JP2009133218A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ベーンポンプにおいて、ベーンの先端部に設ける高硬度コーティング層の密着性を向上し、ベーンの耐摩耗性、耐久性を向上すること。
【解決手段】 ベーンポンプ１０において、ベーン１７の先端部に高硬度の主コーティング層Ｃを設けるとき、ベーン１７の母材Ａと主コーティング層Ｃの間に、該母材Ａの硬度と主コーティング層Ｃの硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層Ｂを設けてなるもの。
【選択図】 図３

Description

本発明はベーンポンプに関する。

特許文献１に記載の如くのベーンポンプでは、ポンプ軸に固定されるロータの周方向の多数位置のそれぞれに設けた溝にベーンを収容し、ベーンの先端部をカムリングに押し付けて摺動させている。

また、特許文献２に記載のロータリ圧縮機では、ベーンの先端部に窒化チタンコーティング層（TiN）を蒸着により設けている。
特開2001-32781 特許第3112529号

特許文献１に記載のベーンポンプにおいて、図５に示す如く、ベーンの先端部に特許文献２に記載の如くの窒化チタンコーティング層（TiN）を設けるときには、ベーンの母材Ａたる鉄系材料、例えば高速度工具鋼（SKH51）の硬度770〜940HVと、窒化チタンコーティング層の硬度2000〜2500HV（母材の2.6倍）の硬度差が大きいため、両者の密着性が低く、窒化チタンコーティング層が剥離してベーンの耐摩耗性が劣化してしまう。

本発明の課題は、ベーンポンプにおいて、ベーンの先端部に設ける高硬度コーティング層の密着性を向上し、ベーンの耐摩耗性、耐久性を向上することにある。

請求項１の発明は、ポンプ軸に固定されるロータの周方向の多数位置のそれぞれに設けた溝にベーンを収容し、ベーンの先端部をカムリングに押し付けて摺動させるベーンポンプにおいて、ベーンの先端部に高硬度の主コーティング層を設けるとき、ベーンの母材と主コーティング層の間に、該母材の硬度と主コーティング層の硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層を設けてなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記中間コーティング層をCrNとし、主コーティング層をTiCrNとするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記主コーティング層の外側に色付コーティング層を設けてなるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項２の発明において更に、前記色付コーティング層をTiNとするようにしたものである。

（請求項１）
(a)ベーンポンプにおいて、ベーンの先端部に高硬度の主コーティング層を設けるとき、ベーンの母材と主コーティング層の間に、該母材の硬度と主コーティング層の硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層を設けた。中間コーティング層の存在がベーンの母材と中間コーティング層の間、中間コーティング層と主コーティング層の間の硬度差を和らげ、それらベーンの母材と中間コーティング層の間、中間コーティング層と主コーティング層の間の密着性を向上し、ひいてはそれら中間コーティング層、主コーティング層の剥離を防ぎ、ベーンの耐摩耗性、耐久性を向上する。

（請求項２）
(b)ベーンの母材たる鉄系材料、例えば高速度工具鋼（SKH51）の硬度770〜940HVと、中間コーティング層たるCrNの硬度1800〜2200HV（母材の2.3倍）と、主コーティング層たるTiCrNの硬度2500〜3000HV（CrNの1.4倍）の関係から、ベーンの母材と中間コーティング層の間、中間コーティング層と主コーティング層の間の硬度差を和らげ、上述(a)を実現できる。

（請求項３）
(c)主コーティング層の外側に色付コーティング層を設けることにより、長板状ベーンの先端部の最外層が着色される結果、ベーンの先端部を基端部に対して簡易に識別でき、ロータの溝へのベーンの組付作業性を向上できる。

（請求項４）
(d)色付コーティング層をTiN（硬度2000〜2500HV、TiCrNの0.8倍）とすることにより、ベーンの先端部の最外層をゴールド色に着色してこれを簡易に識別できる。

図１はベーンポンプを示す断面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は実施例１のベーンを示す正面図、図４は実施例２のベーンを示す正面図、図５は従来例のベーンを示す正面図である。

ベーンポンプ１０は、自動車の油圧パワーステアリング装置の油圧発生源となる可変容量型ポンプであり、図１、図２に示す如く、ポンプケーシング１１に挿入されるポンプ軸１２にセレーションにより固定されて回転駆動されるロータ１３を有している。ポンプケーシング１１は、ポンプハウジング１１Ａとカバー１１Ｂをボルト１４で一体化して構成されている。ポンプ軸１２は、ポンプハウジング１１Ａの支持孔１５Ａに設けられた軸受１６Ａ（ボールベアリング）、軸受１６Ｂ（ブッシュ）と、カバー１１Ｂの支持孔１５Ｂに設けられた軸受１６Ｃ（ブッシュ）に支持される。支持孔１５Ａにはオイルシール１６Ｄが嵌装されている。

ロータ１３は周方向の多数位置のそれぞれに設けた溝１３Ａに長板状ベーン１７を収容し、各ベーン１７を溝１３Ａに沿う半径方向に移動可能としている。

ポンプケーシング１１のポンプハウジング１１Ａの嵌装孔２０には、プレッシャプレート１８、アウタケース１９が積層状態で嵌着され、これらは後述する支点ピン２１によって周方向に位置決めされた状態でカバー１１Ｂにより側方から固定保持されている。支点ピン２１の一端はカバー１１Ｂに装着固定されている。

ポンプケーシング１１のポンプハウジング１１Ａに固定されている上述のアウタケース１９にはカムリング２２が嵌装されている。カムリング２２は、ロータ１３とある偏心量をもってロータ１３を囲み、プレッシャプレート１８とカバー１１Ｂの間で、ロータ１３の外周部との間にポンプ室２３を形成する。そして、ポンプ室２３のロータ回転方向上流側の吸込領域には、カバー１１Ｂに設けた吸込ポート２４が開口し、この吸込ポート２４にはハウジング１１Ａ、カバー１１Ｂに設けた吸込通路（ドレン通路）２５Ａを介してポンプ１０の吸込口２６が連通せしめられている。他方、ポンプ室２３のロータ回転方向下流側の吐出領域には、プレッシャプレート１８に設けた吐出ポート２７が開口し、この吐出ポート２７にはハウジング１１Ａに設けた高圧力室２８Ａ、吐出通路２８Ｂを介してポンプ１０の吐出口２９が連通せしめられている。

これにより、ベーンポンプ１０にあっては、ポンプ軸１２によってロータ１３を回転駆動し、ロータ１３のベーン１７に作用する遠心力により、該ベーン１７の先端部をカムリング２２に押し付けて摺動させるとき、ポンプ室２３のロータ回転方向上流側では隣り合うベーン１７間とカムリング２２とが囲む容積を回転とともに拡大して作動流体（作動油）を吸込ポート２４から吸込み、ポンプ室２３のロータ回転方向下流側では隣り合うベーン１７間とカムリング２２とが囲む容積を回転とともに減縮して作動流体を吐出ポート２７から吐出する。

ベーンポンプ１０は、図２に示す如く、吐出ポート２７のポンプ軸１２まわりにおける開口範囲αを、後述する第２流体圧室４２の側に角度βだけずらして配置している。

ベーンポンプ１０は、吐出流量制御装置４０を有している。
吐出流量制御装置４０は、ポンプケーシング１１に固定されている上述のアウタケース１９の鉛直最下部に前述の支点ピン２１を載置し、カムリング２２の鉛直最下部をこの支点ピン２１に支持し、カムリング２２をアウタケース１９内で揺動変位可能としている。

吐出流量制御装置４０は、ポンプケーシング１１を構成するポンプハウジング１１Ａにおいて、カムリング２２を挟んで後述する第１流体圧室４１の反対側に加圧シリンダ５０を螺着しＯリングを介する密封状態で設け、加圧シリンダ５０の油室５１に吐出通路２８Ｂから分岐した分岐連通路２８Ｃを連通し、この油室５１に挿入したピストン５２を、アウタケース１９に設けたピストン孔５３を通してカムリング２２の外面に衝接している。また、加圧シリンダ５０の油室５１に付勢手段としてのばね５４を配設し、ばね５４はピストン５２を介してカムリング２２をロータ１３の外周部との間でポンプ室２３の容積（ポンプ容量）を最大とする方向へ付勢している。ピストン５２はばね５４を収容する空洞を備えた一端閉塞円筒中空体からなる。

尚、アウタケース１９は第１流体圧室４１を形成する内周部の一部にカムリング移動規制ストッパ１９Ａを突状形成され、後述するようにポンプ室２３の容積を最大とするカムリング２２の移動限を規制される。また、アウタケース１９は後述する第２流体圧室４２を形成する内周部の一部にカムリング移動規制ストッパ１９Ｂを突状形成され、後述するようにポンプ室２３の容積を最小とするカムリング２２の移動限を規制される。

また、吐出流量制御装置４０は、カムリング２２とアウタケース１９との間に第１と第２の流体圧室４１、４２を形成している。即ち、第１流体圧室４１と第２流体圧室４２は、カムリング２２とアウタケース１９の間で、支点ピン２１と、その軸対称位置に設けたシール材４３とで分割される。このとき、第１と第２の流体圧室４１、４２は、カムリング２２とアウタケース１９の間の両側方をカバー１１Ｂとプレッシャプレート１８により区画され、アウタケース１９の前述したカムリング移動規制ストッパ１９Ａ、１９Ｂにカムリング２２が衝合したときに、ストッパ１９Ａの両側に分離される第１流体圧室４１同士を連絡する連絡溝、ストッパ１９Ｂの両側に分離される第２流体圧室４２同士を連絡する連絡溝をプレッシャプレート１８に備える。

ここで、前述の加圧シリンダ５０の油室５１はポンプ１０の吐出通路２８Ｂに連通路２８Ｃを介して連通している。これにより、ポンプ１０の吐出経路において、ポンプ室２３から吐出されてプレッシャプレート１８の吐出ポート２７、ポンプハウジング１１Ａの高圧力室２８Ａを経由して吐出通路２８Ｂに達した圧力流体は、連通路２８Ｃを介して、加圧シリンダ５０の周囲の環状溝５５Ａ、該加圧シリンダ５０の壁面に開口した通路５５Ｂから油室５１に充填される。他方、吐出通路２８Ｂにおいて、連通路２８Ｃの分岐部より下流側には主絞り５８が設けられる。

そして、吐出流量制御装置４０は、(1)ポンプ室２３の容積を最小とする方向への移動変位をカムリング２２に与える第１流体圧室４１に、主絞り５８の上流側の圧力を後述する切換弁装置６０を介して導入し、(2)ポンプ室２３の容積を最大とする方向への移動変位をカムリング２２に与える第２流体圧室４２に、主絞り５８の下流側の圧力を吐出通路２８Ｂから分岐連通路２８Ｄ経由でアウタケース１９のピストン孔５３を介して導入し、(3)ポンプ室２３の容積を最大とする方向への移動変位をカムリング２２に与える加圧シリンダ５０の油室５１に、主絞り５８の上流側の圧力を吐出通路２８Ｂから分岐連通路２８Ｃ経由で加圧シリンダ５０の通路５５Ａ、５５Ｂを介して導入する。第１流体圧室４１、第２流体圧室４２、加圧シリンダ５０の油室５１に作用する圧力のバランスによって、カムリング２２をばね５４の付勢力に抗して移動させ、ポンプ室２３の容積を変化させてポンプ１０の吐出流量を制御する。

ここで、吐出流量制御装置４０にあっては、主絞り５８の上、下流側の圧力差によって作動し、ポンプ室２３からの圧力流体の吐出流量に応じて第１流体圧室４１への供給流体圧を制御する切換弁装置６０を有する。具体的には、切換弁装置６０は、第１流体圧室４１に接続された連絡路６１と吐出通路２８Ｂの主絞り５８より上流側の連絡路６７との間に介装され、連絡路６１に設けた絞り６１Ａとの連携により、ポンプ１０の低回転域では第１流体圧室４１を連絡路６７に対して閉じ、高回転域では第１流体圧室４１を連絡路６７に接続する。

尚、切換弁装置６０は、ポンプハウジング１１Ａに穿設した弁格納孔６２にスプリング６３、切換弁６４を収容し、スプリング６３で付勢される切換弁６４をポンプハウジング１１Ａに螺着したキャップ６５で担持している。切換弁６４は、弁格納孔６２に密に摺接する弁体６４Ａ、及び切換弁体６４Ｂを備え、弁体６４Ａの一端側に設けた加圧室６６Ａに吐出通路２８Ｂの主絞り５８より上流側の連絡路６７を連通し、切換弁体６４Ｂの他端側に設けたスプリング６３が格納されている背圧室６６Ｂに吐出通路２８Ｂの主絞り５８より下流側の連絡路６８を第２流体圧室４２を介して連通している。また、弁体６４Ａと切換弁体６４Ｂの間のドレン室６６Ｃには前述した吸込通路（ドレン通路）２５Ａが貫通して形成され、タンクに連絡される。弁体６４Ａは、前述の連絡路６１を開閉可能としている。即ち、ポンプ１０の吐出圧力が低い低回転域では、スプリング６３の付勢力により切換弁６４を図２に示す原位置に設定し、弁体６４Ａにより加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して閉じる。ポンプ１０の中高回転域では、加圧室６６Ａに加えられる連絡路６７の高圧流体により切換弁６４を移動させ、弁体６４Ａにより加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して開き、連絡路６７から加圧室６６Ａに加えられている高圧流体を第１流体圧室４１に導入する。尚、連絡路６７には絞り６７Ａが設けられ、主絞り５８の上流側からの脈動を吸収可能とする。

従って、吐出流量制御装置４０を用いたポンプ１０の吐出流量特性は以下の如くになる。
(1)ポンプ１０の回転数が低い自動車の低速走行域では、ポンプ室２３から吐出されて切換弁装置６０の加圧室６６Ａに及ぶ流体の圧力が未だ低く、切換弁６４は原位置に位置し、切換弁６４は加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して閉じる。このため、主絞り５８の上流側の圧力は第１流体圧室４１に供給されず、第２流体圧室４２には主絞り５８の下流側の圧力が印加され、加圧シリンダ５０の油室５１には主絞り５８の上流側の圧力が印加される。このため、カムリング２２は第１流体圧室４１と第２流体圧室４２の圧力差と加圧シリンダ５０のピストン５２の押し力とばね５４の付勢力によりポンプ室２３の容積を最大とする側に維持され、ポンプ１０の吐出流量は、回転数に比例して増加する。

(2)ポンプ１０の回転数の増加により、ポンプ室２３から吐出されて切換弁装置６０の加圧室６６Ａに及ぶ流体の圧力が高くなると、切換弁装置６０はスプリング６３の付勢力に抗して切換弁６４を移動させて加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して開く。これにより、第１流体圧室４１の圧力が上がり、カムリング２２はポンプ室２３の容積を小さくする側に移動していく。従って、ポンプ１０の吐出流量は、回転数の増加に対し、回転数の増加による流量増加分と、ポンプ室２３の容積減縮による流量減少分とを相殺し、一定の流量を維持する。

尚、ポンプ１０にあっては、高圧力室２８Ａと吸込通路（ドレン通路）２５Ａと、ドレン室６６Ｃの間に、ポンプ吐出側での過大流体圧をリリーフする切換弁としてのリリーフ弁７０を有している。また、ポンプ１０は、吸込通路２５Ａからポンプ軸１２の軸受１５Ｃに向かう潤滑油供給路７１（不図示）をカバー１１Ｂに穿設し、ポンプ軸１２の軸受１５Ｂまわりから吸込通路２５Ｂに戻る潤滑油戻り路７２をポンプハウジング１１Ａに穿設してある。

しかるに、ポンプ１０は、ポンプケーシング１１（ポンプハウジング１１Ａ）の支持孔１５Ａにポンプ軸１２を前述の如くに軸受１６Ａ（ボールベアリング）、軸受１６Ｂ（ブッシュ）により支持し、ポンプ軸１２の支持孔１５Ａから外方に突出する突出部１２Ａにプーリ８０を固定し、このプーリ８０を介して自動車のエンジン回転力により回転駆動される。プーリ８０は、ポンプ軸１２の突出部１２Ａのセレーション部にボス８０Ａをセレーション結合され、突出部１２Ａの外端ねじ部に螺着されるナット８１によりボス８０Ａを軸受１６Ａの内輪との間に挟圧されて固定される。尚、軸受１６Ａの外輪は、ポンプハウジング１１Ａの支持孔１５Ａの内周溝に係着される止め輪８２により抜け止め保持される。

ポンプ１０は、図１、図３に示す如く、ポンプケーシング１１（ポンプハウジング１１Ａ）の支持孔１５Ａの外方（プーリ８０の側壁アームの側）に臨む孔開口部９１の内周面９２を、外方に向けて拡開するテーパ状にしている。

しかるに、ベーンポンプ１０にあっては、図３に示す如く、ベーン１７の母材Ａの上に中間コーティング層Ｂ、主コーティング層Ｃ、色付コーティング層Ｄを順に設け、カムリング２２に押し付けられて摺動せしめられる先端部を構成している。

即ち、ベーン１７の先端部に高硬度の主コーティング層Ｃを設けるとき、ベーン１７の母材Ａと主コーティング層Ｃの間に、母材Ａの硬度と主コーティング層Ｃの硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層Ｄを設けている。本実施例では、母材Ａを鉄系材料、例えば高速度工具鋼（SKH51）（硬度770〜940HV）、中間コーティング層ＢをCrN（硬度1800〜2200HV、母材の2.3倍）、主コーティング層ＣをTiCrN（硬度2500〜3000HV、CrNの1.4倍）とすることができる。母材Ａの表面に中間コーティング層Ｂを例えば0.4〜0.8μm、より好適には0.6μmの膜厚で物理蒸着又は化学蒸着し、中間コーティング層Ｂの表面に主コーティング層Ｃを例えば2.0〜3.0μm、より好適には2.4μmの膜厚で物理蒸着又は化学蒸着する。

また、ベーン１７の先端部を基端部に対して識別するため、主コーティング層Ｃの外側に色付コーティング層Ｄを設けている。本実施例では、色付コーティング層Ｄとしてゴールド色を呈するTiN（硬度2000〜2500HV、TiCrNの0.8倍）とすることができる。主コーティング層Ｃの表面に色付コーティング層Ｄを例えば0.1〜0.3μm、より好適には0.2μmの膜厚で物理蒸着又は化学蒸着する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ベーンポンプ１０において、ベーン１７の先端部に高硬度の主コーティング層Ｃを設けるとき、ベーン１７の母材Ａと主コーティング層Ｃの間に、該母材Ａの硬度と主コーティング層Ｃの硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層Ｂを設けた。中間コーティング層Ｂの存在がベーン１７の母材Ａと中間コーティング層Ｂの間、中間コーティング層Ｂと主コーティング層Ｃの間の硬度差を和らげ、それらベーン１７の母材Ａと中間コーティング層Ｂの間、中間コーティング層Ｂと主コーティング層Ｃの間の密着性を向上し、ひいてはそれら中間コーティング層Ｂ、主コーティング層Ｃの剥離を防ぎ、ベーン１７の耐摩耗性、耐久性を向上する。

(b)ベーン１７の母材Ａたる鉄系材料、例えば高速度工具鋼（SKH51）の硬度770〜940HVと、中間コーティング層ＢたるCrNの硬度1800〜2200HV（母材Ａの2.3倍）と、主コーティング層ＣたるTiCrNの硬度2500〜3000HV（CrNの1.4倍）の関係から、ベーン１７の母材Ａと中間コーティング層Ｂの間、中間コーティング層Ｂと主コーティング層Ｃの間の硬度差を和らげ、上述(a)を実現できる。

(c)主コーティング層Ｃの外側に色付コーティング層Ｄを設けることにより、長板状ベーン１７の先端部の最外層が着色される結果、ベーン１７の先端部を基端部に対して簡易に識別でき、ロータの溝へのベーン１７の組付作業性を向上できる。

(d)色付コーティング層ＤをTiN（硬度2000〜2500HV、TiCrNの0.8倍）とすることにより、ベーン１７の先端部の最外層をゴールド色に着色してこれを簡易に識別できる。
図４に示したベーン１７は、図３に示したベーン１７における色付コーティング層Ｄを撤去し、図３に示したベーン１７におけると同様の、母材Ａの上に中間コーティング層Ｂ、主コーティング層Ｃを順に設けた例である。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１はベーンポンプを示す断面図である。 図２は図１のII−II線に沿う断面図である。 図３は実施例１のベーンを示す正面図である。 図４は実施例２のベーンを示す正面図である。 図５は従来例のベーンを示す正面図である。

符号の説明

１０ ベーンポンプ
１２ ポンプ軸
１３ ロータ
１３Ａ 溝
１７ ベーン
２２ カムリング
Ａ 母材
Ｂ 中間コーティング層
Ｃ 主コーティング層
Ｄ 色付コーティング層

Claims (4)

1. ポンプ軸に固定されるロータの周方向の多数位置のそれぞれに設けた溝にベーンを収容し、ベーンの先端部をカムリングに押し付けて摺動させるベーンポンプにおいて、
   ベーンの先端部に高硬度の主コーティング層を設けるとき、ベーンの母材と主コーティング層の間に、該母材の硬度と主コーティング層の硬度の中間の硬度をもつ中間コーティング層を設けてなることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記中間コーティング層をCrNとし、主コーティング層をTiCrNとする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記主コーティング層の外側に色付コーティング層を設けてなる請求項１又は２に記載のベーンポンプ。
4. 前記色付コーティング層をTiNとする請求項２に記載のベーンポンプ。

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