JP2006009618A - 内接歯車式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減した内接歯車式ポンプの小型化を図る。
【解決手段】インナーロータ１の中心をアウターロータ２の中心周りに、直径（２ｅ＋ｔ）の円を描いて公転させ、インナーロータの中心が前記の円を１周公転する間にインナーロータ１を１／ｎ回自転させたときの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した内接歯車式ポンプにおいて、インナーロータ１の歯形の創成が、歯先１ａのエピサイクロイド曲線を作る外転円の直径をφＥ（ｍｍ）、歯溝１ｂのハイポサイクロイド曲線を作る内転円の直径をφＨ（ｍｍ）として、１＜Ｈ／Ｅ≦３．５の条件を満たすようになされている内接歯車式ポンプである。ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量、ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間のロータ間隙間の最大値、ｎ：インナーロータの歯数。
【選択図】図２

Description

この発明は、使用時の騒音低減と併せてロータの小型化を図った内接歯車式ポンプに関する。

使用時の騒音低減、機械効率向上及び寿命向上を図った内接歯車式ポンプとして、下記特許文献１に示されるものが知られている。
特表平１１−８１１９３５号公報

この特許文献１に記載された内接歯車式ポンプは、図６に示すように、歯先がエピサイクロイド曲線、歯溝がハイポサイクロイド曲線の歯形を有するインナーロータ１（その歯形を点線で示す）と、歯先がハイポサイクロイド曲線、歯溝がエピサイクロイド曲線の歯形を有するアウターロータ２（その歯形を実線で示す）を組み合せている。

アウターロータ２の歯溝のエピサイクロイド曲線ｆｈ１は、基礎円（ピッチ円）Ｐに外接してその円Ｐ上をｚＯ点を起点にして滑らずに転がる外転円ｒｅ１の一点の軌跡で形成され、さらに、このアウターロータ２の歯先のハイポサイクロイド曲線ｆｒ１は、基礎円Ｐに内接してその円Ｐ上をｚＯ点を起点にして滑らずに転がる内転円ｒｈ１の一点の軌跡で形成されいる。
また、インナーロータ１の歯先のエピサイクロイド曲線ｆｈ２は基礎円Ｐに外接してその円Ｐ上をｚＯ’点を起点にして滑らずに転がる外転円ｒｅ２の一点の軌跡で形成され、さらに、このインナーロータ１の歯溝のハイポサイクロイド曲線ｆｒ２は基礎円Ｐに内接してその円Ｐ上をｚＯ’点を起点にして滑らずに転がる内転円ｒｈ２の一点の軌跡で形成されている。
さらに、外転円ｒｅ１、ｒｅ２、内転円ｒｈ１、ｒｈ２の半径はそれぞれ異なり、アウターロータの歯先とこれに対向するインナーロータの歯溝との間の隙間ＣＲは内転円ｒｈ１、ｒｈ２の直径差に等しく、アウターロータの歯溝とこれに対向するインナーロータの歯先との間の隙間ＣＲ’は外転円ｒｅ１、ｒｅ２の直径差に等しく、偏心量ｅでアウターロータとインナーロータの噛み合いが最も深くなる位置でのロータ間隙間と、噛み合いが最も浅くなる位置でのロータ間隙間が略等しくなっている。

本出願人は、特許文献１の内接歯車式ポンプは、ロータ間隙間（インナーロータをアウターロータに押しつけた状態でのインナーロータとアウターロータの歯先間隙間）が、噛合部の隙間ゼロから最大値になるまでの間に急変し、それが騒音を発生させる原因になっていることを解明し、騒音低減の効果をさらに高めた内接歯車式ポンプを開発して特願２００３−１２９３３９号で提案した。

特願２００３−１２９３３９号の内接歯車式ポンプは、歯先がエピサイクロイド曲線、歯溝がハイポサイクロイド曲線の歯形を有するインナーロータの中心をアウターロータの中心周りに、直径（２ｅ＋ｔ）の円を描いて公転させ、インナーロータ中心がその円を１周公転する間にインナーロータを１／ｎ回自転させたときの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したものである。
ここに、ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間のロータ間隙間 の最大値
ｎ：インナーロータの歯数

上述した本出願人提案の内接歯車式ポンプは騒音低減の効果が高い。この発明は、その騒音低減の効果を生かしながらロータを小型化した内接歯車式ポンプを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、歯先がエピサイクロイド曲線、歯溝がハイポサイクロイド曲線の歯形を有するインナーロータと、このインナーロータの中心をアウターロータの中心周りに、直径（２ｅ＋ｔ）の円を描いて公転させ、インナーロータ中心がその円を１周公転する間にインナーロータを１／ｎ回自転させたときに得られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線を歯形となしたアウターロータとを備える内接歯車式ポンプにおいて、
インナーロータの歯形の創成が、歯先のエピサイクロイド曲線を作る外転円の直径をφＥ（ｍｍ）、歯溝のハイポサイクロイド曲線を作る内転円の直径をφＨ（ｍｍ）として、 １＜Ｈ／Ｅ≦３．５
の条件を満たすようになされていることを特徴とする内接歯車式ポンプを提供する。
ここに、ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間のロータ間隙間 の最大値
ｎ：インナーロータの歯数
上記のｅ、ｔ、ｎの定義は以下にも適用する。
なお、Ｈ／Ｅの上限の好ましい値は３程度である。

インナーロータの歯形を、１＜Ｈ／Ｅ≦３．５の条件を満たすように創成すると、アウターロータの歯底円径を小さくすることができ、その歯底円径が小さくなった分、アウターロータの外径が小さくなってロータが小型化され、ポンプの全体を小型化することが可能になる。
なお、前式のＨ／Ｅの下限を１、上限を３．５とした理由は後に説明する。

以下、この発明の実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。図１に示すように、この内接歯車式ポンプ１０は、歯数がｎのインナーロータ１と、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ２と、両ロータを収納するポンプケース３とで構成されている。ポンプケース３には吸入口４と吐出口５が設けられている。

この内接歯車式ポンプ１０は、インナーロータ１が回転駆動され、アウターロータ２は従動回転する。そのロータ回転に伴ってインナーロータ１とアウターロータ２の間に形成されるポンプ室６の容積が変化し、その容積変化を利用して液体の汲み上げがなされる。

インナーロータ１の回転中心はＯｉ、アウターロータ２の回転中心はＯｏであり、ＯｏはＯｉに対してｅ偏心している。

インナーロータ１の歯形は、図２に示すように、歯先１ａが基礎円Ｐに接してその基礎円上を滑らずに転がる外転円ｒｅの一点の軌跡で形成されてエピサイクロイド曲線をなし、歯溝１ｂは基礎円Ｐに接してその基礎円上を滑らずに転がる内転円ｒｈの一点の軌跡で形成されてハイポサイクロイド曲線をなしている。歯先１ａのエピサイクロイド曲線を形成する外転円ｒｅの直径φＥと、歯溝１ｂのハイポサイクロイド曲線を形成する内転円ｒｈの直径φＨは、１＜Ｈ／Ｅ≦３．５の条件を満たすように設定されている。図２の点線の歯形は、Ｈ／Ｅ＝１の場合のインナーロータの歯形を、一点鎖線の歯形はＨ／Ｅ＞３．５の場合のインナーロータの歯形である。

一方、アウターロータ２の歯形は、図３、図４のようにして定められたものになっている。図３に示すように、インナーロータ１の中心Ｏｉをアウターロータ２の中心Ｏｏ周りに直径（２ｅ＋ｔ）の円Ｓを描いて公転させる。ｔはアウターロータ２とそのアウターロータ２に押し付けたインナーロータ１との間にできるロータ間隙間の最大値とする。

また、インナーロータ１の中心Ｏｉが上記の円Ｓを１周する間にインナーロータ１を１／ｎ回（３６０°／ｎ）自転させる。図３の一点鎖線は、インナーロータ１の中心Ｏｉがアウターロータ中心Ｏｏ周りに角度θ公転してＯｉ’点に移り、この間にインナーロータ１がθ／ｎ°自転した位置でのインナーロータの歯形曲線を示している。この歯形曲線は、図４に示すように自転を伴う公転の各位置に表われ、この歯形曲線群の包絡線７をアウターロータ２の歯形となしている。

このように構成した内接歯車式ポンプは、インナーロータ１を、直径（２ｅ＋ｔ）の円に沿って公転させながら１公転当たりに１／ｎ回自転させて作られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線７をアウターロータの歯形となしているため、ロータ間隙間が、噛合部のゼロからアウターロータの歯先とインナーロータ歯先の先端間にできる最大隙間になるまでの間に徐々に大きくなる。そのために、回転に伴うインナーロータとアウターロータの相対移動量が小さく、ロータの回転が滑らかになり、回転中の振動が抑制されて作動時の騒音が従来品に比べて小さくなる。また、発生する振動が小さくなるため、寿命も向上する。

これに加え、図２で述べたように、インナーロータ１の歯先１ａのエピサイクロイド曲線を形成する外転円ｒｅの直径φＥと、歯溝１ｂのハイポサイクロイド曲線を形成する内転円ｒｈの直径φＨについて、１＜Ｈ／Ｅ≦３．５の条件を満足させているので、このインナーロータ１を直径（２ｅ＋ｔ）の円に沿って公転させながら１公転当りに１／ｎ回自転させて作られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線によってできる図５の実線の歯形を有するアウターロータ２の歯底円径φｄが基本歯底円径φｄ１に比べて小さくなり、その分、アウターロータ２の外径φＤが、基本外径φＤ１よりも小さくなってロータが小型化される。これにより、ポンプ自体を小型化することができる。

なお、Ｈ／Ｅが１よりも小さいと、アウターロータ２の歯底円径φｄが基本歯底円径φｄ１よりも大きくなり、ロータの小型化の効果が得られない。一方、Ｈ／Ｅが３．５よりも大きいと、図２に示す基礎円Ｐからインナーロータ１の歯先先端までの距離ｒ１が小さくなってポンプの理論吐出量の低下が著しくなる。また、インナーロータ１の歯先強度が低下して歯先が欠けやすくなるなど、耐久性に関しても好ましくない問題が発生する。この不具合を生じさせないようにするために、Ｈ／Ｅの上限は３程度にするのがよい。

例えば、自動車用に採用する内接歯車式ポンプは、室内の静粛性を高めるために低騒音のものが要求される。また、スペース面での設置規制があるため、できるだけコンパクトなものが要求される。この発明の内接歯車式ポンプはその２つの要求を併せて満たし、従って、自動車用のオイルポンプなどとして利用するのに特に適している。また、自動車用に限らず、産業機械用ポンプなどとしても利用することができる。

この発明のポンプの実施形態をカバーを外した状態にして示す図 インナーロータの歯形の創成法に関する解説図 インナーロータを自転させながら公転させたときの歯形変位を示す図 インナーロータ歯形曲線群の包絡線で形成されるアウターロータの歯形の創成法を示す図 インナーロータ歯形曲線群の包絡線で形成されるアウターロータの歯形に関する解説図 歯形形成法の従来例を示す図

符号の説明

１ インナーロータ
２ アウターロータ
２ａ 歯先
２ｂ 歯溝
３ ポンプケース
４ 吸入口
５ 吐出口
６ ポンプ室
７ 包絡線
Ｏｉ インナーロータ中心
Ｏｏ アウターロータ中心
ｅ インナーロータ中心とアウターロータ中心の偏心量
Ｓ インナーロータ中心の公転円

Claims (1)

1. 歯先がエピサイクロイド曲線、歯溝がハイポサイクロイド曲線の歯形を有するインナーロータと、このインナーロータの中心をアウターロータの中心周りに、直径（２ｅ＋ｔ）の円を描いて公転させ、インナーロータ中心がその円を１周公転する間にインナーロータを１／ｎ回自転させたときに得られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線を歯形となしたアウターロータとを備える内接歯車式ポンプにおいて、
   インナーロータの歯形の創成が、歯先のエピサイクロイド曲線を作る外転円の直径をφＥ（ｍｍ）、歯溝のハイポサイクロイド曲線を作る内転円の直径をφＨ（ｍｍ）として、 １＜Ｈ／Ｅ≦３．５
   の条件を満たすようになされていることを特徴とする内接歯車式ポンプ。
   ここに、ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
   ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間のロータ間隙間 の最大値
   ｎ：インナーロータの歯数

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