JP2005042674A - 可変容量形ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 制御バルブによる高圧室と低圧室との選択的な切り換え時における第１流体圧室に対する供給油圧の急激な変化を抑制してカムリングの振動を防止する。
【解決手段】 制御バルブは、メータリングオリフィスの上流側の高圧を導入する高圧室３３と、下流側の圧力を導入する圧力室と、前記高圧室と圧力室との間に形成されて低圧を導入する低圧室３６と、高圧室あるいは低圧室と前記一方の流体圧室とを連通する連通路３８とを備えている。制御バルブのスプール弁３１の弁体４２の外周面に、高圧室と低圧室を連通路内で連通させる微小な第１、第２切欠溝４３，４４を形成して、スプール弁が摺動して高圧室と低圧室とを選択的に切り換える際に、各切欠溝を介して両圧力室の圧力流体を連通路に導入して第１流体圧室での急激な圧力上昇を抑制した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば、車両のパワーステアリング装置の油圧供給源として用いられる可変容量形ポンプに関する。

この種の車両に用いられる可変容量形ポンプとしては、従来から種々提供されているが、その１つとして以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

この可変容量形ポンプは、ポンプハウジングの内部に揺動自在に設けられたカムリングの揺動方向の一方に、第１流体圧室が設けられ、他方に第２流体圧室が設けられており、この第２流体圧室側にカムリングを第１流体圧室側へ付勢するスプリングが設けられている。

前記カムリングの内部には、軸心が該カムリングの中心から偏心したベーンロータが回転自在に配置されている。このベーンロータは、外周部に放射状に形成された複数のスロット内にそれぞれベーンを前記カムリングの内周面に向かって出没自在に保持している。

また、前記カムリングと各ベーンとの間に形成されたポンプ室から吐出ポートに吐出された圧力流体を油圧機器に供給する吐出通路の途中には、メータリングオリフィスが設けられており、このメータリングオリフィスの前後差圧によって制御バルブのスプール弁をバルブ孔内で摺動させ、このスプール弁の摺動位置に応じて第１流体圧室内の流体圧を制御するようになっている。

すなわち、前記制御バルブは、スプール弁の一端側に形成されて、メータリングオリフィスの上流側の圧力流体を導入する高圧室と、スプール弁の他端側に形成性されてポンプ吸入側の圧力流体を導入する圧力室と、スプール弁の外周面ほぼ中央に形成された環状溝によって構成されて流体を貯留したタンク内の圧力流体を導入する低圧室とを備え、スプール弁の外周に形成された円柱状の弁体が、スプール弁体の圧力室側への摺動に伴って前記低圧室から高圧室に選択的に切り換えて、前記第１流体圧室に低圧室の流体から高圧室の流体を供給して内部圧力が制御されるようになっている。

一方、前記第２流体圧室は、前記制御バルブから遮断して常時吸入側からの圧力が導入されることになっている。

したがって、ポンプ低回転時には、前記メータリングオリフィスの前後差圧が小さいことから制御バルブが作動せずに、第１流体圧室には、前記タンク内の低圧流体（大気圧）が供給されている。このため、カムリングは、第２流体圧室内のスプリングのばね力によって第１流体圧室側に付勢されて、ベーンロータの中心から偏心している。これにより、前記ベーンとカムリングとの間に形成された第２流体圧室側のポンプ室の容積が拡大されることから、パワーステアリング装置には吐出ポートや吐出通路を介して十分な流量の圧力流体が供給される。

一方、ポンプ高回転になるにつれて、前記メータリングオリフィスの前後差圧が大きくなることから、制御バルブのスプール弁が圧力室側に作動し、これによって弁体が低圧室（タンク圧）から高圧室に切り換えながら移動する。このため、吐出ポートに吐出された高圧な圧力流体が第１流体圧室に供給されることにより、カムリングがスプリングのばね力に抗して第２流体圧室側に揺動して、前記ポンプ室の容積を小さく制御する。これによって、パワーステアリング装置には、所定流量の圧力流体が供給されて一定流量を確保するようになっている。

そして、ポンプ吐出流量を確保したい前記ポンプ低回転域では、前述のように第２流体圧室には、低圧室の流体圧が作用するだけであるから、該第２流体圧室からの圧力流体の外部への漏れが防止されて、ポンプ吐出流量を十分に確保することができるようになっている。
特開２００３−７４４７９号公報参照

しかしながら、前記従来の可変容量形ポンプにあっては、ポンプ低回転から高回転域に移行して、制御バルブのスプール弁が高圧室側から圧力室側へ摺動する際に、弁体が第１流体圧室に対して低圧室から高圧室への切り換え制御がオン、オフ的に切り換えるようになっている。つまり、第１流体圧室は、ポンプ低回転時の低圧室に連通していた状態から弁体の移動に伴って該低圧室から高圧室へ急激に切り換えられるようになっている。

このため、第１流体圧室内の圧力変化が低圧から高圧へ急激に変化することから、カムリングが揺動方向へ振動して、十分に立ち上がるまでのポンプ圧力流体の吐出流量が不安定になるおそれがある。また、カムリングの振動によって、異音が発生するおそれもある。

本発明は前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明においては、とりわけ、制御バルブが、メータリングオリフィスの上流側の高圧を導入する高圧室と、メータリングオリフィスの下流側の圧力を導入する圧力室と、前記高圧室と圧力室との間に形成されて低圧を導入する低圧室と、前記高圧室あるいは低圧室と第１流体圧室とを連通する連通路とを備え、前記スプール弁の弁体が前記高圧室と低圧室とを選択的に切り換えて前記連通路に圧力流体を供給する際に、前記低圧室と高圧室とを前記連通路内で僅かに連通させる連通手段を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、ポンプ低回転時から高回転域に移行した際に、スプール弁の摺動に伴って弁体が連通路に対して低圧室から高圧室に選択的に切り換える際に、連通手段によって高圧室と低圧室が漸次なだらかに切り換えられて、連通路の内部では中間圧力の状態が継続される。したがって、第１流体圧室内での急激な圧力変化の発生が抑制される。

この結果、カムリングの揺動方向への振動の発生が防止されて、吐出流量の安定化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記連通手段を、前記弁体の外周面の前記高圧室側あるいは低圧室側のいずれか一方に形成されて、前記スプール弁の切り換え摺動中に前記両圧力室を連通させる微小な切欠溝によって構成したことを特徴としている。

この発明によれば、請求項１の発明と同様な作用効果が奏せられることは勿論のこと、連通手段を弁体に微小な切欠溝を形成して構成したことから、その成形作業が容易であり、成形コストの低減化が図れると共に、該切欠溝の成形精度も高くすることができる。

請求項３に記載の発明は、前記切欠溝を、高圧室側と低圧室側の両方に形成すると共に、該両切欠溝の間に、ランド部を形成したことを特徴としている。

この発明によれば、弁体の両側に切欠溝を形成したことから、低圧室と高圧室とのなだらかな連通精度をさらに高くすることができると共に、両切欠溝間のランド部によってポンプ低回転時における連通路と高圧室との連通を確実に遮断することができる。

請求項４に記載の発明は、前記切欠溝を、低圧室側のみに形成したことを特徴としている。

この発明によれば、切欠溝を低圧室側のみに形成したことから、両方に形成する場合に比較して成形コストの低減化が図れると共に、弁体が低圧室から高圧室に切り換えた直後には、高圧室側の開口面積が大きくなっても低圧室側の開口面積は切欠溝の微小な開口面積だけであるから、該高圧室内から連通路に流入した圧力流体が低圧室側へ流入するのを十分に防止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記切欠溝を、高圧室側あるいは低圧室側が低位となるテーパ状に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、切欠溝がテーパ状になっていることから、低圧室と高圧室とのさらになだらかな連通性を確保できる。

請求項６に記載の発明は、切欠溝を、階段状に形成したことを特徴としている。

この発明によれば、低圧室と高圧室とを段階的に連通させることができると共に、スプール弁のいずれの摺動位置でも一定の流量に制御できる。

発明を実施するための最良の形態
以下、本発明にかかる可変容量形ポンプの各実施形態を図面に基づいて詳述する。

この可変容量形ポンプは、従来と同じく、車両のパワーステアリング装置等の油圧機器に油圧を供給する供給源としてポンプに適用されたもので、図１及び図２に示すように、ポンプボディ１は、図２の左側に位置するカップ状のフロントボディ２と、右側に位置するリアボディ３とから構成されている。

前記フロントボディ２は、リアボディ３側の端部に凹部４が形成されており、この凹部４内にプレッシャープレート５やカムリング６、ベーンロータ７及びアダプタリング８などからなるポンプ構成部材が収容配置されていると共に、凹部４の開口端にリアボディ３の環状突部３ａが嵌合しつつボルト９によってリアボディ３と結合されている。なお、凹部４の開口端と環状突部３ａとの間には、凹部４内をシールする環状シール部材１０が介装されている。

前記プレッシャープレート５は、前記凹部４の底面側に配置されている一方、前記アダプタリング８は、プレッシャープレート５の外側面に重合状態に配置され、その内部に前記カムリング６とベーンロータ７が収容配置されている。

前記カムリング６は、図１に示すように、アダプタリング８の内周部の下側に設けられたシールピン１１を揺動支点としてアダプタリング８内を揺動可能に支持されて、かかる揺動によってポンプ容量を増減するようになっていると共に、揺動方向の外周面両側にアダプタリング８の内周面と共同して図中左側の第１流体圧室１２と右側の第２流体圧室１３とを隔成している。

また、カムリング６は、前記第２流体圧室１３側のフロントボディ２の一側部から螺着されたプラグＰに一端部が弾持された付勢手段である圧縮コイルばね１４によって第１流体圧室１２方向に揺動付勢されていると共に、前記第１流体圧室１２に、後述の制御バルブから供給される圧力流体と、第２流体圧室１３内に供給される圧力流体（タンク圧）及び前記圧縮コイルばね１４のばね圧との相対圧によって往復揺動するようになっている。

前記第１流体圧室１２と第２流体圧室１３は、ほぼ三日月状に形成されて、前記シールピン１１と該シールピン１１とほぼ１８０°の反対位置に設けられたシール部材１５とによって互いに液密的にシールされている。

前記ベーンロータ７は、図１及び図２に示すように、カムリング６の内側に回転自在に収容されて、中央の固定用孔を介してフロントボディ２を貫通した駆動軸１６に連結されていると共に、外周部に放射状に形成された複数のスロット１７内に薄板状のベーン１８がカムリング６の内周面方向へ出没自在に保持されている。なお、前記駆動軸１６は、図外の内燃機関のクランクシャフトからタイミングベルトなどを介して回転力が伝達されていると共に、先端部がリアボディ３の内部に形成されたプレーン軸受１９によって支持されて、基端部側がフロントボディ２内に保持されたボールベアリング２０によって軸受けされている。

前記カムリング６の内周面と各ベーン１８との間に形成された各ポンプ室２１には、図１に示すように、タンクＴに貯留された作動流体がリアボディ３に固定された吸入管２２と吸入通路２３及びリアボディ３に形成された吸入ポート２４を介して吸入されるようになっている。

また、ポンプ室２１に吸入された作動流体は、プレッシャープレート５に形成された吐出ポート２５を通って、フロントボディ２の底部に形成された吐出圧室２６に吐出され、さらにここから吐出通路２７を通ってパワーステアリング装置ＰＳに供給されるようになっている。また、前記吐出通路２７の途中には、メータリングオリフィス２８が設けられている。

前記制御バルブ２９は、図１に示すように、フロントボディ２の上部内に形成された円柱状のバルブ孔３０と、該バルブ孔３０の内部に軸方向へ摺動自在に設けられたスプール弁３１とから主として構成されている。

また、前記バルブ孔３０とスプール弁３１の前端部との間には、第１圧力通路３２ａを介して前記吐出通路２７のメータリングオリフィス２８の上流側の圧力流体を導入する高圧室３３が形成されている。また、バルブ孔３０とスプール弁３１の後端部との間には、前記メータリングオリフィス２８を通過した下流側の圧力流体を第２圧力通路３２ｂを介して導入する圧力室３４が形成されている。さらに、バルブ孔３０の内周面とスプール弁３１の外周面ほぼ中央に形成された円筒状の環状溝３１ａとの間には、前記タンクＴ内の作動流体を低圧通路３５を介して導入する低圧室３６が形成されている。

前記バルブ孔３０は、高圧室３３側の一端開口が、栓体４８によって閉止されていると共に、フロントボディ２に形成されて、バルブ孔３０のほぼ中央に一端が開口した連通路３８と、アダプタリング８に径方向から穿設された通路孔３９とを介して前記第１流体圧室１２に連通している。

前記スプール弁３１は、前記圧力室３４内に弾持されたコイルスプリング３７のばね力によって高圧室３３方向へ付勢されていると共に、後端外周に前記圧力室３４と低圧室３６とを遮断するランド部４１が形成されている。また、スプール弁３１の外周面ほぼ中央位置には、該スプール弁３１の摺動に伴って前記連通路３８に対して低圧室３６と高圧室３３とを選択的に切り換える弁体４２が一体に設けられている。

すなわち、この弁体４２は、図１、図３に示すように、円環状に形成されて、高圧室３３と圧力室３４の差圧によってスプール弁３１が摺動するに伴い前記連通路３８のバルブ孔３０側の開口端３８ａが低圧室３６側あるいは高圧室３３側に連通するように切り換えるようになっている。

そして、弁体４２の外周面には、図４〜図６に示すように、低圧室３６側の端部に第１切欠溝４３が形成されている一方、高圧室３３側の端部にも第２切欠溝４４が形成されていると共に、該第１，第２切欠溝４３，４４の間には第２ランド部４５が形成されている。

前記第１切欠溝４３は、円環状に切欠形成されて、その軸方向の長さＬが弁体４２の軸方向のほぼ中央付近まで比較的長く設定されていると共に、その深さｄは微小な深さに設定されている。また、第２ランド部４５側の段差状内側端縁４３ａは、滑らかなほぼ円弧状に形成されている。

前記第２切欠溝４４は、第２ランド部４５側から高圧室３３側へ漸次最低位となるテーパ面状に形成されており、その長さＬ１は第１切欠溝４３の長さＬよりも短く設定されていると共に、テーパ角度θは数°の微小角度に設定されている。

前記第２ランド部４５は、その軸方向の長さが比較的短く設定されて、外周面がバルブ孔３０の内周面に当接している状態で、第１切欠溝４３と第２切欠溝４４との連通を遮断するようになっている。

前記第２流体圧室１３は、前記吸入通路２３や吸入ポート２４及びリアボディ３の内端面に形成された連通溝４６を介してタンクＴ内の低圧な作動流体が常時導入されるようになっている。

なお、スプール弁３１の内部には、パワーステアリング装置ＰＳの作動圧力（圧力室３４の圧力）が所定以上になった際に開放して、この圧力流体をタンクＴに逃がすリリーフバルブ４７が設けられている。

以下、本実施形態の作用について説明すると、まず、ポンプ停止時には、制御バルブ２９のスプール弁３１に作動油圧が作用しないため、該スプール弁３１は、図１に示すように、コイルスプリング３７のばね力によって先端部が栓体４８の内面に当接して停止している。

この状態で内燃機関が始動すると、機関回転数の上昇に伴って駆動軸１６によりベーンロータ７が回転してポンプ回転数も上昇するが、ポンプ低回転域では、メータリングオリフィス２８の上流側と下流側との圧力差が小さいので、スプール弁３１は、コイルスプリング３７のばね力によって同じく先端部が栓体４８に当接した停止状態を維持する。

この状態では、図４に示すように弁体４２が連通路３８を開成していると共に第２ランド部４５が高圧室３３との連通を遮断していることから、第１流体圧室１２には、タンクＴ内の低圧（大気圧）の作動流体が低圧通路３５及び制御バルブ２９の低圧室３６から連通路３８、通路孔３９を介して導入されている。一方、第２流体圧室１３には、吸入通路２３などから同じくタンクＴ内の低圧な作動流体が導入されている。

したがって、カムリング６は、圧縮コイルばね１４のばね力によって図１に示すポンプ室２１が最大容量となる位置に保持されている。

そして、機関回転数の増加に伴いポンプ回転数が上昇するにつれて、ポンプ室２１からの吐出流量が次第に増大し、メータリングオリフィス２８の上流側と下流側の差圧が大きくなり、この差圧が所定以上になると、スプール弁３１が、図３及び図５に示すようにコイルスプリング３７のばね力に抗して圧力室３４方向へ漸次摺動する。

この段階では、第１切欠溝４３は、連通路３８の開口端３８ａを跨ぐような位置になる一方、第２ランド部４５は、開口端３８ａのほぼ中央に位置して第２切欠溝４４の一部が開口端３８ａに臨んだ位置になる。したがって、連通路３８内では低圧室３６の油圧と高圧室３３の油圧が混在して、中間圧の圧力流体が導入される。つまり、連通路３８には、各切欠溝４３，４４からの低圧、高圧の作動流体がそれぞれ漸次導入されることになる。

さらに、ポンプ回転数が上昇してポンプ吐出圧が高くなると、スプール弁３１は、図６に示すようにさらに圧力室３４方向に摺動して、弁体４２の第２切欠溝４４側が連通路３８の開口端３８ａに移動して高圧室３３側の開口面積を大きく制御する。

一方、この時点では、第１切欠溝４３は、開口端３８ａに跨った位置に保持される。したがって、連通路３８内には、同じく低圧室３６の圧力流体と高圧室３３の圧力流体がいまだ混在していることから、連通路３８内では中間圧になっている。

したがって、第１流体圧室１２内には急激に高くなった圧力流体の導入が抑制されて、急激な圧力変化の発生が抑制される。この結果、カムリング６の揺動方向への振動の発生が防止されて、吐出流量の安定化を図ることができると共に、異音の発生を防止することができる。

そして、スプール弁３１は、かかる所定位置で平衡してその状態が維持されることになる。よって、第１流体圧室１２に導入された圧力流体によってカムリング６は、両流体圧室１２，１３の差圧と圧縮コイルばね１４とのばね力とによって図３に示す右方向の揺動位置に保持されて、ポンプ室２１が最小のポンプ吐出流量となる位置でバランスした状態になる。

一方、この状態でポンプ回転数が低下した場合には、スプール弁３１両側の差圧が小さくなって、該スプール弁３１は漸次図１の左側の元の位置に摺動するが、このときも第１切欠溝４３と第２切欠溝４４を介して連通路３８内、つまり第１流体圧室１２の内圧が急激に低下することがないので、カムリング６の振動の発生が防止される。

また、第２ランド部４５側の段差状内側端縁４３ａは、滑らかなほぼ円弧状に形成されているので、前記低圧室３６からの圧力流体を連通路３８内へ滑らかに供給することができる。

さらに、この実施形態では、弁体４２に微小な各切欠溝４３，４４を形成しただけであるから、その成形作業が容易であり、成形コストの低減化が図れると共に、該切欠溝の成形精度も高くすることができる。

また、第２切欠溝４４をテーパ状に形成したことから、低圧室３６と高圧室３３とのさらになだらかな連通性を確保できる。

また、弁体４２の軸方向両側に切欠溝４３，４４を形成したことから、低圧室３６と高圧室３３とのなだらかな連通精度をさらに高くすることができると共に、両切欠溝４３，４４間の第２ランド部４５によってポンプ低回転時における連通路３８と高圧室３３との連通を確実に遮断することができる。

本発明は前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、前記弁体４２の切欠溝を、低圧室３６側のみに形成することも可能であり、したがって、両方に形成する場合に比較して成形コストの低減化が図れると共に、弁体４２が低圧室３６から高圧室３３に切り換えた直後には、高圧室３３側の開口面積が大きくなっても低圧室３６側の開口面積は切欠溝の微小な開口面積だけであるから、該高圧室３３内から連通路３８に流入した圧力流体が低圧室側へ流入するのを十分に防止することができる。

また、前記切欠溝を、階段状に形成することも可能であり、このようにすれば、低圧室３６と高圧室３３とを段階的に連通させることができると共に、スプール弁３１のいずれの摺動位置でも一定の流量に制御できる。

図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態に係る可変容量形ポンプを示す縦断面図である。 本実施形態の作用を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ部拡大断面図である。 弁体の作用を示す図１のＢ部拡大断面図である。 同弁体の作用を示す図１のＢ部拡大断面図である。

符号の説明

１…ポンプボディ
２…フロントボディ
３…リアボディ
６…カムリング
７…ベーンロータ
８…アダプタリング
１２…第１流体圧室
１３…第２流体圧室
１４…圧縮コイルばね（付勢手段）
２１…ポンプ室
２７…吐出通路
２８…メータリングオリフィス
２９…制御バルブ
３０…バルブ孔
３１…スプール弁
３３…高圧室
３４…圧力室
３６…低圧室
３８…連通路
３８ａ…開口端
４２…弁体
４３…第１切欠溝
４４…第２切欠溝
４５…第２ランド部

Claims (6)

1. ポンプハウジングの内部に揺動自在に支持されたカムリングと、
   該カムリングの揺動方向の一方に設けられた第１流体圧室と、
   前記カムリングの揺動方向の他方に設けられた第２流体圧室と、
   該第２流体圧室に設けられて、前記カムリングを第１流体圧室側に付勢する付勢手段と、
   前記カムリング内に該カムリングに対して偏心して配置され、外周側に複数のベーンを放射方向へ出没自在に保持したロータと、
   吐出ポートから吐出される圧力流体を油圧機器に供給する吐出通路に設けられたメータリングオリフィスの上流側と下流側との圧力差によって作動する制御バルブとを備え、
   該制御バルブのバルブ孔内に摺動自在に設けられたスプール弁の摺動位置に応じて前記流体圧室の少なくとも一方の流体圧を制御して前記カムリングを揺動させることにより前記吐出通路から油圧機器に供給される圧力流体の流量を可変制御する可変容量形ポンプであって、
   前記制御バルブは、前記メータリングオリフィスの上流側の高圧を導入する高圧室と、メータリングオリフィスの下流側の圧力を導入する圧力室と、前記高圧室と圧力室との間に形成されて低圧を導入する低圧室と、前記高圧室あるいは低圧室と前記第１流体圧室とを連通する連通路とを備え、
   前記スプール弁の弁体が前記高圧室と低圧室とを選択的に切り換えて前記連通路に圧力流体を供給する際に、前記低圧室と高圧室とを前記連通路内で僅かに連通させる連通手段を設けたことを特徴とする可変容量形ポンプ。
2. 前記連通手段を、前記弁体の外周面の前記高圧室側あるいは低圧室側のいずれか一方に形成されて、前記スプール弁の切り換え摺動中に前記両圧力室を連通させる微小な切欠溝によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変容量形ポンプ。
3. 前記切欠溝を、高圧室側と低圧室側の両方に形成すると共に、該両切欠溝の間に、ランド部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量形ポンプ。
4. 前記切欠溝を、低圧室側のみに形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量形ポンプ。
5. 前記切欠溝を、高圧室側あるいは低圧室側が低位となるテーパ状に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量形ポンプ。
6. 切欠溝を、階段状に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変容量形ポンプ。
   

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