JP2015203359A - 内接ギアポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率を向上させることができる内接ギアポンプを提供する。【解決手段】内部にポンプ室１０Ａが形成されるハウジング１０と、外歯車１４ａが形成され、ポンプ室１０Ａの内側に配置されて外部からの動力で回転するドライブロータ１４と、ドライブロータ１４の外歯車１４ａと噛み合う内歯車１６ａが形成され、ハウジング１０に回転可能に支持されるドリブンロータ１６と、を具備する内接ギアポンプ１であって、ハウジング１０とドリブンロータ１６との摺動面に低摩擦材がコーティングされる。【選択図】図１

Description

本発明は、外歯車が形成されるドライブロータおよび内歯車が形成されるドリブンロータを回転させることにより、液体等を圧送する内接ギアポンプの技術に関する。

従来、ハウジングの内側でドライブロータおよびドリブンロータを回転させることにより、液体等を圧送する内接ギアポンプは、エンジンの各部材に潤滑油を供給するため等に用いられている。

特許文献１に開示される技術では、ロータ（ドライブロータ）の歯面に有機系熱硬化型樹脂によるコーティング膜を形成する。特許文献１に開示される技術では、内接ギアポンプ駆動時に、ロータの歯面とステータ（ドリブンロータ）の歯面との接触によってコーティング膜の一部を削り取っている。

これにより、特許文献１に開示される技術では、ロータとステータとの非接触部においてコーティング膜を残留させ、非接触部におけるロータとステータとのクリアランスを小さくし、ロータおよびステータの歯面の加工誤差を吸収している。

ステータは、液体吐出時、すなわち、ステータ回転時に発生する脈動の影響で揺れる場合がある。つまり、ステータの回転軌跡は、脈動の影響で真円度（ステータの外形に沿った略円状）を保つことができず、例えば、略楕円形状となる場合がある。

特許文献１に開示されるハウジングとステータとは、金属面同士が接触する構成である。従って、特許文献１に開示される技術では、ステータの回転軌跡が真円度を保つことができなくなったときに、ハウジングとステータとの金属面同士が強く接触してしまう可能性がある。

従って、特許文献１に開示される技術では、脈動発生時に摩擦損失が増大して吐出圧を一定にすることができず、その結果、ポンプ効率が低下してしまう可能性がある。

特開昭６４−１２０８７号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、ポンプ効率を向上させることができる内接ギアポンプを提供するものである。

請求項１においては、内部にポンプ室が形成されるハウジングと、外歯車が形成され、前記ポンプ室の内側に配置されて外部からの動力で回転するドライブロータと、前記ドライブロータの前記外歯車と噛み合う内歯車が形成され、前記ハウジングに回転可能に支持されるドリブンロータと、を具備する内接ギアポンプであって、前記ハウジングと前記ドリブンロータとの摺動面に低摩擦材がコーティングされる、ものである。

請求項２においては、前記ハウジングの内周面および前記ドリブンロータの外周面の少なくともいずれか一方に、前記低摩擦材がコーティングされる、ものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ポンプ効率を向上させることができる。

請求項２においては、ポンプ効率を効果的に向上させることができる。

内接ギアポンプの正面図。 内接ギアポンプの側面断面図。 ハウジングの斜視図。 ドリブンロータの斜視図。 ハウジングの内周面とドリブンロータの回転軌跡とを示した図。 低摩擦部の摩耗度合いを示した図。 低摩擦部の変形例を示す図。（ａ）第一変形例に係る低摩擦部を示した図。（ｂ）第二変形例に係る低摩擦部を示した図。

以下では、本発明の一実施形態に係る内接ギアポンプ１について説明する。

内接ギアポンプ１は、液体等を圧送するものである。本実施形態に係る内接ギアポンプ１は、エンジンに設けられ、液体として潤滑油を圧送する。なお、本発明に係る内接ギアポンプの用途は、本実施形態に限定されるものでない。

以下では、図中に示した矢印に従って、上下方向、左右方向、および前後方向を定義する。

図１および図２に示すように、内接ギアポンプ１は、ハウジング１０、駆動軸１２、ドライブロータ１４、ドリブンロータ１６、およびカバー１８等を具備する。

図２および図３に示すように、ハウジング１０は、前側と後側とで内径および外径が異なる略筒状の部材である。ハウジング１０の内径および外径は、前側が後側よりも大きい。

ハウジング１０は、後側（小径側）の内周面で駆動軸１２を相対的に回転可能に支持する。ハウジング１０の前側（大径側）の内部空間には、ドライブロータ１４およびドリブンロータ１６が配置される。

ハウジング１０の前側の内周面１０ａ（以下、単に「ハウジング１０の内周面１０ａ」と表記する）は、ドリブンロータ１６の外形と略同一の略円状に形成される。

ハウジング１０の内周面１０ａは、その形状を維持したまま後方向にドライブロータ１４の前後方向の長さと同程度の長さだけ伸びるように形成される。ハウジング１０の内周面１０ａの後端部には、前後方向に対して垂直な平面として段差面１０ｂが形成される。

ハウジング１０には、段差面１０ｂで開口するとともに後側面で外部に開口する吸入ポート１０ｃおよび吐出ポート１０ｄが形成される。

吸入ポート１０ｃは、ハウジング１０内に潤滑油を吸引するための孔であり、例えば、配管等を介してオイルパン（不図示）と連通する。吸入ポート１０ｃは、段差面１０ｂの右側で開口している。吐出ポート１０ｄは、ハウジング１０より潤滑油を圧送するための孔であり、例えば、シリンダヘッドのメインオイルホール（不図示）と連通する。吐出ポート１０ｄは、段差面１０ｂの左側で開口している。

本実施形態に係るハウジング１０の内周面１０ａには、低摩擦部１０ｅが形成される。

低摩擦部１０ｅは、低摩擦材がハウジング１０の内周面１０ａにコーティングされることで形成される。低摩擦部１０ｅは、ハウジング１０の内周面１０ａに均一に、すなわち、同じ膜厚となるように低摩擦材が塗布されることで形成される。低摩擦材は、バインダー樹脂に固体潤滑剤を分散させることによって製造される。

これにより、本実施形態に係る内接ギアポンプ１は、ハウジング１０の内側を他の面と比較して摩擦係数の低い面として形成している。

このような低摩擦材に用いられる固体潤滑剤としては、例えば、グラファイト、カーボン、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、フッ素系樹脂、および軟質金属（例えばＳｎ、Ｂｉ等）の中から、一種類以上が適宜選択される。

また、バインダー樹脂としては、例えば、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、これら樹脂のジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、エラストマーの中から、一種類以上が適宜選択される。

なお、低摩擦材は、固体潤滑剤をバインダー樹脂に分散させることなく、つまり、固体潤滑剤単体で低摩擦部の形成に用いられても構わない。つまり、本発明に係る低摩擦材は、固体潤滑剤を含んでいるものであればよい。

図１および図２に示すように、駆動軸１２は、前後方向を軸方向として、前端部がハウジング１０の前側の内部空間より突出する。駆動軸１２の前端部は、カバー１８に相対的に回転可能に支持される。駆動軸１２の前後中途部は、ハウジング１０に相対的に回転可能に支持される。これにより、駆動軸１２は、ハウジング１０およびカバー１８によって回転可能に支持される。

駆動軸１２は、例えば、後端部にベベルギア（不図示）が取り付けられ、当該ベベルギアを介して内接ギアポンプ１の外部に設けられるカムシャフト（不図示）等に連結される。駆動軸１２は、前記カムシャフト等の回転に伴って回転する。

ドライブロータ１４は、前後方向を軸方向とするとともに、駆動軸１２の外径と略同一の内径を有する金属製の略筒状部材に外歯車１４ａが形成されることで構成される。本実施形態に係る外歯車１４ａは、七枚の歯を有する。ドライブロータ１４は、駆動軸１２と一体的に回転可能となるように、駆動軸１２の前端部に支持される。

これにより、本実施形態に係るドライブロータ１４は、駆動軸１２を介して外部からの動力（前記カムシャフトからの動力）で回転する。

なお、ドライブロータに動力を伝達するための手段は、本実施形態のような駆動軸１２、ベベルギア、およびカムシャフトに限定されるものでない。

図１および図４に示すように、ドリブンロータ１６は、前後方向を軸方向とする金属製の略筒状部材に、ドライブロータ１４の外歯車１４ａと?み合う内歯車１６ａが形成されることで構成される。本実施形態に係る内歯車１６ａは、ドライブロータ１４の外歯車１４ａの歯数よりも一枚多い八枚の歯を有する。

なお、ドライブロータおよびドリブンロータの歯数は、本実施形態に限定されるものでない。

ドライブロータ１４の外歯車１４ａおよびドリブンロータ１６の内歯車１６ａは、焼結によって形成される。

ドリブンロータ１６は、その軸心位置をハウジング１０に合わせた状態でハウジング１０の前側にはめ込まれ、ハウジング１０の内周面１０ａに相対的に回転可能に支持される。つまり、本実施形態において、ハウジング１０およびドリブンロータ１６の摺動面は、ハウジング１０の内周面１０ａ、段差面１０ｂ、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂ、および後側面１６ｃである。

ドライブロータ１４は、中心がドリブンロータ１６の中心に対して偏心した状態で、ドリブンロータ１６の内側に配置される。ドリブンロータ１６には、ドライブロータ１４の外歯車１４ａおよび内歯車１６ａを介してドライブロータ１４の回転が伝達される。ドリブンロータ１６は、ドライブロータ１４の回転方向と同じ方向に回転する。

このとき、図２および図５に示すように、ドリブンロータ１６は、ハウジング１０の内周面１０ａ（低摩擦部１０ｅ）の形状に沿って回転する。

これにより、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂは、ドリブンロータ１６の回転時に、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅ（内周面１０ａ）を摺動する。このとき、ドリブンロータ１６は、真円度が保たれて真円に近い回転軌跡Ｒを描きながら回転する。

なお、図５においては、ドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒを見やすくするために、ハウジング１０の内周面１０ａ（低摩擦部１０ｅ）を実際のハウジングの内周面よりも大きくしている。これは、図５以降の図面においても同様である。

図２に示すように、カバー１８は、略円板状に形成される。カバー１８は、ハウジング１０の前側に配置される。カバー１８のハウジング１０に対する摺動面、すなわち、後側面には、略円状のリング溝１８ａが形成される。リング溝１８ａにはシール部材１８ｂが取り付けられる。

カバー１８は、ボルト１８ｃ等の連結部材によってハウジング１０の前側面に取り付けられる。このとき、ハウジング１０とカバー１８とは、シール部材１８ｂによってシールされる。

これにより、内接ギアポンプ１は、ハウジング１０の前側を密閉し、ハウジング１０の前側の内部空間、より詳細には、前記内部空間に配置されるドライブロータ１４とドリブンロータ１６との間に複数のポンプ室１０Ａ（図１参照）を形成する。ドライブロータ１４は、このようなポンプ室１０Ａの内側に配置される。

次に、内接ギアポンプ１の動作について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る駆動軸１２は、カムシャフトの回転時（すなわち、エンジンの駆動時）に回転する。ドライブロータ１４は、駆動軸１２の回転に伴って一体的に回転する。ドリブンロータ１６は、ドライブロータ１４の回転によってドライブロータ１４と同一方向に回転する。

これにより、内接ギアポンプ１は、ポンプ室１０Ａの容積を変化させながらドライブロータ１４およびドリブンロータ１６を回転させる。

ドライブロータ１４およびドリブンロータ１６の回転によって複数のポンプ室１０Ａのうち容積が増加するポンプ室１０Ａは、吸入ポート１０ｃの後端部の開口と前後方向に重複し、ハウジング１０の外部空間と連通する。つまり、内接ギアポンプ１は、ドライブロータ１４およびドリブンロータ１６を回転させることでポンプ室１０Ａを減圧し、吸入ポート１０ｃを介して減圧したポンプ室１０Ａに潤滑油を吸引する。

ドライブロータ１４およびドリブンロータ１６の回転によって複数のポンプ室１０Ａのうち容積が減少するポンプ室１０Ａは、吐出ポート１０ｄの後端部の開口と前後方向に重複し、ハウジング１０の外部空間と連通する。つまり、内接ギアポンプ１は、ドライブロータ１４およびドリブンロータ１６を回転させることでポンプ室１０Ａを加圧し、加圧したポンプ室１０Ａより吐出ポート１０ｄを介して潤滑油を外部に圧送する。

潤滑油を圧送するとき、内接ギアポンプ１には脈動が発生する。このとき、ドリブンロータ１６等は、脈動の影響で揺れる場合がある。

従って、図６に示すように、ドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒは、内接ギアポンプ１の駆動時に真円度（ドリブンロータ１６の外形に沿った略円状）を保つことができず、例えば、略楕円形状となる場合がある（図６の上側に示す回転軌跡Ｒ参照）。

以下において、ドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒは、脈動の影響で、上部がハウジング１０の内周面１０ａに部分的に接近する（脈動の影響がない場合の回転軌跡Ｒと比較して、上部が突出する）ような略楕円状であるものとする。

このような場合において、ドリブンロータ１６は、回転時にハウジング１０の内周面１０ａの上部に強く接触してしまう可能性がある。このとき、仮に、ハウジング１０の内周面１０ａとドリブンロータ１６の外周面１６ｂとが接触した場合、すなわち、金属面同士が接触した場合、ハウジング１０とドリブンロータ１６との間に高い摩擦力が発生してしまう。

そこで、本実施形態に係る内接ギアポンプ１は、ハウジング１０の内周面１０ａに低摩擦部１０ｅを形成し、脈動発生時にハウジング１０の内周面１０ａを接触させるのではなく、摩擦係数の低い低摩擦部１０ｅをドリブンロータ１６の外周面１６ｂに接触させる。

これにより、内接ギアポンプ１は、ハウジング１０とドリブンロータ１６との金属面同士、すなわち、ハウジング１０の内周面１０ａとドリブンロータ１６の外周面１６ｂとが強く接触した場合と比較して、脈動発生時の摩擦損失を効果的に低減できる。

このため、内接ギアポンプ１は吐出圧を安定させることができる。従って、内接ギアポンプ１は、ポンプ効率を効果的に向上させることができる。

また、内接ギアポンプ１は、脈動発生時にドリブンロータ１６の外周面１６ｂにハウジング１０の内周面１０ａを接触させるのではなく、低摩擦部１０ｅを接触させることにより、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂの摩耗を抑制できる。従って、内接ギアポンプ１は、ポンプ効率の低下を効果的に抑制することができる。

ここで、脈動発生時のドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒが脈動の影響がない場合の回転軌跡Ｒと比較して上部が突出している場合、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅは、上部がドリブンロータ１６の外周面１６ｂと強く接触することとなる。

従って、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅは、内接ギアポンプ１の駆動時に上部が部分的に摩耗することとなる。つまり、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅの膜厚は、均一であった状態から、低摩擦部１０ｅの上部が部分的に薄い状態となる（図６の下側に示す低摩擦部１０ｅ参照）。

これにより、内接ギアポンプ１は、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅを脈動発生時のドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒの形状に倣うような形状に形成できる。つまり、内接ギアポンプ１は、駆動することで、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅをドリブンロータ１６の回転軌跡Ｒの形状になじませることができる。

これによれば、内接ギアポンプ１は、脈動が発生したときにも、ハウジング１０の低摩擦部１０ｅとドリブンロータ１６の外周面１６ｂとのクリアランスを適切に保つことができる。このため、内接ギアポンプ１は、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂがハウジング１０の低摩擦部１０ｅに強く接触することを効果的に防止できる。

つまり、低摩擦部１０ｅは、新品のドリブンロータ１６がハウジング１０に取り付けられて内接ギアポンプ１が駆動した直後は部分的に摩耗するものの、ある程度摩耗した後はほとんど摩耗しなくなる。

これにより、内接ギアポンプ１は、継続使用することでポンプ効率を効果的に向上させることができる。

なお、本発明に係る内接ギアポンプは、図７（ａ）に示す第一変形例に係る内接ギアポンプのように、低摩擦材をドリブンロータ１１６の外周面１１６ｂにコーティングすることで、低摩擦部１１６ｄをドリブンロータ１１６の外周面１１６ｂに形成しても構わない。第一変形例に係る内接ギアポンプのハウジングには、低摩擦部が形成されていない。

この場合、第一変形例に係る内接ギアポンプは、ドリブンロータ１１６の低摩擦部１１６ｄによって脈動発生時の摩擦損失を効果的に低減できるため、ポンプ効率を効果的に向上させることができる。

この場合、ハウジングの内周面１１０ａに低摩擦材をコーティングする場合と比較して、低摩擦部の形成に要する低摩擦材の量を減らすことができる。従って、第一変形例に係る内接ギアポンプは、その製造コストを低減できる。

また、本発明に係る内接ギアポンプは、図７（ｂ）に示す第二変形例に係る内接ギアポンプのように、ハウジングの内周面２１０ａとドリブンロータ２１６の外周面２１６ｂとに、低摩擦部２１０ｅ・２１６ｄをそれぞれ形成しても構わない。

この場合、第二変形例に係る内接ギアポンプは、各低摩擦部２１０ｅ・２１６ｄによって脈動発生時の摩擦損失を効果的に低減できるため、ポンプ効率を効果的に向上させることができる。

つまり、本発明に係る内接ギアポンプは、ハウジングとドリブンロータと摺動面の中で、ハウジングとドリブンロータとが互いに摺動する面に低摩擦部を形成することで、脈動発生時の摩擦損失を効果的に低減でき、ポンプ効率を効果的に向上させることができる。

このように、本発明に係る内接ギアポンプは、ハウジング１０の内周面１０ａおよびドリブンロータ１６の外周面１６ｂの少なくともいずれか一方に、低摩擦材がコーティングされる。

さらに、本発明に係る内接ギアポンプは、ハウジングの段差面またはドリブンロータの後側面だけに低摩擦材がコーティングされていても構わない。

これにより、本発明に係る内接ギアポンプは、脈動発生有無に関わらず、ハウジングの段差面とドリブンロータの後側面との摩擦損失を低減できるため、ポンプ効率を向上させることができる。

このように、本発明に係る内接ギアポンプは、ハウジング１０およびドリブンロータ１６の摺動面（ハウジング１０の内周面１０ａ、段差面１０ｂ、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂ、および後側面１６ｃのいずれか一つの面）に、低摩擦材がコーティングされる。

なお、本実施形態においては、カバー１８は、概念的にハウジング１０とは異なる部材（すなわち、本発明に係る「ハウジング」に含まれない部材）としたが、この構成に限定するものではない。例えば、カバー１８は、概念的にハウジング１０と同一の部材（すなわち、本発明に係る「ハウジング」に含まれる部材）として構成してもよい。このような場合、ハウジング１０とドリブンロータ１６との摺動面は、ハウジング１０の内周面１０ａ、段差面１０ｂ、カバー１８の後側面、ドリブンロータ１６の外周面１６ｂ、後側面１６ｃ、および前側面である。このような場合においては、ドリブンロータ１６の前側面とカバー１８の後側面との少なくともいずれか一方に低摩擦材をコーティングしても構わない。

１ 内接ギアポンプ
１０ ハウジング
１０Ａ ポンプ室
１０ａ 内周面（摺動面）
１０ｂ 段差面（摺動面）
１０ｅ 低摩擦部
１４ ドライブロータ
１４ａ 外歯車
１６ ドリブンロータ
１６ａ 内歯車
１６ｂ 外周面（摺動面）
１６ｃ 後側面（摺動面）

Claims (2)

1. 内部にポンプ室が形成されるハウジングと、外歯車が形成され、前記ポンプ室の内側に配置されて外部からの動力で回転するドライブロータと、前記ドライブロータの前記外歯車と噛み合う内歯車が形成され、前記ハウジングに回転可能に支持されるドリブンロータと、を具備する内接ギアポンプであって、
   前記ハウジングと前記ドリブンロータとの摺動面に低摩擦材がコーティングされる、
   内接ギアポンプ。
2. 前記ハウジングの内周面および前記ドリブンロータの外周面の少なくともいずれか一方に、前記低摩擦材がコーティングされる、
   請求項１に記載の内接ギアポンプ。

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