JP2009174448A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インナーロータの両側面とハウジングの摺動面との摺動抵抗が抑えられ、インナーロータのスムーズな回転が可能となること。
【解決手段】第１ハウジング部材２Ａのインナーロータ７と摺動する第１の内面２Ａａには、第１吸入室３２の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、インナーロータ７の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第１ハウジング部材２Ａとインナーロータ７との隙間（第１空隙部３２ｂ）が徐々に広くなる第１傾斜面３２ａが形成され、第２ハウジング部材２Ｂのインナーロータ７と摺動する第２の内面２Ｂａには、第２吐出室４３の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、インナーロータ７の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第２ハウジング部材２Ｂとインナーロータ７との隙間（第２空隙部４３ｂ）が徐々に広くなる第２傾斜面４３ａが形成されること。
【選択図】図１

Description

本発明は主に、自動車用内燃機関に使用する流体ポンプに関する。

従来の流体ポンプは、例えば特許文献１に開示されているように、軸受が形成されているハウジングと、ハウジングに設けられたポンプ室と、ポンプ室に収容されたインナーロータ及びアウターロータと、ポンプ室に連通した吸入圧室および吐出圧室とを備えている。回転軸の一端には、インナーロータが固定され、他端部には回転子が固定されている。

電動モータは、回転子を備える他、モータカバーと、モータカバーに回転子の周囲に磁界を発生させる固定子とを備えている。

電動モータが駆動されると、この電動モータの回転子が回転軸と共にインナーロータを駆動し、インナーロータ及びアウターロータのポンプ作用により、吸入圧室に流体を吸入し、この吸入流体を吐出圧室から吐出する。

吐出圧室は、第一吐出圧室及び第二吐出圧室で構成され、第二吐出圧室は連絡流路で軸端収納室と連通されている。吐出圧室のインナーロータの非軸支側面に対向する開口面積は、インナーロータの軸支側面に対向する開口面積よりも大きくなっている。このため、吐出圧室の流体によってインナーロータの非軸支側面に作用する荷重は、連絡流路及び軸端収納室の開口面積の分だけ、インナーロータの軸支側面に作用する荷重よりも大きくなる。

つまり、吐出圧室のインナーロータの非軸支側面に作用する荷重を大きくすることにより、インナーロータの傾斜を抑制する。
特開２００６−２３３８４４号公報

上記のように、特許文献１の発明は、インナーロータに作用する吸入圧及び吐出圧との流体圧差のために発生するインナーロータの傾斜を抑制するものである。しかしながら、インナーロータの傾斜を抑制するためには、連絡流路及び軸端収納室を形成する必要があった。この結果、構造が複雑になり、改善の余地があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は流体ポンプにおいて、吸入圧と吐出圧とによってロータが傾斜しても、簡単な構造でロータの両側面とポンプ室の摺動面との摺動抵抗が抑えられ、ロータのスムーズな回転が可能な流体ポンプを提供することにある。

上記の技術的課題を解決するために本発明に講じられた第１の技術的手段は、
ポンプ室と、前記ポンプ室に連通する吸入室及び吐出室とを有するハウジングと、
該ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された片持軸と、
前記ポンプ室内に配置され、前記片持軸に一体回転可能に設けられて前記ポンプ室の外周側に作動室を形成するロータとを備え、
前記ポンプ室は、前記片持軸の軸支側に位置する第１の内面と、該第１の内面と前記ロータを介して対向し前記片持軸の非軸支側に位置する第２の内面とを有し、
前記吸入室側の前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間が、前記吸入室側の前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間よりも広くなるように、前記吸入室側の第１の内面に第１空隙部を形成し、
前記吐出室側の前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間が、前記吐出室側の前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間よりも広くなるように、前記吐出室側の第２の内面に第２空隙部を形成したことを特徴とする流体ポンプである。

第２の技術的手段は、第１の技術的手段において、
前記吸入室及び前記吐出室の前記ポンプ室への開口部は、大小２つの円弧と、該大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成され、
前記第１空隙部は、前記吸入室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりも前記ポンプ室の径方向外側に形成され、
前記第２空隙部は、前記吐出室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりも前記ポンプ室の径方向外側に形成されたことを特徴とする流体ポンプである。

第３の技術的手段は、第２の技術的手段において、
前記第１空隙部は、前記ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間が徐々に広くなる第１傾斜面によって形成され、
前記第２空隙部は、前記ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間が徐々に広くなる第２傾斜面によって形成されることを特徴とする流体ポンプである。

第４の技術的手段は、第２の技術的手段において、
前記第１空隙部は、前記ポンプ室と前記ロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第１段差面によって形成され、
前記第２空隙部は、前記ポンプ室と前記ロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第２段差面によって形成されることを特徴とする流体ポンプである。

請求項１の発明によると、吸入室側の第１の内面とロータの側面との隙間が、吸入室側の第２の内面とロータの側面との隙間よりも広くなるように、吸入室側の第１の内面に第１空隙部を形成し、吐出室側の第２の内面とロータの側面との隙間が、吐出室側の第１の内面とロータの側面との隙間よりも広くなるように、吐出室側の第２の内面に第２空隙部を形成したことにより、ロータが傾斜しても、周速の速いロータの周縁側部とポンプ室とが擦れ合わず、周速の遅いロータの軸心側の側面とポンプ室とが擦れ合うことにより、ロータとポンプ室との摺動抵抗が抑えられ、ロータのスムーズな回転が可能となる。

請求項２の発明によると、吸入室及び吐出室のポンプ室への開口部は、大小２つの円弧と、大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成され、第１空隙部は、吸入室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室の径方向外側に形成され、第２空隙部は、吐出室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室の径方向外側に形成されたことにより、意図せず吐出室側に形成された第２空隙部から吸入室側に形成された第１空隙部へ流体が流れ込むことが防止でき、流体ポンプの性能を維持することができる。

請求項３の発明によると、第１空隙部は、ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第１の内面とロータの側面との隙間が徐々に広くなる第１傾斜面によって形成され、第２空隙部は、ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第２の内面とロータの側面との隙間が徐々に広くなる第２傾斜面によって形成されることにより、ポンプ室の簡単な加工で第１傾斜面及び第２傾斜面を備えることができる。

請求項４の発明によると、第１空隙部は、ポンプ室とロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第１段差面によって形成され、第２空隙部は、ポンプ室とロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第２段差面によって形成されることにより、ポンプ室の簡単な加工で第１段差面及び第２段差面を備えることができる。

以下、本発明をトロコイドポンプに適用した場合を例に挙げて、第１の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るトロコイドポンプは、ポンプハウジング２と、ポンプハウジング２に収容されたインナーロータ７及びアウターロータ８と、ポンプハウジング２の他端側に位置するモータハウジング１３と、モータハウジング１３の内部に回転子１１と固定子１２とを有した電動モータ１０とで構成されている。

ポンプハウジング２は、ポンプ室２１が形成されている第１ハウジング部材２Ａと、ポンプ室２１の一方の開放面を閉塞する第２ハウジング部材２Ｂとによって構成されている。

モータハウジング１３は、第１ハウジング部材２Ａに図示しないボルト等の固定部材により固定されている。モータハウジング１３のポンプハウジング２が固定されている側とは反対側に、ドライバ収納室１５が設けられている。このドライバ収納室１５には、電動モータ１０の動作制御を行うためのモータドライバ１４が収納されている。

吸入室３は、第１ハウジング部材２Ａに形成された第１吸入室３２と、第２ハウジング部材２Ｂに形成され流体を吸入する第２吸入室３３とで構成されている。

第１吸入室３２及び第２吸入室３３のポンプ室２１への開口部は、大小２つの円弧と、大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成されている。

吐出室４は、第１ハウジング部材２Ａに形成された第１吐出室４２と、第２ハウジング部材２Ｂに形成され流体を吐出する第２吐出室４３とで構成されている。

第１吐出室４２及び第２吐出室４３のポンプ室２１への開口部は、大小２つの円弧と、大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成されている。

回転部材６１は、ポンプ室２１に収容されてシャフト６の一端部に固定されているインナーロータ７と、モータハウジング１３の内部に位置してシャフト６の他端部に固定されている回転子１１とで構成されている。

軸受部５は、第１ハウジング部材２Ａに一体的に形成されたすべり軸受としており、シャフト６の中間部を回転自在に支持している。これにより、シャフト６は、第１ハウジング部材２Ａに対して１つの軸受部５のみで支持された片持構造となっている。また、流体の一部が軸受部５とシャフト６との間に入り込んで潤滑され、軸受部５の回転子１１に隣接する部位には、流体を液密的に封止するためのシール部材５１が配置されている。

流体を吐出口４から外部へ流す時は、モータドライバ１４により電動モータ１０への通電が制御される。電動モータ１０が駆動されると、インナーロータ７も一体的に回転する。インナーロータ７は、軸支側面７ｂと第１ハウジング部材２Ａの第１の内面２Ａａとの間、及び非軸支側面７ａと第２ハウジング部材２Ｂの第２の内面２Ｂａとの間で摺動しながらポンプ室２１内を回転する。

第１ハウジング部材２Ａのインナーロータ７と摺動する第１の内面２Ａａには、第１吸入室３２の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、インナーロータ７の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第１ハウジング部材２Ａとインナーロータ７の側面との隙間（第１空隙部３２ｂ）が徐々に広くなる平面形状の第１傾斜面３２ａが形成されている。

第２ハウジング部材２Ｂのインナーロータ７と摺動する第２の内面２Ｂａには、第２吐出室４３の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、インナーロータ７の径方向内側から径方向外側に往くに従い、第２ハウジング部材２Ｂとインナーロータ７の側面との隙間（第２空隙部４３ｂ）が徐々に広くなる平面形状の第２傾斜面４３ａが形成されている。

尚、図１に示す第１傾斜面３２ａと第２傾斜面４３ａとは、傾斜を誇張して記載している。実際には、インナーロータ７と第１の内面２Ａａ及び第２の内面２Ｂａとの隙間は各々１０〜２０μｍ程度で、インナーロータ７の周縁側部と第１傾斜面３２ａ及び第２傾斜面４３ａとの隙間（第１空隙部３２ｂ及び第２空隙部４３ｂ）は、インナーロータ７と第１の内面２Ａａ及び第２の内面２Ｂａとの隙間から更に数１０μｍ程度大きい値である。

図２及び図３に示す第２傾斜面４３ａは、実際には紙面手前側の第２ハウジング部材２Ｂに形成されており、説明のために２点鎖線で示している。

次に、トロコイドポンプの特徴であるインナーロータ７とアウターロータ８との形状について説明する。

図２に示すように、インナーロータ７は、外周側に複数の外歯７１を形成している。

アウターロータ８は、インナーロータ７のシャフト６に対して偏心して配置された略円輪状となっている。アウターロータ８の内周側にはインナーロータ７の外歯７１に噛み合う複数の内歯８１が形成されている。また、アウターロータ８の外周面側は、ポンプ室２１の円筒状の内壁面に沿って回転が可能となっている。

インナーロータ７の外歯７１の歯数は、アウターロータ８の内歯８１の歯数よりも一つ少ない。図２に示すように、インナーロータ７の外歯７１の歯数が６に対して、アウターロータ８の内歯８１の歯数は７となっている。これにより、インナーロータ７の外歯７１とアウターロータ８の内歯８１との間に、複数（インナーロータ７の外歯７１の歯数と同数）の作動室９が形成されている。

各作動室９の容積が、インナーロータ７及びアウターロータ８の回転に伴って変化することにより流体を吐出する。すなわち、図２に示すようにインナーロータ７及びアウターロータ８が、反時計方向に回転する場合、図２における略上半分の領域Ｔでは、作動室９はインナーロータ７の回転に伴って容積が増大する。このため、作動室９の内部には、負圧である吸入圧が発生して流体を吸入する。一方、図２における略下半分の領域Ｕでは、作動室９はインナーロータ７の回転に伴って容積が減少する。ここでは、作動室９の内部に正圧が発生して流体を吐出する。

次に、インナーロータ７の軸方向の流体圧力について図４に基づいて説明する。

図４は、説明のためにポンプハウジング２とインナーロータ７との隙間や、軸受部５の内面とシャフト６との隙間を誇張して記載している。

ポンプ本体１が駆動されると、インナーロータ７には、流体の圧力の作用により、軸方向にはＦ２、Ｆ３、Ｆ５及びＦ６に示す荷重が作用する。

第１吐出室４２のポンプ室２１側に開口する開口部の形状と、第２吐出室４３のポンプ室２１側に開口する開口部の形状は略同一である。すなわち、インナーロータ７の側面における流体の吐出圧を受ける面積は、軸支側面７ｂと非軸支側面７ａとで略同一である。よって、インナーロータ７が正圧である吐出圧の作用により受ける荷重はインナーロータ７の両側面で互いに釣り合う。図４においては、Ｆ２とＦ３とが釣り合う。

一方、吸入室３においても、第１吸入室３２のポンプ室２１側に開口する開口部の形状と、第２吸入室３３のポンプ室２１側に開口する開口部の形状とは略同一である。すなわち、インナーロータ７の側面における流体の吸入圧を受ける面積は、軸支側面７ｂと非軸支側面７ａとで略同一である。よって、インナーロータ７が負圧である吸入圧の作用により受ける荷重はインナーロータ７の両側面で互いに釣り合う。図４においては、Ｆ５とＦ６とが釣り合う。

次に、インナーロータ７の径方向の流体圧力について図４に基づいて説明する。

ポンプ本体１が駆動されると、インナーロータ７には、流体の圧力の作用により、径方向にはＦ１及びＦ４に示す荷重が作用する。

吐出側作動室９２の内部の流体は、正圧の吐出圧となっている。そのため、吐出側作動室９２内の流体は、インナーロータ７を径方向内側（図４における上側）に向けて押圧する荷重Ｆ１を作用する。

吸入側作動室９１の内部の流体は、負圧の吸入圧となっている。そのため、吸入側作動室９１内の流体は、インナーロータ７を径方向外側（図４における上側）に向けて吸引する荷重Ｆ４を作用する。

したがって、インナーロータ７がポンプ室２１内で傾斜し、シャフト６も軸受部５に対して傾斜する。同様に、回転子１１が固定子１２に対して傾斜する。しかし、インナーロータ７が傾斜しても、第１ハウジング部材２Ａに形成された第１傾斜面３２ａと、第２ハウジング部材２Ｂに形成された第２傾斜面４３ａとがあるため、周速の速いのインナーロータ７の周縁側部とポンプハウジング２とが擦れ合うことが防止できる。そのため、周速の遅いインナーロータ７の軸心側の側面とポンプハウジング２とが擦れ合うため、インナーロータ７とポンプハウジング２との摺動抵抗が抑えられ、インナーロータ７のスムーズな回転が可能となる。

尚、本実施形態においては、図１に示す第１傾斜面３２ａと第２傾斜面４３ａとが、平面である場合を例示したが、平面にとらわれることなく、凹面や凸面であっても良い。

本発明の第２の実施形態について図５に基づいて説明する。

本実施形態のポンプハウジング１０２は、第１の実施形態の第１ハウジング部材２Ａに形成された第１傾斜面３２ａと第２ハウジング部材２Ｂに形成された第２傾斜面４３ａとを、第１段差面１３２ａ及び第２段差面１４３ａに変更した点が異なるだけであり、それ以外の構成は同じであるのでポンプハウジング１０２以外の説明は省略する。

ポンプハウジング１０２は、ポンプ室１２１が形成されている第１ハウジング部材１０２Ａと、ポンプ室１２１の一方の開放面を閉塞する第２ハウジング部材１０２Ｂとによって構成されている。

第１吸入室１３２及び第２吸入室１３３のポンプ室２１への開口部は、大小２つの円弧と、大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成されている。

第１吐出室１４２及び第２吐出室１４３のポンプ室２１への開口部は、大小２つの円弧と、大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成されている。

第１ハウジング部材１０２Ａのインナーロータ７の側面と摺動する第１の内面１０２Ａａには、第１吸入室１３２の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、第１ハウジング部材１０２Ａとインナーロータ７の側面との隙間（第１空隙部３２ｂ）がステップ状に広くなる第１段差面１３２ａが形成されている。

第２ハウジング部材１０２Ｂのインナーロータ７の側面と摺動する第２の内面１０２Ｂａには、第２吐出室１４３の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりもポンプ室２１の径方向外側に、第２ハウジング部材１０２Ｂとインナーロータ７の側面との隙間（第２空隙部４３ｂ）がステップ状に広くなる第２段差面１４３ａが形成されている。

尚、図５に示す第１段差面１３２ａと第２段差面１４３ａとは、段差を誇張して記載している。実際には、インナーロータ７と第１の内面１０２Ａａ及び第２の内面１０２Ｂａとの隙間は各々１０〜２０μｍ程度で、インナーロータ７の周縁側部と第１段差面１３２ａ及び第２段差面１４３ａとの隙間は、インナーロータ７と第１の内面１０２Ａａ及び第２の内面１０２Ｂａとの隙間から更に数１０μｍ程度大きい値である。

第１の実施形態及び第２の実施形態は、本発明をトロコイドポンプに適用した場合を例として説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。すなわち本発明は、シャフト６が片持構造であって、そのロータ７の外周側にポンプ室２１が形成される流体ポンプに適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るポンプの内部構造を示す断面図。 図１のII−II断面矢視図。 図１のIII−III断面矢視図。 本発明の第１の実施形態に係るポンプの作用を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係るポンプの内部構造を示す断面図。

符号の説明

１・・・ポンプ本体
２・・・ポンプハウジング
２Ａ・・・第１ハウジング部材
２Ａａ・・・第１の内面
２Ｂ・・・第２ハウジング部材
２Ｂａ・・・第２の内面
３・・・吸入室
４・・・吐出室
５・・・軸受部
６・・・シャフト（片持軸）
７・・・インナーロータ（ロータ）
７ａ・・・非軸支側面
７ｂ・・・軸支側面
８・・・アウターロータ
９・・・作動室
１０・・・電動モータ
１１・・・回転子
１２・・・固定子
１３・・・モータハウジング
１４・・・モータドライバ
１５・・・ドライバ収納室
２１・・・ポンプ室
３２・・・第１吸入室
３２ａ・・・第１傾斜面
３２ｂ・・・第１空隙部
３３・・・第２吸入室
４２・・・第１吐出室
４３・・・第２吐出室
４３ａ・・・第２傾斜面
４３ｂ・・・第２空隙部
５１・・・シール部材
６１・・・回転部材
７１・・・外歯
８１・・・内歯
９１・・・吸入側作動室（作動室）
９２・・・吐出側作動室（作動室）
１０２・・・ポンプハウジング
１０２Ａ・・・第１ハウジング部材
１０２Ａａ・・・第１の内面
１０２Ｂ・・・第２ハウジング部材
１０２Ｂａ・・・第２の内面
１０３・・・吸入室
１０４・・・吐出室
１２１・・・ポンプ室
１３２・・・第１吸入室
１３２ａ・・・第１段差面
１３３・・・第２吸入室
１４２・・・第１吐出室
１４３・・・第２吐出室
１４３ａ・・・第２段差面

Claims (4)

1. ポンプ室と、前記ポンプ室に連通する吸入室及び吐出室とを有するハウジングと、
   該ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された片持軸と、
   前記ポンプ室内に配置され、前記片持軸に一体回転可能に設けられて前記ポンプ室の外周側に作動室を形成するロータとを備え、
   前記ポンプ室は、前記片持軸の軸支側に位置する第１の内面と、該第１の内面と前記ロータを介して対向し前記片持軸の非軸支側に位置する第２の内面とを有し、
   前記吸入室側の前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間が、前記吸入室側の前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間よりも広くなるように、前記吸入室側の第１の内面に第１空隙部を形成し、
   前記吐出室側の前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間が、前記吐出室側の前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間よりも広くなるように、前記吐出室側の第２の内面に第２空隙部を形成したことを特徴とする流体ポンプ。
2. 請求項１において、
   前記吸入室及び前記吐出室の前記ポンプ室への開口部は、大小２つの円弧と、該大小２つの円弧の両端に繋がれた略半円とによって形成され、
   前記第１空隙部は、前記吸入室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりも前記ポンプ室の径方向外側に形成され、
   前記第２空隙部は、前記吐出室の両端の略半円同士に接する軸心側の接線よりも前記ポンプ室の径方向外側に形成されたことを特徴とする流体ポンプ。
3. 請求項２において、
   前記第１空隙部は、前記ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、前記第１の内面と前記ロータの側面との隙間が徐々に広くなる第１傾斜面によって形成され、
   前記第２空隙部は、前記ポンプ室の径方向内側から径方向外側に往くに従い、前記第２の内面と前記ロータの側面との隙間が徐々に広くなる第２傾斜面によって形成されることを特徴とする流体ポンプ。
4. 請求項２において、
   前記第１空隙部は、前記ポンプ室と前記ロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第１段差面によって形成され、
   前記第２空隙部は、前記ポンプ室と前記ロータの側面との隙間がステップ状に広くなる第２段差面によって形成されることを特徴とする流体ポンプ。

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