JP5200009B2 - 作動流体を移送するためのベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は改良型のベーンポンプに関するものである。

液圧式ベーンポンプは、さまざまな目的のためにさまざまなタイプの機械において作動流体を圧送するために用いられている。このような機械には、たとえば、土木用、産業用および農業用の機械、廃棄物回収車両、トロール漁船、クレーンならびに車両用パワーステアリングシステムが含まれる。

通常、液圧式ベーンポンプは、内部にチャンバが形成されているハウジングを備えている。このハウジングにはロータが回転可能に取り付けられている。ロータは、おおむね円筒状の形状を有しているのが一般的である。ロータの外壁とチャンバの内壁との間には、一または複数の上昇領域及び下降領域が形成されている。上昇領域では、ロータの外壁とチャンバの内壁との間に比較的大きなスペースが形成される。上昇領域の頂部付近では、実質的な滞留領域が存在する（ただし、通常は小量の降下も存在する）。これは、メジャー滞留またはメジャー滞留領域と呼ばれる場合もある。メジャー滞留領域の後には降下領域が続く。降下領域では、ロータの外壁とチャンバの内壁との間の空間は減少する。ロータは、多くの場合複数のスロットを有しており、これらのスロットには移動可能なベーンが取り付けられている。ロータが回転すると、これらのベーンは上昇領域を通り抜ける際に遠心力により押し出し位置へと移動していく。一方、降下領域に沿ってベーンが移動すると、ベーンはロータとチャンバとの間が制限されチャンバが内壁と接触する隙間領域へ移動し、これにより引き込み位置へと移動させられる。なお、ベーンおよびチャンバの内壁は、作動流体により滑らかにされている。上昇領域でもなく、下降領域でもなく、メジャー滞留領域でもない残りの領域では、ロータの外壁とチャンバの内壁との間の空間が小さくなっている。ここが、ベーンの展開が無い本当の意味での滞留領域であり、マイナー滞留領域と呼ばれる場合もある。

液圧式ベーンポンプは、モータやエンジンによる出力回転軸のような駆動装置に連結されており、高価で設置空間を要するクラッチや他の切断手段がない限り、モータやエンジンが動作し続ける限り作動流体を圧送し続ける。通常、ポンプのロータは、モータやエンジンの回転速度によって決まる回転速度を有している。

アダムズら（Ａｄａｍｓ ｅｔ ａｌ．）に付与された米国特許第３，４２１，４１３号には、ベーンを支持しているロータを取り囲むカム面とベーンとの係合を最適に維持するために、液圧が各ベーンに加えられている摺動式ベーンポンプが開示されている。この特許は、ベーンが包囲するカムと最適な状態で接触し続けられるようにしようというものである。

エリクソン（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）に付与された米国特許第３，５８６，４６６号には、スロットを有したロータと各スロット内に設けられた移動可能なベーンとを備えている回転式の液圧式モータが開示されている。ロータが軸着されているチャンバには、円周方向に間隔をおいて並べられた３つの三日月形状の圧力チャンバ部が形成されている。また、液圧式モータは、弁制御手段および関連する流路を備えており、圧力チャンバセクションへの加圧流体の流量を選択的に制御することができる。これにより、三つの圧力チャンバセクションのうちの１つ、２つ、または全部に加圧流体を供給することができる。加圧流体が３つの加圧チャンバセクションすべてに圧送されるときには、低速度かつ高トルクの動作が生じる。加圧流体が２つの圧力チャンバセクションに圧送されるときには、高速で低トルクの動作が生じる。加圧流体が１つだけの圧力チャンバセクションに圧送されるときには、さらに高速で低トルクのモータの動作が生じる。

また、エリクソン（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ）の液圧式モータは、一組の流路を備えている。この一組の流路によれば、加圧流体は、加圧チャンバセクションに向かう流入口流路に隣接するベーンに半径方向外側に向かう動きを与えることができ、また、加圧チャンバセクションの流出口流路に隣接するベーンに半径方向内側に向かう動きを与えることができる。したがって、各ベーンは、加圧チャンバセクションを円周に沿ってベーンが移動する初期移動の間、流体の圧力により半径方向外側に向けて付勢され各加圧チャンバセクションの凹面または凹状の表面にシールを形成して係合する。このベーンは、加圧チャンバセクションの円周方向反対側の端部において流体の圧力により半径方向内側に向けて移動され、ベーンに対して円周方向の圧力が僅かしかまたは全く加えられない領域において各ベーンとチャンバの内周面部分との摩擦負荷を削減させるようになっている（欄４の５５行目〜７２行目を参照）。

米国特許第３，４２１，４１３号および米国特許第３，５８６，４６６号の全内容を、本明細書において参照することにより明示的に援用するものとする。

出願人の同時係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００４／０００９５１号には、ベーンを引き込み位置に保持して作動流体が作用させることができるとともに、ベーンを引き込み位置と押し出し位置との間で移動させてベーンにより作動流体が作用させることができる液圧式機械が記載されている。さらに、この国際特許出願には、ベーンが降下領域に到達し降下領域を通り抜ける際にベーンの下の加圧作動流体を排出することができる複数の排出機構が記載されている。出願人の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００４／０００９５１号の全内容を本明細書で参照することにより援用するものとする。

液圧式流体ベーンポンプの圧力および速度の能力向上を妨げる原因の１つは、中央の象限内のベーン下の領域に加えられる圧力の不均衡に関係している。この点に関して、通常液圧式ベーンポンプは上昇領域の開始地点に設けられた流入口を備えている（このポンプが複数の上昇領域を有している場合、複数の流入口を有する）。流入口からは上昇領域へ低圧の作動流体（便宜上、「作動流体」は以下において「油」と呼ぶ）が供給される。ベーンが上昇領域を介してメジャー滞留領域へそして降下領域へと油を移動させることで、油は加圧されるようになっている。加圧された油は、ポンプの各降下領域に備えられている流出口を通って排出される。

さらに、ほとんどの液圧式ベーンポンプでは、ベーン下の領域は流出口圧まで加圧油にさらされていることが知られている。これにより、ポンプの上昇領域においてベーンを外側に向けて押すのを助け、ポンプの下降領域において各ベーンにバランスのとれた力を加えることができる。しかしながら、ベーンの下方に加圧油を供給すると、ベーンに加えられている力のバランスが崩れる場合もある。例えば、ベーンが圧力（または、流出口）の象限にあるとき、ベーンはその外側の頂部とベーンの下側との両方で高い圧力にさらされることになる。このようにして、油から生じるベーンでの力の均衡がとられている。しかしながら、吸引（または、流入口）の象限では、ベーンの外側の頂部は低い圧力の流入口油にさらされ、ベーンの底部は高い圧力の油にさらされることになる。これにより、圧力の不均衡が生じ、この圧力の不均衡がベーンを外側に向けて押すように作用することになる。そして、この力がポンプ仕様の規定を超えることがある。この場合、ベーンが、ベーンの頂部とポンプチャンバとの間に存在すべき油の保護膜を通り抜けてしまい、ベーンに損傷が生じる場合がある。

これらの力を制限するために以下の項目を含むいくつかの試みがなされてきた：
（ａ）高圧の油が導かれる吸引の象限では小さなベーン領域を提供する。これにより吸引の象限において力は小さくなる。ベーン下の油により加えられる力は、油の圧力とその圧力が加えられる面積とを乗算したものだからである。通常、加圧油は、排出用の流出口において全ベーン領域に加えられる。
（ｂ）別個のチャンバ内において、高圧の油が導かれるピンを用いるピンベーン構造とする。高圧の油は小さなピンにのみ作用し、これにより吸引の象限において油膜を介してベーンを押すには不十分な力しか生じなくなる。

これらの方法はすべて、吸引の象限におけるベーン下の力を制限することを意図したものである。しかしながら、高圧の流出口油が導かれる吸引の象限におけるベーン下の面積がポンプの下側の圧力および速度定格（ｓｐｅｅｄ ｒａｔｉｎｇ）を上げるために減らされると、ポンプの力が小さくなり過ぎて安定動作中にベーンを保持することができなくなり、ポンプは低い速度および圧力において不安定になる場合もある。

他の提案されている解決策はいわゆる内部ベーン式のポンプによって実現される。内部ベーン式のポンプでは、各ベーンに小さな内部ベーンが設けられている。内部ベーンは、ベーンの上面の下方に位置する上側範囲を有する領域内に嵌合されている。この領域は、ベーンの横幅よりも短い横幅を有している。吸引ゾーンでは、加圧油が内部ベーン領域に供給されるが、内部ベーン領域の面積が小さいため、加圧油により加えられる力は、加圧油がベーン下の領域に加えられた場合に得られる圧力よりも小さい。流出口ゾーンでは、加圧油はベーン下の領域に供給され、ベーンに作用する力のバランスが保たれるようになっている。この解決策は低いポンプ速度では非常に効果的であるが、高いポンプ速度では、加圧油により加えられる力によってベーンが保護油膜を通り抜けてしまうことになる。低いポンプ速度での満足な動作（ベーンを押し出し位置に移動させるための十分な力をベーンに対して加えることが必要となる）と高いポンプ速度での満足な動作との両方で受け入れ可能にすることは実質的に難しかった。

出願人は、上述の従来技術がオーストラリアまたはその他の国において共通の一般知識の一部を形成していることを認めていない。

なお、本明細書全体にわたって、用語「備える」および文法上それと等価な用語には、別段の記載のない限り、包含的な意味が与えられるものとする。

第一の形態においては、本発明は、作動流体を移送するためのベーンポンプを提供している。このベーンポンプは、チャンバを有した本体と、少なくとも二つの領域を有したベーンが各々の内部に設けられる複数のスロットを有した、前記チャンバ内で回転可能なロータと、一または複数の流入口および一または複数の流出口と、各ベーンの下に延設されたベーン下流路と、加圧作動流体を前記ベーン下流路へ供給するための少なくとも一つの流路と、前記少なくとも二つの領域のうちの一または複数へ加圧油を供給するための流路とを備えており、各ベーンの前記少なくとも二つの領域が前記ベーンの上面の下方に位置しており、前記チャンバおよび前記ロータが、前記チャンバと前記ロータとの間に一または複数の上昇領域、下降領域および停滞領域を形成するような形状に形成されており、各ベーンが、引き込み位置と押し出し位置との間で移動可能となっており、前記引き込み位置ではベーンが前記作動流体に作用せずに、前記押し出し位置でベーンが前記作動流体に作用し、前記一または複数の流入口が前記一または複数の上昇領域の中に比較的低圧の作動流体を投入するためのものであり、前記一または複数の流出口が前記一または複数の下降領域から比較的高圧の作動流体を排出するためのものである。

一つの実施形態では、少なくとも二つの領域がそれぞれ二つの領域を有している。便宜上、ベーンの他の表面より下方に位置する二つの領域を有するベーンに関して本発明を記載する。

一つの実施形態では、ポンプは、領域の一方または両方に加圧油を供給できるように構成されている。適切には、ベーンがポンプの上昇領域にあるとき、加圧油が領域の一方または両方に供給される。

適切な実施形態では、加圧油は、ポンプが比較的低いポンプ速度で動作しているときベーンの両方の領域に供給され、ポンプが比較的高いポンプ速度で動作しているときベーンの一方の領域にのみ供給される。

領域の一方または両方に供給される加圧油は、流出口圧力で供給されてもよいし、または、ポンプの流入口圧力とポンプの流出口圧力との間の圧力で供給されてもよい。

ポンプが低いポンプ速度で動作しているとき油をベーンの両方の領域へ供給し、ポンプが高いポンプ速度で動作しているとき油をベーンの一方の領域のみに供給するための流れ制御手段を備えてよい。流れ制御手段が、ポンプ流出口流れに応答する制御弁を有するようにしてもよい。この流量弁は、高いポンプ速度においてベーンの領域の一方に向かう油の流れを止めるように、または、高いポンプ速度において領域の一方にのみ向かう油の流れを可能にするよう動作する。

なお、「低いポンプ速度」および「高いポンプ速度」は本明細書全体にわたって比較の意味で用いられており、「低いポンプ速度」または「高いポンプ速度」に相当する実際の速度はポンプによって異なるということはいうまでもないことである。「高いポンプ速度」は、加圧油がベーンの両方の領域に供給される場合、ポンプの吸引ゾーンまたは上昇領域においてベーンが保護油膜を通り抜ける速度であって、「低いポンプ速度」はそのレベルより下の任意のポンプ速度であるということは明らかである。

代替え案として、上記の流れ制御弁がポンプ速度に直接応答するようにしてもよい。この例では、ポンプにスピードセンサが設けられており、当該スピードセンサが制御弁へ電子信号またはデータ信号を送信するようにしてもよい。制御弁は、ポンプ速度が前もって決められたしきい値を超えたことがスピードセンサにより検出されたとき、ベーンの両方の領域に向かう流れから、ベーンの一方の領域のみに向かう流れに弁を切り替える制御アルゴリズムにより制御できるようにしてもよい。

本発明の一の態様では、ベーンが下降領域（流出口領域とも呼ばれる）にあるときポンプ流出口圧力を有する加圧油がベーン下流路に供給され（したがって、ベーン下の領域のすべてが流出口圧力を有する加圧油にさらされる）、ベーンが上昇領域にあるとき加圧油がベーンの領域の一方または両方へ供給されるように、ポンプが構成されている。この実施形態では、上昇領域（または、吸引領域）での加圧油の供給は、一方または両方の領域のみであり、このことは、加圧油がベーン下の面積よりも小さな総面積に対して加えられることを意味する。加圧油により加えられる力がその力が加えられる領域における油の圧力の関数であるので、加圧油が上昇領域においてベーン下流路へ加えられた場合に比べて、より低い力が加圧油によって加えられる。このようにして、ベーンが上昇領域に入るにつれてベーンを外に向けて押す力が小さくなる。この力は、上昇領域においてベーンを十分押し出せる程度であるものの、ベーンポンプのチャンバの内部における保護油膜を通り抜ける程度までは大きくないことが望ましい。低いポンプ速度では、油はベーンの両方の領域に供給される。高いポンプ速度では、遠心力が大きくなるためにベーン、チャンバ壁に加えられる力が大きくなり、加圧油を領域の一方のみへ供給するようにポンプを動作させることが望ましい。このように、加圧油が両方の領域に供給されるときのポンプ速度よりも高い場合に、加圧油からベーンに加えられる力は小さくなる。

本発明の特に適切な実施形態では、ベーンの領域の各々にも内部ベーンが嵌合されている。つまり、この実施形態に係るポンプは、内部ベーンポンプであるが、この内部ベーンポンプは各ベーンに対して二つ以上の内部ベーンを有していることから、各ベーンに対して単一の内部ベーンのみを有している公知の内部ベーンポンプと異なる。

ポンプの回転中、加圧油を適切な場所に供給することを可能とするために、ポンプに、適切なピックアップ用のオリフィスまたはスロットを設けることが適切である。このようなピックアップは当業者に公知となっている。ピックアップ用のスロットまたはオリフィスは、ポンプの押え板または圧板に通常設けられる。通常、これらのピックアップ用のスロットまたはオリフィスは、ポンプの動作中にロータが回転している間に、ロータ内の適切な流路の開口の位置と合うようになっている。先の場合と同様に、これらの構成は当業者に公知となっている。

本発明の他の実施形態では、各ベーンが、ロータの各スロット内で向かい合わせに並べられている二つのベーンから構成されている。この構成は、ベーンとロータとの間に加えられる力が二つの接触線（一つの接触線はスロット内の小さなベーンの各々の先端により形成されている）に分配されるので有利である。それとは対照的に、ベーンが単一のベーンから構成されている場合には、単一の接触線でベーンの先端とポンプのチャンバの内壁との間の力に耐えるようになっている。

第二の態様では、本発明は、作動流体を移送するための内部ベーンタイプのベーンポンプを提供している。このポンプは、各ベーンが２つの内部ベーンを有し、ベーンがポンプの上昇領域にあるとき、加圧油が一方または両方の内部ベーン領域に供給されることを特徴としている。

第三の態様では、本発明は、各ベーンが２つの内部ベーンを有し、作動流体を移動するための内部ベーンタイプのベーンポンプを動作させる方法を提供している。この方法は、ベーンがポンプの上昇領域にあるとき、加圧油を一方または両方の内部ベーン領域へ供給することを特徴としている。

この方法は、低いポンプ速度において両方の内部ベーン領域へ加圧油を供給することと、高いポンプ速度において一方の内部ベーン領域へ加圧油を供給することとをさらに含むようにしてもよい。

向かい合わせに並べられている二つの小さなベーンから各ベーンが構成されている本発明の実施形態において、これらの小さなベーンが一緒に作用して単一のベーンを形成していることはいうまでもないことである。

分離された状態に置かれ、かつ組み立てる順に一列に並べられた、作動流体を移送するためのベーンポンプの各部材を示す斜視図である。 ポンプロータとカムリングとの間の流入口チャンバおよび流出口チャンバを示す概略図である。 ドリルによりベーン下流路の中に向けて開口するようにあけられた流路を通じて、ポンプ圧力が、ベーンの底部に導かれる一つの方法を示す概略図である。 既存の内部ベーンポンプに用いられる単一内部ベーン方式のベーンを示す斜視図である。 加圧油を内部ベーン式のポンプのベーン下流路へ供給することができる一つの方法を示している。 ベーン下流路および内部ベーン領域に油を供給するためのロータの内部の流路を示す断面斜視図である。 本発明の一の実施形態に従って作動流体を移送するためのポンプに用いられる二重内部ベーン方式のベーンを示す射視図である。 ベーン下流路に油を供給するための各流路と、図７に示されているような二重内部ベーン方式のベーンを用いた内部ベーンポンプの内部ベーン領域とを示す断面斜視図である。 低いポンプ速度でベーンの両方の内部ベーン領域に加圧油を供給するため、及び高いポンプ速度でベーンの一方の内部ベーン領域にのみ加圧油を供給するために用いられる液圧回路の詳細が示されている以外は、図８に示された図と同様の図が示されている。 向かい合って並べられた二つの小さなベーンにより形成されている主用ベーンが示されている以外は、図７に示されたベーンと同様のベーンが示されている。 本発明の一つの実施形態において用いられうる他の液圧回路を示す概略図である。 制御スプールが閉鎖位置にある、図１１に示されている液圧回路の概略図である。 本発明の他の実施形態に従って液圧式のモータに用いられるロータの一部分を示す斜視図である。 図１３に示されているロータの一部分を示す断面側面図である。 図１３に示されている液圧式のモータに用いられるベーンを示す側面図である。 図１３に示されているロータの他の部分の一部分を示す断面図である。

いうまでもなく、添付の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示する目的で提供されている。したがって、本発明が添付の図面に示された特徴にしか限定されないものであると考えるべきでない。

図１には、作動流体を移送するために用いられるベーンポンプを示す概略図が示されている。このベーンポンプは、分解された状態にあり、組み立てる順に一列に並んでいる。このポンプは、ポンプ本体１０と、ポンプカバー１２とを備えている。駆動シャフト１４は、ポンプ本体１０の裏面を貫通して延びている。このポンプは、ロータ１８を収容するポンプ本体１６をさらに備えている。ポンプ本体１６には、カムリングを有するチャンバが形成されている。チャンバの形状とおおむね円筒状のロータ１８とにより、ロータの外壁とチャンバのカムリングとの間に、一または複数の上昇領域および下降領域が形成されている。ポンプ本体１６およびロータ１８を適所に保持し、さらに押え板２０および圧板２２が設けられている。これにより、ポンプの流入口および流出口（さらに具体的にいえば、吸入用の流入口および排出用の流出口）へ作動流体または作動油を確実に供給することができる。押え板および圧板にスロットおよびオリフィスを備えることで、ロータに形成されている開口部と他の流路の位置とが合うことにより、作動流体または作動油をベーン下流路などのロータの各部分へ供給できるようにしてもよい。ロータが回転することで、押え板および圧板内のスロットまたはオリフィスは移動し、ロータ内における流路の開口部位置に合致したり、その位置から外れたりする。ロータ駆動シャフトの回転によって回転させられる。なお、駆動シャフトは、ロータにスプライン結合されているのが一般的である。

上述の構成は一般的に従来から知られている。

図２には、液圧式のベーンポンプの流入口領域および流出口領域の概略図が示されている。図２には、ポンプ本体１６およびロータ１８（いずれも図１参照）のチャンバ２４が明瞭に示されている。また、チャンバ２４の偏心性も示されている。チャンバ２４およびロータ１８は、それらの間に、各上昇領域、下降領域、メジャー滞留領域およびマイナー滞留領域を形成している。これらの領域は、この明細書の導入部において明瞭に説明されている。流入口圧力の流入口油は、流入口２６を通じて、ポンプの吸い込み用の流入口２８および３０に供給されるようになっている。通常、これらの吸い込み用の流入口は上昇領域に設けられている。吸い込み用の流入口は、隣接する滞留領域にかかっていてもよい。

排出用の流出口３２および３４は、高圧の作動流体を受け取り、その高圧の作動流体をポンプから排出するようになっている。通常、これらの排出用の流出口はポンプの下降領域に設けられている。排出用の流出口は、隣接する滞留領域にかかっていてもよい。この場合も先の場合と同様に、図２について記載されている動作は一般的に従来から知られている。

図３は、ロータおよびポンプ本体を示す断面図であり、作動流体または作動油をロータ内のベーン下流路へ供給しうる一つの方法が示されている。図３のロータ１８は、その内部に複数のスロット３６が形成されている。各スロット３６には、摺動可能なベーン３８が嵌合されている。各スロット３６にはベーン下流路４０が形成されている。また、ロータには、ベーン下流路へ加圧油を供給するさらなる流路４２を設けてもよい。

図４には、公知の内部ベーンポンプ内に用いられるベーンの一例が示されている。図４によれば、切欠き領域４６がベーン４４に設けられている。切欠き領域４６の最大長さは、通常、ベーン４４の長さＬの約４分の１である。小さな内部ベーン４８が開口部または切欠き領域４６の中に嵌合されている。ベーン４４は内部ベーン４８に対して摺動可能となっている。また、回転中、当該ベーン４４が押し出されたり、引き込まれたりするときに、内部ベーン４８がベーン４４と共に移動することもできる。

図５は、どのようにベーン４４および内部ベーン４８が相互に移動することができるかの一例を示す図である。図５に示されているように、作動流体を切欠き領域４６へ供給することで、内部ベーン４８を引き込んだ状態でベーン４４を押し出すことができる。あるいは、加圧作動流体または加圧油をベーン下流路へ供給してもよい。この場合、加圧作動流体がベーン４４および内部ベーン４８の直ぐ下に供給されるため、ベーン４４および内部ベーン４８が押し出される。

図６には、作動油をベーン下流路または内部ベーン領域４６（図５に示されているたように）へ供給する一の方法が示されている。図６には、ポンプ本体１６およびロータ１８が明瞭に示されており、また、ベーン４４およびその内部ベーン４８が明瞭に示されている。また、図６には、ベーン下流路５０も明瞭に示されている。

図６に示されているロータ１８には、ベーン圧力供給流路５２および内部ベーン圧力供給流路５４が設けられている。これらの流路は、押え板または圧板内に形成された圧力スロットやオリフィスのピックアップポイントと合うように選択的に移動し、これらのスロットやオリフィスのピックアップポイントに合うと、加圧作動流体を受け入れる。回転が続くと、圧力供給流路５２、５４が、スロットまたはオリフィスのピックアップポイントから外れ、これにより、加圧油の供給が止められる。先の場合と同様に、このことは、当業者によりよく理解されている。

従来の内部ベーンポンプ（図４〜図６に示されているように）は、ベーンが上昇領域に入ったとき、通常は流出口圧力に加圧された作動流体を内部ベーン領域４６に加えるように動作する。加圧油は、ベーン４４を押し出し位置へ移動させる補助をする。さらに、ベーン４４の長さＬに対して内部ベーン領域４６の長さが小さいので、ベーン４４を押し出し位置に向けて押すために加圧油により加えられる力は、加圧油がベーン下流路５０に供給された場合よりも小さい。この点について、加えられた力が、油の圧力と力を加えられる面積とを掛け合わせた積に等しいということはいうまでもないことである。内部ベーン領域４６の面積はベーン下流路の面積の約４分の１であるから、油が内部ベーン領域４６に加えられると、加圧油を内部ベーン４６に加えることにより加えられる力は、この油がベーン下流路５０を通じてベーン下の領域へ加えられた場合に加えられるであろう力の約４分の１である。

従来の内部ベーンポンプは低い速度において確実に動作するものの、ポンプの速度が大きくなるにつれて、ベーン４４が、ポンプ本体１６のカムリング上の保護油膜の中を通って移動することがある。これにより、ベーンおよびカムリングが損傷を受ける可能性がある。本発明の実施形態はこれらの問題に対処するものである。

図７には、本発明に従ってポンプに用いるのに適したベーンが示されている。図７に示されているように、ベーン６０は第一の切欠き領域６２と、第二の切欠き領域６４とを備えている。切欠き領域６２には内部ベーン６６が設けられ、切欠き領域６４には内部ベーン６８が設けられている。図４に示されている従来の単一内部ベーン方式のベーンの切欠き領域４６と比較して、切欠き領域６２、６４は、その個別の長さが、切欠き領域４６よりも小さくなっている。合計では、切欠き領域６２および６４は、それらを組み合わせて合計した全長が図４に示されている切欠き領域４６の全長とほぼ同一である。

図８には、図７に示されたベーン６０中に嵌め込まれている内部ベーンポンプが例示されている。図８によれば、複数のスロット７２がロータ７０に設けられている。各スロット７２には、図７に示されているような二重内部ベーン方式のベーン６０が嵌合されている。また、各スロット７２はベーン下流路７４を有している。このベーン下流路７４には、ベーン圧力供給流路７６を通じて加圧油が供給される。このように、加圧油をベーン下流路に供給することができる。図８に示されている実施形態では、ベーンが通り抜けるポンプの各部分の圧力を有する油がベーン下流路７４に供給される。例えば、ベーンがポンプの排出ゾーンにあるとき、ベーン下流路７４に供給される油は排出圧力を有している。同様に、流入口または吸引ゾーンでは、ベーン下流路に供給される油は、流入口または吸引圧力を有している。このようにして、排出ゾーンにおけるベーン６０における力のバランスが保たれている。

内部ベーン切欠き領域６２、６４の一方または両方に加圧油を供給し、ベーンがポンプの上昇領域へ移動するにつれて引き込み位置から押し出されるのを補助することが望ましい。そこで、第一の内部ベーン圧力供給流路７８と第二の内部ベーン供給流路８０とがロータに設けられている。第一の内部ベーン供給流路７８および第二の内部ベーン供給流路８０は、押え板および／または圧板内の適切な溝の位置と合うまたはその位置から外れるよう移動する。これにより、適切な排出圧力を有する加圧流体が内部ベーン圧力供給流路７８および８０の一方または両方へ供給される。

図８に示されている内部ベーンポンプは、ポンプが低速度で動作しているときには加圧油が内部ベーン圧力供給流路７８および８０の両方に供給され、ポンプが高速度で動作しているときには加圧油が内部ベーン圧力供給流路の一方にだけ供給されるように、構成されることが望ましい。図９には、このようになることを確実にする一つの可能な方法が示されている。図９に示されている装置は、図８に示されている装置とほぼ同一であり、便宜上、同様な部品には同様な参照数字を用いる。

図９のポンプは、弁８２を含む液圧回路またはヒューズ（ｆｕｓｅ）をさらに有している。そして、弁８２はバネ８４を有している。バネ８４は、ある力定数（ｆｏｒｃｅ ｒａｔｉｎｇ）またはバネ定数（ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｉｎｇ ）を有している。また、バネ８４は、ロータの回転の適切な段階において、内部ベーン圧力供給流路７８と連通する流路８６を開放状態で維持するために用いられる。

また、液圧回路は、加圧油を内部ベーン圧力供給流路８０へ供給するための流路８８をさらに有している。

流路８８はオリフィス９０を有している。Ｐ１からＰ２までの圧力降下（図９に示されている）がバネの設定値またはバネ定数に達すると、弁８２は閉じて、内部ベーン圧力供給流路７８に向かう流路８６が閉じられる。このようにして、加圧油は、内部ベーン６６を収容する第一の切欠き領域へもはや供給されない。したがって、力がこの内部ベーン領域に加えられず、ベーンを外方に向けて押す補助をしない。ただし、内部ベーン圧力供給流路８０、すなわち内部ベーン領域６４に対しては、加圧油は依然として供給される。

いうまでもなく、ポンプ速度が増大するにつれて、排出圧力もまた増大することになる。流路８８には、排出圧力を有する油が通常供給されるので、ポンプ速度が増大するにつれて、オリフィス９０の前後の圧力降下も増大することになる。この圧力降下が前もって設定された値（この値はバネ定数より、またはバネ８４と圧力降下が作用する弁８２内の面積とにより設定される）まで増大すると、弁８２は閉じることになる。このようにして、事前に決められたポンプ速度で弁８２を閉じるように設定することで、事前に決められたポンプ速度において内部ベーン領域６２に向かう加圧油の流れを止めることができる。これにより、高速のポンプ速度において、ポンプの吸引象限でのベーンの先端の力が削減されることになる。

内部ベーン領域６２および６４は同じサイズであってよい。あるいは、内部ベーン領域６２は、内部ベーン領域６４とは異なるサイズであってもよい。２つのサイズが異なる場合、３ステップフルシステムを適切な弁動作に用いることができる。例えば、２つの異なるサイズの内部ベーンが４０対６０の幅比を有している場合、次の動作ゾーンを達成することが可能となる：
− 低速において、加圧油が両方の内部ベーン領域に供給される。この例では、内部ベーン面積の１００％に加圧油が供給される。
− 中速において、加圧油が大きい内部ベーン領域にのみ供給される。この例では、内部ベーン領域全体の６０％（大きい内部ベーンの面積）が加圧油にさらされる。
− 高速において、加圧油が小さな内部ベーン領域にのみ供給される。この例では、内部ベーン領域全体の４０％（小さな内部ベーンの面積）に加圧油が供給される。

また、標準圧力レギュレータを用いて内部ベーン圧力供給流路に供給されている油の圧力を調整することにより、さらに思い切った速度−圧力の微調整が可能となる。この圧力レギュレータにつては最近出願した国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００６／０００６２３号に記載されている。この出願の全内容は相互参照により本明細書に援用されるものとする。

本発明のさらなる変形例として、２つのベーンを向かい合わせて接触させることにより１つのベーンを形成するようにしてよい。例えば、１つのベーンに代えて、より薄い２つのベーンを用いてもよい。この一例が図１０に示されている。図１０によれば、ベーン１００は、第一のベーン１０２と第二のベーン１０４とを有している。ベーン１０２およびベーン１０４は、互いに向かい合うように配置されている。ベーン１０２および１０４の各々には、切欠き部１０６、１０８と、内部ベーン１１０、１１２が設けられている。この点では、切欠き部および内部ベーンはほぼ図７に関して記載された通りである。

ベーン１０２および１０４は相互に摺動可能となっている。

動作中、ベーン１０２の先端１１４がポンプ本体のカムリングと接触し（正常運転では、油の充填がこの先端とカムリングとの間に位置する）、ベーン１０４の先端１１６もカムリングと接触する。したがって、このベーンに作用する力は、２つの接触線（先端１１４および１１６により形成される接触線である）に沿って分散されることになる。したがって、各先端に作用する力は、「単一ベーン式の」ベーンの先端に沿って作用するであろう力の約半分である。これにより、ベーンの摩耗が削減される。

本発明にかかるポンプのさらなる変形例として、同時継続中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００４／００９５１号に記載されているように、これらのベーンは選択的に引き込み位置に保持されるようになっていてよい。

図９に示した液圧回路の実施形態の変形例が図１１および図１２に示されている。図９に示されている実施形態によれば、ポンプ速度に応じてベーンの安定性を向上させることができる。また、図１１および図１２に記載の実施形態によれば、油が非常に粘りけが多く高粘度である低温始動状態において、ポンプがベーンを安定させるために十分な速度を有するようにするだけでなく、ベーンを安定させるために十分なポンプの流出口圧力も有するようにすることができる。

図１１および図１２に記載の実施形態は、図９の実施形態で示された液圧回路と複数の共通の特徴を有している。便宜上、同様の部品には同様の参照番号が付されている。図１１に示されているように、油は、ＰｌからＰ２までの降下圧力がバネ８４のバネ力と等しい十分な降下圧力に達するまで、チャンバＣ１からチャンバＣ２へ流れる。このとき、スプールが、左に向けて移動して閉じてチャンバＣ１からＣ２への油の流れを止めると、流路８６を流れる油の流れが止められる。つまり、内部ベーン６８に向かう油の流れが止められる。これは、図９に示されている液圧回路の動作をほぼ説明している。

図１１および図１２に示されている実施形態では、システムの圧力が十分に高くなって第二のスプール１２０がバネ１２２に打ち勝つようになるまで、チャンバＣ１からＣ２への流れを停止させないように、スプール８２が左に移動しないようにしている。このように、速度と流出口圧力との両方が安定するよう第二のスプール１２０とバネ１２２とが追加されている。この点で、第二のスプールは油用の配管１２１により圧力Ｐ２にさらされている。圧力Ｐ２がバネ１２２に打ち勝つ十分な大きさになったとき、スプール１２０は左に向けて移動する。スプール１２０が図１１に示されている位置にあるとき、オリフィスの前後の圧力降下がバネ８４に打ち勝つのに十分なレベルに達したとしても、第一のスプール８２は閉じないように構成されている。このようにして、モータにより生成されている圧力が低い場合（たとえば、油が冷たい場合）、第一のスプール８２は開いたまま留まることにより、両方の内部ベーンに向けた油の供給を維持するとともに、ポンプの安定性を担保している。

圧力Ｐ２がバネ１２２に打ち勝つのに十分に大きくなると、スプール１２０は、左の方向に、図１２に示されている位置に向けて移動する。これらの状況では、オリフィスの前後の圧力降下が十分に大きいとき、第一のスプール８２は、左の向けて移動することにより、内部ベーン領域のうちの１つに向かう油の供給を止める。

図１１および図１２によれば、配管１２５は、ドレインまたはポンプの流入口に繋がっている。

図１３、図１４および図１５には、国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００４／０００９５１号の開示内容に従ってベーンを引き込み位置に選択的に保持できるように変形された、本発明の実施形態にかかるロータおよびベーンのさまざまな図が示されている。図１３〜図１５に示すように、ロータは、ダボ継ぎされてネジ止めされる２つの半片から構成されており、このうちの１つは参照番号２１０で表されている。このロータは、複数のスロットを有しており、その各々には、二重内部ベーン式のベーン２１２が嵌合されている。図１５には、ベーン２１２のうちの１つが側面図で示されている。図から明らかなように、これには２つの内部ベーン２１４および２１６が設けられている。この点で、ベーン２１２は、図７に示されているベーン６０にほぼ類似している。ただし、ベーン２１２は、引き込み位置にベーンを保持するためのボール軸受けを受けうるためのボール軸受け用の溝２１８をさらに有している。

ここで図１３をさらに参照すると、ロータ半片２１０がベーン下給油供給流路２２０を有している。図１３には明示されていないが、ロータ半片２１０は、油を内部ベーンの直ぐ下に供給するための油供給流路をさらに有している。

また、ロータ２１０には複数のスプール２２４が設けられている。図１３に示されているように、スプール２２４は、ロータ内に形成された流路内に搭載されている。スプール２２４は、テーパが形成された凹状の領域２２６を有している。ボール軸受け２２８（図１３を参照）にはテーパが形成された凹状の領域２２６が設けられている。スプール２２４はそれぞれ、ロータが回転するとともに、加圧油を備えたレジスターに入るオイル・パッセージ２３０に関係している。油が十分に高い圧力になると、この油は、スプール２２４の端部２３２に作用し、スプール２２４を右に移動させる（すべての方向は、図１４に示されている方向を基準にして記載される）。これにより、ボール軸受けにテーパが形成された凹部領域２２６の傾斜する肩部を上に移動させ、次いで、ボール軸受けをベーン２１２内のボール軸受け用の溝２１８に挿入させる。このようにして、ベーン２１２を選択的に引き込み位置に保持することができる。

図１６には、第一のロータ半片２１６に接合される第二のロータ半片の一部分が示されている。図１６では、第二のロータ半片２４０は、スプール２２４の右端部を受け入れることができる通路２４２を有している。これにより、スプールは往復運動をすることができる。

このパイロットスプールは、油圧のパイロット信号、適切なバネ、または遠心力を用いて、図１４に示す中立位置に戻ることができる。

第一のロータ半片２１０および第二のロータ半片２４０は、従来技術に従って、溝が形成された駆動シャフトを受け入れる領域２５４を有している。

当業者にとって明らかなように、本発明に対して、詳細に記載された以外の変形および変更が加えられてもよい。いうまでもなく、本発明は、その技術的思想および技術範囲内に含まれる変形および変更のすべてを包含するものである。

Claims (10)

1. チャンバと前記チャンバ内を回転するロータとを有する本体を備え、前記チャンバ及びロータは、それらの間に１以上の上昇、下降、滞留領域を形成するように構成され、前記ロータは複数のスロットを有し、前記ロータの各スロットはその内部にベーンを有し、各ベーンは引き込み位置と押出し位置の間を移動可能であって、前記引き込み位置において前記ベーンは作動流体に作用せず、前記押出し位置において前記ベーンは作動流体に作用して、作動流体を移送するベーンポンプであって、
   前記ベーンは上面の下方に位置する少なくとも２つの領域を有し、
   低い圧力の作動流体を１以上の上昇領域に案内するための１以上の流入口と、高い圧力の作動流体を供給するための１以上の流出口と、各ベーンの真下に延びるベーン下流路と、加圧作動流体を前記ベーン下流路へ供給する少なくとも１つの流路と、前記少なくとも２つの領域のうち１以上の領域に加圧作動流体を供給するための流路と、をさらに備え、
   加圧作動流体を、前記ポンプが低いポンプ速度で動作しているとき前記ベーンの両方の領域に供給し、前記ポンプが高いポンプ速度で動作しているとき前記ベーンの一方の領域にのみ供給する、ベーンポンプ。
2. 前記領域の一方または両方に供給される前記加圧作動流体が、流出口圧力で供給されてなるまたは前記ポンプの前記流入口圧力と前記ポンプの前記流出口圧力との間の圧力で供給されてなる、請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ポンプが低いポンプ速度で動作しているとき作動流体をベーンの両方の領域へ供給し、前記ポンプが高いポンプ速度で動作しているとき作動流体をベーンの一方の領域のみに供給する流れ制御手段をさらに備えてなる、請求項２に記載のベーンポンプ。
4. 前記流れ制御手段がポンプ流出口流れに応答する制御弁を有しており、前記制御弁が、高いポンプ速度においてベーンの前記領域の一方に向かう作動流体の流れを止めるように、または、高いポンプ速度において前記領域の一方にのみ向かう作動流体の流れを可能にするよう動作するように構成されてなる、請求項３に記載のベーンポンプ。
5. 前記流れ制御手段が、ポンプ速度に直接応答する制御弁を有してなる、請求項３に記載のベーンポンプ。
6. 前記ポンプにスピードセンサが設けられており、該スピードセンサが前記制御弁へ電子信号またはデータ信号を送信するように構成されており、前記制御弁が、前記ポンプ速度が前もって決められているしきい値を超えたことを前記スピードセンサが検出したとき、ベーンの両方の領域に向かう流れを可能にすることからベーンの一方の領域のみへの流れを可能にすることへ前記弁を切り替える制御アルゴリズムにより制御されるように構成されてなる、請求項５に記載のベーンポンプ。
7. 前記ベーンが下降領域にあるときポンプ流出口圧力を有する加圧作動流体が前記ベーン下流路に供給され、前記ベーンが上昇領域にあるとき加圧作動流体がベーンの領域の一方または両方へ供給されるように、前記ポンプが構成されてなる、請求項１〜６のうちのいずれか一つに記載のベーンポンプ。
8. 低いポンプ速度において作動流体が前記ベーンの両方の領域に供給され、高いポンプ速度において加圧作動流体が前記領域の一方のみに供給されてなる、請求項７に記載のベーンポンプ。
9. 作動流体を移送するための内部ベーンタイプのベーンポンプであって、
   前記ポンプの各ベーンが二つの内部ベーンを有しており、各内部ベーンがそれに対応する内部ベーン領域に設けられ、加圧作動流体は、前記ポンプが低いポンプ速度で動作しているときベーンの両方の内部ベーン領域に供給されるものの、前記ポンプが高いポンプ速度で動作しているときベーンの一方の内部ベーン領域のみに供給されてなることを特徴とする、ベーンポンプ。
10. 各ベーンが二つの内部ベーンを有し、各内部ベーンがそれに対応する内部ベーン領域に設けられた、作動流体を移送するための内部ベーンタイプのベーンポンプを動作させるための方法であって、
    低いポンプ速度において両方の内部ベーン領域へ加圧作動流体を供給し、高いポンプ速度において一方の内部ベーン領域のみに加圧作動流体を供給することを特徴とする、方法。

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