(57)【要約】【課題】ボールとカムフェース部との接触部分における接触面圧およびフリクションを低減する。【解決手段】カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの垂直断面は２つの曲線となる。当接面５ａ、５ｂの断面曲線は、ボール１０の半径ｒよりも大きい半径Ｒを有する２つの円弧である。この曲線の曲率は、ボール１０の球面の曲率よりも大きいものとなっている。カムフェース部材５の凹部がボール１０の球面よりも大きい曲率を有する２つの当接面５ａ、５ｂから構成されているので、ロータ４の回転運動に応じてシリンダ９内を自由に移動するボール１０は、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂと２点Ｂ１、Ｂ２で接触（当接）する。これにより、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの各接点に対する接触面圧、および、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとボール１０とのフリクションを低減させることができる。【選択図】図２
2011106347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポートおよび吐出ポートを有するバルブシャフトと、
前記バルブシャフトの周りを回転するロータと、
前記ロータ内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダと、
前記複数のシリンダの各シリンダ内にあって、該シリンダのシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボールと、
前記複数のボールの外周に位置して、前記複数のボールの運動を規制するリング状のカムフェース部材と
を備え、
前記バルブシャフトの軸心を基準としたボール公転運動が前記カムフェース部材によって規制されるボールプランジャポンプであって、
前記カムフェース部材の前記複数のボールと当接する部分の前記バルブシャフトの軸方向に垂直な断面は、前記ボールの球面よりも大きい曲率を有する２つの曲線からなることを特徴とするボールプランジャポンプ。
【請求項２】
前記曲線は前記ボールの半径よりも大きい半径を有する円弧であることを特徴とする請求項１に記載のボールプランジャポンプ。
【請求項３】
前記ボールの半径に対する前記円弧の半径の比は、１．０４〜１．１２であることを特徴とする請求項２に記載のボールプランジャポンプ。
【請求項４】
前記カムフェース部材の前記複数のボールと当接する２つの部分が接合される部分と前記ボールとの間には所定のクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボールプランジャポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアルロータリー（回転）ポンプに関し、特に、ガソリンなどの低粘性液体に適し、複数のボールをピストンとして利用するボールプランジャポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用燃料ポンプ（油圧ポンプ）として、耐久性に優れ、省動力を実現可能であって、簡素な構造を有するボールプランジャポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ボールプランジャポンプでは、実質的に放射状に穿設された複数のシリンダがロータ内に設けられ、各シリンダ内には、シリンダのシリンダ軸方向への移動と自転とが可能になるように、ボールが挿入されている。ボールのシリンダ軸方向に外方への運動を規制するために、ロータの外周にはリング状のカムフェース部材が設けられている。
【０００４】
特許文献１に開示されるボールプランジャポンプは、ボールプランジャポンプのボールとカムフェース部材との接触状態を改善することにより、ボールおよびシリンダ部の磨耗を低減し、ポンプ効率を向上させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１６１１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されるボールプランジャポンプでは、ボールとカムフェース部との接触部分は１点接触となっているため、接触面圧が高くなってしまうとともに、フリクションが大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールとカムフェース部との接触部分における接触面圧およびフリクションを低減することができるボールプランジャポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明のボールプランジャポンプ（１）は、吸入ポート（１１ａ）および吐出ポート（１２ａ）を有するバルブシャフト（２）と、バルブシャフト（２）の周りを回転するロータ（４）と、ロータ（４）内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ（９）と、複数のシリンダ（９）の各シリンダ（９）内にあって、シリンダ（９）のシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボール（１０）と、複数のボール（１０）の外周に位置して、複数のボール（１０）の運動を規制するリング状のカムフェース部材（５）とを備え、バルブシャフト（２）の軸心を基準としたボール公転運動がカムフェース部材（５）によって規制されるボールプランジャポンプ（１）であって、カムフェース部材（５）の複数のボール（１０）と当接する部分のバルブシャフト（２）の軸方向に垂直な断面（５ａ、５ｂ）は、ボール（１０）の球面よりも大きい曲率を有する２つの曲線（５ａ、５ｂ）からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明のボールプランジャポンプによれば、カムフェース部材のボールとの当接面がボールの球面よりも大きい曲率を有する２つの曲線から構成されるので、シリンダ内を自由に移動するボールは、カムフェース部材の当接面と２点で接触（当接）することとなる。これにより、カムフェース部材の当接面の各接点に対する接触面圧を低減させることができるとともに、カムフェース部材の当接面とボールとのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボールやカムフェース部材の当接面の摩耗を低減させることができる。
【００１０】
本発明のボールプランジャポンプでは、曲線（５ａ、５ｂ）はボール（１０）の半径（ｒ）よりも大きい半径（Ｒ）を有する円弧であればよい。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材の当接面を作成するための金型を容易に準備することができる。
【００１１】
本発明のボールプランジャポンプでは、ボール（１０）の半径（ｒ）に対する円弧（５ａ、５ｂ）の半径（Ｒ）の比（Ｒ／ｒ）は、１．０４〜１．１２であればよい。このように、半径の比を所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材の当接面とボールとを確実に２点接触させることができる。
【００１２】
カムフェース部材（５）の複数のボール（１０）と当接する２つの部分（５ａ、５ｂ）が接合される部分とボール（１０）との間には所定のクリアランス（α）が設けられていればよい。これにより、ボールとカムフェース部材の当接部分とをより確実に２点接触させることができる。
【００１３】
なお、上記で括弧内に記した図面参照符号は、後述する実施形態における対応する構成要素を参考のために例示するものである。また、上記で括弧内に記した各部の半径等の参照符号は、後述する実施形態における対応する半径等を参考のために例示するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ボールプランジャポンプのボールとカムフェース部材との接触を２点接触とすることにより、カムフェース部材の当接面の各接点に対する接触面圧を低減させるとともに、カムフェース部材の当接面とボールとのフリクションを低減させることができる。また、接触面圧を低減させることができるので、ボールおよびカムフェース部材の当接面の接触部の磨耗を低減させることができ、これにより、ボールプランジャポンプの構成部品の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のボールプランジャポンプの２方向からの断面図である。
【図２】カムフェース部材とシリンダに対するボールの当接状態を示す図である。
【図３】図２（ｂ）の領域Ｘ部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明のボールプランジャポンプの好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明のボールプランジャポンプ１の断面図を示し、図１（ａ）は、バルブシャフト２の軸方向に水平な面で取られた断面図（すなわち、図１（ｂ）の矢視１Ａ−１Ａ部分断面図）であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢視１Ｂ−１Ｂ部分断面図である。このボールプランジャポンプ１は、図示しないモータ等により外部から駆動され、ガソリンや軽油などの低粘性の燃料（流体）を図示しないエンジンの燃焼室（ピストン）に供給するものである。
【００１８】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ボールプランジャポンプ１では、ハウジング３の内面には、リング状のカムフェース部材（ステータリングともいう）５が固定的に設けられている。カムフェース部材５は、バルブシャフト（ピントルともいう）２の軸心に対して偏心して設けられている。バルブシャフト２はハウジング３と一体的に設けられる。
【００１９】
カムフェース部材５の内側には、周辺に複数のボール（本例では、８つ）が実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ９を有するロータ４がカムフェース部材５に対して相対回転可能に設けられている。カムフェース部材５には、図１（ｂ）に示すように、その内周面にボール１０のロータ４の外周方向への移動（ボールの公転運動）を規制（案内）するための凹部（当接面５ａ、５ｂ）が設けられる。凹部の詳細については後述する。
【００２０】
ロータ４は、複数のベアリング８を介してハウジング３に軸支され、駆動シャフト７によって回転駆動される。駆動シャフト７は図示しないモータ等に連結されている。バルブシャフト２内には、外部と連通した吸入通路１１と吐出通路１２とが設けられる。各通路１１、１２は、それぞれ、吸入ポート１１ａおよび吐出ポート１２ａを介してバルブシャフト２の円筒面上に開口している。バルブシャフト２は、ロータ４が回転されているにもかかわらず固定状態となる。そのため、ロータ４の回転に応じて、バルブシャフト２内の吸入ポート１１ａおよび吐出ポート１２ａが複数のシリンダ９のいずれかと連通・遮断を繰り返すようになっている。
【００２１】
ボール１０は、各シリンダ９内に設けられ、シリンダ９のシリンダ軸方向（ロータ４の中心から放射方向）への移動と自転とが可能に挿入される。シリンダ９とボール１０とにより画成されるポンプ室は、吸入ポート１１ａに連通して燃料を吸入し、ロータ４の回転に応じてボール１０がシリンダ９内に移動することにより燃料を圧縮して、吐出ポート１２ａに連通して圧縮された燃料を吐出するようになっている。
【００２２】
なお、バルブシャフト２とロータ４との嵌合状態は、固定されたバルブシャフト２に対してロータ４が相対的に回転自在であるが、燃料（流体）の漏洩を最小限に抑止可能なようになっている。なお、ハウジング３の駆動シャフト７用の開口近傍には、ロータ４から燃料が漏洩しないようにオイルシール６が設けられている。
【００２３】
また、図１（ｂ）に示すように、カムフェース部材５の図において左右側面には、可変調整ネジ１３が設けられている。このボールプランジャポンプ１では、可変調整ネジ１３により、ロータ４の位置に対して、カムフェース部材５の位置を相対的に調整することができる。
【００２４】
次に、カムフェース部材５とボール１０との当接状態を説明する。図２は、カムフェース部材５とシリンダ９に対するボール１０の当接状態を示す図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）のロータ４（ロータ４内のシリンダ９やボール１０も含む）およびカムフェース部材５のみを示すものであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢視２Ｂ−２Ｂ部分断面図であり、図２（ａ）において左側を図２（ｂ）の上側として示している。図３は、図２（ｂ）の領域Ｘ部分の拡大図である。
【００２５】
図２（ｂ）および図３に示すように、ボール１０は、カムフェース部材５の凹部と当接することにより、ロータ４の公転運動における移動を規制される。この凹部は、図３に示すように、２つの当接面５ａ、５ｂから構成される。バルブシャフト２の軸方向に垂直な断面において、この当接面５ａ、５ｂは２つの曲線として示される。本実施形態のボールプランジャポンプ１では、この曲線の曲率は、ボール１０の球面の曲率よりも大きいものとなっている。このように、カムフェース部材５の凹部がボール１０の球面よりも大きい曲率を有する２つの当接面５ａ、５ｂから構成されているので、ロータ４の回転運動に応じてシリンダ９内を自由に移動するボール１０は、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂと２点Ｂ１、Ｂ２で接触（当接）することとなる。これにより、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの各接点Ｂ１、Ｂ２に対する接触面圧を低減することができる。また、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとボール１０とのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール１０やカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ１の構成部品（特に、ボール１０やカムフェース部材５）の耐久性を向上させることができる。
【００２６】
ここで、本実施形態のボールプランジャポンプ１では、当接面５ａ、５ｂの上記断面は、ボール１０の半径ｒよりも大きい半径Ｒを有する２つの円弧となる。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂを作成するための金型を容易に準備することができる。
【００２７】
なお、この半径Ｒを有する円弧は、図３に示すように、それぞれ中心Ａ１、Ａ２を有し、半径Ｒは線分Ａ１−Ｂ１、線分Ａ２−Ｂ２に対応する。これらの線分は、ボール１０が当接面５ａ、５ｂに当接しているとき、このボール１０の中心線ｂ上でボール１０の中心ａよりもロータ４の中心に近い位置Ｄを通るものであり、ボール１０の上端、すなわち、当接面５ａと当接面５ｂの接する点に対して、ともに角度θをなす。このように、当接面５ａ、５ｂは、図３の上下方向に向かう面に対して左右対称になっている。これにより、２つの当接面５ａ、５ｂの一方だけに大きな接触面圧が加わらないようになっている。
【００２８】
また、ボール１０とカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの接触部分Ｃとの間には、図３に示すように、一定のクリアランスαが設けられるようになっている。このように一定のクリアランスαが設けられることにより、ボール１０とカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとをより確実に２点接触させることができる。
【００２９】
ここで、本実施形態のボールプランジャポンプ１では、ボール１０の半径ｒに対する当接面５ａ、５ｂの円弧の半径Ｒの比Ｒ／ｒは、１．０４〜１．１２であることが好ましい。このように、この半径の比Ｒ／ｒを所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとボール１０とを確実に２点接触させることができる。すなわち、半径の比Ｒ／ｒが１．０４よりも小さい場合、特に、半径の比Ｒ／ｒが１に近い値である場合には、従来のように、ボール１０は、ボール１０の球面全体でカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂと当接するか、１点にて当接することとなってしまい、ボール１０とカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとのフリクションを増大させてしまう。一方、半径の比Ｒ／ｒが１．１２よりも大きい場合には、ボール１０とカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとを確実に２点接触させることができるものの、カムフェース部材５の強度を低下させ、結果としてボールプランジャポンプ１の耐久性を結果させることとになってしまう。
【００３０】
これに対して、カムフェース部材５を上述のように構成することにより、ボール１０と当接面５ａ、５ｂとのフリクション損失を低減することができるとともに、ボール１０やカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ１の構成部品（特に、ボール１０やカムフェース部材５）の耐久性を向上させることができる。
【００３１】
以上のように、本発明のボールプランジャポンプ１によれば、吸入ポート１１ａおよび吐出ポート１２ａを有するバルブシャフト２と、バルブシャフト２の周りを回転するロータ４と、ロータ４内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ９と、複数のシリンダ９の各シリンダ９内にあって、シリンダ９のシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボール１０と、複数のボール１０の外周に位置して、複数のボール１０の運動を規制するリング状のカムフェース部材５とを備え、バルブシャフト２の軸心を基準としたボール公転運動がカムフェース部材５によって規制されるボールプランジャポンプ１であって、カムフェース部材５の複数のボール１０と当接する部分（当接面５ａ、５ｂ）のバルブシャフト２の軸方向に垂直な断面は、ボール１０の球面よりも大きい曲率を有する２つの曲線５ａ、５ｂからなるように構成した。このように、カムフェース部材５のボール１０との当接面５ａ、５ｂがボール１０の球面よりも大きい曲率を有する２つの曲線５ａ、５ｂから構成されるので、シリンダ９内を自由に移動するボール１０は、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂと２点で接触（当接）することとなる。これにより、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの各接点Ｂ１、Ｂ２に対する接触面圧を低減するとともに、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとボール１０とのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール１０やカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ１の構成部品（特に、ボール１０やカムフェース部材５）の耐久性を向上させることができる。
【００３２】
本発明のボールプランジャポンプ１では、曲線５ａ、５ｂはボール１０の半径ｒよりも大きい半径Ｒを有する円弧であればよい。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂを作成するための金型を容易に準備することができる。
【００３３】
本発明のボールプランジャポンプ１では、ボール１０の半径ｒに対する当接面５ａ、５ｂの円弧の半径Ｒの比Ｒ／ｒは、１．０４〜１．１２であればよい。このように、この半径の比Ｒ／ｒを所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂとボール１０とを確実に２点接触させることができる。これにより、上述のように、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール１０やカムフェース部材５の当接面５ａ、５ｂの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ１の構成部品（特に、ボール１０やカムフェース部材５）の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
本発明のボールプランジャポンプ１では、カムフェース部材５の複数のボール１０と当接する２つの当接面５ａ、５ｂが接合される部分Ｃとボール１０との間には所定のクリアランスαが設けられていればよい。これにより、ボール１０とカムフェース部材５の当接部分５ａ、５ｂとをより確実に２点接触させることができる。
【００３５】
以上、本発明のボールプランジャポンプの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明したが、本発明は、これらの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書および図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書および図面に記載のない形状・構造・機能を有するものであっても、本発明の作用・効果を奏する以上、本発明の技術的思想の範囲内である。すなわち、ボールプランジャポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
【００３６】
なお、上述の実施形態では、ボールプランジャポンプ１として、カムフェース部材５の形状がロータ４に対して偏心されている非平衡型ポンプを例に挙げて説明したが、本発明は、このようなボールプランジャポンプに限らず、カムフェース部材がどのような形状のボールプランジャポンプにも適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    ボールプランジャポンプ
２    バルブシャフト
３    ハウジング
４    ロータ
５    カムフェース部材
５ａ、５ｂ    当接面
９    シリンダ
１０    ボール
１１    各通路
１１    吸入通路
１１ａ    吸入ポート
１２    吐出通路
１２ａ    吐出ポート
１３    可変調整ネジ
【図１】
2011106347.tif 000003
【図２】
2011106347.tif 000004
【図３】
2011106347.tif 000005