(57)【要約】【課題】インナーロータの歯形をトロコイド曲線を用いて創成した内接歯車式ポンプ用のロータについて、歯丈の設定を自由に行なえるようにしてポンプの吐出量を増加させること課題としている。【解決手段】インナーロータ２の歯形が、基礎円上を所定径の転円が滑らずに転がり、この転円の中心から両ロータの偏心量相当量離れた点が描くトロコイド曲線ＴＣ上に中心を有する直径ｄ2の軌跡円Ｃの円弧群の包絡線によって形成されており、軌跡円Ｃのインナーロータの歯先部における直径ｄ2Tよりも歯底部中央における直径ｄ2Bを大きくした。【選択図】図３
2010151068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯数がｎのインナーロータ（２）と、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ（３）を組み合わせ、両ロータの歯間に形成されるポンプ室（４）のロータ回転に伴う容積変化によって流体を吸入、吐出する内接歯車式ポンプのロータであって、
インナーロータ（２）の歯形が、
直径ｄの基礎円（Ａ）上を直径ｄ1の転円（Ｂ）が滑らずに転がり、この転円（Ｂ）の中心から距離ｅだけ離れた点が描くトロコイド曲線上に中心を有する直径ｄ2の軌跡円（Ｃ）の円弧群の包絡線によって形成されており、前記軌跡円（Ｃ）の直径ｄ2が、インナーロータ（２）の歯先部（２ａ）よりも歯底側で大きいことを特徴とするポンプ用ロータ。
【請求項２】
前記軌跡円（Ｃ）の直径ｄ2が、インナーロータ（２）の歯先部（２ａ）から歯底部（２ｂ）の中央に行くにつれて以下の式に従って変化することを特徴とする請求項１に記載のポンプ用ロータ。
ｄ2＝ｄ2T＋｛（ｒmax−ｒ）／（ｒmax−ｒmin）｝・ΔＣ
ΔＣ＝ｄ2B−ｄ2T
ここに、ｄ2T：歯先部における軌跡円Ｃの直径
ｄ2B：歯底部における軌跡円Ｃの直径
ｒ：インナーロータ中心からトロコイド曲線までの距離
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインナーロータ（２）と、そのインナーロータ（２）の中心（Ｏi）をアウターロータ（３）の中心周りに直径（２ｅ＋ｔ）の円（Ｓ）を描いて公転させ、インナーロータ中心（Ｏi）がその円（Ｓ）を１周公転する間にインナーロータ（２）を１／ｎ回自転させ、こうして作られるインナーロータの歯形曲線群の包絡線を歯形にしたアウターロータ（３）を組み合わせてポンプ用ロータ（１）を構成し、そのポンプ用ロータ（１）をハウジング（５）に設けられたロータ室（６）に収納して構成される内接歯車式ポンプ。
ここに、ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータの歯間最大隙間
ｎ：インナーロータの歯数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯数差が１枚のインナーロータ（外歯歯車）とアウターロータ（内歯歯車）を組み合わせたポンプ用ロータとそれをハウジングに組み込んで構成される内接歯車式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
内接歯車式ポンプは、車のエンジンや自動変速機（ＡＴ）の潤滑用ポンプなどとして利用されている。この内接歯車式ポンプの中に、歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせたものがあり、さらに、その形式のポンプの中に、容積効率が良くて騒音や駆動トルクも小さいことで知られるトロコイド曲線を用いてロータの歯形を創成したものがある。
【０００３】
このトロコイド曲線を用いて創成される歯形は、図８に示すように、基礎円Ａと、その基礎円Ａ上を滑らずに転がる転円Ｂを用いて転円Ｂの中心から距離ｅ（＝インナーロータとアウターロータの回転中心の偏心量）離れた半径上の一点の軌跡でトロコイド曲線ＴＣを描き、そのトロコイド曲線ＴＣ上を移動するトロコイド曲線ＴＣ上に中心の置かれた一定径の軌跡円Ｃの円弧群の包絡線でインナーロータ２の歯形が創成される（下記特許文献１を同時参照）。
【特許文献１】特開昭６１−２０１８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トロコイド曲線を用いた歯形は、基礎円Ａ、転円Ｂ、軌跡円Ｃ、インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量ｅの値が１つの歯形に対してそれぞれ１つ設定される。その歯形を有するポンプは、吐出量を増加させるためには、歯丈を高くすればよいが、目的を達成しようとしてインナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量ｅを大きくすると、歯幅が狭くなりすぎたり、歯形の設計自体が不可能になったりする。従って、上記の偏心量が規制され、そのために歯丈も規制されて吐出量を増加させる要求に応えるのが難しい。
【０００５】
この発明は、上述したタイプのポンプのロータについて歯丈の設定を自由に行なえるようにしてポンプの吐出量を増加させること課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、この発明においては、歯数がｎのインナーロータと、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータを組み合わせ、両ロータの歯間に形成されるポンプ室のロータ回転に伴う容積変化によって流体（主として液体）を吸入、吐出する内接歯車式ポンプのロータを以下のように構成した。すなわち、インナーロータの歯形が、直径ｄの基礎円Ａ上を直径ｄ1の転円Ｂが滑らずに転がり、この転円Ｂの中心から距離ｅだけ離れた点が描くトロコイド曲線ＴＣ上に中心を有する直径ｄ2の軌跡円Ｃの円弧群の包絡線によって形成されており、前記軌跡円Ｃの直径ｄ2をインナーロータの歯先部よりも歯底側で大きくした。
【０００７】
前記軌跡円Ｃの直径は、インナーロータの歯先部から歯底部の中央に行くにつれて下記の式に従って変化させるのがよい。
ｄ2＝ｄ2T＋｛（ｒmax−ｒ）／（ｒmax−ｒmin）｝・ΔＣ
ΔＣ＝ｄ2B−ｄ2T
ここに、ｄ2T：歯先部における軌跡円Ｃの直径
ｄ2B：歯底部における軌跡円Ｃの直径
ｒ：インナーロータ中心からトロコイド曲線までの距離
【０００８】
この発明は、上記の歯形を有するインナーロータと、そのインナーロータの中心をアウターロータの中心周りに直径（２ｅ＋ｔ）の円を描いて公転させ、インナーロータ中心がその円を１周公転する間にインナーロータを１／ｎ回自転させ、こうして作られるインナーロータの歯形曲線群の包絡線を歯形にしたアウターロータを組み合わせてポンプ用ロータを構成し、そのポンプ用ロータをハウジングに設けられたロータ室に収納して構成される内接歯車式ポンプも併せて提供する。
なお、上記において、ｅはインナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量、ｔはアウターロータとそれに押し付けたインナーロータの歯間最大隙間（チップクリアランス）、ｎはインナーロータの歯数である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のポンプ用ロータは、基礎円と転円を用いて描いたトロコイド曲線上を軌跡円が移動し、その軌跡円の円弧群の包絡線でインナーロータの歯形を形成するロータを改善の対象にし、軌跡円の直径を可変とすることでインナーロータの歯丈の設定に自由度を付与している。前記軌跡円の、歯先部における直径よりも歯底部における直径を大きくしたことによって、一定径の軌跡円の円弧群の包絡線によってインナーロータの歯形が形成されるもの（以下、従来品と言う）に比べてインナーロータの歯丈が大きくなり、そのために、インナーロータとアウターロータの歯間に形成されるポンプ室の容積が大きくなってポンプの理論吐出量が増大する。
【００１０】
また、インナーロータの歯先付近の歯形は、上記の従来品とほぼ同じものになるので、チップクリアランス付近での歯間隙間は従来品と同様の狭さになり、ポンプの高い容積効率を維持することができる。また、チップクリアランスが従来品と同様の狭さになるため、ポンプの作動音やロータの耐久性も従来品と同等のものになる。
【００１１】
さらに、この発明の内接歯車式ポンプは、インナーロータをアウターロータの中心周りに公転させながら自転させて描いたインナーロータの歯形曲線群の包絡線でアウターロータの歯形を作成したので、ロータの円滑な回転と一定の歯間隙間の維持が図れ、安定した性能が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面の図１〜図３に基づいてこの発明のポンプ用ロータ１の実施の形態を説明する。図１に示すポンプ用ロータ１は、歯数がｎ（図のそれはｎ＝９）のインナーロータ２と、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ３を組み合わせて構成されている。２ａはインナーロータ２の歯先部、２ｂはインナーロータ２の歯底部である。インナーロータ２は、中心に軸穴２ｃを有する。
【００１３】
インナーロータ２は、その歯形が、図８で説明した包絡線、すなわち、直径ｄの基礎円Ａ上を直径ｄ1の転円Ｂが滑らずに転がり、この転円Ｂの中心から距離ｅだけ離れた点が描くトロコイド曲線ＴＣ上に中心を有する直径ｄ2の軌跡円Ｃの円弧群の包絡線によって形成されている。
【００１４】
その包絡線を描くのに用いる軌跡円Ｃは、従来品の場合、直径を一定させているが、発明品のポンプ用ロータでは、その軌跡円Ｃの直径を、インナーロータ２の歯先部２ａと歯底部２ｂにおいて異ならせている。具体的には、その軌跡円Ｃの直径を、インナーロータ２の歯先部２ａから歯底部２ｂの中央に行くにつれて徐々に増加させ、図３に示すように、歯先部２ａにおける直径ｄ2Tよりも歯底部２ｂの中央における直径ｄ2Bを大きくしている。そのために、発明品のインナーロータ２の歯丈ｈ1が、従来品の歯丈ｈ（図８参照）に比べて大きくなり、これにより、インナーロータ２とアウターロータ３の歯間に形成されるポンプ室（チャンバ）４の容積が従来品よりも大きくなってポンプの吐出量が増加する。
【００１５】
軌跡円Ｃのインナーロータ歯先部における直径ｄ2Tと歯底部中央における直径ｄ2Bの比（ｄ2B／ｄ2T）は、その値が大き過ぎるとインナーロータ２の歯幅が細くなりすぎて歯の耐久性が低下し、一方、その値が小さ過ぎると歯丈を大きくする効果が薄れるので、耐久性と歯丈増による吐出量増加のバランスを考えて適切な値を選択する。その比は１．１〜１．５位が適当と考えられるが、その範囲に限定されるものではない。軌跡円Ｃの直径ｄ2は、下式を満足するように変化させるのがよい。
図４において、
ｄ2B：歯底部における軌跡円Ｃの直径（最大径）
ｄ2T:歯先部における軌跡円Ｃの直径（最小径）
ｒ:インナーロータ中心Ｏｉからトロコイド曲線Ｔｃまでの距離
として、
ΔＣ＝ｄ2B−ｄ2T
ｄ2＝ｄ2B−ΔＣ・｛（[√（ｘ2＋ｙ2）]−ｒmin）／（ｒmax−ｒmin）｝
＝ｄ2T＋ΔＣ−ΔＣ・｛（[√（ｘ2＋ｙ2）]−ｒmin）／（ｒmax−ｒmin）｝
＝ｄ2T＋｛（ｒmax−[√（ｘ2＋ｙ2）]）／（ｒmax−ｒmin）｝・ΔＣ
＝ｄ2T＋｛（ｒmax−ｒ）／（ｒmax−ｒmin）｝・ΔＣ
【００１６】
アウターロータ３は、インナーロータ２よりも歯数を１枚多くしたものが用いられている。このアウターロータ３は、図５に示すように、インナーロータ２の中心Ｏiをアウターロータ３の中心ＯO周りに直径（２ｅ＋ｔ）の円Ｓを描いて公転させ、インナーロータ中心Ｏiがその円Ｓを１周公転する間にインナーロータを１／ｎ回自転させ、こうして作られるインナーロータ２の歯形曲線群の包絡線で歯形を形成している。
ここに、ｅ：インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
ｔ：アウターロータとそれに押し付けたインナーロータ間の最大隙間（＝チップクリアランス）
ｎ：インナーロータの歯数
【００１７】
このインナーロータ２とアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせてポンプ用ロータ１を構成し、そのポンプ用ロータ１を、図６に示すように、吸入ポート７と吐出ポート８を有するポンプハウジング５のロータ室６に収納して内接歯車式ポンプ９を構成する。その内接歯車式ポンプ９は、インナーロータ２の軸穴２ｃに駆動軸（図示せず）を通して係合させ、その駆動軸から駆動力を伝えてインナーロータ２を回転させる。このとき、アウターロータ３は従動回転し、この回転により両ロータ間に形成されるポンプ室４の容積が増減してオイルなどの液体の吸入、吐出がなされる。
【実施例１】
【００１８】
この発明の効果を確認するために、以下の仕様のポンプ用ロータを有する内接歯車式ポンプの吐出性能の違いを調べた。試験の条件は、ポンプ回転数５００〜６０００／ｒｐｍ、使用オイル：エンジンオイルＳＡＥ３０、油温：１２０℃、吐出圧力：０．５ＭＰａ及び２．０ＭＰａである。
【００１９】
図１が発明品、図７が従来品である。この図１と図７のロータは同一尺度で表示しており、インナーロータ２の歯丈の違いがこれらの図からわかる。なお、従来品のアウターロータは、歯底の形状が発明品と異なっているが、これは吐出量に影響を与えるものではない。
インナーロータの歯形設計は、直径＝φ７７．８ｍｍの基礎円と、直径＝φ８．６ｍｍの転円と、表１に記載した大きさの軌跡円を用いて行なった。この試験に用いたロータの歯形諸元を表１に示す。
【表１】
2010151068.tif 000003
【００２０】
吐出圧０．５ＭＰａでの上記の試験の結果を表２及び図９にそれぞれ示す。表２は、回転数を変えたときの吐出量と、比較品を１００としたときの発明品の吐出量の割合を示している。
【００２１】
【表２】
2010151068.tif 000004
【００２２】
また、吐出圧２．０ＭＰａでの上記の試験の結果を表３及び図１０にそれぞれ示す。表３も、上記同様、回転数を変えたときの吐出量と、比較品を１００としたときの発明品の吐出量の割合を示している。
【００２３】
【表３】
2010151068.tif 000005
【００２４】
上記の試験の結果から、発明品のポンプの吐出量が、例えば、油温:１２０℃．吐出圧力:０．５ＭＰａ、回転数:１０００ｒｐｍの条件下において従来品に比べて、１１％強増加し、また、油温:１２０℃．吐出圧力:２．０ＭＰａ、回転数:１０００ｒｐｍの条件下においては約４５％強増加することを確認した。
【００２５】
図１及び図７のθはインナーロータ２とアウターロータ３の歯の噛み合い圧力角を表している。この噛み合い圧力角θは、図７の従来品では２１°である。これに対し発明品の噛み合い圧力角θは１３°であり、従来品に比べて極めて小さい。従って、インナーロータからアウターロータへの回転トルクの伝達効率も、発明品が従来品に勝るものになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明のポンプ用ロータの一例を示す端面図
【図２】図１のポンプ用ロータのチップクリアランスを示す図
【図３】インナーロータの発明品の歯形の創成方法を示す図
【図４】図３を補足する図
【図５】アウターロータの歯形の形成方法を示す図
【図６】図１のポンプ用ロータを採用した内接歯車式ポンプをハウジングのカバーを外した状態にして示す端面図
【図７】改善対象のポンプ用ロータ（従来品）の一例を示す端面図
【図８】トロコイド曲線を用いた歯形の創成方法の解説図
【図９】吐出圧力０．５ＭＰａでの吐出量の試験結果を比較した図
【図１０】吐出圧力２．０ＭＰａでの吐出量の試験結果を比較した図
【符号の説明】
【００２７】
１          ポンプ用ロータ
２          インナーロータ
２ａ        歯先部
２ｂ        歯底部
２ｃ        軸穴
３          アウターロータ
４          ポンプ室
５          ポンプハウジング
６          ロータ室
７          吸入ポート
８          吐出ポート
９          内接歯車式ポンプ
Ａ          基礎円
Ｂ          転円
Ｃ          軌跡円
ＴＣ        トロコイド曲線
Ｓ          直径が（２ｅ＋ｔ）の円
ｄ          基礎円Ａの直径
ｄ1        転円Ｂの直径
ｄ2        軌跡円Ｃの直径
ｄ2T        軌跡円Ｃのインナーロータの歯先部における直径
ｄ2B        軌跡円Ｃのインナーロータの歯底部中央における直径
ｈ，ｈ1    インナーロータの歯丈
Ｏi        インナーロータの中心
ＯO        アウターロータの中心
ｅ          インナーロータの中心とアウターロータの中心の偏心量
ｔ          アウターロータとそれに押し付けたインナーロータの歯間最大隙間＝チップクリアランス
ｎ          インナーロータの歯数
θ          歯の噛み合い圧力角
【図１】
2010151068.tif 000006
【図２】
2010151068.tif 000007
【図３】
2010151068.tif 000008
【図４】
2010151068.tif 000009
【図５】
2010151068.tif 000010
【図６】
2010151068.tif 000011
【図７】
2010151068.tif 000012
【図８】
2010151068.tif 000013
【図９】
2010151068.tif 000014
【図１０】
2010151068.tif 000015