JP2000104676A - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変容量型ベーンポンプにおいて、駆動負荷
が高まるのに伴ってポンプ吐出流量を増やす制御機構を
提供する。 【解決手段】 ポンプ吐出通路１１に介装される流量検
出オリフィス６２と、流量検出オリフィス６２の前後差
圧が上昇するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるよ
うにカムリングの駆動圧を調節するスプール８０と、ポ
ンプ吐出圧が上昇するのに伴って流量検出オリフィス６
２の開口面積を大きくする負荷感応弁５３とを備えるも
のとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両のパワ
ーステアリング装置等に用いられる可変容量型ベーンポ
ンプの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の可変容量型ベーンポンプ
として、例えば特開平８−２００２３９号公報に開示さ
れているものは、各ベーンを取り囲むカムリングをロー
タ軸芯に対して偏心させることにより、ポンプ吐出流量
を増やすようになっている。こうしてベーンポンプから
タンクへ戻される作動油の流量が減らされることによ
り、無駄なエネルギ消費を少なくしている。

【０００３】このベーンポンプは、ポンプ吐出流量を調
節する制御機構として、ポンプ吐出通路に流量検出オリ
フィスを介装し、流量検出オリフィスの前後差圧に応じ
て変位するスプールを備え、スプールによってカムリン
グに導かれる駆動圧を制御するようになっている。

【０００４】この流量検出オリフィスは、カムリングが
摺接するポンプ室の側壁部に開口しており、カムリング
がポンプ吐出流量を減少させる側に変位するのに伴って
流量検出オリフィスの開口面積を減らすようになってい
る。これにより、ポンプ回転速度の上昇に伴ってポンプ
吐出流量が次第に減少し、例えばパワーステアリング装
置の油圧アシスト力が適正に調節される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パワーステアリング装
置は、車両のハンドルが切られている駆動負荷が高いと
きにベーンポンプから多くの作動油流量を供給する必要
があるが、ハンドルが切られていない駆動負荷が低いと
きあるいはハンドルが切られても駆動負荷が小さいとき
にはベーンポンプから多くの作動油流量を供給する必要
がない。

【０００６】しかしながら、上記従来装置にあっては駆
動負荷に応じたポンプ吐出流量の制御を行っていないた
め、駆動負荷が高いときにポンプ吐出流量が十分に得ら
れるように設定すると、駆動負荷が低いときにポンプ吐
出流量が過大になり、無駄なエネルギ消費が増えるとい
う問題点があった。

【０００７】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、可変容量型ベーンポンプにおいて、駆動負荷
が高まるのに伴ってポンプ吐出流量を増やす制御機構を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、回転する
ロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、各ベー
ンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリン
グと、ポンプ室から吐出される作動流体を導くポンプ吐
出通路と、ポンプ吐出通路に介装される流量検出オリフ
ィスと、流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに
伴ってポンプ吐出流量を減少させるようにカムリングを
移動させる可変容量機構と、ポンプ吐出圧が上昇するの
に伴って流量検出オリフィスの開口面積を大きくする負
荷感応弁とを備えるものとした。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において、負荷
感応弁は流量検出オリフィスが開口するバルブ孔と、バ
ルブ孔に摺動可能に嵌合するピストンと、ピストンをポ
ンプ吐出圧に対抗して流量検出オリフィスの開口面積を
減らす方向に付勢する負荷感応スプリングを備えるもの
とした。

【００１０】第３の発明は、第２の発明において、流量
検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴ってポンプ
吐出流量を減少させるように可変用量機構に導かれる駆
動圧を調節するスプールを備え、スプールをバルブ孔に
ピストンと並んで摺動可能に嵌合させ、負荷感応スプリ
ングをピストンとスプールの間に介装するものとした。

【００１１】第４の発明は、第３の発明において、スプ
ールに開口してカムリングの駆動圧を導くカム位置検出
穴と、カムリングに追従してカム位置検出穴の開口面積
を変えるフィードバックピンとを備えるものとした。

【００１２】

【発明の作用および効果】第１の発明において、ポンプ
吐出流量が増えるのに伴って流量検出オリフィスの前後
差圧が高まり、この前後差圧に応じてカムリングがロー
タ軸芯に対して偏心することによりポンプ吐出流量が制
御される。

【００１３】ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って負荷感
応弁が流量検出オリフィスの開口面積を相対的に大きく
することにより、流量検出オリフィスの前後差圧が低下
する。この前後差圧の低下に応動して可変容量機構がカ
ムリングをポンプ吐出流量を増やす方向に移動する。

【００１４】このようにしてポンプ吐出圧が高まるのに
伴ってポンプ吐出流量を増やすことにより、例えばパワ
ーステアリング装置のアシスト力を十分に確保できる。
ポンプ吐出圧が低い運転時にポンプ吐出流量を低下させ
ることにより、無駄なエネルギ消費を少なくする。

【００１５】第２の発明において、ポンプ吐出圧が上昇
するのに伴ってピストンが負荷感応スプリングを圧縮し
ながら変位して流量検出オリフィスの開口面積を大きく
することにより、流量検出オリフィスの前後差圧が小さ
くなる。この前後差圧に応じてスプールがカム位置検出
穴の開口面積を増減することによりカムリングの駆動圧
を調節して、カムリングをポンプ吐出流量を増やす方向
に移動する。

【００１６】第３の発明において、ポンプ回転速度が上
昇するのに伴って、スプールがピストンを介して流量検
出オリフイスの開口面積を小さくし、ポンプ回転速度の
上昇に伴ってポンプ吐出流量が次第に減少する。これに
より、例えば車両の高速走行時にパワーステアリング装
置のアシスト力が過大にならないように調節できる。

【００１７】第４の発明において、流量検出オリフィス
の前後差圧に応じてスプールが変位することより、カム
位置検出穴の開口面積がフィードバックピンを介して増
減し、カムリングの駆動圧が調節される。この駆動圧に
応じてカムリングがロータ軸芯に対して偏心することに
よりポンプ吐出流量が制御される。

【００１８】カムリングに追従するフィードバックピン
がカム位置検出穴の開口面積を変化させることにより、
スプールに働く圧力バランスとカムリングの位置に対応
してカムリングの駆動圧が調節される。これにより、カ
ムリングに作用する摩擦力や内部洩れあるいはポンプ吐
出圧力等の運転条件が変化しても、カムリングの位置が
ずれることなく、所期のポンプ吐出流量特性が得られ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、図２に本発明が適用可能な
ベーンポンプの一例を示す。このベーンポンプ１は車両
に搭載されるパワーステアリング装置の油圧源として設
けられる。

【００２０】ベーンポンプ１は、ケーシング６０に回転
可能に収装されるロータ５０と、ロータ５０から摺動可
能に突出する複数のベーン２４と、各ベーン２４を取り
囲むカムリング７０とを主体として構成される。各ベー
ン２４は回転するロータ５０に対しその放射方向に出入
りしながらそれぞれの外周端部をカムリング７０の内周
面に摺接させてポンプ室を拡縮する。

【００２１】ロータ５０はエンジンからの回転が図示し
ないプーリおよびベルト等を介して伝達され、図に矢印
で示すように左回り方向に回転する。ロータ５０の回転
に伴って各ベーン２４間で拡がるポンプ室には吸込ポー
ト４１から作動油が吸込まれ、各ベーン２４間で収縮す
るポンプ室から作動油が吐出ポート４２に吐出される。
吸込ポート４１は吸込通路１０を介してタンク６に連通
し、吐出ポート４２はポンプ吐出通路１１を介して図示
しないパワーステアリング装置の油圧シリンダに連通さ
れる。

【００２２】カムリング７０の内周カム面はその断面が
略円形に形成され、ロータ軸芯に対するカムリング中心
の偏心量が大きくなるほどポンプ押しのけ容積が増大
し、ポンプ吐出流量が増える。カムリング中心がロータ
軸芯上にあるとポンプ吐出流量が零となる。

【００２３】ポンプ吐出流量を変化させる可変容量機構
として、カムリング７０はケーシング６０に支持ピン７
１を介して回動可能に支持される。そして、カムリング
７０を図において左側に付勢するカムスプリング２６が
設けられる。カムスプリング２６の付勢力によりカムリ
ング７０が最も左側に移動した状態で、ポンプ吐出流量
は最大となる。

【００２４】カムリング７０をカムスプリング２６に抗
して回動させるため、ケーシング６０にはカムリング７
０を挟むように第一カム圧力室７と第二カム圧力室８が
画成される。第一カム圧力室７の圧力が第二カム圧力室
８に対して高まるのに伴って、カムリング７０はカムス
プリング２６に抗して図において右側に移動し、ポンプ
吐出流量が次第に減少する。ケーシング６０にはカムリ
ング７０の外周面に摺接するシール材２２が介装され、
第一カム圧力室７と第二カム圧力室８をそれぞれ密封し
ている。

【００２５】第一カム圧力室７は吐出圧導入通路１２を
介して吐出ポート４２に連通し、吐出圧導入通路１２の
途中にダンピングオリフィス１１２が設けられる。

【００２６】第二カム圧力室８は吐出圧導入通路１３を
介して吐出ポート４２に連通するとともに、戻し通路１
５を介してタンク６に連通する。吐出圧導入通路１３の
途中にダンピングオリフィス１１３が設けられ、戻し通
路１５の途中にダンピングオリフィス１１５が設けられ
る。

【００２７】カムリング７０の駆動圧を制御する弁手段
として、スプール８０が設けられる。スプール８０はケ
ーシング６０に形成されたバルブ孔６５に摺動可能に嵌
合される。スプール８０を左方向に付勢するバルブスプ
リング８９が介装される。

【００２８】バルブ孔６５とスプール８０の左側端部の
間に第一スプール圧力室１７が画成される。第一スプー
ル圧力室１７は通路１９を介して吐出ポート４２に連通
し、通路１９の途中にダンピングオリフィス１１９が介
装される。

【００２９】バルブ孔６５とスプール８０の右側端部の
間に第二スプール圧力室１８が画成される。第二スプー
ル圧力室１８はポンプ吐出通路１１の途中に介装され
る。ポンプ吐出通路１１の第二スプール圧力室１８の上
流側には流量検出オリフィス６２が介装され、ポンプ吐
出通路１１における流量検出オリフィス６２の前後差圧
がスプール８０の両端部に作用する。これにより、ポン
プ吐出通路１１の作動油流量が増加するのにしたがって
流量検出オリフィス６２の前後差圧が高まり、スプール
８０がバルブスプリング８９に抗して右方向に移動す
る。

【００３０】流量検出オリフィス６２はケーシング６０
のバルブ孔６５に面して開口され、ポンプ回転速度が高
まるのに伴ってスプール８０がポンプ吐出流量を減少さ
せる右側に移動すると後述するピストン５４を介して流
量検出オリフィス６２の開口面積が次第に小さくなる。

【００３１】そして本発明の要旨とするところである
が、図１に示すように、ポンプ吐出圧（駆動負荷）が上
昇するのに伴って流量検出オリフィス６２を拡大する負
荷感応弁５３が設けられる。

【００３２】負荷感応弁５３は、バルブ孔６５に摺動可
能に嵌合されるピストン５４と、ピストン５４を流量検
出オリフィス６２の開口面積を減らす右方向に付勢する
負荷感応スプリング５６を主体として構成される。

【００３３】円盤状に形成されたピストン５４は、その
外周面がバルブ孔６５に摺動可能に嵌合される。スプー
ル８０の端面から突出する中心軸８５が形成され、中心
軸８５にピストン５４の中心部に形成された穴が摺動可
能に嵌合される。

【００３４】スプール８０の端面とピストン５４の間に
波板状の負荷感応スプリング５６が介装され、ピストン
５４は負荷感応スプリング５６とコイル状のバルブスプ
リング８９の間に挟まれる。

【００３５】ピストン５４によってバルブ孔６５内が前
記第二スプール圧力室１８と背圧室５５に仕切られる。
第二圧力室１８は前述したようにポンプ吐出通路１１を
画成する一方、背圧室５５はスプール８０に形成された
通孔８６と環状溝８３等で構成される戻り通路１５を介
してタンク６に連通する。

【００３６】スプール８０にはカムリング７０の駆動圧
を調節するカム位置検出穴８１が形成される。カム位置
検出穴８１は戻し通路１５の途中に介装され、カム位置
検出穴８１の開口面積が大きくなるのに伴って第二カム
圧力室８の圧力が逃がされ、カムリング７０が右方向に
回動し、ポンプ吐出流量が減少する。

【００３７】カムリング７０に追従してカム位置検出穴
８１の開口面積を変化させるフィードバックピン９０が
設けられる。フィードバックピン９０はスプール８０の
ピン孔８２に摺動可能に嵌合し、スプリング９１の付勢
力によりその一端がカムリング７０の外周面に押し付け
られる。

【００３８】スプール８０の外周には環状溝８３が形成
され、カム位置検出穴８１は環状溝８３とピン孔８２を
連通している。フィードバックピン９０を貫通する通孔
９２が形成され、この通孔９２とピン孔８２とカム位置
検出穴８１および環状溝８３等により戻し通路１５が画
成される。

【００３９】第二カム圧力室８の圧力が所定値を超えて
上昇するとこの圧力を逃がすリリーフバルブ３０が設け
られる。リリーフバルブ３０は、第二カム圧力室８と戻
し通路１５を連通するリリーフポート３１と、リリーフ
ポート３１を開閉するボール３２と、ボール３２を閉方
向に付勢するリリーフスプリング３３とによって構成さ
れる。

【００４０】以上のように構成される本発明の実施の形
態につき、次に作用を説明する。

【００４１】ベーンポンプ１の停止状態からポンプ回転
速度が所定値まで上昇するまでの間、スプール８０はバ
ルブスプリング８９の付勢力によりカム位置検出穴８１
を遮断するポジションに保持される。これにより、カム
リング７０は最大偏心位置に保持され、図３に実線で示
すように、ロータ５０の回転速度が上昇するのに伴って
ポンプ吐出通路１１を流れる作動油量が増加するので、
車両の低速走行時からポンプ吐出圧が十分に上昇し、パ
ワーステアリング装置に必要な油圧アシスト力を確保で
きる。

【００４２】ポンプ回転速度が上昇して流量検出オリフ
ィス６２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、バル
ブスプリング８９の付勢力に抗してスプール８０が図２
において右方向に移動してカム位置検出穴８１を開いて
戻し通路１５を開通させるポジションに保持され、流量
検出オリフィス６２の前後差圧とバルブスプリング８９
の付勢力がバランスする位置でカム位置検出穴８１の開
口面積を増減する。これにより、カムリング７０の位置
を自動的に調節して、ポンプ吐出流量を制御するととも
に、ベーンポンプ１からタンク６へ戻される作動油の流
量を少なくして無駄なエネルギ消費を少なくする。

【００４３】流量検出オリフィス６２の前後差圧が上昇
すると、スプール８０がカム位置検出穴８１の開口面積
を大きくする右方向に変位し、第二カム圧力室８の圧力
（駆動圧）が低下してカムリング７０がポンプ吐出流量
を減らす右方向に移動する。このとき、第二カム圧力室
８の圧力が下がり過ぎると、カムリング７０が右方向に
回動し、フィードバックピン９０が右方向に押されてカ
ム位置検出穴８１の開口面積を減らす。これにより、第
二カム圧力室８の圧力が回復し、カムリング７０を適正
な位置へと押し戻す。

【００４４】このようにしてカムリング７０に追従する
フィードバックピン９０の端部によってカム位置検出穴
８１の開口面積がフィードバック制御されるため、スプ
ール８０に働く圧力バランスとカムリング７０の位置に
対応してカムリング７０の駆動圧が調節され、常にカム
位置検出穴８１の開口面積に対応したポンプ吐出流量特
性が得られる。したがって、カムリング７０に作用する
摩擦力や内部洩れあるいはポンプ吐出圧力等の運転条件
が変化しても、カムリング７０の位置がずれることがな
く、所期のポンプ吐出流量特性が得られる。

【００４５】なお、スプール８０が右方向に変位してカ
ム位置検出穴８１の面積を拡大する際、戻し通路１５に
介装されたダンピングオリフィス１１５がカム位置検出
穴８１を通って流出する作動油の流れに抵抗を付与する
ことにより、カムリング７０がスプール８０の変位に追
随して右方向に移動し過ぎることが抑えられ、カムリン
グ７０の位置制御が安定化する。

【００４６】第一スプール圧力室１７から出入りする作
動油にダンピングオリフィス１１９が抵抗を付与するこ
とにより、カムリング７０に働く加振力によりスプール
８０が変位しようとすると、第一スプール圧力室１７と
第二スプール圧力室１８の圧力が急上昇して、スプール
８０およびカムリング７０の振動が抑えられ、ベーンポ
ンプ１から振動や騒音等の発生を防止できる。

【００４７】ポンプ回転速度が所定値を超えてさらに上
昇すると、スプール８０がピストン５４を介して流量検
出オリフイス６２の開口面積を小さくし、ポンプ回転速
度の上昇に伴ってポンプ吐出流量が次第に減少する。こ
れにより、要求アシスト力が減少する車両の高速走行時
にポンプ吐出量が過剰になることを防止できる。

【００４８】車両のハンドルが切られているパワーステ
アリング装置の駆動負荷が高いときにベーンポンプから
多くの作動油流量を供給する必要があるが、ハンドルが
切られていない駆動負荷が低いときあるいはハンドルが
切られているが駆動負荷が小さいときにはベーンポンプ
１から多くの作動油流量を供給する必要がない。

【００４９】パワーステアリング装置の駆動負荷に高ま
ると、これに応じてベーンポンプ１のポンプ吐出圧が上
昇する。そこで、ポンプ吐出圧が高まるのに応じて負荷
感応弁５３を介してポンプ吐出流量を増やす制御を行
う。これについて詳述すると、ピストン５４はその左側
の端面に背圧室５５に導かれるタンク圧（大気圧）を受
け、その右側の端面に第二スプール圧力室１８に導かれ
るポンプ吐出圧を受けているため、ポンプ吐出圧が上昇
するのに伴って負荷感応スプリング５６を圧縮しながら
左側に移動して流量検出オリフィス６２の開口面積を拡
大する。流量検出オリフィス６２の開口面積を相対的に
拡大することにより、流量検出オリフィス６２を流れる
ポンプ吐出流量が増えると同時に、流量検出オリフィス
６２の前後差圧が小さくなり、スプール８０が左方向に
変位する。これにより、カム位置検出穴８１の開口面積
が小さくなり、第二カム圧力室８の圧力が上昇してカム
リング７０が左方向に移動し、ポンプ吐出流量がさらに
増加する。

【００５０】このようにしてポンプ吐出圧が高い運転時
は、図３に実線で示すように、ポンプ吐出流量が上昇
し、パワーステアリング装置に発生するアシスト力を十
分に確保できる。ポンプ吐出圧が低下するのに伴って、
例えば図３に破線で示すように、ポンプ吐出流量が相対
的に低下し、無駄なエネルギ消費を少なくする。

【００５１】ポンプ吐出圧が所定値を超えてさらに上昇
すると、リリーフバルブ３０が開弁して第二カム圧力室
８の圧力を逃がすことにより、カムリング７０が図２に
おいて右方向に回動し、ポンプ吐出圧の上昇が抑えられ
る。リリーフバルブがポンプ吐出通路に接続される従来
の構造に比べて、第二カム圧力室８に接続されるリリー
フバルブ３０は、これを流れる作動油量が小さいため、
弁機構の構造を簡素化して、コンパクト化がはかれる。

【００５２】なお、この実施の形態ではスプール８０の
カム位置検出穴８５によって第二カム圧力室８に導かれ
る駆動圧を調節しているが、第一カム圧力室７に導かれ
る駆動圧を調節するようにしてもよい。

【００５３】また、本発明の負荷感応弁は、ベーンポン
プに限らず、他の可変容量型ポンプ、例えばピストンポ
ンプ等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すベーンポンプの断面
図。

【図２】同じくスプール等の断面図。

【図３】同じくポンプ回転速度とポンプ吐出流量の関係
を示す特性図。

【符号の説明】

１ ベーンポンプ ７ 第一カム圧力室 ８ 第二カム圧力室 １１ ポンプ吐出通路 １３ 吐出圧導入通路 １７ 第一スプール圧力室 １８ 第二スプール圧力室 １５ 戻し通路 ２４ ベーン ２６ カムスプリング ３０ リリーフバルブ ５０ ロータ ５３ 負荷感応弁 ５４ ピストン ５５ 背圧室 ５６ 負荷感応スプリング ６０ ケーシング ６５ バルブ孔 ７０ カムリング ８０ スプール ８９ バルブスプリング ９１ スプリング ８１ カム位置検出穴 ９０ フィードバックピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 淳 東京都港区浜松町二丁目４番１号 世界貿 易センタービル カヤバ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H044 AA02 BB05 CC11 CC19 CC27 CC28 DD10 DD35 DD38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転するロータから摺動可能に突出する複
   数のベーンと、 前記各ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成す
   るカムリングと、 前記ポンプ室から吐出される作動流体を導くポンプ吐出
   通路と、 前記ポンプ吐出通路に介装される流量検出オリフィス
   と、 前記流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴っ
   てポンプ吐出流量を減少させるように前記カムリングを
   移動させる可変容量機構と、 ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って流量検出オリフィス
   の開口面積を大きくする負荷感応弁と、 を備えたことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 【請求項２】前記負荷感応弁は前記流量検出オリフィス
   が開口するバルブ孔と、 前記バルブ孔に摺動可能に嵌合するピストンと、 前記ピストンをポンプ吐出圧に対抗して前記流量検出オ
   リフィスの開口面積を減らす方向に付勢する負荷感応ス
   プリングを備えたことを特徴とする請求項１に記載の可
   変容量型ベーンポンプ。
3. 【請求項３】前記流量検出オリフィスの前後差圧が上昇
   するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるように前記
   可変用量機構に導かれる駆動圧を調節するスプールを備
   え、 前記スプールを前記バルブ孔に前記ピストンと並んで摺
   動可能に嵌合させ、 前記負荷感応スプリングを前記ピストンと前記スプール
   の間に介装したことを特徴とする請求項２に記載の可変
   容量型ベーンポンプ。
4. 【請求項４】前記スプールに開口して前記カムリングの
   駆動圧を導くカム位置検出穴と、 前記カムリングに追従して前記カム位置検出穴の開口面
   積を変えるフィードバックピンと、 を備えたことを特徴とする請求項３に記載の可変容量型
   ベーンポンプ。