JP2020016201A - オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】トロコイド式のオイルポンプにおいてアウタロータに位置ずれが生じることがある。【解決手段】ハウジング本体１１のロータ収容室１２内にはアウタロータ２１が収容されており、ロータ収容室１２内におけるアウタロータ２１よりも径方向内側にはインナロータ２２が収容されている。ハウジング本体１１内には、オイルを供給するための供給通路１３及びオイルを吐出するための吐出通路１５が区画されている。吐出通路１５は、ロータ収容室１２に対して当該ロータ収容室１２の径方向外側で連通している。アウタロータ２１の中心軸線Ｊ１方向から平面視した場合のアウタロータ２１の外形は、ロータ収容室１２の内壁の円に内接する三角形の各辺を径方向外側に向かって円弧状に膨らませた形状になっている。【選択図】図１

Description

本発明は、トロコイド式のオイルポンプに関する。

特許文献１のトロコイド式オイルポンプにおけるハウジングには、略円柱状のロータ収容室が区画されている。また、ハウジングには、ロータ収容室へオイルを供給するための供給通路が区画されているとともに、ロータ収容室からオイルを吐出するための吐出通路が区画されている。

ハウジングにおけるロータ収容室内には、内歯歯車式のアウタロータが収容されている。アウタロータの外形は、軸線方向から視るとロータ収容室の内径と略同じ外径の円形状になっていて、ロータ収容室内において回転可能になっている。ロータ収容室内において、アウタロータよりも径方向内側には、外歯歯車式のインナロータが収容されている。インナロータの歯部の数は、アウタロータの歯部の数よりも少なくなっている。また、インナロータは、当該インナロータの歯部がアウタロータの歯部に噛み合うとともに、インナロータの中心軸がアウタロータの中心軸に対して偏心している。したがって、インナロータの一部の歯部とアウタロータの一部の歯部との間には、空間が生じている。この空間が、供給通路から流入したオイルをインナロータの回転に伴って圧縮するための作動室として機能する。

特開２００７−３２７４７８号公報

特許文献１に記載されているようなトロコイド式オイルポンプにおいては、アウタロータの歯部とインナロータの歯部との間の作動室内のうち吐出通路に近い側の油圧が高くなる。そのため、アウタロータが作動室内の高い油圧によって吐出通路側に押されて、アウタロータに位置ずれが生じることがある。アウタロータの位置ずれは、例えば、オイルポンプ動作時における異音の原因となり得るため、好ましくない。

上記課題を解決するため、本発明は、内部に円柱状のロータ収容室が区画されているハウジングと、前記ロータ収容室内に収容されている内歯歯車式のアウタロータと、前記ロータ収容室内の前記アウタロータよりも径方向内側において、前記アウタロータの中心軸線に対して偏心する位置に収容されている外歯歯車式のインナロータとを備え、前記アウタロータの歯部と前記インナロータの歯部との間の空間である作動室に連通しているとともに当該作動室にオイルを供給する供給通路が前記ハウジング内に区画されているとともに、前記作動室に連通しているとともに当該作動室からオイルが吐出される吐出通路が前記ハウジング内に区画されているトロコイド式オイルポンプであって、前記吐出通路は、前記ロータ収容室に対して当該ロータ収容室の径方向外側で連通しており、前記アウタロータを当該アウタロータの軸線方向から平面視した場合の外形は、前記ロータ収容室の内壁の円に内接する三角形の各辺を径方向外側に向かって円弧状に膨らませた形状になっている。

上記の構成によれば、吐出通路がロータ収容室に対して径方向外側で連通しているため、吐出通路内の高い油圧をアウタロータに作用させることができる。また、上記のアウタロータの外形によれば、アウタロータの外周面と収容空間の内周面との間に隙間が生じる。そして、アウタロータが回転して上記隙間が吐出通路に連通すると、その隙間内に吐出通路内のオイルが流れ込んで隙間内の油圧が高くなる。したがって、アウタロータの外周面に対しては、アウタロータの外形の頂点からその隣の頂点まで範囲に亘って、吐出通路内の高い油圧を作用させることができる。したがって、作動室内の油圧によってアウタロータに対して吐出通路側への力が作用しても、当該アウタロータが吐出通路側へと位置ずれすることは抑制できる。

トロコイド式のオイルポンプの内部構造を示す平面図。 図１における部分平面図。 アウタロータの外形が真円形状である場合のオイルポンプの内部構造を示す平面図。

以下、内燃機関に適用されるトロコイド式のオイルポンプの実施形態を説明する。
図１に示すようにオイルポンプ１０におけるハウジング本体１１の一側面１１Ａ（図１において紙面手前側の面）においては、ロータ収容室１２が窪んでいる。ロータ収容室１２は、ハウジング本体１１の一側面１１Ａに直交する方向（図１において紙面厚み方向）から視て円形状になっている。すなわち、ロータ収容室１２は、円柱形状の窪みである。

ロータ収容室１２内には、内歯歯車式のアウタロータ２１が収容されている。アウタロータ２１は、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向から視た場合に、ロータ収容室１２の内壁面に内接する形状になっている。アウタロータ２１の内周には、周方向に等間隔で１１つの歯部２１Ｔが設けられている。また、アウタロータ２１の中心軸線Ｊ１方向において、当該アウタロータ２１の寸法（厚み）は、ロータ収容室１２の寸法（深さ）と略同一になっている。アウタロータ２１は、ロータ収容室１２内において、当該ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１と同軸で回転可能になっている。なお、図面においては、アウタロータ２１の歯部２１Ｔのうちの一部にのみ符号を付している。

ロータ収容室１２内においてアウタロータ２１よりも径方向内側には、略円環状で外歯歯車式のインナロータ２２が収容されている。インナロータ２２の外周には、周方向に等間隔で１０つの歯部２２Ｔが設けられている。すなわち、インナロータ２２の歯部２２Ｔの数は、アウタロータ２１の歯部２１Ｔの数よりも１つ少なくなっている。インナロータ２２の歯先円の径は、アウタロータ２１の歯底円の径よりも小さくなっている。インナロータ２２の中心軸線Ｊ２方向において、当該インナロータ２２の寸法（厚み）は、ロータ収容室１２の寸法（深さ）と略同一になっている。なお、図面においては、インナロータ２２の歯部２２Ｔのうちの一部にのみ符号を付している。

インナロータ２２は、当該インナロータ２２の中心軸線Ｊ２が、アウタロータ２１の中心軸線Ｊ１（ロータ収容室１２の中心軸線）に対して偏心するように配置されている。また、インナロータ２２の歯部２２Ｔのうち、中心軸線Ｊ２が偏心している側（図１において左上側）の複数の歯部２２Ｔは、アウタロータ２１の歯部２１Ｔと噛み合っている。なお、上述したとおり、インナロータ２２の歯先円の径がアウタロータ２１の歯底円の径よりも小さい。そのため、インナロータ２２の歯部２２Ｔとアウタロータ２１の歯部２１Ｔとの間のうち、インナロータ２２の中心軸線Ｊ２よりも、当該中心軸線Ｊ２が偏心している側とは反対側（図１において下側）には、作動室Ｒが区画されている。なお、図面では、複数の作動室Ｒのうちの一部にのみ符号を付している。

略円環状のインナロータ２２の中心の孔には、入力軸２３が挿通されている。入力軸２３は、インナロータ２２に対して固定されており、当該インナロータ２２と一体的に回転する。入力軸２３は、図示しない内燃機関のクランクシャフトと駆動連結されており、クランクシャフトの回転に連動して回転する。この実施形態では、オイルポンプ１０がオイルを吐出する際には、図１及び図２において時計回りに入力軸２３が回転する。

ハウジング本体１１の一側面１１Ａにおいては、作動室Ｒにオイルを供給する供給通路１３が窪んでいる。供給通路１３は、ロータ収容室１２に対して当該ロータ収容室１２の径方向外側で連通している。そして、供給通路１３は、ロータ収容室１２から、概ねロータ収容室１２の径方向外側に延びている。また、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向において、供給通路１３の寸法（深さ）は、ロータ収容室１２の寸法（深さ）よりも、大きくなっている。

ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１から平面視した場合に、供給通路１３におけるロータ収容室１２側の一部は、ロータ収容室１２と重複している。換言すると、供給通路１３におけるロータ収容室１２側の一部は、ロータ収容室１２の底面からさらに窪むことで構成されていて、ロータ収容室１２に対して当該ロータ収容室１２の底面側（図１において紙面奥側）からも連通している。供給通路１３は、このロータ収容室１２と重複している箇所において、作動室Ｒと連通している。

供給通路１３におけるロータ収容室１２とは反対側の端部には、吸入ポート１４が設けられている。吸入ポート１４は、供給通路１３の底面からハウジング本体１１の外面にまで貫通する貫通孔である。この吸入ポート１４には、図示しないオイルストレーナが接続されている。そして、吸入ポート１４には、当該オイルストレーナを介して、内燃機関のオイルパン内に貯留されているオイルが供給される。

ハウジング本体１１の一側面１１Ａにおいては、作動室Ｒからオイルが吐出される吐出通路１５が窪んでいる。吐出通路１５は、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１を挟んで供給通路１３とは反対側において、ロータ収容室１２に対して当該ロータ収容室１２の径方向外側で連通している。そして、吐出通路１５は、ロータ収容室１２から、概ねロータ収容室１２の径方向外側に延びている。この実施形態では、吐出通路１５は、途中で湾曲するように延びている。また、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向において、吐出通路１５の寸法（深さ）は、ロータ収容室１２の寸法（深さ）よりも、大きくなっている。

ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１から平面視した場合に、吐出通路１５におけるロータ収容室１２側の一部は、ロータ収容室１２と重複している。換言すると、吐出通路１５におけるロータ収容室１２側の一部は、ロータ収容室１２の底面からさらに窪むことで構成されていて、ロータ収容室１２に対して当該ロータ収容室１２の底面側からも連通している。吐出通路１５は、このロータ収容室１２と重複している箇所において、作動室Ｒと連通している。

吐出通路１５におけるロータ収容室１２とは反対側の端部には、吐出ポート１６が設けられている。吐出ポート１６は、吐出通路１５の底面からハウジング本体１１の外面にまで貫通する貫通孔である。この吐出ポート１６には、図示しない配管が接続されている。そして、吐出ポート１６からは、配管を介して、内燃機関の各所にオイルが吐出される。

ハウジング本体１１の一側面１１Ａのうち、ロータ収容室１２、供給通路１３、及び吐出通路１５よりも外縁側においては、複数のボルト孔Ｈが窪んでいる。この実施形態では、ロータ収容室１２の周囲に４つ、吐出通路１５側の縁に１つ、合計５つ設けられている。

ハウジング本体１１の一側面１１Ａには、ロータ収容室１２、供給通路１３、及び吐出通路１５を覆う図示しないカバー部材が固定されている。このカバー部材は、上述したボルト孔Ｈに螺合されるボルトによって、ハウジング本体１１に固定される。そして、カバー部材が固定されることにより、ハウジング本体１１及びカバー部材で構成されるハウジング内に、ロータ収容室１２、供給通路１３、及び吐出通路１５が区画されている。

上記のように構成された本実施形態のオイルポンプ１０において、アウタロータ２１の外形は、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向からの平面視で、非円形状になっている。具体的には、アウタロータ２１の外形は、中心軸線Ｊ１方向からの平面視した場合に、ロータ収容室１２の内壁の円に内接する正三角形の各辺を径方向外側に向かって円弧状に膨らませた形状になっている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記実施形態において、入力軸２３が時計回りに回転すると、当該入力軸２３と一体的にインナロータ２２も回転する。また、インナロータ２２の歯部２２Ｔの一部がアウタロータ２１の歯部２１Ｔの一部と噛み合っているため、インナロータ２２の回転に伴ってアウタロータ２１も回転する。そして、作動室Ｒのうちの供給通路１３側の作動室Ｒは、インナロータ２２及びアウタロータ２１が回転するのに従って徐々に容積を大きくしながら、吐出通路１５側へと移動していく。したがって、作動室Ｒのうちの供給通路１３側の作動室Ｒには負圧が生じ、その負圧に伴って供給通路１３からオイルが吸入される。

その後、さらに、インナロータ２２及びアウタロータ２１が回転すると、作動室Ｒの容積は、吐出通路１５側へと移動するにつれて容積が小さくなる。したがって、作動室Ｒのうちの吐出通路１５側においてはオイルが圧縮され、高い油圧のオイルが吐出通路１５へと流入することになる。

上述のとおり、オイルポンプ１０が吐出通路１５からオイルを吐出しているときには、作動室Ｒのうちの吐出通路１５側（図１及び図２において左側）に位置する作動室Ｒ内の油圧は、供給通路１３（図１及び図２において右側）に位置する作動室Ｒ内の油圧よりも高くなる。したがって、アウタロータ２１に対しては、作動室Ｒ内の油圧の違いにより、全体として吐出通路１５側に向かうような力が作用する。特に、アウタロータ２１は、インナロータ２２のように入力軸２３によって直接的に支持されていないため、吐出通路１５側に向かうような力によって吐出通路１５側に位置ずれすることがある。仮に、アウタロータ２１が吐出通路１５側に位置ずれしてしまうと、ロータ収容室１２における吐出通路１５側の内壁面とアウタロータ２１の外周面との間の摩擦が大きくなって、異音の原因となることがある。また、アウタロータ２１が吐出通路１５側に位置ずれしてしまうと、位置ずれしていない場合に比較して、作動室Ｒと吐出通路１５との連通範囲が大きくなる。そのため、アウタロータ２１の回転方向において、位置ずれが生じていなければ作動室Ｒが吐出通路１５から遮断されているはずの角度位置においても、依然として作動室Ｒが吐出通路１５にわずかに連通したままになっていることがある。このように、作動室Ｒが吐出通路１５に連通していると、吐出通路１５に流入されるべきオイルが作動室Ｒに逆流して、オイルポンプ１０の吐出油圧に脈動が生じたり、オイルが逆流する際にオイルの流動音が発生したりすることがある。

ここで、上述したようにアウタロータ２１が吐出通路１５側に位置ずれしてしまうことを抑制する上では、吐出通路１５内の圧力をアウタロータ２１に作用させて、吐出通路１５側へと向かう力を相殺することが考えられる。仮に、図３に示すように、オイルポンプ１０のアウタロータが、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向からの平面視で、真円形状の外形を有しているアウタロータ２１Ｃであるものとする。この場合、吐出通路１５は、ロータ収容室１２に対して径方向外側から連通しているため、吐出通路１５内の油圧が、アウタロータ２１に対して径方向外側から作用する。そして、吐出通路１５内の油圧は、アウタロータ２１Ｃの外周面のうち、吐出通路１５に露出している角度θ１の範囲内で作用する。換言すれば、アウタロータ２１Ｃの外周面に油圧を作用できる角度θ１の範囲は、吐出通路１５のうちのロータ収容室１２に連通している部分の幅寸法の範囲に制限される。

これに対して、上記実施形態では、図２に示すように、アウタロータ２１の外形が非円形であり、正三角形の各辺を径方向外側に膨らませたような形状になっている。そのため、アウタロータ２１の外周面とロータ収容室１２の内壁面との間に、３箇所の隙間Ｓが生じている。そして、アウタロータ２１が回転して、３箇所の隙間Ｓのうちのいずれかが吐出通路１５に連通すると、その隙間Ｓの内部にも、吐出通路１５内のオイルが流入する。そして、隙間Ｓ内の油圧も、吐出通路１５内の油圧と略同じになる。したがって、上記実施形態では、吐出通路１５のうちのロータ収容室１２に連通している部分の幅寸法に拘らず、少なくともアウタロータ２１の周方向における隙間Ｓの角度θ２の範囲、すなわち約１２０度の範囲内で、隙間Ｓの油圧（吐出通路１５の油圧）をアウタロータ２１に作用させることができる。

このように比較的に広い範囲で隙間Ｓの油圧を作用させることで、アウタロータ２１に対する供給通路１３側へ向かう力を大きくできる。したがって、作動室Ｒ内の油圧によるアウタロータ２１に対する吐出通路１５側に向かう力を適切に相殺できるので、アウタロータ２１の吐出通路１５側への位置ずれは抑制される。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ハウジング本体１１の一側面１１Ａにおいてロータ収容室１２、供給通路１３、吐出通路１５が窪んでいたが、カバー側にこれらに対応する窪みが設けられていてもよい。つまり、ハウジング本体１１側の窪みとカバー側の窪みとが対向配置されることで、オイルポンプ１０のハウジング内にロータ収容室１２、供給通路１３、吐出通路１５が区画されてもよい。

・アウタロータ２１の歯部２１Ｔの数は、オイルポンプ１０に求められる吐出能（吐出圧や吐出量）に応じて適宜変更できる。なお、アウタロータ２１の歯部２１Ｔの数を変更した場合には、インナロータ２２の歯部２２Ｔの数をその数よりも少ない数に変更すればよい。

・上記実施形態では、インナロータ２２（入力軸２３）が、内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して回転したが、オイルポンプ１０の動力源は内燃機関に限らない。例えば、入力軸２３が電動モータの出力軸であってもよい。

・ハウジング本体１１における供給通路１３の延設方向は適宜変更できる。少なくとも、作動室Ｒのうちアウタロータ２１及びインナロータ２２の回転に伴って容積が大きくなる部分に連通していれば、供給通路１３の延設方向は問わない。例えば、供給通路１３は、ロータ収容室１２に対して径方向外側から連通していなくてもよく、ロータ収容室１２の中心軸線Ｊ１方向からのみ作動室Ｒ（ロータ収容室１２）と連通していてもよい。

・ハウジング本体１１における吐出通路１５の延設方向は適宜変更できる。少なくとも、作動室Ｒのうちアウタロータ２１及びインナロータ２２の回転に伴って容積が小さくなる部分に連通しており、ロータ収容室１２に対して径方向外側から連通していればよい。

・上記実施形態におけるアウタロータ２１の外形はあくまでも例示である。例えば、上記実施形態におけるアウタロータ２１の外形のうち、三角形の頂点に対応する部分を円弧状にしてもよい。なお、仮に、三角形の頂点に対応する部分が円弧状であったとしても、全体として３つの頂点を有しているのであれば、三角形状の各辺を径方向外側に膨らませた形状であるといえる。

・また、アウタロータ２１の外形における三角形の円弧状の各辺の曲率等は適宜変更できる。例えば、ロータ収容室１２に対する供給通路１３や吐出通路１５の連通位置によっては、アウタロータ２１が回転する過程において、アウタロータ２１の外周面とロータ収容室１２の内壁面との隙間Ｓを介して、供給通路１３と吐出通路１５とが一時的に連通し得る。そして、両通路が連通した場合には、より油圧の高い吐出通路１５からより油圧の低い供給通路１３へとオイルが逆流する可能性がある。また、吐出通路１５と連通している隙間Ｓが、アウタロータ２１の回転に伴って移動し、その後、供給通路１３と連通する。この場合、吐出通路１５内のオイルが供給通路１３内へと運ばれたことになる。このように、吐出通路１５内のオイルが供給通路１３内に逆流したり運ばれたりすることを防ぐためには、できるだけ隙間Ｓの容積は小さい方が好ましい。そして、隙間Ｓの容積を小さくするのであれば、アウタロータ２１の外形を、より真円形状に近づければよい。

その一方で、隙間Ｓの容積が過度に小さいと、隙間Ｓが吐出通路１５に連通した場合に、隙間Ｓ内に流入する際の流通抵抗が大きくて、隙間Ｓの全体にオイルを行きわたらせることができないおそれがある。仮に隙間Ｓの全体にオイルを行きわたらせることができない場合には、アウタロータ２１に対して供給通路１３側への力を適切に作用させることができない。隙間Ｓにオイルを流入しやすくするには、隙間Ｓの容積を大きくすることが好ましい。そして、隙間Ｓの容積を大きくするのであれば、アウタロータ２１の外形を、より正三角形状に近づければよい。

そこで、例えば、オイルポンプ１０において想定されるアウタロータ２１の最大の回転速度や、オイルポンプ１０に求められる吐出能、オイルポンプ１０内に供給されるオイルの粘度等を考慮して、隙間Ｓの容積、すなわち、アウタロータ２１の外形を設計すればよい。例えば、具体的な例としては、ロータ収容室１２の径方向におけるアウタロータ２１の外周面とロータ収容室１２の内壁面との間隔の最大値が１ｍｍ以下、特に０．１〜０．２ｍｍ程度であることが好ましい。

１０…オイルポンプ、１１…ハウジング本体、１１Ａ…一側面、１２…ロータ収容室、１３…供給通路、１４…吸入ポート、１５…吐出通路、１６…吐出ポート、２１…アウタロータ、２１Ｔ…歯部、２２…インナロータ、２２Ｔ…歯部、２３…入力軸、Ｒ…作動室、Ｓ…隙間、Ｊ１…ロータ収容室及びアウタロータの中心軸線、Ｊ２…インナロータの中心軸線。

Claims (1)

1. 内部に円柱状のロータ収容室が区画されているハウジングと、
   前記ロータ収容室内に収容されている内歯歯車式のアウタロータと、
   前記ロータ収容室内の前記アウタロータよりも径方向内側において、前記アウタロータの中心軸線に対して偏心する位置に収容されている外歯歯車式のインナロータとを備え、
   前記アウタロータの歯部と前記インナロータの歯部との間の空間である作動室に連通しているとともに当該作動室にオイルを供給する供給通路が前記ハウジング内に区画されているとともに、前記作動室に連通しているとともに当該作動室からオイルが吐出される吐出通路が前記ハウジング内に区画されているトロコイド式オイルポンプであって、
   前記吐出通路は、前記ロータ収容室に対して当該ロータ収容室の径方向外側で連通しており、
   前記アウタロータを当該アウタロータの軸線方向から平面視した場合の外形は、前記ロータ収容室の内壁の円に内接する三角形の各辺を径方向外側に向かって円弧状に膨らませた形状になっている
   ことを特徴とするオイルポンプ。