JP2009013832A - Pump rotor and internal gear pump using it - Google Patents

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JP2009013832A JP2007175242A JP2007175242A JP2009013832A JP 2009013832 A JP2009013832 A JP 2009013832A JP 2007175242 A JP2007175242 A JP 2007175242A JP 2007175242 A JP2007175242 A JP 2007175242A JP 2009013832 A JP2009013832 A JP 2009013832A
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直樹 乾
Yoshiyuki Shimada
良幸 島田
Keiko Arimoto
桂子 有元
Daisuke Ogata
大介 緒方
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of a pump rotor of an internal gear pump comprising an inner rotor and an outer rotor, by uniformizing the tooth surface wear of the inner rotor and the outer rotor. <P>SOLUTION: In the pump rotor 1 of the internal gear pump, the inner rotor 2 and the outer rotor 3 are eccentrically arranged and combined. The difference in the number of teeth between the inner rotor 2 and the outer rotor 3 is one. The inner rotor 2 is made of a material higher in surface hardness than the outer rotor 3, so that the inner rotor 2 is harder to be worn than the outer rotor 3. Further, it is preferable to set the curvature radius of a tooth tip of the inner rotor 2 smaller than that of the outer rotor 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、インナーロータとアウターロータの歯面の摩耗が平均化されるようにして耐久性（寿命）を向上させた内接歯車ポンプのポンプロータと、それを用いた内接歯車ポンプに関する。   The present invention relates to a pump rotor of an internal gear pump in which durability (life) is improved by averaging wear of tooth surfaces of an inner rotor and an outer rotor, and an internal gear pump using the pump rotor.

インナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせたポンプロータを吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに組み付けて構成される内接歯車ポンプは、車のエンジンやオートマチックトランスミッション用のオイルポンプなどとして多用されている
。この種の内接歯車ポンプの従来例として、例えば、下記特許文献１、２に開示されたものなどがある。 An internal gear pump constructed by assembling an inner rotor and an outer rotor in an eccentric arrangement and assembling a pump rotor into a housing having a suction port and a discharge port is often used as an oil pump for a car engine or an automatic transmission. Yes. As a conventional example of this type of internal gear pump, for example, there are those disclosed in Patent Documents 1 and 2 below.

特許文献１が開示している内接歯車ポンプは、ロータにトロコイド曲線の歯形を、特許文献２が開示している内接歯車ポンプはサイクロイド曲線の歯形をそれぞれ用いたものである。このほかに、下記特許文献３が開示しているように、サイクロイド曲線とインボリュート曲線と任意の曲線を組み合わせた特殊形状の歯形をインナーロータに採用し、その特殊形状の歯形を有するインナーロータを使用してアウターロータの歯形を創生したものもある。   The internal gear pump disclosed in Patent Document 1 uses a trochoidal curve tooth profile for the rotor, and the internal gear pump disclosed in Patent Document 2 uses a cycloid curve tooth profile. In addition, as disclosed in Patent Document 3 below, a specially shaped tooth profile combining a cycloid curve, an involute curve, and an arbitrary curve is adopted for the inner rotor, and the inner rotor having the specially shaped tooth profile is used. Some have created the tooth profile of the outer rotor.

なお、インナーロータとアウターロータは、鉄系焼結合金によって形成されたものや、アウターロータの歯数がインナーロータの歯数よりも１枚多いものが主流をなしている。また、インナーロータとアウターロータは、歯形などには関係なく、同一材質のものが組み合わされて用いられている。
特開２０００−１９２８８９号公報 特開２００３−５６４７３号公報 特開２００５−０３６７３５号公報 The inner rotor and the outer rotor are mainly made of an iron-based sintered alloy, or the outer rotor has one more teeth than the inner rotor. Further, the inner rotor and the outer rotor are used in combination of the same material regardless of the tooth profile.
JP 2000-192889 A JP 2003-56473 A JP 2005-036735 A

内接歯車ポンプは、インナーロータを駆動してアウターロータを従動回転させるので、駆動側であるインナーロータのポンプ作動時の負荷がアウターロータよりも大きくなる。ポンプ作動時にロータの歯面に加わる応力は、アウターロータよりもインナーロータの方が大きい。これに加えて、インナーロータは、歯数がアウターロータよりも少なくて歯面の摩擦の頻度がアウターロータよりも高くなることから、アウターロータに比べて歯面が摩耗しやすい。また、インナーロータは内径面の摩耗や疲労による変形なども起こり、そのために、アウターロータに比べてインナーロータの寿命が短くなる傾向がある。   Since the internal gear pump drives the inner rotor to drive the outer rotor, the load during the pump operation of the inner rotor on the driving side is larger than that of the outer rotor. The stress applied to the tooth surface of the rotor during pump operation is greater in the inner rotor than in the outer rotor. In addition, since the inner rotor has fewer teeth than the outer rotor and the frequency of tooth surface friction is higher than that of the outer rotor, the tooth surface is more easily worn than the outer rotor. Further, the inner rotor also undergoes deformation due to wear or fatigue on the inner diameter surface, and therefore, the life of the inner rotor tends to be shorter than that of the outer rotor.

インナーロータがアウターロータに比べて短命になると言う上記の問題に対して、従来は有効な対応策が全く採られていなかった。例えば、前掲の特許文献２は、ロータの歯面摩耗の低減について触れているが、それは、送出流の脈動に起因した歯面摩耗の対応策であり、インナーロータの歯面や内径面が摩耗し易いことによるインナーロータとアウターロータの寿命差を縮めるものではなかった。   Conventionally, no effective countermeasure has been taken against the above problem that the inner rotor is shorter in life than the outer rotor. For example, Patent Document 2 mentioned above refers to the reduction of tooth surface wear of the rotor, but it is a countermeasure against tooth surface wear caused by pulsation of the delivery flow, and the tooth surface and inner surface of the inner rotor are worn. It did not reduce the life difference between the inner rotor and the outer rotor due to the fact that it was easy to do.

そこで、この発明は、インナーロータとアウターロータの摩耗の進行が平均化されるようにしてポンプロータと内接歯車ポンプの耐久性を向上させることを課題としている。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the durability of the pump rotor and the internal gear pump by averaging the progress of wear of the inner rotor and the outer rotor.

上記の課題を解決するため、この発明においては、歯数がｎ枚のインナーロータと、歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータを偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータにおいて、インナーロータをアウターロータよりも表面硬さの硬い材料で形成した。   In order to solve the above problems, in the present invention, in an internal gear pump pump rotor in which an inner rotor having n teeth and an outer rotor having (n + 1) teeth are arranged in an eccentric arrangement, The rotor was formed of a material having a surface hardness higher than that of the outer rotor.

上記に加えてさらに、インナーロータの歯の頂点の曲率半径をアウターロータの歯の頂点の曲率半径よりも小さくするとより良い効果を期待できる。   In addition to the above, a better effect can be expected when the radius of curvature of the apex of the teeth of the inner rotor is made smaller than the radius of curvature of the apex of the teeth of the outer rotor.

このポンプロータを吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに組み付けてこの発明の内接歯車ポンプを構成する。   The pump rotor is assembled to a housing having a suction port and a discharge port to constitute the internal gear pump of the present invention.

インナーロータをアウターロータよりも表面硬さの硬い材料で形成すると、アウターロータに比べてインナーロータが摩耗し難くなる。これにより、インナーロータとアウターロータの摩耗が平均化されて両ロータの寿命差が縮小され、ポンプロータ及びそれを用いた内接歯車ポンプの寿命が従来品に比べて延びる。   If the inner rotor is formed of a material whose surface hardness is harder than that of the outer rotor, the inner rotor is less likely to be worn than the outer rotor. As a result, the wear of the inner rotor and the outer rotor is averaged to reduce the life difference between the two rotors, and the life of the pump rotor and the internal gear pump using the pump rotor is extended as compared with the conventional product.

なお、インナーロータの歯の頂点の曲率半径をアウターロータの歯の頂点の曲率半径よりも小さくしたものは、インナーロータの歯面の負荷が軽減されてよりよい効果が得られる。インナーロータとアウターロータの歯は、理論上は線接触して接触点に加わる圧力（ヘルツの最大接触圧、以下では面圧と言う）がそれぞれ等しくなるが、実際の使用では歯の接触が面接触となって歯先の曲率半径が大きい方のロータの歯面の面圧が小さくなるので、表面硬さの低いアウターロータの歯の曲率半径をインナーロータの歯の曲率半径よりも大きくすることでアウターロータの歯面を摩耗し難くすることができ、このことも歯面摩耗の平均化に寄与する。   In addition, the thing which made the curvature radius of the vertex of the tooth | gear of the inner rotor smaller than the curvature radius of the vertex of the tooth | gear of an outer rotor reduces the load of the tooth surface of an inner rotor, and a better effect is acquired. The teeth of the inner rotor and outer rotor are theoretically in line contact and the pressure applied to the contact point (the maximum contact pressure of Hertz, hereinafter referred to as surface pressure) is equal. Because the contact pressure of the rotor tooth surface with the larger radius of curvature of the tooth tip becomes smaller, the radius of curvature of the outer rotor teeth with lower surface hardness should be larger than the radius of curvature of the teeth of the inner rotor. Thus, the tooth surface of the outer rotor can be made hard to wear, which also contributes to the averaging of tooth surface wear.

以下、添付図面の図１〜図３に基づいて、この発明のポンプロータ及び内接歯車ポンプの実施の形態を説明する。図１に示すポンプロータ１は、インナーロータ２とアウターロータ３を組み合わせて構成されている。２ａはインナーロータの歯、３ａはアウターロータの歯であり、アウターロータ３はインナーロータ２よりも歯数が１枚多いものが用いられている。   Embodiments of a pump rotor and an internal gear pump according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The pump rotor 1 shown in FIG. 1 is configured by combining an inner rotor 2 and an outer rotor 3. 2a is the teeth of the inner rotor, 3a is the teeth of the outer rotor, and the outer rotor 3 having one more tooth than the inner rotor 2 is used.

このポンプロータ１を、図２に示すように、吸入ポート５と吐出ポート６を有するハウジング４に収納して内接歯車ポンプ１０を構成する。図１、図２のＯｉはインナーロータの回転中心、Ｏｏはアウターロータの回転中心であり、ＯｉとＯｏはｅ偏心している。   The pump rotor 1 is housed in a housing 4 having a suction port 5 and a discharge port 6 as shown in FIG. 1 and 2, Oi is the rotation center of the inner rotor, Oo is the rotation center of the outer rotor, and Oi and Oo are decentered.

インナーロータ２は軸穴２ｂを有しており、その軸穴２ｂに、図２に示した駆動軸７が固定される。この駆動軸７からインナーロータ２に駆動力を伝えてインナーロータ２を回転させる。このとき、アウターロータ３は従動回転する。ポンプロータ１の回転に伴ってインナーロータ２とアウターロータ３間に形成されるポンプ室（チャンバ）８の容積が増減し、オイルなどの液体の吸入、吐出がなされる。   The inner rotor 2 has a shaft hole 2b, and the drive shaft 7 shown in FIG. 2 is fixed to the shaft hole 2b. A driving force is transmitted from the drive shaft 7 to the inner rotor 2 to rotate the inner rotor 2. At this time, the outer rotor 3 is driven to rotate. As the pump rotor 1 rotates, the volume of the pump chamber (chamber) 8 formed between the inner rotor 2 and the outer rotor 3 increases and decreases, and liquid such as oil is sucked and discharged.

インナーロータ２とアウターロータ３は、いずれも鉄系焼結合金によって形成されている。アウターロータ３用の鉄系焼結合金は、例えば、６０〜９０ＨＲＢ程度の表面硬さが得られるものが選択され、インナーロータ２用の鉄系焼結合金は、アウターロータ３よりも表面硬さの硬いもの、例えば、８０〜１００ＨＲＢ程度の表面硬さが得られるものが選択されている。   Both the inner rotor 2 and the outer rotor 3 are formed of an iron-based sintered alloy. The iron-based sintered alloy for the outer rotor 3 is selected, for example, to obtain a surface hardness of about 60 to 90 HRB, and the iron-based sintered alloy for the inner rotor 2 is harder than the outer rotor 3. Are selected, for example, those capable of obtaining a surface hardness of about 80 to 100 HRB.

インナーロータ２は、硬質被膜を表面に設けるなどの方法でも表面硬さをアウターロータの表面硬さ以上に高めることができるが、材質そのものを異ならせて表面硬さをアウターロータの表面硬さ以上に硬くする方法を採ると、硬質被膜の形成工程などの余分な工程が発生せず、生産性の悪化と工程数増加によるコストアップが回避される。   The inner rotor 2 can also have a surface hardness higher than the surface hardness of the outer rotor by a method such as providing a hard coating on the surface, but the surface hardness can be made higher than the surface hardness of the outer rotor by changing the material itself. If the method of hardening is adopted, an extra step such as a step of forming a hard coating does not occur, and a cost increase due to a deterioration in productivity and an increase in the number of steps is avoided.

図１のポンプロータ１は、インナーロータ２をアウターロータ３よりも表面硬さの硬い材料で形成するのと併せて、インナーロータ２の歯２ａの曲率半径（歯先の曲率半径）をアウターロータ３の歯３ａの曲率半径（歯先の曲率半径）よりも小さくしたものを用いており、アウターロータ３の歯面の面圧（噛み合い面に作用する圧力）がインナーロータ２の歯面の面圧よりも小さくなって両ロータの歯面摩耗の均一化効果をより高め得るものになっている。また、インナーロータ２の内径面（軸穴２ｂの穴面）も従来品に比べると硬度が高まって強化された面になっており、内径面の損耗も抑制される。   The pump rotor 1 shown in FIG. 1 combines the inner rotor 2 with a material whose surface hardness is harder than that of the outer rotor 3, and the radius of curvature of the teeth 2a of the inner rotor 2 (the radius of curvature of the tooth tip). 3, which is smaller than the radius of curvature of the tooth 3 a (the radius of curvature of the tooth tip), and the surface pressure of the tooth surface of the outer rotor 3 (pressure acting on the meshing surface) is the surface of the tooth surface of the inner rotor 2. The pressure becomes smaller than the pressure, and the effect of uniformizing the tooth surface wear of both rotors can be further enhanced. Further, the inner diameter surface of the inner rotor 2 (the hole surface of the shaft hole 2b) is also a surface that is strengthened and strengthened as compared with the conventional product, and wear of the inner diameter surface is also suppressed.

なお、例示のポンプロータ１は、歯先と歯底が共にサイクロイド曲線によって形成されたインナーロータ２とアウターロータ３を組み合わせたが、インナーロータ２とアウターロータ３は、トロコイド曲線で形成された歯形を有するものであってもよいし、前掲の特許文献３が開示しているような歯形を有するものであってもよい。   In addition, although the illustrated pump rotor 1 combines the inner rotor 2 and the outer rotor 3 whose tooth tips and roots are both formed by a cycloid curve, the inner rotor 2 and the outer rotor 3 have a tooth profile formed by a trochoid curve. Or a tooth shape disclosed in the above-mentioned Patent Document 3.

この発明のポンプロータのより詳細な実施例を以下に挙げる。
質量比でＮｉ：４．０％、Ｍｏ：０．５％、Ｃｕ：１．５％、Ｃ：０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鉄基焼結合金（以下材質１、密度７．０ｇ／ｃｍ３、硬さ８９ＨＲＢ、引張り強さ６２０ＭＰａ、伸び２％、衝撃値１６．５Ｊ／ｃｍ２の特性を有する）で形成した歯数１０枚のインナーロータと、Ｃｕ：２．０％、Ｃ：０．８％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鉄基焼結合金（以下材質２、密度６．８ｇ／ｃｍ３、硬さ７７ＨＲＢ、引張り強さ４６０ＭＰａ、伸び２％、衝撃値９．８Ｊ／ｃｍ２の特性を有する）で形成した歯数１１枚のアウターロータを組み合わせて表１に示す実施例１〜３の発明品のポンプロータを試作した。 More detailed examples of the pump rotor of the present invention will be given below.
An iron-based sintered alloy containing Ni: 4.0% by mass, Mo: 0.5%, Cu: 1.5%, C: 0.5%, the balance being Fe and inevitable impurities (hereinafter referred to as materials) 1. Inner rotor with 10 teeth formed with a density of 7.0 g / cm 3 , a hardness of 89 HRB, a tensile strength of 620 MPa, an elongation of 2%, and an impact value of 16.5 J / cm 2 , and Cu: An iron-based sintered alloy containing 2.0%, C: 0.8%, the balance being Fe and inevitable impurities (hereinafter material 2, density 6.8 g / cm 3 , hardness 77 HRB, tensile strength 460 MPa, The pump rotors of the inventive products of Examples 1 to 3 shown in Table 1 were prototyped by combining outer rotors having 11 teeth formed with an elongation of 2% and an impact value of 9.8 J / cm 2 .

インナーロータは、歯先がエピサイクロイド曲線で、歯溝がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、一方、アウターロータは、歯先がハイポサイクロイド曲線、歯溝がエピサイクロイド曲線でそれぞれ形成されたものを用いた。   For the inner rotor, the tooth tip is formed with an epicycloid curve and the tooth gap is formed with a hypocycloid curve. On the other hand, for the outer rotor, the tooth tip is formed with a hypocycloid curve and the tooth groove is formed with an epicycloid curve. It was.

試作ポンプロータの寸法諸元は、インナーロータ歯数１０枚、偏心量３．５ｍｍ、図３に示すピッチ円の直径Ｄｉ＝６２ｍｍ、ピッチ円上を滑らずに転がってインナーロータの歯先のエピサイクロイド曲線を描く外転円の直径ｅｄｉ、歯溝のハイポサイクロイド曲線を描く内転円の直径ｈｄｉ、アウターロータの歯先のハイポサイクロイド曲線を描く内転円の直径ｈｄｏ、歯溝のエピサイクロイド曲線を描く外転円の直径ｅｄｏはいずれも表１に示す通りとした。実施例１、比較例１、比較例２は、ｈｄｏ＞ｅｄｉであるので、インナーロータの歯の曲率半径はアウターロータの歯の曲率半径よりも小さくなっている。   The dimensions of the prototype pump rotor are as follows: the number of teeth of the inner rotor is 10, the eccentricity is 3.5 mm, the pitch circle diameter Di = 62 mm shown in FIG. The diameter edi of the abduction circle that draws the cycloid curve, the diameter hdi of the adductor circle that draws the hypocycloid curve of the tooth groove, the diameter hdo of the adductor circle that draws the hypocycloid curve of the tooth tip of the outer rotor, and the epicycloid curve of the tooth gap Table 1 shows the diameter edo of the abductor circle that describes In Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, since hdo> edi, the radius of curvature of the teeth of the inner rotor is smaller than the radius of curvature of the teeth of the outer rotor.

この発明品の試作ポンプロータと、インナーロータとアウターロータを共に前掲の材質１の材料で形成した表１の比較例１のポンプロータ及びインナーロータとアウターロータを共に前掲の材質２の材料で形成した表１の比較例２のポンプロータ（どちらも歯数と偏心量は実施例と同じ）を用いて内接歯車ポンプを形成し、耐久試験を行って耐久性を評価した。   The prototype pump rotor of this invention, the inner rotor and the outer rotor are both formed of the material 1 described above, and the pump rotor and the inner rotor and the outer rotor of Comparative Example 1 in Table 1 are both formed of the material 2 described above. An internal gear pump was formed using the pump rotor of Comparative Example 2 in Table 1 (both the number of teeth and the amount of eccentricity were the same as in the example), and durability was evaluated by performing a durability test.

耐久試験は、吐出圧０．８ＭＰａの条件でポンプを運転し、合計運転時間が２００時間に達した時点でロータの歯面の摩耗量を調べた。その結果を表１に併せて示す。   In the durability test, the pump was operated under the condition of a discharge pressure of 0.8 MPa, and when the total operation time reached 200 hours, the wear amount of the tooth surface of the rotor was examined. The results are also shown in Table 1.

Figure 2009013832
Figure 2009013832

表１の試験結果から、比較例２は、アウターロータに比べてインナーロータの歯面の摩耗が著しかった。これに対し、発明品の実施例１〜３の各ポンプロータは、インナーロータの歯面の摩耗の度合いが比較例２に比べて小さく、アウターロータとインナーロータの歯面の摩耗に大きな差が生じていなかった。また、比較例１は、インナーロータの内径摩耗量とアウターロータの歯先摩耗量は実施例１と比べて差がなかったが、アウターロータが高価になるため性能比でのコストが発明品よりも高くつき、実用化するのには適していなかった。   From the test results in Table 1, in Comparative Example 2, the tooth surface of the inner rotor was significantly worn compared to the outer rotor. In contrast, each of the pump rotors of Examples 1 to 3 of the invention has a smaller degree of wear on the tooth surface of the inner rotor than that of Comparative Example 2, and there is a large difference in wear of the tooth surface of the outer rotor and the inner rotor. It did not occur. In Comparative Example 1, the inner diameter wear amount of the inner rotor and the wear amount of the tooth tip of the outer rotor were not different from those of Example 1, but the outer rotor was expensive, so the cost in performance ratio was higher than that of the invention product. It was expensive and not suitable for practical use.

この発明のポンプロータの一例を示す正面図Front view showing an example of the pump rotor of the present invention 図１のポンプロータをハウジングに組み付けて構成される内接歯車ポンプのハウジングのカバーを外した状態の正面図The front view of the state which removed the cover of the housing of the internal gear pump comprised by assembling | attaching the pump rotor of FIG. 1 to a housing 試作ポンプロータの寸法諸元の説明図Illustration of dimensions of prototype pump rotor

符号の説明Explanation of symbols

１ ポンプロータ
２ インナーロータ
２ａ 歯
２ｂ 軸穴
３ アウターロータ
３ａ 歯
４ ハウジング
５ 吸入ポート
６ 吐出ポート
７ 駆動軸
８ ポンプ室
１０ 内接歯車ポンプ
Ｏｉ インナーロータの回転中心
Ｏｏ アウターロータの回転中心
ｅ 偏心量 1 Pump Rotor 2 Inner Rotor 2a Teeth 2b Shaft Hole 3 Outer Rotor 3a Teeth 4 Housing 5 Suction Port 6 Discharge Port 7 Drive Shaft 8 Pump Chamber 10 Internal Gear Pump Oi Inner Rotor Rotation Center Oo Outer Rotor Rotation Center e Eccentricity

Claims (3)

歯数がｎ枚のインナーロータ（２）と、歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータ（３）を偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータにおいて、
インナーロータ（２）をアウターロータ（３）よりも表面硬さの硬い材料で形成したことを特徴とする内接歯車ポンプのポンプロータ。 In the pump rotor of the internal gear pump in which the inner rotor (2) having n teeth and the outer rotor (3) having (n + 1) teeth are arranged in an eccentric arrangement,
A pump rotor for an internal gear pump, wherein the inner rotor (2) is made of a material having a surface hardness higher than that of the outer rotor (3). 上記に加えてさらに、インナーロータ（２）の歯の頂点の曲率半径をアウターロータ（３）の歯の頂点の曲率半径よりも小さくした請求項１に記載の内接歯車ポンプのポンプロータ。   In addition to the above, the pump rotor of the internal gear pump according to claim 1, wherein the radius of curvature of the apex of the teeth of the inner rotor (2) is smaller than the radius of curvature of the apex of the teeth of the outer rotor (3). 請求項１または２に記載のポンプロータ（１）を吸入ポート（５）と吐出ポート（６）を有するハウジング（４）に組み付けて構成される内接歯車ポンプ。   An internal gear pump configured by assembling the pump rotor (1) according to claim 1 or 2 to a housing (4) having a suction port (5) and a discharge port (6).
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