JP2015152003A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの壁面とベーンとのシール性を向上できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】内部にポンプ室２０Ａが形成されるハウジング２０と、ポンプ室２０Ａ内に配置されるロータ３０と、ロータ３０に取り付けられてロータ３０と一体的に回転し、ポンプ室２０Ａを複数の作動空間に区画するベーン４０と、を具備するベーンポンプ１０であって、ベーン４０は、ベーン４０の長手方向両端部に回転可能に取り付けられ、ベーン４０の長手方向およびロータ３０の軸方向と直交する方向を回転軸方向としてベーン４０に対して相対的に回転するときに、回転方向の下流側の端部がベーン４０に接近するキャップ４１、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ベーンを回転させることによってポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンを具備するベーンポンプの技術に関する。

従来から、ハウジングに形成されるポンプ室内でベーンを回転させることにより、ポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンポンプは、自動車用の真空ポンプ等に用いられている。
このようなベーンポンプのベーンには、回転時にハウジングの壁面をシールするキャップが取り付けられる。

キャップは、例えば、特許文献１に開示されるベーンポンプのように、ベーン側端面より突出する脚部をベーンの係合孔に挿入することで、ベーンに取り付けられる。
特許文献１に開示されるキャップは、ベーン側端面がベーンの端面に接触することで、ベーン側への移動が規制される。
特許文献１に開示されるキャップは、ベーンが回転したときに作用する遠心力によってベーンより飛び出して、ハウジングの壁面と接触する。このとき、ベーンは、キャップを追いかけるように移動する。これにより、特許文献１に開示されるベーンポンプは、キャップをハウジングの壁面に押し付けて、ハウジングの壁面とベーンとの間をシールする。

特開２０１１−２４７１９１号公報

図９に示すように、ハウジングの壁面は、加工精度等の影響で歪んでしまい、ある位相において、軸方向に対して傾斜する部分、すなわち、軸方向一側に向かうにつれて内径が大きくなる（または、小さくなる）部分が形成されてしまう場合がある。
キャップは、このような軸方向に対して傾斜する部分をシールするときに、壁面の形状に倣って回転しようとする。

特許文献１に開示されるベーンポンプは、キャップのベーン側端面とベーンの端面とがハウジングの軸方向に沿った直線状に形成されている。特許文献１に開示されるキャップは、合成樹脂によって構成される。また、ベーンは、一般的に合成樹脂によって構成される。
この場合、キャップは、シール時にベーンとハウジングの壁面とに挟まれて、その回転が規制されてしまう可能性がある。

つまり、特許文献１に開示されるベーンポンプは、ハウジングの壁面の形状に倣ってキャップを充分に回転させることができない可能性がある。
このため、特許文献１に開示されるベーンポンプは、キャップとハウジングの壁面とを線で接触させることができない可能性がある。

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、ハウジングの壁面とキャップとのシール性を向上できるベーンポンプを提供するものである。

請求項１においては、内部にポンプ室が形成されるハウジングと、前記ポンプ室内に配置されるロータと、前記ロータに取り付けられて前記ロータと一体的に回転し、前記ポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンと、を具備するベーンポンプであって、前記ベーンは、前記ベーンの長手方向両端部に回転可能に取り付けられ、前記ベーンの長手方向および前記ロータの軸方向と直交する方向を回転軸方向として前記ベーンに対して相対的に回転するときに、該回転方向の下流側の端部が前記ベーンに接近するキャップ、を備える、ものである。

請求項２においては、前記キャップは、前記ベーンの長手方向両側面に対して線で接触する、ものである。

請求項３においては、前記ベーンの長手方向両側面を、前記ロータの軸方向に対して湾曲する曲線状に形成し、前記キャップの前記ベーン側の側面を、前記ロータの軸方向に沿った直線状に形成する、ものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ハウジングの壁面とキャップとのシール性を向上できる。

請求項２においては、ハウジングの壁面とキャップとのシール性を向上できる。

請求項３においては、ハウジングの壁面とキャップとのシール性を向上できる。

ベーンポンプの説明図。 ベーンポンプの断面図。 ベーンおよびキャップの拡大断面図。 ハウジングの壁面の形状に倣ってキャップが左側に回転する様子を示す図。 ハウジングの壁面の形状に倣ってキャップが右側に回転する様子を示す図。 第一変形例に係るベーンポンプを示す説明図。 第二変形例に係るベーンポンプを示す説明図。 第三変形例に係るベーンポンプを示す説明図。 従来技術において、キャップの回転がベーンの端面で規制される様子を示す説明図。

以下では、本実施形態に係るベーンポンプ１０について説明する。

なお、以下では、説明の便宜上、図１における紙面の上下方向を基準として上下方向を規定する。また、図２における紙面の左右方向を基準として左右方向を規定する。

ベーンポンプ１０は、例えば、図示しないブレーキ倍力装置の負圧源として用いられる。本実施形態に係るベーンポンプ１０は、例えば、エンジン本体（カムキャリアの側面等）に取り付けられる。

図１および図２に示すように、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０と、ロータ３０と、ベーン４０と、ハウジングカバー５０とを具備する。

ハウジング２０は、内径および外径が左端部より右端部に向かうにつれて段階的に小さくなる略筒状の部材である。

なお、ハウジングは、軸方向から見たときに略楕円形状に形成される略筒状の部材であっても構わない。

ハウジング２０の内径が大きい側、すなわち、左側は、大径部２１として形成される。

大径部２１の左側面には、リング溝２１ａが形成される。リング溝２１ａには、シール部材２１ｂが取り付けられる。大径部２１には、前記ブレーキ倍力装置からポンプ室２０Ａへ気体（空気）を吸引するための吸引通路２１ｃが設けられる。吸引通路２１ｃ内には、前記ブレーキ倍力装置の負圧を維持するための図示しない逆止弁が設けられる。
本実施形態において、大径部２１の内周面は、ハウジング２０の壁面２１ｄとなる。

このような大径部２１の内側の空間は、ハウジング２０の内部に形成されるポンプ室２０Ａとして形成される。

ハウジング２０の内径が小さい側、すなわち、ハウジング２０の右側は、小径部２２として形成される。
ハウジング２０は、小径部２２の内周面によってロータ３０を回転可能に支持する。
小径部２２の外周面には、リング溝２２ａが形成される。リング溝２２ａには、シール部材２２ｂが取り付けられる。小径部２２の下側には、ポンプ室２０Ａから右側面まで左右方向に沿って貫通する貫通孔が形成される。貫通孔は、ポンプ室２０Ａからハウジング２０の外部へ気体を排出するための排出通路２２ｃとして形成される。排出通路２２ｃには、排出通路２２ｃを開閉する逆止弁２２ｄが設けられる。

ハウジング２０の小径部２２は、エンジン本体に形成される孔部に挿入される。ハウジング２０は、例えば、エンジン本体とボルトで締結されること等によって、エンジン本体に固定される。
ハウジング２０とエンジン本体との間は、小径部２２のシール部材２２ｂによってシールされる。

ロータ３０は、ポンプ室２０Ａの軸心に対してその軸心が偏心して配置される。ロータ３０は、左端部がポンプ室２０Ａ内に配置される。ロータ３０には、ガイド溝３０ａが形成される。

ガイド溝３０ａは、ロータ３０の径方向に沿って伸びる溝であり、ロータ３０の左側面に形成される。

本実施形態において、ロータ３０の軸方向は、図２における左右方向、すなわち、ハウジング２０の軸方向と平行な方向となる。

なお、ロータ３０には、ポンプ室２０Ａに潤滑油を供給するための潤滑経路が形成されているが、本発明とは直接関係しないため、図２においてその図示を省略している。

ロータ３０の右端部には、カップリング３１が連結される。カップリング３１は、左端部がロータ３０に取り付けられるとともに、右端部が図示しないカムシャフト等に取り付けられる。
カップリング３１は、カムシャフトが回転したときに一体的に回転する。ロータ３０は、カップリング３１とともに一体的に回転する。
つまり、ロータ３０は、カップリング３１を介して前記カムシャフト等からの動力が伝達される。

なお、カップリングは、必ずしもカムシャフトに取り付けられる必要はなく、例えば、カムシャフトと連結されて一体的に回転する駆動軸に取り付けられていても構わない。
また、ロータは、必ずしもカムシャフトからの動力で回転する必要はない。

ベーン４０は、ロータ３０の径方向に沿って長く伸びる板状部材である。図１および図２に示すベーン４０において、ベーン４０の長手方向は、上下方向となっている。
ベーン４０は、ロータ３０の径方向に沿って摺動可能にロータ３０のガイド溝３０ａに取り付けられ、ポンプ室２０Ａ内に配置される。ベーン４０は、ロータ３０の回転に伴って一体的に回転する。

ベーン４０には、凹部４０ａおよび座面４０ｂが形成される。

凹部４０ａは、ベーン４０の長手方向両端部に形成される。凹部４０ａは、ベーン４０の長手方向に沿って伸びる略四角形状の窪みである。
凹部４０ａは、ベーン４０の長手方向両端部において、左右方向に所定の間隔をあけてそれぞれ二箇所に形成される。凹部４０ａは、長手方向に沿った長さ、すなわち、深さが異なる点を除いて同じ形状に形成される。

図２および図３に示すように、座面４０ｂは、ベーン４０の長手方向両側面である。
本実施形態に係る座面４０ｂは、左右方向（ロータ３０の軸方向）に対して湾曲する曲線状、より詳細には、左右両端部から左右中心部に向かうにつれてハウジング２０の壁面２１ｄに接近するような略円弧状に形成される。
座面４０ｂは、このような円弧形状を維持したまま図３における紙面奥行き方向に伸びている。

なお、図２から図５においては、図面を見やすくするために、ベーン４０の座面４０ｂの曲がり具合を実際のベーンの座面よりも大きくしている。

ベーン４０は、例えば、略板状の部材の長手方向両端部を削ることで、座面４０ｂが形成される。
なお、ベーンは、鋳造によって略板状の部材を削ることなく座面が形成されていても構わない。

このように形成されるベーン４０は、二つのキャップ４１を備える。

図１および図２に示すように、両キャップ４１は、ベーン４０の長手方向両端部に取り付けられる。
両キャップ４１には、本体部４１ａ、座面４１ｂ、および脚部４１ｃが形成される。

本体部４１ａは、ハウジング２０の壁面２１ｄ側が略円弧状に形成されるとともに、ベーン４０側が直線状に形成される部分である。つまり、本体部４１ａは、略円柱状の部材を高さ方向に沿って二分割したような形状に形成される。

座面４１ｂは、本体部４１ａのベーン４０側の側面である。座面４１ｂは、左右方向に沿って伸びる平面である。

つまり、本実施形態に係る座面４１ｂは、ロータ３０の軸方向に沿った直線状に形成される。

脚部４１ｃは、座面４１ｂよりベーン４０側に向かって伸びる部分である。脚部４１ｃは、ベーン４０の凹部４０ａよりも小さな略直方体状に形成される。脚部４１ｃは、ベーン４０の長手方向に沿った長さが凹部４０ａの深さよりも短い。
脚部４１ｃは、ベーン４０の凹部４０ａの左右方向の間隔と同程度の間隔をあけて、二箇所に形成される。

両キャップ４１は、ベーン４０の凹部４０ａに脚部４１ｃが嵌め込まれることで、ベーン４０の長手方向両端部に取り付けられる。
このとき、両キャップ４１の本体部４１ａは、ベーン４０よりも長手方向外側に配置される。両キャップ４１の座面４１ｂは、ベーン４０の座面４０ｂと接触する。

前述のように、ベーン４０の座面４０ｂは、左右方向に対して湾曲する曲面である。両キャップ４１の座面４１ｂは、左右方向に沿って伸びる平面である。
従って、図２および図３に示すように、両キャップ４１の座面４１ｂは、左右中途部がベーン４０の座面４０ｂに対して線で接触する。

つまり、本実施形態に係る両キャップ４１は、座面４１ｂがベーン４０の座面４０ｂと接触している状態であっても、ある程度の範囲まで（例えば、脚部４１ｃがベーン４０の凹部４０ａと接触するまで）回転可能となっている（図３に示す矢印参照）。
両キャップ４１は、このようにしてベーン４０の長手方向両端部に回転可能に取り付けられる。

本実施形態に係るベーン４０および両キャップ４１は、合成樹脂によって構成される。

ハウジングカバー５０は、略円板状に形成される。ハウジングカバー５０は、ハウジング２０の左側に配置され、ボルト等の連結部材によってハウジング２０の左側面に取り付けられる。
これにより、ベーンポンプ１０は、大径部２１のシール部材２１ｂを介してハウジング２０とハウジングカバー５０との間をシールする。

次に、ベーンポンプ１０の動作について説明する。

図１および図２に示すように、ロータ３０は、エンジン駆動時に、カップリング３１を介してカムシャフトの動力が伝達されて回転する。

ベーン４０は、ロータ３０の回転によってロータ３０のガイド溝３０ａを往復移動しながら回転する。このとき、両キャップ４１には、図１に示す矢印方向にベーン４０が回転することによって、遠心力が作用する。両キャップ４１は、遠心力によってベーン４０より飛び出す。ベーン４０は、ロータ３０のガイド溝３０ａを摺動し、両キャップ４１の一方（例えば、上側のキャップ４１）を追いかけて、キャップ４１と接触する。
このようにして、両キャップ４１は、ハウジング２０の壁面２１ｄに押し付けられ、ハウジング２０の壁面２１ｄをシールしながら回転する。
これにより、ベーン４０は、ポンプ室２０Ａを拡縮可能な複数の作動空間として区画する。

ベーンポンプ１０は、このような作動室の容積を、ベーン４０を回転させることで変化させる。
このとき、ベーンポンプ１０は、吸引通路２１ｃよりブレーキ倍力装置の気体を吸引するとともに、排出通路２２ｃよりポンプ室２０Ａ内の気体を排出する。

ここで、図４に示すように、ハウジング２０の壁面２１ｄは、加工精度等の影響で歪んでしまい、ある位相において、左右方向に対して傾斜する部分、すなわち、右方向に向かうにつれて内径が大きくなる（または、小さくなる）部分が形成されてしまう場合がある（図４に二点鎖線で示す壁面２１ｄ参照）。
図４において、ハウジング２０の壁面２１ｄは、その一部が右方向に向かうにつれて拡径するように歪んでいる。

例えば、上側のキャップ４１は、このような壁面２１ｄの左右方向に対して傾斜する部分をシールするときに、内径が最も小さい部分（図４では壁面２１ｄの左端部）と接触する（図４に黒塗りで示す矢印参照）。
そして、上側のキャップ４１は、ハウジング２０の壁面２１ｄの形状に倣って、図４の紙面奥行き方向を回転軸方向として回転する。図４において、上側のキャップ４１は、ベーン４０に対して相対的に反時計回り方向、すなわち、左側に向けて回転する。

このとき、ベーン４０は、上側のキャップ４１を追いかけて、上側のキャップ４１に接近する。
本実施形態に係るベーン４０の座面４０ｂは、左右両端部から左右中心部に向かうにつれてハウジング２０の壁面２１ｄに接近するような略円弧状に形成されている。

従って、ベーン４０の座面４０ｂは、上側のキャップ４１に接近したときに、上側のキャップ４１の座面４１ｂの左右中途部と線で接触することとなる。
このとき、上側のキャップ４１は、その回転方向下流側の端部、すなわち、左端部がベーン４０と接触していない。

つまり、ベーンポンプ１０は、左右方向に沿って直線状に形成されるベーンおよびキャップの座面が接触した状態で回転する場合のように、接触状態での回転時に、ベーン４０および上側のキャップ４１が、回転方向下流側端部（左端部）を支点として回転しない（図９参照）。

従って、ベーンポンプ１０は、上側のキャップ４１の座面４１ｂがベーン４０の座面４０ｂと接触した後も、引き続き上側のキャップ４１を回転させることができる（図４の下側に示す壁面２１ｄ近傍の矢印参照）。

このため、ベーンポンプ１０は、駆動時における、上側のキャップ４１のベーン４０に対する回転可動域を広げることができる。
これによれば、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０の壁面２１ｄが歪んでいる場合でも、壁面２１ｄの歪みに合うまで上側のキャップ４１を回転させることができる。

これは、図５に示すように、ハウジング２０の壁面２１ｄの一部が右方向に向かうにつれて縮径するように歪んでいる場合においても同様である。この場合、上側のキャップ４１は、図５における時計回り方向、すなわち、右側に回転する（図５の下側に示す壁面２１ｄ近傍の矢印参照）。
また、上側のキャップ４１は、ハウジング２０の壁面２１ｄの一部が歪んでいない場合、回転することなく、壁面２１ｄに対して線で接触する。

従って、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０の壁面２１ｄの歪みの発生有無に関わらず、両キャップ４１の本体部４１ａとハウジング２０の壁面２１ｄとを線で接触させることができる。

これによれば、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０の壁面２１ｄと両キャップ４１とのシール性を向上できる。

このため、ベーンポンプ１０は、ポンプ室２０Ａにて区画される作動空間の中で負圧状態となっている作動空間に、両キャップ４１とハウジング２０の壁面２１ｄとの間から流入する空気の量を低減できる。
従って、ベーンポンプ１０は、吸引性能を向上できるとともに、駆動トルクを低減できる。

また、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０の壁面２１ｄの歪みの発生有無に関わらず、両キャップ４１の本体部４１ａとハウジング２０の壁面２１ｄとを常に線で接触させることができるため、両キャップ４１の局所的な摩耗を抑制できる。
従って、ベーンポンプ１０は、吸引性能を長期間維持できる。

このように、本実施形態に係るベーン４０は、長手方向およびロータ３０の軸方向と直交する方向（図５では紙面奥行き方向）を回転軸方向としてベーン４０に対して相対的に回転するときに、回転方向下流側の端部（図５では右端部）がベーン４０に接近する両キャップ４１を備える。

なお、ベーンは、例えば、図６に示す第一変形例に係るベーンポンプ１１０のベーン１４０のように、座面１４０ｂが左右方向（ロータ３０の軸方向）に沿った平面として形成され、座面１４０ｂに略板状の弾性体１４２が取り付けられていても構わない。
この場合、ベーン１４０には、本実施形態に係る両キャップ４１と同一形状のキャップ１４１が取り付けられる。両キャップ１４１は、ハウジング２０の壁面２１ｄの左右方向に対して傾斜する部分をシールするときに、両弾性体１４２を弾性変形させながら壁面２１ｄの歪みに合うまで回転する（図６の下側に示す壁面２１ｄ近傍の矢印参照）。
このとき、両キャップ１４１の回転方向下流側の端部（図６では左端部）は、両弾性体１４２の回転方向下流側（図６では左側）を弾性変形させてベーン１４０に接近する。

つまり、ベーンポンプは、ベーン１４０と両キャップ１４１とを両弾性体１４２を介して面で接触させても構わない。

また、ベーンポンプは、図７に示す第二変形例に係るベーンポンプ２１０のように、第一変形例に係るベーン１４０と同一形状のベーン２４０に、座面２４１ｂが左右両端部から左右中央部に向かうにつれてベーン２４０に接近する略円弧状に形成される両キャップ２４１を取り付けても構わない。
つまり、ベーンポンプは、本実施形態に係るベーン４０および両キャップ４１の座面４０ｂ・４１ｂの形状を入れ替えても構わない。

さらに、ベーンポンプは、図８に示す第三変形例に係るベーンポンプ３１０のように、本実施形態に係るベーン４０と同一形状のベーン３４０に、第二変形例に係る両キャップ２４１と同一形状の両キャップ３４１を取り付けても構わない。
つまり、ベーンポンプは、ベーンおよび両キャップの座面を、それぞれ左右方向に対して湾曲する曲線状に形成しても構わない。

ベーンポンプは、ベーンおよび両キャップの座面の少なくともいずれか一方を左右方向に沿った直線状に形成するとともに他方を曲線状に形成することで、弾性体を用いることなく、ハウジング２０の壁面２１ｄとベーンとのシール性を向上できる（図４、図７、および図８参照）。

つまり、本実施形態、第二変形例、および第三変形例に係るベーンポンプ１０・２１０・３１０は、部品点数を増やすことなく、ハウジング２０の壁面２１ｄと両キャップ４１・２４１・３４１とのシール性を向上できる。

このように、両キャップ４１・２４１・３４１は、ベーン４０・２４０・３４０の座面４０ｂ・２４０ｂ・３４０ｂ（ベーン４０の長手方向両側面）に対して線で接触する。

ベーンポンプは、本実施形態のように、ベーン４０の座面４０ｂをロータ３０の軸方向に対して湾曲する曲線状とするとともに、両キャップ４１の座面４１ｂをロータ３０の軸方向に沿った直線状とすることで、ベーン４０よりも高価な部材である両キャップ４１をそのまま用いることができる。

つまり、ベーンポンプ１０は、既に生産されている高価な両キャップ４１を無駄にすることなく、ハウジング２０の壁面２１ｄと両キャップ４１とのシール性を向上できる。
従って、ベーンポンプ１０は、ハウジング２０の壁面２１ｄと両キャップ４１とのシール性を向上できるとともに、コストを削減できる。

仮に、両キャップのベーンに対する回転方向が一方向だけである場合、すなわち、ハウジングの壁面の歪み方が決まっている場合、ベーンポンプは、両キャップの回転方向に合わせてベーンおよび両キャップの座面を形成すればよい。
例えば、壁面が右方向に向かうにつれて拡径するだけである場合、ベーンポンプは、ベーンおよび両キャップの座面の少なくともいずれか一方の左右中央部から左端部までを、左右方向に対して湾曲する曲線状に形成すればよい。

１０ ベーンポンプ
２０ ハウジング
２０Ａ ポンプ室
３０ ロータ
４０ ベーン
４０ｂ 座面（長手方向両側面）
４１ キャップ
４１ｂ 座面（ベーン側の側面）

Claims (3)

1. 内部にポンプ室が形成されるハウジングと、前記ポンプ室内に配置されるロータと、前記ロータに取り付けられて前記ロータと一体的に回転し、前記ポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンと、を具備するベーンポンプであって、
   前記ベーンは、
   前記ベーンの長手方向両端部に回転可能に取り付けられ、前記ベーンの長手方向および前記ロータの軸方向と直交する方向を回転軸方向として前記ベーンに対して相対的に回転するときに、該回転方向の下流側の端部が前記ベーンに接近するキャップ、
   を備える、
   ベーンポンプ。
2. 前記キャップは、
   前記ベーンの長手方向両側面に対して線で接触する、
   請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ベーンの長手方向両側面を、前記ロータの軸方向に対して湾曲する曲線状に形成し、
   前記キャップの前記ベーン側の側面を、前記ロータの軸方向に沿った直線状に形成する、
   請求項１または請求項２に記載のベーンポンプ。

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