JP4759474B2 - Vane pump - Google Patents
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Description
本発明は、カムリングの内側にロータとロータの径方向に摺動可能なベーンとを配置し、吸入行程から吐出行程に移行する移行区間に予圧縮行程を設けて構成されるベーンポンプに関する。 The present invention relates to a vane pump in which a rotor and a vane slidable in the radial direction of the rotor are arranged inside a cam ring, and a precompression stroke is provided in a transition section in which a transition is made from a suction stroke to a discharge stroke.
ベーンポンプは動作時の振動および騒音が問題となるケースが多く、このような振動および騒音の低減を狙ったベーンポンプの構成が検討されている。特に、隣り合うベーンどうしで挟まれたポンプ室容積が増大する吸入行程とポンプ室容積が減少する吐出行程との切り替わり部分では、ポンプ室内の圧力が吸入圧力から吐出圧力へ急激に変化し、この圧力の急激な変化が騒音の原因となることが知られている。そのため吸入行程から吐出行程への切り替わり部分ではポンプ室が吸入ポートにも吐出ポートにも通じない状態にした上で、カムリング内径を調節してポンプ室内の圧力が吸入圧力から吐出圧力へと徐々に増大していく予圧縮行程を設け、ポンプ室内の急激な圧力の変動を防止することが行われている。 In many cases, the vibration and noise during operation of the vane pump are problematic, and the configuration of the vane pump aimed at reducing such vibration and noise has been studied. In particular, the pressure in the pump chamber suddenly changes from the suction pressure to the discharge pressure at the switching portion between the suction stroke in which the pump chamber volume increases and the discharge stroke in which the pump chamber volume decreases between adjacent vanes. It is known that sudden changes in pressure cause noise. Therefore, in the part where the suction stroke is switched to the discharge stroke, the pump chamber is not connected to the suction port and the discharge port, and the cam ring inner diameter is adjusted so that the pressure in the pump chamber gradually increases from the suction pressure to the discharge pressure. An increasing pre-compression stroke is provided to prevent sudden pressure fluctuations in the pump chamber.
しかし、予圧縮行程でのポンプ室内の圧力の上昇度合いは、カムリング内径や吸入ポート,吐出ポートの位置によって決まってしまうため、予圧縮行程での圧力上昇を高圧から低圧まで全ての負荷条件で最適に設定することは困難である。例えば予圧縮行程での圧力上昇度合いを低圧側に最適化すると、高圧条件下では予圧縮が足りず、ポンプ室が吐出ポートに連通するときにポンプ室内の圧力が急上昇する。逆に予圧縮行程での圧力上昇度合いを高圧側に最適化すると、低圧条件下では予圧縮が過剰になってしまい、ポンプ室内の圧力が吐出圧力と比べて高くなりすぎてしまう。 However, the degree of pressure increase in the pump chamber during the pre-compression stroke is determined by the cam ring inner diameter and the position of the suction port and discharge port, so the pressure increase during the pre-compression stroke is optimal for all load conditions from high pressure to low pressure. Is difficult to set. For example, if the degree of pressure increase in the pre-compression stroke is optimized to the low pressure side, pre-compression is insufficient under high pressure conditions, and the pressure in the pump chamber rises rapidly when the pump chamber communicates with the discharge port. Conversely, if the degree of pressure increase in the precompression stroke is optimized to the high pressure side, precompression becomes excessive under low pressure conditions, and the pressure in the pump chamber becomes too high compared to the discharge pressure.
ベーンポンプには、ベーン底に設けられた背圧室に吐出圧を導くことでベーンをカムリングに押し付けておく機構が設けられているが、ポンプ室内の圧力が吐出圧力以上になると押し付け力が低下し、ベーンがカムリングから離れる現象(以下、ベーン離間という)が生じるという問題がある。この問題を解決する技術として、特開平5−223062号公報に、予圧縮行程にあるポンプ室の圧力を、当該ポンプ室を構成する各ベーンの背圧室に導く通路を設ける技術が開示されている。 The vane pump is provided with a mechanism that pushes the vane against the cam ring by guiding the discharge pressure to the back pressure chamber provided at the bottom of the vane. However, when the pressure in the pump chamber exceeds the discharge pressure, the pressing force decreases. There is a problem that a phenomenon in which the vane is separated from the cam ring (hereinafter referred to as vane separation) occurs. As a technique for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 5-223062 discloses a technique for providing a passage for guiding the pressure of the pump chamber in the pre-compression stroke to the back pressure chamber of each vane constituting the pump chamber. Yes.
特開平5−223062号公報のベーンポンプでは、低圧条件下で予圧縮行程中に生じる過剰な高圧をベーン背圧室に導くことでベーンの離間を防止しているものの、ポンプ室の圧力が過剰に上昇していること自体は解決されていない。ポンプ室内の圧力の過剰な上昇はロータを介してシャフトに加わる。この圧力はシャフトに作用する力のアンバランスを生み出し、シャフトの振動を引き起こし、騒音の原因となる恐れがあった。また、ポンプ室内の圧力の過剰な上昇はベーンの両面に作用する圧力に大きな差を生じさせる。これにより、ベーンとベーン溝の摺動抵抗が増大し、ベーンの応答性が損なわれる。 In the vane pump disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-223062, the excessive high pressure generated during the pre-compression stroke under low pressure conditions is guided to the vane back pressure chamber to prevent the vane from separating, but the pressure in the pump chamber is excessive. The rise itself has not been solved. An excessive increase in pressure in the pump chamber is applied to the shaft via the rotor. This pressure creates an unbalance of the force acting on the shaft, causing the shaft to vibrate and possibly causing noise. In addition, an excessive increase in the pressure in the pump chamber causes a large difference in the pressure acting on both sides of the vane. Thereby, the sliding resistance between the vane and the vane groove increases, and the responsiveness of the vane is impaired.
本発明の目的は、ベーン離間を防止するとともに、吐出圧力の高低に関わらず、ポンプ室内の圧力の過剰な上昇によるシャフトの振動を低減して、低騒音なベーンポンプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a low-noise vane pump that prevents vane separation and reduces shaft vibration due to excessive rise in pressure in the pump chamber regardless of the discharge pressure level.
上記目的を達成するために、本発明のベーンポンプでは、予圧縮行程でのポンプ室内の圧力が吐出圧力と等しくなるように圧力上昇を制限する。このために、本発明のベーンポンプでは、予圧縮行程にあるポンプ室と吐出圧を導いた背圧溝とを、チェック弁を介して接続する連通路を設け、チェック弁の閉じる方向に背圧溝内の吐出圧が作用するように構成する。上記の構成により、予圧縮行程にあるポンプ室の圧力は吐出圧力に達するまでは着実に上昇し、吐出ポートに開口する時に急激な圧力変動を防止できる。また、低圧条件下で予圧縮行程での圧力上昇が過剰になっても、吐出圧を超えるとチェック弁が開いて過剰な圧力上昇を防ぐとともに、予圧縮行程にあるベーンの背圧室に高圧が導かれベーンの離間を防止できる。さらにチェック弁の作用によりいつでも過剰な圧力上昇を抜くことができるため、予圧縮区間は余裕を持って長めに配置すればよく、加工の精度を緩くすることができる。 In order to achieve the above object, in the vane pump of the present invention, the pressure increase is limited so that the pressure in the pump chamber in the pre-compression stroke becomes equal to the discharge pressure. For this purpose, in the vane pump of the present invention, a communication passage is provided for connecting the pump chamber in the pre-compression stroke and the back pressure groove leading the discharge pressure via the check valve, and the back pressure groove is provided in the direction in which the check valve is closed. The discharge pressure inside is configured to act. With the above configuration, the pressure in the pump chamber in the pre-compression stroke steadily increases until reaching the discharge pressure, and sudden pressure fluctuations can be prevented when opening to the discharge port. In addition, even if the pressure rise in the precompression stroke becomes excessive under low pressure conditions, the check valve opens when the discharge pressure is exceeded, preventing an excessive pressure rise and increasing the pressure in the back pressure chamber of the vane in the precompression stroke. Can be guided to prevent the vanes from separating. Further, since the excessive pressure rise can be removed at any time by the action of the check valve, the precompression section may be arranged long with a margin, and the processing accuracy can be relaxed.
また上記の構成において、連通路が接続される背圧溝部分、すなわち予圧縮行程にあるベーンの背圧室が接続される背圧溝部分を、予圧縮行程から外れたベーンの背圧室が接続される背圧溝部分と分け、両背圧溝部分を絞りを介して接続するとよい。これにより、ポンプ室内圧の上昇によりチェック弁が開いて予圧縮行程のベーン背圧室にオイルが流れ込む時にベーン背圧が高くなる。よう、前記区間の背圧溝とその他の区間の背圧溝の絞りを介して区切る構成としている。 Further, in the above configuration, the back pressure groove portion connected to the communication path, that is, the back pressure groove portion connected to the back pressure chamber of the vane in the pre-compression stroke is changed to the back pressure chamber of the vane out of the pre-compression stroke. It is good to divide from the back pressure groove part to be connected, and to connect both back pressure groove parts via a restriction. As a result, the vane back pressure increases when the check valve opens due to the increase in the pump chamber pressure and oil flows into the vane back pressure chamber in the precompression stroke. In this way, the back pressure groove in the section is separated from the back pressure groove in the other sections.
またチェック弁の応答性が足りないときには、チェック弁をなくし予圧縮行程のポンプ室と当該区間の背圧溝を連通路でつないだだけの構成とし、ポンプ室と前記連通路の接続部にはポンプ回転方向と逆向きに徐々に細くなるノッチを設けてもよい。これにより予圧縮区間でのポンプ室内圧が吐出圧よりも高すぎる場合には、連通路を介して背圧溝という大きい容積室に作動油が逃がされ、ポンプ室内圧が吐出圧よりも高くなりすぎるのを防止する。また背圧溝に高い圧力が導かれるためベーンの離間も防止する。また、ノッチを設けることで、連通のタイミングや作動油の逃がし方を調整し最適化することができる。 If the check valve is not responsive, the check valve is eliminated and the pump chamber in the pre-compression stroke and the back pressure groove in the section are connected by a communication path. You may provide the notch which becomes thin gradually in the reverse direction to a pump rotation direction. As a result, when the pump chamber pressure in the pre-compression section is too high than the discharge pressure, the hydraulic oil is released to a large volume chamber called a back pressure groove through the communication path, and the pump chamber pressure is higher than the discharge pressure. To prevent becoming too much. Further, since a high pressure is guided to the back pressure groove, the vanes are prevented from being separated. Further, by providing the notch, it is possible to adjust and optimize the communication timing and the way of releasing the hydraulic oil.
本発明によれば、予圧縮行程でポンプ室内圧が吐出圧力より高くなった場合に作動油が逃がされ、逆にベーン背圧室には高い圧力が導入されるため、過剰なポンプ室内圧の上昇やベーンの離間が防止できる。これによりシャフトの振動やベーンの離間による騒音を低減できる。 According to the present invention, when the pump chamber pressure becomes higher than the discharge pressure in the precompression stroke, the hydraulic oil is released, and conversely, a high pressure is introduced into the vane back pressure chamber. Rise and vane separation can be prevented. As a result, noise due to shaft vibration and vane separation can be reduced.
(実施例)
以下に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
(Example)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明のベーンポンプの一実施例として可変容量型ベーンポンプを示した断面図であり、図2は図1におけるA−A断面図である。また、図2におけるB−B断面図が図1にあたる。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a variable displacement vane pump as an embodiment of the vane pump of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
図2において、1は本体を構成するフロントボディであり、2はリアカバーである。フロントボディ1には軸受け3を介してシャフト4が支持されており、シャフト4は図示しないエンジンなどの回転駆動力をロータ5に入力する。図1において、フロントボディ1にはアダプタ6がはめこまれ、カムリング7がロータ5とは中心を偏心させて配置される。カムリング7は支持ピン8を中心にアダプタ6の内側を転がることが可能であり、回転数が増えると右方向へ揺動することで偏心量を減らし、一回転あたりの吐出量を下げポンプ全体の吐出流量を一定に保つ機構を有する。ロータ5には複数のスリット状のベーン溝9が設けられ、複数枚のベーン10が半径方向に摺動可能なように保持されている。隣り合う2枚のベーン10,ロータ5,カムリング7で囲まれた領域はポンプ室16を構成し、この容積が増減することで吸入と吐出のポンプ作用を行う。複数あるベーン溝9のシャフト4に近い端にはベーン10をカムリング7に押し付けるためのベーン背圧室11がそれぞれ設けられ、図2においてプレッシャープレート12にあけられた背圧溝13aを通してベーン背圧室11には吐出圧力が導かれている。背圧溝13aは図1に点線で示したものと同じであり、円環状に取り巻いて個々のベーン背圧室11とつながっている。背圧溝13aは図2に示すように吐出されたオイルが溜まる吐出オイル溜め22と連通しているため、個々のベーン背圧室11には吐出圧がかかる仕組みとなっている。
In FIG. 2, 1 is a front body constituting the main body, and 2 is a rear cover. A shaft 4 is supported on the
次に、ポンプ作用の詳細について説明する。図3はプレッシャープレート12だけを取り出して見た図である。図3中の吸入ポート14,吐出ポート15の全体的な位置関係が分かるよう図1に破線で重ね書きしてある。図1においてロータが反時計回りに回転する時、吸入行程ではポンプ室16の容積が増加するので、吸入ポート14からオイルを吸入する。一方、吐出行程では前記ポンプ室16の容積が減少するので、吐出ポート15からオイルを吐出する。吐出ポート15から吐出された作動油は、吐出オイル溜め22を経由してポンプの外へ吐出される。
Next, details of the pump action will be described. FIG. 3 shows only the
図1中に矢印で示した予圧縮行程Xは、吸入行程から吐出行程への移行区間で、吸入ポート14にも吐出ポート15にもポンプ室16が開口しないようになっている。予圧縮行程Xではポンプ室16の容積が徐々に小さくなるように調節することで圧力上昇を生み出し、ポンプ室16内圧が吸入圧力から吐出圧力までスムーズに上昇する役目を果たしている。従来技術では、この予圧縮行程Xが長すぎると吐出圧力が低圧の条件下でポンプ室
16内圧が吐出圧力よりも高くなりすぎ、予圧縮行程Xが短すぎると吐出圧力が高圧の条件下で予圧縮が足りず吐出ポート15開口時に急激な圧力変動が生じるという課題があった。本実施例では予圧縮行程Xの区間内において、プレッシャープレート12に圧力抜きポート18を設け、その下流に図2に示すようなチェック弁19を設ける構成としている。チェック弁19の下流には連通路20を介して背圧溝13bの圧力が導かれている。圧力抜きポート18と連通路20,背圧溝13bの位置関係が分かりやすいよう、図3に点線で連通路20の位置を重ね書きしてある。ところで背圧溝13bは図3に示すように絞り21を介して背圧溝13aにつながっており、背圧溝13aには吐出オイル溜め22から吐出圧力が導かれている。従ってチェック弁19は通常、吐出圧力で押圧されている。
A pre-compression stroke X indicated by an arrow in FIG. 1 is a transition section from the suction stroke to the discharge stroke, and the
チェック弁19の動作は次の通りである。予圧縮行程Xにおいて、ポンプ室16内圧が吐出圧力より低い場合にはチェック弁19は開かないため、予圧縮が行われる。しかし、ポンプ室16内圧が吐出圧力よりも高くなるとチェック弁19が開き、ポンプ室16内圧はそれ以上上昇しなくなる。このためポンプ室16内圧が過剰に高くなることに起因するシャフト4へのアンバランス力の入力を低減することができる。さらに、チェック弁19が開いている間ポンプ室16と背圧溝13bは連通路20で連通するため、背圧溝13bには予圧縮による高い圧力が導かれる。背圧溝13bと13aは絞り21によって隔てられているため、予圧縮行程にある背圧溝13bに導かれた高い圧力は、その他の背圧溝
13aの圧力である吐出圧よりも高くなり、ベーンをカムリングに押し付ける力となって予圧縮行程Xでのベーン離間を防止する。
The operation of the
以上のような構成によるベーンポンプの特性を従来との比較で述べる。図4は、圧力抜きポート18やチェック弁19,連通路20などがない場合のベーンポンプにおけるプレッシャープレート12を表しており、その時のポンプ室内圧とベーン背圧の特性図が図5である。まず吸入行程でのポンプ室内圧は吸入圧すなわち大気圧である。次にポンプ室
16が吐出ポート15に開口する前に、ポンプ室内圧を吸入圧から吐出圧まで上昇させるための予圧縮行程が設けられている。吐出圧力が高圧でも低圧でも適用可能なように、予圧縮行程の長さは高圧での最適値と低圧での最適値の中間に設定してある。そのため低圧の条件下では図5に示すように予圧縮が過剰になり、ポンプ室内圧が吐出圧力を超えてしまうことがある。このような過剰なポンプ室内圧の上昇はシャフトの振動を引き起こす恐れがあり好ましくない。さらに、ベーン背圧は常に吐出圧力と等しいので、予圧縮行程ではベーンの押し付け力が足りずにベーン離間が起こる恐れがある。
The characteristics of the vane pump configured as described above will be described in comparison with the prior art. FIG. 4 shows the
次に本発明によるベーンポンプ(図3)の特性を図6に示す。この場合、吸入行程での特性は図5と変わらない。しかし予圧縮行程では、ポンプ室内圧が吐出圧力以上になると図2におけるチェック弁19が開き、ポンプ室内圧はそれ以上高くならない。一方でチェック弁19が開くことにより、昇圧されたポンプ室内圧が連通路20を介して背圧溝13bに導かれる。背圧溝13bは絞り21でその他の背圧溝13aと隔てられているため、図6のように予圧縮行程でのベーン背圧が吐出圧力よりも高くなりベーンの離間が抑えられる。絞り21の径を調節することで、予圧縮行程におけるポンプ室内圧の上昇度合いとベーン背圧の上昇度合いを最適化することができる。
Next, the characteristics of the vane pump (FIG. 3) according to the present invention are shown in FIG. In this case, the characteristics in the intake stroke are not different from those in FIG. However, in the pre-compression stroke, when the pump chamber pressure becomes equal to or higher than the discharge pressure, the
図3では予圧縮行程X以外での背圧溝13aを共通にして、各ベーンの背圧室11に吐出圧力が作用する構成としているが、この構成では吸入行程においてベーン10先端に生じる摺動摩擦力が大きくなってしまう。なぜなら吸入行程ではベーン10先端に働く圧力はポンプ室内圧すなわち吸入圧なのに対して、ベーン10下端には背圧溝13aの圧力である吐出圧力が作用するためである。このため図7のように吸入行程での背圧溝13dと吐出行程での背圧溝13cとを分離し、吸入行程でのベーン背圧を低くしてベーン10先端がカムリング7に押し付けられることによる摺動摩擦を低減した高効率ベーンポンプが考えられている。このような高効率ベーンポンプへの本発明の適用も、もちろん可能である。
In FIG. 3, the
さらに、予圧縮行程での圧力抜き機構を持たない従来のベーンポンプでは、図5に示したように予圧縮行程でのポンプ室内圧が吐出圧に比べて高すぎる場合や、逆に予圧縮が不十分で吐出圧より低すぎる場合があり、吐出ポートに開口したときの急激な圧力変動を低減するため、図8のようにノッチ23を設けたプレッシャープレート12がよく用いられている。しかしこのようなノッチ23の配置には細かい角度精度が必要であり、製造にコストがかかってしまうという問題がある。本発明によるベーンポンプであれば、予圧縮行程の長さに余裕を持って設計すれば吐出ポート開口直前のポンプ室内圧は吐出圧に等しくなっており、ノッチの加工が必要ないためコストを下げることができる。
Furthermore, in a conventional vane pump that does not have a pressure relief mechanism in the precompression stroke, the pump chamber pressure in the precompression stroke is too high compared to the discharge pressure as shown in FIG. A
チェック弁の応答性に問題がある場合には、チェック弁をなくし連通路だけで予圧縮行程のポンプ室と背圧溝を接続する構成としてもよい。図9にこの構成によるプレッシャープレート12を示す。この場合ポンプ室と連通路の接続部18aは、ポンプ室が吸入ポートに開口していない状態で連通する位置に設けてある。なぜなら、ポンプ室が吸入ポートに開口したまま背圧溝と連通すると、吐出圧力下にある背圧溝から吸入ポートへの流れ込みが起こるためである。さらにポンプ室が背圧溝に連通するタイミングを微調整して最適化できるよう、図9に示すようにポンプ室と連通路の接続部18aにはノッチ24を設けている。
If there is a problem with the responsiveness of the check valve, the check valve may be eliminated and the pre-compression stroke pump chamber and the back pressure groove may be connected only by the communication path. FIG. 9 shows a
5…ロータ、7…カムリング、10…ベーン、11…ベーン背圧室、12…プレッシャープレート、13a,13b…背圧溝、14…吸入ポート、15…吐出ポート、16…ポンプ室、18…圧力抜きポート、19…チェック弁、20…連通路、21…絞り、22…吐出オイル溜め、23,24…ノッチ、X…予圧縮行程。
5 ... rotor, 7 ... cam ring, 10 ... vane, 11 ... vane back pressure chamber, 12 ... pressure plate, 13a, 13b ... back pressure groove, 14 ... suction port, 15 ... discharge port, 16 ... pump chamber, 18 ... pressure Extraction port, 19 ... check valve, 20 ... communication path, 21 ... throttle, 22 ... discharge oil reservoir, 23, 24 ... notch, X ... pre-compression stroke.
Claims (3)
前記予圧縮行程にあるポンプ室と前記背圧溝とを、チェック弁を介して接続する連通路を設け、チェック弁の閉じる方向に前記背圧溝内の吐出圧が作用するよう構成したことを特徴とするベーンポンプ。 The rotor and cam ring that are rotationally driven by the shaft are arranged eccentrically so that the vanes can enter and exit in the radial direction while sliding from the plurality of vane grooves provided on the rotor, and are provided at the end of each vane groove close to the rotor center The vane back pressure chamber is connected to a back pressure groove that guides the discharge pressure, and further includes a transition section between a suction stroke in which the volume of the pump chamber divided by adjacent vanes increases and a discharge stroke in which the volume decreases. In a vane pump connected by a pre-compression stroke in which the volume of the pump chamber is reduced without opening the suction port or the discharge port,
A communication passage that connects the pump chamber in the pre-compression stroke and the back pressure groove via a check valve is provided, and the discharge pressure in the back pressure groove acts in the closing direction of the check valve. Features vane pump.
前記予圧縮行程にあるポンプ室と前記背圧溝とを連通路によって接続し、前記ポンプ室と前記連通路の接続部にはポンプ回転方向と逆向きに徐々に細くなるノッチ溝を設け、さらに予圧縮行程にあるベーン背圧室が接続する背圧溝の区間とその他の区間の背圧溝を区切り、その間を絞りを介して接続したことを特徴とするベーンポンプ。
The rotor and cam ring that are rotationally driven by the shaft are arranged eccentrically so that the vanes can enter and exit in the radial direction while sliding from the plurality of vane grooves provided on the rotor, and are provided at the end of each vane groove close to the rotor center The vane back pressure chamber is connected to a back pressure groove that guides the discharge pressure, and further includes a transition section between a suction stroke in which the volume of the pump chamber divided by adjacent vanes increases and a discharge stroke in which the volume decreases. In a vane pump connected by a pre-compression stroke in which the volume of the pump chamber is reduced without opening the suction port or the discharge port,
The pump chamber in the pre-compression stroke and the back pressure groove are connected by a communication passage, and a connection portion between the pump chamber and the communication passage is provided with a notch groove that gradually narrows in the direction opposite to the pump rotation direction. A vane pump characterized in that a back pressure groove section connected to a vane back pressure chamber in a pre-compression stroke and a back pressure groove in other sections are separated and connected through a throttle.
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