JP3068699U - ギヤポンプ用歯車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動力伝達部を動力伝達性に優れたインボリュ
ート歯形で形成し、他の部分を円弧状歯形で形成するこ
とにより、歯車の加工やギヤポンプの組立作業も容易
で、しかも流体の閉じ込みや逆流がなくポンプ効率に優
れたギヤポンプ用歯車を提供するものである。 【解決手段】 ピッチ円を挟んで前後をインボリュート
曲線１２で形成し、これと連続する歯先側と歯元側を円
弧状曲線１３、１３で形成し、前記インボリュート曲線
１２で形成された部分を１ピッチの０．１５〜０．５の
範囲としたハスバ歯車で、且つ円弧状曲線の各点におけ
る曲率中心Ｐ’がピッチ円１１を挟んで円弧状曲線１３
と反対側に位置すると共に、前記インボリュート曲線１
２と円弧状曲線１３の接続点Ｅ１’〜Ｅ４’における接
線を共有したことを特徴とするものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、製作が容易でポンプ効率を向上させたギヤポンプ用歯車の改良に関す るものである。

【０００２】

【従来の技術】

ギヤポンプは、ハウジング内に一対の歯車を噛み合わせて取付けることにより閉 じ込められた空隙部を形成し、歯車の回転により空隙部がハウジングの入口側か ら出口側に移動することにより流体を連続的に移動させるものである。

【０００３】 ギアポンプの構造は種々のタイプがあるが、自動車や工作機械などに多く用いら れているタイプとしては、例えば図４に示すようにインボリュート歯車１Ａ、１ Ｂを用いこれを噛み合わせて、入口部２と出口部３を設けたハウジング４内に取 付けたものである。これは歯切り工具であるラック６の歯形が図６に示すように 直線で構成されているので製作が容易であり、またインボリュート歯車１Ａ、１ Ｂの取付間隔が変わっても噛み合い精度が変わらないのでギヤポンプの組立が容 易であるなどの利点がある。

【０００４】 このインボリュート歯車１Ａ、１Ｂの噛み合い状態を図５のスグバの場合で説明 すると、歯車１Ａはドライバーで、歯車１Ｂはフォロワーで、歯車１Ａの歯末の 接触がまさに終了しようとしている点をＣ１で示している。この場合、点Ｃ１で の接触修了前に、既に歯車１Ａの歯元と歯車１Ｂの歯先は点Ｃ２で接触している 必要がある。インボリュート歯車の場合、距離Ｃ１ーＣ２を法線ピッチといい、 歯形法線方向の接触の実際の長さ、すなわちＰーＣ１の２倍の長さを法線ピッチ Ｃ１ーＣ２で割ったものを噛み合い率といい、これは１以上でないと正常な歯車 として作用しない。

【０００５】 この動力伝達を目的としたインボリュート歯車１Ａ、１Ｂをギヤポンプに採用す ると、歯形の接触部を通しての流体の逆流を防止するため、図５に示すようにバ ックラッシュのない噛み合いにする必要がある。しかしながら回転の過程で接触 点Ｃ１、Ｃ２の他に、動力伝達側から見て背面となる点Ｃにおいても接触するこ とになる。この結果、接触点Ｃ１、Ｃで囲まれる空隙部Ｇ１と接触点Ｃ２、Ｃで 囲まれる空隙部Ｇ２の部分に流体が閉じ込められることになる。この空隙部Ｇ１ 、Ｇ２が歯車１Ａ、１Ｂの回転に伴って増減することになり、この結果、流体に とっては圧力の変動となり、ギヤポンプの性能が低下する問題があった。

【０００６】 この流体の閉じ込みの問題を解決するために、図７に示ように歯車歯形を正弦状 曲線で形成して１点での接触とした歯車が板谷松樹氏によって開発されている （特公昭３５ー１３５０４）。この板谷松樹氏によって開発された歯形（以下板 谷式歯形という）と、これを加工するラックの歯形の関係を図８に示す。ラック の歯形としてＤ０ーＣーＤ０’が与えられ、これにより加工された歯車５Ａの歯 形はＤ１ーＣーＤ１’、歯車５Ｂの歯形はＤ２ーＣーＤ２’となり歯車５Ａと歯 車５Ｂは点Ｃでの１点接触となり流体の噛み込みのないギヤポンプが得られる。 この板谷式歯形曲線は次式に示すように規定されている。 ｘ＝ｍθ（１＋０．３ｃｏｓθ） ……（１） ｙ＝１．２ｍｃｏｓθ ……（２） 但しｍはモジュールの０．５倍であり、θはｒａｄで表した角度である

【０００７】 この板谷式歯形におけるのラックの歯形の問題点は、歯形曲線がピッチ線を通過 する時に歯先歯形と歯元歯形の接続点において歯形曲線の曲率がプラスからマイ ナスに逆転することである。ラックの歯形におけるこの曲率が逆転する現象は、 これによって加工される歯車５Ａ、５Ｂにも同様に生じる。これはギヤポンプを 組立てる場合、歯車５Ａ、５Ｂの取付間隔などに厳しい精度が要求されることに なり、理論的には有効であるが実際的には利用できないものであった。

【０００８】 このため現状ではラックの歯形の歯先曲線を ｘ＝ｍθ（１＋０．３ｃｏｓθ） ……（３） ｙ＝１．２１ｍｃｏｓθ ……（４） と修正し、ラックの歯形の歯元曲線を上記（１）、（２）式にして、座標ｙの係 数を１．２から１．２１に変えることにより噛み合い精度を低くして組立作業性 を向上させている。

【０００９】 しかしながらこの修正したラック歯形により加工される歯車５Ａ、５Ｂが接触す るのはピッチ点のみの点接触となり、ハスバ歯車の場合では捩れた方向に沿って 点接触の連続となるので、流体の入口側と出口側とが連通した構造となり、ポン プ効率が低下する問題があった。このため油圧機器で使用するギヤポンプなどで は、高速回転させると油温が上昇して油の粘度が低下してきた場合に油が逆流し 、吐出量が低下する問題があった。つまりインボリュート歯車では流体の閉じ込 みが問題であったが、修正した板谷式歯形では逆に流体の逆流による効率低下が 生じる欠点があった。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は上記欠点を除去し、動力伝達部を動力伝達性に優れたインボリュート曲 線で形成し、他の部分を円弧状曲線で形成することにより、歯車の加工が容易で ギヤポンプの組立作業性を向上させ、しかも流体の閉じ込みや逆流がなくポンプ 効率に優れたギヤポンプ用歯車を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案の請求項１記載のギヤポンプ用歯車は、ピッチ円を挟んで前後をインボリ ュート曲線で形成し、これと連続する歯先側と歯元側を円弧状曲線で形成すると 共に、前記インボリュート曲線と円弧状曲線の接続点における接線を共有したハ スバ歯車で、且つ円弧状曲線の各点における曲率中心がピッチ円を挟んで円弧状 曲線と反対側に位置すると共に、インボリュート曲線で形成された部分を１ピッ チの０．１５〜０．５の範囲としたことを特徴とするものである。

【００１２】

【考案の実施の形態】 以下本考案の実施の一形態を図１ないし図３を参照して詳細に説明する。図１は 本考案のラック６の歯形を示すもので、ピッチ線７を挟んで前後のＥ１−Ｅ２を 斜めの直線で形成し、この直線部８と連続する歯先側のＥ２−Ｅ３と歯元側のＥ １−Ｅ４をそれぞれ円弧状曲線部９、９で形成したものである。更に前記直線部 ８と円弧状曲線部９の接続点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４における接線を共有すると 共に、円弧状曲線部９、９の各点における曲率中心Ｐがピッチ線７を挟んで円弧 状曲線９、９と反対側に位置するように形成したものである。

【００１３】 このラック６の歯形により加工した歯車１０Ａ、１０Ｂは図２に示すようにピッ チ円１１を挟んで前後のＥ１’−Ｅ２’を、ラック６の直線部８で加工されたイ ンボリュート曲線１２で形成し、これと連続する歯先側のＥ２’−Ｅ３’と歯元 側のＥ１’−Ｅ４’をラックの円弧状曲線部９で加工され円弧状曲線１３、１３ としたハスバ歯車で、且つ前記インボリュート曲線１２と円弧状曲線１３の接続 点Ｅ１’、Ｅ２’、Ｅ３’、Ｅ４’における接線を共有したものである。

【００１４】 更に円弧状曲線１３、１３の各点における曲率中心Ｐ’がピッチ円１１を挟んで 円弧状曲線１３、１３と反対側に位置すると共に、インボリュート曲線１２の形 成範囲は１ピッチの０．１５〜０．５の範囲としたものである。つまり動力伝達 部分をインボリュート曲線１２で形成することにより動力伝達効率が優れ、また これと連続する他の部分を円弧状曲線１３、１３で形成し、この各点における曲 率中心Ｐ’がピッチ円１１を挟んで円弧状曲線１３、１３と反対側に位置させる ことにより、図３に示すように歯車１０Ａ、１０Ｂを噛み合わせた状態の軸直角 断面において接点Ｃでの１点接触となると共に、ハスバ歯車の捩れた方向に沿っ て斜めの連続した線接触とすることができる。

【００１５】 この結果、軸直角断面において接点Ｃでの１点接触なので従来のインボリュート 歯車１Ａ、１Ｂのような流体の閉じ込みを防止できると共に、ハスバ歯車の捩れ た方向に沿って斜めの連続した線接触となるので、修正した板谷式歯形のような 流体の逆流がなく、しかも効率よく動力を伝達することができる。またインボリ ュート曲線１２と円弧状曲線１３の接続点Ｅ１’〜Ｅ４’における接線を共有し ているので、曲率の急激な変化がなく歯車１０Ａ、１０Ｂの滑らかな接触を行な うことができる。また動力伝達部分がインボリュート曲線１２で形成されている ので、厳しい組立精度は要求されず組立作業性にも優れている。

【００１６】 なお本考案において、インボリュート曲線１２の形成範囲を１ピッチの０．１５ 〜０．５の範囲としたのは、０．１５未満ではインボリュート曲線１２の範囲が 狭くなり、動力伝達効率が低下するからである。また０．５の範囲を超えるとイ ンボリュート曲線１２の範囲が広くなり過ぎて２点接触となる恐れがあるからで ある。また本考案における円弧状曲線１３は正弦曲線、楕円曲線、真円曲線、二 次曲線などｎ次曲線など何れで形成しても良い。

【００１７】 更に本考案においては、歯車の噛み合い率を０．２〜０．４の範囲にすると良い 。この場合、噛み合い率が０．２未満ではポンプの吐出圧力が小さくなり、また ０．４を超えると動力伝達効率は向上するが、流体の閉じ込みを生ずる恐れがあ るからである。

【００１８】

【実施例】

以下本考案の実施例について説明する。モジュール２．５、圧力角２７度、歯数 ８、ハスバ角３０度で、インボリュート曲線で形成された部分を１ピッチの０． ３４６の範囲とした歯車１０Ａを作成し、これをハウジング４に組込んだギヤポ ンプを組立てた。このギヤポンプを用いて試験液としてＩＳＯ．ＶＧ．３２の、 粘度７０ＲＷ／ｓｅｃの油を使用して、９６０ｒｐｍの回転数で回転させて、こ の時の吸込圧力、吐出圧力および吐出量を測定した。この結果、容積効率（吐出 流量÷理論流量）は７８．７％であった。

【００１９】 また比較のために従来の修正された板谷式歯形により、モジュール２．５、圧力 角２７度、歯数８、ハスバ角３０度で、正弦曲線で形成された歯車５Ａ、５Ｂを 作成し、これをハウジング４に組込んだギヤポンプを組立てた。このギヤポンプ を用いて上記と同一条件で試験を行ない。この時の吸込圧力、吐出圧力および吐 出量を測定した。この結果、容積効率は６８．７％であった。この結果、本考案 では容積効率が１０％向上していることが確認された。

【００２０】 更に試験液として粘度の低い灯油を用いて同様の実験を行なったところ、本考案 のギヤポンプの容積効率は３１．８％で、修正された板谷式歯形のギヤポンプで は容積効率が９．６％であり、本考案では効率が２２％向上していることが確認 された。

【００２１】 なお本考案はギヤポンプ用の歯車に限らず、エアーモータ用の歯車にも適用する ことができる。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明した如く本考案に係るギヤポンプ用歯車によれば、ピッチ円を挟んで前 後の動力伝達部をインボリュート曲線で形成し、これと連続する歯先側と歯元側 を円弧状曲線で形成したハスバ歯車で構成することにより、歯車の加工が容易で ギヤポンプの組立作業性も向上し、しかも流体の閉じ込みや逆流を防止してポン プ効率を向上させ、特に油の温度が上昇して粘度が低下する高速回転において効 果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施の一形態によるラックの歯形を示
す説明図である。

【図２】図１のラックにより加工した歯車の歯形を示す
説明図である。

【図３】本考案の歯車を組合せたギヤポンプの噛み合い
部分を示す説明図である。

【図４】従来のインボリュート歯車を用いたギヤポンプ
を示す説明図である。

【図５】従来のインボリュート歯車を用いたギヤポンプ
の歯車の噛み合い部分を示す説明図である。

【図６】インボリュート歯車を加工するラックの平面図
である。

【図７】従来の修正された板谷式歯形の噛み合い部分を
示す説明図である。

【図８】板谷式歯形のラックとこれにより加工された歯
車の噛み合い部分を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ａ インボリュート歯車 ４ ハウジング ５Ａ 歯車 ６ ラック ７ ピッチ線 ８ 直線部 ９ 円弧状曲線部 １０Ａ 歯車 １１ ピッチ円 １２ インボリュート曲線 １３ 円弧状曲線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピッチ円を挟んで前後をインボリュート
   曲線で形成し、これと連続する歯先側と歯元側を円弧状
   曲線で形成すると共に、前記インボリュート曲線と円弧
   状曲線の接続点における接線を共有したハスバ歯車で、
   且つ円弧状曲線の各点における曲率中心がピッチ円を挟
   んで円弧状曲線と反対側に位置すると共に、インボリュ
   ート曲線で形成された部分を１ピッチの０．１５〜０．
   ５の範囲としたことを特徴とするギヤポンプ用歯車。