JP3991260B2 - ベーン型真空ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はベーン型真空ポンプ、より詳しくは車両に搭載されエンジンにより駆動されるベーン型真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベーン型真空ポンプは、トラックなどの大型ディーゼル車両などにおいて、例えばブレーキ用マスターシリンダを駆動するために用いられる。図５に従来のベーン型真空ポンプをギヤボックス側から見た透過図を示す。図に示すように、ベーン型真空ポンプ１００は、ケーシング１０１とシャフト１０２とロータ１０３とベーン１０４とを備えている。
【０００３】
ケーシング１０１は、ギヤボックス（図略）に並設されている。ケーシング１０１のギヤボックス側（図において紙面表側）の端面には、排出口１０６が開設されている。排出口１０６は、ギヤボックス内と連通している。シャフト１０２は、ギヤボックス内に収納されたギヤトレイン（歯車列、図略）を介してエンジンのクランクシャフトと連結されている。シャフト１０２は、ケーシング１０１内周面に対して、偏心回転可能に支承されている。ロータ１０３は、シャフト１０２に止着されている。ロータ１０３とケーシング１０１との間には、偏心リング状の隙間１０７が区画されている。隙間１０７は、ロータ１０３回転方向（図中矢印で示す時計回り方向）において、拡幅領域１０８と縮幅領域１０９と幅最小部１１０とを有する。ロータ１０３外周面には、ベーン溝１０５が複数個形成されている。これら複数個のベーン溝１０５には、それぞれベーン１０４が出入自在に収納されている。ベーン１０４は、前記隙間１０７を仕切っている。そしてこの場合、合計三つのポンプ室１１２を区画している。これら三つのポンプ室１１２は、ベーン１１２の回転によりケーシング１０１内を回転する。ここでポンプ室１１２が、拡幅領域１０８において吸入口１１３と連通するときが吸入行程である。またポンプ室１１２が、密閉されて縮幅領域１０９を通過するときが圧縮行程である。またポンプ室１１２が、縮幅領域において排出口１０６と連通するときが排出行程である。
【０００４】
ところで、ギヤトレインは潤滑油により潤滑されている。このためギヤボックスの内部には潤滑油が滞留している。したがって、排出行程において排出口１０６からケーシング１０１内に潤滑油が流入するおそれがある。潤滑油がケーシング１０１内に流入すると、ケーシング１０１内において排出口１０６付近の内圧が上昇する。内圧が上昇すると、ロータ１０３やベーン１０４に高負荷が加わり、不具合が生じるおそれがある。また、騒音が大きくなる。
【０００５】
このため、従来はケーシング１０１の内周面に、リーク溝１１１を配置していた。リーク溝１１１は、ロータ１０３回転方向に延在している。リーク溝１１１の回転方向端部は、排出口１０６付近に配置されている。一方、リーク溝１１１の逆回転方向端部は、縮幅領域１０９における排出口１０６よりも逆回転側（図中反時計回り方向）に配置されている。そして、排出口１０６付近の内圧が上昇した場合、排出行程中のポンプ室１１２と、逆回転側に隣接するポンプ室１１２すなわち圧縮行程中のポンプ室１１２とを、リーク溝１１１により連通させることにより、排出口１０６付近の内圧を逃がしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ギヤボックス内の潤滑油は、オイルパンからオイルポンプにより圧送されている。このオイルポンプのシャフトも、シャフト１０２と同様に、ギヤトレインを介してエンジンのクランクシャフトと連結されている。したがって、オイルポンプの圧送流量は、エンジンの回転速度に比例する。このため、エンジン高回転時には、ギヤトレインに供給される潤滑油の量が急激に増加する。
【０００７】
しかしながら、従来のベーン型真空ポンプ１００のリーク溝１１１は、排出口１０６から逆回転方向にだけ延在している。このため、排出口１０６からケーシング１０１内に流入する潤滑油の量が多い場合は、リーク溝１１１が潤滑油により満たされてしまう。したがって、従来のリーク溝１１１によると、排出口１０６付近の内圧上昇を充分に抑制することができない。
【０００８】
本発明のベーン型真空ポンプは上記課題に鑑みて完成されたものである。すなわち本発明は、流入する潤滑油の量が多い場合であっても、排出口付近の内圧上昇を抑制できるベーン型真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明のベーン型真空ポンプは、空気を吸入する吸入口と、潤滑油が給油される給油口と、空気および潤滑油を排出する排出口と、が開設された筒状のケーシングと、ケーシング内に収納され、ケーシングの内周面の中心軸に対し偏心して回転可能であり、内周面とに間に、回転方向における拡幅領域で吸入口と連通するとともに回転方向における縮幅領域で排出口と連通する偏心リング状の隙間を区画するロータと、を備えてなるベーン型真空ポンプであって、ケーシングは、内周面に、縮幅領域から隙間の幅最小部を介して拡幅領域まで延在し、排出口から流入する潤滑油により上昇する縮幅領域の内圧を拡幅領域に逃がすリーク溝を持つことを特徴とする。
【００１０】
つまり本発明のベーン型真空ポンプは、ケーシング内周面のリーク溝を、回転方向において縮幅領域から拡幅領域まで延設するものである。縮幅領域においては、空気の圧縮と排出とが行われる。一方拡幅領域においては、空気の吸入が行われる。本構成は、リーク溝を、拡幅領域、言い換えると吸入側にまで延設するものである。
【００１１】
上述したように従来は、排出行程中のポンプ室の内圧が上昇した場合、逆回転方向に隣接するポンプ室にしか内圧をリークすることができなかった。これに対し、本発明のベーン型真空ポンプによると、このポンプ室の反回転方向に隣接するポンプ室のみならず、順回転方向に隣接するポンプ室にまで、内圧をリークすることができる。このため、リーク溝のうち排出口から反回転方向に延在する部分が潤滑油に満たされても、排出口から順回転方向に延在する部分により、排出口付近の内圧をリークすることができる。したがって本発明のベーン型真空ポンプによると、流入する潤滑油の量が多い場合であっても、排出口付近の内圧上昇を効果的に抑制することができる。
【００１２】
（２）好ましくは、リーク溝の回転方向端部は、中心軸と幅最小部とを結ぶ直線に対して、回転方向１０゜以上２０゜以下に配置されている構成とする方がよい。上述したように、リーク溝は、縮幅領域から幅最小部を通過して拡幅領域にまで延在している。拡幅領域には、リーク溝の回転方向端部が配置されている。本構成は、リーク溝の回転方向端部の配置を、中心軸と幅最小部とを結ぶ直線に対して、回転方向１０゜以上２０゜以下に限定するものである。
【００１３】
リーク溝の回転方向端部の配置を１０゜以上としたのは、１０゜未満だと排出口付近の内圧を下げる効果が充分に発揮できないおそれがあるからである。一方、リーク溝の回転方向端部の配置を２０゜以下としたのは、２０゜を超えると内圧のリーク量が大きくなりすぎるため、ベーン型真空ポンプが所望の負圧を達成できなくなるおそれがあるからである。本構成のベーン型真空ポンプによると、所望の負圧を達成しながら、より確実に排出口付近の内圧上昇を抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のベーン型真空ポンプの実施の形態について説明する。本実施形態のベーン型真空ポンプは、本発明をディーゼル車両のブレーキ用マスターシリンダを駆動するためのポンプとして具現化したものである。本実施形態のベーン型真空ポンプは、エンジンにより駆動される。このため、ベーン型真空ポンプはエンジンのギヤボックスに並設されている。
【００１５】
まず、本実施形態のベーン型真空ポンプが併設されているギヤボックスについて説明する。図１にギヤボックス内のギヤ配置図を示す。ギヤボックス９内には、ギヤトレイン９０と排油口９６とが配置されている。ギヤトレイン９０は、クランクシャフトタイミングギヤ９１と真空ポンプドライブギヤ９２とアイドルギヤ９３とオイルポンプドライブギヤ９４とオイルポンプギヤ９５とその他のギヤを備えている。また排油口９６は、ギヤボックス９の下方に配置されたオイルパン（図略）に連通している。
【００１６】
次に、本実施形態のベーン型真空ポンプの構成について説明する。図２に本実施形態のベーン型真空ポンプの軸方向断面図を示す。図に示すように、ベーン型真空ポンプ１は、ケーシング２とシャフト３とロータ４とベーン５とを備えている。
【００１７】
ケーシング２は、ハウジング２０とエンドプレート２１とからなる。ケーシング２は、ベーン型真空ポンプ１の外殻をなす。ハウジング２０は、アルミ合金製であって、エンドプレート２１方向（以下、「前方」と称す。）に開口する有底円筒状、すなわちカップ状を呈している。ハウジング２０の底壁２００の外周側には、ステー部２０１が配置されている。なおステー部２０１は、底壁２００の周方向に１８０゜離間して二つ配置されている。このステー部２０１により、ハウジング２０は、Ｏリング９０１を挟んで、ギヤボックス９に固定されている。また、ハウジング２０の底壁２００からは、円筒状のボス部２２が後方に向かって突設されている。ボス部２２の内周面中心軸は、ハウジング２０の内周面中心軸に対して偏心している。ボス部２２は、ギヤボックス９に開設された開口９００に挿入されている。ボス部２２により、ケーシング２内とギヤボックス９内とが連通している。ボス部２２の内周側には、玉軸受２２０が配置されている。また底壁２００におけるボス部２２とステー部２０１との間には、排出口２４が開設されている。
【００１８】
エンドプレート２１は、アルミ合金製であって円板状を呈している。エンドプレート２１は、Ｏリング２１０を挟んで、前記ケーシング２の前方に配置されている。エンドプレート２１のほぼ中央には、給油筒部２５が前方に向かって突設されている。給油筒部２５により、ケーシング２の内外が連通している。給油筒部２５の前端には、給油口２６が配置されている。給油口２６には、潤滑油を供給するパイプ（図略）が接合されている。また給油筒部２５の内周側後方には、すべり軸受２５０が配置されている。エンドプレート２１の上方には、吸入筒部２７が配置されている。吸入筒部２７により、ケーシング２の内外が連通している。吸入筒部２７の内周側には、チェックバルブ２８が配置されている。チェックバルブ２８の前端には、吸入口２９が配置されている。吸入口２９は、バキュームブレーキブースタに負圧を供給する真空タンク（図略）と連通している。
【００１９】
シャフト３は、鋼製であってケーシング２内に回転可能に挿通されている。シャフト３は、玉軸受２２０とすべり軸受２５０とにより支承されている。シャフト３の前端部には、連通路３０が形成されている。連通路３０は、給油口２６とつながっている。シャフト３の後端は、ギヤボックス９内に突出されている。シャフト３の後端は、真空ポンプドライブギヤ９２に止着されている。具体的には、真空ポンプドライブギヤ９２の内周部が座付ナット３１と玉軸受２２０内輪とに挟持された状態で、シャフト３の後端の外周側に環装されている。
【００２０】
ロータ４は、鉄系の金属製であって円柱状を呈している。ロータ４は、シャフト３の外周面にスプライン嵌合され止着されている。ロータ４の外周面には、径方向に深いベーン溝４０が形成されている。ベーン溝４０は、この場合１２０°ずつ周方向に離間して、合計三つ配置されている。すなわちベーン溝４０は、放射状に配置されている。
【００２１】
ベーン５は、カーボン製であって長方形板状を呈している。ベーン５の一端は、ベーン溝４０に摺動自在に収納されている。ベーン５の他端は、後述するように、遠心力によりハウジング２０の内周面に当接している。
【００２２】
次に、本実施形態のベーン型真空ポンプのリーク溝について説明する。図３にベーン型真空ポンプのギヤボックス側から見た透過図を示す。図に示すように、ケーシング２の内周面とロータ４の外周面との間には、偏心リング状の隙間６が区画されている。隙間６は、ロータ４回転方向（図中矢印で示す時計回り方向）に拡幅領域６０と縮幅領域６１と幅最小部６２とを有している。隙間６は、前記ベーン５により仕切られている。
【００２３】
リーク溝７は、ケーシング２の内周面中程（図１参照）に形成されている。リーク溝７は、ケーシング２の中心軸Ａから偏心した円弧状を呈している。リーク溝７の逆回転方向（図中反時計回り方向）端部７１は、ケーシング２の下方に配置されている。またリーク溝の回転方向端部７０は、中心軸Ａと幅最小部６２とを結ぶ直線に対して、回転方向１５゜の位置に配置されている。すなわち中心角α＝１５゜に設定されている。
【００２４】
次に、本実施形態のベーン型真空ポンプの動きについて説明する。エンジンのクランクシャフト（図略）の回転力は、図１に示すように、クランクシャフトタイミングギヤ９１からアイドルギヤ９３を介して真空ポンプドライブギヤ９２に伝達される。真空ポンプドライブギヤ９２は、図２に示すように、回転軸３に止着されている。また、回転軸３にはロータ４が止着されている。このため、真空ポンプドライブギヤ９２が回転すると、回転軸３およびロータ４も回転する。ロータ４が回転すると、図３に示すように、遠心力によりベーン５がベーン溝４０から突出する。そしてベーン５は、ケーシング２の内周面に摺接しながら回転する。ベーン５がケーシング２の内周面に摺接すると、隙間６が三つに仕切られる。すなわち、ケーシング２内周面とロータ４外周面とベーン５とにより、合計三つのポンプ室６３が区画形成される。ポンプ室６３は、ケーシング２内を回転する。
【００２５】
回転に伴い、ポンプ室６３は拡幅領域６０において吸入口２９と連通する。拡幅領域６０においては、ポンプ室６３の容積は増加する。したがって、空気が吸入口２９を介してポンプ室６３内に吸入される。この行程が吸入行程である。ポンプ室６３がさらに回転すると、ポンプ室６３は拡幅領域６０から縮幅領域６１に移動する。そして吸入口２９との連通が断たれる。すなわちポンプ室６３は密閉される。縮幅領域６１においてはポンプ室６３の容積は減少する。したがって、ポンプ室６３内の空気は圧縮される。この行程が圧縮行程である。ポンプ室６３がさらに回転すると、縮幅領域６１においてポンプ室６３と排出口２４とが連通する。そして、圧縮された空気が排出口２４を介してギヤボックス９内に排出される。この行程が排出行程である。
【００２６】
一方、潤滑油は、図２に示す給油口２６から連通路３０を介して、ケーシング２内に供給される。そして圧縮された空気とともに、排出行程において排出口２４からギヤボックス内に排出される。
【００２７】
図１に示すギヤトレイン９０には、オイルポンプドライブギヤ９４とオイルポンプギヤ９５とが組み込まれている。このため、エンジンが高回転状態となると、オイルポンプ（図略）の潤滑油圧送流量も大きくなる。したがって、ギヤボックス９内に圧送される潤滑油量が多くなる。潤滑油は排油口９６からオイルパンに流下する。しかしながら、圧送される潤滑油量が流下する潤滑油量を超えると、ギヤボックス９内の潤滑油滞留量が多くなる。このため、図３に示す排出口２４を介して、ギヤボックス９から大量の潤滑油が排出行程中のポンプ室６３内に流入する。
【００２８】
ここで、リーク溝７の回転方向端部が排出口２４付近に配置されていると、リーク溝７が潤滑油により満たされてしまうおそれがある。そして排出行程中のポンプ室６３から圧縮行程中のポンプ室６３に、内圧を充分リークできなくなるおそれがある。この点、本実施形態のリーク溝７の回転方向端部７０は、拡幅領域６０にまで延出している。このため、排出行程中のポンプ室６３から、圧縮行程中のポンプ室６３のみならず、吸入行程中のポンプ室６３にまで、内圧をリークすることができる。したがって、本実施形態のベーン型真空ポンプ１によると、流入する潤滑油量が多い場合であっても、排出口２４付近の内圧の上昇を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、ベーン型真空ポンプ１がギヤボックス９の比較的下部（図１において真空ポンプドライブギヤ９２が配置されている部位）に配置されている。このため、排出口２４が排油口９６に近接している。したがって、本実施形態のベーン型真空ポンプ１のケーシング２内には、比較的潤滑油が流入しやすい。しかしながら、排出口２４位置が低い場合であっても、上述したように、リーク溝７により排出口２４付近の内圧上昇を抑制することができる。すなわち、本発明のベーン型真空ポンプは、本実施形態のように排出口２４が排油口９６に近接しているベーン型真空ポンプとして具現化するのに好適である。
【００３０】
また、図３に示す吸入口６０に反時計回りに隣接する部分から幅最小部６２までの区間（以下、「密閉区間」と称す。）には、外部と連通する通路がない。このため、ロータ４を逆回転させると、密閉区間の空気が過圧縮されるおそれがある。この点、本実施形態のベーン型真空ポンプ１によると、密閉区間はリーク溝７を介して、排出口２４と連通している。このため、逆回転時における密閉区間の内圧上昇を抑制することができる。すなわち、本実施形態のベーン型真空ポンプ１によると、逆回転時における密閉領域の過圧縮にも対応することができる。
【００３１】
以上、本発明のベーン型真空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、改良的形態で行うこともできる。
【００３２】
例えば、上記実施形態においてはベーン５の枚数を三枚としたが、例えば四枚でもよい。また、上記実施形態においては、中心角α＝１５゜としたが、中心角αの角度は０゜以上１８０゜以下であれば特に限定しない。すなわち、ベーン溝７の回転方向端部７０が拡幅領域６０まで延在していればよい。また、上記実施形態においては、加工の容易性により、ベーン溝７を中心軸Ａから偏心した円弧状に形成した。しかしながら、ベーン溝７の形状は特に限定しない。例えば、溝の中程を中心軸Ａと同心円弧状に形成し、回転方向端部７０および逆回転方向端部７１のみを面取りした形状であってもよい。ベーン溝７は、ハウジング２０作製後から、ハウジング２０の内周面に切削形成してもよい。またベーン溝７は、ハウジング２０作製時に、ハウジング２０と一体的かつ同時に形成してもよい。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明のベーン型真空ポンプについて、図３に示す中心角αを変化させた場合の、騒音および排出口付近の内圧および到達圧の変化を調べた実験について説明する。実験に用いたベーン型真空ポンプは、上記実施形態のベーン型真空ポンプと同型である。したがって、実験条件は図２および図３により説明する。
【００３４】
図２におけるリーク溝７の溝幅ｃは１１ｍｍとした。図３における幅最小部６２の幅、すなわちギャップ幅ａは０．１ｍｍとした。また図３における最大溝深さｂは２ｍｍとした。またエンジン回転数は４０００ｒｐｍとした。そして、図３に示す中心角αを−７０゜から３０゜まで変化させた。すなわち回転方向端部７０の位置を変化させた。
【００３５】
上記実験条件により、ベーン型真空ポンプを駆動した場合の、中心角αに対する騒音および排出口付近の内圧および到達圧の変化を図４に示す。図中横軸は、中心角α、つまり図３に示す回転方向端部７０の位置を示す。また図中縦軸は、騒音と排出口付近の内圧と到達圧を示す。これら内圧および到達圧の値は、いずれも絶対圧である。排出口付近の内圧が低いほど、潤滑油流入時において、より排出口付近の内圧上昇を抑制することができる。なお、ここで到達圧とは、吸入口において達成できる負圧を示す。到達圧が低いほど、よりベーン型真空ポンプの性能は高くなる。
【００３６】
図に示すように、中心角αが−７０゜から０゜までの範囲においては、騒音は、約９５ｄＢ程度と一定である。また排出口付近の内圧も、約２０ＭＰａ程度と一定である。また到達圧も、約５ｋＰａ程度と一定である。
【００３７】
中心角αが０゜から１０゜までの範囲においては、騒音が約８６ｄＢ程度にまで急激に減少する。また排出口付近の内圧も、約４．８ＭＰａ程度にまで急激に低下する。また到達圧は徐々に上昇しはじめる。
【００３８】
中心角αが１０゜から３０゜までの範囲においては、騒音は約８６ｄＢ程度とほぼ一定である。また排出口付近の内圧も、約４．８ＭＰａ程度とほぼ一定である。ただし到達圧は上昇し続ける。到達圧は、中心角αが２０゜を超えると、許容圧を超える。すなわちベーン型真空ポンプが所望の負圧を達成できなくなる。
【００３９】
このように、中心角α≧０゜、すなわち図３に示す回転方向端部７０を拡幅領域に配置すると、騒音を減少することができる。また排出口付近の内圧上昇を抑制することができる。
【００４０】
これら騒音減少効果および内圧上昇抑制効果は、中心角αが１０゜以上の場合に顕著となる。しかし反面、中心角αが０゜以上となると、到達圧は徐々に上昇する。そして中心角が２０゜を超えると、到達圧は許容圧を超えてしまう。
【００４１】
したがって、好ましい中心角α範囲は１０゜≦α≦２０゜となる。この範囲内に回転方向端部７０を配置すると、到達圧の上昇を抑えたまま、高い騒音減少効果および内圧上昇抑制効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、流入する潤滑油の量が多い場合であっても、排出口付近の内圧上昇を抑制できるベーン型真空ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ギヤボックス内のギヤ配置を示す図である。
【図２】 本実施形態のベーン型真空ポンプの軸方向断面図である。
【図３】 本実施形態のベーン型真空ポンプをギヤボックス側から見た透過図である。
【図４】 中心角αに対する騒音および排出口付近の内圧および到達圧の変化を示すグラフである。
【図５】 従来のベーン型真空ポンプをギヤボックス側から見た透過図である。
【符号の説明】
１：ベーン型真空ポンプ、２：ケーシング、２０：ハウジング、２００：底壁、２０１：ステー部、２１：エンドプレート、２１０：Ｏリング、２２：ボス部、２２０：玉軸受、２４：排出口、２５：給油筒部、２５０：すべり軸受、２６：給油口、２７：吸入筒部、２８：チェックバルブ、２９：吸入口、３：シャフト、３０：連通路、３１：座付ナット、４：ロータ、４０：ベーン溝、５：ベーン、６：隙間、６０：拡幅領域、６１：縮幅領域、６２：幅最小部、６３：ポンプ室、７：リーク溝、７０：回転方向端部、７１：逆回転方向端部、９：ギヤボックス、９０：ギヤトレイン、９００：開口、９０１：Ｏリング、９１：クランクシャフトタイミングギヤ、９２：真空ポンプドライブギヤ、９３：アイドルギヤ、９４：オイルポンプドライブギヤ、９５：オイルポンプギヤ、９６：排油口、Ａ：中心軸、α：中心角、ａ：ギャップ幅、ｂ：最大溝深さ、ｃ：溝幅。

Claims (2)

1. 空気を吸入する吸入口と、潤滑油が給油される給油口と、空気および潤滑油を排出する排出口と、が開設された筒状のケーシングと、
   該ケーシング内に収納され、該ケーシングの内周面の中心軸に対し偏心して回転可能であり、該内周面とに間に、回転方向における拡幅領域で該吸入口と連通するとともに回転方向における縮幅領域で該排出口と連通する偏心リング状の隙間を区画するロータと、
   を備えてなるベーン型真空ポンプであって、
   該ケーシングは、該内周面に、該縮幅領域から該隙間の幅最小部を介して該拡幅領域まで延在し、該排出口から流入する潤滑油により上昇する該縮幅領域の内圧を該拡幅領域に逃がすリーク溝を持つことを特徴とするベーン型真空ポンプ。
2. 前記リーク溝の前記回転方向端部は、前記中心軸と前記幅最小部とを結ぶ直線に対して、回転方向１０゜以上２０゜以下に配置されている請求項１に記載のベーン型真空ポンプ。

Images