JP4498097B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

この発明は、例えば、パワーステアリング装置における油圧源となるベーンポンプに関する。

この種のベーンポンプとして、特許文献１に記載されたものが従来から知られているが、この従来のベーンポンプを図７〜図９に示す。
図７に示すように、ボディ１０１にボディボア１０２を形成するとともに、このボディボア１０２をカバー１０３でふさいでいる。これらボディ１０１およびカバー１０３には、それぞれ軸受穴１０１ａ、軸受穴１０３ａを形成し、これら軸受穴１０１ａと軸受穴１０３ａとでシャフト１０４を回転自在に支持している。

上記ボディボア１０２内には、略楕円形をした内壁１０５ａを有するカムリング１０５を組み込むとともに、このカムリング１０５内にロータ１０６を回転自在に収容している。このロータ１０６の一方の側面１０６ａには、サイドプレート１０７を接触させるとともに、他方の側面１０６ｂには、上記カバー１０３を接触させている。

また、上記ロータ１０６の中心部分にはシャフト１０４を貫通させるとともに、この貫通部分に形成したセレーションを介して、シャフト１０４とロータ１０６とが一体回転するようにしている。
さらに、図８に示すように、上記ロータ１０６には、その円周方向に複数のベーン溝１０８を放射状に形成している。これらベーン溝１０８は、その基部に背圧室１０９を形成するとともに、ベーン１１０を摺動自在に組み込んでいる。これらベーン１１０は、その先端がカムリング１０５の内壁１０５ａに接触するように回転する。

そして、図９に示すように、上記サイドプレート１０７には、ロータ１０６との接触面である側面１０７ａに、４つの背圧導入溝１１１を等間隔に形成するとともに、互いに対向する一対の背圧導入溝１１１には、吐出圧導入路１１４を開口させている。また、上記４つの背圧導入溝１１１のそれぞれは、絞り溝１１２によって連通している。したがって、上記背圧導入溝１１１および絞り溝１１２によって、ロータ１０６に形成されたすべての背圧室１０９が円周方向に連通することになる。

また、上記カバー１０３であってカムリング１０５に対向する側面にも上記背圧導入溝１１１と対向する４つの背圧導入溝１１５を形成しているが、これら背圧導入溝１１１と１１５とは背圧室１０９を介して互いに連通している。ただし、このカバー１０３側の背圧導入溝１１５はそれぞれを独立させている。言い換えると、カバー１０３側には絞り溝１１２を形成していない。

上記のように構成にしたベーンポンプは、例えば、ポンプが全く停止しているときには、高圧室１１３もタンク圧になるので、この高圧室１１３内の圧力が導かれる背圧室１０９内もタンク圧に維持されている。したがって、ベーン１１０の先端がカムリング１０５の内壁１０５ａに押しつけられることはない。かえって、ベーン１１０がその自重でベーン溝１０８内に沈み込んだりしてベーン１１０の先端がカムリング１０５の内壁１０５ａから離れてしまう。

もし、すべてのベーン１１０の先端がカムリング１０５の内壁１０５ａから離れていれば、たとえ、シャフト１０４を図８に示した矢印ｒ方向に回転したとしても、ロータ１０６が空回りするだけでポンプは駆動せず、吐出量がゼロの状態を保つ。特に、長時間停車後の起動時には、作動油の粘性が高いので、ロータ１０６を回転してベーン１１０に遠心力を作用させたとしても、作動油の粘性抵抗によってベーン１１０がベーン溝１０８からなかなか飛び出さない。ただし、ロータ１０６を回転し続ければ、ベーン１１０に遠心力が作用し続けるので、その連続的な遠心力の作用でベーン１１０が、作動油の粘性抵抗に打ち勝ってベーン溝１０８から突出し、その先端がカムリング１０５の内壁１０５ａに接触する。特に、吐出口ｂ１，ｂ２側にあるベーン１１０の一つでも上記内壁１０５ａに接触すると、そのベーン１１０の作動油を排出する力によって高圧室１１３に多少の圧力が発生する。

上記のように高圧室１１３に多少でも圧力が発生すると、その圧力が吐出圧導入路１１４を介して背圧室１０９に導かれるので、その圧力作用で、ベーン溝１０８に没入していたベーン１１０がベーン溝１０８から次々に突出し、その先端をカムリング１０５の内壁１０５ａに接触させる。このように背圧室１０９に圧力が導かれてベーン１１０がカムリング１０５の内壁１０５ａに接触すれば、ベーン１１０が自重等でベーン溝１０８内に没入することがないので、以後、ポンプ作用を継続することになる。

また、上記のようにポンプ作用を継続すると、ベーン１１０はベーン溝１０９の中を往復することになるが、この往復運動によって背圧導入溝１１１および背圧導入溝１１５の作動油をベーン溝１０８および背圧室１０９に吐出させたり、あるいはこの背圧導入溝１１１および背圧導入溝１１５の作動油がベーン溝１０８および背圧室１０９に吸い込まれたりする。言い換えると、収縮行程位置にあるベーン溝１０８および背圧室１０９から吐出された作動油は、背圧導入溝１１１および背圧導入溝１１５を経由して伸張行程位置にある背圧室１０９およびベーン溝１０８に供給されるので、ベーン１１０はその背圧室１０９内の圧力でその先端がカムリング１０５の内壁１０５ａに接触することになる。

また、当該ポンプの起動時に、例えば、ベーン１１０が一つだけカムリング１０５の内壁１０５ａに接触している状態では、高圧室１１３内の圧力もそれほど高くはならない。したがって、背圧室１０９に少しでも圧力が立ったときには、その圧力が逃げるのを防止する方が、当該ポンプの起動性がよくなる。そこで、この従来のベーンポンプでは、背圧導入溝１１１間を絞り溝１１２で連通し、吐出圧導入路１１４が開口していない背圧導入溝１１１および１１５の作動油が、それほど高圧になっていない高圧室１１３側に逃げないようにしている。

なお、ベーン１１０の伸張工程と収縮工程を繰り返す過程で、カムリング１０５の内壁１０５ａとロータ１０６の外周と各ベーン１１０間とによって独立した室が形成される。この形成された室内には、ベーン１１０の伸張工程時に吸い込み口ａ１，ａ２から作動油が吸い込まれる。そして、室内に吸い込まれた作動油は、ベーン１１０の収縮工程時に高圧となり、吐出口ｂ１，ｂ２から高圧室１１３に吐出される。

上記のようにしてポンプが起動して高速運転に入ると、今度は、収縮行程位置におけるベーン溝１０８および背圧室１０９内の作動油が、伸張行程位置における背圧室１０９およびベーン溝１０８に供給される。そして、実際には、背圧室１０９内の圧力が、ポンプ吐出圧よりも高くなることが多いので、吐出圧導入路１１４からは各背圧室１０９の不足分の流量のみが補給されることになる。したがって、各背圧室１０９間で行き来する作動油の流量はそれほど多くはなく、しかも、高速運転時には、油温が上昇して作動油の粘性も低くなっているので、上記絞り溝１１２の絞り抵抗はそれほど大きくはならない。そのために絞り溝１１２で各背圧導入溝１１１を連通している方が、圧力の異常な上昇を避けられるという利点がある。

特開平１１−２３００５７号公報

上記のようにした従来のベーンポンプでは、低温起動時の吐出遅れをなくそうとすればするほど、吐出導入路１１４が開口していない背圧導入溝１１１および１１５の作動油が、吐出圧導入路１１４が開口する背圧導入溝１１１に流れ込まないようにしなければならないが、そのためには絞り溝１１２の開度をより小さくする必要がある。
特に、上記従来のベーンポンプでは、吐出圧導入路１１４が開口していない一つの背圧導入溝１１１と、吐出圧導入路１１４が開口している二つの背圧導入溝１１１とが絞り溝１１２によって連通しているので、個々の絞り溝１１２はその開度を、かなり小さくせざるを得ない。

なぜなら、吐出圧導入路１１４が開口していない一つの背圧導入溝１１１から、吐出圧導入路１１４が開口している二つの背圧導入溝１１１に流れる流量は、２つの絞り溝１１２の合計開度に比例するので、一つの絞り溝１１２の開度をかなり小さくして、小さな合計開度を維持しなければならないからである。

ただし、絞り溝１１２の開度を小さくし過ぎると、起動時の吐出遅れをなくすことができるが、今度は、高速運転時の背圧導入溝１１１および背圧室１０９内の圧力が高くなりすぎて、ベーン１１０が内壁１０５ａに接触する接触圧が高くなり、カムリング１０５が摩耗したり、カムリング１０５とベーン１１０とが焼き付いたりする原因になってしまう。特に、高速運転になればなるほど、ベーン溝１０９におけるベーン１１０の往復運動が激しくなり、その分、背圧導入溝１１１および１１５内を流れる単位時間あたりの流量が多くなるので、絞り溝１１２による圧力損失が大きくなる。このように圧力損失が大きくなれば、ベーン１１０が収縮するときの背圧室１０９の圧力が上昇するので、その分、ベーン１１０がカムリング１０５の内壁１０５ａに接触する接触圧が高くなり、上記したようにカムリング１０５が摩耗したり、カムリング１０５とベーン１１０とが焼き付いたりしてしまう。

結局、起動時の吐出遅れを無くそうとすると、高速運転時の摩耗や焼き付きが問題になり、高速運転時のベーン１１０の摩耗や焼き付きを防止しようとすると、起動時の吐出遅れが発生してしまうというように、従来のベーンポンプは二律背反的な問題を抱えていた。
この発明の目的は、起動時の吐出遅れを生じさせず、しかも、高速運転時の摩耗や焼き付きを防止できるベーンポンプを提供することである。

第１の発明は、ボディ内に、ロータを回転自在に収容するカムリングを組み込み、上記ロータの一方の側面にサイドプレートを対向させて設け、他方の側面にカバーを対向させて設け、さらに、上記ロータの円周方向に複数のベーン溝を放射状に形成し、これらベーン溝の基部に背圧室を形成するとともに、上記ベーン溝および背圧室にベーンを摺動自在に組み込み、ロータが回転することによって、ベーンの先端がカムリングの内壁に接触して、ベーンがベーン溝から突出する伸張工程と、ベーンがベーン溝内に押し込まれる収縮工程を経る一方、ロータと接触するサイドプレートの一方の側面およびロータと接触するカバーの側面のそれぞれに、ロータに形成した背圧室に圧油を導く背圧導入溝を、円周方向に複数設け、かつ、サイドプレートに形成した背圧導入溝のうち所定の背圧導入溝を吐出圧導入路を介して吐出圧が導入される高圧室に導く構成にしたベーンポンプにおいて、サイドプレートおよびカバーと接触するロータの両側面であって、上記各背圧室と交差する位置に、上記サイドプレートおよびカバーに形成した複数の背圧導入溝を互いに連通させる円環溝を形成するとともに、サイドプレートと接触するロータの一方の側面に形成した円環溝の断面積を、カバーと接触するロータの他方の側面に形成した円環溝の断面積より小さくした点に特徴を有する。

第１の発明によれば、サイドプレートと対向するロータの一方の側面に形成した円環溝の断面積を、カバーと対向するロータの他方の側面に形成した円環溝の断面積より小さくしたので、作動油の粘性の高い起動時には、断面積が小さい上記一方の側面に形成した円環溝側には作動油が流れにくくなる。したがって、背圧室内の作動油が、この断面積が小さい円環溝を介して圧力上昇前の高圧室に逃げにくくなり、その分、背圧室の圧力を維持することができる。作動油の粘性が低い起動時において、上記したように背圧室の圧力を維持できるので、当該ポンプの起動時の吐出遅れをなくすことができる。

一方、高速運転時には、油温が上昇して作動油の粘性も低くなっているので、各背圧導入溝が両円環溝を介して連通する。このように各背圧導入溝が両円環溝を介して連通するので、背圧室の圧力が異常に上昇することはなく、高速運転時の摩耗や焼き付きを防止できる。
また、ロータの両側に円環溝を形成したので、軸方向の圧力バランスがとりやすくなる。したがって、ロータは一方の側面に極端に押し付けられることがなくなり、トルク伝達がよくなるとともに、焼き付きなどを防止できることになる。

図１〜図６に、この発明の実施形態を示す。
図１に示すように、ボディ１にボディボア２を形成するとともに、このボディボア２をカバー３でふさいでいる。これらボディ１およびカバー３には、それぞれ軸受穴１ａ、軸受穴３ａを形成し、これら軸受穴１ａと軸受穴３ａとでシャフト４を回転自在に支持している。
上記ボディボア２内には、カムリング５を組み込むとともに、このカムリング５内にロータ６を回転自在に収容している。このロータ６の一方の側面６ａには、サイドプレート７を対向させるとともに、他方の側面６ｂには、上記カバー３を対向させている。

また、上記ロータ６の中心部分にはシャフト４を貫通させるとともに、この貫通部分に形成したセレーションを介して、シャフト４とロータ６とが一体回転するようにしている。
さらに、図２および図３に示すように、上記ロータ６には、その円周方向に複数のベーン溝８を放射状に形成している。これらベーン溝８は、その基部に背圧室９を形成するとともに、このベーン溝８にベーン１０を摺動自在に組み込んでいる。

また、上記ロータ６の両側面には円環溝６ｃおよび６ｄを形成しているが、サイドプレート７に対向するロータ６の一方の側面６ａ側に形成した円環溝６ｃの断面積を、カバー３に対向するロータ６の他方の側面６ｄ側に形成した円環溝６ｄの断面積よりも小さくしている。したがって、断面積の大きな円環溝６ｄ側で作動油に作用する抵抗は、断面積の小さな円環溝６ｃ側で作用する抵抗よりも小さくなる。言い換えると、円環溝６ｃ側では作動油が流れにくく、円環溝６ｄ側では作動油が流れやすくなる。このようにした円環溝６ｃおよび６ｄは、背圧室９を通る円周の直径と同じ直径にして、円環溝６ｃ，６ｄが背圧室９と完全に交差する位置に形成している。したがって、上記円環溝６ｃ，６ｄは、各背圧室９に連通することになる。

さらに、図５に示すように、上記サイドプレート７には、ロータ６との対向面である側面７ａに一対の第１背圧導入溝１１ａと，同じく一対の第２背圧導入溝１１ｂとを円周方向に交互に形成している。そして、各背圧導入溝１１ａ，１１ｂは、円周方向に所定の間隔を保つとともに、それらは上記円環溝６ｃを介して互いに連通する。なお、上記第１背圧導入溝１１ａは、吐出圧導入路１２を介して高圧室１３に連通しているが、この高圧室１３は当該ポンプの吐出口に連通している。

一方、前記カバー３であってロータ６との対向面には、上記サイドプレート７の第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂに対向する背圧導入溝１４を形成しているが、この背圧導入溝１４は、上記した第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂと、背圧室９を介して互いに連通するとともに、円環溝６ｄを介して背圧導入溝１４同士も連通する。

そして、前記したように両円環溝６ｃ，６ｄをそれらが背圧室９と完全に交差する位置に形成することによって、例えば、ベーン１０がベーン溝８内に完全に沈み込んだとき、言い換えると、ベーン１０の基端が背圧室９内に位置するとき、円環溝６ｃ，６ｄによって構成される、サイドプレート７側に形成した第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂ同士、およびカバー３側に形成した背圧導入溝１４同士を連通させる流路に、絞り抵抗を付与することができる。

上記のように構成にしたベーンポンプは、その起動時にロータ５を回転し続ければ、ベーン１０に遠心力が作用し続けるので、その連続的な遠心力の作用でベーン１０がベーン溝８から突出してその先端がカムリング５の内壁５ａに接触する。特に、吐出口側にあるベーン１０の一つでも上記内壁５ａに接触すれば、そのベーン１０の作動油を排出する力によって高圧室１３に多少の圧力が発生する。

上記のように高圧室１３に多少でも圧力が発生すると、その圧力が吐出圧導入路１２を介して背圧室９に導かれるので、その圧力作用で、ベーン溝８に没入していたベーン１０がベーン溝８から次々に突出し、その先端をカムリング５の内壁５ａに接触させる。このように背圧室９に圧力が導かれてベーン１０がカムリング５の内壁５ａに接触すれば、ベーン１０が自重等でベーン溝８内に没入することがないので、以後、ポンプ作用を継続することになる。

また、上記のようにポンプ作用を継続すると、ベーン１０はベーン溝９の中を往復することになるが、この往復運動によって第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂおよび背圧導入溝１４の作動油を、ベーン溝８および背圧室９に吐出させたり、あるいは第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂおよび背圧導入溝１４の作動油がベーン溝８および背圧室９に吸い込まれたりする。言い換えると、収縮行程位置にあるベーン溝８および背圧室９から吐出された作動油は、第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂおよび背圧導入溝１４を経由して伸張行程位置にある背圧室９およびベーン溝８に供給されるので、ベーン１０はその背圧室９内の圧力でその先端がカムリング５の内壁５ａに接触することになる。

また、当該ポンプの高速運転時には、各背圧室９が連通していた方がよいが、長時間停車した後の当該ポンプの起動時には、それら背圧室９の圧力を維持するために、その背圧室９内の圧力がなるべく逃げないようにする方が効率的であることは、前記したとおりである。そこで、この実施形態では、ロータ６の一方の側面６ａに形成した円環溝６ｃの断面積を、その他方の側面６ｂに形成した円環溝６ｄの断面積よりも小さくしている。

そして、長時間停車後の当該ポンプ起動時における作動油の粘性が高いときには、作動油は背圧室９を横断しにくくなるとともに、断面積の小さい円環溝６ｃにも流れにくくなる。したがって、この背圧室９を介してカバー３側の背圧導入溝１４から第１背圧導入溝１１ａに流れる流量がほとんどなくなる。その上、円環溝６ｃの流れも悪くなるので、背圧室９内の作動油が吐出圧導入路１２を介して昇圧前の高圧室１３に流出しにくくなる。この結果、カバー３側に形成した背圧導入溝１４内の圧力が確保されることになる。このように背圧導入溝１４に圧力が確保されれば、カムリング５の内壁５ａに一度接触したベーン１０が、ベーン溝８に簡単に沈み込まなくなる。したがって、以後のポンプ作用が円滑に継続されることになる。

もし、円環溝６ｃの断面積を大きくすれば、背圧室９内の作動油は、各背圧導入溝１１ａ，背圧導入溝１１ｂおよび円環溝６ｃを経由して吐出圧導入路１２から、起動時にそれほど高圧になっていない高圧室１３に逃げてしまうので、起動時にベーン１０がカムリング５の内壁５ａにせっかく接触しても、ベーン１０がベーン溝８の中に簡単に沈み込んでしまう。そのために、なかなかポンプ作用を継続できず、結果的に、吐出遅れが生じるということになってしまう。

しかし、この実施形態では、吐出圧導入路１２と直接接触する側の円環溝６ｃの断面積を小さくしたので、上記したようにカバー３側に形成した背圧導入溝１４内の圧力をある程度保つことができる。したがって、このカバー３側の背圧導入溝１４側に保たれた圧力で、起動時にカムリング５の内壁５ａに接触したベーン１０が、ベーン溝８に沈み込んでしまうのを防げるので、当該ポンプの吐出遅れという問題を解消できる。

一方、高速運転時には、油温が上昇するとともに作動油の粘性が低くなるので、各背圧室９を介して、サイドプレート７側に形成した第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂと、カバー３側に形成した背圧導入溝１４とが連通するとともに、それら第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂ同士および背圧導入溝１４同士が円環溝６ｃ，６ｄを介して連通する。したがって、第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂおよび背圧導入溝１４のすべてに作動油がスムーズに流通する。このように背圧導入溝のすべてに作動油がスムーズに流通するので、背圧室に異常圧が発生したりしない。したがって、高速運転時における前記焼き付きや偏摩耗といった問題が発生しない。
また、ロータ６の両側に円環溝６ｃ，６ｄを形成したので、軸方向の圧力バランスがとりやすくなる。したがって、ロータは一方の側面に極端に押し付けられることがなくなり、トルク伝達がよくなるとともに、焼き付きなどを防止できることになる。

なお、上記円環溝６ｃ，６ｄを図面に示すように背圧室９を通る円周の直径と同じ直径にして、円環溝６ｃが背圧室９と完全に交差する位置に形成することによって、例えば、ベーン１０がベーン溝８内に完全に沈み込んだとき、言い換えると、ベーン１０の基端が背圧室９内に位置するとき、円環溝６ｃ，６ｄによって構成される、第１，２背圧導入溝１１ａ，１１ｂ同士、および背圧導入溝１４同士を連通させる流路に、絞り抵抗を付与することができる。このように絞り抵抗を付与できるので、当該ポンプの起動時における背圧導入溝１４内の圧力を保つことができ、その吐出遅れを防止するのにさらに役立つことになる。

本実施形態のベーンポンプを示す断面図である。 図１のII−II線断面図である。 ロータの断面図である。 サイドプレートとの接触面を示したロータの側面図である。 ロータとの接触面を示したサイドプレートの側面図である。 カバーの側面図である。 従来例のベーンポンプを示す断面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。 従来例のサイドプレートを示す側面図である。

符号の説明

１ ボディ
３ カバー
５ カムリング
５ａ カムリングの内壁
６ ロータ
６ａ ロータの一側面
６ｂ ロータの他側面
６ｃ 円環溝
６ｄ 円環溝
７ サイドプレート
７ａ サイドプレートの側面
８ ベーン溝
９ 背圧室
１０ ベーン
１１ａ 第１背圧導入溝
１１ｂ 第２背圧導入溝
ａ１，ａ２ 吸い込み口
ｂ１，ｂ２ 吐出口
１４ 背圧導入溝

Claims (2)

1. ボディ内に、ロータを回転自在に収容するカムリングを組み込み、上記ロータの一方の側面にサイドプレートを対向させて設け、他方の側面にカバーを対向させて設け、さらに、上記ロータの円周方向に複数のベーン溝を放射状に形成し、これらベーン溝の基部に背圧室を形成するとともに、上記ベーン溝および背圧室にベーンを摺動自在に組み込み、ロータが回転することによって、ベーンの先端がカムリングの内壁に接触して、ベーンがベーン溝から突出する伸張工程と、ベーンがベーン溝内に押し込まれる収縮工程を経る一方、ロータと接触するサイドプレートの一方の側面およびロータと接触するカバーの側面のそれぞれに、ロータに形成した背圧室に圧油を導く背圧導入溝を、円周方向に複数設け、かつ、サイドプレートに形成した背圧導入溝のうち所定の背圧導入溝を吐出圧導入路を介して吐出圧が導入される高圧室に導く構成にしたベーンポンプにおいて、サイドプレートおよびカバーと接触するロータの両側面であって、上記各背圧室と交差する位置に、上記サイドプレートおよびカバーに形成した複数の背圧導入溝を互いに連通させる円環溝を形成するとともに、サイドプレートと接触するロータの一方の側面に形成した円環溝の断面積を、カバーと接触するロータの他方の側面に形成した円環溝の断面積より小さくしたベーンポンプ。
2. 上記円環溝は、ベーンがベーン溝内に位置するとき、そのベーンによって分断して、上記円環溝内の流体の流通を阻止するか、あるいは円環溝を流通する流体に絞り抵抗を付与する構成にした請求項１記載のベーンポンプ。

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