JP2004003517A - 可変容量型ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

　【課題】　フローダウン特性を得る。
　【解決手段】　ロータの略放射方向に複数のベーンを出没自在に取り付け、ロータをカムリング内に収容する。カムリングの端部をピンによってポンプボディ１に枢支し、そのピンを中心としたカムリングの回動量を変えることによってカムリングとロータの偏心量を変える。カムリングの回動量を油圧で制御する制御機構１０を設ける。ポンプ吐出側の通路３０にオリフィス１２０ｂを設け、そのオリフィス１２０ｂを制御機構１０のシリンダ２１の内部に開口する共に、制御機構１０のピストン２２をオリフィス１２０ｂの前後差圧で作動させる。オリフィス１２０ｂはピストン２２によって開口面積を調整される。ポンプ回転速度が上昇すると、カムリングの回動と共にオリフィス１２０ｂの開口面積が小さくなり、作動油の吐出流量がポンプ回転速度の増加に伴って減少する。
　【選択図】　図１１

Description

　本発明は、自動車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に関する。

　一般に、ベーンポンプは、駆動回転するロータに複数のベーンが略放射方向に出没自在に取り付けられ、このロータがカムリング内で回転すると、各ベーンがカムリングの内側カム面に摺接して出没動作を繰り返し、それによって隣接するベーン間の容積を増減させてポンプ作用を為すようになっている。そして、このうち可変容量型のベーンポンプの場合、ロータの回転中心と内側カム面の中心とが互いに偏心可能に構成されていて、その偏心量を制御することによって隣接するベーン間の容積の変化率を変え、それによって作動油の吐出流量を調整するようになっている。

　ところで、この種のポンプを自動車のパワーステアリング装置等に用いる場合、高速走行時においては大きな油圧アシスト力を必要としないため、エンジンが高速回転になったときにその回転速度の上昇に伴って作動油の吐出流量が極端に大きくならないことが望ましい。このため、これに対処すべく可変容量型ベーンポンプとして、カムリングをロータの外周面に対して離接方向に変位出来るようにポンプボディに取り付ける一方で、ポンプ吐出側通路に固定オリフィスを介装し、ポンプ回転速度に比例して変化するこの固定オリフィスの前後差圧で前記カムリングの偏心量を制御するようにしたものが案出されている。尚、このポンプにおいて、カムリングの偏心量を制御する制御機構は、固定オリフィスの前後差圧の増大に伴って偏心量が縮小する方向にカムリングを変位させるようになっており、それによって吐出流量の増大を抑えている。
特開昭５９−１５９７９３号公報 特開昭５７−６２９８６号公報

　この従来の可変容量型ベーンポンプの場合、固定オリフィスの前後差圧でカムリングの偏心量を制御するようにしているため、作動油の吐出流量はポンプ回転速度が設定値以上になったところでほぼ一定に保たれることとなる（図１７参照）。しかし、自動車のパワーステアリング装置等に採用するポンプの流量特性としては、ポンプ回転速度の上昇と共に作動油の吐出流量が積極的に減少する所謂フローダウン特性が望まれており、上記可変容量型ベーンポンプにおいてもこの点の改良が期待されている。

　そこで本発明は、上記フローダウン特性を得ることが出来る可変容量型ベーンポンプを提供しようとするものである。

　上述した課題を解決するための手段として、本発明は、略放射方向に複数のベーンを出没自在に取り付けたロータと、このロータを内部に収容し、支点を中心に揺動することで内側カム面がロータの外周面に対して離接可能なカムリングと、前記ロータの回転に応じたポンプ作用が為される部分と吐出ポートとを接続する通路中に設けられたオリフィスと、このオリフィスの前後差圧が導入され、このカムリングの偏心量を制御する制御機構と、を備えた可変容量型ベーンポンプにおいて、前記オリフィスは、前記カムリングに連係されるピストンが収容されるシリンダ内部に開口し、このピストンの軸方向移動に応じてピストンがオリフィスの開口面積を変化させる可変オリフィスとした。

　この発明の場合、ポンプ回転速度が上昇すると、それに伴って可変オリフィスの開口面積が減少して可変オリフィスの前後差圧が増大する傾向となる。このため、ポンプ回転速度の上昇と共に制御機構によるカムリングの作動が大きくなり、作動油の吐出流量はこれと共に減少する。

　以上のように本発明は、カムリングの偏心量を制御するポンプ吐出側通路のオリフィスを、ポンプ回転に応じて開口面積が変化する可変オリフィスとしたため、ポンプ回転速度が上昇すると、それに伴って可変オリフィスの開口面積が減少し、作動油の吐出流量がポンプ回転速度と比例的に減少するようになる。したがって、本発明によれば所謂フローダウン特性を容易に得ることが出来る。

　次に、本発明の実施の形態について説明するが、その前に図１〜図１０に示す二つの参考例について説明する。

　まず、図１〜図７に示す第１の参考例について説明する。

　図面において、１は、ポンプボディであり、このポンプボディ１は（図２参照）、フロントボディ１ａ、センターボディ１ｂ、サイドプレート１ｃ及びリヤカバー１ｄから構成されている。ポンプボディ１には駆動軸２が回転可能に支持され、この駆動軸２にロータ３が一体回転可能に支持結合されている。ロータ３は、その外周側に略放射状に複数のスロット４が形成されていて、その各スロット４にベーン５が出没自在に収容されている。

　６は、前記ロータ３を内部に収容するカムリングであり、このカムリング６には前記各ベーン５の先端が摺接する円形状の内側カム面６ａが設けられている。カムリング６は、ポンプボディ１の内部空間に収容され、その一端部（図中上端部）がピン７を介してフロントボディ１ａ及びリヤカバー１ｄに回動可能に支持されており、他端部（図中下端部）には回動操作用のアーム８が半径方向外方へ向かって延設され、このアーム８の先端部が連結ピン９を介して後述する制御機構１０に連係されるようになっている。また、カムリング６の内側カム面６ａの中心Ｏ’はロータ３の回転中心Ｏに対し常態において所定量偏心するようになっており、このベーンポンプは、このように両中心Ｏ’、Ｏが偏心しているために、ベーン５の先端を内側カム面６ａに摺接させつつロータ３が回転すると、ベーン５がスロット４内で出没動作を繰り返し、それによって隣接するベーン５、５間の容積を増減させて連続的にポンプ作用を行う。尚、内側カム面６ａとロータ３の偏心量はピン７を中心としたカムリング６の回動によって調整されるようになっている。

　１１、１２は、フロントボディ１ａとリヤカバー１ｄのロータ３側の側面に円弧状に形成された吸入溝と吐出溝であり、これら吸入溝１１と吐出溝１２は、カムリング６内の吸入領域ａと吐出領域ｂに臨む一方で、リヤカバー１ｄに形成された吸入ポート１３と吐出ポート１４に夫々連通している。また、１５、１６は、フロントボディ１ａとサイドプレート１ｃのロータ３側の側面に円弧状に形成された油圧導入溝であり、この各油圧導入溝１５、１６はロータ３のスロット４の底部に臨む一方で、通路１７、１８を介して前記吐出領域ｂ（吐出溝１２）に連通している（図１、図４参照）。また、油圧導入溝１６と吐出領域ｂ（吐出溝１２）を連通する通路１８には後に詳述する可変オリフィス２０が介装されており、ポンプ回転に伴ってこの可変オリフィス２０の前後に差圧が生じるようになっている。つまり、各ベーン５はスロット４内の出没動作に伴い、一方の油圧導入溝１５の作動油をスロット４の底部側に吸い込み、その作動油を他方の油圧導入溝１６に吐出するポンプ作用を行うため、通路１８に介装した可変オリフィス２０の前後にはポンプ回転に応じた差圧が生じる。

　一方、制御機構１０は、フロントボディ１ａに形成されたシリンダ２１と、このシリンダ２１の内部を第１液室２１ａと第２液室２１ｂとに画成するピストン２２と、このピストン２２を第１液室２１ａ方向に付勢するスプリング２４とを備えており、ピストン２２の略中央部側面には係合孔２５が形成され、この係合孔２５に前記カムリング６の連結ピン９が挿入されている。したがって、前記カムリング６はこのピストン２２の作動に連動してロータ３に対する偏心回動量を変えるようになっている。また、シリンダ２１の第１液室２１ａは前記他方の油圧導入溝１６に分岐通路２６を介して連通し、第２液室２１ｂは前記一方の油圧導入溝１５に分岐通路２７を介して連通している。

　また、前記可変オリフィス２０は、図３〜図６に示すように通路１８に並列に設けられた第１オリフィス２０ａと第２オリフィス２０ｂとから構成され、これら両オリフィス２０ａ、２０ｂの一端が吐出領域ｂ（吐出溝１２）に臨んでいる。そして、このうち第２オリフィス２０ｂはカムリング６の回動に伴ってカムリング６の外周側側面によって閉塞されるようになっており、それにより、可変オリフィス２０の総開口面積がカムリング６の回動に連動して変化するようになっている。ここで、カムリング６の回動はポンプ回転速度に応じた可変オリフィス２０の前後差圧によって決定されるため、可変オリフィス２０の開口面積はポンプ回転に応じて変化する。

　尚、図１中３０は、作動油を貯留するオイルタンクを示し、３１は、吐出圧の上昇を規制するリリーフ弁を示す。また、この参考例においては、カムリング６内の吐出領域ｂから吐出ポート１４までの通路と、通路１７、１８、油圧導入溝１５、１６等がポンプ吐出側通路を構成している。

　以上の構成において、ロータ３が駆動軸２と共に図１、図３の矢印方向（反時計方向）に回転すると、各ベーン５が内側カム面６ａに摺接しつつスロット４内で出没動作を繰り返し、それによって隣接するベーン５、５間の容積を増減させて吸入領域ａから吐出領域ｂに作動油を送り出す。こうして吐出領域ｂに送り出された作動油は、吐出ポート１４に吐出される一方で通路１７から油圧導入溝１５に導入され、油圧導入溝１５に導入された作動油はベーン５の底部によるポンプ作用によって油圧導入溝１６に吐出される。油圧導入溝１６、１５の各油圧は分岐通路２６、２７を通して制御機構１０の第１液室２１ａと第２液室２１ｂに導入され、ピストン２２の両端部に作用する。

　ここで、ポンプ回転速度が小さい間は、可変オリフィス２０の前後差圧が小さいために、制御機構１０のピストン２２はスプリング２４の力によって第１液室２１ａ側に付勢され、カムリング６を図１、図３に示すようにロータ３に対して最大に偏心させた状態となっている。このとき、可変オリフィス２０を構成する第２オリフィス２０ｂは、図５に示すようにカムリング６内の吐出領域ｂに完全に開口し、可変オリフィス２０の総開口面積は最大となっている。この状態でポンプ回転速度が上昇すると、その回転速度が設定値Ｐ₁に達するまでポンプ回転速度に略比例して吐出流量が増大する（以下、図７参照）。

　そして、この状態からポンプ回転速度が設定値Ｐ₁以上に上昇すると、可変オリフィス２０の前後差圧が制御機構１０のスプリング２４の力に打ち勝ち、ピストン２２が可変オリフィス２０の前後差圧に応じて変位するようになる。すると、これによりカムリング６が可変オリフィス２０の前後差圧に応じて回動して、カムリング６とロータ３の偏心量が減少方向に調整され、作動油の吐出流量は、ポンプ回転速度が設定値Ｐ₂に達するまでほぼ一定になるように制御される。

　さらに、この状態からポンプ回転速度が設定値Ｐ₂以上に上昇すると、カムリング６の回動量の増大により、カムリング６の外周側側面が第２オリフィス２０ｂを次第に閉塞するようになる。このため、可変オリフィス２０の総開口面積はポンプ回転速度の上昇に伴って次第に減少し、可変オリフィス２０の前後差圧はより増大する傾向となる。この結果、カムリング６とロータ３の偏心調整量が次第に大きくなり、作動油の吐出流量は、ポンプ回転速度の上昇と比例的に減少するように制御される。そして、ポンプ回転速度が設定値Ｐ₃以上になると、カムリング６の外周側側面が第２オリフィス２０ｂを完全に閉塞するようになり、作動油の吐出流量はほぼ一定になるように制御される。

　この可変容量型ベーンポンプは、以上で作用を述べたようにポンプ回転速度が設定値Ｐ₂以上になったところで作動油の吐出流量が次第に減少するようになるため、自動車のパワーステアリング装置に使用した場合には、エンジンの低速回転時に大アシスト力を得ることが出来、高速回転時にはそのアシスト力を小さくすることが出来る。したがって、このベーンポンプを使用すれば、低速走行時における操作性の向上と、高速走行時における操縦安定性の向上の両立が可能である。

　尚、以上の参考例では、可変オリフィス２０を第１オリフィス２０ａと第２オリフィス２０ｂとによって構成するようにしたが、第２オリフィス２０ｂの開口面積を広げて第１オリフィス２０ａを廃止することも可能である。

　また、以上の参考例においては、圧力導入溝１６と吐出領域ｂを連通する通路１８に可変オリフィス２０を介装するようにしたが、吐出領域ｂと吐出ポート１４を連通する通路に直接可変オリフィス２０を介装するようにしても良い。以下、このタイプの可変容量型ベーンポンプを第２の参考例として図８〜図１０に基づいて簡単に説明する。尚、図１〜図６に示した第１の参考例と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省略するものとする。

　この可変容量型ベーンポンプにおいては、吐出領域ｂと吐出ポート１４を連通する通路４０に第１オリフィス２０ａと第２オリフィス２０ｂが並列に設けられ、これら第１、第２オリフィス２０ａ、２０ｂによって可変オリフィス２０が構成されている。両オリフィス２０ａ、２０ｂの一端は吐出領域ｂに夫々並列に開口し、このうちの第２オリフィス２０ｂがカムリング６の回動に伴ってカムリング６の外周側側面によって閉塞されるようになっている。

　したがって、このベーンポンプの場合にも上記第１の参考例と同様にポンプ回転速度の小さい間は第１、第２オリフィス２０ａ、２０ｂが吐出領域ｂに開口して作動油の吐出流量が大きくなっているが、ポンプ回転速度が大きくなると第２オリフィス２０ｂ側が次第に閉塞されて吐出流量が小さく抑えられる。

　つづいて、本発明の第１の実施形態を図１１〜図１３に基づき、図７を参照しつつ説明する。尚、以下で説明する各実施形態については、第１の参考例と同一部分に同一符号を付し、重複する部分については説明を省略するものとする。

　この可変容量型ベーンポンプは、吐出側通路に介装する可変オリフィス１２０だけが第１の参考例のものと異なり他の部分は同一構成となっている。

　このベーンポンプの場合、高圧側の油圧導入溝１６と吐出領域ｂ（吐出溝１２）とを連通する通路１８に第１オリフィス１２０ａが設けられる一方で、フロントボディ１ａに、低圧側の油圧導入溝１５とシリンダ２１の側部とを連通するバイパス通路３０が形成され、このバイパス通路３０のシリンダ２１に臨む端部に第２オリフィス１２０ｂが設けられている。そして、シリンダ２１内に収容されるピストン２２には、環状溝３１と、この環状溝３１と第１液室２１ａとを連通する通路３２が形成されており、ピストン２２が初期状態にある場合（図中右側にある場合）に第２オリフィス１２０ｂが環状溝３１に開口し、ピストン２２が初期状態から所定量変位すると、第２オリフィス１２０ｂがピストン２２の外周面によって閉塞されるようになっている。したがって、この第１オリフィス１２０ａと第２オリフィス１２０ｂから成る可変オリフィス１２０の総開口面積はピストン２２の変位に連動して変化する。ここで、ピストン２２の変位はポンプ回転速度に応じた可変オリフィス１２０の前後差圧によって決定されるため、可変オリフィス１２０の開口面積はポンプ回転に応じて変化する。

　このベーンポンプは以上のような構成であるため、ポンプ回転速度が小さく、可変オリフィス１２０の前後差圧が小さい間は、ピストン２２が図１１、図１２に示すように初期位置に維持され、カムリングをロータに対して最大に偏心させた状態となっている。このとき、第２オリフィス１２０ｂは同図に示すように環状溝３１に完全に開口し、第１オリフィス１２０ａと第２オリフィス１２０ｂの開口面積を合わせた可変オリフィス１２０の総開口面積は最大となっている。この状態でポンプ回転速度が上昇すると、その速度が設定値（図７における設定値Ｐ₁）に達するまでポンプ回転速度に略比例して吐出流量が増大する。

　この状態からポンプ回転速度が設定値（図７におけるＰ₁）に達すると、可変オリフィス１２０の前後差圧がスプリング２４の力に打ち勝ち、ピストン２２がこの前後差圧に応じて初期位置から僅かに変位する。この結果、カムリングが可変オリフィス１２０の前後差圧に応じて回動し、ポンプ回転速度が次の設定値（図７におけるＰ₂）に達するまで作動油の吐出流量がほぼ一定に制御される。

　そして、さらにこの状態からポンプ回転速度が次の設定値（図７におけるＰ₂）以上に上昇すると、ピストン２２が第２オリフィス１２０ｂを次第に閉塞し、可変オリフィス１２０の総開口面積が減少するようになる。この結果、可変オリフィス１２０の前後差圧がより増大する傾向となり、カムリングとロータの偏心調整量が大きくなって、作動油の吐出流量がポンプ回転速度の上昇と比例的に減少するように制御される。そして、ポンプ回転速度がさらに次の設定値（図７におけるＰ₃）以上になると、図１３に示すようにピストン２２が第２オリフィス１２０ｂを完全に閉塞するようになり、作動油の吐出流量はほぼ一定になるように制御される。

　さらに、本発明の第２の実施形態を図１４〜図１６に基づいて説明する。

　この可変容量型ベーンポンプの場合、シリンダ２１の端部を閉塞する蓋部材５０が第１液室２１ａに臨むように設けられており、この蓋部材５０に、先端側が第１液室２１ａに開口し、かつ底部側が通路５１を通して吐出領域ｂ（吐出溝１２）に連通するプラグ装着穴５２が形成され、このプラグ装着穴５２に、リング状のオリフィスプラグ５３が取り付けられている。尚、第１液室２１ａは、通路５４を通して高圧側の油圧導入溝１６に連通している。また、ピストン２２の第１液室２１ａに臨む底面には、前記オリフィスプラグ５３の孔５３ａに遊挿されるニードル５５が突設されている。このニードル５５は、基部側の小径部５５ａと、先端部側の大径部５５ｂと、これら小径部５５ａと大径部５５ｂを結ぶテーパ部５５ｃとから構成され、ピストン２２の変位に伴ってオリフィスプラグ５３の孔５３ａとの隙間を変化させるようになっている。この実施形態の場合、このニードル５５とオリフィスプラグ５３が本発明の要部を成す可変オリフィス２２０を構成し、この可変オリフィス２２０の前後差圧によってピストン２２を作動させ、それによってカムリングの偏心量を調整するようになっている。また、この実施形態の場合にも、ピストン２２の変位はポンプ回転速度に応じた可変オリフィス２２０の前後差圧によって決定されるため、可変オリフィス２２０の開口面積はポンプ回転に応じて変化する。

　このベーンポンプは以上のような構成であるため、ポンプ回転速度が小さく、可変オリフィス２２０の前後差圧が小さい間は、ピストン２２が初期位置にあり、カムリングをロータに対して最大に偏心させている。このとき、図１４に示すように、オリフィスプラグ５３の孔５３ａ内にはニードル５５の小径部５５ａが位置されるため、可変オリフィス２２０の開口面積は最大となっており、作動油の吐出流量はポンプ回転速度と共に増大する。そして、この状態からポンプ回転速度が設定値（図７におけるＰ₁）に達すると、ピストン２２が可変オリフィス２２０の前後差圧に応動してカムリングの偏心量を調整し、作動油の吐出流量は、ポンプ回転速度が次の設定値（図７におけるＰ₂）に達するまでほぼ一定に制御される。

　この状態からポンプ回転速度が次の設定値（図７におけるＰ₂）以上になると、図１５に示すようにピストン２２の移動と共にニードル５５のテーパ部５５ｃがオリフィスプラグ５３の孔５３ａ内に位置されるようになる。このため、可変オリフィス２２０の開口面積がピストン２２の移動に伴って減少して可変オリフィス２２０の前後差圧がより増大する傾向となる。したがって、このときロータに対するカムリングの偏心調整量が大きくなり、作動油の吐出流量はポンプ回転速度の上昇と比例的に減少するように制御される。

　そして、この状態からポンプ回転速度がさらに次の設定値（図７におけるＰ₃）以上になると、図１６に示すようにニードル５５の大径部５５ｂがオリフィスプラグ５３の孔５３ａ内に位置されるようになって可変オリフィス２２０の開口面積が最小になり、作動油の吐出流量はほぼ一定になるように制御される。

　この可変容量型ベーンポンプは上記のように所謂フローダウン特性を得ることができることに加え、可変オリフィス２２０を、テーパ部５５ｃを有するニードル５５とオリフィスプラグ５３とによって構成するようにしたことから、可変オリフィス２２０の設定の自由度が高いという利点がある。つまり、可変オリフィス２２０の特性を変更する場合には、ニードル５５やオリフィスプラグ５３を別仕様のものに取り替えるだけ良く、特に、ポンプ回転速度の上昇に対する吐出流量の減少の割合はテーパ部５５ｃの傾斜の異なるニードル５５と取り替えることによって容易に変更することができる。また、オリフィスプラグ５３は、成形後に蓋部材５０に組み付けるもので、その加工が容易であるため、孔５３ａの軸長を短くして作動油の温度変化による特性変化を無くすことができる。

第１の参考例を示す可変容量型ベーンポンプの概略図。 同参考例を示す断面図。 同参考例を示す一部を断面にした図２のＡ矢視端面図。 同参考例を示す一部を断面にした図２のＢ矢視端面図。 同参考例を示す図３の部分拡大図。 同参考例を示す図３の部分拡大図。 同参考例のベーンポンプのポンプ特性を示すグラフ。 第２の参考例を示す可変容量型ベーンポンプの概略図。 同参考例を示す図３に対応の端面図。 同参考例を示す図３に対応の端面図。 本発明の第１の実施形態を示す図４に対応の端面図。 同実施形態の要部を示す拡大断面図。 同実施形態の要部を示す拡大断面図。 本発明の第２実施形態を示す図４に対応の端面図。 同実施形態の要部を示す拡大断面図。 同実施形態の要部を示す拡大断面図。 従来のベーンポンプのポンプ特性を示すグラフ。

符号の説明

３…ロータ
５…ベーン
６…カムリング
１０…制御機構
１２０、２２０…可変オリフィス

Claims (1)

1. 　略放射方向に複数のベーンを出没自在に取り付けたロータと、
   　このロータを内部に収容し、支点を中心に揺動することで内側カム面がロータの外周面に対して離接可能なカムリングと、
   　前記ロータの回転に応じたポンプ作用が為される部分と吐出ポートとを接続する通路中に設けられたオリフィスと、
   　このオリフィスの前後差圧が導入され、このカムリングの偏心量を制御する制御機構と、を備えた可変容量型ベーンポンプにおいて、
   　前記オリフィスは、前記カムリングに連係されるピストンが収容されるシリンダ内部に開口し、このピストンの軸方向移動に応じてピストンがオリフィスの開口面積を変化させる可変オリフィスとしたことを特徴とする可変容量型ベーンポンプ。
   

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