JP4929471B2 - 可変容量ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、車両のパワーステアリングの駆動源等に用いられる可変容量ベーンポンプの改良に関するものである。

従来、この種の可変容量ベーンポンプとして、図５に示すものがある（特許文献１参照）。

これについて説明すると、ベーンポンプは、ボデー２１のポンプ収容凹部２１ａにアダプタリング２２が介装され、このアダプタリング２２の内側に各ベーン２４を取り囲むカムリング３１等が揺動可能に介装される。

アダプタリング２２とカムリング３１の間には第一カム室３８と第二カム室３９が画成される。第一、第二流体圧通路１、２を介して第一、第二カム室３８、３９に導入される作動流体圧力差によってカムリング３１が揺動し、ポンプ容量が変化する。

アダプタリング２２とボデー２１の間には第一、第二流体圧通路１、２を囲む各Ｏリング７０が介装される。各Ｏリング７０が第一、第二流体圧通路１、２を密封し、第一、第二流体圧通路１、２からボデー２１とアダプタリング２２の隙間へと作動流体が洩れ出さないようにしている。
特開２００１−６５４７０号公報 特開平８−２００２３９号公報

しかしながら、このような従来の可変容量ベーンポンプにあっては、ボデー２１とアダプタリング２２の隙間が大きい場合、各Ｏリング７０が第一、第二流体圧通路１、２を密封することが難しく、第一、第二流体圧通路１、２から作動流体がボデー２１とアダプタリング２２の隙間へと洩れ出すことを十分に抑えられないという問題点があった。

また、ベーンポンプの組立時、ボデー２１のポンプ収容凹部底面２１ｃに嵌合されるアダプタリング２２に対して各Ｏリング７０を所定位置に介装することが難しく、各掛落の組み付け不良が生じやすい。

また、第一、第二流体圧通路１、２に導かれる流体圧を制御する図示しない制御バルブがカムリング３１の外径方向に配置されるため、ボデー２１の制御バルブを収装する部位が突出してベーンポンプが大型化するという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、内部洩れを抑えられる可変容量ベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明は、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、各ベーンの先端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、作動流体の導入によってカムリングをロータに対する偏心量が減少する方向と増大する方向にそれぞれ押圧する第一、第二カム室と、この第一、第二カム室に連通する第一、第二流体圧通路と、第一、第二流体圧通路から第一、第二カム室に導入される作動流体圧を制御する制御バルブとを備える可変容量ベーンポンプにおいて、制御バルブがロータの回転軸方向についてカムリングと並ぶようにカムリングの側方に配置され、制御バルブはスプールが介装されるバルブ収容孔を備え、カムリングを摺接させるカム室側壁面を備え、このカム室側壁面の第一、第二カム室を画成する部位に第一、第二流体圧通路をそれぞれ開口させ、第一、第二流体圧通路をロータの回転軸方向に延びてバルブ収容孔に連通する配置とし、制御バルブに接続しポンプ吸込領域に連通するドレン通路を備え、このドレン通路はロータの回転軸方向に延びてバルブ収容孔に連通するとともに、カム室側壁面に開口してポンプ吸込領域にあるポンプ室に連通し、カムリングの外周面に摺接して第一、第二カム室の間を密封するシール材を備え、第一、第二流体圧通路を構成する２本の通孔がシール材を挟むように配置されてカムリングの揺動位置に係わらず常に第一、第二カム室に連通することを特徴とするものとした。

本発明によると、ベーンポンプは、カム室側壁面の第一、第二カム室を画成する部位に第一、第二流体圧通路をそれぞれ開口させたことにより、第一、第二流体圧通路をアダプタリングを貫通して設けることが回避される。このため、第一、第二流体圧通路からアダプタリングまわりの隙間へと作動流体が洩れ出す内部洩れを抑えられ、ポンプ吐出流量が削減されることなく、無駄なエネルギ消費を低減できる。

以下、本発明を車両に搭載されるパワーステアリング装置の流体圧源として設けられるベーンポンプに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ベーンポンプ２０のケーシングは、ポンプ収容凹部２１ａを有するボデー２１と、このボデー２１に結合されてポンプ収容凹部２１ａを閉塞するカバー１１とを備える。ポンプ収容凹部２１ａの底にサイドプレート１２が介装され、ポンプ収容凹部２１ａの側壁面に沿ってアダプタリング２２が介装される。

図２に示すように、ベーンポンプ２０のポンプ部は、ボデー２１に回転可能に収装されるロータ２５と、このロータ２５から摺動可能に突出する複数のベーン２４と、各ベーン２４を取り囲むカムリング３１とを主体として構成される。各ベーン２４は回転するロータ２５に対して放射方向に出入りしながらそれぞれの先端部をカムリング３１の内周面に摺接させて各ベーン２４間のポンプ室１０を拡縮する。

ロータ２５の駆動軸２６にはエンジンからの回転が図示しないプーリおよびベルト等を介して伝達され、図にて左回り方向に回転する。ロータ２５の回転に伴って各ベーン２４間で拡がるポンプ室１０には吸込ポート１３から作動流体（作動油）が吸込まれ、各ベーン２４間で収縮するポンプ室１０から吐出ポート１７に吐出され、ポンプ吐出通路３３を介してパワーステアリング装置の流体圧シリンダへと供給される。

ベーンポンプ２０は、その吐出流量を変化させる可変容量機構として、カムリング３１がピン３２を介して揺動可能に支持される。アダプタリング２２とカムリング３１の間には第一カム室３８と第二カム室３９が画成され、第一、第二カム室３８、３９に導入される作動流体圧力差によってカムリング３１がピン３２を介して揺動し、ポンプ容量（ポンプ押しのけ容積）が変化する。カムリング３１は図２の左方向に最大に変位したときにロータ２４に対する偏心量が最大になり、逆に図２の右方向に最大に変位したときに同偏心量が最小になる。

アダプタリング２２の内周面に開口した溝部にはシール材１５が介装され、このシール材１５がカムリング３１の外周面に摺接することにより第一、第二カム室３８、３９の間が密封される。

ボデー２１にはアダプタリング２２を貫通しカムリング３１に追従するフィードバックピン４７が介装される。このフィードバックピン４７とプラグ４８の間にはプランジャ４９を介してカムスプリング３７が介装され、カムリング３１はこのカムスプリング３７によって偏心量を増大させる方向に付勢される。

プラグ４８はプランジャ４９を摺動可能に嵌合させるシリンダ部を有し、このシリンダ部に流量検出オリフィス３５が開口し、プランジャ４９によって流量検出オリフィス３５の開口面積がカムリング３１の偏心量に応じて変えられる。流量検出オリフィス３５の開口面積はカムリング３１が図２の左方向に最大に変位したときに最大になり、逆に図２の右方向に最大に変位したときに最小になる。

流量検出オリフィス３５は吐出通路３３の途中に介装され、この流量検出オリフィス３５の前後差圧によって後述する制御バルブ３６を作動させ、カムリング３１の偏心量を制御する。

第一、第二カム室３８、３９には流量検出オリフィス３５の上流側の作動流体がそれぞれ導入される。第二カム室３９はオリフィス５９を介して流量検出オリフィス３５の上流に連通し、第二カム室３９に接続されるドレン通路３の開口面積が制御バルブ３６によって変えられることにより、カムリング３１の偏心量がメータアウト制御によって調節される。

図３に示すように、制御バルブ３６には、第一、第二カム室３８、３９に連通する第一、第二流体圧通路１、２と、ポンプ吸込領域（タンク側）に連通するドレン通路３とがそれぞれ接続される。

制御バルブ３６は、第二流体圧通路２に対してドレン通路３を開閉するスプール５２と、このスプール５２をドレン通路３を閉塞する方向に付勢するリターンスプリング５３と、スプール５２の両端に画成される第一、第二スプール室５４、５５とを備える。

制御バルブ３６は、スプール５２が流量検出オリフィス３５の前後差圧に応動してドレン通路３の開口面積を変化させ、それによって吐出流量が設定値となるようカムリング３１の偏心量を制御する。

ボデー２１にはバルブ収容穴２１ｄが形成され、このバルブ収容穴２１ｄにスプール５２が摺動可能に介装される。

制御バルブ３６はサイドプレート１２を挟んでカムリング３１の側方に配置され、ロータ２５の回転軸方向についてカムリング３１と並んで設けられる。バルブ収容穴２１ｄはサイドプレート１２と平行かつロータ２５の回転軸方向と直交して延びるように形成される。

流量検出オリフィス３５の上流側は第一スプール室５４に、流量検出オリフィス３５の下流側は図示しないオリフィスを介して第二スプール室５５に連通しており、この流量検出オリフィス３５の前後差圧によって発生する力とリターンスプリング５３とがバランスする位置でスプール５２は止まる。

このように流量制御されつつスプール５２が移動すると、第一スプール室５４がボディ２１の通孔４、サイドプレート１２の第一流体圧通路１を形成する通孔８を介して第一カム室３８と連通するとともに、サイドプレート１２の第二流体圧通路２を形成する通孔９とボディ２１の通孔５とを介して第二カム室３９とドレン室３とが連通する。

この際、第二カム室３９に対するドレン通路３との連通がノッチ５８を介して行われることから、スプール５２の移動量に応じて両者間の開口面積が増減制御される。

図２に示すように、カムリング３１が摺接するサイドプレート１２のカム室側壁面１２ａには吸込領域のポンプ室１０に連通する通孔７と、第一、第二カム室３８、３９に開口する通孔８、９がそれぞれ開口する。各通孔７、８、９は、ロータ２５の回転軸方向に延びるように形成される。

図１に示すように、サイドプレート１２の通孔７は、ボデー２１の通孔６、１９と連通して、制御バルブ３６のドレン通路３を構成する。ボデー２１に形成される通孔６はバルブ収容穴２１ｄの中央部に開口している。ボデー２１に形成される通孔１９は、その一端がバルブ収容穴２１ｄの中央部に開口し、その他端がオイルシール６１の背後室６２に開口している。

図３に示すように、サイドプレート１２の各通孔８、９はボデー２１の各通孔４、５を介して制御バルブ３６に連通する。各通孔８、９は、シール材１５を挟むように配置され、カムリング３１の揺動位置に係わらず常に第一、第二カム室３８、３９に連通する。

図４に示すように、ボデー２１のポンプ収容凹部底面２１ｃには、各通孔７、８、９の開口部を囲む環状溝２１ｅがそれぞれ形成され、各環状溝２１ｅにＯリング４０がそれぞれ介装される。Ｏリング４０は各環状溝２１ｅとサイドプレート１２の間で圧縮され、各Ｏリング４０によって各通孔７、８、９の密封がはかれる。

ボデー２１のポンプ収容凹部底面２１ｃには、高圧室１６を画成する凹部２１ｂが形成され、この高圧室１６はサイドプレート１２に形成された通孔１７を介して高圧領域のポンプ室１０に連通する。

ベーンポンプ２０は以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

吸込通路２８からカムリング３１内の吸込領域に吸込まれた作動流体は各ベーン２４によるポンプ作用によって加圧され、各ポンプ室１０から吐出ポート１７と流量検出オリフィス３５を通って吐出通路３３に吐出され、ポンプ吐出口３４から流体圧シリンダへと供給される。この流量検出オリフィス３５を通過する作動流体は図中矢印で示すように中空形状のプラグ４８とプランジャ４９の内側からポンプ収容凹部２１ａのアダプタリング２２の間隙を通り、ボディ２１の通孔２９からポンプ吐出口３４へと流れる。

流量検出オリフィス３５の前後には圧力差が生じ、その前後圧力が制御バルブ３６の第一スプール室５４と第二スプール室５５に導入される。制御バルブ３６では、第一、第二スプール室５４、５５に導入される圧力による力とリターンスプリング５３の力とがバランスする位置にスプール５２を移動させる。

スプール５２が第二スプール室５５方向に移動するまでは第二カム室３９の作動流体は排出されず、カムリング３１はカムスプリング３７の力と第二カム室３９で発生する力によって最大偏心位置に位置している。こうしてベーンポンプ２０は最大容量で吐出し、ロータ２５の回転速度に略比例して吐出流量を増大させる。これにより、車両の据え切り操舵時等、ロータ２５の回転速度が低い運転時にも流体圧シリンダが与える操舵アシスト力を十分に確保できる。

流量検出オリフィス３５の前後差圧が上昇するのに伴って、スプール５２が図の右方向に移動すると、その移動量に応じて第二カム室３９の作動流体が第二流体圧通路２、ノッチ５８を介してドレン通路３に排出されるとともに、第一カム室３８に作動流体が導入され、カムリング３１が第一、第二カム室３８、３９の圧力差に応じて図の右方向に移動して偏心量を減少させる。こうしてベーンポンプ２０は流量検出オリフィス３５の前後差圧に応じた容量に調節される。カムリング３１の偏心量が減少するのに伴なってその偏心量がフィードバックピン４７に伝わり、流量検出オリフィス３５の開口面積がプランジャ４９を介して減少するため、ロータ２５の回転速度が所定値を越えて上昇するのに伴ってベーンポンプ２０の吐出流量は次第に減少する。これにより、車両の走行時に流体圧シリンダが与える操舵アシスト力が適度に調節される。

ベーンポンプ２０は、カムリング３１を摺接させるカム室側壁面１２ａを備え、このカム室側壁面１２ａの第一、第二カム室３８、３９を画成する部位に第一、第二流体圧通路１、２をそれぞれ開口させたことにより、第一、第二流体圧通路１、２がアダプタリング２２を貫通して設けられることが回避されるため、第一、第二流体圧通路１、２からボデー２１とアダプタリング２２の隙間へと作動流体が洩れ出す内部洩れを抑えられ、ポンプ吐出流量が削減されることなく、無駄なエネルギ消費を低減できる。

ボデー２１とサイドプレート１２の間に第一、第二流体圧通路１、２を囲む各Ｏリング４０を介装したことにより、第一、第二流体圧通路１、２を密封し、第一、第二流体圧通路１、２からボデー２１とアダプタリング２２の隙間へと作動流体が洩れ出さないようにすることができる。

ベーンポンプ２０の組立時、ボデー２１のポンプ収容凹部底面２１ｃに形成された各環状溝２１ｅに各Ｏリング４０を介装し、その後にサイドプレート１２をポンプ収容凹部２１ａに介装し、各環状溝２１ｅとサイドプレート１２の間で各Ｏリング４０を圧縮する。この組み付け時に、サイドプレート１２はポンプ収容凹部底面２１ｃに対して平行な姿勢でポンプ収容凹部２１ａの内奥へと移動されるため、サイドプレート１２によって押される各Ｏリング４０が各環状溝２１ｅに収まり、各Ｏリング４０の組み付け不良を防止することができる。

制御バルブ３６をカムリング３１の側方に配置し、ロータ２５の回転軸方向について制御バルブ３６とカムリング３１が並んで設けられるため、従来はデッドスペースとなっていた部分を有効に活用できるとともに、制御バルブがカムリングの外径方向に配置される従来装置に比べてベーンポンプ２０の小型化がはかれる。

制御バルブ３６がロータ２５の回転軸方向について制御バルブ３６と並んで設けられるため、第一、第二流体圧通路１、２を画成する各通孔８、９をロータ２５の回転軸方向に延びるように形成することが可能となる。第一、第二流体圧通路１、２がロータ２５の回転軸方向に直線状に延びることにより、従来はボディやアダプタリングの外径方向から加工していた直孔に対して、回転軸やポンプ収容凹部２１ａと同方向に加工できることから加工性に優れ、また加工コストが大幅に低減できる。

さらに、ドレン通路３を画成する通孔７をロータ２５の回転軸方向に延びるように形成することが可能となる。ドレン通路３がロータ２５の回転軸方向に直線状に延びることにより、従来はボディやアダプタリングの外径方向から加工していた通孔に対して、回転軸やポンプ収容凹部２１ａと同方向に加工できることから加工性に優れ、また加工コストが大幅に低減できる。

また、上記したサイドプレート１２に形成される各通孔７、８、９だけでなく、ボデー２１に形成される通孔４、５、６、各環状溝２１ｅもロータ２５の回転軸方向に延びるため、これらの加工を容易にし、加工精度を高められる。

なお、サイドプレート１２に各Ｏリング２を介装する環状溝を形成しても良い。

また、本発明はサイドプレート、アダプタリングを備えないベーンポンプに適用することも可能である。

また、制御バルブ３６をカバー１１内に収めることも可能である。

本発明は上記の実施の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。

本発明の可変容量ベーンポンプは、パワーステアリング装置の流体圧源に限らず他の機械にも利用できる。

本発明の実施の形態を示すベーンポンプの縦断面図。 同じくベーンポンプの横断面図。 同じく制御バルブの断面図。 同じくポンプ収容凹部底面の正面図。 従来例を示すベーンポンプの横断面図。

符号の説明

１ 第一流体圧通路
２ 第二流体圧通路
３ ドレン通路
１２ アダプタリング
１２ａ カム室側壁面
２０ ベーンポンプ
２１ ボデー
２２ アダプタリング
２５ ロータ
２８ ドレン通路
３１ カムリング
３３ 吐出通路
３６ 制御バルブ
３８ 第一カム室
３９ 第二カム室
４０ Ｏリング

Claims (2)

1. 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、この各ベーンの先端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、作動流体の導入によって前記カムリングを前記ロータに対する偏心量が減少する方向と増大する方向にそれぞれ押圧する第一、第二カム室と、この第一、第二カム室に連通する第一、第二流体圧通路と、この第一、第二流体圧通路から前記第一、第二カム室に導入される作動流体圧を制御する制御バルブとを備える可変容量ベーンポンプにおいて、前記制御バルブが前記ロータの回転軸方向について前記カムリングと並ぶように前記カムリングの側方に配置され、前記制御バルブはスプールが介装されるバルブ収容孔を備え、前記カムリングを摺接させるカム室側壁面を備え、このカム室側壁面の前記第一、第二カム室を画成する部位に前記第一、第二流体圧通路をそれぞれ開口させ、前記第一、第二流体圧通路を前記ロータの回転軸方向に延びて前記バルブ収容孔に連通する配置とし、前記制御バルブに接続しポンプ吸込領域に連通するドレン通路を備え、このドレン通路は前記ロータの回転軸方向に延びて前記バルブ収容孔に連通するとともに、前記カム室側壁面に開口して前記ポンプ吸込領域にある前記ポンプ室に連通し、前記カムリングの外周面に摺接して前記第一、第二カム室の間を密封するシール材を備え、前記第一、第二流体圧通路を構成する２本の通孔が前記シール材を挟むように配置されて前記カムリングの揺動位置に係わらず常に第一、第二カム室に連通することを特徴とする可変容量ベーンポンプ。
2. 前記ロータ、前記ベーン、前記カムリングが収められるボデーと、前記ロータ、前記各ベーン、前記カムリングに摺接するサイドプレートとを備え、前記ボデーとこのサイドプレートの間に前記第一、第二流体圧通路の少なくとも一方を囲むＯリングを介装したことを特徴とする請求項１に記載の可変容量ベーンポンプ。

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