JP2021085331A - 回転式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ室の過圧縮による異音の発生を適切に抑制することができる回転式ポンプを提供する。【解決手段】本発明は、インナーロータ３及びアウターロータ４の軸方向一方側において、吸入路９１とポンプ室５とが連通する吸入位置Ｚ１にあるポンプ室５と、吐出路９２とポンプ室５とが連通する吐出位置Ｚ２にあるポンプ室５と、ポンプ室５が吸入路９１及び吐出路９２のいずれにも連通しない密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５とを区画するシール部材６を備え、シール部材６は、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５の液圧が吐出路９２の液圧よりも所定圧以上高くなった場合に、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５を吐出路９２に連通させる圧力解放機構８を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、回転式ポンプに関する。

回転式ポンプは、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とがポンプ室を形成しつつかみ合って構成される、いわゆるギヤポンプである。回転式ポンプの構成は、例えば特開２００８−２６７２３６号公報、特開２０１７−１８０２０８号公報、及び特開２０１８−１４５８６７号公報に記載されている。これらの回転式ポンプでは、異音（ポンプノイズ）の低減が課題となっている。

特開２００８−２６７２３６号公報 特開２０１７−１８０２０８号公報 特開２０１８−１４５８６７号公報

ここで、ポンプ効率を向上させるためにポンプ室のシール性を高めるほど、ポンプ室が過圧縮されて想定よりも高圧になりやすくなる。過圧縮されたポンプ室と吐出路とが連通すると、ポンプ室から吐出路に急激にフルードが流出し、異音が発生する。このようなポンプ室が過圧縮された場合の異音の抑制に関して、上記回転式ポンプの構成には改善の余地がある。

本発明の目的は、ポンプ室の過圧縮による異音の発生を適切に抑制することができる回転式ポンプを提供することである。

本発明の回転式ポンプは、駆動軸が取り付けられたインナーロータと、アウターロータと、前記インナーロータの外歯と前記アウターロータの内歯とのかみ合いの隙間により形成される複数のポンプ室と、を備え、前記駆動軸の回転により前記ポンプ室の容積が変化することで、フルードを吸入路から吸入し吐出路に吐出する回転式ポンプであって、前記インナーロータ及び前記アウターロータの軸方向一方側において、前記吸入路と前記ポンプ室とが連通する吸入位置にある前記ポンプ室と、前記吐出路と前記ポンプ室とが連通する吐出位置にある前記ポンプ室と、前記ポンプ室が前記吸入路及び前記吐出路のいずれにも連通しない密閉位置にある前記ポンプ室とを区画するシール部材を備え、前記シール部材は、前記密閉位置にある前記ポンプ室の液圧が前記吐出路の液圧よりも所定圧以上高くなった場合に、前記密閉位置にある前記ポンプ室を前記吐出路に連通させる圧力解放機構を備える。

本発明によれば、密閉位置にあるポンプ室の液圧が吐出路の液圧よりも所定圧以上高い場合に、当該高圧のポンプ室が吐出位置に到達する前に、密閉位置においてポンプ室と吐出路が連通する。これにより、密閉位置でポンプ室が過圧縮された場合、密閉位置においてフルードがポンプ室から吐出路に流出し、ポンプ室の液圧が低下する。つまり、圧力解放機構により、密閉位置にあるポンプ室の過圧縮状態は解消される。したがって、ポンプ室の過圧縮による吐出位置での異音が抑制される。また、ポンプ室の液圧が規定値を超えない限り圧力解放機構が作動しないため、ポンプ室の液圧の不要な低下は生じない。このように、本発明によれば、ポンプ室の過圧縮による異音の発生を適切に抑制することができる。

本実施形態の回転式ポンプの構成図である。 本実施形態のインナーロータ及びアウターロータを軸方向に見た構成図である。 本実施形態のインナーロータ及びアウターロータを軸方向に見た構成図である。 本実施形態の回転式ポンプの構成図である。 本実施形態の回転式ポンプを軸方向一方側から見た構成図である。 本実施形態の圧力解放機構の別例を示す概念図である。 本実施形態の圧力解放機構の別例を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。説明に用いる各図は概念図である。例えば図１ではシール部材等の詳細形状の表示は省略されている。また、断面図においては、環状部材によって紙面奥側に見えるべき線が省略されている場合がある。

本実施形態の回転式ポンプ１は、内接型ギヤポンプ（トロコイドポンプ）である。回転式ポンプ１は、図１及び図２に示すように、駆動軸２が取り付けられたインナーロータ３と、アウターロータ４と、複数のポンプ室５と、シール部材６と、を備えている。回転式ポンプ１は、ハウジング１０の凹部内に組み付けられている。

本実施形態において、ハウジング１０内には、さらに回転式ポンプ１と同様の構成の回転式ポンプ１Ａが組み付けられている。回転式ポンプ１、１Ａは、例えば、ブレーキアクチュエータに適用される。この場合、回転式ポンプ１が第１配管系統のポンプとして機能し、回転式ポンプ１Ａが第２配管系統のポンプとして機能する。以下、説明における「軸方向」は、駆動軸２の軸方向を意味する。

駆動軸２は、駆動源であるモータ２０の駆動力によって回転するシャフト部材である。駆動軸２は、モータ２０の駆動力を伝達可能にインナーロータ３に取り付けられている。駆動軸２は、ハウジング１０に設けられた第１ベアリング１１及び第２ベアリング１２により回転可能に支持されている。第１ベアリング１１はシリンダ７１内に配置され、第２ベアリング１２はプラグ７２内に配置されている。

駆動軸２は、シリンダ７１及びプラグ７２内に配置されている。シリンダ７１とプラグ７２は、同軸的に配置され、軸方向への圧入により一体化されている。ハウジング１０、シリンダ７１、及びプラグ７２は、回転式ポンプ１、１Ａを収容する収容部といえる。また、ハウジング１０内には、複数のシール部材７３、７４、７５、７６、７７、７８が配置されている。

インナーロータ３は、外周面に外歯３１を有する環状の金属製ギヤ部材（インナーギヤとも呼ばれる）である。上記のように、インナーロータ３には、駆動軸２が取り付けられている。アウターロータ４は、内周面に内歯４１を有する環状の金属製ギヤ部材（アウターギヤとも呼ばれる）である。アウターロータ４は、インナーロータ３の外周側に配置されている。複数のポンプ室５は、インナーロータ３の外歯３１とアウターロータ４の内歯４１とのかみ合いの隙間により形成されている。

回転式ポンプ１は、駆動軸２の回転により各ポンプ室５の容積が変化することで、フルードを吸入路９１から吸入し吐出路９２に吐出する。吸入路９１及び吐出路９２は、ハウジング１０に形成されている。各ポンプ室５は、軸方向一方側においてシール部材６によりシールされ、軸方向他方側においてシリンダ７１の端面によりシールされている。

シール部材６は、図１及び図３に示すように、インナーロータ３及びアウターロータ４の軸方向一方側において、吸入位置Ｚ１にあるポンプ室５と、吐出位置Ｚ２にあるポンプ室５と、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５とを区画している。吸入位置Ｚ１は、吸入路９１とポンプ室５とが連通する位置（領域）である。吐出位置Ｚ２は、吐出路９２とポンプ室５とが連通する位置（領域）である。密閉位置Ｚ３は、ポンプ室５が吸入路９１及び吐出路９２のいずれにも連通しない位置（領域）である。このように、シール部材６は、インナーロータ３及びアウターロータ４の軸方向一方側において、吸入路９１に接続されたポンプ室５と、吐出路９２に接続されたポンプ室５と、吸入路９１及び吐出路９２のいずれにも接続されていないポンプ室５とを区画している。なお、位置Ｚ４は、ポンプ室４の容積が０又は極小値となる位置であり、例えばポンプ室５が吸入路９１及び吐出路９２のいずれにも連通しない位置（領域）である。

シール部材６は、ハウジング１０内において、インナーロータ３及びアウターロータ４の軸方向一方側に配置されている。シール部材６は、回転が制限されるように、ハウジング１０に対して位置決めされている。シール部材６は、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５の液圧が吐出路９２の液圧よりも所定圧以上高くなった場合に、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５を吐出路９２に連通させる圧力解放機構８を備えている。圧力解放機構は、弁装置を備えるといえる。

（圧力解放機構の一例）
以下、シール部材６の構成例を説明しつつ、圧力解放機構８の具体例について説明する。本実施形態のシール部材６は、環状の金属部材と、当該金属部材をインナーロータ３及びアウターロータ４側に押圧する弾性部材と、を備えている。より詳細に、図４に示すように、本実施形態のシール部材６は、リングシール６１と、金属プレート６２と、Ｏリング６３と、を備えている。

リングシール６１は、インナーロータ３及びアウターロータ４の軸方向一端面に対向配置された環状の金属部材である。リングシール６１の内周側には、駆動軸２が配置されている。リングシール６１には、ポンプ室５をシールするために、ポンプ室５に対応する位置に軸方向他方に突出した突起シール部６１ａが設けられている。突起シール部６１ａの端面がインナーロータ３及びアウターロータ４に当接することで、各ポンプ室５の軸方向一方側に区画面（シール面）が形成される。また、突起シール部６１ａのみの当接により、リングシール６１と各ロータ３、４との接触面積は小さくなり、ロータ３、４回転時の摺動抵抗の増大は抑制される。

また、リングシール６１には、図５に示すように、吸入位置Ｚ１にて吸入路９１とポンプ室５とを連通させる複数の吸入孔６１１、及び吐出位置Ｚ２にて吐出路９２とポンプ室５とを連通させる複数の吐出孔６１２が設けられている。さらに、リングシール６１には、密閉位置Ｚ３にて吐出路９２とポンプ室５とを連通させる流路６１３が設けられている。

流路６１３は、軸方向に形成された貫通孔６１３ａと、貫通孔６１３ａと密閉位置Ｚ３のポンプ室５とを連通させる小流路６１３ｂとにより構成されている。密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５に対向する突起シール部６１ａは、ポンプ室５の径方向内側部分のみを区画するように構成されている。つまり、突起シール部６１ａは、軸方向一方において、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５の一部だけを被覆するように形成されている。これにより、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５が、突起シール部６１ａで被覆されていない部分を介して、リングシール６１とアウターロータ４との隙間（小流路６１３ｂ）及び貫通孔６１３ａに連通する。

金属プレート６２は、リングシール６１の軸方向一端面に取り付けられた環状の金属部材である。金属プレート６２は、リングシール６１に対して相対回転しないように位置決め固定されている。金属プレート６２の内周側には、駆動軸２が配置されている。金属プレート６２は、薄膜の金属板であって、リングシール６１よりも薄く形成されている。金属プレート６２には、吸入孔６１１及び吐出孔６１２を被覆しないように、開口部６２１、６２２が形成されている。

また、金属プレート６２には、流路６１３を閉鎖又は開放するリード弁６２３が形成されている。リード弁６２３は、金属プレート６２に切り込みを入れて形成されている。リード弁６２３は、力が加わっていない状態で、流路６１３を閉鎖（閉弁）している。リード弁６２３は、流路６１３から受ける押圧力が、吐出路９２側から受ける押圧力及びリード弁６２３の変形への抵抗力の合計を超えると、軸方向一方側に変形して開弁する。

一方、リード弁６２３は、リングシール６１の配置により軸方向他方には変形しないため、上記合計が流路６１３から受ける押圧力以上であっても、流路６１３の閉鎖（閉弁）が維持される。つまり、リード弁６２３は、流路６１３の液圧が吐出路９２の液圧より高い場合の差圧による弾性変形によって、フルードの流路６１３から吐出路９２への流動のみを許容する弁（ワンウェイバルブ）である。

リード弁６２３が流路６１３から受ける押圧力は、流路６１３に連通する密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５の液圧（以下「密閉ポンプ圧」ともいう）によって決まる。また、リード弁６２３が吐出路９２側から受ける押圧力は、吐出路９２の液圧（以下「吐出圧」ともいう）によって決まる。

また、リード弁６２３の変形への抵抗力（弾性力）は、リード弁６２３の剛性（変形しづらさの度合い）に基づいて決まる。リード弁６２３の剛性は、単位量変形させるのに必要な力であり、例えば材質や形状に基づいて決まる。リード弁６２３を開弁させるのに必要な圧力（差圧）は、例えばリード弁６２３の形状、材質、及びリード弁６２３と流路６１３との位置関係の少なくとも１つにより調整することができる。

リード弁６２３は、リード弁６２３の両面間の差圧（密閉ポンプ圧と吐出圧との差圧）と、リード弁６２３の弾性力とに基づいて、開閉動作する。リード弁６２３は、密閉ポンプ圧が吐出圧よりも所定圧以上高くなった場合に開弁し、流路６１３を介して密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５を吐出路９２に連通させる。図５の例では、リード弁６２３の下端部が紙面手前側に持ち上がって開弁する。

Ｏリング６３は、環状の弾性部材（ゴム部材）であって、金属プレート６２の軸方向一方側に配置されている。Ｏリング６３の内周側には、駆動軸２が配置されている。吸入孔６１１及び開口部６２１は、Ｏリング６３で囲まれた領域（以下「低圧室」という）６Ａに位置している。吐出孔６１２及び開口部６２２は、Ｏリング６３で囲まれていない領域（以下「高圧室」という）６Ｂに位置している。

低圧室６Ａは、駆動軸２、リングシール６１、金属プレート６２、Ｏリング６３、及びハウジング１０の端面により区画されている。低圧室６Ａは、吸入路９１に連通している。吸入路９１は、低圧室６Ａを介して吸入孔６１１に連通する。高圧室６Ｂは、リングシール６１、金属プレート６２、Ｏリング６３、及びハウジング１０の端面と内周面により区画されている。高圧室６Ｂは、吐出路９２に連通している。吐出路９２は、高圧室６Ｂを介して吐出孔６１２に連通する。

Ｏリング６３は、低圧室６Ａと高圧室６Ｂとの間をシールしている。回転式ポンプ１の作動により、吐出路９２に接続された高圧室６Ｂの液圧は、吸入路９１に接続された低圧室６Ａの液圧よりも相対的に高くなる。リード弁６２３は、密閉ポンプ圧が高圧室６Ｂの液圧よりも所定圧以上高くなった場合に開弁するともいえる。

このように、本実施形態の圧力解放機構８は、リングシール６１に形成された、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５と吐出路９２とを連通させる流路６１３と、流路６１３を閉鎖又は開放するリード弁６２３と、を備えている。本実施形態のリード弁６２３は、金属プレート６２に設けられている。

（圧力解放機構の別例）
圧力解放機構８のリード弁は、金属プレート６２にではなく、例えば、リングシール６１の軸方向一端面に直接設けられてもよい。換言すると、リード弁の一端は、他端側が弾性変形可能に、流路６１３に対応するリングシール６１の軸方向一端面に固定されてもよい。この構成によれば、金属プレート６２は不要となる。

また、圧力解放機構８が持つ弁装置（弁機能）は、金属板によるリード弁だけでなく、例えばゴム部材やバネを利用した構成でもよい。例えば図６に示すように、弁装置は、リングシール６１の軸方向一端面に配置されたゴム部材８１で構成されてもよい。ゴム部材８１は、ハウジング１０の端面に固定され、密閉ポンプ圧が吐出圧よりも所定圧以上高くなった場合に、ゴム部材８１の一部が弾性変形によりリングシール６１から離間し、流路６１３と高圧室６Ｂ（吐出路９２）とを連通させる。ゴム部材８１は、例えばハウジング１０の端面の凹部に格納されてもよい。ゴム部材８１は、ゴム製のリード弁ともいえる。

また、図７に示すように、弁装置は、バネ８２と弁体８３とで構成されてもよい。弁体８３は、流路６１３を閉鎖するように、バネ８２により軸方向他方に付勢されている。弁体８３は、密閉ポンプ圧が吐出圧よりも所定圧以上高くなった場合に、リングシール６１から離間し、流路６１３と高圧室６Ｂ（吐出路９２）とを連通させる。図６及び図７のような構成であっても、圧力解放機構８の弁機能は発揮される。

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、密閉ポンプ圧が吐出圧よりも所定圧以上高い場合に、当該高圧のポンプ室５が吐出位置Ｚ２に到達する前に、密閉位置Ｚ３においてポンプ室５と吐出路９２が連通する。これにより、密閉位置Ｚ３でポンプ室５が過圧縮された場合、密閉位置Ｚ３においてフルードがポンプ室５から吐出路９２に流出し、ポンプ室５の液圧が低下する。つまり、圧力解放機構８により、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５の過圧縮状態が解消される。したがって、ポンプ室５の過圧縮による吐出位置Ｚ２での異音が抑制される。また、ポンプ室５の液圧が規定値を超えない限り圧力解放機構８が作動しないため、ポンプ室５の液圧の不要な低下は生じない。このように、本実施形態によれば、ポンプ室５が過圧縮された場合の異音の発生を適切に抑制することができる。圧力解放機構８があることで異音（過圧縮）が抑えられるため、シール部材６のシール性を高めて、ポンプ効率を高めることができる。

また、本実施形態の一例によれば、リングシール６１が金属製であるため、高圧室６Ｂによるリングシール６１の変形が抑制され、ロータへの接触が低減することにより、インナーロータ３及びアウターロータ４とシール部材６との摺動抵抗の増大は抑制される。また、当該一例のように、圧力解放機構８は、リングシール６１に流路６１３を設け、流路６１３に対してリード弁６２３を設けるだけで実現することができる。つまり、吐出圧とリングシール６１とを利用した圧力解放機構８によれば、部品点数の増大量は抑制される。また、リード弁６２３が金属プレート６２に設けられている構成を採用することで、部品点数の増大を最小限に抑えつつ、容易にリード弁６２３を形成することができる。

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば回転式ポンプ１は、ブレーキアクチュエータ以外の装置にも適用可能である。また、金属プレート６２に形成されるリード弁６２３の形状は、例えばＣ字状でもＵ字状でもよい。また、回転式ポンプ１Ａにも圧力解放機構８を設けてもよい。また、回転式ポンプは、ハウジング１０内に１つであってもよい。また、流路６１３は、小流路６１３ｂをなくし、密閉位置Ｚ３にあるポンプ室５と吐出路９２（高圧室６Ｂ）とを連通させるように形成された貫通孔６１３ａのみで構成されてもよい。

１…回転式ポンプ、２…駆動軸、３…インナーロータ、４…インナーロータ、５…ポンプ室、６…シール部材、６１…リングシール、６１３…流路、６２…金属プレート、６２３…リード弁、８…圧力解放機構、９１…吸入路、９２…吐出路。

Claims (3)

1. 駆動軸が取り付けられたインナーロータと、アウターロータと、前記インナーロータの外歯と前記アウターロータの内歯とのかみ合いの隙間により形成される複数のポンプ室と、を備え、前記駆動軸の回転により前記ポンプ室の容積が変化することで、フルードを吸入路から吸入し吐出路に吐出する回転式ポンプであって、
   前記インナーロータ及び前記アウターロータの軸方向一方側において、前記吸入路と前記ポンプ室とが連通する吸入位置にある前記ポンプ室と、前記吐出路と前記ポンプ室とが連通する吐出位置にある前記ポンプ室と、前記ポンプ室が前記吸入路及び前記吐出路のいずれにも連通しない密閉位置にある前記ポンプ室とを区画するシール部材を備え、
   前記シール部材は、前記密閉位置にある前記ポンプ室の液圧が前記吐出路の液圧よりも所定圧以上高くなった場合に、前記密閉位置にある前記ポンプ室を前記吐出路に連通させる圧力解放機構を備える回転式ポンプ。
2. 前記シール部材は、前記インナーロータ及び前記アウターロータの軸方向一端面に対向配置された環状の金属部材であるリングシールを備え、
   前記圧力解放機構は、
   前記リングシールに形成された、前記密閉位置にある前記ポンプ室と前記吐出路とを連通させる流路と、
   前記流路を閉鎖又は開放するリード弁と、
   を備える請求項１に記載の回転式ポンプ。
3. 前記シール部材は、前記リングシールの軸方向一端面に取り付けられた環状の金属プレートを備え、
   前記リード弁は、前記金属プレートに設けられている請求項２に記載の回転式ポンプ。

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