JP3849799B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明はベーンポンプに関し、詳しくはロータの回転によりポンプ室へと間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプに関する。

従来、略円形の内壁面が形成されたポンプ室を備えるハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転し、ポンプ室の内壁面の一部に摺接するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備えたベーンポンプが知られている。（特許文献１）
そして上記ロータ及びハウジングには、ロータの回転により間欠的にポンプ室に連通する給油通路が形成され、ポンプ室に形成された当該給油通路の連通口を介して間欠的に潤滑油を供給するようにし、上記連通口の位置を上記ハウジングにおけるポンプ室の中心とロータの回転中心とを結んだ中心線よりも吸気通路側に形成したベーンポンプが知られている。
特許第３１０７９０６号公報（特に図３）

ここで、上記潤滑油にはベーンとポンプ室とを潤滑するという効果のほかに、ベーンとポンプ室との間をシールして、ベーンによって区画された空間の気密を保っているが、エンジン始動時などポンプ室内に潤滑油が十分に供給されていない時には、このシールが十分に行われていないこととなる。
従来のベーンポンプの場合、上記連通口が中心線よりも吸気通路側に形成されていることから、上記ベーンが連通口を通過することで当該ベーンによって区画された空間が負圧となっても、潤滑油はベーンの回転方向に引きずられるような形でしかポンプ室内に流入しない。
このため、ベーンとポンプ室との間に潤滑油が供給されて、ベーンとポンプ室のシールが十分に行われるまでに相当な時間が必要となり、その間ベーンポンプ本来の性能を得ることができないという問題が生じていたこととなる。
このような問題に鑑み、本発明はエンジン始動時など、ポンプ室に対する潤滑油の供給量が少ない時であっても、速やかに本来の性能を発揮させることの可能なベーンポンプを提供するものである。

すなわち、本発明にかかるベーンポンプは、略円形の内壁面が形成されたポンプ室を備えるハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転し、ポンプ室の内壁面の一部に摺接するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備えたベーンポンプであって、
上記ハウジングには、ポンプ室の中心とロータの回転中心とを結んだ中心線によって区画された空間のうち、一方の空間に吸気通路が、他方の空間に排出通路がそれぞれ形成され、
さらにロータ及びハウジングには、ロータの回転により間欠的にポンプ室に連通する給油通路が形成され、ポンプ室に形成された当該給油通路の連通口を介して間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
上記給油通路の連通口を、上記ポンプ室内部における上記中心線よりも排出通路側の空間に形成するとともに、ベーンの回転方向上流側から見て排出通路の形成位置よりも後方に形成し、
当該連通口を上記ベーンが通過するのと同時に給油通路とポンプ室とを連通させるようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、排出通路を上記ベーンが通過する際、ポンプ室はベーンによって３つの空間に区画され、このうちロータがポンプ室に接している側の空間はロータによって上記中心線に対して吸気通路側の空間と、排出通路側の空間とに区画される。
このとき、上記ロータがポンプ室に接触している側であって中心線よりも吸気通路側となる空間は、上記吸気通路より気体を吸気することで負圧となっており、ロータがポンプ室に接触していない側の空間はベーンの回転によって容積が増大することで負圧となっている。
さらに、上記ロータがポンプ室に接触している側であって中心線よりも排出通路側の空間は、その容積を減少させながら上記排出通路より潤滑油及び気体を排出しているので、その内部は上記容積が増大して負圧となっている空間に対して高圧となっている。
このようにして、上記ベーンが排出通路を通過した後、連通口を通過する際においても、上記容積が増大して負圧となっている空間と、該空間に対して高圧となっている空間との間に差圧が生じているので、高圧となっている空間内の潤滑油はベーンとポンプ室との間隙等から、上記負圧の空間に噴出するようになる。
このとき、上記負圧の空間に噴出する潤滑油は、ベーンの回転方向に対して逆方向に噴出することとなるので、潤滑油は積極的にその次に連通口を通過しようとするベーンにぶつかる。
その結果、噴出された潤滑油によってベーンとポンプ室との間がシールされる事となるので、ポンプ室内に潤滑油が十分に供給されていない状態であっても、ベーンポンプ本来の性能を速やかに発揮させることが可能となる。

以下図示実施例について説明すると、図１ないし図３は本実施例についてのベーンポンプ１を示し、このベーンポンプ１は図示しない自動車のエンジンの側面に固定され、図示しないブレーキ装置の倍力装置に負圧を発生させるようになっている。
このベーンポンプ１は略円形のポンプ室２Ａの形成されたハウジング２と、ポンプ室２Ａの中心に対して偏心した位置でエンジンの駆動力によって回転するロータ３と、上記ロータ３によって回転し、ポンプ室２Ａを常に複数の空間に区画する中空状のベーン４と、上記ポンプ室２Ａを閉鎖するカバー５とを備えている。
上記ハウジング２には、ポンプ室２Ａの上方に上記ブレーキの倍力装置と連通して倍力装置からの気体を吸引するための吸気通路６と、ポンプ室２Ａの下方に倍力装置から吸引された気体および下記給油溝１３より給油された潤滑油を排出するための排出通路７とがそれぞれ設けられている。そして上記吸気通路６には、特にエンジン停止の際に倍力装置の負圧を保持するため、逆止弁８が設けられている。

図１について説明すると、上記ロータ３はポンプ室２Ａ内で回転する円筒状のロータ部３Ａを備え、当該ロータ部３Ａの外周はポンプ室２Ａの内壁面に接しており、さらにこのロータ部３Ａの中心とポンプ室２Ａの中心とを結ぶ中心線Ｌを挟んで、上記吸気通路６と排出通路７とが設けられている。
図１において、上記ロータ３は図示反時計方向に回転するようになっており、以下の説明において回転方向上流側とは、ロータ３の回転中心とポンプ室２Ａ
の任意の点とを結んだ線よりも時計方向側に隣接する空間のことを意味し、回転方向下流側とは、上記線よりも反時計方向側に隣接する空間のことを意味する。
またロータ部３Ａの中央には中空部３ａと、直径方向には溝９とが形成され、当該溝９内に沿って上記ベーン４をロータ３の軸方向と直交する方向に摺動自在に移動させるようになっている。
さらに、ベーン４の両端には先端が半円状に形成されたキャップ１０が設けられ、このキャップ１０の先端はポンプ室２Ａの内壁面に摺接するとともに、ベーン４とキャップ１０との間には若干の間隙が存在している。
上記ポンプ室２Ａには給油溝１３を介して潤滑油が供給されるようになっており、当該給油溝１３の連通口は上記排出通路７の形成位置よりもベーン４の回転方向下流側に形成されている。
このため、上記ベーン４は排出通路７を通過した後に給油溝１３を通過するようになっており、給油溝１３から給油された潤滑油がそのまま排出通路７より排出されないようになっている。
なお、図１ではベーン４が図示上下方向を向いた状態を示しており、以後説明のため、ポンプ室２Ａにおけるベーン４の図示右方側でロータ部３Ａの上方に位置する空間を第１空間Ａとし、ベーン４の左方側に位置する空間を第２空間Ｂとし、ベーン４の右方側であって、ロータ部３Ａの下方に位置する空間を第３空間Ｃとする。

図２は上記図１の状態でのＩＩ−ＩＩ部についての断面図を示しており、上記ハウジング２にはポンプ室２Ａに隣接して上記ロータ３を軸支する軸受部２Ｂが形成され、当該軸受部２Ｂの反対側にカバー５が設けられている。
次に上記ロータ３は上記軸受部２Ｂに軸支されて上記ロータ部３Ａを回転駆動する軸部３Ｂを備えており、当該軸部３Ｂは軸受部２Ｂより図示右方側に突出して、エンジンのカムシャフトによって回転駆動されるカップリング１１に連結されている。
そして、上記ロータ部３Ａおよびベーン４の図示左方側の端面は上記カバー５に摺接し、また上記ベーン４の右方側の端面はポンプ室２Ａの軸受部２Ｂ側の内面と摺接しながら回転するようになっている。
さらに、上記ロータ３に形成された溝９の底面９ａは、ポンプ室２Ａとベーン４とが摺接する面よりも若干軸部３Ｂ側に形成されており、ベーン４と当該底面９ａとの間には間隙が存在している。

そして上記軸部３Ｂには、その中央にエンジンからの潤滑油を流通させるとともに、給油通路を構成する油通路１２が形成されており、この油通路１２は所要位置から上記溝９と同一の方向に分岐して、当該軸部３Ｂの外周面に開口する分岐通路１２ａを備えている。
また上記軸受部２Ｂには、当該軸受部２Ｂの軸方向に形成されてポンプ室２Ａ内に連通口を形成する給油通路を構成する給油溝１３が形成されており、図１に示すようにこの給油溝１３のベーン４の回転方向に沿った幅は、ベーン４の幅以上となるように形成されている。
この構成によって、ロータ３の回転により分岐通路１２ａが給油溝１３に一致すると、油通路１２からの潤滑油が給油溝１３を介してポンプ室２Ａ内へと流入し、そのうちのおよそ半分が上記ベーン４と溝９の底面９ａとの間隙から、ロータ３の中空部３ａへと流入するようになっている。
さらに、残りの潤滑油はベーン４を回転させることで負圧になったポンプ室２Ａへ引き込まれ、上記ベーン４と溝９の底面９ａやキャップ１０との間隙を介してポンプ室２Ａ内に噴霧されるようになっている。

以上の構成から、本実施例にかかるベーンポンプ１の動作を説明すると、エンジンの作動によってカップリング１１を介してロータ３が図１の反時計方向に回転すると、それに伴ってロータ３の溝９内を往復動しながらベーン４が回転し、当該ベーン４によって区画されたポンプ室２Ａの空間はロータ３の回転に応じてその容積を変化させる。
具体的に説明すると、図３はロータ３の回転によってベーン４が上記給油溝１３を通過しようとしているときの状態を示している。
そして図１における第１空間Ａは、ロータ３の回転により、本図（図３）ではベーン４の左方に位置しており、図１における第２空間Ｂは、本図（図３）ではベーン４とロータ３の右下に位置している。
第１空間Ａは図１のときに比べてその容積が増大しており、あわせて上記吸気通路６を介して倍力装置から気体の吸引を行っていたため、当該第１空間Ａは負圧となる。
一方、第２空間Ｂは図１のときに比べてその容積が減少し、第２空間Ｂ内の気体とともに潤滑油も排出通路７より排出されるが、このとき排出通路７内の潤滑油を強制的に排除するため、第２空間Ｂ内の気体は圧縮されて第１空間Ａに対して高圧となる。
このように、図１から図３となる間に、上記第１空間Ａと第２空間Ｂとの間には差圧が生じることとなり、その結果ベーン４によって排出通路７より排除しきれなかった潤滑油は、上記差圧によってポンプ室２Ａとベーン４とキャップ１０とによるそれぞれの間隙から第１空間Ａへと噴霧される。

さらに、図３の状態では給油通路における分岐通路１２ａとロータ３の溝９との方向が同一となるので、図のようにベーン４と給油溝１３との位置が一致すれば、同時に分岐通路１２ａと給油溝１３も一致することとなる。
このように分岐通路１２ａと給油溝１３とが一致すると、給油溝１３からの潤滑油のおよそ半分はベーン４と溝９と底面９aとの間隙よりロータ３の中空部３ａ内に流入し、その後この潤滑油はロータ３の遠心力によってロータ内周面に沿うような形で上昇していき、カバー５とロータ３とベーン４との間のシールを行う。
他方、それ以外の潤滑油は、上記給油溝１３が図示下流側に設けられていることから、給油溝１３からの潤滑油はロータ部３Ａの下流側底部より第１空間Ａの負圧により、霧状となって第１空間Ａ内に噴出される。
つまり本実施例では、この第１空間Ａに対して、上述した第２空間Ｂから噴霧される潤滑油と、ロータ部３Ａの下流側底部より噴霧される潤滑油とにより、２段階で潤滑油が供給されるようになっている。
しかも、上記ロータ部３Ａの底面とポンプ室２Ａの底面との間隙、ベーン４と溝９と底面９ａとの間隙、ベーン４とキャップ１０との間隙から第１空間Ａ内に噴出した潤滑油は、それぞれベーン４の回転方向に対して反対方向に噴出することとなる。
このため、その後ロータ３の回転によって排出通路７に到達するベーン４にこれらの潤滑油が吹き付けられ、この潤滑油はベーン４とポンプ室２Ａとの間隙や、キャップ１０とポンプ室２Ａとの間隙に入り込むこととなる。

このように、潤滑油をベーン４の回転方向に対して積極的に逆方向に噴射させることで、特にエンジン始動時等、潤滑油がベーンポンプ１内に十分に行き渡っていないときには、この潤滑油は速やかにベーン４とポンプ室２Ａとの間隙や、キャップ１０とポンプ室２Ａとの間隙に行き渡るようになる。
そして上記潤滑油はベーンポンプ１内部の潤滑を行うほか、シールの役割も果たしており、潤滑油によってベーン４とポンプ室２Ａとの間隙等をシールすることにより、例えば第２空間Ｂと第１空間Ａとの間での気密が保たれることとなる。
このため、エンジン始動直後であっても速やかにベーンポンプ１本来の性能を発揮することが可能となる。

これに対し、従来のベーンポンプでは潤滑油の流入する方向がベーンの回転に追従する方向となっていたので、特にキャップとポンプ室との間隙でのシールが速やかに行われず、エンジン始動直後、速やかにベーンポンプ本来の性能を発揮することができなかった。
これを図４の実験結果で示すと、本図では横軸にエンジン始動時からの経過時間を、縦軸に倍力装置に生じた負圧発生能力を示しており、実線で示す本実施例の構成を有するベーンポンプ１の方が、破線で示す従来の構成を有するベーンポンプに比べ、速やかに所定の負圧発生能力を生じさせていることがわかる。

なお、上記給油溝１３の位置は、上記中心線Ｌに対して排出通路７側に形成されていれば良いが、あまりに給油溝１３の位置をベーン４の回転方向上流側に位置させると、ポンプ室２Ａの容積を増大させて発生させた負圧が潤滑油の流入によって減少してしまい、吸気が不十分となってベーンポンプの性能を十分に得ることができなくなるので注意が必要である。
また本実施例では、上記給油溝１３の回転方向幅をベーン４の幅以上となるように若干広く設定しているが、このとき当該給油溝１３の回転方向幅をベーン４の幅よりも狭くしてしまうと、給油時間が短くなってしまい潤滑が十分にできなくなり、逆に給油溝１３の回転方向幅を広くしすぎると、潤滑油量が多くなり過ぎて潤滑油を排出する際にベーン４に負担がかかるので、注意が必要である。

本実施例にかかるベーンポンプ１の正面図。 図１におけるＩＩ―ＩＩ部における断面図。 上記図１に対してベーン４が移動した状態を示すベーンポンプ１の正面図。 実験結果を示した図。

符号の説明

１ ベーンポンプ ２ ハウジング
２Ａ ポンプ室 ２Ｂ 軸受部
３ ロータ ３Ａ ロータ部
３Ｂ 軸部 ４ ベーン
７ 排出通路 ９ 溝
１２ 油通路 １２ａ 分岐通路
１３ 給油溝

Claims (5)

1. 略円形の内壁面が形成されたポンプ室を備えるハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転し、ポンプ室の内壁面の一部に摺接するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備えたベーンポンプであって、
   上記ハウジングには、ポンプ室の中心とロータの回転中心とを結んだ中心線によって区画された空間のうち、一方の空間に吸気通路が、他方の空間に排出通路がそれぞれ形成され、
   さらにロータ及びハウジングには、ロータの回転により間欠的にポンプ室に連通する給油通路が形成され、ポンプ室に形成された当該給油通路の連通口を介して間欠的に潤滑油を供給するようにしたベーンポンプにおいて、
   上記給油通路の連通口を、上記ポンプ室内部における上記中心線よりも排出通路側の空間に形成するとともに、ベーンの回転方向上流側から見て排出通路の形成位置よりも後方に形成し、
   当該連通口を上記ベーンが通過するのと同時に給油通路とポンプ室とを連通させるようにしたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 上記連通口のベーンの回転方向における幅を、上記ベーンの幅以上に広く形成したことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 上記ロータはベーンを保持するロータ部と当該ロータ部を回転駆動する軸部とから構成されるとともに、上記ハウジングには上記軸部を軸支する軸受部が形成され、
   上記給油通路は、上記軸部に形成されて軸受部との摺動面に開口する油通路と、上記軸受部の内周面に軸方向に形成されてポンプ室に上記連通口を形成する給油溝とからなり、上記ロータが回転して油通路が給油溝と一致した時に、ポンプ室内に潤滑油が供給されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のベーンポンプ。
4. 上記油通路は軸部の所要の位置から軸部の直径方向に分岐する分岐通路を備え、上記給油溝をベーンが通過するのと同時に、当該分岐通路と給油溝とを連通させることを特徴とする請求項３に記載のベーンポンプ。
5. 上記ロータ部には直径方向に形成されて上記ベーンを往復動可能に保持する溝を形成し、当該溝の底面をベーンとハウジングの摺動面よりも軸部側に形成することで、油通路と給油溝とが連通したときに、潤滑油を溝の底面とベーンとの間に流入させるようにしたことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載のベーンポンプ。

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