(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、
前記各ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、
前記ポンプ室から吐出される作動流体を導くポンプ吐出通路と、
前記ポンプ吐出通路に介装される流量検出オリフィスと、
前記流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるように前記カムリングを移動させる可変容量機構と、
ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って流量検出オリフィスの開口面積を大きくする負荷感応弁と、
を備えたことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
【請求項２】
前記負荷感応弁は前記流量検出オリフィスが開口するバルブ孔と、
前記バルブ孔に摺動可能に嵌合するピストンと、
前記ピストンをポンプ吐出圧に対抗して前記流量検出オリフィスの開口面積を減らす方向に付勢する負荷感応スプリングを備えたことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型ベーンポンプ。
【請求項３】
前記流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるように前記可変用量機構に導かれる駆動圧を調節するスプールを備え、
前記スプールを前記バルブ孔に前記ピストンと並んで摺動可能に嵌合させ、
前記負荷感応スプリングを前記ピストンと前記スプールの間に介装したことを特徴とする請求項２に記載の可変容量型ベーンポンプ。
【請求項４】
前記スプールに開口して前記カムリングの駆動圧を導くカム位置検出穴と、
前記カムリングに追従して前記カム位置検出穴の開口面積を変えるフィードバックピンと、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の可変容量型ベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置等に用いられる可変容量型ベーンポンプの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の可変容量型ベーンポンプとして、例えば特開平８−２００２３９号公報に開示されているものは、各ベーンを取り囲むカムリングをロータ軸芯に対して偏心させることにより、ポンプ吐出流量を増やすようになっている。こうしてベーンポンプからタンクへ戻される作動油の流量が減らされることにより、無駄なエネルギ消費を少なくしている。
【０００３】
このベーンポンプは、ポンプ吐出流量を調節する制御機構として、ポンプ吐出通路に流量検出オリフィスを介装し、流量検出オリフィスの前後差圧に応じて変位するスプールを備え、スプールによってカムリングに導かれる駆動圧を制御するようになっている。
【０００４】
この流量検出オリフィスは、カムリングが摺接するポンプ室の側壁部に開口しており、カムリングがポンプ吐出流量を減少させる側に変位するのに伴って流量検出オリフィスの開口面積を減らすようになっている。これにより、ポンプ回転速度の上昇に伴ってポンプ吐出流量が次第に減少し、例えばパワーステアリング装置の油圧アシスト力が適正に調節される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パワーステアリング装置は、車両のハンドルが切られている駆動負荷が高いときにベーンポンプから多くの作動油流量を供給する必要があるが、ハンドルが切られていない駆動負荷が低いときあるいはハンドルが切られても駆動負荷が小さいときにはベーンポンプから多くの作動油流量を供給する必要がない。
【０００６】
しかしながら、上記従来装置にあっては駆動負荷に応じたポンプ吐出流量の制御を行っていないため、駆動負荷が高いときにポンプ吐出流量が十分に得られるように設定すると、駆動負荷が低いときにポンプ吐出流量が過大になり、無駄なエネルギ消費が増えるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、可変容量型ベーンポンプにおいて、駆動負荷が高まるのに伴ってポンプ吐出流量を増やす制御機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、回転するロータから摺動可能に突出する複数のベーンと、各ベーンの外周端部を摺接させてポンプ室を画成するカムリングと、ポンプ室から吐出される作動流体を導くポンプ吐出通路と、ポンプ吐出通路に介装される流量検出オリフィスと、流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるようにカムリングを移動させる可変容量機構と、ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って流量検出オリフィスの開口面積を大きくする負荷感応弁とを備えるものとした。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、負荷感応弁は流量検出オリフィスが開口するバルブ孔と、バルブ孔に摺動可能に嵌合するピストンと、ピストンをポンプ吐出圧に対抗して流量検出オリフィスの開口面積を減らす方向に付勢する負荷感応スプリングを備えるものとした。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、流量検出オリフィスの前後差圧が上昇するのに伴ってポンプ吐出流量を減少させるように可変用量機構に導かれる駆動圧を調節するスプールを備え、スプールをバルブ孔にピストンと並んで摺動可能に嵌合させ、負荷感応スプリングをピストンとスプールの間に介装するものとした。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明において、スプールに開口してカムリングの駆動圧を導くカム位置検出穴と、カムリングに追従してカム位置検出穴の開口面積を変えるフィードバックピンとを備えるものとした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、ポンプ吐出流量が増えるのに伴って流量検出オリフィスの前後差圧が高まり、この前後差圧に応じてカムリングがロータ軸芯に対して偏心することによりポンプ吐出流量が制御される。
【００１３】
ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って負荷感応弁が流量検出オリフィスの開口面積を相対的に大きくすることにより、流量検出オリフィスの前後差圧が低下する。この前後差圧の低下に応動して可変容量機構がカムリングをポンプ吐出流量を増やす方向に移動する。
【００１４】
このようにしてポンプ吐出圧が高まるのに伴ってポンプ吐出流量を増やすことにより、例えばパワーステアリング装置のアシスト力を十分に確保できる。ポンプ吐出圧が低い運転時にポンプ吐出流量を低下させることにより、無駄なエネルギ消費を少なくする。
【００１５】
第２の発明において、ポンプ吐出圧が上昇するのに伴ってピストンが負荷感応スプリングを圧縮しながら変位して流量検出オリフィスの開口面積を大きくすることにより、流量検出オリフィスの前後差圧が小さくなる。この前後差圧に応じてスプールがカム位置検出穴の開口面積を増減することによりカムリングの駆動圧を調節して、カムリングをポンプ吐出流量を増やす方向に移動する。
【００１６】
第３の発明において、ポンプ回転速度が上昇するのに伴って、スプールがピストンを介して流量検出オリフイスの開口面積を小さくし、ポンプ回転速度の上昇に伴ってポンプ吐出流量が次第に減少する。これにより、例えば車両の高速走行時にパワーステアリング装置のアシスト力が過大にならないように調節できる。
【００１７】
第４の発明において、流量検出オリフィスの前後差圧に応じてスプールが変位することより、カム位置検出穴の開口面積がフィードバックピンを介して増減し、カムリングの駆動圧が調節される。この駆動圧に応じてカムリングがロータ軸芯に対して偏心することによりポンプ吐出流量が制御される。
【００１８】
カムリングに追従するフィードバックピンがカム位置検出穴の開口面積を変化させることにより、スプールに働く圧力バランスとカムリングの位置に対応してカムリングの駆動圧が調節される。これにより、カムリングに作用する摩擦力や内部洩れあるいはポンプ吐出圧力等の運転条件が変化しても、カムリングの位置がずれることなく、所期のポンプ吐出流量特性が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、図２に本発明が適用可能なベーンポンプの一例を示す。このベーンポンプ１は車両に搭載されるパワーステアリング装置の油圧源として設けられる。
【００２０】
ベーンポンプ１は、ケーシング６０に回転可能に収装されるロータ５０と、ロータ５０から摺動可能に突出する複数のベーン２４と、各ベーン２４を取り囲むカムリング７０とを主体として構成される。各ベーン２４は回転するロータ５０に対しその放射方向に出入りしながらそれぞれの外周端部をカムリング７０の内周面に摺接させてポンプ室を拡縮する。
【００２１】
ロータ５０はエンジンからの回転が図示しないプーリおよびベルト等を介して伝達され、図に矢印で示すように左回り方向に回転する。ロータ５０の回転に伴って各ベーン２４間で拡がるポンプ室には吸込ポート４１から作動油が吸込まれ、各ベーン２４間で収縮するポンプ室から作動油が吐出ポート４２に吐出される。吸込ポート４１は吸込通路１０を介してタンク６に連通し、吐出ポート４２はポンプ吐出通路１１を介して図示しないパワーステアリング装置の油圧シリンダに連通される。
【００２２】
カムリング７０の内周カム面はその断面が略円形に形成され、ロータ軸芯に対するカムリング中心の偏心量が大きくなるほどポンプ押しのけ容積が増大し、ポンプ吐出流量が増える。カムリング中心がロータ軸芯上にあるとポンプ吐出流量が零となる。
【００２３】
ポンプ吐出流量を変化させる可変容量機構として、カムリング７０はケーシング６０に支持ピン７１を介して回動可能に支持される。そして、カムリング７０を図において左側に付勢するカムスプリング２６が設けられる。カムスプリング２６の付勢力によりカムリング７０が最も左側に移動した状態で、ポンプ吐出流量は最大となる。
【００２４】
カムリング７０をカムスプリング２６に抗して回動させるため、ケーシング６０にはカムリング７０を挟むように第一カム圧力室７と第二カム圧力室８が画成される。第一カム圧力室７の圧力が第二カム圧力室８に対して高まるのに伴って、カムリング７０はカムスプリング２６に抗して図において右側に移動し、ポンプ吐出流量が次第に減少する。ケーシング６０にはカムリング７０の外周面に摺接するシール材２２が介装され、第一カム圧力室７と第二カム圧力室８をそれぞれ密封している。
【００２５】
第一カム圧力室７は吐出圧導入通路１２を介して吐出ポート４２に連通し、吐出圧導入通路１２の途中にダンピングオリフィス１１２が設けられる。
【００２６】
第二カム圧力室８は吐出圧導入通路１３を介して吐出ポート４２に連通するとともに、戻し通路１５を介してタンク６に連通する。吐出圧導入通路１３の途中にダンピングオリフィス１１３が設けられ、戻し通路１５の途中にダンピングオリフィス１１５が設けられる。
【００２７】
カムリング７０の駆動圧を制御する弁手段として、スプール８０が設けられる。スプール８０はケーシング６０に形成されたバルブ孔６５に摺動可能に嵌合される。スプール８０を左方向に付勢するバルブスプリング８９が介装される。
【００２８】
バルブ孔６５とスプール８０の左側端部の間に第一スプール圧力室１７が画成される。第一スプール圧力室１７は通路１９を介して吐出ポート４２に連通し、通路１９の途中にダンピングオリフィス１１９が介装される。
【００２９】
バルブ孔６５とスプール８０の右側端部の間に第二スプール圧力室１８が画成される。第二スプール圧力室１８はポンプ吐出通路１１の途中に介装される。ポンプ吐出通路１１の第二スプール圧力室１８の上流側には流量検出オリフィス６２が介装され、ポンプ吐出通路１１における流量検出オリフィス６２の前後差圧がスプール８０の両端部に作用する。これにより、ポンプ吐出通路１１の作動油流量が増加するのにしたがって流量検出オリフィス６２の前後差圧が高まり、スプール８０がバルブスプリング８９に抗して右方向に移動する。
【００３０】
流量検出オリフィス６２はケーシング６０のバルブ孔６５に面して開口され、ポンプ回転速度が高まるのに伴ってスプール８０がポンプ吐出流量を減少させる右側に移動すると後述するピストン５４を介して流量検出オリフィス６２の開口面積が次第に小さくなる。
【００３１】
そして本発明の要旨とするところであるが、図１に示すように、ポンプ吐出圧（駆動負荷）が上昇するのに伴って流量検出オリフィス６２を拡大する負荷感応弁５３が設けられる。
【００３２】
負荷感応弁５３は、バルブ孔６５に摺動可能に嵌合されるピストン５４と、ピストン５４を流量検出オリフィス６２の開口面積を減らす右方向に付勢する負荷感応スプリング５６を主体として構成される。
【００３３】
円盤状に形成されたピストン５４は、その外周面がバルブ孔６５に摺動可能に嵌合される。スプール８０の端面から突出する中心軸８５が形成され、中心軸８５にピストン５４の中心部に形成された穴が摺動可能に嵌合される。
【００３４】
スプール８０の端面とピストン５４の間に波板状の負荷感応スプリング５６が介装され、ピストン５４は負荷感応スプリング５６とコイル状のバルブスプリング８９の間に挟まれる。
【００３５】
ピストン５４によってバルブ孔６５内が前記第二スプール圧力室１８と背圧室５５に仕切られる。第二圧力室１８は前述したようにポンプ吐出通路１１を画成する一方、背圧室５５はスプール８０に形成された通孔８６と環状溝８３等で構成される戻り通路１５を介してタンク６に連通する。
【００３６】
スプール８０にはカムリング７０の駆動圧を調節するカム位置検出穴８１が形成される。カム位置検出穴８１は戻し通路１５の途中に介装され、カム位置検出穴８１の開口面積が大きくなるのに伴って第二カム圧力室８の圧力が逃がされ、カムリング７０が右方向に回動し、ポンプ吐出流量が減少する。
【００３７】
カムリング７０に追従してカム位置検出穴８１の開口面積を変化させるフィードバックピン９０が設けられる。フィードバックピン９０はスプール８０のピン孔８２に摺動可能に嵌合し、スプリング９１の付勢力によりその一端がカムリング７０の外周面に押し付けられる。
【００３８】
スプール８０の外周には環状溝８３が形成され、カム位置検出穴８１は環状溝８３とピン孔８２を連通している。フィードバックピン９０を貫通する通孔９２が形成され、この通孔９２とピン孔８２とカム位置検出穴８１および環状溝８３等により戻し通路１５が画成される。
【００３９】
第二カム圧力室８の圧力が所定値を超えて上昇するとこの圧力を逃がすリリーフバルブ３０が設けられる。リリーフバルブ３０は、第二カム圧力室８と戻し通路１５を連通するリリーフポート３１と、リリーフポート３１を開閉するボール３２と、ボール３２を閉方向に付勢するリリーフスプリング３３とによって構成される。
【００４０】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００４１】
ベーンポンプ１の停止状態からポンプ回転速度が所定値まで上昇するまでの間、スプール８０はバルブスプリング８９の付勢力によりカム位置検出穴８１を遮断するポジションに保持される。これにより、カムリング７０は最大偏心位置に保持され、図３に実線で示すように、ロータ５０の回転速度が上昇するのに伴ってポンプ吐出通路１１を流れる作動油量が増加するので、車両の低速走行時からポンプ吐出圧が十分に上昇し、パワーステアリング装置に必要な油圧アシスト力を確保できる。
【００４２】
ポンプ回転速度が上昇して流量検出オリフィス６２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、バルブスプリング８９の付勢力に抗してスプール８０が図２において右方向に移動してカム位置検出穴８１を開いて戻し通路１５を開通させるポジションに保持され、流量検出オリフィス６２の前後差圧とバルブスプリング８９の付勢力がバランスする位置でカム位置検出穴８１の開口面積を増減する。これにより、カムリング７０の位置を自動的に調節して、ポンプ吐出流量を制御するとともに、ベーンポンプ１からタンク６へ戻される作動油の流量を少なくして無駄なエネルギ消費を少なくする。
【００４３】
流量検出オリフィス６２の前後差圧が上昇すると、スプール８０がカム位置検出穴８１の開口面積を大きくする右方向に変位し、第二カム圧力室８の圧力（駆動圧）が低下してカムリング７０がポンプ吐出流量を減らす右方向に移動する。このとき、第二カム圧力室８の圧力が下がり過ぎると、カムリング７０が右方向に回動し、フィードバックピン９０が右方向に押されてカム位置検出穴８１の開口面積を減らす。これにより、第二カム圧力室８の圧力が回復し、カムリング７０を適正な位置へと押し戻す。
【００４４】
このようにしてカムリング７０に追従するフィードバックピン９０の端部によってカム位置検出穴８１の開口面積がフィードバック制御されるため、スプール８０に働く圧力バランスとカムリング７０の位置に対応してカムリング７０の駆動圧が調節され、常にカム位置検出穴８１の開口面積に対応したポンプ吐出流量特性が得られる。したがって、カムリング７０に作用する摩擦力や内部洩れあるいはポンプ吐出圧力等の運転条件が変化しても、カムリング７０の位置がずれることがなく、所期のポンプ吐出流量特性が得られる。
【００４５】
なお、スプール８０が右方向に変位してカム位置検出穴８１の面積を拡大する際、戻し通路１５に介装されたダンピングオリフィス１１５がカム位置検出穴８１を通って流出する作動油の流れに抵抗を付与することにより、カムリング７０がスプール８０の変位に追随して右方向に移動し過ぎることが抑えられ、カムリング７０の位置制御が安定化する。
【００４６】
第一スプール圧力室１７から出入りする作動油にダンピングオリフィス１１９が抵抗を付与することにより、カムリング７０に働く加振力によりスプール８０が変位しようとすると、第一スプール圧力室１７と第二スプール圧力室１８の圧力が急上昇して、スプール８０およびカムリング７０の振動が抑えられ、ベーンポンプ１から振動や騒音等の発生を防止できる。
【００４７】
ポンプ回転速度が所定値を超えてさらに上昇すると、スプール８０がピストン５４を介して流量検出オリフイス６２の開口面積を小さくし、ポンプ回転速度の上昇に伴ってポンプ吐出流量が次第に減少する。これにより、要求アシスト力が減少する車両の高速走行時にポンプ吐出量が過剰になることを防止できる。
【００４８】
車両のハンドルが切られているパワーステアリング装置の駆動負荷が高いときにベーンポンプから多くの作動油流量を供給する必要があるが、ハンドルが切られていない駆動負荷が低いときあるいはハンドルが切られているが駆動負荷が小さいときにはベーンポンプ１から多くの作動油流量を供給する必要がない。
【００４９】
パワーステアリング装置の駆動負荷に高まると、これに応じてベーンポンプ１のポンプ吐出圧が上昇する。そこで、ポンプ吐出圧が高まるのに応じて負荷感応弁５３を介してポンプ吐出流量を増やす制御を行う。これについて詳述すると、ピストン５４はその左側の端面に背圧室５５に導かれるタンク圧（大気圧）を受け、その右側の端面に第二スプール圧力室１８に導かれるポンプ吐出圧を受けているため、ポンプ吐出圧が上昇するのに伴って負荷感応スプリング５６を圧縮しながら左側に移動して流量検出オリフィス６２の開口面積を拡大する。流量検出オリフィス６２の開口面積を相対的に拡大することにより、流量検出オリフィス６２を流れるポンプ吐出流量が増えると同時に、流量検出オリフィス６２の前後差圧が小さくなり、スプール８０が左方向に変位する。これにより、カム位置検出穴８１の開口面積が小さくなり、第二カム圧力室８の圧力が上昇してカムリング７０が左方向に移動し、ポンプ吐出流量がさらに増加する。
【００５０】
このようにしてポンプ吐出圧が高い運転時は、図３に実線で示すように、ポンプ吐出流量が上昇し、パワーステアリング装置に発生するアシスト力を十分に確保できる。ポンプ吐出圧が低下するのに伴って、例えば図３に破線で示すように、ポンプ吐出流量が相対的に低下し、無駄なエネルギ消費を少なくする。
【００５１】
ポンプ吐出圧が所定値を超えてさらに上昇すると、リリーフバルブ３０が開弁して第二カム圧力室８の圧力を逃がすことにより、カムリング７０が図２において右方向に回動し、ポンプ吐出圧の上昇が抑えられる。リリーフバルブがポンプ吐出通路に接続される従来の構造に比べて、第二カム圧力室８に接続されるリリーフバルブ３０は、これを流れる作動油量が小さいため、弁機構の構造を簡素化して、コンパクト化がはかれる。
【００５２】
なお、この実施の形態ではスプール８０のカム位置検出穴８５によって第二カム圧力室８に導かれる駆動圧を調節しているが、第一カム圧力室７に導かれる駆動圧を調節するようにしてもよい。
【００５３】
また、本発明の負荷感応弁は、ベーンポンプに限らず、他の可変容量型ポンプ、例えばピストンポンプ等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すベーンポンプの断面図。
【図２】同じくスプール等の断面図。
【図３】同じくポンプ回転速度とポンプ吐出流量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１  ベーンポンプ
７  第一カム圧力室
８  第二カム圧力室
１１  ポンプ吐出通路
１３  吐出圧導入通路
１７  第一スプール圧力室
１８  第二スプール圧力室
１５  戻し通路
２４  ベーン
２６  カムスプリング
３０  リリーフバルブ
５０  ロータ
５３  負荷感応弁
５４  ピストン
５５  背圧室
５６  負荷感応スプリング
６０  ケーシング
６５  バルブ孔
７０  カムリング
８０  スプール
８９  バルブスプリング
９１  スプリング
８１  カム位置検出穴
９０  フィードバックピン
【図１】
0003739217.tif 000002
【図２】
0003739217.tif 000003
【図３】
0003739217.tif 000004