JP2007263019A - 内接ギヤポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率を向上させること。
【解決手段】本内接ギヤポンプは、ハウジング１のギヤ収容部３に収容した内歯５ａ付きのアウタロータ５とこのアウタロータ５の内歯５ａと噛合する外歯を７ａ備えたインナロータ７とを互いに偏心状態で回転させることで流体をギヤ収容部３の底面３ｂに設けた吸引口１３を介して流体を吸引し吐出口１５を介して流体を吐出するものであって、両ロータ５，８の回転に伴いそれらとハウジング１のギヤ収容部３とが摺動する複数の面のうちの少なくとも１つの面に摺動抵抗低減用溝（凹部）１７を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の燃料ポンプ、オイルポンプ等に好適に用いることができる内接ギヤポンプに係り、詳しくはトロコイドポンプやピゴットポンプ等の流体を吸引・吐出する内接ギヤポンプに関するものである。

内接ギヤポンプにはトロコイド、インボリュート、パラコイド、ハイポサイクロイド等、各種タイプがある。内接ギヤポンプは、例えば自動車のトランスミッション用の油圧ポンプとして汎用され、電動モータにより駆動されるようになっている。内接ギヤポンプは、ポンプハウジングのギヤ収容部に内歯を有するアウタロータとこのアウタロータの内歯と噛合する外歯を有するインナロータとが偏心状態で収容されている（特許文献１参照）。

図５を参照して従来の内接ギヤポンプをトロコイドポンプに適用して説明する。トロコイドポンプは、ポンプの全体形状がコンパクトであり、重量当たりの吐出容量が比較的大きく軽量化に寄与すること、振動の発生が比較的小さいこと等の利点を有するため汎用されている。

この内接ギヤポンプのポンプハウジング１はギヤ収容部３を備える。ギヤ収容部３は円筒状の内周面３ａと円形の底面３ｂとで囲む有底凹部形状になっている。ギヤ収容部３にはトロコイド型の内歯５ａを有するアウタロータ５とこのアウタロータ５の内歯５ａと噛合するトロコイド型の外歯７ａを有するインナロータ７とが偏心状態で収容されている。インナロータ７は中心部に駆動軸９が固定されている。インナロータ７の外歯７ａの歯数はアウタロータ５の内歯５ａの歯数よりも１つ少なくされている。アウタロータ５の内歯５ａとインナロータ７の外歯７ａとはその一部分だけで噛合して、アウタロータ５とインナロータ７との間に複数のギヤ室１１が形成される。ギヤ収容部３の底面３ｂにはアウタロータ５とインナロータ７それぞれの中心軸を挟んでその両側に吸引口１３と吐出口１５とが部分円弧状に対称に形成されている。

ポンプ駆動時には、インナロータ７が回転し、これによりインナロータ７の外歯７ａとアウタロータ５の内歯５ａとの噛合により、アウタロータ７が同方向に回転する。このときアウタロータ５とインナロータ７との接触により両ロータ５，７間に形成されるギヤ室１１の容積がアウタロータ５とインナロータ７とが１回転する間に大小に変化して吸引口１３からオイルや液体燃料等の流体が吸引され、吐出口１５から流体が吐出される。

以上の動作を行う内接ギヤポンプにおいては、両ロータ５，７の回転に伴いそれらとギヤ収容部３とが複数の面において摺動している。この摺動する面（摺動面）には、ハウジング１のギヤ収容部３の内周面３ａと底面３ｂと両ロータ５，７におけるギヤ収容部３の底面３ｂと対向する側面、ハウジング４のギヤ収容部３の内周面３ａとアウタロータ５の外周面５ｂとがある。内接ギヤポンプは数千ｒ．ｐ．ｍ．で高速回転するために、これら摺動面はその摺動面積が僅かでも増大すると摺動抵抗が大きく増してインナロータ７の駆動軸９を回転駆動する電動モータもその駆動力を大きく増大させる必要がある。その結果、その駆動のための消費電力も増大する。

そこで、アウタロータ５やインナロータ７等の内接ギヤポンプを構成する部材の素材を選定することが考えられるが、その選定も極めて困難である。例えば、鉄系焼結材は安価、耐久性、強度に優れているが、単位体積当たりの重量が大きいためインナロータ７等の駆動に消費する電力が大きい。素材をアルミ合金や強化プラスチック等の軽量材として摺動抵抗を低減させる場合、耐摩耗性に不足してくる。軽量、耐摩耗性の両面に優れたチタン合金で構成することが考えられるが、チタン合金は高価である。

以上により、素材の選定の困難さがなく上記摺動面での摺動抵抗を低減して両ロータ５，７の回転性能をアップして内接ギヤポンプのポンプ効率を向上させることが要求されてきている。さらに自動車等のオイルポンプに適用する内接ギヤポンプの場合、オイルポンプの軽量化、その駆動に必要な消費電力の低減を可能としてポンプ効率を高めて自動車エンジンの低燃費化を図ることも要望されている。
特開２００５−１８８３９９号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、上記摺動面における摺動に伴う課題を解消してポンプ効率を向上可能とすることである。

本発明に係る内接ギヤポンプはハウジングのギヤ収容部に収容した内歯付きのアウタロータとこのアウタロータの内歯と噛合する外歯を備えたインナロータとを互いに偏心状態で回転させることで流体をギヤ収容部の底面に設けた吸引口を介して流体を吸引し吐出口を介して流体を吐出する内接ギヤポンプにおいて、上記両ロータの回転に伴いそれらとハウジングのギヤ収容部とが摺動する複数の面のうちの少なくとも１つの面に摺動抵抗低減用凹部を設けたことを特徴とするものである。この１つの面として、ギヤ収容部の底面と内周面およびアウタロータの外周面が好ましい。なお、インナロータやアウタロータにおいてギヤ収容部の底面と対向する側面にも摺動抵抗低減用凹部を設けることができる。この場合、摺動抵抗低減用凹部は吸引口と吐出口との間の高低圧境界領域を通過しない側面領域に設けることが好ましい。また、摺動抵抗低減用凹部の形状には何等限定されるものではないが、例えば、溝、ディンプル、歯部等を例示することができる。

本発明によると、両ロータの回転に伴いそれらとハウジングのギヤ収容部とが摺動する面に摺動抵抗低減用凹部を設けたのでその摺動面での摺動抵抗を減じることができるようになり、これによってポンプ効率を向上することができる。摺動抵抗低減用凹部の形状には溝やディンプルやギヤ等の各種形状がある。摺動抵抗低減用凹部に加えて、ハウジング、アウタロータ、インナロータを耐摩耗性、潤滑性に優れた材料により構成することが好ましい。ハウジングやロータの素材はエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂材、アルミ軽合金、鉄系の焼結金属等を採用することができる。

なお、摺動抵抗低減用凹部はオイル溜めとしても機能することができるので、摺動抵抗の低減に寄与することができる。

なお、摺動抵抗低減用凹部に代えて、ギヤ収容部の底面、内周面、あるいはアウタロータの外周面に複数の凸部を設けることにより摺動面積を低減することも可能であるが、凸部の場合では、アウタロータやインナロータをギヤ収容部の底面上に対して平面内で回転運動させるためには複数の凸部それぞれの高さを均等にする必要があり、凹部と比較して製作上難しい。

本発明によれば、摺動抵抗低減用凹部により、ギヤ収容部とアウタロータとインナロータそれぞれの摺動面積が低減するので摺動抵抗が小さくなりポンプ効率が向上する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る内接ギヤポンプを説明する。この実施の形態ではアウタロータとインナロータとの回転に伴いそれらとハウジングのギヤ収容部とが摺動する複数の面のうちの少なくとも１つの面（摺動面）に摺動面積を減じて摺動抵抗を低減する摺動抵抗低減凹部を設けたものである。この内接ギヤポンプで扱う流体はオイルであるが、本発明では流体をオイルに限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態において内接ギヤポンプのハウジング１のギヤ収容部３からアウタロータ５とインナロータ７とを取り外した状態での内接ギヤポンプの正面図である。図１ではアウタロータ５とインナロータ７は図解の簡略化のためその図示を略している。この実施の形態における摺動抵抗低減凹部はギヤ収容部３の底面３ｂに好ましくは同心円状に設けた複数の溝（摺動抵抗低減用溝）１７により構成されている。この場合、ギヤ収容部３において、吸引口１３と吐出口１５との円周方向間の底面領域（高低圧境界領域と称することにする）１９には摺動抵抗低減用溝１７を設けない。

高低圧境界領域に摺動抵抗低減溝を設けると圧力抜けが生じやすくなるため、ポンプ性能確保のためこの部位には溝を設けない。

摺動抵抗低減用溝１７はその溝パターンに限定されないが、例えばインナロータ７の駆動軸９周りに同心円状に設けることができる。摺動抵抗低減用溝１７を同心円状に設けた場合、溝１７に対するオイルの流入、流出を極力抑制し、当該溝１７によるオイル圧の変化を抑制することを可能とし、摺動抵抗低減用溝１７内のオイルの存在により各ギヤ室１１内部でのオイルの収容状態に影響を及ぼさないようにするためである。摺動抵抗低減用溝１７は、インナロータ７の駆動軸９周りに螺旋状に設けることができる。ただし、螺旋状の場合では、インナロータ７の回転に伴い、摺動抵抗低減用溝１７により圧力変動が発生し、そのインナロータ７の回転方向にオイルが移動されやすくなる。摺動抵抗低減用溝１７は、格子状あるいは網目状に交差させてもよい。あるいは摺動抵抗低減用溝１７は短い溝を並列直線状あるいは蛇行状に形成してもよい。

摺動抵抗低減用溝１７の溝幅は一定幅であっても不定幅であってもよいが、この溝幅を急変させず、好ましくは一定幅とすることが、摺動抵抗低減用溝１７に導入されたオイルがギヤ収容部３の底面３ｂとロータ側面とにより圧力変化を起こりにくくなり、ロータ５，７の回転性能に影響を及ぼさないようすることができて好ましい。しかし、その一方、摺動抵抗低減用溝１７の溝幅をインナロータ７の回転方向に漸次に狭くなるようにすることができる。

摺動抵抗低減用溝１７の溝深さは一定深さであっても不定の深さでもよいが、好ましくは一定深さとする。これは溝深さが急変等すると、ギヤ室１１内部でのオイル変動やオイル圧の急変を来たすおそれがあるからである。また、摺動抵抗低減用溝１７の溝深さは摺動面積の低減には無意味であるからできれば溝深さは浅くしてもよい。

摺動抵抗低減用溝１７の断面形状は、図示しないが、例えばＵの字形状、Ｖの字形状、これらの組み合わせ形状等でもよい。あるいは溝深さが深くなるに従い溝幅を広くし、オイルを流出しにくくすることができる。

摺動抵抗低減用溝１７は摺動抵抗を低減することを目的としているために、その目的達成の観点からは溝幅は大きく、かつ、多く設けて摺動面積を低減させることが好ましいものの、摺動抵抗低減用溝１７の設置面積が必要以上に増大すると、インナロータ７の回転によるオイルの吸引、吐出動作に影響してくるおそれがある。そこで、摺動抵抗低減用溝１７の設置面積に上限を定め、その上限については実験により適宜に設定することが好ましい。

この摺動抵抗低減用溝１７により両ロータ５，７の側面（ロータ側面）とハウジング１のギヤ収容部３の底面３ｂとの摺動面積が減り、インナロータ７とアウタロータ５の回転効率が向上する。

図２は摺動抵抗低減凹部としてギヤ収容部３の底面３ｂのうち高低圧境界領域１９を除く他の底面領域に窪み（ディンプル）２１を設けた例を示している。このディンプル２１を設けた場合も、摺動面積が減少しポンプ効率を高くすることができる。ディンプルの大きさ、数も、インナロータの回転によるオイルの吸引、吐出動作に対する影響を考慮して実験により適宜に設定することが好ましい。

このディンプル２１の場合は、オイルを溜めることができるので、摺動抵抗低減に一層貢献することができる。ディンプル２１の配置パターンは、ランダムではなく各ディンプル２１を一定の大きさ、一定の配置間隔としてもよいが、インナロータ７の回転方向に向けてディンプル２１の直径を漸次に小さくし、数も漸次に少なくすることにより、ディンプル２１を設けたことによるギヤ室１１内のオイル圧の変動を抑制しかつ吸引口１３から吐出口１５へオイルの流れを円滑にすることが好ましい。

ディンプル２１の断面形状は、Ｕの字形状、Ｖの字形状、半円形、半楕円形、等とすることができる。ディンプル２１の平面視形状は、円形に限らず、楕円形、多角形、等とすることができる。ディンプル２１の加工は公知の技術により可能であるから、ここではその説明は略する。

図３はギヤ収容部３の内周面３ａに円周方向ほぼ等間隔に複数の摺動面積低減用歯部２３を設けた例を示している。この摺動面積低減用歯部２３は、ギヤ室１１に影響しないので、摺動面積を減らして摺動抵抗を低減する上ではその刃先を極力ないしは比較的鋭利にして摺動面積を低減させることが好ましい。しかし、その一方、摺動面積低減用歯部２３の刃先を鋭利化すると、アウタロータ５の外周面５ｂの摩耗を促進させるおそれがあるので、その摩耗抑制のため、ある程度の丸みをつけることが好ましい。この摺動面積低減用歯部２３を設けた場合も、摺動面積が減少しポンプの効率を高くすることができる。

図４はアウタロータ５の外周面５ｂに摺動面積低減用歯部２５を設けた例を示している。アウタロータ５の外周面５ｂに摺動面積低減用歯部２５を設けた場合も、図３と同様、摺動面積が減少しポンプの効率を高くすることができる。

また、図示は略しているが、ギヤ収容部３の底面３ｂと対向するアウタロータ５やインナロータ７の側面にも溝やディンプル等からなる摺動抵抗低減用凹部を設けることができる。

以上の説明において実施の形態では摺動抵抗低減用凹部として、溝、ディンプル、歯部を例示したが、これに限定されるものではなく、その他の凹部でもよい。

図１は本発明の実施の形態においてアウタロータとインナロータとをギヤ収容部に組み付けた状態での内接ギヤポンプの平面図である。 図２は実施の形態の内接ギヤポンプにおいてそのギヤ収容部からアウタロータとインナロータとを取り外した状態での内接ギヤポンプの平面図である。 図３は他の実施の形態の内接ギヤポンプにおいてそのギヤ収容部からアウタロータとインナロータとを組み付けた状態での内接ギヤポンプの平面図である。 図４はさらに他の実施の形態の内接ギヤポンプにおいてそのギヤ収容部からアウタロータとインナロータを組み付けた状態での内接ギヤポンプの平面図である。 図５は従来の内接ギヤポンプの平面図である。

符号の説明

１ ポンプハウジング
３ ギヤ収容部
３ａ 内周面
３ｂ 底面
５ アウタロータ
５ａ 内歯
５ｂ 外周面
７ インナロータ
７ａ 外歯
９ 駆動軸
１１ ギヤ室
１３ 吸引口
１５ 吐出口
１７ 摺動抵抗低減用溝（摺動抵抗低減用凹部）
１９ 高低圧境界領域
２１ ディンプル（摺動抵抗低減用凹部）
２３ 摺動面積低減用歯部（摺動抵抗低減用凹部）

Claims (3)

1. ハウジングのギヤ収容部に収容した内歯付きのアウタロータとこのアウタロータの内歯と噛合する外歯を備えたインナロータとを互いに偏心状態で回転させることで流体をギヤ収容部の底面に設けた吸引口を介して流体を吸引し吐出口を介して流体を吐出する内接ギヤポンプにおいて、上記両ロータの回転に伴いそれらとハウジングのギヤ収容部とが摺動する複数の面のうちの少なくとも１つの面に摺動抵抗低減用凹部を設けた、ことを特徴とする内接ギヤポンプ。
2. 上記１つの面が、ギヤ収容部の底面と内周面、アウタロータの外周面、アウタロータおよびインナロータのギヤ収容部の底面と対向する側面のうちのいずれかである、ことを特徴とする請求項１に記載の内接ギヤポンプ。
3. 上記１つの面が、ギヤ収容部の底面であり、かつ、上記摺動抵抗低減用凹部を吸引口と吐出口との円周方向間の高低圧境界領域を除いたギヤ収容部の底面領域に設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の内接ギヤポンプ。

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