(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、さらに、吐出ポート始端から吸入ポート終端側に延び出す薄溝（８）を前記ケーシングに設け、設計上のアウターロータ中心とインナーロータ中心を通る基準軸（Ｃ）に対するインナーロータ中心から前記薄溝先端に至る直線の振角Ｙと、前記閉じ込み空間（Ａ）が吸入ポートから切り離される位置での吐出ポート側ロータ噛み合い点（６）とインナーロータ中心（Ｏ）とを結ぶ直線と前記基準軸（Ｃ）との間の角度ｂの関係を、Ｙ＞ｂにしたことを特徴とする内接歯車ポンプ。
【請求項２】
前記薄溝（８）を、吐出ポートの内側の径を超えない範囲でインナーロータ中心側に偏らせてインナーロータの歯底部近傍に配置した請求項１に記載の内接歯車ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【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５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５（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】
そこで、本出願人は、その問題の解決策を同時提出の特許出願によって提案した。
【００１１】
その解決策では、吸入ポートの終端を、ロータ歯面間の閉じ込み空間が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の回転方向前方に延長して配置する。
【００１２】
これにより、ロータ中心の変位に起因した閉じ込み空間の負圧状態が矯正され、キャビテーション発生時のポンプ回転数を高めることが可能になった。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。
【００１３】
ところが、閉じ込み空間の負圧状態が矯正されたものの、高圧使用時に液体を閉じ込めた閉じ込み空間が吐出ポートと連通する際の急激な圧力変化による局所的な負圧発生により、液中のエアが膨張してキャビテーションとなり、それによるロータ、ケーシングの侵食（エロージョン）の問題が生じた。
【００１４】
この発明は、このロータ、ケーシングの侵食の問題も併せて解決することを課題としている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
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、基本設計位置よりもロータの回転方向前方、即ち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。
【００１６】
こうすると、閉じ込み空間Ａが図５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。
【００１７】
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、ポンプの容積効率も改善される。
【００１８】
次に、高圧使用時に液体を閉じ込めた閉じ込み空間が吐出ポートと連通する際の急激な圧力変化による局所的な負圧発生により、液中のエアが膨張してキャビテーションとなり、それによるロータ、ケーシングの侵食を抑制するため、この発明においては、吐出ポート始端から吸入ポート終端側に延び出す薄溝を前記ケーシングに設け、設計上のアウターロータ中心とインナーロータ中心を通る基準軸に対するインナーロータ中心から前記薄溝先端に至る直線の振角Ｙと、前記閉じ込み空間が吸入ポートから切り離される位置での吐出ポート側ロータ噛み合い点とインナーロータ中心とを結ぶ直線と前記基準軸（Ｃ）との間の角度ｂの関係を、Ｙ＞ｂにした。
【００１９】
吸入ポートの終端を基本設計位置よりもロータの回転方向前方に移すのに伴い、吐出ポートの始端も閉じ込み空間が吸入ポートから切り離された位置で閉じ込み空間から切り離される位置に移すが、閉じ込み空間が吐出ポートと連通したときに閉じ込み空間内の液体が急激に吐出ポートに吐き出されると、キャビテーションによるロータ、ケーシングの侵食や吐出ポートの圧力脈動が起こる。
【００２０】
そこで、この発明では、吐出ポートの始端を閉じ込み空間が吸入ポートから切り離された位置での吐出ポート側ロータ噛み合い点よりも更にロータの回転方向前方に配置し、吐出ポート側ロータ噛み合い点が吐出ポートに到達する前に薄溝を介して閉じ込み空間内の液体を徐々に吐出ポートに流すようにした。これにより、閉じ込み空間が吐出ポートに直接連通するときの急激な圧力変化が抑制され、キャビテーションによるロータ、ケーシングの侵食、吐出ポートの圧力脈動を抑制することが可能になった。
【００２１】
なお、吐出ポートの先端位置と薄溝の先端位置の設定のし方や薄溝の配置、形状などの好ましい態様については、実施形態の項で詳しく述べる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４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、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がある。この吸入ポート終端３ａは、クリアランスによるロータ中心の変位量を考慮し、変位後の吸入ポート側ロータ噛み合い点５’と重なる位置やその近傍に配置されている。
【００２３】
また、吐出ポート４の始端４ａは、基準軸Ｃからの振角（これはインナーロータ中心Ｏを支点にした振角。以下の振角も同じ）がＺとなる位置に配置され、さらに、吐出ポート４の始端４ａから吸入ポート終端３ａ側に向かって延び出す薄溝（深さの小さい溝）８がケーシングに設けられている。
【００２４】
吸入ポート３から切り離された図１の面積ＳＸの閉じ込み空間Ａから吐出ポートの始端４ａまでの距離が大きすぎると、低回転域では、閉じ込み空間の減少により歯先隙間もしくは端面空間から液体が漏れ出すことにより吐出量が低下する。高回転域では閉じ込み空間の圧縮による内部圧力の極度の上昇が生じ、ロータのいわゆるおどりによる騒音又は圧力差が大きいことによるキャビテーションが発生する。また、その距離が小さすぎると薄溝８の設置領域は小さくなり、薄溝経由での吐出液量が少なくなって圧力の急変防止効果が不十分になる。これ等の不具合を無くすために、吐出ポートの始端４ａは、閉じ込み空間Ａの面積がロータ回転により図１のＳＸから図３のＳＺに縮小した位置でその面積ＳＺの閉じ込み空間を仕切る吐出ポート側ロータ噛み合い点の位置（基準軸Ｃに対する振角Ｚの位置）に配置する。
【００２５】
また、閉じ込み空間Ａが吸入ポート３から切り離された図１の面積ＳＸの位置における基準軸Ｃから吐出ポート側ロータ噛み合い点６までの振角をｂ、基準軸Ｃから薄溝８の先端までの振角をＹとして、Ｙ＞ｂの関係を成立させている。
【００２６】
薄溝８は、振角Ｙ〜Ｚの範囲におけるインナーロータ１とアウターロータ２の噛み合い位置に配置すればよいが、この薄溝８を吐出ポート４の内側径（インナーロータの歯底部径）を超えない範囲でインナーロータ中心側に偏らせると、キャビテーションによる侵食の抑制効果がより高まる。
【００２７】
閉じ込み空間Ａに流入した空気はロータ回転中にインナーロータ１の歯底周辺に滞まるが、インナーロータ中心側に偏らせた薄溝はそのインナーロータの歯底近くで閉じ込み空間に連通するので、閉じ込み空間Ａが吐出ポート４に到達する前に滞った空気が薄溝８を通して拡散放出され、吐出ポート４に対する空気の一気の吐き出しが防止される。この作用で侵食の抑制効果がより高まる。
【００２８】
なお、薄溝８は、溝幅と溝深さに変化の無い図４（ａ）の如き形状でもよいが、溝幅と溝深さが先端に向かって漸減する形状にすると好ましい。例えば図４（ｂ）の三角錐状や図４（ｃ）の半円錐状にすると、圧力急変の抑制効果がより強く引き出される。
【００２９】
以下に、より詳細な実施例について述べる。各実施例とも図１〜図３に示す記号の定義は以下の通りとする。また、振角は、全てインナーロータ中心Ｏを支点にした基準軸Ｃからの振角とする。
ａ：閉じ込み空間Ａが設計上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の振角
Ｘ：吸入ポート終端３ａの振角
ｂ：閉じ込み空間Ａが吸入ポートから切り離される位置での吐出ポート側ロータ噛み合い点の振角
Ｙ：薄溝先端の振角
Ｚ：吐出ポート始端の振角
Ｓ０：閉じ込み空間Ａの設計上の最大面積
ＳX ：閉じ込み空間Ａが吸入ポートから切り離される位置での空間面積
ＳY ：吐出ポート側ロータ噛み合い点が振角Ｙの線上に移動したときの空間面積
ＳZ ：吐出ポート側ロータ噛み合い点が振角Ｚの線上に移動したときの空間面積
【００３０】
−実施例１−
ａ＝１８°、Ｓ０＝１００．１７（ＳX を１００としたときの比率）、アウターロータ外径＝８５ｍｍ、ロータ厚み＝１０ｍｍ、ロータ偏心量ｅ＝３．３５ｍｍの体格を有する歯数９枚のインナーロータと、歯数１０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収納して構成される表１の諸元の内接歯車ポンプを用意した。各ポンプの吸入ポート終端は、いずれもＸ＝１３°の位置に設定されている。なお試料１は薄溝の無い比較品、試料２、３は薄溝を設けた発明品である。
【００３１】
【表１】
0004018395.tif 000002
【００３２】
これ等の試作ポンプについて、吐出圧力：２．０ＭＰａ、回転数：７０００ｒｐｍ、油粘度：４．６Ｓｃ、時間：５０時間の条件で耐久評価試験を行った。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004018395.tif 000003
【００３４】
−実施例２−
ａ＝１８°、Ｓ０＝１０２．２４（ＳX を１００としたときの比率）、アウターロータ外径＝９４ｍｍ、ロータ厚み＝１０ｍｍ、ロータ偏心量ｅ＝３．７４ｍｍの体格を有する歯数９枚のインナーロータと、歯数１０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収納して構成される表３の諸元の内接歯車ポンプを用意した。いずれもＸ＝２°の位置に吸入ポート終端が設定されている。なお試料４は薄溝の無い比較品、試料５、６は薄溝を設けた発明品である。
【００３５】
【表３】
0004018395.tif 000004
【００３６】
これ等の試作ポンプについて、吐出圧力：１．８ＭＰａ、回転数：７０００ｒｐｍ、油粘度：４．６Ｓｃ、時間：２５時間の条件で耐久評価試験を行った。その結果を表４に示す。
【００３７】
【表４】
0004018395.tif 000005
【００３８】
上記の試験において、試料２、３及び５、６は侵食発生面積と油圧脈動幅がそれぞれ試料１、試料４に比べて格段に小さく、これから、本発明の効果が確認できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明では、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吸入ポート終端を配置してロータ中心の設計点からの変位に起因したキャビテーションや容積効率の低下を抑え、また、閉じ込み空間が吸入ポートから切り離される位置でのロータ噛み合い点よりも更に前方に吐出ポートの始端を配置し、吐出ポート側ロータ噛み合い点が吐出ポートに到達する前に吐出ポート始端から延び出させて設けた薄溝を介して閉じ込み空間内の液体を徐々に吐き出させるようにして高圧使用時に閉じ込み空間が吐出ポートと連通する際の急激な圧力変化のためのキャビテーションによるロータ、ケーシングの侵食と脈動を抑えるようにしたので、ポンプの高性能化と併せて圧力脈動及び振動、騒音の低減、耐久性向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のポンプの実施形態を示す一部省略図
【図２】ロータの回転で閉じ込み空間の面積が図１のＳX からＳY に変化した状態を示す図
【図３】ロータの更なる回転で閉じ込み空間の面積ＳZ に変化した状態を示す図
【図４】薄溝の具体例を示す図
【図５】従来の内接歯車ポンプの一部省略図
【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
６  吐出ポート側ロータ噛み合い点
７  駆動シャフト
８  薄溝
Ａ  閉じ込み空間
ａ°、Ｘ°、ｂ°、Ｙ°、Ｚ°  振角
ＳX 、ＳY 、ＳZ   閉じ込み空間の面積
【図１】
0004018395.tif 000006
【図２】
0004018395.tif 000007
【図３】
0004018395.tif 000008
【図４】
0004018395.tif 000009
【図５】
0004018395.tif 000010