JP2007262963A - 内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体に混入している異物を噛み込むのを抑える。
【解決手段】ｎ枚（ｎは自然数）の外歯１１が形成されたインナーロータ１０と、外歯１１と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯２１が形成されたアウターロータ２０とからなり、両ロータ１０、２０が噛み合って回転するときにこれら両ロータ１０、２０の歯面間に形成されるセルＣの容積変化により流体を吸入、吐出することによって流体を搬送する内接型ギヤポンプロータであって、アウターロータ２０の内歯２１の歯底２１ｂの歯形は、この内歯２１と外歯１１とが噛み合ってセルの容積が最小となる噛み合い位置Ｋにおいて、この歯底２１ｂと外歯１１の歯先頂部１１ｃとの間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間ｔ１が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータ２０の軸心を中心とした円弧形状とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インナーロータとアウターロータとの歯面間に形成されるセルの容積変化によって流体を吸入、吐出する内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプに関するものである。

従来、自動車の潤滑油用ポンプや燃料用ポンプ等として、小型で構造が簡単な内接歯車型の内接型ギヤポンプが広範囲に利用されている。
このような内接型ギヤポンプは、例えば下記特許文献１に示されるように、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、この外歯に噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯が形成されたアウターロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングとを備え、外歯と内歯とを噛み合わせた状態でインナーロータを回転させることによりアウターロータを回転させ、両ロータ間に形成される複数のセルの容積変化によって流体を吸入、吐出するようになっている。
セルは、その回転方向前側と後側それぞれで、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とが接触することによって個別に仕切られ、かつ両側面をケーシングによって仕切られている。各セルは、両ロータが回転する過程において容積が最小となり、吸入ポートに沿って移動するときに容積を増大させて流体を吸入する。そして、容積が最大となった後、吐出ポートに沿って移動するときに容積を減少させて流体を吐出する。
特許第３２９３５０７号公報

ところで、従来の内接型ギヤポンプロータでは、流体に異物が混入している場合に、この異物が、内歯と外歯とが噛み合ってセルの容積が最小となる噛み合い位置で噛み込まれ、このポンプロータの回転駆動を停止させたり、歯面を損傷させたりする等のおそれがあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、流体に混入している異物を噛み込むのを抑制することができる内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の内接型ギヤポンプロータは、ｎ枚（ｎは自然数）の外歯が形成されたインナーロータと、前記外歯と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯が形成されたアウターロータとからなり、前記両ロータが噛み合って回転するときにこれら両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入、吐出することによって流体を搬送する内接型ギヤポンプロータであって、アウターロータの内歯の歯底の歯形は、この内歯と前記外歯とが噛み合って前記セルの容積が最小となる噛み合い位置において、この歯底と前記外歯の歯先頂部との間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータの軸心を中心とした円弧形状とされていることを特徴とする。
この発明によれば、アウターロータの内歯の歯底の歯形が、この内歯と前記外歯とが噛み合って前記セルの容積が最小となる噛み合い位置において、この歯底と前記外歯の歯先頂部との間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータの軸心を中心とした円弧形状とされているので、アウターロータに実使用に耐え得る強度を具備させた状態で、前記噛み合い位置において内歯の歯底と外歯の歯先頂部と間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間を確保することが可能になり、流体に異物が混入していてもこの異物が前記噛み合い位置で噛み込まれるのを抑制することができる。しかも、このように噛み込まれずにこの隙間内にある異物に対して、両ロータの回転により遠心力が作用することになるので、この異物を内接型ギヤポンプロータ内における１箇所に留めることなくこの隙間内を良好に流動させることが可能になり、その後にセルの容積が増大、減少する過程で外部に放出させることができる。さらに、前記のような作用効果を奏効させるために、インナーロータの外歯の歯丈を従来よりも小さくするのではなく、本発明のように、アウターロータの内歯の歯底を従来よりも深くするので、各セルの液密性を現行同等に維持することも可能になり、流体の搬送効率が低下するのを防ぐことができる。
なお、前記隙間が１．５ｍｍよりも小さくなると、異物の噛み込みを良好に抑えることができず、前記隙間が３．０ｍｍよりも大きくなると、アウターロータの外周部において内歯の歯底と対応する部分の肉厚が小さくなりすぎ、アウターロータに、インナーロータの外歯から受ける回転駆動力に耐え得る強度を具備させることができなくなる。

ここで、前記アウターロータの内歯において前記外歯と噛み合う噛み合い部分と前記歯底とは、このアウターロータの径方向に延びる直線部を介して連結されてもよい。
この場合、前記噛み合い位置において、外歯の歯先頂部と内歯の歯底との間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間のみならず、この外歯の歯先において内歯と噛み合う噛み合い部分を除く、歯先頂部よりも前記両ロータの回転方向前側の部分と、内歯との間にも、内接型ギヤポンプロータの周方向に隙間を確保することが可能になる。そのため、異物の噛み込みをより一層確実に抑制することが可能になるばかりでなく、前記遠心力によりこの異物を前記回転方向前側に流動させることも可能になり、異物の放出性を一層向上させることができる。

また、前記噛み合い位置における前記外歯および前記内歯の各歯面において、互いに噛み合う噛み合い部分に、内接型ギヤポンプロータの回転方向後側で対向する部分同士の間の、この回転方向における隙間が０．０５ｍｍ以下とされてもよい。
この場合、いわゆるバックラッシュ量が０．０５ｍｍ以下とされているので、騒音を発生させることなく前記の作用効果が奏効されることになる。

また、本発明の内接型ギヤポンプは、本発明の内接型ギヤポンプロータと、この内接型ギヤポンプロータが内部に収納されるとともに、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングと、前記インナーロータを回転駆動する駆動部とを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、内接型ギヤポンプロータにおいて、流体に異物が混入していた場合においても、この異物が噛み込まれるのを抑制することが可能になるとともに、良好に外部に放出させることが可能になるので、流体に異物が混入していたことによって内接型ギヤポンプの回転駆動が停止したり、歯面が損傷したりするのを確実に抑制することができる。

この発明によれば、流体に混入している異物を噛み込むのを抑制することができる。

以下、本発明に係る内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプの一実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
内接型ギヤポンプロータは、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯１１が形成されたインナーロータ１０と、外歯１１と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯２１が形成されたアウターロータ２０とからなり、ケーシング３０の内部に収納されている。なお、本実施形態では、外歯１１は１０枚、内歯２１は１１枚とされている。

インナーロータ１０は、図示されない回転軸を介して直流モータ若しくはエンジンのクランク軸に連結されてその軸心Ｏ１を中心としてケーシング３０の内部にて周方向に回転可能に支持されている。
アウターロータ２０は、その軸心Ｏ２をインナーロータ１０の軸心Ｏ１に対して偏心（偏心量：ｅ）させて内歯２１を外歯１１に噛み合わせて配置され、軸心Ｏ２を中心としてケーシング３０の内部にて周方向に回転自在に支持されている。

インナーロータ１０およびアウターロータ２０の歯面間には、両ロータ１０、２０の回転方向に沿ってセルＣが複数形成されている。各セルＣは、両ロータ１０、２０の回転方向前側と後側それぞれで、インナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１とが接触することによって個別に仕切られ、かつ両側面をケーシング３０によって仕切られており、これによって独立した流体搬送室を構成している。そして、セルＣは、両ロータ１０、２０の回転に伴って回転移動し、１回転を１周期として容積の増大、減少を繰り返すようになっている。

ケーシング３０には、両ロータ１０、２０の歯面間に形成されるセルＣのうち、容積が増大過程にあるセルＣに沿って円弧状の吸入ポート（図示せず）が形成され、容積が減少過程にあるセルＣに沿って円弧状の吐出ポート（図示せず）が形成されている。

ここで、インナーロータ１０の外歯１１は、例えば、歯先１１ａの歯形が、第１の基礎円Ｄｉに外接して滑りなく転がる第１の外転円Ａｉによって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯底１１ｂの歯形が、第１の基礎円Ｄｉに内接して滑りなく転がる第１の内転円Ｂｉによって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされている。なお、これに代えて、インナーロータ１０の外歯１１を、トロコイド歯形としてもよい。

そして、１つの外歯１１の歯先１１ａにおいて、インナーロータ１０の周方向両端部にそれぞれ連結された各歯底１１ｂとの境界部分のうち、回転方向前側の境界部分が、セルＣの容積が最小となる、すなわち外歯１１の歯先１１ａと内歯２１の歯底２１ｂとが正対する噛み合い位置Ｋで、アウターロータ２０の内歯２１と噛み合ってインナーロータ１０の回転駆動力をアウターロータ２０に伝動させる噛み合い部分１１ｋとされている。

アウターロータ２０の内歯２１の歯先２１ａの歯形は、例えば、第２の基礎円Ｄｏに内接して滑りなく転がる第２の内転円Ｂｏによって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされている。なお、これに代えて、アウターロータ２０の内歯２１の歯先２１ａの歯形を、トロコイド歯形としてもよい。

そして、本実施形態では、アウターロータ２０の内歯２１の歯底２１ｂの歯形は、前記噛み合い位置Ｋにおいて、この歯底２１ｂとインナーロータ１０の外歯１１の歯先頂部１１ｃとの間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間ｔ１が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータ２０の軸心Ｏ２を中心とした円弧形状とされている。また、歯底２１ｂとアウターロータ２０の外周面との、このロータ２０の径方向における大きさ、つまり肉厚ｔ２は、１．４ｍｍ以上６．０ｍｍ以下とされている。

さらに、本実施形態では、アウターロータ２０の内歯２１において、外歯１１の噛み合い部分１１ｋと噛み合う噛み合い部分２１ｋと歯底２１ｂとは、このアウターロータ２０の径方向に延びる直線部２１ｄを介して連結されている。この直線部２１ｄは、アウターロータ２０の軸心Ｏ２と噛み合い部分２１ｋとを結ぶ直線に沿って延在している。これにより、前記噛み合い位置Ｋにおいて、外歯１１の歯先１１ａの歯面上を、前記噛み合い部分１１ｋから歯先頂部１１ｃに向かうに従い漸次、前記周方向における内歯２１との間の隙間が大きくなっている。
また、アウターロータ２０の内歯２１において歯底２１ｂと直線部２１ｄとは、このアウターロータ２０の径方向外方に向けてへこむ凹曲面部を介して連結されている。

さらに、本実施形態では、内歯２１の歯底２１ｂの歯形は、アウターロータ２０の平面視においてその軸心Ｏ２と歯底２１ｂの前記周方向中央部とを結ぶ法線を基準に、左右対称の形状とされている。すなわち、１つの内歯２１の歯底２１ｂにおいてアウターロータ２０の周方向両端部にはそれぞれ、前記凹曲面部および直線部２１ｄがこの順に連結されている。したがって、内歯２１において歯先２１ａを除いた部分、すなわち歯底２１ｂ、この歯底２１ｂの前記周方向両端部にそれぞれ連設された前記凹曲面部および直線部２１ｄにより、アウターロータ２０の平面視で矩形状を呈している。

以上より、前記噛み合い位置Ｋにおいて、前記各噛み合い部分１１ｋ、２１ｋが噛み合った状態で、インナーロータ１０の外歯１１における歯先１１ａの全体とアウターロータ２０の内歯２１における歯底２１ｂ、前記凹曲面部および直線部２１ｄの全体とが非接触とされている。さらに、この噛み合い位置Ｋにおける外歯１１および内歯２１の各歯面において、互いに噛み合う噛み合い部分１１ｋ、２１ｋに、内接型ギヤポンプロータの回転方向後側で対向する部分１１ｊ、２１ｊ同士の間の、この回転方向における隙間、つまりバックラッシュ量が０．０５ｍｍ以下とされている。

以上説明したように、本実施形態に係る内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプによれば、アウターロータ２０の内歯２１の歯底２１ｂの歯形が、この内歯２１と外歯１１とが噛み合ってセルＣの容積が最小となる噛み合い位置Ｋにおいて、この歯底２１ｂと外歯１１の歯先頂部１１ｃとの間の前記隙間ｔ１が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータ２０の軸心Ｏ２を中心とした円弧形状とされているので、アウターロータ２０に実使用に耐え得る強度を具備させた状態で、前記噛み合い位置Ｋにおいて内歯２１の歯底２１ｂと外歯１１の歯先頂部１１ｃと間の前記隙間ｔ１を確保することが可能になり、流体に異物が混入していてもこの異物が前記噛み合い位置Ｋで噛み込まれるのを抑制することができる。

しかも、このように噛み込まれずにこの隙間ｔ１内にある異物に対して、両ロータ１０、２０の回転により遠心力が作用することになるので、この異物を内接型ギヤポンプロータ内における１箇所に留めることなくこの隙間ｔ１内を良好に流動させることが可能になり、その後にセルＣの容積が増大、減少する過程で外部に放出させることができる。さらに、前記のような作用効果を奏効させるために、インナーロータ１０の外歯１１の歯丈を従来よりも小さくするのではなく、本実施形態のように、アウターロータ２０の内歯２１の歯底２１ｂを従来よりも深くするので、各セルＣの液密性を現行同等に維持することも可能になり、流体の搬送効率が低下するのを防ぐことができる。

また、アウターロータ２０の内歯２１において外歯１１と噛み合う噛み合い部分２１ｋと歯底２１ｂとが、このアウターロータ２０の径方向に延びる直線部２１ｄを介して連結されているので、前記噛み合い位置Ｋにおいて、外歯１１の歯先頂部１１ｃと内歯２１の歯底２１ｂとの間の前記隙間ｔ１のみならず、この外歯１１の歯先１１ａにおいて内歯２１との噛み合い部分１１ｋを除く、歯先頂部１１ｃよりも前記両ロータ１０、２０の回転方向前側の部分と、内歯２１との間にも、内接型ギヤポンプロータの周方向に隙間を確保することが可能になる。そのため、異物の噛み込みをより一層確実に抑制することが可能になるばかりでなく、前記遠心力によりこの異物を前記回転方向前側に流動させることも可能になり、異物の放出性を一層向上させることができる。

さらに、前記噛み合い位置Ｋにおける外歯１１および内歯２１の各歯面において、互いに噛み合う噛み合い部分１１ｋ、２１ｋに、内接型ギヤポンプロータの回転方向後側で対向する部分１１ｊ、２１ｊ同士の間の、この回転方向における隙間が０．０５ｍｍ以下とされているので、騒音を発生させることなく前記の作用効果が奏効されることになる。

そして、このような内接型ギヤポンプロータを有する内接型ギヤポンプでは、これらの両ロータ１０、２０において、流体に異物が混入していた場合においても、この異物が噛み込まれるのを抑制することが可能になるとともに、良好に外部に放出させることが可能になるので、流体に異物が混入していたことによって内接型ギヤポンプの回転駆動が停止したり、歯面が損傷したりするのを確実に抑制することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
内接型ギヤポンプで搬送する流体としては、例えば軽油等の燃料や潤滑油等その種類は限定されるものではない。
さらに、外歯１１および内歯２１の各個数は前記実施形態のものに限られるものではない。

また、前記実施形態では、内歯２１の歯底２１ｂの歯形として、１つの内歯２１の歯底２１ｂにおいてアウターロータ２０の周方向両端部にそれぞれ、前記凹曲面部および直線部２１ｄがこの順に連結されて、アウターロータ２０の平面視において前記法線を基準に左右対称の形状とされた構成を示したが、１つの内歯２１の歯底２１ｂの前記両端部のうち、前記噛み合い部分２１ｋ側の端部にのみ、前記実施形態と同様にして、前記凹曲面部および直線部２１ｄをこの順に連結させるようにしてもよい。

以上説明した内接型ギヤポンプの効果について検証試験を行った。
まず、本発明に係る実施例および比較例の概略構成を説明する。
アウターロータ２０の外径を５２ｍｍ、内歯２１の数を７個とし、インナーロータ１０の外歯１１の数を６個とし、これら各歯２１、１１の歯幅をそれぞれ１０ｍｍとした両ロータ１０、２０をケーシング３０内に収納して内接型ギヤポンプを形成した。この構成において、両ロータ１０、２０の偏心量ｅを２．６２ｍｍとし、理論吐出量を５．３ｃｍ^３／ｒｅｖ．とし、吐出圧力を６００ｋＰａとした。

以上のように構成された内接型ギヤポンプにおいて、インナーロータ１０を直流モータに１２Ｖを付与して回転させたときに、異物が噛み込まれて回転が停止するか否か、およびアウターロータ２０に亀裂が生ずる等の破損が生ずるか否かをそれぞれ検証した。
実施例として、図１および図２に示す内接型ギヤポンプにおいて、前記隙間ｔ１をそれぞれ１．５ｍｍ（実施例１）、および３．０ｍｍ（実施例２）とした２種類の内接型ギヤポンプロータを用意し、また、比較例として、前記隙間ｔ１をそれぞれ１．２ｍｍ（比較例１）、および３．２ｍｍ（比較例２）とした２種類の内接型ギヤポンプロータを用意した。

この結果、比較例１では異物の噛み込みが発生し、比較例２ではアウターロータ２０の歯底２１ｂに亀裂が発生したことがそれぞれ確認される一方、実施例１および２では、このような異物の噛み込みや亀裂が発生しないことが確認された。

流体に混入している異物を噛み込むのを抑制することができる。

本発明に係る一実施形態として示した内接型ギヤポンプロータを有する内接型ギヤポンプの断面平面図である。 図１に示す内接型ギヤポンプの一部拡大図である。

符号の説明

１０ インナーロータ
１１ 外歯
１１ａ 外歯の歯先
１１ｂ 外歯の歯底
１１ｃ 外歯の歯先頂部
１１ｋ 外歯の噛み合い部分
２０ アウターロータ
２１ 内歯
２１ａ 内歯の歯先
２１ｂ 内歯の歯底
２１ｄ 直線部
２１ｋ 内歯の噛み合い部分
Ｃ セル
Ｋ 噛み合い位置
Ｏ１ インナーロータの軸心
Ｏ２ アウターロータの軸心
ｔ１ 隙間

Claims (4)

1. ｎ枚（ｎは自然数）の外歯が形成されたインナーロータと、前記外歯と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯が形成されたアウターロータとからなり、
   前記両ロータが噛み合って回転するときにこれら両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入、吐出することによって流体を搬送する内接型ギヤポンプロータであって、
   アウターロータの内歯の歯底の歯形は、この内歯と前記外歯とが噛み合って前記セルの容積が最小となる噛み合い位置において、この歯底と前記外歯の歯先頂部との間の、内接型ギヤポンプロータの径方向における隙間が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、このアウターロータの軸心を中心とした円弧形状とされていることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
2. 請求項１記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、
   前記アウターロータの内歯において前記外歯と噛み合う噛み合い部分と前記歯底とは、このアウターロータの径方向に延びる直線部を介して連結されていることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
3. 請求項１または２に記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、
   前記噛み合い位置における前記外歯および前記内歯の各歯面において、互いに噛み合う噛み合い部分に、内接型ギヤポンプロータの回転方向後側で対向する部分同士の間の、この回転方向における隙間が０．０５ｍｍ以下とされていることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の内接型ギヤポンプロータと、
   この内接型ギヤポンプロータが内部に収納されるとともに、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングと、
   前記インナーロータを回転駆動する駆動部とを備えていることを特徴とする内接型ギヤポンプ。
   
   

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