JP4018399B2 - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、歯数差が１枚のインナーロータ（外歯歯車）とアウターロータ（内歯歯車）を組合わせた内接歯車ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯数がｎ枚（ｎ≧３）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させてケーシングに収納し、両ロータの各歯の歯面間に形成される閉じ込み空間（ポンピングチャンバ）のロータ回転に伴う容積変化を利用して液体の吸入、吐出を行う内接歯車ポンプは、基本設計では、図２に示すように、インナーロータ１とアウターロータ２間の閉じ込み空間Ａの面積が最大となる位置でその閉じ込み空間Ａがケーシングに設けられた吸入ポート３と吐出ポート４から切り離されるように、吸入ポートの終端３ａと吐出ポートの始端４ａが左右対称位置に設定される。
【０００３】
なお、吸入ポート３と吐出ポート４は、ケーシングのロータ端面と対向する面に設けられている。図中５、６は、面積最大となる閉じ込み空間を仕切る吸入ポート側ロータ噛み合い点と吐出ポート側ロータ噛み合い点を示す。７はインナーロータを回転させる駆動シャフトであり、アウターロータ２は従動回転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内接歯車ポンプでは、ロータ回転に支障をきたさないように、インナーロータとアウターロータの歯面間、ケーシング内径とアウターロータの外径間及びインナーロータの軸穴と駆動シャフト間にそれぞれ所定のクリアランス（隙間）が設けられる。
【０００５】
そのため、吐出圧が作用すると閉じ込み空間Ａを広げながらインナーロータ１とアウターロータ２がクリアランスの範囲内で相反する方向に動き、両ロータの中心を通る軸が、図２（ｂ）に示す設計上の基準軸Ｃの位置からＣ’の位置までロータの回転方向に（ａ°−Ｘ°）ずれる。図のａ°は、インナーロータ１とアウターロータ２の設計上の中心を通る基準軸Ｃから設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点５までのインナーロータ中心Ｏを支点にした振角、Ｘ°は基準軸Ｃからロータ中心変位後の吸入ポート側ロータ噛み合い点５’（線Ｂ）までのインナーロータ中心Ｏを支点にした振角である。
【０００６】
吸入ポート終端を設計上のロータ噛み合い点５の位置に配置すると、閉じ込み空間Ａは実際の噛み合い点が設計上の噛み合い点５の位置から５’の位置に移る間は吸入ポートから切り離されているのにまだ膨張工程にあり、その空間Ａ内が吸入ポートの圧力よりも更に負圧状態になる。
【０００７】
にも拘らず、吸入ポートから切り離された閉じ込み空間Ａは液体を吸入することができないためキャビテーションを誘発し、吸入効率悪化の問題も起こる。
【０００８】
ロータの回転が高速化するにつれて閉じ込み空間の膨張、圧縮速度が速くなるため、キャビテーションの発生と容積効率の悪化はより顕著になり、その結果、ロータ、ケーシングの侵食や吐出量不足を引き起こす。
【０００９】
さらに、キャビテーションの誘発により圧力脈動も増大し、ポンプの振動、騒音も激しくなってポンプ性能が著しく低下する。
【００１０】
この発明の目的は、クリアランスによるロータ中心の変位に起因したキャビテーション、圧力脈動の増大、容積効率低下を抑えてポンプ性能を高めることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、吸入ポートの終端を、ロータ歯面間の閉じ込み空間Ａが設計上最大面積Ｓｏとなる位置での吸入ポート側ロータ噛み合い点よりもロータの回転方向前方に延長して配置する。
【００１２】
こうすると、閉じ込み空間Ａが図２に示す設計上のロータ噛み合い点５を通り越した後にも吸入ポートから空間Ａに液体が流入する。
【００１３】
これにより、ロータ中心の変位による閉じ込み空間の負圧状態が矯正され、キャビテーションが発生するときのポンプ回転数を高めることができる。また、閉じ込み空間の液体吸入量が増加し、ポンプの容積効率も改善される。
【００１４】
なお、ポンプの容積効率を重視する場合には、図２において基準軸Ｃと線Ｂのなす角度Ｘ°が４°≦ａ°−Ｘ°≦１６°となる位置（その式を満足させる線Ｂ上）に吸入ポート終端を配置すると好ましい。通常のポンプの場合、クリアランスによる基準軸Ｃからの軸Ｃ´の振れ（ロータ中心の変位による振れ）角は、（ａ°−４°）〜（ａ°−１６°）の範囲にほぼ納まる。
【００１６】
また、キャビテーション発生時のポンプ回転数の改善を重視する場合には、１０°≦ａ°−Ｘ°となる位置に吸入ポート終端を配置すると好ましい。この条件を成立させると、閉じ込み空間内の圧力状態を確実に正圧にできるのに加え、液体中に混入した空気を意図的に潰す作用も働き、キャビテーション発生時のポンプ回転数をより高めることが可能になる。但し、この場合には液体の最大吸入量が減少するので、ポンプの容積効率は下がる。
【００１７】
容積効率とキャビテーション発生時のポンプ回転数の改善を両立させる場合には、１０°≦ａ°−Ｘ°≦１６°となる位置に吸入ポート終端を配置するのがよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明の内接歯車ポンプの実施形態を示す。図１は、インナーロータ１とアウターロータ２をそれぞれ設計上の中心に置いた状態にして画いてある。図に示すように、設計上閉じ込み空間Ａの面積が最大となる位置での吸入ポート側ロータ噛み合い点５よりもロータの回転方向前方に吸入ポート３の終端３ａを配置しており、従って、設計上のインナーロータ中心Ｏとアウターロータ中心を通る基準軸Ｃから設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点５までの振角（インナーロータ中心Ｏを支点にした振角）をａ°、吸入ポート終端３ａが置かれる位置までの振角（線Ｂの振角）をＸ°とすると、Ｘ°＜ａ°の条件が成立する。
【００１９】
この吸入ポート終端３ａの延長に伴い、閉じ込み空間Ａが吸入ポート３から切り離される位置で閉じ込み空間Ａが吐出ポート４からも切り離されるように、吐出ポート４の始端４ａの位置も、通常設定される位置からロータの回転方向前方に移している。
【００２０】
なお、吸入ポート終端３ａのロータ径方向中央部は、図のようにロータ回転方向後方に突出させ、吸入ポート側のロータ噛み合い点５が突出部の先端に到達した位置で閉じ込み空間Ａが吸入ポート３から切り離されるようにしている。図１の８はケーシングに設けた深さの浅い溝である。
【００２１】
以下に、この発明の効果の確認試験について述べる。
【００２２】
内接歯車ポンプの液体吐き出し量、吐き出し効率を評価した。その結果を表１及び図３、図４に示す。
【００２３】
ポンプに採用したロータの諸元は、インナーロータ歯数９枚、アウターロータ歯数１０枚、アウターロータ外径８５ｍｍ、ロータ厚み１０ｍｍ、ロータ中心の偏心量３．５４ｍｍである。
【００２４】
また、インナー、アウターロータ両間の閉じ込み空間の面積が最大となる位置での設計上の基準軸（図１のＣ）から設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点までの振角ａ°＝１８°である。
【００２５】
表１と図３、図４は、基準軸Ｃから吸入ポート終端の設置点（線Ｂ）までの振角Ｘ°をパラメータとして評価を行った結果を表わしている。
【００２６】
【表１】

【００２７】
図４から判るように、ポンプ回転数１０００ｒｐｍでの容積効率は、Ｘ＝９°近傍で最も高くなっている。Ｘ＝１３°でもポンプ回転数４０００ｒｐｍ程度まではＸ＝０°のときよりも容積効率がよい（図３参照）。
【００２８】
また、表１及び図４から判るように、キャビテーション発生時のポンプ回転数はＸ°が小さくなるに従って高まっている。
【００２９】
この結果に、Ｘ°＜ａ°となる位置に吸入ポートの終端を配置する場合の効果がよく現れている。
【００３０】
なお、説明の繰り返しになるが、ポンプの容積効率を重視する場合には４°≦ａ°−Ｘ°≦１６°、キャビテーション発生時のポンプ回転数の改善を重視する場合には１０°≦ａ°−Ｘ°、容積効率とキャビテーション発生時のポンプ回転数の改善を両立させる場合には１０°≦ａ°−Ｘ°≦１６°の条件が成立する位置に吸入ポート終端を配置するのがよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、ロータ歯面間の閉じ込み空間が設計上最大面積となる位置での設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点よりもロータ回転方向前方に吸入ポート終端を配置したので、クリアランスによるロータ中心の変位に起因したキャビテーションが抑制され、キャビテーション発生時のポンプ回転数を上げることができる。
【００３２】
また、キャビテーションの抑制により圧力脈動も小さくなる。さらに、閉じ込み空間の液体吸入量が増大して容積効率も高まり、ポンプの高性能化につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明のポンプの実施形態を示す一部省略図
（ｂ）吸入ポートと吐出ポートの形状を示す図
【図２】（ａ）従来の内接歯車ポンプの一部省略図
（ｂ）ロータ中心の変位によって起こる中心線の振れの説明図
【図３】吸入ポートの終端位置とポンプの容積効率とポンプ回転数の関係を示す図
【図４】吸入ポートの終端位置とキャビテーション発生時のポンプ回転数と容積効率の関係を示す図
【符号の説明】
１ インナーロータ
２ アウターロータ
３ 吸入ポート
３ａ 吸入ポート終端
４ 吐出ポート
４ａ 吐出ポート始端
５ 設計上閉じ込み空間が最大面積となる位置での吸入ポート側ロータ噛み合い点
５’ ロータ中心変位後の吸入ポート側ロータ噛み合い点
６ 設計上の吐出ポート側ロータ噛み合い点
７ 駆動シャフト
Ａ 閉じ込み空間
Ｂ 基準軸に対してＸ°振れた軸
Ｃ 基準軸
Ｏ インナーロータ中心
ａ 基準軸から設計上の吸入ポート側ロータ噛み合い点までの振角
Ｘ 基準軸から吸入ポート終端までの振角
Ｓ 閉じ込み空間Ａの面積
Ｓｏ 閉じ込み空間Ａの設計上の最大面積

Claims (1)

1. 回転駆動させる歯数がｎ枚のインナーロータと、従動回転する歯数がｎ＋１枚のアウターロータを、吸入ポートと吐出ポートを有するケーシングに偏心配置にして収納し、インナー、アウター両ロータ間の各歯の歯面間に形成される閉じ込み空間（Ａ）のロータ回転に伴う容積変化で液体を吸入、吐出する内接歯車ポンプにおいて、吸入ポートの終端を、前記閉じ込み空間（Ａ）が設計上最大面積Ｓｏとなる位置での吸入ポート側ロータ噛み合い点（５）よりもロータの回転方向前方に延長して配置しており、
   設計上のアウターロータ中心と設計上のインナーロータ中心を通る基準軸（Ｃ）から前記吸入ポート側ロータ噛み合い点（５）までのインナーロータ中心を支点にした振角をａ°、吸入ポート終端までの振角をＸ°として、４°≦ａ°−Ｘ°≦１６°となる位置に吸入ポート終端（３ａ）を配置したことを特徴とする内接歯車ポンプ。

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