(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から駆動される内歯車と前記内歯車と噛合う外歯車とを有する内接歯車、および、前記内歯車と前記外歯車との理論的な噛合部で区切られる前記内歯車と前記外歯車との間の空間である複数のポンプ室のうちいずれか少なくとも１つに流体を流し込む吸入口と前記複数のポンプ室のうち前記流体が流し込まれるポンプ室と異なるポンプ室のいずれか少なくとも１つから前記流体が吐出される吐出口とを有する筐体を備える内接歯車ポンプを評価する内接歯車ポンプ評価装置であって、
前記内接歯車ポンプの設計データに基づいて、前記複数のポンプ室の前記流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理を実行する内側圧力分布算出手段と、
前記外歯車が前記筐体の中心にあるときの前記外歯車の外周と前記筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに前記外歯車の前記筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、該暫定偏心率を用いて、前記外歯車の外周と前記筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を前記内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理を実行する間隙算出手段と、
前記間隙算出手段によって算出された前記各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、前記径方向間隙における前記流体の前記各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理を実行する流路抵抗算出手段と、
前記内側圧力分布算出手段によって算出された前記内側圧力分布と前記流路抵抗算出手段によって算出された前記流路抵抗と前記内接歯車ポンプの設計データとに基づき、前記径方向間隙における前記流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理を実行する外側圧力分布算出手段と、
前記外側圧力分布算出手段によって算出された前記外側圧力分布の圧力による前記外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理を実行する荷重算出手段と、
前記荷重算出手段によって算出された前記荷重と、前記筐体に対する前記外歯車の回転による前記径方向間隙における前記流体によって発生される前記外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における前記筐体に対する前記内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理を実行する釣合偏心率算出手段と、
収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の前記暫定偏心率を用いての前記間隙算出手段による前記間隙算出処理と、該間隙算出処理によって算出された前記径方向間隙の寸法を用いての前記流路抵抗算出手段による前記流路抵抗算出処理と、該流路抵抗算出処理によって算出された前記流路抵抗を用いての前記外側圧力分布算出手段による前記外側圧力分布算出処理と、該外側圧力分布算出処理によって算出された前記外側圧力分布を用いての前記荷重算出手段による前記荷重算出処理と、該荷重算出処理によって算出された前記荷重を用いての前記釣合偏心率算出手段による前記釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理を実行させた後、前記釣合偏心率算出処理によって算出された前記釣合偏心率が未だ収束していない場合に、該釣合偏心率を用いて前記暫定偏心率を新たな暫定偏心率に更新し、該新たな暫定偏心率を用いての前記一連の算出処理を実行し、該一連の算出処理を前記釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御を行なう繰返実行制御手段と、
前記釣合偏心率が収束した時点での前記釣合偏心率算出手段によって算出された前記釣合偏心率に基づいて、前記内接歯車の前記内歯車の駆動トルクを算出するトルク算出手段とを備える、内接歯車ポンプ評価装置。
【請求項２】
前記外側圧力分布算出手段は、温度、熱流束、および、固有抵抗を、それぞれ、圧力、流速、および、流路抵抗に置換えたパラメータを２次元熱解析用有限要素法ソフトウェアに与えることによって、前記外歯車と前記筐体との前記径方向間隙における前記流体の圧力分布を算出する、請求項１に記載の内接歯車ポンプ評価装置。
【請求項３】
前記設計データは、前記内接歯車の歯車形状、筐体形状、前記外歯車と前記筐体との径方向の前記径方向間隙の寸法、前記内歯車の回転数、前記吸入口と前記吐出口との圧力、および、前記流体の粘度を含む、請求項１に記載の内接歯車ポンプ評価装置。
【請求項４】
前記内側圧力分布算出手段は、前記吸入口および前記吐出口の圧力、前記内歯車の回転数、前記流体の粘度、前記内接歯車の歯車形状に基づいて、流体解析ソフトウェアによって、前記ポンプ室の前記流体の圧力分布を算出する、請求項１に記載の内接歯車ポンプ評価装置。
【請求項５】
外部から駆動される内歯車と前記内歯車と噛合う外歯車とを有する内接歯車、および、前記内歯車と前記外歯車との理論的な噛合部で区切られる前記内歯車と前記外歯車との間の空間である複数のポンプ室のうちいずれか少なくとも１つに流体を流し込む吸入口と前記複数のポンプ室のうち前記流体が流し込まれるポンプ室と異なるポンプ室のいずれか少なくとも１つから前記流体が吐出される吐出口とを有する筐体を備える内接歯車ポンプを評価する処理をコンピュータに実行させる内接歯車ポンプ評価プログラムであって、
前記内接歯車ポンプの設計データに基づいて、前記複数のポンプ室の前記流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理を実行するステップと、
前記外歯車が前記筐体の中心にあるときの前記外歯車の外周と前記筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに前記外歯車の前記筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、該暫定偏心率を用いて、前記外歯車の外周と前記筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を前記内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理を実行するステップと、
前記間隙算出処理を実行するステップによって算出された前記各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、前記径方向間隙における前記流体の前記各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理を実行するステップと、
前記内側圧力分布算出処理を実行するステップによって算出された前記内側圧力分布と前記流路抵抗算出処理を実行するステップによって算出された前記流路抵抗と前記内接歯車ポンプの設計データとに基づき、前記径方向間隙における前記流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理を実行するステップと、
前記外側圧力分布算出処理を実行するステップによって算出された前記外側圧力分布の圧力による前記外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理を実行するステップと、
前記荷重算出処理を実行するステップによって算出された前記荷重と、前記筐体に対する前記外歯車の回転による前記径方向間隙における前記流体によって発生される前記外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における前記筐体に対する前記内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理を実行するステップと、
収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の前記暫定偏心率を用いての前記間隙算出処理を実行するステップによる前記間隙算出処理と、該間隙算出処理によって算出された前記径方向間隙の寸法を用いての前記流路抵抗算出処理を実行するステップによる前記流路抵抗算出処理と、該流路抵抗算出処理によって算出された前記流路抵抗を用いての前記外側圧力分布算出処理を実行するステップによる前記外側圧力分布算出処理と、該外側圧力分布算出処理によって算出された前記外側圧力分布を用いての前記荷重算出処理を実行するステップによる前記荷重算出処理と、該荷重算出処理によって算出された前記荷重を用いての前記釣合偏心率算出処理を実行するステップによる前記釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理を実行させた後、前記釣合偏心率算出処理によって算出された前記釣合偏心率が未だ収束していない場合に、該釣合偏心率を用いて前記暫定偏心率を新たな暫定偏心率に更新し、該新たな暫定偏心率を用いての前記一連の算出処理を実行し、該一連の算出処理を前記釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御を行なう繰返実行制御ステップと、
前記釣合偏心率が収束した時点での前記釣合偏心率算出処理を実行するステップによって算出された前記釣合偏心率に基づいて、前記内接歯車の前記内歯車の駆動トルクを算出するトルク算出ステップとをコンピュータに実行させる、内接歯車ポンプ評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内接歯車ポンプ評価装置、および、内接歯車ポンプ評価プログラムに関する。詳しくは、内接歯車ポンプの性能を評価するのに適した内接歯車ポンプ評価装置、および、内接歯車ポンプ評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内接歯車ポンプの設計において、内接歯車ポンプの駆動トルクや駆動時の油圧分布や偏心量を評価するために、次のような実験評価を行なっていた。
【０００３】
まず、実際に内接歯車ポンプや付帯機器などの実験治具を製作する。次に、実験治具に圧力センサやギャップセンサなどの測定機器を取付ける。そして、実験において内接歯車ポンプの吸入ポートおよび吐出ポートに掛ける圧力や内接歯車ポンプの回転数や内接歯車ポンプで送液する流体の粘度などの性質について様々な条件を与えて、内接歯車ポンプの駆動トルクや駆動時の圧力分布や偏心量などのデータを測定する。
【０００４】
このようにして得られたデータに基づいて、内接歯車ポンプが所定の性能を発揮するか否かを評価していた（たとえば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】服部  雅士、外３名、「１５０Ｎｍ向け金属ベルト式無段変速機の開発」、自動車技術会論文集、２００４年４月、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．２、ｐ．１４１−１４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した実験評価では、実験治具を製作したり、実験をしたりするために、時間やコストが掛かるといった問題があった。このため、内接歯車ポンプの性能を評価するのは困難であった。
【０００６】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的は、内接歯車ポンプの性能を容易に評価することが可能な内接歯車ポンプ評価装置、および、内接歯車ポンプ評価プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、この発明のある局面によれば、内接歯車ポンプ評価装置は、外部から駆動される内歯車と内歯車と噛合う外歯車とを有する内接歯車、および、内歯車と外歯車との理論的な噛合部で区切られる内歯車と外歯車との間の空間である複数のポンプ室のうちいずれか少なくとも１つに流体を流し込む吸入口と複数のポンプ室のうち流体が流し込まれるポンプ室と異なるポンプ室のいずれか少なくとも１つから流体が吐出される吐出口とを有する筐体を備える内接歯車ポンプを評価する内接歯車ポンプ評価装置であって、内接歯車ポンプの設計データに基づいて、複数のポンプ室の流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理を実行する内側圧力分布算出手段と、外歯車が筐体の中心にあるときの外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに外歯車の筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、暫定偏心率を用いて、外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理を実行する間隙算出手段と、間隙算出手段によって算出された各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、径方向間隙における流体の各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理を実行する流路抵抗算出手段と、内側圧力分布算出手段によって算出された内側圧力分布と流路抵抗算出手段によって算出された流路抵抗と内接歯車ポンプの設計データとに基づき、径方向間隙における流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理を実行する外側圧力分布算出手段と、外側圧力分布算出手段によって算出された外側圧力分布の圧力による外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理を実行する荷重算出手段と、荷重算出手段によって算出された荷重と、筐体に対する外歯車の回転による径方向間隙における流体によって発生される外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における筐体に対する内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理を実行する釣合偏心率算出手段と、収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の暫定偏心率を用いての間隙算出手段による間隙算出処理と、間隙算出処理によって算出された径方向間隙の寸法を用いての流路抵抗算出手段による流路抵抗算出処理と、流路抵抗算出処理によって算出された流路抵抗を用いての外側圧力分布算出手段による外側圧力分布算出処理と、外側圧力分布算出処理によって算出された外側圧力分布を用いての荷重算出手段による荷重算出処理と、荷重算出処理によって算出された荷重を用いての釣合偏心率算出手段による釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理を実行させた後、釣合偏心率算出処理によって算出された釣合偏心率が未だ収束していない場合に、釣合偏心率を用いて暫定偏心率を新たな暫定偏心率に更新し、新たな暫定偏心率を用いての一連の算出処理を実行し、一連の算出処理を釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御を行なう繰返実行制御手段と、釣合偏心率が収束した時点での釣合偏心率算出手段によって算出された釣合偏心率に基づいて、内接歯車の内歯車の駆動トルクを算出するトルク算出手段とを備える。
【０００８】
この発明に従えば、内接歯車ポンプ評価装置によって、内接歯車ポンプの設計データに基づいて、複数のポンプ室の流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理が実行され、外歯車が筐体の中心にあるときの外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに外歯車の筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、暫定偏心率を用いて、外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理が実行され、算出された各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、径方向間隙における流体の各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理が実行され、算出された内側圧力分布と算出された流路抵抗と内接歯車ポンプの設計データとに基づき、径方向間隙における流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理が実行され、算出された外側圧力分布の圧力による外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理が実行され、算出された荷重と、筐体に対する外歯車の回転による径方向間隙における流体によって発生される外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における筐体に対する内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理が実行され、収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の暫定偏心率を用いての間隙算出処理と、間隙算出処理によって算出された径方向間隙の寸法を用いての流路抵抗算出処理と、流路抵抗算出処理によって算出された流路抵抗を用いての外側圧力分布算出処理と、外側圧力分布算出処理によって算出された外側圧力分布を用いての荷重算出処理と、荷重算出処理によって算出された荷重を用いての釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理が実行された後、釣合偏心率算出処理によって算出された釣合偏心率が未だ収束していない場合に、釣合偏心率を用いて暫定偏心率が新たな暫定偏心率に更新され、新たな暫定偏心率を用いての一連の算出処理が実行され、一連の算出処理を釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御が行なわれ、釣合偏心率が収束した時点での算出された釣合偏心率に基づいて、内接歯車の内歯車の駆動トルクが算出される。
【０００９】
その結果、内接歯車ポンプの性能を容易に評価することが可能な内接歯車ポンプ評価装置を提供することができる。
【００１３】
その結果、ポンプ室の内側圧力分布の算出は繰返されないので、効率よく内接歯車ポンプの性能を評価することができる。
【００１４】
好ましくは、外側圧力分布算出手段は、温度、熱流束、および、固有抵抗を、それぞれ、圧力、流速、および、流路抵抗に置換えたパラメータを２次元熱解析用有限要素法ソフトウェアに与えることによって、外歯車と筐体との径方向間隙における流体の圧力分布を算出する。
【００１５】
その結果、新たにソフトウェアを開発する必要がないので、内接歯車ポンプ評価装置の製作コストを削減することができる。
【００１６】
好ましくは、設計データは、内接歯車の歯車形状、筐体形状、外歯車と筐体との径方向の径方向間隙の寸法、内歯車の回転数、吸入口と吐出口との圧力、および、流体の粘度を含む。
【００１７】
好ましくは、内側圧力分布算出手段は、吸入口および吐出口の圧力、内歯車の回転数、流体の粘度、内接歯車の歯車形状に基づいて、流体解析ソフトウェアによって、ポンプ室の流体の圧力分布を算出する。
【００１８】
この発明の他の局面によれば、内接歯車ポンプ評価プログラムは、外部から駆動される内歯車と内歯車と噛合う外歯車とを有する内接歯車、および、内歯車と外歯車との理論的な噛合部で区切られる内歯車と外歯車との間の空間である複数のポンプ室のうちいずれか少なくとも１つに流体を流し込む吸入口と複数のポンプ室のうち流体が流し込まれるポンプ室と異なるポンプ室のいずれか少なくとも１つから流体が吐出される吐出口とを有する筐体を備える内接歯車ポンプを評価する処理をコンピュータに実行させる内接歯車ポンプ評価プログラムであって、内接歯車ポンプの設計データに基づいて、複数のポンプ室の流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理を実行するステップと、外歯車が筐体の中心にあるときの外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに外歯車の筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、暫定偏心率を用いて、外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理を実行するステップと、間隙算出処理を実行するステップによって算出された各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、径方向間隙における流体の各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理を実行するステップと、内側圧力分布算出処理を実行するステップによって算出された内側圧力分布と流路抵抗算出処理を実行するステップによって算出された流路抵抗と内接歯車ポンプの設計データとに基づき、径方向間隙における流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理を実行するステップと、外側圧力分布算出処理を実行するステップによって算出された外側圧力分布の圧力による外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理を実行するステップと、荷重算出処理を実行するステップによって算出された荷重と、筐体に対する外歯車の回転による径方向間隙における流体によって発生される外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における筐体に対する内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理を実行するステップと、収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の暫定偏心率を用いての間隙算出処理を実行するステップによる間隙算出処理と、間隙算出処理によって算出された径方向間隙の寸法を用いての流路抵抗算出処理を実行するステップによる流路抵抗算出処理と、流路抵抗算出処理によって算出された流路抵抗を用いての外側圧力分布算出処理を実行するステップによる外側圧力分布算出処理と、外側圧力分布算出処理によって算出された外側圧力分布を用いての荷重算出処理を実行するステップによる荷重算出処理と、荷重算出処理によって算出された荷重を用いての釣合偏心率算出処理を実行するステップによる釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理を実行させた後、釣合偏心率算出処理によって算出された釣合偏心率が未だ収束していない場合に、釣合偏心率を用いて暫定偏心率を新たな暫定偏心率に更新し、新たな暫定偏心率を用いての一連の算出処理を実行し、一連の算出処理を釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御を行なう繰返実行制御ステップと、釣合偏心率が収束した時点での釣合偏心率算出処理を実行するステップによって算出された釣合偏心率に基づいて、内接歯車の内歯車の駆動トルクを算出するトルク算出ステップとをコンピュータに実行させる。
【００１９】
この発明に従えば、内接歯車ポンプ評価プログラムによって、内接歯車ポンプの設計データに基づいて、複数のポンプ室の流体の圧力分布である内側圧力分布を算出する内側圧力分布算出処理が実行され、外歯車が筐体の中心にあるときの外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙の寸法を分母とするとともに外歯車の筐体に対する偏心量を分子としたときの値を暫定偏心率とし、暫定偏心率を用いて、外歯車の外周と筐体の内周との径方向の間隙である径方向間隙の寸法を内接歯車の各回転角度毎に算出する間隙算出処理が実行され、算出された各回転角度毎の径方向間隙の寸法に基づき、径方向間隙における流体の各回転角度毎の流路抵抗を算出する流路抵抗算出処理が実行され、算出された内側圧力分布と算出された流路抵抗と内接歯車ポンプの設計データとに基づき、径方向間隙における流体の圧力分布である外側圧力分布を算出する外側圧力分布算出処理が実行され、算出された外側圧力分布の圧力による外歯車に対する荷重を算出する荷重算出処理が実行され、算出された荷重と、筐体に対する外歯車の回転による径方向間隙における流体によって発生される外歯車に対する軸受力と、が等しくなる釣合点における筐体に対する内接歯車の釣合偏心率を算出する釣合偏心率算出処理が実行され、収束計算の手法による収束ステップの最初の実行ステップとして初期値の暫定偏心率を用いての間隙算出処理と、間隙算出処理によって算出された径方向間隙の寸法を用いての流路抵抗算出処理と、流路抵抗算出処理によって算出された流路抵抗を用いての外側圧力分布算出処理と、外側圧力分布算出処理によって算出された外側圧力分布を用いての荷重算出処理と、荷重算出処理によって算出された荷重を用いての釣合偏心率算出処理と、を含む一連の算出処理が実行された後、釣合偏心率算出処理によって算出された釣合偏心率が未だ収束していない場合に、釣合偏心率を用いて暫定偏心率が新たな暫定偏心率に更新され、新たな暫定偏心率を用いての一連の算出処理が実行され、一連の算出処理を釣合偏心率が収束するまで繰返し実行する制御が行なわれ、釣合偏心率が収束した時点での算出された釣合偏心率に基づいて、内接歯車の内歯車の駆動トルクが算出される。
【００２０】
その結果、内接歯車ポンプの性能を容易に評価することが可能な内接歯車ポンプ評価プログラムを提供することができる。
【００２４】
その結果、ポンプ室の内側圧力分布の算出は繰返されないので、効率よく内接歯車ポンプの性能を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中同一符号は同一または相当する部材を示し、重複する説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、本実施の形態において評価するトロコイドポンプ１の構成を示す斜視図である。図１を参照して、トロコイドポンプ１は、インナロータ２とアウタロータ３とからなるトロコイド歯車、および、ケース４，５から構成される。
【００２７】
ケース５には、まゆ型の吸入ポートおよび吐出ポートと、インナロータ２を駆動するための駆動軸が貫通する丸穴とが加工される。インナロータ２には、駆動軸が嵌め合わされるボス穴が加工される。
【００２８】
そして、インナロータ２とアウタロータ３とをケース５にセットして、ケース４をケース５に締結することによって、トロコイドポンプ１が組立てられる。また、ケース５の丸穴にオイルシールが取付けられ、ケース５の外側から内部のインナロータ２のボス穴にシャフトが嵌め合わされる。
【００２９】
さらに、吸入ポートおよび吐出ポートには、それぞれ、吸入管路および吐出管路が取付けられる。なお、吸入管路および吐出管路は、ケース５と一体成型されるようにしてもよい。
【００３０】
本実施の形態においては、インナロータ２とアウタロータ３との理論的な噛合部で区切られるインナロータ２とアウタロータ３との間のそれぞれの空間をポンプ室という。理論的な噛合部は、インナロータ２およびアウタロータ３の形状から計算で求められる。なお、理論的な噛合部で実際にインナロータ２およびアウタロータ３が噛合っていない場合であっても、ポンプ室は理論的な噛合部で区切られていることとする。駆動軸によって駆動されることによってインナロータ２が回転すると、インナロータ２との噛合いによってアウタロータ３が回転する。
【００３１】
インナロータ２およびアウタロータ３が回転することによって、複数のポンプ室の体積がそれぞれ変化する。ポンプ室の体積が大きくなる過程において、オイルなどの流体が吸入ポートからポンプ室に吸い込まれ、ポンプ室の体積が小さくなる過程において、流体がポンプ室から吐出ポートに吐き出される。
【００３２】
これによって、トロコイドポンプ１が駆動されることによって、吸入ポートから流体が吸い込まれ、吐出ポートから流体が吐き出される。
【００３３】
トロコイドポンプ１は、たとえば、自動車であれば、エンジン潤滑用オイルポンプ、ＡＴ（Automatic Transmission、自動変速機）用オイルポンプ、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission、無段変速機）用オイルポンプ、または、ディーゼル燃料供給用ポンプとして用いられる。
【００３４】
図２は、本実施の形態におけるトロコイドポンプ１のモデル化した流体の流路を示す斜視図である。図２を参照して、中ほどの波型状の立体は、トロコイドポンプ１のポンプ室内の流体の外形を示す。トロコイドポンプ１が駆動されることによって、この波型状の立体が駆動軸周りに回転する。
【００３５】
また、波型状の立体の手前の中空円筒を切り取ったような形状の２つの立体は、それぞれ、吸入管路から吸入ポートまでの流体の外形、および、吐出ポートから吐出管路までの流体の外形を示す。
【００３６】
トロコイドポンプ１などの内接歯車ポンプにおいては、内接歯車の吸入ポートおよび吐出ポートがある側と反対側にも、吸入ポートおよび吐出ポートがある側と同程度の圧力が掛かるように、ケース４，５に導圧管路を設けて、内接歯車がケース内で駆動軸方向にセンタリングされるようにすることが多い。
【００３７】
このため、図２においては、波型状の立体の向こう側にも、手前側と同様の流体が存在するモデルとしている。これによって、インナロータ２、および、アウタロータ３には、回転軸方向の両側の側面に同程度の圧力が掛かるとして、モデルを解析することができる。
【００３８】
図３は、本実施の形態におけるトロコイド歯車の外周とケース５の内周との関係を示す図である。図３を参照して、本実施の形態においては、インナロータ２およびアウタロータ３からなるトロコイド歯車とケース５との関係を、ジャーナル軸受の軸と軸受との関係とする。
【００３９】
ジャーナル軸受においては、油で潤滑された軸受で軸が回転する場合に、軸受と軸との間に油膜が形成される。この軸受と軸との間のくさび状の油膜の狭まり部は、軸の回転に応じて高圧領域となる。このため、高圧領域には、軸を持上げる軸受力Ｐが発生する。
【００４０】
同様に、ケースとトロコイド歯車との隙間には、トロコイドポンプ１で送り出されるオイルがトロコイド歯車の側面とケースとの隙間から充填されるので、トロコイド歯車が駆動されて回転する場合に、ケースとトロコイド歯車との間に油膜が形成される。また、トロコイド歯車は、ケースに対して偏心して回転する。
【００４１】
このため、トロコイド歯車が反時計回りに回転している場合、くさび状の油膜によって、ケースとトロコイド歯車との最近接位置から時計回りにψ°の位置からトロコイド歯車の回転中心に向かう方向に軸受力Ｐが発生する。
【００４２】
図４は、本実施の形態におけるトロコイド歯車とケースとの間の油膜の圧力と角度との関係を示すグラフである。図４を参照して、トロコイド歯車がケースの中心にあるときのトロコイド歯車の外周とケースの内周との隙間の幅をＣ、ケースに対するトロコイド歯車の偏心量をｅとすると、偏心率ε＝ｅ／Ｃと表わせる。
【００４３】
図４に示すグラフは、偏心率ε＝０．５，０．７５，０．９に対するトロコイド歯車とケースとの間の油膜の圧力と角度との関係を示す。なお、偏心率ε＝０．５，０．７５，０．９に対するプロットは、それぞれ、□，◇，△で示す。
【００４４】
ここでは、図３において、トロコイド歯車の回転中心から１２時の方向を０°としたときの反時計回りの角度における圧力を示す。このとき、トロコイド歯車とケースとの最近接の位置は、１８０°である。
【００４５】
図４で示すように、いずれの偏心率εにおいても、１２０°から１８０°の位置で最も圧力が高くなっている。このグラフで示す結果に基づいて、最近接位置からの軸受力の角度ψ＝−３５．８９３×ε2−３５．７８８×ε＋８９．９７の式が算出される。
【００４６】
図５は、本実施の形態におけるトロコイド歯車ポンプ評価装置１０の構成の概略を示すブロック図である。図５を参照して、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの汎用的なコンピュータで構成される。
【００４７】
トロコイド歯車ポンプ評価装置１０は、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０の全体を制御するための制御部１１と、所定の情報を記憶するための記憶部１２と、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０に所定の情報を入力するための入力部１３と、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０から所定の情報を出力するための出力部１４と、記録媒体１７に記録された情報を入力したり、記録媒体１７に必要な情報を記録するための外部記憶装置１５と、ネットワーク２０を介して外部のコンピュータと通信をするための通信部１６とを含む。
【００４８】
制御部１１は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）およびＭＰＵの補助回路からなり、記憶部１２、入力部１３、出力部１４、外部記憶装置１５、および、通信部１６を制御し、記憶部１２に記憶されたプログラムやデータにしたがって所定の処理を実行し、入力部１３、外部記憶装置１５、または、通信部１６から入力されたデータを処理し、処理されたデータを、記憶部１２に記憶させたり、出力部１４、外部記憶装置１５、または、通信部１６に出力したりする。
【００４９】
記憶部１２は、制御部１１でプログラムを実行するために必要な作業領域として用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）と、制御部１１で実行するためのプログラムを記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）とを含む。また、ＲＡＭには、所定の処理を実行するためのプログラムが、外部記憶装置１５や通信部１６から読込まれて記憶される。さらに、ＲＡＭの記憶領域を補助するための補助記憶装置として、外部記憶装置１５のハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ（Hard Disk Drive）」という）等の磁気ディスク記憶装置が用いられる。
【００５０】
入力部１３は、キーボード、マウス、タッチパネル等からの信号を入力するためのインターフェイスであり、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０に必要な情報を入力することができる。
【００５１】
出力部１４は、液晶表示装置（ＬＣＤ、Liquid Crystal Display）等のディスプレイ、および、スピーカに信号を出力するためのインターフェイスであり、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０から必要な情報を出力することができる。
【００５２】
外部記憶装置１５は、記録媒体１７に記録されたプログラムやデータを読込み、制御部１１に送信する。また、外部記憶装置１５は、制御部１１からの指示により、記録媒体１７に必要なデータを書込む。
【００５３】
コンピュータ読取可能な記録媒体１７は、磁気テープ、カセットテープ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスク、ＭＯ（Magneto Optical disk）、ＭＤ（MiniDisc）等の光磁気ディスク、ＩＣカード、光カード等のメモリカード、あるいは、マスクＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrionically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリを含めた、固定的にプログラムを担持する記録媒体である。
【００５４】
通信部１６は、有線または無線のネットワーク２０に接続され、ネットワーク２０に接続された他のコンピュータと通信をする。通信部１６は、制御部１１に制御されて、所定の情報を他のコンピュータに送信したり、他のコンピュータからの情報を受信したりする。
【００５５】
図６は、本実施の形態におけるトロコイド歯車ポンプ評価処理の流れを示すフローチャートである。このトロコイド歯車ポンプ評価処理は、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０で実行される処理である。
【００５６】
図６を参照して、まず、ステップＳ１１で、トロコイド歯車ポンプ評価装置１０の制御部１１が、トロコイド歯車の内側のポンプ室の圧力分布を計算する。ここでは、トロコイド歯車の内側の圧力分布は、有限体積法をベースとしてＶＯＦ（Volume of Fluid）法という理論境界を取扱える手法を用いた流体解析ソフトウェアによって計算される。
【００５７】
流体解析ソフトウェアに入力されるデータは、予め、入力部１３または通信部１６から入力され、記憶部１２または外部記憶装置１５に記憶されたデータであって、吸入ポート圧力、吐出ポート圧力、トロコイド歯車の回転数、流体の粘度、および、トロコイド歯車の形状のデータである。
【００５８】
なお、この液相の境界が変化する時の流体解析の手法は、たとえば、C.W.Hirt et al.，”Volume of fluid（VOF）Method for the Dynamics of Free Boundaries”，Journal of Computational Physics，３９（１９８１），Ｐ．２０１に記載されている。
【００５９】
また、自動要素再分割により液相の境界を自動的にモデル化する方法は、たとえば、CDAJ news，ｖｏｌ．３８（２００４），Ｐ．２４や、http://www.cd-adapco.com/news/19/gerotor.htmに示されている。
【００６０】
図７は、本実施の形態におけるトロコイドポンプ１のポンプ室の圧力分布を示す図である。図７においては、ハッチングの密度の濃い部分が圧力の高い部分であり、ハッチングの密度が薄い部分が圧力の低い部分である。
【００６１】
図７を参照して、この図で示される圧力分布は、ステップＳ１１の計算で得られる。図７の右側の吸入ポートと連通しているポンプ室の圧力は、吸入ポートと等しい圧力となっている。図７の左側の吐出ポートと連通しているポンプ室の圧力は、吐出ポートと等しい圧力となっている。なお、吐出ポートの圧力は、吸入ポートの圧力よりも高い。
【００６２】
図７の上側の吸入ポートとの離れつつあるポンプ室の圧力は、吸入ポートと連通しているポンプ室の圧力よりも高く、吐出ポートと連通しているポンプ室の圧力よりも低くなっている。
【００６３】
図７の下側の吸入ポートと連通されたばかりのポンプ室の圧力は、吸入ポートと連通している他のポンプ室の圧力よりも低くなっている。
【００６４】
図６に戻って、ステップＳ１２で、制御部１１は、トロコイド歯車とケースとの隙間の流路抵抗を算出する。ここで、トロコイド歯車がケースの中心にあるときのトロコイド歯車の外周とケースの内周との隙間の幅は、前述したようにＣである。また、暫定偏心率をεN’（初期値ε1’＝０）、偏心方向をφN（初期値φ1＝０）とする。なお、Ｎは、緩和法における収束ステップの繰返し回数である。
【００６５】
このとき、トロコイド歯車の回転中心から１２時の方向を０°としたときの反時計回りの角度θにおける隙間幅ｄNは、数式（１）で表わされる。
【００６６】
【数１】
0004820610.tif 000002
【００６７】
また、数式（１）で算出されたｄNを用いて、角度θにおける流路抵抗ρNは、数式（２）で表わされる。
【００６８】
【数２】
0004820610.tif 000003
【００６９】
次に、ステップＳ１３で、制御部１１は、ステップＳ１１で計算したポンプ室の圧力分布を境界条件として、ステップＳ１２で算出した流路抵抗、トロコイド歯車の回転数、流体の粘度、トロコイド歯車の形状、および、ケース４，５の形状のデータに基づいて、トロコイド歯車の外側のトロコイド歯車とケースとの隙間の圧力分布Ｑ（θ）を計算する。
【００７０】
ここでは、２次元熱解析用有限要素法ソフトウェアに与えるパラメータである温度、熱流束、および、固有抵抗を、それぞれ、圧力、流速、および、流路抵抗と置換えたパラメータと、トロコイド歯車の回転数、流体の粘度、トロコイド歯車の形状、および、ケース４，５の形状のデータとを、２次元熱解析用有限要素法ソフトウェアに与えることによって、トロコイド歯車の外側の圧力分布Ｑ（θ）が計算される。
【００７１】
なお、トロコイド歯車の回転数、流体の粘度、トロコイド歯車の形状、および、ケース４，５の形状のデータは、予め、入力部１３または通信部１６から入力され、記憶部１２または外部記憶装置１５に記憶される。
【００７２】
図８は、本実施の形態におけるトロコイドポンプ１のトロコイド歯車とケースとの隙間の圧力分布を示す図である。図８においては、ハッチングの密度の濃い部分が圧力の高い部分であり、ハッチングの密度が薄い部分が圧力の低い部分である。
【００７３】
図８を参照して、この図で示される圧力分布は、ステップＳ１３の計算で得られる。図８の左側の圧力が、図８の右側の圧力よりも高くなっている。また、圧力の高い部分から低い部分への遷移部分については、徐々に圧力が低くなっている。
【００７４】
図６に戻って、ステップＳ１４で、制御部１１は、ステップＳ１３で算出したトロコイド歯車の外側の圧力分布Ｑ（θ）の圧力によってトロコイド歯車に及ぼされる荷重Ｆを算出する。ここで、Ｑ（θ）の成分は、ｘ軸方向とｙ軸方向とに分解することができるので、式（３）のように表わすことができる。
【００７５】
【数３】
0004820610.tif 000004
【００７６】
そして、式（４），（５）に示すように、Ｑ（θ）のｘ軸方向成分とｙ軸方向成分とに微小面積を掛けたものを図８で示したようにθについて積分すると、それぞれ、荷重ＦNのｘ軸方向成分Ｆxとｙ方向成分Ｆyとが求まる。また、荷重ＦNの荷重方向τNは、式（６）で表わされる。
【００７７】
【数４】
0004820610.tif 000005
【００７８】
【数５】
0004820610.tif 000006
【００７９】
【数６】
0004820610.tif 000007
【００８０】
そして、ステップＳ１５で、制御部１１は、荷重ＦNと釣合う軸受力ＰNを算出する。つまり、軸受力ＰN＝｜ＦN｜として、軸受力ＰNを算出する。
【００８１】
次に、ステップＳ１６で、制御部１１は、まず、軸受力ＰNが発生する偏心率εNを算出し、記憶部１２に記憶させる。偏心率εNは、式（７）で算出する。なお、μは流体の粘度、Ｕはトロコイド歯車の外面の周速度、Ｄはトロコイド歯車の外面の直径、Ｈはトロコイド歯車の歯幅である。
【００８２】
【数７】
0004820610.tif 000008
【００８３】
そして、制御部１１は、算出した偏心率εNを式（８）に代入して、偏心方向φNを算出する。
【００８４】
【数８】
0004820610.tif 000009
【００８５】
次に、ステップＳ１７で、制御部１１は、偏心率が収束したか否かを判断する。ここでは、誤差ｅNを式（９）で算出して、誤差ｅN＜許容値（たとえば、０〜０．０１の適当な値）である場合に、制御部１１は、偏心率が収束したと判断する。
【００８６】
【数９】
0004820610.tif 000010
【００８７】
偏心率が収束していないと判断した場合（ステップＳ１７でＮＯの場合）、制御部１１は、式（１０）で暫定偏心率ε’N+1を算出する。ここで、αは、緩和法における緩和係数である。そして、制御部１１は、Ｎに１加算して、実行する処理をステップＳ１２に戻す。
【００８８】
【数１０】
0004820610.tif 000011
【００８９】
一方、偏心率が収束したと判断した場合（ステップＳ１７でＹＥＳの場合）、制御部１１は、実行する処理をステップＳ１８に進める。
【００９０】
ステップＳ１８では、制御部１１は、ステップＳ１７で算出した偏心率εNを式（１１）に代入して、駆動トルクＭを算出する。そして、算出した駆動トルクＭと、ステップＳ１７で算出した偏心率εNとを出力部１４のディスプレイや外部記憶装置１５のハードディスクなどに出力する。その後、制御部１１は、トロコイド歯車ポンプ評価処理を終了する。
【００９１】
【数１１】
0004820610.tif 000012
【００９２】
図９は、本実施の形態における圧力分布の計算と実測値との比較においての角度の取り方を説明するための図である。図９を参照して、トロコイド歯車の回転中心から１２時の方向を基準とした反時計回りの角度がθである。
【００９３】
図１０は、本実施の形態における圧力分布の計算と実測値との比較結果を示すグラフである。図１０を参照して、◇でプロットされた点は、実験治具のトロコイドポンプにおいて、駆動軸の回転数を５００ｒｐｍとした場合におけるトロコイド歯車とケースとの隙間の圧力を圧力センサで計測したときの圧力の実測値を示す。
【００９４】
また、実線で描かれているグラフは、図６で説明したトロコイド歯車ポンプ評価処理において、与える条件を実験治具のトロコイドポンプと同様にして、駆動軸の回転数を５００ｒｐｍとした場合における偏心率εが収束したときのトロコイド歯車とケースとの隙間の圧力分布の計算結果を示す。
【００９５】
図１０で示すように、θ＝６０°において、実測値は、０．８３ＭＰａであり、計算結果は、０．８２ＭＰａである。また、θ＝３３０°において、実測値は、０．３３ＭＰａであり、計算結果は、０．２９ＭＰａである。このように、実測値と計算結果とがほぼ整合しているといえる。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態においては、ポンプ室の圧力に基づくトロコイド歯車とケースとの径方向の隙間の流体の圧力分布Ｑ（θ）の圧力によるトロコイド歯車に対する荷重ＦNと、ケースに対するトロコイド歯車の回転によるトロコイド歯車とケースとの径方向の隙間の流体によって発生されるトロコイド歯車に対する軸受力ＰNとが等しく釣合うときのケースに対するトロコイド歯車の偏心率εNを算出し、算出された偏心率εNに基づいて、トロコイド歯車の内歯車の駆動トルクＭを算出するようにした。
【００９７】
このため、駆動トルクＭや流体の圧力分布Ｑ（θ）や偏心率εNや各部に掛かる力などのトロコイド歯車ポンプの性能を容易に評価することができる。
【００９８】
また、ステップＳ１１での流体解析によるトロコイド歯車内の主な流路の圧力分布の計算結果を用いて、ステップＳ１２およびステップＳ１３で、非常に狭いケースとトロコイド歯車との隙間の圧力分布Ｑ（θ）を計算するようにした。
【００９９】
ケースとトロコイド歯車との隙間の圧力分布Ｑ（θ）は、トロコイド歯車の偏心に特に影響を受ける。一方、トロコイド歯車内の圧力分布は、トロコイド歯車の偏心にあまり影響を受けない。また、トロコイド歯車内の圧力分布の計算には比較的時間が掛かり、ケースとトロコイド歯車との隙間の圧力分布Ｑ（θ）の計算にはさほど時間が掛からない。
【０１００】
このため、ステップＳ１７で偏心率εを更新しても、トロコイド歯車内の圧力分布の計算を繰返す必要がなく、ケースとトロコイド歯車との隙間の圧力分布Ｑ（θ）の計算を繰返すだけでよいので、効率よく偏心率εの収束計算をすることができる。
【０１０１】
また、トロコイド歯車の内部、および、ケースとトロコイド歯車との隙間は、体積が著しく異なるため、要素分割の際のメッシュの数が極端に異なる。本実施の形態においては、トロコイド歯車の内部、および、ケースとトロコイド歯車との隙間を２つの系に分けて計算するので、体積が著しく小さい部分の影響を十分に反映することができる。
【０１０２】
また、トロコイド歯車の偏心によるケースとトロコイド歯車との隙間幅の変化を考慮して、ケースとトロコイド歯車との隙間の圧力分布Ｑ（θ）の計算を行なうので、精度のよい圧力分布の計算をすることができる。
【０１０３】
本実施の形態においては、収束計算の手法として緩和法を用いたが、これに限定されず、偏心率εを収束させることができる手法であれば、ニュートン法など他の収束計算の手法を用いるようにしてもよい。
【０１０４】
本実施の形態においては、トロコイドタイプの内接歯車ポンプの評価について説明した。しかし、これに限定されず、内接歯車の外歯車と内歯車とで流体を送出するポンプであれば、他の内接歯車ポンプであってもよい。たとえば、インボリュート曲線またはサイクロイド曲線で歯車がそれぞれ形成されるインボリュートタイプまたはサイクロイドタイプの内接歯車ポンプであってもよいし、外歯車の歯数が内歯車の歯数より２以上多いクレセント歯車を用いた内接歯車ポンプであってもよい。
【０１０５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本実施の形態において評価するトロコイドポンプの構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態におけるトロコイドポンプのモデル化した流体の流路を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態におけるトロコイド歯車の外周とケースの内周との関係を示す図である。
【図４】本実施の形態におけるトロコイド歯車とケースとの間の油膜の圧力と角度との関係を示すグラフである。
【図５】本実施の形態におけるトロコイド歯車ポンプ評価装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態におけるトロコイド歯車ポンプ評価処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本実施の形態におけるトロコイドポンプのポンプ室の圧力分布を示す図である。
【図８】本実施の形態におけるトロコイドポンプのトロコイド歯車とケースとの隙間の圧力分布を示す図である。
【図９】本実施の形態における圧力分布の計算と実測値との比較においての角度の取り方を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態における圧力分布の計算と実測値との比較結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１  トロコイドポンプ、２  インナロータ、３  アウタロータ、４，５  ケース、１０  トロコイド歯車ポンプ評価装置、１１  制御部、１２  記憶部、１３  入力部、１４  出力部、１５  外部記憶装置、１６  通信部、１７  記録媒体、２０  ネットワーク。
【図１】
0004820610.tif 000013
【図２】
0004820610.tif 000014
【図３】
0004820610.tif 000015
【図４】
0004820610.tif 000016
【図５】
0004820610.tif 000017
【図６】
0004820610.tif 000018
【図７】
0004820610.tif 000019
【図８】
0004820610.tif 000020
【図９】
0004820610.tif 000021
【図１０】
0004820610.tif 000022