JP2014173588A - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吐出側背圧ポートからの作動流体の漏出によるポンプ効率の低下を抑制可能な可変容量型ベーンポンプを提供する。
【解決手段】可変容量型ベーンポンプ１００は、シャフト２０に連結されたロータ３０と、スリット３１と、ベーン４０と、カムリング５０と、ポンプ室３３と、吸込ポート７３と、吐出ポート７４と、ベーン４０の基端部４１に区画される背圧室３２と、ロータ３０の側面に摺接する摺接面７１とシャフト２０が嵌挿される貫通孔７２とを有するプレート７０と、吸込ポート７３の作動流体を背圧室３２に導く吸込側背圧ポート７６と、吐出ポート７４から吐出される作動流体を背圧室３２に導く吐出側背圧ポート７５と、吐出側背圧ポート７５と貫通孔７２との間から吸込側背圧ポート７６と貫通孔７２との間までにわたって摺接面７１に延設される追加溝７７と、追加溝７７と吸込側背圧ポート７６とを連通する接続溝７８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体圧機器における流体圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプに関する。

可変容量型ベーンポンプは、ベーンが収装されるロータと、ベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、ロータの軸方向一端側に摺接するサイドプレートと、を備える。サイドプレートには、ロータとカムリングと隣り合うベーンとの間に画成されるポンプ室に作動流体を導く吸込ポートと、ポンプ室から吐出される作動流体を導く吐出ポートと、がそれぞれ円弧状に形成される。

サイドプレートにはさらに、ベーンの基端側に画成される背圧室に連通する背圧ポートが形成される。背圧ポートから背圧室に供給される作動流体圧は、ベーンを径方向外側に押圧し、ベーンの先端をカムリングの内周に摺接させる。吸込区間では、ポンプ室の圧力が低いので、背圧室の圧力によってベーンがカムリングの内周カム面に強く押し付けられ、ベーンの先端と内周カム面との間の摺動抵抗が増大する。

そこで、特許文献１には、吸込区間と吐出区間とにおいて背圧ポートをそれぞれ円弧状に設け、吐出側の背圧ポートには吐出ポートから吐出された高圧の作動流体を導入する一方、吸込側の背圧ポートには吸込ポートの低圧の作動流体を導入することで、ベーンと内周カム面との摺動抵抗を低減させることが記載されている。

特開平６−２００８８３号公報

ロータを回転駆動するシャフトは、サイドプレートの中心に設けられる貫通孔に嵌挿される。シャフトが回転してもサイドプレートは回転しないので、シャフトの外周と貫通孔の内周との間には微小な隙間が設けられる。さらに、ロータが回転してもサイドプレートは回転しないので、ロータの側面とサイドプレートの側面との間には微小な隙間が設けられる。

したがって、吐出側の背圧ポートに導入された高圧の作動流体がロータとサイドプレートとの隙間を介してシャフトの外周へと漏出する可能性がある。作動流体が漏出すると、吐出容量の低下を補うためにカムリングの偏心量が大きくなる。これにより、ロータの回転負荷が増大するので、ポンプ効率が低下する。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、吐出側背圧ポートからの作動流体の漏出によるポンプ効率の低下を抑制可能な可変容量型ベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明は、流体圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプであって、動力源の動力によって回転駆動するシャフトに連結されたロータと、ロータの外周に開口部を有して放射状に複数形成されるスリットと、スリットごとに摺動自在に収装されるベーンと、ベーンがスリットから突出する方向の端部であるベーンの先端部が摺接する内周カム面を有しロータの中心に対して偏心可能なカムリングと、ロータとカムリングと隣り合うベーンとの間に画成されるポンプ室と、ポンプ室に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポートと、ポンプ室から吐出される作動流体を導く吐出ポートと、スリット内に形成され、先端部とは反対側の端部であるベーンの基端部によって区画される背圧室と、ロータの側面に摺接する摺接面とシャフトが嵌挿される貫通孔とを有するプレートと、摺接面における貫通孔の外周側に形成され、ポンプ室が吸込ポートと連通する吸込区間において吸込ポートの作動流体を背圧室に導く吸込側背圧ポートと、摺接面における貫通孔の外周側に形成され、ポンプ室が吐出ポートと連通する吐出区間において吐出ポートから吐出される作動流体を背圧室に導く吐出側背圧ポートと、吐出側背圧ポートと貫通孔との間から吸込側背圧ポートと貫通孔との間までにわたって摺接面に延設される追加溝と、追加溝と吸込側背圧ポートとを連通する接続溝と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、吐出側背圧ポートと貫通孔との間から吸込側背圧ポートと貫通孔との間までにわたって追加溝が延設され、追加溝は吸込側背圧ポートと連通している。これにより、高圧の吐出側背圧ポートから内周側に漏出した作動流体は追加溝に導かれ、接続溝を介して低圧の吸込側背圧ポートに導かれる。よって、作動流体が吐出側背圧ポートから漏出した分だけ吸込圧が上昇して吐出圧との差圧が小さくなるので、カムリングの偏心量が増加してもロータの回転負荷の増大を抑制でき、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る可変容量型ベーンポンプを示す正面図である。 サイドプレートの正面図である。 ポンプカバーの正面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における可変容量型ベーンポンプ１００（以下、単に「ベーンポンプ１００」という）の正面図であり、ポンプカバー８０を外してシャフト２０の軸方向から見た図である。図２は、サイドプレート７０の正面図であり、図１と同じ方向から見た図である。図３は、ポンプカバー８０の正面図であり、図１のベーンポンプ１００から取り外したポンプカバー８０を紙面の上下方向を軸として裏返した状態を示す図である。

ベーンポンプ１００は、車両に搭載される流体圧機器、例えば、パワーステアリング装置や無段変速機等の流体圧供給源として用いられる。作動流体は、オイルやその他の水溶性代替液等である。

ベーンポンプ１００は、例えばエンジン（図示せず）等によって駆動され、シャフト２０に連結されたロータ３０が、図１の矢印で示すように時計回りに回転することで流体圧を発生させる。

ベーンポンプ１００は、ポンプボディ１０と、ポンプボディ１０に回転自在に支持されるシャフト２０と、シャフト２０に連結されて回転駆動されるロータ３０と、ロータ３０に対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーン４０と、ロータ３０及びベーン４０を収容するカムリング５０と、カムリング５０を取り囲む環状のアダプタリング６０と、を備える。

ロータ３０には、外周面に開口部を有するスリット３１が所定間隔をおいて放射状に複数形成される。ベーン４０は、各スリット３１に摺動自在に挿入される。スリット３１の基端側には、ベーン４０がスリット３１から突出する方向とは反対側の端部であるベーン４０の基端部４１によって区画され作動流体が導かれる背圧室３２が形成される。ベーン４０は、背圧室３２の圧力によってスリット３１から突出する方向に押圧される。

ポンプボディ１０には、アダプタリング６０を収容するポンプ収容凹部１１が形成される。ポンプ収容凹部１１の底面には、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の軸方向一方側（図１の奥側）に当接するサイドプレート７０（図２）が配置される。ポンプ収容凹部１１の開口部は、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の他方側（図１の手前側）に当接するポンプカバー８０（図３）によって封止される。ポンプカバー８０とサイドプレート７０とは、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の両側面を挟んだ状態で配置される。ロータ３０とカムリング５０との間には、各ベーン４０によって仕切られたポンプ室３３が画成される。

図２に示すように、サイドプレート７０には、ロータ３０と摺接する摺接面７１に、シャフト２０を嵌挿する貫通孔７２と、作動流体をポンプ室３３内に導く吸込ポート７３と、ポンプ室３３内の作動流体を取り出して流体圧機器に導く吐出ポート７４と、が形成される。吸込ポート７３及び吐出ポート７４は、それぞれ貫通孔７２を中心とした円弧状に形成される。

図３に示すように、ポンプカバー８０には、ロータ３０と摺接する摺接面８１に、サイドプレート７０と対称な位置に、貫通孔８２、吸込ポート８３及び吐出ポート８４が形成される。すなわち、ポンプカバー８０の吸込ポート８３は、ポンプ室３３を介してサイドプレート７０の吸込ポート７３に連通し、ポンプカバー８０の吐出ポート８４は、ポンプ室３３を介してサイドプレート７０の吐出ポート７４に連通している。さらに、ポンプカバー８０の貫通孔８２は、サイドプレート７０の貫通孔７２と同軸上に配置される。

図１に戻って、カムリング５０は、環状の部材であり、ベーン４０がスリット３１から突出する方向の端部であるベーン４０の先端部４２が摺接する内周カム面５１を有する。内周カム面５１には、ロータ３０の回転に伴って吸込ポート７３、８３を介して作動流体が吸い込まれる吸込区間と、吐出ポート７４、８４を介して作動流体が吐出される吐出区間と、が形成される。

吸込ポート７３は、サイドプレート７０を貫通し、ポンプボディ１０に形成された吸込通路（図示せず）を通じてタンク（図示せず）に連通され、タンクの作動流体が吸込通路を通じてサイドプレート７０の吸込ポート７３からポンプ室３３へと供給される。

吐出ポート７４は、サイドプレート７０を貫通し、ポンプボディ１０に形成された高圧室（図示せず）に連通される。高圧室は、吐出通路（図示せず）を通じてベーンポンプ１００の外部の流体圧機器（図示せず）に連通される。すなわち、ポンプ室３３から吐出される作動流体は、吐出ポート７４、高圧室、吐出通路を通じて流体圧機器へと供給される。

アダプタリング６０は、ポンプボディ１０のポンプ収容凹部１１内に収容される。アダプタリング６０とカムリング５０との間には、支持ピン６１が介装される。支持ピン６１にはカムリング５０が支持され、カムリング５０はアダプタリング６０の内側で支持ピン６１を支点に揺動し、シャフト２０の中心Ｏに対して偏心する。

アダプタリング６０の溝６２には、カムリング５０の揺動時にカムリング５０の外周面が摺接するシール材６３が介装される。カムリング５０の外周面とアダプタリング６０の内周面との間には、支持ピン６１とシール材６３とによって、第一流体圧室６４と第二流体圧室６５とが区画される。

カムリング５０は、第一流体圧室６４と第二流体圧室６５との圧力差によって、支持ピン６１を支点として揺動する。カムリング５０が揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が変化し、ポンプ室３３の吐出容量が変化する。カムリング５０が図１において支持ピン６１に対して反時計回りに揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が小さくなり、ポンプ室３３の吐出容量は小さくなる。これに対して、図１に示すようにカムリング５０が支持ピン６１に対して時計回りに揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が大きくなり、ポンプ室３３の吐出容量は大きくなる。

アダプタリング６０の内周面には、ロータ３０に対する偏心量が小さくなる方向のカムリング５０の移動を規制する規制部６６と、ロータ３０に対する偏心量が大きくなる方向のカムリング５０の移動を規制する規制部６７と、がそれぞれ膨出して形成される。つまり、規制部６６はロータ３０に対するカムリング５０の最小偏心量を規定し、規制部６７はロータ３０に対するカムリング５０の最大偏心量を規定する。

第一流体圧室６４と第二流体圧室６５との圧力差は、制御バルブ（図示せず）によって制御される。制御バルブは、ロータ３０の回転速度の増加に伴ってロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が小さくなるように第一流体圧室６４及び第二流体圧室６５の作動流体圧を制御する。

次に、背圧室３２に作動流体を導く背圧ポートについて説明する。

図２に示すように、サイドプレート７０には、吐出区間において背圧室３２に連通する吐出側背圧ポート７５と、吸込区間において背圧室３２に連通する吸込側背圧ポート７６と、が形成される。

吐出側背圧ポート７５及び吸込側背圧ポート７６は、シャフト２０の中心Ｏを中心とし略同一の曲率半径を有する円弧状に形成される。吐出側背圧ポート７５は、吐出区間の全域にわたって形成され、両端はそれぞれ吸込区間内まで延設される。吸込側背圧ポート７６は、吸込区間であって吐出側背圧ポート７５と干渉しない領域に形成される。すなわち、吐出側背圧ポート７５と吸込側背圧ポート７６とは互いに連通することなく両端同士が離間して設けられる。

吐出側背圧ポート７５は、サイドプレート７０を貫通する通孔７５Ａを介して高圧室に連通する。吐出側背圧ポート７５には高圧室から高圧の作動流体が供給される。一方、吸込側背圧ポート７６は、サイドプレート７０を貫通する通孔７６Ａを介して吸込通路に連通する。吸込側背圧ポート７６には吸込通路から低圧の作動流体が供給される。

図３に示すように、ポンプカバー８０には、サイドプレート７０と対称な位置に、吐出側背圧ポート８５及び吸込側背圧ポート８６が形成される。吐出側背圧ポート８５には、サイドプレート７０の吐出側背圧ポート７５から背圧室３２を介して高圧の作動流体が供給される。同様に、吸込側背圧ポート８６には、サイドプレート７０の吸込側背圧ポート７６から背圧室３２を介して低圧の作動流体が供給される。

以上より、ポンプ室３３から吐出される作動流体圧は、吐出ポート７４、高圧室、通孔７５Ａ、吐出側背圧ポート７５に導かれ、高圧の作動流体圧が背圧室３２に導かれる。一方、ポンプ室３３に導入される作動流体圧は、吸込通路、通孔７６Ａ、吸込側背圧ポート７６に導かれ、低圧の作動流体圧が背圧室３２に導かれる。

ベーンポンプ１００の作動時、ベーン４０は、その基端部４１を押圧する背圧室３２の作動流体圧の付勢力と、ロータ３０の回転に伴って働く遠心力とによって、スリット３１から突出する方向に付勢され、その先端部４２がカムリング５０の内周カム面５１に摺接する。

吸込区間では背圧室３２の作動流体圧とポンプ室３３の作動流体圧とがほぼ同圧であるので、ベーン４０は主にロータ３０の回転による遠心力によってロータ３０からカムリング５０に向けて突出する方向に摺動する。内周カム面５１に摺接するベーン４０は内周カム面５１に沿って追従しながら突出していくので、ポンプ室３３が拡張して作動流体が吸込ポート７３からポンプ室３３に吸い込まれる。

また、吐出区間では背圧室３２の作動流体圧が高圧であるので、ベーン４０がロータ３０からカムリング５０に向けて突出する方向に押圧される。内周カム面５１に摺接するベーン４０は内周カム面５１に沿って追従しながらロータ３０に押し込まれるので、ポンプ室３３が収縮してポンプ室３３にて加圧された作動流体が吐出ポート７４から吐出される。

ここで、サイドプレート７０及びポンプカバー８０はロータ３０の両側面からロータ３０に摺接するように配置されるので、サイドプレート７０及びポンプカバー８０とロータ３０との間には微小な隙間が形成される。さらに、シャフト２０はサイドプレート７０及びポンプカバー８０の中心に設けられる貫通孔７２、８２に嵌挿されるので、シャフト２０の外周と貫通孔７２、８２の内周との間にも微小な隙間が形成される。

吐出側背圧ポート７５、８５内は高圧の作動流体で満たされているため、この作動流体が吐出側背圧ポート７５、８５から内周側へと漏出し、シャフト２０の外周を介してベーンポンプ１００の外部へと漏出する可能性がある。

吐出側背圧ポート７５、８５内の作動流体が漏出すると、ベーンポンプ１００の吐出容量が低下する。したがって、制御バルブは、吐出容量の低下を補うためにカムリング５０の偏心量を増大させるように第一流体圧室６４及び第二流体圧室６５の作動流体圧を制御する。これにより、ロータ３０の回転負荷が増大するので、ポンプ効率が低下する。

そこで、本実施形態では、図２及び図３に示すように、サイドプレート７０及びポンプカバー８０の摺接面７１、８１であって、吐出側背圧ポート７５、８５及び吸込側背圧ポート７６、８６より内周側であって貫通孔７２、８２より外周側に円環状の追加溝７７、８７を設けた。さらに、追加溝７７、８７の吸込側背圧ポート７６、８６と対向する位置に、追加溝７７、８７と吸込側背圧ポート７６、８６とを連通するとともに追加溝７７、８７より溝幅が小さくなるように絞られた接続溝７８、８８を設けた。すなわち、接続溝７８、８８の断面積は追加溝７７、８７の断面積より小さくなるように形成される。

これにより、追加溝７７、８７は接続溝７８、８８を介して吸込側背圧ポート７６、８６と連通するので、追加溝７７、８７内の圧力は吐出側背圧ポート７５、８５内の圧力より低くなる。したがって、吐出側背圧ポート７５、８５から内周側へと漏出した高圧の作動流体が追加溝７７、８７に引き込まれる。追加溝７７、８７内に引き込まれた作動流体は、追加溝７７、８７に沿って吸込区間側へと流動し、接続溝７８、８８を介して吸込側背圧ポート７６、８６へ還流する。

このように、吐出側背圧ポート７５、８５から漏出した高圧の作動流体が低圧の吸込側背圧ポート７６、８６へと還流するので、吐出圧と吸込圧との差圧が小さくなる。よって、漏出した作動流体を補う分だけカムリング５０の偏心量が増大しても、ロータ３０の回転負荷の増大が抑制されるので、ポンプ効率の低下が抑制される。

さらに、接続溝７８、８８は、追加溝７７、８７より溝幅が小さくなるように絞られるので、追加溝７７、８７内の作動流体圧が吸込側背圧ポート７６、８６より高く保持される。よって、シャフト２０の外周からベーンポンプ１００の外部のエアを追加溝７７、８７によって吸い込んでしまうことが防止される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

サイドプレート７０及びポンプカバー８０の摺接面７１、８１であって、吐出側背圧ポート７５、８５より内周側で貫通孔７２、８２より外周側に円環状の追加溝７７、８７を設け、追加溝７７、８７と吸込側背圧ポート７６、８６とを連通する接続溝７８、８８を設けたので、吐出側背圧ポート７５、８５から漏出する高圧の作動流体を追加溝７７、８７に引き込み、接続溝７８、８８を介して吸込側背圧ポート７６、８６へと還流させることができる。

よって、吐出圧と吸込圧との差圧が小さくなるので、吐出側背圧ポート７５、８５から漏出した作動流体を補う分だけカムリング５０の偏心量が増大しても、ロータ３０の回転負荷の増大を抑制することができ、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

さらに、接続溝７８、８８の溝幅を絞ることで追加溝７７、８７より断面積を小さくしたので、吐出側背圧ポート７５、８５から漏出した高圧の作動流体の一部が追加溝７７、８７に滞留し、追加溝７７、８７内の圧力を吸込側背圧ポート７６、８６の圧力より高く保持することができる。よって、追加溝７７、８７が低圧化してシャフト２０の外周の隙間を介して外部からエアを吸い込んでしまうことを防止することができる。

さらに、追加溝７７、８７はサイドプレート７０及びポンプカバー８０の摺接面７１、８１における貫通孔７２、８２の外周側に全周にわたって円環状に設けられるので、吐出側背圧ポート７５、８５から漏出した作動流体を漏出箇所にかかわらず全周にわたってより確実に追加溝７７、８７に引き込むことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、追加溝７７、８７及び接続溝７８、８８は、サイドプレート７０及びポンプカバー８０にそれぞれ設けたが、いずれか一方のみに設けてもよい。

２０ シャフト
３０ ロータ
３１ スリット
３２ 背圧室
３３ ポンプ室
４０ ベーン
４１ 基端部
４２ 先端部
５０ カムリング
５１ 内周カム面
７０ サイドプレート（プレート）
７１ 摺接面
７２ 貫通孔
７３ 吸込ポート
７４ 吐出ポート
７５ 吐出側背圧ポート
７６ 吸込側背圧ポート
７７ 追加溝
７８ 接続溝
８０ ポンプカバー（プレート）
８１ 摺接面
８２ 貫通孔
８３ 吸込ポート
８４ 吐出ポート
８５ 吐出側背圧ポート
８６ 吸込側背圧ポート
８７ 追加溝
８８ 接続溝
１００ ベーンポンプ

Claims (4)

1. 流体圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプであって、
   動力源の動力によって回転駆動するシャフトに連結されたロータと、
   前記ロータの外周に開口部を有して放射状に複数形成されるスリットと、
   前記スリットごとに摺動自在に収装されるベーンと、
   前記ベーンが前記スリットから突出する方向の端部である前記ベーンの先端部が摺接する内周カム面を有し前記ロータの中心に対して偏心可能なカムリングと、
   前記ロータと前記カムリングと隣り合う前記ベーンとの間に画成されるポンプ室と、
   前記ポンプ室に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポートと、
   前記ポンプ室から吐出される作動流体を導く吐出ポートと、
   前記スリット内に形成され、前記先端部とは反対側の端部である前記ベーンの基端部によって区画される背圧室と、
   前記ロータの側面に摺接する摺接面と前記シャフトが嵌挿される貫通孔とを有するプレートと、
   前記摺接面における前記貫通孔の外周側に形成され、前記ポンプ室が前記吸込ポートと連通する吸込区間において前記吸込ポートの作動流体を前記背圧室に導く吸込側背圧ポートと、
   前記摺接面における前記貫通孔の外周側に形成され、前記ポンプ室が前記吐出ポートと連通する吐出区間において前記吐出ポートから吐出される作動流体を前記背圧室に導く吐出側背圧ポートと、
   前記吐出側背圧ポートと前記貫通孔との間から前記吸込側背圧ポートと前記貫通孔との間までにわたって前記摺接面に延設される追加溝と、
   前記追加溝と前記吸込側背圧ポートとを連通する接続溝と、
   を備えることを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 前記接続溝の断面積は前記追加溝の断面積より小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型ベーンポンプ。
3. 前記追加溝は、前記摺接面における前記貫通孔の外周側に全周にわたって円環状に形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変容量型ベーンポンプ。
4. 前記プレートは、前記ロータの両側面の少なくとも一方側に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の可変容量型ベーンポンプ。

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