(57)【要約】【課題】   歯車が相互に噛み合うときの接触点の軌跡が滑らかな連続した曲線であり、安定して流体を供給し、動作時の騒音を減少することができると共に、歯車が相互に噛み合うとき密封空間を形成せず、流体が歯車構造を圧迫して機械組織を破損することがない、歯車及び該歯車の歯形を形成する方法の提供。【解決手段】 本発明の歯車(３０)及び該歯車(３０)の歯形(４０)を形成する方法は、三次曲線(２１)を利用して基準ラック(１５)を修正し、該三次曲線(２１)と該基準ラック(１５)の基本歯形(１６)が基本歯形(１６)の歯元部(１９)の中点、歯面(１７)の中点、歯先部(１８)の中点で接し、該三次曲線(２１)で修正基本歯形(２２)を形成し、該修正基本歯形(２２)を複製して修正ラックを取得し、該修正ラックを利用して歯車(３０)の歯形(４０)を創成する。【選択図】   図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯形を形成する方法であって、
Ａ.創成したい歯車のモジュールに基づき、基準ラック(１５)を取得し、前記基準ラック(１５)の基本歯形(１６)が歯面(１７)、歯先部(１８)、歯元部(１９)を含み、
Ｂ.三次曲線(２１)を利用してステップＡの基準ラック(１５)の基本歯形(１６)を修正し、修正基本歯形(２２)を取得し、そのうち前記三次曲線(２１)と前記基本歯形(１６)が前記歯元部(１９)の中点、前記歯面(１７)の中点、前記歯先部(１８)の中点の３つの接点で相互に接し、前記三次曲線(２１)の係数を前記接点に基づき求めることができ、かつ圧力角、全歯たけ、歯厚をパラメータとして表示でき、そのうち前記圧力角が２２〜２８度の間であり、かつ前記全歯たけが前記モジュールの１.５倍以下であり、
Ｃ.前記ステップＢの修正基本歯形 (２２) を複製して修正ラックを取得し、該修正ラックを利用して歯車の歯形 (４０) を創成する、
というステップを含むことを特徴とする、歯車の歯形を形成する方法。
【請求項２】
少なくとも１つの歯部(３１)を含み、前記歯部(３１)の歯形(４０)が請求項１に記載の方法で形成されることを特徴とする、歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車、特に、歯車の接触点の軌跡が滑らかな連続した曲線の歯車に関し、また本発明はさらに該歯車の歯形を形成する方法、特に三次曲線を利用して基準ラックの歯形を修正し、修正ラックを利用して歯車の歯形を創成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、従来の回転式歯車ポンプ１はポンプ本体２及びポンプ本体２の内部に設置された駆動歯車３と被動歯車４を含む。駆動歯車３がある方向に回転すると、駆動歯車３と相互に噛み合わされた被動歯車４が逆の方向に回転し、それにより輸送したい流体を歯車の歯部の間の空間に沿って送り、かつ出力端５から排出することができる。
【０００３】
歯車の中で、歯部の歯形はラックを利用して創成することができる。図２は回転式歯車ポンプ１中の２つの相互に噛み合うインボリュート歯車６を示す。インボリュート歯車６の歯形はインボリュート曲線８、歯元隅肉部９、歯先円１０を含む。
【０００４】
２つのインボリュート歯車６が相互に噛み合って連動するとき、２つの歯車間の接触点７は連接して接触点の軌跡１１を成すことができる。図２に示すように、インボリュート歯車６の形成する接触点の軌跡１１は滑らかでない連続した曲線であり、２つの直線部分と２つの弧線部分を含んでいる。該直線部分は２つのインボリュート歯車６において、歯部のインボリュート曲線８部分が相互に接触して形成され、該弧線部分は２つのインボリュート歯車６の歯先円１０と歯元隅肉部９が相互に噛み合うときに形成される。該接触点の軌跡１１の直線部分と弧線部分が繋がる箇所の接線が連続していないため、滑らかな連続した曲線を形成することはできない。上述の接触点の軌跡が「滑らかでない」とは、接触曲線の一次微分、すなわち接触曲線の接線が連続していないことを指す。
【０００５】
流体を輸送する回転式歯車ポンプ１において、接線が連続していない接触点の軌跡１１はポンピング時に出力端５にリップルのある不安定な圧力を出力させ、かつ２つのインボリュート歯車６の運転時の騒音を増加させる。このほか、正確で、安定した、定量の出力を提供することができないため、例えば医療用途のポンプなど、高い精密性、高品質、高い安定性を具えた出力を必要とする産業にとって、影響が甚大である。
【０００６】
また、多くの回転式歯車ポンプが流体の輸送に用いられ、特に非圧縮性の液体に用いられることが多い。図３に図２の２つの歯車が噛み合って回転するときの噛み合った状態の図を示す。２つの歯車が噛み合うとき、２つの歯車のそれぞれ歯先１２と歯元１３の間に密封空間１４（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）が形成された場合、即ち２つのインボリュート歯車６が噛み合うとき、ある瞬間に２つの単点の接触を生じ、２つの接触点の間に収容空間が生まれ、密封空間１４内の液体を排出できなくなることがある。即ち、２つの歯車が噛み合った次の瞬間、密封空間１４内の液体は圧縮性を持たないため、元々完全に密着される歯車を圧迫し、機械構造を破損してしまう。また、相当程度の騒音も発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、本発明の歯車が相互に噛み合うときの接触点の軌跡が滑らかな連続した曲線であるため、安定して流体を供給し、動作時の騒音を減少することができる、歯車及び該歯車の歯形を形成する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、本発明の歯車が相互に噛み合うとき密封空間を形成せず、流体が歯車構造を圧迫して機械組織を破損することがない、歯車及び該歯車の歯形を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達するため、本発明の歯車の歯形を形成する方法は、創成したい歯車のモジュールに基づき、基準ラックを取得し、該基準ラックの基本歯形が歯面、歯先部、歯元部を含むステップと、三次曲線を利用して該基準ラックの基本歯形を修正し、修正基本歯形を取得し、そのうち該三次曲線と該基本歯形が該歯元部の中点、該歯面の中点、該歯先部の中点の３つの接点で接するステップと、該三次曲線の係数をこれら接点に基づき求めることができ、かつ圧力角、全歯たけ、歯厚をパラメータとして表示するステップと、上述の修正基本歯形を複製して修正ラックを取得し、該修正ラックを利用して歯車の歯形を創成する、というステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の歯車は、該歯車の歯形が上述の修正ラックにより創成される。本発明により生み出される歯車組の接触点の軌跡は滑らかな連続した曲線となり、このため歯車の動作時の騒音を大幅に低減し、かつ安定した、リップルのほとんどない出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の回転式歯車ポンプを示す断面図である。
【図２】従来の回転式歯車ポンプの２つのインボリュート歯車組が噛み合うときの概略図である。
【図３】従来の歯車組が噛み合ったときの噛合状態を示す部分拡大図である。
【図４】本発明の歯車の形成方法のフローチャートである。
【図５】本発明のステップaで使用する基準ラックの概略図である。
【図６】三次曲線を利用して図５の基本歯形を修正し、修正基本歯形を形成する概略図である。
【図７】本発明の歯車の歯形における該歯形の公差を示す概略図である。
【図８】本発明の歯車組が相互に噛み合うときの滑らかな連続した接触点の軌跡を示す概略図である。
【図９Ａ】本発明の歯車組の作動時に密封空間がないことを示す部分拡大図である。
【図９Ｂ】本発明の歯車組の作動時に密封空間がないことを示す部分拡大図である。
【図９Ｃ】本発明の歯車組の作動時に密封空間がないことを示す部分拡大図である。
【図９Ｄ】本発明の歯車組の作動時に密封空間がないことを示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の実施例または説明は、本発明の精髄の描写、解釈のみに用い、本発明を制限しない。本発明の詳細な説明及び技術内容について、以下で図面を組み合わせて説明する。
【００１３】
図４のフローチャートに示すように、本発明の提供する歯車の歯形を形成する方法は、次のステップを含む。
創成したい歯車のモジュールに基づき、基準ラックを取得する。
三次曲線を利用してステップａの基準ラックの基本歯形を修正し、修正基本歯形を取得する。
上述のステップｂの修正基本歯形を複製して修正ラックを取得し、該修正ラックを利用して歯車の歯形を創成する。
以下で、各ステップについて詳細に解説する。
【００１４】
図４中のステップａは、創成したいモジュールｍに基づき、基準ラックを取得する。モジュールｍは次の式(１)のように、歯数ｎ、ピッチ円直径Ｐｄ及びねじれ角βｐで定義される。
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(１)
【００１５】
モジュールに基づき、歯車の歯形の創成に用いる基準ラックを取得することができる。図５に示すように、基準ラック１５は複数の基本歯形１６を具え、該基本歯形１６は歯面１７、歯先部１８、歯元部１９を含む。
【００１６】
図６に上述のステップｂの三次曲線を利用した基準ラックの修正を示す。図６に示す破線はステップaの基準ラック１５の基本歯形１６を表す。ステップｂでは三次曲線２１を利用して該基本歯形１６を修正し、修正基本歯形２２を取得する。まず直角座標(Ｘｒ, Ｙｒ)を確立して該三次曲線２１を描き、直角座標の座標原点Ｏｒがピッチ線２０上の歯厚Ｓｗの中心に位置し、かつピッチ線２０は座標Ｘｒ軸と共線である。該基準ラック１５の歯たけはｈ(創成したい歯車の全歯たけｈと同じ)、圧力角はαである。
【００１７】
修正基本歯形２２は三次曲線２１を利用して描写することができ、表示上の利便性のため、三次曲線２１をＸｒ軸上の曲線部分２１ａ及びＸｒ軸下の曲線部分２１ｂに区分し、それぞれ式(２)と式(３)のように定義する。
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(２)
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(３)
【００１８】
該基準ラック１５の各基本歯形１６はそれぞれ該基本歯形１６中の座標が(０、ｈ/２)の歯元部１９の中点、座標が(Ｓｗ/２、０)の歯面１７の中点、座標が(Ｓｗ、-ｈ/２)の歯先部１８の中点を含む３点で該三次曲線２１と接する。このため、上述の３つの接点により、該三次曲線２１を描写する式(２)、式(３)の係数はそれぞれ次の式(４)、式(５)となると解くことができ、該三次曲線２１をミラーすることで修正基本歯形２２を取得することができる。
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(４)
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(５)
【００１９】
そのうち、上述の歯厚Ｓｗは前述のモジュールｍから算出することができ、その公式は次の式(６)の通りである。
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(６)
【００２０】
創成したい歯車の外径Ｏｄと歯元直径Ｒｄが分かれば、次の式(７)、(８)でそれぞれピッチ円直径Ｐｄと全歯たけｈを計算することができる。ピッチ円直径Ｐｄは外径Ｏｄと歯元直径Ｒｄの平均数である。既定のねじれ角βｐと歯数ｎにピッチ円直径Ｐｄを組み合わせ、式(１)でモジュールｍを計算することができる。
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(７)
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(８)
【００２１】
このほか、式(６)で基準ラック１５のピッチ線２０上の歯厚Ｓｗを得ることができる。歯厚Ｓｗ、全歯たけｈ及び圧力角αをそれぞれ式(４)と式(５)に代入して三次曲線２１を得ることができ、該三次曲線をミラーして修正基本歯形２２を得ることができる。ステップｃでは該修正基本歯形２２を複製して完全な修正ラックを取得し、かつ該修正ラックを利用して歯車の歯形４０を創成する。ラックを利用して歯車の歯形４０を創成することは周知の技術であるため、ここでは説明を省略する。図７は本発明の創成する歯車の歯形４０が、全歯たけｈの約５％程度の公差範囲Ｔを許容できることを説明している。
【００２２】
本発明の歯車の歯形を形成する方法は、はすば歯車の歯形の形成に応用することができる。
【００２３】
本発明はまた歯車３０を提供する。該歯車の歯形４０は上述の方法を利用して形成され、少なくとも１つの対応する歯車に噛み合う歯部３１を含み、該歯車３０の接触点の軌跡３２が滑らかな連続した曲線であることを特徴とする。図８に示すように、該歯車３０は回転式歯車ポンプに用いることができる。上述の実施例において、前記基準ラック１５の圧力角αは２２°〜２８°の間であり、かつ該歯車の全歯たけｈはモジュールｍの１.５倍以下であることを最良とする。このため、２つの歯車３０が噛み合うとき、密封空間１４が形成されない。
【００２４】
図８の７つの歯部を含む歯車３０を例とすると、本発明を利用して形成された歯車組は、回転時の接触点の軌跡３２が滑らかな連続した曲線となり、ポンピング時に出力圧力がリップルを生じる現象を回避することができる。
【００２５】
本明細書の実施形態の説明の最後に添付された表１から表１２に１〜１２個の歯部を具えた歯車のパラメータ範例を示す。これら歯車が相互に噛み合うとき、密封空間１４を生じることがなく、そのうち、上述の表において、座標原点が該歯車のピッチ円の円心上に位置し、座標(Ｘ、Ｙ)が該歯車の歯形を描写する。表７の７つの歯を具えた歯車を例とすると、歯車が噛み合うとき密封空間１４を生じない作動状態を図９Ａから図９Ｄに示す。
【００２６】
さらに、本発明を利用して歯形を形成する歯車は、はすば歯車としてもよい。これら歯車は回転式歯車ポンプに応用でき、または例えば、はすば歯車組の外接式歯車ポンプ、或いは回転容積式歯車ポンプなど、液体の輸送に用いるとより良い。
【００２７】
以上の説明は本発明の最良の実施例であり、本発明の特許の保護範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面の容所を運用した同等効果を持つ変化や修飾はすべて本発明の権利保護範囲に含まれる。
【００２８】
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【符号の説明】
【００２９】
１      回転式歯車ポンプ
２      ポンプ本体
３      駆動歯車
４      被動歯車
５      出力端
６      インボリュート歯車
８      インボリュート曲線
９      歯元隅肉部
１０    歯先円
１１    接触点の軌跡
１２    歯先
１３    歯元
１４    密封空間
１５    基準ラック
１６    基本歯形
１７    歯面
１８    歯先部
１９    歯元部
２０    ピッチ線
２１    三次曲線
２１ａ、２１ｂ  曲線部分
２２    修正基本歯形
３０    歯車
３１    歯部
３２    接触点の軌跡
４０    歯形
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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