JP5581061B2 - 揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能なセルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、水、燃料又は油等の液体輸送、より好ましくは内燃機関の潤滑油供給に使用される、揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能なセルポンプに関する。

従来より、広い設計範囲で作動する揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能なセルポンプとして、例えば流量制御可能なベーンセルポンプ又は流量制御可能な振り子式のスライド弁装置が知られている。

例えば特許文献１には、前側及び後側カバー（スライド制御弁は該カバーに対して揺動可能に固定されている）に固定されたヒンジピン／ボルトによって、吐出量を変更可能に構成されたベーンセルポンプが記載されている。

この流量制御可能なセルポンプのカバー内には、ロータの両側の一方側に吸引空間が設けられ、１８０°ずれた他方の側に圧力空間が設けられている。圧力空間から圧力接続部に向かうポンプ容積流の排出流れと同様に、吸引空間内における吸引接続部からの流入流れは、カバーに設けられた連結流路を通じて保証される。カバーの鋳物は殆どがアルミ鋳造により製造される。

一体形成された連結流路を備えたこれらのカバーの製造には、高度な生産設備が必要であり、結果として非常に高コストとなる。

それに加えて、アルミ鋳造によるカバーの製造において、少量生産を行う場合には、砂型鋳造が採用されるが、この方法も同様に高度な生産設備を必要としてコスト増加を招くとともに、砂型鋳造によって製造される連結流路は、製造方法に起因する表面粗さの増加をもたらす。

このことは、効率的な再加工が困難な連結流路の表面粗さの増加を招き、この結果、流量が増加した場合に、当然のことながら効率も低下する。

この設計のさらなる欠点は、内燃機関の潤滑油供給に使用される場合に、高回転側の速度範囲においてスライド制御弁上に振動が生じる結果、圧力脈動が引き起こされることにある。

本発明者によって、同様の揺動式のスライド制御弁を備えた制御可能なセルポンプが実際に多数提示されている。大部分は振り子式スライド弁装置の設計におけるものである。

例えば特許文献２には、流量制御可能なセルポンプが記載されている。このセルポンプは、同様のスライド制御弁を備えており、このスライド制御弁は、ハウジング内に配設された軸受ボルト又はスライド制御弁に成形された軸受部を介してポンプハウジングに対して枢支されている。これによって、スライド制御弁は、ハウジング内のリング状ガイド部に対して機能的に接続されることとなる。

これらの解決策において、連結流路は、大抵、スライド制御弁に直接形成される。すなわち、連結流路は、スライド制御弁における軸受部又は軸受ボルトの軸受座面近傍に配設される。

連結流路がスライド制御弁に直接形成される設計は、より大きいロット数を確保する上でより適している。なぜなら、ポンプハウジング内のセルポンプの両側間に配設される、製造に複雑さを伴う連結流路を廃止することができるからである。

しかし、上記解決策において不利な点は、運転状態にあるポンプの個々の組立品の安定性を確保するための空間を必要とする点である。

ここで、軸受座面において許容される面圧は、軸受の寸法及びスライド制御弁の材料選択をかなり制限する。

特許文献３によれば、揺動式のスライド制御弁の取付けの更なる可能性が知られている。

ここで、ポンプハウジングと同様に、スライド制御弁の両側には、軸受ボール（又は既に説明した軸受ボルト）に対応するボールガイド又は軸受シェル（すなわち、スライド制御弁のボールガイド／軸受シェル、及び、ポンプハウジングのボールガイド／軸受シェルのいずれか）が配設されている。

特許文献３に示されるように、ハウジング及びスライド制御弁間の領域は、バネ圧が付加されたシーリングボルトによってシールされている。この結果、軸受ボール又は軸受ボルトを囲む周辺領域の流れが生じる。

しかしながら、このようなバネ圧が付加されたシーリングボルトを、ハウジング及びスライド制御弁間に配設する構成は、高度な生産設備及び高いコストを必要とするとともに、軸受ボールを使用するときには、軸受の寸法及びスライド制御弁の材料がかなり制限される。

特許文献４には、スライド制御弁をポンプハウジング内に枢支可能とすることが、上記解決策として記載されている。この記載によれば、ポンプハウジング内に設けられるスライド制御弁には、軸受ボルトのジョイント部に対応して軸受シェルが配設されている。

スライド制御弁内における軸受ボルトの軸受シェルの近傍には、流路開口／連結流路が配設される（このことは、従来技術では通常になされることである）。

この場合にスライド制御弁内における軸受ボルトの軸受座面近くに配設される上記連結流路は、スライド制御弁によって適切にシールすることができるが、連結流路の分だけポンプサイズは必然的に増加する。上述した全てのポンプにおいて、運転中は、ポンプの駆動力により生じる支持点／軸受ボルトに向かう力ベクトルに起因したノイズが発生する。この結果、各セルの出力に起因して生じる圧力ピークが、軸受ボルトを介してハウジングに伝達されるとともに、音としても認識される。

西独国特許出願公開第４４４２０８３号明細書 欧州特許第１２２５３３７号明細書 西独国特許出願公開第３３３４９１９号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０６１３２６号明細書

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来技術の不利な点を取り除くことができ、優れたコスト効果によって、最小限の製造及び組立て費用並びに最小限のスペースでもって、すなわち、スライド制御弁及びハウジングのための最小限の重量及び最小限の材料でもって、先行技術に記載のポンプと比較して、運転中における作動音を実質的に小さくし、また、圧力脈動によって引き起こされるスライド制御弁に発生する振動を最小化し、さらには、殆ど摩耗なしに作動する丈夫で故障の影響を受け難い高効率ポンプを、各組立品の安定性を高めつつ実現することができる揺動式のスライド制御弁を備えた流量制御可能なセルポンプを開発し、延いては、スライド制御弁を低コストで生産（例えば、プラスチック材料で生産）しようとすることにある。

本発明によれば、この目的は、本発明の請求項１にて特徴づけられる揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能なセルポンプによって達成される。このセルポンプは、ポンプハウジングに取り付けられた駆動軸と、上記駆動軸に配設されたインナロータと、上記スライド制御弁に配設され、軸受シェルが設けられた軸受用突起部と、上記軸受シェルに配設される軸受要素と、上記ポンプハウジング上又はポンプハウジング内で、上記軸受要素を受け入れる（つまり、上記軸受要素と機能的に接続される）受入れシェルと、上記インナロータ及び上記スライド制御弁間に設けられたポンプ室と、上記ポンプハウジング内におけるポンプ室の両側に設けられ、吸引接続ソケットに連通する吸引空間と、上記ポンプハウジング内におけるポンプ室の両側において上記各吸引空間に対してそれぞれ１８０°ずれた位置に設けられ、圧力接続ソケットに連通する圧力空間と、上記スライド制御弁に設けられたスライド制御弁アームと、上記ポンプハウジング及び上記スライド制御弁アーム間に設けられ、上記スライド制御弁を、ポンプ吐出流量が最大となる位置へ付勢する一つ又は複数の作動バネと、上記ポンプハウジング及びスライド制御弁間に設けられる一つ又は複数の圧力制御室と、を備え、上記軸受要素は、流通開口を有する軸受スリーブからなり、上記軸受スリーブの流通開口の両側（つまり、両側共にポンプハウジング蓋の内側、又は、一側がポンプハウジングの内側で且つ他側がポンプハウジングと対向するポンプハウジング蓋の内側）には、流通室がそれぞれ設けられており、上記各流通室は、上記スライド制御弁の該各流通室と同じ側に配設された圧力空間に対してそれぞれ直接接続されている一方、吸引側に配設された吸引空間に対しては、該流通室に隣接する組立品を介してシールされている。

有利な実施形態（詳細及び付加的な特徴）は、従属クレーム、及び、図面に関連して記載した以下の例示的実施形態によって示される。本発明は、５つの図に関連した以下の例示的実施形態により説明される。

揺動式のスライド制御弁を有する振り子式スライド弁装置として設計された本発明の流量制御可能なセルポンプを、カバーつまりポンプハウジング蓋を外した状態で側面から見た図である。 揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明に係るセルポンプを示す、図１におけるＡ−Ａ線断面図（上面図）である。 揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明のセルポンプを、側面カバーを外した状態で部分的に切断して３次元表示した図である。 揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明のセルポンプを、側面カバーを取り付けた状態で、部分的に切断して３次元表示した図である。 スライド制御弁を有するベーンセルポンプとして設計された本発明に係る流量制御可能なセルポンプを、図１と同様に、カバーつまりポンプハウジング蓋を外した状態で側方から見た図である。

図１は、本発明に係る流量制御可能なセルポンプを、そのポンプハウジング蓋を外した状態で側方から見た図であり、このセルポンプは、揺動式のスライド制御弁を有する振り子式のスライド弁装置の設計範囲に属している。本発明に係る揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能なセルポンプは、ポンプハウジング２に取り付けられた駆動軸３を有している。この駆動軸３にはインナロータ４が配設され、インナロータ４及びアウタロータ２３間にはポンプ室８が設けられている（この構成は、振り子式スライド弁においては一般的である）。

スライド制御弁１には軸受用突起部５が配設され、該軸受用突起部５には軸受シェル６が設けられている。

本発明によれば、軸受シェル６に特別な軸受要素が配設されている。ポンプハウジング２には、その軸受要素と機能的に接続される、つまりポンプハウジング２上又はポンプハウジング２内で上記軸受要素を受け入れる受入れシェル７が配設されている。

ポンプハウジング２内におけるポンプ室８の両側には、吸引空間１０がそれぞれ設けられており、これら吸引空間１０は、吸引接続ソケット９に接続されている。

ハウジング２内におけるポンプ室８の両側において上記吸引空間１０に対して１８０°ずれた位置には、同様に、圧力空間１２がそれぞれ設けられている。これら圧力空間１２は、圧力接続ソケット１１に接続されている。スライド制御弁１には、スライド制御弁アーム１３が配設されている。

ポンプハウジング２及びスライド制御弁アーム１３間には、スライド制御弁を、ポンプ吐出流量が最大となる位置へ付勢する作動バネ１４が配設されている。

ポンプハウジング２及びスライド制御弁１間において作動バネ１４が作動する側とは反対側には、圧力制御室１５が配設されている。

この圧力制御室１５は、圧力制御室１５に隣接する、スライド制御弁１の外周上に配設された流入流路２０に対して、シール片２２を介してシールされている。このシール片２２は、スライド制御弁１に設けられたシール溝によってガイドされている。

図２は、揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明に係るセルポンプを示し、図１におけるＡ−Ａ線断面における上面図である。

図３は、図１及び図２において示した、上記揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明のセルポンプを、側面カバーを外した状態で部分的に切断して３次元表示した図である。

図４は、図３と同様に、上記揺動式のスライド制御弁を有する流量制御可能な本発明のセルポンプを部分的に切断して３次元表示した図であるが、本図では、側面カバーつまりポンプハウジング蓋１８が取り付けられている。

図１〜図４に示されているように、上記軸受要素が、流通開口１７を有する軸受スリーブ１６であることが、本発明の本質であり、軸受スリーブ１６の流通開口１７の両側（つまり、一側がポンプハウジング２の内側で且つ他側がポンプハウジング蓋１８の内側）には、流通室１９がそれぞれ配設されている。

本発明に係る軸受スリーブの流通開口１７の両側にそれぞれ配設された各流通室１９は、スライド制御弁１の該各流通室と同じ側に配設された圧力空間１２に対してそれぞれ直接接続されている一方、吸引空間１０に接続された吸引側に対しては、流通室１９に隣接する組立品（例えばポンプハウジング２、スライド制御弁１など）を介して常にシールされている。

本設計においては、圧力制御室１５は、圧力制御室１５に隣接して配設された流通室１９に対してシールされている。

圧力制御室１５を、ポンプ吐出圧を介した圧力制御（直接制御）を行うために、流通室１９及び流出流路２１の少なくとも一方と接続することも可能である。

本発明の解決策として図面に示されているように、吸引接続ソケット９は、スライド制御弁の一側の吸引空間１０、及び、スライド制御弁の他側の吸引空間１０に対し、流入流路２０を介して接続されている。流入流路２０は、スライド制御弁アーム１３及び作動バネ１４の作動領域と同様に、例えばスライド制御弁よりも下側に形成されている。

圧力接続ソケット１１は、流出流路２１を介して、スライド制御弁の上記一側の圧力空間１２、及び、スライド制御弁の上記一側の流通室１９に接続されている。

図５は、スライド制御弁を有するベーンセルポンプとして設計された、本発明に係る流量制御可能なセルポンプを、ポンプハウジング蓋を外した状態で側方から見た図である。

本発明に係る揺動式のスライド制御弁１を有する流量制御可能な上記ベーンセルポンプは、ポンプハウジング２に取り付けられた駆動軸３を有している。ポンプハウジング２は、駆動軸３に設けられたインナロータ４と、該インナロータ４及びスライド制御弁１間に配設されたポンプ室８とを有している（この構成はスライド制御弁１を有するベーンセルポンプにおいては一般的である）。

図１〜図４に関して記載されたセルポンプの設計と同様に、スライド制御弁に軸受用突起部５が配設され、該軸受用突起部５には軸受シェル６が設けられている。

本発明によれば、軸受要素としての軸受スリーブ１６が、軸受シェル６に配設されている。受入れシェル７は、軸受要素（軸受スリーブ１６）との機能的な接続を受け持つ。すなわち、受入れシェル７は、ポンプハウジング上又はポンプハウジング内で軸受要素（軸受スリーブ１６）を受け入れるものであって、ポンプハウジング２に配設されている。

ポンプハウジング２内におけるポンプ室８の両側には、吸引接続ソケット９に接続された吸引空間１０がそれぞれ配設されている。ポンプハウジング２内におけるポンプ室８の両側において上記吸引空間１０に対して１８０°ずれた位置には、圧力空間１２がそれぞれ配設されている。これら圧力空間は、圧力接続ソケット１１に接続されている。スライド制御弁１には、スライド制御弁アーム１３が設けられている。

ポンプハウジング２及びスライド制御弁アーム１３間には、スライド制御弁を、ポンプ吐出流量が最大となる位置へ付勢する作動バネ１４が配設されている。

ポンプハウジング２及びスライド制御弁１間において作動バネ１４（作動側）とは反対側には、圧力制御室１５が配設されている。

この圧力制御室１５は、圧力制御室１５に隣接する、スライド制御弁１の外周上に配設された流入流路２０に対し、シール片２２を介してシールされている。このシール片２２は、スライド制御弁１に設けられたシール溝によってガイドされている。

本発明に係るセルポンプが図５に示すようにベーンセルポンプとして設計される場合には、図１〜図４に示したものと同様に、流通開口１７を有する軸受スリーブ１６を軸受要素として使用し、そして、図２〜図４に示したものと同様に、軸受スリーブ１６の流通開口１７の両側（つまり、一側がポンプハウジング２の内側で且つ他側がポンプハウジング蓋１８の内側）に、流通室１９をそれぞれ配設すればよい。

本発明に係る軸受スリーブ１６の流通開口１７の両側にそれぞれ配設される流通室１９は、スライド制御弁１の両側にそれぞれ配設される圧力空間１２にそれぞれ直接接続されているが、吸引空間１０に接続された吸引側に対しては、流通室１９に隣接する組立品（例えばポンプハウジング２、スライド制御弁１など）を介して常にシールされている。

この設計においても、圧力制御室１５は、圧力制御室１５に隣接して配設された流通室１９に対してシールされている。

ここで示される全ての解決策によれば（本発明の構成によれば）、連続的な大量生産が可能になるという利点を得ることができる。すなわち、金属射出、又はコアを必要としないプラスチック射出成形によって、簡単に且つ対費用効果が高い状態で最小限の製造及び組立て費用で済ますことができる。なぜなら、ここに示した本発明の構成によれば、ポンプハウジング又はポンプハウジング蓋の内部に、高コストの要因となる連結流路（例えば、砂型鋳造によって形成される）を形成する必要がないからである。

加えて、本発明の解決策によれば、製品スペースを最小限にすることができる。すなわち、スライド制御弁及びハウジングを最小限の重量で且つ最小限の材料使用量で生産することができる。なぜなら、本発明のスライド制御弁による効果では、スライド制御弁内における軸受シェル／軸受ボルトの近傍に配設される流路開口／連結流路だけでなく、ポンプハウジング又はポンプハウジング蓋に追加的に設けられて高コストの要因となる連結流路（例えば、砂型鋳造によって形成される）が、もはや必要なくなるからである。

上記流路開口／連結流路を省略した結果、本発明では間隙損失を明らかに減少させることができ、延いては、ポンプ効率も上昇することとなる。

同時に、本発明によれば、軸受スリーブ１６によって、ポンプハウジング２上又は該ポンプハウジング２内へのスライド制御弁１の最適な振動減衰取付けがなされる。この結果、スライド制御弁にその作動中に生じる振動（圧力脈動等）を最小化することができる。軸受スリーブ１６を備えた本発明の流量制御可能なセルポンプでは、従来のポンプと比較して、軸受スリーブ１６を介してポンプハウジング２に伝達される圧力ピーク（又は個々のセルを空にすることに起因する振動）を減衰させることができる。この結果、本発明のセルポンプは、より少ないノイズで作動することとなる。本発明によれば、「ポンプの内部における横断面内の多量の流れ」を最適化することができる。そして、この最適な流れと高い表面品質とによって、ポンプ効率をさらに向上させることができる。

本発明の構成によれば、流量制御可能なセルポンプは、ほぼ摩耗なしに作動し、また、丈夫で且つ故障の影響を受け難く、さらには、各組立品が高い安定性を有する点に特徴を有しており、このため、本発明による製品に関して（例えば、より大きな外径を有する軸受スリーブの使用に関して）、対費用効果が高いプラスチック材料からなるスライド制御弁を採用することができる。

Claims (6)

1. 揺動式のスライド制御弁（１）を有する流量制御可能なセルポンプであって、
   ポンプハウジング（２）に取り付けられた駆動軸（３）と、
   上記駆動軸（３）に配設されたインナロータ（４）と、
   上記スライド制御弁（１）に配設され、軸受シェル（６）が設けられた軸受用突起部（５）と、
   上記軸受シェル（６）に配設される軸受要素と、
   上記ポンプハウジング（２）上又はポンプハウジング（２）内で、上記軸受要素を受け入れる受入れシェル（７）と、
   上記インナロータ（４）及び上記スライド制御弁（１）間に設けられたポンプ室（８）と、
   上記ポンプハウジング（２）内におけるポンプ室（８）の両側に設けられ、吸引接続ソケット（９）に連通する吸引空間（１０）と、
   上記ポンプハウジング（２）内におけるポンプ室（８）の両側において上記各吸引空間に対してそれぞれ１８０°ずれた位置に設けられ、圧力接続ソケット（１１）に連通する圧力空間（１２）と、
   上記スライド制御弁（１）に設けられたスライド制御弁アーム（１３）と、
   上記ポンプハウジング（２）及び上記スライド制御弁アーム（１３）間に設けられ、上記スライド制御弁（１）を、ポンプ吐出流量が最大となる位置へ付勢する一つ又は複数の作動バネ（１４）と、
   上記ポンプハウジング（２）及びスライド制御弁（１）間に設けられる一つ又は複数の圧力制御室（１５）と、を備え、
   上記軸受要素は、流通開口（１７）を有する軸受スリーブ（１６）からなり、
   上記軸受スリーブ（１６）の流通開口（１７）の両側には、流通室（１９）がそれぞれ設けられており、
   上記各流通室（１９）は、上記スライド制御弁（１）の該各流通室と同じ側に配設された圧力空間（１２）に対してそれぞれ直接接続されている一方、吸引側に配設された吸引空間（１０）に対しては、該流通室（１９）に隣接する組立品を介してシールされていることを特徴とするセルポンプ。
2. 請求項１記載のセルポンプにおいて、
   上記流通室（１９）は、更に上記圧力制御室（１５）に対してシールされていることを特徴とするセルポンプ。
3. 請求項１記載のセルポンプにおいて、
   上記吸引接続ソケット（９）は、流入流路（２０）を介して、上記スライド制御弁（１）の一側の吸引空間（１０）、及び、上記スライド制御弁（１）の他側の吸引空間（１０）に接続されていることを特徴とするセルポンプ。
4. 請求項１記載のセルポンプにおいて、
   上記圧力接続ソケット（１１）は、流出流路（２１）を介して、上記スライド制御弁の一側の圧力空間（１２）、及び、上記スライド制御弁の上記一側の流通室（１９）に接続されていることを特徴とするセルポンプ。
5. 請求項１記載のセルポンプにおいて、
   上記圧力制御室（１５）は、シール溝にてガイドされた一つ又は複数のシール片（２２）を介して、上記スライド制御弁（１）の外周上に配設された流入流路（２０）に対してシールされていることを特徴とするセルポンプ。
6. 請求項１記載のセルポンプにおいて、
   上記圧力制御室（１５）は、ポンプ吐出圧を介した圧力制御を行うために、上記流通室（１９）及び流出流路（２１）の少なくとも一方と接続されていることを特徴とするセルポンプ。

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