ベーンポンプ
【課題】 ロータがその両側に配置した側板に接触し、高面圧状態となって焼付くことを抑制可能なベーンポンプを提供する。
【解決手段】 筐体内に、カムリング５と、該カムリング５内に配置された回転自在な積層型ロータ１４と、該積層型ロータ１４に放射状に配置した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記積層型ロータ１４の回転に伴い前記カムリング５のカム面に沿って摺動する複数のベーン４と、前記カムリング５、単一ロータ３及びベーン４の両側に配置したフロント側板１及びリヤ側板２とを備えたベーンポンプであって、前記積層型ロータ１４を、スラスト方向に円盤状の第１薄板１３薄板ａから第４薄板１３ｄを積層にしてリベット１５で結合して形成し、これらの薄板同士の結合部を、側板と積層型ロータ１４とが接触する領域よりも中心側に配置する。
【解決手段】 筐体内に、カムリング５と、該カムリング５内に配置された回転自在な積層型ロータ１４と、該積層型ロータ１４に放射状に配置した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記積層型ロータ１４の回転に伴い前記カムリング５のカム面に沿って摺動する複数のベーン４と、前記カムリング５、単一ロータ３及びベーン４の両側に配置したフロント側板１及びリヤ側板２とを備えたベーンポンプであって、前記積層型ロータ１４を、スラスト方向に円盤状の第１薄板１３薄板ａから第４薄板１３ｄを積層にしてリベット１５で結合して形成し、これらの薄板同士の結合部を、側板と積層型ロータ１４とが接触する領域よりも中心側に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を加圧して供給するベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体圧を発生させるポンプには、トロコイドポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ等がある。このようなポンプの一形態として知られるベーンポンプは、たとえば自動車のパワーステアリング装置への加圧流体供給用ポンプとして使用されている。このベーンポンプは、一般に楕円形状の貫通孔が形成されたカムリングを有する。そしてこのカムリング内には、駆動軸によって回転されるロータが収容されている。このロータには、放射状に形成された複数のベーン溝が設けられ、各ベーン溝にはベーンが摺動可能に収容されている。
【０００３】
ロータが回転すると、ベーンは遠心力等により半径方向に付勢され、カムリング内周のカム面に接触しながらロータとともに回転する。このようにロータ及びベーンが回転すると、隣り合うベーンとカムリング内周のカム面とによって区画された作動室の容積が変化する。そのため、その容積変化を利用して流体の吸入・加圧・吐出が行える。
【０００４】
またこのようなベーンポンプには、前記ロータ及びベーンの両側に作動室の一部を構成する側板が配置される場合がある。この種のベーンポンプを用いて高圧を発生させるためには、前記ロータ及びベーンとこの側板との隙間（サイドクリアランス）を縮小し、維持することが重要である。そのため、このサイドクリアランスの縮小及び維持を目的とした様々な技術が提案されている。
【０００５】
たとえば特許文献１によれば、一方に可動側板を備えるベーンポンプにおいて、作動室から吐出された圧力Poutの加圧流体をポンプ吸入区間でベーン溝底に設けたベーン背圧室に流入させる。この圧力Ｐoutの加圧流体は、ポンプ吐出区間で各ベーンがカムリング内周面に押し付けられ、その突き出し量が小さくなる方向に移動することでベーン背圧室が縮小し、さらに圧力Ｐvに加圧される。その後、この圧力Ｐvの加圧流体を可動側板の背圧室に流入させる。このベーンポンプでは、圧力Ｐvが圧力Ｐoutより大きいため、可動側板は背圧室側からロータ及びベーン側へ付勢される。その結果、サイドクリアランスを縮小及び維持することができる。
【０００６】
また特許文献２によれば、積層型ロータを有するベーンポンプにおいて、挟持部材と複数の薄板とを、リベット等の固定部材のカシメにより一体に結合して積層ロータを形成する。このような構成の積層型ロータは、低価格で高強度と高耐磨耗性を有する。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２０７５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的なベーンポンプは、上記のものを含め、加工の容易さを考慮して背圧室の形状を決定することが多い。そのため、可動側板を付勢する効果が不十分となるのでサイドクリアランスが比較的広い。これは、対象を高粘度流体に特化する場合や低圧使用に特化することで、ある程度の側板の撓み及びサイドクリアランスの広さが許容可能な場合には、ポンプとして成立するからである。しかしながら、このようなベーンポンプで軽油等の低粘度の流体を加圧し、かつ高圧にしようとするとサイドクリアランスを狭くする必要があるが、自ら発生した圧力により可動側板が撓んで部分的にクリアランスが拡大し、流体が多量に漏れてしまう。そのため、ポンプにより高圧化した流体を圧送できない。また、このようなベーンポンプは、ポンプ作動時に固定側板がポンプの内圧により変形してしまうことがある。この変形によりサイドクリアランスが拡大すると、加圧流体のリーク量が増大してしまう。そのため、同様に、ポンプにより高圧にした流体を供給できない。
【０００９】
また特許文献２のベーンポンプでは、積層型ロータを高強度化し、積層型ロータの高耐磨耗性を実現する技術を提案している。しかし、上記特許文献１の場合と同様、側板が変形した場合には、対称性を失った流体圧により積層型ロータの倒れが発生することがある。高強度、高耐磨耗性を有したロータであっても、積層型ロータが側板と部分的に接触し高面圧状態となった場合には、焼付きが発生する虞がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高圧吐出状態であってもロータと側板との焼付きを抑制できるベーンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るベーンポンプは、筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、前記ロータは、スラスト方向に複数の薄板を積層した積層型ロータであり、複数の前記薄板同士の結合部が、前記側板と前記積層ロータとが接触する領域よりも中心側に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によると、積層型ロータを構成する複数の薄板同士を、側板と積層型ロータとが接触する領域よりも中心側で結合するため、積層型ロータのスラスト剛性を、積層型ロータの外周部で低減できる。そのため、側板の変形等によりこの積層型ロータと側板とが接触した場合には、積層型ロータは側板の変形に追従して変形する。このような特徴を有する積層型ロータを採用することによって、ロータと側板との接触による面圧の上昇を低減できるので、ロータの焼付きを抑制可能である。
【００１３】
また、上記のベーンポンプは、前記側板と対向する薄板は、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いて形成されていてもよい。
【００１４】
本発明によると、側板と接触する薄板のみを耐摩耗性に優れた材料にすればよいので、低コストで焼付きに対する信頼性を向上できる。
【００１５】
また、上記のベーンポンプは、前記側板と対向する薄板は、前記側板と接触する部分に、耐摩耗性を向上させる表面処理が施されていてもよい。
【００１６】
本発明によると、薄板が少なくとも側板と接触する部分に耐摩耗性を向上させる表面処理を施せばよいので、低コストで焼付きに対する信頼性を向上できる。
【００１７】
また、本発明に係るベーンポンプは、前記積層型ロータと該積層型ロータを挟む前記側板との間に形成される各クリアランスと、複数の前記薄板同士の間に形成される各クリアランスとの総和であるクリアランス量を、単一型のロータの場合のクリアランス量と同等としてもよい。
【００１８】
本発明によると、積層型ロータに係る上記各クリアランス全体からの加圧流体のリーク量を、単一ロータに係る上記各クリアランス全体からの加圧流体のリーク量と比較して低減可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロータと側板との焼付きを抑制可能なベーンポンプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は、ベーンポンプ１００の外観図である。図１に示すように、ベーンポンプ１００の筐体は、ヘッドフランジカバー２０をセンターケース２１に圧入またはボルト締結等で固定し、ケースリヤカバー２２をセンターケース２１に締結ボルト２３で固定等して形成されている。
【００２２】
図２は、図１のベーンポンプ１００の断面図である。ベーンポンプ１００は、筐体内に昇圧部を収容している。
【００２３】
図３は、この昇圧部の断面図であり、図２の丸で囲んだ部分を取り出して示している。図３に示すように、カムリング５の両側にはフロント側板１とリヤ側板２とを配置する。さらにフロントカバー６をフロント側板１の側面に配置する。同様に、リヤカバー７をリヤ側板２の側面に配置する。上記の各部材それぞれは外周部に複数の同心円状に配置した貫通孔を形成し、さらにフロントカバー６の貫通孔には雌ねじを形成する。図３に示す昇圧部は、締結ボルト９をリヤカバー７側から貫通孔に挿入し、フロントカバー６に締結して一体に形成したものである。さらに、このカムリング５内にはロータ３及びベーン４を収容している。本実施例におけるロータの構造は、複数の薄板を積層に結合した積層構造であるがこの構造の詳細な説明は後述する。説明の便宜上、ここではロータ３として表している。
【００２４】
図４は、図３の昇圧部のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、カムリング５は楕円形状に形成された貫通孔を有し、カムリング５内には、ロータ３が収容されている。ロータ３には、その外周面に、径方向へ放射線状に形成された複数の溝が、周方向に等間隔で配列されている。各溝には、径方向に摺動可能なベーン４が収容され、ベーン４は、遠心力等により径方向に付勢されることで、カムリング５の内周面に常に押し付けられている。
【００２５】
ロータ３は、たとえばその回転中心に形成されたスプライン孔に、対応するスプライン軸を有する駆動軸８を嵌合させることにより駆動軸８と連結されており、駆動軸８は、内燃機関等の動力で回転される。
【００２６】
隣り合う２つのベーン４とカムリング５によって囲われた空間には、作動室１０が形成される。図３に示すように、作動室１０の軸方向の壁面は、ロータ３及びベーン４の両側に配置されたフロント側板１とリヤ側板２である。このロータ３及びベーン４とフロント側板１との間には、第１サイドクリアランス１６ａが形成される。同様に、このロータ３及びベーン４とリヤ側板２との間には、第２サイドクリアランス１６ｂが形成される。作動室１０は、カムリング５の楕円形状をなしている貫通孔の内周面が壁面の一部を構成するために、回転に伴って、その容積が拡大または縮小変化する。
【００２７】
フロント側板１と、リヤ側板２とにはそれぞれ、図４に示すようなベーンポンプ内に流体を吸入する吸入ポート１１と、加圧された流体を外部に吐出する吐出ポート１２が形成されている。この吸入ポート１１は、周方向には作動室１０の容積が拡大することによって吸引力が発生する位置に、径方向には作動室１０に対応する位置に形成されている。また吐出ポート１２は、周方向には作動室１０の容積が減少することによって圧力が発生する位置に形成され、径方向には作動室１０に対応する位置に形成されている。
【００２８】
この構成で、駆動軸８を回転させると、作動室１０の容積が回転に伴い拡大または縮小変化する。そのため、作動室１０の容積拡大過程においては、容積の拡大に伴って吸引力が発生し、作動室１０は側板に形成された吸入ポート１１を通じて外部から流体を吸入する。駆動軸８の回転が進むと、作動室１０を形成しているベーン４のうち、回転方向に対して後方に配設されたベーン４が吸入ポート１１を通過し、作動室１０は閉空間となる。さらに駆動軸８の回転が進むと、作動室１０の容積縮小過程となり、容積の縮小に伴って、流体が加圧される。作動室１０を形成しているベーン４のうち、回転方向に対して先方に配設されたベーン４が吐出ポート１２を通過すると、高圧になった流体が、吐出ポート１２を経て外部に吐出される。
【００２９】
図５は、積層型ロータ１４の外観図である。積層型ロータ１４は、図５のような円盤状の第１薄板１３ａ、第２薄板１３ｂ、第３薄板１３ｃ及び第４薄板１３ｄを積層に構成し、リベット１５により結合したものである。この第１薄板１３ａから第４薄板１３ｄには、放射線状かつ同位相に複数のスリットを、同形状に形成している。また、この複数の薄板１３ａから１３ｄそれぞれには、互いを結合する結合部を同心円状かつ同位相に形成している。この複数の薄板１３ａから１３ｄを結合する手段としては、本実施例によるリベット結合の他、ねじによる締結、溶接による結合等があり、ベーンポンプの構造に適した適宜の手段を用いてよい。
【００３０】
図６は、この積層型ロータ１４を有する昇圧部の断面図である。前述の薄板１３ａから１３ｄを、径方向には、フロント側板１及びリヤ側板２と積層型ロータ１４とが接触する領域外で、リベット１５により結合して積層型ロータ１４を形成している。これら薄板１３ａから１３ｄのそれぞれの間には、それぞれ第１薄板間クリアランス１８ａ、第２薄板間クリランス１８ｂ及び第３薄板間クリアランス１８ｃを形成している。これらの薄板間クリアランスの和を、説明の便宜上第５クリアランス１９とする。また、積層型ロータ１４とフロント側板１との間には、第３サイドクリアランス１７ａを形成している。同様に、積層型ロータ１４とリヤ側板２との間には、第４サイドクリアランス１７ｂを形成している。
【００３１】
このように、積層型ロータ１４を上述の薄板１３ａから１３ｄによる積層構造とすることで、積層型ロータ１４のスラスト方向の剛性を下げることができる。図７は、図６に示す昇圧部のフロント側板１及びリヤ側板２が変形した状態を表す模式図である。図７に示すように、剛性が下がった積層型ロータ１４はフロント側板１及びリヤ側板２がポンプの内圧により変形した際、これらの側板の変形に追従して変形する。すなわち、積層型ロータ１４とフロント側板１及びリヤ側板２とが接触しても、高面圧状態を回避できるので、積層型ロータ１４の焼付きを抑制できる。
【００３２】
また、上述の薄板１３ａから１３ｄのうち、フロント側板１及びリヤ側板２と対向する第１薄板１３ａ及び第４薄板１３ｄそれぞれに、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いてもよい。たとえば、上記第１薄板及び第４薄板のみに耐摩耗特性に優れた高強度材であるＳＫＤ材等を用いてもよい。また、上記第１薄板及び第４薄板が側板と接触する部分にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）或いはポリフッ化エチレン等のコーティングを施してもよい。これにより、フロント側板１及びリヤ側板２との接触による、積層型ロータ１４の焼付きに対する信頼性を低コストで向上できる。また、高面圧状態を抑制できるので、積層型ロータ１４とフロント側板１及びリヤ側板２との接触による面荒れを低減して、ポンプの機械効率を向上させることができる。
【００３３】
また、図６における積層型ロータ１４に係る第３サイドクリアランス１７ａと第４サイドクリアランス１７ｂと第５クリアランス１９の各クリアランス量の総和を、図３におけるロータ３に係る第１サイドクリアランス１６ａ及び第２サイドクリアランス１６ｂのクリアランス量の総和と同等にしてもよい。
【００３４】
ロータと側板間のような平行二平板間を流れる流体の流量は、二平板間のクリアランス量の３乗に比例することが知られている。ここで、積層型ロータ１４に係る前述したクリアランス量の総和をHとし、ロータ３に係る前述した第１サイドクリアランス１６ａ及び第２サイドクリアランス１６ｂのクリアランス量の総和も、同等としてＨとする。図３のようなベーンポンプの場合には、クリアランス部位数は第１サイドクリアランス１６ａと第２サイドクリアランス１６ｂとで２である。したがって、この２つのサイドクリアランス量を同一であるとして、各サイドクリアランス量はＨ／２である。流量はクリアランス量の３乗に比例することから、式（（Ｈ／２）３）により、流量はＨ３／８に比例する。さらにクリアランスが２箇所あるので、これらのサイドクリアランスより流出する加圧流体のリーク量は、ベーンポンプ全体としては、式（２×Ｈ３／８）により、Ｈ３／４に比例する。
【００３５】
一方、図６のようなベーンポンプの場合には、クリアランス部位数は、第３サイドクリアランス１７ａ、第４サイドクリアランス１７ｂ、第１薄板間クリアランス１８ａ、第２薄板間クリアランス１８ｂ及び第３薄板間クリアランス１８ｃで５である。したがって、これらのクリアランス量が同一であるとして、各クリアランス量はＨ／５である。加圧流体のリーク量は、図３のようなベーンポンプの場合と同様にして、式（（Ｈ／５）３）により、Ｈ３／１２５に比例する。さらにクリアランスが５箇所あるので、ベーンポンプ全体としては、加圧流体のリーク量は式（５×Ｈ３／１２５）により、Ｈ３／２５に比例する。したがって、式（Ｈ３／２５＜Ｈ３／４）により、前述したクリアランス量の総和Ｈが同等である限り、積層型ロータ１４を用いたベーンポンプのほうが、図３のようなベーンポンプより加圧流体のリーク量を低減できる。また、ロータの積層数を増加させたほうが加圧流体のリーク量を低減するのに有利である。
【００３６】
以上により、積層型ロータ１４を用いたベーンポンプでは、図３のようなベーンポンプの場合と比較して、前述した各クリアランスから漏れる加圧流体の全体のリーク量を低減可能である。これによってベーンポンプの容積効率が向上するので、ポンプにより流体を高圧で圧送できる。
【００３７】
なお、積層型ロータ１４の薄板積層枚数は２枚以上あればよく、４枚でなくてもよい。また、積層型ロータ１４の代わりに、フロント側板１及びリヤ側板２と接触する領域のみが積層構造をなし、軸心付近が積層部の集合体となる一体構造のロータを使用してもよい。また、積層する複数の薄板の厚さは均等である必要はなく、材質は同一でなくてもよい。
【００３８】
この実施例によれば、ロータがその両側に配置した側板と接触し、高面圧状態となって焼付くことを抑制可能なベーンポンプを提供できる。
【００３９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るベーンポンプの外観図である。
【図２】本発明に係るベーンポンプの断面図である。
【図３】本発明に係るベーンポンプの昇圧部の断面図である。
【図４】本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明に係る積層型ロータの外観図である。
【図６】本発明に係る積層型ロータを有するベーンポンプの昇圧部の断面図である。
【図７】本発明に係る積層型ロータを有するベーンポンプのフロント側板１及びリヤ側板２が変形した状態を表す模式図である
【符号の説明】
【００４１】
１ フロント側板
２ リヤ側板
３ ロータ
４ ベーン
５ カムリング
６ フロントカバー
７ リヤカバー
８ 駆動軸
９ 締結ボルト
１０ 作動室
１１ 吸入ポート
１２ 吐出ポート
１３ａ 第１薄板
１３ｂ 第２薄板
１３ｃ 第３薄板
１３ｄ 第４薄板
１４ 積層型ロータ
１５ リベット
１６ａ 第１サイドクリアランス
１６ｂ 第２サイドクリアランス
１７ａ 第３サイドクリアランス
１７ｂ 第４サイドクリアランス
１８ａ 第１薄板間クリアランス
１８ｂ 第２薄板間クリアランス
１８ｃ 第３薄板間クリアランス
１９ 第５クリアランス
２０ ヘッドフランジカバー
２１ センターケース
２２ ケースリヤカバー
２３ 締結ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を加圧して供給するベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体圧を発生させるポンプには、トロコイドポンプ、ギヤポンプ、ピストンポンプ等がある。このようなポンプの一形態として知られるベーンポンプは、たとえば自動車のパワーステアリング装置への加圧流体供給用ポンプとして使用されている。このベーンポンプは、一般に楕円形状の貫通孔が形成されたカムリングを有する。そしてこのカムリング内には、駆動軸によって回転されるロータが収容されている。このロータには、放射状に形成された複数のベーン溝が設けられ、各ベーン溝にはベーンが摺動可能に収容されている。
【０００３】
ロータが回転すると、ベーンは遠心力等により半径方向に付勢され、カムリング内周のカム面に接触しながらロータとともに回転する。このようにロータ及びベーンが回転すると、隣り合うベーンとカムリング内周のカム面とによって区画された作動室の容積が変化する。そのため、その容積変化を利用して流体の吸入・加圧・吐出が行える。
【０００４】
またこのようなベーンポンプには、前記ロータ及びベーンの両側に作動室の一部を構成する側板が配置される場合がある。この種のベーンポンプを用いて高圧を発生させるためには、前記ロータ及びベーンとこの側板との隙間（サイドクリアランス）を縮小し、維持することが重要である。そのため、このサイドクリアランスの縮小及び維持を目的とした様々な技術が提案されている。
【０００５】
たとえば特許文献１によれば、一方に可動側板を備えるベーンポンプにおいて、作動室から吐出された圧力Poutの加圧流体をポンプ吸入区間でベーン溝底に設けたベーン背圧室に流入させる。この圧力Ｐoutの加圧流体は、ポンプ吐出区間で各ベーンがカムリング内周面に押し付けられ、その突き出し量が小さくなる方向に移動することでベーン背圧室が縮小し、さらに圧力Ｐvに加圧される。その後、この圧力Ｐvの加圧流体を可動側板の背圧室に流入させる。このベーンポンプでは、圧力Ｐvが圧力Ｐoutより大きいため、可動側板は背圧室側からロータ及びベーン側へ付勢される。その結果、サイドクリアランスを縮小及び維持することができる。
【０００６】
また特許文献２によれば、積層型ロータを有するベーンポンプにおいて、挟持部材と複数の薄板とを、リベット等の固定部材のカシメにより一体に結合して積層ロータを形成する。このような構成の積層型ロータは、低価格で高強度と高耐磨耗性を有する。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２０７５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的なベーンポンプは、上記のものを含め、加工の容易さを考慮して背圧室の形状を決定することが多い。そのため、可動側板を付勢する効果が不十分となるのでサイドクリアランスが比較的広い。これは、対象を高粘度流体に特化する場合や低圧使用に特化することで、ある程度の側板の撓み及びサイドクリアランスの広さが許容可能な場合には、ポンプとして成立するからである。しかしながら、このようなベーンポンプで軽油等の低粘度の流体を加圧し、かつ高圧にしようとするとサイドクリアランスを狭くする必要があるが、自ら発生した圧力により可動側板が撓んで部分的にクリアランスが拡大し、流体が多量に漏れてしまう。そのため、ポンプにより高圧化した流体を圧送できない。また、このようなベーンポンプは、ポンプ作動時に固定側板がポンプの内圧により変形してしまうことがある。この変形によりサイドクリアランスが拡大すると、加圧流体のリーク量が増大してしまう。そのため、同様に、ポンプにより高圧にした流体を供給できない。
【０００９】
また特許文献２のベーンポンプでは、積層型ロータを高強度化し、積層型ロータの高耐磨耗性を実現する技術を提案している。しかし、上記特許文献１の場合と同様、側板が変形した場合には、対称性を失った流体圧により積層型ロータの倒れが発生することがある。高強度、高耐磨耗性を有したロータであっても、積層型ロータが側板と部分的に接触し高面圧状態となった場合には、焼付きが発生する虞がある。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高圧吐出状態であってもロータと側板との焼付きを抑制できるベーンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るベーンポンプは、筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、前記ロータは、スラスト方向に複数の薄板を積層した積層型ロータであり、複数の前記薄板同士の結合部が、前記側板と前記積層ロータとが接触する領域よりも中心側に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によると、積層型ロータを構成する複数の薄板同士を、側板と積層型ロータとが接触する領域よりも中心側で結合するため、積層型ロータのスラスト剛性を、積層型ロータの外周部で低減できる。そのため、側板の変形等によりこの積層型ロータと側板とが接触した場合には、積層型ロータは側板の変形に追従して変形する。このような特徴を有する積層型ロータを採用することによって、ロータと側板との接触による面圧の上昇を低減できるので、ロータの焼付きを抑制可能である。
【００１３】
また、上記のベーンポンプは、前記側板と対向する薄板は、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いて形成されていてもよい。
【００１４】
本発明によると、側板と接触する薄板のみを耐摩耗性に優れた材料にすればよいので、低コストで焼付きに対する信頼性を向上できる。
【００１５】
また、上記のベーンポンプは、前記側板と対向する薄板は、前記側板と接触する部分に、耐摩耗性を向上させる表面処理が施されていてもよい。
【００１６】
本発明によると、薄板が少なくとも側板と接触する部分に耐摩耗性を向上させる表面処理を施せばよいので、低コストで焼付きに対する信頼性を向上できる。
【００１７】
また、本発明に係るベーンポンプは、前記積層型ロータと該積層型ロータを挟む前記側板との間に形成される各クリアランスと、複数の前記薄板同士の間に形成される各クリアランスとの総和であるクリアランス量を、単一型のロータの場合のクリアランス量と同等としてもよい。
【００１８】
本発明によると、積層型ロータに係る上記各クリアランス全体からの加圧流体のリーク量を、単一ロータに係る上記各クリアランス全体からの加圧流体のリーク量と比較して低減可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロータと側板との焼付きを抑制可能なベーンポンプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は、ベーンポンプ１００の外観図である。図１に示すように、ベーンポンプ１００の筐体は、ヘッドフランジカバー２０をセンターケース２１に圧入またはボルト締結等で固定し、ケースリヤカバー２２をセンターケース２１に締結ボルト２３で固定等して形成されている。
【００２２】
図２は、図１のベーンポンプ１００の断面図である。ベーンポンプ１００は、筐体内に昇圧部を収容している。
【００２３】
図３は、この昇圧部の断面図であり、図２の丸で囲んだ部分を取り出して示している。図３に示すように、カムリング５の両側にはフロント側板１とリヤ側板２とを配置する。さらにフロントカバー６をフロント側板１の側面に配置する。同様に、リヤカバー７をリヤ側板２の側面に配置する。上記の各部材それぞれは外周部に複数の同心円状に配置した貫通孔を形成し、さらにフロントカバー６の貫通孔には雌ねじを形成する。図３に示す昇圧部は、締結ボルト９をリヤカバー７側から貫通孔に挿入し、フロントカバー６に締結して一体に形成したものである。さらに、このカムリング５内にはロータ３及びベーン４を収容している。本実施例におけるロータの構造は、複数の薄板を積層に結合した積層構造であるがこの構造の詳細な説明は後述する。説明の便宜上、ここではロータ３として表している。
【００２４】
図４は、図３の昇圧部のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、カムリング５は楕円形状に形成された貫通孔を有し、カムリング５内には、ロータ３が収容されている。ロータ３には、その外周面に、径方向へ放射線状に形成された複数の溝が、周方向に等間隔で配列されている。各溝には、径方向に摺動可能なベーン４が収容され、ベーン４は、遠心力等により径方向に付勢されることで、カムリング５の内周面に常に押し付けられている。
【００２５】
ロータ３は、たとえばその回転中心に形成されたスプライン孔に、対応するスプライン軸を有する駆動軸８を嵌合させることにより駆動軸８と連結されており、駆動軸８は、内燃機関等の動力で回転される。
【００２６】
隣り合う２つのベーン４とカムリング５によって囲われた空間には、作動室１０が形成される。図３に示すように、作動室１０の軸方向の壁面は、ロータ３及びベーン４の両側に配置されたフロント側板１とリヤ側板２である。このロータ３及びベーン４とフロント側板１との間には、第１サイドクリアランス１６ａが形成される。同様に、このロータ３及びベーン４とリヤ側板２との間には、第２サイドクリアランス１６ｂが形成される。作動室１０は、カムリング５の楕円形状をなしている貫通孔の内周面が壁面の一部を構成するために、回転に伴って、その容積が拡大または縮小変化する。
【００２７】
フロント側板１と、リヤ側板２とにはそれぞれ、図４に示すようなベーンポンプ内に流体を吸入する吸入ポート１１と、加圧された流体を外部に吐出する吐出ポート１２が形成されている。この吸入ポート１１は、周方向には作動室１０の容積が拡大することによって吸引力が発生する位置に、径方向には作動室１０に対応する位置に形成されている。また吐出ポート１２は、周方向には作動室１０の容積が減少することによって圧力が発生する位置に形成され、径方向には作動室１０に対応する位置に形成されている。
【００２８】
この構成で、駆動軸８を回転させると、作動室１０の容積が回転に伴い拡大または縮小変化する。そのため、作動室１０の容積拡大過程においては、容積の拡大に伴って吸引力が発生し、作動室１０は側板に形成された吸入ポート１１を通じて外部から流体を吸入する。駆動軸８の回転が進むと、作動室１０を形成しているベーン４のうち、回転方向に対して後方に配設されたベーン４が吸入ポート１１を通過し、作動室１０は閉空間となる。さらに駆動軸８の回転が進むと、作動室１０の容積縮小過程となり、容積の縮小に伴って、流体が加圧される。作動室１０を形成しているベーン４のうち、回転方向に対して先方に配設されたベーン４が吐出ポート１２を通過すると、高圧になった流体が、吐出ポート１２を経て外部に吐出される。
【００２９】
図５は、積層型ロータ１４の外観図である。積層型ロータ１４は、図５のような円盤状の第１薄板１３ａ、第２薄板１３ｂ、第３薄板１３ｃ及び第４薄板１３ｄを積層に構成し、リベット１５により結合したものである。この第１薄板１３ａから第４薄板１３ｄには、放射線状かつ同位相に複数のスリットを、同形状に形成している。また、この複数の薄板１３ａから１３ｄそれぞれには、互いを結合する結合部を同心円状かつ同位相に形成している。この複数の薄板１３ａから１３ｄを結合する手段としては、本実施例によるリベット結合の他、ねじによる締結、溶接による結合等があり、ベーンポンプの構造に適した適宜の手段を用いてよい。
【００３０】
図６は、この積層型ロータ１４を有する昇圧部の断面図である。前述の薄板１３ａから１３ｄを、径方向には、フロント側板１及びリヤ側板２と積層型ロータ１４とが接触する領域外で、リベット１５により結合して積層型ロータ１４を形成している。これら薄板１３ａから１３ｄのそれぞれの間には、それぞれ第１薄板間クリアランス１８ａ、第２薄板間クリランス１８ｂ及び第３薄板間クリアランス１８ｃを形成している。これらの薄板間クリアランスの和を、説明の便宜上第５クリアランス１９とする。また、積層型ロータ１４とフロント側板１との間には、第３サイドクリアランス１７ａを形成している。同様に、積層型ロータ１４とリヤ側板２との間には、第４サイドクリアランス１７ｂを形成している。
【００３１】
このように、積層型ロータ１４を上述の薄板１３ａから１３ｄによる積層構造とすることで、積層型ロータ１４のスラスト方向の剛性を下げることができる。図７は、図６に示す昇圧部のフロント側板１及びリヤ側板２が変形した状態を表す模式図である。図７に示すように、剛性が下がった積層型ロータ１４はフロント側板１及びリヤ側板２がポンプの内圧により変形した際、これらの側板の変形に追従して変形する。すなわち、積層型ロータ１４とフロント側板１及びリヤ側板２とが接触しても、高面圧状態を回避できるので、積層型ロータ１４の焼付きを抑制できる。
【００３２】
また、上述の薄板１３ａから１３ｄのうち、フロント側板１及びリヤ側板２と対向する第１薄板１３ａ及び第４薄板１３ｄそれぞれに、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いてもよい。たとえば、上記第１薄板及び第４薄板のみに耐摩耗特性に優れた高強度材であるＳＫＤ材等を用いてもよい。また、上記第１薄板及び第４薄板が側板と接触する部分にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）或いはポリフッ化エチレン等のコーティングを施してもよい。これにより、フロント側板１及びリヤ側板２との接触による、積層型ロータ１４の焼付きに対する信頼性を低コストで向上できる。また、高面圧状態を抑制できるので、積層型ロータ１４とフロント側板１及びリヤ側板２との接触による面荒れを低減して、ポンプの機械効率を向上させることができる。
【００３３】
また、図６における積層型ロータ１４に係る第３サイドクリアランス１７ａと第４サイドクリアランス１７ｂと第５クリアランス１９の各クリアランス量の総和を、図３におけるロータ３に係る第１サイドクリアランス１６ａ及び第２サイドクリアランス１６ｂのクリアランス量の総和と同等にしてもよい。
【００３４】
ロータと側板間のような平行二平板間を流れる流体の流量は、二平板間のクリアランス量の３乗に比例することが知られている。ここで、積層型ロータ１４に係る前述したクリアランス量の総和をHとし、ロータ３に係る前述した第１サイドクリアランス１６ａ及び第２サイドクリアランス１６ｂのクリアランス量の総和も、同等としてＨとする。図３のようなベーンポンプの場合には、クリアランス部位数は第１サイドクリアランス１６ａと第２サイドクリアランス１６ｂとで２である。したがって、この２つのサイドクリアランス量を同一であるとして、各サイドクリアランス量はＨ／２である。流量はクリアランス量の３乗に比例することから、式（（Ｈ／２）３）により、流量はＨ３／８に比例する。さらにクリアランスが２箇所あるので、これらのサイドクリアランスより流出する加圧流体のリーク量は、ベーンポンプ全体としては、式（２×Ｈ３／８）により、Ｈ３／４に比例する。
【００３５】
一方、図６のようなベーンポンプの場合には、クリアランス部位数は、第３サイドクリアランス１７ａ、第４サイドクリアランス１７ｂ、第１薄板間クリアランス１８ａ、第２薄板間クリアランス１８ｂ及び第３薄板間クリアランス１８ｃで５である。したがって、これらのクリアランス量が同一であるとして、各クリアランス量はＨ／５である。加圧流体のリーク量は、図３のようなベーンポンプの場合と同様にして、式（（Ｈ／５）３）により、Ｈ３／１２５に比例する。さらにクリアランスが５箇所あるので、ベーンポンプ全体としては、加圧流体のリーク量は式（５×Ｈ３／１２５）により、Ｈ３／２５に比例する。したがって、式（Ｈ３／２５＜Ｈ３／４）により、前述したクリアランス量の総和Ｈが同等である限り、積層型ロータ１４を用いたベーンポンプのほうが、図３のようなベーンポンプより加圧流体のリーク量を低減できる。また、ロータの積層数を増加させたほうが加圧流体のリーク量を低減するのに有利である。
【００３６】
以上により、積層型ロータ１４を用いたベーンポンプでは、図３のようなベーンポンプの場合と比較して、前述した各クリアランスから漏れる加圧流体の全体のリーク量を低減可能である。これによってベーンポンプの容積効率が向上するので、ポンプにより流体を高圧で圧送できる。
【００３７】
なお、積層型ロータ１４の薄板積層枚数は２枚以上あればよく、４枚でなくてもよい。また、積層型ロータ１４の代わりに、フロント側板１及びリヤ側板２と接触する領域のみが積層構造をなし、軸心付近が積層部の集合体となる一体構造のロータを使用してもよい。また、積層する複数の薄板の厚さは均等である必要はなく、材質は同一でなくてもよい。
【００３８】
この実施例によれば、ロータがその両側に配置した側板と接触し、高面圧状態となって焼付くことを抑制可能なベーンポンプを提供できる。
【００３９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述してきたが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るベーンポンプの外観図である。
【図２】本発明に係るベーンポンプの断面図である。
【図３】本発明に係るベーンポンプの昇圧部の断面図である。
【図４】本発明に係るベーンポンプの昇圧部の、図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明に係る積層型ロータの外観図である。
【図６】本発明に係る積層型ロータを有するベーンポンプの昇圧部の断面図である。
【図７】本発明に係る積層型ロータを有するベーンポンプのフロント側板１及びリヤ側板２が変形した状態を表す模式図である
【符号の説明】
【００４１】
１ フロント側板
２ リヤ側板
３ ロータ
４ ベーン
５ カムリング
６ フロントカバー
７ リヤカバー
８ 駆動軸
９ 締結ボルト
１０ 作動室
１１ 吸入ポート
１２ 吐出ポート
１３ａ 第１薄板
１３ｂ 第２薄板
１３ｃ 第３薄板
１３ｄ 第４薄板
１４ 積層型ロータ
１５ リベット
１６ａ 第１サイドクリアランス
１６ｂ 第２サイドクリアランス
１７ａ 第３サイドクリアランス
１７ｂ 第４サイドクリアランス
１８ａ 第１薄板間クリアランス
１８ｂ 第２薄板間クリアランス
１８ｃ 第３薄板間クリアランス
１９ 第５クリアランス
２０ ヘッドフランジカバー
２１ センターケース
２２ ケースリヤカバー
２３ 締結ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、
前記ロータは、スラスト方向に複数の薄板を積層した積層型ロータであり、複数の前記薄板同士の結合部が、前記側板と前記積層ロータとが接触する領域よりも中心側に配置されていることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
前記側板と対向する薄板は、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いて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。
【請求項３】
前記側板と対向する薄板は、前記側板と接触する部分に、耐摩耗性を向上させる表面処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベーンポンプ。
【請求項４】
前記積層型ロータと該積層型ロータを挟む前記側板との間に形成される各クリアランスと、複数の前記薄板同士の間に形成される各クリアランスとの総和であるクリアランス量を、単一型のロータの場合のクリアランス量と同等としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
【請求項１】
筐体内に、カムリングと、該カムリング内に配置された回転自在なロータと、該ロータに放射状に形成した複数のベーン溝のそれぞれに収容され、前記ロータの回転に伴い前記カムリングのカム面に沿って摺動する複数のベーンと、前記カムリング、ロータ及びベーンの両側に配置した側板とを備えたベーンポンプであって、
前記ロータは、スラスト方向に複数の薄板を積層した積層型ロータであり、複数の前記薄板同士の結合部が、前記側板と前記積層ロータとが接触する領域よりも中心側に配置されていることを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
前記側板と対向する薄板は、他の薄板より耐摩耗性に優れた材料を用いて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。
【請求項３】
前記側板と対向する薄板は、前記側板と接触する部分に、耐摩耗性を向上させる表面処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載のベーンポンプ。
【請求項４】
前記積層型ロータと該積層型ロータを挟む前記側板との間に形成される各クリアランスと、複数の前記薄板同士の間に形成される各クリアランスとの総和であるクリアランス量を、単一型のロータの場合のクリアランス量と同等としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１９４１１９（Ｐ２００６−１９４１１９Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０６４（Ｐ２００５−５０６４）
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]