JP5887243B2 - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体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。

可変容量型ベーンポンプは、カムリングがピンを支点にして揺動することで、ロータに対するカムリングの偏心量を変化させ、作動流体の吐出容量を変化させる。

特許文献１に開示された可変容量型ベーンポンプは、カムリングの外周に第一、第二流体圧室が設けられ、第一、第二流体圧室の圧力差によってカムリングが揺動する。

カムリングを収容するアダプタリングにはカムリングの外周に対峙するシール収容溝が形成され、このシール収容溝にシール部材が介装される。このシール部材がカムリングの外周に摺接することによって第一、第二流体圧室が仕切られる。

この種のシール部材は、カムリングの外周に摺接する樹脂製のスリッパシールと、このスリッパシールをカムリングの外周に押し付けるゴム製の弾性部材とによって構成される。

アダプタリングに形成されるシール収容溝は、可変容量型ベーンポンプの限られたスペースによってその開口断面の大きさ（溝深さ）に制約を受ける。このため、スリッパシールはその断面形状が長方形となる扁平な細板状に形成されて、シール収容溝におけるスリッパシールの背後に弾性部材を介装するスペースが確保される。

特開２００５−３３７１４６号公報

しかしながら、上記のスリッパシールはその断面形状が長方形となる細板状に形成されているため、組立時にシール収容溝に対するスリッパシールの組み付け方向を間違うおそれがある。このようなスリッパシールが組み付け間違いが起きると、第一、第二流体圧室間の密封性が損なわれるという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、可変容量型ベーンポンプにおいて、スリッパシールの組み付け間違いを防止することを目的とする。

本発明は、流体圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプであって、回転駆動されるロータと、ロータに摺動自在に挿入される複数のベーンと、ベーンの先端が摺接する内周カム面を有し、ロータの中心に対して偏心可能なカムリングと、ロータとカムリングと隣り合うベーンの間に画成されるポンプ室と、互いの圧力差によってカムリングをロータに対して移動させる第一流体圧室及び第二流体圧室をカムリングの外周との間に画成するカムリング収容部材と、カムリング収容部材の内周に形成されるシール収容溝と、シール収容溝に介装されカムリングの移動時にカムリングの外周が摺接して第一流体圧室と第二流体圧室を仕切るスリッパシールと、を備え、スリッパシールは、その断面形状が正方形である細板状に形成されることを特徴とする。

本発明では、断面形状が正方形をしたスリッパシールはシール収容溝に対して組み付けられる方向が限定されないため、組立時にシール収容溝に対するスリッパシールの組み付け間違いが防止され、第一、第二流体圧室間の密封性が損なわれることを回避できる。

本発明の実施形態に係る可変容量型ベーンポンプの正面図である。 可変容量型ベーンポンプの一部を拡大した正面図である。 可変容量型ベーンポンプの動作を示す正面図である。 比較例における可変容量型ベーンポンプの一部を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１を参照して、本発明の実施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（流体圧機器）、例えば、パワーステアリング装置や無段変速機等の油圧（流体圧力）供給源として用いられるものである。

以下、ベーンポンプ１００が作動流体を吐出する構成について説明する。なお、ベーンポンプ１００には、作動流体として、作動油（オイル）を用いるが、作動油の代わりに例えば水溶性代替液等の作動液を用いてもよい。

ベーンポンプ１００は、駆動シャフト１にエンジン（図示省略）の動力が伝達され、駆動シャフト１に連結されたロータ２が回転する。図１では、ロータ２は矢印で示すように時計回りに回転する。

ベーンポンプ１００は、作動流体を加圧するポンプ機構として、ロータ２と、ロータ２の回転径方向に往復動する複数のベーン３と、ロータ２及びベーン３を収容するカムリング４とを備える。

ロータ２は、円環状に形成される。ロータ２には、複数のスリット２Ａが一定の間隔をもって放射状に形成される。ロータ２の内周にはスプライン２Ｃが形成され、このスプライン２Ｃに駆動シャフト１のスプライン１Ｃが嵌合される。

ベーン３は、略矩形の平板状に形成され、スリット２Ａに摺動自在に挿入される。

カムリング４は、円環状に形成される。カムリング４の内周には、円筒面状の内周カム面４Ａが形成される。ロータ２の回転に伴ってベーン３の先端が内周カム面４Ａに摺接する。

カムリング４の内部には、ロータ２の外周、カムリング４の内周カム面４Ａ、及び隣り合うベーン３によって複数のポンプ室７が画成される。

ベーンポンプ１００は、ケーシングとしてポンプボディ５とポンプカバー（図示省略）を備える。図１は、ポンプボディ５からポンプカバーが取り外された分解状態を示している。ポンプボディ５とポンプカバーは、複数のボルト１０を介して締結される。駆動シャフト１は、ポンプボディ５及びポンプカバーに軸受（図示省略）を介して回転自在に支持される。

ポンプボディ５には、ポンプ機構を収容するポンプ収容凹部５Ａが形成される。ポンプ収容凹部５Ａの底面には、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８が配置される。ポンプ収容凹部５Ａ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によって封止される。ポンプカバーとサイドプレート８は、アダプタリング１１、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。

アダプタリング１１は、カムリング４を収容するカムリング収容部材として設けられる。ポンプカバーとサイドプレート８の間にアダプタリング１１が介在することにより、ポンプカバー及びサイドプレート８のロータ２及びカムリング４に対する隙間が精度よく形成される。

サイドプレート８には、作動流体をポンプ室７内に導く吸込ポート１６と、ポンプ室７内の作動流体を取り出して外部の流体圧機器に導く吐出ポート１８と、が形成される。吸込ポート１６は、吸込通路（図示省略）を介してタンク（図示省略）に連通される。吐出ポート１８は、ポンプ吐出通路（図示省略）を介して流体圧機器に連通される。

ベーンポンプ１００の作動時に、カムリング４内の吸込領域では、内周カム面４Ａに摺接するベーン３がロータ２から突出してポンプ室７が拡張し、タンクの作動流体が吸込通路を通じて吸込ポート１６からポンプ室７に吸い込まれる。一方、カムリング４内の吐出領域では、内周カム面４Ａに摺接するベーン３がロータ２に押し込まれてポンプ室７が収縮し、ポンプ室７にて加圧された作動流体が吐出ポート１８からポンプ吐出通路を通じて流体圧機器に供給される。

以下、ベーンポンプ１００の吐出容量（押しのけ容積）を変化させる構成について説明する。

ポンプボディ５のポンプ収容凹部５Ａには、アダプタリング１１とカムリング４が収容される。アダプタリング１１とカムリング４の間には、支持ピン１３が介装される。支持ピン１３は、その両端部がサイドプレート８およびポンプカバーに設けられた穴（図示省略）にそれぞれ挿入されることにより、位置決めされる。アダプタリング１１の外周には、支持ピン１３に係合する係合凹部１１Ｅが形成される。アダプタリング１１は、係合凹部１１Ｅが支持ピン１３に係合することにより、周方向について位置決めされる。カムリング４の外周には支持ピン１３に係合する係合凹部４Ｅが形成される。カムリング４はアダプタリング１１の内側で支持ピン１３を支点に揺動し、ロータ２の中心に対して偏心する。

カムリング４の外周とアダプタリング１１の内周との間には、後述するスリッパシール１４が介装される。スリッパシール１４はカムリング４の揺動時にカムリング４の外周が摺接する。スリッパシール１４と支持ピン１３とによって、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２とが区画される。

ベーンポンプ１００は、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２に導かれる作動流体の圧力を制御する制御バルブ２１を備える。制御バルブ２１には、第一流体圧室３１に連通する第一流体圧通路３３と、第二流体圧室３２に連通する第二流体圧通路３４と、タンクに連通するドレン通路（図示省略）とポンプ吐出通路（図示省略）と、がそれぞれ接続される。

カムリング４は、制御バルブ２１によって制御される第一流体圧室３１と第二流体圧室３２とポンプ室７の圧力バランスによって、支持ピン１３について揺動する。カムリング４が揺動することによって、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が変化し、ポンプ室７の吐出容量が変化する。カムリング４が図１にて右方向に揺動すると、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなり、ポンプ室７の吐出容量が小さくなる。これに対して、カムリング４が図１にて左方向に揺動すると、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなり、ポンプ室７の吐出容量が大きくなる。

以下、スリッパシール１４が第一流体圧室３１と第二流体圧室３２を仕切る構成について説明する。

カムリング４の外周には、円筒状の外周面４Ｂと、スリッパシール１４が摺接するシール摺接面４Ｃとが設けられる。シール摺接面４Ｃは、支持ピン１３を中心とする円筒面状に形成される。なお、シール摺接面４Ｃは、この形状に限らず、仕様に応じて任意に設計される。

アダプタリング１１の内周には、カムリング４のシール摺接面４Ｃに対峙するカムリング対峙部１１Ｃが設けられる。カムリング対峙部１１Ｃの中央部にはシール収容溝１２が形成される。シール収容溝１２は、ロータ２の回転軸方向に延び、カムリング対峙部１１Ｃを直線上に横断するように形成される。カムリング４は、カムリング対峙部１１Ｃが設けられることによって、シール収容溝１２が形成されるのに必要な肉厚が確保される。カムリング対峙部１１Ｃは、平面状に形成される。なお、カムリング対峙部１１Ｃは、この形状に限らず、仕様に応じて任意に設計される。

図２は、シール収容溝１２の近傍を示す正面図である。シール収容溝１２は、スリッパシール１４を挟んで互いに対向して軸方向に延びる第一、第二溝側部１２Ａ、１２Ｂと、スリッパシール１４の背後に位置して軸方向に延びる溝底部１２Ｃと、を有する。

第一、第二溝側部１２Ａ、１２Ｂは互いに平行な平面状に延びる部位と、カムリング対峙部１１Ｃに連接して曲面状に延びる部位と、溝底部１２Ｃに連接して曲面状に延びる部位と、を有する。

スリッパシール１４は、その断面形状が正方形である細板状に形成される。スリッパシール１４は、軸方向に延びる第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄと、第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄの隣り合うものどうしを結ぶ第一〜第四角部１４Ｅ〜１４Ｈと、を有する。

第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄは、平面状に形成され、隣り合うものどうしが互いに直交する。第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄの幅（長手方向に直交する寸法）は、互いに等しい。

第一〜第四角部１４Ｅ〜１４Ｈは、各第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄの隣り合うものどうしを結ぶ直角形断面状の部位である。なお、第一〜第四角部１４Ｅ〜１４Ｈは、直角断面形状に限らず、例えば第一〜第四シール面１４Ａ〜１４Ｄの隣り合うものどうしを曲面状に結ぶ形状としてもよい。

なお、明細書及び特許請求の範囲において、正方形とは、４つの辺のうち平行に延びる２つの辺どうし間の距離（スリッパシール１４の幅）が互いに等しい形状を意味し、必ずしも角部を有するものではない。

スリッパシール１４は、樹脂材を細板状に成形して形成される。スリッパシール１４の材質は、要求される弾性率、摩擦係数等の性能に応じて任意に設定される。

シール収容溝１２の開口幅及び深さは、スリッパシール１４の幅よりシール収容溝内間隙２０の開口幅だけ大きく形成される。これにより、シール収容溝１２とスリッパシール１４の間には、シール収容溝内間隙２０が画成される。

シール収容溝１２の溝底部１２Ｃとスリッパシール１４の間には、弾性部材等が設けられない。これにより、スリッパシール１４は、シール収容溝１２にシール収容溝内間隙２０の内側で移動可能に介装される。

以下、スリッパシール１４が第一流体圧室３１と第二流体圧室３２を仕切る動作について説明する。

図２は、第二流体圧室３２の作動流体圧が第一流体圧室３１より高くなっている作動時（ロータ２の低速回転時）の状態を示している。この作動状態では、第一流体圧室３１及び第二流体圧室３２内の作動流体圧差によってスリッパシール１４が図２にて左方向に移動し、スリッパシール１４の右側及び下側にはシール収容溝１２との間に断面Ｌ字形のシール収容溝内間隙２０が画成される。これにより、スリッパシール１４の第三、第四シール面１４Ｃ、１４Ｄには第二流体圧室３２の作動流体圧がシール収容溝内間隙２０を通じて図中矢印で示すように作用し、第二シール面１４Ｂがシール収容溝１２の第二溝側部１２Ｂに押し付けられるとともに、第一シール面１４Ａがカムリング４のシール摺接面４Ｃに押し付けられる。

図３は、第一流体圧室３１の作動流体圧が第二流体圧室３２より高くなる切り換え作動時の状態を示している。作動流体圧が切り換えられた直後にて、スリッパシール１４の第一シール面１４Ａがカムリング４のシール摺接面４Ｃから離れていると、作動流体が図３に矢印Ｇ１、Ｇ２で示すように第一流体圧室３１からスリッパシール１４のまわりを通じて第二流体圧室３２へと流れる。矢印Ｇ１で示す作動流体は、第一シール面１４Ａとシール摺接面４Ｃの間を直線的に流れるため、矢印Ｇ２で示す作動流体に比べて、付与される流路抵抗が小さく、その流速が高く、かつ作動流体圧が低くなる。これによりスリッパシール１４は、第一、第三シール面１４Ａ、１４Ｃに作用する作動流体圧差によって矢印Ｆ１で示すようにカムリング４のシール摺接面４Ｃに近づいて押し付けられる。そして、スリッパシール１４は、第一流体圧室３１及び第二流体圧室３２内の作動流体圧差によって矢印Ｆ２で示すように図３にて右方向に移動し、第四シール面１４Ｄがシール収容溝１２の第一溝側部１２Ａに押し付けられる。

こうして、スリッパシール１４は、シール収容溝１２とスリッパシール１４の間に画成されるシール収容溝内間隙２０によって導かれる第一流体圧室３１、第二流体圧室３２の作動流体圧差によってカムリング４のシール摺接面４Ｃ及びシール収容溝１２の第二溝側部１２Ｂまたは第一溝側部１２Ａに押し付けられ、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２の間を密封する。

ここで、比較例におけるベーンポンプ２００について説明する。

図４は、比較例における可変容量型ベーンポンプ２００のシール収容溝１２の近傍を示す正面図である。

比較例におけるベーンポンプ２００では、シール収容溝１２に樹脂製のスリッパシール２１４とゴム製の弾性部材２０１とが介装される。スリッパシール２１４は、弾性部材２０１の弾性復元力によってカムリング４の外周に押し付けられ、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２の間を密封する。

スリッパシール２１４はその断面形状が長方形となる扁平な細板状に形成される。これにより、シール収容溝１２におけるスリッパシール２１４の背後には弾性部材２０１を介装するスペースが確保される。

しかし、スリッパシール２１４はその断面形状が長方形となる細板状に形成されているため、ベーンポンプ２００の組立時にシール収容溝１２に対するスリッパシール２１４の組み付け方向を間違うおそれがある。このようなスリッパシール２１４の組み付け間違いが起きると、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２間の密封性が損なわれる。

上記の比較例に対して、本実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕本実施形態の可変容量型ベーンポンプ１００は、断面形状が正方形をしたスリッパシール１４のシール収容溝１２に対する組み付けられる方向が限定されないため、組立時にシール収容溝１２に対するスリッパシール１４の組み付け間違いが防止され、第一、第二流体圧室間３１、３２の密封性が損なわれることを回避できる。

〔２〕本実施形態の可変容量型ベーンポンプ１００は、シール収容溝１２とスリッパシール１４の間にシール収容溝内間隙２０が画成され、このシール収容溝内間隙２０を通じて第一流体圧室３１または第二流体圧室３２からスリッパシール１４をカムリング４の外周に押し付ける作動流体圧が導かれる構成により、第一流体圧室３１及び第二流体圧室３２の作動流体圧差によってスリッパシール１４がシール収容溝内間隙２０内を移動してカムリング４の外周に押し付けられ、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２間の密封性が確保される。

以上のように、本実施形態の可変容量型ベーンポンプ１００は、シール収容溝１２内にスリッパシール１４をカムリング４の外周に押し付ける弾性部材が設けられない。弾性部材が廃止されることにより、比較例のスリッパシール２１４より厚さが増したスリッパシール１４をシール収容溝１２に介装しても、シール収容溝１２の深さを比較例よりも大きく形成する必要がなく、シール収容溝１２が開口するカムリング収容部材（アダプタリング１１）の大型化を招かない。

本発明は上記の実施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。

本発明の可変容量型ベーンポンプは、車両に搭載される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に利用できるとともに、他の機械、設備の流体圧力供給源にも利用できる。

２ ロータ
３ ベーン
４ カムリング
４Ａ 内周カム面
７ ポンプ室
１１ アダプタリング（カムリング収容部材）
１２ シール収容溝
１４ スリッパシール
２０ シール収容溝内間隙
３１ 第一流体圧室
３２ 第二流体圧室
１００ 可変容量型ベーンポンプ

Claims (2)

1. 流体圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプであって、
   回転駆動されるロータと、
   前記ロータに摺動自在に挿入される複数のベーンと、
   前記ベーンの先端が摺接する内周カム面を有し、前記ロータの中心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隣り合う前記ベーンの間に画成されるポンプ室と、
   互いの圧力差によって前記カムリングを前記ロータに対して移動させる第一流体圧室及び第二流体圧室を前記カムリングの外周との間に画成するカムリング収容部材と、
   前記カムリング収容部材の内周に形成されるシール収容溝と、
   前記シール収容溝に介装され前記カムリングの移動時に前記カムリングの外周が摺接して前記第一流体圧室と前記第二流体圧室を仕切るスリッパシールと、を備え、
   前記スリッパシールは、その断面形状が正方形である細板状に形成されることを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 前記シール収容溝と前記スリッパシールの間に前記第一流体圧室または前記第二流体圧室から前記スリッパシールを前記カムリングの外周に押し付ける作動流体圧が導かれるシール収容溝内間隙が画成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。

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