JP2016151257A

JP2016151257A - バキュームポンプ

Info

Publication number: JP2016151257A
Application number: JP2015030628A
Authority: JP
Inventors: 諭池田; Satoshi Ikeda
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-22

Abstract

【課題】ベーンに取付けられるキャップのじん性を確保しつつ素材コストを抑制することを可能とするバキュームポンプを提供する。【解決手段】ベーンポンプ１は、内部にポンプ室２Ａを有するハウジング２と、ポンプ室２Ａ内に配置されるとともにロータ３によって回転されてポンプ室２Ａを複数の作動空間に区画するベーン４と、ポンプ室２Ａの内周面２３と摺動する摺動面４１ａが形成されてベーン４の先端に取付けられるキャップ４１と、を有し、キャップ４１は、炭素繊維ＣＦを含有するポリアミド系樹脂で形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジン本体に取り付けるバキュームポンプの技術に関する。

従来、自動車用の真空ポンプとして使用されるベーン式のバキュームポンプが知られている。
従来のバキュームポンプにおいては、ハウジングのポンプ室で回転するロータの摺動部分に潤滑油を供給するように構成されており、摺動部分を潤滑した後の潤滑油はロータの回転に伴って、気体とともに排出通路からポンプ室の外部へ排出されるようになっている。

上記バキュームポンプのベーンには、回転時にポンプ室の内周面と摺動するキャップが取り付けられる。そして、ベーンが回転する際にキャップをハウジングに押し付けて、ハウジングの壁面とベーンとの間をシールするように構成される（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特許第４１６５６０８号公報特開２００４−２６３６９０号公報

上記従来技術に記載のバキュームポンプのベーンに取付けられるキャップにおいては、その素材としてＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）と呼ばれる半結晶性熱可塑性樹脂が用いられることが多い。しかし、ＰＥＥＫは耐熱性及び摺動性に優れるものの、じん性が低いという問題点があった。また、ＰＥＥＫは高価であるため、素材コストが肥大化するという問題点があった。即ち、バキュームポンプのキャップにおいては、そのじん性を確保しつつ素材コストを抑制することが求められていた。

そこで、本発明は係る課題に鑑み、ベーンに取付けられるキャップのじん性を確保しつつ素材コストを抑制することを可能とするバキュームポンプを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、内部にポンプ室を有するハウジングと、前記ポンプ室内に配置されるとともにロータによって回転されて前記ポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンと、前記ポンプ室の内周面と摺動する摺動面が回転軸方向視で円弧形状に形成されて前記ベーンの先端に取付けられるキャップと、を有するバキュームポンプにおいて、前記キャップは、炭素繊維を含有するポリアミド系樹脂で形成されるものである。

請求項２においては、前記キャップに含有される炭素繊維の質量パーセント濃度が１０％以上３０％以下とされるものである。

請求項３においては、前記キャップの摺動面は、曲率半径が８ｍｍで形成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

すなわち、本発明に係るバキュームポンプによれば、ベーンに取付けられるキャップのじん性を確保しつつ素材コストを抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係るバキュームポンプを示す断面図。図１におけるＡ−Ａ線断面図。ベーンの回転角度を示した図。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、キャップの摺動面及び座面の摩耗量を示した図。キャップのＲ形状と各素材の限界線との関係を示した図。

以下、本発明のバキュームポンプの一実施形態に係るベーンポンプ１を、図１から図５を用いて説明する。
ベーンポンプ１は図示しないエンジンルームの側面に固定されており、例えば、図示しないブレーキ倍力装置の負圧源として機能するようになっている。
ベーンポンプ１は、略円形のポンプ室２Ａを有する段付円筒状のハウジング２と、ポンプ室２Ａ内に配置されるとともにポンプ室２Ａの中心に対して軸心を偏心させて配置されたロータ３と、ポンプ室２Ａ内に配置されるとともにロータ３とともに矢印方向に回転されてポンプ室２Ａ内を常時複数の作動空間に区画するベーン４と、ハウジング２における大径部２Ｂの開口、すなわちポンプ室２Ａの一端開口を閉鎖するカバー５とを備えている。

ハウジング２は、その内部がポンプ室２Ａとなる大径部２Ｂと、大径部２Ｂの端面の隣接位置に形成された小径部２Ｃと、小径部２Ｃの開口部を閉塞する蓋部２Ｄと、を備えており、小径部２Ｃの内周面によってロータ３を回転自在に軸支している。ハウジング２の大径部２Ｂには、前記ブレーキ倍力装置からポンプ室２Ａへ気体（空気）を吸引するための吸引通路６が設けられおり、この吸引通路６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ている。

また、図１及び図２における小径部２Ｃ及び蓋部２Ｄの下部には、ポンプ室２Ａから小径部２Ｃ、蓋部２Ｄの外部までを連通する軸方向の貫通孔が穿設されている。そして、この貫通孔が、ポンプ室２Ａからハウジング２の外部へ気体を排出するための排出通路７となっている。つまり、蓋部２Ｄにおける貫通孔の端部が、排出通路７の排出側出口として形成されている。

図２に示す如く、排出通路７の排出側出口は、弾性を有する薄板状のリードバルブ２２によって開閉可能に覆われている。具体的には、剛性の高い板状のストッパ２１がリードバルブ２２と重なって配設され、締結具であるボルト等によってリードバルブ２２及びストッパ２１がハウジング２の蓋部２Ｄ及び小径部２Ｃ（以下、単に「小径部２Ｃ」と記載する）に固定される。リードバルブ２２及びストッパ２１は、小径部２Ｃの外周面に沿った円弧状に構成されている。

ポンプ室２Ａ内となるロータ３の軸方向の一端には直径方向のガイド溝３Ａが形成されており、このガイド溝３Ａに板状のベーン４が直径方向に摺動自在に取り付けられている。ベーン４の両先端にはそれぞれ、ポンプ室２Ａの内周面２３と摺動するキャップ４１が取り付けられている。キャップ４１の先端部分には回転軸方向視（図１及び図３における紙面の直交方向視）で円弧形状に摺動面４１ａが形成されている。キャップ４１とベーン４とは、座面４１ｂで当接している。そして、図３に示すように、ロータ３とベーン４が矢印方向に回転される際には、両キャップ４１における摺動面４１ａがポンプ室２Ａの内周面２３と気密を保持して摺動するとともに、ベーン４の軸方向の両端面４Ｂ、４Ｂはカバー５の内壁面およびポンプ室２Ａの内壁面と摺動し、かつ、ロータ３の外周面の一部がポンプ室２Ａの内周面２３と接触した状態に維持される。それによって、ポンプ室２Ａ内が拡縮可能な作動空間として区画されるようになっている。図３に示すように、キャップ４１はポンプ室２Ａの内周面２３に最も近付く位置を回転角度α＝０度とし、ロータ３の回転軸方向視で反時計回りに回転角度αが増加するものとする。本実施形態において、キャップ４１の摺動方向とは、ロータ３の半径方向と直交する方向とする。

また、ロータ３の他端側の軸部とハウジング２の内周面とにわたっては、ポンプ室２Ａの内部に潤滑油を供給するための給油通路１１が形成されている。給油通路１１は、ロータ３の軸部に穿設されるとともに給油パイプ１２が接続される軸方向孔３Ｂと、軸方向孔３Ｂの他端から連続する直径方向孔３Ｃと、さらに、ロータ３が矢印方向に回転される際に直径方向孔３Ｃと間欠的に連通するハウジング２の軸方向溝２Ｆとから構成されている。

そして、エンジンが駆動されると、エンジンの駆動に連動してロータ３およびベーン４が図１の矢印方向に回転されるので、各作動空間の容積が拡縮される。これにともなって吸引通路６を介して各作動空間内へ前記ブレーキ倍力装置内の気体（空気）が吸引されるとともに、各作動空間内の気体が排出通路７を介してポンプ室２Ａの外部である前記エンジンルーム内へ排出されるようになっている。また、このようにロータ３とベーン４が回転される作動時には、給油通路１１を介してポンプ室２Ａ内とベーン４の摺動部分に潤滑油が供給されるようになっている。そして、ポンプ室２Ａ内に流入した潤滑油はポンプ室２Ａ内の下部に一次貯溜された後に、回転されるベーン４とそのキャップ４１によって移動されてから排出通路７を流通する。そして、排出側出口から、リードバルブ２２の開放時にポンプ室２Ａの外部である前記エンジンルーム内へ排出されるようになっている。

上記の如く、ベーン４はロータ３のガイド溝３Ａにおいて摺動自在に取付けられているため、ロータ３とベーン４とが回転される作動時には、ロータ３の中心に対してベーン４の重心（長手方向の中心部分）が位置する側のキャップ４１にベーン４の荷重が大きく加わることになる。つまり、図３において回転角度α＝９０度を超えてから、回転角度α＝２７０度となるまで、ベーン４の過半部分がロータ３から延出されている側のキャップ４１で摺動面４１ａに加わる荷重として、所定の値よりも大きい高荷重が加わることとなる。

本実施形態において、キャップ４１は、炭素繊維ＣＦ（Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）を含有する、ナイロン６６（ＰＡ６６）等のポリアミド系樹脂で形成される。ナイロン材はＰＥＥＫと異なり、一般材で安価であるため、素材コストを抑制することが可能となる。また、ナイロン材は高温になると、じん性が大幅に向上するという特性を有している。即ち、本実施形態に係るベーンポンプ１において、そのじん性を確保しつつ素材コストを抑制することが可能となるのである。ナイロン材は吸水しやすいため、寸法変化と強度低下が懸念されるが、ベーンポンプ１の内部はほぼ真空となって水分は気化するために上記のような悪影響を受けることはない。

また、本実施形態においてキャップ４１は、炭素繊維ＣＦを含有するナイロン６６（ＰＡ６６）で形成されている。本願出願人は、キャップ４１に含まれる炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度を変更して、キャップ４１の耐久性試験を行った。図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、耐久性試験におけるキャップ４１の耐久時間と、摺動面４１ａ及び座面４１ｂの摩耗量との関係を示した図である。

図４（ａ）に示す如く、キャップ４１の摺動面４１ａにおいては、キャップ４１に含まれる炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度が２０％の場合に、１０％及び３０％の場合と比較して耐久性の向上がみられた。具体的には、耐久時間の増加に伴う摺動面４１ａの摩耗量について、炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度が２０％の場合が最も少なくなった。また、図４（ｂ）に示す如く、キャップ４１の座面４１ｂにおいては、キャップ４１に含まれる炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度が２０％の場合に、１０％及び３０％の場合と比較して耐久性の向上がみられた。具体的には、耐久時間の増加に伴う座面４１ｂの摩耗量について、炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度が２０％の場合が最も少なくなった。上記の耐久性試験の結果より、キャップ４１に含まれる炭素繊維ＣＦの質量パーセント濃度は、１０％以上３０％以下とすることが好ましい。

図５は、各素材をキャップ４１として用いた場合の、キャップ４１の回転速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）と摺動面４１ａに加わる圧力Ｐ（Ｎ／ｍｍ^２）との限界値を示した限界線と、キャップ４１の摺動面４１ａにおけるＲ形状（曲率半径Ｒ）と、の関係を示した図である。図５に示す如く、キャップ４１がＰＥＥＫの場合、摺動面４１ａの曲率半径Ｒが４ｍｍ（Ｒ４）、６ｍｍ（Ｒ６）、８ｍｍ（Ｒ８）の何れも、回転数が中〜高の間で限界線（図５中に示す限界線２）以下となっている。一方、キャップ４１が炭素繊維ＣＦを２０％含有するナイロン６６（ＰＡ６６）の場合、回転数が中程度においては曲率半径Ｒが４ｍｍ（Ｒ４）、６ｍｍ（Ｒ６）、８ｍｍ（Ｒ８）の何れも限界線（図５中に示す限界線１）以下となるものの、回転数が高くなると、曲率半径Ｒが８ｍｍ（Ｒ８）の場合のみが限界線（同じく限界線１）以下となっている。このため、本実施形態におけるキャップ４１の摺動面４１ａは、曲率半径Ｒを８ｍｍで形成している。即ち、キャップ４１をＰＡ６６で形成した場合には限界線がＰＥＥＫよりも低くなるが、曲率半径Ｒを８ｍｍとすることにより、回転数が高い範囲でも限界線以下で使用可能としているのである。なお、図５に示す如く、回転数が中程度であれば限界線以下となるため、キャップ４１の曲率半径Ｒを４ｍｍ又は６ｍｍで形成しても差し支えない。

１ベーンポンプ（バキュームポンプ）
２ハウジング
２Ａポンプ室
４ベーン
２３内周面
４１キャップ
４１ａ摺動面
４１ｂ座面
ＣＦ炭素繊維

Claims

内部にポンプ室を有するハウジングと、前記ポンプ室内に配置されるとともにロータによって回転されて前記ポンプ室を複数の作動空間に区画するベーンと、前記ポンプ室の内周面と摺動する摺動面が回転軸方向視で円弧形状に形成されて前記ベーンの先端に取付けられるキャップと、を有するバキュームポンプにおいて、
前記キャップは、炭素繊維を含有するポリアミド系樹脂で形成される、
ことを特徴とする、バキュームポンプ。
前記キャップに含有される炭素繊維の質量パーセント濃度が１０％以上３０％以下とされる、
ことを特徴とする、請求項１に記載のバキュームポンプ。
前記キャップの摺動面は、曲率半径が８ｍｍで形成される、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のバキュームポンプ。