JP4650180B2 - オイルポンプロータ - Google Patents

Description

本発明は、インナーロータとアウターロータとの間に形成されるセルの容積変化によって流体を吸入、吐出するオイルポンプロータに関する。

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。

セルは、その回転方向前側と後側で、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って個別に仕切られ、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。

上記のような構成を有するオイルポンプは、小型で構造が簡単であるため自動車の潤滑油用ポンプや自動変速機用オイルポンプ等として広範囲に利用されている。自動車に搭載される場合、オイルポンプの駆動手段としてはエンジンのクランク軸にインナーロータが直結されてエンジンの回転によって駆動されるクランク軸直結駆動がある。

ところで、インナーロータとアウターロータの歯形を決定するために必要な条件としては、まず、インナーロータについて、第１外転円Ａ１（直径φＡ１）および第１内転円Ａ２（直径φＡ２）の転がり距離が１周で閉じなければならない、つまり第１外転円Ａ１および第１内転円Ａ２の転がり距離がインナーロータの基礎円Ａ（直径φＡ）の円周に等しくなければならないことから、
φＡ＝ｎ×（φＡ１＋φＡ２）
となる。

同様に、アウターロータについて、第２外転円Ｂ１（直径φＢ１）および第２内転円Ｂ２（直径φＢ２）の転がり距離がアウターロータの基礎円Ｂ（直径φＢ）の円周に等しくなければならないことから、
φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１＋φＢ２）
となる。

つぎに、インナーロータとアウターロータとが噛み合うことから、両ロータの偏心量をＣとして、
φＡ１＋φＡ２＝φＢ１＋φＢ２＝２Ｃ
となる。

上記の各式から、
ｎ×φＢ＝（ｎ＋１）×φＡ
となり、インナーロータおよびアウターロータの歯形はこれらの条件を満たして構成される。

なお、クリアランスはアウターロータの基礎円Ｂ（直径φＢ）を大きくしたり、第２外転円Ｂ１（直径φＢ１）を大きくして第２内転円Ｂ２（直径φＢ２）を小さくしたりして、適宜調整される。（例えば、特許文献１参照）
近年、エンジンの動弁系可変化や高出力化に伴うピストン冷却用オイルジェットの追加などにより、オイルポンプの吐出容量は増加の傾向にある。一方、省燃費の観点からエンジンのフリクション低減のため、オイルポンプ本体の小型化・小径化が要求されている。オイルポンプの吐出容量を多くするには歯数を少なくすることが一般的であるが、少ない歯数のオイルポンプでは一セル当りの吐出量が多いため、脈動が大きくなりポンプハウジングなどの振動により騒音が発生するという問題点があった。

脈動を小さくし騒音を抑える方法としては、一般的に、歯数を多くする方法が採用されるが、歯数を多くすると吐出量が減少するので必要な吐出量を確保するためには、ロータの外径を大きくするか幅を大きくせざるを得ず、その結果、大型化や重量増あるいはフリクション増加などの問題を誘発する。
特開２００５−０７６５６３号公報

本発明は、ロータの外径や幅を大きくすることなく吐出量を増加させ、且つ、歯数を増やして騒音の発生を抑えることができるオイルポンプロータを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するために講じた技術的手段は、
ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、
前記外歯と噛み合う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、
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オイルポンプロータにおいて、
前記インナーロータが、その基礎円Ａに外接してすべりなく転がる第１外転円Ａ１によって創成される第１外転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形とし、基礎円Ａに内接してすべりなく転がる第１内転円Ａ２によって創成される第１内転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形として形成され、
前記アウターロータが、その基礎円Ｂに外接してすべりなく転がる第２外転円Ｂ１によって創成される第２外転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形とし、基礎円Ｂに内接してすべりなく転がる第２内転円Ｂ２によって創成される第２内転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形として形成されたことを特徴とするオイルポンプロータ。

φＡ＝ｎ×（φＡ１×α１＋φＡ２×α２）・・・式１
φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１×β１＋φＢ２×β２）・・・式２
φＡ１＋φＡ２＋Ｈ１＝φＢ１＋φＢ２＋Ｈ２＝２Ｃ・・・式３
上記、式１、２、３において、
インナーロータの基礎円Ａの直径をφＡ、第１外転円Ａ１の直径をφＡ１、第１内転円Ａ２の直径をφＡ２、アウターロータの基礎円Ｂの直径をφＢ、第２外転円Ｂ１の直径をφＢ１、第２内転円Ｂ２の直径をφＢ２、インナーロータとアウターロータとの偏心量をＣ、外転円φＡ１の修正係数をα１、内転円φＡ２の修正係数をα２、外転円φＢ１の修正係数をβ１、内転円φＢ２の修正係数をβ２、偏心量Ｃの補正係数をＨ１、Ｈ２とする。

ただし、０＜α１＜１、０＜α２＜１、０＜β１＜１、０＜β２＜１、−１＜Ｈ１＜１、−１＜Ｈ２＜１。

請求項1の発明によれば、インナーロータが、その基礎円Ａに外接してすべりなく転がる第１外転円Ａ１によって創成される第１外転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形とし、基礎円Ａに内接してすべりなく転がる第１内転円Ａ２によって創成される第１内転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形として形成され、
アウターロータが、その基礎円Ｂに外接してすべりなく転がる第２外転円Ｂ１によって創成される第２外転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形とし、基礎円Ｂに内接してすべりなく転がる第２内転円Ｂ２によって創成される第２内転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形として形成されたことを特徴としたので、ロータの外径と幅を大きくすることなく歯数を増やして吐出量を増加させることができ、脈動の小さい低騒音な小型のオイルポンプロータを提供することことができる。

φＡ＝ｎ×（φＡ１×α１＋φＡ２×α２）・・・式１
φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１×β１＋φＢ２×β２）・・・式２
φＡ１＋φＡ２＋Ｈ１＝φＢ１＋φＢ２＋Ｈ２＝２Ｃ・・・式３
上記、式１、２、３において、
インナーロータの基礎円Ａの直径をφＡ、第１外転円Ａ１の直径をφＡ１、第１内転円Ａ２の直径をφＡ２、アウターロータの基礎円Ｂの直径をφＢ、第２外転円Ｂ１の直径をφＢ１、第２内転円Ｂ２の直径をφＢ２、インナーロータとアウターロータとの偏心量をＣ、外転円φＡ１の修正係数をα１、内転円φＡ２の修正係数をα２、外転円φＢ１の修正係数をβ１、内転円φＢ２の修正係数をβ２、偏心量Ｃの補正係数をＨ１、Ｈ２とする。

本発明に係るオイルポンプロータの第一の実施形態を図１に基づいて説明する。

図１に示すオイルポンプは、ｎ（ｎは自然数、本実施形態においてはｎ＝６）枚の外歯が形成されたインナーロータ１０と、各外歯と噛み合うｎ＋１（本実施形態においては７）枚の内歯が形成されたアウターロータ２０とを備え、これらインナーロータ１０とアウターロータ２０とがハウジング５０の内部に収納されている。

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３０が形成されている。各セル３０は、両ロータ１０，２０の回転方向前側と後側で、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仕切られ、かつ両側面をケーシング５０によって仕切られており、これによって流体搬送室を形成している。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。

インナーロータ１０は、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、インナーロータ１０の基礎円Ａに外接してすべりなく転がる第１外転円Ａ１によって創成される第１外転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形とし、基礎円Ａに内接してすべりなく転がる第１内転円Ａ２によって創成される内転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形として形成されている。

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：Ｃ）させて配置され、軸心Ｏ２を中心としてハウジング５０の内部に回転可能に支持されており、アウターロータ２０の基礎円Ｂに外接してすべりなく転がる第２外転円Ｂ１によって創成される外転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形とし、基礎円Ｂに内接してすべりなく転がる第２内転円Ｂ２によって創成される内転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形として形成されている。

φＡ＝ｎ×（φＡ１×α１＋φＡ２×α２）・・・式１
φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１×β１＋φＢ２×β２）・・・式２
φＡ１＋φＡ２＋Ｈ１＝φＢ１＋φＢ２＋Ｈ２＝２Ｃ・・・式３
上記、式１、２、３において、
インナーロータ１０の基礎円Ａの直径をφＡ、第１外転円Ａ１の直径をφＡ１、第１内転円Ａ２の直径をφＡ２、アウターロータの基礎円Ｂの直径をφＢ、第２外転円Ｂ１の直径をφＢ１、第２内転円Ｂ２の直径をφＢ２、インナーロータ１０とアウターロータ２０との偏心量をＣ、外転円Ａ１の修正係数をα１、内転円Ａ２の修正係数をα２、外転円Ｂ１の修正係数をβ１、内転円Ｂ２の修正係数をβ２、偏心量Ｃの補正係数をＨ１、Ｈ２とする。

まず、インナーロータ１０について、第１外転円Ａ１および第１内転円Ａ２の修正転がり距離が１周で閉じなければならない。つまり、第１外転円Ａ１および第１内転円Ａ２の修正転がり距離の和が基礎円Ａの円周に等しくなければならないことから、
πｘφＡ＝ｎ（πｘφＡ１×α１＋πｘφＡ２×α２）
すなわち、φＡ＝ｎ×（φＡ１×α１＋φＡ２×α２）・・・式１
同様に、アウターロータ２０について、第２外転円Ｂ１および第２内転円Ｂ２の修正転がり距離の和が基礎円Ｂの円周に等しくなければならないことから、
πｘφＢ＝（ｎ＋１）×（πｘφＢ１×β１＋πｘφＢ２×β２）
すなわち、φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１×β１＋φＢ２×β２）・・・式２
また、インナーロータ１０とアウターロータ２０とが噛み合うことから、
φＡ１＋φＡ２＝２ＣおよびφＢ１＋φＢ２＝２Ｃのうちいずれか一方を満たさなければならない。さらに、インナーロータ１０をアウターロータ２０の内側で良好に回転させるとともに、チップクリアランスを確保しつつ、バックラッシュの大きさの適正化を図り、噛み合い抵抗を低減させるために、インナーロータ１０とアウターロータ２０の噛み合い位置において、インナーロータ１０の基礎円Ａとアウターロータ２０の基礎円Ｂとが接しないように、インナーロータ１０とアウターロータ２０との偏心量Ｃの補正係数Ｈ１、Ｈ２を用いて、
φＡ１＋φＡ２＋Ｈ１＝φＢ１＋φＢ２＋Ｈ２＝２Ｃ・・・式３
の関係を満たさなければならない。

ここで、修正係数α１、α２、β１、β２および補正係数Ｈ１、Ｈ２は、インナーロータとアウターロータとのクリアランスを所定の値に設定すべく、下記の範囲で適宜調整する。

０＜α１、α２、β１、β２＜１、−１＜Ｈ１、Ｈ２＜１
なお、本実施形態においては、以上の関係を満たして構成されたインナーロータ１０（基礎円ＡがφＡ＝２４．００００ｍｍ、第１外転円Ａ１がφＡ１＝３．０００ｍｍ、第１内転円Ａ２がφＡ２＝２．７７７８ｍｍ、歯数ｎ＝６、修正係数α１＝０．７５００、α２＝０．６３００）およびアウターロータ２０（外径がφ４０．０ｍｍ、基礎円ＢがφＢ＝２９．７２７８ｍｍ、第２外転円Ｂ１がφＢ１＝３．０３２３ｍｍ、第２内転円Ｂ２がφＢ２＝２．７１７８ｍｍ、修正係数β１＝０．８６５０、β２＝０．５９７５、Ｈ１＝０．００００、Ｈ２＝０．００２３）が、偏心量Ｃ＝２．８７３９ｍｍで組み合わされてオイルポンプロータを構成している。

ケーシング５０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（図示せず）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（図示せず）が形成されている。

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ようになっている。

参考に、アウターロータ２０の外径と吐出量とを本実施形態と同一とし、本実施形態で行った修正を施さない、従来のサイクロイド曲線で歯形を形成した場合のオイルポンプロータを図２に示す。

本発明に係るオイルポンプの平面図である。 従来のオイルポンプの平面図である。

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・・・セル
５０・・・ハウジング
Ａ・・・インナーロータ１０の基礎円
Ａ１・・・第１外転円
Ａ２・・・第１内転円
Ｂ・・・アウターロータ２０の基礎円
Ｂ１・・・第２外転円
Ｂ２・・・第２内転円
Ｃ・・・偏心量
Ｏ１・・・インナーロータ１０の軸心
Ｏ２・・・アウターロータ２０の軸心

Claims (1)

1. ｎ（ｎは自然数）枚の外歯が形成されたインナーロータと、
   前記外歯と噛み合う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、
   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オイルポンプロータにおいて、
   前記インナーロータが、その基礎円Ａに外接してすべりなく転がる第１外転円Ａ１によって創成される第１外転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形とし、基礎円Ａに内接してすべりなく転がる第１内転円Ａ２によって創成される第１内転サイクロイド曲線を下記の式１、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形として形成され、
   前記アウターロータが、その基礎円Ｂに外接してすべりなく転がる第２外転円Ｂ１によって創成される第２外転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯溝の歯形とし、基礎円Ｂに内接してすべりなく転がる第２内転円Ｂ２によって創成される第２内転サイクロイド曲線を下記の式２、３に基づき修正した曲線を歯先の歯形として形成されたことを特徴とするオイルポンプロータ。
   φＡ＝ｎ×（φＡ１×α１＋φＡ２×α２）・・・式１
   φＢ＝（ｎ＋１）×（φＢ１×β１＋φＢ２×β２）・・・式２
   φＡ１＋φＡ２＋Ｈ１＝φＢ１＋φＢ２＋Ｈ２＝２Ｃ・・・式３
   上記、式１、２、３において、
   インナーロータの基礎円Ａの直径をφＡ、第１外転円Ａ１の直径をφＡ１、第１内転円Ａ２の直径をφＡ２、アウターロータの基礎円Ｂの直径をφＢ、第２外転円Ｂ１の直径をφＢ１、第２内転円Ｂ２の直径をφＢ２、インナーロータとアウターロータとの偏心量をＣ、外転円φＡ１の修正係数をα１、内転円φＡ２の修正係数をα２、外転円φＢ１の修正係数をβ１、内転円φＢ２の修正係数をβ２、偏心量Ｃの補正係数をＨ１、Ｈ２とする。
   ただし、０＜α１＜１、０＜α２＜１、０＜β１＜１、０＜β２＜１、−１＜Ｈ１＜１、−１＜Ｈ２＜１

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