JP6424071B2 - ベーンポンプ又は振子スライドポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ベーンポンプ又は振子スライドポンプに関する。

ベーンポンプ及び振子スライドポンプ（振子スライダ式ポンプとも呼ばれる）は、容積式ポンプの一般的なタイプに属し、例えば潤滑剤、特にオイルを搬送するために現代の自動車に採用されている。振子スライドポンプは、通常、インナーロータと、振子により該インナーロータに接続されたアウターロータとを有する（例えば特許文献１参照）。インナーロータは、通常、固定位置にあるドライブシャフトにより駆動される一方、アウターロータは、制御スライド部材に保持されていて、振子スライドポンプの出力に影響を及ぼすように、インナーロータに対する偏心率が調整される。類似の手法により駆動するものとしてベーンポンプが知られており、このベーンポンプでは、個々のベーンがインナーロータに径方向に調整可能に取り付けられ、ステータの内側側面に沿ってスライドする。そのステータは、例えばスチールリングにより制御スライド部材に取り付けられていて、ベーンポンプの出力に影響を及ぼすように、該制御スライド部材と共にインナーロータに対する偏心率が調整される。

独国特許発明第１９５３２７０３号明細書

上記ベーンポンプ及び振子スライドポンプでは、例えば圧入や熱接合などの摩擦を利用した方法によって、ドライブシャフトをインナーロータに接続することが通例である。しかしながら、そのような接合技術、特に熱接合では、極めて狭い公差が要求されるので、制限された製造公差により製造が複雑さになる、という点で不利になる。また、そのような、ドライブシャフトとインナーロータとの間の単純な摩擦効果による接続は、伝達可能なトルクを制限することになり、現代の自動車における高出力のオイルポンプにおいては問題を増加させてしまう。

そこで、本発明は、特に製造が簡単でかつドライブシャフトとインナーロータとの間で高トルクの伝達を行うことが可能な、ベーンポンプ又は振子スライドポンプの改良された形態を提供することを目的とするものである。

本発明によると、上記の問題は独立の請求項の主題により解決される。有利な形態は従属請求項の主題である。

本発明は、摩擦接合法ではなくて、ベーンポンプ又は振子スライドポンプのドライブシャフトを、インナーロータに形状適合的に接続するという一般的な概念に基づいている。このように形状適合的に接続することにより、非常に高いトルクの伝達が可能となるだけでなく、同時に、そのような形状適合構造のシャフト−ロータ接続部が、非常に広い製造公差（大きい製造誤差）を許容しかつ補償することができるため、高精度の製造要求を減らすことができる。本発明により、ドライブシャフトとインナーロータとの間の接続に、形状適合的な接続を用いることにより、比較的高いトルクが簡単に伝達されるだけでなく、非常に広い製造公差（大きい製造誤差）が許容されるので、全てのベーンポンプ又は振子スライドポンプを、非常に高いコスト効率でもって製造することができる。また、例えば、インナーロータを単にドライブシャフト上に配置するだけで十分であるので、形状適合的な接続は、ドライブシャフト上へのインナーロータの取り付けを容易にする。また、熱接合又は圧入を必要とする従来のポンプに比べて、製造装置の数及び複雑さも低減される。

従来の圧入や熱接合によってインナーロータのハブに発生していた引張応力が、本発明ではもはや存在しないため、例えばインナーロータのハブ厚を低減することができるという点でさらに有利である。ハブ厚を低減することは、インナーロータの取り付け用に要求される取り付け空間が低減されることを意味しており、取り付け空間及び重量に関して利点を有する。

また、本発明では、ドライブシャフトとインナーロータとの間のシャフト−ロータ接続部は、該インナーロータの該ドライブシャフトに対するウォブリング動作（制限されたウォブリング動作が好ましい）が可能となるように形成されている。上記ドライブシャフトの回転軸の傾き及び上記インナーロータの回転軸の傾きの程度によっては、摩耗特性を大幅に改善することができ、コスト効率の面で有利な、非常に広い製造公差を補償することもできる。インナーロータと該インナーロータを取り囲むハウジングとの間に要求される軸方向間隙が狭くても、インナーロータのドライブシャフトに対するウォブリング動作により、ドライブシャフトを、従来のポンプに必要とされていた精度よりも低い精度で組み込むことが可能となる。ドライブシャフトの傾きは、僅かな傾きであれば、ウォブリング動作によるインナーロータの傾きにより、問題なく補償可能である。

ドライブシャフト及び／又はインナーロータ（インナーロータのハブ）は、シャフト−ロータ接続部において中高状に形成される。このような中高状領域により、インナーロータは、ドライブシャフトに対してウォブリング動作可能か、又は傾くことができ、このとき、好ましくは、ドライブシャフトとインナーロータとの間のシャフト−ロータ接続部は、ウォブリング動作時に、ドライブシャフトの回転軸に対するインナーロータの回転軸の傾き角度が、１°よりも大きくならないように（１°以下になるように）形成される。このような僅かなウォブリング動作であっても、非常に広い製造公差及び取り付け公差を補償するのには十分である。

上記シャフト−ロータ接続部において、例えば多角形状歯、スプライン歯又は鋸歯のセットが設けられるように、ドライブシャフトが歯状の外輪郭を有し、かつインナーロータのハブが、該外輪郭を補完する形状の内輪郭を有する。形状適合的な接続のために多数の異なる形態を使用できることが、全てを網羅したわけではない上記例示からでさえ知ることができる。或いは、例えば、上記シャフト−ロータ接続部において、ドライブシャフトが非円形状の外輪郭を有し、かつインナーロータのハブが、該外輪郭を補完する形状の内輪郭を有することも想定できる。この場合、例えばドライブシャフトの楕円状の外輪郭を想定した場合、この楕円形状は、シャフト−ロータ接続部の領域に制限することができる。フェザーキー接続又はシムリング接続が、形状適合的な接続となることも想定できる。上記例示の、歯状の外輪郭／内輪郭、又は非円形の外輪郭／内輪郭は、インナーロータのドライブシャフトに対するウォブリング動作を許容するために、ドライブシャフト及び／又はロータ（ハブ）を中高状とすることを可能にする。

本発明に係るベーンポンプ又は振子スライドポンプは、自動車において、例えば、内燃機関又はトランスミッションに流体（特にオイル）を供給するために使用することができる。

本発明のさらに重要な特徴や有利な点は、従属項、図面、及び図面に関連した説明から得られる。

上記特徴及び以下で説明する事項は、それぞれ与えられた組み合わせで使用できるだけでなく、本発明の範囲を逸脱しない他の組み合わせ又は単独形態により使用できるということは、明らかである。

インナーロータがドライブシャフトに対してウォブリング動作可能なように、インナーロータに形状適合的に接続されたドライブシャフトを有する、本発明に係るベーンポンプ又は振子スライドポンプの概略断面図である。 インナーロータがドライブシャフトに対してウォブリング動作が不能な場合を示す図１相当図である。 ドライブシャフトの様々な外輪郭を示す横断面図である。 ウォブリング動作可能でかつ中高状のドライブシャフトとインナーロータとの形状適合的な接続を可能とするシャフト−ハブ接続部の概略断面図である。 インナーロータのハブが中高状である場合の図４相当図である。 図５の変形例を示す図５相当図である。 本発明に係るポンプを備えた自動車を示す概略図である。

本発明の好ましい実施形態は図面に示され、以下の説明で詳細に説明される。ここでは、同一の符号は、同一の、又は類似の、或いは機能的に同一の要素とみなす。

図１において、本発明に係るベーンポンプ１又は振子スライドポンプ１は、シャフト−ハブ接続部４（シャフト−ロータ接続部）においてドライブシャフト３に対し形状適合的に接続されたインナーロータ２を備えている。ベーンポンプ１として構成した場合、インナーロータ２は、該インナーロータ２に径方向に移動可能に装着されかつハウジング５の内壁に沿ってスライドするベーンを有する。振子スライドポンプ１として構成した場合、インナーロータ２は、振子（図示せず）によりアウターロータに接続される。

本発明では、ドライブシャフト３とインナーロータ２との間で高いトルクを伝達できるようにするために、インナーロータ２は、ドライブシャフト３に対し形状適合的に接続されている。このような形状適合的な接続は、非常に高いトルクを伝達することができるだけでなく、個々の構成要素は互いに正確に噛み合う必要が無いので、従来の圧入や熱接合に比べて、上記構成要素の製造公差を非常に広くすることを許容する。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るドライブシャフト３の横断面図をそれぞれ示し、図３（ａ）では、ドライブシャフト３は非円形の外輪郭を有する。この場合、インナーロータ２のハブ６は、この非円形の外輪郭を補完する形状の内輪郭を有する。図３（ｂ）を見ると、ドライブシャフト３は、シャフト−ハブ接続部４において歯状の外輪郭を有することが分かる。この場合、ハブ６は、この歯状の外輪郭を補完する形状の内輪郭を有する。例えば、多角形状歯、スプライン歯又は鋸歯のセットが、この場合のシャフト−ハブ接続部４を構成する。図３（ｃ）のドライブシャフト３では、ドライブシャフト３とインナーロータ２のハブ６との間の形状適合的な接続は、フェザーキー接続７によって実現される。もちろん、フェザーキー接続７の代わりに、シムリング接続を用いることもできる。

再度、図１を見ると、ドライブシャフト３の傾きを少しでも補償することができるように、インナーロータ２とハウジング５との間に軸方向間隙８が存在することが分かる。いかなる場合でも、ドライブシャフト３がハウジング５に対して少しでも傾いていると、インナーロータ２がハウジング５に当接する可能性があるため、従来は、ドライブシャフト３の取り付けにおいて非常に高い製造精度が必要とされていた。これに対し、本発明によると、シャフト−ハブ接続部４は、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作（図１に両側矢印で示すように、インナーロータ２の中心軸（回転軸）を通る平面に沿って切断した断面において、インナーロータ２の中心軸方向の一側が他側に対して径方向の内側又は外側に傾く動作）が可能となるように形成されている。ドライブシャフト３がハウジング５に対して少なくとも僅かに傾いていたとしても、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作によって、ドライブシャフト３の傾きを問題なく補償することができる。上記ウォブリング動作を実現するために、ドライブシャフト３は、例えば図１及び図４に示すように、シャフト−ハブ接続部４において中高状、つまりバレル状（樽状）に形成される。或いは、図５及び図６に示すように、インナーロータ２のハブ６が、シャフト−ハブ接続部４において中高状に形成されることも可能である。中高状のシャフト−ハブ接続部４の全体が、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作を許容することが好ましく、また、上記ウォブリング動作時に、ドライブシャフト３の回転軸に対するインナーロータの回転軸の傾き角度が、１°よりも大きくならないように（１°以下になるように）形成されていることが好ましい。上記２つの回転軸の傾きの程度によっては、上記軸方向間隙８を、例えば０．０５ｍｍよりも小さい状態に低減することができる。これにより、不要な端面バイパス流を回避することができ、ベーンポンプ１又は振子スライドポンプ１の高効率化が可能となる。

もちろん、ドライブシャフト３及び／又はハブ６の中高形状は、好ましくは、シャフト−ハブ接続部４に制限され、これらに軸方向で隣接する領域９は円筒形とされる。

図２における、インナーロータ２とドライブシャフト３との形状適合的な接続を見ると、インナーロータ２のハブ６の径方向の突出部１１に係合する軸方向延設溝１０が、ドライブシャフト３上に設けられていることが分かる。ここでは、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作は実現できないが、このような形状適合的な接続も、図４〜図６におけるシャフト−ハブ接続部４と同様に、実現可能である。この代わりに、ドライブシャフト３が、図３（ａ）に示すような単純な非円形の外輪郭を有していてもよく、この場合、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作は、ドライブシャフト３及び／又はハブ６の中高形状によって可能となる。

ドライブシャフト３とインナーロータ２との形状適合的な接続は、本発明に係るベーンポンプ１又は振子スライドポンプ１において、非常に高いトルクを伝達できることを意味する。このことは、特に現代のオイルポンプに対して大きな利点となる。従来の圧入に起因して該圧入領域で発生していたハブ引張応力が、もはや存在しないため、ハブ６の厚みを低減することもできる。ハブ６の厚みを低減することで、設置条件を減らすことができる。加えて、インナーロータ２のドライブシャフト３に対するウォブリング動作が可能となれば、摩耗特性の改良と共に、広い製造公差の補償も可能となる。これにより、個々の構成要素をより高いコスト効率でもって製造することができる。形状適合構造のシャフト−ハブ接続部４によりインナーロータ２をドライブシャフト３上に押しつけることが十分容易であるため、インナーロータ２のドライブシャフト３への取り付けも容易になる。最後に、インナーロータ２とハウジング５との間の軸方向間隙８の低減も可能となり、これにより、ベーンポンプ１又は振子スライドポンプ１の効率が増大する。

図７に、例えばオイルを、内燃機関１３及び／又はトランスミッション１４に供給するために、本発明に係る上記ポンプ１を自動車１２に使用した例を模式的に示す。オイルを消費する消費部１３，１４が、接続ライン１５により上記ポンプ１に接続される。

１ ベーンポンプ、振子スライドポンプ
２ インナーロータ
３ ドライブシャフト
４ シャフト−ハブ接続部（シャフト−ロータ接続部）
５ ハウジング
６ インナーロータのハブ
１２ 自動車
１３ 内燃機関
１４ トランスミッション

Claims (8)

1. ベーンポンプ（１）又は振子スライドポンプ（１）であって、
   ドライブシャフト（３）に対し形状適合的に接続されたインナーロータ（２）を備え、
   上記ドライブシャフト（３）と上記インナーロータ（２）との間のシャフト−ロータ接続部（４）は、該インナーロータ（２）の該ドライブシャフト（３）に対するウォブリング動作が可能となるように形成されていることを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
2. 請求項１記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記ドライブシャフト（３）及び／又は上記インナーロータ（２）は、上記シャフト-ロータ接続部（４）において中高状に形成されていることを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
3. 請求項１又は２記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記シャフト−ロータ接続部（４）は、上記ウォブリング動作時に、上記ドライブシャフト（３）の回転軸に対する上記インナーロータ（２）の回転軸の傾き角度が、１°よりも大きくならないように形成されていることを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記シャフト−ロータ接続部（４）において、形状適合的に噛み合う、多角形状歯、スプライン歯又は鋸歯のセットが設けられるように、上記ドライブシャフト（３）が歯状の外輪郭を有し、かつ上記インナーロータ（２）のハブ（６）が、該外輪郭を補完する形状の内輪郭を有することを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記シャフト−ロータ接続部（４）において、上記ドライブシャフト（３）が非円形状の外輪郭を有し、かつ上記インナーロータ（２）のハブ（６）が、該外輪郭を補完する形状の内輪郭を有することを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
6. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記ドライブシャフト（３）は、上記シャフト−ロータ接続部（４）において、フェザーキー接続（７）又はシムリング接続によって、上記インナーロータ（２）のハブ（６）に接続されていることを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のベーンポンプ又は振子スライドポンプにおいて、
   上記インナーロータ（２）と該インナーロータを取り囲むハウジング（５）との間の軸方向間隙（８）が、０．０５ｍｍよりも小さいことを特徴とするベーンポンプ又は振子スライドポンプ。
8. 内燃機関（１３）又はトランスミッション（１４）を備えた自動車（１２）であって、
   上記内燃機関（１３）又はトランスミッション（１４）に流体を供給するための、請求項１〜７のいずれか１つに記載のベーンポンプ（１）又は振子スライドポンプ（１）を備えていることを特徴とする自動車。

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