JP2016003631A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンポンプの騒音を抑制できる技術を提供する。
【解決手段】ベーンポンプは、カバーと、ロータと、複数のベーンと、を備える。カバーは、ロータ室を有する。ロータは、ロータ室に収容され、複数の溝を有する。複数のベーンは、複数の溝に配置される。カバーは、ロータ室内壁５４を有する。複数のベーンは、ロータの回転に伴い、ロータ室内壁５４に沿って摺動する。ロータ室内壁５４は、複数の円弧部９０〜１０２を含む。複数の円弧部９０〜１０２のそれぞれは、真円の円周の一部である。複数の円弧部９０〜１０２のうち、隣接して配置されている２個の円弧部では、２個の円弧部のうちの一方の円弧部の半径は、他方の円弧部の半径と異なっている。一方の円弧部を含む真円と他方の円弧部を含む真円とは、一方の円弧部と他方の円弧部とが接触する位置において内接している。
【選択図】図５

Description

本明細書に開示の技術は、ベーンポンプに関する。

特許文献１には、ベーンポンプが開示されている。ベーンポンプは、ロータ室を有するカバーと、ロータ室に収容され、外周端から内周側に向かって延びる複数の溝を有するロータと、上記複数の溝に配置される複数のベーンと、を備える。ロータ室は、ロータの外周端と対向するロータ室内壁を有する。ロータは、ロータ室内に偏心して配置されており、ロータの外周端とロータ室内壁との距離は、ロータの周方向の位置によって異なる。ロータの外周端とロータ室内壁との距離が最大である箇所と最小である箇所とを結ぶ直線は、ロータの中心を通る（以下、当該直線を「対称軸」と称する）。特許文献１のベーンポンプでは、ロータ室内壁が対称軸に関して非対称となっている。

独国特許出願公開第１０２００６０３２２１９号明細書

例えば、特許文献１のベーンポンプでは、ロータ室内壁が、対称軸に関して一方の側では楕円の円弧形状であり、対称軸に関して他方の側では、２個の真円の円弧部の間に楕円の円弧部が位置しており、楕円の円弧部は、２個の真円の円弧部に直接的に接続されている。これらの楕円の中心及び円の中心は一致している。

上記のベーンポンプでは、楕円の円弧部と真円の円弧部とが直接的に接続されている接続部分において、ロータ室内壁がスムースな面とならない可能性がある。この場合、ロータの回転に伴いベーンがロータ室内壁を摺動すると、楕円の円弧部と真円の円弧部との接続部分において騒音が発生する場合がある。

本明細書では、ベーンポンプの騒音を抑制できる技術を提供する。

本明細書が開示するベーンポンプは、カバーと、ロータと、複数のベーンと、を備える。カバーは、ロータ室を有する。ロータは、ロータ室に収容され、外周端から内周側に向かって延びる複数の溝を有する。複数のベーンは、複数の溝に配置される。カバーは、作動流体をロータ室に吸入する吸入口と、作動流体をロータ室から吐出する吐出口と、ロータの外周端と対向するロータ室内壁と、をさらに有する。複数のベーンは、ロータの回転に伴い、ロータの外周端から突出して、ロータ室内壁に沿って摺動する。ロータ室内壁は、複数の円弧部を含む。複数の円弧部のそれぞれは、真円の円周の一部である。複数の円弧部のうち、隣接して配置されている２個の円弧部では、２個の円弧部のうちの一方の円弧部の半径は、他方の円弧部の半径と異なっている。一方の円弧部を含む真円と他方の円弧部を含む真円とは、一方の円弧部と他方の円弧部とが接触する位置において内接している。

上記のベーンポンプでは、ロータ室内壁が含む複数の円弧部のうち、隣接して配置されている２個の円弧部では、一方の円弧部を含む真円と他方の円弧部を含む真円とが、一方の円弧部と他方の円弧部とが接触する位置において内接している。このため、ロータ室内壁は、上記の接触する位置（即ち、２個の円弧部の接続部分）において、スムースな面となる。従って、ロータの回転に伴いベーンがロータ室内壁を摺動する際に、ベーンは２個の円弧部の接続部分をスムースに摺動する。この結果、２個の円弧部の接続部分における騒音の発生を抑制でき、ベーンポンプの騒音を抑制することができる。

自動車に搭載されたディーゼルエンジンの燃料系統を示す。 実施例１のベーンポンプの縦断面図を示す。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図を示す。 図４（ａ）は、実施例１のベーンの正面図を示し、図４（ｂ）は、実施例１のベーンの平面図を示す。 実施例１のロータ室内壁の形状を示す。 比較例のロータ室内壁の形状を示す。 変形例１のロータ室内壁の形状を示す。 変形例３のベーンの正面図を示す。 変形例４のベーンの正面図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）実施例のベーンポンプでは、ロータの径方向におけるロータ室内壁とロータの外周端との距離は、ロータの周方向の位置によって異なっていてもよい。ロータ室は、上記距離がロータの回転方向に向かって増加し、吸入口が開口している吸入領域と、上記距離がロータの回転方向に向かって減少し、吐出口が開口している吐出領域と、を有していてもよい。吸入領域のロータ室内壁は、少なくとも３個の円弧部が連続して接続された形状であってもよい。この構成によると、吸入領域のロータ室内壁が連続する２個の円弧部により形成される構成と比較して、吸入領域側のロータ室内壁がベーンによって摩耗することを抑制できる。

（特徴２）特徴１に加えて、実施例のベーンポンプでは、吐出領域のロータ室内壁が、少なくとも２個の円弧部が連続して接続された形状であってもよい。この構成によると、吐出領域におけるロータ室内壁をスムースに形成できる。

（特徴３）実施例のベーンポンプでは、ロータの径方向におけるロータ室内壁とロータの外周端との距離は、ロータの周方向の位置によって異なっていてもよい。ロータ室は、上記距離がロータの回転方向に向かって増加し、吸入口が開口している吸入領域と、上記距離がロータの回転方向に向かって減少し、吐出口が開口している吐出領域と、ロータの回転方向に向かって、吸入領域から吐出領域へと移行する第１移行領域と、吐出領域から吸入領域へと移行する第２移行領域と、をさらに有していてもよい。第１移行領域のロータ室内壁は、第１円弧部を有しており、第２移行領域のロータ室内壁は、第２円弧部を有していてもよい。第１円弧部の中心と、第２円弧部の中心は、ロータの回転の中心と一致していてもよい。この構成によると、第１円弧部とロータの外周端との距離が、ロータの周方向に亘って一定となる。このため、ベーンが、ロータの回転に伴い吸入領域から第１移行領域を経て吐出領域に移動する際のベーンの振動を抑制できる。また、第１円弧部と第２円弧部を、ロータの回転の中心を基準として配置することにより、ロータ室内壁の形状を比較的に容易に決定できる。

（特徴４）特徴３に加えて、実施例のベーンポンプでは、吸入領域のロータ室内壁が、ロータの回転方向に向かって、第３円弧部と、第４円弧部と、第５円弧部とが連続して接続された形状を有していてもよい。吐出領域のロータ室内壁が、ロータの回転方向に向かって、第６円弧部と、第７円弧部とが連続して接続された形状を有していてもよい。第１円弧部は、第５円弧部と第６円弧部に直接的に接続されていてもよい。第２円弧部は、第７円弧部と第３円弧部に直接的に接続されていてもよい。第３円弧部の半径及び第７円弧部の半径は、第１円弧部の半径よりも大きく、第５円弧部の半径及び第６円弧部の半径は、第２円弧部の半径よりも小さく、第４円弧部の半径は、第３円弧部の半径よりも小さく、第５円弧部の半径よりも大きくてもよい。この構成によると、ロータ室内壁は、７個の円弧部が連続して接続された形状を有する。このため、ロータ室内壁の全体がスムースな面となり、ベーンによる騒音の発生をより抑制できる。また、７個の円弧部の半径を上記の関係を満たすように設定することにより、隣接する２個の円弧部の半径差を比較的に小さくでき、隣接する２個の円弧部の曲率変化を比較的に緩やかにできる。このため、ロータ室内壁の全体に亘って、ベーンによるロータ室内壁の摩耗を抑制できる。また、ロータ室内壁を真円の円弧部のみで構成することにより、真円の円弧部以外の形状（例えば、楕円の円弧部）が含まれる構成と比較して、ロータ室内壁の形状の検査や管理が容易になる。

（特徴５）実施例のベーンポンプでは、複数のベーンのそれぞれの外形が円柱であってもよい。ベーンの軸方向とロータの軸方向は平行であってもよい。この構成では、ロータが回転すると、ベーンの側周面がロータ室内壁と接触する。ベーンはロータの溝内に固定されていない。このため、ロータが回転すると、ベーンはロータの溝内を自転しながらロータ室内壁に沿って摺動する。この結果、ベーンの側周面全体が万遍なくロータ室内壁と接触することとなり、ベーンの摩耗量を低減できる。

（特徴６）特徴５に加えて、実施例のベーンポンプでは、複数のベーンのそれぞれが、ベーンの軸方向における両端面のうち、少なくとも一方の端面に、一方の端面からベーンの軸方向に延びる凹部を有していてもよい。凹部は、ベーンの両端面を貫通していなくてもよい。この構成によると、凹部の大きさを調節することにより、ベーンの質量を調整できる。このため、ロータの回転に伴いベーンに発生する遠心力を適切に制御できる。また、凹部はベーンの両端面を貫通していない。このため、ベーンの端面に開口する凹部と、カバーに設けられた吸入口とが、ロータの回転に伴い連通する構成であっても、吸入口から吸入された作動流体が凹部を通ってカバーに接触することはない。従って、作動流体にダスト等の異物が混入した場合において、異物がベーンの凹部を通ってカバーに衝突することがなくなり、異物によりカバーが摩耗することを抑制することができる。

図面を参照して本実施例のベーンポンプ１０について説明する。ベーンポンプ１０は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン用の低圧ポンプに適用される。図１に示すように、ベーンポンプ１０は、電動モータ１２によって駆動され、燃料タンク１４から燃料（例えば、軽油）を吸い上げて高圧ポンプ１６に供給する。高圧ポンプ１６に供給された燃料は、コモンレール１８に供給され、インジェクタ２０からエンジンの燃焼室（図示省略）に噴射される。

図２、３に示すように、ベーンポンプ１０は、カバー３０と、ロータ６０と、ベーン７２と、シャフト８０を備える。なお、図２では、図面を見易くするために、ロータ６０及びベーン７２はグレートーンで示し、断面ではなく外形を図示している。

カバー３０は、焼結鋼製であり、機械加工によって形成される。図２に示すように、カバー３０は、円柱状の上部カバー３２と、円柱状の下部カバー４２を有する。上部カバー３２は、上部カバー３２の軸方向（即ち、紙面の上下方向）に延びると共に、下方に開口する柱状の凹部を有する。下部カバー４２は、上部カバー３２の下面に取付けられており、当該凹部の開口を覆っている。これにより、カバー３０の内部には、柱状の空間であるロータ室５０が形成される。ロータ室５０の内表面は、上面５２と、内壁５４と、下面５６を有する。上面５２と下面５６は平行に向き合っている。なお、内壁５４が「ロータ室内壁」の一例に相当する。

図２、３に示すように、ロータ室５０には円柱状のロータ６０が配置されている。ロータ６０の中心Ｏ（図３参照）には、ロータ６０を軸方向に貫通する挿通孔が設けられている。シャフト８０は、当該挿通孔に挿通された状態でロータ６０と連結されている。シャフト８０は、ロータ６０の上方において、上部カバー３２に固定された軸受８２を介して、上部カバー３２に回転可能に保持されている。シャフト８０の下端は、ロータ６０の下方において、下部カバー４２に固定された軸受８４を介して、下部カバー４２に回転可能に保持されている。シャフト８０の中心軸線とロータ６０の中心軸線は一致している。シャフト８０の上部は、電動モータ１２（図１参照）に接続されている。電動モータ１２が駆動してシャフト８０が回転することにより、ロータ６０が中心Ｏを中心としてロータ室５０内で回転する。ロータ６０は、図３において回転方向Ｒの向きに回転する。

図２に示すように、ロータ６０の外表面は、上面６２と、外周面６４と、下面６６を有する。ロータ６０の厚み（即ち、ロータ６０の軸方向の長さ）は、ロータ室５０の高さと略同一である。ロータ６０の上面６２は、ロータ室５０の上面５２と若干の隙間を有して対向しており、同様に、ロータ６０の下面６６は、ロータ室５０の下面５６と若干の隙間を有して対向している。ロータ６０の外周面６４は、ロータ６０の全周に亘って、ロータ室５０の内壁５４と間隔をおいて対向している（図３参照）。即ち、外周面６４は内壁５４とは接触していない。ロータ６０の径方向における、内壁５４と外周面６４との距離をｄとすると、距離ｄは、ロータ６０の周方向における一部において異なっている。なお、外周面６４は、「外周端」の一例に相当する。

図３に示すように、ロータ室５０は、その外周部分に、吸入領域８６、吐出領域８７、第１移行領域８８及び第２移行領域８９を有する。距離ｄが回転方向Ｒに向かって増加する領域が吸入領域８６である。距離ｄが回転方向Ｒに向かって減少する領域が吐出領域８７である。第１移行領域８８は、回転方向Ｒに向かって吸入領域８６から吐出領域８７に移行する部分に位置している。第２移行領域８９は、回転方向Ｒに向かって吐出領域８７から吸入領域８６に移行する部分に位置している。

図２に示すように、下部カバー４２には、吸入通路４８が設けられている。吸入通路４８の上端には吸入口４６が設けられている。吸入口４６は、ロータ室５０の吸入領域８６に開口している。上部カバー３２には、２つの吐出通路３８（３８ａ、３８ｂ）が設けられている。吐出通路３８ａ、３８ｂの下端には、吐出口３６（３６ａ、３６ｂ）がそれぞれ設けられている。吐出口３６は、ロータ室５０の吐出領域８７に開口している。

図２、３に示すように、ロータ６０の外周面６４には、５つの溝６８が、周方向に等間隔に設けられている。溝６８のそれぞれは、同一形状を有する。溝６８は、ロータ６０の上面６２から下面６６まで軸方向に延びると共に、ロータ６０の外周面６４から内周側（厳密には、径方向内側）に向かって延びている。溝６８の内壁は、平行に対向する２つの側面と、これら２つの側面に直交する底面により構成されている。溝６８のそれぞれには、ベーン７２が配置されている。

ここで、図４を参照してベーン７２の形状について説明する。図４に示すように、ベーン７２の外形は円柱状である。ベーン７２は高炭素クロム鋼により形成されている。ベーン７２の外表面は、上面７４と、側周面７６と、下面７８を有する。ベーン７２は、上面７４に、上面７４から軸方向（即ち、図４（ａ）の上下方向）に延びる円柱状の凹部７５を有している。凹部７５の軸方向の長さは、ベーン７２の軸方向の長さよりも短い。即ち、凹部７５は、ベーン７２の上面７４に開口する一方で、下面７８には開口しておらず、ベーン７２を貫通していない。具体的には、凹部７５の軸方向の長さは、ベーン７２の軸方向における長さの半分よりも長い。図４（ｂ）に示すように、ベーン７２を平面視すると、凹部７５の底面は、上面７４と同心円状となっている。

ベーン７２は、凹部７５の開口が上部カバー３２側に位置するように溝６８に配置される。図２、３に示すように、ベーン７２の軸方向は、ロータ６０の軸方向と平行である。ベーン７２の高さは、ロータ６０の厚みと略同一である。ベーン７２の上面７４は、ロータ室５０の上面５２と若干の隙間を有して対向しており、同様に、ベーン７２の下面７８は、ロータ室５０の下面５６と若干の隙間を有して対向している。ベーン７２の凹部７５は、ロータ６０の回転に伴い、吐出口３６ａ、３６ｂと連通する。図３に示すように、ベーン７２の外径は、溝６８の幅と略同一である。ベーン７２は、溝６８内を、ロータ６０の径方向に移動可能であると共に、ベーン７２の中心軸線周りに回転可能である。ロータ６０が回転すると、ベーン７２は遠心力によりロータ６０の径方向外側に突出し、中心軸線周りを自転しながらロータ室５０の内壁５４に沿って摺動する。このため、ベーン７２の側周面７６は、ロータ６０の回転に伴い、その全体が内壁５４と接触する。これにより、ベーンが板状である構成と比較して、ベーン７２の側周面７６の摩耗量を低減できる。

溝６８には、溝６８の２つの側面及び底面と、ベーン７２（厳密には、ベーン７２の側周面７６のうち、溝６８の底面と対向する部分の側周面７６）と、ロータ室５０の上面５２と、下面５６とにより、空間６９が区画されている。ロータ室５０には、ロータ６０の外周面６４と、内壁５４と、隣り合う２つのベーン７２、７２（厳密には各ベーン７２の側周面７６）と、ロータ室５０の上面５２と、下面５６とにより、空間７１が区画されている。

ロータ６０の外周面６４には、連通溝７０が、各溝６８に対して回転方向Ｒ側に、各溝６８に隣接して設けられている。連通溝７０は、ロータ６０の上面６２に開口する連通溝７０と、ロータ６０の下面６６に開口する連通溝７０とで、１対の連通溝７０を構成している。このため、ロータ６０には５対の連通溝７０が設けられている。連通溝７０は、空間６９と空間７１とを連通させている。空間６９、連通溝７０及び空間７１により、ポンプ室７３が構成される。

ポンプ室７３は、ロータ６０の回転に伴い、吸入領域８６、第１移行領域８８、吐出領域８７、第２移行領域８９の順に移動する。ポンプ室７３の容積は、吸入領域８６を移動する過程では増加し、吐出領域８７を移動する過程では減少する（厳密には、ポンプ室７３が移動して第１移行領域８８にさしかかっていても、ポンプ室７３の少なくとも一部が吸入領域８６に位置していれば、ポンプ室７３の容積は増加し、また、ポンプ室７３の少なくとも一部が吐出領域８７に位置していれば、ポンプ室７３が第１移行領域８８に位置していても、ポンプ室７３の容積は減少する）。

吸入口４６及び吐出口３６は、ロータ６０の回転に伴いポンプ室７３と連通する位置に位置している。具体的には、ロータ６０の回転に伴い、吸入口４６は、ポンプ室７３のうち空間７１及び連通溝７０と連通し、吐出口３６ａは空間６９と連通溝７０と連通し、吐出口３６ｂは空間７１及び連通溝７０と連通する。

次に、図５を参照してロータ室５０の内壁５４の形状について説明する。図５では、内壁５４を実線で示し、ロータ６０の外周面６４を二点鎖線で示している。図５では、説明を簡単にするため、ロータ６０の回転の中心Ｏを原点とし、紙面の上下方向にｙ軸をとり、ｙ軸と直交する方向にｘ軸をとる。なお、図５の内壁５４は、図３の内壁５４を回転せずに図示している。内壁５４は、７個の円弧部、即ち、回転方向Ｒに向かって順に、第１円弧部９０、第６円弧部９２、第７円弧部９４、第２円弧部９６、第３円弧部９８、第４円弧部１００、第５円弧部１０２により構成されている。

第１円弧部９０は、半径Ｒ１が約１６．７ｍｍの真円の円周の一部である。第１移行領域８８における内壁５４は、第１円弧部９０により構成されている。第１円弧部９０は、＋ｙ軸方向側に位置しており、その中心Ｏ１は中心Ｏと一致している。このため、第１移行領域８８における距離ｄは、周方向に亘って一定である。第２円弧部９６は、半径Ｒ２が約１５．０ｍｍの真円の円周の一部である。第２移行領域８９における内壁５４は、第２円弧部９６により構成されている。第２円弧部９６は、−ｙ軸方向側に位置しており、その中心Ｏ２は中心Ｏと一致している。このため、第２移行領域８９では、距離ｄは、周方向に亘って一定である。距離ｄは、第１移行領域８８において最大であり、第２移行領域８９において最小となっている。第１円弧部９０の中心角ａ１と第２円弧部９６の中心角ａ２は等しく、中心角ａ１、ａ２はｙ軸によって二等分されている。即ち、第１円弧部９０及び第２円弧部９６は、ｙ軸に関してそれぞれ線対称である。なお、中心角ａ１は９２°〜１０２°であることが好ましく、中心角ａ２は９５°〜１０５°であることが好ましい。

吸入領域８６における内壁５４は、３個の円弧部（即ち、第３円弧部９８、第４円弧部１００及び第５円弧部１０２）により構成されている。３個の円弧部９８〜１０２は、−ｘ軸方向側に位置している。第３円弧部９８の中心Ｏ３、第４円弧部１００の中心Ｏ４及び第５円弧部１０２の中心Ｏ５は、いずれも中心Ｏからずれた位置に位置している。特に、中心Ｏ４は、中心Ｏを除くｙ軸上に位置している。第３円弧部９８は、半径Ｒ３が約１８．５ｍｍの真円の円周の一部である。第３円弧部９８は、第２円弧部９６と点Ｔ１において隣接している。第３円弧部９８を含む真円と、第２円弧部９６を含む真円とは、点Ｔ１において内接している。第５円弧部１０２は、半径Ｒ５が約１２．５ｍｍの真円の円周の一部である。第５円弧部１０２は、第１円弧部９０と点Ｔ４において隣接している。第５円弧部１０２を含む真円と、第１円弧部９０を含む真円とは、点Ｔ４において内接している。第４円弧部１００は、半径Ｒ４が約１５．８ｍｍの真円の円周の一部である。第４円弧部１００は、第３円弧部９８と点Ｔ２において隣接していると共に、第５円弧部１０２と点Ｔ３において隣接している。第４円弧部１００を含む真円は、第３円弧部９８を含む真円と、点Ｔ２において内接すると共に、第５円弧部１０２を含む真円と、点Ｔ４において内接している。即ち、吸入領域８６における内壁５４は、半径の異なる３個の円弧部が連続して接続されることにより形成されている。

吐出領域８７における内壁５４は、２個の円弧部（即ち、第６円弧部９２及び第７円弧部９４）により構成されている。２個の円弧部９２、９４は、＋ｘ軸方向側に位置している。第６円弧部９２の中心Ｏ６及び第７円弧部９４の中心Ｏ７は、いずれも中心Ｏからずれた位置に位置している。第６円弧部９２は、半径Ｒ６が約１３．６ｍｍの真円の円周の一部である。第６円弧部９２は、第１円弧部９０と点Ｔ５において隣接している。第６円弧部９２を含む真円と、第１円弧部９０を含む真円とは、点Ｔ５において内接している。第７円弧部９４は、半径Ｒ７が約１９．４ｍｍの真円の円周の一部である。第７円弧部９４は、第２円弧部９６と点Ｔ７において隣接している。第７円弧部９４を含む真円と、第２円弧部９６を含む真円とは、点Ｔ７において内接している。第６円弧部９２は、第７円弧部９４と点Ｔ６において隣接している。第６円弧部９２を含む真円と、第７円弧部９４を含む真円とは、点Ｔ６において内接している。即ち、吐出領域８７おける内壁５４は、半径の異なる２個の円弧部が連続して接続されることにより形成されている。

第１円弧部９０の半径Ｒ１〜第７円弧部９４の半径Ｒ７の間には、次の関係、即ち、Ｒ３＞Ｒ１、Ｒ７＞Ｒ１、Ｒ５＜Ｒ２、Ｒ６＜Ｒ２、Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５が成立している。また、隣接する２個の円弧部の半径差は、Ｒ１−Ｒ６＝約３．１ｍｍ、Ｒ６−Ｒ７＝約５．８ｍｍ、Ｒ７−Ｒ２＝約４．４ｍｍ、Ｒ２−Ｒ３＝約３．５ｍｍ、Ｒ３−Ｒ４＝約２．７ｍｍ、Ｒ４−Ｒ５＝約３．３ｍｍ、Ｒ５−Ｒ１＝約４．２ｍｍである（絶対値記号は省略）。なお、隣接する２個の円弧部の半径差は、約７ｍｍ以下であることが好ましい。

ロータ室５０の内壁５４の形状は、次のように決定される。即ち、ロータ６０の外径に応じて、まず第２円弧部９６の半径Ｒ２及び中心角ａ２が決定される。次に、ベーンポンプ１０の要求流量及びロータ６０の回転速度に応じて、第１円弧部９０の半径Ｒ１及び中心角ａ１が決定される。続いて、第３円弧部９８が点Ｔ１において第２円弧部９６と内接し、第５円弧部１０２が点Ｔ４において第１円弧部９０と内接し、かつ、第４円弧部１００が点Ｔ２、Ｔ３で第３円弧部９８、第５円弧部１０２とそれぞれ内接するように、円弧部９８、１００、１０２の半径Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及び中心角がそれぞれ決定される。また、第６円弧部９２が点Ｔ５において第１円弧部９０と内接し、第７円弧部９４が点Ｔ７において第２円弧部９６と内接し、かつ、第６円弧部９２と第７円弧部９４とが点Ｔ６において内接するように、円弧部９２、９４の半径Ｒ６、Ｒ７及び中心角がそれぞれ決定される。上述したように、本実施例では、第３円弧部９８〜第７円弧部９４の位置は、第１円弧部９０と第２円弧部９６を基準に決定される。そして、第１円弧部９０と第２円弧部９６の位置は、ロータ６０の中心Ｏを基準に決定される。このため、第１円弧部９０と第２円弧部９６の位置を決定する際に、基準となる点がない構成（即ち、中心Ｏ１、Ｏ２が中心Ｏからずれている構成）と比較して、第３円弧部９８〜第７円弧部９４の半径Ｒ３〜Ｒ７及び中心角を決定し易くなり、内壁５４の形状を比較的に容易に決定できる。

次に、図３を参照してベーンポンプ１０の動作について説明する。電動モータ１２（図１参照）が駆動してシャフト８０が回転すると、ロータ６０が、シャフト８０と一体となって回転する。ロータ６０が回転すると、ベーン７２が、遠心力によりロータ６０の径方向外側に突出し、ベーン７２の中心軸線周りを自転しながらロータ室５０の内壁５４に沿って摺動する。ベーン７２が内壁５４に沿って摺動すると、ポンプ室７３の容積が変化する。具体的には、吸入領域８６では、ポンプ室７３の容積が増加する。これにより、燃料が、燃料タンク１４（図１参照）から吸入通路４８（図２参照）及び吸入口４６を経てポンプ室７３に吸入される。ポンプ室７３は、ロータ６０の回転に伴い第１移行領域８８を経て吐出領域８７に移動する。吐出領域８７では、ポンプ室７３の容積が減少する。これにより、ポンプ室７３内の燃料は圧縮され、吐出口３６ａ、３６ｂから吐出通路３８ａ、３８ｂ（図２参照）に吐出される。燃料は、吐出通路３８を経て高圧ポンプ１６（図１参照）に送られる。ポンプ室７３は、ロータ６０の回転に伴い第２移行領域８９を経て吸入領域８６に移動し、以下、同様の動作が繰り返される。なお、燃料は、「作動流体」の一例に相当する。

上記のベーンポンプ１０では、内壁５４が７個の円弧部９０〜１０２を有する。７個の円弧部９０〜１０２のうち隣接する２個の円弧部は、互いに隣接する点Ｔ１〜Ｔ７において内接関係にある。このため、隣接する２個の円弧部は、点Ｔ１〜Ｔ７においてスムースに接続され、その結果、スムースな面を構成する。従って、ベーン７２が内壁５４を摺動する際に、ベーン７２は点Ｔ１〜Ｔ７においてがたつくことなく、スムースに摺動する。これにより、ベーン７２が点Ｔ１〜Ｔ７を通過する際に騒音が発生することを抑制できる。特に、本実施例では、内壁５４が、７個の円弧部９０〜１０２によってのみ構成されている。このため、内壁５４が全周に亘ってスムースな面となり、ベーン７２が内壁５４を摺動する際の騒音の発生をより抑制できる。また、内壁５４を円弧部９０〜１０２（即ち、真円の円弧部）のみで構成することにより、真円の円弧部以外の形状が含まれる構成と比較して、内壁５４の形状の検査や管理が容易になる。具体的には、例えば内壁５４が楕円の円弧部も有する場合は、楕円の円弧部は、その中心からの距離が一定ではないため、内壁５４の形状が設計通りであるかの検査に手間がかかり、管理が複雑となる。一方、内壁５４が複数の真円の円弧部のみで構成されている場合は、各円弧部の中心からの距離（即ち、半径）が、設計値からどれだけずれているかを管理するだけでよい。例えば、本実施例のように内壁５４が７個の円弧部９０〜１０２によって構成されている場合は、７つの値を管理するだけでよい。このため、内壁５４の形状の検査が比較的に短時間で済み、管理が容易になる。

また、吸入領域８６では、距離ｄが回転方向Ｒに向かって増加するため、吸入領域８６におけるベーン７２の遠心力は、回転方向Ｒに向かって増加する。また、吸入領域８６では、ポンプ室７３内の圧力は回転方向Ｒに向かって低下するため、ベーン７２は内壁５４に押さえつけられた状態で内壁５４を摺動する。このため、吸入領域８６では、吐出領域８７よりも、ベーン７２による内壁５４の摩耗が発生し易い。上記のベーンポンプ１０では、吸入領域８６における内壁５４が、３個の円弧部（即ち、第３円弧部９８、第４円弧部１００及び第５円弧部１０２）により構成されている。このため、吸入領域８６における内壁５４が２個の円弧部により構成される場合と比較して、隣接する２個の円弧部の半径差を小さくし易くなり、曲率変化を緩やかにし易くなる。従って、ベーン７２による内壁５４の摩耗が発生し易い吸入領域８６においても、摩耗量を抑制し易くなる。特に、本実施例では、Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５が成り立つため、隣接する２個の円弧部の半径差を確実に小さくでき、吸入領域８６における内壁５４の摩耗量を適切に抑制できる。

本願発明者らは、上記の効果を確認するために、吸入領域８６における内壁を構成する複数の円弧部のうち、隣接する２個の円弧部の半径差と、内壁の摩耗量との関係を調べる実験を行った。この実験では、内壁５４と、図６に示す比較例の内壁１５４とを比較する。上述したように、内壁５４は、吸入領域８６において、Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５の関係を満たす３つの円弧部９８〜１０２により構成されている。一方、図６に示すように、内壁１５４は、吸入領域８６において２個の円弧部１１８、１２０により構成されている。以下、内壁１５４の形状を具体的に説明する。

内壁１５４の形状は、ｙ軸に関して線対称である。円弧部１１０、１１６の各中心は、ロータ６０（図示省略）の中心Ｏと一致している。一方、円弧部１１８、１２０の各中心（図示省略）は、中心Ｏからずれた位置に位置している。円弧部１１０、１１６、１１８、１２０のうち、隣接する２個の円弧部は、点Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３において互いに内接している。円弧部１１２、１１４は、円弧部１２０、１１８とｙ軸に関してそれぞれ線対称である（即ち、円弧部１１０、１１２、１１４、１１６は、点Ｔ１４、Ｔ１５、Ｔ１６において互いに内接している）。円弧部１１０の半径Ｒ１１は約１７．１ｍｍであり、円弧部１１６の半径Ｒ１２は約１４．６ｍｍであり、円弧部１２０、１１２の各半径Ｒ１４、Ｒ１５は約１２．８ｍｍであり、円弧部１１８、１１４の各半径Ｒ１３、Ｒ１６は約２１．９ｍｍである。また、隣接する２個の円弧部の半径差は、Ｒ１１−Ｒ１５＝Ｒ１４−Ｒ１１＝約４．３ｍｍ、Ｒ１５−Ｒ１６＝Ｒ１３−Ｒ１４＝約９．１ｍｍ、Ｒ１６−Ｒ１２＝Ｒ１２−Ｒ１３＝約７．３ｍｍとなっている（絶対値記号は省略）。

ロータ６０を同等の回転数で一定時間回転させて、ベーン７２による内壁５４及び内壁１５４の摩耗量を調べたところ、内壁１５４は、吸入領域８６の点Ｔ１２において、約２０〜３０μｍの摩耗が発生したのに対し、内壁５４は、全周に亘って摩耗が発生しなかった。内壁１５４の点Ｔ１２における２個の円弧部１１８、１２０の半径差は約９．１ｍｍである。一方、内壁５４の点Ｔ２における２個の円弧部９８、１００の半径差は約２．７ｍｍであり、点Ｔ３における２個の円弧部１００、１０２の半径差は約３．３ｍｍである。即ち、比較例の半径差のほうが、本実施例の半径差よりも、約６ｍｍ大きい。

ここで、内壁形状決定の基準となる第１移行領域８８及び第２移行領域８９における比較例の円弧部１１０、１１６の半径と、本実施例の円弧部９０、９６の半径とをそれぞれ比較すると、第１移行領域８８ではＲ１１−Ｒ１＝約０．４ｍｍの差があり、第２移行領域８９ではＲ１２−Ｒ２＝約０．４ｍｍの差がある（絶対値記号は省略）。即ち、第１移行領域８８及び第２移行領域８９における、比較例と本実施例の円弧部の半径は、それぞれ厳密には同一ではない。しかしながら、比較例と本実施例とにおける、隣接する２個の円弧部の半径差の違い（約６ｍｍ）は、上記の差（約０．４ｍｍ）と比較すると極めて大きい。このことから、吸入領域８６における内壁を構成する円弧部の数を２個から３個に変更し、また、３個の円弧部のうち中央の円弧部の半径の値を、その両側の２個の円弧部の半径の値の間に設定することにより、吸入領域８６における隣接する２個の円弧部の半径差を大幅に小さくできることが分かる。この実験により、吸入領域８６における隣接する２個の円弧部の半径差を小さくすることで、吸入領域８６における内壁の摩耗を抑制できることが確認された。

また、上記のベーンポンプ１０では、吐出領域８７における内壁５４が、２個の円弧部９２、９４により構成されている。ここで、比較例においても、吐出領域８７における内壁１５４は、２個の円弧部１１２、１１４（即ち、内壁５４と同数の円弧部）により構成されている。しかしながら、内壁５４の点Ｔ６における円弧部９２、９４の半径差は、約５．８ｍｍであるのに対し、内壁１５４の点Ｔ１５における円弧部１１２、１１４の半径差は、約９．１ｍｍであり、前者の方が大幅に小さい。これは、内壁を構成する円弧部の個数に起因するものと考えられる。即ち、比較例の内壁１５４は６個の円弧部により構成されるのに対し、本実施例の内壁５４は７個の円弧部により構成される。これにより、吐出領域８７においても隣接する２個の円弧部９２、９４の半径差を小さくできたと考えられる。上記のベーンポンプ１０では、吸入領域８６だけではなく、吐出領域８７においても、内壁５４のベーン７２による摩耗を抑制できる。

また、上記のベーンポンプ１０では、第１移行領域８８では距離ｄが周方向に亘って一定である。このため、ポンプ室７３が吸入領域８６から吐出領域８７に移動する際に、第１移行領域８８を経ることにより、ポンプ室７３の容積変化が緩やかになる。従って、ベーン７２がポンプ室７３の急激な容積変化に起因して振動することがなくなり、振動による騒音や摩耗などを抑制できる。

また、上記のベーンポンプ１０では、ベーン７２に凹部７５が設けられているため、凹部７５の大きさを調整することで、ベーン７２の質量を調整できる。このため、ロータ６０の回転に伴いベーン７２に発生する遠心力を適切に制御でき、ベーン７２による内壁５４の摩耗を抑制できる。また、凹部７５は、ベーン７２を軸方向に貫通していない。具体的には、凹部７５は、ベーン７２の上面７４（即ち、吐出口３６側）に開口しており、下面７８（即ち、吸入口４６側）には開口していない。このため、吸入口４６から吸入された燃料が、ベーン７２の内部を流れてロータ室５０の上面５２に衝突することがなくなる。従って、燃料にダスト等の異物が混入した場合において、異物がベーン７２の内部を通過してロータ室５０の上面５２に衝突することがなくなり、これにより上面５２が摩耗することを抑制することができる。さらに、上部カバー３２側は、下部カバー４２側よりも高圧であるため、ベーン７２には、ベーン７２を下部カバー４２側に押付ける力が作用する。本実施例のベーン７２の構成によると、凹部７５がベーン７２の下面７８に開口する構成と比較して、下面７８がロータ室５０の下面５６と接触する面積が大きくなり、下面７８に作用する面圧を低減できる。このため、ベーン７２による下部カバー４２の摩耗を抑制できる。

（変形例１）
次に、図７を参照して変形例１について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。その他の変形例でも同様である。図７のロータ室５０の内壁２５４は、８つの円弧部が直接的に接続された形状を有する。変形例１の吸入領域８６、第１移行領域８８及び第２移行領域８９における内壁２５４の形状は、実施例１の対応する各領域８６、８８、８９における内壁５４の形状にそれぞれ等しい。一方、吐出領域８７における内壁２５４は、３つの円弧部、即ち、第６円弧部２９２、第７円弧部２９４、及び第８円弧部２９６によって構成されている。第６円弧部２９２、第７円弧部２９４、及び第８円弧部２９６は、それぞれ点Ｏ２６、点Ｏ２７、及び点Ｏ２８を中心とする真円の円周の一部である。第６円弧部２９２、第７円弧部２９４、第８円弧部２９６は、それぞれ第５円弧部１０２、第４円弧部１００、第３円弧部９８とｙ軸に関して線対称である（即ち、内壁２５４の形状は、ｙ軸に関して線対称である）。このため、第６円弧部２９２の半径Ｒ２６は半径Ｒ５と等しく、第７円弧部２９４の半径Ｒ２７は半径Ｒ４と等しく、第８円弧部２９６の半径Ｒ２８は半径Ｒ３と等しい。また、第６円弧部２９２は、点Ｔ５、点Ｔ２６において第１円弧部９０、第７円弧部２９４とそれぞれ内接しており、第８円弧部２９６は点Ｔ７、点Ｔ２７において第２円弧部９６、第７円弧部２９４とそれぞれ内接している。この構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、この構成によると、吐出領域８７における隣接する２個の円弧部の半径差を、実施例１の構成よりも小さくできる。このため、変形例１の構成によると、吐出領域８７においてベーン７２による内壁２５４の摩耗をより抑制でき、ベーンポンプの長期的な信頼性が向上する。

（変形例２）
実施例１の内壁５４及び変形例１の内壁２５４は、いずれも複数の円弧部が直接接続されることにより構成されたが、内壁の形状はこれに限られない。内壁は、円弧部だけではなく、直線部を有していてもよい。このとき、円弧部と直線部とは、当該円弧部と当該直線部とが接触する位置において接していることが好ましい。別言すれば、当該直線部は、当該円弧部と当該直線部とが接触する位置において、当該円弧部の接線であることが好ましい。この構成によると、内壁が全周に亘ってスムースな面となるため、ベーンポンプの騒音を抑制できる。

（変形例３）
次に、図８を参照して変形例３について説明する。変形例３のベーン１７２の外形は、第１実施例のベーン７２と略同一である。ベーン１７２は、その上面１７４がロータ室５０の上面５２と当接し、その下面１７８がロータ室５０の下面５６と当接するように、溝６８に配置される。ベーン１７２には、下面１７８から軸方向に延びる円柱状の凹部１７５が設けられている。ベーン１７２と凹部１７５とは中心軸線が一致する。凹部１７５の軸方向の長さは、ベーン７２の軸方向の長さよりも短い。即ち、凹部１７５は、下面１７８に開口する一方で、上面１７４には開口しておらず、ベーン１７２を貫通していない。この構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、この構成では、凹部１７５は、ロータ６０の回転に伴い、吸入口４６と連通する。このため、吸入口４６から吸入された燃料が凹部１７５に流入することがある。しかしながら、凹部１７５はベーン１７２の上面１７４には開口していないため、燃料がベーン１７２の内部を通過して、ロータ室５０の上面５２に衝突することはない。このため、燃料に異物が混入しても、異物の衝突により上面５２が摩耗することを抑制することができる。

（変形例４）
次に、図９を参照して変形例４について説明する。変形例４のベーン２７２の外形は、第１実施例のベーン７２と略同一である。ベーン２７２は、その上面２７４がロータ室５０の上面５２と当接し、その下面２７８がロータ室５０の下面５６と当接するように、溝６８に配置される。ベーン２７２には、上面２７４から軸方向に延びる円柱状の凹部２７５ａと、下面２７８から軸方向に延びると共に、凹部２７５ａと略同一形状を有する円柱状の凹部２７５ｂが設けられている。凹部２７５ａ、２７５ｂの中心軸線は、ベーン２７２の中心軸線と一致する。凹部２７５ａと凹部２７５ｂの軸方向の長さの和は、ベーン２７２の軸方向の長さよりも短い。即ち、凹部２７５ａと凹部２７５ｂとは連通しておらず、凹部２７５ａ、２７５ｂは、ベーン２７２を貫通していない。この構成によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、この構成では、ベーン２７２の重心が、ベーン２７２の中心軸線の中央に位置する。このため、ロータ６０の回転に伴いベーン２７２がロータ室５０の内壁５４を摺動する際に、ベーン２７２がロータ室５０の上面５２または下面５６のどちらかに偏ることを抑制できる。

以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本明細書が開示するベーンポンプは、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、内壁５４の形状の決定方法は、上記に限られない。例えば、第１円弧部９０の中心Ｏ１と第２円弧部９６の中心Ｏ２は、ロータ６０の中心Ｏと一致しなくてもよい。各円弧部９０〜１０２が、２個の円弧部が接触する位置においてそれぞれ内接しており、隣接する２個の円弧部の半径差が比較的に小さくなるのであれば、内壁５４の形状はどのように決定されてもよい。また、第１円弧部９０及び第２円弧部９６は、ｙ軸に関して線対称でなくてもよい。

また、内壁５４を構成する円弧部の数は８個以上であってもよい。また、吸入領域８６における内壁５４を構成する円弧部の数は４個以上であってもよい。同様に、吐出領域８７における内壁５４を構成する円弧部の数は４個以上であってもよい。一定の区間における円弧部の数を増やすほど、隣接する円弧部の半径差を小さくし易くなり、隣接する円弧部の半径差が小さい程、ベーン７２による内壁５４の摩耗を抑制できる。

また、ベーンポンプ１０の構成は上記に限られない。例えば、吸入口４６と吐出口３６は、ロータ６０に対して同じ側（例えば下部カバー４２）に設けられていてもよい。

また、ベーン７２の凹部７５は円柱状に限られず、例えば四角柱などの柱状形状であってもよい。また、凹部７５の中心軸線とベーン７２の中心軸線とが一致していなくてもよい。なお、ベーンの形状は円柱状（いわゆるローラベーン）に限られず、例えば板状のベーンであってもよい

また、上記のベーンポンプ１０は、ディーゼルエンジン以外、例えばガソリンエンジンの用途に適用してもよい。また、ベーンポンプ１０は、オイルポンプ、ウォータポンプなど、燃料用のポンプ以外の流体ポンプに適用してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ベーンポンプ、３０：カバー、３６ａ、３６ｂ：吐出口、４６：吸入口、５０：ロータ室、５４：内壁、６０：ロータ、６４：外周面、６８：溝、７２：ベーン、７４：上面、７５：凹部、７８：下面、８６：吸入領域、８７：吐出領域、８８、第１移行領域、８９：第２移行領域、９０：第１円弧部、９２：第６円弧部、９４：第７円弧部、９６：第２円弧部、９８：第３円弧部、１００：第４円弧部、１０２：第５円弧部

Claims (7)

1. ロータ室を有するカバーと、
   前記ロータ室に収容され、外周端から内周側に向かって延びる複数の溝を有するロータと、
   前記複数の溝に配置される複数のベーンと、を備えており、
   前記カバーは、作動流体を前記ロータ室に吸入する吸入口と、作動流体を前記ロータ室から吐出する吐出口と、前記ロータの前記外周端と対向するロータ室内壁と、をさらに有しており、
   前記複数のベーンは、前記ロータの回転に伴い、前記ロータの前記外周端から突出して、前記ロータ室内壁に沿って摺動し、
   前記ロータ室内壁は、複数の円弧部を含み、
   前記複数の円弧部のそれぞれは、真円の円周の一部であり、
   前記複数の円弧部のうち、隣接して配置されている２個の円弧部では、
   前記２個の円弧部のうちの一方の円弧部の半径は、他方の円弧部の半径と異なっており、
   前記一方の円弧部を含む真円と前記他方の円弧部を含む真円とは、前記一方の円弧部と前記他方の円弧部とが接触する位置において内接している、ベーンポンプ。
2. 前記ロータの径方向における前記ロータ室内壁と前記ロータの前記外周端との距離は、前記ロータの周方向の位置によって異なっており、
   前記ロータ室は、前記距離が前記ロータの回転方向に向かって増加し、前記吸入口が開口している吸入領域と、前記距離が前記ロータの回転方向に向かって減少し、前記吐出口が開口している吐出領域と、を有しており、
   前記吸入領域のロータ室内壁は、少なくとも３個の円弧部が連続して接続された形状である、請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記吐出領域のロータ室内壁は、少なくとも２個の円弧部が連続して接続された形状である、請求項２に記載のベーンポンプ。
4. 前記ロータの径方向における前記ロータ室内壁と前記ロータの前記外周端との距離は、前記ロータの周方向の位置によって異なっており、
   前記ロータ室は、前記距離が前記ロータの回転方向に向かって増加し、前記吸入口が開口している吸入領域と、前記距離が前記ロータの回転方向に向かって減少し、前記吐出口が開口している吐出領域と、前記ロータの回転方向に向かって、前記吸入領域から前記吐出領域へと移行する第１移行領域と、前記吐出領域から前記吸入領域へと移行する第２移行領域と、をさらに有しており、
   前記第１移行領域のロータ室内壁は、第１円弧部を有しており、前記第２移行領域のロータ室内壁は、第２円弧部を有しており、
   前記第１円弧部の中心と、前記第２円弧部の中心は、前記ロータの回転の中心と一致する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーンポンプ。
5. 前記吸入領域のロータ室内壁は、前記ロータの回転方向に向かって、第３円弧部と、第４円弧部と、第５円弧部とが連続して接続された形状を有しており、
   前記吐出領域のロータ室内壁は、前記ロータの回転方向に向かって、第６円弧部と、第７円弧部とが連続して接続された形状を有しており、
   前記第１円弧部は、前記第５円弧部と前記第６円弧部に直接的に接続されており、
   前記第２円弧部は、前記第７円弧部と前記第３円弧部に直接的に接続されており、
   前記第３円弧部の半径及び前記第７円弧部の半径は、前記第１円弧部の半径よりも大きく、前記第５円弧部の半径及び前記第６円弧部の半径は、前記第２円弧部の半径よりも小さく、前記第４円弧部の半径は、前記第３円弧部の半径よりも小さく、前記第５円弧部の半径よりも大きい、請求項４に記載のベーンポンプ。
6. 前記複数のベーンのそれぞれの外形は円柱であり、前記ベーンの軸方向と前記ロータの軸方向は平行である、請求項１〜５に記載のベーンポンプ。
7. 前記複数のベーンのそれぞれは、前記ベーンの軸方向における両端面のうち、少なくとも一方の端面に、前記一方の端面から前記ベーンの軸方向に延びる凹部を有しており、
   前記凹部は、前記ベーンの前記両端面を貫通していない、請求項６に記載のベーンポンプ。