JPS59173585A - パワ−ステアリング用ベ−ンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はベーンポンプに関し、特に各種自動車のパワ
ーステアリング機構において油圧を発生させるベーンポ
ンプに関するものである。

周知のように、パワーステアリングは操舵に関する運転
者の負担軽減を目的としたものであって、エンジンによ
って駆動される油圧ポンプにより油圧を発生させ、その
圧油をコントロールバルブを介してパワーシリンダに導
き、コントロールバルブをステアリング機構によって動
作させることにより、パワーシリンダを動作させて舵取
リンク装置を変位させるよう構成されている。ところで
この種のパワーステアリング機構の油圧ポンプとしてベ
ーンポンプが用いられる場合があり、そのベーンポンプ
の一例を第１図および第２図に示す。

すなわちロータシャフト１がハウジング２の軸受部３に
挿入した青銅やホワイトメタル等からなるブツシュ４に
よって回転自在に保持されており、そのロータシャフト
１のハウジング２から突出した端部にエンジンの回転力
をベルト（それぞれ図示せず）を介して伝達するための
プーリ５が取付けられ、またロータシャフト１のハウジ
ング２内の端部にロータ６が取付けられている。ロータ
６には複数のベーンプレート７＝＝Ｓ半径方向に向けて
突出退入自在に設けられるとともに、これらロータ６お
よびベーンプレート７は１対のカムリング８とリヤプレ
ート９とによって包囲されており、第２図に示すように
ベーンプレート７によって仕切られたカムリング８とロ
ータ６との間の空間の容積が、ロータ６と共にベーンプ
レート７が回転するに伴って増減し、その結果吸入口１
０から吸い込んだ油を吐出口１１へ送り出すように構成
されている。

ところで前記ロータシャフト１やハウジング２等には相
当大きな強度が要求されるから、従来ではロータシャフ
ト１を浸炭焼入れした鋼製とし、ハウジング２を鋳鉄製
としており、またロータシャフト１の回転数は毎分数百
〜数千回転になるうえに、ロータシャフト１にはラジア
ル荷重（半径方向荷重）がある程度かかるために、軸受
材として青銅やホワイトメタルからなるブツシュ４を用
いる。

しかるにこのような構成の従来のベーンポンプでは、部
品点数が多く、それに伴って組立て工数が多くなるから
、コスト高となる問題があり、またロータ６の回転を更
に高速化した場合には、前記ブツシュ４が摩耗し、その
結果異常な振動が生じたり、発熱したりし、ひいてはポ
ンプの出力が低下するおそれがあった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、ロータ
シャフトを保持する軸受部の耐摩耗性を向上し、またロ
ータの回転を高速化でき、さらには軽曾化を図ることも
可能なパワーステアリング用ベーンポンプを提供するこ
とを目的とするものである。

すなわちこの発明はロータシャフトに摺接し、て回転自
在に保持するべくハウジングに形成した軸受部を、軽合
金材料と繊維とを複合一体化した複合材料によって形成
することにより、軸受部の耐摩耗性を向上させ、かつ従
来用いていたブツシュを不要としたものである。

以下この発明のベーンポンプについて更に詳細に説明す
る。

この発明のベーンポンプにおいては、前述したように要
はハウジングのうち少なくとも軸受部が、軽合金材料と
繊維とを複合一体化させた複合材料によって構成されて
いればよい。例えば第３図に示すようにハウジング２の
全体形状をアルミニウム合金等の軽合金材料で作り、か
つロータシャフトが摺接する軸受部３に繊ｉ！ｆｆ１１
２を複合化した構成、換言すれば軸受部３のみを複合材
料とし、ハウジング２のその他の部分は複合化せずに軽
合金材料のみによって作った構成としてもよい。またも
ちろんハウジング２の全体を複合材料で構成してもよい
。

ところで複合材料で作った軸受部３の耐摩耗性等の特性
は、複合材料中の繊維の種類や配向等によって若干異な
る。すなわち、耐摩耗性を最も有効に向上させるために
は、繊維としてセラミック系を主体とする短ｍ維もしく
はボイス力を用いることが望ましい。そして各種の短繊
維ちしくはホイスカのうちでも、アルミナ（＾Ｉ！２０
３　）短ｍｔ４、シリカ−アルミナ（Ｓｉ　０２−ＡＩ
！２０３　）短繊維、炭化ケイ素（Ｓｉ　Ｃ）ボイス力
、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）ボイス力、炭素短繊維等を
使用することが望ましく、これらのうちでも特にアルミ
ナｓ帷が耐摩耗性向上に最も有効であり、その他の短繊
維もしくはボイス力は、上記の列挙類に耐摩耗性向上の
効果が小さくなる。また耐摩耗性を向上させるためには
、ｍｉの配向が重要であり、第３図に示すように軸受部
３の半径方向に放射状に繊Ｎ１２を配向させることが、
軸受部３の内周面に作用する摩耗作用に対し最も有効で
ある。この場合、複合材料中における実質的に総ての繊
維が軸受部３の半径方向を向くよう配向させることが最
も望ましいが、軸受部３の半径方向を向く繊維が含まれ
るように、軸受部３の半径方向に沿う面（例えば軸受部
３の半径方向に対し平行な面、あるいは垂直な面）方向
の２次元ランダムに配向させても相当に優れた耐摩耗性
が得られる。このほか、第４図に示すように軸受部３の
周方向に沿う面方向に２次元ランダムに配向させても相
当程度の耐摩耗性向上効果が得られ、特にこの場合には
後述するように強度も相当程度に優れることから、耐摩
耗性とラジアル荷重に対する強度との両者を向上させた
い場合に最適である。前述のように短繊維もしくはボイ
ス力を用いて耐摩耗性を向上させる場合、複合材料中に
占めるＩ！雑の割合は体積比で１〜３０％程度とするこ
とが望ましい。１％程度未満では充分な耐摩耗性向上効
果、を得ることが困難であり、逆に３０％を越えれば機
械加工性が著しく変化するため、実際上の使用が困難で
あり、もしくは複合化させることが工業的に困難である
。

他方、軸受部３には、摩擦熱による熱膨張力やエンジン
との間に調節したベルトによるラジアル荷重が作用する
が、このような応力による変形を防ぐべく軸受部３の強
度を向上させる場合には、複合材料中の繊維として長ｒ
＆維（連続繊１ｆｆｌ＞、類１ｌｌｉ維、ホイスカのい
ずれも使用可能である。その場合、長繊維を軸受部３の
周方向に配向することにより、最も有効に強度向上を図
ることができ、その長繊維としては、具体的には高強度
炭素繊維、ボロン（Ｂ）長繊維、高弾性炭素繊維、アル
ミナ（＾９２０３）長繊維、炭化ケイ素（Ｓｉ　Ｃ）長
繊維等を使用することが望ましく、これらのうちでも炭
素長繊維、ボロン繊維が強度向上に最も有効である。ま
た短し！維もしくはボイス力を使用する場合には、軸受
部３の周方向に沿う面方向に２次元ランダムに配向し、
あるいは軸受部３の周方向に配向することが望夛しい。

そこで短繊維もしくはボイス力としては、具体的にはＳ
ｉＣホイスカ、Ｓｉ３Ｎ４ホイスカ、アルミナ短繊維等
を使用することが望ましく、特にＳｉＣホイスカやＳｉ
３Ｎ４ホイスカが強度向上に最も有効である。さらに強
度向上のためにｉｌ維を複合化させる場合、複合材８中
に占める繊維の割合は、体積比で１０〜７０％程度とす
ることが望ましい。１０％未満では強度向上効果が不充
分であり、また７０％を越えて複合化させることは工業
的に困難である。

なお、強度を向上させるために繊維を上述のように複合
化させた場合であってもある程度の耐摩耗性向上が達成
されるこ左は勿論である。特に繊維として例えばＳｉ　
Ｃホイスカ、Ｓｉ３Ｎ＋ボイスカ、アルミナ短繊維を用
い、これを軸受部の周方向に沿う面方向に２次元ランダ
ムに配向させた場合には、′＃４ｒ′１ｇ粍性と強度と
が共に相当程度優れた軸受部を有するベーンポンプを得
ることができる。

つぎにこの発明のベーンポンプの製造方法について説明
する。まずハウジングをつくるにあたって、予め所定の
形状すなわち軸・受部の形状に成形した円筒状繊維成形
体をダイカスト金型内の所定位置すなわち軽合金材料と
複合一体化させるべき部分に配置し、その状態で金型内
にアルミニウム合金溶湯もしくはマグネシウム合金溶湯
を３００〜１５００に！Ｊ／ｃｉの高圧で注入し、合金
溶湯凝固後に型を開いて取出す。得られたハウジング粗
形材に適宜熱処理や仕上げ加工を施した後、ロータ、ロ
ータシャフト等の部品を組付けてベーンポンプとする。

このような製造工程のうち前記ダイカスト法に代え、型
内に注入した溶湯を加圧プランジャによって加圧する高
圧鋳造法や遠心力によって加圧力を発生させる遠心鋳造
法、その他の加圧鋳造法を適用できる。また繊維として
クロスを用いる場合には、円筒状に巻いたクロスを型内
の所定位置に配置してダイカスト法、高圧鋳造法、遠心
鋳造法、その他の加圧ｇｉ造法を適用すればよい。

さらに、ハウジングを鋳造すると同時に綴雑と軽合金材
料とを複合一体化させる方法に代え、予め繊維と軽合金
材料とを複合一体化した複合材料によって軸受部の形状
の円筒体を作成しておき、ハウジングの鋳造時にその円
筒体を軽合金材料によって鋳くるむことにより、軸受部
を複合材料で構成したハウジングを作成する方法を採用
することもできる。

なお繊維成形体を製造する方法は、種々考えられるが、
繊維として短繊維もしくはボイス力を用いる場合には、
短繊維もしくはボイス力に］ロダイルシリ力溶液などの
無機バインダーを添加した混濁液中に、メツシュ測面を
有する有底円筒状の網状体を浸漬し、その網状体内の液
を吸引することにより、前記ボイス力もしくは短ｌＩｉ
雑を網状体のメツシュ側面に吸引集積させ、その後メツ
シュ側面から取外して乾燥させる方法が好適である。

他方、長繊維を用いる場合には、パイプ等の円柱体に巻
き付けて円筒状の繊維成形体とすればよい。

また繊維として短ｍ維もしくはボイス力を使用する場合
には、前述のように予め繊維成形体を作成しておく代り
に、鋳型内面の所定位置にその短繊維もしくはボイス力
を塗布あるいは吹付けておき、その状態で前記と同様な
鋳造を行なって繊維と軽合金材料とを複合一体化しても
よい。

さらに複合材料中における１１１Ｎの割合が小さい場合
には、半溶融加工を採用することができる。

すなわち繊維と軽合金材料とを複合化したブロックを作
成しておき、これを軽合金材料が溶融する温度に加熱し
てその状態で所定の形状に加圧成型し、かつ凝固させる
ことにより、複合材からなるハウジングあるいは軸受部
用円筒体を製造することができる。

以下この発明の実施例を記す。

実施例 平均繊維径３ＪＪＩＩ、平均長′ｕ＆９’ｔｌ長さ数ｍ
１ｌｌのシリカ−アルミナ短繊維（商品名カオウール：
イソライト工業社製）に２０％コロダイルアルミナ水溶
液を添加し、軽合金材料と複合化させたときの体積率が
６％となるような軸受部の形状に合わせた円筒状繊維成
形体を作成した。その繊維成形体を約８００℃に加熱し
てベーンポンプハウジング用ダイカスト金型内の軸受部
に相当する部分に配置し、その状態で約７２０℃のアル
ミニウム合金（ＡＤＣ１２ＪＩＳ）溶湯を注入し、ダイ
カストにてベーンポンプハウジングを作成し・た。軸受
部を複合化したそのハウジングに適宜に機械加工を施し
た後、ロータ、ロータシャフト等の部品を組付けてベー
ンポンプとした。

このようにして得られたベーンポンプを自動車エンジン
にて低速から高速までの各種の運転モードで駆動したと
ころ、軸受部の摩耗は特に認められず、また高速回転時
に焼き付きも生ぜず、さらに重量は従来のものと比べて
５０％程度軽聞化されていた。

以上の説明から明らかなようにこの発明のベーンポンプ
では、ハウジングのうち少なくともロータシャフトが摺
接する軸受部を、軽合金材料と繊維とを複合一体化して
なる複合材で構成することにより、従来用いていた軸受
用ブツシュが不要となり、その結果部品点数および組立
工数を削減してコストの低廉化を図ることが可能となる
。また軸受部の耐摩耗性および強度が優れたものとなる
から、ロータの回転を高速化でき、換言すればベーンポ
ンプを更に小形化でき、さらにハウジングを符合金製と
することも可能であるから、重量を更に軽量化し、ひい
ては車両重量の軽量化を図ることができるなどの優れた
実用上の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はベーンポンプの一例を示す断面図、第２図はそ
の動作を説明するための概略図、第３図はこの発明の一
実施例を示すものであってハウジングの軸受部を示す断
面図、第４図は繊維の配向を示す概略図である。 １・・・ロータシャフト、　２・・・ハウジング、　３
・・・軸受部、　６・・・ロータ、　７・・・ベーンプ
レー１−１１２・・・盛維。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武　久 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）回転駆動されるロータシャフトを、ハウジングに
   設けた軸受部の摺動向で回転自在に支持しかつそのロー
   タシャフトの一端部に、複数のベーンプレートが半径方
   向に向けて設けられたロータを取付けてなるベーンポン
   プにおいて、前記ハウジングのうち少なくとも前記軸受
   部が、軽合金材料とＩｌＭとを複合一体化した複合材料
   によって構成されていることを特徴とするパワーステア
   リング用ベーンポンプ。 （２〉前記１！ｆｉｌが軸受部の半径方向に放射状に配
   向されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のパワーステアリング用ベーンポンプ。 （３）前記繊維が軸受部の周方向に沿う面方向に２次元
   ランダムに配向されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のパワーステアリング用ベーンポンプ。