JP2611371B2 - トロコイドポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、各種流体圧モータへ流体圧を供給するトロ
コイドポンプに関し、とくにインナロータの外周とアウ
タロータの内周間に形成される歯間室の容積変化により
ポンプ作用を行うトロコイドポンプにかかわる。

［従来の技術］ 従来より、トロコイドポンプは、インナロータの外歯
の数がアウタロータの内歯の数より１個少なくなってい
るので、アウタロータの内歯の数と同数の歯間室がイン
ナロータの外周とアウタロータの内周間に形成されてい
る。また、各々の歯間室の内圧は、低圧油を吸引する吸
引口と連通状態の際に低圧となり、高圧油を吐出する吐
出口と連通状態の際に高圧となる等、圧力変動が非常に
大きい。

ここで、トロコイドポンプとしては、インナロータの
外周部の圧力とアウタロータの内周部の圧力とが円周上
の各点において平衡状態であるものが機械効率の点で望
ましい。

しかるに、吸引口から吐出口の間に位置する歯間室に
おいては、吸引口との連通、あるいは吐出口との連通に
より圧力変動が非常に激しいため、アウタロータの外周
部の圧力とアウタロータの内周部の圧力とを平衡状態に
保つことが非常に困難であった。この平衡状態が崩れる
と、アウタロータに偏荷重が加わり、ハウジングの内周
部とアウタロータの外周部とから形成される微小間隙
（外周クリアランス）が適正に保たれず、機械効率の低
下ならびに騒音発生の原因となっている。

このような不具合を防止するために、実開昭61−1793
85号公報（引用例ア）においては、アウタロータの外側
に形成された外周溝に吐出口を連通させる連通溝を設け
て、アウタロータの外周部に常時吐出圧と同じ圧力を導
く構造のトロコイドポンプが記載されている。

実開昭61−48984号公報（引用例イ）においては、ア
ウタロータの側面と該アウタロータの側面に当接するハ
ウジングの接触面とから形成される微小間隙（サイドク
リアランス）を大きくした構造のトロコイドポンプが記
載されている。

特開昭61−138893号公報（引用例ウ）においては、ア
ウタロータの内周部と外周部とを連通するために径方向
に貫通する貫通孔を形成することにより、歯間室の圧力
と同じ圧力を常時アウタロータの外周へ導く構造のトロ
コイドポンプが記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記アの構成の従来のトロコイドポンプ
は、アウタロータの外周部に常時吐出圧（高圧）と同じ
圧力が導かれているため、歯間室が吸引口に連通した際
にアウタロータの内周部の圧力が低圧となっている時で
も、アウタロータの外周部の圧力が高圧とされているの
で、アウタロータの外周部の圧力とアウタロータの内周
部の圧力とを常時平衡状態に保つことができず、機械効
率の低下および騒音発生の原因となっている。

また、上記イの構成の従来のトロコイドポンプは、サ
イドクリアランスを大きくしているので、全体的に歯間
室より油の漏れる量が増大し、容積効率が低下するとい
う課題があった。

さらに、上記ウの構成の従来のトロコイドポンプは、
容積効率の低下およびアウタロータの強度を考慮すると
貫通孔の大きさが制限されるため、アウタロータの外周
部の圧力とアウタロータの内周部の圧力とを平衡状態に
保つことは困難であった。そして、上記ウの構成のトロ
コイドポンプは、アウタロータに複数の貫通孔を形成す
る必要があるために、高コストとなる。一般にアウタロ
ータは、焼結により成形されるので、径方向に貫通孔を
形成するには、孔開け工程、およびバリ取り工程等を追
加する必要がある。

本発明は、アウタロータの外周部の圧力とアウタロー
タの内周部の圧力とを常時平衡状態に保つことが可能な
トロコイドポンプの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のトロコイドポンプは、外力により回転駆動さ
れるとともに、複数の外歯を有するインナロータと、該
インナロータの前記外歯に噛み合う複数の内歯を有する
アウタロータと、該アウタロータを回転自在に支持する
とともに、低圧の流体を内部に吸引する吸引口、および
高圧の流体を吐出する吐出口を有するハウジングとを備
えたトロコイドポンプにおいて、前記ハウジングは、前
記吸引口から前記吐出口の間に位置するとともに、前記
インナロータの外周と前記アウタロータの内周との間に
形成される歯間室と、前記吸引口から前記吐出口の間に
位置する前記アウタロータの外周部分に面する圧力均衡
室と、前記アウタロータの両端面のうち少なくとも一方
の端面が摺接する部分に形成され、前記歯間室と前記圧
力均衡室とを連通させる連通溝とを具備し、 前記歯間室が前記吸引口と連通する状態、前記歯間室
が閉じ込まれている状態、前記歯間室が前記吐出口と連
通する状態のいずれの状態であっても、前記歯間室と前
記圧力均衡室とが常に連通するように、前記歯間室およ
び前記圧力均衡室の大きさ、前記連通溝の長さ、前記連
通溝、前記吸引口および前記吐出口の位置が定められて
いることを特徴とする。

［作用］ 本発明のトロコイドポンプは上記構成により、つぎの
作用を有する。

外力によりインナロータが回転駆動されると、内歯が
インナロータの外歯と噛み合うアウタロータも回転を始
める。

インナロータとアウタロータとの回転によって、吸引
口から吐出口の間に位置する歯間室が吸引口と連通する
際には、歯間室内の圧力が低圧となり、その歯間室が吐
出口と連通する際には、歯間室内の圧力が高圧となる。

そして、歯間室内の圧力が低圧の際には、連通溝内の
圧力も低圧となり、歯間室内の圧力が高圧の際には、連
通溝内の圧力も高圧となる。

よって、アウタロータの外周部分に面する圧力均衡室
内の圧力と歯間室内の圧力とは、ほぼ同じ圧力となり常
時平衡状態に保たれる。

［発明の効果］ 本発明のトロコイドポンプは上記構成および作用によ
り、つぎの効果を奏する。

アウタロータの外周部分に面する圧力均衡室内の圧力
と歯間室内の圧力とはほぼ同じ圧力となり、歯間室が吸
引口と連通する状態、歯間室が閉じ込まれている状態、
歯間室が吐出口と連通する状態のいずれの状態であって
も平衡状態に保たれるので、アウタロータの内周部の圧
力の変動に対して、アウタロータの外周部の圧力とアウ
タロータの内周部の圧力とを常時平衡状態に保つことが
できる。このため、歯間室からの流体の漏洩等による容
積効率の低下、アウタロータとハウジングとの摩擦損失
等による機械効率の低下、ならびにアウタロータとハウ
ジングとの干渉等による騒音の発生を防止できる。

［実施例］ 本発明のトロコイドポンプの実施例を図に基づき説明
する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を採用した
内接歯車式トロコイドポンプを示す。

１は内接歯車式トロコイドポンプを示す。このトロコ
イドポンプ１は、エンジンのラジエータ、冷房装置の冷
媒蒸発器あるいは冷媒凝縮器等の熱交換器に空気を吹き
付けるファンの駆動用アクチュエータや、パワーステア
リングを作動させるために必要な油圧を発生させる油圧
ポンプに用いることができる。また、このトロコイドポ
ンプ１は、減衰力可変式ショックアブソーバあるいは高
さ調整式ショックアブソーバや、自動変速機を作動させ
るために必要な油圧を発生させる油圧ポンプ、あるいは
内燃機関や変速機等の摺動部分に潤滑油を供給する油圧
ポンプに用いることができる。

トロコイドポンプ１は、外力により回転駆動される回
転軸２と、該回転軸２と一体的に回転するインナロータ
３と、該インナロータに噛み合うアウタロータ４と、該
アウタロータ４を回転自在に支持するハウジング100と
を備えている。

回転軸２は、図示右側部が入力部21とされ、中央部が
出力部22とされている。入力部21は、ハウジング100の
外に配されると共に、プーリ23がボルト24により締結さ
れている。出力部22には、インナロータ３を一体的に回
転させるために、インナロータ３と噛み合うスプライン
部25が形成されている。

インナロータ３は、耐摩耗性の材質、例えばWC−Co系
またはWC−TiC−Co系等の焼結超硬合金製で、偏心した
状態でハウジング100内に配されている。このインナロ
ータ３の内周部31には、回転軸２のスプライン部25に嵌
合するスプライン部32が形成されている。また、インナ
ロータ３の外周部33には、トロコイド曲線によって形成
されているとともに、アウタロータ４に噛み合う外歯34
が形成されている。

アウタロータ４は、インナロータ３と同様に耐摩耗性
の材質、例えばWC−Co系またはWC−TiC−Co系等の焼結
超硬合金製で、ハウジング100内で回転自在に支持され
ている。このアウタロータ４の外周部41は、ハウジング
100の内周面114に摺接している。またアウタロータ４の
内周部42には、トロコイド曲線によって形成されている
とともに、インナロータ３の外歯34に噛み合う内歯43が
形成されている。

ここで、本実施例において、インナロータ３の外歯34
の数は、アウタロータ４の内歯43の数より１個少なくな
っている（例えばアウタロータ４の内歯43の数が７個、
インナロータ３の外歯34の数が６個）。このため、アウ
タロータ４の内周部42およびインナロータ３の外周部33
間には、アウタロータ４の内歯43の数と同数の歯間室５
が形成されている。

歯間室５は、インナロータ３およびアウタロータ４の
回転によって容積変化を起こして、ポンプ作用を行うポ
ンプ室である。

ハウジング100は、アルミニウム、アルミニウム合金
等の鋳物であり、図示左側に配設された第１のハウジン
グ110と、該第１のハウジング110の図示右側に固着され
る第２のハウジング120とからなる。

第１のハウジング110は、第２のハウジング120を締結
するためのねじ穴111を形成しているとともに、低圧油
を歯間室５に吸引する吸引口130および高圧油を吐出す
る吐出口140を有する。

第１のハウジング110の内周には、回転軸２を回転自
在に支持するすべり軸受（メタルブッシュ）112が設け
られている。第１のハウジング110の内周と回転軸２と
の間には、軸方向に働くスラスト力を受け止めるスラス
トワッシャ113が装着されている。また、第１のハウジ
ング110の内周面114には、アウタロータ４の外周部41が
摺接している。

第２のハウジング120は、第１のハウジング110にボル
ト121により締結するためのねじ穴122を形成している。

第２のハウジング120の内周には、回転軸２を回転自
在に支持するすべり軸受（メタルブッシュ）123が設け
られている。第２のハウジング120の内周と回転軸２と
の間には、外部への油の漏洩を防止するオイルシール12
4、および軸方向に働くスラスト力を受けとめるスラス
トワッシャ125が装着されている。ここで、第１のハウ
ジング110の接合面115と第２のハウジング120の接合面1
26との間には、収納室150外への油の漏出を防止するＯ
リング127が装着されている。

吸引口130は、第１のハウジング110に取付けられた吸
引管131と連通している。吐出口140は、第１のハウジン
グ110に一体的に形成された吐出管141と連通している。
吸引管131内には、低圧の油が流れ、吐出管141には、高
圧の油が流れる。このため、吸引管131の内径は、吐出
管141の内径より径大となっている。

また、ハウジング100には、第１のハウジング110およ
び第２のハウジング120を組付けることにより、吸引口1
30および吐出口140に連通する略円筒状空間である収納
室150が形成される。

収納室150内には、やや中心位置より図示下方を回転
軸２が貫通しているとともに、アウタロータ４およびイ
ンナロータ３が回転自在に嵌め込まれている。また、収
納室150は、回転軸２、メタルブッシュ112およびスラス
トワッシャ113を潤滑するための第１の潤滑油路160と、
回転軸２、メタルブッシュ123およびスラストワッシャ1
25を潤滑するための第２の潤滑油路170と連通してい
る。

第１の潤滑油路160は、吐出口140付近の図示右側側面
116とインナロータ３の側面との間から高圧の油が浸入
する油路161と、回転軸２、メタルブッシュ112およびス
ラストワッシャ113を潤滑する油路162と、油が一時貯溜
される油溜り163と、および吸引口130に油が戻されるリ
ターン油路164とからなり、これらをポンプ作用により
歯間室５内に吸引された油が循環する。

第２の潤滑油路170は、吐出口140付近の図示左側接合
面126とインナロータ３の側面との間から高圧の油が浸
入する油路171と、回転軸２、メタルブッシュ123および
スラストワッシャ125を潤滑する油路172と、オイルシー
ル124で塞止められ、油が一時貯溜される油溜り173と、
および吸引口130に油が戻されるリターン油路174とから
なり、これらをポンプ作用により歯間室５内に吸引され
た油が循環する。

さらに、ハウジング100は、第３図にも示すように、
吸引口130から吐出口140の間に位置するアウタロータ４
の外周部41に面する圧力均衡室180、および吸引口130か
ら吐出口140の間に位置する歯間室５に圧力均衡室180を
連通させる連通路190を具備する。

圧力均衡室180は、第１のハウジング110の内周面114
に形成されており、角度θだけ吐出口140側にやや偏向
した位置に延設されている。また、圧力均衡室180は、
吸引口130側にやや偏向した位置に延設されていても良
く、吸引口130から吐出口140の間のアウタロータ４の外
周部41に面していれば自由に形成することができる。

連通路190は、第１連通溝191、および第２連通溝192
から構成されている。

第１連通溝191は、歯間室５の一端側と圧力均衡室180
の一端側とを連通するとともに、第１のハウジング110
におけるアウタロータ４の一端面が摺接する部分に形成
されている。

第２連通溝192は、歯間室５の他端側と圧力均衡室180
の他端側とを連通するとともに、第２のハウジング120
におけるアウタロータ４の他端面が摺接する部分（接合
面126）に形成されている。

ここで、歯間室５は、吸引口130から吐出口140の間に
位置する（吸引行程から吐出行程に移る）際に、インナ
ロータ３およびアウタロータ４の１回転中で内部容積が
最大となる。

本実施例のトロコイドポンプ１の作用を図面に基づき
説明する。

外力により回転軸２に回転力が加わると、収納室150
内に配されたインナロータ３も一体的に回転し始める。

インナロータ３が回転軸２と一体的に回転することに
よって、アウタロータ４も同一方向に回転する。アウタ
ロータ４の内歯43の数と同数の歯間室５がインナロータ
３およびアウタロータ４の回転によって容積変化を起こ
すことによって、ポンプ作用が行われる。歯間室５の内
圧は、吸引口130に連通すると低圧に瞬間的に変動し、
吐出口140に連通すると高圧に瞬間的に変動する。

このとき、アウタロータ４の回転に伴って、吸引口13
0から吐出口140の間に位置する歯間室５が吸引口130と
連通する際には、その歯間室５の内圧（アウタロータ４
の内周部42の圧力）も低圧となり、圧力均衡室180の内
圧（アウタロータ４の外周部41の圧力）も第１連通溝19
1および第２連通溝192を介して低圧となる。

また、吸引口130から吐出口140の間に位置する歯間室
５が吐出口140と連通する際には、その歯間室５の内圧
（アウタロータ４の内周部の圧力）も高圧となり、圧力
均衡室180の内圧（アウタロータ４の外周部の圧力）も
第１連通溝191および第２連通溝192を介して高圧とな
る。

以上のように、アウタロータ４の内周部42の圧力とア
ウタロータ４の外周部41の圧力とを常時平衡状態に保つ
ことができる。このため、アウタロータ４に偏荷重が加
わることを防止でき、且つ常時適正な外周クリアランス
を確保することができるので、歯間室５からの流体の漏
洩を防止でき、アウタロータ４とハウジング100との摩
擦損失の増大を防止できるため、容積効率および機械効
率の良好なトロコイドポンプ１を提供することができ
る。

また、連通路190は、ハウジング100に形成されてお
り、通常ハウジング100は、鋳物を用いている場合が多
く、圧力均衡室180、第１連通溝191および第２連通溝19
2も同時に鋳抜くことが可能となり、高コストとならな
い。

ここで、圧力均衡室180、第１連通溝191および第２連
通溝192を寸法を以下のように形成した本発明のトロコ
イドポンプ１と、圧力均衡室180および連通路190を形成
していない従来のトロコイドポンプとのポンプ回転数と
機械効率との関係を第４図のグラフに表した。

Ａ＝0.15b、Ｃ＝ｃ＋Ｂ 但し、（d₃−d₂）/2＜ｃ＜（d₃−d₁）/2 Ｂ＝0.02d₃、θ＝（0.1〜1.0）×θ_１ A;第１連通溝191および第２連通溝192の深さ b;アウタロータ４の幅 B;圧力均衡室180の深さ c;第１連通溝191および第２連通溝192の長さ D;圧力均衡室180の幅 θ；第１連通溝191の中心線と圧力均衡室180の吐出口14
0側端部との角度 d₁;アウタロータ４の内歯43先径 d₂;アウタロータ４の内歯43底径 d₃;アウタロータ４の外径 θ₁;歯間室５の容積が最大となる状態においてインナロ
ータ３とアウタロータ４とが当接する角度 さらに、トロコイドポンプ１のポンプ作用によって、
油源（図示せず）から吸引管131、吸引口130を経て歯間
室５内に吸引された低圧の油が圧縮される。その後に、
トロコイドポンプ１は、吐出口140から吐出管141を経て
油圧アクチュエータ等へ強制的に高圧の油を圧送する。

さらに、その高圧の油のうち一部の油は、収納室150
の吐出口140付近の内壁面とインナロータ３の両側面と
の間に形成された油路161および油路171に漏出する。そ
して、その高圧の油は、油路162および油路172内に流出
し、この油路162および油路172内に配されているメタル
ブッシュ112、123およびスラストワッシャ113、125を潤
滑する。そして、油路162、172より流出した油は、油溜
り163、173に配されたオイルシール124で塞止められ、
その後、リターン油路164、174から収納室150の吸引口1
30に戻される。このように、第１の潤滑油路160および
第２の潤滑油路170内を油が循環することにより、メタ
ルブッシュ112、123およびスラストワッシャ113、125が
充分潤滑される。

このように、高圧の油をメタルブッシュ112、123およ
びスラストワッシャ113、125に供給することによって、
非常に簡易で小型化された軸受とすることができ、また
潤滑することによって、メタルブッシュ112、123の耐久
性を飛躍的に向上させることができる。

第５図は本発明の第２実施例を採用したトロコイドポ
ンプを示す。

（第１実施例と同一機能部は同番号を付す） 本実施例では、第１実施例の吸引口130と吐出口140と
の形状が対称的な形状であるのに対し、吸引口230と吐
出口240との形状を非対称形状としている。

本実施例の場合も第１実施例と同様な効果を有する。

第６図は本発明の第３実施例を採用したトロコイドポ
ンプを示す。

（第１実施例と同一機能部は同番号を付す） 本実施例の連通路190は、第２連通溝192を廃止して、
第１連通溝191および圧力均衡室180から構成している。

本実施例の場合も第１実施例と同様な効果を有する。

第７図は本発明の第４実施例を採用したトロコイドポ
ンプを示す。

（第１実施例と同一機能部は同番号を付す） 本実施例の連通路190は、第１連通溝191を廃止して、
第２連通溝192および圧力均衡室180から構成している。

本実施例の場合も第１実施例と同様な効果を有する。

第８図は本発明の第５実施例を採用したトロコイドポ
ンプを示す。

（第１実施例と同一機能部は同番号を付す） 本実施例のハウジング100は、３分割で、第１のハウ
ジング110、第２のハウジング120、およびアウタロータ
４の外側を囲む第３のハウジング200から構成されてい
る。第３のハウジング200の内周部には、吸引口130から
吐出口140の間に位置するアウタロータ４の外周部41に
面する圧力均衡室210が形成されている。

例えば本実施例の第３のハウジング200を鉄製とする
ことにより、アウタロータ４と第３のハウジング200と
の熱膨脹係数の差を小さくしている。

よって、本実施例では、第１のハウジング110の接合
面115と第３のハウジング200の接合面211との間から収
納室150、圧力均衡室210および連通路190内の油の漏洩
が防止でき、さらに第２のハウジング120の接合面126と
第３のハウジング200の接合面212との間から収納室15
0、圧力均衡室210および連通路190内の油の漏洩が防止
できる。213、214は収納室150、圧力均衡室210および連
通路190内の油の漏洩を防止するＯリングである。

［他の実施例］ 本実施例では、収納室の吸引口と吐出口とを別途形成
したが、１つの開口で吸引口と吐出口とを兼ね、油路か
ら吸引した油を同じ油路から吐出する往復式や、油溜り
より吸引した油を油圧回路に圧送した後油圧回路外に排
出する方式でも良い。

本実施例では、トロコイドポンプを油圧ポンプとして
用いたが、トロコイドポンプを水、空気等種々の流体圧
ポンプとして用いても良い。

本実施例では、連通路に連通溝を用いたが、連通路に
管状の連通路を用いても良い。

本実施例では、インナロータと回転軸とを別途設けた
が、インナロータと回転軸とを一体的に設けて直接イン
ナロータを回転駆動させても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を採用したトロコイドポン
プを示す側面断面図、第２図は本発明の第１実施例を採
用したトロコイドポンプを示す正面断面図、第３図は本
発明の第１実施例を採用したトロコイドポンプの要部を
示す側面断面図、第４図は本発明のトロコイドポンプと
従来のトロコイドポンプとのポンプ回転数と機械効率と
の関係を示すグラフ、第５図は本発明の第２実施例を採
用したトロコイドポンプを示す正面断面図、第６図は本
発明の第３実施例を採用したトロコイドポンプの要部を
示す側面断面図、第７図は本発明の第４実施例を採用し
たトロコイドポンプの要部を示す側面断面図、第８図は
本発明の第５実施例を採用したトロコイドポンプを示す
側面断面図である。 図中 １……トロコイドポンプ、２……回転軸、３……インナ
ロータ、４……アウタロータ、５……歯間室、34……外
歯、43……内歯、100……ハウジング、130……吸引口、
140……吐出口、180、210……圧力均衡室、190……連通
路、191……第１連通溝、192……第２連通溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野坂 倫保 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 竹内 文浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 鈴木 康 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−126569（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−7388（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外力により回転駆動されるとともに、複数
   の外歯を有するインナロータと、該インナロータの前記
   外歯に噛み合う複数の内歯を有するアウタロータと、 該アウタロータを回転自在に支持するとともに、低圧の
   流体を内部に吸引する吸引口、および高圧の流体を吐出
   する吐出口を有するハウジングと を備えたトロコイドポンプにおいて、 前記ハウジングは、前記吸引口から前記吐出口の間に位
   置するとともに、前記インナロータの外周と前記アウタ
   ロータの内周との間に形成される歯間室と、 前記吸引口から前記吐出口の間に位置する前記アウタロ
   ータの外周部分に面する圧力均衡室と、 前記アウタロータの両端面のうち少なくとも一方の端面
   が摺接する部分に形成され、前記歯間室と前記圧力均衡
   室とを連通させる連通溝と を具備し、 前記歯間室が前記吸引口と連通する状態、前記歯間室が
   閉じ込まれている状態、前記歯間室が前記吐出口と連通
   する状態のいずれの状態であっても、前記歯間室と前記
   圧力均衡室とが常に連通するように、前記歯間室および
   前記圧力均衡室の大きさ、前記連通溝の長さ、前記連通
   溝、前記吸引口および前記吐出口の位置が定められてい
   ることを特徴とするトロコイドポンプ。