JP2018145868A - オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】オイルポンプの機械効率を低下させることなく、異常な高圧を防いで振動や騒音の発生を防ぐ。【解決手段】ケーシング２の内部空間５を形成する、アウターロータ６の底面が摺接する軸方向の一方の内周面にオイル吐出ポート４に連通するノッチ溝９を形成する。このノッチ溝９を、１つの閉じ込み部８が吸入行程を終えた段階から所定ピッチ回転した段階で閉じ込み部に連通する第１ノッチ溝９ａと、この第１ノッチ溝９ａに連続して第１ノッチ溝９ａよりも深く且つオイル吐出ポート４の深さよりも浅い第２ノッチ溝９ｂと第２ノッチ溝９ｂに連続し、第２ノッチ溝９ｂよりも浅く、オイル吐出ポート４に連通可能な第３ノッチ溝９ｃを備えた３段階の深さに構成する。第１ノッチ溝９ａをアウターロータ６の厚さに対して０．８％以上２．０％以下の深さとし、第２ノッチ溝９ｂをアウターロータ６の厚さに対して４．０％以上３５％以下の深さとする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、自動車エンジン用のオイルポンプに関し、特にインナーロータとアウターロータとの間の閉じ込み部の容積変化によりポンプ作用を行うものに関する。

従来より、図５Ａ〜図５Ｅに示すように、オイル吸入ポート１０３とオイル吐出ポート１０４とを有するロータ室１０５と、アウターロータ１０６とインナーロータ１０７とを備えたオイルポンプ１０１が知られている。特に自動車用のオイルポンプ１０１では、オイル（作動油、潤滑油）中に空気の気泡Ｂを多数含んだ状態で使用される。自動車の運転や作動機器の運動により、オイル中に気泡Ｂが混入し撹拌されるためである。

オイル中に気泡Ｂが多数存在すると、オイルを吸入するときには負圧になっているため、図５Ａに示すように、気泡Ｂが膨張して吸入充填を抑制し、充填率が不充分な状態で吸入行程が終了する。

吸入路と、閉じ込み路と、外歯１０７ａを有するインナーロータ１０７と、内歯１０６ａを有するアウターロータ１０６とで形成される閉じ込み部１０８は、吸入が終了した時点で負圧となり、インナーロータ１０７の回転と、それに従動するアウターロータ１０６の回転により、図５Ｂ〜図５Ｄ並びに図３の破線で示すように、閉じ込み部１０８内の圧力は大きく変動する。そして、図５Ｅに示すように、オイル吐出ポート１０４につながると高圧オイルが急激に流入し、水撃作用と同じ現象が生じ、異常な高圧が発生して振動及び騒音を悪化させる。

そこで、例えば、特許文献１のオイルポンプでは、吐出ポートの始端部側で且つアウターロータの回転による歯底部位置の軌跡円周上に形成された浅溝を備え、吸入ポートの終端部と吐出ポートの始端部との間の間仕切部とアウターロータとインナーロータとにて形成される密封空間が最大から減少した状態で、この密封空間が浅溝に連通されるようになっている。

また、特許文献２のトロコイドオイルポンプでは、浅溝よりなるハウジング溝をアウターロータの外周まで拡大し、ロータ溝（放射溝）をアウターロータも歯底部よりも径方向側に向かって形成している。

特開２００５−４２６８９号公報 特開昭６１−１３８８９３号公報（特に図７）

特許文献２のように、放射溝をアウタロータに設ける場合、アウタロータの回転のための隙間等が原因でオイルが放射溝から漏れてしまって供給油量が減り、機械効率が低下する可能性がある。一方で、特許文献１のものでは、浅溝での圧力コントロールが十分に行えていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機械効率を低下させることなく、異常な高圧を防いで振動や騒音の発生を防ぐことにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、閉じ込み部の圧力をノッチ溝を介して徐々に上昇させて異常な高圧の発生を防止するようにした。

具体的には、第１の発明では、オイル吸入ポートと、オイル吐出ポートと、これらオイル吸入ポート及びオイル吐出ポートに連通する内部空間を有するケーシングと、
上記内部空間に回転可能に収容される、所定の歯数の内歯を備えたアウターロータと、
上記アウターロータの内歯に内側から噛み合う外歯を上記内歯の歯数よりも１つ少なく有し、該アウターロータの内側に該アウターロータとは偏心した軸を中心に回転可能に収容され、上記アウターロータとの間に複数の閉じ込み部を形成するインナーロータとを備えたオイルポンプであって、
上記オイル吸入ポートの終端部と上記オイル吐出ポートの始端部との間は、所定の間隔が空けられ、
上記オイル吸入ポートの終端部と上記オイル吐出ポートの始端部との間における、上記ケーシングの上記内部空間を形成する、アウターロータの摺接する軸方向の一方の内周面には、ノッチ溝が形成され、
上記ノッチ溝は、１つの上記閉じ込み部が吸入行程を終えた段階から所定ピッチ回転した段階で該閉じ込み部に連通する第１ノッチ溝と、該第１ノッチ溝に連続して該第１ノッチ溝よりも深く且つ上記オイル吐出ポートの深さよりも浅い第２ノッチ溝とを備えた少なくとも２段階の深さに構成されており、
上記第１ノッチ溝は、上記アウターロータの厚さに対して０．８％以上２．０％以下の深さで、
上記第２ノッチ溝は、上記アウターロータの厚さに対して４．０％以上３５％以下の深さである。

上記の構成によると、オイル吐出ポートに連通するノッチ溝の深さを２段階とすることで、ノッチ溝と閉じ込み部との間での高圧オイルの出入りを制限することができる。より深い第２ノッチ溝内に溜められた高圧オイルを閉じ込み部に徐々に供給することで、オイル吐出ポートに連通した際に急激に閉じ込み部に流れ込むのを防ぎ、水激作用と同じ現象の発生が防止される。また、第１ノッチ溝をアウターロータの厚さに対して０．８％よりも浅くすると、絞りすぎでオイル吐出ポートからの高圧オイルが閉じ込み部へ適切に流れ込まず、２．０％よりも深くすると、急激に高圧オイルが閉じ込み部に流れ込んで圧力変動が抑制できない。また、第２ノッチ溝をアウターロータの厚さに対して４．０％よりも浅くすると、第１ノッチ溝へ高圧オイルが適切に流れ込まず、３５％よりも深くすると、高圧オイルが第１ノッチ溝に流れ込みすぎて圧力変動を抑制できない。しかし、上記の構成のように第１ノッチ溝及び第２ノッチ溝の深さを適切な範囲とすることで、閉じ込み部内の圧力変動を効果的に抑えることができる。オイル吸入ポートの終端部とオイル吐出ポートの始端部との間の所定の間隔は、例えば、内歯の間隔である内歯ピッチの１．１倍以上１．２倍以下の間隔である。

第２の発明では、第１の発明において、
上記ノッチ溝は、上記第２ノッチ溝に連続し、該第２ノッチ溝よりも浅く、上記オイル吐出ポートに連通可能な第３ノッチ溝を有する。

上記の構成によると、第２ノッチ溝よりも浅い第３ノッチ溝を介してオイル吐出ポートとノッチ溝とを連通させることで、オイル吐出ポートから必要以上のオイルがノッチ溝を介して閉じ込み部に流れ込むのが防止され、閉じ込み部の内部での急激な圧力変化が避けられる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記第３ノッチ溝は、平面視で上記オイル吐出ポートの始端部に交差するように半径方向内側へ湾曲している。

上記の構成によると、オイル吐出ポートから閉じ込み部へオイルが適切に流れ込む。

第４の発明では、第１から第３のいずれか１つの発明において、
上記第１ノッチ溝は、１つの上記閉じ込み部が吸入行程を終えた段階から上記内歯ピッチの０．０２倍以上０．０６倍以下進んだ位置で上記閉じ込み部に連通するように形成されている。

上記の構成によると、第１ノッチ溝と閉じ込み部とを連通するタイミングを適切に設定することで、閉じ込み部の圧力を徐々に上昇させて水激作用と同じ現象の発生を防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ケーシングの内部空間を形成する、アウターロータの摺接する軸方向の一方の内周面にノッチ溝を形成し、このノッチ溝を１つの閉じ込み部が吸入行程を終えた段階から所定ピッチ回転した段階で閉じ込み部に連通する第１ノッチ溝と、これに連続してこれよりも深く且つオイル吐出ポートの深さよりも浅い第２ノッチ溝との２段階の深さに構成し、第１ノッチ溝をアウターロータの厚さに対して０．８％以上２．０％以下の深さとし、第２ノッチ溝をアウターロータの厚さに対して４．０％以上３５％以下の深さとしたことにより、従来のように放射溝からオイル漏れが発生せず、機械効率を低下させることなく、閉じ込み部内での異常な高圧を防いで振動や騒音の発生を防ぐことことができる。

本発明の実施形態に係るオイルポンプにおいて、吸入行程が終了した状態のアウターロータ、インナーロータ及びその周辺が見えるようにした平面図及びノッチ溝を示す軸方向断面図である。 ノッチ溝連通直前を示す図１Ａ相当平面図である。 ０．０８４ピッチ進んだ状態を示す図１Ａ相当平面図である。 吐出行程直前を示す図１Ａ相当平面図及び軸方向断面図である。 オイル吐出ポートに連通した状態を示す図１Ａ相当平面図である。 カバーを外して内部が見えるようにしたオイルポンプを示す平面図である。 インナーロータ及びアウターロータを取り出して示す平面図である。 ノッチ溝がある本発明の実施形態に係るオイルポンプと、ノッチ溝がない従来（比較例）のオイルポンプの閉じ込み部内の圧力変動を示すグラフである。 ノッチ溝がある場合とない比較例の周波数と振動加速度との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の比較例に係るオイルポンプにおいて、吸入行程が終了した状態のアウターロータ、インナーロータ及びその周辺が見えるようにした平面図である。 ノッチ溝連通直前を示す図５Ａ相当平面図である。 ０．０８４ピッチ進んだ状態を示す図５Ａ相当平面図である。 吐出行程直前を示す図５Ａ相当平面図である。 ノッチ溝連通終了を示す図５Ａ相当平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２Ａは本発明の実施形態のオイルポンプ１を示し、このオイルポンプ１は、例えば鋳物製のケーシング２を備えている。なお、図２Ａでは、円板状のカバー２ａを省略している。このケーシング２には、オイル吸入ポート３と、オイル吐出ポート４と、これらオイル吸入ポート３及びオイル吐出ポート４に連通する断面円形の内部空間５とを有する。この内部空間５には、所定の歯数（本実施形態では１１）の内歯６ａを備えたアウターロータ６が回転可能に収容されている。

図２Ｂにも示すように、アウターロータ６の内側には、インナーロータ７が配置されている。インナーロータ７は、内歯６ａに内側から噛み合う外歯７ａを内歯６ａの歯数（Ｎ＋１）よりも１つ少なく有し（歯数Ｎ）、このアウターロータ６の内側にアウターロータ６の軸の中心Ｏｏｕｔとは偏心した軸の中心Ｏｉｎを中心に回転可能に収容され、アウターロータ６との間に複数の閉じ込み部８を形成する役割を果たす。インナーロータ７は、例えば、図示しないエンジンのクランク軸に連結されている。すなわち、インナーロータ７がＯｉｎを中心にエンジンに駆動され、そのインナーロータ７によって、アウターロータ６がＯｏｕｔを中心に従動的に駆動されるようになっている。

図１Ａに示すように、オイル吸入ポート３の終端部３ａとオイル吐出ポート４の始端部４ａとの間は、例えば、内歯６ａの間隔である内歯６ａピッチＰの１．１倍以上１．２倍以下の間隔θ０が空けられている（１．１≦θ０≦１．２）。

そして、図１Ａに一部を断面で示すように、ケーシング２の内部空間５を形成する、アウターロータ６のオイル吐出ポート４と反対側の面が摺接するカバー２ａの内周面には、ノッチ溝９が形成されている。ノッチ溝９は、エンドミルなどで加工され、１つの閉じ込み部８が吸入行程を終えた段階から所定ピッチ回転した段階で閉じ込み部８に連通する第１ノッチ溝９ａと、この第１ノッチ溝９ａに連続して第１ノッチ溝９ａよりも深く且つオイル吐出ポート４の深さよりも浅い第２ノッチ溝９ｂと、第２ノッチ溝９ｂに連続し、この第２ノッチ溝９ｂよりも浅く、オイル吐出ポート４に連通可能な第３ノッチ溝９ｃを備えた３段階の深さに構成されている。なお、図１Ａ〜図１Ｅでは、カバー２ａを省略し、ノッチ溝９は、破線で示している。

ここで、第１ノッチ溝９ａの深さＨ１は、アウターロータ６の厚さＨ０に対して０．８％以上２．０％の深さ（０．００８Ｈ０≦Ｈ１≦０．０２Ｈ０）である。第２ノッチ溝９ｂの深さＨ２は、アウターロータ６の厚さＨ０に対して４．０％以上３５％の深さ（０．０４Ｈ０≦Ｈ１≦０．３５Ｈ０）である。第３ノッチ溝９ｃの深さＨ１は、アウターロータ６の厚さＨ０に対して０．８％以上２．０％の深さ（０．００８Ｈ０≦Ｈ１≦０．０２Ｈ０）である。第３ノッチ溝９ｃは、平面視でオイル吐出ポート４の始端部４ａに交差するように半径方向内側へ湾曲している。

例えば、アウターロータ６の厚さＨ０＝１２ｍｍで、第１ノッチ溝９ａの深さＨ１が０．２ｍｍ（Ｈ０の１．７％）、第２ノッチ溝９ｂの深さＨ２＝０．５ｍｍ（Ｈ０の４．２％）で、第３ノッチ溝９ｃの深さＨ３＝０．５ｍｍ（Ｈ０の６．７％）で、吐出ポート４の入口の深さＨ３＝０．８ｍｍ（Ｈ０の６．７％）とする。

詳しくは後述するが、本実施形態では、第１ノッチ溝９ａは、１つの閉じ込み部８が吸入行程を終えた段階から内歯ピッチの０．０２倍以上０．０６倍以下進んだ位置θ１（０．０２Ｐ≦θ１≦０．０６Ｐ）で閉じ込み部８に連通するように形成されている。

図１Ｄに拡大して示すように、閉じ込み部８がオイル吐出ポート４に連通する直前において、平面視で、第１ノッチ溝９ａと閉じ込み部８とが連通する領域の面積Ｓ１は、閉じ込み部８の面積Ｓ０に対して０．２倍以上０．４倍以下である（０．２Ｓ０≦Ｓ１≦０．４Ｓ０）。そして、第３ノッチ溝９ｃの下流側は湾曲し、平面視でオイル吐出ポート４の始端部４ａに交差している。

そして、１つの閉じ込み部８がオイル吐出ポート４に向かって回転するにつれて、平面視で第１ノッチ溝９ａと閉じ込み部８とが連通する領域の面積Ｓ１は、この閉じ込み部８の面積Ｓ０に対して徐々に大きくなるように構成されている。

次に、本実施形態に係るオイルポンプ１の作動について説明する。

図１Ａに示すように、吸入行程を終えた状態では、吸入負圧のためにオイル内の気泡Ｂが膨張し、閉じ込み部８にオイルを十分に充填できない。

次いで、図１Ｂに示すように、約０．０４Ｐの位置θ１（０．０２Ｐ≦θ１≦０．０６Ｐ）で第１ノッチ溝９ａと閉じ込み部８とが連通し始め、気泡Ｂに邪魔されることなく、閉じ込み部８内の圧力が徐々に上昇する。このとき、まず第３ノッチ溝９ｃが浅くなっているので、オイル吐出ポート４から必要以上に大量のオイルが流れ込まず、より深い第２ノッチ溝９ｂに溜められる。そして、第２ノッチ溝９ｂよりも浅い第１ノッチ溝９ａで絞られるようにして閉じ込み部８にオイルが適度に流れ込む。

次いで、図１Ｃに示すように、例えば約０．０８４Ｐの位置では、閉じ込み部８からノッチ溝９内へオイルが流出し、図３に実線で示すように、ゲージ圧がいったん低下する。このときも、第１ノッチ溝９ａ及び第３ノッチ溝９ｃが浅くなっているので、必要以上にオイルの行き来が発生しない。

次いで、さらに回転が進むと、閉じ込み部８の容積が縮小することで圧力が上昇していくが、ノッチ溝９と連通しているので、図３に実線で示すように圧力の上昇が抑えられる。

次いで、図１Ｄに示すように、カバー吐出口直前（０．１〜０．２Ｐ）以降では、気泡Ｂは、ほぼ消失しており、急激な負圧も発生しないことから、オイル吐出ポート４からの急激なオイルの流入は抑制され、油圧脈動及び機械振動が低減される。

次いで、図１Ｅに示すように、ノッチ溝９の終端位置に近付く頃でもノッチ溝９と閉じ込み部８とは連通している。

このサイクルが、次の閉じ込み部８でも同様に行われる。

本実施形態では、オイル吐出ポート４に連通するノッチ溝９の深さを第１ノッチ溝９ａとそれよりも深い第２ノッチ溝９ｂと第２ノッチ溝９ｂよりも浅い第３ノッチ溝９ｃの３段階とし、また、閉じ込み部８とノッチ溝９との間でオイルが流通する部分の平面視の面積Ｓ１を大きすぎず小さすぎない適切な大きさとしたので、第１ノッチ溝９ａ及び第３ノッチ溝９ｃに絞られながら第２ノッチ溝９ｂに蓄えられたオイルが閉じ込み部８に流れ込み、閉じ込み部８での急激な圧力の変動が防止される。

さらに、第１ノッチ溝９ａに連通するタイミングを適切に設定することで、水激作用と同じ現象の発生を防いで閉じ込み部８の圧力が急激に上昇しないようにすることができる。

次いで、比較例としてノッチ溝９がない場合で他の構成は同じオイルポンプにおけるゲージ圧の変化を調べた結果を図３に破線で示す。この比較例では、吸入終わりの時点で吸入負圧のため気泡が膨張し、図３に破線で示すように、閉じ込み部にオイルが充填できないために圧力の立ち上がりが遅れる。図６Ａ及び図６Ｂでは、図１Ａ及び図１Ｂと同様に気泡Ｂが発生しているが、０．０８４Ｐ進んだ辺りの図６Ｃでは、気泡Ｂは図１Ｃのようには減少しておらず、図３に見られるように、圧力は上昇し続けている。０．１４Ｐ進んだ図６Ｄにおいても気泡Ｂが残存しており、図３に見られるように、圧力は急激に上昇している。

そして、比較例では、閉じ込み部１０８の圧力が低いまま、オイル吐出ポート１０４につながるので、大きな圧力差のためオイル吐出ポート１０４から急激にオイルが流入し、油圧脈動及び機械振動を起こす。

しかし、本実施形態では、図３に実線で示すように、ノッチ溝９の作用により閉じ込み部８内のゲージ圧は極力抑えられている。このことで、図４に示すように、加速度及び騒音効果としては、比較例に比べて単体で３ｄＢ改善された。なお、第１ノッチ溝９ａの連通位置を内歯６ａピッチＰの０．０３倍よりも近付けると、閉じ込み部８内のオイルがオイル吸入ポート３に逆流しやすくなり、また、０．０５倍よりも離れてしまうと、ノッチ溝９の領域が狭くなりすぎるおそれがある。

したがって、本実施形態に係るオイルポンプ１によると、オイル漏れが発生せず、機械効率を低下させることなく、異常な高圧を防いで振動や騒音の発生を防ぐことことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、ノッチ溝９はカバー２ａに設けたが、ケーシング２側に設けてもよい。すなわち、ケーシング２の内部空間５を形成する、アウターロータ６の底面が摺接する内周面にオイル吐出ポート４に連通するノッチ溝９を形成してもよい。この場合、ノッチ溝９の加工時にオイル吐出ポート１０４の始端部４ａとの位置関係を調整しやすい。

上記実施形態では、ノッチ溝９に第３ノッチ溝９ｃを設けたが、この第３ノッチ溝９ｃのない、第１ノッチ溝９ａと第２ノッチ溝９ｂのみからなるノッチ溝９で構成してもよい。この場合は、第２ノッチ溝９ｂがオイル吐出ポート４と連通しないので、第２ノッチ溝９ｂがオイルを貯留するアキュムレータの役割を果たし、第１ノッチ溝９ａが絞りを与えてノッチ溝９と閉じ込み部８との間の急激なオイルの出入りを防止する役割を果たす。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ オイルポンプ
２ ケーシング
２ａ カバー
３ オイル吸入ポート
３ａ 終端部
４ オイル吐出ポート
４ａ 始端部
５ 内部空間
６ アウターロータ
６ａ 内歯
７ インナーロータ
７ａ 外歯
８ 閉じ込み部
９ ノッチ溝
９ａ 第１ノッチ溝
９ｂ 第２ノッチ溝
９ｃ 第３ノッチ溝

Claims (4)

1. オイル吸入ポートと、オイル吐出ポートと、該オイル吸入ポート及びオイル吐出ポートに連通する内部空間を有するケーシングと、
   上記内部空間に回転可能に収容される、所定の歯数の内歯を備えたアウターロータと、
   上記アウターロータの内歯に内側から噛み合う外歯を上記内歯の歯数よりも１つ少なく有し、該アウターロータの内側に該アウターロータとは偏心した軸を中心に回転可能に収容され、上記アウターロータとの間に複数の閉じ込み部を形成するインナーロータとを備えたオイルポンプであって、
   上記オイル吸入ポートの終端部と上記オイル吐出ポートの始端部との間は、所定の間隔が空けられ、
   上記オイル吸入ポートの終端部と上記オイル吐出ポートの始端部との間における、上記ケーシングの上記内部空間を形成する、アウターロータの摺接する軸方向の一方の内周面には、ノッチ溝が形成され、
   上記ノッチ溝は、１つの上記閉じ込み部が吸入行程を終えた段階から所定ピッチ回転した段階で該閉じ込み部に連通する第１ノッチ溝と、該第１ノッチ溝に連続して該第１ノッチ溝よりも深く且つ上記オイル吐出ポートの深さよりも浅い第２ノッチ溝とを備えた少なくとも２段階の深さに構成されており、
   上記第１ノッチ溝は、上記アウターロータの厚さに対して０．８％以上２．０％以下の深さで、
   上記第２ノッチ溝は、上記アウターロータの厚さに対して４．０％以上３５％以下の深さである
   ことを特徴とするオイルポンプ。
2. 請求項１に記載のオイルポンプにおいて、
   上記ノッチ溝は、上記第２ノッチ溝に連続し、該第２ノッチ溝よりも浅く、上記オイル吐出ポートに連通可能な第３ノッチ溝を有する
   ことを特徴とするオイルポンプ。
3. 請求項２に記載のオイルポンプにおいて、
   上記第３ノッチ溝は、平面視で上記オイル吐出ポートの始端部に交差するように半径方向内側へ湾曲している
   ことを特徴とするオイルポンプ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のオイルポンプにおいて、
   上記第１ノッチ溝は、１つの上記閉じ込み部が吸入行程を終えた段階から上記内歯のピッチの０．０２倍以上０．０６倍以下進んだ位置で上記閉じ込み部に連通するように形成されている
   ことを特徴とするオイルポンプ。

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