JP7330080B2 - ポンプユニット - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ空間に対して偏心する位置で配置されたインナロータを有する内接型ポンプを複数備えたポンプユニットに関する。

上記構成のポンプユニットとして特許文献１には、単一のシャフトに対して２組の内接型ポンプ（文献では内接ギヤポンプ機構）を備え、これらをシリンダブロックの内部に配置した構成が示されている。

この特許文献１では、シリンダブロックの内部で、２組の内接型ポンプ機構に隣接する位置に側壁と、セパレータと、シリンダトップとを配置しており、２組の内接型ポンプに作動油を個別に供給するための吸入側の油路と、作動油を個別に送り出すための吐出側の流路とが、側壁とシリンダトップとに形成されている。

特開２０００－９０５８号公報

例えば、必要とする作動油の流量が異なる２つの油圧回路、あるいは、必要とする圧力が異なる２つ油圧回路に作動油を供給することを考えると、特許文献１に記載されるように単一のシャフトで２つのポンプ（内接型ポンプ）を駆動し、夫々のポンプから２つの油圧回路に対して個別に作動油を供給するポンプユニットは、駆動系を単純化する点において有効と考えられる。

しかしながら、特許文献１のように単一のシャフトで２つの内接型ポンプを駆動するポンプユニットでは、内接型ポンプの作動時には吐出ポートから作動油が送り出される際に、作動油の圧力がインナロータの外歯と、アウタロータの内歯との境界の空間に作用し、シャフトに対して曲げ方向に力を作用させることも想像される。

また、このように曲げ方向に力が作用する状態が継続した場合にはシャフトを曲げ方向に変形させることや、インナロータの外歯とアウタロータの内歯との摩耗の増大を招くことも考えられ改善の余地がある。

このような理由から、単一のシャフトで複数の内接型ポンプを駆動するに際しシャフトに作用する力を軽減するポンプユニットが求められる。

本発明に係るポンプユニットの特徴構成は、駆動軸芯に沿う方向で隣合う位置関係で複数のポンプ空間が形成されたポンプハウジングと、複数の前記ポンプ空間を貫通するように、前記駆動軸芯と同軸芯で配置された駆動シャフトと、複数の前記ポンプ空間の夫々に収容され、前記駆動シャフトと一体的に回転するインナロータと、複数の前記ポンプ空間の夫々に前記駆動軸芯に対して偏心する位置関係で収容されたアウタロータとで成る内接型ポンプとを備え、複数の前記ポンプ空間の夫々における前記駆動軸芯に沿う方向の両側の壁部のうちの一方に前記ポンプ空間に流体を吸入する吸入ポートと、流体を吐出する吐出ポートとが形成され、他方には前記吸入ポート及び前記吐出ポートが形成されておらず、前記駆動軸芯に沿う方向視で、複数の前記ポンプ空間の夫々に形成された前記各吐出ポートが互いに異なる位置に配置され、前記ポンプハウジングに前記ポンプ空間として第１ポンプ空間と第２ポンプ空間とが形成され、夫々の前記ポンプ空間に前記内接型ポンプが収容され、前記ポンプハウジングは、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第１ハウジングと、前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第２ハウジングと、前記第１ポンプ空間と前記第２ポンプ空間との間に配置され、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間側の壁部および前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間側の壁部を形成する中間ハウジングとを有し、前記駆動シャフトは、前記第１ハウジングに形成された凹部に支持されたボールベアリングで回転自在に支持されており、前記中間ハウジングに前記第１ポンプ空間を形成する凹部が形成され、且つ、前記第１ハウジングには前記第１ポンプ空間を形成する凹部が形成されず、前記第２ハウジングに前記第２ポンプ空間を形成する凹部が形成され、且つ、前記中間ハウジングには前記第２ポンプ空間を形成する凹部が形成されず、前記第１ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第１ハウジングに形成され、前記第２ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第２ハウジングに形成され、前記中間ハウジングには前記吸入ポート及び前記吐出ポートが形成されておらず、前記第１ポンプ空間の流体を吐出する前記吐出ポートと前記第２ポンプ空間の流体を吐出する前記吐出ポートとが、前記駆動軸芯に沿う方向視で前記駆動軸芯を挟んで向かい合う位置に配置されている点にある。

この特徴構成によると、駆動軸芯に沿う方向視において複数の吐出ポートが異なる位置に配置されるため、例えば、駆動軸芯に沿う方向視において複数の吐出ポートが互いに重複する位置に配置されたものと比較して、複数の吐出ポートから流体が送り出される際に駆動シャフトに作用する力の作用方向を異ならせ、駆動シャフトに対して特定の方向に曲げ方向に力を作用させることがない。
その結果、単一のシャフトで複数の内接型ポンプを駆動するに際しシャフトに作用する力を軽減するポンプユニットが構成された。

上記構成に加えた構成として、前記インナロータが外周に複数の外歯を備えており、前記アウタロータが複数の前記外歯に咬み合う複数の内歯を備えても良い。

これによると、インナロータの外歯と、アウタロータの内歯との間に流体を吸入し、これらの回転に伴い流体を送り出すことが可能であり、この構成の内接型ポンプを複数備えたポンプユニットにおいても駆動シャフトに対して曲げ方向に作用する力の軽減が可能となる。

上記構成に加えた構成として、複数の前記吐出ポートが、夫々の前記吐出ポートから前記駆動シャフトに作用する力を相殺する位置関係で配置されても良い。

これによると、複数の吐出ポートから流体が吐出される際に、複数の吐出ポートから駆動シャフトに対して曲げ方向に作用する力を相殺でき、複数の力を釣り合う状態にして駆動シャフトの姿勢を維持できる。

上記構成に加えた構成として、前記駆動シャフトは、前記第２ポンプ空間側に突出する部分に軸受が設けられていない点にある。

これによると、駆動シャフトが、ポンプ空間に対し一方側に突出する部分だけを軸受で回転自在に支持した構成のポンプユニットに適用できる。

上記構成に加えた構成として、前記ポンプハウジングに前記ポンプ空間として第１ポンプ空間と第２ポンプ空間とが形成され、夫々の前記ポンプ空間に前記内接型ポンプが収容され、前記ポンプハウジングは、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第１ハウジングと、前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第２ハウジングと、前記第１ポンプ空間と前記第２ポンプ空間との間に配置され、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間側の壁部および前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間側の壁部を形成する中間ハウジングとを有し、前記第１ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第１ハウジングに形成され、前記第２ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第２ハウジングに形成され、前記中間ハウジングには前記吸入ポート及び前記吐出ポートが形成されておらず、前記第１ポンプ空間の前記吐出ポートと前記第２ポンプ空間の前記吐出ポートとが、前記駆動軸芯に沿う方向視で前記駆動軸芯を挟んで向かい合う位置に配置されても良い。

これによると、駆動シャフトのうち、軸受で支持される位置から延出する部位に２つの内接型ポンプが配置されることから、駆動シャフトのうち、軸受から延出する部位に２つの内接型ポンプの吐出ポートから曲げ方向に力が作用することになるが、駆動シャフトに対して力が作用する方向が互いに逆向きになるため、これらの力を相殺して駆動シャフトの姿勢を維持できる。

上記構成に加えた構成として、前記ポンプハウジングと前記駆動軸芯の延伸方向に隣接する位置にポンプケースが配置され、前記ポンプケースが前記駆動シャフトで駆動されるアキシャルプランジャ型の可変容量ポンプを収容しても良い。

これによると、駆動シャフトの駆動力を２つの内接型ポンプと、アキシャルプランジャ型の可変容量ポンプとに伝えることが可能となる。

ポンプユニットの縦断側面図である。 図１のII－II線断面図である。 図１のIII－III線断面図である。 図１のIV－IV線断面図である。 図１のV－V線断面図である。

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、ポンプハウジングＨに対し、駆動軸芯Ｘと同軸芯で回転自在に駆動シャフト１を支持すると共に、ポンプハウジングＨに対し、駆動シャフト１で駆動される第１ポンプＰ１（内接型ポンプの一例）と、第２ポンプＰ２（内接型ポンプの一例）とを収容してポンプユニットＰが構成されている。

図１に示すように、ポンプハウジングＨには、駆動軸芯Ｘの延伸方向に隣接する位置にポンプケースＣが連結しており、このポンプケースＣに対し、駆動シャフト１で駆動されるアキシャルプランジャ型の可変容量ポンプＰＸを収容することにより、可変容量ポンプ装置ＶＰが構成されている。

図面には詳しく示していないが、可変容量ポンプ装置ＶＰは、複数のプランジャと、プランジャによる作動油の吐出量を調整する斜板とを有し、斜板の角度調整により複数のプランジャから吐出される作動油の流量を制御できるように構成されている。

ポンプユニットＰと、可変容量ポンプ装置ＶＰとは、農用のトラクタ等の作業車等の車両に備えられるものであり、駆動シャフト１を車両のエンジン（図示せず）で駆動することにより、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との一方からの作動油を車両のミッション、デファレンシャルギヤ等に潤滑油として供給するように構成されている。あるいは、他方からの作動油を可変容量ポンプＰＸに対し潤滑油として供給するようにしても良い。

尚、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とから作動油を、個別に油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに供給することや、機器の潤滑油として個別に供給するように油圧回路を構成することが可能である。更に、駆動シャフト１を電動モータで駆動するように構成することも可能である。

〔ポンプユニット〕
図１～図５に示すように、ポンプハウジングＨは、第１ハウジング３と、中間ハウジング４と、第２ハウジング５とを、この順序で駆動シャフト１の駆動軸芯Ｘに沿う方向に配置し、ピン６で位置決めされた状態で複数の締結ボルト７により一体化されている。

駆動シャフト１は、前述した可変容量ポンプ装置ＶＰから、第１ハウジング３を貫通し、端部が第２ハウジング５に亘る領域に配置されている。また、駆動シャフト１は第１ハウジング３においてボールベアリング型の主軸受８で回転自在に支承されている。更に、駆動シャフト１はポンプケースＣにおいてボールベアリング型の一対の外部軸受９で回転自在に支承されている。

第１ポンプＰ１は、図１～図３に示すように中間ハウジング４に形成されたポンプ空間に回転自在に収容された第１アウタロータ１１と、駆動シャフト１で駆動される第１インナロータ１２とを備えると共に、第１ハウジング３の壁部（ポンプ空間の壁部）に形成された第１吸入ポート１３と、第１吐出ポート１４を備えている。

第１ハウジング３は、第１吸入ポート１３に連通する第１吸入油路１３ａを有し、第１吐出ポート１４に連通する第１吐出油路１４ａを有している。

図２に示すように、第１アウタロータ１１は、複数の内歯部を有する環状に構成されている。また、第１インナロータ１２は、複数の外歯部を有する歯車状に構成されている。
特に、第１インナロータ１２は、駆動軸芯Ｘを中心に駆動シャフト１と一体的に回転するものであり、第１アウタロータ１１は駆動軸芯Ｘに対して偏心する位置の第１軸芯Ｙ１を中心に回転自在に支持されている。

図１及び図４に示すように第２ポンプＰ２は、第２ハウジング５が形成されたポンプ空間に回転自在に収容された第２アウタロータ２１と、駆動シャフト１で駆動される第２インナロータ２２とを備えると共に、第２ハウジング５の壁部（ポンプ空間の壁部）に形成された第２吸入ポート２３と、第２吐出ポート２４を備えている。

また、第２ハウジング５は、図５に示すように第２吸入ポート２３に連通する第２吸入油路２３ａを有し、第２吐出ポート２４に連通する第２吐出油路２４ａを有している。

図１、図４、図５に示すように、第２アウタロータ２１は、複数の内歯部を有する環状に構成されている。また、第２インナロータ２２は、複数の外歯部を有する歯車状に構成されている。特に、第２インナロータ２２は、駆動軸芯Ｘを中心に駆動シャフト１と一体的に回転するものであるが、第２アウタロータ２１は駆動軸芯Ｘに対して偏心する位置の第２軸芯Ｙ２を中心に回転自在に支持されている。

〔ポンプポートの配置〕
ポンプユニットＰが作動する際には、第１ポンプＰ１の第１吐出ポート１４の作動油の圧力が上昇し、第２ポンプＰ２の第２吐出ポート２４の作動油の圧力が上昇することから、駆動シャフト１に対して第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とから曲げ方向に圧力が作用し駆動シャフト１の変形を招くことや駆動シャフト１の駆動軸芯Ｘの軸芯精度を低下させることも考えられた。

このような不都合を解消するため、図１、図２、図４に示すように、駆動軸芯Ｘに沿う方向視で第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とが駆動軸芯Ｘを挟んで対向する位置（互いに異なる位置の具体例）に配置することにより、第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とから駆動シャフト１に作用する圧力を相殺させている。つまり、第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とが、駆動軸芯Ｘに沿う方向視において駆動軸芯Ｘを挟んで対向する位置関係で配置されている。

この構成の具体例として、図１、図３に示すように第１ポンプＰ１の第１吐出ポート１４が第１ハウジング３において駆動軸芯Ｘの上側（一方側）に配置され、図１、図５に示すように第２ポンプＰ２の第２吐出ポート２４が第２ハウジング５において駆動軸芯Ｘの下側（他方側）に配置されている。

〔実施形態の作用効果〕
図１に示すように、ポンプユニットＰが単一の主軸受８で駆動シャフト１が支持されるため、ポンプユニットＰの作動時には駆動シャフト１の先端側（図１で主軸受８より左側）に主軸受８を基準として力のモーメントが作用し、駆動シャフト１に曲げ方向に大きい力が作用する。

これに対して、第１ポンプＰ１の第１吐出ポート１４と、第２ポンプＰ２の第２吐出ポート２４とから作用する圧力を相殺するように、第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とを配置することにより、駆動シャフト１が単一の主軸受８で支持される構成でありながら、駆動シャフト１に曲げ方向に作用する力を相殺し、駆動シャフト１の変形や、駆動シャフト１の駆動軸芯Ｘの軸芯精度を低下に伴う第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との効率の低下、主軸受８の破損等の不具合の抑制を実現する。
なお、本実施形態では、第１ポンプＰ１の第１吐出ポート１４と、第２ポンプＰ２の第２吐出ポート２４とから作用する圧力を相殺するように第１吐出ポート１４と第２吐出ポート２４とを配置するとともに、主軸受８を省略し、駆動シャフト１をポンプケースＣに配置した外部軸受９で支持する構成としてもよい。

また、本実施形態では、ポンプユニットＰと同一の駆動シャフト１で駆動されるアキシャルプランジャ型の可変容量ポンプＰＸを備えた構成について説明したが、これに限らず、可変容量ポンプＰＸを備えない構成であってもよい。
また、本実施形態では、可変容量ポンプＰＸを収容するポンプケースＣに外部軸受９を２個配置した構成について説明したが、これに限らず、一方または両方の外部軸受９を省略してもよい。

〔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）３つ以上の内接型ポンプを単一の駆動シャフト１で駆動するポンプユニットＰにおいて、夫々の内接型ポンプの吐出ポートを駆動軸芯Ｘに沿う方向視において、異なる位置に配置しても良い。

この構成の一例として、例えば、３つの内接型ポンプを単一の駆動シャフト１で駆動するポンプユニットＰを想定すると、駆動軸芯Ｘに沿う方向視において、駆動軸芯Ｘを中心に円周を均等に３分割した（１２０度となる間隔で）吐出ポートを配置することが考えられる。

（ｂ）特に、前述した別実施形態（ａ）のようにポンプユニットＰを構成する場合、各々の内接型ポンプから作動油が供給される油圧回路の作動油の圧力を反映した合力が釣り合う位置に吐出ポートを配置するも考えられる。具体的には、３つの内接型ポンプを用いるのであっても、駆動軸芯Ｘに沿う方向視において、駆動軸芯Ｘを中心に円周を不均一に３分割した（１２０度と異なる間隔で）吐出ポートを配置することも考えられる。

この別実施形態（ｂ）の構成では、吐出ポートを配置したものでは、３つの吐出ポートから駆動シャフト１に作用する力の大きさが異なるものであるが、駆動シャフト１に作用する力をバランスさせて違いに相殺することが可能となる。

（ｃ）特開２０１３－２４５６８２号公報に示されるようにピニオン（インナロータ）とリングギヤ（アウタロータ）とを偏心する位置関係で配置し、ピニオンとリングギヤとが離間する部位での流体の流れを制限する分離部材を設けた構成のものでも良い。このように内接型ポンプとしては実施形態に示した構成に限るものではない。

本発明は、ポンプ空間に対して偏心する位置で配置されたインナロータを有する内接型ポンプを複数備えたポンプユニットに利用できる。

１ 駆動シャフト
８ 主軸受（軸受）
１１ 第１アウタロータ（アウタロータ）
１２ 第１インナロータ（インナロータ）
１３ 第１吸入ポート（吸入ポート）
１４ 第１吐出ポート（吐出ポート）
２１ 第２アウタロータ（アウタロータ）
２２ 第２インナロータ（インナロータ）
２３ 第２吸入ポート（吸入ポート）
２４ 第２吐出ポート（吐出ポート）
Ｃ ポンプケース
Ｈ ポンプハウジング
Ｐ１ 第１ポンプ（内接型ポンプ）
Ｐ２ 第２ポンプ（内接型ポンプ）
ＰＸ 可変容量ポンプ
Ｘ 駆動軸芯

Claims (5)

1. 駆動軸芯に沿う方向で隣合う位置関係で複数のポンプ空間が形成されたポンプハウジングと、
   複数の前記ポンプ空間を貫通するように、前記駆動軸芯と同軸芯で配置された駆動シャフトと、
   複数の前記ポンプ空間の夫々に収容され、前記駆動シャフトと一体的に回転するインナロータと、複数の前記ポンプ空間の夫々に前記駆動軸芯に対して偏心する位置関係で収容されたアウタロータとで成る内接型ポンプとを備え、
   複数の前記ポンプ空間の夫々における前記駆動軸芯に沿う方向の両側の壁部のうちの一方に前記ポンプ空間に流体を吸入する吸入ポートと、流体を吐出する吐出ポートとが形成され、他方には前記吸入ポート及び前記吐出ポートが形成されておらず、
   前記駆動軸芯に沿う方向視で、複数の前記ポンプ空間の夫々に形成された前記各吐出ポートが互いに異なる位置に配置され、
   前記ポンプハウジングに前記ポンプ空間として第１ポンプ空間と第２ポンプ空間とが形成され、夫々の前記ポンプ空間に前記内接型ポンプが収容され、
   前記ポンプハウジングは、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第１ハウジングと、前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間とは反対側の壁部を形成する第２ハウジングと、前記第１ポンプ空間と前記第２ポンプ空間との間に配置され、前記第１ポンプ空間における前記第２ポンプ空間側の壁部および前記第２ポンプ空間における前記第１ポンプ空間側の壁部を形成する中間ハウジングとを有し、
   前記駆動シャフトは、前記第１ハウジングに形成された凹部に支持されたボールベアリングで回転自在に支持されており、
   前記中間ハウジングに前記第１ポンプ空間を形成する凹部が形成され、且つ、前記第１ハウジングには前記第１ポンプ空間を形成する凹部が形成されず、
   前記第２ハウジングに前記第２ポンプ空間を形成する凹部が形成され、且つ、前記中間ハウジングには前記第２ポンプ空間を形成する凹部が形成されず、
   前記第１ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第１ハウジングに形成され、前記第２ポンプ空間の前記吐出ポートおよび前記吸入ポートが前記第２ハウジングに形成され、前記中間ハウジングには前記吸入ポート及び前記吐出ポートが形成されておらず、
   前記第１ポンプ空間の流体を吐出する前記吐出ポートと前記第２ポンプ空間の流体を吐出する前記吐出ポートとが、前記駆動軸芯に沿う方向視で前記駆動軸芯を挟んで向かい合う位置に配置されているポンプユニット。
2. 前記インナロータが外周に複数の外歯を備えており、前記アウタロータが複数の前記外歯に咬み合う複数の内歯を備えている請求項１に記載のポンプユニット。
3. 複数の前記吐出ポートが、夫々の前記吐出ポートから前記駆動シャフトに作用する力を相殺する位置関係で配置されている請求項１又は２に記載のポンプユニット。
4. 前記駆動シャフトは、前記第２ポンプ空間側に突出する部分に軸受が設けられていない請求項１～３の何れか一項に記載のポンプユニット。
5. 前記ポンプハウジングと前記駆動軸芯の延伸方向に隣接する位置にポンプケースが配置され、前記ポンプケースが前記駆動シャフトで駆動されるアキシャルプランジャ型の可変容量ポンプを収容している請求項１～４の何れか一項に記載のポンプユニット。

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