JP2004150295A - 内接ヘリカル型のオイルポンプロータおよびオイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で脈動や騒音が小さい内接型オイルポンプを実現する。
【解決手段】Ｚｉ枚の外歯を有するインナーロータ１０と、外歯と噛み合うＺｏ（＝Ｚｉ＋１）枚の内歯を有するアウターロータ２０とが噛み合う内接型のオイルポンプロータであって、インナーロータ１０およびアウターロータ２０が、それぞれ一様な歯面形状が軸線方向に連続するヘリカル状に形成され、これらインナーロータ１０およびアウターロータ２０が軸線方向一端において噛み合う位置関係にあり、 軸線方向一端における歯面形状を基準として、インナーロータ１０の歯面形状の回転角度αとアウターロータ２０の歯面形状の回転角度βとが、
β＝α×Ｚｉ／Ｚｏ（ただしα≠０）
の関係を満たし、この関係が両ロータ１０，２０の軸線方向全長にわたり維持される構成とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とが内接して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・吐出する内接型オイルポンプロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内接型のオイルポンプロータは、サイクロイド曲線やトロコイド曲線等から創生した歯面を有するインナーロータおよびアウターロータを噛み合わせて構成されている。このような内接型オイルポンプとして、たとえば、従来スパー状に形成されていた両ロータの歯面をヘリカル状に形成した、ヘリカル型のポンプが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−１０８９０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内接型オイルポンプでは、簡易な構成により効率のよい流体搬送が可能となるが、近年、ポンプの小型化、あるいはポンプを大型化せずに流体の搬送量を増大させることが求められている。
【０００５】
ポンプの小型化、あるいはポンプを大型化せずに搬送量を増大させる手段のひとつとして、ロータを高速回転させる手段がある。ところが、ポンプを高速回転させると脈動や騒音が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、小型で脈動や騒音が小さい内接型オイルポンプを実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る内接ヘリカル型のオイルポンプロータは、Ｚｉ枚の外歯を有するインナーロータと、外歯と噛み合うＺｏ（＝Ｚｉ＋１）枚の内歯を有するアウターロータとを有し、両ロータの歯面間に形成されたセルの容積変化により流体を吸入・吐出する内接型のオイルポンプロータであって、インナーロータおよびアウターロータが、それぞれ一様な歯面形状が軸線方向に連続するヘリカル状に形成されるとともに、軸線方向一端において噛み合う位置関係にあり、この位置に対して軸線方向いずれかの位置におけるインナーロータの歯面形状の回転角度αとアウターロータの歯面形状の回転角度βとが、
β＝α×Ｚｉ／Ｚｏ（ただしα≠０）
の関係を満たし、この関係が両ロータの軸線方向全長にわたり維持されていることを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、両ロータが互いに噛み合っている位置関係を基準として、軸線方向のいずれかの位置におけるインナーロータの歯面の回転角度をαとすると、この位置でのアウターロータの歯面の回転角度は両ロータの歯数比に比例してαよりも小さい回転角度βとなるように形成されている。
すなわち、歯数比がＺｉ／Ｚｏである両ロータは、インナーロータが角度αだけ回転するとアウターロータはβ＝α×Ｚｉ／Ｚｏだけ回転されることになるので、上述のようなヘリカル形状とすることにより、インナーロータの回転に伴い、一端での両ロータの噛み合い位置関係が軸線方向に順次移行しながら生じることになる。
したがって、スパー形状とは異なり歯面同士の接触が連続的となり、バックラッシに起因する歯面同士の不連続な接触による騒音の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、この構成によって、セルが軸方向に一様でない断面形状を有し、ロータの回転による容積変化が緩やかに行われるようになるので、脈動が緩和され、騒音の抑制およびポンプ効率の向上が可能となる。
【００１０】
なお、インナーロータの歯面形状の回転角度αは、５°よりも小さいとヘリカル形状による効果が薄く、３５°よりも大きいと製造が困難となるので、
５°≦α≦３５°
とすることが好ましい。
【００１１】
請求項２の発明に係る内接ヘリカル型のオイルポンプは、請求項１に記載のインナーロータおよびアウターロータと、これらインナーロータおよびアウターロータを収容し、セルに連通して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た内接ヘリカル型のオイルポンプであって、ケーシングには、インナーロータおよびアウターロータの端面に面して、容積が拡大過程にあるセル端面に連通する吸入ポートと、容積が減少過程にあるセル端面に連通する吐出ポートと、容積が最大となっているセル端面を閉鎖するシール面とが設けられ、断面積が最大となっているセル側面の歯面間を閉鎖する閉鎖点Ｃ１および閉鎖点Ｃ２とインナーロータの中心Ｏｉとを結んだ中心角θと、シール面が前記インナーロータの中心Ｏｉに対して形成する中心角γとが、
θ＋α≦γ
の関係を満たすことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、容積最大のセル端面をシールするシール面がθ＋αよりも大きい角度をなして設けられることにより、ヘリカル状に形成されるセルによる吸入ポート側と吐出ポート側とを非連通とすることができる。
すなわち、内接型オイルポンプのセルは、セルが容積拡大過程にある間は吸入ポートに連通させ、セルが容積縮小過程にある間は吐出ポートに連通させなければならない。また、セルを閉鎖させたまま容積を変化させることは、キャビテーション等、騒音や効率低下の原因となるため、避けなければならない。
【００１３】
一方、上述した内接ヘリカル型のオイルポンプロータでは、セルは、一端側での開口面積が最大となった後、他端側での開口面積が最大となるまで、軸線方向いずれかの位置での断面積が最大となっており、セルの容積はこの間に最大となる。
したがって、最大開口状態のセルよりも大きな範囲をシールするシール面を有することにより、容積が最大となっているセルの端面を閉鎖することができるので、吐出ポートと吸入ポートとが連通せず、効率のよい流体搬送が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に、本実施形態による内接ヘリカル型のオイルポンプロータを示す。このオイルポンプロータは、Ｚｉ（＝６）枚の外歯を有するインナーロータ１０と、この外歯と噛み合うＺｏ（＝７）枚の内歯を有するアウターロータ２０とが偏心して配置されて噛み合い、図の矢印方向に回転駆動されるインナーロータ１０によってアウターロータ２０が従回転される構成となっている。
【００１５】
図２に示すインナーロータ１０は、基礎円上を転がる転円が形成するサイクロイド曲線によって外歯が創生された軸方向長さｌのサイクロイドロータであって、その歯面が軸線に対して斜めに形成されたヘリカル型である。
【００１６】
ここでインナーロータ１０のヘリカル形状について説明する。このインナーロータ１０の歯面形状は、一端側の第１面１１での位置に対して、歯面形状が軸線（中心）Ｏｉ中心に所定の割合で回転しながら、他端側の第２面１２に至るまで連続しているヘリカル形状となっている。
【００１７】
すなわち、インナーロータ１０の第１面１１における角度位置を基準として、第２面１２（第１面１１からの距離ｌ）における位置が、回転角度α（ｌ）（本実施形態では７°）だけロータ回転駆動方向後方にずれ、第１面１１と第２面１２との間の歯面が軸線（中心）Ｏｉに対して斜めとなっている。なお、図１は第１面１１側から見た状態を示している。
【００１８】
図３に示すアウターロータ２０は、基礎円上を転がる転円が形成するサイクロイド曲線によって内歯が創生された軸方向長さがｌのサイクロイドロータであって、その歯面が軸線Ｏｏに対して斜めに形成されたヘリカル型である。
【００１９】
ここでアウターロータ２０のヘリカル形状について説明する。このアウターロータ２０の歯面形状は、一端側の第１面２１での位置に対して、歯面形状が軸線中心に所定の割合で回転しながら、他端側の第２面２２に至るまで連続しているヘリカル形状となっている。
【００２０】
すなわち、アウターロータ２０の第１面２１における位置を基準として、第２面２２（第１面１１からの距離ｌ）における位置が、回転角度β（ｌ）（本実施形態では６°）だけロータ回転駆動方向後方にずれ、第１面２１と第２面２２との間の歯面が軸線Ｏｏに対して斜めとなっている。なお、図１は第１面２１側から見た状態を示している。
【００２１】
図４は、両ロータ１０，２０が噛み合って、第１面１１，２１側に開口する面積が最大となるセル１００が形成された状態を示している。
このとき、第２面１２，２２では、図５に示すようにインナーロータ１０の回転角度α（ｌ）（＝７°）、アウターロータ２０の回転角度β（ｌ）（＝６°）だけ第１面１１，２１側よりも角度位置が遅れた形の噛み合い状態で開口している。
なお、図４および図５はいずれも第１面１１，２１側から第２面１２，２２側を見た図である。
【００２２】
両ロータ１０，２０の歯面間に形成される各セルは、第１面１１，２１から第２面１２，２２に至るまで両ロータ１０，２０が歯面の位置を異ならせて噛み合っているので、その開口位置が第１面１１，２１と第２面１２，２２とで異なる位置となっている。
【００２３】
ところで、インナーロータ１０によって回転されるアウターロータ２０の回転角度は、両ロータ１０，２０の歯数比に比例し、インナーロータ１０の回転角度に応じて決定される。
すなわち、軸線方向いずれかの位置におけるインナーロータ１０歯面の回転角度αから、この位置でアウターロータ２０を噛み合わせるために適切なアウターロータ２０歯面の回転角度βを得ることができるので、この関係を満たすように両ロータ１０，２０の歯面を形成すれば、どの位置においても、また軸線方向どの位置においても、両ロータ１０，２０が噛み合っている状態となる。
【００２４】
第１面１１において噛み合う位置関係にあるインナーロータ１０およびアウターロータ２０の歯面は、この位置を基準として、軸線方向いずれかの位置におけるインナーロータ１０の回転角度αとアウターロータ２０の回転角度βとが、
β＝α×Ｚｉ／Ｚｏ
を満たすようにヘリカル状に形成される。本実施形態では、Ｚｉ＝６枚、Ｚｏ＝７枚であるから、インナーロータ１０の第２面１２での回転角度α＝７°に対して、アウターロータ２０の第２面２２での回転角度βが６°となり、第１面１１，２１と第２面１２，２２との間が連続する形状となる。なお、α≠０、β≠０とする。
【００２５】
以上のように、歯面がヘリカル状に形成されているインナーロータ１０およびアウターロータ２０とを噛み合わせることにより、駆動が円滑で騒音が小さく、効率のよい内接ヘリカル型のオイルポンプを構成することができる。
【００２６】
次に、アウターロータ２０の外周面を保持するケーシング３０に設けられる吸入ポートおよび吐出ポートについて説明する。
本実施形態では、両ロータ１０，２０の両端面に、それぞれ吸入ポート３１ａ，３２ａと吐出ポート３１ｂ，３２ｂが設けられている。図４に示すように、第１面１１，２１側に設けられた吸入ポート３１ａから吐出ポート３１ｂに至る間の部分は、セルの一端面を閉鎖するシール面３１ｃとなっている。また、図５に示すように、第２面１２，２２側に設けられた吸入ポート３２ａから吐出ポート３２ｂに至る間の部分は、セルの他端面を閉鎖するシール面３２ｃとなっている。そして、吸入ポート３１ａと吸入ポート３２ａ、および吐出ポート３１ｂと吐出ポート３２ｂとは、それぞれ両ロータ１０，２０の両端面に面し、互いに対向するように同じ形状で設けられている。
【００２７】
図４に示す吸入ポート３１ａおよび吐出ポート３１ｂは第１面１１，２１に面している。この吸入ポート３１ａと吐出ポート３１ｂとを非連通とするシール面３１ｃは、インナーロータ１０の中心Ｏｉに対してなす中心角γ１が、開口面積が最大となっているセル１００の側面を閉鎖する閉鎖点Ｃ１、Ｃ２とインナーロータ１０の中心Ｏｉとを結ぶ角度θに対して、
θ＋α＝γ１
となるように形成される。そして、この吸入ポート３１ａ、吐出ポート３１ｂおよびシール面３１ｃは、中心Ｏｉと中心Ｏｏとを結ぶ直線に対して対称となっている。
【００２８】
同様に、図５に示す吸入ポート３２ａおよび吐出ポート３２ｂは第２面１２，２２に面している。この吸入ポート３２ａと吐出ポート３２ｂとを非連通とするシール面３２ｃは、インナーロータ１０の中心Ｏｉに対してなす角度γ２が、開口面積が最大となっているセル１００の側面を閉鎖する閉鎖点Ｃ１、Ｃ２とインナーロータ１０の中心Ｏｉとを結ぶ角度θに対して、
θ＋α＝γ２
となるように形成される。そして、この吸入ポート３２ａ、吐出ポート３２ｂおよびシール面３２ｃは、中心Ｏｉと中心Ｏｏとを結ぶ直線に対して対称となっている。
【００２９】
図６に、中心Ｏｉと中心Ｏｏとを結ぶ直線を中心として形成されたセル１０１を示す。このセル１０１は、両ロータ１０，２０の軸線方向中央位置でのセル断面が最大面積となる位置に形成されている。すなわちセル１０１は、第１面１１，２１での面積が最大となる位置から、各ロータがそれぞれ回転角度α，βの１／２だけ回転した角度位置で形成されており、第１面１１，２１においては閉鎖点Ｃ１よりもロータ回転駆動方向前方の閉鎖点Ｃ３で回転方向前方に隣り合うセル１０２と隔てられ、第２面１２，２２においては閉鎖点Ｃ２よりもロータ回転駆動方向後方の閉鎖点Ｃ４で回転方向後方に隣り合うセル１０３と隔てられている。
【００３０】
第１面１１，２１に面するケーシング３０のシール面３１ｃは、セル１００に対して、周方向前後にインナーロータ１０の回転角度αの１／２ずつ大きく設けられているので、セル１００からインナーロータ１０がα／２だけ回転して形成されたセル１０１の第１面１１，２１側の端面を閉鎖することができる。また、第２面１２，２２に面するシール面３２ｃも同様に、セル１００に対して、回転方向前後にインナーロータ１０の回転角度αの１／２ずつ大きく設けられているので、セル１００よりもインナーロータ１０の回転角がα／２だけ後方であるセル１０１の第２面１２，２２側の端面を閉鎖することができる。
【００３１】
以上のように各吸入ポートおよび吐出ポートを設けることにより、ヘリカル状に形成されるセルの両端面を効率よく閉鎖し、吸入側と吐出側とを非連通とすることができる。
【００３２】
なお、以上の実施形態において示した各構成部材、その諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求に基づき種々変更可能である。
たとえば、シール面を、中心Ｏｉ，Ｏｏを結ぶ直線に対して対称ではなく、セルの容積が最大となるときのセルの開口位置にあわせて、両端面で異なる位置に設けてもよく、このようにシール面を設けることによってさらに確実に吸入側と吐出側とを断絶させることが可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の発明に係る内接ヘリカル型のオイルポンプロータによれば、歯面同士の接触が連続的に行われ、バックラッシに起因する歯面同士の不連続な接触による騒音の発生を抑制することができる。
また、脈動が緩和されることにより、騒音の抑制およびポンプ効率の向上が可能となる。
【００３４】
請求項２の発明に係る内接ヘリカル型のオイルポンプによれば、最大開口状態のセルよりも大きな範囲をシールするシール面を有することにより、容積が最大となっているセルの端面を閉鎖することができるので、吐出ポートと吸入ポートとが連通せず、効率のよい流体搬送が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるオイルポンプロータを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるインナーロータを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるアウターロータを示す図である。
【図４】図１に示すオイルポンプロータに形成されるセルの一端側の開口状態およびケーシングの吸入・吐出ポートを示す図である。
【図５】図１に示すオイルポンプロータに形成されるセルの他端側の開口状態およびケーシングの吸入・吐出ポートを示す図である。
【図６】セルとシール面との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ インナーロータ
Ｏｉ 軸線（中心）
α，β 回転角度
２０ アウターロータ
Ｏｏ 軸線（中心）
３０ ケーシング
３１ａ，３２ａ 吸入ポート
３１ｂ，３２ｂ 吐出ポート
３１ｃ，３２ｃ シール面
１００，１０１，１０２，１０３ セル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 閉鎖点

Claims (3)

1. Ｚｉ枚の外歯を有するインナーロータと、前記外歯と噛み合うＺｏ（＝Ｚｉ＋１）枚の内歯を有するアウターロータとを有し、両ロータの歯面間に形成されたセルの容積変化により流体を吸入・吐出する内接型のオイルポンプロータであって、
   前記インナーロータおよびアウターロータが、それぞれ一様な歯面形状が軸線方向に連続するヘリカル状に形成されるとともに、軸線方向一端において噛み合う位置関係にあり、
   軸線方向一端における歯面形状を基準として、軸線方向いずれかの位置における前記インナーロータの歯面形状の回転角度αと前記アウターロータの歯面形状の回転角度βとが、
   β＝α×Ｚｉ／Ｚｏ（ただしα≠０）
   の関係を満たし、この関係が両ロータの軸線方向全長にわたり維持されていることを特徴とする内接ヘリカル型のオイルポンプロータ。
2. 請求項１に記載のインナーロータおよびアウターロータと、これらインナーロータおよびアウターロータを収容し、前記セルに連通して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た内接ヘリカル型のオイルポンプであって、
   前記ケーシングには、前記インナーロータおよびアウターロータの端面に面して、容積が拡大過程にある前記セル端面に連通する吸入ポートと、容積が減少過程にある前記セル端面に連通する吐出ポートと、容積が最大となっている前記セル端面を閉鎖するシール面とが設けられ、
   断面積が最大となっている前記セル側面の歯面間を閉鎖する閉鎖点Ｃ１および閉鎖点Ｃ２と前記インナーロータの中心Ｏｉとを結んだ中心角θと、
   前記シール面が前記インナーロータの中心Ｏｉに対して形成する中心角γとが、
   θ＋α≦γ
   の関係を満たすことを特徴とする内接ヘリカル型のオイルポンプ。
3. 前記シール面が、前記インナーロータの中心Ｏｉと前記アウターロータの中心Ｏｏとを結ぶ直線に対して線対称に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内接ヘリカル型のオイルポンプ。

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