JP5044192B2

JP5044192B2 - 可変容量型ポンプ

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Publication number: JP5044192B2
Application number: JP2006294215A
Authority: JP
Inventors: 武植木; 伸吾石毛
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: US20080099270A1; US7931450B2; JP2008111361A; CN101173660A; CN101173660B

Description

本発明は、自動車用油圧パワーステアリング装置等に用いて好適な可変容量型ポンプに関する。

可変容量型ポンプとして、特許文献１に記載の如く、ポンプケーシングに挿入されるポンプ軸に固定して回転駆動されるとともに、多数のベーンを溝に収容して半径方向に移動可能としてなるロータと、ポンプケーシング内の嵌装孔に嵌装されるアウタケースと、アウタケースの内周面に設けた揺動支点に支持されて揺動変位可能とされ、ロータの外周部との間にポンプ室を形成するとともに、アウタケースとの間に第１と第２の流体圧室を形成するカムリングと、第１流体圧室にポンプ吐出側通路に設けた主絞りの上流側の圧力を導入し、第２流体圧室に該主絞りの下流側の圧力を導入する吐出流量制御装置とを有し、吐出流量制御装置が、主絞りの上、下流側の圧力差によって作動し、ポンプ室からの圧力流体の吐出流量に応じて第１流体圧室への供給流体圧を制御する切換弁装置を有してなるものがある。
特開2001-59481

特許文献１に記載の可変容量型ポンプでは、アウタケースの上記揺動支点となるシールピンが設けられる部分とポンプ軸を挟んで概ね反対側となる内周面に、カムリングの外周面が摺接するシール材を設けており、これらシールピンとシール材により、アウタケースとカムリングの間の空間を第１流体圧室と第２流体圧室に仕切っている。

しかしながら、カムリングは外周面を真円にしているから、カムリングがアウタケースに設けたシールピンを揺動支点として揺動するとき、カムリングの外周面がアウタケースに設けられているシール材に対してなす密着度が変化する。カムリングが揺動端に達したときには、カムリングの外周面がシール材に対する密着度を低くし、シール性を低下することがある。

本発明の課題は、可変容量型ポンプにおいて、アウタケースに対して揺動するカムリングのシール性を安定にすることにある。

請求項１の発明は、ポンプケーシングに挿入されるポンプ軸に固定して回転駆動されるとともに、多数のベーンを溝に収容して半径方向に移動可能としてなるロータと、ポンプケーシング内の嵌装孔に嵌装されるアウタケースと、アウタケースの内周面に設けた揺動支点に支持されて揺動変位可能とされ、ロータの外周部との間にポンプ室を形成するとともに、アウタケースとの間に第１と第２の流体圧室を形成するカムリングと、第１流体圧室にポンプ吐出側通路に設けた主絞りの上流側の圧力を導入し、第２流体圧室に該主絞りの下流側の圧力を導入する吐出流量制御装置とを有し、吐出流量制御装置が、主絞りの上、下流側の圧力差によって作動し、ポンプ室からの圧力流体の吐出流量に応じて第１流体圧室への供給流体圧を制御する切換弁装置を有してなる可変容量型ポンプにおいて、カムリングの上記揺動支点に支持される部分とポンプ軸を挟んで概ね反対側となる外周面を、アウタケースの内周面に摺接するシール材を保持する凸面部とし、カムリングの凸面部に保持したシール材が摺接するアウタケースの内周面を、上記揺動支点を中心とする円弧面とし、前記アウタケースの内周面であって、前記シール材が摺接する円弧状内周面を、該円弧状内周面を周方向の両側から挟む両側内周面に対してへこみ状をなす凹面部としたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の可変容量型ポンプを用いた自動車用油圧パワーステアリング装置である。

（請求項１）
(a)カムリングの凸面部に保持したシール材が摺接するアウタケースの内周面を、カムリングの揺動支点を中心とする円弧面とした。従って、カムリングがアウタケースの側の揺動支点に対して揺動するとき、カムリングの側のシール材の揺動軌跡はアウタケースの円弧状内周面に完全に沿うものになり、カムリングの側のシール材がアウタケースの円弧状内周面に摺接する密着度（押付力）は一定になり、カムリングのシール性は安定する。

(b)カムリングの凸面部に保持したシール材が摺接するアウタケースの円弧状内周面を、該円弧状内周面を周方向の両側から挟む両側内周面に対してへこみ状をなす凹面部とした。アウタケースの上述の凹面部の周方向の両側端であって、凹面部に対して半径方向の内方に張り出る両側張り出し面を、カムリングの揺動端規制ストッパとして用いることができる。

（請求項２）
(c)自動車用油圧パワーステアリング装置において、走行安定性や操舵感覚を向上しながら、上述(a)、(b)を実現できる。

図１は可変容量型ポンプを示す断面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図２の要部拡大図、図４は可変容量型ポンプの主絞りを示す断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う矢視図、図６は主絞りの開閉制御状態を示す模式図である。

可変容量型ポンプ１０は、自動車の油圧パワーステアリング装置の油圧発生源となるベーンポンプであり、図１、図２に示す如く、ポンプケーシング１１に挿入されるポンプ軸１２にセレーションにより固定されて回転駆動されるロータ１３を有している。ポンプケーシング１１は、ポンプハウジング１１Ａとカバー１１Ｂをボルト１４で一体化して構成されている。ポンプハウジング１１Ａはロータ１３等のポンプ構成要素を収容するカップ状の凹部空間を備え、カバー１１Ｂはこの凹部空間の開口部を閉塞するようにポンプハウジング１１Ａに組合せされて一体化される。ポンプ軸１２は、ポンプハウジング１１Ａの支持孔１５Ａに設けられた軸受１６Ａ（ブッシュ）と、カバー１１Ｂの支持孔１５Ｂに設けられた軸受１６Ｂ（ブッシュ）に支持される。支持孔１５Ａにはオイルシール１６Ｃが嵌装されている。

ロータ１３は周方向の多数位置のそれぞれに設けた溝１３Ａにベーン１７を収容し、各ベーン１７を溝１３Ａに沿う半径方向に移動可能としている。

ポンプケーシング１１のポンプハウジング１１Ａの嵌装孔２０には、サイドプレート１８、アウタケース１９が積層状態で嵌着され、これらは位置決めピン２１によって周方向に位置決めされた状態でカバー１１Ｂにより側方から固定保持されている。位置決めピン２１の一端はカバー１１Ｂに挿着固定されている。

ポンプケーシング１１のポンプハウジング１１Ａに固定されている上述のアウタケース１９にはカムリング２２が嵌装されている。カムリング２２はカバー１１Ｂによりその側部を閉じられる。カムリング２２は、ロータ１３とある偏心量をもってロータ１３を囲み、サイドプレート１８とカバー１１Ｂの間で、ロータ１３の外周部との間にポンプ室２３を形成する。そして、ポンプ室２３のロータ回転方向上流側の吸込領域には、カバー１１Ｂの端面に設けた吸込ポート２４が開口し、この吸込ポート２４にはハウジング１１Ａ、カバー１１Ｂに設けた吸込通路（ドレン通路）２５Ａを介してポンプ１０の吸込口２６が連通せしめられている。他方、ポンプ室２３のロータ回転方向下流側の吐出領域には、サイドプレート１８の端面に設けた吐出ポート２７が開口し、この吐出ポート２７にはハウジング１１Ａに設けた高圧力室２８Ａ、吐出通路（不図示）を介してポンプ１０の吐出口２９が連通せしめられている。ポンプ室２３が吐出した吐出流体圧力が、吐出ポート２７からパワーステアリング装置（油圧機器）に送給される。

これにより、可変容量型ポンプ１０にあっては、ポンプ軸１２によってロータ１３を回転駆動し、ロータ１３のベーン１７が遠心力でカムリング２２に押し付けられて回転するとき、ポンプ室２３のロータ回転方向上流側では隣り合うベーン１７間とカムリング２２とが囲む容積を回転とともに拡大して作動流体を吸込ポート２４から吸込み、ポンプ室２３のロータ回転方向下流側では隣り合うベーン１７間とカムリング２２とが囲む容積を回転とともに減縮して作動流体を吐出ポート２７から吐出する。

しかるに、可変容量型ポンプ１０は、吐出流量制御装置４０を有している。
吐出流量制御装置４０は、ポンプケーシング１１に固定されている上述のアウタケース１９の鉛直最下部の内周面にシールピン３１（揺動支点）を載置し、カムリング２２の鉛直最下部をこのシールピン３１に支持し、カムリング２２をアウタケース１９内で揺動変位可能としている。アウタケース１９の全幅にわたり、アウタケース１９の内周面に設けた凹部にシールピン３１の下側半断面を嵌め込み載置し、カムリング２２は、カムリング２２の全幅にわたり、カムリング２２の外周面に設けた凹部をシールピン３１の上側半断面に嵌め込み支持する。

尚、アウタケース１９は第１流体圧室４１を形成する内周面の一部にカムリング２２の外周面に衝接するカムリング揺動規制ストッパ１９Ａを突状形成され、後述するようにポンプ室２３の容積を最大とするカムリング２２の揺動限を規制される。また、アウタケース１９は後述する第２流体圧室４２を形成する内周面の一部にカムリング２２の外周面に衝接するカムリング揺動規制ストッパ１９Ｂを突状形成され、後述するようにポンプ室２３の容積を最小とするカムリング２２の揺動限を規制される。

吐出流量制御装置４０は、カムリング２２とアウタケース１９との間に第１と第２の流体圧室４１、４２を形成している。即ち、第１流体圧室４１と第２流体圧室４２は、カムリング２２とアウタケース１９の間で、シールピン３１と、概ねその軸対称位置に設けたシール材４３とで分割される。このとき、第１と第２の流体圧室４１、４２は、カムリング２２とアウタケース１９の間の両側方をカバー１１Ｂとサイドプレート１８により閉塞されて区画され、アウタケース１９の前述したカムリング揺動規制ストッパ１９Ａ、１９Ｂにカムリング２２が衝合したときに、ストッパ１９Ａの両側に分離される第１流体圧室４１同士を連絡する連絡溝、ストッパ１９Ｂの両側に分離される第２流体圧室４２同士を連絡する連絡溝をサイドプレート１８に備える。

このとき、可変容量型ポンプ１０にあっては、図２、図３に示す如く、カムリング２２のシールピン３１に支持される部分とポンプ軸１２を挟んで概ね反対側となる外周面を、アウタケース１９の内周面に摺接するシール材４３を保持する凸面部４４とする。凸面部４４の頂面に、カムリング２２の全幅にわたるシール溝４５を設け、このシール溝４５にバックアップ材４３Ａを装填し、更にシール材４３を装填して保持する。

また、カムリング２２の凸面部４４に保持したシール材４３が摺接するアウタケース１９の内周面を、前述のシールピン３１を中心とする円弧面４６とする。更に、アウタケース１９の円弧状内周面４６は、この円弧状内周面４６を周方向の両側から挟む両側内周面に対してへこみ状をなす凹面部４７とする。

また、吐出流量制御装置４０は、ポンプケーシング１１を構成するポンプハウジング１１Ａの吐出口２９内であって、カムリング２２を挟んで第１流体圧室４１の反対側にばね押え５０を螺着し、ばね押え５０が支持する付勢手段としてのばね５１をアウタケース１９に設けた連絡孔５２に通してカムリング２２の外面に衝接している。ばね５１はカムリング２２をロータ１３の外周部との間でポンプ室２３の容積（ポンプ容量）を最大とする方向へ付勢する。ばね押え５０は、連絡孔５２を収容する空洞を備えるとともに、吐出口２９の一部を構成する１個以上の吐出孔５３を備えた円筒中空体からなる。

吐出流量制御装置４０は、吐出通路（不図示）の中間部に主絞り５４（可変絞り）を設ける。主絞り５４は、図４〜図６に示す如く、ポンプケーシング１１のポンプハウジング１１Ａに設けられてカムリング２２の側面部を塞ぐサイドプレート１８（側壁）の軸方向に穿設され、ポンプ吐出側の高圧力室２８Ａと連通する孔部５５と、カムリング２２の軸方向に穿設されてカムリング２２の側面部に開口し、上記孔部５５との流路面積Ａを開閉制御し、第２流体圧室４２と連通する円形状開口部５６とによって形成される。即ち、主絞り５４はサイドプレート１８の孔部５５とカムリング２２の開口部５６の合致部分を流路面積Ａとし、カムリング２２の揺動による開口部５６の変位により、流路面積Ａを可変絞りするものである。カムリング２２の一方の揺動端で流路面積Ａは全開側の最大になり（図６（Ａ））、カムリング２２の他方の揺動端で流路面積Ａは全閉側の最小になる（図６（Ｂ））。このとき、開口部５６は、カムリング２２に設けられて開口部５６に続く連絡孔５７、カムリング２２に設けられて第２流体圧室４２に開口するＵ字溝５８を介して、第２流体圧室４２と連通する。

尚、カムリング２２に穿設される主絞り５４の開口部５６は、カムリング２２のポンプ軸１２を中心とする周方向で、カムリング２２の揺動支点たるシールピン３１から第２流体圧室４２に沿う方向に120度をこえる位置から、シール材４３が保持される位置に至るまでの範囲内のいずれかに設けられる。また、サイドプレート１８に穿設される孔部５５は、サイドプレート１８のポンプ軸１２を中心とする周方向に沿う長孔状、本実施例ではアウタケース１９に設けた円弧状内周面４６から遠ざかる方向に沿って先細りをなす涙滴状をなす。

吐出流量制御装置４０は、(1)ポンプ室２３の容積を最小とする方向への揺動変位をカムリング２２に与える第１流体圧室４１に、主絞り５４の上流側の圧力とポンプ吸込側の圧力を選択的に後述する切換弁装置６０を介して導入し、(2)ポンプ室２３の容積を最大とする方向への揺動変位をカムリング２２に与える第２流体圧室４２に、主絞り５４の下流側の圧力を導入する。第１流体圧室４１と第２流体圧室４２に作用する圧力のバランスによって、カムリング２２をばね５１の付勢力に抗して移動させ、ポンプ室２３の容積を変化させてポンプ１０の吐出流量を制御する。

ここで、吐出流量制御装置４０は、主絞り５４の上、下流側の圧力差によって作動し、ポンプ室２３からの圧力流体の吐出流量に応じて第１流体圧室４１への供給流体圧を制御する切換弁装置６０を有する。具体的には、切換弁装置６０は、第１流体圧室４１に接続された連絡路６１と吐出通路（不図示）の主絞り５４より上流側の連絡路６７との間に介装され、連絡路６１に設けた絞り６１Ａとの連携により、ポンプ１０の低回転域では第１流体圧室４１を連絡路６７に対して閉じ、高回転域では第１流体圧室４１を連絡路６７に接続する。

尚、切換弁装置６０は、ポンプハウジング１１Ａに穿設した弁格納孔６２にスプリング６３、切換弁６４を収容し、スプリング６３で付勢される切換弁６４をポンプハウジング１１Ａに螺着したキャップ６５で担持している。切換弁６４は、弁格納孔６２に密に摺接する弁体６４Ａ、及び切換弁体６４Ｂを備え、弁体６４Ａの一端側に設けた加圧室６６Ａに吐出通路（不図示）の主絞り５４より上流側の連絡路６７を連通し、切換弁体６４Ｂの他端側に設けたスプリング６３が格納されている背圧室６６Ｂに吐出通路（不図示）の主絞り５４より下流側の連絡路６８を第２流体圧室４２を介して連通している。また、弁体６４Ａと切換弁体６４Ｂの間のドレン室６６Ｃには前述した吸込通路（ドレン通路）２５Ａが貫通して形成され、タンクに連絡される。弁体６４Ａは、前述の連絡路６１を開閉可能としている。即ち、ポンプ１０の吐出圧力が低い低回転域では、スプリング６３の付勢力により切換弁６４を図２に示す原位置に設定し、弁体６４Ａにより加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して閉じ、ドレン室６６Ｃを第１流体圧室４１への連絡路６１に導通させ、結果として第１流体圧室４１にポンプ吸込側の圧力を導入する。ポンプ１０の中高回転域では、加圧室６６Ａに加えられる連絡路６７の高圧流体により切換弁６４を移動させ、弁体６４Ａにより加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して開き、連絡路６７から加圧室６６Ａに加えられている主絞り５４の上流側の高圧流体を第１流体圧室４１に導入する。尚、連絡路６７には絞り６７Ａが設けられ、主絞り５４の上流側からの脈動を吸収可能とする。

従って、吐出流量制御装置４０を用いたポンプ１０の吐出流量特性は以下の如くになる。
(1)ポンプ１０の回転数が低い自動車の低速走行域では、ポンプ室２３から吐出されて切換弁装置６０の加圧室６６Ａに及ぶ流体の圧力が未だ低く、切換弁６４は原位置に位置し、切換弁６４は加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して閉じ、ドレン室６６Ｃを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して閉じる。このため、主絞り５４の上流側の圧力は第１流体圧室４１に供給されず、第２流体圧室４２には主絞り５４の下流側の圧力が印加される。このため、カムリング２２は第１流体圧室４１と第２流体圧室４２の圧力差とばね５１の付勢力によりポンプ室２３の容積を最大とする側に維持され、ポンプ１０の吐出流量は、回転数に比例して増加する。

(2)ポンプ１０の回転数の増加により、ポンプ室２３から吐出されて切換弁装置６０の加圧室６６Ａに及ぶ流体の圧力が高くなると、切換弁装置６０はスプリング６３の付勢力に抗して切換弁６４を移動させて加圧室６６Ａを第１流体圧室４１への連絡路６１に対して開く。これにより、第１流体圧室４１の圧力が上がり、カムリング２２はポンプ室２３の容積を小さくする側に移動していく。従って、ポンプ１０の吐出流量は、回転数の増加に対し、回転数の増加による流量増加分と、ポンプ室２３の容積減縮による流量減少分とを相殺し、一定の流量を維持する。

特に、吐出流量制御装置４０にあっては、ポンプ１０の回転数に応じて増減するポンプ吐出流量により、主絞り５４で生ずる差圧で切換弁装置６０を切換制御し、カムリング２２をばね５１の付勢力に抗して、又はこの付勢力に応じて揺動変位させることができ、結果として、ポンプ室２３の容積を可変制御し、ポンプ回転数に応じて増減した所望のポンプ吐出特性を得ることができる。即ち、主絞り５４を構成する孔部５５が、カムリング２２の開口部５６により開閉制御されて変化する流路面積Ａを、回転数が低いときには全開側にし（図６（Ａ））、回転数が高いときには閉じ側にし（図６（Ｂ））、この主絞り５４の開閉制御量を調整することにより、所望のポンプ吐出流量を得ることができる。

尚、ポンプ１０にあっては、高圧力室２８Ａと吸込通路（ドレン通路）２５Ａと、ドレン室６６Ｃの間に、ポンプ吐出側での過大流体圧をリリーフする切換弁としてのリリーフ弁７０を有している。また、ポンプ１０は、吸込通路２５Ａからポンプ軸１２の軸受１６Ｂに向かう潤滑油供給路７１をカバー１１Ｂに穿設し、ポンプ軸１２の軸受１６Ａまわりから吸込通路２５Ｂに戻る潤滑油戻り路７２（不図示）をポンプハウジング１１Ａに穿設してある。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)カムリング２２の凸面部４４に保持したシール材４３が摺接するアウタケース１９の内周面を、カムリング２２のシールピン３１を中心とする円弧面４６とした。従って、カムリング２２がアウタケース１９の側のシールピン３１に対して揺動するとき、カムリング２２の側のシール材４３の揺動軌跡はアウタケース１９の円弧状内周面４６に完全に沿うものになり、カムリング２２の側のシール材４３がアウタケース１９の円弧状内周面４６に摺接する密着度（押付力）は一定になり、カムリング２２のシール性は安定する。

(b)カムリング２２の凸面部４４に保持したシール材４３が摺接するアウタケース１９の円弧状内周面４６を、該円弧状内周面４６を周方向の両側から挟む両側内周面に対してへこみ状をなす凹面部４７とした。アウタケース１９の上述の凹面部４７の周方向の両側端であって、凹面部４７に対して半径方向の内方に張り出る両側張り出し面を、カムリング２２の揺動端規制ストッパとして用いることができる。

(c)自動車用油圧パワーステアリング装置において、走行安定性や操舵感覚を向上しながら、上述(a)、(b)を実現できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は可変容量型ポンプを示す断面図である。図２は図１のII−II線に沿う断面図である。図３は図２の要部拡大図である。図４は可変容量型ポンプの主絞りを示す断面図である。図５は図４のＶ−Ｖ線に沿う矢視図である。図６は主絞りの開閉制御状態を示す模式図である。

符号の説明

１０可変容量型ポンプ
１１ポンプケーシング
１１Ａポンプハウジング
１１Ｂカバー
１２ポンプ軸
１３ロータ
１３Ａ溝
１７ベーン
１８サイドプレート
１９アウタケース
２０嵌装孔
２２カムリング
２３ポンプ室
３１シールピン（揺動支点）
４０吐出流量制御装置
４１第１流体圧室
４２第２流体圧室
４３シール材
４４凸面部
４６円弧面
４７凹面部

Claims

ポンプケーシングに挿入されるポンプ軸に固定して回転駆動されるとともに、多数のベーンを溝に収容して半径方向に移動可能としてなるロータと、
ポンプケーシング内の嵌装孔に嵌装されるアウタケースと、
アウタケースの内周面に設けた揺動支点に支持されて揺動変位可能とされ、ロータの外周部との間にポンプ室を形成するとともに、アウタケースとの間に第１と第２の流体圧室を形成するカムリングと、
第１流体圧室にポンプ吐出側通路に設けた主絞りの上流側の圧力を導入し、第２流体圧室に該主絞りの下流側の圧力を導入する吐出流量制御装置とを有し、
吐出流量制御装置が、主絞りの上、下流側の圧力差によって作動し、ポンプ室からの圧力流体の吐出流量に応じて第１流体圧室への供給流体圧を制御する切換弁装置を有してなる可変容量型ポンプにおいて、
カムリングの上記揺動支点に支持される部分とポンプ軸を挟んで概ね反対側となる外周面を、アウタケースの内周面に摺接するシール材を保持する凸面部とし、
カムリングの凸面部に保持したシール材が摺接するアウタケースの内周面を、上記揺動支点を中心とする円弧面とし、
前記アウタケースの内周面であって、前記シール材が摺接する円弧状内周面を、該円弧状内周面を周方向の両側から挟む両側内周面に対してへこみ状をなす凹面部としたことを特徴とする可変容量型ポンプ。
請求項１に記載の可変容量型ポンプを用いた自動車用油圧パワーステアリング装置。