의 셀 (Cmin) 이 밀폐되는, 이른바 유체가 닫히는 것을 막을 수 있어, 내접형 기어 펌프 (10) 의 반송 효율을 향상시킬 수 있다.
외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 에 있어서의 상기 회전 방향 (F) 을 따른 폭이, 포트의 구분폭과 동등하므로, 상기 최소 용적의 셀 (Cmin) 에 있어서, 상기와 같이 유체가 갇힐 뿐만 아니라, 이 셀 (Cmin) 을 개재하여 토출 포트 (52) 에서 흡입 포트 (51) 로 유체가 역류하는 것도 회피할 수 있다. 따라서 내접형 기어 펌프 (10) 의 반송 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하가 되고, 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 를 포함한 투스끝부 (21b) 에 있어서의 상기 회전 방향 (F) 을 따른 폭을 넓힘으로써, 이 폭은 포트의 구분폭과 동등하게 되어 있다. 따라서, 포트의 구분폭이 좁혀지는 일은 없고 현행과 동등하게 유지할 수 있어, 상기의 역류가 발생하는 것을 확실히 회피할 수 있다.
본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 추가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 외부 기어 투스 (21) 및 내부 기어 투스 (31) 의 형상을 사이클로이드 곡선에 기초하여 형성한 구성을 나타냈지만, 이 대 신, 예를 들어 트로코이드 곡선에 기초하여 투스면 형상을 형성해도 된다.
제 1 각도 (θ1) 를 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하로 함으로써, 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 를 포함한 투스끝부 (21b) 에 있어서의 회전 방향 (F) 을 따른 폭을 넓게 하면, 외부 기어 투스 (21) 의 맞물림부 (21a) 에 있어서의 회전 방향 (F) 을 따른 폭이 포트의 구분폭과 동등하지 않아도 된다.
(검증 실험)
본원 발명의 상기 작용 효과에 대한 검증 시험을 실시하였다. 이 시험에 제공하는 내접형 기어 펌프로서, 제 1 각도 (θ1) 와 제 2 각도 (θ2) 의 비율을 다양하게 달리한 복수의 구성을 채용하였다. 각각의 내접형 기어 펌프에 있어서, 토출 압력을 300kPa 로 하고 이너 로터를 750rpm 으로 회전시켰을 때의 실제 토출량을 측정하고, 이 실제 토출량을 이론 토출량으로 나눈 값에 100 을 곱하여 얻어지는 용적 효율을 산출하였다.
결과, 도 3 에 나타나듯이, 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상이면, 용적 효율이 85% 이상이 되어, 반송 효율이 향상되는 것이 확인되었다.
다음에, 상기 복수의 내접형 기어 펌프 각각에 있어서, 토출 압력을 600kPa 로 하고 이너 로터를 6000rpm 으로 500 시간 회전시켰을 때의, 아우터 로터의 내부 기어 투스에 있어서의 투스면의 최대 마모량을 측정하였다.
결과, 도 4 에 나타나듯이, 제 1 각도 (θ1) 가 제 2 각도 (θ2) 의 1.8 배 이하이면, 상기 최대 마모량을 50㎛ 이하로 억제할 수 있어, 이 내접형 기어 펌프 의 내구성이 현행과 동등하게 유지되는 것이 확인되었다.
이상으로부터, 제 1 각도 (θ1) 를 제 2 각도 (θ2) 의 1.4 배 이상 1.8 배 이하로 함으로써, 아우터 로터의 내부 기어 투스에 있어서의 투스면이 마모되는 것을 억제하면서, 내접형 기어 펌프의 반송 효율을 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.
유체가 갇히는 것을 막아, 반송 효율이 향상된 내접형 기어 펌프를 제공한다.

Claims (2)

  1. 이너 로터와 아우터 로터가 맞물려 회전할 때에 양 로터의 투스면간에 형성되는 셀의 용적 변화에 의해 유체를 흡입, 토출함으로써 유체를 반송하는 내접형 기어 펌프로서,
    n (n 은 자연수) 매의 외부 기어 투스가 형성된 이너 로터와,
    상기 외부 기어 투스와 맞물리는 n+1 매의 내부 기어 투스가 형성된 아우터 로터와,
    유체가 흡입되는 흡입 포트 및 유체가 토출되는 토출 포트가 형성된 케이싱을 구비하고,
    상기 이너 로터의 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 투스끝을 잇는 제 1 직선과 상기 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 맞물림부를 잇는 제 2 직선이 이루는 제 1 각도가, 상기 회전 중심과 상기 외부 기어 투스의 투스 바닥을 잇는 제 3 직선과 상기 제 2 직선이 이루는 제 2 각도의 1.4 배 이상 1.8 배 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 내접형 기어 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 포트의 양 로터의 회전 방향에 있어서의 후단과, 상기 토출 포트의 상기 회전 방향에 있어서의 전단의 거리가, 상기 외부 기어 투스의 맞물림부에 있어서의 상기 회전 방향을 따른 폭과 동등하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 내 접형 기어 펌프.
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