JP2009013832A - ポンプロータ及びそれを用いた内接歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インナーロータとアウターロータとからなる内接歯車ポンプのポンプロータの耐久性を、インナーロータとアウターロータ歯面摩耗の均一化を図って向上させることを課題としている。
【解決手段】歯数差が１枚のインナーロータ２とアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータ１において、インナーロータ２をアウターロータ３よりも表面硬さの硬い材料で形成して摩耗し難くした。併せて、インナーロータ２の歯の頂点の曲率半径をアウターロータ３の歯の頂点の曲率半径よりも小さくすると好ましい。
【選択図】図１

Description

この発明は、インナーロータとアウターロータの歯面の摩耗が平均化されるようにして耐久性（寿命）を向上させた内接歯車ポンプのポンプロータと、それを用いた内接歯車ポンプに関する。

インナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせたポンプロータを吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに組み付けて構成される内接歯車ポンプは、車のエンジンやオートマチックトランスミッション用のオイルポンプなどとして多用されている
。この種の内接歯車ポンプの従来例として、例えば、下記特許文献１、２に開示されたものなどがある。

特許文献１が開示している内接歯車ポンプは、ロータにトロコイド曲線の歯形を、特許文献２が開示している内接歯車ポンプはサイクロイド曲線の歯形をそれぞれ用いたものである。このほかに、下記特許文献３が開示しているように、サイクロイド曲線とインボリュート曲線と任意の曲線を組み合わせた特殊形状の歯形をインナーロータに採用し、その特殊形状の歯形を有するインナーロータを使用してアウターロータの歯形を創生したものもある。

なお、インナーロータとアウターロータは、鉄系焼結合金によって形成されたものや、アウターロータの歯数がインナーロータの歯数よりも１枚多いものが主流をなしている。また、インナーロータとアウターロータは、歯形などには関係なく、同一材質のものが組み合わされて用いられている。
特開２０００−１９２８８９号公報 特開２００３−５６４７３号公報 特開２００５−０３６７３５号公報

内接歯車ポンプは、インナーロータを駆動してアウターロータを従動回転させるので、駆動側であるインナーロータのポンプ作動時の負荷がアウターロータよりも大きくなる。ポンプ作動時にロータの歯面に加わる応力は、アウターロータよりもインナーロータの方が大きい。これに加えて、インナーロータは、歯数がアウターロータよりも少なくて歯面の摩擦の頻度がアウターロータよりも高くなることから、アウターロータに比べて歯面が摩耗しやすい。また、インナーロータは内径面の摩耗や疲労による変形なども起こり、そのために、アウターロータに比べてインナーロータの寿命が短くなる傾向がある。

インナーロータがアウターロータに比べて短命になると言う上記の問題に対して、従来は有効な対応策が全く採られていなかった。例えば、前掲の特許文献２は、ロータの歯面摩耗の低減について触れているが、それは、送出流の脈動に起因した歯面摩耗の対応策であり、インナーロータの歯面や内径面が摩耗し易いことによるインナーロータとアウターロータの寿命差を縮めるものではなかった。

そこで、この発明は、インナーロータとアウターロータの摩耗の進行が平均化されるようにしてポンプロータと内接歯車ポンプの耐久性を向上させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、歯数がｎ枚のインナーロータと、歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータを偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータにおいて、インナーロータをアウターロータよりも表面硬さの硬い材料で形成した。

上記に加えてさらに、インナーロータの歯の頂点の曲率半径をアウターロータの歯の頂点の曲率半径よりも小さくするとより良い効果を期待できる。

このポンプロータを吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングに組み付けてこの発明の内接歯車ポンプを構成する。

インナーロータをアウターロータよりも表面硬さの硬い材料で形成すると、アウターロータに比べてインナーロータが摩耗し難くなる。これにより、インナーロータとアウターロータの摩耗が平均化されて両ロータの寿命差が縮小され、ポンプロータ及びそれを用いた内接歯車ポンプの寿命が従来品に比べて延びる。

なお、インナーロータの歯の頂点の曲率半径をアウターロータの歯の頂点の曲率半径よりも小さくしたものは、インナーロータの歯面の負荷が軽減されてよりよい効果が得られる。インナーロータとアウターロータの歯は、理論上は線接触して接触点に加わる圧力（ヘルツの最大接触圧、以下では面圧と言う）がそれぞれ等しくなるが、実際の使用では歯の接触が面接触となって歯先の曲率半径が大きい方のロータの歯面の面圧が小さくなるので、表面硬さの低いアウターロータの歯の曲率半径をインナーロータの歯の曲率半径よりも大きくすることでアウターロータの歯面を摩耗し難くすることができ、このことも歯面摩耗の平均化に寄与する。

以下、添付図面の図１〜図３に基づいて、この発明のポンプロータ及び内接歯車ポンプの実施の形態を説明する。図１に示すポンプロータ１は、インナーロータ２とアウターロータ３を組み合わせて構成されている。２ａはインナーロータの歯、３ａはアウターロータの歯であり、アウターロータ３はインナーロータ２よりも歯数が１枚多いものが用いられている。

このポンプロータ１を、図２に示すように、吸入ポート５と吐出ポート６を有するハウジング４に収納して内接歯車ポンプ１０を構成する。図１、図２のＯｉはインナーロータの回転中心、Ｏｏはアウターロータの回転中心であり、ＯｉとＯｏはｅ偏心している。

インナーロータ２は軸穴２ｂを有しており、その軸穴２ｂに、図２に示した駆動軸７が固定される。この駆動軸７からインナーロータ２に駆動力を伝えてインナーロータ２を回転させる。このとき、アウターロータ３は従動回転する。ポンプロータ１の回転に伴ってインナーロータ２とアウターロータ３間に形成されるポンプ室（チャンバ）８の容積が増減し、オイルなどの液体の吸入、吐出がなされる。

インナーロータ２とアウターロータ３は、いずれも鉄系焼結合金によって形成されている。アウターロータ３用の鉄系焼結合金は、例えば、６０〜９０ＨＲＢ程度の表面硬さが得られるものが選択され、インナーロータ２用の鉄系焼結合金は、アウターロータ３よりも表面硬さの硬いもの、例えば、８０〜１００ＨＲＢ程度の表面硬さが得られるものが選択されている。

インナーロータ２は、硬質被膜を表面に設けるなどの方法でも表面硬さをアウターロータの表面硬さ以上に高めることができるが、材質そのものを異ならせて表面硬さをアウターロータの表面硬さ以上に硬くする方法を採ると、硬質被膜の形成工程などの余分な工程が発生せず、生産性の悪化と工程数増加によるコストアップが回避される。

図１のポンプロータ１は、インナーロータ２をアウターロータ３よりも表面硬さの硬い材料で形成するのと併せて、インナーロータ２の歯２ａの曲率半径（歯先の曲率半径）をアウターロータ３の歯３ａの曲率半径（歯先の曲率半径）よりも小さくしたものを用いており、アウターロータ３の歯面の面圧（噛み合い面に作用する圧力）がインナーロータ２の歯面の面圧よりも小さくなって両ロータの歯面摩耗の均一化効果をより高め得るものになっている。また、インナーロータ２の内径面（軸穴２ｂの穴面）も従来品に比べると硬度が高まって強化された面になっており、内径面の損耗も抑制される。

なお、例示のポンプロータ１は、歯先と歯底が共にサイクロイド曲線によって形成されたインナーロータ２とアウターロータ３を組み合わせたが、インナーロータ２とアウターロータ３は、トロコイド曲線で形成された歯形を有するものであってもよいし、前掲の特許文献３が開示しているような歯形を有するものであってもよい。

この発明のポンプロータのより詳細な実施例を以下に挙げる。
質量比でＮｉ：４．０％、Ｍｏ：０．５％、Ｃｕ：１．５％、Ｃ：０．５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鉄基焼結合金（以下材質１、密度７．０ｇ／ｃｍ^３、硬さ８９ＨＲＢ、引張り強さ６２０ＭＰａ、伸び２％、衝撃値１６．５Ｊ／ｃｍ^２の特性を有する）で形成した歯数１０枚のインナーロータと、Ｃｕ：２．０％、Ｃ：０．８％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鉄基焼結合金（以下材質２、密度６．８ｇ／ｃｍ^３、硬さ７７ＨＲＢ、引張り強さ４６０ＭＰａ、伸び２％、衝撃値９．８Ｊ／ｃｍ^２の特性を有する）で形成した歯数１１枚のアウターロータを組み合わせて表１に示す実施例１〜３の発明品のポンプロータを試作した。

インナーロータは、歯先がエピサイクロイド曲線で、歯溝がハイポサイクロイド曲線でそれぞれ形成され、一方、アウターロータは、歯先がハイポサイクロイド曲線、歯溝がエピサイクロイド曲線でそれぞれ形成されたものを用いた。

試作ポンプロータの寸法諸元は、インナーロータ歯数１０枚、偏心量３．５ｍｍ、図３に示すピッチ円の直径Ｄｉ＝６２ｍｍ、ピッチ円上を滑らずに転がってインナーロータの歯先のエピサイクロイド曲線を描く外転円の直径ｅｄｉ、歯溝のハイポサイクロイド曲線を描く内転円の直径ｈｄｉ、アウターロータの歯先のハイポサイクロイド曲線を描く内転円の直径ｈｄｏ、歯溝のエピサイクロイド曲線を描く外転円の直径ｅｄｏはいずれも表１に示す通りとした。実施例１、比較例１、比較例２は、ｈｄｏ＞ｅｄｉであるので、インナーロータの歯の曲率半径はアウターロータの歯の曲率半径よりも小さくなっている。

この発明品の試作ポンプロータと、インナーロータとアウターロータを共に前掲の材質１の材料で形成した表１の比較例１のポンプロータ及びインナーロータとアウターロータを共に前掲の材質２の材料で形成した表１の比較例２のポンプロータ（どちらも歯数と偏心量は実施例と同じ）を用いて内接歯車ポンプを形成し、耐久試験を行って耐久性を評価した。

耐久試験は、吐出圧０．８ＭＰａの条件でポンプを運転し、合計運転時間が２００時間に達した時点でロータの歯面の摩耗量を調べた。その結果を表１に併せて示す。

表１の試験結果から、比較例２は、アウターロータに比べてインナーロータの歯面の摩耗が著しかった。これに対し、発明品の実施例１〜３の各ポンプロータは、インナーロータの歯面の摩耗の度合いが比較例２に比べて小さく、アウターロータとインナーロータの歯面の摩耗に大きな差が生じていなかった。また、比較例１は、インナーロータの内径摩耗量とアウターロータの歯先摩耗量は実施例１と比べて差がなかったが、アウターロータが高価になるため性能比でのコストが発明品よりも高くつき、実用化するのには適していなかった。

この発明のポンプロータの一例を示す正面図 図１のポンプロータをハウジングに組み付けて構成される内接歯車ポンプのハウジングのカバーを外した状態の正面図 試作ポンプロータの寸法諸元の説明図

符号の説明

１ ポンプロータ
２ インナーロータ
２ａ 歯
２ｂ 軸穴
３ アウターロータ
３ａ 歯
４ ハウジング
５ 吸入ポート
６ 吐出ポート
７ 駆動軸
８ ポンプ室
１０ 内接歯車ポンプ
Ｏｉ インナーロータの回転中心
Ｏｏ アウターロータの回転中心
ｅ 偏心量

Claims (3)

1. 歯数がｎ枚のインナーロータ（２）と、歯数が（ｎ＋１）枚のアウターロータ（３）を偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータにおいて、
   インナーロータ（２）をアウターロータ（３）よりも表面硬さの硬い材料で形成したことを特徴とする内接歯車ポンプのポンプロータ。
2. 上記に加えてさらに、インナーロータ（２）の歯の頂点の曲率半径をアウターロータ（３）の歯の頂点の曲率半径よりも小さくした請求項１に記載の内接歯車ポンプのポンプロータ。
3. 請求項１または２に記載のポンプロータ（１）を吸入ポート（５）と吐出ポート（６）を有するハウジング（４）に組み付けて構成される内接歯車ポンプ。

Images