(57)【要約】【課題】電動モータの駆動力でピストンを作動させる流体圧ポンプを小型に構成する。【解決手段】電動モータＭの出力軸２の回転軸芯Ｘと同軸芯にカム機構Ｃとポンプ部Ｐとを配置すると共に、カム機構Ｃとして出力軸２と一体的に回転する回転部材２１と、この回転部材２１が接触するカム面２３Ｓを有するカム部材２３とを備え、ポンプ部Ｐとしてカム部材２３と一体的に往復作動するピストン３１と、ピストン３１を復動方向に作動させるスプリング３２を備えて構成した。カム機構Ｃは、出力軸２の回転時には回転部材２１からのカム面２３Ｓに作用する押圧力でピストン３１を往動方向に作動させ、スプリングは、付勢力によりピストン３１を復動方向に作動させる。【選択図】図１
2014101843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの出力軸の回転軸芯と同軸芯上に配置され前記回転軸芯に沿って往復作動自在なピストンと、
前記出力軸の回転力を、前記回転軸芯に沿う方向への押圧力に変換して作用させることで前記ピストンを往動方向に作動させるカム機構と、
前記ピストンを前記往動方向と逆向きとなる復動方向に作動させるスプリングとを備えると共に、
前記カム機構が、前記出力軸と一体的に回転する回転部材と、前記回転軸芯を中心にする回転が不能で前記回転部材が接触するカム面を有し前記回転軸芯に沿って往復作動自在なカム部材とを備えて構成されている流体圧ポンプ。
【請求項２】
複数の前記回転部材が前記回転軸芯を中心とする円周領域の複数箇所に配置され、
前記カム部材が、複数の前記回転部材が同時に接触する前記カム面を有し、
複数の前記回転部材が回転する際には、複数の前記回転部材から前記カム部材に作用する合力の作用方向が、前記回転軸芯上に位置するように設定されている請求項１記載の流体圧ポンプ。
【請求項３】
前記カム部材を周方向に展開した状態での前記カム面の形状が波状である請求項２記載の流体圧ポンプ。
【請求項４】
前記カム面のうち、前記ピストンを前記復動方向へ作動させる復動側カム面が、前記ピストンに対して前記往動方向へ押圧力を作用させる往動側カム面より急勾配に設定されている請求項２又は３記載の流体圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧ポンプに関し、詳しくは、電動モータの駆動力でピストンを作動させる構成の流体圧ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された流体圧ポンプとして特許文献１には、電動モータのモータ軸の回転運動を偏心ベアリングで往復運動に変換し、ピストン（文献ではプランジャ）を作動させることでオイルを送るポンプが示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、電動モータの出力軸に斜板を備え、この斜板の回転時に作動する複数のピストンと、この複数のピストンを収容する複数のシリンダが形成されたシリンダブロックを有したポンプが示されている。
【０００４】
この特許文献２のポンプは、電動モータの出力軸と一体的に斜板が回転し、複数のピストンを進退作動させるアキシャルピストン式に構成されている。
【０００５】
また、特許文献３には、電動モータの出力軸（文献では回転軸）と同軸芯上にピストンを配置し、このピストンを出力軸の軸芯を中心として回転自在にシリンダに収容したポンプが示されている。
【０００６】
この特許文献３では、ピストンの外周に波状に形成したカム溝に対して、シリンダの内周に突設した係合ピンを係合させている。この構成から、電動モータが作動した場合には、出力軸の回転とともにピストンが回転し、係合ピンが係合するカム溝の作用によりピストンが往復作動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６‐１２１７８８号公報
【特許文献２】特開２０１１‐６９４６９号公報
【特許文献３】特開２００９−５２５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンジンで走行する車輌ではエンジンで駆動される油圧ポンプを備え、この油圧ポンプから供給されるオイルで作動する油圧機器を備えたものが存在する。この車輌には油圧機器として油圧によりクラッチが断続操作される変速機構や、油圧により吸気タイミングを設定する可変バルブタイミングシステムを備えるものも多い。
【０００９】
アイドルストップ制御が行われる車輌のように停車時にエンジンが停止するものでは、特許文献２にも記載されるようにエンジンが停止する状況で油圧機器にオイルを供給するために電動型のオイルポンプを備えている。このオイルポンプは油圧機器に供給するオイル圧を維持すれば良く、比較的小型に構成される。
【００１０】
特許文献１のように電動モータの出力軸の回転運動を往復運動に変換させるための偏心ベアリングを備えるものでは、電動モータのスペースから横方向に張り出すためポンプ全体の大型化に繋がるものであった。また、特許文献２のようにアキシャルピストン式のものでは複数のピストンを有するため、構成上から小型化が困難となるだけではなく、高い精度も必要とする。
【００１１】
このような課題に対して特許文献３に記載されるポンプは、電動モータとピストンとが同軸芯上に配置され、ピストンを往復作動させるための偏心ベアリング等の機構を必要としないため小型化が可能である。しかし、このポンプはピストンとシリンダとが相対回転する構成を必要とし、ピストンの外周のカム溝に係合ピンを係合させるため所定の精度を必要とすることになり改善の余地がある。
【００１２】
本発明の目的は、電動モータの駆動力で作動するポンプを小型に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴は、電動モータの出力軸の回転軸芯と同軸芯上に配置され前記回転軸芯に沿って往復作動自在なピストンと、前記出力軸の回転力を、前記回転軸芯に沿う方向への押圧力に変換して作用させることで前記ピストンを往動方向に作動させるカム機構と、前記ピストンを前記往動方向と逆向きとなる復動方向に作動させるスプリングとを備えると共に、前記カム機構が、前記出力軸と一体的に回転する回転部材と、前記回転軸芯を中心にする回転が不能で前記回転部材が接触するカム面を有し前記回転軸芯に沿って往復作動自在なカム部材とを備えて構成されている点にある。
【００１４】
この構成によると、電動モータの駆動時には、回転部材が出力軸と一体的に回転し、この回転部材がカム面に接触することでカム部材が回転軸芯に沿う方向に作動し、この作動と連係してピストンを往動方向に作動する。また、カム部材による押圧力が解除された際にはスプリングの付勢力によりピストンが復動方向に作動する。これにより、電動モータの駆動時には、ピストンを往復運動させ、ピストンの部位に流体を吸引し、吸引した流体を送り出す。
【００１５】
本発明は、複数の前記回転部材が前記回転軸芯を中心とする円周領域の複数箇所に配置され、前記カム部材が、複数の前記回転部材が同時に接触する前記カム面を有し、複数の前記回転部材が回転する際には、複数の前記回転部材から前記カム部材に作用する合力の作用方向が、前記回転軸芯上に位置するように設定されても良い。
【００１６】
これによると、電動モータの駆動時には、複数の回転部材がカム部材のカム面の複数箇所に対して同時に押圧力を作用させる。また、このようにカム面の複数箇所に作用する押圧力の合力の作用方向が回転軸芯上に位置するため、カム部材あるいはピストンに対して回転軸芯から外れる方向に力を作用させず、エネルギーを無駄に消費することがなく、偏摩耗を招くこともない。
【００１７】
本発明は、前記カム部材を周方向に展開した状態での前記カム面の形状が波状であっても良い。
【００１８】
これによると、電動モータの駆動時には回転部材の回転に伴いカム面に沿ってカム部材に押圧力を作用させ、滑らかにピストンを作動させることが可能となる。
【００１９】
本発明は、前記カム面のうち、前記ピストンを前記復動方向へ作動させる復動側カム面が、前記ピストンに対して前記往動方向へ押圧力を作用させる往動側カム面より急勾配に設定されても良い。
【００２０】
これによると、復動側カム面の勾配を往動側カム面の勾配より急勾配に設定することにより、ピストンを往動方向に作動させて流体を送り出すために適正な作動を行わせながら、往動方向への作動速度より高速度でピストンを戻すことが可能となる。これにより電動モータの単位回転における流体の供給量の増大も実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】流体圧ポンプの断面図である。
【図２】オイルを送り出す状態のカム機構とポンプ部との断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である、
【図４】流体圧ポンプの分解斜視図である。
【図５】別実施形態（ａ）の流体圧ポンプの断面図である。
【図６】別実施形態（ａ）の流体圧ポンプの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図４に示すように、電動モータＭと、カム機構Ｃと、ポンプ部Ｐとを備えて流体圧ポンプが構成されている。この流体圧ポンプは、電動モータＭの出力軸２の回転軸芯Ｘと同軸芯上にカム機構Ｃとポンプ部Ｐとを配置している。
【００２３】
エンジンで駆動される油圧ポンプからのオイルで油圧クラッチを断続して変速を実現する車両では、エンジン停止時の油圧低下に伴い油圧クラッチが伝動状態から遮断状態に切り換わる。一方、エンジンが始動した場合には油圧の上昇に伴い油圧クラッチが伝動状態に復帰し、走行開始時にショックを発生させることがある。この傾向は特にアイドルストップ制御が行われる車両において顕著である。このような不都合を解消するために、本発明の流体圧ポンプは、アイドルストップ制御が行われる車両に備えられ、エンジン停止時に作動することにより油圧機器へのオイル供給を維持する。
【００２４】
また、車輌には吸気タイミングを設定する可変バルブタイミングシステム等の油圧機器が備えられ、これに対して流体圧ポンプからオイルを供給するように構成しても良い。本発明の流体圧ポンプは、オイル以外に、水やガス等の流体を送り出すように使用しても良い。
【００２５】
〔電動モータ〕
電動モータＭは、モータケース１の内部に回転軸芯Ｘを中心に回転自在に出力軸２を支承すると共に、モータケース１の内周に界磁コイル３を備え、出力軸２に永久磁石を有するロータ４を備えて構成されている。この電動モータはブラシレスＤＣモータとして構成され、界磁コイル３に対して専用のモータ制御回路から電力を供給することにより、出力軸２の回転が制御される。
【００２６】
電動モータＭの端部にユニットケース１０が連結されている。このユニットケース１０はカム機構Ｃを収容する大径部１１と、ポンプ部Ｐを構成する小径部１２とが一体的に形成され、小径部１２の端部には隔壁部１３が形成されている。ユニットケース１０の大径部１１には、電動モータＭに連結するフランジが一体的に形成されると共に、回転軸芯Ｘと同軸芯のシリンダ状の内面を有するカム機構収容空間１１Ｓが形成されている。小径部１２には、回転軸芯Ｘと同軸芯のシリンダ状の内面を有するポンプ空間１２Ｓが形成されている。
【００２７】
〔カム機構〕
カム機構Ｃは、電動モータの出力軸２と一体的に回転する回転部材２１と、この回転部材２１が接触するカム面２３Ｓを有するカム部材２３とを有して構成され、これらがカム機構収容空間１１Ｓに収容されている。
【００２８】
回転部材２１は、出力軸２の突出端部に対し、回転軸芯Ｘと直交する姿勢で設けられた軸体２２の両端に支持されるボールベアリングで構成されている。尚、ボールベアリングは、インナレースを軸体２２に嵌合連結しており、アウタレースが軸体２２に対して自由に回転する。
【００２９】
回転軸芯Ｘに沿う方向視でカム面２３Ｓは回転軸芯Ｘを中心にする所定幅のリング状に形成される。また、カム部材２３は、リング状となるカム面２３Ｓの幅方向の一部を全周に亘って滑らかに突出させることにより、回転部材２１の外周をカム面２３Ｓに点接触させている。
【００３０】
つまり、回転部材２１の外周は平滑な円周状であるため、例えば、カム面２３Ｓの表面が幅方向で平滑である場合には、回転部材２１とカム面２３Ｓとが広い面で接触する。従って、回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心に回転した場合には、回転部材２１が軸体２２を中心に回転してもカム面２３Ｓの回転軸芯Ｘの中心側と外周側との速度差からスリップを招き、発熱や摩耗に繋がることも考えられた。このような課題に対して、カム面２３Ｓの幅方向の一部を全周に亘って滑らかに突出させることによりカム面２３Ｓと回転部材２１とは点接触状態となり、スリップを抑制するのである。
【００３１】
尚、本発明の流体圧ポンプでは、回転部材２１を、厚みの中央で外周に突出する形状（例えば、ソロバン玉の形状）に成形することにより、カム面２３Ｓに対して回転部材２１が点接触するように構成しても良い。
【００３２】
カム部材２３は、一対の回転部材２１が接触するカム面２３Ｓを端部に形成した円柱状であり、カム機構収容空間１１Ｓに対し回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に嵌め込まれている。カム部材２３の外周部には回転軸芯Ｘに沿う方向に沿って一対のガイド凹部２４が形成され、このガイド凹部２４に係入する一対のガイドピン２５がユニットケース１０の大径部１１を貫通する状態で備えられている。
【００３３】
カム面２３Ｓは、周方向に展開した状態で、例えばサインカーブとなる波状に成形され、一対の回転部材２１が同時に等しい圧力で接触する。また、カム部材２３には回転軸芯Ｘと同軸芯となる貫通孔２６が形成され、カム部材２３においてカム面２３Ｓの反対側にはピストン３１の端部が嵌り込む嵌合部２７が形成されている。
【００３４】
この構成から、回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心に回転することにより、回転部材２１からカム面２３Ｓに作用する圧力でカム部材２３が回転軸芯Ｘに沿って移動し、ポンプ部Ｐのピストン３１を往動方向（図１で右方向）に作動させる。
【００３５】
〔ポンプ部〕
ポンプ部Ｐは、ユニットケース１０の小径部１２に対し回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に嵌め込まれたピストン３１と、このピストン３１を往動方向と逆向きとなる復動方向（図１で左方向）に付勢するコイルスプリング３２とを備えている。更に、ポンプ部Ｐは、ピストン３１に対して第１ホルダ３３により支持された第１ボール弁３４と、ユニットケース１０の隔壁部１３に対して第２ホルダ３５により支持された第２ボール弁３６とを備えて構成されている。
【００３６】
ピストン３１は、その外周面をポンプ空間１２Ｓの内周面に密接させており、この構成からユニットケース１０のうち、ピストン３１が嵌め込まれる小径部１２がシリンダとして機能する。
【００３７】
ピストン３１のうちカム部材２３に対向する端部には溝状となる外部流路３１Ａが形成され、他方の端部には突出部３１Ｂが形成されている。このピストン３１でカム部材２３に対向する端部から突出部３１Ｂの突出端に亘って回転軸芯Ｘと同軸芯上にオイル流通空間３１Ｓが貫通孔状に形成されている。
【００３８】
前述した第１ボール弁３４は、ピストン３１の突出部３１Ｂの端部の開口を閉塞する位置と開放する位置とに移動自在に備えられ、バネにより閉じ方向に付勢されている。また、前述した第２ボール弁３６は、ユニットケース１０の隔壁部１３に穿設された開口を閉塞する位置と開放する位置とに移動自在に備えられ、バネにより閉じ方向に付勢されている。
【００３９】
ユニットケース１０の大径部１１にはピストン３１のオイル流通空間３１Ｓにオイルを供給する吸引ポート１４が形成され、ユニットケース１０の端部に備えられる第２ホルダ３５からオイルが送り出される部位に吐出ポート１５が形成される。
【００４０】
また、カム部材２３の嵌合部２７の内周径が、ピストン３１の外周径より僅かに大きく設定され、この嵌合部２７にピストン３１を嵌め込まれている。このように嵌め込まれた状態で嵌合部２７の内周と、ピストン３１の外周との間に隙間が形成され、この隙間が外部流路３１Ａを介してオイル流通空間３１Ｓと接続する。更に、ユニットケース１０の大径部１１には、カム機構収容空間１１Ｓにおいてカム部材２３にピストン３１が嵌り込む嵌合空間に連通する給排口１６が形成されている。
【００４１】
〔作動形態〕
この流体圧ポンプはトランスミッションの内部でオイルの液面下に配置される。これにより吐出ポート１５からのオイルを油圧機器に導く管路は必要とするが、吸引ポート１４に対してオイルを供給する管路は不要であり、吸引ポート１４に対してトランスミッションの内部のオイルが直接供給される。
【００４２】
この構成から、電動モータＭを駆動した場合には、出力軸２とともに一対の回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心にして回転する。一対の回転部材２１はカム部材２３のカム面２３Ｓに同時に等しく接触するため、回転部材２１がカム面２３Ｓの山状の部位を登る方向に移動する状況では、回転に伴いカム部材２３に押圧力を作用させ、このカム部材２３とピストン３１とが往動方向に一体的にスライド作動する。
【００４３】
特に、２つの（複数の）回転部材２１は、カム面２３Ｓにおいて回転軸芯Ｘを中心とする円周領域の２箇所（複数箇所）に接触する位置に配置され、一対の回転部材２１はカム部材２３のカム面２３Ｓに同時に等しい圧力で接触する。具体的には２つの回転部材２１が回転軸芯Ｘを挟んで対向する位置においてカム面２３Ｓに接触する。これにより、回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心に回転する際には、回転部材２１が接触する２箇所のカム面２３Ｓからカム部材２３に作用する合力が、回転軸芯上に作用する。つまり、カム部材２３あるいはピストン３１に対して回転軸芯Ｘから外れる方向に力を作用させず、回転軸芯Ｘに沿って直線的に力が作用することになりエネルギーを無駄に消費せず、偏摩耗を招くこともない。
【００４４】
前述したように回転部材２１にはボールベアリングが用いられているため、回転軸芯Ｘを中心にして回転する際には、外周のアウタレースがカム部材２３のカム面２３Ｓに接触した状態で軸体２２の軸芯を中心にして回転する。これにより回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心に回転する際の抵抗を極めて小さくする。
【００４５】
また、カム部材２３のガイド凹部２４に対してガイドピン２５が嵌合するため、回転部材２１が回転軸芯Ｘを中心に回転した場合にも、カム部材２３は回転することがなく、回転軸芯Ｘに沿って直線的に移動する。
【００４６】
ピストン３１が往動方向に作動した場合には、図２に示す如く、ポンプ空間１２Ｓの内圧の上昇に伴い第１ボール弁３４が突出部３１Ｂの開口を閉塞し、第２ボール弁３６が隔壁部１３の開口を開放する。これによりポンプ空間１２Ｓのオイルが吐出ポート１５から外部に送り出される。
【００４７】
次に、回転部材２１がカム面２３Ｓの谷状の部位を下る方向に移動する状況では、回転に伴いカム部材２３に対する押圧力が低下し、コイルスプリング３２の付勢力によりピストン３１とカム部材２３とが一体的に復動方向にスライド作動する。
【００４８】
復動方向に作動する場合にも一対の回転部材２１がカム部材２３のカム面２３Ｓに対して同時に等しい圧力で接触するため、回転部材２１が接触する２箇所のカム面２３Ｓから一対の回転部材２１に対して等しい圧力が作用し、回転軸芯Ｘに沿う直線方向にカム部材２３を作動させ、これに連係してピストン３１も直線的に作動させる。
【００４９】
そして、ピストン３１が復動方向に作動した場合には、ポンプ空間１２Ｓの内圧の低下に伴い第１ボール弁３４が突出部３１Ｂの開口を開放し、第２ボール弁３６が隔壁部１３の開放を閉塞する。これにより、吸引ポート１４からのオイルがピストン３１の導入開口３１Ｃからオイル流通空間３１Ｓに導入され、ポンプ空間１２Ｓに供給される。
【００５０】
また、カム部材２３がカム機構収容空間１１Ｓにおいてスライド作動する際には、カム機構収容空間１１Ｓのうち、カム部材２３にピストン３１が嵌り込む嵌合空間の圧力が変動する。この流体圧ポンプでは、こような圧力変動時には嵌合空間のオイルを外部流路３１Ａによりオイル流通空間３１Ｓに給排し、給排口１６によりユニットケース１０の外部に給排することにより、カム部材２３とピストン３１との円滑な作動を実現している。
【００５１】
この流体圧ポンプは、電動モータＭの出力軸２の回転作動をカム機構Ｃからピストン３１に作用させることでピストン３１を往動方向にさせて吐出ポート１５からオイルを送り出す。次に、カム機構Ｃからピストン３１に作用する押圧力が低下した際にはコイルスプリング３２の付勢力によりピストン３１を復動方向に作動させ吸引ポート１４からオイルを吸引する。このオイルの送り出しと吸引とを繰り返して行うことによりポンプとして機能するのである。
【００５２】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
【００５３】
（ａ）図５及び図６に示すように、回転軸芯Ｘと直交する姿勢で貫通支持されるロッド材で回転部材２１を構成し、ポンプ部Ｐとして筒状部材を用いてカム部材２３とピストン３１とを一体的に形成する。この構成では、筒状部材のうち、電動モータＭに近接する端部にカム面２３Ｓを形成してカム部材２３が構成され、これに連なる部位でピストン３１が構成される。
【００５４】
また、筒状部材に長孔状のガイド凹部２４が形成され、これにガイドピン２５を係入させることで回転軸芯Ｘを中心とする筒状部材の回転を阻止しながら、回転軸芯Ｘに沿う方向への作動を可能にしている。
【００５５】
この別実施形態（ｂ）の構成においても、電動モータＭを駆動することにより、筒状部材（カム部材２３とピストン３１）を回転軸芯Ｘに沿って往動方向と復動方向とに連続し作動させ、吐出ポート１５からオイルを送り出し、吸引ポート１４にオイルを吸引する作動とを繰り返して行うことが可能となる。
【００５６】
（ｂ）本発明の流体圧ポンプでは、カム機構Ｃとして回転部材２１を１つだけ備え良く、３つ以上備えても良い。つまり、回転部材２１は単一であっても機能するものであり、３つ以上であっても機能する。特に、３以上の回転部材２１を備える場合には、カム面２３Ｓにおいて回転軸芯Ｘを中心とする円周領域を均等に分割する複数箇所に接触するように回転部材２１を配置することにより、複数の回転部材２１からカム部材２３に作用する合力の作用方向を回転軸芯上に作用させることが可能となる。
【００５７】
（ｃ）カム部材２３のカム面２３Ｓのうち、ピストン３１を復動方向へ作動させる復動側カム面が、ピストン３１に対して往動方向へ押圧力を作用させる往動側カム面より急勾配となるように成形する。このようにカム面を成形することにより、ピストン３１を往動方向に作動させるために電動モータＭのトルクに基づいて往動側カム面の勾配を設定したものでも、往動方向への作動速度より高速度でピストンを戻すことが可能となる。
【００５８】
（ｄ）
第１ボール弁３４と第２ボール弁３６とに代えて、板状の可撓性材料をオイル圧により揺動させてオイルの流れを制御するリード弁を用いる。このリード弁を用いたものではボール弁と比較して構造が簡単でコストの低減に繋がる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、電動モータの駆動力でピストンを作動させる構成の流体圧ポンプに利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
２          出力軸
２１        回転部材
２３        カム部材
２３Ｓ      カム面
３１        ピストン
３２        スプリング（コイルスプリング）
Ｃ          カム機構
Ｍ          電動モータ
Ｘ          回転軸芯
【図１】
2014101843.tif 000003
【図２】
2014101843.tif 000004
【図３】
2014101843.tif 000005
【図４】
2014101843.tif 000006
【図５】
2014101843.tif 000007
【図６】
2014101843.tif 000008