JP6086239B2

JP6086239B2 - 流体ポンプ用インナロータ

Info

Publication number: JP6086239B2
Application number: JP2013166897A
Authority: JP
Inventors: 淳夫磯田; 文彦豊田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015034538A; BR112016001637B1; WO2015019859A1; BR112016001637A2; CN105452663B; EP3032102A1; US9903365B2; EP3032102A4; EP3032102B1; US20160146205A1; CN105452663A

Description

本発明は、内接歯車式の流体ポンプにおいてアウタロータに内接される流体ポンプ用インナロータに関する。

内接歯車式の流体ポンプでは、例えば特許文献１に示されるように、ポンプ用ロータとして、インナロータと、歯数がインナロータよりも１枚多いアウタロータとを偏心配置して組み合わせたものが用いられる。ポンプ用ロータは、一般に焼結により形成される。その後、寸法、形状を矯正するサイジングが行われる。

ポンプ用ロータのサイジングは、通常、ダイ、上下のパンチ、及びコアを組み合わせた金型を用いて行われる。その際に、例えばインナロータについてはダイによって外歯の歯面がしごかれるため、ポンプ用ロータの歯面の直角度が低下することがある。ここでいう歯面の直角度とは、端面を基準としたものであり、端面と歯面とのなす角が９０度を理想とする。歯面の直角度が低下すると、流体ポンプの吐出性能や脈動性能が不安定になる虞がある。歯面の直角度は、サイジング後の歯面の研磨等により修正は可能であるが、修正工程が追加される分、製造コストが高くなる。このため、特許文献１に記載されたポンプ用ロータでは、歯面の傾き修正を行わずに、アウタロータとインナロータとの組付け方向を指定することで、互いの歯面間に適正な隙間を形成し、吐出性能や脈動性能の安定化を図っている。

特開２０１０−１９２０５号公報

上述のように、特許文献１のポンプ用ロータでは歯面の直角度が修正されていないことから、アウタロータの端面に対するインナロータの組付け方向を間違えると、吐出性能や脈動性能に悪影響がある。このため、インナロータを適正に組付けるためには、アウタロータの端面に対するインナロータの組付け方向を厳密に管理する必要があった。

本発明の目的は、アウタロータに対し容易に組付け可能な流体ポンプ用インナロータを提供することにある。

本発明に係る流体ポンプ用インナロータの第１特徴構成は、回転軸芯に沿って貫通孔を有するロータ部と、前記貫通孔に嵌合する軸部と、を備え、前記貫通孔の内面のうち前記ロータ部の前記回転軸芯に沿う方向における何れか一方の端面から前記回転軸芯に沿った一部領域と前記軸部の外面の一部領域との嵌合強さが、前記貫通孔の内面のうち残りの領域と前記軸部の外面の他の領域との嵌合強さよりも大きく設定してある点にある。

インナロータのロータ部の貫通孔と軸部とが嵌合する際、軸部の外面は貫通孔の内面をロータ部の外径側に向けてより押圧する。このため、軸部の外面から貫通孔の内面への押圧力が大きい程、ロータ部は拡径され易い。
本構成によれば、ロータ部の貫通孔の内面のうちロータ部の回転軸芯に沿う方向における何れか一方の端面から回転軸芯に沿った一部領域と軸部の外面の一部領域との嵌合強さが、ロータ部の貫通孔の内面のうち残りの領域と軸部の外面の他の領域との嵌合強さよりも大きく設定してあるので、ロータ部の貫通孔の内面の一部領域において大きな押圧力を受ける。このように、ロータ部の貫通孔の内面の一部領域が大きな押圧力を受けることで、ロータ部の外周面（歯面）のうち、一部領域の周囲側の領域が外方へ膨らんだ形状に変形される。これにより、軸部との嵌合前のロータ部において外周面に回転軸芯を基準とした傾きが存在したとしても、ロータ部において外径の小さい側の貫通孔の内面の一部領域に対する軸部の嵌合強さを大きくすることでロータ部の外径を拡径させ、外周面の傾きを緩和することができる。その結果、アウタロータに対するインナロータの組付け方向の違いによる性能変化が小さくなり、アウタロータに対しいずれの端面からでもインナロータを組付けることができる。

また、ロータ部の歯面（外周面）の直角度の低下が緩和されることで、アウタロータとインナロータとの噛み合い不良等の発生頻度も少なくなり、異音の発生も抑制される。

本発明に係る流体ポンプ用インナロータの第２特徴構成は、前記軸部に係る前記一部領域に、前記回転軸芯の方向に沿う溝部を周方向に複数設けたセレーション部分が形成されている点にある。

本構成のように、軸部に係る一部領域に、回転軸芯の方向に沿う溝部を周方向に複数設けたセレーション部分が形成されていると、セレーション部分の押圧力を利用してロータ部を拡径することができ、ロータ部と軸部とが安定的に係止される。これにより、ロータ部と軸部との相対回転が確実に防止される。

本発明に係る流体ポンプ用インナロータの第３特徴構成は、前記軸部が、前記貫通孔に対して一方向から挿入可能であり、前記軸部の外面のうちの前記他の領域であって、前記セレーション部分に先立って前記貫通孔に挿入され、前記軸部を前記ロータ部に対して嵌合取付けする際に、前記貫通孔の内面に対して前記セレーション部分の少なくとも一部と同時に当接可能な領域に案内部が形成してある点にある。

貫通孔に対して軸部を適正に嵌合するには、貫通孔の軸芯に一致するよう軸部の芯出しを行う必要がある。そこで、本構成では、軸部の外面のうちの他の領域に案内部を形成してある。案内部はセレーション部分に先立って貫通孔に挿入され、軸部をロータ部に対して嵌合取付けする際に、貫通孔の内面に対してセレーション部分の少なくとも一部と同時に当接可能な領域に形成されている。これにより、軸部をロータ部に対して嵌合取付けする際に、案内部によってセレーション部と貫通孔の内面との嵌合が案内されるので、軸部の芯出しを確実に行うことができる。

本発明に係る流体ポンプ用インナロータの第４特徴構成は、前記案内部が前記回転軸芯の周りに形成された円筒面である点にある。

本構成によれば、案内部が回転軸芯の周りに形成された円筒面であるので、案内部を形成する際の加工が容易であり、貫通孔に対する軸部の芯出しも確実に行うことができる。

本発明に係る流体ポンプ用インナロータの第５特徴構成は、前記ロータ部が焼結体によって構成されており、前記軸部の嵌合によって前記ロータ部が拡径変形した状態において、前記ロータ部の前記回転軸芯に沿う方向における両端面の外径寸法が等しく形成されている点にある。

ロータ部を焼結体によって構成すると、機械加工を少なくでき、材料の無駄や成形時のエネルギー消費を抑制することができる。ただ、焼結体によって構成されたロータ部は、サイジングの際に用いられる金型の抜き勾配によって歯面（外周面）の形状が回転軸芯の方向を基準として傾斜するテーパ状になる。このため、歯面のテーパ形状を無くすためには別途加工が必要となる。しかし、本構成のように、ロータ部を焼結体であっても、ロータ部が軸部の嵌合によってロータが拡径変形した状態において、ロータ部の回転軸芯に沿う方向における両端面の外径寸法が等しく形成されていると、歯面に対する加工を不要となる。これにより、インナロータの製造コストを低減することができる。

流体ポンプ用ロータの一例を示す端面図である。軸部がロータ部に嵌合される前の状態を示す図である。軸部がロータ部に嵌合された状態を示す図である。別実施形態において軸部がロータ部に嵌合される前の状態を示す図である。別実施形態において軸部がロータ部に嵌合された状態を示す図である。別実施形態の軸部の側面図である。別実施形態の軸部の側面図である。別実施形態の軸部の側面図である。

以下、図面に基づいて本発明に係る流体ポンプ用インナロータの実施形態を説明する。
図１に示す流体ポンプ用ロータ１は、各々が焼結により形成されたインナロータ２と、アウタロータ３とを組み合わせて構成されている。インナロータ２は、回転軸芯Ｘに沿って貫通孔５を有するロータ部４と、貫通孔５に嵌合する軸部６と、を備えている。ロータ部４の外周の歯部４Ｇに対し、アウタロータ３の内周の歯部３Ｇが咬合する。アウタロータ３は、インナロータ２よりも歯数を１枚多くしたものが用いられている。

インナロータ２のロータ部４とアウタロータ３とを偏心配置に組み合わせて流体ポンプ用ロータ１が構成されている。例えば、ポンプ用ロータ１を、吸入ポートと吐出ポートとを有するポンプケース（図示せず）に収納して内接歯車ポンプを構成する。内接歯車ポンプは、ロータ部４の貫通孔５に軸部６が嵌合し、軸部６の駆動回転力によりインナロータ２のロータ部４を回転させる。このとき、アウタロータ３は従動回転し、この回転により、インナロータ２のロータ部４とアウタロータ３との間に形成されるポンプ室の容積が増減してオイル等の流体の吸入、吐出がなされる。

図２及び図３に示すように、インナロータ２は、ロータ部４に軸部６が嵌合されて構成されている。ロータ部４は、歯部４Ｇが形成されている外周面１０が、ロータ部４の回転軸芯Ｘの方向に対して傾斜するテーパ形状を有している。このため、外周面１０は、一方の端面１１の外径寸法Ｌ１よりも他方の端面１２の外径寸法Ｌ２の方が大きい。

軸部６は貫通孔５に対してロータ部４の端面のうち外径の小さい側（端面１１の側）の一方向から挿入可能に構成されている。軸部６は、軸部本体２０に設けられており、軸部本体２０の側から大径部２１、テーパ部２２、案内部２３、及び小径部２４が連続して形成されている。大径部２１（軸部６の外面の一部領域６Ａ）にセレーション部分２５が形成されている。セレーション部分２５には、回転軸芯Ｘの方向に沿う溝部２６を周方向に複数設けられている。大径部２１の外径は案内部２３の外径及び小径部２４の外径よりも大きい。

図３に示すように、軸部６がロータ部４の一方の端面１１から貫通孔５に挿入されると、貫通孔５の内面のうち一方の端面１１から回転軸芯Ｘに沿った一部領域５Ａと、軸部６の外面の一部領域６Ａとが嵌合し、貫通孔５の内面のうち残りの領域５Ｂと軸部６の外面の他の領域６Ｂとが嵌合する。軸部６の外面のうちセレーション部分２５が形成されていない他の領域６Ｂは、案内部２３及び小径部２４である。案内部２３及び小径部２４はセレーション部分２５に先立って貫通孔５に挿入される。案内部２３が形成される領域は、軸部６をロータ部４に対して嵌合取付けする際に、貫通孔５の内面に対してセレーション部分２５の少なくとも一部と同時に当接可能な領域である。

案内部２３はロータ部４の回転軸芯Ｘの周りに形成された円筒面である。このように、案内部２３が円筒面であると、案内部２３を形成する際の加工が容易であり、貫通孔５に対する軸部６の芯出しも確実に行うことができる。

インナロータ２のロータ部４の貫通孔５と軸部６とが嵌合する際、軸部６の外面は貫通孔５の内面をロータ部４の外周側に向けてより押圧する。このため、軸部６の外面から貫通孔５の内面への押圧力が大きい程、ロータ部４は拡径され易い。ここで、大径部２１の外径は、案内部２３の外径及び小径部２４の外径よりも大きい。すなわち、貫通孔５の内面のうちロータ部４の何れか一方の面から回転軸芯Ｘに沿った一部領域５Ａと軸部６の外面の一部領域６Ａとの嵌合強さが、貫通孔５の内面のうち残りの領域５Ｂと軸部６の外面の他の領域６Ｂとの嵌合強さよりも大きく設定してある。

ロータ部４の貫通孔５の内面の一部領域５Ａが大きな押圧力を受けることで、ロータ部４の外周面（歯面）１０のうち、一部領域５Ａの周囲側の領域１０Ａが外方へ膨らむ形状に変形される（図３）。これにより、軸部６との嵌合前のロータ部４において外周面１０に回転軸芯Ｘを基準とした傾きが存在したとしても、ロータ部４において外径の小さい側の貫通孔５の内面の一部領域５Ａに対する軸部６の嵌合強さを大きくすることでロータ部４の外径を拡径させ、外周面１０の傾きを緩和することができる。その結果、アウタロータ３に対するインナロータ２の組付け方向の違いによる性能変化が小さくなり、アウタロータ３に対しいずれの端面からでもインナロータ２を組付けることができる。

例えば、貫通孔５の内面と軸部６の外面とが嵌合する部分の嵌合強さと、貫通孔５と軸部６が嵌合した際のロータ部４の外周面１０の外方への膨らみ量との相対関係から、ロータ部４を形成することも可能である。軸部６と貫通孔５との嵌合強さによるロータ部４の外周面１０の変形量を調整することで、ロータ部４の成形用金型の抜け勾配を大きくしても、歯面（外周面）１０の直角度の低下が十分に緩和されようロータ部４を形成することができ、より厚みの大きいロータ部４の製造が可能になる。また、ロータ部４の歯面（外周面）１０の直角度の低下が緩和されることで、アウタロータ３とインナロータ２との噛み合い不良等の発生頻度も少なくなり、異音の発生も抑制される。

軸部６に係る一部領域６Ａに、回転軸芯Ｘの方向に沿う溝部２６を周方向に複数設けたセレーション部分２５が形成されていると、セレーション部分２５の押圧力を利用してロータ部４を拡径することができ、ロータ部４と軸部６とが安定的に係止される。これにより、ロータ部４と軸部６との相対回転が確実に防止される。

また、本実施形態では、軸部６の外面のうちの他の領域６Ｂに案内部２３を形成してある。案内部２３はセレーション部分２５に先立って貫通孔５に挿入され、軸部６をロータ部４に対して嵌合取付けする際に、貫通孔５の内面に対してセレーション部分２５の少なくとも一部と同時に当接可能な領域に形成されている。これにより、軸部６をロータ部４に対して嵌合取付けする際に、案内部２３によってセレーション部分２５と貫通孔５の内面との嵌合が案内されるので、貫通孔５に対し軸部６の芯出しを確実に行うことができる。

ロータ部４を焼結体によって構成すると、機械加工を少なくでき、材料の無駄や成形時のエネルギー消費を抑制することができる。ただ、焼結により形成されたロータ部４は、サイジングの際に用いられる金型の抜き勾配によって歯面（外周面）の形状が回転軸芯Ｘの方向を基準として傾斜するテーパ状になる。このため、歯面のテーパ形状を無くすためには別途加工が必要となる。しかし、本構成のように、ロータ部４が焼結体であっても、軸部６がロータ部４に嵌合することによって拡径変形し、ロータ部４の両面における外径寸法が等しく形成されていると、歯面（外周面）１０に対する加工を不要となる。これにより、インナロータ２の製造コストを低減することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、ロータ部４の貫通孔５の内径は略一定であり、回転軸芯Ｘに沿う全領域において軸部６がロータ部４の貫通孔５に嵌合する。このため、貫通孔５の一部領域５Ａにおいてはロータ部４の外周面１０における所定の変形量を得るために精度が要求され、残り領域５Ｂにおいてもロータ部４の外周面１０の変形量を抑制するために精度が要求される。しかし、貫通孔５の残り領域５Ｂと軸部６の他の領域５Ｂとが接しないよう構成することで、貫通孔５において精度が要求される領域は一部領域５Ａに限られる。

具体的には、図４に示すように、貫通孔５の一部領域５Ａと残り領域５Ｂとの間に段部１３を設け、他の領域５Ｂの内径が軸部６の案内部２３の外径よりも大きくなるよう貫通孔５を形成してもよい。こうすることで、軸部６の一部領域６Aは貫通孔５の一部領域５Ａにおいて嵌合され、軸部６の他の領域６Ｂと貫通孔５の残り領域５Ｂとの間に隙間Ｓが形成される（図５）。

このように、貫通孔５において精度が要求される領域が減少することで、貫通孔５の形成作業が簡略化される。貫通孔５の残り領域５Bと軸部６の他の領域６Bとが接しないため、ロータ部４において残り領域５Bの周囲側の外周面１０は変形しない。すなわち、ロー
タ部４の外周面１０は一部領域５Ａの周囲側の領域１０Ａのみが外方へ膨らむ形状に変形される。これにより、外周面１０の形状の補正割合を高めることができ、外周面１０の傾きが緩和され易くなる。また、段部１３により貫通孔５には孔径が大きい側と小さい側とが存在することとなり、ロータ部４の貫通孔５に対する軸部６の挿入方向の確認が容易になる。なお、貫通孔５に設ける段部１３は、一部領域５Ａと残り領域５Ｂとの間ではなく、テーパ部２２が占める領域と案内部２３が占める領域との間に形成してもよい。

（２）上記実施形態では、インナロータ２のロータ部４が焼結体で構成される例を示したが、ロータ部４を焼結体以外で構成してもよい。

（３）上記実施形態では、軸部６の案内部２３が小径部２４の側に向けて円筒状に形成される例を示したが、図６に示すように、案内部２３は小径部２４に向けてテーパ状に形成されていてもよい。

（４）軸部６は、案内部２３を備えずに大径部２１と小径部２４とによって構成してもよい。その場合、大径部２１に形成されるセレーション部分２５は、図７に示すように、小径部２４の側が向けてテーパ状に形成されていてもよい。また、図８に示すように、小径部２４の側に向けてセレーション部分２５の径が段階的に小さくなるよう形成されていてもよい。

（５）上記実施形態では、軸部６の大径部２１にセレーション部分２５が形成される例を示したが、大径部２１はセレーション部分２５を有しない円筒面であってもよい。

（６）上記実施形態では、軸部６において一部領域６Ａの径を他の領域６Ｂの径よりも大きくすることで、ロータ部４の貫通孔５の一部領域５Ａにおける嵌合強さの方が、残りの領域５Ｂにおける嵌合強さよりも大きく設定する例を示した。これに代えて、一部領域６Ａの径と他の領域６Ｂの径とを同じにして、一部領域６Ａと他の領域６Ｂとの材質や硬度等の物性を変えることにより、ロータ部４の貫通孔５の一部領域５Ａにおける嵌合強さの方が、残りの領域５Ｂにおける嵌合強さよりも大きく設定してもよい。

本発明は、各種の流体ポンプに広く利用することができる。

１流体ポンプ用ロータ
２インナロータ
３アウタロータ
４ロータ部
５貫通孔
５Ａ一部領域
５Ｂ残りの領域
６軸部
６Ａ一部領域
６Ｂ他の領域
１０外周面（歯面）
２１大径部
２３案内部
２４小径部
２５セレーション部分

Claims

回転軸芯に沿って貫通孔を有するロータ部と、
前記貫通孔に嵌合する軸部と、を備え、
前記貫通孔の内面のうち前記ロータ部の前記回転軸芯に沿う方向における何れか一方の端面から前記回転軸芯に沿った一部領域と前記軸部の外面の一部領域との嵌合強さが、
前記貫通孔の内面のうち残りの領域と前記軸部の外面の他の領域との嵌合強さよりも大きく設定してある流体ポンプ用インナロータ。
前記軸部に係る前記一部領域に、前記回転軸芯の方向に沿う溝部を周方向に複数設けたセレーション部分が形成されている請求項１に記載の流体ポンプ用インナロータ。
前記軸部が、前記貫通孔に対して一方向から挿入可能であり、
前記軸部の外面のうちの前記他の領域であって、前記セレーション部分に先立って前記貫通孔に挿入され、前記軸部を前記ロータ部に対して嵌合取付けする際に、前記貫通孔の内面に対して前記セレーション部分の少なくとも一部と同時に当接可能な領域に案内部が形成してある請求項２に記載の流体ポンプ用インナロータ。
前記案内部が前記回転軸芯の周りに形成された円筒面である請求項３に記載の流体ポンプ用インナロータ。
前記ロータ部が焼結体によって構成されており、前記軸部の嵌合によって前記ロータ部が拡径変形した状態において、前記ロータ部の前記回転軸芯に沿う方向における両端面の外径寸法が等しく形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の流体ポンプ用インナロータ。