(57)【要約】【課題】可変容量型ベーンポンプにおいて、吸入行程と吐出行程との遷移区間におけるポンプ室内圧変化を、運転条件に依らず最適にするための技術を提供し、振動および騒音を低減したポンプを提供する。【解決手段】ベーン１０とプレッシャープレート１２の摺動面に切欠き４０を設け、回転数によってベーン１０の飛び出し量が異なることを利用して、吸入ポート１４または吐出ポート１５の端部と前記切欠き４０とが低回転時には連通しないが、回転数が増加するにつれ徐々に連通面積が拡大していく構成とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトによって回転駆動されるロータとカムリングを偏心させて配置し、ロータに設けた複数のベーン溝からベーンが摺動しながら半径方向に出入り可能とし、サイドプレートおよび隣り合うベーンどうしで区切られたポンプ室の容積が増加する吸入行程と前記容積が減少する吐出行程の移行区間を、ポンプ室が吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない遷移行程でつなぎ、吸入ポートまたは吐出ポートの端部に略Ｖ字状に切欠き形成したノッチを設け、さらに回転数の増加とともにカムリングが揺動することで偏心量を減らし一回転あたりの吐出量を下げ全体の吐出流量を一定範囲内に収める機構を有した可変容量型ベーンポンプにおいて、
サイドプレートに溝状の切り欠きノッチを設け、カムリングのサイドプレートとの摺動面にも凹み形状の通路を設け、前記凹み形状通路と吸入ポートが連通するような溝形状をサイドプレートまたはカムリングに設け、回転数増加に伴ってカムリングの偏心量が減少するにつれて、サイドプレートに設けた前記ノッチとカムリングに設けた前記凹み形状通路とが連通することを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【請求項２】
シャフトによって回転駆動されるロータとカムリングを偏心させて配置し、ロータに設けた複数のベーン溝からベーンが摺動しながら半径方向に出入り可能とし、サイドプレートおよび隣り合うベーンどうしで区切られたポンプ室の容積が増加する吸入行程と前記容積が減少する吐出行程の移行区間を、ポンプ室が吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない遷移行程でつなぎ、吸入ポートまたは吐出ポートの端部に略Ｖ字状に切欠き形成したノッチを設け、さらに回転数の増加とともにカムリングが揺動することで偏心量を減らし一回転あたりの吐出量を下げ全体の吐出流量を一定範囲内に収める機構を有した可変容量型ベーンポンプにおいて、
ポート端部あるいはそこに設けた前記略Ｖ字状ノッチと、前記ポンプ室との連通タイミングまたは連通面積が、カムリング揺動に伴いロータへ出入りするベーンに設けた切欠きにより変化するように、構成したことを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の可変容量型ベーンポンプにおいて、
カムリング揺動時、ベーンの切欠きにより前記ノッチまたは前記ポート端の連通タイミングを早め、連通路を拡大することを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載の可変容量型ベーンポンプにおいて、
連通タイミングや連通面積を可変にしたい前記ノッチまたは前記ポート端が、ベーン回転進行方向に対して吸入ポートまたは吐出ポートの開始端にある場合、ベーンの切欠きはベーン進行方向板厚の後進側に設け、終止端にある場合、ベーン進行方向板厚の前進側に設けることを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の可変容量型ベーンポンプにおいて、
吸入ポートから吐出ポートに至る昇圧の圧力室側では、最大偏心時のポート端またはノッチ端とベーンとの接触位置より、ベーン出入り方向高さのカムリング側にベーンの切欠きを設けることを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【請求項６】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の可変容量型ベーンポンプにおいて、
吐出ポートから吸入ポートに至る降圧の圧力室側では、最大偏心時のポート端またはノッチ端とベーンとの接触位置より、ベーン出入り方向高さのロータ側にベーンの切欠きを設けることを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか１項に記載の可変容量型ベーンポンプにおいて、
ベーンの切欠きはベーンの出入り方向を軸として回転対称に設けることを特徴とした可変容量型ベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトを介して駆動トルクが入力されるロータと、ロータとは偏心して外側に配したカムリングと、カムリングの内側でロータの径方向に摺動可能なベーンを配置し、回転数の増加とともにカムリングの偏心量が減少することで一回転あたりの吐出量を下げ、回転数に依らず吐出流量を一定幅内に保つ可変容量型ベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベーンポンプは動作時の振動および騒音が問題となるケースが多く、このような振動および騒音の低減を狙ったベーンポンプの構成が従来なされている。特に、隣り合うベーンどうしで挟まれたポンプ室容積が増大する吸入行程と、前記容積が減少する吐出行程の切り替わり部分では、ポンプ室内圧が吸入圧力から吐出圧力、または吐出圧力から吸入圧力へ急激に変動することを防ぐため、ポンプ室が吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない遷移区間を設け、遷移区間でのカムリングの内径を調整してポンプ室内圧を予圧縮あるいは予膨張させる行程を設けている。しかし必要な予圧縮または予膨張の度合いは、ポンプの吐出圧や回転数によって異なるため、いかなる条件でもスムーズにポンプ室内圧を変化させることが難しくなっている。このため、吐出ポートや吸入ポートの始端部に略Ｖ字状に切欠き形成したノッチを設け、吐出ポートからポンプ室内に徐々に油を流入させたり、ポンプ室から吸入ポートへ徐々に油を漏らせたりすることで、急激な圧力変動を防止することが行われているが、効果は十分ではない。
【０００３】
このような事情を鑑みて、特開平１１−３０３７７３号公報ではカムリングの揺動に伴ってノッチが隠される面積が変化し、低速回転時から高速回転時まで、ノッチとポンプ室の連通タイミングあるいは連通面積が最適になるように、ノッチの形状または位置を調整して設ける技術が開示されている。また特開２０００−１１０７４０号公報では、回転数の上昇により予圧縮および予膨張が発生するタイミングが遅くなることを補正するため、カムリングの揺動に伴って吸入ポートおよび吐出ポートの開口タイミングを遅らせる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０３７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−１１０７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景技術で述べたように、遷移区間での最適な予圧縮または予膨張の度合いは、ポンプの吐出圧や回転数によって異なる。特に、低圧高回転の条件と高圧低回転の条件でトレードオフが存在し、ポンプ騒音の原因となっている。この理由は、高圧では吸入圧と吐出圧の差が大きいのに加えて、低回転では遷移区間での漏れが多いため、予圧縮および予膨張の度合いを大きくする必要がある一方、低圧高回転の条件では差圧および漏れが少ないため予圧縮および予膨張が過剰となり、余計にポンプ室内圧の変動を大きくしてしまうからである。この問題を改善するためには、予圧縮区間および予膨張区間の長さを、低速回転時には長く、高速回転時には短くする必要がある。
【０００６】
特開平１１−３０３７７３号公報の技術を用いてこれを実現するためには、吐出行程から吸入行程への移行区間すなわち予膨張行程で適用するのがよい。なぜなら回転数増加に伴ってカムリングとロータの偏心量が減少すると、吸入ポート始端に設けたノッチがカムリングによって覆われる面積が減り、吸入行程の開始タイミングを早めることができるためである。一方でポンプ室が吸入行程から吐出行程へ切り替わる予圧縮行程では、前記偏心量が減少するとノッチがカムリングによって覆われる面積が増えるため、前述した効果が得られない。このため予圧縮行程ではトレードオフを解消することができない恐れがあった。
【０００７】
本発明の目的は、予圧縮区間および予膨張区間の長さを、低回転時には長く、高回転時には短くする機構を設け、振動および騒音を低減した可変容量型ベーンポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の方法は、カムリング摺動面に一端が吸入ポートとつながったカム溝を設け、回転数の増加に伴ってカムリングが揺動することによって、前記カム溝と予圧縮行程のポンプ室に設けたノッチが連通し、予圧縮行程初期での圧力上昇を吸入ポートに逃がす機構を設けている。
【０００９】
第二の方法は、ベーンの摺動面に切欠きを設け、カムリングの揺動によってベーン切欠きの径方向位置と吐出ポート端部の位置が相対的にずれることを利用している。回転数の上昇に伴いカムリングが揺動すると、吸入ポートまたは吐出ポート始端部のノッチや終端部と、ベーン切欠きとが連通し、予圧縮行程あるいは予膨張行程の長さを短縮する機構となっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、高圧低回転の条件と低圧高回転の条件とで最適な予圧縮行程または予膨張行程の長さが異なるというトレードオフを解消し、ポンプの振動および騒音を低減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を参照して、本発明をパワーステアリング装置の油圧発生源として適用した場合の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明による可変容量型ベーンポンプの実施の形態として一部断面を取った正面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図２におけるＢ−Ｂ断面図が図１にあたる。図２において、１は本体を構成するフロントボディであり、２はリアカバーである。フロントボディ１には軸受け３を介してシャフト４が支持されており、シャフト４は図示しないエンジンなどの回転駆動力をロータ５に入力する。図１において、フロントボディ１にはアダプタ６がはめこまれ、カムリング７がロータ５とは中心を偏心させて配置される。カムリング７は支持ピン８を中心にアダプタ６の内側を転がることが可能であり、回転数が増すと図面右方向へ揺動することで偏心量を減らし、一回転あたりの吐出量を下げポンプ全体の吐出流量を一定に保つ機構を有する。ロータ５には複数のスリット状のベーン溝９が設けられ、複数枚のベーン１０が半径方向に摺動可能なように保持されている。隣り合う２枚のベーン１０，ロータ５，カムリング７で囲まれた領域はポンプ室１６を構成し、この容積が増減することで吸入と吐出のポンプ作用を行う。複数あるベーン溝９のシャフト４に近い端にはベーン１０をカムリング７に押し付けるためのベーン背圧室１１がそれぞれ設けられ、図２においてプレッシャープレート１２にあけられた背圧溝１３を通してベーン背圧室１１には吐出圧力が導かれている。背圧溝１３は図１に点線で示したものと同じであり、円環状に取り巻いて個々のベーン背圧室１１とつながっている。背圧溝１３は図２に示すようにポンプ吐出側圧力室２２と連通しているため、個々のベーン背圧室１１には吐出圧がかかる仕組みとなっている。
【００１３】
アダプタ６の上方には、カムリング７の揺動変位を制御するためのスプールバルブ３２が設けられている。スプールバルブ３２の左方室２８にはダンパオリフィス２７を介してポンプ吐出側通路２６が接続され、その上流側はポンプ吐出側圧力室２２に接続されている。このためバルブ左方室２８は吐出圧の油で満たされている。一方、スプールバルブ
３２の右方室２９は通路３５を介して、カムリング７の右側とアダプタ６で挟まれた領域である右方流体圧室２４と接続されており、そこからメータリングオリフィス下流側通路３０，吐出側配管継ぎ手３６を通過してパワーステアリング装置などに油圧が供給される。ポンプ吐出側圧力室２２から吐出された油はメータリングオリフィス２５を通過して右方流体圧室２４に導かれるため、右方流体圧室２４およびバルブ右方室２９の圧力はポンプ吐出側圧力室２２の圧力よりも低くなる。メータリングオリフィス２５での圧力降下は吐出流量によって変化し、流量が多いほどスプールバルブ３２の左右に生じる圧力差は大きくなる。すなわち、アイドル時などポンプ回転数が低いときにはメータリングオリフィス２５を通過する流量は少ないため、スプールバルブ３２の左右圧力差は小さく、スプールバルブ３２は左側壁まで押し付けられている。しかし回転数が上がると、バルブ右方室２９の圧力が下がり、スプールバルブ３２は右方向へ変位し、通路３３を通って左方流体圧室２３にバルブ左方室２８を満たす油の一部が導かれ、左方流体圧室２３の圧力が高まる。これにより、ポンプ回転数の増加に伴ってカムリングは右方向に揺動していく。
【００１４】
次にポンプ作用の詳細について説明する。ここで、図１においてロータは反時計回りに回転するものとする。ポンプ室１６が吸入ポート１４に開口している吸入行程では、ポンプ室１６の容積が増加するので、吸入ポート１４から油を吸入する。一方、ポンプ室１６が吐出ポート１５に開口している吐出行程では、ポンプ室１６の容積が減少するので、吐出ポート１５から油を吐出する。吐出ポート１５から吐出された油は、図２に示すポンプ吐出側圧力室２２を経由してポンプの外へ吐出される。吸入行程から吐出行程への切り替わり区間、または吐出行程から吸入行程への切り替わり区間では、ポンプ室１６内圧が急激に変化することに起因する圧力変動や逆流現象が発生し、振動または騒音の原因となる。そこで、切り替わり区間ではポンプ室１６が吸入ポートにも吐出ポートにも開口しない遷移区間を設け、遷移区間でのカムリング７の内径を調整してポンプ室１６内圧を予圧縮あるいは予膨張させる行程を設けている。
【００１５】
図１中に矢印で示した予圧縮行程Ｘは、吸入行程から吐出行程への移行区間で、吸入ポート１４にも吐出ポート１５にもポンプ室１６が開口しないようになっている。予圧縮行程Ｘではポンプ室１６の容積が徐々に小さくなるように調節することで圧力上昇を生み出し、ポンプ室１６内圧が吸入圧力から吐出圧力までスムーズに上昇する役目を果たしている。しかしポンプ吐出圧が低圧と高圧の条件では最適な圧力上昇の度合い、すなわち予圧縮行程の長さが異なるため、低圧から高圧まで全ての条件で使用可能なように予圧縮行程の長さを調節すると、低圧条件下では予圧縮が過剰気味になり、逆に高圧条件下では予圧縮が不足気味となる。いずれの場合にもポンプ室１６内圧と吐出圧に差圧が生じて、ポンプ室１６が吐出ポート１５に開口する際の圧力変動による騒音の原因となり、これは特に低圧高回転の条件と高圧低回転の条件で顕著である。なぜなら、高回転では予圧縮行程での漏れが少ないため、より圧力が上がりやすく、低回転では漏れが多いため圧力が上がりにくいためである。このように高圧と低圧で予圧縮行程の長さにトレードオフがあることに起因する圧力変動を緩和するため、吐出ポート１５の開始端にノッチ３７を設けることが一般に行われているが効果は十分ではない。また吐出行程から吸入行程への移行区間に関しても、図１に示すように予膨張行程Ｙを設け、ポンプ室１６内圧を吐出圧から吸入圧に下げてから吸入ポート１４に開口するようにしている。ここでも予圧縮行程の長さにトレードオフがあるため、ノッチ４１を設けて圧力変動を緩和することが行われているが、効果は十分ではない。
【００１６】
本実施例ではこのトレードオフを解消するため、低回転ではポンプ室１６と吸入ポート１４の連通終了タイミングを早くすることで予圧縮行程を長くとり、高回転では前記連通終了タイミングを遅くすることで予圧縮行程を短くする機構を、以下のようにして実現している。図３に示すように、カムリング７のプレッシャープレート１２との摺動面にはカム溝３８を設け、プレッシャープレート１２のポンプ室１６に面する側には連通ノッチ
３９を設けている。カム溝３８は片側の端が吸入ポート１４に連通しており、カム溝３８には吸入ポート１４から常にオイルが導かれている。アイドリングなどの低回転時にはカムリング７は最大偏心位置にあり（図３左）、カム溝３８と連通ノッチ３９は接触していない。しかし回転数の増加とともにカムリング７は右方向に揺動し、ある回転数以上でカム溝３８と連通ノッチ３９が連通するようになる（図３右）。これにより、後方側ベーン１０が連通ノッチ３９の位置を通過するまで、ポンプ室１６は吸入ポート１４に開口しているようになる。このため予圧縮行程初期での圧力上昇を逃がし、予圧縮行程の開始タイミングを遅らせることができる。この回転数ではカム溝３８と連通ノッチ３９がかろうじてつながっているだけなので連通による予圧縮の逃がし効果は少ないが、カムリング７がさらに右方向に揺動するに従ってカム溝３８と連通ノッチ３９の連通面積も拡大し、予圧縮の度合いを小さくすることができる。問題となる騒音の発生回転数に応じて、カム溝
３８と連通ノッチ３９の配置を調節して連通が開始される回転数を変えることができ、予圧縮行程Ｘが低回転で長く高回転で短くなるような可変ノッチ機構を構成している。
【００１７】
このような可変ノッチ機構を備えた可変容量型ベーンポンプの特性を、回転数推移におけるカムリング７揺動角との比較で示したのが図４である。回転数の増加とともに揺動角は増加し、一回転当りのポンプ吐出流量は低下する。これによりポンプ全体の吐出流量は一定範囲内に保たれる。一方ある回転数以上になるとカム溝３８と連通ノッチ３９が連通を始め、回転数が上がるにつれて連通面積が大きくなる。例えば、高圧低回転での騒音発生回転数が９００rpm 、低圧高回転での騒音発生回転数が２０００rpm だったとすると、予圧縮行程Ｘは長くしつつ１５００rpm 程度で連通が開始されるように設計すれば、高圧低回転での予圧縮不足と低圧高回転での過剰な予圧縮というトレードオフによる騒音を低減することができる。
【実施例２】
【００１８】
低回転側で予圧縮区間を長くし、高回転側で短くする、という要求仕様を満たす方法として次のようにベーンに切欠きを設ける方法が考えられる。図５に示すのは、図１における予圧縮区間Ｘ付近のポンプ室の様子を拡大し、低速回転側と高速回転側での違いを比較したものである。本実施例では、回転方向（反時計回り）に対してベーン１０の後方側で、プレッシャープレート１２との摺動面に切欠き４０を設けている。切欠き４０はアイドリング時には吐出側ノッチ３７と重ならない位置に設けられているが、高回転時にはベーン１０がロータ５中心方向に押し込まれるため切欠き４０とノッチ３７が重なって、吐出ポート１５への開口タイミングを早める。また、ベーン組み付け時の間違いを防ぐため、リアカバー２との摺動面にも切欠き４０と点対称の位置に同様の切欠き４０ａを設けている。
【００１９】
予圧縮区間の長さを変えるためには、ポンプ室１６の吸入ポート１４への開口終了タイミングを変える方法でもよい。図６は回転方向に対してベーン１０の前方側に切欠き40ｂを設け、吸入ポートの開口終了タイミングを変える場合を示している。切欠き４０ｂはアイドリング時には吸入ポート１４と重ならない位置に設けられているが、高速回転時にはベーン１０がロータ５中心方向に押し込まれるため切欠き４０ｂと吸入ポート１４が重なって、吸入行程の終了タイミングを遅らせる。この場合もベーン組み付け時の間違いを防ぐため、リアカバー２との摺動面にも切欠き４０ｂと点対称の位置に同様の切欠き４０ｃを設けている。
【００２０】
予膨張区間に関しても、低回転側で予膨張区間の長さを長くし、高回転側で短くするのがよく、図７のように吸入ポート１４への開口タイミングを変える機構を設けている。回転方向に対してベーン１０の後方側に切欠き４０ｄを設けることで、アイドリング時には切欠き４０ｄが吸入側ノッチ４１と重ならないが、高速回転時にはベーン１０がロータ５から飛び出す部分が増えて切欠き４０ｄと吸入側ノッチ４１が重なり、吸入ポート１４への開口タイミングを早める。誤組付け防止のためやはり点対称に切欠き４０ｅを設けてもよい。また、図６と同様吐出ポート１５への開口終了タイミングを変えるような切欠きを設けてもよい。
【００２１】
これら上記にあげた例は、全てのベーンに全種類の切欠きを設けてもいいし、どれか１種類に限定して設けてもよい。個々のベーンに異なった種類の切欠きを設けて各ポンプ室間の吸入および吐出タイミングの位相をずらし、回転次数成分の騒音を低減してもよい。さらに切欠き４０と４０ｄとはベーン１０先端の同じような位置に設けられるため、吐出側ノッチ３７および吸入側ノッチ４１の形状を調整して切欠き４０と４０ｄとを共通化できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のベーンポンプの一実施例を示す一部断面した正面図。
【図２】本発明のベーンポンプの一実施例を示す底面から見た断面図。
【図３】本発明の一実施例による効果を低速回転時と高速回転時で比較した図。
【図４】本発明の一実施例におけるポンプの特性を回転数変化で表した図。
【図５】本発明を吐出ポート開始端に適用した一実施例を低速回転時と高速回転時で比較した図。
【図６】本発明を吸入ポート終端に適用した一実施例を低速回転時と高速回転時で比較した図。
【図７】本発明を吸入ポート開始端に適用した一実施例を低速回転時と高速回転時で比較した図。
【符号の説明】
【００２３】
１…フロントボディ、２…リアカバー、３…軸受け、４…シャフト、５…ロータ、６…アダプタ、７…カムリング、８…支持ピン、９…ベーン溝、１０…ベーン、１１…ベーン背圧室、１２…プレッシャープレート、１３…背圧溝、１４…吸入ポート、１５…吐出ポート、１６…ポンプ室、２２…ポンプ吐出側圧力室、２４…右方流体圧室、２５…メータリングオリフィス、２６…ポンプ吐出側通路、２７…ダンパオリフィス、２８…バルブ左方室、２９…バルブ右方室、３０…メータリングオリフィス下流側通路、３２…スプールバルブ、３３，３５…通路、３６…吐出側配管継ぎ手、３７…吐出側ノッチ、３８…カム溝、３９…連通ノッチ、４０…切欠き、４１…吸入側ノッチ。
【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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