(57)【要約】【課題】内接歯車ポンプ用ロータの歯丈規制を緩和してポンプの容積効率を高めることを課題としている。【解決手段】歯数差が１枚のインナーロータ２とアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせて構成される内接歯車ポンプ用ロータにおいて、複数の楕円を、隣り合う楕円が互いに接触又は部分的に重なるように組み合わせて各楕円の曲線の一部を連続的に連ならせ、その連続的に連なった曲線でインナーロータ２の歯形を創成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の楕円（１０−１〜１０−Ｘ：Ｘ≧１）を、隣り合う楕円が互いに接触又は部分的に重なるように組み合わせて各楕円（１０−１〜１０−Ｘ）の曲線の一部によりインナーロータ（２）の歯形を創成し、歯数がｎの前記インナーロータ（２）と歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ（３）を組み合わせた内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項２】
インナーロータ（２）の１歯分の歯形を少なくとも３つの楕円（１０−１〜１０−x：X≧３）で創成したことを特徴とする請求項１に記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項３】
インナーロータ（２）の半歯分の歯形を少なくとも３つの楕円で（１０−１〜１０−Ｍ：
M≧３）で創成したことを特徴とする請求項２に記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項４】
インナーロータ（２）の歯先頂点と歯底頂点に楕円の短軸を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項５】
インナーロータ（２）の歯の歯先部（２ａ）、歯底部（２ｂ）及びアウターロータ（３）との噛合い部（２ｃ）の歯形をそれぞれ楕円の長軸に沿った曲線の一部で創成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項６】
前記複数の楕円（１０−１〜１０−Ｘ）をそれぞれの楕円が滑らかに連なるように組み合わせ、滑らかに連なった各楕円の曲線の一部でインナーロータ（２）の歯形を創成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項７】
隣り合う楕円間に補正曲線（１１）を配置して隣り合う楕円の接続状態をその補正曲線（１１）で補正し、その接続状態の補正箇所をインナーロータ（２）の半歯の歯形の中に少なくとも１箇所設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内接歯車ポンプ用ロータ。
【請求項８】
前記インナーロータ（２）と、このインナーロータ（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）を組み合わせて請求項１乃至７のいずれかに記載の内接歯車ポンプ用ロータ（１）が構成されており、その内接歯車ポンプ用ロータ（１）をポンプケース（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とアウターロータを組み合わせて構成されるポンプ用ロータ、特に、歯丈設定の自由度を高めてポンプの理論吐出量を増加させたロータとそれを用いた内接歯車ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
内接歯車ポンプは、車のエンジンや自動変速機（ＡＴ）用のオイルポンプなどとして多用されている。歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを採用した内接歯車ポンプは、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ロータ回転に伴って増減してオイルなどの液体の吸入、吐出がなされる構造になっている。その内接歯車ポンプの従来例として、下記特許文献１、２などに開示されたものがある。
【０００３】
特許文献１が開示している内接歯車ポンプは、トロコイド曲線を用いた歯形を採用している。そのトロコイド曲線を用いた歯形は、図１４に示すように、基礎円Ｅとその基礎円Ｅ上を滑らず転がる転円Ｆを用いて転円Ｆの中心から距離ｅ（＝インナーロータとアウターロータの中心の偏心量）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上を移動する同トロコイド曲線上に中心の置かれた一定径の軌跡円Ｇ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。
【０００４】
特許文献２が開示しているポンプも、トロコイド曲線を用いた歯形を採用している。この特許文献２のポンプは、アウターロータの歯先を楕円の曲線で描く、即ち、アウターロータの基礎円の中心を通る直線が同基礎円と交わる位置に中心が置かれた長円の、曲率大側の曲線（曲率半径の小さい側の曲線）で描くことでポンプ効率の低下を抑えながら作動音の発生を抑えているが、インナーロータの歯形は、特許文献１と同様、トロコイド曲線を用いた歯形になっている。
【０００５】
このほかに、サイクロイド曲線の歯形を採用したポンプもよく知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２０１８９２公報
【特許文献２】特開平２−９５７８８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
トロコイド曲線を用いた歯形は、基礎円Ｅ、転円Ｆ、軌跡円Ｇ、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、歯丈を高くする目的でインナーロータ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、偏心量ｅが規制され、そのために歯丈も制限されて吐出量を増加させる要求に応えるのが難しい。
【０００８】
サイクロイド曲線の歯形を採用した内接歯車ポンプも同様である。このタイプのポンプは、基礎円の直径と基礎円上を滑らずに転がって歯形を創成する外転円と内転円の直径によってロータの歯数が決まる。また、ロータの歯丈は、外転円と内転円の直径によって決まるため、ポンプの吐出量は基礎円と転円の直径に依存するものになる。そのために、歯丈や歯数の設定に関する自由度が低く、ポンプの吐出量を増加させる要求に応えるのが難しい。
【０００９】
この発明は、歯数差が１枚の内接歯車ポンプを改善の対象にしてロータの歯丈の設計に自由度を与え、トロコイド曲線やサイクロイド曲線の歯形を採用した内接歯車ポンプよりもポンプの理論吐出量を増大させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、この発明においては、複数の楕円を、隣り合う楕円が互いに接触又は部分的に重なるように組み合わせて、前記各楕円の曲線の一部によりインナーロータの歯形を創成し、その歯数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て内接歯車ポンプ用ロータを構成した。
この発明はそのポンプ用ロータを提供する。なお、歯形を創成する複数の楕円は、サイクロイド曲線やトロコイド曲線の歯形を用いたインナーロータよりも歯丈の大きな歯が創成されるように適性サイズの楕円を適宜数組み合わせる。
【００１１】
インナーロータの歯形は、最低３つの楕円を組み合わせることで１歯分の歯形（歯底頂点から歯先頂点に至る領域）を創成することができるが、歯形を創成する楕円の数が多くなるほど歯形設計の自由度が高まり、インナーロータとアウターロータの間に形成される歯間クリアランスの調整に関して有利になる。
【００１２】
インナーロータは、歯先部、歯底部及びアウターロータとの噛合い部（歯先部と歯底部を繋ぐ部分）の歯形を、それぞれ楕円の長軸に沿った曲線（曲率半径の大きい方の曲線）で創成すると理想的な歯形ができる。半歯分（歯底頂点から歯先頂点に至る領域）の歯形を少なくとも３つの楕円で創成すると上記の要求を満たすことができ、理想的な歯形を得ることが可能になる。
【００１３】
半歯を３つの楕円で創成した歯形は、１歯を創成する楕円の数が５つになるものと６つになるものが考えられ、前者は、半歯の歯形を歯先中心線に対して対称に折り返すことで１歯を創成することができるので好ましい。
【００１４】
インナーロータの歯形を創成する楕円を、それぞれの楕円の曲線の一部が滑らかに連なるように組み合わせることで、歯面をなだらかな面に仕上げてアウターロータとの噛み合いを滑らかすることができる。
【００１５】
楕円は全部を円滑に繋ぐ必要はない。いくつかの隣り合う楕円の接続点をあえてずらしてもよいし、必要があればその部分にさらに補正曲線を配置して隣り合う楕円の接続状態を補正しても構わない。その補正箇所をインナーロータの半歯の歯形の中に少なくとも１箇所設けることで、歯間クリアランスをより緻密に調整することや、歯形曲線をより滑らかにすることが可能になる場合がある。
【００１６】
この発明は、このようにして歯形を創成したインナーロータをアウターロータと組み合わせてポンプロータを構成し、このポンプロータをポンプケースに設けられたロータ室に収納して構成される内接歯車ポンプも併せて提供する。
この内接歯車ポンプのアウターロータは、
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ものを用いる。
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の歯間最大隙間
ｎ：インナーロータの歯数
【発明の効果】
【００１７】
この発明の内接歯車ポンプは、インナーロータの歯形を複数の楕円の曲線を組み合わせて構成しており、一定径の基礎円上で転円を転がしていない。従って、転円径による歯丈の設定規制を受けず、噛合い部の径方向領域を広げるなどの対応で歯丈を自由に大きくしてポンプの理論吐出量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の内接歯車ポンプ用ロータの一例を示す端面図
【図２】この発明の内接歯車ポンプ用ロータの他の例を示す端面図
【図３】この発明におけるインナーロータ歯形の創成法の一例を示す図
【図４】インナーロータ歯形の創成法の他の例を示す図
【図５】インナーロータ歯形の創成法のさらに他の例を示す図
【図６】インナーロータ歯形の創成法のさらに他の例を示す図
【図７】インナーロータ歯形の創成法のさらに他の例を示す図
【図８】インナーロータ歯形の創成法のさらに他の例を示す図
【図９】インナーロータ歯形の創成法のさらに他の例を示す図
【図１０】アウターロータの歯形の創成方法を示す図
【図１１】図１のポンプ用ロータを採用した内接歯車ポンプをポンプケースのカバーを外した状態にして示す端面図
【図１２】図６の方法で創成した歯形を有するインナーロータと図１０の方法で創成した歯形を有するアウターロータを組み合わせて構成されるポンプ用ロータの端面図
【図１３】図８の方法で創成した歯形を有するインナーロータと図１０の方法で創成した歯形を有するアウターロータを組み合わせて構成されるポンプ用ロータの端面図
【図１４】トロコイド曲線を用いた歯形の創成方法の解説図
【図１５】性能比較に用いた従来歯形（トロコイド曲線を用いた歯形）を有するポンプ用ロータの端面図
【図１６】性能比較試験の結果を示す図表
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面の図１〜図９に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は、この発明のポンプ用ロータの具体例である。このロータ１は、インナーロータ２と、歯数がインナーロータの歯数ｎよりも１枚多いアウターロータ３を偏心した状態に組み合わせて構成されている。
【００２０】
図１、図２の両実施例とも、インナーロータ２は、楕円の曲線を組み合わせた歯形を有している。その歯形は、インナーロータの歯先円径と歯数を同一にしたときの比較で、トロコイド曲線やサイクロイド曲線などを用いた歯形に比べて歯丈が高くなっている。この発明を特徴づけるその歯形の創成法の一例を図３〜図９に示す。
【００２１】
図３の歯形は、３つの楕円１０−１〜１０−３（楕円の組み合わせ総数をＸとする。その総数Ｘは任意に設定可能）を組み合わせて１歯分の歯形を創成したものであって、中央の楕円１０−２は、長軸がインナーロータ中心ＯＩから放射状に延び出す歯先中心線ＣＴ上に配置され、さらに、長軸方向の一端が、インナーロータ２の歯先円１２（図１、図２を同時参照）に接する位置に配置されている。歯先中心線ＣＴは、インナーロータ２の歯先部２ａを周方向に２等分する歯先頂点を通る線であって、θ（＝３６０°／２ｎ）の角度で割り出された位置にある。
【００２２】
また、両側の楕円１０−１，１０−３は、インナーロータ中心ＯＩから放射状に延び出して歯底頂点を通る歯底中心線ＣＢ上に短軸が配置され、さらに、短軸方向の端部が、インナーロータ２の歯底円１３（これも図１、図２を同時参照）に接する位置に配置されており、楕円の一部が楕円１０−２に接触している。
【００２３】
この３つの楕円１０−１〜１０−３の太線で表した位置の曲線で歯先部２ａ、歯底部２ｂ、噛合い部２ｃからなる１歯分の歯形を創成しており、このような歯形にすることで、歯丈ｈ（＝図１に示した歯先円１２の直径ＤＴ−歯底円１３の直径ＤＢ）の設定に自由度が生じ、図のように、噛合い部２ｃを楕円の長軸に沿った曲線で形成することで歯丈ｈを十分に高くすることが可能になる。
【００２４】
図４の歯形は、５つの楕円１０−１〜１０−X（Ｘ＝５）を組み合わせて１歯分の歯形を創成したものであって、図３では１つの楕円１０−２で形成した左右の噛合い部を２つの楕円１０−２，１０−４で別々に形成している。半歯分の歯形を創成する楕円の数をＭとすると｛Ｍは、（Ｘ＋１）／２の式で求まる整数｝、ここでのＭの値は３である。図１、図２に示したこの発明のポンプ用ロータは、この５つの楕円の組み合わせでインナーロータの歯形を創成している。
歯先を形成する楕円１０−３は、短軸が歯先中心線ＣＴ上に配置され、さらに、短軸方向の端部がインナーロータ２の歯先円１２に接する位置に配置されている。歯底を形成する楕円１０−１，１０−５は、図３での楕円１０−１，１０−３と同様に配置されている。
【００２５】
この図４の歯形は、歯先部２ａと歯底部２ｂがともに楕円の長軸に沿った曲線で形成されているので、アウターロータの歯に対する歯先、歯底の接触領域を広げることができ、歯先、歯底の保護効果が高まる。また、図のように、噛合い部２ｃを楕円の長軸に沿った曲線で形成することで歯丈ｈを十分に高くすることが可能になる。
【００２６】
図５の歯形は、７つの楕円１０−１〜１０−Ｘ（Ｘ＝７）を組み合わせて１歯分の歯形を創成したものであって、歯先と歯底間の噛合い部２ｃを半歯で２個の楕円を用いて構成した点が図４の歯形と異なる。歯形は、組み合わせる楕円の大きさや長径と短径の比率を変化させることでも変化させることができるが、ここで述べたように、歯形を創成する楕円の数を増加させることで歯形設定の自由度が増し、アウターロータとの間に形成される歯間クリアランスの調整がしやすくなる。この方法も、噛合い部２ｃは楕円の長軸に沿った曲線で創成するとよい。
【００２７】
図４、図５の歯形は、歯先と噛み合い部をそれぞれに創成する楕円の端がほぼずれなく重なり、その部分の曲線で歯先と噛み合い部の境界部を形成したものになっているが、図６、図７に示すように、隣り合う楕円を曲線の重なり部ができない状態に接触させてそれぞれの楕円の長軸に沿った曲線で歯形を創成しても構わない。図６は、楕円１０−２の一部を楕円１０−３の内側に入り込ませて楕円１０−３の途中に接触させ、図７は、それとは逆に楕円１０−３の一部を楕円１０−２の内側に入り込ませて楕円１０−２の途中に接触させており、これが図６と図７の相違点になっている。
【００２８】
さらに、インナーロータの歯の噛合い部は、図１〜図７にように、楕円の凸円弧の曲線で形成するほか、図８に示すように、楕円の凹円弧の曲線で形成することもできる。
【００２９】
なお、図６〜図８は、歯先中心線ＣＴを基準にして楕円１０−１，１０−２とそれぞれ対称形状をなす楕円１０−５と１０−４を省略して表した。各図のａ、ａ２，ａ３は楕円の長軸の長さ、ｂ，ｂ２，ｂ３は楕円の短軸の長さを示している。
【００３０】
また、αは、歯先中心線ＣＴから歯底中心線ＣＢまでの角度、βは、インナーロータ中心ＯＩと噛合い部の歯形を創成する楕円１０−２の中心とを結ぶ直線をＬとして、歯先中心線ＣＴから線Ｌまでの角度、Ｒ１は、インナーロータ中心ＯＩから歯先を創成する楕円１０−３の中心までの距離、Ｒ２は、インナーロータ中心ＯＩから歯底を創成する楕円１０−１の中心までの距離、Ｒ３は、インナーロータ中心ＯＩから前記楕円１０−２の中心までの距離をそれぞれ表している。
【００３１】
図９の補正曲線１１を用いる方法も歯形設定の自由度を高め、アウターロータとの間の歯間クリアランスの調整をしやすくする。図のように、いくつかの隣り合う楕円の接続点（図９では楕円１０−３と１０−４の接続点及びそれと中心対称の楕円１０−５と１０−４の接続点）をあえてずらし、その部分に補正曲線１１（これは円弧の曲線でよい）を配置して隣り合う楕円の接続状態を補正する方法でも歯間クリアランスを調整することができる。また、この方法で歯形曲線をより滑らかにすることもできる。
【００３２】
補正曲線１１による補正箇所は、半歯を中心対称に組み合わせたものが１歯の歯形になるので、半歯の歯形の中にその補正箇所を少なくとも１箇所設ける必要がある。
【００３３】
次に、アウターロータ３について述べる。このアウターロータ３は、図１０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ものを用いる。
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の歯間最大隙間
ｎ：インナーロータの歯数
【００３４】
上記の方法でアウターロータの歯形を創成することで、楕円をベースにして歯形が創成されたインナーロータとの組み合わせで干渉のない円滑な回転が保証される。
【００３５】
図１１に、この発明のポンプ用ロータ１を採用した内接歯車ポンプ４の一例を示す。この内接歯車ポンプ４は、ポンプケース５に設けられたロータ室６にこの発明のポンプ用ロータ１を収納して構成されている。ポンプケース５は吸入ポート７と吐出ポート８を有する。なお、ポンプケース５には、ロータ室６を覆うカバー（図示せず）が含まれている。
【００３６】
この内接歯車ポンプ４は、インナーロータ２が駆動軸（図示せず）によって回転駆動され、アウターロータ３が従動回転する。その回転に伴ってインナーロータとアウターロータ間に形成されるポンプ室９の容積が増減し、液体の吸入、吐出がなされる。
【実施例】
【００３７】
この発明の内接歯車ポンプのロータと比較用のロータを試作した。発明品は、歯数８枚のインナーロータと歯数９枚のアウターロータを組み合わせた図１２のポンプ用ロータ（発明品１）と、図１３のポンプ用ロータ（発明品２）の２種類である。発明品１は図６の方法で歯形を創成したもの（インナーロータの噛み合い部が凸円弧の曲線からなる）、発明品２は図８の方法で歯形を創成したもの（インナーロータの噛み合い部が凹円弧の曲線からなる）になっている。
発明品１，２の歯形の共通の諸元とインナーロータの個々の寸法諸元を以下に示す。
【００３８】
発明品１，２の歯形の共通諸元
・アウターロータ外径：φ６０．０ｍｍ
・アウターロータ大径（歯底円径）：φ５２．０ｍｍ
・アウターロータ小径（歯先円径）：φ３８．４ｍｍ
・インナーロータ大径（歯先円径）：φ４５．２ｍｍ
・インナーロータ小径（歯底円径）：φ３１．６ｍｍ
・インナーロータ内径：φ１５．０ｍｍ
・ロータ厚み：１５ｍｍ
・偏心量ｅ：３．４ｍｍ
【００３９】
【表１】
2011017318.tif 000003
【００４０】
比較品には、図１４に示したトロコイド曲線の歯形を有するポンプ用ロータを採用した。この比較品の諸元は以下の通りである。
・アウターロータ外径：φ６０．０ｍｍ
・アウターロータ大径：φ５２．０ｍｍ
・アウターロータ小径：φ３９．６ｍｍ
・インナーロータ大径：φ４５．８ｍｍ
・インナーロータ小径：φ３３．４ｍｍ
・ロータ厚み：１５ｍｍ
・偏心量ｅ：３．１ｍｍ
この比較品の理論吐出量は、１１．４ｃｍ3／ｒｅｖである。
【００４１】
上記発明品１のポンプ用ロータと比較品のポンプ用ロータを採用したポンプを用いて下記の試験条件下で吐出性能の違いを評価した。その評価試験は、ポンプの回転数を変化させて実際の吐出量の差を調べる方法で行った。
試験条件  油種：通常ＡＴＦ
油温：１２０℃
吐出圧力：１ＭＰａ
この評価試験の結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
2011017318.tif 000004
【００４３】
表２の試験結果をグラフ化して図１６に示す。この試験では、比較品に比べて発明品１の吐出量が回転数１０００ｒｐｍのときに約１３％、回転数５０００ｒｐｍのときに約１０％それぞれ増加している。
【００４４】
この結果からわかるように、この発明によれば、歯丈の高さ規制を緩和してポンプの容積効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００４５】
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        噛合い部
３          アウターロータ
４          内接歯車ポンプ
５          ポンプケース
６          ロータ室
７          吸入ポート
８          吐出ポート
９          ポンプ室
１０        楕円
１１        補正曲線
１２        歯先円
１３        歯底円
ＣＴ        歯先中心線
ＣＢ        歯底中心線
ＤＴ        歯先円の直径
ＤＢ        歯底円の直径
ｅ          インナーロータ中心とアウターロータ中心の偏心量
ｈ          歯丈
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011017318.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2011017318.tif 000018
【図１５】
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【図１６】
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