JP3776601B2 - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置に用いられる可変容量型ベーンポンプの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の可変容量型ベーンポンプは、例えば特開平８−２００２３９号公報に開示されているように、各ベーンを取り囲むカムリングを支持ピンを介して回動可能に支持し、ロータ軸芯に対するカムリングの偏心量を変化させることにより、ポンプ吐出流量を調節するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の可変容量型ベーンポンプにあっては、支持ピンが吐出ポート側に配置されていたため、ポンプ室の圧力によりカムリングを支持ピンに押し付けるラジアル荷重が働き、カムリングに応力集中が生じやすいという問題点があった。
【０００４】
また、カムリングを回動させてポンプ吐出流量を大きくすると、ロータの回転に伴ってポンプ室が吸込行程から吐出行程に移る過程でポンプ室が圧縮される予圧縮量が不足し、ベーンポンプの振動や騒音が増大する可能性があった。
【０００５】
また、これを防止するため、カムリング中心を吸込ポート側に予めずらしておき、予圧縮量を確保する方法があるが、この場合、カムリング偏心量が小さい場合に予圧縮量が過大となり、ベーンポンプの振動や騒音が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、可変容量型ベーンポンプにおいて、強度の向上をはかるとともに、振動や騒音を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１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、各ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、ロータの回転に伴って拡がるポンプ室に作動流体を流入させる吸込ポートと、ロータの回転に伴って収縮するポンプ室から作動流体を流出させる吐出ポートと、カムリングを回動させてポンプ押しのけ容積を変化させる可変容量機構とを備える可変容量型ベーンポンプにおいて、吸込ポートと吐出ポートをロータの軸芯Ｏｐを挟んで対向させ、カムリングの回動支点Ｐをロータの軸芯Ｏｐについて吐出ポートより吸込ポート側に配置し、カムリングがポンプ押しのけ容積が増大する方向に回動するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大する構成とし、カムリングの外周面に摺接するシール材を備え、シール材により第一カム圧力室と第二カム圧力室をカムリングを挟むようにして画成し、第一カム圧力室と第二カム圧力室にカムリングを転動させる駆動圧を導く構成とし、第一カム圧力室と第二カム圧力室との間でカムリングを囲むようにして画成される第三カム圧力室と、第三カム圧力室の圧力を逃がす通路とを備え、第三カム圧力室をロータの軸芯Ｏｐについてカムリングの回動支点Ｐ側に配置した。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、吸込ポートと吐出ポートの間に位置する圧力遷移区間を均等に分割する平面をケーシング遷移区間分割面Ｓｐとし、ケーシング遷移区間分割面Ｓｐに直交しロータの軸芯Ｏｐと交わる直線をケーシング中心線Ｍとしたとき、ケーシング中心線Ｍ上にカムリングの回動支点Ｐが来るように配置するものとした。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、カムリングを回動可能に収装するアダプタリングを備え、アダプタリングにカムリングを摺接させるスライド面を形成し、スライド面をカムリングの回動支点Ｐを中心とする円弧状に湾曲させるものとした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、支持ピンがロータの軸芯Ｏｐより吸込ポート側に配置されるため、ポンプ室の圧力によりカムリングを支持ピンに押し付けるラジアル荷重が働かず、カムリングに応力集中が生じることを抑え、カムリングの強度向上がはかれる。
【００１３】
また、支持ピンがロータの軸芯Ｏｐより吸込ポート側に配置されるため、カムリングをポンプ押しのけ容積が増大するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大するように回動させることが可能となり、カムリングが回動してもポンプ室の圧力が滑らかに変化する状態が維持され、ベーンポンプの振動や騒音を低減できる。
【００１４】
第２の発明において、ケーシング中心線Ｍ上にカムリングの回動支点Ｐを配置することにより、カムリングをポンプ押しのけ容積が増大するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大する回動範囲を最大限に確保できる。
【００１５】
第３の発明において、カムリングに働くラジアル荷重は、カムリングが摺接するアダプタリングのスライド面に支持されるため、カムリングに応力集中が生じることを抑え、カムリングの強度向上がはかれる。
【００１６】
第１の発明において、第一カム圧力室と第二カム圧力室に導かれる駆動圧によりカムリングが転動する。第一カム圧力室と第二カム圧力室をカムリングのまわに画成することにより、ベーンポンプのコンパクト化がはかれる。
【００１７】
第１の発明において、圧力の低い第三カム圧力室がカムリングの回動支点Ｐ側に画成されることにより、カムリングを下方に押すラジアル荷重を小さくし、カムリングのスライド面とアダプタリングのスライド面間に生じる摩擦力を小さくし、カムリングを移動する駆動力を低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載されるパワーステアリング装置の油圧源として設けられるベーンポンプに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、ベーンポンプ１は、ケーシング６０に回転可能に収装されるロータ５０と、ロータ５０から摺動可能に突出する複数のベーン２４と、各ベーン２４を取り囲むカムリング７０とを主体として構成される。
【００２０】
ロータ５０はエンジンからの回転が図示しない駆動軸とプーリおよびベルト等を介して伝達され、図に矢印で示すように左回り方向に回転する。各ベーン２４は回転するロータ５０に対しそのラジアル方向に出入りしながらそれぞれの外周端部をカムリング７０の内周面に摺接させてポンプ室を拡縮する。ロータ５０の回転に伴って各ベーン２４間で拡がるポンプ室には吸込ポート４１から作動油が吸込まれ、各ベーン２４間で収縮するポンプ室から作動油が吐出ポート４２に吐出される。吸込ポート４１は図示しない吸込通路を介してタンクに連通し、吐出ポート４２はポンプ吐出通路１１を介して図示しないパワーステアリング装置の油圧シリンダに連通される。ポンプ吐出通路１１の途中には可変オリフィス８０が介装される。
【００２１】
カムリング７０の内周面の断面は略円形に形成され、図示するようにカムリング７０の中心Ｏｃがロータ５０の軸芯Ｏｐ上にあるとポンプ吐出流量が零となる。ロータ軸芯Ｏｐに対するカムリング中心Ｏｃの偏心量が大きくなるほどポンプ押しのけ容積が増大し、ポンプ吐出流量が増える。
【００２２】
ケーシング６０にはカムリング７０を回動可能に収装するアダプタリング９０が設けられる。カムリング７０は支持ピン７５を介してアダプタリング９０に回動可能に支持される。アダプタリング９０とカムリング７０には支持ピン７５に係合する溝９６，７６がそれぞれ形成される。
【００２３】
カムリング７０の外周下部とアダプタリング９０の内周底部には互いに摺接するスライド面７１，９１がカムリング７０の回動支点（支持ピン７５の軸芯）Ｐを中心とする円弧状に湾曲して形成される。
【００２４】
ポンプ吐出流量を変化させる可変容量機構として、一対の第一カム圧力室７と第二カム圧力室８がカムリング７０を挟むようにして画成される。アダプタリング９０の内周上部にはカムリング７０の外周上部に接するシール材２２，２３が介装され、第一カム圧力室７と第二カム圧力室８の密封が行われる。
【００２５】
第一カム圧力室７は通路１２を介して可変オリフィス８０より上流側のポンプ吐出通路１１に連通する一方、第二カム圧力室８は通路１３を介して可変オリフィス８０より下流側のポンプ吐出通路１１に連通する。これによりポンプ吐出流量が増加して可変オリフィス８０の前後差圧が上昇するのに伴ってアダプタリング９０は図示しないスプリングに抗して左回り方向に回動し、ポンプ吐出流量が減少するようになっている。
【００２６】
ここで、吸込ポート４１と吐出ポート４２の間に位置する圧力遷移区間を均等に分割し、ロータ軸芯Ｏｐを含む平面をケーシング遷移区間分割面Ｓｐとし、カムリング７０内の空間を均等に分割し、ケーシング遷移区間分割面Ｓｐと平行な平面をカムリング遷移区間分割面Ｓｃと定義する。
【００２７】
各ベーン２４の間に画成されるポンプ室はカムリング遷移区間分割面Ｓｃより図において上方の領域で拡大して吸込ポート４１から作動油を吸込み、カムリング遷移区間分割面Ｓｃより図において下方の領域で収縮して作動油を吐出ポート４２に吐出するが、ロータ５０の回転に伴ってポンプ室が吸込行程から吐出行程に移る過程においてポンプ室が圧縮される予圧縮行程が存在し、ポンプ室の予圧縮量はカムリング遷移区間分割面Ｓｃが吸込ポート４１側（上方向）に移動するほど増大する。また、ロータ５０の回転に伴ってポンプ室が吐出行程から吸込行程に移る過程においてポンプ室が減圧される予減圧行程が存在し、ポンプ室の予減圧量はカムリング遷移区間分割面Ｓｃが吸込ポート４１側に移動するほど増大する。
【００２８】
本発明は、支持ピン７５をロータ軸芯Ｏｐについて吐出ポート４２より吸込ポート４１側に配置する。これにより、ロータ軸芯Ｏｐに対するカムリング中心Ｏｃの偏心量が大きくなるのに伴ってカムリング７０の中心が吸込ポート４１側に移動し、ポンプ押しのけ容積が増大するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大する構成とする。
【００２９】
そして、ケーシング遷移区間分割面Ｓｐに直交しロータ軸芯Ｏｐと交わる直線をケーシング中心線Ｍと定義し、ケーシング中心線Ｍ上にカムリングの回動支点Ｐを配置する。
【００３０】
カムリング７０の外周上部にはシール材２２，２３およびアダプタリング９０の間に第三カム圧力室９が画成される。第三カム圧力室９は支持ピン７５側に位置して第一カム圧力室７および第二カム圧力室８の間に画成される。第三カム圧力室９は通路１８を介してタンク１９に連通し、その圧力が逃がされる。本実施の形態において、第三カム圧力室９の中央部に支持ピン７５が配置されているが、支持ピン７５の端部に形成された隙間によって支持ピン７５の両側の空間が互いに連通している。
【００３１】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００３２】
ベーンポンプ１が停止状態からポンプ回転数が所定値まで上昇する間は、カムリング７０がスプリングの付勢力により左側に位置してロータ軸芯Ｏｐに対するカムリング中心Ｏｃの偏心量が最大となる状態に保持され、ロータ５０の回転数が上昇するのに伴ってポンプ吐出通路１１を流れる作動油量が増加する。これにより、車両の低速走行時からポンプ吐出圧が十分に上昇し、パワーステアリング装置に必要な油圧アシスト力を確保できる。
【００３３】
ポンプ回転数が所定値を超えて上昇する作動領域にて、可変オリフィス８０の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、スプリングの付勢力に抗してカムリング７０が左回り方向に回動し、ポンプ押しのけ容積が小さくなる。こうしてカムリング７０の位置が自動的に調節され、ポンプ吐出量が制御されることにより、ベーンポンプ１からタンクに戻される作動油の流量を少なくして、無駄なエネルギ消費を少なくする。
【００３４】
ところで、ポンプ室が吸込行程から吐出行程に移る予圧縮行程において、ポンプ室の圧力が滑らかに上昇しない場合に、振動や騒音が増大する。また、ポンプ室が吐出行程から吸込行程に移る予減圧行程において、ポンプ室の圧力が滑らかに降下しない場合に、振動や騒音が増大する。これに対処して従来のベーンポンプは、ポンプ室が吐出ポートに連通するタイミングを遅らせたり、カムリング遷移区間分割面をケーシング遷移区間分割面（ロータ軸芯）より吸込ポート側にずらして、予圧縮量を増減し調整していた。しかし、従来のカムリングの偏心量を変化させる可変容量型ベーンポンプでは、ポンプ押しのけ容積が増減するのに応じて適切な予圧縮量および予減圧量も変化するのに対して、すべての押しのけ容積（カムリングの偏心位置）で適切な予圧縮量（予減圧量）を確保することは困難であり、ポンプ押しのけ容積が変化するのに応じて予圧縮量および予減圧量が過大になったり不足して、振動や騒音が増大する。
【００３５】
これに対処して本発明は、ロータ軸芯Ｏｐに対するカムリング中心Ｏｃの偏心量が大きくなるのに伴ってポンプ押しのけ容積が増大するとともに、カムリング７０が吸込ポート４１側に移動してポンプ室の予圧縮量が増大することにより、ポンプ室における見かけ上の流量変化のタイミングが早まり、ポンプ室が吸込行程から吐出行程に移る予圧縮行程において圧力が滑らかに上昇する作動状態が維持されるとともに、ポンプ室が吐出行程から吸込行程に移る予圧縮行程において圧力が滑らかに降下する作動状態が維持され、ベーンポンプ１の振動や騒音を低減できる。
【００３６】
ケーシング中心線Ｍ上にカムリング７０の回動支点Ｐを配置することにより、カムリング７０をポンプ押しのけ容積が増大するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大する回動範囲を最大限に確保できる。
【００３７】
なお、ケーシング中心線Ｍ上以外にカムリング７０の回動支点Ｐを配置して、ポンプ室の予圧縮量および予減圧量を任意に設定してもよい。
【００３８】
また、ポンプ室の圧力によりカムリング７０を下方に押すラジアル荷重が働くが、このラジアル荷重はカムリング７０のスライド面７１に対して面接触するアダプタリング９０のスライド面９１に支持されるため、カムリング７０に応力集中が生じることを抑え、カムリング７０の強度向上がはかれる。この結果、カムリング７０の大型化が避けられ、ベーンポンプ１のコンパクト化がはかれる。
【００３９】
カムリング７０の外周上部にはシール材２２，２３およびアダプタリング９０の間に第三カム圧力室９が画成される。
【００４０】
タンク１９に連通する第三カム圧力室９は吐出ポート４２より吸込ポート４１側に位置して第一カム圧力室７および第二カム圧力室８の間に画成されるため、カムリング７０を下方に押すラジアル荷重を小さくし、カムリング７０のスライド面７１とアダプタリング９０のスライド面９１間に生じる摩擦力を小さくし、カムリング７０を移動する駆動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すベーンポンプの断面図。
【符号の説明】
１ ベーンポンプ
７ 第一カム圧力室
８ 第二カム圧力室
９ 第三カム圧力室
１１ ポンプ吐出通路
２２ シール材
２３ シール材
２４ ベーン
５０ ロータ
６０ ケーシング
７０ カムリング
７１ スライド面
９０ アダプタリング
９１ スライド面
Ｐ 回動支点
Ｏｃ カムリング中心
Ｏｐ ロータ軸芯
Ｓｃ カムリング遷移区間分割面
Ｓｐ ケーシング遷移区間分割面

Claims (3)

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、前記各ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、前記ロータの回転に伴って拡がる前記ポンプ室に作動流体を流入させる吸込ポートと、前記ロータの回転に伴って収縮する前記ポンプ室から作動流体を流出させる吐出ポートと、前記カムリングを回動させてポンプ押しのけ容積を変化させる可変容量機構と、を備える可変容量型ベーンポンプにおいて、前記吸込ポートと前記吐出ポートを前記ロータの軸芯Ｏｐを挟んで対向するように配置し、前記カムリングの回動支点Ｐを前記ロータの軸芯Ｏｐについて前記吐出ポートより前記吸込ポート側に配置し、前記カムリングがポンプ押しのけ容積が増大する方向に回動するのに伴いポンプ室の予圧縮量が増大する構成とし、前記カムリングの外周面に摺接するシール材を備え、前記シール材により第一カム圧力室と第二カム圧力室を前記カムリングを挟むようにして画成し、前記第一カム圧力室と前記第二カム圧力室にカムリングを転動させる駆動圧を導く構成とし、前記第一カム圧力室と前記第二カム圧力室との間で前記カムリングを囲むようにして画成される第三カム圧力室と、前記第三カム圧力室の圧力を逃がす通路とを備え、前記第三カム圧力室を前記ロータの軸芯Ｏｐについて前記カムリングの回動支点Ｐ側に配置したことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
   たことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 前記吸込ポートと前記吐出ポートの間に位置する圧力遷移区間を均等に分割する平面をケーシング遷移区間分割面Ｓｐとし、前記ケーシング遷移区間分割面Ｓｐに直交し前記ロータの軸芯Ｏｐと交わる直線をケーシング中心線Ｍとしたとき、前記ケーシング中心線Ｍ上に前記カムリングの回動支点Ｐが来るように配置した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. 前記カムリングを回動可能に収装するアダプタリングを備え、前記アダプタリングに前記カムリングを摺接させるスライド面を形成し、前記スライド面を前記カムリングの回動支点Ｐを中心とする円弧状に湾曲させたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量型ベーンポンプ。

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