WO2005064163A1 - 内接型ギアポンプ - Google Patents

Abstract

内接型ギヤポンプの摺動抵抗の低減を図ることが可能になるとともに、このような構成であっても、騒音発生やポンプ効率の低減を最小限に抑制できる内接型ギヤポンプを提供する。 【課題】内歯２１を有するアウターロータ２０と外歯１１を有するインナーロータ１０とが噛み合って回転するときに流体を吸入・吐出して流体を搬送する内接型ギヤポンプであって、ケーシング３０に形成された、両ロータ１０,２０が収納される孔３１の内径は、アウターロータ２０の外径より０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下大きく設定され、インナーロータ１０とアウターロータ２０との偏心量をｅｒ、インナーロータ１０とケーシング３０の孔３１との偏心量をｅｈとするとき、 　０．００５ｍｍ≦（ｅｈ−ｅｒ）≦０．０３０ｍｍ

Description

明 細 書

内接型ギアポンプ

技術分野

[0001] 本発明は、インナーロータとアウターロータとが嚙み合って回転するとき、両ロータの 歯面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ボン プに関する。

背景技術

[0002] 従来、内接型ギヤポンプは、 n枚の外歯を有するインナーロータと、この外歯に嚙み 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、ケーシングに形成 された孔に両ロータを収納した状態で、駆動軸に連結された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嚙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。

[0003] 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ており、インナーロータの回転に 伴!、回転移動する独立した流体搬送室を構成して!/、る。各セルは外歯と内歯との嚙 み合 、の過程の途中にぉ 、て容積が最小となった後、吸入ポートに沿って移動しな 力 容積を拡大させて、吸入ポートから流体を吸入する。そして、容積が最大となつ たセルは、吐出ポートに沿って移動しながら容積を減少させて、吐出ポートから流体 を吐出する (例えば特許文献 1参照)。

[0004] そして、インナーロータとアウターロータとは所定量だけ偏心させて配設されるととも に、アウターロータとケーシングの前記孔とは同軸的に配設された構成となっている。

[0005] このような構成を有する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 、る。 自動車に搭載される場合におけるこのポンプの駆動手段としては、エンジンのクラン ク軸にインナーロータが直結されてエンジンの回転によって駆動されるクランク軸直 結駆動がある。 [0006] ところで、このような内接型ギヤポンプは、組立て上の便宜等のため、このギヤポンプ を形成したときに、前記各部材が所定の遊びを持つような寸法に設定されるのがー 般的である。すなわち、インナーロータの中心部に穿設された貫通孔の内径は、この 貫通孔に装入される駆動軸の外径より約 0. 1mm— 0. 6mm大きくされ、また、ケー シングに形成された孔の内径は、アウターロータの外径より、約 0. 1mm— 0. 6mm 大きくされており、前述したように、アウターロータとケーシングの前記孔とが同軸的に 配設されていることと相俟って、アウターロータの外周面は全周にわたって、ケーシン グに形成された孔の内周面との間に、約 0. 05mm— 0. 3mmのクリアランスが設けら れている。

[0007] したがって、以上のように構成された内接型ギヤポンプを駆動させると、インナーロー タと駆動軸との間のクリアランスによって、インナーロータは駆動軸の中心軸を基準に して、径方向に約 0. 05mm— 0. 3mm程度振れ回りながら回転され、また、アウター ロータとケーシングに形成された孔との間のクリアランスによって、アウターロータは前 記ケーシング孔の中心軸を基準として、径方向に約 0. 05mm— 0. 3mm程度振れ 回りながら回転されることになる。このため、インナーロータの外歯がアウターロータの 内歯と衝突し、この際にアウターロータが受けた駆動力により、さらにこのアウター口 ータの外周面がケーシングに形成された孔の内周面と衝突する場合がある。したが つて、内接型ギヤポンプを駆動させた際に騒音が発生するとともに、ポンプ効率の低 下が発生する場合がある。

[0008] このようなアウターロータの外周面とケーシングに形成された孔の内周面との衝突発 生を抑制するための手段として、従来から、インナーロータの径方向中心部にイン口 一を形成し、このインローをケーシングの前記孔の底面に形成した溝部に装入し、ィ ンナーロータの前記振れ回りを抑制し、アウターロータの外周面とケーシングの孔の 内周面との衝突発生を回避する構成が採用されている。

特許文献 1：特許第 3293507号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しかしながら、前記従来では、インナーロータに形成したインローと、ケーシングに形 成した前記溝部との間に摺動抵抗が生じ、この摺動抵抗によるエネルギ損失量は、 内接型ギヤポンプを駆動する際に生ずる全エネルギ損失量の約 25%を占め、このギ ャポンプの更なる高効率化を図るには限界が生じていた。

[0010] 本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、内接型ギヤポンプの摺動抵抗 の低減を図ることが可能になるとともに、このような構成であっても、騒音発生やボン プ効率の低減を最小限に抑制できる内接型ギヤポンプを提供することを目的とする。

[0011] 前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提 案している。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明の第一態様によれば、 n (nは自然数)枚の外歯が形成されたインナーロータと 、該外歯と嚙み合う 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 ロータが嚙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 、前記ケーシングに形成された、前記両ロータが収納される孔の内径は、前記ァウタ 一ロータの外径より 0. 1mm以上 0. 6mm以下大きく設定され、前記インナーロータ と前記アウターロータとの偏心量を er、前記インナーロータと前記ケーシングに形成 された孔との偏心量を ehとするとき、

0. 005mm≤ (eh-er)≤0. 030mm

を満たすことを特徴とする。

[0013] この発明によれば、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とが嚙み合って、セ ルの容積が最小となる嚙み合 、位置における、ケーシングに形成された孔の内周面 とアウターロータの外周面との距離が最小限に抑制される。

[0014] したがって、インナーロータの外歯力 アウターロータの内歯に駆動力が伝達され、 アウターロータ力 このロータの前記嚙み合い位置の接線方向における回転方向前 側に移動し、かつケーシングの孔の内周面に沿うことによって回転しょうとしたときに、 この回転方向前側への移動がケーシングに形成された孔の内周面により拘束される ことになる。 [0015] これにより、ケーシングの孔内でのアウターロータの配置位置が安定するため、イン ナーロータの外歯とアウターロータの内歯との衝突、およびアウターロータの外周面 とケーシングの孔の内周面との衝突発生が最小限に抑制される。また仮に、これらの 衝突が発生した場合でも、この際の衝突エネルギ量が最小限に抑制される。

[0016] また、アウターロータ力 前記回転方向前側への移動が拘束され、かつケーシングの 孔の内周面に沿うことにより、前記嚙み合い位置と回転中心を挟んで対向する位置 に向う移動量が、前記拘束分だけ大きくなる、すなわちアウターロータが前記対向位 置に付勢される。これにより、この対向位置におけるインナーロータの外歯とアウター ロータの内歯との衝突発生が抑制される。

[0017] さらに、前記対向位置におけるケーシングの孔の内周面とアウターロータの外周面と の距離が最大限確保されるため、この対抗位置におけるアウターロータの外周面とケ 一シングの孔の内周面との衝突発生が抑制される。

[0018] 以上により、インナーロータの径方向中央部にインローを形成し、このインローをケー シングの前記孔の底面に形成した溝部に装入した構成を採用するまでもなぐァウタ 一ロータとケーシングとの衝突、およびインナーロータの外歯とアウターロータの内歯 との衝突発生を抑制することが可能になる。したがって、内接型ギヤポンプの摺動抵 抗の低減を図ることが可能になるとともに、このような構成であっても、騒音発生ゃポ ンプ効率の低減を最小限に抑制することができる。

[0019] 本発明に係る内接型ギヤポンプによれば、内接型ギヤポンプの摺動抵抗の低減を 図ることが可能になるとともに、このような構成であっても、騒音発生やポンプ効率の 低減を最小限に抑制することができる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]は本発明の一実施形態による内接型ギヤポンプを示す平面図である。

[図 2]は図 1に示す内接型ギヤポンプの第 1実施形態として示した諸元値である。

[図 3]は本発明の第 2実施形態による内接型ギヤポンプの諸元値である。

符号の説明

[0021] 10 インナーロータ

20 アウターロータ 30 ケーシング

31 孔

S セル

er インナーロータとアウターロータとの偏心量

eh インナーロータとケーシングに形成された孔との偏心量

発明を実施するための最良の形態

[0022] 本発明に係る内接型ギヤポンプの一実施形態について、図 1および図 2を参照して 説明する。

[0023] 図 1に示す内接型ギヤポンプは、 8枚の外歯 11が形成されたインナーロータ 10と、該 外歯 11と嚙み合う 9枚の内歯 21が形成されたアウターロータ 20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 30とを備え る概略構成とされている。

[0024] そして、ケーシング 30には孔 31が形成されており、この孔 31に両ロータ 10,20が収 納された構成となっている。なお、吸入ポートおよび吐出ポートは図 1において図示 を省略している。

[0025] インナーロータ 10には、径方向中央部に貫通孔 12が穿設されており、この内径は、 貫通孔 12に装入される駆動軸の外径より約 0. 1mm— 0. 6mm大きくされている。な お、この駆動軸は、図示しないエンジンのクランク軸に直結されており、これにより、ィ ンナーロータ 10は、エンジンの回転によって軸心 Olを中心としてケーシング 30の内 部にて周方向に回転可能に支持された構成となっている。したがって、この軸心 Ol は、インナーロータ 10、および前記駆動軸の回転中心のみならず、貫通孔 12の中心 でもある。

[0026] アウターロータ 20は、軸心 02をインナーロータ 10の軸心 Olに対して偏心（偏心量： er)させて内歯 21を外歯 11に嚙み合わせて配置され、この軸心 02を中心としてケー シング 30の内部にて周方向に回転自在に支持されて 、る。

[0027] ここで、インナーロータ 10の外歯 11は、歯先部 11aの歯形が、第 1の基礎円 Diに外 接して滑りなく転がる第 1の外転円 Aiによって創成される外転サイクロイド曲線を基に した形状とされるとともに、歯溝部 l ibの歯形が、第 1の基礎円 Diに内接して滑りなく 転がる第 1の内転円 Biによって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とさ れている。

[0028] また、アウターロータ 20の内歯 21は、歯先部 21aの歯形力 第 2の基礎円 Doに内接 して滑りなく転がる第 2の内転円 Boによって創成される内転サイクロイド曲線を基にし た形状とされるとともに、歯溝部 21bの歯形が、第 2の基礎円 Doに外接して滑りなく 転がる第 2の外転円 Aoによって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とさ れている。

[0029] ところで、前述したインナーロータ 10の軸心 Olとアウターロータ 20の軸心 02との偏 心量 erは、インナーロータ 10の各外歯 11の歯先部 1 laの頂部を周方向に順次結ん で得られる円形状の直径、すなわちインナーロータの大径を dとし、同ロータ 10の各 外歯 11の歯溝部 1 lbの底部を周方向に順次結んで得られる円形状の直径、すなわ ちインナーロータ 10の小径を Dとしたときに、次式により得られる。

[0030] er= (d-D) /4

[0031] 両ロータ 10, 20はそれぞれの歯面形状により互いに嚙み合って前記駆動軸の回転 により回転される。そして、互いに嚙み合う両ロータ 10, 20の嚙み合い点と嚙み合い 点との間には、流体の搬送室であるセル Sが形成される。このセル Sに対して開口す る吸入ポートおよび吐出ポートがケーシング 30に形成されており、この吸入ポートお よび吐出ポートから各セル Sとの流体のやりとりが行われるようになっている。

[0032] セル Sは両ロータ 10,20の回転とともに回転移動しながら、この容積が変化するように なっており、セル Sの容積の拡大過程において吸入ポートから流体が吸入され、セル Sの容積の縮小過程にぉ 、て吐出ポートから流体が吐出されるようになって!/、る。

[0033] ケーシング 30には、前述したように両ロータ 10,20を収納する孔 31が形成されており 、この孔 31の内径は、アウターロータ 20の外径より約 0. 1mm以上 0. 6mm以下大き くなつている。そして、この孔 31の中心 03は、図 1に示すように、アウターロータ 20の 軸心 02から、この軸心 02を挟んでインナーロータ 10の軸心 Olおよび嚙み合い位 置 Aから離間する方向へ 0. 005mm以上 0. 030mm以下、より好ましくは 0. 010m m以上 0. 020mm以下だけ偏心させて位置させている。すなわち、インナーロータ 1 0とアウターロータ 20との偏心量を er、インナーロータ 10とケーシング 30の孔 31との 偏心量を ehとするとき、

0. 005mm≤ (eh—er)≤0. 030mm

を満たした構成となって 、る。

[0034] なお、嚙み合い位置 Aとは、図 1に示すように、アウターロータ 20にインナーロータ 10 の回転駆動力が伝達される位置を!、う。

[0035] これにより、図 1に示すように、ケーシング 30の孔 31の内周面と、アウターロータ 20の 外周面との間のクリアランス tは、嚙み合い位置 Aにおけるクリアランス tAが最小となり

、この位置 Aから回転方向前側若しくは後側に 180° ずれた周方向位置 Bにおける クリアランス tBが最大となるように、前記嚙み合!、位置 Aから位置 Bに向うに従 、漸次 大きくなる構成となっている。

[0036] 以上により、嚙み合い位置 Aにおけるクリアランス tAは、 0. 020mm以上 0. 295mm 以下となり、位置 Bにおけるクリアランス tBは、 0. 055mm以上 0. 330mm以下となる

[0037] なお、図 1において、ケーシング 30の孔 31は、説明の便宜のため大きく描いたものと なっている。

[0038] ここで、図 1に示すインナーロータ 10,アウターロータ 20,およびケーシング 30の諸元 値を実施例 1として、この従来技術としての比較例 1とともに図 2 (a) , (b)に示す。

[0039] 図 2 (a)において、アウターロータの大径とは、各内歯 21の歯溝部 21bの底部を周方 向に順次結んで得られる円形状の直径を示し、同ロータの小径とは、各内歯 21の歯 先部 21 aの頂部を周方向に順次結んで得られる円形状の直径を示して ヽる。

[0040] ここで、図 2に示す実施例 1および比較例 1はともに、ケーシングに形成された、前記 両ロータが収納される孔の内径が 79. 99mm以上 80. Olmm以下とされ、この孔の 内周面と対向するアウターロータの外周面の外径が 79. 75mm以上 79. 80mm以 下とされている。

[0041] 図 2 (b)に示すように、実施例 1は、従来技術としての比較例 1と比べて、インナ一口 ータ 10 (軸心 Ol)およびケーシング 30の孔 31 (中心 03)の位置を変えないで、ァゥ ターロータ 20 (軸心 02)だけを嚙み合 、位置 A側、すなわち図 1における紙面の下 側に向けて 0. 015mmだけ位置をずらし、前記偏心量 erを比較例 1より 0. 015mm 小さくしている。そして、この位置ずれさせた分だけ、前記嚙み合い位置 Aにおいて は、外歯 11の歯先部 11aと内歯 21の歯溝部 21bとの間に間隙が生じ、前記周方向 位置 Bにおいては、外歯 11の歯先部 11aと内歯 21の歯溝部 21bとの間の間隙が小 さくなり、このギヤポンプの嚙み合い状態が変化するので、この嚙み合い状態を維持 するために、図 2 (a)に示すように、外歯 11の歯先部 11aを創成する第 1の外転円 Ai の直径を 0. 030mm小さくするととも〖こ、内歯 21の歯溝部 21bを創成する第 2の外転 円 Aoの直径を 0. 030mm/J、さくしている。

[0042] ここで、前述したように、前記偏心量 erは、インナーロータの大径 dと小径 Dとから算 出されるので、以上を換言すれば、両ロータの歯丈を従来技術としての比較例 1と比 ベて 0. 015mmだけ小さくすることにより、実施例 1が実現されることになる。

[0043] 以上により、嚙み合い位置 Aにおけるケーシング 30の孔 31の内周面と、アウター口 ータ 20の外周面とのクリアランス tAを最小限に抑制することが可能になるとともに、こ のような構成においても、外歯 11と内歯 21との嚙み合い状態は従来と同等に維持で きるようになつている。

[0044] 以上説明したように本実施形態による内接型ギヤポンプによれば、インナーロータ 10 の外歯 11とアウターロータ 20の内歯 21とが嚙み合って、セル Sの容積が最小となる 嚙み合い位置 Aにおける、ケーシング 30に形成された孔 31の内周面とアウターロー タ 20の外周面とのクリアランス tAを最小限に抑制することができる。

[0045] したがって、インナーロータ 10の外歯 11からアウターロータ 20の内歯 21に駆動力が 伝達され、アウターロータ 20が、このロータ 20の前記嚙み合い位置 Aの接線方向に おける回転方向前側に移動し、かつケーシング 30の孔 31の内周面に沿うことによつ て回転しょうとしたときに、この回転方向前側への移動がケーシング 30の孔 31の内 周面により拘束されることになる。

[0046] これにより、ケーシング 30の孔内 31でのアウターロータ 20の配置位置が安定するた め、インナーロータ 10の外歯 11とアウターロータ 20の内歯 21との衝突、およびァゥ ターロータ 20の外周面とケーシング 30の孔 31の内周面との衝突発生を最小限に抑 制することができる。また仮に、これらの衝突が発生した場合でも、この際の衝突エネ ルギ量を最小限に抑制することができる。 [0047] また、アウターロータ 20が、前記回転方向前側への移動が拘束され、かつケーシン グ 30の孔 31の内周面に沿うことにより、このロータ 20力 嚙み合い位置 Aから回転方 向前側若しくは後側に 180° ずれた周方向位置 Bに向う移動量が前記拘束分だけ 大きくなる、すなわちアウターロータ 20が前記位置 Bに付勢される。これにより、この 位置 Bにおけるインナーロータ 10の外歯 11とアウターロータ 20の内歯 21との衝突発 生を抑制することができる。

[0048] さらに、前記位置 Bにおけるケーシング 30の孔 31の内周面とアウターロータ 20の外 周面との距離 tBが最大限確保されるため、この位置 Bにおけるアウターロータ 20の 外周面とケーシング 30の孔 31の内周面との衝突発生を抑制することができる。

[0049] 以上により、インナーロータ 20の径方向中央部にインローを形成し、このインローをケ 一シング 30の孔 31の底面に形成した溝部に装入した構成を採用するまでもなく、ァ ウタ一ロータ 20とケーシング 30との衝突、およびインナーロータ 10の外歯 11とァウタ 一ロータ 20の内歯 21との衝突発生を抑制することが可能になる。したがって、内接 型ギヤポンプの大幅な摺動抵抗の低減を図ることが可能になるとともに、このような構 成においても、騒音発生やポンプ効率の低減を最小限に抑制することができる。

[0050] 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ぐ本発明の 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。

[0051] 例えば、前記実施形態では、インナーロータ 10の外歯 11、およびアウターロータ 20 の内歯 21として、サイクロイド曲線に基づいて形成した歯形を示した力 これに限ら ず、例えばトロコイド曲線に基づいて形成した歯形であっても適用可能である。この 場合における、本発明に係る諸元値を実施例 2として、この従来技術としての比較例 2とともに図 3に示す。この図に示す実施例 2および比較例 2はともに、ケーシングに 形成された、前記両ロータが収納される孔の内径が 59. 99mm以上 60. Olmm以 下とされ、この孔の内周面と対向するアウターロータの外周面の外径が 59. 80mm 以上 59. 85mm以下とされ、インナーロータの外歯の歯数は 9枚、アウターロータの 内歯の歯数は 10枚とされている。この場合においても、前記実施形態と同様の作用 効果を有することができる。

[0052] また、前記実施形態では、インナーロータ 10力 エンジンのクランク軸に直結された 駆動軸に連結されて、このエンジンの回転によって駆動されるクランク軸直結駆動の 構成を示したが、これに限らず、例えば、比較的駆動力が小さい直流モータを駆動 手段して、比較的高粘度の軽油などの燃料を搬送する内接型ギヤポンプにおいても 適用可能である。すなわち、本発明は、前述したように、衝突発生等の不具合を生じ させることなく、いわゆるインローレスの構成を実現することが可能になるので、摺動 抵抗の大幅な低減を実現できる力 である。

[0053] さらに、前記実施形態では、図 1に示すように、ケーシング 30の孔 31の中心 03を、ィ ンナーロータ 10の軸心 Olとアウターロータ 20の軸心 02とを結んで得られる延長線 上のうち、軸心 02を挟んで軸心 Olおよび嚙み合 、位置 Aの反対側に位置する部 分に配置した構成を示した力 これに限らず、前記中心 03を、インナーロータ 10の 軸心 Olを中心とした半径 ehの円周上のうち、軸心 Olと中心 03とを結んで得られる 直線と、前記延長線とがなす角度が、 0° 以上 30° 以下となるように、軸心 02を挟 んで軸心 Olおよび嚙み合 、位置 Aの反対側に位置する部分に配置してもよ 、。

[0054] この場合においても、前記実施形態と同様の作用効果を有することになる。

産業上の利用可能性

[0055] 内接型ギヤポンプの摺動抵抗の低減を図ることが可能になるとともに、このような構成 であっても、騒音発生やポンプ効率の低減を最小限に抑制できる内接型ギヤポンプ を提供できる。

Claims

請求の範囲

n (nは自然数)枚の外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と嚙み合う 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、両ロータが嚙み合って回転する 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、

前記ケーシングに形成された、前記両ロータが収納される孔の内径は、前記アウター ロータの外径より 0. 1mm以上 0. 6mm以下大きく設定され、

前記インナーロータと前記アウターロータとの偏心量を er、前記インナーロータと前記 ケーシングに形成された孔との偏心量を ehとするとき、

0. 005mm≤ (eh—er)≤0. 030mm

を満たすことを特徴とする内接型ギヤポンプ。