JP4889981B2 - 内接型ギヤポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、インナーロータとアウターロータとの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に関するものである。
この種の内接型ギヤポンプは、小型で構造が簡単であるため自動車の潤滑油用ポンプや自動変速機用オイルポンプ等として広範囲に利用されており、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、インナーロータを回転させることによって外歯が内歯に噛み合って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で、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とがそれぞれ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、各セルは外歯と内歯との噛み合いの過程の途中において容積が最小となった後、吸入ポートに沿って移動するときに容積を拡大させて流体を吸入し、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。
特開２００３−３２８９５９号公報
ところで、前記従来の内接型ギヤポンプでは、前記特許文献１に示されるように、吸入ポートの両ロータの回転方向における後端と、吐出ポートの前記回転方向における前端との距離、つまりポートの仕切り幅が、前記回転方向に沿う前記外歯の噛み合い部における幅より大きくされている。そのため、複数のセルのうち、両ロータが噛み合って外歯から内歯に回転駆動力を伝達させる噛み合い位置に位置する最小容積のセルが密閉される、いわゆる流体の閉じ込みが発生し、内接型ギヤポンプの搬送効率を低下させる等の要因となっていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、流体の閉じ込みが発生するのを防ぎ、搬送効率の向上された内接型ギヤポンプを提供することを目的とする。
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による内接型ギヤポンプは、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と噛み合うｎ＋１枚の内歯が形成されたアウターロータと、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、両ロータが噛み合って回転するときに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であって、前記吸入ポートの両ロータの回転方向における後端と、前記吐出ポートの前記回転方向における前端との距離が、前記外歯の噛み合い部における前記回転方向に沿う幅と同等とされており、前記インナーロータの回転中心と前記外歯の歯先とを結ぶ第１直線と、前記回転中心と前記外歯の噛み合い部とを結ぶ第２直線とがなす第１角度が、前記回転中心と前記外歯の歯底とを結ぶ第３直線と、前記第２直線とがなす第２角度の１．４倍以上１．８倍以下とされていることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１角度が前記第２角度の１．４倍以上１．８倍以下とされているので、外歯の噛み合い部を含む歯先部における両ロータの回転方向に沿う幅が広げられ、この幅を、吸入ポートの前記回転方向における前端と、吐出ポートの前記回転方向における後端との距離、つまりポートの仕切り幅に近づけることが可能になる。したがって、複数のセルのうち、両ロータが噛み合って外歯から内歯に回転駆動力を伝達させる噛み合い位置に位置する最小容積のセルが密閉される、いわゆる流体の閉じ込みの発生を防ぐことが可能になり、内接型ギヤポンプの搬送効率を向上させることができる。
なお、前記第１角度が前記第２角度の１．４倍より小さくなると前記の作用が奏されず、内接型ギヤポンプの搬送効率を向上させることができない。また、前記第１角度が前記第２角度の１．８倍より大きくなると、アウターロータの内歯の歯面が磨耗し易くなり、この内接型ギヤポンプの耐久性が低下する。
この場合、外歯の噛み合い部における前記回転方向に沿う幅が、ポートの仕切り幅と同等とされているので、前記最小容積のセルにおいて、前記のように流体の閉じ込みが発生することのみならず、このセルを介して吐出ポートから吸入ポートへ流体が逆流することも回避することが可能になり、内接型ギヤポンプの搬送効率をさらに向上させることができる。
特に、前記第１角度が前記第２角度の１．４倍以上１．８倍以下とされ、外歯の噛み合い部を含む歯先部における両ロータの回転方向に沿う幅が広げられることによって、この幅がポートの仕切り幅と同等とされているので、このポートの仕切り幅が狭められることはなく現行同等に維持されることになり、前記の逆流が発生することを確実に回避することができる。
本発明に係る内接型ギヤポンプによれば、搬送効率の向上を図ることができる。
図１に示す内接型ギヤポンプ１０は、ｎ枚（ｎは自然数、本実施形態ではｎ＝９）の外歯２１が形成されたインナーロータ２０と、各外歯２１と噛み合う（ｎ＋１）枚（本実施形態では１０枚）の内歯３１が形成されたアウターロータ３０と、インナーロータ２０に形成された取付け孔２２に挿入された駆動軸６０とを備え、これらがケーシング５０の内部に収納された構成とされている。アウターロータ３０の回転中心Ｏ２は、インナーロータ２０の回転中心Ｏ１に対して偏心量ｅだけ偏心され、駆動軸６０およびインナーロータ２０の回転中心Ｏ１は一致している。
そして、駆動軸６０が回転中心Ｏ１回りに回転されることにより、取付け孔２２にその回転駆動力が伝達されて、インナーロータ２０も回転中心Ｏ１回りに回転され、さらに、このロータ２０の回転駆動力が、外歯２１が内歯３１に噛み合うことによってアウターロータ３０に伝達され、このロータ３０が回転中心Ｏ２回りに回転されるようになっている。
この際、両ロータ２０、３０は、ケーシング５０の内面５０ａと、各ロータ２０、３０の両端面２０ａ、３０ａおよびアウターロータ３０の外周面３０ｂとが摺接しながら回転される。
ここで、インナーロータ２０の歯面とアウターロータ３０の歯面との間には、両ロータ２０、３０の回転方向Ｆに沿ってセルＣが複数形成されている。各セルＣは、前記回転方向Ｆの前側と後側で、インナーロータ２０の外歯２１とアウターロータ３０の内歯３１とがそれぞれ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５０の内面５０ａ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形成している。そして、セルＣは両ロータ２０、３０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。ここで、インナーロータ２０の回転駆動力は、容積が最小となるセルＣｍｉｎを形成する外歯２１が内歯３１に噛み合うことによってアウターロータ３０に伝達される。
ケーシング５０には容積が増大するときのセルＣに連通する平面視円弧状の吸入ポート５１と、減少するときのセルＣに連通する円弧状の吐出ポート５２とが設けられていて、吸入ポート５１からセルＣに吸入された流体が両ロータ２０、３０の回転に伴い搬送されて吐出ポート５２から吐出されるようになっている。
なお、図示のインナーロータ２０は、第１基礎円ｄｉに外接してすべりなく転がる第１外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を外歯２１の歯先部２１ｂの形状とし、第１基礎円ｄｉに内接してすべりなく転がる第１内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を外歯２１の歯溝部２１ｃの形状として形成されている。
また、アウターロータ３０は、第２基礎円ｄｏに外接してすべりなく転がる第２外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を内歯３１の歯溝部３１ｂの形状とし、第２基礎円ｄｏに内接してすべりなく転がる第２内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を内歯３１の歯先部３１ｃの形状として形成されている。
ここで、本実施形態では、インナーロータ２０の回転中心Ｏ１と前記回転方向Ｆに沿う外歯２１の幅方向中央部、つまり歯先２１ｄとを結ぶ第１直線Ｌ１と、前記回転中心Ｏ１と外歯２１の噛み合い部２１ａとを結ぶ第２直線Ｌ２とがなす第１角度θ１が、前記回転中心Ｏ１と外歯２１の歯底２１ｅとを結ぶ第３直線Ｌ３と、前記第２直線Ｌ２とがなす第２角度θ２の１．４倍以上１．８倍以下とされている。なお、外歯２１の噛み合い部２１ａは、図２に示すように、外歯２１の歯面と第１基礎円ｄiとの交点とされる。
また、吸入ポート５１の前記回転方向Ｆにおける後端５１ａと、吐出ポート５２の前記回転方向Ｆにおける前端５２ａとの距離が、前記回転方向Ｆに沿う外歯２１の噛み合い部２１ａにおける幅と同等とされている。本実施形態では、吸入ポート５１の後端５１ａおよび吐出ポート５２の前端５２ａと第１基礎円ｄｉとの交点同士の距離が、前記回転方向Ｆに沿う外歯２１の噛み合い部２１ａにおける幅と同等とされている。
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１０によれば、第１角度θ１が第２角度θ２の１．４倍以上１．８倍以下とされているので、外歯２１の噛み合い部２１ａを含む歯先部２１ｂにおける両ロータ２０、３０の回転方向Ｆに沿う幅が広げられ、この幅を、吸入ポート５１の前端５１ａと、吐出ポート５２の後端５２ａとの距離、つまりポートの仕切り幅に近づけることが可能になる。したがって、複数のセルＣのうち、両ロータ２０、３０が噛み合って外歯２１から内歯３１に回転駆動力を伝達させる噛み合い位置に位置する最小容積のセルＣｍｉｎが密閉される、いわゆる流体の閉じ込みの発生を防ぐことが可能になり、内接型ギヤポンプ１０の搬送効率の向上させることができる。
また、外歯２１の噛み合い部２１ａにおける前記回転方向Ｆに沿う幅が、ポートの仕切り幅と同等とされているので、前記最小容積のセルＣｍｉｎにおいて、前記のように流体の閉じ込みが発生することのみならず、このセルＣｍｉｎを介して吐出ポート５２から吸入ポート５１へ流体が逆流することも回避することが可能になり、内接型ギヤポンプ１０の搬送効率をさらに向上させることができる。
特に、第１角度θ１が第２角度θ２の１．４倍以上１．８倍以下とされ、外歯２１の噛み合い部２１ａを含む歯先部２１ｂにおける前記回転方向Ｆに沿う幅が広げられることによって、この幅がポートの仕切り幅と同等とされているので、このポートの仕切り幅が狭められることはなく現行同等に維持されることになり、前記の逆流が発生することを確実に回避することができる。
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。
例えば、前記実施形態では、外歯２１および内歯３１の形状をサイクロイド曲線に基づいて形成した構成を示したが、これに代えて、例えばトロコイド曲線に基づいて形成してもよい。
また、第１角度θ１を第２角度θ２の１．４倍以上１．８倍以下とすることによって、外歯２１の噛み合い部２１ａを含む歯先部２１ｂにおける回転方向Ｆに沿う幅を広くすれば、外歯２１の噛み合い部２１ａにおける回転方向Ｆに沿う幅は、ポートの仕切り幅と同等とされなくてもよい。
ここで、前記作用効果についての検証試験を実施した。この試験に供する内接型ギヤポンプとして、第１角度θ１と第２角度θ２との比率を種々異ならせた複数の構成を採用し、それぞれの内接型ギヤポンプにおいて、吐出圧力を３００ｋＰａとしてインナーロータを７５０ｒｐｍで回転させたときの実吐出量を測定し、この実吐出量を理論吐出量で除した値に１００を乗じて得られる容積効率を算出した。
結果、図３に示されるように、第１角度θ１が第２角度θ２の１．４倍以上であれば、容積効率が８５％以上となり、搬送効率が向上されることが確認された。
次に、前記複数の内接型ギヤポンプそれぞれにおいて、吐出圧力を６００ｋＰａとしてインナーロータを６０００ｒｐｍで５００時間回転させたときの、アウターロータの内歯における歯面の最大磨耗量を測定した。
結果、図４に示されるように、第１角度θ１が第２角度θ２の１．８倍以下であれば、前記最大磨耗量を５０μｍ以下に抑えられ、この内接型ギヤポンプの耐久性が現行同等に維持されることが確認された。
以上より、第１角度θ１を第２角度θ２の１．４倍以上１．８倍以下とすることによって、アウターロータの内歯における歯面が磨耗することを抑えつつ、内接型ギヤポンプの搬送効率を向上できることが確認された。
流体の閉じ込みが発生するのを防ぎ、搬送効率の向上された内接型ギヤポンプを提供する。
本発明に係る一実施形態において、内接型ギヤポンプを示す要部平面図である。 図１に示す内接型ギヤポンプの噛み合い部分を示す拡大図である。 本発明に係る内接型ギヤポンプの作用効果を検証した第１試験の結果を示す図である。 本発明に係る内接型ギヤポンプの作用効果を検証した第２試験の結果を示す図である。
符号の説明
１０ 内接型ギヤポンプ
２０ インナーロータ
２１ 外歯
２１ｄ 歯先
２１ｅ 歯底
３０ アウターロータ
３１ 内歯
５０ ケーシング
Ｃ セル
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
Ｏ１ インナーロータの回転中心
θ１ 第１角度
θ２ 第２角度

Claims (1)

  1. ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と噛み合うｎ＋１枚の内歯が形成されたアウターロータと、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、両ロータが噛み合って回転するときに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であって、
    前記吸入ポートの両ロータの回転方向における後端と、前記吐出ポートの前記回転方向における前端との距離が、前記外歯の噛み合い部における前記回転方向に沿う幅と同等とされており、
    前記インナーロータの回転中心と前記外歯の歯先とを結ぶ第１直線と、前記回転中心と前記外歯の噛み合い部とを結ぶ第２直線とがなす第１角度が、前記回転中心と前記外歯の歯底とを結ぶ第３直線と、前記第２直線とがなす第２角度の１．４倍以上１．８倍以下とされていることを特徴とする内接型ギヤポンプ。
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