JP2023131488A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】キャビテーションの発生を抑制すること。【解決手段】ベーンポンプ１００は、回転駆動されるロータ２と、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３と、ロータ２の回転に伴ってベーン３の先端部が摺接する内周カム面４ａを有するカムリング４と、ロータ２、カムリング４、及び一対の隣り合うベーン３によって区画されたポンプ室６と、カムリング４の一側面に接触して設けられたサイドプレート１０と、サイドプレート１０に形成され、ポンプ室６に作動流体を導く吸込ポート１１と、カムリング４の内周カム面４ａに、ロータ２の回転方向において吸込ポート１１の始端部１１ａに掛かって形成される溝部２０，３０，４０と、を備える。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものである。

特許文献１に開示のベーンポンプでは、吸込ポートの開口縁部からロータの回転方向とは逆方向に向かって形成されるノッチがサイドプレートに形成される。

特開２０２１－１８８５３９号公報

特許文献１に記載のような、吸込ポートにノッチが形成されるベーンポンプでは、ポンプ室の高圧油は吸込ポートに連通する前にノッチを通じて吸込ポートに導かれるため、ノッチはポンプ室が吸込ポートに連通した際の圧力変動を緩和する効果を有する。

しかし、ノッチはサイドプレートに形成されているため、ポンプ室の高圧油がノッチを通じて吸込ポートに導かれる際、サイドプレートに沿う作動油の流れが生じる。この流れにより、ポンプ室の中央付近の油が引っ張られ、ポンプ室の中央付近の圧力が下がりキャビテーションが発生するおそれがある。このように、特許文献１に記載のベーンポンプでは、キャビテーションの発生について改善の余地がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、キャビテーションの発生を抑制することを目的とする。

本発明は、ベーンポンプであって、回転駆動されるロータと、ロータに対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーンと、ロータの回転に伴ってベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、ロータ、カムリング、及び一対の隣り合うベーンによって区画されたポンプ室と、カムリングの一側面に接触して設けられたサイド部材と、サイド部材に形成され、ポンプ室に作動流体を導く吸込ポートと、カムリングの内周カム面に、ロータの回転方向において吸込ポートの始端部に掛かって形成される溝部と、を備えることを特徴とする。

この発明では、ポンプ室が溝部に連通した際には、ポンプ室の高圧流体はカムリングの内周カム面に形成された溝部を通じて吸込ポートに導かれるため、カムリングの内周カム面に沿った作動流体の流れが生じる。したがって、ポンプ室の圧力低下が抑制されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。

また、本発明は、溝部はカムリングの厚さ方向の中央部に形成されることを特徴とする。

この発明では、溝部を通じて導かれる作動流体はポンプ室の厚さ方向中央付近を通るため、ポンプ室の中央付近の局所的な圧力低下がより効果的に抑制される。

また、本発明は、溝部は、ロータの回転中心から見て、ロータの回転方向に沿う長方形に形成され、カムリングの軸方向に垂直な断面において、アーチ状に形成されることを特徴とする。

この発明では、ロータの高回転時であっても、ポンプ室の中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

また、本発明は、溝部は、ロータの回転中心から見て、ロータの回転方向に沿う菱形に形成され、カムリングの軸方向に垂直な断面において、三角形に形成されることを特徴とする。

この発明では、ロータの低回転時であっても、ポンプ室の圧力変動を緩やかにすることができると共に、ポンプ室の中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

また、本発明は、溝部は、ロータの回転中心から見て円形に形成され、カムリングの軸方向に垂直な断面において、半円形に形成されることを特徴とする。

この発明では、ポンプ室の中央付近の局所的な圧力低下を低コストで抑制することができる。

本発明によれば、キャビテーションの発生を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るベーンポンプの断面図である。 本発明の実施形態に係るベーンポンプのロータ、カムリング、及びサイドプレートの平面図である。 本発明の実施形態に係るベーンポンプのカムリングの内周カム面の図である。 図３ＡにおけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。 比較例に係るベーンポンプのカムリングの内周カム面の図であって、図３Ａに対応して示す。 本発明の実施形態の変形例１に係るベーンポンプのカムリングの内周カム面の図である。 図５ＡにおけるＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態の変形例２に係るベーンポンプのカムリングの内周カム面の図である。 図６ＡにおけるＣ－Ｃ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２を参照して、本発明の実施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、車両や産業機械に搭載される流体圧機器、例えば、パワーステアリング装置や無段変速機等の流体圧供給源として用いられる。本実施形態では、作動油を作動流体とする固定容量型のベーンポンプ１００について説明する。なお、ベーンポンプ１００は、可変容量型のベーンポンプであってもよい。

ベーンポンプ１００は、駆動シャフト１の端部にエンジンや電動モータ等の駆動源（図示省略）の動力が伝達され、駆動シャフト１に連結されたロータ２が回転するものである。ロータ２は、図２において時計回りに回転する。

ベーンポンプ１００は、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３と、ロータ２を収容すると共にロータ２の回転に伴ってベーン３の先端部が摺接する内周カム面４ａを有するカムリング４と、ロータ２及びカムリング４を収容するハウジング５と、を備える。ロータ２、カムリング４、及び一対の隣り合うベーン３によって、複数のポンプ室６が区画される。

ロータ２は環状部材であり、駆動シャフト１の先端部にスプライン結合によって連結される。ロータ２には、外周面に開口するスリット２ａが放射状に形成され、スリット２ａにはベーン３が摺動自在に挿入される。

カムリング４は、内周カム面４ａが略楕円形状をした環状部材である。カムリング４は、ロータ２の回転に伴ってポンプ室６の容積を拡張する２つの吸込領域と、ロータ２の回転に伴ってポンプ室６の容積を収縮する２つの吐出領域と、を有する。つまり、ロータ２が１回転する間に、ベーン３は２往復しポンプ室６は拡張と収縮を２回繰り返す。吸込領域と吐出領域は、内周カム面４ａの形状によって規定される。

カムリング４の一側面には、サイドプレート１０が接触して設けられる。サイドプレート１０は円板状部材である。

ロータ２、カムリング４、及びサイドプレート１０は、ハウジング５に凹状に形成されたポンプ収容部５ａに収容される。ポンプ収容部５ａは、ポンプカバー７によって封止される。ポンプカバー７は、カムリング４の他側面に接触して設けられる。サイドプレート１０とポンプカバー７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６を密閉する。サイドプレート１０及びポンプカバー７は、カムリング４の一側面に接触して設けられるサイド部材として機能する。

ポンプ収容部５ａの底面５ｂには、ポンプ室６から吐出される作動油が導かれる高圧室１６が環状に形成される。高圧室１６は、底面５ｂに配置されるサイドプレート１０によって区画される。高圧室１６は、ハウジング５の外面に開口して形成される吐出通路（図示省略）に連通する。

ポンプカバー７におけるロータ２が摺動する摺動面７ａには、ポンプ室６に作動油を導く２つの吸込ポート８（図３Ａ参照）と、ポンプ室６の作動油を吐出する２つの吐出ポート９とが形成される。吸込ポート８は、カムリング４の２つの吸込領域に対応して形成される。吐出ポート９は、カムリング４の吐出領域に対応して形成される。さらに、ポンプカバー７には、吸込ポート８を通じてタンクの作動油をポンプ室６へと導く吸込通路（図示省略）が形成される。

図２に示すように、サイドプレート１０には、ポンプ室６に作動油を導く２つの吸込ポート１１と、ポンプ室６の作動油を吐出する２つの吐出ポート１２とが形成される。吸込ポート１１は、カムリング４の２つの吸込領域に対応して、サイドプレート１０におけるロータ２が摺動する摺動面１０ａに溝状に形成される。吸込ポート１１は、ポンプ収容部５ａの内周面に形成された通路（図示省略）を通じてポンプカバー７の吸込ポート８と連通している。したがって、吸込通路からの作動油は、ポンプカバー７の吸込ポート８及びサイドプレート１０の吸込ポート１１を通じてポンプ室６に導かれる。吐出ポート１２は、カムリング４の吐出領域に対応して、サイドプレート１０に円弧状に貫通して形成される。吐出ポート１２は、ポンプ室６の作動油を高圧室１６へ吐出する。

カムリング４、サイドプレート１０、及びポンプカバー７は、２つの位置決めピン（図示省略）によって相対回転が規制される。これにより、カムリング４の吸込領域及び吐出領域に対するポンプカバー７の吸込ポート８及び吐出ポート９の位置決め、及びサイドプレート１０の吸込ポート１１及び吐出ポート１２の位置決めが行われる。

動力源の駆動により駆動シャフト１が回転すると、駆動シャフト１に連結されたロータ２が回転し、それに伴ってカムリング４内の各ポンプ室６は、ポンプカバー７の吸込ポート８及びサイドプレート１０の吸込ポート１１を通じて作動油を吸込み、ポンプカバー７の吐出ポート９及びサイドプレート１０の吐出ポート１２を通じて作動油を高圧室１６に吐出する。高圧室１６の作動油は、吐出通路を通じて流体圧機器へ供給される。このように、カムリング４内の各ポンプ室６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。

カムリング４の内周カム面４ａには、吸込ポート８，１１に対応して２つの溝部２０が形成される。以下では、主に図３を参照して、溝部２０について説明する。図３Ａは、カムリング４の内周カム面４ａをロータ２の回転中心から見た図であり、ポンプカバー７及びサイドプレート１０については内周カム面４ａに沿った断面を示す。図３Ｂは、図３ＡのＡ－Ａ線に沿う断面図である。図３Ａでは、ベーン３によって仕切られた隣り合うポンプ室６Ａとポンプ室６Ｂを図示しており、ポンプ室６Ａ，６Ｂは、左側から右側に移動する。つまり、ポンプ室６Ａは回転方向後方側であり、ポンプ室６Ｂは回転方向前方側である。図３Ａでは、ポンプ室６Ａが溝部２０に連通する一方、吸込ポート８，１１に連通する前の状態を示している。

溝部２０は、内周カム面４ａの表面に凹状に窪んで形成される。溝部２０は、ロータ２の回転方向に沿って形成され、ロータ２の回転方向において一部が吸込ポート８，１１の始端部８ａ，１１ａに掛かって形成される。吸込ポート８，１１の始端部８ａ，１１ａとは、吸込ポート８，１１における、ロータ２の回転に伴ってポンプ室６が連通し始める連通開始側の端部である。このように、溝部２０は、ロータ２の回転方向において、吸込ポート８，１１が形成された吸込ポート区間の始端部を跨ぐように形成される。また、溝部２０は、カムリング４の厚さ方向（図３Ａにおいて上下方向）の略中央部に形成される。溝部２０におけるカムリング４の周方向の長さ（図３Ａにおいて左右方向）は、ベーン３の厚さよりも長く、かつ隣り合うポンプ室６のみを連通する長さに形成される。

溝部２０は、ポンプ室６が吐出領域から吸込領域に遷移する際に、ポンプ室６の圧力変動を緩和してキャビテーションの発生を防止する機能を有する。具体的に説明すると、ポンプ室６Ａが吐出領域から吸込領域に遷移する過程で吸込ポート８，１１に連通する前に溝部２０に連通すると（図３Ａに示す状態）、ポンプ室６Ａの高圧油は溝部２０を通じてポンプ室６Ｂへ導かれて吸込ポート８，１１へと流れる（逆流する）ため、ポンプ室６Ａは圧力が低下した状態で吸込ポート８，１１に連通する。したがって、ポンプ室６Ａが吸込ポート８，１１に連通した際の圧力変動が緩和される。

ここで、図４を参照して比較例について説明する。図４は比較例を示す図であって図３Ａに対応する。比較例では、カムリング４の内周カム面４ａに溝部２０は形成されず、代わりに、サイドプレート１０の摺動面１０ａ及びポンプカバー７の摺動面７ａのそれぞれに、吸込ポート１１の始端部１１ａ及び吸込ポート８の始端部８ａからロータ２の回転方向とは逆方向に向かってノッチ５０が形成される。ノッチ５０は、ロータ２の回転方向に向かって開口面積が徐々に大きくなるように溝状に形成される。図４では、ポンプ室６Ａがノッチ５０に連通する一方、吸込ポート８，１１に連通する前の状態を示している。

ノッチ５０は、ポンプ室６が吸込ポート８，１１に連通した際の圧力変動を緩和する点では、溝部２０と同様の機能を有する。しかし、ノッチ５０はポンプカバー７及びサイドプレート１０に形成されているため、ポンプ室６Ａが吸込ポート８，１１に連通する前にノッチ５０に連通すると（図４に示す状態）、ポンプ室６Ａの高圧油は、ポンプカバー７の摺動面７ａ及びサイドプレート１０の摺動面１０ａに沿って流れてノッチ５０を通じて吸込ポート８及び吸込ポート１１へと流れる（逆流する）。このように、ポンプ室６Ａがノッチ５０に連通すると、ポンプカバー７の摺動面７ａ及びサイドプレート１０の摺動面１０ａに沿う作動油の流れが生じる。この流れにより、ポンプ室６Ａの中央付近の作動油が引っ張られ、ポンプ室６Ａの中央付近の圧力が局所的に下がり負圧になる可能性がある。これにより、ポンプ室６Ａの中央付近においてキャビテーションが発生するおそれがある。また、ポンプ室６Ａからノッチ５０を通じて吸込ポート８及び吸込ポート１１へと逆流する作動油の流速は速いため、作動油が吸込ポート８及び吸込ポート１１の壁面に衝突することによりノイズが発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、ポンプ室６Ａが吸込ポート８，１１に連通する前に溝部２０に連通した際には（図３Ａに示す状態）、ポンプ室６Ａの高圧油は、カムリング４の内周カム面４ａに形成される溝部２０を通じてポンプ室６Ｂへ導かれて吸込ポート８，１１へと流れる。したがって、カムリング４の内周カム面４ａに沿った作動油の流れが生じるため、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下が抑制され、キャビテーションの発生が抑制される。特に、溝部２０はカムリング４の厚さ方向の略中央部に形成されるため、溝部２０を通じて導かれる作動油はポンプ室６Ａの厚さ方向中央付近を通るため、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下がより効果的に抑制される。なお、溝部２０は、カムリング４の厚さ方向の中央部に形成される必要はなく、カムリング４の厚さ方向の中央部から図３Ａの上下方向にずれて形成されてもよい。その場合であっても、カムリング４の内周カム面４ａに沿った作動油の流れは生じるため、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下を抑制する一定の効果はある。

また、ポンプ室６Ａの高圧油は、カムリング４の内周カム面４ａに形成される溝部２０を通じてポンプ室６Ｂの中央付近へ導かれてから吸込ポート８，１１へと流入する。このように、ポンプ室６Ａの高圧油は、吸込ポート８，１１へ直接流入せずに、ポンプ室６Ｂの中央付近を経由するため、作動油が吸込ポート１１の壁面に衝突する勢いが緩和され、ノイズの発生が抑制される。また、溝部２０の形状を調整することにより、作動油が衝突する吸込ポート１１の壁面位置を調整することができるため、ノイズの発生をより抑制することもできる。

本実施形態では、溝部２０の形状は、図３Ａに示すように、ロータ２の回転中心から見て、ロータ２の回転方向に沿う長方形に形成され、図３Ｂに示すように、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、アーチ状（蒲鉾状）に形成される。溝部２０は、ロータ２の回転方向に向かって流路断面積が略一定に形成される。したがって、ポンプ室６Ａが溝部２０に連通した直後から高圧油が一気に溝部２０を通じてポンプ室６Ｂへと導かれる。よって、ロータ２の高回転時であっても、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示す溝部２０の形状は一例であって、ベーンポンプ１００の仕様に応じて、溝部の深さ、ロータ２の回転方向の長さ、曲率、内周カム面４ａにおける形成位置等を調整することにより、溝部を通じた作動油の流量、流速、流れ方向が設定される。これにより、ベーンポンプ１００の仕様に応じて、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができると共に、作動油が吸込ポート１１の壁面に衝突することによるノイズの発生を抑制することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ポンプ室６が溝部２０に連通した際には、ポンプ室６の高圧油はカムリング４の内周カム面４ａに形成された溝部２０を通じて吸込ポート８，１１に導かれるため、カムリング４の内周カム面４ａに沿った作動油の流れが生じる。したがって、ポンプ室６の圧力低下が抑制されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。

以下に、本実施形態の変形例について説明する。

（１）図５Ａ及び図５Ｂを参照して変形例１について説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、変形例１に係る溝部３０を示す図であって、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに対応する。本変形例では、溝部３０の形状は、図５Ａに示すように、ロータ２の回転中心から見て、ロータ２の回転方向に沿う菱形に形成され、図５Ｂに示すように、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、三角形に形成される。溝部３０は、端部からロータ２の回転方向に向かって流路断面積が徐々に大きくなるように形成される。したがって、ポンプ室６Ａが溝部３０に連通すると、高圧油が溝部３０を通じて徐々にポンプ室６Ｂへと導かれる。よって、ロータ２の低回転時であっても、ポンプ室６Ａの圧力変動を緩やかにすることができると共に、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

（２）図６Ａ及び図６Ｂを参照して変形例２について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、変形例２に係る溝部４０を示す図であって、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに対応する。本変形例では、溝部４０の形状は、図６Ａに示すように、ロータ２の回転中心から見て円形に形成され、図６Ｂに示すように、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、半円形に形成される。溝部４０におけるカムリング４の周方向の長さである直径（図３Ａにおいて左右方向）は、ベーン３の厚さよりも長く形成される。溝部４０は、溝部２０，３０と比較して低コストで加工することができる。ポンプ室６と吸込ポート８，１１との圧力差が小さく、溝部を通じて導く作動油の流量が少量である場合には、本変形例に係る溝部４０の形状は、ポンプ室６Ａの中央付近の局所的な圧力低下を低コストで抑制することができるため有効である。

（３）吸込ポートは、サイド部材としてのサイドプレート１０及びポンプカバー７のいずれか一方のみに形成されてもよい。

（４）カムリング４の一側面に接触して設けられるサイド部材として、ポンプカバー７とカムリング４の間に第２サイドプレートを配置してもよい。つまり、２つのサイドプレート（サイド部材）によってロータ２及びカムリング４を挟んでポンプ室６を区画するようにしてもよい。この形態では、第２サイドプレートにおけるロータ２が摺動する摺動面に、吐出ポートと吸込ポートが形成される。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ベーンポンプ１００は、回転駆動されるロータ２と、ロータ２に対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーン３と、ロータ２の回転に伴ってベーン３の先端部が摺接する内周カム面４ａを有するカムリング４と、ロータ２、カムリング４、及び一対の隣り合うベーン３によって区画されたポンプ室６と、カムリング４の一側面に接触して設けられたサイドプレート１０（サイド部材）と、サイドプレート１０に形成され、ポンプ室６に作動流体を導く吸込ポート１１と、カムリング４の内周カム面４ａに、ロータ２の回転方向において吸込ポート１１の始端部１１ａに掛かって形成される溝部２０，３０，４０と、を備える。

この構成では、ポンプ室６が溝部２０，３０，４０に連通した際には、ポンプ室６の高圧油はカムリング４の内周カム面４ａに形成された溝部２０，３０，４０を通じて吸込ポート１１に導かれるため、カムリング４の内周カム面４ａに沿った作動油の流れが生じる。したがって、ポンプ室６の圧力低下が抑制されるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。

また、溝部２０，３０，４０はカムリング４の厚さ方向の中央部に形成される。

この構成では、溝部２０，３０，４０を通じて導かれる作動油はポンプ室６の厚さ方向中央付近を通るため、ポンプ室６の中央付近の局所的な圧力低下がより効果的に抑制される。

また、溝部２０は、ロータ２の回転中心から見て、ロータ２の回転方向に沿う長方形に形成され、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、アーチ状に形成される。

この構成では、ロータ２の高回転時であっても、ポンプ室６の中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

また、溝部３０は、ロータ２の回転中心から見て、ロータ２の回転方向に沿う菱形に形成され、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、三角形に形成される。

この構成では、ロータ２の低回転時であっても、ポンプ室６の圧力変動を緩やかにすることができると共に、ポンプ室６の中央付近の局所的な圧力低下を抑制することができる。

また、溝部４０は、ロータ２の回転中心から見て円形に形成され、カムリング４の軸方向に垂直な断面において、半円形に形成される。

この構成では、ポンプ室６の中央付近の局所的な圧力低下を低コストで抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００・・・ベーンポンプ、２・・・ロータ、３・・・ベーン、４・・・カムリング、６，６Ａ，６Ｂ・・・ポンプ室、７・・・ポンプカバー（サイド部材）、８・・・吸込ポート、８ａ・・・始端部、１０・・・サイドプレート（サイド部材）、１１・・・吸込ポート、１１ａ・・・始端部、２０，３０，４０・・・溝部

Claims (5)

1. 回転駆動されるロータと、
   前記ロータに対して径方向に往復動自在に設けられた複数のベーンと、
   前記ロータの回転に伴って前記ベーンの先端部が摺接する内周カム面を有するカムリングと、
   前記ロータ、前記カムリング、及び一対の隣り合う前記ベーンによって区画されたポンプ室と、
   前記カムリングの一側面に接触して設けられたサイド部材と、
   前記サイド部材に形成され、前記ポンプ室に作動流体を導く吸込ポートと、
   前記カムリングの前記内周カム面に、前記ロータの回転方向において前記吸込ポートの始端部に掛かって形成される溝部と、
   を備えることを特徴とするベーンポンプ。
2. 請求項１に記載のベーンポンプであって、
   前記溝部は、前記カムリングの厚さ方向の中央部に形成されることを特徴とするベーンポンプ。
3. 請求項１又は２に記載のベーンポンプであって、
   前記溝部は、前記ロータの回転中心から見て、前記ロータの回転方向に沿う長方形に形成され、前記カムリングの軸方向に垂直な断面において、アーチ状に形成されることを特徴とするベーンポンプ。
4. 請求項１又は２に記載のベーンポンプであって、
   前記溝部は、前記ロータの回転中心から見て、前記ロータの回転方向に沿う菱形に形成され、前記カムリングの軸方向に垂直な断面において、三角形に形成されることを特徴とするベーンポンプ。
5. 請求項１又は２に記載のベーンポンプであって、
   前記溝部は、前記ロータの回転中心から見て円形に形成され、前記カムリングの軸方向に垂直な断面において、半円形に形成されることを特徴とするベーンポンプ。

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