(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に回転自在に装着された内歯歯車と、前記内歯歯車内に偏心して配設された外歯歯車とを備え、前記内歯歯車は、前記外歯歯車よりも１歯多い歯数を有し、前記両歯車が互いに噛合して回転し且つ両歯車が互いに最も深く噛み合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動してこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプにおいて、
前記外歯歯車の各歯形は、両側の歯面が対称形状をなして同一であり、歯先面、歯底面及び歯面中央部はそれぞれ半径Ｒ４，Ｒ２，及びＲ１の円筒面の一部で構成され、歯面中央部と歯底面との間の歯元面は、歯面中央部と歯底面に内接する少なくとも一つの半径Ｒ３の円筒面の一部から成り、歯先面と歯面中央部との間の歯末面は、歯先面に外接し歯面中央部に内接する半径Ｒ５の円筒面の一部から成り、前記歯面が歯先面から歯底面まで複数の円弧を滑らかに連続的に組合せてなる形状とされ、
前記内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の、少なくとも３歯の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することを特徴とする内接歯車式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内接歯車式ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧装置に使用されているポンプとして、図６に示すようにトロコイド歯形の内接歯車式ポンプ（トロコイドポンプ）１０がある。この内接歯車式ポンプ１０は、トロコイド外歯歯車１１と、内歯歯車１２と、これらを収納するハウジング（図示せず）とにより構成され、これらの２枚の歯車１１、１２の側面は、前記ハウジングの側板により密封されている。外歯歯車１１の歯数は、内歯歯車１２の歯数よりも１歯だけ少なく設定され、外歯歯車１１が矢印Ａ方向に回転すると、内歯歯車１２が従動回転し、この回転に伴い吸入口１３から流体を吸い込み、吐出口１４に吐出する。
【０００３】
この内接歯車式ポンプ１０は、仕切板を用いた内接歯車ポンプ、外接歯車ポンプ等の他のギヤポンプに比べて吸い込み又は吐出作用が、殆ど半周に等しい長い区間で行われることで、流体を保持する空間の容積変化が急激なものでなく、連続的にゆっくりと行われ、低騒音であるという特徴を有している。車両のエンジン潤滑用油圧ポンプ、自動変速機用油圧ポンプ、燃料供給ポンプ等の多くのポンプに使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の内接歯車式ポンプにおいては、吸入口１３と吐出口１４とを締め切る歯先の間隔ｇが大きく、且つ吸入口１３と吐出口１４との間を締め切る歯１１ａ、１２ａの数が少ない（多くの場合１歯）ために、締め切り性が悪く、吐出側（高圧側）から吸入側（低圧側）への流体の漏れ量が多い。このため、吐出量が少なくなり、効率が悪いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、外歯歯車と内歯歯車の歯形の設計を最適化し、吸入側と吐出側との間の締め切り性を高くして漏れ量を少なくし、吐出量の高い内接歯車式ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために本発明によれば、ハウジング内に回転自在に装着された内歯歯車と、前記内歯歯車内に偏心して配設された外歯歯車とを備え、前記内歯歯車は、前記外歯歯車よりも１歯多い歯数を有し、前記両歯車が互いに噛合して回転し且つ両歯車が互いに最も深く噛み合う部分の反対側で両歯車の歯先同士が摺動してこれら両歯車間に流体を吸入・吐出する内接歯車式ポンプにおいて、前記外歯歯車の各歯形は、両側の歯面が対称形状をなして同一であり、歯先面、歯底面及び歯面中央部はそれぞれ半径Ｒ４，Ｒ２，及びＲ１の円筒面の一部で構成され、歯面中央部と歯底面との間の歯元面は、歯面中央部と歯底面に内接する少なくとも一つの半径Ｒ３の円筒面の一部から成り、歯先面と歯面中央部との間の歯末面は、歯先面に外接し歯面中央部に内接する半径Ｒ５の円筒面の一部から成り、前記歯面が歯先面から歯底面まで複数の円弧を滑らかに連続的に組合せてなる形状とされ、前記内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の、少なくとも３歯の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することを特徴としている。
【０００７】
内接歯車式ポンプにおいて、内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の複数の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することで、ポンプ吸込側と吐出側とを締め切る歯先の間隙を小さくすることが可能となり、更に、吸込口と吐出口とを締め切る複数の歯による締切性が向上し、吐出量の増大が図られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の態様を実施例により説明する。
図１において、内接歯車式ポンプ１は、内歯歯車２と外歯歯車３とを備え、内歯歯車２内に外歯歯車３が偏心して配置されている。内歯歯車２は、例えば、歯２ａが１３歯、外歯歯車３は、歯３ａが内歯歯車２よりも１歯少ない１２歯形成されている。内歯歯車２は、図示しないハウジング内に回転自在に収納され、両歯車２、３の側面は、前記ハウジングの側板により密封されている。そして、一側の側板には２点鎖線で示すように吸入口４、吐出口５が形成されている。また、外歯歯車３は、その中心に回転軸６が固定されている。回転軸６は、外部の動力により駆動され、外歯歯車３は、矢印Ａの方向に回転されて当該内接歯車式ポンプ１の入力軸とされる。
【０００９】
外歯歯車３は、内歯歯車２に対して偏心して配置されており、これら両歯車は、互いに噛合して同一方向に回転する。そして、歯２ａと３ａとが最も深く噛み合う部分Ｘの反対側Ｙ0位置で両歯車２、３の歯先面２ｂ、３ｂ同士が僅かな間隙δを存して摺動可能とされている。また、吸込口４と吐出口５との間において複数例えば、３枚の歯２ａと３ａとにより締め切られる。
【００１０】
そして、内歯歯車２と外歯歯車３の各３枚の締切の歯の内の中央（Ｙ0位置）の歯に対して回転方向の前後両側に夫々所定の回転角度θの範囲（本実施例では、2.5歯）において、内歯歯車２の各歯２ａと外歯歯車３の各歯３ａとの間の歯先隙間が僅かな間隙δ例えば、50μmの間隔で同一となるように設定される。この隙間δの狭い回転角度θの範囲は、長い方が好ましいが、余り長くとる必要もない。そこで、本実施例では、一例として2.5歯程度（回転角度θが約６９°）に設定している。尚、この間隙δを設ける範囲は、少なくとも吸込口４と吐出口５とを締め切る締切範囲をＹ-1〜Ｙ+1の３歯の範囲であればよいが、余裕を以て広くＹ-2〜Ｙ+2の範囲に設定している。
【００１１】
先ず、外歯歯車３の歯３ａの歯形の形状について説明する。
図２に示すように外歯歯車３の歯３ａは、歯先面３ｂ、歯底面３ｃ、歯面３ｄから成り、歯面３ｄは、中央部の面３ｅ、歯元の面３ｆ、歯末の面３ｇから成る。歯面３ｄの中央部の面３ｅは、大径の半径Ｒ１の円筒面の一部から成り、歯底面３ｃは、半径Ｒ２の円筒面の一部から成り、歯先面３ｂは、半径Ｒ４の円筒面の一部から成る。歯元の面３ｆは、中央部の面３ｅと歯底面３ｃとに内接する半径Ｒ３の円筒面の一部から成り、歯末の面３ｇは、歯先面３ｂに外接し中央部の面３ｅに内接する半径Ｒ５の円筒面の一部から成る。これにより歯３ａの歯形は、歯面３ｄが歯先面３ｂから歯底面３ｃまで滑らかに連続する曲面とされる。
【００１２】
外歯歯車３の歯面３ｄを形成する場合、歯面３ｄの中央部の面３ｅを形成する半径Ｒ１は、モジュール等の基本的諸元により決まる値で、圧力角の関係で余り大きく変更することは出来ない。一方、歯元の面３ｆを形成する半径Ｒ３は、中央部の面３ｅと歯底面３ｃの各円半径Ｒ１、Ｒ２の円弧に接する（滑らかに連続する）ように設定しており、この半径Ｒ３の値は任意に変えることが可能である。そこで、半径Ｒ１を変更することなく半径Ｒ２とＲ３とを変えることで、前記隙間δを確保する。尚、歯底面３ｃの半径Ｒ２、及び歯元の面３ｆの半径を多数設定することで間隙δの精度を高めることが可能である。例えば、歯元の面３ｆを、半径Ｒ３の１つの円筒面の一部としたが、複数の異なる半径（例えば、Ｒ３a、Ｒ３b、Ｒ３c等）の円筒面の一部を滑らかに連続的に組み合わせて形成しても良い。しかしながら、半径Ｒ２とＲ３との２つの半径を調節することで十分である。
【００１３】
歯３ａの歯形は、対称形状であり、両側の歯面３ｄ、３ｄが同一形状である。このようにして外歯歯車３の歯３ａの歯形が決定される。因みに、半径Ｒ１〜Ｒ５の各長さは、一例として、歯３ａの歯高をＨとした場合、Ｒ１＝4.5Ｈ、Ｒ２＝1.3Ｈ、Ｒ３＝0.6Ｈ、Ｒ４＝４Ｈ、Ｒ５＝0.48Ｈ程度である。
ところで、内接歯車式ポンプは、ポンプの性能上内歯歯車２と外歯歯車３とが最も深く噛み合った状態において外歯歯車３の歯先面３ｂと内歯歯車２の歯底面２ｃとの間に僅かな間隙を設けることが好ましい。そこで、外歯歯車３は、歯先円（歯先面３ｂ）がピッチ円３ｈよりも僅かに内側（中心側）に位置するように設定され、図３に示すように内歯歯車２のピッチ円２ｈは、歯底円（歯底面２ｃ）よりも僅かに外側に位置するように設定される。
【００１４】
次に、この外歯歯車３の歯形により内歯歯車２の歯形を創成する。
図４に示すようにカッタ７は、外歯歯車３と同じ形状をしており、このカッタ７により内歯歯車２を創成する。この場合、前記回転角度２θの範囲において外歯歯車３と内歯歯車２の各５枚の歯３ａと２ａとの間の間隙δは、内歯歯車２の歯面２ｄの歯末の面２ｇと、歯先面２ｂの形状により決まり、これらの形状は、歯面３ｄの歯元の面３ｆと歯底面３ｃの形状（図４の歯元の面３ｆの始まり位置Ａから歯底面３ｃの中央位置Ｂまで）により決まる。そこで、外歯歯車３の歯面３ｄの略全体が内歯歯車２の創成時に当該歯車３の歯形が描く軌跡の包絡線上に位置するように歯面３ｄの各円弧Ｒ１〜Ｒ５の曲率中心及び曲率半径を設定する。そして、外歯歯車３の歯元の面３ｆ、歯底面３ｃと対応するカッタ７の刃面７ｆ、７ｃの形状（即ち、半径）を調節して、２点鎖線で示すように内歯歯車２の歯面２ｄから前記間隙δを存して外歯歯車３の歯面３ｄが離れていくときの形状に合わせる。即ち、カッタ７の刃面７ｆ、７ｃと歯面２ｂ、２ｇ及び３ｂ、３ｇが独立しているのでこの調節が可能となるのである。これにより、回転角度θの範囲において外歯歯車３と内歯歯車２の各歯面３ｄが対応する歯面２ｄから離れていくときのこれら両歯間の隙間δを同じにすることが出来る。
【００１５】
以下に作用を説明する。
図５は、内歯歯車２の歯２ａと外歯歯車３の歯３ａとが最も深く噛み合う部位Ｘにおける、これら両歯２ａと３ａとの噛み合い始めから噛み合い終わりまでの動きを、内歯歯車２を停止させた状態で、外歯歯車３を矢印Ａの方向に回転させた場合を示している。図５において外歯歯車３の歯３ａは、内歯歯車２の歯２ａの歯先面２ｂの頂点Ｂの位置から実線で示す曲線Ｉ〜IVのように間隙δを存して噛合し始め、点Ａの位置を超えた位置から歯底面２ｃまで実線で示す曲線IV〜VIのように噛合し、歯底面２ｃから次の歯２ａの点Ａまで１点鎖線で示す曲線VII、VIIIのようにバックラッシュ分離れて噛合する。このバックラッシュは、バックラッシュ分大きい歯厚の外歯で内歯を創成することにより確保できる。更に、歯３ａは、次の歯２ａの歯先面２ｂの頂点Ｂまで１点鎖線で示す曲線IX〜Ｘで示すように間隙δを存して歯面２ｄから離れていく。このときの歯３ａの歯先面３ｂの軌跡を１点鎖線XVで示してある。これにより、図１に示す２θの範囲における各５枚の歯２ａと歯３ａとの間隙が一定の間隙δとなる。
【００１６】
前記隙間δは、50μmと極めて狭く、且つ複数の歯（本実施例では３枚）２ａと３ａとにより、吸込口４と吐出口５との間を締め切ることで、締切性が大幅に向上する。この結果、吐出側から吸込側への圧力流体の漏れが大幅に減少し、吐出量が増加する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内接歯車式ポンプにおいて、内歯歯車の歯面を当該歯面から所定の隙間を存して前記外歯歯車が離れていくときの形状に合わせ、且つ前記内歯歯車と前記外歯歯車の複数の締め切りの範囲内において前記内歯歯車の各歯と前記外歯歯車の各歯との歯先の隙間が前記所定の隙間で同一となるように設定することで、ポンプの吸込側と吐出側とを締め切る歯先の間隙を小さくすることが可能であり、且つ吸込口と吐出口とを締め切る複数の歯の締切性が向上し、吐出量の増大が図られ、ポンプの効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内接歯車式ポンプの内歯歯車と外歯歯車との関係を示す説明図である。
【図２】図１の外歯歯車の歯形の説明図である。
【図３】図１の内歯歯車の歯形の説明図である。
【図４】図２の外歯歯車の歯形に基づいて内歯歯車の歯形を創成する場合の説明図である。
【図５】図１の内歯歯車と外歯歯車との噛み合いの説明図である。
【図６】従来のトロコイドポンプの内歯歯車と外歯歯車との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  内接歯車式ポンプ
２  内歯歯車
３  外歯歯車
２ａ、３ａ  歯
２ｂ、３ｂ  歯先面
２ｃ、３ｃ  歯底面
２ｄ、３ｄ  歯面
２ｈ、３ｈ  ピッチ円
【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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