JP2006183574A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの内圧による側板の変形を抑制可能なベーンポンプを提供する。
【解決手段】 筐体内に、カムリング６と、このカムリング６内に配置された回転自在なロータ１１と、このロータ１１に放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、ロータ１１の回転に伴いカムリング６のカム面に沿って摺動する複数のベーン１２と、カムリング６、ロータ１１及びベーン１２の両側に配置したフロント側板１とリヤ側板２とを備えたベーンポンプであって、フロント側板１を、ロータ１１の駆動軸１３の軸線方向と平行な方向で、内側の第１フロントプレート１ａと外側の第２フロントプレート１ｂとに分割し、第１フロントプレート１ａと第２フロントプレート１ｂとの間に加圧流体を流入させるフロント背圧室１７を形成する。同様にして、リヤ側板２を第１リヤプレート２ａと第２リヤプレート２ｂとに分割し、リヤ背圧室１８を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、固定側板を有するベーンポンプに関する。

流体圧を発生させるポンプには、トロコイドポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ等がある。このようなポンプの一形態として知られるベーンポンプは、たとえば、自動車のパワーステアリング装置への加圧流体供給用ポンプとして使用されている。このベーンポンプは、一般に、楕円形状の貫通孔が形成されたカムリングを有する。そしてこのカムリング内には、駆動軸によって回転されるロータが収容されている。このロータには、放射状に配置された複数のベーン溝が設けられ、各ベーン溝には、ベーンが摺動可能に収容されている。

ロータが回転すると、ベーンは遠心力等により半径方向に付勢され、カムリング内周のカム面に接触しながらロータとともに回転する。このようにロータ及びベーンが回転すると、隣り合うベーンと、カムリング内周のカム面とによって区画された作動室の容積が変化する。そのため、その容積変化を利用して流体の吸入・加圧・吐出が行える。

またこのようなベーンポンプには、前記ロータ及びベーンの両側に、作動室の一部を構成する側板が配置される場合がある。この種のベーンポンプを用いて高圧を発生させるためには、前記ロータ及びベーンと、この側板との隙間（サイドクリアランス）を縮小し、維持することが重要である。そのため、このサイドクリアランスの縮小及び維持を目的とした様々な技術が提案されている。

たとえば、特許文献１では、以下の技術が提案されている。特許文献１によれば、一方に可動側板を備えるベーンポンプにおいて、作動室から吐出された圧力Poutの加圧流体を、ポンプ吸入区間でベーン溝底に設けたベーン背圧室に流入させる。この圧力Ｐoutの加圧流体は、ポンプ吐出区間で各ベーンがカムリング内周面に押し付けられると、さらに圧力Ｐvに加圧される。その後、この圧力Ｐvの加圧流体を可動側板の背圧室に流入させる。これによって圧力Ｐvが圧力Ｐoutより大きいため、可動側板は背圧室側からロータ及びベーン側へ付勢される。その結果、サイドクリアランスを縮小及び維持することができる。

また、特許文献２では、以下の技術が提案されている。特許文献２によれば、一方に可動側板を備え、ロータを駆動軸とスプライン結合しているベーンポンプにおいて、軸受のわずかな隙間のため駆動軸に倒れが発生すると、駆動軸の軸線はロータの軸線に対して相対的に変位してしまう。これによって駆動軸に対してロータが倒れることになると、ロータが側板と接触しながら回転する場合があり、その結果、ロータに焼付きが生じる虞がある。これを抑制するために、ロータのスプライン形状を、駆動軸の倒れを許容可能な形状としている。また、スプラインの噛み合い長さを、耐久強度を確保できる最小限の長さとしている。上記により、ロータの倒れを抑制して耐焼付き性を向上できるので、サイドクリアランスの縮小及び維持が可能となる。

特開平６−２０７５８７号公報 特開平７−８３１７６号公報

しかしながら、ロータ及びベーンを挟む側板の少なくとも一方を固定側板とするベーンポンプにおいては、上記のような技術では、固定側板がポンプの内圧により変形してしまうことがある。この変形によりサイドクリアランスが拡大されると、加圧流体のリーク量が増大するので、ポンプの高圧化を図れない。また、この固定側板に上記変形による反り、歪みが発生すると、ロータ及びベーンはこの固定側板に接触して面圧が過大となり、その結果、焼付きを生じる。さらに、この固定側板が軸受を保持する場合には、固定側板の変形は軸受にまで影響するので、軸受と駆動軸との嵌合に設定されたクリアランスが変形により縮小され、軸受部で駆動軸の焼付きが発生する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ポンプの内圧による変形を抑制し、サイドクリアランスを好適に維持することが可能なベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るベーンポンプは、筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、前記一対の側板それぞれを、ロータの駆動軸の軸線方向と平行な方向で、内側の第１プレートと外側の第２プレートとに分割し、前記第１プレートと第２プレートとの間に加圧流体を流入させる背圧室を形成したことを特徴とする。

本発明によると、作動室で発生したポンプの内圧が側板に及ぼす影響を、背圧室に流入させた加圧流体の圧力で打ち消すことができるので、サイドクリアランスを好適に維持することができる。

また、本発明に係るベーンポンプは、前記駆動軸の基端部を支持する軸受を、環状のホルダーを介して前記第２プレートの少なくとも一方に設けた貫通孔で保持し、前記ホルダーの外周面と、前記第２プレートの前記貫通孔の内周面との間に、前記第２プレートの変形を許容する第１クリアランスを設けて、フローティングさせてもよい。

本発明によると、ホルダーを側板の第２プレートと別の部材で構成しているので、このホルダーの突端部は、側板の第２プレートの変形による影響を回避できる。この結果、駆動軸と軸受との嵌合に設定したクリアランスを好適に維持でき、軸受部で駆動軸に焼付きが発生するのを抑制できる。また、焼付き防止のためにこのクリアランスを拡大せずに済むので、外部への加圧流体のリーク量を最小限に維持できる。

また、本発明に係るベーンポンプは、前記ホルダーの外周面と、前記第２プレートの前記貫通孔の内周面との間にシールを介装し、前記ホルダーの外周面と前記第２プレートの前記貫通孔の内周面との間の第１クリアランスで生じる圧力と、前記駆動軸と前記軸受との間の第２クリアランスで生じる圧力とにより生ずる前記ホルダーの変形が、前記シールの前後で均等となる位置に前記シールを設けていてもよい。

本発明によると、ホルダーの突端部の外周面及び軸受の内面にかかる圧力を、この軸受を軸線方向にシールで区分した各領域同士で均衡させることができるので、軸受保持部及び軸受の変形を好適に抑制して、外部への加圧流体のリーク量を最小限に維持できる。

本発明によれば、側板がポンプ内圧により変形するのを抑制して、サイドクリアランスを好適に維持することが可能なベーンポンプを提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、ベーンポンプ１００の外観図である。図１に示すように、ベーンポンプ１００の筐体は、ヘッドフランジカバー３２をセンターケース３３に圧入またはボルト締結等で固定し、ケースリヤカバー３４をセンターケース３３に締結ボルト３５で固定等して形成されている。

図２は、図１のベーンポンプ１００の断面図である。ベーンポンプ１００は、筐体内に昇圧部を収容している。

図３は、この昇圧部の断面図であり、図２の丸で囲んだ部分を取り出して示している。図３に示すように、この昇圧部は、フロント側板１とリヤ側板２とでカムリング６を挟み、第１締結ボルト１０ａにより一体に形成したものである。さらに、このカムリング６内には、ロータ１１及びベーン１２が収容されている。

図４は、図３の昇圧部のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、カムリング６は、楕円形状に形成された貫通孔を有し、カムリング６内には、ロータ１１が収容されている。ロータ１１には、その外周面に、径方向へ放射線状に形成された複数の溝が、周方向に等間隔で配列されている。各溝には、径方向に摺動可能なベーン１２が収容され、ベーン１２は、遠心力等により径方向に付勢されることで、カムリング６の内周面に常に押し付けられている。

ロータ１１は、たとえば回転中心に形成されたスプライン孔に、対応するスプライン軸を有する駆動軸１３を嵌合させることにより駆動軸１３と連結されており、駆動軸１３は、内燃機関等の動力で回転される。

隣り合う２つのベーン１２とカムリング６とによって囲われた空間には、作動室１４が形成される。図３に示すように、作動室１４の軸方向の壁面は、ロータ１１及びベーン１２の両側に配置されたフロント側板１とリヤ側板２である。作動室１４は、カムリング６の楕円形状をなしている貫通孔の内周面が壁面の一部を構成するために、回転に伴って、その容積が拡大または縮小変化する。

フロント側板１とリヤ側板２とにはそれぞれ、図４に示すようなベーンポンプ内に流体を吸入する吸入ポート１５と、加圧された流体を外部に吐出する吐出ポート１６が形成されている。この吸入ポート１５は、周方向には作動室１４の容積が拡大することによって吸引力が発生する位置に、径方向には作動室１４に対応する位置に形成されている。また吐出ポート１６は、周方向には作動室１４の容積が減少することによって圧力が発生する位置に形成され、径方向には作動室１４に対応する位置に形成されている。

この構成で、駆動軸１３を回転させると、作動室１４の容積が、回転に伴い拡大または縮小変化する。そのため、作動室１４の容積拡大過程においては、容積の拡大に伴って吸引力が発生し、作動室１４は側板に形成された吸入ポート１５を通じて外部から流体を吸入する。駆動軸１３の回転が進むと、作動室１４を形成しているベーン１２のうち、回転方向に対して後方に配設されたベーン１２が吸入ポート１５を通過し、作動室１４は閉空間となる。さらに駆動軸１３の回転が進むと、作動室１４の容積縮小過程となり、容積の縮小に伴って、流体が加圧される。作動室１４を形成しているベーン１２のうち、回転方向に対して先方に配設されたベーン１２が吐出ポート１６を通過すると、高圧になった流体が、吐出ポート１６を経て吐出孔３６から外部に吐出される。ところで、このようなベーンポンプでは、フロント側板１及びリヤ側板２がポンプの内圧により変形してしまうことがある。この変形でサイドクリアランスが拡大されると、加圧流体のリーク量が増大するので、ポンプの高圧化を図れない

そこで、本実施例では、図３に示すように、カムリング６、ロータ１１及びベーン１２を挟むフロント側板１及びリヤ側板２を、それぞれ駆動軸の軸線方向と平行な方向で二分割している。そして、分割した一対の第１フロントプレート１ａ及び第２フロントプレート１ｂの間にフロント背圧室１７を形成している。図５は、図３のB−B断面図である。図５に示すように、フロント背圧室１７は、第２フロントプレート１ｂ内に円筒状の空間として構成されており、外周面の一箇所に外部に加圧流体を吐出させる吐出孔３６が設けられている。また、図３に示すように、フロント背圧室１７と同様に、リヤプレート２ａおよびリヤプレート２ｂの間にリヤ背圧室１８を形成している。フロント背圧室１７及びリヤ背圧室１８は、それぞれ連通路２０に連通している。また連通路２０は、吐出ポート１６とも図示しない連通路で連通している。これによって、容積縮小過程において、作動室１４内で加圧された流体を、吐出ポート１６、連通路２０を通じて、フロント背圧室１７及びリヤ背圧室１８へ流入させる。そして、この加圧流体で、フロントプレート１ａとリヤプレート２ａとにそれぞれ背圧２２を印加する。このような構造を採用することにより、作動室で発生する内圧２１が第１フロントプレート１ａ及び第１リヤプレート２ａに及ぼす影響を、フロント背圧室１７及びリヤ背圧室１８へ流入させた加圧流体の圧力である背圧２２により打ち消すことができる。よって、固定側板がポンプ内圧により変形するのを抑制して、サイドクリアランスを好適に維持することが可能である。

また、本実施例では、図３に示すように、駆動軸１３をフロント軸受３とリヤ軸受４とで支持し、さらにリヤ軸受４をリヤ側板２で、フロント軸受３をホルダー５でそれぞれ保持している。ホルダー５は環状の部材で、軸線方向と平行な方向に段部を有し、内部にフロント軸受３を保持する軸受保持部９と、ボルト締結により固定するためのフランジ部とを有している。このホルダー５は、軸受保持部９を第２フロント側板１ｂの貫通孔８に挿入した状態で、第２フロント側板１ｂに第２締結ボルト１０ｂで固定されている。また、ホルダー５の軸受保持部９の円筒外周面と、第２フロントプレート１ｂの貫通孔８の内周面との間には、第２フロントプレート１ｂの変形を許容する第１クリアランス２３を設け、ホルダー５を第２フロントプレート１ｂと分離してフローティングさせている。そして、この第１クリアランス２３内には、シール７を介装している。図６は、図３におけるC部の拡大図である。この第１クリアランス２３を第２フロントプレート１ｂの変形を許容可能な量に設定することで、軸受保持部９は、第２フロントプレート１ｂの変形による影響を回避できる。この結果、ホルダー５及びフロント軸受３を伝わって、駆動軸１３とフロント軸受３との嵌合に設定した第２クリアランス２５へ変形による影響が及ぶことを回避できる。よって、第２クリアランス２５を好適に維持できるので、軸受部での駆動軸１３の焼付きを抑制可能である。また、焼付き防止として、軸受部の第２クリアランス２５を拡大せずに済むので、外部への加圧流体のリーク２４の量を最小限に維持できる。

また、シール７は、軸受保持部９の円筒外周面と、フロント軸受３の内面とに分布した圧力が、フロント軸受３を軸線方向にシール７で区分した各領域同士で均衡する位置に設けられている。図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、ホルダー５の軸受保持部９の円筒外周面にかかる圧力と、フロント軸受３の内面にかかる圧力を示した図である。また図７（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は、図６と同様、図３におけるＣ部の拡大図である。図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、縦軸は圧力を示している。そして縦軸は、大気圧Ｐ１を基準とし、フロント軸受３と駆動軸１３との嵌合に設定した第２クリアランス２５を拡大する方向の圧力と、縮小する方向の圧力とを示したものである。また、横軸は、フロント軸受３上の軸線方向の位置を示しており、０（ゼロ）点をフロント軸受３の背圧室１７側の端面位置とし、Ａ点をフロント軸受３の軸受保持部９への突き当て端面位置としたものである。

これらの図に示すように、フロント軸受３の内面にかかる第１圧力分布２６は、０点では拡大方向の加圧流体圧Ｐ０となり、Ａ点では大気圧Ｐ１となる。そして０点からＡ点に向かって、拡大方向の圧力が直線的に下がるように分布している。一方、軸受保持部９の外周円筒面にかかる第２圧力分布２７は、０点からシール位置２８までは、縮小方向の加圧流体圧Ｐ０となっている。シール位置２８で、シール７が加圧流体を遮断しているため、シール位置２８からＡ点にかけては、大気圧Ｐ１がかかることになる。したがって、第１圧力分布２６と第２圧力分布２７とを合成した圧力分布２９は、図に示したように、シール位置２８を対称点にした２つの相似三角形状の第３圧力分布３０及び第４圧力分布３１を描く。

図７（ａ）に示すように、シール位置２８をＡ点寄りに設定すると、第３圧力分布３０の面積のほうが第４圧力分布３１の面積より小さくなる。この場合には、A点からシール位置２８間より、シール位置２８から０点間のほうが、印加される圧力の総和が大きい。そのため、図７（ｄ）に示すように、フロント軸受３と駆動軸１３との嵌合に設定した第２クリアランス２５が縮小され、駆動軸１３とフロント軸受３とが干渉する虞がある。また図７（ｂ）に示すように、シール位置を０点寄りに設定すると、第３圧力分布３０の面積のほうが第４圧力分布３１の面積より大きくなる。この場合には、Ａ点からシール位置２８間のほうが、シール位置２８から０点間より、印加される圧力の総和が大きい。そのため、図７（ｅ）に示すように、第２クリアランス２５は拡大され、加圧流体が多量に外部へ流出する。そして図７（ｃ）では、第３圧力分布３０の面積と第４圧力分布３１の面積が同一となるようにシール位置２８を設定する。すると、Ａ点からシール位置２８間と、シール位置２８から０点間で印加される、それぞれの圧力の総和を平衡に保つことができる。その結果、図７（ｆ）に示すように、ホルダー５の変形が、前記シール位置２８の前後で均等となる。フロント軸受３及びホルダー５の変形が及ぼす第２クリアランス２５への影響を小さく抑制できる。この構造によって、第２クリアランス２５を好適に維持できるので、軸受部での駆動軸１３の焼付きを抑制でき、同時に、加圧流体の外部への流出を最小限に維持することが可能である。

なお、本実施例では、フロントプレート１ｂにホルダー５を備えているが、必要に応じてリヤプレート２ｂにホルダー５を備えてもよい。さらにフロントプレート１ｂ及びリヤプレート２ｂのそれぞれにホルダー５を備えてもよい。また、ベーンポンプの適用対象としては、例えば内燃機関に燃料を供給する燃料ポンプ、自動車のパワーステアリング装置に使用するポンプ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

以上により、固定側板がポンプ内圧により変形するのを抑制して、サイドクリアランスを好適に維持すること及びロータ及びベーンの焼付きを抑制することができる。また軸受部での加圧流体の流出を最小限にし駆動軸の焼付きを防止して、ポンプの高圧化を図ることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明に係るベーンポンプの外観図である。 本発明に係るベーンポンプの断面図である。 本発明に係るベーンポンプの昇圧部の断面図である。 本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図３におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図３におけるＣ部の拡大図である。 本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図６におけるＡ−０間に印加される圧力分布及び図３におけるＣ部の拡大図を示す図である。

符号の説明

１ フロント側板
１ａ 第１フロントプレート
１ｂ 第２フロントプレート
２ リヤ側板
２ａ 第１リヤプレート
２ｂ 第２リヤプレート
３ フロント軸受
４ リヤ軸受
５ ホルダー
６ カムリング
７ シール
８ 貫通孔
９ 軸受保持部
１０ａ 第１締結ボルト
１０ｂ 第２締結ボルト
１１ ロータ
１２ ベーン
１３ 駆動軸
１４ 作動室
１７ フロント背圧室
１８ リヤ背圧室
２０ 連通路
２１ 内圧
２２ 背圧
２３ 第１クリアランス
２４ 加圧流体のリーク
２５ 第２クリアランス
２６ 第１圧力分布
２７ 第２圧力分布
２８ シール位置
２９ 第１圧力分布２６と第２圧力分布２７との合成圧力分布
３０ 第３圧力分布
３１ 第４圧力分布
１００ ベーンポンプ

Claims (3)

1. 筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、
   前記一対の側板それぞれを、ロータの駆動軸の軸線方向と平行な方向で、内側の第１プレートと外側の第２プレートとに分割し、前記第１プレートと第２プレートとの間に加圧流体を流入させる背圧室を形成したことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記駆動軸の基端部を支持する軸受を、環状のホルダーを介して前記第２プレートの少なくとも一方に設けた貫通孔で保持し、
   前記ホルダーの外周面と、前記第２プレートの前記貫通孔の内周面との間に、前記第２プレートの変形を許容する第１クリアランスを設けて、フローティングさせたことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ホルダーの外周面と、前記第２プレートの前記貫通孔の内周面との間にシールを介装し、
   前記外周面と前記内周面との間の第１クリアランスで生じる圧力と、前記駆動軸と前記軸受との間の第２クリアランスで生じる圧力とにより発生する前記ホルダーの変形が、前記シールの前後で均等となる位置に当該シールを配置することを特徴とする請求項２に記載のベーンポンプ。

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