JP2006226165A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】 ロータ３の回転により、ベーン４はロータ部１３によって形成された溝１３ｃに沿って往復動し、ベーン４は遠心力によって上記ロータ部１３より離隔した位置のキャップ５へと移動し、それぞれ当該ベーン４及びキャップ５に形成されたベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとで相互に当接する。
一方、ロータ部１３に接近した位置のキャップ５との間では、遠心力によって上記ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとは相互に離隔し、これらの間には連通路１９が形成される。そしてこの当該連通路１９により、高圧となった空間から、気体や潤滑油が隣接したより低圧な空間に移動するようになる。
【効果】 圧縮された気体や潤滑油により発生する超高圧によってベーンやキャップが破損するのを防止し、また部分摩耗によるベーンやキャップの破損を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はベーンポンプに関し、詳しくはロータによって回転するベーンの先端にポンプ室の内周面と摺接するキャップを設けたベーンポンプに関する。

略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝に沿って往復動し、ポンプ室を複数の空間に区画しながら回転するベーンと、当該ベーンの両端部にそれぞれベーンの長手方向に出没自在に連結され、ポンプ室の内周面に摺接するキャップとを備えたベーンポンプが知られている。
このようなベーンポンプの場合、ベーンの回転により、当該ベーンによって区画された空間の容積を増減させることで負圧等の発生を行っているが、上記ベーンによって区画された空間のうち、容積が減少してゆく空間においては、その容積の減少に伴って内部の気体や潤滑油が圧縮される。
これら圧縮された気体や潤滑油は、ポンプ室内に形成された吐出口からほとんど排出されるが、一部の気体や潤滑油は吐出口を通過したベーンとハウジングとロータとの間に形成されたわずかな空間内に残留する。
そして上記空間はベーンの回転によってさらに容積が減少するため、この空間内部に閉じ込められた気体や潤滑油は逃げ場の無いままさらに圧縮されてしまい、その結果当該空間内部が超高圧となってベーンやキャップに多大な力が作用し、ベーンが破損してしまうおそれがある。
この問題に対し、上記ポンプ室に逃がし形状（膨出径部、座繰り）を形成して、上記ベーンやキャップが当該逃がし形状を通過する際に、当該逃がし形状によってベーンによって区画された空間を連通させるようになっている。（特許文献１、２）
これにより、圧縮された気体や潤滑油が上記逃がし形状を介して高圧となった空間から、より低圧な隣接する空間に移動するため、ベーンやキャップが破損してしまうのが防止される。
また特許文献２のベーンポンプでは、上記ベーンが遠心力によっていずれか一方のキャップ側に移動して当該キャップがベーン側に退没し、他方のキャップがベーンから相対的に突出するようになっている。
特開昭６１−６１９９４号公報 実開平３−１００９２号公報

このように、上記特許文献１、２によれば、上記逃がし形状によって、圧縮された気体や潤滑油によって発生する超高圧により、ベーンやキャップが破損してしまうのを防止することができるが、上記逃がし形状をベーンやキャップが通過する際に、これらベーンやキャップには局部摩耗が発生してしまう。
このベーンやキャップの局部摩耗が進行すると、上記逃がし形状の位置以外でのベーンやキャップによるポンプ室の気密性の維持ができなくなり、ベーンポンプの性能低下や、ベーンやキャップの破損の原因となる。
このような問題に鑑み、本発明は、ベーンポンプの性能を維持しつつ、ベーンやキャップの破損を防止することの可能なベーンポンプを提供するものである。

すなわち、本発明のベーンポンプは、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝に沿って往復動し、ポンプ室を複数の空間に区画しながら回転するベーンと、当該ベーンの両端部にそれぞれベーンの長手方向に出没自在に連結され、ポンプ室の内周面に摺接するキャップとを備え、
上記ベーンは遠心力によっていずれか一方のキャップ側に移動されて当該キャップがベーン側に退没されるとともに、他方のキャップがベーンから突出されるようになっているベーンポンプにおいて、
上記各キャップとベーンとの間に、それらが区画した回転方向前後の空間を相互に連通させる連通路をそれぞれ形成し、各連通路は、上記キャップがベーン側に退没された際に閉鎖され、キャップがベーンから突出された際に開放されることを特徴としている。

本発明において、キャップがベーンから突出するのは、ポンプ室とロータとが相互に接近している時であり、このときベーンとロータとによって区画される空間はその容積が減少することで高圧となる。
ここで、本発明のベーンポンプではキャップがベーンから突出すると同時に上記連通路が開放されるようにしているので、当該連通路を介して高圧となった空間からより低圧の空間に向けて気体や潤滑油が移動し、ベーンやキャップに作用する力が低減することから、これらが破損するのを防止することができる。
すなわち、上記特許文献１、２のような逃がし形状をポンプ室に形成する必要がないため、ベーンやキャップに局部摩耗が生じることはなく、局部摩耗によるベーンポンプの性能低下や、ベーンやキャップの破損を防止することができる。
また、キャップがベーン側に退没する間は連通路が閉鎖されているので、その間隣接する空間はこれらキャップ及びベーンによって区画され、従来のベーンポンプと同等の性能を発揮することができる。

以下図示実施例について説明すると、図１、図２は本発明にかかるベーンポンプ１を示し、このベーンポンプ１は図示しない自動車のエンジンの側面に固定され、図示しないブレーキ装置の倍力装置に負圧を発生させるようになっている。
このベーンポンプ１は下記ポンプ室１１の形成されたハウジング２と、ポンプ室１１の中心に対して偏心した位置に設けられ、エンジンの駆動力によって回転するロータ３と、上記ロータ３によってポンプ室１１を常に複数の空間に区画しながら回転するベーン４と、当該ベーン４の両端に連結されてベーンと共にポンプ室１１を区画するキャップ５と、上記ハウジング２と共に上記ポンプ室１１を閉鎖するカバー６とを備えている。
上記ハウジング２には、ポンプ室１１の上方に上記ブレーキの倍力装置と連通して当該倍力装置からの気体を吸引するための吸気通路７と、ポンプ室１１の下方に倍力装置から吸引された気体を排出するための排出通路８とがそれぞれ設けられている。そして、上記吸気通路７には特にエンジン停止の際、倍力装置の負圧を保持するために逆止弁９が設けられている。

上記ハウジング２は略円形の内周面１１ａを備えたポンプ室１１と、上記ポンプ室１１に隣接して上記ロータ３を保持する軸受部１２とから構成され、上記ロータ３はポンプ室１１内で回転する円筒状のロータ部１３と、上記軸受部１２によって軸支される軸部１４とから構成されている。
上記軸部１４は上記軸受部１２より外部に突出し、この突出した先端部はカップリング１５を介してエンジンのカムシャフトに連結されている。
上記ロータ部１３の外周面１３ａの一部は、上記ポンプ室１１の内周面１１ａの一部と相互に接触するように設けられており、このロータ部１３と内周面１１ａとが接触する位置に隣接して、ロータ部１３の回転方向上流側には上記吸気通路７が形成され、下流側には上記排出通路８が形成されている。
また、ロータ部１３の中央には中空部１３ｂが形成され、ロータ部１３の直径方向には当該ロータ部１３を貫通する溝１３ｃが形成されており、上記ベーン４を当該溝１３ｃに沿って摺動自在に往復動させるようになっている。

次に、上記軸部１４にはその中央に潤滑油を流通させる給油通路１６が形成され、この給油通路１６は所要位置から軸部１４の直径方向に分岐して、当該軸部１４の外周面１４ａに開口するようになっている。
また上記軸受部１２の下方には、上記軸部１４との摺動部に上記ポンプ室１１と上記給油通路１６とを連通させる給油溝１７が形成されており、給油通路１６の開口部と給油溝１７とが一致すると、給油通路１６からの潤滑油が給油溝１７を介してポンプ室１１内へと流入するようになっている。
さらに、上記ロータ３に形成された溝１３ｃの底面は、ポンプ室１１とベーン４とが摺接する面よりも若干軸部１４側に形成されており、上記ベーン４と当該底面とによって油通路１８が形成されている。
このため、上記給油溝１７からポンプ室１１内に流入した潤滑油の一部は、上記油通路１８からロータ部１３の中空部１３ｂ内に流入し、その後ベーン４と溝１３ｃとの間からロータ部１３の外周側へと流出し、またその他の潤滑油はロータ３とポンプ室１１の内壁との間からロータ部１３の外周側へと流出する。

次に、上記ベーン４は板状に形成されており、上記ロータ部１３の溝１３ｃと摺動可能に製造され、上記カバー６とポンプ室１１における軸受部１２側の内壁面１２ａと摺動するようになっている。
また、上記ベーン４は中空構造を有しており、図１、図２に示すように、ベーン４の長手方向両端部には、それぞれ凹部としての開口部４ａが形成され、またベーン４内部には、ベーン４の長手方向にリブ４ｂが形成され、このリブ４ｂはベーン４の端部に対して若干退没した位置に形成されている。
上記キャップ５は樹脂製となっており、図１に示すように上記ポンプ室１１の内周面１１ａに常時接触する断面略円形の摺接部５ａと、当該摺接部５ａよりベーン４側に突出し、上記ベーン４の開口部４ａと出没可能に嵌合する凸部５ｂとを備え、当該凸部５ｂは上記リブ４ｂに嵌合する嵌合部５ｃが形成されている。
図３は上記ベーン４の開口部４ａとキャップ５とを拡大した図であり、ベーン４の先端部には、開口部４ａを囲繞するようにして平坦なベーン側当接面４ｃが形成され、一方のキャップ５には、上記摺接部５ａと凸部５ｂとの間に、当該凸部５ｂを囲繞するように形成された平坦なキャップ側当接面５ｄが形成されている。
そして上記ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとは互いに平行に加工されており、上記凸部５ｂが開口部４ａ内に収容されて退没すると、ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが相互に密着するようになっている。
さらに、図１、図２に示すように、上記ベーン４のいずれか一方のベーン側当接面４ｃが、一方のキャップ５のキャップ側当接面５ｄに当接すると、他方のベーン側当接面４ｃが他方のキャップ５のキャップ側当接面５ｄに当接しないよう、ベーン４の寸法が定められている。
このため、ベーン４の一方のベーン側当接面４ｃが一方のキャップ５のキャップ側当接面５ｄに当接すると、他方のキャップ５における凸部５ｂが開口部４ａから突出し、ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが離隔して連通路１９が形成され、当該位置においてベーン４及びキャップ５に区画されている空間が相互に連通することとなる。

以上の構成を有するベーンポンプ１について、以下にその動作を説明すると、ロータ３がエンジンの作動によって回転することにより、ベーン４がロータ３の溝１３ｃ内を往復動しながら回転し、キャップ５の摺接部５ａはポンプ室１１の内周面１１ａに接した状態で移動を開始する。
最初に、ベーン４が図１に示す位置にあるとすると、当該ベーン４によって区画された空間のうち、上記吸気通路７の位置する空間Ａの容積は、ベーン４の回転に伴って増大してゆく。
このとき、ロータ３の回転による遠心力によって、ベーン４は図示上方側、すなわちロータ３より離隔した位置のキャップ５へと移動し、当該ベーン４及びキャップ５のベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが相互に当接する。
このため、上記空間Ａはベーン４及びキャップ５とによって隣接する空間Ｂとは気密の守られた状態で区画され、その後も遠心力によって上記ベーン４とキャップ５とは当接した状態を維持するので、空間Ａの容積が増大するのに伴って当該空間Ａには負圧が生じ、吸気通路７を介して倍力装置から気体が吸引され、倍力装置には負圧が発生する。

そして、図４に示すように、ロータ３の回転によりベーン４がポンプ室１１の中心とロータ３の回転中心とを結んだ線に対して直交する角度に位置したとき、ロータ部１３の外周面１３ａから両キャップ５までの位置が略同一となる。
この図４となるまで、空間Ａと空間Ｂとを区画していたベーン４とキャップ５とは、遠心力によりベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが当接した状態が維持されるので、ベーン４の回転により移動した空間Ａ’と、隣接する空間Ｂ’とは、これらベーン４及びキャップ５によって気密を守った状態で区画されている。
ここで、空間Ｂ’はロータ３の回転によって図１のＢの状態から排出通路８と連通するようになっており、空間Ｂ’内の気体や潤滑油は当該排出通路８より排出されるようになる。
しかしながら、空間Ｂ’は図１のＢの状態からその容積が減少しており、また排出通路８が潤滑油により塞がれて空間Ｂ’内の気体や潤滑油が良好に排出されない等の理由から、空間Ｂ’の内部は圧縮された気体や潤滑油によって高圧となる。

ここで、本実施例のベーンポンプ１では、この図４の状態から図１に示すベーン４の角度となるまでの間に、それまで当接していたベーン４とキャップ５とが離隔して、上記連通路１９が形成されることにより、上記高圧を解消することができる。
すなわち、図４の状態からさらにロータ３が回転すると、ロータ部１３の外周面１３ａからキャップ５までの距離がそれまでとは逆転するので、それまで離隔していたベーン４とキャップ５とが、ベーン側当接面４ｃ及びキャップ側当接面５ｄにより相互に当接し、それまで相互に当接していたベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが相互に離隔して、上記連通路１９が形成される。
このため、上記ベーン４の回転によって移動した空間Ａ’’と空間Ｂ’’とは上記連通路１９によって相互に連通し、その結果、内圧の高い空間Ｂ’’から空間Ａ’’へと、気体や潤滑油が移動し、空間Ｂ’’の高圧が解消される。

従来、特許文献１、２においては、圧縮された気体や潤滑油により発生する超高圧によってベーンやキャップが破損するのを防止するため、ポンプ室に逃がし形状を形成していた。
しかしながら、これらの特許文献１，２の場合、ポンプ室のベーン若しくはキャップが上記逃がし形状を通過するたび、部分摩耗によりベーンやキャップが破損してしまい、上記逃がし形状以外の部分で、隣接する空間の気密を十分に確保することができず、ベーンポンプの性能低下を招き、最終的にはベーンやキャップの破損につながるといった問題が生じていた。
これに対し、本実施例のベーンポンプ１の場合、ベーン４とキャップ５とを相互に離隔すると連通路１９が形成されるようになっているので、上述したような部分摩耗が発生することはなく、ベーンポンプ１の性能低下やベーン４やキャップ５が破損することは無い。

また、図３に示すようにベーン４とキャップ５との連結部の形状が、キャップ５の凸部５ｂをベーン４のベーン側当接面４ｃによって囲繞するように形成しているので、例えば図４において空間Ｂ’から空間Ａ’に向けて力が作用しても、ベーン４の先端部が破損してしまうことはない。
つまり、従来のベーンとキャップは、特許文献２にあるように、キャップからベーンに向けて突出する凸部が、ベーンをベーンの回転方向に直交する方向に貫通するように形成されているため、ベーンの先端部はこの凸部を挟むような形状となり、上述したような力が作用すると、上記凸部を挟む形状のうち、より低圧な空間側に多大な力が作用し、当該部分が破損してしまうおそれがあった。

図５は本発明に係るベーンポンプ（発明品）と、従来のベーンポンプ（従来品）との比較を行った実験結果をグラフにして示したものであり、ここで、従来品とは本実施例に記載した連通路１９や、特許文献１，２の逃がし形状の形成されていないベーンポンプのことをいう。
そしてこのグラフの横軸は経過時間を示し、縦軸は上記図４における空間Ｂ’近傍での内圧を示している。
この結果から明らかなように、空間Ｂ’近傍の内圧は発明品のほうが少なく、空間Ｂ’近傍においてベーンに作用する力が少ないことが理解でき、上記連通路１９により、ベーン４やキャップ５に作用する力がそれだけ解消されていることが理解できる。

なお、上記実施例では、図３に示すようにリブ４ｂはベーン側当接面４ｃよりも退没した位置に形成されているが、このリブ４ｂの位置をベーン側当接面４ｃと同一とし、上記キャップ５における嵌合部５ｃの底部をキャップ側当接面５ｄに一致させることも可能である。
これにより、ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが離隔すると、上記リブの先端部とキャップ５の嵌合部５ｃとの間に形成される間隙が、上記連通路１９として機能するので、より効率的に気体や潤滑油の流通をさせることができる。
また、上記実施例では、ベーン側当接面４ｃは開口部４ａを囲繞するように形成されていたが、上記凹部として、上記開口部４ａの代に代えてベーンの回転方向に対して直交する方向に溝形状を設け、キャップ５には当該溝形状に合わせて凸部を形成してもよい。
この場合、ベーン側当接面４ｃとキャップ側当接面５ｄとが相互に離隔して上記凸部が溝形状から出没したときに、当該出没部に合わせて、ベーンの回転方向に貫通する連通路を上記凸部に形成することで、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
この連通路を形成することで、ベーンの先端部が溝形状となっていても、上記連通路によって気体や潤滑油を流通させることができるので、ベーンの先端部が破損してしまうことはない。
さらに、上記各実施例では１枚のベーン４を備えたベーンポンプ１を用いて説明を行ったが、従来知られるような複数枚のベーンを備えたベーンポンプであっても適用可能である。

第１の実施例におけるベーンポンプ１の正面図。 図１におけるＩＩ−ＩＩでの断面図。 ベーン４及びキャップ５についての拡大図。 ベーン４の回転状態を示すベーンポンプ１の正面図。 発明品と従来品とについて行った実験結果を示すグラフ。

符号の説明

１ ベーンポンプ ２ ハウジング
３ ロータ ４ ベーン
５ キャップ １１ ポンプ室
１３ ロータ部 １９ 連通路

Claims (2)

1. 略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝に沿って往復動し、ポンプ室を複数の空間に区画しながら回転するベーンと、当該ベーンの両端部にそれぞれベーンの長手方向に出没自在に連結され、ポンプ室の内周面に摺接するキャップとを備え、
   上記ベーンは遠心力によっていずれか一方のキャップ側に移動されて当該キャップがベーン側に退没されるとともに、他方のキャップがベーンから突出されるようになっているベーンポンプにおいて、
   上記各キャップとベーンとの間に、それらが区画した回転方向前後の空間を相互に連通させる連通路をそれぞれ形成し、各連通路は、上記キャップがベーン側に退没された際に閉鎖され、キャップがベーンから突出された際に開放されることを特徴とするベーンポンプ。
2. 上記ベーンの両端部には、上記キャップに形成されたキャップ側当接面と相互に当接するベーン側当接面と、ベーンの回転方向に直交する方向において上記ベーン側当接面よりも短く形成された凹部とが形成され、上記キャップには上記キャップ側当接面と、上記凹部と摺動可能に嵌合する凸部とを設け、
   上記凸部が凹部内を摺動して上記ベーン側当接面とキャップ側当接面とが接離することにより、上記連通路が開閉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。
   

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