JP2011117380A - ベーン式ポンプおよびそれを用いたエバポリークチェックシステム - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性が高く、使用開始初期から安定したポンプ性能を維持可能なベーン式ポンプを提供する。
【解決手段】上ケーシング２０の板部２２と下ケーシング３０との距離をＬ、上ケーシング２０の第１スキン層２０６および下ケーシング３０の第２スキン層３０６の厚みをＬｓ、ロータ４０の外径をＤｒ、および、ロータ４０の軸方向の厚みをＨｒ、ロータ４０の軸Ａｘを含む仮想平面と第２孔４３２の第１孔４３１に接続する開口面の外周端との交点のうちの一方を第１端点Ｐ１、および、前記仮想平面と第２孔４３２の第１孔４３１とは反対側の開口面の外周端との交点のうちロータ４０の軸Ａｘに対し第１端点Ｐ１と同じ側にある交点を第２端点Ｐ２、第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２を通る仮想直線Ｌｖとロータ４０の軸Ａｘとがなす角の角度をθとすると、第２孔４３２は、下記式を満たす。

【選択図】図４

Description

本発明は、ベーン式ポンプに関し、特にエバポリークチェックシステム等に好適に用いられるベーン式ポンプに関する。

従来、ベーン付きロータをモータにより回転駆動することで、流体を加圧し吐出するベーン式ポンプが知られている。例えば特許文献１に開示されるような燃料タンクからの燃料蒸気の漏れを検査するエバポリークチェックシステムにおいて燃料タンクの内部を減圧または加圧するのに用いられるベーン式ポンプでは、そのポンプ性能がシステムの性能に影響を及ぼしやすい。

このベーン式ポンプでは、上ケーシングと下ケーシングとにより形成されるポンプ室に略円柱状のロータが設けられている。ロータの中心孔には、モータのシャフトが緩く嵌合している。これにより、ロータは、シャフトの回転に伴いポンプ室内で回転する。このとき、ロータは、上ケーシングの面のうちロータに対向する面、および下ケーシングの面のうちロータに対向する面と摺動し得る。このようなベーン式ポンプでは、上ケーシングおよび下ケーシングは、一般に樹脂により形成される。

特開２００９−１３８６０２

しかしながら、上ケーシングおよび下ケーシングを樹脂成型により形成した場合など、上ケーシングおよび下ケーシングの表面に微小な凹凸が形成されることがある。そのため、表面に凹凸を有する上ケーシングおよび下ケーシングとロータとが摺動した場合、上ケーシングおよび下ケーシングとロータとの摺動面の面粗さに起因して、摺動抵抗に「ばらつき」が生じる。これにより、ロータの回転が安定せず、ベーン式ポンプのポンプ性能が不安定になるおそれがある。上ケーシングおよび下ケーシングのロータとの摺動面の凹凸を切削等の後加工により除去し、摺動面を精度の高い平面に加工すれば、ポンプ性能を安定させることは可能である。摺動面を精度の高い平面に加工する場合、ベーン式ポンプの製造コストが増大するという問題が生じる。

また、上述のように、ロータの中心孔には、モータのシャフトが緩く嵌合している。つまり、ロータとシャフトとは、間に所定の隙間を許容した状態で組み付けられている。ロータとシャフトとの間に隙間があると、ロータの回転により、偶力モーメントが発生したとき、ロータの外周部と下ケーシングあるいは上ケーシングとの間に押し付け力が生じる。このとき、ロータと下ケーシングおよび上ケーシングとの摺動抵抗の「ばらつき」は、ロータの回転に大きく影響し、ロータの回転を不安定にさせる要因となり得る。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性が高く、使用開始初期から長期に亘って安定したポンプ性能を維持可能なベーン式ポンプを提供することにある。
本発明の他の目的は、安定した検査性能を維持可能なエバポリークチェックシステムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上ケーシングと下ケーシングとロータとモータとを備えたベーン式ポンプの発明である。上ケーシングは、筒部と当該筒部の一方の端部開口を塞ぐ板部とからなり、有底筒状に形成されている。下ケーシングは、板状に形成され、上ケーシングの他方の端部開口を塞ぐことで上ケーシングの板部および筒部との間にポンプ室を形成する。ロータは、略円柱状に形成され、前記ポンプ室に回転可能に収容される。また、ロータは、中心部を軸方向に貫く中心孔、および上ケーシングの筒部の内周壁に対し摺動可能な複数のベーンを有する。モータは、ロータの中心孔に緩く嵌合するシャフトを有し、当該シャフトを回転させることでロータを回転駆動する。

本発明では、上ケーシングは、表面に、ロータと摺動したとき磨耗する程度の耐磨耗性をもつ第１スキン層を有している。下ケーシングは、表面に、前記第１スキン層と略同じ厚み、かつ、略同じ耐磨耗性をもつ第２スキン層を有している。ロータの中心孔は、ロータの軸に平行な壁面に囲まれることにより形成される第１孔と、当該第１孔の軸方向端部のうち少なくとも一方に接続し、当該第１孔とは反対側の開口面の面積が、当該第１孔に接続する開口面の面積よりも大きな第２孔と、からなる。

ここで、板部と下ケーシングとの距離をＬ、第１スキン層および第２スキン層の厚みをＬｓ、ロータの外径をＤｒ、および、ロータの軸方向の厚みをＨｒとする。また、ロータの軸を含む仮想平面と第２孔の第１孔に接続する開口面の外周端との交点のうちの一方を第１端点、および、前記仮想平面と第２孔の第１孔とは反対側の開口面の外周端との交点のうちロータの軸に対し第１端点と同じ側にある交点を第２端点とする。そして、第１端点および第２端点を通る仮想直線とロータの軸とがなす角の角度をθとすると、前記第２孔は、

の関係を満たすよう形成されている。

上述の構成によれば、ベーン式ポンプの使用開始直後、ロータは、例えば偶力モーメントによりシャフトに対して傾いた状態で回転するとき、特に軸方向の端面のうちの外周部が上ケーシングおよび下ケーシングと摺動する。このとき、モータのシャフトは、ロータの前記第１端点、および、第１孔の第２孔とは反対側の開口面の外周端上の端点のうちロータの軸を挟んで前記第１端点と対向する端点（以下、この端点を「第３端点」という）、と接し得る。すなわち、シャフトは、ロータの中心孔のうち第１孔の部分を軸受けしながら、ロータを回転駆動させる。このときのシャフトの軸受けスパン（軸受けの幅）は、第１孔の軸方向の長さと概ね同じである。つまり、本発明では、このときの軸受けスパンを比較的小さくすることができる。これにより、ロータと上ケーシングおよび下ケーシングとの摺動抵抗の「ばらつき」を吸収することができる。よって、ベーン式ポンプの使用開始直後の時点において、ロータの回転を安定にでき、その結果、ポンプ性能を安定にすることができる。

上ケーシングおよび下ケーシングは、表面に、ロータと摺動したとき磨耗する程度の耐磨耗性をもつ第１スキン層および第２スキン層を有している。そのため、ベーン式ポンプの使用に伴い、ロータと上ケーシングおよび下ケーシングとの摺動が継続されると、第１スキン層および第２スキン層のうち特にロータの軸方向の端面の外周部に対向する部分が磨耗し、当該部分に「当たり」がつく。上ケーシングおよび下ケーシングに「当たり」がついた状態では、ロータと上ケーシングおよび下ケーシングとの摺動抵抗は安定する。そのため、ベーン式ポンプが所定の期間使用された後の時点においても、ロータの回転を安定に保つことができる。したがって、本発明では、長期に亘って安定したポンプ性能を維持可能である。

本発明では、特に第２孔が

の関係を満たすよう形成されている場合、ロータの回転により上ケーシングおよび下ケーシングのそれぞれが第１スキン層および第２スキン層の厚みＬｓ分磨耗したとき、ロータは、回転中、例えば偶力モーメントによりモータのシャフトに対して傾き、前記第１端点に加え前記第２端点もシャフトに接し得る。すなわち、このとき、シャフトは、ロータの中心孔（第１孔および第２孔）の部分を軸受けしながら、ロータを回転駆動させる。このときのシャフトの軸受けスパンは、第１孔の軸方向の長さと第２孔の軸方向の長さとの和と概ね同じである。つまり、本発明では、このときの軸受けスパンを比較的大きくすることができる。これにより、シャフトがロータを軸受けするときにロータとシャフトとの間に生じる磨耗を低減することができる。よって、ロータを長期に亘って使用することができる。したがって、ベーン式ポンプの耐久性を高めることができる。

このように、本発明では、ベーン式ポンプの使用開始直後においてはロータの第１孔の部分のみを軸受けすることでロータと上ケーシングおよび下ケーシングとの摺動抵抗の「ばらつき」を吸収しポンプ性能を安定にすることができる。一方、ベーン式ポンプの使用が継続され上ケーシングおよび下ケーシングに「当たり」がついた時点では摺動抵抗が安定する。さらに、特に第２孔が上記式２の関係を満たすよう形成されている場合、ベーン式ポンプの使用が継続され上ケーシングおよび下ケーシングに「当たり」がついた時点（ロータの回転により上ケーシングおよび下ケーシングのそれぞれが第１スキン層および第２スキン層の厚みＬｓ分磨耗した時点）ではロータの第１孔および第２孔の部分が軸受けされることで軸受けスパンが大きくなるため、ロータとシャフトとの間に生じる磨耗を低減することができる。

請求項１に記載の発明でロータに形成される中心孔の一部をなす第２孔の、より具体的な構成としては、以下のもの（請求項２または３に記載のそれぞれの発明における第２孔の構成）が考えられる。

請求項２に記載の発明では、第２孔は、「第１端点および第２端点を通る仮想直線を含み第１孔から離れるに従いロータの軸から離れるように傾斜するテーパ状の壁面」に囲まれることにより形成されている。そのため、第２孔が上記式２の関係を満たすよう形成されている場合、ロータの回転により上ケーシングおよび下ケーシングのそれぞれが第１スキン層および第２スキン層の厚みＬｓ分磨耗し、ロータがモータのシャフトに対して傾いて第１端点および第２端点がシャフトに接したとき、ロータは、前記テーパ状の壁面がシャフトに接し、この部分で軸受けされる。よって、軸受け時のロータとシャフトとの接触面積を大きくすることができる。したがって、ロータとシャフトとの間に生じる磨耗をより低減することができる。

請求項３に記載の発明では、第２孔は、「第１端点および第２端点を通る仮想直線よりもロータの軸とは反対側に位置する壁面」に囲まれることにより形成されている。このような形状の壁面は、例えば「第２端点を含み、かつロータの軸に平行となるような壁面」を考えることができる。このような形状の壁面であれば、比較的容易に形成可能である。したがって、簡単な構成で、上記請求項１に記載の発明の効果を奏することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記載のベーン式ポンプを備えるエバポリークチェックシステムである。このシステムの場合、安定したポンプ性能を維持可能なベーン式ポンプを燃料タンク内部の減圧または加圧に用いるため、安定した検査性能を維持することができる。

本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプを示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプの弾性シートを示す概略図。 本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプの一部を示す模式的断面図。 本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプの作動時の状態を示す模式的断面図であって、（Ａ）はベーン式ポンプの使用開始直後の状態を示す図、（Ｂ）はベーン式ポンプが所定の期間使用された後の状態を示す図。 本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプを適用したエバポリークチェックシステムを示す模式図。 本発明の第２実施形態によるベーン式ポンプの一部を示す模式的断面図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるベーン式ポンプおよびその一部を図１〜５に示す。ベーン式ポンプ１０は、流体を吸入し加圧して吐出する。ベーン式ポンプ１０が加圧する流体としては、例えば空気などの気体や水などの液体を適用することができる。

ベーン式ポンプ１０は、上ケーシング２０、下ケーシング３０、ロータ４０、およびモータ１１などを備えている。ベーン式ポンプ１０のロータ４０は、下ケーシング３０および弾性シート５０を挟んで設置されているモータ１１により回転駆動される。モータ１１には、例えば直流式または交流式の電気モータが適用される。モータ１１は、図示しない固定子が収容されているカバー１２と、図示しない可動子とともに回転するシャフト１３と、上ケーシング２０、下ケーシング３０および弾性シート５０を取り付けるための取付部１４とを有している。

上ケーシング２０は、筒部２１、板部２２およびつば部２３を有し、例えば樹脂などの材料により一体に形成されている。筒部２１は、略円筒形状に形成されている。筒部２１の内周壁２１１は、略円筒面状である。筒部２１は、軸方向の一方の端部開口が板部２２により塞がれている。筒部２１の他方の端部には、径方向外側に延びるつば部２３が形成されている。つば部２３の板部２２とは反対側の端面には、第１平面部としての平面部２０４が形成されている。このように、上ケーシング２０は、有低筒状に形成されている。

下ケーシング３０は、例えば樹脂などの材料により板状に形成されている。下ケーシング３０の上ケーシング２０側の端面には、第２平面部としての平面部３０１が形成されている。平面部３０１は、上ケーシング２０の平面部２０４に接合している。これにより、下ケーシング３０は、筒部２１の他方の端部開口を覆っている。そのため、筒部２１の内周側に、上ケーシング２０の筒部２１および板部２２と下ケーシング３０とに囲まれたポンプ室２４が形成されている。つまり、上ケーシング２０におけるポンプ室２４の開口部２４０は、下ケーシング３０によって閉塞されている。

ロータ４０は、例えば樹脂などの材料により略円柱状に形成され、ポンプ室２４に回転可能に収容されている。これにより、上ケーシング２０の筒部２１および板部２２と、下ケーシング３０と、ロータ４０とに囲まれた空間２５が形成される（図２参照）。本実施形態では、ロータ４０は、筒部２１の軸に対し偏心して設置されている。そのため、筒部２１とロータ４０との間に形成される空間２５は、周方向へ容積が変化している。空間２５には、流体入口通路２６および流体出口通路２７が連通している。流体入口通路２６および流体出口通路２７は、それぞれ空間２５から径方向外側へ伸びて形成されている。流体入口通路２６は、つば部２３の溝部２０２と下ケーシング３０との間に形成されている。また、流体出口通路２７は、つば部２３の溝部２０３と下ケーシング３０との間に形成されている。

ロータ４０は、中心部に凹部４２、中心孔４３および凹部４４を有している。凹部４２は、ロータ４０の板部２２側端面から軸方向の途中まで窪ませることにより、ロータ４０の肉盗みとして形成されている。凹部４４は、ロータ４０の下ケーシング３０側端面から軸方向の途中まで窪ませることにより、凹部４２と同様、ロータ４０の肉盗みとして形成されている。

中心孔４３は、ロータ４０を軸方向に貫き、凹部４２と凹部４４とを連通している。本実施形態では、中心孔４３は、上ケーシング２０側の第１孔４３１と下ケーシング３０側の第２孔４３２とからなる。すなわち、第２孔４３２は、第１孔４３１の軸方向端部のうち下ケーシング３０側に接続している。

第１孔４３１は、ロータ４０の軸に平行な壁面に囲まれることにより形成されている。また、第１孔４３１は、ロータの軸に垂直な断面が非円形となるよう形成されている（図２参照）。第２孔４３２は、第１孔４３１から離れるに従いロータ４０の軸から離れるように傾斜するテーパ状の壁面４３３に囲まれることにより形成されている。第２孔４３２の形状等については、後に詳述する。

モータ１１のシャフト１３は、中心孔４３に挿入されている。シャフト１３は、ロータ４０の中心孔４３へ挿入されるとき、第２孔４３２を通り、第１孔４３１に嵌まり込む。シャフト１３は、軸方向の途中からモータ１１とは反対側の端部まで、断面の形状が第１孔４３１の断面の形状と概ね同一に形成されている。ここで、第１孔４３１の断面積は、シャフト１３の端部の断面積よりも大きい。すなわち、第１孔４３１を形成するロータ４０の内壁とシャフト１３の外壁との間には隙間が形成される。よって、シャフト１３は、第１孔４３１の形状に対応した状態でロータ４０に緩く嵌合する。これにより、シャフト１３が回転すると、シャフト１３はロータ４０に対して空転することなく、ロータ４０はシャフト１３とともに回転する。なお、このとき、ロータ４０は、偶力モーメントが作用した場合等、軸が傾くようにして揺動し得る。

ロータ４０は、外周壁から径内方向へ凹むベーン収容溝４６を有している。ベーン収容溝４６は、ロータ４０の下ケーシング３０側の端面と板部２２側の端面とを接続するように軸方向へ延びて形成されている。本実施形態の場合、ベーン収容溝４６は、ロータ４０の周方向へ等間隔に四つ形成されている。ロータ４０のベーン収容溝４６には、それぞれベーン４１が収容されている。ロータ４０と筒部２１の内周壁２１１とは偏心している。そのため、ロータ４０の回転にともなってロータ４０と筒部２１の内周壁２１１との間の距離は変化する。ロータ４０が回転すると、ベーン４１は遠心力により径外方向へ内周壁２１１に接するまで突出する。そして、ロータ４０と筒部２１の内周壁２１１との距離が小さくなるにしたがって、ベーン４１はベーン収容溝４６の径内方向へ押し込まれる。これにより、ベーン４１は、ロータ４０の回転にともなって径外方向の端部が筒部２１の内周壁２１１と接触しながら回転するとともに、ベーン収容溝４６の内部を径方向へ往復移動する。

上ケーシング２０のつば部２３には、第１通穴としての通穴２０１が形成されている。本実施形態の場合、つば部２３に三つの通穴２０１が形成されている。
下ケーシング３０は、上ケーシング２０の通穴２０１に対応する位置に、モータ１１側へ突出する突出部３１を有している。突出部３１のほぼ中心には、下ケーシング３０を板厚方向に貫く第２通穴としての通穴３２が形成されている。通穴３２は、通穴２０１に対応した位置に形成されている。なお、突出部３１の突出量ｈは、弾性シート５０の厚さよりも小さい。

弾性シート５０は、下ケーシング３０とモータ１１の取付部１４との間に設けられている。弾性シート５０は、例えばゴムなどのように弾性を有し且つ減衰係数の大きい材料から板状に形成されている。図３に示すように、弾性シート５０は、中央部に弾性シート５０を板厚方向へ貫く穴５１を有している。穴５１の内径は、ポンプ室２４、すなわち上ケーシング２０の筒部２１の下ケーシング３０側端部開口の径とほぼ同一に設定されている。これにより、弾性シート５０は、上ケーシング２０の平面部２０４の形状に対応した形状に形成されている。

弾性シート５０には、下ケーシング３０の突出部３１に対応する位置に第３通穴としての通穴５２が形成されている。通穴５２の内径は、突出部３１の外径とほぼ同一もしくはやや大きく設定されている。
図１に示すように、ねじ部材としてのねじ６０は、一方の端部に頭部６１を有している。ねじ６０には、他方の端部から軸方向の途中までおねじ溝６２が形成されている。モータ１１の取付部１４は、例えば金属などの材料からなり、上ケーシング２０の通穴２０１に対応する位置に取付穴１５が形成されている。取付穴１５が形成された取付部１４の内壁には、ねじ６０のおねじ溝６２に対応するめねじ溝１６が形成されている。

ねじ６０は、上ケーシング２０の通穴２０１、下ケーシング３０の通穴３２および弾性シート５０の通穴５２を通り取付穴１５が形成された取付部１４に螺着している。これにより、上ケーシング２０、下ケーシング３０および弾性シート５０は、ねじ６０の頭部６１と取付部１４とに挟み込まれることによって取付部１４に締付結合される。このとき、ねじ６０の頭部６１と取付部１４との間には軸力が働く。そのため、弾性シート５０は、下ケーシング３０と取付部１４とに押され、軸方向に圧縮される。これにより、弾性シート５０に反力が生じ、下ケーシング３０は弾性シート５０から上ケーシング２０方向への面圧を受ける。その結果、下ケーシング３０の平面部３０１は、上ケーシング２０の平面部２０４と密着する。したがって、ポンプ室２４は気密または液密に保たれる。

なお、下ケーシング３０の突出部３１は、弾性シート５０の通穴５２を通り、取付部１４に接している。上述のように、突出部３１の突出量ｈは弾性シート５０の厚さよりも小さい。そのため、突出部３１が取付部１４に接したとき、弾性シート５０は下ケーシング３０と取付部１４とに挟まれ圧縮される。これにより、下ケーシング３０は、弾性シート５０の反力による面圧を受けるとともに、取付部１４との間隔が一定、すなわち突出部３１の突出量ｈに保たれる。

次に、ロータ４０に形成される中心孔４３の第２孔４３２の形状等について、図４に基づいて詳述する。
図４は、本実施形態によるベーン式ポンプ１０の上ケーシング２０の板部２２、下ケーシング３０、ロータ４０、モータ１１のシャフト１３のみを示した模式的な概略図である。なお、図４では、図が煩雑になることを避けるため、部材の断面のハッチを省略している。

本実施形態では、上ケーシング２０および下ケーシング３０は、樹脂により形成されているため、樹脂成型後、表面に比較的耐磨耗性の低いスキン層が形成される。図４に示すように、上ケーシング２０の表面、すなわち第１ベース２０５の上に第１スキン層２０６が形成される。また、下ケーシング３０の表面、すなわち第２ベース３０５の上に第２スキン層３０６が形成される。第１スキン層２０６および第２スキン層３０６は、略同じ厚み、かつ、略同じ耐磨耗性をもつ。第１スキン層２０６および第２スキン層３０６の耐磨耗性は、ロータ４０と摺動したとき磨耗する程度に設定されている。なお、第１ベース２０５および第２ベース３０５の耐磨耗性は、ロータ４０の耐磨耗性と同程度に設定されている。

図４に示すように、第２孔４３２は、第１孔４３１から離れるに従いロータ４０の軸Ａｘから離れるように傾斜するテーパ状の壁面４３３に囲まれることにより形成されている。また、第２孔４３２は、第１孔４３１とは反対側の開口面の面積が、第１孔４３１に接続する開口面の面積よりも大きい。

図４では、ロータ４０がシャフト１３に対し傾きながら回転することにより板部２２の第１スキン層２０６および下ケーシング３０の第２スキン層３０６のそれぞれが磨耗した状態を示している。このとき、ロータ４０の軸方向端面の外周端は、上ケーシング２０の第１ベース２０５および下ケーシング３０の第２ベース３０５に接している。また、壁面４３３は、シャフト１３の外周壁に接している。

ここで、板部２２と下ケーシング３０との距離をＬ、第１スキン層２０６および第２スキン層３０６の厚みをＬｓ、ロータ４０の外径をＤｒ、および、ロータ４０の軸方向の厚みをＨｒとする。また、ロータ４０の軸を含む仮想平面と第２孔４３２の第１孔４３１に接続する開口面の外周端との交点のうちの一方を第１端点Ｐ１、および、前記仮想平面と第２孔４３２の第１孔４３１とは反対側の開口面の外周端との交点のうちロータ４０の軸Ａｘに対し第１端点Ｐ１と同じ側にある交点を第２端点Ｐ２とする。そして、第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２を通る仮想直線Ｌｖとロータ４０の軸Ａｘとがなす角の角度をθとすると、第２孔４３２は、

の関係を満たすよう形成されている。上記θは、図４に示す直角三角形Ｔ１の内角の角度θ１と直角三角形Ｔ２の内角の角度θ２との差に等しいため、三角形Ｔ１および三角形Ｔ２の辺と内角の関係から導き出される。

なお、本実施形態では、第２孔４３２は、「第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２を通る仮想直線Ｌｖを含み第１孔４３１から離れるに従いロータ４０の軸Ａｘから離れるように傾斜するテーパ状の壁面４３３」に囲まれることにより形成されているということもできる。

次に、上記の構成のベーン式ポンプ１０の作動について説明する。
モータ１１の回転にともなってシャフト１３に接続しているロータ４０は回転する。ロータ４０の回転にともなって、ベーン４１は筒部２１の内周壁２１１と接触しながらロータ４０とともに回転する。空間２５の容積は、流体入口通路２６側から流体出口通路２７側にかけて回転方向へ縮小している。そのため、ベーン４１がロータ４０とともに回転することにより、空間２５の流体は流体入口通路２６側から流体出口通路２７側へかけて加圧されながら空間２５を流れる。これにより、流体入口通路２６から吸入された流体は、ロータ４０とともに回転するベーン４１によって空間２５の内部で加圧され、流体出口通路２７からベーン式ポンプ１０の外部へ吐出される。ロータ４０の回転により、流体は連続して加圧される。

本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、ベーン式ポンプ１０の使用開始直後、ロータ４０は、例えば偶力モーメントによりシャフト１３に対して傾いた状態で回転するとき、特に軸方向の端面のうちの外周部が上ケーシング２０および下ケーシング３０と摺動する。このとき、モータ１１のシャフト１３は、ロータ４０の第１端点Ｐ１、および、第１孔４３１の第２孔４３２とは反対側の開口面の外周端上の端点のうちロータ４０の軸Ａｘを挟んで第１端点Ｐ１と対向する第３端点Ｐ３、と接し得る。すなわち、シャフト１３は、ロータ４０の中心孔４３のうち第１孔４３１の部分を軸受けしながら、ロータ４０を回転駆動させる。このときのシャフト１３の軸受けスパンＳｐ１（軸受けの幅）は、第１孔４３１の軸方向の長さと概ね同じである。つまり、本実施形態では、このときの軸受けスパンを比較的小さくすることができる。これにより、ロータ４０と上ケーシング２０および下ケーシング３０との摺動抵抗の「ばらつき」を吸収することができる。よって、ベーン式ポンプ１０の使用開始直後の時点において、ロータ４０の回転を安定にでき、その結果、ポンプ性能を安定にすることができる。

一方、図５（Ｂ）に示すように、ベーン式ポンプ１０の使用に伴い、ロータ４０と上ケーシング２０および下ケーシング３０との摺動が継続されると、第１スキン層２０６および第２スキン層３０６のうち特にロータ４０の軸方向の端面の外周部に対向する部分が磨耗し、当該部分に「当たり」がつく。上ケーシング２０および下ケーシング３０に「当たり」がついた状態では、ロータ４０と上ケーシング２０および下ケーシング３０との摺動抵抗は安定する。そのため、ベーン式ポンプ１０が所定の期間使用された後の時点においても、ロータ４０の回転を安定に保つことができる。したがって、本実施形態では、長期に亘って安定したポンプ性能を維持可能である。

また、本実施形態では、第２孔４３２が上記式２を満たすよう形成されているため、ロータ４０の回転により上ケーシング２０および下ケーシング３０のそれぞれが第１スキン層２０６および第２スキン層３０６の厚みＬｓ分磨耗したとき、ロータ４０は、回転中、例えば偶力モーメントによりモータ１１のシャフト１３に対して傾き、第１端点Ｐ１に加え第２端点Ｐ２もシャフト１３に接し得る。すなわち、このとき、シャフト１３は、ロータ４０の中心孔４３（第１孔４３１および第２孔４３２）の部分を軸受けしながら、ロータ４０を回転駆動させる。このときのシャフト１３の軸受けスパンＳｐ２は、第１孔４３１の軸方向の長さと第２孔４３２の軸方向の長さとの和と概ね同じである。つまり、本実施形態では、このときの軸受けスパンを比較的大きくすることができる。これにより、シャフト１３がロータ４０を軸受けするときにロータ４０とシャフト１３との間に生じる磨耗を低減することができる。よって、ロータ４０を長期に亘って使用することができる。したがって、ベーン式ポンプ１０の耐久性を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態では、ベーン式ポンプ１０の使用開始直後においてはロータ４０の第１孔４３１の部分のみを軸受けすることでロータ４０と上ケーシング２０および下ケーシング３０との摺動抵抗の「ばらつき」を吸収しポンプ性能を安定にすることができる。一方、ベーン式ポンプ１０の使用が継続され上ケーシング２０および下ケーシング３０に「当たり」がついた時点では摺動抵抗が安定し、かつ、この時点ではロータ４０の第１孔４３１および第２孔４３２の部分が軸受けされることで軸受けスパンが大きくなるため、ロータ４０とシャフト１３との間に生じる磨耗を低減することができる。したがって、本実施形態のベーン式ポンプ１０は、耐久性が高く、使用開始初期から長期に亘って安定したポンプ性能を維持可能である。

また、本実施形態では、第２孔４３２は、「第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２を通る仮想直線Ｌｖを含み第１孔４３１から離れるに従いロータ４０の軸Ａｘから離れるように傾斜するテーパ状の壁面４３３」に囲まれることにより形成されている。そのため、ロータ４０の回転により上ケーシング２０および下ケーシング３０のそれぞれが第１スキン層２０６および第２スキン層３０６の厚みＬｓ分磨耗し、ロータ４０がモータ１１のシャフト１３に対して傾いて第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２がシャフト１３に接したとき、ロータ４０は、前記テーパ状の壁面４３３がシャフト１３に接し、この部分で軸受けされる。よって、軸受け時のロータ４０とシャフト１３との接触面積を大きくすることができる。したがって、ロータ４０とシャフト１３との間に生じる磨耗をより低減することができる。

（ベーン式ポンプを適用したエバポリークチェックシステム）
次に、第１実施形態によるベーン式ポンプ１０を適用したエバポリークチェックシステム（以下、単に「チェックシステム」という。）１００について、図６に基づいて説明する。このチェックシステム１００では、ベーン式ポンプ１０を、燃料タンク１２０内部を減圧するのに用いる。

チェックシステム１００は、検査モジュール１１０、燃料タンク１２０、キャニスタ１３０、吸気装置６００およびＥＣＵ７００から構成されている。検査モジュール１１０は、ベーン式ポンプ１０、モータ１１、切換弁１８０および圧力センサ４００を備えている。切換弁１８０とキャニスタ１３０とは、キャニスタ通路１４０により接続している。大気通路１５０は、検査モジュール１１０とは反対側の端部が開放端１５２として大気に開放されている。キャニスタ通路１４０と大気通路１５０とは接続通路１６０により接続している。接続通路１６０とベーン式ポンプ１０の流体入口通路２６とはポンプ通路１６２により接続している。ベーン式ポンプ１０の流体出口通路２７と大気通路１５０とは排出通路１６３により接続している。ポンプ通路１６２からは圧力導入通路１６４が分岐し、圧力導入通路１６４はポンプ通路１６２とセンサ室１７０とを接続している。センサ室１７０には、圧力センサ４００が設置されている。これにより、センサ室１７０は、圧力導入通路１６４およびポンプ通路１６２と概ね同一の圧力となる。

キャニスタ通路１４０からはオリフィス通路５１０が分岐している。オリフィス通路５１０は、キャニスタ通路１４０とポンプ通路１６２とを接続している。オリフィス通路５１０にはオリフィス５２０が設置されている。オリフィス５２０は、燃料タンク１２０からの燃料蒸気を含む空気漏れが許容される開口の大きさに対応している。

切換弁１８０は、弁本体１８１および駆動部１８２を有している。駆動部１８２は弁本体１８１を駆動する。駆動部１８２は、コイル１８３を有しており、コイル１８３はＥＣＵ７００に接続している。ＥＣＵ７００は、コイル１８３への通電を断続する。コイル１８３に通電されていないとき、接続通路１６０とポンプ通路１６２との間は遮断されるとともに、キャニスタ通路１４０と大気通路１５０とは接続通路１６０を経由して連通する。一方、コイル１８３に通電されているとき、キャニスタ通路１４０とポンプ通路１６２は連通し、キャニスタ通路１４０と大気通路１５０との間は遮断される。なお、オリフィス通路５１０とポンプ通路１６２とはコイル１８３への通電または非通電に関わらず常に連通している。

キャニスタ１３０は例えば活性炭などの吸着剤１３１を有している。キャニスタ１３０は、検査モジュール１１０と燃料タンク１２０との間に設置され、燃料タンク１２０で発生した燃料蒸気を吸着する。キャニスタ１３０は、キャニスタ通路１４０により検査モジュール１１０と接続し、タンク通路１３２により燃料タンク１２０に接続している。また、キャニスタ１３０には、吸気装置６００の吸気管６１０へ連通するパージ通路１３３が接続している。燃料タンク１２０で発生した燃料蒸気は、タンク通路１３２を通過すると吸着剤１３１に吸着される。キャニスタ１３０と吸気装置６００の吸気管６１０とを接続するパージ通路１３３には、パージバルブ１３４が設置されている。パージバルブ１３４は、ＥＣＵ７００からの指令によりパージ通路１３３を開閉する。

圧力センサ４００は、センサ室１７０の圧力を検出し、ＥＣＵ７００に圧力に応じた信号を出力する。ＥＣＵ７００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを有するマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ７００には、圧力センサ４００をはじめとして種々のセンサから出力された信号が入力される。ＥＣＵ７００は、これら入力された種々の信号からＲＯＭに記録されている所定の制御プログラムにしたがって各部を制御する。

エンジンの運転中およびエンジンの運転の停止後の所定期間は、コイル１８３に通電されず、キャニスタ通路１４０と大気通路１５０とは接続通路１６０を介して連通している。したがって、燃料タンク１２０で発生した燃料蒸気を含む空気は、キャニスタ１３０を通過することにより燃料蒸気が除去された後、大気通路１５０の開放端１５２から大気へ放出される。

車両に搭載されたエンジンの運転が停止されてから所定の期間が経過すると、燃料タンク１２０からの燃料蒸気を含む空気漏れの検査が開始される。検査では、車両が駐車されている高度による誤差を補正するため、大気圧の検出が行われる。大気圧の検出は、センサ室１７０に設置されている圧力センサ４００によって実施される。コイル１８３に通電していないとき、オリフィス通路５１０を経由して大気通路１５０とポンプ通路１６２とは連通している。そのため、圧力導入通路１６４を経由してポンプ通路１６２と連通しているセンサ室１７０の圧力は大気圧と概ね同一である。したがって、大気圧はセンサ室１７０の圧力センサ４００によって検出される。

大気圧の検出が完了すると、検出された圧力から車両が駐車されている場所の高度を算定する。ＥＣＵ７００は、算定された高度に基づいて、各種のパラメータを補正する。これらが完了すると、ＥＣＵ７００は切換弁１８０のコイル１８３へ通電する。コイル１８３へ通電すると、切換弁１８０は図６の右方へ移動する。これにより、切換弁１８０は、大気通路１５０とキャニスタ通路１４０との間を遮断するとともに、キャニスタ通路１４０とポンプ通路１６２とを連通する。そのため、ポンプ通路１６２に接続しているセンサ室１７０はキャニスタ１３０を経由して燃料タンク１２０と連通する。燃料タンク１２０の内部で燃料蒸気が発生している場合、燃料タンク１２０の内部の圧力は車両の周囲すなわち大気圧と比較して高くなっている。

燃料タンク１２０における燃料蒸気の発生にともなう圧力上昇が検出されると、ＥＣＵ７００は切換弁１８０のコイル１８３への通電を停止する。コイル１８３への通電が停止されると、ポンプ通路１６２はオリフィス通路５２０を経由してキャニスタ通路１４０および大気通路１５０と連通する。また、キャニスタ通路１４０と大気通路１５０とは接続通路１６０を経由して連通する。

ここで、モータ１１に通電すると、ベーン式ポンプ１０が駆動され、ポンプ通路１６２は減圧される。そのため、大気通路１５０から流入した空気は、オリフィス通路５１０を経由してポンプ通路１６２へ流入する。ポンプ通路１６２へ流入する空気の流れはオリフィス通路５１０のオリフィス５２０によって絞られるため、ポンプ通路１６２の圧力は低下する。ポンプ通路１６２の圧力は、オリフィス５０の開口面積に対応する所定の圧力まで低下した後、一定となる。このとき、検出されたポンプ通路１６２の圧力は基準圧力として記録される。基準圧力の検出が完了すると、モータ１１への通電は停止される。

基準圧力が検出されると、再び切換弁１８０のコイル１８３に通電される。これにより、大気通路１５０とキャニスタ通路１４０との間は遮断されるとともに、キャニスタ通路１４０とポンプ通路１６２とは連通する。そのため、燃料タンク１２０はポンプ通路１６２と連通し、ポンプ通路１６２の圧力は燃料タンク１２０と同一になる。そして、モータ１１に通電すると、ベーン式ポンプ１０が作動する。ベーン式ポンプ１０の作動により、燃料タンク１２０の内部は減圧される。このとき、ポンプ通路１６２は燃料タンク１２０に連通している。そのため、ポンプ通路１６２に連通するセンサ室１７０の圧力センサ４００が検出する圧力は燃料タンク１２０の内部の圧力とほぼ同一である。

ベーン式ポンプ１０の作動の継続によって、センサ室１７０すなわち燃料タンク１２０の内部の圧力が先に検出した基準圧力よりも低下した場合、燃料タンク１２０からの燃料蒸気を含む空気の漏れは許容以下と判断される。すなわち、燃料タンク１２０の内部の圧力が基準圧力よりも低下する場合、燃料タンク１２０の外部から内部へ空気の侵入がないか、または侵入する空気がオリフィス５２０の流量以下である。そのため、燃料タンク１２０の気密は十分に確保されていると判断される。

一方、燃料タンク１２０の内部の圧力が基準圧力まで低下しない場合、燃料タンク１２０からの燃料蒸気を含む空気漏れは許容を超過していると判断される。すなわち、燃料タンク１２０の内部の圧力が基準圧力まで低下しない場合、燃料タンク１２０の内部の減圧にともなって燃料タンク１２０には外部から空気が侵入していると考えられる。そのため、燃料タンク１２０の気密は十分に確保されていないと判断される。

燃料蒸気を含む空気漏れの検査が完了すると、モータ１１および切換弁１８０への通電は停止される。ＥＣＵ７００は、ポンプ通路１６２の圧力が大気圧に回復したことを検出した後、圧力センサ４００の作動を停止させ、チェック工程を終了する。

上述のように、第１実施形態によるベーン式ポンプ１０は、安定したポンプ性能を維持可能である。そのため、チェックシステム１００に第１実施形態のベーン式ポンプ１０を適用した場合、安定したポンプ性能を維持可能なベーン式ポンプ１０を燃料タンク１２０内部の減圧に用いることができる。したがって、チェックシステム１００において、安定した検査性能を維持することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるベーン式ポンプの一部を図７に示す。第２実施形態では、ロータに形成される中心孔の第２孔の形状が第１実施形態と異なる。

図７は、第２実施形態によるベーン式ポンプの上ケーシング２０の板部２２、下ケーシング３０、ロータ４０、モータ１１のシャフト１３のみを示した模式的な概略図である。なお、図７では、図が煩雑になるのを避けるため、部材の断面のハッチを省略している。
図７に示すように、第２孔４３６は、ロータ４０の軸Ａｘに平行な壁面４３７に囲まれることにより形成されている。また、第２孔４３６は、第１孔４３１とは反対側の開口面の面積が、第１孔４３１に接続する開口面の面積よりも大きい。

第２実施形態は、「第２孔４３６が、ロータ４０の軸Ａｘに平行な壁面４３７に囲まれることにより形成されている」点以外は、第１実施形態と同様の構成である。よって、第２実施形態では、第２孔４３６は、上記式２を満たすよう形成されている。また、第２孔４３６は、「第２端点Ｐ２を含み、かつロータ４０の軸Ａｘに平行となるような壁面４３７」に囲まれることにより形成されているといえる。さらに、この壁面４３７は、「第１端点Ｐ１および第２端点Ｐ２を通る仮想直線Ｌｖよりもロータ４０の軸Ａｘとは反対側に位置する壁面」である、ということもできる。

以上説明したように、本実施形態では、第２孔４３６は、「第２端点Ｐ２を含み、かつロータ４０の軸に平行となるような壁面４３７」に囲まれることにより形成されている。このような形状の壁面４３７は、例えば第１実施形態の壁面４３３のようにテーパ状に形成される壁面に比べ、容易に形成できる。
本実施形態では、「第２孔４３６が上記式２を満たすよう形成されていることによる効果」は、上述した「第１実施形態の第２孔４３２が上記式２を満たすよう形成されていることによる効果」と同様である。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、中心孔の第２孔が、

の関係を満たすよう形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、中心孔の第２孔は、

の関係を満たすよう形成されていてもよい。この場合、ロータの回転により上ケーシングおよび下ケーシングのそれぞれが第１スキン層および第２スキン層の厚みＬｓ分磨耗し、ロータがモータのシャフトに対して傾いても、第２孔の第２端点はシャフトに接しないため、「軸受けスパンを大きくすることでロータとシャフトとの間に生じる磨耗を低減する」効果は得られないが、上述の実施形態と同様、『ベーン式ポンプの使用開始直後においてロータの第１孔の部分のみを軸受けすることでロータと上ケーシングおよび下ケーシングとの摺動抵抗の「ばらつき」を吸収しポンプ性能を安定にする』効果、および『ベーン式ポンプの使用が継続され上ケーシングおよび下ケーシングに「当たり」がつくことで摺動抵抗が安定する』効果については得ることができる。

上述の実施形態では、中心孔の第２孔が、第１孔の軸方向端部のうち下ケーシング側に接続する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第２孔は、第１孔の軸方向端部のうち上ケーシングの板部側に接続することとしてもよい。また、第２孔は、第１孔の軸方向端部の一方のみでなく、両端部に接続するよう２つ設けられる構成としてもよい。この場合、上ケーシングおよび下ケーシングのスキン層が磨耗しロータがシャフトに対し傾いたとき、ロータの軸受けスパンを「第１孔の長さと、第２孔の長さの倍の長さとの和」と概ね同じにすることができる。つまり、第２孔が１つのみ設けられる場合と比べ、このときの軸受けスパンをより大きくすることができる。したがって、軸受け時にロータとシャフトとの間に生じる磨耗をより低減することができる。

上述の第２実施形態では、第２孔が「第２端点を含み、かつロータの軸に平行となるような壁面」に囲まれることにより形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第２孔を形成する壁面は、「第２端点を含み、かつ第１端点および第２端点を通る仮想直線よりもロータの軸とは反対側に位置する壁面」であれば、ロータの軸に対し平行でなくてもよい。つまり、本発明の他の実施形態では、第２孔を形成する壁面は、「第２端点を含み、第１端点および第２端点を通る仮想直線よりもロータの軸とは反対側に位置する」限り、いかなる形状に形成されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、上ケーシング、下ケーシングおよびロータは、金属により形成されていてもよい。この場合、上ケーシングおよび下ケーシングのベースの上に、スキン層として、ベースおよびロータの耐磨耗性よりも低い耐磨耗性の金属または樹脂等により、所定の厚みの「めっき」またはコーティング等を施せばよい。

また、本発明の他の実施形態では、ロータの中心部に肉盗みとして形成される凹部は、ロータの軸方向の端面のうち、片側のみに形成されていてもよい。また、このような凹部をロータに形成しない構成としてもよい。

上述の実施形態では、燃料タンクの内部を減圧して燃料蒸気の漏れを検査するチェックシステムに本発明を適用した例について説明した。これに対し、燃料タンクの内部を加圧して燃料蒸気の漏れを検査するチェックシステム、あるいは流体の減圧または加圧を実施する公知の各種の装置に本発明を適用することができる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

１０：ベーン式ポンプ、１１：モータ、１３：シャフト、２０：上ケーシング、２１：筒部、２２：板部、２４：ポンプ室、３０：下ケーシング、４０：ロータ、４１：ベーン、４３：中心孔、２０６：第１スキン層、３０６：第２スキン層、４３１：第１孔、４３２、４３６：第２孔

Claims (4)

1. 筒部と当該筒部の一方の端部開口を塞ぐ板部とからなる有底筒状の上ケーシングと、
   前記上ケーシングの他方の端部開口を塞ぐことで前記板部および前記筒部との間にポンプ室を形成する板状の下ケーシングと、
   前記ポンプ室に回転可能に収容され、中心部を軸方向に貫く中心孔、および前記筒部の内周壁に対し摺動可能な複数のベーンを有する略円柱状のロータと、
   前記中心孔に緩く嵌合するシャフトを有し、当該シャフトを回転させることで前記ロータを回転駆動するモータと、を備え、
   前記上ケーシングは、表面に、前記ロータと摺動したとき磨耗する程度の耐磨耗性をもつ第１スキン層を有し、
   前記下ケーシングは、表面に、前記第１スキン層と略同じ厚み、かつ、略同じ耐磨耗性をもつ第２スキン層を有し、
   前記中心孔は、前記ロータの軸に平行な壁面に囲まれることにより形成される第１孔と、当該第１孔の軸方向端部のうち少なくとも一方に接続し、当該第１孔とは反対側の開口面の面積が、当該第１孔に接続する開口面の面積よりも大きな第２孔と、からなり、
   前記板部と前記下ケーシングとの距離をＬ、前記第１スキン層および前記第２スキン層の厚みをＬｓ、前記ロータの外径をＤｒ、前記ロータの軸方向の厚みをＨｒ、前記ロータの軸を含む仮想平面と前記第２孔の前記第１孔に接続する開口面の外周端との交点のうちの一方を第１端点、前記仮想平面と前記第２孔の前記第１孔とは反対側の開口面の外周端との交点のうち前記ロータの軸に対し前記第１端点と同じ側にある交点を第２端点、前記第１端点および前記第２端点を通る仮想直線と前記ロータの軸とがなす角の角度をθとすると、
   前記第２孔は、
   

   

   の関係を満たすよう形成されていることを特徴とするベーン式ポンプ。
2. 前記第２孔は、前記仮想直線を含み前記第１孔から離れるに従い前記ロータの軸から離れるように傾斜するテーパ状の壁面に囲まれることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーン式ポンプ。
3. 前記第２孔は、前記仮想直線よりも前記ロータの軸とは反対側に位置する壁面に囲まれることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーン式ポンプ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のベーン式ポンプを備え、
   前記ベーン式ポンプにより燃料タンクの内部を減圧または加圧して前記燃料タンクからの燃料蒸気の漏れを検出することを特徴とするエバポリークチェックシステム。

Images