(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記吸込ポートは、前記カムリングの前記第1サイド部材に接する端面及び前記カムリングの前記第2サイド部材に接する端面の少なくとも一方に形成され前記カムリングの内外周面を連通する切り欠きであり、
前記凹部の前記ロータの端面側の側面は、前記切り欠きに対向する位置に形成されることを特徴とする請求項1に記載のベーンポンプ。
前記ロータは、前記凹部を2つ備えるとともに、2つの前記凹部の間に形成され前記ロータの外周面から径方向に突出する円環状の隆起部を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のベーンポンプ。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して、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、車両に搭載される油圧機器1(例えば、パワーステアリング装置や変速機等)の油圧供給源として用いられる。ここでは、作動流体として作動油が用いられるベーンポンプ100について説明するが、作動水等の他の流体を作動流体として用いてもよい。
【0017】
図1に示すように、ベーンポンプ100は、駆動シャフト10と、駆動シャフト10に連結されるロータ20と、ロータ20に設けられる複数のベーン30と、ロータ20及びベーン30を収容するカムリング40と、を備える。
【0018】
駆動シャフト10は、ポンプボディ50及びポンプカバー60に回転自在に支持される。駆動シャフト10にエンジンまたは電動モータ(図示省略)の動力が伝わると、駆動シャフト10の回転駆動に伴ってロータ20が回転する。
【0019】
以下において、ロータ20の回転中心軸に沿う方向を「軸方向」とも称し、ロータ20の径方向を単に「径方向」とも称し、ベーンポンプ100の通常作動時にロータ20が回転する方向を単に「回転方向」とも称する。
【0020】
また、ベーンポンプ100は、ロータ20及びカムリング40を軸方向に挟んで配置される第1及び第2サイド部材としての第1及び第2サイドプレート70,80をさらに備える。第1及び第2サイドプレート70,80は、それぞれ、ロータ20及びカムリング40に当接する側面70a,80aを有する。ロータ20、カムリング40、隣り合うベーン30、第1サイドプレート70及び第2サイドプレート80によって、ポンプ室41が区画される。
【0021】
次に、ロータ20の形状について説明する。
図2は、ロータ20、ベーン30及びカムリング40を組み立てポンプカバー60の側から見た正面図である。
図3は、ロータ20の斜視図である。
図4は、ロータ20の側面図である。
図5は、ポンプ室41近傍の断面拡大図である。
【0022】
図2から
図4に示すように、ロータ20には、外周面20aに開口部21を有するスリット22が所定間隔をおいて放射状に複数形成される。
【0023】
図3から
図5に示すように、ロータ20は、外周面20aに形成される2つの円環状の凹部23,24と、凹部23,24の間に形成されロータ20の外周面20aから径方向に突出する円環状の隆起部25と、を備える。
【0024】
凹部23は、ロータ20の第1サイドプレート70に対向する端面20b側の側面23Aと、隆起部25側の側面23Bと、側面23Aと側面23Bとの間に凹状の曲面によって形成される底面23Cと、を備える。凹部23は、側面23Aと側面23Bが底面23Cに向かうにつれて互いに近づくように傾斜して形成される。底面23Cは、側面23A及び側面23Bに連続するような凹状の曲面によって形成される。
【0025】
凹部24は、ロータ20の第2サイドプレート80に対向する端面20c側の側面24Aと、隆起部25側の側面24Bと、側面24Aと側面24Bとの間に凹状の曲面によって形成される底面24Cと、を備える。凹部24は、側面24Aと側面24Bが底面24Cに向かうにつれて互いに近づくように傾斜して形成される。底面24Cは、側面24A及び側面24Bに連続するような凹状の曲面によって形成される。
【0026】
図5に示すように、凹部23の側面23Aと凹部24の側面24Aとは、後述するカムリング40に形成される切り欠き43,44に対向する位置に設けられる。
【0027】
再び
図2を参照する。ベーン30は、各スリット22に摺動自在に挿入される。ベーン30の先端部31はカムリング40の内周面40aに対向する。ベーン30の基端部32はスリット22内に位置し、ベーン30の基端部32側には、スリット22とベーン30とによって背圧室26が形成される。
【0028】
ロータ20が回転すると、ベーン30に遠心力が作用する。この遠心力によって、ベーン30はスリット22から突出する方向に押し出され、ベーン30の先端部31がカムリング40の内周面40aに押圧される。
【0029】
カムリング40の内周面40aは、略長円形状に形成される。以下において、内周面40aを、「内周カム面40a」とも称する。
【0030】
カムリング40の内周カム面40aが略長円形状に形成されるので、ロータ20の回転に伴ってベーン30はロータ20に対して径方向に往復動する。ベーン30の往復動に伴って、ポンプ室41は拡張と収縮とを繰り返す。
【0031】
本実施形態では、ロータ20が1回転する間に、ベーン30は2往復しポンプ室41は拡張と収縮とを2回繰り返す。つまり、ベーンポンプ100は、ポンプ室41が拡張する2つの拡張領域42a,42cと、ポンプ室41が収縮する2つの収縮領域42b,42dと、を回転方向に交互に有する。
【0032】
再び
図1を参照する。ポンプボディ50には、ロータ20、カムリング40及び第1サイドプレート70を収容する収容窪み部51が形成される。第1サイドプレート70は、収容窪み部51の底面51aに配置される。
【0033】
収容窪み部51の底面51aには、環状溝52が形成される。環状溝52と第1サイドプレート70とにより、ポンプ室41から吐出された作動油が流入する高圧室53が形成される。ポンプ室41から吐出された作動油は、高圧室53を通じて油圧機器1に供給される。
【0034】
図6は、第1サイドプレート70をカムリング40の側から見た正面図である。
図1及び
図6に示すように、第1サイドプレート70は、その中心に第1サイドプレート70を貫通する貫通孔71が形成される。貫通孔71には駆動シャフト10が挿通される。
【0035】
第1サイドプレート70には、ポンプ室41から吐出される作動油を高圧室53に導く2つの吐出ポート72が設けられる。吐出ポート72は、各収縮領域42b,42dに位置するように設けられる。
【0036】
ポンプ室41(
図2参照)が収縮領域42b,42dを通過する間、ポンプ室41は収縮する。ポンプ室41の収縮に伴ってポンプ室41内の作動油の圧力が上昇し、ポンプ室41内の作動油が吐出ポート72から吐出される。つまり、ポンプ室41内の作動油は、ポンプ室41が収縮領域42b,42dを通過する間に吐出ポート72から吐出される。このように、収縮領域42b,42dでは作動油が吐出されるので、収縮領域42b,42dは「吐出領域」とも呼ばれる。
【0037】
ベーン30は、収縮領域42dから拡張領域42aへ移動するとき、及び収縮領域42bから拡張領域42cへ移動するときにスリット22内に最も押し込まれ、このときにポンプ室41の容積が最小となる。ポンプ室41の最小容量分の作動油は、ポンプ室41が収縮領域42d,42bを通過する間にポンプ室41から吐出されず、ポンプ室41に残る。このように、ポンプ室41の最小容積はポンプとして機能せず、デッドボリュームとも呼ばれる。
【0038】
第1サイドプレート70には、高圧室53から背圧室26(
図1及び
図2参照)へ作動油を導く2つの背圧通路73(
図1及び
図6参照)が形成される。
図6に示すように、背圧通路73は、貫通孔71を中心とする円弧形状に、拡張領域42a,42cに位置するように形成される。これにより、拡張領域42a,42cを通過する背圧室26には高圧室53から作動油が導かれるので、拡張領域42a,42cを通過するベーン30は、背圧室26内の圧力によりスリット22(
図2参照)から突出し、カムリング40の内周面40aに押圧される。
【0039】
このように、本実施形態では、ベーン30は、ロータ20の回転によって生じる遠心力だけでなく、背圧室26内の圧力によっても、スリット22から突出する方向に押圧される。
【0040】
再び
図1を参照する。ポンプボディ50の収容窪み部51の内径はカムリング40の外径と比較して大きい。カムリング40とポンプボディ50との間には、第2サイドプレート80の外周から第1サイドプレート70の外周まで延在する流体室54が形成される。
【0041】
収容窪み部51の開口部はポンプカバー60により封止される。ポンプカバー60は、ボルト(図示省略)によってポンプボディ50に固定される。ポンプカバー60とカムリング40との間に第2サイドプレート80が配置される。
【0042】
ポンプカバー60には低圧室61が形成される。低圧室61は、低圧通路を通じてタンク2に接続される。ベーンポンプ100の作動時には、タンク2内の作動油が低圧通路を通じて低圧室61に供給される。低圧室61は流体室54と連通しており、タンク2内の作動油は低圧室61を通じて流体室54に供給される。
【0043】
カムリング40及び第2サイドプレート80には、低圧室61内の作動油をポンプ室41に導く吸込ポートとしてのサイドポート81が設けられる。また、カムリング40及び第1サイドプレート70には、流体室54内の作動油をポンプ室41に導く吸込ポートとしてのサイドポート74が設けられる。サイドポート74,81は、各拡張領域42a,42cに位置するように設けられる。
【0044】
ポンプ室41が拡張領域42a,42c(
図2参照)を通過する間、ポンプ室41は拡張する。ポンプ室41の拡張に伴ってポンプ室41内の圧力が低下し、サイドポート74,81からポンプ室41内に作動油が吸い込まれる。つまり、作動油は、ポンプ室41が拡張領域42a,42cを通過する間にサイドポート74,81からポンプ室41内に吸い込まれる。このように、拡張領域42a,42cでは作動油がポンプ室41内に吸い込まれるので、拡張領域42a,42cは「吸込領域」とも呼ばれる。
【0045】
図7は、第1サイドプレート70及び第2サイドプレート80をカムリング40に組み付け、径方向外側から見た側面図である。
図6及び
図7に示すように、第1サイドプレート70の側面70aには、2つの窪み部75が形成される。窪み部75は、第1サイドプレート70の外周面70bに開口する。
【0046】
図8は、カムリング40を第1サイドプレート70の側から見た背面図である。
図7及び
図8に示すように、カムリング40の第1サイドプレート70に接する端面40bにはカムリング40の内外周面を連通する2つの切り欠き43が設けられる。切り欠き43は、拡張領域42a,42cに位置し、カムリング40の外周面40dから内周カム面40aまで形成される。
【0047】
図7に示すように、第1サイドプレート70をカムリング40に組み付けた状態では、第1サイドプレート70の窪み部75がカムリング40の切り欠き43に臨む。流体室54(
図1参照)内の作動油は、窪み部75と切り欠き43とによって形成されるポートを通じてポンプ室41に導かれる。つまり、本実施形態では、第1サイドプレート70の窪み部75とカムリング40の切り欠き43とがサイドポート74に相当する。
【0048】
図9は、第2サイドプレート80をポンプカバー60の側から見た正面図である。
図7及び
図9に示すように、第2サイドプレート80の外周面80bには、2つの窪み部82が設けられる。窪み部82は、第2サイドプレート80の側面80aから、側面80aとは反対側の第2サイドプレート80の側面80cまで形成される。
【0049】
図2及び
図7に示すように、カムリング40の第2サイドプレート80に接する端面40cにはカムリング40の内外周面を連通する2つの切り欠き44が設けられる。切り欠き44は、拡張領域42a,42cに位置するようにして、カムリング40の外周面40dから内周カム面40aまで形成される。
【0050】
図7に示すように、第2サイドプレート80をカムリング40に組み付けた状態では、第2サイドプレート80の窪み部82がカムリング40の切り欠き44に臨む。低圧室61(
図1参照)内の作動油は、窪み部82と切り欠き44とによって形成されるポートを通じてポンプ室41に導かれる。このように、本実施形態では、第2サイドプレート80の窪み部82とカムリング40の切り欠き44とがサイドポート81に相当する。
【0051】
次に、ベーンポンプ100の動作を説明する。
【0052】
駆動シャフト10にエンジン又は電動モータ(図示省略)の動力が伝わると、駆動シャフト10の回転駆動に伴ってロータ20が回転する。ロータ20の回転に伴ってベーン30はロータ20に対して往復動し、ポンプ室41が膨張と収縮とを繰り返す。
【0053】
拡張領域42a,42cを通過するポンプ室41には、タンク2内の作動油が、低圧室61及びサイドポート74,81を通じて、又は低圧室61、流体室54及びサイドポート74を通じて吸い込まれる。このとき、サイドポート74,81を通じて吸い込まれた作動油は、
図5に矢印で示すように、ロータ20の外周面20aに形成された凹部23、24によって、ポンプ室41の軸方向の中心側に向かって導かれる。具体的には、
図5に示す矢印Aのように、作動油がロータ20の外周面20aに略直交するような方向から吸い込まれても、作動油の流れは、傾斜するように形成された側面23A,24Aによってポンプ室41の軸方向の中心側に向かってスムーズに流れの向きが変更される。さらに、作動油は、凹部23、24の底面23C,24C、及び側面23B,24Bによって、ポンプ室41の軸方向の中心側に向かって導かれる。このように、ベーンポンプ100では、ロータ20の外周面20aに凹部23,24を設けることによって、吸い込まれた作動油をポンプ室41内の軸方向の中心側にスムーズに導くことができる。これにより、作動油を吸い込む際の圧力損失が低減されるので、ベーンポンプ100の吸込効率が向上する。
【0054】
このようにして作動油が吸い込まれたポンプ室41は、ロータ20の回転に伴って収縮領域42b,42dを通過する。このとき、ポンプ室41内の作動油は吐出ポート72から吐出される。
【0055】
ベーンポンプ100では、ロータ20の外周面20aに凹部23,24が形成されることにより、ポンプ室41のデッドボリュームが大きくなるが、ロータ20の外周面20aから径方向に突出する隆起部25を設けることにより、ポンプ室41のデッドボリュームが大きくなることを抑制している。ここで、デッドボリュームとは、収縮領域42b,42dから拡張領域42a,42cに遷移する間のポンプ室41の容積(吐出ポート72からサイドポート74,81へ移動する間のポンプ室41が閉塞されているときのポンプ室41の容積)のことをいう。デッドボリュームについて、以下に詳細に説明する。
【0056】
ロータ20の外周面20aに凹部23,24が形成されると、その分ベーンポンプ100におけるデッドボリュームも大きくなる。このデッドボリュームには、吐出ポート72と連通していたときの高圧の作動油が閉じ込められている。このため、ポンプ室41が吐出ポート72からサイドポート74,81まで移動してサイドポート74,81と連通したときに、ポンプ室41内の高圧の作動油が低圧であるサイドポート74,81に流れ込む。このとき、デッドボリュームが大きければ大きいほど、サイドポート74,81に流れ込む作動油の流量が多くなる。このようにして、ポンプ室41から作動油がサイドポート74,81に流れ込んでしまうと、ポンプ室41への作動油の吸い込みが妨げられるため、ポンプの吸込効率が低下する。このため、ベーンポンプ100では、隆起部25を設けることにより、凹部23,24によって増加した容積分を相殺している。つまり、ロータ20の外周面20aに隆起部25を設けることによって、凹部23,24によって増加したポンプ室41のデッドボリュームを減らすことができる。
【0057】
なお、ロータ20の外周面20aとカムリング40の内周面40aとの間に隆起部25を設けるだけの隙間が確保できない場合は、隆起部25を設けなくてもよい。また、
図5に示す実施形態では、隆起部25は、凹部23,24の側面23B,24Bに連続するように形成されているが、
図10に示す変形例のように、隆起部25は、凹部23,24と間隔をおくようにして形成されていてもよい。
【0058】
また、
図5に示す実施形態では、底面23C,24Cは、凹状の曲面によって形成されるが、
図10に示す変形例のように、底面23C,24Cは、平面であってもよい。さらに図示はしないが、平面や曲面を組み合わせてもよい。
【0059】
以上の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【0060】
ベーンポンプ100は、ロータ20の外周面20aに形成される円環状の凹部23,24と、を備え、凹部23,24は、両側面23A,23B,24A,24Bが底面23C,24Cに向かうに連れて互いに近づくように傾斜している。したがって、サイドポート74,81から吸い込まれた作動油は、凹部23,24によってポンプ室41内の軸方向の中心側にスムーズに導かれる。これにより、ポンプの吸込効率が向上する。
【0061】
また、2つの凹部23,24の側面23A,24Aそれぞれは、切り欠き43,44に対向する位置に形成される。また、凹部23,24の側面23A,24Aは、切り欠き43,44から吸い込まれた作動油の流れを制御できるような傾斜をもって形成される。これにより、切り欠き43,44から吸い込まれた作動油は、ロータ20の外周面20aに対して略直交するような方向から流れ込んでくるが、凹部23,24の傾斜した側面23A,24Aによってポンプ室41内に(ポンプ室41の軸方向の中心側に向かって)スムーズに導かれる。したがって、切り欠き43,44から作動油を吸い込む際の圧力損失が低減されるので、ベーンポンプ100の吸込効率を向上させることができる。
【0062】
さらに、ベーンポンプ100では、凹部23,24の底面は、凹状の曲面によって形成されるので、サイドポート74,81から吸い込まれた作動油をよりスムーズにポンプ室41内に導くことができる。これにより、ベーンポンプ100の吸込効率がより一層向上する。
【0063】
また、ベーンポンプ100は、隆起部25を備えることにより、凹部23,24を設けることによって増加したポンプ室41のデッドボリュームを減らすことができる。
【0064】
以上のように構成された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。
【0065】
ベーンポンプ100は、回転駆動されるロータ20と、ロータ20の径方向に往復動自在にロータ20に設けられる複数のベーン30と、ロータ20の回転に伴って複数のベーン30の先端部31が摺接する内周カム面40aを有するカムリング40と、ロータ20及びカムリング40を挟んで配置される第1サイド部材(第1サイドプレート70)及び第2サイド部材(第2サイドプレート80)と、ロータ20、カムリング40、隣り合うベーン30、第1サイド部材(第1サイドプレート70)及び第2サイド部材(第2サイドプレート80)によって区画されるポンプ室41と、ポンプ室41に作動流体を導く吸込ポート(サイドポート74,81)と、ロータ20の外周面20aに形成される円環状の凹部23,24と、を備え、凹部23,24は、両側面(側面23A及び23B,側面24A及び24B)が底面23C,24Cに向かうに連れて互いに近づくように傾斜していることを特徴とする。
【0066】
この構成によれば、作動油は、吸込ポート(サイドポート74,81)から吸い込まれた作動油がロータ20の外周面20aに対して略直交するような方向からポンプ室41内に流れ込んできても、ロータ20の外周面20aに形成された凹部23,24の両側面(側面23A及び23B,側面24A及び24B)が底面23C,24Cに向かうに連れて互いに近づくように傾斜しているので、吸い込まれた作動油は凹部23,24の両側面(側面23A及び23B,側面24A及び24B)によってポンプ室41の軸方向の中心側に向かってスムーズに導かれる。したがって、ベーンポンプ100の吸込効率が向上する。
【0067】
ベーンポンプ100は、吸込ポート(サイドポート74,81)は、カムリング40の第1サイド部材(第1サイドプレート70)に接する端面40b及びカムリング40の第2サイド部材(第2サイドプレート80)に接する端面40cの少なくとも一方に形成されカムリング40の内外周面を連通する切り欠き43,44であり、凹部23,24のロータ20の端面20b,20c側の側面23A,24Aは、切り欠き43,44に対向する位置に形成されることを特徴とする。
【0068】
この構成によれば、切り欠き43,44から吸い込まれた作動油は、凹部23,24のロータ20の端面20b,20c側の側面23A,24Aによってポンプ室41内にスムーズに導かれる。これにより、ベーンポンプ100の吸込効率が向上する。
【0069】
ベーンポンプ100は、凹部23,24の底面23C,24Cは、凹状の曲面によって形成されることを特徴とする。
【0070】
この構成によれば、凹部23,24の底面23C,24Cが凹状の曲面によって形成されることにより、作動油をよりスムーズにポンプ室41内に導くことができる。これにより、ベーンポンプ100の吸込効率がより一層向上する。
【0071】
ベーンポンプ100は、ロータ20は、凹部23,24を2つ備えるとともに、2つの凹部23,24の間に形成されロータ20の外周面20aから径方向に突出する円環状の隆起部25を備えることを特徴とする。
【0072】
この構成によれば、ロータ20の外周面20aに隆起部25を備えることにより、ポンプ室41のデッドボリュームを減らすことができる。
【0073】
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。
【0074】
上記実施形態では、凹部は、凹部23,24の二つを設けているが、ポンプ室41に吸い込まれる作動油の流れ方によっては、どちらか一方だけ設ける構成であってもよい。