JP4901785B2 - オイルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動変速機などに設けられるギヤポンプ等のオイルポンプに関するものである。

従来、上記のようなオイルポンプとして、互いに噛み合う形状のインナーロータとアウターロータとをポンプケーシング内に回転可能に収容して両ロータ同士の接触点同士の間にポンプ室を形成し、かつ、両ロータの回転中心を所定量だけ偏心させるとともに、前記インナーロータにこれを回転駆動するための駆動軸を連結したものが知られている。この種のオイルポンプでは、前記インナーロータ及びこれに噛合するアウターロータの同期回転に伴い、ポンプケーシングに形成された吸入溝から両ロータ間のポンプ室内にオイルが吸入され、このポンプ室内で加圧されてから同じくポンプケーシングに形成された吐出溝を通じてポンプ外へ吐出されることになる。

上記のようなオイルポンプでは、吐出溝とポンプ室との間の開口面積が両ロータの回転に伴って急激に増加すると、ポンプ室内のオイルの圧力が急激に変化するため、開口部付近にキャビテーションによるエロージョンが発生して、ポンプケーシングの内面やロータに損傷を与えることになる。

そこで、吐出溝（吐出ポート）のロータ回転方向と反対方向側に、幅が吐出溝と略同じで略四角形の平面形状を有し、深さが吐出溝よりも浅い浅底部を設け、その浅い分だけ、ポンプ室（作動室）と吐出溝の間の開口面積を減少させることによって、ポンプ室内のオイルの急激な変化やエロージョンの防止を試みる技術が知られている。また、吐出溝のロータ回転方向と反対方向側に、平面形状がＶ字形で底部の深さが吐出溝よりも浅い先端部を形成することにより、両ロータの回転に伴ってポンプ室が先ず上記先端部の頂点に達して吐出溝への連通が開始され、ポンプ室と吐出溝の間の開口面積が両ロータの回転に伴って略一様に近い状態で徐々に増大するようにして、ポンプ室内のオイルの圧力の急激な変化を抑制し、エロージョンを防止しようとする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、吐出溝（吐出ポート）の形状を、ロータ回転方向と反対方向側の端部近傍の底面の幅が端部に向かって緩やかに減少するとともに、ポート側面傾斜角が小さくなる形状に形成することにより、ポンプ室から吐出溝へ流れるオイルを上記端部近傍において幅方向中央付近に集束させ、円滑に排出させるようにして、オイルの圧力を略一定に維持してキャビテーションの発生を抑制しようとする技術も知られている例えば（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−３３２６９６号公報（段落０００７、０００９、００１１、００１３、図１、図６） 特開平１−２７３８８７号公報（第２ページ左下欄、右下欄、図６、図９〜図１２）

しかしながら、上記従来の手法は、ポンプ室のオイルが吐出溝に流れる際の急激な変化を和らげたり、オイルの流れを円滑にしたりする作用を得られることは考えられるが、結果的に高速回転時のエロージョンを確実に防止することは困難であった。

本願発明者らは、その原因を究明すべく種々の実験やシミュレーションを繰り返した結果判明したところによると、ポンプ内のオイルの流れは静的な流れではないため、例えば遠心力等によって外側向きのベクトルを有する高速な流れが吐出溝の外周側の壁面と衝突すると逆流が生じ、この逆流が吐出溝の開始位置付近で正方向の流れと衝突すると乱流状態が発生する。しかも、そのような流れの状態はダイナミックに変化するものであるために、従来の手法で得られると考えられたような作用は安定して得られるとは限らず、結果的に、往々にしてキャビテーションによるハンマー現象が生じて、エロージョンが発生すると考えられる。そこで、発明者らは、さらに、高速回転時のオイルの流れの方向に着目して、ダイナミックなオイルの挙動を種々考察し、例えばオイルの流れを分散させることが有効であることや、オイルがポンプ室から吐出溝に流れ込む際に、ポンプ室に戻る方向の流れも生じること、そしてそのような戻る方向の流れを考慮した吐出溝の形状にすることが好ましいことなどを見出して、本願発明を完成した。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、吐出溝の形状に工夫を加えて、より確実にエロージョンを防止することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明は、
オイル吸入溝およびオイル吐出溝を有するケーシングと、
上記ケーシング内に回転可能に収容される内歯車状のアウターロータと、
上記アウターロータに内側から噛み合う外歯車状をなし、アウターロータの内側に上記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て、上記アウターロータとの間にポンプ室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、
上記オイル吸入溝およびオイル吐出溝は、上記アウターロータおよび上記インナーロータの側面が摺接する上記ケーシングの底面に形成されるとともに、
上記オイル吐出溝における、上記アウターロータおよび上記インナーロータの回転方向と反対方向側の端部には、
上記オイル吐出溝の上記回転方向側部分よりも浅く、上記ケーシングの底面と略平行な平坦面を有する浅底部と、
上記浅底部よりも外周側に位置し、放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、上記反対方向側から上記回転方向側に向けて深くなるとともに幅が広がるＶ字谷部と、
が形成されていることを特徴とする。

上記Ｖ字谷部における上記反対方向側の頂点は、上記インナーロータの歯先円付近に設けられるようにすることが好ましい。

また、さらに、上記Ｖ字谷部よりも外周側に、上記浅底部と同じ深さの外周側浅底部が形成されるようにしてもよい。

また、上記オイル吐出溝の上記反対方向側端部に、上記浅底部および上記Ｖ字谷部から上記回転方向側に向けて深くなる傾斜面が形成されるようにしてもよい。

また、さらに、上記オイル吐出溝における上記回転方向側に、
上記アウターロータにおける放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、
上記回転方向側から上記反対方向側に向けて深くなるとともに幅が広がる回転方向側Ｖ字谷部が形成されるようにしてもよい。

上記のように、オイル吐出溝の上記反対方向側端部に、浅底部と、それよりも外周側のＶ字谷部とが設けられることにより、オイル吐出溝内のオイルの流れの方向が分散されやすくなり、オイル吐出溝の外周側の壁面等への激しい衝突や乱流は生じにくくなる。また、オイル吐出溝の上記反対方向側端部付近のオイルは、浅底部を介してポンプ室に戻る流れが生じやすくなる。これらによって、キャビテーションが生じにくくなり、より確実にエロージョンを防止することができるようになる。

本発明によれば、オイル吐出溝の端部に、浅底部と、その外周側に位置するＶ字谷部とを設けることによって、より確実にエロージョンを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（オイルポンプの要部の構成）
本発明の実施の形態に係るオイルポンプは、図１に示すように、ポンプケーシング２１と、トロコイド状のインナーロータ３１およびアウターロータ３２と、インナーロータ３１に嵌合された駆動軸２３とを有している。

ポンプケーシング２１には、両ロータ３１，３２の側面が摺接する底面に、オイル吸入溝２８、およびオイル吐出溝２９が形成されている。これらのオイル吸入溝２８、およびオイル吐出溝２９は、それぞれ図示しない油路を介して、ポンプケーシング２１の周縁部に設けられた吸入側接続口、および吐出側接続口に連通されている。オイル吐出溝２９の形状については後に詳述する。

ポンプケーシング２１の中央部には、円形状のロータ作動室３０が設けられており、このロータ作動室３０内に、互いに噛合される上記インナーロータ３１、およびアウターロータ３２が挿入されている。

上記インナーロータ３１、および駆動軸２３の中心軸Ｘ１と、上記アウターロータ３２、およびロータ作動室３０の中心軸Ｘ２は互いに偏心しており、中心軸Ｘ１回りのインナーロータ３１の回転（図１では反時計回り方向の回転）に伴って、アウターロータ３２が同方向に中心軸Ｘ２を中心として回転するようになっている。

上記インナーロータ３１の外周面、およびアウターロータ３２の内周面には、互いに噛合可能な歯（図例ではトロコイド状の歯）が形成され、その噛合状態で両ロータ３１，３２がロータ作動室３０内に回転可能に収容されている。そして、両ロータ３１，３２の接触点（シール点）同士の間に、上記ポンプケーシング２１と図示しないポンプカバーとで挾まれたポンプ室Ｖ１，Ｖ２，…が形成されている。この実施の形態では、あるポンプ室（例えば図１に示すポンプ室Ｖ２）の下流側シール点がオイル吐出溝２９の仕切り端部位置付近に到達した時点で、上記ポンプ室Ｖ２よりも上流側のポンプ室Ｖ１の上流側シール点がオイル吸入溝２８の仕切り端部位置に到達するように、各部の位置が設定されている。

このオイルポンプにおいて、上記駆動軸２３が中心軸Ｘ１を中心として反時計回りに回転し、その回転力がインナーロータ３１に伝達されると、インナーロータ３１も中心軸Ｘ１を中心として反時計回り方向に回転し、このインナーロータ３１と噛み合うアウターロータ３２は同方向に中心軸Ｘ２を中心として僅かに遅い速度で回転する。これらの回転により、吸入側接続口から油路、およびオイル吸入溝２８を通じてポンプ室内にオイルが供給され、このポンプ室がオイル吐出溝２９に連通された時点から、当該オイル吐出溝２９を通じて外部にオイルが吐出される（例えば図１に示すポンプ室Ｖ２を参照）。

（オイル吐出溝２９の形状）
ポンプケーシング２１に形成されたオイル吐出溝２９における両ロータ３１，３２の回転方向と反対方向側（上流側）の端部には、図２〜図５に示すように、浅底部２９ａと、Ｖ字谷部２９ｂと、垂直壁２９ｃとが形成されている。浅底部２９ａは、オイル吐出溝２９における両ロータ３１，３２の回転方向側（下流側）部分よりも浅く、かつ、ポンプケーシング２１の底面と略平行な平坦面に形成されている。また、Ｖ字谷部２９ｂは、上記浅底部２９ａよりも外周側に位置し、放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、上流側から下流側に向けて深くなるとともに幅が広がる形状に形成されている。このＶ字谷部２９ｂにおける上流側の頂点は、特に限定されないが、例えばインナーロータ３１の歯先円付近に設けられるようにすることは、オイルの圧力の急激な変化をより低減しやすい点では好ましい。

（オイルの挙動）
次に、オイルポンプにおけるオイルの挙動について、比較例と対比して説明する。この比較例は、上記のようなＶ字谷部２９ｂが形成されていない場合の例、すなわちオイル吐出溝２９の端部における内周側から外周側に亘って浅底部２９ａが形成されている例である。

図６〜図８は、上記比較例の場合に、オイル吐出溝２９に充填されている吐出溝オイル３９および浅底部オイル３９ａの流れの方向と速さを示している。また、図９〜図１１は、Ｖ字谷部２９ｂが形成された本実施の形態のオイルポンプにおけるオイル吐出溝２９に充填されている吐出溝オイル３９、浅底部オイル３９ａ、およびＶ字谷部オイル３９ｂの流れの方向と速さを示している。ここで、図６、図９は、上記オイルを下流側寄りの斜め上方から見た斜視図、図７、図１０は、図２に示すＢ−Ｂ矢視に対応するオイルの断面図、図８、図１１は、オイルを上流側寄りの斜め下方から見上げた斜視図である。なお、これらの図においては、シミュレーションにおけるモデル化の便宜上、細部の形状は簡略化して表されている。

Ｖ字谷部２９ｂが形成されていない場合には、一様に高速な流れが生じてこの高速なオイルが、オイル吐出溝２９の外周側の壁面等に衝突する。また、この衝突によって、逆流するオイルが生じ、この逆流するオイルが吐出溝の開始位置付近で正方向の流れと衝突すると乱流状態が発生する。さらに、オイル吐出溝２９における上流側端部の垂直壁２９ｃ付近では、澱むオイルにより渦が生じて、やはり乱流状態となる傾向が強い。このため、キャビテーションが生じやすくなり、したがってエロージョンも起きやすくなると考えられる。

これに対して、Ｖ字谷部２９ｂが形成されている場合には、オイル吐出溝２９に流入するオイルがＶ字谷部２９ｂの底に沿って、オイル吐出溝２９の幅方向における中央寄りに収束し、かつ、やや下方向きの流れが生じる。そして、この流れによって、オイル吐出溝２９の上流側端部付近では、全体の流れの方向が分散されやすくなり、オイル吐出溝２９の外周側の壁面等への激しい衝突や乱流は生じにくく、キャビテーションが生じにくくなると考えられる。また、オイル吐出溝２９の上流側端部における垂直壁２９ｃ付近のオイルは、浅底部２９ａを介してポンプ室に戻る流れが生じやすくなる。この戻る流れによって、オイル吐出溝２９内のオイルの中にある細かい気泡の量が少なくなると、やはり、オイル吐出溝２９内部でキャビテーションが生じにくくなる。したがって、これらによって、より確実にエロージョンが防止される。

（変形例）
上記のように、エロージョンの防止を図るためには、オイル吐出溝２９の上流側端部に、浅底部２９ａと、それよりも外周側のＶ字谷部２９ｂとを設けることが有効であるが、同様の効果を得るための細部の形状や寸法は、上記説明および図示のものには限られない。具体的には、例えば、図１２に示すように、Ｖ字谷部２９ｂのさらに外周側にも、下流側に向けて平坦部が広がる形状の浅底部２９ｄを設けたり、図１３に示すように、浅底部２９ａと同様の形状の浅底部２９ｅを設けたりしてもよい。また、例えば、Ｖ字谷部２９ｂの下流側には垂直壁２９ｃが形成されるのに限らず、図１４に示すように、下流側に向けて徐々に深くなる斜面２９ｆが形成されるなどしてもよい。

また、さらに、オイル吐出溝２９における下流側の端部にも、Ｖ字谷部２９ｂと同様に、アウターロータ３２における放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、下流側から上流側に向けて深くなるとともに幅が広がる形状のＶ字谷部を設けるなどにしてもよい。

本発明にかかるオイルポンプは、車両の自動変速機などに設けられるオイルポンプ等として有用である。

本発明の実施の形態に係るオイルポンプの要部の構成を示す断面図である。 上記オイルポンプのポンプケーシング２１の要部の構成を示す部分拡大図である。 上記オイルポンプのポンプケーシング２１に形成されたオイル吐出溝２９の上流側端部の構成を示す斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 比較例のオイルの流れを示す斜め上方から見た斜視図である。 上記比較例のオイルの流れを示す断面図である。 上記比較例のオイルの流れを示す斜め下方から見た斜視図である。 上記実施の形態のオイルの流れを示す斜め上方から見た斜視図である。 上記実施の形態のオイルの流れを示す断面図である。 上記実施の形態のオイルの流れを示す斜め下方から見た斜視図である。 変形例のオイル吐出溝２９の上流側端部の構成を示す斜視図である。 他の変形例のオイル吐出溝２９の上流側端部の構成を示す斜視図である。 別の変形例のオイル吐出溝２９の上流側端部の構成を示す断面図である。

符号の説明

２１ ポンプケーシング
２３ 駆動軸
２８ オイル吸入溝
２９ オイル吐出溝
２９ａ 浅底部
２９ｂ Ｖ字谷部
２９ｃ 垂直壁
２９ｄ 浅底部
２９ｅ 浅底部
２９ｆ 斜面
３０ ロータ作動室
３１ インナーロータ
３２ アウターロータ
３９ 吐出溝オイル
３９ａ 浅底部オイル
３９ｂ Ｖ字谷部オイル
Ｖ１，Ｖ２ ポンプ室
Ｘ１，Ｘ２ 中心軸Ｘ

Claims (5)

1. オイル吸入溝およびオイル吐出溝を有するケーシングと、
   上記ケーシング内に回転可能に収容される内歯車状のアウターロータと、
   上記アウターロータに内側から噛み合う外歯車状をなし、アウターロータの内側に上記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て、上記アウターロータとの間にポンプ室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、
   上記オイル吸入溝およびオイル吐出溝は、上記アウターロータおよび上記インナーロータの側面が摺接する上記ケーシングの底面に形成されるとともに、
   上記オイル吐出溝における、上記アウターロータおよび上記インナーロータの回転方向と反対方向側の端部には、
   上記オイル吐出溝の上記回転方向側部分よりも浅く、上記ケーシングの底面と略平行な平坦面を有する浅底部と、
   上記浅底部よりも外周側に位置し、放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、上記反対方向側から上記回転方向側に向けて深くなるとともに幅が広がるＶ字谷部と、
   が形成されていることを特徴とするオイルポンプ。
2. 請求項１のオイルポンプであって、
   上記Ｖ字谷部における上記反対方向側の頂点が、上記インナーロータの歯先円付近に設けられていることを特徴とするオイルポンプ。
3. 請求項１記載のオイルポンプであって、
   さらに、上記Ｖ字谷部よりも外周側に、上記浅底部と同じ深さの外周側浅底部が形成されていることを特徴とするオイルポンプ。
4. 請求項１記載のオイルポンプであって、
   上記オイル吐出溝の上記反対方向側端部に、上記浅底部および上記Ｖ字谷部から上記回転方向側に向けて深くなる傾斜面が形成されていることを特徴とするオイルポンプ。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項記載のオイルポンプであって、
   さらに、上記オイル吐出溝における上記回転方向側に、
   上記アウターロータにおける放射方向の面で切断したときの断面形状が略Ｖ字状で、
   上記回転方向側から上記反対方向側に向けて深くなるとともに幅が広がる回転方向側Ｖ字谷部が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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