JP2007002690A - オイルポンプのロータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 合成樹脂製のインナーロータとアウターロータを備えたポンプにおいて、インナーロータの回転と共に回転するアウターロータとの接触によって生じる磨耗を少なくし、ひいてはポンプ寿命を長くすること。
【解決手段】 ポンプ内において流体を移送するインナーロータ４及びアウターロータ３とからなるロータ装置において、前記インナーロータ４と前記アウターロータ３とは、剛性の高い強化素材からなる合成樹脂にて形成されること。前記インナーロータ４と前記アウターロータ３との接触範囲において、少なくともいずれか一方のロータには、低摩擦又は弾性を有する合成樹脂からなる表面部３ｂ，４ｂが被覆状に設けられてなること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、合成樹脂製のインナーロータとアウターロータを備えたポンプにおいて、インナーロータの回転と共に回転するアウターロータとの接触によって生じる磨耗を少なくし、ひいてはポンプ寿命を長くすることができるオイルポンプのロータ装置に関する。

近年、エンジンの軽量化が望まれるなか、付属部品においても軽量化が求められている。そのような中で、トロコイドポンプ等のインナーロータ及びアウターロータを使用したポンプにおいても、軽量化を図るため、そのロータを樹脂製としたものが採用されている。例えば、特許文献１（実用新案登録３０４６９７７号）のように、アウターロータとインナーロータをガラス繊維で強化された熱硬化性プラスチック（樹脂）で構成したオイルポンプが存在する。
実用新案登録３０４６９７７号

その樹脂製のロータにおいて、該ロータの強度を向上させるため、ガラス繊維で強化されたものが存在する。このガラス繊維は、強化材として樹脂に混合されたものが仕様される。このような強化材としたガラス繊維等の素材でロータが成形されると、樹脂とガラス繊維との混合比率がロータの歯先、歯底等のそれぞれの部位で異なることがあり、ある部位ではガラス繊維が多く、ある部位では樹脂成分が多いといったようなこともあり、ロータ全体において成分比率が均一とはならないことが多い。

よって、例えば、前記アウターロータ側の歯底には樹脂成分が多くなり、インナーロータ側の歯先にはガラス繊維が多いといった場合、インナーロータとアウターロータとの噛合いのときに、インナーロータの歯先によってアウクロータの歯底が損傷したり、磨耗したりする等の不具合が発生する可能性がある。

また、アウターロータとインナーロータは、噛合いながら回転し、ロータ同士の歯面間に形成されるセルが円周方向に沿って回転するように移動し、オイルの吸入，吐出がされるものであるが、このときポンプボディ内で、吸い込み口（吸入）には負圧が生じており、吐出口には正圧（加圧）が生じている。そのために、アウターロータとインナーロータは、吸い込み口方向に付勢され、その部分に向かって寄ってしまう可能性がある。その場合には、ポンプボディの周壁に接触し、ガラス繊維等で強化されたアウターロータの外周面の回転によってポンプ室内周側壁を損傷させるおそれがある。

さらに、樹脂のインナーロータ、アウターロータの製作において、型成形後に歯面の形状精度を出すための追加工（サイジング等）を施すが、前述のとおりその素材の強度が高いため、加工を施し難く、そのために加工に多くの時間を費やすため、加工費がかかってしまうこともある。本発明の目的は、上記のように、ガラス繊維等の強化素材により形成されたロータを仕様しても、ロータ相互が接触によって生じる磨耗を最小限に抑え、寿命の長い耐久性のあるポンプを提供することにある。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ポンプ内において流体を移送するインナーロータ及びアウターロータとからなるロータ装置において、前記インナーロータと前記アウターロータとは、剛性の高い強化素材からなる合成樹脂にて形成されると共に、前記インナーロータと前記アウターロータとの接触範囲において、少なくともいずれか一方のロータには、低摩擦又は弾性を有する合成樹脂からなる表面部が被覆状に設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明は、前述の構成において、前記アウターロータには内周面のみに前記表面部が設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明は、前述の構成において、前記アウターロータには外周面のみに前記表面部が設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明は、前述の構成において、前記アウターロータには内周面及び外周面に前記表面部が設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決した。

請求項５の発明は、前述の構成において、前記アウターロータの両側面に表面部が設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項６の発明は、前述の構成において、前記インナーロータの外周面に表面部が設けられてなるポンプのロータ装置としたことにより、上記課題を解決したものである。

請求項１の発明によって、インナーロータ及びアウターロータ等のロータが強化材を含んだ剛性の高い樹脂により形成され、前記インナーロータと前記アウターロータとの接触範囲において、少なくともいずれか一方のロータには、その表面部として低摩擦樹脂もしくは弾性樹脂として２層成形部分とすることで、前記インナーロータとアウターロータの歯面の磨耗、損傷を防ぐことができる。

また、ロータを２層成形にし、外面材を低摩擦樹脂及び弾性樹脂とすることで、歯面形状精度を出すための型成形後の追加工も行い易く、加工時間及び加工費も削減できる。さらに、ロータの表面部を弾性樹脂とすれば、歯面の噛含い誤差も弾性力をもって吸収でき、歯面形状精度を厳しくすることもないので、型成形後の追加工も更に短時間で済み、加工費を更に低減することができる。

次に、請求項２によって、表面部の形成範囲をアウターロータの内周面のみとし、インナーロータ側にのみ表面部を形成することで、アウターロータの製造を極めて簡単なものとすることができる。次に、請求項３の発明によって、アウターロータの外周面と接触するポンプ室の周壁が損傷することを防ぐことができる。次に、請求項４の発明によって、アウターロータのみ２層成形することで、インナーロータに２層成形を施すことなく、また、ポンプ室の周壁の損傷を防ぐことができる。次に、請求項５の発明によって、前記アウターロータの両側面に表面部がポンプボディの側壁に及ぼす損傷を防止することができる。請求項６の発明によって、前記インナーロータの外周面に表面部を設けることで、アウターロータ側の表面部を形成することを省略することができ、構造を簡単にすることができる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。まず、本発明におけるオイルポンプは、図１（Ａ）に示すように、ポンプボディ１，ポンプカバー２，アウターロータ３及びインナーロータ４は、合成樹脂製であり、該インナーロータ４を回転させるシャフトは金属製である。また、前記ポンプボディとカバーは、アルミもしくは鉄等の金属材で形成されることもある。そして、ポンプボディとポンプカバーとはセットネジにより結合される。

前記ポンプボディ１内には、図示が省略された間仕切部、吸入ポート、吐出ポートが形成されている。また、前記アウターロータ３及びインナーロータ４は、図２乃至図５に示すように、例えばトロコイド歯形を有するもので、前記インナーロータ４には外周にトロコイド歯形が形成され、前記アウターロータ３には内周側にトロコイド歯形が形成されている。前記インナーロータ４のトロコイド歯形の歯数に対して前記アウターロータ３の歯数は多く形成されている。そして、インナーロータ４の回転により、アウターロータ３も回転し、前記アウターロータ３のトロコイド歯形と、インナーロータ４のトロコイド歯形が相互に接触して歯間同士による空隙室すなわちセルを構成し、このセルに流体を閉じ込めて、アウターロータ３とインナーロータ４の回転と共に流体が移送される。

前記アウターロータ３は、図２乃至図４等示すように、本体部３ａと表面部３ｂとによる２層成形とされている。その本体部３ａを構成する樹脂材と、前記表面部３ｂを構成する樹脂材とは、異種の材質である。その本体部３ａを構成する樹脂は、ガラス繊維，カーボン繊維等で強化したフェノール樹脂からなる強化素材である。その表面部３ｂを構成する樹脂には、２種が存在し、低摩擦樹脂と弾性樹脂である。その低摩擦樹脂としては、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＰ（ポリプロピレン）ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等があげられる。また、その他の低摩擦樹脂の素材としては、フッ素系（テフロン（登録商標）等）樹脂等である。弾性樹脂としては、具体的には、ナイロン系樹脂等であり、また、ウレタン樹脂やシリコン樹脂等も使用される。

まず、前記アウターロータ３の表面部３ｂをフッ素系樹脂等の低摩擦樹脂とすれば、その低摩擦特性により摺動性を高めることで、インナーロータ４とアウターロータ３と接触する両方の歯先及び歯底との摩擦を低減させ、磨耗を防ぐことができる。また、表面部３ｂをナイロン系樹脂等の弾性樹脂とすれば、その弾力性によってインナーロータ４とアウターロータ３と接触する両方の歯先及び歯底の損傷を防ぐことができる。

以上のようにアウターロータ３において、強化樹脂素材を使用した本体部３ａに対してその表面部３ｂを低摩擦又は弾性を有する樹脂素材からなる２層成形とすることで、アウターロータ３とインナーロータ４との歯面の噛含い箇所（歯先及び歯底）を相互に保護することができる〔図１（Ｂ），図６（Ｃ）等参照〕。また、前記表面部３ｂをフッ素系（テフロン（登録商標）等）樹脂等の低摩擦樹脂及びナイロン系樹脂等の弾性樹脂とすることにより、その硬度が高くないため、歯面形状精度を満たすための型成形後の追加工も行い易く、加工時間を短縮できるため、加工費も削減できる。さらに、前記表面部３ｂをナイロン系樹脂等の弾性樹脂であれば、ポンプの使用用途にもよるが、歯面の噛合い誤差も弾性力をもって吸収でき、歯面形状精度を厳しくすることもないので、型成形後の追加工も更に短時間で済み、加工費を更に低減することができる。

次に、インナーロータ４の本体部４ａ及び表面部４ｂにおいても、前記アウターロータ３における本体部３ａと表面部３ｂとの構成と同様である。すなわち、前記インナーロータ４における本体部４ａを構成する樹脂は、ガラス繊維，カーボン繊維等で強化した樹脂からなる強化素材である。その表面部４ｂを構成する樹脂には、低摩擦樹脂と弾性樹脂の２種が存在する。低摩擦樹脂としては、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＰ（ポリプロピレン）ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、フッ素系（テフロン（登録商標）等）樹脂等である。また、弾性樹脂としては、具体的には、ナイロン系樹脂等であり、また、ウレタン樹脂やシリコン樹脂等も使用される。

次に、前記アウターロータ３とインナーロータ４における、表面部３ｂ及び表面部４ｂの形成について、種々のパターンが存在し、このパターンについて説明する。その第１パターンとしてアウターロータ３について述べると、図２に示すように、前記アウターロータ３の内周面３ｉ，外周面３ｏ及び直径方向に沿った面である両側面３ｓ，３ｓに表面部３ｂが形成されたものである〔図２（Ｂ），（Ｃ）参照〕。すなわち、アウターロータ３の本体部３ａの全面が表面部３ｂによって被覆されるものである。

この表面部３ｂは、前述したように、フッ素系の低摩擦樹脂もしくはナイロン系樹脂等の弾性樹脂とし、アウターロータ３の本体部３ａは、ガラス繊維、カーボン繊維の強化材を含んだ剛性の高い樹脂とした構造である。上記第１パターンとした場合、前記インナーロータ４は、上記アウターロータ３と同様に２層成形構造としたり〔図５（Ａ），（Ｂ）参照〕、又は表面部４ｂを一切形成しない、ガラス繊維等で強化した樹脂のみからなる略本体部４ａのみのインナーロータ４とすることができる〔図５（Ｃ），図６（Ａ）参照〕。また、表面部４ｂを成形する箇所も外歯が形成されている外周面４ｏのみとしたり〔図６（Ｃ）参照〕、或いは、これに直径方向に沿って形成される両側面４ｓ，４ｓに表面部４ｂが形成されても構わない。

次に、第２パターンとしては、図３に示すように、アウターロータ３の内周面３ｉを除く外周面３ｏ及び直径方向に沿って形成された両側面３ｓ，３ｓに表面部３ｂが形成されたものである〔図３（Ｂ），（Ｃ）参照〕。この第２パターンでは、前記インナーロータ４は、少なくとも外歯が形成されている外周面４ｏには表面部４ｂが形成されていることが必要である〔図６（Ｂ）参照〕。また、インナーロータ４の本体部４ａの全面に亘って表面部４ｂが形成されても構わない。これによって、アウターロータ３とインナーロータ４の歯面の噛合い箇所（歯先，歯底）を保護することができる。

次に、第３パターンとしては、図４に示すように、アウターロータ３の内歯が形成された内周面３ｉ及び直径方向に沿って形成された両側面３ｓ，３ｓに表面部３ｂが形成されたものである〔図４（Ｂ），（Ｃ）参照〕。この第３パターンでは、前記インナーロータ４は、表面部４ｂを一切形成しない、ガラス繊維等で強化した樹脂のみからなる本体部４ａのみのインナーロータ４とすることができるし〔図６（Ａ）参照〕、また前記本体部４ａと表面部４ｂとからなる２層成形構造のインナーロータ４としても構わない〔図６（Ｃ）参照〕。

また、前記アウターロータ３とインナーロータ４がポンプ作動時において、その回転時に、吸い込み口（吸入）が負圧で、吐出が正圧（加圧）であるため、前記アウターロータ３とインナーロータ４は、吸い込み口の方向に付勢され、寄ってしまう可能性がある。その場合は、ポンプボディ１のポンプ室吸入側壁面（周壁）に潤滑材を被覆する等の処置を施すとよい。

以上のような２層成形のアウターロータ３、インナーロータ４を用いたオイルポンプとすることで、歯面の噛合い箇所（歯先、歯底）や、ポンプボディのポンプ室吸入側壁面（周壁）を保護することができる。また、前述した第１乃至第３パターン以外にも様々なパターンがあり、この限りでない。この樹脂ロータの使用例をオイルポンプとしたが、他の流体ポンプに転用することも可能である。また、ロータをトロコイド歯形を有するアウターロータ３とインナーロータ４との組み合わせとしたが、それ以外の歯形を有する歯車ポンプに適用することも可能である。

本発明では、前記アウターロータ３の本体部３ａ及びインナーロータ４の本体部４ａがガラス繊維、カーボン繊維の強化材を含んだ剛性の高い樹脂から形成されるものとし、そのアウターロータ３の本体部３ａの表面をフッ素系樹脂等の低摩擦樹脂、もしくはナイロン系樹脂等の弾性樹脂にて表面部３ｂを被覆した２層成形とし、前記アウターロータ３とインナーロータ４を使用することで、アウターロータ３、インナーロータ４の歯面の磨耗、損傷を防ぐことができる。さらに前記アウターロータ３の外周面と接触する可能性のあるポンプボディ１の側壁（吸入側）の損傷も防ぐことができる。また、全体として、軽量化を図ることができる。

次に、前記アウターロータ３及びインナーロータ４の表面部３ｂ，４ｂをフッ素系（テフロン（登録商標）等）樹脂等の低摩擦樹脂及びナイロン系樹脂等の弾性樹脂としたことで、歯面形状精度を出すための型成形後の追加工もしやすく、加工に多くの時間を費やすこともない（短時間である）ため、加工費も削減できる。さらに、前記表面部３ｂ，４ｂがナイロン系樹脂等の弾性樹脂であれば、歯面の噛含い誤差も弾性力をもって吸収でき、歯面形状精度を厳しくすることもないので、型成形後の追加工も更に短時間で済み、加工費を更に低減することができる。

また、前記アウターロータ３及びインナーロータ４のどちらかの歯面側をフッ素系の低摩擦樹脂もしくはナイロン系樹脂等の弾性樹脂（外面材）の表面部３ｂ又は４ｂとすることによって、どちらか一方のロータの歯面をフッ素系の低摩擦樹脂もしくはナイロン系樹脂等の弾性樹脂（外面材）としなくても、互いのロータが噛合いの歯面の損傷を防ぐことができ、廉価な樹脂オイルポンプを製作することができる。

特に、前記アウターロータ３の内周面３ｉである歯面をフッ素系の低摩擦樹脂もしくはナイロン系樹脂等の弾性樹脂とした表面部３ｂにより、被覆して２層成形とすれば、前記インナーロータ４は、本体部４ａのみで、且つガラス繊維の剛性の高い樹脂による成形とすれば良く、より廉価な樹脂オイルポンプを提供することができる。このように、オイルポンプのアウターロータ３、インナーロータ４の２層成形のパターンは、様々に設定することができ、設計の自由度が広がり、使用する状況，環境等における要望に適したオイルポンプを製作することができる。

（Ａ）は本発明におけるポンプの縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。 （Ａ）はアウターロータの表面部構造の第１実施形態の縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ₁ −Ｘ₁ 矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）の要部断面箇所の斜視図である。 （Ａ）はアウターロータの表面部構造の第２実施形態の縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ₂ −Ｘ₂ 矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）の要部断面箇所の斜視図である。 （Ａ）はアウターロータの表面部構造の第３実施形態の縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ₃ −Ｘ₃ 矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）の要部断面箇所の斜視図である。 （Ａ）はインナーロータの表面部を設けた断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ₄ −Ｘ₄ 矢視断面図、（Ｃ）は表面部を設けないインナーロータの縦断正面図である。 （Ａ）は表面部が設けられたアウターロータと本体部のみからなるインナーロータの噛合状態を示す拡大断面図、（Ｂ）は本体部のみのアウターロータと表面部が設けられたインナーロータの噛合状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は表面部が設けられたアウターロータとインナーロータの噛合状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

３…アウターロータ、３ａ…本体部、３ｂ…表面部、４…インナーロータ、
４ａ…本体部、４ｂ…表面部。

Claims (6)

1. ポンプ内において流体を移送するインナーロータ及びアウターロータとからなるロータ装置において、前記インナーロータと前記アウターロータとは、剛性の高い強化素材からなる合成樹脂にて形成されると共に、前記インナーロータと前記アウターロータとの接触範囲において、少なくともいずれか一方のロータには、低摩擦又は弾性を有する合成樹脂からなる表面部が被覆状に設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。
2. 請求項１において、前記アウターロータには内周面のみに前記表面部が設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。
3. 請求項１において、前記アウターロータには外周面のみに前記表面部が設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。
4. 請求項１において、前記アウターロータには内周面及び外周面に前記表面部が設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。
5. 請求項１，２，３又は４のいずれか１項の記載において、前記アウターロータの両側面に表面部が設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。
6. 請求項１，２，３，４又は５のいずれか１項の記載において、前記インナーロータの外周面に表面部が設けられてなることを特徴とするポンプのロータ装置。

Images