JP2006200418A

JP2006200418A - 内接型ギヤポンプ

Info

Publication number: JP2006200418A
Application number: JP2005012070A
Authority: JP
Inventors: Yuki Kano; 友樹狩野
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】耐久力の低下や異音の発生を抑制することができる。
【解決手段】駆動軸６０に回転駆動力を作用させた内接型ギヤポンプの使用時における、接触点ａから接触幅の端部までの距離Ａが、接触点ａと、該接触点ａに隣接する駆動軸６０における第１主円弧部６１および連結部２２の境界部６１ａとの距離Ｂより小さくされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、インナーロータとアウターロータとの間に形成されるセルの容積変化によって流体を吸入、吐出する内接型ギヤポンプに関するものである。

この種の内接型ギヤポンプは、従来から、自動車の潤滑油用ポンプや自動変速機用オイルポンプ等として広範囲に利用されている（例えば、下記特許文献１参照）。このような内接型ギヤポンプは、外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と噛み合う内歯が形成されたアウターロータと、前記インナーロータに形成された取付け孔に挿入された駆動軸とを備え、該駆動軸により前記取付け孔に回転力が伝達され、両ロータが噛み合って回転するときに、両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入吐出することによって流体を搬送する構成とされている。

また、一般に、前記取付け孔は前記駆動軸と略対応する断面形状を有し、これらの取付け孔および駆動軸は、その軸心を挟んで径方向に対向配置された同一円上の二つの主円弧部と、一方の主円弧部の端部と該端部に周方向で隣合う他方の主円弧部の端部とを直線状に連結する二つの連結部とを備えた断面形状を有している。さらに、前記取付け孔の大きさは前記駆動軸よりも僅かに大きくされており、駆動軸を取付け孔に挿入できるような隙間が設けられている。
特開平１１−３４３９８５号公報

しかしながら、前記従来の内接型ギヤポンプでは、駆動軸が回転した際、該駆動軸における前記主円弧部と前記連結部との境界部のうち、同一の主円弧部において、回転方向前側に位置する境界部（以下、「駆動境界部」という）およびその近傍が、前記取付け孔の内周面に接触することによって、該取付け孔に回転力が伝達されることになる。この際、一般に、駆動軸の前記境界部は角形状とされているので、該境界部が取付け孔の内周面に接触する場合、駆動軸における前記駆動境界部と前記取付け孔の内周面とに応力集中が発生することになり、耐久性の低下を招くとともに、異音が生じ易いという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、耐久力の低下や異音の発生を抑制することができる内接型ギヤポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の内接型ギヤポンプは、外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と噛み合う内歯が形成されたアウターロータと、前記インナーロータに形成された取付け孔に挿入された駆動軸とを備え、該駆動軸により前記取付け孔に回転力が伝達され、両ロータが噛み合って回転するときに、両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入吐出することによって流体を搬送する構成とされ、前記駆動軸は、その軸心を挟んで径方向に対向配置された同一円上の二つの第１主円弧部と、一方の第１主円弧部の端部と該端部に周方向で隣合う他方の第１主円弧部の端部とを直線状に連結する二つの連結部とを備えた断面形状を有し、前記取付け孔は、挿入された前記駆動軸の前記第１主円弧部と対向する位置が、該第１主円弧部の曲率半径より僅かに大きく、かつ該第１主円弧部に沿うような第２主円弧部とされるとともに、前記駆動軸の前記連結部と対向する位置には、前記駆動軸が回転したときに、前記連結部が接触することによって、当該取付け孔に回転力が伝達される伝達部が形成された内接型ギヤポンプであって、前記伝達部のうち、少なくとも前記駆動軸の回転方向後側に位置する部分は、径方向外方へ凸とされた曲面状に形成され、前記駆動軸の回転軸線が延びる方向から平面視したときに、前記駆動軸の連結部を前記取付け孔の伝達部に当接させたときの接触点から、該接触点に隣接する前記駆動軸における前記第１主円弧部および前記連結部の境界部までの距離が、前記駆動軸に回転駆動力が作用したときの前記連結部と前記伝達部との接触幅の幅方向中央部から、該接触幅の端部までの距離より大きくされていることを特徴とする。

この発明によれば、前記駆動軸の連結部を前記取付け孔の伝達部に当接させたときの接触点から、該接触点に隣接する前記駆動軸における前記第１主円弧部および前記連結部の境界部までの距離が、前記駆動軸に回転駆動力が作用したときの前記連結部と前記伝達部との接触幅の幅方向中央部から、該接触幅の端部までの距離より大きくされているので、駆動軸が回転駆動される際に、駆動軸における前記第１主円弧部と前記連結部との境界部のうち、同一の第１主円弧部において、回転方向前側に位置する境界部（以下、「駆動境界部」という）が、前記取付け孔の内周面に接触することを回避することが可能になる。これにより、駆動軸における前記駆動境界部と、前記取付け孔の内周面とに応力集中が発生するを抑制することが可能になり、内接型ギヤポンプにおいて、その耐久性の低下や異音の発生を抑えることができる。

特に、取付け孔の前記伝達部が、径方向内方へ向けて曲面状に凸とされているので、前記接触点から該接触点に隣接する駆動軸の前記境界部までの距離を、前記駆動軸に回転駆動力が作用したときの前記連結部と前記伝達部との接触幅の幅方向中央部から、該接触幅の端部までの距離より大きくした状態で、前記接触幅を最大限確保することが可能になり、インナーロータに作用する負荷を最小限に抑えることが可能になる。これにより、内接型ギヤポンプの使用時におけるインナーロータの芯振れ等を抑えることが可能になり、内接型ギヤポンプにおける耐久性の低下や異音の発生を確実に抑えることができる。

この発明によれば、内接型ギヤポンプの耐久性の低下や異音の発生を抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１に示す内接型ギヤポンプ１０は、ｎ枚（ｎは自然数、本実施形態においてはｎ＝９）の外歯２１が形成されたインナーロータ２０と、各外歯２１と噛み合う（ｎ＋１）枚（本実施形態では１０枚）の内歯３１が形成されたアウターロータ３０と、インナーロータ２０に形成された取付け孔２２に挿入された駆動軸６０とを備え、これらがケーシング５０の内部に収納された構成とされている。なお、インナーロータ２０は、例えばＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系の焼結材、具体的にはＦｅ−０．８Ｃ−３．０Ｃｕ、またはＦｅ−０．８Ｃ−１．５Ｃｕ−４．０Ｎｉ−０．５Ｍｏ等により形成されている。また、駆動軸６０は、例えば、ヤング率が約２１０００ＭＰａでポアソン比が０．３とされた一般構造用鋼材により形成されている。

インナーロータ２０、アウターロータ３０の歯面間には、両ロータ２０、３０の回転方向に沿ってセルＣが複数形成されている。各セルＣは、両ロータ２０、３０の回転方向前側と後側で、インナーロータ２０の外歯２１とアウターロータ３０の内歯３１とがそれぞれ接触することによって個別に仕切られ、かつ両側面をケーシング５０によって仕切られており、これによって独立した流体搬送室を形成している。そして、セルＣは両ロータ２０、３０の回転に伴って回転移動し、１回転を１周期として容積の増大、減少を繰り返すようになっている。

ケーシング５０には容積が増大するときのセルＣに連通する吸入ポート５１と、減少するときのセルＣに連通する吐出ポート５２とが設けられていて、吸入ポート５１からセルＣに吸入された流体が両ロータ２０、３０の回転に伴い搬送されて吐出ポート５２から吐出されるようになっている。

ここで、インナーロータ２０には、その径方向中央部に貫通孔が形成され、該貫通孔は回転可能に支持された駆動軸６０が取付けられる取付け孔２２とされている。そして、駆動軸６０がその軸心Ｏ回りに回転されることにより、取付け孔２２にその回転駆動力が伝達され、インナーロータ２０が回転されるとともに、該ロータ２０の回転駆動力がアウターロータ３０に伝達されるようになっている。

駆動軸６０は、図２に示すように、その軸心Ｏを挟んで径方向に対向配置された同一円上の二つの第１主円弧部６１、６１と、一方の第１主円弧部６１の端部６１ａと該端部６１ａに周方向で隣合う他方の第１主円弧部６１の端部６１ａとを直線状に連結する二つの連結部６２、６２とを備えた断面形状を有している。これらの連結部６２、６２は、軸心Ｏを挟んで径方向に互いに対向配置された構成とされるとともに、その表面は互いに平行となるように、駆動軸６０の回転軸線（前記軸心Ｏ）が延びる方向に延在した平坦面とされている。

取付け孔２２は、挿入された駆動軸６０の第１主円弧部６１、６１と対向する位置が、該第１主円弧部６１、６１の曲率半径より僅かに大きく、かつ該第１主円弧部６１、６１に沿うような第２主円弧部２３、２３とされるとともに、駆動軸６０の連結部６２、６２と対向する位置には、駆動軸６０が回転したときに、連結部６２、６２が接触することによって、当該取付け孔２２に回転力が伝達される径方向内方へ曲面状に凸とされた伝達部２４、２４が形成されている。

本実施形態の伝達部２４、２４は、前記軸心Ｏを挟んで径方向に対向配置され、互いに略同一形状に形成されている。また、これらの伝達部２４、２４は、前記軸心Ｏが延びる方向から平面視したときに、それぞれ単一円の面積の２分の１より小さい面積となるような形状とされている。なお、第２主円弧部２３、２３と伝達部２４、２４との連結部分２０ａは、径方向外方へ凹む曲面形状とされ、第２主円弧部２３、２３と伝達部２４、２４とが滑らかに連結された構成とされている。前記曲面形状により、駆動軸６０の連結部６２、６２が伝達部２４、２４と接触したときに、前記連結部分２０ａに生ずる応力集中を緩和できるようになっている。

以上の構成において、本実施形態では、インナーロータ２０の伝達部２４、２４の径方向内方端部（頂部）同士の距離は、駆動軸６０の連結部６２、６２同士の距離より約０．６ｍｍ大きく、また、取付け孔２２の第２主円弧部２３、２３を形成する円の直径は、駆動軸６０の第１主円弧６１、６１を形成する円の直径より約０．０６ｍｍ大きくされている。つまり、駆動軸６０の連結部６２と伝達部２４の前記頂部と間に約０．３ｍｍの隙間が設けられ、駆動軸６０の第１主円弧部６１と、取付け孔２２の第２主円弧部２３との間に約０．０３ｍｍの隙間が設けられている。

なお、インナーロータ２０において、第２主円弧部２３、２３の直径は約４３．５ｍｍとされ、伝達部２４、２４の前記頂部同士の距離は約３９ｍｍとされている。
このように、前記距離、隙間および直径を設定した場合、駆動軸６０を、その連結部６２が取付け孔２２の伝達部２４に当接するまで軸心Ｏ回りに回転移動したときに、駆動軸６０における第１主円弧部６１および連結部６２の境界部６１ａ（第１主円弧部６１の端部）が、取付け孔２２の内周面と接触しないようになっている。ここで、前述の、「駆動軸６０の連結部６２が取付け孔２２の伝達部２４に当接する」とは、連結部６０および伝達部２４を弾性変形させないで、単に接触させているだけの状態をいう。以下、この単に接触させているだけの状態における、連結部６２と伝達部２４との接触点を接触点ａ（図３参照）という。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、駆動軸６０の回転軸線（前記軸心Ｏ）が延びる方向から内接型ギヤポンプ１０を平面視したときに、駆動軸６０の連結部６２を取付け孔２２の伝達部２４に当接させたときの接触点ａから、該接触点ａに隣接する駆動軸６０における第１主円弧部６１および連結部６２の境界部６１ａまでの距離Ｂが、駆動軸６０に回転駆動力が作用したときの連結部６２と伝達部２４との接触幅の幅方向中央部（接触点ａ）から、該接触幅の端部までの距離Ａより大きくされている。すなわち、駆動軸６０の連結部６２および取付け孔２２の伝達部２４が弾性変形する内接型ギヤポンプ１０の使用時に、駆動部６０の前記境界部６１ａが取付け孔２２の内周面と接触しないようになっている。

具体的には、前述のように、前記距離、隙間および直径等を設定した場合において、伝達部２４の曲率半径Ｒは、４．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは８５ｍｍ以上１００ｍｍ以下とされている。
なお、以上の内接型ギヤポンプ１０の駆動軸６０においては、通常約９．８Ｎ・ｍの負荷トルクが作用される。

以上説明したように本実施形態に係る内接型ギヤポンプ１０によれば、駆動軸６０の連結部６２を取付け孔２２の伝達部２４に当接させたときの接触点ａから、該接触点ａに隣接する駆動軸６０における第１主円弧部６１および連結部６２の境界部６１ａまでの距離Ｂが、駆動軸６０に回転駆動力が作用したときの連結部６２と伝達部２４との接触幅の幅方向中央部（接触点ａ）から、該接触幅の端部までの距離Ａより大きくされているので、駆動軸６０が回転駆動される際に、駆動軸６０の前記境界部６１ａのうち、同一の第１主円弧部６１において、回転方向前側に位置する境界部６１ａ（以下、「駆動境界部６１ａ」という）が、取付け孔２２の内周面に接触することを回避することが可能になる。これにより、駆動軸６０の前記駆動境界部６１ａと、前記取付け孔２２とに応力集中が発生するを抑制することが可能になり、内接型ギヤポンプ１０において、その耐久性の低下や異音の発生を抑えることができる。

特に、取付け孔２２の伝達部２４が、径方向内方へ向けて曲面状に凸とされているので、接触点ａから該接触点ａに隣接する駆動軸６０の前記境界部６１ａまでの距離Ｂを、駆動軸６０に回転駆動力が作用したときの連結部６２と伝達部２４との接触幅の幅方向中央部（接触点ａ）から、該接触幅の端部までの距離Ａより大きくした状態で、前記接触幅を最大限確保することが可能になり、インナーロータ２０に作用する負荷を最小限に抑えることが可能になる。これにより、内接型ギヤポンプ１０の使用時におけるインナーロータ２０の芯振れ等を抑えることが可能になり、内接型ギヤポンプ１０における耐久性の低下や異音の発生を確実に抑えることができる。

さらに、本実施形態では、伝達部２４、２４は、回転軸線Ｏが延びる方向から平面視したときに、それぞれ単一円の面積の２分の１より小さい面積となるような形状とされているので、伝達部２４の、第１主円弧部６１との接合部分に発生する負荷応力を最小限に抑えることが可能になり、伝達部２４を設けたことによるインナーロータ２０の耐久性の低下を防ぐことができる。

次に、本実施形態に係る内接型ギヤポンプ１０の実施例について説明する。
まず、前記接触幅の幅方向中央部（接触点）ａから当該接触幅の端部までの距離Ａを、下記に示すヘルツの公式により算出した。

この[数１]において、ν_Ａは駆動軸６０のポアソン比、ν_Ｂはインナーロータ２０のポアソン比、Ｅ_Ａは駆動軸６０のヤング率、Ｅ_Ｂはインナーロータ２０のヤング率、Ｒ_Ａは駆動軸６０の連結部６２の曲率半径、Ｒ_Ｂは伝達部２４の曲率半径、Ｗ‘は駆動軸６０の連結部６２の、伝達部２４に対する押付け力をそれぞれ表している。すなわち、前記距離Ａは、内接型ギヤポンプ１０の使用時における、駆動軸６０の連結部６２、および取付け孔２２の伝達部２４が弾性変形したときの接触長さを表している。

これらのうち、ν_Ａ、ν_Ｂ、Ｅ_ＡおよびＥ_Ｂは、駆動軸６０を形成する材質（本実施例では前記一般構造用鋼材）およびインナーロータ２０を形成する材質（本実施例ではＦｅ−０．８Ｃ−３．０Ｃｕ）により決定され、Ｒ_Ａは本実施形態では、前述のように、連結部６２が平坦面とされているので無限大になる。

一方、前述のように、インナーロータ２０において、第２主円弧部２３、２３の直径が４３．５ｍｍとされるとともに、伝達部２４、２４の頂部同士の距離が３９ｍｍとされ、さらに、駆動軸６０の連結部６２と伝達部２４の前記頂部と間に０．３ｍｍの隙間が設けられ、かつ駆動軸６０の第１主円弧部６１と、取付け孔２２の第２主円弧部２３との間に０．０３ｍｍの隙間が設けられた状態から、駆動軸６０を、連結部６２が伝達部２４に前記当接するまで軸心Ｏ回りに回転させたときの、連結部６２および伝達部２４の接触点ａの位置は幾何学的に決定される。

以上の構成において、駆動軸６０の負荷トルクを９．８Ｎ・ｍとしたときに、伝達部２４の曲率半径Ｒを種々異ならせたときの、前記距離Ａを前記ヘルツの公式に基づいて算出した。結果を図４に示す。なお、この図において、前記押付け力Ｗ‘は、伝達部２２の曲率半径Ｒによって異なる。この結果から、上記構成の内接ギヤポンプ１０においては、伝達部２４、２４の曲率半径Ｒは、４．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好ましくは８５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であれば、駆動軸６０に回転駆動力が作用したときにおける、接触点ａから前記接触幅の端部までの距離Ａが、接触点ａと、該接触点ａに隣接する駆動軸６０の前記境界部６１ａとの距離Ｂより小さくなることが確認された。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、伝達部２４のうち、少なくとも駆動軸６０の回転方向後側（連結部６２と接触する）が、径方向外方へ凸とされた曲面状に形成されていればよく、図１、図２に示すような形状に限られるものではない。また、外歯２１および内歯３１の歯数は前記実施形態に限られるものではない。

耐久力の低下や異音の発生を抑制することができる内接型ギヤポンプを提供する。

本発明に係る一実施形態として示した内接型ギヤポンプの断面平面図である。図１に示すインナーロータの取付け孔、および駆動軸の拡大図である。図１に示す内接型ギヤポンプの使用時における、インナーロータの取付け孔、および駆動軸の一部拡大図である。本発明に係る一実施形態として示した内接型ギヤポンプの作用効果を検証した結果を示す図である。

符号の説明

１０内接型ギヤポンプ
２０インナーロータ
２１外歯
２２取付け孔
２３第２主円弧部
２４伝達部
３０アウターロータ
３１内歯
６０駆動軸
６１第１主円弧部
６１ａ境界部（第１主円弧部の端部）
６２連結部
Ａ接触点と接触幅の端部までの距離
Ｂ接触点と、該接触点に隣接する、駆動軸における第１主円弧部および連結部の境界部との距離
Ｃセル
Ｏ軸心
ａ接触点（接触幅の幅方向中央部）

Claims

外歯が形成されたインナーロータと、該外歯と噛み合う内歯が形成されたアウターロータと、前記インナーロータに形成された取付け孔に挿入された駆動軸とを備え、該駆動軸により前記取付け孔に回転力が伝達され、両ロータが噛み合って回転するときに、両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入吐出することによって流体を搬送する構成とされ、
前記駆動軸は、その軸心を挟んで径方向に対向配置された同一円上の二つの第１主円弧部と、一方の第１主円弧部の端部と該端部に周方向で隣合う他方の第１主円弧部の端部とを直線状に連結する二つの連結部とを備えた断面形状を有し、
前記取付け孔は、挿入された前記駆動軸の前記第１主円弧部と対向する位置が、該第１主円弧部の曲率半径より僅かに大きく、かつ該第１主円弧部に沿うような第２主円弧部とされるとともに、前記駆動軸の前記連結部と対向する位置には、前記駆動軸が回転したときに、前記連結部が接触することによって、当該取付け孔に回転力が伝達される伝達部が形成された内接型ギヤポンプであって、
前記伝達部のうち、少なくとも前記駆動軸の回転方向後側に位置する部分は、径方向外方へ凸とされた曲面状に形成され、
前記駆動軸の回転軸線が延びる方向から平面視したときに、前記駆動軸の連結部を前記取付け孔の伝達部に当接させたときの接触点から、該接触点に隣接する前記駆動軸における前記第１主円弧部および前記連結部の境界部までの距離が、前記駆動軸に回転駆動力が作用したときの前記連結部と前記伝達部との接触幅の幅方向中央部から、該接触幅の端部までの距離より大きくされていることを特徴とする内接型ギヤポンプ。