JP5885752B2

JP5885752B2 - ベーン式油圧装置

Info

Publication number: JP5885752B2
Application number: JP2013539405A
Authority: JP
Inventors: 勇太小林
Original assignee: TBK Co Ltd
Current assignee: TBK Co Ltd
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: EP2778418A4; CN103890399A; WO2013057752A1; EP2778418B1; JPWO2013057752A1; EP2778418A1; US9353744B2; US20140241927A1

Description

本発明は、ベーンが出没自在に設けられたロータを備えて構成されるベーン式油圧装置に関する。

上記ベーン式油圧装置の一例としてのベーンポンプは、一般的に、ロータに形成された複数のスロットの各々にベーンが径方向に出没自在に取り付けられて構成されており、このベーンが取り付けられたロータがポンプハウジングの内周面に対して偏芯した状態で収容されて構成される。このように、ポンプハウジングの内周面に対してロータを偏芯させた状態で、ベーンをポンプハウジングの内周面に押し付けながらロータを回転させることにより、ロータとポンプハウジングとの隙間をベーンで区画して形成されるポンプ室の容積をロータの回転に応じて変化させることができる。ベーンポンプは、このようにポンプ室の容積を変化させることで、流体の吸い込みおよび吐出が行われるように構成されている。すなわち、ポンプ室の容積が増加する部分においてポンプ室内に流体が吸い込まれ、反対にポンプ室の容積が減少する部分においてポンプ室内の流体が吐出される。

上記のように、ロータに対して偏芯されたポンプハウジングの内周面に対し、常時ベーンを押し付けることでポンプ室を形成するための機構としては、従来、ベーン背圧室に流体の吐出圧力を導くことで、吐出圧力に応じた力でベーンをポンプハウジングの内周面に押し付ける機構が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、ばねの付勢力を利用してベーンを突出させることで、ポンプハウジングの内周面に対するロータの偏芯量に拘わらず、ベーンをポンプハウジングの内周面に常時押し付ける構成も従来知られている。

特開２００９−２８１２７１号公報

ところが、従来のように、流体の吐出圧力を利用してベーンをポンプハウジングの内周面に押し付ける構成とした場合には、ベーンの先端全体が流体の吐出圧力に応じた力で常時ポンプハウジングの内周面に押し付けられた状態でロータが回転駆動される。そのため、ベーンの先端とポンプハウジングの内周面との間の摩擦抵抗が大きくなって、ベーンポンプの機械効率を向上させることが難しいという課題があった。また、従来の構成においては、各スロットの基端部分にベーン背圧室を設けてそこに流体の吐出圧力を導く必要があり、ベーンポンプが複雑化および大型化しがちであるという課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、比較的シンプル且つコンパクトな構造でありながら、機械効率を向上させたベーン式油圧装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係るベーン式油圧装置（例えば、実施形態におけるベーンポンプ１）は、外周に円筒状のポンプ室形成部を備えて円盤状に形成され、前記ポンプ室形成部を通って径方向に延びる複数のスロット部を備えたロータと、前記複数のスロット部内に前記ポンプ室形成部を通って外径方向に突出移動自在にそれぞれ配設される複数のベーンと、前記ロータにその中心を通って取り付けられる駆動軸と、前記ロータを収容するロータ収容空間を備えたベーンケースと、前記ベーンケースを収容するケース収容空間を備えたケース収容ハウジングとを備えて構成される。そして、前記スロット部内に前記ベーンを配設するとともに前記駆動軸を取り付けた前記ロータを、前記駆動軸を前記ベーンケースから外部に突出させるとともに前記ロータおよび前記ベーンを前記駆動軸を中心として回転自在に且つ前記駆動軸と直角な方向に相対移動自在に前記ロータ収容空間内に収容して一体ベーンケースを構成し、前記ベーンケースから外部に突出する前記駆動軸を前記ケース収容ハウジングにより回転自在に支持して前記一体ベーンケースを前記ケース収容空間内に収容し、前記ベーンケースを前記ケース収容空間内で前記駆動軸と直角な方向に相対移動自在に支持し、前記ロータ収容空間における前記ポンプ室形成部より内径側に位置して前記ベーンケースに軸方向内方に突出するリング状の係合突起が設けられ、前記ベーンの内径側の側面部に内方に窪んだ係合凹部が形成されており、前記一体ベーンケース内において前記係合突起が前記係合凹部に突入して係合し、前記ロータの回転に応じて前記ベーンを前記ロータ収容空間の内周面に近接した状態でこの内周面に沿って移動させるように構成され、前記ロータ収容空間の内周面と前記ポンプ形成部の外周面とに囲まれた空間を前記複数のベーンにより区画して複数のポンプ室を形成するように構成される。

上述のベーン式油圧装置において、前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向に相対移動させることにより、前記ロータに対する前記ベーンケースの偏芯量を変化させて、前記ポンプ室の容量を変化させることが可能に構成されるのが好ましい。

また、上記ベーン式油圧装置において、前記ケース収容ハウジングは、前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向の相対移動方向の一方側に付勢する付勢部材を備え、前記ポンプ室から吐出された流体の流体圧を前記ベーンケースに作用させることで、前記付勢部材による付勢力に抗して前記ベーンケースを他方側に押圧するように構成され、前記付勢部材の付勢力と前記流体圧とのバランスに応じて前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向に相対移動させる構成としても良い。

さらに、上記ベーン式油圧装置において、前記ロータ収容空間の内周面は円形に形成されており、前記ロータ収容空間に設けられた前記係合突起は、前記ロータ収容空間の内周面と同心に形成される構成としても良い。

本発明に係るベーン式油圧装置は、ベーンをロータ収容部材の内周面に近接させた状態でロータ収容部材の内周面に沿って移動させることで、ポンプ室を区画形成する係合部を備えて構成される。そのため、例えば流体の吐出圧力によりベーンをロータ収容部材の内周面に押し付ける構成を用いることなく、ロータ収容部材の内周面にベーンを近接させてポンプ室を形成することができる。よって、流体の吐出圧力を利用してベーンをロータ収容部材の内周面に押し付ける構成の場合と比較して、ロータを回転させたときにベーンとロータ収容部材との間に発生する摩擦抵抗を低減でき、ベーン式油圧装置の機械効率を向上させることが可能になる。また、ベーンおよびロータ収容部材に互いに係合する係合部を設けるだけで、ベーンをロータ収容部材の内周面に沿って移動させることができるので、例えば流体の吐出圧力によりベーンをロータ収容部材の内周面に押し付ける機構を設ける構成と比較して、ベーン式油圧装置をシンプル且つコンパクトに構成可能になる。

上述のベーン式油圧装置において、ロータ収容部材が、ベーンケースと、ベーンケースを移動自在に収容するケース収容空間を備えたケース収容ハウジングとから構成されることが好ましい。このように構成した場合には、ロータに対するベーンケースの内周面の偏芯量を変化させることでポンプ室の容積を変化させる可変容量型のベーン式油圧装置を実現できる。

また、ケース収容空間内においてベーンケースが直線移動されることにより、偏芯量が変化するように構成されたことが好ましい。この構成によれば、例えばケース収容空間内にベーンケースを揺動自在に収容する構成と比較して、ケース収容ハウジングおよびベーンケースをシンプルに構成できるので、製造コストを低減できるとともにベーン式油圧装置を小型化できる。

なお、ケース収容ハウジングがベーンケースを直線移動方向における一方側に付勢する付勢部材を備え、流体圧をベーンケースに作用させることで、付勢力に抗してベーンケースを他方側に押圧するように構成されたことが好ましい。このように構成した場合には、ロータの回転速度変化に拘わらず、流体の吐出圧力を一定に維持しながら流体の吐出流量を変化させる制御を自動で行うことが可能になる。

上述のベーン式油圧装置において、ロータが、ロータ収容部材の内周面に対して所定偏芯量を有した状態でロータ収容空間内に配設されて、所定偏芯量を有した状態で回転駆動されるように構成されたことも好ましい。この構成の場合には、可変容量型と比較して部品点数が少なく且つコンパクトな固定容量型のベーン式油圧装置を実現できる。

また、係合部は、ベーンおよびロータ収容部材のうちの一方に設けられた係合突起部と、他方に設けられた係合溝部とからなることが好ましい。このように構成した場合には、係合部を簡単且つシンプルに形成することができ、ベーン式油圧装置の製造コストを低減できるとともに、ベーン式油圧装置を一層シンプル且つコンパクトに構成可能になる。

さらに、ロータ収容部材の内周面は円形に形成され、ロータ収容部材に設けられた係合突起部または係合溝部は、ロータ収容部材の内周面と同心で且つ円形に形成されたことが好ましい。この構成を採用した場合、ロータ収容部材の内周面、およびロータ収容部材の係合突起部または係合溝部を簡単且つシンプルに形成することができ、ベーン式油圧装置の製造コストを一層低減できる。

本発明を適用した一例としてのベーンポンプの分解斜視図である。上記ベーンポンプの斜視図である。前側ベーンケースとベーンとを示した斜視図である。ポンプハウジングに収容されたロータおよび前側ベーンケースを示した斜視図である。図２中のＶ−Ｖ部分を示した断面図である。図５の部分拡大図である。（ａ）は図２中のＶＩＩ−ＶＩＩ部分を示した断面図（ポンプ能力が最大の状態）であって、（ｂ）は図７（ａ）中のＡ部の拡大図である。（ａ）は図２中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ部分を示した断面図（ポンプ能力が最小の状態）であって、（ｂ）は図８（ａ）中のＢ部の拡大図である。吐出圧力と容積効率との関係を示したグラフである。吐出圧力とポンプ効率との関係を示したグラフである。吐出圧力と機械効率との関係を示したグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１〜４を参照しながら、本発明を適用したベーン式油圧装置の一例としてのベーンポンプ１の構成について説明する。なお、以下においては、便宜上各図面に示す矢印方向をそれぞれ、前後、左右および上下と定義して説明する。

ベーンポンプ１は、図１に示すように、ロータ１０、複数のベーン２０、駆動軸３０、前側ベーンケース４０、後側ベーンケース５０、ポンプハウジング６０およびポンプカバー７０から構成される。なお、以下においては、前側ベーンケース４０に後側ベーンケース５０が固定されて一体化されたものを、一体ベーンケース４と称する。

ロータ１０は、図１に示すように、前後に所定の厚みを有して略円盤状に形成されたロータ本体部１１から構成される。ロータ本体部１１は、その中心部に断面視六角形で前後に貫通した軸孔１２が設けられている。ロータ本体部１１における軸孔１２の周囲には、径方向に延びる複数のスロット部１３が形成されている。このロータ本体部１１の外周部分には、ポンプ室を形成するポンプ室形成部１４が形成されている。

ベーン２０は、図１および図３に示すように、円柱状に形成された揺動軸部２１と、略矩形平板状に形成されて揺動軸部２１の側面に繋がるベーン本体部２２とから構成される。揺動軸部２１とベーン本体部２２との接続部分には、揺動軸部２１の軸方向に凹んだ一対の係合溝部２３が設けられている。ベーン２０は、係合溝部２３の径方向幅が、後述するガイド突起４６およびガイド突起５２の径方向幅よりも大きくなるように形成されている。ベーン本体部２２における揺動軸部２１とは反対側の先端部には、断面視円弧状となった近接端部２４が形成されている。

駆動軸３０は、図１および図４に示すように、前後に延びる棒状に形成され、ポンプハウジング６０に回転自在に支持される前側軸部３１、ロータ１０の軸孔１２に嵌合される断面視六角形の中央軸部３２、およびポンプカバー７０に回転自在に支持される後側軸部３３とから構成される。

前側ベーンケース４０は、図１および図３に示すように、円形リング状のケース本体部４１と、このケース本体部４１の前面側を覆うケース底部４５とから構成される。これらケース本体部４１とケース底部４５とにより、後方に向けて開口されたロータ収容空間４２ａが形成される。

ケース本体部４１は、その内側に断面視円形の近接内周面４２ｂが形成されており、右側端部には右方に突出した右側ガイド部４３が設けられている。この右側ガイド部４３の右端面には、左方に向けて凹んだばね用座部４３ａが形成されている。一方、ケース本体部４１の左側端部には、左方に突出した左側ガイド部４４が設けられている。

ケース底部４５は、その中央部分に前後に貫通した軸逃がし孔４９が形成されており、この軸逃がし孔４９の周囲に、近接内周面４２ｂと同心で円形リング状のガイド突起４６が後方に突出して形成される。ケース底部４５には、左側部分から下側部分に向けて略三日月状に細長く延びたケース側吸込部４７が、前後に貫通して形成される。また、ケース底部４５には、左側部分から上側部分に向けて略三日月状に細長く延びたケース側吐出部４８が、前後に貫通して形成される。

後側ベーンケース５０は、図１に示すように、略円形平板状に形成されたケース蓋部５１から構成される。ケース蓋部５１は、その中央部分に前後に貫通した軸逃がし孔５７が形成される。ケース蓋部５１における軸逃がし孔５７の周囲には、前側ベーンケース４０のガイド突起４６と同径のガイド突起５２が円形リング状に前方に突出して形成される。ケース蓋部５１の右側端部には右方に突出した右側ガイド部５３が設けられ、一方、ケース本体部５１の左側端部には、左方に突出した左側ガイド部５４が設けられている。ケース蓋部５１には、左側部分から下側部分に向けて略三日月状に細長く延びたケース側吸込部５５が、前後に貫通して形成される。また、ケース蓋部５１には、左側部分から上側部分に向けて略三日月状に細長く延びたケース側吐出部５６が、前後に貫通して形成される。なお、前側ベーンケース４０と後側ベーンケース５０とにより、請求の範囲に記載するベーンケースが構成される。

ポンプハウジング６０は、図１に示すように、略直方体に形成されたハウジング本体部６１と圧縮ばね６２とから構成される。

ハウジング本体部６１の後面中央部分には、長軸を左右に向けた断面視楕円形状で前方に向けて凹んで形成され、一体ベーンケース４を左右に直線移動自在に収容するケース収容空間６３が形成されている。このケース収容空間６３の右側には、ケース本体部４１の右側ガイド部４３およびケース蓋部５１の右側ガイド部５３が、左右にスライド移動可能に嵌合される右側ガイド空間６３ａが形成される。一方、ケース収容空間６３の左側には、ケース本体部４１の左側ガイド部４４およびケース蓋部５１の左側ガイド部５４が、左右にスライド移動可能に嵌合される左側ガイド空間６３ｂが形成される。

ケース収容空間６３の底部を形成する空間底部６４には、駆動軸３０の前側軸部３１を回転自在に支持するハウジング側支持部６５が、前後に貫通して形成される。空間底部６４には、左側部分から下側部分に向けて略三日月状に細長く延びたハウジング側吸込部６６が、前方に凹んで形成される。また、空間底部６４には、左側部分から上側部分に向けて略三日月状に細長く延びたハウジング側吐出部６７が、前方に凹んで形成される。

図２に示すように、ハウジング本体部６１の左側下部に接続された吸込側ライン２が、ハウジング本体部６１に形成されたハウジング側吸込部６６と連通される。一方、ハウジング本体部６１の左側上部に接続されたが吐出側ライン３が、ハウジング本体部６１に形成されたハウジング側吐出部６７と連通される。また、ハウジング本体部６１には、ハウジング側吐出部６７と左側ガイド空間６３ｂとを連通させる流体圧導入路６３ｃが形成される（図１および図４参照）。

圧縮ばね６２は、圧縮量に応じた付勢力を発生するばねである。圧縮ばね６２は、図１に示すように、ハウジング本体部６１の右側面に左右に延びて形成されたばね収容孔６１ａに挿入され、ハウジング本体部６１にキャップ６２ａを取り付けることでばね収容孔６１内に収容保持される。

ポンプカバー７０は、図１に示すように、略平板状に形成されて、ハウジング本体部６１に形成されたケース収容空間６３、右側ガイド空間６３ａおよび左側ガイド空間６３ｂを後方から覆うことが可能な大きさを有したカバー本体部７１から構成される。カバー本体部７１の中央部には、駆動軸３０の後側軸部３３を回転自在に支持するカバー側支持部７２が、前後に貫通して形成される。なお、前側ベーンケース４０、後側ベーンケース５０、ポンプハウジング６０（ハウジング本体部６１）およびポンプカバー７０（カバー本体部７１）により、請求の範囲に記載するロータ収容部材が構成される。また、ポンプハウジング６０およびポンプカバー７０により、請求の範囲に記載するケース収容ハウジングが構成される。

次に、ベーンポンプ１の組立構成について、図５および図６を追加参照しながら説明する。

まず、前側ベーンケース４０に形成されたロータ収容空間４２ａに、後方からロータ１０を挿入して収容させる。ロータ収容空間４２ａに収容されたロータ１０の各スロット部１３に、ベーン２０を挿入する。このとき、スロット部１３に対して、ベーン２０の揺動軸部２１を径方向内側に位置させた状態で挿入し、前側ベーンケース４０に形成されたガイド突起４６にベーン２０の係合溝部２３を係合させる。そして、前側ベーンケース４０のロータ収容空間４２ａを後方から覆うように前側ベーンケース４０に後側ベーンケース５０を取り付け、締結ねじ等を用いて前側ベーンケース４０に後側ベーンケース５０を固定する。このとき、前側ベーンケース４０に対して後側ベーンケース５０を位置調整した上で取り付けることで、後側ベーンケース５０のガイド突起５２がベーン２０の係合溝部２３に係合される（図６参照）。

上述のようにして、内部にロータ１０およびベーン２０を収容した一体ベーンケース４を、ポンプハウジング６０のケース収容空間６３に対して後方から挿入して収容させる。このとき、右側ガイド部４３および右側ガイド部５３がハウジング本体部６１の右側ガイド空間６３ａに嵌合され、一方、左側ガイド部４４および左側ガイド部５４がハウジング本体部６１の左側ガイド空間６３ｂに嵌合されて収容される。このようにして収容されることで、一体ベーンケース４は左右に直線移動自在となってケース収容空間６３に収容される。

ケース収容空間６３に収容された一体ベーンケース４に対して、後方から駆動軸３０を挿通させることで、前側軸部３１をハウジング本体部６１のハウジング側支持部６５に挿通させて支持させるとともに、中央軸部３２をロータ１０の軸孔１２に嵌合させる。続いて、ポンプハウジング６０のケース収容空間６３を後方から覆うように、ハウジング本体部６１にポンプカバー７０を取り付け、締結ねじ等を用いてポンプハウジング６０にポンプカバー７０を固定する。このとき、ポンプカバー７０のカバー側支持部７２に、駆動軸３０の後側軸部３３を挿通させて支持させた上で、ハウジング本体部６１にポンプカバー７０を取り付ける。

次に、ハウジング本体部６１のばね収容孔６１ａに圧縮ばね６２を挿入し、圧縮ばね６２の左端部をばね用座部４３ａに入り込ませ、ばね収容孔６１ａにキャップ６２ａを取り付ける（図５参照）。以上のようにして、ベーンポンプ１は組み立てられる。このようにして組み立てられた状態においては、一体ベーンケース４は、圧縮ばね６２により左方に押圧された状態でケース収容空間６３内に収容される（図７（ａ）参照）。また、駆動軸３０は、駆動源としての例えば電動モータの出力軸に接続され、電動モータを駆動させることで駆動軸３０を回転駆動させることができるように構成される。

なお、図５および図６には、ポンプカバー７０の構成を一部簡略化して図示することで、後側ベーンケース５０の後面に密着された断面図を示している。しかし、実際のポンプカバー７０には、ケース側吸込部５５に対応する部分に後方に向けて凹んだ吸込側空間（図示せず）、およびケース側吐出部５６に対応する部分に後方に向けて凹んだ吐出側空間（図示せず）が形成されている。そして、後述するようにして電動モータが回転駆動されると、吸込側空間からケース側吸込部５５を通ってポンプ室内に流体が吸い込まれ、ポンプ室に吸い込まれた流体がケース側吐出部５６を通って吐出側空間に吐出される。

次に、ベーンポンプ１の作動について、図７および図８を追加参照しながら説明する。

まず、電動モータが駆動される前においては、流体圧導入路６３ｃから左側ガイド空間６３ｂに流体の吐出圧力が供給されていないので、図７（ａ）に示すように、圧縮ばね６２によって一体ベーンケース４がケース収容空間６３内の左側に押し付けられている。つまり、ロータ１０の中心位置ＲＣに対して近接内周面４２ｂの中心位置ＧＣ（ガイド突起４６の中心位置）が左側にずれ、ロータ１０に対して一体ベーンケース４が左側に偏芯している。各ベーン２０は、係合溝部２３がガイド突起４６およびガイド突起５２に係合されるとともに、近接端部２４が近接内周面４２ｂと近接している。ここで、ロータ１０のポンプ室形成部１４、前側ベーンケース４０の近接内周面４２ｂ、ケース底部４５およびケース蓋部５１によって囲まれた領域が、ベーン１０によって区画されて複数のポンプ室が形成される。

この状態で電動モータにより駆動軸３０が回転駆動され、図７（ａ）においてロータ１０が時計回りに回転されると、ベーン２０は係合溝部２３がガイド突起４６およびガイド突起５２に係合された状態のまま、近接端部２４が近接内周面４２ｂに沿うようにロータ１０と一体回転される。このとき、図７（ａ）に示すロータ１０の下側部分においては、ガイド突起４６およびガイド突起５２と係合溝部２３との係合により、ベーン２０は近接内周面４２ｂに沿うように、ロータ１０の回転に応じて徐々にスロット部１３から径方向に突出される。そのため、ロータ１０の下側部分においては、ポンプ室の容積がロータ１０の回転に応じて徐々に増大され、各ポンプ室にはその容積変化量に応じた負圧が発生する。このロータ１０の回転に応じてポンプ室の容積が増大される部分に対応させて、ケース側吸込部４７およびケース側吸込部５５がそれぞれ形成されている。そのため、ロータ１０の下側部分においては、ポンプ室で発生した負圧により、吸込側ライン２内の流体がケース側吸込部４７（ハウジング側吸込部６６）およびケース側吸込部５５を通ってポンプ室内に吸い込まれる。

ロータ１０の下側部分においてポンプ室内に吸い込まれた流体は、そのままロータ１０の回転によりロータ１０の上側部分に搬送される。ロータ１０の上側部分においては、ロータ１０の下側部分とは反対に、ガイド突起４６およびガイド突起５２と係合溝部２３との係合により、ベーン２０は近接内周面４２ｂに沿うように、ロータ１０の回転に応じて徐々にスロット部１３内に没入される。そのため、ロータ１０の上側部分においては、ポンプ室の容積がロータ１０の回転に応じて徐々に減少される。このロータ１０の回転に応じてポンプ室の容積が減少される部分に対応させて、ケース側吐出部４８およびケース側吐出部５６が形成されている。そのため、ロータ１０の上側部分においては、ポンプ室の容積の減少に応じて、ポンプ室内の流体がケース側吐出部４８（ハウジング側吐出部６７）およびケース側吐出部５６を通って、吐出側ライン３に吐出される。このように、一体ベーンケース４がケース収容空間６３内の左側に押し付けられた状態（ロータ１０に対する一体ベーンケースの偏芯量が最大の状態）では、ロータ１０を回転させたときの各ポンプ室の容積変化量が最大となり、ベーンポンプ１のポンプ能力が最大となる。

図７（ａ）に示す状態では、ロータ１０に対して一体ベーンケース４が左側に偏芯しているため、例えば図７（ａ）中のＡで示す部分のスロット部１３は、図７（ｂ）に示すようにガイド突起４６の接線ＴＬに対して直交方向ではなく斜め方向に延びて位置している。上述したように、係合溝部２３の径方向幅が、ガイド突起４６の径方向幅よりも大きくなるように形成されているので、ベーン２０は係合溝部２３をガイド突起４６に係合させたまま、揺動軸部２１を中心としてスロット部１３の向きに揺動される。このようにして、各ベーン２０は、スロット部１３の向きに沿うように揺動されるので、近接端部２４と近接内周面４２ｂとの対向間隔ｄを一定に保ちながら、近接内周面４２ｂに沿うようにロータ１０と一体的に回転される（図６参照）。

本発明を適用したベーンポンプ１は、ロータ１０が回転されるときに、ロータ１０の径方向においては、ガイド突起４６およびガイド突起５２の内周面とベーン２０の揺動軸部２１とが摺動し、近接端部２４と近接内周面４２ｂとは離間している。また、揺動軸部２１は円柱状に形成されているため、ガイド突起４６およびガイド突起５２の内周面に対して極小さな接触面積で接触しながら、ガイド突起４６およびガイド突起５２に沿ってロータ１０と一体回転される。このように、ベーン２０は、ガイド突起４６およびガイド突起５２の内周面に対して極小さな接触面積で接触する構成となっているので、例えばベーンの径方向先端部全体をポンプハウジングの内周面に押し付けた状態でロータを回転させる従来構成と比較して、ロータを回転させるときの摩擦抵抗を大きく低減することができる。また、ガイド突起４６およびガイド突起５２の内周面に対して極小さな接触面積で揺動軸部２１が接触する構成となっているため、ロータ１０が回転されるときにガイド突起４６およびガイド突起５２とベーン２０との間における摩擦抵抗がほとんど変化せず、ロータ１０がスムーズに回転される。

ところで、従来構成のベーンポンプにおいては、常時ベーンがポンプハウジングの内周面に押し付けられているので、特に潤滑性の低い流体をポンプ室に吸い込んで吐出する場合に、ベーンの先端部が摩耗しやすいという問題があった。これに対し本発明を適用したベーンポンプ１では、ロータ１０が回転されたときに近接端部２４と近接内周面４２ｂとが対向間隔ｄを維持するように構成されているため、例えば潤滑性の低い流体をポンプ室に吸い込んで吐出する場合であっても、ベーン２０の近接端部２４の摩耗を防止できる。

このようにして、ロータ１０を回転させて吸込側ライン２内の流体が吐出側ライン３に吐出されると、吐出側ライン３における流体が流体圧導入路６３ｃを介して左側ガイド空間６３ｂに導かれる。これにより、一体ベーンケース４には、吐出側ライン３における流体の流体圧（吐出圧力）に応じた力（一体ベーンケース４を右側にスライド移動させる力）が作用する。例えば駆動軸３０の回転速度が上昇して吐出側ライン３における流体の吐出圧力が所定圧力以上に高まり、圧縮ばね６２が一体ベーンケース４を左側に押圧する力に対して一体ベーンケース４を右側に移動させる力が上回ると、一体ベーンケース４は右側ガイド空間６３ａおよび左側ガイド空間６３ｂにガイドされながら真っ直ぐ右方にスライド移動される。すなわち、一体ベーンケース４は、ケース収容空間６３内において、ロータ１０に対する一体ベーンケース４の偏芯量が減少する方向に移動される。

そして、吐出側ライン３における流体の吐出圧力がさらに上昇すると、図８（ａ）に示すように一体ベーンケース４は、吐出圧力によりケース収容空間６３の右側に押し付けられるまでスライド移動される。一体ベーンケース４がケース収容空間６３の右側に押し付けられた状態においては、ロータ１０の中心位置ＲＣと近接内周面４２ｂの中心位置ＧＣとがほぼ一致し、ロータ１０と近接内周面４２ｂとの偏芯量がほぼ零となる。

図８（ａ）に示す状態では、ロータ１０に対して一体ベーンケース４がほとんど偏芯していないため、各スロット部１３は、例えば図８（ｂ）に示すようにガイド突起４６の接線ＴＬにほぼ直交する向きに延びている。各ベーン２０は、揺動軸部２１を中心としてスロット部１３の向き（接線ＴＬにほぼ直交する向き）に揺動されることで、近接端部２４と近接内周面４２ｂとの対向間隔ｄを一定に保ちながら、近接内周面４２ｂに沿うようにロータ１０と一体的に回転される（図６参照）。この図８（ａ）に示す状態では、各ポンプ室の容積は、ロータ１０の回転に伴ってほとんど変化しないため、図７（ａ）に示す状態と比較して、各ポンプ室に吸い込まれる流体量および各ポンプ室から吐出される流体の吐出量は減少する。すなわち、このときには、ベーンポンプ１のポンプ能力が最小となる。

以上のように、吐出側ライン３における流体の吐出圧力に応じて、一体ベーンケース４をケース収容空間６３内において左右にスライド移動させて偏芯量を変化させることで、この偏芯量に対応してポンプ室の容積変化量が変化させることができる。ポンプ室の容積変化量が変化すると、ロータ１０が所定回転する際に吐出される流体の吐出流量、つまりベーンポンプ１のポンプ能力が変化する。そこで、ベーンポンプ１においては、吐出側ライン３における流体を左側ガイド空間６３ｂに導くことで、吐出側ライン３における流体の吐出圧力を所定圧に維持しながら流体の吐出流量を変化させることができるばね係数を有した圧縮ばね６２が用いられている。よって、ロータ１０の回転速度が変化した場合であっても、流体の吐出圧力を一定に維持しながら流体の吐出流量を変化させる制御を自動で行うことが可能である。

このように構成されたベーンポンプ１の各効率について、図９〜１１を参照して説明する。なお、図９〜１１には、本発明を適用したベーンポンプ１における近接端部２４と近接内周面４２ｂとの対向間隔ｄを０．１５ｍｍに設定し、流体温度を５０℃に設定した場合の測定結果を示している。各図においては、比較参照用としてベーンポンプ１での測定結果の他に、外接ギヤポンプ、およびベーン背圧室に流体の吐出圧力を導くことで吐出圧力に応じた力でベーンをベーンケースの内周面に押し付ける従来型ベーンポンプでの測定結果を併記している。また、各ポンプについて、１分間あたりの入力回転数を５００回転に設定した場合と、１０００回転に設定した場合とに分けて測定している。

図９は、吐出圧力と容積効率との関係をグラフに示したものである。ここで、ポンプ容積効率は、無負荷時での流体の吐出流量に対する各吐出圧力での流体の吐出流量の比率で表される。図９から分かるように、ベーンポンプ１は、外接ギヤポンプおよび従来型ベーンポンプと比較して、近接端部２４と近接内周面４２ｂと間に隙間を設けている分だけ容積効率は低下する。

図１０は、吐出圧力とポンプ効率との関係をグラフに示したものである。ここで、ポンプ効率は、駆動源（例えば電動モータ）への入力に対するポンプの出力の比率で表される。図１０から分かるように、ベーンポンプ１は、外接ギヤポンプおよび従来型ベーンポンプと比較して、ロータ１０を回転させたときの摺動部分の面積が少なく摩擦抵抗が低減されるため、その分だけポンプ効率を向上させることができる。

図１１は、吐出圧力と機械効率との関係をグラフに示したものである。ここで、機械効率は、供給されたエネルギーに対するポンプが実際に行った仕事の比率で表される。図１１から分かるように、ベーンポンプ１は、外接ギヤポンプおよび従来型ベーンポンプと比較して、ロータ１０を回転させたときの摺動部分の面積が少なく摩擦抵抗が低減されるため、その分だけ機械効率を向上させることができる。

上述の実施形態においては、前側ベーンケース４０にガイド突起４６、後側ベーンケース５０にガイド突起５２を形成するとともに、ベーン２０に一対の係合溝部２３を形成した構成を例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば反対に、前後に突出する一対の係合突起をベーン２０に形成するとともに、この係合突起と係合可能な係合溝部を前側ベーンケース４０および後側ベーンケース５０にリング状に形成する構成も可能である。

また、上述の実施形態においては、近接内周面４２ｂを断面視円形に形成し、この近接内周面４２ｂの断面形状に対応させて円形リング状のガイド突起４６およびガイド突起５２を設けた例について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、断面視楕円の近接内周面が形成された前側ベーンケースを用いた上で、この近接内周面の断面形状に対応させて、楕円リング状のガイド突起を前側ベーンケースおよび後側ベーンケースに設ける構成も可能である。

上述の実施形態では、吐出側ライン３における流体を流体圧導入路６３ｃを介して左側ガイド空間６３ｂに導くことで、一体ベーンケース４を偏芯量が減少する方向に移動させてポンプ能力を変化させる構成例について説明したが、本発明はこの構成例に限定して適用されるものではない。例えば、流体圧導入路６３ｃを設ける代わりに、制御された油圧を左側ガイド空間６３ｂに導いて、この制御油圧に応じた力を一体ベーンケース４に作用させることで一体ベーンケース４の移動制御を行う構成でも良い。

上述したように、ベーンポンプ１においては、近接端部２４と近接内周面４２ｂと間に隙間を設けているためにその隙間を通って高圧側から低圧側に流体が漏れるので、ベーンの先端部をポンプハウジングの内周面に押し付ける従来構成のベーンポンプと比較して、この漏れ分だけ容積効率が低下する。しかしながら、この漏れ量は吐出圧力が低いときには小さいので、低い吐出圧力が要求される用途、例えばエンジン内部に潤滑油を循環させるためのポンプに好適である。また、吸入および吐出させる流体は油に限られず、例えば水等を吸入および吐出させることも可能である。

上述したベーンポンプ１においては、ロータ１０が回転されるときベーン２０には径方向外側への遠心力が作用するが、一方で、ポンプ室から流体が吐出される際にベーン２０には径方向内側（中心方向）への力が作用することとなる。そのため、径方向外側に作用する遠心力が、径方向内側に作用する力によって打ち消される（弱められる）ので、ガイド突起４６，５２の内側内周面と揺動軸部２１との摩耗を低減することができる。また、ガイド突起４６，５２の内側内周面と揺動軸部２１とが摺動するときの摩擦抵抗を抑えることができるので、ベーンポンプ１の機械効率を向上させることが可能になる。

上述の実施形態においては、ケース収容空間６３内において一体ベーンケース４を移動させて偏芯量を変化させることで、ポンプ能力（ポンプ室の容量）を変化させる可変容量型のベーンポンプ１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこのタイプのベーンポンプに限定して適用されるものではない。例えば、ベーンポンプ１において、前側ベーンケース４０をハウジング本体部６１と一体に形成するとともに、後側ベーンケース５０をカバー本体部７１と一体に形成することで、ロータ１０をポンプハウジング６０（ハウジング本体部６１）の内周面に対して偏芯させて収容した固定容量型のベーンポンプにも適用可能である。この固定容量型のベーンポンプに適用した場合には、ベーン２０が、近接端部２４とハウジング本体部６１の内周面との対向間隔を一定に保ちながら、ハウジング本体部６１の内周面に沿うようにロータ１０と一体的に回転される。この場合には、ポンプハウジング６０におけるハウジング側支持部６５の形成位置に応じて、ポンプハウジング６０の内周面に対するロータ１０の偏芯量が決定され、ポンプ室の容量はこの偏芯量に対応した容量に構成される。なお、固定容量型のベーンポンプにおいては、例えばロータ２０の回転速度を制御することによって流体の吐出流量が制御される。

上述の実施形態においては、ケース収容空間６３内において一体ベーンケース４を直線移動させることで偏芯量を変化させる可変容量型のベーンポンプ１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこのタイプのベーンポンプに限定して適用されるものではない。例えば、ケース収容空間６３内において一体ベーンケース４を揺動させることで偏芯量を変化させる可変容量型のベーンポンプにも、本発明を適用可能である。

上述の実施形態では、例えば電動モータにより駆動軸３０を回転駆動させることで、流体を吸入および吐出するベーンポンプ１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこのベーンポンプに限定して適用されるものではない。すなわち、ベーン２０が出没自在に設けられたロータ１０を備えて構成されるベーン式油圧装置全般に適用可能であり、例えば吸込側ライン２からポンプ室に供給された流体を吐出側ライン３から排出させることでロータ１０を回転駆動させ、このロータ１０の回転駆動力を駆動軸３０を介して取り出すように構成されたベーンモータにも、本発明を適用できる。

１ベーンポンプ（ベーン式油圧装置）
１０ロータ
１３スロット部
２０ベーン
２３係合溝部
３０駆動軸
４０前側ベーンケース（ロータ収容部材、ベーンケース）
４２ａロータ収容空間
４２ｂ近接内周面（ロータ収容部材の内周面）
４６ガイド突起（係合突起部）
５０後側ベーンケース（ロータ収容部材、ベーンケース）
５２ガイド突起（係合突起部）
６０ポンプハウジング（ロータ収容部材、ケース収容ハウジング）
６２圧縮ばね（付勢部材）
６３ケース収容空間
７０ポンプカバー（ロータ収容部材、ケース収容ハウジング）

Claims

外周に円筒状のポンプ室形成部を備えて円盤状に形成され、前記ポンプ室形成部を通って径方向に延びる複数のスロット部を備えたロータと、
前記複数のスロット部内に前記ポンプ室形成部を通って外径方向に突出移動自在にそれぞれ配設される複数のベーンと、
前記ロータにその中心を通って取り付けられる駆動軸と、
前記ロータを収容するロータ収容空間を備えたベーンケースと、
前記ベーンケースを収容するケース収容空間を備えたケース収容ハウジングとを備えて構成され、
前記スロット部内に前記ベーンを配設するとともに前記駆動軸を取り付けた前記ロータを、前記駆動軸を前記ベーンケースから外部に突出させるとともに前記ロータおよび前記ベーンを前記駆動軸を中心として回転自在に且つ前記駆動軸と直角な方向に相対移動自在に前記ロータ収容空間内に収容して一体ベーンケースを構成し、
前記ベーンケースから外部に突出する前記駆動軸を前記ケース収容ハウジングにより回転自在に支持して前記一体ベーンケースを前記ケース収容空間内に収容し、前記ベーンケースを前記ケース収容空間内で前記駆動軸と直角な方向に相対移動自在に支持し、
前記ロータ収容空間における前記ポンプ室形成部より内径側に位置して前記ベーンケースに軸方向内方に突出するリング状の係合突起が設けられ、前記ベーンの内径側の側面部に内方に窪んだ係合凹部が形成されており、前記一体ベーンケース内において前記係合突起が前記係合凹部に突入して係合し、前記ロータの回転に応じて前記ベーンを前記ロータ収容空間の内周面に近接した状態でこの内周面に沿って移動させるように構成され、
前記ロータ収容空間の内周面と前記ポンプ形成部の外周面とに囲まれた空間を前記複数のベーンにより区画して複数のポンプ室を形成するように構成されたことを特徴とするベーン式油圧装置。
前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向に相対移動させることにより、前記ロータに対する前記ベーンケースの偏芯量を変化させて、前記ポンプ室の容量を変化させることが可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のベーン式油圧装置。
前記ケース収容ハウジングは、前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向の相対移動方向の一方側に付勢する付勢部材を備え、
前記ポンプ室から吐出された流体の流体圧を前記ベーンケースに作用させることで、前記付勢部材による付勢力に抗して前記ベーンケースを他方側に押圧するように構成され、前記付勢部材の付勢力と前記流体圧とのバランスに応じて前記ケース収容空間内において前記ベーンケースを前記駆動軸と直角な方向に相対移動させることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のベーン式油圧装置。
前記ロータ収容空間の内周面は円形に形成されており、
前記ロータ収容空間に設けられた前記係合突起は、前記ロータ収容空間の内周面と同心に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベーン式油圧装置。