(57)【要約】【課題】ポンプの最大出力を低く抑えて、ポンプの駆動源を小型化できるようにする。【解決手段】カムリング５の外周に設けたアダプタリング４と、これらカムリングとアダプタリングとの間に設けた第１制御室９および第２制御室１０と、アダプタリングを第１制御室側に押し付ける制御スプリング７とを設ける。一方、第１制御室あるいは第２制御室を低圧側に連通させたり高圧側に連通させたりするカム制御弁Ｖ１と、負荷に応じてカム制御弁を切り換えるための負荷感応弁Ｖ２とを備えている。そして、負荷が上昇したとき、負荷感応弁が動作してカム制御弁を切り換え、第１制御室を高圧側に連通させ、第２制御室を低圧側に連通させて、カムリングを第２制御室側に偏倚させ、カムリングとロータとの扁心量を大きくする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のベーンを組み込んだロータと、このロータに対して偏心させたカムリングと、上記ロータを回転させるための電動モータとを備え、電動モータの駆動力で上記ロータを回転させることによって、ベーンをカムリングに沿わせながら出入させて吸込み行程と吐出行程とを繰り返すベーンポンプ装置において、上記カムリングの外周に設けたアダプタリングと、これらカムリングとアダプタリングとの間に設けた第１制御室および第２制御室と、アダプタリングを第１制御室側に押し付ける制御スプリングとを設ける一方、第１制御室あるいは第２制御室を低圧側に連通させたり高圧側に連通させたりするカム制御弁と、負荷に応じてカム制御弁を切り換えるための負荷感応弁とを備え、負荷が上昇したとき、負荷感応弁が動作してカム制御弁を切り換え、第１制御室を高圧側に連通させ、第２制御室を低圧側に連通させて、カムリングを第２制御室側に偏倚させ、カムリングとロータとの扁心量を小さくするベーンポンプ装置。
【請求項２】
カム制御弁は、カム制御スプールの一端に設けた第１圧力室と、スプールの他端に設けた第２圧力室とを備え、第１圧力室は、負荷感応弁の上流側に連通させ、第２圧力室は負荷感応弁を経由して負荷側に連通させる一方、負荷感応弁は、負荷側の圧力上昇に応じて、負荷感応弁の上流側とカム制御弁の第２圧力室とを連通させる通路過程に設けた絞りの開度を小さくする構成にした請求項１記載のベーンポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータを駆動源とするベーンポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベーンポンプ装置は、自動車のパワーステアリング装置に主に利用されるが、当該ベーンポンプ装置の駆動源として電動モータが利用されることがある。
上記ベーンポンプ装置の駆動源として電動モータが利用されるものとして、以下のような場合が考えられる。
【０００３】
例えば、ＦＲ車のように車両の後方にエンジンが搭載されている場合である。通常パワーステアリング装置は車両の前方に搭載することが多く、そのため、このパワーステアリング装置に利用するベーンポンプ装置も車両の前方に搭載することになる。このようにエンジンが車両の後方にあって、ベーンポンプが車両の前方にある場合には、エンジンを駆動源としないで、電動モータを前方に搭載し、この電動モータを駆動源とする。
また、エンジンとベーンポンプ装置との両方を車両の前方側に搭載する場合でも、スペース的に搭載が困難となることがある。このような場合にも電動モータを駆動源とすることによって、上記搭載上の問題点を解消するようにしている。
【０００４】
さらに、ハイブリット車の場合にも上記電動モータを利用することが多い。上記ハイブリット車は、低速走行時に電動モータを動力源とし、高速走行時にエンジンを動力源とする。そして、低速走行時におけるエンジンの駆動力は、発電器を回すための動力源として利用される。
このようにハイブリット車では、低速走行時にエンジンを発電器の動力源として使ってしまうので、その低速走行時には、エンジンの動力を上記ベーンポンプ装置の駆動源とすることができない。したがって、この低速走行時でもベーンポンプ装置を駆動することができるように、電動モータを駆動源として利用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記パワーステアリング装置に利用するベーンポンプとして、平衡型ポンプを利用するのが一般的である。上記平衡型のベーンポンプを利用した場合には、このポンプの押しのけ容積と圧力、および電動モータとから自ずと出力特性が決まってしまう。
すなわち、上記平衡型のベーンポンプの特性として、大きな圧力を重要視させると、多量の供給流量を確保することができない、また、反対に、多量の供給流量の確保を重要視させると、大きな圧力を確保することができないというのが一般的である。
【０００６】
上記のような特性の中で、大きな圧力に対応することができて、しかも多量の供給流量を確保することができるよう幅広い出力特性を実現しようとすると、ベーンポンプ装置全体の出力アップが必要となる。
上記ベーンポンプ装置全体の出力をアップさせるためには、電動モータを大型化しなければならないという問題があった。
この発明の目的は、駆動源である電動モータをそれほど大きくしなくても、幅広い出力特性に対応できるベーンポンプ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数のベーンを組み込んだロータと、このロータに対して偏心させたカムリングと、上記ロータを回転させるための電動モータとを備え、電動モータの駆動力で上記ロータを回転させることによって、ベーンをカムリングに沿わせながら出入させて吸込み行程と吐出行程とを繰り返すベーンポンプ装置を前提にする。
【０００８】
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記カムリングの外周に設けたアダプタリングと、これらカムリングとアダプタリングとの間に設けた第１制御室および第２制御室と、アダプタリングを第１制御室側に押し付ける制御スプリングとを設けている。一方、第１制御室あるいは第２制御室を低圧側に連通させたり高圧側に連通させたりするカム制御弁と、負荷に応じてカム制御弁を切り換えるための負荷感応弁とを備えている。
そして、負荷が上昇したとき、負荷感応弁が動作してカム制御弁を切り換え、第１制御室を高圧側に連通させ、第２制御室を低圧側に連通させて、カムリングを第２制御室側に偏倚させ、カムリングとロータとの扁心量を小さくするものである。
【０００９】
第２の発明は、カム制御弁は、カム制御スプールの一端に設けた第１圧力室と、スプールの他端に設けた第２圧力室とを備え、第１圧力室は、負荷感応弁の上流側に連通させ、第２圧力室は負荷感応弁を経由して負荷側に連通させる一方、負荷感応弁は、負荷側の圧力上昇に応じて、負荷感応弁の上流側とカム制御弁の第２圧力室とを連通させる通路過程に設けた絞りの開度を小さくする構成にしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示した第１の実施態様におけるベーンポンプ装置は、ハウジング１にロータ２を回転自在に組み込むとともに、このロータ２の駆動軸３を図示していない電動モータに連係している。したがって、電動モータを駆動することによって、ロータ２が駆動軸３を中心に回転する。
【００１１】
上記ロータ２の外方周囲には、アダプタリング４を組み込んでいるが、このアダプタリング４はロータ２と同心にしている。そして、これらアダプタリング４とロータ２との間に、そのロータ２に対して偏心させたカムリング５を介在させているが、このカムリング５は、支点６を中心にして揺動可能にしている。そして、その揺動位置に応じて、カムリング５とロータ２との偏心量を調整できるようにしている。ただし、上記カムリング５は、制御スプリング７のバネ力で、通常は図１の位置を保つが、この図示のノーマル位置で、カムリング５がアダプタリング４に設けた凸部４ａに接触して、ロータ２に対する偏心量を最大に保つようにしている。
【００１２】
上記のようにしたロータ２には、その放射線状に多数のベーン８を出入自在に設けているが、このベーン８は、ロータ２が回転することによって、その遠心力等でカムリング５に接触するもので、このロータ２、カムリング５およびベーン８の相対関係は、従来のベーンポンプと全く同様である。したがって、ロータ２が回転すると、吸い込みと吐出を繰り返してポンプ作用をすることになる。
【００１３】
また、上記アダプタリング４の内周には、その内周面を隆起させてなる区画部４ｂを設けている。そして、この区画部４ｂと上記支点６とを境にして、左右に第１制御室９と第２制御室１０とが形成されるようにしている。
なお、上記凸部４ａには溝４ｃを形成し、第１制御室９が上記凸部４ａで途切れないようにしている。
【００１４】
そして、上記第１制御室９および第２制御室１０内の圧力を制御するのが、カム制御弁Ｖ１である。すなわち、このカム制御弁Ｖ１は、カム制御スプール１１を備えるとともに、このカム制御スプール１１の一端を第１圧力室１２に臨ませ、他端を第２圧力室１３に臨ませている。そして、第２圧力室１３にはスプリング１４を設け、通常は、カム制御スプール１１が図示の位置を保つようにしている。
【００１５】
カム制御スプール１１が、上記図示のノーマル位置にあるとき、前記した第１制御室９は、アダプタリング４に設けた通路１５→ハウジング１に設けた通路１６→カム制御スプール１１にその円周方向に形成した通路１７およびカム制御スプール１１にその軸線方向に形成したノッチからなる通路１８を経由して図示していないタンクポートと連通することで低圧室となる環状凹部２２に連通する。
【００１６】
一方、第２制御室１０は、カム制御スプール１１が図示のノーマル位置にあるとき、環状凹部２２に連通する経路を断たれた状態になる。つまり、この第２制御室１０が環状凹部２２に連通するときには、アダプタリング４に設けた通路２０→ハウジング１に設けた通路２１→ノッチからなる可変絞り部１９→低圧となるカム制御スプール１１に形成した環状凹部２２を通る経路を形成する。
しかし、カム制御スプール１１が図示のノーマル位置にあるときには、通路２１と可変絞り部１９とが食い違って、その連通を断たれているので、第２制御室１０が環状凹部２２に連通することはなくなる。
【００１７】
また、上記第２制御室１０は、通路２３を介して高圧側に常時連通している。したがって、カム制御弁Ｖ１のカム制御スプール１１が図示のノーマル位置にあるときには、第１制御室９側が環状凹部２２に連通して低圧に保たれる一方、第２制御室１０側が環状凹部２２との連通が断たれて高圧に保たれる。このように第１制御室９側が低圧で第２制御室１０側が高圧になるので、上記制御スプリング７のバネ力とも相まって、カムリング５も図示のノーマル位置を保つことになる。
言い換えると、カムリング５とロータ２との偏心量が最大に保たれることになる。
【００１８】
また、カム制御弁Ｖ１の第１圧力室１２の圧力が高くなって、その第１圧力室１２側の作用力が、第２圧力室１３側およびスプリング１４の作用力に打ち勝てば、カム制御スプール１１がスプリング１４に抗して移動する。カム制御スプール１１がスプリング１４に抗して移動すると、高圧となる第１圧力室１２の圧力が通路１６を介して第１制御室９にも導かれるとともに、第１制御室１２の圧力は、通路１７に設けた通路１８によって制御される。
一方、第２制御室１０は、通路２１、可変絞り部１９を介して環状凹部２２に連通することによって、その第２制御室１０の圧力が制御される。
【００１９】
上記のように第１制御室９が高圧、第２制御室１０が低圧になって、第１制御室９側の作用力が制御スプリング７のバネ力に打ち勝てば、カムリング５は制御スプリング７に抗して移動して、ロータ２に対する偏心量を小さくし、その吐出量を減少させる。
なお、上記第１圧力室１２には、当該ポンプの高圧側に連通している高圧通路２４の圧力が常に導かれているが、第２圧力室１３には、図２、３に示した負荷感応弁Ｖ２で制御された圧力が導かれるようにしている。
また、図中符号Ｒはカム制御スプール１１に組み込んだリリーフ弁である。
【００２０】
この負荷感応弁Ｖ２は、負荷感応スプール２５の一端を受圧室２６に臨ませ、他端を負荷圧通路２７側に臨ませている。そして、上記受圧室２６側に臨ませた負荷感応スプール２５の一端の受圧面積は、負荷圧通路２７側に臨ませた他端の受圧面積よりも十分に小さくしている。しかも、この受圧室２６は流路２８を介して負荷圧通路２７に連通させている。なお、この負荷圧通路２７は、図示していないアクチュエータに連通している。
【００２１】
上記のようにした負荷感応スプール２５には、スプリング２９を作用させているが、受圧面積差による受圧室２６側の推力と負荷圧通路２７側の推力との差が、スプリング２９のバネ力に打ち勝つと、負荷感応スプール２５はスプリング２９に抗して図面左方向に移動することになる。なお、図中符号３０は、スプリング２９を組み込んだスプリング室をタンクに導くタンク通路である。
【００２２】
さらに、上記負荷感応スプール２５には第１絞り３１と第２絞り３２とを設けている。
そして、負荷感応スプール２５がスプリング２９の作用で図示のノーマル位置にあるとき、第１絞り３１および第２絞り３２のそれぞれが、高圧通路２４に開口するようにしている。したがって、負荷感応スプール２５がノーマル位置にあれば、ポンプからの吐出流体は、高圧通路２４→第１、２絞り３１、３２→負荷圧通路２７を経由して図示していないアクチュエータに供給される。
【００２３】
一方、負荷圧通路２７側の負荷圧が上昇して負荷感応スプール２５がスプリング２９に抗して図面左方向に移動すると、第１絞り３１と通路２４とが食い違って第１絞り３１が閉じられ、第２絞り３２だけが高圧通路２４と連通するので、その絞り開度が小さくなり、その分、絞り部分での圧力損失が大きくなる。
【００２４】
また、負荷圧通路２７にはパイロット流路３３を連通させているが、このパイロット流路３３は、前記カム制御弁Ｖ１の第２圧力室１３に連通させている。なお、カム制御弁Ｖ１の第１圧力室１２は高圧通路２４に連通させ、第１、２絞り３１、３２の上流側の圧力を導くようにしている。
したがって、第１、２絞り３１、３２の両方が高圧通路２４に開口しているときと、第２絞り３２だけが高圧通路２４に開口しているときとでは、第１圧力室１２と第２圧力室１３との圧力差が相違することになる。つまり、第２絞り３２だけが開口しているときの方が、圧力差が大きくなる。
【００２５】
次に、この実施形態の作用を説明する。
図示していない電動モータで駆動軸３およびロータ２を回転すると、ベーン８がカムリング５に沿って出入するとともに、それら各ベーン８で区画された各室の容積が拡大したり縮小したりしてポンプ作用を発揮し、高圧通路２４に流体を吐出する。高圧通路２４に吐出された流体は、負荷感応弁Ｖ２を経由してアクチュエータに供給されるが、このときのアクチュエータの負荷圧が、負荷感応弁設定圧以下であれば、負荷感応弁Ｖ２の負荷感応スプール２５は、図示のノーマル位置を保ち、第１、２絞り３１、３２を高圧通路２４側に開口させる。
【００２６】
このように第１、２絞り３１、３２の両方が高圧通路２４側に開口していれば、第２絞り３２だけが開口しているときよりもその開口面積が大きい。したがって、負荷圧が低く、両絞り３１、３２が開口している状態では、第１圧力室１２と第２圧力室１３との差圧もそれほど大きくならない。その差圧が小さければ小さいほど、カム制御スプール１１の移動が小さくなる。
カム制御スプール１１の移動量が小さく、通路１６と通路１７とが連通状態を保ち、しかも、通路２１と可変絞り部１９との連通が遮断されていれば、アダプタリング４の内側に形成された第１制御室９が低圧室となる環状凹部２２に連通し、第２制御室１０は高圧側に連通する。
【００２７】
したがって、アダプタリング４は、第２制御室１０の圧力作用と制御スプリング７のバネ力の作用で、図示のノーマル位置を保つ。このノーマル位置においてはロータ２とカムリング５との偏心量が最大になるので、当該ポンプの吐出量も最大になる。つまり、負荷圧がそれほど高くないときには、アクチュエータへの供給流量を大きく確保する。
【００２８】
そして、負荷圧がスプリング２９で定めた負荷感応弁Ｖ２の設定圧以上に上昇すると、負荷感応スプール２５はスプリング２９に抗して図面左方向に移動し、図３の状態を保つ。この図３の状態においては、第１絞り３１が閉じて、第２絞り３２だけが開口する。したがって、この第２絞り３２前後の差圧が大きくなる。このように第２絞り３２前後の差圧が大きくなれば、その分、カム制御弁Ｖ１の第１圧力室１２側の圧力と第２圧力室１３側の圧力との差圧も大きくなるので、カム制御スプール１１はスプリング１４に抗して図面右方向に移動する。
【００２９】
カム制御スプール１１が上記のように移動すれば、第１圧力室１２が第１制御室９に連通し、第２制御室１０が低圧室となる環状凹部２２に連通する。したがって、第１制御室９の圧力が第２制御室１０の圧力よりも高くなる。これによって、カムリング５は支点６を中心にして回動しながら、ロータ２との偏心量を小さくする。つまり、負荷圧が大きくなったときには、ロータ２とカムリング５との偏心量を小さくして、ポンプ吐出量を減少させる。
【００３０】
上記のようにこの実施態様のベーンポンプ装置は、負荷圧が低いときには、ポンプ吐出量を多く確保し、負荷圧が高くなったときにその吐出量を減少させるようにしたものである。したがって、吐出量と吐出圧の積で決まる最大出力を低く抑えることができるが、このベーンポンプ装置をパワーステアリング装置に利用したときには、次のような利点がある。
【００３１】
すなわち、パワーステアリング装置では、ポンプ吐出量と吐出圧との両方を最大で使用しなくても、必要なアシスト力を確保できる場合がほとんどである。したがって、その負荷圧が低いときにはポンプ吐出量を最大定格量とし、負荷圧が高いときにはポンプ吐出量を最大定格量よりも減らすといった使い方ができる。このような使い方の中で、この実施態様のベーンポンプ装置を利用すれば、吐出量と吐出圧の積で決まる最大出力を低く抑えることができ、それだけ電動モータも小型化できる。
【００３２】
なお、この発明においては、絞り開度は、段階的に変化させてもよいし、無段階的に変化させてもよい。例えば、上記実施態様においても、負荷感応スプール２５の移動過程で、第１絞り３１が徐々に閉じられていくので、その限りでは、絞り開度は無段階的に変化するとも言える。このように絞り開度を段階的に変化させるかあるいは無段階的に変化させるかは、絞りなどの形状や個数等によっていかようにも選択することができる。
【００３３】
また、負荷感応弁Ｖ２の構造自体も、例えば、図４〜図１６に示すいろいろな態様が考えられる。
図４に示した第２の実施態様は、受圧室２６と負荷圧通路２７との連通を遮断するとともに、この受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を直接導くようにしたものである。図５に示した第３の実施態様は、負荷圧を導く受圧室２６とスプリング室とを兼用にするとともに、負荷感応スプール２５の一端をタンク連通室３４に臨ませたものである。図６に示した第４の実施態様は、受圧室２６とスプリング室とを兼用にしているが、これら受圧室２６と負荷圧通路２７との連通を遮断して、その受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を直接導くようにしたものである。図７に示した第５の実施態様は、負荷感応スプール２５の一端をスプリング室３５に臨ませ、このスプリング室３５に設けたスプリング２９と負荷圧通路２７側の負荷圧とを対抗させたものである。
【００３４】
図８に示した第６の実施態様は、負荷感応スプール２５の一端を受圧室２６に臨ませるとともに、その他端に、負荷圧通路２７方向に向かって徐々に太くした制御凸部３６を設けている。また、負荷圧通路２７はプラグ３７に形成しているが、このプラグ３７には連通孔３８を形成するとともに、この連通孔３８に上記制御凸部３６を貫通させている。したがって、負荷感応スプール２５が図面左方向に移動すれば、上記連通孔３８の実質開口面積が徐々に小さくなるもので、これら制御凸部３６と連通孔３８とで可変絞りを構成している。また、この第６の実施態様では、受圧室２６に負荷圧を導くようにしている。
【００３５】
図９に示した第７の実施態様は、図８の第６の実施態様とまったく同様の構成にしながら、受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を導くようにしたものである。図１０に示した第８の実施態様は、受圧室２６とスプリング室とを兼用にするとともに、この受圧室２６に負荷圧を導くようにしている。さらに、この負荷感応スプール２５の一端をタンク連通室３４に連通させている。図１１に示した第９の実施態様は、第８の実施態様とは異なり、受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を導くようにしたものである。図１２に示した第１０の実施態様は、ポンプの高圧側の圧力作用と、スプリング２９のバネ力の作用とを対抗させたものである。
【００３６】
図１３に示した第１１の実施態様は、その負荷感応スプール２５の一端を、負荷圧を導く受圧室２６に臨ませ、他端をポンプの高圧側の圧力を導く高圧作用室３９に臨ませている。そして、受圧室２６に臨ませたスプール端の受圧面積を、高圧作用室３９に臨ませたスプール端の受圧面積よりも大きくしている。一方、上記高圧作用室３９の下流側には、負荷圧通路２７を構成するプラグ３７を組み込むとともに、このプラグ３７には、上記負荷感応スプール２５と対向する連通孔４０を形成している。したがって、負荷感応スプール２５がスプリング２９に抗して図面右方向に移動すれば、その端面が上記連通孔４０に接近することになる。そして、それが接近すればするほど連通孔４０の実質的な開口面積が小さくなる。したがって、負荷感応スプール２５と連通孔４０とが相まって可変絞りを構成することになる。
【００３７】
図１４に示した第１２の実施態様は、受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を導くようにしたもので、その他は第１１の実施態様と同様である。図１５に示した第１３の実施態様は、負荷感応スプール２５の他端、すなわち連通孔４０と対向する側を先端に向かって徐々に先細りに形成し、その先細りの部分が連通孔４０に進入するようにしたもので、この場合にも負荷感応スプール２５と連通孔４０とが相まって可変絞りを構成している。なお、この第１３の実施態様においては、受圧室２６に負荷圧を導くようにしている。図１６に図に示した第１４の実施態様は、その受圧室２６にポンプの高圧側の圧力を導くようにしたもので、その他は第１３の実施態様と同様である。
【００３８】
【発明の効果】
この発明のベーンポンプ装置によれば、負荷圧が高くなったときにその吐出量を減らせるので、吐出圧と吐出量の積で決まる最大出力を低く抑えることができる。最大出力を低く押さえられるので、当該ポンプを駆動する電動モータ等の駆動源も小型化できる。
しかも、負荷圧に応じて吐出流量を可変にすることができるので、広い範囲の出力特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施態様の断面図である。
【図２】負荷感応スプールがノーマル位置にある負荷感応弁の断面図である。
【図３】負荷感応スプールが移動した位置にある負荷感応弁の断面図である。
【図４】第２実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図５】第３実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図６】第４実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図７】第５実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図８】第６実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図９】第７実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１０】第８実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１１】第９実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１２】第１０実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１３】第１１実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１４】第１２実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１５】第１３実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【図１６】第１４実施態様の負荷感応弁の断面図である。
【符号の説明】
２　　　ロータ
４　　　アダプタリング
５　　　カムリング
７　　　制御スプリング
８　　　ベーン
９　　　第１制御室
１０　　第２制御室
Ｖ１　　カム制御弁
１１　　カム制御スプール
１２　　第１圧力室
１３　　第２圧力室
Ｖ２　　負荷感応弁
３１　　第１絞り
３２　　第２絞り
３８　　可変絞りを構成する連通孔
４０　　可変絞りを構成する連通孔
【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】
2004003388.tif 000010
【図９】
2004003388.tif 000011
【図１０】
2004003388.tif 000012
【図１１】
2004003388.tif 000013
【図１２】
2004003388.tif 000014
【図１３】
2004003388.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004003388.tif 000017
【図１６】
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