JP3072528B2 - 可変容量型回転流体圧ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変容量型回転流体圧
ポンプ、特に中立位置と変位位置との間を移動可能なカ
ムリングを備える形式のポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は様々な流体圧ポンプに用いるこ
とができるが、ラジアルピストン／ラジアルボール型の
ポンプに用いた場合に特に好都合であり、それに関連し
て以下に説明する。

【０００３】可変容量型ポンプは様々な用途に使用され
ており、代表例として一部の流体モータと組み合わせて
使用して水圧動力伝達装置を構成したり、一対の流体モ
ータとともに使用して水圧トランスアクスルを構成す
る。いずれの場合も、一般的には芝または庭用のトラク
タとの比較的小型の車両の推進用に用いられる。

【０００４】このような動力伝達装置およびトランスア
クスルが長年抱えている問題の一つは、ポンプを変位位
置（すなわち前進または後退位置）から中立位置へ戻す
ことが難しいことである。一般的に、このようなポンプ
の変位の操作は、手動式操作軸を回転し、ポンプのカム
リング部材を移動させることによって実施されている。

【０００５】車両の運転手が操作軸を中立位置と信じて
いる位置へセットしたが、完全な中立が得られておら
ず、そのまま降車した場合、ポンプは動力伝達装置のモ
ータまたはトランクアクスルのモータを回転させること
ができるだけの十分な加圧流体をまだ吐き出しているの
で、車両はその後で動き始める、すなわち「クリープ」
を始める。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような移動の発生
は、望ましくない作動状態として長年に渡って認識され
ており、当業者は、操作軸がそれの中立位置にあると思
われる時でも、ポンプ部材がそれの完全な中立位置にな
いことによって生じる問題を解決できる様々な方法を試
みてきた。

【０００７】このような事情に鑑みて、本発明の目的は
大幅な設計変更や特別な部品を追加することなく上記課
題を解決できるように中立帯域の重なり部を増加させた
可変容量型回転流体圧ポンプを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のポンプは、ポンプ空胴部および軸方向に離設
されて向き合った一対の横方向ハウジング表面を備えた
ハウジングアセンブリを設け、横方向表面間にカムリン
グ部材が配置されて、ほぼ環状のカム表面を形成してお
り、中立位置と変位位置とを定めるように移動可能であ
る。ロータアセンブリがカムリング部材内に配置されて
おり、複数の半径方向孔が円周方向に互いに離して形成
され、各孔にピストン部材がはめ込まれている。ハウジ
ングアセンブリに対して支持する手段が設けられてい
る。ハウジングアセンブリと支持手段とが協働して、流
体をある孔へ送る流体入口通路手段を形成しており、さ
らにそれらの協働によって流体を別の孔へ送る流体出口
通路手段が形成されている。

【０００９】改良ポンプは、カムリング部材が横方向ハ
ウジングの第１表面の一方からわずかに離れた位置に横
方向表面を備えていることを特徴としている。カムリン
グ部材の横方向表面に、ハウジングアセンブリのポンプ
空胴部と流体連通した中立流体通路手段が形成されてい
る。ハウジングアセンブリと支持手段との協働によって
流体出口通路手段と流体連通し、かつ横方向ハウジング
表面の第１表面に制限開口を備えている高圧流体通路手
段が形成されている。制限開口は、カムリング部材が変
位位置にある時、制限開口から中立流体通路手段への流
体連通はほぼ阻止されるが、カムリングが中立位置へ向
かって移動すると、制限開口と中立流体通路手段が徐々
に重なり合いながら制限開口から中立流体通路手段への
流体連通が開くように、配置されている。

【００１０】

【作用】このように構成したことにより、操作軸の回転
に対応して中立位置（図５）と変位位置（図４）との間
を移動するカムリング部材は、その変位位置にカムリン
グがあるとき制限開口は中立通路との連通が遮断され、
カムリングがその中立位置へ戻ると、制限開口が中立通
路と連通し始め、これによってポンプの中立帯域の重な
り部を増加させることができ、ポンプから不必要な加圧
流体の吐出しを防止する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１２】図１は参考として本説明に含めた米国特許
第４０９１７１７号明細書に記載されている一般用の可
変容量型ラジアルボール水圧ポンプを示しており、その
内部の特殊構造はイートン社が製造販売している750/85
0 型水圧トランスアクスルに用いられるものである。

【００１３】図１の可変容量型ポンプ11は本体部13とカ
バー部材15とを備えており、カバー部材15は複数のボル
ト17で本体部13に取り付けられている。本体部13とカバ
ー部材15との協働によってポンプ空洞部19が形成されて
おり、これは本体部13側の表面21とカバー部材15側の表
面23とを含む、軸方向に離設されて向き合った一対の横
方向表面によって形成されている。

【００１４】図１とともに図２を参照しながら説明する
と、ポンプ空洞部19内には、カムピボットピン27の軸線
回りに回動するようにカムリング25が設けられている。
ピン27はそれぞれ本体部13およびカバー部材15に形成さ
れた一対の整合孔29、31にはめ込められている。ピン27
の軸線回りのカムリング25の回動運動は、操作アセンブ
リ33によって実施される。操作アセンブリ33に設けられ
た操作軸35は、カバー部材15に形成された開口37に回転
可能にはめ込まれている。操作軸35の外端部（図１の右
端部）は、適当な操作リンク機構（図示せず）の取り付
け用ねじが切られている。操作軸35の内端部には操作ピ
ン39が挿通されており、そのピンの半径方向内端部がほ
ぼ円筒形のカムリングインサート41内に収容され、操作
軸35の回転によりこのインサート41が回動し、それに伴
ってカムリング25がピボットピン27の軸線回りに回動運
動する。

【００１５】本体部13にほぼ円筒形の孔43が形成されて
おり、その中に円筒形の支持部材45が圧入されている。
支持部材45には、一対の軸方向孔47、49が設けられてお
り、孔47は低圧入口通路を形成し、孔49は高圧出口通路
を形成している。支持部材45と本体部13との協働によっ
て、図１では支持部材45の下方および上方の両方に示さ
れている高圧通路51が形成されている。図２からわかる
ように、図１は操作アセンブリ33を通る直径方向断面で
はあるが、高圧通路51を通る線 1−１に沿った断面を示
している。

【００１６】カムリング25内には支持部材45を取り囲む
ようにロータアセンブリ53が設けられており、複数の半
径方向向きの円筒形孔57が円周方向に互いに離して形成
されている、支持部材45上に軸支されたロータ部材55を
備えている。各孔57にはピストンすなわちボール59がは
め込められており、これらのボール59は凹状のレース面
61と係合して半径方向の移動が抑制されている。

【００１７】ロータ部材55の前端部（図１の右端部）に
設けられた一対の切り込み部分63に横向きの駆動ピン65
が収容されている。駆動ピン65は入力軸67に軸方向内端
部に挿通されている。入力軸67はカバー部材15を貫通し
て外向きに（図１の右方向へ延出して、それに対して回
転可能に支持されており、回転軸線Ａが設けられてい
る。

【００１８】図１とともに図３を参照しながら説明する
と、本体部13にはほぼ円筒形の一対の窪み71（図１には
１つだけが示されている）が形成されており、各窪み71
には緩衝用ピストンすなわちシュー73がはめ込まれてい
る。シュー73に隣接した位置で、高圧通路51と窪み71と
の間を流体連通させる通路75が本体部13に形成されてい
る。窪み71内の高圧流体が緩衝シュー73をカムリング25
の横方向表面77に押し付ける。高圧流体が窪み71にある
時、その圧力が緩衝シュー73を表面に押し付け、これに
よってカムリング25がカバー部材15の表面23に押し付け
られる。

【００１９】前述したように、緩衝シューの主な機能
は、一般的にカムリング25内でロータアセンブリ53が高
速回転することである。

【００２０】以上に説明した程度の緩衝シュー73の全体
構造および機能は、前述の米国特許第4,091,717 号に詳
細に記載されている。しかし、緩衝シュー73およびカム
リング25を変更することによって、ポンプ11の広帯域中
立機構を得ることができる。

【００２１】次に、主に第３〜５図を参照しながら、本
発明の広帯域中立機構を説明する。カムリング25の表面
77に一対のほぼ半径方向向きの中立流体通路79が設けら
れ、この通路79が緩衝シュー73よりも半径方向内側へ延
出しているが、その理由については後述する。

【００２２】各緩衝シュー73には比較的大きく座ぐり孔
81が形成されており、窪み71内の流体圧力と開放連通し
ている。各緩衝シュー73の前表面83はカムリング25の表
面77に摺動可能に係合するように押し付けられている。
座ぐり孔81と前表面83との間は制限開口85で連通してい
る。

【００２３】次に、図３とともに図４を参照しながら説
明すると、図４では、第１，第２制限開口85a,85b がそ
れぞれ第１，第２中立流体通路（中立流体通路手段）79
a,79b と流体連通しておらず、したがって、いずれの緩
衝シュー73が高圧を受けても、横方向表面77に押し付け
られるため、制限開口85を通る流体流が遮断される。こ
のように、図４に示されている変位位置では、各緩衝シ
ュー73は上記米国特許第４０９１７１７号に記載されて
いる緩衝機能を果たすだけである。

【００２４】広帯域中立（または中立帯域重なり部）と
は、カムリング25が前進または後退変位位置から中立位
置に向かって移動している時にカムリング25を（ポンプ
11からの加圧吐き出し流に関して）中立位置に入れる操
作軸35の位置の範囲として定められる。したがって、カ
ムリング25が図５に示されている中立位置方向へ移動す
ると、制限開口85が中立流体通路79と連通し始めるた
め、高圧流体の一部が高圧通路51から通路75および座ぐ
り孔81を通って逃げる。制限開口85を通過した高圧流体
は、通路79を通って半径方向内向きに流れてから、図３
にわかりやすく示されているように、シュー73の半径方
向最内端部分を通過してポンプ空胴部19へ流入する。

【００２５】開口85は大きさが制限されており、カムリ
ング25が中立位置へ非常に接近している時を除いて、緩
衝シュー73が常時緩衝機能を果たすことができるよう
に、比較的小さくなっている。比較的小さい開口85で
も、カムリング25が中立位置へ非常に接近していると
き、対応の流体モータの「クリープ」が発生する可能性
は依然残るものの、ポンプ11の加圧流体吐き出し量が非
常に少ないので、意図された機能を果たすことができ
る。

【００２６】例えば、本発明の広帯域中立機構の開発中
に、制限開口の直径が0.038 インチ、中立流体通路79の
幅が0.064 インチ、深さが0.096 インチの試作品を作成
した。このような寸法を組み合わせた結果、中立帯域の
重なり部が0.75度になった（すなわち中立位置から0.75
度以内では、ポンプの吐き出し圧力が約100 ｐｓｉ以下
である）。

【００２７】上記実験に示されている比較的狭く深い流
体通路79は製造が潜在的に難しく費用がかかると思われ
た。したがって、中立流体通路79を幅0.090 インチ深さ
0.032 インチに変更した。この組み合わせの結果、中立
帯域の重なり部が0.80度になった。

【００２８】図６は、装置圧力に対する操作軸角度のグ
ラフを本発明と従来技術とを比較して示している。本発
明の広帯域中立機構がないポンプでは、操作軸35が中立
位置から0.1 度以内までは装置圧力が依然として200 ｐ
ｓｉ以上になっている。それに対して、本発明では、操
作軸が、（後退位置から近付いた場合）中立位置から約
0.8 度以内にあるとき、装置圧力が約 100ｐｓｉまで低
下し、また操作軸が（前進位置から近付いた場合）中立
位置から約0.6 度以内にあるとき、約 100ｐｓｉまで低
下する。

【００２９】制限開口85および中立流体通路79の大きさ
は、上記実験に示されている寸法から大幅に変更するこ
とができることは、当業者には明らかであろうし、特定
のポンプ用途に合わせて特定の寸法を選択することは当
業者には十分に可能であると思われる。例えば、ロータ
アセンブリ53の一回転あたりの吐き出し量が比較的大き
い比較的大型のポンプでは、図６に示されているものと
同じ中立帯域重なり部を得るためには、制限開口85およ
び中立流体通路79の両方の寸法を幾分大きくすることが
必要であろう。

【００３０】本発明に関連して実施した開発研究の結
果、制限開口85は 0.033〜0.043 インチ、中立流体通路
79は幅が 0.080〜0.100 インチであることが好ましいと
わかった。中立流体通路79の深さは重要性が比較的低
く、製造上の点を考慮して、ある程度は決定できること
は当業者には理解されるであろう。

【００３１】以上に本発明の広帯域中立機構を、制限開
口85を緩衝シュー73に設けた実施例について説明してき
た。しかし、そのような配置が本発明の本質的な特徴で
はないことは当業者には明らかであろう。そして、カム
リング25がそれの中立位置に接近した時はいつも、高圧
通路51と中立流体通路79との間を流通させる制限開口が
設けられていることだけが本質的な特徴である。しか
し、緩衝シュー73をカムリングと係合するように押し付
けるために加圧流体が必要であり、したがって制限開口
85にとつて好都合な位置である。

【００３２】当業者であれば本発明を製造して使用でき
る程度まで十分に詳細に本発明を説明してきた。以上の
説明を読んで理解すれば、当業者は本発明の様々な変更
および変化が請求の範囲に入っていれば、それらはすべ
て本発明の一部と見なされるものとする。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の可変容量
型回転流体圧ポンプによれば、カムリング部材が向かい
合った横方向ハウジング表面の第１表面からわずかに離
れた位置に横方向表面を備え、この表面にポンプ空洞部
と流体連通した中立流体通路を形成して、カムリング部
材が変位位置にあるとき制限開口と中立流体通路との連
通が遮断されるが、中立流体通路は、カムリング部材の
回転により、変位位置から中立位置に向かって移動する
とき、中立位置近くから、横方向ハウジング表面の第１
表面に形成された制限開口に重なり合う状態となる。こ
れにより、ポンプの中立帯域の重なり部を増加させ、高
圧流体通路から制限開口を通じてポンプ空洞部へ流体を
流すので、ポンプから不必要な加圧流体の吐出しを防止
できる。その結果、車両が停止状態から移動する危険な
クリープ現象をなくすことができる。この中立流体通路
と制限開口による構造は、ポンプ内部に形成されるの
で、別個の付加装置を設ける必要がなくなり、装置の簡
易化とコストを削減することができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る可変容量型ラジアルボー
ルポンプを図２の１−１線に沿って見た一部断面図であ
る。

【図２】カムリング部材とこれに関連する部分を図２の
２−２線に沿って見た横断面図である。

【図３】本発明の広帯域中立機構を示している、図１と
同様な拡大部分図である。

【図４】カムリング部材が変位位置にあるときの制限開
口と中立流体通路との位置関係を示す部分拡大横面図で
ある。

【図５】カムリング部材が中立位置にあるときの制限開
口と中立流体通路との位置関係を示す部分拡大横面図で
ある。

【図６】装置圧力に対する操作軸角度を従来技術と本発
明を比較して示したグラフである。

【符号の説明】

11…可変容量型ポンプ 13…本体部 15…カバー部材 21,23 …表面 25…カムリング 45…支持部材 49,57 …孔 51…高圧通路 53…ロータアセンブリ 59…ボール 77…横方向表面 79…中立流体通路 85…制限開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅ ｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ. Ａ. (72)発明者 ジェイムス マイケル キャシー アメリカ合衆国 アイオワ 51301 ス ペンサー ウエスト セブンス ストリ ート 131 (72)発明者 マーク スチーブン ジェネン アメリカ合衆国 ミネソタ 55347 ア ーデン プレーリー ヨークシャー レ イン 9523 (56)参考文献 特開 昭62−271971（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−25244（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4091717（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 1/00 - 23/14

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ空洞部（19）および軸方向に離設さ
   れて向き合う一対の横方向ハウジング表面（21、23)を備
   えたハウジングアセンブリ（13、15)と、前記横方向表面
   間に配置されて、操作軸（35）の回転に対応して中立位
   置と変位位置とを定めるように移動可能なカムリング部
   材（25）と、このカムリング部材内に配置され、複数の
   半径方向孔（57）が円周方向に互いに離して形成され、
   かつ各孔にピストン部材（59）がはめ込められているロ
   ータアセンブリ（53）とを有しており、前記ハウジング
   アセンブリには、前記ロータアセンブリを軸線（Ａ）回
   りに回転可能に前記ハウジングアセンブリに対して支持
   する手段（45）が設けられており、前記ハウジングアセ
   ンブリと前記支持手段とが協働して、流体を前記孔の特
   定のものに送る流体入口通路手段（47）を形成してお
   り、さらにそれらの協働によって、流体を特定の他の孔
   から排出する流体出口通路手段（49）が形成されている
   形式の可変容量型回転流体圧ポンプ（11）であって、 (a) 前記カムリング部材（25）が、前記向き合った横方
   向ハウジング表面の第１表面（21）からわずかに離れた
   位置に横方向表面（77）を形成しており、 (b) 前記カムリング部材の前記横方向表面（77）に、前
   記ハウジングアセンブリ（13）によつて形成された前記
   ポンプ空洞部（19）と流体連通する中立流体通路手段
   （79）が形成されており、 (c) 前記ハウジングアセンブリと前記支持手段（45）と
   の協働によって前記流体出口通路手段（49）と流体連通
   し、かつ前記横方向ハウジング表面の第１表面（21）に
   制限開口（85）を備えている高圧流体通路手段（51）が
   形成されており、 (d) 前記制限開口（85）は、カムリング部材（25）が前
   記変位位置にあるとき、前記制限開口から中立流体通路
   手段への流体連通がほぼ阻止され、さらに前記カムリン
   グが前記変位位置から中立位置へ向かって移動すると、
   前記制限開口と前記中立流体通路手段が徐々に重なり合
   いながら前記制限開口から中立流体通路手段への流体連
   通が開くように配置されていることを特徴とする回転流
   体圧ポンプ。
2. 【請求項２】カムリング部材（25）が中立位置から所定
   の変位量以内にあるときはいつも、高圧流体通路手段
   （51）内の流体圧が所定の最高圧力以下になるように、
   制限開口（85）および中立流体通路手段（79）の大きさ
   が決められていることを特徴とする請求項１の回転流体
   圧ポンプ。
3. 【請求項３】前記所定圧力が約100 ｐｓｉであり、前記
   所定変位量が操作軸（35）の約0.6 度の変位量である請
   求項２の回転流体圧ポンプ。
4. 【請求項４】制限開口（85）の直径が約 0.033〜0.043
   インチであり、中立流通通路手段（79）の幅が約 0.080
   〜0.010 インチであることを特徴とする請求項１の回転
   流体圧ポンプ。
5. 【請求項５】ハウジングアセンブリ（13）がカバー部材
   （15）と本体部材（13）とを有しており、前記本体部材
   に第１横方向ハウジング表面（21）が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１の回転流体圧ポンプ。
6. 【請求項６】本体部材（13）がほぼ円筒部分を有する支
   持手段（45）を含み、ロータアセンブリ（53）が、前記
   円筒部分上に配置されてそれに対して回転するロータ部
   材（55）を備えていることを特徴とする請求項５の回転
   流体圧ポンプ。
7. 【請求項７】支持手段の円筒部分（45）が流体入口通路
   手段（47）および流体出口通路手段（49）の少なくとも
   一部分を形成しており、前記支持手段が高圧流体通路手
   段を形成していることを特徴とする請求項６の回転流体
   圧ポンプ。
8. 【請求項８】本体部材（13）がこれに対して軸方向移動
   可能な緩衝シュー（73）を備えており、この緩衝シュー
   が高圧流体通路手段（51）内の流体圧によつて押し付け
   られて、カムリング部材（25）の横方向表面（77）と係
   合し、前記緩衝シューに制限開口（85）が形成されてい
   ることを特徴とする請求項５の回転流体圧ポンプ。
9. 【請求項９】ポンプ空洞部（19）および軸方向に離設さ
   れて向き合う一対の横方向ハウジング表面（21、23)を備
   えたハウジングアセンブリ（13、15)と、前記横方向表面
   間に配置されて、中立位置を定めており、中立位置から
   第１変位位置に向かう第１方向および中立位置から第２
   変位位置に向かう第２方向へ移動可能なカムリング部材
   （25）と、前記カムリング部材内に配置され、複数の半
   径方向孔（57）が円周方向に互いに離して形成され、か
   つ各孔にピストン部材（59）がはめ込められているロー
   タアセンブリ（53）とを有しており、前記ハウジングア
   センブリには、前記ロータアセンブリを軸線（Ａ）回り
   に回転可能に前記ハウジングアセンブリに対して支持す
   る手段（45）が設けられており、この支持手段には、前
   記カムリング部材が前記第１変位位置にあるときに加圧
   流体を特定の孔へ送る第１流体通路手段（47）と、前記
   カムリング部材が前記第２変位位置にあるときに加圧流
   体を別の孔に送る第２流体通路手段（49）とが形成され
   ている形式の可変容量型回転流体圧ポンプ（11）であっ
   て、 (a) 前記カムリング部材（25）が、前記向き合った横方
   向ハウジング表面の第１表面（21）からわずかに離れた
   位置に横方向表面（77）を形成しており、 (b) 前記カムリング部材の前記横方向表面（77）に、前
   記ハウジングアセンブリ(13,15) によつて形成された前
   記ポンプ空洞部（19）と流体連通する第１および第２の
   中立流体通路(79a,79b) が形成されており、 (c) 前記ハウジングアセンブリには、前記第１流体通路
   手段（47）と流体連通する第１圧力通路（50）と、前記
   第２流体通路手段（49）と流体連通する第２圧力通路
   （51）とが形成されており、前記第１および第２圧力通
   路は、第１および第２の制限開口（85a,85b)を備え、 (d) 前記カムリング部材（25）が前記第１変位位置にあ
   るとき、前記第１制限開口(85a) から前記第１中立流体
   通路(79a) への流体連通がほぼ阻止され、そして前記カ
   ムリング部材が前記第１変位位置から中立位置へ向かっ
   て移動すると、前記第１制限開口(85a) から第１中立流
   体通路(79a) と徐々に流体連通し始め、また前記カムリ
   ング部材が第２変位位置にあるとき、前記第２制限開口
   (85b) から第２中立流体通路（79b)への流体連通がほぼ
   阻止され、そして前記カムリング部材が第２変位位置か
   ら中立位置へ向かって移動すると、前記第２制限開口が
   第２中立流体通路(79b) と徐々に流体連通し始めるよう
   に前記第１および第２制限開口 (85a,85b)がそれぞれ前
   記第１および第２中立流体通路(79a,79b) と重なり合う
   関係に配置されていることを特徴とする回転流体圧ポン
   プ。