JPH05256268A

JPH05256268A - 歯車式機械

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Publication number: JPH05256268A
Application number: JP5005434A
Authority: JP
Inventors: Siegfried A Eisenmann; アー．アイゼンマンジークフリート
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-15
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1993-10-05
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2818723B2; US5368455A; DE4200883C1; KR0150804B1; EP0552443B1; DE59203844D1; EP0552443A1; KR930016665A

Abstract

(57)【要約】【目的】雑音発生を低下でき、機械効率の向上が図れ
る歯車式機械を提供する。【構成】内歯リングギヤ３およびこれよりも歯数が１
枚少ないピニオン６が噛合する。雑音を低下させるた
め、ピニオン６の歯厚は、内歯リングギヤ３の歯厚の半
分である。両歯車が最も深く噛合する点に対向する領域
において、クリアランスが最小限の大きさであるにも関
わらず、歯先間を自由にするために、内歯リングギヤ３
及び／又はピニオン６のサイクロイドを平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体又は気体用のポン
プ或は液体又は気体を圧縮することによって駆動される
モータに関し、特に液体用ポンプに好適な歯車式機械に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関および自動モータによる車両伝
動装置に使用される内歯車ポンプ又はリングギヤポンプ
のほとんどはトロコイド歯のものが用いられる。トロコ
イド歯とは、中空のリングギヤ又はピニオンの歯面が円
弧状に制限され、対向ギヤが、円弧により規定されたも
う一方のギヤの歯のノンスリップ回転により規定される
ものをいう。

【０００３】本発明が改良する歯車ポンプは、例えば、
１９２５年の英国特許第２３３，４２３号又は同様に１
９２０年代に発表されたＭｙｒｏｎＳ．Ｈｉｌｌによ
る論文”ＫｉｎｅｍａｔｉｃｓｏｆＧｅｒｏｔｏｒ
ｓ”により周知のものである。内燃機関および自動伝動
において、液体又は気体を送出するために、サイクロイ
ド歯形を現代的に使用することは、本願出願人による独
国特許第３，９３８，３４６号に記載されている。上記
独国特許によるポンプは、互いに歯数の異なるリングギ
ヤとピニオンとを有する内歯リングギヤポンプにおい
て、完全なサイクロイド歯形を有する歯および歯溝の優
れた運動学的特性を用いている。

【０００４】上記リングギヤの歯は、エンジンのクラン
クシャフト又は自動ギヤボックスの主シャフト（主軸）
により伝動されるピニオンの歯に噛合している。このよ
うに、クランクシャフトの比較的明白な半径方向の動き
は、リングギヤの周面における噛合において、適切なク
リアランスが選択されるという点で補償される。また、
リングギヤをほとんど遊びなしで取り付け、その後、ピ
ニオンの軸受けとピニオンとの間に対応する大きな遊び
を設けることも可能である。この場合は、その後、ピニ
オンの歯をリングギヤの歯と噛合させる。このようなポ
ンプは、本発明の好適な利用分野を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、周知のポン
プに見られる、望ましくない雑音発生およびその結果生
じる効率の低下の主な原因は、作動流体の圧力脈動、す
なわち送出流脈動であり、また半径方向および接線方向
に歯が互いに打ち合うことである。送出流脈動は、歯車
ユニットの発振につながる、絞り出された油圧のピーク
により強化される。キャビテーション雑音もまた同様に
作用する。すなわち、キャビテーション雑音は主に、ポ
ンプの圧力チャンバ内における液泡、気泡の破壊により
発生する。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであり、雑音発生を低下させ、更には機械効率および
寿命の向上が図れる歯車式機械を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の歯車式機械は、
液体又は気体用のポンプ或はモータに使用される歯車式
機械であって、吸引用開口部及び排出用開口部を有する
歯車チャンバを含むハウジングと、該歯車チャンバ内に
設けられた内歯リングギヤと、該ハウジング内の該内歯
リングギヤの内側に回転可能に設けられ、該内歯リング
ギヤよりも１枚少ない数の歯を有し、該内歯リングギヤ
と噛合し、回転時に、それ自身の歯と該内歯リングギヤ
の歯との間に、該吸引用開口部から該排出用開口部に液
体又は気体を送るための、回転、膨張および収縮する液
体セルを形成するピニオンとを備え、該ピニオンの歯先
及び該内歯リングギヤの歯溝が、該ピニオン及び該内歯
リングギヤのピッチ円上の第１のサイクロイド生成円が
回転することにより生成される外サイクロイド形状を有
し、該ピニオンの歯溝および該内歯リングギヤの歯先
が、該ピニオン及び該内歯リングギヤのピッチ円上の第
２のサイクロイド生成円が回転することにより生成され
る内サイクロイド形状を有し、該第１のサイクロイド生
成円の半径が該第２のサイクロイド生成円の半径と異な
る歯車式機械において、対応するピッチ円上で測定され
た、該内サイクロイドにより規定される該ピニオンの歯
溝及び該内歯リングギヤの歯先の周長が、対応するピッ
チ円上で測定された、該外サイクロイドにより規定され
る該ピニオンの歯先及び該内歯リングギヤの歯溝の周長
の１．５倍〜３倍であり、該外サイクロイド及び／又は
該内サイクロイドの各平坦化量又はその合計が、該内歯
リングギヤと該ピニオンとが最も深く噛合する点に対向
する領域における歯先間において必要な相対的に大きな
クリアランスに相当し、更に該ピニオンと該内歯リング
ギヤとが互いに最も深く噛合する点におけるクリアラン
スが大幅に小さくなるまで、該２つのサイクロイドが平
坦化されており、そのことにより上記目的が達成され
る。

【０００７】好ましくは、前記ピニオンの歯溝および前
記内歯リングギヤの歯先の周長を、該ピニオンの歯先及
び該内歯リングギヤの歯溝の周長の１．７５倍〜２．２
５倍にする。

【０００８】また、好ましくは、前記ピニオンの歯溝及
び前記内歯リングギヤの歯先の周長を、該ピニオンの歯
先及び該内歯リングギヤの歯溝の周長の２倍にする。

【０００９】また、好ましくは、前記外サイクロイド又
は前記内サイクロイドの一方を、必要なクリアランスが
実質的に得られるまで平坦化され、他方のサイクロイド
の平坦化量がゼロに等しくなるようにする。

【００１０】また、好ましくは、前記外サイクロイドを
平坦化する。

【００１１】また、好ましくは、前記外サイクロイド又
は内サイクロイドの平坦化を、対応するサイクロイドを
規定する点を、前記サイクロイド生成円の周縁から中心
に向けて、該サイクロイド生成円の半径上を少し移動さ
せて行う。

【００１２】また、好ましくは、平坦化された各サイク
ロイドの開始点及び終点が、前記ピッチ円上の各々対応
する元の未平坦化サイクロイドの開始点及び終点と直線
によって結ばれるようにする。

【００１３】また、好ましくは、前記２つのサイクロイ
ドの中心で測定された、該サイクロイドの各平坦化量及
びその合計が、前記内歯リングギヤの前記ピッチ円の直
径の１／２０００〜１／５００になるようにする。

【００１４】また、好ましくは、前記内歯リングギヤと
前記ピニオンとが最も深く噛合する点における必要な歯
面間の最小限のクリアランスを、該内歯リングギヤと該
ピニオンの歯の輪郭を等距離縮小して得る。

【００１５】また、好ましくは、前記ピニオンの歯数を
７枚〜１１枚にする。

【００１６】また、好ましくは、少なくとも前記ピニオ
ンの前記歯溝に、狭い軸方向の溝を形成する。

【００１７】また、前記溝を、前記サイクロイドを生成
する前記サイクロイド生成円の周長の１／４〜１／６と
し、好ましくは１／５にする。

【００１８】また、好ましくは、前記溝の幅を、その深
さの２倍〜３倍にする。

【００１９】また、好ましくは、前記内歯リングギヤの
歯溝の底面に溝を形成する。

【００２０】

【作用】以下に本発明の作用を液体用ポンプを例にとっ
て説明する。なお、以下に必要に応じてリングギヤおよ
びピニオンをまとめて両歯車と称する。

【００２１】本発明の歯車式機械は、リングギヤがハウ
ジング内に設けられ、ピニオンがリングギヤの内歯に対
して中央に設けられたシャフトのクランクアームの周り
を回転するという構造を有し得る。しかし、本発明の歯
車式機械は、好適には、リングギヤが歯車チャンバ内で
回転し、リングギヤの回転軸および歯車チャンバに対し
て同心円状に設けられたピニオンが静的なシャフトによ
り、又はそのような回転軸の回りを回転するという構造
を有する。

【００２２】本発明の歯車式機械の主な利用分野は、内
燃機関および自動伝動装置用の、液体を潤滑又は圧縮す
るための内歯リングギヤポンプであり、最高３０バール
の送出圧力を有する。

【００２３】この使用目的のためには、ポンプのピニオ
ンがエンジンのクランクシャフトの延長部に設けられる
か、又はギヤボックス内の主軸がクランクシャフトによ
り駆動されるかであるが、内歯リングギヤポンプは、静
粛な低振動ポンプであることが証明されている。しか
し、エンジンおよび伝動装置としては、ますます静粛な
ものが要求される傾向にあるため、このようなポンプも
より一層静粛なものが要求される。

【００２４】リングギヤ機械（歯車式機械）の雑音を最
低限に低下させるに際して、本発明者は、リングギヤ機
械における送出流脈動は、少なくとも製造を厳密に行
い、且つクリアランスを小さくする場合は、主に瞬間変
位量特性により発生すると考える。ここで、瞬間変位量
特性は、主にピニオン又はリングギヤの回転角における
機械の圧縮領域と吸引領域との間の密閉点の位置に依存
する。従って、理論的には、歯がクリアランスなく完全
に噛合した場合、密閉点は歯面と歯の噛合線との交点に
一致する。圧縮開口部と吸引開口部の上方の領域内の密
閉点は重要ではない。なぜなら、上記密閉点によって分
離された液体セルは、いずれにしても吸引開口部および
圧縮開口部によってこの領域で連結されるからである。
このように歯が最も深く噛合する領域（以下、噛合最深
領域という）およびそれに対向する領域内の密閉点の位
置のみが、決定的な要素となる。本発明のリングギヤ機
械においては、理論的噛合線は、３つの円から形成され
る。この３つの円は、ピッチ円と、両歯車の回転軸を結
ぶ直線との交点で互いに接し、この直線を挟んで対象的
であり、２等分される。

【００２５】最も重要である噛合最深領域（図１の上部
に相当）における最適噛合条件は、本発明のサイクロイ
ド歯形によって得られる。しかし、これはクリアランス
がこの位置において非常に小さい場合に限られる。とこ
ろで、歯間のクリアランスの縮小量は、他の要素によっ
て制限される。なぜなら、大量生産用の高度な技術を使
用することなしに、リングギヤをある程度非円形にする
ことは不可能だからである。

【００２６】この結果、従来技術においては、最小限の
クリアランス又は遊びが常に、噛合最深点に対向するピ
ニオンの歯先とリングギヤの歯先（図１の底部に相当）
との金属的な接触を防止するために十分な値でなければ
ならない。噛合最深点に対向する領域で歯が自由に噛合
することを保証するために必要なクリアランスは、”最
小歯間クリアランス”につながり、これは周知の歯形に
おいてはまだ比較的大きなものになっている。このこと
自体の結果として、理論的輪郭とは大幅に異なる噛合最
深領域の密閉点の軌跡が生じる。

【００２７】噛合最深領域に可能な最小限のクリアラン
スを許し、対向する領域に大きな歯間クリアランスを残
すために、本発明者は、更に、互いに協働するリングギ
ヤの歯溝とピニオンの歯、またはリングギヤの歯とピニ
オンの歯溝のいずれかを、噛合最深点に対向する領域に
おいて歯先が確実に互いに自由になるまで、平坦化する
ことを提案する。従って、歯の平坦化は、噛合最深点に
対向する領域においてクリアランスが相対的に大きくな
ることを達成する。また、歯溝を同量分平坦化すること
は、噛合最深領域における歯間のクリアランスが拡大す
ることを補償する。

【００２８】言うまでもなく、上記の平坦化は、２つの
サイクロイド群、すなわち外（外転）サイクロイドおよ
び内（内転）サイクロイド間に分配され得る。しかし、
２つのサイクロイドの内の一方のみを制限した方がより
簡単である。

【００２９】その結果、両歯車は噛合最深領域における
最小限のクリアランスで実際に噛合し、かつクリアラン
スが理論的な最大値に非常に近付く。このことは、噛合
最深領域において、噛合する歯間の密閉点が偏位するこ
とに起因する悪影響を最小限に抑えることができる。す
なわち、このようにすれば、偏位の送出量脈動に対する
悪影響を減少できる。

【００３０】しかし、本発明により選択された歯厚の割
合によると、送出流脈動は、特に大幅に減少する。本発
明者等の広範囲にわたるテストの結果によれば、送出流
脈動、すなわちユニット時間毎のスループットの変動
は、選択された歯の輪郭に依存しないわけではないこと
が確認された。選択された歯形は、サイクロイド歯形の
場合、内歯リングギヤとピニオンとの歯厚の割合を変化
させることにより、特に容易に変更し得る。従って、サ
イクロイド歯形の利点を損なうこともない。この事実
は、本発明の課題の解決に利用されている。瞬間変位量
の変動、すなわち最大変位量、最小変位量および中間変
位量の差を示す指数が、中空リングギヤの歯厚とピニオ
ンの歯厚の各割合に対して記される場合、歯厚の割合が
１．５と３との間の領域において、最小変位量が得ら
れ、瞬間変位量は不規則であるということになる。

【００３１】また、上記の構成において、ピニオンの歯
厚をリングギヤの歯厚の半分、すなわち外サイクロイド
を生成する外サイクロイド生成円の直径を内サイクロイ
ドを生成するサイクロイド生成円の直径の半分にする
と、最適の条件になる。

【００３２】好ましくは、歯の輪郭の平坦化において、
２つのサイクロイドの内の１つのみ、すなわち外サイク
ロイドか内サイクロイドのいずれかを平坦化する。これ
により、必要なクリアランスが得られ、一方のサイクロ
イドの平坦化はゼロに等しくなる。ここで、外サイクロ
イドの平坦化を行う方がより好適である。

【００３３】言うまでもなく、平坦化において、歯溝の
平坦化およびこの歯溝と協働する歯先の平坦化は両方
共、同一の数学的法則に従う。例えば、歯の半径方向に
おける高さおよびこの歯と協働する対向ギヤの溝の半径
方向における深さが少し減少し、歯の中心又は歯溝の中
心から、歯の中心とピッチ円との交点までの距離が次第
に減少してゼロになるというように平坦化し得る。

【００３４】しかし、これは最適のサイクロイド形状か
らの逸脱を意味している。最も簡単な解決方法は、サイ
クロイドを規定する点を生成円の周縁からその中心に向
けて半径方向に少し移動されることにより得られる平坦
化である。このようにすれば、サイクロイド形状が保持
される。

【００３５】この結果、平坦化されたサイクロイドの開
始点と、ピッチ円上の未平坦化サイクロイドの対応する
開始点との間に１／数百ｍｍ程度の隙間が発生するが、
この隙間は平坦化されたサイクロイドの開始点および終
点と、ピッチ円上の未平坦化サイクロイドの開始点およ
び終点を直線で結ぶことによりうまく解消できる。

【００３６】また、リングギヤの直径が比較的大きい場
合は、平坦化量の合計は１／１０００になり、リングギ
ヤの直径が小さい場合は、この合計は１／５００にな
る。このことから、例えばリングギヤのピッチ円の直径
が１００ｍｍである場合は、２つのサイクロイドの平坦
化の合計は僅か約０．１ｍｍである。従って、平坦化さ
れたサイクロイドの開始点の、対応するピッチ円からの
距離も僅か０．１ｍｍとなる。

【００３７】しかし、これらの平坦化によって、噛合最
深領域においては、２つの歯車がほとんどクリアランス
なしで噛合し得、一方、噛合最深点に対向する領域にお
いては、歯先間に約０．１ｍｍのクリアランスが保持さ
れるという状態が達成される。更に、歯車がある特定の
回転位置にある場合は、歯先間のクリアランスはゼロに
近付き、リングギヤおよびおそらく最小直径を有するピ
ニオンにおいても正確さの欠如を補償する。

【００３８】本発明において、噛合最深領域における歯
間のクリアランスは非常に小さいものになるが、ゼロで
あってはならない。周方向における必要最小限の歯面間
クリアランスは、歯の輪郭を等距離縮小することにより
得られる。この縮小の程度は、例えばリングギヤのピッ
チ円の直径の１０^-4倍であり得る。この数値から、本発
明において必要とされる歯間クリアランスがいかに小さ
いかがわかる。

【００３９】ところで、歯数が増加すると、送出流脈動
は言うまでもなくリングギヤ機械において減少する。こ
のことは送出流自体についても当てはまる。従って、本
発明では、リングギヤ機械における歯数を過剰な送出流
脈動および許容不可能なほど小数の歯を設けることによ
る不具合いを受け入れることなく、歯数をできるだけ減
少させている。従って、ピニオンの歯数は７〜１１の間
で選択される。

【００４０】また、液体送出流におけるキャビテーショ
ンにより引き起こされる気泡の破壊によって起こり得る
液体ポンプの送出流中の圧力の突然の変動による影響を
防止するために、本発明では、少なくともピニオンの歯
溝の底面に狭い軸方向溝を設ける。

【００４１】この軸方向溝を設けると、歯溝がリングギ
ヤの歯先によって最適に充填されるので、両歯車が互い
に最適に案内し合う。それ故、歯間の密閉が損なわれる
ことなく、ある程度のデッドスペースを保証する。この
ように生成されたデッドスペースにおいては、作動液体
および絞り出された油の蒸気が充満したキャビテーショ
ン泡が、ポンプ又はモータの駆動により破壊されること
なく高速に集まる。キャビテーション泡は質量が小さい
ため、ピニオンの歯溝の底面近傍の重力の影響により集
められる。従って、上記溝のデッドスペースの否定的な
作用は無視し得るほど小さなものになる。

【００４２】上記の溝のサイズを決定するためのガイド
ラインによると、溝の幅が狭すぎると吸引容量が小さす
ぎる一方、溝が深すぎるとピニオンの強度が損なわれ
る。また、溝の幅が広すぎると、両歯車の輪郭の協働が
損なわれる。

【００４３】ここで、矩形断面の溝を設けると、吸引容
量が大きくなるという利点がある。また、高度に丸い輪
郭、例えば円弧の断面を有する場合は、ピニオンの強度
の脆弱化が最小限に抑えられるという利点がある。矩形
の溝の場合は、ノッチ効果を避けるために、溝の側壁と
底面が交わる辺に都合よく丸みを持たせる。溝の側壁と
隣接する歯溝の底面が交わる辺もまた、歯溝の底面の全
荷重容量をできるできるだけ保持するために、丸みを持
たせる。

【００４４】また、内歯リングギヤの歯溝の底面にも溝
を設けると、この溝はいかなるキャビテーション泡をも
吸引しないが、絞り出された油は吸引し得る。このこと
は多くの場合好都合である。通常、これらの溝はピニオ
ンの歯溝の底面の溝よりも小さく形成され得る。

【００４５】軸方向から見れば、上記溝は、例えば円弧
の断面を有する。しかし、製造上の理由により、溝が全
歯幅にわたって一定の断面を有することが好適である。

【００４６】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００４７】図１は本発明が適用されるリングギヤポン
プを示す。このリングギヤポンプは、円筒状のリングギ
ヤチャンバ２を有するハウジング１を備えている。リン
グギヤチャンバ２の周面上には、内歯リングギヤ３の円
筒状の周面が回転可能に取り付けられている。中空の内
歯リングギヤ３は、歯４を８枚有する。歯４は、ピニオ
ン６の歯５と噛合し、ピニオン６は、これを駆動するシ
ャフト７の周りに回転可能に取り付けられている。内歯
リングギア３の回転軸を参照符号８で示し、ピニオン６
の回転軸を参照符号９で示す。

【００４８】図１の矢印Ａで示すように、リングギヤポ
ンプは時計回りに回転する。リングギヤポンプは吸引用
開口部１０および排出用開口部１１を有する。これら２
つの開口部１０および１１は、図１において内歯リング
ギヤ３およびピニオン６の後方に位置するため、これら
開口部の輪郭を破線で示す。なお、説明の明確化のた
め、吸引用開口部１０への吸引通路および排出用開口部
１１からの排出通路は、図１には図示しない。

【００４９】一般にリングギヤポンプに関しては、図１
を参照して上記した程度のことが周知である。サイクロ
イドの平坦化、内歯リングギヤ３の歯厚に対するピニオ
ン６の歯厚の割合、およびピニオン６の歯溝の底面に設
けられた溝１６を除いて、上記ポンプは、独国特許第
３，９３８，３４６号または１９９０年１０月５日提出
の米国特許出願第５９３，１３５号によるポンプに対応
する。

【００５０】図４に、ピニオン６のピッチ円ＴＲ上でラ
ジアンに基づいて測定したピニオン６の歯厚ＢＥ、およ
び、内歯リングギヤ３のピッチ円ＴＨ上で同様に測定し
た、内歯リングギヤ３の歯厚ＢＨを示す。理論的噛合線
Ｅもまた、図４に示す。図４に示す上記噛合線Ｅの上部
を、図３（ａ）に拡大して示す。上記したように、噛合
線Ｅは、両歯車（内歯リングギヤ３およびピニオン６）
の回転時に、ピニオン６の歯５の輪郭と内歯リングギヤ
３の歯４の輪郭とが接する点の軌跡を表す。

【００５１】両歯車が図３（ａ）および図５に示す位置
から回転を始める場合、噛合点は、まず位置Ｅ０（図３
（ａ）参照）にある。噛合点は、ここから半円Ｅ１上を
移動して点Ｃに達する。点Ｃは、２つのピッチ円ＴＨお
よびＴＲが、内歯リングギヤ３およびピニヨン６の回転
軸８および９を結ぶ直線の延長線上で接する点である。
噛合点は、点Ｃから、円Ｅ３上を矢印Ｂの方向に移動す
る。

【００５２】噛合点が、点Ｅ０と点Ｃとを結ぶ直線上
の、円Ｅ３の頂点に達すると、図３（ａ）の左部分に示
すピニオン６の中心線が点Ｅ０と点Ｃとを結ぶ直線上に
位置する。噛合点は、さらに円Ｅ３の左半分上を移動し
て再び点Ｃに達し、図３（ａ）の左部分に示すピニオン
６の左歯面が点Ｃに位置する。同時に、ピニオン６の歯
先の外サイクロイドと内歯リングギヤ３の歯の内サイク
ロイドとの噛合点は、２つのピッチ円の間の曲線Ｅ２上
を、噛合最深点に対向する領域に向かって下方に移動
し、その後、再び点Ｃに向かって上方に移動する（図４
参照）。

【００５３】しかし、実際の噛合線、即ち、より正確に
は２枚の歯の間の密閉点の軌跡は、遊びおよび製造上の
不正確さのために、上記の理論的軌跡とは大幅に異な
る。

【００５４】図３（ａ）より、上記した理論的且つ理想
的な状態においては、内歯リングギヤ３の歯の中心線が
両歯車の回転中心８および９を結ぶ直線上にある時、サ
イクロイド歯形を有する内歯リングギヤ３の歯４の後歯
面と、ピニオン６の歯５の前歯面との間には、非常に狭
いクリアランスＶＲのみが存在する。このクリアランス
ＶＲは、この後、両歯車が変位距離が最高値に達する前
の最適点まで角回転を行う領域中において変位されなけ
ればならないということもまた明かである。

【００５５】しかし実際には、ギヤの歯の噛合に全く遊
びがないということは決してない。特に従来は、比較的
大きな遊びが必要であった。なぜなら、腎臓形の吸引用
開口部１０と排出用開口部１１との間に必要な密閉領域
における噛合最深点に対向する領域においては、歯が互
いにブロッキングおよびハンマーリングをし得ないとい
うことを保証するために、適当な歯先間クリアランス
が、あまり望ましくはないが、存在しなければならなか
ったからである。

【００５６】周知のサイクロイド歯形においては、図１
の下部密閉領域におけるこのランニングクリアランスも
また、噛合最深領域の密閉点において、望ましくない大
きなクリアランスが形成されることにつながる。本発明
は、噛合最深点に対向する領域において必要な相対的に
大きな歯間クリアランスを損なうことなく、噛合最深領
域において、最小限のクリアランスのみが存在すること
を可能にする。歯溝および歯の輪郭を形成するサイクロ
イドを上記目的に必要なだけ平坦化するための好適な条
件を、図２に拡大して示す。修正すべき歯車のピッチ円
をＴで示す。以下、これをピニオン６のピッチ円とす
る。

【００５７】サイクロイドを生成するための生成円ＲＨ
も図２に示す。生成円ＲＨが点Ｚ０から、ピッチ円Ｔの
内側に沿って移動する場合、生成円ＲＨの周縁上の点Ｙ
１は、初期位置がＺ０であり、ピニオン６の歯溝を規定
するサイクロイドＦＲを描く。サイクロイドを描く点
を、生成円ＲＨの半径ｒＨ上を、生成円ＲＨの中心に向
かって短距離だけ移動させて点Ｘ１とした場合、点Ｘ１
の初期位置は、点Ｚ１となり、Ｙ１の場合のＺ０とは異
なる。生成円ＲＨがピッチ円Ｔ上をさらに左に移動した
場合、点Ｘ１がサイクロイドＦＲ１を描くが、その終点
は、ピッチ円からは少し離れる。その距離は、図２にお
いてはＺ１−Ｚ０の距離に相当する。同様に、生成円Ｒ
Ｅを回転させることにより、ピニオン６の歯先を規定す
る外サイクロイドＦＨもまた平坦化され得る。この場
合、平坦化されたサイクロイドＦＨ１を描く点Ｘ２は、
初期位置がＺ２である。この様式で、左側の大きなピニ
オン６の歯底面を、ピッチ円Ｔ方向に放射状に移動さ
せ、一方、ピニオン６の歯の輪郭を、サイクロイドＦＨ
から放射状にピッチ円Ｔ方向に移動させて平坦化する。

【００５８】内歯リングギヤ３の歯４の輪郭および歯溝
も同様に平坦化される。そのための構造は、ピッチ円Ｔ
が内歯リングギヤ３のピッチ円であり、生成円ＲＨが歯
４の輪郭を規定し、生成円ＲＥが歯溝を規定すること以
外は、上記したものと同一である。本発明による構造に
おいて、平坦化されたサイクロイドは、ピッチ円Ｔから
少し離れた位置において開始および終了する。図２にお
いて、この距離はＺ１−Ｚ２の距離である。この距離は
実際は、図２に拡大して示したものに比べて非常に短い
ため、単に直線で結ばれ得る。歯を上記したような形に
すれば、まず、噛合最深領域においてクリアランスのな
い、図３（ａ）に相当する、理想的な歯形が得られる。

【００５９】しかし、この歯形は、噛合最深点に対向す
る領域においては、図５に示す回転位置において、歯先
間のクリアランスＳＲを有し、そのクリアランスＳＲの
距離は最大で、Ｚ０−Ｚ１の距離とＺ０−Ｚ２の距離を
合計したものである。噛合最深領域における歯間クリア
ランスを規定する場合、ピニオン６の歯高の縮小距離お
よび内歯リングギヤ３の歯高の縮小距離の合計が、噛合
最深点に対向する領域における歯のいかなる金属的接触
をも確実に防止するために十分長い限り、内歯リングギ
ア３の歯に丸みが欠けていることを考慮する必要はもは
やない。言うまでもなく実際は、ピニオン６の歯５と内
歯リングギヤ３の歯４とが両方とも平坦化されるわけで
はなく、上記２つの歯車のいずれか一方のみが平坦化さ
れる。この方がより簡単である。

【００６０】実際は、最小限の歯間クリアランスのみを
残しておくことが必要であり、これは、内歯リングギヤ
３の歯の輪郭またはピニオン６の歯の輪郭のいずれか
を、図２に示す構造によって得られたサイクロイドＦＲ
１またはＦＨ１の後方百分の１ミリまたは数百分の１ミ
リの位置にある等距離線まで戻す（縮小する）ことによ
り、簡単に得られる。このようにして得られた歯車対を
図５に示す。図５より、歯間クリアランスＳＵは、噛合
最深点に対向する領域の歯先間のクリアランスＳＲに対
して非常に狭い必要があるということが明かである。

【００６１】図３（ｂ）に、本発明により得られた歯形
を、図３（ａ）と同一の拡大率で示す。図３（ｂ）よ
り、歯の輪郭を、例えばピッチ円直径の千分の１縮小す
ることによって得られた僅かな歯間クリアランスＶＲに
液体が充満するということが明かである。このようにし
て、図３（ｂ）に示す位置にある２つの歯車間に得られ
たクリアランスＶＲの効果は、ピニオン６による駆動力
が理論上におけるように点Ｅ０において伝達されるので
はなく、かなり広い領域にわたって広がるということで
ある。

【００６２】なぜなら、上記の小さなクリアランスＶＲ
に送出液体が充満し、その液体クッションが広い領域に
わたって駆動力を伝達するからである。従来必要であっ
た大きな歯間クリアランスによると、２枚の歯の輪郭の
潤滑性が非常に悪かったために、液体膜は非常に狭い領
域のみに存在し、絞り出された液体の量が非常に多かっ
た。

【００６３】本発明によると、駆動ピニオン６と駆動さ
れる内歯リングギヤ３との歯の接触は、広い領域で起こ
る。なぜなら、上記２枚の歯の歯面間の薄い送出液体層
の厚みの差が非常に小さいため、図３（ｂ）に示すクリ
アランスＶＲから液体を左方に絞り出すために必要な圧
力が、内歯リングギヤ３にトルクを伝達するために十分
大きいからである。図３（ｂ）に示す曲線束Ｅ１’に覆
われた領域が、図３（ａ）に示す、噛合点が移動する半
円Ｅ１に置き喚わっている。

【００６４】ピニオン６の歯溝と内歯リングギヤ３の歯
４との協働に関する上記の条件は、ピニオン６の歯５と
内歯リングギヤ３の歯溝との協働に関しても同様に適用
される。この場合は、噛合点が移動する円Ｅ３（図３
（ａ））が曲線束Ｅ３’に覆われた領域（図３（ｂ）参
照）に置き換えられる。

【００６５】図３（ａ）に示す噛合線部Ｅ４およびＥ５
の領域では、力を伝達する歯の接触はもはや起こらな
い。上記歯の接触は、噛合最深領域外の回転領域におい
て大きな歯間クリアランスを設けることにより防止され
る。よって、曲線Ｅ２の最初の部分のみが短い距離だけ
保持される。

【００６６】最後に、歯間クリアランスＶＲが最小であ
る、図３（ｂ）に示す本発明による構造により、高い密
閉性が得られ得るということが明かである。なぜなら、
図３において残されたクリアランスＶＲが、その全長に
わたって非常に狭いからである。

【００６７】図２および図４から明かなように、本発明
によると、内歯リングギヤ３またはピニオン６のピッチ
円Ｔに沿って描かれた内サイクロイドＦＲ１により規定
される歯先または歯溝の周長は、外サイクロイドＦＨ１
により規定される歯溝または歯先の周長の２倍である。
換言すれば、内サイクロイドＦＲ１を生成する生成円Ｒ
Ｈは、生成円ＲＥの約２倍の直径を有する。

【００６８】本発明の他の大きな利点は、２つの歯車間
に半径方向および接線方向の加速および減速が実際ない
ということである。

【００６９】一般に、原則として、半径方向クリアラン
スの大きさは、噛合最深点に対向する領域におけるラン
ニングクリアランスの１／６から１／３で十分であると
いうのは正しい。すなわち、上記の大きさのクリアラン
スが、歯の輪郭を、サイクロイド、または平坦化された
サイクロイドの後方百分の1ミリまたは数百分の１ミリ
に位置する等距離線まで縮小することにとって十分であ
るというのは正しい。そして、上記歯の輪郭を縮小する
ことはまた、噛合最深領域においても効果的である。

【００７０】最後に、上記より、本発明によるクリアラ
ンスの縮小により、歯が互いに噛合した、独国特許第
３，９３８，３４６号による歯車式機械において、以下
の利点が達成される。

【００７１】図３（ｂ）より、本発明においては、少な
くとも油ポンプにおいて、図３（ｂ）に示す位置から、
ピニオン６の歯５がピニオン６および内歯リングギヤ３
の回転軸８および９を結ぶ直線上にある位置まで、歯車
を回転させた時に、絞り出された油の量が、薄い油膜の
量よりも認識可能な程度に多いということはないという
ことが明かである。換言すれば、クリアランスに残留し
ている油の量は、遊びを充満する薄い油膜の量を殆ど越
えていないため、絞り出された油をさらに変位させる必
要はほとんどない。

【００７２】このことは、送出流脈動を大幅に減少させ
る。上記の本発明による、歯先の厚みの違いも同様に作
用する。図６では、ピニオン６の歯厚ＢＥに対する内歯
リングギヤ３の歯厚ＢＨの割合（ＢＨ／ＢＥ）を横座標
に取り、外サイクロイド生成円の直径に対する内サイク
ロイド生成円の直径を数学的に計算している。縦座標は
瞬間変位量Ａの均一性に対する欠如率δを示す。

【００７３】均一性に対する欠如率δは以下の式で表さ
れる。

【００７４】δ＝（Ａｍａｘ−Ａｍｉｎ）／Ａｍｅａｎ図６は、図１、図４および図５に示すように、内歯リン
グギヤ３の歯数：ピニオン６の歯数が７：８である場合
の、上記割合を示す。図６より、瞬間変位量Ａの均一性
に対する欠如率δが、歯厚の割合に依存していることが
明かである。ＢＨ／ＢＥ＝２の場合、この割合は明かに
最少である。この場合、均一性に対する欠如率δは僅か
約２．５％である。これに対して、ピニオン６と内歯リ
ングギヤ３との歯厚が等しい場合は、均一性に対する欠
如率δは５％よりも高い。同様に、本発明により選択さ
れた歯厚の割合は、送出流脈動の減少に大きく寄与し、
したがって雑音を低下させる。

【００７５】すでに低音発生に関して特徴を有する本発
明による歯車式機械において、より高速に回転した場合
にも雑音を低下させるために、軸方向溝１６が、ピニオ
ン６の歯溝の底面中央に設けられている。図面から明ら
かなように、これらの溝１６は半円形の断面を有してい
るが、ピニオン６の歯溝底面の表面に鋭角的に入り込ん
でいるわけではない。

【００７６】歯車式ポンプが時計回りに回転する場合、
比較的高速の回転時に送出液中に発生するキャビテーシ
ョン泡が遠心力によって溝１６に集まり、この部分のデ
ッドスペース効果により、噛合最深点、すなわち、点Ｃ
を越えて、吸引領域に運搬される。同様に、溝１６が絞
り出された油を吸引し得る。この結果、雑音が大幅に低
下し、それにしたがって効率も向上する。

【００７７】絞り出された油を吸引するための類似の溝
１７が、内歯リングギア３の歯溝底面にも設けられ得
る。溝１７を図５に破線で示す。

【００７８】

【発明の効果】以上の本発明によれば、外サイクロイド
及び／又は内サイクロイドの各平坦化量又はその合計
が、内歯リングギヤとピニオンとが最も深く噛合する点
に対向する領域における歯先間において必要な半径方向
クリアランスに相当し、かつピニオンと内歯リングギヤ
とが互いに最も深く噛合する点おけるクリアランスが大
幅に小さくなる程度にまで２つのサイクロイドを平坦化
する構成をとるので、送出流脈動を大幅に低減できる。
従って、雑音の発生を低減でき、更には機械効率の向上
および寿命の延命が図れる。

【００７９】また、クリアランスが小さいために、ピニ
オンと内歯リングギヤとの間の密閉性も高い。

【００８０】また、特に請求項４、請求項５等記載の歯
車式機械によれば、製作性の向上およびコストダウンが
可能になる。

【００８１】また、特に請求項１１記載の歯車式機械に
よれば、雑音発生をより一層低減でき、機械効率を更に
一層向上できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】内歯リングギヤおよびピニオンを有するギヤチ
ャンバが見えるようにカバーを省略した、本発明による
内歯リングギヤポンプの模式図。

【図２】サイクロイドを平坦化するための、利点のある
幾何学的構造を拡大して示す図。

【図３】（ａ）は、本発明による理想的な遊びのない歯
形の左半分の、噛合最深領域をより拡大して示す図であ
り、（ｂ）は、実際のクリアランスを有する歯形を
（ａ）と同一の拡大率で示す図。

【図４】図１に示すリングギヤポンプの、ある回転位置
における両歯車を示す図。

【図５】図１に示すリングギヤポンプの、別の回転位置
における両歯車を示す図。

【図６】内歯リングギヤとピニオンの歯数の比率が７：
８であるポンプにおいて、瞬間変位量の不規則性が、ピ
ニオンの歯厚に対する内歯リングギアの歯厚の割合に依
存するということを示すグラフ。

【符号の説明】

１ハウジング２リングギヤチャンバ３内歯リングギヤ６ピニオン１０吸引用開口部１１排出用開口部１６、１７溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体又は気体用のポンプ或はモータに使
用される歯車式機械であって、吸引用開口部及び排出用開口部を有する歯車チャンバを
含むハウジングと、該歯車チャンバ内に設けられた内歯リングギヤと、該ハウジング内の該内歯リングギヤの内側に回転可能に
設けられ、該内歯リングギヤよりも１枚少ない数の歯を
有し、該内歯リングギヤと噛合し、回転時に、それ自身
の歯と該内歯リングギヤの歯との間に、該吸引用開口部
から該排出用開口部に液体又は気体を送るための、回
転、膨張および収縮する液体セルを形成するピニオンと
を備え、該ピニオンの歯先及び該内歯リングギヤの歯溝が、該ピ
ニオン及び該内歯リングギヤのピッチ円上の第１のサイ
クロイド生成円が回転することにより生成される外サイ
クロイド形状を有し、該ピニオンの歯溝および該内歯リングギヤの歯先が、該
ピニオン及び該内歯リングギヤのピッチ円上の第２のサ
イクロイド生成円が回転することにより生成される内サ
イクロイド形状を有し、該第１のサイクロイド生成円の半径が該第２のサイクロ
イド生成円の半径と異なる歯車式機械において、対応するピッチ円上で測定された、該内サイクロイドに
より規定される該ピニオンの歯溝及び該内歯リングギヤ
の歯先の周長が、対応するピッチ円上で測定された、該
外サイクロイドにより規定される該ピニオンの歯先及び
該内歯リングギヤの歯溝の周長の１．５倍〜３倍であ
り、該外サイクロイド及び／又は該内サイクロイドの各平坦
化量又はその合計が、該内歯リングギヤと該ピニオンと
が最も深く噛合する点に対向する領域における歯先間に
おいて必要な相対的に大きなクリアランスに相当し、更
に該ピニオンと該内歯リングギヤとが互いに最も深く噛
合する点におけるクリアランスが大幅に小さくなるま
で、該２つのサイクロイドが平坦化されている歯車式機
械。
【請求項２】前記ピニオンの歯溝および前記内歯リン
グギヤの歯先の周長が、該ピニオンの歯先及び該内歯リ
ングギヤの歯溝の周長の１．７５倍〜２．２５倍である
請求項１記載の歯車式機械。
【請求項３】前記ピニオンの歯溝及び前記内歯リング
ギヤの歯先の周長が、該ピニオンの歯先及び該内歯リン
グギヤの歯溝の周長の２倍である請求項２記載の歯車式
機械。
【請求項４】前記外サイクロイド又は前記内サイクロ
イドの一方が、必要なクリアランスが実質的に得られる
まで平坦化され、他方のサイクロイドの平坦化量がゼロ
に等しい請求項１記載の歯車式機械。
【請求項５】前記外サイクロイドが平坦化されている
請求項４記載の歯車式機械。
【請求項６】前記外サイクロイド又は内サイクロイド
の平坦化が、対応するサイクロイドを規定する点を、前
記サイクロイド生成円の周縁から中心に向けて、該サイ
クロイド生成円の半径上を少し移動させて行われる請求
項１記載の歯車式機械。
【請求項７】平坦化された各サイクロイドの開始点及
び終点が、前記ピッチ円上の各々対応する元の未平坦化
サイクロイドの開始点及び終点と直線によって結ばれて
いる請求項６記載の歯車式機械。
【請求項８】前記２つのサイクロイドの中心で測定さ
れた、該サイクロイドの各平坦化量及びその合計が、前
記内歯リングギヤの前記ピッチ円の直径の１／２０００
〜１／５００である請求項１記載の歯車式機械。
【請求項９】前記内歯リングギヤと前記ピニオンとが
最も深く噛合する点における必要な歯面間の最小限のク
リアランスが、該内歯リングギヤと該ピニオンの歯の輪
郭を等距離縮小して得られる請求項１記載の歯車式機
械。
【請求項１０】前記ピニオンの歯数が７枚〜１１枚で
ある請求項１記載の歯車式機械。
【請求項１１】少なくとも前記ピニオンの前記歯溝
に、狭い軸方向の溝が形成されている請求項１記載の歯
車式機械。
【請求項１２】前記溝が、前記サイクロイドを生成す
る前記サイクロイド生成円の周長の１／４〜１／６であ
り、好ましくは１／５である請求項１１記載の歯車式機
械。
【請求項１３】前記溝の幅が、その深さの２倍〜３倍
である請求項１１記載の歯車式機械。
【請求項１４】前記内歯リングギヤの歯溝の底面に溝
が形成されている請求項１１記載の歯車式機械。