KR101565263B1

KR101565263B1 - 내접 기어 펌프

Info

Publication number: KR101565263B1
Application number: KR1020147004013A
Authority: KR
Inventors: 마사토 우오즈미
Original assignee: 스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2015-11-02
Also published as: WO2013061820A1; MY166495A; US20140271298A1; KR20140037262A; DE112012004434T5; CN103890398A; JP5674044B2; CN103890398B; JP2013092050A; US9541085B2

Abstract

본 발명의 내접 기어 펌프는, 톱니수가 n인 내측 로터(2)와 톱니수가 (n+1)인 외측 로터(3)의 맞물림 점이, 내측 로터 중심(O_I)과 외측 로터 중심(O_O)이 배치되는 편심축(CL)에 대하여 로터의 회전 방향 후방에 위치하는 펌프 로터(4)를 구비한 내접 기어 펌프로서, 상기 외측 로터(3)의 맞물림부 부근의 톱니면 곡선이, 내측 로터(2)의 맞물림부 부근의 톱니면 형상을 전사하여 구성된 내접 기어 펌프이다.

Description

내접 기어 펌프{INTERNAL GEAR PUMP}

본 발명은, 톱니수가 n인 내측 로터와, 톱니수가 (n+1)인 외측 로터를 조합시킨 펌프 로터를 갖는 내접 기어 펌프에 관한 것이다. 자세히는, 내측 로터와 외측 로터의 맞물림 점이 편심축에 대하여 항상 회전 방향 후방에 위치하는 내접 기어 펌프에 관한 것이다.

상기의 내측 로터와 외측 로터를 편심 배치하여 조합한 펌프 로터를 하우징의 로터실에 수납하여 구성되는 내접 기어 펌프는, 차의 엔진의 윤활용이나 자동 변속기(AT)용의 오일 펌프 등으로서 이용되고 있다.

이 내접 기어 펌프는, 하우징의 로터실의 단부면에 흡입 포트와 토출 포트를 갖는다. 흡입 포트 종단(終端)과 토출 포트 시단(始端) 사이는, 내측 로터와 외측 로터의 톱니간에 만들어지는 챔버(펌프실)를 흡입 포트와 토출 포트로부터 분리하는 폐쇄부로서 구성되어 있다. 상기 챔버가 흡입 포트에 면하여 면적(용적)을 확대하면서 이동하는 동안에 그 챔버에 액체가 흡입되고, 챔버가 토출 포트에 면하여 면적을 축소하면서 이동하는 동안에 챔버 내의 액체가 토출 포트에 내보내진다.

이 내접 기어 펌프에, 내측 로터의 치형을 하기 특허문헌 1의 방법으로 창성(創成)한 것이 있다. 동일 문헌의 방법(이것에 대해서는, 후술함)으로 설계되는 치형은, 톱니 높이를 자유롭게 증대시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 챔버의 용적을 크게 하여 펌프의 토출량을 증대시킬 수 있다.

이 특허문헌 1의 방법으로 치형을 창성한 내측 로터는, 이것과 조합하는 외측 로터의 치형을 하기 특허문헌 2에 기재된 방법으로 창성하면 비교적 회전이 매끄러운 펌프 로터를 실현할 수 있다. 이 때문에 조합 상대의 외측 로터의 치형을 특허문헌 2의 방법으로 창성하는 것이 이루어지고 있다.

특허문헌 2가 개시하고 있는 방법은, 내측 로터 중심을, 직경(2e+t)(여기에서, e는 내측 로터와 외측 로터의 편심량, t는 내측 로터와 외측 로터의 팁 클리어런스를 나타냄)의 원 상에서 공전시키고, 공전 1회당 1/n회 자전하여 얻어지는 내측 로터의 톱니면 곡선군의 포락선을 외측 로터의 치형으로 한다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제4600844호 공보 특허문헌 2 : 일본 실용 공고 평6-39109호 공보

상기 특허문헌 1의 방법으로 치형을 창성한 내측 로터와, 특허문헌 2의 방법으로 치형을 창성한 외측 로터를 조합시킨 펌프 로터에서는, 내측 로터와 외측 로터의 맞물림 점이, 항상 내측 로터 중심과 외측 로터 중심이 놓이는 편심축에 대하여 로터의 회전 방향 후방에 위치하는 경우가 있다.

맞물림 점이 로터의 회전 방향 후방에 위치하는 이 펌프 로터는, 특히, 회전에 수반되는 내측 로터와 외측 로터의 맞물림 피치 직경이나 맞물림 압력각의 변동 폭이 커지기 쉽다. 이 큰 변동이 원인으로, 내측 로터와 외측 로터 사이에서의 토크 전달이 불안정하게 되거나, 구동원의 부담이 증가하거나, 로터의 톱니면의 마모 상황에 악영향이 나오거나 한다.

그래서, 본 발명은, 로터의 회전에 수반되는 맞물림 피치 직경이나 맞물림 압력각의 변동을 억제하여 펌프의 성능을 높이는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 톱니수가 n인 내측 로터와 톱니수가 (n+1)인 외측 로터의 맞물림 점이, 내측 로터 중심과 외측 로터 중심이 배치되는 편심축에 대하여 로터의 회전 방향 후방에 위치하는 펌프 로터를 구비한 내접 기어 펌프로서, 상기 외측 로터의 맞물림부 부근의 톱니면 곡선을, 내측 로터의 맞물림부 부근의 톱니면 형상이 전사(轉寫)된 것으로 하였다.

이 펌프는, 구체적인 형태로서, 예컨대 이하의 내측 로터와 외측 로터를 이용한 것을 들 수 있다. 상기 내측 로터의 치형이 하기 방법 I에 의해 창성된다. 그리고, 상기 외측 로터의 치형이 하기 방법 II에 의해 창성된다. 외측 로터의 피치원 근방에 있는 굴곡의 정부(正負) 방향의 변화점보다 적어도 외경측에서, 내측 로터의 맞물림부 부근(전사 지점에 대응한 위치)의 톱니면 형상이 외측 로터의 톱니면 곡선에 전사된다.

여기서 말하는 내측 로터의 치형의 전사는, 예컨대 도면 상에서 외측 로터를 고정하고, 이 상태에서 내측 로터를 맞물림 위치로부터 미소 각도 회전시키며(내측 로터를 고정하고 외측 로터를 역회전 방향으로 회전시켜도 좋음), 이 때에 내측 로터의 톱니가 외측 로터측에 들어간 지점(외측 로터의 원래 톱니면과 겹치는 지점)을 제거한다. 이에 의해, 외측 로터의 톱니면의 일부가 내측 로터의 톱니면 형상으로 치환된다. 즉, 이것이 전사이다.

이 전사를 행할 때의 내측 로터와 외측 로터의 상대 회전의 양은, 예컨대 0.5˚∼1˚ 정도가 좋다. 그 회전량의 설정은, 로터의 맞물림이 편심축에 가장 근접하는 내측 회전 각도(내측 로터의 회전 각도)에서, 외측 로터의 톱니면 곡선의 피치원 근방에 있는 굴곡의 정부 방향의 변화점보다 적어도 외경측이 내측 로터의 톱니면 형상이 전사되는 각도이면 좋다.

또한, 내측 로터와 외측 로터의 톱니의 맞물림은, 각 톱니의 한 면측에서만 일어난다. 그런데, 양 로터는 일면측과 타면측을 구별할 수 없는 경우가 많다. 따라서, 조립 미스의 방지를 위해, 조립에 방향성이 생기지 않도록, 톱니면의 보정은 좌우 대칭으로 행한다.

본 발명의 내접 기어 펌프는, 외측 로터의 맞물림부 부근의 톱니면 곡선을 상기한 바와 같이 보정하는 것과 더불어, 외측 로터의 치형 창성에 이용하는 내측 로터를 가(假) 로터로 하고, 이 가 로터의 톱니의 이뿌리측을 가늘어지게 한 것을 본(本) 내측 로터로 하여 톱니면 곡선이 보정된 외측 로터와 조합하면 바람직하다.

외측 로터의 톱니면 곡선의 보정에서, 맞물림 위치로부터 미소 각도 회전시킨 내측 로터의 이뿌리측의 톱니면이, 외측 로터의 이끝측의 톱니면에 전사되는 경우가 있다. 이 경우, 로터의 품질에 따라 맞물림 점이 내측 로터 이뿌리측으로 변동할 우려가 있다. 그래서, 본 내측 로터의 이뿌리측을 가늘어지게 함으로써, 내측 로터 이뿌리측에서의 맞물림을 막아 맞물림 점의 변동을 없앤다. 그 대응으로, 맞물림 피치 직경, 맞물림 압력각의 변동을 억제할 수 있다.

본 발명의 내접 기어 펌프는, 외측 로터의 맞물림부 부근의 톱니면 곡선을, 내측 로터의 맞물림부 부근의 톱니면 형상이 전사된 형상으로 했기 때문에, 로터가 회전하여도 맞물림 점의 극단적인 변동이 일어나지 않는다.

이 때문에 맞물림 피치 직경이나 맞물림 압력각의 변동이 작게 억제되고, 내측 로터와 외측 로터 사이에서의 토크 전달이 안정되어 구동원의 부담 경감이나 로터의 톱니면의 변칙적 마모의 억제 등으로 이어진다.

도 1은 본 발명의 내접 기어 펌프의 일례를, 하우징의 커버를 탈거한 상태로 하여 도시하는 단면도이다.
도 2a는 일정 직경의 창성원을 이용하여 도 1의 내측 로터의 치형을 창성하는 방법의 해설도이다.
도 2b는 일정 직경의 창성원의 중심의 이동 상태를 도시하는 이미지도이다.
도 3은 외측 로터 톱니면 곡선의 창성 방법의 설명도이다.
도 4는 외측 로터 톱니면 곡선의 보정 방법의 설명도이다.
도 5는 도 4의 둥근 프레임부의 확대도이다.
도 6은 가 내측 로터와 본 내측 로터의 이뿌리측의 차이를 도시하는 도면이다.
도 7a는 발명품 1의 펌프 로터의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 변동 상황을 도시하는 도면이다.
도 7b는 발명품 1의 펌프 로터의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 변동 상황을 도시하는 도면이다.
도 7c는 발명품 1의 펌프 로터의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 변동 상황을 도시하는 도면이다.
도 7d는 발명품 1의 펌프 로터의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 변동 상황을 도시하는 도면이다.
도 7e는 발명품 1의 펌프 로터의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 변동 상황을 도시하는 도면이다.
도 8은 맞물림 압력각의 변동을 비교한 데이터를 그래프화하여 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 내접 기어 펌프의 실시형태를 첨부 도면의 도 1∼도 6에 기초하여 설명한다.

도 1에 도시하는 내접 기어 펌프(1)에서는, 톱니수가 n인 내측 로터(2)와, 톱니수가 (n+1)인 외측 로터(3)를 편심 배치로 조합하여 펌프 로터(4)를 구성하였다. 이 펌프 로터(4)를 하우징(5)의 로터실(6)에 수납하여 내접 기어 펌프(1)를 구성했다. 도면 중 O_I는 내측 로터 중심, O_O는 외측 로터 중심, e는 내측 로터(2)와 외측 로터(3)의 편심량을 나타낸다. 로터실(6)의 단부면에는, 흡입 포트(7)와 토출 포트(8)가 형성되어 있다.

내측 로터(2)는, 그 치형을, 내측 로터와 동심의 기준원(A)과, 이끝의 창성원(B)과, 이뿌리의 창성원(C)을 이용하여 하기의 방법 I에 의해 창성한다. 창성원(B, C)은, 원주 상의 점(j)이, 기준원(A)과 Y축의 교점[기준점(J)]을 통과하는 원이다.

내측 로터(2)의 치형을 창성하는 방법 I는,

도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 우선, 이끝의 창성원(B), 이뿌리의 창성원(C)을 하기 (1)∼(3)의 조건에 기초하여 이동시킨다. 다음에 그 사이에 내측 로터 중심(O_I)과 동심의 기준원(A) 상의 기준점(J)과 겹치는 상기 창성원(B, C)상의 점(j)이 그리는 궤적 곡선을 그린다. 그리고, 그 궤적 곡선을 기준원 중심(O_I)으로부터 이끝 정점(T_T) 또는 이뿌리 정점(T_B)에 이르는 직선(L₂, L₃)에 대하여 대칭으로 반전시켜 내측 로터의 이끝의 톱니면 곡선, 이뿌리의 톱니면 곡선 중 적어도 하나를 이룬다.

- 창성원(B, C)의 이동 조건 (1)∼이동 조건 (3) -

(1) 창성원(B, C)을, 이들 창성원 상의 점(j)이 기준원(A) 상의 기준점(J)에 겹치도록 배치한다. 이 때에 창성원 중심(pa, pb)이 있는 위치를 이동 시점(Spa, Spb)으로 한다. 이 이동 시점(Spa, Spb)으로부터 창성원(B, C)을 일정 각속도로 자전시키면서, 창성원 중심(pa, pb)이 이동 종점(Lpa, Lpb)에 도달할 때까지 창성원 중심을 그 중심의 이동 곡선(AC₁, AC₂)을 따라 이동시킨다. 이동 종점(Lpa, Lpb)은, 창성원(B, C) 상의 점(j)이 이끝 정점(T_T) 또는 이뿌리 정점(T_B)에 도달하는 위치이다. 이 조건 (1)에 기초하여 창성원(B, C) 상의 점(j)이 그리는 궤적 곡선이 내측 로터의 치형이 된다.

(2) 내측 로터 중심(O_I)으로부터 창성원 중심(pa, pb)까지의 직경 방향 거리는, 상기 이동 시점(Spa, Spb)으로부터 이동 종점(Lpa, Lpb)까지의 사이에서, 이끝의 톱니면 곡선(2a)에 대해서는 그 거리가 증가하고, 이뿌리의 톱니면 곡선(2b)에 대해서는 그 거리를 감소한다.

이에 의해, 이동 곡선(AC₁, AC₂)은, 이끝측에서는 도 2a에서 우측 상향의 경사 곡선, 이뿌리측에서는 좌측 하향의 경사 곡선이 된다. 이에 따라, 상기 점(j)이 그리는 궤적 곡선이 매끄러운 이끝, 이뿌리를 그린다.

(3) 기준원(A)의 직경 방향에서, 기준원 중심(O_I)과 이끝 정점(T_T)의 거리는, 창성원(B)의 이동 시점(Spa)과 기준원 중심(O_I)간의 거리(R_O)에 이동 시점에 있는 창성원(B)의 반경을 더한 거리보다 길다. 또는, 기준원 중심(O_I)과 이뿌리 정점(TB)의 거리는, 창성원(C)의 이동 시점(Spb)과 기준원 중심(O_I)간의 거리(r_O)에 이동 시점에 있는 창성원(C)의 반경을 뺀 거리보다 짧다.

이 조건에 의해, 점(j)의 궤적 곡선에 의해 그려지는 톱니의 높이가, 기초원 상을 구르는 구름원에 의해 그려지는 사이클로이드 곡선의 치형에 비해 높아진다.

상기 창성원(B, C)은, 각각의 직경(Bd, Cd)을 일정하게 유지하여 이동 시점으로부터 이동 종점으로 이동하는 원과, 각각의 직경(Bd, Cd)을 줄이면서 이동 시점으로부터 이동 종점으로 이동하는 원 중 어느 하나가 선택된다. 이동중에 직경 변화를 발생시키는 후자의 창성원은, 이동 시점에서의 직경에 대하여 이동 종점에서의 직경이 0.2배 이상, 1배 이하로 하는 것이 좋다.

창성원 중심(pa, pb)의 이동 시점(Spa, Spb)은, 도 2a에서는 직선(L_{1) 상}에 놓여 있지만, 직선(L₁)보다 창성원에 이동 방향 전방에 배치되는 경우도 있다.

또한, 창성원 중심(pa, pb)의 이동 종점(Lpa, Lpb)도, 직선(L₂, L₃)으로부터 어긋난 위치에 설정되는 경우가 있다.

한편, 이동 곡선(AC₁, AC₂)으로서는, 내측 로터 중심(O_I)으로부터 창성원 중심(pa, pb)까지의 거리의 변화율(ΔR')이 이동 종점(Lpa, Lpb)에서 0인 곡선이나 정현 함수를 이용한 하기의 곡선 등이 이용된다.

예컨대, 창성원 중심(pa, pb)의 이동 시점(Spa, Spb)으로부터 이동 종점(Lpa, Lpb)에 이르는 동안의 기준원 직경 방향 이동량(ΔR)이 하기 식을 만족시키는 곡선이다.

ΔR=R×sin{(π/2)×(m/S)}

여기에, R: 창성원의 직경 방향 이동량[내측 로터 중심(O_I)으로부터 이동 종점에 있는 창성원 중심(pa)까지의 거리]-[내측 로터 중심(O_I)으로부터 이동 시점에 있는 창성원 중심(pa)까지의 거리]

S: 공정 수[창성원의 이동 시점으로부터 이동 종점까지의 이동 각도(θ_T 또는 θ_B)를 등간격으로 등분한 수]

m: 0→S

창성원(B, C)의 이동 각도(θ_T, θ_B)는, 톱니수나 이끝, 이뿌리의 설치 영역의 비율 등을 고려하여 설정된다.

다음에, 상기한 방법 I에서 치형을 창성한 내측 로터(2)를 이용하여 외측 로터(3)의 치형을 방법 II에 기초하여 창성한다. 그 방법 II는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 외측 로터(3)의 중심(O_O)을 중심으로 하는 직경(2e+t)(여기에서 e는 내측 로터와 외측 로터의 편심량, t는 내측 로터와 외측 로터의 팁 클리어런스를 도시함)의 원 상을 내측 로터(2)의 중심(O_I)이 1주 공전하고, 그 사이에 내측 로터(2)가 (1/n)회 자전하며, 이 때의 내측 로터의 톱니면 곡선군의 포락선을 외측 로터(3)의 원형(原形) 치형으로 한다.

그리고, 그 원형 치형에 이하의 보정(수정)을 가한다. 상세하게는, 원형 치형의 톱니면 곡선의, 피치원 근방에 있는 굴곡의 정부 방향의 변화점보다 적어도 외경측을, 내측 로터의 대응 위치의 톱니면 형상이 전사된 형상으로 한다.

한편, 내측 로터와 외측 로터의 팁 클리어런스(t)는, 도 1에서, 외측 로터(3)를 고정하고, 내측 로터(2)를 편심축(CL)의 상방향(도면 상방향)으로 외측 로터와 접촉할 때까지 움직였을 때에, 접촉점과 반대측(로터 중심을 가로지르는 반대측)에 생기는 편심축(CL) 상의 내측 로터와 외측 로터의 톱니면 사이의 간극이다.

도 4, 도 5에 상기 보정 방법의 구체예를 도시한다. 내측 로터(2)와 외측 로터(3)를 편심축 상에 e만큼 편심 배치하여 양 로터의 톱니를 맞물리게 한다. 그리고, 그 상태로, 예컨대 외측 로터(3)를 고정하고, 내측 로터를 미소 각도 회전시킨다. 그 때의 회전 각도는, 예컨대 0.5˚∼1˚ 정도가 좋다. 이 회전에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 내측 로터(2)의 이끝이 외측 로터의 톱니면의 내측에 들어간다.

도 4, 도 5의, 3_Of는 외측 로터의 원형 치형을, 2_Bf는 내측 로터의 회전 전의 톱니면을, 2_Af는 내측 로터의 회전 후의 톱니면을, 9는 외측 로터의 피치원을 각각 나타낸다.

내측 로터(2)의 회전에 의해, 내측 로터의 톱니면의 일부가 외측 로터의 원형 치형(3_Of) 안에 들어간다. 그 인입은, 피치원(9) 근방에 있는 톱니면 곡선의 굴곡의 정부 방향의 변화점(q)을 경계로 하여 그 변화점(q)보다 로터의 적어도 외경측에서 일어난다. 그래서, 내측 로터의 톱니면이 외측 로터의 원형 치형과 겹친 위치를 제거하여 외측 로터의 톱니면에 내측 로터의 톱니면 형상을 전사한다.

이에 의해, 내측 로터(2)와 외측 로터의 맞물림 점이 내측 로터에서는 이끝측으로, 외측 로터에서는 이뿌리측으로 극단적으로 이동하는 경우가 없어져, 맞물림 피치 직경이나 맞물림 압력각의 변동이 작게 억제된다.

한편, 치형에 따라서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 내측 로터(2)를 필요량 회전시킨 위치에서 피치원(9)보다 내경측에서 내측 로터 회전 후의 톱니면(2_Af)이 외측 로터의 원형 치형(3_Of)의 이끝측의 톱니면의 내측에 약간 들어가는 경우가 있다. 그 때에는, 외측 로터의 원형 치형(3_Of)의 톱니면과 내측 로터가 겹친 위치의 외측 로터의 톱니면도 보정하고 제거하는 것이 좋다.

내측 로터는, 외측 로터의 치형 창성에 이용하는 것(상기 방법 I에서 치형을 창성한 것)을 가 내측 로터로 하고, 이 가 내측 로터의 톱니의 이뿌리측을 도 6에 일점 쇄선으로 도시하는 바와 같이 가늘어지게 한 것(동일 도면의 실선이 가 내측 로터의 치형)을 본 내측 로터로 하여 외측 로터(3)와 조합시키면 바람직하다.

가 내측 로터의 톱니의 이뿌리측을 가늘어지게 하는 방법으로서, 예컨대 상기 방법 I에서 이뿌리측을 창성하는 창성원(C)의 기준원(A)에 대한 직경 방향의 이동 구간을 바꾸는 방법이 있다. 구체적으로는, 기준원(A)의 중심과 창성원(C)의 중심의 거리가 변화하는 각도(θ_m)를 가 내측 로터에 대하여 본 내측 로터는 작게 한다.

이 외에, 상기 방법 I에서 직경이 이동 중에 감소하는 창성원(C)을 이용하여 가 내측 로터의 치형을 그리고, 본 내측 로터의 치형은 상기 방법 I에서 본 내측 로터의 치형을 창성할 때에 상기 창성원(C)의 직경 축소 비율을 가 내측 로터의 치형 창성시보다 작게 하여 이뿌리의 톱니면 곡선을 그리는 방법으로도, 본 내측 로터의 이뿌리측을 가늘어지게 할 수 있다.

가 내측 로터에 대하여 본 내측 로터의 이뿌리측을 가늘어지게 하면, 외측 로터의 톱니면과 본 내측 로터의 맞물림에 있어서, 맞물림 점이 본 내측 로터의 이끝측으로 어긋나는 것을 억제할 수 있어, 외측 로터의 톱니면만을 보정한 것에 비해 맞물림 피치 직경과 맞물림 압력각의 변동 폭이 보다 작아진다.

[실시예]

상기 방법 I에 의해, 이하의 조건으로 내측 로터를 작성했다.

기준원(A)의 직경: 32.9 ㎜,

이뿌리∼이끝까지의 반치(半齒) 각도[창성원의 이동 시점으로부터 이동 종점까지의 이동 각도(θ_T, θ_B)]: 22.5˚,

창성원(B)의 직경(Bd): 2.056 ㎜,

창성원(C)의 직경(Cd): 2.056 ㎜,

창성원(B)의 직경 방향 이동량: 0.029 ㎜,

창성원(C)의 직경 방향 이동량: 1.727 ㎜,

창성원(B, C)의 이동의 공정 수 S: 각 60,

대직경: 37.04 ㎜,

소직경: 25.4 ㎜,

톱니수: 8

또한, 이 내측 로터를 이용하여 상기 방법 II에 의해 이하의 외측 로터를 작성했다.

편심량(e): 2.76 ㎜,

팁 클리어런스(t): 0.08 ㎜

대직경: 42.64 ㎜,

소직경: 31.6 ㎜,

톱니수: 9

다음에, 이 내측 로터와 외측 로터를 조합시켜, 이하와 같이 외측 로터의 이뿌리의 톱니면 곡선을 보정하였다. 즉, 내측 로터와 외측 로터의 맞물림이 편심축에 가장 근접하는 내측 회전 각도에서, 외측 로터를 고정한 상태로 내측 로터를 맞물림 위치로부터 0.635˚ 회전 방향 전방으로 회전시켜 회전 후의 내측 로터 톱니면을 전사했다. 그리고, 그 보정 후 외측 로터와 내측 로터를 조합시킨 펌프 로터를 시작하였다(발명품 1).

또한, 외측 로터의 치형을 창성한 내측 로터를 가 내측 로터로 하고, 이 가 내측 로터보다 이뿌리측을, 도 6의 쇄선과 같이, 가늘어지게 한 본 내측 로터를 보정 후 외측 로터와 조합한 펌프 로터도 시작하였다(발명품 2).

다음에, 발명품 1, 발명품 2의 펌프 로터와, 외측 로터의 치형 보정을 행하지 않은 비교품(외측 로터의 치형을 제외하는 사양은, 발명품 1과 동일)의 펌프 로터에 대해서, 맞물림 피치 직경과 맞물림 압력각의 변동을 조사하였다.

발명품 1의 펌프 로터에서, 내측 로터가 기준 위치에 있는 상태를 도 7a에, 그 기준 위치로부터 내측 로터가 10˚ 회전한 상태를 도 7b에, 20˚ 회전한 상태를 도 7c에, 30˚ 회전한 상태를 도 7d에, 40˚ 회전한 상태를 도 7e에 각각 도시한다. 도면 중 10은, 맞물림 피치원, γ은, 맞물림 압력각을 나타낸다. 여기서, 로터의 회전 방향은, 도면 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 시계 방향으로 하고, 각 내측 로터 회전각에서, 외측 로터를 반시계 방향으로 회전시켜, 내측 로터와 외측 로터를 맞물리게 한 상태를 도시한다.

본 발명품 1과 발명품 2 및, 비교품의 펌프 로터가 이론 편심 위치로부터 5˚, 10˚, 15˚, 20˚, 25˚, 30˚, 35˚, 및 40˚ 회전한 위치에서의 맞물림 피치원 직경과 맞물림 압력각의 측정 데이터를, 표 1, 표 2에 정리한다.

표 2의 데이터를 그래프화하여 도 8에 나타낸다.

이 평가 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교품은 맞물림 피치 직경이, 32.904 ㎜∼34.702 ㎜로 비교적 크게 변동하고 있다. 또한, 맞물림 압력각(γ)도, 0.85˚∼43.42˚로 크게 변동하고 있다.

이에 비하여, 발명품 1은, 맞물림 피치 직경은 30.877 ㎜∼32.908 ㎜로 변동하고 있지만, 맞물림 압력각(γ)의 변동은, 0.87˚∼6.94˚로 비교품에 비하여 작다.

또한, 발명품 2는, 맞물림 피치 직경이 32.696 ㎜∼32.903 ㎜, 맞물림 압력각(γ)은 0.29˚∼0.53˚이며, 맞물림 피치 직경, 맞물림 압력각 모두 변동 폭이 비교품에 비하여 작아져 있다.

1 : 내접 기어 펌프 2 : 내측 로터
2a : 이끝의 톱니면 곡선 2b : 이뿌리의 톱니면 곡선
2_{Bf :} 내측 로터의 회전 전의 톱니면
2_{Af :} 내측 로터의 회전 후의 톱니면
3 : 외측 로터 3_{Of :} 외측 로터의 원형 치형
4 : 펌프 로터 5 : 하우징
6 : 로터실 7 : 흡입 포트
8 : 토출 포트 9 : 외측 로터의 피치원
10 : 맞물림 피치원
O_{I :} 내측 로터 중심(기준원 중심) O_{O :} 외측 로터 중심
A : 기준원 Ad : 기준원의 직경
B : 이끝 창성원 C : 이뿌리 창성원
Bd, Cd : 창성원의 직경
AC₁, AC_{2 :} 창성원 중심이 지나는 이동 곡선
R : 창성원의 직경 방향 이동량
Ro : 창성원(B)의 이동 시점(Spa)과 기준원 중심(O_I)간의 거리
r_{O :} 창성원(C)의 이동 시점(Spb)과 기준원 중심(O_I)간의 거리
θ_T, θ_{B :} 창성원의 이동 각도
J : 기준원 상의 기준점 j : 궤적 곡선을 그리는 점
T_{T :} 이끝 정점 T_{B :} 이뿌리 정점
L_{1 :} 내측 로터 중심과 기준점(J)을 연결하는 직선
L_{2 :} 내측 로터 중심과 이끝을 연결하는 직선
L_{3 :} 내측 로터 중심과 이뿌리를 연결하는 직선
pa, pb : 창성원 중심 Spa, Spb : 창성원의 이동 시점
Lpa, Lpb : 창성원의 이동 종점 S : 공정 수
e : 내측 로터 중심과 외측 로터 중심의 편심량
t : 팁 클리어런스
q : 외측 로터의 이뿌리의 톱니면 곡선의 굴곡의 정부 방향의 변화점
CL : 편심축

Claims

톱니수가 n인 내측 로터(2)와 톱니수가 (n+1)인 외측 로터(3)의 맞물림 점이, 내측 로터 중심(O_I)과 외측 로터 중심(O_O)이 배치되는 편심축(CL)에 대하여 로터의 회전 방향 후방에 위치하는 펌프 로터(4)를 구비한 내접 기어 펌프로서,
상기 외측 로터(3)의 맞물림부 부근의 톱니면 곡선은, 내측 로터(2)의 맞물림부 부근의 톱니면 형상을 전사하여 구성된 것인 내접 기어 펌프.
제1항에 있어서, 치형이 하기 방법 I에 의해 창성된 상기 내측 로터(2)와,
치형이 하기 방법 II에 의해 각각 창성된 상기 외측 로터(3)
를 구비하고, 외측 로터(3)의 피치원 근방에 있는 굴곡의 정부(正負) 방향의 변화점(q)보다 적어도 외경측에서, 내측 로터(2)의 대응 위치의 톱니면 형상이 상기 외측 로터(3)의 톱니면 곡선에 전사된 것인 내접 기어 펌프.
방법 I : 이끝의 창성원(B), 이뿌리의 창성원(C)을 하기 (1)∼(3)의 조건에 기초하여 이동시키고,
그 사이에 내측 로터 중심(O_I)과 동심의 기준원(A) 상의 기준점(J)과 겹치는 상기 창성원(B, C) 상의 점(j)의 궤적 곡선을 그리며,
상기 궤적 곡선을 기준원 중심(O_I)으로부터 이끝 정점(T_T) 또는 이뿌리 정점(T_B)에 이르는 직선(L₂, L₃)에 대하여 대칭으로 반전시켜 내측 로터의 톱니면 곡선으로 한다.
- 창성원(B, C)의 이동 조건 -
(1) 창성원(B, C)을, 이들 창성원 상의 점(j)이 기준원(A) 상의 기준점(J)에 겹치도록 배치하고, 이 때에 창성원 중심(pa, pb)이 있는 위치를 이동 시점(Spa, Spb)으로 하며, 그 이동 시점(Spa, Spb)으로부터 창성원(B, C)을 일정 각속도로 자전시키면서, 창성원 중심(pa, pb)이 이동 종점(Lpa, Lpb)에 도달할 때까지 창성원 중심을 그 중심의 이동 곡선(AC₁, AC₂)을 따라 이동시킨다.
(2) 내측 로터 중심(O_I)으로부터 상기 이동 곡선(AC₁, AC₂)까지의 직경 방향 거리는, 상기 이동 시점(Spa, Spb)으로부터 이동 종점(Lpa, Lpb)까지의 사이에, 이끝의 톱니면 곡선(2a)에 대해서는 그 거리가 증가하고, 이뿌리의 톱니면 곡선(2b)에 대해서는 그 거리가 감소한다.
(3) 기준원(A)의 직경 방향에서, 기준원 중심(O_I)과 이끝 정점(T_T)의 거리는, 창성원(B)의 이동 시점(Spa)과 기준원 중심(O_I)간의 거리(R_O)에 이동 시점에 있는 창성원(B)의 반경을 더한 거리보다 멀다. 또는, 기준원 중심(O_I)과 이뿌리 정점(T_B)의 거리는, 창성원(C)의 이동 시점(Spb)과 기준원 중심(O_I)간 거리(r_O)에 이동 시점에 있는 창성원(C)의 반경을 뺀 거리보다 가깝다.
방법 II : 외측 로터의 치형은, 외측 로터의 중심(O_O)을 중심으로 하는 직경(2e+t)의 원 상을 내측 로터의 중심(O_I)이 1주 공전하고, 그 사이에 내측 로터가 (1/n)회 자전하며, 이 때의 내측 로터의 톱니면 곡선군의 포락선이다. 여기에서, e는 편심량, t는 팁 클리어런스를 나타낸다.
제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 로터(3)의 치형 창성에 이용하는 내측 로터를 가(假) 내측 로터로 하고, 이 가 내측 로터의 톱니의 이뿌리측을 가늘어지게 한 로터를 본(本) 내측 로터로 하여,
이뿌리 보정 후의 외측 로터와 본 내측 로터를 조합한 것인 내접 기어 펌프.