(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転油圧デバイスであって、
ハウジング内に回転しないよう設けられると共に支持表面を有する支持手段を含むハウジングと、
前記支持表面に対面する外側表面と、内側表面とを有する前記支持手段上の圧力プレートと、
前記圧力プレートの前記内側表面に隣接して回転するよう設けられたロータと、複数のスロット及び該スロット内の複数のベーンと、
前記ロータを半径方向に取り囲んで前記ハウジング内に設けられ、ベーントラックを形成する半径方向内側向きの表面と、この表面と前記ロータとの間に少なくとも一つの流体圧力キャビティとを有するカムリングと、
流体を前記圧力キャビティへと給送するための吸い込み通路手段を含む流体吸い込みと、
流体を前記圧力キャビティから給送するための吐き出し通路手段を含む流体吐き出しと、及び
前記圧力プレートの外側表面とこれに対面する前記支持手段の支持表面との間に静水圧力プールを形成する手段とからなり、前記圧力プールが前記ロータの回転軸の周囲全体にわたって延在し、前記圧力プールにある流体が実質的に吐出流体圧力で作動するように前記圧力プールが前記吐き出し通路手段に連結されている、回転油圧デバイスであって、さらに、
前記圧力プールを形成する前記手段が、前記軸の周囲全体に延在する第一の圧力プールを形成する第一の手段を含み、該第一の手段が前記第一の圧力プールにある流体が連続的に実質的に吐き出し圧力となるように前記第一の圧力プールを前記吐き出し通路手段へと接続する手段を備え、また第二の圧力プール及び該第二の圧力プールを前記圧力キャビティに間欠的に接続するタイミング通路手段を形成する第二の手段を含み、前記第一及び第二のプールにより前記圧力プレートに印加された静水流体圧力が前記ロータの回転の関数として変化することを特徴とする回転油圧デバイス。
【請求項２】
前記静水圧力プールを形成する前記手段が、前記回転軸の周囲全体にある実質的に一様な厚みの凹部からなる、請求項１のデバイス。
【請求項３】
前記吐き出し通路手段が、前記圧力キャビティから前記圧力プールを通って延びる、請求項２のデバイス。
【請求項４】
前記圧力プールが前記軸の周囲で一様でない半径方向寸法を有し、前記吸い込み通路手段の半径方向内側から前記圧力キャビティにおいて最小の半径方向寸法を有し、前記圧力キャビティから前記吐き出し通路手段に隣接して最大の半径方向寸法を有する、請求項１のデバイス。
【請求項５】
前記圧力プールが前記軸の周囲全体にわたって実質的に一様な軸方向厚みの部分を少なくとも有する、請求項４のデバイス。
【請求項６】
前記第二の圧力プールが前記第一の圧力プールにより半径方向に取り囲まれている、請求項１のデバイス。
【請求項７】
前記タイミング通路手段が前記ロータ及び前記圧力プレートを介して延伸する、請求項６のデバイス。
【請求項８】
前記タイミング通路手段が、前記ロータを介して延伸し前記圧力プレートに隣接して開口する第一のタイミング通路手段と、前記ロータの回転に際して前記第一のタイミング通路手段と間欠的に整合するよう配設された前記圧力プレートにある第二のタイミング通路手段とを含む、請求項７のデバイス。
【請求項９】
前記ロータにある前記第一のタイミング通路手段が、各々が隣接するベーンの対の間に配設された複数の第一のタイミング通路手段からなる、請求項８のデバイス。
【請求項１０】
前記ロータ及び圧力プレートにある前記タイミング通路手段が、前記第二のプールにある流体圧力が、前記流体圧力キャビティにおいて前記吸い込み通路手段と前記吐き出し通路手段との間にあるベーン／ロータセグメントの数の関数として変化するよう構成配置されている、請求項９のデバイス。
【請求項１１】
前記ロータ及びカムリングが、前記流体圧力キャビティにあるベーン／ロータセグメントの数がＮ，Ｎ＋１，Ｎ，Ｎ＋１．．．の順序で変化し、Ｎがゼロでない整数であるように構成されており、また前記タイミング通路手段が、Ｎベーン／ロータセグメントが前記圧力キャビティにある場合には前記圧力キャビティから前記第二の圧力プールへの流体の流れを阻止し、Ｎ＋１ベーン／ロータセグメントが前記圧力キャビティにある場合には流体の流れを前記圧力キャビティから前記第二の圧力プールへと開放する、請求項１０のデバイス。
【請求項１２】
前記ロータ及び圧力プレートにある前記タイミング通路手段が、前記圧力キャビティにある二つの隣接するベーン／ロータセグメントを前記第二の圧力プールと同時に連通するように構成配置されている、請求項１１のデバイス。
【請求項１３】
前記第二の圧力プールを形成する前記第二の手段が、前記圧力プレートにある前記タイミング通路手段を相互に接続する通路手段からなり、より高い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの一方にある流体が前記タイミング通路手段及び前記第二の圧力プールにある前記通路手段を介してより低い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの他方へと流れ、前記他方のセグメントにある流体を予圧縮する、請求項１２のデバイス。
【請求項１４】
前記第二の圧力プールにある前記通路手段がオリフィスを含む、請求項１３のデバイス。
【請求項１５】
回転油圧デバイスであって、
ハウジング内に回転しないよう設けられると共に支持表面を有する支持手段を含むハウジングと、
前記支持表面に対面する外側表面と、内側表面とを有する前記支持手段上の圧力プレートと、
前記圧力プレートの前記内側表面に隣接して回転するよう設けられたロータと、複数のスロット及び該スロット内の複数のベーンと、
前記ロータを半径方向に取り囲んで前記ハウジング内に設けられ、ベーントラックを形成する半径方向内側向きの表面と、この表面と前記ロータとの間に少なくとも一つの流体圧力キャビティとを有するカムリングと、
流体を前記圧力キャビティへと給送するための吸い込み通路手段を含む流体吸い込みと、
流体を前記圧力キャビティから給送するための吐き出し通路手段を含む流体吐き出しと、
前記支持表面と前記外側表面との間にあり流体プールを形成するためのシール手段と、及び
前記ロータ及び前記圧力プレートにあり、前記ロータの回転の関数として前記圧力キャビティを前記流体プールへと間欠的に接続するタイミング通路手段を有し、さらに、
前記ロータにある前記タイミング通路手段が、前記ロータの周縁において隣接するベーンの間に開口する複数の通路手段を含み、
前記ロータ及び圧力プレートにある前記タイミング通路手段が、前記プールにある流体圧力が、前記流体圧力キャビティにおいて前記吸い込み通路手段と前記吐き出し通路手段との間にあるベーン／ロータセグメントの数の関数として変化するよう構成配置されており、この際、
前記ロータ及びカムリングが、前記流体圧力キャビティにあるベーン／ロータセグメントの数がＮ，Ｎ＋１，Ｎ，Ｎ＋１．．．の順序で変化し、Ｎがゼロでない整数であるように構成されており、また前記タイミング通路手段が、Ｎベーン／ロータセグメントが前記圧力キャビティにある場合には前記圧力キャビティから前記流体プールへの流体の流れを阻止し、Ｎ＋１ベーン／ロータセグメントが前記圧力キャビティにある場合には流体の流れを前記圧力キャビティから前記流体プールへと開放する、回転油圧デバイス。
【請求項１６】
前記ロータ及び圧力プレートにある前記タイミング通路手段が、前記圧力キャビティにある二つの隣接するベーン／ロータセグメントを前記圧力プールと同時に連通するように構成配置されている、請求項１５のデバイス。
【請求項１７】
前記圧力プールを形成する前記手段が、前記圧力プレートにある前記タイミング通路手段を相互に接続する通路手段からなり、より高い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの一方にある流体が前記タイミング通路手段及び前記圧力プールにある前記通路手段を介してより低い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの他方へと流れ、前記他方のセグメントにある流体を予圧縮する、請求項１６のデバイス。
【請求項１８】
前記圧力プールにある前記通路手段がオリフィスを含む、請求項１７のデバイス。
【請求項１９】
回転油圧デバイスであって、
ハウジング内に回転しないよう設けられると共に表面を有する支持手段を含むハウジングと、
前記表面に隣接して回転するよう設けられたロータと、複数のスロット及び該スロット内の複数のベーンと、
前記ロータを半径方向に取り囲んで前記ハウジング内に設けられ、ベーントラックを形成する半径方向内側向きの表面と、この表面と前記ロータとの間に少なくとも一つの流体圧力キャビティとを有するカムリングと、
流体を前記圧力キャビティへと給送するための吸い込み通路手段を含む流体吸い込みと、
流体を前記圧力キャビティから給送するための吐き出し通路手段を含む流体吐き出しと、及び
前記ロータ及び前記支持手段にあり、前記圧力キャビティにある隣接するベーン／ロータセグメントを間欠的に接続するタイミング通路手段とからなり、より高い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの一方にある流体が前記タイミング通路手段を介してより低い圧力にある前記ベーン／ロータセグメントの他方へと流れ、前記他方のセグメントにある流体を予圧縮する、回転油圧デバイスであって、さらに、
前記支持手段が、前記表面に対面する外側表面を有する前記支持手段上のプレートと、前記表面と前記外側表面との間のシール手段とを含んで流体プールを形成し、前記ロータ及び前記支持手段にある前記タイミング通路手段が、前記ロータの回転の関数として前記圧力キャビティを前記流体プールへと間欠的に接続することを特徴とする回転油圧デバイス。
【請求項２０】
前記ロータにある前記タイミング通路手段が、前記ロータの周縁において隣接するベーンの間に開口する複数の通路手段を含む、請求項１９のデバイス。
【請求項２１】
前記支持手段にある前記タイミング通路手段がオリフィスを含む、請求項１９のデバイス。
【請求項２２】
前記タイミング通路及び前記第二の圧力プールに多段階オリフィスが配設されており、圧力を段階的に減ずると共にガス放出及びその結果のキャビテーションを減少させる、請求項１３のデバイス。
【請求項２３】
前記タイミング通路手段に多段階オリフィスが配設されており、圧力を段階的に減ずると共にガス放出及びその結果のキャビテーションを減少させる、請求項１９のデバイス。
【請求項２４】
回転油圧デバイスであって、
ベーンポンプカートリッジを軸方向及び半径方向に位置決めし、非回転特徴をもたらし、また流体吸い込みポート及び吐き出しポートを含むハウジングと、
ポンプの回転グループを駆動するための軸受け支持されたシャフトと、
ハウジング内に流体排出部を含むためのシャフトシールと、
支持プレートと可撓性側部プレートの二対からなり、各々の対がカムリングの片側に配置されているベーンポンプカートリッジと、
カムリング内に配置されると共に支持プレートと可撓性側部プレートの二対により取り囲まれた、半径方向のスロットを有しベーンを備えたロータと、
支持プレートと可撓性側部プレートの前記二対が吸い込みポート通路及び吐き出しポート通路を含み、
各々の支持プレートが支持プレートと隣接する可撓性側部プレートとの間に静水圧力プールを含み、静水圧力プールの大きさ及び形状が可撓性側部プレートのバルブ表面と回転グループとの間の圧力分布に依存しており、静水圧力プールの静水圧力が少なくとも可撓性側部プレートのバルブ表面上の圧力分布の分離静水圧力に等しいか又はそれよりも僅かに大きく、
シャフトの周囲での静水圧力プールの内側支持表面の高さが支持プレートの周囲における支持領域よりも僅かに低くされていて、可撓性側部プレートが回転グループから離脱することが許容され、
静水圧力プールの半径方向表面が輪郭付けられた弾性材料及び補強材料を有して静水圧力プール領域を画定しシールし、
各々の吐き出しポートの近傍において静水圧力プール内に、隆起され隔離された島が配置され、
各々の可撓性側部プレートにある圧力検知通路が関連する隔離された島に対して位置決めされて、２つのベーン／ロータセグメントが吐き出し圧力にある場合には当該領域を吐き出しへと流出させ、３つのベーン／ロータセグメントが吐き出し圧力にある場合には当該領域を吐き出し圧力へと与圧し、
ロータにおけるポートを可撓性側部プレートのバルブ表面にあるタイミングポートと間欠的に整合させることにより、可撓性側部プレートに対する反対向きの軸方向静水圧力を制御しバランスさせるための同期が行われる、回転油圧デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプ、モータ、分流器、圧力変換器その他として機能することが可能な回転油圧デバイスに関し、より詳しくは、圧力バランス及び流れ特性の改善されたベーンポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のタイプの回転油圧デバイスは一般に、ハウジングと、ハウジング内で回転するよう設けられたロータと、ロータの半径方向に延びる対応する周辺スロット内に個別に摺動可能に配設された複数のベーンとを含む。カムリングがロータを半径方向に取り囲み、ベーントラックを形成する内側向きの表面と、このカム表面とロータとの間の一つ以上の流体圧力キャビティとを有する。ハウジングに設けられる吸い込み通路及び吐き出し通路が、油圧流体を流体圧力キャビティへと給送し、又はそこから排出せしめる。
【０００３】
米国特許第４５０５６５４号は、バランスされた双対ローブ式の回転ベーンポンプを開示しているが、そこにおいてロータキャビティはカムリングと側面の支持プレートとにより形成され、チークプレート、弁プレート、ポートプレート、又は可撓性プレートとも呼ばれる比較的薄い圧力プレートが、支持プレートとロータとの間に配設されている。各々の支持プレートにはポケットがあり、これはシールにより取り囲まれている。このシールは圧力プレートと係合して、各々の支持プレートとそれに隣接する圧力プレートとの間に静水圧力プール又はパッドを形成している。ポンプチャンバからの吐き出し通路は、圧力プールを介して延びており、従って圧力プールは、実質的に吐出圧力にある流体で満たされる。静水圧力プールにおける流体圧力は、圧力プレートを内方へとロータに向けて押しやり、ポンプチャンバにおける流体圧力の力、並びにロータと圧力プレートとの間を流れる漏れ流体の圧力分布をバランスさせるか又はそれを僅かに越える。ロータ内にあり末端孔部を有するベーンスロットは、各々のベーンと協動して、各々のベーンの軸方向外側端部にベーン下部チャンバを形成し、また各々のベーンの中間部にベーン内チャンバを形成する。圧力プレートにある通路及び溝、並びにロータ部分にある半径方向の孔部は、吸込圧力の流体をベーン下部チャンバへと給送し、また吐出圧力の流体をベーン内チャンバへと給送して、ベーンを半径方向外方へとカムリングに対して押しやる。ロータ部分にある半径方向の孔部は、ベーン内容積の圧力を末端孔部ベーンスロットへと連絡して、カム表面に対するベーンの半径方向推力を減少させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転ベーンポンプ及び上記の型式のその他の油圧デバイスは、かなり商業的に受け入れられ成功を収めたが、さらに改良を行うことが望ましい。例えば、上記の米国特許に開示された如き静水圧力プールを設けると、従来技術の場合と比較して流体圧力バランスが改善されるが、プールはポンプチャンバの吐出部分に隣接して配設されており、従ってポンプの吸い込み部分に隣接する圧力プレートの領域には、圧力的な支持をもたらさない。この軸方向支持の欠如は、圧力プレートが局部的に外側へと歪曲することを可能にし、押し退け容積の漏れを増大させる。また各々の圧力チャンバ内に配設される回転グループのベーン／ロータセグメントの数が変化することにより、別の問題が生じてくる。例えば１０ベーンのポンプの場合、各々のポンプチャンバにおけるベーン／ロータセグメントの数は、ロータの回転につれ、２−３−２−３といった順に交互になる。静水圧力プールは、押し退けサイクル当たりの圧力において、２．５ベーン／ロータセグメントの個別の圧力に等しい平均静水圧力をもたらすように設計されている。圧力プレート上の軸方向のバランスは、吸い込み圧力に影響する作動条件に敏感であり、挙動が落ちることが認められた。技術的な別の問題は、押し退けチャンバに入ってくる流体容積の予圧縮に際して圧力流体が絞りを受ける場合の、溶存している空気のガス放出に伴う可聴ノイズ及び浸食磨耗にある。従来技術の圧力プレートのポートにある計量溝は、単段階の絞りをもたらし、これがかなりのガス放出を生ずる。多段階の絞りの場合には、予備圧縮された流れに含まれるガス放出はかなり少なく、これはより静かな作動と浸食磨耗の減少という結果につながる。
【０００５】
従って本発明の一般的な課題は、回転油圧デバイス、特にベーンポンプであって、改良された作動の一体性、改良された効率、減少された可聴サウンドレベル、改良された挙動の一貫性、速度変化に対する減少された感度、及び／又は大気圧以下の圧力における作動に対する減少された感度を示すものを提供することである。本発明の別の、より特定的な課題は、上述した特性を有する回転油圧デバイスであって、作動の全ての段階において、圧力プレートに対する流体圧力のバランスの改良を示すものを提供することである。本発明のさらなる課題は、回転油圧デバイス、特にベーンポンプであって、上述した課題の一つ以上を満足すると同時に、組み立てが経済的に行え、また長期の作動寿命にわたって信頼性のあるものを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による回転油圧デバイスは、ハウジング内で回転しないように設けられた支持プレートを有するハウジングと、支持プレートに対面する外側表面を有する少なくとも一つの圧力プレートとを含む。ロータが、圧力プレートの内側バルブ表面に隣接して回転するよう設けられており、対応する複数のベーンスロットに配設される複数のベーンを有している。カムリングがハウジング内部に設けられていてロータを半径方向に取り囲み、ベーントラックを形成する半径方向内側向きの表面と、カムリング表面とロータとの間の少なくとも一つの流体吸い込みキャビティ及び少なくとも一つの流体吐き出しキャビティとを有している。流体吸い込み通路と流体吐き出し通路とが、油圧流体をそれぞれのキャビティへと給送しまたそこから排出している。本明細書に開示する発明の好ましい実施形態である、バランスされたデュアルローブベーンポンプにおいては、支持プレート及び圧力プレートはロータの両側に配設されており、カムリングと協動してロータキャビティを形成している。ロータの直径方向に向かい合う両側には、同一の弧状の流体吸い込みキャビティ及び吐き出しキャビティが形成され、支持プレート及び圧力プレートにある直径方向に向かい合った吸い込み通路及び直径方向に向かい合った吐き出し通路と協動して、流体をポンプキャビティへと給送し、またそこから排出するようになっている。
【０００７】
本発明の一つの側面によれば、静水圧力プールが各々の圧力プレートの外側表面と、これに対面する隣接の支持プレートの表面との間に形成される。これらの圧力プールは相互に同一であり、ロータの回転軸の周囲全体に延在している。圧力プールは各々の支持プレートに設けられた一様な厚みのポケット又は凹部と、対面する圧力プレートの外側表面に対して係合する連続的な周縁シールとにより形成される。圧力プールの半径方向の寸法は、二つのキャビティ吸い込み通路に隣接する個所で最小であり、そこにおいて流体圧力の分布はポンプキャビティ内で最小である。またこの寸法は吐き出し用の吐出通路に隣接する個所において最大であり、そこにおいて流体圧力の分布は最大である。このようにして、圧力プレートに対する軸方向静水圧力支持の増大が、回転グループの軸の周囲全体において達成される。圧力プレートに対する静水圧力は、回転するロータ／ベーンのグループと、圧力プレートのバルブ表面との間の個別の油圧力を僅かに越える。
【０００８】
単一の連続的な圧力プールは、圧力プレートに対してより一様な静水圧力を与え、それは圧力プレートの内側バルブ表面に対する圧力分布の軸方向に別々の静水圧力をバランスさせ、及び／又はそれを越える。容積的なポンプの効率は改良され、そして回転グループのバルブ表面に対する接触は軽く、一様となる。支持プレートの内側領域表面には軸方向のリリーフがもたらされ、圧力プレートが回転グループから外方へと歪曲することが許される。この外方への歪曲は、ハウジングの歪曲及び／又はポンプチャンバ内における熱勾配により誘起された機械的な力に対処する。プレートの外方への歪曲は、内部圧力分布の大きさを減少させ、その結果の静水圧力の合計は、一定の大きさの静水圧力プールよりもかなり小さい。この静水圧力の相違は圧力プレートを、回転グループとバルブ表面との間に小さな運転間隙を保つように復元させる。圧力プレートが歪曲した結果、運転間隙が過剰に減少された場合（接触に近づく）には、内部圧力分布の大きさにより、圧力プールの一定の静水圧力を越える静水圧力が生成され、圧力プレートは回転グループから離れるように歪曲する。圧力プレートの歪曲位置は、バルブ表面に対する圧力分布に対して連続的に調節される。従ってポンプは、圧力格納容器（ポンプハウジング）の反応性支持及び大きな熱的勾配により生ずる外的な力に対して、より敏感でなくなる。
【０００９】
本発明の第二の側面は、本明細書に開示した本発明の他の側面とは別個に、或いはそれらと組み合わせて実施可能なものであるが、チャンバ内のロータ／ベーンセグメントの数の関数としての、ポンプチャンバ内での流体圧力分布の変動の問題に対処するものである。この数は、Ｎ，Ｎ＋１，Ｎ，Ｎ＋１といった順序で変化する。Ｎは、ポンプの設計及びベーン／ロータセグメントの合計数の関数である。例えば米国特許第４５０５６５４号に示された１０ベーンのポンプの場合、各々のポンプチャンバにおいて吐き出し圧力を受けるベーン／ロータセグメントの数は、回転グループの回転につれて、２，３，２，３といった順序で変化する。本発明のこの側面によれば、流体吐き出し通路に隣接する第一の、即ち一次圧力プールの各々に形成された第二の、即ち補助的静水圧力プールにより、改良された動的圧力バランスが得られる。圧力プレートにあるタイミングポートがロータの通路と協動し、与圧流体をロータの周縁にある吐き出しポートから、支持プレートに位置する第二の、即ち補助的静水圧力プールへと間欠的に給送する。好ましくは、ロータにある通路は、隣接するベーンの間に個々に配設された複数の通路からなる。
【００１０】
このようにして、第一及び第二の圧力プールにより及ぼされる静水圧力は、ロータの回転の関数として変化し、従ってポンプチャンバにあるベーン／ロータセグメントの数の関数として変化する。即ち、二次圧力プールに対して開いている圧力プレートのポート及びロータの通路は、３つの（Ｎ＋１）ベーン／ロータセグメントがポンプチャンバの各々に作動状態で配置される場合には、与圧流体がポンプチャンバから二次圧力プールへと給送され、２つの（Ｎ）ベーン／ロータセグメントのみがポンプチャンバに配置される場合には、与圧流体が二次圧力プールの吸い込みへと逃げるように配設されている。上述した本発明の最初の側面に従う、セグメント化された又は連続的な一次圧力プールは、２つの（Ｎ）ベーン／ロータセグメントがポンプキャビティに配置された場合に圧力プレートに対して支持圧力を及ぼすように設計されており、また補助的圧力プールは、付加的な、即ち３つめのベーン／ロータセグメントに対応する量でもって、圧力プレートに対して支持圧力を及ぼすように設計されている。定格作動条件においては、圧力プールの静水圧力は、圧力プレートに対する内部圧力分布の合計静水圧力とバランスし、又はそれを僅かに越える。その結果得られる、側部プレートに対するより一様な力の分布は、ベーン／ロータ回転グループによる局所的な接触磨耗を減少させる。このポンプは、高速のポンプ速度といった、吸い込み圧力に影響する条件により良好に対処することができ、回転グループにおける圧力分布の大きさを減少させる。容積効率もまた改善される。
【００１１】
やはり本発明の他の側面とは別個に、或いはそれらと組み合わせて実施することのできる、本発明の第三の側面によれば、各々の静水圧力プール内の隔離領域が、通路を戦略的に位置決めして、吐き出し流体の流れを絞る多段階オリフィスを用い、吐き出し象限における押し退けに先立って、ベーン内容積を吐出圧力レベルへと予圧縮するための場所をもたらす。予圧縮流は、吐き出しチャンバにおいて生ずる。この予圧縮流はロータの半径方向孔部を通ってベーン下部チャンバ内へと導かれる。このチャンバは整合した場合に、圧力プレートに戦略的に位置決めされたポケット内へと流れを方向付ける。この流れはある大きさのオリフィスを含むこのポケットへと入り、包囲している静水圧力プール内の隔離領域に配置された通路へと続く。この予圧縮流体の流れはこの通路内の第二のオリフィスを通って続き、後続のポケット内に位置決めされた第三のオリフィスを介して通過する。整合した場合に、この流れは後続のベーン下部チャンバへと入り、ロータの半径方向孔部を通って、吸い込みと吐き出しの間の遷移滞留部においてベーン内容積へと続く。このベーン内容積は、最小限のガス放出量でもって、吐き出し圧力レベルへと与圧される。在来の構成では、与圧流体をベーン内容積へと絞って予圧縮するために、計量溝が用いられている。この単段階オリフィスはかなりの量のガス放出を生じ、これがノイズ及びポンプチャンバの浸食磨耗に寄与していた。本発明の多段階オリフィスは本質的に、直列に配設された一連の薄刃オリフィスである。この構成は、圧力を突然ではなく徐々に減ずることにより、キャビテーション（流体中の溶存ガスのガス放出）を防止し又は減少させるものである。
【００１２】
【実施例】
本発明は、その付加的な課題、特徴及び利点と共に、以下の説明、特許請求の範囲並びに添付図面を参照することにより、最もよく理解されるであろう。
【００１３】
図１−３は、本体２４とカバー２６とを有するハウジング２２からなる、本発明の現在好ましい一つの実施形態によるベーンポンプ２０を示している。本体２４とカバー２６との間には、ベーンポンプのサブアセンブリ即ちカートリッジ２８が設けられている。カートリッジ２８は、本体２４に隣接する第一の支持部材即ち支持プレート３０と、カバー２６内の第二の支持部材即ち支持プレート３２を含んでいる。支持プレート３０，３２は、ポンプの駆動シャフト３４の軸方向において相互に間隔を置いて向かい合った表面を有する。圧力プレート３６が、支持プレート３０の支持表面に隣接して対面する外側表面を有し、また第二の圧力プレート３８が、支持プレート３２の支持表面に隣接して対面する外側表面を有している。圧力プレート３６，３８は実質的に一様な厚みであり、軸方向に向かい合った内側バルブ表面を有している。上述したように、圧力プレート３６，３８はまた当該技術分野において、チークプレート、ポートプレート、及び可撓性プレートとも呼ばれている。ポンプタイミングは、圧力プレート、可撓性プレートその他の上に位置決めされたバルブ表面上に特徴付けられている。
【００１４】
ロータ４０が圧力プレート３６，３８の内側表面の間に配設されており、また駆動シャフト３４上のスプラインに回転可能に連結されている。ロータ４０はほぼ半径方向に延びる複数のスロット４２を有し、それらの各々の中には半径方向に摺動可能なベーン４４が配設されている。各々のベーンスロット４２の内側端部は、ベーン下部チャンバ４６で終端している。圧力プレート３６及び３８の各々の内側バルブ表面上に位置決めされた周方向溝４８が、プール９０にある吐き出し容積と連絡し、与圧流体を各々のベーンスロット４２にある軸方向通路１５１を介して供給し、各々のベーン４４の半径方向長さのほぼ中間に配設されたベーン内チャンバ５０に給送を行う。カムリング５２がロータ４０を半径方向に取り囲み、半径方向内側を向いたカム表面５３を有する。これはロータ４０と協動して、カムリングとロータとの間に、直径方向に向かい合った弧状のポンプ事象を画定する。ポンプ事象は、吸い込み、予圧、吐き出し、及び減圧からなる。このポンプサイクルは、一回転につき二度生ずる。カートリッジ２８は、複数のネジ５６によって保持された、サンドイッチ状のアセンブリを形成する。ハウジングのカバー２６及び本体はネジ５８によって相互に固定され、カートリッジ２８はその内部に保持されている。
【００１５】
ハウジング２２は、カバー２６内の吸い込みキャビティ６２内へと開き、支持プレート３０，３２にある吸い込み通路６４へと開き、また圧力プレート３６，３８にある吸い込み通路６６を介して膨張ベーン内チャンバの一方にある腎臓形の吸い込みポート６８へと開いている流体吸い込み６０を有する。支持プレート３０にある吸い込み通路６６はまた、支持プレート３０内の通路７０へと開き、そこからプレート３６にある開口７２を介し、それと整合するベーン下部チャンバ４６を介し、次いでプレート３８にある開口７２、支持プレート３２にある通路７４、及びカバー２６により形成されたキャビティ７６を介して半径方向反対側にある膨張ベーン内チャンバにある腎臓形の吸い込みポート６８へと開いている。吸い込み流体はかくして、ベーン内チャンバへと、そして共通のベーン下部チャンバ５６へと供給される。
【００１６】
与圧されたベーン内チャンバ５０は、予圧及び減圧ポンプサイクルにおいて、ベーン４４を吸い込みにあるカム表面と接触状態に維持するために、半径方向の力をもたらす。吸い込み通路７０と接続された半径方向溝７８と、シャフト３４の周囲の領域は、ポンプの漏れを流出させてシャフトシール１５０に対する与圧を防止するように配置されている。ポンプチャンバ内では、プレート３６，３８にある二つの軸方向に向かい合った腎臓形の吐き出しポート８０が、吐出流体をプール９０内へと方向付け、図１に示すようにして通路８４を介してハウジング本体２４にある開口８８へと排出するように配置されている。ポート８０の直径方向反対側の位置は、図１及び２に示すようにして、シャフト３４上及び支持軸受け１５３，１５４に対する半径方向の力をバランスさせる。これまでに記述した限りにおいては、ポンプ２０は構造及び作動の両方において、前述した米国特許第４５０５６５４号に開示されたそれらとほぼ類似している。この米国特許に対しては、記述の詳細に関して参照を行う。
【００１７】
本発明の第一の側面によれば、周方向に連続する静水圧力プール９０が、各々のプレート３０，３２と、それに隣接する関連の圧力プレート３６，３８との間に形成される。各々のプール９０は相互に同一のものであり、ロータ４０とシャフト３４の回転軸の周囲全体に延在している。各々のプール９０は第一の、即ちシャフト３４及び通路７０の開放内側端部の周囲を画する内側弾性シール９２（図２及び３において最も良く示されている）と、シール９２及び吐き出し開口８４の周囲を画する第二の、即ち外側弾性シール９４とから形成されている。シール９２，９４はアセンブリ内において、対面する圧力プレート３６，３８の外側表面に対して圧縮されている。従ってシール９２，９４は支持プレート３０，３２及び圧力プレート３６，３８と協動して、ポンプキャビティの両側において静水圧力プール９０を形成している。プール９０は、吸い込み開口６４の半径方向内方においてシール間でより小さな半径方向寸法を有し、また吐き出し開口８４の周囲を画して隣接する個所でより大きな半径方向寸法を有する。プレート３０，３２に形成されるポケットの深さにより画定されるプール９０の軸方向厚みは、図４及び５に示した軸方向のリリーフ１５６を除いては実質的に一定である。吐出圧力にある流体は各々の静水圧力プールへと流れるから、そして実際に支持プレート３０と圧力プレート３６の間のプール９０を介して流れるから、圧力プレート３６，３８の外側表面には静水圧力クランプ力が印加される。
【００１８】
圧力プレート３６及び３８の各々の内側バルブ表面上に位置決めされた周方向溝４８は、プール９０にある吐出容積と連絡しており、与圧された流れを各々のベーンスロット４２にある軸方向通路１５１を介して供給し、図１及び２に示すように各々のベーン４４の半径方向長さのほぼ中間に配設されたベーン内チャンバ５０に供給を行う。ポンプチャンバ内では、プレート３６及び３８に形成された二つの軸方向に向かい合った腎臓形の吐き出しポート８０が、吐出流体をプール９０内へと方向付け、通路８４を介して図１に示すようにハウジング本体２４にある開口８８へと吐き出すように位置決めされている。ポート８０の第二の対が直径方向反対側に位置決めされており、シャフト３４及び支持軸受け１５３，１５４に対する半径方向の力を図１及び２に示すようにしてバランスさせている。
【００１９】
図４（Ａ）（Ｂ）及び図５は、本発明のこの特徴による、周方向に連続する静水圧力プール９０の動作を図示している。図４（Ａ）（Ｂ），５及び６に示した矢印は、圧力プレートに対する流体圧力分布の方向及び大きさを概略的に示している。吐き出し開口８４に隣接して、プール９０は最大の半径方向寸法を有し、従ってポンプチャンバ内の圧力分布に対抗するために、圧力プレート３６，３８の外側表面に対して静水圧力９０ａを及ぼす。またポンプチャンバ内の圧力分布５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄが内側表面に対して静水圧力を及ぼして圧力プレートを分離しようとさせるのも、吐き出し開口８４に隣接したこの領域においてである。他方、吸い込み通路７０に隣接しては、圧力プール９０はより小さな半径方向寸法であり、従って圧力プレートの外側表面に対してより小さな静水圧力９０ｂを及ぼす。また、ポンプチャンバ内での流体圧力分布がより小さいのも、この領域においてである。従って、本発明の周方向に連続する静水圧力プール９０は、圧力プレートに対して、特に図６に示すように従来技術においては圧力プレートの外側表面に対して何の静水圧力プールの圧力支持もなかった、吸い込みポートに隣接する個所に対して、より良好な圧力バランスをもたらす。
【００２０】
図４（Ａ）（Ｂ）及び５は、回転グループと圧力プレートのバルブ表面との間における、比較的一様な圧力分布５４ｃを示している。ポンプカートリッジの構造内容の変化、及び広い温度勾配により、圧力プレート３８及び３６のバルブ表面が歪む可能性がある。回転グループとバルブ表面との間の軸方向間隙の変化は、圧力分布５４ｃに影響する。軸方向間隙の減少は漏れ流を制限し、圧力分布５４ｄの大きさを増大させる（図４（Ａ））。合計の静水圧力はプール９０の合計静水圧力（９０ａプラス９０ｂ）を越え、圧力プレートは外方へと偏倚して回転グループと接触を行うことを回避する。圧力プレートが外方へと、軸方向リリーフ１５６により許された過剰量だけ偏倚したとすると、圧力分布は減少して図４（Ｂ）の５４ｂの如くになり、より小さな静水圧力がプール９０における合計の静水圧力（９０ａプラス９０ｂ）に対抗するようになる。この圧力の相違は圧力プレートを復帰させて、回転グループにおける軸方向間隙をより小さなものとする。このバランス化過程は、軸方向の力の平衡が達成されるまで継続する。このポンプ構成特徴の成果は、改善された容積効率、より大きな熱衝撃能力、及び回転グループの焼き付き事象の減少である。
【００２１】
図７−１５においては、本発明による種々の修正及びバリエーションが示されており、図１−５において示したポンプ２０に関してこれまでに用いたのと同じ参照番号は、同一の又は等価な構成部品を示し、接尾辞を有する参照番号は関連する、しかし修正された構成部品を示している。
【００２２】
図７−１０は、圧力プレートに対して賦課される軸方向の静水圧分離力及びクランプ力をより正確に支持するために、ロータを介してポンプチャンバへと選択的に連通される、多領域静水圧力プールを特徴とするポンプ１００を示している。ベーン／ロータの回転グループと可撓性圧力プレートとの間の分離力は、ポンプチャンバないで吐き出し圧力を受けるベーン／ロータセグメントの数に依存して変化する。例えば１０ベーンの回転グループにおいては、ポンプチャンバ当たりで吐き出し圧力を受けるベーン／ロータセグメントの数は、ロータの回転につれて、２−３−２−３といった順序で変化する。前述の米国特許第４５０５６５４号に開示されたタイプの在来のベーンポンプにおいては、そしてまた図１−５に関してこれまでに開示したポンプ２０においては、静水圧力プール領域は、吐出圧力において平均２．５ベーン／ロータセグメントを支持するように設計されており、かくして３セグメントという最大と、ポンプサイクル当たり２ベーンという最小の間での妥協である。しかしながら、図７−１０に示した本発明の実施例によれば、各々の静水圧力プール内にある個別の隔離された領域（隆起され隔離された島）が、ロータを介して吐き出し及び吸い込みへと順次連通され、吐き出し圧力を受ける２及び３のベーン／ロータセグメントについて生ずる分離力に関して、圧力プレートに対して静水圧力クランプ力を印加するようになっている。主たる静水圧力プールから二つの隔離領域をマイナスしたものは、吐出圧力において吐出サイクル当たり２つのベーン／ロータセグメントの圧力分布により生ずる静水圧的分離力（分離静水圧力）に等しいか、又はこれを僅かに越えるように設計されている。補助的な隔離プール領域は、３つのベーン／ロータセグメントが吐出圧力にある場合に与圧されるように設計されている。後者の作動条件下においては、プールの静水圧力は分離力に等しいか、又はそれを僅かに越える。
【００２３】
図７−１０を参照すると、支持プレート１０２と、軸方向反対側にある支持プレート（図示せず）は、対面する圧力プレート３６ａ（又は３８ａ）の外側表面に係合するシール１０６により取り囲まれた圧力プール９０ｃの各々の中に、隔離領域１０４を有している。図８に最もよく示されているように、支持プレート１０２の表面により形成された凹部は、隔離領域１０４においては主圧力プール９０ｃにおけるよりも浅い。圧力プレート３６ａは、領域１０４へと開いている軸方向通路１０８を有し、ロータの回転に際してロータ４０ａにあるベーン下部チャンバ４６と軸方向に整合するように位置している。ベーン下部チャンバ４６はまた、半径方向に角度をなすロータの通路１１０を介してロータの周囲と連絡しており、従ってベーン内容積の圧力と連絡している。プレート３６ａにある通路１０８は、隣接するポンプチャンバ５１にある３つのベーン／ロータセグメントが吐出圧力にある場合に図１０に示すようにベーン下部チャンバ４６と整合し、また２つのベーン／ロータセグメントが吐出圧力にある場合には図９に示すように与圧領域１０４を吸い込み圧力即ちポート６４へと逃がすように位置決めされている。このようにして、実質的に吐出圧力にある流体は、ロータの回転の関数として領域１０４へと間欠的に給送され、より多くの数のベーン／ロータセグメントが吐出圧力にあることに起因して余分の分離圧力が存在することに対応する時点において、余分のクランプ圧力をもたらす。また補助ポート１０４における流体圧力は、チャンバ４６が通路１０８と整合するように移動するにつれて増大し、完全に整合した時点において頂点に達し、次いでチャンバが整合から外れるよう移動するにつれて減少することが銘記されよう。通路１０８は、静水圧力プール内での隔離領域の圧縮及び逃がしに対する圧力にあるベーン／ロータセグメントの数と同期するような大きさを有し、また位置決めされている。
【００２４】
図１１及び１２においては、多段階オリフィスを位置決めするために、主たる静水圧力プール９０ｃ内に二次的な隔離された静水圧力プール領域１０４が用いられており、吐出サイクルに入ろうとするベーン内容積中の流体を予圧縮し、また圧力プレートに対してより高められた動的圧力バランスをもたらすポンプ１２０が示されている。これらの多段階オリフィスは、単段階の計量溝を有する従来技術のポンプ構造と比較して、ガス放出をかなり減少させ、流体中の気泡を減少又は除去して、また気泡に伴う可聴ノイズ及び浸食磨耗をそれにより減少せしめるものである。圧力プレート３６ｂにある通路１０８ａは、ポンプ１００（図７−１０）におけるように、ロータ４０ａのベーン下部チャンバ４６と整合するように位置決めされている。領域１０４にあるチャネル即ち通路溝１２２は、隣接する圧力プレートの通路１０８を相互に接続する。チャネル１２２は隣接するベーン／ロータセグメントの間の流体の流れを、図１１及び１２において方向矢印で示されているようにして方向付けて、吐出サイクルに際しての押し退けに先立って、ベーン内容積を吐出圧力にまで予圧縮する。一連のオリフィス１０８ｗ，１２４及び１０８ｘは、減圧を段階付けるような大きさとされており、ベーン内容積を予圧縮するようになっている。この圧力の段階付けは、高圧の流れを絞ることに伴うガス放出の量を減少させる。
【００２５】
図１４に示されているポンプ１３０においては、図１１−１３の実施例における予圧縮及びガス放出の減少という特徴が、これまでに説明した別個の圧力プレートを備えた支持プレートとは区別される、堅固な支持プレート１３２を有するポンプにおいて得られている。支持プレート１３２の鋳造及び機械加工に続いて、孔部１３４がこのプレートを通して角度をなして穿孔され、ロータのベーン下部チャンバに開いている通路１０８ａ，１０８ｗ，１０８ａ，１０８ｘを相互に接続するようになっている。孔部１３４の外方端部には次いで、１３６に示すようにして栓がされ、通路１０８及び通路１２２が別個の圧力プレート３６ｂと支持プレート１０２ａのそれぞれに形成されている図１２の実施例におけるようにして、通路１０８ａ，１０８ｗ，１０８ａ，１０８ｘを相互に接続する通路１２２ａが残される。
【００２６】
図１５は、前述した米国特許第４５０５６５４号におけるようにシール１４６により形成された、隔離された静水圧力プール１４４を有するポンプ１４２の支持プレート１４０を示しているが、これは上記した周方向に連続する静水圧力プール９０，９０ｃから区別されるものである。別個の隔離領域１０４が、各々のプール１４４内においてシール１０６により形成されている。図１３に関してこれまでに記述したようにして、制限部１２４を備えた通路チャネル１２２が隔離領域１０４に形成されている。従って図１５は、隔離された静水圧力プール１０４と、通路１２２及び制限部１２４により提供される液体予圧縮の特徴の両方が、隔離された主圧力プール１４４を有するポンプにおいて実施可能であることを示すものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、まず静水圧力プールが軸方向全体に延在するように形成される。かくして圧力プレートに対する軸方向静水圧力支持の増大が、回転グループの軸の周囲全体において達成される。ポンプの容積効率は改善され、回転グループのバルブ表面に対する接触は軽く、一様となる。支持プレートの内側領域表面には軸方向のリリーフがもたらされ、圧力プレートが回転グループから外方へと歪曲することが許され、ハウジングの歪曲及び／又はポンプチャンバ内における熱勾配により誘起された機械的な力に対処することが可能になる。
【００２８】
また本発明によれば、主たる静水圧力プールの各々に補助的静水圧力プールが形成され、与圧流体をロータの周縁にある吐き出しポートから、ロータ回転の関数として補助的静水圧力プールへと間欠的に給送することにより、側部プレートに対するより一様な力の分布が得られ、ベーン／ロータ回転グループによる局所的な接触磨耗を減少させることができる。よって高速のポンプ速度といった、吸い込み圧力に影響する条件により良好に対処することができ、回転グループにおける圧力分布の大きさが減少されると共に、容積効率も改善される。
【００２９】
さらに本発明によれば、吐き出し流体の流れを絞る多段階オリフィスを用い、吐き出し象限における押し退けに先立って、ベーン内容積を吐出圧力レベルへと予圧縮することができる。これにより圧力を徐々に減ずることにより、キャビテーション（流体中の溶存ガスのガス放出）を防止すると共に浸食磨耗をも低減させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現在好ましい実施形態によるバランスされたデュアルローブ回転ベーンポンプの側部立面を、実質的に図２の１−１線に沿って取った断面図である。
【図２】実質的に図１の２−２線に沿って取った部分断面図である。
【図３】実質的に図１の３−３線に沿って取った、図１のポンプの支持プレートの立面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１−３のポンプにおける異なる作動条件の下での、圧力プレート上への流体力を示す概略図である。
【図５】図１−３のポンプにおける異なる作動条件の下での、圧力プレート上への流体力を示す概略図である。
【図６】従来技術による圧力プレート上への流体力を示す、図４及び図５に類似の概略図である。
【図７】本発明の修正実施例を示す、図３に類似の支持プレートの立面図である。
【図８】実質的に図７の８−８線に沿って取った部分断面図である。
【図９】図１０と共に、作動の二つの段階にある図８の修正実施例を示す、図２の一部に類似した部分断面図である。
【図１０】図９と共に、作動の二つの段階にある図８の修正実施例を示す、図２の一部に類似した部分断面図である。
【図１１】本発明の別の修正実施例を示す部分断面図である。
【図１２】実質的に図１１の１２−１２線に沿って取った部分断面図である。
【図１３】本発明のさらなる修正実施例を示す、図３に類似の支持プレートの立面図である。
【図１４】本発明のさらなる修正実施例を示す、図３に類似の支持プレートの立面図である。
【図１５】本発明のさらに別の修正実施例を示す、図３に類似の支持プレートの立面図である。
【符号の説明】
２０  ベーンポンプ
２２  ハウジング
２８  カートリッジ
３０，３２  支持プレート
３４  駆動シャフト
３６，３８  圧力プレート
４０  ロータ
４２  スロット
４４  ベーン
４６  ベーン下部チャンバ
４８  周方向溝
５０  ベーン内チャンバ
５２  カムリング
６０ 流体吸い込み
６２  吸い込みキャビティ
６４ 吸い込み通路、吸い込み開口、ポート
６６ 吸い込み通路
６８  吸い込みポート
７０ 吸い込み通路
７２ 開口
７４ 通路
７６ キャビティ
７８ 半径方向溝
８０  吐き出しポート
８４  吐き出し開口、通路
８８  開口
９０  静水圧力プール
９２，９４  シール
１００  ポンプ
１０４  隔離領域、島
１０８  軸方向通路
１５３，１５４  支持軸受け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003617011.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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