JP2005226620A - 容積型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 吸入行程の開始時におけるキャビテーションの発生を抑制することのできる容積型ポンプを提供する。
【解決手段】 吸入通路３０及び吐出通路３２を有するハウジング４と、ハウジング４内に設けられたカムプロフィール２７と、カムプロフィール２７内においてそのカムプロフィール２７に偏心して回転可能に設けられたポンプロータ１５と、ポンプロータ１５の回転によりカムプロフィール２７に沿って移動しながら往復動するピストン１４とを備える。ピストン１４の往動時において吸入通路３０を通じてシリンダ室２８内に流体が吸入される吸入行程と、ピストン１４の復動時においてシリンダ室２８内の流体が吐出通路３２を通じて吐出される吐出行程とを交互に行なう。カムプロフィール２７は、吸入行程の開始時においてシリンダ室２８の容積の増加を緩やかにする低速曲率部を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、容積変化を利用して流体のポンプ作用を行なうラジアルピストンポンプ、ベーンポンプ等の容積型ポンプに関する。

従来、容積型ポンプには、ポンプロータの回転にともなうピストンの往復運動による容積変化を利用して、流体の吸入及び吐出といったポンプ作用を行なうラジアルピストンポンプがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平３−１５６７２号公報

一般的なラジアルピストンポンプでは、流体がポンプ室内へ高速で吸入される場合に、シリンダ室に通じる吸入通路内の流体の圧力が局部的に低下することによって、キャビテーションが発生することがあった。例えば、ポンプロータに第１〜第３の計３個のピストンを１２０°間隔で放射状に配置した一般的なラジアルピストンポンプの場合、カムプロフィールは単純な円形を呈している。この場合、ポンプロータの回転角とピストンのストロークとの関係が図４に特性線Ｂ１で示されており、ポンプロータの回転角とシリンダ容積の変化速度（ピストン速度）との関係との関係が図４に特性線Ｂ２で示されている。すなわち、特性線Ｂ１，Ｂ２は、ｓｉｎ波状に変化していることがわかる。したがって、吸入行程の開始時に、シリンダ室に通じる吸入通路内の流体の圧力が局部的に低下することによりキャビテーションが発生するおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、吸入行程の開始時におけるキャビテーションの発生を抑制することのできる容積型ポンプを提供することにある。

前記した課題は、本発明の特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする容積型ポンプによって解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載された容積型ポンプによると、ポンプロータの回転により、作動体がカムプロフィールに沿って移動しながら往復動する。そして、作動体の往動時において吸入通路を通じてポンプ室内に流体が吸入される吸入行程と、作動体の復動時においてポンプ室内の流体が吐出通路を通じて吐出される吐出行程とが交互に行なわれる。
ところで、カムプロフィールが、吸入行程の開始時においてポンプ室の容積の増加を緩やかにする低速曲率部を有している。したがって、カムプロフィールの低速曲率部により、吸入行程の開始時におけるポンプ室の容積の増加が緩やかになるため、その吸入行程の開始時におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

また、特許請求の範囲の請求項２に記載された容積型ポンプによると、カムプロフィールが、吸入行程の開始後においてポンプ室の容積の増加を促進する高速曲率部を有している。したがって、カムプロフィールの高速曲率部により、吸入行程の開始後におけるポンプ室の容積の増加が促進される。このため、吸入行程において、キャビテーションの発生のほとんどない吸入開始後において、カムプロフィールの低速曲率部によるピストンストロークの減少を補うことができる。

本発明の容積型ポンプによれば、カムプロフィールの低速曲率部により、吸入行程の開始時におけるポンプ室の容積の増加が緩やかになるため、その吸入行程の開始時におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例を参照して説明する。

本発明の一実施例にかかる容積型ポンプを説明する。なお、本実施例では、流体として燃料を圧送する燃料ポンプに用いられる容積型ポンプとしてのラジアルピストンポンプを例示する。
図１に示すように、ラジアルピストンポンプは、燃料を吸入して吐出するポンプ部３と、そのポンプ部３の上側に設けられかつ該ポンプ部３を駆動するモータ部２とを一体的に備えている。
ラジアルピストンポンプの外郭を形成するハウジング４は、モータ部２の外周を覆う円筒状のモータハウジング５と、そのモータハウジング５の一方の開口端部（図１において上側の開口端部）を閉塞するモータカバー６と、モータハウジング５の他方の開口端部（図１において下側の開口端部）を閉塞するポンプカバー７とにより構成されている。このハウジング４内は、隔壁２０によりポンプ部３の内部空間１８とモータ部２の内部空間１７とに区画されている。

前記モータ部２は、周知の直流モータにより構成されており、モータハウジング５の内周面に配設された複数の磁石９と、その磁石９の内周でモータ出力軸１０と一体に回転するアーマチュア１１とを備えている。
モータ出力軸１０の一端部（図１において上端部）は、前記モータカバー６に回転可能に支持されている。また、モータ出力軸１０の他端部（図１において下端部）には、後述するポンプロータ１５のロータ軸部１５ａが連結されている。
また、モータカバー６には、モータ部２の内部空間１７を外部に連通する吐出口１２が形成されている。なお、モータカバー６には、図示しないが、アーマチュア１１のコンミュテータに対して摺動接触するブラシ、及び、そのブラシに導通接続されたチョークコイル等が組込まれている。

前記ポンプ部３は、第１〜第３の計３個の球状のピストン１４（後述する）を放射状に収納するポンプロータ１５を備えている（図２参照）。
図１に示すように、ポンプロータ１５の軸心部には、前記ポンプカバー７側に開口するほぼ有底円筒状の嵌合穴１６、及び、その反対側に突出するロータ軸部１５ａが同一軸線上に形成されている。また、前記ポンプカバー７の軸心部の内側面には、ほぼ円柱状のポンプ軸部８が突出されている。
ポンプロータ１５の嵌合穴１６は、ポンプカバー７のポンプ軸部８に回転可能に嵌合されている。
また、ポンプロータ１５のロータ軸部１５ａは、前記モータ出力軸１０に一体的に連結されている。したがって、ポンプロータ１５はモータ出力軸１０と一体的に回転する。ロータ軸部１５ａは、前記隔壁２０に軸受２１を介して回転可能に支持されている。

図２に示すように、前記ポンプロータ１５の外周面側には、円周上を３等分する筒所において放射状に延びる円筒状のシリンダ穴２３が形成されている。各シリンダ穴２３内には、それぞれ球状のピストン１４がポンプロータ１５の径方向に往復動可能に収納されている。なお、ピストン１４は、本明細書でいう「作動体」に相当する。
各シリンダ穴２３は、ポンプロータ１５の外周側に開放されているとともに、その穴底部に開口する連通孔２４を介して前記嵌合穴１６に連通されている。

前記ポンプ部３内の内部空間１８において、前記モータハウジング５の内周面には、前記ポンプロータ１５を取り囲むカムリング２６が固定されている。カムリング２６の内周面には、ピストン１４が移動すなわち摺動及び／又は転動するカムプロフィール２７が形成されている。図２に示すように、カムプロフィール２７の中心点２７ｃは、ポンプロータ１５の回転中心点１５ｃに対して所定量ｘ（図３参照）だけ偏心している。なお、ポンプロータ１５の回転中心点１５ｃは、ポンプ軸部８及びモータ出力軸１０（図１参照）と同一軸線上に位置している。
したがって、ポンプロータ１５が回転すると、遠心力により外方へ付勢されるピストン１４がカムプロフィール２７に沿って移動しながらシリンダ穴２３内を往復動する。そのピストン１４の往復動により、シリンダ穴２３内（詳しくは、ピストン１４によって閉塞される内部空間であるシリンダ室２８）の容積が変化される。その容積変化を利用して燃料のポンプ作用が行なわれる。なお、シリンダ室２８は、本明細書でいう「ポンプ室」に相当する。

図１に示すように、前記ポンプカバー７のポンプ軸部８には、吸入通路３０及び吐出通路３２が形成されている。
吸入通路３０の一端部（図１において下端部）は外部に開放されている。また、吸入通路３０の他端部（図１において上端部）は、前記ポンプロータ１５の連通孔２４に連通可能に形成されている。
また、吐出通路３２の一端部（図１において上端部）は、前記ポンプ軸部８の上端面に開放されている。また、吐出通路３２の他端部（図１において下端部）は、前記ポンプロータ１５の連通孔２４に連通可能に形成されている。
また、前記モータ出力軸１０には、導出通路３４が形成されている。導出通路３４の一端部（図１において下端部）は、前記嵌合穴１６の底部に開放されており、その嵌合穴１６の孔底面と前記ポンプ軸部８の上端面との間に形成される空間３３を介して前記吐出通路３２に連通している。また、導出通路３４の他端部（図１において上端部）は、前記モータ部２内の内部空間１７に開放されている。

次に、上記したラジアルピストンポンプの作動について説明する。
モータ部２の作動により、モータ出力軸１０とともにアーマチュア１１が回転する。モータ出力軸１０の回転力がポンプロータ１５に伝わるため、ポンプロータ１５がポンプ軸部８の周りを図２において矢印Ｙ方向へ回転する。ここで、ポンプロータ１５の回転中心点１５ｃとカムリング２６の中心点２７ｃとが所定量ｘ（図３参照）だけ偏心して設けられているため、前に述べたように、ポンプロータ１５の回転によりピストン１４がシリンダ穴２３内を往復動する。
そして、ポンプロータ１５とカムプロフィール２７との間隔が増大するにつれて、ピストン１４がシリンダ穴２３内を外側へ移動（いわゆる往動）することにより、シリンダ室２８の容積が増大する。このとき、シリンダ室２８は、連通孔２４を介して吸入通路３０と連通する。これにより、燃料が吸入通路３０から連通孔２４を介してシリンダ室２８に吸入される吸入行程が行なわれる。
また、ポンプロータ１５とカムプロフィール２７との間隔が減少するにつれて、ピストン１４がシリンダ穴２３内を内側へ移動（いわゆる復動）することにより、シリンダ室２８の容積が減少する。このとき、シリンダ室２８は、連通孔２４を介して吐出通路３２と連通する。これにより、シリンダ室２８内の燃料が、連通孔２４から吐出通路３２、空間３３及び導出通路３４を通じてモータ部２の内部空間１７に流出される吐出行程が行なわれる。また、モータ部２内の内部空間１７に吐出された燃料は、その内部空間１７を経由して、モータカバー６の吐出口１２を通じて外部へ吐出される。

次に、吸入行程におけるカムプロフィール２７の形状について詳述する。図４はポンプロータの回転角とピストンのストロークとの関係と、ポンプロータの回転角とシリンダ室の容積（シリンダ容積ともいう。）の変化速度（ピストンの速度）との関係とを関連付けて示す特性線図である。なお、図４において、横軸はポンプロータ１５の回転角θ（°）で、上段部の縦軸はピストンのストローク（ピストンストロークともいう。）を表わし、下段部の縦軸はシリンダ室２８の容積の変化速度（シリンダ容積の変化速度、ピストン速度ともいう。）を表わしている。
また、本実施例のピストン１４のピストンストロークが特性線Ａ１で示され、従来例のピストン１４のピストンストロークが特性線Ｂ１で示されている。さらに、本実施例のシリンダ容積の変化速度が特性線Ａ２で示され、従来例のシリンダ容積の変化速度が特性線Ｂ２で示されている。
また、本実施例では、各ピストン１４がかかる特性線Ａ１，Ａ２を描くように、カムプロフィール２７が設定されている。なお、従来例の特性線Ｂ１，Ｂ２は、前にも述べたように、ｓｉｎ波状に変化している。また、吸入行程はポンプロータの回転角θが０（ゼロ）°〜１８０°の範囲で行なわれ、吐出行程はポンプロータの回転角θが１８０°〜３６０°の範囲で行なわれる。

図４において、シリンダ容積の変化速度の特性線Ａ２は、吸入行程の開始からポンプロータの回転角θが増大するにともなってシリンダ室２８の容積の増加を緩やかにする低速曲率部ａ１（例えば、θ＝０°〜約３０°の区域）と、その低速曲率部に続いて回転角θが増大するにともなってシリンダ室２８の容積の増加を促進する高速曲率部ａ２（同じく、θ＝約３０°〜９０°の区域）と、その高速曲率部に続いて回転角θが増大するにともなってシリンダ室２８の容積の増加を低下する減速曲率部ａ３（同じく、θ＝約９０°〜１８０°の区域）とを有している（図３参照）。
さらに、低速曲率部ａ１は、従来例の特性線Ｂ２に比べ、シリンダ室２８の容積の増加が緩やかに変化している。また、高速曲率部ａ２は、従来例の特性線Ｂ２に比べ、シリンダ室２８の容積の増加が大きく変化している。また、減速曲率部ａ３は、従来例の特性線Ｂ２に比べ、シリンダ室２８の容積の増加が大きく、ピストン速度も速いが、高速曲率部ａ２よりはピストンの速度が低下している。これにより、本実施例のピストンストロークが、従来例のピストンストロークが同一ストロークとなっている。
なお、３個のピストン１４の特性線は、同一のカムプロフィール２７により往復運動が与えられるので、１２０°ずつ位相がずれるだけで同一形状である。

また、図４において、シリンダ容積の変化速度の特性線Ａ２と特性線Ｂ２との交点Ｐにおける回転角θでは、ピストンストロークの特性線Ａ１と特性線Ｂ１との差Ｓが最大Ｓ_MAXとなる。
また、シリンダ容積の変化速度の特性線Ａ２における低速曲率部ａ１と高速曲率部ａ２との変曲点（回転角θ＝３０°）では、シリンダ容積の変化速度の特性線Ａ２と特性線Ｂ２との差Ｃが最大Ｃ_MAXとなる。
また、シリンダ容積の変化速度の特性線Ｂ２に対する特性線Ａ１の不足分（図４中のハッチング部分Ｘ１の面積参照）と、その特性線Ｂ２に対する特性線Ａ１の補充分（図４中のハッチング部分Ｘ２の面積参照）とが等しく設定されている。このため、本実施例のラジアルピストンポンプにおけるポンプロータの１回転当たりの吐出量は、従来例のものと同じになる。

上記したラジアルピストンポンプによると、カムプロフィール２７が、吸入行程の開始時においてシリンダ室２８の容積の増加を緩やかにする低速曲率部ａ１を有している。したがって、カムプロフィール２７の低速曲率部ａ１により、吸入行程の開始時におけるシリンダ室２８の容積の増加が緩やかになるため、その吸入行程の開始時におけるキャビテーションの発生を抑制することができる。

また、カムプロフィール２７が、吸入行程の開始後においてシリンダ室２８の容積の増加を促進する高速曲率部ａ２を有している。したがって、カムプロフィール２７の高速曲率部ａ２により、吸入行程の開始後におけるシリンダ室２８の容積の増加が促進される。このため、吸入行程において、キャビテーションの発生のほとんどない吸入開始後において、カムプロフィール２７の低速曲率部ａ１によるピストンストロークの減少を補うことができる。

本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、ラジアルピストンポンプに限らず、ベーンポンプ、ローラーベーンポンプ等の容積型ポンプに適用することができる。また、カムプロフィールは、低速曲率部ａ１を含む複数の曲率部で構成されるものであればよい。また、作動体としての球状のピストン１４は、プランジャ型ピストンに代えることができる。また、ピストン１４の個数は、適宜増減することができる。また、吸入通路３０と吐出通路３２とは、前記実施例の一対に限らず、複数対として設けることができる。また、ピストン１４をカムプロフィール２７に付勢するスプリングを設けることもできる。また、モータ部２には、直流モータに代えて、ブラシレスモータを採用することができる。また、上記実施例では、モータ部２を一体に備えたラジアルピストンポンプを例示したが、別体のモータによりポンプ部３を駆動するようにしてもよい。

本発明の一実施例にかかるラジアルピストンポンプを示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 カムプロフィールの説明図である。 ポンプロータの回転角とピストンストロークとの関係と、ポンプロータの回転角とシリンダ容積の変化速度との関係とを関連付けて示す特性線図である。

符号の説明

４ ハウジング
１４ ピストン（作動体）
１５ ポンプロータ
２６ カムリング
２７ カムプロフィール
２８ シリンダ室（ポンプ室）
３０ 吸入通路
３２ 吐出通路

Claims (2)

1. 流体を吸入する吸入通路及び流体を吐出する吐出通路を有するハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられたカムプロフィールと、
   前記カムプロフィール内においてそのカムプロフィールに偏心して回転可能に設けられたポンプロータと、
   前記ポンプロータの回転により前記カムプロフィールに沿って移動しながら往復動する作動体と
   を備え、
   前記作動体の往動時において吸入通路を通じてポンプ室内に流体が吸入される吸入行程と、前記作動体の復動時においてポンプ室内の流体が吐出通路を通じて吐出される吐出行程とを交互に行なう容積型ポンプであって、
   前記カムプロフィールは、吸入行程の開始時においてポンプ室の容積の増加を緩やかにする低速曲率部を有していることを特徴とする容積型ポンプ。
2. 請求項１に記載の容積型ポンプであって、
   前記カムプロフィールは、吸入行程の開始後においてポンプ室の容積の増加を促進する高速曲率部を有していることを特徴とする容積型ポンプ。
   
   

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