JP4255798B2

JP4255798B2 - 内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプ

Info

Publication number: JP4255798B2
Application number: JP2003354042A
Authority: JP
Inventors: 克明細野; 義広堀川
Original assignee: 三菱マテリアルＰｍｇ株式会社
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: JP2005120850A

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ロータおよび内接型ギヤポンプに関するものである。

従来、自動車の潤滑油用ポンプや燃料用ポンプ等として、小型で構造が簡単な内接歯車型の内接型ギヤポンプが広範囲に利用されている。
このような内接型ギヤポンプは、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、この外歯に噛み合うｎ＋１枚の内歯が形成されたアウターロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングとを備えており、インナーロータを回転させることによって外歯が内歯に噛み合ってアウターロータを回転させ、両ロータ間に形成される複数のセルの容積変化によって流体を吸入、吐出するようになっている。

セルは、その回転方向前側と後側で、それぞれインナーロータの外歯とアウターロータの内歯とが接触することによってそれぞれ個別に仕切られている。各セルは、外歯と内歯との噛み合いの過程の途中において容積が最小となり、吸入ポートに沿って移動するときに容積を拡大させて流体を吸入する。そして、容積が最大となった後、吐出ポートに沿って移動するときに容積を減少させて流体を吐出する。

ところで、このような内接型ギヤポンプロータにおいては、両ロータの端面とケーシングとの間、アウターロータの外周とケーシングとの間が常に摺接し、さらにインナーロータの外歯とアウターロータの内歯とが各セルの前後において必ず摺接しているため、これらの摺動抵抗に抗して当該内接型ギヤポンプロータを駆動させるために大きな駆動トルクを必要としていた。

このような問題を解決するための手段として、インナーロータの外歯に、アウターロータの内歯と接触をもたない欠落修正部を形成し、この欠落修正部を、インナーロータの外歯がアウターロータの内歯と噛み合うときの噛み合い点と、インナーロータの外歯がセルの容積が最大となるときのアウターロータの内歯との接触点との間に形成した構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。
特開平９−１６６０９１号公報

ところがこのような内接型ギヤポンプロータでは、内接型ギヤポンプロータの駆動力の低減を効果的に図ることができるまでには至っていなかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、駆動トルクを確実に低減することができる内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ｎ枚（ｎは自然数）の外歯が形成されたインナーロータと、前記外歯と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯が形成されたアウターロータとからなり、前記両ロータが噛み合って回転するときにこれら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内接型ギヤポンプロータであって、前記インナーロータの外歯は、歯先部の歯形が、第１の基礎円に外接して滑りなく転がる外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部の歯形が、前記第１の基礎円に内接して滑りなく転がる内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされ、前記アウターロータの内歯は、歯先部の歯形が、第２の基礎円に内接して滑りなく転がる内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部の歯形が、前記第２の基礎円に外接して滑りなく転がる外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされ、前記アウターロータの内歯の少なくとも回転方向後側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該内歯を形成する肉部を欠落させた欠落修正部が、次式、
０．１≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５
および−０．２≦ｃ／ｄ≦０．２
ただし、
ａ：内歯の歯先部側における欠落修正部の端部と、第２の基礎円との法線方向の距離
ｂ：内歯の歯先部側における欠落修正部の端部と、内歯の歯先頂部との法線方向の距離
ｃ：内歯の歯溝部側における欠落修正部の端部と、第２の基礎円との法線方向の距離
ｄ：第２の基礎円と、内歯の歯溝底部との法線方向の距離
を満たす部分に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る内接型ギヤポンプロータによれば、前記欠落修正部が、アウターロータの内歯うち、前記式で示した範囲に限定して形成されているので、インナーロータの外歯がアウターロータの内歯と噛み合う過程、および容積最大となったセルが吸入ポート側から吐出ポート側へ移動する過程においては、インナーロータとアウターロータとを接触させることができ、セルが吸入ポートに沿って増大する過程、および吐出ポートに沿って減少する過程においては、インナーロータとアウターロータとを接触させないようにすることができる。

したがって、アウターロータの内歯とインナーロータの外歯との噛み合い抵抗の低減化を図ることができるとともに、このような構成においても、流体の搬送効率の低下や、前記両ロータのうちいずれか一方の回転駆動力が他方へ伝達する機械効率の低下を抑制することができ、内接型ギヤポンプロータの駆動力の低減を効果的に図ることができる。

また、前記欠落修正部が、アウターロータの歯幅方向における端部に至らせて形成されると、前記両ロータが収納されるケーシングと、アウターロータとの間の摺接個所も減少する。この場合、アウターロータの内歯の数は、インナーロータの外歯の数より多いので、前記欠落修正部が全ての歯に形成されると、インナーロータに前記欠落修正部を形成する場合より、アウターロータに形成する場合の方がケーシングとの摺接個所の減少量が大きい。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、前記インナーロータの外歯の少なくとも回転方向前側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該外歯を形成する肉部を外方へ膨出させた膨出修正部が、前記外歯と前記アウターロータの内歯とが噛み合って、前記セルの容積が最小となるときに、前記欠落修正部の表面形状に沿った表面形状とされて形成されていることを特徴とする。

この発明に係る内接型ギヤポンプロータによれば、外歯に前記膨出修正部が形成されているので、前記膨出修正部と外歯との間隔を小さくすることができ、前記膨出修正部と外歯との間で流体が逆流することを抑制することができる。従って、前述した摺接個所の低減化と相俟って、機械効率のみならずポンプ効率の向上をも図ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、前記インナーロータおよび前記アウターロータのうち少なくとも一方は、粘弾性特性を有する合成樹脂からなることを特徴とする。

この発明に係る内接型ギヤポンプロータによれば、粘弾性特性を有する合成樹脂により形成されているので、内接型ギヤポンプロータ駆動時の騒音の低減が図られる。特に、合成樹脂として、ポリフェニレンサルフェイド樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用すると、内接型ギヤポンプロータ駆動時にこれらのロータに作用する負荷に確実に耐えることができる。また、これらは熱可塑性樹脂であるので、射出成形することができ、低コスト、高精度生産を実現できる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の内接型ギヤポンプロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングと、前記インナーロータを回転駆動する直流モータとを備え、前記両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により、内燃機関などに使用される燃料を吸入吐出することによって該燃料を搬送する構成とされたことを特徴とする。

この発明に係る内接型ギヤポンプによれば、比較的駆動力が小さい直流モータを駆動手段して、比較的高粘度の軽油などの燃料を搬送する内接型ギヤポンプにおいても、アウターロータの摺動抵抗が低減されているので良好に駆動されることになる。

本発明に係る内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプによれば、アウターロータの内歯とインナーロータの外歯との噛み合い抵抗の低減化を図ることができるとともに、このような構成においても、流体の搬送効率の低下や、前記両ロータのうちいずれか一方の回転駆動力が他方へ伝達する機械効率の低下を抑制することができ、内接型ギヤポンプロータの駆動力の低減を効果的に図ることができる。

以下、本発明に係る内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示す内接型ギヤポンプロータは、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯１１が形成されたインナーロータ１０と、該外歯１１と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯２１が形成されたアウターロータ２０とを備え、この内接型ギヤポンプがケーシング３０の内部に収納されている。

インナーロータ１０は、ｎ（本実施の形態においては９）枚の外歯１１を備え、図示しない回転軸を介して直流モータに取り付けられて軸心Ｏ_１を中心としてケーシング３０の内部にて周方向に回転可能に支持されている。
アウターロータ２０は、ｎ＋１（本実施の形態においては１０）枚の内歯２１を備え、軸心Ｏ_２をインナーロータ１０の軸心Ｏ_１に対して偏心（偏心量：ｅ）させて内歯２１を外歯１１に噛み合わせて配置され、軸心Ｏ_２を中心としてケーシング３０の内部にて周方向に回転自在に支持されている。

これら両ロータ１０、２０は、粘弾性特性を有する合成樹脂により形成されている。なお、好ましくは熱可塑性樹脂、さらに好ましくはポリフェニレンサルフェイド樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂により形成されている。この材質は、両ロータ１０、２０に作用する駆動トルク、温度などの各種の負荷や使用環境などに応じて適宜選択される。

ケーシング３０には、両ロータ１０、２０の歯面間に形成されるセルＳのうち、容積が増大過程にあるセルＳに沿って円弧状の吸入ポート（図示せず）が形成されているとともに、容積が減少過程にあるセルＳに沿って円弧状の吐出ポート（図示せず）が形成されている。

ここで、インナーロータ１０の外歯１１は、歯先部１１ａの歯形が、第１の基礎円Ｄｉに外接して滑りなく転がる第１の外転円Ａｉによって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部１１ｂの歯形が、第１の基礎円Ｄｉに内接して滑りなく転がる第１の内転円Ｂｉによって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされている。
また、アウターロータ２０の内歯２１は、歯先部２１ａの歯形が、第２の基礎円Ｄｏに内接して滑りなく転がる第２の内転円Ｂｏによって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部２１ｂの歯形が、第２の基礎円Ｄｏに外接して滑りなく転がる第２の外転円Ａｏによって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされている。

アウターロータ２０の内歯２１の回転方向後側と前側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該内歯を形成する肉部を欠落させた欠落修正部４０が形成され、この欠落修正部４０は、インナーロータ１０の外歯１１と接触を持たないようになっている。
また、インナーロータ１０の外歯１１の回転方向後側と前側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該外歯１１を形成する肉部を外方へ膨出させた膨出修正部５０が形成され、この膨出修正部５０の表面形状は、外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１とが噛み合って、セルＳの容積が最小となるときに、欠落修正部４０の表面形状に沿うような形状とされている。
なお、本実施形態においては、全ての内歯２１に欠落修正部４０が形成され、全ての外歯１１に膨出修正部５０が形成され、また、欠落修正部４０および膨出修正部５０はともに、図２，図５，および図６に示すように平面状に形成されている。

欠落修正部４０は、図２に示すように、内歯２１の回転方向後側および前側の歯面のうち、歯先部２１ａ側における端部４０ａ（以下、単に「歯先部側端部４０ａ」という）と、歯溝部２１ｂ側における端部４０ｂ（以下、単に「歯溝部側端部４０ｂ」という）との間に連続して形成されている。
これらの各端部４０ａ，４０ｂは、内歯２１の前記歯面上のうち、次式で示される部分に位置している。すなわち、図２において、第２の基礎円Ｄｏと、歯先部側端部４０ａとの法線方向の距離をａとし、内歯２１の歯先頂部２１ｃと、歯先部側端部４０ａとの法線方向の距離をｂとしたときに、次式、
０．１≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５
を満たす部分に歯先部側端部４０ａが位置し、また、図２において、第２の基礎円Ｄｏと、歯溝部側端部４０ｂとの距離をｃとし、内歯２１の歯溝底部２１ｄと、第２の基礎円Ｄｏとの距離をｄとしたときに、次式、
−０．２≦ｃ／ｄ≦０．２
を満たす部分に歯溝部側端部４０ｂが位置している。なお、前記距離ｃについては、歯溝部側端部４０ｂが第２の基礎円Ｄｏより歯溝部２１ｂ側に位置した場合（図２参照）を正（＋）とし、歯溝部側端部４０ｂが第２の基礎円Ｄｏより歯先部２１ａ側に位置した場合を負（−）として表記している。

歯先部側端部４０ａと歯溝部側端部４０ｂとを内歯２１の回転方向後側および前側の歯面のうち前記式を満たす部分に位置させ、この式を満たす範囲内に欠落修正部４０を形成すると、欠落修正部４０は、アウターロータ２０の内歯２１のうち、この内歯２１がインナーロータ１０の外歯１１と噛み合うときの噛み合い点と、セルＳの容積が最大となるときの外歯１１との接触点との間に形成されることになる。
膨出修正部５０は、インナーロータ１０の外歯１１のうち、セルＳの容積が最小となるときに、欠落修正部４０と対向する位置に形成され、外歯１１の歯面と欠落修正部４０との間隔を埋めるように形成されている。また、セルＳの容積が最小となるときに、前述したように、膨出修正部４０の表面と欠落修正部４０の表面とは略平行となり、欠落修正部４０と膨出修正部５０との距離が、これらの形成領域内では略一定となるような構成となっている。

ここで、セルＳの容積が最小となるときのインナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１との接触状態を図３に示す。
セルＳの容積が最小となるのは、外歯１１の歯先と内歯２１どうしの間の歯溝とが正対したときである。
この図において、インナーロータ１０がこの軸心Ｏ_１を中心に回転するときに、外歯１１がアウターロータ２０の内歯２１に接触し、外歯１１の歯先が内歯２１の歯溝に噛み合い始める点（噛み合い始点）ｋ_１、および外歯１１が内歯２１から離間し始め、噛み合いが終わる点（噛み合い終点）ｋ_２を形成する外歯１１および内歯２１の歯面上の点はそれぞれについて、常に一定となる。ひとつの内歯２１について見れば、噛み合い始点ｋ_１は回転方向後側に形成され、噛み合い終点ｋ_２は回転方向前側に形成される。また、ひとつの外歯１１について見れば、噛み合い始点ｋ_１は回転方向前側に形成され、噛み合い終点ｋ_２は回転方向後側に形成される。

セルＳの容積が最大となるときのインナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１との接触状態を図４に示す。
セルＳの容積が最大となるのは、外歯１１どうしの間の歯溝と内歯２１どうしの間の歯溝とが正対したときである。このとき、セルＳ_ｍａｘの回転方向前方に位置する外歯１１の歯先と内歯２１の歯先とが接触点Ｐ_１にて接触するとともに、セルＳ_ｍａｘの回転方向後方に位置する外歯１１の歯先と内歯２１の歯先とが接触点Ｐ_２にて接触する。セルＳの容積が最大となる接触点Ｐ_１、Ｐ_２を形成する内歯２１の歯面上の点は常に一定であり、これらの点を内歯２１の前接触点ｐ_１、後接触点ｐ_２とみなす。ひとつの内歯２１について見れば、前接触点ｐ_１は回転方向前側に形成され、後接触点ｐ_２は回転方向後側に形成される。

欠落修正部４０は、図５に示すように、回転方向前側に位置する噛み合い終点ｋ_２と前接触点ｐ_１との間の歯面、および回転方向後側に位置する噛み合い始点ｋ_１と後接触点ｐ_２との間の歯面を、前述したサイクロイド曲線（図５の二点鎖線参照）を基準として、最大で０．０１ｍｍ以上１．００ｍｍ以下回転方向に切除した状態に形成されており、この部分における内歯２１の歯面は外歯２１との接触を一切もたないようになっている。すなわち、この欠落修正部４０は、内歯２１の歯幅方向の全域にわたって連続して形成されている。

ここで、前記式ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１より小さくなると、欠落修正部４０の歯先部側端部４０ａは、前記各接触点ｐ_１，ｐ_２の配置位置より歯先部２１ａの頂部２１ｃ側に位置することになるので、容積が最大となるセルＳ_ｍａｘの液密性が保持できず流体の搬送効率の低下を招来することになり、この式が０．５より大きくなると、外歯１１と内歯２１との噛み合い抵抗の低減化を良好に図ることができない。このため、前記式ｂ／（ａ＋ｂ）は、０．１以上０．５以下に設定される。

また、前記式ｃ／ｄが−０．２より小さくなると、外歯１１と内歯２１との噛み合い抵抗の低減を良好に図ることができず、この式が０．２より大きくなると、欠落修正部４０の歯溝部側端部４０ｂは、前記各噛み合い点ｋ_１，ｋ_２の配置位置より歯溝部２１ｂの底部２１ｄ側に位置することになるので、内歯２１と外歯１１との良好な噛み合いを実現できず、インナーロータ１０からアウターロータ２０への回転駆動力の伝達効率の低下を招来することになる。このため、前記式ｃ／ｄは、−０．２以上０．２以下に設定される。

膨出修正部５０は、前述したように、インナーロータ１０の外歯１１のうち、セルＳの容積が最小となるときに、欠落修正部４０と対向する位置に形成され、欠落修正部４０と非接触状態で、かつ、外歯１１の歯面と欠落修正部４０との間隔を埋めるような構成とされている。すなわち、膨出修正部５０の外表面のうち欠落修正部４０と対向する表面の形状は、この欠落修正部４０の外表面のうち膨出修正部５０と対向する表面の形状に沿った形状とされ、セルＳの容積が最小となるときに、欠落修正部４０および膨出修正部５０が互いに対向する各表面の接線が略平行となるような形状とされている。

以上のように構成された内接型ギヤポンプロータについて、セルＳの１サイクルにおける容積の増減と、インナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１との接触状態とを以下に示す。

まず、外歯１１と内歯２１との噛み合いの過程では、従来と同様に、外歯１１の歯先が内歯２１の歯溝に噛み合ってアウターロータ２０を回転させている。
そして、外歯１１と内歯２１との噛み合いを終え、前記吸入ポートに沿ってセルＳの容積が増大する過程に移ると、従来インナーロータ２０の外歯２１と接触していたアウターロータ２０の内歯２１の回転方向後側に欠落修正部４０が設けられているために、セルＳの前後において外歯１１と内歯２１との接触が回避される。

セルＳの回転方向前方が前記吸入ポートを通過すると、まずセルＳの回転方向前方に位置する外歯１１の歯先と内歯２１の歯先とが接する（図４に示す前接触点ｐ_１）。続いてセルＳの回転方向後方が前記吸入ポートを通過すると、セルＳの回転方向後方に位置する外歯１１の歯先と内歯２１の歯先とが接し（図４に示す後接触点ｐ_２）、前記吸入ポートと前記吐出ポートとの間で容積最大のセルＳ_ｍａｘが形成される。セルＳの回転方向後方に位置する外歯１１の歯先と内歯２１の歯先との接触は、この接触点が前記吐出ポートに差し掛かるまで保たれる。

前記吐出ポートに沿ってセルＳの容積が減少する過程に移ると、従来インナーロータ１０の外歯１１と接触していたアウターロータ２０の内歯２１の回転方向前側に欠落修正部４０が設けられているために外歯１１と内歯２１との接触が回避される。

この結果、外歯１１と内歯２１とが噛み合う過程と、セルＳの容積が最大となって前記吸入ポート側から前記吐出ポート側に移動する過程においてのみ外歯１１と内歯２１とが接触し、セルＳの容積が前記吸入ポートに沿って増大する過程と、セルＳの容積が前記吐出ポートに沿って減少する過程においては外歯１１と内歯２１との接触が回避されるので、インナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１との摺接箇所が減り、これらの歯面間に生じる摺動抵抗が小さくなる。

また、外歯１１に膨出修正部５０が形成されているので、以上の全ての過程において、外歯１１と内歯２１との間隔は、インナーロータ１０の回転を阻害しない程度で必要最小限に保たれる。従って、流体の逆流などの発生を抑制することができ、流体の搬送効率は従来と同等以上に維持される。
さらに、欠落修正部４０が内歯２１に、アウターロータ２０の歯幅方向の端部に至らせて形成されているので、この欠落修正部４０が形成された部分におけるアウターロータ２０とケーシング３０との間の接触が回避され、これら各部２０、３０の間に生じる摺動抵抗も小さくなる。

本実施の形態において説明した内接型ギヤポンプロータおよび内接型ギヤポンプによれば、外歯１１と内歯２１との噛み合いの過程と、セルＳの容積が最大となって前記吸入ポート側から前記吐出ポート側に移動する過程においてのみ外歯１１と内歯２１とが接触し、セルＳの容積が前記吸入ポートに沿って増大する過程と、セルＳの容積が前記吐出ポートに沿って減少する過程においては外歯１１と内歯２１とが接触しないので、インナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１との摺接箇所が減り、これらの歯面間に生じる摺動抵抗が小さくなる。したがって、内接型ギヤポンプロータを駆動するために必要な駆動トルクを低減して内接型ギヤポンプロータの機械効率を向上させることができる。

また、両ロータ１０、２０は、粘弾性特性を有する合成樹脂により形成されているので、内接型ギヤポンプロータ駆動時の騒音の低減を図ることができる。特に、合成樹脂として、ポリフェニレンサルフェイド樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用すると、内接型ギヤポンプロータ駆動時にこれらの両ロータ１０、２０に作用する負荷に確実に耐えることができる。また、これらは熱可塑性樹脂であるので、射出成形することができ、低コスト、高精度生産を実現できる。

以上により、比較的駆動力が小さい直流モータを駆動手段して、比較的高粘度の軽油などの燃料を搬送する内接型ギヤポンプにおいても、前述したように機械効率および搬送効率の向上が図られているので、この内接型ギヤポンプを良好に駆動することができる。

ところで、セルＳの容積が前記吸入ポートに沿って増大する過程、およびセルＳの容積が前記吐出ポートに沿って減少する過程においては、隣り合うセルＳどうしが、欠落修正部４０が設けられることによって連通状態となる。しかしながら、両過程において各セルＳは前記吸入ポート、もしくは前記吐出ポートに沿って位置するためもともと連通状態であるので、このことが内接型ギヤポンプロータの搬送効率を低下させる原因となるものではない。

以上説明した内接型ギヤポンプの効果について検証試験を行った。
まず、本発明に係る実施例および比較例の概略構成を説明する。
アウターロータ２０の外径を２５ｍｍ、内歯２１の数を９個とし、インナーロータ１０の外歯１１の数を８個とし、これら各歯２１、１１の歯幅を６ｍｍとして、これら両ロータ１０、２０からなる内接型ギヤポンプロータをケーシング３０内に収納して内接型ギヤポンプを形成した。この構成において、両ロータ１０、２０の偏心量ｅを０．９８５ｍｍとし、理論吐出量を０．５７ｃｍ^３／ｒｅｖ．とし、吐出圧力を２５０ｋＰａとした。

以上のように構成された内接型ギヤポンプにおいて、インナーロータ１０を回転駆動する直流モータに１２Ｖを負荷したときの回転数、吐出量、消費電流値を測定した。実施例として、アウターロータ２０の全ての内歯２１に、この歯幅方向全域に欠落修正部４０を形成するとともに、インナーロータ１０の全ての外歯１１に、この歯幅方向全域に膨出修正部５０を形成し、比較例として、欠落修正部４０および膨出修正部５０を有しない従来の構成のものを用いた。

この結果、比較例では、回転数が４０００ｒｐｍ、吐出量が８２Ｌ／時間、消費電流値が６Ａであり、実施例では、回転数が５２００ｒｐｍ、吐出量が１０７Ｌ／時間、消費電流値が４Ａであった。以上により、アウターロータ２０に欠落修正部４０を形成したことにより、この内接型ギヤポンプロータの消費電力の低減、すなわち機械効率の向上および搬送効率の向上を図ることができることが確認できた。

次に、前述した式ｂ／（ａ＋ｂ）およびｃ／ｄの数値を異ならせた内接型ギヤポンプロータを１０種類形成し、これら各種類のギヤポンプロータを有するポンプごとで搬送効率および機械効率を測定した。
まず、本発明に係る実施例および比較例の概略構成を説明する。
アウターロータの外径を２７．５ｍｍ、内歯２１の数を１３個とし、インナーロータの外歯の数を１２個とし、これら各歯の歯幅を７ｍｍとして、これらの両ロータからなる内接型ギヤポンプロータをケーシング内に収納して内接型ギヤポンプを形成した。
この構成において、両ロータの偏心量ｅを０．７９ｍｍとし、理論吐出量を０．６７ｃｍ^３／ｒｅｖ．とし、吐出圧力を２５０ｋＰａとした。

さらにこの構成において、式ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１以上０．５以下を満たし、かつ式ｃ／ｄが−０．２以上０．２以下を満たす内接型ギヤポンプロータを有するポンプを図８に示す実施例１から５とし、これらの式がそれぞれこの範囲を満たさないポンプロータを有するポンプを図８に示す比較例１から５とした。
この図８に示すように、式ｂ／（ａ＋ｂ）が０．１以上０．５以下を満たし、かつ式ｃ／ｄが−０．２以上０．２以下を満たす実施例１から５の内接型ギヤポンプロータを有するギヤポンプは、搬送効率が７２％以上で、かつ機械効率が３０％以上であり、搬送効率、機械効率ともに高い水準を実現できることが確認できた。

なお、本実施の形態においては、欠落修正部４０を全ての内歯２１に形成し、膨出修正部５０を全ての外歯１１形成した構成を示したが、少なくとも１つの歯２１，１１に形成されていればよい。
また、欠落修正部４０および膨出修正部５０を各々の歯２１，１１の歯幅方向全域にわたって形成した構成を採用したが、この方向における少なくも一部に形成されていればよい。

さらに、内接型ギヤポンプロータの駆動手段として直流モータを採用し、この内接型ギヤポンプが扱う流体として軽油などの燃料を採用したが、これらに代えて、前記駆動手段として、エンジンのクランク軸にインナーロータが直結されてエンジンの回転によって駆動されるクランク軸直結駆動を採用し、前記流体として、潤滑油を採用してもよい。

さらに、本実施形態においては、欠落修正部４０および膨出修正部５０を平面状に形成した構成を示したが、図７に示すように、曲面状に形成してもよい。この場合、セルＳの容積が最小となるときに、曲率半径Ｒ１で欠落修正部４０を形成し、曲率半径Ｒ１と同一中心Ｘで、かつこの半径Ｒ１より大きい曲率半径Ｒ２で膨出修正部５０を形成してもよい。
また、内歯２１および外歯１１を形成する転円の数はいずれであってもよい。

アウターロータの内歯とインナーロータの外歯との噛み合い抵抗の低減化を図ることができるとともに、このような構成においても、流体の搬送効率の低下や、前記両ロータのうちいずれか一方の回転駆動力が他方へ伝達する機械効率の低下を抑制することができ、内接型ギヤポンプロータの駆動力の低減を効果的に図ることができる。

この発明の一実施形態に係る内接型ギヤポンプロータを示す平面図である。図１に示す内接型ギヤポンプロータにおけるアウターロータの内歯を示す要部平面図であって、第２の基礎円を基準とした欠落修正部の形成位置を示す平面図である。図１に示す内接型ギヤポンプロータにおけるインナーロータの外歯とアウターロータの内歯との噛み合いの状態を示す要部平面図である。図１に示す内接型ギヤポンプロータにおけるセルの容積が最大となるときのインナーロータの外歯とアウターロータの内歯との接触状態を示す要部平面図である。図１に示す内接型ギヤポンプロータにおけるアウターロータの内歯を示す要部平面図であって、噛み合い点および接触点を基準とした欠落修正部の形成位置を示す平面図である。図１に示す内接型ギヤポンプロータにおけるインナーロータの外歯を示す要部平面図である。この発明の第二実施形態に係る内接型ギヤポンプロータであって、セルの容積が最小となるときのインナーロータの内歯とアウターロータの外歯との接触状態を示す拡大要部平面図である。この発明の実施例および比較例に係る内接型ギヤポンプロータを有する内接型ギヤポンプの搬送効率および機械効率を示す図である。

符号の説明

１０インナーロータ
１１外歯
１１ａ外歯の歯先部
１１ｂ外歯の歯溝部
２０アウターロータ
２１内歯
２１ａ内歯の歯先部
２１ｂ内歯の歯溝部
２１ｃ内歯の歯先頂部
２１ｄ内歯の歯溝底部
３０ケーシング
４０欠落修正部
５０膨出修正部
Ａｉ第１の外接円
Ａｏ第２の外接円
Ｂｉ第１の内接円
Ｂｏ第２の内接円
Ｄｉ第１の基礎円
Ｄｏ第２の基礎円
Ｓセル

Claims

ｎ枚（ｎは自然数）の外歯が形成されたインナーロータと、前記外歯と噛み合う（ｎ＋１）枚の内歯が形成されたアウターロータとからなり、
前記両ロータが噛み合って回転するときにこれら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内接型ギヤポンプロータであって、
前記インナーロータの外歯は、歯先部の歯形が、第１の基礎円に外接して滑りなく転がる外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部の歯形が、前記第１の基礎円に内接して滑りなく転がる内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされ、
前記アウターロータの内歯は、歯先部の歯形が、第２の基礎円に内接して滑りなく転がる内転円によって創成される内転サイクロイド曲線を基にした形状とされるとともに、歯溝部の歯形が、前記第２の基礎円に外接して滑りなく転がる外転円によって創成される外転サイクロイド曲線を基にした形状とされ、
前記アウターロータの内歯の少なくとも回転方向後側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該内歯を形成する肉部を欠落させた欠落修正部が、次式、
０．１≦ｂ／（ａ＋ｂ）≦０．５
および
−０．２≦ｃ／ｄ≦０．２
ただし、
ａ：内歯の歯先部側における欠落修正部の端部と、第２の基礎円との法線方向の距離
ｂ：内歯の歯先部側における欠落修正部の端部と、内歯の歯先頂部との法線方向の距離
ｃ：内歯の歯溝部側における欠落修正部の端部と、第２の基礎円との法線方向の距離
ｄ：第２の基礎円と、内歯の歯溝底部との法線方向の距離
を満たす部分に形成されていることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
請求項１記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、
前記インナーロータの外歯の少なくとも回転方向前側には、前記サイクロイド曲線を基準として、当該外歯を形成する肉部を外方へ膨出させた膨出修正部が、前記外歯と前記アウターロータの内歯とが噛み合って、前記セルの容積が最小となるときに、前記欠落修正部の表面形状に沿った表面形状とされて形成されていることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
請求項１または２に記載の内接型ギヤポンプロータにおいて、
前記インナーロータおよび前記アウターロータのうち少なくとも一方は、粘弾性特性を有する合成樹脂からなることを特徴とする内接型ギヤポンプロータ。
請求項１から３のいずれかに記載の内接型ギヤポンプロータと、
流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングと、
前記インナーロータを回転駆動する直流モータとを備え、
前記両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により、内燃機関などに使用される燃料を吸入吐出することによって該燃料を搬送する構成とされたことを特徴とする内接型ギヤポンプ。