JP2023125377A - オイル潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混入したエアを効率的に排出しつつ、圧力漏れによる性能低下を招くことのないベーンポンプを提供する。【解決手段】本発明にかかるベーンポンプ１００の代表的な構成は、カムリング１１０の内部空間に回転可能に配置されたロータ１２０と、複数のベーン１４０と、ロータの両側面を挟む２枚のサイドプレート２００、３００と、サイドプレートに形成された吸入口２１０および吐出口２２０と、有するベーンポンプであって、ロータには隣り合うベーンの間においてロータの両側面を貫通する１または複数のエア貯留穴１２４が形成されていて、２枚のサイドプレートには吸込口の下流側にポンプ室とエア貯留穴を連通させるエア導き溝２３４、３３４が形成されていて、エア貯留穴は吐出口と連通することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、各種機械に冷却油または潤滑油を供給するベーンポンプに関する。

ベーンポンプは、車両駆動用のモータへの冷却油の供給、軸受への潤滑油の供給、および減速機やディファレンシャルギヤ等のギヤへの潤滑油の供給などを行う冷却・潤滑システムの油供給源として用いられている。

ベーンポンプは、カムリングと、カムリングの内部に配置され動力源により回転するロータと、ロータの外周面に放射状に形成された複数のスリットに収容され、カムリングの内周面に当接してリングの内側に複数のポンプ室を形成する隣り合うベーンとを有している。

ベーンポンプは、特許文献１に示されているように、吸入口から作動油を吸入したポンプ室が吐出口に連通したとき、ポンプ室内の圧力が急上昇して作動油に混入した気泡が圧潰し、その衝撃により騒音やエロージョンが発生する問題がある。特許文献１では、ポンプ室（ポンプ室）の圧力を背圧室側に逃がすための流路をベーンに形成する構成が提案されている。特許文献１では、これにより圧龍りをなくし、高い衝撃低減効果を得ることができると述べている。

特許文献２には、ベーン室（ポンプ室）が吐出領域から吸込領域へと遷移する遷移領域にて、ベーン室をベーンポンプの外部に連通するベーン室ドレン通路を形成する構成が提案されている。これにより、ベーン室によって作動流体と共に圧縮されたエアが吸込領域へと運ばれることを抑えられ、吸込領域において作動流体の吸込みが円滑に行われ、ベーンポンプの吸込性能が維持されると述べている。

特開２０２１－１４８１１３号公報 特許５５９７５３０号公報

しかしながらベーンポンプが回転すると、作動油の方が気泡よりも重いことから、遠心力によってポンプ室のカムリング側（外側）に作動油が集まり、ポンプ室のロータ側（内側：ロータ外周面）に気泡が集まる。特許文献１の構成では、流路がベーンに設けられていることから、作動油中のエアが多くなった場合にベーンの開口（前面凹部６１）よりも内側に溜まったエアを排出しにくいという問題がある。

特許文献２の構成では、吐出領域から吸込領域へと遷移する遷移領域にて気泡混じりの作動油を排出する構成であるから、吐出時の騒音やエロージョンを解消することはできない。またベーン室ドレン通路から排出された油を導くために追加のドレン配管が必要になるうえ、排出された分を隣の吐出工程のポンプ室から供給されることで、圧力漏れにつながり、容積効率の性能低下を招くという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、混入したエアを効率的に排出しつつ、圧力漏れによる性能低下を招くことのないベーンポンプを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるベーンポンプの代表的な構成は、カムリングと、カムリングの内部空間に回転可能に配置され、外周面に複数のスリットを形成されたロータと、カムリングの内周面に当接するように、複数のスリットに進退可能に配置されて複数のポンプ室を形成する隣り合うベーンと、ロータの両側面を挟む２枚のサイドプレートと、サイドプレートに形成された吸入口および吐出口と、有するベーンポンプであって、ロータには隣り合うベーンの間においてロータの両側面を貫通する１または複数のエア貯留穴が形成されていて、２枚のサイドプレートには吸込口の下流側にポンプ室とエア貯留穴を連通させるエア導き溝が形成されていて、エア貯留穴は吐出口と連通することを特徴とする。

さらに２枚のサイドプレートには、吸入口の上流側に、ポンプ室とエア貯留穴を連通させる圧解放溝 が形成されていることが好ましい。

吐出口にはエア貯留穴に連通する拡張部が形成されていて、拡張部は、ポンプ室が吐出口と連通した後にエア貯留穴と連通する位置に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、混入したエアを効率的に排出しつつ、圧力漏れによる性能低下を招くことのないベーンポンプを提供することができる。

本実施形態にかかるベーンポンプの構成を説明する分解斜視図である。 各構成要素を説明する図である。 エア貯留穴およびエア導き溝、圧開放溝の作用を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は本実施形態にかかるベーンポンプ１００の構成を説明する分解斜視図である。図１に示すベーンポンプ１００は自動車において要冷却部や要潤滑部への油供給源として用いられるものである。ベーンポンプ１００は、内部空間を有するカムリング１１０と、カムリング１１０の内部空間に回転可能に配置された筒状のロータ１２０とを有している。

ロータ１２０の中心にはシャフト１３０が挿入され、ロータ１２０がシャフト１３０と一体的に周方向に回転できるように結合されている。ロータ１２０の外周面には、径方向に形成された複数のスリット１２２が周方向に等間隔に配列されている。それぞれのスリット１２２には、ベーン１４０が径方向に進退可能に収容されている。ベーン１４０は突出することによってカムリング１１０の内周面に当接して摺動する。

カムリング１１０には側面視で略楕円形の内部空間１１２が形成されている。内部空間１１２は、ロータ１２０の回転方向の１８０度ごとにロータ１２０に近接した部分とロータ１２０から離間した部分とが連続的に形成されている。内部空間１１２の軸方向両端は、第１サイドプレート２００および第２サイドプレート３００によって覆われている。このため、ロータ１２０が回転するとベーン１４０が遠心力によってカムリング１１０の内周面に当接し、隣り合う一対のベーン１４０、ロータ１２０の外周面、カムリング１１０の内周面および第１サイドプレート２００および第２サイドプレート３００で区切られた複数のポンプ室１５０が形成される。第１サイドプレート２００および第２サイドプレート３００には、シャフト１３０が貫通する孔２０２、３０２が形成されている。

図２は各構成要素を説明する図であって、図２（ａ）は第１サイドプレート２００の摺動面を示す正面図、（ｂ）はカムリング１１０およびロータ１２０の正面図、（ｃ）は第２サイドプレート３００の摺動面を示す背面図である。図２（ｃ）はロータ１２０が摺動する摺動面を示すために表裏反転して図示していることに留意されたい。

図２（ａ）に示すように、第１サイドプレート２００は円板状部材であり、内部空間の楕円の長軸方向を挟むように２つの吸入口２１０と２つの吐出口２２０を有する。２つの吸入口２１０には、図示しないオイルリザーバに接続された油路がそれぞれ接続されている。２つの吐出口２２０からは、図示しない油路を介して車両駆動用のモータに冷却油を供給したり、車両内の軸受に潤滑油を供給したり、減速機や車輪のディファレンシャルギヤ等のギヤに潤滑油を供給したりする。

図２（ｂ）および図１に示すように、カムリング１１０には、吸入口２１０と対応する位置に吸入溝１１４が形成されている。吸入溝１１４は第１サイドプレート２００および第２サイドプレート３００の両側に形成されているので、合計４つ形成されている。

図２（ｃ）に示すように、第２サイドプレート３００は円盤状部材である。第１サイドプレート２００の吸入口２１０と対応する位置に切欠き形状の吸入口３１０を２つ備えている。また図２（ｃ）に示している摺動面には、第１サイドプレート２００の吐出口２２０と対応する位置に凹部３２０を２つ備えている。すなわち第２サイドプレート３００には吐出口はなく、第１サイドプレート２００の吐出口２２０から作動油が吐出される。

ベーンポンプ１００の基本的な動作について説明する。ロータ１２０はベーン１４０が吸入口２１０、３１０から吐出口２２０に向かうように回転する。換言すれば、ロータ１２０の回転方向に対して上流側に吸入口２１０、３１０があり、下流側に吐出口２２０がある。ロータ１２０が回転すると、吸入口２１０、３１０の位置でポンプ室１５０の容積が増大するにしたがって、吸入口２１０、３１０から油が導入される。その後、吐出口２２０の位置でポンプ室１５０の容積が減少するにしたがって、吐出口２２０から油が送出される。

ここで、ロータ１２０には、隣り合うベーン１４０の間（ポンプ室１５０）においてロータ１２０の両側面を貫通する１または複数のエア貯留穴１２４が形成されている。図では全てのベーン１４０の間（全てのポンプ室１５０）にエア貯留穴１２４を形成するように示しているが、エア貯留穴１２４の数は適宜とすることができる。例えば全体で１つだけであったり、１８０度の位置に２つ配置したり、１つおきに配置してもよい。

すなわちエア貯留穴１２４はロータ１２０の側面に開口しているが、ロータ１２０の側面は第１サイドプレート２００または第２サイドプレート３００と摺動する面であるから、積極的に作動油が流入することはできない。そこで、第１サイドプレート２００においては、ポンプ室１５０とエア貯留穴１２４を連通させる圧開放溝２３２、エア導き溝２３４が形成されている。吸入口２１０の上流側に圧開放溝２３２を形成し、吸入口２１０の下流側にエア導き溝２３４を形成している。同様に第２サイドプレート３００においては、吸入口３１０の上流側に圧開放溝３３２を形成し、吸入口３１０の下流側にエア導き溝３３４を形成している。

吐出口２２０においては、吐出口２２０の下流側端から内径側に突出し、エア貯留穴１２４と連通する拡張部２２２を形成している。同様に凹部３２０においても、凹部３２０の下流側端から内径側に突出し、エア貯留穴１２４と連通する拡張部３２２を形成している。拡張部２２２、３２２は対応する位置（向かい合わせの位置）にある。すなわち拡張部２２２、３２２は、ポンプ室１５０が吐出口２２０と連通した後に、拡張部２２２、３２２とエア貯留穴１２４が連通する位置に形成されている。なお、単に吐出口２２０、３２０を内径側に拡幅してエア貯留穴１２４と連通する（重複する）ようにしてもよい。

図３はエア貯留穴１２４および圧開放溝２３２、３３２、エア導き溝２３４、３３４の作用を説明する図である。図３（ａ）（ｃ）（ｅ）においてエア貯留穴１２４および圧開放溝２３２、３３２、エア導き溝２３４、３３４にハッチングを付しているのは、断面を示す意味ではなく、これらを見やすくするためである。図３（ｂ）（ｄ）（ｆ）においてカムリング１１０、ロータ１２０、第１サイドプレート２００、第２サイドプレート３００に付したハッチングは断面であることを示している。

図３（ａ）は吸入工程を説明する図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。吸入工程とは、ポンプ室１５０がカムリング１１０の内部空間１１２の楕円の短軸方向から長軸方向までの間にあるときの工程である。

まず、エア貯留穴１２４の内部は、前段の吐出工程の圧力（吐出圧）となっているため、高めの圧力となっている。ロータ１２０が図示左方向に回転すると、圧開放溝２３２、３３２は吸入口の上流側に形成されているので、ポンプ室１５０が圧開放溝２３２、３３２を介してエア貯留穴１２４と連通し、続いてポンプ室１５０と吸入口２１０が連通する。

そしてポンプ室１５０の容積が増大していくことにより、圧力が低下して（吸入圧：負圧）、吸入口２１０から作動油を吸い込む。このとき吸入口２１０から吸い込んだ作動油に気泡が混入することを想定する。吸入圧はエア貯留穴１２４の内部の圧力（吐出圧）より低いため、図３（ｂ）に示すようにエア貯留穴１２４の内部の圧力も低下する。ポンプ室１５０が圧開放溝２３２、３３２を通過すると、ポンプ室１５０とエア貯留穴１２４の間の連通は失われる。

図３（ｃ）は圧縮行程を説明する図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）のＱ－Ｑ断面図である。圧縮行程とは、ポンプ室１５０がカムリング１１０の内部空間１１２の楕円の長軸方向から短軸方向に向かって、吐出口２２０にさしかかるまでの間にあるときの工程である。

ロータ１２０の回転に伴ってポンプ室１５０が内部空間１１２の長軸方向を過ぎると、ポンプ室１５０の容積が縮小し、ポンプ室１５０内の圧力が上昇する（圧縮圧）。このとき遠心力により、ポンプ室１５０のカムリング１１０側（外側）に作動油が集まり、ポンプ室１５０のロータ１２０側（内側：ロータ外周面）に気泡が集まっている。そしてポンプ室１５０がエア導き溝２３４、３３４にさしかかると、ポンプ室１５０とエア貯留穴１２４がエア導き溝２３４、３３４を介して連通する。ポンプ室１５０は高い圧縮圧であり、エア貯留穴１２４は低い吸入圧であることから、図３（ｄ）に示すようにロータ１２０の外周面近傍に対流した気泡混じりの作動油がエア貯留穴１２４へと流入する。エア貯留穴１２４の内部は圧縮圧となる。

図３（ｅ）は吐出工程を説明する図であり、図３（ｆ）は図３（ｅ）のＳ－Ｓ断面図である。吐出工程とは、ポンプ室１５０が吐出口２２０と連通している間の工程である。

吐出圧は圧縮圧より低い関係にあり、ポンプ室１５０と吐出口２２０が連通すると、ポンプ室１５０の中の作動油が吐出口２２０から吐出される。このときエア貯留穴１２４の圧力も圧縮圧となっていたことから、エア貯留穴１２４の内部の気泡混じりの作動油は図３（ｆ）に示すように圧力差と吐出の流れによって吐出口２２０から排出される。

上記説明したように、吸入口２１０から作動油に気泡が混入したとしても、エア貯留穴１２４にいったん貯留して、吐出口２２０から吐出することができる。エア貯留穴１２４にはポンプ室１５０のロータ１２０側（ロータ１２０の外周面）から流入することから、特許文献１と比較すると、ロータ１２０の外周面に気泡が溜まることがない。したがって、エアを効率的に吐出することができる。また特許文献２と比較すると、追加のドレン配管が不要であり、また吐出後にさらに排出する構成ではないから、圧力漏れによる性能低下を招くことがない。したがって、混入したエアを効率的に排出しつつ、圧力漏れによる性能低下を招くことのないベーンポンプを提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、各種機械に冷却油または潤滑油を供給するベーンポンプとして利用することができる。

１００…ベーンポンプ、１１０…カムリング、１１２…内部空間、１１４…吸入溝、１２０…ロータ、１２２…スリット、１２４…エア貯留穴、１３０…シャフト、１４０…ベーン、１５０…ポンプ室、２００…第１サイドプレート、２０２…孔、２１０…吸入口、２２０…吐出口、２２２…拡張部、２３２…圧開放溝、２３４…エア導き溝、３００…第２サイドプレート、３０２…孔、３１０…吸入口、３２０…凹部、３２２…拡張部、３３２…圧開放溝、３３４…エア導き溝

Claims (3)

1. カムリングと、
   前記カムリングの内部空間に回転可能に配置され、外周面に複数のスリットを形成されたロータと、
   前記カムリングの内周面に当接するように、前記複数のスリットに進退可能に配置されて複数のポンプ室を形成する隣り合うベーンと、
   前記ロータの両側面を挟む２枚のサイドプレートと、
   前記サイドプレートに形成された吸入口および吐出口と、
   を有するベーンポンプであって、
   前記ロータには前記隣り合うベーンの間において該ロータの両側面を貫通する１または複数のエア貯留穴が形成されていて、
   前記２枚のサイドプレートには前記吸込口の下流側に前記ポンプ室と前記エア貯留穴を連通させるエア導き溝が形成されていて、
   前記エア貯留穴は前記吐出口と連通することを特徴とするベーンポンプ。
2. さらに前記２枚のサイドプレートには、前記吸入口の上流側に、前記ポンプ室と前記エア貯留穴を連通させる圧解放溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記吐出口には前記エア貯留穴に連通する拡張部が形成されていて、
   前記拡張部は、前記ポンプ室が前記吐出口と連通した後に前記エア貯留穴と連通する位置に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベーンポンプ。

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