JP2008002304A - 可変容量形ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構造に対して大きな変更なく安価でコンパクトな可変容量形ベーンポンプにする。
【解決手段】ハウジング２１、カバーには、回転軸２５が軸支され、該回転軸２５にはロータ２６が一体的に回転可能に支持されている。ロータ２６の放射方向に沿って設けられた溝２７はベーン２８が放射方向に進退可能に嵌挿されている。ハウジング２１に内装されたホルダ１１は軸状の大径部１１ａがカムリング２９の外周面に近接して設けられ、細軸状の小径部１１ｂがばね部材３３の内側に設けられている。ホルダ１１に形成された段付孔部１２は、大径部１２ａ、小径部１２ｂを有する。大径部１２ａには、閉塞栓１３が螺着されており、小径部１２ｂにはばね受け３４の先端（図１で右端）に当接するピストン１４が移動自在に嵌挿されている。閉塞栓１３には絞り１７ａが穿設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械や鍛圧機械等に使用されるベーンポンプに関し、さらに詳細にはカムリングを移動してロータとの偏心量を可変にして吐出量を変化させる可変容量形ベーンポンプに関する。

従来、この種の可変容量形ベーンポンプとして、一例として図７及び図８に示すものがある。図７は可変容量形ベーンポンプ２０の略縦断面図、図８は図７のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩ線断面図である。
図７及び図８において、ハウジング２１及び該ハウジング２１と一体的に形成されるカバー２２（図８参照）内には、軸受２３及び軸受２４により回転軸２５が回転自在に支持されている。前記回転軸２５には、図示しないキーを介してロータ２６が回転軸２５と一体的に回転可能に支持されている。前記ロータ２６の放射方向に沿って複数の溝２７が設けられ、該溝２７にベーン２８が放射方向に進退可能に嵌挿されている。

前記ロータ２６及び前記ベーン２８を囲繞するように円筒形状のカムリング２９がハウジング２１内に設けられている。前記カムリング２９は、円形状の摺接面３０を有し、ロータ２６とは図７で矢印Ａ及び矢印Ｂ方向に変位可能で偏心して設けられている。図７に示されるようにカムリング２９の一側（左側）には、可変容量形ベーンポンプ２０の吐出圧力を調整する圧力調整機構３１が設けられている。前記圧力調整機構３１は、カムリング２９の外周面に当接するホルダ３２と、一端部が前記ホルダ３２に装着されて先端面をカムリング２９の外周面に押圧して弾発力により吐出圧力を設定するばね部材３３と、前記ばね部材３３の他端部に装着されたばね受け３４と、ねじ部材３５により前記ハウジング２１に螺着されたアダプタ３６に螺合し前記ばね受け３４を押圧するボルト部材３７と、前記ボルト部材３７をアダプタ３６に締着するナット部材３８とを、備える。なお、前記圧力調整機構３１は、ハウジング２１に設けられ、ボルト部材３７を軸心方向に変位させると、ばね受け３４を介してホルダ３２によるカムリング２９に作用するばね部材３３の弾発力が変化し、吐出圧力が調整される。

ハウジング２１には、圧力調整機構３１に対向した位置に吐出量調整機構４０が設けられている。前記吐出量調整機構４０は、ハウジング２１に螺着してカムリング２９の外周面を押圧するボルト部材４１と、前記ボルト部材４１に螺合して該ボルト部材４１をハウジング２１に締着するナット部材４２とを、備える。吐出量調整機構４０は、ボルト部材４１が軸心方向に変位してロータ２６とカムリング２９との隙間が調整されて吸入ポート４３から吐出ポート４４に流れる圧力流体の流量が調整される。

カムリング２９の位置を調整するリング位置調整機構４９は、圧力調整機構３１及び吐出流量調整機構４０と略直交してハウジング２１に螺合したボルト部材４９ａより構成され、前記ボルト部材４９ａの先端部がカムリング２９の外周面に当接して軸心方向に移動可能であり、ボルト部材４９ａを進退させてカムリング２９の位置が調整される。
ロータ２６及びカムリング２９の両側には、図8に示すように円筒形状のサイドプレー５０、５１が設けられ、ロータ２６、ベーン２８、カムリング２９及びサイドプレート５０、５１によりポンプ室５２が形成される。前記サイドプレート５０、５１には、ポンプ室５２へ圧力流体が吸入される吸入路４５及び圧力流体が排出される吐出路４６が穿設され、夫々吸入ポート４３、吐出ポート４４に接続され、かつ図示しないタンク、アクチュエータ等に接続されている。

かかる可変容量形ベーンポンプ２０において、吐出ラインに回路の減圧要素（減圧弁等）との併用を行うことにより、負荷容積、回路中のエア残存、アクチュエータのスティックスリップ、減圧弁の固有振動などの条件により、カムリング２９の振動を招き、回路圧が振動する現象が発生することがある。
そこで、上記の可変容量形ベーンポンプ２０の問題を解決するために、カムリング３の移動方向にあるポンプハウジング６の壁面に開口するシリンダ室６１を形成し、該しシリンダ室６１内に絞り流路６ａを形成した所定質量のピストン部材７１を配設し、該ピストン部材７１とこれに対向あるカムリング３の側面間をバネ部材７２で連結するようにしている。これにより，バネ部材７２とピストン部材７１はそのバネ定数と質量により決定される固有振動数を有するダイナミックダンパを構成し、その共振強度と共振帯域は絞り流路７ａに生じる減衰に適度に調整される。そして、固有振動数がカムリング３のハンチング時の振動数域の中央値付近になるようにバネ部材７２のバネ定数とピストン部材７１の質量を選択すれば、カムリング３の振動はダイナミックダンパの共振作用により効果的に抑制される（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−１９４１８１号公報 第1図

特許文献１においては、ポンプハウジング６の壁面に開口するシリンダ室６１を形成し、該しシリンダ室６１内に絞り流路６ａを形成した所定質量のピストン部材７１を配設し、該ピストン部材７１とこれに対向あるカムリング３の側面間をバネ部材７２で連結するようにしているため、ポンプハウジング６の形状が大きくなり、かつ構造が複雑になるのでコストが上昇する。
本発明は、かかる問題点を解決するものであり、従来の構造に対して大きな変更なく安価でコンパクトな可変容量形ベーンポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１記載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、
前記ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を形成する同心円筒形状のカムリングと、
前記ロータ、前記ベーン及び前記カムリングを軸方向から挟持して吸入及びと吐出工程を制御するサイドプレートと、
を有し、前記カムリングはその外周面において該カムリングの偏心量増加方向に付勢するばね部材の弾発力を前記ホルダを介して伝達し、前記カムリングの偏心方向に直交する方向に該カムリングの移動を案内するリング位置調整機構を有する可変容量形ベーンポンプにおいて、
前記ばね部材の弾発力を前記カムリングに伝達するホルダ内には摺動可能に嵌挿されたピストン及び容積室を形成し、前記ピストンは内部に設けられたばね部材の弾発力により伸び方向に押され、前記容積室は絞りを介してケーシングに連通されるようにするダンパ要素を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、カムリングの振動を抑制するために、カムリングの偏心方向に設けられたばね部材とカムリング間に、従来の構造、寸法を大きく変えずにダンパ要素を設けることができ、安価でコンパクトな可変容量形ベーンポンプを提供することができる。
請求項２の発明では、前記ピストン及び前記ホルダのいずれかが前記ケーシングと前記容積室とを絞りを介して連通されている。
請求項３の発明では、前記ばね部材を保持するばね受けに、前記ホルダと同様の容積室を設けた。
請求項２及び３の発明では、ダンパ要素を設けることによって、カムリングの応答性を変化させることができ、振動を早期に減衰し、共振を防止すること出来る。これにより、吐出圧力の変動を抑制することができ、例えば工作機械の加工精度向上に効果がある。
請求項４の発明では、前記ピストンの先端形状が球面であると、カムリングとの接触面積が少なくなり、摺動抵抗が小さくなるのでよい。
請求項５の発明では、前記絞りを前記ピストンのストロークに応じて可変となるように前記ホルダの軸心方向に複数個を設けたので、カムリングの振動を減衰させる効果を発揮する範囲のカムリングの偏心量が小さい、フルカットオフ近辺でのみの安定性を向上させ、ポンプの応答性そのものを大きく変えないようにして、サージ圧力の発生を防止することができ、好適である。

本発明はダンパ要素を、従来のポンプの寸法、コストを大きく変更することなく、設けることが可能であり安定な可変容量形ベーンポンプを提供することできる。ポンプの吐出圧力変動を抑制することで、例えば工作機械に用いられる場合は、被加工物の加工精度を向上することができ、工作機械の性能向上に貢献すると考えられる。
さらに、可変容量形ベーンポンプのかかる問題を解決する手段として、制御弁等の制御ランドにおいて制御ポートからリークさせて、制御部の安定化を図る手段があるが、この場合制御時に不要な損失を発生させることになる。しかしながら、本発明ではカムリングの安定化の為に不要なリーク量を増大させることがないので、損失は従来通りとなり省エネのまま、カムリングの振動を抑制することが可能となった。

以下、本発明に係る可変容量形ベーンポンプにつき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る可変容量形ベーンポンプ１０の概略構成を示す縦断面図で、図１中、図７の構成要素と同一構成要素は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図１において、ハウジング２１に内装されたホルダ１１は軸状の大径部１１ａがカムリング２９の外周面に近接して設けられ、細軸状の小径部１１ｂがばね部材３３の内側に設けられている。前記ホルダ１１に形成された段付孔部（容積室）１２は、大径部１２ａ、小径部１２ｂを有する。大径部１２ａには、閉塞栓１３が螺着されており、小径部１２ｂにはばね受け３４の先端（図１で右端）に当接するピストン１４が移動自在に嵌挿されている。

段付孔部１２に配設されるばね部材１５は一端（図１で右端）が閉塞栓１３の他端（図１で左端）が係合し、他端（図１で左端）がピストン１４の一端（図１で右端）に接触している。前記ばね部材１５は弾発力によりピストン１４がばね受け３４に常時当接するように機能している。
さらに、閉塞栓１３には、開口部１６の有底に絞り１７が軸心方向に穿設されている。前記絞り１７はカムリング２９の偏心量が小さくなる場合に抵抗となり、負荷圧力が変動した場合にカムリング２９の急激な変化を抑制し、振動の発生を抑える働きをする機能を有する。
本実施の形態に係る可変容量形ベーンポンプ１０においては、図２に示すようにカムリング２９の振動を抑制するために、カムリング２９及びばね部材３３間にピストン１４を嵌挿する段付形状のホルダ１１と、ピストン１４を押圧するばね部材１５及びホルダ１１に形成された絞り１７と、を備えるダンパ要素１８が設けられている。

本発明の実施の形態に係る可変容量形ベーンポンプ１０は基本的には以上のように構成されたものであり、次にその動作及び作用効果について説明する。
図１において、カムリング２９はばね部材３３の弾発力によって矢印Ａ方向に変位して偏心量が最大の位置にある。ロータ２６の回転によって、該ロータ２６に突出可能に挿入されたベーン２７がカムリング２９の内周面上を摺接し該カムリング２９、ベーン２８及びロータ２６で形成された図示しない容積室の変化により吸入及び吐出を繰り返す。カムリング２９には吐出圧力によってばね部材３３の弾発力に抗する方向に油圧力が作用し、その油圧力が該ばね部材３３の弾発力によって設定された荷重を越えると、ばね部材３３の弾発力に抗してカムリング２９は矢印Ｂ方向に変位してボルト部材４９ａ上を摺動して、偏心量が小さくなり、ポンプ吐出量を減少する。このとき可変容量形ベーンポンプ１０のポンプ吐出圧力とポンプ出量の関係は、図６にように示される。従って、本実施の形態に係る可変容量形ベーンポーン１０において、カムリング２９はポンプの吐出圧力によって発生する油圧力とばね力の釣り合いによってその偏心量、すなわち吐出量が決定されるため、吐出圧力（＝負荷圧力）の変動によってカムリング２９が移動する構造になっている。

図３はダンパ要素の第１の変形例であるダンパ要素１８Ａを示す概略構造縦断面図で、図３中、図２の構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、同様とする。
図３において、絞り１７ａはばね部材１５が装着されるホルダ１１の小径部１１ｂ領域の半径方向に形成されている。
図４はダンパ要素の第２の変形例であるダンパ要素１８Ｂを示す概略構造縦断面図である。図４においては絞り１７ａがピストン１４のストロークによって変わった際、絞り１７ａよりもピストン１４側に逃げ穴１７ｂを設けた場合を示す。
図５はダンパ要素の第３の変形例であるダンパ要素１８Ｃを示す概略構造縦断面図である。この場合、ピストン１４のストロークは、用途と目的によってカムリング２９のストロークに渡りばね部材３３を挟んだ反対にばね受け３４と接してもよいし、ポンプの吐出量が零近辺、すなわちロータ２６とカムリング２９の偏心が零になる位置付近で接する長さとしてもよい。

本発明によれば、カムリングの振動を抑制するために、カムリングの偏心方向に設けられたばね部材とカムリング間に、従来の構造、寸法を大きく変えずにダンパ機構を設けることができる。

本発明の実施の形態に係る可変容量形ベーンポンプの略縦断面図である。 図１のダンパ要素の概略構造を示す縦断面図である。 図１のダンパ要素の第１の変形例を示す縦断面図である。 図１のダンパ要素の第２の変形例を示す縦断面図である。 図１のダンパ要素の第３の変形例を示す縦断面図である。 一般的な可変容量形ベーンポンプにポンプ吐出圧力とポンプ出量の関係を示す線図である。 従来の可変容量形ベーンポンプの略縦断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０、２０ 可変容量形ベーンポンプ １１ ホルダ
１２ 段付孔部 １４ ピストン
１５ ばね部材 １７ａ 絞り
１８ ダンパ要素 ２１ ハウジング
２２ カバー ２６ ロータ
２８ ベーン ２９ カムリング
３１ 圧力調整機構 ４０ 吐出量調整機構
４９ リンク位置調整機構

Claims (5)

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、
   前記ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を形成する同心円筒形状のカムリングと、
   前記ロータ、前記ベーン及び前記カムリングを軸方向から挟持して吸入及びと吐出工程を制御するサイドプレートと、
   を有し、
   前記カムリングはその外周面において該カムリングの偏心量増加方向に付勢するばね部材の弾発力を前記ホルダを介して伝達し、前記カムリングの偏心方向に直交する方向に該カムリングの移動を案内するリング位置調整機構を有する可変容量形ベーンポンプにおいて、
   前記ばね部材の弾発力を前記カムリングに伝達するホルダ内には摺動可能に嵌挿されたピストン及び容積室を形成し、前記ピストンは前記容積室に設けられたばね部材の弾発力により伸び方向に押され、前記容積室は絞りを介してケーシングに連通されるようにするダンパ要素を設けたことを特徴とする可変容量形ベーンポンプ。
2. 請求項１記載の可変容量形ベーンポンプにおいて、
   前記ピストン及び前記ホルダのいずれかが前記ケーシングと前記容積室とを絞りを介して連通されたことを特徴とする可変容量形ベーンポンプ。
3. 請求項１記載の可変容量形ベーンポンプにおいて、
   前記ばね部材を保持するばね受けに、前記ホルダと同様の容積室を設けたことを特徴とする可変容量形ベーンポンプ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の可変容量形ベーンポンプにおいて、
   前記ピストンの先端形状が球面であることを特徴とする可変容量形ベーンポンプ。
5. 請求項乃至４のいずれか１に記載の可変容量形ベーンポンプにおいて、
   前記絞りを前記ピストンのストロークに応じて可変となるように前記ホルダの軸心方向に複数個を設けたことを特徴とする可変容量形ベーンポンプ。

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