WO2018198366A1

WO2018198366A1 - ベーンポンプ

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Publication number: WO2018198366A1
Application number: PCT/JP2017/017070
Authority: WO
Inventors: 崇寛小倉
Original assignee: 株式会社ミクニ
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-01
Also published as: DE112017007487T5; JPWO2018198366A1; CN110573740B; CN110573740A; JP6916273B2; DE112017007487B4

Abstract

ポンプハウジング２に設けた収容空間１０内に円筒状のロータ１８を配設して、ロータ１８の両側にポンプ室２０をそれぞれ画成すると共に、ポンプ室２０の並設方向と直交するロータ１８の外周面の両側を収容空間１０の内周面にそれぞれ微小間隙を介して相対向させ、ロータ１８の回転に伴いロータ１８の外周面に出没可能に設けられたベーン２１の先端を収容空間の内周面に摺接させながら、各ポンプ室２０を容積変化させて流体を吸入・吐出するベーンポンプ１において、収容空間１０の内周面に、ロータ１８の外周面と対応する断面円弧状の一対のシール面Ａを形成し、各シール面Ａの領域で微小間隙を介してロータ１８の外周面を相対向させ、各シール面Ａを、ポンプ室２０の並設方向において各ポンプ室２０の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成する。

Description

ベーンポンプ

　本発明は、ベーンポンプに関する。

　この種のベーンポンプには、ポンプ室の画成状態を異にする種々の形式が存在する。例えば特許文献１の図４に記載されたベーンポンプでは、カムリングの両側面をプレートにより閉塞して円筒状をなす収容空間を画成し、その内部の偏芯位置に円筒状のロータを配置している。以下、この形式を非平衡型と称する。このような非平衡型のベーンポンプでは、収容空間内に三日月状をなす単一のポンプ室が画成され、そのポンプ室をロータの回転に伴いベーンにより容積変化させて流体を吸入・吐出している。

　ベーンポンプの容量（流体の吐出量）はポンプ室の容積変化に依存するが、容量の増加を目的とした収容空間の大型化はベーンポンプ自体の大型化、ひいては車両等への搭載性の悪化に直結してしまう。

　そこで、例えば特許文献２の図２に記載されたベーンポンプでは、カムリング内に楕円状をなす収容空間を画成し、その内部の楕円中心に円筒状のロータを配置することにより、ロータの両側に三日月状をなす一対のポンプ室を画成している。以下、この形式を平衡型と称する。このような平衡型のベーンポンプでは、ロータの回転に伴いベーンにより各ポンプ室で容積変化が生起され、これにより収容空間をそれほど大型化することなくポンプ容量の増加を達成している。

特開２０１３－６０８４１号公報特開２００５－３５１１１７号公報

　上記特許文献１の非平衡型のベーンポンプの収容空間が円筒状をなすのに対し、特許文献２の平衡型のベーンポンプの収容空間は楕円筒状をなしているため、微小間隙を介してロータの外周面と相対向する箇所の曲率が大きい。結果として平衡型のベーンポンプでは、ロータと収容空間との曲率に大きな格差が生じているため、ロータの両側で一対のポンプ室を区画している２箇所のシール長が非常に短く、言わば線接触に過ぎない。

　そして、単一のシール箇所を有する非平衡型のベーンポンプでは、収容空間内へのロータの組付時に微小間隙を調整可能であるのに対し、２つのシール箇所を有する平衡型のベーンポンプでは、収容空間の短軸方向の内寸とロータの外径とにより２箇所の微小間隙が自ずと決定されてしまう。このため、収容空間内へのロータの組付時には、２つのシール箇所で均等な微小間隙が形成されるように入念に調整する必要があり、組付作業が非常に煩雑で生産性が悪いという問題があった。

　また、収容空間の短軸方向の内寸とロータの外径とにより形成される２箇所の微小間隙は、ポンプ効率を向上させるには間隙をできる限り小さくすることが好ましいが、収容空間とロータのそれぞれの熱膨張、熱収縮による寸法変化があり、微小間隙を小さくすることに限界がある。その為、２箇所の微小間隙はある程度の間隙を設ける必要が生じるためポンプ効率の低下を招くという問題があった。

　また、平衡型のベーンポンプでは２箇所のシール長が非常に短いため、それぞれの微小間隙を大きめに設定すると流体のリークによりポンプ効率が低下してしまう。逆に微小間隙を小さめに設定した場合には、組付時の調整が不十分であると片側の微小間隙が過小になるため、ロータの急激な摩耗によりベーンポンプの耐久性が低下してしまう。結果としてポンプ効率と耐久性とがトレードオフの関係になり、両者を高い次元で両立させることができなかった。

　本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポンプ効率と耐久性とを高い次元で両立させた上で、組付時の微小間隙の調整を容易に実施可能として生産性を向上することができるベーンポンプを提供することにある。

　上記の目的を達成するため、本発明のベーンポンプは、ポンプハウジングに設けた収容空間内に円筒状のロータを配設して、ロータの両側にポンプ室をそれぞれ画成すると共に、ポンプ室の並設方向と直交するロータの外周面の両側を収容空間の内周面にそれぞれ微小間隙を介して相対向させ、ロータの回転に伴いロータの外周面に出没可能に設けられたベーンの先端を収容空間の内周面に摺接させながら、各ポンプ室を容積変化させて流体を吸入・吐出するベーンポンプにおいて、収容空間の内周面には、ロータの外周面と対応する断面円弧状の一対のシール面が形成され、各シール面の領域でロータの外周面が微小間隙を介して相対向し、各シール面が、ポンプ室の並設方向において各ポンプ室の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成されていることを特徴とする（請求項１）。

　その他の態様として、収容空間が、ポンプ室の並設方向を長軸とし、並設方向と直交する方向を短軸とした楕円状またはトラック状をなすと共に、ロータの外径に比して短軸方向の内寸が短く設定され、各シール面が、長軸方向に２分された収容空間の領域を、それぞれが画成しているポンプ室の吸込側に向けて短軸方向の中心から互いに逆方向にオフセットさせることにより、各ポンプ室の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成されていることが好ましい（請求項２）。

　その他の態様として、各シール面が、各ポンプ室の吸込側で収容空間の内周面に対してロータの外周面が内接することにより、収容空間の長軸方向において中心から各ポンプ室の吐出側に偏った領域に形成されていることが好ましい（請求項３）。

　その他の態様として、収容空間の内周面の各ポンプ室の吐出側に相当する領域と各シール面との境界に、それぞれ収容空間の外に中心を有する断面円弧状をなす緩衝面が形成されていることが好ましい（請求項４）。

　本発明のベーンポンプによれば、ポンプ室の並設方向において、各シール面が各ポンプ室の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成されている。このため、収容空間の内周面は、各ポンプ室の吐出側に相当する領域と各シール面との境界で起伏が不連続になっているものの、各シール面と各ポンプ室の吸込側に相当する領域との境界では、起伏がなだらかに連続しているか、或いは、起伏が多少不連続になるものの、反対側のポンプ室の吐出側で生じている内周面の起伏の不連続に比較すれば軽度なものとなる。

　ベーンポンプの作動中において、ベーンが何れか一方のポンプ室の吐出側からシール面に移行する過程では、起伏が不連続であるためシール面からベーンが瞬間的に離間するが、各シール面とロータの外周面との間の微小間隙により流体の瞬間的なリークが防止される。また、その後にベーンがシール面から他方のポンプ室の吸込側に移行する過程では、起伏がなだらかに連続しているか或いは軽度の不連続に過ぎないため、ベーンの離間が防止されて流体の瞬間的なリークも防止される。

　そして本発明では、各シール面の全領域でロータの外周面が微小間隙を介して相対向しているため、両ポンプ室を区画しているシール長が非常に長い。結果として、微小間隙を経た定常的な流体のリーク量が低減されると共に、微小間隙を多少大きめに設定しても良好なポンプ効率が維持されるため、ベーンポンプの組付時の微小間隙の調整が容易になる。また、仮に調整が不十分で片側の微小間隙が多少小さめになっても、ロータの急激な摩耗が回避される。
　以上により本発明では、ポンプ効率と耐久性とを高い次元で両立させた上で、組付時の微小間隙の調整を容易に実施可能として生産性を向上することができる。

実施形態のバキュームポンプを示す斜視図である。バキュームポンプを示す分解斜視図である。収容空間内のロータ及びベーンを示す図１のIII-III線断面図である。ロータとモータの出力軸との連結箇所を示す図３のIV-IV線断面図である。第１実施形態の収容空間の平面視の形状を示す模式図である。第１実施形態で生じるベーンの離間を示す図５中のＸ領域の部分拡大図である。第２実施形態の収容空間の緩衝面の周辺を示す図６に対応する部分拡大図である。第３実施形態の収容空間の平面視の形状を示す模式図である。シール面の形成領域を変更した第１実施形態の別例に相当する収容空間の平面視の形状を示す模式図である。

　以下、本発明のベーンポンプをベーン式のバキュームポンプに具体化した一実施形態を説明する。
　図１は本実施形態のバキュームポンプを示す斜視図、図２はバキュームポンプを示す分解斜視図、図３は収容空間内のロータ及びベーンを示す図１のIII-III線断面図、図４はロータとモータの出力軸との連結箇所を示す図３のIV-IV線断面図である。

　本実施形態のバキュームポンプ１は車両に搭載されており、流体として空気を吸入・吐出することにより負圧を発生させて車両のブレーキアシスト装置に供給する機能を奏する。各図では、車両に設置されたときの姿勢でバキュームポンプ１が示されており、以下の説明では、車両を主体として前後、左右、上下方向を表現する。

　全体としてバキュームポンプ１はポンプハウジング２を中心として、その下側にモータ３を固定し、上側に消音ハウジング４を固定して構成されている。

　ポンプハウジング２はアルミダイカスト成型により製作されて上下方向に延びる円筒状をなし、その外周壁５に対して内外二重の位置関係となるように内周壁６が形成されている。内周壁６の下部は底壁７が一体形成されて閉塞され、内周壁６の上方への開口部にはアッパープレート８がビス９により固定され、これらの内周壁６、底壁７及びアッパープレート８により収容空間１０が画成されている。収容空間１０は平面視において楕円状をなしているが、その形状は本発明の要旨に関わるため後に詳述する。

　ポンプハウジング２の下面にはモータ３がビス１２により固定され、モータ３内には上下方向に延びる軸線Ｌに沿って出力軸１３が配設されて上下一対のベアリング１４（図４に上側を示す）により回転可能に支持されている。モータ３の上部には出力軸１３を中心としてボス部１５が上方に向けて突設され、ポンプハウジング２の底壁７の下面には円筒状の筒部１６が下方に向けて突設されている。筒部１６はボス部１５に対してＯリング１７を挟んで外嵌しており、これにより軸線Ｌ上でポンプハウジング２とモータ３とが位置決めされている。

　モータ３の出力軸１３はボス部１５の軸孔１５ａから上方に突出し、ポンプハウジング２の筒部１６内及び底壁７の軸孔７ａを経て上部を収容空間１０内の中心に位置させている。

　収容空間１０内には軸線Ｌを中心とした円筒状をなすロータ１８が配設され、ロータ１８には軸線Ｌに沿って下方より軸孔１８ａが穿設されて出力軸１３の上部が挿入されている。軸孔１８ａ内に配設された回止め部材１９により出力軸１３とロータ１８との相対回転が規制されており、モータ３によりロータ１８が図３に矢印で示す反時計回りに回転駆動されるようになっている。

　ロータ１８の下面は収容空間１０の底壁７に対し微小間隙を介して相対向し、ロータ１８の上面はアッパープレート８に対し微小間隙を介して相対向している。結果として収容空間１０内のロータ１８の前後両側には、平面視で三日月形状をなすポンプ室２０がそれぞれ画成されている。

　ロータ１８の外周面の等分６箇所には、ロータ１８の上下幅全体に亘ってベーン溝１８ｂが凹設され、各ベーン溝１８ｂ内には、板状のベーン２１がそれぞれ軸線Ｌを中心とした内外方向に出没可能に配設されている。各ベーン２１の上下幅はロータ１８の上下幅と略一致すると共に、その基端（内周端）に対して先端（外周端）をロータ１８の回転方向に傾けた姿勢を採っている。

　以下に述べるように、バキュームポンプ１の作動中にはロータ１８及びベーン２１が収容空間１０内で無潤滑で摺接するため、これらのロータ１８及びベーン２１は自己潤滑性を有するカーボンにより製作されている。

　ポンプハウジング２の上面には消音ハウジング４がビス２２により固定され、図示はしないが消音ハウジング４内には、バキュームポンプ１から吐出される空気の脈動を緩和するための拡張室や共鳴室が形成されている。

　図３に示すように、ポンプハウジング２の外周壁５の前側にはモータ３に給電するためのコネクタ２４、及び図示しない空圧ホースを介してブレーキアシスト装置に接続されるニップル２５が設けられている。図３に仮想線で示すように、アッパープレート８の下面には一対の吸入ポート２６が凹設され、各吸入ポート２６はそれぞれポンプ室２０内に開口している。一方の吸入ポート２６は、ポンプハウジング２に形成された第１吸入路２７を介して上記ニップル２５と連通すると共に、アッパープレート８の下面に収容空間１０を取り囲むように凹設された環状の第２吸入路２８を介して他方の吸入ポート２６と連通している。

　また、各ポンプ室２０内には図示しない吐出ポートがそれぞれ開口し、これらの吐出ポートは吐出路２９から消音ハウジング４内の拡張室及び共鳴室を介して外部と連通している。

　従って、モータ３により収容空間１０内でロータ１８が回転駆動されると、各ベーン２１は先端を収容空間１０の内周面に摺接させながら、複数に区画したポンプ室２０を次第に容積変化させる。これにより、ブレーキアシスト装置からの空気が空圧ホース及びニップル２５及び第１吸入路２７を経て一方の吸入ポート２６から一方のポンプ室２０内に吸入されると共に、第２吸入路２８を経て他方の吸入ポート２６から他方のポンプ室２０内に吸入される。

　各ポンプ室２０内ではベーン２１により空気が吸入ポート２６側から吐出ポート側へと移送され、それぞれの吐出ポートから吐出路２９を経て消音ハウジング４内に流入する。空気の脈動は拡張室及び共鳴室を流通する過程で緩和され、その後に空気が外部に吐出される。

　ポンプハウジング２の内周壁６と外周壁５との間には環状の空間３０が形成され、この環状空間３０は、外周壁５の前後両側に形成されたスリット３１を介してそれぞれ外部と連通している。図示はしないが、バキュームポンプ１の前方にはエンジン冷却用ファンが配設され、冷却風の一部がバキュームポンプ１に送られる。冷却風は前側のスリット３１から環状空間３０内に流入して左右に分岐し、内周壁６の左右両側を流通した後に合流して後側のスリット３１から外部に排出される。この冷却風の流通により、バキュームポンプ１の温度上昇が抑制される。

　一方、ポンプハウジング２の左右両側には緩衝部材３２を備えた取付フランジ３３が一体形成され、これらの取付フランジ３３を介してバキュームポンプ１が車体に固定されるようになっている。

　ところで、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、本実施形態のバキュームポンプ１と同じくロータの両側に一対のポンプ室を画成した特許文献２の平衡型のベーンポンプでは、２つのシール箇所の微小間隙の調整が煩雑な上に、ポンプ効率と耐久性とを両立できないという問題があった。

　以上の不具合を鑑みて本発明者は、全ての不具合が２箇所のシール長の短さに起因する点に着目した。即ち、シール長が長ければ、収容空間１０の内周面とロータ１８の外周面との微小間隙を多少大きめに設定しても、空気のリークによるポンプ効率の低下を防止できる。そして、微小間隙が大きめに設定されていれば、仮に組付時の調整が不十分で片側の微小間隙が多少小さめに調整されたとしても、ロータ１８の急激な摩耗ひいてはポンプ耐久性の低下を抑制でき、必然的に微小間隙の調整が容易になることから生産性が向上する。

　但し、平衡型のバキュームポンプ１においてシール長を延長するには、収容空間１０の内周面にロータ１８の外周面と対応する断面円弧状の領域を形成する必要がある。この断面円弧状の領域は収容空間１０の内周面の一部に相当し、以下の説明ではシール面Ａと称すると共に、元々の楕円状をなす内周面の領域を楕円面Ｂと称して区別する。シール面Ａはロータ１８の左右両側にそれぞれ形成され、ロータ１８の外周面との間の微小間隙により前後のポンプ室２０を区画している。しかし、各シール面Ａの両端と楕円面Ｂとの境界では断面形状の急変により起伏が不連続になるため、摺接中のベーン２１が起伏に追従できずに収容空間１０の内周面（ＡまたはＢ）から離間する可能性がある。

　即ち、バキュームポンプ１の作動中の各ベーン２１は、ロータ１８の回転に伴う遠心力及び外周方向への空圧（基端に作用する空圧－先端に作用する空圧）を受けることにより、その先端を収容空間１０の内周面に摺接させながらベーン溝１８ｂ内で出没を繰り返している。しかし、ベーン２１が各シール面Ａの両端を通過する際には、起伏が不連続であるためベーン２１の突出方向への加速度が急激になり、この加速度変化にベーン２１を追従させるための遠心力及び空圧が不足する。

　特に本実施形態のカーボン製のベーン２１は元々軽量な上に、摩耗に伴って更に重量が軽減されるため、遠心力の不足を生じ易い。このため、摺接中のベーン２１の先端が内周面から離間して、空気をリークさせてしまう。
　なお、上記のような微小間隙を経た空気のリークが定常的なものであるのに対して、ベーン２１の離間に起因する空気のリークはロータ１８の回転に同期して瞬間的に発生する。

　以上のようなシール長を延長した場合の新たな不具合を鑑みて、本発明者は、収容空間１０の内周面でのシール面Ａの形成位置について考察した。
　上記のようにベーン２１の離間現象は、各シール面Ａの両端でそれぞれ発生する。詳しくは、ベーン２１の先端が何れか一方のポンプ室２０の吐出側の楕円面Ｂからシール面Ａへと移行する過程で発生し、続いて、シール面Ａから他方のポンプ室２０の吸込側の楕円面Ｂへと移行する過程で発生する。

　シール面Ａでは微小間隙により左右のポンプ室２０が区画されているため、仮にベーン２１の離間が発生したとしても微小間隙によって空気のリークが防止される。しかし、ポンプ室２０の吸込側でベーン２１の離間が発生すると、微小間隙のような空気のリークを遮る要素がないことからリークに直結してしまう。結論として、ベーン２１がポンプ室２０の吐出側からシール面Ａに移行する過程よりも、シール面Ａからポンプ室２０の吸込側に移行する過程で、よりベーン２１の離間防止が要求されることが判る。

　一方、上記説明では、各シール面Ａの両端で収容空間１０の内周面の起伏が不連続になるものとしたが、以下に述べるように、起伏が不連続になる箇所を各シール面Ａの両端の何れか一方のみにとどめるような収容空間１０の形状設定も可能である。そこで、相対的にベーン２１の離間防止の優先度が低い側では起伏の不連続を容認し、ベーン２１の離間防止の優先度が高い側で起伏の不連続を抑制するように、収容空間１０の内周面の形状を設定したものが本発明であり、その具体例として、以下に第１～３実施形態を順次説明する。

［第１実施形態］
　図５は第１実施形態の収容空間１０の平面視の形状を示す模式図である。
　基本的に本実施形態のバキュームポンプ１の収容空間１０は、特許文献２のものと同じく平面視において楕円状をなしており、例えば、Ｘ軸及びＹ軸の平面上で次式(1)により表現される。
　Ｘ^２/Ａ^２＋Ｙ^２/Ｂ^２＝１……(1)
　ここに、Ａ/Ｂは楕円の長径と短径の比率である。収容空間１０の長軸は、本発明の「ポンプ室の並設方向」に相当し、収容空間１０の短軸は、本発明の「並設方向と直交する方向」に相当する。

　特許文献２の収容空間との相違点は、以下のとおりである。
　本実施形態においては、ロータ１８の外径に比して楕円状をなす収容空間１０の短軸方向である左右方向の内寸が寸法Ｌoffだけ短く設定されている。そして、中心（＝軸線Ｌ）を境界として収容空間１０は長軸方向である前後に２分され、これらの２分された半楕円状の領域は、それぞれが画成しているポンプ室２０の吸込側に向けて収容空間１０の短軸方向の中心から互いに逆方向に寸法Ｌoff/２だけオフセットされている。より具体的には、図５中にＬ’で示した各領域の中心と収容空間１０の中心との位置関係から判るように、収容空間１０の前側の領域は右方に、後側の領域は左方にオフセットされている。

　結果として各ポンプ室２０の吸込側では、収容空間１０の内周面に対してロータ１８の外周面が内接している。内接とは、内外の円弧同士が相互に接した関係を表し、内接位置を図５中にポイントａで示す。このため各シール面Ａは、収容空間１０の長軸方向において中心からポンプ室２０の吐出側に偏った領域、即ち、図５中に示すポイントａ-ｂ間の領域で、それぞれロータ１８の外周面と対応する断面円弧状をなして形成されている。また、収容空間１０の内周面の各シール面Ａ以外の領域、換言すると、前後のポンプ室２０をそれぞれ画成している一対の領域が楕円面Ｂとなる。

　このため収容空間１０の内周面は、ポイントｂで示す各ポンプ室２０の吐出側に相当する楕円面Ｂと各シール面Ａとの境界では起伏が不連続になっているものの、ポイントａで示す各シール面Ａと各ポンプ室２０の吸込側に相当する楕円面Ｂとの境界では起伏がなだらかに連続している。換言するとポイントａの境界は、特許文献２のベーンポンプのような単なる楕円形状の収容空間と近似した、なだらかな断面形状をなしている。

　以上のように構成されたバキュームポンプ１の作動中において、ポイントｂのベーン２１の先端が何れか一方のポンプ室２０の吐出側からシール面Ａに移行する過程では、起伏が不連続であるためベーン２１の先端がシール面Ａから瞬間的に離間する。しかし、上記のように空気のリークは各シール面Ａとロータ１８の外周面との間の微小間隙によって防止される。

　また、その後のポイントａで示すベーン２１がシール面Ａから他方のポンプ室２０の吸込側に移行する過程では、シール面Ａの曲率から楕円面Ｂの曲率へと起伏がなだらかに連続していることから、楕円面Ｂからのベーン２１の離間が防止される。このため微小間隙のような空気のリークを遮る要素がなくても、各ポンプ室２０内でのリークが防止される。
　結果として、収容空間１０の内周面に形成した断面円弧状のシール面Ａに起因するベーン２１の離間、ひいては、それに起因するロータ１８の回転に同期した瞬間的な空気のリークを確実に防止することができる。

　そして本実施形態では、各シール面Ａの全領域でロータ１８の外周面が微小間隙を介して相対向している。即ち、前後のポンプ室２０を区画している前後方向のシール長として、シール面Ａに相当する非常に長い領域が確保されており、特許文献２のベーンポンプの線接触に対して、言わば面接触と表現できる。従って、空気がリークする際には、シール長に相当する微小間隙の長い経路を通過する必要があるため、特許文献２のものに比較して微小間隙を経た定常的な空気のリーク量を格段に低減できる。

　特に本実施形態では、収容空間１０が画成されているアルミ製のポンプハウジング２とカーボン製のロータ１８とで線膨張係数が大きく相違するため、高温時に微小間隙が拡大する傾向が顕著である。しかし、このようなバキュームポンプ１の仕様であっても、長いシール長の確保により空気のリークを低減できることから、上記したベーン２１の離間防止の作用と相俟って、全体としての無駄な空気のリークを大幅に低減してポンプ効率を向上することができる。

　加えて、以上の微小間隙を経た定常的な空気のリークに対して有利な特徴は、収容空間１０のシール面Ａとロータ１８の外周面との微小間隙を多少大きめに設定しても良好なポンプ効率を維持できることを意味する。このため、バキュームポンプ１の組付の際に微小間隙の調整を容易に実施可能となり、その生産性を向上することができる。

　また、微小間隙が大きめに設定されていれば、仮に組付時の調整が不十分で片側の微小間隙が多少小さめに調整されたとしても、ロータ１８の急激な摩耗を回避できるため、バキュームポンプ１の耐久性を向上できるという別の利点も得られる。結果として本実施形態によれば、ポンプ効率と耐久性とを高い次元で両立させることができる。

　一方、収容空間１０の内周面に形成された一対のシール面Ａは、バキュームポンプ１の組付の際にロータ１８の位置を定め易くする作用も奏する。例えば特許文献２の楕円状の収容空間では、組付のために収容空間内にロータを配置したときに、収容空間の内周面はロータの前後方向の位置決めには何ら貢献しない。ロータの左右両側の微小間隙を微調整するには、ロータが収容空間内の前後方向の中心に位置している必要がある。このため特許文献２では、ロータを前後方向の中心位置に保ちながら、微小間隙を微調整することになり非常に煩雑な作業になる。

　これに対して本実施形態の収容空間１０は左右両側にシール面Ａを備えているため、収容空間１０内に配置されたロータ１８は、左右両側のシール面Ａにより前後方向への位置変位を規制されて自ずと中心位置に定められる。このため、ロータ１８の前後方向の位置に注意を払うことなく微小間隙の微調整に専念でき、結果として上記した大きめの微小間隙の設定と相俟って、微小間隙の調整作業を一層容易に実施することができる。

　ところで本実施形態は、ポイントｂで示す各ポンプ室２０の吐出側に相当する楕円面Ｂと各シール面Ａとの境界では、ベーン２１が離間しても微小間隙によって空気のリークが防止されるとの観点に基づき、起伏の不連続を容認した。

　結果として図６の部分拡大図に示すように、ベーン２１の先端がポンプ室２０の吐出側に相当する楕円面Ｂからシール面Ａへと移行する過程で、起伏の不連続によりシール面Ａから離間する。無論、このとき空気のリークは微小間隙により防止されるが、ベーン２１は離間直後にシール面Ａに衝突して異音を発生させるため、ポンプ１の騒音低減の観点から、ポイントｂでもベーン２１の離間を防止することが望ましい。
　そこで、本実施形態をベースとして、ポイントｂでベーン２１の離間を防止する対策を加えた第２実施形態を以下に述べる。

［第２実施形態］
　図７は第２実施形態の収容空間１０の緩衝面の周辺を示す図６に対応する部分拡大図である。
　本実施形態では、ポイントｂで示す各ポンプ室２０の吐出側に相当する楕円面Ｂと各シール面Ａとの境界に、それぞれ緩衝面Ｃが形成されている。これらの緩衝面Ｃは、それぞれ収容空間１０外に中心ｐを有する半径Ｒcの断面円弧状をなし、この緩衝面Ｃを介して円弧面Ｂとシール面Ａとが接続されている。このような中心ｐの位置の設定により緩衝面Ｃは、円弧面Ｂやシール面Ａの湾曲形状とは逆方向に湾曲している。具体的には、円弧面Ｂやシール面Ａが収容空間１０内から見て凹をなしているのに対し、緩衝面Ｃは収容空間１０内から見て凸をなしている。

　従って、バキュームポンプ１の作動中において、ベーン２１の先端はポンプ室２０の吐出側に相当する楕円面Ｂから緩衝面Ｃを経てシール面Ａへと移行する。そして、先端を緩衝面Ｃに摺接させることにより、ベーン２１は緩衝面Ｃの曲率に倣って突出方向への加速度を緩やかに増加させる。結果として、図６中のポイントｂで楕円面Ｂからシール面Ａへと直接的に移行した場合に生じる突出方向への加速度の急増が抑制され、ベーン２１の先端がシール面Ａから離間することなく摺接を維持する。このため、離間直後のベーン２１がシール面Ａに衝突して異音を発生させる現象が未然に回避される。
　よって本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を達成した上で、作動中のバキュームポンプ１の騒音を低減することができる。

　このような作用を奏する緩衝面Ｃの半径Ｒcは、以下の要件を満たすように設定される。
　上記したように緩衝面Ｃを摺接中のベーン２１の突出方向への加速度は、緩衝面Ｃの半径Ｒcで定まる曲率に依存する。一方で、緩衝面Ｃを摺接中のベーン２１は、軸線Ｌを中心とした遠心力を受けると共に、外周方向への空圧を受けて外周側に付勢されている。この付勢力を上回る加速度でベーン２１が突出方向に位置変位した場合に、緩衝面Ｃへの摺接が維持できずに先端の離間が生じる。

　そこで、付勢力を受けたベーン２１が緩衝面Ｃへの摺接を維持可能な最大限の加速度よりも若干小さな加速度で突出方向に位置変位するように、緩衝面Ｃの曲率ひいては半径Ｒcが定められている。このような緩衝面Ｃの半径Ｒcの設定により、上記瞬間的な空気のリークに関する作用効果が確実に得られる。
　なお本実施形態では、単一の中心ｐ及び半径Ｒcに基づき緩衝面Ｃを形成したが、これに限るものではない。例えば、中心及び半径が異なる複数の円弧を組み合わせて緩衝面Ｃの断面形状を形成してもよい。

　ところで、第１及び第２実施形態のバキュームポンプ１は、収容空間１０を前後に２分して逆方向にオフセットさせるために、ロータ１８の外径に比して収容空間１０の短軸方向の内寸を寸法Ｌoffだけ短く設定している。このため、例えば単なる楕円状をなす特許文献２の収容空間と比較した場合、収容空間１０の前後及び左右寸法を同一に設定した条件では、本実施形態の収容空間１０の容積が若干小さくなり、それに伴いポンプ容量も小さなものとなる。
　そこで、第１実施形態をベースとして、ポンプ１を大型化することなくポンプ容量を増加する対策を加えた第３実施形態を以下に述べる。

［第３実施形態］
　図８は第３実施形態の収容空間の平面視の形状を示す模式図である。
　基本的に本実施形態のバキュームポンプ１の収容空間１０は、平面視においてトラック状をなしている。本発明では、一定半径Ｒtを有する一対の半円の互いの端部を一対の直線で接続した形状をトラック状と定義する。収容空間１０は上下方向に幅を有することから、本実施形態の収容空間１０は、前後一対の円弧面Ｄの互いの端部を左右一対の平行面Ｅで接続してなる断面トラック状と表現できる。

　そして、第１実施形態と同様に、ロータ１８の外径に比してトラック状をなす収容空間１０の短軸方向である左右方向の内寸が寸法Ｌoffだけ短く設定されている。中心（＝軸線Ｌ）を境界として収容空間１０は長軸方向である前後に２分され、これらの２分された半楕円状の領域は、それぞれが画成しているポンプ室２０の吸込側に向けて収容空間１０の短軸方向の中心から逆方向に寸法Ｌoff/２だけオフセットされている。

　結果として、各ポンプ室２０の吸込側では、図８中にポイントａで示すように収容空間１０の内周面に対してロータ１８の外周面が内接し、各シール面Ａは、収容空間１０の長軸方向において中心からポンプ室２０の吐出側に偏ったポイントａ-ｂ間の領域で、それぞれロータ１８の外周面と対応する断面円弧状をなして形成されている。また、収容空間１０の内周面の各シール面Ａ以外の領域、換言すると、前後のポンプ室２０をそれぞれ画成している一対の領域が円弧面Ｄとなる。
　なお、この例では、ポンプ室２０の吐出側において平行面Ｅの全ての領域がシール面Ａに置き換えられているが、これに限るものではない。

　このため収容空間１０の内周面は、ポイントｂで示す各ポンプ室２０の吐出側に相当する円弧面Ｄと各シール面Ａとの境界で起伏が不連続になっているものの、ポイントａで示す各シール面Ａと各ポンプ室２０の吸込側に相当する円弧面Ｄとの境界では起伏がなだらかに連続している。

　以上のように構成されたバキュームポンプ１による主たる作用効果は、第１実施形態で述べたものと同様である。即ち、バキュームポンプ１の作動中において、収容空間１０の内周面からのベーン２１の離間に起因する瞬間的な空気のリークを防止できると共に、収容空間１０の内周面と各シール面Ａとの間の長いシール長により、微小間隙を経た定常的な空気のリーク量を低減できる。結果として、ポンプ効率と耐久性とを高い次元で両立させた上で、組付時の微小間隙の調整を容易に実施可能として生産性を向上することができる。

　そして、本実施形態と第１実施形態との収容空間１０の形状を比較すると、第１実施形態の楕円状の特徴は、直線領域を備えない点、及び一定半径Ｒtの領域はなく、式(1)に基づくことで半径が定まっていない点である。これとは逆に本実施形態のトラック状の特徴は、直線領域を備える点、及び一定半径Ｒtの円弧領域を備える点である。

　そして、このような相違に起因して、収容空間１０の前後及び左右寸法を同一に設定した条件において、図８に実線で示す本実施形態のポンプ室２０は、仮想線で示す第１実施形態のポンプ室２０よりも４箇所のハッチング領域相当分だけ容積が増加している。また、オフセット無しの楕円状をなす特許文献２の収容空間と比較した場合でも、ほぼ同等のポンプ室２０の容積が得られ、遜色無いポンプ容量を確保することができる。

　結果として本実施形態のバキュームポンプ１によれば、大型化による車両への搭載性の悪化を未然に回避した上で、十分なポンプ容量を実現することができる。
　なお、第２実施形態で説明した緩衝面Ｃを本実施形態の収容空間１０に形成することもでき、その場合には第２実施形態と同じく騒音面に関する作用効果が得られる。

　以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、流体として空気を吸入・吐出して負圧を発生させるバキュームポンプ１に適用したが、ベーンポンプの種類はこれに限るものではない。例えば、吐出した空気をアクチュエータに供給して作動させる空気ポンプとして具体化してもよいし、オイルや燃料等の液体を吸入・吐出するポンプとして具体化してもよい。

　また上記各実施形態では、ポンプハウジング２をアルミダイカスト製とし、ロータ１８及びベーン２１をカーボン製としたが、それらの材料に限るものではない。ポンプハウジング２については熱伝導の良好な材料であれば良いため、例えばステンレス製或いは鉄製としてもよい。またロータ１８及びベーン２１については、必ずしも自己潤滑性を有する材料とする必要はなく、例えばオイルによる潤滑を前提としてアルミにより製作してもよいし、無潤滑の場合であってもカーボンに限る必要はなく、他の自己潤滑性を有する材料、例えば樹脂製としてもよい。

　また上記各実施形態では、ポンプハウジング２の外周壁５、内周壁６及び底壁７を一体形成したが、これに限るものではなく、例えば内周壁６を別部材のカムリングとし、底壁７を別部材のロアプレートとし、これらをポンプハウジング２に対して組み付けるようにしてもよい。

　また上記各実施形態では、収容空間１０の長軸方向において中心からポンプ室２０の吐出側に偏ったポイントａ-ｂ間の領域にシール面Ａを形成したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図９に示すように、収容空間１０の長軸方向においてシール面Ａが中心（＝軸線Ｌ）を超えて反対側のポンプ室２０の吸込側まで延設されていたとしても、全体としてシール面Ａがポンプ室２０の吐出側に偏った領域に形成されていればよい。

　この場合には、ポイントａで示すポンプ室２０の吸込側で収容空間１０の内周面の起伏が多少不連続になるものの、その不連続の程度は、ポイントｂで示す反対側のポンプ室２０の吐出側で生じている内周面の起伏に比較すれば軽度なものとなる。このため、ベーン２１がシール面Ａからポンプ室２０の吸込側に移行した際に、上記実施形態と同様にベーン２１の離間を防止できることから、このようなシール面Ａも本発明は含むものとする。

　また、上記第１及び第２実施形態では収容空間１０を楕円状とし、第３実施形態では収容空間１０をトラック状としたが、平面視での収容空間１０の形状はこれらに限るものではなく、例えばオーバル状としてもよい。オーバル状とは、少なくとも１箇所に線対称な箇所を有する曲線で囲まれた環状と定義でき、楕円状及びトラック状を含む上位概念に相当する。このようなオーバル状の収容空間１０の場合でも、上記各実施形態で述べた本発明の特徴部分に関わる各要件を適用することにより、それぞれに対応する作用効果を得ることができる。

　１　　バキュームポンプ（ベーンポンプ）
　２　　ポンプハウジング
　１０　収容空間
　１８　ロータ
　２０　ポンプ室
　２１　ベーン
　Ａ　　シール面
　Ｃ　　緩衝面

Claims

　ポンプハウジングに設けた収容空間内に円筒状のロータを配設して、該ロータの両側にポンプ室をそれぞれ画成すると共に、前記ポンプ室の並設方向と直交する前記ロータの外周面の両側を前記収容空間の内周面にそれぞれ微小間隙を介して相対向させ、前記ロータの回転に伴い該ロータの外周面に出没可能に設けられたベーンの先端を前記収容空間の内周面に摺接させながら、前記各ポンプ室を容積変化させて流体を吸入・吐出するベーンポンプにおいて、
　前記収容空間の内周面には、前記ロータの外周面と対応する断面円弧状の一対のシール面が形成され、各シール面の領域で前記ロータの外周面が前記微小間隙を介して相対向し、
　前記各シール面は、前記ポンプ室の並設方向において各ポンプ室の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成されている
ことを特徴とするベーンポンプ。
　前記収容空間は、前記ポンプ室の並設方向を長軸とし、該並設方向と直交する方向を短軸とした楕円状またはトラック状をなすと共に、前記ロータの外径に比して前記短軸方向の内寸が短く設定され、
　前記各シール面は、前記長軸方向に２分された前記収容空間の領域を、それぞれが画成しているポンプ室の吸込側に向けて前記短軸方向の中心から互いに逆方向にオフセットさせることにより、前記各ポンプ室の吐出側にそれぞれ偏った領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
　前記各シール面は、前記各ポンプ室の吸込側で前記収容空間の内周面に対して前記ロータの外周面が内接することにより、前記収容空間の長軸方向において中心から前記各ポンプ室の吐出側に偏った領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のベーンポンプ。
　前記収容空間の内周面の前記各ポンプ室の吐出側に相当する領域と前記各シール面との境界に、それぞれ前記収容空間の外に中心を有する断面円弧状をなす緩衝面が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のベーンポンプ。