JP2007127071A - 内接ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】２段昇圧型の内接ギヤポンプにおいて、クーラント、洗浄液等、液中に多数のコンタミを含む液体の加圧に使用する場合も、駆動軸の軸受や軸端部の磨耗を効果的に防止する。
【解決手段】ハウジング１０内の中心線方向中間部に所定の間隔をあけて一組の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂをそれぞれの吸入側、吐出側を同じ方向に向けて設ける。一組の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂからの吐出流体を再加圧するべく、一組の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの間に、一組の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの合計容量と同等容量の後段ポンプユニット４０を、その吸入側、吐出側を前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの吐出側、吸入側と向きを逆にして設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種液体の加圧、特にクーラント、洗浄液等、液中に多数のコンタミを含む液体の加圧に好適に使用される内接ギヤポンプに関し、より詳しくは、１組のポンプを回転軸方向に直列に組み合わせて２段階の加圧を行う２段昇圧型の内接ギヤポンプに関する。

内接ギヤポンプは、クーラント、洗浄液、油圧機器におけるオイルの加圧等に広く使用されている。この内接ギヤポンプの構造は例えば特許文献１に詳しく説明されている。図２を参照してその基本構造を説明すると、このポンプは、基本構成部材としてハウジング１、その中心部を貫通する駆動軸２、駆動軸に取付けられたインナーギヤ３、インナーギヤ３の外側に位置してハウジング１内に回転自在に組み込まれたアウターギヤ４を備えている。

アウターギヤ４は、ピニオンギヤ（外歯ギヤ）であるインナーギヤ３と周方向の一部が噛み合うように偏心して配置されたリングギヤ（内歯ギヤ）であり、両ギヤの非噛み合い領域において両ギヤ間に形成される弧状空間には、クレセントと呼ばれるハウジング１と一体の弧状の仕切り片５が設けられている。仕切り片５の回転方向上流側には吸入ポート６が、同下流側には吐出ポート７がそれぞれ回転方向に沿って設けられている。両ポート６，７は両ギヤ２，３間に側方から対向するようハウジング１に形成されており、両ギヤ２，３間の空間高さに対応して、吸入ポート６は回転方向上流側に向けて、また吐出ポート７は回転方向下流側に向けて高さが漸減している。

図示されないモータにより駆動軸２が駆動され、インナーギヤ３が回転すると、アウターギヤ４も定位置で同期回転する。これにより被加圧流体は、回転方向上流側の吸入ポート６から両ギヤ３，４間に吸入され、仕切り片５の内面側及び外面側に仕切られて、回転方向下流側の吐出ポート７から排出される。

特開２００４−３０８５４７号公報

このような内接ギヤポンプは、通常は１機種に複数種類の圧力のものが用意される。その場合、圧力は２倍、３倍と高まるのが通例であり、２倍圧のものは、基準となる圧力の内接ギヤポンプのギヤユニット等を中心線方向に２つ直列に組み合わせることにより２段昇圧を行い、３倍圧のものは、基準となる圧力の内接ギヤポンプのギヤユニット等を中心線方向に３つ直列に組み合わせることにより、３段昇圧を行う。これは同一機種における部品の種類を少なくして製造コストを下げるためである。このようにして構成された２段昇圧型の内接ギヤポンプの構造を図３により説明する。

ハウジング１内の中心線方向に２つのポンプユニット８，９が同心状に設けられている。一方のポンプユニット８は被加圧流体に１段目の加圧を行う前段ポンプユニットであり、他方のポンプユニット９はその加圧後の流体に２段目の加圧を行う後段ポンプユニットである。前段ポンプユニット８及び後段ポンプユニット９は同一容量で、同一部品からなり、その部品として、共通の駆動軸２に取付けられたインナーギヤ８ａ，９ａ、インナーギヤ８ａ，９ａの外側に偏心して配置されたアウターギヤ８ｂ，９ｂ、両ギヤ間に設けられた仕切り片等を備えている。

前段ポンプユニット８と後段ポンプユニット９は、前者の吸入口８ｃ及び吐出口８ｄと後者の吸入口９ｃ及び吐出口９ｄがポンプ中心線を挟んで反対側に位置するよう逆向きに配置されており、同じ側に位置する前段ポンプユニット８の吐出口８ｄと後段ポンプユニット９の吸入口９ｃは連通している。

各ポンプユニットの加圧力が例えば３５ｋｇｆ／ｃｍ² とすると、被加圧流体は前段ポンプユニット８の吸入口８ｃから当該ポンプユニット内に吸入され、ここで０ｋｇｆ／ｃｍ² から３５ｋｇｆ／ｃｍ² に加圧される。その加圧流体は前段ポンプユニット８の吐出口８ｄから後段ポンプユニット９の吸入口９ｃを経て当該ポンプユニット内に吸入され、ここで３５ｋｇｆ／ｃｍ² から７０ｋｇｆ／ｃｍ² に加圧される。かくして、２段昇圧が行われる。

ところで、内接ギヤポンプの用途の一つとして、切削加工機におけるクーラントの加圧がある。切削工具からクーラントを噴出するのに使用されるこのポンプには、クーラントが循環供給さる。クーラントに混入したキリコなどの異物をフィルターで除去するとはいえ、そのクーラントには微細な異物（コンタミ）が多量に含まれている。このような用途に前述の２段昇圧型の内接ギヤポンプを使用した場合、駆動軸を支持するスライドベアリングの磨耗が激しいという問題がある。

すなわち、２段昇圧型の内接ギヤポンプでは、前段ポンプユニットと後段ポンプユニットが、それぞれの吸入口、吐出口がポンプ中心線を挟んで反対側に位置するよう逆向きに配置されている。何れのポンプユニットでも、吐出側と吸入側の差圧に対応する横荷重Ｆａ，Ｆｂがインナーギヤに作用するが、２つのポンプユニットが逆向きのために、それぞれのインナーギヤに作用する横荷重Ｆａ，Ｆｂも逆向きとなる。その結果、駆動軸の開放側の端部、すなわち駆動軸の後段ポンプユニット側の端部が後段ポンプユニットの吐出側へ向かう方向の回転モーメントが駆動軸に生じ、同方向に駆動軸が撓む。この撓みの結果、駆動軸の開放側の端部を支持する軸受に横方向の偏荷重が付加され、図３中にＡで示す部分で軸受の磨耗が生じやすくなる。また軸端部の磨耗も生じやすくなる。

特に、被加圧流体が切削加工機に使用されるクーラントの場合は、含まれる微細なコンタミのために、そのクーラントは研磨液の状態を呈しており、横方向の偏荷重による軸受や軸端部の磨耗を顕著に促進する。洗浄液の加圧に使用される場合も、洗浄液にコンタミが含まれることから同様の問題が生じる。

本発明の目的は、２段昇圧型でありながら、クーラント、洗浄液等、液中に多数のコンタミを含む液体の加圧に使用する場合も、駆動軸の軸受や軸端部の磨耗を効果的に抑制できる内接ギヤポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の内接ギヤポンプは、ハウジング内の中心線方向中間部に所定の間隔をあけて一組の前段ポンプユニットがそれぞれの吸入側、吐出側を同じ方向に向けて設けられており、且つ一組の前段ポンプユニットからの吐出流体を再加圧するべく、一組の前段ポンプユニットの間に、一組の前段ポンプユニットの合計容量と同等容量の後段ポンプユニットが、その吸入側、吐出側を前段ポンプユニットの吐出側、吸入側と向きを逆にして設けられていることを構成上の特徴点とする。

本発明の内接ギヤポンプにおいては、一組の前段ポンプユニットで被加圧流体の一段目の加圧が行われた後、その流体が、一組の前段ポンプユニットの間に設けられた一組の前段ポンプユニットの合計容量と同等容量の後段ポンプユニットにより再度加圧される。これにより流体の２段昇圧が行われる。

ここで、後段ポンプユニットの吸入側、吐出側は、一組の前段ポンプユニットの吐出側、吸入側と向きが逆になっている。一組の前段ポンプユニットでは、加圧に伴う横荷重は吐出側から吸入側へ生じる。２倍容量の後段ポンプユニットでも、加圧に伴う横荷重は吐出側から吸入側へ生じるが、一組の前段ポンプユニットで生じる横荷重と比べて向きが逆であり、且つその合計荷重と等しい。つまり、後段ポンプユニットでの横荷重は、その両側の前段ポンプユニットでの合計横荷重とベクトル的に釣り合い、相殺し合うのである。このため駆動軸に横向きの偏荷重に伴う撓みは生じない。

後段ポンプユニットの容量を一組の前段ポンプユニットの合計容量と等しくするためには、後段ポンプユニットの回転軸方向の厚み（ギヤ厚）を一組の前段ポンプユニットの回転軸方向の厚み（ギヤ厚）の合計値に等しくするのが合理的である。後で詳しく説明するが、ギヤ厚による容量調節により内接ギヤポンプの小型化が可能になる。

本発明の内接ギヤポンプは、一組の前段ポンプユニットの間にそれらの合計容量に等しい後段ポンプユニットを逆向きに設けたことにより、それそれの横荷重がベクトル的に釣り合い、横向きの偏荷重に伴う撓みが駆動軸に生じない。このため、２段昇圧型でありながら、クーラント、洗浄液等、液中に多数のコンタミを含む液体の加圧に使用する場合も、駆動軸の軸受や軸端部の磨耗を効果的に抑制することができる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す内接ギヤポンプの縦断側面図である。

本実施形態の内接ギヤポンプは、例えば切削装置におけるクーラントの加圧に使用される。この内接ギヤポンプは、円筒形状のハウジング１０と、ハウジング１０の中心部に挿入された駆動軸２０と、ハウジング１０内の中心線方向に間隔をあけて設けられた一組の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂと、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの間に位置してハウジング１０内に設けられた一つの後段ポンプユニット４０とを備えている。

ハウジング１０は、ポンプユニットの組み込みなどのために軸方向で複数に分割可能に構成されている。駆動軸２０は、一端部が図示されないモータとの連結のためにハウジング１０の一端側へ突出している。この駆動軸２０は、ハウジング１０の一端部で主軸受２１により回転自在に支持されており、更に他の部分がポンプユニットの両側でスライド軸受２２により支持されている。

前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂは実質的に同じ構造であって、いずれも駆動軸２０に取付けられたインナーギヤ３１Ａ，３１Ｂと、インナーギヤ３１Ａ，３１Ｂを収容するアウターギヤ３２Ａ，３２Ｂとを有している。アウターギヤ３２Ａ，３２Ｂはリングギヤであり、ピニオンギヤであるインナーギヤ３１Ａ，３１Ｂと周方向の一部で噛み合うように偏心して配置されており、その配置位置で回転自在に支持されている。インナーギヤ３１Ａ，３１Ｂとアウターギヤ３２Ａ，３２Ｂの各非噛み合い領域において、クレセントと呼ばれるハウジングと一体化の弧状仕切り片が設けられること、仕切り片の回転方向上流側に吸入口３３Ａ，３３Ｂが設けられ、下流側に吐出口３４Ａ，３４Ｂが設けられることは、通常の内接ギヤポンプと同じである（図２参照）。

前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂで重要なのは、それぞれの吸入口及び吐出口を同じ側に向けていることである。すなわち、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの中心線を挟んで、前段ポンプユニット３０Ａの吸入口３３Ａ及び吐出口３４Ａは、前段ポンプユニット３０Ｂの吸入口３３Ｂ及び吐出口３４Ｂとそれぞれ同じ側にある。更に、両ユニットの吸入口３３Ａ，３３Ｂは、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの中心線方向外側にあり、両ユニットの吐出口３４Ａ，３４Ｂは、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの中心線方向内側、すなわち後段ポンプユニット４０の側にある。

前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの間に設けられた後段ポンプユニット４０は、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂから当距離の位置にあり、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂと基本的に同じ構造である。すなわち、後段ポンプユニット４０は、駆動軸２０に取付けられたインナーギヤ４１と、インナーギヤ４１を収容するアウターギヤ４２とを有している。アウターギヤ４２はリングギヤであり、ピニオンギヤであるインナーギヤ４１と周方向の一部で噛み合うように偏心して配置されており、その配置位置で回転自在に支持されている。

インナーギヤ４１とアウターギヤ４２の非噛み合い領域において、クレセントと呼ばれるハウジングと一体化の弧状仕切り片が設けられること、仕切り片の回転方向上流側に吸入口４３，４３が設けられ、下流側に吐出口４４が設けられることは通常の内接ギヤポンプと同じである。

後段ポンプユニット４０で重要ななのは、第１に前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの合計容量に等しい容量を有しており、より具体的には、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの回転軸方向の厚み（ギヤ厚）の合計値に等しい厚みを有していることである。第２は、後段ポンプユニット４０の吸入口及び吐出口が、ポンプ中心線を挟んで前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの吸入口及び吐出口の反対側に配置されていることである。

後段ポンプユニット４０の吸入口及び吐出口について詳しく説明すると、後段ポンプユニット４０の吸入口４３，４３は、後段ポンプユニット４０の中心線方向両側にあり、且つ前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの吐出口３４Ａ，３４Ｂと同じ側にあって、吐出口３４Ａ，３４Ｂとそれぞれ連通している。また、後段ポンプユニット４０の吐出口４４は、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの吸入口３３Ａ，３３Ｂと同じ側にあって、ハウジング１０の外に連通している。

次に、本実施形態の内接ギヤポンプの機能について説明する。

図示されないモータにより駆動軸２０が回転する。これにより、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂではインナーギヤ３１Ａ，３１Ｂが回転し、後段ポンプユニット４０ではインナーギヤ４１が回転する。前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂでは、インナーギヤ３１Ａ，３１Ｂの回転により吸入口３３Ａ，３３Ｂから両ギヤ間にクーラントが吸入され、所定圧に加圧されて吐出口３４Ａ，３４Ｂからそれぞれ吐出される。

吐出口３４Ａ，３４Ｂから吐出られた所定圧のクーラントは、後段ポンプユニット４０でのインナーギヤ４１の回転により吸入口４３，４３から当該ユニット内に吸引され、更に加圧されて吐出口４４から吐出される。

ここで、後段ポンプユニット４０は前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの各容量の２倍の容量を有し、且つ前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの各加圧力と同じ加圧力を示す。これにより、クーラントは例えば前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂにより０ｋｇｆ／ｃｍ² から３５ｋｇｆ／ｃｍ² に加圧され、後段ポンプユニット４０により３５ｋｇｆ／ｃｍ² から７０ｋｇｆ／ｃｍ² に加圧される。かくして、クーラントの２倍昇圧が行われる。

また、駆動軸２０は、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂ及び後段ポンプユニット４０から吸入側と吐出側の差圧に対応する横荷重を受けるが、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂは後段ポンプユニット４０の中心線方向両側の当距離の位置にある。第２に、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂと後段ポンプユニット４０は、吸入側、吐出側がポンプ中心線を挟んで反対側に位置する。第３に、駆動軸２０がポンプユニットから受ける横荷重は、吸入側と吐出側の差圧に各ユニットのギヤ厚を乗じたものになるため、後段ポンプユニット４０から受ける横荷重は、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂからそれぞれ受ける横荷重の２倍となる。すなわち、駆動軸２０が前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂから受ける横荷重をそれぞれＦ１，Ｆ２とし、駆動軸２０が後段ポンプユニット４０から受ける横荷重をＦ３とすれば、Ｆ３＝Ｆ１＋Ｆ２となる。

これらのために、Ｆ１，Ｆ２とＦ３とがベクトル的に釣り合い、相互に打ち消し合う。したがって駆動軸２０に回転モーメントが発生せず、被加圧流体がコンタミを多数含むクーラントであるにもかかわらず、駆動軸２０を支持する特定の軸受や駆動軸２０の集中的な磨耗が回避される。

また、後段ポンプユニット４０の容量と前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの合計容量とを一致させるために、本実施形態では、後段ポンプユニット４０のギヤ厚を前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの合計ギヤ厚に一致させている。すなわち、後段ポンプユニット４０のギヤ厚を前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂの各ギヤ厚の２倍としている。これによると、前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂは回転軸方向に２分割された構造になり、図３の内接ギヤポンプ（前段ギヤポンプは１ユニット）の場合と比べて、前段ギヤポンプのギヤ径が小さくなる。また、後段ギヤポンプ４０はその小径の前段ポンプユニット３０Ａ，３０Ｂと同じギヤ径となる。このため、内接ギヤポンプの小型化、特に小径化が可能となる。

本発明の一実施形態を示す内接ギヤポンプの縦断側面図である。 内接ギヤポンプの一般構造を示す正面図である。 従来の２段昇圧型内接ギヤポンプの縦断側面図である。

符号の説明

１０ ハウジング
２０ 駆動軸
２１ 主軸受
２２ スライド軸受
３０Ａ，３０Ｂ 前段ポンプユニット
３１Ａ，３１Ｂ インナーギヤ
３２Ａ，３２Ｂ アウターギヤ
３３Ａ，３３Ｂ 吸入口
３４Ａ，３４Ｂ 吐出口
４０ 後段ポンプユニット
４１ インナーギヤ
４２ アウターギヤ
４３ 吸入口
４４ 吐出口

Claims (2)

1. 駆動軸に連結されたインナーギヤと、インナーギヤの一部と噛み合うように偏心して配置されたアウターギヤと、両ギヤの非噛み合い領域に位置して両ギヤ間に設けられた弧状の仕切り片とからなるポンプユニットをハウジング内に収容し、仕切り片の上流側に位置してハウジングに設けられた吸入口から流体を吸入し、加圧後の流体を仕切り片の下流側に位置してハウジングに設けられた吐出口から吐出する内接ギヤポンプにおいて、
   前記ハウジング内の中心線方向中間部に所定の間隔をあけて一組の前段ポンプユニットがそれぞれの吸入側、吐出側を同じ方向に向けて設けられており、且つ前記一組の前段ポンプユニットからの吐出流体を再加圧するべく、一組の前段ポンプユニットの間に、一組の前段ポンプユニットの合計容量と同等容量の後段ポンプユニットが、その吸入側、吐出側を前段ポンプユニットの吐出側、吸入側と向きを逆にして設けられていることを特徴とする内接ギヤポンプ。
2. 後段ポンプユニットの容量を一組の前段ポンプユニットの合計容量と等しくするために、後段ポンプユニットの回転軸方向の厚みが一組の前段ポンプユニットの回転軸方向の厚みの合計値に等しくされている請求項１に記載の内接ギヤポンプ。

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