JP7037458B2

JP7037458B2 - ポンプ装置

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Publication number: JP7037458B2
Application number: JP2018167511A
Authority: JP
Inventors: 淳添田; 聡村松
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2038-09-07
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Description

本発明は、ポンプ装置に関する。

特許文献１には、ロータのスリットにベーンが出没可能に収容され、カムリングの内周縁、ロータの外周縁およびベーン間に形成されるポンプ室の容積を変化させる可変容量形ベーンポンプが開示されている。ベーンは、ロータの背圧室に導入される作動油の圧力により、スリットから突出する方向に付勢される。

特開2013-194677号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、ポンプ室の圧力が背圧室の圧力よりも低くなる吸入領域では、ベーンの先端がカムリングの内周縁に押し付けられることにより、ベーンの先端の局部的な摩耗が促進される。この局部的な摩耗によりベーンおよびカムリング間に介在する作動油の粘性低下に起因する油膜切れが生じ、金属同士の接触に伴うかじりや焼き付きが生じるおそれがあった。
本発明の目的の一つは、ベーンの先端の局部的な摩耗を抑制できるポンプ装置を提供することにある。

本発明の一実施形態におけるポンプでは、カムリングのカムプロファイルは、吸入領域において、真円カムプロファイルに対し、駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外または内に偏倚した偏倚領域を有する。

よって、吸入領域において、カムリングの内周縁と接するベーンの先端の摺動範囲が位相によって変化するため、ベーンの先端の局部的な摩耗が抑制される。この結果、ベーンの先端とカムリングの内周縁との間のかじりおよび焼き付きを抑制できる。

実施形態１の可変容量型ベーンポンプ1を示す軸方向断面図である。図１のS2-S2矢視断面図である。実施形態１のカムリング8の背面図である。実施形態１のカムプロファイル角度に対するカムプロファイル半径変化率を示す図である。実施形態１のカムリング変形時におけるカムプロファイル角度に対するカムプロファイル半径変化率を示す図である。実施形態１のベーン16の先端形状を示す図である。実施形態１のベーン先端曲面部16aとカムリング8の内周縁8aとの接触範囲を示す図である。実施形態１のポンプ回転角に対するベーン接触位置を示す図である。カムプロファイルが真円カムプロファイルよりも径方向の内側に偏奇している場合のカムプロファイル角度に対するカムプロファイル半径変化率を示す図である。実施形態１のベーン接触範囲拡大効果を示す図である。実施形態２の可変容量型ベーンポンプ（ポンプ装置）1における駆動軸6の回転軸線Oとカムリング8の内周縁8aの中心Pとの関係を示す図である。

〔実施形態１〕
図１は実施形態１の可変容量型ベーンポンプ（ポンプ装置）1を示す軸方向断面図、図２は図１のS2-S2矢視断面図である。
可変容量型ベーンポンプ1は、ポンプハウジング4およびポンプ要素5を有する。可変容量型ベーンポンプ1は、駆動軸6によりポンプ要素5を回転駆動することでポンプ作用を行う。ポンプハウジング4は、フロントハウジング2およびリアハウジング3を突き合わせて形成されている。ポンプハウジング4は、ポンプ要素収容空間4a内にポンプ要素5を収容する。ポンプ要素5は、ロータ7およびカムリング8を有する。ロータ7は、駆動軸6と一体に回転する。カムリング8は、ロータ7の外周側に位置し、金属材料で略円環状に形成されている。カムリング8は、ロータ7に対する偏心量が変化する方向に揺動可能である。ポンプハウジング4は、アダプタリング9およびプレッシャプレート10を有する。アダプタリング9は、カムリング8の外周側に位置し、略円環状を有する。アダプタリング9は、ポンプ要素収容空間4aの外周円筒面に固定されている。プレッシャプレート10は、ポンプ要素収容空間4aのフロントハウジング2の内底面2aに位置し、略円盤状を有する。

アダプタリング9およびプレッシャプレート10は、位置決めピン11によりポンプハウジング4に対する相対回転が規制されている。位置決めピン11の図２中時計回り方向側（後述する第１流体圧室14a側）には、板部材12が設置されている。板部材12は、カムリング8の揺動支点機能と、カムリング8およびアダプタリング9間をシールするシール機能とを有する。アダプタリング9の内周縁のうち径方向で板部材12と対向する位置には、アダプタリング9とカムリング8との間をシールするシール部材13が配置されている。シール部材13および板部材12は、カムリング8およびアダプタリング9間に一対の流体圧室14a,14bを形成する。つまり、カムリング8の径方向一方側には第１流体圧室14aが形成され、径方向他方側には第２流体圧室14bが形成されている。両流体圧室14a,14b間の圧力差によりカムリング8が揺動することで、駆動軸6の回転軸線Oに対するカムリング8の内周縁の中心（軸心）Pの偏心量が増減する。カムリング8は、リターンスプリング15によりロータ7との偏心量が最大となる方向（最大偏心側）へ常時付勢されている。

ロータ7はその外周部に、径方向に沿って切り欠かれた複数のスリット7aを有する。各スリット7aは、駆動軸6の回転軸線Oに関する周方向に等ピッチで並ぶ。各スリット7aには、金属材料により略平板状に形成されたベーン16がロータ7の径方向で出没自在に収容されている。各ベーン16がカムリング8およびロータ7間の環状空間を周方向で仕切ることにより、複数のポンプ室17が形成されている。ロータ7を駆動軸6により図２中反時計回り方向に回転駆動することで、各ポンプ室17がその容積を増減させながら周回移動してポンプ作動が行われる。各ベーン16は、各スリット7aの内周側に形成された背圧室7bに導入される作動油の圧力により、カムリング8の内周縁に押し付けられる。
リアハウジング3のうちポンプ要素収容空間4aに臨む内側面3aには、ロータ7の回転に伴い各ポンプ室17の容積が漸次拡大する吸入領域に該当する部分には、周方向に沿う正面視略三日月状の第１吸入ポート18が形成されている。第１吸入ポート18は、リアハウジング3に形成された吸入通路19aと連通する。これにより、図示外のリザーバタンクに接続される吸入パイプ20を介して吸入通路19a内に導入された作動油が、上記吸入領域におけるポンプ吸入作用によって各ポンプ室17に吸入される。

プレッシャプレート10のうちロータ7と対向する面には、第１吸入ポート18と対向する位置に、その第１吸入ポート18と略同形状の第２吸入ポート21が形成されている。周方向において、第２吸入ポート21の始端21aから終端21bまでの範囲が吸入領域となる。第１吸入ポート18についても同様である。第２吸入ポート21は、フロントハウジング2に形成された還流通路22と連通する。還流通路22は、フロントハウジング2のうち駆動軸6との間をシールするシール部材が収容された凹部と連通する。上記シール部材の余剰油が、上記吸入領域におけるポンプ吸入作用により各ポンプ室17へ供給されることで、上記余剰油の外部への漏出が防止される。
プレッシャプレート10のうちロータ7と対向する面には、ロータ7の回転に伴って各ポンプ室17の容積が漸次縮小する吐出領域に該当する部分に、周方向に沿う正面視略三日月状の第１吐出ポート23が形成されている。周方向において、第１吐出ポート23の始端23aから終端23bまでの範囲が吐出領域となる。後述する第２吐出ポート25についても同様である。第１吐出ポート23は、フロントハウジング2のうちプレッシャプレート10に対向する内底面2aに凹設された圧力室24を介して吐出通路19bと連通する。これにより、上記吐出領域におけるポンプ吐出作用により各ポンプ室17から吐出された作動油が、圧力室24および吐出通路19bを通じてポンプハウジング4外へ吐出され、図示外のパワーステアリング装置の油圧パワーシリンダに送られる。プレッシャプレート10は、圧力室24内の圧力によりロータ7側へ押圧されている。
リアハウジング3の内側面3aのうち第１吐出ポート23と対向する位置に、その第１吐出ポート23と略同形状の第２吐出ポート25が形成されている。両吸入ポート18,21および両吐出ポート23,25を、それぞれ各ポンプ室17を挟んで軸方向対称に配置することにより、上記各ポンプ室17の軸方向両側の圧力バランスが保たれている。

フロントハウジング2のうち上端側の内部には、ポンプ吐出圧を制御するコントロールバルブ26が、駆動軸6と直交する方向（図２の左右方向）に設けられている。コントロールバルブ26は、フロントハウジング2に図２中左側から右側に向けて形成されている。コントロールバルブ26は、弁孔28、スプール29およびコントロールバルブスプリング30を有する。弁孔28の図２中左側の開口部はプラグ27により閉塞されている。スプール29は、弁孔28内に軸方向摺動自在に収容されている。スプール29は略有底円筒状を有するスプール弁体である。コントロールバルブスプリング30は、スプール29をプラグ27側に向けて付勢する。コントロールバルブスプリング30は、円筒圧縮コイルスプリングである。
弁孔28内には、高圧室28a、中圧室28bおよび低圧室28cがスプール29により隔成されている。高圧室28aには、吐出通路19bに形成された図示外のメータリングオリフィスの上流側の油圧、つまり圧力室24の油圧が導入される。中圧室28bは、コントロールバルブスプリング30を収容し、上記メータリングオリフィスの下流側の油圧が導入される。低圧室28cは、スプール29の外周側に形成され、低圧通路31を介して吸入通路19aからポンプ吸入圧が導入される。

スプール29は、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差に応じて軸方向に移動する。具体的には、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差が比較的小さく、スプール29がプラグ27と当接した状態にあるときには、第１流体圧室14aおよび弁孔28間を連通する連通路32が低圧室28cに開口し、低圧室28cの比較的低い油圧が第１流体圧室14aに導入される。一方、中圧室28bおよび高圧室28a間の圧力差が増大し、スプール29がコントロールバルブスプリング30の付勢力に抗して軸方向に移動すると、低圧室28cおよび第１流体圧室14a間の連通が漸次遮断され、高圧室28aが連通路32を介して第１流体圧室14aに連通する。これにより、高圧室28aの比較的高い油圧が第１流体圧室14aに導入される。つまり、第１流体圧室14aには、低圧室28cまたは高圧室28aの油圧が選択的に導入される。

第２流体圧室14bにはポンプ吸入圧が常時導入される。第１流体圧室14aに低圧室28cの油圧が導入されているときには、リターンスプリング15の付勢力によりロータ7との偏心量が最大となる位置（図２中左側の位置）にカムリング8が位置する。このとき、ポンプ吐出量は最大となる。一方、第１流体圧室14aに高圧室28aの油圧が導入されると、その第１流体圧室14aの圧力により、カムリング8がリターンスプリング15の付勢力に抗して第２流体圧室14bの容積を狭めるように揺動し、当該カムリング8とロータ7との偏心量が減少する。偏心量の減少によりポンプ吐出量は減少する。
スプール29の内部にはリリーフバルブ33が形成されている。リリーフバルブ33は、中圧室28bの圧力が所定未満の場合は閉弁状態を維持する。リリーフバルブ33は、中圧室28bの圧力が所定以上になったとき、つまりパワーステアリング装置側（負荷側）の圧力が所定以上になったときに開弁状態となってリリーフ動作し、低圧室28cおよび低圧通路31を介して吸入通路19aに作動油を還流させる。換言すれば、リリーフバルブ33は、吐出通路19bおよび吸入通路19a間の油通路を開閉する。

図３は、実施形態１のカムリング8の背面図である。図３は最大偏心時（回転軸線Oに対するカムリング8の内周縁の中心（軸心）Pの偏心量が最大の状態）とする。
図３において、回転軸線Oと直交し、かつ回転軸線Oの周方向において第１吐出ポート23の終端23bと第２吸入ポート21の始端21aとの間の区間を２等分する点p1を通る軸線を第１軸線L1とする。第１軸線L1と直交し、かつカムプロファイルと第１軸線L1とが交わる１対の交点p2,p3の間の区間を２等分する点p4を通る軸線を第２軸線L2とする。第１軸線L1と第２軸線L2との交点p4をカムプロファイル中心点とする。カムプロファイル中心点p4と第２吸入ポート21の終端21bを通る軸線を第３軸線L3とする。第３軸線L3とカムプロファイルとが交わる点p5とカムプロファイル中心点p4との長さを真円カムプロファイル半径r0とする。カムプロファイル中心点p4を中心とし、真円カムプロファイル半径r0を有する円弧を真円カムプロファイルとする。実施形態１のカムプロファイルは、最大偏心時、吸入領域の全域に亘って、真円カムプロファイルに対し、回転軸線Oの径方向外側に偏倚した偏倚領域を有する。つまり、実施形態１のカムリング8は、最大偏心時のカムプロファイル半径rが、吸入領域の全域に亘って、真円カムプロファイル半径r0よりも長くなるようにカムプロファイルが設定されている。カムプロファイルにおいて、r0よりも長いrの領域が偏倚領域である。

図３において、駆動軸6の回転方向（反時計回り）に対するカムプロファイル半径rの変化率をカムプロファイル半径変化率[dr/dθ]とする。また、カムリング8の中心Pが回転軸線Oと一致するようにカムリング8を配置したとき、カムリング8の内周縁8a、すなわちカムプロファイルのうち、中心Pと第２吸入ポート21の始端21aとを通る直線と交わる１対の点のうち吸入領域側の点をカムプロファイル定義用の角度0[deg]とする。そして、カムリング8の内周縁8aのそれぞれの点において、内周縁8aに沿って駆動軸6の回転方向に向かって角度が増加し、内周縁１周が360[deg]となるようにカムプロファイル定義用の角度（カムプロファイル角度）θを定義する。図４は、カムプロファイル角度に対するカムプロファイル半径変化率を示す図である。最大偏心時において、吸入領域におけるカムプロファイル半径変化率の符号はプラスであり、カムプロファイル角度θの増加に応じて増大した後減少に転じている。吐出領域におけるカムプロファイル半径変化率の符号はマイナスであり、カムプロファイル角度θの増加に応じて減少した後増加に転じている。つまり、カムプロファイル半径rは、吸入領域の全域に亘って真円カムプロファイル半径r0よりも長く、吐出領域の全域に亘って真円カムプロファイル半径r0よりも短い。すなわち、吸入領域におけるカムリング8のカムプロファイルは、真円に対して径方向外側へ膨らんでいる。

一方、最小偏心時における吸入領域のカムプロファイル半径変化率は、最大偏心時よりも減少するため、吸入領域のうち1/3強の領域では、カムプロファイル半径変化率の符号がマイナスになるものの、2/3弱の領域では、カムプロファイル半径変化率の符号はプラスのままである。つまり、カムリング8は、最小偏心時のときであっても、カムプロファイルが偏倚領域を有する。
図５は、実施形態１のカムリング変形時におけるカムプロファイル角度に対するカムプロファイル半径変化率を示す図である。可変容量型ベーンポンプ1の作動時（駆動軸6の回転時）、カムリング8は、吐出領域に作用する吐出圧（ポンプ内圧）によって吸入領域のカムプロファイル半径変化率が減少し、吐出領域のカムプロファイル半径の変化率が増加する方向に変形する。ここで、可変容量型ベーンポンプ1の非作動時（駆動軸6の停止時）におけるカムプロファイル（第１の状態のカムプロファイル）のカムプロファイル半径を、第１の状態のカムプロファイル半径r1とする。また、可変容量型ベーンポンプ1の作動時（駆動軸6の回転時）におけるカムプロファイル（第２の状態のカムプロファイル）のカムプロファイル半径を、第２の状態のカムプロファイル半径r2とする。そして、同じカムプロファイル角度θで第１の状態のカムプロファイル半径r1と第２の状態のカムプロファイル半径r2を比較したときの差の絶対値の最大値を、第１のカムプロファイル偏倚量Δr1とする。また、同じカムプロファイル角度θで第１の状態のカムプロファイル半径r1と真円カムプロファイル半径r0を比較したときの差の絶対値の最大値を、第２のカムプロファイル偏倚量Δr2とする。実施形態１のカムリング8は、第１の状態のカムプロファイルが、
Δr1＜Δr2
となる形状を有する。つまり、ポンプ内圧によってカムリング8が変形した場合であっても、カムプロファイルは、吐出領域において、真円カムプロファイルに対し、径方向外側に偏倚した偏倚領域を有する。

次に、ベーン16の先端形状について説明する。
図６は、ベーン16の先端形状を示す図である。
ベーン16は、ベーン先端曲面部16aを有する。ベーン先端曲面部16aは、回転軸線Oに対し直角な断面において、径方向内側へ向かって凸となる円弧形状を有する。
ここで、ベーン先端曲面部16aの曲率半径をrv（曲率中心p6）、回転軸線Oに関する周方向におけるベーン16の厚さ（板厚）をT、としたとき、ベーン16は、
2×T≦rv
を満足する形状を有する。
図７は、ベーン先端曲面部16aとカムリング8の内周縁8aとの接触範囲を示す図である。回転軸線Oに対し直角な断面において、回転軸線Oと直交し、周方向におけるベーン16の中心を通る軸線を第４軸線L4とする。また、ベーン先端曲面部16aとカムリング8の内周縁8aとの接触点p7と曲率中心p6とを結ぶ線分を第５軸線L5とする。そして、第４軸線L4と第５軸線L5とが成す角度のうち劣角を接触角δとする、吸入領域において、接触角δは、位相（ポンプ回転角）に応じて変化し、ベーン16は、ベーン先端曲面部16aの外周縁の長さのうち、40%を超える範囲（例えば、60%）でカムリング8の内周縁8aと接する。

次に、実施形態１の作用効果を説明する。
実施形態１のカムリング8のカムプロファイルは、吸入領域において、真円カムプロファイルに対し、径方向外側に偏倚した偏倚領域を有する。つまり、吸入領域のカムプロファイルを非真円（楕円形状）とした。これにより、吸入領域において、ベーン先端曲面部16aにおける、カムリング8の内周縁8aとの摺動範囲が位相に応じて変化するため、ベーン16の局部的な摩耗が抑制される。図８に示すように、吸入領域において、ベーン先端曲面部16aとカムリング8の内周縁8aとの接触位置は、ポンプ回転角に応じて大きく変化している。ベーン16の局部的な摩耗が抑制されると、この摩擦に伴う発熱が抑えられる。これにより、ベーン先端曲面部16aおよび内周縁8a間に介在する作動油の粘性低下に起因する油膜切れが生じにくくなる。よって、金属同士の接触に伴うかじりおよび焼き付きを抑制できる。この結果、ベーン16およびカムリング8の耐久性を向上できる。また、ベーン16の先端に焼き付き防止用のコーティング（表面処理）を施す必要がないため、大幅なコストダウンを実現できる。
カムリング8は、第１のカムプロファイル偏倚量Δr1が、第２のカムプロファイル偏倚量Δr2よりも小さい。つまり、ポンプ内圧によってカムリング8が変形した場合であっても、カムプロファイルは、吐出領域において、真円カムプロファイルに対し、径方向外側に偏倚した偏倚領域を有する。これにより、カムリング8がポンプ内圧によって変形した場合であっても、ベーン16のかじりおよび焼き付き抑制効果を維持できる。

偏倚領域は、真円カムプロファイルに対し、回転軸線Oに関する径方向において、外側に偏倚している。ここで、実施形態１の比較例として、吸入領域において、カムプロファイルが、真円カムプロファイルよりも径方向の内側に偏倚しているものを想定する。この比較例では、図９に示すように、吸入領域の大部分で圧縮状態となり、作動油を吸入可能な区間が短いため、吸入量不足によりキャビテーション等の不具合が生じるおそれがある。これに対し、実施形態１では、カムプロファイルを、真円カムプロファイルよりも径方向の外側に偏倚させることにより、吸入領域の全域に亘って作動油を吸入可能であり、充分な吸入量を確保できるため、キャビテーション等の不具合が生じるのを抑制できる。また、第２吸入ポート21の終端21bと第１吐出ポート23の始端23aとの間の区間（いわゆる第２閉じ込み領域）では、異音の抑制を狙いとし、カムプロファイル半径変化率をプラスからマイナスへと滑らかに変化させる必要がある。このため、比較例のようにカムプロファイルが真円カムプロファイルよりも径方向内側に偏倚している場合、第２閉じ込み領域の直前でカムプロファイル半径変化率を急激に変化させなければならず、カムプロファイルの複雑化を招く。一方、実施形態１のようにカムプロファイルが真円カムプロファイルよりも径方向外側に偏倚している場合、吸入領域と第２閉じ込み領域とを滑らかに接続できるため、カムプロファイルの複雑化を抑制できる。

偏倚領域は、吸入領域の全域に亘って設けられている。これにより、ベーン先端曲面部16aの摺動範囲が変化する区間（カムリング8の周方向範囲）を充分に確保できる。
カムリング8は、最小偏心時においても、カムプロファイルが偏倚領域を有する。最小偏心時は、回転軸線Oおよび中心P間の距離が最小となるため、カムプロファイルの変化が相対的に小さくなり、ベーン先端曲面部16aの摺動範囲が小さくなる傾向にある。例えば、リリーフバルブ33が開弁するリリーフ時は、ベーン先端曲面部16aの押し付け力が強く、かつカムリング8の偏心量が小さくなるため、ベーン先端曲面部16aのかじりおよび焼き付きが発生しやすい。そこで、最小偏心時において、カムプロファイルが偏倚領域を有するようにしたことにより、最小偏心時におけるベーン16のかじりおよび焼き付きを抑制できる。
ベーン16は、径方向内側の先端に円弧形状のベーン先端曲面部16aを有し、ベーン先端曲面部16aの外周縁は、吸入領域において、40%を超える範囲において、カムリング8の内周縁8aと接する。これにより、ベーン16の先端部を広い範囲で使用できるため、局部的な摩擦を効果的に抑制できる。
ベーン先端曲面部16aの曲率半径をrv、ベーン16の厚さをT、としたとき、ベーン16は、2×T≦rvを満足する。図１０に示すように、実施形態１のカムリング8におけるカムプロファイルのみを採用した場合であっても、従来の真円カムプロファイルと比べてベーン16の接触範囲を大幅に拡大できる。さらに、ベーン先端曲面部16aの曲率半径rvをベーン16の板厚Tの２倍以上とすることにより、ベーン16の接触範囲がさらに２倍以上に拡大され、ベーン16の局部的な摩耗をより効果的に抑制できる。

〔実施形態２〕
実施形態２の基本的な構成は実施形態１と同じであるため、実施形態１と相違する部分のみ説明する。
図１１は、実施形態２の可変容量型ベーンポンプ1における駆動軸6の回転軸線Oとカムリング8の内周縁8aの中心Pとの関係を示す図である。
実施形態２では、カムリング8のカムプロファイルの中心Pが、吸入領域側へオフセット配置されている点で実施形態１と相違する。カムリング8は、可変容量型ベーンポンプ1の作動、非作動およびカムリング8のロータ7に対する偏心量にかかわらず、常に回転軸線Oに対して吸入領域側へ偏倚するようポンプ要素収容空間4aに設けられている。
実施形態２では、カムリング8を吸入領域側にオフセットさせる、いわゆるカム上げとすることにより、吸入領域におけるカムプロファイル半径変化率をよりプラス側へずらすことができる。つまり、カム上げによってカムプロファイルが真円カムプロファイルよりもより径方向外側へ偏倚するため、最小偏心時およびカムリング変形時における偏倚領域をより拡大できる。この結果、最小偏心時およびカムリング変形時におけるベーン16のかじりおよび焼き付きを抑制できる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
カムリングにおいて、内周面の中心に対して外周面の中心を偏倚させてもよい。
プレッシャプレートやアダプタリングをフロントハウジングと一体に設けてもよい。
プレッシャプレートとリアハウジングの一方にのみ吸入ポートおよび吐出ポートを設けてもよい。
ベーン先端曲面部は、その外周縁の長さのうち、40%を超える範囲でカムリングの内周縁と接していればよい。

以上説明した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
ポンプ装置は、その一つの態様において、ポンプハウジングであって、ポンプ要素収容空間、吸入通路、吐出通路、吸入ポート、および吐出ポートを有し、前記吸入通路は、前記吸入ポートと接続されており、前記吐出通路は、前記吐出ポートと接続されている、前記ポンプハウジングと、前記ポンプハウジングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記駆動軸に設けられ、複数のスリットを有するロータと、前記複数のスリットのそれぞれの中で移動可能に設けられ、金属材料で形成された複数のベーンと、カムリングであって、環状に形成されており、前記ポンプ要素収容空間の中に設けられており、前記ロータおよび複数の前記ベーンと共に複数のポンプ室を形成し、前記ポンプ収容空間に第１流体圧室と第２流体圧室を形成し、前記吸入ポートは、複数の前記ポンプ室のうち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が増大する領域に開口しており、前記吐出ポートは、複数の前記ポンプ室のち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が減少する吐出領域に開口しており、前記第１流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの前記径方向外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が減少する部分に設けられており、前記第２流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの径方向外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が増大する部分に設けられており、前記第１流体圧室と前記第２流体圧室の圧力差に基づき前記ポンプ要素収容空間の中で移動可能であり、前記カムリングの内周縁に沿った線をカムプロファイルとし、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吸入ポートの始端から終端までの範囲を吸入領域とし、前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面上において、前記駆動軸の回転軸線と直交し、かつ前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吐出ポートの終端と前記吸入ポートの始端との間の区間を２等分する点を通る軸線を第１軸線とし、前記第１軸線と直交し、かつ前記カムプロファイルと前記第１軸線とが交わる１対の交点の間の区間を２等分する点を通る軸線を第２軸線とし、前記第１軸線と前記第２軸線の交点をカムプロファイル中心点とし、前記カムプロファイル中心点と前記吸入ポートの終端を通る軸線を第３軸線とし、前記第３軸線と前記カムプロファイルとが交わる点と前記カムプロファイル中心点との間の長さを真円カムプロファイル半径とし、前記カムプロファイル中心点を中心とし、前記真円カムプロファイル半径を有する円弧を真円カムプロファイルとしたとき、前記カムプロファイルは、前記吸入領域において、前記真円カムプロファイルに対し、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外または内に偏倚した偏倚領域を有している、前記カムリングと、を有する。

より好ましい態様では、上記態様において、前記駆動軸が停止し、前記吐出領域に吐出圧が作用していないときの前記カムプロファイルを第１の状態のカムプロファイルとし、前記カムプロファイル中心点から前記第１の状態のカムプロファイルまでの距離を第１の状態のカムプロファイル半径とし、前記駆動軸の回転に伴い前記吐出領域に吐出圧が作用しているときの前記カムプロファイルを第２の状態のカムプロファイルとし、前記カムプロファイル中心点から前記第２の状態のカムプロファイルまでの距離を第２の状態のカムプロファイル半径とし、前記第１の状態のカムプロファイルと前記第２の状態のカムプロファイルとを、前記吸入領域において、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において同じ位置で比較したときの、前記第１の状態のカムプロファイル半径と前記第２の状態のカムプロファイル半径の差の絶対値の最大値を第１のカムプロファイル偏倚量とし、前記真円カムプロファイルと前記第１の状態のカムプロファイルとを、前記吸入領域において、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において同じ位置で比較したときの、前記真円カムプロファイル半径と前記第１の状態のカムプロファイル半径の差の絶対値の最大値を第２のカムプロファイル偏倚量としたとき、前記カムリングは、前記第１の状態のカムプロファイルが、第１のカムプロファイル偏倚量＜第２のカムプロファイル偏倚量となる形状を有する。

別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記偏倚領域は、前記真円カムプロファイルに対し、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外に偏倚している。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記偏倚領域は、前記吸入領域の全域に亘って設けられている。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記カムリングは、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が最小のとき、前記カムプロファイルが、前記偏倚領域を有する。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記ベーンは、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向の内側の先端に設けられたベーン先端曲面部を有し、前記ベーン先端曲面部は、前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面において、前記径方向の内側に向かって凸となる円弧形状を有し、前記ベーンは、前記吸入領域において、前記ベーン先端曲面部の外周縁の長さのうち、40パーセントを超える範囲において、前記カムリングの内周縁と接する。

さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記ベーンは、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向の内側の先端に設けられたベーン先端曲面部を有し、前記ベーン先端曲面部は、前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面において、前記径方向の内側に向かって凸となり、曲率半径rvを有する円弧形状を有しており、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向における前記ベーンの厚さをT、としたとき、前記ベーンは、
2×T≦rv
を満足する形状を有する。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記駆動軸が停止し、前記吐出領域に吐出圧が作用していないときの前記カムプロファイルを第１の状態のカムプロファイルとし、前記駆動軸の回転に伴い前記吐出領域に吐出圧が作用しているときの前記カムプロファイルを第２の状態のカムプロファイルとしたとき、前記カムリングは、前記第１の状態のカムプロファイルの中心および前記第２の状態のカムプロファイルの中心が、前記第１軸線よりも前記吸入領域側に偏倚するように前記ポンプ要素収容空間に設けられている。

1 可変容量型ベーンポンプ（ポンプ装置）
4 ポンプハウジング
4a ポンプ要素収容空間
5 ポンプ要素
6 駆動軸
7 ロータ
7a スリット
8 カムリング
8a 内周縁
14a 第１流体圧室
14b 第２流体圧室
16 ベーン
16a ベーン先端曲面部
17 ポンプ室
18 第１吸入ポート
19a 吸入通路
19b 吐出通路
21 第２吸入ポート
21b 終端
23 第１吐出ポート
23a 始端
25 第２吐出ポート
O 回転軸線
P 中心

Claims

ポンプ装置において、
ポンプハウジングであって、ポンプ要素収容空間、吸入通路、吐出通路、吸入ポート、および吐出ポートを有し、
前記吸入通路は、前記吸入ポートと接続されており、
前記吐出通路は、前記吐出ポートと接続されている、
前記ポンプハウジングと、
前記ポンプハウジングに回転可能に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸に設けられ、複数のスリットを有するロータと、
前記複数のスリットのそれぞれの中で移動可能に設けられ、金属材料で形成された複数のベーンと、
カムリングであって、環状に形成されており、前記ポンプ要素収容空間の中に設けられており、前記ロータおよび複数の前記ベーンと共に複数のポンプ室を形成し、前記ポンプ要素収容空間に第１流体圧室と第２流体圧室を形成し、
前記吸入ポートは、複数の前記ポンプ室のうち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が増大する領域に開口しており、
前記吐出ポートは、複数の前記ポンプ室のち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が減少する吐出領域に開口しており、
前記第１流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの前記径方向の外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が減少する部分に設けられており、
前記第２流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの前記径方向の外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が増大する部分に設けられており、
前記第１流体圧室と前記第２流体圧室の圧力差に基づき前記ポンプ要素収容空間の中で移動可能であり、
前記カムリングの内周縁に沿った線をカムプロファイルとし、
前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吸入ポートの始端から終端までの範囲を吸入領域とし、
前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面上において、前記駆動軸の回転軸線と直交し、かつ前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吐出ポートの終端と前記吸入ポートの始端との間の区間を２等分する点を通る軸線を第１軸線とし、
前記第１軸線と直交し、かつ前記カムプロファイルと前記第１軸線とが交わる１対の交点の間の区間を２等分する点を通る軸線を第２軸線とし、
前記第１軸線と前記第２軸線の交点をカムプロファイル中心点とし、
前記カムプロファイル中心点と前記吸入ポートの終端を通る軸線を第３軸線とし、
前記第３軸線と前記カムプロファイルとが交わる点と前記カムプロファイル中心点との間の長さを真円カムプロファイル半径とし、
前記カムプロファイル中心点を中心とし、前記真円カムプロファイル半径を有する円弧を真円カムプロファイルとしたとき、
前記カムプロファイルは、前記吸入領域において、前記真円カムプロファイルに対し、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外または内に偏倚した偏倚領域を有している、
前記カムリングと、
を有し、
前記駆動軸が停止し、前記吐出領域に吐出圧が作用していないときの前記カムプロファイルを第１の状態のカムプロファイルとし、前記カムプロファイル中心点から前記第１の状態のカムプロファイルまでの距離を第１の状態のカムプロファイル半径とし、
前記駆動軸の回転に伴い前記吐出領域に吐出圧が作用しているときの前記カムプロファイルを第２の状態のカムプロファイルとし、前記カムプロファイル中心点から前記第２の状態のカムプロファイルまでの距離を第２の状態のカムプロファイル半径とし、
前記第１の状態のカムプロファイルと前記第２の状態のカムプロファイルとを、前記吸入領域において、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において同じ位置で比較したときの、前記第１の状態のカムプロファイル半径と前記第２の状態のカムプロファイル半径の差の絶対値の最大値を第１のカムプロファイル偏倚量とし、
前記真円カムプロファイルと前記第１の状態のカムプロファイルとを、前記吸入領域において、前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において同じ位置で比較したときの、前記真円カムプロファイル半径と前記第１の状態のカムプロファイル半径の差の絶対値の最大値を第２のカムプロファイル偏倚量としたとき、
前記カムリングは、前記第１の状態のカムプロファイルが、
第１のカムプロファイル偏倚量＜第２のカムプロファイル偏倚量
となる形状を有するポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記偏倚領域は、前記真円カムプロファイルに対し、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外に偏倚しているポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記偏倚領域は、前記吸入領域の全域に亘って設けられているポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記カムリングは、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が最小のとき、前記カムプロファイルが、前記偏倚領域を有するポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記ベーンは、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向の内側の先端に設けられたベーン先端曲面部を有し、
前記ベーン先端曲面部は、前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面において、前記径方向の内側に向かって凸となる円弧形状を有し、
前記ベーンは、前記吸入領域において、前記ベーン先端曲面部の外周縁の長さのうち、40パーセントを超える範囲において、前記カムリングの内周縁と接するポンプ装置。
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記ベーンは、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向の内側の先端に設けられたベーン先端曲面部を有し、
前記ベーン先端曲面部は、前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面において、前記径方向の内側に向かって凸となり、曲率半径rvを有する円弧形状を有しており、
前記駆動軸の回転軸線に関する周方向における前記ベーンの厚さをT、としたとき、前記ベーンは、
2×T≦rv
を満足する形状を有するポンプ装置。
ポンプ装置において、
ポンプハウジングであって、ポンプ要素収容空間、吸入通路、吐出通路、吸入ポート、および吐出ポートを有し、
前記吸入通路は、前記吸入ポートと接続されており、
前記吐出通路は、前記吐出ポートと接続されている、
前記ポンプハウジングと、
前記ポンプハウジングに回転可能に設けられた駆動軸と、
前記駆動軸に設けられ、複数のスリットを有するロータと、
前記複数のスリットのそれぞれの中で移動可能に設けられ、金属材料で形成された複数のベーンと、
カムリングであって、環状に形成されており、前記ポンプ要素収容空間の中に設けられており、前記ロータおよび複数の前記ベーンと共に複数のポンプ室を形成し、前記ポンプ要素収容空間に第１流体圧室と第２流体圧室を形成し、
前記吸入ポートは、複数の前記ポンプ室のうち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が増大する領域に開口しており、
前記吐出ポートは、複数の前記ポンプ室のち、前記駆動軸の回転に伴い前記ポンプ室の容積が減少する吐出領域に開口しており、
前記第１流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの前記径方向の外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が減少する部分に設けられており、
前記第２流体圧室は、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において前記カムリングの前記径方向の外側に設けられた空間であって、前記駆動軸の回転軸線と前記カムリングの内周縁の中心との偏心量が増大するほど容積が増大する部分に設けられており、
前記第１流体圧室と前記第２流体圧室の圧力差に基づき前記ポンプ要素収容空間の中で移動可能であり、
前記カムリングの内周縁に沿った線をカムプロファイルとし、
前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吸入ポートの始端から終端までの範囲を吸入領域とし、
前記駆動軸の回転軸線に対し直角な断面上において、前記駆動軸の回転軸線と直交し、かつ前記駆動軸の回転軸線に関する周方向において前記吐出ポートの終端と前記吸入ポートの始端との間の区間を２等分する点を通る軸線を第１軸線とし、
前記第１軸線と直交し、かつ前記カムプロファイルと前記第１軸線とが交わる１対の交点の間の区間を２等分する点を通る軸線を第２軸線とし、
前記第１軸線と前記第２軸線の交点をカムプロファイル中心点とし、
前記カムプロファイル中心点と前記吸入ポートの終端を通る軸線を第３軸線とし、
前記第３軸線と前記カムプロファイルとが交わる点と前記カムプロファイル中心点との間の長さを真円カムプロファイル半径とし、
前記カムプロファイル中心点を中心とし、前記真円カムプロファイル半径を有する円弧を真円カムプロファイルとしたとき、
前記カムプロファイルは、前記吸入領域において、前記真円カムプロファイルに対し、前記駆動軸の回転軸線に関する径方向において、外または内に偏倚した偏倚領域を有している、
前記カムリングと、
を有し、
前記駆動軸が停止し、前記吐出領域に吐出圧が作用していないときの前記カムプロファイルを第１の状態のカムプロファイルとし、
前記駆動軸の回転に伴い前記吐出領域に吐出圧が作用しているときの前記カムプロファイルを第２の状態のカムプロファイルとしたとき、
前記カムリングは、前記カムリングの外径中心に対して、前記吸入領域における前記第１の状態のカムプロファイルの曲率中心および前記第２の状態のカムプロファイルの曲率中心が、前記第１軸線よりも前記吸入領域側に偏倚するように前記ポンプ要素収容空間に設けられているポンプ装置。