JP2018035780A - オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ室内で回転する回転部材の高速回転域におけるポンプ効率の低下を抑制することが可能なオイルポンプを提供する。【解決手段】オイルポンプ１は、第１の吸入ポート２１及び第１の吐出ポート２２がロータ室１００に開口して形成されたポンプハウジング１０、及びロータ室１００内に複数のポンプ室Ｐを隔成するインナーロータ４及びアウターロータ５を備え、インナーロータ４及びアウターロータ５の回転によって複数のポンプ室Ｐの容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行う。ロータ室１００には、複数のポンプ室Ｐのうち容積が拡大するポンプ室Ｐと第１の吸入ポート２１とを連通させる吸入連通路６１１が形成された揺動プレート６がインナーロータ４及びアウターロータ５と軸方向に対向して配置され、インナーロータ４及びアウターロータ５の回転速度の上昇により、揺動プレート６がインナーロータ４及びアウターロータ５の回転方向に変位する。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ室内で回転部材が回転することにより複数のポンプの容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行うオイルポンプに関する。

従来、ポンプハウジングに形成されたロータ室内で回転部材が回転することにより複数のポンプ室の容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行うオイルポンプとして、例えば特許文献１に記載されたオイルポンプがある。

特許文献１に記載のオイルポンプは、ポンプハウジングにロータ室が形成され、このロータ室に吸入ポート及び吐出ポートが開口している。ロータ室には、回転部材としてのインナーロータ及びアウターロータ配置されている。インナーロータ及びアウターロータには、それぞれ複数の歯形部が形成され、これらの歯形部が互いに噛み合わされている。アウターロータの歯形部の数はインナーロータの歯形部の数よりも１つ多く、インナーロータの歯形部とアウターロータの歯形部との間には、インナーロータ及びアウターロータの回転によって容積が拡大と縮小を繰り返す複数のポンプ室が形成されている。

それぞれのポンプ室は、容積が拡大する拡大行程では吸入ポートに連通し、容積が縮小する縮小行程では吐出ポートに連通する。また、ロータ室において、インナーロータ及びアウターロータの回転方向における吸入ポートの開口と吐出ポートの開口との間には、容積が最大となったポンプ室が位置する仕切り部が形成されている。インナーロータ及びアウターロータが回転すると、拡大行程において吸入ポートからポンプ室に吸入されたオイルが縮小行程において吐出ポートに吐出されるポンプ動作が行われ、油圧機器等の供給対象にオイルが供給される。

特開２０１５−４５３２７号公報

上記のように構成されたポンプにおいて、インナーロータ及びアウターロータの回転速度が速くなると、ポンプ室にオイルが十分に吸入できていない状態でポンプ室が仕切り部に移動してしまう場合がある。この場合、吐出ポートに吐出されるオイルの量が減少することにより、ポンプ効率が低下してしまう。

また、吸入ポートからポンプ室にオイルを十分に吸入できないことの対策として、例えば仕切り部の幅を縮小して吸入ポートの開口を吐出ポートの開口に近づけ、高速回転域においてもポンプ室にオイルが十分に吸入されるようにすると、吸入ポートと吐出ポートとがポンプ室を介して連通し、吐出ポートから吸入ポートにオイルが逆流してしまう。そして、このオイルの逆流により、やはりポンプ効率が低下してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータ室内で回転する回転部材の高速回転域におけるポンプ効率の低下を抑制することが可能なオイルポンプを提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、吸入ポート及び吐出ポートがロータ室に開口して形成されたポンプハウジング、及び前記ロータ室内に配置されて前記ロータ室内に複数のポンプ室を隔成する回転部材を備え、前記回転部材の回転によって前記複数のポンプ室の容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行うオイルポンプであって、前記ロータ室内に前記回転部材と軸方向に対向して配置され、前記複数のポンプ室のうち前記回転部材の回転によって容積が拡大するポンプ室と前記吸入ポートとを連通させる吸入連通路が形成された連通路形成部材を有し、前記回転部材の回転速度の上昇により、前記吸入連通路の前記回転部材側の開口が前記回転部材の回転方向に変位する、オイルポンプを提供する。

本発明に係るオイルポンプによれば、ロータ室内で回転する回転部材の高速回転域におけるポンプ効率の低下を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るオイルポンプを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 オイルポンプの内部構造を示す構成図である。 ポンプハウジングの第１ハウジング部材を第２ハウジング部材側から見た図である。 ポンプハウジングの第２ハウジング部材を第１ハウジング部材側から見た図である。 揺動プレートを示し、（ａ）はロータ室の底面側から見た平面図、（ｂ）及び（ｃ）は側面図である。 第１ハウジング部材及び揺動プレートを示す説明図であり、（ａ）は揺動プレートが初期位置にある状態を、（ｂ）は揺動プレートが初期位置から変位した状態を、それぞれ示す。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るオイルポンプを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２は、オイルポンプの内部構造を示す構成図である。

このオイルポンプ１は、例えば自動車に搭載され、トランスミッションにおける各部の潤滑及び動作のために、トランスミッションケース内のオイルパンからオイルを吸入して吐出する。

オイルポンプ１は、トロコイド型の内接ギヤポンプであり、第１ハウジング部材２及び第２ハウジング部材３からなるポンプハウジング１０と、ポンプハウジング１０のロータ室１００に収容されたトロコイド歯形を有するインナーロータ４及びアウターロータ５と、ロータ室１００内にインナーロータ４及びアウターロータ５と対向して配置された略円板状の揺動プレート６と、揺動プレート６を周方向に付勢する付勢部材としてのコイルバネ７と、インナーロータ４に回転力を付与するシャフト８とを有して構成されている。インナーロータ４及びアウターロータ５は、本発明の「回転部材」に相当する。揺動プレート６は、本発明の「連通路形成部材」に相当する。

ポンプハウジング１０の第１ハウジング部材２には、ロータ室１００が、第２ハウジング部材３との合わせ面からインナーロータ４及びシャフト８の回転軸線Ｏ_１方向に窪んだ凹所として形成されている。以下、回転軸線Ｏ_１に平行な方向を軸方向という。図２では、第２ハウジング部材３を取り外して軸方向から見た第１ハウジング部材２等を示している。

揺動プレート６は、ロータ室１００の底面１００ａとインナーロータ４及びアウターロータ５との間に、インナーロータ４及びアウターロータ５と軸方向に対向して配置されている。第１ハウジング部材２と第２ハウジング部材３とは、複数（図１の図示例では３つ）のボルト１１によって締結されている。

インナーロータ４は、スプライン嵌合部４０においてシャフト８と相対回転不能に連結され、シャフト８から受ける回転力によって回転軸線Ｏ_１を中心に回転する。シャフト８は、例えばチェーンやスプロケットもしくは複数の歯車からなる駆動力伝達機構によって自動車のエンジン等の駆動源からの駆動力を受け、インナーロータ４を所定の回転方向（図２に示す矢印Ｂ方向）に回転させる。シャフト８は、第１ハウジング部材２に形成された貫通孔２０を貫通し、先端部が第２ハウジング部材３に形成された穴部３０に収容されている。また、シャフト８は、貫通孔２０及び穴部３０にそれぞれ配置された軸受９１，９２によって回転可能に支持されている。貫通孔２０の一端部には、シール部材９３が配置されている。

インナーロータ４は、外方に突出する複数の歯形部４１を外周に有し、周方向に隣り合う２つの歯形部４１の間にそれぞれ凹部が形成されている。本実施の形態では、インナーロータ４が１１個の歯形部４１を有している。

アウターロータ５は、ロータ室１００の内周面１００ｂを摺動する外周面を有するリング状であり、内方に突出する複数の歯形部５１を内周に有している。周方向に隣り合う２つの歯形部５１の間には、それぞれ凹部が形成されている。本実施の形態では、アウターロータ５が１２個の歯形部５１を有している。すなわち、アウターロータ５は、インナーロータ４の歯形部４１よりも１つ多い数の歯形部５１を有している。また、アウターロータ５は、その内部に配置されたインナーロータ４と噛み合い、インナーロータ４の回転力を受け、回転軸線Ｏ_１に対して偏心した回転軸線Ｏ_２を中心としてロータ室１００内で回転する。回転軸線Ｏ_２は、ロータ室１００の中心軸に一致する。

アウターロータ５は、インナーロータ４との間に複数のポンプ室Ｐを隔成し、歯数の比に応じたインナーロータ４よりも遅い速度で、インナーロータ４と同方向に回転する。ポンプ室Ｐは、インナーロータ４の凹部とアウターロータ５の凹部との連通によって、インナーロータ４とアウターロータ５との間に隔成される。

それぞれのポンプ室Ｐの容積は、インナーロータ４の歯形部４１とアウターロータ５の歯形部５１とが深く噛み合う部分で小さく、歯形部４１，５１の噛み合いが浅くなるに連れて徐々に大きくなる。複数のポンプ室Ｐは、インナーロータ４の歯形部４１とアウターロータ５の歯形部５１とが近接した近接部によって互いに区画されている。この近接部は、歯形部４１，５１の噛み合いが深いときには凹部の底部付近にあり、歯形部４１，５１の噛み合いが浅いときには歯形部４１，５１の歯先部分にある。オイルポンプ１は、インナーロータ４及びアウターロータ５の回転によって、複数のポンプ室Ｐの容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行う。

図３は、ポンプハウジング１０の第１ハウジング部材２を第２ハウジング部材３側から見た図である。ポンプハウジング１０の第１ハウジング部材２には、図３に示すように、ロータ室１００の底面１００ａに開口する第１の吸入ポート２１及び第１の吐出ポート２２と、第１の吸入ポート２１に連通する第１の吸入油路２３と、第１の吐出ポート２２に連通する第１の吐出油路２４と、コイルバネ７を収容するための収容穴２５とが形成されている。

第１の吸入油路２３には、オイルポンプ１にオイルを供給するための図略の配管が接続される接続口２３ａと、後述する第２の吸入油路３３と連通するための連通口２３ｂとが設けられている。また、第１の吐出油路２４には、オイルポンプ１から吐出されたオイルを油圧機器等の供給対象に導く図略の配管が接続される接続口２４ａと、後述する第２の吐出油路３４と連通するための連通口２４ｂとが設けられている。

図３では、第１ハウジング部材２の内部における第１の吸入油路２３及び第１の吐出油路２４を破線で示している。また、図２では、インナーロータ４又はアウターロータ５もしくは揺動プレート６に隠れた部分のロータ室１００の底面１００ａにおける吸入ポート２１及び吐出ポート２２の開口の外縁を破線で示している。

図４は、ポンプハウジング１０の第２ハウジング部材３を第１ハウジング部材２側から見た図である。第２ハウジング部材３は、第１ハウジング部材２側の面の一部がロータ室１００の蓋面１００ｃとして形成されている。図４では、蓋面１００ｃの外縁を二点鎖線で示している。インナーロータ４、アウターロータ５、及び揺動プレート６は、ロータ室１００の底面１００ａと蓋面１００ｃとの間に挟まれている。

第２ハウジング部材３には、図４に示すように、ロータ室１００の蓋面１００ｃに開口する第２の吸入ポート３１及び第２の吐出ポート３２と、第２の吸入ポート３１に連通する第２の吸入油路３３と、第２の吐出ポート３２に連通する第２の吐出油路３４とが形成されている。第２の吸入油路３３には、第１の吸入油路２３と連通するための連通口３３ａが設けられている。また、第２の吐出油路３４には、第１の吐出油路２４と連通するための連通口３４ａが設けられている。図４では、第２ハウジング部材３の内部における第２の吸入油路３３及び第２の吐出油路３４を破線で示している。

第２の吸入ポート３１には、第２の吸入油路３３と連通する浅溝部３１０が形成され、第２の吐出ポート３２には、第２の吐出油路３４と連通する浅溝部３２０が形成されている。これらの浅溝部３１０，３２０は、オイルを流通させることが可能な所定の深さで形成されている。蓋面１００ｃにおける第２の吸入ポート３１の開口と第２の吐出ポート３２の開口との間には、第２の吸入ポート３１と第２の吐出ポート３２とを仕切る仕切り部３５が設けられている。

第１及び第２の吸入ポート２１，３１は、ポンプ室Ｐの容積が徐々に大きくなる領域においてポンプ室Ｐと連通する。第１及び第２の吐出ポート２２，３２は、ポンプ室Ｐの容積が徐々に小さくなる領域においてポンプ室Ｐと連通する。そして、インナーロータ４及びアウターロータ５がポンプハウジング１０内で噛み合いながら偏心して所定の回転方向に回転することにより、第１及び第２の吸入ポート２１，３１からロータ室１００内にオイルが吸入され、第１及び第２の吐出ポート２２，３２からロータ室１００外にオイルが吐出される。

図５は、揺動プレート６を示し、（ａ）はロータ室１００の底面１００ａ側から見た平面図、（ｂ）及び（ｃ）は側面図である。図６は、第１ハウジング部材２及び揺動プレート６を示す説明図であり、（ａ）は揺動プレート６が初期位置にある状態を、（ｂ）は揺動プレート６が初期位置から変位した状態を、それぞれ示す。

揺動プレート６は、円板状の本体部６１と、本体部６１から軸方向に突出した突部６２とを一体に有している。本体部６１の外径は、ロータ室１００の内径よりも僅かに小さく形成されている。揺動プレート６は、ロータ室１００の中心軸（アウターロータ５の回転軸線Ｏ_２）を中心として所定の角度範囲で回転（揺動）可能である。

本体部６１には、複数のポンプ室Ｐのうち、インナーロータ４及びアウターロータ５の回転によって容積が拡大するポンプ室Ｐと第１の吸入ポート２１とを連通させる吸入連通路６１１、及びインナーロータ４及びアウターロータ５の回転によって容積が縮小するポンプ室Ｐと第１の吐出ポート２２とを連通させる吐出連通路６１２が形成されている。吸入連通路６１１及び吐出連通路６１２は、本体部６１を軸方向に貫通した貫通孔として形成されている。本体部６１の厚みは、例えば１〜３ｍｍである。

揺動プレート６の突部６２は、第１ハウジング部材２の収容穴２５にコイルバネ７と共に収容され、かつコイルバネ７の一端部に当接する。図３に示すように、ロータ室１００の底面１００ａにおける収容穴２５の開口は長方形状であり、収容穴２５の長手方向の一方の端面２５ａに突部６２が対向し、他方の端面２５ｂにはコイルバネ７の他端部が当接する。この構成により、揺動プレート６は、インナーロータ４及びアウターロータ５の回転方向（図２に示す矢印Ｂ方向）とは反対方向に付勢されている。また、この反対方向への揺動プレート６の回転は、突部６２が収容穴２５の一方の端面２５ａに当接することにより規制される。

上記のように構成されたオイルポンプ１は、シャフト８が回転していないとき、突部６２がコイルバネ７の付勢力を受け、揺動プレート６が図６（ａ）に示す初期位置にある。また、シャフト８と共にインナーロータ４が回転し、これに伴ってアウターロータ５が回転すると、インナーロータ４及びアウターロータ５と揺動プレート６の本体部６１との間に介在するオイルの粘性により、揺動プレート６がインナーロータ４及びアウターロータ５に連れ回りする。この際、コイルバネ７は揺動プレート６の突部６２によって押圧されて収縮する。つまり、揺動プレート６は、コイルバネ７が収縮する所定の角度範囲（例えば５〜１０°）で回転軸線Ｏ_２を中心として回転可能である。

この揺動プレート６の連れ回りにより、吸入連通路６１１及び吐出連通路６１２のインナーロータ４及びアウターロータ５側の開口が、図６（ｂ）に示すようにインナーロータ４及びアウターロータ５の回転方向に変位する。図６（ｂ）では、初期位置における吸入連通路６１１及び吐出連通路６１２の外縁を仮想線（二点鎖線）で示している。

揺動プレート６が初期位置にあるとき、コイルバネ７は収容穴２５の端面２５ｂと揺動プレート６の突部６２との間で、自然状態よりも圧縮された状態にある。これにより、シャフト８及びインナーロータ４の回転速度が所定値（例えば４０００ｒｐｍ）未満の場合には、揺動プレート６が初期位置にある状態が維持される。そして、シャフト８及びインナーロータ４の回転速度が所定値以上となったとき、揺動プレート６がコイルバネ７の付勢力に抗してインナーロータ４及びアウターロータ５の回転方向に回転する。

なお、第２ハウジング部材３の第２の吸入ポート３１は、揺動プレート６が初期位置にあるときの吸入連通路６１１に向かい合う範囲に形成され、第２ハウジング部材３の第２の吐出ポート３２は、揺動プレート６が最も初期位置から変位したときの吐出連通路６１２に向かい合う範囲に形成されている。このため、第１の吸入ポート２１と第２の吐出ポート３２、もしくは第１の吐出ポート２２と第２の吸入ポート３１が、ポンプ室Ｐを介して直接的に連通してしまうことがない。

（実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係るオイルポンプ１は、インナーロータ４の回転速度が所定値未満の場合には揺動プレート６が初期位置にあり、ポンプ室Ｐの容積が最大となったときに当該ポンプ室Ｐと第１の吸入ポート２１との吸入連通路６１１を介した連通が解除される。一方、インナーロータ４の回転速度が所定値以上の場合には、ポンプ室Ｐの容積が最大となった後も、インナーロータ４の回転速度に応じた僅かな時間だけポンプ室Ｐと第１の吸入ポート２１とが吸入連通路６１１を介して連通し、当該ポンプ室Ｐにオイルが流入する。これにより、ポンプ室Ｐにオイルが十分に吸入できていない状態で、ポンプ室Ｐと吸入ポート２１との連通が遮断されてしまうことを抑制することができる。また、揺動プレート６の本体部６１には、吸入連通路６１１と共に吐出連通路６１２が形成されているので、揺動プレート６が揺動しても、第１の吸入ポート２１と第１の吐出ポート２２とが、吸入連通路６１１、ポンプ室Ｐ、及び吐出連通路６１２を介して連通してしまうことがない。このため、インナーロータ４の回転速度が所定値以上となる高速回転域におけるポンプ効率の低下を抑制することが可能となる。

また、上記実施の形態によれば、揺動プレート６がインナーロータ４及びアウターロータ５に連れ回りするので、揺動プレート６を揺動させるためのアクチュエータ等の特別な機構を設けることなく、揺動プレート６をインナーロータ４の回転速度に応じて揺動させることが可能となる。

（付記）
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第２ハウジング部材３に、第２の吸入ポート３１、第２の吐出ポート３２、第２の吸入油路３３、及び第２の吐出油路３４が形成された場合について説明したが、第２ハウジング部材３には、第２の吸入ポート３１、第２の吐出ポート３２、第２の吸入油路３３、及び第２の吐出油路３４が形成されていなくともよい。また、上記実施の形態では、付勢部材としてコイルバネ７を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば板バネやゴム等の弾性体を付勢部材として用いることが可能である。

またさらに、上記実施の形態では、オイルポンプ１が内接ギヤポンプである場合について説明したが、これに限らず、複数の板状のベーンがロータに放射状に形成されたスリットに径方向移動可能に収容されたベーンポンプに本発明を適用することも可能である。この場合、複数のスリットが放射状に形成されたロータが本発明の回転部材に相当する。

１…オイルポンプ
１０…ポンプハウジング
１００…ロータ室
２１…第１の吸入ポート
２２…第１の吐出ポート
４…インナーロータ（回転部材）
５…アウターロータ（回転部材）
６…揺動プレート（連通路形成部材）
６１１…吸入連通路
６１２…吐出連通路
７…コイルバネ（付勢部材）
Ｐ…ポンプ室

Claims (4)

1. 吸入ポート及び吐出ポートがロータ室に開口して形成されたポンプハウジング、及び前記ロータ室内に配置されて前記ロータ室内に複数のポンプ室を隔成する回転部材を備え、前記回転部材の回転によって前記複数のポンプ室の容積が拡大と縮小を繰り返してポンプ動作を行うオイルポンプであって、
   前記ロータ室内に前記回転部材と軸方向に対向して配置され、前記複数のポンプ室のうち前記回転部材の回転によって容積が拡大するポンプ室と前記吸入ポートとを連通させる吸入連通路が形成された連通路形成部材を有し、
   前記回転部材の回転速度の上昇により、前記吸入連通路の前記回転部材側の開口が前記回転部材の回転方向に変位する、
   オイルポンプ。
2. 前記連通路形成部材には、前記複数のポンプ室のうち前記回転部材の回転によって容積が縮小するポンプ室と前記吐出ポートとを連通させる吐出連通路が形成されている、
   請求項１に記載のオイルポンプ。
3. 前記連通路形成部材は、所定の角度範囲で前記回転部材に連れ回りすることにより、前記吸入連通路及び前記吐出連通路の前記回転部材側の開口が前記回転部材の回転方向に変位する、
   請求項２に記載のオイルポンプ。
4. 前記連通路形成部材を前記回転部材の回転方向とは反対方向に付勢する付勢部材をさらに備え、
   前記回転部材の回転速度が所定値以上となったとき、前記連通路形成部材が前記付勢部材の付勢力に抗して前記回転部材の回転方向に回転する、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のオイルポンプ。

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