KR20120041258A

KR20120041258A - 펌프용 로터와 그것을 이용한 내접 기어 펌프

Info

Publication number: KR20120041258A
Application number: KR1020127006393A
Authority: KR
Inventors: 마사토 우오즈미; 하루미츠 사사키; 겐타로 요시다
Original assignee: 스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-04-30
Also published as: US8876504B2; ES2692822T3; WO2011058908A1; CN102510952A; US20120177525A1; EP2469092A1; JPWO2011058908A1; EP2469092B1; EP2469092A4; CN102510952B; KR101332995B1

Abstract

내접 기어 펌프의 로터에 대해서, 동등한 체격으로 이론 토출량을 확보하면서 로터의 치수를 증가시키는 요구에 부응하고, 그 치수 증가에 의해 토출 맥동 등에 관한 펌프 성능을 향상시키는 것을 과제로 하고 있다. 치수가 N인 이너 로터(2)와 (N+1)인 아우터 로터(3)를 편심 배치로 하여 조합한 펌프 로터(1)에 있어서, 이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 맞물림 피치 직경의 최대치를 φD_max로 하여, φD_max＜1.7 e?sin(π/180)/sin{π/(180?N)}의 관계식을 만족시켜 이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 맞물림 위치 G가 항상 편심축 CL보다 로터의 회전 방향 후방에 있도록 했다.

Description

펌프용 로터와 그것을 이용한 내접 기어 펌프{ROTOR FOR PUMP AND INTERNAL GEAR PUMP USING SAME}

본 발명은, 치수(齒數)가 N인 이너 로터와, (N+1)인 아우터 로터를 편심 배치로 하여 조합한 펌프용 로터와 그것을 이용한 내접 기어 펌프에 관한 것이다.

치수의 차가 하나인 전술한 펌프용 로터를 채용한 내접 기어 펌프는, 차의 엔진이나 자동변속기(AT)용의 오일 펌프 등으로서 많이 이용되고 있다. 그 내접 기어 펌프의 종래예로서, 하기 특허문헌 1?3에 개시된 것 등이 있다.

특허문헌 1이 개시하고 있는 내접 기어 펌프에서는, 이너 로터와 아우터 로터의 치형(齒形)이, 각각, 기초 원과 그 기초 원에 접하여 미끄러짐 없이 굴러가는 외측 구름원의 1점의 궤적 및 내측 구름원의 1점의 궤적에 의해서 창성(創成)되어 있다.

특허문헌 2가 개시하고 있는 내접 기어 펌프에서는, 직경이 다른 2개의 기초 원, 한 쪽의 기초 원에 접하여 미끄러짐 없이 굴러가는 외측 구름원, 다른 쪽의 기초 원에 접하여 미끄러짐 없이 굴러가는 내측 구름원을 이용하여 치선(齒先)과 치저(齒底)의 사이클로이드(cycloidal) 치형을 창성하고, 그 치선과 치저의 사이클로이드 치형 사이를 인볼류트(involute) 곡선으로 잇고 있다.

또한, 특허문헌 3이 개시하고 있는 내접 기어 펌프에서는, 아우터 로터의 치형이 볼록 원호 곡선이나 사이클로이드 곡선 등으로 형성된다. 그리고, 이너 로터의 치형은 아우터 로터의 치형 내에 이너 로터를 굴려 결정되는 것으로 되어 있다.

이 밖에, 트로코이드(trochoidal) 곡선의 치형을 채용한 내접 기어 펌프도 알려져 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제3293507호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2008-128041호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공고 소화62-57835호 공보

트로코이드 치형이나 사이클로이드 치형을 채용한 종래의 펌프용 로터에서는, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치가 편심축보다 로터 회전 방향의 전방에 있거나 혹은 편심축을 걸치는 위치에 있다.

여기서의 편심축이란, 이너 로터와 아우터 로터를 설계상의 편심 배치로 한 경우의 각 중심을 지나는 직선을 말한다.

또한, 맞물림 위치란, 이너 로터와 아우터 로터를 설계상의 편심 배치로 하여, 이너 로터로 향해서 아우터 로터를 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켰을 때의 이너 로터와 아우터 로터의 최초의 접점이다. 이너 로터 중심에서부터 상기 맞물림 위치까지의 거리를 r로 했을 때, 맞물림 피치 직경(φD)은 2r이 된다. 이너 로터를 회전 방향으로 조금씩 회전시켜, 상기 맞물림 피치 직경을 측정했을 때의 최소치를 φD_min, 최대치를 φD_max로 한다.

맞물림 위치가 편심축보다 로터 회전 방향의 전방 혹은 편심축을 걸치는 위치에 있는 종래의 내접 기어 펌프는, 로터의 치수를 많게 할수록 토출 맥동이 작아진다. 그런데, 필요한 토출량을 확보하면서 로터의 치수를 증가시키면, 맞물림 피치 직경이 커져 로터 외경이 커진다.

이에 대하여, 차량에 탑재되는 펌프는 특히 소형화나 경량화의 요구가 있기 때문에 로터 외경을 크게 하는 식의 대응은 선호되지 않는다. 이러한 사정 때문에, 동일한 로터 외경에 있어서 이론 토출량을 유지하면서 로터의 치수를 증가시키는 요구에 부응할 수 없는 것이 실정이다.

본 발명은, 종래 제품과 동등한 로터 외경과 이론 토출량을 유지하면서 로터의 치수를 증가시키는 요구에 부응하고, 그 치수 증가에 의해 토출 맥동 등에 관한 펌프 성능을 향상시키는 것을 과제로 하고 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 치수가 N의 이너 로터와 (N+1)인 아우터 로터를 편심 배치로 하여 조합한 펌프용 로터와 그 펌프용 로터를 채용한 내접 기어 펌프를 개선 대상으로 하여, 이너 로터와 아우터 로터의 중심을 각각 편심 배치에 놓았을 때, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치가 항상 편심축보다 로터의 회전 방향 후방에 있도록 했다.

이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 피치 직경의 최대치(φD_max)에 관해서,

φD_max＜1.7 e?sin(π/180)/sin{π/(180?N)} (식 1)

의 관계식을 만족시킴으로써, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치가 항상 편심축보다도 로터의 회전 방향 후방에 있는 전술한 구성을 실현할 수 있다.

여기서, e : 이너 로터와 아우터 로터의 편심량

N : 이너 로터의 치수

한편, 본 발명의 펌프용 로터의 이너 로터는, 치형의 치선 곡선, 치저 곡선 중 어느 한쪽 또는 양쪽이, 도 2a와 도 2b의 방법(이 방법의 세부사항은 이후에 설명함)으로 창성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명 펌프의 아우터 로터는, 아우터 로터와 동심의 원 위를 이너 로터가 공전하면서 자전하여 만드는 이너 로터의 치형 곡선군의 포락선에 의해서 아우터 로터의 치형을 형성한 것이 좋다. 이에 관한 세부사항도 이후에 설명한다.

치형에 트로코이드 곡선이나 사이클로이드 곡선을 이용한 종래의 내접 기어 펌프의 로터에서는, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치가 항상 편심축보다 로터의 회전 방향 전방 또는 회전 방향 후방으로부터 회전 방향 전방에 이르는 영역에 있다.

맞물림 위치가 편심축보다 로터의 회전 방향 전방에 있는 것이나 편심축을 걸치는 것은, 맞물림 피치 직경의 최대치(φD_max)가, 이너 로터와 아우터 로터의 편심량을 e, 이너 로터의 치수를 N으로 하여,

φD_max≥1.7 e?sinα/sin(α/N)

의 관계식이 성립한다.

α(radian)는 미소 각도이며, 여기서는, α=π/180이라 가정한다.

이 관계식으로부터, 편심량 e를 일정하게 하여 이너 로터의 치수 N을 늘리면, 맞물림 피치 직경이 커져 로터 외경을 크게 하지 않을 수 없게 된다.

또한, 맞물림 피치 직경을 일정하게 하여 이너 로터의 치수를 늘리면, 편심량 e가 작아져 이론 토출량이 감소한다. 즉, 종래의 펌프용 로터에서는, 로터의 치수 N을 늘리면 로터의 체격과 이론 토출량 중 어느 한쪽의 요구를 만족할 수 없게 된다.

이 문제점에 대하여, 전술한 관계식(식 1)이 성립하는 것은, 편심량 e를 일정하게 하여 이너 로터의 치수 N을 늘렸을 때에 맞물림 피치 직경이 커지지 않는다. 또한, 맞물림 피치 직경(φD)을 일정하게 하여 이너 로터의 치수 N을 늘렸을 때에 편심량 e가 작아지지 않는다. 그 때문에, 로터의 외경이 커지거나 토출량이 감소하거나 하지 않고서 치수 N을 늘려 토출압의 안정화나 토출량의 증가 등을 도모할 수 있게 된다.

한편, 전술한 내용에 있어서 바람직하다고 한 펌프용 로터는, 치형 설계에 자유도가 있어, 상기 관계식(식 1)을 성립시키는 것이 용이하다.

도 1은 본 발명의 펌프용 로터의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 도 1의 펌프용 로터에 채용한 이너 로터의 치형 창성 방법의 설명도이다.
도 2b는 위의 동일한 방법에 의한 치선 창성 원의 중심의 이동 상태를 도시하는 이미지도이다.
도 3은 도 1의 펌프용 로터에 채용한 아우터 로터의 치형 창성 방법의 설명도이다.
도 4는 도 1의 펌프용 로터를 채용한 내접 기어 펌프를 펌프 케이스의 커버를 벗긴 상태로 하여 도시하는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예인 시료 No. 1의 펌프용 로터의 치형을 도시하는 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 상태에서 이너 로터가 6° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 5c는 도 5a의 상태에서 이너 로터가 15° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 5d는 도 5a의 상태에서 이너 로터가 18° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 5e는 도 5a의 상태에서 이너 로터가 24° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 5f는 도 5a의 상태에서 이너 로터가 30° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예인 시료 No. 2의 펌프용 로터의 치형을 도시하는 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 상태에서 이너 로터가 각각 10° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 6c는 도 6a의 상태에서 이너 로터가 각각 20° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 6d는 도 6a의 상태에서 이너 로터가 각각 30° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 6e는 도 6a의 상태에서 이너 로터가 각각 35° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.
도 6f는 도 6a의 상태에서 이너 로터가 각각 40° 회전한 위치에서의 맞물림 피치 직경을 도시하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면의 도 1?도 6f에 기초하여, 본 발명의 펌프용 로터와 그것을 이용한 내접 기어 펌프의 실시형태를 설명한다. 도 1에 도시하는 펌프용 로터(1)는, 이너 로터(2)와, 치수가 이너 로터보다 하나 많은 아우터 로터(3)를 편심 배치하여 조합하고 있다. 이 펌프용 로터(1)의 이너 로터(2)는 이하의 방법으로 치형을 창성한 것이다. 그 치형 창성 방법의 세부사항을 도 2a와 도 2b에 기초하여 설명한다.

도 2a와 도 2b의 치형 창성 방법은, 우선 이너 로터의 중심 O_I과 동심의 직경 Ad의 기준 원 A 상의 기준 점 J와 겹치는 점 j를 외주에 갖는 직경 Bd, Cd의 창성 원 B, C를, 하기의 조건 (1)?(3)을 만족시켜 이동시키고, 그 사이에 점 j가 그리는 궤적 곡선을 그린다. 이어서, 이너 로터의 중심 O_I로부터 치선 정점 T_T 또는 치저 정점 T_B에 이르는 직선 L₂, L₃에 대하여 대칭으로 반전시킨다. 그 직선 L₂, L₃에 대하여 대칭인 곡선이 이너 로터(2)의 치형의 치선 곡선, 치저 곡선 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로 된다.

- 창성 원 B, C의 이동 조건 -

(1) 상기 창성 원 상의 점(j)이 상기 기준 원(A) 상의 기준 점(J)에 겹치도록 상기 창성 원(B, C)을 배치한다. 그 때의 창성 원 중심 pa, pb를 이동 시점 Spa, Spb로 한다. 이어서, 상기 창성 원 상의 점(j)이 치선 정점(T_T) 또는 치저 정점(T_B)에 위치하도록 상기 창성 원(B, C)을 배치하고, 그 때의 창성 원 중심 pa, pb를 이동 종점 Lpa, Lpb로 한다. 그리고, 이동 시점 Spa, Spb로부터, 이동 종점 Lpa, Lpb에 이르는 창성 원 중심 이동 곡선 AC₁, AC₂ 위를 상기 창성 원 중심 pa, pb가 이동하고, 상기 창성 원(B, C)이 그 원의 이동 방향과 같은 방향으로 일정 각속도로 각도 자전한다.

(2) 상기 창성 원 중심 이동 곡선 AC₁, AC₂는, 상기 창성 원(B, C)이 상기 이동 시점 Spa, Spb로부터 이동 종점 Lpa, Lpb로 이동함에 따라서, 상기 이너 로터 중심(O_I)과 창성 원 중심 pa, pb 사이의 거리를, 상기 치선 곡선에서는 증가 변화시키고, 그리고 상기 치저 곡선에서는 감소 변화시킨다.

(3) 치선 정점(T_T)과 이너 로터 중심(O_I)의 거리는, 기준 원 A의 반경과 이동 시작시의 창성 원의 직경의 합보다 크고, 또는 치저 정점(T_B)과 이너 로터 중심( O_I)의 거리는, 기준 원 A의 반경과 이동 시작시의 창성 원의 직경의 차보다 작다.

이 방법에서의 이너 로터(2)의 치형 창성에 있어서, 치선 창성 원 B가, 이동 시점 Spa로부터 직선 L₂ 측으로 향하여 일정한 각속도로 회전하면서 이동 종점 Lpa까지 각도 θ_T의 범위에서 이동하고, 이 사이에 기준 원 A의 직경 방향으로 거리 R을 이동한다.

그 치선 창성 원 B는, 이동 시점 Spa로부터 이동 종점 Lpa에 이르는 사이에 각도 θ만큼 자전한다. 즉, 창성 원 상의 점 j가 각도 θ만큼 회전하여 치선 정점 T_T에 도달한다. 치선 창성 원 B가 이동 시점 Spa로부터 이동 종점 Lpa로 이동하는 동안에서의 상기 점 j의 궤적에 의해서 이너 로터의 치선 곡선의 절반의 곡선이 그려진다.

이 때에 치선 창성 원 B의 자전 방향과, 각도 θ_T의 범위에서의 이동 방향은 동일하다.

즉, 자전 방향이 우회전이라면, 치선 창성 원 B의 이동 방향도 우회전이다.

이와 같이 하여 그린 곡선을 직선 L₂에 대하여 반전시킨다. 즉, 직선 L₂를 중심으로 하여 대칭 형상으로 한다. 이렇게 해서, 이너 로터(2)의 치선 곡선이 완성된다.

치저 곡선도 같은 식으로 하여 그릴 수 있다. 직경 φCd의 치저 창성 원 C를 상기 치선 창성 원 B의 회전 방향과는 역방향으로 일정 각속도로 회전시키면서 이동 시점 Spb로부터 이동 종점 Lpb로 향해서 각도 θ_B의 범위에서 이동시킨다. 그 치저 창성 원 C의 원주의 일점 j가 기준 원 A 상의 기준 점 J에 겹치는 위치에서부터 직선 L₃ 상에 설정된 치저 정점 T_B에 도달할 때까지의 궤적에 의해서 이너 로터의 치저 곡선의 절반의 곡선이 그려진다.

이 방법에 의한 창성 원 B, C는, 각각의 직경을 일정하게 유지하여 이동 시점에서부터 이동 종점으로 이동하는 원, 또는 직경을 단축하면서 이동 시점에서부터 이동 종점으로 이동하는 원(바람직하게는 이동 종점에서의 직경이 이동 시점에서의 직경의 0.2배 미만이 되지 않는 원)중 어느 한쪽이다.

곡선 AC₁, AC₂는, 정현 곡선을 이용한 곡선으로서, 이너 로터의 중심 O_I로부터 곡선 AC₁, AC₂까지 거리의 변화량 ΔR에 관해서 하기 식을 만족하는 곡선인 것도 바람직하다.

ΔR=R×sin((π/2)×(m/s)) ??? (식 2)

여기에서,

R : (이너 로터 중심(O_I)으로부터 창성 원 중심(pa)의 이동 종점(Lpa)까지의 거리(R₁))－(이너 로터 중심(O_I)으로부터 창성 원 중심(pa)의 이동 시점(Spa)까지의 거리(R₀)),

또는 (이너 로터 중심(O_I)으로부터 창성 원 중심(pb)의 이동 시점(Spb)까지의 거리(r₀))－(이너 로터 중심(O_I)으로부터 창성 원 중심(pb)의 이동 종점(Lpb)까지의 거리(r₁)),

s : 스텝수, m=0→s

이며, 그 스텝수 s는, 상기 이동 시점(Spa, Spb), 이너 로터 중심(O_I) 및 이동 종점(Lpa, Lpb)에 의해 만들어지는 각도(θ_T: ∠Spa, O_I, Lpa, θ_B : ∠Spb, O_I, Lpb)를 등간격으로 분할하는 수를 말한다.

곡선 AC₁, AC₂는, 여현 곡선, 고차 곡선, 원호 곡선, 타원 곡선 혹은 이들 곡선과 일정한 기울기를 갖는 직선을 합성한 곡선을 이용하여 창성되는 곡선이라도 좋다.

또한, 상기 변화량 ΔR의 변화율 ΔR'이 이동 종점 Lpa, Lpb에서 0이 되는 곡선 AC₁, AC₂ 위에서 창성 원 B, C를 이동시키면 바람직하다.

도 2a에서의 곡선 AC₁, AC₂를, 식 2의 상기 변화량 ΔR이 창성 원 중심의 이동 종점 Lpa, Lpb에서 0이 되는 곡선으로 하면, 치선 창성 원 B나 치저 창성 원 C 상의 일점 j의 궤적에 의해서 그려지는 치선이나 치저가 예리하게 되지 않는다. 그 때문에, 펌프 운전시의 소음 방지, 로터의 내구성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

창성 원 B, C가, 직경을 단축시키면서 이동 시점 Spa, Spb에서부터 이동 종점 Lpa, Lpb로 이동하는 경우, 그 직경의 변화량 △r은 이하의 식을 만족하면 바람직하다.

Δr=(이동 시점에서의 직경－이동 종점에서의 직경)×sin((π/2)×(m/s))

??? (식 3)

여기에서, s : 스텝수, m=0→s이다.

도 2a에 있어서, 치선 정점 T_T와 치저 정점 T_B는, 상기 기준 원 A 상의 기준 점 J와 이너 로터의 중심 O_I을 연결하는 직선을 L₁로 하고, 그 직선 L₁로부터 각도θ_T만큼 회전한 위치의 직선 L₂ 위 및 직선 L₁에서부터 각도 θ_B만큼 회전한 위치의 직선 L₃ 상에 각각 설정된다. 또한, 직선 L₁과 직선 L₂ 사이의 각도 θ_T 및 직선 L₁과 직선 L₃ 사이의 각도 θ_B는, 치수와 치선부, 치저부의 설치 영역의 비율 등을 고려하여 설정된다.

치선 창성 원 B와 치저 창성 원 C의 중심의 이동 시점 Spa, Spb는 직선 L₁ 상에 있고, 그리고, 이동 종점 Lpa, Lpb는 직선 L₂, L₃ 상에 있다.

도 2a와 도 2b의 방법으로 창성된 곡선을 치선 곡선에 적용한 이너 로터(2)의 치저 곡선에는, 치저 창성 원 C를 이용하여 치선 곡선과 같은 방법으로 창성한 곡선을 채용하더라도 좋고, 이미 알려진 트로코이드 곡선을 이용하여 창성되는 곡선이나 사이클로이드 곡선을 치형 곡선에 채용하더라도 좋다. 마찬가지로, 도 2a와 도 2b의 방법으로 창성된 치형 곡선을 치저 곡선에 적용한 이너 로터(2)의 치선 곡선에는, 트로코이드 곡선을 이용하여 창성되는 곡선이나 사이클로이드 곡선을 채용하더라도 좋다.

아우터 로터(3)의 치형 곡선의 창성 방법을 도 3에 도시한다. 아우터 로터(3)의 중심 O_O과 동심의 직경(2e+t)의 원 S 위를 이너 로터(2)의 중심 O_I을 공전시킨다. 이어서, 이너 로터의 중심 O_I이 그 원 S 위를 1주 공전하는 동안에 이너 로터(2)를 1/N회 자전시킨다. 이렇게 해서 만들어지는 이너 로터의 치형 곡선군의 포락선을 아우터 로터의 치형 곡선으로 한다.

여기에, e : 이너 로터의 중심과 아우터 로터의 중심의 편심량

t : 아우터 로터와 그것에 의해 눌려진 이너 로터의 치간 최대 간극

N : 이너 로터의 치수

이와 같이 하여 치형을 창성한 펌프용 로터는, 이너 로터와 아우터 로터의 치형의 설정, 맞물림 피치 직경 φD의 설정에 자유도가 있다.

그래서, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 피치 직경 φD에 관해서,

φD_max<1.7 e?sin(π/180)/sin{π/(180?N)} (식 1)

의 관계식이 성립하는 설계를 한다. 이렇게 해서 만들어진 펌프용 로터는, 이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 맞물림이 편심축(CL)보다 로터의 회전 방향 후방에서 이루어진다.

맞물림 피치 직경에 관해서, 전술한 (식 1)을 만족하는 설계를 하면, 편심량 e를 일정하게 하여 이너 로터의 치수 N을 늘렸을 때에 맞물림 피치 직경이 로터의 체격에 영향을 미칠 만큼 커지지 않는다. 그리고, 맞물림 피치 직경을 일정하게 하여 이너 로터의 치수 N을 늘렸을 때에 편심량 e가 작아지지 않는다. (식 1)에 있어서 편심량 e 또는 맞물림 피치 직경의 최대치 φD_max를 고정하고, 그 상황에서 N의 값을 크게 하더라도 동식은 성립한다. 따라서, 로터의 체격을 크게 하거나 이론 토출량을 감소시키거나 하지 않고서 치수 N을 늘릴 수 있다.

도 1의 펌프용 로터(1)를 채용한 내접 기어 펌프의 일례를 도 4에 도시한다. 이 내접 기어 펌프(4)는, 펌프용 로터(1)를, 펌프 케이스(5)에 형성된 로터실(6)에 수납하여 구성되어 있다. 펌프 케이스(5)에는, 로터실(6)을 덮는 커버(도시하지 않음)가 포함된다.

펌프 케이스(5)에 설치된 로터실(6)의 측면에는, 흡입 포트(7)와 토출 포트(8)가 형성되어 있다. 이너 로터(2)와 아우터 로터(3) 사이에는 펌프실(9)이 형성된다. 이 펌프실(9)이 로터 회전에 따라 용적을 증감시킨다. 흡입 행정에서 펌프실(9)의 용적이 증가하여 오일 등의 액체가 흡입 포트(7)에서 펌프실(9)로 흡입된다.

또한, 토출 행정에서는, 로터 회전에 따라 펌프실(9)의 용적이 감소하여, 펌프실(9) 내의 액체가 토출 포트(8)로 송출된다. 도 4에 있어서, 도면 부호 10은 이너 로터(2)에 형성된 축 구멍이며, 이 축 구멍(10)에 로터를 회전시키는 구동축(도시하지 않음)이 지나게 된다.

실시예 1

도 5a?도 6f에 본 발명의 펌프용 로터의 실시예를 도시한다. 도 5의 펌프용 로터(1)는, 치수가 10인 이너 로터(2)와, 치수가 11인 아우터 로터(3)를 조합시키고 있고, 도 6의 펌프용 로터(1)는, 치수가 8인 이너 로터(2)와 치수가 9인 아우터 로터(3)를 조합시키고 있다.

도 5a?도 5f의 펌프용 로터(1)는, 이너 로터(2)의 치선과 치저의 쌍방의 치형 곡선을 각각 도 2a와 도 2b의 방법으로 창성했다. 그리고, 이너 로터 중심으로부터 곡선 AC₁, AC₂까지의 거리의 변화량 ΔR이 이동 종점에서 0이 되도록 정현 곡선을 이용했다. 설계 제원을 표 1의 시료 No. 1에 나타냈다.

또한, 도 6a?도 6f의 펌프용 로터(1)는, 이너 로터(2)의 치선과 치저 쌍방의 치형 곡선을 도 2a와 도 2b의 방법으로 창성했다. 그리고, 상기 변화량 ΔR이 이동 종점에 있어서 0이 되도록 정현 곡선을 이용했다. 설계 제원을 표 1의 시료 No. 2에 나타냈다. 시료 1 및 시료 2의 펌프용 로터의 아우터 로터(3)는, 어느 쪽이나 이너 로터 치형의 포락선을 사용하는 도 3의 방법으로 치형 곡선을 창성했다.

시료 No. 3?5도 이너 로터(2)의 치선과 치저의 쌍방의 치형 곡선을 각각 도 2a와 도 2b의 방법으로 창성했다. 설계 제원을 표 1에 나타냈다.

각 부의 치수와 이론 토출량은 소수점 이하 셋째 자리를 사사오입(이하의 설명도 마찬가지)

표 1의 이론 토출량은, 로터 두께 10 mm당의 수치이다. 아우터 로터 대(大)경은 아우터 로터의 치저 원경을, 아우터 로터 소(小)경은 아우터 로터의 치선 원경을, 이너 로터 대경은 이너 로터의 치선 원경을, 이너 로터 소경은 이너 로터의 치저 원경을 각각 나타낸다.

도 5a?도 5f는, 동 도면의 펌프용 로터의 맞물림 상태의 변화를 나타내고 있다. 도 5a의 위치에서는 맞물림 피치 직경 φD가 42.82 mm가 되는 곳에서 이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 기어가 서로 맞물려 양 로터의 치간 간극이 0으로 되어 있다.

그 치간 간극 0인 부분이 맞물림 위치 G이다.

도 5a의 위치에서부터 이너 로터(2)가 각각 6°, 15°, 18°, 24° 및 30° 회전한 상태를 도 5b?도 5f에 도시한다. 맞물림 피치 직경 φD는, 도 5b의 위치에서는 43.14 mm, 도 5c의 위치에서는 최대인 44.18 mm, 도 5d의 위치에서는 최소인 36.08 mm, 도 5e의 위치에서는 38.40 mm, 도 5f의 위치에서는 41.40 mm이며, 맞물림 위치 G는 모두 편심축 CL보다 로터의 회전 방향 후방에 있다.

맞물림 피치 직경 φD가 최대인 도 5c의 위치를 지나가면 맞물림 위치 G는, 맞물림 피치 직경 φD가 최소인 도 5d의 위치로 옮겨간다. 따라서, 맞물림 위치 G가 편심축 CL을 넘어서 로터의 회전 방향 전방으로 이동하는 일은 없다.

도 6의 펌프용 로터(1)도 마찬가지이다. 도 6a의 위치에서부터 이너 로터(2)가 각각 10°, 20°, 30°, 35° 및 40° 회전한 상태를 도 6b?도 6f에 도시한다. 맞물림 피치 직경 φD는, 도 6a의 위치에서는 37.31 mm, 도 6b의 위치에서는 39.39 mm, 도 6c의 위치에서는 42.00 mm, 도 6d의 위치에서는 43.74 mm, 도 6e의 위치에서는 최대인 44.16 mm, 도 6f의 위치에서는 37.39 mm이며, 이 경우도, 도 6e의 위치를 지나가면 맞물림 위치 G는 로터의 회전 방향 후방으로 옮겨가, 편심축 CL을 넘어서 로터의 회전 방향 전방으로 이동하는 일이 없다.

표 1의 No. 1?No. 5의 각 시료는, 모두 맞물림 피치 직경의 최대치 φD_max가, 전술한 식(1)을 만족하며, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치 G가 편심축보다 로터의 회전 방향 후방에 있다.

비교예로서, 이너 로터(2)의 치형 곡선에 트로코이드 곡선을 이용한 트로코이드 치형에 의해 이너 로터를 창성했다. 트로코이드 치형은 다음과 같이 하여 창성한다. 기준 원 A 위를 구름원 B가 미끄러지는 일없이 굴러간다. 구름원 B의 중심으로부터 편심량 e 떨어진 점이 트로코이드 곡선을 그린다. 트로코이드 곡선 상에 중심을 갖는 궤적 원 C의 포락선이 트로코이드 치형으로 된다. 아우터 로터(3)는, 이너 로터 치형의 포락선을 사용하는 도 3의 방법으로 치형 곡선을 창성했다.

치형의 제원은 이하의 표 2에 나타낸다.

비교예는, 치수가 시료 No. 1?2와 동등한 사이즈이지만, 시료 No. 1?2보다 치수가 적고 이론 토출량도 적다. 맞물림 피치 직경의 최대치 φD_max가, 전술한 식(1)을 만족하지 않고, 이너 로터와 아우터 로터의 맞물림 위치 G가 편심축보다 로터의 회전 방향 전방으로 이동하는 경우가 있다.

1 : 펌프용 로터 2 : 이너 로터
3 : 아우터 로터 4 : 내접 기어 펌프
5 : 펌프 케이스 6 : 로터실
7 : 흡입 포트 8 : 토출 포트
9 : 펌프실 10 : 축 구멍
O_I : 이너 로터 중심 O_o : 아우터 로터 중심
e : 이너 로터와 아우터 로터의 편심량 N : 이너 로터의 치수

Claims

치수(齒數)가 N인 이너 로터(2)와 치수가 (N+1)인 아우터 로터(3)를 편심 배치로 하여 조합한 내접 기어 펌프용 로터로서,
이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 맞물림 위치(G)는 항상 편심축(CL)보다 로터의 회전 방향 후방에 있도록 한 것인 내접 기어 펌프용 로터.
제1항에 있어서, 이너 로터(2)와 아우터 로터(3)의 맞물림 피치 직경(φD)의 최대치(φD_max)에 대하여,
φD_max＜1.7 eㆍsin(π/180)/sin{π/(180ㆍN)} … (식 1)
[여기서, e : 이너 로터와 아우터 로터의 편심량
N : 이너 로터의 치수]
의 관계식을 만족하는 내접 기어 펌프용 로터.
내접 기어식 펌프로서,
제1항 또는 제2항에 기재된 펌프용 로터(1)와,
펌프 케이스(5)를 포함하고
상기 펌프 케이스는, 상기 펌프용 로터를 수용하는 펌프실(9)과, 흡입 포트(7)와 토출 포트(8)를 갖는 것인 내접 기어식 펌프.