JP5364068B2 - 歯車ポンプ - Google Patents

Description

本発明は高速回転時における吐出量を抑制することが出来る歯車ポンプに関するものである。

一般に流体を送り出す為にポンプが用いられ、該ポンプは外部から機械的エネルギーを与えて、それを流体の運動エネルギーに変換する装置である。そして、このポンプにも色々な型式が存在し、その用途に応じて使い分けられている。本発明が対象とする歯車ポンプは高速回転域での吐出量を制限する機構を設けたポンプである。

ところで、ベーンポンプやピストンポンプは可変容量ポンプの代表として多用されているが、上記ベーンポンプやピストンポンプは低圧及び低回転時には歯車ポンプの機械効率に劣る。一方の歯車ポンプは１回転当りの吐出量が一定であることから、回転数が高くなると必要以上の吐出量となり、その結果、損失が大きくなってしまう。すなわち、高回転域では使用しない吐出量が送り出されることになり、その為のエネルギーが消費されることから損失となる。すなわち、このような歯車ポンプを車両用自動変速機に使った場合にも不必要な吐出量が発生して動力損失を招いている。

図５は歯車ポンプを示す概略図であり、同図の（イ）はドライブギヤ、（ロ）はドリブンギヤを示し、駆動側となる内側の小さいドライブギヤ（イ）と被駆動側となる外側の大きなドリブンギヤ（ロ）は互いに噛み合って回転することが出来る。ドリブンギヤ（ロ）はケースに収容されて回転可能に軸支され、ドライブギヤ（イ）はその中心軸穴（ハ）に軸が嵌って該軸と共に回転することが出来る。

同図に示す歯車ポンプは、ドライブギヤ（イ）の歯数Ｚ_２＝９枚で、ドリブンギヤ（ロ）の歯数Ｚ_１＝１０枚となっている。従ってギヤ歯数差はＺ_１−Ｚ_２＝１となり、クレセントは無くドリブンギヤ（ロ）の内歯全てがドライブギヤ（イ）の外歯と噛み合っている。ところで、吸込口（ニ）は右側に位置し、吐出口（ホ）は左側に位置する場合、ドライブギヤ（イ）が右方向（時計方向）に回転するならば、吸込口（ニ）から流体が吸込まれて左側の吐出口（ホ）から吐き出される。

同図に示す歯車ポンプでは、ドライブギヤ（イ）が回転する場合、吸込口（ニ）から吐出口（ホ）の間に形成されるドリブンギヤ（ロ）との歯形空間が拡大することから、流体は吸込口（ニ）から吸込まれる。そして、ドライブギヤ（イ）の回転に伴って再び歯形空間が縮小される吐出口（ホ）から吐き出される。従って、歯車ポンプではドライブギヤ（イ）の回転に伴って流体が吐き出されることから、回転数が高くなると吐出量は必然的に増大する。

図６は車両用自動変速機に内蔵されている歯車ポンプ（ヘ）を示している概略図であるが、該歯車ポンプ（ヘ）はトルクコンバータ（ト）とトランスミッション内に収容された変速機構（チ）の間に取付けられている。トルクコンバータ（ト）はポンプインペラとタービンランナ及びロックアップダンパ装置を備えた流体継手であり、エンジンのトルクを入力軸を通して変速機構（チ）へ伝達している。

その為に、トルクコンバータ（ト）内には作動油が充填され、この作動油はオイルパンに溜められ、歯車ポンプ（ヘ）によって循環される。又、変速機構（チ）内に供給されている作動油も同じく歯車ポンプ（ヘ）にて循環している。ところで、ポンプインペラ内径部にありオイルポンプ駆動軸となるスリーブ（リ）は歯車ポンプ（ヘ）のドライブギヤ（イ）の軸穴（ハ）に嵌っている。従って、ポンプインペラが回転すると上記ドライブギヤ（イ）が回転し、ポンプインペラの回転速度が高くなると必然的に歯車ポンプ（ヘ）は高回転となる。その結果、歯車ポンプ（ヘ）から送り出される作動油の吐出量は増大する。

しかし、トルクコンバータ（ト）及び変速機構（チ）内に必要とされる作動油の量は、所定の領域からは回転速度の増減に比例しない。図７は歯車ポンプの回転数と吐出量の関係を示すグラフであり、吐出量は回転数に比例するが、その為に斜線で示す領域は不要な吐出量となり、多くの作動油を吐き出して供給することは無駄となる。多くの作動油を吐き出す為には大きなエネルギーが必要となり、結果としてエンジンからの動力伝達効率の低下を招くことになる。

実開平１−８３１９４号に係る「エンジンのオイルポンプ」は、ポンプボディ内に回転自在に組み込まれたアウターローターとエンジンの動力で駆動されるシャフトに固設されたインナーローターとを偏心して噛み合わせ、このインナーローターとアウターローターとの回転によりオイルをポンプボディに開口した吸入ポートからアウターローター内に吸入して吐出ポートへ吐出するようにしたものであり、ポンプボディ内にオイル吐出圧力に応じて回転方向へ移動するオイル吐出量可変部材を設けている。

例えば、オイル吐出量可変部材（タイミングローター）は、オイル吐出圧力の上昇によってアウターローターとは反対方向に移動して吐出ポートの開口タイミングを早めると共に吸入ポートへオイルを逆流させるようにしている。すなわち、一旦、オイルの吐出状態を油圧（吐出圧力）に変換してから可変装置を作動させる為に、回転数の変化と吐出圧力上昇のタイミングにズレが発生して正しい制御が出来ない。

特開２００５−１４００２２号に係る「エンジンの油供給装置」は、エンジンの高速回転時においても、作動オイル被送給部に送給する必要油量を確実に確保できる油供給装置である。
そこで、 吸込ポートと第１吐出ポートと第２吐出ポートとを備えたポンプ本体と、送給油路と、第１油路と、第２油路と、送給油路への作動オイルの油圧に応答して作動する弁体を備えた油圧制御バルブからの作動オイルを吸込ポートに返送する帰還油路とを備え、さらに、弁体が、作動オイル収容部を第１弁室と第２弁室とに分割し、送給油路への作動オイルの油圧が所定域のときに、第２吐出ポートからの作動オイルを第１弁室経由で送給油路に送給し、送給油路への作動オイルの油圧が所定域よりも大きいときに、第２吐出ポートからの作動オイルを第２弁室経由で送給油路に送給することが出来る。

このエンジンの油供給装置は吐出ポートを２つ備え、送給油路への作動オイルの油圧に応答して作動する弁体を備えた油圧制御バルブを有し、該油圧制御バルブを切り替えて作動オイルを吸込ポートに返送するようにしている。従って、該エンジンの油供給装置はその構造が非常に複雑化し、しかも回転数の変化と送給油路への圧力上昇のタイミングにズレが発生して正しい制御が出来ない。
実開平１−８３１９４号に係る「エンジンのオイルポンプ」 特開２００５−１４００２２号に係る「エンジンの油供給装置」

このように、従来の歯車ポンプには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、ドライブギヤの回転速度が上っても吐出量が多くならないように構成し、しかも構造が簡単な歯車ポンプを提供する。

本発明に係る歯車ポンプは、ドライブギヤとドリブンギヤが互いに噛み合い、ドライブギヤの回転と共にドリブンギヤが回転して流体を吸込み・吐出すことが出来るようにしたものであり、基本構造は前記図５に示す従来の歯車ポンプと共通している。そして、本発明の歯車ポンプではドライブギヤの側面に円盤を取付けていて、該円盤はドライブギヤと共に回転する。

そして、円盤にはドライブギヤの歯数と同数の穴を形成し、該穴はドライブギヤの谷と同位相に配置されている。円盤はドライブギヤの軸に取付けられているが、トルクリミッタが間に介在し、ある回転速度を超えると円盤とドライブギヤとの接続が遮断されて該円盤の位相にズレが発生する。歯車ポンプへの流体の吸込み又は吐出は円盤の穴を通して行なわれるが、位相がズレることで穴の通過面積が縮小すると共に穴を介して吸込口と吐出口とが連通する。ここで、円盤を接続するトルクリミッタの具体的な構造は限定しない。そして円盤はドライブギヤの片面側又は両面側に取付けられる。

本発明の歯車ポンプにはドライブギヤの少なくとも片面側に円盤が取付けられ、
該円盤に設けた穴から流体が吸込まれ、又は吐出される。しかし、歯車ポンプの回転速度が高くなると、リミッタ部材の遠心力増大と円盤の引き摺りトルクの増大によってドライブギヤとの間に設けたトルクリミッタが作動して円盤の位相がズレて穴の位置が変化する。その結果、流体の吸込み量又は吐出量が減少する。

また、吸入口と吐出口が位相ズレした穴を介して互いに連通するタイミングが発生することで、ドライブギヤの回転に伴う送り出し圧力が低下し、その結果、吐出量は減少する。従って、歯車ポンプの回転速度の上昇に伴って流体の吐出量が比例して増大せず、吐出量が抑えられることでドライブギヤを回転駆動するに必要な動力は低減する。そして、本発明の歯車ポンプではドライブギヤの側面に円盤を取付けただけの簡単な構造でありながら吐出量の抑制効果が得られ、製作コストは安くなる。

（ａ）本発明に係る歯車ポンプを示す実施例であり、（ｂ）は正面側の円盤を取外した状態。 ドライブギヤに取付ける円盤の具体例。 ドライブギヤに取付けた円盤の位相がズレた場合。 車両の自動変速機に内蔵した本発明に係る歯車ポンプ。 従来の歯車ポンプ。 車両の自動変速機に内蔵した従来の歯車ポンプ。 歯車ポンプの回転数と吐出量の関係を示すグラフ。

図１（ａ）は本発明に係る歯車ポンプを示す実施例であり、図１（ｂ）は円盤を取外した状態を示している。同図の１はドライブギヤ、２はドリブンギヤ、３は円盤を表している。円盤３を外した（ｂ）は前記図５に示している歯車ポンプとその構造は同じであり、内側に配置されて駆動側と成るドライブギヤ１は小さくて、被駆動側となる外側のドリブンギヤ２は大きく、互いに噛み合って回転することが出来る。

そして、ドリブンギヤ２はケーシングに収容され、上記ドライブギヤ１と偏心した位置に配置されているケーシングの位置決め部材４に外周がガイドされて回転可能に軸支され、ドライブギヤ１はその中心に軸５を有し、該軸５には軸穴６が設けられている。そして、軸穴６に嵌る軸によってドライブギヤ１は回転することが出来る。

上記円盤３はドライブギヤ１の軸５に取付けられて該ドライブギヤ１と共に回転することが出来る。しかも一定以上のトルクが作用した場合には相対回転することが出来るトルクリミッタが取付けられている。図２は円盤３を単独で示す具体例であり、該円盤３は中心に軸穴７を有し、外周部には複数の穴８，８・・・が等間隔で貫通して設けられている。そして、穴８，８・・・の間は仕切り部２１，２１・・・と成っている。ここで、該穴８，８・・・の個数はドライブギヤ１の歯数と同一としている。ただし、穴８の形状並びに大きさは特に限定するものではない。

そして、軸穴７の内周面には小さい溝穴９，９・・・が半径方向へ延びている。この溝穴９に小さいコイルバネ１０が嵌り、先端にはボール１１が配置され、該ボール１１はドライブギヤ１の軸５に形成した溝１２に一部が嵌っている。ボール１１には溝穴９に嵌ったコイルバネ１０のバネ力が付勢され、ボール１１は軸５の溝１２に係合している為に、円盤３はドライブギヤ１と共に回転することが出来る。

しかし、ドライブギヤ１の回転速度が高くなると、溝穴９に嵌っているコイルバネ１０、及びボール１１に働く遠心力が大きくなり、ボール１１は軸５の溝１２から離れようとし、さらに円盤３の引き摺りトルクが増大してボール１１は溝１２から外れる。その結果、円盤３の位相がズレて穴８の位置が変化する。

円盤３は図１（ａ）に示すように、外周部に形成した穴８，８・・・がドライブギヤ１の谷１３，１３・・・に位置するように、そして仕切り部２１，２１・・・が山１７，１７・・・に位置するように配置され、この状態でドライブギヤ１と共に回転する。図１（ａ）において、点線で示している１４は吸込口、１５は吐出口を表し、ドライブギヤ１及び円盤３は矢印方向の時計回りに回転する。吸込口１４は回転と共にその吸込み面積が大きくなり、吐出口１５は回転と共にその吐出し面積は縮小している。

そこで、流体は吸込口１４から円盤３に設けた穴８，８・・・を通過し、そしてドライブギヤ１とドリブンギヤ２の歯形空間１６，１６・・・へ流入して閉じ込められ、吐出口１５側へ回転すると共に、歯形空間１６，１６・・・に閉じ込められた流体は該空間１６，１６・・・から円盤３の穴８，８・・・を通過して吐出口１５へ吐き出される。この状態では、該円盤３を取付けていない従来の歯車ポンプと同じである。

ところで、ドライブギヤ１の回転速度が高くなると円盤３は相対回転して円盤３に設けた穴８の位相は変化する。図３は円盤３の位相が変わった場合を示しているが、該円盤３の穴８，８・・・はドライブギヤ１の山１７，１７・・・の位置と成っている。従って、点線で示している吸込口１４から円盤３の穴８，８・・・を通過してドライブギヤ１とドリブンギヤ２の歯形空間１６，１６・・・に流れ込むことが出来る開口は小さくなる。

また、円盤３が相対回転して位相が変わることで、吸込口１４と吐出口１５は円盤３の穴８を介して連通することが出来る。例えば、吸込口１４から穴８ａを通過してドライブギヤ１とドリブンギヤ２の歯形空間１６ａに流体が流入し、この空間１６ａは隣りの穴８ｂに開口している空間１６ｂと連通している。
すなわち、空間１６ａと空間１６ｂは連続した同一空間である。そして、この空間１６ｂはドライブギヤ１の山とドリブンギヤ２の山が接していることで仕切られるが、円盤３の穴８ｂを流れて空間１６ｃへ流入する。すなわち、円盤３が存在しなければ互いに仕切られた空間となるが、該円盤３の穴８ｂによって互いに連通してしまう。

該空間１６ｃは空間１６ｄと連続した同一空間である。そして、空間１６ｄは吐出口１５と繋がっている為に、吸込口１４側の圧力と吐出口１５側の圧力が均衡して吐出量が抑制される。図１に示すように、穴８，８・・・がドライブギヤ１の谷１３，１３・・・に位置しているならば、ドライブギヤ１の山１７，１７・・・の位置に仕切り部２１，２１・・・が存在して穴８，８・・・を介して歯形空間１６，１６・・・が連通することはないが、図３のように位相ズレを起して穴８，８・・・が山１７，１７・・・に位置するならば、歯形空間１６，１６・・・は穴８，８・・・を介して連通してしまう。しかし、あくまでも回転により連通する状態と連通しない状態の繰り返しの為に、流体の吸込口側と吐出口側の圧力が均衡するだけで、マイナス圧となって流体が逆流することはない。

従って、ドライブギヤ１の回転速度が高くなっても、必要以上の流体を吐き出すことはない。結果的に、吐出量の増大に伴うエネルギーの消費が抑制され、自動変速機の動力伝達効率は向上する。ここで、円盤３の穴８の大きさ並びに形状は、該円盤３が相対回転して位相が変わり穴８がドライブギヤ１の山１７の位置にある時、吸込口１４側と吐出口１５側の境界でドライブギヤ１の山１７とドリブンギヤの山が接している状態にて、該穴８を介して両歯形空間が連通していればよい。

図４は車両の自動変速機に内蔵した歯車ポンプの取付け構造を示している概略図である。該歯車ポンプ１８はトルクコンバータ１９とトランスミッション内に収容された変速機構の間に取付けられている。ポンプインペラ内径部にありオイルポンプ駆動軸となるスリーブ２０は歯車ポンプ１８のドライブギヤ１の軸穴６に嵌っている。従って、ポンプインペラが回転すると上記ドライブギヤ１が回転し、ポンプインペラの回転速度が高くなると必然的に歯車ポンプ１８は高回転となる。

同図では円盤３は片面側にのみ取付けられているが、両面側に取付ける場合もある。図４のように歯車ポンプ１８に円盤３を取付けることで、円盤３の穴８，８・・・を介して吸込口１４側と吐出口１５側を連通するタイミングが作られ、ポンプインペラの回転速度の増大に伴って歯車ポンプ１８の回転速度は高くなるが、円盤３を取付けることで流体の吐出量を抑制する効果が得られ、エネルギー損失を抑えることが出来る。

１ ドライブギヤ
２ ドリブンギヤ
３ 円盤
４ 位置決め部材
５ 軸
６ 軸穴
７ 軸穴
８ 穴
９ 溝穴
10 コイルバネ
11 ボール
12 溝
13 谷
14 吸込口
15 吐出口
16 空間
17 山
18 歯車ポンプ
19 トルクコンバータ
20 スリーブ
21 仕切り部

Claims (3)

1. 外周に歯形を形成したドライブギヤと内周に歯形を形成したドリブンギヤが互いに噛み合って回転することで、吸込口から吸込んだ流体を吐出口から吐き出すことが出来る歯車ポンプにおいて、上記ドライブギヤの片面側又は両面側に円盤を同心を成して取付け、この円盤外周部にはドライブギヤの歯数と同じ個数の穴を貫通して設け、ドライブギヤの回転速度が高くなって一定領域を超えたならば相対回転して位相が変わるようにトルクリミッタを取付けた歯車ポンプ。
2. 上記円盤の穴は、該円盤が相対回転して位相が変わりドライブギヤの山の位置にある時、吸込口側と吐出口側の境界でドライブギヤの山とドリブンギヤの山が接している状態にて、該穴を介して両歯形空間が連通する大きさ並びに形状とした請求項１記載の歯車ポンプ。
3. 上記トルクリミッタは、円盤の軸穴内周から半径方向に溝穴を設け、この溝穴にコイルバネとボールを嵌め、該ボールはドライブギヤの軸に形成した溝にバネ力を付勢して係合した請求項１、又は請求項２記載の歯車ポンプ。
   
   
   
   

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