JP3014204B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一台の内部に複数の作
動室を並列に設けられた油圧ポンプ或いは圧縮機のよう
な、ベーン型の流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用パワーステアリングシステムと
冷却ファン駆動システムのように、２系統の流体作動シ
ステムを駆動するポンプとしては、例えば２台の油圧ポ
ンプを別々に使用するもの、あるいは同軸上に２台の油
圧ポンプを配列するタンデム型のもの等がある。しか
し、２台の油圧ポンプを使用する場合には大きな搭載ス
ペースが必要であり、タンデム型の場合にも、その体
格、重量面で小型化に限界がある。これに対して、パラ
レル型の場合には１台のポンプに２系統の作動室を構成
するために、タンデム型等に比べて小型軽量に構成する
ことができる。

【０００３】一般に、ポンプ内部においては、各作動室
間に圧力不平衡が生じないように各作動室が配置構成さ
れるが、各作動室の配置構成が軸対称でないような場合
には、圧力不平衡状態となり作動室間の圧力差によって
不平衡な軸荷重が発生するので、強度及び耐久性を向上
させる必要上、軸受の強化やシャフト径の大径化等が必
要となり、それらが小型軽量化の阻害要因となる。タン
デム型の場合には、２つの作動室が２方向に偏心して軸
対称に配置構成されるとともに、両作動室の吐出ポート
同士、及び吸入ポート同士はハウジング内で連通して形
成されているため、基本的に作動室間に圧力不平衡は発
生しないが、パラレル型で単に１台のポンプに２系統の
流体作動システムを互いに独立に構成した場合には、２
つの作動室が２方向に偏心して軸対称に配置構成されて
いても、両作動室の各吐出ポート同士、吸入ポート同士
は各々非連通であるために、２系統の流体作動システム
の動作圧力が異なる時には両作動室間に圧力不平衡が生
じ、両作動室間の圧力差によっては非常に大きい不平衡
な軸荷重が発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題を有するパラレル型のベーンポンプ、一般的に言
えばパラレル型の流体機械において、作動室間の圧力不
平衡を低減もしくは解消する手段を備えており、しか
も、小型軽量で、同時に２系統（複数系統）の流体作動
システムを駆動することが可能な流体機械を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するための手段として、ハウジングにロータを回転可
能に軸支し、上記ロータの外周面と、上記ハウジング内
に固定されたカムリングの内周面との間の空間に作動室
を形成し、上記ロータには複数のベーンを半径方向にス
ライド可能に嵌挿したベーン型流体機械において、上記
作動室は上記ロータの回転の中心から見て複数の方向に
偏心させて複数個所に形成されており、それぞれの作動
室は互いに独立している複数系統の流体作動システムと
それぞれ別個に接続され、かつ、少なくとも一つの作動
室と流体作動システムとの間には流体作動システムを制
御するための制御機構が配設され、各作動室において昇
圧された作動流体により、上記各作動室に対応した複数
系統の流体作動システムをそれぞれ独立して駆動するよ
うに構成され、さらに、上記ロータを支持する部材の内
周面と上記ロータの外周面との間には各作動室に対応さ
せて軸対称側に反力室を各々独立に形成するとともに、
各作動室とこれに対応した反力室とは各々独立に背圧溝
及び流路によって連通して、各作動室の吐出圧力を各反
力室へ導入することによって、各作動室内で発生する力
を各反力室内で発生する力によって相殺することができ
るように構成したことを特徴とする流体機械を提供す
る。

【０００６】

【作用】流体機械が回転駆動されると、ロータの回転に
伴って複数のベーンは遠心力によって半径方向へ摺動
し、カムリングの内周面に先端を接触させて、シールさ
れた作動室を複数個所に形成する。それぞれの作動室は
互いに独立している複数系統の流体作動システムの各制
御機構へ加圧された作動流体を圧送するが、それと同時
に、各作動室の吐出圧力は、各々独立に背圧溝及び流路
を介してロータを回転可能に支持する部分の内周面にお
いて、各作動室とは軸対称側に形成されている反力室へ
導入されるので、各作動室内で発生する半径方向の力
は、それらに対向する方向の、各反力室において発生す
る力によって相殺され、ロータの軸受によって支持すべ
き半径方向力は、それらの力の差だけとなり、もし完全
に力が釣り合うとすれば軸受の負担は零となるので、反
力室を設けないものにくらべて、軸受を小型化すること
が可能になり、強力な軸受を使用する必要がなくなる。
しかも、１個のロータの周囲の複数個所にそれぞれ別個
に作動室を形成しているので、一台の流体機械を、互い
に独立の複数の系統の流体作動システムに共用すること
ができるので、システム全体を小型軽量化することが可
能となる。

【０００７】

【実施例】パラレル型油圧ポンプの作動室、油圧反力室
の構成を図２〜図７に、パラレル型油圧ポンプを用いた
２系統の流体作動システム構成を図１に示す。図２〜図
４に示すように、ポンプ１はロータ１１、複数のベーン
１２、カムリング１３、サイドプレート（フロントサイ
ドプレート１４１、リアサイドプレート１４２）シャフ
ト１５及びハウジング１６（フロントハウジング１６
１、リアハウジング１６２）から構成される。ロータ１
１はハウジング１６内に固定収納されたカムリング１３
内に回転可能に軸支されるとともに、ロータ１１とカム
リング１３内周面の間には作動室１１１，１１２（図１
をも参照）が、ロータ１１の回転の中心から見て２方向
に偏心して形成される。

【０００８】フロントハウジング１６１とリアハウジン
グ１６２との間にはシャフト１５が軸受１５１，１５２
により回転可能に架設される。シャフト１５はロータ１
１とスプライン嵌合あるいはキー嵌合により連結され
る。ロータ１１には複数のベーン１２が半径方向にスラ
イド可能に嵌挿される（図１参照）。カムリング１３と
リアハウジング１６２との間にはリアサイドプレート１
４２が介設されるとともに、フロントハウジング１６１
との間にはフロントサイドプレート１４１が各々介設さ
れる（図２〜図４参照）。そして、フロントサイドプレ
ート１４１は付勢部材１７によりカムリング１３側へ押
圧されており、フロントサイドプレート１４１、カムリ
ング１３、リアサイドプレート１４２及びリアハウジン
グ１６２間は各々密着している。リアサイドプレート１
４２には、流体作動システム２に対応した作動室１１１
のための吸入ポート１３２と吐出ポート１３１が形成さ
れるとともに、流体作動システム３に対応した作動室１
１２のための吸入ポート１３４と吐出ポート１３３が各
々形成される（図１をも参照）。

【０００９】吸入ポート１３２は、それと連通してリア
ハウジング１６２に形成された吸入ポート６３２、流路
７３２と流路７３０を介して、リザーブタンク等の貯油
装置４に接続される（図１、図２参照）。同様に吸入ポ
ート１３４は、それと連通してリアハウジング１６２に
形成された吸入ポート６３４、流路７３４と流路７３０
を介して貯油装置４に接続される。吐出ポート１３１
は、それと連通してリアハウジング１６２に形成された
吐出ポート６３１と流路７３１を介して、リアハウジン
グ１６２に構成されたコントロールバルブ等の制御機構
２１を介して作動装置２２と接続される（図１及び図３
参照）。同様に吐出ポート１３３は、それと連通してリ
アハウジング１６２に形成された吐出ポート６３３と流
路７３３を介して制御機構３１へ接続され、さらにそれ
を介して作動装置３２と接続される（図４をも参照）。

【００１０】さらに、図３、図５、図６に示すように、
リアサイドプレート１４２には作動室１１１に対応し
て、リアハウジング１６２のフロント側面との間に背圧
溝３３１、円弧状の背圧溝３３５、ロータ１１のリア側
面との間に円弧状の背圧溝５３１、及び背圧溝３３５と
５３１の間に流路４３１が各々連通して形成される。同
様に、図４、図５、図６に示すように、作動室１１２に
対応して、リアハウジング１６２のフロント側面との間
に背圧溝３３３、円弧状の背圧溝３３７、ロータ１１の
リア側面との間に円弧状の背圧溝５３３、及び背圧溝３
３３と５３３の間に流路４３３が各々連通して形成され
る。

【００１１】また、図１に示すように、ロータ１１には
複数のベーン１２と同数の嵌挿孔が形成されるが、これ
らは回転に伴って、作動室１１１に対応した嵌挿孔と、
作動室１１２に対応した嵌挿孔の、２種類の嵌挿孔８３
１，８３３に分けられ（図２〜図４参照）、作動室１１
１に対応して嵌挿孔８３１は回転によらず常時背圧溝５
３１と連通状態にあり、また作動室１１２に対応して嵌
挿孔８３３は回転によらず常時背圧溝５３３と連通状態
になっている（図６をも参照）。

【００１２】さらに、図３、図４、図５に示すように、
リアサイドプレート１４２の円筒状部分の内周面には、
２個の円弧状の溝１４５，１４６が相互に独立に対向し
て形成され、リアサイドプレート１４２内に嵌挿される
ロータ１１のリア側の円筒状部分の外周面との間に油圧
反力室を各々形成する。そして反力室１４５と背圧溝３
３５の間には流路４３２、また反力室１４６と背圧溝３
３７の間には流路４３４が各々連通して形成される。こ
れにより作動室１１１の吐出圧力が吐出ポート１３１、
背圧溝３３１，３３５、流路４３２を介して反力室１４
５へ導入されるとともに、作動室１１２の吐出圧力が吐
出ポート１３３、背圧溝３３３，３３７、流路４３４を
介して反力室１４６へ導入される。

【００１３】また、図３と図４に加えて図７にも示すよ
うに、フロントサイドプレート１４１にはロータ１１の
フロント側面との間に円弧状の背圧溝５３２，５３４が
各々形成されるとともに、フロント側にはフロントハウ
ジング１６１のリア側面との間に円周溝５３５，５３６
が形成される。そして、図３に示すように、背圧溝５３
２と円周溝５３６の間には流路４３３、また、図４に示
すように、背圧溝５３４と円周溝５３５の間には流路４
３７が各々連通して形成される。

【００１４】さらに、フロントサイドプレート１４１の
円筒状部分の内周面には２個の円弧状の溝１４７，１４
８が相互に独立に対向して形成され、ロータ１１のフロ
ント側の円筒状部分の外周面との間に油圧反力室を各々
形成する（図３、図４参照）。そして反力室１４７と円
周溝５３６の間には流路４３５（図３参照）、また反力
室１４８と円周溝５３５の間には流路４３６が各々連通
して形成される（図４参照）。

【００１５】これにより、図３に示すように、作動室１
１１の吐出圧力が吐出ポート１３１、背圧溝３３１，３
３５、流路４３１、背圧溝５３１、嵌挿孔８３１、背圧
溝５３２、流路４３３、円周溝５３６、及び流路４３５
を介して反力室１４７へ導入されるとともに、図４に示
すように、作動室１１２の吐出圧力が吐出ポート１３
３、背圧溝３３３，３３７、流路４３３、背圧溝５３
３、嵌挿孔８３３、背圧溝５３４、流路４３７、円周溝
５３５、及び流路４３６を介して反力室１４８へ導入さ
れる。

【００１６】また、制御機構２１，３１としては、例え
ばフローコントロールバルブの様な流量調整作用を有す
る任意の手段を用いることができ、ポンプ回転数の上昇
等により作動装置２２，３２への流量が増加して余剰と
なった作動流体が、流路７３２，７３４を介して各々吸
入ポート１３２，１３４へ還流される。また、流路７３
２，７３４は共に貯油装置４に連通して形成された流路
７３０にその一部または全部が連通して形成されてお
り、作動流体の吸入と余剰となった作動流体の還流の両
用途に兼用する。

【００１７】以上の説明から明らかなように、本発明に
よる図示実施例の構成上の特徴は、１台のベーン型油圧
ポンプに２系統分のポンプを各々独立に作動できるよう
に対向して構成し、各作動室の吐出圧力を幾つかの背圧
溝、流路、嵌挿孔そして円周溝等を介して、各作動室と
は軸対称の位置に形成された油圧反力室に導入する構成
としたことである。なお、本発明においては、流体作動
システムは２系統に限定されず、複数の流体作動システ
ムの場合においても、同様の並列構成とすることができ
る。

【００１８】ポンプ１を作動させると、ロータ１１の回
転に伴って複数のベーン１２は遠心力によって半径方向
へ摺動し、カムリング１３の内周面にベーン１２先端を
接触させながら回動する。流体作動システム２において
は、図１、図２に示すように、作動流体は貯油装置４、
流路７３０，７３２、吸入ポート６３２，１３２を介し
て吸入され、作動室１１１内で昇圧された後、吐出ポー
ト１３１より吐出されて、図３に示すように、吐出ポー
ト６３１、流路７３１を介して制御機構２１へ送出され
る。

【００１９】作動室１１１内での昇圧作用の際、ベーン
１２の嵌挿孔８３１には、吐出ポート１３１、背圧溝３
３１，３３５、流路４３１、背圧溝５３１を介して作動
室１１１の吐出圧力が導入される。これによりベーン１
２の底部は高圧力となり、先端部はカムリング１３の内
周面に押付けられて離脱することなく、シール性を保持
して昇圧作用を行う。また、ポンプ回転数の上昇等によ
り余剰となった作動流体は、制御機構２１の流量調整作
用により還流用流路７３２、吸入ポート６３２，１３２
を介して作動室１１１へ還流される（図１〜図３参
照）。

【００２０】流体作動システム３においても、図１〜図
４に示すように、流体作動システム２と同様にして、作
動流体は貯油装置４、流路７３０，７３４、吸入ポート
６３４，１３４を介して吸入され、作動室１１２内で昇
圧された後、吐出ポート１３３から吐出され、吐出ポー
ト６３３、流路７３３を介して制御機構３１へ送出され
る。そしてベーン１２の嵌挿孔８３３には吐出ポート１
３３、背圧溝３３３，３３７、流路４３３、及び背圧溝
５３３を介して作動室１１２の吐出圧力が導入される。
また、制御機構３１で余剰となった作動流体は還流用流
路７３４、吸入ポート６３４，１３４を介して再び作動
室１１２へと還流される。パラレル型ベーンポンプは、
ポンプとして基本的には以上のような作動をする。

【００２１】図示実施例のポンプ１においては、圧力不
平衡の低減もしくは解消は次のように行われる。ポンプ
１が作動して作動室１１１及び１１２の圧力が上昇する
と、作動室１１１の吐出圧力は吐出ポート１３１、背圧
溝３３１，３３５を経て、一方は流路４３２を介してロ
ータ１１のリアハウジング１６２側の反力室１４５へ導
入されるとともに、他方は流路４３１、背圧溝５３１、
嵌挿孔８３１、背圧溝５３２、流路４３３、円周溝５３
６、流路４３５を介してロータ１１のフロントハウジン
グ１６１側の反力室１４７へ導入される（図３等を参
照）。また、作動室１１２の吐出圧力は吐出ポート１３
３、背圧溝３３３，３３７を経て、一方は流路４３４を
介してロータ１１のリアハウジング１６２側の反力室１
４６へ導入されると共に、他方は流路４３３、背圧溝５
３３、嵌挿孔８３３、背圧溝５３４、流路４３７、円周
溝５３５、流路４３６を介してロータ１１のフロントハ
ウジング１６１側の反力室１４８へ導入される（図４等
を参照）。

【００２２】すなわち、各作動室１１１及び１１２の吐
出圧力は以上のような経路を経て、各作動室１１１及び
１１２とは軸対称側に構成された油圧反力室１４５，１
４７及び１４６，１４８へそれぞれ導入される。従っ
て、例えば流体作動システム２（図１）に着目すると、
ロータ１１は作動室１１１内の圧力により図面（図３）
において下向きの力が発生するが同時に反力室１４５，
１４７内に導入された圧力により図面（図３）において
上向きの力が発生し、ロータ１１に作用する。この際、
反力室１４５，１４７内の受圧面積が作動室１１１内の
受圧面積と等しいか、あるいはほぼ等しければ、ロータ
１１に作用する上下方向の力は相殺されて解消するか、
あるいは大巾に低減することができる。流体作動システ
ム３の場合においても、作動室１１２内の圧力による図
面（図４）において上向きの力と反力室１４６，１４８
内の圧力による図面（図４）において下向きの力が流体
作動システム２の場合と同様に相殺される。その結果、
軸受１５１及び１５２の負担が小となるので、強力な軸
受を使用する必要がなくなり、軸受、ひいては全体を小
型軽量化することが可能になる。なお、流体作動システ
ムは２系統に限定されず、３系統以上がパラレルに併合
された流体作動システムの場合においても同様の構成と
すれば同じ作用効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、１台のベーンポンプの
ような流体機械を、パラレル型としてロータの周囲に複
数個所の作動室を形成し、複数の流体作動システムに対
して共用することができると共に、その吐出圧力を反力
室へ導入して、作動室の吐出圧力による半径方向の力を
相殺するので、軸受の負担が大幅に軽くなり、強力な大
型の軸受を使用する必要がなくなる結果、流体機械及び
流体作動システム全体を軽量小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例としてのパラレル型ベーンポン
プの作動室断面図を含む流体作動システムの構成図であ
る。

【図２】実施例のパラレル型ベーンポンプの吸入側の構
造を示すＡ−Ａ断面図である。

【図３】同じポンプにおける一方の流体作動システムの
吐出側と油圧反力室の構造を示すＢ−Ｂ断面図である。

【図４】同じポンプにおける他方の流体作動システムの
吐出側と油圧反力室の構造を示すＣ−Ｃ断面図である。

【図５】同じポンプにおけるリアサイドプレートに形成
した背圧溝及び流路を示すＥ−Ｅ断面図である。

【図６】リアサイドプレートに形成した背圧溝及び流路
を示すＦ−Ｆ断面図である。

【図７】フロントサイドプレート１４１に形成した背圧
溝及び流路を示すＧ−Ｇ断面図である。

【符号の説明】

１…ポンプ ２，３…流体作動システム ４…貯油装置 １１…ロータ １２…ベーン １３…カムリング １５…シャフト １６…ハウジング ２１，２２…制御機構 １１１，１１２…作動室 １３１，１３３…吐出ポート １３２，１３４…吸入ポート １４１…フロントサイドプレート １４２…リアサイドプレート １４５，１４６，１４７，１４８…反力室 １５１，１５２…軸受 １６１…フロントハウジング １６２…リアハウジング ３３１，３３３，３３５，３３７…背圧溝 ４３１，４３２，４３３，４３４，４３５，４３６，４
３７…流路 ５３１，５３２，５３３，５３４…背圧溝 ５３５，５３６…円周溝 ６３１，６３３…吐出ポート ６３２，６３４…吸入ポート ７３０，７３１，７３２，７３３，７３４…流路 ８３１，８３３…嵌挿孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 光夫 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 笹谷 英顕 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−92388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−222579（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195985（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−128030（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−157292（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−84784（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭31−4279（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F04C 18/30 - 18/352 F04C 15/00 F04C 29/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングにロータを回転可能に軸支
   し、上記ロータの外周面と、上記ハウジング内に固定さ
   れたカムリングの内周面との間の空間に作動室を形成
   し、上記ロータには複数のベーンを半径方向にスライド
   可能に嵌挿したベーン型流体機械において、 上記作動室は上記ロータの回転の中心から見て複数の方
   向に偏心させて複数個所に形成されており、それぞれの
   作動室は互いに独立している複数系統の流体作動システ
   ムとそれぞれ別個に接続され、かつ、少なくとも一つの
   作動室と流体作動システムとの間には流体作動システム
   を制御するための制御機構が配設され、各作動室におい
   て昇圧された作動流体により、上記各作動室に対応した
   複数系統の流体作動システムをそれぞれ独立して駆動す
   るように構成され、さらに、上記ロータを支持する部材
   の内周面と上記ロータの外周面との間には各作動室に対
   応させて軸対称側に反力室を各々独立に形成するととも
   に、各作動室とこれに対応した反力室とは各々独立に背
   圧溝及び流路によって連通して、各作動室の吐出圧力を
   各反力室へ導入することによって、各作動室内で発生す
   る力を各反力室内で発生する力によって相殺することが
   できるように構成したことを特徴とする流体機械。