(57)【要約】【課題】容易に製造可能であって小型のベーンポンプを提供する。【解決手段】ロータ１１０と、ロータ１１０に出没自在に設けられた複数のベーン１３０と、ロータ１１０及び複数のベーン１３０を囲む環状のカムリング１と、を備え、軸方向視において、カムリング１の外周面２０は円形であり、カム曲線を構成するカムリングのカム面３０は楕円形であり、ロータ１１０が１回転する間に２回のポンプ行程を実行するベーンポンプ２００であって、カムリング１の最大応力発生部における最大応力が小さくなるように、最大応力発生部以外の部分の外周面２０に径方向内向きに凹む溝６１が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータに出没自在に設けられた複数のベーンと、
前記ロータ及び前記複数のベーンを囲む環状のカムリングと、
を備え、
軸方向視において、前記カムリングの外周面は円形であり、カム曲線を構成する前記カムリングの内周面は楕円形であり、
前記ロータが１回転する間に２回のポンプ行程を実行するベーンポンプであって、
前記カムリングの最大応力発生部における最大応力が小さくなるように、前記最大応力発生部以外の部分の外周面に径方向内向きに凹む凹部が形成されている
ことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
前記ロータの回転軸線を中心とし、前記カムリングの最大肉厚部であって前記ベーンの最大没時の前記カム曲線の開始点が０°であるとした場合において、
前記凹部は、１０〜４０°の範囲に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
【請求項３】
複数の前記凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のベーンポンプ。
【請求項４】
前記カムリングにおいて、前記凹部の形成された部分の厚さは、最小肉厚部の厚さ以上である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
【請求項５】
軸方向視において前記凹部の凹面は緩曲面である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体圧送装置としてベーンポンプが知られている。ベーンポンプは、動力入力軸と一体で回転するロータと、ロータに摺動（出没）自在に設けられる複数のベーン（羽根）と、ロータ及びベーンを囲むカムリングと、を備えている。
【０００３】
例えば、ロータが１回転する間に２回のポンプ行程を実行するベーンポンプである場合、カムリングの内周面であるカム面（カムプロフィール）は軸方向視において楕円状に形成される。そして、ロータとカムリングとの間には２つの三日月状のポンプ室が形成される。２つのポンプ室は回転軸線を中心として点対称で配置され、各ポンプ室は周方向に延びると共に、その一端側には吸入ポートが接続され、その他端側には吐出ポートが接続される。そして、ロータが回転すると各ポンプ室において１回のポンプ行程（吸入工程、吐出行程）が実行され、全体としては、ロータが１回転する間に２回のポンプ行程を実行されることになる。
【０００４】
したがって、ベーンポンプの作動中（ロータの回転中）、吐出行程（圧縮行程）に対応するカムリングの部分には、常に径方向外向きの吐出圧が作用し、径方向外向きの応力が作用することになる。そして、径方向外向きの応力のうち最大応力が発生する最大応力発生部において、カムリングにクラック等が発生せず耐え得るようにカムリングの最小肉厚（径方向厚さ）が設定される。そして、カムリングの全周の肉厚を前記最小肉厚以上に設計し、例えば、軸方向視の外形が楕円形であるカムリングが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９０２３５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では、カムリングの肉厚を一律に最小肉厚以上に設計するため、カムリングが大型化する。また、カムリングの外形が楕円形であるので、カムリングの外周面の加工に手間を要するうえ、カムリングを収容するベーンポンプのハウジングの内周面も楕円形に加工する必要があり手間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は、容易に製造可能であって小型のベーンポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ロータと、前記ロータに出没自在に設けられた複数のベーンと、前記ロータ及び前記複数のベーンを囲む環状のカムリングと、を備え、軸方向視において、前記カムリングの外周面は円形であり、カム曲線を構成する前記カムリングの内周面は楕円形であり、前記ロータが１回転する間に２回のポンプ行程を実行するベーンポンプであって、前記カムリングの最大応力発生部における最大応力が小さくなるように、前記最大応力発生部以外の部分の外周面に径方向内向きに凹む凹部が形成されていることを特徴とするベーンポンプである。
【０００９】
このような構成によれば、カムリングの外周面は円形であるので、外周面を容易に形成できる。そして、カムリングを収容するハウジングの内周面の加工も容易である。
【００１０】
また、カムリングの最大応力発生部以外の部分の外周面に径方向内向きに凹む凹部が形成されているので、カムリングの最大応力発生部における最大応力が小さくなる。これにより、カムリングの最大応力発生部に応力が集中し難くなり、最大応力発生部の肉厚（径方向厚さ）を大きくする必要はない。すなわち、カムリングを小型化できる。
【００１１】
また、ベーンポンプにおいて、前記ロータの回転軸線を中心とし、前記カムリングの最大肉厚部であって前記ベーンの最大没時の前記カム曲線の開始点が０°であるとした場合において、前記凹部は、１０〜４０°の範囲に形成されていることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、凹部は１０〜４０°の範囲に形成されているので、最大応力発生部における最大応力が良好に小さくなる。
【００１３】
また、ベーンポンプにおいて、複数の前記凹部が形成されていることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、複数の前記凹部が形成されているので、最大応力発生部における最大応力が良好に小さくなる。
【００１５】
また、ベーンポンプにおいて、前記カムリングにおいて、前記凹部の形成された部分の厚さは、最小肉厚部の厚さ以上であることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、カムリングにおいて、凹部の形成された部分の厚さは、最小肉厚部の厚さ以上であるので、凹部の形成された部分の強度は、最小肉厚部の強度以上で維持される。
【００１７】
また、ベーンポンプにおいて、軸方向視において前記凹部の凹面は緩曲面であることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、凹部の凹面は緩曲面であるので、凹部における応力変化が緩やかになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、容易に製造可能であって小型のベーンポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係るベーンポンプ（カムリング）の断面図である。
【図２】カムリングの角度と応力との関係を示すグラフである。
【図３】溝の位置と最大応力発生部における最大応力との関係を示すグラフである。
【図４】第２実施形態に係るベーンポンプ（カムリング）の断面図である。
【図５】カムリングの角度と応力との関係を示すグラフである。
【図６】第３実施形態に係るベーンポンプ（カムリング）の断面図である。
【図７】カムリングの角度と応力との関係を示すグラフである。
【図８】変形例に係るベーンポンプ（カムリング）の断面図である。
【図９】変形例に係るベーンポンプ（カムリング）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
≪ベーンポンプの構成≫
ベーンポンプ２００は、流体利用機器に油（流体）を供給する装置である。流体利用機器としては、例えば、油圧に対応して駆動プーリ及び従動プーリの間におけるベルトの巻き掛け径を無段階で可変することで無段変速する無段変速機、油圧パワーステアリング装置を構成する油圧シリンダである。
【００２３】
ベーンポンプ２００は、定量型のポンプであって、ロータ１１０が１回転する間に２回のポンプ行程、つまり、吸入行程、吐出行程、吸入行程、吐出行程を実行するものである。ただし、ベーン１３０が軸方向において多段で配置された構成でもよい。
【００２４】
ベーンポンプ２００は、ロータ１１０と、シャフト１２０と、複数（ここでは１０枚）のベーン１３０と、カムリング１Ａと、を備えている。
【００２５】
＜ロータ、シャフト＞
ロータ１１０は、円柱状を呈しており、回転軸線Ｏ１を中心として回転自在に配置されている。ロータ１１０には、その外周面から径方向内向きに延びる複数（例えば１０本）のベーン溝１１１が形成されている。複数のベーン溝１１１は、周方向において等間隔で配置されている。
【００２６】
ロータ１１０の中心軸線上には、セレーション孔１１５が形成されている。セレーション孔１１５には、シャフト１２０のセレーション軸部１２１が嵌入されており、ロータ１１０とシャフト１２０とはセレーション結合し一体であり、図１において、左回りで回転するようになっている（矢印Ａ１参照）。シャフト１２０には、外部の動力発生装置（例えば、エンジンのクランク軸）から動力が入力されるようになっている。
【００２７】
＜ベーン＞
ベーン１３０は、複数のベーン溝１１１にそれぞれ設けられ、径方向において摺動自在である摺動片である。ロータ１１０が回転すると、各ベーン１３０に遠心力が作用し、その先端がカムリング１Ａのカム面３０（内周面）に摺接し、各ベーン１３０はカム面３０との距離に応じて径方向に出没（進退）するようになっている。
【００２８】
＜カムリング＞
カムリング１Ａは、ロータ１１０及びベーン１３０を囲むようにロータ１１０と同軸で配置された肉厚の筒状（環状）の部品である。すなわち、カムリング１Ａの中空部は、ロータ１１０等を収容する収容室１０を構成している。
【００２９】
カムリング１Ａの外周面２０は、軸方向視において真円形である。そして、カムリング１Ａの径方向外側に同軸で配置される円筒状のハウジング（図示しない）の内周面も真円形である。これにより、カムリング１Ａの外周面２０、前記ハウジングの内周面の加工は容易であり、カムリング１Ａ、ハウジングを容易に製造できる。すなわち、カムリング１Ａの外周面２０、ハウジングの内周面を楕円形に加工する手間は不要である。
【００３０】
カムリング１Ａの内周面はカム面３０を構成しており、カム面３０は軸方向視において楕円形であり、カム曲線を構成している。したがって、カムリング１Ａの肉厚は周方向において異なっている。
【００３１】
具体的には、前記楕円の短径に相当する部分に２つの最大肉厚部（第１最大肉厚部４１、第２最大肉厚部４２）が形成され、長径に相当する部分に２つの最小肉厚部（第１最小肉厚部４５、第２最小肉厚部４６）が形成されている。すなわち、第１最大肉厚部４１、第２最大肉厚部４２は回転軸線Ｏ１を中心とし対向しており、第１最小肉厚部４５、第２最小肉厚部４６も回転軸線Ｏ１を中心として対向している。つまり、周方向において図１の左回りで、第１最大肉厚部４１、第１最小肉厚部４５、第２最大肉厚部４２、第２最小肉厚部４６の順で、９０°間隔で配置されている。
【００３２】
第１最大肉厚部４１、第２最大肉厚部４２には、軸方向に貫通する貫通孔７１がそれぞれ形成されている。貫通孔７１は、軸方向においてカムリング１Ａを挟持する一対のプレートとカムリング１Ａとを周方向において位置決めするピン（図示しない）が貫通する孔である。
【００３３】
ここで、回転軸線Ｏ１を中心として、第１最大肉厚部４１の位置を０°（基準）とする。そうすると、第１最小肉厚部４５は９０°、第２最大肉厚部４２は１８０°、第２最小肉厚部４６は２７０°、に配置されることになる。そして、ロータ１１０の外周面とカム面３０とが最も接近する０°、１８０°の位置は、ベーン１３０がロータ１００に最も埋没する最大没時の位置に対応している。
【００３４】
０〜１８０°の範囲において、ロータ１１０とカムリング１Ａとの間には三日月状の第１ポンプ室１１が形成されている。ここで、ロータ１１０が左回転であるため、第１ポンプ室１１の回転方向後側は外部から油を吸入する第１吸入室１１Ａを構成し、第１ポンプ室１１の回転方向前側は外部に油を吐出する第１吐出室１１Ｂを構成している。第１吸入室１１Ａに連通するように第１吸入ポート１５１Ａが配置されており、第１吐出室１１Ｂに連通するように第１吐出ポート１５１Ｂが配置されている。
【００３５】
第１吸入ポート１５１Ａは外部から第１吸入室１１Ａに向かう油の入口である。第１吐出ポート１５１Ｂは第１吐出室１１Ｂから外部に向かう油の出口である。第１吸入ポート１５１Ａ、第１吐出ポート１５１Ｂは、軸方向において第１ポンプ室１１を挟む一対のプレートに形成された連通孔、溝等によって構成されている。
【００３６】
１８０〜３６０°の範囲において、ロータ１１０とカムリング１Ａとの間には三日月状の第２ポンプ室１２が形成されている。ここで、ロータ１１０が左回転であるため、第２ポンプ室１２の回転方向後側は外部から油を吸入する第２吸入室１２Ａを構成し、第２ポンプ室１２の回転方向前側は外部に油を吐出する第２吐出室１２Ｂを構成している。第２吸入室１２Ａに連通するように第２吸入ポート１５２Ａが配置されており、第２吐出室１２Ｂに連通するように第２吐出ポート１５２Ｂが配置されている。
【００３７】
第２吸入ポート１５２Ａは外部から第２吸入室１２Ａに向かう油の入口である。第２吐出ポート１５２Ｂは第２吐出室１２Ｂから外部に向かう油の出口である。
【００３８】
ここで、ロータ１１０は左回転するので、実際の第１吸入行程が実行される範囲は０〜９０°の範囲から左回転に若干ずれることになる（図１参照）。第１吐出行程、第２吸入行程、第２吐出行程についても同様である。
【００３９】
カムリング１Ａは、０〜９０°の範囲の第１円弧部５１と、９０〜１８０°の範囲の第２円弧部５２と、１８０〜２７０°の範囲の第３円弧部５３と、２７０〜３６０°の第４円弧部５４と、を備えている。
【００４０】
第１円弧部５１は、第１吸入室１１Ａの径方向外側に配置されている。第２円弧部５２は第１吐出室１１Ｂの径方向外側に配置されている。第３円弧部５３は、第２吸入室１２Ａの径方向外側に配置されている。第４円弧部５４は、第２吐出室１２Ｂの径方向外側に配置されている。
【００４１】
そして、ベーンポンプ２００が作動すると、つまり、ロータ１１０が左回転すると、第１吐出室１１Ｂ及び第２吐出室１２Ｂの圧力が高くなり、その吐出圧により、第２円弧部５２、第４円弧部５４が径方向外向きに移動しようとし、つまり、相互に遠ざかる方向に移動しようとする（矢印Ａ２、矢印Ａ３参照）。そうすると、第１円弧部５１、第３円弧部５３は周方向において引っ張られる（矢印Ａ４、矢印Ａ５参照）。そして、第１円弧部５１、第３円弧部５３は、このように引っ張られたとしても破断しない強度、つまり、肉厚、断面積、材質に設計する必要がある。
【００４２】
ここで、第１吐出室１１Ｂから第２円弧部５２に作用する径方向外向きの応力Ｆ１は、概ね式（１）で与えられる。
【００４３】
Ｆ１＝Ｌ１×Ｄ１×Ｐ１  …（１）
Ｌ１：第２円弧部５２におけるカム曲線の長さ（カム面３０の周方向長さ）
Ｄ１：第２円弧部５２におけるカムリング１Ａの幅（軸方向長さ）
Ｐ１：第１吐出室１１Ｂにおける吐出圧
【００４４】
そして、第１円弧部５１内で周方向に作用する応力（引張力、矢印Ａ４参照）は、７０〜７５°の付近で最大となっている（図２参照）。すなわち、第１円弧部５１の概ね７０〜７５°の部分が、周方向における最大応力が発生する最大応力発生部である。なお、第３円弧部５３については、２５０〜２５５°の部分が最大応力発生部である。
【００４５】
本実施形態では、後記するように１０°、１９０°の位置に溝６１がそれぞれ形成されているので、溝６１の形成されていない比較例に対して、７０〜７５°の付近における応力は小さくなっている（図２参照）。すなわち、最大応力発生部である概ね７０〜７５°の部分の最大応力が小さくなるように、最大応力発生部以外の部分である１０°の部分に溝６１が形成されている。
なお、第３円弧部５３内で周方向に作用する応力についても同様である。
【００４６】
＜溝＞
第１円弧部５１の外周面２０において、１０°の位置には、径方向内向きに凹むと共に軸方向に延びる溝６１（凹部）が形成されている。また、第３円弧部５３の外周面２０において、１９０°の位置には、径方向内向きに凹むと共に軸方向に延びる溝６１（凹部）が形成されている。つまり、カムリング１Ａには、２本の溝６１（肉抜き部）が形成され、肉抜きされている。
【００４７】
ここで、第１円弧部５１に形成された溝６１による作用効果を説明する。第３円弧部５３の溝６１による作用効果は同様であるので省略する。
【００４８】
溝６１が形成されているので、第１円弧部５１の１０°の部分の強度が下がり、１０°の部分で発生する周方向の応力が大きくなる（図２、矢印Ａ１１参照）。すなわち、第１円弧部５１内で発生する周方向に沿う応力が周方向において分散され、７０〜７５°付近の応力が小さくなる（図２、矢印Ａ１２参照）。
【００４９】
ここで、７０〜７５°の付近で周方向に発生する応力に関して、溝６１の形成された本実施形態についてＦ２、溝６１の形成されていない比較例についてＦ２´とする（図２参照）。そして、１０°で周方向に発生する応力に関して、溝６１の形成された本実施形態についてＦ３、溝６１の形成されていない比較例についてＦ３´とする。そうすると、Ｆ２、Ｆ２´、Ｆ３、Ｆ３´について、式（２）〜（４）が与えられる。
【００５０】
Ｆ２＝Ｆ２´−ΔＦ２  …（２）
Ｆ３＝Ｆ３´＋ΔＦ３  …（３）
ΔＦ２≒ΔＦ３  …（４）
【００５１】
このように、７０〜７０°の付近で発生する最大応力について、Ｆ２＜Ｆ２´、であるので、本実施形態において、７０〜７０°付近におけるカムリング１Ａの肉厚を小さくできる。したがって、カムリング１Ａ（ベーンポンプ２００）を小型化し軽量化できる。
【００５２】
第１円弧部５１において、溝６１の位置は１０°に限定されず、１０〜４０°の範囲であればよい（図３参照）。図３に示すように、１０〜４０°の範囲であれば、７０〜７５°における応力（引張力）が、溝６１のない比較例に対して小さくなるからである。
【００５３】
第１円弧部５１の溝６１が形成された部分の厚さＴ６１は、第１最小肉厚部４５、第２最小肉厚部４６の厚さ以上に設定されている。これにより、溝６１が形成された部分の強度は、第１最小肉厚部４５、第２最小肉厚部４６以上に設定され、吐出圧によって第１円弧部５１の溝６１が形成された部分が破損等することはない。
【００５４】
軸方向視において、溝６１は略半円であり、溝６１の内面６１ａ（凹面）は、半円弧状の緩曲凹面である。これにより、カムリング１Ａが１０°を中心として強度が緩やかに低くなり、１０°の部分における応力が１０°を中心として緩やかな凸状で大きくなる（図２参照）。したがって、カムリング１Ａにクラック等が発生し難くなる。
【００５５】
≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態について、図４〜図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５６】
第２実施形態に係るカムリング１Ｂには、カムリング１Ａの構成に加えて、外周面２０において４０°と２２０°の部分に溝６２、溝６２が形成されている。なお、溝６２の内面６２ａも緩曲凹面である。
【００５７】
これにより、第１円弧部５１について、カムリング１Ｂの強度が４０°の部分においても低下し、４０°の部分において発生する周方向の応力（引張力）が大きくなる（図５、矢印Ａ１３参照）。したがって、７０〜７５°の範囲で発生する応力が大幅に小さくなる（図５、矢印Ａ１４参照）。よって、７０〜７５°におけるカムリング１Ｂの肉厚を小さくできる。
【００５８】
≪第３実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図６〜図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５９】
第３実施形態に係るカムリング１Ｃには、溝幅が１０〜４０°の範囲の溝６３と、溝幅が１９０〜２２０°の範囲の溝６３とが形成されている。
【００６０】
これにより、第１円弧部５１について、カムリング１Ｃの強度が１０〜４０°の範囲で低下し、１０〜４０°の部分において発生する周方向の応力（引張力）が大きくなる（図７、矢印Ａ１５参照）。したがって、７０〜７５°の範囲で発生する応力が大幅に小さくなる（図７、矢印Ａ１６参照）。よって、７０〜７５°におけるカムリング１Ｃの肉厚を小さくできる。
【００６１】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【００６２】
図８に示すように、溝６３の開口側の角部６３ａをＲ形状としてもよい。また、溝６３の底面及び側面の角部６３ｂをＲ形状としてもよい。さらに、図９に示すように、溝６３の底面６３ｃ全体を浅底の凹曲面としてもよい。
【００６３】
前記した実施形態では、凹部が軸方向に延びる溝６１である構成を例示したが、その他に例えば、軸方向に延びず径方向内向きに凹む穴でもよい。この場合、穴は軸方向において所定間隔をあけて複数段で形成される構成でもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１      カムリング
１０    収容室
１１    第１ポンプ室
１１Ａ  第１吸入室
１１Ｂ  第１吐出室
１２    第２ポンプ室
１２Ａ  第２吸入室
１２Ｂ  第２吐出室
２０    外周面
３０    カム面（内周面）
４１    第１最大肉厚部
４２    第２最大肉厚部
４５    第１最小肉厚部
４６    第２最小肉厚部
６１、６２、６３  溝（凹部）
６１ａ、６２ａ、６３ａ  内面
１１０  ロータ
１３０  ベーン
２００  ベーンポンプ
【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】
2015117601.tif 000007
【図６】
2015117601.tif 000008
【図７】
2015117601.tif 000009
【図８】
2015117601.tif 000010
【図９】
2015117601.tif 000011