JPH0451693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオイルモータやオイルポンプに用いる
のに適した新規な多点接触内接歯車に関する。

〔従来の技術〕

オイルモータやオイルポンプの中には特殊な歯
形の歯車を利用して構成した歯車モータや歯車ポ
ンプがあるが、これらに用いられる歯車のうち、
内歯歯車と外歯歯車の歯数の差が１で、外歯歯車
が内歯歯車に多点で連続に接触しながら回転する
ものの代表的な例としてトロコイド歯車がある。

これは、外歯歯車と内歯歯車との間に常時複数
の容積変動空間が形成されるものであり、この複
数の容積変動空間に歯車の回動に応じて流体を流
入、流出させてオイルモータやオイルポンプを構
成するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然しながら、上記トロコイド歯車を利用してオ
イルモータやオイルポンプを構成する場合、通常
は内歯歯車をケーシング等に固定して外歯歯車の
回転出力を取り出すのであるが、この場合外歯歯
車は内歯歯車に対して自転しつゝ公転を行なうの
で、特殊な継手を介して回転を取り出すか又は回
転を与える必要があつた。

オイルモータやオイルポンプとしては特殊な継
手を介さずに直接に歯車を軸に接続して回転を取
出したり与えたりする方が効率がよく、また故障
も少ないので、外歯歯車が自転運動のみを行なう
よう構成すれば有利であるが、上記トロコイド歯
車では内歯歯車と外歯歯車の間に回転トルクの授
受が生じるため、内歯歯車に公転のみを行なわせ
外歯歯車の回転を自転運動のみとして出力を取り
出すように構成することはできなかつた。

また、内歯歯車と外歯歯車の間に回転トルクの
授受が生じるため、歯車間の摩擦が大きく、歯面
の摩耗が激しいという問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に於ては、上記の問題点を解決するた
め、内歯歯車の歯形を、外歯歯車と干渉しない限
度でその形状が任意に定められる歯底曲線と、歯
形中心線に対して対称で且つ大きな曲率半径を有
し中心方向に脹らむ円弧から成る歯先曲線と、外
歯歯車と干渉しない限度でその形状が任意に定め
られ上記歯先円弧の両端点から上記歯底曲線に至
る側面曲線とにより構成し、 外歯歯車の歯形を、外歯歯車が上記内歯歯車に
対して公転、自転運動を行なう際、外歯歯車に固
定した座標系に於て上記内歯歯車の歯先円弧の包
絡線として形成される歯底曲線と、上記内歯歯車
の歯先円弧の両端点の移動軌跡として形成され上
記歯底曲線に接続する一対の側面歯形曲線と、上
記一対の側面歯形曲線の歯先端点を連結し上記内
歯歯車の歯先円弧と第二噛み合いをする歯先曲線
とにより構成し、又、更に必要に応じ内歯歯車を
公転自在に、外歯歯車をそれ自身の中心軸の廻り
に自転自在に支承するものである。

〔作用〕

上記のようにして多点接触内接歯車を構成する
と、歯車間のトルク授受が理論上ゼロとなるか
ら、歯車間の摩擦が小さく、また、歯面の摩耗が
少なくなり、更に、内歯歯車を公転のみ成し得る
ように拘束して、外歯歯車に自転のみを行なわせ
るように構成することが可能となるので、回転を
外部に取り出す機構が極めて単純なものとなる。

〔実施例〕

以下図面を参照しつゝ本発明の実施例について
詳細に説明する。

第１図は本発明に係る多点接触内接歯車の一実
施例を示す説明図、第２図は第１図に示した実施
例に於ける内歯歯車の歯形曲線を示す説明図、第
３図は外歯歯車の歯底曲線を示す説明図、第４図
乃至第７図は外歯歯車の歯先曲線を示す説明図、
第８図乃至第１１図は外歯歯車の側面曲線を示す
説明図、第１２図乃至第１９図は本発明多点接触
内接歯車をオイルモータとして用いた場合の一実
施例を示す説明図である。

第１図乃至第１１図は軸直角断面上での内歯歯
車及び外歯歯車の輪郭線を示すものであり、第１
図乃至第１１図中、１は内歯歯車、２は外歯歯車
であり、内歯歯車１の中心をＯ、外歯歯車２の中
心点をO′、外歯歯車２の歯形中心線をｌ，ｍ，
ｎとする。

本発明多点接触内接歯車は、歯数Ｎの内歯歯車
と歯数（Ｎ−１）の外歯歯車とから成るものであ
るが、第１図に示す如く、本実施例ではＮ＝４の
場合を示す。従つて、内歯歯車の歯数は４とな
り、外歯歯車の歯数は３となる。

外歯歯車２は、内歯歯車１と常時４箇所で内接
しつゝ、内歯歯車１に対して相対的に、その中心
O′が図中鎖線で示す円に沿つて回転するように
内歯歯車１の中心Ｏの廻りの公転運動を行なうと
同時に、これと反対方向にそれ自身の中心O′の
廻りの自転運動とを行ない、内歯歯車１の内面と
の間に常時４区画の容積変動空間を画成するもの
である。

第１図に示す状態では、外歯歯車２はＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの４点で内歯歯車１に内接し、内歯歯車１
の内面との間に４区間の容積変動空間Ｐ，Ｑ，
Ｒ，Ｓを画成しており、接点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは外
歯歯車２の内歯歯車１に対する公転及び自転運動
に応じて内歯歯車１の歯先曲線上を移動し、空間
Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓはそれぞれ外歯歯車２の上記回転
運動により交互に膨張、収縮を繰り返すこととな
る。

次に、第２図を参照して第１図に示した実施例
に於ける内歯歯車１の歯形曲線について説明す
る。

内歯歯車１の歯先曲線は、歯形中心線OLに対
して対称で、曲率半径ｒを有する中心方向に脹ら
む円弧より成る。この円弧の半径ｒは内歯歯車１
の歯先曲線が外歯歯車２の歯底曲線と第一噛み合
いをする限度内で最大に設定する。

内歯歯車１の歯先曲線以外の歯形曲線、即ち、
歯底曲線及び側面曲線は外歯歯車との噛み合いに
関係しないので、回転時に外歯歯車と干渉しない
限度で任意に定められるものである。本実施例で
は、歯底曲線は内歯歯車１の中心Ｏを中心とする
円弧とし、側面曲線は歯先円弧の両端点から上記
歯底曲線に至る歯形中心線OLに対して対称な一
対の直線とする。これらの円弧の径及び一対の直
線の中心線OLに対する角度は、後述するように
して外歯歯車２の歯形曲線を決定した後にこれと
干渉しないように設定すればよい。

次に、第３図乃至第１０図を参照して外歯歯車
の歯形曲線について説明する。

外歯歯車２の歯底曲線は、外歯歯車２が内歯歯
車１に対して上記の公転及び自転運動を行なう
際、外歯歯車２に固定した座標系に於て内歯歯車
１の歯先円弧の包絡線として形成される。

第３図は前記の如く内歯歯車１の歯形曲線を定
め、外歯歯車２が内歯歯車１に対して順次15度宛
反時計方向に公転し、同時に５度宛時計方向に自
転したときに外歯歯車２に固定した座標系に於て
表れる内歯歯車１の輪郭線をそれぞれ一点鎖線、
破線、二点鎖線で示し、内歯歯車１の歯先曲線の
包絡線を実線で示したものであり、これから外歯
歯車２の歯底曲線が理解できよう。このように外
歯歯車２の歯底曲線を設定すると、外歯歯車２と
内歯歯車１は第一噛み合いを行なうこととなる。

外歯歯車２の側面歯形曲線は、外歯歯車２が内
歯歯車１に対して上記の公転及び自転運動を行な
う際、内歯歯車１の歯先円弧の両端点の移動軌跡
として形成される。

第４図乃至第７図は、外歯歯車２が内歯歯車１
に対して90度宛公転し、同時に30度宛自転したと
きに、外歯歯車２に固定した座標平面上に表れる
歯先円弧の両端点の軌跡を実線で描いたものであ
り、図から分かるようにこの軌跡は歯形中心線
ｌ、ｍ，ｎに対してそれぞれ対称に一対宛描き出
される。

この場合、上記一対の側面歯形曲線は内歯歯車
の歯先円弧の一端の点によつて描かれる軌跡と他
端の点によつて描かれる軌跡は歯先に於て滑らか
に接続しないので、この部分の輪郭線は、一対の
側面歯形曲線の歯先端点を連結し、且つ内歯歯車
１の歯先円弧と第二噛み合いをするように設定す
る。

第８図乃至第１１図は、外歯歯車２が内歯歯車
１に対して反時計方向に微小角度宛公転し、同時
に時計方向に公転角度の３分の１宛自転したとき
の状態を示すものである。

第８図乃至第１１図に示す如く、外歯歯車２の
歯先曲線は、内歯歯車１の外歯歯車２への接触点
が内歯歯車１の歯先円弧の端点Ｍから端点Ｎに切
り替る間、内歯歯車１の歯先円弧と第二噛み合い
をするものとし、且つ、両側面歯形曲線が滑らか
に接続されるように設定する。

而して、本発明多点接触内接歯車を用いてオイ
ルモータを構成した場合の一実施例について第１
２図乃至第１９図を参照しつゝ以下に説明する。

本実施例に示すオイルモータは、前記実施例で
示した内歯歯車及び外歯歯車を円筒形のケーシン
グ内に収め、内歯歯車をアウタロータとして用
い、外歯歯車をインナロータとして用いたもので
ある。

第１２図乃至第１９図中、３はアウタロータ、
４はインナロータ、５はケーシングであり、アウ
タロータ３の中心をＯ、インナロータ４の中心を
O′とし、O′を原点とするケーシング５に固定し
た座標軸をＸ軸及びＹ軸とする。第１２図乃至第
１９図は、ケーシング５内でアウタロータ３が45
度宛公転し、インナロータ４が15度宛自転したと
きの状態を示すものである。

而して、ケーシング５は、内部にアウタロータ
３及びインナロータ４を収納し、その両端開口部
は流入及び流出用ポートを有する一端の端面部材
（図示せず）により閉鎖されている。

インナロータ４はその中心軸がケーシング５の
中心軸と一致するように図示しない出力軸によつ
て回転自在に支承されており、アウタロータ３は
複数のピン６，６によつてケーシング５に対して
公転のみを行ない得るように、換言すれば、ピン
６，６が図中点線で示す円運動をするよう構成さ
れている。

ケーシング５内には、アウタロータ３とインナ
ロータ４間に４箇所の容積変動をする室Ｐ，Ｑ，
Ｒ，Ｓが形成され、ケーシング５とアウタロータ
３間に１箇所の容積変動のない室Ｔが形成され
る。

ケーシング５の内側輪郭線を成す円の半径は、
アウタロータ３の外側輪郭線を成す円の半径より
もアウタロータ３の公転半径だけ大きく設定され
ているので、アウタロータ３はその外側輪郭線と
ケーシング５の内側輪郭線とが常時一点で接触し
つゝ、且つ、ピン６，６の円運動に案内され、流
体の圧力によりケーシング５内で公転運動のみを
行なう。

室Ｐ，Ｑ，Ｏ，Ｓの何れに流体が導入されても
アウタロータ３には回転トルクが生じない。即
ち、例えば、第１２図に示す状態で、室Ｒ及びＳ
に流体が導入され室Ｐ及びＱよりも圧力が高くな
るとインナロータ４は図中時計方向に自転を始
め、アウタロータ３は図中反時計方向に公転を始
めるが、このとき、室Ｒ及びＳに於てアウタロー
タ３が流体から受ける圧力の中心点Ｏに対するモ
ーメントは各室毎にバランスから、アウタロータ
３には回転トルクが生じることがなく、従つて点
Ｏの廻りの自転運動を強制されることはない。然
しながら、アウタロータ３の各室内の圧力は異な
るから、その圧力差により公転運動が行なわれ
る。このことは第１３図乃至第１９図に示す状態
に於ても同様であり、アウタロータ３はインナロ
ータ４との相対位置関係にかかわらず流体から自
転せしめられるような力は受けない。

アウタロータ３の内側輪郭線とインナロータ４
の外側輪郭線とは常時４点で接触しており、この
ため、アウタロータ３の内面とインナロータ４の
外面との間の空間は常時４つの室Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ
に区分され、且つこれらの各室はそれぞれインナ
ロータ４のアウタロータ３に対する噛合運動によ
り交互に膨張、収縮を繰り返し、その膨張過程か
ら収縮過程に移行する際には各室の容量は最大と
なり、逆に収縮過程から膨張過程に移行する際に
室の容量は最小となる。

上記各室は、アウタロータ３又はインナロータ
４と連動する公知の切替弁と同様な弁（図示せ
ず）によつてそれが膨張過程にあるときは流入用
ポートに、又、収縮過程にあるときは流出用ポー
トに通じるように構成され、このため両歯車は円
滑に回動することができ、流体が流入用ポートか
ら流出用ポートに輸送され、インナロータ４はケ
ーシング５内を貫流する流体の容積流量に比例す
る角速度で自転するものである。

尚、本発明の構成は、叙上の実施例に限定され
るものでなく、実施例に於ては整数Ｎを４とした
場合を示したが、これは４に限定されるものでな
く、４以上の任意の整数を採用し得るものであ
り、また、これらを基にして上記実施例と同様に
オイルポンプを構成することができ、そのときは
ポート及び切替弁等は適宜に変更されるものであ
る。

又、本発明多点接触内接歯車は特にポンプ、モ
ータに適してはいるが、それ以外にも、例えば流
量計やロータリ弁その他の機械に利用できるもの
であつて、本発明はそれらの総てを包摂するもの
である。

〔発明の効果〕

本発明多点接触内接歯車は、歯車間の摩擦が小
さいから歯面の摩耗が少なく、また、歯形が単純
であるので加工が容易であり、従つて、研削加工
等で充分に高精度なものが安価に製造でき、これ
を用いてオイルモータやオイルポンプを構成した
場合には、出力を取り出したり、回転を与えるた
めに特殊な継手やカム等を必要としない多点接触
内接歯車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多点接触内接歯車の一実
施例を示す説明図、第２図は第１図に示した実施
例に於ける内歯歯車の歯形曲線を示す説明図、第
３図は外歯歯車の歯底曲線を示す説明図、第４図
乃至第７図は外歯歯車の歯先曲線を示す説明図、
第８図乃至第１１図は外歯歯車の側面曲線を示す
説明図、第１２図乃至第１９図は本発明多点接触
内接歯車をオイルモータとして用いた場合の一実
施例を示す説明図である。 １…内歯歯車、２…外歯歯車、３…アウタロー
タ、４…インナロータ、５…ケーシング、６，６
…ピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 歯数Ｎの内歯歯車と、上記内歯歯車とその軸
   直角断面上で常時Ｎ箇所で内接しつゝ、上記内歯
   歯車に対して相対的に、上記内歯歯車の中心軸の
   廻りの公転運動と、それ自身の中心軸の廻りの自
   転運動とを行い、上記内歯歯車の内面との間にＮ
   区画の容積変動空間を画成する歯数（Ｎ−１）の
   外歯歯車とから成る多点接触内接歯車に於て、 上記内歯歯車の歯形曲線が、外歯歯車と干渉し
   ない限度でその形状が任意に定められる歯底曲線
   と、歯形中心線に対して対称で且つ大きな曲率半
   径を有し中心方向に脹らむ円弧から成る歯先曲線
   と、外歯歯車と干渉しない限度でその形状が任意
   に定められ上記歯先円弧の両端点から上記歯底曲
   線に至る側面曲線とから成り、 上記外歯歯車の歯形曲線が、上記公転、自転運
   動を行なう際、外歯歯車に固定した座標系に於て
   上記内歯歯車の歯先円弧の包絡線として形成され
   る歯底曲線と、上記内歯歯車の歯先円弧の両端点
   の移動軌跡として形成され上記歯底曲線に接続す
   る一対の側面歯形曲線と、上記一対の側面歯形曲
   線の歯先端点を連結し上記内歯歯車の歯先円弧と
   第二噛み合いをする歯先曲線とから成ることを特
   徴とする上記の多点接触内接歯車。 ２ 上記内歯歯車が公転自在に支承され、外歯歯
   車がその中心軸の廻りに自転自在に支承された特
   許請求の範囲第１項記載の多点接触内接歯車。