JP2011196204A - 歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 外周に歯形を形成したドライブギヤと内周に歯形を形成したドリブンギヤが互いに噛み合って回転することで、吸込側から吸込んだ流体を吐出側から吐き出すと共に、ドライブギヤの回転速度が高くなっても吐出量が増大しないようにした歯車ポンプの提供。
【解決手段】 上記ドライブギヤ１の両面側に遠心プレート３，３を取付け、この遠心プレート３，３には半径方向に細長い流通穴５，５・・・を複数設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は高速回転時における吐出量を抑制することが出来る歯車ポンプに関するものである。

一般に流体を送り出す為にポンプが用いられ、該ポンプは外部から機械的エネルギーを与えて、それを流体の運動エネルギーに変換する装置である。そして、このポンプにも色々な型式が存在し、その用途に応じて使い分けられている。本発明が対象とする歯車ポンプは高速回転域での吐出量を制限する機構を設けたポンプである。

ところで、ベーンポンプやピストンポンプは可変容量ポンプの代表として多用されているが、上記ベーンポンプやピストンポンプは低圧及び低回転時には歯車ポンプの機械効率に劣る。一方の歯車ポンプは１回転当りの吐出量が一定であることから、回転数が高くなると必要以上の吐出量となり、その結果、損失が大きくなってしまう。すなわち、高回転域では使用しない吐出量が送り出されることになり、その為のエネルギーが消費されることから損失となる。

図４は歯車ポンプを示す概略図であり、同図の（イ）はドライブギヤ、（ロ）はドリブンギヤを示し、駆動側となる内側の小さいドライブギヤ（イ）と被駆動側となる外側の大きなドリブンギヤ（ロ）は互いに噛み合って回転することが出来る。ドリブンギヤ（ロ）はケースに収容されて回転可能に軸支され、ドライブギヤ（イ）はその中心軸穴（ハ）に軸が嵌って該軸と共に回転することが出来る。

同図に示す歯車ポンプは、ドライブギヤ（イ）の歯数Ｚ_２＝９枚で、ドリブンギヤ（ロ）の歯数Ｚ_１＝１０枚となっている。従ってギヤ歯数差はＺ_１−Ｚ_２＝１となり、クレセントは無くドリブンギヤ（ロ）の内歯全てがドライブギヤ（イ）の外歯と噛み合っている。ところで、吸込側（ニ）は右側に位置し、吐出側（ホ）は左側に位置する場合、ドライブギヤ（イ）が右方向（時計方向）に回転するならば、吸込側（ニ）から流体が吸込まれて左側の吐出側（ホ）から吐き出される。

同図に示す歯車ポンプでは、ドライブギヤ（イ）が回転する場合、吸込側（ニ）から吐出側（ホ）の間に形成されるドリブンギヤ（ロ）との容積が拡大することから、流体は吸込側（ニ）から吸込まれる。そして、ドライブギヤ（イ）の回転に伴って再び容積が縮小される吐出側（ホ）から吐き出される。従って、歯車ポンプではドライブギヤ（イ）の回転に伴って流体が吐き出されることから、回転数が高くなると吐出量は増大する。

図５は車両用自動変速機に内蔵されている歯車ポンプ（ヘ）を示している概略図であるが、該歯車ポンプ（ヘ）はトルクコンバータ（ト）とトランスミッション内に収容された変速機構（チ）の間に取付けられている。トルクコンバータ（ト）はポンプインペラとタービンランナ及びロックアップダンパ装置を備えた流体継手であり、エンジンのトルクを入力軸を通して変速機構（チ）へ伝達している。

その為に、トルクコンバータ（ト）内には作動油が充填され、この作動油はオイルパンに溜められ、歯車ポンプ（ヘ）によって循環される。又、変速機構（チ）内に供給されている作動油も同じく歯車ポンプ（ヘ）にて循環している。ところで、ポンプインペラ内径部にありオイルポンプ駆動軸となるスリーブ（リ）は歯車ポンプ（ヘ）のドライブギヤ（イ）の軸穴（ハ）に嵌っている。従って、ポンプインペラが回転すると上記ドライブギヤ（イ）が回転し、ポンプインペラの回転速度が高くなると必然的に歯車ポンプ（ヘ）は高回転となる。その結果、歯車ポンプ（ヘ）から送り出される作動油の吐出量は増大する。

しかし、トルクコンバータ（ト）及び変速機構（チ）内に必要とされる作動油の量は、所定の領域からは回転速度の増減に比例しない。図６は歯車ポンプの回転数と吐出量の関係を示すグラフであり、吐出量は回転数に比例するが、その為に斜線で示す領域は不要な吐出量となり、多くの作動油を吐き出して供給することは無駄となる。多くの作動油を吐き出す為には大きなエネルギーが必要となり、結果としてエンジンからの動力伝達効率の低下を招くことになる。

特開２００９−２０３８３６号に係る「内接歯車ポンプ」は、可変容量式にして、燃費の向上を実現したり、キャビテーションなどの問題を解消することが出来る。そこで、ポンプは、インナギアをエンジン駆動され、これにアウタギアが連れ回されることで、アウタギアの内歯とインナギアの外歯との間におけるポンプ室の容積変化によりポンプ作用を行う。ポンプからの吐出油は、変速制御およびトルクコンバータのロックアップ制御に供され、アプライ圧は低エンジン回転時に低く、高エンジン回転時に高くなる。アプライ圧を受けるシール部材は、エンジン回転数が高くなるにつれ、インナギアを軸線方向へ大きく変位させてオーバーライド量の低下によりポンプ容量を低下させる。ポンプ吐出量が少ない低エンジン回転数のもとでも、必要な量の作動油を吐出することができ、ポンプ吐出量が過大気味となる高エンジン回転数のもとでも、作動油吐出量を所定量に保つことができる。

しかし、この内接歯車ポンプはエンジン回転数が高くなるにつれ、インナギアを軸線方向へ大きく変位させてオーバーライド量の低下によりポンプ容量を低下させるように構成しており、その構造は複雑である。又インナギアを軸線方向へ大きく変位させる為に自動変速機内部に取付ける為の大きなスペースが必要となる。

特開２００３−２７９１２号に係る「複合ポンプ」は、エンジンの駆動力により駆動される動力ポンプにより基本油吐出圧を確保しつつ、ベーン型可変容量ポンプにより基本油吐出圧を調整可能な一体型の複合ポンプである。
そこで、この複合ポンプは、第１のポンプとしてのサイクロイドポンプと第２のポンプとしてのベーンポンプとを有し、ポンプハウジングを共用する。サイクロイドポンプはクランクシャフトの駆動力を利用し、ベーンポンプはサイクロイドポンプの駆動力を利用する。これにより、第１のポンプの最大容量を小さくすることができ、第１のポンプの油吐出圧のみでは油吐出圧の不足する運転域では、補助ポンプとしてのベーンポンプを稼動することにより適正な油吐出圧および油吐出量を確保することができる。

この複合ポンプは、低速回転域で所望する油吐出圧および油吐出量を確保するとともに中速または高速回転域でエネルギー損失を最小に変更可能なようにしているが、その構造は複雑化し、又大きな取付けスペースが必要となる。
特開２００９−２０３８３６号に係る「内接歯車ポンプ」 特開２００３−２７９１２号に係る「複合ポンプ」

このように、従来の歯車ポンプには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、ドライブギヤの回転速度が上っても吐出量が多くならないようにしたコンパクトな歯車ポンプを提供する。

本発明に係る歯車ポンプは、ドライブギヤとドリブンギヤが互いに噛み合い、ドライブギヤの回転と共にドリブンギヤが回転して流体を吸込み・吐き出すことが出来るようにしたものであり、基本構造は前記３に示す従来の歯車ポンプと共通している。そして、本発明の歯車ポンプでは、ドライブギヤの両側面に円盤状の遠心プレートを取付けていて、遠心プレートはドライブギヤと共に回転する。

ところで、遠心プレートには半径方向に複数の流通穴を等間隔で貫通している。従って、流体は上記遠心プレートの流通穴を通過してギヤの吸込側歯形空間へ流入し、そしてギヤの回転と共に流体は吐出側から再び遠心プレートの流通穴を通過して吐き出される。遠心プレートはドライブギヤに取付けられて吸込口及び吐出口との間に介在し、該ドライブギヤと共に回転することで、流体の吸込量を抑制し、その結果、吐出量が抑制される。ここで、該流通穴の具体的な形状及び個数は特に限定しないことにする。一方、上記遠心プレートはドライブギヤの両側面ではなく、ドリブンギヤの両側面に取付けることも可能である。

本発明の歯車ポンプにはドライブギヤの両側に遠心プレートが取付けられ、その為に吸込口から入った流体は上記遠心プレートに設けた流通穴を通過して吸込まれる。そこで、歯車ポンプの回転速度が高くなる場合、吸込口から入る流体は遠心力によって外径側へ押出されることで、遠心プレートに半径方向に形成した流通穴を通過する流量は減少することになる。

従って、歯車ポンプの回転速度の増大に伴う吐出量の増大が抑制され、必要以上の流体の供給が防止され、回転速度の増大と共に吐出量の増加に基づくエネルギー損失を抑制することが出来る。例えば、車両用自動変速機に装着されて作動油を供給する為の歯車ポンプであれば、トルクコンバータ及び変速機構への供給作動油は回転速度が高くなっても増加することなく、ひいては自動変速機の伝達効率の向上をもたらすことが出来る。

本発明に係る歯車ポンプを示す実施例であり、（ａ）は正面側の遠心プレートを取外した状態、（ｂ）は遠心プレートを取付けた正面図。 ドライブギヤとドリブンギヤの噛み合い点を避けて、遠心プレートのドライブギヤの歯底位置に流通穴を形成した場合。 （ａ）は本発明の歯車ポンプの断面図、（ｂ）は従来の歯車ポンプの断面図。 従来の歯車ポンプ。 車両の自動変速機に取付けた歯車ポンプ。 歯車ポンプの回転数と吐出量の関係を示すグラフ。

図１は本発明に係る歯車ポンプを示す実施例であり、図１（ａ）は表面側の遠心プレートを取外した状態の中央断面図、図１（ｂ）は遠心プレートが取付けられた正面図をそれぞれ示し、同図の１はドライブギヤ、２はドリブンギヤ、３は遠心プレートを表している。そして、内側に配置されて駆動側と成るドライブギヤ１は小さくて、被駆動側となる外側のドリブンギヤ２は大きく、互いに噛み合って回転することが出来る。

そして、ドリブンギヤ２はケーシングに収容され、上記ドライブギヤ１と偏心した位置に配置されているケーシングの位置決め部材１４に外周がガイドされて回転可能に軸支され、ドライブギヤ１はその中心軸穴１５に軸が嵌って該軸と共に回転することが出来る。そして、上記遠心プレート３は薄い円盤を成し、ドライブギヤ１の両側に取付けられ、３ヶ所に設けたキー４，４・・・を介してドライブギヤ１と共に回転することが出来る。

すなわち、ドライブギヤ１の側面と遠心プレート３の表面に設けたキー溝に上記キー４，４・・・が嵌合している。そして、上記遠心プレート３には半径方向に複数の流通穴５，５・・・が貫通している。この流通穴５，５・・・は細長い形状を成し、ドライブギヤ１の歯底より僅かに内径位置よりドリブンギヤ２の歯底付近まで延びている。又、同図の遠心プレート３に貫通して設けられている流通穴５，５・・・の数は、ドライブギヤ１の歯数Ｚ_２と同じ９個と成っている。ただし、本発明では上記流通穴５，５・・・の形状、位置、並びに個数は図１に示す実施例に限定はしない。

同図に示す歯車ポンプは、ドライブギヤ１の歯数Ｚ_２＝９枚で、ドリブンギヤ２の歯数Ｚ_１＝１０枚となっている。従ってギヤ歯数差はＺ_１−Ｚ_２＝１となり、クレセントは無くドリブンギヤ２の内歯全てがドライブギヤ１の外歯と噛み合っている。ところで、前記図３に示す従来の歯車ポンプの場合と同じように、吸込側６は右側に位置し、吐出側７は左側に位置する場合、ドライブギヤ１が矢印のように右方向（時計方向）に回転するならば、吸込側６から流体が吸込まれて左側の吐出側７から吐き出される。

ところで、従来の歯車ポンプであれば、ドライブギヤ１の回転速度が高くなると吐出側７からの吐出量は比例して増大するが、本発明ではドライブギヤ１の回転速度の増大に伴って吐出量が大きくならないようにしている。すなわち、本発明では、遠心プレート３がドライブギヤ１の両側面に取付けられて、ドリブンギヤ２の両側面を挟み込んでいる為に、吸込側に達した流体は遠心プレート３に設けた流通穴を通過してドライブギヤ１とドリブンギヤ２の歯形間に形成される空間８へ吸込まれる。

該歯車ポンプはドライブギヤ１の歯形がドリブンギヤ２の歯形と噛み合い、ドライブギヤ１の回転に伴ってドリブンギヤ２は回転することが出来、そして吸込側から吸込んだ流体は吐出側へ運ばれて吐き出される。ドライブギヤ１の歯形はドリブンギヤ２の歯形と接してシールされており、吸込側から吸込んだ流体は他へ漏れることなく吐出側へ運ばれる。ここで、ドライブギヤ１の両側に遠心プレート３，３が取付けられ、流通穴５，５・・・以外からの流体の流れはなくシール性は確保されるが、図２に示すように上記流通穴５，５・・・はドライブギヤ１とドリブンギヤ２の噛み合い点１７，１７・・・の位置を避けて設けられ、同図に示す歯車ポンプではドライブギヤ１の歯底１８，１８・・・の位置から半径方向に延びている。

そして、空間８へ吸込まれた流体はドライブギヤ１及びドリブンギヤ２の回転に伴って吐出側へ移動し、吐出側７では空間８が縮小することで遠心プレート３の流通穴５から流出して吐出側に設けている吐出口から吐き出される。例えば、図１において吸込側６には遠心プレート３の流通穴５ａ，５ｂ，５ｃが位置しているが、しかし、この流通穴５ａ，５ｂ，５ｃが空間８と連通しているのはその一部となっている。

図１において、流通穴５ａの内径側斜線部はドライブギヤ１の歯形９によって塞がれ、外径側斜線部はドリブンギヤ２の歯形１０ａによって塞がれている。そこで、歯形９と歯形１０ａの間に形成される隙間１１ａからのみ流体が空間８へ流入することが出来る。又、流通穴５ｂの場合には、内径側斜線部はドライブギヤ１の歯形９によって塞がれ、外径側斜線部はドリブンギヤ２の歯形１０ｂによって塞がれている。

そこで、歯形９と歯形１０ｂの間に形成される隙間１１ｂからのみ流体が空間８へ流入することが出来る。さらに、流通穴５ｃの場合には、内径側斜線部はドライブギヤ１の歯形９によって塞がれ、外径側斜線部はドリブンギヤ２の歯形１０ｃによって塞がれている。そこで、歯形９と歯形１０ｃの間に形成される隙間１１ｃからのみ流体が空間８へ流入することが出来る。

このように、ドライブギヤ１の両面側に遠心プレート３，３を取付けることで、空間８への流体の流入は流通穴５ａ，５ｂ，５ｃの一部を塞いだ隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃに限定される。そして、ドライブギヤ１の回転速度が高くなると、ドライブギヤ１に取付けられている遠心プレート３の回転速度も高くなり、吸込側にある流体は遠心プレート３の高速回転に伴う遠心力によって外周側へ押出される。その結果、上記隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃへ流入し難くなる。特に、流通穴５ａ，５ｂの外径側がドリブンギヤ２の歯形１０ａ，１０ｂによって塞がれていることで隙間１１ａ，１１ｂから流入し難くなる。一方、流通穴５，５・・・の形状を変更することで流体の流れの向きを変えることも出来て吸込量は低減され、結果的に吐出量が抑制される。

このように、本発明では半径方向に細長い流通穴５，５・・・を設けた遠心プレート３，３をドライブギヤ１の両側面に取付けることで、ドリブンギヤ２との歯形空間８へ流入する流体量を規制すると共に、ドライブギヤ１の回転速度の増大に伴う遠心力の作用で、流体の流入がさらに抑制され、回転速度の増大に伴う流体の吐出量が増大することはない。結果的に、吐出量の増大に伴うエネルギーの消費が抑制され、自動変速機の動力伝達効率は向上する。

図３は本発明に係る歯車ポンプを従来の歯車ポンプと比較して表している断面図である。同図に示すようにドリブンギヤ２の内側にドライブギヤ１が噛み合った状態でケーシング１２，１３に挟まれて収容されている。従来の歯車ポンプの場合もドリブンギヤ（ロ）の内側にドライブギヤ（イ）が噛み合った状態でケーシング（ヌ）、（ル）に挟まれて収容されている。そして、ドライブギヤ１の軸穴に嵌った入力軸が回転するならばドライブギヤ１は回転し、同時にケーシング１２にガイドされてドリブンギヤ２も回転することが出来る。

そして、吸込側６には吸込口１６が設けられ、吐出側７には吐出口が設けられていて、流体は両遠心プレート３，３の流通穴５，５・・・の隙間１１，１１・・・から空間８へ流入することが出来る。従来の歯車ポンプの場合にはこの遠心プレートが存在しないことで、吸込口（オ）から入った流体はドライブギヤ（イ）とドリブンギヤ（ロ）の回転に伴って歯形空間に吸込まれる。しかし、本発明では遠心プレート３が介在することで、ドライブギヤ１とドリブンギヤ２の回転速度に殆ど左右されることなく、流体を吸込んでほぼ同じ量を吐き出すように機能することが出来る。ところで、実施例ではドライブギヤ１の両面側に遠心プレート３，３を取付けた場合としているが、片面側にのみ取付ける場合もある。

１ ドライブギヤ
２ ドリブンギヤ
３ 遠心プレート
４ キー
５ 流通穴
６ 吸込側
７ 吐出側
８ 空間
９ 歯形
10 歯形
11 隙間
12 ケーシング
13 ケーシング
14 位置決め部材
15 中心軸穴
16 吸込口
17 噛み合い点
18 歯底

Claims (3)

1. 外周に歯形を形成したドライブギヤと内周に歯形を形成したドリブンギヤが互いに噛み合って回転することで、吸込側から吸込んだ流体を吐出側から吐き出すことが出来る歯車ポンプにおいて、上記ドライブギヤ又はドリブンギヤの両面側又は片面側に遠心プレートを取付け、この遠心プレートには半径方向に延びる流通穴を複数設けたことを特徴とする歯車ポンプ。
2. 上記流通穴の数をドライブギヤの歯数と同数とした請求項１記載の歯車ポンプ。
3. 上記流通穴はドライブギヤとドリブンギヤの噛み合い点を除いた所々に形成した請求項１、又は請求項２記載の歯車ポンプ。

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