(57)【要約】【課題】簡易な構造でトロコイドの位置決めが可能であり、トロコイドの位置ずれや傾きを防止できる内接歯車ポンプを提供する。【解決手段】アウタロータ２内にインナロータ３が回転自在に収容され、吸入側容積室と吐出側容積室とが形成されるトロコイド４と、トロコイド４を収容する収容部８が形成されたケーシング５と、ケーシング５の収容部８を閉塞するカバー６とを有する内接歯車ポンプ１であって、ケーシング５の収容部８の内側面８ｂが、樹脂組成物の射出成形体からなり、収容部８の底面８ａが、射出成形時に一体に設けられた金属プレート７からなり、インナロータ３は軸方向一方の端面に、突出した凸部３ａを有し、金属プレート７は凸部３ａが嵌合される凹部７ａを有しており、インナロータ３の凸部３ａが金属プレート７の凹部７ａに嵌合されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の内歯を有するアウタロータ内に、複数の外歯を有するインナロータが、前記外歯が前記内歯に噛み合い、かつ、偏心する状態で回転自在に収容され、前記内歯と前記外歯との間に、液体を吸入する吸入側容積室と、この吸入側容積室に吸入した液体を吐出する吐出側容積室とが形成されるトロコイドと、該トロコイドを収容する収容部が形成されたケーシングと、該ケーシングの前記収容部を閉塞するカバーとを有する内接歯車ポンプであって、
前記ケーシングの前記収容部の内側面が、樹脂組成物の射出成形体からなり、前記収容部の底面が、射出成形時に一体に設けられた金属プレートからなり、
前記インナロータは軸方向一方の端面に、突出した凸部を有し、前記金属プレートは前記凸部が嵌合される凹部を有しており、
前記インナロータの凸部が前記金属プレートの凹部に嵌合されていることを特徴とする内接歯車ポンプ
【請求項２】
前記凸部は、前記インナロータの軸孔と同軸に突出させた外周形状が円形の筒体であり、該筒体の外周面の少なくとも一部が、前記凹部の内周面に嵌合されていることを特徴とする請求項１記載の内接歯車ポンプ。
【請求項３】
前記金属プレートは、前記トロコイドの収容空間内に前記液体を導入する貫通孔と、前記液体の流路である凹溝とを有しており、前記凹部は、前記貫通孔と連通しておらず、前記凹溝と連通した凹形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内接歯車ポンプ。
【請求項４】
前記金属プレートの端面から前記凹溝の底面までの溝深さが、前記金属プレートの端面から前記凹部の底面までの凹部深さよりも大きいことを特徴とする請求項３記載の内接歯車ポンプ。
【請求項５】
前記アウタロータおよび前記インナロータが焼結金属体であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の内接歯車ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油や水、薬液などの液体を圧送する内接歯車ポンプ（トロコイドポンプ）に関し、特に、産業機械分野、例えば空調用コンプレッサに使用される内接歯車ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内接歯車ポンプ（トロコイドポンプ）として、特許文献１などが知られている。図６に基づき内接歯車ポンプの構造について説明する。図６は従来の内接歯車ポンプの断面図である。図６に示すように、このポンプ２１は、複数の内歯を有する環状のアウタロータ２２内に、複数の外歯を有するインナロータ２３が収容されてなるトロコイド２４を主体としている。このトロコイド２４は、フランジ付き円柱状のケーシング２５に形成された円形のトロコイド収容部２８に回転自在に収容されている。ケーシング２５には、トロコイド収容部２８を閉塞するカバー２６が固定されている。また、インナロータ２３の軸心には、図示しない駆動源によって回転させられる駆動シャフト３３が貫通して固定されている。
【０００３】
ケーシング２５は樹脂組成物を用いて射出成形により製造された射出成形体である。ケーシング２５とカバー２６とは、それぞれのボルト孔２９を通されたボルト３０により、機器本体の固定プレート３２に締結固定されている。また、ケーシング２５とカバー２６との接合面（合わせ面）において、ケーシング２５の凹部外周に形成された溝にゴムリング（Ｏリング）３１を組み付けている。このゴムリング３１は、トロコイド収容部２８を密閉するために使用され、ケーシング２５とカバー２６の合わせ面から液体が漏れることを防止している。
【０００４】
このような構造において、各ロータが互いに接触する仕切点間に、トロコイド２４の回転方向に応じて、吸入側および吐出側の容積室が形成される。駆動シャフト３３が回転してインナロータ２３が回転すると、外歯がアウタロータ２２の内歯に噛み合うことによりアウタロータ２２が同一方向に連れ回りし、この回転によって容積が増大し、負圧となる吸入側容積室に吸入口から液体が吸入される。この吸入側容積室は、トロコイド２４が回転することによって容積が減少して内圧が上昇する吐出側容積室に変わり、ここから、吸入された液体が吐出口に吐出される。
【０００５】
特許文献１では、ケーシング２５を射出成形体（樹脂成形体）とすることで、ケーシング全体を金属部品とする場合に比べて、安価で、かつ、形状の自由度を向上させている。また、トロコイド収容部２８の内側面が樹脂成形体からなるので、アウタロータ２２との摺動性にも優れる。一方、吐出性能のばらつきを抑制するため、トロコイド収容部２８の底面は、ケーシング２５との複合成形により一体化された円盤状の金属プレート２７からなる。金属プレート２７には、吸入口や吐出口などの液体経路が形成されており、該経路以外の円盤表面は平滑面となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５１９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の内接歯車ポンプでは、トロコイドが位置決めされておらず、トロコイドを金属プレート上に取り付ける際に、本来想定している位置から偏心して取り付けられたり、金属プレートの上面に対して傾いて取り付けられる場合がある。特に、図６のポンプでは、トロコイド収容部２８の内側面が樹脂成形体からなるので、トロコイドが偏心して取り付けられた場合には、アウタロータ２２の外周面が該トロコイド収容部２８の内側面に不均等に摺接し、該内側面の摩耗が懸念される。また、トロコイドが傾いて取り付けられた場合には、回転中のトロコイドに異常な負担がかかるおそれがある。
【０００８】
トロコイドの位置決め構造として、例えば、回転軸が挿通されるカバーの孔の径寸法を大きくして、カバー側に突出させたインナロータの凸部を該孔に通した構造が知られている。しかし、ポンプの組み立てにおいてより簡易な構造が求められる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、トロコイド収容部の内側面が樹脂成形体からなり、該収容部の底面が金属プレートからなる内接歯車ポンプにおいて、簡易な構造でトロコイドの位置決めが可能であり、トロコイドの位置ずれや傾きを防止できる内接歯車ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内接歯車ポンプは、複数の内歯を有するアウタロータ内に、複数の外歯を有するインナロータが、上記外歯が上記内歯に噛み合い、かつ、偏心する状態で回転自在に収容され、上記内歯と上記外歯との間に、液体を吸入する吸入側容積室と、この吸入側容積室に吸入した液体を吐出する吐出側容積室とが形成されるトロコイドと、該トロコイドを収容する収容部が形成されたケーシングと、該ケーシングの上記収容部を閉塞するカバーとを有する内接歯車ポンプであって、上記ケーシングの上記収容部の内側面が、樹脂組成物の射出成形体からなり、上記収容部の底面が、射出成形時に一体に設けられた金属プレートからなり、上記インナロータは軸方向一方の端面に、突出した凸部を有し、上記金属プレートは上記凸部が嵌合される凹部を有しており、
上記インナロータの凸部が上記金属プレートの凹部に嵌合されていることを特徴とする。
【００１１】
上記凸部は上記インナロータの軸孔と同軸に突出させた外周形状が円形の筒体であり、該筒体の外周面の少なくとも一部が、上記凹部の内周面に嵌合されていることを特徴とする。
【００１２】
上記金属プレートは、上記トロコイドの収容空間内に上記液体を導入する貫通孔と、上記液体の流路である凹溝とを有しており、上記凹部は、上記貫通孔と連通しておらず、上記凹溝と連通した凹形状であることを特徴とする。
【００１３】
上記金属プレートの端面から上記凹溝の底面までの溝深さが、上記金属プレートの端面から上記凹部の底面までの凹部深さよりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
上記アウタロータおよび上記インナロータが焼結金属体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内接歯車ポンプは、トロコイドと、該トロコイドを収容する収容部が形成されたケーシングと、該ケーシングの上記収容部を閉塞するカバーとを有し、収容部の内側面が樹脂成形体からなり、収容部の底面が金属プレートからなるので、アウタロータとの摺動性を向上させつつ、吐出性能のばらつきを抑えることができる。また、インナロータは軸方向一方の端面に、突出した凸部を有し、金属プレートは凸部が嵌合される凹部を有しており、該凸部が該凹部に嵌合されているので、トロコイドの位置決めが可能であり、トロコイドの位置ずれを防止できる。その結果、偏心による吐出量低下が生じない。また、凸部と凹部のクリアランス以上にインナロータの傾きが起きないため、回転中のトロコイドに異常な負荷がかかることを防止できる。
【００１６】
上記ポンプは、ポンプの組み立ての際、インナロータの凸部と金属プレートの凹部が内部で組み合うようにする。上記ポンプは、上側から重ねていくだけで容易に組み立てることができる。
【００１７】
本発明では、特に、収容部の内側面が樹脂成形体であり、トロコイドの位置ずれによる該内側面の摩耗が懸念されるところ、上記構成とすることで内側面の摺動性を向上させるとともに、過剰な摩耗を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の内接歯車ポンプの一例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の内接歯車ポンプを示す平面図である。
【図３】図２の内接歯車ポンプのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】インナロータの平面図などである。
【図５】ケーシングに一体成形された金属プレートの拡大図である。
【図６】従来の内接歯車ポンプの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の内接歯車ポンプの一実施形態を図１〜図３に基づき説明する。図１は内接歯車ポンプの組み立て斜視図を、図２は内接歯車ポンプの平面図を、図３は図２のＡ−Ａ線断面図をそれぞれ示す。図１および図２に示すように、内接歯車ポンプ１は、環状のアウタロータ２内にインナロータ３が収容されたトロコイド４と、このトロコイド４を回転自在に収容する円形の収容部（トロコイド収容部）８が形成されたケーシング５と、ケーシング５のトロコイド収容部８を閉塞するカバー６とを有する。カバー６は、トロコイド収容部８を閉塞する形状であればよく、例えば環状形状である。なお、カバー６を、トロコイド収容部８が開口するケーシング５の上面の外形に合致する形状としてもよい。ケーシング５には３つのボルト孔９が形成されている。内接歯車ポンプ１は、各ボルト孔９に通される固定ねじ（図示省略）により、機器本体のプレート（図示省略）に締結固定される。また、内接歯車ポンプ１は、インナロータ３の回転中心に同軸で固定された駆動シャフト１０を有している（図３参照）。
【００２０】
インナロータ３の外歯はアウタロータ２の内歯よりも１つ少なく、インナロータ３は、上記外歯が上記内歯に内接して噛み合う偏心した状態で、アウタロータ２内に収容されている。各ロータが互いに接触する仕切点間には、トロコイド４の回転方向に応じて、吸入側および吐出側の容積室が形成される。図３に示すように、ケーシング５のトロコイド収容部８の底面８ａには、吐出側の容積室に連通する吐出口を含む液体流路が形成されている。吐出口から駆動シャフト１０の中心部の吐出流路を通して、図中上方の圧縮部（図示省略）に液体が圧送される。
【００２１】
内接歯車ポンプ１では、駆動シャフト１０によってトロコイド４が回転することにより、容積が増大して負圧となる吸入側容積室に、吸入口から液体がポンプ内部に吸入される。この吸入側容積室は、トロコイド４が回転することによって容積が減少して内圧が上昇する吐出側容積室に変わり、この吐出側容積室から、吸入された液体が吐出口に吐出される。上記のポンプ作用が、トロコイド４の回転によって連続的に行われ、液体が連続的に圧送される。さらに、吸入された液体によって各容積室の密閉性が高められる液体シール効果によって、各容積室間に生じる差圧が大きくなり、大きなポンプ作用が得られる。
【００２２】
アウタロータ、インナロータには、焼結金属（鉄系、銅鉄系、銅系、ステンレス系など）を使用することが好ましく、特に価格面からは鉄系が好ましい。なお、水、薬液などを圧送するトロコイドポンプにおいては、防錆能力が高いステンレス系などを採用すればよい。
【００２３】
また、カバー６の材質としては、特に限定されないが樹脂製とし、射出成形体とすることが好ましい。カバー６を樹脂成形体とすることで、焼結金属製などとする場合と比較して低コストとなる。
【００２４】
本発明の内接歯車ポンプは、ケーシングを、樹脂組成物の射出成形体としている。これにより、射出成形にて機械加工なく、ポンプ全体の形状を形成することができるため、経済的である。一方、樹脂のヒケ等によりトロコイド収容部の底面の平面度が悪化すると吐出性能がばらつくおそれがある。これは、吐出口を含む液体経路や吸入口がトロコイド収容部の底面に形成されている場合に特に顕著となる。そのため、ケーシング５において、収容部８の底面８ａは円盤状の金属プレート７で構成している。金属プレート７は、ケーシング５との複合成形により一体化されている。このように、トロコイド収容部の内側面を、樹脂組成物の射出成形体部分とすることで摺動性の改善を図りつつ、トロコイド収容部の底面を、インサート成形された金属プレートとすることで吐出性能のばらつきを抑えている。
【００２５】
トロコイド４の回転時には、トロコイド収容部８の底面８ａとアウタロータ２およびインナロータ３とが摺接する。従来の内接歯車ポンプでは、これらの摺接面が互いに平面形状である（図６参照）。この場合、トロコイドの位置ずれや傾きが生じるおそれがある。
【００２６】
本発明の内接歯車ポンプは、インナロータ３が、軸方向一方の端面に突出した凸部３ａを有するとともに、金属プレート７が凹部７ａを有している。ポンプ１において、インナロータ３の凸部３ａと金属プレート７の凹部７ａとが互いに嵌合されているので、本来想定している位置にトロコイドを位置決めできる。これにより、金属プレート上におけるトロコイドの径方向への相対的な位置ずれを規制できる。その結果、位置ずれに伴う収容部の内側面の過剰な摩耗や、トロコイドの傾きによる異常な負荷の発生を防止できる。
【００２７】
インナロータの構成について、図４に基づき説明する。図４（ａ）はインナロータの平面図を、図４（ｂ）はインナロータのＢ−Ｂ線断面図を示している。図４に示すように、インナロータ３の中央部には、駆動シャフトが挿入固定される軸孔３ｂが形成される。凸部３ａは、軸孔３ｂの円中心と同軸に軸方向に突出した円筒部であり、該円筒部の内周面は軸孔３ｂの一部を形成している。円筒部の凸部３ａの突起高さ（筒長さ）は、例えば２ｍｍである。凸部３ａが筒形状の場合、外周形状が円形であればよく、内周形状は特に限定されない。例えば、軸孔３ｂが円形でない（多角形など）場合には、凸部３ａの内周形状をその貫通孔に合わせた形状としてもよい。
【００２８】
金属プレートの構成について、図５に基づき説明する。図５は、ケーシング５に一体化された金属プレート７の拡大図である。金属プレート７は、上述の凸部が嵌合される凹部７ａを有する。さらに、金属プレート７は、トロコイド４の収容空間内に液体を導入する吸入口である貫通孔７ｂと、液体の流路である凹溝１１とを有している。貫通孔７ｂは金属プレート７の反対側まで貫通しているのに対して、凹部７ａおよび凹溝１１は金属プレート７の反対側まで貫通していない。また、凹部７ａは貫通孔７ｂとは連通しておらず、凹溝１１と連通した凹形状である。つまり凹部７ａは、吸入側の容積室に連通する吸入口と干渉しない形態とされている。
【００２９】
図５に示すように、凹部７ａは、平面視で略三日月状に形成され、凹溝１１の一部であり金属プレート７の中央部に形成された吐出口（駆動シャフトの中心部の吐出流路に繋がる部分）の周囲を囲むように形成されている。凹部７ａは吐出口と連通した凹形状である。また、凹部７ａの内周面は平面視で円弧状であり、上述の凸部３ａの円筒外周面に沿った形状となっている。この場合、凹部７ａの円弧の内径と凸部３ａの円筒外径は略同一か、僅かに凹部７ａの円弧の内径の方が大きくなっている。凹部７ａの内周面は、平面視で１８０°以上の円弧であることが好ましく、２４０°以上の円弧であることが好ましい。
【００３０】
また、凹部７ａの内周面の円弧が欠けた部分は、凹溝１１の部分となっている。そのため、凸部３ａの円筒外周面の一部は、凹部７ａの内周面に覆われずに凹溝１１に露出した状態となる。ポンプの駆動時には、このような状態でインナロータが回転するため、凹部７ａの内周面の両側の周方向端部７ｃは面取りされていることが好ましい。
【００３１】
図５に示すように、金属プレート７の上面から凹溝１１の底面までの深さ（溝深さ）が、金属プレート７の上面から凹部７ａの底面までの深さ（凹部深さ）よりも大きくなっている。そのため、凹部７ａは段部となっている。凹部７ａの凹部深さは、凸部３ａの突起高さと略同一か僅かに凹部深さの方が大きく、例えば２．１ｍｍである。また、凹溝１１の溝深さは、例えば２．５ｍｍである。
【００３２】
金属プレート７としては、焼結金属体や溶製金属体（板金プレス品）が採用できる。焼結金属材質としては、上述のアウタロータやインナロータと同様のものが挙げられる。溶製金属材質としては、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などが挙げられる。寸法精度に優れ、射出成形時にアンカー効果にて樹脂部分と強固に一体化できることから、焼結金属体を用いることが好ましい。  
【００３３】
ケーシング５は、樹脂組成物の射出成形体である。射出成形可能な合成樹脂（ベース樹脂）としては、例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらの各樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。これらの樹脂の中でも、成形体の耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、耐薬品性などに優れることから、ＰＰＳ樹脂を用いることが特に好ましい。
【００３４】
高強度化、高弾性化、高寸法精度化、耐摩耗性の付与・射出成形収縮の異方性除去に有効なガラス繊維、炭素繊維、または無機充填剤を単独で、もしくは、適宜併用することが好ましい。この中でもガラス繊維と無機充填剤の併用は、経済性に優れ、油中での摩擦摩耗特性に優れている。
【００３５】
以上の諸原材料を混合し、混練する手段は、特に限定するものではなく、粉末原料をヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダー、レディゲミキサー、ウルトラヘンシェルミキサーなどにて乾式混合し、さらに二軸押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレット（顆粒）を得ることができる。また、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用い、射出成形金型内に金属プレートを保持した状態で、インサート成形することで金属プレートと一体化されたケーシングが得られる。
【００３６】
以上、各図に基づいて説明したが、本発明の内接歯車ポンプはこれらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の内接歯車ポンプは、軽量化、低コスト化などを可能としつつ、簡易な構造でトロコイドの位置ずれや傾きを防止できるので、油や水、薬液などの液体を圧送する内接歯車ポンプ（トロコイドポンプ）として利用できる。特に、代替フロン、炭酸ガスなどを冷媒とする電気給湯機、ルームエアコン、カーエアコン用のスクロール型コンプレッサの摺動部に液体を供給するためのポンプとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１    内接歯車ポンプ
２    アウタロータ
３    インナロータ
３ａ  凸部
３ｂ  軸孔
４    トロコイド
５    ケーシング
６    カバー
７    金属プレート
７ａ  凹部
７ｂ  貫通孔
７ｃ  周方向端部
８    収容部
８ａ  底面
８ｂ  内側面
９    ボルト孔
１０  駆動シャフト
１１  凹溝
【図１】
2020045765.tif 000003
【図２】
2020045765.tif 000004
【図３】
2020045765.tif 000005
【図４】
2020045765.tif 000006
【図５】
2020045765.tif 000007
【図６】
2020045765.tif 000008