JP2006322350A

JP2006322350A - ベーンポンプ

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Publication number: JP2006322350A
Application number: JP2005144842A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sato; 康寛佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP4527597B2

Abstract

【課題】ハウジング内に設けられたカムリングと、その内周側に配設されて回転駆動されるロータとを備え、該ロータの径方向に出没自在に設けた複数のベーンの隣接するベーンに形成されるポンプ室の容積を変化させてポンプ作動を行うベーンポンプにおいて、ポンプ脈動や振動・騒音を低減させる。
【解決手段】例えば図６（ｃ），（ｄ）の低回転時における全圧式のカムリングにおいて、その外周の左半分に形成される第１流体圧室１にタンク圧が導入されて低圧がかかり、右半分に形成される第２流体圧室２にオリフィス下流圧が導入されて中圧がかかる。運転時はカムリングの内外差圧によって図示一点鎖線のように変形するが、本発明はこれと逆の、破線で示す形状２ａ，１ｂ，２ｂのようにカムリングに予めプロファイルを与えておく。運転時にカムリングが変形した際、適切なプロファイルとなる。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両のパワーステアリング装置の駆動源等に用いられるベーンポンプに係り、特に、ポンプ本体部の容量を変えることによって吐出流量を制御する可変容量型ベーンポンプに関する。

従来、例えば車両のパワーステアリング装置の駆動源として、ハウジング内に設けられたカムリングと、その内周側に配設されて回転駆動されるロータとを備え、該ロータの径方向に出没自在に設けた複数のベーンの隣接するベーンに形成されるポンプ室の容積を変化させてポンプ作動を行う、ベーンポンプが用いられている。

また可変容量型ベーンポンプは、前記カムリングをロータに対して偏心移動させることでポンプの吐出流量を制御し、これによってポンプ駆動力を低減し省エネルギー化を図っている。

このようなベーンポンプにおいて、カムリングのプロファイルは真円形状であるか、又は例えば下記特許文献１に記載のように、吸込区間において、ベーン背圧室の流量合計が回転の進行によらず常に一定となるプロファイルに設計されていた。
特開２００４−２３９７３号公報

上記のようなベーンポンプにおいては、吐出圧の増大に伴うカムリング内外周にかかる圧力により、カムリングが変形し、適切なカムプロファイルを維持することができない。このため吐出特性が変化し、ポンプから異音が発生するという問題がある。

とりわけ可変容量型ベーンポンプにおいては吸入領域と吐出領域とが１つずつ設けられているため、カムリングの同方向に圧力がかかるスパンが大きい上、カムリング外周側の圧力変化も大きいため、カムリングの変形が顕著に表れやすい。

すなわち、実際の運転時（吐出圧が上がれば上がるほど）にはカムリングに作用する圧力によりカムリングが変形するが、従来はそのカムリングの変形を全く考慮せずにプロファイルを設計していた。このため実際の運転時にはカム設計した曲線から大きく逸脱してしまい、ポンプ脈動や振動・騒音が増大するという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、ポンプ脈動や振動・騒音を低減させたベーンポンプを提供することにある。

（１）上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ハウジング内に配設されて回転駆動されるロータと、前記ロータに設けられたスロットに径方向に出没自在に設けられたベーンと、前記ハウジング内に設けられると共に、円環状に形成され、内周側に前記ロータおよびベーンとともに複数のポンプ室を形成するカムリングと、前記カムリングの軸方向両側に設けられ、少なくともその一方側に、前記複数のポンプ室の容積が増大する領域に開口する吸入ポートと、複数のポンプ室の容積が縮小する領域に開口する吐出ポートとを備えた挟持部材とを備えたベーンポンプにおいて、
前記カムリングのプロファイルを、円形よりも、このカムリングの内外周にかかる圧力の大きい側へ凸状に膨らむ形状となるように構成し、カムリングを、圧力による変形分とは逆の変形を予め持たせた。

この構成により、実際の運転時に圧力が上がった際に、内外周にかかる圧力差により、カムリングが高圧側から低圧側に押されて変形をした状態で、本来の狙いとする適切なカムリングのプロファイルとなり、脈動、振動、騒音を低減することができる。
（２）上記課題を解決するための請求項２に記載の発明は、ハウジング内に配設されて回転駆動されるロータと、前記ロータに設けられたスロットに径方向に出没自在に設けられたベーンと、前記ハウジング内に揺動自在に設けられると共に、円環状に形成され、内周側に前記ロータおよびベーンとともに複数のポンプ室を形成するカムリングと、前記カムリングの軸方向両側に設けられ、少なくともその一方側に、前記複数のポンプ室の容積が増大する領域に開口する吸入ポートと、複数のポンプ室の容積が縮小する領域に開口する吐出ポートとを備えた挟持部材と、前記カムリングの外周側に設けられ、このカムリングの外周側空間を第１流体圧室と、第２流体圧室とに隔成するシール部材と、を備え、前記第１流体圧室と第２流体圧室とに導かれる液圧により前記カムリングを揺動し、前記複数のポンプ室の容積を変化させる可変容量型のベーンポンプにおいて、
前記カムリングのプロファイルを、円形よりも、このカムリングの内外周にかかる圧力の大きい側へ凸状に膨らむ形状となるように構成し、カムリングを、圧力による変形分とは逆の変形を予め持たせた。

この構成により、実際の運転時に圧力が上がった際に、内外周にかかる圧力差により、カムリングが高圧側から低圧側に押されて変形をした状態で、本来の狙いとする適切なカムリングのプロファイルとなり、脈動、、騒音、振動を低減することができる。

上記構成の可変容量型のベーンポンプにおいては、吸入領域と吐出領域とが１つずつ設けられているため、カムリングの同方向にかかるスパンが大きい上、カムリング外周側の圧力変化も大きい。このため実際の運転時に圧力が上がった際に、カムリングの内外周にかかる圧力差により、カムリングが高圧側から低圧側へ押されたような変形をしたとき、本来の狙いとする適切なカムリングのプロファイルとなり、脈動、騒音、振動の低減効果をより一層得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施形態例に限定されるものではない。図１、図２は可変容量型ベーンポンプの基本的構成の一例を表し、図１はポンプ内をポンプ駆動軸の軸線に直交して切断した要部断面を示し、図２はポンプ内をポンプ駆動軸線に沿って切断した要部断面を示している。

図２において、２０は、本発明にかかる可変容量型ベーンポンプのポンプハウジングであり、このポンプハウジング２０は、ポンプ本体部を収容する凹部２１ａを備えたハウジング本体２１と、このハウジング本体２１に結合されて凹部２１ａを閉塞するリヤカバー２２とによって構成されている。

ポンプハウジング２０には車両のエンジンによって駆動される駆動軸２３が回転自在に支持され、この駆動軸２３にロータ２４が一体回転可能に結合されている。ロータ２４は、図１に示すようにその外周側放射方向に複数のベーンスロット７０が形成され、その各スロット７０にベーン２５が出没自在に収容されている。

図１において、２６は、前記ロータ２４とともにポンプ本体部を構成し、同ロータ２４を内周側に収容するカムリングであり、このカムリング２６には前記各ベーン２５の先端が摺接する略円形状の内面が設けられている。このカムリング２６のプロファイルについては後に詳述する。

また、カムリング２６はその外周部の一部（図中の下端）がポンプハウジング２０内に揺動自在にピン２７（第１支持点）によって支持され、そのピン２７を中心とする揺動によってロータ２４に対する偏心量を調整できるようになっている。図１中Ｏは、ロータ２４及び駆動軸２３の回転中心を示し、Ｏ’はカムリング２６の中心を示すが、このカムリング２６の中心Ｏ’はその揺動によって同図中をほぼ左右方向に変位する。

このベーンポンプは、常態において、カムリング２６が回転中心Ｏに対して偏心しているため、ロータ２４がベーン２５の先端をカムリング２６の内周面に摺接させつつ回転すると、隣接するベーン２５，２５間に形成されるポンプ室の容積を増減変化させ、それによって連続的にポンプ作動を行う。そして、カムリング２６とロータ２４の偏心量が変化すると、ポンプ室の容積変化率が変わり、それに伴ってポンプ容量が変化する。

また、２８は、ポンプハウジング２０の凹部２１ａ内に嵌合され、内部にカムリング２６の収容空間を形成するリング状部材であり、２９（図２参照）は、このリング状部材２８とともに凹部２１ａ内に収容されたサイドプレートである。リング状部材２８は、硬質材料によってロータ２４、ベーン２５、及び、カムリング２６の三者の幅よりも若干広く形成され、その内周面は前記カムリング２６の揺動変位を許容し得るよう略楕円状に形成されている。このリング状部材２８はカムリング２６の揺動中心となるピン２７に係合され、このピン２７によって回り止めがなされている。

そして、リング状部材２８の内周面のうちのピン２７の位置と相反する位置（内周の略１８０°ずれた位置）には、径方向内側にばね付勢されたシール部材３０（図１参照）が配置され、このシール部材３０がカムリング２６の変位（揺動）を許容しつつ同カムリング２６の外周面に密接するようになっている。

このシール部材３０は、ピン２７とともにリング状部材２８の内側空間を、図１中左側の第１流体圧室１と同図中右側の第２流体圧室２とに隔成し、各流体圧室１，２に導入された作動油の圧力がカムリング２６に対して相反方向から作用するようにしている。尚、カムリング２６は第１流体圧室１方向に最大に変位したときにロータ２４に対する偏心量が最大になり、逆に第２流体圧室２方向に最大に変位したときに同偏心量が最小になる。

サイドプレート２９はポンプハウジング２０の内部壁（リヤカバー２２の内壁）とともにリング状部材２８の両側部を閉塞するとともに、カムリング２６の側部を摺動可能に閉塞するようになっている。

一方、リング状部材２８の周壁のうちの第２流体圧室２に臨む部位には、図１に示すように所定径の貫通孔４３が形成され、また、ポンプハウジング２０の周壁のうちの、この貫通孔４３に連続する位置には有底円筒状のスプリング収容部４４が形成され、このスプリング収容部４４には付勢スプリング４５が収容されている。付勢スプリング４５の先端部は、貫通孔４３を通して第２の流体圧室２内に突出してカムリング２６の外周面に当接し、カムリング２６を第１の流体圧室１方向（偏心量が最大になる方向。）に付勢している。

尚リング状部材２８の内周の、前記第１流体圧室１側であって吸入領域ａ（図１中の上半部の領域）と吐出領域ｂ（図１中の下半部の領域）の境界付近の部位には、カムリング２６側に若干突出した隆起部２８ａ（第２支持点）が形成されている。

この隆起部２８ａは、カムリング２６が第１流体圧室１方向（最大偏心方向）に付勢されたときにカムリング外周面と接触することによって、図示のように第１流体圧室１のスペースを確保するように働く。

また、ポンプハウジング２０の凹部２１ａの底面には、図２に示すように、サイドプレート２９との間に低圧室３３と高圧室３４を形成する窪みが形成されており、低圧室３３と高圧室３４はサイドプレート２９に形成された連通孔３５，３６を介して夫々カムリング２６内の吸入領域ａと吐出領域ｂに導通している。そして、カムリング２６内の吸入領域ａは吸入ポート３７に接続され、吐出領域ｂは吐出ポート３８に接続されている。尚、サイドプレート２９は高圧室３４の作動油の圧力を受け、リング状部材２８をリヤカバー２２方向に押し付けている。

リング状部材２８の上方（シール部材３０側）のポンプハウジング２０には、作動油の排出流量を制御する制御バルブ５７が設けられている。この制御バルブ５７には、仕切り片５８ａ，５８ｂを有した弁体５８により隔成された上流側流体室６１、中間流体室６２、下流側流体室６３が各々形成されている。６４は弁体５８を上流側流体室６１側へ付勢するスプリングである。

中間流体室６２にはタンク８０から作動油が供給されるようになっている。またタンク８０の作動油は吸入通路８１を介して前記吸入領域ａにも供給される。上流側流体室６１には、前記吐出領域ｂ（吐出ポート３８）に連通した吐出通路８２を介して吐出作動油が導入される。また前記吐出領域（吐出ポート３８）に連通した吐出通路８３にはオリフィス８４が介挿されている。このオリフィス８４の下流側の作動油は油圧アクチュエータ（図示省略）へ供給されるとともに制御バルブ５７の下流側流体室６３に供給される。

８５は、その一端が上流側流体室６１と中間流体室６２の境界付近に開口して設けられた連通路（リターンポート）である。８６は、その一端が中間流体室６２と下流側流体室６３の境界付近に開口して設けられた連通路である。制御バルブ５７内の作動油は連通路８５およびリング状部材２８に設けられた孔８７を介して第１流体圧室１に導入され、また連通路８６および前記部材２８に設けられた孔８８を介して第２流体圧室２に導入されるように構成されている。

尚図１、図２では、カムリング２６の、付勢スプリング４５の軸方向への変位に応じてオリフィス８４の開口面積を調整するように構成されているが、その機構については図示省略している。

次に上記のように構成されたベーンポンプの動作を図１〜図４とともに説明する。図３は図１、図２の要部構成を模式化した図であり、図１、図２と同一部分は同一符号をもって示している。図４はポンプ速度と吐出流量の関係を示す特性図である。

まずポンプ作動開始時は、図３（ａ）に示すように、制御バルブ５７の弁体５８はスプリング６４によって上流側流体室６１側に付勢されており、またカムリング２６は付勢スプリング４５によって隆起部２８ａ側に付勢されている（最大偏心状態となっている）。これによって、弁体５８の仕切り片５８ａが上流側流体室６１側に位置するため連通路８５は中間流体室６２に連通し、第１流体圧室１にはタンク８０から中間流体室６２、連通路８５および孔８７を介してタンク圧が導入されている。

また弁体５８の仕切り片５８ｂが中間流体室６２側に位置するため連通路８６は下流側流体室６３に連通し、第２流体圧室２には下流側流体室６３、連通路８６および孔８８を介してオリフィス８４の下流圧が導入されている。

尚図３（ａ）に示すカムリング２６の最大偏心状態において、オリフィス８４の開口面積は、図示省略の調整機構によって最大開口面積に調整されている。

そして、エンジンの始動によって駆動軸２３が回転すると、カムリング２６が最大偏心位置に変位した状態において、カムリング２６内をロータ２４が回転する。こうして、ロータ２４が回転すると、カムリング２６内でポンプ作動が連続して行われ、タンク８０から吸入領域ａに吸い込んでベーン２５によって加圧された作動油が、吐出領域ｂから吐出通路８２、８３へ吐出される。そして、吐出通路８２に吐出された作動油は、制御バルブ５７の上流側流体室６１へ導入され、吐出通路８３に吐出された作動油はオリフィス８４を通過して図示省略の油圧アクチュエータへと供給される一方、制御バルブ５７の下流側流体室６３に導入される。

このとき、オリフィス８４の前後に差圧が生じ、その差圧が制御バルブ５７の弁体５８に作用するが、弁体５８はこの差圧が設定値に達するまではスプリング６４によって上流側流体室６１側に押し付けられている。したがって、第１流体圧室１と第２流体圧室２はほぼ同圧に維持され、オリフィス８４の前後差圧が設定圧以上になるまでの間、吐出流量は図４のＡ区間のようにロータ２４の回転速度の上昇に略比例して増加する。

ロータ２４の回転速度が上昇し、オリフィス８４の前後差圧が設定圧以上（すなわち第１流体圧室１の圧力＞第２流体圧室２の圧力）になると、制御バルブ５７の弁体５８がその差圧によって、図３（ｂ）に示すように下流側流体室６３方向に変位する。

これによって、弁体５８の仕切り片５８ａが中間流体室６２側に位置するため、連通路８５は上流側流体室６１に連通し、第１流体圧室１には吐出通路８２、上流側流体室６１、連通路８５および孔８７を介してオリフィス上流圧が導入される。

また弁体５８の仕切り片５８ｂが下流側流体室６３側に位置するため、連通路８６は中間流体室６２に連通し、第２流体圧室２には中間流体室６２を介してタンク圧が導入される。

そして第１流体圧室１の圧力によりカムリング２６は図３（ｂ）のように第２流体圧室２側に変位し、ロータ２４に対する偏心量が減少する。するとその変位に応じて図示省略の調整機構によってオリフィス８４の開口面積が縮小され、この結果ベーンポンプは、図４のＢ区間のように、ロータ２４の回転速度と相反して吐出流量を減少させ、所謂フローダウン特性を呈することとなり、作動油の温度上昇や、駆動トルクの上昇が防止される。

図１、図２、図３のベーンポンプはカムリングの駆動方式としては所謂全圧式（高圧式）と呼ばれるものであるが、本発明はこれに限らず差圧式、低圧式のベーンポンプにも適用できるものである。

図５はカムリングの３つの駆動方式の模式図であり、図１〜図３と同一部分は同一符号をもって示している。図５（ａ）の差圧式において、図５（ｂ）の全圧式と異なる構成は、連通路８６の代わりに、下流側流体室６３と孔８８を結ぶ連通路９１が設けられている点にあり、また図５（ｃ）の低圧式において、図５（ｂ）の全圧式と異なる構成は、連通路８６および孔８８の代わりに、タンク８０と第２流体圧室２を結ぶ連通路９２が設けられている点にある。

第１流体圧室１には、いずれの駆動方式も、オリフィス８４の上流圧とタンク圧とが選択的に導入されるように構成されている。

第２流体圧室２には、（ａ）の差圧式では常時オリフィス下流圧が導入され、（ｂ）の全圧式では前述したようにオリフィス下流圧とタンク圧が選択的に導入され、（ｃ）の低圧式では常時タンク圧が導入されるように構成されている。

次に、本発明のカムリングのプロファイルについて説明する。本発明では、カムリングに作用する圧力に起因したカムリングの変形を把握し、予め変形量を補正したカム形状に構成するものである。

図６、図７は、差圧式、全圧式、低圧式の各駆動方式のカムリングについて、実際のベーンポンプの運転時にカムリングがどのように変形するかを調べ、その変形形状と、該変形を補正した設計プロファイルとを表した図である。

図６、図７において図１〜図３と同一部分は同一符号をもって示しており、図中の低、中、高は各々圧力を示し、実線の円はカムリングを真円としたときの形状を示し、一点鎖線は運転時の実際のカムリング変形形状を示し、破線は本発明のカムリングのプロファイルを示している。

また図６は低回転時（図４のＡ区間）を示し、図７は高回転時（図４のＢ区間）を示し、（ａ）、（ｃ）、（ｅ）における破線は単純に圧力のみで考察した場合の形状を、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）における破線は圧力以外の周囲の影響を考察に入れた場合の形状を各々示している。

まず差圧式の低回転時は、前記図５（ａ）に示すようにカムリング２６は最大偏心状態にあり、第１流体圧室１にはタンク圧が導入されるため低圧がかかり、第２流体圧室２にはオリフィス８４の下流圧が導入されるため中圧がかかる。

このため吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングは、外側から内側に付勢する内外差圧によって内側に変形し、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形し、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形する（各々図示一点鎖線）。

そこで本実施形態例では図示破線のように、前記圧力による変形分を考慮しそれと逆側の変形を予め与えたカムリングのプロファイルとする。

すなわち、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも外側に凸となる形状２ａとし、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状２ｂとし、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状１ｂとする。

これによって、実際の運転時にカムリング内外差圧によりカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吸入特性および吐出特性が向上する。

ここで、カムリングのプロファイルを設計するうえでの前記圧力以外の各種条件を考察してみると、カムリングの揺動支点である前記ピン２７（第１支持点）付近および最大偏心時に接触する前記隆起部２８ａ（第２支持点）付近では、カムリングは変形し難いので、これら第１、第２支持点付近のカムリングのプロファイルを略円形状としても何ら問題はない。

またカムリングは、隣り合う領域で異なる方向の荷重を受けても、境界部で急激な逆向きの変形を起こす事は無く、徐々に凹から凸または凸から凹形状に変化するため、その変形をオフセットした形状も同様に滑らかに凹凸を変化させる。

したがって差圧式の低回転時においては図６（ｂ）に示すように、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域のプロファイルを、形状１ｂと同様に実線の真円よりも内側に凸となる形状１ａ′（但し１ａ′の第２流体圧室２寄りの領域のプロファイルが真円よりも外側に凸となる形状１ａ₂′を有する）とする。

また図６（ａ）では、形状２ａと形状２ｂの境界部で凹凸の形状変化が激しいので、図６（ｂ）に示すように、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の、第１流体圧室１寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状２ｂ₁′とし、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の、吸入領域ａ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状２ｂａ′とする。

次に全圧式の低回転時は、前記図５（ｂ）に示すようにカムリング２６は最大偏心状態にあり、第１流体圧室１にはタンク圧が導入されるため低圧がかかり、第２流体圧室２にはオリフィス８４の下流圧が導入されるため中圧がかかる。

このように各所にかかる圧力は前記差圧式の低回転時と同一であるため、実際の運転時の変形形状（一点鎖線）は図６（ｃ）に示すように図６（ａ）と同一となり、このため本発明によるカムリングのプロファイル（破線の形状）も、図６（ｃ）、（ｄ）に示すように図６（ａ）、（ｂ）と同一に設計するものである。また図６（ｃ）、（ｄ）における作用、効果も前述した図６（ａ）、（ｂ）と同様であるのでその説明は省略する。

次に図６（ｅ）の低圧式の低回転時は、前記図５（ｃ）に示すようにカムリング２６は最大偏心状態にあり、第１流体圧室１にはタンク圧が導入されるため低圧がかかり、第２流体圧室２にはタンク圧が導入されるため低圧がかかる。

このため吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形し、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形する（各々図示一点鎖線）。

すなわち、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状１ｂとし、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状２ｂとする。

これによって、実際の運転時にカムリング内外差圧によりカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性が向上する。

また周囲の影響を考慮して、図６（ｆ）に示すように、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の、第２流体圧室２寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状１ａ₂″とし、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の、吐出領域ｂ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状１ａｂ″とする。また吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の、第１流体圧室１寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状２ａ₁″とし、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の、吐出領域ｂ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状２ａｂ″とする。

次に図７（ａ）の差圧式の高回転時は、図５（ａ）のオリフィス８４の前後差圧が大きくなって制御バルブ５７の弁体５８が変位するため、仕切り片５８ａが中間流体室６２側に位置し、第１流体圧室１にはオリフィス上流圧が導入されて高圧がかかる。また第２流体圧室２にはオリフィス８４の下流圧が導入されて中圧がかかる。このため吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングは、外側から内側に付勢する内外差圧によって内側に変形し、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングは、外側から内側に付勢する内外差圧によって内側に変形し、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形する（各々図示一点鎖線）。

すなわち、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも外側に凸となる形状１ａとし、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも外側に凸となる形状２ａとし、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状２ｂとする。

また図７（ａ）では、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域の真円形状と吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域の形状１ａの境界部で凹凸の形状変化が激しいので、図７（ｂ）に示すように、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の、吸入領域ａ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状１ｂａとし、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の、第２流体圧室２寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状１ｂ₂とする。

次に図７（ｃ）の全圧式は、図５（ｂ）のオリフィス８４の前後差圧が大きくなって制御バルブ５７の弁体５８が変位するため、仕切り片５８ａが中間流体室６２側に位置し、第１流体圧室１にはオリフィス上流圧が導入されて高圧がかかる。また仕切り片５８ｂが下流側流体室６３側に位置するため、第２流体圧室２にはタンク圧が導入されて低圧がかかる。

このため吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングは、外側から内側に付勢する内外差圧によって内側に変形し、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングは、内側から外側に付勢する内外差圧によって外側に変形する（各々図示一点鎖線）。

すなわち、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも外側に凸となる形状１ａとし、吐出領域ｂで且つ第１流体圧室１側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状１ｂとし、吐出領域ｂで且つ第２流体圧室２側の領域のカムリングのプロファイルを、実線で示す真円よりも内側に凸となる形状２ｂとする。

また図７（ｃ）では、前記形状１ａと１ｂの境界部、および形状２ｂと吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の領域の真円形状との境界部で、凹凸の形状変化が激しいので、図７（ｄ）に示すように、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の、第２流体圧室２寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状１ａ₂″とし、吸入領域ａで且つ第１流体圧室１側の、吐出領域ｂ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状１ａｂ″とし、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の、第１流体圧室１寄りの領域のプロファイルを、真円よりも外側に凸となる形状２ａ₁″とし、吸入領域ａで且つ第２流体圧室２側の、吐出領域ｂ寄りの領域のプロファイルを、真円よりも内側に凸となる形状２ａｂ″とする。

次に図７（ｅ）の低圧式の高回転時は、前記図５（ｃ）のオリフィス８４の前後差圧が大きくなって制御バルブ５７の弁体５８が変位するため、仕切り片５８ａが中間流体室６２側に位置し、第１流体圧室１にはオリフィス上流圧が導入されて中圧がかかる。また第２流体圧室２にはタンク圧が導入されるため低圧がかかる。このように各所にかかる圧力は前記全圧式の高回転時と同一であるため、実際の運転時の変形形状（一点鎖線）は図７（ｅ）に示すように図７（ｃ）と同一となり、このため本発明によるカムリングのプロファイル（破線の形状）も、図７（ｅ）、（ｆ）に示すように図７（ｃ）、（ｄ）と同一に設計するものである。また図７（ｅ）、（ｆ）における作用、効果も前述した図７（ｃ）、（ｄ）と同様であるのでその説明は省略する。

尚、本発明のプロファイルを有したカムリングを適用した場合の、ポンプ回転数とポンプ脈動レベルの関係を図８に示す。図８（ａ）は低負荷時、図８（ｂ）は中負荷時、図８（ｃ）は高負荷時を表しているが、いずれの場合も、実線で示す従来のポンプの特性よりも、破線で示す本発明によるポンプの特性の方が良好であることがわかる。

また本発明は、可変容量型ベーンポンプに限らず、固定式カムリングを採用したベーンポンプに適用する場合も、前記と同様に実際の運転時の変形分とは逆の変形を予め与えたプロファイルを持たせることにより、前記と同様の作用、効果が得られる。

更に、上記実施形態例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２に記載のベーンポンプは、前記吐出ポートに連通する吐出通路に設けられたオリフィスと、このオリフィスの前後差圧が導かれる切換弁と、前記第２流体圧室に設けられ、前記カムリングをこの第２流体圧室側から前記第１流体圧室側へ付勢する付勢手段と、を更に備え、前記切換弁は、前記第１流体圧室へ導かれる圧力を前記オリフィスの上流側圧力と大気圧とを切り換え、前記第２流体圧室へは、前記オリフィスの下流側圧力を導くように構成するとともに、前記カムリングの、吸入領域で且つ第２流体圧室の領域におけるプロファイルと、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルとを、円形よりも外周側へ凸状に膨らむ形状に各々構成する。

この構成により、カムリングの最大偏心状態においては、第１流体圧室側が低圧となり、第２流体圧室側が高圧となる。また、付勢手段によりカムリングが第１流体圧室側へ付勢されているため、カムリングの安定性が良い。

さらに、吸入領域で且つ第２流体圧室の領域におけるカムリング外側（第２流体圧室側）から内側（吸入領域側）方向へ付勢するカムリングの内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吸入特性を向上させることができる。

また、ポンプ高回転時は、第１流体圧室側の圧力が第２流体圧室側および吸入領域の圧力よりも高くなる。このためポンプ高回転時において、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング外側（第１流体圧室側）から内側（吸入領域側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吸入特性を向上させることができる。
（ロ）前記（イ）項に記載のベーンポンプにおいて、前記カムリングの吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルと、吐出領域で且つ第２流体圧室の流体圧におけるプロファイルとを、円形よりも内周側へ凸状に膨らむ形状に各々構成する。

この構成において、ポンプ低回転時は、第１流体圧室側の圧力が吐出領域の圧力より低くなる。このためポンプ低回転時において、吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第１流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。

また、吐出領域の圧力は、低回転時も高回転時も、第２流体圧室の圧力よりも高い。このため、吐出領域で且つ第２流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第２流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。
（ハ）請求項２に記載のベーンポンプは、前記吐出ポートに連通する吐出通路に設けられたオリフィスと、このオリフィスの前後差圧が導かれる切換弁と、前記第２流体圧室に設けられ、前記カムリングをこの第２流体圧室側から前記第１流体圧室側へ付勢する付勢手段と、を更に備え、前記切換弁は、前記第１流体圧室へ導かれる圧力を前記オリフィスの上流側圧力と大気圧とを切り換え、前記第２流体圧室へ導かれる圧力を、前記オリフィスの下流側圧力と大気圧とを切り換えるように構成するとともに、前記カムリングの、吸入領域で且つ第２流体圧室の領域におけるプロファイルと、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルとを、円形よりも外周側へ凸状に膨らむ形状に各々構成する。

さらに、カムリングの偏心量が減少する方向に移動する際、第２流体圧室へは大気圧が徐々に導入されるため、カムリングの応答性が良い。

またポンプ低回転時は、第２流体圧室側の圧力が吸入領域の圧力より高くなる。このためポンプ低回転時において、吸入領域で且つ第２流体圧室の領域におけるカムリング外側（第２流体圧室側）から内側（吸入領域側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。

またポンプ高回転時は、第１流体圧室側の圧力が吸入領域の圧力より高くなる。このためポンプ高回転時において、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング外側（第１流体圧室側）から内側（吸入領域側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吸入特性を向上させることができる。
（ニ）前記（ハ）項に記載のベーンポンプにおいて、前記カムリングの、吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルと、吐出領域で且つ第２流体圧室の流体圧におけるプロファイルとを、円形よりも内周側へ凸状に膨らむ形状に各々構成する。

この構成において、ポンプ低回転時は、吐出領域の圧力が第１流体圧室側の圧力よりも高くなる。このためポンプ低回転時において、吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第１流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。

また、ポンプ高回転時は、吐出領域の圧力が第２流体圧室側の圧力よりも高くなる。このためポンプ高回転時において、吐出領域で且つ第２流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第２流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。
（ホ）前記請求項２に記載のベーンポンプは、前記吐出ポートに連通する吐出通路に設けられたオリフィスと、このオリフィスの前後差圧が導かれる切換弁と、前記第２流体圧室に設けられ、前記カムリングをこの第２流体圧室側から前記第１流体圧室側へ付勢する付勢手段と、を更に備え、前記切換弁は、前記第１流体圧室へ導かれる圧力を前記オリフィスの上流側圧力と大気圧とを切り換え、前記第２流体圧室へは、大気圧を導くように構成するとともに、前記カムリングの、吐出領域で且つ第２流体圧室の領域におけるプロファイルと、吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルとを、円形よりも内周側へ凸状に膨らむ形状に各々構成する。

この構成によれば、カムリングの最大偏心状態においては、カムリング全周が大気圧となるため、第１流体圧室と第２流体圧室の間の圧力漏れが生じないので、ポンプ効率が良い。

また、吐出領域の圧力は、低回転時も高回転時も、第２流体圧室の圧力よりも高い。このため、吐出領域で且つ第２流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第２流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。

また吐出領域の圧力は、特にポンプ低回転時に第１流体圧室の圧力よりも高くなる。このため、吐出領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング内側（吐出領域側）から外側（第１流体圧室側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吐出特性を向上させることができる。
（ヘ）前記（ホ）項に記載のベーンポンプにおいて、前記カムリングの、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるプロファイルを、円形よりも外側方向へ凸状に膨らむ形状に構成する。

この構成において、ポンプ高回転時は、第１流体圧室の圧力が吸入領域の圧力よりも高くなる。このためポンプ高回転時において、吸入領域で且つ第１流体圧室の領域におけるカムリング外側（第１流体圧室側）から内側（吸入領域側）方向へ付勢するカムリング内外差圧によってカムリングが変形した際、適切なカムリングのプロファイルとなり、ポンプの吸入特性を向上させることができる。
（ト）前記請求項２に記載のベーンポンプは、前記吐出領域であって、前記第１流体圧室と第２流体圧室の境界点においてカムリングの揺動を支持する第１支持点と、前記第１流体圧室側であって、前記吸入領域と吐出領域の境界付近においてカムリングを支持する第２支持点と、を更に備え、前記カムリングのプロファイルを、前記第１支持点付近および第２支持点付近において、略円形の形状に構成する。

この構成において、第１支持点付近および第２支持点付近では圧力が変化してもカムリングのプロファイルが変化し難いため、円形の形状とすることにより、適切な吸入、吐出特性とすることができる。

本発明の一実施形態例のベーンポンプの、ポンプ駆動軸の軸線に直交して切断した要部断面図。本発明の一実施形態例のベーンポンプの、ポンプ駆動軸の軸線に沿って切断した要部断面図。本発明の一実施形態例の全圧式ベーンポンプの概要を表し、（ａ）は低回転時の模式図、（ｂ）は高回転時の模式図。可変容量型ベーンポンプにおけるポンプ速度と吐出流量の関係を示す特性図。本発明が適用されるベーンポンプの各種カムリング駆動方式を表し、（ａ）は差圧式の模式図、（ｂ）は全圧式の模式図、（ｃ）は低圧式の模式図。本発明の、ベーンポンプ低回転時におけるカムリングのプロファイルの実施形態例を表し、（ａ），（ｃ），（ｅ）は圧力のみを考慮した場合のプロファイル説明図、（ｂ），（ｄ），（ｆ）は周囲の影響を考慮した場合のプロファイル説明図。本発明の、ベーンポンプ高回転時におけるカムリングのプロファイルの実施形態例を表し、（ａ），（ｃ），（ｅ）は圧力のみを考慮した場合のプロファイル説明図、（ｂ），（ｄ），（ｆ）は周囲の影響を考慮した場合のプロファイル説明図。本発明のカムリングを用いたポンプと従来のポンプの、低、中、高の各負荷時における、ポンプ回転数と脈動レベルの関係を示す特性図。

符号の説明

１…第１流体圧室、２…第２流体圧室、２０…ポンプハウジング（ハウジング）、２１…ハウジング本体、２２…リヤカバー（挟持部材）、２３…駆動軸、２４…ロータ、２５…ベーン、２６…カムリング、２７…ピン（第１支持点）、２８…リング状部材、２８ａ…隆起部（第２支持点）、２９…サイドプレート（挟持部材）、３０…シール部材、３３…低圧室、３４…高圧室、３７…吸入ポート、３８…吐出ポート、４５…付勢スプリング、５７…制御バルブ、５８…弁体、６１…上流側流体室、６２…中間流体室、６３…下流側流体室、６４…スプリング、８０…タンク、８１…吸入通路、８２、８３…吐出通路、８４…オリフィス、８５、８６…連通路、８７、８８…孔、ａ…吸入領域、ｂ…吐出領域。

Claims

ハウジング内に配設されて回転駆動されるロータと、
前記ロータに設けられたスロットに径方向に出没自在に設けられたベーンと、
前記ハウジング内に設けられると共に、円環状に形成され、内周側に前記ロータおよびベーンとともに複数のポンプ室を形成するカムリングと、
前記カムリングの軸方向両側に設けられ、少なくともその一方側に、前記複数のポンプ室の容積が増大する領域に開口する吸入ポートと、複数のポンプ室の容積が縮小する領域に開口する吐出ポートとを備えた挟持部材と、を備え、
前記カムリングのプロファイルは、円形よりも、このカムリングの内外周にかかる圧力の大きい側へ凸状に膨らむ形状を有することを特徴とするベーンポンプ。
ハウジング内に配設されて回転駆動されるロータと、
前記ロータに設けられたスロットに径方向に出没自在に設けられたベーンと、
前記ハウジング内に揺動自在に設けられると共に、円環状に形成され、内周側に前記ロータおよびベーンとともに複数のポンプ室を形成するカムリングと、
前記カムリングの軸方向両側に設けられ、少なくともその一方側に、前記複数のポンプ室の容積が増大する領域に開口する吸入ポートと、複数のポンプ室の容積が縮小する領域に開口する吐出ポートとを備えた挟持部材と、
前記カムリングの外周側に設けられ、このカムリングの外周側空間を第１流体圧室と、第２流体圧室とに隔成するシール部材と、を備え、
前記第１流体圧室と第２流体圧室とに導かれる液圧により前記カムリングを揺動し、前記複数のポンプ室の容積を変化させるベーンポンプにおいて、
前記カムリングのプロファイルは、円形よりも、このカムリングの内外周にかかる圧力の大きい側へ凸状に膨らむ形状を有することを特徴とするベーンポンプ。