JP2014047751A - 内接歯車ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプ、特に、インナーロータの内径側に吐出流路を設けるポンプの駆動トルクを低減することを課題としている。
【解決手段】歯数がｎのインナーロータ２と歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ３を組み合わせたポンプロータ４をハウジング５のロータ室６に収納し、インナーロータ２の内径側に吐出流路を設けた内接歯車ポンプにおいて、吐出ポート８の内径側のシール面の径方向の幅を、吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くした。
【選択図】図１

Description

この発明は、歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプ、詳しくは、ポンプロータの摺動抵抗を減少させて駆動トルクを低減した内接歯車ポンプに関する。

歯数がｎのインナーロータと歯数が（ｎ＋１）のアウターロータを、インナーロータとアウターロータを偏心配置にして組み合わせ、その２者からなるポンプロータをハウジングのロータ室に収納して構成される内接歯車ポンプは、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利用されている。

その内接歯車ポンプは、ハウジングのロータ室の端面に吸入ポートと吐出ポートを有する。その吸入ポートと吐出ポートは、一般的には下記特許文献１が０００４段落で述べているように、吸入ポートと吐出ポートの内周縁（ロータ中心側の周縁）をインナー小径（インナーロータの歯底の軌跡）とほぼ重なる円弧で、また、両ポートの外周縁（ロータ外径側の周縁）をアウター大径（アウターロータの歯底の軌跡）とほぼ重なる円弧でそれぞれ形成している。

なお、吸入ポート終端と吐出ポート始端間は、インナーロータとアウターロータの歯間に作り出されるチャンバ（ポンプ室）を吸入ポートと吐出ポートから切り離す閉じ込み部として構成されており、前記チャンバが吸入ポートに面して面積（容積）を拡大しながら移動する間にそのチャンバに液体が吸入され、チャンバが吐出ポートに面して面積を縮小しながら移動する間にチャンバ内の液体が吐出ポートに送り出される。

特開２００６−６３８８３号公報

吸入ポートと吐出ポートの内周縁をインナー小径とほぼ重なる円弧で、外周縁をアウター大径とほぼ重なる円弧でそれぞれ形成した従来の一般的な内接歯車ポンプや、吐出ポート側のシール面積（摺動面の面積）を吸入ポート側のシール面積よりも大きくして摺動クリアランス部からの液漏れを抑制した前掲の特許文献１の内接歯車ポンプは、ポンプの油路構成などを考慮した上で多様化を図ろうとすると、ポンプロータの摺動抵抗の低減に関して改善の余地が残されている。

この発明は、歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを組み合わせた内接歯車ポンプ、特に、吐出流路をインナーロータの内径側、例えば、インナーロータを駆動する駆動軸の内部などに設けているポンプを改善の対象にしてそのポンプの駆動トルクを低減することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、歯数差が１枚のインナーロータとアウターロータを組み合わせたポンプロータを有し、そのポンプロータをハウジングのロータ室に収納し、ハウジングのカバー及び（若しくは）ロータ室の端面に吸入ポートと、吐出ポートと、駆動軸の通される軸穴を設けた内接歯車ポンプにおいて、
前記吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅を、前記吸入ポートの内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くした。
ここで言うシール面は、吸入ポートや吐出ポートが設けられるハウジングのカバーの端面、或いはロータ室の端面とポンプロータの端面とが摺動隙間を間に有して対向する部分を指す。

前記ハウジングのカバーの端面やロータ室の端面の所要箇所に端面を部分的に凹ませる溝を形成することで、吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅を、吸入ポートの内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることができる。

また、もうひとつの策として、前者と同一前提条件の内接歯車ポンプを改善の対象にして、吐出ポートの内径側のシール面積を吸入ポートの内径側のシール面積よりも狭くした。

吐出ポートの内周縁に沿った領域と前記軸穴の吐出側（インナーロータ中心とアウターロータ中心が置かれる直線の偏心軸を境にして吐出ポートのある側）の外周縁に沿った領域のいずれか一方、又は、吐出ポートと軸穴との間に挟まれた吐出側内径領域の全体を、前記カバーやロータ室の端面に溝を設けて凹ませる方法で、吐出ポートの内径側のシール面積を吸入ポートの内径側のシール面積よりも狭くすることができる。

これらの内接歯車ポンプは、インナーロータの内径側に吐出流路を設けることができる。また、吸入ポートの内周縁の直径Ｄｉｐが前記インナーロータの歯底直径Ｄｉに対してＤｉ−０．３ｍｍ≦Ｄｉｐ≦Ｄｉ＋０．３ｍｍの関係であるものが好ましい。

吐出ポートとハウジングのカバーなどに設けられる吐出口との間に、吐出ポートから吐出された流体と吐出ポートの内径側のシール面から漏れた流体を集めて吐出口に流す、液溜め室を設けると好ましい。

吐出流路を例えば、前記駆動軸に設けるポンプでは、吐出ポートから駆動軸側の吐出流路につなぐ横穴（吐出連通路）が必要であるが、この発明の形態では、吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅や面積を減少させる目的でハウジングのカバーの端面やロータ室の端面に設ける溝を吐出連通路として共用することができる。

吐出ポートの内径側のシール面積を吸入ポートの内径側のシール面積よりも狭くすることと併せて、吸入ポートの外径側のシール面の径方向の幅（ポートの外周縁とロータ室の外周縁との間に形成されるシール部の径方向の幅）を吐出ポートの外径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることも、駆動トルクの更なる低減に寄与できて好ましい。

この内接歯車ポンプは、吐出ポートとハウジングのカバーなどに設けられる吐出口との間に、吐出ポートから吐出された流体と吐出ポートの内径側のシール面から漏れた流体を集めて吐出口に流す液溜め室を設けると好ましい。

この発明の内接歯車ポンプは、吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポートの内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くした分、ロータと摺り合うハウジング側摺動面の面積が従来ポンプよりも小さくなる。吐出ポートの内径側のシール面積を吸入ポートの内径側のシール面積よりも狭くしたポンプも同様であり、そのために、ロータの摺動抵抗が小さくなり、従来ポンプに比べて駆動トルクが低減される。

この発明の内接歯車ポンプの一例を、ハウジングのカバーを外した状態にして示す端面図 図１のポンプのカバー端面の正面図 図１のIII−III線に沿った拡大断面図 吐出ポートの内径側に吐出流路を設ける形態の一例の要部を示す断面図 吐出ポートの内径側のシール面積を狭くする手法の他の例を示す図 吐出ポートの内径側のシール面積と吸入ポートの外径側のシール面積を併せて狭くした例を示す図

以下、この発明の内接歯車ポンプの実施の形態を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。

図１〜図３に示す内接歯車ポンプ１は、歯数がｎ（ｎは２以上の整数）のインナーロータ２と、歯数が（ｎ＋１）のアウターロータ３を偏心配置にして組み合わせてポンプロータ４を構成し、そのポンプロータ４をハウジング５のロータ室６に収納して構成されている。図中ＣＬは偏心軸、Ｏ_ｉはインナーロータ中心、Ｏ_Ｏはアウターロータ中心、ｅは、インナーロータ２とのアウターロータ３の偏心量を表す。

図１及び図３に示すように、ロータ室６の端面には、吸入ポート７と、吐出ポート８と、インナーロータ中心Ｏ_ｉと同心の軸穴９と、この発明を特徴づける溝、即ち、吐出ポート８の内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くする溝１０が設けられている。

図２に示すように、ハウジング５のカバー１３にも、吸入ポート７と、吐出ポート８と、吐出ポート８の内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くする溝１０が設けられている。

吸入ポート７の終端から吐出ポート８の始端まではチャンバ閉じ込み部１１となっている。軸穴９は、駆動軸の直径に基づいて直径の決定される穴であり、その穴に駆動軸２０（図３参照）が通される。図２、図３の１４はカバー１３に設けた液溜め室、１５は、カバー１３の中心（インナーロータ２と同軸上）に設けられた吐出口である。吐出口１５は、駆動軸２０に形成されてもよいし、軸穴９を兼ねていてもよい。

吐出ポート８と液溜め室１４との間には、吐出連通路１２が設けられ、吐出ポート８から吐出される流体（オイル）の一部がインナーロータ２の内径側に流れ、液溜め室１４を通り、吐出口１５から吐出される。吐出ポート８から内径側のシール面を通って漏れる流体（オイル）もあり、その漏れた流体も液溜め室１４を通って吐出口１５から吐出される。

本発明の歯車ポンプは、吐出される流体が液溜め室１４に集められ、インナーロータ２の内径側に流れるので、吐出ポート８の内径側のシール面の径方向幅が吸入ポート７のシール面の径方向幅よりも狭くても吐出量低下の虞がない。液溜め室１４は吐出ポート８から漏れた流体を回収して流す役割も担っており、これにより、吐出効率の低下が抑制される。流体の吐出は、液溜め室１４に形成された吐出口１５や駆動軸２０に形成された孔（図示せず）、又は、軸穴９を通して行ってもよいし、その一部を他の吐出口１６から吐出させてもよい。

液溜め室１４の内壁１８の一部は、インナーロータ２の内径１７よりも外周側に形成されるように設定されている。このように設定すると、吐出ポート８から漏れた流体を効率よく回収することができる。

図示のポンプの吸入ポート７と吐出ポート８は、各々の内周縁７ｉｐ、８ｉｐがインナーロータの歯底直径Ｄｉとほぼ重なる円弧で、また、各々の外周縁７ｏｐ、８ｏｐがアウターロータの歯底直径Ｄｏとほぼ重なる円弧でそれぞれ形成されている。

吸入ポート７の内周縁７ｉｐの直径Ｄｉｐはインナーロータ２の歯底直径Ｄｉに対し、Ｄｉ−０．３ｍｍ≦Ｄｉｐ≦Ｄｉ＋０．３ｍｍに設定されている。Ｄｉｐ＞Ｄｉ＋０．３ｍｍであると吸入ポート７の内周縁７ｉｐの直径Ｄｉｐがインナーロータ２の歯底直径Ｄｉより大きくなるので吸入ポート７の内周縁７ｉｐの角部において流体の流れにはく離がおきて吸入効率が低下する虞がある。Ｄｉ−０．３ｍｍ＞Ｄｉｐの場合は、吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅が狭くなる。本発明の歯車ポンプは、吐出される流体がインナーロータ２の内径側に流れているので、インナーロータ２の内径部に吐出圧力がかかっている。そのため吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅が狭くなると、インナーロータ２の内径部から吸入ポート７にむけて流体が漏れ出す虞がある。

ロータ室６とカバー１３の端面に形成された溝１０は、ここでは、吐出ポート８と軸穴９に挟まれた吐出側内径領域の周方向の幅全体を凹ませているが、周方向幅の一部を凹ませてもよい。また、径方向には吐出側内径領域の一部を凹ませて液溜め室１４の内壁１８
に沿った領域は凹みの無い形状にしている。その溝１０は、駆動トルク低減の観点からは、深さが１ｍｍにも満たない、ロータとの摺動が回避されるだけの浅い溝でよい。また、製造面を考慮して吐出ポートと同様の深さの溝にしてもよい。

シール面を最大限に減らす観点から、その溝１０を液溜め室１４及び軸穴９とつなげて吐出連通路１２として兼用することができる。

吐出ポート８の内径側に設けた吐出連通路１２の一例を図４に示す。図のように、駆動軸部と吐出ポートをつなぐことによりシール幅減少のための溝を吐出連通路１２としても利用することができる。

図５に、吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポートの内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くする手法の他の例を示す。このように、吐出ポート８の内周縁に沿った領域２１と、軸穴９の吐出側の外周縁に沿った領域２２の少なくとも片方を、カバー１３、もしくは、ハウジング５、又は、その両者の端面に溝１０を設けて凹ませる方法でも吐出ポートの内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポートの内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることができる。

なお、図６に示すように、吐出ポート８の内径側に溝１０を設置して吐出ポート８の内径側のシール面積を吸入ポート７の内径側のシール面積よりも狭くする構造でも駆動トルクを低減させることができる。図６は、溝１０をハウジング５に設けているが、その溝１０はカバーに設けてもよく、ハウジングとカバーの両者に設けることもできる。

図６のように、溝１０を設置して吐出ポート８の内径側のシール面積を吸入ポート７の内径側のシール面積よりも狭くすることや、吐出ポート８の内径側のシール面の径方向の幅を吸入ポート７の内径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることと併せて、吸入ポート７の外径側のシール面の径方向の幅を、吐出ポート８の外径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることも、駆動トルクの低減に効果を奏する。

図のように、吸入ポート７の外周縁７ｏｐに沿ってロータ室６の端面に溝１０を設ける方法や、ロータ室６の最外周の縁に沿って吸入ポート７の外周縁７ｏｐに対応した領域に溝を設ける方法で吸入ポート７の外径側のシール面の径方向の幅を吐出ポート８の外径側のシール面の径方向の幅よりも狭くすることが可能である。

なお、吸入ポート７や吐出ポート８は、ロータ室６の端面のみ、或いはカバー１３の端面のみに設けることがあり、そのポンプについては、ロータ室６とカバー１３のいずれか一方の端面に溝１０を設けることになる。

１ 内接歯車ポンプ
２ インナーロータ
３ アウターロータ
４ ポンプロータ
５ ハウジング
６ ロータ室
７ 吸入ポート
７ｉｐ 吸入ポートの内周縁
７ｏｐ 吸入ポートの外周縁
８ 吐出ポート
８ｉｐ 吐出ポートの内周縁
８ｏｐ 吐出ポートの外周縁
９ 軸穴
１０ 溝
１１ 閉じ込み部
１２ 吐出連通路
１３ カバー
１４ 液溜め室
１５ 吐出口
１６ その他の吐出口
１７ インナーロータ内径
１８ 液溜め室の内壁
２０ 駆動軸
２１ 吐出ポートの内周縁に沿った領域
２２ 軸穴の吐出側の外周縁に沿った領域
ＣＬ 偏心軸
Ｏ_ｉ インナーロータ中心
Ｏ_Ｏ アウターロータ中心
Ｄｉ インナーロータの歯底直径
Ｄｏ アウターロータの歯底直径
Ｄｉｐ 吸入ポートの内周縁の直径

Claims (9)

1. 歯数差が１枚のインナーロータ（２）とアウターロータ（３）を組み合わせたポンプロータ（４）を有し、そのポンプロータをハウジング（５）のロータ室（６）に収納し、前記ハウジングのカバー（１３）の端面、又は、前記ロータ室（６）の端面に、吸入ポート（７）と、吐出ポート（８）と、駆動軸の通される軸穴（９）を設けた内接歯車ポンプにおいて、
   前記吐出ポートの内周縁（８ｉｐ）と前記軸穴（９）との間に配置される吐出ポート内径側のシール面の径方向の幅を、前記吸入ポートの内周縁（７ｉｐ）と前記軸穴（９）との間に配置される吸入ポート側シール面の径方向の幅よりも狭くしたことを特徴とする内接歯車ポンプ。
2. 前記インナーロータの内径（１７）側に吐出流路を設けた請求項１に記載の内接歯車ポンプ。
3. 前記吸入ポート（７）の内周縁（７ｉｐ）の直径（Ｄｉｐ）が前記インナーロータ（２）の歯底直径（Ｄｉ）に対してＤｉ−０．３ｍｍ≦Ｄｉｐ≦Ｄｉ＋０．３ｍｍの関係であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内接歯車ポンプ。
4. 前記吐出ポート（８）と吐出口（１５）との間に、吐出ポートから吐出された流体と吐出ポートの内径側のシール面から漏れた流体を集めて吐出口（１５）に流す、液溜め室（１４）を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の内接歯車ポンプ。
5. 歯数差が１枚のインナーロータ（２）とアウターロータ（３）を組み合わせたポンプロータ（４）を有し、そのポンプロータをハウジング（５）のロータ室（６）に収納し、前記ハウジングのカバー（１３）の端面、又は、前記ロータ室（６）の端面に、吸入ポート（７）と、吐出ポート（８）と、駆動軸の通される軸穴（９）を設けた内接歯車ポンプにおいて、
   前記吐出ポートの内周縁（８ｉｐ）に沿った領域（２１）と前記軸穴（９）の吐出側の外周縁に沿った領域（２２）のいずれか一方、又は、吐出ポート（８）と軸穴（９）との間に挟まれた吐出側内径領域の全体を、前記カバー（１３）の端面又は前記ロータ室（６）の端面、もしくは、カバー（１３）とロータ室（６）の両者の端面に溝（１０）を設けて凹ませて吐出ポートの内径側のシール面積を吸入ポートの内径側のシール面積よりも狭くした内接歯車ポンプ。
6. 前記インナーロータの内径（１７）側に吐出流路を設けた請求項５に記載の内接歯車ポンプ。
7. 前記吸入ポート（７）の内周縁（７ｉｐ）の直径（Ｄｉｐ）が前記インナーロータ（２）の歯底直径（Ｄｉ）に対してＤｉ−０．３ｍｍ≦Ｄｉｐ≦Ｄｉ＋０．３ｍｍの関係であることを特徴とする請求項５又は６に記載の内接歯車ポンプ。
8. 前記吐出ポート（８）と吐出口（１５）との間に、吐出ポートから吐出された流体と吐出ポートの内径側のシール面から漏れた流体を集めて吐出口（１５）に流す、液溜め室（１４）を設けた請求項５〜７のいずれかに記載の内接歯車ポンプ。
9. 吐出ポート（８）の内径側のシール面積を吸入ポート（７）の内径側のシール面積よりも狭くすることと併せて、吸入ポート（７）の外径側のシール面の径方向の幅を、吐出ポート（８）の外径側のシール面の径方向の幅よりも狭くした請求項１〜８のいずれかに記載の内接歯車ポンプ。

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