JP2010096011A - 内接歯車式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】内接歯車式ポンプのポンプ室の閉じ込め状態を良くして容積効率を高めることを課題としている。
【解決手段】内接歯車式ポンプに吐出ポート７の終端からロータ回転前方に延伸する通路１１を設け、その通路１１経由で容積が最小となる位置に移動したポンプ室１０に吐出ポート７から液圧を導入し、その液圧でポンプ室を閉じ込める部分においてインナーロータ２の歯とアウターロータ３の歯を互いに押付け合う力をロータに生じさせ、ポンプ室閉じ込み部のチップクリアランスを小さくしてチップクリアランスからの液漏れを抑えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、ポンプ室の閉じ込め状態を良くして容積効率（ポンプ効率）を高めた内接歯車式ポンプ、詳しくは、キャビテーションを抑制する目的でポンプ室の容積が最小となる位置でアウターロータの歯底部に吸入開始時のポンプ室の容積を広げる逃がし部を設けても容積効率の低下が抑えられるようにした内接歯車式ポンプに関する。

内接歯車式ポンプは、車のエンジンや自動変速機（ＡＴ）用のオイルポンプなどとして多用されている。その内接歯車式ポンプの従来例として、下記特許文献１に開示されたものがある。

同文献が開示している内接歯車式ポンプは、図２に示すように、インナーロータ（外歯歯車）２とアウターロータ３（内歯歯車）間に形成されるポンプ室１０の容積が最小となる位置でインナーロータ２の歯先との間に空間ｇを生じさせる逃がし部９をアウターロータ３の歯底部に設けている。この対応により、吸入開始時のポンプ室の容積を所定値以上確保して吸入初期のポンプ室に対する流体（液体）の吸入速度の増加とポンプ室の急激な圧力低下を抑えており、吸入速度の増加とポンプ室の急激な圧力低下が原因となって起こるキャビテーションが抑制される。

特開昭６３−１６７０８７号公報

キャビテーションは、高速回転での容積効率の低下、騒音の発生、ポンプ寿命の低下の原因となる。従って、特許文献１が開示しているキャビテーション抑制策は、ポンプの性能向上、寿命向上に関して有効なものと言えるが、アウターロータ３の歯底部に逃がし部を設けると、ポンプ室１０の容積が最小となる位置でインナーロータの歯先がアウターロータの歯溝の奥（歯底側）に入り込む。インナーロータとアウターロータとの間およびアウターロータ外周とロータ収納室との間には不可避の摺動隙間があるので、上記の入り込みをなくすことはできない。このときの入り込み量は大きなものではないが、その入り込みが起こるとポンプ室の閉じ込み部においてインナーロータとアウターロータ間のチップクリアランス（噛み合い部の歯間隙間）が拡大し、そのチップクリアランスを通って閉じ込み後のポンプ室から吸入ポートに開口しているポンプ室に液体が洩れる。それによるポンプの容積効率の低下が懸念されることから、その懸念を解消することが望まれている。

また、逃がし部を設けていないアウターロータを用いた内接歯車式ポンプにおいても、ロータ回転に伴って吐出ポートとポンプ室が連通したときにポンプ室の圧力が高まってチップクリアランスが広がるため、やはり容積効率の低下が懸念される。そのために、逃がし部を設けていないアウターロータを用いた内接歯車式ポンプにおいても、その懸念を解消することが望まれている。

この発明は、これらの要求に応えること、すなわち、チップクリアランスの拡大を効果的に抑制し、ポンプの容積効率の低下を防止するポンプ構造を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、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用ロータが、吸入ポートと吐出ポートを有するポンプケースに収納され、前記インナーロータとアウターロータとの間に形成されるポンプ室の容積が両ロータの回転に伴って増減して流体の吸入、吐出がなされる内接歯車式ポンプを改善の対象にして、前記吐出ポートの終端からロータ回転前方に延伸する通路を設けた。

この内接歯車式ポンプは、前記通路の先端を、少なくともインナーロータの中心とアウターロータの中心を通る直線上までロータ回転前方に延伸させると好ましい。

また、ポンプケースに、吐出ポートの終端の外径側に偏った位置からロータ回転方向前方に延伸する溝を設けてその溝で前記通路を構成したり、前記溝のロータ回転方向前方への延伸に対応させて吸入ポートの始端の外径側の一部をロータ回転方向前方に変位させる逃げ部をポンプケースに形成したりするのも好ましい。

さらに、キャビテーションを抑制する目的で、アウターロータの歯底部に逃がし部を設けて前記ポンプ室の容積が最小となる位置で前記インナーロータの歯先部と前記アウターロータの歯底との間に空間を生じさせたものについては、前記通路を介して前記空間に前記吐出ポートを連通させるようにしておくとよい。

この発明の内接歯車式ポンプは、容積が最小となる位置に移動したポンプ室が、この発明を特徴づける通路を介してポンプケースの吐出ポートに連通する。このために、容積が最小となったポンプ室に吐出ポートの圧力が導入され、その圧力でアウターロータは前記空間位置から見て外径方向にインナーロータは内径方向にそれぞれ力を受ける。

その力の方向は、ポンプ室を閉じ込める部分でインナーロータの歯とアウターロータの歯を互いに押付け合う方向であり、これにより、ポンプ室閉じ込み部のチップクリアランスが小さくなって閉じ込み後のポンプ室からの流体の洩れが減少し、ポンプの容積効率の低下が防止される。

なお、この発明は、アウターロータの歯底部を逃がしてポンプ室の容積が最小となる位置でアウターロータの歯底部とインナーロータの歯先との間に空間を生じさせることでキャビテーションの抑制効果を生じさせたポンプに適用すると、その有効性が特に顕著に発揮される。ポンプ室の容積が最小となる位置でアウターロータの歯底部とインナーロータの歯先との間に生じさせる空間の容積は前記通路の有無とは関係なく維持されるので、前記通路を設置しても、アウターロータの歯底部を逃がすことによるキャビテーションの抑制効果は損なわれない。

以下、添付図面の図１〜図５に基づいてこの発明の内接歯車式ポンプの実施の形態を説明する。図１に示す内接歯車式ポンプ１は、インナーロータ２と、歯数がインナーロータの歯数よりも１枚多いアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせたポンプ用ロータ４（図２も同時参照）を採用し、そのポンプ用ロータ４を、吸入ポート６と吐出ポート７を有するポンプケース５のロータ収納室８に収納して構成されている。２ａはインナーロータの歯、３ａはアウターロータの歯である。ポンプ用ロータ４そのものは、従来のポンプに採用されているものと変わるところがない。なお、図１の内接歯車式ポンプには、ロータ収納室８を覆うカバー（図示せず）が含まれる。

インナーロータ２は、駆動軸（図示せず）を通す軸穴２ｂを中心に有している。このインナーロータ２は、種々の歯形を有するものが知られており、任意の歯形を選択して採用することができる。アウターロータ３も同様である。

アウターロータ３は、各歯３ａの歯底部に逃がし部９を設けたものが用いられている。
逃がし部９は、インナーロータ２とアウターロータ３との間に形成されるポンプ室（ポンピングチャンバ）１０の容積が最小となる位置でインナーロータ２の歯先とアウターロータ３の歯底との間に所要の空間ｇを生じさせる目的で設けられたもので、インナーロータ２の歯先の入り込みが極力回避される大きさ、形状にしてある。しかしながら、インナーロータ２とアウターロータ３の歯間には不可避の摺動隙間があるので、逃がし部９の設置によってインナーロータの歯がアウターロータ３の歯溝の奥に向って従来よりも深く入り込むことが許容されるものになる。

その入り込みがポンプ室閉じ込み部のチップクリアランスを拡大させる因子となることから、その入り込みを防止するべく、ポンプ室１０の容積が最小となる位置の空間ｇを吐出ポート７に連通させる通路１１を設けている。

例示の内接歯車式ポンプに設けた通路１１は、ポンプケース５に設けられる吐出ポート７の形状を変更して作り出している。具体的には、図３に示すように、吐出ポート７の終端のロータ外径側に偏った位置からロータ回転方向前方に延伸する溝１１ａを設けてその溝１１ａで通路１１を形成している。

通路１１は、ポンプ用ロータ４側に形成することも考えられるが、それよりは、ポンプケース５側に溝などを設けて作り出したものが好ましい。ポンプケース５に通路となる溝などを設ける構造は、溝などの加工箇所が１箇所で済み、生産面、コスト面で有利である。

図１、図３の１２は、吸入ポート６の始端に形成した逃げ部である。ポンプ室１０は、吐出終点と吸入開始点との間において、一旦、吸入ポート６と吐出ポート７の両者に対する連通を遮断する必要があり、溝１１ａの設置後もその機能を確保するために、吸入ポート６の始端をロータ回転方向前方に逃がす（変位させる）ことが必要になる。その逃がしは、吸入ポート６の始端の全域をロータ回転方向前方に変位させる方法でも行なえるが、例示のポンプにおいては、溝１１ａのロータ回転方向前方への延伸に対応させて吸入ポート６の始端のロータ外径側の一部をロータ回転方向前方に変位させる逃げ部１２をポンプケース５に形成して必要な逃がしを行なっており、この構造は、吸入ポートの面積減少とそれに起因したポンプの性能低下が最小限に抑えられる。

アウターロータ歯底の逃がし部９によってポンプ室１０の容積が最小となる位置でインナーロータ２の歯先とアウターロータ３の歯底との間に生じさせた空間ｇが吐出ポート７に連通した状態、吐出ポート７と吸入ポート６の双方から切り離された状態、吸入ポート６に連通した状態を図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

図４（ａ）の状態では吐出ポート７内の液圧が空間ｇに導入され、この液圧でアウターロータ３は図中Ａ方向に、インナーロータ２は図中Ｂ方向に付勢され、ポンプ室閉じ込み部でインナーロータの歯とアウターロータの歯が互いに押し付け合って両ロータ間のチップクリアランスが縮小され、そのチップクリアランスからの液洩れ量が少なくなる。

なお、図５に示すように、吐出ポート７の終端をロータ外径側がロータ回転方向前方に突出する方向に傾ける構造でも、ポンプ室１０の容積が最小となる位置でインナーロータの歯先とアウターロータの歯底との間に生じさせた空間（図１、図２のｇ）を吐出ポートに連通させることができる。この構造では、吐出ポート７の終端の先鋭になった部分が通路１１として働く。

この発明の内接歯車式ポンプについて性能評価試験を行なって容積効率を調べた。その試験は、歯数６枚のインナーロータと、歯数７枚のアウターロータを組み合わせた図６のポンプ用ロータと図７のポートを有する発明品のポンプ（逃がし部有り、延伸通路有り）と、比較用のポンプ（比較品）を試作して行なった。比較品は、発明品に設けた溝１１ａ（延伸通路）と逃げ部１２が無く、他の諸元は発明品と同一。発明品、比較品のアウターロータ歯底形状とインナーロータ歯先形状を図８に示す。

ポンプ用ロータの諸元は、以下の通りに設定した。
・アウターロータ外径Ｄｏ１：φ６２．０ｍｍ
・アウターロータの歯部大径Ｄｏ２：φ５２．９ｍｍ
・アウターロータの歯部小径Ｄｏ３：φ３８．３ｍｍ
・インナーロータの歯部大径Ｄｉ１：φ４５．１ｍｍ
・インナーロータの歯部小径Ｄｉ２：φ３１．５ｍｍ
・インナーロータ中心Ｏｉとアウターロータ中心Ｏｏの偏心量ｅ：３．４ｍｍ
・ロータ厚み１０ｍｍ当たりの理論吐出量：８．１ｃｃ／ｒｅｖ
・ポート大径Ｄｐ１：φ５３．０ｍｍ
・ポート小径Ｄｐ２：φ３１．０ｍｍ
・アウターロータ中心Ｏｏから溝１１ａまでの半径ｒ１：２４．９ｍｍ（直径４９．８ｍｍ）
・インナーロータ中心Ｏｉから逃げ部１２までの半径ｒ２：１７．７ｍｍ（直径３５．４ｍｍ）
・溝１１ａ（延伸通路）の長さＬ１：４．１ｍｍ
・逃げ部１２の逃げ量Ｌ２：２．９ｍｍ
この発明品と比較品を、以下の条件で運転した。
試験条件 油種：通常ＡＴＦ
油温：８０℃
吐出圧力：１ＭＰａ
回転数：１０００〜５０００ｒｐｍ

試験の結果を表１と図９に示す。

この結果からわかるように、この発明によれば、ポンプの容積効率が高まる。

この発明の内接歯車式ポンプの一例を示す断面図 図１のポンプに採用されたポンプ用ロータの正面図 ポンプケースに設けられた吸入ポートと吐出ポートの詳細を示す図 （ａ）アウターロータ歯底の逃がし部の空間が吐出ポートに連通した状態を示す図、（ｂ）同空間が吐出ポートと吸入ポートの双方から切り離された状態を示す図、（ｃ）同空間が吸入ポートに連通した状態を示す図 この発明を特徴づける通路の他の形態を示す図 性能評価試験に用いたポンプのロータの形状と寸法諸元を示す図 性能評価試験に用いたポンプのポート形状を示す図 性能評価試験に用いた発明品、比較品のポンプのアウターロータ歯底形状とインナーロータ歯先形状を示す図 性能評価試験の結果をグラフ化して示す図

符号の説明

１ 内接歯車式ポンプ
２ インナーロータ
２ａ 歯
２ｂ 軸穴
３ アウターロータ
３ａ 歯
４ ポンプ用ロータ
５ ポンプケース
６ 吸入ポート
７ 吐出ポート
８ ロータ収納室
９ 逃がし部
１０ ポンプ室
１１ 通路
１１ａ 溝
１２ 逃げ部
ｇ 空間

Claims (5)

1. インナーロータ（２）とアウターロータ（３）を偏心配置にして組み合わせたポンプ用ロータ（４）が、吸入ポート（６）と吐出ポート（７）を有するポンプケース（５）に収納され、
   前記インナーロータ（２）とアウターロータ（３）との間に形成されるポンプ室（１０）の容積が両ロータの回転に伴って増減して流体の吸入、吐出がなされる内接歯車式ポンプであって、
   前記吐出ポート（７）の終端からロータ回転前方に延伸する通路（１１）を設けたことを特徴とする内接歯車式ポンプ。
2. 前記通路（１１）の先端を、少なくともインナーロータ（２）の中心（Ｏｉ）とアウターロータ（３）の中心（Ｏｏ）を通る直線上までロータ回転前方に延伸したことを特徴とする請求項１に記載の内接歯車式ポンプ。
3. 前記ポンプケース（５）に、前記吐出ポート（７）の終端のロータ外径側に偏った位置からロータ回転方向前方に延伸する溝（１１ａ）を設け、その溝（１１ａ）で前記通路（１１）を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内接歯車式ポンプ。
4. 前記ポンプケース（５）に、前記溝（１１ａ）のロータ回転方向前方への延伸に対応させて設けられた吸入ポート（６）の始端のロータ外径側の一部をロータ回転方向前方に変位させる逃げ部（１２）を形成したことを特徴とする請求項３に記載の内接歯車式ポンプ。
5. 前記アウターロータ（３）の歯底部に逃がし部（９）を設けて前記ポンプ室（１０）の容積が最小となる位置で前記インナーロータ（２）の歯先部と前記アウターロータ（３）の歯底との間に空間（ｇ）を生じさせており、前記通路（１１）を介して前記空間（ｇ）に前記吐出ポート（７）を連通させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内接歯車式ポンプ。

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