JP6027343B2 - オイルポンプのロータ - Google Patents

Description

本発明は、オイルポンプのロータにおいて、騒音を低減することが出来るオイルポンプのロータに関する。

従来のオイルポンプにおいて、主なものとして内接歯車式ポンプでトロコイドタイプ歯車が使用されたものが多く使用されている。そして、ポンプの性能を向上させるために、アウターロータ及びインナーロータの歯形細部における形状を種々変化させることが試みられている。このようなものの一例として、特許文献1が存在している。

特開２０１１−１７３１８号公報

特許文献１では、インナーロータの歯形は楕円の周方向軸に沿った曲線の一部で創成されている。そして、特許文献１の図６、図７、図８等に記載されたように、楕円と楕円が繋がる箇所（変曲点）でインナーロータの歯形曲線の角度が急変している。このような角度が急変する変曲点をアウターロータが乗り越える時に歯打ち音が発生するため、特許文献１では騒音が大きくなってしまうという課題があった。本発明の目的(解決しようとする技術課題)は、騒音を低減することができるオイルポンプのロータを提供することにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、複数の楕円又は円を含む歯形から形成されるインナーロータと、該インナーロータの外側に配置され、該インナーロータの歯数より１歯多いアウターロータとからなるオイルポンプのロータにおいて、前記インナーロータの駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状と、非駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状とは異なる楕円又は円で形成されると共に、前記歯先頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸の長さは、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なるオイルポンプのロータとしたことにより、上記課題を解決した。請求項２の発明を、請求項１において、前記歯底頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸は、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なるオイルポンプのロータとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項３の発明を、複数の楕円又は円を含む歯形から形成されるインナーロータと、該インナーロータの外側に配置され、該インナーロータの歯数より１歯多いアウターロータとからなるオイルポンプのロータにおいて、前記インナーロータの駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状と、非駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状とは異なる楕円又は円で形成されると共に、前記歯先頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸と、前記歯底頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸との長さの和は、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なるオイルポンプのロータとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、歯先頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸は、非駆動側半歯領域が駆動側半歯領域よりも大なる構成としたことにより、インナーロータの歯形において、インナーロータの回転中心と、インナーロータの歯形の歯先頂点とを結ぶ仮想中心線に対して、駆動側半歯領域の歯底頂点から歯先頂点との間の中間領域の外形線における接線の勾配は緩傾斜であり、非駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点との間の中間領域の外形線における接線は急傾斜である。

つまり、駆動側半歯領域の中間領域は、比較的緩い傾斜に形成され、非駆動側半歯領域の中間領域は、比較的急激な傾斜に形成されている。したがって、駆動側半歯領域は全体的に、該駆動側半歯領域を構成する複数の楕円又は円からなる歯形成形円同士を繋ぐ変曲点は角度は急変することなく、緩やかに接続されている。これにより、オイルポンプのロータが回転した場合、駆動側の歯打ち音（インナーの歯をアウターの歯が乗り越える時の音）の発生が抑制され、もってオイルポンプのロータの騒音を低減することが出来る。

更に非駆動側半歯領域の中間領域は比較的立った形状となっていることからインナーロータの歯形と、アウターロータの歯形とのバックラッシを小さいものにできる。このように、バックラッシを小さくすることにより、さらに騒音（インナーの歯とアウターの歯が径方向にぶつかる時の音）を低減することが出来る。

請求項２の発明では、前記歯底頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸は、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なる構成としたことにより、駆動側半歯領域の外形線をより一層傾斜の緩い滑らかな曲線にすることができ、インナーロータの歯形と、アウターロータの歯形との接触を円滑にして、接触時の音を低減することが出来る。

請求項６の発明では、インナーロータの歯形において、駆動側半歯領域の外形を、最も良好な曲線にすることができ、インナーロータの歯形と、アウターロータの歯形との接触を円滑にして、接触時の音を低減することが出来る。すなわち、駆動側の歯打ち音と非駆動側のバックラッシによる音を両方とも低減することが出来る。

本発明におけるポンプロータの正面図である。 図１の（ア）部拡大図である。 図１の（イ）部拡大図である。 本発明におけるインナーロータの歯形の拡大図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は本発明におけるインナーロータの歯形とアウターロータの歯形との噛み合いが変化する行程を示す状態図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明のポンプロータは、内接歯車式ポンプを構成する歯車状のロータである。この種のものでは、インナーロータ１と該インナーロータ１を内方に配置して回転するアウターロータ２との組み合わせとなるものが一般的である。そして、外歯としての歯形Ａを有する歯車形状のインナーロータ１が、内歯を有する環状のアウターロータ２の内部に配置されインナーロータ１が回転することによってアウターロータ２も回転する。

本発明のポンプロータについては、主にインナーロータ１を中心として説明する。さらに、インナーロータ１の歯数は６枚として説明する。しかし、インナーロータ１の歯数は限定されるものではなく、歯数は適宜に決定されてもかまわない。まず、インナーロータ１において、歯形Ａには、駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ2とが存在する。

そして、駆動側半歯領域Ａ1から非駆動側半歯領域Ａ2に向かって、歯底頂点Ｑｂ〜歯先頂点Ｑａ〜歯底頂点Ｑｃを通過する１個の歯形Ａが構成される（図１乃至図３参照）。本発明のインナーロータ１は全歯形Ａ，Ａ，…では同じ形状であるため、任意の１個の歯形Ａの形状について説明する。

まず、前述したように、歯形Ａの歯先頂点Ｑａから一方側の歯底頂点Ｑｂまでを駆動側半歯領域Ａ1と称し、同一の歯先頂点Ｑａから他方側の歯底頂点Ｑｃまでを非駆動側半歯領域Ａ2と称する。また、インナーロータ１の回転中心Ｐと、歯形Ａの歯先頂点Ｑａとを結ぶ線を仮想中心線Ｌと称する。

したがって、歯形Ａは仮想中心線Ｌの一方側が駆動側半歯領域Ａ1であり、他方側が非駆動側半歯領域Ａ2となる。図１においては、ロータの回転方向を反時計回りとしているので、仮想中心線Ｌの左側が駆動側半歯領域Ａ1であり、右側が非駆動側半歯領域Ａ2となる。

また、駆動側半歯領域Ａ1は、インナーロータ１の歯形Ａにおいて回転方向前方側の半歯領域であり、非駆動側半歯領域Ａ2はインナーロータの回転方向後方側の半歯領域である。つまり、駆動側半歯領域Ａ1は、インナーロータ１の回転時に、アウターロータ２の内歯を押圧してアウターロータ２を回転させる側となる。

歯形Ａは、複数の大小の歯形成形円により構成される。歯形成形円には、円（真円）と楕円とが存在する。また、駆動側半歯領域Ａ1を構成する歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…（図２参照）と、非駆動側半歯領域Ａ2を構成する歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…（図３参照）とでは、形状及び大きさは異なる。つまり、歯形Ａの駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ2とは、左右対称の同一形状ではなく、左右非対称形状となる。

まず、駆動側半歯領域Ａ1は、複数の歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…によって形成される（図２参照）。また、同様に非駆動側半歯領域Ａ2は、複数の歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…によって形成される（図３参照）。前記歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…は、楕円又は真円のいずれかであり、且つ大きさも異なる。同様に、前記歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…は、楕円又は真円のいずれかであり、且つ大きさも異なる。

駆動側半歯領域Ａ1を構成する歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…は、図２に示すように、大きい歯形成形円に小さい歯形成形円が包含され且つその一部同士が接触して、歯先頂点Ｑａから歯底頂点Ｑｂに亘って形状を構成する。同様に、非駆動側半歯領域Ａ2を構成する歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…は、図３に示すように、大きい歯形成形円に小さい歯形成形円が包含され且つその一部同士が接触して、歯先頂点Ｑａから歯底頂点Ｑｃに亘って形状を構成する。

駆動側半歯領域Ａ1の実施形態としては、図２に示すように、大きい真円の歯形成形円Ｍ1の内部に小さい楕円の歯形成形円Ｍ2が包含され、両方の一部が接触する。歯形成形円Ｍ2は、駆動側半歯領域Ａ1の歯先部分を構成する。そして、小さい楕円とした歯形成形円Ｍ2の周方向軸Ｊａは、インナーロータ１の周方向に沿うように設置される。周方向軸Ｊａは、駆動側半歯領域Ａ1の歯先側の形状を決定するものである。

また、歯形成形円Ｍ3は駆動側半歯領域Ａ1の歯底部分を構成する。該歯形成形円Ｍ3の周方向軸Ｊｂは、インナーロータ１の周方向に沿うように設置される。周方向軸Ｊｂは、駆動側半歯領域Ａ1の歯底側を決定するものである。そして、歯形成形円Ｍ1は、駆動側半歯領域Ａ1の歯先部分と歯底部分との繋がり部分を構成するものである。駆動側半歯領域Ａ1の外形は円滑な曲線を描く。

また、非駆動側半歯領域Ａ2の実施形態としては、大きい楕円の歯形成形円Ｎ1の内部に小さい楕円の歯形成形円Ｎ2が包含され、両方の一部が接触する。そして、小さい楕円とした歯形成形円Ｎ2の周方向軸がインナーロータ１の周方向に沿うように設置されて、歯形成形円Ｎ2は、非駆動側半歯領域Ａ2の歯先部分を構成する。そして、小さい楕円とした歯形成形円Ｎ2の周方向軸Ｋａは、インナーロータ１の周方向に沿うように設置される。周方向軸Ｋａは、非駆動側半歯領域Ａ２の歯先側の形状を決定するものである。

なお、ここで、駆動側半歯領域Ａ1を構成する周方向軸Ｊａ，Ｊｂ及び非駆動側半歯領域Ａ2を構成する周方向軸Ｋａ，Ｋｂは、歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…及び歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…を構成する長軸，短軸等の軸の長さの半分を示すものである。したがって、周方向軸Ｊａ，Ｊｂは２倍にすると、歯形成形円Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…の長軸又は短軸となる。同様に、周方向軸Ｋａ，Ｋｂは、２倍にすると、歯形成形円Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…の長軸又は短軸となる。

また、大きい楕円とした歯形成形円Ｎ3の内部に小さい真円とした歯形成形円Ｎ4が包含され、両方の一部が接触する。前記大きい楕円とした歯形成形円Ｎ3は、非駆動側半歯領域Ａ2の歯底部分を構成する。歯形成形円Ｎ3の周方向軸Ｋｂは、インナーロータ１の周方向に沿うように設置される。周方向軸Ｋｂは、非駆動側半歯領域Ａ２の歯底側を決定するものである。歯形成形円Ｎ4は、非駆動側半歯領域Ａ2の歯先部分と歯底部分との繋がり部分を構成するものである。非駆動側半歯領域Ａ2の外形は円滑な曲線を描く。

そして、駆動側半歯領域Ａ1の歯先部分及び歯底部分における歯形成形円の周方向に沿う周方向軸Ｊａ，Ｊｂと、非駆動側半歯領域Ａ2の歯先部分及び歯底部分における歯形成形円の周方向に沿う周方向軸Ｋａ，Ｋｂは、非駆動側半歯領域Ａ2が駆動側半歯領域Ａ1よりも大なる構成である。

したがって、駆動側半歯領域Ａ1の周方向軸Ｊａ，Ｊｂと、非駆動側半歯領域Ａ２の周方向軸Ｋａ，Ｋｂとの長さの関係は以下のとおりである。周方向軸Ｊａの長さをＬａとし、周方向軸Ｋａの長さをＳａとすると

さらに、周方向軸Ｊｂの長さをＬｂとし、周方向軸Ｋｂの長さをＳｂとすると、

及び

となる。

前記駆動側半歯領域Ａ1と前記非駆動側半歯領域Ａ2とは、インナーロータの回転中心Ｐと、歯形Ａの歯底頂点Ｑｂとを結ぶ線において非対称であるが、駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ2とがいずれ側に位置するかは、回転方向によって決定されるものであり、歯形Ａにおいて回転方向前方側が常時駆動側半歯領域Ａ1である。

ここで、駆動側半歯領域Ａ1及び非駆動側半歯領域Ａ2について、具体的な数値を当てはめてみる。まず、駆動側半歯領域Ａ1では、歯先部分を構成する小さい楕円とした歯形成形円Ｍ2は、周方向軸Ｊａが4.3mmであり、短軸（の半分）が3.1mmである。つまりここでは、周方向軸Ｊａは楕円の長軸となる。また歯底部分を構成する大きい真円とした歯形成形円Ｍ3の直径は6.45mmである。なお、大きい真円とした歯形成形円Ｍ3では、長軸と短軸が等しい楕円とみなすと、歯形成形円Ｍ3の直径は周方向軸であるといえるものである。

同様に、非駆動側半歯領域Ａ2では、歯先部分を構成する小さい楕円とした歯形成形円Ｎ2は、周方向軸Ｋａが4.45mmであり、短軸（の半分）が3.1mmである。また歯底部分を構成する大きい楕円とした歯形成形円Ｎ3の周方向軸は7.3mmであり、長軸（の半分）は7.6mmとなる。なお、歯先部分と歯底部分を繋ぐ小さい真円の直径は６mmである。

図３の非駆動側半歯領域Ａ2では、歯先頂点Ｑａを含む楕円は楕円の周方向軸（４.４５mm）がインナーロータの周方向に沿って図示水平に配置されている。図３の非駆動側半歯領域Ａ２では、歯底頂点Ｑｃを含む楕円は楕円の短軸（７.３mm）がインナーロータの周方向に沿って左上〜右下方向に配置するものとする。

このように本発明のインナーロータ１の歯形Ａは駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ2で非対称となっている。なお、両方とも半歯分のため、角度は同一となっている。また図２と図３とで歯先頂点同士、歯底頂点同士が繋がるため、歯先頂点の径方向位置（径の大きさ）、歯底頂点の径方向位置（径の大きさ）は一致している。なお、図２において、Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ及びＬｆは、歯形成形円Ｍ1，Ｍ3における主要部分の寸法を示す。また、図３において、Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆ及びＳｇは、歯形成形円Ｎ1，Ｎ3及びＮ4における主要部分の寸法を示す。

次に、アウターロータ２については、本実施例ではアウターロータ２の歯数は７枚であり、インナーロータ１よりも１歯多く、内接歯車タイプである。アウターロータ２の歯形２１は、インナーロータ１の歯形Ａを回転させた場合の包絡線からなる。具体的な歯形形状としてはインナーロータ１の歯形Ａに類似した形状となっている。

実施形態では、アウターロータ２はインナーロータ１の包絡線に対して円滑に回転させる程度の隙間（数十μｍ）を設けたものである。インナーロータ１の歯形Ａが駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ２とで非対称のため、アウターロータ２の歯形２１も回転方向前側と後側とで非対称となっている。

次に、動作について説明する。駆動側半歯領域Ａ1の歯先頂点Ｑａを含む楕円の周方向軸Ｊａは４.３mmとする。非駆動側半歯領域Ａ２の歯先頂点Ｑａを含む楕円の周方向軸Ｋａは４.４５mmとする。したがって、非駆動側半歯領域Ａ２の外形は、周方向において歯先が太くなっている。駆動側半歯領域Ａ1の歯底頂点Ｑｂの周方向軸Ｊｂは６.４５mmである。

非駆動側半歯領域Ａ2の歯底頂点Ｑｃを含む楕円の周方向軸Ｋｂは７.３mmである。このように歯形Ａでは、非駆動側半歯領域Ａ2の方が、周方向の歯底が広くなっている。よって、駆動側半歯領域Ａ1と非駆動側半歯領域Ａ2を並べて配置すると、歯先部分においては、非駆動側半歯領域Ａ2の方が周方向にはみ出すように配置される。また、駆動側半歯領域Ａ1の方が非駆動側半歯領域Ａ2よりも、滑らかな傾斜を構成するものである。

前述したように、非駆動側半歯領域Ａ2の方が駆動側半歯領域Ａ1よりも歯先、歯底共に周方向に広いため、歯先と歯底以外の歯が実際に噛み合う中間領域は非駆動側半歯領域Ａ2の方が周方向に狭くなる。そして、駆動側半歯領域Ａ1も非駆動側半歯領域Ａ2も、歯先頂点Ｑａと歯底頂点Ｑｂ，Ｑｃの径方向高さの差は同一のため、中間領域が周方向に狭く形成された非駆動側半歯領域Ａ2は中間領域は急傾斜となる。

図４では、仮想中心線Ｌに対して駆動側半歯領域Ａ1の中間領域における接線Ｌ1とのなす角度θ1とし、非駆動側半歯領域Ａ2の中間領域における接線Ｌ2とのなす角度θ2とすると、

となる。

逆に、駆動側半歯領域Ａ1の方が中間領域の傾斜は緩くなっているため、楕円又は円間の変曲点の角度変化も緩くなる。よって、駆動側の歯打ち音を抑制できる。更に、バックラッシ量は駆動側歯形より非駆動側歯形の方が少なくなっている。図５は、インナーロータ１の歯形Ａと、アウターロータ２の歯形２１とが噛み合いながら移動する行程で、両者が円滑に噛み合う状態を示す。

特に、図５（Ａ）ではバックラッシ量を少ない状態を示している。このようにバックラッシ量を少なくすることにより、インナーロータ１とアウターロータ２とは円滑な噛み合いとなり、騒音を低減することが出来る。以上のように、本発明により、インナーロータの駆動側及び非駆動側両方の騒音を低減出来る。

１…インナーロータ、２…アウターロータ、Ａ…歯形、Ａ1…駆動側半歯領域、
Ａ2…非駆動側半歯領域、Ｑａ…歯先頂点、Ｑｂ，Ｑｃ…歯底頂点、
Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，…歯形成形円、Ｊａ，Ｊｂ…周方向軸、Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，…歯形成形円、
Ｋａ，Ｋｂ…周方向軸。

Claims (3)

1. 複数の楕円又は円を含む歯形から形成されるインナーロータと、該インナーロータの外側に配置され、該インナーロータの歯数より１歯多いアウターロータとからなるオイルポンプのロータにおいて、前記インナーロータの駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状と、非駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状とは異なる楕円又は円で形成されると共に、前記歯先頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸の長さは、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なることを特徴とするオイルポンプのロータ。
2. 請求項１において、前記歯底頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸は、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なることを特徴とするオイルポンプのロータ。
3. 複数の楕円又は円を含む歯形から形成されるインナーロータと、該インナーロータの外側に配置され、該インナーロータの歯数より１歯多いアウターロータとからなるオイルポンプのロータにおいて、前記インナーロータの駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状と、非駆動側半歯領域の歯先頂点から歯底頂点までの形状とは異なる楕円又は円で形成されると共に、前記歯先頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸と、前記歯底頂点を形成する楕円又は円の周方向に沿う周方向軸との長さの和は、前記非駆動側半歯領域が前記駆動側半歯領域よりも大なることを特徴とするオイルポンプのロータ。

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