JP6794745B2 - 流体圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプハウジングに回転自在にポンプロータを収容した流体圧ポンプに関する。

流体圧ポンプとして特許文献１には、アウタロータとインナロータとで成るギヤポンプロータを、ポンプ筐体のポンプ収容室に収容すると共に、ギヤポンプが、軸方向より径方向の熱膨張を小さく設定する技術が記載されている。

この特許文献１では、アウタロータとインナロータとに繊維状の充填剤を含む樹脂を用い、繊維の配向から、軸方向より径方向の熱膨張率を小さくしている。

特開２０１４‐２０６０７２号公報

特許文献１に記載されるように、繊維を含む樹脂を用いてアウタロータとインナロータとを形成した内接ギヤ式のポンプロータでは、熱膨張率による噛み合い量の変化を抑制し、ポンプ効率を高くする。

しかしながら、樹脂材料を用いてアウタロータとインナロータとを形成したものは、金属材によりアウタロータとインナロータとを形成したものと比較して高い精度を確保することが困難である。しかも、特許文献１に記載されるように、軸方向より径方向の熱膨張を小さくするように繊維状の充填剤を配向することも困難と考えられる。

インナロータに金属製の駆動軸を連結する工程を考えると、樹脂製のインナロータに駆動軸を打ち込んで連結することはできず、樹脂製のインナロータを用いる場合には、専用の嵌合構造を形成する等の工程も必要となる。

このことから、アウタロータとインナロータとを金属材で形成する有効性を再認識することになるが、例えば、自動車等の車両において、エンジンのオイルパンの潤滑油を送り出す流体圧ポンプとして、アルミニウム製のポンプハウジングと、鉄系のポンプロータとを用いた流体圧ポンプを考えると、熱膨張の影響を考慮する必要がある。

つまり、エンジンの稼働に伴い潤滑油の油温が上昇した場合には、熱膨張率の差からポンプハウジングの内面とポンプロータの外面との境界部分のクリアランスが拡大し、ポンプ効率を低下させる不都合に繋がる。

このような理由から、流体の温度が上昇した場合でもポンプ効率の低下のない流体圧ポンプが求められる。

本発明の特徴は、軸芯を中心とする断面形状が円形の内周壁と、前記軸芯に直交する姿勢の第１内壁および第２内壁とで取り囲まれたポンプ室を有するポンプハウジングと、
前記ポンプ室に収容され、前記内周壁に沿う姿勢の周隔壁部および前記第１内壁に沿う姿勢の主隔壁部を有し、内部にロータ収容空間を有することにより前記主隔壁部の反対側に開口が形成された中間部材と、
前記中間部材の前記ロータ収容空間に回転自在に収容されるポンプロータと、
前記中間部材の開口を、前記第２内壁に接近させる方向に付勢する付勢部材とを備えると共に、
前記ポンプロータと前記中間部材との熱膨張率の差が設定値を超えており、前記中間部材と前記ポンプハウジングとの熱膨張率の差が設定値未満であり、
前記ポンプロータは、アルミニウム材で形成され、
前記ポンプハウジング及び前記中間部材は、鉄系の材料で形成されている点にある。

この特徴構成によると、中間部材とポンプロータとの熱膨張率の差が設定値を超えるため、流体の温度上昇に伴い、例えば、ポンプロータの外径が中間部材の内径より拡大する材料を用いても、流体の温度上昇時には、中間部材がポンプロータの外径の拡大を抑制することが可能となる。また、流体の温度上昇に伴い、中間部材の周隔壁部の外径が拡大した場合でも、ポンプハウジングの内周壁の内径が同様に拡大するため、その差は小さく、これらの隙間の拡大を抑制できる。また、ポンプロータのうち第２内壁と反対側に中間部材の主隔壁部が配置され、付勢部材の付勢力が作用することにより、主隔壁部をポンプロータの端面に接近させる状態を維持できる。

つまり、この構成では、アウタロータとインナロータとにアルミニウム材を用いてポンプロータを構成し、ポンプハウジングと中間部材とに鉄系の材料を用いることにより、流体の温度が上昇した場合の流体のリークを抑制できる。
従って、流体の温度が上昇した場合でもポンプ効率の低下のない流体圧ポンプが構成された。特に、この構成では、流体のリークを抑制するため省エネルギーも実現する。

他の構成として、前記ポンプロータが、前記ロータ収容空間に回転自在に収容されるアウタロータと、このアウタロータの内部に収容されるインナロータとで内接歯車式に構成され、
前記ポンプロータにおいて流体に作用する吐出圧が設定値を超えた際に、吐出圧の作用により前記中間部材が前記ポンプロータから離間する方向への変位を許すように前記付勢部材の付勢力の値が設定されても良い。

これによると、吐出圧が設定値を超えた際には、付勢部材の付勢力に抗して中間部材がポンプロータから離間する方向に変位し、中間部材の主隔壁部の内面とポンプロータとの間に隙間が形成される。このように隙間が形成されることにより、吐出側の流体の一部を吸引側に逃がして圧力の過剰な上昇を抑制できる。つまり、リリーフ弁を用いることなく過剰な圧力の作用を抑制する流体圧ポンプを構成できる。

他の構成として、前記ロータ収容空間のうち吐出圧が作用する部位と、前記ポンプ室のうち前記中間部材の外部に連通させる連通孔が前記主隔壁部に形成されても良い。

これによると、ポンプロータの吐出圧を、連通孔を介してポンプ室に作用させるため、主隔壁部とポンプ室との間の空間の圧力を吐出圧に維持し、中間部材がポンプロータから離間する方向への変位を抑制できる。これにより、付勢部材の付勢力を適正に作用させて中間部材の位置を維持できる。

オイルポンプの断面である。 図１のII−II線断面図である。 負荷の上昇時における中間部材の作動状態を示す断面図である。 中間部材、インナロータ、アウタロータ等を示す分解斜視図である。 別実施形態（ａ）のオイルポンプのポンプ部の断面図である。 別実施形態（ａ）のオイルポンプで負荷の上昇時における中間部材の作動状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、モータハウジング１０と、ポンプハウジング２０とを連結し、モータハウジング１０に電動モータ１を備え、ポンプハウジング２０に中間部材３０とポンプ部２とを備えて流体圧ポンプとしてのオイルポンプ１００が構成されている。

このオイルポンプ１００は、ハイブリッド型の車両や、アイドルストップが行われる車両に備えられ、エンジンが停止する状況においてもＣＶＴ等の変速装置へのオイル（流体の一例）の供給を可能にする。

モータハウジング１０は樹脂材で形成され、ポンプハウジング２０はアルミニウム材で形成されている。オイルポンプ１００は、電動モータ１で駆動される駆動軸１１によりポンプ部２を駆動するように構成され、モータハウジング１０のうち、ポンプハウジング２０と反対側の端部には制御部１５を備えている。

〔電動モータ・駆動軸〕
図１、図２に示すように、駆動軸１１は、駆動軸芯Ｘと同軸芯上に配置され、ポンプハウジング２０に回転自在に支持されている。この駆動軸１１の一方の軸端にモータロータ１２が連結し、他方の端部にポンプ部２のインナロータ４が連結する。

電動モータ１は、複数の永久磁石１２Ｍが埋め込まれたモータロータ１２と、これを取り囲む領域に配置されるステータ１３とで構成されている。ステータ１３は、モータハウジング１０にインサートされ、ステータコア１３ａにコイル１３ｂが巻回して構成されている。

この電動モータ１は、ブラシレスＤＣモータとして構成されるものであるが、同期モータや三相モータとして構成されるものでも良い。

制御部１５は、モータハウジング１０の端部に取り付けたカバー体１５ａと、カバー体１５ａの内部に収容した基板１５ｂとを備えており、外部からの制御信号に対応して電動モータ１の回転を制御する。つまり、ステータ１３のコイル１３ｂに供給する電力を制御する。

〔ポンプハウジング・ポンプ部〕
図１〜図４に示すように、ポンプハウジング２０は、第１ハウジング２１と、第２ハウジング２２とを連結して構成され、第１ハウジング２１に凹状に形成された空間を、プレート状の第２ハウジング２２で閉塞することにより、ポンプ室ＰＳが形成されている。

ポンプ室ＰＳは、内周壁２４と、第１内壁２５と、第２内壁２６とで取り囲まれる空間として形成されている。内周壁２４は、駆動軸芯Ｘに対して平行するロータ軸芯Ｙを中心に第１ハウジング２１に断面形状が円形に形成されている。第１内壁２５は、ロータ軸芯Ｙに対して直交する姿勢で第１ハウジング２１に形成されている。第２内壁２６は、ロータ軸芯Ｙに対して直交する姿勢で第２ハウジング２２に形成されている。

ポンプ室ＰＳに中間部材３０が収容され、この中間部材３０のロータ収容空間ＲＳにポンプ部２が収容されている。中間部材３０の構成は後述する。

ポンプ部２は、駆動軸芯Ｘと同軸芯で配置されるインナロータ４と、アウタロータ５とで成る内接歯車式のポンプロータを備えている。

インナロータ４は、鉄系の焼結金属で形成され複数の外歯４Ａを備えている。アウタロータ５は、インナロータ４と同様に鉄系の焼結金属で形成されインナロータ４の外歯４Ａに噛合する複数の内歯５Ａを備えている。アウタロータ５の外周は、ロータ軸芯Ｙを中心とする円柱面に形成されている。

第２ハウジング２２には、ポンプ部２のうち低圧となる吸引領域２８が溝状に形成され、これに吸引ポート２８Ｐが連通している。ポンプ部２のうち高圧となる吐出領域２９が溝状に形成され、これに吐出ポート２９Ｐが連通している。

〔中間部材〕
前述したように、インナロータ４とアウタロータ５とが鉄系の焼結金属で形成され、これらの熱膨張率と中間部材３０の熱膨張率との差が設定値未満となるように、中間部材３０に鉄材が使用されている。また、ポンプハウジング２０を構成するアルミニウム材の熱膨張率が、中間部材３０の熱膨張率より大きい値となる。

この構成では、中間部材３０とポンプハウジング２０との熱膨張率の差が設定値を超えるためオイルの温度が上昇した場合には、中間部材３０の周隔壁部３１の外径が拡大し、ポンプハウジング２０の内周壁２４の内径が拡大し、これらの隙間が拡大する。しかしながら、アウタロータ５と中間部材３０との熱膨張率の差が設定値未満であるため、オイルの温度が上昇した場合にもアウタロータ５の外径と、中間部材３０の周隔壁部３１の外径とを略等しくできる。従って、アウタロータ５の外面と、中間部材３０の周隔壁部３１の内面との隙間が殆ど拡大せず、オイルのリークが抑制される。

尚、この説明では、インナロータ４とアウタロータ５とを構成する焼結金属と中間部材３０との熱膨張率と熱膨張率の差の説明、及び、中間部材３０とポンプハウジング２０との熱膨張率の差の説明に「設定値」を用いているが、この２種の「設定値」は同じ値であっても、異なる値であっても良い。

図１〜図４に示すように、中間部材３０は、ポンプ室ＰＳに収容され、内周壁２４に沿う姿勢の周隔壁部３１と、第１内壁２５に沿う姿勢の主隔壁部３２とを有し、内部にロータ収容空間ＲＳを形成することで主隔壁部３２と反対側に開口が形成されている。

つまり、中間部材３０は、全体的に有蓋筒状に形成され、主隔壁部３２に対して駆動軸芯Ｘと同軸芯で駆動軸１１が挿通する軸挿通孔３４が穿設されている。軸挿通孔３４は、電動モータ１の駆動時に、駆動軸１１の回転力を中間部材３０に伝えないように、駆動軸１１の外径より充分に大きい内径で形成されている。

中間部材３０のロータ収容空間ＲＳは、アウタロータ５を回転自在に収容できるように、アウタロータ５の外径より僅かに大きい内径で、アウタロータ５のロータ軸芯Ｙに沿う方向での寸法より僅かに大きい寸法の空間として形成されている。

これにより、中間部材３０の周隔壁部３１の開口縁が第２ハウジング２２の表面に当接する状態で、ポンプ部２の全体が収容される。

また、中間部材３０の周隔壁部３１の外径が、ポンプ室ＰＳの内周壁２４の内径より僅かに小さい値に設定されている。周隔壁部３１のロータ軸芯Ｙに沿う方向での寸法が、ポンプ室の内周壁２４のロータ軸芯Ｙに沿う方向での寸法より小さく設定されている。

これにより、中間部材３０の主隔壁部３２の外面とポンプ室ＰＳの第１内壁２５との間に間隙が形成され、この間隙には付勢部材としての弾性リング３６が介装される。

〔作動形態：実施形態の作用・効果〕
このようなオイルポンプ１００の構成から、電動モータ１の駆動により駆動軸１１と一体的にインナロータ４が回転し、これに連動してアウタロータ５が回転する。この回転に伴い、吸引領域２８に負圧が作用するため吸引ポート２８Ｐからオイルが吸引され、吸引されたオイルは吐出領域２９から吐出ポート２９Ｐに送り出される。

また、エンジンの温度上昇に伴い、オイルの温度が上昇した場合には、インナロータ４とアウタロータ５と、中間部材３０と、ポンプハウジング２０とが熱膨張する。この状況では、中間部材３０の主隔壁部３２の外面と、ポンプ室ＰＳの内周壁２４との境界の間隔は拡大する。しかしながら、インナロータ４とアウタロータ５との熱膨張率と、中間部材３０の熱膨張率との差が設定値未満であるため（略等しいため）、ロータ収容空間ＲＳの内壁と、アウタロータ５の外壁との境界部分の隙間は拡大することはない。これによりオイルのリークを抑制してポンプ効率を高く維持でき、省エネルギーも実現する。

また、オイルポンプ１００の稼動時に、吐出ポート２９Ｐに作用する負荷が上昇して吐出圧が設定値を超えた場合には、ロータ収容空間ＲＳの圧力上昇に伴い、中間部材３０の主隔壁部３２の内面側に高い圧力が作用する。この圧力の作用により、図３に示すように、弾性リング３６の付勢力に抗して中間部材３０を第２ハウジング２２から離間させる。
これによりインナロータ４とアウタロータ５と、中間部材３０の主隔壁部３２との間に連通空間Ｇが作り出され、この連通空間Ｇを介して高圧側のオイルを低圧側に逃がすことが可能となり過剰な圧力の作用を解消する。

つまり、吐出ポート２９Ｐに作用する負荷が想定範囲内にある場合には、中間部材３０の周隔壁部３１の端部を第２内壁２６に当接させ、吐出ポート２９Ｐに作用する負荷が設定値を超えた場合に、中間部材３０が第２内壁２６から離間する変位を可能にするように弾性リング３６の付勢力を設定している。これにより、リリーフ弁を備えずとも過剰な圧力の作用を解消してポンプ部２等を破損する不都合を抑制する。

尚、オイルの温度上昇にともない中間部材３０の周隔壁部３１の外面と、ポンプ室ＰＳの内周壁２４の境界部分の隙間は拡大するものの、この隙間にオイルが流れることはなく、ポンプ効率を低下させることもない。更に、中間部材３０がロータ軸芯Ｙを中心に回転自在にポンプ室ＰＳに収容される構成であるが、ロータ軸芯Ｙが駆動軸芯Ｘに対して偏心する位置関係にあるため、オイルポンプ１００の駆動時に中間部材３０に回転力が作用する状況でも、駆動軸１１が軸挿通孔３４に当接することにより、中間部材３０の回転が阻止される。

このようにオイルポンプ１００は、ポンプハウジング２０のポンプ室ＰＳに有蓋筒状の中間部材３０を嵌め込み、この中間部材３０のロータ収容空間ＲＳにポンプロータ（インナロータ４とアウタロータ５）とを嵌め込む単純な構成となる。

この構成では、ポンプハウジング２０として加工が容易で軽量なアルミニウム材の使用が可能となり、インナロータ４とアウタロータ５とに耐摩耗性が高く、高精度で歯部を形成し得る鉄系の焼結金属の使用が可能となる。しかも、前述したようにオイルの温度が上昇した場合にもポンプ効率を高く維持し、リリーフ弁を備えずともポンプ部２等を破損する不都合を抑制できるのである。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図５、図６に示すように、中間部材３０の主隔壁部３２に対して圧力均衡用の連通孔３５を穿設する。この連通孔３５はポンプ部２において吐出圧が高い領域（吐出領域２９）からの流体を、ポンプ室ＰＳのうち、第１内壁２５と主隔壁部３２との間の空間に供給する位置に形成されている。

また、この別実施形態（ａ）では、付勢部材として一対の皿バネ３７を用い、第２ハウジング２２の第２内壁２６には、中間部材３０の周隔壁部３１の開口部分が嵌り込む環状凹部２７を形成している。

このような構成により、ポンプ室ＰＳのうち、第１内壁２５と主隔壁部３２との中間の間隙には、連通孔３５を介してポンプ部２の圧油が供給される。このため、主隔壁部３２の内面側と外面側とに作用する圧力が均衡し、皿バネ３７の付勢力だけが中間部材３０に作用する状態となる。これにより、中間部材３０は、その周隔壁部３１の開口縁が環状凹部２７の底壁部分に当接する状態を維持する。

この構成から、先に〔作動形態〕において説明したものと同様に、オイルの温度が上昇してもアウタロータ５の外壁との境界部分の隙間は拡大しないため、オイルのリークを抑制してポンプ効率を高く維持できる。そして、吐出ポート２９Ｐに作用する負荷の上昇に伴い吐出圧が設定値を超えた場合には、図６に示すように、中間部材３０が皿バネ３７の付勢力に抗して第２内壁２６から離間する方向に変位することにより連通空間Ｇが作り出され、リリーフ弁を備えずとも過剰な圧力の作用を解消してポンプ部２等を破損する不都合を抑制する。

このように負荷の作用により中間部材３０が皿バネ３７の付勢力に抗して変位する場合には、中間部材３０の周隔壁部３１の開口側の端部が環状凹部２７から抜け出さない位置関係に維持することも可能となる。このような位置関係に維持することにより、中間部材３０の周隔壁部３１の内面にアウタロータ５の外周面を常に接触させ、これらの相対的な位置関係を安定させることも可能となる。

（ｂ）図１〜図４に示す構成と同様に、モータハウジング１０と、ポンプハウジング２０と、中間部材３０とを備え、中間部材３０の主隔壁部３２の外面とポンプ室ＰＳの第１内壁２５との間の間隙に弾性リング３６を備えてオイルポンプ１００が構成されている。

この別実施形態（ｂ）の構成では、インナロータ４とアウタロータ５とをアルミニウム材で形成し、ポンプハウジング２０と中間部材３０とを鉄系の材料で形成している。これにより、ポンプロータを構成するアウタロータ５と中間部材３０との熱膨張率との差が設定値を超えており、中間部材３０とポンプハウジング２０との熱膨張率の差が設定値未満に設定される。

このような構成から、オイルの温度上昇に伴い熱膨張率によりポンプロータの外径（アウタロータ５の外径）が拡大しようとするが、中間部材３０の熱膨張率がポンプロータの熱膨張率より小さいため、ポンプロータの外径（アウタロータ５の外径）の拡大を中間部材３０が抑制する。また、オイルの温度上昇に伴い中間部材３０とポンプハウジング２０とが熱膨張するものの、これらの熱膨張率の差が設定値未満であるため（略等しいため）、中間部材３０の周隔壁部３１の外径と、ポンプハウジング２０の内周壁２４の内径と隙間の拡大が抑制され、オイルのリークを抑制できる。

更に、ポンプロータのうち第２内壁と反対側に中間部材３０の主隔壁部３２が配置され、付勢部材としての弾性リング３６の付勢力が作用することにより、主隔壁部３２をポンプロータ（インナロータ４とアウタロータ５）の端面に接近させる状態を維持できる。

このように、別実施形態（ｂ）では、アウタロータ５の熱膨張率より中間部材３０の熱膨張率を大きく設定するものの、この中間部材３０の熱膨張率をポンプハウジング２０の熱膨張率と略等しくすることにより、この中間部材３０の周隔壁部３１とポンプハウジング２０の内周壁２４との間でのオイルのリークの抑制を実現している。

この別実施形態（ｂ）の変形例として、インナロータ４とアウタロータ５とを鉄系の焼結金属で形成し、ポンプハウジング２０と、中間部材３０とをアルミニウム材で形成する構成を採用しても良い。

尚、この別実施形態（ｂ）でもインナロータ４とアウタロータ５と中間部材３０との熱膨張率と熱膨張率の差の説明、及び、中間部材３０とポンプハウジング２０との熱膨張率の差の説明に「設定値」を用いているが、この２種の「設定値」は同じ値であっても、異なる値であっても良い。

（ｃ）流体圧ポンプの駆動源は電動モータに限るものではなく、例えば、エンジンのクランクシャフトからの駆動力で駆動される構成でも良い。

本発明は、ポンプハウジングに回転自在にポンプロータを収容した流体圧ポンプに利用することができる。

４ インナロータ
５ アウタロータ
２０ ポンプハウジング
２４ 内周壁
２５ 第１内壁
２６ 第２内壁
３０ 中間部材
３１ 周隔壁部
３２ 主隔壁部
３５ 連通孔
３６ 弾性リング（付勢部材）
３７ 皿バネ（付勢部材）
ＰＳ ポンプ室
ＲＳ ロータ収容空間
Ｙ ロータ軸芯

Claims (3)

1. 軸芯を中心とする断面形状が円形の内周壁と、前記軸芯に直交する姿勢の第１内壁および第２内壁とで取り囲まれたポンプ室を有するポンプハウジングと、
   前記ポンプ室に収容され、前記内周壁に沿う姿勢の周隔壁部および前記第１内壁に沿う姿勢の主隔壁部を有し、内部にロータ収容空間を有することにより前記主隔壁部の反対側に開口が形成された中間部材と、
   前記中間部材の前記ロータ収容空間に回転自在に収容されるポンプロータと、
   前記中間部材の開口を、前記第２内壁に接近させる方向に付勢する付勢部材とを備えると共に、
   前記ポンプロータと前記中間部材との熱膨張率の差が設定値を超えており、前記中間部材と前記ポンプハウジングとの熱膨張率の差が設定値未満であり、
   前記ポンプロータは、アルミニウム材で形成され、
   前記ポンプハウジング及び前記中間部材は、鉄系の材料で形成されている流体圧ポンプ。
2. 前記ポンプロータが、前記ロータ収容空間に回転自在に収容されるアウタロータと、このアウタロータの内部に収容されるインナロータとで内接歯車式に構成され、
   前記ポンプロータにおいて流体に作用する吐出圧が設定値を超えた際に、吐出圧の作用により前記中間部材が前記ポンプロータから離間する方向への変位を許すように前記付勢部材の付勢力の値が設定されている請求項１に記載の流体圧ポンプ。
3. 前記ロータ収容空間のうち吐出圧が作用する部位と、前記ポンプ室のうち前記中間部材の外部に連通させる連通孔が前記主隔壁部に形成されている請求項１又は２に記載の流体圧ポンプ。

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