JP2013108447A - 内接歯車式オイルポンプ用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、アウターロータ歯底にポケット部を設けても、ポンプ性能の低下が起こらないようにすることを課題とする。
【解決手段】外歯を有するインナーロータと、前記外歯と噛み合う内歯を有するアウターロータとを含む内接歯車式オイルポンプロータであって、前記内歯はポケット部を歯底に有し、前記ポケット部の開始点における、前記アウターロータの歯形曲線の接線と前記アウターロータ中心と歯底中央とを通る直線とによって作られる角度αが４０度以上、７０度以下である内接歯車式オイルポンプロータとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インナーロータとアウターロータによってオイルを吸入し、その後オイルを吐出する内接歯車式オイルポンプ用ロータに関する。

内接歯車式オイルポンプは、駆動軸に連結されたインナーロータと前記インナーロータによって駆動され、前記インナーロータよりも１枚歯数が多いアウターロータとの間に形成されたポンプ室の体積が増減することによりオイルを搬送するポンプである。構造が簡単であり、低騒音かつ高効率であるため内接歯車式オイルポンプは、自動車の部品として活用されている。例えば、自動変速機のための油圧を発生させるオイルポンプやエンジンの潤滑に用いるオイルポンプとして活用されている。

この種の内接歯車式オイルポンプの歯形には、トロコイド曲線、サイクロイド曲線、サイクロイド曲線とインボリュート曲線を組み合わせた曲線、または特許文献１が開示している方法で創成される曲線が用いられる。

従来この種の内接歯車式オイルポンプでは、高速回転時にキャビテーションが発生するため、高回転域での容積効率の低下とロータ及びポンプケース等の劣化が課題であった。この課題を解決するため、前記アウターロータの歯底部を深くしてポケット部を作り、ポンプ室の出入り口面積を広げる技術が知られている（特許文献２）。

ＷＯ２０１０／０１６４７３Ａ１号公報 特開昭６３−１６７０８７号公報

上記特許文献１に開示された技術では、アウターロータの歯底にインナーロータの歯先が入り込み、前記ポンプ室のとじ込み隙間が広がってしまい、容積効率が低下するという問題があった。

そこで、この発明は、アウターロータ歯底にポケット部を設けても、ポンプ性能の低下が起こらないようにすることを課題としている。

上記課題を解決するため、この発明においては、外歯を有するインナーロータと、前記外歯と噛み合う内歯を有するアウターロータとを含む内接歯車式オイルポンプロータであって、前記アウターロータはポケット部を歯底に有し、前記ポケット部の開始点における、前記アウターロータの歯形曲線の接線と前記アウターロータの中心と歯底中央とを通る直線とによって作られる角度αが４０度以上、７０度以下である内接歯車式オイルポンプロータとした。

この発明のオイルポンプロータはアウターロータに設けられたポケット部の開始点において、前記アウターロータの歯形曲線の接線と前記アウターロータ中心と歯底中央とを通る直線とによって作られる角度αが４０度以上、７０度以下とされている。インナーロータがアウターロータの歯底に入り込んだ時に、前記アウターロータの歯形により前記インナーロータが支えられるため、前記インナーロータが前記アウターロータに過度に入り込むことを防ぐことが出来る。そのため、ポンプ室のとじ込み隙間が広がってしまうことによる容積効率が低下することを防ぐことが出来る。

前記ポケット部は、側壁部と歯底部と有し、前記アウターロータの端面視において前記側壁部の外形線は前記接線前記接線であると好ましい。

前記アウターロータの端面視において、前記ポケット部の側壁部の外形線を前記接線で形成すると、前記ポケット部開始点おいて、前記インナーロータ１と前記アウターロータ２の接触面積を稼ぐことができるので、過度に前記アウターロータ２が前記インナーロータ１に入り込むことを防ぐことができる。

前記ポケット部の径方向の深さＰを、
Ｐ＝｛（Ｄ２−Ｄ１）／２｝−ｅ
ここにおいて、Ｄ１は前記インナーロータ１の長径（ｍｍ）、Ｄ２は前記ポケット部８の歯底直径（ｍｍ）、ｅは前記インナーロータ１と前記アウターロータ２の偏心量（ｍｍ）としたときに、前記深さＰが以下の式（ａ）を満たすように設定されていると好ましい。
０．１ｍｍ≦Ｐ≦０．３ｍｍ （ａ）

前記ポケット部の径方向の大きさが大きくなると、前記アウターロータ外形との厚みが薄くなる。そうすると、前記ポケット部から前記アウターロータの外周へもれるオイルが多くなり、容積効率の低下が起こってしまう。この発明のオイルポンプロータは、前記ポケット部の径方向の大きさを規定することで、容積効率の低下を防ぐことができる。

前記ポケット部は、歯底部が前記アウターロータの外周と同心の円弧により形成されると好ましい。

前記ポケット部の歯底部が前記アウターロータの外周と同心の円弧で形成されるので、前記アウターロータの外周との厚みが一定となり、前記ポケット部から前記アウターロータの外周へのオイルの漏れを防ぐことができる。

この発明のオイルポンプロータは、アウターロータ歯底にポケット部を設けても、ポンプ性能の低下が起こらないようにすることができる。

本発明のロータを収容したポンプハウジングの一例を示す正面図である。 本発明のアウターロータ歯底と組み合わされたインナーロータ歯先の一例を示す拡大図である。 特許文献１に記載された歯形曲線の創成方法を説明する図面である。 実施例におけるポケット部の角度とチップクリアランスの拡大量およびポケット部の面積の関係を示す図である。 他の実施例におけるポケット部の角度とチップクリアランスの拡大量およびポケット部の面積の関係を示す図である。

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に示すようにオイルポンプは、インナーロータ１、アウターロータ２、ポンプハウジング３、駆動軸４および図示されないポンプカバーにより構成されている。前記インナーロータ１と前記アウターロータ２はそれぞれの中心が偏心量の距離だけ離れた位置に組み合わされて前記ポンプハウジング３に形成されたギヤ室５に収められている。前記インナーロータ１の内径には駆動軸４が勘合している。ここでは、オイルポンプを構成している各部品について詳しく説明する。

〔インナーロータ〕
前記インナーロータ１は、焼結合金により製造される。図１に示すように前記インナーロータ１の外周にはＮ枚の外歯６が形成されている。前記外歯６の歯形には、トロコイド曲線、サイクロイド曲線、サイクロイド曲線とインボリュート曲線を組み合わせた曲線、回転する円の中心が曲線上を移動し前記回転する円上の一点の軌跡を利用した曲線等が用いられる。

〔アウターロータ〕
前記アウターロータ２は、焼結合金により製造される。図１に示すように前記アウターロータ２の内周には前記インナーロータ１よりも歯数が１枚多いＮ＋１枚の内歯７が形成されている。

図２は、前記インナーロータ１の歯先を前記アウターロータ２の歯底に押し付けた図である。図２に示すように前記外歯６の歯底には前記インナーロータ１の歯先に接しないポケット部８が形成されている。前記ポケット部８の開始点９における、前記アウターロータ２の歯形曲線の接線１０と前記アウターロータ２の中心と前記アウターロータ２の歯底中央とを通る直線１１とによって作られる角度αが４０度以上、７０度以下に設定されている。このため、前記インナーロータ１が前記アウターロータ２の歯底に押し付けた時に、前記アウターロータの前記内歯７により前記インナーロータ１が支えられるため、前記インナーロータ１が前記アウターロータ２に過度に入り込むことを防ぐことが出来る。そのため、ポンプ室のとじ込み隙間ＣＬが広がってしまうことにより容積効率が低下することを防ぐことが出来る。

前記角度αが４０度未満であると、前記内歯７による前記インナーロータ１の前記外歯６への支持力が十分でなく、前記インナーロータ１が前記アウターロータ２に過度に入り込む恐れがある。前記角度αが７０度超であると、前記ポケット部８の容積が十分に確保できず、キャビテーションが発生し、容積効率が低下する恐れがある。

前記ポケット部は、側壁部１２と歯底部１３を有する。前記アウターロータ２の端面視において、前記側壁部１２の外形線が前記接線１０により形成されている。前記ポケット部８の前記側壁部１２の少なくとも前記開始点９から延びる部分が前記接線１０であると、前記ポケット部開始点おいて、前記インナーロータ１と前記アウターロータ２の接触面積を稼ぐことができるので、過度に前記アウターロータ２が前記インナーロータ１に入り込むことを防ぐことができる。

前記ポケット部８の径方向の深さＰを、
Ｐ＝｛（Ｄ２−Ｄ１）／２｝−ｅ
ここにおいて、Ｄ１は前記インナーロータ１の長径、Ｄ２は前記ポケット部８の歯底直径をＤ２、ｅは前記インナーロータ１と前記アウターロータ２の偏心量としたときに、前記深さＰが以下の式（ａ）を満たすように設定されている。
０．１ｍｍ≦Ｐ≦０．３ｍｍ （ａ）

前記式（ａ）を満たすと、前記ポケット部８の容積を十分に確保でき、キャビテーションの発生を防ぐことができる。また、前記アウターロータ２の外周からのオイルの漏れを防ぐことができる。

前記ポケット部８は、前記側壁部１２である前記接線１０および前記ポケット部８の歯底部１３によって形成され、前記歯底部１３は前記アウターロータ２の中心と同心の円弧である。

前記アウターロータ２の中心と同心の円弧であるので前記アウターロータ外周との厚みが一定となるので、前記アウターロータ２において側面のシール幅が小さくなる部分ができず、前記アウターロータ２の外周からのオイルの漏れを防ぐことができる。

〔歯形曲線〕
前記インナーロータ１に用いられる歯形曲線としては、トロコイド曲線、サイクロイド曲線、サイクロイド曲線とインボリュート曲線とを組み合わせた曲線、または、特許文献１に記載された方法で創成した曲線（以下特許文献１の曲線）がある。

図３に示す特許文献１に記載された方法は下記の通りである。
下記の創成円ＢまたはＣの移動条件（１）〜（３）を満たして創成円ＢまたはＣを移動させ、その間にインナーロータ中心Ｏ_Ｉと同心である基準円Ａ上の基準点Ｊと重なる前記創成円上の点ｊであって、その創成円ＢまたはＣ上の１点ｊが描く軌跡曲線を求める。そして、基準円中心Ｏ_Ｉから歯先頂点Ｔ_Ｔまたは歯底頂点Ｔ_Ｂに至る直線Ｌ_２またはＬ_３に対して対称形状に描いて歯形の歯先曲線、歯底曲線の少なくとも一方とする。

（１）前記創成円上の前記点ｊが前記基準円Ａ上の前記基準点Ｊに重なるように前記創成円ＢまたはＣを配置したときに、その創成円中心ｐａまたはｐｂの位置を移動始点ＳｐａまたはＳｐｂとする。つぎに、前記創成円上の前記点ｊが前記歯先頂点Ｔ_Ｔまたは前記歯底頂点Ｔ_Ｂに位置するように前記創成円ＢまたはＣを配置したときに前記創成円中心ｐａまたはｐｂの位置を移動終点ＬｐａまたはＬｐｂとする。前記移動始点ＳｐａまたはＳｐｂから前記移動終点ＬｐａまたはＬｐｂまでの創成円中心移動曲線ＡＣ_１またはＡＣ_２上を前記創成円中心ｐａまたはｐｂが移動し、かつ、前記創成円ＢまたはＣがその円の移動方向と同方向に一定角速度で自転する。
（２）前記創成円中心移動曲線ＡＣ_１またはＡＣ_２は、前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉから前記創成円中心ｐａまたはｐｂまでの基準円径方向の距離を、前記移動始点ＳｐａまたはＳｐｂから前記移動終点ＬｐａまたはＬｐｂに至る間、前記歯先曲線にあってはその距離を増加変化させ、又は前記歯底曲線にあってはその距離を減少変化させる。
（３）前記歯先頂点Ｔ_Ｔの半径は、前記基準円Ａの半径に移動始点時の創成円直径を足した長さより長くまたは前記歯底頂点Ｔ_Ｂの半径は前記基準円Ａの半径から移動始点時の創成円直径を引いた長さよりも短い。

ここにおいて、前記創成円中心移動曲線ＡＣ_１またはＡＣ_２上を前記移動始点ＳｐａまたはＳｐｂから前記創成円中心ｐａまたはｐｂが移動する際に、基準円Ａの径方向において移動した移動量ΔＲが、下記式を満たす。
ΔＲ＝Ｒ×ｓｉｎ（（π／２）×（ｍ／Ｓ））
前記Ｒは（前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉから前記移動終点Ｌｐａまでの距離Ｒ_１）−（前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉから前記移動始点Ｓｐａまでの距離Ｒ_０）、または（前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉから前記移動始点Ｓｐｂまでの距離ｒ_０）−（前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉから前記移動終点Ｌｐｂまでの距離ｒ_１）であり、Ｓはステップ数、ｍ＝０→Ｓであり、そのステップ数Ｓは、前記移動始点ＳｐａまたはＳｐｂと前記インナーロータ中心Ｏ_Ｉおよび前記移動終点ＬｐａまたはＬｐｂで作られる角度θ_Ｔ：∠Ｓｐａ、Ｏ_Ｉ、Ｌｐａまたはθ_Ｂ：∠Ｓｐｂ、Ｏ_Ｉ、Ｌｐｂを等間隔に分割した数を言う。

前記アウターロータ２の歯形曲線は、前記インナーロータ１の曲線を創成した後に、前記インナーロータ１の中心を前記アウターロータ２の中心周りに直径（２ｅ＋ｔ）の円と描いて公転させ、インナーロータ中心がその円を１周公転する間に前記インナーロータ１を１／Ｎ回自転させ、こうして作られる前記インナーロータ１の歯形曲線群の包絡線で創成した。ここにおいてｔは前記インナーロータ１と前記アウターロータとの間のクリアランスであり、Ｎは前記インナーロータ１の歯数である。

〔ポンプハウジング〕
ポンプハウジング３は、鋳鉄もしくはアルミ合金により製造される。図１に示すように前記ポンプハウジング３の一端面に円筒状のギヤ室５が形成されている。ギヤ室の底面には、駆動軸を挿入する軸穴とオイルの導入口である吸入ポートとオイルの吐出口である吐出ポートが形成されている。

吸入ポート及び吐出ポートの形状はギヤの歯形に合わせて設計される。ギヤ室５には、ロータの歯形によりクレセントと呼ばれる三日月形状の突起が形成される場合がある。本実施の形態はクレセントが形成されているオイルポンプに対しても有効である。

以下の歯形を用い前記角度αとチップクリアランスの拡大量との関係を求めた。
インナーロータ歯数：８枚
アウターロータ歯数：９枚
使用した歯形曲線：サイクロイド曲線とインボリュート曲線を組み合わせた曲線
インナーロータ歯形内転円径：３．６ｍｍ
インナーロータ歯形外転円径：３．１ｍｍ
偏心量：３．６
ポンプ室最大面積：１５０ｍｍ^２

ポケット部８の寸法を、以下表１に示す。各試料における前記角度αと前記とじ込み隙間ＣＬの拡大量およびポケット部の面積の関係を図４に示す。

図４から分かるように、前記角度αが４０度未満である試料１の場合、前記とじ込み隙間ＣＬの拡大量が０．０５を超えており、容積効率の低下が予想できる。前記角度αが７０度超である試料５の場合、ポケット部の面積がポンプ室最大面積の０．３％（０．４５ｍｍ^２）以下と小さく高速回転時のキャビテーション防止効果が得られない。

次に以下の歯形を用い前記角度αとチップクリアランスの拡大量との関係を求めた。
インナーロータ歯数：５枚
アウターロータ歯数：６枚
使用した歯形曲線：サイクロイド曲線とインボリュート曲線を組み合わせた曲線
インナーロータ歯形内転円径：３．６ｍｍ
インナーロータ歯形外転円径：９．８ｍｍ
偏心量：３．３５
ポンプ室最大面積：１２５ｍｍ^２

ポケット部８の寸法を、以下表２に示す。各試料における前記角度αとチップクリアランスの拡大量およびポケット部の面積の関係を図５に示す。

図５から分かるように、前記角度αが４０度未満である試料６の場合、前記とじ込み隙間ＣＬの拡大量が０．０５を超えており、容積効率の低下が予想できる。前記角度αが７０度超である試料１０の場合、ポケット部の面積がポンプ室最大面積の０．３％（０．３６ｍｍ^２）以下と小さく高速回転時のキャビテーション防止効果が得られない。

次に、実施例１のインナーロータと、表３に記載の寸法のポケット部を有するアウターロータとを用い、前記ポケット部８の深さＰとキャビテーション防止効果との関係を調べた。

ポンプテストの条件は、
圧力：１．０ＭＰａ
温度：１２０℃
回転数：１５００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ
油種：ＡＴＦ
である。各回転数での容積効率を表３に示す。

表３から前記深さＰが０．１ｍｍ未満であると高回転時の容積効率が低下しており、キャビテーションが発生していることが予想される。そのため、ポケット部によるキャビテーションの防止効果が得られていないことが分かる。前記深さＰが０．３ｍｍよりも大きい場合は、低回転時の容積効率が低いので、アウターロータ外周へオイルが漏れていることが予想される。

この発明の内接歯車式ポンプは、車のエンジンの潤滑用や自動変速機（ＡＴ）用のオイルポンプなどとして好適に利用することができる。

１ インナーロータ
２ アウターロータ
３ ポンプハウジング
４ 駆動軸
５ ギヤ室
６ インナーロータの外歯
７ アウターロータの内歯
８ ポケット部
９ ポケット部の開始点
１０ ポケット部の開始点におけるアウターロータ歯形曲線の接線
１１ アウターロータの中心とアウターロータの歯底中央とを通る直線
１２ ポケット部の側壁部
１３ ポケット部の歯底部

Claims (4)

1. 外歯を有するインナーロータと、前記外歯と噛み合う内歯を有するアウターロータとを含む内接歯車式オイルポンプロータであって、
   前記アウターロータはポケット部を歯底に有し、
   前記ポケット部の開始点における、前記アウターロータの歯形曲線の接線と前記アウターロータの中心と歯底中央とを通る直線とによって作られる角度αが４０度以上、７０度以下である内接歯車式オイルポンプロータ。
2. 前記ポケット部は、側壁部と歯底部と有し、前記アウターロータの端面視において前記側壁部の外形線は前記接線であることを特徴とする請求項１に記載の内接歯車式オイルポンプロータ。
3. 前記ポケット部の径方向の深さＰを、
   Ｐ＝｛（Ｄ２−Ｄ１）／２｝−ｅ
   ここにおいて、Ｄ１は前記インナーロータの長径（ｍｍ）、Ｄ２は前記ポケット部の歯底直径（ｍｍ）、ｅは前記インナーロータと前記アウターロータの偏心量（ｍｍ）としたときに、前記深さＰが以下の式（ａ）を満たす請求項１または請求項２に記載の内接歯車式オイルポンプロータ。
   ０．１ｍｍ≦Ｐ≦０．３ｍｍ （ａ）
4. 前記ポケット部は、歯底部が前記アウターロータの外周と同心の円弧により形成される請求項２または請求項３に記載の内接歯車式オイルポンプロータ。

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