JP2005194890A - 内接型ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】 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
を満たすように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インナーロータとアウターロータとが噛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ポンプに関する。

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、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ており、インナーロータの回転に伴い回転移動する独立した流体搬送室を構成している。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しながら容積を拡大させて、吸入ポートから流体を吸入する。そして、容積が最大となったセルは、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）。

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。
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いる。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。

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一般的である。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。

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ロ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。したがって、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。

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、イ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。
特許第３２９３５０７号公報

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、このギヤポンプの更なる高効率化を図るには限界が生じていた。

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ことを目的とする。

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。
請求項１に係る発明は、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。

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噛み合って、セルの容積が最小となる噛み合い位置における、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。
したがって、インナーロータの外歯からアウターロータの内歯に駆動力が伝達され、アウターロータが、このロータの前記噛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ようとしたときに、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。
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。

また、アウターロータが、前記回転方向前側への移動が拘束され、かつケーシングの孔の内周面に沿うことにより、前記噛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。
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ーシングの孔の内周面との衝突発生が抑制される。

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く、アウター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、騒音発生やポンプ効率の低減を最小限に抑制することができる。

本発明に係る内接型ギヤポンプによれば、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。

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。
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と噛み合う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。
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。

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、インナーロータ１０は、エンジンの回転によって軸心Ｏ１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Ｏ１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。

アウターロータ２０は、軸心Ｏ２をインナーロータ１０の軸心Ｏ１に対して偏心（偏心量：ｅｒ）させて内歯２１を外歯１１に噛み合わせて配置され、この軸心Ｏ２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いる。

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１１ｂ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。

また、アウターロータ２０の内歯２１は、歯先部２１ａの歯形が、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。

ところで、前述したインナーロータ１０の軸心Ｏ１とアウターロータ２０の軸心Ｏ２との偏心量ｅｒは、インナーロータ１０の各外歯１１の歯先部１１ａ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１１ｂ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。
ｅｒ＝（ｄ−Ｄ）／４

両ロータ１０，２０はそれぞれの歯面形状により互いに噛み合って前記駆動軸の回転により回転される。そして、互いに噛み合う両ロータ１０，２０の噛み合い点と噛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。
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おいて吐出ポートから流体が吐出されるようになっている。

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以下大きくなっている。そして、この孔３１の中心Ｏ３は、図１に示すように、アウターロータ２０の軸心Ｏ２から、この軸心Ｏ２を挟んでインナーロータ１０の軸心Ｏ１および噛み合い位置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０．０１０ｍｍ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
を満たした構成となっている。
なお、噛み合い位置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いう。

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、噛み合い位置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、前記噛み合い位置Ａから位置Ｂに向うに従い漸次大きくなる構成となっている。
以上により、噛み合い位置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。
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。

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。
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２１ａ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いる。
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８０．０１ｍｍ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。

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、インナーロータ１０（軸心Ｏ１）およびケーシング３０の孔３１（中心Ｏ３）の位置を変えないで、アウターロータ２０（軸心Ｏ２）だけを噛み合い位置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、前記噛み合い位置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、このギヤポンプの噛み合い状態が変化するので、この噛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小さくするとともに、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小さくしている。
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と比べて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。

以上により、噛み合い位置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との噛み合い状態は従来と同等に維持できるようになっている。

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とが噛み合って、セルＳの容積が最小となる噛み合い位置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。
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の前記噛み合い位置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って回転しようとしたときに、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。
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。

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が、噛み合い位置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。
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。

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、このインローをケーシング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、アウターロータ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。

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、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が、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６０．０１ｍｍ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。

また、前記実施形態では、インナーロータ１０が、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からである。

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Ｏ３を、インナーロータ１０の軸心Ｏ１とアウターロータ２０の軸心Ｏ２とを結んで得られる延長線上のうち、軸心Ｏ２を挟んで軸心Ｏ１および噛み合い位置Ａの反対側に位置する部分に配置した構成を示したが、これに限らず、前記中心Ｏ３を、インナーロータ１０の軸心Ｏ１を中心とした半径ｅｈの円周上のうち、軸心Ｏ１と中心Ｏ３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Ｏ２を挟んで軸心Ｏ１および噛み合い位置Ａの反対側に位置する部分に配置してもよい。
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。

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。

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。 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

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

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。
   
   

Images