(57)【要約】【課題】ギヤポンプの大型化および歯数の減少を抑制しつつ歯丈を高くして吐出性能を向上させると共に、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを適正化する。【解決手段】インナーロータ２の各外歯２０は、外転円Ｃｏを基礎円ＢＣに外接させながら滑りなく転動させて得られるトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線により形成された歯先部２１と、内転円Ｃｉを基礎円ＢＣに内接させながら滑りなく転動させて得られるトロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線により形成された歯底部２２と、インボリュート曲線により形成されると共に歯先部２１と歯底部２２との間に位置する中間部２３とを含む。【選択図】図２
2014181620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外歯を有するインナーロータと、該インナーロータの前記外歯よりも多い複数の内歯を有すると共に前記インナーロータに対して偏心するように配置されるアウターロータとを備えるギヤポンプにおいて、
前記インナーロータの前記外歯のそれぞれは、少なくとも該インナーロータの回転方向における前側に、描画点の半径よりも小さい半径を有する外転円を基礎円に外接させながら滑りなく転動させて得られるエピトロコイド曲線により形成された歯先部と、描画点の半径よりも小さい半径を有する内転円を前記エピトロコイド曲線と共通の前記基礎円に内接させながら滑りなく転動させて得られるハイポトロコイド曲線により形成された歯底部と、任意の曲線により形成されると共に前記歯先部と前記歯底部との間に位置する中間部とを含むことを特徴とするギヤポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のギヤポンプにおいて、
前記インナーロータは、前記エピトロコイド曲線の前記描画点の半径と前記外転円の半径とをそれぞれ“ｒｄｅ”，“ｒｅ”とし、前記ハイポトロコイド曲線の前記描画点の半径と前記内転円の半径とをそれぞれ“ｒｄｈ”，“ｒｈ”としたときに、
ｒｄｅ＝ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ
を満たすように構成されることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のギヤポンプにおいて、
前記インナーロータは、
Ｒｄ≦２．５・Ｒ
を満たすように構成されることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載のギヤポンプにおいて、
前記中間部は、インボリュート曲線により形成されることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載のギヤポンプにおいて、
前記インナーロータは、前記エピトロコイド曲線および前記ハイポトロコイド曲線の前記基礎円の直径を“Ｒｂｔ”とし、前記インボリュート曲線の基礎円の直径を“Ｒｂｉ”とし、前記インナーロータの回転中心に対する前記アウターロータの回転中心の偏心量を“ｅ”としたときに、
Ｒｂｉ≦Ｒｂｔ
を満たすように構成されることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載のギヤポンプにおいて、
前記外歯と前記内歯とにより画成される複数の歯間室のうちの前記インナーロータおよび前記アウターロータの回転に伴って膨張する歯間室と連通する１つの吸入ポートと、
前記複数の歯間室のうちの前記インナーロータおよび前記アウターロータの回転に伴って収縮する歯間室と連通する２つの独立した吐出ポートと、
を更に備えることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載のギヤポンプにおいて、
前記複数の内歯により画成される前記アウターロータの歯形は、前記インナーロータの回転中心に対する前記アウターロータの回転中心の偏心量を“ｅ”とし、前記インナーロータの回転中心、前記アウターロータの回転中心、前記外歯の歯先および前記内歯の歯先が一直線上に位置する際の該外歯の歯先と該内歯の歯先とのクリアランスを“ｔ”としたときに、前記インナーロータの回転中心を前記アウターロータの回転中心を中心とする直径２・ｅ＋ｔの円周上で所定角度ずつ公転させると共に、前記インナーロータの回転中心が所定角度だけ公転する際にインナーロータ２を前記所定角度および前記インナーロータの歯数に応じた回転角度だけ自転させることにより得られる複数の歯形線に対して描かれる包絡線に基づいて定められることを特徴とするギヤポンプ。
【請求項８】
複数の外歯を有し、該外歯よりも多い複数の内歯を有するアウターロータに対して偏心するように配置されて該アウターロータと共にギヤポンプを構成するインナーロータの製造方法において、
前記外歯のそれぞれの少なくとも前記インナーロータの回転方向における前側に、描画点の半径よりも小さい半径を有する外転円を基礎円に外接させながら滑りなく転動させて得られるエピトロコイド曲線により歯先部を形成すると共に、描画点の半径よりも小さい半径を有する内転円を前記エピトロコイド曲線と共通の前記基礎円に内接させながら滑りなく転動させて得られるハイポトロコイド曲線により歯底部を形成し、かつ前記歯先部と前記歯底部との間に位置する中間部を任意の曲線により形成することを特徴とするインナーロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の外歯を有するインナーロータと、複数の内歯を有すると共にインナーロータに対して偏心するように配置されるアウターロータとを含むギヤポンプ、およびアウターロータと共にギヤポンプを構成するインナーロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のギヤポンプのインナーロータとして、ハイポサイクロイド曲線により形成された歯底部と、インボリュート曲線により形成されたアウターロータとの噛合部と、エピサイクロイド曲線、円弧曲線や楕円の一部といった曲線により形成された歯先部とを有する外歯を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、この種のギヤポンプのインナーロータやアウターロータとしては、固定円上でのピッチ円の回転作用によって生成され得るサイクロイドから引き出されるプロファイルを含む歯先または歯元と、半径方向クリアランスと当該半径方向クリアランスよりも小さい接線方向クリアランスとを含む噛合歯部とを有する外歯または内歯を備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。このインナーロータやアウターロータにおいて、上記歯先や歯元は、歯先の場合、頂点部の二つの側部から連続的に減少する半径を有するピッチ円の円周、歯元の場合、頂点部の二つの側部から連続的に増加または減少する半径を有するピッチ円の円周上の点の軌跡により、または当該軌跡から形成される。更に、この種のギヤポンプのインナーロータに関する技術としては、サイクロイド曲線や、トロコイド曲線上に中心を有する円弧群の包絡線、あるいは互いに接する二つの円弧で形成される円弧曲線等により形成される歯形を径方向や周方向に線形倍して楕円状に変形させるものも知られている（例えば、特許文献３および４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５５７５１４号公報
【特許文献２】特許第４２４３４９８号公報
【特許文献３】特許第４６５０１８０号公報
【特許文献４】特許第４８０３４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなギヤポンプでは、インナーロータやアウターロータひいては装置全体の小型化を図りつつ、外歯と内歯とにより画成される歯間室の容積を増やして吐出量を増加させるために、外歯（および内歯）の歯丈を高くすることが求められる。しかしながら、サイクロイド曲線により形成された歯先や歯底を有する一般的な外歯等の歯丈を高くすると、同時に外歯等の歯厚も増加してしまうことから、ロータ径（基礎円の直径）が増加してしまい、インナーロータやアウターロータひいては装置全体の小型化を図ることは困難となる。その一方で、ロータ径の増加を抑制しようとすればインナーロータやアウターロータの歯数を減らさざるを得なくなり、歯数を減らすと、歯間室の数が減ることで一般に吐出圧の脈動が大きくなってしまう。
【０００５】
このため、特許文献１に記載のギヤポンプでは、インナーロータの回転中心に対するアウターロータの回転中心の偏心量を大きくすることで、ロータの外径等の増加を抑制すると共に歯数を維持しながら歯丈を高めようとしている。しかしながら、特許文献１に記載のギヤポンプでは、特に歯先部をエピサイクロイド曲線により形成する場合、歯先部および歯底部の設計に２つの基礎円が必要となることから、パラメータの増加により設計が煩雑となり、適正な歯形を得るのが困難となる。更に、特許文献１に記載のギヤポンプでは、歯丈が高くなるほど、インナーロータおよびアウターロータが回転した際にインナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯先間のクリアランスが比較的小さく保たれる歯厚方向における範囲を示すシール幅が狭まってしまい、ギヤポンプの容積効率が悪化してしまうおそれがある。また、特許文献２の記載の技術を用いてインナーロータ等の外歯等の歯丈を高くしても、インナーロータの外歯等は、歯丈が高くなるほど歯底側から歯先の頂点に向けて先細になることから、シール幅が狭まってしまうのを抑制することができない。更に、特許文献３や特許文献４に記載されたインナーロータにおいても、歯丈が高くなるほど外歯等が歯底側から歯先の頂点に向けて先細になることから、同様の問題が発生してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、大型化および歯数の減少を抑制しつつ歯丈を高くして吐出性能を向上させると共に、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを適正化することができるギヤポンプおよびインナーロータの製造方法の提供を主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるギヤポンプおよびインナーロータの製造方法は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００８】
本発明によるギヤポンプは、
複数の外歯を有するインナーロータと、該インナーロータの前記外歯よりも多い複数の内歯を有すると共に前記インナーロータに対して偏心するように配置されるアウターロータとを備えるギヤポンプにおいて、
前記インナーロータの前記外歯のそれぞれは、少なくとも該インナーロータの回転方向における前側に、描画点の半径よりも小さい半径を有する外転円を基礎円に外接させながら滑りなく転動させて得られるエピトロコイド曲線により形成された歯先部と、描画点の半径よりも小さい半径を有する内転円を前記エピトロコイド曲線と共通の前記基礎円に内接させながら滑りなく転動させて得られるハイポトロコイド曲線により形成された歯底部と、任意の曲線により形成されると共に前記歯先部と前記歯底部との間に位置する中間部とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明者らは、大型化および歯数の減少を抑制しつつ歯丈を高くしてギヤポンプの吐出性能を向上させるべく鋭意研究を行い、描画点の半径が外転円の半径よりも大きく、当該描画点の半径を外転円の半径で除して得られるトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線や、描画点の半径が内転円の半径よりも大きく、当該描画点の半径を内転円の半径で除して得られるトロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線に着目した。このようなエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線は、描画点が基礎円付近を移動する際に形成されるループ部を含むことから、一般にはギヤポンプにおける歯形として採用し難いものと考えられているが、本発明者らは、トロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線のループ部以外の部分の特性を考慮した結果、当該ループ部以外の部分は、外歯の歯先部や歯底部を形成するのに極めて有用であることを見出した。
【００１０】
すなわち、トロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線のループ部以外の部分と基礎円の中心との間の距離は、外転円の半径が同一であるエピサイクロイド曲線に比べて長くなる。また、トロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線のループ部以外の部分と基礎円の中心との間の距離は、内転円の半径が同一であるハイポサイクロイド曲線に比べて短くなる。これらを踏まえて、本発明者らは、インナーロータの各外歯の少なくとも回転方向における前側の歯先部をトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線のループ部以外の部分により形成すると共に、少なくとも回転方向における前側の歯底部を当該エピトロコイド曲線と基礎円を共通にすると共にトロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線のループ以外の部分により形成し、歯先部と歯底部との間の中間部を任意の曲線により形成することとした。
【００１１】
これにより、外転円や内転円の半径(∝基礎円の半径／歯数)を小さく保ったまま描画点半径を大きくすることで、１つの基礎円を用いて歯先部および歯底部の形状を定めると共に当該基礎円（インナーロータの外径）を小さく保ったまま歯丈を容易に高くすることができる。そして、本発明者らの研究によれば、上述のように基礎円を共通にするトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線によりインナーロータの外歯の歯先部や歯底部を形成して歯丈を高くすることで、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯先間のクリアランスが比較的小さく保たれる歯厚方向における範囲、すなわちシール幅を良好に維持し得ることが確認された。従って、このギヤポンプでは、大型化および歯数の減少を抑制しつつ容易に歯丈を増加させて吐出性能を向上させると共に、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを適正化することが可能となる。
【００１２】
また、前記インナーロータは、前記エピトロコイド曲線の前記描画点の半径と前記外転円の半径とをそれぞれ“ｒｄｅ”，“ｒｅ”とし、前記ハイポトロコイド曲線の前記描画点の半径と前記内転円の半径とをそれぞれ“ｒｄｈ”，“ｒｈ”としたときに、ｒｄｅ＝ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒを満たすように構成されてもよい。
【００１３】
本発明者らは、上述のようなギヤポンプにおける上記シール幅をより適正に確保すべく更に研究を行った。そして、本発明者らは、エピトロコイド曲線の描画点の半径ｒｄｅとハイポトロコイド曲線の描画点の半径ｒｄｈとを一致させると共に、エピトロコイド曲線の外転円の半径ｒｅとハイポトロコイド曲線の内転円の半径ｒｈとを一致させた場合、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯先間のクリアランスをより広い範囲で概ね一定に保ち得ること、すなわちシール幅を拡げられることを見出した。これにより、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、およびｒｅ＝ｒｈ＝Ｒを満たすようにギヤポンプを構成すれば、エピトロコイド曲線により形成される歯先部およびハイポトロコイド曲線により形成される歯底部の歯厚方向における寸法、すなわち歯先部や歯底部を創成するための外転円や内転円の回転角度の範囲を調整することにより、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを容易に調整することができる。従って、このギヤポンプでは、上記歯先間のクリアランスを小さくしてシール性を確保することによる容積効率の向上と、外歯と内歯とのクリアランスをある程度確保することによるキャビテーションの発生の抑制とを容易に両立させることが可能となる。
【００１４】
更に、前記前記インナーロータは、Ｒｄ≦２．５・Ｒを満たすように構成されてもよい。すなわち、エピトロコイド曲線の描画点の半径とハイポトロコイド曲線の描画点の半径とを一致させると共に、エピトロコイド曲線の外転円の半径とハイポトロコイド曲線の内転円の半径とを一致させた場合、エピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の描画点の半径を外転円および内転円の半径の２．５倍以下、より好ましくは１．５〜２．０倍とすることで、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯先間のクリアランスを実用上充分に広い範囲（シール幅）で概ね一定に保つことが可能となる。
【００１５】
また、前記中間部は、インボリュート曲線により形成されてもよい。これにより、外歯と内歯とをよりスムースに噛み合わせると共にインナーロータとアウターロータとの速度比を一定にすることが可能となる。
【００１６】
更に、前記インナーロータは、前記エピトロコイド曲線および前記ハイポトロコイド曲線の前記基礎円の直径を“Ｒｂｔ”とし、前記インボリュート曲線の基礎円の直径を“Ｒｂｉ”とし、前記インナーロータの回転中心に対する前記アウターロータの回転中心の偏心量を“ｅ”としたときに、Ｒｂｉ≦Ｒｂｔを満たすように構成されてもよい。すなわち、インボリュート曲線の基礎円の直径Ｒｂｉと、エピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の基礎円の直径Ｒｂｔと、偏心量ｅとがこのような関係を満たす場合、インボリュート曲線の基礎円の直径がインナーロータの歯底円の直径よりも大きくならないことから、この関係を満たす範囲でエピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の基礎円の直径Ｒｂｔを小さくしてインナーロータを小径化しても、上記中間部をインボリュート曲線により形成することが可能となる。
【００１７】
また、前記ギヤポンプは、前記外歯と前記内歯とにより画成される複数の歯間室のうちの前記インナーロータおよび前記アウターロータの回転に伴って膨張する歯間室と連通する１つの吸入ポートと、前記複数の歯間室のうちの前記インナーロータおよび前記アウターロータの回転に伴って収縮する歯間室と連通する２つの独立した吐出ポートとを更に備えてもよい。すなわち、本発明によれば、ギヤポンプの大型化およびインナーロータ等の歯数の減少を抑制しつつ歯丈を増加させて吐出性能を向上させると共に、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを適正化することができるので、コンパクトで良好な吐出性能を有する２ポート式のギヤポンプを実現することが可能となる。
【００１８】
更に、前記複数の内歯により画成される前記アウターロータの歯形は、前記インナーロータの回転中心に対する前記アウターロータの回転中心の偏心量を“ｅ”とし、前記インナーロータの回転中心、前記アウターロータの回転中心、前記外歯の歯先および前記内歯の歯先が一直線上に位置する際の該外歯の歯先と該内歯の歯先とのクリアランスを“ｔ”としたときに、前記インナーロータの回転中心を前記アウターロータの回転中心を中心とする直径２・ｅ＋ｔの円周上で所定角度ずつ公転させると共に、前記インナーロータの回転中心が所定角度だけ公転する際にインナーロータを前記所定角度および前記インナーロータの歯数に応じた回転角度だけ自転させることにより得られる複数の歯形線に対して描かれる包絡線に基づいて定められてもよい。これにより、上述のようなインナーロータと適正に噛合可能なアウターロータを容易に得ることが可能となる。
【００１９】
本発明によるインナーロータの製造方法は、
複数の外歯を有し、該外歯よりも多い複数の内歯を有するアウターロータに対して偏心するように配置されて該アウターロータと共にギヤポンプを構成するインナーロータの製造方法において、
前記外歯のそれぞれの少なくとも前記インナーロータの回転方向における前側に、描画点の半径よりも小さい半径を有する外転円を基礎円に外接させながら滑りなく転動させて得られるエピトロコイド曲線により歯先部を形成すると共に、描画点の半径よりも小さい半径を有する内転円を前記エピトロコイド曲線と共通の前記基礎円に内接させながら滑りなく転動させて得られるハイポトロコイド曲線により歯底部を形成し、かつ前記歯先部と前記歯底部との間に位置する中間部を任意の曲線により形成するものである。
【００２０】
この方法によれば、インナーロータの大型化および歯数の減少を抑制しつつ容易に歯丈を増加させてギヤポンプの吐出性能を向上させると共に、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とのクリアランスを適正化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るギヤポンプを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すギヤポンプに含まれるインナーロータの外歯を示す概略構成図である。
【図３】図１に示すギヤポンプに含まれるアウターロータの内歯の創成手順を示す模式図である。
【図４】インナーロータの回転中心周りの回転角度と外歯と内歯とのクリアランスとの関係の一例を示す図表である。
【図５】外歯と内歯とのクリアランスの測定の仕方を例示する模式図である。
【図６】本発明の変形態様に係るギヤポンプを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るギヤポンプ１を示す概略構成図である。同図に示すギヤポンプ１は、図示しない車両にオイルポンプとして搭載され、オイルパンに貯留されている作動油（ＡＴＦ）を吸引して油圧制御装置（何れも図示省略）へと圧送するものである。ギヤポンプ１は、例えば自動変速機の変速機ケースに固定されるポンプボディと当該ポンプボディに締結されるポンプカバーとにより構成される図示しないポンプハウジング（何れも図示省略）と、当該ポンプハウジングにより画成されるギヤ収容室内にそれぞれ回転自在に配置されるインナーロータ（ドライブギヤ）２およびアウターロータ（ドリブンギヤ）３とを含む。
【００２３】
インナーロータ２は、図示しない車両に搭載されたエンジンのクランクシャフト（何れも図示省略）に連結される回転軸４に固定され、当該回転軸４に付与される動力により回転駆動される。また、インナーロータ２の外周には、複数（本実施形態では、１３歯）の外歯２０が形成されている。一方、アウターロータ３の内周には、インナーロータ２の外歯２０の総数よりも１つ多い数の内歯３０が形成されている。アウターロータ３は、図１における下側に位置する複数の内歯３０がインナーロータ２の対応する外歯２０と噛合すると共に、インナーロータ２に対して偏心した状態で上記ギヤ収容室内に回転自在に配置される。更に、インナーロータ２とアウターロータ３との間には、複数の外歯２０と複数の内歯３０とにより複数の歯間室（ポンプ室）５が形成される。
【００２４】
これにより、回転軸４からの動力によりインナーロータ２が図１における矢印方向に回転すると、アウターロータ３は、複数の内歯３０の一部が複数の外歯２０の一部に噛合することで、インナーロータ２の回転中心２ｃから偏心量ｅだけ離間した回転中心３ｃの周りにインナーロータ２と共に同方向に回転する。インナーロータ２およびアウターロータ３の回転方向における上流側の領域（図１における主に右側半分の領域）では、インナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って各歯間室５の容積が増加（膨張）する。また、インナーロータ２等の回転方向における下流側の領域（図１における主に左側半分の領域）では、インナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って各歯間室５の容積が減少（収縮）する。
【００２５】
そして、ギヤポンプ１の図示しないポンプハウジングには、外歯２０と内歯３０とにより画成される複数の歯間室５のうちのインナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って膨張する歯間室５と連通（対向）するように略円弧状に延在する吸入ポート６と、複数の歯間室５のうちのインナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って収縮する歯間室５と連通（対向）するように略円弧状に延在する吐出ポート７とが形成されている。なお、吸入ポート６および吐出ポート７は、インナーロータ２およびアウターロータ３の両側（ポンプボディおよびポンプカバーの双方）に形成されてもよく、インナーロータ２およびアウターロータ３の片側（ポンプボディおよびポンプカバーの一方）に形成されてもよい。また、吸入ポート６をインナーロータ２およびアウターロータ３の一方側に形成すると共に、吐出ポート７をインナーロータ２およびアウターロータ３の他方側に形成してもよい。
【００２６】
図２は、インナーロータ２の外歯２０を示す概略構成図である。同図示すように、インナーロータ２の各外歯２０は、歯先部２１と、歯底部２２と、歯先部２１と歯底部２２との間に位置する中間部２３とを含む。歯先部２１は、第１の描画点の半径ｒｄｅを外転円Ｃｏの半径ｒｅで除して得られるトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線により凸曲面状に形成されており、外歯２０の歯厚方向における中央に位置して当該凸曲面の頂部となる歯先２１ｔを含む。また、歯底部２２は、第２の描画点の半径ｒｄｈを内転円Ｃｉの半径ｒｈで除して得られるトロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線により凹曲面状に形成されており、外歯２０の歯厚方向における中央に位置して当該凹曲面の最深部となる歯底２２ｂを含む。本実施形態において、インナーロータ２の各外歯２０は、歯先部２１の歯先２１ｔ（および歯底部２２の歯底２２ｂ）と回転中心２ｃとを結ぶ線分に関して左右対称に形成される。
【００２７】
歯先部２１を形成するエピトロコイド曲線は、図２に示すように、第１の描画点の半径ｒｄｅを第１の値Ｒｄｅ（一定値）に保つと共に当該第１の値Ｒｄｅよりも小さい半径ｒｅを有する外転円Ｃｏをインナーロータ２の回転中心２ｃと中心Ｏを共通にする基礎円ＢＣｔに外接させながら滑りなく転動させることにより得られる。また、歯底部２２を形成するハイポトロコイド曲線は、歯先部２１を形成するエピトロコイド曲線と基礎円ＢＣｔを共通にするものであり、図２に示すように、第２の描画点の半径ｒｄｈを第２の値Ｒｄｈ（一定値）に保つと共に当該第２の値Ｒｄｈよりも小さい半径ｒｈを有する内転円Ｃｉを上記基礎円ＢＣｔに内接させながら滑りなく転動させることにより得られる。
【００２８】
ここで、トロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線は、図２において二点鎖線で示すように、描画点が基礎円ＢＣｔ付近を移動する際に形成されるループ部を含む。従って、このようなエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線は、一般にはギヤポンプにおける歯形として採用し難いものと考えられているが、本発明者らは、大型化および歯数の減少を抑制しつつ歯丈を高くしてギヤポンプの吐出性能を向上させるべく鋭意研究を行った結果、トロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線のループ部以外の部分が外歯２０の歯先部２１や歯底部２２を形成するのに極めて有用であることを見出した。
【００２９】
すなわち、トロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線のループ部以外の部分と基礎円ＢＣｔの中心Ｏとの間の距離は、外転円の半径が同一であるエピサイクロイド曲線に比べて長くなる。また、トロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線のループ部以外の部分と基礎円ＢＣｔの中心Ｏとの間の距離は、内転円の半径が同一であるハイポサイクロイド曲線に比べて短くなる。これらを踏まえて、本発明者らは、インナーロータ２の各外歯２０の歯先部２１をトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線のループ部以外の部分により形成すると共に、歯底部２２を当該エピトロコイド曲線と基礎円ＢＣｔを共通にすると共にトロコイド係数が値１よりも大きいハイポトロコイド曲線のループ以外の部分により形成することとした。これにより、外転円Ｃｏや内転円Ｃｉの半径ｒｅ，ｒｈ(∝基礎円ＢＣｔの半径／歯数)を小さく保ったまま第１および第２の描画点の半径ｒｄｅ，ｒｄｈすなわち第１および第２の値Ｒｄｅ，Ｒｄｈを大きくすることで、１つの基礎円ＢＣｔを用いて歯先部２１および歯底部２２の形状を定めると共に当該基礎円ＢＣｔすなわちインナーロータ２の外径を小さく保ったまま歯丈を容易に高くすることが可能となる。
【００３０】
また、ギヤポンプ１のインナーロータ２において、歯先部２１と歯底部２２との間の中間部２３は、上記エピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の基礎円ＢＣｔと中心Ｏを共通にする基礎円ＢＣｉを用いて得られるインボリュート曲線により形成される。中間部２３は、滑らかな曲線（例えば円弧）により形成される境界部２４を介して歯先部２１に連続すると共に、滑らかな曲線（例えば円弧）により形成される境界部２５を介して歯底部２２に連続する。本実施形態において、中間部２３を形成するインボリュート曲線の基礎円ＢＣｉの直径を“Ｒｂｉ”とし、歯先部２１を形成するエピトロコイド曲線および歯底部２２を形成するハイポトロコイド曲線の基礎円ＢＣｔの直径を“Ｒｂｔ”としたときに、基礎円ＢＣｔおよびＢＣｉの直径Ｒｂｔ，Ｒｂｉは、Ｒｂｉ≦Ｒｂｔという関係を満たすように選択される。すなわち、インボリュート曲線の基礎円ＢＣｉの直径Ｒｂｉと、エピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の基礎円ＢＣｔの直径Ｒｂｔと、偏心量ｅとがこのような関係を満たす場合、インボリュート曲線の基礎円ＢＣｔの直径Ｒｂｉがインナーロータ２の歯底円の直径よりも大きくならないことから、この関係を満たす範囲でエピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の基礎円の直径Ｒｂｔを小さくしてインナーロータを小径化しても、中間部２３をインボリュート曲線により形成することが可能となる。
【００３１】
更に、ギヤポンプ１のインナーロータ２では、歯先部２１を形成するエピトロコイド曲線を描画するための第１の描画点の半径ｒｄｅすなわち第１の値Ｒｄｅと、歯底部２２を形成するハイポトロコイド曲線を描画するための第２の描画点の半径ｒｄｈすなわち第２の値Ｒｄｈとが同一の値Ｒｄに定められると共に、外転円Ｃｏの半径ｒｅと内転円Ｃｉの半径ｒｈとが同一の値Ｒに定められている。従って、インナーロータ２では、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ、歯丈＝Ｒｄｅ＋ｒｅ＋Ｒｄｈ＋ｒｈ＝２・ｅという関係が成立する。
【００３２】
一方、複数の内歯３０により画成されるアウターロータ３の歯形（輪郭）は、図５に示すようにインナーロータ２の回転中心２ｃをアウターロータ３の回転中心３ｃを中心とする直径２・ｅ＋ｔの円周上で所定角度δずつ１周公転させると共に、回転中心２ｃが所定角度δだけ公転する際にインナーロータ２を回転角度δ／Ｎだけ自転させることにより得られる複数の歯形線（インナーロータ２の輪郭、図５における二点鎖線参照）に対して描かれる包絡線に基づいて定められる。ただし、“ｔ”は、インナーロータ２の回転中心２ｃ、アウターロータ３の回転中心３ｃ、外歯２０の歯先２１ｔおよび内歯３０の歯先が一直線上に位置する際の外歯２０の歯先２１ｔと内歯３０の歯先とのクリアランス（チップクリアランス）であり、例えば、０．０３〜０．０７ｍｍ程度の値とされる。これにより、インナーロータ２と適正に噛合可能なアウターロータ３を容易に得ることが可能となる。なお、アウターロータ３の歯形（輪郭）は、上記包絡線自体であってもよく、当該包絡線よりも外側に位置するように定められてもよい。また、アウターロータ３の内歯は、インナーロータ２と概ね同一の形状を有する歯切工具を用いて創成されてもよい。
【００３３】
上述のように、ギヤポンプ１のインナーロータ２では、基礎円ＢＣを共通にするトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線によりインナーロータ２の外歯２０の歯先部２１や歯底部２２が形成される。そして、インナーロータ２では、歯先部２１を形成するエピトロコイド曲線を描画するための第１の描画点の半径ｒｄｅ＝Ｒｄｅと、歯底部２２を形成するハイポトロコイド曲線を描画するための第２の描画点の半径ｒｄｈ＝Ｒｄｈとが一致させられると共に、外転円の半径ｒｅと内転円の半径ｒｈとが一致させられ、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ、およびＲｄｅ＋ｒｅ＋Ｒｄｈ＋ｒｈ＝２・ｅという関係が成立する。
【００３４】
すなわち、本発明者らは、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランス（外歯２０の歯先部２１と内歯３０の歯先部との間のクリアランス）が比較的小さく保たれる歯厚方向における範囲、すなわちシール幅をより適正に確保すべく更に研究を行った結果、外歯２０の歯先部２１および歯底部２２を上述のようにして創成する場合には、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ、かつＲｄｅ＋ｒｅ＋Ｒｄｈ＋ｒｈ＝２・ｅを満たすようにすることで、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランスをより広い範囲で概ね一定に保ち得ること、すなわちシール幅を拡げられることを見出した。図３に、ギヤポンプ１におけるインナーロータ２の回転中心２ｃ周りの回転角度ωと外歯２０と内歯３０とのクリアランス（歯隙）との関係の一例を示す。
【００３５】
図３は、インナーロータ２の歯底円の直径を例えば５０〜６０ｍｍの範囲、アウターロータの歯底円の直径を例えば７０〜７５ｍｍの範囲、偏心量ｅを例えば２．５〜３．５ｍｍの範囲、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄを例えば１．５〜２ｍｍの範囲、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒを例えば１．０〜１．５ｍｍの範囲内からそれぞれ選択したギヤポンプ１についての解析結果を示すものである。なお、図３におけるインナーロータ２の回転中心２ｃ周りの回転角度ωは、図１においてインナーロータ２の回転中心２ｃとアウターロータ３の回転中心３ｃとを通る一点鎖線の図中下方に向かう方向を０（ｒａｄ）として図１中反時計周りに測定される。また、外歯２０と内歯３０とのクリアランスは、図４に示すように互いに最近接した外歯２０と内歯３０との歯面に対する法線の方向において測定される最小間隔である。
【００３６】
図３に示すように、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ、かつＲｄｅ＋ｒｅ＋Ｒｄｈ＋ｒｈ＝２・ｅを満たすインナーロータ２を含むギヤポンプ１では、同図におけるω＝πすなわちギヤポンプ１における上死点を中心とした範囲Ａ（例えば９０°≦ω≦２７０°、吸入ポート６と吐出ポート７との間の領域を含む範囲）で外歯２０と内歯３０とのクリアランス、すなわちインナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランスが概ね一定に保たれ、シール幅が良好に確保されている。そして、インナーロータ２の歯底円の直径を例えば５０〜６０ｍｍの範囲、アウターロータの歯底円の直径を例えば７０〜７５ｍｍの範囲、偏心量ｅを例えば２．５〜３．５ｍｍの範囲、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄを例えば１．５〜２ｍｍの範囲、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒを例えば１．０〜１．５ｍｍの範囲内で変化させて得られた複数の解析結果は、何れも図３と同様の特性を示した。
【００３７】
これにより、上述のギヤポンプ１では、エピトロコイド曲線により形成される外歯２０の歯先部２１、およびアウターロータ３の内歯３０の歯先部を規定するハイポトロコイド曲線により形成される外歯２０の歯底部２２の歯厚方向における寸法、すなわち歯先部２１（エピトロコイド曲線）や歯底部２２（ハイポトロコイド曲線）を創成するための外転円Ｃｏや内転円Ｃｉの回転角度の範囲を調整することにより、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランスを容易に調整し得ることが理解されよう。従って、ギヤポンプ１では、外歯２０と内歯３０との歯先間のクリアランスを小さくしてシール性を確保することによる容積効率の向上と、外歯２０と内歯３０とのクリアランスをある程度確保することによるキャビテーションの発生の抑制とを容易に両立させることが可能となる。
【００３８】
また、本発明者らの研究の結果、Ｒｄｅ＝Ｒｄｈ＝Ｒｄ、ｒｅ＝ｒｈ＝Ｒ、かつＲｄｅ＋ｒｅ＋Ｒｄｈ＋ｒｈ＝２・ｅを満たすインナーロータ２を含むギヤポンプ１では、エピトロコイド曲線およびハイポトロコイド曲線の描画点の半径Ｒｄを外転円Ｃｏおよび内転円Ｃｉの半径Ｒの２．５倍以下（Ｒｄ≦２．５・Ｒ）、より好ましくは１．５〜２．０倍（１．５・Ｒ≦Ｒｄ≦２．０・Ｒ）とすることで、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランスを実用上充分に広い範囲（シール幅）で概ね一定に保ち得ることが判明した。更に、本発明者らの解析の結果、上述のように基礎円ＢＣを共通にするトロコイド係数が値１よりも大きいエピトロコイド曲線やハイポトロコイド曲線によりインナーロータ２の外歯２０の歯先部２１や歯底部２２を形成すれば、上記第１および第２の値Ｒｄｅ，Ｒｄｈを完全に一致させず、かつ外転円Ｃｏの半径ｒｅと内転円Ｃｉの半径ｒｈとを完全に一致させなくても、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯との歯先間のクリアランスが比較的小さく保たれる歯厚方向における範囲、すなわちシール幅を良好に維持し得ることも確認された。
【００３９】
以上説明したように、ギヤポンプ１では、１つの基礎円ＢＣを用いてインナーロータ２の外歯２０の歯先部２１および歯底部２２の形状を定めると共に当該基礎円ＢＣ（インナーロータの外径）を小さく保ったまま歯丈を容易に高くすることが可能であり、かつインナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０との歯先間のクリアランスが比較的小さく保たれる歯厚方向における範囲、すなわちシール幅を良好に維持することができる。従って、ギヤポンプ１では、大型化および歯数の減少を抑制しつつ、容易に歯丈を増加させて吐出性能を向上させると共に、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０とのクリアランスを適正化することが可能となる。
【００４０】
また、上記インナーロータ２のように、歯先部２１と歯底部２２との間に位置する中間部２３をインボリュート曲線により形成すれば、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０とをよりスムースに噛み合わせると共にインナーロータ２とアウターロータ３との速度比を一定にすることが可能となる。ただし、歯先部２１と歯底部２２との間に位置する中間部２３は、例えばｎ次関数（ただし、“ｎ”は値１以上の整数である。）、任意の多項式、三角関数、緩和曲線といったインボリュート曲線以外の曲線により形成されてもよいことはいうまでもない。
【００４１】
更に、上述のギヤポンプ１では、インナーロータ２の各外歯２０が歯先部２１の歯先２１ｔと回転中心２ｃとを結ぶ線分に関して対称に形成され、同様にアウターロータ３の各内歯３０も歯先部の歯先と回転中心３ｃとを結ぶ線分に関して対称に形成されることになるが、これに限られるものではない。すなわち、インナーロータ２の各外歯２０は、歯先部２１の歯先２１ｔ（および歯底部２２の歯底２２ｂ）と回転中心２ｃとを結ぶ線分に関して非対称に形成されてもよく、アウターロータ３の各内歯３０も歯先部の歯先（および歯底部の歯底）と回転中心３ｃとを結ぶ線分に関して非対称に形成されてもよい。この場合には、各外歯２０のインナーロータ２の回転方向における前側（図２のおける外歯２０の左側半分）の歯先部２１、中間部２３および歯底部２２を上述のように創成した上で、アウターロータ３の内歯３０を上述のようにして創成すればよい。また、外歯２０の中間部２３をインボリュート曲線により形成する場合には、各外歯２０のインナーロータ２の回転方向における前側と後側とで中間部２３（インボリュート曲線）における圧力角を変えてもよい。これにより、インナーロータ２とアウターロータ３とのクリアランスを調整することができる。
【００４２】
図６は、本発明の他の変形態様に係るギヤポンプ１Ｂを示す概略構成図である。同図に示すギヤポンプ１Ｂは、外歯２０と内歯３０とにより画成される複数の歯間室５のうちのインナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って膨張する歯間室５と連通（対向）する１つの吸入ポート６と、複数の歯間室５のうちのインナーロータ２およびアウターロータ３の回転に伴って収縮する歯間室５と連通（対向）する２つの独立した吐出ポート７ａ，７ｂを備えるものである。すなわち、本発明によれば、大型化およびインナーロータ２等の歯数の減少を抑制しつつ歯丈を増加させて吐出性能を向上させると共に、インナーロータ２の外歯２０とアウターロータ３の内歯３０とのクリアランスを適正化することができるので、コンパクトで良好な吐出性能を有する２ポート式のギヤポンプ１Ｂを容易に実現することが可能となる。なお、図６に示すギヤポンプ１Ｂにおいて、インナーロータ２の各外歯２０やアウターロータ３の各内歯３０が歯先部の歯先と回転中心２ｃまたは３ｃとを結ぶ線分に関して非対称に形成されてもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、上記実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一形態であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、上記実施形態はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ギヤポンプの製造産業において利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ｂ  ギヤポンプ、２  インナーロータ、２ｃ，３ｃ  回転中心、３  アウターロータ、４  回転軸、５  歯間室、６  吸入ポート、７，７ａ，７ｂ  吐出ポート、２０  外歯、２１  歯先部、２１ｔ  歯先、２２  歯底部、２２ｂ  歯底、２３  中間部、２４，２５  境界部、３０  内歯。
【図１】
2014181620.tif 000003
【図２】
2014181620.tif 000004
【図３】
2014181620.tif 000005
【図４】
2014181620.tif 000006
【図５】
2014181620.tif 000007
【図６】
2014181620.tif 000008