(57)【要約】【課題】内接歯車ポンプのインナーロータとアウターロータの歯面の摩耗が平均化されるようにしてポンプの寿命を向上させることを課題としている。【解決手段】インナーロータ２とアウターロータ３の噛み合い領域の歯面を曲率の近似した面で形成した。例えば、インナーロータ２のエピサイクロイド曲線の歯先８ａを描く転円ｒｅ１とアウターロータ３のハイポサイクロイド曲線の歯先９ａを描く転円ｒｅ２の直径ｄｉｅ、ｄｏｅを等しくすることでインナーロータ２とアウターロータ３の噛み合い領域の歯面を曲率の近似させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーロータとアウターロータとからなるポンプロータをハウジングに収納して構成される内接歯車式ポンプにおいて、吸入ポートと吐出ポート間に形成されるチャンバの面積が最大になるときにチャンバを形成するインナーロータの歯とアウターロータの歯が互いに最も接近する箇所のインナーロータの歯先の曲率半径をＲｉ、アウターロータの歯先の曲率半径をＲｏとして、
０．９５≦Ｒｉ／Ｒｏ≦１．０５
の条件を満足させたことを特徴とする内接歯車式ポンプ。
【請求項２】
インナーロータの歯数がｎ、アウターロータの歯数が（ｎ＋１）に設定された請求項１に記載の内接歯車式ポンプ。
【請求項３】
インナーロータの歯先部がエピサイクロイド曲線、歯底部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯先部がハイポサイクロイド曲線、歯底部がエピサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、インナーロータのピッチ円Ｄｉ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記インナーロータの歯先部のエピサイクロイド曲線を描く第１の転円（ｒｅ１）の直径をｄｉｅ、歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く第２の転円（ｒｈ２）の直径をｄｉｈ、アウターロータのピッチ円Ｄｏ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記アウターロータの歯先部のハイポサイクロイド曲線を描く第３の転円（ｒｈ１）の直径をｄｏｈ、歯底部のエピサイクロイド曲線を描く第４の転円（ｒｅ２）の直径をｄｏｅ、インナーロータの歯数をｎ、アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間の最大隙間をｔとしたとき、
ｄｏｅ＝ｄｉｅ＋１／２・ｔ、ｄｏｈ＝ｄｉｈ−１／２・ｔ
の条件を満たし、かつ、ｄｉｈ／ｄｉｅの値が、
ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０であることを特徴とする請求項２に記載の内接歯車式ポンプ。
【請求項４】
インナーロータの歯先部がエピサイクロイド曲線、歯底部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯形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によって形成され、
インナーロータのピッチ円Ｄｉ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記歯先部のエピサイクロイド曲線を描く第１の転円の直径をｄｉｅ、前記歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く第２の転円の直径をｄｉｈとしたとき、
ｄｉｈ／ｄｉｅの値が、
ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０であることを特徴とする請求項２に記載の内接歯車式ポンプ。
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間の最大隙間
ｎ：インナーロータの歯数
【請求項５】
インナーロータの歯形がトロコイド曲線で形成され、アウターロータの歯形が、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によって形成された請求項２に記載の内接歯車式ポンプ。
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間の最大隙間
ｎ：インナーロータの歯数
【請求項６】
インナーロータの歯底部がハイポサイクロイド曲線で、アウターロータとの噛み合い部がインボリュート曲線で、歯先部が任意の曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯形が、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によって形成された請求項２に記載の内接歯車式ポンプ。
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間の最大隙間
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、ポンプロータを構成するインナーロータとアウターロータの歯の摩耗を抑制して寿命を向上させ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、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ポンプロータを、吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに収納して構成される。この内接歯車ポンプのロータの歯形については、歯の噛み合い領域における歯間隙間を小さくしてポンプの吐出効率を高めるために種々の工夫がなされており、トロコイド曲線の歯形、サイクロイド曲線の歯形、サイクロイド曲線とインボリュート曲線を組み合わせた歯形、或いは任意の凸形の曲線をさらに組み合わせた歯形などが開発されている。
【０００３】
ところで、歯形はどうであれ、従来の内接歯車ポンプは、インナーロータとアウターロータの歯先の曲率半径を異ならせており、どちらか一方のロータの歯先の曲率半径が他方のロータの歯先の曲率半径よりも大きくなっている。なお、このような内接歯車ポンプは、例えば、下記特許文献１、２などに開示されている。
【０００４】
【特許文献１】再公表特許  ＷＯ９９／１１９３５号公報
【特許文献２】特開２００５−０３６７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インナーロータとアウターロータの歯先の曲率半径に差を生じた内接歯車式ポンプは、歯先の曲率半径が小さい方のロータの歯面の摩耗が他方のロータの歯面の摩耗に比べて激しくなる。インナーロータとアウターロータの歯は、理論上は線接触して接触点に加わる圧力（ヘルツの最大接触圧、以下面圧と言う）がそれぞれ等しくなるが、実際の使用では歯の接触が面接触となって歯先の曲率半径が小さい方のロータの歯面の面圧が大きくなる
。そのために、インナーロータとアウターロータの寿命に差が生じ、寿命が短い方のロータによってポンプの寿命が決定される不具合があった。
【０００６】
この発明は、内接歯車ポンプのインナーロータとアウターロータの歯面の摩耗が平均化されるようにしてポンプの寿命を向上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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、この発明においては、インナーロータとアウターロータとからなるポンプロータをハウジングに収納して構成される内接歯車式ポンプにおいて、吸入ポートと吐出ポートの間で形成されるチャンバの面積が最大になるときにチャンバを形成するインナーロータの歯とアウターロータの歯が互いに最も接近する箇所のインナーロータの歯先の曲率半径をＲｉ、アウターロータの歯先の曲率半径をＲｏとして、
０．９５≦Ｒｉ／Ｒｏ≦１．０５
の条件を満足させた。
【０００８】
内接歯車式ポンプは、歯数差が１枚のポンプロータ、即ち、インナーロータの歯数がｎ、アウターロータの歯数が（ｎ＋１）に設定されたポンプロータを採用したものが主流をなしており、この発明はそのようなポンプも適用対象に含む。
【０００９】
周知の内接歯車式ポンプの中に、インナーロータの歯先部とアウターロータの歯底部がエピサイクロイド曲線で、インナーロータの歯底部とアウターロータの歯先部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成されたものや、インナーロータの歯形がトロコイド曲線で形成されたもの、インナーロータの歯底部がハイポサイクロイド曲線で形成され、インナーロータとアウターロータの噛み合い部がインボリュート曲線で形成されたものがある。
【００１０】
この発明において前者のサイクロイド曲線の歯形を採用するポンプ（インナーロータとアウターロータの歯数差が１枚のポンプ）は、インナーロータのピッチ円Ｄｉ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記エピサイクロイド曲線を描く第１の転円ｒｅ１の直径をｄｉｅ、インナーロータの歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く第２の転円ｒｈ２の直径をｄｉｈ、アウターロータのピッチ円Ｄｏ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記歯先部のハイポサイクロイド曲線を描く第３の転円ｒｈ１の直径をｄｏｈ、前記歯底部のエピサイクロイド曲線を描く第４の転円ｒｅ２の直径をｄｏｅ、インナーロータの歯数をｎ、アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間の最大隙間をｔとしたとき、
ｄｏｅ＝ｄｉｅ＋１／２・ｔ、ｄｏｈ＝ｄｉｈ−１／２・ｔ
の条件を満たし、かつ、ｄｉｈ／ｄｉｅの値が、
ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０とすることで、０．９５≦Ｒｉ／Ｒｏ≦１．０５の条件を満たす曲率半径のほぼ等しい歯面を作り出すことができる。
【００１１】
また、インナーロータの歯先部がエピサイクロイド曲線、歯底部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯形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によって形成された歯数差が１枚のポンプもあり（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間の最大隙間、ｎ：インナーロータの歯数）、このポンプについても、
インナーロータのピッチ円Ｄｉ上を転がって円周上の一点の軌跡で前記歯先部のエピサイクロイド曲線を描く第１の転円の直径をｄｉｅ、前記歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く第２の転円の直径をｄｉｈとしたとき、ｄｉｈ／ｄｉｅの値を、
ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０とすることで、曲率半径のほぼ等しい歯面を作り出すことができる。
【００１２】
後者のトロコイド曲線の歯形や、歯底部にハイポサイクロイド曲線、噛み合い部にインボリュート曲線の歯形を採用するポンプも、ｄｉｈ／ｄｉｅの値を調整することでインナーロータの歯先の曲率半径とアウターロータの歯先の曲率半径を略等しくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
インナーロータの歯先の曲率半径と、アウターロータの歯先の曲率半径を略等しくすると、インナーロータとアウターロータの接触部の面圧差が小さくなり、そのために、両ロータの接触部の歯面が平均的に摩耗し、一方のロータが早く摩耗する不具合が解消されてポンプの寿命が従来品よりも向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図３に、この発明の内接歯車ポンプの実施の形態を示す。図に示すように、この内接歯車ポンプ１は、歯数差が１枚のロータ、即ち、歯数がｎ（図はｎ＝１０）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るポンプロータ４を採用しており、そのポンプロータ４を吸入ポート６と吐出ポート７を有するハウジング５に収納して構成されている。
【００１５】
インナーロータ２とアウターロータ３は、偏心配置にしてそれぞれの歯（外歯８と内歯９）を互いに噛み合わせている。１０は回転軸、１１はインナーロータ２とアウターロータ３間に形成されるチャンバ（圧力室）である。そのチャンバ１１の容積がロータの回転に伴って増減し、その容積変化によって流体の吸入、吐出がなされる。
【００１６】
例示のポンプは、アウターロータの歯底部９ｂとインナーロータの歯先部８ａがエピサイクロイド曲線で、アウターロータの歯先部９ａとインナーロータの歯底部８ｂがハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成された歯形を採用している。
【００１７】
図３に示すように、インナーロータ２の歯先部８ａのエピサイクロイド曲線はインナーロータのピッチ円Ｄｉ上を滑らずに転がる直径ｄｉｅの第１の転円ｒｅ１の円周上の一点の軌跡で形成され、インナーロータ２の歯底部８ｂのハイポサイクロイド曲線はインナーロータのピッチ円Ｄｉ上を滑らずに転がる直径ｄｉｈの第２の転円ｒｈ２の円周上の一点の軌跡で形成され、アウターロータ３の歯先部９ａのハイポサイクロイド曲線はアウターロータのピッチ円Ｄｏ（図は便宜上インナーロータのピッチ円Ｄｉと同一径にして表したが、実際にはＤｏがＤｉよりも大きい）上を滑らずに転がる直径ｄｏｈの第３の転円ｒｈ１の円周上の一点の軌跡で形成され、アウターロータ３の歯底部９ｂのエピサイクロイド曲線はアウターロータのピッチ円Ｄｏ上を滑らずに転がる直径ｄｏｅの第４の転円ｒｅ２の円周上の一点の軌跡で形成されている。ｒｅ１とｒｅ２は外転円であり、また、ｒｈ１とｒｈ２は内転円である。
【００１８】
インナーロータのピッチ円Ｄｉとアウターロータのピッチ円Ｄｏが仮に同一径であったとして、このときに第１の転円ｒｅ１と第３の転円ｒｈ１を直径の等しい円にすると、第１の転円ｒｅ１の円周上の一点の軌跡と第３の転円ｒｈ１の円周上の一点の軌跡で描かれるインナーロータ２とアウターロータ３の歯先部は同一曲率半径の歯面をもつものになるが、インナーロータのピッチ円Ｄｉとアウターロータのピッチ円Ｄｏは、実際にはＤｏ＞Ｄｉの関係にあるので、インナー、アウターの各ロータの歯先部８ａ、９ａは異なる曲率半径をもつものになる。そのため、ｄｉｈ／ｄｉｅを調整する。
【００１９】
例えば、インナーロータの歯数をｎ、アウターロータとそれに押し付けたインナーロータとの間の最大隙間をｔとして、
ｄｏｅ＝ｄｉｅ＋１／２・ｔ、ｄｏｈ＝ｄｉｈ−１／２・ｔ
の条件を満たし、かつ、ｄｉｈ／ｄｉｅの値が、ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０となるような調整を行うと、歯先部８ａ、９ａの曲率半径は略等しくなる。なお、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間の最大隙間、ｎはインナーロータの歯数である（以下も同じ）。
【００２０】
歯先部８ａ、９ａは、吸入ポートと吐出ポート間に形成されるチャンバ１１の面積が最大になるときにチャンバ１１を形成するそれらの歯先部が互いに最も接近する箇所（この発明で言う接触領域）が略等しい曲率半径を持つ歯面で形成されていればよく、接触領域から外れた領域は曲率半径が異なっていても問題にはならない。
【００２１】
インナーロータ２の歯先の接触領域の曲率半径と、アウターロータ３の歯先の接触領域の曲率半径を近似させると、インナー、アウターの各ロータの歯面の接触領域の面圧の差が小さくなり、歯面の摩耗が平均化される。そのために、インナーロータとアウターロータの寿命差が小さくなり、ポンプの寿命が向上する。
【００２２】
インナーロータの歯先部がエピサイクロイド曲線、歯底部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯形は、図４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によって形成された内接歯車式ポンプについても、
インナーロータの歯先部のエピサイクロイド曲線を描く第１の転円の直径をｄｉｅ、歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く第２の転円の直径をｄｉｈとして、ｄｉｈ／ｄｉｅの値を、上記と同様に、ｎ＝４の場合０．７３〜０．８５、ｎ＝５の場合０．８２〜０．９１、ｎ＝６の場合０．８１〜０．８９、ｎ＝７の場合０．８０〜０．９１、ｎ＝８の場合０．８２〜０．９４、ｎ＝９の場合０．８６〜０．９５、ｎ＝１０の場合０．８７〜０．９６、ｎ＝１１の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１２の場合０．８８〜０．９８、ｎ＝１３の場合０．８６〜０．９９、ｎ＝１４の場合０．８９〜０．９９、ｎ＝１５の場合０．９０〜１．０にすることで歯先部８ａ、９ａの曲率半径を略等しくすることができる。
【００２３】
インナーロータ２の歯先部８ａとアウターロータ３の歯先部９ａは、トロコイド曲線で形成してもよい。この場合のアウターロータの歯形も、図４で述べた方法で形成することができる。
【００２４】
また、この発明は、前掲の特許文献２に開示される歯形を採用したポンプに適用してもその有効性が発揮される。特許文献２に開示されたポンプは、図５に示すインナーロータの歯底部８ｂがハイポサイクロイド曲線で、アウターロータとの噛み合い部８ｃがインボリュート曲線で、歯先部８ａが任意の曲線でそれぞれ形成され、アウターロータの歯形は、図５の歯形を有するインナーロータを使用して図４の方法で作られるインナーロータ歯形曲線群の包絡線で形成されている。このポンプも、この発明を適用することによってインナー、アウターの各ロータの歯面の接触部の面圧差が小さくなってインナーロータとアウターロータの寿命差が小さくなり、寿命が向上する。
【実施例】
【００２５】
インナーロータの歯先部がエピサイクロイド曲線、歯底部がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、アウターロータは、図４の方法によるインナーロータの歯形曲線群の包絡線によって形成された歯形を有するポンプロータについて、インナーロータの歯底部のハイポサイクロイド曲線を描く内転円（図３のｒｈ２）の大きさｄｉｈと、歯先部のエピサイクロイド曲線を描く外転円（図３のｒｅ１）の大きさｄｉｅの比率を変化させ、そのときのインナーロータの歯先部の曲率半径Ｒｉとアウターロータの歯先部の曲率半径Ｒｏ(どちらも接触部となる箇所の曲率半径)がどのようになるかを調べた。その結果を表１に示す。
インナーロータは歯数ｎを４〜１５枚とした。また、インナーロータのピッチ円寸法とインナーロータとアウターロータの中心の偏心量は表１に示す通りとした。なお、表１の
歯数の欄は枚数を、インナーロータの（ｄｉｈ／ｄｉｅ）と（Ｒｉ／Ｒｏ）の欄の数値は比率を、その他の欄の数値は寸法(単位ｍｍ)を示す。
【００２６】
【表１】
2007255292.tif 000003
【００２７】
表1の試料のうち、No.２、No.４、No.８、No.１０、No.１２、No.１４、No.１７、No.１９、No.２１、No.２３、No.２５は発明品(その他は比較品)であり、０．９５≦Ｒｉ／Ｒｏ≦１．０５の条件を満たしている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の内接歯車ポンプの実施形態をハウジングのカバーを外した状態にして示す図
【図２】図１のポンプの断面図
【図３】ポンプロータの歯形創生法の一例を示す図
【図４】ポンプロータの歯形の創生法の他の例を示す図
【図５】インナーロータの歯形の他の例の一部を拡大して示す図
【符号の説明】
【００２９】
１          内接歯車ポンプ
２          インナーロータ
３          アウターロータ
４          ポンプロータ
５          ハウジング
６          吸入ポート
７          吐出ポート
８          インナーロータの歯
８ａ        歯先部
８ｂ        歯底部
８ｃ        噛み合い部
９          アウターロータの歯
９ａ        歯先部
９ｂ        歯底部
１０        回転軸
１１        チャンバ
Ｄｉ        インナーロータのピッチ円
Ｄｏ        アウターロータのピッチ円
ｒｅ１      第１の転円
ｒｈ２      第２の転円
ｒｈ１      第３の転円
ｒｅ２      第４の転円
ｄｉｅ        第１の転円の直径
ｄｉｈ        第２の転円の直径
ｄｏｈ        第３の転円の直径
ｄｏｅ        第４の転円の直径
Ｏｉ          インナーロータ中心
Ｏｏ          アウターロータ中心
【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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