JP5371795B2 - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、油圧機器における油圧供給源として用いられる可変容量型ベーンポンプに関する。

従来から、ロータに対するカムリングの偏心量を変えることによって、作動油の吐出流量を変化させる可変容量型ベーンポンプが知られている。

特許文献１には、カムリングを移動させるために、カムリング外周側に形成された第一流体圧室及び第二流体圧室と、吐出通路に設けられたオリフィスの前後差圧に応じて移動するスプールによって第一及び第二流体圧室への供給流体圧を制御する制御バルブとを備える可変容量型ベーンポンプが開示されている。

特開平８−２００２３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の可変容量型ベーンポンプでは、カムリングの移動に伴ってカムリングがサイドプレートに形成された吐出ポートに干渉するように構成されているため、カムリングの移動に応じて吐出ポートの開口面積が変化し、吐出ポートから吐出通路に流れ込む作動油の流れ方（流れ方向）が変化する。これにより吐出通路に設けられたオリフィスへの作動油の流入の仕方も変わり、作動油の流入状態に応じてオリフィスの前後差圧が変動する。そのため制御バルブの動作も変動し、カムリング移動時においてベーンポンプから吐出される作動油の吐出流量が所望の値からずれるという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、吐出流量の制御性を改善可能な可変容量型ベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明は、駆動軸に連結されたロータと、前記ロータに対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーンと、前記ロータを収容するとともに、前記ロータの回転に伴って内周のカム面に前記ベーンの先端部が摺動し、前記ロータの中心に対して偏心可能なカムリングと、前記ロータと前記カムリングとの間に画成されたポンプ室と、を備え、前記ロータに対する前記カムリングの偏心量が変化することによって前記ポンプ室の吐出容量が変化する可変容量型ベーンポンプにおいて、前記カムリングの外周の収容空間内に画成され、互いの圧力差によって前記ロータに対して前記カムリングを偏心させる第一流体圧室及び第二流体圧室と、前記ポンプ室から吐出された作動流体に抵抗を付与する絞り部と、前記絞り部の前後差圧に応じて動作し、前記ロータの回転速度の増加に伴って前記ロータに対する前記カムリングの偏心量が小さくなるように前記第一流体圧室と前記第二流体圧室の作動流体の圧力を制御する制御バルブと、前記カムリングが移動しても前記カムリングと干渉しない位置に形成され、前記ポンプ室から吐出された作動流体を前記絞り部の上流側に導く吐出ポートと、を備え、前記吐出ポートは、前記カムリング及び前記ロータの一側部に当接するように配置されるサイドプレートに設けられ、前記駆動軸を中心に円弧状に形成されるとともに前記駆動軸の回転方向に向かって開口幅が狭くなるように形成される、ことを特徴とする。

本発明によれば、ベーンポンプの吐出ポートはカムリングと干渉しないように形成されるので、カムリングが移動しても吐出ポートの開口面積は変化しない。したがって、吐出ポートの開口面積変化に起因する絞り部での前後差圧の変化が生じず、制御バルブを的確に制御することができ、カムリング移動時においても作動油の吐出流量を所望の値に調整することができる。これにより、ベーンポンプにおける作動油の吐出流量の制御性を改善することが可能となる。

本発明における可変容量型ベーンポンプにおける駆動軸に垂直な断面を示す断面図である。 可変容量型ベーンポンプにおける駆動軸に平行な断面を示す断面図である。 可変容量型ベーンポンプのサイドプレートを示す図である。 ロータの回転速度が低回転速度である時の油圧回路図である。 ロータの回転速度が高回転速度である時の油圧回路図である。 従来の可変容量型ベーンポンプのサイドプレートを示す図である。 従来の可変容量型ベーンポンプのオリフィスの有効オリフィス径について説明する図である。 本発明における可変容量型ベーンポンプ及び従来の可変容量型ベーンポンプのロータ回転速度−吐出流量特性を示す図である。

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〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る可変容量型ベーンポンプ１００について説明する。

図１は、可変容量型ベーンポンプ１００における駆動軸１に垂直な断面を示す断面図である。図２は、可変容量型ベーンポンプ１００における駆動軸１に平行な断面を示す断面図である。図３（Ａ）は、ベーンポンプ１００のサイドプレート６の平面図である。図３（Ｂ）はカムリング４が吐出容量最小となる位置にある場合のサイドプレート６の平面図であり、図３（Ｃ）はカムリング４が吐出容量最大となる位置にある場合のサイドプレート６の平面図である。

可変容量型ベーンポンプ（以下「ベーンポンプ」という）１００は、車両に搭載される油圧機器、例えばパワーステアリング装置や無段変速機等の油圧供給源として用いられる。

図１及び図２に示すように、ベーンポンプ１００は、エンジン（図示省略）からの動力が伝達される駆動軸１と、駆動軸１に同軸で固定されるロータ２と、ロータ２に対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーン３と、ロータ２の回転に伴って内周カム面４Ａにベーン３の先端部が摺動するとともにロータ２の中心に対して偏心移動可能なカムリング４とを備える。

駆動軸１は、ポンプボディ１０及びポンプボディ１０の側部に配置されるポンプカバー５に回転自在に支持される。図１において、駆動軸１は反時計回りに回転する。

ポンプボディ１０には、カムリング４を収容する収容凹部１０Ａが形成される。収容凹部１０Ａの底面１０Ｂには、ロータ２及びカムリング４の一側部に当接する円盤状のサイドプレート６が配置される。収容凹部１０Ａの開口部は、ロータ２及びカムリング４の他側部に当接する円盤状のプレート部材７を介してポンプカバー５によって封止される。

ポンプカバー５は、ボルト８を介してポンプボディ１０に締結される。

ベーンポンプ１００では、サイドプレート６とプレート部材７がロータ２及びカムリング４の両側面を挟んだ状態で配置されるので、ロータ２とカムリング４との間には各ベーン３によって仕切られるポンプ室９が画成される。

収容凹部１０Ａに収容されるカムリング４は、円環状の部材であり、ロータ２の回転に伴ってポンプ室９の容積を拡張する吸込領域と、ロータ２の回転に伴ってポンプ室９の容積を収縮する吐出領域とを有する。ポンプ室９は、吸込領域にて作動油（作動流体）を吸込み、吐出領域にて作動油を吐出する。図１において、カムリング４の中心を通る水平線の上方が吸込領域であり、水平線の下方が吐出領域である。

ポンプボディ１０の収容凹部１０Ａの内周面には、カムリング４を取り囲むようにして円環状のアダプタリング１１が嵌装される。アダプタリング１１の両側面は、サイドプレート６とプレート部材７とによって挟まれる。アダプタリング１１の内周面には、駆動軸１と平行に延在するとともに、両側部がそれぞれサイドプレート６及びプレート部材７に挿入された支持ピン１３が支持される。支持ピン１３にはカムリング４も支持されており、カムリング４はアダプタリング１１の内部で支持ピン１３を支点に揺動する。

図１に示すように、アダプタリング１１の中心に対して支持ピン１３と点対称の位置におけるアダプタリング１１の内周面には、駆動軸１と平行に延びる溝１１Ａが形成される。溝１１Ａには、カムリング４の移動時にカムリング４の外周面が摺接するシール部材１４が設けられる。

カムリング４の外周面とアダプタリング１１の内周面との間には、支持ピン１３とシール部材１４とによって、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２とが画成される。カムリング４は、第一流体圧室３１内の作動油の圧力と第二流体圧室３２内の作動油の圧力との圧力差に基づき、シール部材１４に摺接しつつ支持ピン１３を支点に回動する。

このようにカムリング４がアダプタリング１１内において回動することで、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が変化し、ポンプ室９の吐出容量が変化する。第一流体圧室３１内の作動油の圧力が第二流体圧室３２内の作動油の圧力よりも大きい場合には、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなるように（図１の右方向に）カムリング４は回動し、ポンプ室９の吐出容量は小さくなる。これに対して、第二流体圧室３２内の作動油の圧力が第一流体圧室３１内の作動油の圧力よりも大きい場合には、ロータ２に対するカムリング４の偏心量が大きくなるように（図１の左方向に）カムリング４は回動し、ポンプ室９の吐出容量は大きくなる。

第二流体圧室３２側のアダプタリング１１の内周面には、ロータ２に対する偏心量が小さくなる方向のカムリング４の移動を規制する膨出部１２が形成される。膨出部１２は、ロータ２に対するカムリング４の偏心量がゼロとならないように、つまりカムリング４の外周面が膨出部１２に当接した状態でもロータ２に対するカムリング４の最低偏心量が確保され、ポンプ室９が作動油を吐出可能となるような形状に形成される。このように膨出部１２は、ポンプ室９の最低吐出容量を保障するものである。

図２に示すように、ポンプカバー５とロータ２との間に配置されるプレート部材７は、ポンプ室９の吸込領域に対して円弧状に開口する吸込ポート１５を備える。吸込ポート１５は、ポンプカバー５に形成された吸込通路１７に連通するように形成され、吸込通路１７を流れる作動油を吸込領域側のポンプ室９へと導く。

図２及び図３（Ａ）に示すように、収容凹部１０Ａの底面１０Ｂとロータ２との間に配置されるサイドプレート６は、ポンプ室９の吐出領域に開口する吐出ポート１６と、プレート部材７の吸込ポート１５に対応する位置に設けられる円弧状の吸込溝部２０とを備える。吐出ポート１６は、ポンプボディ１０に形成された高圧室１８に連通するように駆動軸１を中心に円弧状に形成される。この吐出ポート１６は、吐出領域側のポンプ室９から吐出される作動油を高圧室１８へと導く。

図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、吐出ポート１６は、カムリング４の移動の過程でカムリング４が吐出ポート１６と干渉しないように形成されている。つまり、吐出ポート１６は、矢印で示す駆動軸１の回転方向に向かって開口幅が徐々に狭くなるように形成されているので、カムリング４が、膨出部１２に当接した状態の吐出容量最小位置（図３（Ｂ））からアダプタリング１１の左側部に当接した状態の吐出容量最大位置（図３（Ｃ））に移動しても、吐出ポート１６の開口部分を大きく閉塞することがない。

このように本実施形態のベーンポンプ１００では、カムリング４が移動しても、吐出ポート１６の開口面積は変化しない。

図１及び図２に示すように、吐出ポート１６と連通する高圧室１８は、収容凹部１０Ａの底面１０Ｂに環状に形成される溝部１０Ｃがサイドプレート６にて塞がれることによって画成される。高圧室１８は、ポンプボディ１０に形成され作動油を油圧機器へと導く吐出通路１９と接続する。高圧室１８は、サイドプレート６に形成された絞り通路３６を介して第二流体圧室３２に連通する。したがって、高圧室１８の作動油は、第二流体圧室３２に常時導かれる。サイドプレート６は、高圧室１８内の作動油の圧力によってロータ２及びベーン３に押し付けられるので、ロータ２及びベーン３に対するサイドプレート６のクリアランスが小さくなり、作動油の漏出が抑制される。

ベーンポンプ１００は、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２の作動油の圧力を制御する制御バルブ２１を備える。

図１及び図４を参照して、制御バルブ２１について説明する。図４は、ロータ２の回転速度が低回転速度である時の油圧回路図である。

図１に示すように、制御バルブ２１は、ポンプボディ１０に駆動軸１の軸方向と直交する向きに形成されたバルブ収容穴２９に収容される。

制御バルブ２１は、バルブ収容穴２９に摺動自在に挿入されるスプール２２と、スプール２２の一端とバルブ収容穴２９の底部との間に画成された第一スプール室２４と、スプール２２の他端とバルブ収容穴２９を封止するプラグ２３との間に画成された第二スプール室２５と、第二スプール室２５内に収容され第二スプール室２５の容積を拡張する方向にスプール２２を付勢するリターンスプリング２６とを備える。

スプール２２は、棒状部材であって、バルブ収容穴２９の内周面に沿って摺動する第一ランド部２２Ａ及び第二ランド部２２Ｂと、第一ランド部２２Ａと第二ランド部２２Ｂとの間に形成される環状溝２２Ｃとを備える。

図４に示すように、制御バルブ２１は、吐出通路１９に介装されたオリフィス（絞り部）２８の前後差圧によって動作するように構成されている。制御バルブ２１の第一スプール室２４にはオリフィス２８よりも上流の作動油が第一導圧通路３７を介して導かれ、第二スプール室２５にはオリフィス２８よりも下流の作動油が第二導圧通路３８を介して導かれる。このように高圧室１８の作動油の一部は、オリフィス２８を介さずに第一導圧通路３７を通じて直接第一スプール室２４へと導かれるとともに、オリフィス２８及び第二導圧通路３８を介して第二スプール室２５へと導かれる。

また、制御バルブ２１には、第一流体圧室３１及び第二流体圧室３２にそれぞれ連通する第一流体圧通路３３及び第二流体圧通路３４と、環状溝２２Ｃに連通するとともに吸込通路１７に連通するドレン通路３５とが接続する。

制御バルブ２１のスプール２２は、第一スプール室２４及び第二スプール室２５に導かれる作動油の圧力による荷重と、リターンスプリング２６の付勢力とがバランスした位置で停止する。スプール２２の停止位置によって、第一流体圧通路３３及び第二流体圧通路３４がそれぞれ第一ランド部２２Ａ及び第二ランド部２２Ｂによって開閉され、第一流体圧室３１及び第二流体圧室３２の作動油が給排される。

図４及び図５を参照して、ベーンポンプ１００の動作について説明する。図４はロータ２の回転速度が低回転速度である時の油圧回路図であり、図５はロータ２の回転速度が高回転速度である時の油圧回路図である。

駆動軸１にエンジンの動力が伝達されロータ２が回転すると、ロータ２の回転に伴って拡張するポンプ室９は吸込ポート１５を介して吸込通路１７から作動油を吸込み、ロータ２の回転に伴って収縮するポンプ室９は吐出ポート１６を介して作動油を高圧室１８に吐出する。高圧室１８に吐出された作動油は、吐出通路１９を通じて油圧機器へと供給される。

作動油が吐出通路１９を通過する際、吐出通路１９に介装されたオリフィス２８の前後には圧力差が生じる。オリフィス２８よりも上流の作動油の圧力は第一導圧通路３７を介して制御バルブ２１の第一スプール室２４に導かれ、オリフィス２８よりも下流の作動油の圧力は第二導圧通路３８を介して制御バルブ２１の第二スプール室２５に導かれる。制御バルブ２１のスプール２２は、第一スプール室２４と第二スプール室２５に導かれる作動油の圧力差による荷重と、リターンスプリング２６の付勢力とがバランスした位置に移動する。

図４に示すように、ポンプ始動時等、ロータ２の回転速度が低い場合には、オリフィス２８の前後差圧は小さい。そのため第二スプール室２５の圧力による荷重とリターンスプリング２６の付勢力との合計荷重が第一スプール室２４の圧力による荷重よりも大きくなり、スプール２２はリターンスプリング２６の付勢力によって移動し、スプール２２の先端がバルブ収容穴２９の底部に当接した状態となる。

この場合には、第一流体圧室３１は、スプール２２の第一ランド部２２Ａによって高圧室１８との連通が遮断され、第一ランド部２２Ａに形成された連通路２２Ｄを介してドレン通路３５に連通する。第二流体圧室３２は、スプール２２の第二ランド部２２Ｂによってドレン通路３５との連通が遮断される。第一流体圧室３１の作動油は連通路２２Ｄ及び環状溝２２Ｃを介してドレン通路３５へと排出され、第二流体圧室３２には絞り通路３６を通じて高圧室１８の作動油が導かれるので、カムリング４は、第二流体圧室３２内の作動油の圧力によってロータ２に対する偏心量が最大となる位置となる。

このようにしてベーンポンプ１００は最大吐出容量で作動油を吐出し、ベーンポンプ１００から吐出される作動油の流量はロータ２の回転速度に略比例したものとなる。これにより、ロータ２の回転速度が低い場合でも、油圧機器に対して十分な流量の作動油を供給することができる。

これに対して、ロータ２の回転速度が増加するのに伴って、オリフィス２８の前後差圧は大きくなる。第一スプール室２４の圧力による荷重が第二スプール室２５の圧力による荷重とリターンスプリング２６の付勢力との合計荷重よりも大きくなると、図５に示すように、スプール２２はリターンスプリング２６の付勢力に抗して移動する。

この場合には、第一流体圧室３１は第一流体圧通路３３、第一スプール室２４、及び第一導圧通路３７を介して高圧室１８に連通する。第二流体圧室３２は、第二流体圧通路３４及び環状溝２２Ｃを介してドレン通路３５に連通する。第二流体圧通路３４と環状溝２２Ｃの連通はスプール２２の第二ランド部２２Ｂに形成されたノッチ２２Ｅを介して行われ、スプール２２の移動量に応じて第二流体圧室３２に対するドレン通路３５の開口面積が増減する。

上記のように第一流体圧室３１が高圧室１８に連通し、第二流体圧室３２がドレン通路３５に連通すると、第一流体圧室３１には高圧室１８の作動油が供給され、第二流体圧室３２の作動油はドレン通路３５へと排出される。これにより、カムリング４は、第一流体圧室３１と第二流体圧室３２との圧力差に応じて、ロータ２に対する偏心量が小さくなる方向へと移動する。ロータ２に対するカムリング４の偏心量が小さくなっていくと、カムリング４の外周面がアダプタリング１１の内周面の膨出部１２に当接して、カムリング４の移動が規制される。これによりロータ２に対するカムリング４の偏心量が最低となり、ポンプ室９は最低吐出容量となる。

このようにしてベーンポンプ１００は、吐出通路１９のオリフィス２８の前後差圧に応じたポンプ吐出容量に制御され、ロータ２の回転速度が増加しても作動油の吐出流量は略一定に調整される。これにより、車両の走行時に油圧機器に対して供給される作動油が適度に調節される。

次に、図６〜図８を参照して、従来のベーンポンプ２００と比較しながら、本実施形態のベーンポンプ１００の作用効果について説明する。

図６（Ａ）はベーンポンプ２００のカムリング２０４が吐出容量最小となる位置にある場合のサイドプレート２０６の平面図であり、図６（Ｂ）はベーンポンプ２００のカムリング２０４が吐出容量最大となる位置にある場合のサイドプレート２０６の平面図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、吐出ポート２１６の開口面積が変化した時のベーンポンプ２００のオリフィス２２８の有効オリフィス径について説明する図である。図８は、ベーンポンプ１００、２００のロータ回転速度−吐出流量特性を示す図である。

従来のベーンポンプ２００は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、カムリング２０４の移動に伴って、カムリング２０４がサイドプレート２０６に形成された吐出ポート２１６と干渉するように構成されている。つまり、ベーンポンプ２００は、カムリング２０４が最大吐出容量位置（図６（Ｂ））から最小吐出容量位置（図６（Ａ））に向かって移動するほど、吐出ポート２１６の開口面積が広くなるように構成されている。

カムリング２０４の移動に伴って吐出ポート２１６の開口面積が広くなると、吐出通路２１９に設けられたオリフィス２２８への作動油の流入の仕方が変化、つまり図７（Ａ）の矢印Ｆ１に示すような直進成分が支配的な流れから、図７（Ｂ）の矢印Ｆ２に示すような湾曲成分が支配的な流れに変化する。図７（Ｂ）に示すように、作動油がオリフィス２２８の入口部から回り込むようにオリフィス２２８に流入する場合には、図７（Ａ）の場合と比較して、オリフィス２２８における見かけのオリフィス径（以下「有効オリフィス径」という）が小さくなって、オリフィス２２８における前後差圧が大きくなる。その結果、通常よりも制御バルブのスプールの移動量が大きくなって、カムリング２０４の移動量も増加し、図８の破線に示すようにカムリング２０４の移動中に作動油の吐出流量が所望の値（実線）よりも低下してしまう。

このように従来のベーンポンプ２００では、カムリング２０４の位置に応じて吐出ポート２１６の開口面積が変化することによって、作動油の吐出流量の制御性が悪化するという問題がある。

しかしながら、本実施形態のベーンポンプ１００においては、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、カムリング４の移動の過程においてカムリング４が吐出ポート１６と干渉しないように構成されているので、カムリング４が最大吐出容量位置（図３（Ｃ））から最小吐出容量位置（図３（Ｂ））に移動しても、吐出ポート１６の開口面積は変化しない。そのため、カムリング４が移動してもオリフィス２８における有効オリフィス径は変化しないので、カムリング４の移動中にスプール２２が移動しすぎることがない。したがって、ベーンポンプ１００から吐出される作動油の吐出流量は、図８の実線に示すように所望の値に調整される。

以上により、本実施形態のベーンポンプ１００では、下記の効果を得ることができる。

ベーンポンプ１００では、吐出ポート１６は、カムリング４の移動の過程においてカムリング４と干渉しないようにサイドプレート６に形成されるので、カムリング４が移動しても吐出ポート１６の開口面積は変化することがない。したがって、吐出ポート１６の開口面積変化に起因するオリフィス２８の有効オリフィス径の変化がなく、制御バルブ２１のスプール２２を的確に制御することができ、カムリング４の移動時においても作動油の吐出流量を所望の値に調整することができる。これにより、ベーンポンプ１００における作動油の吐出流量の制御性を改善することが可能となる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

吐出通路１９に形成されるオリフィス２８は、ポンプ室９から吐出された作動油の流れに抵抗を付与するものであれば、可変型、固定型のどちらを用いてもよい。

本発明の可変容量型ベーンポンプは、パワーステアリング装置や無段変速機等の油圧機器の油圧供給源に適用することが可能である。

１００ 可変容量型ベーンポンプ
１ 駆動軸
２ ロータ
３ ベーン
４ カムリング
６ サイドプレート
９ ポンプ室
１１ アダプタリング
１３ 支持ピン
１５ 吸込ポート
１６ 吐出ポート
１７ 吸込通路
１８ 高圧室
１９ 吐出通路
２１ 制御バルブ
２２ スプール
２４ 第一スプール室
２５ 第二スプール室
２６ リターンスプリング
２８ オリフィス
３１ 第一流体圧室
３２ 第二流体圧室
３３ 第一流体圧通路
３４ 第二流体圧通路
３５ ドレン通路
３６ 絞り通路
３７ 第一導圧通路
３８ 第二導圧通路

Claims (2)

1. 駆動軸に連結されたロータと、
   前記ロータに対して径方向に往復動可能に設けられる複数のベーンと、
   前記ロータを収容するとともに、前記ロータの回転に伴って内周のカム面に前記ベーンの先端部が摺動し、前記ロータの中心に対して偏心可能なカムリングと、
   前記ロータと前記カムリングとの間に画成されたポンプ室と、を備え、
   前記ロータに対する前記カムリングの偏心量が変化することによって前記ポンプ室の吐出容量が変化する可変容量型ベーンポンプにおいて、
   前記カムリングの外周の収容空間内に画成され、互いの圧力差によって前記ロータに対して前記カムリングを偏心させる第一流体圧室及び第二流体圧室と、
   前記ポンプ室から吐出された作動流体に抵抗を付与する絞り部と、
   前記絞り部の前後差圧に応じて動作し、前記ロータの回転速度の増加に伴って前記ロータに対する前記カムリングの偏心量が小さくなるように前記第一流体圧室と前記第二流体圧室の作動流体の圧力を制御する制御バルブと、
   前記カムリングが移動しても前記カムリングと干渉しない位置に形成され、前記ポンプ室から吐出された作動流体を前記絞り部の上流側に導く吐出ポートと、を備え、
   前記吐出ポートは、前記カムリング及び前記ロータの一側部に当接するように配置されるサイドプレートに設けられ、前記駆動軸を中心に円弧状に形成されるとともに前記駆動軸の回転方向に向かって開口幅が狭くなるように形成される、
   ことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
2. 前記吐出ポートは、前記カムリングの最大吐出容量位置から最小吐出容量位置への移動において、開口面積が変化しないように形成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。

Images