JP7295613B2 - 流体圧回転機 - Google Patents

Description

本発明は、流体圧回転機に関するものである。

流体圧回転機として、例えば、特許文献１には、回転駆動されるロータと、ロータに設けられる複数のベーンと、ロータ及びベーンを収容するカムリングと、を備えたベーンポンプが記載されている。特許文献１に記載のベーンポンプのロータは、金型に金属粉末を入れて圧縮した後、焼結することによって形成される。

特開２０１７－１８０１２１号公報

特許文献１に記載されるようなベーンポンプのロータを形成する金型には、ベーンが挿入されるスリットをロータに形成するための突起が径方向内側に向かって複数設けられる。突起の先端部は、スリットの一端が開口する背圧室に相当する空間をロータに形成することになるが、金型に金属粉末を入れて圧縮する際、この先端部には応力が集中することになる。したがって、圧縮時に先端部が変形するおそれがあることから、先端部の断面積を大きくすることにより金型の剛性を向上させる必要がある。

しかしながら、先端部の断面積を大きくするとロータに形成される背圧室も大きくなる。例えば、ロータに形成される背圧室が径方向外側に向かって大きくなると、ベーンを支持するスリットの径方向長さが短くなるため、ベーンが傾斜するおそれがある。また、ロータに形成される背圧室が径方向内側に向かって大きくなると、駆動軸が挿通する挿通孔と背圧室との間隔が狭くなり、ロータの強度が低下するおそれがある。このように、金型に設けられる突起の先端部の断面積を単に大きくすることによってロータを形成する金型の剛性を向上させると、ロータの機能や強度を低下させるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロータの機能や強度を低下させることなく、ロータを形成する金型の剛性を向上させることを目的とする。

第１の発明は、流体圧回転機が、回転駆動されるロータと、ロータの径方向に往復動自在にロータに設けられる複数のベーンと、ロータの回転に伴って複数のベーンの先端部が摺接するカム面を内周に有するカムリングと、を備え、ロータは、ベーンを摺動自在に支持し径方向外側において開口する複数のスリットと、スリットの径方向内側の端部にロータの回転軸方向に貫通して設けられる背圧孔と、を有し、背圧孔は、スリットの幅方向における背圧孔の長さが、スリットの幅よりも長く、且つ、ロータの径方向における背圧孔の長さよりも長い楕円状の断面形状を有し、ロータの径方向における背圧孔の長さは、ロータの径方向において、背圧孔を形成する内面の中で最も径方向内側に位置する部分から背圧孔にスリットが接続される接続部までの長さであって、接続部に面取部が設けられている場合は、背圧孔と面取部とが接続する部分までの長さであり、背圧孔は、ロータの径方向内側に向けて凸状に形成される円弧面を有し、円弧面の曲率半径は、ロータの径方向における背圧孔の長さを直径とする円の半径よりも大きく、ロータは、金型を用いて粉末冶金により形成された焼結体であることを特徴とする。

第１の発明では、スリットの幅方向における背圧孔の長さが、スリットの幅よりも長く、且つ、ロータの径方向における背圧孔の長さよりも長い断面形状を有する背圧孔がロータに形成される。このように背圧孔は、スリットの幅方向に長い断面形状を有する。このため、ロータの機能や強度を低下させることなく、ロータにスリットを成形するために金型に設けられる突起の先端部における断面積を大きくすることが可能となる。

本発明によれば、ロータを形成する金型の剛性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るベーンポンプの断面図である。 本発明の実施形態に係るロータ、ベーン及びカムリングの正面図であり、ロータ、ベーン及びカムリングを組み立てた状態を示す。 図１のIII－III線に沿うロータの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び２を参照して、本発明の実施形態に係る流体圧回転機について説明する。

本実施形態では、流体圧回転機が、作動流体を吐出する固定容量型のベーンポンプ１００である場合について説明する。ベーンポンプ１００は、車両や産業機械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。ここでは、作動流体として作動油が用いられる場合について説明するが、作動水等の他の流体を作動流体として用いてもよい。また、ベーンポンプ１００は、可変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、駆動シャフト１の端部にエンジン（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が回転するものである。駆動シャフト１は、ハウジング５によって回転軸Ｏを中心に回転自在に支持されており、ロータ２は、図２において時計回りに回転する。ベーンポンプ１００の動力源は、エンジンに限定されず、電動モータであってもよい。

図１及び図２に示すように、ベーンポンプ１００は、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３と、ロータ２の回転に伴ってベーン３の先端部３ａが摺接するカム面４ａを内周に有しロータ２を収容するカムリング４と、ロータ２及びカムリング４を収容するハウジング５と、を備える。これらロータ２、カムリング４、及び一対の隣り合うベーン３によって、複数のポンプ室６が区画される。

ロータ２は、中央にスプライン孔２ｃが形成された環状部材であり、駆動シャフト１の先端部にスプライン結合によって連結される。ロータ２には、外周面に開口する複数のスリット２ａが放射状に形成され、各スリット２ａにはベーン３が摺動自在に挿入される。スリット２ａの径方向内側の端部には、回転軸Ｏ方向に貫通して設けられる複数の背圧孔２ｄが設けられる。スリット２ａの底部には、スリット２ａと背圧孔２ｄとベーン３とによって背圧室２ｂが形成される。上記形状を有するロータ２の製造方法については後述する。

カムリング４は、短径と長径を有する略楕円形状のカム面４ａが内周面に形成された環状部材である。カムリング４は、ロータ２の回転に伴ってポンプ室６の容積を拡張する２つの吸込領域と、ロータ２の回転に伴ってポンプ室６の容積を収縮する２つの吐出領域と、を有する。つまり、ロータ２が１回転する間に、ベーン３は２往復しポンプ室６は収縮と拡張を２回繰り返す。吸込領域と吐出領域は、カム面４ａの形状によって規定される。

ロータ２及びカムリング４の一側面には、円板状の第１サイドプレート１０が当接して配置される。

ロータ２、カムリング４、及び第１サイドプレート１０は、ハウジング５に凹状に形成されたポンプ収容部５ａに収容される。ポンプ収容部５ａは、ロータ２及びカムリング４の他側面に当接して配置されるポンプカバー７によって封止される。つまり、第１サイドプレート１０とポンプカバー７とは、ロータ２及びカムリング４の両側面を挟み込むように配置される。このため、ポンプ室６は第１サイドプレート１０及びポンプカバー７によって密閉される。

ポンプ収容部５ａの底面５ｂには、ポンプ室６から吐出される作動油が導かれる高圧室８が環状に形成される。高圧室８は、底面５ｂに配置される第１サイドプレート１０によって区画される。高圧室８は、ハウジング５の外面に開口して形成される吐出通路（図示省略）に連通する。

ロータ２が摺接するポンプカバー７の端面７ａには、カムリング４の２つの吸込領域に対応して開口し、ポンプ室６に作動油を導く円弧状の２つの吸込ポート（図示省略）が形成される。また、ポンプカバー７には、吸込ポートを通じてタンクの作動油をポンプ室６へと導く吸込通路（図示省略）が形成される。

ポンプカバー７の端面７ａに対向する第１サイドプレート１０の端面１０ａには、カムリング４の２つの吸込領域に対応して開口し、ポンプ室６に作動油を導く円弧状の２つの吸込ポート（図示省略）が形成される。この吸込ポートは、ポンプ収容部５ａの内周面に形成された通路（図示省略）を通じてポンプカバー７の吸込ポートと連通している。したがって、作動油は、ポンプカバー７の吸込ポート及び第１サイドプレート１０の吸込ポートを通じて吸込通路からポンプ室６へと導かれる。

第１サイドプレート１０には、円弧状に貫通して形成される吐出ポート１２がさらに設けられる。吐出ポート１２は、カムリング４の吐出領域に対応して形成され、ポンプ室６の作動油を高圧室８へ吐出する。

また、第１サイドプレート１０には、高圧室８からロータ２の背圧室２ｂへ作動油を導く２つの背圧通路１５が貫通して形成される。また、第１サイドプレート１０の端面１０ａには、背圧室２ｂを互いに連通する図示しない円弧溝が形成される。

上記構成のベーンポンプ１００では、エンジンの駆動により駆動シャフト１が回転すると、駆動シャフト１に連結されたロータ２が回転する。カムリング４内の各ポンプ室６は、ロータ２の回転に伴って、ポンプカバー７の吸込ポート及び第１サイドプレート１０の吸込ポートを通じて作動油を吸込み、第１サイドプレート１０の吐出ポート１２を通じて高圧室８へと作動油を吐出する。高圧室８に吐出された作動油は、吐出通路を通じて図示しない流体圧機器へと供給される。このように、カムリング４内の各ポンプ室６は、ロータ２の回転に伴う拡縮によって作動油を給排する。

次に、図３を参照して、ロータ２の製造方法について説明する。図３は、図１のIII－III線に沿う断面図であり、説明のためロータ２以外の部材を省略して示している。

ロータ２は、図示しない金型に金属粉末を注入して圧縮により成形した後、焼結する、いわゆる粉末冶金によって形成される。ロータ２は、上述のように、径方向に延びるスリット２ａ及びスリット２ａが接続される背圧孔２ｄを有している。このため、ロータ２を形成する金型には、ロータ２にスリット２ａを成形するための平板状の突起が径方向内側に向かって複数設けられる。また、これら突起の先端には、背圧孔２ｄを成形するための膨出部が設けられる。

粉末冶金によってスリット２ａ及び背圧孔２ｄが形成されたロータ２には、仕上げ加工として、スリット２ａに研削加工が施されるとともに、スリット２ａと背圧孔２ｄとの接続部に面取り加工が施され面取部２ｆが形成される。

ここで、一般的に突起を有する金型に金属粉末等の材料を注入して圧力をかけると、突起の先端には応力が集中することになる。このため、上記形状のロータ２を形成するにあたっては、圧縮時に突起の先端が変形してしまうことを抑制するため、回転軸Ｏに直交する断面における突起の先端の断面積、すなわち背圧孔２ｄを形成する部分の断面積を大きくし、金型の剛性を向上させる必要がある。

本実施形態では、金型に設けられる突起の先端によって成形される背圧孔２ｄの断面形状を所定の方向に長い楕円形状とすることによって、突起の先端の断面積を確保することで、ロータ２を形成する金型の剛性を向上させている。

具体的には、背圧孔２ｄは、ロータ２の径方向に対して直交するとともに回転軸Ｏ方向に対して直交する方向であるスリット２ａの幅方向における背圧孔２ｄの長さである第１長さＬ１が、スリット２ａの幅Ｗ１よりも長く、また、この第１長さＬ１がロータ２の径方向における背圧孔２ｄの長さである第２長さＬ２よりも長い楕円状の断面形状を有するように設計されている。

第１長さＬ１は、ロータ２の径方向に直交し回転軸Ｏ方向に直交する方向において、背圧孔２ｄを形成する内面の中で最も離れた部分間の距離である。第２長さＬ２は、ロータ２の径方向において、背圧孔２ｄを形成する内面の中で最も径方向内側に位置する部分から最も径方向外側に位置する部分までの距離であり、本実施形態では、図３に示すように、ロータ２の径方向内側に向けて凸状に形成される円弧面２ｅの先端から背圧孔２ｄと面取部２ｆとの接続部までの距離である。なお、面取部２ｆが設けられていない場合、第２長さＬ２は、円弧面２ｅの先端から背圧孔２ｄに直線状のスリット２ａが接続される接続部までの距離となる。

また、背圧孔２ｄの円弧面２ｅの曲率は、ロータ２の径方向における背圧孔２ｄの長さである第２長さＬ２を直径とする図３において点線で図示される円Ｃ１の曲率よりも小さく設定される。つまり、円弧面２ｅにおける半径（曲率半径）Ｒは、第２長さＬ２の半分の長さである円Ｃ１の半径よりも大きい。なお、円弧面２ｅは、背圧孔２ｄを形成する内面の中で最もロータ２の径方向内側に位置する曲面であって、ロータ２の径方向においてスリット２ａと対向する部分に設けられる曲面である。

このように、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、スリット２ａを成形するために金型に設けられた突起の先端の断面積を大きくすることが可能となる。この結果、金型の剛性が向上し、圧縮時に突起の先端が変形してしまうことを抑制することができる。

また、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、金型の突起の先端の断面積を大きくしてもベーン３を支持するスリット２ａの径方向長さが短くなることはない。このように、スリット２ａの径方向長さを十分に確保することが可能となることで、スリット２ａによってベーン３を傾斜させることなく安定して支持することができる。

また、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、金型の突起の先端の断面積を大きくしても駆動シャフト１が挿通するスプライン孔２ｃと背圧室２ｂとの間隔が狭まることはない。このように、スプライン孔２ｃと背圧室２ｂとの間隔を十分に確保することが可能となるため、ロータ２の強度を確保することができる。

また、背圧孔２ｄは、比較的半径が大きく曲率が小さい円弧面２ｅをロータ２の径方向内側に有している。このため、応力が集中する金型の突起の先端の半径を大きくして突起の先端の曲率を小さくすることが可能となる。この結果、金型に金属粉末を注入して圧縮する際に突起の先端に応力が集中することが抑制され金型が変形してしまうことを防止することができる。

以上の実施形態によれば、以下の効果を奏する。

ベーンポンプ１００は、スリット２ａの幅方向における背圧孔２ｄの第１長さＬ１が、スリット２ａの幅Ｗよりも長く、且つ、ロータ２の径方向における背圧孔２ｄの第２長さＬ２よりも長い断面形状を有する背圧孔２ｄが形成されたロータ２を備える。このように、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、金型の突起の先端の断面積を大きくすることが可能となる。この結果、金型の剛性が向上し、圧縮時に突起の先端が変形してしまうことを抑制することができる。

また、ロータ２に形成される背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、金型の突起の先端の断面積を大きくしてもベーン３を支持するスリット２ａの径方向長さが短くなることはない。このように、スリット２ａの径方向長さを十分に確保することが可能となることで、スリット２ａによってベーン３を傾斜させることなく安定して支持することができる。

さらに、ロータ２に形成される背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、金型の突起の先端の断面積を大きくしても駆動シャフト１が挿通するスプライン孔２ｃと背圧室２ｂとの間隔が狭まることはない。このように、スプライン孔２ｃと背圧室２ｂとの間隔を十分に確保することが可能となるため、ロータ２の強度を確保することができる。この結果、ロータ２の機能や強度を低下させることなく、ロータ２を形成する金型の剛性を向上させることができる。

以下に、本発明の実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、流体圧回転機が、作動油を吐出するベーンポンプ１００である場合について説明したが、流体圧回転機としては、作動油により駆動されるベーンモータであってもよい。この場合、外部から供給される作動油の圧力によりロータ２が回転して駆動シャフト１が回転することで、回転駆動力が出力される。

また、上記実施形態では、ロータ２は、金型に金属粉末を注入して圧縮した後、焼結されることによって形成される。これに代えて、ロータ２は、金型に溶融金属を注入する鋳造により形成されてもよい。

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ベーンポンプ１００は、回転駆動されるロータ２と、ロータ２の径方向に往復動自在にロータ２に設けられる複数のベーン３と、ロータ２の回転に伴って複数のベーン３の先端部３ａが摺接するカム面４ａを内周に有するカムリング４と、を備え、ロータ２は、ベーン３を摺動自在に支持し径方向外側において開口する複数のスリット２ａと、スリット２ａの径方向内側の端部にロータ２の回転軸Ｏ方向に貫通して設けられる背圧孔２ｄと、を有し、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向における背圧孔２ｄの第１長さＬ１が、スリット２ａの幅Ｗよりも長く、且つ、ロータ２の径方向における背圧孔２ｄの第２長さＬ２よりも長い断面形状を有する。

この構成では、スリット２ａの幅方向における背圧孔２ｄの第１長さＬ１が、スリット２ａの幅Ｗよりも長く、且つ、ロータ２の径方向における背圧孔２ｄの第２長さＬ２よりも長い断面形状を有する背圧孔２ｄがロータ２に形成される。このように、背圧孔２ｄは、スリット２ａの幅方向に長い断面形状を有するため、スリット２ａを成形するために金型に設けられる突起の先端の断面積を大きくすることが可能となる。この結果、ロータ２の機能や強度を低下させることなく、ロータ２を形成する金型の剛性を向上させることができる。

また、背圧孔２ｄは、ロータ２の径方向内側に向けて凸状に形成される円弧面２ｅを有し、円弧面２ｅの半径Ｒは、ロータ２の径方向における背圧孔２ｄの長さを直径とする円の半径よりも大きい。

この構成では、背圧孔２ｄが、比較的半径が大きい円弧面２ｅをロータ２の径方向内側に有している。このため、応力が集中する金型の突起の先端の半径を大きくすることが可能となり、結果として、金型に材料が注入された際に突起の先端に応力が集中することが抑制され金型が変形してしまうことを防止することができる。

また、ロータ２は、金型を用いて粉末冶金により形成される。

この構成では、ロータ２は、金型に金属粉末を注入して圧縮により成形された後、焼結する、いわゆる粉末冶金によって形成される。このようにロータ２は、比較的精度の高い部品を大量生産可能な粉末冶金によって形成されるため、ベーンポンプ１００の製造コストを低減することができる。

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部を示したに過ぎず、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。

１００・・・ベーンポンプ（流体圧回転機）、１・・・駆動シャフト、２・・・ロータ、２ａ・・・スリット、２ｄ・・・背圧孔、２ｅ・・・円弧面、３・・・ベーン、３ａ・・・先端部、４・・・カムリング、４ａ・・・カム面

Claims (1)

1. 回転駆動されるロータと、
   前記ロータの径方向に往復動自在に前記ロータに設けられる複数のベーンと、
   前記ロータの回転に伴って前記複数のベーンの先端部が摺接するカム面を内周に有するカムリングと、を備え、
   前記ロータは、前記ベーンを摺動自在に支持し径方向外側において開口する複数のスリットと、前記スリットの径方向内側の端部に前記ロータの回転軸方向に貫通して設けられる背圧孔と、を有し、
   前記背圧孔は、前記スリットの幅方向における前記背圧孔の長さが、前記スリットの幅よりも長く、且つ、前記ロータの径方向における前記背圧孔の長さよりも長い楕円状の断面形状を有し、
   前記ロータの径方向における前記背圧孔の長さは、前記ロータの径方向において、前記背圧孔を形成する内面の中で最も径方向内側に位置する部分から前記背圧孔に前記スリットが接続される接続部までの長さであって、前記接続部に面取部が設けられている場合は、前記背圧孔と前記面取部とが接続する部分までの長さであり、
   前記背圧孔は、前記ロータの径方向内側に向けて凸状に形成される円弧面を有し、
   前記円弧面の曲率半径は、前記ロータの径方向における前記背圧孔の長さを直径とする円の半径よりも大きく、
   前記ロータは、金型を用いて粉末冶金により形成された焼結体であることを特徴とする流体圧回転機。

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