AT用ベーンポンプの開発

製品紹介

AT用ベーンポンプの開発
五１

味裕

希

表１

はじめに

今回紹介するAT注１）用ベーンポンプは，マツダ㈱殿が開発した新型SUV注２）に搭載される新型ATの変速機構の油圧源として使用されるものである．本製

ATとCVTの仕様差

形式

AT

CVT

変速方式

歯車

ベルト

必要油圧～2.1MPa～6.0MPa

品は，2021年12月より生産を開始している．
注 １ ）Automatic Transmission（自動変速機）のこと．

３

注 ２ ）Sport Utility Vehicle（スポーツ用多目的車）のこと．

２

ATユニットについて今回開発したベーンポンプが搭載されるATユニ ッ ト（写 真 １ ） は 厳 密 に は ス テ ッ プAT（以 下AT）であり，カヤバにてベーンポンプを開発し生産してきたCVT注３）とは動力伝達方式が異なる．そのため使用するポンプに要求される吐出圧力もATとCVTでは異なり，AT用は当社で初のラインナップとなる．表 １ にそれぞれのユニットの仕様を示す．
注 ３ ）Continuously Variable Transmission（無段階変速機）のこと．

開発したベーンポンプについて今回開発したベーンポンプは既存のCVT用の製品をベースとしているが，前述のようにAT用とCVT用ではポンプの要求仕様が異なるため，全ての仕様を一から見直しAT用に最適となるよう開発を行った．
まず，AT用は吐出圧力が低いため，必要な耐久性を確保しながら既存品と比較して最大限の低フリクション化を行い車両の燃費向上に貢献した．
また，ポンプの始動特性や車両の快適性に欠かせないNVH注４）などに関しても工夫を凝らし，要求された仕様を満足するよう最適設計を行った．
開発したベーンポンプの外観を写真 ２ ，仕様詳細を表 ２ に示す．

写真 １ ユニット外観※※マツダ株式会社の利用合意を受けています．
他への転載，転用を一切禁ずる．
写真 ２― 32 ―開発ベーンポンプ外観

カヤバ技報表２形式

平衡型ベーンポンプ

基本吐出量15.9cm3/rev

使用回転数～7,420rpm

使用圧力～2.1MPa

使用温度-40～165℃

生産拠点

日本

2023―4②カムリング薄型化③ベーン薄肉化開発したベーンポンプの仕様①については流量制御弁の作動圧力を低減すると圧力損失によるロストルクを削減することが出来る．
一方で流量制御弁は余剰流量を内部循環させることで，その流れの力を使い，吸込み性を向上させている（図 ２ ）が，作動圧力を低減すると内部循環させる油の圧力が下がってしまうため，キャビテーショ

注 ４ ）Noise，Vibration，Harshness（騒音・振動・ハーシュネス）のこと．

４第66号

性能改善アイテムの紹介

4. 1 容積効率の向上
今回開発したベーンポンプでは吐出圧力に合わせ各摺動部の隙間（クリアランス）の最適化すなわち縮小を実施した．クリアランスを縮小することによりポンプ内部のリーク量すなわち流量損失が減ることで，容積効率の向上につながる．背反として摺動部 の 焼 き 付 き の 発 生 な ど 耐 久 性 が 悪 化 す る が，FEM解析による変形量検討（図 １ ）と限界確認耐久試験により最適なクリアランス量を設定し，必要な耐久性を確保しながら容積効率を向上した．

ン耐性が下がってしまうデメリットがある．キャビテーションとは作動油中に溶解している空気が気泡として析出する現象で，その気泡の析出，消滅を繰り返すことで，構成部品に摩耗，損傷の影響を及ぼす．
対策として吸入油路であるカムリングの吸入部に“切り欠き”を採用し，吸入油路を拡大することで圧力損失を低下させ，吸込み性を向上させた（図 ３ ）．
②については基本吐出量を決めるカムリングの内径カーブを既存品よりも拡大したことでカムリングの幅を24％薄型化（図 ４ ）し，ベーンの受圧面積，摺動面積を小さくし摺動トルクを低減した．
③については当社で初となる最薄（従来比29％減）のベーンを採用し，更なる受圧面積，摺動面積の低減を行った（図 ５ ）．
これらの改善によりロストルクを低減し，同等の仕事量を行う既存品に対し，約20％ロストルクを削減し機械効率を向上することができた．

変形量
高

吸込み圧UP

低
既存品

開発品
図１

FEM解析例

4. 2 機械効率の向上
ベーンポンプの駆動トルクは理論トルクとロストルク（フリクション）の合計となっており，機械効率の改善には主にロストルクの削減が必要である．

流量制御弁の作動圧力⇒P1とP2の差圧
図２

ベーンポンプ内部の循環油路

主なロストルクの成分としては流量制御弁を作動するための圧力損失によるトルク注５）とベーン押付力による摺動トルクが挙げられる．この二種類のロストルクを削減するため，下記の改善を行った．
注 ５ ）流量制御弁内蔵タイプのポンプの場合

既存品①流量制御弁の作動圧力低減

図３― 33 ―

開発品
カムリングの仕様比較

AT用ベーンポンプの開発

角（ツノ）
既存品
開発品

24％薄型化

既存品

開発品
図６

既存品

開発品

図４

カムリング薄型化イメージ

ロータ形状

オイルシール

矢視図24％短縮

矢視29％薄肉化
既存品（同一基本吐出量比率）

開発品

図５

図７

ベーン薄肉化

オイルシール

4. 3 始動性の向上
前述のようにロストルク削減のためにベーンを薄肉化することによって押し付け力を低減していることから，始動性については不利となる．近年トランスミッション用ポンプに求められる始動性は自動車の機能向上の観点から短時化を要求されており，改善が必要であった．
今回開発したベーンポンプではロータの形状を変した．また，ベーン室とポートを繋ぎベーン室の圧力の立ち上げに寄与するノッチについてシミュレーションを用いてチューニングを行い（図 ９ ），常用回転時と高回転時の静粛性を向上した．
また，既存品ではサイドプレートAのみに設定していたノッチをサイドプレートBに追加することでベーン室への高圧油の供給量を増やし，高回転，高エア含有時における圧力の立ち上がり遅れを抑制し更し“角（ツノ）部”を無くすことでベーン飛び出し時の摺動抵抗を減らし（図 ６ ），さらにベーンを押し出す背圧とベーン摺動部のクリアランスを最適化することで低温始動性を向上し，従来品以上の始動キャビテーション発生対策を図った（図10）．
ポート・ノッチ形状最適化性を達成することが出来た．また，カバーにオイルシールを追加し気密性を向上させたことでポンプ停止時にポンプ内部の油が抜けることを防止でき，再始動時に油の吸い上げ時間が短縮したことで更なる始動性の向上が図れた（図 ７ ）．
4. 4 NVH改善
近年自動車の静粛性は年々向上しており，トランスミッションの静粛性の要求も高まっている．ポンプについてもNVH改善は必須事項である．
今回開発したベーンポンプではサイドプレートのポート形状をユニットの仕様環境に合わせて最適化（図 ８ ）し，吐出脈動を低減することで振動を抑制― 34 ―

図８

サイドプレート

ポート・ノッチカヤバ技報第66号

あったが，本開発に携わって頂いた関係者の多大なご協力により量産化することができた．
本開発にあたってご協力頂いたマツダ㈱殿のプログラム関係者をはじめ，関連協力業者，社内関係部
門の皆様にこの場を借りて深く感謝を申し上げます．

ポンプ内圧（ベーン室の圧力）の変化速度をシミュレーションにて予測しチューニングを行う．

図９

ベーン室内圧シミュレーション例

ノッチを追加

既存品

開発品
図10

５ノッチ追加まとめ

今回当社で初となるAT用ベーンポンプを開発し，下記の内容を実現した．
①AT用に最適化したベーンポンプを開発②従来品に対しロストルクを約20％低減③耐久性と低駆動トルク化の両立④始動性向上⑤低騒音化
また，既存品と開発品の傾斜展開図（図11）に，今回の開発で検討を行った内容を示す．

６2023―4

おわりに今回開発したAT用ベーンポンプはこれまで当社が開発してきた製品の中で経験の無いスペックで― 35 ―

AT用ベーンポンプの開発

既存品

開発品
オイルシール追加
薄型化
薄肉化
形状変更

クリアランス最適化

背圧最適化
ノッチ追加

ポート・ノッチ最適化□：効率向上□：始動性向上□：NVH改善
流量制御弁の作動圧力低減

図11

既存品と開発品の傾斜展開図― 36 ―

カヤバ技報

著

第66号

者 

五味裕希

2012年入社．オートモーティブコ
ンポーネンツ事業本部ステアリン
グ事業部ポンプ技術部所属．ベーンポンプの設計に従事．

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2023―4