JP3991755B2 - Vane pump - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベーンポンプに関し、例えば、車両のパワーステアリングの油圧装置として好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来のベーンポンプの概略構成を示し、同(a)は、ベーンポンプ内部の側面の概略構成図であり、同(b)は、ベーンの部分の拡大図である。
【0003】
図4(a)に示すように、従来のベーンポンプは、楕円状の内周面を有するカムリング1と、カムリング1内を回転するロータ2と、ロータ2内に放射状に設けられたスリット3と、スリット3内に配設され、その先端がカムリング1の内周面に接して摺動するベーン4とを備えており、カムリング1内周面とロータ2外周面が形成する空間部分には油等の液体を供給、吐出するための吸入口21及び吐出口22がロータ2の中心に対して対称的な位置に、それぞれ2系統設けられている。又、図示していないが吐出口22はスリット3と連通しており、液体の吐出圧をスリット3内のベーン4の背圧とする構造になっている。
【0004】
カムリング1が楕円状の内周面を有しているため、ロータ2の回転に伴い、ベーン4はスリット3内を伸縮するように往復運動する。つまり、ロータ2の回転による遠心力がベーン4に働き、更に、吐出圧による背圧がベーン4の内側端に働くため、ベーン4の先端(外側端)がカムリング1の内周面に常に接するように、ベーン4は半径方向外側へ押し出される。そして、カムリング1の内周面が、楕円状の形状であるため、その形状に沿うようにベーン4の先端が摺動し、ベーン4はスリット3内を伸縮運動することとなる。従って、ロータ2の回転に伴い、カムリング1の内周面、ロータ2の外周面及びベーン4が形成する間隙部5が、その容積の増大、減少を繰り返し行う。
【0005】
上記動作状態を利用して、カムリング1の内周面とロータ2の外周面との間隔の拡大(間隙部5の容積の増大)に伴い、吸入口21へ供給された液体を、間隙部5に吸入し、カムリング1の内周面とロータ2の外周面との間隔の縮小(間隙部5の容積の減少)に伴い、間隙部5に吸入した液体を圧縮して吐出口22へ吐出して、任意の圧力を有する液体を外部へ供給する。
【0006】
上述したベーンポンプは、油圧装置として用いられているが、特に、パワーステアリングに用いる場合、カムリング1の内周面が単純な楕円形であると、圧縮した液体の吐出時に脈動をおこし、吐出効率を損なうという問題がある。又、圧縮した液体を通す配管や供給を受ける機器の振動や騒音を伴う。このため、カムリングの内周面を単純な楕円形とせず、適切な位置に凹凸部分、又は凹部若しくは凸部を設けることで吐出時の脈動を抑え、安定した吐出圧を維持し、吐出効率を向上させている。なお、凹部、凸部は内周面の半径が大きく変化するような半径変化も含む。
【0007】
図4(b)は、ベーンポンプのベーンの部分を拡大したものであり、内周面に凹凸部分を有するカムリングに接するベーンの状態を示す。凹凸部分との比較のため、本来のカムリング内周面の楕円曲線を点線にて示した。
【0008】
図4(b)に示すように、ロータ2内に設けたスリット3は、ベーン4の伸縮運動のため、ベーン4との間にわずかなクリアランス(隙間)ができるようにしてある。又、カムリング1の内周面と滑らかに接するように、ベーン4の先端部は円弧状の曲面に形成されている。ロータ2の回転時には、カムリング1の内周面とベーン4の先端部との摺動抵抗により、ベーン4の先端部にロータ2の回転方向と逆の向きに力が働き、スリット3に設けられたクリアランスの量だけ傾いてしまう。即ち、スリット3の中心線3aに対して、ロータ2の回転時のベーン4の中心線4aが傾きδを有し、カムリング1の内周面の接線に対しても、垂直ではなく、鋭角な傾きで接することとなる。この傾きは構造上避けられないものであり、ゼロにすることはできない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ベーン4の先端の曲面に対して、カムリング1の内周面の曲率が十分大きい場合は、上述したようにカムリング1の内周面に対してベーン4が傾いて接する場合でも、その曲面の部分がカムリング1の内周面に接するため、ベーン4の先端は滑らかにカムリング1の内周面上を摺動する。
【0010】
ところが、特にパワーステアリング等に用いるベーンポンプにおいては、吐出時の脈動を抑え、吐出効率を向上させるため、カムリング1の内周面に、図4(b)に示すような凹部1a、凸部1bを設けており、カムリング1の内周面の曲率が大きく変化し、ベーン4に対してカムリング1の内周面が鋭角に接する箇所が発生する。上述したように、ロータ2の回転時には、カムリング1との摺動抵抗とスリット3におけるクリアランスのため、スリット3に対してベーン4は傾いており、上記箇所では、ロータ2の回転時にベーン4とカムリング1の内周面が更に鋭角に接することとなる。又、ベーン4の先端の曲面の端部は、特に面取り加工等が施されておらず、角部4bが存在する。
【0011】
このような状態、即ち、ベーン4とカムリング1の内周面が鋭角に接し、更にベーン4が先端に角部4bがある場合、ベーン4の傾きにより、ベーン4の先端の角部4bがカムリング1の内周面に引掛り、滑らかに摺動することができず、異音(金属摩擦音)を発生して摺動することとなる。又、カムリング1の内周面の凹凸部分の曲部的な曲率とベーン4の先端の曲面の曲率とが整合して引掛り、滑らかに摺動することができず、異音(金属摩擦音)を発生して摺動することもある。この現象は、カムリング1の内周面及びベーン4の摩耗を招き、ベーンポンプの耐久性の点でも好ましくなく、ベーンポンプの寿命を短くするおそれがある。
【0012】
車両のパワーステアリングに用いられるベーンポンプにおいては、低速時におけるステアリングの操作時に(特に、ステアリングの据え切り操舵時に顕著)、上記現象を引き起こし、異音を発生していた。上記現象は油圧脈動とも関係すると考えられ、ベーンポンプの吐出圧の安定性の点でも問題となる。
【0013】
本発明は、上記問題に鑑み、カムリングの内周面に常に滑らかに接するベーンを備えたベーンポンプを提供する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るベーンポンプは、ロータに放射状に設けられたスリット内に配設され、曲率が変化する凹凸の少なくとも一方を備えたカムリングの内周面に接して摺動するベーンの先端部の、ロータの回転方向側に、カムリングの内周面を滑らかに移動する円弧状の凸部が形成されたことを特徴とする。
【0015】
上記課題を解決する本発明に係るベーンポンプは、ロータに放射状に設けられたスリット内に配設され、曲率が変化する凹凸の少なくとも一方を備えたカムリングの内周面に接して摺動するベーンの先端部の、ロータの回転方向側に、カムリングの内周面を滑らかに移動するように、カムリングの内周面の曲率半径よりも十分大きな曲率半径の曲面が形成されたことを特徴とする。
【0017】
上記課題を解決する本発明に係るベーンポンプは、スリットが、凸部の形状に合わせて形成した切り欠き部を備え、ベーンの先端の凸部を収納可能としたことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係るベーンポンプの基本的構成は、図4(a)、(b)に示したベーンポンプと同じである。即ち、内周面に凹凸部分1a、1bを有するカムリング1と、カムリング1内を回転するロータ2と、ロータ2内に放射状に設けられたスリット3と、スリット3内に配設され、その先端がカムリング1の内周面に接して摺動するベーン4とを備えている。しかしながら、本発明では、ベーンの形状、特に、ベーンの先端の形状に特徴がある。
【0019】
(実施例1)
図1は、本発明に係る実施形態の一例を示すベーンポンプのベーン形状の概略図である。
図1において、従来技術と同様の構成要素には同じ番号を付与し、重複する説明は省略する。又、凹凸部分との比較のため、本来のカムリング内周面の楕円曲線を点線にて示した。
【0020】
図1に示すように、ベーン4は、ベーン4の先端部の、ロータ2の回転方向側に円弧状の凸部4cが形成されたものである。つまり、カムリング1の内周面がベーン4に対して鋭角に接する箇所を有していても、ベーン4が滑らかな曲面部分にてカムリング1の内周面と常に接するように、ベーン4の先端部に、ロータ2の回転方向側から突出する円弧状の曲面(凸部4c)を有している。言い換えれば、ベーン4の先端部の、カムリング1の内周面と接触する部分が、側面から見た場合、p形状(あるいは、q形状)となっている。この円弧状の凸部4cの曲面の曲率は、カムリング1の内周面の凹凸の曲率に応じて、適切に決められる。
【0021】
又、スリット3のロータ2の回転方向側には、ベーン4の凸部4cの形状に合わせた切り欠き部3cが形成されている。つまり、ベーン4がスリット3内に押し戻されたとき、凸部4cを適切に収納し、ベーンポンプの機能を損なわないように考慮されている。なお、図1において、ベーン4が押し戻された状態を一点鎖線にて示した。
【0022】
摺動抵抗によりベーン4が傾き、更にカムリング1の内周面が凹凸を有し、ベーン4に対して鋭角に接する箇所を有していても、ベーン4の先端部が上記形状を有するため、つまり、ベーン4の先端部の回転方向側に角部が存在しないため、カムリング1の内周面とベーン4の先端が常に滑らかな接触となり、ベーン4はカムリング1の内周面を滑らかに摺動できる。従って、カムリング1の内周面とベーン4との引掛りによる異音を防止することができ、ベーンポンプ自体の摩耗も防ぐことができる。
【0023】
又、上記形状を有することで、ベーン4の先端部の質量が大きくなり、ロータ2の回転時に働くベーン4への遠心力も大きくなるため、カムリング1の内周面への押付け力が増大し、カムリング1とベーン4間の気密性が向上する。
【0024】
(実施例2)
図2は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すベーンポンプのベーン形状の概略図である。
図2において、従来技術と同様の構成要素には同じ番号を付与し、重複する説明は省略する。又、凹凸部分との比較のため、本来のカムリング内周面の楕円曲線を点線にて示した。
【0025】
図2に示すように、ベーン4は、ベーン4の先端部の、ロータ2の回転方向側に曲率半径の大きな曲面部4dが形成されたものである。つまり、カムリング1の内周面がベーン4に対して鋭角に接する箇所を有していても、ベーン4が滑らかな曲面部分にてカムリング1の内周面と常に接するように、ベーン4の先端部の、ロータ2の回転方向側の角部を廃し、ロータ2の回転方向側から形成される大きな曲率半径の円弧状の曲面部4dを有している。本実施例の場合、スリット3の形状は従来のものでよい。
【0026】
摺動抵抗によりベーン4が傾き、更にカムリング1の内周面が凹凸を有し、ベーン4に対して鋭角に接する箇所を有していても、ベーン4の先端部が上記形状を有するため、つまり、ベーン4の先端部の回転方向側に角部がなく、カムリング1の内周面の曲率に対するベーン4の曲率が十分大きく互いの曲率が整合することがないため、カムリング1の内周面とベーン4の先端が、常に滑らかな接触となり、ベーン4はカムリング1の内周面を滑らかに摺動できる。従って、カムリング1の内周面とベーン4との引掛りによる異音を防止することができ、ベーンポンプ自体の摩耗も防ぐことができる。
【0027】
図3は、ベーンポンプの具体的な適用の一例を示す車両のパワーステアリングの概略構成図である。
【0028】
パワーステアリングは、車両の操舵を行う際に、操舵力を補助するために用いられており、特に、低速時の操舵力の低減に有効であり、運転者の負担を大きく軽減している。操舵力の動力源として、オイルポンプにより圧縮された油の油圧を用いており、このオイルポンプとしてベーンポンプが適用される。
【0029】
図3に示すように、パワーステアリングは、運転者がタイヤ11を操舵するために用いるステアリングホイール12と、ステアリングホイール12に付与された操舵力をステアリングギアボックス13に伝えるステアリングシャフト14と、ステアリングホイール12からの操舵力を、油圧を用いることで補助し、タイヤ11の操舵を行うステアリングギアボックス13と、ステアリングギアボックスに油圧を供給するオイルポンプ(ベーンポンプ)15及びそのリザーバとなるオイルタンク16を備えている。オイルポンプ15は、エンジン17の回転を利用し、エンジン17とオイルポンプ15間に設けられたベルト18を用いて、オイルポンプ18のロータを回転している。オイルは図3に示す矢印のように流動し、オイルポンプ15からステアリングギアボックス13に供給される時に、オイルポンプ15により加圧されて、操舵時の動力源となる。
【0030】
本発明に係るベーンポンプでは、ベーンとカムリングの内周面が滑らかに摺動するため、上記構成のパワーステアリングに用いれば、従来発生していた据え切り時の異音を防止することができ、ベーンポンプ自体の摩耗も防ぐことができる。又、摺動抵抗が低減するので、ベーンポンプのエンジンに対する負荷を減少させ、エンジン自体のレスポンス及び燃費を向上させることができる。
【0031】
なお、オイルポンプ15のロータの回転の駆動源はエンジン17だけとは限らず、例えば、軽自動車等では設置スペースとの関係もあり、電動モータにより駆動される場合もあり、その場合でも、摺動抵抗の低減により、電動モータの負荷を低減し、消費電力を低減することができる。
【0032】
上述した実施例は、本発明をパワーステアリングのベーンポンプに適用したものであるが、本発明は、パワーステアリングに用いられるものに限定されるものではなく、他の油圧装置としても適用できる。
【0034】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、ベーンが傾いてもベーンの先端とカムリングの内周面が常に滑らかに接触するので、異音が発生しない。そのため、カムリングとベーンの摩耗が減少し、ベーンポンプの寿命が延びる。特に、ベーンポンプのロータの駆動源がエンジンである場合、摺動抵抗の減少によりエンジン負荷も減少し、エンジンレスポンス及び燃費が向上する。又、ベーンの先端の重量が増えることで、慣性力(遠心力)も増え、ベーンの押付け力が向上し、気密性も向上する。
【0035】
請求項2に係る発明によれば、ベーンが傾いてもベーンの先端とカムリングの内周面が常に滑らかに接触するので、異音が発生しない。そのため、カムリングとベーンの摩耗が減少し、ベーンポンプの寿命が延びる。特に、ベーンポンプのロータの駆動源がエンジンである場合、摺動抵抗の減少によりエンジン負荷も減少し、エンジンレスポンス及び燃費が向上する。
【0037】
請求項3に係る発明によれば、ベーン先端の凸部をスリットに収納することができ、ベーンポンプとしての性能を損なわない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施形態の一例を示すベーンポンプのベーン形状の概略図である。
【図2】本発明に係る実施形態の他の一例を示すベーンポンプのベーン形状の概略図である。
【図3】本発明に係るベーンポンプの具体的適用の一例を示すパワーステアリングの概略構成図である。
【図4】従来のベーンポンプの概略構成図であり、(a)はベーンポンプ内部の概略構成図であり、(b)はベーンの部分の拡大図である。
【符号の説明】
1 カムリング
1a 凹部(内周面の半径が大きく変化する部分)
1b 凸部(内周面の半径が大きく変化する部分)
2 ロータ
3 スリット
3c 切り欠き部
4 ベーン
4b 角部
4c 凸部
4d 曲面部
5 間隙部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vane pump, and is suitable, for example, as a hydraulic device for power steering of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
4A and 4B show a schematic configuration of a conventional vane pump. FIG. 4A is a schematic configuration diagram of a side surface inside the vane pump, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion of the vane.
[0003]
As shown in FIG. 4A, the conventional vane pump includes a
[0004]
Since the
[0005]
Utilizing the above operation state, the liquid supplied to the
[0006]
The vane pump described above is used as a hydraulic device. Particularly, when used for power steering, if the inner peripheral surface of the
[0007]
FIG. 4B is an enlarged view of the vane portion of the vane pump, and shows a state of the vane in contact with the cam ring having an uneven portion on the inner peripheral surface. For comparison with the concavo-convex portion, the elliptic curve of the original inner peripheral surface of the cam ring is indicated by a dotted line.
[0008]
As shown in FIG. 4 (b), the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When the curvature of the inner peripheral surface of the
[0010]
However, particularly in a vane pump used for power steering or the like, a concave portion 1a and a
[0011]
In this state, that is, when the
[0012]
In a vane pump used for power steering of a vehicle, when the steering is operated at a low speed (particularly noticeable during steering steering), the above phenomenon is caused and abnormal noise is generated. The above phenomenon is considered to be related to the hydraulic pulsation, which is also a problem in terms of stability of the discharge pressure of the vane pump.
[0013]
In view of the above problems, the present invention provides a vane pump including a vane that is always in smooth contact with the inner peripheral surface of a cam ring.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A vane pump according to the present invention that solves the above-described problems is a vane pump that slides in contact with the inner peripheral surface of a cam ring that is disposed in a slit radially provided on a rotor and has at least one of irregularities that change in curvature. An arcuate convex portion that smoothly moves on the inner peripheral surface of the cam ring is formed on the rotation direction side of the rotor at the tip portion.
[0015]
A vane pump according to the present invention that solves the above-described problems is a vane pump that slides in contact with the inner peripheral surface of a cam ring that is disposed in a slit radially provided on a rotor and has at least one of irregularities that change in curvature. A curved surface having a radius of curvature sufficiently larger than the radius of curvature of the inner peripheral surface of the cam ring is formed on the tip portion on the rotational direction side of the rotor so as to smoothly move the inner peripheral surface of the cam ring.
[0017]
The vane pump according to the present invention for solving the above-described problems is characterized in that the slit includes a cutout portion formed in accordance with the shape of the convex portion, and the convex portion at the tip of the vane can be accommodated .
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The basic configuration of the vane pump according to the present invention is the same as that of the vane pump shown in FIGS. That is, the
[0019]
Example 1
FIG. 1 is a schematic view of a vane shape of a vane pump showing an example of an embodiment according to the present invention.
In FIG. 1, the same reference numerals are given to the same components as those in the conventional technology, and duplicate descriptions are omitted. For comparison with the uneven portion, the elliptic curve of the inner peripheral surface of the original cam ring is indicated by a dotted line.
[0020]
As shown in FIG. 1, the
[0021]
In addition, a
[0022]
Even if the
[0023]
Further, by having the above shape, the mass of the tip of the
[0024]
(Example 2)
FIG. 2 is a schematic view of a vane shape of a vane pump showing another example of the embodiment according to the present invention.
In FIG. 2, the same number is given to the same component as the prior art, and the duplicate description is omitted. For comparison with the uneven portion, the elliptic curve of the inner peripheral surface of the original cam ring is indicated by a dotted line.
[0025]
As shown in FIG. 2, the
[0026]
Even if the
[0027]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of power steering of a vehicle showing an example of a specific application of the vane pump.
[0028]
The power steering is used to assist the steering force when the vehicle is steered, and is particularly effective in reducing the steering force at a low speed and greatly reduces the burden on the driver. The oil pressure compressed by the oil pump is used as a power source for the steering force, and a vane pump is applied as the oil pump.
[0029]
As shown in FIG. 3, the power steering includes a
[0030]
In the vane pump according to the present invention, the inner peripheral surfaces of the vane and the cam ring slide smoothly. Therefore, when used in the power steering having the above-described configuration, it is possible to prevent the abnormal noise at the time of stationary operation that has been generated conventionally. The wear of itself can also be prevented. Further, since the sliding resistance is reduced, the load on the engine of the vane pump can be reduced, and the response and fuel consumption of the engine itself can be improved.
[0031]
The drive source for the rotation of the rotor of the
[0032]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a vane pump for power steering. However, the present invention is not limited to that used for power steering, and can be applied to other hydraulic devices.
[0034]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, even if the vane is inclined, the tip of the vane and the inner peripheral surface of the cam ring are always in smooth contact with each other, so that no abnormal noise is generated. As a result, cam ring and vane wear is reduced and the life of the vane pump is extended. In particular, when the driving source of the rotor of the vane pump is an engine, the engine load is reduced due to the reduction in sliding resistance, and the engine response and fuel consumption are improved. Further, as the weight of the vane tip increases, the inertial force (centrifugal force) also increases, the vane pressing force improves, and the airtightness also improves.
[0035]
According to the second aspect of the present invention, even if the vane is inclined, the tip of the vane and the inner peripheral surface of the cam ring are always in smooth contact with each other, so that no abnormal noise is generated. As a result, cam ring and vane wear is reduced and the life of the vane pump is extended. In particular, when the driving source of the rotor of the vane pump is an engine, the engine load is reduced due to the reduction in sliding resistance, and the engine response and fuel consumption are improved.
[0037]
According to the invention which concerns on
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a vane shape of a vane pump showing an example of an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of the vane shape of a vane pump showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of power steering showing an example of specific application of the vane pump according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional vane pump, (a) is a schematic configuration diagram inside the vane pump, and (b) is an enlarged view of a portion of the vane.
[Explanation of symbols]
1 Cam ring 1a Concave portion (a portion where the radius of the inner peripheral surface greatly changes)
1b Convex part (part where the radius of the inner peripheral surface changes greatly)
2
Claims (3)
前記ベーンの先端部の、前記ロータの回転方向側に、前記カムリングの内周面を滑らかに移動する円弧状の凸部が形成されたことを特徴とするベーンポンプ。A cam ring provided with at least one of irregularities whose curvature changes on the inner peripheral surface, a rotor rotating in the cam ring, slits provided radially on the rotor, and a tip thereof disposed in the slit. In a vane pump having a vane in contact with the inner peripheral surface of the cam ring,
A vane pump characterized in that an arcuate convex portion that smoothly moves on the inner peripheral surface of the cam ring is formed on the rotation direction side of the rotor at the tip of the vane.
前記ベーンの先端部の、前記ロータの回転方向側に、前記カムリングの内周面を滑らかに移動するように、前記カムリングの内周面の曲率半径よりも十分大きな曲率半径の曲面が形成されたことを特徴とするベーンポンプ。A cam ring provided with at least one of irregularities whose curvature changes on the inner peripheral surface, a rotor rotating in the cam ring, slits provided radially on the rotor, and a tip thereof disposed in the slit. In a vane pump having a vane in contact with the inner peripheral surface of the cam ring,
A curved surface having a radius of curvature sufficiently larger than the radius of curvature of the inner peripheral surface of the cam ring is formed at the tip of the vane so as to smoothly move the inner peripheral surface of the cam ring on the rotational direction side of the rotor. Vane pump characterized by that.
前記スリットが、前記ベーンの先端部の凸部の形状に合わせて形成した切り欠き部を有し、前記凸部を収納可能としたことを特徴とするベーンポンプ。The vane pump according to claim 1, wherein
The vane pump characterized in that the slit has a cutout portion formed in accordance with the shape of the convex portion at the tip portion of the vane, and the convex portion can be accommodated.
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