JPH0353478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、動力舵取装置に好適なベーンポンプ
に関するものである。

＜従来技術＞ 一般に動力舵取装置には、10枚のベーンを備え
た圧力平衡型ベーンポンプが多く用いられてい
る。この種のポンプは、12枚ベーンを備えたベー
ンポンプに比して軽量で、かつ加工を容易にでき
る等の利用があるが、吐出流量の変動による圧力
脈動を生起しやすい。かかるポンプの脈動発生の
主たる要因として以下の２つをあげることができ
る。その１つは、カム諸元、ベーン諸元によつて
定まる理論吐出流量変動であり、いま１つは、ポ
ンプ内部洩れ変動、とりわけ洩れに係わるポンプ
ステージの変化に伴う洩れ流量変動である。

なお、ここでいう流量変動とは、ベーンの回転
角θに体する流量波形の最大値と最小値との差で
あり、その流量波形の積分値（流量の絶対値）
は、ポンプ効率に影響するだけで脈動には何ら関
係ないものである。

一般に第１図の展開図で示すように、ベーンＶ
が摺接するカム曲線は、吸入曲線部Ｃ１、大円部
Ｃ２、吐出曲線部Ｃ３および小円部Ｃ４からなつ
ている。この種のポンプにおいては、ベーンＶが
単位角度Δθ移動された際に、叶出ポートOPに係
わるポンプ室の最終端のベーンと最前端のベーン
とで囲まれた容積の変化が、このときに吐出され
る流量となる。この流量は大円部Ｃ２、小円部Ｃ
４が共に真円になつておれば常に一定となり、変
動を生じないが、通常大円部Ｃ２は予圧のために
僅かな予圧勾配を付与され、従つて単位角度当り
の吐出流量は予圧勾配に応じて変化し、第２図に
示すように比較的小さな変動幅Ｘ１の流動変動曲
線となる。これは一般に基本吐出流量変動と呼ば
れる。

さらに吸入ポートIPに係わるベーンＶは単位
角度移動することにより叶出ポートOPに通ずる
ベーン背圧溝Ｇ内に圧力作用により上昇するた
め、ベーン下端側の容積変化分だけ叶出流量が消
費されることになる。しかしてかかる消費流量は
単位角度当りのベーンＶの上昇量に比例するもの
であり、ベーン軌跡の速度線図（第１図のＡ）に
対応したものとなる。例えば今、吸入曲線部Ｃ１
の位置αにベーンＶ１があるものとすると、吸入
曲線部ｃ１に係わるもう一枚のベーンＶ２がα＋
36°の位置に存在する。この２枚のベーンＶ１，
Ｖ２がロータＲの回転につれて一方は徐々に増速
され、他方は徐々に減速されて移動する。さらに
回転が進むと、吸入曲線部Ｃ１上には１枚だけの
ベーンＶ１が存在することになり、このベーンＶ
１が最大速度まで到達し、この後減速されるとい
つた速度の変動が発生する。従つて吸入区域にお
けるベーン下端への消費流量は、１枚または２枚
のベーンの上昇速度に応じたものの総和となり、
ベーンの角度位置に応じて大きく変動する。しか
してその変動幅はベーンの板厚が大きくなればな
るほど大きくなる。

このことから、カム諸元およびベーン諸元によ
つて定まる理論吐出流量変動は、前記基本吐出流
量変動とベーン上昇による消費流量変動とを加え
た第３図のＡに示すような変動幅Ｘ２の曲線とな
り、この理論吐出流量変動が吐出圧力脈動の１つ
の要因をなす。

一方、隣合う２枚のベーンＶ、カムリングＣ、
ロータＲおよびサイドプレートによつて区画され
る複数のポンプ室（セクタ）の圧力は、ベーンＶ
の角度位置により吸入圧と吐出圧とに周期的に変
化する。これに対してベーン背圧溝Ｇは常に吐出
圧の状態にあり、またローラＲとサイドプレート
との間には僅かな隙間が設けられているため、こ
の隙間を介して前記ベーン背圧溝Ｇから吸入圧の
各セクタに向かつて圧油の洩れが発生する。しか
も10枚ベーンの圧力平衡型ポンプにおいては、洩
れが発生するステージが周期的に変化する問題か
ある。すなわち、吐出区間は１ベーン区間中に１
回の割合で３セクタと２セクタとに交互に切換わ
る。第１図の実線状態は吐出区間が３セクタとな
る開始状態を示し、２点鎖線状態は吐出区間が２
セクタとなる開始状態を示している。この吐出区
間を除いた区間が洩れが生ずるステージとなるの
で、そのステージ（角度領域）に差異がもたらさ
れる。これによつて第３図のＢに示すような洩れ
流量変動が生ずる。

ポンプの実線の吐出流量は、前記した理論吐出
流量変動より洩れ流量変動を差引いたものとなる
が、理論吐出流量変動がカム諸元、ベーン諸元に
よつて一義的に定まるものであるのに対し、洩れ
流量変動は主としてベーン背圧溝と吸入区間との
差圧の関数として決定され、その変動幅Ｘ３は負
荷圧力に応じて大きくなる。従つてポンプが無負
荷で運転されているような場合には、差圧は小さ
く、洩れ流量変動による影響は少ないため、実際
の吐出流量の変動は、理論吐出流量変動の影響を
大きく受ける。しかしながら、圧力の上昇に伴つ
て差圧が大きくなると、洩れ流量変動が理論吐出
流量変動を上まわり、実際の吐出流量の変動は、
洩れ流量変動に大きく左右される。

特に動力舵取装置に用いられるベーンポンプ
は、負荷圧力が大きく変化するため、圧力変化に
対する吐出流量の変動を抑えることが肝要であ
り、併せて理論叶出流量変動自体も少なくするこ
とが得策である。

＜発明の目的＞ よつて本発明の目的は、洩れ流量変動を抑制す
るために、洩れに係わるポンプステージを変化さ
せないベーンポンプを提供し、以つて負荷圧力の
影響による吐出流量の変動を少なくして圧力脈動
を低減させることである。

本発明の他の目的は、上記した洩れ流量変動と
併せて理論吐出流量変動を抑制し、以つてポンプ
吐出流量の変動をきわめて小さくし、圧力脈動を
大幅に低減させることである。

＜実施例＞ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第４図および第５図において、１０はポンプ
ハウジングを示し、このポンプハウジング１０に
は有底の中空室１１が形成され、この中空室１１
はポンプハウジング１０の一端に開口している。
ポンプハウジング１０の一端にはその開口部を閉
塞するエンドカバー１２が固着されている。ポン
プハウジング１０とエンドカバー１２とで囲まれ
た前記中空室１１内にはカムリング１４と、この
カムリング１４の一側面に対接するリング状のサ
イドプレート１５と、一端がカムリング１４の他
側面に対接しかつ背面がエンドカバー１２に対接
する円板状のサイドプレート１６が収納され、一
方のサイドプレート１５はポンプハウジング１０
の軸受穴に嵌合されている。一方のサイドプレー
ト１５とポンプハウジング１０との間にはウエブ
ワツシヤ１７が弾発した状態で介挿され、このウ
エブワツシヤ１７の発力によつて前記カムリング
１４、一対のサイドプレート１５，１６およびエ
ンドカバー１２が互いに当接されている。なお、
カムリング１４および一対のサイドプレート１
５，１６はポンプハウジング１０とエンドカバー
１２との間に支持された一対の位置決めピン１８
により位相決めされている。

前記カムリング１４の内周には後述する略楕円
形のカム面２０が形成され、このカム面２０に摺
接する１０枚のベーン２１を放射方向に摺動可能
に嵌挿したロータ２２がカムリング１４内に収納
されている。かかるロータ２２およびベーン２１
の軸線方向幅はカムリング１４の軸線方向幅より
も幾分小さな寸法に定められ、前記一対のサイド
プレート１５，１６がカムリング１４の両側面に
当接された状態においてロータ２２とサイドプレ
ート１５，１６との各間に適正なサイドクリアラ
ンス（軸線方向隙間）が保たれるようにしてあ
る。ロータ２２はポンプハウジング１０の軸受穴
に嵌着せる軸受スリーブ２３に回転可能に軸承さ
れた回転軸２４の一端にスプライン係合されてい
る。

上記した構成によりカムリング１４のカム面２
０とロータ２２の外周面との間にベーン２１によ
つて区画された複数のポンプ室が形成され、各ポ
ンプ室はロータ２２の回転により容積変化を生ず
る。前記一対のサイドプレート１５，１６のロー
タ２２に対接する各面には、膨張工程をなすポン
プ室に対応して吸入ポート２５，２６が、また圧
縮工程をなすポンプ室に対応して吐出ポート２
７，２８がそれぞれ円周上２か所づつ形成されて
いる。吸入ポート２５，２６はカムリング１４を
取巻くように中空室１１に凹設された吸入室２９
に開口され、この吸入室２９はリザーバ３０に通
ずる吸入通路３１、流量調整弁３２に通ずるバイ
パス通路３３に連通されている。一方の吐出ポー
ト２７はサイドプレート１５を貫通し、このサイ
ドプレート１５とポンプハウジング１０との間に
形成された吐出室３４に通じ、この吐出室３４は
吐出通路３５中に設けられた図略の絞り通路を介
して圧力流体送出口に連通されるとともに、流量
調整弁３２を介して前記バイパス通路３３に適宜
連通される。また一体のサイドプレート１５，１
６のロータ２１に対接する各面には、ベーン下端
に対応して環状もしくは円弧状のベーン背圧溝３
７，３８が形成さ、一方のベーン背圧溝３７は通
孔３９を介して吐出室３４に連通され、ベーン下
端に吐出流体を導入するようになつている。

次に前記カムリング１４のカム面形状ならびに
前記吸入ポート２５，２６、吐出ポート２７，２
８の具体的構成について説明する。

第６図は０〜180°の半周部分におけるポンプの
展開図を示すもので、残りの半周も同一に構成さ
れている。前記カム面２０は、等加速度形の吸入
曲線部Ｃ１と、僅かな予圧勾配を付与した大円部
Ｃ２と、吐出曲線部Ｃ３および小円部Ｃ４とをな
めらかに結んだカム曲線からなり、基本的には従
来のものより吸入区間（吸入曲線部Ｃ１）をかな
り長く、逆に吐出区間（吐出曲線部Ｃ３）をかな
り短くするように設定されている。

前記吸入曲線部Ｃ１に対応して開口さた吸入ポ
ート２５，２６の始端と、叶出曲線部Ｃ３に対応
して開口された叶出ポート２７，２８の終端は、
第６図に示すように吸入ポート２５，２６の始端
にベーン２１の中心が対応しているとき、そのベ
ーン２１より先行した４つ目のベーン２１の外端
が、吐出ポート２７，２８の終端に対応する関係
位置に定められている。しかして吸入ポート２
５，２６の角度幅はベーン２１の角度ピツチの２
倍よりもやや小さな角度に定められ、また吐出ポ
ート２７，２８の角度幅はベーン２１の角度ピツ
チにベーン２１の厚み分に相当する角度を加えた
ものに定められている。

このことからある１つのベーン２１が吸入ポー
ト２５，２６の始端の位置にあるとすると、先行
する１つ目のベーン２１は吸入ポート２５，２６
のほぼ中央部に、２つ目のベーン２１は吸入ポー
ト２５，２６の終端より僅かに逸脱した位置に、
３つ目のベーン２１は吐出ポート２７，２８の始
端に接する位置に、さらに４つ目のベーン２１は
吐出ポート２７，２８の終端に接続する位置にそ
れぞれ位置させる。

本発明のベーンポンプは上述したように構成さ
ているので、回転軸２４が駆動されると、ロータ
２２が回転し、これによつて作動流体が吸入室２
９より吸入ポート２５，２６を介してポンプ室に
吸入されるとともに、吐出流体がポンプ室より吐
出ポート２７，２８を介して吐出室３４に吐出さ
れ、この吐出室３４より吐出通路３５中に設けた
流量調整弁３２により所定流量に制御されて動力
舵取装置等に送出される。

ポンプの吐出圧が上昇すると、一体のサイドプ
レート１５，１６とロータ２２とのサイドクリア
ランスを通つて高圧側のベーン背圧溝３７，３８
から低圧側の吸入ポート２５，２６に圧力流体の
洩れが生ずる。

しかしながら、本発明においては、吐出ポート
２７，２８の角度幅をベーン２１の角度ピツチに
ベーン２１の厚み分に相当する角度を加えた量に
設定したことにより、ベーン背圧溝３７，３８か
ら吸入ポート２５，２６に向つて洩れが生ずるセ
クタ（ポンプ室）の数を、ベーン２１のいかなる
角度位置においても常に一定の角度幅（２ポンプ
室）に保持できる。これは第６図に示す状態の前
後の状態を考えてみることにより理解しやすい。

第６図より僅かに前の状態においては、第７図
に示すように、第１、第２および第３の３つのベ
ーン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによつて画成された
２つのポンプ室は吸入室Psであり、第４、第５
および第１の３つのベーン２１Ｄ，２１Ｅ，２１
Ａよつて画成された２つのポンプ室は吐出圧Pd
であり、第３および第４の２つのベーン２１Ｃ，
２１ｄによつて画成されたポンプ室は吸入圧Ps
よりも高く、吐出圧Pdよりも低い圧力Pmであ
る。従つてベーン背圧溝３７，３８から吸入ポー
ト２５，２６に向かう圧油の洩れは第１〜第４の
４つのベーン２１Ａ〜２１Ｄによつて画成された
角度領域θ１にて生ずる。

第７図の状態より第６図の状態を通過して第８
図に示す状態になると、第３および第４のベーン
２１Ｃ，２１Ｄによつて画成されたポンプ室は完
全に吐出圧Pdとなり、第５および第１のベーン
２１Ｅ，２１Ａによつて画成されたポンプ室は吐
出圧Pdから吸入圧Psに切替わる。しかるにこの
場合にも第５，第１，第２および第３の４つのベ
ーン２１Ｅ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃによつて画
成された角度領域θ１において、ベーン背圧溝３
７，３８から吸入ポート２５，２６に向かう圧油
の洩れが生ずる。

このように、ベーン２１の移動につれて吐出領
域が、第７図の状態から第５図の状態に、さらに
第５図の状態から第８図の状態に変化する場合
に、第５図の状態において瞬時的に吐出領域のポ
ンプ室が１つ（もしくは３つ）となるが、それ以
外においては、常に吐出領域のポンプ室を２つに
することができ、洩れに係わる角度幅を常に一定
に保持できるようになる。この結果、ベーン２１
のいかなる角度位置においても、洩れに係わるス
テージの変化は生じなく、ポンプ内部洩れの変動
をきわめて小さくすることができる。

しかも上記した構成により、吸入区間における
ベーン２１の上昇による消費流量の変動も少なく
できる。

すなわち、今第６図の速度線図Ａに示すよう
に、吸入曲線部Ｃ１の始端位置αにベーン２１が
あるとすれば、先行する隣のベーン２１はα＋
36°の最大速度位置付近に存在し、その２枚のベ
ーン２１はロータ２２の回転につれて一方は徐々
に増速し、また他方は徐々に減速していく。増速
側のベーン２１が最大速度位置まで到達すると、
減速側のベーン２１が吸入曲線部Ｃ１のほぼ終端
位置に達し、同時に後続のベーン２１が吸入曲線
部Ｃ１の始端位置にさしかかる。吸入区間のベー
ン２１の上昇による消費流量の総和は、ベーン２
１の上昇速度に応じたものとなることは既に述べ
たが、吸入区間には常に２枚のベーン２１が存在
するようになるので、消費流量は常に一定とな
り、その結果、理論吐出流量変動はベーン２１の
板厚の影響に左右されず、予圧勾配に応じた第３
図に示す流量変動のみとなり、その変動幅はきわ
めて小さくなる。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明は、ベーン背圧溝と各
ポンプ室間における洩れに係わるステージが、ベ
ーンの回転位置によつて変動しないようにした構
成であるので、ポンプの部内洩れによる流量変動
幅をきわめて小さくでき、これによつて吐出流量
の変動を抑制でき、圧力脈動を低減できる効果が
奏せされる。

しかも本発明は、上記した洩れ流量変動の減少
を併せて、吸入区間におけるベーンの上昇による
消費流量の変動を防止し、理論吐出流量変動を小
さくした構成であるので、叶出流量の変動を効果
的に抑制でき、圧力脈動を大幅に低減できる効果
が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のベーンポンプの一例を示す展開
図、第２図は基本吐出流量の変動を示す線図、第
３図は理論吐出流量および洩れ流量の変動を示す
線図、第４図は本発明の実施例を示すベーンポン
プの断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線矢視断面
図、第６図は第５図の一部を展開して示した図、
第７図および第８図は第６図の作動状態をそれぞ
れ示す図である。 １０……ポンプハウジング、１２……エンドカ
バー、１４……カムリング、１５，１６……サイ
ドプレート、２０……カム面、２１……ベーン、
２２……ロータ、２５，２６……吸入ポート、２
７，２８……吐出ポート、３７，３８……ベーン
背圧溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポンプハウジング、このポンプハウジングに
   収納されたカムリング、このカムリングに摺接す
   る10枚のベーンを円周上等角度間隔に保持した回
   転可能なロータ、前記カムリングの側方に配置さ
   れ吸入ポート、吐出ポートおよびその吐出ポート
   に通ずるベーン背圧溝を円周状に形成したサイド
   プレートを備えてなる圧力平衡型ベーンポンプに
   して、前記ベーンによつて区画された複数の各ポ
   ンプ室と前記ベーン背圧溝との間の圧力差によつ
   て生ずる洩れに係わるステージを前記ベーンのい
   かなる角度位置においても変化させないように前
   記吐出ポートを、隣合う２枚のベーンの各外端の
   なす角度幅にほぼ等しく設定してなるベーンポン
   プ。 ２ ポンプハウジング、このポンプハウジングに
   収納され内周に等加速度形の吸入曲線部、吐出曲
   線部を有するカム部を形成したカムリング、この
   カムリングに摺接する10枚のベーンを円周上等角
   度間隔に保持した回転可能なロータ、前記カムリ
   ングの側方に配置され吸入ポート、吐出ポートお
   よびその吐出ポートに通ずるベーン背圧溝を円周
   状に形成したサイドプレートを備えてなる圧力平
   衡型ベーンポンプにして、前記ベーンによつて区
   画された複数の各ポンプ室と前記ベーン背圧溝と
   の間の圧力差によつて生ずる洩れに係わるステー
   ジを前記ベーンのいかなる角度位置においても変
   化させないように前記吐出ポートを、隣合う２枚
   のベーンの各外端のなす角度幅にほぼ等しく設定
   するとともに、前記吸入曲線部のなす角度を、こ
   の吸入曲線部に常に２枚のベーンが存在するよう
   にベーンの角度ピツチのほぼ２倍に設定してなる
   ベーンポンプ。