JP6111093B2 - 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ベーンポンプに関する。

ベーンポンプは、ベーンが収装されたロータと、ベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、ロータの軸方向一端側に摺接するサイドプレートと、を備える。サイドプレートには、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に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、がそれぞれ円弧状に形成される。

さらに、サイドプレートには、ベーンの基端側に画成される背圧室に吐出ポートから吐出された作動流体を導く背圧ポートが形成される。これにより、背圧室の作動流体圧によってベーンが径方向外側に押圧されるので、ロータの全周にわたってベーンの先端をカムリングの内周に摺接させることができる。

特許文献１には、ポンプ室に作動流体が導かれる吸込区間において背圧室に吐出ポートから吐出された作動流体を導入する吸込側の背圧ポートと、ポンプ室から作動流体が吐出される吐出区間において背圧室に吐出ポートから吐出された作動流体を導入する吐出側の背圧ポートと、をそれぞれ円弧状に形成し、各背圧ポートの両端同士をオリフィス溝で連通することが記載されている。

特開２００３−９７４５３号公報

しかし、吸込区間では、ポンプ室の圧力が低いので、背圧室の圧力によってベーンがカムリングの内周カム面に強く押し付けられる。これにより、ベーンの先端と内周カム面との間の摺動抵抗が増大してロータの回転負荷が増大するのでベーンポンプの効率が低下する。

そこで、吸込側の背圧ポートと吐出側の背圧ポートとの連通を遮断して、吸込側の背圧ポートに吸込ポートを流れる作動流体を導入することが考えられる。これにより、吸込区間における背圧室の圧力が低くなるので、ベーンの先端と内周カム面との間の摺動抵抗が低下して、ベーンポンプの効率の低下が抑制される。

しかし、吸込側の背圧ポートを上記のように低圧化すると、吸込区間ではポンプ室と背圧室とがほぼ同圧となるので、吸込区間においてベーンを突出させる方向に作用する力は、主にロータの回転による遠心力のみとなる。したがって、ベーンが吐出区間に移行する際にベーンの押し付け力が足りず、ベーンが内周カム面から離間して吐出区間のポンプ室と吸込区間のポンプ室とが連通してポンプの吐出圧が低下する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、吸込区間におけるベーンの摺動抵抗を抑制しながら吐出区間に移行する際のベーンの離間を防止することが可能なベーンポンプを提供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、ロータの外周に開口部を有して放射状に複数形成されるスリットと、スリットごとに摺動自在に収装されるベーンと、ベーンがスリットから突出する方向の端部であるベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、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、スリット内に形成され、先端部とは反対側の端部であるベーンの基端部によって区画される背圧室と、ポンプ室が吐出ポートと連通する吐出区間において、吐出ポートから吐出される作動流体を背圧室に導く吐出側背圧ポートと、ポンプ室が吸込ポートと連通する吸込区間において、作動流体を背圧室に導く吸込側背圧ポートと、を備え、吸込側背圧ポートは、吸込ポートの作動流体を背圧室に導く低圧ポートと、吐出ポートから吐出される作動流体を背圧室に導く高圧ポートと、に分割して形成され、高圧ポートは低圧ポートよりロータの回転方向前方に配置され、高圧ポートより断面積が小さい細溝を介して吐出側背圧ポートに連通する、ことを特徴とする。

本発明によれば、吸込側背圧ポートを低圧ポートと高圧ポートとに分割して形成し、高圧ポートが低圧ポートよりロータの回転方向前方に配置されるので、吸込区間を通過するベーンに対する押し付け力は、背圧室に低圧ポートが連通している間は小さく保たれ、その後背圧室に高圧ポートが連通すると増大する。したがって、吸込区間におけるベーンの内周カム面に対する押し付け力を低下させてベーンの摺動抵抗を抑制しながら、吐出区間に移行する前にベーンを内周カム面に強く押し付けることができ、ベーンの離間を防止することができる。

本発明の実施形態に係るベーンポンプを示す正面図である。 サイドプレートの正面図である。 ポンプカバーの正面図である。 比較例におけるベーンポンプを示す正面図である。 比較例におけるサイドプレートの正面図である。 比較例におけるポンプカバーの正面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるベーンポンプ１００の正面図であり、ポンプカバー８０を外して駆動軸２０方向から見た図である。図２は、サイドプレート７０の正面図であり、図１と同じ方向から見た図である。図３は、ポンプカバー８０の正面図であり、図１のベーンポンプ１００から取り外したポンプカバー８０を紙面の上下方向を軸として裏返した状態を示す図である。

ベーンポンプ１００は、可変容量型ベーンポンプであり、車両に搭載される流体圧機器、例えば、パワーステアリング装置や無段変速機等の流体圧供給源として用いられる。作動流体は、オイルやその他の水溶性代替液等である。なお、本実施形態では可変容量型ベーンポンプを例示するが、固定容量型のベーンポンプであってもよい。

ベーンポンプ１００は、例えばエンジン（図示せず）等によって駆動され、駆動軸２０に連結されたロータ３０が、図１の矢印で示すように時計回りに回転することで流体圧を発生させる。

ベーンポンプ１００は、ポンプボディ１０と、ポンプボディ１０に回転自在に支持される駆動軸２０と、駆動軸２０に連結されて回転駆動されるロータ３０と、ロータ３０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４０と、ロータ３０及びベーン４０を収容するカムリング５０と、カムリング５０を取り囲む環状のアダプタリング６０と、を備える。

ロータ３０には、外周面に開口部を有するスリット３１が所定間隔をおいて放射状に複数形成される。ベーン４０は、各スリット３１に摺動自在に挿入される。スリット３１の基端側には、ベーン４０がスリット３１から突出する方向とは反対側の端部であるベーン４０の基端部４１によって区画され作動流体が導かれる背圧室３２が形成される。ベーン４０は、背圧室３２の圧力によってスリット３１から突出する方向に押圧される。

ポンプボディ１０には、アダプタリング６０を収容するポンプ収容凹部１１が形成される。ポンプ収容凹部１１の底面には、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の軸方向一方側（図１の奥側）に当接するサイドプレート７０（図２）が配置される。ポンプ収容凹部１１の開口部は、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の他方側（図１の手前側）に当接するポンプカバー８０（図３）によって封止される。ポンプカバー８０とサイドプレート７０とは、ロータ３０、カムリング５０及びアダプタリング６０の両側面を挟んだ状態で配置される。ロータ３０とカムリング５０との間には、各ベーン４０によって仕切られたポンプ室３３が画成される。

図２に示すように、サイドプレート７０には、作動流体をポンプ室３３内に導く吸込ポート７１と、ポンプ室３３内の作動流体を取り出して流体圧機器に導く吐出ポート７２と、が形成される。吸込ポート７１及び吐出ポート７２は、それぞれ駆動軸２０の中心Ｏを中心とした円弧状に形成される。

図３に示すように、ポンプカバー８０には、サイドプレート７０と対称な位置に吸込ポート８１及び吐出ポート８２が形成される。すなわち、ポンプカバー８０の吸込ポート８１は、ポンプ室３３を介してサイドプレート７０の吸込ポート７１に連通し、ポンプカバー８０の吐出ポート８２は、ポンプ室３３を介してサイドプレート７０の吐出ポート７２に連通している。

図１に戻って、カムリング５０は、環状の部材であり、ベーン４０がスリット３１から突出する方向の端部であるベーン４０の先端部４２が摺接する内周カム面５１を有する。内周カム面５１には、ロータ３０の回転に伴って吸込ポート７１、８１を介して作動流体が吸い込まれる吸込区間と、吐出ポート７２、８２を介して作動流体が吐出される吐出区間と、が形成される。

吸込ポート７１、８１は、サイドプレート７０を貫通し、ポンプボディ１０及びポンプカバー８０に形成された吸込通路１２を通じてタンク（不図示）に連通され、タンクの作動流体が吸込通路１２を通じてサイドプレート７０及びポンプカバー８０の吸込ポート７１、８１からポンプ室３３へと供給される。

吐出ポート７２は、サイドプレート７０を貫通し、ポンプボディ１０に形成された高圧室（不図示）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外部の流体圧機器（図示せず）に連通される。すなわち、ポンプ室３３から吐出される作動流体は、吐出ポート７２、８２、高圧室、吐出通路を通じて流体圧機器へと供給される。

アダプタリング６０は、ポンプボディ１０のポンプ収容凹部１１内に収容される。アダプタリング６０とカムリング５０との間には、支持ピン６１が介装される。支持ピン６１にはカムリング５０が支持され、カムリング５０はアダプタリング６０の内側で支持ピン６１を支点に揺動し、駆動軸２０の中心Ｏに対して偏心する。

アダプタリング６０の溝６２には、カムリング５０の揺動時にカムリング５０の外周面が摺接するシール材６３が介装される。カムリング５０の外周面とアダプタリング６０の内周面との間には、支持ピン６１とシール材６３とによって、第一流体圧室６４と第二流体圧室６５とが区画される。

カムリング５０は、第一流体圧室６４と第二流体圧室６５との圧力差によって、支持ピン６１を支点として揺動する。カムリング５０が揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が変化し、ポンプ室３３の吐出容量が変化する。カムリング５０が図１において支持ピン６１に対して反時計回りに揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が小さくなり、ポンプ室３３の吐出容量は小さくなる。これに対して、図１に示すようにカムリング５０が支持ピン６１に対して時計回りに揺動すると、ロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が大きくなり、ポンプ室３３の吐出容量は大きくなる。

アダプタリング６０の内周面には、ロータ３０に対する偏心量が小さくなる方向のカムリング５０の移動を規制する規制部６６と、ロータ３０に対する偏心量が大きくなる方向のカムリング５０の移動を規制する規制部６７と、がそれぞれ膨出して形成される。つまり、規制部６６はロータ３０に対するカムリング５０の最小偏心量を規定し、規制部６７はロータ３０に対するカムリング５０の最大偏心量を規定する。

第一流体圧室６４と第二流体圧室６５との圧力差は、制御バルブ（図示せず）によって制御される。制御バルブは、ロータ３０の回転速度の増加に伴ってロータ３０に対するカムリング５０の偏心量が小さくなるように第一流体圧室６４及び第二流体圧室６５の作動流体圧を制御する。

次に、背圧室３２に作動流体を導く背圧ポートについて説明する。

図２に示すように、サイドプレート７０には、吐出区間において背圧室３２に連通する吐出側背圧ポート７３と、吸込区間において背圧室３２に連通する吸込側背圧ポート７４と、が形成される。

吐出側背圧ポート７３は、吐出区間の全域にわたって駆動軸２０の中心Ｏを中心とする円弧状に形成される。吸込側背圧ポート７４は、吸込区間におけるロータ３０の回転方向後方側に設けられる低圧ポート７５と、吸込区間におけるロータ３０の回転方向前方側に設けられる高圧ポート７６と、を有する。つまり、背圧室３２はロータ３０の回転に応じて吐出側背圧ポート７３、低圧ポート７５、高圧ポート７６の順に連通する。

低圧ポート７５と高圧ポート７６とは互いに連通することなく分割して設けられる。一方、吐出側背圧ポート７３と高圧ポート７６とは高圧ポート７６より断面積が小さい細溝７７を介して連通する。さらに、高圧ポート７６は、サイドプレート７０を貫通する通孔７８を介して高圧室に連通される。

図３に示すように、ポンプカバー８０には、サイドプレート７０と対称な位置に、吐出側背圧ポート８３、低圧ポート８５及び高圧ポート８６が形成される。吐出側背圧ポート８３と高圧ポート８６とは、サイドプレート７０と同様に細溝８７を介して連通する。さらに、低圧ポート８５は、通孔８８を介して吸込通路１２に連通される。

以上より、ポンプ室３３から吐出される作動流体圧は、吐出ポート７２、８２、高圧室、通孔７８、高圧ポート７６、８６に導かれるとともに、細溝７７、８７を介して吐出側背圧ポート７３、８３に導かれる。高圧ポート７６、８６及び吐出側背圧ポート７３、８３の作動流体圧は、吸込区間の終了直前及び吐出区間において背圧室３２に導かれ、背圧室３２の作動流体圧によってベーン４０がロータ３０からカムリング５０に向けて突出する方向に押圧される。

一方、吸込通路１２の作動流体は、ポンプカバー８０の低圧ポート８５に設けられる通孔８８を介して低圧ポート７５、８５に導かれる。低圧ポート７５、８５の作動流体は吸込区間において背圧室３２に導かれる。

ベーンポンプ１００の作動時に、ベーン４０は、その基端部４１を押圧する背圧室３２の作動流体圧の付勢力と、ロータ３０の回転に伴って働く遠心力とによって、スリット３１から突出する方向に付勢され、その先端部４２がカムリング５０の内周カム面５１に摺接する。

吸込区間では、内周カム面５１に摺接するベーン４０がロータ３０から突出してポンプ室３３が拡張し、作動流体が吸込ポート７１、８１からポンプ室３３に吸い込まれる。吐出区間では、内周カム面５１に摺接するベーン４０がロータ３０に押し込まれてポンプ室３３が収縮し、ポンプ室３３にて加圧された作動流体が吐出ポート７２、８２から吐出される。

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、比較例におけるベーンポンプ２００の正面図であり、ポンプカバー１８０を外して駆動軸２０方向から見た図である。図５は、比較例におけるサイドプレート１７０の正面図である。図６は、比較例におけるポンプカバー１８０の正面図である。

比較例におけるベーンポンプ２００では、吸込側背圧ポート１７４、１８４が低圧ポートと高圧ポートとに分割されていない。つまり、吸込区間の全域にわたって駆動軸２０の中心Ｏを中心とする円弧状に形成される。

さらに、吸込側背圧ポート１７４、１８４と吐出側背圧ポート１７３、１８３とは細溝１７７、１８７を介して連通される。吸込側背圧ポート１７４は、その両端に設けられてサイドプレート１７０を貫通する通孔１７８を介して高圧室に連通される。

これにより、ポンプ室３３から吐出される作動流体圧は、吐出ポート１７２、１８２、高圧室、通孔１７８、吸込側背圧ポート１７４、１８４に導かれるとともに、細溝１７７、１８７を介して吐出側背圧ポート１７３、１８３に導かれる。したがって、吸込側背圧ポート１７４、１８４及び吐出側背圧ポート１７３、１８３は、いずれもポンプ室３３から吐出された高圧の作動流体圧で満たされる。

吸込区間では、ポンプ室３３の圧力が低いので、背圧室３２の高圧の作動流体圧によってベーン４０がカムリング５０の内周カム面５１に強く押し付けられる。これにより、ベーンの先端部４２と内周カム面５１との間の摺動抵抗が増大してロータ３０の回転負荷が増大してベーンポンプ２００の効率が低下する可能性がある。

また、吸込側背圧ポート１７４、１８４と吐出側背圧ポート１７３、１８３との連通を遮断して、吸込側背圧ポート１７４、１８４に吸込通路の作動流体を導入することで、上記した摺動抵抗を抑制することが考えられる。

しかし、吸込側背圧ポート１７４、１８４を上記のように低圧化すると、吸込区間ではポンプ室３３と背圧室３２とがほぼ同圧となるので、吸込区間においてベーン４０を突出させる方向に作用する力は、主にロータ３０の回転による遠心力のみとなる。したがって、ベーン４０が吐出区間に移行する際にベーン４０の押し付け力が足りず、ベーン４０と内周カム面５１との隙間を介して吐出区間のポンプ室３３と吸込区間のポンプ室３３とが連通してベーンポンプ２００の吐出圧が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態では、図２及び図３に示すように、吸込側背圧ポート７４を低圧ポート７５と高圧ポート７６とに分割し、高圧ポート７６には高圧室の高圧の作動流体を導き、低圧ポート７５には吸込通路１２の低圧の作動流体を導く構造とした。

これにより、ロータ３０の回転方向に沿って吸込区間の前半領域では、背圧室３２が低圧ポート７５に連通してベーン４０の押し付け力が低下する。したがって、ベーン４０とカムリング５０との摺動抵抗が低下するので、ベーンポンプ１００の効率が向上する。

また、吸込区間の終了直前の領域では、背圧室３２が高圧ポート７６に連通するので、高圧室から高圧の作動流体が背圧室３２に導入され、吐出区間に移行する前にベーン４０を内周カム面５１により確実に押し付けることができる。したがって、吸込区間と吐出区間との境界をベーン４０によって確実に区画することができ、ベーンポンプ１００の吐出圧の低下を抑制することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

吸込側背圧ポート７４が低圧ポート７５と高圧ポート７６とに分割して形成され、高圧ポート７６が低圧ポート７５よりロータ３０の回転方向前方に配置される。また、吸込通路１２の作動流体が低圧ポート７５に導かれるとともに高圧室の高圧の作動流体が高圧ポート７６に導かれる。

これにより、吸込区間において背圧室３２が低圧ポート７５に連通する間、背圧室３２が低圧となってベーン４０の押し付け力が低下するので、ベーン４０と内周カム面５１との摺動抵抗を抑制して、ベーンポンプ１００の効率を向上させることができる。

また、吸込区間においてベーン４０の突き出し量が低下することで、ベーン４０が吸込区間を通過する際に吸込ポート７１、８１からポンプ室３３へと吸い込まれる作動流体の流路の妨げとなることを抑制することができる。よって、作動流体の吸込効率を向上させることができる。

さらに、吸込区間において背圧室３２が高圧ポート７６に連通すると、背圧室３２が高圧となってベーン４０の押し付け力が増大するので、吐出区間に移行する前にベーン４０と内周カム面５１とをより確実に摺接させることができる。よって、吸込区間と吐出区間との間を内周カム面５１に摺接したベーン４０によってより確実に区画することができ、ベーンポンプ１００の吐出圧の低下を防止することができる。

さらに、特に作動流体の粘性が高くなる低温でのポンプ始動時であっても、スリット３１に落ち込んだベーン４０を迅速に突出させて内周カム面５１に摺接させることができるので、ベーンポンプ１００の吐出圧が直ぐに立ち上がりベーンポンプ１００の始動性を向上させることができる。

さらに、吐出側背圧ポート７３は高圧ポート７６より断面積が小さい細溝７７を介して高圧ポート７６に連通するので、吐出区間においてベーン４０の先端部４２が内周カム面５１に押されてベーン４０がスリット３１内に押し込まれ、背圧室３２の体積の減少に伴い吐出側背圧ポート７３に流れ込む作動流体は細溝７７で絞られて高圧ポート７６に連通する。したがって、細溝７７の圧損分だけ吐出側背圧ポート７３の圧力が高圧ポート７６の圧力よりも高く保持されるので、吐出区間においてベーン４０を突出させる力を高く保ち、ベーン４０と内周カム面５１との摺接をより確実に維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、吐出側背圧ポート７３及び吸込側背圧ポート７４は、サイドプレート７０及びポンプカバー８０にそれぞれ設けたが、いずれか一方のみに設けてもよい。吐出側背圧ポート７３及び吸込側背圧ポート７４がサイドプレート７０のみに設けられる場合、サイドプレート７０の低圧ポート７５が吸込通路１２に連通するように新たに通孔を設ければよい。吐出側背圧ポート７３及び吸込側背圧ポート７４がポンプカバー８０のみに設けられる場合、ポンプカバー８０の高圧ポート８６が高圧室に連通するように新たに通孔を設ければよい。

３０ ロータ
３１ スリット
３２ 背圧室
３３ ポンプ室
４０ ベーン
４１ 基端部
４２ 先端部
５０ カムリング
５１ 内周カム面
７０ サイドプレート
７１ 吸込ポート
７２ 吐出ポート
７３ 吐出側背圧ポート
７４ 吸込側背圧ポート
７５ 低圧ポート
７６ 高圧ポート
７７ 細溝
８０ ポンプカバー
８３ 吐出側背圧ポート
８５ 低圧ポート
８６ 高圧ポート
８７ 細溝
１００ ベーンポンプ

Claims (2)

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、
   前記ロータの外周に開口部を有して放射状に複数形成されるスリットと、
   前記スリットごとに摺動自在に収装されるベーンと、
   前記ベーンが前記スリットから突出する方向の端部である前記ベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、
   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、
   前記スリット内に形成され、前記先端部とは反対側の端部である前記ベーンの基端部によって区画される背圧室と、
   前記ポンプ室が前記吐出ポートと連通する吐出区間において、前記吐出ポートから吐出される作動流体を前記背圧室に導く吐出側背圧ポートと、
   前記ポンプ室が前記吸込ポートと連通する吸込区間において、作動流体を前記背圧室に導く吸込側背圧ポートと、
   を備え、
   前記吸込側背圧ポートは、前記吸込ポートの作動流体を前記背圧室に導く低圧ポートと、前記吐出ポートから吐出される作動流体を前記背圧室に導く高圧ポートと、に分割して形成され、
   前記高圧ポートは前記低圧ポートより前記ロータの回転方向前方に配置され、前記高圧ポートより断面積が小さい細溝を介して前記吐出側背圧ポートに連通する、
   ことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ロータの軸方向一端側に設けられ、前記ロータ及び前記カムリングに当接するサイドプレートと、
   前記ロータの軸方向他端側に設けられ、前記ロータ及び前記カムリングに当接するポンプカバーと、
   をさらに備え、
   前記吐出側背圧ポート及び前記吸込側背圧ポートは、前記サイドプレート及び前記ポンプカバーの少なくとも一方に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。

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