JP2007278258A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーン部から送り出される作動流体を全量有効利用できて大流量を要求する流体圧作動機器に対応可能でトルク損失の発生が少なく、かつ、吸い込み不足によるキャビテーションの発生を防ぐことのできるベーンポンプを提供する。
【解決手段】作動流体をベーン部７で加圧して送り出すベーンポンプ１０であって、戻し口１から流入する戻り作動流体ＱＲを絞り弁４で絞って加速し、この加速された戻り作動流体ＱＲにより吸引口３からの作動流体ＱＴを吸引させて、これらの戻り作動流体ＱＲとタンクからの作動流体ＱＴとがベーン部７に送り込まれるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のスタビライザの捩じり剛性制御装置（以下、「アクティブスタビライザ」という。）に代表される、油圧を含めた流体圧作動機器に作動流体を供給するベーンポンプに関する。

通常、この種のベーンポンプは、回転に応じて出入りする複数のベーンを備えたロータと、このロータを収容するカムリングとから構成されるベーン部により、作動流体を高圧に加圧して送り出すものであるが、高速回転時の吸い込み側の負圧により発生するキャビテーションを防止するために流量制御弁を備えている。

図５（ａ）は、流量制御弁を備え、本発明の背景技術となるベーンポンプの一例を軸中心で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。

このベーンポンプ２０は、流量制御弁１１、ポンプで加圧された作動流体を送り出す送出通路１９及び送出口１２、タンク（不図示）からポンプに送り込むべき作動流体を吸引する吸引口１３及び送出口１２から吸引通路１３ｂへの還流路１４を備えている。

ベーンポンプ２０は、加えて、ポンプ機能の根幹である、ロータ１７ａ、ロータ１７に対して出入り可能に収容された複数のベーン１７ｂ、ロータ１７ａから突出したベーン１７ｂが当接する内周面を形成するカムリング１７ｃ、ロータ１７ａ等の両側を規制するカバー１８ａ、サイドプレート１８ｂ及びこれらを収容する本体１８を備え、ベーンポンプとしての機能を発揮する。

ロータ１７ａ、ベーン１７ｂ、カムリング１７ｃをまとめてベーン部１７とするが、このベーン部１７のポンプ機能については、通常のベーンポンプと変わる所はないので、詳細な説明を省略する。

流量制御弁１１の先端には、送出口１２の流路を絞る絞り弁１５が設けられている。

流量制御弁１１は、常時、自動車のエンジン等から回転力を受けて回転するロータ１７ａにより送出口１２に排出される作動流体が、その供給をうける油圧作動機器に、必要に応じて適圧適量だけ供給されるように制御している。

この際、余剰分の作動流体は、図５（ａ）、（ｂ）で還流Ｑとして示すように、送出口１２から吸引口１３へ還流路１４を通って還流し、この還流Ｑにより高速回転時のベーン部１７への吸い込み不足を補って、負圧の発生を防ぎ、キャビテーションの発生を防いでいる。

このベーンポンプ２０は、流量制御弁１１を備えて、上記機能を発揮するものであるが、ベーン部１７から送り出された作動流体の一部が還流Ｑとなり、油圧作動機器に全量供給されるものではないので、効率も悪く、作動流体を常時多量に要請するような油圧作動機器には不向きなものであった。

また、流量制御弁１１の上記機能を発揮するためには、絞り弁１５が必須であるが、この絞り弁１５によって、トルク損失が発生しており、この問題の解決も望まれていた。

一方、キャビテーションの発生を防止する方法として、戻りの作動流体をノズルで加速してタンク内に戻す方法を提案しているものがある。

図６は、そのような、本発明の背景技術となるベーンポンプの他例を示す要部断面図であり、特許文献１に記載されたものである。

このベーンポンプ３０は、流量制御弁２１、吸引口２３、ベーン部２７及び本体２８を備えて、図５のベーンポンプ２０と同様の機能を有するものであるが、更に、直近に作動流体を貯留するタンク３１を備えている。

タンク３１は、このタンク３１からポンプ３０の吸引口２３に作動流体を送る導出口３１ｂと、この導出口３１ｂに向かうように、戻ってきた作動流体を絞って噴出させるノズル３１ａとを備えている。

このベーンポンプ３０は、上記の構成により、戻りの作動流体をノズル３１ａで加速してタンク３１内に戻して、吸引口２３への作動流体の吸い込みを推進し、キャビテーションの発生を防止している。

しかしながら、このベーンポンプ３０においても、依然として、流量制御弁２１は残存しているので、上記したトルク損失があるとともに、常時ベーン部２７から送り出される作動流体の多くを用いるべき流体圧作動機器での使用には適さない、という問題は残存していた。

また、戻りの作動流体は、ポンプ３０の吸引口２３からはより遠い、タンク３１側の導出口３１ｂに供給されるので、その加速効果も、ポンプ３０としては間接的なものとなっており、更に、車両振動時におけるタンク３１内での作動流体への空気の混入の問題も考えられた。

加えて、このベーンポンプ３０では、加速効果を考慮した導出口３１ｂの取り回し上、タンク３１を直近に設置しなければならず、その分、ポンプ３０の設計の自由度が小さくなっていた。

更に、せっかく、吸い込みを推進しても、吸引口２３の軸線上に流量制御弁２１が配置される関係上、吸い込み推進後に流出方向が直角に曲げられることとなっているので、加速効果が大幅に低下してしまうといった問題もあった。
特許第３７１７８５０号公報（図４）

本発明は、上記問題を解決しようとするもので、ベーン部から送り出される作動流体を全量有効利用できて大流量を要求する流体圧作動機器に対応可能で絞り弁によるトルク損失が発生することなく、かつ、吸い込み不足によるキャビテーションの発生を防ぐことのできるベーンポンプを提供することを目的としている。

本発明のベーンポンプは、作動流体をベーン部で加圧して送り出すベーンポンプであって、タンクから前記ベーン部に送り込むべき作動流体を吸引する吸引口と、該ベーン部で加圧した作動流体を送り出す送出口とに加え、該送出口から送り出され使用されて戻ってきた作動流体を受け入れる戻し口を備え、該戻し口から流入する戻り作動流体を絞って加速し、この加速された戻り作動流体により前記吸引口からの作動流体を吸引させて、これらの戻り作動流体とタンクからの作動流体とが前記ベーン部に送り込まれるようにしたことを特徴とする。

本発明のベーンポンプは、戻し口から流入する戻り作動流体を絞って加速し、この加速された戻り作動流体により前記吸引口からの作動流体を吸引させて、これらの戻り作動流体とタンクからの作動流体とがベーン部に送り込まれるようにしたので、ベーン部から送り出される作動流体を全量有効利用できて大流量を要求する流体圧作動機器に対応可能で絞り弁によるトルク損失が発生することなく、かつ、吸い込み不足によるキャビテーションの発生を防ぐことができる。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１（ａ）は、本発明のベーンポンプの一例を軸中心で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。

図１のベーンポンプ１０は、自動車などのアクティブスタビライザなどに作動流体を供給する際に用いるものであって、タンク（不図示）からベーン部７に送り込むべき作動流体を吸引する吸引口３と、ベーン部７で加圧した作動流体を送り出す送出口２とに加え、送出口２から送り出され使用されて戻ってきた作動流体を受け入れる戻し口１を備えていることを第１の特徴とする。

また、このベーンポンプ１０は、戻し口１から流入する戻り作動流体を戻し通路１ａに設けた絞り弁４で絞って加速し、この加速された戻り作動流体により吸引口３からの作動流体を吸引させて、これらの戻り作動流体とタンクからの作動流体とが管路３ａ、３ｂによりベーン部７に送り込まれるようにしたことを第２の特徴とする。

ベーンポンプ１０は、加えて、ポンプ機能の根幹である、ロータ７ａ、ロータ７ａに対して出入り可能なベーン７ｂ、ロータ７ａから突出したベーン７ｂが当接する内周面を形成するカムリング７ｃ、ロータ７ａ等の両側を規制するカバー８ａ、サイドプレート８ｂ、これらを収容する本体８を備え、ベーンポンプとしての機能を発揮する。

ロータ７ａ、ベーン７ｂ、カムリング７ｃをまとめてベーン部７とするが、このベーン部７のポンプ機能については、背景技術である図５のベーンポンプ２０と同様に、通常のベーンポンプと変わる所はないので、詳細な説明を省略する。

ここで、このベーンポンプ１０の特徴である戻し口１、送出口２、吸引口３、絞り弁４等について、より詳しく説明する。

まず、このベーンポンプ１０では、送出口２には、従来設けられていたような流量制御弁がなく、送出口２からは、ベーン部７から送り出された高圧の作動流体ＱＯが全量、図示しない送出通路を介して、この送出口２に接続された流体圧作動機器（不図示）に供給される。

この点は、図１（ｂ）において、送出口２と吸引口３との間が連通せず、背景技術である図５のベーンポンプ２０にあったような還流路１４が無い点でも確認できる。

したがって、このベーンポンプ１０によれば、作動流体が効率よく利用され、アクティブスタビライザなど大流量の作動流体を要求する流体圧作動機器にも対応可能である。

また、このベーンポンプ１０においては、上述したように、流量制御弁がないので、それに伴い、背景技術において説明したように、送出口２から送り出される作動流体ＱＯを絞るような絞り弁もなく、ベーンポンプ１０の駆動トルクの損失をなくすことができる。

戻し口１は、戻し通路１ａに設けた絞り弁４を介して吸引口３が開口する管路３ａに連通しており、この管路３ａはカバー８ａに設けられ、ベーン部７に作動流体を送り込む管路３ｂに通じている。

よって、図示したように、戻り作動流体ＱＲは、絞り弁４で絞られて、その流速を増し、その状態で、吸引口３付近の管路３ａを通過するので、吸引口３付近に負圧を発生させ、タンクから作動流体を吸引させる。

そして、このタンクから吸引された吸引作動流体ＱＴと、戻り作動流体ＱＲとは、共に、管路３ａ、３ｂを通過して、ベーン部７に送り込まれる。

したがって、このベーンポンプ１０によれば、高速回転の場合でも、送り出され、戻ってきた戻り作動流体ＱＲに加え、必要に応じて、タンクからの吸引作動流体ＱＴが、ポンプ１０に送り込まれてくるので、吸引側が負圧になることがなく、キャビテーションの発生を防ぐことができる。

つまり、ベーンポンプ１０によれば、ベーン部７から送り出される作動流体を全量有効利用できて大流量を要求する流体圧作動機器に対応可能で絞り弁によるトルク損失が発生することなく、かつ、吸い込み不足によるキャビテーションの発生を防ぐことができる。

なお、このベーンポンプ１０においては、管路３ａに対して、戻し口１から絞り弁４を通過して加速された戻り作動流体ＧＲと、これによって吸引される吸引作動流体ＱＴとは、直線状の管路３ａを通過するので、流路抵抗による損失が少なく、より効率的に加速され、ベーン部７に供給される。

また、戻し口１、絞り弁４、吸引口３、管路３ａ、３ｂは同じポンプ１０内にあって、相互に近接しており、それだけ効率が良くなる。

更に、ポンプ１０に、必ずしも、タンク（不図示）を近接させる必要がなく、ベーンポンプ１０単体でその配置を考えることができ、設計の自由度が高くなる。

図２は、図１のベーンポンプを用いた流体圧作動機器を示す流体圧回路図である。なお、これより既に説明した部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

この流体圧回路図は、自動車のローリングなどを防止するためのアクティブスタビライザＳＴを示すもので、自動車のエンジンＥＮＧで回転されるベーンポンプ１０、ベーンポンプ１０の吸引口３に接続されたタンクＴ、ベーンポンプ１０の送出口２から戻し口１までの管路に並列に設けられた圧力制御弁ＰＶ、逆止弁ＧＶ、方向切替弁ＤＶ、及び、この方向切替弁ＤＶの出力側に接続された片ロッドタイプの流体圧シリンダＣＹを備えている。

一例の構造としては、流体圧シリンダＣＹのシリンダ側、ロッド側のいずか一方がスタビライザ、他方がスタビライザから突出配置したリンクに連結され、この流体圧シリンダＣＹで、車体のロールを制御して、アクティブスタビライザＳＴとしての機能を発揮するものである。

ベーンポンプ１０は、このようなアクティブスタビライザＳＴの一部として用いられた場合に、大流量の作動流体を要求に応じて供給し、なおかつ、キャビテーションを発生させず、アクティブスタビライザＳＴの機能を十全に発揮させることができる。

なお、この例のように、ベーンポンプ１０を片ロッドタイプの流体圧シリンダＣＹへの作動流体の循環供給に用いた場合、シリンダＣＹが伸びる場合と、縮む場合とで、循環する作動流体に過不足が生じるが、不足する場合には、タンクＴから必要な作動流体が吸引口３を介して吸引され、また、過剰の場合には、余剰の作動流体が吸引口３を介してタンクＴに戻されるので、その点でも、本発明のベーンポンプ１０は適している。

また、本発明のベーンポンプ１０を用いる場合、送出口２から送り出される作動流体ＱＯの全量が戻り作動流体ＧＲとなるのが原則であるが、流体圧作動機器の種類によっては、その作動機器内の他用途のために、作動流体ＱＯの一部を活用した方が良い場合があり、このような目的のために使用された作動流体は、ドレン回路などの別の回路を用いて、タンクＴに戻されることがある。

したがって、そのような場合には、送り出される作動流体ＱＯの全量が戻り作動流体ＧＲとならない場合もあるが、流体圧作動機器側で有効利用されている点には変わりは無い。

図３は、本発明のベーンポンプの他例の断面図であって、この断面図は、その他例のベーンポンプにおける図１（ｂ）と同じ部分の断面図である。図４は、図３のベーンポンプを用いた流体圧作動機器を示す流体圧回路図である。

このベーンポンプ１０Ａは、図１のベーンポンプ１０に比べ、絞り弁４Ａが固定式ではなく、戻り作動流体ＱＲの流量が多くなるにつれ、その絞りの開き量が大きくなるような可変絞り弁４Ａとなっている点が異なっている。

また、この可変絞り弁４Ａが、本体８ｂに於いて占めるスペースの都合上、戻し口１Ａと送出口２Ａとも、その絞り弁４Ａに対応した態様となっている点が異なっている。

可変絞り弁４Ａは、戻り作動流体ＱＲによってスライドする弁体４ａ、この弁体４ａをスライド可能に収容する一方開放の弁収容部４ｇ、弁収容部４ｇの開放側を閉止する蓋体４ｉ、蓋体４ｉと弁体４ａとの間に挟まれ、蓋体４ｉに対して弁体４ａを、弁収容部４ｇの閉止側に付勢するスプリング４ｈ、及び、管路３ａと弁収容部４ｇとを連通する連通路４ｊを備えている。

弁体４ａは、全体として、一方端が小径のスプール形状であって、その小径の小径凸部４ｂと、小径凸部４ｂに連続し、弁収容部４ｇの内径に対し流体密な外径のスプール部４ｃと、このスプール部４ｃに連続し、スプール部４ｃより小径で、その外周にスプリング４ｈが嵌まり込むスプリング受け部４ｄとを備えている。

弁収容部４ｇは、弁体４ａが無い状態では、戻し口１Ａと管路３ａとを連通させるが、戻り作動流体ＱＲが無く、弁体４ａがスプリング４ｈに付勢されたままの状態では、その小径凸部４ｂが閉止側に当接し、その際、スプール部４ｃにより、戻し口１Ａと管路３ａとを連通させない、もしくは連通の開度が小さい状態となるものである。

連通路４ｊは、管路３ａと、弁収容部４ｇの下方であって、弁体４ａのスプリング受け部４ｄが位置する部分とを連通している。したがって、この連通路４ｊを介して、弁体４ａの小径凸部４ｂ側には戻り作動流体ＱＲが作用し、スプリング受け部４ｄ側には、管路３ａの作動流体が作用し、スプリング４ｈの付勢力と相まって、釣り合い状態を維持する。

このような構成の可変絞り弁４Ａによれば、戻し口１Ａから戻り作動流体ＱＲが流入しても、その流量が小さい場合は、弁体４ａはわずかに、この図３で下方に移動して、スプリング４ｈと釣り合って、戻り作動流体ＱＲをより絞った状態で管路３ａに供給し、このより絞られた戻り作動流体ＱＲは、より高速で吸引口３から作動流体ＱＴを吸引する。

一方、戻し口１Ａの戻り作動流体ＱＲのより流量が増えると、弁体４ａはより開いた状態で釣り合い、戻り作動流体ＱＲを絞りがより開いた状態で、管路３ａに供給する。

つまり、この可変絞り弁４Ａは、戻り作動流体ＱＲの流量が多くなるにつれ、その絞りの開き量が大きくなるものである。

このような可変絞り弁４Ａを備えたベーンポンプ１０Ａによれば、戻り作動流体ＱＲが少量の際には、絞りが絞られるので、戻り作動流体ＱＲの流速が上がり、一方、流量が多くなるにしたがって、絞りが開かれて、戻し口１Ａ側の戻り作動流体ＱＲの圧力が過度に上昇しないようにすることができる。

図４のアクティブスタビライザＳＴ′は、図２のアクティブスタビライザＳＴに比べ、ベーンポンプ１０Ａが、図３で説明した可変絞り弁４Ａを備えたものである点が異なっている。

したがって、このアクティブスタビライザＳＴ′では、上述のベーンポンプ１０の効果が発揮されると共に、ベーンポンプ１０Ａによって、上述したように、戻し口１Ａ側の戻り作動流体ＱＲの圧力が過度に上昇しないようにすることができ、このアクティブスタビライザＳＴ′で用いられている圧力制御弁ＰＶが機能不全になることを防ぐことができる。

また、以上説明したベーンポンプ１０、１０Ａは、特許請求の範囲に記載された本発明の例示にすぎず、本発明は、これらの例示に限定されるものではない。

流体圧とは、作動流体として作動油を用いる油圧のもの以外に、例えば、水や高分子作動流体などを用いるものを含むものである。

本発明のベーンポンプは、自動車などのアクティブスタビライザなど、大流量の作動流体が必要とされる産業分野に好適に用いることができる。

（ａ）は、本発明のベーンポンプの一例を軸中心で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図 図１のベーンポンプを用いた流体圧作動機器を示す流体圧回路図 本発明のベーンポンプの他例の断面図 図３のベーンポンプを用いた流体圧作動機器を示す流体圧回路図 （ａ）は、本発明の背景技術となるベーンポンプの一例を軸中心で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図 本発明の背景技術となるベーンポンプの他例を示す要部断面図

符号の説明

１、１Ａ 戻し口
２、２Ａ 送出口
３ 吸引口
４ 絞り弁
４Ａ 可変絞り弁
７ ベーン部
８ 本体
８ａ カバー
８ｂ サイドプレート
１０、１０Ａ ベーンポンプ
Ｑ 作動流体
ＱＯ 送り出される作動流体
ＱＲ 戻り作動流体
ＱＴ 吸引作動流体
Ｔ タンク

Claims (2)

1. 作動流体をベーン部で加圧して送り出すベーンポンプであって、
   タンクから前記ベーン部に送り込むべき作動流体を吸引する吸引口と、該ベーン部で加圧した作動流体を送り出す送出口とに加え、該送出口から送り出され使用されて戻ってきた作動流体を受け入れる戻し口を備え、
   該戻し口から流入する戻り作動流体を絞って加速し、この加速された戻り作動流体により前記吸引口からの作動流体を吸引させて、これらの戻り作動流体とタンクからの作動流体とが前記ベーン部に送り込まれるようにしたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 戻し口から流入する戻り作動流体を絞る絞り弁を、該戻り作動流体の流量が多くなるにつれ、その絞りの開き量が大きくなるような可変絞り弁としたことを特徴とするベーンポンプ。

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