JP4200838B2 - Vane pump - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばバキュームポンプなどとして好適なベーンポンプの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のベーンを備えたロータを、カムリング内に偏心状態に配置し、このロータを回転駆動するようにしたベーンポンプにおいては、ベーン先端縁がカムリング内周面に摺動するため、何らかの潤滑が必要であり、バキュームポンプのように気体の加圧ないしは減圧に利用する場合には、ベーンで区画された圧力室内に、気体とともに非圧縮性の潤滑油が少量存在する形となる。
【0003】
そのため、ベーンが吐出ポートを通過した直後の位置などで、潤滑油が封じ込められて液圧縮が生じ、ベーンに過大な圧力が作用する懸念がある。
【0004】
特許文献1には、このように圧力室内に閉じ込められた流体の過大な圧力変動を緩和するために、カムリング内周に、吸入ポートと吐出ポートとを連通するように連通溝を形成した構成が開示されている。上記連通溝は、例えばカムリングの内周の角部に形成され、これによってベーンの前後が互いに連通するので、その前後の圧力差が小さくなる。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−248362号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成においては、上記のように連通溝が設けられたカムリング内周面に、ベーン先端縁が常時摺動することから、ベーン先端縁が徐々に摩耗していったときに、連通溝の部分のみが摩耗せずに残って相対的に突出するような形となる傾向があり、摺動抵抗の増加等の原因となるので好ましくない。特に上記従来の構成では、連通溝が周方向の一部にあるので、部分的に突出した形となった突起片が、連通溝の終了点の段差に引っかかって、異音が発生するなどの不具合がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るベーンポンプは、請求項1に記載のように、円筒面からなるベーン摺動面を内周に有するカムリングと、このカムリングの端面をそれぞれ閉塞する一対のサイドプレートと、上記カムリング内に収容され、かつ上記ベーン摺動面に対し偏心した回転中心を有するロータと、このロータに進退可能に保持され、かつ先端縁が上記ベーン摺動面に摺接する複数のベーンと、このベーンにより区画される圧力室に所定回転位置でそれぞれ連通する吸入ポートおよび吐出ポートと、を備えている。
【0008】
そして、上記ベーン摺動面に、全周に亘って連続した連通溝が凹設されており、これに対応して、上記ベーンの先端縁のそれぞれに、上記連通溝の溝幅と合致する幅の切欠部が設けられている。上記連通溝と上記切欠部とを合わせて生じる開口部の面積が、ベーン前後の圧力室を連通する通路となる。
【0009】
従って、ロータが回転すると、上記連通溝と上記切欠部とが合致した状態でベーンが摺動する。そのため、ベーン先端縁が上記連通溝内に入り込んだ形に摩耗していくことはない。また、連通溝は全周に連続しているので、ベーン先端縁が引っかかるようなことがなく、円滑な回転が可能である。なお、上記連通溝と上記切欠部とを合わせて生じる開口部の面積が、ベーン前後の圧力室を連通する通路となるので、連通溝および切欠部の各々の大きさは、それだけ小さなもので足りる。
【0010】
上記連通溝の内側側面およびこれに合致した上記切欠部の内側側面が、上記回転中心に対し直交する平面に沿って直線状に延びていることが好ましい。例えば、円弧のような湾曲した形状であると、摩耗の進行に伴って、連通溝の側面の位置と切欠部の側面の位置とが、互いにずれてしまう。両者が、境界を挟んで直線状をなす場合には、摩耗が進行しても、互いにずれることはない。
【0011】
【発明の効果】
この発明に係るベーンポンプによれば、カムリング内周のベーン摺動面に全周に連続して形成した連通溝により、ベーンの前後に過大な圧力差が生じることを防止でき、潤滑油等の液圧縮に起因するベーンの破損を確実に回避できる。そして、連通溝に合致するように予めベーン先端縁に切欠部が設けられているので、ベーン先端縁が凹凸形状に摩耗していくことがなく、摺動抵抗の増加や異音の発生を招来することがない。
【0012】
【発明の実施の形態】
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。
【0013】
図1および図2は、この発明をディーゼル機関のバキュームポンプ1に適用した一実施例を示している。このバキュームポンプ1は、ディーゼル機関の前端部に取り付けられており、図1に示すように、シリンダブロック下部のバランサ装置における一方のバランサシャフト2によって回転駆動されるようになっている。詳しくはクランクケース前端面を覆うように設けられた板状のギヤケース3の外側面に取り付けられているとともに、バランサシャフト2の一端の軸部2aがギヤケース3を貫通して延び、バキュームポンプ1を常時駆動している。なお、バランサシャフト2内部の油路4を通して、バキュームポンプ1内部に潤滑油が供給されている。
【0014】
図2に示すように、バキュームポンプ1のハウジングとなる筒状のカムリング11は、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、上記バランサシャフト2の軸部2aに取り付けられた円筒状のロータ13が収容されている。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1箇所で、外周面13aが上記ベーン摺動面12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、潤滑油膜によって封止された状態となっている。そして、上記ロータ13には、等間隔に3箇所のベーン収容溝14が設けられており、それぞれに、板状のベーン15が進退可能に収容されている。これらのベーン15は、ロータ13の回転に伴う遠心力によって外周側へ付勢され、先端縁15aがベーン摺動面12に摺接する。なお、適宜なスプリングを設けて付加的に付勢するようにし、ベーン15が常にロータ13から突出するように構成してもよい。これらの3枚のベーン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が区画形成される。周知のように、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とも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。
【0015】
図4は、この実施例のバキュームポンプ1の構成を概略的に示した断面図であり、図示するように、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を備えている。上記吸入ポート17は、ディーゼル機関に取り付けられた状態で外側となる側のサイドプレート19に開口形成されている。また、吐出ポート18は、反対側のサイドプレート20つまりディーゼル機関への取付面側となるサイドプレート20に開口形成されている。
【0016】
この実施例は、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、コネクタ部21を介して接続される管路によって、図示せぬ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、ギヤケース3の開口部(図示せず)を通して、ディーゼル機関のクランクケース内に直接に連通している。つまり、バキュームタンク側からクランクケースへと空気を吐き出すことで、バキュームタンク側に負圧が生成される。
【0017】
次に、図3および図4に基づいて、本発明の要部について説明する。
【0018】
図3は、ベーン摺動面12およびロータ13に対する吸入ポート17と吐出ポート18との位置関係を示す断面図であり、ベーン15は図示省略してある。また、この図は、同時に、ディーゼル機関に取り付けられた状態での上下の姿勢を示しており、矢印Vが、鉛直下方方向を示している。ロータ13の回転方向は、矢印Rで示すように、図の時計回り方向である。前述したようにロータ13の外周面13aがベーン摺動面12に最も近接している点を、便宜上、接点31と呼ぶものとすると、この接点31は、ベーン摺動面12の下部にあり、かつベーン摺動面12の最下点よりも、僅かに下流側、つまりロータ13の回転方向に沿って僅かに進んだ角度位置にある。吸入ポート17は、比較的上部にあり、かつ上記接点31よりも、ロータ13の回転方向に沿って進んだ位置にある。ベーン15は、ロータ13の120°毎に配置されるので、ロータ13の回転に伴い、前方のベーン15が吸入ポート17を横切った後に、後方のベーン15が接点31に達するようになっている。また、吐出ポート18は、下部に位置し、かつロータ13の回転方向に沿って徐々に先細となった円弧形に開口している。詳しくは、ベーン摺動面12の最下点を含む角度範囲に開口しているとともに、ロータ13の回転方向に沿った端部18aが、上記接点31よりも僅かに上流側(回転方向で見て接点31よりも手前側)に位置している。つまり、ロータ13の回転に伴い、ベーン15は、吐出ポート18を完全に横切った後に、接点31に達する。
【0019】
上記のように、吐出ポート18が最下部に位置していることから、ベーン15の潤滑等のためにバキュームポンプ1内部に供給された潤滑油は、基本的に、吐出ポート18から空気とともにクランクケース側に排出される。しかしながら、バキュームポンプ1が高速回転している場合など、条件によっては、圧力室16内で潤滑油が圧縮され、ベーン15の前後差圧が過度に大きくなることが生じる懸念がある。特に、上記のように、吐出ポート18は、接点31よりも手前側で終端しているので、各ベーン15が吐出ポート18を通過し終わったときに接点31との間に小さな空間が形成されて、その中に潤滑油が封じ込められた状態となり、ベーン15の進行に伴って圧力が急増することがある。
【0020】
このようなベーン15前後の過大な圧力差の発生を回避するために、本実施例では、上記ベーン摺動面12に、全周に亘って連続した連通溝32が凹設されている。この連通溝32は、本実施例では、図4に示すように、断面矩形状をなし、その両側の内側側面32a,32bは、ロータ13の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状断面を有している。そして、各ベーン15の先端縁15aには、上記連通溝32の溝幅と合致する幅の矩形状の切欠部33が設けられている。この切欠部33の両側の内側側面33a,33bは、やはりロータ13の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状をなし、それぞれ、連通溝32の内側側面32a,32bに直線状に合致している。なお、上記連通溝32は、ベーン摺動面12の幅(軸方向の寸法)の中心よりも外側のサイドプレート19寄りに片寄った位置に形成されている。これは、上述した潤滑油の封じ込めによる圧力上昇が、ロータ13の軸方向で見て、吐出ポート18側では比較的生じにくく、これと反対側で相対的に高くなることを考慮したものである。
【0021】
また、上記連通溝32は、図3に示すように、吐出ポート18近傍の角度範囲では、部分的に深くなっており、かつこれを除く大部分では、その溝深さは一定である。従って、ベーン15が吐出ポート18付近を通過している状態では、図4にも示すように、ベーン15側の切欠部33と合わせて、より大きな開口部が形成される。
【0022】
上記のような実施例の構成によれば、非圧縮性流体である潤滑油が圧力室16内に封じ込められて圧力上昇を来しても、連通溝32および切欠部33からなる開口部が、隣接する圧力室16との間を連通する連通路として確保されるため、各ベーン15に作用する圧力差が緩和され、過大な圧力差によるベーン15の破損を生じることがない。特に、潤滑油の封じ込めによる圧力上昇は、ベーン15が吐出ポート18付近から接点31へ向かう間に生じやすいが、上記のように、この角度範囲で連通溝32の深さが拡大されており、十分に大きな連通路が確保されるので、液圧上昇によるベーン15の破損を確実に防止できる。図7は、この連通路による液圧縮の圧力(「閉込圧」として表記する)緩和作用を示したものであり、図中「実施前」と記した特性が連通溝32および切欠部33を具備しない場合の特性を示し、「実施後」と記した特性が、連通溝32および切欠部33を備えた本実施例の特性を示す。この図7に示すように、本実施例では、液圧縮に起因する過度の圧力上昇が抑制され、ベーン15の破損限界を越えることがない。
【0023】
また、上記構成では、連通溝32が同一の溝幅で全周に亘って連続しているとともに、これに合致する切欠部33が予めベーン15の先端縁15aに形成されているので、経時的にベーン15の先端縁15aの摩耗が進行しても、先端縁15aが連通溝32内に入り込むような形状に摩耗することはなく、かつ、これによる凹凸が連通溝32に引っ掛かって異音を発生するような虞がない。しかも、連通溝32の内側側面32a,32bと切欠部33の内側側面33a,33bとが直線状に整列しているので、摩耗が進行しても、両者の相対的な位置関係がずれることがない。
【0024】
次に、図5は、上記実施例の変形例となる第2の実施例を示している。この実施例は、ベーン摺動面12内周の連通溝32を、ベーン摺動面12の軸方向一端部つまりサイドプレート19に隣接する隅部に凹設したものであり、これに対応するベーン15側の切欠部33は、ベーン15の先端縁15aの角部に切欠形成されている。これは、やはり前述したように、潤滑油の封じ込めによる圧力上昇が、ロータ13の軸方向で見て、吐出ポート18の反対側で生じやすいことを考慮したものである。また、この実施例のように軸方向の端部に連通溝32および切欠部33を形成する場合には、その加工が比較的容易となる利点がある。なお、この実施例においても、連通溝32の内側側面32aと切欠部33の内側側面33aは、それぞれロータ13の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状をなし、かつ互いに直線状に整列している。また、連通溝32の溝深さは、前述した実施例と同様に、吐出ポート18近傍の角度範囲で部分的に深くなっている。
【0025】
次に、図6は、上記の第2の実施例をさらに変形した第3の実施例を示している。この実施例は、第2の実施例と同様に、ベーン摺動面12の軸方向一端部の隅部に連通溝32を凹設するとともに、ベーン15の先端縁15aの角部に切欠部33を切欠形成した構成となっているが、上記連通溝32の容積を拡大するために、カムリング11の端面およびサイドプレート19の内側面に、それぞれ凹溝34,35が付加的に形成されている。これらの凹溝34,35は、ロータ13の軸方向に凹んだ溝として加工されているとともに、周方向に沿って円弧形に形成されている。特に、連通溝32の溝深さが大となっている角度範囲つまり吐出ポート18の近傍の範囲に、部分的に形成されている。そして、これらの凹溝34,35は、連通溝32の底部に一体に連通している。
【0026】
従って、この実施例では、ベーン15が吐出ポート18近傍に位置するときに、上記凹溝34,35の付加によって、ベーン15前後を連通する連通路がより大きく確保されることになり、液圧上昇によるベーン15の破損を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るバキュームポンプの取付状態を示すディーゼル機関要部の断面図。
【図2】バキュームポンプ全体の断面図。
【図3】バキュームポンプの吸入ポート、吐出ポート等の詳細を示す断面図。
【図4】バキュームポンプの構成を概略的に示す図3のA−A線に沿った断面図。
【図5】第2の実施例における図4と同様の断面図。
【図6】第3の実施例における図4と同様の断面図。
【図7】潤滑油の封じ込みによる圧力上昇を実施例と従来のものとで対比して示す特性図。
【符号の説明】
1…バキュームポンプ
11…カムリング
12…ベーン摺動面
13…ロータ
15…ベーン
17…吸入ポート
18…吐出ポート
19,20…サイドプレート
32…連通溝
33…切欠部
34,35…凹溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a vane pump suitable as a vacuum pump, for example.
[0002]
[Prior art]
In a vane pump in which a rotor with a plurality of vanes is arranged eccentrically in the cam ring and the rotor is driven to rotate, the tip of the vane slides on the inner peripheral surface of the cam ring, so some lubrication is required. In the case where the gas is used for pressurizing or depressurizing like a vacuum pump, a small amount of incompressible lubricating oil is present together with the gas in the pressure chamber partitioned by the vane.
[0003]
Therefore, there is a concern that excessive pressure acts on the vane because the lubricating oil is contained and liquid compression occurs at a position immediately after the vane passes through the discharge port.
[0004]
In
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-248362 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, the vane tip edge always slides on the inner peripheral surface of the cam ring provided with the communication groove as described above, so when the vane tip edge gradually wears, There is a tendency that only the portion of the communication groove remains without being worn and relatively protrudes, which causes an increase in sliding resistance and the like, which is not preferable. In particular, in the above-described conventional configuration, since the communication groove is in a part of the circumferential direction, the protruding piece that is partially protruded is caught by the step at the end point of the communication groove, and abnormal noise is generated. There is a bug.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, the vane pump includes a cam ring having a vane sliding surface having a cylindrical surface on the inner periphery, a pair of side plates respectively closing the end surfaces of the cam ring, and the cam ring. A rotor having a center of rotation that is housed and eccentric with respect to the vane sliding surface, a plurality of vanes that are slidably held by the rotor and whose tip edge is in sliding contact with the vane sliding surface, and a partition formed by the vanes A suction port and a discharge port respectively communicating with the pressure chamber at a predetermined rotational position.
[0008]
In addition, a continuous communication groove is formed in the vane sliding surface continuously over the entire circumference, and correspondingly, a width matching the groove width of the communication groove is provided at each of the tip edges of the vane. A notch is provided. The area of the opening formed by combining the communication groove and the notch is a passage that communicates the pressure chambers before and after the vane.
[0009]
Therefore, when the rotor rotates, the vane slides in a state where the communication groove and the notch are aligned. For this reason, the vane tip edge does not wear into the form of entering the communication groove. Further, since the communication groove is continuous over the entire circumference, the vane tip edge is not caught and smooth rotation is possible. In addition, since the area of the opening formed by combining the communication groove and the notch is a passage that communicates the pressure chambers before and after the vane, the size of each of the communication groove and the notch is sufficient. .
[0010]
It is preferable that an inner side surface of the communication groove and an inner side surface of the cutout portion that matches the communication groove extend linearly along a plane orthogonal to the rotation center. For example, in the case of a curved shape such as an arc, the position of the side surface of the communication groove and the position of the side surface of the notch are shifted from each other as the wear progresses. In the case where both are linear with the boundary therebetween, even if wear progresses, they do not deviate from each other.
[0011]
【The invention's effect】
According to the vane pump according to the present invention, the communication groove formed continuously on the entire circumference of the vane sliding surface on the inner periphery of the cam ring can prevent an excessive pressure difference from occurring before and after the vane. It is possible to reliably avoid vane breakage due to compression. Since the vane tip edge is provided with a notch in advance so as to match the communication groove, the vane tip edge does not wear unevenly, leading to increased sliding resistance and abnormal noise. There is nothing to do.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
1 and 2 show an embodiment in which the present invention is applied to a
[0014]
As shown in FIG. 2, a
[0015]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
[0016]
Since this embodiment generates a negative pressure as a vacuum pump, the
[0017]
Next, the main part of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0018]
FIG. 3 is a sectional view showing the positional relationship between the
[0019]
As described above, since the
[0020]
In order to avoid the occurrence of such an excessive pressure difference before and after the
[0021]
Further, as shown in FIG. 3, the
[0022]
According to the configuration of the embodiment as described above, even if the lubricating oil which is an incompressible fluid is contained in the
[0023]
In the above configuration, the
[0024]
Next, FIG. 5 shows a second embodiment which is a modification of the above embodiment. In this embodiment, the
[0025]
Next, FIG. 6 shows a third embodiment obtained by further modifying the second embodiment. In this embodiment, as in the second embodiment, the
[0026]
Therefore, in this embodiment, when the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a diesel engine showing a mounting state of a vacuum pump according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the entire vacuum pump.
FIG. 3 is a sectional view showing details of a suction port, a discharge port and the like of the vacuum pump.
4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3 schematically showing the configuration of the vacuum pump.
FIG. 5 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 in the second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 in the third embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the pressure increase due to the sealing of the lubricating oil in comparison with the example and the conventional one.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記ベーン摺動面に、全周に亘って連続した連通溝を凹設するとともに、上記ベーンの先端縁のそれぞれに、上記連通溝の溝幅と合致する幅の切欠部を設けたことを特徴とするベーンポンプ。A cam ring having a vane sliding surface formed of a cylindrical surface on the inner periphery, a pair of side plates respectively closing the end surfaces of the cam ring, and a rotation center housed in the cam ring and eccentric with respect to the vane sliding surface And a plurality of vanes whose tip edges are slidably in contact with the vane sliding surface, a suction port and a discharge port respectively communicating with a pressure chamber defined by the vanes at a predetermined rotational position. A vane pump comprising a port,
The vane sliding surface has a continuous communication groove formed over the entire circumference, and a notch having a width matching the groove width of the communication groove is provided at each of the tip edges of the vane. And vane pump.
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