JP5591143B2

JP5591143B2 - 可変容量型ベーンポンプ

Info

Publication number: JP5591143B2
Application number: JP2011030926A
Authority: JP
Inventors: 朋之藤田; 浩一朗赤塚; 隆二名出
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: JP2012167643A

Description

本発明は、油圧機器の油圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプに関するものである。

従来の可変容量型ベーンポンプとして、ロータに対するカムリングの偏心量を変えることによって、ポンプ押しのけ容積が変化するものがある。

特許文献１には、組み付け穴にスプリングとスプールを組み込んだ制御バルブを用いて、カムリングの偏心位置を制御する可変容量型ベーンポンプが開示されている。この可変容量型ベーンポンプは、制御バルブに組み込まれたスプリングに、軸方向に移動可能なロッドを備えたソレノイドを連係し、ソレノイドへの通電量を制御することによってスプリングのイニシャル弾性力を調整して、ポンプの流量特性を変化させるものである。

特開２００４−２１８５２９号公報

特許文献１に記載のようなソレノイドによってスプリングのイニシャル弾性力を調整する従来の可変容量型ベーンポンプでは、ある電流値におけるソレノイド推力はスプールのストローク位置に関係なく一定であるため、ソレノイドにて調整されたスプリングのばね定数はスプールの全ストローク範囲にて一定となる。

このため、ポンプ吐出流量の安定性を向上させるためにスプリングのばね定数を大きくするとポンプ吐出流量の応答性が悪くなり、逆に、ポンプ吐出流量の応答性を向上させるためにスプリングのばね定数を小さくするとポンプ吐出流量の安定性が悪くなる。このように、ソレノイドにて調整されたスプリングのばね定数はスプールの全ストローク範囲にて一定であるため、ポンプ吐出流量の安定性と応答性の両方を向上させることは困難となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ吐出流量の安定性と応答性の両方を向上させることができる可変容量型ベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明は、駆動軸に連結されたロータの１回転当たりのポンプ押しのけ容積が可変である可変容量型ベーンポンプであって、前記ロータに対して径方向に往復動自在に設けられる複数のベーンと、内部に配置される前記ロータの回転に伴って内周のカム面に前記ベーンの先端部が摺接すると共に、前記ロータに対して偏心可能なカムリングと、前記ロータと前記カムリングとの間に区画され、前記複数のベーンによって仕切られたポンプ室と、前記カムリング外周の収容空間内に区画され、互いの圧力差によって前記ロータに対して前記カムリングを偏心させる第１流体圧室及び第２流体圧室と、前記ポンプ室から吐出された作動流体の流れに抵抗を付与するオリフィスと、前記オリフィスの前後差圧に応じて動作し、前記第１流体圧室と前記第２流体圧室の作動流体の圧力を制御して前記ロータに対する前記カムリングの偏心量を変化させ、ポンプ吐出流量を制御する制御バルブと、を備え、前記制御バルブは、前記オリフィスの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１パイロット室及び第２パイロット室と、両端部がそれぞれ前記第１パイロット室及び前記第２パイロット室に臨み、前記第１パイロット室と前記第２パイロット室との圧力差に応じて移動するスプールと、前記第２パイロット室に収装され当該第２パイロット室の容積を拡張する方向に前記スプールを付勢する付勢部材と、前記スプールに推力を付与して前記スプールに作用する前記付勢部材の付勢力を調整するソレノイドと、を備え、前記ソレノイドが前記スプールに付与するソレノイド推力は、前記スプールのストロークに応じて設定されることを特徴とする。

本発明によれば、ソレノイドがスプールに付与するソレノイド推力はスプールのストロークに応じて設定されるため、ポンプ吐出流量の安定性が求められるストローク範囲及び応答性が求められるストローク範囲に応じてソレノイド推力を自由に設定することができる。したがって、ポンプ吐出流量の安定性と応答性の両方を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプにおける駆動軸に垂直な断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプにおける駆動軸に平行な断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの油圧回路図である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの油圧回路図であり、ロータに対するカムリングの偏心量が最大時である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの油圧回路図であり、ロータに対するカムリングの偏心量が中間時である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの油圧回路図であり、ロータに対するカムリングの偏心量が最小時である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの吐出流量特性を示すグラフ図である。ソレノイドのロッドストロークとスプールに作用する各作用力との関係を示すグラフ図である。図８の比較例を示すグラフ図である。本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプの吐出流量特性を示すグラフ図である。ソレノイドのロッドストロークとスプールに作用する各作用力との関係を示すグラフ図である。ソレノイドのロッドストロークとスプールに作用する各作用力との関係を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプ１００について説明する。

可変容量型ベーンポンプ（以下、単に「ベーンポンプ」と称する。）１００は、車両に搭載される油圧機器、例えば、パワーステアリング装置や無段変速機等の油圧供給源として用いられるものである。

図１に示すように、ベーンポンプ１００は、駆動軸１にエンジン（図示せず）の動力が伝達され、駆動軸１に連結されたロータ２が回転するものである。図１及び図３では、ロータ２は反時計回りに回転する。

ベーンポンプ１００は、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられる複数のベーン３と、内部に配置されるロータ２の回転に伴って内周のカム面４ａにベーン３の先端部が摺接すると共に、ロータ２の中心に対して偏心可能なカムリング４とを備える。

図２に示すように、駆動軸１は、ブッシュ２７を介してポンプボディ１０に回転自在に支持される。ポンプボディ１０には、カムリング４を収容するポンプ収容凹部１０ａが形成される。ポンプボディ１０の端部には、駆動軸１外周とブッシュ２７内周との間の潤滑油の漏れを防止するためのシール２０が設けられる。

ポンプ収容凹部１０ａの底面１０ｂには、ロータ２及びカムリング４の一側部に当接するサイドプレート６が配置される。ポンプ収容凹部１０ａの開口部は、ロータ２及びカムリング４の他側部に当接するポンプカバー５によって封止される。ポンプカバー５には、ポンプ収容凹部１０ａに嵌合する円形のインロー部５ａが形成され、インロー部５ａの端面がロータ２及びカムリング４の他側部に当接する。ポンプカバー５は、ポンプボディ１０のフランジ部１０ｃにボルト８を介して締結される。

このように、ポンプカバー５とサイドプレート６は、ロータ２及びカムリング４の両側面を挟んだ状態で配置される。これにより、ロータ２とカムリング４との間には、各ベーン３によって仕切られたポンプ室７が区画される。

図１及び図３に示すように、カムリング４は、環状の部材であり、ロータ２の回転に伴って各ベーン３間によって仕切られるポンプ室７の容積を拡張する吸込領域と、各ベーン３間によって仕切られるポンプ室７の容積を収縮する吐出領域とを有する。ポンプ室７は、吸込領域にて作動油（作動流体）を吸込み、吐出領域にて作動油を吐出する。図１では、カムリング４の中心を通る水平線の上方が吸込領域であり、水平線の下方が吐出領域である。

ポンプ収容凹部１０ａの内周面には、カムリング４を取り囲むようにして環状のアダプタリング１１が嵌装される。アダプタリング１１は、ロータ２及びカムリング４と同様に、両側面がポンプカバー５とサイドプレート６とによって挟まれる。

アダプタリング１１の内周面には、駆動軸１と平行に延在すると共に、両端部がそれぞれポンプカバー５及びサイドプレート６に挿入された支持ピン１３が支持される。支持ピン１３にはカムリング４が支持され、カムリング４はアダプタリング１１の内部で支持ピン１３を支点に揺動する。

支持ピン１３は、両端部がそれぞれポンプカバー５及びサイドプレート６に挿入されると共にカムリング４を支持するため、カムリング４に対するポンプカバー５及びサイドプレート６の相対回転を規制する。

アダプタリング１１の内周面における支持ピン１３と軸対称の位置には、駆動軸１と平行に延びる溝１１ａが形成される。溝１１ａ内には、カムリング４の揺動時にカムリング４の外周面が摺接するシール材１４ａが弾性部材１４ｂを圧縮した状態で装着される。

このように、カムリング４外周の収容空間であるカムリング４の外周面とアダプタリング１１の内周面との間には、支持ピン１３とシール材１４ａとによって第１流体圧室３１と第２流体圧室３２とが区画される。

カムリング４は、第１流体圧室３１と第２流体圧室３２の作動油の圧力差によって、支持ピン１３を支点に揺動する。カムリング４が支持ピン１３を支点に揺動することによって、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が変化する。カムリング４の偏心量が変化すると、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が変化する。

第１流体圧室３１の圧力が第２流体圧室３２の圧力よりも大きい場合には、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなる。この場合、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が小さくなる。これに対して、第２流体圧室３２の圧力が第１流体圧室３１の圧力よりも大きい場合には、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなる。この場合、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が大きくなる。このように、ベーンポンプ１００は、第１流体圧室３１と第２流体圧室３２との圧力差によってロータ２に対するカムリング４の偏心量が変化し、ポンプ押しのけ容積が変化する。

第２流体圧室３２内におけるアダプタリング１１の内周面には、ロータ２に対する偏心量が小さくなる方向のカムリング４の移動を規制する膨出部１２が形成される。膨出部１２は、ロータ２に対するカムリング４の偏心量がゼロとならないように、つまり、カムリング４の外周面が膨出部１２に当接した状態でも、ロータ２に対するカムリング４の最低偏心量が確保され、ポンプ室７が作動油を吐出可能となるような形状に形成される。

ポンプカバー５には、ポンプ室７の吸込領域に対応して円弧状に開口する吸込ポート１５が形成される。また、サイドプレート６には、ポンプ室７の吐出領域に対応して円弧状に開口する吐出ポート１６が形成される。

図２に示すように、吸込ポート１５は、ポンプカバー５に形成された吸込通路１７に連通して形成され、吸込通路１７の作動油をポンプ室７の吸込領域へと導く。吐出ポート１６は、ポンプボディ１０に形成された高圧室１８に連通して形成され、ポンプ室７の吐出領域から吐出される作動油を高圧室１８へと導く。

高圧室１８は、ポンプ収容凹部１０ａの底面１０ｂに環状に開口して形成される溝部１０ｄがサイドプレート６にて塞がれることによって区画される。高圧室１８の作動油は、ポンプボディ１０に形成された吐出通路１９（図３参照）を通じて、ベーンポンプ１００外部の油圧機器へと導かれる。

図１及び図３に示すように、高圧室１８は、絞り通路３６を通じて第２流体圧室３２に連通しており、高圧室１８の作動油は第２流体圧室３２に常時導かれている。つまり、カムリング４は、第２流体圧室３２によってロータ２に対する偏心量が大きくなる方向の圧力を常に受けている。

ポンプボディ１０には、駆動軸１の軸方向と直交する向きにバルブ収容穴２９が形成される。バルブ収容穴２９には、第１流体圧室３１と第２流体圧室３２の作動油の圧力を制御する制御バルブ２１が収容される。バルブ収容穴２９はプラグ２３にて封止される。

制御バルブ２１は、バルブ収容穴２９に摺動自在に挿入されたスプール２２と、スプール２２の一端に臨む第１パイロット室２４と、スプール２２の他端に臨む第２パイロット室２５と、第２パイロット室２５内に収装され第２パイロット室２５の容積を拡張する方向にスプール２２を付勢する付勢部材としてのリターンスプリング２６と、スプール２２に推力を付与してスプール２２に作用するリターンスプリング２６の付勢力を調整するソレノイド５０とを備える。

スプール２２は、バルブ収容穴２９の内周面に沿って摺動する第１ランド部２２ａ及び第２ランド部２２ｂと、第１ランド部２２ａと第２ランド部２２ｂとの間に形成された環状溝２２ｃと、第１ランド部２２ａに結合され第１パイロット室２４内を延在するロッド部２２ｄと、第２ランド部２２ｂに結合され第２パイロット室２５内を延在するストッパ部２２ｅとを備える。

ロッド部２２ｄの端部にはソレノイド５０のロッド５１が当接し、ソレノイド５０が発生するソレノイド推力はスプール２２に付与される。

ストッパ部２２ｅは、スプール２２が第２パイロット室２５の容積を収縮する方向に移動した場合にプラグ２３に当接してスプール２２の所定以上の移動を規制するものである。リターンスプリング２６は、ストッパ部２２ｅを取り囲んで第２パイロット室２５内に収装される。

図３に示すように、制御バルブ２１には、第１流体圧室３１及び第２流体圧室３２のそれぞれに連通する第１通路３３及び第２通路３４と、環状溝２２ｃと吸込通路１７をつなぐドレン通路３５と、高圧室１８から吐出され後述するオリフィス２８の上流の作動油を第１パイロット室２４に導く第１導圧通路３７（図３参照）と、高圧室１８から吐出されオリフィス２８の下流の作動油を第２パイロット室２５に導く第２導圧通路３８（図３参照）とが接続される。

第１通路３３及び第２通路３４は、バルブ収容穴２９に開口すると共に、アダプタリング１１を貫通してそれぞれ第１流体圧室３１及び第２流体圧室３２に開口して形成される。

スプール２２は、両端に臨む第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力と、リターンスプリング２６の付勢力とのつりあいでバランスする。スプール２２の位置に応じて、第１通路３３及び第２通路３４がそれぞれ第１ランド部２２ａ及び第２ランド部２２ｂによって開閉され、第１流体圧室３１及び第２流体圧室３２の作動油が給排される。

第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力よりもリターンスプリング２６の付勢力が大きい場合には、リターンスプリング２６が伸長した状態となる。この状態では、図１及び図３に示すように、第１通路３３は第１ランド部２２ａによって閉じられ、かつ第２通路３４は第２ランド部２２ｂによって閉じられる。これにより、第１流体圧室３１と第１パイロット室２４との連通が遮断されると共に、第２流体圧室３２とドレン通路３５との連通も遮断される。

ここで、第１ランド部２２ａには環状溝２２ｃに連通する連通路２２ｇ（図３参照）が形成されているため、第１通路３３が第１ランド部２２ａによって閉じられた状態では、第１流体圧室３１は、第１通路３３、連通路２２ｇ、及び環状溝２２ｃを通じてドレン通路３５に連通した状態となる。また、第２流体圧室３２には絞り通路３６を通じて高圧室１８の作動油が常時導かれているため、第２流体圧室３２の圧力は第１流体圧室３１の圧力よりも大きくなり、ロータ２に対するカムリング４の偏心量は最大となる。なお、連通路２２ｇは、スプール２２がリターンスプリング２６の付勢力に抗して移動するのに伴って第１通路３３に対する開口面積が減少するように形成される。

これに対して、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の付勢力よりも大きい場合には、スプール２２はリターンスプリング２６の付勢力に抗して移動する。この場合には、第１通路３３は開となって第１パイロット室２４に連通し、その第１パイロット室２４を通じて第１導圧通路３７に連通する。また、第２通路３４は開となってスプール２２の環状溝２２ｃに連通し、その環状溝２２ｃを通じてドレン通路３５に連通する。これにより、第１流体圧室３１は高圧室１８に連通し、第２流体圧室３２はドレン通路３５に連通する。したがって、第２流体圧室３２の圧力は第１流体圧室３１の圧力よりも小さくなり、カムリング４はロータ２に対する偏心量が小さくなる方向に移動する。

第２通路３４と環状溝２２ｃの連通は、スプール２２の第２ランド部２２ｂに形成されたノッチ２２ｆを通じて行われる。したがって、スプール２２の移動量に応じて第２流体圧室３２に対するドレン通路３５の開口面積が増減する。

以上のように、制御バルブ２１のスプール２２は、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の付勢力よりも大きくなった場合にリターンスプリング２６を圧縮して移動する。

第１パイロット室２４及び第２パイロット室２５には、吐出通路１９に介装され作動油の流れに抵抗を付与する固定型のオリフィス２８の上流及び下流の作動油がそれぞれ導かれる。つまり、高圧室１８の作動油は、オリフィス２８を介さずに第１導圧通路３７を通じて直接第１パイロット室２４へと導かれると共に、オリフィス２８を介して第２パイロット室２５へと導かれる。したがって、スプール２２は、オリフィス２８の前後差圧に応じて移動することになる。

ソレノイド５０は、スプール２２に対してリターンスプリング２６の付勢力に抗する方向にソレノイド推力を付与して、スプール２２に作用するリターンスプリング２６の付勢力を調整するものである。ソレノイド推力がスプール２２に作用すれば、スプール２２に作用するリターンスプリング２６の付勢力はソレノイド推力の分だけ小さくなる。そのため、スプール２２は、ソレノイド推力がスプール２２に作用していない状態と比較して、リターンスプリング２６の付勢力に抗して移動し易くなる。つまり、スプール２２は、ソレノイド推力がスプール２２に作用していない状態と比較して、より小さいオリフィス２８の前後差圧にて、リターンスプリング２６の付勢力に抗して移動する。スプール２２がリターンスプリング２６の付勢力に抗して移動すれば、カムリング４がロータ２に対する偏心量が小さくなる方向に移動して、ポンプ室７から吐出されるポンプ吐出流量は減少する。このように、ソレノイド推力を制御することによって、スプール２２に作用するリターンスプリング２６の付勢力を調整することができ、ポンプ室７から吐出されるポンプ吐出流量を変化させることができる。

ソレノイド５０は、ロッド５１と一体に設けられたプランジャ５２と、内周面に沿ってプランジャ５２が摺動自在なコア５３と、コア５３の外周面に沿って配置されたコイル５４と、ロッド５１とスプール２２の当接が維持するようにコア５３を付勢するリターンスプリング５５とを備える。リターンスプリング２６の付勢力は、リターンスプリング５５の付勢力の分だけ小さくなる。なお、ロッド５１をスプール２２に結合して構成すれば、リターンスプリング５５は不要となる。

コントローラ（図示せず）からコイル５４に通電されることによって、コイル５４の周囲に磁束が発生し、その磁束によってコア５３とプランジャ５２で磁気回路が構成される。プランジャ５２は、磁気回路にて発生するソレノイド推力によって、一体のロッド５１をリターンスプリング５５に抗して移動させる。このように、ロッド５１はソレノイド推力の作用を受けて移動し、スプール２２にはソレノイド５０にて発生するソレノイド推力が付与される。

ソレノイド５０にて発生するソレノイド推力は、ロッド５１のストロークに応じて変化するように設定される。具体的には、ロッド５１のストロークに応じて磁気回路の構成が変化することによって、ソレノイド推力が変化する。

次に、図４〜図７を参照して、ベーンポンプ１００の動作について説明する。図４〜図６は、ベーンポンプ１００の油圧回路図であり、それぞれロータ２に対するカムリング４の偏心量が最大時、中間時、最小時である。図７は、ベーンポンプ１００の吐出流量特性を示すグラフ図である。

駆動軸１にエンジンの動力が伝達されロータ２が回転すると、ロータ２の回転に伴って各ベーン３間が拡張するポンプ室７は、吸込ポート１５を通じて吸込通路１７から作動油を吸込む。また、各ベーン３間が収縮するポンプ室７は、吐出ポート１６を通じて作動油を高圧室１８に吐出する。高圧室１８に吐出された作動油は、吐出通路１９を通じて油圧機器へと供給される。

作動油が吐出通路１９を通過する際、吐出通路１９に介装されたオリフィス２８の前後には圧力差が生じ、オリフィス２８上流及び下流の圧力はそれぞれ第１パイロット室２４及び第２パイロット室２５に導かれる。制御バルブ２１のスプール２２は、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力と、リターンスプリング２６の付勢力とのつりあいでバランスする。

ロータ２の回転数が所定回転数Ｎ以下であるポンプ始動時には、ロータ２の回転数が小さくポンプ吐出流量が少ないため、オリフィス２８の前後差圧は小さく、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力は小さい。したがって、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力よりもリターンスプリング２６の付勢力が大きく、リターンスプリング２６は伸長した状態となる。

この場合には、図４に示すように、第１通路３３は第１ランド部２２ａによって閉じられ、かつ第２通路３４は第２ランド部２２ｂによって閉じられるため、第１流体圧室３１はドレン通路３５に連通し、第２流体圧室３２はドレン通路３５との連通が遮断される。ここで、カムリング４は、絞り通路３６を通じて第２流体圧室３２に常時導かれる高圧室１８の作動油によってロータ２に対する偏心量が大きくなる方向の圧力を受けているため、ロータ２に対する偏心量が最大となる。

図７に示すように、ロータ２の回転速度が所定回転数Ｎ以下である領域では、ロータ２に対するカムリングの偏心量が最大となって、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が最大となり、ベーンポンプ１００のポンプ吐出流量はロータ２の回転速度に略比例した流量となる。したがって、ロータ２の回転速度が小さい場合でも、油圧機器に対して十分な流量の作動油を供給することができる。

ロータ２の回転数が増加して所定回転数Ｎに達すると、オリフィス２８の前後差圧が大きくなって、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の付勢力と釣り合うか、僅かに大きくなる。これにより、スプール２２は、リターンスプリング２６の付勢力に抗して移動し始める。

この場合には、図５に示すように、スプール２２の移動に伴って、第１通路３３は開となって第１パイロット室２４に連通し、第２通路３４は開となってドレン通路３５に連通する。これにより、第１流体圧室３１は高圧室１８に連通し、第２流体圧室３２はドレン通路３５に連通するため、カムリング４はロータ２に対する偏心量が小さくなる方向に移動を開始する。

図７に示すように、ロータ２の回転速度が所定回転数Ｎを超える領域では、ベーンポンプ１００のポンプ吐出流量は略一定となる。これは、第１通路３３及び第２通路３４が開となって、カムリング４がロータ２に対する偏心量が小さくなる方向に移動を開始してポンプ吐出流量が減少すると、オリフィス２８の前後差圧が小さくなってリターンスプリング２６が伸長して、再び第１通路３３及び第２通路３４が閉じられる。第１通路３３及び第２通路３４が閉じられると、カムリング４がロータ２に対する偏心量が大きくなる方向に移動して、ポンプ吐出流量が増加する。ポンプ吐出流量が増加すると、オリフィス２８の前後差圧が大きくなって、スプール２２はリターンスプリング２６を圧縮して移動して、再び第１通路３３及び第２通路３４が開となる。このように、第１通路３３及び第２通路３４が開閉されて、オリフィス２８の前後差圧が一定となるように制御されるため、ポンプ吐出流量が略一定となる。

ロータ２の回転速度が所定回転数Ｎを超える領域では、ロータ２の回転数の増加に伴って、スプール２２のリターンスプリング２６を圧縮して移動する量が大きくなり、第１通路３３及び第２通路３４の開度が増加するため、ロータ２に対するカムリングの偏心量が次第に小さくなり、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が次第に小さくなる。

そして、ロータ２の回転速度がさらに増加すると、オリフィス２８の前後差圧がさらに大きくなって、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の付勢力よりも大きくなる。これにより、スプール２２は、リターンスプリング２６を圧縮して移動して、ストッパ部２２ｅがプラグ２３に当接した状態となる。

この場合には、図６に示すように、第１通路３３は全開となって第１パイロット室２４に連通し、第２通路３４は全開となってドレン通路３５に連通するため、第１流体圧室３１は高圧室１８に連通し、第２流体圧室３２はドレン通路３５に連通する。これにより、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が最小となり、ロータ１回転当たりのポンプ押しのけ容積が最小となる。このとき、第１通路３３と連通路２２ｇとは、遮断された状態又は極小さい開度にて連通された状態となる。

ロータ２に対するカムリング４の偏心量は、図６に示す最小の状態であっても、膨出部１２によってゼロとなることはないため、ベーンポンプ１００は最低吐出容量で作動油を吐出する。

以上のように、ロータ２の回転数の変化に伴ってスプール２２が移動し、スプール２２の移動に伴って第１通路３３及び第２通路３４が開閉されてポンプ吐出流量が調整される。具体的には、ロータ２の回転数が所定回転数Ｎ以下であるポンプ始動時では、スプール２２は第１通路３３及び第２通路３４を閉じるため、ロータ２に対するカムリングの偏心量が最大となり、ロータ２の回転数の増加に伴ってポンプ吐出流量が増加する。また、ロータ２の回転数が所定回転数Ｎを超えると、スプール２２の移動によって第１通路３３及び第２通路３４の開度が調整され、オリフィス２８の前後差圧が一定となるように制御されるため、ポンプ吐出流量が略一定となる。

次に、図８及び図９を参照して、ソレノイド５０が発生するソレノイド推力について説明する。図８及び図９は、ロッド５１のストロークとスプール２２に作用する各作用力との関係を示すグラフ図であり、図中実線はリターンスプリング２６の付勢力、点線はソレノイド推力、一点鎖線はリターンスプリング２６の付勢力からソレノイド推力を差し引いたリターンスプリング２６の実効付勢力を示す。図８は本実施の形態に係るベーンポンプ１００のソレノイド５０に関するものであり、図９は比較例を示すものである。

図９に示すように、ソレノイド推力がロッド５１のストロークに関係なく常に一定である場合には、リターンスプリング２６の付勢力からソレノイド推力を差し引いたリターンスプリング２６の実効付勢力（以下に、単に「リターンスプリング２６の実効付勢力」と称する。）のばね定数θはロッド５１のストロークに関係なく常に一定となる。

ばね定数θは、ポンプ吐出流量の流量特性に大きな影響を与える。ばね定数θが大きいと、例えば油圧機器側の圧力が突然変化してスプール２２に外力が作用した場合でも、スプール２２はその影響を受け難くなる。しかし、ポンプ吐出流量の増減の応答性は悪くなる。逆に、ばね定数θが小さいと、スプール２２は外力に対する影響を受け易くなるが、ポンプ吐出流量の応答性は良くなる。

図９に示す比較例では、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数θがロッド５１のストロークに関係なく常に一定であるため、ポンプ吐出流量の流量特性は、安定性向上か応答性向上の一方を重視した設定にしかできない。

これに対して、ベーンポンプ１００では、図８に示すように、ソレノイド５０にて発生するソレノイド推力Ｆ１はロッド５１のストロークに応じて変化するように設定されるため、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数θはロッド５１のストロークによって異なる。

具体的に説明すると、ソレノイド５０にて発生しスプール２２に付与されるソレノイド推力Ｆ１は、ロッド５１のストローク、つまりスプール２２のストロークに応じて以下のように設定される。第１通路３３及び第２通路３４が閉じられるスプール２２のストローク範囲（ストローク範囲Ａ）では、ストロークの増加に伴って大きくなるように設定される。また、第１通路３３及び第２通路３４が開になり所定開度に達するまでのスプール２２のストローク範囲（ストローク範囲Ｂ）ではストロークに関係なく一定に設定される。さらに、第１通路３３及び第２通路３４の開度が所定開度を超えて全開になるまでのスプール２２のストローク範囲（ストローク範囲Ｃ）ではストロークの増加に伴って大きくなるように設定される。第１通路３３及び第２通路３４の所定開度とは、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の付勢力よりも大きくなり、スプール２２がリターンスプリング２６を圧縮して移動を開始する時の開度である。

このように、ソレノイド推力Ｆ１は、第１通路３３及び第２通路３４の開度に基づいて変化するように設定される。ソレノイド推力Ｆ１がこのように設定されることによって、図８に示すように、スプール２２のストローク範囲Ａにおけるリターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数をθ１、スプール２２のストローク範囲Ｂにおけるリターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数をθ２、スプール２２のストローク範囲Ｃにおけるリターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数をθ３とすると、θ１及びθ３はθ２と比較して小さくなる。

これにより、ポンプ吐出流量の流量特性は、図７を参照して説明すると、ロータ２の回転数が所定回転数Ｎ以下であるポンプ始動時、つまり、ロータ２の回転速度の変化に応じてポンプ吐出流量が変化する場合には、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に小さいθ１となり応答性が良好となる。一方、ロータ２の回転数に関係なくポンプ吐出流量が一定である場合には、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に大きいθ２となり安定性が良好となる。このように、安定性と応答性の両方が良好な流量特性を実現することができる。

以上のように、ソレノイド推力は、スプール２２のストロークに応じて変化するように設定され、上述のように、ロッド５１のストロークに応じて磁気回路の構成が変化することによって変化する。その際、ソレノイド５０のコイル５４への通電量は一定に制御される。

以下では、コイル５４への通電量を変更してポンプ吐出流量を増減させる場合のベーンポンプ１００の動作について説明する。

例えば、ベーンポンプ１００がパワーステアリング装置の油圧供給源として用いられる場合において、操舵が行われていない場合や、エンジン回転数が高い高速走行時には、パワーステアリング装置ではベーンポンプ１００からの作動油をそれほど必要としない。このような場合には、コイル５４への通電量が変更されてベーンポンプ１００のポンプ吐出流量が減少するように制御される。

図８，図１０，図１１を参照して具体的に説明する。図１０は、ベーンポンプ１００の吐出流量特性を示すグラフ図であり、図中実線はコイル５４への通電量が０．５Ａの場合の特性、点線はコイル５４への通電量が１．０Ａの場合の特性である。コイル５４への通電量が１．０Ａの場合におけるソレノイド推力Ｆ２は図１１に示す特性に設定され、コイル５４への通電量が０．５Ａの場合におけるソレノイド推力Ｆ１は図８に示す特性に設定される。

図１１に示す特性では、ソレノイド推力Ｆ２が図８に示すソレノイド推力Ｆ１と比較して大きく設定されており、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数θ４，θ５，θ６の大小関係は図８に示すばね定数θ１，θ２，θ３と同様である。つまり、ストローク範囲Ａのθ４及びストローク範囲Ｃのθ６は、ストローク範囲Ｂのθ５と比較して小さい。

コイル５４への通電量が０．５Ａに設定されポンプ吐出流量がロータ２の回転数に関係なく一定である状態（図１０にて点Ｙで示す状態）では、スプール２２のストロークはストローク範囲Ｂ内であるため、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数はθ２（図８参照）である。この状態からポンプ吐出流量を減少させたい場合には、コイル５４への通電量が１．０Ａに変更される。これにより、スプール２２に作用するソレノイド推力は図８に示すＦ１から図１１に示すＦ２へと大きな推力に変更され、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数はθ２からθ５（図１１参照）に変更される。

ソレノイド推力が大きくなればリターンスプリング２６の実効付勢力が小さくなるため、スプール２２はリターンスプリング２６を圧縮して移動する。これにより、スプール２２は、ストローク範囲Ｂから第１通路３３及び第２通路３４の開度が所定開度を超えるストローク範囲Ｃまで移動するため、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなり、ポンプ吐出流量が減少する。この際、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に小さいθ６（図１１参照）に変化するため、ポンプ吐出流量は応答性良く減少していく。ポンプ吐出流量が減少するに伴って、オリフィス２８の前後差圧が小さくなり、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力よりもリターンスプリング２６の実効付勢力が大きくなれば、スプール２２は、第１通路３３及び第２通路３４の開度が所定開度以下となるストローク範囲Ｂに戻る。これにより、ポンプ吐出流量の減少が止まり、図１０にて点Ｘで示す状態となる。この際、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に大きいθ５へと戻る。

これとは反対に、コイル５４への通電量が１．０Ａに設定されポンプ吐出流量がロータ２の回転数に関係なく一定である状態（図１０にて点Ｘで示す状態）からポンプ吐出流量を増加させたい場合には、コイル５４への通電量が０．５Ａに変更される。これにより、スプール２２に作用するソレノイド推力は図１１に示すＦ２から図８に示すＦ１へと小さな推力に変更され、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数はθ５からθ２（図８参照）へと変更される。

ソレノイド推力が小さくなればリターンスプリング２６の実効付勢力が大きくなるため、スプール２２はリターンスプリング２６の伸長によって移動する。これにより、スプール２２は、ストローク範囲Ｂから第１通路３３及び第２通路３４が閉じられるストローク範囲Ａまで移動するため、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなり、ポンプ吐出流量が増加する。この際、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に小さいθ１（図８参照）に変化するため、ポンプ吐出流量は応答性良く増加していく。ポンプ吐出流量が増加するに伴って、オリフィス２８の前後差圧が大きくなり、第１パイロット室２４と第２パイロット室２５との圧力差による推力がリターンスプリング２６の実効付勢力よりも大きくなれば、スプール２２は、第１通路３３及び第２通路３４が開になるストローク範囲Ｂに戻る。これにより、ポンプ吐出流量の増加が止まり、図１０にて点Ｙで示す状態となる。この際、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に大きいθ２へと戻る。

このように、コイル５４への通電量を変更してソレノイド推力を制御することによって、ポンプ吐出流量を変化させることができる。したがって、コイル５４への通電量を変更することによって、パワーステアリング装置が必要とする流量に合わせてベーンポンプ１００の吐出流量を自由に制御することができる。

そして、コイル５４への通電量を変化させポンプ吐出流量を増減させる際には、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に小さい値に変化するため、応答性良く増減する。また、その増減が完了した後は、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数は相対的に大きい値に戻るため、安定性が良好となる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ソレノイド５０がスプール２２に付与するソレノイド推力はスプール２２のストロークに応じて変化するように設定されるため、ポンプ吐出流量の安定性が求められるストローク範囲及び応答性が求められるストローク範囲に応じてソレノイド推力を自由に設定することができる。したがって、ポンプ吐出流量の安定性と応答性の両方を向上させることができる。

なお、リターンスプリング２６の実効付勢力のばね定数θは、ソレノイド推力を設定することによって自由に調整することができる。例えば、図１２に示すように、第１通路３３及び第２通路３４の開度が所定開度を超えて全開になるまでのスプール２２のストローク範囲Ｃでのソレノイド推力を、図８及び図１１とは異なり、ストロークの増加に伴って小さくなるように設定することによって、ストローク範囲Ｃのθ９をストローク範囲Ｂのθ８と比較して大きく調整することができる。この場合には、ポンプ吐出流量が減少する際の特性として、応答性よりも安定性を重視した流量特性を得ることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係るベーンポンプは、パワーステアリング装置や変速機等の油圧供給源に適用することができる。

１００可変容量型ベーンポンプ
１駆動軸
２ロータ
４カムリング
７ポンプ室
１１アダプタリング
２１制御バルブ
２２スプール
２２ａ第１ランド部
２２ｂ第２ランド部
２２ｃ環状溝
２４第１パイロット室
２５第２パイロット室
２６リターンスプリング
２８オリフィス
３１第１流体圧室
３２第２流体圧室
３３第１通路
３４第２通路
３５ドレン通路
５０ソレノイド
５１ロッド
５４コイル

Claims

駆動軸に連結されたロータの１回転当たりのポンプ押しのけ容積が可変である可変容量型ベーンポンプであって、
前記ロータに対して径方向に往復動自在に設けられる複数のベーンと、
内部に配置される前記ロータの回転に伴って内周のカム面に前記ベーンの先端部が摺接すると共に、前記ロータに対して偏心可能なカムリングと、
前記ロータと前記カムリングとの間に区画され、前記複数のベーンによって仕切られたポンプ室と、
前記カムリング外周の収容空間内に区画され、互いの圧力差によって前記ロータに対して前記カムリングを偏心させる第１流体圧室及び第２流体圧室と、
前記ポンプ室から吐出された作動流体の流れに抵抗を付与するオリフィスと、
前記オリフィスの前後差圧に応じて動作し、前記第１流体圧室と前記第２流体圧室の作動流体の圧力を制御して前記ロータに対する前記カムリングの偏心量を変化させ、ポンプ吐出流量を制御する制御バルブと、を備え、
前記制御バルブは、
前記オリフィスの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１パイロット室及び第２パイロット室と、
両端部がそれぞれ前記第１パイロット室及び前記第２パイロット室に臨み、前記第１パイロット室と前記第２パイロット室との圧力差に応じて移動するスプールと、
前記第２パイロット室に収装され当該第２パイロット室の容積を拡張する方向に前記スプールを付勢する付勢部材と、
前記スプールに推力を付与して前記スプールに作用する前記付勢部材の付勢力を調整するソレノイドと、を備え、
前記ソレノイドが前記スプールに付与するソレノイド推力は、前記スプールのストロークに応じて設定されることを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
前記制御バルブは、
前記スプールの移動に伴って開閉され、当該スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動する開時に前記第１パイロット室の作動流体を前記第１流体圧室に導く第１通路と、
前記スプールの移動に伴って開閉され、当該スプールが前記付勢部材の付勢力に抗して移動する開時に前記第２流体圧室の作動流体をドレン通路に導く第２通路と、をさらに備え、
前記ソレノイド推力は、前記第１通路及び前記第２通路の開度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型ベーンポンプ。
前記ソレノイド推力は、前記第１通路及び前記第２通路が閉じられる前記スプールのストローク範囲では変化し、前記第１通路及び前記第２通路が開になり所定開度に達するまでの前記スプールのストローク範囲では一定であり、前記第１通路及び前記第２通路の開度が前記所定開度を超えて全開になるまでの前記スプールのストローク範囲では変化するように設定されることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型ベーンポンプ。