JP6077373B2 - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内歯歯車の内歯と外歯歯車の外歯とを内接噛み合いするよう内歯歯車の内部に外歯歯車を偏心して収容し、内歯の歯数が外歯の歯数より１個多い内接歯車ポンプに関する。

この種の内接歯車ポンプは、ポンプハウジングの収容孔に、内歯を有するリング状の内歯歯車を回転自在に収容し、この内歯歯車の内歯と内接噛み合いする外歯を有する外歯歯車を内歯歯車の内部に偏心して収容し、外歯歯車の回転駆動により内歯が外歯と噛み合う内歯歯車が回転され、液体を吸入ポートから吸入し、外歯と内歯とで区画形成される最大容積空間を経て吐出ポートから吐出する。そして、外歯歯車の外歯は、歯底部をハイポサイクロイド曲線で形成し、歯先部をエピサイクロイド曲線で形成し、歯先部と歯底部との間の噛合部をインボリュート曲線で形成する。また、内歯歯車の内歯は、外歯の各歯形曲線の包絡線で形成する。このようにして、インボリュート曲線は、外歯歯車と内歯歯車との偏心量との関連がなく、偏心量の設定に自由度が生じ、偏心量を大きくして大吐出量を可能にしている。また、最大容積空間側および外歯と内歯とが最も深く噛合う最深噛合部側で外歯と内歯との間の隙間を最小にすると共に、最大容積空間と最深噛合部との間の吸入ポート側および吐出ポート側で外歯と内歯との間の隙間を大きく設定でき、外歯と内歯とが全周の全ての歯で接触するのを回避して機械効率を向上している。

特開２００５−３６７３５号公報

ところが、かかる従来の内接歯車ポンプでは、外歯は、歯底部をハイポサイクロイド曲線、歯先部をエピサイクロイド曲線、噛合部をインボリュート曲線でそれぞれ形成しているため、外歯と噛合う内歯は、異なる３つの曲線で噛合いを行うことになり、不連続な曲線間を移動し、負荷の変動や内歯歯車とハウジングとの間の隙間による移動等で、内歯と外歯との噛合いに擾乱が生じ、騒音を発生し易かった。

本発明の課題は、外歯と内歯とが全周の全ての歯で接触することなくして機械効率を向上する利点を損なうことなく、騒音の発生を低減し得る内接歯車ポンプを提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
内歯を有するリング状の内歯歯車と、内歯歯車の内歯と内接噛み合いする外歯を有する外歯歯車を内歯歯車の内部に偏心して収容し、外歯よりも内歯の歯数が１枚多い内接歯車ポンプにおいて、外歯と内歯のいずれか一方は、歯先部と噛合部とを一つの連続した曲率の曲線で形成し、この曲線は、歯先の頂点を最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする式（１）から（５）で形成されることを特徴とする内接歯車ポンプがそれである。
ｒ＝ｒｏ−ｄｒ・ｃｏｓθ 式（１）
Ｐｘ＝（ｒｏ−ｄｒ）＋１／４ｄｒ｛１−ｃｏｓ（２θ）｝ 式（２）
Ｐｙ＝１／４ｄｒ｛−２θ＋ｓｉｎ（２θ）｝ 式（３）
Ｑｘ＝Ｐｘ−ｒ・ｃｏｓθ 式（４）
Ｑｙ＝Ｐｙ＋ｒ・ｓｉｎθ 式（５）
但し、
ｒは曲線の半径、
ｒｏは基準径、
ｄｒは変分量、
θは媒介変数、
Ｐｘは軌道中心のＸ座標、
Ｐｙは軌道中心のＹ座標、
Ｑｘは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＸ座標、
Ｑｙは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＹ座標、
である。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、外歯と内歯のいずれか一方は、歯先部と噛合部とを一つの連続した曲率の曲線で形成し、この曲線は、歯先の頂点を最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする。このため、歯先部と噛合部とを形成する曲線で創生される包絡曲線は、歯先部と噛合部との間で交差した曲線部となるから、外歯と内歯とが全周の全ての歯で接触することなくでき、機械効率を向上する利点を損なうことなくできる。そして、歯先部と噛合部とを一つの連続した曲率で、歯先の頂点を最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする曲線で形成するから、噛合部から歯先部において噛合い速度が不連続に変動することを抑制でき、負荷の変動や内歯歯車とハウジングとの間の隙間による移動等で、内歯と外歯との噛合いに擾乱が生じても、内歯と外歯との噛合いが滑らかに推移し、騒音の発生を低減することができる。

本発明の一実施形態を示した内接歯車ポンプの断面図である。 図１の要部拡大図である。 式１による歯形の模式図である。 式２から５による歯形の模式図である。 一実施形態の歯先部と噛合部を形成する曲線Ｌにより創生される包絡曲線Ｌ１の模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１において、１はリング状の内歯歯車で、１６枚の内歯１Ａを有し、回転中心Ｈを中心としてハウジング２へ回転自在に収容している。３は外歯歯車で、内歯１Ａと内接噛み合いする１５枚の外歯３Ａを有し、内歯歯車１の内部に回転中心Ｈと偏心した回転中心Ｈ１を中心として回転自在に収容している。そして、内歯歯車１と外歯歯車３との偏心量Ｅ１は、内歯歯車１の回転中心Ｈと外歯歯車３の回転中心Ｈ１との間の寸法としている。４は外歯歯車３を回転駆動する駆動軸で、外歯歯車３に係合する。５は油を吸入する吸入ポート、６は油を吐出する吐出ポートで、回転中心Ｈ、Ｈ１を通る直線を対称とする径方向の対称位置でそれぞれハウジング２に穿設している。

図２に、内歯歯車１の内歯１Ａと外歯歯車３の外歯３Ａの歯形形状の詳細を示す。
内歯１Ａは、歯先から歯底に向けて歯先部７Ａと噛合部７Ｂと接続部７Ｃと歯底部７Ｄとで、歯先の頂点ａから左半分を構成している。なお、歯先の頂点ａから右半分は、内歯歯車１の中心Ｈと頂点ａとを通る直線を対称とし、左半分と対称形状に形成している。歯先部７Ａと噛合部７Ｂは、頂点ａを最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする曲線Ｌで形成して点ａｂ間を結び、以下の式（１）〜（５）で求める。

ｒ＝ｒｏ−ｄｒ・ｃｏｓθ 式（１）
Ｐｘ＝（ｒｏ−ｄｒ）＋１／４ｄｒ｛１−ｃｏｓ（２θ）｝ 式（２）
Ｐｙ＝１／４ｄｒ｛−２θ＋ｓｉｎ（２θ）｝ 式（３）
Ｑｘ＝Ｐｘ−ｒ・ｃｏｓθ 式（４）
Ｑｙ＝Ｐｙ＋ｒ・ｓｉｎθ 式（５）
但し、
ｒは曲線の半径、
ｒｏは基準径、
ｄｒは変分量、
θは媒介変数、
Ｐｘは軌道中心のＸ座標、
Ｐｙは軌道中心のＹ座標、
Ｑｘは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＸ座標、
Ｑｙは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＹ座標、
である。

図３に、式１による歯形の模式図を示す。図３は、縦軸に曲線Ｌの半径ｒをとり、横軸に媒介変数θをとり、θが０からπ／２に推移するのに伴いｒがｒｏ−ｄｒからｒｏに推移することを図化している。

図４に、式２から５による歯形の模式図を示す。図４は、曲線Ｌを形成する半径ｒの軌道中心ＰのＸ，Ｙ座標と、軌道中心Ｐにより生成される曲線Ｌ上の点ＱのＸ，Ｙ座標を、媒介変数θに応じて推移することを図化している。

図２に示す如く、歯底部７Ｄは、中心７Ｅを有する半径Ｒ１の円弧で形成して点ｃｄ間を結ぶ。半径Ｒ１の円弧は、後述詳記する外歯歯車３Ａの歯先部８Ａにより創成される包絡曲線より若干大きい円弧で形成される。中心７Ｅは内歯歯車１の回転中心Ｈと、歯底部７Ｂの周方向中心とを通る線上に位置する。接続部７Ｃは半径Ｒ１より小径で中心７Ｆを有する半径Ｒ３の円弧で形成し、点ｂｄ間を結ぶ。

外歯３Ａは、歯先部８Ａと接続部８Ｂと噛合部８Ｃと歯底部８Ｄとで構成している。歯先部８Ａと噛合部８Ｃと歯底部８Ｄは、内歯１Ａの歯先部７Ａと噛合部７Ｂを形成する曲線Ｌにより創成される包絡曲線Ｌ１で形成する。そして、歯先部８Ａは点ＣＤ間を結び、噛合部８Ｃと歯底部８Ｄは点ＡＢ間を結ぶ。接続部８Ｂは、歯先部８Ａと噛合部８Ｃとの間を丸めて接続するもので、半径Ｒ４の円弧で形成し、点ＢＤ間を結ぶ。

図５に、内歯１Ａの歯先部７Ａと噛合部７Ｂを形成する曲線Ｌにより創生される包絡曲線Ｌ１の模式図を示す。
包絡曲線Ｌ１は、歯先部８Ａと噛合部８Ｃとの間で、交差した曲線部８Ｅとなり、この箇所は歯形として創生されない。そして、曲線部８Ｅの箇所を丸めて前述の接続部８Ｂを形成している。

次に、かかる構成の作動を説明する。
駆動軸４により外歯歯車３を回転方向Ａに回転駆動すると、外歯歯車３と内接噛み合いする内歯歯車１が回転駆動され、吸入ポート５より吸入された油が吐出ポート６より吐出される。

かかる作動で、内歯１Ａは、歯先部７Ａと噛合部７Ｂとを一つの連続した曲率の曲線Ｌで形成し、曲線Ｌは、歯先の頂点ａを最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくした。このため、内歯１Ａの歯先部７Ａと噛合部７Ｂとを形成する曲線Ｌで創生され、外歯３Ａの歯先部８Ａと噛合部８Ｃと歯底部８Ｄとを形成する包絡曲線Ｌ１は、歯先部８Ａと噛合部８Ｃとの間で交差した曲線部８Ｅとなるから、外歯３Ａと内歯１Ａとが全周の全ての歯で接触することなくでき、機械効率を向上する利点を損なうことなくできる。そして、歯先部７Ａと噛合部７Ｂとを一つの連続した曲率で、歯先の頂点ａを最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする曲線Ｌで形成するから、噛合部７Ｂから歯先部７Ａにおいて噛合い速度が不連続に変動することを抑制でき、負荷の変動や内歯歯車１Ａとハウジング２との間の隙間による移動等で、内歯１Ａと外歯３Ａとの噛合いに擾乱が生じても、内歯１Ａと外歯３Ａとの噛合いが滑らかに推移し、騒音の発生を低減することができる。

なお、一実施形態では、内歯１Ａは歯先部７Ａと噛合部７Ｂとを歯先の頂点ａを最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする曲線Ｌで形成し、外歯３Ａの歯先部８Ａと噛合部８Ｃと歯底部８Ｄとを、曲線Ｌで創成される包絡曲線Ｌ１で形成したが、これとは逆に、外歯３Ａの歯先部と噛合部とを歯先の頂点を最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする曲線で形成し、内歯１Ａの歯先部と噛合部と歯底部とをそれぞれ外歯３Ａの歯先部と噛合部とを形成する曲線で創成される包絡曲線で形成しても良いことは勿論である。

１：内歯歯車
１Ａ：内歯
３：外歯歯車
３Ａ：外歯
７Ａ、８Ａ：歯先部
７Ｂ、８Ｃ：噛合部
Ｌ：曲線

Claims (1)

1. 内歯を有するリング状の内歯歯車と、内歯歯車の内歯と内接噛み合いする外歯を有する外歯歯車を内歯歯車の内部に偏心して収容し、外歯よりも内歯の歯数が１枚多い内接歯車ポンプにおいて、外歯と内歯のいずれか一方は、歯先部と噛合部とを一つの連続した曲率の曲線で形成し、この曲線は、歯先の頂点を最大曲率とし、歯底に向けて漸次曲率を小さくする式（１）から（５）で形成されることを特徴とする内接歯車ポンプ。
   ｒ＝ｒｏ−ｄｒ・ｃｏｓθ 式（１）
   Ｐｘ＝（ｒｏ−ｄｒ）＋１／４ｄｒ｛１−ｃｏｓ（２θ）｝ 式（２）
   Ｐｙ＝１／４ｄｒ｛−２θ＋ｓｉｎ（２θ）｝ 式（３）
   Ｑｘ＝Ｐｘ−ｒ・ｃｏｓθ 式（４）
   Ｑｙ＝Ｐｙ＋ｒ・ｓｉｎθ 式（５）
   但し、
   ｒは曲線の半径、
   ｒｏは基準径、
   ｄｒは変分量、
   θは媒介変数、
   Ｐｘは軌道中心のＸ座標、
   Ｐｙは軌道中心のＹ座標、
   Ｑｘは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＸ座標、
   Ｑｙは軌道中心（Ｐｘ，Ｐｙ）により生成される曲線上の点のＹ座標、
   である。

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