JP6071121B2 - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体圧機器における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。

この種の可変容量型ベーンポンプとして、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、吐出容量を変化させるものがある。

特許文献１には、ベーンポンプの吐出ポートがカムリングと干渉しないように形成され、カムリングが移動しても吐出ポートの開口面積が変化しないようにした可変容量型ベーンポンプが開示されている。

特開２０１１−１４０９１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の可変容量型ベーンポンプでは、カムリングが移動するに伴って吸込ポートの一部を塞ぐ段差をつくるため、ポンプ室に吸い込まれる作動流体がこの段差に当たり、作動流体に付与される圧力損失が増大し、吸込ポートとポンプ室の間にキャビテーションが発生する可能性がある。

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のカムリングによるキャビテーション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収装される複数のベーンと、ベーンの先端部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との間に画成されるポンプ室と、ポンプ室に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポートと、ポンプ室から吐出される作動流体を導く吐出ポートと、を備え、吸込ポートは、ロータの中心を中心として円弧状に形成され、ロータの回転に伴ってポンプ室との連通が始まる連通開始側吸込ポート端部と、ロータの回転に伴ってポンプ室との連通が終わる連通終了側吸込ポート端部と、を有し、連通開始側吸込ポート端部にカムリングが最大偏心位置にある際におけるカムリングの内周カム面の形状と略同一形状に形成された第一のポート内壁面が形成され、連通終了側吸込ポート端部にカムリングが最小偏心位置にある際におけるカムリングの内周カム面の形状と略同一形状に形成された第二のポート内壁面が形成されることを特徴とする。

本発明では、吸込ポートを通ってポンプ室に吸い込まれる作動流体がカムリングの段差に当たって圧力損失が生じることが抑えられ、吸込ポートとポンプ室の間にキャビテーションが発生することを防止できる。

本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプのカムリングが最大偏心位置にある状態を示す正面図である。 可変容量型ベーンポンプのカムリングが最小偏心位置にある状態を示す正面図である。 サイドプレートの正面図である。 可変容量型ベーンポンプの断面図である。 可変容量型ベーンポンプにおける作動油の流れを示す模式図である。 従来の可変容量型ベーンポンプの断面図である。 従来の可変容量型ベーンポンプにおける作動油の流れを示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る可変容量型ベーンポンプのロータの回転速度と吐出流量の関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、図１Ａ及び図１Ｂ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（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）供給源として用いられるものである。

ベーンポンプ１００は、駆動軸１にエンジン（図示省略）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１Ａ及び図１Ｂでは、ロータ２は矢印で示すように時計回り方向に回転する。

ベーンポンプ１００は、ロータ２に対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーン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には、外周面に開口部を有するスリット２Ａが所定間隔をおいて放射状に形成される。ベーン３は、スリット２Ａに摺動自在に挿入される。スリット２Ａの基端側には、ポンプ吐出圧力が導かれるベーン背圧室３０が画成される。ベーン３は、ベーン背圧室３０の圧力によってスリット２Ａから突出する方向に押圧される。

駆動軸１は、ポンプボディ８（図３Ａ参照）に回転自在に支持される。ポンプボディ８には、カムリング４を収容するポンプ収容凹部が形成される。ポンプ収容凹部の底面には、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６が配置される。ポンプ収容凹部の開口部は、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（図示せず）によって封止される。ポンプカバーとサイドプレート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。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が画成される。

図２に示すように、サイドプレート６には、作動油をポンプ室７内に導く吸込ポート１５と、ポンプ室７内の作動油を取り出して油圧機器に導く吐出ポート１６と、が形成される。吸込ポート１５及び吐出ポート１６の具体的な形状については、後で詳細に説明する。

図示しないポンプカバーにも、吸込ポート及び吐出ポートが形成される。ポンプカバーの吸込ポート及び吐出ポートは、ポンプ室７を介してサイドプレート６の吸込ポート１５及び吐出ポート１６にそれぞれ連通している。

カムリング４は、環状の部材であり、ベーン３の先端部が摺接する内周カム面４Ａを有する。この内周カム面４Ａには、ロータ２の回転に伴って吸込ポート１５を通じて作動油が吸い込まれる吸込区間と、吐出ポート１６を通じて作動油が吐出される吐出区間と、が形成される。

吸込ポート１５は、吸込通路（図示せず）を通じてタンク（図示せず）に連通され、タンクの作動油が吸込通路を通じて吸込ポート１５からポンプ室７へと供給される。

吐出ポート１６は、サイドプレート６を貫通してポンプボディ８に形成された高圧室（図示せず）に連通される。高圧室は、吐出通路（図示せず）を通じてベーンポンプ１００外部の油圧機器（図示せず）に連通される。ポンプ室７から吐出される作動油が吐出ポート１６、高圧室、吐出通路を通じて油圧機器へと供給される。

図２に示すように、サイドプレート６には、ベーン背圧室３０に連通する背圧ポート１７、１８が形成される。サイドプレート６には、背圧ポート１７、１８の両端どうしを連通する溝２１が形成される。背圧ポート１７は、サイドプレート６を貫通する通孔１９を介して高圧室に連通される。ポンプ室７から吐出される作動油圧が、吐出ポート１６、高圧室、通孔１９、背圧ポート１７、１８を通じてベーン背圧室３０に導かれる。ベーン背圧室３０の作動油圧によってベーン３がロータ２からカムリング４に向けて突出する方向に押圧される。

ベーンポンプ１００の作動時に、ベーン３は、その基端部を押圧するベーン背圧室３０の作動油圧力と、ロータ２の回転に伴って働く遠心力とによって、スリット２Ａから突出する方向に付勢され、その先端部がカムリング４の内周カム面４Ａに摺接する。

カムリング４の吸込区間では、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、作動油が吸込ポート１５からポンプ室７に吸い込まれる。カムリング４の吐出区間では、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油が吐出ポート１６から吐出される。

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。

ベーンポンプ１００は、カムリング４を取り囲む環状のアダプタリング１１を備える。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の内側で支持ピン１３を支点に揺動し、ロータ２の中心Ｏに対して偏心する。

アダプタリング１１の溝１１Ａ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１４が介装される。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１４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。

カムリング４は、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２の圧力差によって、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１Ａにおいて左方向に揺動すると、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなり、ポンプ室７の吐出容量は小さくなる。これに対して、カムリング４が図１Ｂにおいて右方向に揺動すると、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなり、ポンプ室７の吐出容量は大きくなる。

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の移動を規制する規制部１１Ｂと、ロータ２に対する偏心量が大きくなる方向のカムリング４の移動を規制する規制部１１Ｃと、がそれぞれ膨出して形成される。規制部１１Ｂは、ロータ２に対するカムリング４の最小偏心量を規定するものである。規制部１１Ｃは、ロータ２に対するカムリング４の最大偏心量を規定するものである。

第一流体圧室３１と第二流体圧室３２に導かれる作動油圧を制御する制御バルブ（図示せず）を備える。図示しない吐出通路には、オリフィスが設けられる。制御バルブは、オリフィスの前後差圧に応じて移動するスプールによって第一流体圧室３１と第二流体圧室３２に導かれる作動油圧を制御する。制御バルブは、ロータ２の回転速度の増加に伴ってロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなるように第一流体圧室３１と第二流体圧室３２の作動油圧を制御する。

図５は、ベーンポンプ１００のロータ２の回転速度Ｎと吐出流量Ｑの関係を示す特性図である。この特性図に示すように、ロータ２の回転速度Ｎが所定値より低い低回転速度域では、カムリング４が図１Ａに示す最大偏心位置に保持されており、ロータ２の回転速度Ｎが上昇するのに伴って吐出流量Ｑが次第に増加する。ロータ２の回転速度Ｎが所定値を越える中高速度域では、ロータ２の回転速度Ｎが上昇するのに伴ってカムリング４が偏心量が小さくなる方向に次第に移動し、吐出流量Ｑの増加が抑えられる。なお、オリフィスをカムリング４の変位に連動する可変絞りとすることにより、ロータ２の回転速度Ｎが上昇するのに伴って吐出流量Ｑが次第に減少するように設定することも可能である。

以下、図２を参照して、本発明の実施の形態に係る吸込ポート１５について説明する。

吸込ポート１５は、ロータ２の中心Ｏを中心として円弧状に延びるように形成される。図１Ｂに示すように、カムリング４の中心とロータ２の中心Ｏが略一致する状態、即ちカムリング４の偏心量が略零の状態において、吸込ポート１５がカムリング４の内周カム面４Ａに沿って円弧状に延びている。

吸込ポート１５は、ロータ２の回転に伴ってポンプ室７との連通が始まる連通開始側吸込ポート端部１５Ａと、ロータ２の回転に伴ってポンプ室７との連通が終わる連通終了側吸込ポート端部１５Ｂと、を有する。連通開始側吸込ポート端部１５Ａにポート内壁面１５Ｃが形成され、吸込ポート１５の開口幅は吸込ポート１５の中程から連通開始側吸込ポート端部１５Ａの先端にかけて次第に小さくなるように形成される。

連通開始側吸込ポート端部１５Ａには、カムリング４が図１Ａに示すようにロータ２に対する偏心量が大きくなる方向に移動（揺動）した際に、カムリング４の内周カム面４Ａに沿って延びるポート内壁面１５Ｃが形成される。ポート内壁面１５Ｃは、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（揺動）するのに伴ってカムリング４の内周カム面４Ａから離れるようになっている。

図２に示す正面図上において、ポート内壁面１５Ｃの形状は、最大偏心位置にあるカムリング４の内周カム面４Ａと略同一形状となるように、円弧状に湾曲した曲面に形成される。

ポート内壁面１５Ｃは、カムリング４が図１Ａに示す最大偏心位置にあるときに、カムリング４の内周カム面４Ａと段差なく延びるように形成される。

一方、連通終了側吸込ポート端部１５Ｂの開口幅は、吸込ポート１５の中程から連通終了側吸込ポート端部１５Ｂの先端近傍まで略一定になるように形成される。

連通終了側吸込ポート端部１５Ｂには、カムリング４がロータ２に対する偏心量が最小となる位置に移動した際に、カムリング４の内周カム面４Ａに沿って延びるポート内壁面１５Ｄが形成される。

ポート内壁面１５Ｄの形状は、最小偏心位置にあるカムリング４の内周カム面４Ａと略同一形状となるように、円弧状に湾曲した曲面に形成される。

上記のように、吸込ポート１５の外周側の内壁面は、最大偏心位置にある内周カム面４Ａに沿うポート内壁面１５Ｃと、最小偏心位置にある内周カム面４Ａに沿うポート内壁面１５Ｄとによって構成される。

吸込ポート１５の内周側の内壁面１５Ｅは、ロータ２の外周部に沿って円弧状に湾曲した曲面に形成される。

次に、図３Ａ〜４Ｂを参照して、従来のベーンポンプ２００と比較しながら、本実施の形態のベーンポンプ１００の作用効果について説明する。

従来のベーンポンプ２００の吸込ポート２１５は、図２に２点鎖線で示すように、その開口幅が、その中程から連通開始側吸込ポート端部の先端近傍まで略一定になるように形成されている。

図４Ａは従来のベーンポンプ２００の断面図であり、図４Ｂは吸込ポート２１５における作動油の流れを説明するための模式図である。

従来のベーンポンプ２００は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、カムリング２０４がロータ２０２に対する偏心量が大きくなる位置にあるときに、カムリング２０４がサイドプレート２０６に形成された吸込ポート２１５の一部を塞ぐ段差２０４Ｂをつくる。ポンプ室２０７に吸い込まれる作動油は、段差２０４Ｂに当たり、その流線２００Ｆが大きく曲げられる。これにより、吸込ポート２１５とカムリング２０４の間に作られる流路における見かけの流路幅（以下、「有効流路幅」と称する。）が小さくなるため、作動油の流れに付与される圧力損失が増大し、吸込ポート２１５とポンプ室２０７の間にキャビテーションが発生する可能性がある。

図３Ａは本実施の形態のベーンポンプ１００の断面図であり、図３Ｂは吸込ポート１５における作動油の流れを説明するための模式図である。

本実施の形態のベーンポンプ１００は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、カムリング４がロータ２に対する偏心量が最大になる位置にあるときに、カムリング４がサイドプレート６に形成された吸込ポート１５のポート内壁面１５Ｃがカムリング４の内周カム面４Ａと段差なく延びている。ポンプ室７に吸い込まれる作動油は、ポート内壁面１５Ｃと内周カム面４Ａに沿って直進する流れになり、その流線１００Ｆが直線上に延びる。これにより、吸込ポート１５とカムリング４の間に作られる流路における有効流路幅が小さくならないため、作動油の流れに付与される圧力損失が小さく抑えられ、吸込ポート１５とポンプ室７の間にキャビテーションが発生することを防止できる。

図５に示す特性図において、ロータ２の回転速度Ｎが上昇するのに伴って吐出流量Ｑが次第に増加する回転速度域では、図３Ａ及び図３Ｂに示す作動状態が得られ、ポンプ室７に吸い込まれる作動油の流れに付与される圧力損失が小さく抑えられる。この回転速度域を越えて、カムリング４が偏心量が小さくなる方向に揺動する回転速度域でも、吸込ポート１５の開口面積が変化せず、作動油がポンプ室７に吸い込まれる流路にカムリング４が吸込ポート１５に面して段差をつくることがないため、ポンプ室７に吸い込まれる作動油の流れに付与される圧力損失が小さく抑えられる。

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。

〔１〕吸込ポート１５には、カムリング４がロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなる方向に移動した際に、カムリング４の内周カム面４Ａに沿って延びるポート内壁面１５Ｃが形成されたため、吸込ポート１５を通ってポンプ室７に吸い込まれる作動流体がカムリング４の段差に当たって圧力損失が生じることが抑えられ、吸込ポート１５とポンプ室７の間にキャビテーションが発生することを防止できる。

〔２〕吸込ポート１５は、カムリング４が最大偏心位置に移動した際に、ポート内壁面１５Ｃがカムリング４の内周カム面４Ａと段差なく延びるように形成されたため、ポンプ室７に吸い込まれる作動流体がポート内壁面１５Ｃと内周カム面４Ａに沿って直進する流れになり、作動流体の流れに付与される圧力損失が小さく抑えられる。

〔３〕吸込ポート１５は、ロータ２の回転に伴ってポンプ室７との連通が始まる連通開始側吸込ポート端部１５Ａと、ロータ２の回転に伴ってポンプ室７との連通が終わる連通終了側吸込ポート端部１５Ｂと、を有し、連通開始側吸込ポート端部１５Ａにポート内壁面１５Ｃが形成され、吸込ポート１５の開口幅が吸込ポート１５の中程から連通開始側吸込ポート端部１５Ａの先端にかけて次第に小さくなるように形成されたため、カムリング４が偏心量が小さくなる方向に移動しても、吸込ポート１５の開口面積が変化せず、作動流体がポンプ室７に吸い込まれる流路にカムリング４が吸込ポート１５に面して段差をつくらないようにすることができる。

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。

本発明の可変容量型ベーンポンプは、例えばパワーステアリング装置や無段変速機、他の流体圧機器に利用できる。

１ 駆動軸
２ ロータ
３ ベーン
４ カムリング
４Ａ 内周カム面
６ サイドプレート
７ ポンプ室
１５ 吸込ポート
１５Ａ 連通開始側吸込ポート端部
１５Ｂ 連通終了側吸込ポート端部
１５Ｃ ポート内壁面
１６ 吐出ポート
１００ 可変容量型ベーンポンプ

Claims (3)

1. 流体圧供給源として用いられる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収装される複数のベーンと、
   前記ベーンの先端部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との間に画成されるポンプ室と、
   前記ポンプ室に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポートと、
   前記ポンプ室から吐出される作動流体を導く吐出ポートと、を備え、
   前記吸込ポートは、前記ロータの中心を中心として円弧状に形成され、前記ロータの回転に伴って前記ポンプ室との連通が始まる連通開始側吸込ポート端部と、前記ロータの回転に伴って前記ポンプ室との連通が終わる連通終了側吸込ポート端部と、を有し、
   前記連通開始側吸込ポート端部に前記カムリングが最大偏心位置にある際における前記カムリングの内周カム面の形状と略同一形状に形成された第一のポート内壁面が形成され、前記連通終了側吸込ポート端部に前記カムリングが最小偏心位置にある際における前記カムリングの内周カム面の形状と略同一形状に形成された第二のポート内壁面が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. 前記吸込ポートは、前記ロータ及び前記カムリングの一側部に当接するサイドプレートが形成され、前記カムリングが最大偏心位置にあるときに、前記第一のポート内壁面が前記ロータの回転軸と平行な方向において前記カムリングの内周カム面と段差なく延びて形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。
3. 前記吸込ポートの開口幅が前記吸込ポートの中程から前記連通開始側吸込ポート端部の先端にかけて次第に小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量型ベーンポンプ。

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