JP5176438B2

JP5176438B2 - プランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受

Info

Publication number: JP5176438B2
Application number: JP2007227286A
Authority: JP
Inventors: 豊石橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP2009057931A

Description

この発明は、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、或いはスタビリティコントロール装置の油圧源として使用するプランジャポンプ、及び、このプランジャポンプに組み込むラジアルニードル軸受の改良に関する。具体的には、外輪軌道と各ニードルの転動面との転がり接触部の面圧の上昇を抑え、これら各面の転がり疲れ寿命を向上させるべく発明したものである。

ＡＢＳやＴＣＳ等の作動時には、ブレーキペダルの操作（踏み込み）と関係なく、車輪に付設したホイルシリンダに圧油を供給し、１乃至複数の車輪に制動力を発揮させる。この際にホイルシリンダに供給する圧油として、走行用エンジン又は電動モータにより駆動するプランジャポンプから吐出し、アキュムレータに貯溜しておいたものを使用する。この様な場合に使用するプランジャポンプとして特許文献１には、図２に示した様な構造のものが記載されている。

このプランジャポンプ１は、１対の転がり軸受２、２によりハウジング３内に支持したカム軸４を、モータ５により回転駆動する様にしている。このカム軸４の中間部で上記両転がり軸受２、２の間部分には、このカム軸４の回転中心に対し偏心したカム面６を設けている。又、このカム面６の周囲に円筒状の外輪７を、このカム面６と同心に配置し、これらカム面６と外輪７の内周面との間に複数本のニードル８、８を設けている。更に、この外輪７の外周面に、プランジャ９、９の基端面を突き当てている。これら各プランジャ９、９は、それぞれリターンスプリング１０、１０により、上記カム面６に向かう方向の弾力を付与されている。上記モータ５により上記カム軸４を回転させると、上記各プランジャ９、９が、上記カム面６の偏心運動と上記各リターンスプリング１０、１０の弾力とにより、シリンダ筒１１、１１内で往復移動し、圧油を吐出する。

上述の様に構成し作用するプランジャポンプ１の高容量化と低コスト化とを両立させる為に、上記カム面６と上記各プランジャ９、９の基端面との間に設けるラジアルニードル軸受として、図３に示す様なシェル形ニードル軸受１２を使用する事が考えられる。又、特許文献２〜６には、シェル形ニードル軸受を組み込んだプランジャポンプに関する発明が記載されている。上記シェル形ニードル軸受１２は、金属板を曲げ成形する事により得られる、シェルと呼ばれる外輪７ａの内径側に、複数本のニードル８、８を転動自在に配置して成る。この外輪７ａは、軸受鋼、肌焼鋼等の硬質の鉄系合金製の板材に、深絞り加工、バーリング加工等の塑性加工を施す事により造られたもので、円筒状部１３と、この円筒状部１３の軸方向両端部に径方向内方に向いた状態で形成された１対の鍔部１４、１４とを備える。この様な外輪７ａを備えたシェル形ニードル軸受１２は、図２に示す様な、削り出しの外輪７を備えた、所謂ソリッド形のラジアルニードル軸受に比べて、外輪７ａの低コスト化と同時に薄肉化を図れる。そして、薄肉化を図れる分、同じ条件下（設置空間の径方向及び軸方向の寸法が同じ）であれば、各ニードル８、８の外径及び軸方向寸法を大きくできる。従って、上記外輪７ａを剛性が十分なハウジングに締り嵌めで内嵌する場合の様に、この外輪７ａのバックアップを十分に図れる条件下であれば、負荷容量を大きくできる。

但し、上述の様なシェル形ニードル軸受１２をプランジャポンプのカム面６と各プランジャ９、９の基端面との間に設ける場合、そのままでは、プランジャポンプの仕様によっては、十分な耐久性を確保できなくなる可能性がある。即ち、上記シェル形ニードル軸受１２を構成する上記外輪７ａは、金属板を塑性変形させる事により造られる為、上記ソリッド形のラジアルニードル軸受を構成する外輪７よりも薄肉で、その分弾性変形し易い。この為、上記外輪７ａの軸方向に関する幅寸法Ｗに比べて、この外輪７ａの外周面にその基端面を突き当てるプランジャ９の外径Ｄが小さい程度が著しいと、図４に誇張して示す様に上記外輪７ａの円筒状部１３が、軸方向中間部の直径が小さくなる方向に、鼓状に弾性変形する。この結果、この円筒状部１３の内周面である外輪軌道１５と各ニードル８の転動面との転がり接触部の面圧が過大になり、これら外輪軌道１５や転動面の転がり疲れ寿命が低下する。尚、上記外輪７ａを構成する金属板の厚さを大きくしたり、上記プランジャ９が上記円筒状部１３の外周面を押圧する力を小さくすれば、上記転がり疲れ寿命の低下は抑えられる。但し、厚さの増大は上記外輪７ａの加工を面倒にするだけでなく、高容量化の妨げともなり、上記力を抑える事はプランジャポンプが吐出する流体の圧力低下に結び付く為、何れも採用できない。

特開２００５−２４０６５４号公報特開２０００−７３９３８号公報特開２０００−３５６１９１号公報特表２００３−５０２６０３号公報米国特許第５２３０２７５号明細書米国特許第６５５０９７１号明細書

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、外輪軌道と各ニードルの転動面との転がり接触部の面圧の上昇を抑え、これら各面の転がり疲れ寿命を向上させられるプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受を実現すべく発明したものである。

本発明のプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受のうち、請求項１に記載したプランジャポンプは、カム軸と、このカム軸の外周面に設けた、このカム軸の回転中心に対し偏心した円筒状のカム面と、このカム面の周囲にこのカム面と同心に配置した、円筒状部の軸方向両端部に径方向内方に向いた１対の鍔部を設けて成る外輪と、この外輪の内径側でこれら両鍔部同士の間部分に配置された状態で、この外輪の内周面と上記カム面との間に転動自在に設けられた複数本のニードルと、この外輪の外周面に基端面を突き当てたプランジャとを備える。

特に、本発明のプランジャポンプに於いては、この外輪を構成する上記円筒状部の、自由状態での形状を、軸方向中間部の直径が最も大きく、軸方向両端部に向かうに従って直径が漸減する断面円弧状としている。言い換えれば、外周面の母線形状を凸円弧とし、内周面の母線形状を、この凸円弧と同心の凹円弧としている。
上記外輪の軸方向中間部の直径と軸方向両端部の直径とを異ならせる程度（上記凸円弧及び凹円弧の曲率半径）は、上記外輪の剛性と、プランジャポンプの運転時に、上記プランジャがこの外輪を押圧する力の最大値とに基づいて決定する。即ち、このプランジャは、シリンダ筒内で往復する事により、このシリンダ筒内に吸引した流体をこのシリンダ筒内で圧縮してから吐出する。そして、この圧縮の過程で、上記プランジャの基端面が上記外輪の外周面を押圧する力が最大になる。そこで、本発明の場合には、この力が最大になった状態で、上記円筒状部のうちで上記プランジャの基端面が突き当てられた部分の断面形状が直線状になる様に、上記円筒状部の自由状態での形状（これら内外両周面の母線形状の曲率半径）を、上記外輪を構成する金属板の厚さ及び硬さによって定まる剛性との関係で規制する。

又、請求項２に記載した、プランジャポンプ用ラジアルニードル軸受は、円筒状部の軸方向両端部に径方向内方に向いた１対の鍔部を設けて成る外輪と、この外輪の内径側でこれら両鍔部同士の間部分に配置された状態で、この外輪の内径側に転動自在に設けられた複数本のニードルとを備える。
特に、本発明のプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受に於いては、上記外輪を構成する上記円筒状部の、自由状態での形状を、軸方向中間部の直径が最も大きく、軸方向両端部に向かうに従って直径が漸減する断面円弧状としている。
上記外輪の軸方向中間部の直径と軸方向両端部の直径とを異ならせる程度に関しては、上述した請求項１に記載した、プランジャポンプに関する発明の場合と同様である。

上述の様な本発明のプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受を実施するのに好ましくは、請求項３に記載した様に、外輪を、金属板を曲げ形成する事により造る。そして、円筒状部の厚さを、軸方向及び円周方向に関して均一とする。尚、上記外輪を深絞り加工、バーリング加工等の塑性加工により造る場合に、原材料である上記金属板の厚さを均一にすると、得られる円筒状部の厚さが不均一になる（深絞り加工やバーリング加工に基づく伸長量が多くなる軸方向一端側の厚さが、この伸長量が少なくて済む他端側の厚さに比べて小さくなる）場合もある。そこで、この様な原因での厚さの不均一を抑える為に、上記金属板として、部分的に厚さが異なるものを使用する事もできる。具体的には、円輪状の金属板をバーリング加工により円筒状に加工する場合、伸長量が多くなる内径側部分が厚く、外径側に向かうに従って漸次厚さが小さくなる、断面形状がくさび形のものを使用する。この様な断面くさび形の金属板は、例えば、アンコイラから引き出した長尺な金属板を円輪状に打ち抜いて中間素材とした後、この中間素材の板厚を、面押し加工により、内径側で大きく、外径側で小さくする事で、容易に得られる。

上述の様に構成する本発明によれば、外輪軌道と各ニードルの転動面との転がり接触部の面圧の上昇を抑え、これら各面の転がり疲れ寿命を向上させられるプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受を実現できる。
即ち、本発明のプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受の場合には、外輪を構成する円筒状部を、軸方向中間部の直径が最も大きい、断面円弧状としている。又、この円筒状部の曲率半径を、この円筒状部の剛性及びプランジャポンプの運転時に加わる荷重との関係で適切に規制している。従って、このプランジャポンプの運転時に、上記円筒状部のうちでプランジャの基端面が突き当てられている部分の断面形状が直線状になる。この為、ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルのうちで、上記プランジャからの荷重を支承する（負荷圏に存在する）ニードルの転動面と、上記外輪の内周面である外輪軌道とが、軸方向全長に亙り転がり接触する。この結果、この外輪軌道と各ニードルの転動面との転がり接触部の面圧が過大になる事を防止して、これら外輪軌道や転動面の転がり疲れ寿命を確保できる。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、プランジャポンプの運転時に、シェル形の外輪７ｂの内周面である外輪軌道１５ａと、各ニードル８の転動面との転がり接触部の面圧を抑えるべく、上記外輪７ｂの円筒状部１３ａの形状を工夫した点にある。プランジャポンプの構造に関しては、前述の特許文献１〜６に記載された構造等、従来から知られている構造と同様であるから説明を省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

上記円筒状部１３ａの自由状態での形状、即ち、この円筒状部１３ａの外周面にプランジャ９からの荷重が加えられていない状態での形状を、図１の（Ａ）に誇張して示す様に、軸方向中間部の直径が最も大きく、軸方向両端部に向かうに従って直径が漸減する断面円弧状としている。即ち、上記プランジャ９が突き当てられるべき上記円筒状部１３ａの外周面を、母線形状が凸円弧である凸曲面とし、上記外輪軌道１５ａとなるべき内周面を、母線形状が、この凸円弧と同心の凹円弧である、凹曲面としている。

上記凸円弧及び凹円弧の曲率半径は、上記外輪７ｂを構成する金属板の厚さ及び硬さに基づいて定まる、上記円筒状部１３ａの剛性と、プランジャポンプの運転時に、上記プランジャ９が上記円筒状部１３ａを押圧する力の最大値とに基づいて決定する。具体的には、このプランジャ９が流体を圧縮する過程で、この流体の圧力が最も高くなり、このプランジャ９の基端面が上記円筒状部１３ａの外周面を押圧する力が最大になった状態で、この円筒状部１３ａの円周方向の一部で、上記プランジャ９の基端面が突き当てられた部分の断面形状が直線状になる様に、上記円筒状部１３ａの自由状態での形状を、上記外輪７ｂを構成する金属板の厚さ及び硬さによって定まる剛性との関係で規制している。
尚、上記外輪７ｂは、軸受鋼や肌焼鋼等、硬度の高い鉄系合金製の板材を曲げ形成する事により造っており、上記円筒状部１３ａの厚さを、軸方向及び円周方向に関して均一としている。この為に、前述した様に、素材となる金属板の厚さを適切に規制して、完成後の上記円筒状部１３ａの厚さが均一になる様にしている。

本発明のプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受は、上述の様な構造により、上記外輪軌道１５ａと前記各ニードル８の転動面との転がり接触部の面圧の上昇を抑え、これら各面の転がり疲れ寿命を向上させられる。
即ち、上記円筒状部１３ａの自由状態での形状を、図１の（Ａ）に示す様に、軸方向中間部の直径が最も大きい、断面円弧状としている。又、プランジャポンプの運転時に上記円筒状部１３ａの円周方向の一部には、プランジャ９の基端面から軸方向中間部にラジアル荷重が加わる。そして、この円筒状部１３ａの円周方向の一部で上記プランジャ９の基端面が突き当てられた部分の軸方向中間部が、径方向内方に弾性変形し、当該部分の断面形状が、凸円弧から、図１の（Ｂ）に示す様な直線状に変化する。そして、上記外輪軌道１５ａと上記各ニードル８の転動面とが、ほぼ軸方向全長に亙り転がり接触し、この転がり接触部に加わる面圧を抑えられる。この結果、上記外輪軌道１５ａや転動面の転がり疲れ寿命を確保できる。又、図１に示していないが、上記円筒状部１３ａの円周方向残部で、上記プランジャ９からの荷重を受けない部分の断面形状は円弧状のままである。従って、この残部での上記外輪軌道１５ａと上記各ニードル８の転動面との接触長さは短くなるが、この残部ではラジアル荷重が殆ど加わらず、接触部の面圧上昇は問題とはならない。

尚、図示の例の場合には、各鍔部１４ａ、１４ａの径方向に関する高さ寸法Ｈ₁₄を上記各ニードル８の直径Ｄ₈ よりも大きく（Ｈ₁₄＞Ｄ₈ ）すると共に、上記両鍔部１４ａ、１４ａの内側面同士の間隔Ｄ₁₄を、カム面６の幅Ｗ₆ よりも大きく（Ｄ₁₄＞Ｗ₆ ）している。そして、上記両鍔部１４ａ、１４ａの内径寄り部分を、上記カム面６を設けた部分を軸方向両側に配置している。この様な構成により、前記外輪７ｂがこのカム面６に対し軸方向に変位する事を防止している。又、図示の例では、上記各ニードル８を保持する為の保持器を省略しているが、保持器を設ける事もできる。保持器を設ければ、円周方向に隣り合うニードル８の転動面同士の擦れ合いを防止して、シェル形ニードル軸受１２の回転トルク（動トルク）の低減を図れる。これに対して、保持器を省略すれば、組み込むべきニードル８の数を多くして、上記シェル形ニードル軸受１２の負荷容量を大きくできる。何れの構造を採用するかは、プランジャポンプの用途等に応じて選択する。

本発明のプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受はＡＢＳやＴＣＳ等を制御する為の圧油供給用に限らず、各種機械装置用のプランジャポンプに適用できる。
又、カム軸のうちでカム面を設けた部分は、他の部分と一体であっても良いし、別体のカムを回転軸に外嵌固定しても良い。外嵌固定の為の構造は、締り嵌め（焼き嵌め、冷やし嵌め等を含む）であっても、キー係合、スプライン係合等であっても良い。

本発明の実施の形態の１例を、無負荷状態（Ａ）と負荷状態（Ｂ）とで示す、プランジャポンプのラジアルニードル軸受組み付け部の部分断面図。従来から知られているプランジャポンプの１例を示す断面図。カム軸とプランジャとの間に設けるラジアルニードル軸受をシェル形とした構造を示す、プランジャポンプの部分略断面図。シェル型のラジアルニードル軸受を使用した場合の問題を説明する為の部分断面図。

符号の説明

１プランジャポンプ
２転がり軸受
３ハウジング
４カム軸
５モータ
６カム面
７、７ａ、７ｂ外輪
８ニードル
９プランジャ
１０リターンスプリング
１１シリンダ筒
１２シェル形ニードル軸受
１３、１３ａ円筒状部
１４、１４ａ鍔部
１５、１５ａ外輪軌道

Claims

カム軸と、このカム軸の外周面に設けた、このカム軸の回転中心に対し偏心したカム面と、このカム面の周囲にこのカム面と同心に配置した、円筒状部の軸方向両端部に径方向内方に向いた１対の鍔部を設けて成る外輪と、この外輪の内径側でこれら両鍔部同士の間部分に配置された状態で、この外輪の内周面と上記カム面との間に転動自在に設けられた複数本のニードルと、この外輪の外周面に基端面を突き当てたプランジャとを備えたプランジャポンプに於いて、この外輪を構成する上記円筒状部の、自由状態での形状を、軸方向中間部の直径が最も大きく、軸方向両端部に向かうに従って直径が漸減する断面円弧状とし、プランジャポンプの運転時に上記プランジャが上記円筒状部を押圧する力が最大になった状態で、この円筒状部の円周方向の一部で、上記プランジャの基端面が突き当てられた部分の断面形状が直線状になる様に、上記円筒状部の断面形状の円弧の曲率半径を、上記外輪を構成する金属板の厚さ及び硬さに基づいて定まる上記円筒状部の剛性と、上記プランジャがこの円筒状部を押圧する力の最大値との関係で規制した事を特徴とするプランジャポンプ。
円筒状部の軸方向両端部に径方向内方に向いた１対の鍔部を設けて成る外輪と、この外輪の内径側でこれら両鍔部同士の間部分に配置された状態で、この外輪の内径側に転動自在に設けられた複数本のニードルとを備えたプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受に於いて、上記外輪を構成する上記円筒状部の、自由状態での形状を、軸方向中間部の直径が最も大きく、軸方向両端部に向かうに従って直径が漸減する断面円弧状とし、組み込むべきプランジャポンプの運転時に、このプランジャポンプを構成するプランジャが上記円筒状部を押圧する力が最大になった状態で、この円筒状部の円周方向の一部で、上記プランジャの基端面が突き当てられた部分の断面形状が直線状になる様に、上記円筒状部の断面形状の円弧の曲率半径を、上記外輪を構成する金属板の厚さ及び硬さに基づいて定まる上記円筒状部の剛性と、上記プランジャがこの円筒状部を押圧する力の最大値との関係で規制した事を特徴とするプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受。
外輪を、金属板を曲げ形成する事により造り、円筒状部の厚さを、軸方向及び円周方向に関して均一とした、請求項２に記載したプランジャポンプ用ラジアルニードル軸受。