JPS588201A - 自動車用真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車にとう載する真空ポンプ等として使用
するベーンポンプ・モータに関する一般に動力を必要と
する蝉械の動力損失を小−さくす、ゐこりは常（；望ま
東でいることであるが、特に自動車にとう載する真空ポ
ツプのような機械装置においては、燃費軽減と軽量化の
点から重要゛な′問題となっている。

従来、真空ポンプを含めたベーンポンプ・モータのベー
ンにおける回転摺動による発熱は大きく、特にこれらベ
ーンポンプ・モータを自動車にとう載する場合は、該回
転摺動を潤準する潤滑油にエンジンオイルを共用してお
り、該摺動による発熱が大き過ぎる場合は、エンジンオ
イルの冷却器を通常使用のものと取り換え、更に冷却容
量の大きな冷却器を設ける必要が生ずる。

しかし、このようなことは製造費、空間利用軽量−ヒお
よび燃費軽減の面から望ましくないすることにある。

実施例に基づいて本発明を説明す番と、第１図は本発明
における一実施例としてのベーンポンプ・モータを側断
面図によって示したものであＱ１第２および３図は、第
１図におけるベーン３の拡大した側断面図をそれぞれ示
したものである。

第１図１；おいて、ハウジング１に削設したカム面１ａ
は中・６０からＲ１の円形状をなし、中心Ｏから偏心し
てハウジング１に軸支しているロータ２は、外径Ｒ２の
形状をなし、ロータ２の径方向にして且つロータ２の回
８向に形成する仮悲面から平行のオフ七ット量ｅＯの位
置には、該位置を中心として溝２°ａを削・股し〜溝２
ａには、該仮惣面と同一径方向への摺動運動を可能とす
るベーン３が挿嵌しており、ベーン３におけるチップ３
もの形状は、第１図に示す面内において、点ｋを中心セ
する半径ｒの円弧をなしている。

カム面１ａ％ロータ２および−ベーン３によって形成す
る挿しのけ室４．４は、ロータ２が回転することによっ
て、それぞれ膨張し、あるいは圧縮する行程を繰り返し
、その結果、ポンプ作用あるいはモータ作用を杵なう構
成となっている。

以上の構成においてその作用を説明すると、エンジンに
よってロータ２が矢印５の方向に駆動されると、各ベー
ン３は遠心力によってカム面１ａに押圧力を与えながら
、矢印５の方向の回転によってカム面、ｌａに案内され
ながら、溝２ａ内を径方向へ摺動運動を繰り返し、その
こと（；よって、第１■の下側に位置する押しのけ室４
は膨張行程となって、図示していない吸入孔から空気を
吸入し、逆に第１図の上側に至った押しのけ室４は該吸
入した空気を図示していない吐出孔に吐出し、該ポンプ
作用において、ベーンにおけるチップ３ａとカム面１ａ
との間、あるいはベーン３と溝２ａとの閤の摺動に対し
ては、図示しでいない噴出孔からエンジンオイルを霧状
に噴出させて、これを潤滑し、潤滑し終えた潤滑油゛は
、エンジンオイルにおける冷却回路において冷却される
。

上記のような作用においで、次にベーン３のチップ３ａ
とガム面１ａとの間の回転摺動にりいて考察する・ ベーン３の回転方向（矢印５の方向）Ｉ；おけるベーン
３の厚ｔ！ｔは、通常４／〜８ミリメ一タ程度の薄いも
のであり、これが数千回転の高速で回転する遠心力をも
ってカム面１ａに押圧していることより、チップ３ａの
曲率は出来る限りカム面１ａの曲率に近づけ、旦つベー
ン３ｃ；おける幅ｔの全幅を有効に使用して、これをカ
ム面１ａに接触かせ、該接触した面における面圧を下げ
で使用することが、チップ・３゛ａ゛１±゛おけ′る発
熱を小だ（すること、となる。

゛しかし、べ、−ン３は、：ｊｌ、１ｍ：ｉ図示から明
らかなように、カム面１＆の法線ｊＯあるＬ’ｓ　ｌ！
　ｍ（１傾き角を有するため°：６チッー３ａの曲率を
カム面１・もの曲率と同−Ｃ；することは出来ない・′
、チヅプ：３ａ、はカム面１ ａの曲率半径より小さい・範−の最′大限と°りうる大
きな曲率半径ｒによ、て軟言ｔ”シミ形状Ｃζした場合
、最も該面圧を小さく出来ることｔ；なる。

しかし、この場合において、チップ３ａにお（ｊるベー
ン３の進行方向５の前側部分にお°いては潤滑油が導入
される構成として、チップ３ａが流体軸受作用を行なえ
、る７３１こしておくことが、チップ３ａとカム面１ａ
との摩擦抵抗をより小さくすることＣ；おいて適切な構
成となる。

以下、該曲率半径ｒのと゛リヤ最大値につい上、記した
ように、ベーン３が暢ｔの全幅を有めには、ベーン３が
カム面１ａの法線に対して最も傾いた状態において、チ
ップ３ａの端部がカム面１＆に対して、滑らかに接する
円′隼の状態となっていなければならない。

このように、カム面１ａの法線に゛対し、ベーン３が最
も傾いた状態は、第１図から明らかなように、ベーン３
がロータ２の偏心方向基準線２°ｂに対して、垂直とな
った位置において生じ、またこのことは、ベーン３と溝
２−ａ・との間のす、き間を考庫して、ベーン３が溝２
ａ内１こおいで傾′いた状態゛を考えても２、ｗ４差範
囲内において該垂直をなった位置においで、ベーン３が
カム面１ａの法線に対して最も傾斜していると見る上記
最も傾斜しているベーン３′ｆ）第１図の状態において
、下側のベーン３の位置においては、チップ３ａとカム
面１ａ七の間に潤滑油が導入し易い状態（角点ｍがカム
面と接触している状態）・七なるが、上側め位置に島る
ベーン３はチップ３＆における回転方向の最も前側がカ
ム面１＆に接する状態になっていやことが判る。

よって−原則とし、ではチップ３ａの曲率半径を最大に
してチップ３ａとカム面１＆との接触圧力を最小ｆこす
るように、チップ３＆の全面が、その回転角にしたがう
で順次カム面１＆′□に接してゆく□構成上なり≦るよ
うに−、該構成にお゛　（ζて、ベーン３が、第１因に
おける上側の位置の状態においても、・ベーンの前面３
ｄから距離ｔｏの位置の間は、潤滑油の導入−としての
こし、のこるチップ３ａの１２ｍ間を有効に、チップ３
＆の全幅にわたつてカム面１ａと接触する部分と卆れば
、カム面１ａ七チツプ３ａとの接触圧を最も小とし、且
つチップ３ａ面の軸受能力を高めることが可蝿となる。

第２図は、上記のように、ベーン３が該垂直となった状
態にして２．且う二−ン３が第１５ａ上側の押しのけ室
４を圧縮してゆく圧縮行程にある状態を拡大図示したも
のであり、ベーン３の溝’２ａ内における傾きが、左側
の押しのけ宣４を大きくする方向に傾斜している場合を
示している。

これＣご対しで、ホベーンポンプーモークはその作動に
よっては、ベーン３の！Ｉ２ａに対する傾斜が第２図と
逆向きになることも存在するが、該逆向きの場合は、第
１゛■の傾きに対してチい状態におけるベーン３の傾き
方向の場合について半径ｒを決定すればよいことになる
。

なお、以下において短摺動面２ｃの語は、ベーン３が溝
２ａ内に案内されている長さが、第２図の構成から萌ら
かなように、溝２ａの２０側において短かく、２ｄの側
が長い構成となまため、該短かい側を「短摺勧面」七名
付新、該、長い側の２ｄを「長摺動面」′と名付けてい
る。

第２図の状態におい゛て、カム面１ａに対する。

法線Ｑ−ｊに対し゛て、ベーン３は傾斜し、カム面１８
と接する接点ｊ　（チップ３ａのカム面ａ　、＋’　（
７）　形４ハ、％上記の理悲を達成するため、カム面１
ａに接する円弧をなしている必要があり、そのためには
、該円弧の中心ｋが法線０〜ｊ上に存在しなければなら
ない。

以下、中心にの位置ｆこついて論する。

第２図において、法線０〜ｊ１偏心方向基準綿２ｂおよ
びベーン３における前面３ｄ＋こ平行するＪ〜ｆＯとよ
り形成する三角形に看目し、該三角形ｊ　＃　　ｆｏ　
・　０　において、中心ｋを通り且つ偏心方向基準線２
ｂに平行なるｔＴ線ｈｏ〜ｋ　を設けると、三角形Ｊ・
０・ｆｏと三角形ｊ　−に−ｈｏは相似となる。　よっ
て、ｊｋ　／　ｊｏ　＝＝　ｈａ　−ｋ／　ｆｏＩＩｏ
　　　　（１）ここでｊｋ　＝　ｒ　、　　ｊＯ＝＝　
Ｒ１、ｈｏ−に＝ｔ４　　および　ｆａｎ　ｏ　＝　ｘ
ｉであるため、（１）式を整理すると ｒ　＝　ＲＩ　Ｘ　ｔ４　／　ＸＩ　　　　　　　　　
（ｇ２）となる。

次に、（，２）、式中の未知数Ｘ１を求める。

三角形ａｂｏと三角形ｃｄｅとは相似であり、０〜ｂの
長さは、近似的に、溝２ａとベーン３との両者における
６一タ回転方向における長さのＭｔｏ　−ｔ　＝　ＣＩ
　＆みなすことが出来る。誹って、 ｄｌ／ＣＩ＝（ｔｏ−０１）／Ｑ２ あるいは ｏ２＝（ｔｏ−ａｔ）Ｘｃｌ／ｄｌ　　　　（３）とな
り、また三角形ａｈａと三角形ｅｇｆとは相似ゆえ、 ｄ１／　ｃｌ　＝　（ｄ２　＋　ｃ２　）　／　ｃ３よ
って ｏ３＝＝（ｄ２’＋ｏ２）ＸＯＩ／ｄ５　　　（＜ｌ）
となり、（ゲ）式に（３）式を代入するととなる。

ココでｆｌｌｏｃｉ）−！ＩＣさは（０３＋　ｘｏ　）
であり、ｆ−ｆｏの長さは（ｔ２−　ｔ４　）であるた
め、ｘｌ　＝　（ａ３　＋　ｘｏ　）　−（ｔ２−　ｔ
４　）あるいは （６） を得る。

また、第２図から明らかなように、（ｔ２−ｔ４　）は
ｔｏ　　と近似的に等しいため、（６）式（６） 以上の（，２）式に（６ａ）式を代入すると、（６２）
式はｒおよびｔ４のユ個の未知数を含んでいるため、更
に該ｒおよびｔ４の新たな関係式を以下に求める。

ベーンのチップ３ａにおける曲率半径は一定値ｒに設定
し、且つチップ３ａは常にカム面１ａに接して摺動回転
を行なうため、該曲率の中心には、第１図に示すように
、中心０を中心とした周円３ｂ上を移動することとなる
。

ベーン３が偏心方向基準線２ｂに対して垂直にして、且
つベーン３が第１図下側の押しのけ室４を膨張させる膨
張行程に位置（第１図の下側におけるベーン３の位置）
する状態のとき、ベーン３はカム面１ａに対して最も傾
いた他方の状態となるため、このときチップ３ａにおけ
る角点ｍがカム面１ａに接するものでなければならず、
該接する部分のチップ３ａ側曲率は、上述のように半径
ｒでなければならない。また、このときも半径ｒの中心
には周円３ｂ上に存喉することとなる。

第３図は、上述の第１図Ｃ二おける下側に位置するベー
ン３の拡大、図を示した、ものであり、第３図から明ら
かなように、前述の理悲を達成するために角点ｍイ；つ
いても半径ｒの中心にはカム面１ａにおける角点ｍから
の法線ｍ〜０と周円３ｂとの交点に位置しなければなら
ない。

ここで、偏心方向基準線２ｂに対して平行にｎ〜ｋを設
けると、第２図におけると同様に三角形ｍｓｏと三角形
ｍｎｋとは相似となる。

よって、 ｙｌ　／　ｏｍ　＝　ｔ３／　ｈｍ　　　　　　　　（
７）となり、ここでａｍ　＝＝　Ｒ１およびｋｍ＝ｒゆ
え、　（７）式を整理すると ｒ＝ＲＩ　Ｘ　ｔ３／ｙｌ　　　　　　　　　（８）と
なる。

ここで ｙｌ　＝　ｙｏ　−ｏａ　　　　　　　　　　　（９）
であり、０４は未知数ゆえ、以下未知数０４を第３図か
ら求めると、三角形ａＵＶと三角形ａｑ日は相似形ゆえ
、 ｃｌ　／　ｄ３　＝　ｃ４　／　（ｄ３　＋　ｔ１４　
）あるいは ｃ４　　＝　　ｏ＋　　Ｘ　　（ｄ３　＋　　ｄ４　）
　　／　　ｄ３（１０） となる。よって、　（９）および（１０）式よりｙｌ　
＝　ｙＯ−（０１／　＋１３　）Ｘ　（ｄ３　＋　ｄ４
　）（／／） を１尋る。

また、（８）式におけるｔ３について検討する。

中心ｋからベーン３の側面へ立てた法線に１の長さは、
第２図に示すようにｔ２０と仮定して第２図）とは相似
形ゆえ、 ｔ２０　／　ｔ２　＝　（ｔ　−ｔ２０　）　／　ｔ３
あるいは ｔ３＝　ｔ２Ｘ　　（ｔ　−ｔ２ｏ　）　／　ｔ２ｏ　
　　　（７，２）となり、また第１図から明らかなよう
に、ｔ２″；ｔ２０　　　　　”　　　　　　ＣＩ’３
）ゆえ、　（／２）式は ｔ３〜ｔ−ｔ２ｏ　　　　　　　　　　　　（／４０と
置くこ七が出来る。

よって、（８）式および（／な）式よりｒ　＝　ＲＩ　
Ｘ　　（ｔ　−ｔ２０　）　／　３’１（１５） を得、また同様にｔ４とｔ４０は近似的に等か亭しいの
で、このことを考慮して、（コ）および（／３）式より ｒ　　＝　　ＲＩ　　Ｘ　　（ｔ２０　−　　ｔｏ　　
）　　／　　ｘｌ（／６） となり、最終的に（１５）および（／６）式より、　　
　′ ｔ２ｏ＝（ｘｌ−ｔ＋ｙ＋−ｔ、ｏ）／（ｘ＋＋ｙ＋）
（／ン） および ｒ　　ｍＲＩ　　Ｘ　　（ｔ−ｔｏ　）　／　　（ｘｌ
　　＋　　７１　　）（／８） となり、（／２）およ゛び（／８）式中、Ｘ曹およびｙ
ｌは（６ａ）および（／／）式から求めることが出来る
。

以上の計算結果より、ベーンのチップ３ａにおける曲率
半径ｒの中心には（／２）および（／８）式まつ求める
ことが可能となり、チップ３ａの形状を実際に設計する
場合は、　（／８）式によって求めた半径ｒの値をもっ
て、チップ３ａにおける接点ｊを中心として円弧を描き
、次に（／７）式から求めたｔ２０の寸法をもって、ベ
ーンの前面３ｄから該前面３ｄに対し平行線を設け、該
平行線と該円弧との交点が求める中心にとなる。

上記構成において、ベーン３の前面３ｄから接触点ｊま
での距離ｔｏは、あまり大きな値とすると、チップ３ａ
の曲率半径ｒを小、ｔ’　＜　して、チップ３ａがカム
面１ａと接触する接触圧力を高めてしまうことになり、
距Ｎ１ｔｏの適切な導入部の長さは最も短かく、ベーン
３の他の作動位置においては、該ｔｏの値より長い値を
なってチップ３ａには常に潤滑油が導入される。

また、本発明における実施例に履いては、第２図におけ
るｘｌが、図の左方へ位置する構成となっているが、ベ
ーン３のオフセット量ｅ。

が本発明における実施例より更に大をなって、該Ｘｉの
値の方向が第２図中の右方へくる場合、あるいはオフセ
ット量ｅＯが零になる場合も上記と同様の考えによって
ベーン３におけるチ・ツブ形状を算出することが出来る
ことは容易に理解されよう。

また、本発明におけるベーンポンプ・モータは、その押
しのけ作用における作動圧力がＪｋｇ／ａｍ”以下のも
のにおいて有効でめり、特に真空ポンプにおいで有効と
なる。それは、３ｋｇ／ａｍＬ以上の作動圧の高いもの
においては、チップ３ａの潤滑油導入部から、作動流体
が強制的に導入し易くなり、押しのけ作用における容積
１に、従来のベーンをそれぞれ装着した場合の真空ポン
プ全体の発熱ムヒ（最大発熱量に対する比）Ｑの実験値
を示し、同図中、１２および２２は上記真空ポンプ１１
および２１に、それぞれ本発明によるベーン３を装着し
た場合の発熱量比Ｑの実験値を示している。

すなわち、１１に対しては１２の改良となり、２１に対
して２２の改良となっている。その結果第４図から、本
発明におけるベーン３は、従来のベーンを使用したもの
に対して、真空ポンプ全体の発熱量を、、２０％程度改
善したことになる。

なお、上記第４図に使用した従来のベーンにおけるｒは
６ミリメータである。

また、上記実施例においでは自動車に使用する真空ポン
プを例にとって説明したが、第１図の構成はそのまま、
通常のポンプあるいはモータとして使用出来るものであ
ることは容易に理解されよう。

以上の説明から明らかなように、本発明におけるベーン
ポンプ・モータは、ベーンのチップ３ａを、その幅ｔに
ついて、潤滑油の導入部をベーン前面３ｄ側に設け、且
つのこる全幅が有効にカム面１ａに接触して使用される
ようにしたことにより、ベーンチップにおける潤滑ちを
有効に行ない、且つその接触圧力を十分小さくしてその
発熱量を大幅に減少させることを可能とし、そのことに
２って作動効率が上昇し、使用動力を小ざ（するにとが
可能となったものである。

特（；、本発明のベーンポンプ・モータを自動車に装着
して、その潤滑τ；従来のエンジンオイルを共用すると
きは、該エンジンオイルの冷却器を特に過大にすること
なく使用出来るため、限られたエンジン・ルームの空間
利用の点から、また冷却器の重量および製造価格の点か
ら秀れたものとなり、該重量の軽減は、上記作動効率の
改善とともに、自動車の燃費軽減に貢献するものである
。　　゛

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明（；おける一実施例としてのベーンポ
ンプ・モータを側断面図によって示し、第２および３図
は、それぞれ第１因におけるベーン３近傍の拡大した図
を側断面図によって示し、第４図は、従来における真空
ポンプを、本発明におけるベーンポンプ・モータを真空
ポンプとして使用した場合の発生熱量比Ｑの特性を示し
たものである。 使用した符号は下記のとおりである。 １：八、ウジング １ａ：カム面、　１ｂ：基準線。 ２：〇−タ ２ａ：溝、　２ｂ：偏心方向基準線、 ２ｏ：頬摺動面、　２（１：！に１１１動面。 ３：ベーン ３ａ；チップ、　３ｂ：周円、　３Ｃ：底部、　　３ｄ
：ベーン３における回転方向前面。 ４：押しのけ室、　５：矢印。 Ｒ１：カム面１ａの曲率半径、　　Ｒ２：Ｏ−り２の外
径（半径）、　　ｅＯ：ベーン３のオ７セーＩト量、　
ｒ：チップ３＆の曲率半径、　ｘＯ：基準線１ｂから長
摺動面２ｄまでの寸法、ｙＯ：基準線１ｂから頬摺動面
２Ｃまでの寸法、　Ｏおよびに：中心、　ｔ：ベーン３
の回転方向（５）の厚み、　　ｔｏ：ベーン溝２ａの回
転方向（５）の厚み、ｔ２０：中心ｋからベーンのチッ
プ３ａにおいて、潤滑油導入部の最小長ざ、　ａ、ｂ％
ｏ％ｄ、ｅ、ｆ、ｆｏ、ｇ、ｈ。 ｈａ　、ｉ　％　ｊ　％ｍ　％　ｎ　ｓ　Ｉ’　％　ｑ
’　％　８　％　ｕおよびＶ：点、　　ｄｌおよびｄ３
：ベーン３の溝２ａ内に案内だれている長だ、ｄ２およ
びｄ４：ベーン３の底部３ｏから偏心方向基準線２ｂま
での長さ。 特許出願人　　　三輪精機株式会社 代表者　西海悦史 °第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータ　（２）の径方向に削設した溝（２８）には
   、前記径方向への摺動運動を可能にべ一／　（３）を挿
   嵌し、前記ベーンのチップ（３ａ＞が接触しながら回転
   摺動を行なっている力°ム面（１ａ）の形状は、円形状
   をなし、前記チップの形状は、 イ）前記ロータの回転する方向の面において単一の円弧
   形状をなし、 口）前記ロータの偏心方向基準線（２ｂ）に対して、前
   記溝が垂直に位置し一且っ前記ベーンが圧縮行程にある
   とき、前記ベーンにおける前記回転する方向の前面（３
   ｄ）から所定の距離（ｔｃ）を隔てた前記チップの位Ｉ
   ＩＩ　（ｊ　）が前記カム面に接し、　　− ハ）前記ロータの偏心方向基準線（２ｂ）に対しで、前
   記溝が垂直に位置し、且つ前記ベーンが膨張行程にある
   とき、前記ベーンの前記前面Ｃ；対する後面と前記チ゛
   　ツブとの交点（角点ｍ）が前記カム面に接する、 構成をなしていることを特徴とするベーンボンブーモー
   タ。 ２、所定の距離（ｔａ　）は、ベーン（３）の回転方向
   における厚さく１）の２θ％以下の値となりでいるもの
   である特許請求の範囲第１項記載の々−ンボンプ・モー
   タ。 ３、′ベーン【３）が圧縮行程あるいは吐出行程を行な
   うことによって、押しのけあるいは押しのけられる流体
   の作動圧力ｔ％ｋｇ／ａｓ　　以下となっているもので
   ある特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のベーン
   ポンプ・モータ。 ４、ロータ　（２）は、自動車のエンジンによって駆動
   されでいるものである特許請求の範囲第３項記載のベー
   ンポンプ・モータ。 ５、ベーン（３）の摺動部分を潤滑している潤１１、滑
   油は、エンジン・の潤滑′を行なっている潤滑