JP3917026B2 - オイルポンプロータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インナーロータとアウターロータとが噛み合って回転するとき、両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化によって流体を吸入、吐出する内接歯車型のトロコイドオイルポンプロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のオイルポンプは、ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、この外歯に噛み合うｎ＋１枚の内歯が形成されたアウターロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングとを備えており、インナーロータを回転させることによって外歯が内歯に噛み合ってアウターロータを回転させ、両ロータ間に形成される複数のセルの容積変化によって流体を吸入、吐出するようになっている。
【０００３】
セルは、その回転方向前側と後ろ側で、インナーロータの外歯とアウターロータの内歯とがそれぞれ接触することにより個別に仕切られ、かつ両側面をケーシングによって仕切られており、これによって独立した流体搬送室を構成している。そして、各セルは外歯と内歯との噛み合いの過程の途中において容積が最小となった後、吸入ポートに沿って移動するときに容積を拡大させて流体を吸入し、容積が最大となった後、吐出ポートに沿って移動するときに容積を減少させて流体を吐出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなオイルポンプの吐出能力を増大させるには、例えばロータ自体の大型化や両ロータの偏心量の増大によるセル容積の増大、あるいはロータ回転数の増大等により実現することができる。
【０００５】
しかしながら、吐出能力の増大のためにロータの径や厚さを大きくすることはオイルポンプの小型化要求に逆行するため、また回転数の増大はキャビテーションを招き効率の低下や異常摩耗、騒音の発生につながるため、好ましくない。
【０００６】
また、ロータの歯数を小さくすれば両ロータの偏心量を大きくでき、吐出量を大きくすることができる反面で、各ポートにおけるオイル吐出入の流速変化が大きくなり、歯数が小さいことも相まって脈動が大きくなる。このため、キャビテーションの発生とともに、過大な吸入負圧による吐出側のセルからのオイル吸入やケーシングのクリアランス等からのエア吸入による効率低下といった問題が生じてしまう。
【０００７】
つまりオイルポンプロータの能力向上を実現するには、上述したような方策では限界があり、近年高まっている小型化、高性能化の要求を満足することができなくなってきていた。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、オイルポンプロータの小型高性能化を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明者等は、アウターロータの内歯およびインナーロータの外歯の面積比を調整することにより、１回の吐出入における流量を減少させることなくオイル流速を平均化しその最大値を低下させることができ、歯数が少ないオイルポンプロータであっても脈動が小さく吐出効率が高いオイルポンプを実現させることが可能となるという知見を得た。
この発明は上記知見に基づいてなされたもので、オイルポンプロータにおいて、Ｚｉ枚の外歯が形成されたインナーロータと、このインナーロータと噛み合うＺｏ枚の内歯が形成されたアウターロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されたケーシングとを備え、両ロータが噛み合って回転するときに両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入、吐出することによって流体を搬送するオイルポンプに用いられる、トロコイド歯形を有する内接型オイルポンプロータにおいて、インナーロータの歯数Ｚｉが６枚以下であって、インナーロータの各歯底を結ぶ歯底円ｄｉの外周側に形成された外歯一枚分の面積をＳｉ、アウターロータの各歯底を結ぶ歯底円Ｄｏの内周側に形成された内歯一枚分の面積Ｓｏとして、０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３を満たして構成される。
【００１０】
この発明によれば、従来のオイルポンプロータでは０．５程度であったＳｉ／Ｓｏの値を、０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３と大幅に大きくすることにより、両ロータ間に形成されるセルのロータの回転による容積変化が緩やかとなり、各ポートにおけるオイル吐出入の流速を平均化しその最大値を低下させることができる。
つまり、脈動が激しくキャビテーション等の問題から従来は使用することが困難であった、インナーロータの歯数が６枚以下という歯数が少ないオイルポンプにおいて、脈動の抑制と吐出量の増大とを同時に実現し、吐出効率が高い小型高性能なオイルポンプを提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るオイルポンプロータの実施形態について説明する。
図１に示すオイルポンプロータは、Ｚｉ枚の外歯１１が形成されたインナーロータ１０と、このインナーロータ１０と噛み合うＺｏ枚の内歯２１が形成されたアウターロータ２０とを備えており、これらインナーロータ１０とアウターロータ２０とがケーシング３０の内部に収納されている。
【００１２】
インナーロータ１０は、図示しない回転軸に取り付けられて軸心Ｏ１を中心として回転可能に支持されており、アウターロータ２０は、軸心Ｏ２をインナーロータ１０の軸心Ｏ１に対して偏心（偏心量：ｅ）させて配置され、軸心Ｏ２を中心としてケーシング３０内において周方向に回転可能に支持されている。
【００１３】
インナーロータ１０の外歯１１およびアウターロータ２０の内歯２１は、インナーロータ１０の各歯底を結ぶ歯底円ｄｉの外周側に形成された外歯１１一枚分の面積をＳｉ、アウターロータ２０の各歯底を結ぶ歯底円Ｄｏの内周側に形成された内歯２１一枚分の面積をＳｏとして、０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３を満たすように形成されている。
【００１４】
インナーロータ１０，アウターロータ２０の歯面間には、両ロータ１０，２０の回転方向に沿ってセルＣが複数形成されている。各セルＣは、両ロータ１０，２０の回転方向前側と後ろ側で、インナーロータ１０の外歯１１とアウターロータ２０の内歯２１とがそれぞれ接触することによって個別に仕切られ、かつ両側面をケーシング３０によって仕切られており、これによって独立した流体搬送室を構成している。そして、セルＣは両ロータ１０，２０の回転に伴って回転移動し、１回転を１周期として容積の増大、減少を繰り返すようになっている。
【００１５】
ケーシング３０には、両ロータ１０，２０の歯面間に形成されるセルＣのうち、容積が増大過程にあるセルＣに沿って円弧状の吸入ポート３１が形成されているとともに、容積が減少過程にあるセルＣに沿って円弧状の吐出ポート３２が形成されている。
【００１６】
セルＣは、外歯１１と内歯２１との噛み合いの過程の途中において容積が最小となった後、吸入ポート３１に沿って移動するときに容積を拡大させて流体を吸入し、容積が最大となった後、吐出ポート３２に沿って移動するときに容積を減少させて流体を吐出するようになっている。
【００１７】
つぎに、インナーロータの各歯底を結ぶ歯底円ｄｉの外周側に形成された外歯一枚分の面積をＳｉ、アウターロータの各歯底を結ぶ歯底円Ｄｏの内周側に形成された内歯一枚分の面積Ｓｏとして、０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３を満たして構成されている本願発明のオイルポンプロータの各実施例と、上記式を満たさずに構成されている従来のオイルポンプロータの比較例とについて説明する。
なお、各実施例および比較例のオイルポンプロータは、回転数１０００ｒｐｍ、吐出圧２００ｋＰａで駆動し、１回転当たりの理論吐出量が等しくなるように構成されている。
【００１８】
【実施例１】
図１に示すオイルポンプロータの諸元は以下の通りである。
インナーロータ歯先円Ｄｉ ：φ４０．３２〔ｍｍ〕
インナーロータ歯底円ｄｉ ：φ２５．３６〔ｍｍ〕
アウターロータ歯底円Ｄｏ ：φ４８．２０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円ｄｏ ：φ３２．９１〔ｍｍ〕
偏心量ｅ ：３．７４〔ｍｍ〕
インナーロータ創成円Ｒｉ半径 ：１０．８０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円弧Ｒｏ ：１０．８０〔ｍｍ〕
アウターロータ角ｒ ：３．００〔ｍｍ〕
インナーロータ歯数Ｚｉ ：４〔枚〕
アウターロータ歯数Ｚｏ ：５〔枚〕
歯厚 ：１２．６〔ｍｍ〕
理論吐出量Ｖｔｈ ：９．３２〔ｃｍ^３〕
歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏ ：０．８
【００１９】
【実施例２】
図２に示すオイルポンプロータの諸元は以下の通りである。このオイルポンプロータは、歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏが実施例１と異なっており、そのように形成するためにインナーロータの創成円Ｒｉの半径、アウターロータの歯先円弧Ｒｏの半径およびアウターロータ角ｒの半径の各値が実施例１のオイルポンプロータとは異なっているが、その他の値は等しくなっている。
【００２０】
インナーロータ歯先円Ｄｉ ：φ４０．３２〔ｍｍ〕
インナーロータ歯底円ｄｉ ：φ２５．３６〔ｍｍ〕
アウターロータ歯底円Ｄｏ ：φ４８．２０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円ｄｏ ：φ３２．９１〔ｍｍ〕
偏心量ｅ ：３．７４〔ｍｍ〕
インナーロータ創成円Ｒｉ半径 ：５．９０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円弧Ｒｏ ：５．９０〔ｍｍ〕
アウターロータ角ｒ ：５．００〔ｍｍ〕
インナーロータ歯数Ｚｉ ：４〔枚〕
アウターロータ歯数Ｚｏ ：５〔枚〕
歯厚 ：１２．６〔ｍｍ〕
理論吐出量Ｖｔｈ ：９．３２〔ｃｍ^３〕
歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏ ：１．２
【００２１】
【実施例３】
図３に示すオイルポンプロータの諸元は以下の通りである。このオイルポンプロータは、歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏが実施例１および２と異なっており、そのように形成するためにインナーロータ創成円Ｒｉの半径およびアウターロータ歯先円弧Ｒｏの半径の各値が実施例１および２のオイルポンプロータとは異なっているが、その他の値は等しくされている。
【００２２】
インナーロータ歯先円Ｄｉ ：φ４０．３２〔ｍｍ〕
インナーロータ歯底円ｄｉ ：φ２５．３６〔ｍｍ〕
アウターロータ歯底円Ｄｏ ：φ４８．２０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円ｄｏ ：φ３２．９１〔ｍｍ〕
偏心量ｅ ：３．７４〔ｍｍ〕
インナーロータ創成円Ｒｉ半径 ：５．３０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円弧Ｒｏ ：５．３０〔ｍｍ〕
アウターロータ角ｒ ：５．００〔ｍｍ〕
インナーロータ歯数Ｚｉ ：４〔枚〕
アウターロータ歯数Ｚｏ ：５〔枚〕
歯厚 ：１２．６〔ｍｍ〕
理論吐出量Ｖｔｈ ：９．３２〔ｃｍ^３〕
歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏ ：１．３
【００２３】
【比較例】
ここで、本発明の０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３を満たさずに構成されている従来のオイルポンプロータの一例を、本発明のオイルポンプロータとの比較例として図４に示す。
【００２４】
図４に示すオイルポンプロータの諸元は以下の通りである。このオイルポンプロータは、歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏが実施例とは異なり、そのように形成するためにインナーロータ創成円Ｒｉの半径およびアウターロータ歯先円弧Ｒｏの半径の各値が実施例１から３のオイルポンプロータとは異なっているが、その他の値は等しくされている。
【００２５】
インナーロータ歯先円Ｄｉ ：φ４０．３２〔ｍｍ〕
インナーロータ歯底円ｄｉ ：φ２５．３６〔ｍｍ〕
アウターロータ歯底円Ｄｏ ：φ４８．２０〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円ｄｏ ：φ３２．９２〔ｍｍ〕
偏心量ｅ ：３．７４〔ｍｍ〕
インナーロータ創成円Ｒｉ半径 ：１５．００〔ｍｍ〕
アウターロータ歯先円弧Ｒｏ ：１５．０３〔ｍｍ〕
アウターロータ角ｒ ：３．００〔ｍｍ〕
インナーロータ歯数Ｚｉ ：４〔枚〕
アウターロータ歯数Ｚｏ ：５〔枚〕
歯厚 ：１２．６〔ｍｍ〕
理論吐出量Ｖｔｈ ：９．３２〔ｃｍ^３〕
歯１枚あたりの面積比Ｓｉ／Ｓｏ ：０．６１８
【００２６】
以上の各実施例および比較例によるオイルポンプロータにおける流体の流速変化を図５に示す。図５は、横軸をインナーロータの回転角度とし、セルの容積変化による流量を流路の断面積で除した流速を縦軸としていて、吐出時と吸入時とで流速の正負が反対となっている。
【００２７】
この図５から、本発明によるオイルポンプロータは、理論吐出量が等しい従来のものと比較して、流速の最大値が小さく、流速の変化が平均化されていることがわかる。また、Ｓｉ／Ｓｏ＜０．８であると流速があまり平均化されないことがわかる。
【００２８】
そして、このように流速が変化することにより、各例の吐出効率は以下のようになり、本発明のオイルポンプロータは従来品よりも吐出効率が高いことが確認できた。
実施例１（Ｓｉ／Ｓｏ＝０．８０）：吐出効率８５％
実施例２（Ｓｉ／Ｓｏ＝１．２０）：吐出効率８７％
実施例３（Ｓｉ／Ｓｏ＝１．３０）：吐出効率９０％
比較例（Ｓｉ／Ｓｏ＝０．６１８）：吐出効率８０％
（ただし回転数１０００ｒｐｍ、吐出圧２００ｋＰａ）
【００２９】
また、各実施例のオイルポンプロータの形状を比較すると、Ｓｉ／Ｓｏが大きくなるにつれてアウターロータ２０の内歯２１が小さくなることがわかる。つまり、内歯２１が小さくなると、インナーロータ１０とアウターロータ２０との接触面圧が大きくなるので、ロータの耐摩耗性、耐衝撃性が極端に低下し、実用に適さないことがわかる。
【００３０】
したがって、Ｓｉ／Ｓｏの好ましい範囲は、流速平均化の効果が得られる０．８以上、ロータの強度を低下させない１．３以下と設定した。
【００３１】
このＳｉ／Ｓｏの好ましい範囲は、ロータの歯数によっても若干変化する。
例えばインナーロータの歯数Ｚｉ＝６〔枚〕、アウターロータの歯数Ｚｏ＝７〔枚〕である場合には０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦０．８５、インナーロータの歯数Ｚｉ＝５〔枚〕、アウターロータの歯数Ｚｏ＝６〔枚〕である場合には０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦０．９、インナーロータの歯数Ｚｉ＝４〔枚〕、アウターロータの歯数Ｚｏ＝５〔枚〕である場合には０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．０とすると、より好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトロコイドオイルポンプロータでは、Ｓｉ／Ｓｏの値を従来よりも大幅に大きい０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３とすることにより、両ロータ間に形成されるセルのロータの回転による容積変化を緩やかにし、各ポートにおけるオイル吐出入の流速を平均化してその最大値を低下させることができる。
したがって、脈動が激しくキャビテーション等の問題から従来は使用することが困難であった、インナーロータの歯数が６枚以下という歯数が少ないオイルポンプにおいて、脈動の抑制と吐出量の増大とを同時に実現し、吐出効率が高い小型高性能なオイルポンプを提供することができる。
【００３３】
また、吐出効率が高いので、従来よりもサイドクリアランスが大きくても十分な能力を発揮することができる。つまり、各ロータやケーシングの形状精度が従来よりも低くても、従来は機械加工した高精度のロータでなければ出せなかった吐出性能を満足することができるので、オイルポンプロータの製造におけるコストダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るオイルポンプロータの一実施例を示し、インナーロータの外歯の面積Ｓｉとアウターロータの内歯の面積Ｓｏとの比がＳｉ／Ｓｏ＝０．８を満たすように形成されているオイルポンプロータを示す平面図である。
【図２】 本発明に係るオイルポンプロータの他の実施例を示し、Ｓｉ／Ｓｏ＝１．２を満たすように形成されているオイルポンプロータを示す平面図である。
【図３】 本発明に係るオイルポンプロータのさらに他の実施例を示し、Ｓｉ／Ｓｏ＝１．３を満たすように形成されているオイルポンプロータを示す平面図である。
【図４】 本発明に係るオイルポンプロータに対する比較例を示し、Ｓｉ／Ｓｏ＝０．６１８を満たすように形成されているオイルポンプロータを示す平面図である。
【図５】 図１から図４に示す各実施例および比較例のオイルポンプロータにおける流速を比較する図である。
【符号の説明】
１０ インナーロータ
１１ 外歯
２０ アウターロータ
２１ 内歯
３０ ケーシング
３１ 吸入ポート
３２ 吐出ポート
Ｓｉ インナーロータの外歯１枚の面積
Ｓｏ アウターロータの内歯１枚の面積

Claims (1)

1. Ｚｉ枚の外歯が形成されたインナーロータと、該インナーロータと噛み合うＺｏ枚の内歯が形成されたアウターロータと、流体が吸入される吸入ポートおよび流体が吐出される吐出ポートが形成されてケーシングとを備え、両ロータが噛み合って回転するときに両ロータの歯面間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入、吐出することによって流体を搬送するオイルポンプに用いられる、トロコイド歯形を有する内接型オイルポンプロータにおいて、
   インナーロータの歯数Ｚｉが６枚以下であって、
   インナーロータの各歯底を結ぶ歯底円ｄｉの外周側に形成された外歯一枚分の面積をＳｉ、アウターロータの各歯底を結ぶ歯底円Ｄｏの内周側に形成された内歯一枚分の面積Ｓｏとして、
   ０．８≦Ｓｉ／Ｓｏ≦１．３
   を満たして構成されていることを特徴とするオイルポンプロータ。

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