JP2002257052A - トロコイドギヤポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トロコイドギヤポンプにおいて、ポンプケー
シングに対するアウタギヤの摺動抵抗を低減して、ポン
プ効率と耐久性を向上させる。 【解決手段】 アウタギヤ２５の外周部に昇圧用の羽根
溝３８を形成すると共に、このアウタギヤ２５を収容す
るポンプケーシング２３の内周部に、アウタギヤ２５の
羽根溝３８に流体を導入する圧力導入ポート３９と、ア
ウタギヤ２５の回転により羽根溝３８で昇圧された流体
圧力を解放する圧力解放ポート４０を形成する。アウタ
ギヤ２５の羽根溝３８で昇圧された流体圧力によってア
ウタギヤ２５の外周部に作用する偏荷重が、両ギヤ２
５，２６間のポンプ室３０で昇圧された流体圧力によっ
てアウタギヤ２５の内周部に作用する偏荷重とほぼ反対
方向に作用するように圧力導入ポート３９と圧力解放ポ
ート４０の位置を設定し、且つ、両方の偏荷重がほぼ同
じ大きさとなるように羽根溝３８の数や寸法を設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アウタギヤの内周
側にインナギヤを偏心配置して構成したトロコイドギヤ
ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両に搭載する燃料ポンプの燃料
吐出性能を高めるために、トロコイドギヤポンプを燃料
ポンプとして採用することが検討されている。このトロ
コイドギヤポンプは、図１１に示すように、円筒型のポ
ンプケーシング１内に回転自在に収容した内歯付きのア
ウタギヤ２の内周側に外歯付きのインナギヤ３を偏心配
置すると共に、両ギヤ２，３を噛み合わせて両ギヤ２，
３の歯間にポンプ室４を形成し、駆動モータ（図示せ
ず）によりインナギヤ３を回転駆動してアウタギヤ２を
回転させることで、両ギヤ２，３の歯間のポンプ室４を
回転方向に移動させながら、該ポンプ室４の容積を連続
的に増加・減少させて燃料を吸入・吐出するようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トロコイド
ギヤポンプは、両ギヤ２，３の回転によりポンプ室４の
容積が増加する領域でポンプ室４内に燃料を吸入した
後、該ポンプ室４の容積が減少する領域でポンプ室４内
の燃料を昇圧して吐出するようになっている。この際、
ポンプ室４の容積が減少する吐出領域では、ポンプ室４
内の燃料が加圧されて燃料圧力（燃圧）が上昇するた
め、その燃圧上昇によってアウタギヤ２に外径方向の荷
重がかかる。このような燃圧上昇による外径方向の荷重
は、ポンプ室４内の燃圧が低下する吸入領域（吸入ポー
ト側）では発生しないため、アウタギヤ２に対する外径
方向の荷重は、ポンプ室４の燃圧が上昇する吐出領域
（吐出ポート側）のみに働き、これが偏荷重となって、
アウタギヤ２の吐出ポート側の外周部分がポンプケーシ
ング１の内周面に強く押しつけられた状態となる。この
ため、ポンプケーシング１に対するアウタギヤ２の摺動
抵抗（摩擦損失）が大きくなり、その分、駆動モータの
負荷が大きくなって、ポンプ効率が低下したり、摺動部
分が摩耗しやすくなり、ポンプ寿命が短くなるという欠
点がある。

【０００４】そこで、この対策として、特開２０００−
１６１２４１号公報（図１２参照）に示すように、ポン
プケーシング１の内周部のうちのポンプ室４の燃圧が上
昇する吐出ポート６側の領域（回転によりポンプ室４の
容積が減少する領域）に、吐出ポート６に連通する圧力
供給溝７を形成し、この圧力供給溝７に吐出ポート６か
ら吐出される圧力を導入することで、その吐出圧力をア
ウタギヤ２の外周面のうちの吐出ポート６側の領域に作
用させ、それによって、アウタギヤ２の外周面に作用す
る偏荷重が、アウタギヤ２の内周面に作用するポンプ室
４の圧力による偏荷重よりも大きくなるように圧力供給
溝７の長さを設定することで、アウタギヤ２を吸入ポー
ト５側に変位させて、ポンプケーシング１に対するアウ
タギヤ２の摺動抵抗（摩擦損失）を低減するようにした
ものがある。

【０００５】しかし、この公報の構成のように、吐出圧
力をアウタギヤ２の外周面に導入するだけでは、アウタ
ギヤ２の外周面とポンプケーシング１の内周面との間の
クリアランス（隙間）から圧力が漏れてしまい、設計通
りの吐出圧力をアウタギヤ２の外周面に作用させること
ができず、設計通りの摺動抵抗低減効果を得ることがで
きない。しかも、吐出圧力が低圧の吸入ポート５側に漏
れてしまい、ポンプ効率も低下してしまうという不具合
が生じる。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、ポンプケーシングに
対するアウタギヤの摺動抵抗（摩擦損失）を確実に低減
することができて、ポンプ効率向上、耐久性向上（耐摩
耗性向上）を実現することができるトロコイドギヤポン
プを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１のトロコイドギヤポンプは、アウ
タギヤの外周部に昇圧用の羽根溝を所定ピッチで形成す
ると共に、このアウタギヤを収容するポンプケーシング
の内周部に、前記アウタギヤの羽根溝に流体を導入する
圧力導入ポートと、該アウタギヤの回転により前記羽根
溝で昇圧された流体圧力を解放する圧力解放ポートを形
成し、前記アウタギヤの羽根溝で昇圧された流体圧力に
よって該アウタギヤの外周部に作用する偏荷重が、両ギ
ヤ間のポンプ室で昇圧された流体圧力によって該アウタ
ギヤの内周部に作用する偏荷重とほぼ反対方向に作用す
るように前記圧力導入ポートと前記圧力解放ポートの位
置を設定したものである。

【０００８】つまり、本発明は、アウタギヤの外周部に
昇圧用の羽根溝を所定ピッチで形成することで、アウタ
ギヤの外周部にタービンポンプと同様の昇圧機能を持た
せることができるため、アウタギヤの回転によりアウタ
ギヤの外周部に導入した流体圧力を昇圧しながら、各羽
根溝内で生じる流体の旋回流が圧力漏れを防止する働き
をする。これにより、図８に示すように、圧力導入ポー
トから圧力解放ポートまでの領域で、アウタギヤの外周
部に作用する流体圧力が回転方向に向かって徐々に増大
するため、図９に示すように、アウタギヤの羽根溝で昇
圧された流体圧力によってアウタギヤの外周部に偏荷重
が作用するようになる。

【０００９】この偏荷重の作用方向は、圧力導入ポート
と圧力解放ポートの位置関係によって決まる（つまりア
ウタギヤの外周部に対する流体圧力の作用位置によって
決まる）ため、本発明のように、アウタギヤの羽根溝で
昇圧された流体圧力によって該アウタギヤの外周部に作
用する偏荷重が、両ギヤ間のポンプ室で昇圧された流体
圧力によって該アウタギヤの内周部に作用する偏荷重と
ほぼ反対方向に作用するように圧力導入ポートと圧力解
放ポートの位置を設定すれば、アウタギヤの吐出ポート
側の外周部分をポンプケーシングの内周面に押しつける
偏荷重を低減することができる。これにより、ポンプケ
ーシングに対するアウタギヤの摺動抵抗（摩擦損失）を
確実に低減することができて、ポンプ効率向上、耐久性
向上（耐摩耗性向上）を実現することができる。

【００１０】この場合、請求項２のように、アウタギヤ
の羽根溝で昇圧された流体圧力によって該アウタギヤの
外周部に作用する偏荷重が、両ギヤ間のポンプ室で昇圧
された流体圧力によって該アウタギヤの内周部に作用す
る偏荷重とほぼ同じ大きさとなるように構成すると良
い。このようにすれば、アウタギヤの内周部と外周部に
作用する２方向の偏荷重を互いにキャンセルさせて、ア
ウタギヤをポンプケーシングの内周面から僅かに浮かせ
た状態又は軽く接触させただけの状態に保持することが
できる。これにより、ポンプケーシングに対するアウタ
ギヤの摺動抵抗（摩擦損失）を最小にすることができ
て、ポンプ効率向上、耐久性向上（耐摩耗性向上）の効
果を更に大きくすることができる。しかも、アウタギヤ
やポンプケーシングの摩耗が少なくなるため、これらを
樹脂で形成することが可能となり、軽量化・低コスト化
の要求も満たすことができる。

【００１１】また、請求項３のように、両ギヤの側面を
カバーするサイドカバー部材に、両ギヤ間のポンプ室に
流体を吸入する吸入ポートと圧力導入ポートとを連通さ
せる圧力導入溝と、ポンプ室から流体を吐出する吐出ポ
ートと前記圧力解放ポートとを連通させる圧力解放溝と
を形成するようにしても良い。このようにすれば、圧力
導入ポートに流体を導入する流路を簡単に形成できると
共に、圧力解放ポートを吐出ポート側に連通させる流路
を簡単に形成することができ、流路構成を簡単化でき
る。

【００１２】また、請求項４のように、アウタギヤの外
周部に羽根溝を千鳥状に形成しても良い。このようにす
れば、羽根溝１個当たりの容積が小さくなるため、各羽
根溝内の流体が圧力解放ポートの内壁に衝突する際の流
体の衝突音を小さくすることができて、騒音を低減する
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を燃料ポンプに適用
した一実施形態を図１乃至図１０に基づいて説明する。
まず、図１及び図２に基づいて燃料ポンプ全体の構成を
概略的に説明する。円筒状のハウジング１１内にトロコ
イドギヤポンプ１２とモータ１３とが組み付けられてい
る。ハウジング１１の一端（下端）には、トロコイドギ
ヤポンプ１２をカバーするポンプカバー１４がかしめ等
により固定され、このポンプカバー１４に燃料吸入口１
５が形成され、この燃料吸入口１５から燃料タンク（図
示せず）内の燃料がトロコイドギヤポンプ１２内に吸入
される。

【００１４】一方、ハウジング１１の他端（上端）に
は、モータ１３をカバーするモータカバー１６がかしめ
等により固定され、このモータカバー１６には、モータ
１３に通電するためのコネクタ１７と燃料吐出口１８と
が設けられている。トロコイドギヤポンプ１２から吐出
された燃料は、モータ１３のアーマチャ１９とマグネッ
ト２０との間の隙間を通って燃料吐出口１８から吐出さ
れる。

【００１５】次に、トロコイドギヤポンプ１２の構成を
説明する。２枚の円形のサイドカバー部材２１，２２の
間に円筒型のポンプケーシング２３が挟み込まれ、これ
ら三者が複数本のねじ（図示せず）で締め付けられてポ
ンプハウジングが構成されている。このポンプハウジン
グの内部には、アウタギヤ２５とインナギヤ２６とが収
納されている。図３に示すように、アウタギヤ２５の内
周側とインナギヤ２６の外周側には、それぞれトロコイ
ド型の内歯と外歯が形成され、インナギヤ２６の歯数が
アウタギヤ２５の歯数よりも１つ少なく形成されてい
る。

【００１６】アウタギヤ２５は、ポンプケーシング２３
に偏心して形成された円形穴２９内に回転自在に嵌合さ
れている。このアウタギヤ２５の内側にはインナギヤ２
６が偏心して収納され、両ギヤ２５，２６の歯の噛合い
又は接触によって多数のポンプ室３０が形成されてい
る。この場合、アウタギヤ２５とインナギヤ２６とが互
いに偏心しているため、回転時に両ギヤ２５，２６の歯
の噛合い量が連続的に増加・減少し、各ポンプ室３０の
容積が連続的に増加・減少する動作を１回転を周期とし
て繰り返す。尚、両ギヤ２５，２６とポンプケーシング
２３は、焼結金属等の金属又は樹脂で形成されている。

【００１７】図１に示すように、吐出側（上側）のサイ
ドカバー部材２２の中心部に形成された貫通孔３１には
円筒状の軸受３２が嵌着され、この軸受３２の内径部に
モータ１３の回転軸３３が回転自在に挿通支持され、該
軸受３２の外径部にインナギヤ２６が回転自在に嵌合さ
れている。図３に示すように、モータ１３の回転軸３３
のＤカット部には歯車形状のカップリング３４が嵌合連
結され、このカップリング３４がインナギヤ２６の中央
部のカップリング穴に係合されている。これにより、モ
ータ１３の回転軸３３が回転すると、これと一体的にイ
ンナギヤ２６が回転駆動され、更に、このインナギヤ２
６と噛み合うアウタギヤ２５も回転駆動される。

【００１８】また、図１及び図５に示すように、吸入側
（下側）のサイドカバー部材２１には、燃料吸入口１５
からポンプ室３０内に燃料を吸い込む吸入ポート３５が
形成されている。この吸入ポート３５は、両ギヤ２５，
２６の回転によりポンプ室３０の容積が増加する領域
（吸入領域）に形成されている。

【００１９】一方、図４に示すように、吐出側（上側）
のサイドカバー部材２２には、両ギヤ２５，２６の回転
によりポンプ室３０の容積が減少する領域（吐出領域）
に、２つの吐出ポート３６，３７が形成されている。各
吐出ポート３６，３７から吐出された燃料は、モータ１
３のアーマチャ１９とマグネット２０との間の隙間を通
って燃料吐出口１８から吐出される。

【００２０】図３及び図６に示すように、アウタギヤ２
５の外周部には、昇圧用の羽根溝３８が所定ピッチで千
鳥状に形成されている。これに対し、ポンプケーシング
２３の内周部には、アウタギヤ２５の羽根溝３８に燃料
を導入する圧力導入ポート３９と、該アウタギヤ２５の
回転により羽根溝３８で昇圧された燃料圧力を解放する
圧力解放ポート４０が所定間隔で形成されている。圧力
導入ポート３９は、吸入側（下側）のサイドカバー部材
２１の内面（上面）に吸入ポート３５から延長するよう
に形成された圧力導入溝４１（図５参照）に連通し、吸
入ポート３５に吸入された燃料の一部が圧力導入溝４１
を通って圧力導入ポート３９に導入されるようになって
いる。

【００２１】一方、圧力解放ポート４０は、吐出側（上
側）のサイドカバー部材２２の内面（下面）に高圧側の
吐出ポート３７から延長するように形成された圧力解放
溝４２（図３及び図４参照）に連通し、アウタギヤ２５
の回転により羽根溝３８で昇圧された燃料が圧力解放ポ
ート４０から圧力解放溝４２を通って吐出ポート３７に
吐出されるようになっている。

【００２２】本実施形態のように、アウタギヤ２５の外
周部に昇圧用の羽根溝３８を所定ピッチで形成すると、
アウタギヤ２５の外周部にタービンポンプと同様の昇圧
機能を持たせることができるため、アウタギヤ２５の回
転によりアウタギヤ２５の外周部に導入した燃料圧力を
昇圧しながら、各羽根溝３８内で生じる燃料の旋回流
（図７参照）が圧力漏れを防止する働きをする。これに
より、図８及び図１０に示すように、圧力導入ポート３
９から圧力解放ポート４０までの領域で、アウタギヤ２
５の外周部に作用する燃料圧力が回転方向に向かって徐
々に増大し、圧力解放ポート４０で燃料圧力が最大とな
る。この燃料圧力は、圧力解放ポート４０から圧力導入
ポート３９までのラジアルシール部θで減圧されて、圧
力導入ポート３９で最小（０）となる。

【００２３】このアウタギヤ２５の外周部の各位置に作
用する燃料圧力は、１８０°反対側の位置に作用する逆
向きの燃料圧力によって減少又はキャンセルされる。こ
れにより、図１０に斜線で示すように、圧力導入ポート
３９から１８０°回転した位置までの領域と、圧力解放
ポート４０から圧力導入ポート３９までのラジアルシー
ル部θにおいて、アウタギヤ２５の外周部に作用する燃
料圧力がキャンセルされて最小（０）となり、それ以外
の領域（圧力導入ポート３９から１８０°回転した位置
から圧力解放ポート４０までの領域）で、燃料圧力がほ
ぼ均等に作用するようになる。

【００２４】その結果、図９に示すように、アウタギヤ
２５の外周部の片側のみに燃料圧力がほぼ均等に作用す
る状態となり、それによって、アウタギヤ２５の外周部
に偏荷重が作用するようになる。この偏荷重の作用方向
は、圧力導入ポート３９と圧力解放ポート４０の位置関
係によって決まる（つまりアウタギヤ２５の外周部に対
する燃料圧力の作用位置によって決まる）。

【００２５】前述したように、圧力導入ポート３９から
１８０°回転した位置から圧力解放ポート４０までの領
域で、燃料圧力がほぼ均等に作用するため、この燃料圧
力による偏荷重の作用方向は、この燃料圧力が作用する
領域の中央位置からアウタギヤ２５の回転中心に向かう
方向となる。

【００２６】この点を考慮して、本実施形態では、アウ
タギヤ２５の羽根溝３８で昇圧された燃料圧力によって
アウタギヤ２５の外周部に作用する偏荷重が、両ギヤ２
５，２６間のポンプ室３０で昇圧された燃料圧力によっ
てアウタギヤ２５の内周部に作用する偏荷重とほぼ反対
方向に作用するように圧力導入ポート３９と圧力解放ポ
ート４０の位置が設定されている。

【００２７】更に、本実施形態では、アウタギヤ２５の
羽根溝３８で昇圧された燃料圧力によってアウタギヤ２
５の外周部に作用する偏荷重が、両ギヤ２５，２６間の
ポンプ室３０で昇圧された燃料圧力によってアウタギヤ
２５の内周部に作用する偏荷重とほぼ同じ大きさとなる
ように羽根溝３８の数や寸法が設定されている。

【００２８】以上説明した本実施形態では、アウタギヤ
２５の羽根溝３８で昇圧された燃料圧力によってアウタ
ギヤ２５の外周部に作用する偏荷重が、両ギヤ２５，２
６間のポンプ室３０で昇圧された燃料圧力によってアウ
タギヤ２５の内周部に作用する偏荷重とほぼ反対方向に
作用し、且つ、これら２つの偏荷重がほぼ同じ大きさと
なるように構成されているので、アウタギヤ２５の内周
部と外周部に作用する２方向の偏荷重を互いにキャンセ
ルさせて、アウタギヤ２５をポンプケーシング２３の内
周面から僅かに浮かせた状態又は軽く接触させただけの
状態に保持することができる。これにより、ポンプケー
シング２３に対するアウタギヤ２５の摺動抵抗（摩擦損
失）を最小にすることができて、ポンプ効率向上、耐久
性向上（耐摩耗性向上）を実現することができる。しか
も、アウタギヤ２５やポンプケーシング２３の摩耗が少
なくなるため、これらを樹脂で形成することが可能とな
り、軽量化・低コスト化の要求も満たすことができる。
但し、本発明は、アウタギヤ２５やポンプケーシング２
３を焼結金属等の金属で形成しても良いことは言うまで
もない。

【００２９】また、本実施形態では、アウタギヤ２５の
内周部と外周部に作用する２方向の偏荷重がほぼ同じ大
きさとなるように構成したが、２方向の偏荷重の大きさ
が異なるように構成しても良く、この場合でも、アウタ
ギヤ２５の吐出ポート３６側の外周部分をポンプケーシ
ング２３の内周面に押しつける偏荷重を低減することが
できるので、ポンプケーシング２３に対するアウタギヤ
２５の摺動抵抗（摩擦損失）を確実に低減することがで
きる。

【００３０】また、本実施形態では、アウタギヤ２５の
外周部に、羽根溝３８を千鳥状に形成したので、羽根溝
３８の１個当たりの容積を小さくすることができる。こ
れにより、各羽根溝３８内の燃料が圧力解放ポート４０
の内壁に衝突する際の燃料の衝突音を小さくすることが
できて、騒音を低減することができる利点がある。

【００３１】しかし、本発明は、羽根溝３８を千鳥状に
形成しなくても良く、羽根溝３８の形状や配置パターン
は適宜変更しても良いことは言うまでもない。その他、
本発明のトロコイドギヤポンプは、燃料ポンプに限定さ
れず、それ以外の用途のポンプにも適用できる等、種々
変更して実施できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す燃料ポンプの部分破
断正面図

【図２】燃料ポンプの下面図

【図３】図１のＢ−Ｂ断面矢視図

【図４】図１のＣ−Ｃ断面矢視図

【図５】図１のＤ−Ｄ断面矢視図

【図６】アウタギヤの外周部の羽根溝の形状を示す部分
拡大斜視図

【図７】アウタギヤの外周部の羽根溝の周辺部を示す拡
大断面図

【図８】アウタギヤの外周部に作用する燃料圧力の分布
を示す図（その１）

【図９】アウタギヤの外周部に作用する燃料圧力の分布
を示す図（その２）

【図１０】アウタギヤの外周部に作用する燃料圧力の分
布を示すグラフ

【図１１】従来のトロコイドギヤポンプの構成を示す図

【図１２】従来の改良されたトロコイドギヤポンプの構
成を示す図

【符号の説明】

１１…ハウジング、１２…トロコイドギヤポンプ、１３
…モータ、１５…燃料吸入口、１８…燃料吐出口、２
１，２２…サイドカバー部材、２３…ポンプケーシン
グ、２５…アウタギヤ、２６…インナギヤ、３０…ポン
プ室、３２…軸受、３３…回転軸、３４…カップリン
グ、３５…吸入ポート、３６，３７…吐出ポート、３８
…羽根溝、３９…圧力導入ポート、４０…圧力解放ポー
ト、４１…圧力導入溝、４２…圧力解放溝。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプケーシング内に回転自在に収容し
   た内歯付きのアウタギヤの内周側に外歯付きのインナギ
   ヤを偏心配置すると共に、両ギヤを噛み合わせて両ギヤ
   の歯間に形成したポンプ室を、両ギヤの回転により回転
   方向に移動させながら、該ポンプ室の容積を連続的に増
   加・減少させて流体を吸入・吐出するトロコイドギヤポ
   ンプにおいて、 前記アウタギヤの外周部に昇圧用の羽根溝を所定ピッチ
   で形成すると共に、前記ポンプケーシングの内周部に、
   前記アウタギヤの羽根溝に流体を導入する圧力導入ポー
   トと、該アウタギヤの回転により前記羽根溝で昇圧され
   た流体圧力を解放する圧力解放ポートを形成し、前記ア
   ウタギヤの羽根溝で昇圧された流体圧力によって該アウ
   タギヤの外周部に作用する偏荷重が、前記両ギヤ間のポ
   ンプ室で昇圧された流体圧力によって該アウタギヤの内
   周部に作用する偏荷重とほぼ反対方向に作用するように
   前記圧力導入ポートと前記圧力解放ポートの位置を設定
   したことを特徴とするトロコイドギヤポンプ。
2. 【請求項２】 前記アウタギヤの羽根溝で昇圧された流
   体圧力によって該アウタギヤの外周部に作用する偏荷重
   が、前記両ギヤ間のポンプ室で昇圧された流体圧力によ
   って該アウタギヤの内周部に作用する偏荷重とほぼ同じ
   大きさとなるように構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のトロコイドギヤポンプ。
3. 【請求項３】 前記両ギヤの側面をカバーするサイドカ
   バー部材には、前記ポンプ室に流体を吸入する吸入ポー
   トと前記圧力導入ポートとを連通させる圧力導入溝と、
   前記ポンプ室から流体を吐出する吐出ポートと前記圧力
   解放ポートとを連通させる圧力解放溝とが形成されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載のトロコイド
   ギヤポンプ。
4. 【請求項４】 前記羽根溝は、前記アウタギヤの外周部
   に千鳥状に配置されるように形成されていることを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトロコイドギ
   ヤポンプ。