JP7464873B1 - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンの飛び出し性を向上させて、低速回転での運転に対応することができ、消費電力を低減することができる可変容量型ベーンポンプを提供する。【解決手段】ベーンポンプ１００は、作動油を貯留するドレン室１６６と、ロータ１１２のベーン１１４が通るベーン溝１２２に設けられたベーン背圧穴１７６と、サイドプレート１１８、１２０に設けられ吐出領域および吸入領域に位置し、ベーン背圧穴と連通可能なベーン背圧溝１７８、１８０と、カムリング１１６の移動範囲内に配置され、サイドプレートを貫通しドレン室に吐出圧を導く吐出側貫通穴１７２と、カムリングの移動範囲外に配置され、サイドプレートを貫通しドレン室から吸入領域のベーン背圧溝１８０に吐出圧とドレン圧を含む正圧を導く吸込側貫通穴１７４とを有し、カムリングが移動しポンプ容量が減少すると、吐出側貫通穴が塞がれて、ドレン室への吐出圧の供給が遮断される。【選択図】図１

Description

本発明は、作動油の油圧源として用いられる可変容量型ベーンポンプに関する。

一例として各種機械においては、作動油の油圧源として吐出量を変化させる可変容量型ベーンポンプが用いられている（例えば特許文献１）。特許文献１の可変容量形ベーンポンプは、回転するロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を形成する同心円筒形状のカムリングと、サイドプレートとを有する。サイドプレートは、ロータ、ベーンおよびカムリングを軸方向から挟持して吸入および吐出工程を制御する。

ロータは、ベーンが径方向に進退可能に挿通されるベーン溝と、ベーンに背圧を導くベーン背圧穴とを有する。またサイドプレートには、吐出領域および吸入領域に位置し、ベーン背圧穴と連通可能なベーン背圧溝が設けられている。ベーンは、ロータの回転に伴う遠心力と、ロータのベーン背圧穴に導かれる背圧とによって、ロータから径方向に飛び出して、カムリングの内周面に沿って摺動する。

この可変容量型ベーンポンプでは、ロータのベーン背圧穴は、サイドプレートのベーン背圧溝によって吸入領域では吸入圧が導かれ、吐出領域では吐出圧が導かれる構造となっている。

特開２００８－２３０４号公報

しかし特許文献１の可変容量型ベーンポンプでは、吸入領域において、ロータのベーン背圧穴に導かれる吸入圧が微小な負圧であり、背圧でベーンを押し出さないため、ベーンの飛び出し性は遠心力に依存することになる。

そのため特許文献１の可変容量型ベーンポンプでは、消費電力を低減するためにインバータなどで低速回転での運転を行った場合、ロータの回転数が低下して遠心力が小さくなり、吸入領域でのベーンの飛び出し性が低下し、ベーンとカムリングとの衝突音が発生したり、吐出領域での吐出圧が不安定になったりする場合があり得る。

本発明は、このような課題に鑑み、ベーンの飛び出し性を向上させて、低速回転での運転に対応することができ、消費電力を低減することができる可変容量型ベーンポンプを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる可変容量型ベーンポンプの代表的な構成は、軸を中心に回転可能なロータと、回転するロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、ロータから突出したベーンの外周端部が摺接する内周面を有し、軸に対して偏心可能なカムリングと、ロータ、ベーンおよびカムリングを軸方向から挟持して吸入および吐出工程を制御するサイドプレートと、を有する可変容量型ベーンポンプにおいて、各部品の隙間から漏れた作動油を貯留するドレン室と、ロータに設けられベーンが通るベーン溝の中心側端部に設けられたベーン背圧穴と、サイドプレートに設けられ吐出領域および吸入領域に位置し、ベーン背圧穴と連通可能なベーン背圧溝と、カムリングの移動範囲内に配置され、サイドプレートを貫通しドレン室に吐出圧を導く吐出側貫通穴と、カムリングの移動範囲外に配置され、サイドプレートを貫通しドレン室から吸入領域のベーン背圧溝に吐出圧とドレン圧を含む正圧を導く吸込側貫通穴とを有し、カムリングが移動しポンプ容量が減少すると、カムリングによって吐出側貫通穴が塞がれて、ドレン室への吐出圧の供給が遮断されることを特徴とする。

上記構成では、サイドプレートを貫通しドレン室に吐出圧を導く吐出側貫通穴が、カムリングの移動範囲内に配置されている。そして吸込側貫通穴は、サイドプレートを貫通しドレン室から吸入領域のベーン背圧溝に吐出圧とドレン圧を含む正圧を導く。従来技術では吸入領域においてベーン背圧穴が微小な負圧であったところ、本発明においては正圧となる。したがって上記構成によれば、吸入領域におけるベーンの飛び出し性を向上させて、低速回転での運転に対応することができ、消費電力を低減することができる。

ここで、カムリングが大きく偏心してポンプ容量が増大しているときは吐出側貫通穴が開口し、カムリングがロータと同軸に近づいてポンプ容量が減少すると吐出側貫通穴がカムリングによって塞がれる。一方、吸込側貫通穴は、カムリングの移動範囲外に配置されているため、カムリングによって塞がれることがなく、常に開口している。吐出側貫通穴が塞がれると、吸込側貫通穴は、ドレン室から吸入領域のベーン背圧溝にドレン圧のみの正圧を導く。したがって、吐出側貫通穴が開口している場合も、塞がれている場合も、吸入領域のベーン背圧溝には常に正圧が導かれる。

そして、カムリングによって吐出側貫通穴が塞がれた保圧時（ポンプ容量が最小のとき）にはドレン室への吐出圧の供給（漏れ）が遮断されるため、吐出側貫通穴からの作動油の損失を抑えることができる。したがって、保圧時のポンプ効率の低下を防止することができる。

上記の可変容量型ベーンポンプは、ロータ、ベーン、カムリングおよびサイドプレートによりポンプ室が形成されていて、サイドプレートは、ポンプ室から吐出される作動油を導く吐出室と、吐出室からロータの回転方向とは逆方向に向かって突出して延びるノッチとを有し、吐出側貫通穴は、ノッチの先端よりも、ベーンの回転方向の下流側に配置されているとよい。

サイドプレートの吐出室に、ベーンの回転方向の上流側に突出するノッチを形成することは、従来から行われている。ノッチの先端は、ロータの回転に伴ってポンプ室と吐出室が最初に接する箇所であるため、吐出圧の制御の起点となる。そこで上記構成では、吐出側貫通穴を、ノッチの先端よりもベーンの回転方向の下流側に配置することにより、ポンプ室が、ロータの回転に伴って吐出側貫通穴よりも先にノッチの先端に接することになる。したがって、吐出側貫通穴を設けてもノッチの先端を制御の起点とする従来の設計を変更する必要がなく、吐出圧の制御を安定させることができる。

本発明によれば、ベーンの飛び出し性を向上させて、低速回転での運転に対応することができ、消費電力を低減することができる可変容量型ベーンポンプを提供することができる。

本発明の実施形態における可変容量型ベーンポンプのフルフロー時の状態を示す断面図である。 図１（ｂ）のベーンポンプの領域Ａの拡大図である。 図２のサイドプレートを示す図である。 図１（ａ）のベーンポンプの要部の拡大図である。 図１（ａ）のベーンポンプの保圧時の状態を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態における可変容量型ベーンポンプ（以下、ベーンポンプ１００）のフルフロー時の状態（ポンプ容量が最大の状態）を示す断面図である。ベーンポンプ１００は、吐出量を変化させるポンプであって、各種機械において作動油の油圧源として用いられる。

ベーンポンプ１００は、図１（ａ）に示すハウジング１０２と、ハウジング１０２と一体的に形成されたカバー１０４（図１（ｂ）参照）とを備える。ハウジング１０２およびカバー１０２内には、軸受１０６、１０８によって回転軸１１０が回転自在に支持されている。

ベーンポンプ１００はさらに、ロータ１１２と、複数のベーン１１４と、カムリング１１６と、一対のサイドプレート１１８、１２０とを備える。ロータ１１２は、回転軸１１０と一体的に支持されていて、回転軸１１０を中心にして回転可能となっている。ベーン１１４は、図１（ａ）に示すロータ１１２に設けられたベーン溝１２２を通って、回転するロータ１１２から摺動可能に突出する。

カムリング１１６は、回転軸１１０に対して偏心可能な円筒状の部材である。カムリング１１６の内周面１２６（図１（ｂ）参照）には、ロータ１１２から突出したベーン１１４の外周端部１２４が摺接する。図１（ａ）に示すように、カムリング１１６の一方の側（図中、左側）には、ベーンポンプ１００の吐出圧を調整する圧力調整機構１２８が設けられていて、他方の側（図中、右側）には吐出量調整機構１３０が設けられている。

圧力調整機構１２８は、ハウジング１０２に設けられていて、アダプタ１３２に螺合するボルト部材１３４を軸心方向に変位させると、ばね受け１３６が押圧される。これにより、圧力調整機構１２８では、カムリング１１６の外周面１３８に当接するホルダ１４０を介してカムリング１１６に作用するばね部材１４２の付勢力が変化し、吐出圧が調整される。

またハウジング１０２には、大気圧で不図示のドレンタンクにつながるドレンポート１４４が設けられている。ドレンポート１４４は、ばね部材１４２が収容されたばね室１４６に連通していて、作動油に満たされたばね室１４６の容積変動に応じて作動油を外部から吸入したり、外部に吐出したりする。

ここで図１（ａ）に示すベーンポンプ１００は、カムリング１１６がロータ１１２に対して最も偏心し吐出量調整機構１３０に当接したフルフロー状態となっている。吐出量調整機構１３０は、ハウジング１０２に設けられていて、カムリング１１６の外周面１３８を押圧するボルト部材１４８を軸心方向に変位させると、ロータ１１２とカムリング１１６との隙間が調整される。つまりカムリング１１６のフルフロー状態の最大偏心量は、ボルト部材１４８によって調整される。これにより、図１（ｂ）に示すカバー１０４に設けられた吸入ポート１５０から吐出ポート１５２に流れる作動油の最大吐出量が調整される。運転時における作動油の吐出量、すなわちカムリング１１６の偏心量は、ボルト部材１３４およびばね部材１４２によるばね荷重と、ポンプ室１５８内の圧力のうちばね部材１４２に向かう力との均衡によって随時決定される。

さらにハウジング１０２には、リング位置調整機構１５４が設けられている。リング位置調整機構１５４は、カムリング１１６の外周面１３８を押圧するボルト部材１５６を軸心方向に変位させることにより、カムリング１１６の位置を調整する。なおリング位置調整機構１５４のボルト部材１５６は、圧力調整機構１２８のボルト部材１３４および吐出流量調整機構１３０のボルト部材１４８にほぼ直交している。

サイドプレート１１８、１２０は、図１（ｂ）に示すようにロータ１１２、ベーン１１４およびカムリング１１６を軸方向から挟持して吸入工程および吐出工程を制御する。そしてベーンポンプ１００では、ロータ１１２、ベーン１１４、カムリング１１６およびサイドプレート１１８、１２０によりポンプ室１５８が形成されている。

またサイドプレート１２０には、図１（ａ）に示すポンプ室１５８に作動油が吸入される吸入室１６０と、ポンプ室１５８から吐出される作動油を導く吐出室１６２とが設けられている。また吸入室１６０、吐出室１６２はそれぞれ、図１（ｂ）に示す吸入ポート１５０、吐出ポート１５２につながっている。

ベーンポンプ１００は、図１（ａ）に示すフルフロー状態においてロータ１１２が反時計回りの方向に回転すると、ポンプ室１５８の容積が拡大する下側の吸入領域において、作動油が吸入ポート１５０から吸入室１６０を介してポンプ室１５８に吸入される。さらにベーンポンプ１００では、ポンプ室１５８の容積が縮小する上側の吐出領域において、加圧された作動油がポンプ室１５８から吐出室１６２を介して吐出ポート１５２に吐出される。

またベーンポンプ１００は、図１（ｂ）に示す正圧室（ドレン室１６６）を備える。ドレン室１６６は、例えばハウジング１０２、マウンティング１６８および回転軸１１０により区画され、各部品の隙間から漏れた作動油を貯留する。また、回転軸１１０とマウンティング１６８の隙間は、オイルシール１７０によってシールされている。なおマウンティング１６８は、これに限らず、電動機のブラケットなどであってもよい。

図２は、図１（ｂ）のベーンポンプ１００の領域Ａの拡大図である。図３は、図２のサイドプレート１１８を示す図である。図４は、図１（ａ）のベーンポンプ１００の要部の拡大図である。なお図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ、ベーンポンプ１００の各領域Ｂ、Ｃを示している。

ベーンポンプ１００はさらに、図２に示す吐出側貫通穴１７２および吸込側貫通穴１７４と、図４に示すベーン背圧穴１７６およびベーン背圧溝１７８、１８０とを備える。ベーン背圧穴１７６は、ロータ１１２に設けられた穴であって、ベーン１１４が通るベーン溝１２２の中心側端部１８２に設けられている。

図３および図４（ａ）に示すベーン背圧溝１７８は、サイドプレート１１８に設けられた溝であって、吐出領域に位置していて、ベーン背圧穴１７６と連通可能となっている。図３および図４（ｂ）に示すベーン背圧溝１８０は、サイドプレート１１８に設けられた溝であって、吸入領域に位置していて、ベーン背圧穴１７６と連通可能となっている。

またサイドプレート１２０には、図１（ｂ）に示す背圧導入穴１８４が設けられている。背圧導入穴１８４は、吐出ポート１５２から吐出領域のベーン背圧溝１７８に連通していて、ベーン背圧穴１７６に吐出圧を供給する。

吐出側貫通穴１７２は、図２に示すように２つの連続する貫通穴１８６、１８８を有する。貫通穴１８６は、図３に示すサイドプレート１１８を貫通している。また貫通穴１８６は、ポンプ室１５８と連通したり、次に述べるようにカムリング１１６で塞がれたりする。貫通穴１８８は、ハウジング１０２を貫通しドレン室１６６と連通している。また貫通穴１８６、１８８は、カムリング１１６の移動範囲内に配置されている。

カムリング１１６が大きく偏心してポンプ容量が増大しているフルフロー時において、吐出側貫通穴１７２は、図４（ａ）に示すように貫通穴１８６が開口し、貫通穴１８６に連続する貫通穴１８８も開口する。

これにより、吐出ポート１５２からの吐出圧は、ポンプ室１５８から吐出側貫通穴１７２（サイドプレート１１８を貫通する貫通穴１８６と、ハウジング１０２を貫通する貫通穴１８８）を介してドレン室１６６まで導かれる。

吸入側貫通穴１７４は、図２に示すように２つの連続する貫通穴１９０、１９２を有する。貫通穴１９０は、ハウジング１０２を貫通しドレン室１６６と連通している。貫通穴１９２は、図３に示すサイドプレート１１８を貫通している。また貫通穴１９２は、サイドプレート１１８に設けられ吸入領域に位置するベーン背圧溝１８０（図４（ｂ）参照）と連通している。また貫通穴１９０、１９２は、カムリング１１６の移動範囲外に配置されている。

吸込側貫通穴１７４は、貫通穴１９０、１９２がカムリング１１６の移動範囲外に配置されているため、カムリング１１６によって塞がれることがない。なお図４（ｂ）には、吸入側貫通穴１７４の貫通穴１９２が開口している状態が示されていて、貫通穴１９２に連続する貫通穴１９０も開口している。

これにより、吸込側貫通穴１７４は、ドレン室１６６から吸入領域のベーン背圧溝１８０に吐出圧とドレン圧を含む正圧を導く。そしてベーン背圧溝１８０に導かれた正圧は、ロータ１１２に設けられたベーン背圧穴１７６にさらに導かれる。

図５は、図１（ａ）のベーンポンプ１００の保圧時（ポンプ容量が最小の状態）の状態を示す図である。なお保圧時とは、基本的には油を送らないが、外部圧力が低下した場合には圧力を維持するように僅かに作動油を送るように平衡動作する状態である。図５（ａ）は、図１（ａ）に対応するベーンポンプ１００の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のベーンポンプ１００の領域Ｄの拡大図である。

ベーンポンプ１００の保圧時では、図５（ａ）に示すように、カムリング１１６がロータ１１２と同軸に近づいてポンプ容量が減少する。このときカムリング１１６の移動範囲内に配置された吐出側貫通穴１７２が、カムリング１１６によって塞がれる。なお図５（ｂ）には、ベーンポンプ１００の保圧時に、吐出側貫通穴１７２の貫通穴１８６が塞がれている状態が示されている。必然的に、貫通穴１８６に連続する貫通穴１８８にも作動油の供給は途絶えている。

吐出側貫通穴１７２が塞がれると、ドレン室１１６への吐出圧の供給が遮断されるため、吸込側貫通穴１７４は、ドレン室１６６から吸入領域のベーン背圧溝１８０（図４（ｂ）参照）にドレン圧のみの正圧を導く。さらに、ベーン背圧溝１８０に導かれた正圧は、ロータ１１２に設けられたベーン背圧穴１７６に導かれる。

すなわちベーンポンプ１００では、フルフロー時に吐出側貫通穴１７２が開口していると、吸入領域のベーン背圧溝１８０に吐出圧とドレン圧を含む正圧が導かれ、保圧時に吐出側貫通穴１７２が塞がれると、ベーン背圧溝１８０にドレン圧のみの正圧が導かれる。

つまりベーンポンプ１００では、フルフロー時、保圧時いずれの場合にも、吸入領域のベーン背圧溝１８０には正圧が導かれる。このため、ロータ１１２に設けられたベーン背圧穴１７６には、吸入領域において負圧ではなく、吐出圧およびドレン圧を含む正圧、または、ドレン圧のみの正圧が導かれる。

したがってベーンポンプ１００によれば、吸入領域において、ロータ１１２のベーン背圧穴１７６に導かれた正圧によってベーン１１４が押し出されることにより、ベーン１１４の飛び出し性を向上させて、低速回転での運転に対応することができ、消費電力を低減することができる。

またベーンポンプ１００では、カムリング１１６によって吐出側貫通穴１７２が塞がれた保圧時に、ドレン室１６６への吐出圧の供給が遮断されるため、吐出側貫通穴１７２からの作動油の損失を抑えることもできる。したがって、保圧時のポンプ効率の低下を防止することができる。

さらにサイドプレート１１８は、図４（ａ）および図５（ｂ）に示すようにノッチ１９４を有する。ノッチ１９４は、サイドプレート１１８に設けられた吐出室１６２からロータ１１２の回転方向（反時計回り）とは逆方向に向かって突出して延びている。また、吐出側貫通穴１７２の貫通穴１８６は、ノッチ１９４の先端１９６よりも、ベーン１１４の回転方向（反時計回り）の下流側に配置されているとよい。

このように、サイドプレート１１８に吐出室１６２からロータ１１２の回転方向とは逆方向に向かって突出したノッチ１９４を設けることで、ベーン１１４などで仕切られたポンプ室１５８は、ロータ１１２の回転に伴って、最初にノッチ１９４を通じて吐出室１６２に連通することになる。

このためベーンポンプ１００では、ノッチ１９４を設けることで、ノッチ１９４を設けずポンプ室１５８が吐出室１６２に直接連通する構成に比べて、圧力低下を緩やかにすることができる。なお一例としてノッチ１９４は、ロータ１１２の回転方向に向かって開口面積（すなわちロータ１１２の径方向に沿う面のノッチ１９４の例えばＶ字状の断面形状の断面積）が徐々に大きくなるように溝状に形成される。

さらにノッチ１９４の先端１９６は、ロータ１１２の回転に伴ってポンプ室１５８が最初に接する箇所であるため、吐出圧の制御の起点となる。そこでベーンポンプ１００では、吐出側貫通穴１７２を、ノッチ１９４の先端１９６よりもベーン１１４の回転方向の下流側に配置することにより、ポンプ室１５８が、ロータ１１２の回転に伴って吐出側貫通穴１７２よりも先にノッチ１９４の先端１９６に接することになる。

したがってベーンポンプ１００によれば、吐出側貫通穴１７２を設けてもノッチ１９４の先端１９６を制御の起点とする従来の設計を変更する必要がなく、吐出圧の制御を安定させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、作動油の油圧源として用いられる可変容量型ベーンポンプとして利用することができる。

１００…ベーンポンプ、１０２…ハウジング、１０４…カバー、１０６、１０８…軸受、１１０…回転軸、１１２…ロータ、１１４…ベーン、１１６…カムリング、１１８、１２０…サイドプレート、１２２…ベーン溝、１２４…ベーンの外周端部、１２６…カムリングの内周面、１２８…圧力調整機構、１３０…吐出量調整機構、１３２…アダプタ、１３４、１４８、１５６…ボルト部材、１３６…ばね受け、１３８…カムリングの外周面、１４０…ホルダ、１４２…ばね部材、１４４…ドレンポート、１４６…ばね室、１５０…吸入ポート、１５２…吐出ポート、１５４…リング位置調整機構、１５８…ポンプ室、１６０…吸入室、１６２…吐出室、１６４…ロータの外周面、１６６…ドレン室、１６８…マウンティング、１７０…オイルシール、１７２…吐出側貫通穴、１７４…吸込側貫通穴、１７６…ベーン背圧穴、１７８、１８０…ベーン背圧溝、１８４…背圧導入穴、１８２…ベーン溝の中心側端部、１８６、１８８、１９０、１９２…貫通穴、１９４…ノッチ、１９６…ノッチの先端

Claims (2)

1. 軸を中心に回転可能なロータと、
   回転する前記ロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、
   前記ロータから突出した前記ベーンの外周端部が摺接する内周面を有し、前記軸に対して偏心可能なカムリングと、
   前記ロータ、前記ベーンおよび前記カムリングを軸方向から挟持して吸入および吐出工程を制御するサイドプレートと、を有する可変容量型ベーンポンプにおいて、
   各部品の隙間から漏れた作動油を貯留するドレン室と、
   前記ロータに設けられ前記ベーンが通るベーン溝の中心側端部に設けられたベーン背圧穴と、
   前記サイドプレートに設けられ吐出領域および吸入領域に位置し、前記ベーン背圧穴と連通可能なベーン背圧溝と、
   前記カムリングの移動範囲内に配置され、前記サイドプレートを貫通し前記ドレン室に吐出圧を導く吐出側貫通穴と、
   前記カムリングの移動範囲外に配置され、前記サイドプレートを貫通し前記ドレン室から吸入領域の前記ベーン背圧溝に吐出圧とドレン圧を含む正圧を導く吸込側貫通穴とを有し、
   前記カムリングが移動しポンプ容量が減少すると、前記カムリングによって前記吐出側貫通穴が塞がれて、前記ドレン室への吐出圧の供給が遮断されることを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 当該可変容量型ベーンポンプは、前記ロータ、前記ベーン、前記カムリングおよび前記サイドプレートによりポンプ室が形成されていて、
   前記サイドプレートは、
   前記ポンプ室から吐出される作動油を導く吐出室と、
   前記吐出室から前記ロータの回転方向とは逆方向に向かって突出して延びるノッチとを有し、
   前記吐出側貫通穴は、前記ノッチの先端よりも、前記ベーンの回転方向の下流側に配置されてい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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