JP5668357B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体の吸引および吐出を行うベーンポンプに関する。

従来、自動車のパワーステアリング装置における作動油の搬送やブレーキブースタへの負圧空気の供給等にベーンポンプを用いている。
特許文献１は、ベーン摺動面に、全周に亘って連続した連通溝を凹設し、これに対応して、ベーンの先端縁のそれぞれに、連通溝の溝幅と合致する幅の切欠部を設けたベーンポンプを開示している。特許文献１記載の技術では、上記連通溝と上記切欠部とを合わせて生じる開口部により、ベーン前後の圧力室を連通し、ベーンが吐出ポートを通過した後の位置等で、潤滑油に液圧縮が生じることを抑制している。

また、特許文献２は、ベーンの長手方向に出没自在に連結し、ポンプ室の内周面に摺接するキャップをベーンの両端部に備えるベーンポンプを開示している。特許文献２記載の技術では、ベーンが遠心力によっていずれか一方のキャップ側に移動してキャップがベーン側に退没すると共に、他方のキャップがベーンから突出するようになっている。そして、キャップとベーンとの間に、それらが区画した回転方向前後の空間を相互に連通させる連通路をそれぞれ形成し、上記キャップがベーン側に退没することにより各連通路を閉鎖し、キャップがベーンから突出することにより各連通路を開放する。

特開２００５−３０２９０号公報 特開２００６−２２６１６５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術においては、ベーン前後の圧力室が連通することから、圧力室のシール性の観点から改善の余地がある。
即ち、従来の技術においては、圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を防ぐことが困難であった。
本発明の課題は、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することである。

以上の課題を解決するため、本発明に係るベーンポンプは、ベーン摺動面に形成した吐出ポートよりもロータの回転方向における下流側に、ロータの外周面と前記ベーン摺動面とが接触する部分に集まる潤滑油を溜めるダム部を形成した。また、ダム部と吐出ポートとを連通する連通部を形成した。

本発明によれば、ベーンが掻き集めた潤滑油を吐出ポートより下流側においてダム部に貯留し、ベーンの回転による圧力の高まりによって連通路から吐出ポートに流出させることができる。
したがって、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することが可能となる。

第１実施形態に係るベーンポンプ１の構成を示す外観図である。 ベーンポンプ１の吸排気経路を示す断面図である。 カムリング１１の内部構造を示す斜視図である。 図３におけるカムリング１１のＡ−Ａ断面図である。 図３におけるカムリング１１のＢ−Ｂ断面図である。 吐出ポート１８周辺を示す部分拡大図である。 ダム部１８ｂおよび連通部１８ｃを有していないベーンポンプに液圧縮が発生する状態を示す説明図である。 ダム部１８ｂ周辺の構成における応用例を示す図である。 ダム部１８ｂ周辺の構成における応用例を示す図である。 ダム部１８ｂ周辺の構成における応用例を示す図である。 第２実施形態に係るダム部１８ｂの構成例を示す図である。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態では、ブレーキアシスト装置の負圧空気供給源であるバキュームポンプに本発明を適用した一実施例を示している。
本実施形態に係るバキュームポンプとしてのベーンポンプは、エンジン（不図示）のクランクシャフトの回転を動力源としている。即ち、チェーンを介してロータの回転軸にクランクシャフトの回転が伝達し、ロータが回転する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るベーンポンプ１の構成を示す外観図であり、圧力室を閉塞するサイドプレートの一方を取り外した状態を示している。
また、図２は、ベーンポンプ１の吸排気経路を示す断面図である。
図１および図２において、ベーンポンプ１のハウジングとなる筒状のカムリング１１は、略円筒面からなるベーン摺動面１２を内周に有し、その内側に円筒状のロータ１３を収容している。ベーン摺動面１２は、ロータ１３の外周面１３ａの一部と対応する形状のロータ受容面１２ａを有している。

上記ロータ１３は、ベーン摺動面１２に対し偏心した回転中心を有し、かつ周方向の一部で、外周面１３ａが上記ベーン摺動面１２のロータ受容面１２ａに実質的に接している。つまり、厳密には極僅かな間隙をもって近接しており、潤滑油膜によって、その間隙を封止した状態となっている。そして、上記ロータ１３は、回転軸に沿う中空部を有しており、その中空部を貫通して直径方向にベーン収容溝１４を有している。

ベーン収容溝１４は、板状のベーン１５を進退可能に収容している。ベーン収容溝１４には、サイドプレート１９の油路（不図示）およびロータ１３の中空部を介して潤滑油が流入する。即ち、潤滑油は、ベーン収容溝１４からベーン１５を伝わってカムリング１１内に流入する。
ベーン１５は、ロータ１３の回転に伴う遠心力によってベーン収容溝１４内を外周側へ移動し、先端縁１５ａがベーン摺動面１２に摺接する。ベーン１５がベーン摺動面１２に摺接することによって、カムリング１１内に３つの圧力室１６を区画形成する。そして、ロータ１３の回転に伴って、各圧力室１６の容積が変化し、吸入ポート１７から空気を吸い込むと共に後述する吐出ポート１８へと吐出するポンプ作用が得られる。

上記吸入ポート１７は、ベーン摺動面１２におけるロータ受容面１２ａの上部（ロータ１３の回転方向下流側）に開口している。また、吐出ポート１８は、ベーン摺動面１２におけるロータ受容面１２ａの下部（ロータ１３の回転方向上流側）に開口している。
また、ベーンポンプ１は、上記カムリング１１の端面をそれぞれ閉塞する一対のサイドプレート１９，２０（サイドプレート２０は不図示）を備えている。なお、サイドプレート１９，２０の一方は、カムリング１１と一体形成することもできる。

本実施形態に係るベーンポンプ１は、バキュームポンプとして負圧を生成するものであるので、上記吸入ポート１７は、逆止弁２１を介して接続する吸気管２２によって、不図示のバキュームタンクに連通している。また、上記吐出ポート１８は、排気管２３を通してベーンポンプ１外部に連通しており、圧力室１６に吸入した空気を排気管２３を通して排出する。また、本実施形態においては、ベーンポンプ１の潤滑油も吐出ポート１８から排出しており、吐出ポート１８から排出した潤滑油は排気と分離してオイルタンクに流入し、潤滑油の油路を介してベーンポンプ１の圧力室１６内に再び流入する。

次に、図３〜図６に基づいて、本発明の要部について説明する。
図３は、カムリング１１の内部構造を示す斜視図であり、ロータ１３を取り外した状態を示している。
また、図４は、図３におけるカムリング１１のＡ−Ａ断面図であり、図５は、図３におけるカムリング１１のＢ−Ｂ断面図である。
さらに、図６は、吐出ポート１８周辺を示す部分拡大図である。
図３に示すように、カムリング１１のベーン摺動面１２は、ロータ受容面１２ａ、吸入ポート１７および吐出ポート１８を有している。
カムリング１１のロータ受容面１２ａは、ロータ１３の外周面１３ａの半径とほぼ同一半径の円筒面の一部となっており、サイドプレート１９における軸受部１９ａの外周に沿う位置に形成してある。

ベーン摺動面１２は、ロータ１３の回転中心に対して、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部および下流側端部から徐々に距離が増加していき、ロータ１３の回転中心を挟んでロータ受容面１２ａと反対側の位置において距離が最大となる形状を有している。また、ベーン摺動面１２は、ベーン１５がロータ１３のベーン収容溝１４内を摺動しながら回転したときに、ベーン１５の両端が接触を維持する形状となっている。
また、ベーン摺動面１２において、ロータ受容面１２ａの下流側には、ロータ受容面１２ａの回転方向下流側端部から離間した位置に吸入ポート１７が開口している。

一方、ベーン摺動面１２において、ロータ受容面１２ａの上流側には、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部から離間した位置に吐出ポート１８が開口している。具体的には、吐出ポート１８は、ベーン摺動面１２の壁面から窪んだ形状の溝部１８ａの底面部分に開口している。溝部１８ａは、図４に示すように、矩形に形成した凹部であり、溝部１８ａの回転方向下流側端部は、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部に近接している。ここで、溝部１８ａの回転方向下流側端部は、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部に連続する位置に形成することが望ましい。これにより、圧力室１６の容積がゼロとなる直前まで、潤滑油を吐出ポート１８から流出させることが可能となる。

なお、本実施形態では、加工技術の精度から確保が必要となる距離だけロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部から離間した位置に、溝部１８ａの回転方向下流側端部形成している。
また、図５に示すように、溝部１８ａの底面は、中央部分の深さが最も深くなる形状の曲面となっている。そして、溝部１８ａの底面における中央部分より回転方向下流側の位置に、吐出ポート１８が開口している。
ここで、図６に示すように、溝部１８ａは、その回転方向下流側端部に、ベーン１５が掻き集めた潤滑油を溜めるダム部１８ｂと、ダム部１８ｂと吐出ポート１８とを連通する連通部１８ｃとを有している。

ダム部１８ｂの回転方向下流側端部は、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部との境界部分によって潤滑油を堰き止める作用を有し、堰き止めた潤滑油の一部はダム部１８ｂ内（溝部１８ａの吐出ポート１８より回転方向下流側部分）に留まることとなる。そして、ロータ１３が回転し、ベーン１５が吐出ポート１８の位置を通過すると、潤滑油が圧力室１６を満たすこととなり、潤滑油にはベーン１５の回転による圧力が加わる。連通部１８ｃは、ベーン１５の回転による圧力に伴って、ダム部１８ｂに留まっている潤滑油が吐出ポート１８へと流出する際の流路となる。

（動作）
次に、動作を説明する。
本発明に係るベーンポンプ１は、自動車のエンジン始動と共にクランクシャフトに連動して動作を開始する。
ベーンポンプ１では、クランクシャフトに連動してロータ１３が回転する。このとき、ベーン１５の先端がカムリング１１のベーン摺動面１２を摺動しながら回転することにより、カムリング１１内に複数の圧力室を形成する。
ベーン１５の一端がベーン摺動面１２のロータ受容面１２ａに接触している状態からロータ１３が回転すると、ロータ１３の外周面１３ａからベーン１５が徐々に突出し、ベーン１５とロータ１３の外周面１３ａとベーン摺動面１２とによって囲まれた空間が圧力室１６となる。
そして、ロータ１３がさらに回転すると、圧力室１６の容積が徐々に増大し、圧力室１６内の圧力は徐々に低下する。

ベーン１５が吸入ポート１７の位置を通過すると、吸入ポート１７から圧力室１６に気体が流入し、ベーン１５の回転に伴い、さらに圧力室１６に気体が流入する状態となる。
この状態は、ベーン１５の他端が吸入ポート１７の位置を通過するまで継続し、ベーン１５の他端が吸入ポート１７の位置を通過すると、圧力室１６は密封状態となる。
そして、ロータ１３がさらに回転し、ベーン１５の一端が吐出ポート１８の位置を通過すると、圧力室１６内の気体は吐出ポート１８から流出していく。
この後、ロータ１３がさらに回転し、ベーン１５の他端が吐出ポート１８の位置を通過すると、圧力室１６内の気体はほぼ流出が完了し、潤滑油が圧力室１６を満たす状態となる。
圧力室１６内の潤滑油の一部は、ベーン１５の他端が溝部１８ａに差し掛かったときに溝部１８ａ内に溜まり、吐出ポート１８から流出する。

また、吐出ポート１８から流出しなかった潤滑油の一部は、ベーン１５の他端が吐出ポート１８を通過した後、ダム部１８ｂに留まり、ロータ１３の回転により圧力室１６の圧力が高まると、連通部１８ｃを通じて吐出ポート１８から流出する。
これにより、ベーン１５の先端が吐出ポート１８を通過した後でも、ベーン１５が掻き集めた潤滑油をダム部１８ｂに貯留し、さらに連通部１８ｃを通じて圧力室１６から流出させることができる。そのため、圧力室１６のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るベーンポンプ１は、カムリング１１のベーン摺動面１２にダム部１８ｂを有し、吐出ポート１８を通過したベーン１５が掻き集めた潤滑油をダム部１８ｂ内に貯留する。そして、ロータ１３の回転に伴い、ベーン１５が圧力室１６の圧力を高めると、ダム部１８ｂに貯留していた潤滑油は、連通部１８ｃを通じて吐出ポート１８から流出する。

ここで、ダム部１８ｂの回転方向下流側端部は、ロータ受容面１２ａの回転方向上流側端部に近接する位置に形成してあるため、ベーン１５が吐出ポート１８を通過した後にも潤滑油の流出が可能となっている。また、ベーンポンプ１における圧力室１６は、他の圧力室１６と連通しない構成である。
したがって、本発明によれば、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することが可能となる。

（参考例）
図７は、本発明に係るダム部１８ｂおよび連通部１８ｃを有していないベーンポンプに液圧縮が発生する状態を示す説明図である。
図７に示すように、ベーンが吐出ポートの位置を通過したのち、潤滑油は逃げ場のない状態となるため、液圧縮が生じる可能性が高いものとなる。
これに対し、本発明のように、吐出ポート１８より下流側にダム部１８ｂを形成し、ダム部１８ｂに潤滑油を溜めると共に、圧力室１６の圧力の高まりに伴って、連通部１８ｃから潤滑油を流出させるようにすれば、液圧縮が生じる可能性を低下させることができる。

（第１実施形態の効果）
（１）ベーンが掻き集めた潤滑油を吐出ポートより下流側においてダム部に貯留し、ベーンの回転による圧力の高まりによって連通路から吐出ポートに流出させることができる。
したがって、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することが可能となる。
（２）ダム部を、ロータの回転方向における下流側端部がロータの外周面とベーン摺動面とが接触する部分に隣接させたため、圧力室の容積がゼロとなる直前まで、潤滑油を吐出ポートから流出させることが可能となる。

（３）また、本発明を自動車に適用し、ベーン摺動面を内周に有するカムリングと、前記カムリングの端面を閉塞するサイドプレートと、前記カムリングのベーン摺動面に外周面の一部が接触する位置に回転軸を設けて設置した円筒状のロータと、前記ロータの外周面から進退可能であり、先端が前記ベーン摺動面に摺接しながら回転するベーンと、前記ベーン摺動面に形成した吐出ポートと、前記吐出ポートよりも前記ロータの回転方向における下流側に形成し、前記ロータの外周面と前記ベーン摺動面とが接触する部分に集まる潤滑油を溜めるダム部と、前記ダム部と前記吐出ポートとを連通する連通部と、を備えるベーンポンプと、このベーンポンプを用いた流体回路とを備えた自動車とすることができる。

これにより、一般に、ロータを回転させる駆動源の回転数変動が大きい自動車において、ベーンポンプのベーンが掻き集めた潤滑油を吐出ポートより下流側においてダム部に貯留し、ベーンの回転による圧力の高まりによって連通路から吐出ポートに流出させることができる。
したがって、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することが可能な自動車とすることができる。

（４）また、本発明をベーンポンプの液圧制御方法に適用し、ベーンが掻き集めた潤滑油を吐出ポートより下流側においてダム部に貯留するステップと、ベーンの回転による圧力の高まりによって連通路から吐出ポートに流出させるステップとを含むベーンポンプの液圧制御方法とすることができる。
これにより、ベーンポンプにおける圧力室のシール性を低下させることなく、潤滑油の液圧縮を抑制することが可能となる。

（応用例）
本応用例では、第１実施形態の構成に対し、潤滑油をより効率的にダム部１８ｂに掻き集める構成としている。
図８〜図１０は、ダム部１８ｂ周辺の構成における応用例を示す図である。
図８に示すように、ベーン摺動面１２におけるダム部１８ｂの周辺からダム部１８ｂに向けて、ベーン１５の回転方向と直交する向き（ベーン摺動面１２の幅方向）の誘導溝Ｐを形成することができる。
これにより、ベーン摺動面１２の全幅に渡る領域からダム部１８ｂに潤滑油を掻き集めることができ、液圧縮が生じる可能性を低減することができる。

なお、この場合、１つの誘導溝Ｐがベーン摺動面１２の全幅にわたることのないよう、誘導溝Ｐはベーン摺動面１２の全幅における一部にのみ形成することとする。
これにより、ベーン１５が誘導溝Ｐに嵌り込むことを回避できる。
また、図９に示すように、サイドプレート１９，２０に、サイドプレート１９，２０におけるダム部１８ｂの側方位置に向かう誘導溝Ｐを形成することができる。この誘導溝Ｐは、ロータ１３が吐出ポート１８の位置を通過した後に、ロータ受容面１２ａ側の圧力室１６の側面となる範囲に形成する。

これにより、サイドプレート１９，２０の誘導溝Ｐを伝わって潤滑油がダム部１８ｂに流れ込み易くなり、より効率的に潤滑油をダム部１８ｂに集めることが可能となる。
また、図１０に示すように、ベーン摺動面１２のダム部１８ｂ周辺に、ダム部１８ｂから放射状に広がる誘導溝Ｐを形成することができる。
これにより、ベーン１５がダム部１８ｂの位置を通過する前後にわたって、ベーン１５が掻き集めた潤滑油をダム部１８ｂに流れ込み易くさせることができる。

また、上記応用例における各誘導溝Ｐは、ダム部１８ｂから離れるにつれて溝幅が広がるテーパを有するものとできる。
これにより、ダム部１８ｂに潤滑油を流れ込み易くすることができる。
また、この場合、ダム部１８ｂに近づくにつれて誘導溝Ｐを深くすることができる。
これにより、ダム部１８ｂに流れ込む潤滑油に加わる流体圧力を低減することができる。

（効果）
（１）ベーン摺動面あるいはサイドプレートに、ダム部に向かう誘導溝を形成したため、潤滑油をより効率的にダム部に掻き集めることができる。
（２）ベーン摺動面における幅方向の一部に、ベーンの回転方向と直交する向きの誘導溝を形成したため、ベーンが誘導溝に嵌り込むことを防ぎつつ、ベーン摺動面の全幅に渡る領域からダム部に潤滑油を掻き集めることができる。
（３）ベーン摺動面に、ダム部に向かう放射状の誘導溝を形成したため、ベーンがダム部の位置を通過する前後にわたって、ベーンが掻き集めた潤滑油をダム部に流れ込み易くさせることができる。
（４）サイドプレートに、ダム部の側方位置に向かう誘導溝を形成したため、誘導溝を伝わって潤滑油がダム部に流れ込み易くなり、より効率的に潤滑油をダム部に集めることが可能となる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、ダム部１８ｂと連通部１８ｃとを区分して異なる形状で構成したが、これらを一体的に構成することができる。
図１１は、本発明の第２実施形態に係るダム部１８ｂの構成例を示す図である。
図１１に示すように、ベーン１５が吐出ポート１８を通過した状態において、そのときにロータ受容面１２ａ側にある圧力室から、ベーン１５の厚みを超えて吐出ポート１８側に繋がる連通経路を形成する。この連通経路は、一体的に構成したダム部１８ｂおよび連通部１８ｃとして作用するように、潤滑油を目的の量（液圧縮を抑制可能な量）だけ収容できる容積に形成する。

連通部１８ｃを一体に形成したダム部１８ｂ（すなわち連通経路）は、ベーン摺動面１２およびサイドプレート１９，２０のいずれに形成することもできる。
このようなダム部１８ｂの形態とした場合、ベーン１５が吐出ポート１８を通過する前は、ダム部１８ｂは同一の圧力室１６内を連通するものとなるため、圧力室１６のシール性に影響を及ぼさない。
一方、ベーン１５が吐出ポート１８を通過すると、ダム部１８ｂがこの圧力室１６からベーン１５の後方に連通することになり、潤滑油を吐出ポート１８側に流出させる状態となる。
したがって、圧力室１６のシール性を低下させることなく、液圧縮が生じることを抑制できる。

また、ダム部１８ｂと連通部１８ｃとを一体に形成することができるため、ダム部１８ｂおよび連通部１８ｃを形成する際の加工を容易なものとできる。
なお、第２実施形態の構成においても、第１実施形態の応用例と同様に、ダム部１８ｂに潤滑油を流れ込み易くする形状の誘導溝Ｐを形成することが可能である。
また、第１実施形態のダム部１８ｂと第２実施形態のダム部１８ｂ（連通経路）とを併せて形成することもできる。
（第２実施形態の効果）
（１）ダム部と連通部とを一体の経路として形成したため、これらを形成する際の加工を容易なものとできる。

１ ベーンポンプ、１１ カムリング、１２ ベーン摺動面、１２ａ ロータ受容面、１３ ロータ、１３ａ 外周面、１４ ベーン収容溝、１５ ベーン、１５ａ 先端縁、１６ 圧力室、１７ 吸入ポート、１８ 吐出ポート、１８ａ 溝部、１８ｂ ダム部、１８ｃ 連通部、１９，２０ サイドプレート、１９ａ 軸受部、２１ 逆止弁、２２ 吸気管、２３ 排気管、Ｐ 誘導溝

Claims (7)

1. ベーン摺動面を内周に有するカムリングと、
   前記カムリングの端面を閉塞するサイドプレートと、
   前記カムリングのベーン摺動面に外周面の一部が接触する位置に回転軸を設けて設置した円筒状のロータと、
   前記ロータの外周面から進退可能であり、先端が前記ベーン摺動面に摺接しながら回転するベーンと、
   前記ベーン摺動面に形成され、前記ベーン摺動面よりも小径であって前記ロータの外周面の半径とほぼ同一半径の円筒面の一部となっており、前記ベーン摺動面との間に段差を形成するとともに、前記ロータの外周面と面接触するロータ受容面と、
   前記ベーン摺動面のうち、前記ロータ受容面よりも前記ロータの回転方向における上流側の位置に形成され、且つ、前記回転方向における下流側端部が前記ロータ受容面に連続する溝部と、
   前記溝部の底面部分に開口した吐出ポートと、
   前記溝部内の前記吐出ポートよりも前記回転方向における下流側に形成し、前記溝部と前記ロータ受容面の前記回転方向における上流側端部との境界部分に集まる潤滑油を溜めるダム部と、
   前記ダム部と前記吐出ポートとを連通する連通部と、
   を備えることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ベーン摺動面あるいは前記サイドプレートに、前記ダム部に向かう誘導溝を有することを特徴とする請求項１記載のベーンポンプ。
3. 前記ベーン摺動面における幅方向の一部に、前記ベーンの回転方向と直交する向きの誘導溝を有することを特徴とする請求項２記載のベーンポンプ。
4. 前記ベーン摺動面に、前記ダム部に向かう放射状の誘導溝を有することを特徴とする請求項２記載のベーンポンプ。
5. 前記サイドプレートに、前記ダム部の側方位置に向かう誘導溝を有することを特徴とする請求項２記載のベーンポンプ。
6. 前記誘導溝は、前記ダム部から離れるにつれて溝幅が広くなる形状を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
7. 前記ダム部と前記連通部とを一体の経路として形成したことを特徴とする請求項１記載のベーンポンプ。

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