JP4600654B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明はベーンポンプに関し、詳しくは略円形のポンプ室の内部を回転しながら複数の空間に区画するベーンを備えたベーンポンプに関する。

従来、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝内を往復動しながら回転し、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。
このようなベーンポンプとして、第１にハウジング及びロータを熱膨張率の小さな鉄系の材料で製造し、上記ベーンを熱膨張率の小さいアルミニウム系の素材で製造したベーンポンプが知られている。（特許文献１）
第２に、上記ハウジング、ロータ、ベーンの各部材をそれぞれ相互に熱膨張率の近似するアルミニウム系の素材で製造したベーンポンプも知られている。（特許文献２）
これらのベーンポンプによれば、ベーンポンプが始動した直後の低温状態から、ベーンポンプが昇温状態となって上記各部材が熱膨張しても、各部材同士のクリアランスを確保して、各部材の焼付きが防止されるようになっている。
特開平２−１６９８８８号公報 特開平８−３２６６７３号公報

ここで、上記特許文献におけるベーンポンプを含め、一般的なベーンポンプにおいて、上記ロータの軸方向端部とハウジングとは相互に摺動するように設けられていることから、上述した特許文献１、２では以下の問題が生じていた。
すなわち、上記特許文献１、２においては、ロータとハウジングとがそれぞれ同一の素材で製造されているため、ベーンポンプが低温状態から昇温状態となった時に、これらロータとハウジングとのクリアランスにほとんど変化が無く、温度上昇に対して流通する潤滑油の増加量が少ないため、これらの部材が焼付きやすくなってしまう。
このような問題に鑑み、本発明はベーンポンプが昇温状態となった時であっても、ベーンとハウジングとの焼付きを生じにくくす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、請求項１によるベーンポンプは、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝内を往復動しながら回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備え、上記ロータの外周面とハウジングの内周面の一部とが相互に摺動するように設けたベーンポンプにおいて、
上記ロータの素材を、上記ハウジング及びベーンの素材よりも熱膨張率の低い素材とし、かつハウジング及びベーンの素材を同様の熱膨張率の素材としたことを特徴としている。
また、請求項２によるベーンポンプは、上記請求項１に記載のベーンポンプにおいて、ベーンポンプの温度が上昇するにつれて、上記ロータの外周面と上記ハウジングの内周面の一部とのクリアランスが拡大することを特徴としている。

上記発明によれば、ロータの熱膨張率をハウジングの熱膨張率よりも小さくしているので、ロータとハウジングとのクリアランスは、ベーンポンプの昇温された状態の方が低温状態よりも広くなり、ロータの外周面とハウジングの内周面との摺動部における焼付きが防止される。
しかも、上記ベーンの熱膨張率はロータの熱膨張率よりも高いので、ベーンポンプが昇温状態となった時であっても、ベーンとハウジングとのクリアランスは広がらないことから、ベーンポンプの負圧発生能力が損なわれることも無い。

以下図示実施例について説明すると、図１、図２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ベーン４と、ハウジング２の一部を構成し、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には逆止弁８が設けられていて、ハウジング内の潤滑油および上記倍力装置から吸引した気体が倍力装置に逆流しないようにされている。
そして、本実施例では上記ハウジング２、ベーン４、カバー５は、熱膨張率の大きなＡｌ系の素材で製造され、上記ロータ３の素材は熱膨張率の小さなＦｅ系の素材で製造されている。
また、上記ベーン４の表面にはＮｉ系のめっきが施されており、当該めっきによって上記ロータ３とベーン４との摺動性を向上させるようになっている。

図１において、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の外周面はポンプ室２Ａの内壁面の一部と相互に摺動するように設けられており、当該ロータ３によってもポンプ室２Ａが区画されるようになっている。
またロータ部３Ａの中央には中空部３ａが形成されるとともに、直径方向には溝９が形成されていて、当該溝９に沿って上記ベーン４がロータ３の軸方向と直交する方向に摺動自在に移動するようになっている。
上記ベーン４の両端には先端が半円状に形成された樹脂製のキャップ１０が設けられており、ベーンポンプ１の作動時にはこのキャップ１０の先端がポンプ室２Ａの内壁面に摺接しながら移動するようになっている。
ここで、ロータ部３Ａの外周面とポンプ室２Ａの内壁面とのクリアランスＣ１や、上記溝９におけるロータ３とベーン４とのクリアランスＣ２、Ｃ３は、各部材の熱膨張率に従って設定されており、以下の説明においてクリアランスＣ２はロータ３とベーン４とのクリアランスのうち、ロータ３の回転方向下流側となるクリアランスを指し、クリアランスＣ３はロータ３の回転方向上流側となるクリアランスを指すものとする。

図２は図１における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の反対側には上記カバー５が設けられている。
また上記ロータ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、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。
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との間には潤滑油が流通するための空間が形成されている。
そして、ここでも各部材の熱膨張率に応じて各部材同士のクリアランスＣ４、Ｃ５が定められており、以下クリアランスＣ４はハウジング２若しくはカバー５に対するロータ部３Ａの軸方向端部のクリアランスを指し、クリアランスＣ５はハウジング２若しくはカバー５に対するベーン４の軸方向端部のクリアランスを指すものとする。

上記ロータ３の軸部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、軸部３Ｂの外周面に開口するようになっている。
また上記軸受部２Ｂの下方には、当該軸受部２Ｂの軸方向に形成されてポンプ室２Ａと連通する給油溝１３が形成されており、ロータ３が回転することで上記油通路１２と給油溝１３とが一致するようにされている。
このため油通路１２と給油溝１３とが一致すると、油通路１２からの潤滑油は、給油溝１３からベーン４とロータ３の底面９ａとによる空間からロータ３の中空部３ａへと流入するか、若しくはロータ部３Ａとハウジング２とのクリアランスＣ４よりポンプ室２Ａ内に流入す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。
具体的には、ベーン４によって区画されたポンプ室２Ａの空間のうち、上記吸気通路６に連通した空間は、ベーン４の回転に伴ってその容積が増大することで、その内部は負圧となり、吸気通路６から気体を吸引して倍力装置に負圧を供給する。
その後、上記空間はベーン４の回転に伴ってその容積は減少し、その後上記排出通路７と連通するので、当該空間内の気体は排出通路７より排出されるようになる。

そしてロータ３の回転により軸部３Ｂの油通路１２が給油溝１３に一致すると、当該給油溝１３より流出する潤滑油のおよそ半分は、ベーン４と底面９ａとの間隙を介してロータ３の中空部３ａ内に流入し、もしくはロータ３とカバー５との間を潤滑しながらポンプ室２Ａ内に流入する。
ここで、ベーンポンプ１は始動直後の低温状態となっているので、上記クリアランスＣ２、Ｃ３は各部材の熱膨張によって狭まっていないが、ロータ３の回転によってベーン４が溝９内で反回転方向に傾くため、クリアランスＣ２のほうがクリアランスＣ３よりも広い状態で回転するようになる。
さらに、ベーンポンプ１が低温状態の時、エンジンも始動直後であるため給油溝から供給される潤滑油の油温も低く、粘度が高くなっている。
このため、中空部３ａの潤滑油は、ロータ３の遠心力によって、ロータ３とベーン４との間を潤滑しながらポンプ室２Ａ内に流入しようとするが、粘度の高い潤滑油はクリアランスＣ３よりも広いクリアランスＣ２に流入しやすくなっているので、潤滑油はクリアランスＣ２からポンプ室２Ａ内へと流入する。
その結果、潤滑油はベーン４の進行方向に向かってポンプ室２Ａ内に供給されることとなるので、この潤滑油によってベーン４とポンプ室２Ａとの間がシールされるので、ベーン４によって区画された空間の気密が保たれ、ベーンポンプ１の作動直後からベーンポンプ１本来の負圧発生能力を得ることができるようになる。
さらに粘度の高い潤滑油はクリアランスの比較的広いクリアランスＣ２へ優先的に流入するので、潤滑油の粘性抵抗によってベーンポンプ１の回転抵抗が増加するのを抑えることができる。

このようにしてベーンポンプ１を作動させてからしばらくすると、ベーン４やロータ３の回転によって生じる摩擦熱や、エンジンから供給される潤滑油の温度上昇により、ベーンポンプ１の各部材の温度が上昇し、ベーンポンプ１が昇温状態となる。
そしてベーンポンプ１が低温状態から昇温状態となるに従い、上記ハウジング２やベーン４などの各部材はそれぞれの素材の熱膨張率にしたがって膨張する。
その結果、ベーン４とロータ３とが熱膨張することでクリアランスＣ２、Ｃ３がそれぞれ狭まるので、溝９内を往復動する際のベーン４のがたつきや打音の発生が抑えられ、あわせてベーン４の摩耗が防止される。
これと同時に、エンジンから供給される潤滑油も、その温度上昇とともに粘度が低下するので、ベーン４とロータ３とのクリアランスＣ２、Ｃ３が狭くなっても、クリアランスＣ２、Ｃ３に潤滑油が容易に入り込み、これらの潤滑性が低下することはない。

次に、ハウジング２が熱膨張率の高い素材であるのに対し、ロータ３は熱膨張率の低い素材となっているので、素材の熱膨張率の差により、クリアランスＣ１、Ｃ４は低温状態の時に比べて拡大することとなる。
つまり、上記ロータ部３Ａの外周面とポンプ室２Ａの内壁面の一部との間のクリアランスＣ１が拡大することで、当該クリアランスＣ１内により多くの潤滑油が流入し、この潤滑油によってこれらの摺動部が冷却され、ベーンポンプ１の焼付きが防止される。
これと同様、ハウジング２若しくはカバー５に対するロータ部３Ａの軸方向端部のクリアランスＣ４も拡大するので、当該クリアランスＣ４内により多くの潤滑油が流入し、この潤滑油によってこれらの摺動部が冷却され、ベーンポンプ１の焼付きが防止される。
一方、上記ハウジング２とベーン４とはともに熱膨張率の高いアルミニウム系の素材となっているので、クリアランスＣ５は昇温状態となってもほとんど変化しないこととなる。
このため、ベーン４によって区画されたポンプ室２Ａのシール性能が損なわれることは無く、各空間の気密は保たれるので、昇温状態となってもベーンポンプ１の負圧発生能力が損なわれることは無い。

以上のように、本実施例によれば、ロータ３の熱膨張率をハウジング２及びベーン４の熱膨張率よりも低くしているので、昇温状態においてロータ３とハウジング２とのクリアランスＣ１、Ｃ４を広げることができ、ベーンポンプ１の焼付きを防止することができる。
しかも、ベーンポンプ１の低温状態において、ロータ３の中空部３ａからクリアランスＣ２を介してポンプ室２Ａに潤滑油を供給させることができるので、ベーンポンプ１の始動開始直後から潤滑油によるベーン２のシールがなされ、ベーンポンプ１本来の負圧発生能力を速やかに得ることができる。

そして、本実施例におけるベーンポンプ１において、上記ハウジング２、ベーン４、カバー５の素材をＡＤＣ１４（線膨張係数：２１．０×１０^−６）とし、上記ロータ３の素材をＳ４５Ｃ（線膨張係数：１３．５×１０^−６）とした。
このベーンポンプ１を実際に作動させると、ロータ３及びハウジング２のクリアランスＣ１はベーンポンプ１が昇温されるに従って拡大してゆき、またロータ３及びベーン４とのクリアランスは、ベーンポンプ１が昇温されるに従って縮小してゆくことが確認され、上述したような作用が得られていることを確認することができた。
なお、上記ハウジング２、ベーン４、カバー５の素材をアルミニウム系の素材とし、ロータ３の素材を鉄系の素材としていたが、これと同様の熱膨張率を有する素材の関係であることを条件に、これらの素材を自由に変更することが可能である。例えば、ベーンの材質をハウジングやカバーと同等の熱膨張率を有する樹脂に変更することが可能である。

本実施例にかかるベーンポンプの正面図。 図１のＩＩ―ＩＩ部における断面図。

符号の説明

１ ベーンポンプ ２ ハウジング
２Ａ ポンプ室 ３ ロータ
４ ベーン Ｃ１〜Ｃ５ クリアランス

Claims (4)

1. 略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータの直径方向に形成された溝内を往復動しながら回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンとを備え、上記ロータの外周面とハウジングの内周面の一部とが相互に摺動するように設けたベーンポンプにおいて、
   上記ロータの素材を、上記ハウジング及びベーンの素材よりも熱膨張率の低い素材とし、かつハウジング及びベーンの素材を同様の熱膨張率の素材としたことを特徴とするベーンポンプ。
2. ベーンポンプの温度が上昇するにつれて、上記ロータの外周面と上記ハウジングの内周面の一部とのクリアランスが拡大することを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. ベーンポンプの温度が上昇するにつれて、上記溝におけるロータとベーンとのクリアランスが縮小す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. 上記ハウジング及びベーンをアルミニウム系の素材で製造し、上記ロータを鉄系の素材で製造したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のベーンポンプ

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