歯車ポンプ

歯車ポンプ

歯車ポンプ（はぐるまポンプ）は、その名の通り、一対または複数の歯車の回転と、歯の噛み合い部分を利用して液体やガスなどの流体を移送する機械要素です。ギヤポンプとも称されます。

歴史

歯車ポンプの基本概念は古く、1593年にフランスのセルビエールによって、現在の歯車ポンプの原型ともいえる構造が考案されたのが最初とされています。

構造と種類

歯車ポンプは、その構造によって主に二つのタイプに分類されます。

外接歯車ポンプ: 二つの外歯歯車（外部に歯を持つ一般的な歯車）を互いに噛み合わせ、回転させる方式です。最も一般的で構造が単純なタイプです。
内接歯車ポンプ: 外歯歯車（ロータ）と、それよりも大きな内歯歯車（インターナルギヤ、リングギヤ）を組み合わせた方式です。内歯歯車の内側に外歯歯車が配置され、偏心して回転します。

動作原理

歯車ポンプの動作原理はシンプルです。外接歯車ポンプを例に説明します。

1. 吸入: 吸入口側では、回転する歯車の歯と歯の間に流体が取り込まれます。
2. 移送: 取り込まれた流体は、歯車とケーシング（外箱）の内壁によって囲まれた状態で、歯車の回転に伴って吸入口から吐出口へと移送されます。
3. 吐出: 吐出口側では、二つの歯車が再び噛み合います。この噛み合いによって、歯の隙間に閉じ込められていた流体が外部へと押し出されます。

歯車ポンプは、ポンプが一度に送る流体の量（容量）が構造によって固定されており、回転数に応じて一定の流量を安定して供給できる特長を持ちます。また、流体が流れ込むことで歯車を回転させ、油圧モーターとして機能する設計のものも存在します。

この仕組み上、歯車とケーシングの間のわずかな隙間から流体が逆流するのを防ぐため、高い加工精度が求められます。ポンプの設計には、使用される歯車の種類、歯車とケーシングの隙間、そして取り扱う流体の粘度などが重要な要素となります。

使用される歯車は一般的に平歯車が多いですが、より滑らかな動作や騒音低減のために、はすば歯車ややまば歯車を採用したバリエーションも存在します。また、ブレードのような部品で流体を区切る構造のタイプも見られます。

内接歯車ポンプも基本的な原理は同じですが、外歯車と内歯車が組み合わさることで流体を移送します。吸入口と吐出口の位置は、歯車が噛み合う部分の前後、または内歯車と外歯車の間の隙間に配置されます。

用途と特性

歯車ポンプは、そのシンプルさ、信頼性、そして小型ながら高い出力を得られることから、様々な分野で利用されています。特に、油圧ショベルやその他の建設機械、産業機械などの油圧システムの駆動用ポンプとして最も一般的に使用されているポンプの一つです。

外接歯車ポンプ: 油圧用途で最も普及しています。構造が単純で堅牢であり、高い圧力（一般的に7MPaから28MPa程度）を扱うことが可能です。例えば、標準的な10馬力（約7kW）の出力を持つポンプでも、モーターを含めてわずか10立方センチメートル程度の体積に収まるほど小型化が図れます。ポンプとしての機能に加え、油圧モーターとしても使用できる設計のものや、負荷に応じて流量を調整する機能を備えたモデルも市販されています。

内接歯車ポンプ: 外接歯車ポンプと比較して、より粘度の高い流体を効率的に移送するのに適しており、比較的ゆっくりとした回転数で使用される傾向があります。また、構造的に運転中の騒音レベルが低く抑えられるという特長もあります。自動車などのエンジンにおいて、潤滑用のエンジンオイルポンプとして内接歯車ポンプがよく採用されています。

関連項目

* 油圧モーター

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