(57)【要約】【課題】非操舵時にはポンプの吐出量を減らして消費動力を節約し、操舵時には負荷圧力を感知して必要な流量を増加させる。【解決手段】ポンプボディ２内にカムリング１０が揺動可能に支持され、その内部にロータ２０が回転可能に配置されている。カムリングはロータの回転軸２２に対して偏芯している。カムリングの両側に第１および第２流体圧室１４、１６が形成され、かつ、スプリング２６によって前記ポンプ室を最大にする方向に付勢されている。オリフィスの前後の差圧がスプール３２の両端に作用するとともに、下流側の流体圧が作用する端面にスプリング３６を配置した制御バルブ２８により、流体圧室１４、１６の流体圧を制御してカムリングを揺動させる。スプールの上流圧が作用する側のランド部５０に第１絞り部５０ｃおよび第２絞り部５０ｄを設け、第１絞り部の下流側の圧力を第１流体圧室に導入する。【選択図】　　　　図１
2004132269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプボディの内部空間に揺動可能に支持されたカムリングと、このカムリング内に回転可能に配置されたロータと、前記カムリングの揺動方向両側に形成された第１流体圧室および第２流体圧室と、前記カムリングをポンプ室の容積が最大となる第１流体圧室方向に付勢する付勢手段と、前記ポンプ室から吐出される圧力流体の吐出通路の途中に設けたメータリングオリフィスと、バルブ孔内に摺動可能に嵌合したスプールの両端に、前記メータリングオリフィスの上流側および下流側の圧力をそれぞれ導入する上流圧室および下流圧室を設けるとともに、前記スプールを上流圧室側に付勢するスプリングを下流圧室内に配置した制御バルブとを備え、この制御バルブの作動により前記両流体圧室の流体圧を制御してカムリングを揺動させる可変容量形ポンプにおいて、
前記スプールは二つのランド部を有し、これら各ランド部が前記カムリングの両側の流体圧室に通じる各通路にそれぞれオーバーラップ可能な位置に設けられるとともに、これら両ランド部間にタンク圧室が形成され、かつ、前記上流圧室側のランド部に、上流圧室からタンク圧室に流れる流体の圧力を減圧する減圧部を設けたことを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記減圧部は、スプールのランド部の上流圧室側に形成された第１絞り部と、タンク圧室側に形成された第２絞り部とを有し、これら両絞り部間の流体圧を前記第１流体圧室に導入することを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記第１絞り部は固定絞りであり、第２絞り部は、スプールの移動に応じて絞り抵抗が変化する可変絞りであることを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記両絞り部がいずれも、スプールの移動に応じて絞り抵抗が変化する可変絞りであることを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ランド部の両絞り部間に、上流圧室とタンク圧室をの間を遮断可能なシール部が設けられていることを特徴とする可変容量形ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、車輌の動力舵取装置等の圧力流体利用機器に用いる可変容量形ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車輌の動力舵取装置に用いられる可変容量形ポンプとして、直進走行時には、ポンプの吐出油量を減らして消費動力を節約するとともに、操舵時には、油圧の上昇を感知して制御バルブを作動させ、ポンプ吐出量を必要量まで増加させるようにしたものが従来から知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００３】
前記特許文献１に記載された可変容量形ポンプは、ハウジング内に径方向移動可能に設けられたカムリングと、このカムリング内で前記ハウジングに回転可能に支持され、カムリングの内面に摺動可能に当接する複数のベーンを放射方向に移動可能に保持するロータと、前記ハウジングに固定されたエンドカバーおよびサイドプレートにそれぞれ形成された吸入ポートおよび吐出ポートと、前記吐出ポートを吐出口に連通する吐出通路の途中に設けたオリフィスを有し、前記カムリングの外周に、このカムリングの移動方向において互いに対向する第１作用室と第２作用室を形成し、前記カムリングをロータに対する偏芯量が最大となる第１作用室側に付勢するスプリングとを備えている。
【０００４】
この可変容量形ポンプは、前記ハウジングに形成した弁孔内に第１および第２作用室に作用する各圧力を制御する差圧制御バルブを備えており、さらに、この差圧制御バルブと同軸上に負荷圧感応スプールを軸方向移動可能に嵌合し、これら差圧制御バルブと負荷圧感応スプールの間にバルブ押し付け用スプリングを介装している。前記負荷圧感応スプールは、負荷圧の上昇に応じて摺動されて、前記バルブ押し付け用スプリングの初期荷重を増大させるようになっている。
【０００５】
また、特許文献２に記載された可変容量形ポンプは、ハウジングの弁孔内に軸線方向移動可能に嵌合した差圧制御バルブの両端とハウジングの間にそれぞれ内圧作用室と負荷圧作用室を形成し、前記吐出通路の途中に設けたオリフィスよりも前側の圧力である内圧と後側の圧力である負荷圧を前記内圧作用室と負荷圧作用室にそれぞれ導入し、内圧作用室と負荷圧作用室内の各圧力により前記差圧制御バルブに与えられる力に抗して、差圧制御バルブを前記内圧作用室側に向けて付勢するスプリングによる押し付け力を前記負荷圧の上昇に応じて増大させるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７４１８５号公報（第４〜６頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１６８１８１号公報（第３〜６頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記各特許文献に記載された可変容量形ポンプの構成では、カムリングの両側に形成された第１および第２作用室に導入される圧力を制御する差圧制御バルブが、通常の可変容量形ポンプに対し、負荷圧感応スプール等の別の部品を追加する必要があり、大型化するとともにコスト高になるという問題があった。また、部品を追加することに伴う通路や孔の加工が必要となり、作業工数が増え、コスト高になるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、直進走行時など非操舵時には、ポンプの吐出量を減らして消費動力を節約し、操舵時には、負荷圧力を感知して制御バルブにフィードバックすることにより必要な流量を増加させることができ、しかも、このような作用を行うために、通常の構成の可変容量形ポンプに新たな部品の追加や、通路や孔の加工をする必要がなく、小型軽量で、低コストな可変容量形ポンプを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明に係る可変容量形ポンプは、ポンプボディの内部空間に揺動可能に支持されたカムリングと、このカムリング内に回転可能に配置されたロータと、前記カムリングの揺動方向両側に形成された第１流体圧室および第２流体圧室と、前記カムリングをポンプ室の容積が最大となる第１流体圧室方向に付勢する付勢手段と、前記ポンプ室から吐出される圧力流体の吐出通路の途中に設けたメータリングオリフィスと、バルブ孔内に摺動可能に嵌合したスプールの両端に、前記メータリングオリフィスの上流側および下流側の圧力をそれぞれ導入する上流圧室および下流圧室を設けるとともに、前記スプールを上流圧室側に付勢するスプリングを下流圧室内に配置した制御バルブとを備え、この制御バルブの作動により前記両流体圧室の流体圧を制御してカムリングを揺動させるものであって、特に、前記スプールは二つのランド部を有し、これら各ランド部が前記カムリングの両側の流体圧室に通じる各通路にそれぞれオーバーラップ可能な位置に設けられるとともに、これら両ランド部間にタンク圧室が形成され、かつ、前記上流圧室側のランド部に、上流圧室からタンク圧室に流れる流体の圧力を減圧する減圧部を設けたものである。
【００１０】
この請求項１に記載された発明の構成では、直進走行時には、メータリングオリフィスの上流側と下流側との差圧により制御バルブのスプールが移動すると、オリフィス上流側の圧力が導入される上流圧室とタンク圧室とが連通し、上流圧室からタンク圧室への流れが生じ、減圧部で減圧された圧力が第１流体圧室に導入される。この第１流体圧室の圧力が、第２流体圧室に導入されたオリフィス下流側の圧力とカムリングを付勢する付勢手段の力に釣り合う。この直進走行時には、前記スプールの両側に作用する圧力が低圧であり、吐出量が一定の低流量に維持される。この状態で負荷が上昇すると、メータリングオリフィス前後の圧力が上昇するが、制御バルブの上流圧室から第１流体圧室に導入される液圧が減圧されて、第２流体圧室側から押す力のほうが強くなり、カムリングが第１流体圧室側に押されて吐出量が増大する。その結果オリフィス前後の差圧も上昇し、スプールはスプリングを圧縮してさらに移動する。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、前記減圧手段が、スプールのランド部の上流圧室側に形成された第１絞り部と、タンク圧室側に形成された第２絞り部とを有し、これら両絞り部間の流体圧を前記第１流体圧室に導入することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、前記第１絞り部が固定絞りであり、第２絞り部は、スプールの移動に応じて絞り抵抗が変化する可変絞りであることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、前記両絞り部がいずれも、スプールの移動に応じて絞り抵抗が変化する可変絞りであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、前記ランド部の両絞り部間に、上流圧室とタンク圧室をの間を遮断可能なシール部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの全体の構成を示す縦断面図、図２は前記可変容量形ポンプに設けられた制御バルブの拡大図である。この可変容量形ポンプ（全体を符号１で示す）は、本発明を動力舵取装置の油圧発生源となるベーンタイプのオイルポンプに適用した場合を示すものである。
【００１６】
フロントボディとリアボディとを突き合わせてなるポンプボディ２内に、後に説明するポンプカートリッジとしてのポンプ構成要素を収納配置する収納空間４が形成され、この収納空間４の内面にアダプタリング６が嵌着されている。このアダプタリング６の内部のほぼ楕円形の空間内に、揺動支点ピン８を介してカムリング１０が揺動可能に配置されている。このカムリング１０の、前記揺動支点ピン８とほぼ軸対称の位置にシール部材１２が設けられており、これら揺動支点ピン８とシール部材１２とによって、カムリング１０の両側に第１流体圧室１４および第２流体圧室１６が区画形成されている。
【００１７】
さらに、前記カムリング１０の内周側には、複数枚のベーン１８を放射方向に摺動自在に保持したロータ２０が配置されている。このロータ２０は、ポンプボディ２を貫通して図示しないベアリングに回転自在に支持されたドライブシャフト２２に連結されており、エンジンによって回転駆動されるドライブシャフト２２により図１の矢印Ｒ方向に回転する。前記カムリング１０はドライブシャフト２２に連結されたロータ２０に対し、偏芯した状態で配置されており、これらカムリング１０とロータ２０との間に形成される空間内に、隣接する二枚のベーン１８、１８によってポンプ室２４が形成される。このカムリング１０が、前記揺動支点ピン８を支点にして揺動することにより前記ポンプ室２４の容積が増減する。
【００１８】
ポンプボディ２の前記第２流体圧室１６側には、カムリング押圧用の圧縮コイルばね（以下、カムスプリングと呼ぶ）２６が配置されており、前記カムリング１０を常時第１流体圧室１４側、つまり前記ポンプ室２４の容積が最大になる方向に付勢している。
【００１９】
前記ポンプボディ２の内部の収納空間４には、従来周知のように、前記アダプタリング６、カムリング１０およびロータ２０が、図示しないプレッシャプレートおよびサイドプレート（またはサイドプレートの機能を果たすリアボディ）によって両側から挟持されている。
【００２０】
前記ロータ２０の回転に伴って、隣接する二枚のベーン１８、１８間に形成されるポンプ室２４の容積が次第に拡大していく領域（図１の上部）の、サイドプレートの側面には吸込側開口２５が形成されており、図示しない吸い込みポートを介してタンクから吸い込んだ作動流体をポンプ室２４に供給する。また、前記ロータ２０の回転に伴って、前記ポンプ室２４の容積が次第に縮小していく領域（図１の下部）の、プレッシャプレートの側面に吐出側開口２７が形成されており、ポンプ室２４から吐出された圧力流体が、ポンプボディ２の底部に形成された吐出側圧力室に導入される。この吐出側圧力室は、ポンプボディ２に形成されたポンプ吐出側通路を介して吐出ポート２９に接続されており、吐出側圧力室に導かれた圧力流体が、吐出ポート２９から動力舵取装置のパワーシリンダに送られる。
【００２１】
前記ポンプボディ２内には、前記ドライブシャフト２２と直交する方向を向けて制御バルブ２８が設けられている。この制御バルブ２８について、前記図１および拡大して示す図２により説明する。制御バルブ２８は、ポンプボディ２に形成されたバルブ孔３０内に摺動可能に嵌合されたスプール３２を有している。このスプール３２は、その一方の端部（図１の右側の第２流体圧室１６側端部）側の室３４内に配置されたスプリング３６（以下、バルブスプリングと呼ぶ）によって、常時図１の左方（第１流体圧室１４方向）に向けて付勢されており、非作動時には、前記バルブ孔３０の開口部に螺合されてバルブ孔３０内を閉塞するプラグ３７の前面に当たって停止している。
【００２２】
前記ポンプ室２４から流体圧力利用機器（この実施の形態では動力舵取装置）に至る吐出側通路の途中にメータリングオリフィス３９が設けられており、このメータリングオリフィス３９の上流側の流体圧が、パイロット圧通路３８を介して、図１の左方の室４０（以下、上流圧室と呼ぶ）内に導入され、一方、メータリングオリフィス３９の下流側の流体圧が、パイロット圧通路４１を介して、図１の右方のバルブスプリング３６が収容された室３４（以下、下流圧室と呼ぶ）に導入されており、これら両室３４、４０の圧力差が所定以上になると、スプール３２がバルブスプリング３６に抗して図の右方へ移動する。
【００２３】
カムリング１０の左側に形成された第１流体圧室１４は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ａ、６ａを介して、バルブ孔３０の上流圧室４０側に連通し、カムリング１０の右側に形成された第２流体圧室１６は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ｂ、６ｂを介して、バルブ孔３０の下流圧室３４側に連通している。
【００２４】
スプール３２の外周面には、前記上流圧室４０を区画する第１ランド部５０と下流圧室３４を区画する第２ランド部５２とが形成され、これら両ランド部５０、５２の中間に環状の溝部５４が設けられている。この中間の環状溝部５４が、通路５６を介してタンクに接続されており、この環状溝部５４とバルブ孔３０の内周面との間の空間がタンク圧室４４を構成している。
【００２５】
前記第１ランド部５０は、図５に拡大して示すように、軸方向のほぼ中央に、バルブ孔３０の内周面に接触して前記上流圧室４０とタンク圧室４４とを遮断可能なシール部５０ａが設けられている。このシール部５０ａは、スプール３２が図２に示す非作動位置に停止しているときには、第１流体圧室１４への接続通路２ａの開口部よりも上流圧室４０側に位置している。従って、制御バルブ２８の上流圧室４０とカムリング１０の側部（図１の左側部）に形成された第１流体圧室１４とは遮断され、第１流体圧室１４はタンク圧室４４に連通している。なお、第１ランド部５０を拡大して示す図５は、後に説明するように図２とは異なる作動状態を示している。
【００２６】
スプール３２の第１ランド部５０の軸方向のほぼ中央に形成されているシール部５０ａよりも上流圧室４０側には、逃げ溝５０ｂを隔てて、一定の軸方向長さＬ１を有する第１絞り部５０ｃが形成されている。この第１絞り部５０ｃは、スプール３２が嵌合しているバルブ孔３０の内径よりも僅かに小径になっており、その外周面とバルブ孔３０の内周面との間に環状の微小隙間Ｃ１が形成される。この実施の形態では、この第１絞り部５０ｃは、前記メータリングオリフィス３９の上流側と下流側との差圧によりスプール３２が移動したときでも、前記第１流体圧室１４への接続通路２ａとオーバーラップしない位置に形成されている。従って、スプール３２の作動によって絞り長さが変化することはないので、絞り抵抗は常に一定である。
【００２７】
第１ランド部５０の、ほぼ中央に設けられたシール部５０ａよりもタンク圧室４４側には、第２絞り部５０ｄが形成されている。この第２絞り部５０ｄは、軸方向の長さ全体に亘って同一の外径を有しており、前記バルブ孔３０の内周面との間に環状の微小隙間Ｃ２が形成される。この実施の形態では、第２絞り部５０ｄの外径は、前記第１絞り部５０ｃの外径よりもやや大きくなっており、その外周面とバルブ孔３０内周面との間の距離（微小隙間Ｃ２）が、第１絞り部５０ｃとバルブ孔３０内周面との間の隙間Ｃ１よりも小さくなっている。なお、第２絞り部５０ｄの外径は、必ずしも全長に亘り同一である必要はなく、テーパ状等その他の形状とすることもできる。
【００２８】
第２絞り部５０ｄは、スプール３２が非作動状態の時には、図２に示すように、前記第１流体圧室１４への接続通路２ａの開口部と、この開口部よりも上流圧室４０側のバルブ孔３０内面の双方と重なり合っているが、メータリングオリフィス３９の差圧によりスプール３２が移動すると（図３に示す状態）、バルブ孔３０内面の前記開口部と、この開口部よりもタンク圧室４４側の部分にオーバーラップし（図５の符号Ｌ２参照）、しかも、スプール３２の移動量が大きくなると（図４に示す状態）、バルブ孔３０内面のタンク圧室４４側とのオーバーラップ量が増大するようになっている（図６の符号Ｌ３参照）。
【００２９】
また、スプール３２の下流圧室３４側に設けられた第２ランド部５２は、軸方向に一定の長さを有するシール部５２ａと、バルブ孔３０の内面に対し微小隙間を形成する小径部５２ｂとを有している。シール部５２ａの軸方向長さは、カムリング１０の側部（図１の右側部）に形成された第２流体圧室１６への接続通路２ｂの開口部の直径とほぼ一致している。
【００３０】
前記スプール３２の内部には、リリーフバルブ４６が設けられており、下流圧室３４内の圧力（メータリングオリフィス３９の下流側の圧力、言い換えれば動力舵取装置の作動圧力）が所定以上に上昇したときに開放して、この流体圧をタンク側に逃がすようになっている。
【００３１】
前記構成の可変容量形ポンプ１の作動について、前記図１および図２〜図６により説明する。この可変容量形ポンプ１では、エンジンの回転によりドライブシャフト２２が回転すると、このドライブシャフト２２に連結されたロータ２０がカムリング１０内で回転し、ロータ２０のスロット内に保持されているベーン１８が押し出されて、その先端がカムリング１０の内周カム面に摺接しつつ回転する。ロータ２０の回転に伴って、隣接する二枚のベーン１８、１８間に形成されるポンプ室２４の容積が拡張、圧縮され、このポンプ室２４内に吸入された作動流体が加圧されて吐出される。ポンプ室２４から吐出された圧力流体は、メータリングオリフィス３９を通って動力舵取装置のパワーシリンダに送られる。このメータリングオリフィス３９の上流側の圧力と下流側の圧力が、それぞれ制御バルブ２８のスプール３２の両側に設けられた上流圧室４０および下流圧室３４に導入される。
【００３２】
前記可変容量形ポンプ１の低回転時（例えば、回転数が８００ｒｐｍ以下）には、ポンプ室２４からの吐出流量が少なく、メータリングオリフィス３９の上流側と下流側との差圧が小さいので、制御バルブ２８のスプール３２は、バルブスプリング３６によって上流圧室４０側に押し付けられて停止している（図１および図２に示す状態）。
【００３３】
この状態では、スプール３２の第１ランド部５０に形成されているシール部５０ａが、第１流体圧室１４への接続通路２ａの開口部よりも上流圧室４０側に位置しており、第１流体圧室１４は上流圧室４０と遮断されてタンク圧室４４に連通している。従って、カムリング１０の左側に設けられている第１流体圧室１４内の圧力はゼロである。一方、スプール３２の第２ランド部５２は、第２流体圧室１６への接続通路２ｂの開口部よりもタンク圧室４４側に位置しており、第２流体圧室１６は下流圧室３４に連通している。従って、カムリング１０は、第２流体圧室１６に導入されたポンプ吐出圧とカムスプリング３６のばね力とにより第１流体圧室１４側に押し付けられている。つまり、カムリング１０は、ポンプ室２４からの吐出流量が最大となる位置に保持されている。
【００３４】
前記状態のままポンプ回転数が増大し（例えば８００ｒｐｍ以上）、吐出流量が増加すると、メータリングオリフィス３９の上流側と下流側との差圧が上昇し、スプール３２はバルブスプリング３６を圧縮して図の右方へ移動する。スプール３２が移動して、第１ランド部５０のシール部５０ａが第１流体圧室１４への接続通路２ａの開口部内に重なると、スプール３２の左側の上流圧室４０から、第１絞り部５０ｃおよび第２絞り部５０ｄを経由してタンク圧室４４へ流入する作動流体の流れを生じる。
【００３５】
この実施の形態では、非操舵時（無負荷時）にはポンプ吐出流量が最大で６Ｌ／ｍｉｎになるように設定されており、吐出流量が６Ｌ／ｍｉｎに増加すると、メータリングオリフィス３９の差圧が０．１５ＭＰａまで上昇し、スプール３２はバルブスプリング３６を圧縮して図３および図５に示す位置まで移動する。このときのメータリングオリフィス３９の下流側の圧力は、配管抵抗による０．５２ＭＰａであり、上流側の圧力は、この配管抵抗０．５２ＭＰａとオリフィス差圧０．１５ＭＰａを合わせた０．６７ＭＰａとなる。
【００３６】
この実施の形態では、第１ランド部５０の第１絞り部５０ｃと第２絞り部５０ｄにおける減圧率は、それぞれ１８％および８２％に設定されており、第２絞り部５０ｄによる圧力降下（８２％）によって、第１流体圧室１４に導入される圧力は０．５５ＭＰａ（０．６７ＭＰａ×０．８２＝０．５５ＭＰａ）となる。この状態では、第１流体圧室１４の圧力（０．５５ＭＰａ）がカムリング１０を図１の右方に押す力と、第２流体圧室１６に導入されているメータリングオリフィス３９の下流圧０．５２ＭＰａおよびカムスプリング２６がカムリング１０を押す力（油圧０．０３ＭＰａ相当の力）とが釣り合って、ポンプ吐出量を６Ｌ／ｍｉｎで一定に維持する。
【００３７】
前記無負荷時には、制御バルブ２８のスプール３２は図３に示す位置にあり、第２ランド部５２のシール部５２ａが、第２流体圧室１６への接続通路２ｂの開口部よりもタンク圧室４４側の、バルブ孔３０内面に所定量オーバーラップしている（図３のＬ４参照）。従って、カムリング１０の右側の第２流体圧室１６は、制御バルブ２８の下流圧室３４に連通して、タンク圧室４４とは遮断されている。
【００３８】
この状態で舵取り操作を行うと、吐出圧が上昇し、スプール３２の両端に作用するメータリングオリフィス３９前後の圧力が上昇するが、第１流体圧室１４に導入される圧力は前述のように８２％に減圧されるので、第２流体圧室１６のカムリング１０を押圧する力の方が大きくなるため、カムリング１０は図１の左側に押されて吐出量を増大させる。この作動を具体的数値を例にして説明すると、制御バルブ２８のスプール３２が図３に示す位置にあるときに舵取り操作を行い、吐出圧が例えば２ＭＰａまで上昇したとすると、オリフィス上流側の油圧は２．１５ＭＰａとなり、第１流体圧室１４に導入される圧力は、減圧されて１．７６ＭＰａとなる（２．１５ＭＰａ×０．８２＝１．７６ＭＰａ）。従って、第１流体圧室１４内の圧力（１．７６ＭＰａ）よりも、第２流体圧室に作用する圧力（２ＭＰａ）およびカムスプリング２６の力（油圧０．０３ＭＰａ相当）のほうが大幅に高くなり、カムリング１０は吐出量が増加する方向（図１の左方向）に押される。
【００３９】
その結果、ポンプ吐出量は７Ｌ／ｍｉｎまで増加し、メータリングオリフィス３９の上流側と下流側との差圧が例えば０．２ＭＰａに上昇する。この差圧の上昇により、スプール３２はバルブスプリング３６をさらに圧縮して下流圧室３４側に移動し、図４に示す位置でバランスする。スプール３２が図４および図６に示す位置に移動したときには、第１絞り部５０ｃの軸方向長さは一定（Ｌ１）であるのに対し、第２絞り部５０ｄは、第１流体圧室１４への接続通路２ａよりもタンク圧室４４側のバルブ孔３０内面にオーバーラップする部分の長さが増大し（図６のＬ３参照）、絞り抵抗が大きくなるので減圧率が増大する。この例では、オリフィス下流側の圧力が２ＭＰａ、オリフィス前後の差圧が０．２ＭＰａなので、オリフィス上流側の圧力が２．２ＭＰａである。第２絞り部５０ｄの減圧率が増大して９２％になると、第１流体圧室１４に導入される圧力は、２．２ＭＰａ×０．９２＝２．０３ＭＰａになる。これに対し、第２流体圧室１には、オリフィス下流側の圧力２ＭＰａが導入され、この圧力とカムスプリング２６の力（油圧０．０３ＭＰａ相当）によって釣り合いがとれ、吐出量が７Ｌ／ｍｉｎで一定になる。
【００４０】
また、スプール３２がこの状態の時にさらに流量が増加したとすると、オリフィス前後の差圧は上昇しスプール３２はバルブスプリング３６を圧縮してさらに図４の右方に移動し、カムリング１０の右側の第２流体圧室１６をタンク圧室４４に開放する。その結果、第２流体圧室１６の圧力が低下し、カムリング１０を第１流体圧室１４側に押圧する力が減少し、ポンプ吐出量も減少して７Ｌ／ｍｉｎに戻り維持される。
【００４１】
以上のように、本実施の形態に係る可変容量形ポンプ１では、制御バルブ２８のスプール３２の形状を前記構成としたことにより、直進走行時など非操舵時にはポンプの吐出量を減らして消費動力を節約し、操舵が行われた際には、その負荷圧力を感知して制御バルブ２８にフィードバックすることにより必要な流量を直ちに増加させることができるという優れた作用効果を、極めて簡単な構成で達成することができる。特に、従来用いられている一般的な構成の可変容量形ポンプに対し、特別な部品を追加する必要がないので、小型軽量で低コストである。しかも、ポンプサイズを変更する必要がなく、従来のポンプと取付互換性を保つことができる。また、部品の追加に伴う通路や孔の加工も必要なく低コストである。さらに、スプール３２自体に加工をして、作動部品を追加していないので、応答性に優れている。
【００４２】
【実施例】
前記作用効果を達成するための可変容量形ポンプ１の具体的な構成、特に制御バルブ２８の構成について、実施例により説明する。前記制御バルブ２８のスプール３２は、前述のように、上流圧室４０側の第１ランド部５０と、下流圧室３４側の第２ランド部５２およびその中間の環状溝部５４を有し、さらに、第１ランド部５０は、軸方向のほぼ中央に位置するシール部５０ａと、このシール部５０ａの上流圧室４０側に逃げ溝５０ｂを介して形成された第１絞り部５０ｃ、および第１絞り部５０ｃと逆のタンク圧室４４側に形成された第２絞り部５０ｄとを有している。これら第１絞り部５０ｃおよび第２絞り部５０ｄについて、本発明の前記作用効果を達成することができる形状を得るための設計を行った。
【００４３】
先ず、設計条件として、圧力流体利用機器（動力舵取装置）に供給する調整流量を、無負荷時には最大で６Ｌ／ｍｉｎ、２ＭＰａ以上の負荷時には７Ｌ／ｍｉｎになるように設定した。また、メータリングオリフィスの前後の油圧を以下のように設定する。無負荷時には、オリフィスの上流側が０．６７ＭＰａ、下流側が配管抵抗により０．５２ＭＰａ、オリフィス前後の差圧が０．１５ＭＰａとする。また、２ＭＰａの負荷時には、オリフィスの上流側が２．２ＭＰａ、下流側が配管抵抗および動力舵取装置の負荷により２ＭＰａ、オリフィス前後の差圧が０．２ＭＰａとする。
【００４４】
以上の条件で、第１ランド部５０の第１絞り部５０ｃおよび第２絞り部５０ｄの形状について設計を行う。一般的に、微小隙間を通る流れ（図７参照）の圧力降下は、以下の式で表すことができる。
ｐ１−ｐ２＝Δｐ＝１２μｌ／πｄｈ３Ｑ
（ｈ：隙間の幅、ｌ：隙間の長さ、Ｑ：流量、ｐ１：隙間の上流側の圧力、ｐ２：隙間の下流側の圧力）
Δｐ＝Ｃ×ｌ／ｈ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（１）式
（但し、Ｃ＝１２μ／πｄＱとおく。　μ：油の粘度、ｄ：スプール直径）なお、本実施例に係る可変容量形ポンプ１では、制御バルブ２８の第１絞り部５０ｃを通過した下流側の流体は、一部が接続通路２ａを通って第１流体圧室１４に流入するが、この流量は最大で２ｃｃ程度なので無視することができる。従って、以下の計算においては、第１絞り部５０ｃと第２絞り部５０ｄの流量Ｑは同一とする。
【００４５】
無負荷時（図８参照）における第１絞り部５０ｃの前後の圧力は以下の通りである。
第１絞り部の上流側の圧力　ｐ１＝０．６７ＭＰａ
第１絞り部の下流側の圧力　ｐ２＝０．５５ＭＰａ
（第１絞り部５０ｃの下流側の圧力ｐ２は、接続通路２ａを通って第１流体圧室１４に導入され、第２流体圧室１６に導入されているメータリングオリフィス３９の下流側の圧力とカムスプリング２６の力（油圧０．０３ＭＰａ相当）との和に釣り合っている。従って、０．５２ＭＰａ＋０．０３ＭＰａ＝０．５５ＭＰａとなる）
また、
第１絞り部の軸方向長さ　ｌ＝１
第１絞り部の隙間の大きさ　ｈ＝０．２とする。
以上の数値から前記（１）式によりＣの値を求める。
2004132269.tif 000003
なお、第１絞り部５０ｃの説明では、図８のシール部５０ａよりも左側に付してある符号を参照する。
【００４６】
前記段落００４７における計算で得られたＣの値により、第２絞り部５０ｄの微小隙間（バルブ孔３０の内面の半径と第２絞り部５０ｄの外面の半径との差）の大きさｈを求める。ここでは、第２絞り部５０ｄのバルブ孔３０内面にオーバーラップしている部分の長さ　ｌ＝１とした場合の、第２絞り部５０ｄの隙間の大きさｈを求める。
なお、第２絞り部５０ｄの説明では、図８のシール部５０ａよりも右側に付してある符号を参照する。
第２絞り部の上流側の圧力　ｐ１＝０．５５ＭＰａ
第２絞り部の下流側の圧力　ｐ２＝０ＭＰａ（タンク圧）
であるから、
ｈ＝（Ｃ×ｌ／Δｐ）１／３
＝（０．０００９６×１／０．５５）１／３
＝０．００１７４５１／３
＝０．１２
以上から、第２絞り部５０ｄの隙間の大きさｈ＝０．１２が得られる。
【００４７】
次に、前記第２絞り部５０ｄの隙間の大きさｈが０．１２である場合に、負荷時（図９参照）における第２絞り部５０ｄのバルブ孔３０内面とオーバーラップしている部分の長さｌを求める。
負荷時には、
第１絞り部の上流側の圧力　ｐ１＝２．２ＭＰａ
第１絞り部の下流側の圧力　ｐ２＝２．０３ＭＰａ
（ｐ２は、負荷時の前記オリフィス下流側の圧力２ＭＰａに、カムスプリング２６のばね力（油圧０．０３　ＭＰａ相当）を加えたもの）
また、
第１絞り部の軸方向長さ　ｌ＝１
第１絞り部の隙間の大きさ　ｈ＝０．２である。
2004132269.tif 000004
【００４８】
前記計算で得られたＣの値により、負荷時において、第２絞り部５０ｄがバルブ孔３０の内周面にオーバーラップする長さｌを求める。
第２絞り部の上流側の圧力　ｐ１＝２．０３ＭＰａ
第２絞り部の下流側の圧力　ｐ２＝０ＭＰａ
第２絞り部の隙間の大きさ　ｈ＝０．１２
であり、
ｌ＝Δｐ×ｈ３／Ｃ
＝２．０３×０．１２３／０．００１３
＝２．５８
従って、負荷時には、第２絞り部５０ｄがバルブ孔３０の内周面に２．５８ｍｍだけオーバーラップさせるようにすれば、制御バルブ２８のスプール３２を前記圧力で平衡させることができる。
【００４９】
次に、第２流体圧室１６への接続通路２ｂの開口部にオーバーラップする第２ランド部５２の形状について検討する。
無負荷時には、図１０に示すように、第２ランド部５２のシール部５２ａが、第２流体圧室１６への接続通路２ｂの開口部よりもタンク圧室４４側に一定の長さオーバーラップしている（図中のｌ参照）。
このときには、
メータリングオリフィスの下流側の圧力　ｐ１＝０．５２ＭＰａ
第２流体圧室に導入される圧力　ｐ２＝０．５２ＭＰａ
タンク圧　ｐ３＝０ＭＰａ
であり、第２流体圧室１６に導入された圧力ｐ２に、前述のカムスプリング２６のばね力に相当する圧力（０．０３ＭＰａ）を加えると、前記第１流体圧室１４の圧力（０．５５ＭＰａ）と同じになり、カムリング１０を左右から押す力が釣り合い、ポンプ吐出量が６Ｌ／ｍｉｎで一定となる。
【００５０】
また、２ＭＰａ以上の負荷が作用したときには、図１１に示すように、第２ランド部５２のシール部５２ａが、前記接続通路２ｂの開口部に完全に重なり合う状態になっている。
負荷時には、
メータリングオリフィスの下流側の圧力　ｐ１＝２ＭＰａ
第２流体圧室に導入される圧力　ｐ２＝２ＭＰａ
タンク圧　ｐ３＝０ＭＰａ
であり、前述のように、スプール３２の両端に作用するオリフィス前後の差圧０．２ＭＰａとバルブスプリング３６とが釣り合い、吐出量が７Ｌ／ｍｉｎで一定となる。
【００５１】
図１２は、第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブ２８を示す縦断面図である。この実施の形態では、制御バルブ２８のスプール１３２の形状だけが、前記第１実施の形態の制御バルブ２８のスプール３２と異なっており、その他の部分は同一または近似した構成なので、スプール１３２の構成についてだけ説明し、その他の部分については、第１の実施の形態と同一の符号により説明する。
【００５２】
前記第１の実施の形態の制御バルブ２８のスプール３２は、第１ランド部５０が、軸方向のほぼ中央に位置するシール部５０ａと、そのシール部５０ａの上流圧室４０側に設けられた逃げ溝５０ｂおよび第１絞り部５０ｃと、シール部５０ａのタンク圧室４４側に設けられた第２絞り部５０ｄとを有している。これに対し第２の実施の形態のスプール１３２は、第１ランド部１５０が、中央のシール部１５０ａと、上流圧室４０側に設けられた第１絞り部１５０ｃおよびタンク圧室４４側に設けられた第２絞り部１５０ｄを有している（スプール１３２の要部を拡大して示す図１５参照。なお、この図１５は、後に説明するように図１２とは異なる作動状態を示している。）。
【００５３】
前記第１の実施の形態のスプール３２は、第１ランド部５０の上流圧室４０側に、逃げ溝５０ｂを介して第１絞り部５０ｃが形成されており、スプール３２が移動した場合にも第１絞り部５０ｃの微小隙間Ｃ１の長さＬ１が変化しないようになっているが、この実施の形態では、逃げ溝がなく、第１絞り部１５０ｃ全体が軸方向に同一の径を有している。従って、図１２に示す非作動位置から、メータリングオリフィス３９の上流側と下流側との差圧によりスプール１３２が移動すると、その移動量に応じて、第１絞り部１５０ｃがバルブ孔３０の内周面に重なり合っている部分の長さＬ５が変化する。なお、この実施の形態でも、第１絞り部１５０ｃおよび第２絞り部１５０ｄの外径は、必ずしも全長に亘り同一である必要はなく、テーパ状等その他の形状とすることもできる。
【００５４】
一方、第２絞り部１５０ｄは、前記第１実施の形態のスプール３２に形成されている第２絞り部５０ｄと同様の構成を有している。従って、この実施の形態では、スプール１３２が移動すると、第１絞り部１５０ｃがバルブ孔３０の前記開口部よりも上流圧室４０側とオーバーラップする長さＬ５、および第２絞り部１５０ｄがバルブ孔３０の前記開口部よりもタンク圧室４４側とオーバーラップする長さＬ６の双方が変化して、第１流体圧室１４内に導入される圧力を変化させるようになっている。なお、この実施の形態では、第１絞り部１５０ｃのバルブ孔３０との間の隙間Ｃ３が、第２絞り部１５０ｄのバルブ孔３０との間の隙間Ｃ４よりも僅かに大きくなっている。
【００５５】
この実施の形態に係る可変容量形ポンプ１においても、制御バルブ２８のスプール１３２の、上流圧室４０側を区画する第１ランド部１５０に、中央のシール部１５０ａと、その左右両側の第１絞り部１５０ｃおよび第２絞り部１５０ｄを形成し、スプール１３２の移動量が増加するにつれてオリフィス上流側の圧力に対する第１流体圧室１４の減圧度が小さくなるようにしているので、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
なお、本発明は、前記各実施の形態で説明した構造に限定されるものではなく、各部の形状、構造等を適宜変形、変更しうることはいうまでもない。特に、制御バルブのスプールに形成されている減圧部（第１絞り部および第２絞り部）の形状については、前記実施例により説明したように、各部の寸法および圧力等の設定により所望の特性を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、通常の可変容量形ポンプに対して別の部品を追加する必要がなく、ポンプサイズも同一でよいので、取付互換性があり、小型軽量で低コストである。また、部品の追加に伴う通路の加工や、孔加工も必要ないので、低コストである。しかも、部品の追加がなく、作動部品が少ないので、応答性も優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの縦断面図である。
【図２】前記可変容量形ポンプに設けられた制御バルブの要部の縦断面図である。
【図３】図２に示す制御バルブの作動時の状態を示す縦断面図である。
【図４】図２に示す制御バルブの異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図５】図３の要部の拡大図である。
【図６】図４の要部の拡大図である。
【図７】微小隙間を通る流れの計算式を説明する図である。
【図８】制御バルブのスプールを設計するための説明図であり、第１ランド部の形状および無負荷時における位置を示す図である。
【図９】制御バルブのスプールを設計するための説明図であり、第１ランド部の形状および負荷時における位置を示す図である。
【図１０】スプールの第１ランド部が図８の位置に有るときの第２ランド部の位置を示す図である。
【図１１】スプールの第１ランド部が図９の位置に有るときの第２ランド部の位置を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプに設けられた制御バルブを示す縦断面図である。
【図１３】図１２に示す制御バルブの作動時の状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１２に示す制御バルブの異なる作動状態を示す縦断面図である。
【図１５】制御バルブの要部の拡大図であり、図１３の作動状態を示す。
【符号の説明】
１　　可変容量形ポンプ
２　　ポンプボディ
２ａ　第１流体圧室への通路
２ｂ　第２流体圧室への通路
１０　　カムリング
１４　　第１流体圧室
１６　　第２流体圧室
２０　　ロータ
２４　　ポンプ室
２６　　付勢手段（カムスプリング）
２８　　制御バルブ
３０　　バルブ孔
３２　　スプール
３４　　下流圧室
３６　　スプリング（バルブスプリング）
４０　　上流圧室
４４　　タンク圧室
５０　　第１ランド部
５０ｃ　第１絞り部（減圧部）
５０ｄ　第２絞り部（減圧部）
５０ａ　シール部
５２　　第２ランド部
【図１】
2004132269.tif 000005
【図２】
2004132269.tif 000006
【図３】
2004132269.tif 000007
【図４】
2004132269.tif 000008
【図５】
2004132269.tif 000009
【図６】
2004132269.tif 000010
【図７】
2004132269.tif 000011
【図８】
2004132269.tif 000012
【図９】
2004132269.tif 000013
【図１０】
2004132269.tif 000014
【図１１】
2004132269.tif 000015
【図１２】
2004132269.tif 000016
【図１３】
2004132269.tif 000017
【図１４】
2004132269.tif 000018
【図１５】
2004132269.tif 000019