JP2011236864A - オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】回転型のオイルポンプでは、インナ及びアウタロータがケーシングの内壁面と摺動することで、機械的損失が発生することがあった。これに対して従来はインナ及びアウタロータの側面と、ケーシングの内壁面に放射状の研磨筋を形成し、オイルの供給を潤沢にしていたが、ロータとサイドプレートの真実接触面積は減少するものの、基本的に接触しているために、摩擦係数の減少には限界があり、また、オイルの吐出量が減少するという課題があった。
【解決手段】ロータの駆動シャフト方向と垂直な両側面に、ロータ中心から放射状に設けた溝と、溝を横切る方向に壁部を設けることで、ケーシングの内壁面との間に圧力を発生させ、ロータを内壁面と摺動させないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンやブレーキにオイルを供給するオイルポンプに関し、特に内部での摺動抵抗を低減させる構造を有するオイルポンプに関する。

車両用内燃機関（以後「エンジン」とも呼ぶ）では、機械的に回転若しくは往復運動を行う部材同士が組み合わされているため、これら部材同士の摩擦や磨耗を低減させるため、潤滑油を定常的に供給しなければならない。オイルポンプはこの役目を負う装置であって、エンジンが駆動されている間、定常的にオイルを摺動を伴う各部品へ供給する。エンジンでは摺動を伴う部品は多数存在するため、高い圧力で大量にオイルを供給するポンプが必要となる。このため、従来トロコロイドポンプ等の内接歯車型の回転ポンプが用いられている。

回転ポンプは、部品点数およびコストの削減のため、ロータカバーとチェーンカバーに形成した凹み同士を突き合わせて形成された空間をケーシングとし、その中にインナ及びアウタロータが収容されている。インナロータには外歯が形成されており、アウタロータは内歯が形成されている。また、インナロータはクランク軸からの回転が伝えられた駆動軸に固定されており、インナロータが回転するにしたがい、インナロータに内接するアウタロータも回転する。そして、このインナロータとアウタロータの作る空隙が回転する際に変化し、オイルの吸入と吐出を行う。

このような回転ポンプは、ケーシングが金属製であり、インナ及びアウタロータも金属製であるので、これらの間で摺動が発生すると、メカロスが発生する。その結果ロータ同士の回転不良につながると、オイルの供給不足になり、エンジン各部での機械的損失が増え、燃費の悪化やエンジン機能停止に繋がる。

そこで、オイルポンプ内の摺動抵抗の低減に関する技術が提案されている。例えば特許文献１では、インナ及びアウタロータとサイドプレート（ケーシングの内面）に放射状の研磨筋を形成し、研磨筋同士のかみ合いをなくすと共に真実接触面積を減少させ、摩擦係数の低下および摺動面への油の供給を促進する構成が開示されている。

特開２００３−１２９９６４号公報

しかし、特許文献１で開示されている技術では、ロータとサイドプレートの真実接触面積は減少するものの、基本的に接触しているために、摩擦係数の減少には限界がある。また、インナロータの外歯とアウタロータの内歯が噛み合うことによって形成される空隙部とシャフト孔、ケーシングとアウタロータの外周面との空隙部とが研磨筋で連通しているため、オイルの吐出量が減少するという課題があった。

また、ケーシングの内壁面とロータの側面にはサイドクリアランスが形成されているが、これらのクリアランスのバランスが崩れると、内壁面のどちらか一方にロータが押し付けられ、摩擦が増加する。この現象を回避するために、サイドクリアランスを拡大したり、連通路を設けると、上記の場合と同じようにオイルの吐出量が減少するという課題に繋がる。

本発明は上記の課題に鑑み想到されたものであり、ロータ側面のオイル供給は十分に行われるとともに、シャフト孔やケーシングとアウタロータの外周面との空隙部からのオイルの漏れを低くすることで、オイルの吐出量の減少も回避することを目的とする。

具体的には、本発明は、
ケーシング内に収容され、シャフト駆動されるインナ及びアウタロータからなるギア式のオイルポンプであって、
ロータの駆動シャフト方向と垂直な両側面に、ロータ中心から放射状に設けた溝と、溝を横切る方向に壁部を設けたことを特徴とするオイルポンプを供給する。

本発明のオイルポンプでは、インナロータおよびアウタロータの側面に中心から放射状に延設された溝が形成されるとともに、溝内を流れるオイルを堰き止めるように、溝を横切る方向に壁部を設けたので、溝に沿って中心から外側に流れるオイルが少なくなり、空隙部からの圧力抜けがなくなる。結果、オイルの吐出量の減少を抑えることができる。

また、ロータ側面の溝は、中心から放射状に形成されているので、ロータが回転する際には回転方向に対して直角方向に溝が形成されていることになる。したがって、ロータ側面とケーシングの内壁面との間で動圧が発生し、ロータとケーシングは接触せず、流体潤滑状態を形成することができる。結果、摩擦係数は減少する。

また、中心から外周方向に向かって流れるオイルが壁部で堰き止められることで圧力が発生し、この点からもロータ側面とケーシングの内壁面との接触を回避できる。

もちろん、放射状の溝は油を供給・保持しやすく、潤滑が改善され、損失トルクを低減することができる。

本発明のオイルポンプを駆動シャフトから見た平面図である。 本発明のオイルポンプの動圧の発生を説明する図である。 本発明のオイルポンプの他の実施形態を示す図である。

図１（ａ）には、本発明のオイルポンプ１の平面図を示す。図１（ｂ）は、側面からの断面図である。クランクシャフト（図示せず）からの回転が伝達された駆動シャフト２にはインナロータ４が固定されている。インナロータ４には４つの外歯６が形成されている。その外側には、アウタロータ８が配置されている。アウタロータ８には５枚の内歯１０が形成されている。アウタロータ８およびインナロータ４は所定の厚みを有している。そして、これらのロータはロータカバーとチェーンカバーから形成された空間であるケーシング１２に収容されている。図１では、紙面の表側と裏側にケーシング１２の内壁面が存在する。

駆動シャフト２が回転すると、駆動シャフト２に固定されたインナロータ４も回転する。インナロータ４の回転にしたがって、アウタロータ８も回転する。この際にインナロータ４とアウタロータ８の歯の数が異なるので、アウタロータ８の内歯１０とインナロータ４の外歯６の間に形成される空間は、ロータの回転とともに変化する。

ケーシング１２の内壁面の一方１２ａには、オイルの吸入口１４が形成され、他方１２ｂには吐出口１６が形成されている。したがって、上記のようにアウタロータ８の内歯１０とインナロータ４の外歯６の間に形成された空間体積が膨張する際にはオイルを吸収し、収縮する場合はオイルを吐出する。

本発明のオイルポンプ１では、インナロータ４及びアウタロータ８の側面には中心から放射状に溝２０（２０ｉと２０ｏ）が形成される。溝２０は断面がＶ字形状、角形形状若しくは丸形形状であっても良い。これらの溝２０は、研磨によって形成してもよいが、放電加工やレーザー加工で形成してもよい。

これらの溝２０は、ロータの側面では対象なパターンとなるように形成するのが好ましい。この溝２０とケーシング１２の内壁面との間で生じる動圧によって、ロータ側面と内壁面との摺動を回避するのが本願の目的であるので、ロータ側面全面にわたって、できるだけ均一な動圧を発生させる必要があるからである。

また、これらの溝２０はインナロータ４及びアウタロータ８の両側面に同じように形成するのがよい。本発明は、これらの溝２０とケーシング１２の内壁面との間の動圧によって、ロータとケーシング１２の内壁面との接触を回避するのが目的である。したがって、ロータの両側面で形状の異なる溝を形成して、一方の側面と他方の側面で発生する動圧が異なると、ロータはどちらかのケーシング１２の内壁面に押し付けられ、摩擦は増加するからである。

さらに、本発明は、それぞれのロータの溝２０に対して、溝を横切るように壁部２２（２２ｉと２２ｏ）が形成される。壁部２２は、それぞれの溝に対して、正確に直角に形成される必要はないが、溝２０の内部を流れる潤滑油を堰き止めるように配置されるのが好ましい。

また、壁部２２はロータの側面内で「閉じた模様」で形成されるのが望ましいが、必ずしも「閉じた模様」でなくてもよい。ただし、全面に渡って均一な動圧を発生させるため、ロータの中心に対して点対称の位置に形成されることは必要である。なお、ここで「閉じた模様」とは、壁部２２の任意の点から壁部２２に沿って一方向に進んだ時に、必ず出発点に戻ってくるような模様を言う。

図１を参照して、インナロータ４の側面に形成された溝２０ｉは、インナロータ４の中心から放射状に形成されている。中心からインナロータ４の周縁までの９５％の距離の位置に、「閉じた模様」の壁部２２ｉを形成した。従って、インナロータ４の壁部２２ｉは、インナロータ４同様４枚の外歯６を有する模様となる。

アウタロータ８の側面に形成された溝２０ｉもアウタロータ８の中心から放射状に形成された溝である。アウタロータ８に形成された壁部２２ｏは、環状である。インナロータ４とアウタロータ８で壁部２２の形状が異なるのは、歯の形成方向が外歯であるか内歯であるかの違いである。どちらのロータも、できるだけ大きな動圧を発生させるためには、できるだけ壁部で囲まれた、溝が形成された領域の面積を広く確保するのがよい。すると、外歯が形成されたインナロータは外歯に沿った壁部が好ましく、内歯が形成されたアウタロータは環状が好ましくなるからである。

次に溝２０と壁部２２の作用について説明する。図２は、図１のＡ−Ａの断面を示す。符号３０は潤滑油の流動方向である。溝２０を乗り越える前後において、圧力の上昇および低下が生じるが、潤滑油が油などの非圧縮性溶液では、圧力は液体の蒸気圧より低くはならず、液体中に溶解した気体の飽和気圧より低くならない。そのため、溝を乗り越えた部分で圧力が低下すると、潤滑油中に溶解した気体によって気泡３２が形成され、結果、付加された荷重を支える力が生じる。これがレイリーステップ効果と呼ばれる効果である。なお、符号３４は圧力変化を示す模式図である。

つまり、ロータが回転すると潤滑油は溝を横切る方向に流れるので、レイリーステップ効果によってロータ側面に圧力が発生し、ケーシング１２の内壁面を押す。ロータの両側面に同じように溝を形成しておくと、ロータはケーシング１２の内壁面に摺動することなく、流体潤滑状態を実現することができる。

次に図１でＢ−Ｂの断面を図２（ｂ）に示す。ロータの回転によってその遠心力で潤滑油はロータ中心から外周方向３１に向かって流れる。この際に潤滑油は壁部２２ｏに突きあたり、ケーシング１２の内壁面と壁部２２の隙間３６の狭い空間に流れる。この際には動圧が発生する。この動圧によってロータはケーシング１２の内壁面から離れる力が働く。ロータの両側面に同じように動圧を発生させることで、ロータは内壁面と摺動せず、流体潤滑が達成される。

図３（ａ）および（ｂ）には、本発明の他の実施形態を例示する。本発明では、壁部は閉じた模様状に形成されるのが望ましいが、一部に形成されただけの場合を排除するものではない。図３（ａ）では外歯、内歯で長い溝が形成された部分に壁部（４２ｉと４２ｏ）を設けた。外歯の根元は、内歯がオイルを圧縮するので、アウタロータの外周に向かって強い圧力のオイルの流れができる。したがって、この部分に壁部を形成することで高い動圧を得る事が出来る。図３（ｂ）では、規則的に壁部（４４ｉと４４ｏ）を設けた例を示す。

以上のように本発明のオイルポンプは、インナ及びアウタロータの側面に放射状の溝と、その溝を横切る壁部を有するので、ロータが回転することで、レイリーステップ効果による圧力と、遠心力によって中心から外周に向かうオイルが壁部とケーシングの内壁面に流れ込む際に発生する動圧によって、ロータとケーシングとの摺動を抑制できる。

本発明のオイルポンプは、エンジンやブレーキにオイルを供給するポンプに好適に利用することができる。

１ オイルポンプ
２ 駆動シャフト
４ インナロータ
６ 外歯
８ アウタロータ
１０ 内歯
１２ ケーシング
１４ 吸入口
１６ 吐出口
２０ 溝
２２ 壁部
３０ 潤滑油の流動方向
３１ 外周方向
３２ 気泡
３４ 圧力
３６ 隙間
４２ 壁部
４４ 壁部

Claims (1)

1. ケーシング内に収容され、シャフト駆動されるインナ及びアウタロータからなるギア式のオイルポンプであって、
   ロータの駆動シャフト方向と垂直な両側面に、ロータ中心から放射状に設けた溝と、溝を横切る方向に壁部を設けたことを特徴とするオイルポンプ。