JPH0445677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、動力舵取装置に好適なベーンポンプ
に関するものである。

＜従来技術＞ 最近動力舵取装置では、12枚あるいは10枚のベ
ーンを備えた圧力平衡型ベーンポンプに代えて、
８枚ベーンのポンプが使用されようとしている。

この８枚ベーンポンプは、ベーン枚数が少ない
ことから軽量でかつ加工が容易という利点を有す
る反面、種々の要因によつて吐出流量の変動さら
にはそれに基づく圧力脈動を生起する。

かかるポンプの脈動発生の主たる要因として以
下の２つをあげることができる。その１つは、カ
ム諸元、ベーン諸元によつて定まる理論吐出流量
変動であり、いま１つは、ポンプの内部洩れ変
動、とりわけ洩れに係わるポンプステージの変化
に伴う洩れ流量変動である。

なお、ここでいう流量変動とは、ベーンの回転
角θに対する流量波形の最大値と最小値との差で
あり、その流量波形の積分値（流量の絶対値）
は、ポンプ効率に影響するだけで脈動には何ら関
係ないものである。

一般に第１図の展開図で示すように、ベーンＶ
が摺接するカム曲線は、吸入曲線部Ｃ１、大円部
Ｃ２、吐出曲線部Ｃ３および小円部Ｃ４からなつ
ている。この種のポンプにおいては、ベーンＶが
単位角度△θ移動された際に、吐出ポートOPに
係わるポンプ室の最後端のベーンと最前端のベー
ンとで囲まれた容積の変化が、このときに吐出さ
れる流量となる。この流量は大円部Ｃ２、小円部
Ｃ４が共に真円になつておれば常に一定となり、
変動を生じないが、通常大円部Ｃ２は予圧のため
に僅かな予圧勾配を付与され、従つて単位角度当
りの吐出流量は予圧勾配に応じて変化し、第３図
に示すように比較的小さな変動幅Ｘ１の流量変動
曲線となる。これは一般に基本吐出流量変動と呼
ばれる。

さらに吸入ポートIPに係わるベーンＶは単位
角度移動することにより吐出ポートOPに通ずる
ベーン背圧溝Ｇ内の圧力作用により上昇するた
め、ベーン下端側の容積変化分だけ吐出流量が消
費されることになる。しかしてかかる消費流量は
単位角度当りのベーンＶの上昇量に比例するもの
であり、ベーン軌跡の速度線図（第１図のＡ）に
対応したものとなる。例えば今、小円部Ｃ４の位
置αにベーンＶ１があるものとすると、吸入曲線
部Ｃ１に係わるもう一枚のベーンＶ２がα＋45゜
の位置に存在する。この２枚のベーンＶ１，Ｖ２
がロータＲの回転につれて一方は徐々に増速さ
れ、他方は徐々に減速されて移動する。さらに回
転が進むと、吸入曲線部Ｃ１上には‘１枚だけの
ベーンＶ１が存在することになり、このベーンＶ
１が最大速度まで到達し、その後減速されるとい
つた速度の変動が発生する。従つて吸入区域にお
けるベーン下端への消費流量は、１枚または２枚
のベーンの上昇速度に応じたものの総和となり、
ベーンの角度位置に応じて大きく変動する。しか
してその変動幅はベーンの板厚が大きくなればな
るほど大きくなる。

このことから、カム諸元およびベーン諸元によ
つて定まる理論吐出流量変動は、前記基本吐出流
量変動とベーン上昇による消費流量変動とを加え
た第４図のＡに示すような変動幅Ｘ２の曲線とな
り、この理論吐出流量変動が吐出圧力脈動の１つ
の要因をなす。

一方、隣合う２枚のベーンＶ、カムリングＣ、
ロータＲおよびサイドプレートによつて区画され
る複数のポンプ室（セクタ）の圧力は、ベーンＶ
の角度位置により吸入圧と吐出圧とに周期的に変
化する。これに対してベーン背圧溝Ｇは常に吐出
圧の状態にあり、またロータＲとサイドプレート
との間には僅かな隙間が設けられているため、こ
の隙間を介して前記ベーン背圧溝Ｇから吸入圧の
各セクタに向かつて圧油の洩れが発生する。

ここにおいて８枚ベーンの圧力平衡型ポンプで
は前記吸入ポート、吐出ポートの位置ならびにそ
れぞれの角度幅が適正に設定されないと、洩れが
発生するステージが周期的に変化する。例えば第
１図に示すポート配置では、吐出区間が２セクタ
となり、これよりベーンが移動した第２図に示す
状態では吐出区間が３セクタとなり、１ベーン区
間中に１回の割合で２セクタと３セクタに交互に
切換わることになる。圧油の洩れはこの吐出区間
を除いたステージ（角度領域）で発生することか
ら、そのステージの差異は、第４図Ｘ３に示すよ
うな洩れ流量変動をもたらす。

ポンプの実際の吐出流量は、前記した理論吐出
流量変動より洩れ流量変動を差引いたものとなる
が、理論吐出流量変動がカム諸元、ベーン諸元に
よつて一義的に定まるものであるのに対し、洩れ
流量変動は主としてベーン背圧溝と吸入区間との
差圧の関数として決定され、その変動幅Ｘ３は負
荷圧力に応じて大きくなる。従つてポンプが無負
荷で運転されているような場合には、差圧は小さ
く、洩れ流量変動による影響は少ないため、実際
の吐出流量の変動は、理論吐出流量変動の影響を
大きく受ける。しかしながら、圧力の上昇に伴つ
て差圧が大きくなると、洩れ流量変動が理論吐出
流量変動を上まわり、実際の吐出流量の変動は、
洩れ流量変動に大きく左右される。

特に動力舵取装置に用いられるベーンポンプ
は、負荷圧力が大きく変化するため、圧力変化に
対する吐出流量の変動を抑えることが肝要であ
る。

＜発明の目的＞ よつて本発明の目的は、洩れ流量変動を抑制す
るために、洩れに係わるポンプステージを変化さ
せないベーンポンプを提供し、以つて負荷圧力の
影響による吐出流量の変動を少なくして圧力脈動
を低減させることである。

＜発明の構成＞ 本発明はかかる目的を達成するために吸入ポー
トの開始端と吐出ポートの開始端との角度幅を前
記ベーンの角度ピツチの２倍の90度に設定し、前
記吐出ポートの角度幅を２枚のベーンの外端をな
す角度幅以下に設定するとともに、前記吸入ポー
トの角度幅を２枚のベーンの外端をなす角度幅以
下に設定した構成にして、漏れに係わるポンプス
テージを変化させないようにしたものである。

＜実施例＞ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第５図および第６図において、１０はポンプ
ハウジングを示し、このポンプハウジング１０に
は有底の中空室１１が形成され、この中空室１１
はポンプハウジング１０の一端に開口している。
ポンプハウジング１０の一端にはその開口部を閉
塞するエンドカバー１２が固着されている。ポン
プハウジング１０とエントカバー１２とで囲まれ
た前記中空室１１内にはカムリング１４と、この
カムリング１４の一側面に対接するリング状のサ
イドプレート１５と、一端がカムリング１４の他
側面に対接しかつ背面がエンドカバー１２に対接
する円板状のサイドプレート１６が収納され、一
方のサイドプレート１５はポンプハウジング１０
の軸受穴に嵌合されている。一方のサイドプレー
ト１５とポンプハウジング１０との間にはウエブ
ワツシヤ１７が弾発した状態で介挿され、このウ
エブワツシヤ１７の撥力によつて前記カムリング
１４、一対のサイドプレート１５，１６およびエ
ンドカバー１２が互いに当接されている。なお、
カムリング１４および一対のサイドプレート１
５，１６はポンプハウジング１０とエンドカバー
１２との間に支持された一対の位置決めピン１８
により位相決めされている。

前記カムリング１４の内周には後述する略楕円
形のカム面２０が形成され、このカム面２０に摺
接する８枚のベーン２１を45度の角度ピツチ隔て
て、放射方向に摺動可能に嵌挿したロータ２２が
カムリング１４内に収納されている。かかるロー
タ２２およびベーン２１の軸線方向幅はカムリン
グ１４の軸線方向幅よりも幾分小さな寸法に定め
られ、前記一対のサイズプレート１５，１６がカ
ムリング１４の両側面に当接された状態において
ロータ２２とサイドプレート１５，１６との各間
に適正なサイドクリアランス（軸線方向隙間）が
保たれるようにしてある。ロータ２２はポンプハ
ウジング１０の軸受穴に嵌着せる軸受スリーブ２
３に回転可能に軸承された回転軸２４の一端にス
プライン係合されている。

上記した構成によりカムリング１４のカム面２
０とロータ２２の外周面との間にベーン２１によ
つて区画された複数のポンプ室が形成され、各ポ
ンプ室はロータ２２の回転により容積変化を生ず
る。前記一対のサイドプレート１５，１６のロー
タ２２に対接する各面には、膨張工程をなすポン
プ室に対応して吸入ポート２５，２６が、また圧
縮工程をなすポンプ室に対応して吐出ポート２
７，２８がそれぞれ円周上２か所づつ形成されて
いる。吸入ポート２５，２６はカムリング１４を
取巻くように中空室１１に凹設された吸入室２９
に開口され、この吸入室２９はリザーバ３０に通
ずる吸入通路３１、流量調整弁３２に通ずるバイ
パス通路３３に連通されている。一方の吐出ポー
ト２７はサイドプレート１５を貫通し、このサイ
ドプレート１５とポンプハウジング１０との間に
形成された吐出室３４に通じ、この吐出室３４は
吐出通路３５中に設けられた図略の絞り通路を介
して圧力流体送出口に連通されるとともに、流量
調整弁３２を介して前記バイバス通路３３に適宜
連通される。また一対のサイドプレート１５，１
６のロータ２に対接する各面には、ベーン下端に
対応して環状もしくは円弧状のベーン背圧溝３
７，３８が形成され、一方のベーン背圧溝３７は
通孔３９を介して吐出室３４に連通され、ベーン
下端に吐出流体を導入するようになつている。

次に前記カムリング１４のカム面形状ならびに
前記吸入ポート２５，２６、吐出ポート２７，２
８の具体構成について説明する。

第８図は０〜180度の半周部分におけるポンプ
の展開図を示すもので、残りの半周も同一に構成
されている。前記カム面２０は、等速度形の吸入
曲線部Ｃ１と、僅かな予圧勾配を付与した大円部
Ｃ２と、吐出曲線部Ｃ３および小円部Ｃ４とをな
めらかに結んだカム曲線からなる。

ここにおいて前記吸入曲線部Ｃ１に対応して開
口された吸入ポート２５（２６）と、吐出曲線Ｃ
３に対応して開口された吐出ポート２７（２８）
とはそれぞれ大径密閉区間Ｗ１ならびに小径密閉
区間Ｗ２隔てて、次のような条件で周方向に分離
形成されている。

すなわち前記吸入ポート２５（２６）の開始端
と吐出ポート２７（２８）の開始端の角度幅はベ
ーン２１の角度ピツチの２倍すなわち90度に設定
され、また吐出ポート２７（２８）の角度幅はベ
ーン２１の角度ピツチにベーン２１の厚み分に相
当する角度を加えた角度に設定されている。

なお、この吐出ポート２７（２８）の角度幅は
さらに小さくてもよく、この角度幅を小さくした
分、小径密閉区間Ｗ２の角度を大きくすることが
できる。また吸入ポート２５（２６）と吐出ポー
ト２７（２８）の連通を防止して効率的なポンプ
作用を行うには前記大径密閉区間Ｗ１の角度幅は
ベーン２１の角度ピツチより大きくする必要があ
り、必然的に吸入ポート２５（２６）の角度幅は
ベーン２１の角度ピツチより小さく設定されてい
る。

なお、３０は大径部Ｃ２によつて予圧縮状態に
ある流体内に吐出ポート２７（２８）内の高圧流
体を徐々に導入して前記流体の急激な圧力変動を
生じないようにするひげみぞである。

このような関連構成からある１つのベーン２１
が吸入ポート２５（２６）の始端の位置にあると
すると、先行する１つ目のベーン２１は吸入ポー
ト２５，２６の終了端より僅かに逸脱した位置
に、２つ目のベーン２１は吐出ポート２７，２８
の開始端に接する位置に、さらに３つ目のベーン
２１は吐出ポート２７，２８の終了端に接する位
置にそれぞれ位置される。

本発明のベーンポンプは上述したように構成さ
れているので、回転軸２４が駆動されると、ロー
タ２２が回転し、これによつて作動流体が吸入室
２９より吸入ポート２５，２６を介してポンプ室
に吸入されるとともに、吐出流体がポンプ室より
吐出ポート２７，２８を介して吐出室３４に吐出
され、この吐出室３４より吐出通路３５中に設け
た流量調整弁３２により所定流量に制御されて動
力舵取装置等に送出される。

ポンプの吐出圧が上昇すると、一対のサイドプ
レート１５，１６とロータ２２とのサイドクリア
ランスを通つて高圧側のベーン背圧溝３７，３８
から低圧側の吸入ポート２５，２６に圧力流体の
洩れが生ずる。

しかしながら、本発明においては、ベーン背圧
溝３７，３８から吸入ポート２５，２６に向かつ
て洩れが生ずるセクタ（ポンプ室）の数を、ベー
ン２１のいかなる角度位置においても常に不変的
に保持できる。これは第７図に示す状態の前後の
状態を考えてみることにより理解しやすい。

第７図より僅かに前の状態においては、第８図
に示すように、第１、第２および第３の３つのベ
ーン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによつて画成された
２つのポンプ室は吸入圧Psであり、第３、第４
および第１の３つのベーン２１Ｃ，３１Ｄ，２１
Ａによつて画成された２つのポンプ室は吐出圧
Pdである。従つてベーン背圧溝３７，３８から
吸入ポート２５，２６に向かう油圧の洩れは第１
〜第３の３つのベーン２１Ａ〜２１Ｃによつて画
成された角度領域θ１にて生ずる。

第８図の状態より第７図の状態を通過して第９
図に示す状態になると、第２および第３のベーン
２１Ｂ，２１Ｃによつて画成されたポンプ室は完
全に吐出圧Pdとなり、第４および第１のベーン
２１Ｄ，２１Ａによつて画成されたポンプ室は吐
出圧Pdから吸入圧Psに切替わる。しかるにこの
場合にも第４、第１、第２の３つのベーン２１
Ｄ，２１Ａ，２１Ｂによつて画成された角度領域
θ１において、ベーン背圧溝３７，３８から吸入
ポート２５（２６）に向かう圧油の洩れが生ず
る。

従つてベーン２１のいかなる角度位置において
も、洩れに係わるステージの変化は生じなく、ポ
ンプの内部洩れの変動をきわめて小さくすること
ができる。

なお、上記実施例では、吸入ポート２５（２
６）の開始端と吐出ポート２７（２８）の開始端
との間にベーン２１の開度ピツチの２倍すなわち
90度の角度幅を設定しているが、この角度幅は必
要によつて第１０図に示すように90度より若干大
きめの角度に設定することができるが、この場合
には吸入ポート２５（２６）の開始端より90度ず
れた地点を横切るような長さを有するひげみぞ３
２、すなわち吸入ポート２５（２６）の開始端よ
り90度ずれた位置より若干吸入ポート２５（２
６）側にずれた位置より次第に広がるようなひげ
みぞ３２が必要となる。このひげみぞ３２は予圧
縮のための導入路として機能するとともに吸入ポ
ート２５（２６）の開始端と吐出ポート２７（２
８）の開始端との間に90度の角度幅を設定したと
きと実質的に同じように機能する。

また、本実施例において吸入曲線部Ｃ１は等速
度曲線Ｃ１１とその前後の緩和曲線Ｃ１２，Ｃ１
３より構成されかつ、先行するベーン２１が一方
の緩和曲線Ｃ１３の始点に接触しているとき後続
するベーン２１が他方の緩和曲線Ｃ１２の始点に
接触し同じく先行するベーン２１が緩和曲線Ｃ１
３の終点に位置しているとき後続するベーン２１
が緩和曲線Ｃ１２の終点に接触する関係に設定さ
れており、理論吐出流量変動はない。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明においては、吸入ポー
トの開始端と吐出ポートの開始端との角度幅をベ
ーンの角度ピツテの２倍の90度に設定し、前記吐
出ポートの角度幅を２枚のベーンの外端をなす角
度幅以下に設定するとともに、前記吸入ポートの
角度幅を２枚のベーンの外端をなす角度幅以下に
設定した構成からなり、８枚ベーンポンプにおい
てベーン背圧溝と各ポンプ室間における洩れに係
わるステージが、ベーンの回転位置によつて変化
しないようにベーンの角度ピツチに対する吸入ポ
ートならびに吐出ポートの配置を設定した構成で
あるので、ポンプの内部洩れによる流量変動幅を
きわめて小さくでき、これによつて吐出流量の変
動を抑制でき、圧力脈動を低減できる効果が奏せ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は８枚のベーンポンプにおける吸入なら
びに吐出ポートの配置構成の一例を示す展開図、
第２図はロータの回転した作動状態を示す展開
図、第３図は基本吐出流量の変動を示す線図、第
４図は理論吐出流量および洩れ流量の変動を示す
線図、第５図は本発明の実施例を示すベーンポン
プの断面図、第６図は第５図の−線矢視断面
図、第７図は第６図の一部を展開して示した図、
第８図および第９図は第７図の作動状態をそれぞ
れ示す図、第１０図は本発明の他の実施例を示す
展開図である。 １０……ポンプハウジング、１２……エンドカ
バー、１４……カムリング、１５，１６……サイ
ドプレート、２０……カム面、２１……ベーン、
２２……ロータ、２５，２６……吸入ポート、２
７，２８……吐出ポート、３７，３８……ベーン
背圧溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプハウジングと、このポンプハウジング
   に収納され吸入曲線部、吐出曲線部を有するカム
   面を形成したカムリングと、このカムリングのカ
   ム面に摺接する８枚のベーンを円周上45度等角度
   間隔に保持した回転可能なロータと、前記カムリ
   ングの側方に配置され吸入ポート、吐出ポートお
   よび吐出ポートに通ずるベーン背圧溝を形成した
   サイドプレートとを備えてなる圧力平衡型ベーン
   ポンプにして、前記吸入ポートの開始端と前記吐
   出ポートの開始端との角度幅を前記ベーンの角度
   ピツチの２倍の90度に設定し、前記吐出ポートの
   角度幅を２枚のベーンの外端をなす角度幅以下に
   設定するとともに、前記吸入ポートの角度幅を２
   枚のベーンの外端をなす角度幅以下に設定してな
   るベーンポンプ。