JP3861594B2 - オイルポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のハンドル操作力を軽減する動力舵取装置のような圧力流体利用機器に用いる可変容量形ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、動力舵取装置に用いる流体圧ポンプは、舵取りハンドルの舵取り操作時（いわゆる操舵時）に操舵状態に対応した操舵補助力を得るために、充分な量の圧力流体を動力舵取装置のパワーシリンダに給送できることが要求される。これに対して車輌の直進走行時のような非操舵時には、圧力流体の給送は事実上不要である。また、この動力舵取装置用ポンプには、高速走行時の圧力流体の給送量を停車中や低速走行時の給送量よりも少なくし、高速走行時に舵取りハンドルに剛性感をもたせて高速での直進走行時の走行安定性を確保できることも望まれる。
【０００３】
この種の動力舵取装置用のポンプとして従来一般には、車輌のエンジンを駆動源とする容量形ポンプを用いていた。容量形ポンプは、エンジンの回転数が増加するに伴って吐出流量が増大する特性をもっている。従って、容量形ポンプを動力舵取装置用のポンプとして用いるには、ポンプからの吐出流量を回転数の如何にかかわらず一定量以下に制御する流量制御弁が必須となる。しかし、このような流量制御弁を備えた容量形ポンプでは、圧力流体の一部を流量制御弁を介してタンクに還流させても、エンジンに対する負荷は減少せず、ポンプの駆動馬力は同じであるから省エネルギー効果は得られなかった。
【０００４】
このような不具合を解消するため、ポンプ一回転当たりの吐出流量（cc/rev）を回転数の増加に比例して減少させることができる可変容量形ベーンポンプが、特開平６−２００８８３号公報、特開平７−２４３３８５号公報、特開平８−２００２３９号公報等によって従来から提案されている。これらの可変容量形ポンプはいわゆるエンジン回転数感応式ポンプであって、エンジン回転数（ポンプ回転数）が増加すると、ポンプ吐出側の流体圧の大きさに対応してカムリングをポンプ室のポンプ容量が減少する方向に移動させるようになっているので、ポンプ吐出側の流量を減少させることができる。
【０００５】
前記のような可変容量形ポンプは、車輌の停車中や低速走行時であってもエンジン回転数が小さいときにポンプ吐出側の流量を相対的に多くすることができるから、停車中や低速走行時における操舵時に大きな操舵補助力を得て軽快な操舵を行うことができる。また、車輌の高速走行時にはエンジン回転数が大きくなり、ポンプ吐出側の流量が相対的に少なくなるから、高速走行時における舵取り操作力に適度な剛性感を与えた操舵が可能となる。
【０００６】
また、この種の可変容量形ポンプによれば、操舵時（操舵必要時）に所定流量の圧力流体を給送して所定の操舵補助力を得るとともに、非操舵時（操舵が不要なとき）に圧力流体の給送流量をほとんど零または必要最小限とすることが省エネルギー化の観点から望まれている。例えば、可変容量形ポンプを車輌のエンジンで直接駆動しているときにおいて、エンジン回転数が大きいときであっても非操舵時であれば、ポンプからの吐出量は不要であり、このときのポンプ吐出量を減少させるとポンプの駆動馬力を抑制できるものであり、このような点を考慮することが望まれている。
【０００７】
すなわち、この種の可変容量形ポンプを制御するに当たっては、車輌が停車しているか、低速、中速または高速で走行しているか、その走行時に操舵が行われているか、非操舵であるかを判断し、その車輌の走行状態に応じて最適なポンプ制御を行うことが望まれる。従って、このような車輌の走行状態、操舵状態を確実に把握し、ポンプ制御を適切に行って動力舵取装置としての性能を発揮させるとともに、ポンプの駆動制御を所要の状態で行い、可変容量形ポンプとして省エネルギー効果が得られるように、ポンプの作動状態や車輌の走行状態を加味して何らかの対策を講じる必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、直進走行中におけるポンプ吐出流量を低く押さえて、省エネルギー効果を向上させるとともに、操舵時の大流量が必要なときには、迅速に応答してポンプ吐出流量を増大させ、所要の操舵補助力を生じさせることができる可変容量形ポンプを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、ポンプボディの内部空間に揺動可能に支持されたカムリングと、このカムリング内に回転可能に配置されたロータと、前記カムリングの一側に形成された第１流体圧室と、他側に形成された第２流体圧室と、前記カムリングをポンプ室のポンプ容量が最大となる方向に付勢する付勢手段と、前記ポンプ室から吐出される圧力流体を圧力流体利用機器に供給する吐出通路の途中に設けたメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの上流側と下流側の流体圧をスプールの両端面に作用させるとともに、下流側の流体圧が作用する端面側にスプリングを配置した制御バルブとを備え、この制御バルブの作動により前記流体圧室の少なくとも一方の流体圧を制御してカムリングを揺動させるようにしたものであって、さらに、前記圧力流体利用機器の作動圧力の上昇に応じて移動するピストンを設け、このピストンにより前記スプールのスプリング側端面に軸方向の推力を付加するようにしたものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その小径端に前記スプリングの一端を当接させ、かつ、大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、ピストンの小径部と大径部との段差部の周囲に形成した空間に前記メータリングオリフィスの下流側の流体圧よりも低い圧力を導入し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によってピストンを移動させることにより、前記スプリングを介して制御バルブのスプールに軸方向の推力を付加することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の可変容量形ポンプは、前記スプリングの外周側に第２のスプリングを配置し、その一端をスプールの端面に、他端をバルブ孔の端面にそれぞれ当接させたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、小径端をスプール側に延長し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によりピストンが移動したときに、前記ピストンの小径端を直接スプールに当接させて軸方向の推力を付加することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンの大径端に流体圧力利用機器の作動圧力を導く導入通路の途中に切替弁を設け、作動圧力が所定以上に上昇した際に、前記導入通路を遮断することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの全体の構成を示す断面図、図２は前記可変容量形ポンプに設けられた制御バルブの構造を示す概略構成図である。この可変容量形ポンプ（全体を符号１で示す）は、本発明を動力舵取装置の油圧発生源となるベーンタイプのオイルポンプに適用した場合を示すものである。
【００１５】
フロントボディとリアボディとを突き合わせてなるポンプボディ２内に、後に説明するポンプカートリッジとしてのポンプ構成要素を収納配置する収納空間４が形成され、この収納空間４の内面にアダプタリング６が嵌着されている。このアダプタリング６のほぼ楕円形の空間内に、揺動支点ピン８を介してカムリング１０が揺動可能に配置されている。このカムリング１０の、前記揺動支点ピン８とほぼ軸対称の位置にシール部材１２が設けられており、これら揺動支点ピン８とシール部材１２とによって、カムリング１０の両側に第１流体圧力室１４および第２流体圧力室１６が区画形成されている。
【００１６】
さらに、前記カムリング１０の内周側には、複数枚のベーン１８を放射方向に摺動自在に保持したロータ２０が配置されている。このロータ２０は、ポンプボディ２を貫通して回転自在に支持されたドライブシャフト２２に連結されており、図示しないエンジンによって回転駆動されるドライブシャフト２２により図１の矢印方向に回転する。前記カムリング１０はドライブシャフト２２に連結されたロータ２０に対し、偏芯した状態で配置されており、これらカムリング１０とロータ２０との間に形成される空間内に、隣接する二枚のベーン１８によってポンプ室２４が形成される。このカムリング１０が、前記揺動支点ピン８を支点に揺動することによって前記ポンプ室２４の容積が増減する。
【００１７】
ポンプボディ２の前記第２流体圧室１６側には、圧縮コイルばね２６が配置されており、前記カムリング１０を常時第１流体圧室１４側、つまり前記ポンプ室２４の容積が最大になる方向に付勢している。
【００１８】
前記ポンプボディ２の内部の収納空間４には、従来周知のように、前記アダプタリング６、カムリング１０およびロータ２０が、図示しないプレッシャプレートおよびサイドプレート（またはサイドプレートの機能を果たすリアボディ）によって両側から挟持されている。
【００１９】
前記ロータ２０の回転に伴って、隣接する二枚のベーン１８間に形成されるポンプ室２４の容積が次第に拡大していく領域（図１の上部）の、サイドプレートの側面には吸込側開口が形成されており、図示しない吸い込みポートを介してタンクから吸い込んだ作動流体をポンプ室２４に供給する。また、前記ロータ２０の回転に伴って、前記ポンプ室２４の容積が次第に縮小していく領域（図１の下部）の、プレッシャプレートの側面に吐出側開口が形成されており、ポンプ室２４から吐出された圧力流体が、ポンプボディ２の底部に形成された吐出側圧力室に導入される。この吐出側圧力室は、ポンプボディ２に形成されたポンプ吐出側通路を介して吐出ポートに接続されており、吐出側圧力室に導かれた圧力流体が、吐出ポートから動力舵取装置のパワーシリンダに送られる。
【００２０】
前記ポンプボディ２内には、前記ドライブシャフト２２と直交する方向を向けて制御バルブ２８が設けられている。この制御バルブ２８は、ポンプボディ２に形成されたバルブ孔３０内に摺動可能に嵌合されたスプール３２を有している。このスプール３２は、その一方の端部（図１の右側の第２流体圧室１６側端部）側の室３４（以下スプリング室と呼ぶ）内に配置されたスプリング３６によって、常時図１の左方（第１流体圧室１４方向）に向けて付勢されており、非作動時には、前記バルブ孔３０の開口部に螺合されて閉塞するプラグ３７の前面に当たって停止している。
【００２１】
前記ポンプ室２４から流体圧力利用機器（この実施の形態では動力舵取装置）に至る吐出側通路の途中にメータリングオリフィス（図示せず）が設けられており、このメータリングオリフィスの上流側の流体圧が、パイロット圧通路３８を介して、図１の左方の室４０（以下高圧室と呼ぶ）内に導入され、一方、メータリングオリフィスの下流側の流体圧が、パイロット通路４２（図２参照）を介して、スプリング室３４に導入されており、これら両室３４、４０の圧力差が所定以上になると、スプール３２がスプリング３６に抗して図の右方へ移動する。なお、前記メータリングオリフィスは、図示を省略するが、前記カムリング１０の揺動によって開口面積を増減される通路孔を有する可変オリフィスと、最少流量を規定する固定オリフィスからなっている。
【００２２】
カムリング１０の左側に形成された第１流体圧室１４は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ａ、６ａを介して、バルブ孔３０の高圧室４０側に連通し、カムリング１０の右側に形成された第２流体圧室１６は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ｂ、６ｂを介して、バルブ孔３０のスプリング室３４側に連通している。
【００２３】
スプール３２の外周面には、前記高圧室４０を区画する第１ランド部３２ａとスプリング室３４を区画する第２ランド部３２ｂとが形成され、これら両ランド部３２ａ、３２ｂの中間に環状の溝部３２ｃが設けられている。この中間の環状溝部３２ｃが、ポンプ吸込側通路４３を介してタンクに接続されており、この環状溝部３２ｃとバルブ孔３０の内周面との間の空間がポンプ吸込側室４４を構成している。
【００２４】
カムリング１０の左側に設けられた第１流体圧室１４は、スプール３２が図１に示す非作動位置にあるときには、接続通路２ａ、６ａを介してポンプ吸込側室４４に接続され、前記メータリングオリフィスの前後の差圧によってスプール３２が作動すると、ポンプ吸込側室４４から徐々に遮断されて、前記高圧室４０に連通されるようになっている。従って、第１流体圧室１４には、前記ポンプ吸込側の圧力Ｐ０ と、ポンプ吐出側通路内に設けられたメータリングオリフィスの上流側の圧力Ｐ１ が選択的に供給される。
【００２５】
また、カムリング１０の右側に設けられた第２流体圧室１６は、スプール３２の非作動時には、接続通路２ｂ、６ｂを介してスプリング室３４に接続され、スプール３２が作動すると、前記スプリング室３４から徐々に遮断されるとともに、次第にポンプ吸込側室４４に接続される。従って、第２流体圧室１６内には、前記メータリングオリフィスの下流側の圧力Ｐ２ とポンプ吸込側の圧力Ｐ０ が選択的に供給される。
【００２６】
前記スプール３２の内部には、リリーフバルブ４６が設けられており、スプリング室３４内の圧力（メータリングオリフィスの下流側の圧力、言い換えれば動力舵取装置の作動圧力）が所定以上に上昇したときに開放して、この流体圧をタンク側に逃がすようになっている。
【００２７】
前記可変容量形ポンプ１の構成および作動については、従来知られたものとほぼ同一であるので、一部の図示および詳細な説明は省略している。さらに、本実施の形態に係る可変容量形ポンプ１には、動力舵取装置の作動圧力（負荷圧力）によって前記制御バルブ２８のスプール３２を押圧し、ポンプ吐出流量を増大させる推力付加手段としてピストンが設けられている。
【００２８】
制御バルブ２８のスプール３２が摺動自在に嵌合しているバルブ孔３０の底部（スプリング室３４側端部）に、環状の保持部材５０が嵌合固定されている（図１参照、なお、図２では構造を簡略化して示しているので図示を省略する）。この環状保持部材５０の外周にはシール部材５２が嵌着されてスプリング室３４側とバルブ孔３０の底部側（図１の右端側）の空間５４とを、液密を保持して区画している。
【００２９】
この環状保持部材５４の軸芯を貫通して形成された内部孔５６は、バルブ孔３０の底部側の大径孔５６ａとスプリング室３４側の小径孔５６ｂとからなっており、この内部孔５６内に段付きのピストン５８が嵌合している。段付きピストン５８の大径部５８ａが内部孔５６の大径孔５６ａ内に摺動自在に嵌合し、小径部５８ｂが内部孔５６の小径孔５６ｂ内に摺動自在に嵌合している。さらに、段付きピストン５８の小径部５８ｂの先端に形成された細径部５８ｃが、環状保持部材５０の内部孔５６からスプリング室３４内に突出している。
【００３０】
この段付きピストン５８の先端細径部５８ｃにばね受け用のリング６０が嵌合し、前記制御バルブ２８のスプール３２を高圧室４０側に付勢するスプリング３６の一端を支持している。ばね受け用リング６０は、このスプリング３６に押されて段付きピストン５８の小径部５８ｂと先端細径部５８ｃとの間の段部に係止している。
【００３１】
前記段付きピストン５８には軸芯を貫通する通路孔６２が形成されており、この通路孔６２を介して段付きピストン５８の大径部５８ａの背後の空間５４（図の右端の空間）に、スプリング室３４内の圧力すなわち、メータリングオリフィスの下流側でのポンプ吐出側の圧力が導入されている。また、段付きピストン５８の大径部５８ａと小径部５８ｂとの段差部と、環状保持部材５０の大径孔５６ａの内面によって区画された空間６３は、バルブボディ２内の通路６４（図２参照）等を介してタンク側に接続されている。なお、この空間６３に導入する圧力は、タンク圧に限るものではなく、メータリングオリフィスの下流側の圧力よりも低い圧力であればよい。
【００３２】
前記段付きピストン５８には、両端面に同じ流体圧（メータリングオリフィスの下流側の流体圧、つまり動力舵取装置の作動圧力）が作用しており、この作動圧力が所定以上大きくなると、大径部５８ａと小径部５８ｂとの受圧面積差によりピストン５８がスプリング３６を撓めて図の左方へ移動する。このピストン５８は、大径部５８ａの小径部５８ｂ側端面（図の左側端面）が環状保持部材５６の小径孔５６ｂと大径孔５６ａとの間の段部５６ｃ（ストッパ面）に当たると停止するようになっている。なお、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば０．６Ｍｐａに達するまでピストン５８が移動しないようにスプリング３６のばね力が設定される。
【００３３】
前記制御バルブ２８は、この可変容量形ポンプ１の始動直後はメータリングオリフィスの上流側と下流側の流体圧力差（差圧）が小さいので、スプリング３６の力によってスプール３２が図１に示す位置に停止している。従って、第１流体圧力室１４はポンプ吸込側室４４に接続されてタンク圧Ｐ０ が導入され、一方、第２流体圧力室１６はスプリング室３４を介して前記メータリングオリフィスの下流側の圧力Ｐ２ が導入されており、カムリング１０は図１の左側に押されてポンプ室２４の容積が最大となる状態にある。
【００３４】
そして、エンジン回転数が増加するにつれて、ポンプ室２４からの吐出流量が次第に増大し、メータリングオリフィスの上流側と下流側との圧力差（差圧）が大きくなり、所定の差圧になると、前記スプール３２がスプリング３６を撓ませる方向（スプリング室３４方向）に移動し、所定位置で平衡して、その状態が維持されることになる（図２に示す状態）。このとき、スプール３２は、カムリング１０の両側に形成されている第１流体圧力室１４および第２流体圧室１６に、ともにポンプ吸込側を接続または接続可能な状態でほぼ安定する。
【００３５】
このようなスプール３２の平衡状態において、カムリング１０は、両側の流体圧力室１４、１６間の差圧と前記圧縮コイルばね２６の付勢力とによって、図１の右側に揺動してポンプ室２４が最小のポンプ容量となる位置でバランスした状態となる。この状態では、ポンプは最少のポンプ吐出流量となっており、この実施の形態では、吐出流量が４．５ｌ／ｍｉｎとなっている（図６の破線参照）。なお、このこの吐出流量の数値は一例であり、必要とされる最小の操舵補助力から、メータリングオリフィスの絞り量やポンプ室２４の容積等によって適宜設定することができる。
【００３６】
また、前記のような平衡状態において舵取り操作（操舵）が行われると、動力舵取装置の作動圧力が上昇し、所定以上の圧力になると、この作動圧力が作用する段付きピストン５８の大径部５８ａと小径部５８ｂとの面積差により、ピストン５８がスプリング３６を撓めて図の左方へ移動する。ピストン５８が移動すると、撓められたスプリング３６を介してスプール３２に軸方向の推力が付加され、スプール３２は、この推力に応じて図の左方へ移動する。
【００３７】
スプール３２が移動することによって、第１流体圧室１４がポンプ吸込側室４４に接続されるとともに、第２流体圧室１６がメータリングオリフィスの下流側圧力が導入されているスプリング室３４に接続される。これによってカムリング１０は図１の左側に揺動し、ポンプ室２４の容積を拡大する。従って、ポンプからの吐出流量が増大する。図６の実線はこのような吐出流量の一例を示すもので、急操舵時に必要とする最大流量（この例では７ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００３８】
動力舵取装置の作動圧力がさらに上昇すると、段付きピストン５８は、大径部５８ａの前面（図の左側端面）が前記環状保持部材５０のストッパ面５６ｃに当たって停止し、ピストン５８による推力がそれ以上スプール３２に伝わらないようになっている。この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば１．５Ｍｐａに達するとピストンが停止するように設定されている。
【００３９】
前記のような流量特性が得られるように制御すると、非操舵時には、制御バルブ２８のスプール３２はメータリングオリフィスに規定された最少流量（例えば４．５ｌ／ｍｉｎ）になるように移動してその状態を維持している。そして、この非操舵時には、最少流量でスプール３２を平衡状態に維持するため、メータリングオリフィスでの差圧を小さく設定することができる。例えば、従来はメータリングオリフィスの差圧が０．２ＭＰａで平衡状態であったものが、本発明では０．０７ＭＰａ程度に設定することができる。従って、このメータリングオリフィスでの圧力損失が小さくなる。
【００４０】
一方、操舵時には、動力舵取装置の作動圧力に応じてピストン５８に生じる推力によって、スプール３２を図２に示す平衡状態から図の左側に移動させることが瞬時に行われる。これによって第１および第２の流体圧室１４、１６の流体圧を制御し、ポンプ吐出流量を所定の流量まで迅速に増大させて所要の操舵補助力を生じさせることができる。従って、急操舵時にあっても、応答遅れを生じることなく、所要の操舵力を生じさせ、動力舵取装置としての性能を確保することができる。
【００４１】
以上のように、車輌の直進走行時には、スプリング３６の力だけで制御バルブ２８のスプール３２を制御し、動力舵取装置の作動時にはその作動圧力（負荷圧力）をピストン５８の推力に置き換えて前記スプール３２を押圧し、ポンプ吐出流量を増大させている。従って、メータリングオリフィスの前後の差圧は、車輌の直進時にはスプリング３６の力に対向するだけなので低く、操舵時には、スプリング３６の力とピストン５８の押圧力とを加えた大きさで従来の構成と同じになり、直進時の省エネルギー効果が極めて大きい。
【００４２】
図３は、第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ１２８を示す図であり、前記第１の実施の形態の制御バルブ２８と基本的な構成は共通しているので、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略し、相違する部分についてだけ説明する。なお、図３は、前記図２と同様にスプール３２がメータリングオリフィスの上流側と下流側との圧力差により移動してバランスした状態を示している。
【００４３】
前記第１の実施の形態では、スプリング３６の一端（図１および図２の左端）を、スプール３２の端面に当接させるとともに、他端を、段付きピストン５８の小径部５８ｂと先端細径部５８ｃとの間の段部に係止させたばね受け用リング６０に当接させていたが、この実施の形態では、スプリング室３４内に内外二重のスプリング１３６、１３７を配置している。内側のスプリング１３６は、前記第１の実施の形態のスプリング３６と同様に、一端（図３の左端）がスプール３２の端面に、他端が段付きピストン５８に係止したばね受け用リング６０に当接している。また、外側のスプリング１３７は、一端（図３の左端）がスプール３２の端面に、他端がバルブボディ２に形成されたバルブ孔３０の底面３０ａ（図１に示すように環状保持部材５０を配設した構成ではその側面）にそれぞれ当接させている。
【００４４】
前記外側のスプリング１３７は、ばね定数を低くしてあり、セット長さがばらついてもセット荷重のばらつきを小さくでき、非操舵時の流量のばらつきひいてはメータリングオリフィスの差圧のばらつきを押さえることができるようになっている。また、内側のスプリング１３６は、操舵時に動力舵取装置側の流体圧が上昇して所定の圧力になったときに、ピストン５８が所定の変位を発生するようなばね定数に設定されている。その他の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
この実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様の作動を行い、同様の効果を奏することができる。さらに、前記第１の実施の形態では単一のスプリング３６によって、スプール３２を作動させるメータリングオリフィス前後の差圧を設定するとともに、動力舵取装置の作動圧力により移動するピストン５８の推力をスプール３２に伝達する機能を果たしてしているので、このスプリング３６のセット荷重が高精度であることが要求されるが、この実施の形態では、前述のようにスプリング１３６、１３７のセット荷重にそれほど高精度が要求されない。
【００４６】
図４は、第３の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ２２８を示す図であり、制御バルブ２２８の構成自体は前記第１の実施の形態の構成と同一であり、この制御バルブ２２８のスプール３２に軸方向の推力を付与するピストン２５８の構成が異なっている。
【００４７】
この実施の形態のピストン２５８は、前記第１および第２の実施の形態における段付きピストン５８と同様の大径部２５８ａと小径部２５８ｂとを有する段付きピストンの背後（図４の右側）に、前記スプリング室３４側の小径部２５８ｂと同径の小径部２５８ｄが形成されており、この後方側小径部２５８ｄが、バルブボディ２に形成された大径孔２５６ａの背後に連続する小径孔２５６ｃ内に摺動可能に嵌合している。
【００４８】
このピストン２５８の軸芯には貫通孔２６２が形成され、前記スプリング室３４内と後方側小径部２５８ｄが嵌合している小径孔２５６ｃの底部の空間２５７との間を連通しており、スプリング室３４内の圧力すなわち前記メータリングオリフィスの下流側の圧力が前記底部空間２５７内に導入されている。このようにピストン２５８の両端に同圧を作用させることにより、動力舵取装置の作動圧力の変動によりピストン２５８に推力が発生してスプリング３６を押すことがないようになっている。
【００４９】
段付きピストン２５８の中央に形成された大径部２５８ａと後方側小径部２５８ｄとの間の段差部の周囲の空間（以下圧力室と呼ぶ）２５４には、導入通路２７０を介して動力舵取装置側の流体圧が導入されるようになっている。そして、大径部２５８ａと前方側小径部２５８ｂとの間の段差部の周囲の空間２６３内には、タンク側の流体圧が導入されている。
【００５０】
前記導入通路２７０の途中に切替弁２７２が設けられている。この切替弁２７２は、バルブボディ２に形成された弁孔２７４内に摺動自在に嵌合されたスプール弁体２７６と、このスプール弁体２７６を付勢するスプリング２７８とを備えている。このスプリング２７８が収容されている室２８０は通路２６４を介してタンク側に接続されている。弁孔２７４内の前記スプリング２７８が収容されている室２８０と逆の端部側（図４の左側）の室２８４内は、導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介して前記ピストン大径部２５８ａの背後の圧力室２５４に接続されている。
【００５１】
切替弁２７２のスプール弁体２７６の中間部外周に環状溝２７６ａが形成され、この環状溝２７６ａと前記圧力室２５４に接続された端部室２８４とが内部通路２７６ｂにより連通している。従って、図４に示すように、スプール弁体２７６がスプリング２７８に押されて非作動位置に停止しているときには、導入通路２７０（その上流部２７０Ａ）を介して弁孔２７４内に導入された動力舵取装置側の流体圧は、スプール弁体２７６の環状溝２７６ａ、内部通路２７６ｂ、端部室２８４および導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介して、前記ピストン大径部２５８ａの後方側の圧力室２５４に導入されている。
【００５２】
また、動力舵取装置の作動圧力が所定以上に上昇すると、スプール弁体２７６がスプリング２７８を撓めて図４の右方へ移動し、その環状溝２７６ａと導入通路２７０の上流部２７０Ａとが遮断される。なお、流体圧力利用機器は、無負荷時でも配管抵抗等により若干の圧力損失があり、この動力舵取装置では０．３Ｍｐａ程度の損失があるため、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば０．５Ｍｐａまでスプール弁体２７６が作動しないように前記スプリング２８０力が設定されている。
【００５３】
この実施の形態では、非操舵時には、前記第１の実施の形態と同様に、ポンプ回転数が増大しメータリングオリフィスの前後の圧力差が大きくなると、スプール３２がスプリング３６を撓めて図の右方へ移動し、前述のようにバランスした状態になる。
【００５４】
この状態で舵取り操作が行われると、動力舵取装置側の圧力が上昇する。この動力舵取装置側の作動圧力がパイロット通路４２からスプール３２の右端のスプリング室３４内に入るとともに、導入通路２７０の上流部２７０Ａ、スプール弁体２７６の環状溝２７６ａ、内部通路２７６ｂ、弁孔２７４の端部室２８４および導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介してピストン２５８の大径部２５８ａの後方に形成された圧力室２５４内にも導入される。動力舵取装置の作動圧力が所定以上になると、この圧力が作用するピストン２５８の大径部２５８ａと小径部２５８ｂとの受圧面積差によってピストン２５８が左行する。ピストン２５８が移動すると、撓められたスプリング３６を介してスプール３２に軸方向の推力が付加され、スプール３２は、この推力に応じて図４の左方へ移動する。
【００５５】
スプール３２が移動することによって、第１流体圧室１４がポンプ吸込側室４４に接続されるとともに、第２流体圧室１６がメータリングオリフィスの下流側圧力が導入されているスプリング室３４に接続される。これによってカムリング１０は図１の左側に揺動し、ポンプ室２４の容積を拡大する。従って、ポンプからの吐出流量が増大する。
【００５６】
以上のように、この実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様の作動を行い、同様の効果を奏することができる。また、前記第１の実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が所定以上上昇すると、ピストン５８がストッパ面５６ｃに当たって停止し、スプール３２にそれ以上の推力を付加しないようになっているが、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が所定以上になると、切替弁２７２が作動し、前記ピストン２５８の背後の圧力室２５４への導入通路２７０を遮断してピストン２５８がそれ以上移動しないようにすることにより、スプール３２に伝達する推力を制限するようにしている。
【００５７】
図５は、第４の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ３２８を示す図であり、この実施の形態では、前記第３の実施の形態とピストン３５８の構成が異なっている。この実施の形態のピストン３５８は、スプール３２側の小径部３５８ｂがバルブ孔３０の内部まで延長されており、前記メータリングオリフィスの前後の差圧によって制御バルブ３２８のスプール３２が作動して平衡状態（図５に示す状態）になったときに、スプール３２のスプリング３３６側端面とピストン３５８の小径部３５８ｂの先端面とがほぼ当接した状態で対向する。また、制御バルブ３２８のスプール３２を付勢するスプリング３３６のピストン３５８側の端部は、ピストン３５８に係合させず、バルブ孔３０の底面３０ａに当接させている。その他の構成は、第３の実施の形態と同一であるのでその説明は省略する。
【００５８】
この実施の形態では、前記スプール３２の平衡状態（図５の状態）から、操舵が行われて動力舵取装置の作動圧力が上昇しピストン３５８を左行させると、前記各実施の形態のようにスプリング３６、１３６を介して推力を付加するのではなく、ピストン３５８が直接スプール３２を押圧して、図５の左方向へ移動させる。
【００５９】
この実施の形態でも前記各実施の形態と同様に作動し、同様の効果を奏することができる。さらに、スプール３２を付勢するスプリング３３６は、ばね定数を低くし、セット長さがばらついても非操舵時の流量のばらつきを押さえることができるようになっている。また、ピストン３５８はスプリング３３６を介さず直接スプール３２を押すので、操舵時には迅速に、かつ確実に制御バルブ３２８を切換え、ポンプの吐出流量を増加させることができる。
【００６０】
なお、本発明は、前記実施の形態で説明した構造に限定されるものではなく、各部の形状、構造等を適宜変形、変更しうることはいうまでもない。また、前記実施の形態では、車輌に搭載されている動力舵取装置の油圧源として用いる可変容量形ポンプについて説明したが、本発明はこれに限らず、ポンプからの供給流量を必要に応じて増減することにより圧力流体利用機器側の動作上での信頼性を確保する一方、ポンプ動力を軽減し、省エネルギー効果を発揮させることができるものであれば適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可変容量形ポンプにおいて、圧力流体利用機器の作動圧力の上昇に応じて移動するピストンを設け、このピストンにより制御バルブのスプールのスプリング側端面に軸方向の推力を付加するようにしたことにより、直進時のポンプ駆動トルクを減らして省エネルギー効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの全体の構成を示す縦断面図である。
【図２】 前記可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図３】 第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図４】 第３の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図５】 第４の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図６】 前記可変容量形ポンプの流量特性を示す図である。
【符号の説明】
２ ポンプボディ
１０ カムリング
１４ 第１流体圧室
１６ 第２流体圧室
１８ ベーン
２０ ロータ
２４ ポンプ室
２６ 付勢手段（スプリング）
２８ 制御バルブ
３２ スプール
３６ スプリング
５８ ピストン
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のハンドル操作力を軽減する動力舵取装置のような圧力流体利用機器に用いる可変容量形ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、動力舵取装置に用いる流体圧ポンプは、舵取りハンドルの舵取り操作時（いわゆる操舵時）に操舵状態に対応した操舵補助力を得るために、充分な量の圧力流体を動力舵取装置のパワーシリンダに給送できることが要求される。これに対して車輌の直進走行時のような非操舵時には、圧力流体の給送は事実上不要である。また、この動力舵取装置用ポンプには、高速走行時の圧力流体の給送量を停車中や低速走行時の給送量よりも少なくし、高速走行時に舵取りハンドルに剛性感をもたせて高速での直進走行時の走行安定性を確保できることも望まれる。
【０００３】
この種の動力舵取装置用のポンプとして従来一般には、車輌のエンジンを駆動源とする容量形ポンプを用いていた。容量形ポンプは、エンジンの回転数が増加するに伴って吐出流量が増大する特性をもっている。従って、容量形ポンプを動力舵取装置用のポンプとして用いるには、ポンプからの吐出流量を回転数の如何にかかわらず一定量以下に制御する流量制御弁が必須となる。しかし、このような流量制御弁を備えた容量形ポンプでは、圧力流体の一部を流量制御弁を介してタンクに還流させても、エンジンに対する負荷は減少せず、ポンプの駆動馬力は同じであるから省エネルギー効果は得られなかった。
【０００４】
このような不具合を解消するため、ポンプ一回転当たりの吐出流量（cc/rev）を回転数の増加に比例して減少させることができる可変容量形ベーンポンプが、特開平６−２００８８３号公報、特開平７−２４３３８５号公報、特開平８−２００２３９号公報等によって従来から提案されている。これらの可変容量形ポンプはいわゆるエンジン回転数感応式ポンプであって、エンジン回転数（ポンプ回転数）が増加すると、ポンプ吐出側の流体圧の大きさに対応してカムリングをポンプ室のポンプ容量が減少する方向に移動させるようになっているので、ポンプ吐出側の流量を減少させることができる。
【０００５】
前記のような可変容量形ポンプは、車輌の停車中や低速走行時であってもエンジン回転数が小さいときにポンプ吐出側の流量を相対的に多くすることができるから、停車中や低速走行時における操舵時に大きな操舵補助力を得て軽快な操舵を行うことができる。また、車輌の高速走行時にはエンジン回転数が大きくなり、ポンプ吐出側の流量が相対的に少なくなるから、高速走行時における舵取り操作力に適度な剛性感を与えた操舵が可能となる。
【０００６】
また、この種の可変容量形ポンプによれば、操舵時（操舵必要時）に所定流量の圧力流体を給送して所定の操舵補助力を得るとともに、非操舵時（操舵が不要なとき）に圧力流体の給送流量をほとんど零または必要最小限とすることが省エネルギー化の観点から望まれている。例えば、可変容量形ポンプを車輌のエンジンで直接駆動しているときにおいて、エンジン回転数が大きいときであっても非操舵時であれば、ポンプからの吐出量は不要であり、このときのポンプ吐出量を減少させるとポンプの駆動馬力を抑制できるものであり、このような点を考慮することが望まれている。
【０００７】
すなわち、この種の可変容量形ポンプを制御するに当たっては、車輌が停車しているか、低速、中速または高速で走行しているか、その走行時に操舵が行われているか、非操舵であるかを判断し、その車輌の走行状態に応じて最適なポンプ制御を行うことが望まれる。従って、このような車輌の走行状態、操舵状態を確実に把握し、ポンプ制御を適切に行って動力舵取装置としての性能を発揮させるとともに、ポンプの駆動制御を所要の状態で行い、可変容量形ポンプとして省エネルギー効果が得られるように、ポンプの作動状態や車輌の走行状態を加味して何らかの対策を講じる必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、直進走行中におけるポンプ吐出流量を低く押さえて、省エネルギー効果を向上させるとともに、操舵時の大流量が必要なときには、迅速に応答してポンプ吐出流量を増大させ、所要の操舵補助力を生じさせることができる可変容量形ポンプを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る可変容量形ポンプは、ポンプボディの内部空間に揺動可能に支持されたカムリングと、このカムリング内に回転可能に配置されたロータと、前記カムリングの一側に形成された第１流体圧室と、他側に形成された第２流体圧室と、前記カムリングをポンプ室のポンプ容量が最大となる方向に付勢する付勢手段と、前記ポンプ室から吐出される圧力流体を圧力流体利用機器に供給する吐出通路の途中に設けたメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの上流側と下流側の流体圧をスプールの両端面に作用させるとともに、下流側の流体圧が作用する端面側にスプリングを配置した制御バルブとを備え、この制御バルブの作動により前記流体圧室の少なくとも一方の流体圧を制御してカムリングを揺動させるようにしたものであって、さらに、前記圧力流体利用機器の作動圧力の上昇に応じて移動するピストンを設け、このピストンにより前記スプールのスプリング側端面に軸方向の推力を付加するようにしたものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その小径端に前記スプリングの一端を当接させ、かつ、大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、ピストンの小径部と大径部との段差部の周囲に形成した空間に前記メータリングオリフィスの下流側の流体圧よりも低い圧力を導入し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によってピストンを移動させることにより、前記スプリングを介して制御バルブのスプールに軸方向の推力を付加することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の可変容量形ポンプは、前記スプリングの外周側に第２のスプリングを配置し、その一端をスプールの端面に、他端をバルブ孔の端面にそれぞれ当接させたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、小径端をスプール側に延長し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によりピストンが移動したときに、前記ピストンの小径端を直接スプールに当接させて軸方向の推力を付加することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の可変容量形ポンプは、前記ピストンの大径端に流体圧力利用機器の作動圧力を導く導入通路の途中に切替弁を設け、作動圧力が所定以上に上昇した際に、前記導入通路を遮断することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの全体の構成を示す断面図、図２は前記可変容量形ポンプに設けられた制御バルブの構造を示す概略構成図である。この可変容量形ポンプ（全体を符号１で示す）は、本発明を動力舵取装置の油圧発生源となるベーンタイプのオイルポンプに適用した場合を示すものである。
【００１５】
フロントボディとリアボディとを突き合わせてなるポンプボディ２内に、後に説明するポンプカートリッジとしてのポンプ構成要素を収納配置する収納空間４が形成され、この収納空間４の内面にアダプタリング６が嵌着されている。このアダプタリング６のほぼ楕円形の空間内に、揺動支点ピン８を介してカムリング１０が揺動可能に配置されている。このカムリング１０の、前記揺動支点ピン８とほぼ軸対称の位置にシール部材１２が設けられており、これら揺動支点ピン８とシール部材１２とによって、カムリング１０の両側に第１流体圧力室１４および第２流体圧力室１６が区画形成されている。
【００１６】
さらに、前記カムリング１０の内周側には、複数枚のベーン１８を放射方向に摺動自在に保持したロータ２０が配置されている。このロータ２０は、ポンプボディ２を貫通して回転自在に支持されたドライブシャフト２２に連結されており、図示しないエンジンによって回転駆動されるドライブシャフト２２により図１の矢印方向に回転する。前記カムリング１０はドライブシャフト２２に連結されたロータ２０に対し、偏芯した状態で配置されており、これらカムリング１０とロータ２０との間に形成される空間内に、隣接する二枚のベーン１８によってポンプ室２４が形成される。このカムリング１０が、前記揺動支点ピン８を支点に揺動することによって前記ポンプ室２４の容積が増減する。
【００１７】
ポンプボディ２の前記第２流体圧室１６側には、圧縮コイルばね２６が配置されており、前記カムリング１０を常時第１流体圧室１４側、つまり前記ポンプ室２４の容積が最大になる方向に付勢している。
【００１８】
前記ポンプボディ２の内部の収納空間４には、従来周知のように、前記アダプタリング６、カムリング１０およびロータ２０が、図示しないプレッシャプレートおよびサイドプレート（またはサイドプレートの機能を果たすリアボディ）によって両側から挟持されている。
【００１９】
前記ロータ２０の回転に伴って、隣接する二枚のベーン１８間に形成されるポンプ室２４の容積が次第に拡大していく領域（図１の上部）の、サイドプレートの側面には吸込側開口が形成されており、図示しない吸い込みポートを介してタンクから吸い込んだ作動流体をポンプ室２４に供給する。また、前記ロータ２０の回転に伴って、前記ポンプ室２４の容積が次第に縮小していく領域（図１の下部）の、プレッシャプレートの側面に吐出側開口が形成されており、ポンプ室２４から吐出された圧力流体が、ポンプボディ２の底部に形成された吐出側圧力室に導入される。この吐出側圧力室は、ポンプボディ２に形成されたポンプ吐出側通路を介して吐出ポートに接続されており、吐出側圧力室に導かれた圧力流体が、吐出ポートから動力舵取装置のパワーシリンダに送られる。
【００２０】
前記ポンプボディ２内には、前記ドライブシャフト２２と直交する方向を向けて制御バルブ２８が設けられている。この制御バルブ２８は、ポンプボディ２に形成されたバルブ孔３０内に摺動可能に嵌合されたスプール３２を有している。このスプール３２は、その一方の端部（図１の右側の第２流体圧室１６側端部）側の室３４（以下スプリング室と呼ぶ）内に配置されたスプリング３６によって、常時図１の左方（第１流体圧室１４方向）に向けて付勢されており、非作動時には、前記バルブ孔３０の開口部に螺合されて閉塞するプラグ３７の前面に当たって停止している。
【００２１】
前記ポンプ室２４から流体圧力利用機器（この実施の形態では動力舵取装置）に至る吐出側通路の途中にメータリングオリフィス（図示せず）が設けられており、このメータリングオリフィスの上流側の流体圧が、パイロット圧通路３８を介して、図１の左方の室４０（以下高圧室と呼ぶ）内に導入され、一方、メータリングオリフィスの下流側の流体圧が、パイロット通路４２（図２参照）を介して、スプリング室３４に導入されており、これら両室３４、４０の圧力差が所定以上になると、スプール３２がスプリング３６に抗して図の右方へ移動する。なお、前記メータリングオリフィスは、図示を省略するが、前記カムリング１０の揺動によって開口面積を増減される通路孔を有する可変オリフィスと、最少流量を規定する固定オリフィスからなっている。
【００２２】
カムリング１０の左側に形成された第１流体圧室１４は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ａ、６ａを介して、バルブ孔３０の高圧室４０側に連通し、カムリング１０の右側に形成された第２流体圧室１６は、ポンプボディ２およびアダプタリング６に形成された接続通路２ｂ、６ｂを介して、バルブ孔３０のスプリング室３４側に連通している。
【００２３】
スプール３２の外周面には、前記高圧室４０を区画する第１ランド部３２ａとスプリング室３４を区画する第２ランド部３２ｂとが形成され、これら両ランド部３２ａ、３２ｂの中間に環状の溝部３２ｃが設けられている。この中間の環状溝部３２ｃが、ポンプ吸込側通路４３を介してタンクに接続されており、この環状溝部３２ｃとバルブ孔３０の内周面との間の空間がポンプ吸込側室４４を構成している。
【００２４】
カムリング１０の左側に設けられた第１流体圧室１４は、スプール３２が図１に示す非作動位置にあるときには、接続通路２ａ、６ａを介してポンプ吸込側室４４に接続され、前記メータリングオリフィスの前後の差圧によってスプール３２が作動すると、ポンプ吸込側室４４から徐々に遮断されて、前記高圧室４０に連通されるようになっている。従って、第１流体圧室１４には、前記ポンプ吸込側の圧力Ｐ０ と、ポンプ吐出側通路内に設けられたメータリングオリフィスの上流側の圧力Ｐ１ が選択的に供給される。
【００２５】
また、カムリング１０の右側に設けられた第２流体圧室１６は、スプール３２の非作動時には、接続通路２ｂ、６ｂを介してスプリング室３４に接続され、スプール３２が作動すると、前記スプリング室３４から徐々に遮断されるとともに、次第にポンプ吸込側室４４に接続される。従って、第２流体圧室１６内には、前記メータリングオリフィスの下流側の圧力Ｐ２ とポンプ吸込側の圧力Ｐ０ が選択的に供給される。
【００２６】
前記スプール３２の内部には、リリーフバルブ４６が設けられており、スプリング室３４内の圧力（メータリングオリフィスの下流側の圧力、言い換えれば動力舵取装置の作動圧力）が所定以上に上昇したときに開放して、この流体圧をタンク側に逃がすようになっている。
【００２７】
前記可変容量形ポンプ１の構成および作動については、従来知られたものとほぼ同一であるので、一部の図示および詳細な説明は省略している。さらに、本実施の形態に係る可変容量形ポンプ１には、動力舵取装置の作動圧力（負荷圧力）によって前記制御バルブ２８のスプール３２を押圧し、ポンプ吐出流量を増大させる推力付加手段としてピストンが設けられている。
【００２８】
制御バルブ２８のスプール３２が摺動自在に嵌合しているバルブ孔３０の底部（スプリング室３４側端部）に、環状の保持部材５０が嵌合固定されている（図１参照、なお、図２では構造を簡略化して示しているので図示を省略する）。この環状保持部材５０の外周にはシール部材５２が嵌着されてスプリング室３４側とバルブ孔３０の底部側（図１の右端側）の空間５４とを、液密を保持して区画している。
【００２９】
この環状保持部材５４の軸芯を貫通して形成された内部孔５６は、バルブ孔３０の底部側の大径孔５６ａとスプリング室３４側の小径孔５６ｂとからなっており、この内部孔５６内に段付きのピストン５８が嵌合している。段付きピストン５８の大径部５８ａが内部孔５６の大径孔５６ａ内に摺動自在に嵌合し、小径部５８ｂが内部孔５６の小径孔５６ｂ内に摺動自在に嵌合している。さらに、段付きピストン５８の小径部５８ｂの先端に形成された細径部５８ｃが、環状保持部材５０の内部孔５６からスプリング室３４内に突出している。
【００３０】
この段付きピストン５８の先端細径部５８ｃにばね受け用のリング６０が嵌合し、前記制御バルブ２８のスプール３２を高圧室４０側に付勢するスプリング３６の一端を支持している。ばね受け用リング６０は、このスプリング３６に押されて段付きピストン５８の小径部５８ｂと先端細径部５８ｃとの間の段部に係止している。
【００３１】
前記段付きピストン５８には軸芯を貫通する通路孔６２が形成されており、この通路孔６２を介して段付きピストン５８の大径部５８ａの背後の空間５４（図の右端の空間）に、スプリング室３４内の圧力すなわち、メータリングオリフィスの下流側でのポンプ吐出側の圧力が導入されている。また、段付きピストン５８の大径部５８ａと小径部５８ｂとの段差部と、環状保持部材５０の大径孔５６ａの内面によって区画された空間６３は、バルブボディ２内の通路６４（図２参照）等を介してタンク側に接続されている。なお、この空間６３に導入する圧力は、タンク圧に限るものではなく、メータリングオリフィスの下流側の圧力よりも低い圧力であればよい。
【００３２】
前記段付きピストン５８には、両端面に同じ流体圧（メータリングオリフィスの下流側の流体圧、つまり動力舵取装置の作動圧力）が作用しており、この作動圧力が所定以上大きくなると、大径部５８ａと小径部５８ｂとの受圧面積差によりピストン５８がスプリング３６を撓めて図の左方へ移動する。このピストン５８は、大径部５８ａの小径部５８ｂ側端面（図の左側端面）が環状保持部材５６の小径孔５６ｂと大径孔５６ａとの間の段部５６ｃ（ストッパ面）に当たると停止するようになっている。なお、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば０．６Ｍｐａに達するまでピストン５８が移動しないようにスプリング３６のばね力が設定される。
【００３３】
前記制御バルブ２８は、この可変容量形ポンプ１の始動直後はメータリングオリフィスの上流側と下流側の流体圧力差（差圧）が小さいので、スプリング３６の力によってスプール３２が図１に示す位置に停止している。従って、第１流体圧力室１４はポンプ吸込側室４４に接続されてタンク圧Ｐ０ が導入され、一方、第２流体圧力室１６はスプリング室３４を介して前記メータリングオリフィスの下流側の圧力Ｐ２ が導入されており、カムリング１０は図１の左側に押されてポンプ室２４の容積が最大となる状態にある。
【００３４】
そして、エンジン回転数が増加するにつれて、ポンプ室２４からの吐出流量が次第に増大し、メータリングオリフィスの上流側と下流側との圧力差（差圧）が大きくなり、所定の差圧になると、前記スプール３２がスプリング３６を撓ませる方向（スプリング室３４方向）に移動し、所定位置で平衡して、その状態が維持されることになる（図２に示す状態）。このとき、スプール３２は、カムリング１０の両側に形成されている第１流体圧力室１４および第２流体圧室１６に、ともにポンプ吸込側を接続または接続可能な状態でほぼ安定する。
【００３５】
このようなスプール３２の平衡状態において、カムリング１０は、両側の流体圧力室１４、１６間の差圧と前記圧縮コイルばね２６の付勢力とによって、図１の右側に揺動してポンプ室２４が最小のポンプ容量となる位置でバランスした状態となる。この状態では、ポンプは最少のポンプ吐出流量となっており、この実施の形態では、吐出流量が４．５ｌ／ｍｉｎとなっている（図６の破線参照）。なお、このこの吐出流量の数値は一例であり、必要とされる最小の操舵補助力から、メータリングオリフィスの絞り量やポンプ室２４の容積等によって適宜設定することができる。
【００３６】
また、前記のような平衡状態において舵取り操作（操舵）が行われると、動力舵取装置の作動圧力が上昇し、所定以上の圧力になると、この作動圧力が作用する段付きピストン５８の大径部５８ａと小径部５８ｂとの面積差により、ピストン５８がスプリング３６を撓めて図の左方へ移動する。ピストン５８が移動すると、撓められたスプリング３６を介してスプール３２に軸方向の推力が付加され、スプール３２は、この推力に応じて図の左方へ移動する。
【００３７】
スプール３２が移動することによって、第１流体圧室１４がポンプ吸込側室４４に接続されるとともに、第２流体圧室１６がメータリングオリフィスの下流側圧力が導入されているスプリング室３４に接続される。これによってカムリング１０は図１の左側に揺動し、ポンプ室２４の容積を拡大する。従って、ポンプからの吐出流量が増大する。図６の実線はこのような吐出流量の一例を示すもので、急操舵時に必要とする最大流量（この例では７ｌ／ｍｉｎ）となる。
【００３８】
動力舵取装置の作動圧力がさらに上昇すると、段付きピストン５８は、大径部５８ａの前面（図の左側端面）が前記環状保持部材５０のストッパ面５６ｃに当たって停止し、ピストン５８による推力がそれ以上スプール３２に伝わらないようになっている。この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば１．５Ｍｐａに達するとピストンが停止するように設定されている。
【００３９】
前記のような流量特性が得られるように制御すると、非操舵時には、制御バルブ２８のスプール３２はメータリングオリフィスに規定された最少流量（例えば４．５ｌ／ｍｉｎ）になるように移動してその状態を維持している。そして、この非操舵時には、最少流量でスプール３２を平衡状態に維持するため、メータリングオリフィスでの差圧を小さく設定することができる。例えば、従来はメータリングオリフィスの差圧が０．２ＭＰａで平衡状態であったものが、本発明では０．０７ＭＰａ程度に設定することができる。従って、このメータリングオリフィスでの圧力損失が小さくなる。
【００４０】
一方、操舵時には、動力舵取装置の作動圧力に応じてピストン５８に生じる推力によって、スプール３２を図２に示す平衡状態から図の左側に移動させることが瞬時に行われる。これによって第１および第２の流体圧室１４、１６の流体圧を制御し、ポンプ吐出流量を所定の流量まで迅速に増大させて所要の操舵補助力を生じさせることができる。従って、急操舵時にあっても、応答遅れを生じることなく、所要の操舵力を生じさせ、動力舵取装置としての性能を確保することができる。
【００４１】
以上のように、車輌の直進走行時には、スプリング３６の力だけで制御バルブ２８のスプール３２を制御し、動力舵取装置の作動時にはその作動圧力（負荷圧力）をピストン５８の推力に置き換えて前記スプール３２を押圧し、ポンプ吐出流量を増大させている。従って、メータリングオリフィスの前後の差圧は、車輌の直進時にはスプリング３６の力に対向するだけなので低く、操舵時には、スプリング３６の力とピストン５８の押圧力とを加えた大きさで従来の構成と同じになり、直進時の省エネルギー効果が極めて大きい。
【００４２】
図３は、第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ１２８を示す図であり、前記第１の実施の形態の制御バルブ２８と基本的な構成は共通しているので、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略し、相違する部分についてだけ説明する。なお、図３は、前記図２と同様にスプール３２がメータリングオリフィスの上流側と下流側との圧力差により移動してバランスした状態を示している。
【００４３】
前記第１の実施の形態では、スプリング３６の一端（図１および図２の左端）を、スプール３２の端面に当接させるとともに、他端を、段付きピストン５８の小径部５８ｂと先端細径部５８ｃとの間の段部に係止させたばね受け用リング６０に当接させていたが、この実施の形態では、スプリング室３４内に内外二重のスプリング１３６、１３７を配置している。内側のスプリング１３６は、前記第１の実施の形態のスプリング３６と同様に、一端（図３の左端）がスプール３２の端面に、他端が段付きピストン５８に係止したばね受け用リング６０に当接している。また、外側のスプリング１３７は、一端（図３の左端）がスプール３２の端面に、他端がバルブボディ２に形成されたバルブ孔３０の底面３０ａ（図１に示すように環状保持部材５０を配設した構成ではその側面）にそれぞれ当接させている。
【００４４】
前記外側のスプリング１３７は、ばね定数を低くしてあり、セット長さがばらついてもセット荷重のばらつきを小さくでき、非操舵時の流量のばらつきひいてはメータリングオリフィスの差圧のばらつきを押さえることができるようになっている。また、内側のスプリング１３６は、操舵時に動力舵取装置側の流体圧が上昇して所定の圧力になったときに、ピストン５８が所定の変位を発生するようなばね定数に設定されている。その他の構成は、前記第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
この実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様の作動を行い、同様の効果を奏することができる。さらに、前記第１の実施の形態では単一のスプリング３６によって、スプール３２を作動させるメータリングオリフィス前後の差圧を設定するとともに、動力舵取装置の作動圧力により移動するピストン５８の推力をスプール３２に伝達する機能を果たしてしているので、このスプリング３６のセット荷重が高精度であることが要求されるが、この実施の形態では、前述のようにスプリング１３６、１３７のセット荷重にそれほど高精度が要求されない。
【００４６】
図４は、第３の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ２２８を示す図であり、制御バルブ２２８の構成自体は前記第１の実施の形態の構成と同一であり、この制御バルブ２２８のスプール３２に軸方向の推力を付与するピストン２５８の構成が異なっている。
【００４７】
この実施の形態のピストン２５８は、前記第１および第２の実施の形態における段付きピストン５８と同様の大径部２５８ａと小径部２５８ｂとを有する段付きピストンの背後（図４の右側）に、前記スプリング室３４側の小径部２５８ｂと同径の小径部２５８ｄが形成されており、この後方側小径部２５８ｄが、バルブボディ２に形成された大径孔２５６ａの背後に連続する小径孔２５６ｃ内に摺動可能に嵌合している。
【００４８】
このピストン２５８の軸芯には貫通孔２６２が形成され、前記スプリング室３４内と後方側小径部２５８ｄが嵌合している小径孔２５６ｃの底部の空間２５７との間を連通しており、スプリング室３４内の圧力すなわち前記メータリングオリフィスの下流側の圧力が前記底部空間２５７内に導入されている。このようにピストン２５８の両端に同圧を作用させることにより、動力舵取装置の作動圧力の変動によりピストン２５８に推力が発生してスプリング３６を押すことがないようになっている。
【００４９】
段付きピストン２５８の中央に形成された大径部２５８ａと後方側小径部２５８ｄとの間の段差部の周囲の空間（以下圧力室と呼ぶ）２５４には、導入通路２７０を介して動力舵取装置側の流体圧が導入されるようになっている。そして、大径部２５８ａと前方側小径部２５８ｂとの間の段差部の周囲の空間２６３内には、タンク側の流体圧が導入されている。
【００５０】
前記導入通路２７０の途中に切替弁２７２が設けられている。この切替弁２７２は、バルブボディ２に形成された弁孔２７４内に摺動自在に嵌合されたスプール弁体２７６と、このスプール弁体２７６を付勢するスプリング２７８とを備えている。このスプリング２７８が収容されている室２８０は通路２６４を介してタンク側に接続されている。弁孔２７４内の前記スプリング２７８が収容されている室２８０と逆の端部側（図４の左側）の室２８４内は、導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介して前記ピストン大径部２５８ａの背後の圧力室２５４に接続されている。
【００５１】
切替弁２７２のスプール弁体２７６の中間部外周に環状溝２７６ａが形成され、この環状溝２７６ａと前記圧力室２５４に接続された端部室２８４とが内部通路２７６ｂにより連通している。従って、図４に示すように、スプール弁体２７６がスプリング２７８に押されて非作動位置に停止しているときには、導入通路２７０（その上流部２７０Ａ）を介して弁孔２７４内に導入された動力舵取装置側の流体圧は、スプール弁体２７６の環状溝２７６ａ、内部通路２７６ｂ、端部室２８４および導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介して、前記ピストン大径部２５８ａの後方側の圧力室２５４に導入されている。
【００５２】
また、動力舵取装置の作動圧力が所定以上に上昇すると、スプール弁体２７６がスプリング２７８を撓めて図４の右方へ移動し、その環状溝２７６ａと導入通路２７０の上流部２７０Ａとが遮断される。なお、流体圧力利用機器は、無負荷時でも配管抵抗等により若干の圧力損失があり、この動力舵取装置では０．３Ｍｐａ程度の損失があるため、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が例えば０．５Ｍｐａまでスプール弁体２７６が作動しないように前記スプリング２８０力が設定されている。
【００５３】
この実施の形態では、非操舵時には、前記第１の実施の形態と同様に、ポンプ回転数が増大しメータリングオリフィスの前後の圧力差が大きくなると、スプール３２がスプリング３６を撓めて図の右方へ移動し、前述のようにバランスした状態になる。
【００５４】
この状態で舵取り操作が行われると、動力舵取装置側の圧力が上昇する。この動力舵取装置側の作動圧力がパイロット通路４２からスプール３２の右端のスプリング室３４内に入るとともに、導入通路２７０の上流部２７０Ａ、スプール弁体２７６の環状溝２７６ａ、内部通路２７６ｂ、弁孔２７４の端部室２８４および導入通路２７０の下流部２７０Ｂを介してピストン２５８の大径部２５８ａの後方に形成された圧力室２５４内にも導入される。動力舵取装置の作動圧力が所定以上になると、この圧力が作用するピストン２５８の大径部２５８ａと小径部２５８ｂとの受圧面積差によってピストン２５８が左行する。ピストン２５８が移動すると、撓められたスプリング３６を介してスプール３２に軸方向の推力が付加され、スプール３２は、この推力に応じて図４の左方へ移動する。
【００５５】
スプール３２が移動することによって、第１流体圧室１４がポンプ吸込側室４４に接続されるとともに、第２流体圧室１６がメータリングオリフィスの下流側圧力が導入されているスプリング室３４に接続される。これによってカムリング１０は図１の左側に揺動し、ポンプ室２４の容積を拡大する。従って、ポンプからの吐出流量が増大する。
【００５６】
以上のように、この実施の形態でも、前記第１の実施の形態と同様の作動を行い、同様の効果を奏することができる。また、前記第１の実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が所定以上上昇すると、ピストン５８がストッパ面５６ｃに当たって停止し、スプール３２にそれ以上の推力を付加しないようになっているが、この実施の形態では、動力舵取装置の作動圧力が所定以上になると、切替弁２７２が作動し、前記ピストン２５８の背後の圧力室２５４への導入通路２７０を遮断してピストン２５８がそれ以上移動しないようにすることにより、スプール３２に伝達する推力を制限するようにしている。
【００５７】
図５は、第４の実施の形態に係る可変容量形ポンプ１の制御バルブ３２８を示す図であり、この実施の形態では、前記第３の実施の形態とピストン３５８の構成が異なっている。この実施の形態のピストン３５８は、スプール３２側の小径部３５８ｂがバルブ孔３０の内部まで延長されており、前記メータリングオリフィスの前後の差圧によって制御バルブ３２８のスプール３２が作動して平衡状態（図５に示す状態）になったときに、スプール３２のスプリング３３６側端面とピストン３５８の小径部３５８ｂの先端面とがほぼ当接した状態で対向する。また、制御バルブ３２８のスプール３２を付勢するスプリング３３６のピストン３５８側の端部は、ピストン３５８に係合させず、バルブ孔３０の底面３０ａに当接させている。その他の構成は、第３の実施の形態と同一であるのでその説明は省略する。
【００５８】
この実施の形態では、前記スプール３２の平衡状態（図５の状態）から、操舵が行われて動力舵取装置の作動圧力が上昇しピストン３５８を左行させると、前記各実施の形態のようにスプリング３６、１３６を介して推力を付加するのではなく、ピストン３５８が直接スプール３２を押圧して、図５の左方向へ移動させる。
【００５９】
この実施の形態でも前記各実施の形態と同様に作動し、同様の効果を奏することができる。さらに、スプール３２を付勢するスプリング３３６は、ばね定数を低くし、セット長さがばらついても非操舵時の流量のばらつきを押さえることができるようになっている。また、ピストン３５８はスプリング３３６を介さず直接スプール３２を押すので、操舵時には迅速に、かつ確実に制御バルブ３２８を切換え、ポンプの吐出流量を増加させることができる。
【００６０】
なお、本発明は、前記実施の形態で説明した構造に限定されるものではなく、各部の形状、構造等を適宜変形、変更しうることはいうまでもない。また、前記実施の形態では、車輌に搭載されている動力舵取装置の油圧源として用いる可変容量形ポンプについて説明したが、本発明はこれに限らず、ポンプからの供給流量を必要に応じて増減することにより圧力流体利用機器側の動作上での信頼性を確保する一方、ポンプ動力を軽減し、省エネルギー効果を発揮させることができるものであれば適用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、可変容量形ポンプにおいて、圧力流体利用機器の作動圧力の上昇に応じて移動するピストンを設け、このピストンにより制御バルブのスプールのスプリング側端面に軸方向の推力を付加するようにしたことにより、直進時のポンプ駆動トルクを減らして省エネルギー効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る可変容量形ポンプの全体の構成を示す縦断面図である。
【図２】 前記可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図３】 第２の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図４】 第３の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図５】 第４の実施の形態に係る可変容量形ポンプの制御バルブを簡略化して示す概略構造図である。
【図６】 前記可変容量形ポンプの流量特性を示す図である。
【符号の説明】
２ ポンプボディ
１０ カムリング
１４ 第１流体圧室
１６ 第２流体圧室
１８ ベーン
２０ ロータ
２４ ポンプ室
２６ 付勢手段（スプリング）
２８ 制御バルブ
３２ スプール
３６ スプリング
５８ ピストン
Claims (5)
- ポンプボディの内部空間に揺動可能に支持されたカムリングと、このカムリング内に回転可能に配置されたロータと、前記カムリングの一側に形成された第１流体圧室と、他側に形成された第２流体圧室と、前記カムリングをポンプ室のポンプ容量が最大となる方向に付勢する付勢手段と、前記ポンプ室から吐出される圧力流体を圧力流体利用機器に供給する吐出通路の途中に設けたメータリングオリフィスと、このメータリングオリフィスの上流側と下流側の流体圧をスプールの両端面に作用させるとともに、下流側の流体圧が作用する端面側にスプリングを配置した制御バルブとを備え、この制御バルブの作動により前記流体圧室の少なくとも一方の流体圧を制御してカムリングを揺動させる可変容量形ポンプにおいて、
前記圧力流体利用機器の作動圧力の上昇に応じて移動するピストンを設け、このピストンにより前記スプールのスプリング側端面に軸方向の推力を付加することを特徴とする可変容量形ポンプ。 - 請求項１に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その小径端に前記スプリングの一端を当接させ、かつ、大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、ピストンの小径部と大径部との段差部の周囲に形成した空間に前記メータリングオリフィスの下流側の流体圧よりも低い圧力を導入し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によってピストンを移動させることにより、前記スプリングを介して制御バルブのスプールに軸方向の推力を付加することを特徴とする可変容量形ポンプ。 - 請求項２に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記スプリングの外周側に第２のスプリングを配置し、その一端をスプールの端面に、他端をバルブ孔の端面にそれぞれ当接させたことを特徴とする可変容量形ポンプ。 - 請求項１に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ピストンを、スプリングを挟んでスプールと逆側に配置した段付きのピストンとし、その大径端に前記圧力流体利用機器の作動圧力を作用させるとともに、小径端をスプール側に延長し、前記流体圧力利用機器の作動圧力によりピストンが移動したときに、前記ピストンの小径端を直接スプールに当接させて軸方向の推力を付加することを特徴とする可変容量形ポンプ。 - 請求項２または請求項４に記載の可変容量形ポンプにおいて、
前記ピストンの大径端に流体圧力利用機器の作動圧力を導く導入通路の途中に切替弁を設け、作動圧力が所定以上に上昇した際に、前記導入通路を遮断することを特徴とする可変容量形ポンプ。
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