JP2017227184A - リードバルブおよびベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】閉弁状態においてバルブが弁孔から浮きにくいリードバルブおよびベーンポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】リードバルブ５は、シート部材２とバルブ５０とストッパ５１と締結部材５２とを備える。バルブ５０がシート部材２の弁孔２０１ａを閉じている状態を閉弁状態、バルブ５０がシート部材２に組み付けられていない状態を組付前状態とする。シート部材２の第一シート面２０１ｃの形状と、組付前状態におけるバルブ５０の第二シート面５０１ｃの形状と、は異なっている。閉弁状態において、第二シート面５０１ｃは、第一シート面２０１ｃに弾接し弁孔２０１ａを封止している。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体の逆流を規制するリードバルブ、および当該リードバルブを備えるベーンポンプに関する。

ベーンポンプのハウジングの内部には、ポンプ室が区画されている。ポンプ室は、排出孔を介して、ハウジングの外部に連通している。排出孔には、リードバルブが取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。リードバルブは、バルブとストッパとボルトとを備えている。バルブは、排出孔を外側から開閉可能に覆っている。

特開２０１２−６７７３０号公報

閉弁状態においては、本来、バルブは排出孔に着座している。閉弁状態において、バルブが排出孔から浮きやすいと、排出孔を介して、ポンプ室からハウジングの外部に、気体が漏出するおそれがある。そこで、本発明は、閉弁状態においてバルブが弁孔から浮きにくいリードバルブおよびベーンポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のリードバルブは、弁孔が開設された第一シート面を有するシート部材と、前記シート部材の外側に配置され、前記第一シート面に対向し前記弁孔を開閉可能に覆う第二シート面を有するバルブと、前記バルブの前記外側に配置されるストッパと、前記ストッパおよび前記バルブを前記シート部材に締結する締結部材と、を備えるリードバルブであって、前記バルブが前記弁孔を閉じている状態を閉弁状態、前記バルブが前記シート部材に組み付けられていない状態を組付前状態として、前記第一シート面の形状と、前記組付前状態における前記第二シート面の形状と、は異なり、前記閉弁状態において、前記第二シート面は、前記第一シート面に弾接し前記弁孔を封止していることを特徴とする。

また、本発明のベーンポンプは、上記リードバルブと、内部にポンプ室を区画するハウジングと、を備え、前記シート部材は前記ハウジングであり、前記弁孔は前記ポンプ室に連通する排出孔であることを特徴とする。

第一シート面の形状と、組付前状態における第二シート面の形状と、は異なっている。このため、バルブをシート部材に組み付けることにより、バルブは弾性変形する。したがって、閉弁状態のバルブは、弾性力（組付前状態に復元しようとする力）を有している。本発明のリードバルブおよびベーンポンプによると、当該弾性力により、閉弁状態において、第二シート面を第一シート面に弾接させることができる。このため、閉弁状態において、バルブが弁孔から浮くのを抑制することができる。なお、「組付前状態」には、バルブがシート部材に一度も組み付けられていない状態や、組付後のバルブをシート部材から取り外した状態が含まれる。

第一実施形態のベーンポンプの斜視分解図である。 同ベーンポンプの透過右面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図である。 第一実施形態のリードバルブの分解図である。 第二実施形態のリードバルブの分解図である。 その他の実施形態（その１）のリードバルブの分解図である。 （ａ）〜（ｄ）は、その他の実施形態（その２〜その５）のリードバルブのバルブの組付前状態における長手方向断面図である。

以下、本発明のリードバルブおよびベーンポンプの実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
図１に、本実施形態のベーンポンプの斜視分解図を示す。図２に、同ベーンポンプの透過右面図を示す。

［ベーンポンプの構成］
まず、本実施形態のベーンポンプの構成について説明する。図１、図２に示すように、ベーンポンプ１は、ロータ３と、ベーン４と、リードバルブ（逆止弁）５と、を備えている。リードバルブ５は、ハウジング２と、後述するバルブ（バルブリードバルブ）５０と、ストッパ（ストッパリードバルブ）５１と、締結部材５２と、を備えている。

（ハウジング２）
ハウジング２は、エンジン（図略）の側面に固定されている。ハウジング２は、ハウジング本体２０と、端板２１と、ポンプ室Ｐと、を備えている。ハウジング本体２０は、有底楕円筒状を呈している。ハウジング本体２０は、周壁部２００と、底壁部２０１と、外筒部２０２と、内筒部２０３と、を備えている。

周壁部２００は、楕円筒状を呈している。底壁部２０１は、周壁部２００の右端（軸方向一端）に配置されている。底壁部２０１の右面（外面）には、第一シート面２０１ｃが配置されている。前側から見て、第一シート面２０１ｃは、左上−右下方向に、曲線状に緩やかに傾斜している。第一シート面２０１ｃは、固定孔２０１ｂと排出孔２０１ａとを備えている。排出孔２０１ａは、固定孔２０１ｂの下側に配置されている。排出孔２０１ａは、底壁部２０１を左右方向に貫通している。排出孔２０１ａは、後述するバルブ５０により、右側（外側）から開閉可能である。外筒部２０２は、矩形枠状を呈している。外筒部２０２は、底壁部２０１の右面（外面）に配置されている。外筒部２０２は、エンジンのカムキャリア（図略）の窓部に取り付けられる。内筒部２０３は、円形枠状を呈している。内筒部２０３は、外筒部２０２の枠内側に収容されている。第一シート面２０１ｃは、外筒部２０２の枠内側かつ内筒部２０３の枠外側に、配置されている。

図２に透過して示すように、ポンプ室Ｐは、ハウジング２の内部に区画されている。左側または右側（以下、「左側（内側）または右側（外側）」を「左右方向」と称す）から見て、ポンプ室Ｐは、楕円形状を呈している。ポンプ室Ｐには、吸気通路（図略）を介して、ブレーキ装置の倍力装置（図略）が連通している。ポンプ室Ｐは、排出孔２０１ａを介して、ポンプ室Ｐの外部と連通している。なお、排出孔２０１ａは、ポンプ室Ｐの正回転方向（図２における反時計回り方向）の端部に配置されている。

（ロータ３、ベーン４）
図２に透過して示すように、ロータ３は、ロータ本体３０と、軸部３１と、を備えている。ロータ本体３０は、左側に開口する有底円筒状を呈している。ロータ本体３０は、一対のロータ溝部３００を備えている。軸部３１は、ロータ本体３０の右側に連なっている。軸部３１は、内筒部２０３に収容されている。軸部３１は、カップリング（図略）および給油ジョイント（図略）を介して、エンジンのカムシャフト（図略）に連結されている。軸部３１すなわちロータ３は、自身の軸周りに回転可能である。

ベーン４は、矩形板状を呈している。ベーン４は、ポンプ室Ｐに収容されている。ベーン４は、ロータ３と共に回転可能である。ベーン４は、一対のロータ溝部３００に沿って直径方向に往復動可能である。ベーン４は、回転角度に応じて、ポンプ室Ｐを複数の作動室に区画可能である。

（リードバルブ５）
図３に、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向断面図を示す。なお、図３に示すリードバルブ５は閉弁状態（バルブ５０が排出孔２０１ａを閉じている状態。詳しくは、第二シート面５０１ｃが第一シート面２０１ｃに全面的に面接触し、自由部５０１ａが排出孔２０１ａを閉じている状態）である。図１〜図３に示すように、リードバルブ５は、前述のハウジング２と、バルブ５０と、ストッパ５１と、締結部材５２と、を備えている。バルブ５０およびストッパ５１は、締結部材５２により、底壁部２０１に固定されている。バルブ５０およびストッパ５１は、外筒部２０２の枠内側かつ内筒部２０３の枠外側に配置されている。

バルブ５０は、金属製であって板状を呈している。バルブ５０は、弾性変形可能である。バルブ５０は、被締結部５００と、自由部５０１ａと、を備えている。被締結部５００には、バルブ側挿通孔５０３が穿設されている。自由部５０１ａは、被締結部５００の下側に連なっている。自由部５０１ａは、排出孔２０１ａを、右側（外側）から開閉可能に覆っている。バルブ５０の左面（内面）には、第二シート面５０１ｃが配置されている。

ストッパ５１は、バルブ５０を右側（外側）から支持している。ストッパ５１は、金属製であって板状を呈している。ストッパ５１は、バルブ５０よりも板厚が大きい。つまり、ストッパ５１は、バルブ５０よりも剛性が高い。このため、ストッパ５１は、バルブ５０よりも、弾性変形しにくい。

ストッパ５１は、被締結部５１０と、規制部５１１ａと、を備えている。被締結部５１０には、ストッパ側挿通孔５１３が穿設されている。図３に示すように、被締結部５１０は、被締結部５００に当接している。規制部５１１ａは、被締結部５１０から、右下側に湾曲して延在している。図３に示す閉弁状態において、規制部５１１ａは、自由部５０１ａの右面から離間している。規制部５１１ａにより、ストッパ５１は、開弁状態（図３に点線で示す）におけるバルブ５０の開弁量（自由部５０１ａの弾性変形量）を規制している。すなわち、自由部５０１ａは、右側の規制部５１１ａと左側の底壁部２０１との間で、弾性変形可能である。閉弁状態において、第二シート面５０１ｃは、第一シート面２０１ｃに、全面的に面接触している。第二シート面５０１ｃは、排出孔２０１ａを封止している。一方、開弁状態において、第二シート面５０１ｃの一部（自由部５０１ａに対応する部分）は、第一シート面２０１ｃから離間している。

締結部材５２は、スクリューである。締結部材５２は、頭部５２０と、軸部５２１と、を備えている。頭部５２０は、被締結部５１０に当接している。頭部５２０は、被締結部５１０に、押圧力（軸力）を加えている。軸部５２１は、頭部５２０の左側に連なっている。軸部５２１は、頭部５２０よりも小径である。軸部５２１は、ストッパ側挿通孔５１３、バルブ側挿通孔５０３を貫通し、固定孔２０１ｂに螺着されている。

図４に、本実施形態のリードバルブの分解図を示す。なお、図４に示すリードバルブは組付前状態（バルブ５０がハウジング２に組み付けられていない状態、つまりバルブ５０が弾性変形していない自然状態）である。また、図４は図３に対応している。

図３に示す閉弁状態において、前側から見て、第二シート面５０１ｃは、第一シート面２０１ｃの傾斜に倣って、左上−右下方向に、曲線状に緩やかに傾斜している。すなわち、第二シート面５０１ｃは、曲面状を呈している。並びに、バルブ５０は、曲板状を呈している。

締結部材５２の軸部５２１の軸方向（左右方向）Ｄにおける、バルブ側挿通孔５０３の左側開口の径方向中心Ａと、第二シート面５０１ｃの下端（自由部５０１ａ側の端。先端）Ｂと、の間の距離を軸方向距離Ｌとする。閉弁状態において、径方向中心Ａに対して、下端Ｂは右側にずれている。閉弁状態における軸方向距離ＬはΔＬ（ΔＬは０以外の任意量）である。一方、図４に示す組付前状態において、第二シート面５０１ｃは平面状を呈している。組付前状態において、径方向中心Ａと下端Ｂとは、左右方向にずれていない。すなわち、組付前状態における軸方向距離Ｌは０である。このように、閉弁状態と組付前状態とを比較すると、軸方向距離Ｌが異なっている。言い換えると、閉弁状態のバルブ５０の方が、組付前状態のバルブ５０よりも、バルブ５０の右側に曲率中心Ｏ（図３参照）を設定した場合の曲率（詳しくは、第二シート面５０１ｃの曲率）が大きくなっている。なお、図３に示す曲率中心Ｏの位置は観念的なものであり、実際の位置はさらに右側である。

［ベーンポンプの動き］
次に、本実施形態のベーンポンプの動きについて説明する。ベーン４は、図２における反時計回り方向に回転する。ベーン４の回転に伴って、ポンプ室Ｐに区画された複数の作動室の容積は、拡縮変化する。空気や潤滑油は、排出孔２０１ａを介して、作動室から外部に排出される。バルブ５０の自由部５０１ａ（図１参照）には、左側（内側）から圧縮された作動室の圧力が、右側（外側）から外部の圧力が、加わる。また、図３、図４に示すように、バルブ５０には、組付に伴う弾性力が蓄積されている。当該弾性力は、自由部５０１ａを、左側（第一シート面２０１ｃ側）に付勢している。

作動室の圧力が、外部からの圧力および自由部５０１ａの弾性力を上回ると、図３に実線で示す閉弁状態から、図３に点線で示す開弁状態に、自由部５０１ａが切り替わる。そして、排出孔２０１ａを介して、作動室から外部に空気や潤滑油が排出される。排出により、作動室の圧力が、外部からの圧力および自由部５０１ａの弾性力を下回ると、開弁状態から閉弁状態に、再び自由部５０１ａが切り替わる。

［作用効果］
次に、本実施形態のリードバルブおよびベーンポンプの作用効果について説明する。図４に示すように、第一シート面２０１ｃは曲面状を呈している。一方、組付前状態における第二シート面５０１ｃは、平面状を呈している。このため、バルブ５０を底壁部２０１に組み付けることにより、バルブ５０は、平板状から曲板状に、弾性変形する。具体的には、バルブ５０（第二シート面５０１ｃ）の曲率が大きくなる（曲がりがきつくなる）。したがって、図３に示す閉弁状態のバルブ５０は、弾性力（図４に示す組付前状態に復元しようとする力）を有している。本実施形態のリードバルブ５によると、当該弾性力により、閉弁状態において、第二シート面５０１ｃを、第一シート面２０１ｃ（排出孔２０１ａの右側の開口縁）に弾接させることができる。このため、本実施形態のリードバルブ５およびベーンポンプ１によると、閉弁状態において、バルブ５０が排出孔２０１ａから浮くのを抑制することができる。

また、図３に示すように、前側から見て、第一シート面２０１ｃは、左上−右下方向に、曲線状に緩やかに傾斜している。すなわち、第一シート面２０１ｃは、固定孔２０１ｂから排出孔２０１ａに向かって右側に反り上がる曲面状を呈している。このため、図４に示すように、形状設定の簡単な平板状のバルブ５０であっても、バルブ５０を底壁部２０１に組み付けるだけで、バルブ５０に弾性力を発生させることができる。

また、図３に示すように、第一シート面２０１ｃは曲面状を呈している。このため、図３に示す閉弁状態において、バルブ５０も曲板状を呈している。したがって、図４に示す組付前状態に対してバルブ５０が弾性変形しているにもかかわらず、バルブ５０の特定の部位に局所的に応力が集中しにくい。

＜第二実施形態＞
本実施形態のリードバルブおよびベーンポンプと、第一実施形態のリードバルブおよびベーンポンプとの相違点は、第一シート面が平面状を呈している点である。並びに、組付前状態における第二シート面が曲面状を呈している点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。

図５に、本実施形態のリードバルブの分解図を示す。なお、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。図５に示すリードバルブは組付前状態である。図５に実線で示すように、前側から見て、組付前状態において、バルブ５０は、右上−左下方向に、曲線状に緩やかに傾斜している。すなわち、バルブ５０は、曲板状を呈している。一方、図５に点線で示すように、前側から見て、閉弁状態（図３参照）において、バルブ５０は、第一シート面２０１ｃに倣って、直線状を呈している。すなわち、バルブ５０は、平板状を呈している。

組付前状態において、径方向中心Ａに対して、下端Ｂは左側にずれている。組付前状態における軸方向距離ＬはΔＬ（ΔＬは０以外の任意量）である。一方、閉弁状態において、径方向中心Ａと下端Ｂとは、左右方向にずれていない。すなわち、閉弁状態における軸方向距離Ｌは０である。このように、閉弁状態と組付前状態とを比較すると、軸方向距離Ｌが異なっている。

言い換えると、閉弁状態のバルブ５０（第一シート面２０１ｃ）の方が、組付前状態のバルブ５０よりも、バルブ５０の左側に曲率中心Ｏを設定した場合の曲率が小さくなっている。すなわち、閉弁状態のバルブ５０の方が、組付前状態のバルブ５０よりも、バルブ５０の右側に曲率中心Ｏを設定した場合の曲率が大きくなっている（この場合、組付前状態のバルブ５０の曲率は−なので、組付により曲率は−から０に変化する）。なお、図５に示す曲率中心Ｏの位置は観念的なものであり、実際の位置はさらに左側である。

本実施形態のリードバルブおよびベーンポンプと、第一実施形態のリードバルブおよびベーンポンプとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態のリードバルブ５のように、第一シート面２０１ｃが平面状、組付前状態におけるバルブ５０の第二シート面５０１ｃが曲面状を呈している場合であっても、閉弁状態において、バルブ５０の弾性力により、第二シート面５０１ｃを第一シート面２０１ｃに弾接させることができる。

＜その他＞
以上、本発明のリードバルブおよびベーンポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図６に、その他の実施形態（その１）のリードバルブの分解図を示す。なお、図４と対応する部位については、同じ符号で示す。図６に示すリードバルブは組付前状態である。本実施形態のリードバルブ５のように、締結部材５２の軸部５２１の軸方向Ｄと、排出孔２０１ａの孔軸方向Ｅと、が異なっていてもよい。

図７（ａ）〜図７（ｄ）に、その他の実施形態（その２〜その５）のリードバルブのバルブの組付前状態における長手方向断面図を示す。なお、図５と対応する部位については、同じ符号で示す。図７（ａ）に示すように、組付前状態において、第二シート面５０１ｃの下端（先端）付近だけが、湾曲していてもよい。図７（ｂ）に示すように、組付前状態において、第二シート面５０１ｃの中間部分（自由部５０１ａの上側部分）だけが、湾曲していてもよい。図７（ｃ）に示すように、組付前状態において、左右方向から見て、頭部５２０と重複するように、バルブ５０の曲率中心Ｏを設定してもよい。こうすると、頭部５２０から自由部５０１ａに軸力が伝わりやすい。このため、閉弁状態において、バルブ５０が排出孔２０１ａから浮くのを抑制することができる。図７（ｄ）に示すように、被締結部５００と自由部５０１ａとが屈折して連なっていてもよい。すなわち、第二シート面５０１ｃが折れ面状を呈していてもよい。また、図７（ｄ）に示すように、実線で示す組付前状態と点線で示す閉弁状態（図５参照）とで、自由部５０１ａ自体の形状が変形しなくてもよい。すなわち、組付前状態と閉弁状態とで、被締結部５００に対する自由部５０１ａの連結角度が変わるだけでもよい。この場合であっても、閉弁状態において、バルブ５０が排出孔２０１ａから浮くのを抑制することができる。

また、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す第二シート面５０１ｃの形状に対して、左右対称の形状を、図５に示す第一シート面２０１ｃに付与してもよい。この場合、バルブ５０は、例えば平板状であってもよい。このように、第一シート面２０１ｃの形状（閉弁状態における第二シート面５０１ｃの形状）と、組付前状態における第二シート面５０１ｃの形状と、が異なっていればよい。かつ、閉弁状態において、バルブ５０の組付に伴う弾性力により、第二シート面５０１ｃが第一シート面２０１ｃに弾接していればよい。並びに、閉弁状態において、第二シート面５０１ｃが排出孔２０１ａを封止していればよい。

図３に示す締結部材５２の頭部５２０の左面は、ストッパ５１の被締結部５１０の右面に、全面的に当接していなくてもよい。例えば、頭部５２０の左面のうち、下側部分（軸部５２１の中心軸よりも自由部５０１ａ側の部分）だけが、被締結部５１０の右面に、片当たりしていてもよい。

リードバルブ５は、ベーンポンプ１から独立して実施可能である。すなわち、バルブ５０およびストッパ５１を、ベーンポンプ１のハウジング２以外のシート部材に配置することも可能である。例えば、流体により作動する機械（他のポンプ、コンプレッサ、ブロワなど）、配管などに、リードバルブ５を組み込んでもよい。

１：ベーンポンプ、２：ハウジング、２０：ハウジング本体、２００：周壁部、２０１：底壁部、２０１ａ：排出孔、２０１ｂ：固定孔、２０１ｃ：第一シート面、２０２：外筒部、２０３：内筒部、２１：端板、３：ロータ、３０：ロータ本体、３００：ロータ溝部、３１：軸部、４：ベーン、５：リードバルブ、５０：バルブ、５００：被締結部、５０１ａ：自由部、５０１ｃ：第二シート面、５０３：バルブ側挿通孔、５１：ストッパ、５１０：被締結部、５１１ａ：規制部、５１３：ストッパ側挿通孔、５２：締結部材、５２０：頭部、５２１：軸部、Ａ：径方向中心、Ｂ：下端、Ｄ：軸方向、Ｅ：孔軸方向、Ｆ：積層方向、Ｇ：径方向内側部分、Ｈ：径方向外側部分、Ｌ：軸方向距離、Ｏ：曲率中心、Ｐ：ポンプ室、θ：傾斜角度

Claims (4)

1. 弁孔が開設された第一シート面を有するシート部材と、
   前記シート部材の外側に配置され、前記第一シート面に対向し前記弁孔を開閉可能に覆う第二シート面を有するバルブと、
   前記バルブの前記外側に配置されるストッパと、
   前記ストッパおよび前記バルブを前記シート部材に締結する締結部材と、
   を備えるリードバルブであって、
   前記バルブが前記弁孔を閉じている状態を閉弁状態、前記バルブが前記シート部材に組み付けられていない状態を組付前状態として、
   前記第一シート面の形状と、前記組付前状態における前記第二シート面の形状と、は異なり、
   前記閉弁状態において、前記第二シート面は、前記第一シート面に弾接し前記弁孔を封止していることを特徴とするリードバルブ。
2. 前記第一シート面には、固定孔が開設され、
   前記第二シート面には、バルブ側挿通孔が開設され、
   前記ストッパには、ストッパ側挿通孔が開設され、
   前記締結部材は、前記外側から内側に向かって、前記ストッパ側挿通孔および前記バルブ側挿通孔に挿通され、前記固定孔に固定され、
   前記締結部材の軸方向における、前記バルブの前記バルブ側挿通孔と、前記バルブの前記弁孔側の端と、の間の距離を軸方向距離として、
   前記閉弁状態と前記組付前状態とにおいて前記軸方向距離が異なる請求項１に記載のリードバルブ。
3. 前記第一シート面は、前記固定孔から前記弁孔に向かって反り上がる曲面状を呈し、
   前記組付前状態の前記第二シート面は、平面状を呈している請求項２に記載のリードバルブ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリードバルブと、内部にポンプ室を区画するハウジングと、を備え、前記シート部材は前記ハウジングであり、前記弁孔は前記ポンプ室に連通する排出孔であるベーンポンプ。

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