JPS631472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、外ば付のピニオンと噛合つている内
ば付の内ば歯車を有する流体ポンプ、流体モータ
等の内接歯車式流体機械に関するものである。

流体ポンプ、流体モータ等の内接歯車式流体機
械としては種々のものが提案されているが、従来
のものは、歯数を変更した場合、とり得る歯数の
全域にわたつて、必ずしも充分な歯たけやモジユ
ールをとることができず、従つて例えばポンプの
場合機械の大きさに比べて大きな吐出量を得るこ
とができず、また内ば歯車とピニオンの噛合いが
良好でなく、従つて円滑な噛合作動が得られない
ために、作動振動及び騒音の発生が多く、各歯先
の面が歯車の回転方向に対して寝ているので歯先
の面に加わる力が大きくなるばかりでなく、内ば
歯車の歯先の面とピニオンの歯先の面との間の相
対的な摺動量が大きくなり、従つて内ば歯車とピ
ニオンとの間にすき間を生ずるので効率が低下
し、そのため必要な出力を得るために、勢い、機
械が大型になるのをまぬがれない欠点があつた。

本発明の内接歯車式流体機械は、内ば歯車に有
する内歯の噛合い歯面を内ば歯車の軸に同軸の固
定円上を転動する、ピニオンの固定円と直径の等
しいころがり円によつて形成される内サイクロイ
ドからの等距離線によつて決定し、前記内サイク
ロイドは前記固定円の直径を分母とし、前記ピニ
オンの固定円の直径を分子とする分数が、内ば歯
車の歯数を分母とし、２以上でかつ前記内ば歯車
の歯数から２を引いた数以下の整数を分子とする
既約分数に等しくなるように形成せしめたことを
特徴とする。

本発明の内接歯車式流体機械においては、内ば
歯車の歯形は、内ば歯車の内サイクロイド上に中
心を有する同一直径ころがり円の包絡線により、
内サイクロイドの等距離線として表わされる。そ
して本発明に使用される内ば歯車の内サイクロイ
ドは、内ば歯車のピツチ円すなわち固定円（以下
固定円という）の中心に対して、ピニオンのピツ
チ円すなわち固定円（以下固定円という）と直径
の等しいころがり円が少なくとも完全に２回転し
なければ出発点に達しない、内ば歯車の固定円上
の転動によつて形成されることを意味しており、
たとえば内ば歯車の固定円直径に対するピニオン
の固定円直径の比が３／９、６／９を除いた１／
９ないし８／９の値を有する内サイクロイドのう
ち、１／９および８／９をさらに除いた２／９、
４／９、５／９、７／９の場合が本発明の歯車の
範囲に該当する。１／９および８／９の場合は歯
は弓状となるイートン歯車装置の場合となり、該
イートン歯車装置では先端範囲の噛合いは常に歯
間に隙間を生じるので満足のゆくものでない。ま
た本発明においては直径合計が固定円直径に等し
い２個のころがり円は同じ内サイクロイドを形成
するため２／９または７／９と、４／９または
５／９の２つの場合が適する。

第５図は、７歯を有する内ば歯車を生成する場
合における、内ば歯車の固定円の中心に対してそ
の固定円上を２回転した後、出発点に達するころ
がり円上の一点の画く内サイクロイドを例として
示す。内ば歯車の歯の数は奇数である故にここで
は内サイクロイドを生成する点がその出発点に再
び達するまでの回転数は偶数でなければならな
い。７歯の場合ここでは実際上２回転だけを選択
することができる。第６図に表わされている如く
例えば21歯のような多数の歯の場合は歯を扁平に
しないために、内サイクロイドを生成する点が４
回転の後に内ば歯車の固定円上の出発点に再び達
するような内サイクロイドが有利である。

上述したところによつて明らかなように、ころ
がり円直径対内ば歯車の固定円直径の比を上述の
限界内で正しく選定することによつて、歯数の増
大につれて歯形の自由性もますます大となる。例
えば内ば歯車に対して７個の歯のように歯数が僅
少の場合は自由性は僅かである。この場合ころが
り円直径対内ば歯車の固定円直径の比は、１／
７、２／７、３／７、４／７、５／７または６／
７に比例しなければならない。前述した欠点を有
するイートン歯車装置を含まない本発明の場合に
は、分数２／７または５／７、および３／７また
は４／７によつて決定される両内サイクロイドだ
けが残さる。

内ば歯車の歯面は多くの場合歯末から内サイク
ロイドの固定円にいたるまでの範囲が研摩されて
いることで十分である。かかる場合、係合範囲は
歯末と前記固定円との間の歯面部分に制限され
る。歯面の残りの部分は勿論自由に工作されてお
り、ピニオンの歯とは接触することはない。内ば
歯車の歯が歯末円の周囲方向にある程度の拡張部
を有する歯末面をを有する場合、すなわち歯末面
を有する場合には、焼入れおよび研摩の前に歯末
面と歯面との間の稜を斜めに切るのが有利であ
る。一般に本発明による歯車機械の場合にはピニ
オンの歯面も原則としてピニオンの内ば歯車内の
転動によつて決定される。

特にピニオンの歯面形の少なくとも歯上半部
は、ピニオンの想定内ば歯車内の転動によつて決
定され、想定内ば歯車の歯面の少なくも上半部は
内ば歯車に垂直な断面内において円弧に形成され
ることができる。この円弧は、ピニオンと噛合う
内ば歯車の歯面を決定する等距離線と少なくもほ
ぼ歯末において接触する。等距離線をできるだけ
小さな距離をもつて包んでいる円弧の半径は接触
位置における等距離線の曲率半径に等しいかまた
はそれよりも僅かだけ大である。想定内ば歯車の
２個の歯の、最も外側の歯面は、歯面の少なくも
上半部において共通の円弧によつて決定されてい
る。上記の反対側の歯面とは、歯の数が上記の分
数の分母に等しい一連の歯のグループの最外側の
歯面である。この場合ピニオンの歯面は少なくも
歯の上半部を研摩される。この種の研摩法は、研
摩される被加工体の軸に平行の軸の周りを旋回す
る研摩工具を使つて研摩できるという大なる利点
を有する。

上記の条件を充たさない場合にはピニオンの歯
面の正確な研摩のためには比較的複雑な装置を必
要とする。ピニオンの歯面の研摩のための他の方
法は、この歯面を割出し方によつて研摩すること
である。この方法はピニオンの場合には内ば歯車
の場合よりも容易である。

以下、第１ないし第４図によつて本発明を実施
例の形で解説する。この関係において本発明によ
る装置の図示は、原理を容易に把握し得るために
以下遥かに簡単にされていることを指摘してお
く。

第１図と第２図に示された歯車機械は２部分か
らなるケーシング３を有し、その中に内ば歯車１
が回転可能に装着されている。ピニオンの回転軸
４がケーシング３の両軸受ブツシユを通つて延び
ている。この機械において第２図中に断線模様で
示唆されている流入孔５および流出孔６を備え、
かつピニオンを駆動すればこの機械は歯車伝動ポ
ンプである。一般にこの種の歯車機械に使用され
る月形片は便宜上図では省略されている。両孔の
１つの孔を通つて加工された流体を導入する場合
この機械は駆動軸としての回転軸４を有するモー
タとして作用する。

このピニオンと噛合う内ば歯車の歯車装置につ
いて以下第３図により説明する。ここに掲げた内
ば歯車部分において、固定円Ｆは半径rFを有す
る。内ば歯車の歯面を決定する内サイクロイドＨ
は、半径rRを有するころがり円Ｒの固定円Ｆ上
の転動によつて生ずる。その場合、ころがり円上
の点Ｐが内サイクロイドを画く。同一内サイクロ
イドは半径R′＝rF−rRを有するころがり円R′の
反対の回転方向における固定円Ｆ上の転動によつ
ても生ずる。ここに示された例の場合、内ば歯車
１は９個の歯を有する。これに応じて、上述の如
くイートン歯車ではない本発明の歯車機械の場
合、ころがり円Ｒの半径rRは固定円半径rFの
２／９または４／９に等しく、またころがり円
R′の半径rR′は固定円半径rFの７／９または５／
９に等しい。４／９の場合には全歯たけは過大と
なり、したがつて望ましい噛合いを保証するため
に必要な歯が稜線形の歯末を有することはもはや
できず、歯末面を有することになる。このことは
頗る僅かな歯数を有することが必要であるピニオ
ンに対しては不利なことである。したがつてころ
がり円半径rR対固定円半径rFの比は７：９また
は２：９に選定される。内ば歯車の製造のために
は研摩工具はその軸を固定円中心に対して２回転
した後に出発点に達するころがり円上の点で形成
される内サイクロイドに沿つて動かされる。これ
によつて半径rSを有する研摩工具の周囲は内サ
イクロイドに対して等距離線Ｅを画く。実際には
図面に表われている如く等距離線は内ば歯車の隣
接する２個の歯の互いに向き合つている２個の歯
面１ａと１ｂの両者に接触するのでなく、（内ば
歯車の中心点から見て）正確に等距離線の形をも
つている歯面１ｂとのみ接触する。歯面１ａに対
しては研摩工具は遊離している。これによつて研
摩の間研摩工具に対して作用する反動力は僅少で
ある。その外研摩工具の摩耗した際には研摩工具
は歯面１ｂの方に送ることができる。外に図面に
表われている如く内ば歯車組成品は研摩および焼
入の前に、固定円の外部の範囲においては研摩工
具は遊離するように前加工されている。研摩され
ていないこの範囲においては内ば歯車とピニオン
との間の接触は起らない。歯はこの場合多くとも
範囲１ｄ内でのみ研摩される。

既に第３図において簡単に述べた方法によつ
て、すなわち研摩工具の軸を上述の種類の内サイ
クロイドに沿つて案内することによつて、望まし
い歯車装置が研摩される。第３図によつてすべて
の歯の歯面１ｂが研摩され終つた場合、例えば内
ば歯車１を保持するテーブル上の内ば歯車を、適
当な装置によつて、今度はすべての左の歯面１ａ
が研摩工具の周囲によつて加工されるような角度
に、調整することで十分である。なおこの説明に
おいては理解を容易にするために、研摩工具は摩
耗されずまた他に送られる必要もなくかつ１回の
行程によつて全歯面が加工されることと仮定す
る。勿論実際の場合はこれとは異なつており、研
摩工具は摩耗する。研摩工具を内ば歯車に対して
外方へ放射状に送ることも必要である。この研摩
技術において、周知である過程は、本発明の理解
を良くするために、ここでは詳述されない。

次に、内ば歯車に対して噛合うピニオンの製造
の最も簡単な方法を記述する。この場合、本発明
は、内ば歯車の中をピニオンが正しく回転する場
合ピニオンの各点は同じく内サイクロイドを画く
という基本思想から出発している。内ば歯車の固
定円は、内サイクロイドＨに対して固定円であ
り、その上をピニオンの固定円が転動する。ピニ
オンの固定円直径はピニオンサイクロイドを形成
するころがり円の直径である。そしてピニオンと
同一歯形を有する加工工具としての内ば歯車セグ
メントを固定配置しておき、該セグメントを内ば
歯車に想定し、内ば歯車内で前記ピニオンサイク
ロイドを画くと同様の転動運動を該セグメントに
対して行なうようピニオンを転動せしめると、工
具としての内ば歯車セグメントによりピニオンの
歯面は正確に研摩される。

上述の方法によれば、頗る正確なピニオンを生
成することはできるけれども、ある程度の歪も生
ずることなしにこのピニオンを焼入れすることは
不可能である。この難点を排除するために、ピニ
オンの歯面の研摩のため内ば歯車の歯面の形は適
応した円弧で代えられる。

これに対する幾何学的基礎は第４図に表わされ
ている。ここにはピニオン２の歯の一部ならびに
内ば歯車１の歯の輪郭の一部が示されている。内
ば歯車は半径raのピツチ円すなわち固定円Taを
有する。ピニオンは半径riのピツチ円すなわち固
定円Tiを有する。両円の瞬間的接触箇所はＢで
表わされる。ピニオンの中心点は常に内ば歯車の
中心点と接触箇所と結ぶ直線上にある。内ば歯車
中のピニオンの転動運動は、ピニオンを、ピニオ
ンの中心点の周りを回転する加工装置のテーブル
上等に装着することによつて容易に想定すること
ができる。このテーブルは、固定している想定さ
れた内ば歯車の中心点の周りを回転する偏心シヤ
フトの上に装着されているものである。想定され
た内ば歯車の中心点の周りを回転する偏心シヤフ
トの回転数と、偏心シヤフトの偏心円上でピニオ
ンの中心点の周りを回転し内ば歯車を保持してい
るテーブルの回転数との比は、ピニオンの歯数
と、内ば歯車とピニオンの歯数の差との比または
ピニオンの固定円半径と内ば歯車の固定円とピニ
オンの固定円の各半径の差との比に比例する。

第４図に表わされている如く（第４図中で２個
の歯を包括している）１グループの両方の最外側
の歯面（この歯面は内ば歯車においては内サイク
ロイドの等距離線によつて決定されている）は、
等距離線に近く且つ両歯の先端に触れる円弧によ
つて代えることができる。円弧は歯面の全範囲に
おいて、その中心点から、実際の内ば歯車の歯面
を決定する等距離線と同一またはそれよりも大な
る距離を有するように決定されなければならな
い。この円弧Ｋは半径rKを有する。その中心点
は明らかに、内サイクロイド曲線によつて包まれ
る歯グループを、内ば歯車中心を通つて折半する
直線上に位置しなければならない。さらに内ば歯
車１の歯面を実際に決定する内サイクロイドＨの
曲率半径の中心点は第３図に表わされた縮閉線Ｓ
上に位置する。縮閉線は内サイクロイドの全部の
彎曲中心点の幾何学的軌跡である。縮閉線Ｓの一
部は第４図にも記載されている。本発明の優先さ
れる実施型においては内サイクロイドＨに沿つて
案内される研摩工具のスピンドルは作業行程の間
先ず右の歯面だけを、次いで左の歯面を研摩する
が故に、第４図中の縮閉線Ｓの外側尖端は近似円
Ｋの曲率半径に対する中心点としては適していな
いが、両方の縮閉線Ｓの直線Ｍとの交点の近くの
点である。この方法によつて近似円の中心点を発
見することができる。

この近似円の中心点を求める他の簡単でより良
い方法は内ば歯車の歯型を強く拡大した梯尺で表
わし、内サイクロイド曲線によつて包まれた、内
ば歯車の歯グループの内ば歯車中心を通る２等分
線を記載し、かつ次いで簡単にコンパスによる試
行によつて適当の半径rKを求める方法である。
少なくも想定される内ば歯車の上半部の歯の範囲
においては円弧の等距離線からの距離はできるだ
け小でなければならない。

これによつて内ば歯車の歯面は近似円Ｋの中心
点Ｑの周りを旋回する研摩工具SS（第４図）によ
つて代用されるが、該研摩工具は、研摩工具のす
べての位置の包絡線が円Ｋであるように点Ｑの周
りを旋回する。研摩工具軸と円中心点Ｑとの連絡
線はＵである。

ガイドによつて直線Ｕに相当する棒を偏心シヤ
フトの非偏心の部分の中心点の周り（すなわち内
ば歯車の固定円の中心点の周り）を、つまり偏心
シヤフトが回転するのと同じ回転数で回転させる
ことによつて表わされる如く、Ｕが常に定円Ta
ところがり円Tiの接触点Ｂを通るように配慮す
る場合、ピニオンの歯が円Ｋによつて代用される
内ば歯車の代用型と係合している限り研摩工具は
ピニオン２の歯を加工することができる。ピニオ
ンの歯数と内ば歯車の歯数の比が内ば歯車を決定
する内サイクロイドのころがり円直径とその固定
円直径の比に等しくない場合、研摩工具SSが内
ば歯車の歯面の範囲内にある時だけ、研摩工具
SSはピニオンの歯を加工して差支えないが、研
摩工具がその円弧上で内ば歯車の２個の歯の間の
歯みぞを横切る時は加工してはならないからここ
を横切る間は研摩工具SSは常に加工範囲から第
４図の図面に対し垂直に引抜かれなければならな
い。研摩工具が想定される内ば歯車の歯面の範囲
内にある限り研摩工具はピニオン歯の対応部分を
加工する。ピニオン歯輪郭の研摩されない部分は
ピニオンの前加工の間４０において示している如
く適宜深く作成されている。ピニオンの歯数と内
ば歯車の歯数の比が内ば歯車を形成する内サイク
ロイドのころがり円の半径とその固定円の半径の
比と同じという条件をピニオンが充足する場合お
よび内サイクロイドの個々の曲線が夫々隣接の２
個の歯だけに触れる場合、研摩工具が内ば歯車の
歯みぞをわたる間の研摩工具の上昇は必要でな
い。この場合には工具は両方の歯面および夫々の
ピニオン歯の歯末たけを１行程で研摩しかつその
円弧上に復帰するためにピニオン粗成品との係合
からはずされる。

以上の通りであるから、本発明は次のように優
れた効果を奏する。

(イ) 内ば歯車に有する内歯の噛合い歯面を内ば歯
車の軸に同軸の固定円上を転動する、ピニオン
の固定円と直径の等しいころがり円によつて形
成される内サイクロイドからの等距離線によつ
て決定し、前記内サイクロイドは前記固定円の
直径を分母とし、前記ピニオンの固定円の直径
を分子とする分数が、内ば歯車の歯数を分母と
し、２以上でかつ前記内ば歯車の歯数から２を
引いた数以下の整数を分子とする既約分数に等
しくなるように形成せしめたから、ピニオンの
固定円上の一点が、ピニオンの固定円が内ば歯
車の固定円の内側を２回転以上回転して初めて
もとの位置にもどるようになり、これによつ
て、充分な歯たけやモジユールをとることがで
きる。

(ロ) 歯たけやモジユールを充分にとることができ
るから、流体の圧入容量または吐出容量が大き
くなり、必要な出力を得るのに小型の機械で間
に合う。

(ハ) 充分な歯だけやモジユールをとることができ
るので、歯先の面が歯車の回転方向に対して立
ち上つている（寝ていない）から、ピニオンの
固定円が内ば歯車の固定円を１回回転すればも
との位置にもどるサイクロイド歯車に比べて、
内ば歯車とピニオンの互いに接触する歯面に直
角に近い状態で両方の歯面が接触する（傾斜度
の小さい状態で接触する）から、一方の歯車か
ら他方の歯車への力の伝達がよく、また歯面が
寝ていないので、歯面に加わる力も小さいから
各部を大きくする必要もなく、従つて出力に対
して比較的小型の機械で間に合う。

(ニ) 歯車の面が歯車の回転方向に対して寝ていな
いので、両歯車の歯先の面相互間の相対的ずれ
が少なく、前述のように歯先の面に加わる力の
小さいのと相俟つて、歯面の摩耗が少ない。

(ホ) 歯面の摩耗が少ないから、効率の低下が少な
い。

(ヘ) 歯面の摩耗が少ないから、内ば歯車とピニオ
ンとの間の隙間が小さく、作動振動及び騒音の
発生が少ない。

本発明の実施態様を示せば次の如くである。

(1) 内ば歯車１の歯面を決定する１または複数個
の内サイクロイドＨを画く点Ｐはころがり円
（ＲまたはR′）の周囲上に位置していることを
特徴とする特許請求の範囲１に記載の歯車機
械。

(2) 内サイクロイドＨから等距離線の線Ｅへの距
離は研摩される範囲の最も近接する箇所におい
て内ば歯車の隣接歯の相互向き合つた歯面の研
摩された範囲の直線距離の半分よりも僅かだけ
小であることを特徴とする前記(1)項に記載の歯
車機械。

(3) ピニオン２の歯の少なくも上半部の歯面形は
想定された内ば歯車１ｃの中のピニオン２の転
動によつて決定され、想定内ば歯車の歯面の少
なくも上半部は内ば歯車の軸Ａに垂直な断面内
において円弧Ｋによつて形成されていること、
この円弧Ｋはピニオン２と実際に噛合う内ば歯
車１の歯面を決定する等距離線Ｅに少なくもほ
ぼ歯末において触れること、円弧Ｋの半径は接
触箇所における等距離線Ｅの曲率半径と同一で
あるかまたは僅かだけ大であること、アーチを
画く内サイクロイド曲線の両端に最も近くかつ
最外側の想定内ば歯車１ｃの歯面は少なくも歯
の上半部において共通の円弧Ｋによつて決定さ
れていること、およびピニオン２の歯面は少な
くも歯の上半部において研摩されていることを
特徴とする特許請求の範囲および前(1)−(2)項の
うちの１項に記載の歯車機械。

(4) 内ば歯車１の歯数はピニオン２の歯数と公約
数を有していないことを特徴とする特許請求の
範囲および前(1)−(3)項のうちの１項に記鋼の歯
車機械。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による歯車機械の内ば歯車とピ
ニオンの回転軸を通る断面図、第２図は第１図の
−線に沿う断面図、第３図は本発明による内
ば歯車の幾何学的関係を示した図、第４図は本発
明によるピニオンを円弧に沿つて可動な研摩工具
を使つて研摩する場合の幾何学的関係を示した
図、第５図、第６図は内ば歯車を形成する内サイ
クロイドの一例を示した図である。 １……内ば歯車、２……ピニオン、Ｅ……等距
離線、Ｈ……内サイクロイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内ば歯車内に内歯と内接噛合いする外歯を有
   するピニオンを偏心配置して流体搬送させるよう
   にした内接歯車式流体機械において、内ば歯車に
   有する内歯の噛合い歯面を内ば歯車の軸に同軸の
   固定円上を転動する、ピニオンの固定円と直径の
   等しいころがり円によつて形成される内サイクロ
   イドからの等距離線によつて決定し、前記内サイ
   クロイドは前記固定円の直径を分母とし、前記ピ
   ニオンの固定円の直径を分子とする分数が、内ば
   歯車の歯数を分母とし、２以上でかつ前記内ば歯
   車の歯数から２を引いた数以下の整数を分子とす
   る既約分数に等しくなるように形成せしめたこと
   を特徴とする内接歯車式流体機械。 ２ 内ば歯車の各歯が有する一方の歯面と他方の
   歯面の各内サイクロイドを、内ば歯車の中心を中
   心として若干回動した関係にしてなる特許請求の
   範囲第１項記載の内接歯車式流体機械。