JP2012184657A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流量制御弁が開き始める際のキャビテーションの発生を防止すること。
【解決手段】ポンプ室から油圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁１０２を備えるベーンポンプであって、流量制御弁１０２は、スプール２０の両端に画成され絞りの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１圧力室２３及び第２圧力室２４と、スプール収容穴１０ａの内周に形成され絞りの前後差圧の増加に伴うスプール２０の移動に伴って第１圧力室２３からバイパス通路４０へ作動流体を導くバイパスポート２７と、スプール収容穴１０ａの内周にバイパスポート２７に対向して形成された対向ポート２９と、バイパスポート２７は、対向ポート２９の全閉時に第１圧力室２３とバイパス通路４０とを連通するように対向ポート２９とは異形に形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものであり、特には、油圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁を備えるベーンポンプに関するものである。

従来のベーンポンプとして、油圧機器に供給される作動油の流量を制御する流量制御弁を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１７０５６９号公報

流量制御弁を備えるベーンポンプでは、流量制御弁を介して吸込通路に還流する作動油は、ベーンポンプの吸込圧力を上昇させて吸込性能を向上させる機能を有する。しかし、流量制御弁の開き始めはポンプ吸込圧力が低いため、ベーンポンプでは吸込み不足に起因してキャビテーションが発生するするおそれがある。キャビテーションは振動や騒音の原因となる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流量制御弁が開き始める際のキャビテーションの発生を防止することを目的とする。

本発明は、ポンプ室から吐出される作動流体の一部をバイパス通路を通じてポンプ吸込側に戻すことによって前記ポンプ室から油圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁を備えるベーンポンプであって、前記流量制御弁は、前記ポンプ室から吐出された作動流体の流れに抵抗を付与する絞りの前後差圧に応じて移動するスプールと、前記スプールが摺動自在に挿入されるスプール収容穴と、前記スプールの両端に画成され、前記絞りの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１圧力室及び第２圧力室と、前記スプール収容穴の内周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加に伴う前記スプールの移動に伴って前記第１圧力室から前記バイパス通路へ作動流体を導くバイパスポートと、前記スプール収容穴の内周に前記バイパスポートに対向して形成された対向ポートと、前記スプールの外周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加に伴う前記スプールの移動に伴って前記第１圧力室から前記対向ポートに流入した作動流体を前記バイパス通路へ導く環状溝と、を備え、前記バイパスポートは、前記対向ポートの全閉時に前記第１圧力室と前記バイパス通路とを連通するように前記対向ポートとは異形に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、流量制御弁が開き始める際にはバイパスポートのみを通じて第１圧力室とバイパス通路とが連通するため、ポンプ吸込み側に還流する作動油の流速が速くなり、ベーンポンプがタンクから作動流体を吸込む吸込性能が向上するため、キャビテーションの発生が防止される。

本発明の実施の形態に係るベーンポンプの断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態に係るベーンポンプにおけるポンプカートリッジの平面図である。 本発明の実施の形態に係るベーンポンプの油圧回路図である。 ベーンポンプの流量特性を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るベーンポンプ１００について説明する。

ベーンポンプ１００は、車両に搭載される油圧機器、例えば、無段変速機やパワーステアリング装置等の油圧供給源として用いられるものである。

図１に示すように、ベーンポンプ１００は、作動油（作動流体）を吐出するポンプカートリッジ１０１と、ポンプカートリッジ１０１から吐出され油圧機器（図示せず）に供給される作動油の流量を制御する流量制御弁１０２とを備える。

図３に示すように、ポンプカートリッジ１０１は、駆動軸１の端部に動力源としてのエンジン（図示せず）の動力が伝達され、駆動軸１に連結されたロータ２が回転するものである。

ポンプカートリッジ１０１は、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられる複数のベーン３と、ロータ２を収容すると共にロータ２の回転に伴って内周のカム面４ａにベーン３の先端部が摺動するカムリング４とを備える。

ロータ２には、外周面に開口部を有するスリット１６が所定間隔をおいて放射状に形成され、スリット１６にはベーン３が摺動自在に挿入される。

スリット１６の基端側には、ポンプ吐出圧が導かれる背圧室１７が画成される。隣り合う背圧室１７は、ロータ２に形成された円弧状の溝２ａによって連通し、この溝２ａにはポンプ吐出圧が常時導かれている。ベーン３は、背圧室１７の圧力によってスリット１６から飛び出る方向に押圧され、先端部がカムリング４の内周のカム面４ａに当接する。これにより、カムリング４の内部には、ロータ２の外周面、カムリングのカム面４ａ、及び隣り合うベーン３によって複数のポンプ室７が画成される。

カムリング４は、内周のカム面４ａが略楕円形状をした環状の部材であり、ポンプ室７の容積を拡張する吸込領域と、ポンプ室７の容積を収縮する吐出領域とを有する。本実施の形態では、カムリング４は、２つの吸込領域と２つの吐出領域とを有する。

ロータ２及びカムリング４の一側面にはポンプカバー（図示せず）が当接して配置され、他側面にはサイドプレート６が当接して配置される。このように、ポンプカバーとサイドプレート６は、ロータ２及びカムリング４の両側面を挟んだ状態で配置され、ポンプ室７を密閉する。

ポンプカバーにおけるロータ２が摺動する面には、カムリング４の吸込領域に対応して開口し、ポンプ室７に作動油を導く円弧状の２つの吸込ポート（図示せず）が溝状に形成される。

サイドプレート６には、カムリング４の吐出領域に対応して開口し、ポンプ室７が吐出する作動油を高圧室を通じて吐出通路１４へ導く円弧状の２つの吐出ポート９が貫通して形成される。

各ポンプ室７は、ロータ２の回転に伴って、カムリング４の吸込領域にて吸込ポートを通じて作動油を吸込み、カムリング４の吐出領域にて吐出ポート９を通じて作動油を吐出する。このように、各ポンプ室７は、ロータ２の回転に伴う拡縮によって作動油を給排する。

次に、図１，図２，及び図４を参照して、流量制御弁１０２について説明する。

流量制御弁１０２は、ポンプ室７から吐出された作動油の流れに抵抗を付与する絞り２１（図４参照）の前後差圧に応じて移動するスプール２０を有し、ポンプ室７から吐出される作動油の一部をスプール２０からバイパス通路４０を通じてポンプ吸込側に戻すことによってポンプ室７から油圧機器に供給される作動油の流量を制御するものである。絞り２１は吐出通路１４に介装される。

スプール２０は、ポンプボディ１０に形成されたスプール収容穴１０ａに摺動自在に挿入される。スプール収容穴１０ａの開口部にはキャップ５０が螺着される。

スプール２０の両端には、絞り２１の上流及び下流の作動油がそれぞれ導かれる第１圧力室２３及び第２圧力室２４が画成される。このように、第１圧力室２３にはポンプ室７から吐出された作動油が直接導かれるのに対して、第２圧力室２４には絞り２１にて減圧された作動油が導かれる。第２圧力室２４には、第２圧力室２４の容積を拡張する方向にスプール２０を付勢するスプリング２５が収装される。したがって、スプール２０は、絞り２１の前後差圧に基づく荷重とスプリング２５の付勢力とが釣り合った位置にてバランスする。

スプール収容穴１０ａの内周には、絞り２１上流の吐出通路１４の作動油を第１圧力室２３に導く吐出ポート２６（図４参照）と、第１圧力室２３からバイパス通路４０へ作動油を導くバイパスポート２７と、絞り２１下流の吐出通路１４の作動油を導圧通路４３を通じて第２圧力室２４に導く背圧ポート２８（図４参照）とが形成される。

バイパスポート２７は、絞り２１の前後差圧が小さくスプリング２５が伸長した状態ではスプール２０のランド部２０ａによって閉じられた状態となり、絞り２１の前後差圧の増加に伴いスプール２０がスプリング２５の付勢力に抗して移動するのに伴って開口する。

図２に示すように、スプール収容穴１０ａの内周には、バイパスポート２７と対向する位置、つまりスプール収容穴１０ａの軸心を中心としてバイパスポート２７と対称な位置に凹状に窪んだ対向ポート２９が形成される。また、スプール２０の外周には、第１圧力室２３から対向ポート２９に流入した作動油をバイパスポート２７へ導く環状の環状溝２０ｂが形成される。

スプール収容穴１０ａに対向ポート２９が存在しない場合には、第１圧力室２３とバイパス通路４０との圧力差によってスプール２０がスプール収容穴１０ａの内周に押し付けられ、スプール２０の摺動性が損なわれる。しかし、スプール収容穴１０ａに対向ポート２９を設けることによって、スプール２０に作用する圧力バランスが良好となり、スプール収容穴１０ａに対するスプール２０の摺動性が良好となる。

次に、図５も参照して、流量制御弁１０２の動作について説明する。図５に実線で示す流量Ｑは油圧機器に供給される作動油の流量、つまり図４に示す流量計４５が示す流量であり、点線で示す流量Ｑ’はポンプ室７から吐出される作動油の流量であり、実線の流量Ｑと点線の流量Ｑ’に囲まれた領域が流量制御弁１０２を介してポンプ吸込み側に還流する還流流量である。また、図５に示すポンプ吸込圧力Ｐは図４に示す圧力計４４が示す圧力である。

ポンプ回転数が低くポンプ室７から吐出される作動油の流量が少ない場合には（図５に示すポンプ回転数Ｎ未満の領域）、絞り２１での圧力損失が小さいため、第１圧力室２３と第２圧力室２４との圧力差は小さい。そのため、スプール２０はスプリング２５の付勢力によって付勢されて、バイパスポート２７はスプール２０のランド部２０ａにて閉じられた状態となる。これにより、ポンプ室７から吐出された作動油は全量油圧機器へ供給される。このため、ポンプ回転数に比例した作動油が油圧機器へと供給される。

ポンプ回転数が高くなりポンプ室７から吐出される作動油の流量が多くなれば（図５に示すポンプ回転数Ｎ以上の領域）、絞り２１での圧力損失が大きくなるため、第１圧力室２３と第２圧力室２４との圧力差は大きくなる。そのため、スプール２０はスプリング２５を圧縮しながら移動し、それに伴って第１圧力室２３がバイパスポート２７に連通すると共に対向ポート２９に連通する。これにより、第１圧力室２３の作動油の一部は、バイパスポート２７を通じて直接バイパス通路４０に流入すると共に、ランド部２０ａを迂回するように対向ポート２９に流入し環状溝２０ｂからバイパスポート２７を通じてバイパス通路４０に流入する。このように、第１圧力室２３の作動油は２つの経路にてバイパス通路４０に流入する。バイパス通路４０に流入した作動油は、タンク４２とポンプカートリッジ１０１とをつなぐ吸込通路４１に還流し、再び吸込ポートを通じてポンプ室７に吸込まれる。このように、ポンプ室７から吐出された作動油の一部は、バイパスポート２７を通じて吸込通路４１に還流する。

ポンプ室７から吐出される作動油の流量が多い程、絞り２１での圧力損失が大きくなるため、スプール２０の移動量が多くなり、バイパスポート２７の開口面積は大きくなる。したがって、図５に示すように、吸込通路４１へ還流する作動油の流量は、ポンプ室７から吐出される作動油の流量が多い程多くなる。第１圧力室がバイパスポート２７に連通した後は、油圧機器に供給される作動油の流量は適度に保たれる。

以上のように、ポンプ回転数Ｎ未満ではポンプ室７から吐出される作動油の流量（以下、「ポンプ吐出流量」と称する。）と油圧機器に供給される作動油の流量は等しく、ポンプ回転数Ｎ以上ではポンプ吐出流量から還流流量を引いた流量が油圧機器に供給される。

吸込通路４１へ還流する還流流量が増えると、作動油の流速が増加しポンプ室７の入口圧力が増加するため、吸込通路４１へ還流する作動油はポンプ室７に作動油を押し込むように作用する。つまり、吸込通路４１へ還流する作動油は、ポンプカートリッジ１０１の吸込圧力を上昇させて吸込性能を向上させる機能を有する。したがって、ポンプ室７のポンプ吸込圧力Ｐは、図５に示すように、還流流量がない場合には（ポンプ回転数Ｎ未満）、ポンプ回転数の増加に伴って低下する。そして、ポンプ吐出流量の一部が還流し始めると（ポンプ回転数Ｎ以上）、増加に転じて還流流量の増加に伴って増加するのが一般的である。

ここで、第１圧力室２３と第２圧力室２４との圧力差が大きくなってスプール２０がスプリング２５を圧縮しながら移動する際に、バイパスポート２７と対向ポート２９とが同時に開き始めると、作動油はバイパスポート２７及び対向ポート２９の双方からバイパス通路４０へ流入するため、各ポートを流れる流量は少なく流速は速くない。特に、対向ポート２９に流入する作動油は環状溝２０ｂを通過する際に流速が落ちるため、ポンプカートリッジ１０１の吸込性能向上への寄与は低い。このように、バイパスポート２７と対向ポート２９とが同時に開き始めると、バイパス通路４０から吸込通路４１に還流する作動油による吸込性能を向上させる効果は小さい。

この対策として、従来は対向ポート２９と同形状同寸法であったバイパスポート２７の形状が、対向ポート２９と異なる形状にて形成される。以下に具体的に説明する。

対向ポート２９は、スプール収容穴１０ａの内周に円形穴として窪んで形成される。一方、図１に示すように、バイパスポート２７は、対向ポート２９と同形状同寸法の円形穴２７ａと、円形穴２７ａから突出する突出穴２７ｂとからなる。

円形穴２７ａと対向ポート２９の円形穴は、ドリル加工によって同一工程にて形成される。したがって、円形穴２７ａと対向ポート２９の円形穴は、同形状同寸法で、かつスプール収容穴１０ａの軸心を中心として対称な位置に形成される。

突出穴２７ｂは、スプール２０の軸方向に延在し、かつスプール２０の先端方向に向かって突出して形成される。突出穴２７ｂは、円形穴２７ａと対向ポート２９の円形穴をドリル加工によって形成後、切削によって成形される。

バイパスポート２７がこのように形成されることによって、スプール２０がスプリング２５を圧縮しながら移動する際には、対向ポート２９が開き始める前に突出穴２７ｂを通じてバイパスポート２７が開き始める（図２及び図４に示す状態）。このように、バイパスポート２７は、対向ポート２９の全閉時に第１圧力室２３とバイパス通路４０とを連通するように対向ポート２９とは異形に形成される。

スプール２０がスプリング２５を圧縮しながら移動する際にバイパスポート２７のみが開き始めることによって、第１圧力室２３の作動油はバイパスポート２７の突出穴２７ｂのみを通じてバイパス通路４０に流入する（図２に点線矢印で示す流れ）ため、バイパスポート２７を流れる作動油の流速が速くなり、バイパス通路４０の圧力が低下する。これにより、ポンプカートリッジ１０１がタンク４２から作動油を吸込む吸込性能が向上し、ポンプ室７のポンプ吸込圧力が上昇するため、キャビテーションの発生が防止される。

なお、突出穴２７ｂの形状は、図１に示すような円弧形状に限られるものではなく、三角形状や四角形状であってもよい。

以上の本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

流量制御弁１０２が開き始める際にはバイパスポート２７のみを通じて第１圧力室２３とバイパス通路４０とが連通するため、ポンプ吸込み側に還流する作動油の流速が速くなり、バイパス通路４０の圧力が低下する。これにより、ポンプカートリッジ１０１がタンク４２から作動油を吸込む吸込性能が向上するため、キャビテーションの発生が防止される。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係るベーンポンプは、車両用の変速機やパワーステアリング装置等の油圧供給源に適用することができる。

１００ ベーンポンプ
１０１ ポンプカートリッジ
１０２ 流量制御弁
１ 駆動軸
２ ロータ
７ ポンプ室
１０ａ スプール収容穴
１４ 吐出通路
２０ スプール
２０ａ ランド部
２０ｂ 環状溝
２１ 絞り
２３ 第１圧力室
２４ 第２圧力室
２５ スプリング
２７ バイパスポート
２７ａ 円形穴
２７ｂ 突出穴
２９ 対向ポート
４０ バイパス通路
４１ 吸込通路

Claims (2)

1. ポンプ室から吐出される作動流体の一部をバイパス通路を通じてポンプ吸込側に戻すことによって前記ポンプ室から油圧機器に供給される作動流体の流量を制御する流量制御弁を備えるベーンポンプであって、
   前記流量制御弁は、
   前記ポンプ室から吐出された作動流体の流れに抵抗を付与する絞りの前後差圧に応じて移動するスプールと、
   前記スプールが摺動自在に挿入されるスプール収容穴と、
   前記スプールの両端に画成され、前記絞りの上流及び下流の作動流体がそれぞれ導かれる第１圧力室及び第２圧力室と、
   前記スプール収容穴の内周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加に伴う前記スプールの移動に伴って前記第１圧力室から前記バイパス通路へ作動流体を導くバイパスポートと、
   前記スプール収容穴の内周に前記バイパスポートに対向して形成された対向ポートと、
   前記スプールの外周に形成され、前記絞りの前後差圧の増加に伴う前記スプールの移動に伴って前記第１圧力室から前記対向ポートに流入した作動流体を前記バイパス通路へ導く環状溝と、を備え、
   前記バイパスポートは、前記対向ポートの全閉時に前記第１圧力室と前記バイパス通路とを連通するように前記対向ポートとは異形に形成されることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記対向ポートは円形穴として形成され、
   前記バイパスポートは、前記対向ポートと同形状同寸法の円形穴と、当該円形穴の外周から突出する突出穴と、からなり、
   前記バイパスポートは、前記対向ポートの全閉時には、前記突出穴が前記第１圧力室と前記バイパス通路とを連通することを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。