JP2011220346A

JP2011220346A - 内接ギヤ型ポンプ

Info

Publication number: JP2011220346A
Application number: JP2011172643A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kurokawa; 博之黒川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2011-11-04
Also published as: US20070092392A1; DE102006049361A1

Abstract

【課題】内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、歯間空間の中央部付近で発生するキャビテーションの発生を防止するとともに、ポンプの大型化を抑制すること。
【解決手段】
円筒状空間を形成するハウジングと、ハウジング内で回転自在なドリブンロータ４０と、ドリブンロータ４０内で回転自在なドライブロータ５０と、ハウジングに形成される吸入ポート１２と、吐出ポート１３と、を備えたポンプ１００において、ドライブロータ５０とドリブンロータ４０の側面に、吸入ポート１２及び歯間空間Ｒに連通可能な凹部５５、４５を形成され、凹部５５、４５はドライブロータ５０及びドリブンロータ４０の少なくとも一方の歯面の周方向から径方向の間の方向に向けて開口し、ドライブロータ５０およびドリブンロータ４０の少なくとも一方の歯面の径方向の開口面積と、周方向の開口面積とは略同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、内接ギヤ型ポンプに関し、特に、キャビテーションを防止するロータ構造を有する内接ギヤ型ポンプに関する。

一般に、自動車用オイルポンプなどに広く使われている内接ギヤ型オイルポンプは、高回転で使用されて流体の吸入流速が増大した場合、流体の粘性抵抗によって吸入が追いつかなくなり、吸入経路内（吸入ポート、及びロータ歯間空間）において、キャビテーションを誘発する。キャビテーションの発生は、ポンプ容積効率の低下、異音の発生及びエロージョンによるポンプ内部の侵食などの様々な弊害を引き起こす。

この問題に対して、ドライブロータ側面に歯間空間に連通する溝あるいは面取りなどを設けて、隣接する歯間空間を連通させて急激な圧力変動を緩和し、キャビテーションを防止するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この内接ギヤ型ポンプのロータ構造は、発生するキャビテーション量をある程度抑えることが期待できるものの、根本的なキャビテーションの発生要因である吸入流速過大に対しては効果がない。このため、大きな効果は、得られない。

また、ドライブロータ又はドリブンロータの側面に回転方向に開口する溝を設けたもの
がある（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、このロータ構造は、ロータ室の側壁とドライブロータ又はドリブンロータの側面との間隙に流体を導入することで、ロータとロータ室の間の接触抵抗を低減することを狙ったものであり、ロータ歯間空間でのキャビテーション発生防止に対しては、有効な効果が得られない。

一方、ドライブロータとドリブンロータとの、少なくともいずれか一方の、回転方向前側部に溝を設け、溝部を吐出ポートよりも早期にポンプ室に連通させ、高圧の吐出ポートからポンプ室へのオイルの逆流を回避し、ウォータハンマ現象を防止するものがある（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、この構造も、吐出時に発生するウォータハンマ現象をある程度抑えることが期待できるものの、キャビテーションの根本的な発生要因である吸入流速過大に対しては効果がない。

さらに、ドライブロータの歯底部に当該ドライブロータの径外方向に開口する凹部を設け、吸入時のキャビテーション発生の防止を狙いとしたものがある（例えば、特許文献４参照。）。

しかしながら、この構造は、歯底部に設けた凹部と中心穴との間のシール面を確保する必要から、ドライブロータの外径が大きくなり、ひいてはオイルポンプ自体の大型化、フリクションの増大につながるという問題を有している。

特開平９−２９６７１６号公報特開平６−１１７３７９号公報特開平７−１０２９２８号公報ＤＥ１０２４５８１４Ｂ３

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、ロータ歯間空間で発生するキャビテーションの発生を防止するとともに、ポンプの大型化を抑制することを技術的課題とする。

上記した課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、円筒状空間を形成するハウジングと、前記円筒状空間内に回転自在に配設された内歯を有するドリブンロータと、前記内歯と係合する外歯を有し前記ドリブンロータ内に回転自在に配設されるとともに前記ドリブンロータと係合する歯間において拡大および縮小を繰り返し流体を吸入・吐出する複数の歯間空間を形成するドライブロータと、前記ハウジングに形成され、前記円筒状空間に連通する吸入ポートおよび吐出ポートとを備えた内接ギヤ型ポンプにおいて、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の側面には、前記歯間空間に連通可能であって、前記歯間空間が最大容積となる位置にて、前記吐出ポートおよび前記吸入ポートと前記最大容積となる前記歯間空間とが連通しないように凹部が形成され、前記凹部は、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の歯面の、周方向から径方向の間の方向に向けて開口し、前記凹部の、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の歯面の径方向の開口面積と、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の前記歯面の周方向の開口面積とは略同一であることである。
第２の技術的手段は、第１の技術的手段において、前記凹部は、前記ドライブロータに形成され、回転方向とは逆方向に開口していることである。
第３の技術的手段は、第１の技術的手段または第２の技術的手段において、前記ドリブンロータの前記凹部は、回転方向に開口していることである。

請求項１の発明によれば、ドライブロータおよびドリブンロータの少なくとも一方の側面には、吸入ポートに連通可能であるとともに歯間空間に連通可能であって、歯間空間が最大容積となる位置にて、吐出ポートおよび吸入ポートと最大容積となる歯間空間とが連通しないように凹部が形成され、凹部はドライブロータおよびドリブンロータの少なくとも一方の歯面の、周方向から径方向の間の方向に向けて開口していることにより、歯間空間のロータ側面方向への開口面積が拡大されて歯間空間への流体の吸入流速が低減される。よって、内接ギヤ型ポンプのロータ構造において、ロータ歯間空間で発生するキャビテーションの発生を防止するとともに、ポンプの大型化を抑制できる。さらに、凹部の、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の歯面の径方向の開口面積と、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の前記歯面の周方向の開口面積とは略同一であるので、凹部の流体は円滑に歯間空間へ流入することができる。なお、略同一とは、径方向の開口面積と周方向の開口面積とが同一に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲を言う。
請求項２の発明によれば、凹部はドライブロータに形成され、回転方向とは逆方向に開口しているので、回転力を伝える歯面の面積が減少することがないので面圧が上がることなく摩耗を抑制することができる。
請求項３の発明によれば、ドリブンロータの凹部は、回転方向に開口しているので、回転力を受け止める歯面の面積が減少することがないので面圧が上がることなく摩耗を抑制することができる。

本発明の実施形態におけるポンプ１００の裏面図である。本発明の実施形態におけるドライブロータ５０とドリブンロータ４０の係合図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施形態におけるドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸入ポート１２の関係を示す要部断面図である。従来技術におけるドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸入ポート１２の関係を示す要部断面図である。本発明の別の実施形態における凹部５５０、４５０の断面図である。凹部５５の有無によるポンプ容積効率の比較図である。凹部５５の有無によるポンプ駆動馬力の比較図である。凹部５５をドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の片側にのみ設けた場合の係合図（１）である。凹部５５をドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の片側にのみ設けた場合の係合図（２）である。凹部５５をドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の片側にのみ設けた場合の係合図（３）である。凹部５５をドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の片側にのみ設けた場合の係合図（４）である。図１０に対し、凹部の形状を変形させた場合の係合図（５）である。

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は、ポンプ（内接ギヤ型ポンプ）１００の裏面図である。ポンプ１００は、主に、ボデー１０、図示しないカバー、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０、ドライブロータ５０の中心に嵌合しドライブロータ５０を駆動するシャフト１１０から構成されている。ボデー１０と図示しないカバーとによってハウジングを構成し、ハウジングには円筒状空間であるロータ室１５が形成されている。ロータ室１５には、シャフト１１０が嵌合されるドライブロータ５０と、ドライブロータ５０に対し所定量偏心して係合するドリブンロータ４０が収容されている。ドライブロータ５０及びドリブンロータ４０は、それ
ぞれの外歯５１及び内歯４１が噛合して係合している。

シャフト１１０の回転駆動力によってドライブロータ５０が回転される。ドリブンロータ４０はドライブロータ５０との係合により回転される。ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転により、吸入ポート１２を介して流体を吸入通路１２ａから吸入し、吐出ポート１３を介して流体を吐出通路１３ａへ吐出する。

歯間空間Ｒはドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴って吸入ポート１２を回転方向に移動する。その際、歯間空間Ｒの容積は徐々に拡大し吸入ポート１２と吐出ポート１３との間に設けられた閉切位置Ｄで最大容積となる。次に、閉切位置Ｄからドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴って吐出ポート１３に沿って回転方向に移動する。その際、歯間空間Ｒの容積は徐々に縮小する。このように、ポンプ１００は、ドリブンロータ４０及びドライブロータ５０の回転に伴い、歯間空間Ｒの容積を拡大・縮小し、吸入ポート１２及び吐出ポート１３を介して流体の吸入と吐出を行う。

ドライブロータ５０の外歯５１の側面には凹部５５が形成されている。凹部５５は外歯５１の歯面の、周方向から径方向の間の方向に向けて開口し歯間空間Ｒに連通している。

凹部５５は歯底部５１ｂの両側に延在するとともに、ドライブロータ５０の軸線を含む断面においてＬ字形状に形成されている。

一方、ドリブンロータ４０の内歯４１の側面には凹部４５が形成されている。凹部４５は内歯４１の歯面の、周方向から径方向の間の方向に向けて開口し歯間空間Ｒに連通している。凹部４５は、歯底部４１ｂの両側に延在するとともに、ドリブンロータ４０の軸線を含む断面においてＬ字形状に形成されている。

さらに詳しくは、ドライブロータ５０とドリブンロータ４０との凹部５５，４５は、歯間空間Ｒが最大容積となる位置において、吐出ポート１３および吸入ポート１２と歯間空間Ｒが連通しない範囲に形成されている。言い換えると、凹部５５，４５の周方向縁部が、歯間空間Ｒが最大容積となる位置において、吐出ポート１３および吸入ポート１２の輪郭形状の周方向縁部と略同一であることにより、効率よく流体を吸入ポート１２から吸入し吐出ポート１３へ吐出することができる。尚、効率よく流体を吸入ポート１２から吸入し吐出ポート１３へ吐出するためには、凹部５５と凹部４５との、径方向の開口面積と周方向の開口面積とは略同一である。あるいは、凹部５５と凹部４５との軸方向深さがロータ側面側の開口周長と略同一である。

さらに、凹部５５、４５をＬ字形状に形成することにより、ドライブロータ５０、ドリブンロータ４０を製造する際、一般的に採用される製造工法である金属焼結時に、凹部５５、４５の成形が容易となるばかりでなく、金属密度が均一になり品質が安定するという効果も得られる。

図５はドリブンロータ４０及びドライブロータ５０と吸入ポート１２の関係を示す要部断面図である。

吸入ポート１２は、ボデー１０及びカバー２０に形成したそれぞれの凹部１０ａ及び２０ａにより形成され、吸入通路１２ａに接続されている。吸入ポート１２を形成する凹部１０ａ及び２０ａの輪郭１０ｂ及び２０ｂは、凹部５５の内周端５５ｂと略同一である。

また、吸入ポート１２を形成する凹部１０ａ及び２０ａの輪郭１０ｃ及び２０ｃは、凹部４５の外周端４５ｂと略同一である。これにより、吸入ポート１２に対する凹部５５と凹部４５との開口面積を最大にすることができ、吸入ポート１２から凹部５５と凹部４５とを通して歯間空間Ｒに流入する流体の流量を多くすることができ、キャビテーションの発生を防止することができる。

図６は本発明の凹部を設けていないポンプ２００のドリブンロータ２４０及びドライブロータ２５０と吸入ポート２１２の関係を示す要部断面図である。

このポンプにおいては、歯間空間Ｒの略中央に流体を多く、且つ、円滑に流入させることができないため、ドライブロータ２５０の外歯間の歯底部中央付近（図６の斜線で表示）にキャビテーションが発生し易くなっている。

次に本実施形態の動作について以下に説明する。

ポンプ１００は、シャフト１１０の回転駆動力によって回転されるドライブロータ５０とドリブンロータ４０が噛み合いながら回転する。従って、流体は、吸入通路を通して吸込まれポンプ１００の吸入ポート１２から吐出ポート１３へと吸入・吐出されて、吐出通路１３ａを通して被送給部へ圧送される。

このとき、ドライブロータ５０とドリブンロータ４０との間に形成される歯間空間Ｒ、特に歯間空間Ｒの中央部には負圧が発生しようとする。しかしながら、ドライブロータ５０には外歯５１の側面に凹部５５と、ドリブンロータ４０には内歯４１の側面に凹部４５とが形成されている。このため、歯間空間Ｒの開口面積を拡大することができ、また、凹部５５を通して歯間空間Ｒに流入する流体を遠心力で付勢し、歯間空間Ｒの略中央に流体を流入させることができ、キャビテーションの発生を防止できる。

図８及び図９に示すように、本発明を適用したポンプにおいては、ポンプ回転数が高回転においても高いポンプ容積効率を達成している。また、ドライブロータ５０の側面に凹部５５を設けたことにより摺動抵抗及び吸入抵抗を低減でき、駆動馬力の低減を達成している。

さらに、凹部５５はドライブロータ５０の歯底径より外方に形成されているのでシャフト１１０が挿嵌されている中心穴との間のシール面が確保でき、外径が大きくなることがない。また、凹部４５はドリブンロータ４０の歯底径より内方に形成されているので、ドリブンロータ４０外径が大きくなることもなく、ポンプ１００の大型化を抑制することができる。

尚、これまで凹部５５、４５がドライブロータ５０の軸線を含む断面において、径外方に向かってＬ型形状に形成されている場合について述べてきたが、図７に示すようなドライブロータ５０の側面から歯面に向かって傾斜する凹部５５０、４５０で構成してもよい。その場合において、同様の作用効果が得られるばかりでなく、流体はさらに円滑に流動する。

また、凹部５５、４５がドライブロータ５０の歯底部５１ｂ、ドリブンロータ４０の歯底部４１ｂの両側に形成されている場合について述べてきたが、図１０乃至図１４に示すように、歯底部５１ｂ、４１ｂの片側にのみ凹部５５、４５を設けた場合でも同様な効果が得られる。

さらに、凹部５５、４５はドライブロータ５０、ドリブンロータ４０の両ロータに形成されている場合について述べてきたが、凹部はドライブロータ５０およびドリブンロータ４０の少なくとも一方に設けた場合でも、あるいは、ドライブロータ５０、ドリブンロータ４０の両側面ではなく、一方の側面のみに設けた場合でも同様な効果が得られる。

特に、図１０の場合には、ドライブロータ５０の凹部５５が回転方向とは逆方向に開口し、ドリブンロータ４０の凹部４５が回転方向に開口しているので、ドライブロータ５０の回転力を伝える歯面の面積が減少することがないので面圧が上がることなく摩耗を抑制する効果を有する。

図１４は図１０に対し凹部４５と凹部５５とを、それぞれ周方向に拡大したものである。このように拡大することにより、凹部５５と凹部４５とを通して歯間空間Ｒに流入する流体の流量をさらに多くすることができ、キャビテーション発生の防止に、より有効である。

１０・・・ボデー（ハウジング）
１２・・・吸入ポート
１３・・・吐出ポート
１５・・・ロータ室（円筒状空間）
２０・・・カバー（ハウジング）
４０・・・ドリブンロータ
４１・・・内歯
５０・・・ドライブロータ
５１・・・外歯
５１ｂ・・・歯底部
４５、５５、５５０・・・凹部
１００・・・ポンプ（内接ギヤ型ポンプ）
Ｒ・・・歯間空間

Claims

円筒状空間を形成するハウジングと、
前記円筒状空間内に回転自在に配設された内歯を有するドリブンロータと、
前記内歯と係合する外歯を有し前記ドリブンロータ内に回転自在に配設されるとともに前記ドリブンロータと係合する歯間において拡大および縮小を繰り返し流体を吸入・吐出する複数の歯間空間を形成するドライブロータと、
前記ハウジングに形成され、前記円筒状空間に連通する吸入ポートおよび吐出ポートとを備えた内接ギヤ型ポンプにおいて、
前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の側面には、前記歯間空間に連通可能であって、前記歯間空間が最大容積となる位置にて、前記吐出ポートおよび前記吸入ポートと前記最大容積となる前記歯間空間とが連通しないように凹部が形成され、
前記凹部は、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の歯面の、周方向から径方向の間の方向に向けて開口し、
前記凹部の、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の歯面の径方向の開口面積と、前記ドライブロータおよび前記ドリブンロータの少なくとも一方の前記歯面の周方向の開口面積とは略同一であることを特徴とする内接ギヤ型ポンプ。
請求項１において、
前記凹部は、前記ドライブロータに形成され、回転方向とは逆方向に開口していることを特徴とする内接ギヤ型ポンプ。
請求項１または２において、
前記ドリブンロータの前記凹部は、回転方向に開口していることを特徴とする内接ギヤ型ポンプ。