特許 5765655 内接歯車ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5765655

(24)【登録日】2015年6月26日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】内接歯車ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 2/10 20060101AFI20150730BHJP

   F04C 15/00 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   F04C2/10 321A

   F04C15/00 G

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2011-231603(P2011-231603)

(22)【出願日】2011年10月21日

(65)【公開番号】特開2013-87748(P2013-87748A)

(43)【公開日】2013年5月13日

【審査請求日】2014年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】593016411

【氏名又は名称】住友電工焼結合金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100084858

【弁理士】

【氏名又は名称】東尾 正博

(74)【代理人】

【識別番号】100112575

【弁理士】

【氏名又は名称】田川 孝由

(72)【発明者】

【氏名】魚住 真人

(72)【発明者】

【氏名】小菅 敏行

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 実公平０６−０３９１０９（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特開２００９−１０３００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９２８７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ ２／１０

Ｆ０４Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直径：Ａの基礎円（１１）上を滑りなく転がる直径：Ｂの転円（１２）の中心からｅ離反した固定点の軌跡によってトロコイド曲線（Ｔ）を描き、そのトロコイド曲線上に中心を持つ、直径Ｃの軌跡円（１３）の群れの包絡線を歯形となした歯数がｎのインナーロータ（２）と、
上記インナーロータの軌跡円（１３）の直径を（Ｃ−ｔ）の式で求められるＣ´としたものを創成用インナーロータとし、その創成用インナーロータの中心（Ｏ_Ｉ）を、アウターロータ中心（Ｏ_Ｏ）を中心とする直径（２ｅ）の円（Ｓ）上で１周公転させ、その間に前記創成用インナーロータそのものを（１／ｎ）回自転させ、このときの創成用インナーロータの歯形曲線群の包絡線を歯形となした、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ（３）とを、組み合わせて構成される内接歯車ポンプ。
ここに、ｅ：インナーロータとアウターロータの偏心量，ｔ：インナーロータとアウターロータのチップクリアランス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、トロコイド曲線を利用して歯形を創成したインナーロータと、そのインナーロータの歯形曲線群の軌跡の包絡線で歯形を創成したアウターロータを備える内接歯車ポンプ、詳しくは、高吐出圧下で高容積効率が求められる場合にも歯形精度の管理が難しくならないようにした内接歯車ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

歯数がｎのインナーロータと歯数が（ｎ＋１）のアウターロータを偏心配置にして組み合わせたポンプロータをハウジングのロータ室に収納して構成される内接歯車ポンプは、車のエンジンの潤滑用や自動変速機（ＡＴ）用のオイルポンプなどとして利用されている。

【0003】

その内接歯車ポンプのひとつに、下記特許文献１に開示されるものがある。

【0004】

その下記特許文献１に開示された内接歯車ポンプは、基礎円上を滑りなく転がる転円の中心からｅ離れた固定点の軌跡によってトロコイド曲線を描き、そのトロコイド曲線上に中心を持つ軌跡円群の包絡線をインナーロータの歯形となしている。

【0005】

また、そのインナーロータの歯形曲線群の軌跡を用いてアウターロータの歯形を創成している。具体的には、インナーロータ中心がアウターロータ中心を中心とする直径（２ｅ＋ｔ）（ｅ：インナーロータとアウターロータの偏心量、ｔ：インナーロータとアウターロータの理論偏心位置でのチップクリアランス）の円上を１周公転し、その間にインナーロータが（１／ｎ）回自転し、このときのインナーロータの歯形曲線群の包絡線をアウターロータの歯形となしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実公平６−３９１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

内接歯車ポンプは、高吐出圧下で高容積効率が求められる場合、前述のチップクリアランスｔを小さくする必要がある。ところが、特許文献１の仕様のポンプの場合、その要求に応えながらロータの回転不良を無くそうとすると、インナーロータとアウターロータの歯の干渉を回避するために高歯形精度での管理が要求され、製造が難しくなって量産性やコストに影響する。

【0008】

この発明は、歯形の創成法を工夫することで、高吐出圧下で高容積効率が求められるポンプについても、要求チップクリアランスのレンジに見合った歯形精度の管理を行えるようにすることを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するため、この発明においては、直径：Ａの基礎円上を滑りなく転がる直径：Ｂの転円の中心からｅ離反した固定点の軌跡によってトロコイド曲線Ｔを描き、そのトロコイド曲線上に中心を持つ、直径：Ｃの軌跡円の群れの包絡線を歯形となした歯数がｎのインナーロータと、
軌跡円の直径を、（Ｃ−ｔ）の式で求められるＣ´にした創成用インナーロータの中心がアウターロータ中心を中心とする直径（２ｅ）の円上を１周公転し、その間に創成用インナーロータが（１／ｎ）回自転し、このときの創成用インナーロータの歯形曲線群の包絡線を歯形となした歯数が（ｎ＋１）のアウターロータを組み合わせて内接歯車ポンプを構成した。
ここに、ｅ：インナーロータとアウターロータの偏心量、ｔ：インナーロータとアウターロータのチップクリアランス。

【0010】

なお、ここで言う軌跡円径Ｃは、以下の方法で求められている。即ち、先ず始めに、ユーザの要求に基づいてアウターロータの大径、インナーロータの小径及びポンプ吐出量が設定される。

【0011】

次に、アウターロータの大径、インナーロータの小径から要求仕様を満たすのに必要な基礎円１１の直径Ａが求められ、さらに、ポンプ吐出量の要求を満たすのに必要なインナーロータ歯数ｎと、インナーロータとアウターロータの偏心量ｅが決定される。

【0012】

また、転円の直径Ｂは、Ａ／ｎとなる。さらに、その転円を基礎円上で転がして描かれるトロコイド曲線Ｔの曲率半径ρよりも軌跡円の半径（Ｃ／２）が小さければ円滑な歯面を持つインナーロータが得られるので、その要求を満たす数値を選んで軌跡円径Ｃが決定される。

【0013】

転円の直径Ｂと軌跡円径Ｃは、インナーロータの歯形形状を左右するので、過去の実績データなどもふまえながら、適当と思われる形状が確保される過不足のない数値が選ばれる。

【発明の効果】

【0014】

アウターロータの歯形をインナーロータ歯形曲線群の包絡線で描くときに、直径が（２ｅ＋ｔ）の円上でインナーロータ中心を公転させてチップクリアランスを確保する従来品は、インナーロータ中心を公転させる円の直径に加算したｔの影響によって、インナー、アウターの各ロータの歯が噛み合う噛み合い部付近で歯間隙間が小さく、インナーロータとアウターロータ間に生じたチップクリアランス部に向けてその歯間隙間が大きくなる。

【0015】

その歯間隙間の変動が大きくなるほど歯先の干渉、即ち回転不良が起こりやすく、そのために、干渉回避策として歯形精度の厳しい管理が要求される。

【0016】

これに対し、発明品は、アウターロータの歯形創成に軌跡円直径をＣ´（＝Ｃ−ｔ）としたインナーロータを用いることで、所望のチップクリアランスｔを確保する。このために、アウターロータの歯形を描くときに、インナーロータ中心を公転させる円にｔの値を加算する必要がない。

【0017】

直径が２ｅのアウターロータ中心と同心の円上でアウターロータ創成用のインナーロータを自転させながら公転させて包絡線を描いてそれをアウターロータの歯形とすれば、従来品に生じていたｔの影響がなくなるため、噛み合い部からチップクリアランス部に向けて歯間隙間の変動が起こらない。

【0018】

従って、インナーロータとアウターロータの歯形精度が同一であるなら、発明品の方が従来品よりも歯先の干渉が起こり難い。そのために、発明品は、ロータ製造時の歯形精度の管理が従来品に比べて容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の内接歯車ポンプの一例を、ハウジングのカバーを外した状態にして示す端面図

【図2】この発明の内接歯車ポンプのインナーロータの歯形創成法の説明図

【図3】この発明の内接歯車ポンプのアウターロータの歯形創成法の説明図

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、この発明の内接歯車ポンプの実施の形態を添付図面の図１〜図３に基づいて説明する。

【0021】

図１に示す内接歯車ポンプ１は、歯数がｎのインナーロータ２と、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせてポンプロータ４を構成し、そのポンプロータ４をハウジング５のロータ室６に収納して構成されている。図中Ｏ_Ｉはインナーロータ中心、Ｏ_Ｏはアウターロータ中心、ｅは、インナーロータ２とのアウターロータ３の偏心量を表す。ロータ室６の端面には、吸入ポート７と吐出ポート８が形成されている。

【0022】

この図１に示した内接歯車ポンプ１のインナーロータ２は、図２に示す方法、即ち、直径がＡの基礎円１１と、直径がＢの転円１２と、直径がＣの軌跡円１３を用いて創成されている。

【0023】

また、チップクリアランスｔは、図１において、アウターロータを固定し、インナーロータを偏心軸ＣＬの上方向（紙面上方向）にアウターロータと接触するまで動かしたときに、接触点と反対側（ロータ中心を間にした反対側）にできるインナーロータとアウターロータの歯面間の隙間である。

【0024】

具体的には、基礎円１１上を滑りなく転がる転円１２の中心からｅ離反した固定点ｐの軌跡によってトロコイド曲線Ｔを描き、次に、そのトロコイド曲線Ｔ上に軌跡円１３の中心を置いてその軌跡円１３をトロコイド曲線Ｔ上で移動させ、こうして得られる軌跡円１３の群の包絡線を歯形となしている。

【0025】

既述の通り、ユーザの要求に基づく制約からアウターロータの大径とインナーロータの小径が設定され、続いてその設定値に基づいて基礎円１１の直径Ａが求められ、さらに、ポンプ吐出量の要求を満たしうるインナーロータ２の歯数ｎ、及びインナーロータ２とアウターロータ３の偏心量ｅが決定される。

【0026】

また、転円１２の直径Ｂが基礎円径Ａと歯数ｎとの関係（Ｂ＝Ａ／ｎ）に基づいて決定され、転円１２の固定点の軌跡によって描かれるトロコイド曲線Ｔの曲率半径ρとの関係（Ｃ／２＜ρ）から軌跡円１３の軌跡円径Ｃが決定される。

【0027】

そこで、（Ｃ−ｔ）の式で求めた直径Ｃ´の軌跡円１３を用いてその軌跡円１３の中心を先のトロコイド曲線Ｔ上で位置させ、その軌跡円の群れの包絡線をアウターロータ創成用インナーロータの歯形となす。

【0028】

その歯形は、直径がＣよりも小さいＣ´の軌跡円１３を用いるため、軌跡円１３の群れの包絡線によって描かれる創成用インナーロータの歯形が直径Ｃの軌跡円を用いるインナーロータ２よりも大きくなる。

【0029】

次に、図３に示すように、得られた創成用インナーロータの中心Ｏ_Ｉを直径：２ｅのアウターロータ中心と同心の円Ｓ上に置き、その円Ｓ上で創成用インナーロータの中心Ｏ_Ｉを公転させながら公転１回当りに（１／ｎ）回インナーロータを自転させ、こうして得られる創成用インナーロータ歯形曲線群の包絡線をアウターロータの歯形となす。

【0030】

かかる方法で、従来品と同様、インナーロータ２とアウターロータ３の所望のチップクリアランスｔを生じさせることができる。

【0031】

また、この方法によれば、アウターロータの歯形を創成するときにインナーロータ中心を公転させる円の直径に従来加算していたｔの影響が排除され、噛み合い部からチップクリアランス部に至る間の歯間隙間が一定する。そのために、インナーロータとアウターロータの歯先の干渉が従来品に比べて起こり難く、ロータ製造時の歯形精度の管理が従来品に比べると容易になる。

【実施例1】

【0032】

直径Ａ＝４２ｍｍの基礎円１１と、直径Ｂ＝７ｍｍの転円１２と、直径Ｃ＝１４ｍｍの軌跡円１３を用いて図２の方法で歯形を創成した歯数６のインナーロータと、
軌跡円Ｃ´の直径を１３．９４ｍｍとしたインナーロータの中心を直径が２ｅのアウターロータ中心と同心の円上で公転させながら自転させて図３の方法で歯形を創成した歯数７のアウターロータを偏心量ｅ＝２．８ｍｍの配置で組み合わせたポンプロータを作製し、そのポンプロータをハウジングに組み込んで理論吐出量：６ｃｍ^３／ｒｅｖの内接歯車ポンプに仕上げた。ここで、チップクリアランスｔの範囲は、０．０２ｍｍ〜０．１０ｍｍと設定し、その中央値０．０６ｍｍで設計した。

【0033】

この内接歯車ポンプのロータの寸法諸元は以下の通り。
アウターロータ大径：４６．２６ｍｍ
インナーロータ小径：２９．４ｍｍ
偏心量ｅ ：２．８ｍｍ

【0034】

この試作品について、チップクリアランスｔを０．０２〜０．１０ｍｍに設定する場合、理論的には、インナーロータ、アウターロータの歯形精度とも０．０２０ｍｍの公差幅での管理が必要になる。

【0035】

その要求に対して、前記特許文献１に開示された従来法で歯形を設計したポンプは、インナーロータとアウターロータの歯を干渉させずに要求を満たすために、インナーロータ、アウターロータの歯形精度を共に０．０１６ｍｍの公差幅で管理する必要があった。

【0036】

これに対し、本発明のポンプは、インナーロータ、アウターロータとも理論上の歯形精度である０．０２０ｍｍの公差幅での管理で目的のチップクリアランスを歯の干渉を生じさせずに実現することができた。

【符号の説明】

【0037】

１ 内接歯車ポンプ
２ インナーロータ
３ アウターロータ
４ ポンプロータ
５ ハウジング
６ ロータ室
７ 吸入ポート
８ 吐出ポート
Ｏ_Ｉ インナーロータ中心
Ｏ_Ｏ アウターロータ中心
１１ 基礎円
１２ 転円
１３ 軌跡円
ｐ トロコイド曲線を描く転円の固定点
Ａ 基礎円径
Ｂ 転円径
Ｃ 軌跡円径
Ｃ´ アウターロータ創成用インナーロータの軌跡円径
Ｔ トロコイド曲線
Ｓ アウターロータの歯形創成時にインナーロータ中心を公転させる円
ＣＬ 偏心軸

【図1】

【図2】

【図3】