(57)【要約】【課題】回転軸がハウジングに対して傾斜しても、側壁部材の内壁にロータが押付けられ難いポンプを提供する。【解決手段】ハウジングと、内面に歯３２及び溝３３が設けられた雌側嵌合部３１を有し、前記ハウジング内に収容されたロータ３０と、外面に歯４２及び溝４３が設けられた雄側嵌合部４１を有し、前記ロータ３０に挿通されると共に、前記雄側嵌合部４１が前記雌側嵌合部３１に噛合する状態で嵌合され、ロータ３０をハウジング内に回転自在に支持すると共にハウジング外からの駆動力によってロータ３０を回転させる回転軸４０と、該回転軸４０と前記ロータ３０との嵌合部分において相互に対向する歯先と溝底との間に、ロータ３０の両端面側に向かってロータ３０の径方向に広がるように設けられ、回転軸４０の軸線とロータ３０の軸線との相互の傾斜を許容する傾斜許容間隙５０とを備える。【選択図】図２
2006152903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
内面に歯及び溝が設けられた雌側嵌合部を有し、前記ハウジング内に収容されたロータと、
前記ハウジングに回転自在に支承され、外面に歯及び溝が設けられた雄側嵌合部を有し、前記ロータに挿通されると共に、前記雄側嵌合部が前記雌側嵌合部に噛合する状態で嵌合され、ロータをハウジング内に回転自在に支持すると共にハウジング外からの駆動力によってロータを回転させる回転軸と、
該回転軸と前記ロータとの嵌合部分において相互に対向する歯先と溝底との間に、ロータの両端面側に向かってロータの径方向に広がるように設けられ、回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容する傾斜許容間隙と
を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記傾斜許容間隙は、前記ハウジング内にて前記ロータの両端面側に隣接配置される側壁部材の内壁と、前記ロータの両端面との間のクリアランス以上に、回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容するものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記回転軸は、ベルト及びプーリを介して回転駆動されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関するものであり、詳しくは、ハウジング内に流入する流体をハウジング外に吐出させるべく回転駆動されるロータを備えたポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体を吐出させるポンプとしては、種々のものがあるが、中には、回転駆動されるロータを備え、このロータの回転によって、ハウジング内に流入する流体をハウジング外に吐出させるタイプのポンプ、所謂「回転ポンプ」がある。このようなポンプとして、ベーンポンプを代表的に例示することができる（例えば特許文献１）。
【０００３】
ロータを備えた従来のポンプでは、ロータに回転軸が挿通されているのが一般的であり、この回転軸によって、ロータをハウジング内に回転自在に支持すると共にハウジング外からの駆動力によって回転させている。そして、ロータと回転軸とは、回転軸を雄側部材、ロータを雌側部材として、噛合する状態で相互に嵌合されているのが通常である。また、回転軸とロータとは、互いの軸線が相互に傾斜しないように、高精度に嵌合する状態で互いに組付けられているのが通常である。具体的に説明すると、回転軸とロータとは相互に噛合することから、回転軸は外面に歯及び溝を備えており、ロータも内面に歯及び溝を備えているのであるが、回転軸とロータとの嵌合部分では、回転軸の歯及び溝がロータの溝及び歯に相互に噛合すると共に、相互に対向する歯先と溝底とが、広く密接する状態となっている。また、ロータは、その軸線方向両側（両端面側）に隣接配置される２つの側壁部材（特許文献１におけるリアハウジング１２、サイドプレート２０）の間に微小な隙間（クリアランス）を介して挟持されており、回転するロータの両端面が側壁部材の内壁（対向面）に対して略平行を保って摺接するよう、回転軸が適宜の軸受を介してハウジングに支承されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０８６０５号公報（段落番号００１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のポンプでは、回転軸とロータとの各軸線が相互に傾斜しないように組付けられていることから、例えば図４に誇張して示すように、ハウジングに対して回転軸４０が傾斜する、すなわち回転軸４０が本来あるべき回転軸線に対して傾斜すると、回転軸４０の傾斜に伴いロータ３０も側壁部材２０に対して傾斜する。そして、このように側壁部材２０に対してロータ３０が傾斜すると、側壁部材２０の内壁にロータ４０が押付けられ（図示Ａ部分）、動力の機械的な損失が大きくなるばかりか、騒音を生じたり、場合によっては焼付きを生じたりするといった問題を生じる。特に、回転軸４０がベルト４５及びプーリ４４を介して回転駆動されるものでは、回転軸４０にベルト４５の大きなテンション力が付加されるため、回転軸４０が側壁部材２０に対して大きく傾斜し易く、上述の問題を生じ易い。
【０００６】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、回転軸が側壁部材に対して傾斜しても、側壁部材の内壁にロータが押付けられ難いポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、
「ハウジングと、
内面に歯及び溝が設けられた雌側嵌合部を有し、前記ハウジング内に収容されたロータと、
前記ハウジングに回転自在に支承され、外面に歯及び溝が設けられた雄側嵌合部を有し、前記ロータに挿通されると共に、前記雄側嵌合部が前記雌側嵌合部に噛合する状態で嵌合され、ロータをハウジング内に回転自在に支持すると共にハウジング外からの駆動力によってロータを回転させる回転軸と、
該回転軸と前記ロータとの嵌合部分において相互に対向する歯先と溝底との間に、ロータの両端面側に向かってロータの径方向に広がるように設けられ、回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容する傾斜許容間隙と
を備えることを特徴とするポンプ」
である。
【０００８】
上記構成のポンプでは、回転軸とロータとの相互の嵌合部分に傾斜許容間隙を備えており、この傾斜許容間隙により、回転軸の軸線とロータの軸線との傾斜が許容されるため、ハウジングに対して回転軸が傾斜しても、これに伴って、必然的に、側壁部材に対してロータが傾斜することがない。従って、上記構成によれば、回転軸がハウジングに対して傾斜しても、側壁部材の内壁にロータが押付けられ難いポンプとすることができる。
【０００９】
上述した手段において、
「前記傾斜許容間隙は、前記ハウジング内にて前記ロータの両端面側に隣接配置される側壁部材の内壁と、前記ロータの両端面との間のクリアランス以上に、回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容するものであることを特徴とするポンプ」
としてもよい。
【００１０】
ハウジング内の寸法、より具体的には、２つの側壁部材の対向する内壁間の距離は、ロータの作動を許容すべく、ロータの軸方向の長さ、すなわち「ロータの厚さ」の寸法よりも若干大きな寸法となっており、側壁部材とロータとの間には、適宜なクリアランスが確保されている。そして、側壁部材の内壁にロータが押付けられるといった現象が生じるのは、ハウジングに対して回転軸が上記クリアランスにて許容される以上に傾斜した場合である。よって、回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容する許容量がクリアランスにて傾斜が許容される許容量よりも少ないと、ハウジングに対して回転軸が大きく傾斜した場合に、傾斜許容間隙の機能を十分に発揮できなくなる虞がある。
【００１１】
これに対して、上記構成では、傾斜許容間隙が、側壁部材とロータとの間のクリアランスに基づく許容量以上に回転軸の軸線とロータの軸線との相互の傾斜を許容するものであるため、ハウジングに対して回転軸が大きく傾斜しても、側壁部材の内壁にロータが押付けられないように、回転軸に対してロータは大きく傾斜することが可能であり、傾斜許容間隙の機能を十分に発揮することができる。
【００１２】
上述した手段において、
「前記回転軸は、ベルト及びプーリを介して回転駆動されるものであることを特徴とするポンプ」
としてもよい。
【００１３】
ベルト及びプーリを介して回転軸が回転駆動されるポンプでは、回転軸にベルトのテンション力が付加されるため、ハウジングに対して回転軸が大きく傾斜して、ハウジングの内壁にロータが押付けられ易くなることは、上述の通りである。よって、このようなポンプにおいて、傾斜許容間隙を設けることで、ハウジングの内壁にロータが押付けられ難い構造とすることは、好適である。
【発明の効果】
【００１４】
上述の通り、本発明によれば、回転軸がハウジングに対して傾斜しても、側壁部材の内壁にロータが押付けられ難いポンプとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係るポンプの実施形態の一例を、図面に従って詳細に説明する。
【００１６】
なお、本例では、ステアリングの操作によって車輪を操舵する自動車のステアリング機構に組み込まれ、ステアリングの操作に補助動力を付加するパワーステアリング装置に適用されるポンプを例示する。なお、パワーステアリング装置は、具体的に、ポンプにより油圧を発生させ、この油圧によって、パワーステアリング装置において駆動される部材に補助動力を付加するものである。ここで、パワーステアリング装置において駆動される部材としては、例えば、「ステアリングを軸支し、ステアリングの操作により回動駆動されるステアリングコラム」、「ステアリングコラムにより回動駆動されるピニオン」、「ピニオンの回動によりスライド移動して車輪を操舵するラックシャフト」等、種々の部材を例示することができる。
【００１７】
また、本例においては、ポンプとして、ベーンポンプを例示するが、本発明は、これに限らず、歯車の回転によって流体を吐出させるトロコイドポンプ等のギアポンプや、フィンの回転により流体を吐出させる渦巻きポンプ等の遠心ポンプ等、回転軸によって回転駆動される回転体であるロータを備えた種々の回転ポンプの広範に適用することができる。さらに、本発明に係るポンプは、上述のように、パワーステアリング装置を作動させるためのポンプに限らず、自動車において油圧を発生させるためのポンプや、その他、工作機械等の各種の産業機械等、種々の機器の広範において、水、油、空気等の各種の流体を吐出させるポンプとして適用することができる。
【００１８】
図１に、ポンプ１０の一例を示す。このポンプ１０は、ハウジング（図示省略）に内蔵されたロータ３０の回転によって、ハウジングの流入口（図示省略）から流入する油等の流体を、ハウジングの吐出口（図示省略）から吐出する回転ポンプである。また、このポンプ１０は、ロータ３０の外周に、径方向に進退自在に装着された複数のベーン３４を有するものであり、さらにその周囲をカムリング２１が取り囲み、前記ベーン３４がカムリング２１の内周面に摺接するものであって、より具体的には、ベーンポンプでもある。
【００１９】
また、ロータ３０には、その表裏を貫通するように回転軸４０が挿通されており、この回転軸４０は、メタル軸受やボール軸受等の適宜の軸受を介して、ハウジングに回動自在に支承されている。そして、これにより、ロータ３０は、回転軸４０によって、ハウジング内に収容されると共に回転自在に支持されている。また、ロータ３０は、回転軸４０に対して回動不能に組付けられており、ハウジング外の回転駆動力により回転軸４０が回転することで、ハウジング内にて回転駆動される。このロータ３０の軸線方向両側（両端面側）には側壁部材２０が隣接配置され、ロータ３０の端面と側壁部材２０との間には適宜のクリアランスが確保されている。ここで、回転軸４０は、自動車のエンジンを動力源として、ベルト４５及びプーリ４４を介して回転駆動される（図３参照）。
【００２０】
次に、ロータ３０と回転軸４０とを相互に回動不能に嵌合する構造の詳細について説明する。
【００２１】
ロータ３０には、内面に歯３２及び溝３３が設けられた雌側嵌合部３１が設けられており、回転軸４０には、外面に歯４２及び溝４３が設けられた雄側嵌合部４１が設けられている。そして、ロータ３０と回転軸４０とは、雌側嵌合部３１の歯３２及び溝３３と雄側嵌合部４１の溝４３及び歯４３とが夫々噛合する状態で嵌合されており、これにより、相互に回動不能に組付けられている。
【００２２】
なお、本例では、雌側嵌合部３１と雄側嵌合部４１とが適宜のクリアランスを確保したスキマ嵌め状態で嵌合されており、ロータ３０に回転軸４０を組付けし易い構造となっている。また、回転軸４０の歯４２及び溝４３は、インボリュート形状の歯車の外歯となっている。これに対して、ロータ３０の歯３２及び溝３３は、回転軸４０の雄側嵌合部４１と反転した形状、または、回転軸４０の歯４２及び溝４３に噛合するインボリュート形状の歯車の内歯となっており、回転軸４０からの回転駆動力がロータ３０に的確に伝達する構造となっている。このような嵌合は、広義で、スプライン嵌合となるが、上述に限らず、ロータ３０及び回転軸４０の各歯３２，４２及び各溝３３，４３を山形状としてもよい。この場合には、狭義で、セレーション嵌合となる。
【００２３】
ところで、回転軸４０の雄側嵌合部４１において、歯４２の先端である歯先及び溝４３の底端である溝底は、夫々、ロータ３０の雌側嵌合部３１における溝３３の底端である溝底及び歯３２の先端である歯先に対向する。ここで、従前のものでは、雄側嵌合部４１の歯先及び溝底、並びに、雌側嵌合部３１の歯先及び溝底が、全長に渡って、夫々、回転軸４０及びロータ３０の軸線に沿って平行に形成されており、歯先と溝底とが相互に平行に対向すると共に密接し、回転軸４０とロータ３０とが嵌合した状態では、相互の軸線が傾斜しないのであるが、本例では、これとは異なる構造となっている。
【００２４】
具体的に、図２（ａ）に示すように、回転軸４０の歯４２の歯先は、中央部分を頂上として、雄側嵌合部４１の両端に向かって傾斜した傾斜部５１を有する構造となっている。これに対して、ロータ３０の雌側嵌合部３１における溝３３の溝底は、全長に渡って、ロータ３０の軸線と平行に構成されている。一方、ロータ３０の歯３２の歯先も同様に、中央部分を頂上として、雌側嵌合部３１の両端に向かって傾斜した傾斜部５１を有する構造となっている（図２（ａ）の括弧書きの符号参照）。これに対して、回転軸４０の雄側嵌合部４１における溝４１の溝底は、全長に渡って、回転軸４０の軸線と平行に構成されている。
【００２５】
このような構造では、回転軸４０の雄側嵌合部４１とロータ３０の雌側嵌合部３１とが相互に嵌合すると、図２（ｂ）に示すように、相互に対向する回転軸４０の雄側嵌合部４１における歯４２の歯先と、ロータ３０の雌側嵌合部３１にける溝３１の溝底との間、並びに、相互に対向する回転軸４０の雄側嵌合部４１における溝４３の溝底と、ロータ３０の雌側嵌合部３１における歯３２の歯先との間に（図２（ｂ）の括弧書きの符号参照）、ロータ３０の両端面に向かってロータ３０の径方向に広がる傾斜許容間隙５０が形成されることになる。よって、回転軸４０とロータ３０とが嵌合した状態において、傾斜許容間隙５０を有する分だけ、回転軸４０の軸線に対するロータ３０の軸線の傾斜が許容される。
【００２６】
このように回転軸４０の軸線に対するロータ３０の軸線の傾斜が許容されることで、図３に示すように、ハウジングに対して回転軸４０が傾斜しても、これに倣ってロータ３０が側壁部材２０に対して直ちに傾斜することがなく、側壁部材２０の内壁にロータ３０が押付けられることは抑制される。特に、回転軸４０が、ベルト４５及びプーリ４４を介して回転駆動されるものでは、回転軸４０にベルト４５の大きなテンション力が付加されるため、ハウジングに対して回転軸４０が傾斜し易く、側壁部材ハウジング２０の内壁にロータ３０が押付けられ易くなるが、本例のポンプ１０では、これを好適に防止することができる。
【００２７】
また、本例のポンプ１０では、傾斜許容間隙５０を、側壁部材２０とロータ３０とのクリアランス（図３の寸法Ｓ１と寸法Ｓ２とを加算した合計の隙間寸法）よりも大きな傾斜を許容するものとして設定してあり、ハウジング２０の内壁にロータ３０が押付けられるといった不具合が生じるとことを、確実に防止できる構造となっている。
【００２８】
以上、本発明に係るポンプの一例を説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。
【００２９】
例えば、ロータ及び回転軸において、各歯の歯先の形状を、全長に渡って軸線と平行に形成する一方で、各溝の溝底の形状を、軸線と平行にせず、傾斜許容間隙を構成する傾斜部を有する形状となるように、中央部分を頂上として両端に向かって傾斜する形状としてもよい。また、ロータ及び回転軸において、各歯の歯先及び各溝の双方を、軸線と平行にせず、傾斜許容間隙を構成する傾斜部を有する形状となるように、中央部分を頂上として両端に向かって傾斜する形状としてもよい。さらに、ロータまたは回転軸の一方について、歯の歯先及び溝の溝底を、全長に渡って軸線と平行に形成し、他方について、歯の歯先及び溝の溝底を、傾斜許容間隙を構成する傾斜部を有する形状となるように、中央部分を頂上として両端に向かって傾斜する形状としてもよい。
【００３０】
一方、歯先の傾斜部や溝底の傾斜部の形状としては、本例のように、曲線状に湾曲して傾斜する形状とするに限らず、直線状に一定角度で傾斜する形状としてもよい。また、歯先及び溝底を面形状に形成するに限らず、例えば、回転軸とロータとが山形の歯及び溝によって、所謂「セレーション嵌合」する態様とした場合等においては、歯先の稜線や溝底の谷線によって、傾斜部を構成するようにし、この傾斜部によって、傾斜許容間隙が形成されるようにしてもよい。
【００３１】
ところで、本発明は、種々の回転ポンプに適用することができるが、特に、ベーンポンプに適用するのが好適である。何故ならば、ベーンポンプは、ハウジング内の流体がベーンによって送られる際に、ロータの両側面側に漏れ出る構造であるため、ベーンポンプにおいて、回転軸に対するロータの傾斜自由度を大きくし、ハウジングに対してロータを傾斜可能としても、作動中においては、ロータの両端面に加わる流体圧によって、側壁部材とロータとの間に隙間が確保され、これら両部材の対向面が略平行を保つように、ロータ自体の回転軸線が自己修正されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るポンプの一例を示す断面正面図である。
【図２】（ａ）は、雄側嵌合部（雌側嵌合部）の歯及び溝を示す要部斜視図であり、（ｂ）は、雄側嵌合部と雌側嵌合部とが嵌合した状態を示す要部の断面側面図である。
【図３】図１に示したポンプの断面側面図である。
【図４】従来のポンプを示す断面側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ポンプ
２０  側壁部材
２１  カムリング
３０  ロータ
３１  雌側嵌合部
３２  歯
３３  溝
３４  ベーン
４０  回転軸
４１  雄側嵌合部
４２  歯
４３  溝
４４  プーリ
４５  ベルト
【図１】
2006152903.tif 000003
【図２】
2006152903.tif 000004
【図３】
2006152903.tif 000005
【図４】
2006152903.tif 000006