(57)【要約】【課題】  どのような厚さ（歯幅）であっても、所定の理論吐出量を確保しつつ脈動を抑制することが可能である内接型オイルポンプロータを提供し、高速回転させても脈動が小さく騒音を抑制できる内接型オイルポンプを実現する。【解決手段】  内歯を有するアウターロータ１０と外歯を有するインナーロータ２０とが噛み合って回転するときに流体を吸入・吐出して流体を搬送する内接型オイルポンプに用いられるロータを、インナーロータ２０の回転角度位置θにおけるセルＣの容積Ｖ、セルＣを軸方向に投影した面積Ｓ、両ロータの軸方向の歯幅ｌとして、  γ＝ｄＶ／ｄθ／Ｓ／ｌで算出される、セルＣを出入りする流体の単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘが、  ０．０２００≦γｍａｘ≦０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］となるように構成する。【選択図】    図１
2004183650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ枚の外歯を有するインナーロータと、該外歯と噛み合うＺ＋１枚の内歯を有するアウターロータと、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を有し前記インナーロータおよびアウターロータを収容する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歯面および前記ケーシング間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入・吐出して流体を搬送する内接型オイルポンプに用いられるロータであって、
前記インナーロータの回転角度位置θにおける前記セルの容積Ｖ、該セルを軸方向に投影した面積Ｓ、両ロータの軸方向の歯幅ｌとして、
γ＝ｄＶ／ｄθ／Ｓ／ｌ
で算出される、前記セルを出入りする流体の単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘが、
０．０２００≦γｍａｘ≦０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］
であることを特徴とする内接型オイルポンプロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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・吐出する内接型オイルポンプロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内接型オイルポンプは、Ｚ枚の外歯を有するインナーロータと、この外歯に噛み合うＺ＋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、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、かつ回転軸方向の両側面をケーシングによって仕切られており、インナーロータの回転に伴い回転移動する独立した流体搬送室を構成している。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しながら容積を拡大させて、吸入ポートから流体を吸入する。そして、容積が最大となったセルは、吐出ポートに沿って移動しながら容積を減少させて、吐出ポートから流体を吐出する。
【０００４】
このような内接型オイルポンプでは、多くの場合、脈動やキャビテーションによるポンプ効率の低下や騒音の発生をいかに抑制するかが課題となっている。この課題に対して本発明者は、インナーロータの回転角θに応じたセル容積Ｖの変化を、セルの回転軸方向への投影面積（セルの開口面積）Ｓで除した値（ｄＶ／ｄθ／Ｓ）を流速変化として、この流速変化の絶対値の最大値が小さいことが脈動の抑制に有利であることを見いだし、流速変化の最大値を小さくすることができる歯形について提案している（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１３２６３２号公報（第１〜２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した流速変化についての本発明者による知見を鑑みると、同じ形状のロータであれば両ロータの歯幅（回転軸方向の大きさ）を小さくすれば流速変化を小さくできる。したがって、理論吐出量を減少させずに流速変化を小さくして脈動を抑制するには、大径で薄いロータを用いればよいことになる。しかしながら近年、内接型オイルポンプのさらなる小型化が強く求められており、大径薄型のロータでは、ポンプ小型化の要求に応じることができない。
【０００６】
一方、小径のまま吐出量を大きくするには、ロータを厚くしてセルの容積を大きくすればよい。しかしながら、単にロータを厚くするだけでは、セルの開口面積に対し容積が大きくなるため、セルを出入りする流体の流速が大きくなり、キャビテーションが発生しやすくなる。したがって、従来、小型で十分な吐出量を有しかつ脈動が抑えられる内接型オイルポンプの実現は困難であった。
【０００７】
また、流速変化が大きい内接型オイルポンプであっても、回転速度を小さくすれば、脈動を抑制することはできる。しかしながら近年、高速回転させることにより小型のポンプであっても十分な吐出量を確保することが要求されており、脈動を抑制するために回転速度を小さくすることは望ましくない。
【０００８】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、どのような厚さ（歯幅）であっても、所定の理論吐出量を確保しつつ脈動を抑制することが可能である内接型オイルポンプロータを提供し、高速回転させても脈動が小さく騒音を抑制できる内接型オイルポンプを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る内接型オイルポンプロータは、Ｚ枚の外歯を有するインナーロータと、この外歯と噛み合うＺ＋１枚の内歯を有するアウターロータと、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を有しインナーロータおよびアウターロータを収容する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歯面およびケーシング間に形成されるセルの容積変化により流体を吸入・吐出して流体を搬送する内接型オイルポンプに用いられるロータであって、前記インナーロータの回転角度位置θにおけるセルの容積Ｖ、セルを軸方向に投影した面積Ｓ、両ロータの軸方向の歯幅ｌとして、
γ＝ｄＶ／ｄθ／Ｓ／ｌ
で算出される、セルを出入りする流体の単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘが、
０．０２００≦γｍａｘ≦０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］
であることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘを０．０２５０以下とすることにより、脈動を抑制し、騒音の発生を防止することができる。また、単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘを０．０２００以上とすることにより、実用的な吐出量および吐出効率を得ることができる。すなわち、この発明によれば、十分な吐出量を有し、高回転で駆動されても脈動が小さく騒音発生を防止することができるオイルポンプロータの実現が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る内接型オイルポンプロータによれば、十分な吐出量を有し、高回転で駆動されても脈動が小さく騒音発生を防止することができるロータを実現し、効率がよく騒音が小さい内接型オイルポンプを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る内接型オイルポンプロータの第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態は、１０枚の内歯を有する厚さ（歯幅）ｌのアウターロータ１０と、９枚の外歯を有する厚さ（歯幅）ｌのインナーロータ２０とが、それぞれの回転中心Ｏ１，Ｏ２を偏心させて配置された構成となっている。
【００１３】
アウターロータ１０は、回転中心Ｏ１を中心として、回転自在にケーシング３０内に保持されている。このアウターロータ１０の内側に組み込まれたインナーロータ２０は、アウターロータ１０の回転中心Ｏ１に一致しない回転中心Ｏ２を中心として配置され、その中心に固定された駆動軸４０の回転により図に示す矢印方向に回転される。
【００１４】
両ロータ１０，２０はそれぞれの歯面形状により互いに噛み合って駆動軸４０の回転により回転される。そして、互いに噛み合う両ロータ１０，２０の噛み合い点と噛み合い点との間には、流体の搬送室であるセルＣが形成される。このセルＣに対して開口する吸入ポート３１および吐出ポート３２がケーシング３０に形成されていて、この吸入ポート３１および吐出ポート３２から各セルＣとの流体のやりとりが行われる。
【００１５】
セルＣは、アウターロータ１０およびインナーロータ２０の回転とともに回転移動しながら開口面積（軸方向の投影面積）Ｓすなわちセル容積Ｖが変化する。そして、セル容積Ｖの拡大過程において吸入ポート３１から流体が吸入され、セル容積Ｖの縮小過程において吐出ポート３２から流体が吐出される。すなわち、セルＣの容積Ｖは、インナーロータ２０が１回転する間に、図１に符号Ａで示す最小から符号Ｂで示す最大となり、再び符号Ａで示す最小となる。
なお、セルＣの容積Ｖは、開口面積Ｓと両ロータ１０，２０の歯幅ｌとの積で得られる。
【００１６】
このセルＣの容積はインナーロータ２０の回転角度位置θの変化により変化するので、セルＣの容積をインナーロータ２０の回転角度位置θで微分すると、インナーロータ２０の回転によりセルＣを出入りする流体の流量が得られる。セルＣの容積変化によりセルＣを出入りする流体の流速は、流量をセルＣの開口面積Ｓで除することにより得られる。さらにこの流速変化を両ロータ１０，２０の歯幅ｌで除した値、すなわち単位歯幅当たりの流速変化γとインナーロータ２０の回転角度位置θとの関係を図２に示す。
【００１７】
なお、単位歯幅当たりの流速変化γは、
γ＝ｄＶ／ｄθ／Ｓ／ｌ［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］
で算出される。図２では、図１に符号Ｂで示すセル容積Ｖが最大となるインナーロータ２０の回転角度位置をθ＝０°として、セルＣの拡大過程における吸入流体の流速変化を正、縮小過程における吐出流体の流速変化を負の値として示した。
【００１８】
この図２に示すように、内接型オイルポンプにおいて吸入・吐出される流体の流速は、セルＣが吸入過程から吐出過程となる前後に最大値となる。本実施形態では、単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘが従来よりも小さく、０．０２１４［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］となるようにしている。
【００１９】
ここで、単位歯幅当たりの流速変化γの最大値γｍａｘと脈動特性および騒音特性との関係について、図３に示す。
この図３に示すように、流速変化γの最大値γｍａｘが０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］を越えると脈動特性が急激に上昇し、騒音特性も上昇する。一方、最大値γｍａｘが０．０２００［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］を下回ると吸入・吐出量が極度に減少してしまうため、ポンプとして実用的でなくなる。
本実施形態では、流速変化γの最大値γｍａｘを、０．０２００≦γｍａｘ≦０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］を満たす０．０２１４［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］と設定することにより、脈動および騒音が小さく抑えられ、実用的な吐出量が得られている。
【００２０】
また、このオイルポンプロータは単位歯幅当たりの流速変化γが平均化され、最大値γｍａｘが小さいので、従来よりも高回転で駆動した場合、従来のロータを同様に高速回転させた場合と比較して流速が小さく抑えられる。したがって、高回転で駆動しても脈動やキャビテーションが小さく抑えられるため、結果として高回転域で使用可能となり、同一の容量のポンプでも大きな吐出量を得ることができる。
【００２１】
次に、本発明に係る内接型オイルポンプロータの第２実施形態について、図３および図４を参照して説明するが、前記第１実施形態と同一の部位には同一の符合を付し、この説明は省略する。
本実施形態は、図４に示すように、１１枚の内歯５０ａを有する厚さ（歯幅）ｌのアウターロータ５０と、１０枚の外歯６０ａを有する厚さ（歯幅）ｌのインナーロータ６０とが、前記第１実施形態と同様にして、それぞれの回転中心Ｏ１，Ｏ２を偏心させて配置された構成となっている。そして、インナーロータ６０の外歯６０ａはトロコイド曲線に基づいて形成されたトロコイド歯形をなし、アウターロータ５０の内歯５０ａは単一円の一部を形成する円弧形状をなしている。
【００２２】
ここで、図４に示すインナーロータ６０とアウターロータ５０との諸元値は、次の関係式を満たして構成されている。
ｄ２＋２ｅ＋ｔ１＝Ｄ１ …（１）
ｄ１＋２ｅ＋ｔ２＝Ｄ２ …（２）
Ｒ±ｔ３＝ＲＯ …（３）
（式中、ｄ１はインナーロータ６０の歯先円直径を、ｄ２はインナーロータ６０の歯底円直径を、Ｄ１はアウターロータ５０の歯先円直径を、Ｄ２はアウターロータ５０の歯底円直径を、ｅはインナーロータ６０とアウターロータ５０の偏心量を、ｔ１,ｔ２,ｔ３はインナーロータ６０とアウターロータ５０の嵌合クリアランス（通常は０〜１ｍｍの範囲）を、Ｒはインナーロータ６０の外歯６０ａの創成円（図示略）の半径を、ＲＯはアウターロータ５０の内歯５０ａの半径をそれぞれ示す。）
【００２３】
次に、具体的な数値について説明する。
インナーロータ６０の歯先円直径ｄ１は１８．１００ｍｍ、インナーロータ６０の歯底円直径ｄ２は１５．０８４ｍｍ、アウターロータ５０の歯先円直径Ｄ１は１６．６３２ｍｍ、アウターロータ５０の歯底円直径Ｄ２は２０．０００ｍｍ、インナーロータ６０とアウターロータ５０の偏心量ｅは０．７５４ｍｍ、アウターロータ５０の内歯５０ａの半径ＲＯ,およびインナーロータ６０の外歯６０ａの創成円の半径Ｒは１．００ｍｍ、アウターロータ５０の外径Ｄ３は２５．０００ｍｍとされている。
そして、インナーロータ６０の外歯６０ａの数をＺとした場合、本実施形態では、Ｒ・Ｚ／（π・（ｄ１＋ｄ２）／２）が０．１９となっており、この場合、前記従来技術で示した特許文献１で開示されている範囲（０．２以上０．３以下）外に設定されることになる。しかしながら、本実施形態では、インナーロータ６０およびアウターロータ５０の各部の寸法を前記数値に設定することにより、単位歯幅あたりの流速変化γの最大値γｍａｘは０．０２３６［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］となり、前記実施形態において図３で説明したように、０．０２００≦γｍａｘ≦０．０２５０［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］を満たすので、前記実施形態と同様の作用効果を有することができる。
【００２４】
ここで、流速変化の最大値γｍａｘとロータの回転速度との関係について、図５を参照して説明する。ロータの回転速度は、オイルポンプの所要吐出量に応じて決定されるが、上限を超えた高回転域では適切なポンプ性能を得ることができないため、限界回転数Ｎｍａｘを越えない範囲とする必要がある。
【００２５】
ロータの限界回転数Ｎｍａｘは、各ポートを出入りする流体の許容ポート内流速をＵｍａｘ［ｍｍ／ｓｅｃ．］、単位歯幅当たりの流速変化をγ［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］、ロータの歯幅をｌ［ｍｍ］として、
Ｎｍａｘ＝Ｕｍａｘ／（γ・ｌ）×６０ｍｉｎ／３６０°［ｒｐｍ］
で算出される。
【００２６】
許容ポート内流速Ｕｍａｘは、通常１００００〜７５００［ｍｍ／ｓｅｃ．］の範囲であって、流速変化の最大値γｍａｘが小さいほど大きく設定できることが経験的にわかっており、たとえば
γｍａｘ＝０．０２１のとき、Ｕｍａｘ＝９５００［ｍｍ／ｓｅｃ．］
γｍａｘ＝０．０３３のとき、Ｕｍａｘ＝８１００［ｍｍ／ｓｅｃ．］
程度に設定される。
【００２７】
流速変化の最大値γｍａｘと、上述のように設定されるロータの限界回転数Ｎｍａｘとの関係を図４に示す。この図に示すように、従来はγｍａｘが０．０２５［ｍｍ／°ｄｅｇｒｅｅ／ｍｍ］よりも大きいために、Ｎｍａｘは最大でも８０００［ｒｐｍ］程度に設定しなければならなかった。
一方、０．０２０≦γｍａｘ≦０．０２５とした本発明では、Ｎｍａｘを９０００［ｒｐｍ］以上にすることができ、従来不可能とされていた１２０００［ｒｐｍ］の高回転域での使用も可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態による内接型オイルポンプロータを示す図である。
【図２】流速変化とインナーロータの回転角度位置との関係における、本発明の第１実施形態による内接型オイルポンプロータと従来の内接型オイルポンプロータとの比較を示す図である。
【図３】内接型オイルポンプロータにおける流速変化の最大値と、脈動特性および騒音特性との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態による内接型オイルポンプロータを示す図である。
【図５】流速変化の最大値とロータの限界回転数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０,５０  アウターロータ
２０,６０  インナーロータ
３０  ケーシング
３１  吸入ポート
３２  吐出ポート
ｌ  厚さ（歯幅）
Ｃ  セル
Ｓ  セルの開口面積（軸方向の投影面積）
Ｖ  セルの容積
【図１】
2004183650.tif 000003
【図２】
2004183650.tif 000004
【図３】
2004183650.tif 000005
【図４】
2004183650.tif 000006
【図５】
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