JP3741175B2 - 内接歯車式ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内接歯車式ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
油圧装置に使用されているポンプとして、図6に示すようにトロコイド歯形の内接歯車式ポンプ(トロコイドポンプ)10がある。この内接歯車式ポンプ10は、トロコイド外歯歯車11と、内歯歯車12と、これらを収納するハウジング(図示せず)とにより構成され、これらの2枚の歯車11、12の側面は、前記ハウジングの側板により密封されている。外歯歯車11の歯数は、内歯歯車12の歯数よりも1歯だけ少なく設定され、外歯歯車11が矢印A方向に回転すると、内歯歯車12が従動回転し、この回転に伴い吸入口13から流体を吸い込み、吐出口14に吐出する。
【0003】
この内接歯車式ポンプ10は、仕切板を用いた内接歯車ポンプ、外接歯車ポンプ等の他のギヤポンプに比べて吸い込み又は吐出作用が、殆ど半周に等しい長い区間で行われることで、流体を保持する空間の容積変化が急激なものでなく、連続的にゆっくりと行われ、低騒音であるという特徴を有している。車両のエンジン潤滑用油圧ポンプ、自動変速機用油圧ポンプ、燃料供給ポンプ等の多くのポンプに使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内接歯車式ポンプにおいては、吸入口13と吐出口14とを締め切る歯先の間隔gが大きく、且つ吸入口13と吐出口14との間を締め切る歯11a、12aの数が少ない(多くの場合1歯)ために、締め切り性が悪く、吐出側(高圧側)から吸入側(低圧側)への流体の漏れ量が多い。このため、吐出量が少なくなり、効率が悪いという問題がある。
【0005】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、外歯歯車と内歯歯車の歯形の設計を最適化し、吸入側と吐出側との間の締め切り性を高くして漏れ量を少なくし、吐出量の高い内接歯車式ポンプを提供することを目的とする。
【0006】
上記目的を達成するために本発明によれば、ハウジング内に回転自在に装着された内歯歯車と、前記内歯歯車内に偏心して配設された外歯歯車とを備え、前記内歯歯車は、前記外歯歯車よりも1歯多い歯数を有し、前記両歯車が互いに噛合して回転し且つ両歯車が互いに最も深く噛み合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動してこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプにおいて、前記外歯歯車の各歯形は、両側の歯面が対称形状をなして同一であり、歯先面、歯底面及び歯面中央部はそれぞれ半径R4,R2,及びR1の円筒面の一部で構成され、歯面中央部と歯底面との間の歯元面は、歯面中央部と歯底面に内接する少なくとも一つの半径R3の円筒面の一部から成り、歯先面と歯面中央部との間の歯末面は、歯先面に外接し歯面中央部に内接する半径R5の円筒面の一部から成り、前記歯面が歯先面から歯底面まで複数の円弧を滑らかに連続的に組合せてなる形状とされ、前記内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の、少なくとも3歯の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することを特徴としている。
【0007】
内接歯車式ポンプにおいて、内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の複数の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することで、ポンプ吸込側と吐出側とを締め切る歯先の間隙を小さくすることが可能となり、更に、吸込口と吐出口とを締め切る複数の歯による締切性が向上し、吐出量の増大が図られる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の態様を実施例により説明する。
図1において、内接歯車式ポンプ1は、内歯歯車2と外歯歯車3とを備え、内歯歯車2内に外歯歯車3が偏心して配置されている。内歯歯車2は、例えば、歯2aが13歯、外歯歯車3は、歯3aが内歯歯車2よりも1歯少ない12歯形成されている。内歯歯車2は、図示しないハウジング内に回転自在に収納され、両歯車2、3の側面は、前記ハウジングの側板により密封されている。そして、一側の側板には2点鎖線で示すように吸入口4、吐出口5が形成されている。また、外歯歯車3は、その中心に回転軸6が固定されている。回転軸6は、外部の動力により駆動され、外歯歯車3は、矢印Aの方向に回転されて当該内接歯車式ポンプ1の入力軸とされる。
【0009】
外歯歯車3は、内歯歯車2に対して偏心して配置されており、これら両歯車は、互いに噛合して同一方向に回転する。そして、歯2aと3aとが最も深く噛み合う部分Xの反対側Y0位置で両歯車2、3の歯先面2b、3b同士が僅かな間隙δを存して摺動可能とされている。また、吸込口4と吐出口5との間において複数例えば、3枚の歯2aと3aとにより締め切られる。
【0010】
そして、内歯歯車2と外歯歯車3の各3枚の締切の歯の内の中央(Y0位置)の歯に対して回転方向の前後両側に夫々所定の回転角度θの範囲(本実施例では、2.5歯)において、内歯歯車2の各歯2aと外歯歯車3の各歯3aとの間の歯先隙間が僅かな間隙δ例えば、50μmの間隔で同一となるように設定される。この隙間δの狭い回転角度θの範囲は、長い方が好ましいが、余り長くとる必要もない。そこで、本実施例では、一例として2.5歯程度(回転角度θが約69°)に設定している。尚、この間隙δを設ける範囲は、少なくとも吸込口4と吐出口5とを締め切る締切範囲をY-1〜Y+1の3歯の範囲であればよいが、余裕を以て広くY-2〜Y+2の範囲に設定している。
【0011】
先ず、外歯歯車3の歯3aの歯形の形状について説明する。
図2に示すように外歯歯車3の歯3aは、歯先面3b、歯底面3c、歯面3dから成り、歯面3dは、中央部の面3e、歯元の面3f、歯末の面3gから成る。歯面3dの中央部の面3eは、大径の半径R1の円筒面の一部から成り、歯底面3cは、半径R2の円筒面の一部から成り、歯先面3bは、半径R4の円筒面の一部から成る。歯元の面3fは、中央部の面3eと歯底面3cとに内接する半径R3の円筒面の一部から成り、歯末の面3gは、歯先面3bに外接し中央部の面3eに内接する半径R5の円筒面の一部から成る。これにより歯3aの歯形は、歯面3dが歯先面3bから歯底面3cまで滑らかに連続する曲面とされる。
【0012】
外歯歯車3の歯面3dを形成する場合、歯面3dの中央部の面3eを形成する半径R1は、モジュール等の基本的諸元により決まる値で、圧力角の関係で余り大きく変更することは出来ない。一方、歯元の面3fを形成する半径R3は、中央部の面3eと歯底面3cの各円半径R1、R2の円弧に接する(滑らかに連続する)ように設定しており、この半径R3の値は任意に変えることが可能である。そこで、半径R1を変更することなく半径R2とR3とを変えることで、前記隙間δを確保する。尚、歯底面3cの半径R2、及び歯元の面3fの半径を多数設定することで間隙δの精度を高めることが可能である。例えば、歯元の面3fを、半径R3の1つの円筒面の一部としたが、複数の異なる半径(例えば、R3a、R3b、R3c等)の円筒面の一部を滑らかに連続的に組み合わせて形成しても良い。しかしながら、半径R2とR3との2つの半径を調節することで十分である。
【0013】
歯3aの歯形は、対称形状であり、両側の歯面3d、3dが同一形状である。このようにして外歯歯車3の歯3aの歯形が決定される。因みに、半径R1〜R5の各長さは、一例として、歯3aの歯高をHとした場合、R1=4.5H、R2=1.3H、R3=0.6H、R4=4H、R5=0.48H程度である。
ところで、内接歯車式ポンプは、ポンプの性能上内歯歯車2と外歯歯車3とが最も深く噛み合った状態において外歯歯車3の歯先面3bと内歯歯車2の歯底面2cとの間に僅かな間隙を設けることが好ましい。そこで、外歯歯車3は、歯先円(歯先面3b)がピッチ円3hよりも僅かに内側(中心側)に位置するように設定され、図3に示すように内歯歯車2のピッチ円2hは、歯底円(歯底面2c)よりも僅かに外側に位置するように設定される。
【0014】
次に、この外歯歯車3の歯形により内歯歯車2の歯形を創成する。
図4に示すようにカッタ7は、外歯歯車3と同じ形状をしており、このカッタ7により内歯歯車2を創成する。この場合、前記回転角度2θの範囲において外歯歯車3と内歯歯車2の各5枚の歯3aと2aとの間の間隙δは、内歯歯車2の歯面2dの歯末の面2gと、歯先面2bの形状により決まり、これらの形状は、歯面3dの歯元の面3fと歯底面3cの形状(図4の歯元の面3fの始まり位置Aから歯底面3cの中央位置Bまで)により決まる。そこで、外歯歯車3の歯面3dの略全体が内歯歯車2の創成時に当該歯車3の歯形が描く軌跡の包絡線上に位置するように歯面3dの各円弧R1〜R5の曲率中心及び曲率半径を設定する。そして、外歯歯車3の歯元の面3f、歯底面3cと対応するカッタ7の刃面7f、7cの形状(即ち、半径)を調節して、2点鎖線で示すように内歯歯車2の歯面2dから前記間隙δを存して外歯歯車3の歯面3dが離れていくときの形状に合わせる。即ち、カッタ7の刃面7f、7cと歯面2b、2g及び3b、3gが独立しているのでこの調節が可能となるのである。これにより、回転角度θの範囲において外歯歯車3と内歯歯車2の各歯面3dが対応する歯面2dから離れていくときのこれら両歯間の隙間δを同じにすることが出来る。
【0015】
以下に作用を説明する。
図5は、内歯歯車2の歯2aと外歯歯車3の歯3aとが最も深く噛み合う部位Xにおける、これら両歯2aと3aとの噛み合い始めから噛み合い終わりまでの動きを、内歯歯車2を停止させた状態で、外歯歯車3を矢印Aの方向に回転させた場合を示している。図5において外歯歯車3の歯3aは、内歯歯車2の歯2aの歯先面2bの頂点Bの位置から実線で示す曲線I〜IVのように間隙δを存して噛合し始め、点Aの位置を超えた位置から歯底面2cまで実線で示す曲線IV〜VIのように噛合し、歯底面2cから次の歯2aの点Aまで1点鎖線で示す曲線VII、VIIIのようにバックラッシュ分離れて噛合する。このバックラッシュは、バックラッシュ分大きい歯厚の外歯で内歯を創成することにより確保できる。更に、歯3aは、次の歯2aの歯先面2bの頂点Bまで1点鎖線で示す曲線IX〜Xで示すように間隙δを存して歯面2dから離れていく。このときの歯3aの歯先面3bの軌跡を1点鎖線XVで示してある。これにより、図1に示す2θの範囲における各5枚の歯2aと歯3aとの間隙が一定の間隙δとなる。
【0016】
前記隙間δは、50μmと極めて狭く、且つ複数の歯(本実施例では3枚)2aと3aとにより、吸込口4と吐出口5との間を締め切ることで、締切性が大幅に向上する。この結果、吐出側から吸込側への圧力流体の漏れが大幅に減少し、吐出量が増加する。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内接歯車式ポンプにおいて、内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の複数の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することで、ポンプの吸込側と吐出側とを締め切る歯先の間隙を小さくすることが可能であり、且つ吸込口と吐出口とを締め切る複数の歯の締切性が向上し、吐出量の増大が図られ、ポンプの効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内接歯車式ポンプの内歯歯車と外歯歯車との関係を示す説明図である。
【図2】図1の外歯歯車の歯形の説明図である。
【図3】図1の内歯歯車の歯形の説明図である。
【図4】図2の外歯歯車の歯形に基づいて内歯歯車の歯形を創成する場合の説明図である。
【図5】図1の内歯歯車と外歯歯車との噛み合いの説明図である。
【図6】従来のトロコイドポンプの内歯歯車と外歯歯車との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1 内接歯車式ポンプ
2 内歯歯車
3 外歯歯車
2a、3a 歯
2b、3b 歯先面
2c、3c 歯底面
2d、3d 歯面
2h、3h ピッチ円
Claims (1)
- ハウジング内に回転自在に装着された内歯歯車と、前記内歯歯車内に偏心して配設された外歯歯車とを備え、前記内歯歯車は、前記外歯歯車よりも1歯多い歯数を有し、前記両歯車が互いに噛合して回転し且つ両歯車が互いに最も深く噛み合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動してこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプにおいて、
前記外歯歯車の各歯形は、両側の歯面が対称形状をなして同一であり、歯先面、歯底面及び歯面中央部はそれぞれ半径R4,R2,及びR1の円筒面の一部で構成され、歯面中央部と歯底面との間の歯元面は、歯面中央部と歯底面に内接する少なくとも一つの半径R3の円筒面の一部から成り、歯先面と歯面中央部との間の歯末面は、歯先面に外接し歯面中央部に内接する半径R5の円筒面の一部から成り、前記歯面が歯先面から歯底面まで複数の円弧を滑らかに連続的に組合せてなる形状とされ、
前記内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の、少なくとも3歯の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することを特徴とする内接歯車式ポンプ。
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