JP3977081B2 - 逆ギヤロータセット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ポンプ又はエンジン用ギヤロータセットであって、回転可能なアウターロータと、その中に支承されたインナーロータとを備え、該インナーロータが遊星歯車用の支承ポケットを有するものに関する。本ギヤロータセットは、ギヤ設計のリングギヤポンプに類似するものであり、ギヤロータセットの機能と作用様式とは、リングギヤポンプのものと同じである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
リングギヤポンプでは、鎌形挿入部材によって圧縮室が吸込室から分離されるのでなく、歯の（トロコイド歯に基づく）特殊構成が、リングギヤと外歯ピニオンとの間で密封を保証している。内歯リングギヤは、ピニオンよりも１つ多い歯を有し、歯を適切に形成した場合には、歯先が正確に歯接触点に接触する。転動が保証されているように、アウターロータの歯先とインナーロータの歯先との間には、頂隙が存在していなければならない。リングギヤポンプの欠点は、リングギヤポンプでは、この頂隙を通じて内部漏れが生じ、従って、容積効率の悪化が現れる。これにより、低回転数のとき高い圧力を生成できない。
【０００３】
リングギヤポンプと比較してDE-A-19646359の教示によるポンプは有利である。このポンプは、内歯を有する軌道輪と、その中に偏心して受容された外歯歯車とからなるギヤロータセットを形成してなり、内歯は、軌道輪内で回転可能に支承されるローラによって形成され、外歯よりも１つ多い歯を有し、歯車の外歯は、かなり小さなモジュールを有する細歯に覆いかぶさり、各ローラは、その周面に同一モジュールの細歯を有し、この細歯に歯車の歯が噛み合うようになっている。
【０００４】
ギヤロータセットの機能は、駆動トルクが駆動軸を介してインナーロータに作用してこれを回転させることによって生じる。歯付インナーロータから遊星歯車に伝達される力は、一方で遊星歯車の中心を通る衝撃力と、遊星歯車のトルクを引き起こす周方向力とを生じる。軌道輪に作用する衝撃力によって、軌道輪は回転させられる。
【０００５】
公知のギヤロータセットでは、欠点として、機能を可能とするために数多くの遊星歯車を利用しなければならず、数多くの遊星歯車の利用に起因して比較的高い摩擦成分が生じ、この摩擦成分は、インナーロータに結合された駆動軸のトルクによって克服されなければならない。さらに、公知のギヤロータセットでは、インナーロータの回転運動時に、相対的に同一方向に回転する潤滑油が遊星歯車の歯溝内で圧縮側から吸込側へと送られてポンプの効率が低下することが欠点であることが判明している。
【０００６】
先行技術の諸欠点から生じる課題は、同様の構造的大きさにおいて、少ない数の遊星歯車を使用して摩擦を減らすように構成されたギヤロータセットを形成することである。さらに、公知ギヤロータセットに匹敵する構造的大きさにおいて、一層多い吐出量と一層高い効率とを有するギヤロータセットを形成することが本願発明の課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本願発明のポンプ又はエンジン用ギヤロータセットによって解決される。該ギヤロータセットは、複数の凹部が形成されて略星形をなす穴を有する回転可能なアウターロータを備え、該穴は、内細歯を有する。この穴は、その内側にインナーロータを偏心して支承し、該インナーロータは、遊星歯車用の支承ポケットを有している。遊星歯車は、細歯を有し、この細歯でアウターロータの細歯を転動する。遊星歯車は、外歯たる歯を形成し、アウターロータの凹部よりも個数が１つ少ない。
【０００８】
このように形成されたギヤロータセットの利点は、本願発明に係るギヤロータセットが先行技術に係る公知のギヤロータセットと比較して一層少ない数の遊星歯車で作動できることにある。同じ構造的大きさにおいて先行技術に係る公知のギヤロータセットよりも少ない遊星歯車が利用されることによって、例えば遊星歯車とインナーロータの支承ポケットとの間、遊星歯車の歯とアウターロータの歯との間等に生じる摩擦面が少なくなる。少ない摩擦に基づいて、本願発明に係るギヤロータセットを有するポンプ又はエンジンは、系内の摩擦を克服するために加えねばならないトルクが僅かとなるので、ギヤロータセットを備えた先行技術に係る公知のポンプよりも高い効率を有する。設計に起因して本願発明に係るギヤロータセットは、さらに先行技術に係る公知のギヤロータセットと比較して一層大きな吐出量を可能とする。
【０００９】
さらに、本願発明に係るギヤロータセットは、インナーロータが時計回りに回転するときに、遊星歯車が反時計回りに回転し、従って、付加的な潤滑油が遊星歯車の歯溝内で吸込側から圧縮側へと送られるので、高い効率を有する。
【００１０】
細歯の他の問題は、前述のギヤロータセットでは発生する力及びトルクが、従来から使用されているインボリュート歯によって最適には吸収されない点にある。特に、公知の歯では、大きな面圧なしには衝撃力と周方向力とを直線方向に伝達しないという問題が生じる。従来、公知の歯は、大きい周方向力の伝達にのみ適し、遊星歯車の中心を通る大きな衝撃力の伝達には適していない。
【００１１】
前述のギヤロータでは、あらゆる動作条件のもとで、正確な転動が噛み合い干渉なしに保証されていないことが不利であるとわかる。軌道輪に対する遊星歯車の相対運動は、或る位置で停止する。
【００１２】
遊星歯車が略停止し、且つ同時に大きな力が伝達されるこの状態のときに、遊星歯車の歯先と軌道輪との間で潤滑油膜が破れ、これにより、潤滑油の流れが停止する虞がある。その際、間隙内での潤滑油の損失によって固体接触が起きる。従って、もはや好ましい流体潤滑が生じず、混合摩擦状態が生じて、最悪な場合には、静摩擦が生じる。混合摩擦及び静摩擦の場合には、摩耗現象が現れ、ギヤロータセットの寿命が低下する。
【００１３】
そこで、本願発明の有利な構成では、外細歯及び／又は内細歯が歯形の少なくとも部分領域中に円弧状部分を有している。このように形成されたギヤロータセットの利点は、歯形の円弧状部分によって滑り摩擦ではなく、実質的に転がり摩擦が現れ、歯の摩耗がごく僅かとなることにある。
【００１４】
細歯遊星歯車の凸状に構成された歯先と、細歯アウターロータの凹状に構成された歯底とによって、接触線ではなく接触面が生じる。ヘルツ圧力は、この転がり対偶によって著しく減少する。遊星歯車の歯とアウターロータの歯溝との間のバックラッシを持つことによって、大きな衝撃力が歯先と歯底とを介してのみ伝達されることが保証されている。これにより、歯面の破壊を生じ得る大きな楔力が歯面に作用することは防止される。加えて、バックラッシによって、潤滑油は、歯溝から流出することができる。さもないと圧搾油が生じ、きわめて高い圧力を生じる。
【００１５】
本願発明の有利な構成では、歯先及び／又は歯底の領域で、歯形が円弧状に形成されている。歯先及び／又は歯底の領域で歯形をこのように形成することで、非常に大きな衝撃力（半径方向力）が伝達可能となり、伝達されるべき周方向力の成分は僅かとなり得る。その際、歯先と歯底とは、ギヤロータにおいて公知のインボリュート歯とは異なり、転動過程に、即ち歯付アウターロータ曲線上での歯付遊星歯車の転動に一緒に含められる。
【００１６】
遊星歯車の凸状湾曲歯面とアウターロータの凹状湾曲歯面とは、噛み合い時に比較的大きな密封面を形成し、この密封面は、圧縮室が吸込領域から圧縮領域に移るときに、圧縮室を密封し、ロータの方形配置における均等な変位は、圧縮室の漏れ損失をもたらさない。
【００１７】
本願発明の有利な構成では、特に、歯先及び／又は歯底の領域で細歯の歯形が平坦部を有している。インナーロータによるトルクが歯付遊星歯車を介して歯付アウターロータに作用する力の主伝達領域では、幾何学的に制約されて遊星歯車が殆ど停止することになる。この停止と同時に大きな力が伝達される場合には、遊星歯車の歯先とインナーロータの支承ポケットとの間で潤滑油膜が破れる虞がある。これに対処するために、遊星歯車の歯先が平坦にされ、その平坦度は、ギヤロータの利用分野によって左右される。回転数が小さく且つ圧力が高い場合には、遅い滑り速度でも潤滑油膜の生成を保証するために大きい平坦度が必要であり、回転数が大きく且つ圧力が低い場合には、小さな平坦度が必要である。遊星歯車の歯先から平坦部に移行するために、潤滑油膜の生成を単純な移行半径よりも強く促進する特殊な曲線、サイクロイドが利用される。
【００１８】
本願発明の他の有利な構成では、特に、歯先及び／又は歯底の領域で歯形が大きな曲率半径を有する。平坦部の代りに、歯先及び／又は歯底の領域に大きな曲率半径を有する面を設けることも望ましい。
【００１９】
遊星歯車の歯先の平坦部によって遊星歯車からインナーロータへの力の伝達（ヘルツ圧力）の向上ももたらされる。
【００２０】
本願発明の特別有利な構成では、円弧状部分が少なくとも部分的にサイクロイドとして形成されている。サイクロイドは、転動挙動と衝撃力の伝達とに関して特別有利であることが判明している。このサイクロイド歯は、曲率がかなり変化し、且つ曲率半径が小さい場合でも問題のない滑りの少ない転動を保証し、これが摩耗を減らす。
【００２１】
本願発明の望ましい構成では、少なくとも歯面領域で歯形がインボリュートとして形成されている。この歯では、歯付アウターロータの歯面と歯付遊星歯車の歯面とはインボリュートによって形成されるが、しかし、この実施の形態では、歯面をサイクロイドとして形成した実施の形態の場合よりも容易に噛み合い干渉が発生し得る。
【００２２】
本願発明の有利な構成では、細歯が低摩耗表面を有している。低摩耗表面は、化学的、特に熱化学的及び／又は物理的表面処理によって達成することができる。この表面は、さらに電気メッキしておくこともできる。他の有利な表面処理法には、浸炭，窒化及び／又は軟窒化，ボロナイジング及び／又はクロマイジングがある。
【００２３】
本願発明の望ましい構成では、支承ポケットの領域に少なくとも１つの流体通路が配置されている。この流体通路は、ポンプの圧縮側に接続しておくことができ、向上した潤滑油膜生成を保証するために遊星歯車と支承ポケットとの間に潤滑油が連続的に供給される。
【００２４】
ギヤロータセットの全可動部品、特に、アウターロータ及び／又は遊星歯車及び／又はインナーロータは、有利には、少なくとも一方の側面に全周囲張出し面を有する。この全周囲張出し面は、ギヤロータセットを受容したハウジングの内部でシールとして役立つ。このような可動部品は、普通、正面にその全面に亘って延びる密封面を有する。全周囲張出し面を利用した本願発明に係るシールでは、利点として、公知シールにおいて現れる高い摩擦力が著しく低減され、従って、ギヤロータセットは、一層容易に、従って、一層効率的に作動する。全周囲張出し面は、密封作用と摩擦力との間に最適状態を具現する幅を有する。
【００２５】
最後に、本願発明は、ギヤロータセットを製造するための方法に関し、該ギヤロータセットは、主に、粉末冶金法，プラスチック射出成形，押出し成形，ダイカスト，特にアルミニウムダイカスト，又は加圧成形法で製造される。本願発明に係るギヤロータセットが有するようなこのように複雑な歯は、これらの方法によって簡単且つ安価に製造することができる。知られているように、通常の歯の場合に応用される切削、例えば、研削，フライス加工，立削り，及び鋸引きによる製造は、本願発明では歯が過度に複雑に構成されているので使用されない。
【００２６】
本願発明の有利な構成では、ギヤロータセットが、内燃エンジン，変速装置，油圧組立体，又は高圧浄化装置用のポンプ内、特に、潤滑油ポンプ内で使用される。
【００２７】
本願発明の他の有利な構成では、ギヤロータセットがエンジンとして使用される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
略図に基づいて本願発明が詳しく説明される。
【００２９】
図１は、先行技術に係るギヤロータセット0.1を示している。該ギヤロータセット0.1は、回転可能なアウターロータ0.2からなり、該アウターロータ0.2は、内歯を形成する回転可能に支承された遊星歯車0.4を受容した支承ポケット0.3と、アウターロータ0.2に対して偏心して支承されたインナーロータ0.5とを有している。該インナーロータ0.5は、外細歯0.6を備えた略星形の外輪郭を有し、この星形外歯の凹部は、アウターロータ 0.2 の支承ポケット 0.3よりも個数が１つ少ない。また、上記ギヤロータセット0.1は、７つの遊星歯車0.4を有している。この系の欠点は、インナーロータ0.5が時計方向に回転運動するときに、潤滑油が、その流れと同一方向に回転する遊星歯車0.4の歯溝と支承ポケット0.3の壁とで形成される室内で圧縮側から吸込側へと送られ、これによりポンプの効率が低下することである。
【００３０】
図２は、本願発明に係るポンプ又はエンジン用のギヤロータセット1を示している。該ギヤロータセット1は、内細歯4を有する複数の凹部が形成されて略星形をなす穴3を有する回転可能なアウターロータ2と、この穴3内に偏心して支承され、遊星歯車7用の支承ポケット6を有するインナーロータ5とを備えている。遊星歯車7は、外歯を形成する細歯8を有し、この細歯8で遊星歯車7がアウターロータ2の細歯4中を転動する。前記遊星歯車 7は、アウターロータ2の凹部よりも個数が１つ少ない。上記ギヤロータセット1は、吸込領域9と、圧縮領域10と、圧縮室11とを有している。図１に示した先行技術に係るギヤロータセット0.1と比較して、本願発明に係るギヤロータセット1には、６つの遊星歯車7が必要となるにすぎず、発生する摩擦が少なくなる。
【００３１】
駆動軸12を介して駆動トルクM1がインナーロータ5に作用する。これにより、衝撃力F2は、インナーロータ5の支承ポケット6を介して遊星歯車7に作用する。遊星歯車7内の衝撃力F3は、２つの成分、即ち半径方向力F4とトルクM4とに分かれる。衝撃力F3は、歯付遊星歯車7の中心を通じて歯付アウターロータ2に作用してこれを回転させ、トルクM4は、歯付遊星歯車7を回転させる。遊星歯車7は、特に、衝撃力F3を伝達し、支承ポケット6内での摩擦によって引き起こされる僅かな摩擦トルクMRを受ける。
【００３２】
本願発明に係るギヤロータセット1は、ポンプとして圧力発生に利用することができ、インナーロータ5は、駆動軸12を介して駆動される。他方で、本願発明に係るギヤロータセット1は、エンジンとして使用することもでき、その場合には、圧縮領域10に圧力が掛けられ、インナーロータ5が回転させられて駆動軸12を駆動する。
【００３３】
主伝達領域13においては、支承ポケット6を具備したインナーロータ5によるトルクが、歯付遊星歯車7を介して歯付アウターロータ2に作用し、幾何学的に遊星歯車7が殆ど停止することになる。これと同時に大きな力が伝達された場合には、遊星歯車の歯先とインナーロータ5との間で潤滑油膜が破れる虞がある。
【００３４】
図２ａは、第２動作位置にあるギヤロータセット1を示している。ここでは、細歯の密封作用が特別良好に見られる。
【００３５】
図２ｂは、吸込側14及び圧縮側15の両方が示されているギヤロータセット1の概略図である。吸込側14に通じる吸入ポート16は、例えば、ギヤロータセット1を受容するハウジングに横方向の穴として構成することができる。同様に、圧縮側15に吐出ポート17が通じている。吐出ポート17の直径は、吸入ポート16の直径よりも小さくすることができる。これは、後者での流速が速いからである。さらに明らかとなるように、インナーロータ5が時計回りに回転したときには、遊星歯車7は、反時計回りに回転し、従って、遊星歯車7の歯溝内で付加的な潤滑油が吸込側9から圧縮側10へと送られる。
【００３６】
図３は、図２の細部「X」に対する本願発明に係る歯の変形例Iを示している。図２に示す大きな衝撃力F3と、ごく小さな摩擦トルクMRとが伝達されなければならない。この歯では、歯先18と歯底19とは、転動過程に含まれる、即ち、歯付アウターロータ2の曲線上での歯付遊星歯車7の転動に含まれる。図３に示す歯では、歯面部分は力の分布に一致するように選択される。
【００３７】
従って、歯の大部分である円弧部分23は、衝撃力F3を歯付遊星歯車7と歯付アウターロータ2との間で伝達する歯底19及び歯先18に存在する。歯面の小部分のみが、歯幅面の滑り面からなり、これが、摩擦トルクMRを歯付遊星歯車7の回転運動に変換する。
【００３８】
歯付アウターロータ2の歯先18.1は、歯付遊星歯車7の歯底19.2に正確に当接して問題のない転動を保証するように設計されている。その逆に、歯付遊星歯車7の歯先18.2は、歯付アウターロータ2の歯底19.1内に係合する。歯付アウターロータ2の凸状に形成された歯先18.1と、歯付遊星歯車7の凹状に形成された歯底19.2とは、接触線ではなく接触面で合わさる。それ故に、この転がり対偶によってヘルツ圧力は著しく低減される。
【００３９】
これは、歯付アウターロータ2の歯面と歯付遊星歯車7の歯面とにも該当する。遊星歯車7の歯とアウターロータ2の歯溝との間のバックラッシ20の組み合わせによって、大きな衝撃力F3が歯先18及び歯底19を介してのみ伝達されることが保証される。これにより、歯面表面の破壊をもたらし得る大きな楔力が歯面21に作用することが防止される。加えて、バックラッシによって潤滑油は、歯溝20から流出することができる。さもないと、圧搾油が生じ、きわめて高い圧力が生じる。
【００４０】
図４は、本願発明に係る歯の第２位置を示している。上記の遊星歯車7の停止と同時に大きな力を伝達するときには、遊星歯車歯先18とインナーロータ5の支承ポケット6との間で潤滑油膜が破れる虞がある。これを防止するには、遊星歯車歯先18を平坦にする。平坦度22は、ギヤロータセット1の利用分野によって左右される。回転数が小さく且つ圧力が高い場合には、大きな平坦度22が必要であり、回転数が大きく且つ圧力が低い場合には、連続的な潤滑油膜を生成するために中間的な平坦度22で十分である。遊星歯車7の歯面21から平坦部22への移行にはサイクロイド23が利用され、該サイクロイド23は、単純な移行半径よりも潤滑油膜の生成をよく促進する。
【００４１】
遊星歯車歯先18の平坦部22によって、遊星歯車7からインナーロータ5の支承ポケット6への力（ヘルツ圧力）の伝達も向上される。
【００４２】
図５は、本願発明に係る歯の第３変形例を示している。ここでは、歯付アウターロータ2の歯面21と歯付遊星歯車7の歯面とは、インボリュート24に形成されている。それに対して、遊星歯車7の歯先18は、サイクロイド25として構成されている。しかし、この実施の形態では、噛み合い干渉が発生する確率は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術に係るギヤロータセットを示す。
【図２】 本願発明に係るギヤロータセットを示す。
【図２ａ】 本願発明に係るギヤロータセットを第２動作位置で示す。
【図２ｂ】 吸込側と圧縮側とを有する本願発明に係るギヤロータセットの平面図である。
【図３】 図２の細部「X」の本願発明に係る歯の変形例Iを示す。
【図４】 本願発明に係る歯の位置IIを示す。
【図５】 本願発明に係る歯の変形例IIIを示す。
【符号の説明】
1 ギヤロータセット
2 アウターロータ
3 穴
4 内細歯
5 インナーロータ
6 支承ポケット
7 遊星歯車
8 細歯
9 吸込領域（吸込側）
10 圧縮領域（圧縮側）
11 圧縮室
12 駆動軸
13 主伝達領域
14 吸込側
15 圧縮側
16 吸入ポート
17 吐出ポート
18 歯先
19 歯底
20 バックラッシ（歯溝）
21 歯面
22 平坦度（平坦部）
23 円弧部分（サイクロイド）
24 インボリュート
25 サイクロイド
F2 衝撃力
F3 衝撃力
F4 半径方向力
M1 駆動トルク
M4 トルク

Claims (4)

1. ポンプ又はエンジン用ギヤロータセットであって、
   内細歯4を有する複数の凹部が形成されて略星形をなす穴3を備えた回転可能なアウターロータ2と、前記穴3内に偏心して支承され、外細歯8を有した遊星歯車7用の支承ポケット6を有するインナーロータ5とを備え、
   前記遊星歯車7は、前記アウターロータ2の内細歯を転動し、該アウターロータ2の凹部よりも個数が１つ少なくなっており、
   前記外細歯は、歯形の少なくとも部分領域に平坦部22を有することを特徴とするギヤロータセット。
2. 前記細歯は、低摩耗表面を有することを特徴とする請求項１に記載のギヤロータセット。
3. 前記アウターロータ2及び／又は遊星歯車7及び／又はインナーロータ5は、少なくとも一方の側面に全周囲張出し面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のギヤロータセット。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のギヤロータセットを製造するための方法であって、
   該ギヤロータセットを、粉末冶金法、プラスチック射出成形、押出し成形、ダイカスト、特に、アルミニウムダイカスト、又は加圧成形法で製造することを特徴とする方法。

Images